JP2008141780A - マルチバンド・アンテナを備えた移動通信デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】マルチバンド・モノポール・アンテナを備え、電磁干渉が低減された移動通信デバイスを提供する。
【解決手段】移動通信デバイスであるセルラ電話機１２０は、下側回路ボード１２２、上側回路ボード１２４、実装構造１１０に固着されたマルチバンド・アンテナ１２１、及び通信回路１０８を含む。上側ハウジング１２８及び下側ハウジング１３０は、合体されたときに回路ボード１２２、１２４及びアンテナ１２１を収納する。アンテナ１２１は、給電点１０４で通信回路１０８に接続され、回路ボード１２２へのアンテナのフットプリントの投影が該回路ボードの接地面のメタライゼーションと５０％以上重ならないように設定されている。
【選択図】図１２

Description

本発明は、マルチバンド・モノポール・アンテナの技術分野に関する。更に特定すれば、該アンテナを備えた、パーソナル・ディジタル・アシスタント、セルラ電話機、及びページャのような移動通信デバイスに関する。

移動通信デバイスに用いるマルチバンド・アンテナ構造は、当技術分野では公知である。例えば、移動通信デバイスの内蔵アンテナとして一般に利用されているアンテナ構造の一種に、「逆Ｆ字型」アンテナとして知られているものがある。移動通信デバイスの内部に実装すると、アンテナは、移動通信デバイス内部にある別の金属製物体、特に接地面から、問題となる程の量の電磁干渉を受けることが多い。

逆Ｆ字型アンテナは、他の公知のアンテナ構造と比較して、内蔵アンテナとして適切に動作するものとされていた。しかしながら、逆Ｆ字型アンテナは、一般に、帯域幅に制限があり、したがって帯域幅集約用途には十分に適しているとは言えない場合もある。

本発明の移動通信デバイス用マルチバンド・モノポール・アンテナは、第１放射アーム及び第２放射アームの双方に結合されている共通導体を含む。共通導体は、アンテナを移動通信デバイス内の通信回路に結合する給電ポートを含む。一実施形態では、第１放射アームは空間充填曲線を含む。別の実施形態では、第１放射アームは、共通導体から第１の方向に延びる蛇行区間と、蛇行区間から第２の方向に延びる隣接延長区間とを含む。
マルチバンド・モノポール・アンテナを有する移動通信デバイスは、回路ボード、通信回路、及びマルチバンド・モノポール・アンテナを含む。回路ボードは、アンテナ給電点と接地面とを含む。通信回路は、回路ボードのアンテナ給電点に結合されている。マルチバンド・モノポール・アンテナは、共通導体と、第１放射アームと、第２放射アームとを含む。共通導体は、回路ボードのアンテナ給電点に結合されている給電ポートを含む。第１放射アームは、共通導体に結合され、空間充填曲線を含む。第２放射アームは共通導体に結合されている。一実施形態では、回路ボードは、移動通信デバイス内の第１平面に実装され、マルチバンド・モノポール・アンテナは移動通信デバイス内の第２平面に実装されている。

これより図面を参照する。図１は、移動通信デバイス用のマルチバンド・モノポール・アンテナ１０の一例の上面図である。マルチバンド・モノポール・アンテナ１０は、第１放射アーム１２及び第２放射アーム１４を含み、これらは双方共に共通導体１６を通じて給電ポート１７に結合されている。また、アンテナ１０は、誘電体基板、可撓膜基板、又は何らかの他の種類の同様な基板材料のような基板材料１８も含み、その上にアンテナ構造１２、１４、１６が製作されている。アンテナ構造１２、１４、１６は、好ましくは、基板材料１８上にプリントされ硬化される金属厚膜ペーストのような導電性材料をパターニングするが、その代わりに、その他の既知の製作技法を用いて製作してもよい。

第１放射アーム１２は、蛇行区間２０と、延長区間２２とを含む。蛇行区間２０は、共通導体１６に接続され、これから遠ざかるように延びている。延長区間２２は、蛇行区間２０に隣接し、蛇行区間２０の端部から共通導体１６に向かって逆方向に延びている。図示の実施形態では、第１放射アーム１２の蛇行区間２０は、アンテナ１０の全体的なサイズを縮小するために、空間充填曲線(space-filling curve)として知られている幾何学的形状に形成されている。空間充填曲線は、少なくとも１０個のセグメントが接続されて構成され、各セグメントが隣接するセグメントとある角度をなす、即ち、隣接する２つのセグメントにより大きな直線セグメントが形成されないことを特徴とする。しかしながら、蛇行区間２０は、図１に示す以外の空間充填曲線を含んでもよく、あるいは、任意に代わりの蛇行形状に配してもよいことは言うまでもない。例えば、図２〜図６は、数個の代わりの形状で構成した蛇行区間を有するアンテナ構造を示す。形状充填曲線を用いてアンテナ構造を形成することは、Space-Filling Miniature Antennas（空間充填微小アンテナ）と題し、本願と所有者を同じくするＰＣＴ出願ＷＯ０１／５４２２５に更に詳しく記載されている。その内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。

第２放射アーム１４は、３つの直線部分を含む。図１に示すように、第１直線部分は、共通導体１６から離れるように垂直方向に延びている。第２直線部分は、第１直線部分の端部から水平方向に、第１放射アームに向かって延びている。第３直線部分は、第２直線部分の端部から垂直に、第１直線部分と同じ方向に、そして第１放射アーム１４の蛇行区間２０に隣接して延びている。
先に注記したように、アンテナ１０の共通導体１６は、給電ポート１７を第１及び第２放射アーム１２、１４に接続する。共通導体１６は、第２放射アーム１４を超えて水平に（図１で見た場合）延び、給電ポート１７を移動通信デバイス内の通信回路に接続するために、図１０に示すように、垂直方向（図面に向かって垂直に）折り曲げることもできる。

動作中、第１及び第２放射アーム１２、１４は、各々、異なる周波数帯域に同調させられ、その結果デュアル・バンド・アンテナとなる。アンテナ１０は、放射アーム１２、１４の各々の総導体長を予め選択することによって、移動通信デバイスの所望のデュアル・バンド動作周波数に同調させることができる。例えば、図示の実施形態では、ＰＤＣ（８００ＭＨｚ）、ＣＤＭＡ（８００ＭＨｚ）、ＧＳＭ（８５０ＭＨｚ）、ＧＳＭ（９００ＭＨｚ）、ＰＧＳ、又はその他の任意の周波数帯域のように、１又は複数の低い周波数帯域において動作するように、第１放射アーム１２を同調させることができる。同様に、ＧＰＳ、ＰＤＣ（１５００ＭＨｚ）、ＧＳＭ（１８００ＭＨｚ）、韓国ＰＣＳ、ＣＤＭＡ／ＰＣＳ（１９００ＭＨｚ）、ＣＤＭＡ２０００／ＵＭＴＳ、ＩＥＥＥ８０２．１１（２．４ＧＨｚ）、又はその他の任意の周波数帯域のように、１又は複数の高い周波数帯域において動作するように、第２放射アーム１４を同調させることができる。尚、実施形態の中には、第１放射アーム１２の低い周波数帯域が第２放射アーム１４の周波数帯域と重なり、より広い単一の帯域となる場合もあることは理解されるであろう。また、マルチバンド・アンテナ１０は、追加の放射アームを付加することによって、更に別の周波数帯域を含むように延長してもよいことも理解されるであろう。例えば、第３放射アームをアンテナ１０に追加すれば、３バンド・アンテナを形成することができる。

図２は、１つの別の空間充填形状を含むマルチバンド・モノポール・アンテナ３０の一例の上面図である。図２に示すアンテナ３０は、図１に示すマルチバンド・アンテナ１０と同様にマルチバンドであるが、第１放射アーム１２内の蛇行区間３２が図１に示すものとは異なる空間充填曲線を含んでいる。

図３〜図９は、いくつかの代替マルチバンド・モノポール・アンテナ構成５０、７０、８０、９０、９３、９５、９７を示す。図１及び図２に示すアンテナ１０、３０と同様、図３に示すマルチバンド・モノポール・アンテナ５０は、第１放射アーム５４及び第２放射アーム５６に結合されている共通導体５２を含む。共通導体５２は、当該共通導体５２の直線部分上に、給電ポート６２を含み、この直線部分は放射アーム５４、５６から離れるように水平に（図３で見た場合）延び、移動通信デバイスの通信回路に給電ポート６２を接続するために、垂直方向（図面に向かって垂直に）折り曲げることもできる。

第１放射アーム５４は、蛇行区間５８と延長区間６０とを含む。蛇行区間５８は、共通導体５２に結合され、ここから遠ざかるように延びている。延長区間６０は、蛇行区間５８に隣接し、蛇行区間５８の端部から延びて共通導体５２に向かって戻る円弧状経路となっている。
第２放射アーム５６は、３つの直線部分を含む。図３に示すように、第１線形部分は、共通導体５２から対角線方向に延びている。第２直線部分は、第１直線部分の端部から、第１放射アームに向かって水平に延びている。第３直線部分は、第２線形部分の端部から垂直に、共通導体５２から遠ざかるように、そして第１放射アーム５４の蛇行区間５８に隣接して延びている。

図４〜図６に示すマルチバンド・モノポール・アンテナ７０、８０、９０は、図３に示すアンテナ５０と同様であるが、各々、第１放射アーム５４内に含まれる蛇行部分７２、８２、９２のパターンが異なることが相違している。例えば、図６に示すマルチバンド・アンテナ９０の蛇行部分９２は、前述のように、空間充填曲線を有している。しかしながら、図３〜図５に示す蛇行部分５８、７２、８２はそれぞれ、異なる形状の周期的曲線を含み、これらは空間充填曲線の要件を満たしていない。

図７〜図９に示すマルチバンド・モノポール・アンテナ９３、９５、９７は、図２に示すアンテナ３０と同様であるが、第１放射アーム１２の直線部分２２に追加領域９４、９６、９８が含まれることが相違している。図７において、第１放射アームの拡張部分２２は、多角形部分９４を含む。図８及び図９において、第１放射アーム１２の直線部分２２は、円弧状長手方向縁を有する部分９６、９８を含む。

図１０は、移動通信デバイスの回路ボード１０２に、図１のマルチバンド・モノポール・アンテナ１０を結合した状態の一実施形態１００を示す上面図である。回路ボード１０２は、給電点１０４と接地面１０６とを含む。接地面１０６は、例えば、回路ボード１０２の表面の一方に配置すればよく、あるいは多層プリント回路ボードの１つの層でもよい。給電点１０４は、例えば、金属ボンディング・パッドであり、回路ボード１０２の１つ以上の層上にある回路トレース１０５に結合されている。図示のように、通信回路１０８が給電点１０４に接続されている。通信回路１０８は、例えば、マルチバンド送受信回路であり、回路ボード上の回路トレース１０５を通じて、給電点１０４に接続されている。

接地面１０６からの電磁干渉を低減するために、回路ボード１０２上へのアンテナ・フットプリントの投影が接地面１０６のメタライゼーションと５０％以下で交差するように、アンテナ１０を移動通信デバイス内に実装している。図示の実施形態１００では、アンテナ１０は回路ボード１０２の上方に実装されている。即ち、回路ボード１０２は第１面内に実装され、アンテナ１０は移動通信デバイスの第２面に実装されている。加えて、アンテナ１０は回路ボード１０２の縁から横方向にずらされており、この実施形態１００では、回路ボード１０２上へのアンテナ・フットプリントの投影が、接地面１０６のメタライゼーションとは全く交差しないようにしている。

接地面１０６からの電磁干渉をさらに低減するためには、接地面１０６の角に隣接する回路ボード１０２上の位置に、給電点１０４を配置する。好ましくは、アンテナ１０を給電点１０４に結合する際に、共通導体１６の一部を垂直に、回路ボード１０２の面に向かって屈曲し、アンテナ１０の給電ポート１７を回路ボード１０２の給電点１０４に接続する。アンテナ１０の給電ポート１７は、例えば、市販のコネクタを用いて、給電ポート１７を直接給電点１０４に接合することによって、又はその他のいずれかの適した結合手段によって、給電点１０４に結合することができる。しかしながら、別の実施形態では、アンテナ１０の給電ポート１７は、共通導体１６を屈曲する以外の何らかの手段によって、給電点１０４に結合してもよい。

図１１は、移動通信デバイス内において、マルチバンド・モノポール・アンテナ１１２を固着するための実装構造１１１の一例を示す。図示の実施形態１１０は、図２に示したのと同様の蛇行区間を有するマルチバンド・モノポール・アンテナ１１２を用いている。しかしながら、図１〜図９に関して説明したような、別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成も使用可能であることは言うまでもない。
実装構造１１１は、平面１１３と、少なくとも１つの突出区間１１４とを含む。アンテナ１１２は、実装構造１１１の平面１１３に、好ましくは、接着剤を用いて固着される。例えば、アンテナ１１２は軟質膜基板上に作成することができ、該基板のアンテナ構造と反対側の面上には剥離型接着材を有している。アンテナ１１２を実装構造１１１に固着した状態で、突出区間１１４が回路ボードを超えて延出するように、実装構造１１１を移動通信デバイス内で位置決めする。次いで、実装構造１１１内にある１又は複数の開口１１６、１１７を用いて、実装構造１１１及びアンテナ１１２を回路ボード及び移動通信デバイスのハウジングに固着することができる。

図１２は、マルチバンド・モノポール・アンテナ１２１を有するクラムシェル型セルラ電話機１２０の一例の分解図である。セルラ電話機１２０は、下側回路ボード１２２、上側回路ボード１２４、及び実装構造１１０に固着されたマルチバンド・アンテナ１２１を含む。また、上側ハウジング１２８及び下側ハウジング１３０は、合体されたときに回路ボード１２２、１２４及びアンテナ１２１を収納する。図示のマルチバンド・モノポール・アンテナ１２１は、図２に示すマルチバンド・アンテナ３０と同様である。しかしながら、図１〜図９を参照して先に説明したような、代わりのアンテナ構成も使用可能であることは言うまでもない。

下側回路ボード１２２は、図１０を参照して説明した回路ボード１０２と同様であり、接地面１０６、給電点１０４、及び通信回路１０８を含む。マルチバンド・アンテナ１２１は、図１０及び図１１を参照して先に説明したように、実装構造１１０に固着され、下側回路ボード１２２に結合されている。更に、下側回路ボード１２２は、ヒンジ１２６によって上側回路ボード１２４に接続されており、クラムシェル型セルラ・フォンに典型的なやり方で、上側及び下側回路ボード１２２、１２４を畳んで合わせることができるようになっている。上側及び下側回路ボード１２２、１２４からの電磁干渉を更に低減するために、マルチバンド・アンテナ１２１を、ヒンジ１２６に隣接した下側回路ボード１２２上に実装することが好ましい。

図１３は、マルチバンド・モノポール・アンテナ２０１を有する、キャンディ・バー型セルラ電話機２００の一例の分解図である。セルラ電話機２００は、実装構造１１０に固着されたマルチバンド・モノポール・アンテナ２０１、回路ボード２１４、並びに上側及び下側ハウジング２２０、２２２を含む。回路ボード２１４は、図１０を参照して先に説明した回路ボード１０２と同様であり、接地面１０６、給電点１０４、及び通信回路１０８を含む。図示のアンテナ２０１は、図３に示したマルチバンド・モノポール・アンテナと同様であるが、図１〜図９を参照して先に説明した代わりのアンテナ構成も使用可能である。
マルチバンド・アンテナ２０１は、図１０及び図１１を参照しながら先に説明したように、実装構造１１０に固着され、回路ボード２１４に接続されている。次いで、上側及び下側ハウジング２２０、２２２を合体して、アンテナ２１２及び回路ボード２１４を密閉する。

図１４は、マルチバンド・モノポール・アンテナ２３１を有するパーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）２３０の一例の分解図である。ＰＤＡ２３０は、実装構造１１０に固着されたマルチバンド・モノポール・アンテナ２３１、回路ボード２３６、並びに上側及び下側ハウジング２４２、２４４を含む。ＰＤＡ回路ボード２３６は、異なる形状をしているが、図１０を参照しながら先に説明した回路ボード１０２と同様であり、接地面１０６、給電点１０４、及び通信回路１０８を含む。図示のアンテナ２３１は、図５に示したマルチバンド・モノポール・アンテナと同様であるが、図１〜図９を参照しながら先に説明した代わりのアンテナ構成も使用可能である。

マルチバンド・アンテナ２３１は、図１０及び図１１を参照しながら先に説明したように、実装構造１１０に固着され、回路ボード２１４に結合されている。しかしながら、図１０とは多少異なり、ＰＤＡ回路ボード２３６は、回路ボード２３６の縁に沿ってＬ字状のスロットを画定し、この中にアンテナ２３１及び実装構造１１０を固着して、ＰＤＡ２３０内部の空間を不要にしている。固着後、上側及び下側ハウジング２４２、２４４を共に合体し、アンテナ２３１及び回路ボード２３６を密閉する。

ここに記載した説明は、最良の態様を含む本発明を開示するために、そして、当業者が本発明を実施し使用することを可能にするために、例を用いて説明した。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲に規定されており、当業者に想起する他の例も含むことができるものである。

移動通信デバイス用マルチバンド・モノポール・アンテナの一例の上面図である。 １つの交互空間充填形状を含むマルチバンド・モノポール・アンテナの一例の上面図である。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 別のマルチバンド・モノポール・アンテナ構成を示す。 移動通信デバイス用回路ボードに結合された図１のマルチバンド・モノポール・アンテナの一例の上面図である。 移動通信デバイス内部にマルチバンド・モノポール・アンテナを固着する実装構造の一例を示す。 マルチバンド・モノポール・アンテナを有するクラムシェル型セルラ電話機の一例の分解図である。 マルチバンド・モノポール・アンテナを有するキャンディ・バー状セルラ電話機の一例の分解図である。 マルチバンド・モノポール・アンテナを有するパーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）の一例の分解図である。

Claims (13)

1. 移動通信デバイスにおいて、
   アンテナ給電点と接地面とを有する回路ボードと、
   前記回路ボードのアンテナ給電点に結合された通信回路と、
   マルチバンド・アンテナであって、
   前記アンテナを前記移動通信デバイスの通信回路に結合する給電ポートを有する共通導体と、
   前記共通導体に結合された第１放射アームと、
   前記共通導体に結合された第２放射アームと
   を備えたアンテナと
   からなり、前記回路ボードへの前記アンテナのフットプリントの投影が前記接地面のメタライゼーションと５０％以上重ならないように設定されていることを特徴とする移動通信デバイス。
2. 請求項１記載の移動通信デバイスにおいて、前記回路ボードが第１平面内に実装されていることを特徴とする移動通信デバイス。
3. 請求項１記載の移動通信デバイスにおいて、前記アンテナは、前記接地面の縁から横方向にずれていることを特徴とする移動通信デバイス。
4. 請求項１記載の移動通信デバイスにおいて、前記給電点は、前記接地面の角に隣接した位置に実装されていることを特徴とする移動通信デバイス。
5. 請求項１記載の移動通信デバイスにおいて、前記アンテナは、実装機構に固定され、該実装機構は、１又は複数の開口を利用して、前記回路ボード又は前記移動通信デバイスのハウジングに固定されていることを特徴とする移動通信デバイス。
6. クラムシェル型でマルチバンドの移動通信デバイスであって、
   上側回路ボードと、
   接地面、給電点及びマルチバンド通信回路装置を含む下側回路ボードと、
   前記下側回路ボードを前記上側回路ボードに接続して、これら２つの回路ボードが一緒に折り曲げられるようにするヒンジと、
   マルチバンド・アンテナであって、
   共通導体に結合された第１放射アームと、
   前記共通導体に結合され、前記ヒンジに隣接して前記下側回路ボード上に実装された第２放射アームと
   を備えたアンテナと
   からなることを特徴とする移動通信デバイス。
7. 請求項６記載の移動通信デバイスにおいて、該デバイスはさらに、
   前記上側回路ボードを内包する上部ハウジングと、
   前記下側回路ボードを内包する下部ハウジングと
   を備え、前記アンテナは前記上部及び下部ハウジングに内包され、これらハウジングと前記上部及び下側回路ボードとがクラムシェル・コンフィギュレーションとなるように一緒に折り重ね状態となるよう構成されていることを特徴とする移動通信デバイス。
8. 請求項６記載の移動通信デバイスにおいて、前記下側回路ボードの平面上への前記アンテナのフットプリントの投影が前記接地面のメタライゼーションと５０％以上重ならないように設定されていることを特徴とする移動通信デバイス
9. クラムシェル型でマルチバンドの移動通信デバイスであって、
   上側回路ボードと、
   接地面、給電点及び通信回路装置を含む下側回路ボードと、
   前記通信回路に結合され、前記下側回路ボードに実装されたマルチバンド・アンテナであって、該アンテナを前記移動通信デバイスの前記通信回路装置に結合するように前記給電点に接続された共通導体を備えたアンテナと、
   前記共通導体に結合された第１放射アーム及び第２放射アームと、
   相互にヒンジ結合された上部及び下部ハウジングであって、これらハウジングが前記上側回路ボード及び前記下側回路ボードをそれぞれ内包し、かつ前記アンテナを内包し、これらハウジングと前記上部及び下側回路ボードとが、クラムシェル・コンフィギュレーションとなるように折り重ね状態となり、かつ通信コンフィギュレーションとなるように延伸されるよう構成されている、上部及び下部ハウジングと
   からなり、前記下側回路ボードは前記上側回路ボードにヒンジ結合されて、これら上部及び下側回路ボードは、閉鎖位置となるように折り重ね状態となるよう構成されていることを特徴とする移動通信デバイス。
10. 請求項９記載の移動通信デバイスにおいて、前記下側回路ボードの平面上への前記アンテナのフットプリントの投影が前記接地面のメタライゼーションと５０％以上重ならないように設定されていることを特徴とする移動通信デバイス
11. 請求項９記載の移動通信デバイスにおいて、前記アンテナは、前記接地面の縁から横方向にずれていることを特徴とする移動通信デバイス。
12. 請求項９記載の移動通信デバイスにおいて、前記アンテナは実装機構に固定され、該実装機構は、１又は複数の開口を利用して、前記回路ボード又は前記移動通信デバイスの前記ハウジングに固定されていることを特徴とする移動通信デバイス。
13. 請求項９記載の移動通信デバイスにおいて、前記アンテナは、前記ヒンジに隣接して前記下側回路ボードに実装されていることを特徴とする移動通信デバイス。

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