JP3638349B2 - 二位置折重ねダイポール・アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、無線通信装置用のアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信装置は、無線周波数信号を放出および／または検出するアンテナに結合された送信機および／または受信機を含む。装置は、送信機に音声信号を入力するためのマイクロホン、または受信機によって受信された信号を出力するスピーカを含むことがある。こうした無線通信装置の例として、片方向無線機、両方向無線機、無線電話機、パーソナル通信装置、およびその他の様々な装置がある。これらの通信装置はしばしば、装置が保管のために折り畳まれる待機位置、およびアンテナが最適性能を達成するように延長される通話位置を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
無線電話機および両方向無線機の場合、これらの装置は、待機モード時にはその保管および持運びを容易にするために、小さいサイズであることが一般に望ましい。例えば、ユーザは、待機モード時には、無線電話機がシャツやジャケットのポケットに収容できるように、充分に小さいほうが都合がよい。通話状態のときは、スピーカをユーザの耳元に、マイクロホンをユーザの口の近くに、アンテナをユーザの身体から離して配置するように、装置が充分に長いことが望ましい。ユーザの身体は大きい導体であって無線周波数信号受信を妨害するので、アンテナはユーザの身体から離して配置することが望ましい。アンテナをユーザの身体から離して配置する特に有効な方法は、使用中にアンテナを装置本体から延長することである。保管のために折り畳み、活動通信モード時には最適性能を達成するように延長するアンテナを提供することにより、容易に保管可能な装置でアンテナの高性能活動モード動作が達成される。
【０００４】
こうした変形可能な通信装置で遭遇する問題は、待機モード時に高性能のアンテナを提供することである。装置の本体は、本体内の内部電子回路も含めて、一般に保管位置にあるアンテナの無効性近傍（reactive near-field ）にある。アンテナの無効性近傍にあるこの物体は、待機モードでページング信号，電子メール，または呼出し信号を受信する無線電話機などの装置の待機性能を低下させることがある。
【０００５】
したがって、通話モードで通信装置を延長したとき、および待機動作モードで通信装置を折り畳んだときに、高い性能を発揮するアンテナを提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
無線通信装置は、第１ハウジング部に位置する無線信号源を含む。第２ハウジング部は、第１および第２ハウジング部を伸張位置および折り畳み位置に変形できるように、第１ハウジング部に移動可能に支持された第１端部を有する。ダイポール・アンテナは、第１ハウジング位置にある第１アーム，および第２ハウジング位置にある第２アームを有する。第１および第２アームの各端部は、無線信号源に接続される。第１および第２導体は第１および第２ハウジング部に位置し、第１および第２アームのそれぞれの端部に電気的に接続される。第１および第２導体は、第１および第２ハウジング部が折り畳まれたときには容量結合し、第１および第２ハウジング部が伸張されたときには容量結合しない。したがって、アンテナのインピーダンスは開閉位置で実質的に変化せず、アンテナはどちらの位置でも適切に同調される。したがって、閉じた位置の性能は実質的に向上する。
【０００７】
【実施例】
最初に、本発明によるアンテナ・システムが、本発明が特に有利に機能するフラップを含む無線電話機１００（図１）に図示されていることに注意されたい。しかし、本発明は、アンテナおよび相対的に移動する複数のハウジング部を有する他の無線通信装置にも、有利に使用することができる。したがって、ここで使用する「装置」とは、全てのそうした無線通信装置を指す。
【０００８】
本発明を組み込んだ無線電話機１００を図１に示す。この無線電話機は、第１ハウジング部１０１および第２ハウジング部１０３を有するハウジング１０２を含む。図示した実施例では、第１ハウジング部１０１は無線電話機本体であり、第２ハウジング部１０３は本体に旋回可能に接続されたフラップである。第２ハウジング部１０３は、図１に示す活動通信モード時の延長位置と、図２に示す待機モード時の閉じた位置との間で移動する。
【０００９】
第１ハウジング部１０１は後部本体ハウジング部１０４および正面本体ハウジング部１０５を含み、これらは相互接続されて内部容積を定義する。第１ハウジング部１０１は、無線周波数（ＲＦ）回路板３１５（図３）および論理回路板３１４を含む電子回路を収容する。無線信号源であるトランシーバ回路４１５（図４）は、論理回路板３１４上に支持される。トランシーバ回路は無線周波数信号を送受信する回路であり、適切な市販のトランシーバ回路を使用して実現することができる。キーパッド１０６（図１）は第１ハウジング部１０１に配置され、キーパッドに付随するキー１０９（そのうちの一部分だけに数字がついている）にユーザが手動でアクセスして、選択的にそれぞれのポップル・スイッチ３２２（図３）を閉じることができるようになっている。
【００１０】
第２ハウジング部１０３（図１）は、閉じたときに、キーパッド１０６を少なくとも部分的に被覆する。カバーは、全てのキー１０９が隠れるようにもっと長くすることもできる。第２ハウジング部は、第２ハウジング部が図２に示すように閉じた状態のときに被覆されるキー１０９が誤って作動するのを防止する。さらに、第２ハウジング部は、閉じた時に無線電話機を待機モードにするように使用することができる。
【００１１】
無線電話機１００は、第１ハウジング位置のアンテナ・アーム４４０（図４）および第２ハウジング位置のアンテナ・アーム４４１を有するダイポール・アンテナ１０７を含む。アンテナ・アーム４４０は、銅，銅合金，アルミニウム合金などの適切な導電性材料から製造される。導体は薄く、第１ハウジング部１０１の表面４６０（図５）に支持されたときに、キーパッド１０６のキー１０９の周囲を伸長するようにジグザグ構造を取る。具体的な実施例では、アンテナ・アーム４４０は電気的長さがλ／４である。別の実施例では、アーム４４０がλ／４の奇数倍となるように、他の共振長ダイポールを使用することができる。アンテナ・アーム４４０の端部４４２は、導体４４３によって送信線４１７に接続される。
【００１２】
正面本体ハウジング部１０５の表面４６０に、プレート４５０（図５）が取り付けられる。このプレートは、銅，銅合金，アルミニウム，またはアルミニウム合金など、適切な導電体から構成される。プレート４５０は、導体４６１によって給電点（feed point）４４２に電気的に接続される。
【００１３】
キー１０９と整列した開口部４６４を有する枠（bezel ）４４７が、アンテナ・アーム４４０およびプレート４５０を被覆する。枠４４７は、適切な接着剤または留め具を用いて、正面本体ハウジング部１０５に取り付けられ、また正面フラップ・ハウジング部１１２は後部フラップ・ハウジング部１１１に取り付けられる。
【００１４】
第２ハウジング部１０３は、正面フラップ・ハウジング部１１２および後部フラップ・ハウジング部１１１を含む。正面フラップ・ハウジング部は、プレート４５１およびアンテナ・アーム４４１の上から凹所４６３に挿入される。
【００１５】
アンテナ・アーム４４１は、アンテナ・アーム４４０と実質的に同一構造である。好適な実施例では、アンテナ・アーム４４１（図５）は電気的長さがλ／４である。別の実施例では、アーム４４０がλ／４の既数倍となるように他の共振長ダイポールを使用することができる。アンテナ・アーム４４１もまたジグザグ構造である。アンテナ・アーム４４１は、適切な市販の接着剤を用いて、後部フラップ・ハウジング部１１１の凹所４６３の表面４６２に取り付けられる。アンテナ・アーム４４１の端部４４５は、導体４４６によって送信線４１７に接続される。導体４４３および導体４４６は、ダイポール・アンテナ１０７をトランシーバ回路４１５（図４）に接続するたわみ条導体（flex strip conductor）である。アンテナ・アーム４４０およびアンテナ・アーム４４１はダイポール・アンテナ１０７を形成する。
【００１６】
アンテナ・アーム４４１（図５）はアンテナ・アーム４４０と同一平面構成であり、これらの導体は、第１ハウジング部１０１および第２ハウジング部１０３が閉じたときに、相互の鏡像となる。こうして、閉じた位置のときに、アンテナ・アーム４４０およびアンテナ・アーム４４１は実質的に相互に平行であり、第１ハウジング部１０３および第２ハウジング部が閉じた位置のときに、アンテナが重なり合うように整列する。
【００１７】
プレート４５１（図５）は、導体４５６によってアンテナ・アーム４４１の給電点４４５に接続される。このプレートは、後部フラップ・ハウジング部１１１の表面４６２に取り付けられる。プレート４５１は、銅合金などの適切な導電材料から構成される。このプレートは一般に矩形であり、実質的にプレート４５０と同一寸法である。
【００１８】
枠４４７および正面フラップ・ハウジング部１１２は、正面本体ハウジング部１０５，後部本体ハウジング部１０４，正面フラップ・ハウジング部１１２，および後部フラップ・ハウジング部１１１に使用するポリカーボネートなどの材料と同一の適切な重合体材料から製造する。利用する重合体材料は適切な低い誘電率を持ち、従来の構造である。
【００１９】
無線周波数回路板３１５（図３）および論理回路板３１４は、印刷配線板である。無線電話機１００のトランシーバ回路４１５（図４）は、無線周波数回路板３１５に搭載される。これらの回路板は、正面本体ハウジング部１０５および後部本体ハウジング部１０４が例えばスナップ・コネクタを使用するなど、適切な従来の手段によって組み立てられるときに、第１ハウジング部１０１内に組み込まれ、所定位置に保持される。振動子アセンブリ３１６は、論理回路板３１４が正面本体ハウジング部１０５と接合するときに正面ハウジングにもたれて配置されるように、論理回路板３１４上に支持される。
【００２０】
アンテナ・アセンブリを無線電話機１００に組み立てるには、プレート４５０（図５および図６）を正面本体ハウジング部１０５の表面４６０の位置４５２に取り付ける。次にアンテナ・アーム４４０を正面本体ハウジング部の表面４６０に組み立て、導体４６１によってプレート４５０に接続する。導体４６１は、適切な導電体によって設けることができる。枠４４７は、アンテナ・アーム４４０およびプレート４５０が間に挟まれる状態で、適切な接着剤、留め具などを用いて正面本体ハウジング部４５０に取り付ける。
【００２１】
プレート４５１は、適切な接着剤または留め具を用いて、後部フラップ・ハウジング部１１１の表面４６２の位置４５３に取り付ける。プレート４５１は、導体４５６によってアンテナ・アーム４４１の給電点４４５に接続する。次に正面フラップ・ハウジング部１１２は、アンテナ・アーム４４１およびプレート４５１が間にしっかりと挟まれる状態で、適切な接着剤を用いて後部フラップ・ハウジング部１１１に取り付ける。
【００２２】
アーム４４０およびアーム４４１は、導体４４３，４４６および送信線４１７によってトランシーバ回路４１５に電気的に接続する。
【００２３】
プレート４５０およびプレート４５１は形状的に一般に矩形平面部材である。組み立てられたときのプレートの配置は、フラップが図２に示すように閉じた位置のときに、プレートが垂直に整合して容量結合が形成されるようにする。しかし、プレートは、正面本体ハウジング部１０５および正面フラップ・ハウジング部１１２の配置が促進される、どのような適切な構成でも取ることができる。
【００２４】
動作時には、アンテナ・アーム４４０およびアンテナ・アーム４４１は図７に示す位置に延長され、第１ハウジング部１０１および第２ハウジング部１０３は図１に示す開いた位置に延長される。アンテナ・アーム４４０およびアンテナ・アーム４４１は、最適性能を達成するために同一平面内に置くことが最も望ましい。この位置では、図７の構成のダイポール・アンテナのインピーダンスＲＬ（図１１）が、ソース・インピーダンスＲＳおよび送信線４１７のインピーダンスと等しい５０ないし７５オームの範囲内で選択される。電流１１（図７），１２，および１３は同一直線上にあり、実質的に同一方向であり、各アンテナ・アームの無効性近傍は空中が支配的である。ダイポール・アンテナは、アームが完全に延長されておらず、相互に約１２０〜１８０度の角度に位置するときにも、よく機能する。
【００２５】
代替的に、パーソナル通信機の場合のように、アームが相互に約９０度の角度位置を持つ装置でアンテナ・システムを使用する場合、アームは図８に示すように置かれる。この位置では、プレート４５０およびプレート４５１は結合されない。この位置ではアンテナ性能が低下するが、アンテナのインピーダンスはあまり変化せず、容量を追加しなくても性能は良好である。この位置では、電流１１，１２，および１３は同一直線上にない。しかし、これらは、それぞれの効果が相互に打ち消されないように配向される。
【００２６】
装置を保管位置に再配置するなど、ダイポール・アンテナ１０７を組み込んだ無線通信装置の物理的サイズを減少するために、第２ハウジング部１０３は回転して、図２の閉じた保管位置に付く。第１ハウジング部１０１および第２ハウジング部１０３が、図２に示す完全に閉じた位置にあるとき、アンテナ・アーム４４０およびアンテナ・アーム４４１は、図９に示すように置かれる。アンテナ・アームは、枠４４７の誘電体材料の厚さと正面フラップ・ハウジング部１１２の誘電体材料の厚さを合わせた分の間隔を置いて配置される。
【００２７】
図９に示す完全に閉じた位置では、アンテナの効果は減少する。電流１１および１３は電流１２に対し直交し、電流１１および１３は相互に効果的に打ち消される。電流１２は、エネルギを放出する残留電流である。この小さい有効長のアンテナの電流生成部は、ダイポール・アンテナ１０７の放射抵抗ＲＬ（図１２）を３〜１０オームという非常に低い値に低下させる。これは、完全に延長された位置のアームのインピーダンスである５０〜７５オームに整合するように同調された送信線４１７との重大な抵抗不整合を表わす。抵抗成分の大きな差以外に、送信線、ダイポール・アンテナのアンテナ・アーム、およびその間に位置する誘電体材料によって導入される大きなリアクタンスＬ（図１２）がある。誘電体材料は、枠４４７および正面フラップ・ハウジング部１１２であるアンテナ間の部材によって提供される。抵抗の不等性および追加リアクタンスの効果により、保管位置のアンテナの性能は低下する。
【００２８】
ヒンジ４２０付近に配置され、アンテナ部の信号源の端部に接続されるプレート４５０（図５）およびプレート４５１によって与えられるキャパシタンスＣ（図１２）は、ダイポール・アンテナ１０７が図２に示す保管位置にあるときにのみ、アンテナのインピーダンスと並列に追加される。アンテナの抵抗ＲＬおよびリアクタンスＬと並列に追加されるキャパシタンスは、送信線４１７と整合するインピーダンスを生じる。所望の誘電率および厚さを持つ誘電体の選択、および枠４４７と正面フラップ・ハウジング部１１２の厚さの選択によって制御されるプレートの近接性により、ダイポール・アンテナは、開いた位置と開じた位置で実質的に同一インピーダンス特性を持つことができる。これは、閉じた位置のアンテナ性能を著しく向上する。
【００２９】
図１０のスミス図表は、反応インピーダンスの望ましいインピーダンスへの整合を表わし、これはＺ４の位置で５０オームである。Ｚ４のインピーダンスは送信線のインピーダンスであり、アンテナのインピーダンスが送信線のインピーダンスに整合することが望ましい。図２の開いた位置で、ダイポール・アンテナ１０７のインピーダンスＲＬは５０オームである。閉じた位置では、誘電体の枠４４７およびフラップ・ハウジング部１４２が無く、またコンデンサ・プレート４５０，４５１が無ければ、アンテナのインピーダンスは約３〜１０オームに変化する。この位置はＺ２によって表わされる。枠４４７および正面フラップ・ハウジング部１１２の誘電体材料が存在しなければ、閉じた位置のダイポール・アンテナのインピーダンス値はＺ２となり、したがって並列成分によって補償することはできない。
【００３０】
枠４４７および正面フラップ・ハウジング部１１２の誘電体材料は、アーム４４０と４４１の間に位置するので、閉じた位置のアンテナのインピーダンスはＺ３である。枠４４７および正面フラップ・ハウジング部１１２の誘電体材料の厚さを、これらの材料の誘電率を考慮しながら選択することによって、ダイポール・アンテナのインピーダンス値はＺ３に移動する。Ｚ３の適切な選択により、Ｚ４は、給電点でダイポール・アンテナのアームに接続された並列キャパシタンスに反応することが可能になり、したがってダイポール・アンテナは給電点で負荷される。この並列負荷は、フラップが閉じたときにだけ相互に容量結合され、ダイポール・アンテナのアームのそれぞれの給電点に接続されるプレート４５０およびプレート４５１によって与えられる。
【００３１】
したがって、以上に開示したアンテナは閉じた位置における性能特性が改善されたことが理解できよう。この改善された特性は、フラップが閉じたときにだけ接続されるコンデンサによってダイポールが給電点で負荷されることによって達成される。開いた位置では、プレートは結合されず、アンテナ・アームのインピーダンスに影響を与えない。容量プレート間の誘電体材料の厚さおよび誘電率は、閉じた位置のアンテナで特定のインピーダンスに影響するように選択する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 延長された活動通信位置にある無線電話機の正面図である。
【図２】 閉じて折り畳まれた位置にある、図１による無線電話機の正面斜視図である。
【図３】 図１による無線電話機の正面ハウジング、無線周波数（ＲＦ）印刷配線板、論理回路板、および背面ハウジングを示す上面分解斜視図である。
【図４】 正面ハウジングの内部およびフラップを示し、トランシーバ回路を概略的に示す部分上面図である。
【図５】 無線電話アンテナ・アセンブリの分解斜視図である。
【図６】 アンテナ・システムを閉じた位置に配置した状態を示す、図７によるアンテナ・ハウジングの分解側面図である。
【図７】 アームの位置、およびアームが完全に延長され最大長位置にあるときにそれによって生成される電流を示す。
【図８】 ハウジング部が９０度の位置にあるときのアンテナ電流および電界を示す。
【図９】 完全に折り畳まれた状態のアンテナ・アセンブリを示す。
【図１０】 様々な位置におけるアンテナの相対インピーダンスおよびインピーダンス整合の達成方法を示すスミス図表である。
【図１１】 無線電話機が延長された開放位置にあるときの無線電話アンテナ・システムのインピーダンスを示す回路略図である。
【図１２】 無線電話機が折り畳まれた保管位置にあるときの無線電話アンテナ・システムのインピーダンスを示す回路略図である。
【符号の説明】
１００ 無線電話機
１０１ 第１ハウジング部
１０２ ハウジング
１０３ 第２ハウジング部
１０４ 後部本体ハウジング部
１０５ 正面本体ハウンジング部
１０６ キーパッド
１０７ ダイポール・アンテナ
３１５ 無線周波数回路板
３２２ ポップル・スイッチ
４１５ トランシーバ回路

Claims (10)

1. 無線信号源；前記無線信号源が配置された第１ハウジング部；前記第１ハウジング部に移動可能に支持された第１端部を有する第２ハウジング部であって、前記第１および第２ハウジング部が延長位置および折畳み位置に変更できるように構成された第２ハウジング部；前記第１ハウジング部に位置する第１アームおよび前記第２ハウジング部に位置する第２アームを有するダイポール・アンテナであって、前記第１および第２アームの各々のそれぞれの端部が前記無線信号源に接続されて成るダイポール・アンテナ；および前記第１および第２ハウジング部に配置され、前記第１および第２アームのそれぞれの端部に電気的に接続された第１および第２導体であって、前記第１および第２ハウジング部が折り畳まれたときには容量結合され、前記第１および第２ハウジング部が延長されたときには容量結合しない第１および第２導体；によって構成されることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記第１および第２ハウジング部に接続されたヒンジをさらに有し、それによって前記第１および第２ハウジング部が折畳み位置と延長位置との間を移動することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記第１および第２アームの各々が前記無線信号源に接続されたそれぞれの給電点を有し、前記第１および第２導体が前記第１および第２アームのそれぞれの給電点に接続されることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記第１および第２導体がそれぞれ第１および第２プレートであり、前記給電点がヒンジの近くにあることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記第１および第２アームが前記第１および第２ハウジング部で、前記第１および第２ハウジング部が折畳み位置にあるときに相互に平行であり、かつ重なり合うように整合するように配置されることを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
6. 前記第１ハウジング部が多数のキーを含むことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 前記第２ハウジング部が少なくとも一部のキーを被覆するフラップであることを特徴とする請求項６記載の無線通信装置。
8. 前記第１および第２プレートが容量結合することによってダイポール・アンテナに追加されるキャパシタンスを選択するために、前記第１ハウジング部が前記第１および第２プレート間に配置される少なくとも１つの誘電体部材を含むことを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
9. 前記少なくとも１つの誘電体部材が第１誘電体部材および第２誘電体部材を含み、前記第１ハウジング部は前記第１誘電体部材を含み、前記第２ハウジング部は前記第２誘電体部材を含み、前記第１および第２プレートが容量結合することによってダイポール・アンテナに追加されるキャパシタンスを選択するために、前記第１および第２誘電体部材は前記第１および第２プレートの間に配置されることを特徴とする請求項８記載の無線通信装置。
10. 前記無線通信装置はキーをさらに含み、前記第１誘電体部材は前記キーの周囲の正面プレートであり、前記第２誘電体部材は正面フラップ・ハウジング部であることを特徴とする請求項９記載の無線通信装置。

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