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技術 電子装置のためのアンテナ

出願人 モトローラ・インコーポレーテッド
発明者 クレンツ・エリックリロイフィリップス・ジェイムズパトリック
出願日 1994年3月22日 (26年9ヶ月経過) 出願番号 1994-524252
公開日 1995年9月28日 (25年2ヶ月経過) 公開番号 1995-508871
状態 拒絶査定
技術分野 アンテナの支持 送受信機 移動無線通信システム
主要キーワード 物理的容積 ジヨイント 平面導電性 容量部品 可動折 ハウジング要素 携帯用無線機器 ハウジングエレメント
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年9月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

請求項1

アンテナ装置であって、第1のインピーダンス値を有する平衡導電性電磁エネルギ放射または受信部、そして前記平衡導電性電磁エネルギ放射または受信部に結合され、所定の値の誘導性結合を有するトランスフォーマであつて、該トランスフォーマはさらに該トランスフォーマの前記誘導性結合の値の実質的な変動なしに互いに移動可能な少なくとも2つの巻線を有し、かつ前記トランスフォーマは(a)前記第1のインピーダンス値を第2のインピーダンス値に変換するインピーダンス変換部、および(b)前記平衡放射または受信部を不平衡に変換するバラン部を含むもの、を具備するアンテナ装置。

請求項2

さらに、前記少なくとも2つのトランスフォーマ巻線の1つに結合され、前記少なくとも2つのトランスフォーマ巻線の前記1つの自己インダクタンスリアクタンスの大きさに等しい大きさを有する容量リアクタンスを備えた、請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項3

前記導電性電磁エネルギ放射または受信部はさらにほぼ“C”形状の単一平面導電性条片を具備する、請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項4

前記アンテナ装置は所定の波長を有する電磁エネルギを放射または受信するためのものであり、かつ前記放射または受信部はさらに前記所定の波長の半分より所定量短い値に等しい総合電気的長さを有する導電性条片を具備する、請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項5

前記少なくとも2つの巻線の各々はさらに軸を有しかつ前記少なくとも2つの巻線のうちの他のものの前記軸に対し同軸に配置されている単一平面導電性ループを備えた、請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項6

無線機および可動ハウジング要素を含む電子装置であって、第1のインピーダンス値を有する平衡導電性電磁エネルギ放射または受信エレメント回転軸の回りに互いに回転可能な少なくとも2つの部分を有し、該少なくとも2つの部分のうちの1つは前記可動ハウジングに結合されかつ前記少なくとも2つの部分のうちの他のものは前記電子装置に結合されたヒンジ装置、そして前記無線機および前記導電性電磁エネルギ放射または受信エレメントの間に電気的に結合され、前記少なくとも2つのヒンジ部のうちの前記1つに配置された第1の巻線および前記少なくとも2つのヒンジ部のうちの前記他のものに配置された第2の巻線を有し、かつ前記無線機の第2のインピーダンス値を前記第1のインピーダンス値に整合させるためのインピーダンス変換部および前記平衡放射または受信エレメントを不平衡に変換するためのバラン部を含むトランスフォーマ、を具備する無線機および可動ハウジング要素を含む電子装置。

請求項7

さらに、前記少なくとも2つのトランスフォーマ巻線のうちの1つに結合され、前記少なくとも2つのトランスフォーマ巻線のうちの前記1つの自己インダクタンスのリアクタンスの大きさと等しい大きさを有する容量性リアクタンスを備えた、請求項6に記載の電子装置。

請求項8

前記導電性電磁エネルギ放射または受信エレメントはさらにほぼ“C”形状の単一平面導電性条片を具備する、請求項6に記載の電子装置。

請求項9

前記平衡導電性電磁エネルギ放射または受信エレメントは所定の波長で電磁エネルギを放射または受信するためのものであり、かつ前記放射または受信エレメントはさらに前記所定の波長の半分より所定の量だけ短い長さに等しい総合電気的長さを有する導電性条片を具備する、請求項6に記載の電子装置。

請求項10

前記第1の巻線および前記第2の巻線は各々さらに軸を有しかつ他のものの前記軸に対し同軸に配置された単一平面導電性ループを具備し、かつ前記第1の巻線および前記第2の巻線の双方の軸は前記回転軸と同軸に配置されている、請求項6に記載の電子装置。

0000

この発明は一般的にはアンテナおよび無線機器のためのアンテナ結合装置に関し
、かつより特定的には、可動ハウジングエレメントに装着されかつ携帯用無線
受信機に結合されたアンテナ構造に関する。
携帯用無線機器のためのアンテナは効率および信頼性の領域で特定の問題を生じ
る。好ましくは、アンテナは無線機の動作する波長に関係する大きさとすべきで
あり、かつ導電性または吸収性の材料から離れた位置に配置されるべきである。
しかしながら、これらの基準に合致し得る外部に露出したアンテナはアンテナの
寿命を短縮する摩損および酷使にさらされる。
アンテナを携帯用無線電話ハウジングの内部の位置に配置することが可能なこ
とが示されている。例えば、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第5.014
,346号および第5,170,173号を参照。これらの米国特許に開示され
たアンテナはハウジングの折りたたみ要素(flip element)に配置
され、それによってアンテナをハウジングの残りの部分から引き離しかつアン
ナの放射受信エレメントのための保護を実現する。アンテすに対するおよびア
ンテナからの結合はヒンジの関節部またはナックル部(knuckles)に配
置された容量性または誘導性トランスフォーマ)結合によって実現される。回
ジヨイントを介する他の結合技術はちょうつがいになった(hinged)エ
レメントを橋渡しするために柔軟性あるばねワイパ素子または細い同軸ケーブル
を使用する。これらの技術のいずれも問題がある。すなわち、同軸ケーブルはか
ばり機械的なノイズが大きく、かつ疲労障害を生じやすく、一方接触形のコ
ネクタは電気的なノイズが大きくかつ摩損しやすい。ガラスのような媒体を介し
てアンテナへ固定結合することは、セルラ無線電話のアンテナを車輌窓ガラス
に装着するために一般に使用されてきており、結合エレメントの移動に関連する
問題を受けない。そのような固定結合技術の教示は本発明の実施例にとっては限
られた価値しかない。
無線機ハウジングにまたは折りたたみ要素にアンテナを配置することはアンテナ
の形状に妥協を必要とするであろう。これらの妥協に対して補償を行なうために
携帯用無線機においてより多くの物理的容積消費する付加的な回路を必要と
する。したがって、アンテナを無線機に結合する装置において容積およびエレ
ントの数を最小にしながらアンテナを保護用無線機ハウジングエレメント内に含
めることが望ましい。
発明の概要
したがって、これらの問題に対処するため、本発明は第1のインピーダンス値
有しかつトランスフォーマ部分に結合された平衡導電性電磁エネルギ放射または
受信部を有するアンテナを包含する。前記トランスフォーマ部分は所定の値の誘
導性結合を有しかつ誘導性結合の値を実質的に変化させることなく互いに移動可
能な少なくとも2つの巻線を有する。前記トランスフォーマ部分は前記第1のイ
ンピーダンス値を第2のインピーダンス値に整合させかつ前記平衡放射または受
信部を不平衡に変換する。
図1は、本発明を使用することができる携帯用無線送受信機の斜視図である。
図2は、本発明において使用することができるアンテナ側トランスフォーマ巻線
の図である。
図3は、本発明において使用することができる無線機側トランスフォーマ巻線の
図である。
図4は、本発明において使用することができる同調されたトランスフォーマ結合
回路モデルを示す。
図5は、本発明において有用なアンテナを収容できる携帯用無線送受信機の折り
たたみエレメントを示す分解図である。
図6は、本発明において使用することができる折りたたみエレメントおよびヒン
ジ装置を示す断面図である。
好ましい実施例の説明
本発明を好適に利用できる電子装置図1に示されたもののような携帯用セルラ
無線電話100である。そのような携帯用無線電話は、前面に配置されかつ使用
されない場合は可動折りたたみハウジング要素104によって覆うことができる
電話ダイヤルキーバッド102のような、ユーザインタフェース要素を有
する。折りたたみハウジング要素104の内側には、アンテナ放射および/また
は受信エレメント106が損傷を受けない安全な所に配置されている(図1では
切断図で示されている)。そのような場所は無線機の残りの部分からの引き離し
を提供する一方でアンテナエレメントのための物理的保護を可能にする。好まし
い実施例では、折りたたみエレメントまたは折りたたみ要素104は2つのヒン
ジ用ナックル部(hingeknuckles)112を使用し、かつ無線機ハ
ウジングは1つの大きな中央ナックル部114および2個の支持用ナックル部1
16および118を使用する。(無線電話100については単一のアンテナのみ
が示されているが、好ましい実施例のアンテナは他の伝統的なアンテナ構造と共
に使用できることが理解されるべきである。例えば、単一のむち形(wh i 
p−s t y l e)のアンテナが携帯用無線電話の頭部に装着されかつ該
携帯用無線電話のためのアンテナダイバシティを提供するために使用される。2
つのアンテナによる手法の良く知られたスペースダイバシティ性質に加えて、
本発明のアンテナはまた前に述べたむち形アンテナと共に使用された場合に偏波
ダイパシティ(polarization diversity)を提供する。

図1の切断部においてはまた結合装置108が見えており、該結合装置108は
折りたたみ要素104を無線機の残りの部分に機械的に結合するヒンジのナック
ル部における2つの部分に、配置されている。
前記結合装置108は携帯用無線電話のハウジングに取り付けられた中央ナック
ル部114における1つの巻線、または導電性ループ、および前記折りたたみ要
素部分104に取り付けられた1つのヒンジ用ナックル部112における第2の
巻線を有する誘導的に結合されたトランスフォーマ構造を有する。トランスフォ
ーマ結合装置108の巻線201は折りたたみ要素のヒンジ用ナックル部112
内に配置されている。図2を参照すると、巻線201は薄い単一平面の(mon
op l ana r)金属(導電性)ループであって、0.95cmの外径
よび0.15cmの導電体幅を有しかつヒンジの回転軸206に対して対称であ
る。巻線201は平衡巻線でありかつライン203および204を介してダイポ
ルアンテナ106の両方のエレメントに結合されている。図3を参照すると、
ハウジングの中央ナックル部114における他の巻線301は薄い単一平面の金
属(導電性)ループであって0.95cmの外径および0.15cmの導電体幅
を有することが分かる。この巻線301は1.8pfの容量303およびライン
307を介して無線機に結合されておりかつホール305を介して接地されてい
る。したがって、このトランスフォーマ巻線は不平衡の巻線でありかつ巻線20
1の軸206と同軸にかつ巻線201と直接対向して維持される。巻線201お
よび301の自己インダクタンス打ち消すために直列容量が必要であることが
分かったが、それは前記トランスフォーマは理想的なトランスフォーマではない
からである。この容量については後に説明する。
2つの巻線の中心を同じ軸上に配置することにより、かつこの対称軸を前記ヒン
ジ用ナックル部が回転する回転軸と同軸に整列させることにより、電磁エネルギ
の非接触の結合が達成される。前に述べた、ヒンジ装置を通して電磁エネルギを
転送する他の技術は可動接点によりノイズを導入するかあるいはヒンジを橋渡し
するケーブルの機械的な疲労により信頼性の問題を引き起こす。使用された誘導
性結合はこれら各々の問題を回避する。
トランスフォーマ結合の電気回路的表現図4に示されている。分析のため、
この回路図は平衡入力巻線301′および平衡出力巻線201′を示している。
4つの容量(C1〜C4)がトランスフォーマ巻線を同調させるために使用され
ている。1つの個別(lumped)素子の容量が使用されることが本発明の特
徴である。アンテナ側の巻線の2つの容量CおよびC4は、好ましい実施例では
、アンテナの各々のアームをその公称の4分の1波長からいくらか短い長さに短
縮して必要な容量リアクタンスを提供することによって除去している。−例とし
て、アンテナの各々のエレメントは1.5cmだけ短縮される。
無線機側の巻線301′の2つの容量CおよびC2は、好ましい実施例の実現の
際には、(適切な等価直列容量リアクタンスを有する)1つの容量で置き換え
れる。無線機401の入力/出力は不平衡回路であるから不平衡巻線に対するこ
の単一の容量は無線機401に結合するのに充分適している。好ましい実施例で
は、この単一の容量は、チップ容量のような、容量部品、あるいは巻線301が
設けられた基板上に印刷された平衡プレートとして実施できる。したがって、前
記トランスフォーマ結合108はバラン(balun)の機能を達成することが
でき、すなわち平衡アンテナに結合するトランスフォーマ巻線201は平衡して
おりかつ無線機に結合するトランスフォーマ巻線301は不平衡となっている。
好ましい実施例のアンテナ106は、図5に示されるように、′C”形状の平衡
ダイポールである。アンテナエレメント501および503の各々は折りたたみ
ハウジング要素104の機械的な寸法内に適合しておりかつ木質的に対象である
。好ましい実施例では、無線機の動作帯域は865MHzから895MHzの周
波数範囲に広がっており(かつ、自由空間で34cmの公称波長、を有し)、ア
ンテナは図5に示される寸法を有しかつ各エレメントは0.0036cmの厚さ
の銅(copper)層からなる。前に述べたように、各々のグイボルアー
のこれらの寸法はこの周波数帯域において4分の1波長より1.5cmだけ短縮
されている。各々のアームのこの短縮によってアンテナインピーダンスの一部と
しての容量性リアクタンスが生成される。好ましい実施例では、この1.5cm
の短縮によって1.8pfに等価な容量性リアクタンスが生成され、このリア
タンスは大きさがアンテナ側のトランスフォーマ巻線の自己誘導性リアクタンス
の大きさと等しいリアクタンスである。導電性エレメント501および503は
グラスファイバーおよびテフロンプラスチックまたは他の誘電材料からなる薄
い基板505上に配置されている。
このいくらかひずんだダイポールアンテナはほぼ15オームの低減された放射抵
抗を有する。最適のエネルギ転送のために、アンテナインピーダンスを無線機の
典型的な50オームに整合させるためにインピーダンス変換が必要である。前記
トランスフォーマ結合108はまたはこのインピーダンス変換を達成するのに適
している。巻線をさらに離して配置しかつより高いQによる低減されたトランス
フォーマ帯域幅を生じるよりはむしろ、同調された結合回路の特性が、各々の巻
線の自己インダクタンスをほぼ18nHyに低減しかつ同時に結合対の相互イン
ダクタンスをほぼ5nHyに低減することにより、15オームから50オームの
トランスフォーマへと修正されている。各々の巻線のこのような修正は帯域幅を
保つが必要な容量の値を上に述べた1、8pfの値に増大する。
前記巻線の間の間隔は携帯用ハウジングのナックル部の材料および折りたたみ要
素のナックル部の材料によってほぼ0.18cmに維持される。無線機ハウジン
グのヒンジおよび折りたたみ要素104の断面を示す図6を参照されたい。無線
機側の巻線301およびアンテナ側の巻線201は、好ましい本実施例では、そ
れらのそれぞれのナックル部のプラスチック材料上に配置されいる。2つのナッ
クル部の間隔はばね601によって最小に維持され該ばね601はヒンジの無線
機ハウジング側に装着されかつばねの圧力が前記巻線を有する2つのナックル部
の面を一緒押圧するように配置された移動止めデテント: de t en
t)603を含む。
したがって、上記アンテナおよびトランスフォーマカプラは携帯用無線電話の折
りたたみ要素内に信頼性あるかつ効率的な電磁放射器を生成可能にする。該トラ
スフォーマカプラは非接触でまたは同軸ケーブルを通すことなく折りたたみ要
素のヒンジを通して電磁エネルギを転送しかつ単一平面アンテナを無線機に結合
する。前記トランスフォ−マカプラはアンテナの低いインピーダンスを無線機の
インピーダンスに整合させ、かつ平衡アンテナと不平衡無線機との間のバラン回
路となる。
FIG、”1

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