小型のマルチモードアンテナ及びそれを用いた高周波モジュール
安価かつ小型のマルチメディア無線端末に用いる、複数の周波数で一個の給電点を共用することができる小型のマルチモードアンテナを提供し、同アンテナを用いた高周波モジュールを提供するために、アンテナを、放射導体１の一端を複数の周波数で共通の単一の給電点４とし、該一端に第一の１ポート共振回路２を接続し、放射導体１の他端に第二の１ポート共振回路３を接続する構造にする。給電点４から自由空間を見込んだアドミッタンスのコンダクタンス成分を高周波回路の特性アドミッタンス５と等しくし、上記アドミッタンスのサセプタンス成分を、給電点４に接続した共振回路２により複数の周波数で相殺する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、マルチメディアサービスをユーザに提供する無線端末のアンテナ及び該アンテナを含む高周波モジュールに関し、特に複数のサービスを異なる周波数の電磁波を媒体とする情報伝送により行なうためのマルチメディア無線端末を対象とし、該端末に適用されるマルチモードアンテナ及び該アンテナを含むマルチモード対応高周波モジュールに係わる。
【背景技術】
近年、種々の情報伝達、情報提供に関するサービスを無線を利用して提供するマルチメディアサービスが盛んになりつつあり、多数の無線端末が開発され実用に供されている。これらサービスは、電話、テレビ、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等年々多様化しており、全てのサービスをユーザが享受するためには、個々のサービスに対応する無線端末を所持することになる。
このようなサービスを享受するユーザの利便性向上に向けて、マルチメディアサービスを、いつでもどこでもメディアの存在を意識させずに、即ちユビキタスにユーザに提供しようとする動きが始まっており、一つの端末で複数の情報伝達サービスを実現する、いわゆるマルチモード端末が部分的ながら実現している。
通常の無線によるユビキタスな情報伝送のサービスは電磁波を媒体とするので、同一のサービスエリアにおいては、一種類のサービスにつき一つの周波数を使用することにより、複数のサービスがユーザに提供される。従って、マルチメディア端末は、複数の周波数の電磁波を送受信する機能を有することとなる。
従来のマルチメディア端末においては、例えば、一つの周波数に対応するシングルモードのアンテナを複数個用意し、それらを一つの無線端末に搭載する方法が採用される。この方法では、それぞれのシングルモードアンテナを独立に動作させるために波長程度の距離を離してこれらを搭載する必要があり、通常のユビキタスな情報伝送に関するサービスに用いられる電磁波の周波数が自由空間伝播特性の制限により数百ＭＨｚから数ＧＨｚに限定されるため、アンテナを隔てる距離が数十ｃｍから数ｍとなり、従って、端末寸法が大きくなりユーザの持ち運びに関する利便性が満足されない。また、異なる周波数に感度を有するアンテナを距離を隔てて配置するため、アンテナに結合する高周波回路も該周波数毎に分離・設置する必要がある。
そのため、半導体の集積回路技術を適用することが困難となり、端末寸法が増大するのみならず高周波回路のコスト高を招く問題がある。強いて集積回路技術を適用して回路全体を集積化しても高周波回路から個々の距離が離れたアンテナまで高周波ケーブルで結合する必要が生じる。ところで、ユーザが携帯可能な寸法の端末に適用可能な高周波ケーブルの軸径は、１ミリ内外の径を持つ。そのため、現状では同高周波ケーブルの伝送損失は、数ｄＢ／ｍに達する。このような高周波ケーブルの使用により、高周波回路が消費する電力が増加し、ユビキタス情報サービスを提供する端末の使用時間の著しい低下、或いは電池体積の増大による端末重量の著しい増加を引き起こし、端末を使用するユーザの利便性を著しく損なう問題がある。
上記とは別に、ループアンテナ或いは空中線部材の一端を一つの周波数を取り扱う送信機に結合し、他端を異なる周波数を扱う受信機に結合する２周波共用アンテナの開示がある（例えば、特開昭６１−２９５９０５号公報及び特開平１−１５８８０５号公報参照）。
特開昭６１−２９５９０５号公報に記載の２周波共用アンテナでは、放射導体であるループアンテナの両端に接続された第一及び第二の共振回路がループアンテナと共に、一方の端子では送信周波数において共振し、更に他方の端子では受信周波数において共振するようにし、一方の端子に送信機を他方の端子に受信機をそれぞれ接続する構成を採っている。
一方、特開平１−１５８８０５号公報に記載の２周波共用アンテナにおいては、放射導体である空中線部材の一方の端子と送信出力端子との間に接続された送信周波数に共振する第一の共振回路が、受信周波数に対しては高インピーダンスを呈して空中線部材を送信出力端子から切り離し、空中線素材の他方の端子と受信入力端子との間に接続された受信周波数に共振する第二の共振回路が、送信周波数に対しては高インピーダンスを呈して空中線部材を受信入力端子から切り離す構成を採っている。
このような２周波共用アンテナを用いる無線端末においても、異なる周波数を扱う、離れた位置の入出力端子（給電点）のそれぞれに送信機及び受信機を用意する必要があるため、両者の集積化が困難となり、無線端末の小型化が阻害される。
【発明の開示】
マルチメディア無線端末のキーデバイスの一つは、複数の周波数の電磁波に対して感度を有するマルチモードアンテナである。マルチモードアンテナは、単一の構造で複数の周波数の電磁波に対して自由空間の特性インピーダンスと無線端末の高周波回路の特性インピーダンスとの間の優れた整合特性を実現するものである。
そのようなマルチモードアンテナにおいて、異なる周波数の電磁波に対する給電点（入出力端子）を同一にすることができれば、複数の周波数を扱う高周波回路が一個の給電点を共用することができるようになるので、半導体の集積回路技術の適用が可能になり、従って高周波回路部の小型化が実現可能となり、複数周波数に対応する小型・低価格高周波モジュールを実現することができる。
本発明の目的は、安価且つ小型のマルチメディア無線端末を具現するための、複数の周波数で一個の給電点を共用することができる小型のマルチモードアンテナを提供することにあり、同マルチモードアンテナを用いた小型の高周波モジュールを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のマルチモードアンテナは、該アンテナが動作すべき複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート（２端子）共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した複数の周波数で共通の単一の給電点とを有する構造を採る。
そのような構造のマルチモードアンテナでは、異なる複数の周波数に対して給電点（入出力端子）が同一であるため複数の周波数を扱う複数の高周波回路が集積化可能となって該複数の高周波回路の小型・低価格化が実現されると共に、アンテナ自体も一個の給電点しか有さないために小型化が可能となる。従来技術のアンテナでは、複数の入出力端子（給電点）を電気的に独立に動作させるために同端子間に有限の空間が必要となり、そのような空間の用意がアンテナ自身の小型化の大きな障害となっていた。
本発明において複数の周波数に対して給電点を同一にすることができた理由は、従来技術とは異なる共振回路の設計技術を新たに発明したことによる。本発明のマルチモードアンテナを構成する共振回路は、或る周波数で開放或いは短絡になって放射導体の一部を電気的に他部から切り離すような従来技術で採用の動作はせず、放射導体と同放射導体に接続される複数の共振回路が一体となって動作する。その結果、全体として、マルチモードアンテナの１個の給電点が、複数の周波数で高周波回路のインピーダンスと整合するインピーダンスを呈し、自由空間の特性インピーダンスと高周波回路の特性インピーダンスの間の整合が実現する。
本発明による共振回路の設計は、放射導体を抵抗成分を有する容量成分とインダクタンス成分の分布型共振回路と見たてて行なわれる。本発明の設計法によれば、例えば第１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ図の構造において、同図に示されている共振回路の素子値及び放射導体寸法の基で、１ＧＨｚ／２ＧＨｚの２モード動作に関して定在波比２以下の良好なインピーダンス整合（ＶＳＷＲ＜２）がそれぞれの周波数帯域での３％／５．５％の帯域幅で確保される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係るマルチモードアンテナの一実施例を説明するための構成図であり、第２図は、マルチモードアンテナの共振回路の特性を説明するためのスミス図であり、第３図は、マルチモードアンテナの共振回路のリアクタンス関数を説明するための曲線図であり、第４図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第５図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第６図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第７図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第８図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第９図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図は、本発明のマルチモードアンテナに用いる共振回路を説明するための回路図であり、第１１Ａ図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１１Ｂ，１１Ｃ図は、第１１Ａ図に示した実施例に用いる共振回路を説明するための回路図であり、第１２Ａ図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１２Ｂ，１２Ｃ図は、第１２Ａ図に示した実施例に用いる共振回路を説明するための回路図であり、第１３図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１４図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１５図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１６図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第１７図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第１８図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第１９図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第２０図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第２１図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第２２Ａ図は、本発明の高周波モジュールの一実施例を説明するための上面図であり、第２２Ｂ図は、第２２Ａ図に示した高周波モジュールの底面図であり、第２３Ａ図は、本発明の高周波モジュールの他の実施例を説明するための上面図であり、第２３Ｂ図は、第２３Ａ図に示した高周波モジュールの底面図であり、第２４Ａ図は、本発明の高周波モジュールの他の実施例を説明するための上面図であり、第２４Ｂ図は、第２４Ａ図に示した高周波モジュールの底面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係るマルチモードアンテナ及びそれを用いた高周波モジュールを図面に示した幾つかの実施例を参照して更に詳細に説明する。なお、各図面において、同一機能を有するものには同一記号を付け、その繰り返しの説明を省略することとする。
本発明の一実施例を第１図、第２図及び第３図を用いて説明する。第１図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す構成図であり、第２図及び第３図は第１図の共振回路の特性を説明するそれぞれスミス図及びリアクタンス関数の特性図である。
第１図では、複数の周波数の電磁波を放射する放射導体１の一端と接地電位点の間に第一の１ポート共振回路２が接続され、放射導体１の他の一端と接地電位点との間に第二の１ポート共振回路３が接続され、放射導体１と第一の１ポート共振回路２との結合点を複数の周波数で共通の単一の給電点４とするアンテナ構造であり、給電点４には、特性インピーダンス５と電圧源６の直列等価回路で表される高周波回路が結合する。
共振回路２，３は、等価回路としてリアクタンス素子を用いて表現される。即ち、等価回路は、Ｃ（容量）素子、Ｌ（インダクタンス）素子からなる共振回路によって構成される。その例を第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図に示す。後で述べるが、第１０Ａ１，１０Ａ２図のいずれかの回路を採用することにより、二つの周波数に対応する２モードアンテナを実現することができ、第１０Ｂ１，１０Ｂ２図のいずれかの回路を採用することにより、四つの周波数に対応する４モードアンテナを実現することができる。また、第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図の回路例は、対応する周波数の数に対して等価回路で表される最少素子数の共振回路である。
給電点４において、放射導体１と第二の共振回路３は、複数の周波数で、高周波回路の特性インピーダンス５と等価な特性アドミッタンスと概略同一の実部の値と特定の虚部の値を持つアドミッタンスを呈し、第一の共振回路２は該特定の虚部の値と概略同一の絶対値を有し符号が逆の値を持つサセプタンス値を有するように設定される。該サセプタンス値を有するアドミッタンスは、第一の共振回路２が給電点４で高周波回路に対して並列に接続されるので、第２図のＡ又はＢの点の近傍に設定される。
点Ａ，Ｂが存在する図中の円は、スミス図が高周波回路の特性インピーダンス５で規格化された場合、該特性インピーダンスと等価な純抵抗成分で表される特性アドミッタンスの軌跡となる。
従って、点Ａ，Ｂが該特性アドミッタンスの軌跡上にある場合、高周波回路と本発明からなるマルチモードアンテナは、良好な整合を実現することができることになる。別の視点で見れば、高周波回路と本発明からなるマルチモードアンテナが良好な整合状態を実現するためには、該サセプタンス値を有するアドミッタンスは該特性アドミッタンスの軌跡の近傍に存在する必要があることになる。
本実施例のアンテナを複数の搬送波に対応するマルチモードアンテナとして動作させるためには、各搬送波の周波数に対して給電点４から放射導体１側を見たアドミッタンスが第２図のＡ又はＢの近傍に存在する必要があるが、各搬送波の周波数に対応して該周波数が増加する方向に交互にＡ，Ｂ又はＢ，Ａの近傍に存在することが望ましい。ここで点Ａは、特性アドミッタンスの軌跡においてサセプタンス値が正である領域の点、点Ｂは同じく負である領域の点を代表している。その理由を第３図を用いて説明する。
第一の共振回路２の等価回路表現におけるＣ（容量）、Ｌ（インダクタンス）素子の配置により該第一の共振回路のサセプタンスの周波数特性は、ＦとＧｉ、ＦとＧｉとＨ、ＧｉとＨ、Ｇｉのみ（ｉ＝１，２，…）のいずれかの形をとる。第一の共振回路２のサセプタンス値（ｊＢ）の周波数特性は、第３図に示す通り周波数軸に沿って右肩上がりの単調増加関数となる。このことは、リアクタンス関数或いはサセプタンス関数とフルビッツ多項式の関係から既に証明されている。
第３図から分かるように、サセプタンス関数は、周波数の増加と共に極と零点或いは零点と極を交互に繰り返す。この極と零点の個数は、共振回路を等価回路表現した場合のＣとＬ素子数と一対一の対応があり、ＬＣの一つのペアで一つの極或いは一つの零点を生成する。即ち、第１０Ａ１図の回路で一つの極が生成され、第１０Ａ２図の回路で一つの零点が生成される。そして、第１０Ａ１，１０Ａ２図の回路で一回の繰り返しが行なわれ、二つの周波数への対応が可能になる。また、第１０Ｂ１，１０Ｂ２図の回路では三回の繰り返しが行なわれ、二つの周波数への対応が可能になる。
このように、本実施例のアンテナがマルチモードアンテナとして対応すべき複数の搬送波の周波数について、給電点４から放射導体１側を見たアドミッタンスが点Ａと点Ｂの位置を交互に繰り返すような値をとれば、これら点Ａ，点Ｂにおける該アドミッタンスのサセプタンス成分を打ち消す第一の共振回路２を最少の素子数を有する等価回路表現で構成することができる。この場合、第一の共振回路２を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、上記複数の周波数の数と同じになる。このようにして、該第一の共振回路の小型化、低損失化が図られ、従ってアンテナの小型化が図られると共に、第３図から明らかなように、隣り合う周波数を有する搬送波において不要な極に関する急峻なインピーダンス変化を回避することができるのでアンテナ全体としての広帯域化の効果も生じる。
このため本発明は、複数の周波数において、単一の給電部４で、高周波回路部と自由空間の良好なインピーダンス整合が実現され、本発明のアンテナに飛来する複数の周波数の電磁波のエネルギーを効率良く高周波回路に伝達することができるので、異なる周波数の搬送波を用いる無線の複数の情報伝送サービスをユーザに提供するマルチメディア無線端末に好適なマルチモードアンテナを実現する効果がある。
本発明の他の実施例を第４図、第２図及び第３図を用いて説明する。第４図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第１図の実施例と異なる点は、第一の１ポート共振回路２の放射導体１と結合していない一端が接地電位点と接続することなく直接給電点４となる構成であることである。なお、本実施例においても、共振回路２，３に例えば第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図に示す回路が用いられる。
第一の１ポート共振回路２の放射導体１との結合点１４０において複数の周波数で、放射導体１と第二の共振回路３は、高周波回路部の特性インピーダンス５と概略同一の実部の値と特定の虚部の値を持つインピーダンスを呈し、第一の共振回路２は、該特定の虚部の値と概略同一の絶対値を有し符号が逆の値を持つリアクタンス値を有する。
該リアクタンス値を有するインピーダンスは、第一の共振回路２が給電点４で高周波回路に対して直列に接続されるので第２図のａ又はｂの点の近傍であるように設定される。点ａ，ｂが存在する図中の円は、スミス図が高周波回路の特性インピーダンスで規格化された場合、該特性インピーダンスと等価な純抵抗成分で表される特性インピーダンスの軌跡となる。
従って、点ａ，ｂが該特性インピーダンスの軌跡上にある場合は、高周波回路と本発明からなるマルチモードアンテナは、良好な整合が達成可能となる。別の視点で見れば、高周波回路部と本発明からなるマルチモードアンテナが良好な整合状態を実現するためには、該リアクタンス値を有するインピーダンスは、該特性インピーダンスの軌跡の近傍に存在する必要があることになる。
本実施例のアンテナを複数の搬送波に対応するマルチモードアンテナとして動作させるためには、各搬送波の周波数に対して第一の１ポート共振回路２の放射導体１との結合点１４０から放射導体１側を見たインピーダンスが第２図のａ或いはｂの近傍に存在する必要があるが、各搬送波の周波数に対応して該周波数が増加する方向に交互にａ，ｂ或いはａ，ｂの近傍に存在することが望ましい。ここで点ａは、特性インピーダンスの軌跡においてリアクタンス値が正である領域の点、点ｂは同じく負である領域の点を代表している。その理由及びその効果は、第１図の実施例の場合と同様である。そして、第一の共振回路２を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、上記複数の周波数の数と同じになる。
本実施例の効果は、第１図の実施例と同様であるが、更に、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値が大きい場合、第一の共振回路２をより少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現することができる効果を有する。
本発明の他の実施例を第５図を用いて説明する。第５図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第２図の実施例と異なる点は、結合点１４０と接地電位点との間に第三の１ポート共振回路７が挿入されていることである。
本実施例においては、第二の共振回路３を例えば第１０Ｂ１，１０Ｂ２図の等価回路構成で実現し、第一の共振回路２、第三の共振回路７を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。なお、結合点１４０に接続される第一の１ポート共振回路２及び第三の１ポート共振回路７を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、対応すべき複数の周波数の数と同じになる。
本実施例の効果は、第１図の実施例と同様であるが、更に、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値が上記複数の周波数において大、小と変化する場合、第三の共振回路７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現することができる効果を有する。
本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。第６図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第二の１ポート共振回路３が放射導体１の端部以外の一点と接地電位点との間に形成されることである。なお、本実施例においても、第二の共振回路３を例えば第１０Ｂ１，１０Ｂ２図の等価回路構成で実現し、第一の共振回路２、第三の共振回路７を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例の効果は、第５図の実施例と同様であるが、更に、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現できる効果を有する。
本発明の他の実施例を第７図を用いて説明する。第７図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第四の１ポート共振回路８が放射導体１のある一点と他の一点の間に形成されることである。本実施例においては、第一〜第四の共振回路２，３，７，８を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例の効果は、第５図の実施例と同様であるが、第６図の実施例と同じく、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現できる効果を有する。
本発明の他の実施例を第８図を用いて説明する。第８図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第四の１ポート共振回路８が放射導体１のある一点と接地電位の間に形成されることである。なお、本実施例においても、第一〜第四の共振回路２，３，７，８を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例の効果は第７図の実施例と同様であるが、放射導体１の物理的寸法が小さく第四の共振回路８を結合すべき２点を該放射導体上に形成するのが困難な場合でも、第７図の実施例と同じく、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現できる効果を有する。
本発明の他の実施例を第９図を用いて説明する。第９図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第二の１ポート共振回路３の放射導体１と結合しない一端を接地電位点から切り離し、該一端に第二の放射導体９の一端が結合し、第二の放射導体９の他の一端と接地電位点の間に第四の１ポート共振回路８が結合されることである。本実施例においては、第一〜第四の共振回路２，３，７，８を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例によれば、本発明からなるアンテナを構成するための放射導体を単一の連続構造体として形成することが困難な空間的制限が課されている場合でも、第７図の実施例と同じく、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現することができる効果を有する。本実施例では、放射導体が２つの連続体に分割された例を示したが、分割数は２である必要は無く、３以上の連続体へ分割することが可能であり、そのような分割においても、本図、第７図及び第８図の実施例からの類推により、同様の効果を有する構成を容易に実現可能である。
本発明の他の実施例を第１１Ａ〜１１Ｃ図を用いて説明する。第１１Ａ図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの一設計例を示す図であり、第１図の実施例の構成を例に採った設計となっている。放射導体１は、幅１ｍｍの帯状導体を折り曲げて形成され、地盤１１上に幅１ｍｍ長さ１５ｍｍの板状矩形部が地盤１１から距離３ｍｍ離れて配置される。そして、該板状矩形部の両端は、地盤１１に向かって直角に折り曲げられ、地盤と電気的に接触しないように概略３ｍｍの長さだけ幅１ｍｍを保って延長されている。
両端を折り曲げられた帯状の放射導体１の一端と地盤の間には第一の１ポート共振回路２が形成され、該放射導体１の他の一端と地盤の間には第二の１ポート共振回路３が形成され、該放射導体１と第一の共振回路２の結合点が給電点４として、特性インピーダンス５と電圧源６で等価回路表現される高周波回路部と結合している。
本構造において、第一の共振回路２を第１１Ｂ図に示したサセスプタンスｊＢｓ（Ｃｓ＝２１．５ｐＦ，Ｌｓ＝０．１６９ｎＨ）を呈する等価回路にて構成し、第二の共振回路３を第１１Ｃ図に示したリアクタンスｊＸ（Ｃｏ＝０．０８２７ｐＦ，Ｌｏ＝２４．６０ｎＨ）を呈する等価回路にて構成することにより、搬送波周波数１ＧＨｚと同２ＧＨｚにおいて定在波比（ＶＳＷＲ）＜２となる帯域幅をそれぞれ３％と５％にすることができ、２モードアンテナを実現することができた。
本発明の他の実施例を第１２Ａ〜１２Ｃ図を用いて説明する。第１２図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの一設計例を示す図であり、第１１図の実施例と同様な放射導体構造及び共振回路との結合構成を例に取った設計となっている。本構造において、第一の共振回路２を第１２Ｂ図に示したサセスプタンスｊＢｓ（Ｃｓ＝３２．１ｐＦ，Ｌｓ＝０．５９３ｎＨ）を呈する等価回路にて構成し、第二の共振回路３を第１２Ｃ図に示したリアクタンスｊＸ（Ｃｏ＝０．０８８５ｐＦ，Ｌｏ＝２４．０６ｎＨ）を呈する等価回路にて構成することにより、搬送波周波数１ＧＨｚと同２ＧＨｚにおいて定在波比（ＶＳＷＲ）＜２となる帯域幅をそれぞれ０．７％と１０％にすることができ、上記二つの搬送波周波数においてアンテナが対応すべき帯域幅が大きく異なるような２モードアンテナを実現することができた。
本発明の他の実施例を第１３図を用いて説明する。第１３図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、これまでに説明した実施例と異なる点は、放射導体１が接地電位を構成上含んでいることである。本実施例では、図面の簡潔さを優先して特性インピーダンス５と電圧源６の直列接続を一つの励振源１２で表す。
本実施例では板状の放射導体１が接地電位を含んでいるので、第一の１ポート共振回路２の一端は、給電点４で励振源１２の一端と結合し、第一の共振回路２と励振源１２の直列接続の両端が放射導体１の第一のギャップ１３において放射導体１と電気的に接続し、更に第二の１ポート共振回路３の両端が放射導体１の第二のギャップ１４において放射導体１と電気的に接続している。
本実施例の構成における等価回路は第４図の実施例と等価であり、本実施例は、第４図の実施例と同様の効果を提供することができる。また、本実施例の構造では、アンテナ自身が接地電位を包含しているので、本アンテナを高周波回路の接地電位を提供する回路基板と独立に動作させることが可能となり、同回路基板の影響を考慮しない容易なアンテナ設計を可能とする効果を有すると共に、放射導体と高周波回路を離れて接地せざるを得ない仕様に対応するアンテナを実現する効果がある。
本発明の他の一実施例を第１４図を用いて説明する。第１４図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第１３図の実施例と異なる点は、放射導体１が第三のギャップ１５を有し、第三のギャップ１５において第三の１ポート共振回路７が該放射導体１と電気的に接続することである。
本実施例の構成における等価回路は第５図或いは第６図の実施例と等価であり、第５図或いは第６図の実施例と同様の効果を本実施例は提供することができる。また、本実施例の構造では、第１３図の実施例の場合と同様に、同回路基板の影響を考慮しない容易なアンテナ設計を可能とする効果を有すると共に、放射導体と高周波回路部が離れて接地せざるを得ない仕様に対応するアンテナを実現する効果がある。
本発明の他の実施例を第１５図を用いて説明する。第１５図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第１４図の実施例と異なる点は、第一のギャップ１３が放射導体１に形成されるスリット１６と一体となっていることである。
本実施例によれば、励振源１２近傍の電流状態をスリット１６を用いて放射導体１の形状で制御することができるので、第一の共振回路２と励振源１２の直列接続回路の両端の周波数変化に対するインピーダンス変化を小さくすることができ、結果として異なる複数の搬送波周波数における帯域幅の拡大が可能となる。本実施例では、スリット１６は周囲を導体で囲まれた閉領域とはなっていないが、周囲が全て囲まれた所謂スロット形状においても同様の効果が可能なことは容易に類推可能である。
本発明の他の実施例を第１６図を用いて説明する。第１６図は、本発明からなる、積層基板を用いて形成した小型のマルチモードアンテナの構造とその製造法との関係を示す図であり、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
これらの構造を形成するために、積層基板プロセスによって、最上層２１の最上層パタン、最上層２１を上面に持つ誘電体からなる上部誘電体基板２８、上部誘電体基板２８の下面における中間層２５の中間層パタン、中間層２５に接する下部誘電体基板２７、及び誘電体からなる下部誘電体基板２７の底面における最下層２６の最下層パタンが形成される。なお、中間層２５は、下部誘電体基板２７の上面に形成されるようにしてもよい。
最上層２１の最上層パタンである放射導体上層パタン３１が上部誘電体基板２８の上面に厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の上部誘電体基板２８の部分に放射導体左側面パタン３２が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、右側面２３の上部誘電体基板２８の部分に放射導体右側面パタン３３が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、上部誘電体基板２８の下面（或いは下部誘電体基板２７の上面）における中間層２５に中間層パタンである第一のスパイラル状導体パタン４１及び第二のスパイラル導体パタン４２が薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の下部誘電体基板２７の部分に給電導体パタン３４が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、下部誘電体基板２７の底面における最下層２６に最下層パタンである第一の帯状接地導体パタン５１及び第二の帯状接地導体パタン５２が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷される。
上記のように各パタンが印刷されてから、上部誘電体基板２８の下面と下部誘電体基板２７の上面とが接着され、積層構造が完成する。接着に際しては、例えば、基板２８の下面又は基板２７の上面に接着用の層を設けておき、両基板を重ねてから熱及び圧力を掛けて接着する方法が採用される。
積層構造では、次のような電気的接合が形成される。放射導体上層パタン３１と放射導体左側面パタン３２と放射導体右側面パタン３３が電気的に接合され、放射導体左側面パタン３２と第一のスパイラル状導体パタン４１が電気的に接合され、放射導体右側面パタン３３と第二のスパイラル状導体パタン４２が電気的に接合され、給電導体パタン３４と放射導体左側面パタン３２が電気的に接合され、第一のスパイラル状導体パタン４１と第一の帯状接地導体パタン５１が下部誘電体基板２７の内部に形成される第一のスルーホール４３を介して電気的に接合され、第二のスパイラル状導体パタン４２と第二の帯状接地導体パタン５２が下部誘電体基板２７の内部に形成される第二のスルーホール４４を介して電気的に接合される。
本実施例の構造においては、上部誘電体基板２８の誘電率と下部誘電体基板２７の誘電率は同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、放射導体パタン３１とスパイラル状導体パタン４１，４２の結合を少なくして該放射導体パタン３１，３２，３３から自由空間への電磁波の放射効率を増加させるため、上部誘電体基板２８の誘電率を下部誘電体基板２７の誘電率よりも低くすることが好ましい。
更に、本実施例では、上部誘電体基板２８及び下部誘電体基板２７をそれぞれ磁性体からなる上部磁性体基板及び下部磁性体基板に代えることが可能である。その場合、上部磁性体基板の透磁率と下部磁性体基板の透磁率は同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、上部磁性体基板の透磁率を下部磁性体基板の透磁率よりも低くすることが好ましい。
本実施例の構造では、スパイラル状導体４１，４２とスルーホール４３，４４によって等価回路表現において共振回路となる構造を実現することができるので、給電導体３４の一部を給電点とし、更に第一及び第二の帯状接地導体５１，５２を高周波回路の接地電位と結合することにより、第１図の実施例の構成を具現化することができる。
従って、本実施例により、積層基板プロセスを用いて本発明からなるマルチモードアンテナを製造することができるので、該マルチモードアンテナの小型化及び量産効果による低コスト化が達成される。
本発明の他の実施例を第１７図を用いて説明する。第１７図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の第一中間層２５ａ、層間の第二中間層２５ｂ、底面の最下層２６、及び背面３０で構成されている。
これらの構造を形成するために、積層基板プロセスによって、最上層２１の最上層パタン、最上層２１を上面に持つ上部誘電体基板２８、上部誘電体基板２８の下面における第一中間層２５ａの第一中間層パタン、第一中間層２５ａに接する中間部誘電体基板２９、中間部誘電体基板２９の下面における第二中間層２５ｂの第二中間層パタン、第二中間層２５ｂに接する下部誘電体基板２７、及び下部誘電体基板２７の底面における最下層２６の最下層パタンが形成される。なお、第一中間層２５ａは中間部誘電体基板２９の上面に、第二中間層２５ｂは下部誘電体基板２７の上面に形成されるようにしてもよい。
最上層２１の最上層パタンである放射導体上層パタン３１が上部誘電体基板２８の上面に厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の上部誘電体基板２８及び中間部誘電体基板２９部分に放射導体左側面パタン３２が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、右側面２３の上部誘電体基板２８及び中間部誘電体基板２９の部分に放射導体右側面パタン３３が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、上部誘電体基板２８の下面（或いは中間部誘電体基板２９の上面）における第一中間層２５ａに第一中間層パタンである遮蔽導体上面パタン５３が薄膜プロセスにて印刷され、中間部誘電体基板２９の下面（或いは下部誘電体基板２７の上面）における第二中間層２５ｂに第二中間層パタンである第一のスパイラル状導体パタン４１及び第二のスパイラル導体パタン４２が薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の下部誘電体基板２７に給電導体パタン３４が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、下部誘電体基板２７の底面における最下層２６に最下層パタンである遮蔽導体底面パタン５６が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、正面２４の中間部誘電体基板２９及び下部誘電体基板２７の部分に遮蔽導体正面パタン５４が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、背面３０の中間部誘電体基板２９及び下部誘電体基板２７の部分に遮蔽導体背面パタン５５が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷される。
上記のように各パタンが印刷されてから、上部誘電体基板２８の下面と中間部誘電体基板２９の上面、及び中間部誘電体基板２９の下面と下部誘電体基板２７の上面とが接着され、積層構造が完成する。接着に際しては、例えば、基板２８の下面又は基板２９の上面、及び基板２９の下面又は基板２７の上面に接着用の層を設けておき、両基板を重ねてから熱及び圧力を掛けて接着する方法が採用される。
積層構造では、次のような電気的接合が形成される。放射導体上層パタン３１と放射導体左側面パタン３２と放射導体右側面パタン３３が電気的に接合され、放射導体左側面パタン３２と第一のスパイラル状導体パタン４１が電気的に接合され、放射導体右側面パタン３３と第二のスパイラル状導体パタン４２が電気的に接合され、給電導体パタン３４と放射導体左側面パタン３２が電気的に接合され、第一のスパイラル状導体パタン４１と遮蔽導体底面パタン５６が下部誘電体基板２７の内部に形成される第一のスルーホール４３を介して電気的に接合され、第二のスパイラル状導体パタン４２と遮蔽導体底面パタン５６が下部誘電体基板２７の内部に形成される第二のスルーホール４４を介して電気的に接合され、遮蔽導体正面パタン５４が遮蔽導体上面パタン５３及び遮蔽導体底面パタン５６と電気的に接合され、遮蔽導体背面パタン５５が遮蔽導体上面パタン５３及び遮蔽導体底面パタン５６と電気的に接合される。
本実施例の構造においても、上部誘電体基板２８、下部誘電体基板２７及び中間部誘電体基板２９のそれぞれの誘電率は互いに同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、誘電率は、上方にある誘電体基板ほど低くすることが好ましい。
更に、本実施例では、上部誘電体基板２８、下部誘電体基板２７及び中間部誘電体基板２９をそれぞれ磁性体からなる上部磁性体基板、下部磁性体基板及び中間部磁性体基板に代えることが可能である。その場合、各磁性体基板の透磁率は互いに同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、透磁率は、上方にある磁性体基板ほど低くすることが好ましい。
本実施例の構造では第１６図の実施例と同様に、第１図の実施例の構成を具現化することができ、積層基板製造法（積層基板プロセス）を用いて本発明からなるマルチモードアンテナを製造することができるので、該マルチモードアンテナの小型化及び量産効果による低コスト化が達成できる。また、本実施例では、第１６図の実施例と比べて、放射導体と共振回路との電磁結合が著しく抑制されるので、同共振回路の設計が容易となる効果が生じる。
本発明の他の実施例を第１８図を用いて説明する。第１８図は本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第１６図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
第１６図の実施例と異なる点は、スパイラル状導体４１及び４２をメアンダ状導体４５，４６で置き換えたことである。メアンダ状導体の導入によって本発明からなるアンテナをＧＨｚ帯以上の超高周波領域に適用する場合、メアンダ状導体の幅をスパイラル状導体の幅と比べて広くすることができるので、この部分での導体の抵抗損失を低減でき、アンテナの効率を向上させる効果が生じる。
本発明の他の実施例を第１９図を用いて説明する。第１９図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第１７図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の第一中間層２５ａ、層間の第二中間層２５ｂ、底面の最下層２６、及び背面３０で構成されている。
図１７の実施例と異なる点は、スパイラル状導体４１及び４２をメアンダ状導体４５，４６で置き換えたことである。第１６図の実施例に対する第１８図の実施例の効果と同様に、第１７図の実施例と比べて本発明からなるアンテナをＧＨｚ帯以上の超高周波領域に適用する場合、アンテナの効率を向上させる効果が生じる。
本発明の他の実施例を第２０図を用いて説明する。第２０図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第１６図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
第１６図の実施例と異なる点は、給電導体３４が放射導体左側面パタン３２と電気的に接合されず、更に第一の帯状接地導体５１を帯状導体５３とし、給電導体３４が第一の帯状導体５３と電気的に接合されていることである。本実施例の構造において、給電導体３４の一部を給電点として第二の帯状接地導体５２を高周波回路部の接地電位と結合することにより、第４図の実施例の構成を具現化することができる。従って、本実施例により、積層基板プロセスを用いて本発明からなるマルチモードアンテナを製造できるので、該マルチモードアンテナの小型化及び量産効果による低コスト化が達成できる。
本発明の他の実施例を第２１図を用いて説明する。第２１図は本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第２０図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
第２０図の実施例と異なる点は、スパイラル状導体４１及び４２をメアンダ状導体４５，４６で置き換えたことである。第１６図の実施例に対する第１８図の実施例の効果と同様に、第２０図の実施例と比べて本発明からなるアンテナをＧＨｚ帯以上の超高周波領域に適用する場合、アンテナの効率を向上させる効果が生じる。
本発明の他の一実施例を第２２Ａ，２２Ｂ図を用いて説明する。第２２Ａ，２２Ｂ図は本発明からなるマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの一構造を示す図であり、それぞれ上面図と底面図を示している。
単層或いは多層からなる高周波基板１０１の表面に本発明からなる小型のマルチモードアンテナ１０２と高周波多接点スイッチ１０３が同一面上に配置される。
送信信号入力端子１２３ａ（ｂ，ｃ）から順に送信回路（Ｔｘ）１１３ａ（ｂ，ｃ）及び電力増幅器（ＰＡ）１１２ａ（ｂ，ｃ）が接続され、受信信号出力端子１２５ａ（ｂ，ｃ）から順に受信回路（Ｒｘ）１１５ａ（ｂ，ｃ）及び低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１４ａ（ｂ，ｃ）が接続され、電力増幅器１１２ａ（ｂ，ｃ）の第一の分岐出力及び低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１４ａ（ｂ，ｃ）への第二の分岐出力が分波器（ＤＵＰ）１１１ａ（ｂ，ｃ）に結合される。
高周波基板１０１の表面に面状導体パタンで形成される第一の接地導体１０４が形成され、高周波基板１０１の裏面に面状導体パタンで形成される第二の接地導体１０５が形成される。
高周波基板１０１の周囲に第一の接地端子１０７、第二の接地端子１２０、電力増幅器用電源端子１２１、送信回路用電源端子１２２、送信信号入力端子１２３、受信器用電源端子１２４、受信回路出力端子１２５、高周波多接点スイッチ用電源端子１０６、高周波多接点スイッチ制御端子１０８が配置される。
マルチモードアンテナ１０２は、その接地端子が電気的に第一の接地導体１０４に接続されると共に、その周囲が第一の接地導体１０４に取り囲まれる。また、マルチモードアンテナ１０２の給電点は、高周波多接点スイッチ１０３の共通接点に接続され、該高周波多接点スイッチ１０３の個別接点が分波器１１１ａ（ｂ，ｃ）の共通枝入力に接続される。
高周波多接点スイッチ１０３の接地端子がスルーホール１３１を介し第二の接地導体１０５に電気的に接続され、電力増幅器１１２ａ（ｂ，ｃ）、送信回路１１３ａ（ｂ，ｃ）、低雑音増幅器１１４ａ（ｂ，ｃ）及び受信回路１１５ａ（ｂ，ｃ）の接地端子がスルーホール１３２を介して第二の接地導体１０５に電気的に接続される。
第一の接地端子１０７は第一の接地導体１０４及び第二の接地導体１０５に接続し、第二の接地端子１２０は第二の接地導体１０５に接続している。
電力増幅器用電源端子１２１は適当な配線導体パタンにより電力増幅器１１２ａ（ｂ，ｃ）の電源部に接続し、送信回路用電源端子１２２ａ（ｂ，ｃ）は適当な配線導体パタンにより送信回路１１３ａ（ｂ，ｃ）の電源部に接続し、受信器用電源端子１２４ａ（ｂ，ｃ）は適当な配線導体パタンにより受信回路１１５ａ（ｂ，ｃ）及び低雑音増幅器１１４ａ（ｂ，ｃ）の電源部に接続し、高周波多接点スイッチ用電源端子１０６及び高周波多接点スイッチ制御端子１０８は適当な配線導体パタンにより該高周波多接点スイッチ１０３の電源部及び制御信号入力部にそれぞれ接続している。
ここで、分波器１１１、電力増幅器１１２、送信回路１１３、低雑音増幅器１１４，受信回路１１５の各ユニット，電力増幅器用電源端子１２１、送信回路用電源端子１２２、送信信号入力端子１２３、受信器用電源端子１２４、受信回路出力端子１２５の各端子は、本実施例のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールが取り扱うべき情報伝送サービスを提供する無線システムが用いる搬送波の周波数の個数だけ高周波基板１０１に複数搭載される。本実施例では、無線システムは三つの搬送波周波数を用いており、各ユニット及び各端子が３組（ａ，ｂ，ｃ）搭載されている。
本構成は情報伝達を無線通信によって提供するシステムがＦＤＤ（周波数分割多元接続）方式を採用している場合に適用するモジュールの様式である。一般に無線による情報伝送サービスのユーザへの提供を可能とする無線端末では、マン−マシンインターフェースを司る低周波回路から、電磁波を生成・放射する高周波回路まで広い帯域の周波数を持つ信号を取り扱う必要がある。
特に、高周波回路は、材質定数に関係する損失、浮遊成分による回路性能の劣化等から、高価な低損失の物質で製造される高価な基板を用いて配線長を極力短くし、同基板上の配線パタンの電磁干渉を削減するための遮蔽層を多用するなど、低周波回路、中間周波回路とは異なった形状での具現化が求められる。このため、高周波回路部はモジュール化して、他の低周波回路、中間周波回路と切り離して構成し、同低周波回路、中間周波回路が搭載される回路基板に該モジュールを搭載する様式が一般的である。
従来技術では、単一給電点にてマルチモード動作を可能とするアンテナが見出されていなかったため、高価な高周波モジュールを低周波回路、中間周波回路が搭載される回路基板に複数搭載する必要があり、同モジュールを搭載する無線端末のコスト高の主要因となっていた。また、複数の高周波モジュールを該回路基板上に点在させるため、必然的に高周波信号線、電力増幅器用電源線の配線長が長くなり、これらの発する電磁波の不要輻射により、他の回路の性能が劣化してしまうという問題もあった。
本実施例によれば、複数の搬送波を用いる高周波回路を単一の高周波モジュールで集積可能となるので、マルチメディア無線端末の製造コスト低減、同端末感度向上の効果が得られる。
本発明の他の実施例を第２３Ａ，２３Ｂ図を用いて説明する。第２３Ａ，２３Ｂ図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの他の構造を示す図であり、それぞれ上面図と底面図を示している。
図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と異なる点は、分波器１１１の代わりに高周波２接点スイッチ１１６が用いられていることと、高周波２接点スイッチ１１６を動作させるための電源を供給するために高周波基板１０１の周囲に新たに高周波２接点スイッチ用電源端子１２６が配置され、高周波２接点スイッチ用電源端子１２６から適当な配線導体パタンとスルーホール１３３によって該高周波２接点スイッチに電源が供給されることである。
本構成は、情報伝達を無線通信によって提供するシステムがＴＤＤ（時分割多元接続）を採用している場合に適用するモジュールの様式である。そして、本実施例の効果は、図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と同様である。
一般にＦＤＤ方式を可能とする分波器よりもＴＤＤ方式を可能とする高周波２接点スイッチの方がこれら回路機能に用いられるフィルタの仕様を緩和できることから、後者の方が小寸法で具現化可能である。このため、本発明からなるマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの小型化、ひいては同モジュールを適用する無線端末を小型化する効果も生じる。
無線端末が対応すべき複数の情報サービスシステムのうち、或るものはＦＤＤ方式であり、他のものがＴＤＤ方式である場合は、図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例との関係から、前者に対応する回路ブロックには分波器を用い、後者に対応する回路ブロックには該高周波２接点スイッチを用いれば良いことは自明である。
本発明の他の一実施例を図２４Ａ，２４Ｂ図を用いて説明する。図２２Ａ，２２Ｂ図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの他の構造を示す図であり、それぞれ上面図と底面図を示している。
図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と異なる点は、第二の接地導体１０５のマルチモードアンテナ１０２の高周波基板１０１上の設置位置に対向する部分が削除されている点である。
本実施例の効果は図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と同様であるが、マルチモードアンテナ１０２が片側指向性を有しない場合、該マルチモードアンテナの高周波基板１０１の裏面方向への電磁波の放射を可能とすることができることから、マルチモードアンテナの利得を向上させる効果が生じ、結果として本実施例のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールを適用した無線端末の感度が向上する効果が得られる。
本発明によれば、単一の給電部において高周波回路部と自由空間の良好なインピーダンス整合が複数の周波数に対して実現されるので、複数の周波数の搬送波を用いて複数の情報伝送サービスを提供する情報システムのマルチメディア無線端末に好適なマルチモードアンテナを実現することができる。更に、複数の搬送波を用いる高周波回路を単一の高周波モジュールで集積可能となるので、マルチメディア無線端末の製造コスト低減及び同端末の感度向上の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明は、複数の周波数の搬送波を用いて複数の情報伝送サービスを提供する情報システムのマルチメディア無線端末、例えば、マルチモードの携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ Ｐｈｏｎｅ）等の携帯無線端末、無線ＬＡＮ端末、或いはそれらを複合した端末等に適用して好適である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【技術分野】
本発明は、マルチメディアサービスをユーザに提供する無線端末のアンテナ及び該アンテナを含む高周波モジュールに関し、特に複数のサービスを異なる周波数の電磁波を媒体とする情報伝送により行なうためのマルチメディア無線端末を対象とし、該端末に適用されるマルチモードアンテナ及び該アンテナを含むマルチモード対応高周波モジュールに係わる。
【背景技術】
近年、種々の情報伝達、情報提供に関するサービスを無線を利用して提供するマルチメディアサービスが盛んになりつつあり、多数の無線端末が開発され実用に供されている。これらサービスは、電話、テレビ、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等年々多様化しており、全てのサービスをユーザが享受するためには、個々のサービスに対応する無線端末を所持することになる。
このようなサービスを享受するユーザの利便性向上に向けて、マルチメディアサービスを、いつでもどこでもメディアの存在を意識させずに、即ちユビキタスにユーザに提供しようとする動きが始まっており、一つの端末で複数の情報伝達サービスを実現する、いわゆるマルチモード端末が部分的ながら実現している。
通常の無線によるユビキタスな情報伝送のサービスは電磁波を媒体とするので、同一のサービスエリアにおいては、一種類のサービスにつき一つの周波数を使用することにより、複数のサービスがユーザに提供される。従って、マルチメディア端末は、複数の周波数の電磁波を送受信する機能を有することとなる。
従来のマルチメディア端末においては、例えば、一つの周波数に対応するシングルモードのアンテナを複数個用意し、それらを一つの無線端末に搭載する方法が採用される。この方法では、それぞれのシングルモードアンテナを独立に動作させるために波長程度の距離を離してこれらを搭載する必要があり、通常のユビキタスな情報伝送に関するサービスに用いられる電磁波の周波数が自由空間伝播特性の制限により数百ＭＨｚから数ＧＨｚに限定されるため、アンテナを隔てる距離が数十ｃｍから数ｍとなり、従って、端末寸法が大きくなりユーザの持ち運びに関する利便性が満足されない。また、異なる周波数に感度を有するアンテナを距離を隔てて配置するため、アンテナに結合する高周波回路も該周波数毎に分離・設置する必要がある。
そのため、半導体の集積回路技術を適用することが困難となり、端末寸法が増大するのみならず高周波回路のコスト高を招く問題がある。強いて集積回路技術を適用して回路全体を集積化しても高周波回路から個々の距離が離れたアンテナまで高周波ケーブルで結合する必要が生じる。ところで、ユーザが携帯可能な寸法の端末に適用可能な高周波ケーブルの軸径は、１ミリ内外の径を持つ。そのため、現状では同高周波ケーブルの伝送損失は、数ｄＢ／ｍに達する。このような高周波ケーブルの使用により、高周波回路が消費する電力が増加し、ユビキタス情報サービスを提供する端末の使用時間の著しい低下、或いは電池体積の増大による端末重量の著しい増加を引き起こし、端末を使用するユーザの利便性を著しく損なう問題がある。
上記とは別に、ループアンテナ或いは空中線部材の一端を一つの周波数を取り扱う送信機に結合し、他端を異なる周波数を扱う受信機に結合する２周波共用アンテナの開示がある（例えば、特開昭６１−２９５９０５号公報及び特開平１−１５８８０５号公報参照）。
特開昭６１−２９５９０５号公報に記載の２周波共用アンテナでは、放射導体であるループアンテナの両端に接続された第一及び第二の共振回路がループアンテナと共に、一方の端子では送信周波数において共振し、更に他方の端子では受信周波数において共振するようにし、一方の端子に送信機を他方の端子に受信機をそれぞれ接続する構成を採っている。
一方、特開平１−１５８８０５号公報に記載の２周波共用アンテナにおいては、放射導体である空中線部材の一方の端子と送信出力端子との間に接続された送信周波数に共振する第一の共振回路が、受信周波数に対しては高インピーダンスを呈して空中線部材を送信出力端子から切り離し、空中線素材の他方の端子と受信入力端子との間に接続された受信周波数に共振する第二の共振回路が、送信周波数に対しては高インピーダンスを呈して空中線部材を受信入力端子から切り離す構成を採っている。
このような２周波共用アンテナを用いる無線端末においても、異なる周波数を扱う、離れた位置の入出力端子（給電点）のそれぞれに送信機及び受信機を用意する必要があるため、両者の集積化が困難となり、無線端末の小型化が阻害される。
【発明の開示】
マルチメディア無線端末のキーデバイスの一つは、複数の周波数の電磁波に対して感度を有するマルチモードアンテナである。マルチモードアンテナは、単一の構造で複数の周波数の電磁波に対して自由空間の特性インピーダンスと無線端末の高周波回路の特性インピーダンスとの間の優れた整合特性を実現するものである。
そのようなマルチモードアンテナにおいて、異なる周波数の電磁波に対する給電点（入出力端子）を同一にすることができれば、複数の周波数を扱う高周波回路が一個の給電点を共用することができるようになるので、半導体の集積回路技術の適用が可能になり、従って高周波回路部の小型化が実現可能となり、複数周波数に対応する小型・低価格高周波モジュールを実現することができる。
本発明の目的は、安価且つ小型のマルチメディア無線端末を具現するための、複数の周波数で一個の給電点を共用することができる小型のマルチモードアンテナを提供することにあり、同マルチモードアンテナを用いた小型の高周波モジュールを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のマルチモードアンテナは、該アンテナが動作すべき複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート（２端子）共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した複数の周波数で共通の単一の給電点とを有する構造を採る。
そのような構造のマルチモードアンテナでは、異なる複数の周波数に対して給電点（入出力端子）が同一であるため複数の周波数を扱う複数の高周波回路が集積化可能となって該複数の高周波回路の小型・低価格化が実現されると共に、アンテナ自体も一個の給電点しか有さないために小型化が可能となる。従来技術のアンテナでは、複数の入出力端子（給電点）を電気的に独立に動作させるために同端子間に有限の空間が必要となり、そのような空間の用意がアンテナ自身の小型化の大きな障害となっていた。
本発明において複数の周波数に対して給電点を同一にすることができた理由は、従来技術とは異なる共振回路の設計技術を新たに発明したことによる。本発明のマルチモードアンテナを構成する共振回路は、或る周波数で開放或いは短絡になって放射導体の一部を電気的に他部から切り離すような従来技術で採用の動作はせず、放射導体と同放射導体に接続される複数の共振回路が一体となって動作する。その結果、全体として、マルチモードアンテナの１個の給電点が、複数の周波数で高周波回路のインピーダンスと整合するインピーダンスを呈し、自由空間の特性インピーダンスと高周波回路の特性インピーダンスの間の整合が実現する。
本発明による共振回路の設計は、放射導体を抵抗成分を有する容量成分とインダクタンス成分の分布型共振回路と見たてて行なわれる。本発明の設計法によれば、例えば第１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ図の構造において、同図に示されている共振回路の素子値及び放射導体寸法の基で、１ＧＨｚ／２ＧＨｚの２モード動作に関して定在波比２以下の良好なインピーダンス整合（ＶＳＷＲ＜２）がそれぞれの周波数帯域での３％／５．５％の帯域幅で確保される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係るマルチモードアンテナの一実施例を説明するための構成図であり、第２図は、マルチモードアンテナの共振回路の特性を説明するためのスミス図であり、第３図は、マルチモードアンテナの共振回路のリアクタンス関数を説明するための曲線図であり、第４図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第５図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第６図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第７図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第８図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第９図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための構成図であり、第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図は、本発明のマルチモードアンテナに用いる共振回路を説明するための回路図であり、第１１Ａ図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１１Ｂ，１１Ｃ図は、第１１Ａ図に示した実施例に用いる共振回路を説明するための回路図であり、第１２Ａ図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１２Ｂ，１２Ｃ図は、第１２Ａ図に示した実施例に用いる共振回路を説明するための回路図であり、第１３図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１４図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１５図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための斜視図であり、第１６図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第１７図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第１８図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第１９図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第２０図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第２１図は、本発明のマルチモードアンテナの他の実施例を説明するための展開図であり、第２２Ａ図は、本発明の高周波モジュールの一実施例を説明するための上面図であり、第２２Ｂ図は、第２２Ａ図に示した高周波モジュールの底面図であり、第２３Ａ図は、本発明の高周波モジュールの他の実施例を説明するための上面図であり、第２３Ｂ図は、第２３Ａ図に示した高周波モジュールの底面図であり、第２４Ａ図は、本発明の高周波モジュールの他の実施例を説明するための上面図であり、第２４Ｂ図は、第２４Ａ図に示した高周波モジュールの底面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係るマルチモードアンテナ及びそれを用いた高周波モジュールを図面に示した幾つかの実施例を参照して更に詳細に説明する。なお、各図面において、同一機能を有するものには同一記号を付け、その繰り返しの説明を省略することとする。
本発明の一実施例を第１図、第２図及び第３図を用いて説明する。第１図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す構成図であり、第２図及び第３図は第１図の共振回路の特性を説明するそれぞれスミス図及びリアクタンス関数の特性図である。
第１図では、複数の周波数の電磁波を放射する放射導体１の一端と接地電位点の間に第一の１ポート共振回路２が接続され、放射導体１の他の一端と接地電位点との間に第二の１ポート共振回路３が接続され、放射導体１と第一の１ポート共振回路２との結合点を複数の周波数で共通の単一の給電点４とするアンテナ構造であり、給電点４には、特性インピーダンス５と電圧源６の直列等価回路で表される高周波回路が結合する。
共振回路２，３は、等価回路としてリアクタンス素子を用いて表現される。即ち、等価回路は、Ｃ（容量）素子、Ｌ（インダクタンス）素子からなる共振回路によって構成される。その例を第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図に示す。後で述べるが、第１０Ａ１，１０Ａ２図のいずれかの回路を採用することにより、二つの周波数に対応する２モードアンテナを実現することができ、第１０Ｂ１，１０Ｂ２図のいずれかの回路を採用することにより、四つの周波数に対応する４モードアンテナを実現することができる。また、第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図の回路例は、対応する周波数の数に対して等価回路で表される最少素子数の共振回路である。
給電点４において、放射導体１と第二の共振回路３は、複数の周波数で、高周波回路の特性インピーダンス５と等価な特性アドミッタンスと概略同一の実部の値と特定の虚部の値を持つアドミッタンスを呈し、第一の共振回路２は該特定の虚部の値と概略同一の絶対値を有し符号が逆の値を持つサセプタンス値を有するように設定される。該サセプタンス値を有するアドミッタンスは、第一の共振回路２が給電点４で高周波回路に対して並列に接続されるので、第２図のＡ又はＢの点の近傍に設定される。
点Ａ，Ｂが存在する図中の円は、スミス図が高周波回路の特性インピーダンス５で規格化された場合、該特性インピーダンスと等価な純抵抗成分で表される特性アドミッタンスの軌跡となる。
従って、点Ａ，Ｂが該特性アドミッタンスの軌跡上にある場合、高周波回路と本発明からなるマルチモードアンテナは、良好な整合を実現することができることになる。別の視点で見れば、高周波回路と本発明からなるマルチモードアンテナが良好な整合状態を実現するためには、該サセプタンス値を有するアドミッタンスは該特性アドミッタンスの軌跡の近傍に存在する必要があることになる。
本実施例のアンテナを複数の搬送波に対応するマルチモードアンテナとして動作させるためには、各搬送波の周波数に対して給電点４から放射導体１側を見たアドミッタンスが第２図のＡ又はＢの近傍に存在する必要があるが、各搬送波の周波数に対応して該周波数が増加する方向に交互にＡ，Ｂ又はＢ，Ａの近傍に存在することが望ましい。ここで点Ａは、特性アドミッタンスの軌跡においてサセプタンス値が正である領域の点、点Ｂは同じく負である領域の点を代表している。その理由を第３図を用いて説明する。
第一の共振回路２の等価回路表現におけるＣ（容量）、Ｌ（インダクタンス）素子の配置により該第一の共振回路のサセプタンスの周波数特性は、ＦとＧｉ、ＦとＧｉとＨ、ＧｉとＨ、Ｇｉのみ（ｉ＝１，２，…）のいずれかの形をとる。第一の共振回路２のサセプタンス値（ｊＢ）の周波数特性は、第３図に示す通り周波数軸に沿って右肩上がりの単調増加関数となる。このことは、リアクタンス関数或いはサセプタンス関数とフルビッツ多項式の関係から既に証明されている。
第３図から分かるように、サセプタンス関数は、周波数の増加と共に極と零点或いは零点と極を交互に繰り返す。この極と零点の個数は、共振回路を等価回路表現した場合のＣとＬ素子数と一対一の対応があり、ＬＣの一つのペアで一つの極或いは一つの零点を生成する。即ち、第１０Ａ１図の回路で一つの極が生成され、第１０Ａ２図の回路で一つの零点が生成される。そして、第１０Ａ１，１０Ａ２図の回路で一回の繰り返しが行なわれ、二つの周波数への対応が可能になる。また、第１０Ｂ１，１０Ｂ２図の回路では三回の繰り返しが行なわれ、二つの周波数への対応が可能になる。
このように、本実施例のアンテナがマルチモードアンテナとして対応すべき複数の搬送波の周波数について、給電点４から放射導体１側を見たアドミッタンスが点Ａと点Ｂの位置を交互に繰り返すような値をとれば、これら点Ａ，点Ｂにおける該アドミッタンスのサセプタンス成分を打ち消す第一の共振回路２を最少の素子数を有する等価回路表現で構成することができる。この場合、第一の共振回路２を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、上記複数の周波数の数と同じになる。このようにして、該第一の共振回路の小型化、低損失化が図られ、従ってアンテナの小型化が図られると共に、第３図から明らかなように、隣り合う周波数を有する搬送波において不要な極に関する急峻なインピーダンス変化を回避することができるのでアンテナ全体としての広帯域化の効果も生じる。
このため本発明は、複数の周波数において、単一の給電部４で、高周波回路部と自由空間の良好なインピーダンス整合が実現され、本発明のアンテナに飛来する複数の周波数の電磁波のエネルギーを効率良く高周波回路に伝達することができるので、異なる周波数の搬送波を用いる無線の複数の情報伝送サービスをユーザに提供するマルチメディア無線端末に好適なマルチモードアンテナを実現する効果がある。
本発明の他の実施例を第４図、第２図及び第３図を用いて説明する。第４図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第１図の実施例と異なる点は、第一の１ポート共振回路２の放射導体１と結合していない一端が接地電位点と接続することなく直接給電点４となる構成であることである。なお、本実施例においても、共振回路２，３に例えば第１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ１，１０Ｂ２図に示す回路が用いられる。
第一の１ポート共振回路２の放射導体１との結合点１４０において複数の周波数で、放射導体１と第二の共振回路３は、高周波回路部の特性インピーダンス５と概略同一の実部の値と特定の虚部の値を持つインピーダンスを呈し、第一の共振回路２は、該特定の虚部の値と概略同一の絶対値を有し符号が逆の値を持つリアクタンス値を有する。
該リアクタンス値を有するインピーダンスは、第一の共振回路２が給電点４で高周波回路に対して直列に接続されるので第２図のａ又はｂの点の近傍であるように設定される。点ａ，ｂが存在する図中の円は、スミス図が高周波回路の特性インピーダンスで規格化された場合、該特性インピーダンスと等価な純抵抗成分で表される特性インピーダンスの軌跡となる。
従って、点ａ，ｂが該特性インピーダンスの軌跡上にある場合は、高周波回路と本発明からなるマルチモードアンテナは、良好な整合が達成可能となる。別の視点で見れば、高周波回路部と本発明からなるマルチモードアンテナが良好な整合状態を実現するためには、該リアクタンス値を有するインピーダンスは、該特性インピーダンスの軌跡の近傍に存在する必要があることになる。
本実施例のアンテナを複数の搬送波に対応するマルチモードアンテナとして動作させるためには、各搬送波の周波数に対して第一の１ポート共振回路２の放射導体１との結合点１４０から放射導体１側を見たインピーダンスが第２図のａ或いはｂの近傍に存在する必要があるが、各搬送波の周波数に対応して該周波数が増加する方向に交互にａ，ｂ或いはａ，ｂの近傍に存在することが望ましい。ここで点ａは、特性インピーダンスの軌跡においてリアクタンス値が正である領域の点、点ｂは同じく負である領域の点を代表している。その理由及びその効果は、第１図の実施例の場合と同様である。そして、第一の共振回路２を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、上記複数の周波数の数と同じになる。
本実施例の効果は、第１図の実施例と同様であるが、更に、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値が大きい場合、第一の共振回路２をより少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現することができる効果を有する。
本発明の他の実施例を第５図を用いて説明する。第５図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第２図の実施例と異なる点は、結合点１４０と接地電位点との間に第三の１ポート共振回路７が挿入されていることである。
本実施例においては、第二の共振回路３を例えば第１０Ｂ１，１０Ｂ２図の等価回路構成で実現し、第一の共振回路２、第三の共振回路７を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。なお、結合点１４０に接続される第一の１ポート共振回路２及び第三の１ポート共振回路７を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、対応すべき複数の周波数の数と同じになる。
本実施例の効果は、第１図の実施例と同様であるが、更に、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値が上記複数の周波数において大、小と変化する場合、第三の共振回路７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現することができる効果を有する。
本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。第６図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第二の１ポート共振回路３が放射導体１の端部以外の一点と接地電位点との間に形成されることである。なお、本実施例においても、第二の共振回路３を例えば第１０Ｂ１，１０Ｂ２図の等価回路構成で実現し、第一の共振回路２、第三の共振回路７を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例の効果は、第５図の実施例と同様であるが、更に、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現できる効果を有する。
本発明の他の実施例を第７図を用いて説明する。第７図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第四の１ポート共振回路８が放射導体１のある一点と他の一点の間に形成されることである。本実施例においては、第一〜第四の共振回路２，３，７，８を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例の効果は、第５図の実施例と同様であるが、第６図の実施例と同じく、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現できる効果を有する。
本発明の他の実施例を第８図を用いて説明する。第８図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第四の１ポート共振回路８が放射導体１のある一点と接地電位の間に形成されることである。なお、本実施例においても、第一〜第四の共振回路２，３，７，８を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例の効果は第７図の実施例と同様であるが、放射導体１の物理的寸法が小さく第四の共振回路８を結合すべき２点を該放射導体上に形成するのが困難な場合でも、第７図の実施例と同じく、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現できる効果を有する。
本発明の他の実施例を第９図を用いて説明する。第９図は、本発明からなるマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第５図の実施例と異なる点は、第二の１ポート共振回路３の放射導体１と結合しない一端を接地電位点から切り離し、該一端に第二の放射導体９の一端が結合し、第二の放射導体９の他の一端と接地電位点の間に第四の１ポート共振回路８が結合されることである。本実施例においては、第一〜第四の共振回路２，３，７，８を例えば第１０Ａ１，１０Ａ２図の等価回路構成で実現することにより、４モードアンテナを実現することができる。
本実施例によれば、本発明からなるアンテナを構成するための放射導体を単一の連続構造体として形成することが困難な空間的制限が課されている場合でも、第７図の実施例と同じく、放射導体１と第二の共振回路３が結合点１４０において呈するインピーダンスの虚部の絶対値の対応すべき複数の周波数における変化を抑制し、第一及び第三の共振回路２，７を少ない素子値の幅を持つ等価回路で実現することができる効果を有する。本実施例では、放射導体が２つの連続体に分割された例を示したが、分割数は２である必要は無く、３以上の連続体へ分割することが可能であり、そのような分割においても、本図、第７図及び第８図の実施例からの類推により、同様の効果を有する構成を容易に実現可能である。
本発明の他の実施例を第１１Ａ〜１１Ｃ図を用いて説明する。第１１Ａ図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの一設計例を示す図であり、第１図の実施例の構成を例に採った設計となっている。放射導体１は、幅１ｍｍの帯状導体を折り曲げて形成され、地盤１１上に幅１ｍｍ長さ１５ｍｍの板状矩形部が地盤１１から距離３ｍｍ離れて配置される。そして、該板状矩形部の両端は、地盤１１に向かって直角に折り曲げられ、地盤と電気的に接触しないように概略３ｍｍの長さだけ幅１ｍｍを保って延長されている。
両端を折り曲げられた帯状の放射導体１の一端と地盤の間には第一の１ポート共振回路２が形成され、該放射導体１の他の一端と地盤の間には第二の１ポート共振回路３が形成され、該放射導体１と第一の共振回路２の結合点が給電点４として、特性インピーダンス５と電圧源６で等価回路表現される高周波回路部と結合している。
本構造において、第一の共振回路２を第１１Ｂ図に示したサセスプタンスｊＢｓ（Ｃｓ＝２１．５ｐＦ，Ｌｓ＝０．１６９ｎＨ）を呈する等価回路にて構成し、第二の共振回路３を第１１Ｃ図に示したリアクタンスｊＸ（Ｃｏ＝０．０８２７ｐＦ，Ｌｏ＝２４．６０ｎＨ）を呈する等価回路にて構成することにより、搬送波周波数１ＧＨｚと同２ＧＨｚにおいて定在波比（ＶＳＷＲ）＜２となる帯域幅をそれぞれ３％と５％にすることができ、２モードアンテナを実現することができた。
本発明の他の実施例を第１２Ａ〜１２Ｃ図を用いて説明する。第１２図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの一設計例を示す図であり、第１１図の実施例と同様な放射導体構造及び共振回路との結合構成を例に取った設計となっている。本構造において、第一の共振回路２を第１２Ｂ図に示したサセスプタンスｊＢｓ（Ｃｓ＝３２．１ｐＦ，Ｌｓ＝０．５９３ｎＨ）を呈する等価回路にて構成し、第二の共振回路３を第１２Ｃ図に示したリアクタンスｊＸ（Ｃｏ＝０．０８８５ｐＦ，Ｌｏ＝２４．０６ｎＨ）を呈する等価回路にて構成することにより、搬送波周波数１ＧＨｚと同２ＧＨｚにおいて定在波比（ＶＳＷＲ）＜２となる帯域幅をそれぞれ０．７％と１０％にすることができ、上記二つの搬送波周波数においてアンテナが対応すべき帯域幅が大きく異なるような２モードアンテナを実現することができた。
本発明の他の実施例を第１３図を用いて説明する。第１３図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、これまでに説明した実施例と異なる点は、放射導体１が接地電位を構成上含んでいることである。本実施例では、図面の簡潔さを優先して特性インピーダンス５と電圧源６の直列接続を一つの励振源１２で表す。
本実施例では板状の放射導体１が接地電位を含んでいるので、第一の１ポート共振回路２の一端は、給電点４で励振源１２の一端と結合し、第一の共振回路２と励振源１２の直列接続の両端が放射導体１の第一のギャップ１３において放射導体１と電気的に接続し、更に第二の１ポート共振回路３の両端が放射導体１の第二のギャップ１４において放射導体１と電気的に接続している。
本実施例の構成における等価回路は第４図の実施例と等価であり、本実施例は、第４図の実施例と同様の効果を提供することができる。また、本実施例の構造では、アンテナ自身が接地電位を包含しているので、本アンテナを高周波回路の接地電位を提供する回路基板と独立に動作させることが可能となり、同回路基板の影響を考慮しない容易なアンテナ設計を可能とする効果を有すると共に、放射導体と高周波回路を離れて接地せざるを得ない仕様に対応するアンテナを実現する効果がある。
本発明の他の一実施例を第１４図を用いて説明する。第１４図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第１３図の実施例と異なる点は、放射導体１が第三のギャップ１５を有し、第三のギャップ１５において第三の１ポート共振回路７が該放射導体１と電気的に接続することである。
本実施例の構成における等価回路は第５図或いは第６図の実施例と等価であり、第５図或いは第６図の実施例と同様の効果を本実施例は提供することができる。また、本実施例の構造では、第１３図の実施例の場合と同様に、同回路基板の影響を考慮しない容易なアンテナ設計を可能とする効果を有すると共に、放射導体と高周波回路部が離れて接地せざるを得ない仕様に対応するアンテナを実現する効果がある。
本発明の他の実施例を第１５図を用いて説明する。第１５図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構成要素とその結合関係を示す図であり、第１４図の実施例と異なる点は、第一のギャップ１３が放射導体１に形成されるスリット１６と一体となっていることである。
本実施例によれば、励振源１２近傍の電流状態をスリット１６を用いて放射導体１の形状で制御することができるので、第一の共振回路２と励振源１２の直列接続回路の両端の周波数変化に対するインピーダンス変化を小さくすることができ、結果として異なる複数の搬送波周波数における帯域幅の拡大が可能となる。本実施例では、スリット１６は周囲を導体で囲まれた閉領域とはなっていないが、周囲が全て囲まれた所謂スロット形状においても同様の効果が可能なことは容易に類推可能である。
本発明の他の実施例を第１６図を用いて説明する。第１６図は、本発明からなる、積層基板を用いて形成した小型のマルチモードアンテナの構造とその製造法との関係を示す図であり、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
これらの構造を形成するために、積層基板プロセスによって、最上層２１の最上層パタン、最上層２１を上面に持つ誘電体からなる上部誘電体基板２８、上部誘電体基板２８の下面における中間層２５の中間層パタン、中間層２５に接する下部誘電体基板２７、及び誘電体からなる下部誘電体基板２７の底面における最下層２６の最下層パタンが形成される。なお、中間層２５は、下部誘電体基板２７の上面に形成されるようにしてもよい。
最上層２１の最上層パタンである放射導体上層パタン３１が上部誘電体基板２８の上面に厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の上部誘電体基板２８の部分に放射導体左側面パタン３２が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、右側面２３の上部誘電体基板２８の部分に放射導体右側面パタン３３が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、上部誘電体基板２８の下面（或いは下部誘電体基板２７の上面）における中間層２５に中間層パタンである第一のスパイラル状導体パタン４１及び第二のスパイラル導体パタン４２が薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の下部誘電体基板２７の部分に給電導体パタン３４が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、下部誘電体基板２７の底面における最下層２６に最下層パタンである第一の帯状接地導体パタン５１及び第二の帯状接地導体パタン５２が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷される。
上記のように各パタンが印刷されてから、上部誘電体基板２８の下面と下部誘電体基板２７の上面とが接着され、積層構造が完成する。接着に際しては、例えば、基板２８の下面又は基板２７の上面に接着用の層を設けておき、両基板を重ねてから熱及び圧力を掛けて接着する方法が採用される。
積層構造では、次のような電気的接合が形成される。放射導体上層パタン３１と放射導体左側面パタン３２と放射導体右側面パタン３３が電気的に接合され、放射導体左側面パタン３２と第一のスパイラル状導体パタン４１が電気的に接合され、放射導体右側面パタン３３と第二のスパイラル状導体パタン４２が電気的に接合され、給電導体パタン３４と放射導体左側面パタン３２が電気的に接合され、第一のスパイラル状導体パタン４１と第一の帯状接地導体パタン５１が下部誘電体基板２７の内部に形成される第一のスルーホール４３を介して電気的に接合され、第二のスパイラル状導体パタン４２と第二の帯状接地導体パタン５２が下部誘電体基板２７の内部に形成される第二のスルーホール４４を介して電気的に接合される。
本実施例の構造においては、上部誘電体基板２８の誘電率と下部誘電体基板２７の誘電率は同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、放射導体パタン３１とスパイラル状導体パタン４１，４２の結合を少なくして該放射導体パタン３１，３２，３３から自由空間への電磁波の放射効率を増加させるため、上部誘電体基板２８の誘電率を下部誘電体基板２７の誘電率よりも低くすることが好ましい。
更に、本実施例では、上部誘電体基板２８及び下部誘電体基板２７をそれぞれ磁性体からなる上部磁性体基板及び下部磁性体基板に代えることが可能である。その場合、上部磁性体基板の透磁率と下部磁性体基板の透磁率は同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、上部磁性体基板の透磁率を下部磁性体基板の透磁率よりも低くすることが好ましい。
本実施例の構造では、スパイラル状導体４１，４２とスルーホール４３，４４によって等価回路表現において共振回路となる構造を実現することができるので、給電導体３４の一部を給電点とし、更に第一及び第二の帯状接地導体５１，５２を高周波回路の接地電位と結合することにより、第１図の実施例の構成を具現化することができる。
従って、本実施例により、積層基板プロセスを用いて本発明からなるマルチモードアンテナを製造することができるので、該マルチモードアンテナの小型化及び量産効果による低コスト化が達成される。
本発明の他の実施例を第１７図を用いて説明する。第１７図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の第一中間層２５ａ、層間の第二中間層２５ｂ、底面の最下層２６、及び背面３０で構成されている。
これらの構造を形成するために、積層基板プロセスによって、最上層２１の最上層パタン、最上層２１を上面に持つ上部誘電体基板２８、上部誘電体基板２８の下面における第一中間層２５ａの第一中間層パタン、第一中間層２５ａに接する中間部誘電体基板２９、中間部誘電体基板２９の下面における第二中間層２５ｂの第二中間層パタン、第二中間層２５ｂに接する下部誘電体基板２７、及び下部誘電体基板２７の底面における最下層２６の最下層パタンが形成される。なお、第一中間層２５ａは中間部誘電体基板２９の上面に、第二中間層２５ｂは下部誘電体基板２７の上面に形成されるようにしてもよい。
最上層２１の最上層パタンである放射導体上層パタン３１が上部誘電体基板２８の上面に厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の上部誘電体基板２８及び中間部誘電体基板２９部分に放射導体左側面パタン３２が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、右側面２３の上部誘電体基板２８及び中間部誘電体基板２９の部分に放射導体右側面パタン３３が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、上部誘電体基板２８の下面（或いは中間部誘電体基板２９の上面）における第一中間層２５ａに第一中間層パタンである遮蔽導体上面パタン５３が薄膜プロセスにて印刷され、中間部誘電体基板２９の下面（或いは下部誘電体基板２７の上面）における第二中間層２５ｂに第二中間層パタンである第一のスパイラル状導体パタン４１及び第二のスパイラル導体パタン４２が薄膜プロセスにて印刷され、左側面２２の下部誘電体基板２７に給電導体パタン３４が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、下部誘電体基板２７の底面における最下層２６に最下層パタンである遮蔽導体底面パタン５６が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、正面２４の中間部誘電体基板２９及び下部誘電体基板２７の部分に遮蔽導体正面パタン５４が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷され、背面３０の中間部誘電体基板２９及び下部誘電体基板２７の部分に遮蔽導体背面パタン５５が厚膜プロセス或いは薄膜プロセスにて印刷される。
上記のように各パタンが印刷されてから、上部誘電体基板２８の下面と中間部誘電体基板２９の上面、及び中間部誘電体基板２９の下面と下部誘電体基板２７の上面とが接着され、積層構造が完成する。接着に際しては、例えば、基板２８の下面又は基板２９の上面、及び基板２９の下面又は基板２７の上面に接着用の層を設けておき、両基板を重ねてから熱及び圧力を掛けて接着する方法が採用される。
積層構造では、次のような電気的接合が形成される。放射導体上層パタン３１と放射導体左側面パタン３２と放射導体右側面パタン３３が電気的に接合され、放射導体左側面パタン３２と第一のスパイラル状導体パタン４１が電気的に接合され、放射導体右側面パタン３３と第二のスパイラル状導体パタン４２が電気的に接合され、給電導体パタン３４と放射導体左側面パタン３２が電気的に接合され、第一のスパイラル状導体パタン４１と遮蔽導体底面パタン５６が下部誘電体基板２７の内部に形成される第一のスルーホール４３を介して電気的に接合され、第二のスパイラル状導体パタン４２と遮蔽導体底面パタン５６が下部誘電体基板２７の内部に形成される第二のスルーホール４４を介して電気的に接合され、遮蔽導体正面パタン５４が遮蔽導体上面パタン５３及び遮蔽導体底面パタン５６と電気的に接合され、遮蔽導体背面パタン５５が遮蔽導体上面パタン５３及び遮蔽導体底面パタン５６と電気的に接合される。
本実施例の構造においても、上部誘電体基板２８、下部誘電体基板２７及び中間部誘電体基板２９のそれぞれの誘電率は互いに同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、誘電率は、上方にある誘電体基板ほど低くすることが好ましい。
更に、本実施例では、上部誘電体基板２８、下部誘電体基板２７及び中間部誘電体基板２９をそれぞれ磁性体からなる上部磁性体基板、下部磁性体基板及び中間部磁性体基板に代えることが可能である。その場合、各磁性体基板の透磁率は互いに同一でも、或いは異なっていても構わない。但し、異なる場合は、透磁率は、上方にある磁性体基板ほど低くすることが好ましい。
本実施例の構造では第１６図の実施例と同様に、第１図の実施例の構成を具現化することができ、積層基板製造法（積層基板プロセス）を用いて本発明からなるマルチモードアンテナを製造することができるので、該マルチモードアンテナの小型化及び量産効果による低コスト化が達成できる。また、本実施例では、第１６図の実施例と比べて、放射導体と共振回路との電磁結合が著しく抑制されるので、同共振回路の設計が容易となる効果が生じる。
本発明の他の実施例を第１８図を用いて説明する。第１８図は本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第１６図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
第１６図の実施例と異なる点は、スパイラル状導体４１及び４２をメアンダ状導体４５，４６で置き換えたことである。メアンダ状導体の導入によって本発明からなるアンテナをＧＨｚ帯以上の超高周波領域に適用する場合、メアンダ状導体の幅をスパイラル状導体の幅と比べて広くすることができるので、この部分での導体の抵抗損失を低減でき、アンテナの効率を向上させる効果が生じる。
本発明の他の実施例を第１９図を用いて説明する。第１９図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第１７図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の第一中間層２５ａ、層間の第二中間層２５ｂ、底面の最下層２６、及び背面３０で構成されている。
図１７の実施例と異なる点は、スパイラル状導体４１及び４２をメアンダ状導体４５，４６で置き換えたことである。第１６図の実施例に対する第１８図の実施例の効果と同様に、第１７図の実施例と比べて本発明からなるアンテナをＧＨｚ帯以上の超高周波領域に適用する場合、アンテナの効率を向上させる効果が生じる。
本発明の他の実施例を第２０図を用いて説明する。第２０図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第１６図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
第１６図の実施例と異なる点は、給電導体３４が放射導体左側面パタン３２と電気的に接合されず、更に第一の帯状接地導体５１を帯状導体５３とし、給電導体３４が第一の帯状導体５３と電気的に接合されていることである。本実施例の構造において、給電導体３４の一部を給電点として第二の帯状接地導体５２を高周波回路部の接地電位と結合することにより、第４図の実施例の構成を具現化することができる。従って、本実施例により、積層基板プロセスを用いて本発明からなるマルチモードアンテナを製造できるので、該マルチモードアンテナの小型化及び量産効果による低コスト化が達成できる。
本発明の他の実施例を第２１図を用いて説明する。第２１図は本発明からなる小型のマルチモードアンテナの構造とその積層基板製造法との関係を示す図であり、第２０図の実施例と同様に、上面の最上層２１、左側面２２、右側面２３、正面２４、層間の中間層２５、及び底面の最下層２６で構成されている。
第２０図の実施例と異なる点は、スパイラル状導体４１及び４２をメアンダ状導体４５，４６で置き換えたことである。第１６図の実施例に対する第１８図の実施例の効果と同様に、第２０図の実施例と比べて本発明からなるアンテナをＧＨｚ帯以上の超高周波領域に適用する場合、アンテナの効率を向上させる効果が生じる。
本発明の他の一実施例を第２２Ａ，２２Ｂ図を用いて説明する。第２２Ａ，２２Ｂ図は本発明からなるマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの一構造を示す図であり、それぞれ上面図と底面図を示している。
単層或いは多層からなる高周波基板１０１の表面に本発明からなる小型のマルチモードアンテナ１０２と高周波多接点スイッチ１０３が同一面上に配置される。
送信信号入力端子１２３ａ（ｂ，ｃ）から順に送信回路（Ｔｘ）１１３ａ（ｂ，ｃ）及び電力増幅器（ＰＡ）１１２ａ（ｂ，ｃ）が接続され、受信信号出力端子１２５ａ（ｂ，ｃ）から順に受信回路（Ｒｘ）１１５ａ（ｂ，ｃ）及び低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１４ａ（ｂ，ｃ）が接続され、電力増幅器１１２ａ（ｂ，ｃ）の第一の分岐出力及び低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１４ａ（ｂ，ｃ）への第二の分岐出力が分波器（ＤＵＰ）１１１ａ（ｂ，ｃ）に結合される。
高周波基板１０１の表面に面状導体パタンで形成される第一の接地導体１０４が形成され、高周波基板１０１の裏面に面状導体パタンで形成される第二の接地導体１０５が形成される。
高周波基板１０１の周囲に第一の接地端子１０７、第二の接地端子１２０、電力増幅器用電源端子１２１、送信回路用電源端子１２２、送信信号入力端子１２３、受信器用電源端子１２４、受信回路出力端子１２５、高周波多接点スイッチ用電源端子１０６、高周波多接点スイッチ制御端子１０８が配置される。
マルチモードアンテナ１０２は、その接地端子が電気的に第一の接地導体１０４に接続されると共に、その周囲が第一の接地導体１０４に取り囲まれる。また、マルチモードアンテナ１０２の給電点は、高周波多接点スイッチ１０３の共通接点に接続され、該高周波多接点スイッチ１０３の個別接点が分波器１１１ａ（ｂ，ｃ）の共通枝入力に接続される。
高周波多接点スイッチ１０３の接地端子がスルーホール１３１を介し第二の接地導体１０５に電気的に接続され、電力増幅器１１２ａ（ｂ，ｃ）、送信回路１１３ａ（ｂ，ｃ）、低雑音増幅器１１４ａ（ｂ，ｃ）及び受信回路１１５ａ（ｂ，ｃ）の接地端子がスルーホール１３２を介して第二の接地導体１０５に電気的に接続される。
第一の接地端子１０７は第一の接地導体１０４及び第二の接地導体１０５に接続し、第二の接地端子１２０は第二の接地導体１０５に接続している。
電力増幅器用電源端子１２１は適当な配線導体パタンにより電力増幅器１１２ａ（ｂ，ｃ）の電源部に接続し、送信回路用電源端子１２２ａ（ｂ，ｃ）は適当な配線導体パタンにより送信回路１１３ａ（ｂ，ｃ）の電源部に接続し、受信器用電源端子１２４ａ（ｂ，ｃ）は適当な配線導体パタンにより受信回路１１５ａ（ｂ，ｃ）及び低雑音増幅器１１４ａ（ｂ，ｃ）の電源部に接続し、高周波多接点スイッチ用電源端子１０６及び高周波多接点スイッチ制御端子１０８は適当な配線導体パタンにより該高周波多接点スイッチ１０３の電源部及び制御信号入力部にそれぞれ接続している。
ここで、分波器１１１、電力増幅器１１２、送信回路１１３、低雑音増幅器１１４，受信回路１１５の各ユニット，電力増幅器用電源端子１２１、送信回路用電源端子１２２、送信信号入力端子１２３、受信器用電源端子１２４、受信回路出力端子１２５の各端子は、本実施例のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールが取り扱うべき情報伝送サービスを提供する無線システムが用いる搬送波の周波数の個数だけ高周波基板１０１に複数搭載される。本実施例では、無線システムは三つの搬送波周波数を用いており、各ユニット及び各端子が３組（ａ，ｂ，ｃ）搭載されている。
本構成は情報伝達を無線通信によって提供するシステムがＦＤＤ（周波数分割多元接続）方式を採用している場合に適用するモジュールの様式である。一般に無線による情報伝送サービスのユーザへの提供を可能とする無線端末では、マン−マシンインターフェースを司る低周波回路から、電磁波を生成・放射する高周波回路まで広い帯域の周波数を持つ信号を取り扱う必要がある。
特に、高周波回路は、材質定数に関係する損失、浮遊成分による回路性能の劣化等から、高価な低損失の物質で製造される高価な基板を用いて配線長を極力短くし、同基板上の配線パタンの電磁干渉を削減するための遮蔽層を多用するなど、低周波回路、中間周波回路とは異なった形状での具現化が求められる。このため、高周波回路部はモジュール化して、他の低周波回路、中間周波回路と切り離して構成し、同低周波回路、中間周波回路が搭載される回路基板に該モジュールを搭載する様式が一般的である。
従来技術では、単一給電点にてマルチモード動作を可能とするアンテナが見出されていなかったため、高価な高周波モジュールを低周波回路、中間周波回路が搭載される回路基板に複数搭載する必要があり、同モジュールを搭載する無線端末のコスト高の主要因となっていた。また、複数の高周波モジュールを該回路基板上に点在させるため、必然的に高周波信号線、電力増幅器用電源線の配線長が長くなり、これらの発する電磁波の不要輻射により、他の回路の性能が劣化してしまうという問題もあった。
本実施例によれば、複数の搬送波を用いる高周波回路を単一の高周波モジュールで集積可能となるので、マルチメディア無線端末の製造コスト低減、同端末感度向上の効果が得られる。
本発明の他の実施例を第２３Ａ，２３Ｂ図を用いて説明する。第２３Ａ，２３Ｂ図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの他の構造を示す図であり、それぞれ上面図と底面図を示している。
図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と異なる点は、分波器１１１の代わりに高周波２接点スイッチ１１６が用いられていることと、高周波２接点スイッチ１１６を動作させるための電源を供給するために高周波基板１０１の周囲に新たに高周波２接点スイッチ用電源端子１２６が配置され、高周波２接点スイッチ用電源端子１２６から適当な配線導体パタンとスルーホール１３３によって該高周波２接点スイッチに電源が供給されることである。
本構成は、情報伝達を無線通信によって提供するシステムがＴＤＤ（時分割多元接続）を採用している場合に適用するモジュールの様式である。そして、本実施例の効果は、図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と同様である。
一般にＦＤＤ方式を可能とする分波器よりもＴＤＤ方式を可能とする高周波２接点スイッチの方がこれら回路機能に用いられるフィルタの仕様を緩和できることから、後者の方が小寸法で具現化可能である。このため、本発明からなるマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの小型化、ひいては同モジュールを適用する無線端末を小型化する効果も生じる。
無線端末が対応すべき複数の情報サービスシステムのうち、或るものはＦＤＤ方式であり、他のものがＴＤＤ方式である場合は、図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例との関係から、前者に対応する回路ブロックには分波器を用い、後者に対応する回路ブロックには該高周波２接点スイッチを用いれば良いことは自明である。
本発明の他の一実施例を図２４Ａ，２４Ｂ図を用いて説明する。図２２Ａ，２２Ｂ図は、本発明からなる小型のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールの他の構造を示す図であり、それぞれ上面図と底面図を示している。
図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と異なる点は、第二の接地導体１０５のマルチモードアンテナ１０２の高周波基板１０１上の設置位置に対向する部分が削除されている点である。
本実施例の効果は図２２Ａ，２２Ｂ図の実施例と同様であるが、マルチモードアンテナ１０２が片側指向性を有しない場合、該マルチモードアンテナの高周波基板１０１の裏面方向への電磁波の放射を可能とすることができることから、マルチモードアンテナの利得を向上させる効果が生じ、結果として本実施例のマルチモードアンテナを搭載した高周波モジュールを適用した無線端末の感度が向上する効果が得られる。
本発明によれば、単一の給電部において高周波回路部と自由空間の良好なインピーダンス整合が複数の周波数に対して実現されるので、複数の周波数の搬送波を用いて複数の情報伝送サービスを提供する情報システムのマルチメディア無線端末に好適なマルチモードアンテナを実現することができる。更に、複数の搬送波を用いる高周波回路を単一の高周波モジュールで集積可能となるので、マルチメディア無線端末の製造コスト低減及び同端末の感度向上の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明は、複数の周波数の搬送波を用いて複数の情報伝送サービスを提供する情報システムのマルチメディア無線端末、例えば、マルチモードの携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ Ｐｈｏｎｅ）等の携帯無線端末、無線ＬＡＮ端末、或いはそれらを複合した端末等に適用して好適である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した上記複数の周波数で共通の単一の給電点とを有していることを特徴とするマルチモードアンテナ。
【請求項２】
前記第一の１ポート共振回路が前記放射導体の一端と接地電位点との間に接続され、前記第二の１ポート共振回路が前記放射導体の他端と接地電位点との間に接続され、前記給電点が該第一の１ポート共振回路と該放射導体の一端との接続点であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項３】
前記第一の１ポート共振回路が前記放射導体の一端と前記給電点との間に接続され、前記第二の１ポート共振回路が前記放射導体の他端と接地電位点との間に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項４】
前記放射導体の一端と接地電位点との間に接続した第三の１ポート共振回路を更に有し、前記第一の１ポート共振回路が前記放射導体の一端と前記給電点との間に接続され、前記第二の１ポート共振回路が前記放射導体の他端と接地電位点との間に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項５】
前記複数の周波数において、前記放射導体の前記一端から該放射導体側を見込んだアドミッタンス又はインピーダンスの虚部の符号が周波数が大きくなるにつれて交互に正・負の符号を繰り返すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項６】
前記放射導体が接地電位を含む単一の連続体であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項７】
前記放射導体が空間的に分割され、分割された部分のそれぞれが１ポート共振回路によって電気的に結合していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項８】
前記放射導体の前記一端に接続している第一の１ポート共振回路を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、前記複数の周波数の数と同じであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項９】
前記放射導体の前記一端に接続している前記第一の１ポート共振回路及び前記第三の１ポート共振回路を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、前記複数の周波数の数と同じであることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１０】
複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した上記複数の周波数で共通の単一の給電点とを有しているマルチモードアンテナであって、最上層、中間層及び最下層とを備えた、複数の基板を積層してなる多層構造を有し、上記放射導体の一部が該最上層に形成され、上記第一の１ポート共振回路及び上記第二の１ポート共振回路が該中間層に形成され、上記給電点が上記多層構造の側面に形成され、接地電位を持つ接地導体が該最下層に形成されていることを特徴とするマルチモードアンテナ。
【請求項１１】
前記最上層と前記中間層の間に別の中間層が形成され、前記放射導体と前記第一の１ポート共振回路及び前記第二の１ポート共振回路との間の電磁結合を抑制する遮蔽導体が該別の中間層に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１２】
前記遮蔽導体が接地電位と電気的に結合していることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１３】
前記第一の１ポート共振回路及び前記第二の１ポート共振回路がスパイラル状の導体によってなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１４】
前記第一の１ポート共振回路及び前記第二の１ポート共振回路がメアンダ状の導体によってなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１５】
前記複数の基板が誘電体及び磁性体からなる群から選択した高周波材料からなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１６】
前記複数の絶縁基板が誘電体からなる場合、該複数の基板のそれぞれの誘電率が相互に異なっており、より上層の基板の誘電率がより下層の基板の誘電率よりも低いことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１７】
前記複数の絶縁基板が磁性体からなる場合、該複数の基板のそれぞれの透磁率が相互に異なっており、より上層の基板の透磁率がより下層の基板の透磁率よりも低いことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１８】
複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した上記複数の周波数で共通の単一の給電点とを有しているマルチモードアンテナの製造方法であって、上部基板の上面の最上層に上記放射導体の一部を膜形成プロセスによって形成する工程と、該上部基板の下面の中間層に上記第一の１ポート共振回路及び上記第二の１ポート共振回路を膜形成プロセスによって形成する工程と、下部基板の下面の最下層に接地電位を持つ接地導体を膜形成プロセスによって形成する工程と、該下部基板の側面に上記給電点を含む導体を膜形成プロセスによって形成する工程と、該上部基板の下面と該下部基板の上面とを接着して多層構造を形成する工程とを有していることを特徴とするマルチモードアンテナの製造方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナと、該マルチモードアンテナの単一の給電点に接続した、複数の周波数の数の接点を有する高周波多接点スイッチと、該高周波多接点スイッチのそれぞれに接続した複数の回路ブロックと、単層或いは多層の高周波基板とを有し、上記マルチモードアンテナと上記高周波多接点スイッチと上記複数の回路ブロックとが上記高周波基板に搭載されており、上記複数の回路ブロックの各々が分波器と、該分波器の一方の端子に接続した電力増幅器と、該電力増幅器に接続した送信回路と、該分波器の他方の端子に接続した低雑音増幅器と、該低雑音増幅器に接続した受信回路とを備え、上記複数の回路ブロックの複数の該分波器の共通枝出力が上記高周波多接点スイッチを介し、上記アンテナの上記単一の給電点と結合していることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２０】
請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナと、該マルチモードアンテナの単一の給電点に接続した、複数の周波数の数の接点を有する高周波多接点スイッチと、該高周波多接点スイッチのそれぞれに接続した複数の回路ブロックと、単層或いは多層の高周波基板とを有し、上記マルチモードアンテナと上記高周波多接点スイッチと上記複数の回路ブロックとが上記高周波基板に搭載されており、上記複数の回路ブロックの各々が高周波２接点スイッチと、該高周波２接点スイッチの一方の端子に接続した電力増幅器と、該電力増幅器に接続した送信回路と、該高周波２接点スイッチの他方の端子に接続した低雑音増幅器と、該低雑音増幅器に接続した受信回路とを備え、上記複数の回路ブロックの複数の該高周波２接点スイッチの共通枝出力が上記高周波多接点スイッチを介し、上記アンテナの上記単一の給電点と結合していることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項１】
複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した上記複数の周波数で共通の単一の給電点とを有していることを特徴とするマルチモードアンテナ。
【請求項２】
前記第一の１ポート共振回路が前記放射導体の一端と接地電位点との間に接続され、前記第二の１ポート共振回路が前記放射導体の他端と接地電位点との間に接続され、前記給電点が該第一の１ポート共振回路と該放射導体の一端との接続点であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項３】
前記第一の１ポート共振回路が前記放射導体の一端と前記給電点との間に接続され、前記第二の１ポート共振回路が前記放射導体の他端と接地電位点との間に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項４】
前記放射導体の一端と接地電位点との間に接続した第三の１ポート共振回路を更に有し、前記第一の１ポート共振回路が前記放射導体の一端と前記給電点との間に接続され、前記第二の１ポート共振回路が前記放射導体の他端と接地電位点との間に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項５】
前記複数の周波数において、前記放射導体の前記一端から該放射導体側を見込んだアドミッタンス又はインピーダンスの虚部の符号が周波数が大きくなるにつれて交互に正・負の符号を繰り返すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項６】
前記放射導体が接地電位を含む単一の連続体であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項７】
前記放射導体が空間的に分割され、分割された部分のそれぞれが１ポート共振回路によって電気的に結合していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項８】
前記放射導体の前記一端に接続している第一の１ポート共振回路を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、前記複数の周波数の数と同じであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項９】
前記放射導体の前記一端に接続している前記第一の１ポート共振回路及び前記第三の１ポート共振回路を等価回路表現した際の極と零点の数の総和が、前記複数の周波数の数と同じであることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１０】
複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した上記複数の周波数で共通の単一の給電点とを有しているマルチモードアンテナであって、最上層、中間層及び最下層とを備えた、複数の基板を積層してなる多層構造を有し、上記放射導体の一部が該最上層に形成され、上記第一の１ポート共振回路及び上記第二の１ポート共振回路が該中間層に形成され、上記給電点が上記多層構造の側面に形成され、接地電位を持つ接地導体が該最下層に形成されていることを特徴とするマルチモードアンテナ。
【請求項１１】
前記最上層と前記中間層の間に別の中間層が形成され、前記放射導体と前記第一の１ポート共振回路及び前記第二の１ポート共振回路との間の電磁結合を抑制する遮蔽導体が該別の中間層に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１２】
前記遮蔽導体が接地電位と電気的に結合していることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１３】
前記第一の１ポート共振回路及び前記第二の１ポート共振回路がスパイラル状の導体によってなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１４】
前記第一の１ポート共振回路及び前記第二の１ポート共振回路がメアンダ状の導体によってなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１５】
前記複数の基板が誘電体及び磁性体からなる群から選択した高周波材料からなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１６】
前記複数の絶縁基板が誘電体からなる場合、該複数の基板のそれぞれの誘電率が相互に異なっており、より上層の基板の誘電率がより下層の基板の誘電率よりも低いことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１７】
前記複数の絶縁基板が磁性体からなる場合、該複数の基板のそれぞれの透磁率が相互に異なっており、より上層の基板の透磁率がより下層の基板の透磁率よりも低いことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のマルチモードアンテナ。
【請求項１８】
複数の周波数の電磁波を放射する放射導体と、該放射導体の一端に接続した第一の１ポート共振回路と、該放射導体の他端に接続した第二の１ポート共振回路と、該第一の１ポート共振回路に接続した上記複数の周波数で共通の単一の給電点とを有しているマルチモードアンテナの製造方法であって、上部基板の上面の最上層に上記放射導体の一部を膜形成プロセスによって形成する工程と、該上部基板の下面の中間層に上記第一の１ポート共振回路及び上記第二の１ポート共振回路を膜形成プロセスによって形成する工程と、下部基板の下面の最下層に接地電位を持つ接地導体を膜形成プロセスによって形成する工程と、該下部基板の側面に上記給電点を含む導体を膜形成プロセスによって形成する工程と、該上部基板の下面と該下部基板の上面とを接着して多層構造を形成する工程とを有していることを特徴とするマルチモードアンテナの製造方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナと、該マルチモードアンテナの単一の給電点に接続した、複数の周波数の数の接点を有する高周波多接点スイッチと、該高周波多接点スイッチのそれぞれに接続した複数の回路ブロックと、単層或いは多層の高周波基板とを有し、上記マルチモードアンテナと上記高周波多接点スイッチと上記複数の回路ブロックとが上記高周波基板に搭載されており、上記複数の回路ブロックの各々が分波器と、該分波器の一方の端子に接続した電力増幅器と、該電力増幅器に接続した送信回路と、該分波器の他方の端子に接続した低雑音増幅器と、該低雑音増幅器に接続した受信回路とを備え、上記複数の回路ブロックの複数の該分波器の共通枝出力が上記高周波多接点スイッチを介し、上記アンテナの上記単一の給電点と結合していることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２０】
請求の範囲第１項に記載のマルチモードアンテナと、該マルチモードアンテナの単一の給電点に接続した、複数の周波数の数の接点を有する高周波多接点スイッチと、該高周波多接点スイッチのそれぞれに接続した複数の回路ブロックと、単層或いは多層の高周波基板とを有し、上記マルチモードアンテナと上記高周波多接点スイッチと上記複数の回路ブロックとが上記高周波基板に搭載されており、上記複数の回路ブロックの各々が高周波２接点スイッチと、該高周波２接点スイッチの一方の端子に接続した電力増幅器と、該電力増幅器に接続した送信回路と、該高周波２接点スイッチの他方の端子に接続した低雑音増幅器と、該低雑音増幅器に接続した受信回路とを備え、上記複数の回路ブロックの複数の該高周波２接点スイッチの共通枝出力が上記高周波多接点スイッチを介し、上記アンテナの上記単一の給電点と結合していることを特徴とする高周波モジュール。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３６６８７
【国際公開日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【発行日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４４６９７（Ｐ２００４−５４４６９７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００２／０１０６８０
【国際出願日】平成１４年１０月１５日（２００２．１０．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【発行日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００２／０１０６８０
【国際出願日】平成１４年１０月１５日（２００２．１０．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]