JP2004015246A - Plate antenna and communication terminal equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、携帯情報端末(Personal Digital Assistant, PDA)等の通信端末およびこれらを含む無線LAN(Local Aria Netowork)システム関連のアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の携帯電話機等の携帯通信端末のアンテナとして、ホイップ型の半波長ダイポールアンテナがよく用いられている。
【0003】
このホイップ型半波長ダイポールアンテナの周波数帯域幅は、たとえば、中心周波数2080MHzで、自由空間(in free space)では200MHz、人体近傍(with human body)では160MHz程度である。
【0004】
しかし、紀元2001年に実用化の第3世代携帯電話システムIMT−2000 (International Mobile Telecommunication−2000)で使用する周波数帯域は1920 MHz〜2170MHzの250MHzであり、その変調方式はW−CDMAである。IMT−2000のW−CDMA変調方式では1920 MHz〜2170MHzの全周波数帯域が利用されるから、IMT−2000用携帯電話機のアンテナは250MHzの周波数帯域を必要とする。
【0005】
前述の如く、従来の携帯電話機で採用されていたホイップ型半波長ダイポールアンテナは、帯域幅が人体近傍(with human body)環境では160MHz程度であり、IMT−2000用としては帯域幅において不足であった。また、IMT−2000では、携帯電話機をインターネットに接続し、データの高速ダウンロードをする機会が多くなると予測されている。その高速ダウンロードの実現には高利得アンテナが有利であるが、半波長ダイポールアンテナの絶対利得は2.15dBであり、利得のより大きいアンテナが求められている。
【0006】
周波数帯域の拡大やアンテナ利得の増大のためには、携帯電話に備えられている半波長ダイポールアンテナに加えて、携帯電話機の筐体をアンテナエレメントとして利用することが一応有利である。ところが、携帯電話機の筐体をアンテナエレメントとして利用すると、人体近傍にアンテナを保持したとき、アンテナの姿勢や手で把持する筐体の位置等に応じ、アンテナの入出力特性、すなわち帯域幅や利得が大きく変動し、通信品質が安定しない。また、アンテナの一部として筐体を利用することは、人体に電流を流すことになり、人体に対する電波の暴露が増大するので、EMC(Electro Magnetic Compatibility)の観点から避けることが望ましい。
【0007】
このIMT−2000システムに十分に適用できるアンテナとして、本発明者がプレートアンテナ(特許出願2001−037777号:以下、先願発明という)を提案している。この先願発明のプレートアンテナは、IMT−2000システムに必要な帯域幅や利得が筐体に依存することなく得られ、人体近傍でも入出力特性が安定している。この先願発明のプレートアンテナ3は、図6(A)、(B)および(C)に示すように、プリント基板の誘電体板31と、この誘電体板31に形成された導電体箔たとえば銅箔(縦幅T、横幅W)32と、アンテナの給電点の位置に示される信号源33と、横長矩形(長さL1)の窓(スリット)34とにより構成されている。
【0008】
このプレートアンテナ3は、IMT−2000システムに適用できるだけでなく、近年出現している、いわゆるBluetoothと呼ばれるシステム(すなわち、パーソナルコンピュータPC同士、あるいはPCと一般家庭電化製品を無線でリンクしたシステム:周波数帯2400MHz〜2500MHz)や、現在ワイヤレスブロードバンドなる呼称で広く用いられている2.4GHz帯(周波数帯2400MHz〜2500MHz)無線LANシステムにも適用できる。このBluetoothシステムに適用した例を以下に示す。
【0009】
図6においては、誘電体板31の厚み16mm、比誘電率は3.5、導電率は0.003S/m(Sはジーメンス、1/Ω)である。銅箔32の厚みは35μm、銅箔32の横幅Wは38mm、縦幅Tは53mm、横長矩形の窓(スリット)34の横幅L1は37mm、縦幅L2は1mmである。銅箔32の周りののり代はほぼ1mmでとなっている。この例によるプレートアンテナの周波数特性を図7に示す。なお、縦軸S11は、S11=10×常用対数{(反射電力)/入射電力}}であり、アンテナ入力に対するアンテナからの反射電力の割合を示している。また、横軸は周波数[MHz]を示す。
【0010】
図7において、曲線(B1)は図6に関するプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、周波数帯(A1)は第3世代携帯電話システムIMT−2000の周波数帯域で、周波数帯(A2)はBluetoothまたは2.4GHz無線LAN用周波数帯域で、また、周波数帯(A3)は5.2GHz帯(5200MHz〜5300MHz)無線LAN用周波数帯域である。この特性図から、周波数を通常のように、反射電力がー10dB以下の帯域とすると、図6のプレートアンテナの帯域幅は空気中で1960MHz〜2850MHzの890MHzとなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このように図6に示すプレートアンテナは、上述のIMT−2000システム、Bluetoothシステム(周波数帯2400MHz〜2500MHz)および2.4GHz帯(周波数帯2400MHz〜2500MHz)無線LANシステムに適用できる。
【0012】
しかし、Bluetoothシステムおよび2.4GHz帯(周波数帯2400MHz〜2500MHz)無線LANシステムは同じ周波数帯を使用しているので、2400MHz〜2500MHzの周波数帯は通信が輻そうする傾向にある。したがって、アメリカ合衆国などを中心に、無線LANシステムの周波数帯をまだ利用者の少ない5200MHz〜5300MHzの周波数帯にも求めようとする動きが盛んである。
【0013】
この周波数帯5200MHz〜5300MHz(5.2GHz帯)は上述の先願発明(図6および図7)のプレートアンテナの帯域の中心周波数より2倍程度高いため、このプレートアンテナのみの帯域幅では不足している。したがって、上述の先願発明のプレートアンテナは5.2GHz帯無線LANシステムには適用できず、改良が求められている。
【0014】
そこで、本発明の目的は、5.2GHz帯無線LANシステムにも適用可能な、広帯域で、高利得の安定な特性を有するプレートアンテナ等を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【0016】
(1)外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第1の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第1のアンテナ素子と、2つの第2の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第2のアンテナ素子とを有するプレートアンテナ。
【0017】
(2)前記外縁おける前記スリットの開口寸法は該スリットにおける前記内側に切れ込んだ深さより小さいことを特徴とする前記(1)記載のプレートアンテナ。
【0018】
(3)前記第1の薄い導電体は、平面形が矩形であり、前記スリットの開口は該矩形における1つの辺の中央部にあり、前記スリットの形は該辺に直交する仮想線に関し対称であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のプレートアンテナ。
【0019】
(4)前記2つの第2の薄い導電体は、前記間隙を挟んで線対称に形成されていることを特徴とする前記(1)、(2)または(3)に記載のプレートアンテナ。
【0020】
(5)前記第1および第2の薄い導電体は、前記誘電体板の表裏にそれぞれ印刷された金属箔でなり、前記第1および第2の薄い導電体並びに前記誘電体板は1つのプリント基板を構成していることを特徴とする前記(1)、(2)、(3)または(4)に記載のプレートアンテナ。
【0021】
(6)前記プリント基板が通信端末の筐体にヒンジで取り付けられていることを特徴とする前記(5)に記載のプレートアンテナ。
【0022】
(7)前記ヒンジによる前記プリント基板の開閉角度が変えられることを特徴とする前記(6)に記載のプレートアンテナ。
【0023】
(8)前記ヒンジが前記筐体の背面における片方の側縁に設けてあることを特徴とする前記(7)記載のプレートアンテナ。
【0024】
(9)前記辺において前記開口に臨む前記第1の導電体の端部が給電点であることを特徴とする前記(3)乃至(8)のいずれか1つに記載のプレートアンテナ。
【0025】
(10)前記第1のアンテナ素子が第3世代携帯電話システム(IMT−2000)、Bluetoothまたは2.4GHz無線LANシステムの周波数帯用アンテナとして機能し、前記第2のアンテナ素子が5.2GHz帯無線LANシステムの周波数帯用アンテナとして機能することを特徴とする前記(1)乃至(9)のいずれか1つに記載のプレートアンテナ。
【0026】
(11)前記(1)乃至(5)のいずれか1つに記載したプレートアンテナを備えたことを特徴とする通信端末。
【0027】
(12)外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第1の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第1のアンテナ素子と、2つの第2の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第2のアンテナ素子とを有するプレートアンテナを備えたことを特徴とする通信端末。
【0028】
(13)前記第1のアンテナ素子が第3世代携帯電話システム(IMT−2000)、Bluetoothまたは2.4GHz無線LANシステムの周波数帯用アンテナとして機能し、前記第2のアンテナ素子が5.2GHz帯無線LANシステムの周波数帯用アンテナとして機能することを特徴とする前記(12)記載の通信端末。
【0029】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0030】
図1は本発明の実施の形態のプレートアンテナを示す図であり、同図(A)及び(B)はそれぞれプレートアンテナの表側および裏側の斜視図である。図において、1は本発明の一実施の形態であるプレートアンテナ、11はプリント基板の誘電体板、12はこの誘電体板11の一方の面に印刷形成された薄い導電体や導電体箔たとえば銅箔(図6の32に相当)、13はアンテナの給電点での信号源、14は横長矩形(図6の34に相当)の窓(スリット)、15,16は誘電体板11の他方の面に印刷形成された薄い導電体や導電体箔たとえば銅箔(横幅E1、縦幅E2)、17は銅箔15と16との間の間隙である。誘電体板11並びに誘電体板11に印刷された銅箔12,15及び16でもって1つのプリント基板を構成している。
【0031】
誘電体板11の平面形は矩形である。銅箔12は、誘電体板11に相似する矩形の平面形をなしている。但し、銅箔12には窓14が設けてあるので、正確に表現すれば、窓14が設けてないと仮想したときの銅箔12の平面形が矩形であるということである。誘電体板11に相似する銅箔12の4つの辺は誘電体板11の4つの辺より僅かに内側に寄っている。銅箔15及び16の平面形は、同じ大きさの矩形である。
【0032】
プレートアンテナの窓14の開口は、銅箔12の矩形平面における1つの辺12aの中央部にある。窓14平面形も細長い矩形である。窓14の長手方向の中心線(仮想線)は、その辺12aに直交する。その仮想の中心線は、銅箔12及び窓14を2等分する。2等分された窓14のそれぞれは、その中心線に関し対称である。間隙17に望む銅箔15と16の各辺は互いに平行である。その間隙17の中心線(仮想線)に関し、銅箔15及び16の平面形は対称である。間隙17の中心線は、窓14の長手方向の前記中心線を通り誘電体板11の表面に直交する平面内にある。
【0033】
このプレートアンテナ1において、図1(A)に示すように誘電体板11の表側に、窓14が設けられた銅箔12からなる第1のアンテナ素子(図6のプレートアンテナ)が形成され、また、図1(B)に示すように誘電体板11の裏側に、間隙17を置いて配置された銅箔15及び16からなる第2のアンテナ素子が形成されている。アンテナの給電点には信号源(たとえば、送受信機)13が接続される。
【0034】
図1(A),(B)の実施例において、表側の第1のアンテナ素子の寸法は図6の先願発明のプレートアンテナ3の実施例のそれと同じであり、銅箔15、16の横幅E1は5mm、縦幅E2は14mm、厚みは銅箔32の厚みと同じ35μm程度である。間隙17の幅は横長矩形の窓14の幅と同じく1mmである。また、第2のアンテナ素子のプリント基板端部からの距離D1は13.5mmとなっている。間隙17の長さESはE1と同じく5mmとなっている。
【0035】
このような寸法のプレートアンテナ1の周波数特性を図2に示す。なお、縦軸S11は、S11=10×常用対数{(反射電力)/(入射電力)}であり、アンテナ入力に対するアンテナからの反射電力の割合を示している。また、横軸は周波数[MHz]を示す。
【0036】
図2において、曲線(B1)は図6に関する先願発明のプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、曲線(B2)は図1に関する本発明のプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、周波数帯(A1)は第3世代携帯電話システムIMT−2000の周波数帯域で、周波数帯(A2)はBluetoothまたは2.4GHz無線LAN用周波数帯域で、また、周波数帯(A3)は5.2GHz帯無線LAN用周波数帯域である。
【0037】
この特性図から、周波数を通常のように、反射電力がー10dB以下の帯域とすると、図1のプレートアンテナの帯域幅は空気中で1920MHz〜2700MHzの780MHzと、5000MHz〜5550MHzの550MHzとなる。すなわち、図2に示すように、図1に示す第1および第2のアンテナ素子からなるプレートアンテナ1は、第3世代携帯電話システム(IMT−2000)、Bluetooth及び2.4GHz無線LANシステム並びに5.2GHz帯無線LAN(IEEE802.11a規格対応)システムの周波数帯域をすべてカバーすることができる。
【0038】
図3は、図1に示した本発明のプレートアンテナに関する自由空間中の放射特性を示す。図3(A)は、プレートアンテナをX−Y−Zの3次元座標軸上に展開した場合の位置付けを示している。図3(B)は、アンテナから放射される電界のうちのZ軸に平行な電界成分の強度を、X軸の矢印が指し示す方位を0°としてY軸方向に向かって360°に亘り示したものである。電界強度の指標[dB]は、最も一般的な半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度を基準とし、常用対数{(本発明のアンテナの放射電界強度)/(半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度)}で示されている。
【0039】
この図3(B)において、0[dB]のとき、本発明のアンテナの放射電界強度は半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度と等しくなる。一般的に最大放射方向の電界強度が0[dB]以上あれば十分と言われているので、本発明に関するアンテナ利得は、2GHz、2.4GHz、5.2GHzのいずれの周波数について十分に実用に供し得る値である。
【0040】
図4は、本発明の第2の実施の形態であるプレートアンテナ1aにおける第2のアンテナ素子の例を示す平面図である。図4の第2のアンテナ素子は、図1(B)に示した5.2GHzの周波数成分を発生させる第2のアンテナ素子の変形例である。本第2の実施の形態における第1のアンテナ素子は、図1(A)のものと同一である。
【0041】
本発明における第2のアンテナ素子の形状は、図1(B)のように長方形に限らず、図4のように台形状にしても差し支えない。図4の第2のアンテナ素子は、銅箔18及び19を間隙20を隔てた配置してなるが、この第2のアンテナ素子によっても5.2GHzの周波数成分を発生させることができる。なお、プレーアンテナ1aのプリント基板における第1のアンテナ素子、すなわち、図1(A)に示す2GHz、2.4GHzの周波数成分を発生させるアンテナ素子(銅箔12および窓14)は、図4では破線で示してある。
【0042】
また、本発明は、図4における台形の銅箔18、19を三角形に変形して第2のアンテナ素子を構成しても有効である。さらに、第2のアンテナ素子における2つの第2の薄い導電体は、台形や三角形などの多角形に限らず曲線で囲まれた形を平面形とするものでも有効性がある。ただし、図5(A)に示すように、図4の台形状素子(18、19)を逆に向かい合わせた鼓のような素子(21、22)の配置では入力特性は劣化してしまう。特に、図5(A)の間隙23の長さESを短くすると入力特性劣化が大きくなる。したがって、図5(B)に示すように、間隙26の長さESがほとんどないような素子形状(銅箔24、25)も実用的といえない。
【0043】
図1のプレートアンテナ1及び図4のプレートアンテナ1aを携帯電話機等の携帯端末や情報端末の筐体の背面に取り付け用いることができる。より具体的には、たとえば、プレートアンテナ1又は1aをプラスチック等の絶縁体製の矩形の枠(ケース)に収納して、このケースを携帯電話機の筐体の背面における片方の側縁(稜)にヒンジで取り付け、携帯電話機の筐体の背面に対しプレートアンテナ1又は1aの板面を平行にしたアンテナ閉状態と、その背面に対しプレートアンテナ1又は1aの板面を直角にしたアンテナ開状態との2つの姿勢の間で任意の角度(背面に対するの板面の角度)でプレートアンテナ1又は1aを保持する。携帯電話機の筐体の設けられている送受信機は、給電線によりプレートアンテナ1又は1aの銅箔12の給電点〔図1(A)における窓14の左端の位置における銅箔12〕に接続される。図1または図4では、送受信機として信号源13が示されている。ヒンジの位置における給電線は被覆された可撓性の平行線路とすることができる。
【0044】
携帯電話機等の通信システムにおいては、呼出し信号はアンテナ閉状態で通常は待ち受ける。そして、呼出し信号を受信し、呼出し音を認識したときに携帯電話機の所持者は、通常はアンテナ開状態に設定し、信号の交信をする。勿論アンテナ開状態で呼出し信号を待ち受けでき、またアンテナ閉状態でも信号の交信ができる。
【0045】
また、地上デジタルテレビジョン放送を受信するのに好適な本発明のプレートアンテナとしては、プレートアンテナ1又は1aと平行に反射板を設けて、指向性を持った高利得のアンテナ構成することもできる。
【0046】
ここまで実施の形態を説明するのに当たり、理解を容易にするために、アンテナなどの構造、寸法、材料などを具体的に示した。しかしながら、本発明の技術的範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明のプレートアンテナは、携帯電話機だけではなく、携帯情報端末(PDA)等の携帯通信端末にも適用できる。また、実施の形態では、プレートアンテナにおけるアンテナエレメント(アンテナ素子)となる薄い導電体を銅箔とし、この銅箔をプリント基板に印刷により製作するとしたが、導体板は自立的に形状を保持できる厚さ(通常0.1から0.2mm)の金属板等でも差し支えない。さらに、導体板に設ける窓の平面形は、矩形や菱形など各種の形が可能である。また、その窓の縦方向の長さと横方向の長さとの比、すなわちアスペクト比の選択により、また導体板の面積に対する窓の面積の比の選択により、アンテナの特性を広い範囲で選択できる。導体板の外側の輪郭は、実施の形態では矩形であったが、必ずしも矩形でなくても、導体板が実質的にプレートアンテナとして作用する輪郭であれば差し支えない。図1および図4の実施の形態では、プレートアンテナは携帯電話機の背面の側縁にヒンジで取り付けたが、プレートアンテナは携帯通信端末の外形に応じて適切な位置に設ければよく、取り付け手段もヒンジに代えてスライド式にしても差し支えない。図1および図4の実施の形態では、プレートアンテナの開閉角度を90度としたが、開閉角度は設計上の必要に応じ任意に選択できる。更に本発明のプレートアンテナは、携帯通信端末用だけではなく、地上デジタルテレビジョン放送などの受信アンテナとしても好適である。
【0047】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明のプレートアンテナによれば、第3世代携帯電話システム(IMT−2000)、Bluetooth及び2.4GHz無線LANシステム並びに5.2GHz帯無線LAN(IEEE802.11a規格対応)システムに適用できる十分な帯域幅を有し、また利得も高く、入出力特性が安定している携帯通信端末用アンテナを提供できる。また、本発明のプレートアンテナは、反射板を備えて指向性を高めることにより、所要方向に関し高利得を実現でき、従来のアンテナに比べ小型軽量であるので、地上デジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態であるプレートアンテナを示す図であり、同図(A)及び(B)はそれぞれプレートアンテナの表側の第1のアンテナ素子および裏側の第2のアンテナ素子の斜視図である。
【図2】図1のプレートアンテナ1の周波数特性を示すグラフである。
【図3】図1に示した実施の形態のプレートアンテナ1に関する放射特性を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態であるプレートアンテナ1aにおける第2のアンテナ素子を示す図である。
【図5】プレートアンテナの第2のアンテナ素子を示す図で、同図(A)および(B)は異なるアンテナ素子(銅箔)形状を示している。
【図6】先願発明に関わるプレートアンテナを示す図であり、同図(A)、(B)及び(C)はプレートアンテナの正面図、下側面図および右側面図を示す。
【図7】図6に示したプレートアンテナに関する周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
1,1a・・・プレートアンテナ
11・・・誘電体板
12・・・銅箔
13・・・プレートアンテナの給電点に接続される信号源
14・・・矩形の窓(スリット)
15,16・・・銅箔
17・・・間隙
18,19・・・銅箔
20・・・間隙
21,22・・・銅箔
23・・・間隙
24,25・・・銅箔
26・・・間隙
3・・・プレートアンテナ
31・・・プリント基板の誘電体板
32・・・銅箔
33・・・プレートアンテナの給電点に接続される信号源
34・・・矩形の窓(スリット)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication terminal such as a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), and an antenna related to a wireless LAN (Local Area Network) system including the communication terminal.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A whip-type half-wavelength dipole antenna is often used as an antenna of a mobile communication terminal such as a conventional mobile phone.
[0003]
The frequency bandwidth of the whip-type half-wave dipole antenna is, for example, a center frequency of 2080 MHz, about 200 MHz in a free space, and about 160 MHz in the vicinity of a human body.
[0004]
However, the frequency band used in the third generation mobile phone system IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000), which was put into practical use in 2001 AD, is 1920 MHz to 2170 MHz, 250 MHz, and the modulation method is W-CDMA. Since the entire frequency band of 1920 MHz to 2170 MHz is used in the IMT-2000 W-CDMA modulation method, the antenna of the mobile phone for the IMT-2000 requires a frequency band of 250 MHz.
[0005]
As described above, the whip-type half-wave dipole antenna employed in the conventional mobile phone has a bandwidth of about 160 MHz in an environment near a human body (with human body), and is insufficient in bandwidth for IMT-2000. Was. Also, with IMT-2000, it is predicted that there will be more opportunities to connect a mobile phone to the Internet and download data at high speed. A high-gain antenna is advantageous for realizing the high-speed downloading, but an absolute gain of the half-wavelength dipole antenna is 2.15 dB, and an antenna having a larger gain is required.
[0006]
In order to expand the frequency band and increase the antenna gain, it is temporarily advantageous to use the housing of the mobile phone as an antenna element in addition to the half-wavelength dipole antenna provided in the mobile phone. However, when the housing of the mobile phone is used as an antenna element, when the antenna is held near the human body, the input / output characteristics of the antenna, that is, the bandwidth and gain, depend on the posture of the antenna and the position of the housing held by hand. Greatly fluctuates, and the communication quality is not stable. In addition, using a housing as a part of an antenna causes a current to flow through a human body and increases the exposure of radio waves to the human body. Therefore, it is desirable to avoid using the housing from the viewpoint of EMC (Electro Magnetic Compatibility).
[0007]
The present inventor has proposed a plate antenna (Patent Application No. 2001-037777; hereinafter, referred to as a prior invention) as an antenna sufficiently applicable to this IMT-2000 system. In the plate antenna of the prior application, the bandwidth and gain required for the IMT-2000 system can be obtained without depending on the housing, and the input / output characteristics are stable even near the human body. As shown in FIGS. 6 (A), 6 (B) and 6 (C), the
[0008]
This
[0009]
In FIG. 6, the thickness of the
[0010]
7, a curve (B1) is a characteristic curve showing the frequency characteristic of the plate antenna shown in FIG. The frequency band (A1) is a frequency band of the third generation mobile phone system IMT-2000, the frequency band (A2) is a Bluetooth or 2.4 GHz wireless LAN frequency band, and the frequency band (A3) is 5. This is a 2 GHz band (5200 MHz to 5300 MHz) wireless LAN frequency band. From this characteristic diagram, assuming that the frequency is in a band where the reflected power is -10 dB or less, as usual, the bandwidth of the plate antenna in FIG. 6 is 890 MHz in the air from 1960 MHz to 2850 MHz.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, the plate antenna shown in FIG. 6 can be applied to the above-described IMT-2000 system, Bluetooth system (frequency band 2400 MHz to 2500 MHz) and 2.4 GHz band (frequency band 2400 MHz to 2500 MHz) wireless LAN system.
[0012]
However, since the Bluetooth system and the 2.4 GHz band (frequency band 2400 MHz to 2500 MHz) wireless LAN system use the same frequency band, communication tends to spread in the 2400 MHz to 2500 MHz frequency band. Accordingly, there is a growing movement to find the frequency band of the wireless LAN system in the frequency band of 5200 MHz to 5300 MHz, which has few users, mainly in the United States.
[0013]
Since this frequency band 5200 MHz to 5300 MHz (5.2 GHz band) is about twice as high as the center frequency of the band of the plate antenna of the above-mentioned prior invention (FIGS. 6 and 7), the bandwidth of this plate antenna alone is insufficient. ing. Therefore, the above-mentioned plate antenna of the invention of the prior application cannot be applied to a 5.2 GHz band wireless LAN system, and improvement is required.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a plate antenna or the like having a wide band, high gain, and stable characteristics, which is applicable to a 5.2 GHz band wireless LAN system.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the following means to solve the above-mentioned problems.
[0016]
(1) A first antenna element in which a first thin conductor having a slit cut inward from an outer edge is formed on one surface of a dielectric plate, and two second thin conductors are formed of the dielectric material. A second antenna element disposed on the other surface of the plate with a gap therebetween.
[0017]
(2) The plate antenna according to (1), wherein an opening dimension of the slit at the outer edge is smaller than a depth of the slit cut into the inside.
[0018]
(3) The first thin conductor has a rectangular planar shape, the opening of the slit is located at the center of one side of the rectangle, and the shape of the slit is symmetric with respect to an imaginary line orthogonal to the side. The plate antenna according to the above (1) or (2), wherein
[0019]
(4) The plate antenna according to (1), (2) or (3), wherein the two second thin conductors are formed symmetrically with respect to the gap.
[0020]
(5) The first and second thin conductors are metal foils printed on the front and back surfaces of the dielectric plate, respectively, and the first and second thin conductors and the dielectric plate are formed of one print. The plate antenna according to (1), (2), (3) or (4), which constitutes a substrate.
[0021]
(6) The plate antenna according to (5), wherein the printed circuit board is attached to a housing of the communication terminal by a hinge.
[0022]
(7) The plate antenna according to (6), wherein an opening / closing angle of the printed board by the hinge can be changed.
[0023]
(8) The plate antenna according to (7), wherein the hinge is provided on one side edge of the rear surface of the housing.
[0024]
(9) The plate antenna according to any one of (3) to (8), wherein an end of the first conductor facing the opening on the side is a feeding point.
[0025]
(10) The first antenna element functions as an antenna for a frequency band of a third-generation mobile phone system (IMT-2000), Bluetooth or a 2.4 GHz wireless LAN system, and the second antenna element is used for a 5.2 GHz band. The plate antenna according to any one of (1) to (9), wherein the plate antenna functions as an antenna for a frequency band of a wireless LAN system.
[0026]
(11) A communication terminal comprising the plate antenna according to any one of (1) to (5).
[0027]
(12) A first antenna element in which a first thin conductor having a slit cut inward from the outer edge is formed on one surface of a dielectric plate, and two second thin conductors are formed of the dielectric. A communication terminal, comprising: a plate antenna having a second antenna element disposed on the other surface of the plate with a gap therebetween.
[0028]
(13) The first antenna element functions as an antenna for a frequency band of a third-generation mobile phone system (IMT-2000), Bluetooth or 2.4 GHz wireless LAN system, and the second antenna element is used for a 5.2 GHz band. The communication terminal according to the above (12), which functions as a frequency band antenna of a wireless LAN system.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 is a diagram showing a plate antenna according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1A and 1B are perspective views of the front side and the back side of the plate antenna, respectively. In the drawings, reference numeral 1 denotes a plate antenna according to an embodiment of the present invention, 11 denotes a dielectric plate of a printed circuit board, and 12 denotes a thin conductor or a conductor foil printed on one surface of the dielectric plate 11, for example. Copper foil (corresponding to 32 in FIG. 6), 13 is a signal source at the feeding point of the antenna, 14 is a horizontally long rectangular (corresponding to 34 in FIG. 6) window (slit), and 15 and 16 are the other of the dielectric plate 11 And 17 are a gap between the copper foils 15 and 16. One printed circuit board is constituted by the dielectric plate 11 and the copper foils 12, 15 and 16 printed on the dielectric plate 11.
[0031]
The planar shape of the dielectric plate 11 is rectangular. The copper foil 12 has a rectangular planar shape similar to the dielectric plate 11. However, since the copper foil 12 is provided with the
[0032]
The opening of the
[0033]
In this plate antenna 1, as shown in FIG. 1A, a first antenna element (plate antenna in FIG. 6) made of a copper foil 12 provided with a
[0034]
In the embodiment of FIGS. 1A and 1B, the dimensions of the first antenna element on the front side are the same as those of the embodiment of the
[0035]
FIG. 2 shows the frequency characteristics of the plate antenna 1 having such dimensions. Note that the vertical axis S11 is S11 = 10 × common logarithm {(reflected power) / (incident power)}, and indicates the ratio of the reflected power from the antenna to the antenna input. The horizontal axis indicates the frequency [MHz].
[0036]
In FIG. 2, a curve (B1) is a characteristic curve showing the frequency characteristic of the plate antenna of the invention of the prior application relating to FIG. Further, a curve (B2) is a characteristic curve showing the frequency characteristic of the plate antenna of the present invention related to FIG. The frequency band (A1) is a frequency band of the third generation mobile phone system IMT-2000, the frequency band (A2) is a Bluetooth or 2.4 GHz wireless LAN frequency band, and the frequency band (A3) is 5. This is a 2 GHz band wireless LAN frequency band.
[0037]
From this characteristic diagram, assuming that the frequency is a band where the reflected power is -10 dB or less as usual, the bandwidth of the plate antenna in FIG. 1 is 780 MHz from 1920 MHz to 2700 MHz and 550 MHz from 5000 MHz to 5550 MHz in air. That is, as shown in FIG. 2, the plate antenna 1 including the first and second antenna elements shown in FIG. 1 is a third-generation mobile phone system (IMT-2000), a Bluetooth and a 2.4 GHz wireless LAN system, and .2 GHz band can cover the entire frequency band of a wireless LAN (compliant with the IEEE802.11a standard) system.
[0038]
FIG. 3 shows radiation characteristics in free space of the plate antenna of the present invention shown in FIG. FIG. 3A shows the positioning when the plate antenna is developed on the XYZ three-dimensional coordinate axes. FIG. 3B shows the intensity of the electric field component parallel to the Z axis in the electric field radiated from the antenna over 360 ° in the Y axis direction, with the azimuth indicated by the X axis arrow being 0 °. Things. The index [dB] of the electric field intensity is based on the maximum radiated electric field intensity of the most common half-wavelength dipole antenna, and a common logarithm {(radiated electric field intensity of the antenna of the present invention) / (maximum radiated electric field intensity of the half-wavelength dipole antenna). )}
[0039]
In FIG. 3B, at 0 [dB], the radiated electric field strength of the antenna of the present invention is equal to the maximum radiated electric field strength of the half-wave dipole antenna. In general, it is said that it is sufficient if the electric field strength in the maximum radiation direction is 0 [dB] or more. Therefore, the antenna gain according to the present invention is sufficiently practical for any frequency of 2 GHz, 2.4 GHz and 5.2 GHz. This is a value that can be provided.
[0040]
FIG. 4 is a plan view showing an example of the second antenna element in the plate antenna 1a according to the second embodiment of the present invention. The second antenna element in FIG. 4 is a modified example of the second antenna element that generates the 5.2 GHz frequency component illustrated in FIG. The first antenna element according to the second embodiment is the same as that shown in FIG.
[0041]
The shape of the second antenna element in the present invention is not limited to a rectangle as shown in FIG. 1B, but may be a trapezoid as shown in FIG. The second antenna element shown in FIG. 4 has copper foils 18 and 19 arranged with a
[0042]
The present invention is also effective when the trapezoidal copper foils 18 and 19 in FIG. 4 are modified into a triangle to form the second antenna element. Further, the two second thin conductors in the second antenna element are not limited to polygons such as trapezoids and triangles, and are effective even if the shape surrounded by a curve is a plane. However, as shown in FIG. 5 (A), the input characteristics are degraded in the arrangement of the elements (21, 22) like the drums in which the trapezoidal elements (18, 19) in FIG. In particular, when the length ES of the gap 23 in FIG. Therefore, as shown in FIG. 5B, an element shape (copper foils 24 and 25) having almost no length ES of the gap 26 is not practical.
[0043]
The plate antenna 1 of FIG. 1 and the plate antenna 1a of FIG. 4 can be attached to the back of the housing of a portable terminal such as a portable telephone or an information terminal. More specifically, for example, the plate antenna 1 or 1a is housed in a rectangular frame (case) made of an insulator such as plastic, and this case is placed on one side edge (ridge) on the back surface of the housing of the mobile phone. The antenna is in a closed state in which the plate surface of the plate antenna 1 or 1a is parallel to the back surface of the housing of the mobile phone, and the antenna is in an open state in which the plate surface of the plate antenna 1 or 1a is perpendicular to the back surface. The plate antenna 1 or 1a is held at an arbitrary angle (the angle of the plate surface with respect to the back surface) between the two postures. The transceiver provided in the housing of the mobile phone is connected to a feeding point of the copper foil 12 of the plate antenna 1 or 1a [the copper foil 12 at the left end position of the
[0044]
In a communication system such as a mobile phone, a call signal usually waits while the antenna is closed. Then, upon receiving the ringing signal and recognizing the ringing sound, the holder of the mobile phone normally sets the antenna to the open state and communicates the signal. Of course, a call signal can be awaited when the antenna is open, and signals can be exchanged even when the antenna is closed.
[0045]
Further, as a plate antenna of the present invention suitable for receiving terrestrial digital television broadcasting, a reflector can be provided in parallel with the plate antenna 1 or 1a to form a high-gain antenna having directivity. .
[0046]
In the description of the embodiments, the structure, dimensions, materials, and the like of the antenna and the like are specifically illustrated for easy understanding. However, the technical scope of the present invention is not limited to this embodiment. For example, the plate antenna of the present invention can be applied not only to a mobile phone but also to a mobile communication terminal such as a personal digital assistant (PDA). In the embodiment, a thin conductor serving as an antenna element (antenna element) in a plate antenna is made of copper foil, and this copper foil is manufactured by printing on a printed circuit board. However, the conductor plate can hold its shape independently. A metal plate having a thickness (usually 0.1 to 0.2 mm) may be used. Furthermore, the plane shape of the window provided in the conductor plate can be various shapes such as a rectangle and a rhombus. In addition, the characteristics of the antenna can be selected in a wide range by selecting the ratio between the length of the window in the vertical direction and the length in the horizontal direction, that is, by selecting the aspect ratio and the ratio of the area of the window to the area of the conductor plate. Although the outer contour of the conductor plate is rectangular in the embodiment, it does not have to be necessarily rectangular as long as the conductor plate substantially acts as a plate antenna. In the embodiments shown in FIGS. 1 and 4, the plate antenna is attached to the side edge of the back surface of the mobile phone by a hinge, but the plate antenna may be provided at an appropriate position according to the outer shape of the mobile communication terminal. Also, the sliding type may be used instead of the hinge. 1 and 4, the opening and closing angle of the plate antenna is set to 90 degrees, but the opening and closing angle can be arbitrarily selected according to design needs. Further, the plate antenna of the present invention is suitable not only for portable communication terminals but also as a receiving antenna for digital terrestrial television broadcasting.
[0047]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the plate antenna of the present invention, the third generation mobile phone system (IMT-2000), Bluetooth and 2.4 GHz wireless LAN system, and 5.2 GHz band wireless LAN (compliant with the IEEE802.11a standard) 2) An antenna for a portable communication terminal having a sufficient bandwidth applicable to the system, a high gain, and stable input / output characteristics can be provided. In addition, the plate antenna of the present invention can realize high gain in a required direction by providing a reflector and enhancing directivity, and is smaller and lighter than a conventional antenna, so that it can be used as a terrestrial digital television broadcast receiving antenna. It is suitable.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a plate antenna according to a first embodiment of the present invention, wherein FIGS. 1A and 1B respectively show a first antenna element on the front side and a second antenna on the back side of the plate antenna; It is a perspective view of an antenna element.
FIG. 2 is a graph showing frequency characteristics of the plate antenna 1 of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing radiation characteristics of the plate antenna 1 of the embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a second antenna element in a plate antenna 1a according to a second embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams showing a second antenna element of the plate antenna, and FIGS. 5A and 5B show different antenna element (copper foil) shapes.
FIG. 6 is a view showing a plate antenna according to the invention of the prior application, and FIGS. 6A, 6B and 6C show a front view, a lower side view and a right side view of the plate antenna.
FIG. 7 is a diagram illustrating a frequency characteristic of the plate antenna illustrated in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1, 1a: Plate antenna 11: Dielectric plate 12: Copper foil 13:
15, 16 ... Copper foil 17 ... Gap 18, 19 ...
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