JP2004343165A - アンテナ装置及び無線通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】逆Ｆアンテナの利点を生かしつつ、２重共振化させた場合でも損失が少なく広帯域な内蔵アンテナを提供する。
【解決手段】地導体１と、地導体と所定の間隔を介して対向して配置された放射導体２を有し、地導体１と放射導体２は放射導体の第１の端部２ａからほぼλ／４（λ：使用周波数の波長）離れた短絡部５で導通接続され、放射導体２は第２の端部２ｂから給電され、短絡部５と放射導体２の第２の端部２ｂはλ／８以上離れて配置されることにより、従来の２重共振整合回路で装荷される直列Ｌ成分と並列Ｃ成分の全部もしくは一部を、短絡部５と放射導体２の第２の端部２ｂの間の放射導体で置き換えることができる。このため、整合素子での損失は少なくて済み、従来は損失項でしかなかった整合回路８を放射に寄与させることができ、低損失で広帯域な２重共振逆Ｆアンテナが得られる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で広帯域な特性を有するアンテナ装置に関し、さらに詳しくは、携帯電話等の移動体通信機器に用いるのに適した低損失で高帯域な特性を有する逆Ｆ形のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話機等の移動体通信機器においては、機器自体の小型化と同時に、使用周波数帯のワイドバンド化やマルチバンド化が行われており、そこに組み込まれるアンテナには、小型で機器内に内蔵可能であると同時に広帯域な特性が求められている。
【０００３】
機器に内蔵される小型アンテナの従来例として逆Ｆアンテナがある。
図８は、従来の逆Ｆアンテナの一例を示す斜視図であり、図９は、逆Ｆアンテナを側面から見た模式図である。
図８において、１は地導体、２は放射導体、３は給電部、４は給電ピン、５は短絡部、６は短絡ピン、７は給電線路である。また、図９において破線で示す２４はアンテナ上に分布する折返し電流経路である。放射導体２は、おおよそλ／４（λ：使用周波数の波長）の電気長を有し、地導体１と所定の間隔を介して対向して配置されており、短絡部５において短絡ピン６を介して地導体１と導通接続され、給電部３において給電ピン４を介して給電線路７に導通接続されている。給電部３と短絡部５は近接して配置されており、このとき放射に寄与する折返し電流経路２４の電気長はおおよそλ／２となって共振が生じる。また、給電線路７は同軸ケーブルやストリップ線路等の伝送線路を通じて、送受信無線回路（図示しない）に接続される。
【０００４】
逆Ｆアンテナを携帯電話等の端末機器に実装する際、使用者が端末機器を通話状態に保持したときに、アンテナ実装面が人体と逆側となるようにしておけば、逆Ｆアンテナでは地導板側方向への放射が少ないため、使用者が通話状態に保持した場合にも放射特性が人体の影響を受けにくく、また放射が人体に与える影響も小さいという利点がある。また、近年主流となっている折り畳み型の携帯電話では、折り畳んだときにアンテナ実装面が外側になるようにしておけば、折り畳んだ場合でもアンテナ特性の変化が小さいという利点がある。
【０００５】
また、特許文献１には、使用する周波数帯の全てで切り換え制御等を必要とせずに整合を取ることができ、全ての周波数において損失の少ない電波の輻射を行う多周波共振型逆Ｆ型アンテナが開示されている。この逆Ｆアンテナは、放射器の長さを周波数によって制御する共振回路を設けるとともに、給電部から接地点までの距離を周波数によって制御する直列共振回路を設けた構成を有する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２５１８２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆Ｆアンテナは小型低背化するに伴って、ホイップアンテナ等のように放射導体が地導体に近接しないアンテナに比較して、帯域が減少することが知られており、近年の使用周波数帯のワイドバンド化やマルチバンド化に対して、単体で広帯域をカバーすることが難しいという問題がある。また、このような問題点を解決すべく、２重共振整合回路を用いて２つの周波数に共振点を持たせた場合でも、各共振点での帯域幅は狭くなり、さらに整合回路に使用される素子での損失が生じ、アンテナ効率が下がってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、逆Ｆアンテナの利点を生かしつつ、２重共振化させた場合でも損失が少ない広帯域な内蔵アンテナを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の技術手段は、地導体と、該地導体と所定の間隔を介して対向して配置された放射導体を有し、前記地導体と前記放射導体は該放射導体の第１の端部から略λ／４（λ：使用周波数の波長）離間した短絡部で導通接続され、前記放射導体は該放射導体の第２の端部から給電され、前記短絡部と前記放射導体の第２の端部はλ／８以上離間していることを特徴とし、従来の２重共振整合回路で装荷される直列Ｌ成分と並列Ｃ成分の全部もしくは一部を、短絡部と放射導体の第２の端部の間の放射導体で置き換えることができ、整合素子での損失が少なく、整合回路部を放射に寄与させることができ、低損失で広帯域な２重共振逆Ｆアンテナを得ることが可能となる。
【００１０】
第２の技術手段は、第１の技術手段のアンテナ装置において、該アンテナ装置が実装される筐体を有し、前記放射導体の長さは、前記筐体の幅と略同寸法であることを特徴とし、放射導体長さを使用周波数におけるλ／４よりも長くすることができるので、筐体内空間を有効に活用することが可能となる。
【００１１】
第３の技術手段は、第１または２の技術手段のアンテナ装置において、前記短絡部は、前記筐体の幅方向中央付近に配置されていることを特徴とし、使用者が端末を通話状態に保持する場合に、耳に押し当てるために筐体の幅方向中央付近に指があてがう際の指の影響を受けにくくすることが可能となる。
【００１２】
第４の技術手段は、第３の技術手段のアンテナ装置において、前記短絡部付近に部品が配置されていることを特徴とし、周囲部品の影響を受けにくい短絡部が筐体の幅方向中央付近に配置され、また周囲部品の影響を受けやすい給電部は短絡部と離れて配置されるので、レシーバやマイク等の部品の影響を受けずにアンテナを実装することが可能となる。
【００１３】
第５の技術手段は、第２〜４の技術手段のアンテナ装置において、前記地導体は前記筐体からなることを特徴とし、地導体が基板からなる場合よりも、地導体と放射導体の距離を大きくとることができるので、筐体の厚み方向寸法を薄くすることができ、筐体全体を薄型化することが可能となる。
【００１４】
第６の技術手段は、第１〜５の技術手段のアンテナ装置が実装されている無線通信機器であることを特徴とし、整合素子での損失が少なく、整合回路部を放射に寄与させることができ、低損失で広帯域な２重共振逆Ｆアンテナを備えた無線通信機器を提供することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に示す実施例を参照して説明する。なお、実施例を説明する全ての図において、同様の機能を有する部分には同一の符号を付すとともに、本発明を特徴付ける部分を除いて、図８、図９に示す従来例と同一の部分は同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施例１）
本発明の実施例１のアンテナ装置について説明する。
図１は、基板上に構成された実施例１のアンテナ装置を示す斜視図であり、図２は、実施例１のアンテナ装置のアンテナ部分を拡大して示す斜視図である。
図１、図２において、１は地導体、２は放射導体、２ａは放射導体２の第１の端部、２ｂは放射導体２の第２の端部、３は給電部、４′は給電バネ、５は短絡部、６′は短絡バネ、７は給電線路、８は整合回路、９は送受信無線回路、１０は誘電体基板、１４はアンテナ装置を実装する端末機器に必要に応じて備えるレシーバである。
【００１７】
図３は、実施例１のアンテナ装置を実装した携帯電話端末を示す図で、図３（Ａ）は前面側から見た斜視図、図３（Ｂ）は背面側から上部背面筐体を透視した斜視図である。
図３において、１１は上部筐体、１２はヒンジ、１３は下部筐体、１４はレシーバ、１５はマイク、１６は液晶表示部、１７は操作キー部であり、上部筐体１１は上部前面筐体１１ａと上部背面筐体１１ｂからなる。また、レシーバ１４、マイク１５、液晶表示部１６、操作キー部１７は携帯電話端末のほぼ中心軸に沿って配置される。
【００１８】
誘電体基板１０は上部筐体１１に収納可能なように、上部筐体１１とほぼ同じ寸法に形成されており、誘電体基板１０上に地導体１、給電線路７が形成されている。放射導体２は、誘電体基板１０の幅とほぼ同じ寸法の長さを有するように板金で形成されており、携帯電話端末の上端部付近に実装されるように、誘電体基板１０の上端部に配置されている。
【００１９】
地導体１及び放射導体２は、放射導体２の第１の端部２ａからおおよそλ／４（λ：使用周波数の波長）離間した位置にある短絡部５において地導体１上に実装された短絡バネ６′を介して導通接続される。ここで、短絡部５及び短絡バネ６′は、上部筐体１１の横幅方向のほぼ中央に位置している。
【００２０】
また、放射導体２の第２の端部２ｂは、給電線路７上に実装された給電バネ４′を介して給電線路７と導通接続され、給電線路７の途中に装荷された整合回路８を通じて送受信無線回路９に接続されている。ここで、放射導体２は誘電体基板１０の幅とほぼ同じ寸法の長さであり、短絡部５が誘電体基板１０の横幅方向中央付近に位置しているので、放射導体２の第２の端部２ｂと短絡部５間の距離は、放射導体２の第１の端部２ａから短絡部５までの距離であるλ／４とほぼ等しくなるので、λ／８以上離れていることになる。
【００２１】
したがって、実施例１のアンテナ装置によれば、短絡部５から放射導体２の第２の端部２ｂ間の放射導体部分及び給電バネ４′が有する直列Ｌ成分及び並列Ｃ成分と、それを補う形で装荷された整合回路８により２重共振整合回路が構成されているので、逆Ｆアンテナが有する利点を有しつつ、従来は損失項でしかなかった整合回路部分をも放射に寄与させることができ、低損失で広帯域な２重共振逆Ｆアンテナが得られる。
【００２２】
また、レシーバ１４は、上部筐体１１の上端における幅方向中央付近に配置されることが一般的であるが、周囲に配置される部品の影響を受けにくい短絡部５は、上部筐体１１の幅方向中央付近に配置される。また、逆に周囲部品の影響を受けやすい給電部３は短絡部５と離れて配置されるので、レシーバ１４の影響を受けずにアンテナを実装することができる。このことは、例えばアンテナの実装位置が筐体の下端に配置されている場合や、レシーバ１４の代わりにマイク１５やスピーカ等の端末の幅方向中央付近に配置されるべき部品が使用される場合であっても同様の効果が得られる。
【００２３】
図４は、実施例１のアンテナ装置を実装した携帯電話端末の変形例を示す図で、上部背面筐体及び下部背面筐体を透視した斜視図である。
前記した実施例１のアンテナ装置において、送受信無線回路９は、給電線路７と同軸ケーブルやストリップ線路等で接続されていれば、携帯電話端末内のどの位置に配置されていてもよい。例えば、図４に示すように、下部筐体１３内に送受信無線回路９を実装し、給電線路７上に実装されたコネクタ１８及び送受信無線回路９に接続して実装された第２のコネクタ１９を同軸ケーブル２０で接続して、アンテナと接続されていてもよい。
【００２４】
図５は、実施例１のアンテナ装置の異なる変形例を示す斜視図である。
実施例１の変形例のアンテナ装置は、図５に示すように、放射導体２の第１の端部２ａ及び第２の端部２ｂの片方、もしくは両方の端部を折り曲げることにより、アンテナの体積を増やした構成である。このようにすることにより、アンテナの帯域が増すとともに放射効率も改善される。
【００２５】
また、短絡部５と放射導体２の第２の端部２ｂ間の放射導体部分と給電バネ４′が有する直列Ｌ成分と並列Ｃ成分だけで２重共振整合回路が構成できれば、給電線路７上の整合回路８を省略することができる。このようにすると、整合回路８に使用される素子での損失分がなくなり効率が向上する。
【００２６】
さらに、放射導体２は板金以外の材料、例えばフレキシブル基板やメッキが施された材料等で形成されていてもよい。また、給電バネ４′及び短絡バネ６′は、導通接続させる機能を有していればバネでなくてもよく、例えば、導電性緩衝材や、板金を半田で固定したものでもよいし、またそれらが放射導体２または誘電体基板１０と一体となって形成されていてもよい。
【００２７】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２のアンテナ装置について説明する。
図６は、実施例２のアンテナ装置を示す斜視図であり、図７は、実施例２のアンテナ装置を実装した携帯電話端末を示す図で、上部背面筐体を透視した斜視図である。
図６、図７において、１は地導体、２は放射導体、２ａは放射導体２の第１の端部、２ｂは放射導体２の第２の端部、３は給電部、４は給電ピン、５は短絡部、７は給電線路、８は整合回路、９は送受信無線回路、１０は誘電体基板、１１は上部筐体、１１ａは上部前面筐体、１１ｂは上部背面筐体、１２はヒンジ、１３は下部筐体、１４はレシーバで、２１は第２の地導体、２２は短絡ボス、２３は接地バネである。上部前面筐体１１ａはマグネシウム合金で形成されており、第２の地導体２１として機能している。また、レシーバ１４、マイク、液晶表示部、操作キー部は携帯電話端末のほぼ中心軸に沿って配置される。
【００２８】
誘電体基板１０は上部筐体１１に収納可能なように、上部筐体１１とほぼ同じ寸法に形成されており、誘電体基板１０上に地導体１、給電線路７が形成されている。放射導体２は、誘電体基板１０の幅とほぼ同じ寸法の長さを有するように板金で形成されており、携帯電話端末の上端部付近に実装されるように、誘電体基板１０の上端部に配置されている。誘電体基板１０上において、放射導体２が実装される部分の地導体１は形成されていない。
【００２９】
地導体１と第２の地導体２１は、複数個の接地バネ２３により同電位とされる。放射導体２は放射導体２の第１の端部２ａからおおよそλ／４離間した位置にある短絡部５において短絡ボス２２を介して第２の地導体２１と導通接続されるが、このとき短絡部５及び短絡ピン６が上部筐体１１の横幅方向のほぼ中央に位置している。
【００３０】
また、放射導体２の第２の端部２ｂは、給電線路７上に実装された給電ピン４を介して給電線路７と導通接続され、給電線路７途中に装荷された整合回路８を通じて送受信無線回路９に接続されている。
【００３１】
したがって、実施例２のアンテナ装置によれば、放射導体２と第２の地導体２１の距離が、地導体１を誘電体基板１０とした実施例１のアンテナ装置よりも離れるためアンテナの体積が増えることになるので、アンテナ特性が向上する。また、地導体１を実施例１の地導体とした場合と同程度の地板上アンテナ体積を得ようとした場合には、筐体内に必要とされる体積が小さくて済むので、結果として端末機器の小型化につながる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地導体と、該地導体と所定の間隔を介して対向して配置された放射導体とを有し、前記地導体と前記放射導体は該放射導体の第１の端部からほぼλ／４（λ：使用周波数の波長）離間した短絡部で導通接続され、前記放射導体は該放射導体の第２の端部から給電され、前記短絡部と前記放射導体の第２の端部はλ／８以上離れているので、従来の２重共振整合回路で装荷される直列Ｌ成分と並列Ｃ成分の全部もしくは一部を、短絡部と放射導体の第２の端部の間の放射導体で置き換えることができる。このため、整合素子での損失は少なくて済み、従来は損失項でしかなかった整合回路を放射に寄与させることができるので、低損失で広帯域な２重共振逆Ｆアンテナが得られる。
【００３３】
また、アンテナ装置が実装される筐体を地導体とすることにより、誘電体基板を地導体とした場合よりも、地導体と放射導体の距離を大きくとることができるので、筐体の厚み方向寸法を薄くでき、筐体全体の薄型化に有効である。
【００３４】
従来の逆Ｆアンテナでは動作原理上、放射導体の電気長がおおよそλ／４に制限されるが、本発明のアンテナ装置によれば放射導体長さを使用周波数におけるλ／４よりも長くすることができるので、筐体内空間を有効に活用できる。
【００３５】
さらに、短絡部が筐体の幅方向中央付近に配置されているので、使用者が端末機器を通話状態に保持した場合に、端末機器を耳に押し当てるために筐体の幅方向中央付近に指があてがわれるが、その際の指の影響を受けにくくなる。また、このとき端末機器においてレシーバやマイクは、端末機器筐体の上端または下端における幅方向中央付近に配置されることが一般的であるが、周囲部品の影響を受けにくい短絡部が筐体の幅方向中央付近に配置され、また逆に周囲部品の影響を受けやすい給電部は短絡部と離れて配置されるので、レシーバやマイク等の部品の影響を受けずにアンテナを実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】実施例１のアンテナ装置のアンテナ部分を拡大して示す斜視図である。
【図３】実施例１のアンテナ装置を実装した携帯電話端末を示す図で、図３（Ａ）は前面側から見た斜視図、図３（Ｂ）は背面側から上部背面筐体を透視した斜視図である。
【図４】実施例１のアンテナ装置を実装した携帯電話端末の変形例を示す図で、上部背面筐体及び下部背面筐体を透視した斜視図である。
【図５】実施例１のアンテナ装置の異なる変形例を示す斜視図である。
【図６】実施例２のアンテナ装置を示す斜視図である。
【図７】実施例２のアンテナ装置を実装した携帯電話端末の変形例を示す図で、上部背面筐体を透視した斜視図である。
【図８】従来の逆Ｆアンテナの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す逆Ｆアンテナを側面から見た模式図である。
【符号の説明】
１…地導体、２…放射導体、２ａ…放射導体の第１の端部、２ｂ…放射導体の第２の端部、３…給電部、４…給電ピン、４′…給電バネ、５…短絡部、６…短絡ピン、６′…短絡バネ、７…給電線路、８…整合回路、９…送受信無線回路、１０…誘電体基板、１１…上部筐体、１１ａ…上部前面筐体、１１ｂ…上部背面筐体、１２…ヒンジ、１３…下部筐体、１４…レシーバ、１５…マイク、１６…液晶表示部、１７…操作キー部、１８…コネクタ、１９…第２のコネクタ、２０…同軸ケーブル、２１…第２の地導体、２２…短絡ボス、２３…接地バネ、２４…折返し電流経路。

Claims (6)

1. 地導体と、該地導体と所定の間隔を介して対向して配置された放射導体を有し、前記地導体と前記放射導体は該放射導体の第１の端部から略λ／４（λ：使用周波数の波長）離間した短絡部で導通接続され、前記放射導体は該放射導体の第２の端部から給電され、前記短絡部と前記放射導体の第２の端部はλ／８以上離間していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、該アンテナ装置が実装される筐体を有し、前記放射導体の長さは、前記筐体の幅とほぼ同寸法であることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１または２に記載のアンテナ装置において、前記短絡部は、前記筐体の幅方向中央付近に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項３に記載のアンテナ装置において、前記短絡部付近に部品が配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記地導体は前記筐体からなることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ装置が実装されていることを特徴とする無線通信機器。

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