JP5150618B2 - アンテナ装置及び携帯端末機器 - Google Patents

Description

本発明は、周波数帯域が異なる通信システム間でアンテナを共用することができる、小型化に好適なアンテナ装置及びこれを備えた携帯端末機器に関する。

近年、カードに書き込まれた情報の読み取り、カードへの情報の書き込みを行うための携帯端末機として、例えば、非接触ＩＣカードやＲＦタグなどの読み書きを行うことができるリーダライタが提案されている(例えば、特許文献１参照)。

即ち、このリーダライタは、例えば図２４に示すように、携帯端末機１００において、非接触ＩＣカードや非接触ＩＣタグなど(これらを、まとめてＲＦＩＤ等とよぶ)２００の電子情報をアンテナ１０５を介して読取るリーダライタ部１０１と、このリーダライタ部１０１が読み取ったＲＦＩＤ等２００の電子情報を保持しておくメモリ部１０２と、電池１０３の充電を制御する充電制御部１０４などを備えている。なお、このリーダライタでは、電池１０３を充電するときに、充電用電源供給装置３００と電磁結合して上記アンテナ１０５を構成するコイルから入ってきた電気信号は、充電制御部１０４に入力させている。

特開２００１−３０７０３２号公報

ところで、前述したリーダライタによる電子情報の読み取りや書き込みの対象となるのは、主に、携帯電話機で使用する周波数帯に近い周波数帯などで無線通信を行うＲＦＩＤ（例えば、９５０ＭＨｚ）などが挙げられる。また、近年、非接触ＩＣカードなどの一種として、例えば携帯電話機で使用する周波数帯に比べて大幅に低い周波数帯での通信を行う非接触通信システムなども開発され、使用され始めている。

ところが、このようなリーダライタにあっては、一つのアンテナで、非接触ＩＣカード、例えば１３．５６ＭＨｚのフェリカ（FeliCa；ソニー株式会社（の登録商標）が開発した非接触ＩＣカード技術方式）などのような低周波数帯域による異なる通信方式のものを読み取ることには、構造上対応していない。このため、異なる周波数帯の通信システムに対しては、それに対応した別に専用のアンテナ装置を備える必要があるので、リーダライタの部分が大きくなり、携帯用などの小型のものとしては都合の良いものではなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、単一のアンテナを共用して、周波数帯域の異なる無線通信システムに使用でき、延いては、小型化に適したアンテナ装置及びこれを備えた携帯端末機器を提供することを目的とする。

即ち、本発明のアンテナ装置は、スパイラル状に形成されたスパイラルアンテナと、第１の周波数帯域で動作する第１の無線システムに接続給電される第１の給電部と、第２の周波数帯域で動作する第２の無線システムに接続給電される第２の給電部とを有するアンテナ装置において、前記スパイラルアンテナの最外周と前記第１の給電部とを接続した状態と、前記スパイラルアンテナの前記最外周より内側の内周と前記第２の給電部とスパイラルアンテナの最外周とを接続した状態とを、切り替えるための給電部切替手段と、前記スパイラルアンテナの最外周の所定点を、開放または接地のいずれかに切り替える接地切替手段と、を備え、前記スパイラルアンテナは、これを構成する導体幅が最外周とそれより内側の内周とで寸法が異なる、ように構成したものである。

本発明のアンテナ装置は、前記給電部切替手段が、前記スパイラルアンテナの最外周の開始点と前記第１の給電部とを接続した状態と、前記スパイラルアンテナの前記最外周より内側の内周の終点と前記第２の給電部とスパイラルアンテナの最外周の開始点とを接続した状態とを、選択的に接続させる第１スイッチで構成し、前記第１スイッチを操作することにより、前記スパイラルアンテナを、スパイラルループアンテナ、又は前記外周を利用した板状アンテナとして動作する、ように構成したものでもよい。

本発明のアンテナ装置は、前記接地切替手段が、前記スパイラルアンテナの前記最外周の所定点を、開放又は接地のいずれかに切替可能とする第２スイッチで構成し、前記第２スイッチにより、高周波数帯であるＵＨＦ帯用の板状アンテナ又は低周波帯である１３．５６ＭＨｚ帯用のスパイラルループアンテナとして動作する、ように構成したものでもよい。

本発明のアンテナ装置は、前記給電部切替手段が、前記スパイラルアンテナの最外周の開始点と前記第１の給電部とを接続した状態と、前記スパイラルアンテナの前記最外周より内側の内周の終点と前記第２の給電部とスパイラルアンテナの最外周の開始点とを接続した状態とを、選択的に接続させるための第１スイッチを備えるとともに、前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点と前記最外周の終点とを接続する、又は前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点及び終点をともに開放とのいずれかを選択的に切り替えるための第３スイッチを備え、前記第１スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点を前記第１の無線システム又は前記第２の無線システムのうち高周波数帯用の無線システムと接続させるときには、前記第３スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点と前記最外周の終点との間を接続させる一方、前記第１スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点を前記第１の無線システム又は前記第２の無線システムのうち低周波数帯用の無線システムと接続させるときには、前記第３スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点と前記スパイラルアンテナの前記最外周の終点との間を開放させる、ものでもよい。

本発明のアンテナ装置は、絶縁層を挟んで前記スパイラルアンテナの前記最外周の上部もしくは下部において位置的に重なるとともに、一端が前記スパイラルアンテナの前記内周の終点と接続した板状の導体を有し、前記板状の導体は前記最外周と静電結合可能に構成し、使用する通信システムに応じて前記接地切替手段と前記給電部切替手段とを切り替えることにより、スパイラルループアンテナと最外周を利用した板状アンテナとを切替可能とする構成としてもよい。

本発明のアンテナ装置は、前記スパイラルアンテナの前記最外周及び前記内周の一部と、上部もしくは下部またはその双方に、絶縁させた状態で板状の導体を設けるとともに、前記スパイラルアンテナの前記最外周及び前記内周と前記導体との間を、静電結合可能に構成し、使用する通信システムに応じて前記接地切替手段と前記給電部切替手段とを切り替えることにより、スパイラルループアンテナと外周を利用した板状アンテナとを切り替え可能としてもよい。

本発明のアンテナ装置は、スパイラル状に形成されたスパイラルアンテナと、前記スパイラルアンテナへ給電する給電部とを有するアンテナ装置において、前記スパイラルアンテナは、これを構成する導体幅が最外周とそれより内側の内周とで寸法が異なるとともに、中心部をくりぬいた板状の金属導体を、前記スパイラルアンテナの一端と接続し、前記スパイラルアンテナの外側に設け、前記スパイラルアンテナの最外周の所定点で開放と接地とを切り替え可能とする接地切替手段を有し、前記給電部と前記スパイラルアンテナの前記最外周又は前記内周との間の接続状態を切り替える給電部切替手段を備え、前記金属導体及び前記スパイラルアンテナは、前記第１スイッチを介して前記給電部切替手段に対して並列に接続され、使用する通信システムに応じて前記給電部切替手段を切り替えることにより、前記スパイラルアンテナの前記内周のインダクタンスを利用して、異なる周波数帯域のアンテナとして切替使用するものである。

本発明の携帯端末機器は、上記のいずれかに記載のアンテナ装置を備えたものである。

本発明によれば、単一のアンテナを共用して、異なる２種類の周波数帯での無線通信システムに使用できるアンテナ装置及び携帯端末機器を提供できる。

本発明に係るアンテナ装置を備えた携帯端末機の概略斜視図 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図 本発明に係るアンテナ装置の逆Ｆアンテナの基本構成を示す説明図 第１の実施形態に係るアンテナ装置を第１の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図 第１の実施形態に係るアンテナ装置を第２の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図 第２の実施形態に係るアンテナ装置を第１の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図 第２の実施形態に係るアンテナ装置を第２の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図 （Ａ）は本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図 （Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置を第１の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置を第２の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図、（Ｂ）はそのXIII−XIII線断面図 （Ａ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置を第１の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は第４の実施形態に係るアンテナ装置を第２の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図、（Ｂ）はそのXVI−XVI線断面図 （Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置を第１の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置を第２の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図、（Ｂ）はそのXVIII−XVIII線断面図 第６の実施形態に係るアンテナ装置の回路図 第６の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ部分を示す分解図 （Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置を第１の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は第６の実施形態に係るアンテナ装置を第２の無線システムとして使用する場合の動作を示す説明図、（Ｂ）はその断面図 本発明の実施形態の変形例を示す概略構成図 従来のアンテナ装置を示す構成図

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態に係る携帯電話機１０を示すものであり、この携帯電話機１０は、上筐体１１と下筐体１２と、これらの筐体を回転可能に連結するヒンジ部１３とを備えていると共に、上筐体１１には、本発明の第１の実施形態に係る第１のアンテナ装置２を備えている。

第１のアンテナ装置２は、図２に示すように、スパイラル状に形成されたスパイラルアンテナ２１と、このスパイラルアンテナ２１と後述する給電部２４との接続切替を行う給電部切替手段２２と、スパイラルアンテナ２１の最外周に設けた接地切替手段２３と、第１、第２の給電部２４１、２４２を有しスパイラルアンテナ２１に接続される給電部２４とを備えている。

スパイラルアンテナ２１は、スパイラル（螺旋）状の(低周波数帯域用の)アンテナ全体を利用したループアンテナ（以下、「スパイラルループアンテナ」とよぶ）として動作させるばかりでなく、最外周の部分を利用して(高周波数帯域用の)逆ＦアンテナＡ(図３参照)としても動作可能となるように構成されている。また、このスパイラルアンテナ２１は、導体幅を、最外周の導体部分(以下、「最外巻部２１Ａ」とよぶ)と内周の導体部分(以下、「内周巻部２１Ｂ」とよぶ)とで寸法が異なるように構成している。即ち、最外巻部２１Ａに対して内周巻部２１Ｂの幅を狭めるとともに、最外巻部２１Ａと内周巻部２１Ｂの各周部分の隙間間隔を狭めるようにしている。このように構成したことにより、(９５０ＭＨｚなどの高周波数帯域用に対応させる)幅広の最外巻部２１Ａを板状アンテナ(平板逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）)として構成している。また、この最外巻部２１Ａと内周巻部２１Ｂとの隙間間隔を所定の値に設定することで、最外巻部２１Ａと内周巻部２１Ｂとの配線間容量が分布定数的に結合するようにしている。

即ち、このスパイラルアンテナ２１は、所定の高周波帯域用アンテナとして動作させる際には、スパイラルループアンテナの配線間容量により、最外巻部２１Ａを同電位にして逆Ｆアンテナとして機能させるように構成している。一方、低周波数帯用アンテナとして動作させる際には、スパイラルループアンテナの配線間容量が小さいため、物理的に接続されている通常の配線を電流が流れ、スパイラル状のループアンテナとして機能させるように構成している。

また、このスパイラルアンテナ２１を表面に実装させているプリント基板などの図示外の基板において、内周巻部２１Ｂの最内部には、内周巻部２１Ｂと同一幅寸法で基板裏面に設けた配線部２１Ｃの一端と、スルーホールＳＨ１を介して接続されている。また、この配線部２１Ｃは、基板表面の内周巻部２１Ｂ及び最外巻部２１Ａを基板の裏側から跨ぐような状態で配線されている。さらに、この配線部２１Ｃの他端部は、基板表面に設けた内周巻部２１Ｂと同一幅寸法を有する終端導体部２１Ｄの一端にスルーホールＳＨ２を介して接続されている。

なお、図３に示す逆ＦアンテナＡは、周知のように、給電部と接続する給電線Ｐと、接地される短絡線Ｓと、これら給電線Ｐと短絡線Ｓが接続する主要部Ｍ(以下、「本体部」とよぶ)とで構成される。

給電部切替手段２２は、後述する接地切替手段２３と協働して動作させることにより、スパイラルアンテナ２１を低周波数帯用のループアンテナとしての動作機能と高周波数帯用の逆Ｆアンテナとしての動作機能とを切り替え可能とする。本実施形態の給電部切替手段２２は、最外巻部２１Ａの開始点から引き出された引出線２１１(給電線Ｐ)の端部に設けた切替端子２２Ａを、第１の給電部２４１に一端を接続する第１給電端子２２Ｂと、又は内周巻部２１Ｂ側の終端導体部２１Ｄからの引出線２１２に（給電部２４の一部を構成する第２の給電部２４２を介して）設けた第２給電端子２２Ｃ、と切替えて接続させる第１スイッチＳＷ１で構成されている。

接地切替手段２３は、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａを開放または接地のいずれかに切り替えるものであり、最外巻部２１Ａの開始点から所定の距離のところに接続された引出線２１３（短絡線Ｓ)の一端の切替端子２３Ａを、図示外の地板(筐体側のＧＮＤ)に接続された接地端子２３Ｂ又は開放端子２３Ｃと切替えて接続させる第２スイッチＳＷ２で構成されている。なお、本実施形態において、給電部切替手段２２と接地切替手段２３は、切替えのときの組み合わせパターンが一意に決定されている。そのため、本実施形態では、（携帯電話機としての機能のほかに）使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を切り替えることにより、後述する無線通信システムのいずれか一方を選択的に使用するため、給電部切替手段２２と接地切替手段２３の動作が図示外の制御部で自動的に制御されている。

給電部２４には、高周波帯用の第１の給電部２４１および低周波帯用の第２の給電部２４２を備えている。このうち、本実施形態の第１の給電部２４１は、９５０ＭＨｚなどのＵＨＦ（高周波）帯域（第１の周波数帯域）の電波をＲＦＩＤタグシステムなどの非接触無線通信システム(以下、「第１の無線システム」とよぶ)に接続給電させるものであり、後述する低周波帯用の無線通信システムに比べて通信距離が長くてもＲＦＩＤタグなどの読み取り可能である。

他方、第２の給電部２４２は、１３．５６ＭＨｚ(或いは２．４５ＧＨｚ帯など)の低周波数帯域（第２の周波数帯域）で使用するＩＣタグやＦｅｌｉＣａ（ソニー株式会社の登録商標）などの近接距離での無線通信システム(以下、「第２の無線システム」とよぶ)に接続給電させるものである。なお、この第２の無線システムは、例えば、定期乗車券、電子マネー、ポイントサービス、さらには入室管理や金融機関での現金引き下ろしなどに用いる生体認証用などが対応可能である。

次に、本実施形態の作用について説明する。
（Ｉ）高周波帯用の第１の無線システムに使用する場合：
例えばＲＦＩＤ用に設定させるため、使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を操作する。すると、図示外の制御部からの制御信号により、図４に示すように、第１スイッチＳＷ１が動作して、切替端子２２Ａが第１給電端子２２Ｂと接続するのと同時に、第２スイッチＳＷ２が動作して、切替端子２３Ａが接地端子２３Ｂと接続する。これにより、９５０ＭＨｚ帯の第１の給電部２４１と接続給電される。ここで、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａと内周巻部２１Ｂの最外巻き部分との間の配線間容量Ｃ_Ａは分布定数的に結合している。つまり、この周波数帯域においては、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａの開始点を有する一辺部分（以下、第１辺部２１Ａ_１）に対して、最外巻部２１Ａの終点を有する一辺部分(以下、第４辺部２１Ａ_４）に繋がっている内周巻部２１Ｂの開始部分となる最外辺の導体部分(以下、最外辺部２１Ｂ_１)は、高周波電流的に導通している状態となる。従って、最外巻部２１Ａ全体のみが同電位となり、図３に示す逆ＦアンテナＡとして動作する。なお、この場合、最外巻部２１Ａが逆ＦアンテナＡの本体部Ｍ、引出線２１３が短絡線Ｓ、引出線２１１が給電線Ｐを構成する。

（ＩＩ）低周波帯用の第２の無線システムに使用する場合：
例えばＦｅｌｉＣａ用などに設定するため、使用者が切替スイッチ１４を切替操作する。すると、制御部からの制御信号により、図５に示すように、第１スイッチＳＷ１が動作して、切替端子２２Ａが第２給電端子２２Ｃに接続する一方、第２スイッチＳＷ２が動作して、切替端子２３Ａが開放端子２３Ｃに接続する。これにより、第１辺部２１Ａ_１と終端導体部２１Ｄとの間が物理的に接続されるとともに、１３．５６ＭＨｚの第２の給電部２４２と接続給電される。ここで、この周波数帯域では、スパイラルアンテナ２１の配線間容量Ｃ_Ａが小さいことにより隣り合う各周同士が高周波的に導通するのではなく、通常の配線上を最外巻部２１Ａから、最外巻部２１Ａ及び終端導体部２１Ｄまでの導体上を電流が流れるので、ループアンテナＦとして動作する。

(第２の実施形態)
次に、本発明の第２の実施形態に係る第２のアンテナ装置３について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。

本実施形態の第２のアンテナ装置３は、第１の実施形態と異なり、無線切替手段として、第１、第２スイッチのほかに、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａの開始点と、この最外巻部２１Ａの終点、具体的に述べると、内周巻部２１Ｂの最外辺部２１Ｂ_１と繋がっている、最外巻部２１Ａの第４辺部２１Ａ_４との間に、図６に示すように、第３スイッチ３１（ＳＷ３）を設けている。

この第３スイッチＳＷ３は、最外巻部２１Ａの開始点から引き出した引出線２１１(給電線Ｐ)の途中から分岐して設けた第２切替端子３１Ａを、内周巻部２１Ｂのうち内周へと曲がる最外周側の終点（つまり、第４辺部２１Ａ_４）から引き出した引出線２１４に設ける第２切替端子３１Ｂ又は開放用の第４切替端子３１Ｃのいずれかと切替えて接続させる。

本実施形態では、このような構成により、つまり、これら３つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を操作することにより、使用する通信システムに応じて、スパイラルループアンテナ２１と最外周（最外巻部２１Ａ）を使用した板状アンテナとを切り替え可能としている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
（Ｉ）高周波帯用の第１の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を操作して、例えばＲＦＩＤ用通信システムに設定する。すると、図示外の制御部からの制御信号により、図７に示すように、第１スイッチＳＷ１が動作して、切替端子２２Ａが第１給電端子２２Ｂに接続するのと同時に、第２スイッチＳＷ２が動作して、切替端子２３Ａが接地端子２３Ｂに接続する。さらに、これらの切替動作と同時に、第３スイッチＳＷ３が動作して、第２切替端子３１Ａが第３切替端子３１Ｂに接続する。

このように、９５０ＭＨｚ帯では、第２切替端子３１Ａを第３切替端子３１Ｂに接続することで、最外巻線部２１Ａの第１辺部２１Ａ_１と第４辺部２１Ａ_４とが物理的に接続され、最外巻部２１Ａ全体が同電位となり、逆Ｆアンテナとして動作する。また、第１の給電部２４１は、スパイラルアンテナ２１と接続給電しているが、９５０ＭＨｚ帯では、細幅な内周巻部２１Ｂのインピーダンスが高いため、この内周巻部２１Ｂには電流が流れ込まない。その結果、最外巻部２１Ａのみに高周波電流が流れることで、最外巻部２１Ａが本体部Ｍ、引出線２１３が短絡線Ｓ、引出線２１１が給電線Ｐを構成する逆Ｆアンテナとして機能する。

（ＩＩ）低周波帯用の第２の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４を切替操作して、例えばＦｅｌｉＣａ用に設定する。すると、制御部からの制御信号により、図８に示すように、第１スイッチＳＷ１が動作して、切替端子２２Ａが第２給電端子２２Ｃに接続する。一方、第２スイッチＳＷ２が動作して、切替端子２３Ａが開放端子２３Ｃに接続する。さらに、これらの切替動作と同時に、第３スイッチＳＷ３が動作して、第２切替端子３１Ａが第４切替端子３１Ｃに接続する。

このように、低周波帯である１３．５６ＭＨｚ帯では、第２切替端子３１Ａを第４切替端子３１Ｃに接続させることで、最外巻部２１Ａから内周巻部２１Ｂ及び終端導体部２１Ｄまでの間が物理的に接続される。また、この周波数帯域では、第１の実施形態と同様、第１の無線システムに比べて周波数が低い。従って、隣り合う各周同士が高周波的に導通するのではなく、実際の導体上を電流が流れるので、スパイラルアンテナ２１がループアンテナとして動作する。

(第３の実施形態)
次に、本発明の第３の実施形態に係る第３のアンテナ装置４について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。

本実施形態の第３のアンテナ装置４は、第１の実施形態と異なり、図９に示すように、スパイラルアンテナ２１を上面に実装する基板４１において、この基板４１の下面に、スルーホール４１Ａを介して最外巻部２１Ａの第４辺部２１Ａ_４の一部と電気的に接続された導体２１Ｅが形成されている。

この導体２１Ｅは、略Ｌ字型（図９（Ａ）において、左側に点線で囲む部分）に形成されており、最外巻部２１Ａの第１辺部２１Ａ_１と、最外巻部２１Ａの終点である第４辺部２１Ａ_４の一部と、この第４辺部２１Ａ_４に接続する内周巻部２１Ｂの開始部分となる最外辺部２１Ｂ_１との直下において重なり合うような状態で、これらとほぼ同一形状に形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
（Ｉ）高周波帯用の第１の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を操作して、例えばＲＦＩＤ用に設定する。これにより、図１０に示すように、９５０ＭＨｚ帯の第１の給電部２４１と接続給電される。ここで、重なり合う部分（第１辺部２１Ａ_１、第４辺部２１Ａ_４の一部、及び最外辺部２１Ｂ_１と、導体２１Ｅと）の間の配線間容量Ｃ_Ｂにより、導体２１Ｅが、第１辺部２１Ａ_１、第４辺部２１Ａ_４の一部、及び最外辺部２１Ｂ_１と静電結合可能となり、同電位となる。即ち、最外巻部２１Ａ全体と導体２１Ｅとが同電位となり、逆Ｆアンテナとして動作する。

なお、本実施形態の場合、第１の実施形態の場合に比べて、図３に示す逆ＦアンテナＡの本体部Ｍに相当する部分が実質的に導体２１Ｅだけ伸長した構成となる。このため、第１の実施形態の場合に比べて、結合容量を大きくすることが可能となるので共振周波数が低くなり、帯域幅が狭くなる。

（ＩＩ）低周波帯用の第２の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４を切替操作して、例えばＦｅｌｉＣａ用に設定する。これにより、図１１に示すように、１３．５６ＭＨｚの第２の給電部２４２と接続給電される。この場合には、図１１において、重なり合う部分（第１辺部２１Ａ_１、第４辺部２１Ａ_４の一部、及び最外辺部２１Ｂ_１と、導体２１Ｅと）は同電位となる。一方、第２スイッチＳＷによって、最外巻部２１Ａと内周巻部２１Ｂとが物理的に接続されるので、これらの間を高周波電流が流れる。ここで、導体２１Ｅのパターンは、端面がオープンであるので、電流は流れない。その結果、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａから、内周巻部２１Ｂ及び終端導体部２１Ｄまでの螺旋状の導体上のみを電流が流れるので、第１の実施形態と同じループアンテナＦとして動作する。

(第４の実施形態)
次に、本発明の第４の実施形態に係る第４のアンテナ装置５について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。

本実施形態の第４のアンテナ装置５は、第１の実施形態と異なり、図１２に示すように、表面にスパイラルアンテナ２１を実装している絶縁基板５１において、その裏面に金属導体５２を設置している。

この導体２１Ｆは、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａの第１辺部２１Ａ_１と、最外巻部２１Ａの第４辺部分２１Ａ_４の一部と、これに接続する内周巻部２１Ｂの最外辺部２１Ｂ_１の直下に重なり合うようにして、ほぼ同一形状に形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
（Ｉ）高周波帯用の第１の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を操作すると、９５０ＭＨｚ帯の第１の給電部２４１と接続給電される。この場合には、図１３において、スパイラルアンテナ２１の（最外巻部２１Ａの）第１辺部２１Ａ_１、第４辺部分２１Ａ_４の一部及び（内周巻部２１Ｂの）最外辺部２１Ｂ_１と、絶縁基板５１を介してこれらの直下でこれらの導体と位置的に重なり合う金属導体５２とによる容量結合Ｃ_ｃにより、最外巻部２１Ａ全体及び金属導体５２が同電位となり、逆Ｆアンテナとして動作する。

（ＩＩ）低周波帯用の第２の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４を操作して逆に切替えると、１３．５６ＭＨｚの第２の給電部２４２と接続給電される。この場合にも、図１４において、位置的に上下で重なり合う部分（最外端導体部２１Ａ_１、第４辺部分２１Ａ_４の一部及び導体２１Ｂ_１と、金属導体５２と）は静電結合により同電位となる。また、切替スイッチ１４を操作により、第１スイッチＳＷ１が切り替わるので、最外巻部２１Ａと内周巻部２１Ｂが物理的に接続される。このため、これら最外巻部２１Ａから内周巻部２１Ｂまで交流電流が流れる。ところが、金属導体５２のパターンは端面がオープンであるので、ここには電流が流れない。つまり、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａから、内周巻部２１Ｂ及び終端導体部２１Ｄまでの螺旋状の導体上のみを電流が流れるので、第１〜第３の実施形態と同じループアンテナＦとして動作する。

(第５の実施形態)
次に、本発明の第５の実施形態に係る第５のアンテナ装置６について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。

本実施形態の第５のアンテナ装置６は、図１５に示すように、基板６１の表面上に第１の実施形態と同じスパイラルアンテナ２１を実装するとともに、このスパイラルアンテナ２１表面の全面を覆う状態で略ロ字型に形成された絶縁基板６２を積載し、この絶縁基板６２の上に、同じく略ロ字型の金属導体６３が実装されている。

金属導体６３は、絶縁基板６２を介して最外巻部２１Ａの直上に、絶縁基板６２よりは幅細形状のものが、この最外巻部２１Ａと位置的に重なり合うように積層されている。また、この金属導体６３には、逆Ｆアンテナとして必要となる接地点のところから引き出された引出線６３Ａ（短絡線)の一端が図示外の地板(筐体筐体側のＧＮＤ)などに接続されているため、接地切替手段として第２スイッチＳＷ２は設ける必要はない。

次に、本実施形態の作用について説明する。
（Ｉ）高周波帯用の第１の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を切替操作すると、９５０ＭＨｚ帯の第１の給電部２４１と接続給電される。この場合には、図１６において、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａとこれに位置的に上下で重なり合った金属導体６３との容量結合により、最外巻部２１Ａと金属導体６３とが高周波的に導通して給電される。この場合、金属導体６３と最外巻部２１Ａ１が高周波的に導通するため、この２枚の金属導体は１つのアンテナを形成する。即ち、最外巻部２１Ａ直上の金属導体６３は、最外巻部２１Ａを介して第１の給電部２４１からの高周波電流の供給を受けるとともに、最外巻部２１Ａの接地点に対応する部位が接地点となることにより、逆Ｆアンテナとして動作可能となる。

（ＩＩ）低周波帯用の第２の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４を操作して逆に切替えると、図１７に示すように、１３．５６ＭＨｚの第２の給電部２４２と接続給電される。この低周波数帯域では、スパイラルアンテナ２１の最外巻部２１Ａとこれに位置的に上下で重なり合った金属導体６３との容量結合が小さいので、通常の配線上を、つまりスパイラルアンテナ２１のみを電流が流れ、ループアンテナとして動作する。即ち、金属導体６３（の接地点）との間は、容量が小さいので高周波的に非導通となり、金属導体６３には電流は流れない。

(第６の実施形態)
次に、本発明の第６の実施形態に係る第６のアンテナ装置７について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。

本実施形態の第６のアンテナ装置７は、第１の実施形態と異なり、図１８及び図２０に示すように、アンテナ部分が板状の金属導体７１と、第１の実施形態の内周巻部２１Ｂと同様の形状を有するスパイラルアンテナ７２とで構成されているとともに、これらの金属導体７１及びスパイラルアンテナ７２が、給電部切替手段２２の一部を構成する第１スイッチＳＷ１を介して、第１の給電部２４１及び第２の給電部２４２に対して並列接続されている(図１９参照)。なお、この金属導体７１及びスパイラルアンテナ７２は、絶縁基板７３の一面に実装されている。

金属導体７１は、図２０に示すように、スパイラルアンテナ７２の外側に配設してあり、略ロ字型に真ん中をくりぬいた(中央部が空洞となっている）板状の金属製の導体で構成されており、板状アンテナを構成する。また、この金属導体７１は、内周へ向かう配線のインダクタンスを利用して、使用する周波数によりスパイラルループアンテナと板状アンテナとを切り替え可能になっている。

スパイラルアンテナ７２は、図２０に示すように、内周巻部２１Ｂと同様のスパイラル状を有しており、金属導体７１の一辺部７１Ｂの内縁部と巻き線部７２Ａの外端部７２Ｂとが、同一面で物理的に一体に形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
（Ｉ）高周波帯用の第１の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４(図１参照)を切替操作すると、９５０ＭＨｚ帯の第１の給電部２４１と接続給電される。この高周波数帯域では、図２１において、スパイラルループの高インダクタンス成分のために、このスパイラルアンテナ７２の内周（内周巻部７２）には電流は流れず、金属導体７１のみに流れる。これにより、逆Ｆアンテナとして動作可能な構成となる。

（ＩＩ）低周波帯用の第２の無線システムに使用する場合：
使用者が切替スイッチ１４を操作して逆に切替えると、図２２に示すように、１３．５６ＭＨｚの第２の給電部２４２と接続給電される。この低周波数帯域では、最外周に位置する金属導体７１は、波長λ（＝ｖ／ｆ；但し、ｆ＝１３．５６ＭＨ、ｖ＝電波の伝搬速度）の長さ（約２０ｍ程度）に比べて周囲の全長（＝金属導体７１の４辺の長さ）Ｌが短いため、高周波電流は流れない。即ち、スパイラルアンテナ７２のみに電流が流れ、ループアンテナとして動作する。また、金属導体７１の接地点には、容量が小さいので電流は流れない。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
例えば、第1の実施形態において、最外巻部２１Ａ１を太くする態様の代替手段として、図２３に示すように、最外辺部２１Ｂ１に続く内辺部の配線間隔を密にしてその静電結合を利用する構成などであってもよい。なお、この場合の動作原理は、第1の実施形態のように配線間容量を利用したものとなる。
また、本発明の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯端末機器としては、特にこれらの実施形態に記載の携帯電話機に限るものではなく、例えばＰＨＳやＰＤＡに搭載させるような構成としてもよい。また、ハンディタイプのリーダライタなどの専用機器であってもよい。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本発明のアンテナ装置は、単一のアンテナを共用して、周波数帯域が異なる２種類の周波数帯での無線通信システムに使用できる効果を有し、このアンテナ装置を携帯端末機器として携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などへ適用して、これらに搭載すると有用である。

１０ 携帯電話機(携帯端末機器)
１１ 上筐体
１２ 下筐体
１４ 切替スイッチ
２〜７ 第１〜第６のアンテナ装置
２１ スパイラルアンテナ
２１Ａ 最外巻部（最外周）
２１Ｂ 内周巻部（内周）
２１Ｃ 配線部
２１Ｄ 終端導体部
２１Ａ_１ 第１辺部
２１Ａ_４ 第４辺部
２１Ｂ 内周巻部
２１Ｂ_１ 最外辺部
２１１ 引出線
２１２ 引出線
２１３ 引出線
２２ 給電部切替手段
２２Ｂ 第１給電端子
２２Ｃ 第２給電端子
２２Ａ 切替端子
２３ 接地切替手段
２３Ａ 切替端子
２３Ｂ 接地端子
２３Ｃ 開放端子
２４ 給電部
２４１ 第１の給電部
２４２ 第２の給電部
Ａ 逆Ｆアンテナ
Ｍ 主要部(本体部)
Ｐ 給電線
Ｓ 短絡線
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
ＳＷ３ 第３スイッチ

Claims (8)

1. スパイラル状に形成されたスパイラルアンテナと、第１の周波数帯域で動作する第１の無線システムに接続給電される第１の給電部と、第２の周波数帯域で動作する第２の無線システムに接続給電される第２の給電部とを有するアンテナ装置において、
   前記スパイラルアンテナの最外周と前記第１の給電部とを接続した状態と、前記スパイラルアンテナの前記最外周より内側の内周と前記第２の給電部とスパイラルアンテナの最外周とを接続した状態とを、切り替えるための給電部切替手段と、
   前記スパイラルアンテナの最外周の所定点を、開放または接地のいずれかに切り替える接地切替手段と、を備え、
   前記スパイラルアンテナは、これを構成する導体幅が最外周とそれより内側の内周とで寸法が異なる、ように構成したアンテナ装置。
2. 前記給電部切替手段は、前記スパイラルアンテナの最外周の開始点と前記第１の給電部とを接続した状態と、前記スパイラルアンテナの前記最外周より内側の内周の終点と前記第２の給電部とスパイラルアンテナの最外周の開始点とを接続した状態とを、選択的に接続させる第１スイッチで構成し、
   前記第１スイッチを操作することにより、前記スパイラルアンテナを、スパイラルループアンテナ、又は前記外周を利用した板状アンテナとして動作する、ように構成した請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記接地切替手段は、前記スパイラルアンテナの前記最外周の所定点を、開放又は接地のいずれかに切替可能とする第２スイッチで構成し、
   前記第２スイッチにより、高周波数帯であるＵＨＦ帯用の板状アンテナ又は低周波帯である１３．５６ＭＨｚ帯用のスパイラルループアンテナとして動作する、ように構成した請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記給電部切替手段は、
   前記スパイラルアンテナの最外周の開始点と前記第１の給電部とを接続した状態と、前記スパイラルアンテナの前記最外周より内側の内周の終点と前記第２の給電部とスパイラルアンテナの最外周の開始点とを接続した状態とを、選択的に接続させるための第１スイッチを備えるとともに、
   前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点と前記最外周の終点とを接続する、又は前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点及び終点をともに開放とのいずれかを選択的に切り替えるための第３スイッチを備え、
   前記第１スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点を前記第１の無線システム又は前記第２の無線システムのうち高周波数帯用の無線システムと接続させるときには、前記第３スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点と前記最外周の終点との間を接続させる一方、
   前記第１スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点を前記第１の無線システム又は前記第２の無線システムのうち低周波数帯用の無線システムと接続させるときには、前記第３スイッチにより前記スパイラルアンテナの前記最外周の開始点と前記スパイラルアンテナの前記最外周の終点との間を開放させる、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 絶縁層を挟んで前記スパイラルアンテナの前記最外周の上部もしくは下部において位置的に重なるとともに、一端が前記スパイラルアンテナの前記内周の終点と接続した板状の導体を有し、
   前記板状の導体は前記最外周と静電結合可能に構成し、
   使用する通信システムに応じて前記接地切替手段と前記給電部切替手段とを切り替えることにより、スパイラルループアンテナと最外周を利用した板状アンテナとを切替可能とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記スパイラルアンテナの前記最外周及び前記内周の一部と、上部もしくは下部またはその双方に、絶縁させた状態で板状の導体を設けるとともに、
   前記スパイラルアンテナの前記最外周及び前記内周と前記導体との間を、静電結合可能に構成し、
   使用する通信システムに応じて前記接地切替手段と前記給電部切替手段とを切り替えることにより、スパイラルループアンテナと外周を利用した板状アンテナとを切り替え可能とする請求項１に記載のアンテナ装置。
7. スパイラル状に形成されたスパイラルアンテナと、前記スパイラルアンテナへ給電する給電部とを有するアンテナ装置において、
   前記スパイラルアンテナは、これを構成する導体幅が最外周とそれより内側の内周とで寸法が異なるとともに、
   中心部をくりぬいた板状の金属導体を、前記スパイラルアンテナの一端と接続し、前記スパイラルアンテナの外側に設け、
   前記スパイラルアンテナの最外周の所定点で開放と接地とを切り替え可能とする接地切替手段を有し、
   前記給電部と前記スパイラルアンテナの前記最外周又は前記内周との間の接続状態を切り替える給電部切替手段を備え、
   前記金属導体及び前記スパイラルアンテナは、前記給電部切替手段を介して前記給電部に対して並列に接続され、
   使用する通信システムに応じて前記給電部切替手段を切り替えることにより、前記スパイラルアンテナの前記内周のインダクタンスを利用して、異なる周波数帯域のアンテナとして切替使用するアンテナ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えた携帯端末機器。

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