JP4297012B2

JP4297012B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4297012B2
Application number: JP2004245579A
Authority: JP
Inventors: 直志 ▲高▼木; 明彦井口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP2005198245A; DE102004059648A1; US7027000B2; US20050128162A1; CN100349323C; CN1627558A

Description

本発明は、携帯電話や無線装置などの移動体通信に用いられるアンテナに関するものである。

近年、携帯電話を含めた移動体通信は音声通話から文字や動画などのデータ通信へと発展し、それに伴い、電波を送受信するアンテナに対しても高性能化が要望されている。

このような従来のアンテナについて、図７および図８を用いて説明する。

図７および図８は従来のアンテナを模式的に表す図であり、まず、図７に示すものから説明する。

図７に示す従来のものは、同図に示すように、地板９上に配置された第１の伝送線路５の一端に第１の無線回路７が接続され、また、その他端に第１の給電部３が接続され、そして、上記第１の給電部３には、第１のアンテナ素子１が接続されている。第１のアンテナ素子１は地板９の上部側に伸びている。

さらに、同様に、地板９上に配置された第２の伝送線路６の一端に第２の無線回路８が接続され、また、その他端に第２の給電部４が接続され、そして、第２の給電部４に第２のアンテナ素子２が接続されている。第２のアンテナ素子２も地板９の上部側に伸びている。

以上の構成において、第１のアンテナ素子１は第１の周波数の電波に共振し、その受信時には、第１のアンテナ素子１で受信した電波により励起された電流が、第１の給電部３から第１の伝送線路５を介して第１の無線回路７に伝達されることにより電波を受信する。

一方、送信時には、第１の無線回路７で発生した信号が第１の伝送線路５から第１の給電部３を介して伝達され、第１のアンテナ素子１により励起されて電波として放射することにより送信される。

そして、第２のアンテナ素子２は第２の周波数の電波に共振し、第１のアンテナ素子１と同様の原理により電波の送受信が可能となっている。

このように、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２とで、別の周波数の電波に共振する設定とすると上記図７の構成のものは、異なる２つの通信システムに対応できるアンテナとなる。

そして、図８に示す従来のアンテナは、上記図７の構成のものに対し、第１の伝送線路５および第２の伝送線路６に、それぞれ切り替えスイッチ１０および切り替えスイッチ１１を挿入付加したものである。

なお、その他の構成は、前述の図７のものと同じであるため、説明は省略する。

この図８に示すものにおいては、第１の周波数の電波を送受信する時は、切り替えスイッチ１０をＯＮにし、切り替えスイッチ１１をＯＦＦの状態で動作させ、また、第２の周波数の電波を送受信する時は、切り替えスイッチ１０をＯＦＦにし、切り替えスイッチ１１をＯＮの状態で動作させるものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６３−６０６２８号公報

しかしながら、上記従来の図７に示したアンテナにおいては、第１のアンテナ素子１をＤＣＳ（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）、第２のアンテナ素子２をＵＭＴＳ（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）に共振させる設定とすると、上記２つの周波数が近接しているため、第２のアンテナ素子２が動作する際、第２のアンテナ素子２と地板９とで共振して生じた高周波電流が地板９を介して第１のアンテナ素子１へ励起され、これにより第１のアンテナ素子１も共振する現象が発生する。

このとき、同じ地板９を利用して共振させているため第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２との結合が強くなり、その結果、放射特性が劣化するという課題があった。

また、第１のアンテナ素子１が動作する場合も、同様に、第２のアンテナ素子２との結合が強くなり、その結果、放射特性が劣化するという課題があった。

そのような場合には、図８に示したように切り替えスイッチ１０，１１を付加した構成として切り替えつつ使用できるものとすればよいが、切り替えスイッチ１０，１１やその制御部分等が必要となるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、切り替えスイッチを用いずとも２つのアンテナ素子間の結合が低減できて放射特性の良好なアンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、地板上に配置された第１の伝送線路と、上記第１の伝送線路の一端に接続された第１の無線回路と、上記第１の伝送線路の他端に接続された第１の給電部と、上記第１の給電部に接続された第１のアンテナ素子と、上記地板上に配置された第２の伝送線路と、上記第２の伝送線路の一端に接続された第２の無線回路と、上記第２の伝送線路の他端に接続された第２の給電部と、上記第２の給電部に接続された第２のアンテナ素子と、上記第２の給電部近傍の上記地板位置にその一端が接続され、上記第２のアンテナ素子のインピーダンス整合素子として機能するように上記第２のアンテナ素子に対し並設して配された無給電素子とを有し、少なくとも上記第２のアンテナ素子が、対応周波数の略１／２波長の長さで配され、かつその先端が上記地板における上記第１および第２の給電部の間の上記第２の給電部から離れた上記第１の給電部近傍となる位置で接地され、さらに、上記無給電素子の電気長を上記第２のアンテナ素子の対応周波数の１／４波長以下に設定して上記無給電素子を導波器としても機能する構成としたアンテナとしたものである。

この構成であれば、２つのアンテナ素子の対応周波数が近接している場合であっても、第２のアンテナ素子は、対応周波数に対し、略１／２波長の長さで先端が地板に接地された１波長ループアンテナとして動作するため、地板での共振が抑えられ、第１のアンテナとの関与が低減される。また、第１のアンテナ素子が機能する際に、その対応周波数に対しても、地板に接地された第２のアンテナ素子自体の長さも略１／２波長に近くなるため、第２のアンテナ素子の給電部分に励起される電流が少なくなり、第２のアンテナ素子からの影響度合いも低減されるようにできる。この結果、切り替えスイッチを用いないでも、２つのアンテナ素子間の結合が低減された放射特性の良好なアンテナとして使用可能なものが得られるという作用を有する。また、上記設定の無給電素子を付加したものとすることによって、ループアンテナとして機能する第２のアンテナの特性インピーダンスなどの調節も容易にでき、さらに放射特性にも優れるものにできる。

以上のように本発明によれば、２つのアンテナ素子の少なくとも１つを対応する周波数の略１／２波長の長さで配して、その先端を地板に接地する構成としたため、アンテナ素子の対応周波数同士が近接している場合であっても、当該接地されたアンテナ素子側が動作する際には、１波長ループアンテナとして動作するため、地板での共振を抑えることができ、他方のアンテナとの関与が少なくできる。また、他方のアンテナ素子側が動作する際には、その対応周波数に対しても、地板に接地された第２のアンテナ素子自体の長さも略１／２波長に近くなるため、第２のアンテナ素子の給電部分に励起される電流が少なくでき、第２のアンテナ素子からの影響度合いも低減される。さらに、無給電素子を上記第２のアンテナ素子に対し並設して、そのインピーダンス整合素子ならびに導波器として機能する構成としたため、ループアンテナとして機能する第２のアンテナの特性インピーダンスなどの調節も容易にでき、さらに放射特性にも優れるものにできる。

それらによって、切り替えスイッチを用いないでも２つのアンテナ素子間の結合が低減された放射特性の良好なアンテナが実現できるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。

なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態によるアンテナを模式的に表す図であり、同図において、地板９上には、第１の伝送線路５が配置され、この第１の伝送線路５の一端に第１の無線回路７が接続され、また第１の伝送線路５の他端には第１の給電部３が接続されている。そして、第１の給電部３に第１のアンテナ素子１が接続されている。第１のアンテナ素子１は地板９の上部側に伸びている。

同様に、地板９上に配置された第２の伝送線路６の一端には第２の無線回路８が接続され、また第２の伝送線路６の他端には第２の給電部４が接続されている。第２の給電部４には、第２のアンテナ素子２が接続されている。

そして、上記第２のアンテナ素子２は、対応する周波数に対し、略１／２波長の長さで配され、かつ、その先端が地板９の接地点２１に接続されている。その第２のアンテナ素子２の中間部分は、地板９の上部側に配置されている。

以上の構成において、第１のアンテナ素子１はＤＣＳに共振し、従来の技術で述べたようにして電波を送受信する。そして、第２のアンテナ素子２はＵＭＴＳに共振し、電波を送受信するように構成されており、当該アンテナは、異なる２つの通信システムに対応したものとなっている。

このとき、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２とで各々送受信する２つの対応周波数は近接しているが、第２のアンテナ素子２は、対応周波数の略１／２波長の長さで先端が接地点２１に接続されているため、その動作時には、接地された第２のアンテナ素子２が１波長ループアンテナとして動作し、地板９での共振を抑えることができ、第１のアンテナ素子１との結合の関与が非常に少なくできる。

一方、第１のアンテナ素子１が動作する際には、地板９に接地された第２のアンテナ素子２自体の長さもＤＣＳ周波数に対して略１／２波長の長さに近くなるため、第２のアンテナ素子２の給電部４に励起される電流が少なくでき、第２のアンテナ素子２からの影響度合いが低減される。

以上のように、当該構成であれば、切り替えスイッチを用いないで近接する周波数に対応する２つのアンテナ素子間の結合が低減でき、放射特性が良好となるものが実現できる。

また、第２のアンテナ素子２が１波長ループアンテナとして機能するため、第２のアンテナ素子２の特性インピーダンスが高くなる傾向にあり、この現象を抑制するために本実施形態によるものにおいては第２のアンテナ素子２に対し無給電素子３４を並設し、この無給電素子３４の接地点３５を第２のアンテナ素子２における第２の給電部４の近傍に配置した構成としている。

すなわち、アンテナ素子２の近傍に無給電素子３４を配置したことにより、第２のアンテナ素子２に無給電素子３４との間に容量成分が付加されるため、この無給電素子３４の長さや無給電素子３４と第２のアンテナ素子２の間隔を調整することで、第２のアンテナ素子２と無給電素子３４の間に付加された容量成分が調節され、結果として第２のアンテナ素子２の特性インピーダンスを自由に調整することができる。

また、通常このような第２のアンテナ素子２のインピーダンス整合には、高リアクタンス素子を第２のアンテナ素子２に直列接続する構成が用いられるのであるが、無給電素子３４を設けることによって、ある程度の特性インピーダンスの整合がなされるため、高リアクタンス素子のリアクタンス成分を小さくすることができ、これに伴いリアクタンス素子による整合ロスを低減することもできる。

なお、無給電素子３４は先に述べたインピーダンス整合素子として機能することに加え、無給電素子３４の電気長を１／４波長以下にした場合、無給電素子３４が導波器として機能し、無給電素子３４の電気長を１／４波長以上にした場合、反射器として機能することから、無給電素子３４は第２のアンテナ素子２の指向性制御素子としても機能させることができる。

すなわち、無給電素子３４の電気長を１／４波長以下に設定することで、無給電素子３４を導波器として機能させ、第２のアンテナ素子２の指向性を第１のアンテナ素子１と反対側へ向けることにより第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２との空間結合を低減することができる。

なお、第２のアンテナ素子２の接地点２１を、第１の給電部３と第２の給電部４との間に配置すると２つのアンテナ素子の給電部間隔が空間的に離れるようにでき、２つのアンテナ素子の結合度合いが低減されるようにできる。

また、その際に図２に示すように、第２のアンテナ素子２２の接地点２１を、第１の給電部３と第２の給電部４との間の位置で、かつ上記第１の給電部３の近傍に配置して第２の給電部４と接地点２１との距離を離す構成とすると、第２のアンテナ素子２２が空間的に大きく配されて無指向性の特性が向上できる。さらに、図３に示すように、第２のアンテナ素子２３の接地した箇所の近傍を第１のアンテナ素子１から離れる側に折り曲げて、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２３との近接度合いを少なくすると、２つのアンテナ素子の結合をさらに低減することができる。

なお、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は、線状の構成に限られるものではない。

その具体的な例として、図４に示すように、第１のアンテナ素子２４および第２のアンテナ素子２５を螺旋状に構成して、小形化を図ってもよい。なお、アンテナ素子全体もしくは一部分をメアンダ状、平板状で構成しても同様の効果が得られる。

また、上記に説明した構成の中では、第１のアンテナ素子１は１つの周波数に共振するものとしていたが、それを２周波数以上に共振するものとしても同様の効果が得られる。

その具体的な例としては、図５に示すように第１のアンテナ素子を螺旋部２６およびメアンダ部２７により構成することで、第１のアンテナ素子は２つの周波数に共振するものにできる。したがって、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子２８とを合わせると３つの周波数、すなわち、３つの通信システムに対応したアンテナとすることができる。

また、同図に示すように、第１の伝送線路５、第２の伝送線路６に、各々第１の整合回路２９、第２の整合回路３０を挿入すると、アンテナ素子を小形にしても所望の周波数で広帯域なアンテナにできる。

また、アンテナ素子を絶縁樹脂により保持する構成とすると、上記絶縁樹脂の誘電率によってアンテナ素子の小形化が可能となり、さらに小形なものが実現できる。

なお、図６に示すように、第１のアンテナ素子３１も接地点３３に接続した逆Ｆアンテナ構成にすると、第１のアンテナ素子３１のインピーダンスが自由に調整できる。

さらに、上記に説明したいずれの構成のものも、地板９の上部側に各アンテナ素子を配置したものであったが、アンテナ素子を、全体もしくは部分的に地板９の面上に配置してもよく、この場合には地板９との容量結合が容易に調整できるのでインピーダンスの調整や設定の自由度が増すようになる。

なお、図２〜図６に示したものにおいても、図１に示したものの場合と同じく、地板９における第２の給電部近傍に無給電素子３４の一端を接続した構成とすることが好ましく上記に説明した同様の効果が得られる。

本発明によるアンテナは、切り替えスイッチを用いないで２つのアンテナ素子の結合を低減させ放射特性が良好となるアンテナが実現できるという効果を有し、携帯電話などの移動体通信等に有用である。

本発明の一実施の形態によるアンテナを模式的に表す図同第２のアンテナ素子の接地点が第１の給電部の近傍に配置されたアンテナを模式的に表す図同第２のアンテナ素子の接地した近傍が折り曲げられたアンテナを模式的に表す図同アンテナ素子の一部が螺旋状で構成されたアンテナを模式的に表す図同第１のアンテナ素子が２周波に共振するアンテナを模式的に表す図同第１のアンテナ素子が接地されたアンテナを模式的に表す図従来のアンテナを模式的に表す図切り替えスイッチが挿入された従来のアンテナを模式的に表す図

符号の説明

１，２４，３１第１のアンテナ素子
２，２２，２３，２５，２８，３２第２のアンテナ素子
３第１の給電部
４第２の給電部
５第１の伝送線路
６第２の伝送線路
７第１の無線回路
８第２の無線回路
９地板
２１，３３，３５接地点
２６２周波に対応する第１のアンテナ素子の螺旋部
２７２周波に対応する第１のアンテナ素子のメアンダ部
２９，３０整合回路
３４無給電素子

Claims

地板上に配置された第１の伝送線路と、上記第１の伝送線路の一端に接続された第１の無線回路と、上記第１の伝送線路の他端に接続された第１の給電部と、上記第１の給電部に接続された第１のアンテナ素子と、上記地板上に配置された第２の伝送線路と、上記第２の伝送線路の一端に接続された第２の無線回路と、上記第２の伝送線路の他端に接続された第２の給電部と、上記第２の給電部に接続された第２のアンテナ素子と、上記第２の給電部近傍の上記地板位置にその一端が接続され、上記第２のアンテナ素子のインピーダンス整合素子として機能するように上記第２のアンテナ素子に対し並設して配された無給電素子とを有し、少なくとも上記第２のアンテナ素子が、対応周波数の略１／２波長の長さで配され、かつその先端が上記地板における上記第１および第２の給電部の間の上記第２の給電部から離れた上記第１の給電部近傍となる位置で接地され、さらに、上記無給電素子の電気長を上記第２のアンテナ素子の対応周波数の１／４波長以下に設定して上記無給電素子を導波器としても機能する構成としたアンテナ。