JP2000082905A - アンテナ装置およびそれを用いた通信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利得が向上し、接地導体に隣接するなどの使
用する外部環境による特性変化の少ないアンテナ装置を
提供する。 【解決手段】 表面実装型アンテナ５と、モノポールア
ンテナ２３を、同一給電点から給電するとともに、表面
実装型アンテナ５の放射電極１１の接地端を基準とする
開放端１１ａの方向と、モノポールアンテナ２３の給電
端２３ａを基準とする開放端２３ｂの方向とを、互いに
逆方向になるように配置する。 【効果】 アンテナ装置を使用する外部環境による特性
の変化を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ装置およ
びそれを用いた通信機、特に移動体通信機などに用いら
れるアンテナ装置およびそれを用いた通信機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信機、特にＰＨＳなどの
携帯電話の高性能化が進む中で、そこに搭載されるアン
テナにおいても小型化や高利得化などの更なる高性能化
が要求されるようになってきている。

【０００３】図６に、移動体通信機に搭載される従来の
アンテナ装置を示す。図６において、アンテナ装置１
は、実装基板２の一方主面２ａに接地電極３が形成さ
れ、一方主面２ａのコーナー部に接地電極３の削除部３
ａが設けられ、そこに給電配線４が形成され、表面実装
型アンテナ５が実装されて構成されている。そして、給
電配線４は、表面実装型アンテナ５の給電端子（図示せ
ず）に接続されるとともに、実装基板２上に設けられた
信号源６に接続されている。

【０００４】ここで、図７に、表面実装型アンテナ５の
詳細を示す。表面実装型アンテナ５は、特開平１０−１
３１３９号公報にその基本構成が示されている。

【０００５】図７において、表面実装型アンテナ５は、
絶縁体の１つであるセラミックスや樹脂などの誘電体か
らなる直方体状の基体１０の表面にいくつかの電極を形
成して構成されている。まず、基体１０の他方主面１０
ｂから１つの端面１０ｄを介して再び他方主面１０ｂに
かけてストリップ状の放射電極１１が形成されている。
放射電極１１の一端は開放端１１ａを形成し、他端は基
体１０の端面１０ｃから一方主面１０ａにかけて形成さ
れた第１のグランド端子１２に接続されている。また、
基体１０の他方主面１０ｂには、放射電極１１と離隔し
て給電電極１３が形成され、給電電極１３の一端は、基
体１０の端面１０ｃから一方主面１０ａにかけて形成さ
れた給電端子１４に接続されている。同じく、基体１０
の他方主面１０ｂには、放射電極１１の開放端１１ａに
近接してグランド電極１５が形成され、グランド電極１
５の一端は基体１０の端面１０ｃから一方主面１０ａに
かけて形成された第２のグランド端子１６に接続されて
いる。また、基体１０の一方主面１０ａには放射電極１
１に接続して固定用端子１７および１８が形成されてい
る。

【０００６】ここで、第１および第２のグランド端子１
２および１６、給電端子１４、固定用端子１７および１
８の５つの電極は、表面実装型アンテナ５を実装基板
（図示せず）に搭載するときに、実装基板側のグランド
電極や給電線路、固定用電極と半田付けなどによって接
続される電極であるため、その他の電極と区別するため
に端子と表現している。

【０００７】このように構成された表面実装型アンテナ
５において、給電端子１４に高周波信号が入力される
と、給電電極１３と放射電極１１の開放端１１ａとの間
に形成される静電容量を介して、放射電極１１に高周波
信号が伝達される。放射電極１１は、放射電極１１自身
のインダクタンス成分と、放射電極１１の開放端１１ａ
とグランド電極１５との間に形成される静電容量とで共
振し、その共振のエネルギーの一部が電波として空間に
放射され、アンテナとして機能する。

【０００８】この際、放射電極１１は一端が開放端１１
ａとなり、他端が接地端となっているので約１／４波長
の共振となり、放射電極１１に流れる電流、すなわち表
面実装型アンテナ５に流れる電流１９の方向は、放射電
極１１の接地端（具体的には第１のグランド端子１２）
から開放端１１ａに向う方向となる。その結果、表面実
装型アンテナ５から放射される電波および表面実装型ア
ンテナ５で受信される電波は、その電界成分が、図７に
示す座標で主としてｚ軸方向に振動する電波となる。

【０００９】なお、表面実装型アンテナ５においては、
電極と端子を分離して形成していたが、これらは必ずし
も何らかの境界で明確に分離できるものではなく、電極
と端子が一体に形成されていても構わないものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図６のアンテナ装置１
において、表面実装型アンテナ５に電流１９が流れる
と、主として接地電極３に、電流１９に対して位相が１
８０度異なるイメージ電流７が流れる。

【００１１】ところで、アンテナ装置１を使用するとき
には、実装基板２はプラスチックや金属などの筐体で覆
われる。そして、その筐体は机の上やバッグの中などに
置かれることが多い。机の上やバッグの中では金属など
の導電性の物に隣接して置かれることも多く、それらは
ほぼ接地導体とみなすことができる。そのため、このよ
うなアンテナ装置１を使用する外部環境によって、表面
実装型アンテナ５に流れる電流１９のイメージ電流７
は、その流れる場所や方向が隣接する接地導体によって
変化し、それによってアンテナ装置１の利得や指向性な
どの特性が変化するという問題がある。

【００１２】そこで、本発明は、利得が向上し、使用す
る外部環境によるアンテナ装置の特性変化の少ないアン
テナ装置およびそれを用いた通信機を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のアンテナ装置は、絶縁体からなる基体の
表面に、一端が開放端となり他端が接地端となるストリ
ップ状の放射電極と、該放射電極と離隔した給電電極を
形成してなる表面実装型アンテナと、該表面実装型アン
テナの近傍に配置されたモノポールアンテナとからな
り、前記表面実装型アンテナと前記モノポールアンテナ
を同一給電点から給電するとともに、前記表面実装型ア
ンテナに流れる電流のイメージ電流を前記モノポールア
ンテナに流し、前記モノポールアンテナに流れる電流の
イメージ電流を前記表面実装型アンテナに流すように配
置したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明のアンテナ装置は、絶縁体か
らなる基体の表面に、一端が開放端となり他端が接地端
となるストリップ状の放射電極と、該放射電極と離隔し
た給電電極を形成してなる表面実装型アンテナと、該表
面実装型アンテナの近傍に配置されたモノポールアンテ
ナとからなり、前記表面実装型アンテナと前記モノポー
ルアンテナを同一給電点から給電するとともに、前記表
面実装型アンテナの前記放射電極の接地端を基準とする
開放端の方向と、前記モノポールアンテナの給電点を基
準とする開放端の方向とを、互いに逆方向になるように
配置したことを特徴とする。

【００１５】また、本発明のアンテナ装置は、前記モノ
ポールアンテナの電気長を、使用周波数において１／８
波長から１／４波長としたことを特徴とする。

【００１６】また、本発明の通信機は、上記のいずれか
に記載のアンテナ装置を用いたことを特徴とする。

【００１７】このように構成することにより、本発明の
アンテナ装置は利得が向上し、置く場所による特性変化
を小さくすることができる。

【００１８】また、本発明の通信機は特性の向上を図る
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に、本発明のアンテナ装置の
一実施例を示す。ここで、図１（ａ）は実装基板２の一
方主面２ａ側から見た図を、図１（ｂ）は実装基板２の
他方主面２ｂ側から見た図を示している。図１で、図６
および図７と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付
し、その説明を省略する。

【００２０】図１に示したアンテナ装置２０において、
実装基板２の他方主面２ｂには接地電極２１が形成さ
れ、実装基板２の他方主面２ｂのコーナー部の、接地電
極２１の削除部２１ａには給電配線２２が形成され、モ
ノポールアンテナ２３が実装されている。モノポールア
ンテナ２３の給電端２３ａは給電配線２２に接続されて
いる。そして、実装基板２の一方主面２ａに形成された
給電配線４と実装基板２の他方主面２ｂに形成された給
電配線２２とは、スルーホール２４で互いに接続されて
いる。ここで、給電配線４は信号源６に接続されている
ので、表面実装型アンテナ５とモノポールアンテナ２３
は同一給電点から給電されていることになる。そして、
表面実装型アンテナ５とモノポールアンテナ２３は、表
面実装型アンテナ５の放射電極１１の接地端を基準とす
る開放端１１ａの方向と、モノポールアンテナ２３の給
電端２３ａを基準とする開放端２３ｂの方向とが、互い
に逆方向になるように配置されている。

【００２１】このように構成されたアンテナ装置２０に
おいて、表面実装型アンテナ５に電流１９が流れると
き、同時に給電されているモノポールアンテナ２３にも
電流２５が流れる。そして、表面実装型アンテナ５は、
給電電極１３と放射電極１１の開放端１１ａとの間に形
成される静電容量を介して給電され、モノポールアンテ
ナ２３は給電端２３ａに直接給電されているため、両者
に流れる電流の位相は互いに逆相になる。

【００２２】ここで、表面実装型アンテナ５を基準に考
えると、表面実装型アンテナ５に流れる電流１９のイメ
ージ電流は、モノポールアンテナ２３に流れる電流２５
と、方向的にも位相的にも一致する。そのため、表面実
装型アンテナ５に流れる電流２５のイメージ電流は、接
地電極３にはあまり流れず、ほとんどがモノポールアン
テナ２３に流れる。

【００２３】逆に、モノポールアンテナ２３を基準に考
えると、単体で動作する場合には接地電極２１に流れる
はずの、モノポールアンテナ２３のイメージ電流が、表
面実装型アンテナ５に流れる電流１９と、方向的にも位
相的にも一致する。そのため、モノポールアンテナ２３
に流れる電流２５のイメージ電流は、接地電極２１には
あまり流れず、ほとんどが表面実装型アンテナ５に流れ
る。

【００２４】このように、表面実装型アンテナ５に流れ
る電流１９のイメージ電流と、モノポールアンテナ２３
に流れる電流２５のイメージ電流のいずれも、実装基板
２の接地電極３や接地電極２１にはほとんど流れない。
その結果、プラスチックなどの筐体で覆われたアンテナ
装置２０を使用する外部環境がさまざまに変化しても、
それによって表面実装型アンテナ５やモノポールアンテ
ナ２３に流れる電流のイメージ電流の流れる場所や方向
が変化して、アンテナ装置２０の特性が変化するという
ことがほとんど無くなる。

【００２５】図２に、本発明のアンテナ装置２０の反射
損失と利得の指向性を、モノポールアンテナのみを搭載
した場合のアンテナ装置、および表面実装型アンテナの
みを実装した場合のアンテナ装置との比較で示す。ここ
で、図２（ａ）はモノポールアンテナのみを実装した場
合のアンテナ装置の反射損失を、図２（ｂ）は同じく利
得の指向性を、図２（ｃ）は表面実装型アンテナのみを
実装した場合のアンテナ装置の反射損失を、図２（ｄ）
は同じく利得の指向性を、図２（ｅ）は本発明のアンテ
ナ装置２０の反射損失を、図２（ｆ）は同じく利得の指
向性を示している。なお、図２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）
において、ＢＷ１、ＢＷ２、ＢＷ３はアンテナ装置の帯
域幅（反射損失が−９．５ｄＢ以下の周波数帯域）を表
している。

【００２６】図２より分かるように、本発明のアンテナ
装置の帯域幅は、全体的なバランスではモノポールアン
テナのみを実装した場合には及ばないが、特に高周波側
において表面実装型アンテナのみを実装した場合に比べ
て広くすることができる。また、指向性も、モノポール
アンテナのみを搭載した場合に０度と１８０度付近に現
れるヌル点を、表面実装型アンテナの指向性で補うこと
によって無くすることができる。さらに利得も、最大値
で３．０１ｄＢｄ、平均で−３．１９ｄＢｄとなり、平
均的にはモノポールアンテナのみの場合の−３．００ｄ
Ｂｄと表面実装型アンテナのみの場合の−３．６５ｄＢ
ｄとの間となるが、最大値ではそれぞれの１．２１ｄＢ
ｄおよび２．３９ｄＢｄよりも大きくなっている。

【００２７】このように、表面実装型アンテナとモノポ
ールアンテナとを組み合わせて、同一給電点から給電す
るとともに、表面実装型アンテナの放射電極の接地端か
ら開放端を見る方向と、モノポールアンテナの給電点か
ら開放端を見る方向とを、互いに逆方向に向けて配置し
てアンテナ装置を構成することによって、帯域幅と利得
の両者を改善することができる。

【００２８】図３に、アンテナ装置２０のモノポールア
ンテナ２３の電気長を変えた場合の最大利得の変化を示
す。ここで、基準線ｒは表面実装型アンテナ５のみを実
装した場合のアンテナ装置２０の最大利得を示してい
る。

【００２９】図３によれば、モノポールアンテナ２３の
電気長が１／８波長から１／４波長のときに、最大利得
が基準線ｒを越える。これより、本発明のアンテナ装置
２０においては、モノポールアンテナの電気長を１／８
波長から１／４波長の間に設定することによって、表面
実装型アンテナ５のみを実装した場合に対して利得を改
善することができる。

【００３０】図４に、本発明のアンテナ装置の別の実施
例を示す。図４において、実装基板２の一方主面２ａ側
から見た図は図１と同じであるため省略し、実装基板２
の他方主面２ｂ側からみた図のみを示す。また、図１と
同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明
を省略する。

【００３１】図４において、アンテナ装置３０のモノポ
ールアンテナ３１は、回転軸３２を基準に１８０度回転
する可動式となっている。ここで、図４（ａ）はモノポ
ールアンテナ３１を実装基板２（すなわち筐体）から突
出させている状態を、図４（ｂ）はモノポールアンテナ
３１を実装基板２（すなわち筐体）に格納している状態
を示している。そして、モノポールアンテナ３１を突出
させているときに、モノポールアンテナ３１の給電端３
１ａが給電配線２２と接続するように構成されている。

【００３２】このように構成することによって、本発明
のアンテナ装置３０は、モノポールアンテナ３１を格納
している状態（携帯電話の場合なら待ち受け時）では、
モノポールアンテナ３１は機能せず、表面実装型アンテ
ナ１２のみがアンテナ装置として機能する。そして、モ
ノポールアンテナ３１を突出させている状態（携帯電話
の場合なら通話時）では、アンテナ装置３０はモノポー
ルアンテナ３１と表面実装型アンテナ１２を組み合わせ
たアンテナ装置として機能する。

【００３３】このように、表面実装型アンテナ５と格納
型のモノポールアンテナ３１とを組み合わせてアンテナ
装置３０を構成することによって、たとえば携帯電話の
待ち受け時にはモノポールアンテナ３１を格納している
ため、アンテナ装置３０を落下させるようなことがあっ
ても、モノポールアンテナ３１が破損するのを避けるこ
とができる。

【００３４】なお、モノポールアンテナの格納方法は回
転式に限るものではなく、伸縮式や折り畳み式など別の
構造のものでも構わないものである。

【００３５】なお、上記の各実施例において、表面実装
型アンテナ５は、絶縁体の１つであるセラミックスや樹
脂などの誘電体により基体を構成したが、同じく絶縁体
である磁性体を用いて基体を構成しても構わないもので
ある。

【００３６】また、モノポールアンテナは、図１や図４
の実施例に示したような直線状のアンテナに限るもので
はなく、ヘリカルアンテナのような放射導体を螺旋状に
巻いて形成したアンテナや、直線状のアンテナとヘリカ
ルアンテナを組み合わせたアンテナなど、別の形状であ
っても構わないものである。

【００３７】図５に、本発明のアンテナ装置２０を用い
て構成した通信機の一実施例を示す。図５において、通
信機４０は、筐体４１の中にアンテナ装置２０が設けら
れている。そして、アンテナ装置２０の実装基板２に形
成された給電配線４は、同じく実装基板２上に形成され
た切換回路４２を介して、送信回路４３および受信回路
４４に接続されている。

【００３８】このように、本発明のアンテナ装置２０を
用いて通信機４０を構成することにより、通信機４０の
帯域幅を広げ、利得を改善することができる。また、ア
ンテナ装置２０に実装された表面実装型アンテナ５およ
びモノポールアンテナ２３に流れる電流のイメージ電流
が、実装基板２の接地電極３や通信機４０の筐体にほと
んど流れないため、通信機４０を使用する外部環境が変
化してもアンテナ特性の変化を防止することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明のアンテナ装置によれば、絶縁体
からなる基体の表面に、一端が開放端となり他端が接地
端となるストリップ状の放射電極と、該放射電極と離隔
した給電電極を形成してなる表面実装型アンテナと、モ
ノポールアンテナとを、同一給電点から給電するととも
に、表面実装型アンテナの放射電極の接地端を基準とす
る開放端の方向と、モノポールアンテナの給電点を基準
とする開放端の方向とを、互いに逆方向になるように配
置することによって、表面実装型アンテナに流れる電流
のイメージ電流をモノポールアンテナに流し、モノポー
ルアンテナに流れる電流のイメージ電流を表面実装型ア
ンテナに流すことができ、接地電極にはイメージ電流は
ほとんど流れなくなる。そのため、アンテナ装置を使用
する外部環境が変化してもアンテナ装置の特性の変化を
防止することができる。また、アンテナ装置の帯域幅と
利得の両者を改善することができる。

【００４０】また、モノポールアンテナの電気長を、使
用周波数において１／８波長から１／４波長とすること
によって、表面実装型アンテナのみを実装した場合に対
してアンテナ装置の利得を改善することができる。

【００４１】さらには、本発明のアンテナ装置を用いて
通信機を構成することにより、通信機としての帯域幅を
広げ、利得を改善することができる。また、通信機を使
用する外部環境が変化しても特性の変化を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナ装置の一実施例を示す図であ
る。

【図２】本発明のアンテナ装置の反射損失と指向性を示
す図である。

【図３】本発明のアンテナ装置のモノポールアンテナの
電気長と最大利得の関係を示す図である。

【図４】本発明のアンテナ装置の別の実施例を示す図で
ある。

【図５】本発明の通信機の一実施例を示す斜視図であ
る。

【図６】従来のアンテナ装置を示す図である。

【図７】図６のアンテナ装置に用いた表面実装型アンテ
ナを示す斜視図である。

【符号の説明】

２…実装基板 ２ａ…一方主面 ２ｂ…他方主面 ３、２１…接地電極 ３ａ、２１ａ…接地電極の削除部 ４、２２…給電配線 ５…表面実装型アンテナ ６…信号源 １９…表面実装型アンテナの電流の方向 ２０、３０…アンテナ装置 ２３、３１…モノポールアンテナ ２４…スルーホール ２５…モノポールアンテナの電流の方向 ３２…回転軸

フロントページの続き (72)発明者 南雲 正二 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 栗田 淳一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁体からなる基体の表面に、一端が開
   放端となり他端が接地端となるストリップ状の放射電極
   と、該放射電極と離隔した給電電極を形成してなる表面
   実装型アンテナと、該表面実装型アンテナの近傍に配置
   されたモノポールアンテナとからなり、 前記表面実装型アンテナと前記モノポールアンテナを同
   一給電点から給電するとともに、前記表面実装型アンテ
   ナに流れる電流のイメージ電流を前記モノポールアンテ
   ナに流し、前記モノポールアンテナに流れる電流のイメ
   ージ電流を前記表面実装型アンテナに流すように配置し
   たことを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 絶縁体からなる基体の表面に、一端が開
   放端となり他端が接地端となるストリップ状の放射電極
   と、該放射電極と離隔した給電電極を形成してなる表面
   実装型アンテナと、該表面実装型アンテナの近傍に配置
   されたモノポールアンテナとからなり、 前記表面実装型アンテナと前記モノポールアンテナを同
   一給電点から給電するとともに、前記表面実装型アンテ
   ナの前記放射電極の接地端を基準とする開放端の方向
   と、前記モノポールアンテナの給電点を基準とする開放
   端の方向とを、互いに逆方向になるように配置したこと
   を特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記モノポールアンテナの電気長を、使
   用周波数において１／８波長から１／４波長としたこと
   を特徴とする、請求項１または２に記載のアンテナ装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のア
   ンテナ装置を用いたことを特徴とする通信機。