JP2000138514A - 内蔵アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 携帯電話機において、ヘリカルコイル素子の
線材料にアルミニウムを用いて、リアクタンス成分が小
さく、帯域の広い内蔵アンテナ装置を提供する。 【解決手段】携帯電話機の上部に内蔵させるヘリカルコ
イル素子を線径の大きいアルミニウム線で構成する。端
部をはんだ接合できる金属で覆い基板にはんだ固定して
もよい。太い線径で広帯域にし、ヘリカルコイル素子の
形状配置を屈曲させたり、ダイバーシティ構成をとり広
い送受信方向を有し、広帯域で感度の良いアンテナにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話機に使用さ
れるアンテナに関し、筐体に内蔵した良好なアンテナ放
射特性を有するアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機は通信技術の革新により小型
化されてきているが、以下に述べる問題点があった。携
帯電話機には電波を送受信するアンテナが備えられてい
る。良好なアンテナ放射特性を確保するため図１０で示
されるように、通信時にはホイップアンテナ１を引き出
し、待機時にはアンテナトップのヘリカルアンテナ２の
みを出した状態にするものが一般に広く用いられてい
る。結果、アンテナが筐体３から出る長さが大きいため
携帯性やデザイン的にも邪魔である。

【０００３】また、ダイバーシティ受信が必要な規格の
携帯電話機では、通常、ホイップアンテナ１またはヘリ
カルアンテナ２と筐体３に内蔵される逆Ｆ型アンテナ４
またはマイクロストリップアンテナのような複数のアン
テナで送受信を行う。結果、携帯性やコストの阻害要因
になる。

【０００４】また図示されていないが、携帯電話機の内
蔵アンテナ装置としてヘリカルコイル素子を用いる従来
例もある。線材料として回路との接続する際に、はんだ
接合が可能な銅あるいは銅合金等が用いられている。し
かし、比重が大きく、曲げ剛性が大きいため、線径の小
さい線材料を用いる。線径が小さいとアンテナのリアク
タンス成分が大きくなったり、リアクタンスの変化率が
大きいため、帯域が狭くアンテナの入力インピーダンス
のばらつきが大きくなる。

【０００５】さらに、図示されていないが、テレビ用ア
ンテナや無線通信アンテナなどの屋外用の比較的大きい
アンテナとして、アルミニウムのパイプや長い線で使用
されている。しかし小型携帯機器用で、かつヘリカルコ
イル状で使用された実績はない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、線材料としてアルミニウムを用いて、線径の大きい
ヘリカルコイル素子を構成する。

【０００７】アルミニウム線材料のヘリカルコイル素子
の端部をはんだ接合が可能な金属で電気的に接続して覆
い、基板の導体部にはんだ接合して固定する。

【０００８】また、携帯電話機の上部にヘリカルコイル
素子を設置し、手で覆われにくくして使用時のアンテナ
の放射特性の影響を小さく抑える。

【０００９】さらにヘリカルコイル素子を曲げ、あるい
は２個のヘリカルコイル素子を互いに傾斜させて配置す
ることにより、放射パターンを広くし、あるいはダイバ
ーシティ効果を上げる。

【００１０】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例をもと
に図面を参照して説明する。図１（ａ）では携帯電話機
の筐体５上部にアルミニウムの線材料で巻いた構成のヘ
リカルコイル素子６を２ケ所の端部７、８で基板９の導
体部に導電性接着剤等を用いて接合し、固定する。ただ
し、ヘリカルコイル素子６の給電は、例えば端部７の一
ケ所のみから行う。他方の端部を基板９に固定すること
は外的衝撃から安定させる目的で行う。

【００１１】筐体に内蔵される従来のヘリカルコイル素
子では、銅や銅合金、まれに錫めっき線のような線材料
をコイル状にして基板にはんだ接合されてきた。しか
し、これらの線材料は比重が７以上でアルミニウムの比
重２．７に比較し３倍ほどであり線径が大きい場合には
重くなる。また曲げ剛性が大きいため、巻き径の大きさ
が限られた場合、かつ線径が大きい場合には巻き成形が
難しくなる。

【００１２】アンテナの入力インピーダンスは放射抵抗
などの実部成分の他、インダクタンスや容量などのリア
クタンスの複素成分の合成である。リアクタンス成分は
整合回路などを用いて実質的に零に近似させることが整
合回路とアンテナの組み合わせの目的である。

【００１３】しかし、実用上、携帯電話機に使用されて
いる周波数の帯域は８００ＭＨｚから１．９ＧＨｚの範
囲であり、波長の４分の１でも４センチメートルから
９．４センチメートルとなる。実際のアンテナにおける
４分の１波長の電気長は、この数値と多少ずれることが
あっても近い線長になる。アンテナのリアクタンス成分
はホイップアンテナのような線状アンテナにおいては、
線長と線径の比の大小によって、アンテナ長によるリア
クタンス成分の大きさや、変化率、および帯域に大きな
差がでる。線径が大きい方がリアクタンス成分が小さ
く、変化率も小さくなり、また、帯域も広くなる。これ
はアンテナの設計や実用化には作りやすく、使いやすい
ことを意味する。

【００１４】線状アンテナにおいては、リアクタンス成
分は必ずしも線長と線径の比以外にも、設置の仕方、特
にアースとの位置関係や距離の関係で大きな変化が生じ
る。このことは、ヘリカルコイル素子においても程度の
差はあれ、ほぼ同じことが言える。したがって、ヘリカ
ルコイル素子を１波長以下の電気長に対応した長さのも
のをアンテナとして用いる場合、線材料の線径がリアク
タンス成分に大きな影響を与え、リアクタンス成分の変
化率を小さくし、帯域を広く使うためにも線径の大きい
線材料を使う必要がある。

【００１５】携帯電話機においては、重量の低減化と小
型薄型化が強く求められ、結果、ヘリカルコイル素子は
空間的にも限られた寸法での巻き径に限られる。例え
ば、巻き径は６ミリメートル以下を求められる。銅線、
銅合金線および錫めっき線のように、それ自体ではんだ
接合が可能な線材料で１ミリメートル前後以上の線径で
巻く場合、曲げ剛性が大きいため、巻き成形が難しくな
る。さらに、重量が１グラムを越える値ともなる。これ
らの事実は、携帯電話機用のアンテナには作りにくく、
使いにくい欠点となる。それでも従来の筐体の外に出す
アンテナより数分の１軽くなる。

【００１６】したがって、銅線や銅合金線および錫めっ
き線に比較し比重が３分の１程度と小さく、曲げ剛性が
小さいアルミニウムを線材料に用いることにより上記問
題点が解決することになる。さらに、アルミニウムは加
工硬化率が大きく、また、小さい巻き径で大きい線径の
アルミニウム線を巻く程その効果が大きい。しかし、基
板の導体部に接続する目的で導電性接着剤を用いた場
合、製造しにくかったり、接合部の信頼性に不安があ
り、接触抵抗によるばらつきが生じやすい。しかし、は
んだ接合しようとしても困難である問題点を有してい
る。

【００１７】アルミニウムを線材料にしてヘリカルコイ
ル素子を構成し、銅や銅合金等のようなはんだ接合が可
能な金属でヘリカルコイル素子の端部に電気的に接続し
て覆うことにより、ヘリカルコイル素子の端部を基板の
導体部とはんだ接合させることが可能になる。片方の端
部を給電部と電気的に接続することによりヘリカルコイ
ル素子はアンテナとして振る舞う。必要ならば他方の端
部を基板にはんだ接合して、ヘリカルコイル素子を外的
衝撃に対して安定的に保持するとよい。

【００１８】したがって、図２（ａ）の本発明の他の実
施例で示すように、アルミニウムの線材料を巻いて構成
されたヘリカルコイル素子１０の端部１２、１３には、
図２（ｂ）で示すようにはんだ接合が可能な金属をアル
ミニウムの線材料の端部１２、１３に電気的に接続され
覆うはんだ接合が可能な金属１５、１６が設けられる。
既に述べたように、アルミニウム線でははんだ接合がで
きないからである。

【００１９】アルミニウムの線材料を巻いて構成したヘ
リカルコイル素子１０の端部１２、１３を銅で電気的に
接続して覆う場合、水分が端部１２、１３近傍に付着す
ると電池効果により０．５ボルトほどの接触電位差が生
じ、アルミニウムが腐食することも考えられる。携帯電
話機は比較的防水されているとはいえ対策をとる必要が
ある。したがって、アルミニウム線のヘリカルコイル素
子１０の端部１２、１３を覆うはんだ接合可能な金属１
５、１６として銅合金である黄銅を使用することによ
り、上記電池効果による腐食は実用レベルにおいて問題
が生じない。

【００２０】アルミニウムの線材料で巻いて構成される
ヘリカルコイル素子１０は中心軸が曲率を有し、筐体１
１の上側に凸になる構成で筐体１１の上部に設けられ
る。ヘリカルコイル素子１０の端部１２、１３は基板１
４の導体部にはんだ接合され安定して支持される。また
ヘリカルコイル素子１０には図２（ｂ）で示すように、
基板１４に端部１２、１３の金属１５、１６を差し込ん
だ時、一定の高さになるように、つば１７、１８を有す
構成にしておくとよい。つば１７、１８を有する金属１
５、１６は一種のハトメである。

【００２１】図２の実施例に示すように、中心軸が曲率
を有するヘリカルコイル素子１０を用いると、図１の中
心軸が直線のヘリカルコイル素子６に較べ、広い放射パ
ターンを有し、広い方向からの電波を平均的に受信する
ことができる。当然ながら特定の方向の感度が相対的に
低下する欠点を有することはいうまでもない。携帯電話
機では使用状態において必ずしも特定の方向に強い指向
性を有するアンテナより、どの状態においても広い方向
で実用レベルの送受信できる機能が重要である。それゆ
え、図２のように曲率を有するヘリカルコイル素子１０
を用いる必要性も生じる。

【００２２】図３は本発明の他の実施例を示すものであ
る。アルミニウムの線材料で巻いて構成されたヘリカル
コイル素子１９は中心軸が中央部でほぼ対象に折り曲げ
られ、曲げられた部分２０が筐体１１の上側になるよう
に筐体１１の上部に設けられる。ヘリカルコイル素子の
端部２１、２２は基板２３の導体部にはんだ接合され安
定して支持される。ヘリカルコイル素子１９には図３
（ｂ）で示すように、図２の実施例同じく端部２１、２
２は、はんだ接合が可能な金属２４、２５に電気的に接
続され覆われている。基板２３に端部２１、２２の金属
２４、２５を差し込んだ時、一定の高さになるように、
つば２６、２７を有す構成にしておくとよい。

【００２３】図３の実施例に示すように、中心軸が中央
部２０でほぼ直角に曲げられたヘリカルコイル素子１９
を用いると、図１のヘリカルコイル素子６に較べ、広い
放射パターンを有し、広い方向からの電波を平均的に受
信することができる。図２の実施例と同じく、特定の方
向の感度が相対的に低下する欠点を有している。しか
し、携帯電話機の使用時には特定の方向のみより、一般
的に、広い方向で一定レベル以上の送受信できる能力が
求められ、この要求に合致するものである。

【００２４】図４は本発明の他の実施例を示すものであ
る。図４（ａ）のように、アルミニウムの線材料を巻い
て構成された２個の細長のヘリカルコイル素子２８、２
９を筐体１１の上部に中心軸を互いに傾斜させて基板３
０に固定する。図４（ｂ）の２個の細長のヘリカルコイ
ル素子２８、２９の端部３１、３２および３３、３４に
はんだ接合が可能な金属３５、３６および３７、３８を
設け、これらにも、つば３９、４０および４１、４２を
設けるとよい。ヘリカルコイル素子２８、２９はそれぞ
れ２ケ所の端部３１、３２および３３、３４で基板３０
にはんだ接合で固定されることにより外部からの衝撃に
対し安定して支持される。２個のヘリカルコイル素子２
８、２９は片方の端部３２と３４が給電部に接続され
る。

【００２５】互いに傾斜した２個の細長のヘリカルコイ
ル素子２８、２９を逆方向に巻いて、それぞれ片方の中
央部の端部３２、３４を独立の給電部に接続することに
より、２個のヘリカルコイル素子２８、２９はダイバー
シティ構成のアンテナを形成する。２個の細長のヘリカ
ルコイル素子２８、２９の中心軸が直角に近い角度で互
いに傾斜していることで、ある程度の空間ダイバーシテ
ィの他、指向性ダイバーシティ、偏波ダイバーシティの
効果を附加して、ダイバーシティ構成の効果を複合的に
有することにより、送受信の感度を安定した効率的なも
のにすることができる。さらに、放射パターンも広く平
均化されたものになる。

【００２６】図５は、本発明の実施例として示した図
２、図３および図４のように、上に曲率を有するヘリカ
ルコイル素子１０や、中央部でほぼ直角に曲がったヘリ
カルコイル素子１９、および互いに傾斜した２個のヘリ
カルコイル素子２８、２９を筐体１１の上部に設置した
場合の筐体１１の上部の外観を示すものである。上側に
凸形状４３を有する構成にすると、それぞれのヘリカル
コイル素子のアンテナを筐体１１の内部の空間に有効に
内蔵させることができる。

【００２７】図６の本発明の実施例においても、２個の
細長のヘリカルコイル素子４４、４５はアルミニウムの
線材料で巻かれ、それぞれの端部４６、４７および４
８、４９は、はんだ接合可能な金属５０、５１および５
２、５３に電気的に接続され覆われて基板５４の導体部
にはんだ接合され固定される。金属５０、５１および５
２、５３は、つば５５、５６および５７、５８を有する
ことは同様である。

【００２８】２個の細長のヘリカルコイル素子４４、４
５は同じ方向に巻かれ、さらにそれぞれの片方の中央部
の端部４８、５０を正負の給電部に接続することでダイ
ポール構成のアンテナが形成される。ダイポール構成し
た２個のヘリカルコイル素子４４、４５は等価的にダイ
バーシティ構成のアンテナとしての効果を有し、さらに
放射パターンが広く平均化され、送受信が広い空間方向
に感度よく行え、携帯電話機のように姿勢が一定しない
用途において有効である。ダイポール構成にすることに
より、携帯電話機の使用時に手で持ったりする場合の放
射パターンやアンテナ感度への影響を小さいものにする
ことができる。

【００２９】図７（ａ）は本発明の他の実施例を示すも
のである。２個の細長のヘリカルコイル素子５９、６０
はアルミニウムの線材料で逆方向に巻かれ、端部６１、
６２および６３、６４には、はんだ接合可能な金属６
５、６６および６７、６８が電気的に接続され覆われて
設けられている。金属６５、６６および６７、６８は図
６（ｂ）に示すように、つば６９、７０および７１、７
２を有し、図７（ａ）の基板７３に高さが位置決めさ
れ、基板７３の導体部にはんだ接合で固定される。２個
のヘリカルコイル素子５９、６０は、中心軸に垂直な巻
き形状を楕円形に近似した構成にすることで筐体１１の
上部の空間に有効に内蔵される。結果的に基板７３の一
部を除いた形で、２個のヘリカルコイル素子５９、６０
が基板７３の両側に横断する位置に配置される。

【００３０】また、筐体１１の前面、後面方向の放射パ
ターンはヘリカルコイル素子５９、６０からの加算であ
るのに対し、前面、後面と平行な方向の放射パターン
は、ほぼヘリカルコイル素子５９、６０単独による放射
パターンに近似されるため、筐体１１の厚さ方向に巻き
幅が大きい巻き方にすることにより放射パターンの平均
化が行われることになる。

【００３１】図８は本発明の他の実施例を示すものであ
る。アルミニウムの線材料で巻かれた２個のヘリカルコ
イル素子７４、７５が互いに中心軸が傾斜して配置さ
れ、中央部の端部７６、７７に、はんだ接合可能な金属
７８、７９が電気的に接続され覆われる。この金属７
８、７９には、つば８０、８１が設けられ、基板８２に
はんだ接合され固定される。２個のヘリカルコイル素子
７４、７５は図８（ａ）で示すように、樹脂成形材材８
３の腕８４、８５にはめ込み固定されていると、全体を
一体として取り扱うことができ、基板８２への組立てが
容易になる。

【００３２】当然ながら２個のヘリカルコイル素子７
４、７５は筐体１１の上部に内蔵されるが、２個のヘリ
カルコイル素子７４、７５は逆方向に巻かれ、中央部の
端部７６、７７が独立な給電部に接続され、ダイバーシ
ティ構成のアンテナとして振る舞う。樹脂成形材８３の
中央部に電磁吸収板８６を設けることにより、２個の細
長のヘリカルコイル素子７４、７５のアンテナの干渉を
小さくすることができ、ダイバーシティ効果をさらに向
上させることができる。

【００３３】図９は本発明の他の実施例を示すものであ
る。２個の細長のヘリカルコイル素子８７、８８は中心
軸が曲率を有し、外側に凸になり、中心軸の平均的な方
向が互いに傾斜した構成にしてある。結果、筐体１１の
上部空間を無駄なく使える。２個の細長のヘリカルコイ
ル素子８７、８８はアルミニウムの線材料で巻かれ、端
部８９、９０および９１、９２に設けられた、つば９
３、９４および９５、９６を有するはんだ接合可能な金
属９７、９８および９９、１００で基板１０１にはんだ
接合固定される。

【００３４】図９の実施例も中央部の端部９０、９２が
独立した給電部に接続されることによりダイバーシティ
構成のアンテナとして振る舞う。中心軸の曲率はそれほ
ど大きくないため、平均的に傾斜した中心軸の長さが同
じで傾きが同じ直線のヘリカルコイル素子の挙動とほぼ
近似したものになる。

【００３５】図８、図９で示した２個のヘリカルコイル
素子７４、７５および８７、８８はダイバーシティ構成
のアンテナとして振る舞い、互いに中心軸の平均の方向
が傾斜していることにより、既に述べたように、ある程
度の空間ダイバーシティの他、指向性ダイバーシティ、
偏波ダイバーシティを加え、ダイバーシティ効果を全体
として向上し、送受信の感度が安定したものになる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３７】ヘリカルコイル素子を基板に固定して携帯
電話機の上部に内蔵させることでアンテナが外に出ず、
携帯しての取り扱いがし易い。

【００３８】ヘリカルコイル素子をアルミニウムの線材
料で巻いて構成し、端部をはんだ接合が可能な金属を設
けることでヘリカルコイル素子を基板にはんだ接合でき
る。

【００３９】アルミニウムの比重が小さいことで、線径
の大きいものを用いても重たくならず、アンテナインピ
ーダンスのリアクタンスを小さく、ばらつきを少なくで
きる。

【００４０】アルミニウム線径が大きくても曲げ剛性が
小さく小径ヘリカルコイル素子も卷ける。また加工硬化
で形状維持がし易い。

【００４１】アンテナの重量が軽くなり、内部に収納さ
れ基板に固定されるため外部の衝撃に対し安定で壊れに
くい。

【００４２】ヘリカルコイル素子を基板に固定するだけ
の製造が簡単で、ヘリカルコイル素子は樹脂で成形して
覆う必要がなく部品単価が安いためコストを低くでき
る。

【００４３】細長のヘリカルコイル素子を曲率をもって
曲げ、あるいは、ほぼ直交させて放射パターンの広いア
ンテナとして使える。

【００４４】また２個の細長のヘリカルコイル素子は互
いに傾斜して配置することで個々の全長が比較的長くと
れ、結果個々のアンテナとしての放射インピーダンスを
相対的に大きく取れる。

【００４５】さらに、２個のヘリカルコイル素子をほぼ
直交して配置することで、ダイバーシティ効果を上げ、
広い放射パターンを得ることで安定した送受信ができ
る。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一部切り欠き斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図５】本発明の内蔵アンテナ装置を内蔵した携帯電話
機の外観図である。

【図６】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図７】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図８】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図９】本発明の他の実施例の一部切り欠け斜視図であ
る。

【図１０】従来の携帯電話機のアンテナを出した外観図
である。

【符号の説明】

１ ホイップアンテナ ２ ヘリカルアンテナ ３、５、１１ 筐体 ６、１０、１９、２８、２９、４４、４５、５９、６
０、７４、７５、８７、８８ ヘリカルコイル素子 ９、１４、２３、３０、５４、７３、８２、１０１ 基
板 ７、８、１２、１３、２６、２２、３１、３２、３３、
３４、４６、４７、４８、４９、６１、６２、６３、６
４、７６、７７、８９、９０、９１、９２ 端部 １５、１６、２４、２５、３５、３６、３７、３８、５
０、５１、５２、５３、６５、６６、６７、６８、７
８、７９、９７、９８、９９、１００ はんだ接合可能
な金属 １７、１８、２６、２７、３９、４０、４１、４２、５
５、５６、５７、５８、６９、７０、７１、７２、８
０、８１、９３、９４、９５、９６ つば ８３ 樹脂成形材 ８６ 電磁遮蔽板

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、細長のヘリカルコイル素子を筐体内部の上部に設
   け、細長の前記ヘリカルコイル素子の線材料にアルミニ
   ウムを用いたことを特徴とする内蔵アンテナ装置。
2. 【請求項２】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、基板の導体部と接合する前記ヘリカルコイル素子の
   端部を、はんだ接合が可能な金属で電気的に接続して覆
   ったことを特徴とする請求項１記載の内蔵アンテナ装
   置。
3. 【請求項３】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、細長の前記ヘリカルコイル素子の中心軸が曲率を有
   し、筐体の上側に凸になる構成にしたことを特徴とする
   請求項１、２記載の内蔵アンテナ装置。
4. 【請求項４】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、細長の前記ヘリカルコイル素子の中心軸を中間部で
   ほぼ直交して曲げ、筐体の上側に凸になる構成にしたこ
   とを特徴とする請求項１、２記載の内蔵アンテナ装置。
5. 【請求項５】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、２個の細長の前記ヘリカルコイル素子を互いに傾斜
   して筐体内部の上部に設ける構成にしたことを特徴とす
   る請求項１、２記載の内蔵アンテナ装置。
6. 【請求項６】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、２個の細長の前記ヘリカルコイル素子を筐体の縦方
   向中心面に対しほぼ対称に傾斜して筐体内部の上部に設
   け、前記縦方向中心面近傍で上向き方向に配置した構成
   にすることを特徴とする請求項５記載の内蔵アンテナ装
   置。
7. 【請求項７】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、２個の細長の前記ヘリカルコイル素子の中心軸に曲
   率を持たせ、前記中心軸を平均的に傾けたことを特徴と
   する請求項５、６記載の内蔵アンテナ装置。
8. 【請求項８】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、細長の前記ヘリカルコイル素子を中心軸に垂直な巻
   き形状を楕円形状に近似した構成にしたことを特徴とす
   る請求項１から７記載の内蔵アンテナ装置。
9. 【請求項９】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
   て、細長の前記ヘリカルコイル素子の前記端部をつばを
   有する前記金属で電気的に接続して覆ったことを特徴と
   する請求項２から８記載の内蔵アンテナ装置。
10. 【請求項１０】携帯電話機に用いられるアンテナにおい
    て、２個の細長の前記ヘリカルコイル素子を基板に固定
    し、前記ヘリカルコイル素子に対向する部分の前記基板
    を除いたことを特徴とする請求項１から８記載の内蔵ア
    ンテナ装置。