JP2002374115A - アンテナ素子、アンテナ装置、無線通信装置 - Google Patents
アンテナ素子、アンテナ装置、無線通信装置Info
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Abstract
して装荷インダクタンスを形成したアンテナ素子の性能
を向上させる。 【解決手段】 第一導線104と第二導線106と短絡
導線105からなる導体線路102が形成されている素
子基体101の外面に接地導線301も形成し、この接
地導線301の終端を導体線路102に接続して始端に
接地電位を印加する。この接地導線301が従来のショ
ートピンと同様に機能するので、アンテナ素子300の
放射抵抗を倍増させることができる。
Description
形成されているアンテナ素子、このアンテナ素子を一部
とするアンテナ装置、このアンテナ装置を使用して無線
通信する無線通信装置、に関する。
stem:登録商標)や移動電話などと呼称される無線通信
装置が一般ユーザに普及しており、その小型軽量化が要
望されている。無線通信装置はアンテナ素子により電波
の受信および送信を実行するが、導体線路の全長と電波
の波長には密接な関係がある。
振周波数が上昇するため、所望の周波数の電波を良好な
効率で無線通信することが困難となる。そこで、必要な
共振周波数を維持しながらアンテナ素子の全体形状を小
型化するため、各種の技術が考案されている。
ンテナ素子では、導体線路を螺旋状に形成しており、ミ
アンダアンテナと呼称されるアンテナ素子では、導体線
路を葛折状に形成している。これらのアンテナ素子で
は、導体線路の全長は短縮されないが、全体形状を実質
的に小型化することができる。
ことで、導体線路を短縮した誘電体アンテナなるアンテ
ナ素子もある。誘電率や透磁率が高い部材の内部では電
波の波長が短縮されるため、誘電体や磁性体の表面や内
部に導体線路を形成すると、その全長を短縮することが
できる。
ンダクタンス素子やキャパシタンス素子を追加すること
で、導体線路を短縮した装荷アンテナなるアンテナ素子
もある。当然ながら、上述の各種技術は組み合わせるこ
ともでき、例えば、誘電体の表面にヘリカル形状やミア
ンダ形状で導体線路を形成したアンテナ素子などもあ
る。
トピンで接地電極を接続することにより、ショートピン
に導体線路とは逆相の電流を反対方向に発生させる技術
もある。このように反対方向に発生する逆相の電流は、
同一方向に発生する同相の電流と見なせるので、結果的
にアンテナ素子の放射抵抗を増加させることができる。
によりアンテナ素子を無用に大型化することなく性能を
向上させることができる。しかし、ヘリカルアンテナや
ミアンダアンテナでは、長大な導体線路を曲折させて占
有面積を削減するため、隣接した導体線路が電磁界で結
合し、表面電流や高周波損失が増大する。
は誘電体の表面にヘリカル形状やミアンダ形状とは相違
する形状で導体線路を形成したアンテナ装置を発明し、
これを特願2001-026002号として出願した。そこで、こ
の出願のアンテナ装置を、本願発明に先行する公知でな
い技術として、図9および図10を参照して以下に簡単
に説明する。
示すように、誘電体からなる素子基体101の前面およ
び下面に導体線路102がプリント配線で形成されてお
り、この導体線路102は、各々線状に連続的に形成さ
れた給電導線103と第一導線104と短絡導線105
と第二導線106からなる。
線103は、素子基体101の下面から前面まで形成さ
れた直線部分からなり、第一導線104は、給電導線1
03の終端である上端から図中右方に直角に形成された
直線部分からなる。短絡導線105は、第一導線104
の終端である右端から給電導線103とは逆側である図
中上方に直角に形成された直線部分からなり、第二導線
106は、短絡導線105の終端である上端から図中左
方に直角に形成されて第一導線104と平行に位置した
直線部分からなる。
を使用したアンテナ装置200は、図10に示すよう
に、ガラスエポキシ樹脂や四弗化エチレンなどからなる
回路基板201を具備しており、この回路基板201の
前面の下半部などに銅箔が貼付されて接地電極202が
形成されている。
れており、そこに給電手段である給電回路203(例え
ば、同軸ケーブル)の給電電極204が形成されてい
る。そして、アンテナ素子100は回路基板201の前
面の接地電極202が形成されていない上半部に実装さ
れており、その給電導線103が給電電極204に接続
されている。
は、平行に位置する第一導線104と第二導線106と
が装荷インダクタンスとして作用するため、導体線路1
02を短縮することができる。しかも、導体線路102
が全体的にコ字形状に曲折されているので、全体形状を
小型化することができる。
アンテナなどととは相違して、平行に位置する第一導線
104と第二導線106とが充分に離隔しているので、
その電磁界の結合が低減されており、高利得、高効率、
広帯域、に無線通信を実現することができる。
105が無線電波を送受信するため、この送受信は短絡
導線105の長手方向と直交する図中の水平方向に指向
性を有する。このため、図10に示すように、短絡導線
105の直交方向に接地電極202などの導体が位置す
ると、これが短絡導線105による無線電波の送受信を
阻害することになる。
105の直交方向に接地電極202などを形成しないこ
とが想定できるが、これでは回路部品(図示せず)が実装
される接地電極202の面積が削減される。換言する
と、回路部品の実装面積を最大とするためには、接地電
極202が形成されないアンテナ実装面積を最小とする
必要がある。
たものであり、平行に位置する第一導線と第二導線とが
短絡導線で接続されている構造で、アンテナ実装面積を
最小とすることができ、高効率なアンテナ素子、このア
ンテナ素子を使用したアンテナ装置、このアンテナ装置
で無線通信する無線通信装置、を提供することを目的と
する。
は、前述した先行技術と同様に、素子基体と導体線路と
を具備しており、この導体線路は、少なくとも給電導線
と第一導線と短絡導線と第二導線とを具備している。素
子基体は、誘電体と磁性体との少なくとも一方からな
り、給電導線と第一導線と短絡導線と第二導線とが形成
されている。給電導線は、線状の導体からなり、始端に
電力が供給される。第一導線は、給電導線の終端に直角
に接続されており、短絡導線は、給電導線とは逆側で第
一導線の終端に直角に接続されている。第二導線は、短
絡導線の終端に直角に接続されており、第一導線と平行
に位置する。
は、素子基体に接地導線も形成されており、この接地導
線は終端が導体線路に接続されていて始端に接地電位が
印加されることにより、この接地導線が従来のショート
ピンと同様に機能する。
態としては、導体線路の一部として形成された所定容量
の容量導体が第二導線の終端に接続されていることによ
り、容量導体のキャパシタンス装荷により導体線路が短
縮される。
合により非接触に接続されていることにより、接地導線
が導体線路に直接に結合されている必要がない。
素子と回路基板と接地電極と接地配線とを具備してい
る。アンテナ素子は、本発明のアンテナ素子からなり、
回路基板は、アンテナ素子が前面に装着されている。接
地電極は、回路基板の前面でアンテナ素子から離隔した
位置に形成されており、接地電位を発生する。接地配線
は、回路基板の前面に形成されており、始端が接地電極
に接続されているとともに終端が接地導線の始端に接続
されている。
と導体線路と回路基板と接地電極と接地配線とを具備し
ており、導体線路は、給電導線と第一導線と短絡導線と
第二導線とを具備している。素子基体は、誘電体と磁性
体との少なくとも一方からなり、給電導線と第一導線と
短絡導線と第二導線とが形成されている。給電導線は、
線状の導体からなり、始端に電力が供給される。第一導
線は、給電導線の終端に直角に接続されており、短絡導
線は、給電導線とは逆側で第一導線の終端に直角に接続
されている。第二導線は、短絡導線の終端に直角に接続
されており、第一導線と平行に位置する。回路基板は、
素子基体が前面に装着されている。接地電極は、回路基
板の前面で素子基体から離隔した位置に形成されてお
り、接地電位を発生する。接地配線は、回路基板の前面
に形成されており、始端が接地電極に接続されていると
ともに終端が接地導線の始端に接続されている。
地電極の接地電位が接地配線によりアンテナ素子の接地
導線に印加されるので、アンテナ素子の接地導線が従来
のショートピンと同様に機能する。
態としては、第二導線の終端に接続されている所定容量
の容量導体も導体線路の一部として形成されていること
により、容量導体のキャパシタンス装荷により導体線路
が短縮される。
合により非接触に接続されていることにより、接地導線
が導体線路に直接に結合されている必要がない。
と素子基体と回路基板と接地電極と給電電極と接地配線
とを具備している。素子基体は、誘電体と磁性体との少
なくとも一方からなり、導体線路が形成されている。回
路基板は、素子基体が前面に装着されている。接地電極
は、回路基板の前面で素子基体から離隔した位置に形成
されており、接地電位を発生する。給電電極は、回路基
板の前面で終端が素子基体の導体線路に接続されてお
り、始端に電力が供給される。接地配線は、回路基板の
前面に形成されており、始端が接地電極に接続されてい
るとともに終端が給電電極に接続されている。
地電極の接地電位が接地配線により給電電極に印加され
るので、接地配線が従来のショートピンと同様に機能す
る。
を実現するように形成されていれば良く、例えば、所定
の機能を発揮する専用のハードウェア、所定の機能がコ
ンピュータプログラムにより付与された端末設計装置、
コンピュータプログラムにより端末設計装置の内部に実
現された所定の機能、これらの組み合わせ、等を許容す
る。また、本発明で言う各種手段は、個々に独立した存
在である必要もなく、ある手段が他の手段の一部である
ようなことも許容する。
び図2を参照して以下に説明する。ただし、本形態に関
して前述したアンテナ素子100およびアンテナ装置2
00と同一の部分は、同一の名称を使用して詳細な説明
は省略する。また、本形態では図面に対応して前後左右
上下の方向を言及するが、これは説明を簡略化するため
に便宜的に使用するものであり、実際の製品の製造時や
使用時の方向を限定するものではない。
すように、前述したアンテナ装置100と同様に、誘電
体からなる素子基体101の前面および下面に導体線路
102が形成されており、この導体線路102は、給電
導線103と第一導線104と短絡導線105と第二導
線106からなる。
前述したアンテナ装置200と同様に、回路基板201
の前面の下半部などに接地電極202が形成されてお
り、この接地電極202の凹部に給電手段である給電回
路203の給電電極204が形成されている。そして、
アンテナ素子300は回路基板201の前面の接地電極
202が形成されていない上半部に実装されており、そ
の給電導線103が給電電極204に接続されている。
前述したアンテナ素子100とは相違して、素子基体1
01の側面に接地導線301も形成されており、この接
地導線301が導体線路102に接続されている。より
具体的には、接地導線301は、終端が短絡導線105
の始端近傍に接続されており、始端が素子基体101の
側面と裏面との境界の部分に位置している。
前述したアンテナ装置200とは相違して、回路基板2
01の前面に接地配線401が形成されており、この接
地配線401の始端が接地電極202に接続されてい
る。この接地配線401の終端はアンテナ素子300の
接地導線301の始端に接続されているので、これで接
地電極202の接地電位が接地配線401によりアンテ
ナ素子300の接地導線301に印加されている。
テナ素子300も、前述したアンテナ素子100と同様
に、平行に位置する第一導線104と第二導線106と
が装荷インダクタンスとして作用するため、所望の共振
周波数を確保しながら導体線路102を短縮して全体形
状が小型化されている。
アンテナなどととは相違して、平行に位置する第一導線
104と第二導線106とが充分に離隔しているので、
その電磁界の結合が低減されており、高利得、高効率、
広帯域、に無線通信を実現することができる。
は、アンテナ素子300の導体線路102の所定位置に
接地導線301が接続されており、この接地導線301
に接地電極202の接地電位が接地配線401により印
加されている。このため、接地導線301を従来のショ
ートピンと同様に機能させることができるので、アンテ
ナ素子300の放射抵抗を増加させることができ、導体
線路102の入力インピーダンスのリアクタンスやレジ
スタンスを変更してインピーダンス整合を調整すること
ができる。
106とを装荷インダクタンスとしたアンテナ素子30
0の性能を向上させることができるので、短絡導線10
5の直交方向に接地電極202などの導体が位置しても
無線電波を比較的良好に送受信することが可能である。
このため、接地電極202が短絡導線105の直交方向
に位置する場合でも比較的近接させることができるの
で、図中の下方や側方に接地電極202を拡大する必要
もなく、アンテナ装置400を小型化することができ
る。
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許
容する。例えば、上記形態のアンテナ素子300では、
導体線路102が給電導線103と第一導線104と短
絡導線105と第二導線106からなることを例示した
が、図2に例示するアンテナ素子501〜503のよう
に、導体線路504〜506の一部として所定容量の容
量導体507〜509を追加することも可能である。
子501のように、素子基体101の上面に形成した接
続導線510の始端を前面の第二導線106の終端に接
続し、やはり素子基体101の上面に形成した容量導体
507を接続導線510の終端に接続することも可能で
ある。
02のように、素子基体101の上面の全域に形成した
容量導体508を第二導線106に直接に接続すること
も可能であり、同図(c)に例示するアンテナ素子503
のように、素子基体101の上面の全域に形成した容量
導体509で第二導線を兼用することも可能である。
9の容量は接地電極202との間に発生するので、容量
導体507〜509の容量は、そのサイズや形状、接地
電極202との距離や形状の関係、などに起因して変化
する。実際に容量導体507〜509を形成する場合に
は、コンピュータシミュレーションなどにより導体線路
504〜506の共振周波数に対応させて容量を調節す
ることになる。
では、容量導体507〜509の装荷キャパシタンスに
より共振周波数が低下するので、相対的に共振周波数を
上昇させることなく導体線路504〜506を短縮して
全体形状を小型化することが可能である。
は、導体線路102の入力インピーダンスのリアクタン
スやレジスタンスを変更してインピーダンス整合を調整
するため、接地配線401が接続されるアンテナ素子3
00の接地導線301が短絡導線105の始端近傍に接
続されていることを例示した。
0のように、接地配線601が接続されるアンテナ素子
602の接地導線603が第一導線104に接続されて
いることも可能であり、図4に例示するアンテナ装置7
00のように、アンテナ素子701の接地導線702が
短絡導線105の終端近傍に接続されていることも可能
である。
では、給電電極204の始端から導体線路102の終端
を介して接地配線601,401の始端まで往復する経
路長がアンテナ長となるので、上述のように導体線路1
02に接地導線603,702を接続する位置や接地配
線/導線601,603,401,702の線長を変更
することで共振周波数を調整することができる。
は、アンテナ素子300の接地導線301が導体線路1
02に直接に接続されていることを例示したが、図5に
例示するアンテナ装置800のように、アンテナ素子8
01の接地導線802が導体線路102に電磁結合によ
り非接触に接続されていることも可能である。
は、導体線路102に接続されている接地導線301も
アンテナ素子300に形成されていることを例示した
が、図6に例示するアンテナ装置900のように、回路
基板201の前面のみに形成した接地配線901をアン
テナ素子902の導体線路504に接続することも可能
である。
テナ素子902の上面に容量導体507が形成されてい
るので、ここに接地配線901を接続することが容易で
ある。しかも、このように接地配線901が導体線路5
04の終端に接続されると、導体線路504と接地配線
901とが折返アンテナとして機能することができる。
1の終端には接続部903が一体に形成されており、ア
ンテナ素子902の裏面にも、給電導線103および容
量導体507に同一形状の接続部904が一体に形成さ
れている。これらの接続部903,904が半田により
接続されることで、給電電極204に給電導線103が
導通されるとともに接地配線901に容量導体507が
導通されており、回路基板201にアンテナ素子902
が一体に固定されている。
0のように、回路基板201の前面のみに形成した接地
配線1001をアンテナ素子902の導体線路504に
電磁結合により非接触に接続されていることも可能であ
る。この場合、回路基板201に形成された接地配線1
001と素子基体101に形成された導体線路504と
を直接に接続する必要がないので、アンテナ装置100
0を容易に製造することができる。
が図示されていないが、これは図1等と同様に、素子基
体101の下面に形成されて給電電極204に接続され
ている。
2に接続された給電電極204もアンテナ線として機能
するので、図8に例示するアンテナ装置1100のよう
に、回路基板201の表面に形成されている給電電極2
04に、回路基板201の表面に形成されている接地配
線1101を接続することも可能である。
0では接地配線1101を長大に形成することや、接地
配線1101の接続位置を給電電極204の始端に近接
させることで、共振周波数の低下、帯域幅の拡大、放射
効率の増大、等を実現することも容易である。
給電電極204より長大に形成するとアンテナ長が増大
して共振周波数が低下するので、相対的に装置全体を小
型化することができる。このようにアンテナ装置110
0の共振周波数が低下するならば、導体線路102の線
幅を拡大して帯域幅を増大させることもできる。
形成する必要がなく、給電電極204と接地配線110
1とを一体に形成できるので、アンテナ装置1100の
構造を簡略化することができる。なお、上述のように回
路基板201の表面で給電電極204に接地配線110
1を接続する構造を、平行な第一導線104と第二導線
106とを具備しない従来の誘電体アンテナに適用する
ことも可能である。
では、接地導線301と接地配線401とが各々一つの
場合を例示したが、これらを複数とすることも可能であ
る。接地導線301および接地配線401によりアンテ
ナ素子300は折り曲げアンテナと同様に機能するの
で、接地導線301および接地配線401の個数を増加
させると放射抵抗を増大させて放射効率を向上させるこ
とができる。なお、接地導線301および接地配線40
1の線幅を増加させても、放射抵抗を増大させて放射効
率を向上させることができる。
接地導線も形成されており、この接地導線は終端が導体
線路に接続されていて始端に接地電位が印加されること
により、この接地導線を従来のショートピンと同様に機
能させることができるので、アンテナ素子の放射抵抗を
増加させることができ、導体線路の入力インピーダンス
のリアクタンスやレジスタンスを変更してインピーダン
ス整合を調整することもでき、また、接地導線を導体線
路に接続する位置によりアンテナ素子の共振周波数を調
整することもでき、平行な第一導線と第二導線とを装荷
インダクタンスとしたアンテナ素子の性能を向上させる
ことができる。
態としては、導体線路の一部として形成された所定容量
の容量導体が第二導線の終端に接続されていることによ
り、容量導体のキャパシタンス装荷により導体線路を短
縮することができるので、アンテナ素子を小型化するこ
とができる。
合により非接触に接続されていることにより、接地導線
が導体線路に直接に結合されている必要がないので、接
地導線の形成を容易とすることができる。
地電位が接地配線によりアンテナ素子の接地導線に印加
されることにより、アンテナ素子の接地導線を従来のシ
ョートピンと同様に機能させることができる。
態としては、第二導線の終端に接続されている所定容量
の容量導体も導体線路の一部として形成されていること
により、容量導体のキャパシタンス装荷により導体線路
を短縮することができるので、アンテナ素子とともにア
ンテナ装置を小型化することができる。
合により非接触に接続されていることにより、接地導線
が導体線路に直接に結合されている必要がないので、例
えば、接地導線をアンテナ素子まで形成することなく回
路基板の前面のみに形成しておくようなことが可能であ
り、接地導線の形成を容易とすることができる。
ることにより、装置全体を小型化することができ、アン
テナ装置の広帯域化と高効率化も実現することができ
る。
ることにより、放射抵抗を増大させて放射効率を向上さ
せることができる。
視図である。
る。
る。
テナ素子を示す斜視図である。
ンテナ装置を示す斜視図である。
02 アンテナ素子 301,603,702,802 接地導線 400,600,700,800,900,1000
アンテナ装置 401,601,901,1001 接地配線 507,508 容量導体 509 第二導線を兼用した容量導体
Claims (15)
- 【請求項1】 線状の導体からなり始端に電力が供給さ
れる給電導線と、 この給電導線の終端に直角に接続されている第一導線
と、 この第一導線の終端に直角に接続されて前記給電導線と
は逆側に位置する短絡導線と、 この短絡導線の終端に直角に接続されて前記第一導線と
平行に位置する第二導線と、 誘電体と磁性体との少なくとも一方からなり少なくとも
前記給電導線と前記第一導線と前記短絡導線と前記第二
導線からなる導体線路が形成されている素子基体と、 この素子基体に形成されていて前記導体線路に終端が接
続されているとともに始端に接地電位が印加される接地
導線と、を具備しているアンテナ素子。 - 【請求項2】 前記第二導線の終端に接続されている所
定容量の容量導体も前記導体線路の一部として形成され
ている請求項1に記載のアンテナ素子。 - 【請求項3】 前記接地導線の終端が前記導体線路に電
磁結合により非接触に接続されている請求項1または2
に記載のアンテナ素子。 - 【請求項4】 前記接地導線が前記導体線路の複数位置
に個々に接続されている複数からなる請求項1ないし3
の何れか一項に記載のアンテナ素子。 - 【請求項5】 請求項1ないし3の何れか一項に記載の
アンテナ素子と、 このアンテナ素子が前面に装着されている回路基板と、 この回路基板の前面で前記アンテナ素子から離隔した位
置に形成されて接地電位を発生する接地電極と、 前記回路基板の前面に形成されていて始端が前記接地電
極に接続されているとともに終端が前記接地導線の始端
に接続されている接地配線と、を具備しているアンテナ
装置。 - 【請求項6】 線状の導体からなり始端に電力が供給さ
れる給電導線と、 この給電導線の終端に直角に接続されている第一導線
と、 この第一導線の終端に直角に接続されて前記給電導線と
は逆側に位置する短絡導線と、 この短絡導線の終端に直角に接続されて前記第一導線と
平行に位置する第二導線と、 誘電体と磁性体との少なくとも一方からなり少なくとも
前記給電導線と前記第一導線と前記短絡導線と前記第二
導線からなる導体線路が形成されている素子基体と、 この素子基体が前面に装着されている回路基板と、 この回路基板の前面で前記素子基体から離隔した位置に
形成されて接地電位を発生する接地電極と、 前記回路基板の前面に形成されていて始端が前記接地電
極に接続されているとともに終端が前記導体線路に接続
されている接地配線と、を具備しているアンテナ装置。 - 【請求項7】 前記第二導線の終端に接続されている所
定容量の容量導体も前記導体線路の一部として形成され
ている請求項6に記載のアンテナ装置。 - 【請求項8】 前記接地配線の終端が前記導体線路に電
磁結合により非接触に接続されている請求項6または7
に記載のアンテナ装置。 - 【請求項9】 前記接地配線が前記導体線路の複数位置
に個々に接続されている複数からなる請求項6ないし8
の何れか一項に記載のアンテナ装置。 - 【請求項10】 線状の導体からなり始端に電力が供給
される導体線路と、 誘電体と磁性体との少なくとも一方からなり前記導体線
路が形成されている素子基体と、 この素子基体が前面に装着されている回路基板と、 この回路基板の前面で前記素子基体から離隔した位置に
形成されて接地電位を発生する接地電極と、 前記回路基板の前面に形成されていて前記素子基体の導
体線路に終端が接続されているとともに始端に電力が供
給される給電電極と、 前記回路基板の前面に形成されていて始端が前記接地電
極に接続されているとともに終端が前記給電電極に接続
されている接地配線と、を具備しているアンテナ装置。 - 【請求項11】 前記接地配線が前記給電電極の複数位
置に個々に接続されている複数からなる請求項10に記
載のアンテナ装置。 - 【請求項12】 少なくとも二個の前記接地配線が前記
導体線路と前記給電電極とに個々に接続されている請求
項10に記載のアンテナ装置。 - 【請求項13】 請求項5ないし12の何れか一項に記
載のアンテナ装置と、 このアンテナ装置の給電導線に電力を供給する給電手段
と、 前記アンテナ装置の導体線路に送信信号を入力する信号
送信手段と、を具備している無線通信装置。 - 【請求項14】 請求項5ないし12の何れか一項に記
載のアンテナ装置と、 このアンテナ装置の給電導線に電力を供給する給電手段
と、 前記アンテナ装置の導体線路から受信信号を取得する信
号受信手段と、を具備している無線通信装置。 - 【請求項15】 請求項5ないし12の何れか一項に記
載のアンテナ装置と、 このアンテナ装置の給電導線に電力を供給する給電手段
と、 前記アンテナ装置の導体線路に送信信号を入力する信号
送信手段と、 前記アンテナ装置の導体線路から受信信号を取得する信
号受信手段と、を具備している無線通信装置。
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