【００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、携帯電話機など小型の移動無線機に搭載が可能な小型のエネルギー密度アンテナに関するものである。
【００２】
【従来の技術】
図５は従来のエネルギー密度アンテナであり、例えば、アンテナ工学ハンドブック、電子通信学会編、オーム社刊、昭和６１年５月１０日発行、１３０頁に記載のスロットーモノポールアンテナの概念図である。
図５において、１はモノポールアンテナ、２および３はスロットアンテナの開口部、１１はスロットアンテナの空洞共振器である。このアンテナの特徴は、電界に感応するモノポールアンテナ１を磁界に感応する二つのスロットアンテナ２、３が互いに直交して位置しているためそれぞれが独立して動作することである。各素子間に結合がないので指向性はスロッ ト、モノポール固有の指向性が保たれている。
従来のエネルギー密度アンテナは以上のように構成されているため、スロットアンテナの小型化が難しく、設置場所の制約が少ない基地局アンテナあるいは自動車の屋根に固定する移動用アンテナ等に利用が限られていた。
【００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエネルギー密度アンテナでは、磁界に感応するアンテナにスロットアンテナを用いていたために小型化が難しく、携帯電話機などの小型化が要求されるアンテナには不向きであった。この発明は、磁界に感応するアンテナにループアンテナを用い電界に感応するアンテナにメランダラインアンテナを用いることによって小型化を実現するためになされたものである。
【００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るエネルギー密度アンテナは、小型化が可能であり、室内などで定在波が存在する場合に安定した無線通信を可能にする。
請求項の第１項では、磁界に感応するループアンテナと電界に感応するモノポールアンテナを近接して設置する。
請求項の第２項では、２種類のアンテナの片方に給電し他方を無給電として、両者を疎に結合する。
請求項の第３項では、シールド形ループアンテナとメランダラインアンテナあるいはヘリカルアンテナを用い、両者が近接しあるいは同一基板上に設けられる。
請求項の第４項では、シールド形ループアンテナが多層基板で構成され、シールドと内導体の任意の組合わせで用いられる。
請求項の第５項では、当該第二のアンテナをシールド形ループアンテナの分割されたシールド部分にバランスして結合する。
請求項の第６項では、当該アンテナ基板と無線機の基板が一体あるいは近接して設けられ、あるいは当該第一のアンテナが無線機のシルドケースあるいは電池の金属ケースに近接してあるいは重なって設けられる。
請求項の第７項では、当該アンテナの指向性が人体から離れる方向に向けられて設置される。
請求項の第８項では、当該アンテナを強誘電体基板あるいは磁性材料により処理された基板上に構成することによって小型化が可能となる。
請求項の第９項では、当該アンテナとは別に単一あるいは複数のアンテナを設けお互いに疎に結合するよう構成する。
請求項の第１０項では、メランダラインアンテナに近接して無給電放射素子を設け寸法を小型化する。
【００５】
【作用】
この発明において、例えばループアンテナとメランダラインアンテナが疎に結合される場合、それぞれが独立に磁界アンテナと電界アンテナを構成し、相互に補完し合うことで定在波あるいはフェージングに強いアンテナを構成し、一方に給電し他方を無給電とすることでダブルチューニングの共振器を構成して広帯域化が図れる。
【００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に従って説明する。図１において、（４）はループアンテナのシールド部分、（５）はループアンテナの内導体、（６）はループアンテナのローデングコンデンサ（同調用ケンデンサ）、（７）はメランダラインアンテナ、（８）はループアンテナのシールド（４）とメランダラインアンテナ（７）との間の結合をバランスさせるための遮蔽リング、（９）はメランダラインアンテナ（７）の立ち上がり部分、（２１）は表側から見た基板の図面、（２２）は側面からみた基板の図面、（２３）は裏側からみた基板の図面、（２４）（２５）は本発明のアンテナの接続端子、（２６）は無給電放射素子である。
図１において、基板の表側（２１）には、ループアンテナの内導体（５）がエッジング等の方法で設けられており、当該内導体の先端部にはローデイングコンデンサ（６）が接続され、一方の端は接続端子（２５）に接続されている。基板の表側（２３）にはループアンテナのシールド部（４）がエッジング等の方法で設けられており、シールド部分（４）の一部が切り欠けられ、反対側の中心点で接続端子（２４）に接続されている。ここで、当該ループアンテナ全体は周波数ｆ１で共振しているものとする。
一方、基板の裏側（２２）には、メランダラインアンテナ（７）がエッジング等の方法で設けられており、リング（８）と立ち上がり部（９）を経由してループアンテナのシールド部（４）の中心部に接続されている。ここで、メランダラインアンテナ全体は周波数ｆ２に共振しているものとする。
遮蔽リング（８）とシールド部（４）との間は、シールド部（４）の切り欠き部分を中心として左右対称となっており、リング（８）とシールド部（４）との間で生じる高周波電界は切り欠き部分言い換えればループアンテナの内導体（４）の接続端子（２５）には電界に感応するメランダラインアンテナ（７）の出力が現れないように設計されている。すなわち、リング（８）が存在するために、メランダラインアンテナ（７）とループアンテナの内導体（５）との結合が疎になっている。
ここで、ループアンテナ全体が周波数ｆ１に共振しており、メランダラインアンテナ全体が周波数ｆ２に共振しており、両者間の結合が疎になっていると、ダブルチューニングの共振回路を構成することとなり、両者を臨界結合状態にすると帯域幅の広いアンテナが実現できる。
更に、メランダラインアンテナ（７）は電界に感応し、ループアンテナ（４）（５）は磁界に感応することから、室内などで生じる定在波による深い谷の落ち込みを防ぐことができる。
また、無給電素子（２６）を設けることによって当該メランダラインアンテナ（７）の共振周波数を下げ外形寸法を縮小できるメリットが生じる。
また、ループアンテナを多層基板で構成する場合、各層をシールド部分（４）と内導体部分（５）に交互に割り当て、あるいは任意の組み合わせで割り当てることにより複数巻きループアンテナを構成することが可能となり、更なる小型化あるいは高利得化が実現できる。
本発明のエネルギー密度アンテナを４２９ＭＨｚ帯に適用した場合、２層のガラスエポキシ基板を用いると、基板の大きさが幅４０ｍｍ、高さ４５ｍｍ、厚さ１ｍｍとなり小型化され、ＶＳＷＲ＜３の帯域幅が４５ＭＨｚと小型の割には広い帯域を有し、平均利得が１ｄＢｉと高利得であり、金属反射物の前面半波長の位置での定在波に対しては受信入力の変動を３ｄＢ以内に抑圧できること等のメリットが確認できた。
【００７】
図２は、本発明のエネルギー密度アンテナを携帯電話機に設置する場合の方法を示す概念図である。図２において、（３１）はアンテナ基板、（３２）は無線部基板、（３３）は無線部のシールドケース、（３４）は携帯電話機の収納ケース、（３５）は電池である。
当該アンテナ基板（３１）には、第一のアンテナと第二のアンテナがプリント基板上にエッチング等の方法で作られており、当該アンテナと同一の基板上に無線部（３２）が設けれれている。無線部（３２）は更にシールドケース（３３）により覆われており、電池（３５）を含めて全体がプラステイックなどの収納ケース（３４）に収納されている。
当該アンテナ（３１）は第一のアンテナと第二のアンテナンから構成されており、しかも同一の基板上に設けられているため、アンテナ部と無線部を同一の基板上に組み立てることで、小型化とコストの削減に効果がある。
また、電池（３５）を第ニのアンテナの近くにあるいは重なって設置しても、共振周波数のズレを再調整すれば、利得あるいは放射パターンへの影響が少ないことが確認されている。
また、アンテナ基板（３１）にセラミック基板を用いることで小型化が可能となり、磁性材料を塗布することでループアンテナの開口面積を小さくできる。
【００８】
図３は、本発明のエネルギー密度アンテナを携帯電話機に設置する場合の方法を示す概念図である。図３において、（３１）はアンテナの基板、（３２）は無線部の基板、（３３）は無線部のシールドケース、（３４）は携帯電話機の収納ケース、（３５）は電池である。
当該アンテナ基板（３１）は、第一のアンテナ部分を無線部のシールドケース（３３）に重なる状態で設置しており、携帯電話機の収納ケース（３４）の寸法を小さくできる。
当該アンテナ部の第一のアンテナはシールド形ループアンテナであるため、シールドケース（４３）に近接しあるいは重なって設置しても共振周波数のズレを再調整すれば、利得あるいは放射パターンへの影響が少ないことから上記の配置が可能となる。
また、電池（３５）を当該第二のアンテナの一部としあるいは近接させあるいは重なって設置することで携帯電話機の収納ケース（３４）の外形寸法を小さく出来るメリットがある。
【００９】
図４は、本発明のエネルギー密度アンテナの指向性の例を示す図である。図４において、（４１）は前方向への利得、（４２）は後方向への利得、（４３）は円グラフである。
本発明のエネルギー密度アンテナは、磁界に感応するシールド形ループアンテナが８字特性を有し、メランダラインアンテナが無指向性であり、これらを結合したものが一方向に加算されて利得が大きくなるのに対して、反対方向には差し引かれて利得が小さくなる。
携帯電話機に本発明のエネルギー密度アンテナが設置されたとき、利得が大きくなる方向を人体から遠ざかる方向に向け、利得の小さくなる方向を人体の方向に向けることで、近年問題となっている電磁波の人体への影響を軽減できるメリットが得られる。
また、当該第一のアンテナが近接する伝導体の影響を受けにくいことから、人体による感度の低下を防止するのに効果がある。
【０１０】
以上の説明では、電界に感応するアンテナにメランダラインアンテナを用いたが、ヘリカルアンテナあるいは一般のモノポールアンテナ、あるいはダイポールアンテナ、あるいは逆Ｆアンテナ等を用いても同様な効果が得られる。
また、遮蔽リング（８）に短冊状のものを用いたが、円板状あるいは角板状、あるいは任意の形状の金属板を用いても同様な効果が得られる。
また、線状のダイポールアンテナを用いるときは特に遮蔽リングに相当する部分を設けなくとも結合を疎にできる。
また、２組のループアンテナを９０°に交差させて設けることで指向性を改善できる。
また、ループアンテナのシールド部分はセミリジッドケーブルの外部導体を用いることも可能である。
また、ループアンテナの部分に高周波で損失の少ない磁性体を塗布することでループアンテナを小型化できる。
また、上記の説明では、片方のアンテナを給電し、もう一方を無給電としたが、両方のアンテナに給電し、あるいは両方のアンテナをトランスあるいは結合器あるいは結合回路を用いて合成しても同様な効果が得られる。
また、当該第一のアンテナと第二のアンテナとは別に複数のアンテナを設けお互いに疎に結合させることで更に帯域幅を広げることができる。
また、当該メランダラインアンテナに近接して無給電アンテナを設けて形状を小型化する方法は、当該エネルギー密度アンテナのみでなく、単独あるいは組み合わせによるメランダラインアンテナにも広く適用できる。
【０１１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されるため、帯域幅が広く、定在波あるいはフェージングに強くエネルギー密度に感応するエネルギー密度アンテナが小型で実現できるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエネルギー密度アンテナの一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明のエネルギー密度アンテナの設置方法の例を示す図である。
【図３】本発明のエネルギー密度アンテナの設置方法の他の例を示す図である。
【図４】本発明のエネルギー密度アンテナの指向性の例を示す図である。
【図５】従来のエネルギー密度アンテナの例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ モノポールアンテナ
２ スロットアンテナ
３ スロットアンテナ
４ ループアンテナのシールド部
５ ループアンテナの内導体
６ ローデングコンデンサ（同調用コンデンサ）
７ メランダラインアンテナ
８ 遮蔽用リング
９ メランダラインアンテナの立ち上がり部
１１ スロットアンテナの空洞共振器
２１ 基板のＡ面
２２ 基板の側面
２３ 基板のＢ面
２４ 接続端子
２５ 接続端子
２６ 無給電放射素子
３１ アンテナ部の基板
３２ 無線部の基板
３３ 無線部のシールドケース
３４ 携帯電話機のケース
３５ 電池
４１ アンテナの前方向の利得
４２ アンテナの後方向の利得
４３ 円グラフ[0101]
[Industrial applications]
The present invention relates to a small energy density antenna that can be mounted on a small mobile wireless device such as a mobile phone.
[0092]
[Prior art]
FIG. 5 is a conceptual diagram of a conventional energy density antenna, for example, a slot-monopole antenna described in Antenna Engineering Handbook, edited by The Institute of Electronics and Communication Engineers, published by Ohmsha, published on May 10, 1986, page 130. .
In FIG. 5, 1 is a monopole antenna, 2 and 3 are openings of a slot antenna, and 11 is a cavity resonator of the slot antenna. The feature of this antenna is that the monopole antenna 1 responsive to an electric field and the two slot antennas 2, 3 responsive to a magnetic field are positioned orthogonal to each other, so that they operate independently. Since there is no coupling between the elements, the directivity is slot and monopole-specific.
Since the conventional energy density antenna is configured as described above, it is difficult to reduce the size of the slot antenna, and its use is limited to a base station antenna or a mobile antenna that is fixed to a roof of a car with few restrictions on the installation location. Was.
[0093]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional energy density antenna uses a slot antenna as an antenna that responds to a magnetic field, so it is difficult to reduce the size of the antenna. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to realize miniaturization by using a loop antenna as an antenna responsive to a magnetic field and using a melange line antenna as an antenna responsive to an electric field.
[0093]
[Means for Solving the Problems]
ADVANTAGE OF THE INVENTION The energy density antenna which concerns on this invention can be reduced in size, and enables stable radio | wireless communication, when a standing wave exists indoors.
In the first aspect of the present invention, a loop antenna responsive to a magnetic field and a monopole antenna responsive to an electric field are installed close to each other.
According to a second aspect of the present invention, one of the two types of antennas is supplied with power and the other is supplied with no power, and the two are loosely coupled.
According to a third aspect of the present invention, a shield type loop antenna and a melanda line antenna or a helical antenna are used, and both are provided close to each other or provided on the same substrate.
According to a fourth aspect of the present invention, the shielded loop antenna is formed of a multilayer substrate, and is used in any combination of the shield and the inner conductor.
According to a fifth aspect of the present invention, the second antenna is balanced and coupled to the divided shield portion of the shielded loop antenna.
In the sixth aspect of the present invention, the antenna substrate and the substrate of the wireless device are provided integrally or in proximity to each other, or the first antenna is provided close to or overlapped with the sill case of the wireless device or the metal case of the battery. .
According to a seventh aspect of the present invention, the antenna is installed such that the directivity of the antenna is directed away from the human body.
According to the eighth aspect of the present invention, the antenna can be formed on a ferroelectric substrate or a substrate treated with a magnetic material, whereby the size can be reduced.
According to a ninth aspect of the present invention, a single or a plurality of antennas are provided separately from the antennas, and the antennas are loosely coupled to each other.
According to a tenth aspect of the present invention, a parasitic radiation element is provided in proximity to the Melanda line antenna to reduce the size.
[0056]
[Action]
In the present invention, for example, when a loop antenna and a melanda line antenna are loosely coupled, each independently constitutes a magnetic field antenna and an electric field antenna, and complements each other to constitute an antenna that is strong against standing waves or fading. However, by supplying power to one side and not supplying power to the other side, a double-tuning resonator can be formed to achieve a wider band.
[0086]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, (4) is a shield portion of the loop antenna, (5) is an inner conductor of the loop antenna, (6) is a loading capacitor (tuning amplifier for tuning) of the loop antenna, (7) is a meranda line antenna, 8) is a shield ring for balancing the coupling between the shield (4) of the loop antenna and the meranda line antenna (7), (9) is a rising portion of the melanada line antenna (7), and (21) is Drawing of the board viewed from the front side, (22) is a drawing of the board viewed from the side, (23) is a drawing of the board viewed from the back side, (24) and (25) are connection terminals of the antenna of the present invention, and (26) is nothing. It is a feed radiating element.
In FIG. 1, an inner conductor (5) of a loop antenna is provided on the front side (21) of the substrate by edging or the like, and a loading capacitor (6) is connected to a tip of the inner conductor. One end is connected to the connection terminal (25). A shield part (4) of the loop antenna is provided on the front side (23) of the substrate by edging or the like, a part of the shield part (4) is cut out, and a connection terminal (24) is provided at a center point on the opposite side. )It is connected to the. Here, it is assumed that the entire loop antenna resonates at the frequency f1.
On the other hand, the rear side (22) of the substrate is provided with a melanda line antenna (7) by edging or the like, and the shield portion (4) of the loop antenna is provided via the ring (8) and the rising portion (9). ) Connected to the center. Here, it is assumed that the entire Melanda line antenna resonates at the frequency f2.
The space between the shield ring (8) and the shield part (4) is symmetrical about the notch part of the shield part (4), and occurs between the ring (8) and the shield part (4). The high-frequency electric field is designed such that the output of the medal line antenna (7) that responds to the electric field does not appear at the connection terminal (25) of the cutout portion, in other words, the inner conductor (4) of the loop antenna. That is, due to the presence of the ring (8), the coupling between the melanda line antenna (7) and the inner conductor (5) of the loop antenna is loose.
Here, if the entire loop antenna resonates at the frequency f1 and the entire meranda line antenna resonates at the frequency f2 and the coupling between them is loose, a double-tuning resonance circuit is formed. When the two are brought into a critical coupling state, an antenna having a wide bandwidth can be realized.
Furthermore, since the Melanda line antenna (7) is sensitive to an electric field and the loop antennas (4) and (5) are sensitive to a magnetic field, it is possible to prevent a deep valley from dropping due to a standing wave generated in a room or the like.
Further, by providing the parasitic element (26), there is an advantage that the resonance frequency of the melanda line antenna (7) can be reduced and the external dimensions can be reduced.
When the loop antenna is formed of a multilayer substrate, a multi-turn loop antenna can be formed by alternately assigning each layer to the shield portion (4) and the inner conductor portion (5), or by assigning an arbitrary combination. Further, further miniaturization or higher gain can be realized.
When the energy density antenna of the present invention is applied to the 429 MHz band, the size of the substrate is reduced to 40 mm in width, 45 mm in height, and 1 mm in thickness using a two-layer glass epoxy substrate, and the bandwidth of VSWR <3 is achieved. Has a wide band for a small size of 45 MHz, a high gain of 1 dBi and an average gain of 1 dBi. For a standing wave at a half-wavelength position in front of a metal reflector, the fluctuation of the reception input is within 3 dB. The advantages such as suppression can be confirmed.
007
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a method for installing the energy density antenna of the present invention on a mobile phone. In FIG. 2, (31) is an antenna board, (32) is a radio part board, (33) is a shield case of a radio part, (34) is a storage case of a mobile phone, and (35) is a battery.
On the antenna substrate (31), a first antenna and a second antenna are formed on a printed circuit board by etching or the like, and a radio unit (32) is provided on the same substrate as the antenna. I have. The radio section (32) is further covered with a shield case (33), and the entirety including the battery (35) is stored in a storage case (34) such as plastic.
Since the antenna (31) is composed of the first antenna and the second antenna and is provided on the same substrate, the antenna unit and the radio unit are assembled on the same substrate, so that the antenna (31) can be reduced in size. This is effective for cost reduction and cost reduction.
In addition, it has been confirmed that even if the battery (35) is installed near or overlapped with the second antenna, if the deviation of the resonance frequency is readjusted, the influence on the gain or the radiation pattern is small.
Further, the use of a ceramic substrate for the antenna substrate (31) makes it possible to reduce the size, and the application of a magnetic material can reduce the opening area of the loop antenna.
[0098]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a method for installing the energy density antenna of the present invention on a mobile phone. In FIG. 3, (31) is an antenna substrate, (32) is a wireless unit substrate, (33) is a wireless unit shield case, (34) is a mobile phone storage case, and (35) is a battery.
The antenna board (31) has the first antenna portion installed so as to overlap the shield case (33) of the radio section, and the size of the storage case (34) of the mobile phone can be reduced.
Since the first antenna of the antenna unit is a shield type loop antenna, even if it is installed close to or overlaps with the shield case (43), if the deviation of the resonance frequency is readjusted, the effect on the gain or the radiation pattern may be reduced. The above arrangement is possible because of the small number.
In addition, there is an advantage that the outer dimensions of the storage case (34) of the mobile phone can be reduced by setting the battery (35) as a part of the second antenna, close to the second antenna, or overlapping the second antenna.
[0099]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of directivity of the energy density antenna of the present invention. In FIG. 4, (41) is a forward gain, (42) is a backward gain, and (43) is a pie chart.
In the energy density antenna according to the present invention, the shield type loop antenna responsive to the magnetic field has a figure-eight characteristic, the melamanda line antenna is omnidirectional, and the combination thereof is added in one direction to increase the gain. On the other hand, the gain is reduced by subtraction in the opposite direction.
When the energy density antenna of the present invention is installed in a mobile phone, the direction in which the gain is increased is directed away from the human body, and the direction in which the gain is reduced is directed toward the human body. The advantage that the influence on the human body can be reduced can be obtained.
In addition, since the first antenna is hardly affected by a nearby conductor, it is effective in preventing a decrease in sensitivity due to a human body.
[0102]
In the above description, a melange line antenna is used as an antenna sensitive to an electric field. However, a similar effect can be obtained by using a helical antenna, a general monopole antenna, a dipole antenna, an inverted F antenna, or the like.
Although the shield ring (8) has a strip shape, a similar effect can be obtained by using a disk shape, a square plate shape, or a metal plate having an arbitrary shape.
Further, when a linear dipole antenna is used, the coupling can be reduced without providing a portion corresponding to a shielding ring.
In addition, directivity can be improved by providing two sets of loop antennas crossing at 90 °.
Further, the outer conductor of the semi-rigid cable can be used for the shield portion of the loop antenna.
Further, by applying a high-frequency, low-loss magnetic material to the loop antenna portion, the loop antenna can be downsized.
Further, in the above description, one antenna is fed and the other is not fed. However, the same applies when both antennas are fed, or both antennas are combined using a transformer, a coupler, or a coupling circuit. Effects can be obtained.
Further, the bandwidth can be further increased by providing a plurality of antennas separately from the first antenna and the second antenna and loosely coupling each other.
In addition, the method of providing a parasitic antenna in the vicinity of the medal line antenna to reduce its size can be widely applied not only to the energy density antenna but also to a single or combined melan line antenna.
[0111]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, there is an advantage that an energy density antenna which has a wide bandwidth, is strong against standing waves or fading, and is sensitive to energy density can be realized in a small size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of an energy density antenna of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method for installing an energy density antenna according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another example of a method for installing an energy density antenna according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of directivity of the energy density antenna of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a conventional energy density antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Monopole antenna 2 Slot antenna 3 Slot antenna 4 Shield part of loop antenna 5 Inner conductor of loop antenna 6 Loading capacitor (tuning capacitor)
REFERENCE SIGNS LIST 7 Melanda line antenna 8 Shielding ring 9 Rise portion of Melanda line antenna 11 Cavity resonator 21 of slot antenna 21 A surface of substrate 22 Side surface of substrate 23 B surface of substrate 24 Connection terminal 25 Connection terminal 26 Parasitic radiation element 31 Antenna part substrate 32 Radio part substrate 33 Radio part shield case 34 Mobile phone case 35 Battery 41 Antenna gain 42 Antenna gain 43 Pie chart
