JP2004128605A - アンテナ構造およびそれを備えた通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射電極3は、その一端側3Aを基板2の表面又は裏面に形成された導体部に接続し、当該基板接続端部3Aを起点として導体部から離れる方向に膨らみながら基板端縁2Tを囲むループ状の経路を通って前記起点とは反対側の基板面に間隔を介し沿うように形成され、放射電極3の他端側3Bは導体部と間隔を介して配置される開放端部となるように配置する。放射電極3は、基板2の一方の基板面側から他方の基板面側に回り込んで形成するので、放射電極3の電気長を長くできる。これにより、設定の共振周波数を持たせながら放射電極3を小型・薄型化できる。また、基板2と放射電極3により囲まれている空間の大きさを増加できるので、利得向上や広帯域化できる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信を行うためのアンテナ構造およびそれを備えた通信装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】
無線通信装置に設けられるアンテナ構造には様々なものが提案されている。例えば、特許文献1に示されるアンテナ構造では、図17(b)に示すように、板金から成るアンテナ部30に樹脂の補強部31が一体的に形成されており、このアンテナ部30は、図17(a)に示すように、プリント配線板32に取り付けられる。
【0003】
また、特許文献2には、図18に示すようなアンテナ構造が提案されている。この提案例のアンテナ構造は、プレートアンテナ35をケース36と一体形成したものである。なお、ケース36は、プリント基板37に搭載された部品(図示の例では部品はプリント基板37の裏面に搭載されているためにプリント基板37の陰となって見えないので図示されていない)を収容するためのケースである。
【0004】
さらに、特許文献3のアンテナ構造では、図19に示される断面図のように、アンテナ41は、回路板42の端部と、前カバー43、後カバー44との間の空間45内に、後カバー44の内壁面に沿って配置されている。また、アンテナ接地面46が、アンテナ41と間隔を介して対向する前カバー43の内壁面に沿って配置されている。アンテナ41とアンテナ接地面46は、それぞれ、導体48を介して回路板42に接続されている。なお、符号47は、通信装置の部品であるスピーカーを示している。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−8508号公報
【特許文献2】
特開平10−32409号公報
【特許文献3】
特開2002−124811号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通信装置、特に、携帯型の通信装置においては、小型・薄型化が要求されており、この要求を満たすべくアンテナ構造にも小型・薄型化が求められている。このようなことから、特許文献1〜3の各アンテナ構造のそれぞれにおいて、回路基板32,37,42に対するアンテナ30,35,41の高さ位置を低くして、アンテナ構造の薄型化を図ることが考えられる。しかし、アンテナ30,35,41の高さ位置は、アンテナ30,35,41の通信用電波の帯域幅に関与しており、アンテナ30,35,41の高さ位置が低くなると、アンテナ30,35,41の帯域幅が狭くなる。
【0007】
また、アンテナ構造の小型化を図るために、アンテナ30,35,41の面積を減少させると、アンテナの利得が劣化するという問題が生じる。
【0008】
さらに、ただ単に、アンテナ30,35,41を小型・薄型化すると、アンテナ30,35,41の共振周波数が設定の周波数からずれてしまう。このため、アンテナ構造の小型・薄型化を図るときには、アンテナ30,35,41の共振周波数を設定の周波数に合わせるための手段を講じることになる。しかしながら、その手段を講じたために、例えば、シールドケース等のグランドと見なす物体がアンテナ30,35,41に接近した場合に、アンテナ特性の劣化が大きくなる等の問題が発生してしまう。
【0009】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、アンテナの利得向上や、広帯域化を図りながら、アンテナの小型・薄型化を容易に促進することが可能なアンテナ構造およびそれを備えた通信装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明のアンテナ構造は、電子部品が実装される基板と、この基板の表面と裏面の少なくとも一方に形成される導体部と、アンテナ動作を行う放射電極とを有し、放射電極はその一端側が基板の表面又は裏面の導体部に接続されており、当該放射電極は、その導体部との接続部を起点として該導体部から離れる方向に膨らみながら基板端縁を囲むループ状の経路を通って前記起点とは反対側の基板面に間隔を介し沿うように形成され、放射電極の他端側は基板の導体部と間隔を介し容量を形成して配置されて開放端部と成していることを特徴としている。また、この発明の通信装置は、本発明において特有な構成を持つアンテナ構造が設けられていることを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1(a)には第1実施形態例のアンテナ構造の側面図が示され、図1(b)には図1(a)に示すアンテナ構造を表面側から見た平面図が示され、図1(c)には第1実施形態例のアンテナ構造の模式的な斜視図が示されている。
【0013】
第1実施形態例のアンテナ構造1は通信装置である携帯型電話機に内蔵されるものであり、当該アンテナ構造1は、基板2と、放射電極3とを有して構成されている。
【0014】
この第1実施形態例では、基板2は、通信装置の回路基板として機能するものであり、図1(a)の鎖線に示すような通信装置の筐体5の内部に収容配置される。この基板2の裏面側には、例えば、図1(a)の点線に示すように液晶画面6が取り付けられると共に、基板2の裏面上には導体部であるグランド電極(図示せず)が形成されている。
【0015】
放射電極3は電波の送受信を行うものであり、ここでは、導体の板状部材を折り曲げ加工して形成された形態となっている。この放射電極3はλ/4タイプの放射電極であり、その一端側3Aは基板2の裏面に接続されており、当該基板接続端部3Aはグランド接地端部として機能する。放射電極3は、その基板接続端部3Aを起点として基板面から離れる方向に膨らみながら基板端縁2Tを囲むループ状の経路を通って基板2の表面側に回り込んでいる。基板2の表面側に配置された放射電極3の部位Vは、基板2の表面と間隔を介して配置されており、その先端部3Bも基板2の表面と間隔を介し配置されて開放端部となっている。
【0016】
この第1実施形態例では、基板2は、トップ側の基板端縁2Tと、筐体5の内壁面との間に隙間7が形成されるように、筐体5の内部に収容配置される構成となっている。基板2の裏面側から表面側に回り込む放射電極3の経路は、その隙間7に面している筐体5の内壁面に沿う経路となっている。つまり、放射電極3は、筐体5の内部という限られた大きさの空間の中で、放射電極3の全長(基板接続端部3Aから開放端部3Bに至るまでの長さ)をできるだけ長くするように形成されている。
【0017】
このような放射電極3には、通信装置の通信用の高周波回路(RF回路)が接続される。放射電極3を高周波回路と接続させる手法としては、例えば、直接接続方式と、容量接続方式とがある。直接接続方式とは、高周波回路に導通する信号導通手段が直接的に放射電極3に接続するものである。また、容量接続方式とは、高周波回路に導通する信号導通手段が容量を介して放射電極3に接続するものである。ここでは、放射電極3と高周波回路の接続方式は、それら直接接続方式と容量接続方式のうちの何れを採用してもよい。
【0018】
例えば、直接接続方式を採用する場合には、図2(a)に示されるように、基板2の裏面における放射電極3の接続領域に、通信装置の通信用の高周波回路8に導通する信号導通手段9である導体パターン(給電電極)を形成する。放射電極3の基板接続端部3Aが基板2の裏面に接続することによって、当該基板接続端部3Aは信号導通手段9である導体パターン(給電電極)に直接的に接続されて放射電極3は高周波回路8に導通する。なお、図2(a)中の符号13は、基板2の裏面に形成された導体部であるグランド電極を示している。また、上記導体パターンから成る給電電極9は、放射電極3から分岐した電極と見なすことができるものである。
【0019】
また、直接接続方式を採用する場合には、図2(a)に示すような構成に代えて、図2(b)〜(e)に示すような構成としてもよい。つまり、図2(b)〜(d)に示す例では、放射電極3の一部と成す導体パターンでもよいし、同軸線路から成る信号導通手段9によって放射電極3と高周波回路8が直接接続される構成でもよい。また、図2(e)の例では、基板2に固定されたスプリングピン等から成る信号導通手段9によって放射電極3と高周波回路8が接続される構成である。
【0020】
直接接続方式を採用する場合には、図2(a)〜(e)に示されるように、信号導通手段9が放射電極3に接続する接続部Pの位置は特に限定されるものではなく、基板2に形成されている回路構成などの様々な点を考慮した適宜な放射電極3の位置に信号導通手段9を接続してよいものである。例えば、放射電極3と信号導通手段9の接続部Pから高周波回路8側を見たときのインピーダンスとほぼ等しいインピーダンスを持つ放射電極3の部位に信号導通手段9を直接的に接続する。この場合には、放射電極3と、高周波回路8側との整合を取ることができるため、整合を取るための整合回路を省略することができて、回路構成の簡略化を図ることができる。
【0021】
また、容量接続方式を採用する場合には、図3(a)〜(e)に示されるように、高周波回路8に導通する信号導通手段9が放射電極3の開放端部3Bと間隔を介して配置され、放射電極3の開放端部3Bは、信号導通手段9と容量を介して接続される。信号導通手段9と放射電極3の開放端部3Bとが良好に容量結合するための条件があり、この条件を満たすことができるように、信号導通手段9と放射電極3の開放端部3Bとの間の間隔や、それら信号導通手段9と放射電極3の開放端部3Bとの対向面積などが適宜設定され、この設定に基づき、また、例えば基板2上の部品配置や回路パターンの引き回し経路等を考慮して、信号導通手段9の配置位置や形状等が決定される。なお、図3(d)の例では、基板2の表面上に形成された導体パターンから成る給電電極によって、信号導通手段9が構成されている。また、図3(e)の例では、信号導通手段9である給電電極が基板2の内部に形成されている。
【0022】
このような放射電極3と容量結合する信号導通手段9が設けられる場合には、その信号導通手段9と、放射電極3の開放端部3Bとの間に図3(a)〜(e)の点線に示されるような誘電体10を設けてもよい。誘電体10の誘電率を変えることで、信号導通手段9と、放射電極3の開放端部3Bとの間の容量を変化させることができるので、誘電体10を利用することで、信号導通手段9と、放射電極3の開放端部3Bとの間の容量結合が良好となるように信号導通手段9などを設計することが容易となる。
【0023】
ところで、通信装置(携帯型電話機)の小型化に伴って、放射電極3を小型化すると、放射電極3の共振周波数に関与する放射電極3の電気長が短くなったり、放射電極3とグランド間の容量が小さくなって、放射電極3の共振周波数を設定の周波数に合わせることが難しくなってくる。このような場合には、例えば、図1(a)や(c)の点線に示されるように、放射電極3の少なくとも開放端部3Bと、基板2の表面との間に誘電体4を介設する。基板2の表面と放射電極3との間に誘電体4を設けた場合には、誘電体4の誘電率によって放射電極3の電気長が長くなり、また、放射電極3(特に開放端部3B)とグランドとの間の容量が大きくなるので、放射電極3の共振周波数を設定の周波数に合わせ易くすることができる。換言すれば、誘電体4を設けることにより、放射電極3に設定の共振周波数を持たせながら、放射電極3の小型化を図ることが容易となる。
【0024】
第1実施形態例のアンテナ構造1は上記のように構成されている。このアンテナ構造1が組み込まれた通信装置においては、放射電極3により囲まれている空間を有効に利用するために、例えば、その空間内に部品(例えばスピーカ11)を配置することが考えられる。
【0025】
上記のように、この第1実施形態例では、放射電極3が、基板2の裏面側から基板2の端縁2Tを囲む経路を通って基板2の表面側に回り込んで形成されたループ構造となっている。この放射電極3のループ構造によって、アンテナの利得向上や広帯域化を図ることができる。このことは、発明者の実験によって確認されている。
【0026】
その実験では、次に示すような複数種のサンプルを用意した。つまり、図5(a)に示すような第1実施形態例の特有な構成を備えたλ/4タイプのアンテナ構造1と、図5(b)に示すような基板2の裏面側への膨らみが無いλ/4タイプの放射電極23が設けられているものと、図5(c)に示すような逆Fアンテナ24と、図5(d)に示すようなヘリカルアンテナ25とを用意した。なお、アンテナ構造1のものに関しては、基板2の裏面に対する膨らみ量dが2.5mmのものと5mmのものとの2種類のサンプルと、後述する第2実施形態例に示す複共振タイプのサンプル(膨らみ量dは5mm)とを用意した。また、それらサンプルにおいて、図中の長さLa,Lb,Lc,Ldは何れも80mmであり、基板2の厚みDは1mmである。λ/4タイプの放射電極3,23と逆Fアンテナ24は基板2に対する高さ位置Hが4mmである。また、逆Fアンテナ24の大きさは、40mm×30mmである。ヘリカルアンテナ25は、基板2から突出している部分の長さLhが30mmであり、φ0.8mmの銅線を外径7.6mmサイズに巻回形成したものである。
【0027】
このようなサンプルのそれぞれに関して、今回は、PAG(パターン平均化利得)という指針で評価した。ここでは、図4(b)に示すように、地面に垂直な回転軸Oを中心として、基板2の表面側が外側を向く姿勢に配置したアンテナ構造1を回転させながら、予め定めた角度毎に水平偏波に関する利得と、垂直偏波に関する利得をそれぞれ測定し、その測定結果を平均化した。なお、今回、PAGは水平偏波の平均利得から9dBを差し引いた値を垂直偏波に足して計算している。
【0028】
その結果が、図4(a)に示されている。この図4(a)において、サンプルAはアンテナ構造1の膨らみ量dが無いもの(図5(b)参照)であり、サンプルBは膨らみ量dが2.5mmのもの(図5(a)参照)であり、サンプルCは膨らみ量dが5mmのものであり、サンプルDは複共振タイプで、膨らみ量dが5mmものであり、サンプルEは逆Fアンテナ24(図5(c)参照)であり、サンプルFはヘリカルアンテナ25(図5(d)参照)である。
【0029】
この図4(a)に示されるように、λ/4タイプのアンテナ(サンプルA,B,C,D)は、逆Fアンテナ24(サンプルE)やヘリカルアンテナ25(サンプルF)に比べて、利得が格段に良く、また、λ/4タイプのアンテナの中でも、膨らみ量dが無いもの(サンプルA)に比べて、膨らみ量dを有したもの(サンプルB,C,D)の方が利得が向上している。この実験結果にも示されているように、この第1実施形態例の特有な構成を備えることによって、利得向上の優れた効果を得ることができることが分かる。
【0030】
また、本発明者は、λ/4タイプのアンテナ(サンプルA〜D)において、膨らみ量dと、帯域幅との関係の一例を調べた。その結果が図6に示されている。この実験結果にも示されているように、λ/4タイプのアンテナの中でも、膨らみ量dを有することによって、アンテナの帯域幅を広げることができることが分かる。このことは、次に示すような理由によるものと思われる。
【0031】
つまり、帯域幅には、放射電極と基板により囲まれている部分の体積(以下、電気体積と記す)が関与しており、電気体積が多くなるに従って帯域幅が広くなる傾向がある。膨らみ量dを有することにより、図8に示されるような基板2の表面側の電気体積Vaだけでなく、基板2の裏面側にも電気体積Vbが形成されることから、その電気体積Vb分、電気体積が増加する。このため、帯域幅が広くなると思われる。
【0032】
さらに、本発明者は、この第1実施形態例に示したアンテナ構造1と、λ/2タイプのホイップアンテナに関しても、前記同様にPAG(パターン平均化利得)を求める実験を行っている。その結果が、図7(a)に示されている。図7(a)において、実線aがこの第1実施形態例のアンテナ構造1に関するものであり、実線bがλ/2タイプのホイップアンテナに関するものである。この結果に示されるように、第1実施形態例のアンテナ構造1は、λ/2タイプのホイップアンテナよりも高い利得を実現できることが分かる。なお、この実験で用いたλ/2タイプのホイップアンテナは図7(b)に示すような形態と成し、基板2の長さLβは110mmであり、その幅Wは35mmであり、厚みは1mmである。また、ホイップアンテナ26のアンテナ長Lαは100mmであり、その径φは1.25mmである。さらに、図中の符号27は整合回路を示している。
【0033】
以上のように、この第1実施形態例のアンテナ構造1は、λ/2タイプのアンテナや、逆Fアンテナなどの他の構成のものに比べて、利得を向上させることができるし、また、広帯域化を図ることができる。さらに、前述したように、放射電極3の形状を変形させる等の特別な手段を講じることなく、放射電極3の電気長を長くすることができるので、共振周波数を設定の周波数に維持しつつ、放射電極3の小型・薄型化を図ることが容易となる。
【0034】
さらにまた、この第1実施形態例のアンテナ構造1では、人体頭部の接近に対するアンテナ特性の劣化を抑制することが容易である。例えば、携帯型電話機の使用中には、図9に示されるように、グランドと見なされる人体頭部28が携帯型電話機に対して相対的に遠近方向に変位することが想定される。図10(b)に示されるヘリカルアンテナ25や図10(c)に示される逆Fアンテナ24のように、アンテナだけでなく基板2をも利用して、電界Ef,Ebを発生させる場合には、基板2の裏面側(つまり、液晶画面6が設けられている側)の電界Ebの分布が基板2の表面側の電界Efの分布と同等となり、人体頭部28が接近すると、基板2の裏面側の電界Ebがその影響を受けて、アンテナ特性が劣化する。
【0035】
これに対して、この第1実施形態例のアンテナ構造1では、図10(a)に示すように、放射電極3の開放端部3B側が電界最大領域Eと成し、放射電極3の基板接続端部3A側が磁界最大領域Mと成し、逆Fアンテナ24やヘリカルアンテナ25に対して、基板2からの放射の依存度を抑えた上で、放射電極3から高い割合で電波が放射される。このようなアンテナ構造1では、基板2の表面側よりも裏面側の電界分布が非常に小さく抑えられる。このことは、図10(d)の実験により得られた指向性のグラフにも表されている。図10(d)において、実線aは、この第1実施形態例において特徴的なアンテナ構造1に関するものであり、一点鎖線bは、ヘリカルアンテナ25に関するものであり、点線cは、逆Fアンテナ24に関するものである。また、裏面側の利得に対する表面側の利得の比であるF/B比を計算したところ、逆Fアンテナ24のF/B比は約0.5dBであり、ヘリカルアンテナ25のF/B比は約0dBであるのに対して、第1実施形態例のアンテナ構造1の場合には、F/B比は約2.5dBであり、上記したように基板2の表面側よりも裏面側の電界分布が非常に小さく抑えられていることを反映していることが分かる。このように、上記傾向は遠方界の指向性利得にも現れている。
【0036】
第1実施形態例のアンテナ構造1においては、そのような電界分布によって、基板2の裏面側の電界Ebがアンテナ特性に関与する度合いは、基板2の表面側の電界Efがアンテナ特性に関与する度合いに比べて、格段に小さくなるので、基板2の裏面側に人体頭部28が接近して基板2の裏面側の電界Ebに影響を与えても、その人体頭部28の接近に因るアンテナ特性への悪影響は小さくなり、アンテナ特性の劣化を抑制することができる。
【0037】
以下に、第2実施形態例を説明する。なお、この第2実施形態例の説明において、第1実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【0038】
この第2実施形態例では、図11(a)〜(c)や、図12(a)、(b)に示すように、放射電極3が複数設けられている。この放射電極3に関する構成以外の構成は第1実施形態例とほぼ同様である。
【0039】
これら複数の放射電極3は、第1実施形態例と同様に、基板2の基板端縁2Tを囲むループ構造と成しており、これら放射電極3の基板接続端部3B側は共通に接続され、放射電極3のそれ以外の部位は間隔を介して配置されている。換言すれば、放射電極3は、基板接続端部3B側を基部側とし当該基部側から複数の放射電極が分岐形成されている。
【0040】
複数の放射電極3の接続位置(分岐位置)は、図11(a)に示すように、基板2の端縁2Tよりも表面側に位置する部分Xでもよいし、図11(b)に示すように、基板端縁2Tの端面に間隔を介して対向する部位Yでもよいし、図11(c)に示すように、基板2の端縁2Tよりも裏面側に位置する部位Zでもよい。このように、複数の放射電極3の接続位置(分岐位置)は、例えば放射電極3の設定の共振周波数などを考慮して適宜に設定してよいものである。
【0041】
また、放射電極3の数は2個に限定されるものではなく、例えば、図12(a)や(b)に示されるように、3個以上の複数の放射電極3を設けてもよい。
【0042】
さらに、それら複数の放射電極3は全てが信号導通手段9に直接的に又は容量を介して間接的に接続する構成としてもよいし、あるいは、複数の放射電極3のうちの少なくとも1つは、信号導通手段9に直接的に又は容量を介して間接的に接続される給電放射電極と成し、残りの放射電極3は、信号導通手段9に接続せず、給電放射電極と電磁結合して複共振状態を作り出す無給電放射電極となっている構成としてもよい。
【0043】
例えば、図13(a)には、放射電極3a,3bが、容量を介して共通の信号導通手段9に接続されている構成の一例が示されている。なお、この例では、複数の放射電極3に共通の信号導通手段9が設けられている例を示したが、もちろん、各放射電極3にそれぞれ一対一に対応する信号導通手段9が設けられている構成としてもよいものである。
【0044】
また、図13(b)には給電放射電極と無給電放射電極が形成されている例が示されている。つまり、放射電極3bは容量を介して信号導通手段9に接続されている給電放射電極であり、放射電極3aは信号導通手段9に接続していない無給電放射電極である。このように給電放射電極と無給電放射電極を形成して複共振状態を作り出すことによって、前記図4や図6の実験結果(サンプルD参照)にも示されるように、より一層アンテナ利得の向上や、広帯域化を図ることができる。
【0045】
さらに、例えば、図12(a)、(b)に示すように、放射電極3a,3dと、放射電極3b,3cとの実効長を異ならせて互いに異なる周波数帯の共振周波数を持つように構成してもよい。このように複数の放射電極3を形成することにより、複数の周波数帯の無線通信が可能なアンテナ構造1を得ることができる。
【0046】
さらにまた、例えば、図14に示すように、複数の放射電極3(3a,3b)が設けられている場合に、それら放射電極3(3a,3b)間に誘電体14を設けてもよい。例えば、隣り合っている一方の放射電極3が給電放射電極と成し、他方の放射電極3が無給電放射電極となっていて複共振状態を作り出す構成である場合には、良好な複共振状態を作り出すべく、それら放射電極3(3a,3b)間の電磁結合の度合いを調整する必要がある。それら放射電極3(3a,3b)間に誘電体14を介設し、誘電体14の誘電率を適宜調整することにより、放射電極3(3a,3b)間の電磁結合の調整が容易となり、アンテナ利得向上や広帯域化を図ることができる良好な複共振状態を得ることが容易となる。
【0047】
以下に、第3実施形態例を説明する。なお、この第3実施形態例の説明では、第1や第2の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【0048】
この第3実施形態例では、第1や第2の各実施形態例の構成に加えて、図15(a)、(b)の放射電極の展開図に示されるように、放射電極3には、基板接続端部3Aから開放端部3Bに向かう方向に交差する(図示の例では、直交する)スリット15が形成されている。
【0049】
スリット15を形成することにより、放射電極3を流れる電流はそのスリット15を迂回するように通電するので、放射電極3の電気長を長くすることができる。この第3実施形態例では、スリット15は、放射電極3における磁界が最大となる部位(つまり、図15(b)に示すように、基板2の端縁2Tよりも裏面側の部位Z)あるいはその近傍の部位(例えば、図15(a)のような基板2の端縁2Tに対向する部位Y)に設けられる。放射電極3の磁界最大部位あるいはその近傍の部位にスリット15を設けることにより、スリット15を設けたことによる放射電極3の電気長を長くすることができるという効果をより効果的に得ることができる。よって、設定の共振周波数を持ち、しかも、より一層小型・薄型の放射電極3を得ることが容易となる。
【0050】
なお、スリット15の形成数は1本に限定されるものではなく、例えば、図15(c)に示されるように、複数のスリット15を設けてもよい。
【0051】
以下に、第4実施形態例を説明する。なお、この第4実施形態例の説明において、第1〜第3の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【0052】
第4実施形態例では、図16の側面図に示されるように、放射電極3と基板2により挟まれた空間内に放射電極3とは別の放射電極17が形成されている。それ以外の構成は第1〜第3の各実施形態例とほぼ同様である。
【0053】
放射電極17は例えば、λ/4タイプの放射電極でもよいし、λ/2タイプのものであってもよく、ここでは、放射電極17の構成は特に限定されるものではない。
【0054】
この第4実施形態例の構成では、放射電極3の薄型により、放射電極3と放射電極17間の間隔は非常に狭く、これら放射電極3,17は結合して互いの影響を受け易くなる。この場合には、放射電極3と放射電極17が両方共に良好な共振状態となるように、放射電極3,17間の結合を調整することが好ましい。放射電極3,17間の結合を調整するための手法の一つとして、例えば、図16の点線に示されるように、放射電極3,17間に誘電体18を介設してもよい。
【0055】
第5実施形態例を説明する。この第5実施形態例は通信装置に関するものであり、携帯型電話機となっている。この第5実施形態例において特徴的なことは、第1〜第4の各実施形態例に示したアンテナ構造1のうちの何れか1つが内蔵されていることである。なお、第5実施形態例の説明において、アンテナ構造1の説明は前述したので、その重複説明は省略する。また、アンテナ構造1以外の通信装置の構成には様々な構成があり、ここでは、何れの構成を採用してもよく、その説明は省略する。
【0056】
なお、この発明は第1〜第5の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、図14では、2つの放射電極3a,3bが設けられ、これら放射電極3a,3b間に誘電体14を介設する例を図示したが、例えば、3つ以上の放射電極3が形成されている場合には、隣り合う放射電極間の全てに誘電体を介設してもよいし、選択された放射電極間だけに誘電体を介設してもよいものである。
【0057】
また、第4実施形態例では、基板2と放射電極3間の空間内に別の放射電極17が設けられている例を示したが、その別の放射電極17は、基板2の表面上に形成してもよいし、また、基板2の内部に形成してもよい。このように、放射電極17を基板2の表面又は基板内部に設ける場合には、成形技術を利用して放射電極17と基板2を一体的に作製する構成としてもよい。
【0058】
さらに、例えば、第5実施形態例では、アンテナ構造1が携帯型電話機に内蔵される例を示したが、本発明のアンテナ構造は、携帯型電話機以外の通信装置にも設けることができるものである。
【0059】
【発明の効果】
この発明によれば、放射電極は、その一端側が基板の表面又は裏面の導体部に接続されており、当該放射電極は、その導体部との接続部を起点として該導体部から離れる方向に膨らみながら基板端縁を囲むループ状の経路を通って前記起点とは反対側の基板面側に回り込んで形成されており、放射電極の他端側は基板面と間隔を介して配置される開放端部となっている。
【0060】
この放射電極は、一方側の基板面側から他方側の基板面側に回り込んで形成されているので、一方側の基板面側だけに放射電極が配設されている場合に比べて、他方側の基板面側に回り込んで形成した分、放射電極の電気長を長くすることができる。これにより、放射電極に設定の共振周波数を持たせながら、放射電極(アンテナ構造)の小型化や、基板面に対する放射電極の高さ位置を低くしてアンテナ構造の薄型化を図ることができる。
【0061】
また、放射電極を他方側の基板面側に回り込んで形成した分、放射電極の帯域幅や利得に関与する電気体積が増加するので、利得向上や広帯域化を容易に図ることができる。
【0062】
さらに、放射電極は、一方側の基板面側から他方側の基板面側に回り込んで形成されているので、磁界最大領域と電界最大領域の距離を離すことができ、かつ、電界最大領域部分を人体頭部から離すことが可能なため、実用上の性能劣化が少なくて、特性の優れたアンテナが実現できるようになる。
【0063】
本発明のアンテナ構造は、信号導通手段である例えば給電電極に直接的に接続する方式としても、信号導通手段(例えば給電電極)に容量を介して接続する方式としても、上記のような優れた効果を得ることができる。また、信号導通手段が容量を介して放射電極に接続する場合には、信号導通手段側と放射電極側の整合を取るための整合回路を省略することができる。さらに、信号導通手段に直接的に接続する方式を採用した場合においても、信号導通手段が直接接続する放射電極の部分は特に限定されないので、信号導通手段と放射電極の直接接続部において、信号導通手段側のインピーダンスと、放射電極側のインピーダンスとがほぼ等しくなるように、信号導通手段と放射電極を接続することによって、整合回路を省略することができて、回路構成の簡略化を図ることができる。
【0064】
また、複数の放射電極を設けた構成のものにあっては、それら複数の放射電極を利用して例えば複共振状態を作り出すことにより、より一層の利得向上や広帯域化を図ることができる。さらに、複数の放射電極のそれぞれに異なる周波数帯の共振周波数を持たせることによって、複数の周波数帯の通信が可能なアンテナ構造を得ることができる。このように、複数の放射電極を設けることにより、多様なニーズに容易に応えられるアンテナ構造を得ることができる。
【0065】
さらに、隣り合う少なくとも1組の放射電極間に誘電体を介設したものにあっては、隣り合う放射電極間の電磁結合量を調整することが容易となり、それぞれの放射電極が良好な共振状態を得ることができる。これにより、通信の信頼性を高めることができる。
【0066】
放射電極にスリットを形成したものにあっては、放射電極の実効長を長くせずに、放射電極の電気長を長くすることができる。これにより、アンテナ構造のより一層の小型化および薄型化を図ることができる。
【0067】
また、放射電極の少なくとも開放端部と基板面間に誘電体を介設した場合においても同様に、放射電極の電気長を長くすることができて、アンテナ構造のより一層の小型化および薄型化を図ることができる。
【0068】
互いに異なる放射電極が間隔を介して重ねられた構成を有しているものにあっては、省スペースで、複数の周波数帯に対応することが可能なアンテナ構造を作製することが容易となる。また、それら複数の放射電極間に誘電体を介設したものにあっては、放射電極間の結合関係の調整が容易となって、アンテナ構造の設計を容易にすることができる。
【0069】
このような効果を有する本発明のアンテナ構造を備えた通信装置は、アンテナ構造の小型化や薄型化によって、装置の小型化や薄型化を図ることが容易となる。また、本発明の通信装置は、アンテナ構造の広帯域化や、利得向上や、物体の接近に因るアンテナ特性劣化の抑制効果によって、通信の信頼性を高めることができる。
【0070】
また、回り込み形成される放射電極よりも内側の空間内に通信装置の部品を配置するものにあっては、無駄な空間を無くすことができて、通信装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態例のアンテナ構成を説明するための図である。
【図2】放射電極に直接的に接続する信号導通手段の構成例を説明するための図である。
【図3】放射電極に容量を介して接続する信号導通手段の構成例を説明するための図である。
【図4】第1実施形態例に示すアンテナ構造の構成から得られる利得向上の効果を表した実験結果およびその実験のやり方を説明するための図である。
【図5】本発明者の実験に用いられたサンプルを説明するためのモデル図である。
【図6】第1実施形態例に示すアンテナ構造の構成から得られる広帯域化の効果を説明するための実験結果のグラフである。
【図7】第1実施形態例のアンテナ構造の構成を持つものと、λ/2タイプのホイップアンテナとの利得を比較して示すグラフと、λ/2タイプのホイップアンテナの説明図である。
【図8】第1実施形態例のアンテナ構造の構成から広帯域化の効果を得られる理由を説明するための図である。
【図9】携帯型電話機のアンテナ特性が劣化するときの状況を説明するためのモデル図である。
【図10】第1実施形態例の構成から得られる効果の一つである通信装置の使用中におけるアンテナ特性劣化の抑制の理由を説明するための図である。
【図11】第2実施形態例において特有な構成を持つ放射電極の例を示す放射電極の展開図である。
【図12】さらに、第2実施形態例において特有な構成を持つ放射電極の例を示す放射電極の展開図である。
【図13】第2実施形態例において特有な放射電極に容量を介して接続する信号導通手段の例を示す図である。
【図14】複数の放射電極が設けられている場合に、隣り合う放射電極間に誘電体を介設した場合の構成例を示す図である。
【図15】第3実施形態例において特有な構成を説明するための図である。
【図16】第4実施形態例において特有な構成を説明するための図である。
【図17】特許文献1に示されている構成の一つを説明するための図である。
【図18】特許文献2に示されている構成の一つを説明するための図である。
【図19】特許文献3に示されている構成の一つを説明するための図である。
【符号の説明】
1 アンテナ構造
2 基板
3,17 放射電極
4,10,14,18 誘電体
5 筐体
7 隙間
8 高周波回路
9 信号導通手段
15 スリット
Claims (11)
- 電子部品が実装される基板と、この基板の表面と裏面の少なくとも一方に形成される導体部と、アンテナ動作を行う放射電極とを有し、放射電極はその一端側が基板の表面又は裏面の導体部に接続されており、当該放射電極は、その導体部との接続部を起点として該導体部から離れる方向に膨らみながら基板端縁を囲むループ状の経路を通って前記起点とは反対側の基板面に間隔を介し沿うように形成され、放射電極の他端側は基板の導体部と間隔を介し容量を形成して配置されて開放端部と成していることを特徴とするアンテナ構造。
- 放射電極の一部から分岐した給電電極が設けられていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造。
- 放射電極の開放端部と間隔を介して配置され放射電極の開放端部と容量により結合される給電電極が形成されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造。
- 放射電極が複数設けられており、これら複数の放射電極は、基板に接続される側の部位が共通に接続され、当該複数の放射電極のそれ以外の部位は互いに間隔を介して配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3記載のアンテナ構造。
- 隣り合う少なくとも1組の放射電極間の間隔位置には誘電体が配設されていることを特徴とする請求項4記載のアンテナ構造。
- 放射電極には、当該放射電極の一端側から他端側に向かう方向に交差するスリットが形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載のアンテナ構造。
- 放射電極の少なくとも開放端部と基板面との間には誘電体が介設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載のアンテナ構造。
- 別の放射電極が基板面上又は基板内部に一体的に成形されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載のアンテナ構造。
- 放射電極と、別の放射電極との間には誘電体が介設されていることを特徴とする請求項8記載のアンテナ構造。
- 給電電極が基板面上又は基板内部に形成されていることを特徴とする請求項3記載のアンテナ構造。
- 請求項1乃至請求項10の何れか1つに記載のアンテナ構造が設けられ、回り込み形成される放射電極よりも内側の空間内には、通信装置の部品が配置されていることを特徴とする通信装置。
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