JP2004222226A

JP2004222226A - アンテナおよびアンテナを備えた携帯端末と移動体

Info

Publication number: JP2004222226A
Application number: JP2003152480A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Miyashita; 功寛宮下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】従来のアンテナでは、高周波回路部およびデジタル回路部が実装されたプリント基板の淵のスペースを利用してチップアンテナを実装していたため、周辺の影響を受けやすく、無指向性、必要なアンテナの利得が得ることができなかった。
【解決手段】絶縁体または誘電体からなるアンテナ基板１と、アンテナ基板１に設けたチップアンテナ２と、アンテナ基板１に設け、チップアンテナ２と離れて位置するグランドパターン４とを備えたアンテナである。チップアンテナ２を実装する専用のアンテナ基板１を設けたので、チップアンテナへの周辺の影響を減らし、グランドパターンをアンテナのエレメントとして動作させることで、小型で高利得を実現できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ基板にチップアンテナを実装することにより動作するアンテナおよび前記アンテナを内蔵した携帯端末および前記アンテナを内蔵した移動体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信機能を搭載した携帯端末は、小型化が進んでいる。これに伴い、搭載するアンテナも小型化されており、チップアンテナを搭載することが主流になってきている。
【０００３】
従来の一般的な無線通信ユニットの構成図を図８に示す。５１はプリント基板で、５２はプリント基板５１に実装することでアンテナとして動作するチップアンテナである。５３は送受信信号のアナログ的な処理を行う高周波回路部で、５４はベースバンド処理やデジタル処理を行うデジタル回路部である（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
従来は、端末の小型化のため、高周波回路部５３およびデジタル回路部５４が実装されたプリント基板５１の淵のスペースを利用して、１／４波長のアンテナ素子であるチップアンテナ５２を実装していた。しかし、チップアンテナ５２は、高周波回路部５３およびデジタル回路部５４の形状や不要輻射の影響、周辺のパターンの影響により、携帯端末のアンテナに必要とされる無指向性、アンテナの利得が得ることができなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６８６２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、携帯端末のような移動体通信に必要な無指向性を実現し、かつ高利得を得るアンテナおよびそのアンテナを使用した携帯端末および移動体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のアンテナは、絶縁体または誘電体からなる基材と、前記基材に設けたアンテナ素子と、前記基材に設け、前記アンテナ素子と離れて位置する導電材料とを備えたものである。
【０００８】
また本発明のアンテナは、絶縁体または誘電体からなる基材と、前記基材に設けたアンテナ素子と、前記基材に設け、前記アンテナ素子と離れて位置する導電材料とを備え、前記導電材料は少なくとも１つの辺を有し、その辺の長さが前記アンテナ素子の波長と同じであり、前記アンテナ素子は前記導電材料の前記アンテナ素子の波長と同じ長さ方向に設けたものである。
【０００９】
また本発明のアンテナは、絶縁体または誘電体からなる基材と、前記基材に設け、波長が１／４波長であるアンテナ素子と、前記基材に設け、前記アンテナ素子と離れて位置する導電材料とを備え、前記導電材料の少なくとも１辺の長さが１／４波長であり、前記アンテナ素子は前記導電材料の１／４波長の長さ方向に設けたものである。
【００１０】
また本発明のアンテナは、アンテナ素子の波長と同じ長さ方向に対して略垂直方向の導電材料の長さが１／２波長以下としたものである。
【００１１】
また本発明のアンテナは、導電材料の外周に沿って複数のスルーホールを設けたものである。
【００１２】
また本発明のアンテナは、２つの略直方体状のアンテナ素子を備え、２つの前記アンテナ素子は離れて位置し、かつ前記アンテナ素子の略長手方向に略直線状に配置したものである。
【００１３】
また本発明のアンテナは、アンテナ素子がチップアンテナであるものである。
【００１４】
また本発明のアンテナは、アンテナ素子がパターンアンテナであるものである。
【００１５】
また本発明の携帯端末および移動体は、上記した本発明のアンテナを備えている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１（ａ）はアンテナを示す表面の構成図で、図１（ｂ）は同じく裏面の構成図である。図１（ａ）において、１は絶縁体または誘電体からなるアンテナ基材としての専用の長方形状のアンテナ基板である。２はモノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、逆Ｆ型アンテナなど接地するタイプのアンテナ素子としてのチップアンテナで、セラミックスなどで略直方体状に形成し、長方形のアンテナ基板１の長手方向における一方側であるアンテナ実装部３に実装してある。
【００１７】
４はアンテナ実装部３に隣接してアンテナ基板１の長手方向に沿ってアンテナ基板１の他方側に設けた導電材料としての金属箔などのグランドパターンで、チップアンテナ２とは離れた位置に設け、給電線５を接続してアンテナの素子として使用するものである。５はチップアンテナ２とグランドパターン４との電力のやり取りを行う給電線である。
【００１８】
上記実施の形態において、チップアンテナ２は基材としての専用のアンテナ基板１に設けているので、従来の技術で説明したような高周波回路部およびデジタル回路部の形状や、そこから発生する不要輻射などの影響を軽減することができる。また、チップアンテナ２を実装したアンテナ基板１のアンテナ実装部３には、チップアンテナの波長と同じ長さ方向に対して垂直方向にパターンがないことから、チップアンテナ２への周辺のパターンの影響を無くすことができる。
【００１９】
さらに、グランドパターン４を接地目的ではなく、アンテナのエレメントとして動作させることで、利得を向上させることができる。以上のように本実施の形態では、小型で高利得のアンテナを実現できる。
【００２０】
なお、アンテナを使用する場合、アンテナを効率よく使用するためのマッチングをとる整合回路が必要となる。この整合回路をアンテナの外部に設けるのではなく、グランドパターン４の位置に設けることにより整合回路一体型のアンテナを実現でき、これによりアンテナを搭載する機器の小型化を実現することができる。
【００２１】
さらに、高周波回路部、デジタル回路部をアンテナの外部に設けるのではなく、グランドパターン４の位置に設けることにより高周波回路部、デジタル回路部、整合回路一体型のアンテナを実現でき、これによりアンテナを搭載する機器のさらなる小型化を実現することができる。
【００２２】
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１とアンテナの基本的な構成と作用効果は同じなので図１（ａ）、図１（ｂ）を利用して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００２３】
図１（ａ）において、グランドパターン４は、その縦方向の長さをＸとするとき、Ｘはチップアンテナ２の動作する波長と同程度の長さ（チップアンテナ２の波長の０．７倍から１．３倍）に設定してある。また、チップアンテナ２はその長手方向を、グランドパターン４の長さＸの方向に合わせてアンテナ実装部３に実装している。
【００２４】
上記実施の形態において、グランドパターン４はチップアンテナ２と同じ波長のアンテナのエレメントとし、チップアンテナ２はグランドパターン４の長さＸの方向に配置しているので、ダイポールアンテナとして動作させることができる。これにより、ダイポールアンテナと等価的な特性を得ることができて、高利得のアンテナを実現できる。
【００２５】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１および２とアンテナの基本的な構成と作用効果は同じなので図１（ａ）、図１（ｂ）を利用して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００２６】
図１（ａ）において、チップアンテナ２は１／４波長として動作するチップアンテナとし、グランドパターン４の長さＸの方向においてアンテナ実装部３に実装している。また、グランドパターン４は、その縦方向の長さＸを１／４波長程度（１／４波長の０．７倍から１．３倍）に設定している。
【００２７】
上記実施の形態において、グランドパターン４はチップアンテナ２と同じ１／４波長のアンテナのエレメントとし、チップアンテナ２はその長手方向を、グランドパターン４の長さＸの方向に合わせてアンテナ実装部３に実装しているので、半波長ダイポールアンテナとして動作させることができる。
【００２８】
これにより、半波長ダイポールアンテナと等価的な特性を得ることができて、小型で無指向性で、かつ高利得のアンテナを実現できる。実際に設計して、測定したアンテナの指向性を図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。電界面が８字特性、磁界面が円になっており、半波長ダイポールアンテナとほぼ同じ指向性があることがわかる。
【００２９】
（実施の形態４）
本実施の形態は、実施の形態１〜３とアンテナの基本的な構成と作用効果は同じなので図１（ａ）、図１（ｂ）を利用して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３０】
図１（ａ）において、グランドパターン４は、その横方向の長さをｙとすると、ｙを１／２波長以下に設定している。チップアンテナ２はその長手方向を、グランドパターン４の長さＸの方向に合わせてアンテナ実装部３に実装している。
【００３１】
上記実施の形態において、グランドパターン４はチップアンテナ２と同じ１／４波長のアンテナのエレメントとし、チップアンテナ２はグランドパターン４の長さＸの方向においてアンテナ実装部３に実装しているので、半波長ダイポールアンテナとして動作させることができる。
【００３２】
これにより、半波長ダイポールアンテナと等価的な特性を得られ、無指向性のアンテナを実現できる。シミュレーションしたアンテナの指向性（電界面）を図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す。グランドパターン４は、その横方向の長さｙを１／２波長以上にすると、８字特性が崩れることがわかる。
【００３３】
（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態１〜４とアンテナの基本的な構成と作用効果は同じなので図１（ａ）、図１（ｂ）を利用して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３４】
図１（ａ）と図１（ｂ）において、６はグランドパターン４の全外周に沿って設けた複数のスルーホールである。
【００３５】
上記実施の形態において、グランドパターン４の全外周である淵には複数のスルーホール６を設けているので、アンテナ基板１の淵からの電波の放射を抑え、実施の形態３および４におけるアンテナの無指向性を実現できる。
【００３６】
（実施の形態６）
図４は本発明の実施の形態６におけるアンテナの表面を示す構成図である。７は絶縁体または誘電体からなるアンテナ基材として専用の長方形状のアンテナ基板である。８はモノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、逆Ｆ型アンテナなど接地するタイプのアンテナ素子としての２つのチップアンテナで、セラミックスなどで略直方体状に形成している。そして、２つのチップアンテナ８は互いに離れて位置し、かつその略長手方向を略直線状に配置してアンテナ基板７の長手方向に実装してある。９は２つのチップアンテナ８との電力のやり取りを行う給電線である。
【００３７】
本実施の形態において、チップアンテナ８を２つ用いることで、ダイポールアンテナと等価的な特性を得ることができて、小型で無指向性を実現できる。
【００３８】
なお、図５に示すように、２つのチップアンテナ８と、２つのチップアンテナ８との電力のやりとり行う給電線と、送信信号のアナログ的な処理を行う高周波回路１０と、２つのチップアンテナ８と高周波回路部１０との整合をとる整合回路１１を備えた構造とし、２つのチップアンテナ８をアンテナ基板に取り付けない構造とすることで、２つのチップアンテナ８の配置の自由度を向上させることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態において、２つのチップアンテナ８をチップアンテナ８の略長手方向に略直線状に配置しているが、これに限られるものではなく、チップアンテナ８の配置を考慮して略直線状以外の配置にすることもできる。
【００４０】
（実施の形態７）
図６（ａ）はアンテナを示す表面の構成図で、図６（ｂ）は同じく裏面の構成図である。本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。１２はパターンアンテナで、アンテナ素子をパターンで形成したもので、長方形のアンテナ基板１の長手方向における一方側であるアンテナ実装部３に搭載してある。パターンアンテナ１２のパターン形状については、図６（ａ）に示してある直線の形状だけでなく、アンテナ実装部３におさまり、アンテナとして動作する形状であればどのような形状でもよい。図７（ａ）〜（ｄ）にパターンアンテナの形状の例を示す。
【００４１】
上記実施の形態において、パターンアンテナ１２は基材としての専用のアンテナ基板１に設けているので、従来の技術で説明したような高周波回路部およびデジタル回路部の形状や、そこから発生する不要輻射などの影響を軽減することができる。また、パターンアンテナ１２を搭載したアンテナ基板１のアンテナ実装部３には、パターンアンテナ１２の波長と同じ長さ方向に対して垂直方向にパターンがないことから、パターンアンテナ１２への周辺のパターンの影響を無くすことができる。
【００４２】
さらに、グランドパターン４を接地目的ではなく、アンテナのエレメントとして動作させることで、利得を向上させることができる。以上のように本実施の形態では、小型で高利得のアンテナを実現できる。
【００４３】
なお、アンテナを使用する場合、アンテナを効率よく使用するためのマッチングとる整合回路が必要となる。この整合回路をアンテナの外部に設けるのではなく、グランドパターン４の位置に設けることにより整合回路一体型のアンテナを実現でき、これによりアンテナを搭載する機器の小型化を実現することができる。
【００４４】
さらに、高周波回路部、デジタル回路部をアンテナの外部に設けるのではなく、グランドパターン４の位置に設けることにより高周波回路部、デジタル回路部、整合回路一体型のアンテナを実現でき、これによりアンテナを搭載する機器のさらなる小型化を実現することができる。
【００４５】
実施の形態２から５において、チップアンテナをパターンアンテナに置き換えても同様の効果が得られる。
【００４６】
（実施の形態８）
本実施の形態は、上記した実施の形態１から７のいずれかのアンテナを内蔵した携帯端末である。これにより、使用者によるあらゆる姿勢での送受信に対応できる小型で長距離通信の可能な携帯端末を実現できる。
【００４７】
（実施の形態９）
本実施の形態は、上記した実施の形態１から７のいずれかのアンテナを内蔵した移動体である。これにより、使用者によるあらゆる姿勢での送受信に対応できる小型で長距離通信の可能な移動体を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、アンテナ素子を実装する専用の基材を設け、近傍にパターンのない箇所にアンテナ素子を実装することにより、アンテナ素子への外部のパターンや不要輻射の影響を減らすことができ、また、導電材料をアンテナのエレメントとして動作させることで、小型で高利得を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１〜５におけるアンテナの表面を示す構成図
（ｂ）本発明の実施の形態１〜５におけるアンテナの裏面を示す構成図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態３におけるアンテナの電界面の指向性を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態３におけるアンテナの磁界面の指向性を示す図
【図３】（ａ）〜（ｅ）本発明の実施の形態４におけるアンテナの指向性を示す図
【図４】本発明の実施の形態６におけるアンテナの表面を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態６におけるアンテナを示す構成図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態７におけるアンテナの表面を示す構成図
（ｂ）本発明の実施の形態７におけるアンテナの裏面を示す構成図
【図７】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態７におけるパターンアンテナの形状を示す図
【図８】従来の技術におけるアンテナを示す構成図
【符号の説明】
１、７アンテナ基板（基材）
２、８チップアンテナ（アンテナ素子）
４グランドパターン（導電材料）
６スルーホール
１２パターンアンテナ

Claims

絶縁体または誘電体からなる基材と、前記基材に設けたアンテナ素子と、前記基材に設け、前記アンテナ素子と離れて位置する導電材料とを備えたアンテナ。
絶縁体または誘電体からなる基材と、前記基材に設けたアンテナ素子と、前記基材に設け、前記アンテナ素子と離れて位置する導電材料とを備え、前記導電材料は少なくとも１つの辺を有し、その辺の長さが前記アンテナ素子の波長と同じであり、前記アンテナ素子は前記導電材料の前記アンテナ素子の波長と同じ長さ方向に設けたアンテナ。
絶縁体または誘電体からなる基材と、前記基材に設け、波長が１／４波長のアンテナ素子と、前記基材に設け、前記アンテナ素子と離れて位置する導電材料とを備え、前記導電材料は少なくとも１辺の長さが１／４波長であり、前記アンテナ素子は前記導電材料の１／４波長の長さ方向に設けたアンテナ。
アンテナ素子の波長と同じ長さ方向に対して略垂直方向の導電材料の長さがアンテナ素子の波長の１／２の長さ以下である請求項２または３記載のアンテナ。
導電材料は、その外周に沿って複数のスルーホールを設けた請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ。
２つの略直方体状のアンテナ素子を備え、２つの前記アンテナ素子は離れて位置し、かつ前記アンテナ素子の略長手方向に略直線状に配置したアンテナ。
アンテナ素子がチップアンテナである請求項１から５記載のアンテナ。
アンテナ素子がパターンアンテナである請求項１から５記載のアンテナ。
請求項１から８のいずれか１項に記載のアンテナを備えた携帯端末。
請求項１から８のいずれか１項に記載のアンテナを備えた移動体。