JP2004242179A - 無線端末用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小形で広帯域で地面に対して垂直方向の垂直偏波を放射する。
【解決手段】回路基板の地導体となる導体板１と、導体板１の短手方向の両端から導体板１の長手方向に突出するように設けられた線状導体２，３と、導体板１に接続され線状導体２を励振する高周波電源４と、導体板１に接続され線状導体３を線状導体２と同振幅・逆位相で励振する高周波電源５とを備え、導体板１の短手方向の幅と線状導体２，３の長さを合わせた電気長を少なくともλ／２とし、線状導体２，３の突出する先端を導体板１の長手方向に沿わせている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は携帯電話の端末等に搭載される無線端末用アンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の無線端末用アンテナ装置の構成として、例えば非特許文献１に掲載されたものである。この無線端末用アンテナ装置は、地導体２０１、給電端２０２、平衡不平衡変換器２０３、ダイポールアンテナ２０４により構成されている。給電端２０２に給電された電力は平衡不平衡変換器２０３を介してダイポールアンテナ２０４に平衡状態で伝達される。ダイポールアンテナ２０４の大部分は、地導体２０１の幅方向（短手方向）に沿って設置されているため、地導体２０１の短手方向の偏波を放射する。
【０００３】
また、特許文献１では、導体地板上に２つのアンテナ素子を設け、それぞれのアンテナ素子を互いに逆相で給電することにより、導体地板上の筺体電流（影像電流）を低減している。
【０００４】
【非特許文献１】
江川 潔、大貫 忠、伊藤英雄、「携帯無線機用Ｕ字ダイポールアンテナの検討」、２０００年電子情報通信学会総合大会、予稿集Ｂ−１−７８、電子情報通信学会、通信分冊、２０００年３月２８日、ｐ．７８
【特許文献１】
特開２００１−３３９２１５（段落番号００２２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無線端末用アンテナ装置は以上のように構成されているので、非特許文献１に示された従来の技術では、ダイポールアンテナ２０４上の電流により地導体２０１上に影像電流が誘起され、ダイポールアンテナ２０４上の電流と地導体２０１上の影像電流が放射を打ち消して、帯域が狭くなるという課題があった。また、帯域を広げるためには、ダイポールアンテナ２０４と地導体２０１の間隔を広げる必要があり、ダイポールアンテナ２０４の占有体積が大きくなるという課題があった。
【０００６】
また、特許文献１に示された従来の技術でも、２つのアンテナ素子が導体地板上に設置されているために、導体地板上の筺体電流（影像電流）を完全に低減することはできず広帯域化には限界があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小形で広帯域な無線端末用アンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る無線端末用アンテナ装置は、回路基板の地導体となる導体板と、導体板の短手方向の両端から導体板の長手方向に突出するように設けられた第１及び第２の線状導体と、導体板に接続され第１の線状導体を励振する第１の高周波電源と、導体板に接続され、第２の線状導体を第１の線状導体と同振幅・逆位相で励振する第２の高周波電源とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図であり、この無線端末用アンテナ装置は、導体板１、線状導体２（第１の線状導体）、線状導体３（第２の線状導体）、高周波電源４（第１の高周波電源）及び高周波電源５（第２の高周波電源）により構成されている。
【００１０】
導体板１は長手方向が１００ｍｍ程度、短手方向が４０ｍｍ程度の長さを有しており、一般的な携帯電話等の無線端末の大きさに対応し、無線端末における回路基板の地導体となっている。線状導体２及び線状導体３は導体板１の長手方向の一端に設けられ、かつ導体板１の短手方向の両端から導体板１の長手方向の一方向に突出するように設けられている。線状導体２と導体板１の間には高周波電源４が設けられ、また、線状導体３と導体板１の間には高周波電源５が設けられている。高周波電源４と高周波電源５は同振幅で逆位相の高周波電力を発生させる。
【００１１】
次に動作について説明する。
図２は携帯電話等の無線端末の使用状態の例を示す図であり、無線端末１０１を人体頭部１０２に当てている様子を示している。使用状態では図２に示すように、人体頭部１０２付近で無線端末１０１の長手方向は地面に水平近くまで傾けられている。その結果、無線端末１０１の基地局に垂直アンテナが用いられるシステムにおいて、無線端末１０１のアンテナ装置に要求される偏波は無線端末１０１の短手方向に沿ったものが必要となり、図１に示す無線端末用アンテナ装置は導体板１の短手方向に沿った偏波を放射する必要がある。
【００１２】
図３は高周波電源４と高周波電源５を同振幅・逆位相で励振した場合の電流分布を示す図である。図３において、矢印の方向は電流の方向を示しており、矢印の太さは電流の振幅を示している。このように、導体板１の短手方向に振幅の大きな電流が流れるために、この無線端末用アンテナ装置の主偏波は導体板１の短手方向に沿ったものとなる。
【００１３】
また、この無線端末用アンテナ装置では、導体板１上に電流を流し、それを放射源として用いているために、導体板１上に影像電流が誘起されることがなく、広い帯域が得られるという特徴がある。つまり、図１に示す構成を用いることにより、導体板１の短手方向の偏波を放射する小形で広帯域な無線端末用アンテナが実現できる。
【００１４】
図１に示す無線端末用アンテナ装置は、線状導体２の長さと、線状導体３の長さと、導体板１の短手方向の長さとを合わせた長さのダイポールアンテナとして動作するために、それらを合わせた長さの電気長は少なくともλ／２であることが望ましい。また、短手方向の電流から電力を有効に放射させるためには、短手方向に流れる電流の長さを長くする必要がある。そのため、線状導体２及び線状導体３は導体板１の短手方向の両端に設置することが望ましい。なお、図１では線状導体２及び線状導体３を使用しているが、これらは板状のものを使用しても同様な動作をする。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、小形で広帯域であり、かつ導体板１の短手方向の偏波を放射することができるという効果が得られる。
【００１６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図であり、この無線端末用アンテナ装置は、導体板１、線状導体２、線状導体３、高周波電源４及び高周波電源５より構成されている。実施の形態１の図１に示す無線端末用アンテナ装置と異なっている点は、線状導体２及び線状導体３の先端部が導体板１の短手方向に沿って互いに近づく方向に折り曲げられていることである。
【００１７】
次に動作について説明する。
線状導体２及び線状導体３は先端が折り曲げられているため、図１に示す無線端末用アンテナ装置に比べて長い電気長のアンテナ装置として動作する。そのため、アンテナ装置が動作する周波数をより低くすることが可能となる。導体板１、線状導体２及び線状導体３を含めた無線端末全体の外形は、図１に示す無線端末用アンテナ装置と変わらないため、同じ大きさでより低い周波数で使用することができる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２によれば、小形で広帯域であり、かつ導体板１の短手方向の偏波を放射することができると共に、より低い周波数で使用することができるという効果が得られる。
【００１９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図であり、この無線端末用アンテナ装置は、導体板１、線状導体２、線状導体３、高周波電源４、高周波電源５及び誘電体基材６により構成されている。この実施の形態では、実施の形態２の図４に示す線状導体２及び線状導体３をエッチングやメッキ等の手段により誘電体基材６の表面又は内部に設けている。
【００２０】
図５に示す無線端末用アンテナ装置では、線状導体２及び線状導体３をまとめて一つの部品として扱うことが可能となるため、生産性に優れるという利点が生じる。また、誘電体基材６の波長短縮効果により、実施の形態２の図４に示す無線端末用アンテナ装置より、さらに低い周波数で動作させることが可能となる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、小形で広帯域であり、かつ導体板１の短手方向の偏波を放射することができると共に、生産性に優れさらに低い周波数で使用することができるという効果が得られる。
【００２２】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図であり、この無線端末用アンテナ装置は、導体板１、線状導体２、線状導体３、高周波電源４、誘電体基材６、伝送線路７（第１の伝送線路）及び伝送線路８（第１の伝送線路）により構成されている。実施の形態３の図５に示す無線端末用アンテナ装置と異なっている点は、高周波電源５が削除されて、高周波電源４と線状導体２及び線状導体３の間に、それぞれ伝送線路７及び伝送線路８により構成される電力分配回路が備えられていることである。
【００２３】
伝送線路８にはクランク状の遅延線路が設けられ、伝送線路７に比べ、使用する周波数において１８０°分の電気長だけ長くなっており、それぞれの伝送線路７，８の先端には線状導体２と線状導体３が接続される。高周波電源４は伝送線路７と伝送線路８の分岐部分に接続される。
【００２４】
次に動作について説明する。
高周波電源４は伝送線路７と伝送線路８の分岐部分に接続されており、高周波電源４からの高周波電力は、伝送線路７と伝送線路８で構成された電力分配回路により分配される。伝送線路７と伝送線路８は１８０°の電気長が異なるため、線状導体２、線状導体３は同振幅で逆位相に励振される。実施の形態１〜３に記載した無線端末用アンテナ装置では、同振幅で逆位相の高周波電力を発生させる２つの高周波電源４，５が必要であり、導体板１上に２つの高周波電源４，５を実装するための面積が必要になる。これに対し、実施の形態４の無線端末用アンテナ装置では、線状導体２、線状導体３を同振幅で逆位相に励振する伝送線路７、伝送線路８により１つの高周波電源４で済み、導体板１上に必要となっていた高周波電源５が省略できるという利点が生じる。
【００２５】
なお、図６では遅延線路としてクランク状の伝送線路８を設けたが、これは他の手段でも代替可能である。例えば、高周波電源４の分岐部分を線状導体２側に移動し、伝送線路７を短くし伝送線路８を長くしても同様な効果が得られる。
【００２６】
以上のように、この実施の形態４によれば、小形で広帯域であり、かつ導体板１の短手方向の偏波を放射することができると共に、伝送線路７及び伝送線路８を使用することにより、高周波電源５を導体板１上から削除することができ、さらに小形化できるという効果が得られる。
【００２７】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。この無線端末用アンテナ装置は、導体板１、線状導体２、線状導体３、高周波電源４、傾き検知部１０、電力分配回路２０、電力分配回路２０の入力端子２１、電力分配回路２０の出力端子２２（第１の出力端子）と出力端子２３（第２の出力端子）、１８０°ハイブリッド回路３０、１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１，３２及び１８０°ハイブリッド回路３０の出力端子３３，３４により構成されている。
【００２８】
ここで、１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１に入力された高周波電力は、出力端子３３、出力端子３４に同振幅で逆位相に分配される。また、１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３２に入力された高周波電力は、出力端子３３、出力端子３４に同振幅・同位相で分配される。出力端子３３，３４はそれぞれ線状導体２，３に接続されている。
【００２９】
また、１８０°ハイブリッド回路３０の２つの入力端子３１，３２には、電力分配回路２０の出力端子２２，２３がそれぞれ接続される。電力分配回路２０の入力端子２１には高周波電源４が接続される。電力分配回路２０は傾き検知部１０が検知した導体板１の傾き角度に応じて、高周波電源４からの高周波電力を出力端子２２，２３に分配する際の分配比を変化させる。
【００３０】
次に動作について説明する。
１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１に高周波電源４からの高周波電力を入力した場合には、出力端子３３、出力端子３４に同振幅・逆位相で分配されるので、その動作は実施の形態１と同様である。
【００３１】
１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３２に高周波電源４からの高周波電力を入力した場合には、１８０°ハイブリッド回路３０の出力端子３３，３４には同振幅で同位相の高周波電力が伝達される。
【００３２】
図８は１８０°ハイブリッド回路３０の出力端子３３と出力端子３４を同振幅・同位相で励振した場合の電流分布を示す図である。図８に示すように、この場合、導体板１の長手方向の電流が誘起される。そのため、導体板１の長手方向に沿った偏波を放射する。１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１から励振した場合の図３に示す電流分布と、１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３２から励振した場合の図８に示す電流分布は直交しているために、導体板１の短手方向の偏波によるアンテナ装置と長手方向の偏波によるアンテナ装置は同じ位置にあっても互いに独立して動作する利点がある。
【００３３】
高周波電源４と１８０°ハイブリッド回路３０の２つの入力端子３１，３２との間に、電力分配回路２０を設けた場合、無線端末用のアンテナ装置から放射される偏波を自由に選定することが可能となる。例えば、電力分配回路２０の出力端子２２側に１００％、出力端子２３側に０％の電力を配分した場合には、導体板１の短手方向の偏波が放射される。また、電力分配回路２０の出力端子２２側に０％、出力端子２３側に１００％の電力を配分した場合には、導体板１の長手方向の偏波が放射される。さらに、電力分配回路２０の出力端子２２，２３に５０％ずつの電力を配分した場合には、導体板１の長手方向に対して４５°傾いた偏波が放射される。
【００３４】
このように、電力分配回路２０を傾き検知部１０と組み合わせ、導体板１の傾き角度に応じて適宜電力分配比を変化させることで、導体板１の傾き角度によらず、常に基地局の偏波に適合した電波を放射することが可能となる。
【００３５】
なお、以上のことは、１８０°ハイブリッド回路３０の２つの入力端子３１，３２で独立して動作するために実現が容易である。独立して動作しない場合には、電力分配器２０の分配比のとおりに導体板１の長手方向、短手方向の各偏波が励振されないために、導体板１の傾き角度に応じて偏波を自由に適合させることが困難となる。
【００３６】
ここでは、一つの高周波電源４と電力分配器２０を用いた構成について説明したが、高周波電源４と電力分配器２０を二つの独立した高周波電源に置き換えても同様の効果がある。
【００３７】
図９はこの発明の実施の形態５による無線端末用アンテナ装置の他の構成を示す図である。この無線端末用アンテナ装置は、導体板１、線状導体２、線状導体３、高周波電源４、高周波電源５、傾き検知部１０、１８０°ハイブリッド回路３０、１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１，３２及び１８０°ハイブリッド回路３０の出力端子３３，３４により構成されている。
【００３８】
図９において、高周波電源４及び高周波電源５は、傾き検知部１０が検知した導体板１の傾き角度に応じて高周波電力を、１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１，３２に出力する。すなわち、導体板１の長手方向が地面に水平に傾けられている場合には、高周波電源４から１００％の高周波電力が１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１に出力され、高周波電源５からは高周波電力が出力されない。
【００３９】
また、導体板１の長手方向が地面に垂直になっている場合には、高周波電源５から１００％の高周波電力が１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３２に出力され、高周波電源４からは高周波電力が出力されない。さらに、導体板１の長手方向が地面に対して４５°傾いている場合には、高周波電源４及び高周波電源５から５０％ずつの高周波電力が１８０°ハイブリッド回路３０の入力端子３１，３２にそれぞれ出力される。その他の処理は図７の無線端末用アンテナ装置と同様である。
【００４０】
以上のように、この実施の形態５によれば、小形で広帯域であり、かつ導体板１の傾きに対応して地面に対して垂直方向の偏波を放射することができるという効果が得られる。
【００４１】
上記実施の形態１〜実施の形態５では、無線用端末を構成する筐体が一体型のものについて述べてきたが、これは折りたたみ可能な２つの筐体から構成される場合にも適用可能である。
【００４２】
図１０は折りたたみ筐体から構成される無線端末の例を示す図である。図１０に示すように、無線端末は導体板１ａと導体板１ｂを有しており、それぞれ折りたたみ可能な筐体内部に設置される。図１０において、上記実施の形態１〜実施の形態５の無線端末用アンテナ装置は、例えば上側筐体の上部であるＡ部、上側筐体の下部であるＢ部、下側筐体の上部であるＣ部、下側筐体の下部であるＤ部等に設置可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、回路基板の地導体となる導体板と、導体板の短手方向の両端から導体板の長手方向に突出するように設けられた第１及び第２の線状導体と、導体板に接続され第１の線状導体を励振する第１の高周波電源と、導体板に接続され、第２の線状導体を第１の線状導体と同振幅・逆位相で励振する第２の高周波電源とを備えたことにより、小形で広帯域であり、かつ地導体１の短手方向の偏波を放射することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】無線端末の使用状態の例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による無線端末用アンテナ装置の高周波電源を同振幅・逆位相で励振した場合の電流分布を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態５による無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態５による無線端末用アンテナ装置の１８０°ハイブリッド回路の出力端子を同振幅・同位相で励振した場合の電流分布を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態５による無線端末用アンテナ装置の他の構成を示す図である。
【図１０】折りたたみ筐体から構成される無線端末の例を示す図である。
【図１１】従来の無線端末用アンテナ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 導体板、２ 線状導体、３ 線状導体、４ 高周波電源、５高周波電源、６ 誘電体基材、７ 伝送線路、８ 伝送線路、１０ 傾き検知部、２０ 電力分配回路、２１ 入力端子、２２ 出力端子、２３ 出力端子、３０ １８０°ハイブリッド回路、３１ 入力端子、３２ 入力端子、３３ 出力端子、３４ 出力端子、１０１ 無線端末、１０２ 人体頭部。

Claims (10)

1. 回路基板の地導体となる導体板と、
   上記導体板の短手方向の両端から上記導体板の長手方向に突出するように設けられた第１及び第２の線状導体と、
   上記導体板に接続され上記第１の線状導体を励振する第１の高周波電源と、
   上記導体板に接続され、上記第２の線状導体を上記第１の線状導体と同振幅・逆位相で励振する第２の高周波電源とを備えた無線端末用アンテナ装置。
2. 導体板の短手方向の幅と第１及び第２の線状導体の長さを合わせた電気長が少なくともλ／２であることを特徴とする請求項１記載の無線端末用アンテナ装置。
3. 第１及び第２の線状導体の突出する先端は、導体板の長手方向に沿っていることを特徴とする請求項１記載の無線端末用アンテナ装置。
4. 第１及び第２の線状導体の突出する先端を、互いに近づく方向に折り曲げたことを特徴とする請求項１記載の無線端末用アンテナ装置。
5. 第１及び第２の線状導体を表面又は内部に形成する誘電体基材を備えたことを特徴とする請求項１記載の無線端末用アンテナ装置。
6. 回路基板の地導体となる導体板と、
   上記導体板の長手方向に突出するように設けられた第１及び第２の線状導体と、
   上記導体板に接続され上記第１及び第２の線状導体を励振するための高周波電力を出力する高周波電源と、
   上記高周波電源からの高周波電力を上記第１及び第２の線状導体に同振幅・逆位相で分配する電力分配回路と、
   上記第１及び第２の線状導体並びに上記電力分配回路を表面又は内部に形成する誘電体基材とを備えた無線端末用アンテナ装置。
7. 分配回路は、第１の線状導体への第１の伝送線路と、上記第１の伝送線路と電気長が１８０度異なる第２の線状導体への第２の伝送線路とを備えたことを特徴とする請求項６記載の無線端末用アンテナ装置。
8. 回路基板の地導体となる導体板と、
   上記導体板の短手方向の両端から上記導体板の長手方向に突出するように設けられた第１及び第２の線状導体と、
   上記導体板に接続され上記第１及び第２の線状導体を励振するための高周波電力を出力する高周波電源と、
   上記導体板の傾きを検知する傾き検知部と、
   上記傾き検知部が検知した上記導体板の傾きに対応して上記高周波電源からの高周波電力を第１及び第２の出力端子に分配して出力する電力分配回路と、
   上記電力分配回路の第１及び第２の出力端子からの高周波電力を入力し、上記第１及び第２の線状導体を励振すると共に、上記電力分配回路の第１及び第２の出力端子からの高周波電力の分配比により上記導体板の長手方向に対して所定の角度だけ傾いた偏波を放射させる１８０°ハイブリッド回路とを備えた無線端末用アンテナ装置。
9. 電力分配回路が第１の出力端子に１００％、第２の出力端子に０％の高周波電力を出力した場合に、１８０°ハイブリッド回路は導体板の短手方向の偏波を放射させ、
   電力分配回路が第１の出力端子に０％、第２の出力端子に１００％の高周波電力を出力した場合に、１８０°ハイブリッド回路は導体板の長手方向の偏波を放射させることを特徴とする請求項８記載の無線端末用アンテナ装置。
10. 回路基板の地導体となる導体板と、
    上記導体板の短手方向の両端から上記導体板の長手方向に突出するように設けられた第１及び第２の線状導体と、
    上記導体板の傾きを検知する傾き検知部と、
    上記傾き検知部が検知した上記導体板の傾きに対応して高周波電力を出力する第１及び第２の高周波電源と、
    上記第１及び第２の高周波電源からの高周波電力を入力し、上記第１及び第２の線状導体を励振すると共に、上記第１及び第２の高周波電源からの高周波電力の入力比により上記導体板の長手方向に対して所定の角度だけ傾いた偏波を放射させる１８０°ハイブリッド回路とを備えた無線端末用アンテナ装置。

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