【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信を行うディスクモノポールアンテナを有するアンテナ構造およびそれを備えた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図１１（ａ）にはディスクモノポールアンテナの一例が模式的に示されている。ディスクモノポールアンテナは円盤状（ディスク状）の導体板から成る放射電極２０により構成されている。一般的な細い円筒状の放射電極から成るモノポールアンテナの場合には、そのモノポールアンテナが無線通信を行う周波数帯域は、円筒状の放射電極の長さが１／４波長となる周波数付近に限られて狭帯域である。これに対して、ディスクモノポールアンテナは、長さが異なる複数のモノポールアンテナが並設されたものと見なされ、無線通信用の周波数帯域を広帯域化することができるものである。このディスクモノポールアンテナの放射電極２０はその直径が、予め設定された無線通信用の周波数帯域の下限周波数の電波の１／４波長の長さとなっている。
【０００３】
このような放射電極２０は、例えば、通信機の回路基板２１上に立設され、また、同軸線路２２を介して例えば通信機の無線通信用の高周波回路２３に接続される。例えば高周波回路２３から無線送信用の信号が同軸線路２２を介して放射電極２０に供給されると、放射電極２０はその信号に基づいて励振して信号を無線送信する。
【０００４】
ところで、放射電極２０は通信機の筐体内の限られたスペースの中に配置される場合がある。このような場合に、例えば通信機の小型化によりアンテナ設置用のスペースが狭くなって放射電極２０を配置できないという問題が発生することがある。そこで、図１１（ｂ）に示すように、例えば放射電極２０を中心線で折り曲げて放射電極２０を変形することで、通信機の小型化に起因した狭いアンテナ設置用のスペース内への放射電極２０の配設を可能にする手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６４７３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
放射電極２０は当該放射電極自身で回路基板２１上に立設する構造であるために、放射電極２０がぐらついて不安定になりやすく、ディスクモノポールアンテナの電気的特性が安定しないという問題がある。
【０００７】
また、放射電極２０が無線通信を行うことができる周波数帯域の幅を低周波側に広げる場合には、放射電極２０を大型化する必要がある。このため、その放射電極２０が組み込まれる通信機の小型化に支障を来すという問題が生じる。
【０００８】
本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、安定した電気的特性を持つことができる上に、無線通信用の周波数帯域の広帯域化を図ることができる小型なディスクモノポールアンテナを有するアンテナ構造およびそれを備えた通信機を提供することにある。
【０００９】
【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、基板の非グランド部分の面上に直接的に形成されディスクモノポールアンテナとして機能する放射電極と、この放射電極に電磁結合して放射電極と共にアンテナとして機能する無給電放射電極とを有し、その無給電放射電極は、その両端部がそれぞれ前記基板に形成されているグランド電極に接続され、他の部分はグランド電極の上方側に浮いた状態で配置されている態様と成していることを特徴としている。また、この発明の通信機は、この発明において特有な構成を備えたアンテナ構造が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
【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。
【００１１】
本発明者は、ディスクモノポールアンテナの電気的特性の安定化を図るべく、図２に示されるようなアンテナ構造を考え出した。すなわち、図２に示すアンテナ構造１において、ディスクモノポールアンテナとして機能する円形状の導体板から成る放射電極２を有し、この放射電極２はその全体が基板（例えば通信機の回路基板）３の面上に倣って形成されている。
【００１２】
基板３には、放射電極２の形成部分Ｚａｎｔを避けた基板面部分Ｚｇｎｄにグランド電極４が形成されている。つまり、放射電極２は全体が基板３の非グランド部Ｚａｎｔの面上に倣って形成されている。なお、グランド電極４は、基板３の表裏両面に形成される場合と、片面のみに形成される場合とがあり、例えば基板（回路基板）３に搭載される回路部品の配置等を考慮して適宜にグランド電極４が基板３に形成される。
【００１３】
放射電極２には給電部として機能する突出部２Ａが設けられており、この突出部（給電部）２Ａには例えば同軸ケーブル５が接続され、当該同軸ケーブル５を介して例えば通信機の無線通信用の高周波回路６に接続される。例えば、高周波回路６から送信用の信号が同軸ケーブル５を介して放射電極２に供給されると、その信号供給によって放射電極２が励振して送信用の信号が無線送信される。また、外部から信号が放射電極２に到来して放射電極２が励振すると、当該放射電極２から受信信号が同軸ケーブル５を介して高周波回路６に伝達される。
【００１４】
この図２に示すアンテナ構造１では、放射電極２の全体を基板３の面上に直接的に倣って形成したので、放射電極２全体が基板３に固定された状態となって放射電極２のぐらつきは無く、これにより、放射電極２の電気的特性を安定化させることができる。
【００１５】
ところで、放射電極２の直径は、予め設定された無線通信用の周波数帯域の下限周波数の電波の１／４波長（λ／４）に基づいた長さとなっている。このため、放射電極２の周波数帯域を低周波側に広げる場合には、放射電極２の直径を大きくする必要があった。しかしながら、例えば通信機の小型化に起因して放射電極２の大型化は難しい。そこで、本発明者は、放射電極２を大型化することなく、放射電極２の周波数帯域の広帯域化が可能な次に示すような構成を考え出した。
【００１６】
すなわち、図１（ａ）には第１実施形態例のアンテナ構造が模式的な斜視図により示されている。この第１実施形態例では、図２に示す構成に加えて、無給電放射電極（無給電ループ電極）８が設けられている。この無給電放射電極８は、放射電極２に近接配置され当該放射電極２に電磁結合して放射電極２と共にアンテナとして機能するものである。この第１実施形態例では、無給電放射電極８は帯状の導体板により構成されている。当該無給電放射電極８は、その一端側が基板３の端部に配置されているグランド電極４の端部分に接続され当該接続部から立ち上がってグランド電極４の上方側を通り基板３の反対側の端部に至る経路で伸長形成され無給電放射電極８の他端側は基板３の反対側の端部に配置されているグランド電極４の端部分に接続されている形態と成している。換言すれば、無給電放射電極８は、その両端部がそれぞれグランド電極４の互いに対向する端部分に接続されグランド電極４の中ほどを跨ぐ形態と成し、この第１実施形態例では、無給電放射電極８は略コ字形状と成している。
【００１７】
この無給電放射電極８は、放射電極２と電磁結合して放射電極２と複共振状態を作り出すことができるように、その寸法が設定されている。
【００１８】
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。本発明者は、図１（ａ）のように無給電放射電極８が設けられている場合と、図２に示されるように無給電放射電極８が設けられていない場合とのそれぞれについてリターンロス特性を調べた。なお、この実験では、無給電放射電極８の有無以外は同条件の下でシミュレーションによりリターンロス特性が求められた。そのシミュレーションでは、グランド電極４の長さＷ（図１参照）は９０ｍｍ、グランド電極４の幅Ｄは５０ｍｍ、放射電極２の直径φは１５ｍｍとした。また、帯状の無給電放射電極８の幅ｄは３ｍｍ、立ち上げ部分の高さＨは６ｍｍ、基板３と平行な部分の長さＬは４０ｍｍとした。
【００１９】
図３（ａ）には、無給電放射電極８が設けられている第１実施形態例の構成を有する場合のシミュレーション結果が示され、図３（ｂ）には図２に示すように無給電放射電極８が設けられていない場合のシミュレーション結果が示されている。ここで、例えば、リターンロスが−６ｄＢ以下の周波数範囲を無線通信に使用する周波数帯域とした場合に、無給電放射電極８が設けられていない場合には（図３（ｂ）参照）、周波数帯域Ｆは２．９〜１１．９ＧＨｚとなるのに対して、無給電放射電極８を設けた場合には（図３（ａ）参照）、周波数帯域Ｆは２．６〜１２．０ＧＨｚとなる。これにより、無給電放射電極８を設けることによって、放射電極２を大型化することなく、周波数帯域Ｆを広帯域化できることが判る。特に、周波数帯域Ｆは、低周波側に広がっていることが判る。
【００２０】
ところで、基板（回路基板）３は、例えば図１（ｂ）に示されるような筐体１０内に収容配置される場合がある。この場合には、無給電放射電極８は、グランド電極４から浮いている部分が筐体１０の内壁面に沿うように形成されることが好ましい。それというのは、次に示すような理由による。つまり、基板３には、回路を構成する部品が複数搭載されることがあり、このような場合には、それら部品と筐体１０の内壁面との間は、今までは使用されないデットスペースであった。無給電放射電極８を筐体１０の内壁面に沿うように形成することで、そのデットスペースを有効に利用して無給電放射電極８を配設することができる。これにより、基板３における部品搭載可能な面積を大幅に減少させることなく（基板３を大型化することなく）、無給電放射電極８を基板３に設けることができる。
【００２１】
また、グランド電極４と、当該グランド電極４から最も離れている無給電放射電極８部分（図１（ａ）の例では、グランド電極４に平行な無給電放射電極８部分）との間隔は、放射電極２と無給電放射電極８が良好に電磁結合できる範囲内であれば、できるだけ離れていた方が周波数帯域Ｆの広帯域化（特に低周波側への広帯域化）を得ることができることが本発明者の実験等により確認されている。このことからも、基板３が筐体１０内に収容されて無給電放射電極８の配置スペースが限られている場合には、無給電放射電極８を筐体１０の内壁面に沿わせて形成して、グランド電極４から浮いている無給電放射電極８部分を限られたスペースの中でできるだけグランド電極４から離す形態とすることが好ましい。
【００２２】
上記のような理由から、基板３が筐体１０内に収容配置される場合には、無給電放射電極８は、筐体１０の内壁面に沿うように形成することが好ましい。
【００２３】
なお、図１の例では、無給電放射電極８は、基板３と平行な部分を有していたが、筐体１０の内壁面が曲面状と成し、その筐体１０に沿うように無給電放射電極８を形成する場合には、その平行な部分に代えて、曲線状の部位を形成してもよい。
【００２４】
また、この第１実施形態例では、放射電極２は円形状としたが、図４（ａ）に示されるような楕円形状であってもよいし、図４（ｂ）に示されるような三角形状、あるいは、図４（ｃ）に示されるような菱形状であってもよいし、多角形状であってもよい。また、放射電極２には端縁部分に集中的に電流が通電するので、放射電極２の端縁部を避けた部分の導体を省略しても、放射電極２の電気的特性に大きな支障を与えないことから、放射電極２は、例えば図４（ｄ）に示されるように端縁部分を避けた部位に非導体部１１が形成されている形態としてもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
図５（ａ）には第２実施形態例のアンテナ構造が模式的な斜視図により示され、図５（ｂ）には、第２実施形態例のアンテナ構造を図５（ａ）に示す上方側と後方側と左側と右側との各方面からそれぞれ見た平面図が模式的に示されている。
【００２７】
この第２実施形態例では、円形状の導体板から成る放射電極２は、第１実施形態例に示すように基板３の表面上に直接的に設けられるのではなく、誘電体の基体１２の表面上に倣って形成されている。その放射電極２が形成された基体１２は、基板３の非グランド部Ｚａｎｔに搭載されている。なお、この第２実施形態例では、基体１２は、半田により基板３に実装されており、図５（ｂ）中の符号１３は、その半田の下地電極として機能する固定用電極を示している。
【００２８】
放射電極２は、その全部が基体１２の例えば上面に形成される構成としてもよいが、この第２実施形態例では、基体１２の小型化を図るために、放射電極２は、基体１２の複数の面に渡って形成されている。つまり、図６（ａ）には、この第２実施形態例における放射電極２が形成された基体１２の展開図が示されている。この第２実施形態例では、円形状の放射電極２は、直方体状の基体１２の側面１２ａと上面１２ｂと側面１２ｃとの連続した３面に倣うべく例えば図６（ｂ）の点線Ｋの位置で折り曲げられ、それら基体１２の連続した３面に渡り倣って形成されている。
【００２９】
この第２実施形態例では、放射電極２は、例えば図６（ａ）に示す点Ｐの位置が例えば半田を介して基板３に形成されている給電部２Ａに接続されている。この給電部２Ａは第１実施形態例と同様に同軸ケーブル５を介して通信機の高周波回路６に接続される。つまり、放射電極２は、給電部２Ａと同軸ケーブル５を介して高周波回路６に接続される。なお、この第２実施形態例では、放射電極２は円形状であるが、第１実施形態例で述べたように、放射電極２は、例えば図４（ａ）〜（ｄ）に示すような円形状以外の形状であってもよい。
【００３０】
この第２実施形態例では、上記のように、放射電極２を基体１２の表面に倣って形成する構成とした。この構成により次に示すような効果を得ることができる。つまり、基板３は様々な制約によって当該基板３の誘電率を高めることは難しいが、この第２実施形態例では、基体１２はアンテナ専用の部材であり、設計の自由度が高いので、当該基体１２を高誘電率の材料によって形成することが容易である。このことから、基体１２の誘電率を高めることによって、当該基体（誘電体）１２による大きな波長短縮効果を得ることができる。よって、放射電極２を基体１２上に形成することにより、放射電極２を基板３上に直接的に形成するよりも、放射電極２の直径を短くすることができて、放射電極２の小型化を図ることができる。
【００３１】
その上、この第２実施形態例では、放射電極２は、基体１２の複数の面に渡って形成されているので、例えば放射電極２の全部が基体１２の上面だけに形成されている場合よりも、基体１２の上面を小さくすることができる。これにより、基板３における基体１２（放射電極２）の占有面積を小さくすることができる。換言すれば、基板３における放射電極２（基体１２）の占有面積が同じならば、放射電極２を基体１２上に形成することにより、放射電極２を基板３上に直接的に形成するよりも、放射電極２の周波数帯域の広帯域化を図ることが容易にできる。
【００３２】
この第２実施形態例では、上記のように放射電極２が基体１２の表面上に倣って設けられている構成に加えて、第１実施形態例と同様に無給電放射電極８が設けられている。
【００３３】
本発明者は、この第２実施形態例に示した構成に関しても、第１実施形態例で述べたと同様のシミュレーションによりリターンロス特性を調べた。また、これと対比するために、無給電放射電極８が設けられていないという構成以外は第２実施形態例に示した構成と同じ構成のものに関しても、シミュレーションによりリターンロス特性を調べた。それらシミュレーションでは、無給電放射電極８の有無以外は同条件の下で行われている。つまり、グランド電極４の長さＷ（図５（ａ）参照）は９０ｍｍ、グランド電極４の幅Ｄは５０ｍｍ、基体１２の縦Ｍは７ｍｍ、基体１２の横Ｎは１５ｍｍ、基体１２の高さｈは６ｍｍ、放射電極２の直径φは１４ｍｍとした。また、帯状の無給電放射電極８の幅ｄは３ｍｍ、立ち上げ部分の高さＨは６ｍｍ、基板３と平行な部分の長さＬは４０ｍｍとした。
【００３４】
図７（ａ）には、無給電放射電極８が設けられている場合のシミュレーション結果が示され、図７（ｂ）には無給電放射電極８が設けられていない場合のシミュレーション結果が示されている。ここで、例えば、リターンロスが−６ｄＢ以下の周波数範囲を無線通信に使用する周波数帯域とした場合に、無給電放射電極８が設けられていない場合には（図７（ｂ）参照）、周波数帯域Ｆ１は３．５〜６．１ＧＨｚとなり、周波数帯域Ｆ２は６．４〜８．４ＧＨｚとなるのに対して、無給電放射電極８を設けた場合には（図７（ａ）参照）、周波数帯域Ｆ１は２．７〜６．１ＧＨｚとなり、周波数帯域Ｆ２は６．３〜８．７ＧＨｚとなる。これにより、無給電放射電極８を設けることにより、放射電極２を大型化することなく、周波数帯域Ｆ１，Ｆ２を広帯域化できることが判る。特に、低周波側の周波数帯域Ｆ１が低周波側により広がっていることが判る。このように、放射電極２が基体１２の表面に倣って形成されている場合においても、無給電放射電極８を設けることにより、第１実施形態例と同様に、周波数帯域を広帯域化できるという効果を得ることができる。
【００３５】
以下に、第３実施形態例を説明する。この第３実施形態例は通信機に関するものである。この第３実施形態例では、第１と第２の実施形態例に示したアンテナ構造１のうちの一方が設けられている。それ以外の通信機の構成には様々な構成があり、ここでは、そのアンテナ構造以外の構成は何れの構成を用いてもよく、ここでは、その説明は省略する。
【００３６】
なお、この発明は第１〜第３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、第１〜第３の各実施形態例では、基板３の表面と裏面のうち、放射電極２が形成されている表面に無給電放射電極８が配設されていたが、例えば、図８に示されるように、基板３の裏面（つまり、放射電極２の形成面とは反対側の面）に、無給電放射電極８が設けられていてもよい。
【００３７】
また、例えば、基板３に回路が形成される場合には、例えば図９に示されるように、放射電極２の形成部分を避けて回路部分を覆うシールドケース１５がグランド電極４に接続させて設けられる場合がある。そのシールドケース１５は、例えば、その全体が導体により構成される場合と、樹脂等の絶縁体の表面に導体膜が形成されて構成される場合とがある。このようなシールドケース１５が設けられる場合には、そのシールドケース１５を無給電放射電極としても機能させ、無給電放射電極専用の部材（つまり、第１〜第３の各実施形態例に示した無給電放射電極８）を省略した構成としてもよい。
【００３８】
さらに、基板３は、樹脂等の絶縁体から成る筐体内に収容される場合があり、この場合には、その筐体の内壁面上に無給電放射電極として機能する導体膜を設け、第１〜第３の各実施形態例に示したような導体板から成る無給電放射電極８を省略してもよい。この場合には、基板３を筐体内に収容するだけで、無給電放射電極を配設することができるので、第１〜第３の各実施形態例に示したような無給電放射電極８を基板３に取り付ける手間（工程）を省略することができる。なお、そのように筐体の内壁面上に形成された無給電放射電極としての導体膜の両端部は、それぞれ、基板３上のグランド電極４に接続される。また、その導体膜は例えばめっき等により作製することができる。
【００３９】
さらに、第２実施形態例では、放射電極２は基体１２の側面１２ａと上面１２ｂと側面１２ｃという基体周回方向に沿う連続した３面に渡って形成されていたが、例えば、放射電極２は、図１０（ａ）に示されるように基体１２の基体周回方向に沿う連続した２面（側面１２ａと上面１２ｂ）に渡って形成されていてもよいし、図１０（ｂ）に示されるように基体１２の基体周回方向に沿う４面（側面１２ａと上面１２ｂと側面１２ｃと底面１２ｄ）に渡って形成されていてもよい。また、放射電極２は、図１０（ｃ）に示されるように基体１２の基体周回方向に沿う連続した３面（側面１２ａと上面１２ｂと側面１２ｃ）と、基体周回方向に交差する方向の横側の基体端面１２ｆとの４面に渡って形成されていてもよいし、図１０（ｄ）に示されるように基体１２の基体周回方向に沿う連続した４面（側面１２ａと上面１２ｂと側面１２ｃと底面１２ｄ）と、基体周回方向に交差する方向の横側の基体端面１２ｆとの５面に渡って形成されていてもよい。さらに、放射電極２は、図１０（ｅ）に示されるように基体１２の基体周回方向に沿う連続した３面（側面１２ａと上面１２ｂと側面１２ｃ）と、基体周回方向に交差する方向の横側の基体端面１２ｅ，１２ｆとの５面に渡って形成されていてもよいし、図１０（ｆ）に示されるように基体１２の全ての面に渡って形成されていてもよい。放射電極２の大きさが同じであるならば、放射電極２が倣う基体の面の数が多い程、基体１２の大きさを小さくすることができる。これにより、基板３における基体１２（放射電極２）の占有面積を削減することができる。
【００４０】
さらに、第１〜第３の各実施形態例では、放射電極２は導体板により構成されていたが、例えば、放射電極２は、基板３や基体１２の面上に蒸着やスパッタリング等の成膜技術により形成された導体膜により構成されていてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、ディスクモノポールアンテナとして機能する放射電極の全体が基板の面上に直接的に、又は、基体の面上に形成されて、放射電極の全体が基板又は基体に支持固定されている構成とした。このため、放射電極は非常に安定した状態となって、ディスクモノポールアンテナ（放射電極）の電気的特性を安定化させることができる。
【００４２】
その上、この発明では、その放射電極に電磁結合して放射電極と共にアンテナとして機能する無給電放射電極が設けられているので、それら放射電極と、無給電放射電極とによって複共振状態が作り出されて、無線通信用として採用できる周波数帯域の広帯域化を図ることができる。
【００４３】
特に、この発明では、無給電放射電極は、その両端部がグランド電極に接続され、他の部分はグランド電極（換言すれば、基板）の上方側に浮いた状態で配置されている態様と成しているので、当該無給電放射電極は、基板の大きさ等に起因した寸法の制約が緩く、設計の自由度が放射電極よりも高い。放射電極自体の周波数帯域を低周波側に広げるためには、放射電極の大きさを大きくする必要があるが、この発明では、放射電極の周波数帯域の低周波側でのリターンロスが大きくなるように無給電放射電極を設計することで、放射電極を大きくすることなく、周波数帯域を低周波側に広げることが可能である。換言すれば、周波数帯域が同じでよいならば、この発明の構成を備えることによって、放射電極の小型化を図ることができる。
【００４４】
また、この発明では、無給電放射電極は、グランド電極に接続している両端部以外の部分がグランド電極から浮いた状態となっているので、グランド電極の影響が弱くなって、例えば無給電放射電極から電界が放射し易くなっている。
【００４５】
さらに、放射電極が基体の面上に形成されているものにあっては、基体の誘電率による波長短縮効果によって、放射電極の小型化を図ることができる。
【００４６】
さらに、シールドケースが基板に取り付けられる場合に、そのシールドケースが無給電放射電極として機能するものにあっては、無給電放射電極専用の部材を基板に設けなくて済むので、部品点数の増加や、製造工程の増加を招くことなく、上記のような効果を得ることができる。
【００４７】
この発明において特徴的な構成を備えたアンテナ構造が設けられている通信機にあっては、放射電極の電気的特性の安定化によって、無線通信の信頼性を高めることができるし、また、大型化することなく、無線通信可能な周波数帯域の広帯域化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例におけるアンテナ構造を説明するための図である。
【図２】本発明に至る前段階の開発途中のアンテナ構造の一例を示すモデル図である。
【図３】第１実施形態例の構成から得られる効果を確認した本発明者の実験結果を表すグラフである。
【図４】放射電極のその他の形態例を示すモデル図である。
【図５】第２実施形態例を説明するための図である。
【図６】第２実施形態例のアンテナ構造を構成する放射電極と、当該放射電極が形成された基体とのそれぞれの展開図である。
【図７】第２実施形態例の構成から得られる効果を確認した本発明者の実験結果を表すグラフである。
【図８】その他の実施形態例を示すモデル図である。
【図９】シールドケースを無給電放射電極として機能させる場合の形態例を示すモデル図である。
【図１０】基体に形成される放射電極のその他の形態例を示すモデル図である。
【図１１】特許文献１に記載されているアンテナの構成例を示した図である。
【符号の説明】
１ アンテナ構造
２ 放射電極
３ 基板
４ グランド電極
８ 無給電放射電極
１５ シールドケース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna structure having a disk monopole antenna for performing wireless communication, and a communication device including the antenna structure.
[0002]
[Background]
FIG. 11A schematically shows an example of a disk monopole antenna. The disk monopole antenna is constituted by a radiation electrode 20 made of a disk-shaped (disk-shaped) conductor plate. In the case of a general monopole antenna composed of a thin cylindrical radiating electrode, the frequency band in which the monopole antenna performs wireless communication is around the frequency at which the length of the cylindrical radiating electrode is ¼ wavelength. Limited and narrow band. On the other hand, the disk monopole antenna is regarded as a plurality of monopole antennas having different lengths arranged side by side, and the frequency band for wireless communication can be widened. The diameter of the radiation electrode 20 of this disk monopole antenna is a quarter wavelength of a radio wave having a lower limit frequency of a preset frequency band for wireless communication.
[0003]
Such a radiation electrode 20 is erected on a circuit board 21 of a communication device, for example, and is connected to a high-frequency circuit 23 for wireless communication of the communication device, for example, via a coaxial line 22. For example, when a signal for radio transmission is supplied from the high-frequency circuit 23 to the radiation electrode 20 via the coaxial line 22, the radiation electrode 20 excites based on the signal and wirelessly transmits the signal.
[0004]
By the way, the radiation electrode 20 may be arranged in a limited space in the casing of the communication device. In such a case, for example, there may be a problem that the space for antenna installation becomes narrow due to miniaturization of the communication device and the radiation electrode 20 cannot be arranged. Therefore, as shown in FIG. 11B, for example, the radiation electrode 20 is deformed by bending the radiation electrode 20 along the center line, thereby radiating the electrode into a narrow antenna installation space resulting from the downsizing of the communication device. A method for enabling the arrangement of 20 has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-164731
[Problems to be solved by the invention]
Since the radiation electrode 20 has a structure in which the radiation electrode itself stands on the circuit board 21, the radiation electrode 20 is likely to be unstable and unstable, and the electrical characteristics of the disk monopole antenna are not stable. .
[0007]
Moreover, when the width of the frequency band in which the radiation electrode 20 can perform wireless communication is expanded to the low frequency side, the radiation electrode 20 needs to be enlarged. For this reason, the problem that the size reduction of the communication apparatus in which the radiation electrode 20 is built in will be hindered.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is a small size that can have stable electrical characteristics and can broaden the frequency band for wireless communication. An object is to provide an antenna structure having a disk monopole antenna and a communication device including the antenna structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, the antenna structure of the present invention has a radiation electrode that is directly formed on the surface of the non-ground portion of the substrate and functions as a disk monopole antenna, and a radiation electrode that is electromagnetically coupled to the radiation electrode and functions as an antenna together with the radiation electrode. The parasitic radiation electrode is connected to the ground electrode formed on the substrate, and the other part is arranged in a state of floating above the ground electrode. It is characterized in that it is configured in a manner. The communication device of the present invention is characterized in that an antenna structure having a configuration unique to the present invention is provided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0011]
The present inventor has devised an antenna structure as shown in FIG. 2 in order to stabilize the electrical characteristics of the disk monopole antenna. That is, the antenna structure 1 shown in FIG. 2 has a radiation electrode 2 made of a circular conductor plate that functions as a disk monopole antenna. The radiation electrode 2 is entirely a substrate (for example, a circuit board of a communication device) 3. It is formed to follow the surface.
[0012]
On the substrate 3, a ground electrode 4 is formed on a substrate surface portion Zgnd that avoids the formation portion Zant of the radiation electrode 2. That is, the entire radiation electrode 2 is formed following the surface of the non-ground portion Zant of the substrate 3. The ground electrode 4 may be formed on both the front and back surfaces of the substrate 3 or may be formed on only one surface. For example, in consideration of the arrangement of circuit components mounted on the substrate (circuit board) 3. A ground electrode 4 is appropriately formed on the substrate 3.
[0013]
The radiating electrode 2 is provided with a protruding portion 2A that functions as a power feeding portion. For example, a coaxial cable 5 is connected to the protruding portion (feeding portion) 2A, and wireless communication of a communication device, for example, is performed via the coaxial cable 5. The high frequency circuit 6 is connected. For example, when a transmission signal is supplied from the high-frequency circuit 6 to the radiation electrode 2 via the coaxial cable 5, the radiation electrode 2 is excited by the signal supply, and the transmission signal is wirelessly transmitted. Further, when a signal arrives at the radiation electrode 2 from the outside and the radiation electrode 2 is excited, a reception signal is transmitted from the radiation electrode 2 to the high-frequency circuit 6 through the coaxial cable 5.
[0014]
In the antenna structure 1 shown in FIG. 2, since the entire radiation electrode 2 is formed directly on the surface of the substrate 3, the entire radiation electrode 2 is fixed to the substrate 3 and the radiation electrode 2 is formed. There is no wobble, and thus the electrical characteristics of the radiation electrode 2 can be stabilized.
[0015]
By the way, the diameter of the radiation electrode 2 is a length based on a quarter wavelength (λ / 4) of a radio wave having a lower limit frequency of a preset frequency band for wireless communication. For this reason, when expanding the frequency band of the radiation electrode 2 to the low frequency side, it is necessary to increase the diameter of the radiation electrode 2. However, it is difficult to increase the size of the radiation electrode 2 due to the size reduction of the communication device, for example. Therefore, the present inventor has devised the following configuration that can widen the frequency band of the radiation electrode 2 without increasing the size of the radiation electrode 2.
[0016]
That is, FIG. 1A shows a schematic perspective view of the antenna structure of the first embodiment. In the first embodiment, a parasitic radiation electrode (parasitic loop electrode) 8 is provided in addition to the configuration shown in FIG. The parasitic radiation electrode 8 is disposed close to the radiation electrode 2 and is electromagnetically coupled to the radiation electrode 2 to function as an antenna together with the radiation electrode 2. In the first embodiment, the parasitic radiation electrode 8 is constituted by a strip-shaped conductor plate. The parasitic radiation electrode 8 is connected at one end to the end of the ground electrode 4 disposed at the end of the substrate 3, rises from the connection, passes through the upper side of the ground electrode 4, and is opposite to the substrate 3. The other end side of the parasitic radiation electrode 8 is formed so as to extend along the path leading to the end portion, and is connected to the end portion of the ground electrode 4 disposed at the opposite end portion of the substrate 3. In other words, the parasitic radiation electrode 8 has a configuration in which both end portions thereof are respectively connected to opposite ends of the ground electrode 4 and straddle the middle of the ground electrode 4. The feeding radiation electrode 8 is substantially U-shaped.
[0017]
The parasitic radiation electrode 8 is dimensioned so that it can be electromagnetically coupled to the radiation electrode 2 to create a double resonance state with the radiation electrode 2.
[0018]
The antenna structure 1 of the first embodiment is configured as described above. The inventor returns loss for each of the case where the parasitic radiation electrode 8 is provided as shown in FIG. 1A and the case where the parasitic radiation electrode 8 is not provided as shown in FIG. The characteristics were investigated. In this experiment, the return loss characteristic was obtained by simulation under the same conditions except for the presence or absence of the parasitic radiation electrode 8. In the simulation, the length W of the ground electrode 4 (see FIG. 1) was 90 mm, the width D of the ground electrode 4 was 50 mm, and the diameter φ of the radiation electrode 2 was 15 mm. The width d of the strip-shaped parasitic radiation electrode 8 was 3 mm, the height H of the rising portion was 6 mm, and the length L of the portion parallel to the substrate 3 was 40 mm.
[0019]
FIG. 3A shows a simulation result in the case of having the configuration of the first embodiment in which the parasitic radiation electrode 8 is provided, and FIG. 3B shows the parasitic power as shown in FIG. The simulation result when the radiation electrode 8 is not provided is shown. Here, for example, when the frequency range in which the return loss is −6 dB or less is set to a frequency band used for wireless communication, when the parasitic radiation electrode 8 is not provided (see FIG. 3B), the frequency The band F is 2.9 to 11.9 GHz, whereas when the parasitic radiation electrode 8 is provided (see FIG. 3A), the frequency band F is 2.6 to 12.0 GHz. . Thus, it can be seen that providing the parasitic radiation electrode 8 can broaden the frequency band F without increasing the size of the radiation electrode 2. In particular, it can be seen that the frequency band F extends to the low frequency side.
[0020]
By the way, the board (circuit board) 3 may be accommodated in a housing 10 as shown in FIG. In this case, the parasitic radiation electrode 8 is preferably formed so that the portion floating from the ground electrode 4 is along the inner wall surface of the housing 10. The reason is as follows. In other words, a plurality of parts constituting the circuit may be mounted on the board 3. In such a case, a dead space that has not been used until now is provided between these parts and the inner wall surface of the housing 10. there were. By forming the parasitic radiation electrode 8 along the inner wall surface of the housing 10, the parasitic radiation electrode 8 can be disposed by effectively using the dead space. Thus, the parasitic radiation electrode 8 can be provided on the substrate 3 without significantly reducing the area where the components can be mounted on the substrate 3 (without increasing the size of the substrate 3).
[0021]
In addition, the distance between the ground electrode 4 and the parasitic radiation electrode 8 portion farthest from the ground electrode 4 (in the example of FIG. 1A, the parasitic radiation electrode 8 portion parallel to the ground electrode 4) is As long as the radiation electrode 2 and the parasitic radiation electrode 8 are within a range in which electromagnetic radiation can be satisfactorily coupled, it is possible to obtain a wider band of the frequency band F (particularly toward the lower frequency side) as far as possible. This has been confirmed by the inventors' experiments. Also from this fact, when the substrate 3 is accommodated in the housing 10 and the arrangement space of the parasitic radiation electrode 8 is limited, the parasitic radiation electrode 8 is formed along the inner wall surface of the housing 10. Thus, it is preferable that the parasitic radiation electrode 8 part floating from the ground electrode 4 is separated from the ground electrode 4 as much as possible in a limited space.
[0022]
For the above reasons, when the substrate 3 is accommodated in the housing 10, the parasitic radiation electrode 8 is preferably formed along the inner wall surface of the housing 10.
[0023]
In the example of FIG. 1, the parasitic radiation electrode 8 has a portion parallel to the substrate 3, but the inner wall surface of the housing 10 has a curved shape, and the parasitic radiation electrode 8 does not extend along the housing 10. When the feeding radiation electrode 8 is formed, a curved portion may be formed instead of the parallel portion.
[0024]
In the first embodiment, the radiation electrode 2 has a circular shape, but may have an elliptical shape as shown in FIG. 4A or a triangle as shown in FIG. 4B. The shape or a diamond shape as shown in FIG. 4C or a polygonal shape may be used. In addition, since current is intensively applied to the radiating electrode 2 at the edge portion, even if the portion of the radiating electrode 2 away from the edge portion is omitted, the electrical characteristics of the radiating electrode 2 are greatly affected. Since it does not give, the radiation electrode 2 is good also as a form by which the nonconductor part 11 is formed in the site | part which avoided the edge part as shown, for example in FIG.4 (d).
[0025]
The second embodiment will be described below. In the description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions of common portions are omitted.
[0026]
5A shows a schematic perspective view of the antenna structure of the second embodiment, and FIG. 5B shows the antenna structure of the second embodiment shown in FIG. Plan views viewed from the respective sides of the side, the rear side, the left side, and the right side are schematically shown.
[0027]
In the second embodiment, the radiation electrode 2 made of a circular conductor plate is not provided directly on the surface of the substrate 3 as shown in the first embodiment, but instead of the dielectric substrate 12. It is formed following the surface. The base 12 on which the radiation electrode 2 is formed is mounted on the non-ground portion Zant of the substrate 3. In the second embodiment, the base 12 is mounted on the substrate 3 by solder, and reference numeral 13 in FIG. 5B indicates a fixing electrode that functions as a base electrode of the solder. .
[0028]
The radiation electrode 2 may be entirely formed on, for example, the upper surface of the base 12. However, in the second embodiment, the radiation electrode 2 includes a plurality of bases 12 in order to reduce the size of the base 12. Is formed across the surface. That is, FIG. 6A shows a development view of the base 12 on which the radiation electrode 2 is formed in the second embodiment. In the second embodiment, the circular radiation electrode 2 is positioned at the position of the dotted line K in FIG. 6B, for example, to follow three continuous surfaces of the side surface 12a, the upper surface 12b, and the side surface 12c of the rectangular parallelepiped base 12. And is formed so as to follow three continuous surfaces of the base 12.
[0029]
In the second embodiment, the radiation electrode 2 is connected to a power feeding part 2A formed on the substrate 3 at, for example, the position of a point P shown in FIG. The power feeding unit 2A is connected to the high-frequency circuit 6 of the communication device via the coaxial cable 5 as in the first embodiment. That is, the radiation electrode 2 is connected to the high-frequency circuit 6 via the power feeding unit 2 </ b> A and the coaxial cable 5. In the second embodiment, the radiation electrode 2 has a circular shape. However, as described in the first embodiment, the radiation electrode 2 is formed as shown in FIGS. 4A to 4D, for example. It may be a shape other than a circular shape.
[0030]
In the second embodiment, the radiation electrode 2 is formed to follow the surface of the base 12 as described above. With this configuration, the following effects can be obtained. In other words, it is difficult to increase the dielectric constant of the substrate 3 due to various restrictions. However, in the second embodiment, the base 12 is a member dedicated to the antenna and has a high degree of design freedom. It is easy to form 12 with a high dielectric constant material. From this, by increasing the dielectric constant of the substrate 12, a large wavelength shortening effect by the substrate (dielectric) 12 can be obtained. Therefore, by forming the radiation electrode 2 on the substrate 12, the diameter of the radiation electrode 2 can be made shorter than when the radiation electrode 2 is directly formed on the substrate 3, and the radiation electrode 2 can be downsized. Can be achieved.
[0031]
In addition, in the second embodiment, the radiation electrode 2 is formed over a plurality of surfaces of the base 12, so that, for example, the entire radiation electrode 2 is formed only on the upper surface of the base 12. In addition, the upper surface of the substrate 12 can be reduced. Thereby, the occupation area of the base | substrate 12 (radiation electrode 2) in the board | substrate 3 can be made small. In other words, if the occupying area of the radiation electrode 2 (base 12) in the substrate 3 is the same, forming the radiation electrode 2 on the base 12 rather than forming the radiation electrode 2 directly on the substrate 3. The frequency band of the radiation electrode 2 can be easily widened.
[0032]
In the second embodiment, in addition to the configuration in which the radiation electrode 2 is provided on the surface of the base 12 as described above, the parasitic radiation electrode 8 is provided in the same manner as in the first embodiment. Yes.
[0033]
The inventor also examined the return loss characteristics by the same simulation as described in the first embodiment for the configuration shown in the second embodiment. For comparison, the return loss characteristic was also examined by simulation for the same configuration as that shown in the second embodiment except that the parasitic radiation electrode 8 was not provided. These simulations are performed under the same conditions except for the presence or absence of the parasitic radiation electrode 8. That is, the length W (see FIG. 5A) of the ground electrode 4 is 90 mm, the width D of the ground electrode 4 is 50 mm, the vertical M of the base 12 is 7 mm, the horizontal N of the base 12 is 15 mm, and the height of the base 12 h was 6 mm, and the diameter φ of the radiation electrode 2 was 14 mm. The width d of the strip-shaped parasitic radiation electrode 8 was 3 mm, the height H of the rising portion was 6 mm, and the length L of the portion parallel to the substrate 3 was 40 mm.
[0034]
7A shows a simulation result when the parasitic radiation electrode 8 is provided, and FIG. 7B shows a simulation result when the parasitic radiation electrode 8 is not provided. ing. Here, for example, when the frequency range in which the return loss is −6 dB or less is set to a frequency band used for wireless communication, when the parasitic radiation electrode 8 is not provided (see FIG. 7B), the frequency When the band F1 is 3.5 to 6.1 GHz and the frequency band F2 is 6.4 to 8.4 GHz, when the parasitic radiation electrode 8 is provided (see FIG. 7A), The frequency band F1 is 2.7 to 6.1 GHz, and the frequency band F2 is 6.3 to 8.7 GHz. Thereby, it can be seen that providing the parasitic radiation electrode 8 can broaden the frequency bands F1 and F2 without increasing the size of the radiation electrode 2. In particular, it can be seen that the frequency band F1 on the low frequency side is wider on the low frequency side. As described above, even when the radiation electrode 2 is formed following the surface of the base body 12, the provision of the parasitic radiation electrode 8 makes it possible to widen the frequency band as in the first embodiment. Can be obtained.
[0035]
The third embodiment will be described below. The third embodiment relates to a communication device. In the third embodiment, one of the antenna structures 1 shown in the first and second embodiments is provided. There are various configurations of other communication devices. Here, any configuration other than the antenna structure may be used, and the description thereof is omitted here.
[0036]
The present invention is not limited to the first to third embodiments, and can take various embodiments. For example, in each of the first to third embodiments, the parasitic radiation electrode 8 is disposed on the surface on which the radiation electrode 2 is formed, of the front surface and the back surface of the substrate 3. As shown in FIG. 3, the parasitic radiation electrode 8 may be provided on the back surface of the substrate 3 (that is, the surface opposite to the surface on which the radiation electrode 2 is formed).
[0037]
Further, for example, when a circuit is formed on the substrate 3, as shown in FIG. 9, for example, a shield case 15 that covers the circuit portion while avoiding the formation portion of the radiation electrode 2 is connected to the ground electrode 4. May be. For example, the shield case 15 may be configured entirely by a conductor, or may be configured by forming a conductor film on the surface of an insulator such as resin. When such a shield case 15 is provided, the shield case 15 also functions as a parasitic radiation electrode, and a member dedicated to the parasitic radiation electrode (that is, shown in each of the first to third embodiments). The parasitic radiation electrode 8) may be omitted.
[0038]
Further, the substrate 3 may be housed in a casing made of an insulator such as resin. In this case, a conductive film that functions as a parasitic radiation electrode is provided on the inner wall surface of the casing, and the first The parasitic radiation electrode 8 made of a conductor plate as shown in the third to third embodiments may be omitted. In this case, since the parasitic radiation electrode can be disposed only by housing the substrate 3 in the housing, the parasitic radiation electrode 8 as shown in each of the first to third embodiments is not provided. The trouble (process) of attaching to the substrate 3 can be omitted. Note that both ends of the conductor film as the parasitic radiation electrode formed on the inner wall surface of the housing are connected to the ground electrode 4 on the substrate 3, respectively. Further, the conductor film can be produced by, for example, plating.
[0039]
Furthermore, in the second embodiment, the radiation electrode 2 is formed on three continuous surfaces along the substrate circumferential direction, that is, the side surface 12a, the upper surface 12b, and the side surface 12c of the base body 12. As shown in FIG. 10 (a), it may be formed over two continuous surfaces (side surface 12a and upper surface 12b) along the substrate circumferential direction of the substrate 12, or as shown in FIG. 10 (b). You may form over four surfaces (the side surface 12a, the upper surface 12b, the side surface 12c, and the bottom surface 12d) along the base | substrate surrounding direction of the base | substrate 12. FIG. Further, as shown in FIG. 10 (c), the radiation electrode 2 includes three continuous surfaces (side surface 12a, upper surface 12b, and side surface 12c) along the substrate circumferential direction of the substrate 12, and a lateral direction intersecting the substrate circumferential direction. It may be formed over four surfaces with the base end surface 12f on the side, or as shown in FIG. 10 (d), four continuous surfaces (side surface 12a, upper surface 12b, and side surface along the substrate circumferential direction of the substrate 12). 12c and the bottom surface 12d) and the substrate end surface 12f on the lateral side in the direction intersecting the substrate circumferential direction may be formed. Further, as shown in FIG. 10 (e), the radiation electrode 2 includes three continuous surfaces (side surface 12a, upper surface 12b, and side surface 12c) along the substrate circumferential direction of the substrate 12, and a lateral direction that intersects the substrate circumferential direction. It may be formed over five surfaces of the side substrate end surfaces 12e and 12f, or may be formed over all surfaces of the substrate 12 as shown in FIG. 10 (f). If the size of the radiation electrode 2 is the same, the size of the substrate 12 can be reduced as the number of surfaces of the substrate that the radiation electrode 2 follows is larger. Thereby, the occupation area of the base | substrate 12 (radiation electrode 2) in the board | substrate 3 can be reduced.
[0040]
Furthermore, in each of the first to third embodiments, the radiation electrode 2 is constituted by a conductor plate. For example, the radiation electrode 2 is formed on the surface of the substrate 3 or the substrate 12 by deposition or sputtering. You may be comprised with the conductor film formed by the technique.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, the entire radiation electrode functioning as a disk monopole antenna is formed directly on the surface of the substrate or on the surface of the substrate, and the entire radiation electrode is supported and fixed to the substrate or the substrate. It was set as the structure. For this reason, the radiation electrode is in a very stable state, and the electrical characteristics of the disk monopole antenna (radiation electrode) can be stabilized.
[0042]
In addition, in the present invention, a parasitic radiation electrode that is electromagnetically coupled to the radiation electrode and functions as an antenna together with the radiation electrode is provided. Therefore, a double resonance state is created by the radiation electrode and the parasitic radiation electrode. Thus, it is possible to increase the frequency band that can be used for wireless communication.
[0043]
In particular, in the present invention, the parasitic radiation electrode is configured such that both ends thereof are connected to the ground electrode, and the other part is arranged in a state of floating above the ground electrode (in other words, the substrate). Therefore, the parasitic radiation electrode has less dimensional restrictions due to the size of the substrate and the like, and has a higher degree of design freedom than the radiation electrode. In order to widen the frequency band of the radiation electrode itself to the low frequency side, it is necessary to increase the size of the radiation electrode. However, in the present invention, the return loss on the low frequency side of the frequency band of the radiation electrode is increased. By designing a parasitic radiation electrode, it is possible to expand the frequency band to the low frequency side without increasing the radiation electrode. In other words, if the frequency bands may be the same, the radiation electrode can be downsized by providing the configuration of the present invention.
[0044]
Further, in the present invention, the parasitic radiation electrode is in a state where the portions other than both ends connected to the ground electrode are floating from the ground electrode, so that the influence of the ground electrode is weakened. An electric field is easily emitted from the electrode.
[0045]
Furthermore, in the case where the radiation electrode is formed on the surface of the substrate, the radiation electrode can be downsized due to the wavelength shortening effect due to the dielectric constant of the substrate.
[0046]
Furthermore, when the shield case is attached to the substrate, if the shield case functions as a parasitic radiation electrode, it is not necessary to provide a dedicated member for the parasitic radiation electrode on the substrate. The effects as described above can be obtained without increasing the number of manufacturing steps.
[0047]
In a communication device provided with an antenna structure having a characteristic configuration in the present invention, the reliability of wireless communication can be improved by stabilizing the electrical characteristics of the radiation electrode, and a large size Therefore, it is possible to widen the frequency band in which wireless communication is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an antenna structure in a first embodiment.
FIG. 2 is a model diagram showing an example of an antenna structure under development at the previous stage leading to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing experimental results of the present inventor who confirmed the effects obtained from the configuration of the first embodiment.
FIG. 4 is a model diagram showing another example of the radiation electrode.
FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment.
FIG. 6 is a development view of a radiation electrode constituting the antenna structure of the second embodiment and a base on which the radiation electrode is formed.
FIG. 7 is a graph showing an experiment result of the present inventor who confirmed the effect obtained from the configuration of the second embodiment.
FIG. 8 is a model diagram showing another embodiment.
FIG. 9 is a model diagram showing a form example when a shield case is caused to function as a parasitic radiation electrode.
FIG. 10 is a model diagram showing another example of the radiation electrode formed on the substrate.
11 is a diagram showing a configuration example of an antenna described in Patent Document 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna structure 2 Radiation electrode 3 Board | substrate 4 Ground electrode 8 Parasitic radiation electrode 15 Shield case
