JP2006086630A - アンテナ装置及び移動体通信用端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチバンドシステムで使用が可能な広帯域の共振周波数を維持し、かつダイバーシチ受信を可能とすること。
【解決手段】 グランドとなる地板２ａの上にリアクタンス素子２ｃで分割されたアンテナ素子２ｂを配置して、Ｌ型及び逆Ｌ型形状をした線状及び板状アンテナを構成する。これによって、２つ以上の周波数帯域で共振する多周波アンテナを実現する。さらに、アンテナ素子２ｂの端部に配置した切換回路３、４を用いてインピーダンスを制御することにより第３の共振周波数へ切り換える、また、給電部切換回路５ａ、５ｂを用いて給電部６ａ、６ｂを切り換えることによって第４共振周波数と第５の共振周波数へ切り換える。さらに、切換回路３、４を併用してインピーダンスを制御することで第６の共振周波数へ切り換える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、携帯無線機や携帯電話機などの携帯端末に用いられるアンテナ装置等に関し、特に、広帯域の共振周波数に切り換えることができるアンテナ装置、このアンテナ装置を備えた移動体通信用端末装置に関する。

一般的な携帯電話機は、固定ヘリカルアンテナや収納可能なホイップアンテナなどを備えている。図１１は、固定ヘリカルアンテナを備えた従来の携帯電話機の外観斜視図である。図１１に示すような固定ヘリカルアンテナ３２を備えた携帯電話機３１は共振周波数の切り換えを行うことができない。そこで、今日では、共振周波数切換式アンテナを備えた携帯電話機が普及し始めている。このような共振周波数切換式アンテナは、例えば、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時間分割多元接続）／ＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割復信）方式の電話機に使用される逆Ｆ型アンテナであって、グランド板と対向して平板素子が配置された、いわゆるマイクロストリップ構造のアンテナである。このようなアンテナでは、平板素子の周辺部に給電部が設けられていると共に多数のショートピンが配置されている。そして、各ショートピンとグランドとの間にそれぞれスイッチとインピーダンス整合素子が設けられ、制御回路によって各スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより共振周波数の切り換えを行うように構成されている。これによって、所望の共振周波数に切り換えられるアンテナを実現することができる（特許文献１参照）。
特開平１０―２２４１４２号公報

しかしながら、上記従来のアンテナ装置の構成では、ＰＤＣ（Personal Digital Cellular）／ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）／ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）などのマルチバンドシステムに対応させようとする場合は、共振周波数の帯域が広くなるためにアンテナ装置の占有体積がかなり大きくなる。そのため、携帯電話機における電気部品などの実装スペースがなくなったり、あるいは携帯電話機としてのデザイン性を損なったりするおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＰＤＣ／ＧＳＭ／ＵＭＴＳシステムなどのマルチバンドシステムで使用が可能な広帯域の共振周波数を維持し、かつダイバーシチ受信を可能とする携帯端末に好適なアンテナ装置及び移動体通信用端末装置を提供することを目的とするものである。

本発明のアンテナ装置は、携帯端末に用いられ、広帯域の共振周波数に切り換えられるアンテナ装置であって、リアクタンス素子によって２つ以上に分割され、少なくとも第１の共振周波数と第２の共振周波数を有するアンテナ素子と、アンテナ素子の所望の部分とグランドとの間を接続／遮断してインピーダンスの制御を行う切換回路とを備え、切換回路が接続動作を行うことにより、アンテナ素子を第３の共振周波数へ切り換える構成を採る。このような構成により、切換回路を用いることによってアンテナ素子のインピーダンスを制御して第３の共振周波数へ切換えることができるので、広帯域な共振周波数が得られる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記発明の構成に加えて、リアクタンス素子によって２つに分割されたアンテナ素子のそれぞれに給電を行う２つの給電部と、２つの給電部における給電状態の変更を行う２つの給電部切換回路とを備え、２つの給電部切換回路がアンテナ素子への給電状態の変更を行うことにより、アンテナ素子を第４の共振周波数及び第５の共振周波数へ切り換える構成を採る。このような構成により、アンテナ素子の端部に配置した給電部切換回路を用いて給電部を変更することで、第４共振周波数及び第５の共振周波数へ切り換えることができるので広帯域な周波数に対応することが可能となる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記発明の構成に加えて、給電部切換回路がアンテナ素子への給電点を変更し、かつ切換回路がインピーダンスの制御を行うことにより、アンテナ素子を第６の共振周波数へ切り換える構成を採る。このような構成により、給電部切換回路によってアンテナ素子の給電部を変更し、さらに、アンテナ素子の端部に配置した切換回路を用いてインピーダンスを制御することにより、第６の共振周波数へ切り換えることができるので、さらに広帯域な周波数に対応することが可能となる。

また、本発明のアンテナ装置においては、前記切換回路は、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、またはソリットステートスイッチの何れかを備えた構成を採る。このような構成により、汎用性のある電子部品を用いて切換回路を実現することができる。

また、本発明のアンテナ装置においては、アンテナ素子はダイバーシチアンテナによる構成を採る。このような構成により、アンテナ素子を最適な指向方向へ制御することができる。

また、本発明は、前記各発明のアンテナ装置を用いて構成された移動体通信用端末装置である。このような構成により、広帯域かつアンテナ指向性のよい移動体通信用端末装置を実現することができる。

本発明のアンテナ装置によれば、リアクタンス素子により２つ以上に分割され、第１の共振周波数と第２の共振周波数を有する内蔵アンテナに対して、さらに、アンテナ素子の端部に配置された切換回路を用いてインピーダンスの制御を行うことによって、第３の共振周波数へ任意に切り換えることができる。

また、アンテナ素子の端部に配置した給電部切換回路を用いて給電部を変更することによって、第４共振周波数及び第５の共振周波数へ切り換えることができる。さらに、給電部切換回路を用いてアンテナ素子の給電部を変更し、かつ、切換回路を用いてインピーダンスを制御することにより、第６の共振周波数へ切換えることができる。このようにして、必要に応じて切換回路や給電部切換回路を操作することによって広帯域な周波数に対応することが可能となる。また、アンテナ素子をダイバーシチアンテナとして用いることによって指向性を向上させることもできる。

したがって、このようなアンテナ装置を携帯電話機などに用いれば、広帯域かつアンテナ指向性のよい携帯電話機を実現することができる。また、このようなアンテナ装置を移動体通信用端末装置に用いることによって、移動体通信用端末装置の帯域周波数やアンテナ指向性を向上させることもできる。

さらには、このような移動体通信用端末装置を用いて基地局装置と無線通信を行えば、広帯域かつアンテナ指向性のよい通信を行うことができるので、ユーザに対して極めて使い勝手のよい無線通信システムを提供することができる。

本発明のアンテナ装置は、キー操作部を備える本体部と液晶画面を備えるフリップ部とが、回転軸を持つヒンジによって開閉自在な筐体構造を有した携帯電話機などに適用されるアンテナ装置であって、本体部におけるフリップ部寄りの側に、リアクタンス素子によって２つ以上に分割される第１の共振周波数と第２の共振周波数を有する内蔵アンテナを設ける。さらに、その内蔵アンテナの端部に配置した切換回路を用いて整合インピーダンスの制御を行ったり、給電部切換回路を用いで給電状態の変更などを行う。これによって、第３の共振周波数、及び第４、第５、第６の共振周波数へ適宜に切り換えることが可能となるので、広帯域なマルチバンドに対応したアンテナ装置を実現することができる。

以下、図面を用いて、本発明におけるアンテナ装置の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態で用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。また、以下の実施の形態では、携帯無線機を例にして説明を行う。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１における携帯無線機の外観斜視図である。また、図２は、図１に示す携帯無線機に用いられるＬ型及び逆Ｌ型形状のアンテナ構成図である。さらに、図３は、図２に示すアンテナ部分の詳細な構成図であり、図３（ａ）はアンテナ部分の概念図、図３（ｂ）は切換回路の部分の詳細図を示す。

図１において、携帯無線機１は、本体部１１と液晶画面１２を有するフラップ部１３とがヒンジ部１４によって開閉自在に構成されている。また、本体部１１におけるフリップ部１３寄りの側には、リアクタンス素子（図示せず）によって２つ以上に分割された第１の共振周波数と第２の共振周波数を有する内蔵アンテナ２が収納されている。また、図２に示すように、内蔵アンテナ２は、グランドとなる地板２ａとアンテナ素子２ｂとによって構成され、アンテナ素子２ｂのほぼ中央部付近にはスリットが設けられてリアクタンス素子２ｃが形成されている。

図３（ａ）において、リアクタンス素子２ｃの両側のアンテナ素子２ｂは、それぞれ、対応する切換回路３及び切換回路４によって地板２ａに接続／遮断されるように回路構成されている。また、アンテナ素子２ｂの端部には、アンテナ素子２ｂの給電部６ａ及び給電部６ｂを切り換えるための給電部切換回路５ａ及び給電部切換回路５ｂが設けられている。尚、切換回路３は、図３（ｂ）に示すように、アンテナ素子２ｂに接続するためのショートピン７と、インダクタンス、コンデンサ、抵抗、及びＰＩＮダイオードによって構成される共振回路８と、この共振回路８を制御するための制御回路９とを含んだ構成となっている。尚、切換回路３は、ＰＩＮダイオードの代わりに、ＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、ソリットステートスイッチなどを用いてもよい。また、切換回路４についても切換回路３と全く同じ構成である。

すなわち、実施の形態１におけるアンテナ装置は、本体部１１のフリップ部１３の側に内蔵された内蔵アンテナ２であって、その内蔵アンテナ２は、リアクタンス素子２ｃによって、第１の共振周波数と第２の共振周波数とを有する２つのアンテナ素子２ｂに分割されている。さらに、内蔵アンテナ２の端部に配置された切換回路３及び切換回路４を用いてインピーダンスを制御することにより、第３の共振周波数へ切り換えられるように構成されている。また、給電状態の変更を行う２つの給電部切換回路５ａ、５ｂを備え、これらの給電部切換回路５ａ、５ｂがアンテナ素子２ｂへの給電状態の変更を行うことにより、アンテナ素子２ｂを第４の共振周波数及び第５の共振周波数へ切り換えるように構成されている。さらに、給電部切換回路５ａ、５ｂがアンテナ素子２ｂへの給電点を変更し、かつ、切換回路３、４がインピーダンスの制御を行うことにより、アンテナ素子２ｂを第６の共振周波数へ切り換えるように構成されている。

すなわち、Ｌ型及び逆Ｌ型の形状をした線状及び板状のアンテナ素子２ｂに対してリアクタンス素子２ｃを分割装荷して構成することにより、分割された各々の側のアンテナ素子２ｂは、広帯域であって２つ以上の周波数帯域（すなわち、第１の共振周波数と第２の共振周波数）で共振する多周波アンテナを実現している。このような多周波アンテナは、インダクタンス装荷型板状逆Ｌアンテナ（Inductance Load Type PILA：通称、ＩＬ−ＰＩＬＡ）と呼ばれている。図４は、本発明に適用されるＩＬ−ＰＩＬＡの概略的な構成図である。また、図５は、図４に示すＩＬ−ＰＩＬＡのＶＳＷＲ特性の一例を示す図である。

図４に示すように、ＩＬ−ＰＩＬＡは、２つに分割されたエレメント（つまり、高周波用エレメント素子２１と低周波用エレメント素子２２）の間にインダクタンス成分２３を装荷している。そして、高周波数帯域（例えば、１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）では、インダクタンス成分２３を装荷した以降の部分（つまり、低周波用エレメント素子２２の部分）をオープンとみなす。また、低周波数帯域（例えば、約８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）では、インダクタンス成分２３を装荷した以降の部分（低周波用エレメント素子２２の部分）にも電流が流れるように定数を決定する。つまり、インダクタンス成分２３は、低周波電流を流すが高周波電流を長さない特性を利用して、高周波数帯域では高周波用エレメント素子２１のみの構成とし、低周波数帯域では高周波用エレメント素子２１と低周波用エレメント素子２２が直列に接続される構成を実現している。このようなＩＬ−ＰＩＬＡの構成にすることにより、図５に示すようなＶＳＷＲ特性を得て、トリプルバンド対応の２共振アンテナを実現することができる。

再び、図３に戻り、アンテナ素子２ｂの端部に配置された切換回路３または切換回路４を用いてインピーダンスを制御することにより、第３の共振周波数及び第４の共振周波数へ切り換える多周波アンテナを実現している。図６は、図４に示すＩＬ−ＰＩＬＡに切換回路３を接続したときの構成図である。また、図７は、図６に示すＩＬ−ＰＩＬＡのＶＳＷＲ特性の一例を示す図である。図６に示すように、ショートピン７を介して切換回路３を低周波用エレメント素子２２に接続し、制御回路９によって共振回路８を制御する。このとき、ショートピン７によって低周波用エレメント素子２２の接触位置を変えることによってアンテナ素子２ｂのアンテナ長を変更させる。これにより、アンテナ素子２ｂの電気長を変化させることができるので、図７に示すように特定の周波数（例えば、約１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚの範囲）に共振周波数を合わせることができる。

図３に戻って、さらに、アンテナ素子２ｂの端部に配置した給電部切換回路５ａ及び給電部切換回路５ｂを用いて、給電部６ａ及び給電部６ｂの給電状態を変更することにより、第４の共振周波数及び第５の共振周波数へ切換える多周波アンテナを実現することもできる。

図８は、図３に示すアンテナ構成においてアンテナ素子の端部に配置した切換回路３、４を動作させない場合と動作させた場合のＶＳＷＲ特性の一例を示す図であり、図８（ａ）は切換回路３、４を動作させない場合、図８（ｂ）は切換回路３、４を動作させた場合を示す。何れも横軸に周波数を示し、縦軸にＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を示している。これらの特性図では、８１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚにおけるＶＳＷＲ特性の一例を示している。

ＶＳＷＲを３以下とした場合は、図８（ａ）の切換回路３、４を動作させないときは、最初に約８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚまでの共振周波数が現われ、次に約１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚまでの共振周波数が現れている。しかし、アンテナ素子２ｂの端部に配置した切換回路３、４を動作させることによってインピーダンスの制御を行うと、図８（ｂ）のように、約１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚまでの共振周波数へ切り換えられる。この結果、３つの周波数帯域で共振する多周波アンテナを実現することができる。

図９は、図３に示すアンテナ構成においてアンテナ素子の端部に配置した給電部切換回路５ａ、５ｂを動作させない場合と動作させた場合のＶＳＷＲ特性の一例を示す図であり、図９（ａ）は給電部切換回路５ａ、５ｂを動作させない場合、図９（ｂ）は給電部切換回路５ａ、５ｂを動作させた場合を示す。何れも横軸に周波数を示し縦軸にＶＳＷＲを示している。これらの特性図では、８１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚにおけるＶＳＷＲ特性の一例を示している。

ＶＳＷＲを３以下とした場合、図９（ａ）の給電部切換回路５ａ、５ｂを動作させないときは、最初に約８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚまでの共振周波数が現われ、次に約１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚまでの共振周波数が現われているが、アンテナ素子２ｂの端部に配置した給電部切換回路５ａ、５ｂを動作させることによって給電部が変更され、約８１０ＭＨｚ〜８９０ＭＨｚまでの共振周波数と、約１８８０ＭＨｚ〜１９２０ＭＨｚまでの共振周波数への切換えが行われる。この結果、４つの周波数帯域で共振する多周波アンテナを実現することができる。

＜実施の形態２＞
図１０は、本発明の実施の形態２においてアンテナ素子に複数個の切換回路を接続したときの構成図である。すなわち、図１０の回路構成は、図６に示す実施の形態１のＩＬ−ＰＩＬＡの回路構成に対して切換回路が１個追加されたものである。図６の実施の形態１では低周波用エレメント素子２２のみに切換回路３が接続されていたが、図１０の実施の形態２では、低周波用エレメント素子２２に給電部を追加すると共に高周波用エレメント素子２１に切換回路３ａを接続している。このようにして切換回路３ａを追加することによって、これまでの３つの周波数帯域に加え、さらに３つの周波数帯域において対応が可能となり、合計６つの周波数帯域において周波数共振させるアンテナ装置を実現することができる。

＜総括＞
以上説明したように、従来より、ＧＳＭシステムなどのデュアルバンドに対応した携帯電話機に内蔵の小型アンテナ装置は多く存在するが、これらをＧＳＭ／ＰＤＣ／ＵＭＴＳなどのマルチバンドシステムに対応させようとした場合、従来のアンテナ装置では占有体積が大きくなったり、携帯端末のデザイン性を損ねたり、あるいは、電気部品などの実装が難しかった、しかし、本発明のアンテナ装置により、上記従来の課題を解決して、マルチバンドシステムに対応して、広帯域で使用できる携帯端末に好適な内蔵小型アンテナを提供することが可能となる。さらに、アンテナ装置をダイバーシチアンテナの構成にすることによってアンテナ指向性を一段と向上させることができる。

本発明のアンテナ装置は携帯電話機に限らずあらゆる移動体通信用端末装置に利用することもできる。

本発明の実施の形態１における携帯無線機の外観斜視図 図１に示す携帯無線機に用いられるＬ型及び逆Ｌ型形状のアンテナ構成図 （ａ）は図２に示すアンテナ部分の詳細な構成図 （ｂ）は（ａ）における切換回路の詳細な回路図 本発明の実施の形態１に適用されるＩＬ−ＰＩＬＡの概略的な構成図 図４に示すＩＬ−ＰＩＬＡのＶＳＷＲ特性の一例を示す図 図４に示すＩＬ−ＰＩＬＡに切換回路を接続したときの構成図 図６に示すＩＬ−ＰＩＬＡのＶＳＷＲ特性の一例を示す図 （ａ）は切換回路を動作させない場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図 （ｂ）は切換回路を動作させた場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図 （ａ）は給電部切換回路を動作させない場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図 （ｂ）は給電部切換回路を動作させた場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図 本発明の実施の形態２においてアンテナ素子に複数個の切換回路を接続したときの構成図 固定ヘリカルアンテナを備えた従来の携帯電話機の外観斜視図

符号の説明

１ 携帯無線機
２ 内蔵アンテナ
２ａ 地板
２ｂ アンテナ素子
２ｃ リアクタンス素子
３、３ａ、４ 切換回路
５ａ、５ｂ 給電部切換回路
６ａ、６ｂ 給電部
７、７ａ ショートピン
８、８ａ 共振回路
９、９ａ 制御回路
１１ 本体部
１２ 液晶画面
１３ フラップ部
１４ ヒンジ部
２１ 高周波用エレメント素子
２２ 低周波用エレメント素子
２３ インダクタンス成分

Claims (6)

1. 携帯端末に用いられ、広帯域の共振周波数に切り換えられるアンテナ装置であって、
   リアクタンス素子によって２つ以上に分割され、少なくとも第１の共振周波数と第２の
   共振周波数を有するアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子の所望の部分とグランドとの間を接続／遮断してインピーダンスの制御を行う切換回路とを備え、
   前記切換回路が接続動作を行うことにより、前記アンテナ素子を第３の共振周波数へ切
   り換えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記リアクタンス素子によって２つに分割された前記アンテナ素子のそれぞれに給電を
   行う２つの給電部と、
   前記２つの給電部における給電状態の変更を行う２つの給電部切換回路とを備え、
   前記２つの給電部切換回路が前記アンテナ素子への給電状態の変更を行うことにより、
   前記アンテナ素子を第４の共振周波数及び第５の共振周波数へ切り換えることを特徴と
   する請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電部切換回路が前記アンテナ素子への給電点を変更し、かつ前記切換回路がイン
   ピーダンスの制御を行うことにより、前記アンテナ素子を第６の共振周波数へ切り換えることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記切換回路は、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ、またはソリ
   ットステートスイッチの何れかを備えた構成となっていることを特徴とする請求項１乃至
   請求項３の何れかに記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ素子はダイバーシチアンテナによって構成されていることを特徴とする請
   求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載のアンテナ装置を備えることを特徴とする移動体通信用端末装置。
   

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