JP2006254081A - Dipole-type antenna - Google Patents
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Description
この発明は、無線通信、例えば移動無線通信の携帯端末に適用されるダイポール型アンテナに関するものである。 The present invention relates to a dipole antenna applied to a portable terminal for wireless communication, for example, mobile wireless communication.
移動無線通信の携帯端末は、複数の無線通信システムに適応させるための共用化が進んでいる。無線通信システムでは使用する電波の周波数帯域が割り当てられているので、種々の無線通信システムを共用するということは、異なる周波数帯域、すなわち広帯域の電波に対応することになる。したがって、携帯端末のアンテナの広帯域化が要求される。 Mobile radio communication portable terminals are being shared for adapting to a plurality of radio communication systems. Since the radio communication system is assigned a frequency band of radio waves to be used, sharing various radio communication systems corresponds to different frequency bands, that is, broadband radio waves. Therefore, it is required to increase the bandwidth of the antenna of the mobile terminal.
複数の周波数帯域で共振し、複数の無線通信システムへの共用を可能にする従来の携帯端末のアンテナとして、長さL1を有する線状の給電エレメントと、この給電エレメントに一端が短絡され、かつ近接配置された長さL2を有する線状の折り返しエレメントとを備え、折り返しエレメントの長さL2が、L1−L2において高い方の周波数に共振するように設定され、給電エレメントの長さL1が、低い方の周波数において、折り返しエレメントとともに作用してその周波数に共振する長さに設定されるという技術がある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、さらにこのアンテナを、ストリップ線路で給電エレメントと折り返しエレメントを構成し、平面アンテナとして形成することが記載されている。
Resonates in a plurality of frequency bands, as an antenna for a conventional portable terminal that allows the sharing of the plurality of wireless communication systems, and linear feeder element having a length L 1, one end is short-circuited to the power supply element, and a linear folded element having closely spaced length L 2, the length L 2 of the folded element, are set so as to resonate in a higher frequency in L 1 -L 2, the feed element There is a technique in which the length L 1 is set to a length that acts with the folding element and resonates at the lower frequency at the lower frequency (see, for example, Patent Document 1).
従来のアンテナは、以上のように線状のアンテナ素子を折り返して、複共振を得る構成としているが、2共振しか得ることができない。複数の通信方式の周波数帯は、必ずしも2周波数帯とは限らず、3周波数帯以上となる場合があり、また、各周波数帯が近接せず、離れて飛び飛びに存在する場合があるが、上記従来の携帯端末のアンテナではこれらを含んだ広帯域化に十分対応することができない。特に、近年、例えば近距離無線Bluetooth(登録商標)の2.4GHzや無線LANの2.4GHz、5.0GHzなど、新たな周波数の機能が要求されてきており、従来の携帯端末のアンテナは、これらを含む広帯域に対応できていないという問題がある。また、携帯端末のアンテナとして、同サイズの矩形導体板を2枚用いて対称に配置したダイポール型アンテナ、あるいは線状放射導体と矩形導体板を隣接配置したユニポールアンテナがあるが、これらは、2共振点は得られても、各点の周波数での整合が得られなかったりして、広帯域化には適しなかった。 The conventional antenna is configured to obtain a double resonance by folding the linear antenna element as described above, but can obtain only two resonances. The frequency bands of a plurality of communication methods are not necessarily two frequency bands and may be three or more frequency bands, and each frequency band may not be close to each other and may be separated and scattered. Conventional antennas of portable terminals cannot sufficiently cope with the broadband including these. In particular, in recent years, functions of new frequencies such as short-range wireless Bluetooth (registered trademark) 2.4 GHz, wireless LAN 2.4 GHz, and 5.0 GHz have been demanded. There is a problem that it is not possible to cope with a wide band including these. In addition, as an antenna of a mobile terminal, there are a dipole antenna that is symmetrically arranged using two rectangular conductor plates of the same size, or a unipole antenna in which a linear radiation conductor and a rectangular conductor plate are adjacently arranged. Even if two resonance points were obtained, matching at the frequency of each point could not be obtained, which was not suitable for widening the band.
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、広帯域特性を得ることができ、かつ携帯端末に適用可能な簡単な構造を有するダイポール型アンテナを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a dipole antenna having a simple structure that can obtain broadband characteristics and can be applied to a mobile terminal.
この発明に係るダイポール型アンテナは、それぞれの長さと幅が異なる矩形からなる2枚の導体板を有し、平面または略平面上に、2枚の導体板のそれぞれの長さ方向の一辺を直線上に揃え、かつそれぞれの幅方向の一辺が所定間隔で近接される配置を形成するように構成し、2枚の導体板のそれぞれに給電線を接続したものである。 The dipole antenna according to the present invention has two conductor plates made of rectangles having different lengths and widths, and straight lines are provided on one side in the length direction of the two conductor plates on a plane or a substantially plane. It is configured so as to form an arrangement in which one side in the width direction is adjacent to each other at a predetermined interval, and a feeder line is connected to each of the two conductor plates.
この発明によれば、非対称のダイポール型アンテナを構成しているため、使用する導体板の長さと幅の組み合わせにより2以上の直列共振を発生させることができるため、広帯域特性が得られる効果がある。また、アンテナ素子として導体板を用いているので、携帯端末に適するよう、プリント板を用いて簡単かつ安定した構造にすることができる。 According to the present invention, since an asymmetric dipole antenna is formed, two or more series resonances can be generated by a combination of the length and width of the conductor plate to be used. . In addition, since a conductor plate is used as the antenna element, a simple and stable structure can be obtained using a printed board so as to be suitable for a portable terminal.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。
図において、このダイポール型アンテナは、それぞれ長さと幅が異なる矩形からなる第1の導体板1と第2の導体板2を有する。両導体板1,2は、同一平面上に、両導体板1,2それぞれの長さ方向の一辺101,201を直線上に揃え、かつそれぞれの幅方向の一辺102,202が所定の間隔を隔てて近接するように配置されている。すなわち、第1の導体板1と第2の導体板2の配置は非対称に構成されている。また、第1の導体板1と第2の導体板2の間隙の向かい合う個所に給電線3を接続し、給電部としている。ここで、第1の導体板1の長さをL1、幅W1とし、第2の導体板2の長さをL2、幅W2とする。このダイポール型アンテナは、プリント基板を用い、その導電箔で第1の導体板1と第2の導体板2を構成すれば、安定した構造にすることができる。
1 is a perspective view showing a configuration of a dipole antenna according to
In the figure, this dipole antenna has a
給電線3に送信信号の電圧を加えると、第1の導体板1と第2の導体板2に電流が流れ、電波が放射される。第1の導体板1と第2の導体板2の配置構成は非対称となっているため、次のような複数の直列共振を発生する。すなわち、第1の導体板1の長さL1と第2の導体板2の長さL2の和を1/2波長の整数倍とする共振が起こる。また、第1の導体板1の上辺の幅W1と第2の導体板2の長さL2の和を1/2波長の整数倍とする共振が起きる。さらに、第1の導体板1の長さL1と第2の導体板2の長さL2の和を1波長の整数倍とする共振が起こる。なお、従来の同サイズの導体板を対称に配置したダイポール型アンテナでは、1/2波長から1波長の間の周波数では共振を得ることはできない。
また、アンテナ素子を導体板としたことにより、板状の面に種々の方向の電流が流れ、種々の長さの電流経路が生じることになる。種々の長さの電流経路が生じることから、異なる周波数で種々の共振が起こり、周波数による変化を小さくすることができるようになる。これにより共振周波数が離れていても広帯域特性を得ることが可能となる。
When the voltage of the transmission signal is applied to the
Further, since the antenna element is a conductor plate, currents in various directions flow through the plate-shaped surface, and current paths with various lengths are generated. Since current paths having various lengths are generated, various resonances occur at different frequencies, and changes due to frequencies can be reduced. As a result, it is possible to obtain broadband characteristics even when the resonance frequencies are separated.
図2に、図1のダイポールアンテナの等価回路を示す。図において、Z1、Z2およびZ3は3つの共振周波数におけるインピーダンスを表す。Zinは全体のインピーダンスを表す。この等価回路において次の各式が成り立つ。
この実施の形態1のダイポール型アンテナは、図1で説明したように、第1、第2の導体板が非対称に構成されているが、このように構成したことにより図3で表されるような効果がある。図3は、等価回路から得られる上記インピーダンスの式を使い、さらに4分の1波長の整合回路を設け、数値解析で求めた周波数に対する電圧定在波比(以下、VSWRという)を表す。縦軸はVSWRの値を表し、横軸は周波数を表す。太線はこの実施の形態1のダイポール型アンテナの値を表し、細線は同サイズの矩形導体板2枚用いて対称に構成した従来ダイポール型アンテナの値を示す。VSWRが1.0〜2.0の範囲をアンテナが動作する範囲とすれば、この実施の形態1のダイポール型アンテナの方が従来のダイポールアンテナに比べ広帯域特性が得られていることがわかる。 In the dipole antenna according to the first embodiment, as described with reference to FIG. 1, the first and second conductive plates are asymmetrical. As a result, the configuration shown in FIG. There is a great effect. FIG. 3 shows the voltage standing wave ratio (hereinafter referred to as VSWR) with respect to the frequency obtained by numerical analysis using the impedance equation obtained from the equivalent circuit and further providing a quarter wavelength matching circuit. The vertical axis represents the value of VSWR, and the horizontal axis represents the frequency. The thick line represents the value of the dipole antenna of the first embodiment, and the thin line represents the value of a conventional dipole antenna constructed symmetrically using two rectangular conductor plates of the same size. Assuming that the antenna operates within the range of VSWR of 1.0 to 2.0, it can be seen that the dipole antenna according to the first embodiment has a wider band characteristic than the conventional dipole antenna.
図4は、解析領域を有限に切り分け、有限要素法を用いて解析し、その結果に対し、さらに4分の1波長の整合回路を設け、数値解析を行って得られたVSWRを表す。なお、この解析で用いたこの発明のダイポール型アンテナの寸法〔単位:mm〕は、L1=110、L2=60、W1=40、W2=20である。図4から、0.61GHzから2.55GHzにわたってVSWRが2以下の帯域を得ることが解る。従来のダイポール型アンテナでは帯域幅20%しか得られないが、それに比べ、広帯域の特性を得ることができる。 FIG. 4 shows the VSWR obtained by conducting the numerical analysis by dividing the analysis region into a finite number and analyzing it using the finite element method and providing a quarter-wavelength matching circuit for the result. The dimensions [unit: mm] of the dipole antenna of the present invention used in this analysis are L1 = 110, L2 = 60, W1 = 40, and W2 = 20. It can be seen from FIG. 4 that a band with VSWR of 2 or less is obtained from 0.61 GHz to 2.55 GHz. With a conventional dipole antenna, only a bandwidth of 20% can be obtained, but compared with that, a broadband characteristic can be obtained.
以上のように、この実施の形態1によれば、それぞれの長さと幅が異なる矩形からなる2枚の導体板1,2を用い、平面上に、それぞれの長さ方向の一辺101,201を直線上に揃え、かつそれぞれの幅方向の一辺102,202が所定間隔で近接される配置とし、2枚の導体板1,2のそれぞれに給電線3を接続するように構成したので、導体板の配置が非対称となるダイポール型アンテナを形成することができる。したがって、導体板1,2の長さと幅の組み合わせにより2以上の直列共振を発生させることができ、かつVSWRが2以下の範囲においても、0.61GHzから2.55GHzの広帯域特性を得ることができるという効果が得られる。
As described above, according to the first embodiment, the two
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。図において、図1に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその詳細説明は省略する。
このダイポール型アンテナは、プリント基板4を用い、その導電箔によりプリント基板4の裏面に導電箔による第1の導体板1を設け、また表面に導電箔による第2の導体板2および送受信機回路部5を設けている。送受信機回路部5からは第1の導体板1と第2の導体板2にはそれぞれ給電線3が接続されている。この場合、裏面の第1の導体板1への給電線3はスルーホールを介して接続するようにしてもよい。なお、この構成では、プリント基板4の厚みがあるため、第1の導体板1と第2の導体板2は厳密には同一平面上には無いが、実施の形態1のダイポール型アンテナと同じ動作で、同じ効果が得られるので、両導体板は発明の構成上では略同一平面上に設けられたものとして扱う。また、第1の導体板1と第2の導体板2をプリント基板4の同一面に形成するようにしてもよい。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a dipole antenna according to
This dipole antenna uses a printed
以上のように、この実施の形態2によれば、プリント基板4上に導電箔による第1の導体板1と第2の導体板2を形成し、同一プリント基板上でこれら導体板1,2と送受信機回路部5を一体化してダイポール型アンテナを構成しているので、実施の形態1の効果に加えて、携帯端末の小型化に適した構造とすることができ、かつアンテナ素子の形状を安定させるユニット構造とすることができる。
As described above, according to the second embodiment, the
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。図1に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその詳細説明は省略する。
このダイポール型アンテナは、ヒンジ部6により折りたためる2つの板または箱体41,42を有し、その一方41の表面または裏面に第1の導体板1を設け、他方42の表面または裏面に第2の導体板2を設けたものである。箱体を用いた場合、いずれか一方の内部に送受信機回路部5が設けられる。板または箱体41,42を折りたたむことにより、2つの導体板1,2も折りたためる構成のアンテナとしている。2つの板または箱体41,42が開いたとき、すなわち図6の状態では、平面上に2枚の導体板1,2のそれぞれの長さ方向の一辺101,201を直線上に揃え、かつそれぞれの幅方向の一辺102,202が所定間隔で近接される配置を形成した実施の形態1と同じダイポール型アンテナとなる。
なお、実際の折りたたみ式の携帯電話では、開いたとき2つの箱体は若干の傾斜が与えられるように構成されているが、この場合も実施の形態1のダイポール型アンテナと同じ動作で、同様な効果が得られるので、この発明では略同一面として扱うものとする。
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of a dipole antenna according to
This dipole antenna has two plates or
In an actual folding mobile phone, the two boxes are configured to be given a slight inclination when opened. In this case, the operation is the same as that of the dipole antenna of the first embodiment. Therefore, in the present invention, the same surface is used.
以上のように、この実施の形態3によれば、第1の導体板1と第2の導体板をヒンジ部6によって折りたためる構成としたので、実施の形態1の効果に加え、折りたたみ式携帯電話に適用できる効果が得られる。
As described above, according to the third embodiment, since the
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。図において、図1に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその詳細説明は省略する。
このダイポール型アンテナは、第2の導体板2と隣接する第1の導体板1の辺102に適当数のスリット7を設けた構成としている。スリット7を設けることにより、第1の導体板1の幅は、見かけ上の幅W1からスリットの幅の分だけ減少し狭くなった幅(これを、等価幅とする)となる。したがって、第1の導体板1の幅を用いた共振周波数は、この等価幅に依存した共振周波数を持つことになる。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a dipole antenna according to
This dipole antenna has a configuration in which an appropriate number of
以上のように、この実施の形態4によれば、第2の導体板2と隣接する第1の導体板1の辺102に等価幅を調整する単数または複数のスリット7を設けるようにしたので、第1の導体板1の幅を用いた共振周波数を任意の値に選定することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, one or
実施の形態5.
図8はこの発明の実施の形態5によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。
このダイポール型アンテナは、放射導体となる矩形の導体板11と、他の矩形導体板を切り欠いてコの字形に形成したコの字形導体12を有している。矩形の導体板11とコの字形導体12は、同一平面上に、矩形の導体板11の長さ方向の一辺101とコの字形導体の一方の枝辺121とを直線上に揃え、かつ矩形の導体板の幅方向の一辺103とコの字形導体12の中間辺122が所定の間隔で近接するように配置されている。この場合、コの字形導体12の枝辺121の方向を長さ方向とする。また、導体板11とコの字形導体12が向かい合う部分に給電線3を接続し、給電部としている。ここで、導体板11の長さをL11、幅W11とし、コの字形導体12の長さをL12、幅W12とし、L11とL12は異なり、W11とW12も異なるものする。
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of a dipole antenna according to
This dipole antenna has a rectangular conductor plate 11 serving as a radiation conductor and a
給電線3に送信信号の電圧を加え、放射導体である導体板11とコの字形導体22に電流が流れ、電波が放射される。この2つの導体11,12により複数の直列共振が起きる。導体板11の長さL11とコの字形導体12の長さL12の和を1/2波長の整数倍とする共振が起きる。また、導体板11の長さL11とコの字形導体12の中間辺122の幅W12の和を1/2波長の整数倍とする共振が起きる。
なお、このダイポール型アンテナの等価回路は図2と同様であるので、説明を省略する。
A voltage of a transmission signal is applied to the
The equivalent circuit of this dipole antenna is the same as that shown in FIG.
上記実施の形態1の矩形の第1の導体板1では電流が流れない部分があるため、このダイポール型アンテナでは、その部分を切り欠いてコの字形導体12を形成している。このように構成したことにより図9に表される効果が得られる。図9は、等価回路から得られるインピーダンスの式を使い、数値解析で求めた周波数に対するVSWRを表す。縦軸はVSWRの値を表し、横軸は周波数を表す。太線はこの実施の形態5のダイポール型アンテナについて図2の等価回路で求めた値を表し、細線は線状放射導体と矩形導体板を隣接配置した従来のユニポールアンテナの値を示す。VSWRが1.0〜2.0の範囲をユニポールアンテナが動作する範囲とすれば、この実施の形態5のダイポール型アンテナの方が従来のユニポールアンテナに比べ広帯域特性が得られていることがわかる。
Since the rectangular
また、この実施の形態5のダイポール型アンテナにおいて、各部分の寸法〔単位:mm〕を、L1=60、L2=110、W1=20、W2=40として数値的に解析を行ったVSWRの結果は、図4のグラフと同様の特性を表す。この例においても、0.61GHzから2.55GHzにわたってVSWRが2以下の帯域を得ることができた。これは従来用いられているユニポールアンテナの帯域幅20%に比べ広帯域の特性を得ることができる。 In addition, in the dipole antenna according to the fifth embodiment, the result of VSWR obtained by numerically analyzing the dimensions (unit: mm) of each part as L1 = 60, L2 = 110, W1 = 20, and W2 = 40 Represents the same characteristics as the graph of FIG. Also in this example, it was possible to obtain a band with VSWR of 2 or less from 0.61 GHz to 2.55 GHz. Compared with the 20% bandwidth of a conventionally used unipole antenna, a wide band characteristic can be obtained.
以上のように、この実施の形態5によれば、平面上に、放射導体となる矩形の導体板11の長さ方向の一辺101とコの字形導体12の一方の枝辺121とを直線上に揃え、かつ矩形の導体板11の幅方向の一辺103とコの字形導体の中間辺122が所定間隔で近接される配置を形成するようにしている。したがって、コの字形導体を用いることにより、VSWRが2以下の範囲においても、0.61GHzから2.55GHzの広帯域特性を得ることができる。なお、この実施の形態5の構成を、上記実施の形態3の構成に適用してもよい。
As described above, according to the fifth embodiment, the one
実施の形態6.
図10はこの発明の実施の形態6によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。図において、図8に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその詳細説明は省略する。
このダイポール型アンテナでは、コの字形導体12の切り欠いた後の内側部分124に送受信機回路部5を配置し、送受信機回路部5から矩形の導体板11とコの字形導体12に給電される構成としている。このように送受信機回路部5を内側部分124のスペースに配置しても、支障なく実施の形態5と同様な効果を得ることができる。また、機器の組み立て上コンパクトに構成することができる。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a dipole antenna according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted in principle.
In this dipole antenna, the transmitter /
実施の形態7.
図11はこの発明の実施の形態7によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。図において、図8に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその詳細説明は省略する。
このダイポール型アンテナでは、プリント基板41を用い、プリント基板41の表面に矩形の導体板11とコの字形導体12を設け、内側部分124に対応するプリント基板41の裏面の位置に、送受信機回路部5を設けている。なお、矩形の導体板11とコの字形導体12のいずれか一方をプリント基板41の裏面に設けてもよい。
FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of a dipole antenna according to
In this dipole antenna, a printed
以上のように、この実施の形態7によれば、プリント基板41に放射導体となる導体板11とコの字形導体12を配置してダイポール型アンテナを構成しているので、実施の形態5の効果に加えて、同一プリント基板上でアンテナと送受信機回路部5を一体化するため、携帯端末の小型化に適し、かつアンテナ素子の形状を安定させるユニット構造とすることができる。
As described above, according to the seventh embodiment, the conductive plate 11 serving as the radiation conductor and the
実施の形態8.
図12はこの発明の実施の形態8によるダイポール型アンテナの構成を示す斜視図である。図において、図8に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその詳細説明は省略する。
このダイポール型アンテナでは、図8に示した放射導体となる矩形導体板11を切り欠いて、コの字形導体12と同様な形状のコの字形導体111とした構成を持つ。この場合、コの字形導体12の中間辺122とコの字形導体111の中間辺112が対設している。
このように放射導体をコの字形導体111としたことにより、長さの異なる電流経路を2つ設けることで、二重に共振させることができ、共振する周波数の幅が広がり、共振をとりやすくできる。なお、この実施の形態8構成を、上記実施の形態3、実施の形態6、実施の形態7の構成に適用してもよい。
Embodiment 8 FIG.
12 is a perspective view showing the structure of a dipole antenna according to an eighth embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted in principle.
This dipole antenna has a configuration in which a rectangular conductor plate 11 serving as a radiation conductor shown in FIG. 8 is cut out to form a U-shaped conductor 111 having the same shape as the
In this way, by using the U-shaped conductor 111 as the radiating conductor, it is possible to resonate twice by providing two current paths having different lengths, and the width of the resonating frequency is widened so that resonance can be easily obtained. it can. The configuration of the eighth embodiment may be applied to the configurations of the third embodiment, the sixth embodiment, and the seventh embodiment.
1 第1の導体板、2 第2の導体板、3 給電線、4,41 プリント基板、5 送受信機回路部、6 ヒンジ部、7 スリット、11 導体板、12,111 コの字形導体。
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