JP2007166615A

JP2007166615A - 多帯域アンテナ及び多帯域アンテナシステム

Info

Publication number: JP2007166615A
Application number: JP2006332524A
Authority: JP
Inventors: Zhenghe Feng; 馮正和; Ho Son; 孫鵬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-06-28
Also published as: US7623072B2; CN1983714A; US20070188388A1

Abstract

【課題】複数の共振周波数に対応するエレメントを設ける場合に、放射パターンの劣化の抑制を図るとともに、歩留まりの向上を図ることを可能とする多帯域アンテナ及び多帯域アンテナシステムを提供する。
【解決手段】表面と裏面とが形成されたアンテナ部分１１と、アンテナ部分１１に隣接された接地面１２とを備えた多帯域アンテナ１０が、給電点１５に接続されており、アンテナ部分１１の表面側に設けられたエレメント１３Ａ、エレメント１３Ｂと、接地面１２に接続されており、アンテナ部分１１の裏面側に設けられたエレメント１３Ｃとを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の共振周波数に対応する複数のエレメントを備えた多帯域アンテナ及び多帯域アンテナシステムに関する。

従来、携帯端末に用いられる多帯域アンテナは、長さが異なるエレメントを有する。各エレメントは、異なる共振周波数を発生する。各エレメントは、複数のエレメントに枝分かれした多枝構造を有する。

図１は、モノポールアンテナ１１０を示す図である。図１に示すように、モノポールアンテナ１１０は、接地面１１１と、エレメント１１２と、給電点１１３とを備える。エレメント１１２の長さは、設計波長の略１／４である。エレメント１１２のインピーダンスが給電線のインピーダンスと整合するように、エレメント１１２は、螺旋状の形状、曲げ形状、折畳み形状などを有する。

エレメント１１２の電流分布は、１／４周期の正弦分布に近似する。エレメント１１２の電流分布が給電点１１３で最大値となって、エレメント１１２の電圧分布が給電点１１３で最小となる。

図２は、多枝構造を有する多帯域アンテナ１２０を示す図である。図２に示すように、多帯域アンテナ１２０は、接地面１２１と、複数のエレメント１２２（エレメント１２２Ａ及びエレメント１２２Ｂ）と、給電点１２３とを備える。エレメント１２２Ａ及びエレメント１２２Ｂは、共通部分１２４を有しており、共通部分１２４から分岐する形状を有する。多帯域アンテナ１２０は、エレメント１２２Ａとエレメント１２２Ｂとによって、２つの共振周波数に対応可能である。

図３及び図４は、多枝構造を有する他の多帯域アンテナ１３０を示す図である。具体的には、図３は、多帯域アンテナ１３０を表面側から見た図であり、図４は、多帯域アンテナ１３０を裏面側から見た図である。

図３及び図４に示すように、多帯域アンテナ１３０は、接地面１３１と、複数のエレメント１３２（エレメント１３２Ａ、エレメント１３２Ｂ及びエレメント１３２Ｃ）と、給電点１３３と、ショートスタブ１３７とを備える。エレメント１３２Ａ、エレメント１３２Ｂ及びエレメント１３２Ｃは、共通部分１３４を有しており、共通部分１３４の分岐部分１３６から分岐する形状を有する。

多帯域アンテナ１３０は、エレメント１３２Ａ、エレメント１３２Ｂ及びエレメント１３２Ｃによって、３つの共振周波数に対応可能である（例えば、非特許文献１）。

なお、ショートスタブ１３７は、スルーホール１３８を介して共通部分１３４と接地面１３１とを接続しており、エレメント１３２Ａのインピーダンスと給電線のインピーダンスとの整合をとる。また、多帯域アンテナ１３０の小型化を図るために、多帯域アンテナ１３０の先端部分は折り返し線で折り返される。
J.-W.Wu, C.-R.Lin, J.-H.Lu; A Planar Meander-Line antenna for triple-band operation of mobile handsets, Microwave and Optical Technology Letters, Vol.41, Issue 5, 5 Jun 2004, pp.380-386

ここで、図２に示した多帯域アンテナ１２０において、エレメント１２２Ａの共振周波数とエレメント１２２Ｂの共振周波数とが近接するケースについて考えると、給電点１２３からエレメント１２２Ａの先端までの長さと給電点１２３からエレメント１２２Ｂまでの長さとが略等しい。このようなケースでは、エレメント１２２Ａとエレメント１２２Ｂとの間に強い結合が生じる。また、共通部分１２４から分岐した水平部分１２５に電流が分布してしまう。

同様に、図３及び図４に示した多帯域アンテナ１３０において、エレメント１３２Ｂの共振周波数とエレメント１３２Ｃの共振周波数とが近接するケースについて考えると、給電点１３３からエレメント１３２Ｂの先端までの長さと給電点１３３からエレメント１３２Ｃまでの長さとが略等しい。このようなケースでは、エレメント１３２Ｂとエレメント１３２Ｃとの間に強い結合が生じる。また、共通部分１３４の分岐部分１３６から分岐した水平部分１３５に電流が分布してしまう。

このように、水平部分（水平部分１２５や水平部分１３５）に電流が分布すると、多帯域アンテナの放射パターンが変わってしまう。すなわち、各エレメントが結合してしまって、各エレメントの共振周波数が設計周波数とならない。

各エレメントの結合を避けるために、多帯域アンテナのサイズを拡大することも考えられる。しかしながら、多帯域アンテナの拡大に伴って、携帯端末も拡大してしまうため、多帯域アンテナの拡大は好ましくない。

従って、多帯域アンテナの小型化を図りながら、複数の共振周波数に対応するエレメントを多帯域アンテナに設けるケースにおいて、各エレメントの結合を避けることが難しい。

また、各エレメントに共通する共通部分からエレメントが分岐する位置を微妙にずらすことも考えられるが、多帯域アンテナの製造誤差を厳密に管理する必要が生じるため、多帯域アンテナの歩留まりが低下する可能性がある。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、複数の共振周波数に対応するエレメントを設ける場合に、放射パターンの劣化の抑制を図るとともに、歩留まりの向上を図ることを可能とする多帯域アンテナ及び多帯域アンテナシステムを提供することを目的とする。

本発明の一の特徴は、表面と裏面とが形成されたアンテナ部分（アンテナ部分１１）と、前記アンテナ部分に隣接された接地面（接地面１２）とを備えた多帯域アンテナ（多帯域アンテナ１０）が、給電点（給電点１５）に接続されており、前記表面側に設けられた表面側エレメント（エレメント１３Ａ、エレメント１３Ｂ）と、前記接地面に接続されており、前記裏面側に設けられた裏面側エレメント（エレメント１３Ｃ）とを備えることを要旨とする。

かかる特徴によれば、表面側エレメント及び裏面側エレメントがアンテナ部分の異なる面に設けられる。従って、複数の共振周波数に対応するエレメントを設ける場合であっても、表面側エレメントと裏面側エレメントとの結合が抑制されて、高次モードの励起が抑制される。

一方で、アンテナ部分の裏面側にエレメントを設けるため、多帯域アンテナの製造誤差を厳密に管理する必要がない。これによって、多帯域アンテナの歩留まりの低下を抑制することができる。

本発明の一の特徴は、上述した一の特徴において、前記表面側エレメント及び前記裏面側エレメントが、前記給電点を共有することを要旨とする。

本発明の一の特徴は、上述した一の特徴において、前記表面側エレメントが、前記給電点に接続される共通部分を有する複数のエレメントによって構成されており、前記裏面側エレメントは、前記共通部分に沿って設けられた部分（部分２１）を有しており、前記複数のエレメントが前記共通部分から分岐する分岐部分の近傍で曲がる形状を有することを要旨とする。

本発明の一の特徴は、上述した一の特徴において、前記表面側エレメントが、前記給電点に接続される共通部分を有する複数のエレメントによって構成されており、前記共通部分から分岐して前記接地面に接続されるショートスタブ（ショートスタブ１４）をさらに備えることを要旨とする。

本発明の一の特徴は、上述した一の特徴において、前記ショートスタブが、前記複数のエレメントのうち、最も長いエレメントのインピーダンスの整合をとるために設けられることを要旨とする。

本発明の一の特徴は、上述した一の特徴において、前記アンテナ部分の先端部分は、折り曲げられていることを要旨とする。

本発明の一の特徴は、上述した特徴のいずれかを有する多帯域アンテナと、前記多帯域アンテナで受信された電波に対応するインピーダンスの整合をとるマルチプレクサ（マルチプレクサ３０）とを備えることを特徴とする多帯域アンテナシステム。

本発明によれば、複数の共振周波数に対応するエレメントを設ける場合に、放射パターンの劣化の抑制を図るとともに、歩留まりの向上を図ることを可能とする多帯域アンテナ及び多帯域アンテナシステムを提供することができる。

以下において、本発明の実施形態に係る多帯域アンテナについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［第１実施形態］
（多帯域アンテナの構成）
以下において、第１実施形態に係る多帯域アンテナの構成について、図面を参照しながら説明する。図５〜図７は、第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０を示す図である。具体的には、図５は、多帯域アンテナ１０の斜視図である。図６は、多帯域アンテナ１０を表面側から見た図であり、図７は、多帯域アンテナ１０を裏面側から見た図である。

図５〜図７に示すように、多帯域アンテナ１０は、表面と裏面とが形成されたアンテナ部分１１と、アンテナ部分１１に隣接して設けられた接地面１２とを有する。アンテナ部分１１の表面側には、給電点１５に接続された複数の表面側エレメント（エレメント１３Ａ、エレメント１３Ｂ）と、ショートスタブ１４とが設けられている。一方で、アンテナ部分１１の裏面側には、接地面１２に接続された裏面側エレメント（エレメント１３Ｃ）が設けられている。

接地面１２に対応する表面側の適当な位置には、アンテナ部分１１（エレメント１３Ａ〜エレメント１３Ｃ）に電流を供給する給電点１５が設けられる。ここで、給電点１５は、誘電体などを介して接地面１２と電気的に分離されていることに留意すべきである。

エレメント１３Ａは、設計波長（例えば、ＧＳＭの周波数（８９０〜９６０ＭＨｚ）に対応する設計波長）の略１／４の長さを有する。エレメント１３Ｂは、設計波長（ＤＣＳの周波数（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）及びＰＣＳの周波数（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）に対応する設計波長）の略１／４長さを有する。

エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂは、給電点１５に接続される共有部分１６を有する。すなわち、エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂは、分岐部分１７で共有部分１６から分岐する形状を有する。ショートスタブ１４は、共有部分１６から分岐して接地面１２にスルーホール１８を介して接続される。

なお、ショートスタブ１４は、エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂのうち、エレメント長が最も長いエレメント１３Ａのインピーダンスの整合をとるために設けられることが好ましい。すなわち、ショートスタブ１４は、設計波長が最も長いエレメントに対応して設けられることが好ましい。

エレメント１３Ｃは、設計波長（例えば、ＰＣＳの周波数（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）及びＩＭＴ２０００の周波数（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）に対応する設計波長）の略１／４の長さを有する。エレメント１３Ｃが適用される周波数とエレメント１３Ｂが適用される周波数とは重複している。従って、給電点１５からエレメント１３Ｃの先端までの長さと給電点１５からエレメント１３Ｂの先端までの長さとは近似する。

エレメント１３Ｃは、表面側エレメントの共有部分１６に沿って設けられた部分２１を有する。エレメント１３Ｃの部分２１は、接地面１２に接続される。従って、エレメント１３Ｃの部分２１には、表面側エレメントの共有部分１６とは逆方向の電流が流れる。

すなわち、時刻ｔにおいて、給電点１５からエレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂに向かう電流が表面側エレメントの共有部分１６を流れる場合には、エレメント１３Ｃから給電点１５に対応する接地面１２に戻る電流がエレメント１３Ｃの部分２１を流れる。

一方で、時刻ｔに続く時刻ｔ＋１において、エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂから給電点１５に戻る電流が表面側エレメントの共有部分１６を流れる場合には、給電点１５に対応する接地面１２からエレメント１３Ｃに向かう電流がエレメント１３Ｃの部分２１を流れる。

このように、エレメント１３Ａ〜エレメント１３Ｃは、給電点１５と電気的に接続されており、給電点１５を共有しているといえる。

エレメント１３Ｃは、分岐部分１７で略直角に曲がる形状を有する。ここで、エレメント１３Ｃは、エレメント１３Ｂとは反対方向に延びる形状を有していることに留意すべきである。

アンテナ部分１１の先端部分は、折り返し線で略直角に折り曲げられている。略直角に折り曲げられた先端部分の高さＨは、多帯域アンテナ１０が設けられる携帯端末の設計厚みを超えないことが好ましい。

（放射パターンの比較結果）
以下において、従来技術に係る多帯域アンテナ１３０の放射パターンと、第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０の放射パターンとの比較結果について、図面を参照しながら説明する。図８は、従来技術に係る多帯域アンテナ１３０（エレメント１３２Ｃ）の水平平面における放射パターンを示す図である。図９は、第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０（エレメント１３Ｃ）の水平平面における放射パターンを示す図である。

従来技術に係る多帯域アンテナ１３０は、図３及び図４に示したように、エレメント１３２Ａ〜エレメント１３２Ｃを有する。ここで、エレメント１３２Ａ〜エレメント１３２Ｃは、多帯域アンテナ１３０の片面に設けられる。このため、エレメント１３２Ｂとエレメント１３２Ｃとが結合して、高次モードが励起される。

ここで、エレメント１３２Ｃ（例えば、ＩＭＴ２０００に対応する周波数帯域；２１００ＭＨｚ）に着目すると、図８に示すように、水平平面においてエレメント１３２Ｃの放射パターンが円形にならない。具体的には、高次モードの励起によって、０°方向及び１８０°方向の放射パターンが劣化し、水平面内におけるエレメント１３２Ｃの無指向性が損なわれる。

一方で、第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０は、図５〜図７に示したように、エレメント１３Ａ〜エレメント１３Ｃを有する。エレメント１３Ｂは、多帯域アンテナ１０の表面側に設けられ、エレメント１３Ｃは、多帯域アンテナ１０の裏面側に設けられる。すなわち、エレメント１３Ｂ及びエレメント１３Ｃは、多帯域アンテナ１０の異なる面に設けられる。このため、エレメント１３Ｂとエレメント１３Ｃとの結合が抑制されて、高次モードの励起が抑制される。

図８と同様に、エレメント１３Ｃ（例えば、ＩＭＴ２０００に対応する周波数帯域；２１００ＭＨｚ）に着目すると、図９に示すように、水平平面においてエレメント１３Ｃの放射パターンが略円形となる。すなわち、第１実施形態によれば、従来技術に比べて放射パターンが改善し、水平面内におけるエレメント１３Ｃの無指向性が保たれる。

（多帯域アンテナシステムの構成）
以下において、第１実施形態に係る多帯域アンテナシステムの構成について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第１実施形態に係る多帯域アンテナシステム１００の構成を示す図である。

図１０に示すように、多帯域アンテナシステム１００は、多帯域アンテナ１０と、マルチプレクサ３０とを有する。ここで、多帯域アンテナ１０は、移動通信の周波数に適合するように設計されていることに留意すべきである。なお、移動通信の周波数とは、例えば、ＧＳＭの周波数（８９０〜９６０ＭＨｚ）、ＤＣＳの周波数（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）、ＰＣＳの周波数（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）及びＩＭＴ２０００の周波数（１７１０〜２２００ＭＨｚ）である。

一方で、多帯域アンテナ１０は、地上波デジタルテレビの周波数（４７０〜７７０ＭＨｚ）に適合するように設計されていないことに留意すべきである。すなわち、多帯域アンテナ１０のサイズが、地上波デジタルテレビの波長に比べて著しく小さいため、地上波デジタルテレビの電波に対応するインピーダンスが極めて小さく、地上波デジタルテレビの電波に対応するリアクタンスが極めて大きい。

マルチプレクサ３０は、ＤＴＶ信号処理回路４０に接続される整合回路３１と、移動通信信号処理回路５０に接続されるフィルタ３２とを有する。

整合回路３１は、地上波デジタルテレビの電波に対応するインピーダンス／リアクタンス比率を調整して、地上波デジタルテレビの電波に対応するインピーダンスと給電線４１のインピーダンスとの整合をとる。なお、整合回路３１は、多段構成（例えば、３段構成や４段構成）を有していてもよい。

フィルタ３２は、移動通信の電波を透過して、移動通信信号処理回路５０に導く。ここで、多帯域アンテナ１０は、移動通信の周波数に適合するように設計されているため、移動通信の電波に対応するインピーダンスと給電線５１のインピーダンスとの整合は既にとられていることに留意すべきである。

ＤＴＶ信号処理回路４０は、整合回路３１によってインピーダンスの整合がとられた信号を処理する回路である。

移動通信信号処理回路５０は、フィルタ３２を透過した信号を処理する回路である。

（作用及び効果）
第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０によれば、表面側エレメント（エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂ）及び裏面側エレメント（エレメント１３Ｃ）がアンテナ部分１１の異なる面に設けられる。従って、複数の共振周波数に対応するエレメントを設ける場合であっても、エレメント１３Ｂとエレメント１３Ｃとの結合が抑制されて、高次モードの励起が抑制される。

一方で、アンテナ部分１１の裏面側にエレメントを設けるため、多帯域アンテナ１０の製造誤差を厳密に管理する必要がない。これによって、多帯域アンテナ１０の歩留まりの低下を抑制することができる。

表面側エレメント（エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂ）及び裏面側エレメント（エレメント１３Ｃ）が給電点１５を共有するため、多帯域アンテナ１０の構成を簡略化することができる。

エレメント１３Ａ及びエレメント１３Ｂが共有部分１６を有しており、裏面側エレメントが共有部分１６に沿った部分２１を有するため、アンテナ部分の表面においてエレメントの配置を設計した後に、エレメントの一部をアンテナ部分の裏面に配置し直すだけでよい。従って、多帯域アンテナ１０の設計を簡略化することができる。

エレメント１３Ａに対応するショートスタブ１４が設けられているため、エレメント１３Ａのインピーダンスと給電線のインピーダンスとの整合を容易にとることができる。

アンテナ部分の先端部分が略直角に折り曲げられているため、多帯域アンテナ１０の小型化を図ることができる。略直角に折り曲げられた先端部分の高さが携帯端末の設計厚みを超えないため、携帯端末の外観の悪化を防止できる。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、アンテナ部分１１の裏面側に設けられるエレメントは単一であるが、これに限定されるものではない。具体的には、アンテナ部分１１の裏面側に、複数のエレメントが設けられていてもよい。この場合には、アンテナ部分１１の裏面側に設けられた複数のエレメントは給電点を共有することが好ましい。

上述した実施形態を含め、本願においては、給電点１５に接続されたエレメントが設けられた側を表面側と称し、接地面１２に接続されたエレメントが設けられた側を裏面側と称していることに留意すべきである。

給電点１５、エレメント１３Ａ、エレメント１３Ｂ及び共有部分１６は、接地面１２とは異なる基板面上に設けられるが、これに限定されるものではない。具体的には、給電点１５、エレメント１３Ａ、エレメント１３Ｂ及び共有部分１６は、接地面１２と同じ基板面上に設けられていてもよい。この場合には、給電点１５、エレメント１３Ａ、エレメント１３Ｂ及び共有部分１６を接地面１２と電気的に分離する適当な幅のバンドギャップが設けられる。

従来技術に係るモノポールアンテナ１１０の構成を示す図である。従来技術に係る多帯域アンテナ１２０の構成を示す図である。従来技術に係る多帯域アンテナ１３０を表面側から見た図である。従来技術に係る多帯域アンテナ１３０を裏面側から見た図である。第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０を示す斜視図である。第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０を表面側から見た図である。第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０を裏面側から見た図である。従来技術に係る多帯域アンテナ１３０の水平平面における放射パターンを示す図である。第１実施形態に係る多帯域アンテナ１０の水平平面における放射パターンを示す図である。第１実施形態に係る多帯域アンテナシステム１００を示す図である。

符号の説明

１０・・・多帯域アンテナ、１１・・・アンテナ部分、１２・・・接地面、１３Ａ・・・エレメント、１３Ｂ・・・エレメント、１３Ｃ・・・エレメント、１４・・・ショートスタブ、１５・・・給電点、１６・・・共有部分、１７・・・分岐部分、１８・・・スルーホール、２１・・・部分、３０・・・マルチプレクサ、３１・・・整合回路、３２・・・フィルタ、４０・・・ＤＴＶ信号処理回路、４１・・・給電線、５０・・・移動通信信号処理回路、５１・・・給電線、１００・・・多帯域アンテナシステム、１１０・・・モノポールアンテナ、１１１・・・接地面、１１２・・・エレメント、１１３・・・給電点、１２０・・・多帯域アンテナ、１２１・・・接地面、１２２・・・エレメント、１２３・・・給電点、１２４・・・共通部分、１２５・・・水平部分、１３０・・・多帯域アンテナ、１３１・・・接地面、１３２・・・エレメント、１３３・・・給電点、１３４・・・共通部分、１３５・・・水平部分、１３６・・・分岐部分、１３７・・・ショートスタブ、１３８・・・スルーホール

Claims

表面と裏面とが形成されたアンテナ部分と、前記アンテナ部分に隣接された接地面とを備えた多帯域アンテナであって、
給電点に接続されており、前記表面側に設けられた表面側エレメントと、
前記接地面に接続されており、前記裏面側に設けられた裏面側エレメントとを備えることを特徴とする多帯域アンテナ。
前記表面側エレメント及び前記裏面側エレメントは、前記給電点を共有することを特徴とする請求項１に記載の多帯域アンテナ。
前記表面側エレメントは、前記給電点に接続される共通部分を有する複数のエレメントによって構成されており、
前記裏面側エレメントは、
前記共通部分に沿って設けられた部分を有しており、
前記複数のエレメントが前記共通部分から分岐する分岐部分の近傍で曲がる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の多帯域アンテナ。
前記表面側エレメントは、前記給電点に接続される共通部分を有する複数のエレメントによって構成されており、
前記共通部分から分岐して前記接地面に接続されるショートスタブをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多帯域アンテナ。
前記ショートスタブは、前記複数のエレメントのうち、最も長いエレメントのインピーダンスの整合をとるために設けられることを特徴とする請求項４に記載の多帯域アンテナ。
前記アンテナ部分の先端部分は、折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の多帯域アンテナ。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の多帯域アンテナと、前記多帯域アンテナで受信された電波に対応するインピーダンスの整合をとるマルチプレクサとを備えることを特徴とする多帯域アンテナシステム。