JP2007215093A - アンテナ装置およびそれを備えた携帯端末装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】少ないスイッチ数でも使用周波数帯域全体をカバーすること。
【解決手段】アンテナ装置10Aは、基板11の主面11a上に給電点15から終端17までに到って形成されたアンテナパターン13Aを有し、下限周波数FLと上限周波数FHとの間の使用周波数帯域の電波を受信する。下限周波数の2倍が上限周波数より高い(2×FL>FH>FL)。アンテナパターンは長い方から降順に第1乃至第4のアンテナ長L1〜L4を選択可能に構成されている。アンテナ装置は第1乃至第4のアンテナ長にそれぞれ対応する第1乃至第4の動作モードの1つで動作可能である。第1乃至第4のアンテナ長はそれらの長さによってそれぞれ決まる高調波の共振周波数が使用周波数帯域内に入るような長さに設計されている。第1乃至第4の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Aを動作させることによって使用周波数帯域をカバーする。
【選択図】図4
【解決手段】アンテナ装置10Aは、基板11の主面11a上に給電点15から終端17までに到って形成されたアンテナパターン13Aを有し、下限周波数FLと上限周波数FHとの間の使用周波数帯域の電波を受信する。下限周波数の2倍が上限周波数より高い(2×FL>FH>FL)。アンテナパターンは長い方から降順に第1乃至第4のアンテナ長L1〜L4を選択可能に構成されている。アンテナ装置は第1乃至第4のアンテナ長にそれぞれ対応する第1乃至第4の動作モードの1つで動作可能である。第1乃至第4のアンテナ長はそれらの長さによってそれぞれ決まる高調波の共振周波数が使用周波数帯域内に入るような長さに設計されている。第1乃至第4の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Aを動作させることによって使用周波数帯域をカバーする。
【選択図】図4
Description
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複数個のスイッチの切り替えにより、共振周波数を切り替えることができるアンテナ装置およびそれを備えた携帯端末装置に関する。
近年、携帯電話などの携帯端末装置を用いて、音楽を聴くばかりでなく、テレビジョン放送波を受信してテレビジョン放送を視聴可能なものが開発されつつある。地上波デジタル放送において、放送局に与えられる帯域は13のセグメントに分けられる。そのうちの12セグメントは通常の放送サービスに使われる。残る1セグメントを使って、携帯電話などによる移動受信サービスが行われる。そのため、ワンセグ・モバイル(1セグメント放送)という呼ばれ方がされている。そして、NHKと民放各社は、携帯電話端末向けワンセグ放送を2006年4月1日から開始する予定である。
周知のように、地上波などのテレビジョン放送は、VHF(Very High Frequency)帯、及びUHF(Ultra High Frequency)帯の電波を利用する。UHF帯の電波を利用したテレビジョン放送では、470MHz〜770MHz(0.47GHz〜0.77GHz)の周波数範囲(使用周波数帯域)の電波を利用している。以下、この使用周波数帯域をUHF−TV帯域と呼ぶ。
この場合、470MHz(0.47GHz)が下限周波数FLに相当し、770MHz(0.77GHz)が上限周波数FHに相当する。したがって、下限周波数FLと上限周波数FHとは、2×FL>FH>FLの関係式を満たす。
なお、この技術分野において周知のように、アンテナ等の高周波回路での整合性は、不整合減衰量(Return Loss)(dB)や電圧定在波比(VSWR)で表される。不整合減衰量(Return Loss)R.L.とVSWRとの間には次の関係式が成り立つ。
R.L.= 20log10((VSWR+1)/(VSWR−1))(dB)
VSWR = (10R.L./20+1)/(10R.L./20−1)
小型アンテナとして使用するためには、使用周波数帯域において、電圧定在波比(VSWR)が3以下であり、不整合減衰量(Return Loss)R.L.は約−6dB以下である必要がある。
VSWR = (10R.L./20+1)/(10R.L./20−1)
小型アンテナとして使用するためには、使用周波数帯域において、電圧定在波比(VSWR)が3以下であり、不整合減衰量(Return Loss)R.L.は約−6dB以下である必要がある。
通常、テレビジョン放送の受信用アンテナとしては、携帯端末装置の外部に取り付けられた棒状アンテナ等のアンテナ装置(以下、「外部アンテナ装置」と呼ぶ。)が使用される。しかしながら、外部アンテナ装置では携帯性を損なうので、機器本体の内部に設けることが望まれている。機器本体の内部に設けることが可能なアンテナ装置(以下、「内蔵型アンテナ装置」と呼ぶ)としては、チップアンテナ或いは平面アンテナが使用される。
一方、上部筐体と下部筐体からなる携帯端末において、内蔵型アンテナに必要なスペースをなくすために、給電線路により上部筐体側と下部筐体側とを接続するのみで、ダイポール型のアンテナとして機能するようにした携帯端末(アンテナ装置)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、放射素子を別途設置するのをなくすために、第1導体板を設置した第1誘電体筐体および第2導体板を設置した第2誘電体筐体を互いに折り畳みまたはスライド可能に構成し、それら第1誘電体筐体または第2誘電体筐体の内部に第1導体板および第2導体板に高周波電圧を印加する高周波電源を設置して、第1導体板、第2導体板および高周波電源によりダイポールアンテナを構成したアンテナ装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2では、上記第2誘電体筐体に対して折り畳みまたはスライド可能に構成された第3誘電体筐体の内部に第3導体板を設置し、第3導体板をミアンダ形状としたアンテナ装置をも開示している。
とにかく、第1および第2の特許文献に開示されたアンテナ装置は、携帯端末の筐体のみを利用したダイポールアンテナを開示している。
一方、上記内蔵型アンテナ装置の一種として、基板上にミアンダ(ジグザグ)形状のアンテナパターンを形成したアンテナ装置が知られている。このように、基板上にミアンダ形状のアンテナパターンが形成されたアンテナ装置を、ここでは、「ミアンダアンテナ装置」と呼ぶことにする。
このようなミアンダアンテナ装置では、プリント配線基板上に、所定長の金属パターンを曲折させた、ミアンダ形状の導体パターン(ミアンダライン)が形成される。この導体パターンは給電導体として働く。このようなミアンダアンテナ装置は、その給電導体(ミアンダライン)の長さ(アンテナ長)によって規定される共振周波数を持っている。したがって、アンテナ装置の共振周波数を変更するには、給電導体(ミアンダライン)の長さを変えれば良い。すなわち、給電導体(ミアンダライン)の長さを長くすれば、それだけアンテナ装置の共振周波数を低くできる。
尚、この技術分野において周知のように、共振周波数には、基本波の共振周波数と、その整数倍の周波数をもつ高調波の共振周波数とがある。以下では特に断らない限り、共振周波数とは基本波の共振周波数を指すものとする。
従来から、アンテナ装置の共振周波数を変更する技術が種々提案されている。例えば、給電導体の所要位置に導体パターンを断続するスイッチを設け、このスイッチにより給電導体の導体パターンを断続して、アンテナ装置の共振周波数を可変できるように構成した平面アンテナが提案されている(例えば、特許文献3参照)。すなわち、この平面アンテナでは、スイッチをオン・オフ(開閉)することにより、給電導体の長さを可変して、共振周波数を切り替えている。換言すれば、この提案された平面アンテナでは、スイッチとして開閉スイッチを用い、複数の共振周波数の1つを選択している。尚、開閉スイッチは、SPST(single-pole single-throw)スイッチと呼ばれる。
従って、上記特許文献3に開示された平面アンテナにおいては、例えば、開閉スイッチを3個設けることにより、給電導体の長さ(アンテナ長;ミアンダライン長)を4種類(4つの動作モード)に変えることができる。ここでは、この例の場合、一番長いアンテナ長から一番短いアンテナ長までを降順に、第1乃至第4のアンテナ長L1、L2,L3、L4と呼び、それらに対応する動作モードを第1乃至第4の動作モードと呼ぶことにする。
そして、この例の場合、従来のアンテナ装置(平面アンテナ)においては、第1乃至第4のアンテナ長L1〜L4は、それらの長さによってそれぞれ決まる基本波の第1乃至第4の共振周波数fr1(1)、fr2(1)、fr3(1)、fr4(1)が上記使用周波数帯域内に入るような長さに設計されている。
具体的に述べると、使用周波数帯域が470MHz〜770MHz(0.47GHz〜0.77GHz)のUHF−TV帯域の場合、図1に示されるように、第1乃至第4の共振周波数fr1(1)〜fr4(1)が配列される。図1において、縦軸はReturn Loss(dB)を示し、横軸は周波数を示す。
図2にそのような技術思想に基づく従来のミアンダアンテナ装置(平面アンテナ)10の概略構成を示す。図示のミアンダアンテナ装置10は、第1乃至第3の共振周波数fr1(1)〜fr3(1)を持つ例である。ミアンダアンテナ装置10は、表面(主面)11aを持つフレキシブルプリント配線基板(以下、単に「基板」とも呼ぶ)11を備え、この基板11の主面11a上に、ミアンダ形状の導体パターンが、アンテナパターン13としてパターニング形成されている。
上記アンテナパターン13は、例えば上記基板11の主面11a上に積層された銅箔をフォトリソグラフィ技術によってパターニング(エッチング)することにより形成することができる。アンテナパターン13は給電導体(ミアンダライン)とも呼ばれる。
図示のミアンダアンテナ装置10は、アンテナパターン13の左端の端子部15が給電点であり、ここに電源(図示せず)が接続される。また、アンテナパターン13の右端の端子部17は開放終端となっている。
このミアンダアンテナ装置10では、アンテナパターン13の途中に第1及び第2の開閉スイッチ21および22を設け、これら第1及び第2の開閉スイッチ21および22を開閉することにより、アンテナパターン13のパターン長(アンテナ長)を変えることで、ミアンダアンテナ装置10の共振周波数を可変するようにしている。図示の例では、アンテナパターン13の給電点15に近い側から順番に、第1及び第2の開閉スイッチ21および22が基板11の主面11a上に配置されている。第1の開閉スイッチ21は、アンテナパターン13の隣接する第1及び第2の折り返し点13−1および13−2間に設けられ、第2の開閉スイッチ22は、アンテナパターン13の隣接する第3及び第4の折り返し点13−3および13−4間に設けられている。これら第1及び第2の開閉スイッチ21および22は、外部からスイッチ制御ライン(後述する)を介して供給される開閉(オン・オフ)制御信号によって、開閉(オン・オフ)制御される。
第1及び第2の開閉スイッチ21および22の両方が閉状態(オン状態)であるとする。この場合、アンテナパターン13のアンテナ長(ミアンダライン長)は、給電点15から開放終端17までの距離に等しい、一番長い第1のアンテナ長(第1のミアンダライン長)L1となり、ミアンダアンテナ装置10はその第1のアンテナ長L1によって規定される基本波の第1の共振周波数fr1(1)を持つ。
一方、第1の開閉スイッチ21が閉状態(オン状態)で、第2の開閉スイッチ22が開状態(オフ状態)であるとする。この場合、アンテナパターン13のアンテナ長(ミアンダライン長)は、給電点15から第3の折り返し点13−3までの距離に等しい、二番目に長い第2のアンテナ長(第2のミアンダライン長)L2となり、ミアンダアンテナ装置10はその第2のアンテナ長L2によって規定される基本波の第2の共振周波数fr2(1)を持つ。
最後に、第1及び第2の開閉スイッチ21および22の両方が開状態(オフ状態)であるとする。この場合、アンテナパターン13のアンテナ長(ミアンダライン長)は、給電点15から第1の折り返し点13−1までの距離に等しい、一番短い第3のアンテナ長(第3のミアンダライン長)L3となり、ミアンダアンテナ装置10はこの第3のアンテナ長L3によって規定される基本波の第3の共振周波数fr3(1)を持つ。
したがって、これら第1乃至第3の共振周波数fr1(1)〜fr3(1)の内、第1の共振周波数fr1(1)が最も低く、第3の共振周波数fr3(1)が最も高く、第2の共振周波数fr2(1)がそれらの間の周波数となる(fr1(1)<fr2(1)<fr3(1))。
すなわち、第1及び第2の開閉スイッチ21および22は、第1乃至第3の共振周波数fr1(1)〜fr3(1)の1つを選択する選択手段として働く。
尚、一般的に共振周波数の数がN(Nは2以上の整数)である場合、開閉スイッチの個数は(N−1)個である。
図3に図2に示したミアンダアンテナ装置10の具体的なレイアウト例を示す。但し、図2に示したミアンダアンテナ装置10では、第3の開閉スイッチ23を更に備えている。第3の開閉スイッチ23は、基板11の主面11a上に、アンテナパターン13の隣接する第5及び第6の折り返し点13−5および13−6間に設けられている。尚、参照符号60は、第1乃至第3の開閉スイッチ21〜23を制御するためのスイッチ制御ラインである。
したがって、図3に示したミアンダアンテナ装置10は、基本波の第1乃至第4の共振周波数fr1(1)〜fr4(1)を持ち、第1乃至第3の開閉スイッチ21〜23は、これら第1乃至第4の共振周波数fr1(1)〜fr4(1)の1つを選択する選択手段として働く。
とにかく、特許文献3に開示されたアンテナ装置では、図1に示されるように、動作モード(アンテナ長)を切り替えることによってUHF−TV帯域をカバーしている。このときの各動作モードはUHF−TV帯域内でとびとびに連続した区間をそれぞれカバーしている。尚、引用文献3の図4では、各動作モードについて、基本波の共振周波数ばかりでなく高調波の共振周波数をも例示している。しかしながら、その高調波の共振周波数は、UHF−TV帯域以外の帯域にあり、別の目的に使用される。
しかしながら、上記特許文献1や特許文献2に開示されたアンテナ装置では、筐体の大きさのみでアンテナ特性が決まってしまうので、共振周波数を調整することができないという問題がある。
一方、特許文献3に開示された平面アンテナ(ミアンダアンテナ装置)では、複数の共振周波数の1つを選択できるが、それらの複数の共振周波数は前述したように基本波に基づくものである。すなわち、上述したように、図3に図示した従来のアンテナ装置(平面アンテナ)においては、図1に示されるように、第1乃至第4のアンテナ長L1〜L4は、それらの長さによってそれぞれ決まる基本波の第1乃至第4の共振周波数fr1(1)、fr2(1)、fr3(1)、fr4(1)が使用周波数帯域内に入るような長さに設計されている。
そのため、図1に示されるように、従来のアンテナ装置(平面アンテナ)では、小型アンテナとして必要とされる、Return Lossが約―6dB以下(VSWRの場合は3以下)となる周波数区間の幅が狭くなってしまう。すなわち、図3に図示されている4つの動作モードを持つ従来のアンテナ装置10では、UHF−TV帯域全体をカバーすることができない。そのため、UHF−TV帯域を完全にカバーするためには、従来のアンテナ装置における動作モードの数を最低でも7(スイッチ数を最低6)にする必要がある。
しかしながら、アンテナ装置(平面アンテナ)のアンテナ特性に影響を与えないように、多数の開閉スイッチを設置する箇所を確保することは、小型アンテナにとっては極めて困難である。しかも、多数の開閉スイッチのオン/オン(開/閉)を制御するスイッチ制御ライン60の構成も複雑になり、コストがアップしてしまう。さらに、多数の開閉スイッチを通過することにより、アンテナ装置(平面アンテナ)の周波数特性も劣化するおそれがある。
また、このようなミアンダアンテナ装置は、携帯電話機のような携帯端末装置内に搭載される。しかしながら、単にミアンダアンテナ装置を携帯端末装置内に搭載したのでは、所望のアンテナ特性(放射パターン)を得ることが困難になる。
したがって、本発明の課題は、少ないスイッチ数でも使用周波数帯域全体をカバーすることができる、アンテナ装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、正確にアンテナ長を調整することができる、アンテナ装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、容易にスイッチを配置することができる、アンテナ装置を提供することにある。
本発明のもっと他の課題は、スイッチ通過による周波数特性の悪化を減少することができる、アンテナ装置を提供することにある。
本発明の別の課題は、アンテナ特性(放射パターン)を向上させるようにアンテナ装置を搭載した携帯端末装置を提供することにある。
本発明の第1の態様によれば、主面(11a)を持つ基板(11)と、該基板の主面上に給電点(15)から終端(17)までに到って形成されたアンテナパターン(13A;13B;13C)とを有し、下限周波数(FL)と上限周波数(FH)との間の使用周波数帯域の電波を受信するアンテナ装置(10A;10B;10C)であって、前記アンテナパターンは長い方から降順に第1乃至第N(Nは2以上の整数)のアンテナ長(L1,L2,L3,L4)を選択可能に構成されており、前記第1乃至第Nのアンテナ長にそれぞれ対応する第1乃至第Nの動作モードの1つで動作可能なアンテナ装置に於いて、前記第1乃至第Nのアンテナ長は、それらの長さによってそれぞれ決まる高調波の共振周波数(fr1(m),fr2(m)、fr3(m)、fr4(m);mは2以上の整数)が前記使用周波数帯域内に入るような長さに設計されており、前記第1乃至第Nの動作モードを組み合わせて前記アンテナ装置を動作させることによって前記使用周波数帯域をカバーするようにしたことを特徴とするアンテナ装置が得られる。
上記アンテナ装置において、前記アンテナパターン(13A;13B;13C)はミアンダ形状に形成されて良い。前記第1乃至第Nの動作モードの内の少なくとも1つにおいて、前記アンテナ装置は少なくとも2つの高調波の共振周波数を同時に利用する。この場合、前記使用周波数帯域の低い区間からk(kは2以上の整数)次高調波の共振周波数を順に使用し、特定の周波数より高い区間ではk次高調波の共振周波数だけでなく(k+1)次高調波の共振周波数をも使用することが好ましい。前記使用周波数帯域は、例えば、前記下限周波数が470MHzで、前記上限周波数が770MHzのUHF−TV帯域であって良い。この場合、前記特定の周波数は、例えば、実質的に700MHzに等しい。前記整数Nが4に等しく、前記整数kは3に等しくて良い。この場合、前記第1の動作モードでは3次高調波と4次高調波の第1の共振周波数(fr1(3),fr1(4))を同時に使用し、前記第2の動作モードでは3次高調波と4次高調波の第2の共振周波数(fr2(3)、fr2(4))を同時に使用し、第3の動作モードでは3次高調波の第3の共振周波数(fr3(3))を使用し、第4の動作モードでは3次高調波の第4の共振周波数(fr4(3))を使用する。
本発明の第2の態様によれば、上記アンテナ装置を内蔵してなる携帯端末装置(50)が得られる。
上記携帯端末装置において、前記アンテナ装置は、前記第1乃至第Nのアンテナ長の1つを選択する選択手段(21,22,23;21A,22A,23A,24A)を有する。前記携帯端末装置(50)は、第1の筐体(51)と、該第1の筐体に結合された第2の筐体(52)と、前記第1の筐体内に設置された第1の主回路基板(56)及び第1の副回路基板(57)と、前記第2の筐体内に設置された第2の回路基板(58)とを備えるものであって良い。この場合、前記第1の主回路基板(56)と前記第1の副回路基板(57)とは互いに電気的に絶縁されており、前記第1の副回路基板(57)と前記第2の回路基板(58)とは互いに電気的に接続されている。このような構成の携帯端末装置において、前記アンテナパターン(13B)は前記第1の主回路基板(56)上に搭載され、前記選択手段(21A〜24A)は前記第1の副回路基板(57)上に搭載されることが好ましい。
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
本発明によるアンテナ装置では、第1乃至第Nのアンテナ長は、それらの長さによってそれぞれ決まる高調波の共振周波数が使用周波数帯域内に入るような長さに設計されており、第1乃至第Nの動作モードを組み合わせてアンテナ装置を動作させることによって使用周波数帯域をカバーするようにしているので、少ないスイッチ数でも使用周波数帯域全体をカバーすることができ、正確にアンテナ長を調整することができ、容易にスイッチを配置することができ、スイッチ通過による周波数特性の悪化を減少することができる。
また、本発明による携帯端末装置では、第1の筐体内に互いに電気的に絶縁された第1の主回路基板と第1の副回路基板とを設置し、アンテナ装置のアンテナパターンを第1の主回路基板上に搭載し、アンテナ装置の選択手段を第1の副回路基板上に搭載しているので、アンテナ特性(放射パターン)を向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図4を参照して、本発明の第1の実施の形態に係るミアンダアンテナ装置10Aについて説明する。図示のミアンダアンテナ装置10Aは、後述するように、アンテナパターン(アンテナ長;ミアンダライン長)が相違する点を除いて、図3に図示した従来のミアンダアンテナ装置10と同様の構成を有する。従って、アンテナパターンに13Aの参照符号を付してある。図3に示されたものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、以下では異なる点について主に説明する。
図示のアンテナ装置10Aは、下限周波数FLと上限周波数FHとの間の使用周波数帯域の電波を受信するアンテナ装置である。そして、下限周波数FLの2倍が上限周波数FHより高くなっている(2×FL>FH>FL)。このような関係式を満たす使用周波数帯域としては、例えば、下限周波数FLが470MHz(0.47GHz)で、上限周波数FHが770MHz(0.77GHz)のUHF−TV帯域がある。図示のアンテナ装置10Aは、このUHF−TV帯域の電波を受信するように設計された平面アンテナである。
アンテナ基板10Aは、縦L0が47mmで、幅W0が46mmで、基板厚Tが0.8mmの寸法を持つ平板状の基板11を有する。基板11の比誘電率は3.7である。
基板11の主面11a上に形成されたアンテナパターン13Aは、図4に示されるように、ミアンダ形状をしている。アンテナパターン13Aのミアンダラインの直線部の長さL1は20mmである。また、アンテナパターン13Aのミアンダラインの導体幅W1は0.5mmであり、隣接する直線部間の間隙W2も0.5mmである。
図示のアンテナ装置10Aは、第1乃至第3の開閉スイッチ21、22、23を有するので、アンテナパターン13Aは、第1乃至第4のアンテナ長(第1乃至第4のミアンダライン長)L1〜L4を選択可能に構成されている。従って、アンテナ装置10Aは、第1乃至第4のアンテナ長L1〜L4にそれぞれ対応する第1乃至第4の動作モードの1つで動作可能である。
そして、後述するように、第1乃至第4のアンテナ長L1〜L4は、それらの長さによってそれぞれ決まる高調波の共振周波数が使用周波数帯域(UHF−TV帯域)内に入るような長さに設計されている。これにより、第1乃至第4の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Aを動作させることによって、使用周波数帯域(UHF−TV帯域)をカバーしている。
詳述すると、第1のアンテナ長(第1のミアンダライン長)L1は、アンテナパターン13Aの給電点15から開放終端17までの距離に等しく、約510mmである。この第1のアンテナ長L1はミアンダライン全長に等しい。また、第2のアンテナ長(第2のミアンダライン長)L2は、アンテナパターン13Aの給電点15から第5の折り返し点13−5まの距離に等しく、約440mmである。第3のアンテナ長(第3のミアンダライン長)L3は、アンテナパターン13Aの給電点15から第3の折り返し点13−3まの距離に等しく、約390mmである。そして、第4のアンテナ長(第4のミアンダライン長)L4は、アンテナパターン13Aの給電点15から第1の折り返し点13−1までの距離に等しく、約340mmである。
とにかく、図4に図示したミアンダアンテナ装置10Aは、3個の開閉スイッチ21、22、および23を配置することにより、そのアンテナ長(ミアンダライン長)を4段階に切り替えることができる。換言すれば、ミアンダアンテナ装置10Aは、第1乃至第4のアンテナ長(第1乃至第4のミアンダライン長)L1〜L4にそれぞれ対応する第1乃至第4の動作モードの1つで動作する。
本実施の形態では、第1乃至第4の動作モードの内の少なくとも1つにおいて、アンテナ装置10Aは少なくとも2つの高調波の共振周波数を同時に使用する。具体的には、使用周波数帯域(UHF−TV帯域)において、その使用周波数帯域の低い区間から3次高周波の共振周波数を順に使用し、特定の周波数(本例の場合、700MHz付近)より高い区間では3次高調波の共振周波数だけでなく4次高周波の共振周波数をも使用する。
図4に加えて図5を参照して、本発明のアンテナ装置10Aの高調波の共振周波数の配列について説明する。図5は、アンテナ装置10Aのアンテナ長(ミアンダライン長)による高調波の共振周波数の変化特性を示す図である。図5において、横軸は周波数[MHz]を表し、縦軸はVSWRである。
まず、アンテナ装置10Aを第1のアンテナ長(第1のミアンダライン長)L1で規定される第1の動作モードで動作させたとする。この場合、第1乃至第3の開閉スイッチ21〜23の全てをオンする(閉じる)。この第1の動作モードにおいては、440MHz〜480MHz付近の区間を3次高調波の第1の共振周波数fr1(3)でカバーし、680MHz〜760Mz付近の区間を4次高調波の第1の共振周波数fr1(4)でカバーする。
次に、アンテナ装置10Aを第2のアンテナ長(第2のミアンダライン長)L2で規定される第2の動作モードで動作させたとする。この場合、第1及び第2の開閉スイッチ21及び22をオンし(閉じ)て、第3の開閉スイッチ23をオフする(開く)。この第2の動作モードにおいては、470MHz〜520MHz付近を3次高調波の第2の共振周波数fr2(3)でカバーし、720MHz〜780MHz付近を4次高調波の第2の共振周波数fr2(4)でカバーする。
アンテナ装置10Aを第3のアンテナ長(第3のミアンダライン長)L3で規定される第3の動作モードで動作させたとする。この場合、第1の開閉スイッチ21をオンし(閉じ)て、第2の開閉スイッチ22をオフする(開く)。第3の開閉スイッチ23はオンして(閉じて)も、オフして(開いて)もどちらでも良い。この第3の動作モードにおいては、500MHz〜620MHz付近を3次高調波の第3の共振周波数fr3(3)でカバーする。
アンテナ装置10Aを第4のアンテナ長(第4のミアンダライン長)L4で規定される第4の動作モードで動作させたとする。この場合、第1の開閉スイッチ21をオフする(開く)。第2及び第3の開閉スイッチ22及び23の各々はオンして(閉じて)も、オフして(開いて)もどちらでも良い。この第4の動作モードにおいては、570MHz〜700MHz付近を3次高調波の第4の共振周波数fr4(3)でカバーする。
このように、第1乃至第4の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Aを動作させることによって、アンテナ装置10Aは使用周波数帯域であるUHF−TV帯域全体をカバーすることができる。換言すれば、アンテナ装置10Aは、UHF−TV帯域において3以下のVSWRを維持することができる。つまり、アンテナ装置10Aは小型アンテナとして使用することができる。
このような構成のミアンダアンテナ装置10Aは、携帯電話機などの携帯端末装置に内蔵され、内蔵型アンテナ装置として使用される。
基本波の共振周波数を使う従来のミアンダアンテナ装置10に比較して、高調波の共振周波数を使う本実施の形態に係るミアンダアンテナ装置10Aは、次のような効果を奏する。
第1に、複数の高調波の共振周波数を使用する動作モードがあるため、動作モードの数(アンテナ長の数)や開閉スイッチの個数を減少させることができる。第2に、アンテナパターン13Aのアンテナ全長は、基本波の共振周波数を使う従来のアンテナパターン13のアンテナ全長よりも長くなるが、各開閉スイッチを配置するために適した区間(間隔)もアンテナ全長に比例して長くなり、従来よりも正確にアンテナ長を調整することができる。第3に、開閉スイッチの数が減少し、かつ開閉スイッチ間の間隔を広く(長く)できるので、開閉スイッチ21〜23を配置することが容易となる。第4に、開閉スイッチ21〜23を制御するためのスイッチ制御ライン60Aを配線することが容易となる。第5に、開閉スイッチの数が減少するので、開閉スイッチ通過に起因する周波数特性の悪化を減少することができる。
図6を参照して、本発明の第2の実施の形態に係るミアンダアンテナ装置10Bについて説明する。図示のミアンダアンテナ装置10Bは、アンテナパターンの構成が相違し、選択手段の構成が後述するように変更されていると共に、第1及び第2の素子長調整用ブロック31および32を更に備えている点を除いて、図2に示した従来のミアンダアンテナ装置10と同様の構成を有する。従って、図2に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、以下では異なる点について説明する。アンテナパターンに13Bの参照符号を付してある。
ミアンダアンテナ装置10Bは、選択手段として第1及び第2の切換えスイッチ21Aおよび22Aを備えている。第1及び第2の素子長調整用ブロック31および32は、基板11の主面11a上で、それぞれ、第1及び第2の切換えスイッチ21Aおよび22Aの近傍に配置されている。尚、切換えスイッチは、SPDT(single-pole double-throw)スイッチとも呼ばれる。
第1の素子長調整用ブロック31は、第1の切換えスイッチ21Aに近接した一端31aを持ち、この一端31aから延在する第1の調整用折り返し線路311を含む。第1の調整用折り返し線路311の他端31bは開放端になっている。同様に、第2の素子長調整用ブロック32は、第2の切換えスイッチ22Aに近接した一端32aを持ち、この一端32aから延在する第2の調整用折り返し線路321を含む。第2の調整用折り返し線路321の他端32bは開放端になっている。
第1の切換えスイッチ21Aは、第1の折り返し点13−1を固定接点とし、第2の折り返し点13−2を第1の可動接点とし、第1の素子長調整用ブロック31の一端31aを第2の可動接点とするスイッチであって、第1の接触子21A1を持つ。同様に、第2の切換えスイッチ22Aは、第3の折り返し点13−3を固定接点とし、第4の折り返し点13−4を第1の可動接点とし、第2の素子長調整用ブロック32の一端32aを第2の可動接点とするスイッチであって、第2の接触子22A1を持つ。これら第1及び第2の切換えスイッチ21Aおよび22Aは、外部からスイッチ制御ライン(後述する)を介して供給される切換え制御信号によって、切換え制御される。
このような構成のミアンダアンテナ装置10Bは、アンテナパターン13Bとして第1乃至第3のアンテナ長L1〜L3を選択可能に構成されており、第1乃至第3のアンテナ長L1〜L3にそれぞれ対応する第1乃至第3の動作モードの1つで動作可能である。そして、第1乃至第3のアンテナ長L1〜L3は、それらの長さによって決まる高調波の第1乃至第3の共振周波数fr1(m)、fr2(m)、fr3(m)(mは2以上の整数)が使用周波数帯域であるUHF−TV帯域に入るような長さに設計されている。これにより、第1乃至第3の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Bを動作させることよって使用周波数帯域(UHF−TV帯域)をカバーしている。ミアンダアンテナ装置10Bは、後述するように、高周波の第1乃至第3の共振周波数fr1(m)〜fr3(m)の1つを選択することができる。
先ず、図6に示されるように、第1の切換えスイッチ21Aの第1の接触子21A1が第2の折り返し点13−2に接続され、第2の切換えスイッチ22Aの第2の接触子22A1が第4の折り返し点13−4に接続されているとする。この場合、アンテナパターン13Aのアンテナ長は、給電点15から開放終端17までの距離で、一番長い第1のアンテナ長L1となる。その結果、ミアンダアンテナ装置10Bは、第1のアンテナ長L1によって規定される高調波の第1の共振周波数fr1(m)を持ち、第1の動作モードで動作する。
次に、第1の切換えスイッチ21Aの第1の接触子21A1が第2の折り返し点13−2に接続され、第2の切換えスイッチ22Aの第2の接触子22A1が第2の素子長調整用ブロック32の一端32aに接続されているとする。この場合、アンテナパターン13のアンテナ長は、給電点15から第2の素子長調整用ブロック32の開放端32bまでの距離で、二番目の長い第2のアンテナ長L2となる。その結果、ミアンダアンテナ装置10Bは、第2のアンテナ長L2によって規定される高調波の第2の共振周波数fr2(m)を持ち、第2の動作モードで動作する。
最後に、第1の切換えスイッチ21Aの第1の接触子21A1が第1の素子長調整用ブロック31の一端31aに接続されているとする。尚、第2の切換えスイッチ22Aの第2の接触子22A1は、第4の折り返し点13−4と第2の素子長調整用ブロック32の一端32aのどちらに接続されても良い。この場合、アンテナパターン13のアンテナ長は、給電点15から第1の素子長調整用ブロック31の開放端31bまでの距離で、一番短い第3のアンテナ長L3となる。その結果、ミアンダアンテナ装置10Aは、第3のアンテナ長L3によって規定される高調波の第3の共振周波数fr3(m)を持ち、第3の動作モードで動作する。
このように、第1及び第2の切換えスイッチ21Aおよび22Aは、高調波の第1乃至第3の共振周波数fr1(m)〜fr3(m)の1つを選択する選択手段として働く。
尚、一般的に、共振周波数の数がN(Nは2以上の整数)である場合、切換えスイッチの個数は、Nより1つ少ない、(N−1)個である。
次に、図6に示したミアンダアンテナ装置10Bにおいて、選択された各高調波の共振周波数のズレを微調整する方法の一例について説明する。
例えば、高調波の第1及び第2の共振周波数fr1(m)〜fr2(m)については所望の周波数が得られたが、高調波の第3の共振周波数fr3(m)が所望の周波数より若干低かったとする。このような場合、高調波の第3の共振周波数fr3(m)を上げる方向に微調整するために、第1の素子長調整用ブロック31の開放端31bをカットする。その結果、高調波の第3の共振周波数fr3(m)についても所望の周波数に調整することが可能となる。この微調整は、第1の素子長調整用ブロック31内で行われるので、給電点15から第2の素子長調整用ブロック32の開放端32bまでのアンテナ長及び給電点15から開放終端17までのアンテナ長に変化はない。従って、高調波の第2及び第1の共振周波数fr1(m)、fr2(m)は所望の周波数に維持されたままなので、微調整は不要である。すなわち、前段側の素子長(給電点15側の素子長)を微調整しても、後段側の素子長にも影響を及ぼすことはない。
尚、高調波の第2の共振周波数fr2(m)を上げる方向へ微調整する場合には、第2の素子長調整用ブロック32の開放端32aをカットすれば良い。同様に、高調波の第1の共振周波数fr1(m)を上げる方向へ微調整する場合には、アンテナパターン13Bの開放終端17をカットすれば良い。
このように本発明の第2の実施の形態に係るミアンダアンテナ装置10Bでは、少なくとも1個の切換えスイッチを備えて、ミアンダアンテナ装置10Bが2以上の高調波の共振周波数を持っていても、選択された各高調波の共振周波数を所望の周波数に調整できるまでの試作回数を大幅に削減することができ、多大な労力を必要としない。とにかく、ミアンダアンテナ装置10Bにおいて、第1及び第2の素子長調整用ブロック31および32の組み合わせは、選択された各高調波の共振周波数のズレを独立して微調整することが可能な微調整部として働く。従って、ミアンダアンテナ装置10Bの構成では、選択された各高調波の共振周波数のズレを、多大な労力を要することなく、独立して容易に微調整することができる。
図7に図6に示したミアンダアンテナ装置10Bの具体的なレイアウト例を示す。但し、図7に示したミアンダアンテナ装置10Bでは、第3及び第4の切換えスイッチ23Aおよび24Aと、第3及び第4の素子長調整用ブロック33および34とを更に備えている。
第3及び第4の素子長調整用ブロック33および34は、基板11の主面11a上で、それぞれ、第3及び第4の切換えスイッチ23Aおよび24Aの近傍に配置されている。
第3の素子長調整用ブロック33は、第3の切換えスイッチ23Aに近接した一端33aを持ち、この一端33aから延在する第3の調整用折り返し線路331を含む。第3の調整用折り返し線路331の他端33bは開放端になっている。同様に、第4の素子長調整用ブロック34は、第4の切換えスイッチ24Aに近接した一端34aを持ち、この一端34aから延在する第4の調整用折り返し線路341を含む。第4の調整用折り返し線路341の他端34bは開放端になっている。
第3の切換えスイッチ23Aは、第5の折り返し点13−5を固定接点とし、第6の折り返し点13−6を第1の可動接点とし、第4の素子長調整用ブロック33の一端33aを第2の可動接点とするスイッチであって、第3の接触子(図示せず)を持つ。同様に、第4の切換えスイッチ24Aは、第7の折り返し点13−7を固定接点とし、第8の折り返し点13−8を第1の可動接点とし、第4の素子長調整用ブロック34の一端34aを第2の可動接点とするスイッチであって、第4の接触子(図示せず)を持つ。第1乃至第4の切換えスイッチ21A〜24Aは、スイッチ制御ライン60Bを介して外部から供給される切換え制御信号によって、切換え制御される。
したがって、図7に示したミアンダアンテナ装置10Bでは、アンテナパターン13Bが長い方から降順に第1乃至第5のアンテナ長L1〜L5を選択可能に構成されている。ミアンダアンテナ装置10Bは、第1乃至第5のアンテナ長L1〜L5にそれぞれ対応する第1乃至第5の動作モードの1つで動作可能である。第1乃至第5のアンテナ長は、それらの長さによってそれぞれ決まる高調波の第1乃至第5の共振周波数fr1(m)〜fr5(m)が使用周波数帯域であるUHF−TV帯域内に入るような長さに設計されている。そして、第1乃至第5の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Bを動作させることによって、使用周波数帯域であるUHF−TV帯域をカバーしている。
とにかく、第1乃至第4の切換えスイッチ21A〜24Aは、これら高調波の第1乃至第5の共振周波数fr1(m)〜fr5(m)の1つを選択する選択手段として働く。また、第1乃至第4の素子長調整用ブロック31〜34の組み合わせは、選択した各高調波の共振周波数のズレを独立して微調整することが可能な微調整部として働く。
尚、図8に示されるように、基板11の裏面11bには、第1乃至第4の切換えスイッチ21A〜24Aが設けられている領域と対応する部分に接地パターン40が形成されている。
このような構成のミアンダアンテナ装置10Bは、携帯電話機などの携帯端末装置に内蔵され、内蔵型アンテナ装置として使用される。
図9に、図7に示したミアンダアンテナ装置10Bを折り畳み式携帯電話機50に内蔵した例を示す。図9において、(A)は開いた状態における携帯電話機50の裏面であるカバー側を示す概略平面図であり、(B)は開いた状態における携帯電話機50の表面であるメイン画面側を示す概略平面図である。
携帯電話機50は、LCD側筐体51と、複数のデータ入力用ボタンまたはキーを含む操作ボタンが装着されている操作ボタン側筐体52と、これらLCD側筐体51と操作ボタン側筐体52とを相互に回転可能に結合するヒンジ部(図示せず)とを有する。
LCD側筐体51の内部には、LCD側主回路基板56とLCD側副回路基板57とが設置されている。操作ボタン側筐体52の内部には、操作ボタン側回路基板58が設置されている。LCD側主回路基板56とLCD側副回路基板57とは互いに電気的に分離(絶縁)されている。LCD側副回路基板57と操作ボタン側回路基板58とは、ヒンジ部を超えてLCD側筐体51と操作ボタン側筐体52とにまたがって延びている接続部59を介して相互に電気的に接続されている。
図9(A)に示されるように、ミアンダアンテナ装置10Bのアンテナパターン13Bは、LCD側主回路基板56上に搭載されているが、ミアンダアンテナ装置10Bの接地パターン40(給電点15および第1乃至第4の切り換えスイッチ21A〜24Aが設けられている領域)は、LCD側副回路基板57上に搭載されている。
図10に、参考例として別の構成の折り畳み式携帯電話機50Aを示す。図10は開いた状態における携帯電話機50Aの表面であるメイン画面側を示す概略平面図である。図示の携帯電話機50Aは、LCD側筐体51の内部に設置される回路基板の構成が相違している点を除いて、図9に示した折り畳み式携帯電話機50と同様の構成を有する。
すなわち、図9に示した携帯電話機50においては、LCD側筐体51の内部に互いに電気的に絶縁されたLCD側主回路基板56とLCD側副回路基板57とが設置されているが、図10に示した携帯電話機50Aにおいては、LCD側筐体51の内部には1つのLCD側回路基板56Aのみが設置されている。LCD側回路基板56Aと操作ボタン側回路基板58とは、ヒンジ部を超えてLCD側筐体51と操作ボタン側筐体52とにまたがって延びている接続部59を介して相互に電気的に接続されている。
図10に示す携帯電話機50Aにおいては、ミアンダアンテナ装置10BがLCD側回路基板56A上に搭載される。
図11に、開いた状態における折り畳み式携帯電話機の座標系を示す。前後方向の座標軸がX軸であり、左右方向の座標軸がY軸であり、上下方向の座標軸がZ軸である。LCD側筐体51と操作ボタン側筐体52とは、YZ面に対して実質的に平行な面内で延在している。
図12及び図13に、図10に示した折り畳み式携帯電話機50A及び図9に示した折り畳み式携帯電話機50のXZ面での放射パターンを示す。図12において、(A)は受信周波数が470MHzの時の折り畳み式携帯電話機50AにおけるXZ面の放射パターンを示し、(B)は受信周波数が470MHzの時の折り畳み式携帯電話機50におけるXZ平面の放射パターンを示す。図13において、受信周波数が630MHzの時の折り畳み式携帯電話機50AにおけるXZ面の放射パターンを示し、(B)は受信周波数が630MHzの時の折り畳み式携帯電話機50におけるXZ面の放射パターンを示す。
図12及び図13から明らかなように、図9に示した折り畳み式携帯電話機50の方が、図10に示した折り畳み式携帯電話機50Aと比較して、放射パターンが向上している(良好である)ことがわかる。
図14を参照して、本発明の第3の実施の形態に係るミアンダアンテナ装置10Cについて説明する。図示のミアンダアンテナ装置10Cは、アンテナパターンと第1及び第2の素子長調整用ブロックの構成が相違している点を除いて、図6に図示したミアンダアンテナ装置10Bと同様の構成を有する。したがって、アンテナパターンに13Cの参照符号を付すと共に、第1及び第2の素子長調整用ブロックに、それぞれ、31Aおよび32Aの参照符号を付してある。
第1の素子長調整用ブロック31Aは、第1の切換えスイッチ21Aの第2の可動接点である一端31aに接続された第1のチップ部品312を含む。同様に、第2の素子長調整用ブロック32Aは、第2の切換えスイッチ22Aの第2の可動接点である一端32aに接続された第2のチップ部品322を含む。第1及び第2のチップ部品312および322の各々は、例えば、チップインダクタであって良い。
このような構成のミアンダアンテナ装置10Cも、図6に示されるミアンダアンテナ装置10Bと同様に、アンテナパターン13Cとして第1乃至第3のアンテナ長L1〜L3を選択可能に構成されており、第1乃至第3のアンテナ長L1〜L3にそれぞれ対応する第1乃至第3の動作モードの1つで動作可能である。そして、第1乃至第3のアンテナ長L1〜L3は、それらの長さによって決まる高調波の第1乃至第3の共振周波数fr1(m)、fr2(m)、fr3(m)が使用周波数帯域であるUHF−TV帯域に入るような長さに設計されている。これにより、第1乃至第3の動作モードを組み合わせてアンテナ装置10Cを動作させることよって使用周波数帯域(UHF−TV帯域)をカバーしている。
又、このような構成のミアンダアンテナ装置10Cでは、第1及び第2のチップ部品312および322として最適なチップ部品を選定して基板11の主面11a上に実装することによって、高調波の第3及び第2の共振周波数fr3(m)およびfr2(m)のズレを独立して容易に微調整することができる。
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、基板としてフレキシブルプリント配線基板を用いているが、他の基板を使用しても良いのは勿論である。また、アンテナパターンは基板の主面上に給電点から開放終端までに到って形成されているが、開放終端の代わりに接地終端を用いても良い。さらに、アンテナパターンとしてミアンダ形状の例のみを挙げているが、アンテナパターンの形状は、例えば、螺旋状などの他の形状であっても良い。上述した実施の形態では、本発明に係るアンテナ装置を地上デジタル放送受信用の携帯電話機等の携帯端末装置に内蔵した例について説明しているが、他の用途に適用しても良いのは勿論である。
10A、10B、10C ミアンダアンテナ装置
11 フレキシブルプリント配線基板
11a 主面
11b 裏面
13A、13B、13C アンテナパターン(給電導体)
15 給電点
17 開放終端
21〜23 開閉スイッチ(選択手段)
21A〜24A 切換えスイッチ(選択手段)
50 携帯電話機(携帯端末装置)
51 上蓋(LCD側筐体;第1の筐体)
52 操作ボタン側筐体(第2の筐体)
56 LCD側主回路基板(第1の主回路基板)
57 LCD側副回路基板(第1の副回路基板)
58 操作ボタン側回路基板(第2の回路基板)
59 接続部
60A、60B スイッチ制御ライン
11 フレキシブルプリント配線基板
11a 主面
11b 裏面
13A、13B、13C アンテナパターン(給電導体)
15 給電点
17 開放終端
21〜23 開閉スイッチ(選択手段)
21A〜24A 切換えスイッチ(選択手段)
50 携帯電話機(携帯端末装置)
51 上蓋(LCD側筐体;第1の筐体)
52 操作ボタン側筐体(第2の筐体)
56 LCD側主回路基板(第1の主回路基板)
57 LCD側副回路基板(第1の副回路基板)
58 操作ボタン側回路基板(第2の回路基板)
59 接続部
60A、60B スイッチ制御ライン
Claims (8)
- 主面を持つ基板と、該基板の主面上に給電点から終端までに到って形成されたアンテナパターンとを有し、下限周波数と上限周波数との間の使用周波数帯域の電波を受信するアンテナ装置であって、前記アンテナパターンは長い方から降順に第1乃至第N(Nは2以上の整数)のアンテナ長を選択可能に構成されており、前記第1乃至第Nのアンテナ長にそれぞれ対応する第1乃至第Nの動作モードの1つで動作可能なアンテナ装置に於いて、
前記第1乃至第Nのアンテナ長は、それらの長さによってそれぞれ決まる高調波の共振周波数が前記使用周波数帯域内に入るような長さに設計されており、前記第1乃至第Nの動作モードを組み合わせて前記アンテナ装置を動作させることによって前記使用周波数帯域をカバーするようにしたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記アンテナパターンがミアンダ形状に形成されている、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記第1乃至第Nの動作モードの内の少なくとも1つにおいて、前記アンテナ装置は少なくとも2つの高調波の共振周波数を同時に利用することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
- 前記使用周波数帯域の低い区間からk(kは2以上の整数)次高調波の共振周波数を順に使用し、特定の周波数より高い区間ではk次高調波の共振周波数だけでなく(k+1)次高調波の共振周波数をも使用することを特徴とする、請求項3に記載のアンテナ装置。
- 前記使用周波数帯域が、前記下限周波数が470MHzで、前記上限周波数が770MHzのUHF−TV帯域であり、前記特定の周波数が実質的に700MHzに等しいことを特徴とする、請求項4に記載のアンテナ装置。
- 前記整数Nが4に等しく、前記整数kは3に等しく、
前記第1の動作モードでは3次高調波と4次高調波の第1の共振周波数を同時に使用し、
前記第2の動作モードでは3次高調波と4次高調波の第2の共振周波数を同時に使用し、
第3の動作モードでは3次高調波の第3の共振周波数を使用し、
第4の動作モードでは3次高調波の第4の共振周波数を使用する、
ことを特徴とする請求項5に記載のアンテナ装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1つに記載のアンテナ装置を内蔵してなる携帯端末装置。
- 前記アンテナ装置は、前記第1乃至第Nのアンテナ長の1つを選択する選択手段を有し、
前記携帯端末装置は、第1の筐体と、該第1の筐体に結合された第2の筐体と、前記第1の筐体内に設置された第1の主回路基板及び第1の副回路基板と、前記第2の筐体内に設置された第2の回路基板とを備え、前記第1の主回路基板と前記第1の副回路基板とは互いに電気的に絶縁されており、前記第1の副回路基板と前記第2の回路基板とは互いに電気的に接続されており、
前記アンテナパターンは前記第1の主回路基板上に搭載され、前記選択手段は前記第1の副回路基板上に搭載されている、ことを特徴とする請求項7に記載の携帯端末装置。
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