JP2007266669A

JP2007266669A - アンテナ及び無線装置

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Publication number: JP2007266669A
Application number: JP2006085075A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sugiyama; 裕一杉山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP4522386B2; US20070222688A1; US7522104B2

Abstract

【課題】小型化を維持しつつ３つ以上の共振周波数を提供するアンテナ、それを利用した共振周波数の制御方法、並びに、それを有する無線装置を提供する。
【解決手段】導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置して３つの共振周波数を与えるアンテナであって、前記アンテナ素子は３つの部分に分岐されると共に一の給電点に接続され、前記３つの部分の少なくとも２つは電磁的に結合されていることを特徴とするアンテナを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、無線装置に使用されるアンテナに係り、特に、３つ以上の共振周波数を提供するアンテナ及びそれを有する無線装置に関する。本発明は、例えば、携帯電話機（ＰＤＣ：パーソナル・ディジタル・セルラー）、パーソナル・ハンディホン・システム（ＰＨＳ）、その他の移動通信端末（本出願においては、これらを「移動式無線通信装置」と総称する。）に内蔵されるトリプルバンドアンテナに好適である。

近年の移動式無線通信装置の普及に伴い、携帯電話には提供可能な通信サービスの拡大や装置の小型化が益々要求されている。従来の携帯電話機は、一又は複数の共振周波数帯域（例えば、２ＧＨｚ帯や８００ＭＨｚ帯）においてサービスを提供している。

２つ以上の共振周波数帯域（マルチバンド）で通信サービスを提供するには各帯域に対応した内蔵アンテナを使用する必要がある。この場合、一の共振周波数帯域（シングルバンド）を提供する共振アンテナ（シングルバンドアンテナ）を２つ設けると装置の小型化が阻害されるため、２つの共振周波数帯域（デュアルバンド）を提供する共振アンテナ（デュアルバンドアンテナ）が提案されている。

従来技術としては、例えば、特許文献１乃至３がある。
国際公開第９６／３４４２６号パンフレット国際公開第０２／０１３３１２号パンフレット特開２００４−２６６３１１号公報

携帯電話は、今後提供する通信サービスの共振周波数の数を増加する傾向にある（例えば、１．７ＧＨｚ帯）が、３つの共振周波数（トリプルバンド）を提供するトリプルバンドアンテナは未だ提案されていない。トリプルバンドを提供するためには３つのシングルバンドアンテナの組み合わせかデュアルバンドアンテナとシングルバンドアンテナの組み合わせを使用することになる。このように複数のアンテナを使用すると上述のように装置の小型化が阻害される。

そこで、本発明は、小型化を維持しつつ３つ以上の共振周波数を提供するアンテナ、それを利用した共振周波数の制御方法、並びに、それを有する無線装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としてのアンテナは、導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置して３つの共振周波数を与えるアンテナであって、前記アンテナ素子は３つの部分に分岐されると共に一の給電点に接続され、前記３つの部分の少なくとも２つは電磁的に結合されていることを特徴とする。通常、アンテナ素子を３つに分岐させるだけでは２つの共振周波数しか得られない。本発明者は、少なくとも２つのアンテナ素子部分を電磁的に結合することによって３つの共振周波数が現れることを発見した。この結果、かかるアンテナは少なくともトリプルバンド共振アンテナとして機能する。一のアンテナでトリプルバンドを実現することができるので、複数のアンテナを設けるよりも省スペース化を実現でき、無線装置の小型化を図ることができる。電磁的に結合するためには、例えば、２つのアンテナ素子部分を近接して（例えば、１ｍｍ以内に）配置する。電磁的に結合しているかどうかは、例えば、２つのアンテナ素子部分の距離を変更した場合にリターンロスと周波数との関係が変更するかどうかで判断することができる。

前記アンテナ素子は、前記誘電体上で前記導電体を折り曲げた立体構造を有してもよい。立体構造により、電磁的結合を図りつつアンテナの小型化を図ることができる。例えば、前記立体構造は、前記少なくとも２つの一方を折り曲げて他方を折り曲げられた前記一方の周りを囲うように折り曲げる。

前記３つの部分は、第１の方向に延びて、例えば、Ｚ形状を有する第１の部分と、第１の方向とは反対の第２の方向に延びて、例えば、Ｊ形状を有する第２の部分と、前記第２の方向に延びてその後前記第２の方向に垂直な第３の方向に屈曲して、例えば、Ｓ形状を有する第３の部分とを有し、前記立体構造は、前記第１の部分を前記第２の方向に折り曲げ、前記第２の部分を第１の方向に折り曲げ、前記第３の部分が折り曲げられた前記第２の部分の周りを囲うように前記第３の部分を折り曲げ、折り曲げられた前記第２の部分と折り曲げられた前記第３の部分とが電磁的に結合されてもよい。第１乃至第３の部分はＺ，Ｊ及びＳ形状に限定されるものではない。但し、このように形状にすれば、特に、８００ＭＨｚ、２ＧＨｚ及び１．７ＧＨｚ帯用の携帯電話に好適な小型のアンテナを実現することができる。

本発明の別の側面としての制御方法は、複数の部分に分岐した導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置したアンテナが与える複数の共振周波数を制御する方法であって、前記アンテナ素子を一の給電点に接続するステップと、前記複数の部分の２つを電磁的に結合すると共にその間隔を調整するステップとを有することを特徴とする。共振周波数は、誘電体の材質、アンテナ素子部分の長さにも依存するが、本発明者は電磁結合された２つのアンテナ素子部分の距離にも依存することを発見した。このため、かかる距離を調整することによって共振周波数を微調整することができる。例えば、前記複数の部分は３つの部分であり、前記複数の共振周波数は３つの共振周波数である。

上述のアンテナを有することを特徴とする無線装置（例えば、移動式無線通信装置）は、多機能化されたアンテナを使用して小型化を維持したまま３つの共振周波数で通信を提供することができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、小型化を維持しつつ３つ以上の共振周波数を提供するアンテナ、それを利用した共振周波数の制御方法、並びに、それを有する無線装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例のアンテナについて説明する。本実施例のアンテナはトリプルバンドアンテナである。ここで、図１（ａ）は、トリプルバンドアンテナ２００の下側から見た拡大斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ部の拡大斜視図である。図２は、トリプルアンテナ２００の上側から見た拡大斜視図である。図１（ａ）に示すように、誘電体２１０と、アンテナ素子２５０と、固定部２９０（図１（ａ）においては省略されているが図２に図示されている）とを有する。

誘電体２１０は、アンテナ素子２５０を支持すると共にその材質はアンテナ２００が提供する共振周波数を決定する一因となる。また、誘電体２１０は、アンテナ２１０の外形を規定する。誘電体２１０は、それぞれ略直方体形状を有する基部２２０と、第１の支持台２３０と、第２の支持台２４０とを有する。図１（ａ）においては、基部２２０の左側に第１の支持台２３０が搭載され、右側に第２の支持台２４０が搭載される。

基部２２０には、後述する移動式無線通信装置１００の突起と係合する一対の係合孔２２２が設けられると共に第１のアンテナ素子部分２６０の一部が接着される上面２２４を有する。

第１の支持台２３０は、１／３程度が図１（ａ）に示す基部２２０の左側から左方に突出し、基部２２０に底部で固定される。第１の支持台２３０と基部２２０との間には隙間があり、かかる隙間を第１のアンテナ素子部分２６０は通過することができる。第１の支持台２３０は略長方体形状を有し、図１（ａ）に示す基部２２０の左側から突出する先端上部は面取りされている。第１の支持台２３０には第１のアンテナ素子部分２６０が巻き付けられる。第１のアンテナ素子部分２６０は、第１の支持部２３０の上面２３２で支持及び接着される。

第２の支持台２４０は、１／３程度が図１（ａ）に示す基部２２０の右側から右方から突出し、基部２２０に底部で固定される。第２の支持台２３０と基部２２０との間には隙間があり、かかる隙間を第１のアンテナ素子部分２６０は通過することができる。第２の支持台２４０は略長方体形状を有し、図１（ａ）に示す基部２２０の右側から突出する先端上部は面取りされている。第２の支持台２４０には第２及び第３のアンテナ素子部分２７０及び２８０が巻き付けられる。第２のアンテナ素子部分２７０と第３のアンテナ素子部分２８０の一部は、第２の支持部２４０の上面２４２で支持及び接着される。第３のアンテナ素子部分２８０は、その後、上面２４２に垂直な図１（ａ）の奥側の側面２４４と、左側の側面２４６と、手前側の側面２４８に巻き付けられて接着される。

図３は、アンテナ素子２５０の展開平面図である。アンテナ素子２５０は、銅などの導電性材料から構成される帯状部材であり、誘電体２１０上に固定され、３つの共振周波数を与える。アンテナ素子２５０は、図３に示すように、第１アンテナ素子部分２６０、第２のアンテナ素子部分２７０及び第３のアンテナ素子部分２８０に分岐される。図１（ａ）のＡ部は分岐部分を示している。このように、第１乃至第３のアンテナ素子部分２６０乃至２８０は物理的に結合している。また、第１乃至第３のアンテナ素子部分２６０乃至２８０は、一の給電点ＦＰに接続され、これにより、並列共振モードを発生させている。

本実施例では、第１のアンテナ素子部分２６０は８００ＭＨｚの共振周波数を発生させ、第２のアンテナ素子部分２７０は２ＧＨｚの共振周波数を発生させ、第３のアンテナ素子部分２８０は１．７ＧＨｚの共振周波数を発生させる。第１乃至第３のアンテナ素子部分２６０乃至２８０のそれぞれの長さは共振周波数を決定する一因となる。本実施例では、第１のアンテナ素子部分２６０の長さが最も長く、次に、第２のアンテナ素子部分２７０が長く、第３のアンテナ素子部分２８０の長さは最も短い。

図３に示すように、第１のアンテナ素子２６０は（給電点ＦＰから見て）Ｌ_１方向に延び、第２のアンテナ素子部分２７０は（給電点ＦＰから見て）Ｌ_２方向に延びる。また、第３の部分は、（給電点ＦＰから見て）Ｌ_２方向に延びてその後Ｌ_２方向に垂直なＷ方向に屈曲する。

図３では、第１のアンテナ素子部分２６０はＺ形状を有し、第２のアンテナ素子部分２７０はＪ形状を有し、第３のアンテナ素子部分２７０はＳ形状を有する。本発明は、第１乃至第３のアンテナ素子部分２６０乃至２７０をＺ，Ｊ及びＳ形状に限定するものではない。このため、スペースが許せば、例えば、第１のアンテナ素子部分２６０は直線状に構成されてもよい。しかし、このように形状して図１に示すように折り曲げれば、特に、８００ＭＨｚ、２ＧＨｚ及び１．７ＧＨｚ帯用の携帯電話に好適な小型のアンテナを実現することができる。

また、アンテナ素子２５０は立体構造を形成する。これによって後述する電磁結合と小型化を図ることができる。図２を参照するに、かかる立体構造は、第１のアンテナ素子部分２６０をＬ_１方向に折り曲げ、第２のアンテナ素子部分２７０をＬ_２方向に折り曲げる。また、第３のアンテナ素子部分２８０は、折り曲げられた第２のアンテナ素子部分２７０の周りを囲うように、図１（ａ）に示す上面２４２で一旦折り曲げられた後で側面２４４乃至２４８に沿って折り曲げられる。

本実施例では、第２のアンテナ素子部分２７０と第３のアンテナ素子部分２８０は電磁的に結合されている。より詳細には、折り曲げられた第２のアンテナ素子部分２７０と折り曲げられた第３のアンテナ素子部分２８０とが電磁的に結合される。通常、アンテナ素子を３つに分岐させるだけでは２つの共振周波数しか得られない。本発明者は、少なくとも２つのアンテナ素子部分を電磁的に結合することによって３つの共振周波数が現れることを発見した。

図４（ａ）は、第２のアンテナ素子部分２７０と第３のアンテナ素子部分２８０の間隔を０．１ｍｍに設定して電磁結合した構成を示す部分拡大斜視図である。図４（ｂ）はそのときのリターンロス（縦軸）と周波数（横軸）との関係を示すグラフである。図５（ａ）は、第２のアンテナ素子部分２７０と第３のアンテナ素子部分２８０の間隔を１．０ｍｍに設定して電磁結合した構成を示す部分拡大斜視図である。図５（ｂ）はそのときのリターンロス（縦軸）と周波数（横軸）との関係を示すグラフである。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）における落ち込みは共振周波数を表すため、３つの共振周波数が現れていることが理解される。この結果、アンテナ２００はトリプルバンドアンテナとして機能する。一のアンテナでトリプルバンドを実現することができるので、複数のアンテナを設けるよりも省スペース化を実現でき、後述する移動式無線通信装置の小型化を図ることができる。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）において、「共振１」は８００ＭＨｚの共振周波数に対応する。「共振２」は１．７５ＧＨｚ付近の共振周波数に対応する。「共振３」は２ＧＨｚの共振周波数に対応する。図４（ｂ）と図５（ｂ）から、第２のアンテナ素子部分２７０と第３のアンテナ素子部分２８０の間隔を調整すると、共振２の周波数が変更されることが理解される。

このように、電磁的に結合するためには、例えば、２つのアンテナ素子部分を近接して（例えば、１ｍｍ以内に）配置する。電磁的に結合しているかどうかは、例えば、２つのアンテナ素子部分の距離を変更した場合にリターンロスと周波数との関係が変更するかどうかで判断することができる。図４（ａ）及び図５（ａ）においては、第１のアンテナ素子部分２６０は第２のアンテナ素子部分２７０や第３のアンテナ素子部分２８０と電磁結合されていない。これは、図４（ｂ）及び図５（ｂ）において間隔を調節しても共振１及び３の位置が変化しないことから理解される。但し、本発明は電磁結合するペアを第２及び第３のアンテナ素子部分２７０及び２８０に限定するものではなく、分岐された３つの部分の少なくとも２つが電磁結合されていればよい。本実施例では、従来から使用されている周波数８００ＭＨｚと２ＧＨｚに対して１．７５ＧＨｚを付加するので１．７５ＧＨｚをターゲットとし、周波数差が小さい２ＧＨｚを選択したため第２及び第３のアンテナ素子部分２７０及び２８０のペアを選択している。

固定部２９０は、図２、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、移動式無線通信装置の一例としての携帯電話機１００にアンテナ２００を固定するネジ２９４（後述する図７（ｂ）を参照のこと）が挿入されるネジ孔２９２を有する。また、固定部２９０は、給電点ＦＰとして機能し、銅などの金属材料から構成される。

以下、図６（ａ）乃至７（ｃ）を参照して、アンテナ２００の携帯電話機１００への取り付けについて説明する。ここで、図６（ａ）は、携帯電話機１００の背面図である。図６（ｂ）は、携帯電話１００のリアケース１２５を取り外した様子を示す分解平面図である。図６（ｃ）は、リアケース１２５とアンテナ２００の拡大分解平面図である。

携帯電話機１００は、可動側筐体１１０と固定側筐体１２０とがヒンジ部１３０によって折り畳み可能に結合される折り畳み式携帯電話機であり、可動側筐体１１０は固定側筐体１２０に対して回転可能に構成される。可動側筐体１１０は、フロントケースとリアケースとを結合した筐体構造を有し、表示部、レシーバ、プリント基板などを収納する。固定側筐体１２０も、フロントケース１２２とリアケース１２５とを結合した筐体構造を有し、操作部と、プリント基板と、スピーカーと、バイブレータと、カメラ、バッテリ部、アンテナ２００を収納する。図６（ｂ）に示すように、フロントケース１２２にはアンテナ２００の固定部２９０に給電するアンテナ給電点１２３が形成される。リアケース１２５は、図６（ｃ）に示すように、アンテナバネ１２６と、一対の突起１２８を有する。アンテナバネ１２６はアンテナ給電点１２３と接触し、固定部２９０と接触する。一対の突起１２８は基部２２０の一対の係合孔２２２と係合する。

図７（ａ）は、図６（ｃ）でアンテナ２００をリアケース１２５に取り付けた様子を示す拡大平面図である。図７（ｂ）は、図６（ｂ）の下部筐体１２０の部分拡大平面図である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の拡大矢視図である。

本実施例では、アンテナ２００を取り付ける際に、アンテナ２００が与える共振周波数を制御することができる。この場合、予め誘電体の材料やアンテナ素子部分の長さを適当に選択して共振周波数を大まかに決定する。次に、３つのアンテナ素子部分の少なくとも２つを電磁結合すると共にその間隔を調整する。これによってターゲットの共振周波数を微調節することができる。次に、係合孔２２２に突起１２８を挿入すると共にネジ２９４で固定してアンテナ２００をレアケース１２５に取り付ける。かかる取り付けによって、アンテナ素子２５０を一の給電点に接続する。

動作において、ユーザは携帯電話機１００を利用して３つの共振周波数で通信することができる。この際、単一のアンテナ２００は携帯電話機１００の小型化・軽量化を妨げず、また、目標の共振周波数を簡単に微調整することができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は更に以下の事項を開示する。

（付記１）導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置して３つの共振周波数を与えるアンテナであって、前記アンテナ素子は３つの部分に分岐されると共に一の給電点に接続され、前記３つの部分の少なくとも２つは電磁的に結合されていることを特徴とするアンテナ。（１）
（付記２）前記少なくとも２つは１ｍｍ以下に近接して配置されることを特徴とする付記１記載のアンテナ。

（付記３）前記アンテナ素子は、前記誘電体上で前記導電体を折り曲げた立体構造を有することを特徴とする付記１記載のアンテナ。（２）
（付記４）前記立体構造は、前記少なくとも２つの一方を折り曲げて他方を折り曲げられた前記一方の周りを囲うように折り曲げることを特徴とする付記１記載のアンテナ。

（付記５）前記３つの部分は、第１の方向に延びてＺ形状を有する第１の部分と、第１の方向とは反対の第２の方向に延びる第２の部分と、前記第２の方向に延びてその後前記第２の方向に垂直な第３の方向に屈曲する第３の部分とを有し、前記立体構造は、前記第１の部分を前記第２の方向に折り曲げ、前記第２の部分を第１の方向に折り曲げ、前記第３の部分が折り曲げられた前記第２の部分の周りを囲うように前記第３の部分を折り曲げ、折り曲げられた前記第２の部分と折り曲げられた前記第３の部分とが電磁的に結合されることを特徴とする付記３記載のアンテナ。（３）
（付記６）前記第１の部分はＺ形状を有することを特徴とする付記５記載のアンテナ。

（付記７）前記第２の部分はＪ形状を有することを特徴とする付記５記載のアンテナ。

（付記８）前記第３の部分はＳ形状を有することを特徴とする付記５記載のアンテナ。

（付記９）複数の部分に分岐した導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置したアンテナが与える複数の共振周波数を制御する方法であって、前記アンテナ素子を一の給電点に接続するステップと、前記複数の部分の２つを電磁的に結合すると共にその間隔を調整するステップとを有することを特徴とする方法。（４）
（付記１０）前記複数の部分は３つの部分であり、前記複数の共振周波数は３つの共振周波数であることを特徴とする付記９記載の方法。

（付記１１）付記１記載のアンテナを有することを特徴とする無線装置。（５）
（付記１２）付記１１記載の無線装置は移動式無線通信装置であることを特徴とする無線装置。

図１（ａ）は本発明の一実施例のアンテナの下側から見た拡大斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部の拡大斜視図である。図１（ａ）に示すアンテナの上側から見た拡大斜視図である。図１（ａ）に示すアンテナの展開平面図である。図４（ａ）は、図１（ａ）及び図２に示す第２及び第３のアンテナ素子部分の間隔を０．１ｍｍに設定した場合の部分拡大斜視図であり、図４（ｂ）は、その場合のリターンロスと周波数との関係を示すグラフである。図５（ａ）は、図１（ａ）及び図２に示す第２及び第３のアンテナ素子部分の間隔を１．０ｍｍに設定した場合の部分拡大斜視図であり、図５（ｂ）は、その場合のリターンロスと周波数との関係を示すグラフである。図６（ａ）は、本発明の無線装置の一例としての携帯電話の背面図である。図６（ｂ）は、携帯電話のリアケースを取り外した様子を示す分解平面図である。図６（ｃ）は、リアケースとアンテナの拡大分解平面図である。図７（ａ）は、図６（ｃ）でアンテナをリアケースに取り付けた様子を示す拡大平面図である。図７（ｂ）は、図６（ｂ）の携帯電話の下部筐体の部分拡大平面図である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の拡大矢視図である。

符号の説明

１００移動式無線通信装置（携帯電話機）
１１０可動側筐体
１２０固定側筐体
１３０ヒンジ部
２００アンテナ
２１０誘電体
２５０アンテナ素子
２６０第１のアンテナ素子部分
２７０第２のアンテナ素子部分
２８０第３のアンテナ素子部分
２９０固定部

Claims

導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置して３つの共振周波数を与えるアンテナであって、
前記アンテナ素子は３つの部分に分岐されると共に一の給電点に接続され、
前記３つの部分の少なくとも２つは電磁的に結合されていることを特徴とするアンテナ。
前記アンテナ素子は、前記誘電体上で前記導電体を折り曲げた立体構造を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記３つの部分は、
第１の方向に延びてＺ形状を有する第１の部分と、
第１の方向とは反対の第２の方向に延びる第２の部分と、
前記第２の方向に延びてその後前記第２の方向に垂直な第３の方向に屈曲する第３の部分とを有し、
前記立体構造は、前記第１の部分を前記第２の方向に折り曲げ、前記第２の部分を第１の方向に折り曲げ、前記第３の部分が折り曲げられた前記第２の部分の周りを囲うように前記第３の部分を折り曲げ、
折り曲げられた前記第２の部分と折り曲げられた前記第３の部分とが電磁的に結合されることを特徴とする請求項３記載のアンテナ。
複数の部分に分岐した導電性のアンテナ素子を誘電体上に配置したアンテナが与える複数の共振周波数を制御する方法であって、
前記アンテナ素子を一の給電点に接続するステップと、
前記複数の部分の２つを電磁的に結合すると共にその間隔を調整するステップとを有することを特徴とする方法。
請求項１記載のアンテナを有することを特徴とする無線装置。