JP2007267178A - アンテナ装置とこれを用いた通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は小型のループ型アンテナ装置に関するものであり、アンテナ装置の放射効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために本発明のアンテナ装置は、給電部１と、この給電部１に接続されると共にこの給電部１を通る任意の面２を対称面として面対称形状であるループ型導体板３と、このループ型導体板３において任意の面２を通る部分に設けられた第１スリット４と、この第１スリット４においてループ型導体板３間を接続する接続導体５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ループ型のアンテナ装置とこれを用いた通信機器に関するものである。

一般的に、１周半波長に満たない小型のループ型アンテナ装置においては、インピーダンス整合を取得するために、当該アンテナ装置の給電部に複数の整合回路が接続されていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、非特許文献１が知られている。
M.Sakai et al，Radiation Efficiency of Small Loop Antennas for Pager， IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium VOL.1999 NO.VOL.1 PAGE.10-13 '99

上記のように整合回路を用いてループ型のアンテナ装置の整合を取得すると、整合回路により電力ロスが生じ、その結果、アンテナ装置の放射効率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、ループ型アンテナ装置の放射効率を向上させることを目的とする。

この目的を達成するために本発明のアンテナ装置は、給電部と、この給電部に接続されると共にこの給電部を通る任意の面を対称面として面対称形状であるループ型導体板と、この導体板において前記任意の面を通る部分に設けられた第１スリットと、この第１スリットにおいて前記導体板間を接続する第１リアクタンス素子とを有する。

上記構成により、第１スリットに設けられた第１リアクタンス素子と給電部との間の距離を変化させることにより、スミスチャートにおいて、アンテナ装置の入力インピーダンス特性を示す円状軌跡の円直径を調整でき、これによりスミスチャート上の５０Ω点を通過する入力インピーダンス特性の円状軌跡を実現することができる。さらにループ型導体板の周長を変化させることでスミスチャート上５０Ω点近傍を通過する周波数を調整できるため、給電部に整合回路を用いることなく所望周波数において５０Ω整合を取得することが可能である。これにより、整合回路によるアンテナの放射効率の劣化を回避することが可能となり、アンテナ装置の放射効率を向上させることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。

図１は、本発明のアンテナ装置を模式的に示したものであり、その基本的な構造は、給電部１と、この給電部１に接続されると共にこの給電部を通る任意の面２を対称面として面対称形状となるループ型導体板３と、このループ型導体板３において任意の面２を通る部分に設けられた第１スリット４と、この第１スリット４においてループ型導体板３間を接続する接続導体５を有するものである。なお、接続導体５のＹ軸方向の導体幅は、ループ型導体板３のＹ軸方向の導体幅より小さい。また、上記アンテナ装置を搭載した通信機器（図示せず）は、給電部１に接続された無線回路（図示せず）と、この無線回路に接続された表示部等とを有する。この構成により、実施の形態１のアンテナ装置における入力インピーダンス整合を、整合回路を使用しなくとも、当該アンテナ装置の形状を調整することにより取ることが可能である。これにより、整合回路による電力ロスを無くすことができ、アンテナ装置の放射効率を向上させることが可能となる。又、整合回路の実装スペースも不要となり、通信機の小型化を図ることができる。

図２及び図３を用いて、本発明のアンテナ装置のインピーダンス整合を取得する方法を説明する。図２は、図１の接続導体５の位置を第１スリット４において変化させたときの、アンテナ装置の入力インピーダンスの変化を示している。今、アンテナ装置のスミスチャート上での入力インピーダンス軌跡がインピーダンス軌跡７であった場合、第１スリット４において図１の接続導体５の位置を給電部１へ近づける方向に動かすことで、図２中のインピーダンス軌跡６へアンテナ装置の入力インピーダンスを変更することが可能である。反対に、アンテナ装置の入力インピーダンス軌跡が図２中のインピーダンス軌跡８であった場合、第１スリット４において図１の接続導体５の位置を給電部１から遠ざける方向に動かせば、アンテナ装置の入力インピーダンスを図２中のインピーダンス軌跡６へ変更することが可能である。このように、第１スリット４における接続導体５の位置を調整することで、アンテナ装置の入力インピーダンス軌跡がスミスチャート上の５０Ω点（スミスチャートの中心）付近を通るように調整することが可能である。次に、ループ型導体板３のループ周長（ループ型導体板３のＸＺ断面の長さ）を調整することにより、所望の動作周波数において、本発明のアンテナ装置のインピーダンス整合が取れるようにする。具体的には、接続導体の位置調整により５０Ω点付近を通るアンテナ装置のインピーダンス軌跡上において、所望周波数Ｆ０が図３中の点１０の位置にあった場合、図１のループ型導体板３のループ周長を短くすれば、図３中の点９へ周波数Ｆ０の点を移動させることが可能である。又、アンテナ装置のインピーダンス軌跡上において、所望周波数Ｆ０が図３中の点１１の位置にあった場合、図１のループ型導体板３のループ周長を長くすれば、図３中の点９へ周波数Ｆ０の点を移動させることが可能である。

このように、第１スリット４における接続導体５の位置とループ型導体板３のループ周長とを調整することにより、整合回路を特に用いなくともインピーダンス整合を取得することが可能である。

また、アンテナ装置が対称的構成でない場合や整合回路としてバランス回路を用いない場合には、アンテナ装置のバランス動作が乱れ、アンテナ装置が実装されたグランド板や同軸線路のグランド等に放射に寄与する電流が流れ、アンテナ装置は当該グランド等を含めて電力を放射する。このとき、アンテナ装置が実装されるグランド板が人体に近接して使用される場合や、アンテナ装置に接続された同軸線路周囲にノイズ対策のためフェライトを取付ける場合には、人体やフェライトによりグランドから放射されていた電力の一部が熱に変わり、アンテナの放射効率が劣化してしまう。しかし、本発明のアンテナ装置は、任意の面２を対称面として面対称な構造を有していると共に整合回路が不要なため、本アンテナ装置へバランス給電することで本アンテナ装置以外に放射に寄与する電流が流れにくくなり、本アンテナ装置が実装される通信機器のグランドや同軸ケーブルにコモンモード電流が発生しにくい有効な特性を有することができる。これにより、通信機器のグランドや同軸ケーブルからの放射を抑制することができ、当該部分や人体やフェライト等のロス媒体に近接して通信を行っても、アンテナ装置の放射効率が劣化することを抑制することができる。

尚、実施の形態１においては、ＸＺ面における断面形状が方形のループ型導体板３を用いたが、任意の面２を対称面として面対称形状となるのであれば如何なる形状においても同様の効果が得られ、例えば、当該断面形状が楕円形、円形等の形状であっても良い。又、本実施の形態１においては、ＸＺ面における断面は中空構造となっているが、誘電体、磁性体、又は誘電体と磁性体の混合体を挿入し、アンテナ装置の小型化、機械的強度向上を図っても良い。尚、接続導体５の代わりに第１リアクタンス素子を設けることにより、当該アンテナ装置の入力インピーダンス調整範囲を広げることもできる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図４を用いて説明する。尚、特に説明しない限り、構成とその効果は実施の形態１と同様である。

実施の形態２における実施の形態１との相違点は、図４に示されるように、ループ型導体板３において第１スリット４とは異なる任意の面２を通る部分に設けられた第２スリット１２と、この第２スリット１２においてループ型導体板３間を接続する第２リアクタンス素子１３と、第１スリット４の任意部位に設けられた切り欠き部１４が設けられている点である。実施の形態２に係るループアンテナは、第２のリアクタンス素子１３の素子値を調整することにより、ループ型導体板３のループ周長を変更することなく図３における共振周波数の調整が可能となり、簡易にインピーダンス整合を取得することが可能となる。また、第２リアクタンス素子１３としてコンデンサを用いることにより、アンテナ装置の共振周波数を下げることができ、結果的にループ型導体板のループ周長を短くできることから、アンテナ装置の小型化を図ることができる。尚、アンテナ装置の共振周波数調整のため、第２リアクタンス素子１３としてインダクタンス素子を使用しても良いことは言うまでもない。

一方、実施の形態２に係るループアンテナの切り欠き部１４を第１スリット４の任意部位に設けることにより放射に寄与する電流のパスを長くすることができる。この為、アンテナ装置の共振周波数を低くでき、その結果、アンテナ装置の小型化が可能となる。又は、第２リアクタンス素子１３としてコンデンサを用いた場合には、この切り欠き部１４によりコンデンサの容量値を下げることができ、コンデンサのロス低減が図れることからアンテナの放射効率を向上させられる。切り欠き部１４の形状は放射に寄与する電流のパス長を長くできれば良いため、任意の面２に対して面対称となる任意形状で良い。

なお、接続導体５の位置が第１スリット４のＹ軸方向中点１５よりも給電部１に近い場合には、給電部１から遠い方の第２スリット１２端部位置に第２リアクタンス素子１３を配置した方が第２リアクタンス素子１３の素子値を小さくすることができる。これは、上記第２スリット１２端部位置の電圧が最大となるためである。その結果、第２リアクタンス素子１３のロス低減を図れることからアンテナ装置の放射効率を向上させることができる。接続導体５の位置が第１スリット４のＹ軸方向中点１５よりも給電部１から遠い場合、給電部１に近い方の第２スリット１２端部位置に第２リアクタンス素子１３を配置することで、上記と同様の効果が得られる。尚、アンテナ装置の共振周波数を調整するために、第２リアクタンス素子１３を上記第２スリット端部以外の部位に配設することもできる。

尚、実施の形態２においては、ＸＺ面における断面は中空構造となっているが、誘電体、磁性体、又は誘電体と磁性体の混合体を挿入し、アンテナ装置の小型化、機械的強度向上を図っても良い。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について図５〜図７を用いて説明する。実施の形態３は実施の形態２に係るアンテナ装置の具現化手段を示している。図５は、導電パターン１６と接着部１７が形成された樹脂等で構成される柔軟なフィルム１８の上面図である。このフィルム１８には、第２リアクタンス素子１３が実装されるレジストの形成されていないランド１９と、給電用の給電端子２０も設けられている。このフィルム１８によって固定治具２１を覆うように、折り曲げ線２２で折り曲げた様子を示したのが図６である。図７には、実施の形態３におけるアンテナ装置の完成した外観を示している。フィルム１８の両端部は接着部１７により接着固定されると共に、ランド１９には第２リアクタンス素子１３が実装され、給電端子２０には給電部１が接続されている。このような簡易な工法により本発明のアンテナ装置を具現化することができる。尚、固定治具２１としてウレタンや発泡スチロール等を用いるとアンテナ装置の軽量化を図ることもでき、固定治具２１として誘電体や磁性体を用いるとアンテナ装置の小型化を図ることもできる。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について図８を用いて説明する。尚、特に説明しない限り、構成とその効果は実施の形態３と同様である。

実施の形態４における実施の形態３との相違点は、図８に示されるように、フィルム１８や固定治具２１を用いず、セラミック基体２３の表面に給電端子を含む導電パターン２４を形成し、焼成することにより実施の形態２のアンテナ装置を具現化した点である。これにより、寸法バラツキの少ないアンテナ装置を実現することができ、アンテナ装置の特性バラツキを低く抑えることができる。尚、セラミック基体２３は、磁性体に置き換えられても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について図９を用いて説明する。図９において、導体板２６を回路基板２７上に形成されたアンテナ実装用ランド２８に実装し、回路基板２７の裏面に形成された導電パターン２９とビアホール３０で接続されているリアクタンス素子用ランド３１と、アンテナ実装用ランド２８間にそれぞれリアクタンス素子３２を接続することで本発明のアンテナ装置を具現化している。なお、上記リアクタンス素子用ランド３１が請求の範囲に記載された第３スリット及び第４スリットである。これにより通信機器に内蔵されている回路基板を用いて容易に本発明のアンテナ装置を具現化できる。

なお、２つのリアクタンス素子３２は共に、任意の面２に対して面対称となる位置に同じ素子値を配設することが望ましい。このような構成により、本発明のアンテナ装置は任意の面２に対して電気的に面対称なものとなり、通信機器のグランド等に放射に寄与する電流が流れることを避けることができる。

また、実施の形態２で示したように、接続導体５の位置が第１スリット４のＹ軸方向中点１５よりも給電部１に近い場合にはリアクタンス素子用ランド３１における給電部１から遠い方のリアクタンス素子用ランド３１端部位置にリアクタンス素子３２を配置することが望ましい。このような位置関係をとることにより、リアクタンス素子３２の素子値を小さくすることができ、結果、アンテナ装置の放射効率を向上させることができる。

本発明にかかるアンテナ装置は、整合回路不要でアンテナ形状のみによりインピーダンス整合を取ることが可能であるため、整合回路でのロスを回避でき、高い放射効率を実現することが可能であり、携帯端末などの通信機器に有用である。

本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置を示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置のインピーダンス特性を示す図 本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置のインピーダンス特性を示す図 本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置を示す斜視図 本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置を示す上面図 本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置を示す斜視図 本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置を示す斜視図 本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置を示す斜視図 本発明の実施の形態５におけるアンテナ装置を示す斜視図

符号の説明

１ 給電部
２ 任意の面
３ ループ型導体板
４ 第１スリット
５ 接続導体
１２ 第２スリット
１３、３２ リアクタンス素子
１４ 切り欠き部
１７ 接着部
１８ フィルム
２１ 固定治具
２３ セラミック基体
２６ 導体板
２７ 回路基板
３０ ビアホール

Claims (14)

1. 給電部と、
   この給電部に接続されると共にこの給電部を通る任意の面を対称面として面対称形状であるループ型導体板と、
   この導体板において前記任意の面を通る部分に設けられた第１スリットと、
   この第１スリットにおいて前記導体板間を接続する第１リアクタンス素子とを有するアンテナ装置。
2. 給電部と、
   この給電部に接続されると共にこの給電部を通る任意の面を対称面として面対称形状であるループ型導体板と、
   この導体板において前記任意の面を通る部分に設けられた第１スリットと、
   この第１スリットにおいて前記導体板間を接続する接続導体とを有するアンテナ装置。
3. 前記ループ型導体板の内部に挿入された誘電体、磁性体、又は誘電体と磁性体の混合体を有する請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記導体板において、前記任意の面を通る部分に設けられた第２スリットと、
   この第２スリットにおいて前記導体板間を接続する第２リタクタンス素子とを有する請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１スリットの任意部位に、前記任意の面を対称面として面対称形状の切り欠き部を設けた請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
6. 前記第２リアクタンス素子はコンデンサである請求項４に記載のアンテナ装置。
7. 前記接続導体又は前記第１リアクタンス素子は前記第１スリットの中点よりも前記給電部に近い位置に配置されると共に前記第２リアクタンス素子は前記給電部から遠い方の前記第２スリット端部位置に配置された請求項４に記載のアンテナ装置。
8. 前記接続導体又は前記第１リアクタンス素子は前記第１スリットの中点よりも前記給電部から遠い位置に配置されると共に前記第２リアクタンス素子は前記給電部に近い方の前記第２スリット端部位置に配置された請求項４に記載のアンテナ装置。
9. 前記ループ型導体板は所定部位に導電性パターンが設けられたフィルムを折り曲げることにより形成された請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
10. 前記ループ型導体板は、立体形状を有する誘電体、磁性体、又は誘電体及び磁性体の混合物の表面に導電性パターンを焼成することにより形成された請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
11. 前記ループ型導体板は、高周波回路基板に設けられた導電性パターンと、前記高周波回路基板上に設置された導電性エレメントとにより形成された請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
12. 前記導体板において、前記任意の面を対称面として面対称形状となる位置にそれぞれ設けられた第３スリット及び第４スリットと、これに第３スリット及び第４スリットにおいて前記導体板間を接続すると共に前記任意の面を対称面として面対称となる位置に各々設けられた第３リアクタンス素子及び第４リタクタンス素子とを有する請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
13. 給電部と、
    この給電部に接続されると共にこの給電部を通る任意の面を対称面として面対称形状であるループ型導体板と、
    この導体板において前記任意の面を通る部分に設けられた第１スリットと、
    この第１スリットにおいて前記導体板間を接続する第１リアクタンス素子と、
    前記給電部に接続された無線回路とを有する通信機器。
14. 給電部と、
    この給電部に接続されると共にこの給電部を通る任意の面を対称面として面対称形状であるループ型導体板と、
    この導体板において前記任意の面を通る部分に設けられた第１スリットと、
    この第１スリットにおいて前記導体板間を接続する接続導体と、
    前記給電部に接続された無線回路とを有する通信機器。

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