JP2008072686A - アンテナ装置及びそれを用いたマルチバンド型無線通信機器 - Google Patents

アンテナ装置及びそれを用いたマルチバンド型無線通信機器 Download PDF

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Abstract

【課題】広帯域(複数のバンド)化が可能で、各バンド内において良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができるアンテナ装置を省スペースで実現する。
【解決手段】一端側の端部111aが給電部として設けられ、他端側の端部112aが開放端として設けられた導体アンテナ110と、前記導体アンテナの一端側と他端側との間に配置され、一端側と他端側に接合された絶縁材料から成る基体120を備え、前記導体アンテナは略U字状に形成されている。これにより、基体が折り返し部を有する導体アンテナの電界強度が強まる位置に接合されているので、各バンド内においても広帯域化が可能となり、良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複数のバンド(送受信帯域)に対応可能なアンテナ装置及びそれを用いたマルチバンド型無線通信機器に関する。
近年、携帯電話等の無線通信機器が急速に普及し、通信に使用する帯域も多岐に亘っている。特に、最近の携帯電話では、デュアルバンド方式、トリプルバンド方式、クワッドバンド方式等と呼ばれるように、複数のバンド(送受信帯域)を一つの携帯電話機器に装備する例が多くなっている。かかる状況下、携帯電話等の内蔵アンテナ回路を構成するアンテナ装置として、上記のような複数のバンド(送受信帯域)に対応できるアンテナ装置の開発が急がれている。これらのアンテナ回路は、携帯電話等の無線通信機器の更なる小型化とマルチバンド化の要請により、アンテナ部品の増加傾向にも拘わらず小型化を実現するだけでなく、より高い性能を持つ必要が生じている。
従来、このように複数のバンドを一つの携帯電話等の無線通信機器に装備するアンテナ装置の例として、例えば、特許文献1には、放射電極パターンを設けた誘電体アンテナ部と平板アンテナ部とにより逆Fアンテナとしたアンテナ装置が記載されている。また、特許文献2には、放射電極パターンを設けた誘電体アンテナ部に導電性の板状補助エレメントを取り付けたアンテナ装置が記載されている。また、特許文献3には、放射導体と接地導体との間に誘電体を配置して逆Fアンテナとしたアンテナ装置が記載されている。また、特許文献4には、誘電体のみで構成したアンテナ装置が記載されている。また、特許文献5には、ループアンテナのループ内に誘電体コアを設けたアンテナ装置が記載されている。
特開2004−363789号公報 特開2004−7803号公報 国際公開WO99/28990号公報 特開2005−229365号公報 特開平3−502157号公報
しかしながら、特許文献1、2記載のアンテナ装置では、誘電体アンテナ部に設けられた放射電極パターンによりインピーダンス整合を取っているため、微調整が容易でないという問題があった。また、特許文献3記載のアンテナ装置では、誘電体が放射導体と接地導体との間に配置されているため、帯域幅が狭くなり、効率も低下するという問題があった。また、特許文献4記載のアンテナ装置では、特許文献1、2、3記載のアンテナ装置と比べ、放射効率が悪く、感度が低下するという問題があった。更に、各バンド毎にアンテナが必要となることにより、アンテナ回路のスペースが大きく取られ、各バンド毎のアンテナの相互作用でアンテナの指向性の乱れやVSWRの悪化による利得の低下が生じるという問題があった。また、特許文献5記載のアンテナ装置では、線路長あるいは電気長が1波長で構成される一重ループアンテナであるため、スペースが大きく取られるという問題があった。
本発明の課題は、広帯域(マルチバンド)化が可能で、各バンド内において良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができるアンテナ装置を省スペースで実現し得る技術を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明者は、より小型のアンテナ装置の構成を種々研究・検討した結果、従来のアンテナ装置に比べ省スペース化を図れる上に、広帯域(複数のバンド)化が可能で、各バンド内において良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができるアンテナ装置の構成を見出した。即ち、上記課題を解決するため、本発明では、略U字状の導体アンテナの一端側に給電部が設けられ、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されていることを特徴とする。
上記構成によれば、前記略U字状の導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、絶縁材料から成る基体が、略U字状の導体アンテナの一端側と他端側との間に配置され、一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されている。即ち、絶縁材料である誘電材料又は磁性材料から成る基体が導体アンテナの電界強度が強まる位置に接合されているので静電容量結合が発生する程度に導体アンテナの一端側と他端側の電磁気的な距離が近くなり、広帯域で共振点を容易に得ることができると共に、絶縁材料である誘電材料又は磁性材料の波長短縮効果により小型化できる。よって、小型形状でも広帯域(マルチバンド)化が可能で、各バンド内において良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができるアンテナ装置を省スペースで実現し得る。特に、使用周波数帯の広帯域(マルチバンド)化を容易に実現できる柔軟性がある。また、広帯域に亘って良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができる。更に、各バンド内においても広帯域に亘って良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができる。
また、本発明は、略U字状の導体アンテナの一端側に給電部が設けられ、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側と他端側の間に接合されているアンテナ装置である。
本発明において、前記基体は前記導体アンテナの対向する導体間に設けられるとともに、前記導体アンテナの対向する導体間の少なくとも一部には空間が設けられているようにしても良い。例えば、前記基体は、前記導体アンテナの一端側の端部付近と他端側の端部付近との間に配置され、もしくは、前記導体アンテナの一端側の中央部付近と他端側の中央部付近との間に配置されている。
また、前記導体アンテナは、金属導電板または金属導電線から形成することが出来る。あるいは前記導体アンテナは、金属導電箔または金属導電膜からなる導体パターンを含むように形成することが出来る。
以上の構成によれば、導体アンテナの一端側と他端側が容量結合して電磁気的に相互に利用することになるので、インピーダンス整合性が向上し、その結果、各バンド内においても広帯域化が可能となり、良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができる。また、金属導電箔または金属導電膜はその一部を削る等の加工を行うことにより、前記導体アンテナの送受信周波数調整を行うことも可能となる。
また、前記導体アンテナは板状の導体からなり、前記導体アンテナの対向する一端側と他端側の導体の平面は互いに略直角になるように構成すると良い。かかる構成によれば、導体アンテナの高さ方向を低くすることができるので、アンテナ装置が内蔵される無線通信機器の厚さを薄くすることができる。また、導体アンテナをメイン基板の導体部分から一定距離を保つことができ、利得向上と広帯域化に寄与できる。更には、一端側と他端側の導体の平面が、並行に配置させると利得向上と広帯域化により寄与することができる。
また、前記導体アンテナ及び基体を搭載する基板を備えていても良い。この基板はメイン基板であっても良いし、メイン基板に接続するサブ基板であっても良い。サブ基板の場合、メイン基板と電気的に接続されるものであり、メイン基板と離間して配置してもよいが、当該メイン基板あるいはアンテナ装置が内蔵される機器に取り付けるための取り付け金具を装着していることが好ましい。また、前記導体アンテナの一端部及び折り返し部が、基板にそれぞれ接合されるようにしても良い。
以上の構成によれば、アンテナ装置の組付作業時での取り扱いが容易となる。
また、本発明は、略U字状の導体アンテナの一端側に給電部が設けられ、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、該基体と前記導体アンテナを搭載する基板と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されているアンテナ装置である。
かかる構成によればメイン基板とは別個のサブ基板に該基体と前記導体アンテナを搭載することができるので、メイン基板の導体部分との距離を確保することが可能となり、不要な容量結合を減少することができるためアンテナ装置を広帯域、高利得なアンテナにすることが可能である。尚、前記基板はメイン基板あるいはサブ基板のどちらでも良い。
また、前記基体と前記導体アンテナの一端側又は他端側の一方は前記基板の主面に実装され、前記導体アンテナの一端側又は他端側の他方は前記基板の前記主面の裏面に形成されているようにしても良い。かかる構成によれば、基板の裏面を有効に利用するのでアンテナ装置を小型化することができる。
また、少なくとも前記導体アンテナの一端側又は他端側のいずれかは金属導電板又は金属導電線から形成することが出来る。かかる構成によれば板金若しくは金属の線材を用いるので加工が容易で形状設計の自由度が高く、機械的強度が高いアンテナにすることが可能である。
また、あるいは前記導体アンテナの一端側又は他端側のいずれかは前記基板に配置された金属導電箔又は金属導電膜からなる導体パターンを含むように形成することが出来る。かかる構成によればスクリーン印刷や蒸着等により容易に導体アンテナを形成することができるので、直線状、クランク状、ミアンダ状、螺旋状等その形態を適宜選択できる。
また、前記一端側又は他端側の一方の導体が主面に他方の導体が裏面に設けられた導体アンテナにおいては、一端側の導体と他端側の導体が略U字状の折り返し付近で基板に設けたスルーホール又は側面電極を介して接合される構成は好ましい。かかる構成によれば、一端側の導体と他端画の導体が金属導電板又は金属導電線からなり、他端側が基板裏面に形成された金属導電箔又は金属導電膜の場合に両者を接合する工程が容易になり、機械的強度と電気的な接続の信頼性が高くなる。
また、前記導体アンテナの対向する一端側又は他端側の導体の平面は互いに略直角になるように構成されているのが好適である。かかる構成によれば、導体アンテナの放射面積を確保したまま高さを低くでき、アンテナ装置やこれを内蔵する無線通信機器を薄くすることができる。また、導体アンテナをメイン基板のグランド部分から一定距離を保つことができると共に基板のグランドと直角な面が形成されることにより容量結合発生面が減少し、これによっても不要な容量結合を減少することができ、利得向上と広帯域化に寄与できる。
また、前記導体アンテナの他端側の導体は前記基板の裏面においてL字状又はコ字状に迂回させられているようにしても良い。かかる構成によれば、導体長さを変更して周波数調整ができる。また、狭い空間で障害物となる他部品等を迂回して導体を形成することが出来る。
更に、本発明のアンテナ装置は、略U字状の導体アンテナの一端側の略中央部に給電部を設け、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、該基体と前記導体アンテナを搭載する基板と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されていることを特徴とする。
また、前記導体アンテナと前記基体は前記基板の主面に搭載されている。
また、前記導体アンテナの一端側及び他端側は金属導電板又は金属導電線から形成すると良い。
また、前記導体アンテナの一端側は前記基体の上面に接合され、前記導体アンテナの他端側は前記基体の側面に接合されているようにしても良く、前記導体アンテナの一端側は前記基体の側面に接合され、前記導体アンテナの他端側は前記基体の前記側面と対向する他の側面に接合されているようにしても良い。かかる構成によれば前記基体を前記導体アンテナで挟む構造とすることができるので機械的強度が高いアンテナにすることが可能である。
また、前記導体アンテナの一端側は前記基体の上面に接合され、前記導体アンテナの他端側は前記基板の裏面に接合されているようにしても良い。
尚、以上の構成を有するアンテナ装置において、前記基体に、前記導体アンテナの前記一端側が接続され、且つ送受信周波数調整が可能な導体パターンが形成されているようにしても良い。かかる構成によれば前記導体パターンの一部を削る等の加工を行うことにより導体アンテナとの容量結合の程度を変えることができ、アンテナ装置の送受信周波数調整を行うことが可能となる。
また、本発明では、以上の構成を有するアンテナ装置を無線通信機器に内蔵したことを特徴とする。これにより、マルチバンド型の無線通信機器を得ることが出来る。この無線通信機器は内蔵アンテナ回路の省スペース化が可能で、無線通信機器の筐体内におけるアンテナ装置の配置(レイアウト)の自由度が増し、当該無線通信機器を小型化できる。
本発明によれば、広帯域(マルチバンド)化が可能で、各バンド内において良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができる小型のアンテナ装置を実現することができる。
従って、このアンテナ装置を携帯電話等のマルチバンド型無線通信機器として用いた場合、内蔵アンテナ回路の省スペース化を図ることができ、該無線通信機器の筐体内におけるアンテナ装置の配置(レイアウト)の自由度も大きくなり、当該無線通信機器の小型化を達成し易くなる。
本発明の実施形態に係るアンテナ装置について図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第1の実施形態について図1乃至図4を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図、図2は、その等価回路図である。このアンテナ装置100は、導体アンテナ110と基体120を備えている。
導体アンテナ110は、板金(金属導電板)により略U字状に形成されており、図示下方の一端側の導体111の端部111aが給電側であり、給電部へ接続され、図示上方の他端側の導体112の端部112aが開放端として設けられている。即ち、導体111、112間は離間しており、かつ折り返し部114とともに、帯状の空間113が形成されている。尚、基体120と導体アンテナ110の接合は少なくとも導体111、112の端部111a、112aのいずれかに接合されていればよい。また、一端側の導体111と他端側の導体112の平面は並行に配置されている。導体111、112は、空間113を介して容量結合、即ちインダクタンスLa1とLb1、La2とLb2、・・・、LanとLbn間は、キャパシタンスCa1、Ca2、・・・、Ca(n−1)が介在している。従って、この空間113は、少なくとも容量結合が考えられる程度の間隔である。尚、導体111、112と接地間は、キャパシタンスCb1、Cb2、Cb3、・・・、Cbn、Cb(n+1)が介在している。この導体アンテナ110は、例えばリン青銅、銅、42ニッケル等で成る板金で作製されているが、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキもしくは銀メッキが施されている。
基体120は、誘電材料又は磁性材料である絶縁材料(以下、誘電材料または磁性材料で説明する。)により直方体状に形成されており、導体アンテナ110の一端側の導体111の端部111aと他端側の導体112の端部112aとの間に配置され、即ち対向する導体111、112の端部111a、112a間に接合されている。このとき一端側の導体111と他端側の導体112の平面は並行に配置されている。尚、基体120と導体アンテナ110の接合は少なくとも導体111、112の端部111a、112aのいずれかに接合されていればよい。対向する導体111、112の端部111a、112aは、基体120を介して容量結合、即ちインダクタンスLanとLbn間は、キャパシタンスCdが介在している。この基体120は、例えばアルミナ、シリカ、マグネシウム等を含む高周波において低損失なセラミックなどの誘電材料で作製される。また、磁性基体を使用する場合は、プラーナと呼ばれるZ型、Y型等の六方晶フェライト、これらフェライト材料を含む複合材等で作製されている。尚、基体120として誘電材料を使用する場合は、誘電率と誘電損失がアンテナ特性に影響する。
このアンテナ装置100は、それぞれ相異なる送受信周波数帯域を有しており、具体的には、導体アンテナ110の(折り返した)全長分(GSM帯の1/4波長)がGSM帯(900MHz帯)、導体アンテナ110の半長分(DCS帯とPCS帯の略1/4波長)がDCS帯(1700MHz帯)及びPCS帯(1800MHz帯)及びUMTS帯(2200MHz帯)を、それぞれ送受信周波数帯域として有しており、これによりクワッドバンド方式のアンテナ装置100を実現している。このように、導体アンテナ110の全長分(GSM帯の1/4波長)は、導体アンテナ110の半長分(DCS帯とPCS帯とUMTS帯の略1/4波長)の送受信周波数帯域であるDCS帯及びPCS帯や導体アンテナ110の一端側の導体111の端部111aと他端側の導体112の開放端部112aを含む基体120部分の送受信周波数帯域であるUMTS帯よりも低い周波数帯域であるGSM帯をその送受信周波数帯域として有している。また、導体アンテナ110の半長分(DCS帯とPCS帯とUMTS帯の略1/4波長)は、DCS帯とPCS帯という2つの相異なる近接した周波数帯域をその送受信周波数帯域として有している。
導体アンテナ110の一端側の導体111の端部111aは、導体線路130を介して給電線141に接続されている。この給電線141と導体線路130の間には、チップ素子131等によって構成されたインピーダンス整合回路が設けられている。メイン基板150は、ガラスエポキシ樹脂等から形成され、後述する本発明の一実施形態であるマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話に内蔵されるプリント回路基板(PCB[Printed Circuit Board])である。
このような構成において、メイン基板150に設けられた図示しない送受信回路部から給電線141を介して導体アンテナ110に給電される。このアンテナ装置100等は、小型で薄型に形成されているため、メイン基板150に搭載することなく、このようにメイン基板の先端部150aの先に設けることができる。一般に狭い空間にアンテナとバッテリー、送受信回路部、マイク、スピーカー等を実装すると、アンテナと送受信回路部等の導体部分間の距離が近いために送受信回路部等の導体部分にアンテナに生じる共振電流を打ち消すような逆位相の鏡像電流が流れ、アンテナ利得低下に繋がる。この鏡像電流の影響を減らすためにはアンテナと送受信回路部等の導体部分間を離す必要がある。また、放射電極と導体部分間が近いと、放射に寄与しない容量成分が増え、アンテナ利得低下・帯域幅減少に繋がる。よって、かかる実装構成により、導体アンテナ110とメイン基板150のバッテリー、送受信回路部、マイク、スピーカーなどの導体部分との距離を確保することが可能となるので、アンテナ装置100を広帯域、高利得なアンテナにすることが可能である。
図3は、上記アンテナ装置100の電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio)と周波数(Frequency)との関係を示す図である。この電圧定在波比は、アンテナ装置100に送られる送信電力の反射の程度を表す値であり、値が小さい(1に近い)程、反射が少なく投入した電力が効率よくアンテナ装置100に伝わるためアンテナ特性が優れていることを表している。電圧定在波比は、5.00以下が望ましく、同図から明らかなように対象とするGSM帯(900MHz帯)付近[860MHz〜1100MHz]、DCS帯(1700MHz帯)及びPCS帯(1800MHz帯)付近[1600MHz〜1900MHz]、UMTS帯(2200MHz帯)付近[2050MHz〜2200MHz]において十分な特性が得られていることが分かる。
図4は、上記アンテナ装置100の放射効率(Radiation Efficiency)と周波数(Frequency)との関係を示す図である。この放射効率は、アンテナ装置100に投入した電力がどれぐらいの効率で空間に放射されるかを表しており、値が大きい(1[100%]に近い)程、放射効率が良く、アンテナ特性が優れていることを表している。放射効率は、対象とする周波数帯域において0.90[90%]以上が望ましく、同図から明らかなように対象とするGSM帯域(900MHz)で0.95[95%]以上の放射効率、DCS帯(1700MHz帯)及びPCS帯(1800MHz帯)で0.98[98%]以上の放射効率、UMTS帯(2200MHz帯)で0.99[99%]以上という十分な放射特性が得られていることが分かる。
次に、本発明の第2の実施形態について図5乃至図6を参照して説明する。図5は、本発明の第2の実施形態のアンテナ装置の基本構成を図1に対応させて示す図であり、同様の部分には同様の参照符号を付して、その説明は省略する。このアンテナ装置200は、基体220が第1の実施形態のアンテナ装置100と異なる構成となっている。即ち、この基体220は、誘電材料又は磁性材料により直方体状に形成されており、導体アンテナ110の一端側の導体111の中央部111bと他端側の導体112の中央部112bとの間に配置され、即ち対向する導体111、112の中央部111b、112b間に接合されている。尚、基体220と導体の接合は少なくとも導体111、112の中央部111b、112bのいずれかに接合されていればよい。かかる構成であっても、第1の実施形態のアンテナ装置100と同様の作用・効果を奏する。
図6は、上記アンテナ装置200の電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio)と周波数(Frequency)との関係を示す図である。
電圧定在波比は、5.00以下が望ましく、同図から明らかなように対象とするGSM帯域(900MHz)付近[860MHz〜1100MHz]、DCS帯(1700MHz帯)及びPCS帯(1800MHz帯)付近[1600MHz〜1900MHz]、UMTS帯(2200MHz帯)付近[2050MHz〜2200MHz]において十分な特性が得られていることが分かる。
次に、本発明の第3の実施形態について図7乃至図8を参照して説明する。図7は、本発明の第3の実施形態のアンテナ装置の基本構成を図1に対応させて示す図であり、同様の部分には同様の参照符号を付して、その説明は省略する。このアンテナ装置300は、導体アンテナ310が第1の実施形態のアンテナ装置100と異なる構成となっている。
即ち、この導体アンテナ310は、線材(金属導電線)により略U字状に形成されており、図示下方の一端側の導体311の端部311a側から分岐して給電部315が基体120の表面に設けられ、図示上方の他端側の導体312の端部312aが開放端として設けられている。即ち、導体311、312間は離間しており、かつ折り返し部314とともに、帯状の空間313が形成されている。また基体120は、誘電材料又は磁性材料により直方体状に形成されており、導体アンテナ310の対向する導体311、312の端部311a側、開放端部312a側の間に接合されている。前記給電部315は基体120の給電側の側面に回り込んで配設されたのち基体120から離れ、端部311aと平行に延長して導体線路130に接続している。尚、基体120と導体の接合は少なくとも導体311、312の端部311a側、端部312a側のいずれかに接合されていればよい。導体アンテナ310は、例えばリン青銅、銅、42ニッケル等で成る線材で作製されており、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキもしくは銀メッキが施されている。かかる構成であっても、第1の実施形態のアンテナ装置100と同様の作用・効果を奏する。
図8は、上記アンテナ装置200の電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio)と周波数(Frequency)との関係を示す図である。電圧定在波比は、5.00以下が望ましく、同図から明らかなように対象とするGSM帯域(900MHz)付近[810MHz〜910MHz]、DCS帯(1700MHz帯)及びPCS帯(1800MHz帯)付近[1630MHz〜1900MHz]、UMTS帯(2200MHz帯)付近[2050MHz〜2200MHz]において十分な特性が得られていることが分かる。
次に、本発明の第4の実施形態について図9を参照して説明する。図9は、本発明の第4の実施形態のアンテナ装置の基本構成を図5及び図7に対応させて示す図であり、同様の部分には同様の参照符号を付して、その説明は省略する。このアンテナ装置400は、第3の実施形態のアンテナ装置300の導体アンテナ310と第2の実施形態のアンテナ装置の基体220とを組み合わせた構成となっている。即ち、基体220は、誘電材料又は磁性材料により直方体状に形成されており、導体アンテナ310の一端側の導体311の中央部311bと他端側の導体312の中央部312bとの間に配置され、即ち対向する導体311、312の中央部311b、312b間に接合されている。尚、基体220と導体の接合は少なくとも導体311、312の中央部311b、312bのいずれかに接合されていればよい。かかる構成であっても、第2、第3の実施形態のアンテナ装置200、300と同様の作用・効果を奏する。
図10は、第1〜第4の実施形態のアンテナ装置100〜400の導体アンテナ110、310の長さ及び基体120、220の長手方向の長さ(幅と高さは同一)と、基体120、220の誘電率を変化させたときの放射効率を示す図であり、図11は、図10の放射効率と導体アンテナの長さとの関係を示す図である。尚、比較例として、基体に放射電極パターンを設けた従来のチップアンテナについても同様に示す。図から明らかなように、PCS帯(1800MHz帯)においては、各アンテナ装置100〜300及び比較例のチップアンテナは、略0.90[90%]以上の放射効率を示しているが、GSM帯域(900MHz)においては、比較例のチップアンテナが0.86[86%]の放射効率に対し、本発明の実施形態である各アンテナ装置100〜300は、いずれも約0.89[89%]以上の放射効率を示しており、導体アンテナの長さ及び断面形状(第1、2の実施形態は板状と第3、4の実施形態は線状)、基体の長手方向の長さ、基体の比誘電率の違いによらず十分な放射特性が得られていることが分かる。
図12及び図13は、第1の実施形態のアンテナ装置100を具現化した例を示す斜視図(図12(a)(b))及び平面図(図13(a)(b))、図14(a)(b)(c)は、その主要部を示す三面図である。このアンテナ装置500は、導体アンテナ510、基体520、導体線路530(図14(b)参照)、給電コネクタ531、取り付け金具532を備え、これらはサブ基板540に実装されている。このアンテナ装置500等は、小型で薄型に形成されているため、このようにメイン基板(図示せず)とは別個にサブ基板540を設けることができる。かかる実装構成により、導体アンテナ510及び基体520とグランドであるメイン基板の縁550b(図16参照)などの導体部分との距離を確保することが可能となるので、導体アンテナ510及び基体520を広帯域、高利得なアンテナにすることが可能である。
導体アンテナ510は、板金により略U字状に形成されるが、対向する図示(図12(b)参照)上方の一端側の導体511の平面と図示下方の他端側の導体512の平面が略直角となるように折り曲げられており、一端側の導体511の端部511aに給電部515が設けられ、他端側の導体512の端部512aが開放端として設けられている。即ち、導体511、512間は離間しており、かつ折り返し部514とともに、帯状の空間513が形成されている。この導体アンテナ510は、厚さ0.3mmのリン青銅で成る板金で長さが32.5mmとなるように作製されており、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキが施されている。一端側の導体511の幅は、他端側の導体512の幅よりも狭くなるように形成されている。この理由は、例えば図16で導体アンテナ510のグランドに、より近い側の導体511の幅(図17参照)を狭くすることで、グランドであるメイン基板550の縁550bや筐体側金属部11に対して平行となる部分を少なくし、垂直になる部分を多くすることにより前記導体アンテナ510と前記グランドから遠ざけることが出来て、前記導体アンテナ510とグランドとの容量結合成分が減り、一定以上の利得を確保できる帯域幅を広くすることができるためである。これによりGSM帯域(900MHz)等の低域側を高利得とすることができる。従って、DCS帯(1700MHz帯)、PCS帯(1800MHz帯)、UMTS帯(2200MHz帯)等の高域側を高利得とする場合は、一端側の導体511の幅は、他端側の導体512の幅よりも広くなるように形成する。
基体520は、誘電材料又は磁性材料により直方体状に形成されており、導体アンテナ510の一端側の導体511の端部511aと他端側の導体512の開放端部512aとの間に配置され、即ち対向する導体511、512の端部511a、512a間に接着剤により接合されている。尚、基体の導体アンテナ510との接合面に電極をスクリーン印刷して形成し、その電極と導体アンテナ510と半田で接合するようにしても良い。この基体520は、アルミナ、シリカ、マグネシウム等を含む高周波数において低損失なセラミックでサイズが5.5mm×3mm×2mmとなるように作製されている。
サブ基板540は、一面側に導体アンテナ510の一端側の導体511の端部511a及び基体520が実装されていると共に、給電コネクタ531が実装され、他面側に取り付け金具532が実装されている。給電コネクタ531は、図14(b)に示されるようにサブ基板540に印刷された給電点541とグランド部542に接続されている。そして、給電点541は、導体線路530を介して導体アンテナ510の一端側の導体511の端部511aと接続され、グランド部542は、サブ基板540に開けられたスルーホール543を介して取り付け金具532と半田544により接続されている。取り付け金具532は、取り付け穴532aが形成されており、グランド接続兼用となっている。尚、この給電点541と導体アンテナ510との間に整合回路を設けてもよい。
図15は、上記アンテナ装置500及び上述と同様の従来のチップアンテナの全平均利得と周波数との関係を示す図である。アンテナ装置500の全平均利得は、同図から明らかなように対象とするGSM帯域(900MHz)でチップアンテナよりも3dBi高く、DCS帯(1700MHz帯)及びPCS帯(1800MHz帯)でチップアンテナよりも2dBi高く、UMTS帯(2200MHz帯)で0.5dBi高いという十分な特性が得られていることが分かる。
次に、以上の構成を有するアンテナ装置500を無線通信機器に内蔵した本発明の他の態様について述べる。図16は、上記アンテナ装置500を無線通信機器としての携帯電話端末に適用した例を示す図である。この携帯電話端末のケース10内には、ケース10より若干小さい筐体側金属部11が収納されている。そして、この筐体側金属部11には、図示上半分の領域にメイン基板550が配設され、図示下半分の領域にバッテリ12が配設され、更に図示下端にアンテナ装置500が配設されて取り付け金具532の取り付け穴532aにネジが締結固定されている。そして、メイン基板550に実装されたコネクタ551とアンテナ装置500のサブ基板540に実装された給電コネクタ531とが給電用同軸ケーブル13を介して接続されている。このような構成において、メイン基板550に設けられた図示しない送受信回路部から給電用同軸ケーブル13及びサブ基板540の導体線路530を介して導体アンテナ510及び基体520にそれぞれ給電される。このとき導体アンテナ510及び基体520とグランドであるメイン基板550の縁550bなどの導体部分との距離が確保されているので、導体アンテナ510及び基体520は広帯域、高利得なアンテナとなる。
図17は、第1の実施形態のアンテナ装置100の変形例を図12に対応させて示す斜視図であり、同一構成箇所は同一番号を付してその説明を省略する。このアンテナ装置600は、取り付け金具532が実装されたサブ基板540を備えておらず、導体アンテナ510の一端側の導体511の端部511a及び基体520がメイン基板650に直接実装されていると共に、導体アンテナ510の一端側の導体511と他端側の導体512の折り返し部514もメイン基板650に直接実装されている。このような構成によれば、具体例のアンテナ装置500と同様の作用・効果を奏すると共に、左右の2箇所で固定されているために、組立時の取り扱いが容易となり、外力が掛かっても強靭なものとすることができる。また、図12に示した実施態様においても、サブ基板540を導体アンテナ510の全体が実装される大きさとし、導体アンテナ510の折り返し部514もサブ基板540に固定するようにして、導体アンテナ510を安定してサブ基板540に固着できるようにすることもできる。また、上記のように導体アンテナ510の全体をサブ基板上に配置した構造において、取り付け金具532を複数(例えばサブ基板の両端側に)設けることにより、このアンテナ装置を安定して、無線通信機器に固定することができる。
図18は、本発明の例えば第6の実施形態を示す図19で使用する基体620を長くしていき、導体611、612の部分を全て基体に導電膜として印刷して構成したものと同様のアンテナ装置を示す斜視図である。このアンテナ装置900は、基体の長さを長く形成するなどして、その表面にスクリーン印刷や蒸着等により金属導電膜を印刷して導体アンテナ910を略U字状に形成した装置である。また金属導電膜は直線状、クランク状、ミアンダ状、螺旋状等その形態は適宜選択できる。このような構成によっても、上記各アンテナ装置100〜600と同様の作用・効果を奏する。また、このアンテナ装置900と同形態となるように、所定形状の金属導体箔を基体920表面に貼り付けてもよい。携帯電話(GSM/DCS/PCS/UMTS)に適用する場合、基体920として長さ25〜30mm、幅2〜4mm、高さ2〜4mm、誘電率5〜10のセラミックスを用いることにより、アンテナ装置900の利得や感度、帯域幅いずれにおいても最良となった。
次に、本発明の第6の実施形態について図19及び図20を参照して説明する。図19は、本発明の第6の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図であり、(a)はサブ基板に搭載されたアンテナ装置をメイン基板の一部と共に基板の表面から見た斜視図、(b)はその裏面から見た斜視図である。図20は、同じく本実施形態のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。このアンテナ装置600は、導体アンテナ610及び基体620を備え、これらはサブ基板640に搭載されている。
導体アンテナ610は、略U字状に形成され、かつ対向する図示上方の一端側の導体611の平面と図示下方の他端側の導体612の平面が略直角となるように形成されており、一端側の導体611の端部611aに給電部615が設けられ、他端側の導体612の端部612aが開放端として設けられている。即ち、導体611、612間は離間しており、かつ折り返し部614とともに、帯状の空間613が形成されている。この導体アンテナ610の一端側の導体611は、厚さ0.3mmのリン青銅で成る板金(金属導電板)で長さが32.5mmとなるように作製されており、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキが施されている。具体的には、厚さ0.3mmのリン青銅で成る板金で長さが32.5mmとなるように長尺のコ字状に形成され、サブ基板640の主面640Aとの間にコ字状の凹部が帯状の空間613を形成するように載置(立設)されている。
基体620は、誘電材料により直方体状に形成されており、サブ基板640の主面640Aの端部640aに面実装されている。この基体620は、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシウム等を含む高周波において低損失なセラミックでサイズが5.5mm×3mm×2mmとなるように作製されている。
基体620は、誘電材料以外に磁性材料を用いて作製しても良い。その場合、材質としてはプラーナと呼ばれるZ型、Y型等の六方晶フェライト、これらフェライト材料を含む複合材等を用いることができるが、フェライトの焼結体であることが好ましく、特にY型フェライトを用いることが好ましい。フェライトの焼結体は体積抵抗率が高く、導体との絶縁を図るうえで有利である。体積抵抗率の高いフェライト焼結体を用いれば、導体との間に絶縁被覆を必要としなくなる。Y型フェライトは、1GHz以上の高周波まで透磁率が維持され、1GHzまでの周波数帯域で磁気損失が小さい。Y型フェライトの焼結体は、Y型フェライト単相に限らず、Z型やW型等他の相を含有するものであってもよい。形状とサイズは誘電材料と同様に直方体状に形成し、5.5mm×3mm×2mmとなるように作製することで良い。
基体620は、導体アンテナ610の一端側の導体611と他端側の導体612との間に配置され、その側面620Bが一端側の導体611に接合されている。即ち、サブ基板640の主面640Aの端部640aには基体620が面実装されており、この基体620の側面620Bに導体アンテナ610の一端側の導体611の端部611aが接着剤により接合されている。尚、図示はしないが、基体620の側面620Bには、導体アンテナ610の一端側の導体611の端部611aとの接合面に電極をスクリーン印刷して形成し、その電極と前記端部611aとを半田で接合するようにしても良い。
導体アンテナ610の他端側の導体612は、サブ基板640の裏面640Bにおける導体611に対向する部分にサブ基板640の長さ方向に沿って面実装されている。具体的には、サブ基板640の裏面640Bにサブ基板640の長さ方向に沿って所定の幅の銅箔により形成されている。そして、上述したように長尺のコ字状に形成された一端側の導体611の端部611aとは反対側の当該コ字状の端部(折り返し部614)は、サブ基板640の裏面640B側まで延ばして折り曲げられ、その折り曲げられた端部上に他端側の導体612の銅箔が形成されており、これにより導体611と導体612は電気的に接続されている。尚、一端側の導体611の当該コ字状の端部(折り返し部614)をサブ基板640の裏面640B側まで延ばさず主面640A側で折り曲げ、その折り曲げ部と他端側の銅箔導体612とをサブ基板640に設けたスルーホール電極(図示せず)により接続しても良い。このように導体アンテナの一端側又は他端側の一方を金属導電板の板金から構成するのが好適であり、その場合、導体アンテナの一端側又は他端側の他方はサブ基板640に配置された本実施形態の銅箔のような金属導電箔、又はサブ基板640の表面にスクリーン印刷や蒸着等により金属導電膜を印刷して形成すると良い。
また、本実施形態では、導体アンテナ610の他端側の導体612は、サブ基板640の裏面640Bに銅箔により形成したが、一端側の導体611と同様にリン青銅で成る板金により形成しても良く、この場合、当該板金の平面部を裏面640Bに接着する等により形成することができる。また、導体アンテナ610の他端側の導体612を板金により形成し、一端側の導体611は、例えば、線材(金属導電線)により形成する等、他の素材による組合せにより形成しても良い。これらの場合、スルーホール電極により両者を接続することでも良いが、折り返し部に相当する基板側面に電極を形成し、この側面電極を介して電気的に接続するのでも良い。
しかして、本実施形態のアンテナ装置では、導体アンテナ610の他端側の導体612は、その端部612aがサブ基板640の裏面640Bにおいて基体620の底面部に亘って延在しており、この結果、他端側の導体612の端部612aは、サブ基板640の厚み分を介して基体620の底面部と結合され、一端側の導体611の端部611aと基体620を挟んで容量結合されている。
尚、他端側の導体612の幅を一端側の導体611より狭くするように形成することが望ましい。この理由は、板状の面をグランドであるメイン基板650の縁650bに対して平行となる導体の部分を少なくし、垂直になる導体の部分を多くすることによりその分、メイン基板650の縁650bに一番近くて平行となる、すなわちグランドにより近い導体611の長手方向の縁がメイン基板650の縁650bから遠ざかるので、実質的に前記導体アンテナ610と前記グランドとの実効距離を離すことができ、前記導体アンテナ610と前記グランドとの容量成分が減り、一定以上の利得を確保できる帯域幅を広くすることができるためである。これによりGSM帯域(900MHz)等の低域側を高利得、広帯域とすることができる。
導体アンテナ610の一端側の導体611の端部611aは、導体線路630を介して給電線641に接続されている。この給電線641と導体線路630の間には、チップ素子631等によって構成されたインピーダンス整合回路が設けられている。メイン基板650は、ガラスエポキシ樹脂等から形成され、後述する本発明の一実施形態であるマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話に内蔵されるプリント回路基板(PCB[Printed Circuit Board])である。
このような構成において、メイン基板650に設けられた図示しない送受信回路部から給電線641を介して導体アンテナ610に給電される。このアンテナ装置600は、小型で薄型に形成されているため、このようにメイン基板650に比べて極めて小さいサブ基板640に設けることができる。かかる実装構成により、導体アンテナ610及び基体620とグランドであるメイン基板650の縁650bとの距離を確保することが可能となるので、前記導体アンテナ610と前記メイン基板650上のグランドとの静電容量成分が減り、(0031欄と同じ)導体アンテナ610及び基体620を広帯域、高利得なアンテナにすることが可能である。尚、サブ基板640は、図12乃至図14に示した取り付け金具532等を用いて後述する携帯電話の筐体等に固定されても良い。
尚、アンテナ装置600とそのサブ基板640は、後述する携帯電話の筐体等の下部に収納される。携帯電話の筐体等の下部には、マイクが収納されることが多い。本実施形態では、サブ基板640上にマイク649が搭載されているが、一端側の導体611はサブ基板640の主面640Aのマイク649とは反対側の幅方向端部に立設され、また、他端側の導体612はサブ基板640の幅方向においてマイク649とは反対側の位置となる端部に形成されている。このように一端側の導体611や他端側の導体612がマイク649となるべく離れる構成にすることで導体611や他端側の導体612とマイク649との間の静電容量成分が減り、アンテナに対するマイクの影響を減らすことができる。このように導体をマイク等から離れるようにしたり、障害物を避けるようにする為には、他端側の導体612を形状の自由度がある金属導電箔や膜で形成することは有効な手段となる。また、サブ基板を用いた場合、アンテナ装置やマイク等の実装作業はメイン基板の製造工程とは別もので管理できるので携帯電話製造の合理化や時間短縮が可能となる。
ここで、本発明の第6の実施形態の変形例について図21乃至図29を参照して説明する。図21は、本発明の第6の実施形態の変形例1のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
この変形例1のアンテナ装置では、基体620に、導体アンテナ610の一端側611が接続され、且つ送受信周波数調整が可能な導体パターン666が形成されている。即ち、基体620の上面から一側面にかけて、送受信周波数調整用パターン666が設けられており、この送受信周波数調整用導体パターン666の一部を削る等の加工を行うことにより、アンテナ装置601の送受信周波数調整を行うことも可能となっている。このように、本変形例1のアンテナ装置601では、送受信周波数調整用導体パターン666のサイズを変更することで、サブ基板640の裏面640Bに形成されている導体アンテナ610の他端側の導体612(の端部612a)との間の容量を増減させることができるので、これにより送受信周波数を容易に調整することができる。
図22は、本発明の第6の実施形態の変形例2のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
この変形例2のアンテナ装置では、サブ基板640の一方主面(表面)に搭載された導体アンテナ610の一端側の導体611(板金)とサブ基板640の他方主面(裏面)に形成された導体アンテナ610の他端側の導体612(銅箔)との接合位置を変更した。即ち、他端側の導体612(銅箔)は、サブ基板640の他方主面(裏面)の長手方向の略全長に亘って形成されているが、導体アンテナ610の一端側611(板金)は、これより短く形成され、サブ基板640の表面の給電側から長手方向の略3/4程度の長さに形成されており、当該長手方向の略3/4程の位置でそのコ字状の一端部が裏面の導体612(銅箔)と接合されている。このように、本変形例2のアンテナ装置602では、サブ基板640の表面に搭載された導体アンテナ610の一端側611(板金)とサブ基板640の裏面に形成された導体アンテナ610の他端側の導体612(銅箔)との接合位置を変更することで、送受信周波数を容易に調整することができる。このように、導体アンテナ610の一端側の導体611をサブ基板640の長手方向の途中で折り返して他端側の導体612(銅箔)に接合するようにしても良く、導体アンテナ610の一端側611と他端側612とは略U字状の折り返し付近で接合されていれば足りる。尚、導体アンテナ611と導体612が接合する位置より給電側とは反対方向に延びた基板側の導体612部分の長さを変更する事でGSM帯の共振周波数を調整する事ができる。
図23は、本発明の第6の実施形態の変形例3のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
この変形例3のアンテナ装置では、サブ基板640の一方主面(表面)に搭載された導体アンテナ610の一端側の導体611(板金)は、他端側612との折り返し側の略半分はその導体部の平面がサブ基板640の主面に直交するように実装され、給電側の略半分はその導体部の平面が基体620の上面に接合されるように迂回させられている。これにより、給電側の端部611aは基体620を挟んで他端側612の端部612aと平行に面することになるので、この平行に面する距離を変えることにより両者間の容量を増減させることができる。従って、送受信周波数を容易に調整することができる。このように、導体アンテナ610の一端側の導体611の一部を基体620の上面を通るように迂回させる事で一端側の導体611の一部を図23のマイク649の位置から離す事ができるので、マイク649が導体アンテナ610に近接する事で起きる利得低下、狭帯域化を防ぐ事ができるとともに、このような構成によっても送受信周波数の調整が可能である。
図24は、本発明の第6の実施形態の変形例4のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
この変形例4のアンテナ装置では、導体アンテナ610の他端側の導体612はサブ基板640の裏面においてL字状又はコ字状に形成されており、この結果、サブ基板640の裏面の幅方向端部からやや間隔をおいて配置されている。これにより、導体アンテナ610の他端側の導体612の長さが増し、そのインダクタンス分が付加されるので、送受信周波数を容易に調整することができる。
図25は、本発明の第6の実施形態の変形例5のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
この変形例5のアンテナ装置では、導体アンテナ610の他端側の導体612はサブ基板640の裏面において基体620に略等しい程度の幅広に形成されている。これにより、導体アンテナ610の他端側の導体612の面積が増加し、その容量分が付加されるので、送受信周波数を容易に調整することができる。
図26は、本発明の第6の実施形態の変形例6のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
この変形例6のアンテナ装置では、サブ基板640の裏面640Bから導体アンテナ610の導体612に給電することを特徴としている。導体アンテナ610の導体612の端部612aは、給電部615を介して導体線路630に接続されている。このような構成において、メイン基板650に設けられた図示しない送受信回路部から給電線641、導体線路630を介して給電部615から導体アンテナ610に給電される。尚、図示しないが、給電線641と導体線路630の間にチップ素子等によって構成されたインピーダンス整合回路が設けられている。このようにしてサブ基板640の裏面に形成された導体アンテナ610の導体612に給電するようにしても良い。ここで図25に示す第6の実施形態の変形例5のアンテナ装置では、給電部が設けられる導体611を一端側の導体として、もう一方の端部が開放端を形成する導体612を他端側の導体として説明しているが、図26の変形例6のアンテナ装置では、給電部が設けられる導体612が一端側の導体、端部が開放端を形成する導体611が他端側の導体を構成している。従って、基体620の側面620Bに接合された導体611の端部611aが開放端を形成している。
図27は、各々本発明の第6の実施形態の変形例7のアンテナ装置を示す図である。
この変形例のアンテナ装置では、導体アンテナ610は、一端側の導体611と他端側の導体612と基体620とからなり、これに給電コネクタ631とチップ素子によって構成されたインピーダンス整合回路632と、導体線路630がサブ基板640上に形成されてなっている。一端側の導体611の端部611aは基体620に印刷形成された給電電極615’と接続されており、基体を介して給電部615を構成している。導体611のもう一方の端部は折り返し部614に接続し、サブ基板640に設けたスルーホール導体を介して、他端側の導体612に接続される。サブ基板640の裏面640Bには他端側の導体612が導電膜として印刷され、該他端側の導体612の端部612aと端部612bは開放端となる。導体アンテナ610の全体電極形状は、一端側の導体611と折り返し部614と他端側の導体612とでサブ基板640を介して略U字状に形成していて、他端側の導体612の端部612bとして折り返し部614より少し外側まで伸延している。即ち、導体611、612間はサブ基板640を介して離間しており、帯状の空間613が形成されている。また導体アンテナ610はサブ基板上面から見ると長尺の弧状にサブ基板640上の筐体側の位置に形成され、折り返し部614でスルーホール643によりサブ基板640の主面640Aを貫通して裏面640Bに形成された他端側の導体612に接続して、載置(立設)されている。導体アンテナ610への給電は給電コネクタ631からサブ基板640上の導体線路と整合回路632とを介して給電部615に給電される。
図28は、各々本発明の第6の実施形態の変形例8のアンテナ装置を示す図である(変形例7と同様の構成であるので同一符号を付す。)。
この変形例のアンテナ装置では、導体アンテナ610は一端側の導体611と他端側の導体612と基体620とからなり、これに給電コネクタ631とチップ素子によって構成されたインピーダンス整合回路632と導体線路630がサブ基板640上に形成されてなっている。一端側の導体611の端部611aは基体620に印刷形成された給電電極615’と接続されており、基体を介して給電部615を構成している。導体611のもう一方の端部は折り返し部614に接続し、サブ基板640に設けたスルーホール導体を介して、他端側の導体612に接続される。サブ基板640の裏面640Bには他端側の導体612が導電膜として印刷され、該他端側の導体612の端部612aと端部612bは開放端となる。導体アンテナ610の全体電極形状は、導体611と折り返し部614と導体612とでサブ基板640を介して略U字状に形成していて、導体612の端部612bとして折り返し部614より少し外側まで伸延している。この導体アンテナで異なる構造は、一端側の導体611は途中で基板640の上面に向かってクランク状に折り曲げられたのち、折り返し部614に接続しているところである。即ち、導体611、612間はサブ基板640を介して離間しており、帯状の空間613が形成されているが、この部分の形状は周囲の部品や筐体の形状等に応じて変形できると言う例を示している。そして、他は上記と同様に、導体アンテナ610はサブ基板上面から見ると長尺の弧状にサブ基板640上の筐体側の位置に形成され、折り返し部614でスルーホール643によりサブ基板640の主面640Aを貫通して裏面640Bに形成された導体612に接続して、載置(立設)されている。導体アンテナ610への給電は給電コネクタ631からサブ基板640上の導体線路と整合回路632とを介して給電部615に給電される。
図29は、各々本発明の第6の実施形態の変形例9のアンテナ装置を示す図である(変形例7と同様の構成であるので同一符号を付す。)。
この変形例のアンテナ装置では、導体アンテナ610は一端側の導体611と他端側の導体612と基体620とからなり、これに給電コネクタ631とチップ素子によって構成されたインピーダンス整合回路632と導体線路630がサブ基板640上に形成されてなっている。一端側の導体611の端部611aは基体620に印刷形成された給電電極615’と接続されており、基体を介して給電部615を構成している。導体611のもう一方の端部は折り返し部614に接続し、サブ基板640に設けたスルーホール導体を介して、他端側の導体612に接続される。サブ基板640の裏面640Bには他端側の導体612が導電膜として印刷され、該他端側の導体612の端部612aと端部612bは開放端となる。導体アンテナ610の全体電極形状は、導体611と折り返し部614と導体612とでサブ基板640を介して略U字状に形成していて、導体612の端部612bとして折り返し部614より少し外側まで伸延している。この導体アンテナで上記した例と異なる構造は、支持部611bが導体611の途中から基板640の上面に向かって導体611を支持するように延びて、基板640に立設されている点である。即ち、導体611、612間はサブ基板640を介して離間しており、帯状の空間613が形成されているが、この部分の強度は適宜支持部材を設けて補強できると言う例を示している。他は上記と同様に、導体アンテナ610はサブ基板上面から見ると長尺の弧状にサブ基板640上の筐体側の位置に形成され、折り返し部614でスルーホール643によりサブ基板640の主面640Aを貫通して裏面640Bに形成された導体612に接続して、載置(立設)されている。導体アンテナ610への給電は給電コネクタ631からサブ基板640上の導体線路と整合回路632とを介して給電部615に給電される。
このような構成において、端部612bの長さを変更することにより低域側の共振周波数の調整をすることが可能となる。また、低域側の共振周波数が導体612に合う条件下においては、この端部612bの長さを長くする程、低周波側の放射効率を改善することができる。また導体611は途中でサブ基板640の上面に向かってクランク状に折り曲げられる構成とすれば、マイク等の金属部との距離を確保できるので、前記導体アンテナ610との容量成分が減り、広帯域、高利得なアンテナ装置とすることができる。また支持部611bが導体611の途中で基板640に立設される構成とすれば導体611の支持部分が増えるので機械的強度が高いアンテナ装置にすることが可能であり、アンテナ組立時の利便性も高めることができる。また、この構成では基体620はサブ基板640上に搭載され、導体611と接合されるが、サブ基板640も一定の誘電率を持つため、基体620ほどの誘電率を必要としない周波数帯域の場合や、アンテナスペースが比較的大きく取れる場合は、基体620を用いることなく基体に相当する部分として、サブ基板640若しくはメイン基板650そのものを絶縁材料即ち誘電材料としてみなすことができるので、部品点数を削減でき低コスト化を図ることができ、アンテナ装置を更に小型にすることもできる。
次に、以上の構成を有するアンテナ装置を無線通信機器に内蔵した本発明の他の態様について述べる。図30及び図31は、上記のアンテナ装置をマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話端末に適用した例を示す図である。図30(a)はその携帯電話端末の筐体内のメイン基板、バッテリ、アンテナ装置等を後ろ側から見た斜視図、(b)はその携帯電話端末の筐体内のフレキシブル基板、アンテナ装置等をキーパッド側(前側)から見た斜視図である。また、図31は、その携帯電話端末の、特に、アンテナ装置以外の給電経路、マイク等を示す図である。この携帯電話端末のケース10内には、ケース10より若干小さい筐体側金属部(図示せず)が収納されている。そして、この筐体側金属部には、図30(a)に示すように、携帯電話端末の後ろ側から見て図示上半分の領域にメイン基板650が配設され、図示下半分の領域にバッテリ12が配設され、更に図示下端にアンテナ装置600等が配設されている。そして、図31に示すように、メイン基板650の一側部の中央に設けられた給電ポート659から給電線641、導体線路630を介して給電部615(図19参照)に給電される構成を有している。また、図30(b)に示すように、携帯電話端末のキーパッド側(前側)から見て図示上下の両域に携帯電話の番号ボタン用等のフレキシブル基板651が配設され、更に図示下端にアンテナ装置600、マイク649(図31参照)等が配設されている。
このような構成において、導体アンテナ610及び基体620とバッテリ12、マイク649、フレキシブル基板651等の金属部との距離を物理的にも電気的にも(例えば両者間に誘電体が無い等)確保しているので、前記導体アンテナ610と前記フレキシブル基板651等のグランドとの容量成分が減り、(同上)導体アンテナ610及び基体620を広帯域、高利得なアンテナとすることができる。即ち、本実施形態では、フレキシブル基板651やバッテリ12、マイク649等のアンテナ近傍にある金属部からアンテナ装置までの距離を物理的にも電気的にも離す構成がアンテナ装置の高利得化の要因となっている。
次に、本発明の第7の実施形態について図32乃至図38を参照して説明する。図32は、本発明の第7の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図であり、基板に搭載されたアンテナ装置を基板の一部と共に基板の表面から見た斜視図である。図33(a)は図32に示したアンテナ装置を前側から見た斜視図である。また、図33(b)は図32及び図32(a)のアンテナ装置に対して導体710の折り返し部側を反対に変えた変形例1を示し、その後ろ側から見た斜視図である。
図32及び図33(a)並びに図33(b)に示すアンテナ装置700は、基板の裏面には導体アンテナのパターンは形成されておらず、また、給電の構成も第6の実施形態のアンテナ装置600と異なる構成となっている。即ち、このアンテナ装置700は、導体アンテナ710、基体720、導体線路730を備え、これらはメイン基板750の主面(表面)750Aの先端部755に搭載されている。導体アンテナ710は、折り返し部714でもって、略U字状に形成され、かつ対向する図示上方の一端側の導体711の平面と図示下方の他端側の導体712の平面が略直角となるように形成されており、一端側の導体711に給電部715が設けられ、他端側の導体712の端部712aが開放端として設けられている。即ち、導体711、712間は離間しており、帯状の空間713が形成されている。
この導体アンテナ710の一端側の導体711と他端側の導体712は、共に板金(金属導電板)で作製されており、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキが施されている。具体的には、厚さ0.3mmのリン青銅で成る板金で略U字状に形成され、一端側の導体711の略中央部が基体720の上面に接合され、且つ、他端側の導体712の略中央部が基体720の側面に接合されてメイン基板750の主面(表面)750Aの先端部755に載置されている。ここで、一端側の導体711の略中央部711bは基体720の上面に、また、他端側の導体712の略中央部が基体720の側面に接着剤により接合されている。尚、図示はしないが、基体720の接合面に電極をスクリーン印刷で形成し、その電極と導体アンテナ710(一端側の導体711の略中央部と他端側の導体712の略中央部)とを半田で接合するようにしても良い。
基体720は、誘電材料により直方体状に形成されており、メイン基板750の主面(表面)750Aの先端部755の幅方向の中央部に面実装されている。この基体720は、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシウム等を含む高周波数において低損失なセラミックでサイズが5.5mm×3mm×2mmとなるように作製されている。このように、基体720は、上述したような誘電材料又は磁性材料の少なくとも一方により直方体状に形成されており、導体アンテナ710の一端側の導体711の略中央部711bと他端側の導体712の中央部712bとに亘って、即ち対向する導体711、712の中央部711b、712b間に亘って接合されている。しかして、本実施形態のアンテナ装置では、導体アンテナ710の他端側の導体712は、その中央部712bが一端側の導体711の中央部711bと基体720を挟んで容量結合されている。
導体アンテナ710の一端側の導体711の略中央部711bは、導体線路730を介して給電線741(図38参照)に接続されている。この給電線741と導体線路730の間には、図示しないチップ素子等によって構成されたインピーダンス整合回路が設けられている。メイン基板750は、ガラスエポキシ樹脂等から形成され、後述する本発明の一実施形態であるマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話に内蔵されるプリント回路基板(PCB[Printed Circuit Board])である。
図38にアンテナ装置700が組み込まれた携帯電話器のメイン基板750を示す。給電はメイン基板750に設けられた図示しない送受信回路部から給電線741を介して送受信回路部から離れた導体アンテナ710に給電される。このアンテナ装置700は、小型で基板面に対して立体的に形成されているため、基板面方向に於いては薄型に出来、メイン基板750の主面(表面)750Aの先端部755の、更にメイン基板750のグランドから遠い側に設けることができる。かかる実装構成により、導体アンテナ710及び基体720(図34、図35、図36を参照)とメイン基板750のグランドとの距離を確保することが可能となるので、前記導体アンテナ710と前記メイン基板750のグランドとの容量成分が減り、導体アンテナ710及び基体720を広帯域、高利得なアンテナにすることが可能である。
尚、アンテナ装置700が組み込まれる携帯電話器の筺体下部の形状に合わせて、メイン基板750の主面(表面)750Aの先端部755は角部が面取りされているので、これに合わせて、他端側の導体712の両端の延長部712Aと712Bは折り曲げられている。
ここで、本発明の第7の実施形態の変形例2乃至5について図34乃至図35を参照して説明する。図34(a)は、本発明の第7の実施形態の変形例2のアンテナ装置を示し、その前側から見た斜視図である。また、図34(b)は、図34(a)のアンテナ装置に対して導体710の折り返し部側を反対に変えた変形例3を示し、その後ろ側から見た斜視図である。
図32及び図33に示した例では、上述したように、導体アンテナ710の対向する図示上方の一端側の導体711の平面と図示下方の他端側の導体712の平面が略直角となるように形成されていたが、これら変形例2及び3のアンテナ装置700では、図34(a)及び図34(b)に示すように、対向する一端側の導体711の平面と他端側の導体712の平面が基体720を挟んで平行になるように形成されている。即ち、導体アンテナ710は、略U字状に形成され、かつ一端側の導体711の平面と他端側の導体712の平面が基体720を挟んで平行になるように対向しており、一端側の導体711に給電部715が設けられ、他端側の導体712の端部712aが開放端として設けられている。よって、導体711、712間は離間しており、帯状の空間713が形成されている。この導体アンテナ710の一端側の導体711と他端側の導体712は、共に板金(金属導電板)で作製されており、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキが施されている。具体的には、厚さ0.3mmのリン青銅で成る板金で略U字状に形成され、一端側の導体711の略中央部が基体720の一方の側面720Aに接合され、且つ、他端側の導体712の略中央部が基体720の側面720Aと対向する他方の側面720Bに接合されて、メイン基板750の主面(表面)750Aの先端部755に載置されている。ここで、一端側の導体711の略中央部711bは基体720の側面720Aに、また、他端側の導体712の略中央部は基体720の側面720Bに接着剤により接合されている。尚、図示はしないが、基体720の接合面に電極をスクリーン印刷して形成し、その電極と導体アンテナ710(一端側の導体711の略中央部と他端側の導体712の略中央部)とを半田で接合するようにしても良い。
尚、導体アンテナ710は、図32及び図38に示したのと同様に、導体線路730を介して給電線741に接続されている。このような構成において、メイン基板750に設けられた図示しない送受信回路部から給電線741を介して導体アンテナ710に給電される。尚、図示しないが、給電線741と導体線路730の間にチップ素子等によって構成されたインピーダンス整合回路が設けられている。
図35(a)は、本発明の第7の実施形態の変形例4のアンテナ装置を示し、その前側から見た斜視図である。また、図35(b)は、図35(a)のアンテナ装置に対して導体710の折り返し部側を反対に変えた変形例5を示し、その後ろ側から見た斜視図である。
これら変形例4及び5のアンテナ装置700では、上述した変形例2及び3のアンテナ装置と同様に、導体アンテナ710の対向する一端側の導体711の平面と他端側の導体712の平面が基体720を挟んで平行になるように形成しているが、更に、基体720に、導体アンテナ710の一端側711が接続され、且つ送受信周波数調整が可能な導体パターン766が形成されている。即ち、基体720の上面から一側面にかけて、送受信周波数調整用パターン766が設けられており、この送受信周波数調整用導体パターン766の一部を削る等の加工を行うことにより、アンテナ装置の送受信周波数調整を行うことも可能となっている。このように、本変形例4及び5のアンテナ装置では、送受信周波数調整用導体パターン766のサイズを変更することで、導体アンテナ710の他端側の導体712との間の容量を増減させることができるので、これにより送受信周波数を容易に調整することができる。
図36は、本発明の第7の実施形態のアンテナ装置の概念構成を示す図であり、各部を(1)から(5)までの数字で示している。図36において、720は基体、715は中央の給電部を示す。また、(1)は他端側の導体712の折り曲げられた延長部712Aの長さ、(2)は他端側の導体712の折り曲げられた延長部712Bの長さ、(3)は一端側の導体711の長さ、(4)は一端側の導体711の幅、(5)は略U字状に形成された導体アンテナ710の折り返し部の位置、をそれぞれパラメータとして示している。
また、図37に、図36に示した各パラメータ(各部の寸法)を変化させて共振周波数がどのように変化するかを測定した結果をプロットしたグラフを示す。図37(a)は、(1)、(2)、(4)及び(5)の寸法を変化させることで低域側の共振周波数がどのように変化したかを示し、(b)は、(1)、(3)、(4)及び(5)の寸法を変化させることで高域側の共振周波数がどのように変化したかを示す。図37のグラフから、本実施形態のアンテナ装置では、(1)の他端側の導体712の折り曲げられた延長部712bの長さは、長さを長くすると低域、高域共に共振周波数が低い方にシフトすることを確認できた。但し、この長さの調整による共振周波数の変化はややにぶいため微調整に用いることができる。(2)の他端側の導体712の折り曲げられた延長部712aの長さは、長さを長くすると低域の共振周波数が低くシフトすることを確認できた。従って、GSM帯域の送受信周波数の調整に用いることができる。(3)の一端側の導体711の長さは、長さを長くすると高域の共振周波数が低い方にシフトすることを確認できた。従って、DCS/PCS/UMTS帯域の送受信周波数の調整に用いることができる。(4)の一端側の導体711の幅は、幅を大きくすると低域側は共振周波数が低い方にシフトするが、高域側は反対に共振周波数が高い方にシフトすることを確認できた。従って、GSM帯域とUMTS帯域の送受信周波数の調整に用いることができる。(5)の略U字状に形成された導体アンテナ710の折り返し部の位置は、位置を遠くすると、低域、高域共に共振周波数が低い方にシフトすることを確認できた。従って、GSM帯域とUMTS帯域の送受信周波数の調整に用いることができる。
図38は、上記のアンテナ装置を搭載したメイン基板全体を示す図である。メイン基板750の略中央部に給電ポート759が配設され、この給電ポート759から給電線741及び導体線路730を介して導体アンテナ710及び基体720にそれぞれ給電される。尚、メイン基板750に実装するコネクタとメイン基板750の先端部755に実装する給電コネクタ(図示せず)とを給電用同軸ケーブルを介して接続するようにして給電する構成でも良い。
次に、本発明の第8の実施形態について図39乃至図41を参照して説明する。図39は、本発明の第8の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図であり、(a)はその変形例1の斜視図、(b)はその変形例2の斜視図、(c)はその変形例3の基板の裏面から見た斜視図である。また、図40は、図39に示した変形例1の構成を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。
このアンテナ装置800は、給電の構成は第7の実施形態と同様に中央から給電するが、基板の裏面に金属導電箔の導体パターンを形成しており、また、誘電材料から成る基体と基板を挟んで一端側の導体811の平面部と他端側の金属導電箔からなる導体812の平面部が対向している構成であることが第7の実施形態のアンテナ装置700と異なる構成である。即ち、このアンテナ装置800は、導体アンテナ810、基体820、導体線路830(図示せず)を備え、これらはメイン基板の主面(表面)の先端部に搭載されている。導体アンテナ810は、略U字状に形成され、かつ対向する図示上方の一端側の導体811の平面と図示下方の他端側の導体812の平面が平行に対向するように形成されている。一端側の導体811は、その中央部811bが基体820の上面に接合され、折り返し部814を介して、他端側の導体812に接続されている。この他端側の導体812は、先端部855の裏面に金属導電箔で形成されている。一端側の導体811に給電部815が設けられ、他端側の導体812の端部が開放端として設けられている。即ち、導体811、812間は離間しており、帯状の空間813が形成されている。また、導体アンテナ810の一端側の導体811は、厚さ0.3mmのリン青銅で成る板金(金属導電板)で作製されており、抵抗値を小さくしてアンテナとしての利得を大きくかつ損失を小さくするために、表面に金メッキが施されている。
他端側の導体812は、先端部855の裏面に設けられているが、具体的には、先端部855の裏面の面取りされた外縁部に沿って所定の幅の銅箔により形成されている。尚、本実施形態では、導体アンテナ810の他端側の導体812は、銅箔により形成したが、一端側の導体811と同様にリン青銅で成る板金により形成しても良く、この場合、当該板金の平面部を先端部855の裏面に接着する等により形成することができる。また、導体アンテナ810の他端側の導体812を板金により形成し、一端側の導体811は、例えば、線材(金属導電線)により形成する等、他の素材により形成しても良い。即ち、少なくとも導体アンテナの一端側又は他端側の一方を金属導電板としての板金から構成するのが好適である。また、その場合、導体アンテナの一端側又は他端側の他方は基板に配置された本実施形態の銅箔のような金属導電箔、又は基板の表面にスクリーン印刷や蒸着等により金属導電膜を印刷して形成しても良い。
しかして、本実施形態のアンテナ装置では、導体アンテナ810の他端側の導体812は、その中央部812bが先端部855の裏面において基体820の底面部に亘って延在しており、この結果、他端側の導体812の中央部812bは、基板855の厚み分を介して基体820の底面部と結合され、一端側の導体811の中央部811bと基体820を挟んで容量結合されている。
本発明の第8の実施形態の変形例としては、図39(b)に示すように、基体820に、導体アンテナ810の他端側の導体811との容量結合調整用の導体パターン866を形成することができる。即ち、基体820の側面から底面にかけて、容量結合調整用パターン866が設けられており、この容量結合調整用導体パターン866の一部を削る等の加工を行うことにより導体811との容量結合の程度を変えることができ、アンテナ装置800の、特にGSM帯域における送受信周波数調整を行うことが可能となっている。
また、メイン基板850の先端部855にスルーホール(図示しない)を形成し、この基板のスルーホールにより裏面の他端側の導体812(銅箔等)と一端側の導体811(板金等)とを接続するようにしても良い。
図41に、前述した第1乃至第6の実施形態のようにアンテナ搭載基板の端部から給電する場合と、上記の第7及び第8の実施形態のようにアンテナ搭載基板の中央部から給電する場合とのアンテナ放射パターン(利得指向性)をそれぞれ測定した結果を示す。図41(a)はアンテナ搭載基板の端部から給電する場合のアンテナ放射パターン、図41(b)はアンテナ搭載基板の中央部から給電する場合のアンテナ放射パターンを示す。尚、5、−5、−15、−25、−35の数値はゲイン(dBi)、0、30、60、・・・・、330の数値はアジマス角度を示す。また、測定周波数は1.91GHzにて行った。図41(a)、(b)から分かるように、図41(b)のように、アンテナ搭載基板の中央部から給電する場合にアンテナ放射パターン(利得指向性)は一様な円の特性を示し、均一な指向性ひいては利得が得られることを確認できた。
図42は、各々本発明の第9の実施形態のアンテナ装置を示す図である。この変形例のアンテナ装置1000は、図42(a)、(b)に示すようにプラスチック支持体(キャリア)1030を介して導体アンテナ1010を搭載した構造である。前記支持体1030はアンテナ装置1000が搭載される携帯電話筐体の形状に合わせてプラスチック等の樹脂で形成する。また、前記導体アンテナ1010は金属導電板、金属導電線、金属導電膜、金属導体箔からなる。導体アンテナ1010として金属導電板または金属導電線を用いるときは図42(c)に示すようにサブ基板1040の上に基体1020を固定し、プラスチック支持体1030を接着剤で直接接着するか、ボスを基板にはめ込んで固定し、その上にあらかじめプラスチック支持体1030の表面形状に沿った形状に加工した金属導電板または金属導電線を装着する。基体1020のパターン電極との接続は導体アンテナ1010の端部を直接基体1020の表面上のパターン電極に半田付けして接続する。導体アンテナ1010として金属導電膜または金属導体箔を用いるときは図42(d)に示すようにサブ基板1040の上に基体1020を固定し、その上にあらかじめ金属導電膜または金属導体箔を表面に貼り付けて形成しておいたプラスチック支持体1030を接着剤で直接接着するか、ボスを基板にはめ込んで固定する。基体1020のパターン電極との接続はプラスチック支持体1030の表面に形成された金属導電膜または金属導体箔の端部を直接基体1020の表面上のパターン電極に半田付けして接続する。導体アンテナ1010の全体の形状はプラスチック支持体の形状に合わせて直線部、クランク状、ミアンダ状、螺旋状等の形状部分を有し、略U字状に形成することができる。このように導体アンテナ1010をプラスチック支持体1030で支持する構造とすることで利得や感度を低下させることなく耐衝撃性や耐落下性を高くすることができる。更に導体アンテナ1010とプラスチック支持体1030に樹脂を塗布して一体化して固化することにより更に耐衝撃性や耐落下性を高いものとすることができる。
以上に説明したように、上記実施形態のアンテナ装置によれば、GSM帯、DCS/PCS帯、UMTS帯を含む広帯域(クワッドバンド)化が可能で、各バンド内において良好な利得と垂直偏波の無指向性を保つことができる内蔵アンテナ回路を省スペースで実現することができる。そして、構造的特長として、例えば板金からなる略U字状の導体アンテナに絶縁材料である誘電体もしくは磁性体の基体を付加することにより全体を小型化でき、設計の自由度も得ることができる。また、1枚の板金の導体アンテナに1個の誘電体もしくは磁性体の基体を付加するだけで複数のバンドに対応でき、異なるバンド毎にアンテナを設ける必要が無くなる。特に公知例の誘電体チップには放射電極パターンを設けているが、本実施形態では誘電体もしくは磁性体に放電電極パターンを設ける必要は無いので製造工程が少なくなりコストダウンさせることができる。
また、誘電体もしくは磁性体の基体は、放射電極と接地導体間ではなく、折り返し部を持つ略U字状の導体アンテナの電極間の電界強度の強まる位置(導体アンテナの先端側である一端側の端部と給電部近くの他端側の端部の間に亘って)付加されているので、静電容量結合が発生する程度に導体アンテナの電極間の電磁気的な距離が近くなり、広帯域で共振点を容易に得ることができると共に、絶縁材料である誘電材料又は磁性材料の波長短縮効果により小型化できる。よって小型形状でも広帯域化できる。また、略U字状の導体アンテナは、接地導体に対して垂直かあるいは垂直な部分が多くなるような構成となっているので、接地導体間での静電容量が減って、放射効率アップ、広帯域化を図ることができる。更にはアンテナとグランド、マイク、スピーカー等の導体部分とを離す配置とすることによっても、導体部分に生じるアンテナの共振電流を打ち消すような逆位相の鏡像電流を少なくすることができ、放射効率やSN比の向上も図ることができる。また、機能的特長として、誘電体基体のみで構成されるアンテナより2倍程度の帯域幅が確保でき、更に利得を向上させることができる。また、誘電体もしくは磁性体の基体を付加することにより波長短縮の効果を得ることができるのでアンテナ装置全体として小型化できる。
特に、セラミック誘電体を使用して誘電率を大きくすることで他バンドからの影響を小さくし指向性の乱れやVSWRの悪化を防ぐことができる。更に、誘電率を大きくしセラミック誘電体を小型化することで、略U字状の導体アンテナと接地間の実効的な静電容量を減らし放射効率アップ及び広帯域化ができる。また、略U字状の導体アンテナとノイズ源との実効的な距離を離すことにもなるためS/N比を向上させることができる。また、厚みや幅のある略U字状の導体アンテナを設けることで電波の放射効率を向上させることができる。また、略U字状の導体アンテナの長さとセラミック誘電体の誘電率や配置する位置により複数の共振周波数の制御が可能となり、広帯域(マルチバンド)化できる。もちろん、本発明の略U字状のアンテナは板金でなくても例えば線状のものなどでも同様の効果を得ることができるが、板金であると、比較的形状の自由度をもって製造することが可能であり、強度も保つことができ、低コストで構成することができ、好都合である。
本発明は、携帯電話に限らず、GPSや無線LANなど多様なマルチバンド型無線通信機器のアンテナとしても広く適用可能である。
本発明の第1の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図である。 図1に示したアンテナ装置の等価回路図である。 図1に示したアンテナ装置の電圧定在波比と周波数との関係を示す図である。 図1に示したアンテナ装置の放射効率と周波数との関係を示す図である。 本発明の第2の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図である。 図5に示したアンテナ装置の電圧定在波比と周波数との関係を示す図である。 本発明の第3の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図である。 図7に示したアンテナ装置の電圧定在波比と周波数との関係を示す図である。 本発明の第4の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図である。 第1〜第3の実施形態のアンテナ装置の導体アンテナの長さ及び基体のサイズと、基体の誘電率を変化させたきの放射効率を示す図である。 図10の放射効率と導体アンテナの長さとの関係を示す図である。 第1の実施形態のアンテナ装置を具現化した例を示す斜視図である。 図12のアンテナ装置の平面図である。 図12のアンテナ装置の三面図である。 図12のアンテナ装置及び従来のチップアンテナの全平均利得と周波数との関係を示す図である。 図12のアンテナ装置をマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話端末に適用した例を示す図である。 第1の実施形態のアンテナ装置の変形例を示す図である。 本発明の第5の実施形態のアンテナ装置を示す斜視図である。 本発明の第6の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図であり、(a)はサブ基板に搭載されたアンテナ装置をメイン基板の一部と共に基板の表面から見た斜視図、(b)はその裏面から見た斜視図である。 本発明の第6の実施形態のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例1のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例2のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例3のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例4のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例5のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例6のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 本発明の第6の実施形態の変形例7のアンテナ装置を示す図である。 本発明の第6の実施形態の変形例8のアンテナ装置を示す図である。 本発明の第6の実施形態の変形例9のアンテナ装置を示す図である。 本発明の第6の実施形態のアンテナ装置をマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話端末に適用した例を示す図であり、(a)はその携帯電話端末の筐体内のメイン基板、バッテリ、アンテナ装置等を後ろ側から見た斜視図、(b)はその携帯電話端末の筐体内のフレキシブル基板、アンテナ装置等をキーパッド側(前側)から見た斜視図である。 本発明の第6の実施形態のアンテナ装置をマルチバンド型無線通信機器としての携帯電話端末に適用した例を示す図であり、特に、アンテナ装置以外の給電経路、マイク等を示す図である。 本発明の第7の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図であり、基板に搭載されたアンテナ装置を基板の一部と共に基板の表面から見た斜視図である。 本発明の第7の実施形態のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその(図29に矢印で示した)前側から見た斜視図、(b)はその後ろ側から見た斜視図である。 本発明の第7の実施形態の変形例1のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその(図32に矢印で示した)前側から見た斜視図、(b)はその後ろ側から見た斜視図である。 本発明の第7の実施形態の変形例2のアンテナ装置を示す図であり、(a)はその(図31に矢印で示した)前側から見た斜視図、(b)はその後ろ側から見た斜視図である。 本発明の第7の実施形態のアンテナ装置の概念構成を示す図であり、各部を(1)から(5)までの数字で示している。 図36に示した各パラメータ(各部の寸法)を変化させて共振周波数がどのように変化するかを測定した結果をプロットしたグラフである。 本発明の第7の実施形態のアンテナ装置を搭載したメイン基板全体を示す図である。 本発明の第8の実施形態のアンテナ装置の基本構成を示す図であり、(a)はその実施例1の斜視図、(b)はその実施例2の斜視図、(c)はその実施例3の斜視図である。接続するようにしても良い。 本発明の第8の実施形態のアンテナ装置の実施例1の構成を示す図であり、(a)はその平面図、(b)はその側面図、(c)はその底面図、(d)はその斜視図である。 アンテナ搭載基板の端部から給電する場合とアンテナ搭載基板の中央部から給電する場合とのアンテナ放射パターン(利得指向性)をそれぞれ測定した結果を示すグラフである。 本発明の第9の実施形態のアンテナ装置を示す図である。
符号の説明
10:ケース、11:筐体側金属部、12:バッテリー、13:給電用同軸ケーブル、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000:アンテナ装置、110、310、510、610、710、810、910、1010:導体アンテナ、111、311、511、611、711、811:一端側の導体、112、312、512、612、712、812:他端側の導体、113、313、513、613、713、813:空間、120、220、520、620、720、820、920、1020:基体、114、314、514、614、714、814:折り返し部、130、530、630、730:導体線路、115、315、515、615、715、815:給電部、615’:給電電極(基体620に印刷形成された)、531、631:給電コネクタ、632:整合回路、532:取り付け金具、532a:取り付け穴、540、640、1040:サブ基板、541:給電点、13、141、641、741:給電線、150、550、650、750、:メイン基板、150a、755、855:先端部、150b、550b、650b:メイン基板の縁、111a、112a、311a、312a、511a、512a、611a、612a、612b、640a:端部、611b:支持部、111b、112b、311b、312b、711b、712b:中央部、130:導体線路、131、631:チップ素子、542:グランド部、543、643:スルーホール、544:半田、551:コネクタ、649:マイク、651:フレキシブル基板、659:給電ポート、666、766:周波数調整用導体パターン、640A、750A:主面、640B:裏面、712B:延長部、720A、720B:側面、1030:プラスチック支持体

Claims (26)

  1. 略U字状の導体アンテナの一端側に給電部が設けられ、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 略U字状の導体アンテナの一端側に給電部が設けられ、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側と他端側の間に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  3. 請求項1又は2に記載のアンテナ装置において、前記基体は、前記略U字状導体アンテナの対向する導体間に設けられるとともに、前記略U字状導体アンテナの対向する導体間の少なくとも一部には空間が設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記基体は、前記導体アンテナの一端側の端部付近と他端側の端部付近との間に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
  5. 請求項1乃至3のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記基体は、前記導体アンテナの一端側の中央部付近と他端側の中央部付近との間に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナは、金属導電板または金属導電線からなることを特徴とするアンテナ装置。
  7. 請求項1乃至5のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナは、前記基体に配設された金属導電箔または金属導電膜からなる導体パターンを含むことを特徴とするアンテナ装置。
  8. 請求項1乃至6のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナは板状の導体からなり、前記導体アンテナの対向する一端側と他端側の導体の平面は互いに略直角になるように構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記基体と前記導体アンテナを搭載するメイン基板またはサブ基板を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
  10. 請求項9に記載のアンテナ装置において、前記基板には、当該アンテナ装置が内蔵される機器に取り付けるための取り付け金具が装着されていることを特徴とするアンテナ装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端部及び折り返し部が、メイン基板にそれぞれ接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  12. 略U字状の導体アンテナの一端側に給電部が設けられ、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、該基体と前記導体アンテナを搭載する基板と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  13. 請求項12に記載のアンテナ装置において、前記基体と前記導体アンテナの一端側又は他端側の一方は前記基板の主面に実装され、前記導体アンテナの一端側又は他端側の他方は前記基板の前記主面の裏面に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  14. 請求項12又は13に記載のアンテナ装置において、少なくとも前記導体アンテナの一端側又は他端側のいずれかは金属導電板又は金属導電線から成ることを特徴とするアンテナ装置。
  15. 請求項12又は13に記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端側又は他端側のいずれかは前記基板に配置された金属導電箔又は金属導電膜からなる導体パターンを含むことを特徴とするアンテナ装置。
  16. 請求項13乃至15に記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端側の導体と他端側の導体が略U字状の折り返し付近で基板に設けたスルーホール又は側面電極を介して接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  17. 請求項12乃至16のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの対向する一端側と他端側の導体の平面は互いに略直角になるように構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  18. 請求項12乃至17のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの他端側は前記基板の裏面においてL字状又はコ字状に迂回させられていることを特徴とするアンテナ装置。
  19. 略U字状の導体アンテナの一端側の略中央部に給電部を設け、他端側の端部が開放端として設けられた導体アンテナと、絶縁材料から成る基体と、該基体と前記導体アンテナを搭載する基板と、を備え、前記導体アンテナの一端側と他端側とは前記基体を介して近接するように配置され、前記基体は前記導体アンテナの一端側又は他端側の少なくとも一方に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  20. 請求項19に記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナと前記基体は前記基板の主面に搭載されていることを特徴とするアンテナ装置。
  21. 請求項19又は20に記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端側及び他端側は金属導電板又は金属導電線から成ることを特徴とするアンテナ装置。
  22. 請求項19乃至21のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端側は前記基体の上面に接合され、前記導体アンテナの他端側は前記基体の側面に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  23. 請求項19乃至21のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端側は前記基体の側面に接合され、前記導体アンテナの他端側は前記基体の前記側面と対向する他の側面に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  24. 請求項19乃至21のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記導体アンテナの一端側は前記基体の上面に接合され、前記導体アンテナの他端側は前記基板の裏面に接合されていることを特徴とするアンテナ装置。
  25. 請求項1乃至24のいずれかに記載のアンテナ装置において、前記基体に、前記導体アンテナの前記一端側が接続され、且つ送受信周波数調整が可能な導体パターンが形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  26. 請求項1乃至25のいずれかに記載のアンテナ装置を内蔵したことを特徴とするマルチバンド型無線通信機器。
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