JP2008252507A - アンテナおよび無線通信機 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナを設けるスペースを有効利用して実質的なアンテナ体積を小さくすることなく且つアンテナ間の干渉を抑制して、小型且つ高効率（高利得）のアンテナおよびそれを備えた無線通信機を構成する。
【解決手段】基板６１の第１主面〈ｓ〉の非グランド領域３１に、一部に間隙部１１を有するループ状電極１０を形成し、非グランド領域３１に対向する基板６１の第２主面〈ｂ〉の非グランド領域３２にモノポール状電極２０を形成する。その際、ループ状電極１０に対する給電点１２とモノポール状電極２０に対する給電点２１とを基板６１を挟んでほぼ対向する位置に配置する。また、ループ状電極１０の間隙部１１とモノポール状電極２０の開放端２２とを対極位置に配置する。
【選択図】図２

Description

この発明は、移動体通信機等の無線通信機に用いられるアンテナおよびそれを備えた無線通信機に関するものである。

携帯電話システムの端末装置（携帯電話）等の無線通信機において、複数の周波数帯で用いるアンテナを構成する場合、一般的にはそれぞれの周波数帯に適用したアンテナがそれぞれ基材や基板状に配置されている。

たとえば図１は従来技術による２つのアンテナ部ＡＮＴ１，ＡＮＴ２を備えたアンテナの構成を示す図である。図１において第１のアンテナ部ＡＮＴ１は、一部に間隙部を有するループ状電極からなる。また第２のアンテナ部ＡＮＴ２は所定箇所で屈曲させたモノポール状電極からなるアンテナである。この２つのアンテナ部は給電手段５１，５２によってそれぞれ給電される。

このように２つのアンテナ部を並べる場合に、アンテナ部間の干渉を減らすために、２つのアンテナ部ＡＮＴ１−ＡＮＴ２間の距離をなるべく離すように設けられる。また、この２つのアンテナを個別のチップアンテナで構成する場合には、その２つのチップアンテナ間の距離をなるべく離して実装される。アンテナ取り付けスペースの関係で２つのアンテナをある一定範囲に実装しなければならない場合には、このように同一平面内で所定の距離を確保して配置するのが常であった。

ところがアンテナ特性は、そのアンテナの体積（ボリューム，大きさ）に依存することが多く、アンテナの体積が大きいほど良好な特性が得られることが一般的である。

また、２つ以上のアンテナを配置した場合、互いのアンテナの干渉が生じた場合には、それぞれのアンテナ特性が劣化する事例が多くみられる。このアンテナの干渉を抑えるには、アンテナ間の距離を離すことが最も有効であるため、アンテナ間の距離を離すような配置が必要となってくる。しかし、アンテナ間の距離を大きくすると、個々のアンテナ体積が小さくなってしまい、良好なアンテナ特性が得られないことになる。このように、複数のアンテナを設ける場合、個々のアンテナのアンテナ体積と、アンテナ間の距離による干渉とがトレイドオフの関係となり、設計上のネックとなっていた。

そこで、この発明の目的は、アンテナを設けるスペースを有効利用して実質的なアンテナ体積を小さくすることなく且つアンテナ間の干渉を抑制して、小型且つ高効率（高利得）のアンテナおよびそれを備えた無線通信機を提供することにある。

前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１）基板の第１主面に、一部に間隙部を有するループ状電極を形成し、当該ループ状電極を形成した領域に対向する前記基板の第２主面にモノポール状電極を形成するとともに、前記ループ状電極に対する給電点と前記モノポール状電極に対する給電点とを前記基板を挟んでほぼ対向する位置に配置するとともに、前記ループ状電極の間隙部と前記モノポール状電極の開放端とが互いに対極する位置に配置したことを特徴としている。

（２）前記ループ状電極および前記モノポール状電極を形成した領域は前記基板の端部に設けられた非グランド領域とし、前記間隙部がグランド電極寄りになるように前記ループ状電極を配置し、前記モノポール状電極をグランド電極から離れた位置に配置してもよい。

（３）この発明の無線通信機は前記アンテナを備えて、実装基板にループ状電極およびモノポール状電極に対してそれぞれ給電する無線通信回路を設けることによって構成する。

この発明によれば、基板の第１主面に形成したループ状電極に対して給電点から給電されて流れる電流の向きと、基板の第２主面に形成したモノポール状電極に対して給電されて流れる電流の向きとが基板に沿った同方向となるので、ループ状電極によるアンテナとモノポール状電極によるアンテナとがそれぞれ本来の特性を維持できる。

また、ループ状電極の間隙部がグランド電極寄りになるようにループ状電極を配置し、モノポール状電極をグランド電極から離れた位置に配置することによって、モノポール状電極がグランド電極による影響を受けにくくなって、モノポール状電極によるアンテナ本来の特性を維持でき、ループ状電極の間隙部はモノポール状電極の開放端から離れた位置となるので、ループ状電極によるアンテナとモノポール状電極によるアンテナとの干渉も防ぐことができる。

さらに、このような基板の表裏にそれぞれ独立したアンテナを配置することができるので、実装基板に対するアンテナの占有面積が縮小化され、全体に小型の無線通信機が構成できる。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナおよび無線通信機について図２〜図４を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係るアンテナの平面図である。ここで〈ｓ〉は基板の第１主面側から見た平面図、〈ｂ〉は基板の第２主面側から見た平面図（裏面）である。基板６１の第１主面には、グランド電極４１を設けるとともにその端部に非グランド領域３１を設けている。この非グランド領域３１に、一部に間隙部１１を有するループ状電極１０を形成している。

また基板６１の第２主面にはグランド電極４２を設けるとともに、第１主面の非グランド領域３１に対向する位置に非グランド領域３２を設けている。この非グランド領域３２にはモノポール状電極２０を形成している。

基板６１には、ループ状電極１０の所定の給電点１２に対して給電する給電手段５１を設けている。またモノポール状電極２０の一方の端部である給電点２１に対して給電する給電手段５２を設けている。

このようにして基板６１の第１主面の非グランド領域３１に、間隙部１１を有するループ状電極１０による第１のアンテナ部ＡＮＴ１を構成し、基板６１の第２主面の非グランド領域３２に、モノポール状電極２０による第２のアンテナ部ＡＮＴ２を構成している。

図２に示したように、ループ状電極１０に対する給電点１２とモノポール状電極２０に対する給電点２１とを基板６１を挟んでほぼ対向する位置に配置するとともに、ループ状電極１０の間隙部１１とモノポール状電極２０の開放端２２とを互いに対極位置に配置している。

図３・図４は、基板６１を挟んで対向するループ状電極１０およびモノポール状電極２０の位置関係とアンテナ特性との関係について示したものである。
図３（Ａ）は図２に示したとおりの第１の実施形態に係るアンテナの平面図、図３（Ｂ）は比較対象としてのアンテナの平面図である。図３（Ａ）（Ｂ）のいずれもループ状電極１０に対する給電点１２とモノポール状電極２０に対する給電点２１とが基板６２を挟んでほぼ対向する位置に配置している。図３（Ａ）ではループ状電極１０の間隙部１１とモノポール状電極２０の開放端２２とを互いに対極位置に配置しているが、図３（Ｂ）では、ループ状電極１０の間隙部１１とモノポール状電極２０の開放端２２とは対極位置にはない。すなわち、基板６２のグランド電極４１から遠い側でモノポール状電極２０のちょうど裏側に対向する位置に間隙部１１を配置している。

図４は図３（Ａ），（Ｂ）に示した２つのアンテナのアンテナ効率の周波数特性である。黒丸は図３（Ａ）に示した第１の実施形態に係るアンテナの特性、白丸は図３（Ｂ）に示した比較例としてのアンテナの特性である。第１のアンテナ部ＡＮＴ１はＣＤＭＡ２０００の２１１０〜２１３０ＭＨｚおよびＣＤＭＡ８００の８４３〜８７５ＭＨｚに対応するアンテナとして作用し、第２のアンテナ部ＡＮＴ２はＧＰＳの１５７５ＭＨｚのアンテナとして作用する。

第１のアンテナ部ＡＮＴ１のアンテナ効率は図３（Ａ），（Ｂ）のいずれの構造でもＣＤＭＡ８００の帯域で約−６ｄＢ、ＣＤＭＡ２０００の帯域で約−５ｄＢ程度の効率が得られていて大差がない。

すなわち、一部に間隙部１１を有するループ状電極１０による並列共振型のアンテナは、基板の裏面に設けたモノポール状電極２０による影響を余り受けないことが分かる。

一方、モノポール状電極２０による第２のアンテナ部ＡＮＴ２のアンテナ効率は図３（Ａ）の構成で−３ｄＢ、図３（Ｂ）の構成で−８．５ｄＢとなって、図３（Ｂ）ではモノポール状電極２０によるアンテナが本来のアンテナとして作用していないことが分かる。

このことから、図３（Ａ）に示したように、ループ状電極１０に対して給電点１２から流れる電流１−１と電流１−２のうち、電流１−１と、モノポール状電極２０に対して給電点２１から流れる電流２−１とが同方向であれば、このモノポール状電極２０による第２のアンテナ部ＡＮＴ２は本来の特性を示すことが分かる。図３（Ｂ）に示した構成では、同図に示すように、ループ状電極１０に対して給電点１２から流れる電流１−１Ａとモノポール状電極２０に対して給電点２１から流れる電流２−１Ａとが逆方向になるので、モノポール状電極２０による第２のアンテナ部ＡＮＴ２は発生する電磁界が相殺されてアンテナ効率が低下するものと考えられる。

なお、図３（Ｂ）において電流１−１Ａによる８００ＭＨｚ帯の放射は基板からも生じるので、その効率はほとんど低下しない。また、電流１−２Ａによる２０００ＭＨｚの放射については、モノポール状電極２０に流れる電流２−１Ａと電流１−２Ａとが同方向であるので、むしろ効率が高まる。これに対してモノポール状電極２０による第２のアンテナ部ＡＮＴ２の効率は電流１−１Ａによるキャンセルの影響を大きく受ける。これらが、ループ状電極１０による第１のアンテナ部ＡＮＴ１の特性に比べて、モノポール状電極２０による第２のアンテナ部ＡＮＴ２の特性が顕著な影響を受ける理由であると考えられる。

なお、図２に示したようにＬ字型のモノポール状電極２０を形成する場合、その主要部はグランド電極４２からなるべく遠ざかる位置に配置するほうが高い効率が得られるので必然的に基板６１の端部に沿った位置に配置することになる。またループ状電極１０によるアンテナはループ径（周長）が大きくなるほど効率が高まるので、そのループ状電極１０は非グランド領域３１の外周に沿って配置することになる。そのため必然的にループ状電極１０の一部とモノポール状電極２０の主要部とが基板６１を挟んで対向する位置に配置することになる。このような電極配置であっても、既に述べたように給電点からそれぞれに流れる電流の向きが同方向になるので両アンテナの本来の特性が維持できる。

《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態に係るアンテナの平面図である。ここで〈ｓ〉は基板の第１主面側から見た平面図、〈ｂ〉は基板の第２主面側から見た平面図（裏面）である。基板６３の第１主面には、グランド電極４１を設けるとともにその端部に非グランド領域３１を設けている。この非グランド領域３１に、一部に間隙部１１を有するループ状電極１０を形成している。

また基板６３の第２主面にはグランド電極４２を設けるとともに、第１主面の非グランド領域３１に対向する位置に非グランド領域３２を設けている。この非グランド領域３２にモノポール状電極７０を形成している。

基板６３には、ループ状電極１０の所定の給電点１２に対して給電する給電手段５１を設けている。またモノポール状電極７０の一方の端部である給電点７１に対して給電する給電手段５２を設けている。

この例ではモノポール状電極７０を非グランド領域３２のうちグランド電極４２寄りに配置している。それに伴い第１主面側のループ状電極１０の間隙部１１をグランド電極４１から遠い側（基板６３の端部付近）でモノポール状電極７０の開放端７２に対して対極位置となるように配置している。

このような構成の場合、モノポール状電極７０がグランド電極４２に近接しているので図２に示したような構成と比べて第２のアンテナ部ＡＮＴ２の効率面で不利であるが、ループ状電極１０による影響をほとんど受けないので、モノポール状電極７０によるアンテナ本来の特性が維持できる。

《第３の実施形態》
図６は第３の実施形態に係るアンテナの平面図である。ここで〈ｓ〉は基板の第１主面側から見た平面図、〈ｂ〉は基板の第２主面側から見た平面図（裏面）である。基板６４の第１主面には、グランド電極４１を設けるとともにその端部に非グランド領域３１を設けている。この非グランド領域３１に、一部に間隙部１１を有するループ状電極１０を形成している。

また基板６４の第２主面にはグランド電極４２を設けるとともに、第１主面の非グランド領域３１に対向する位置に非グランド領域３２を設けている。この非グランド領域３２にモノポール状電極８０を形成している。

基板６４には、ループ状電極１０の所定の給電点１２に対して給電する給電手段５１を設けている。またモノポール状電極８０の一方の端部である給電点８１に対して給電する給電手段５２を設けている。

この例では、給電点８１およびグランド電極４２から遠ざかる方向（基板６４の端部方向）に直線状に延びるようにモノポール状電極８０を配置している。それに伴い第１主面側のループ状電極１０の間隙部１１をグランド電極４１寄りで、モノポール状電極８０の開放端８２に対して対極位置となるように配置している。

このような構成でも、ループ状電極１０に給電点１２から流れる電流１−１とモノポール状電極８０に給電点８１から流れる電流２−１とが同方向になるので、モノポール状電極８０によるアンテナ本来の特性を維持できる。

《第４の実施形態》
携帯電話等の無線通信機は、第１〜第３の実施形態で示したアンテナを用いて次のように構成する。
図２・図５・図６に示したアンテナを用いる場合、その給電手段５１，５２を含む無線通信回路を実装基板上に設け、その実装基板の端部に非グランド領域を設けるとともに、その非グランド領域に図２・図５・図６に示したアンテナを構成する。これによりＧＰＳ受信機を内蔵するＣＤＭＡ８００／２０００両対応の携帯電話を構成することができる。

従来技術によるアンテナの構成例を示す図である。 第１の実施形態に係るアンテナの平面図である。 同アンテナと比較例としてのアンテナの構成を示す図である。 第１の実施形態に係るアンテナと比較例としてのアンテナとの効率の違いを示す図である。 第２の実施形態に係るアンテナの平面図である。 第３の実施形態に係るアンテナの平面図である。

符号の説明

１０−ループ状電極
１１−間隙部
１２，２１，７１，８１−給電点
２０，７０，８０−モノポール状電極
２２，７２，８２−開放端
３１，３２−非グランド領域
４１，４２−グランド電極
５１，５２−給電手段
６１〜６４−基板
ＡＮＴ１−第１のアンテナ部
ＡＮＴ２−第２のアンテナ部

Claims (3)

1. 基板の第１主面に、一部に間隙部を有するループ状電極を形成し、当該ループ状電極を形成した領域に対向する前記基板の第２主面にモノポール状電極を形成するとともに、前記ループ状電極に対する給電点と前記モノポール状電極に対する給電点とを前記基板を挟んでほぼ対向する位置に配置するとともに、前記ループ状電極の間隙部と前記モノポール状電極の開放端とが互いに対極する位置に配置したことを特徴とするアンテナ。
2. 前記ループ状電極および前記モノポール状電極を形成した領域は前記基板の端部に設けられた非グランド領域であり、前記間隙部がグランド電極寄りになるように前記ループ状電極を配置し、前記モノポール状電極をグランド電極から離れた位置に配置した請求項１に記載のアンテナ。
3. 請求項１または２に記載のアンテナを備え、前記実装基板に前記ループ状電極および前記モノポール状電極に対してそれぞれ給電する無線通信回路を構成してなる無線通信機。

Images