JP2009055399A - ループアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のものよりも小型化を図ることができるループアンテナを提供すること。
【解決手段】ループアンテナ１００は、絶縁体１０１と、導体箔１０２とを備えた矩形の形状で構成され、第一辺１０と、第二辺２０と、第三辺３０と、第四辺４０とを備え、第一辺１０には、受信回路が接続される給電部１１及び１２が形成され、導体箔１０２は、矩形の各辺で周方向に折り返されながら給電部１１から給電部１２に至る１本の線状の導体として接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話や小型通信機器において電波を受信するループアンテナに関する。

近年、携帯電話や小型通信端末など（以下「携帯端末等」という。）の小型化が図られ、携帯端末等は、携帯性の高い無線通信機器として広く用いられるようになってきた。また、携帯端末等には、２００６年４月より開始されたワンセグ放送を受信する機能も搭載されるようになった。ワンセグ放送はＵＨＦ帯の４７０〜７７０［ＭＨｚ］の電波を用いたサービスのため、携帯端末等でワンセグ放送を受信するにはＵＨＦ帯の電波を受信可能なアンテナを携帯端末等に搭載する必要がある。

しかしながら、ワンセグ放送で使用される最も低い周波数は４７０［ＭＨｚ］であり、その波長は６４［ｃｍ］であるので、その周波数の電波に共振するループアンテナを構成するにはループアンテナの１巻き分の長さがその波長分になるため、単純に導線部をループ状に１回巻いたループアンテナでは携帯端末等に内蔵することはできない。

そこで、携帯端末等の大きさの制約から、ワンセグ放送を受信するアンテナの小型化が求められている。特に携帯電話においては、その外形形状が矩形であることから、矩形状のループアンテナが用いられることが多い。

従来、矩形状のループアンテナを携帯端末等に内蔵させるため、導線部の経路長を長くすることにより共振周波数を低下させ、ループアンテナを小型化する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

まず、特許文献１に記載されたものは、図１３に示すように、カード形無線受信機のケースの上、下板（図示省略）をアンテナ素子として兼用したものであって、ケースの上、下板を樹脂製とし、ケースの上、下板にワイヤが印刷又は埋設され、ワイヤの形状は、ケースの上、下板の縁部を折り返し、互いに直交する形状である。

次に、特許文献２に記載されたものは、図１４に示すように、金属箔パターンからなるアンテナエレメント２をプリント基板１に形成したものであって、アンテナエレメント２に所要の電気長を持たせるため、アンテナエレメント２の形状をメアンダ形状（連続折り返しパターン）にし、アンテナエレメント２の一端３を内部受信回路と接続して給電点とし、アンテナエレメント２の他端４は開放にした形状である。

次に、特許文献３に記載されたものは、図１５に示すように、ジグザグ状に形成されたループアンテナ素子５を備え、ループアンテナの小型化を図ることを目的としたものである。

次に、特許文献４に記載されたものは、図１６に示すように、誘電体基板６上に折り返し多重ループ導体部として形成された第１と第２のループ導体部７、８と、給電ライン７ａ、７ｂとを備え、２つのループ導体部７、８の電流による電波の放射が互いにうち消し合うことによるアンテナの特性低下を抑制することができるようになっている。
特開平１０−５６３１３号公報 特開２０００−２１６６１２号公報 特開２０００−２４４２１９号公報 特開２００４−２１５０６１号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載された従来のものは、例えばＵＨＦ帯の電波が受信できるよう共振周波数を低下させようとすると、以下に示すような課題があった。

まず、特許文献１に記載されたものは、アンテナのワイヤの形状が、ケースの上、下板の縁部を折り返して互いに直交する形状としているので、アンテナの上部と下部とを対向させた構成となり、携帯端末等に内蔵しようとするとアンテナの上部と下部とが対向する方向のスペースを確保する必要が生じ、携帯端末等の薄型化が困難となるという課題があった。

次に、特許文献２に記載されたものは、金属箔パターン長をより長くして共振周波数を低下させようとするとアンテナ全体が大きくなってしまい、携帯端末等の小型化が困難となるという課題があった。また、特許文献２に記載されたものは、アンテナを小型化しようとすると金属箔パターンの微細化が必要になるので、アンテナの小型化が困難となるという課題があった。

次に、特許文献３に記載されたものは、ループアンテナの周方向ではなく、周方向と直交する方向に導線部を折り返す構成なので、共振周波数を低下させようとすると導線部を微細化して経路長を長くすることが必要になり、共振周波数を低下させるのが困難となるという課題があった。

次に、特許文献４に記載されたものは、ループ導体部７、８を１回しか折り返さない構成であり、ループ導体部７、８の経路長をさらに長くするのが困難なので、共振周波数を低下させるのが困難となるという課題があった。

本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、従来のものよりも小型化を図ることができるループアンテナを提供することを目的とする。

本発明のループアンテナは、ループ形状に形成され、受信した電波信号を受信回路に出力するループアンテナであって、前記受信回路に接続される第１及び第２の給電部と、前記第１の給電部と前記第２の給電部とを前記ループ形状に沿って接続する線状の導体とを備え、前記線状の導体は、前記ループ形状の周方向に折り返す折り返し部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のループアンテナは、線状の導体を複数回折り返して所望の周波数の電波に共振する長さとすることができるので、従来のものよりも小型化を図ることができる。

また、本発明のループアンテナは、前記ループ形状は、矩形の形状であって、前記線状の導体は、前記矩形の少なくとも１辺において前記折り返し部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のループアンテナは、矩形の形状において、線状の導体を任意の回数折り返して所望の周波数の電波に共振する長さとすることができるので、従来のものよりも小型化を図ることができる。

さらに、本発明のループアンテナは、前記矩形の少なくとも１辺において前記折り返し部を含む前記線状の導体の長さは、所望の共振周波数に基づいて決定される構成を有している。

この構成により、本発明のループアンテナは、矩形の少なくとも１辺における線状の導体の長さが所望の共振周波数に基づいて決定されることにより、所望の周波数の電波を好適に受信することができる。

さらに、本発明のループアンテナは、前記線状の導体が、フィルム状の絶縁体で挟持されている構成を有している。

この構成により、本発明のループアンテナは、アンテナ自体の小型化及び薄型化を図ることができ、かつ、その立体形状を維持できるので、携帯端末等に内蔵されることにより、携帯端末等の薄型化を図ることができる。

本発明は、従来のものよりも小型化を図ることができるという効果を有するループアンテナを提供することができるものである。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明のループアンテナを、矩形の形状を有し、ワンセグ放送を受信するものに適用した例を挙げて説明する。

まず、本実施の形態におけるループアンテナの構成について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施の形態におけるループアンテナの斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）において線分ＡＡで示した断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態におけるループアンテナ１００は、矩形の形状で構成されており、第一辺１０と、第二辺２０と、第三辺３０と、第四辺４０とを備えている。図１（ａ）において、第一辺１０及び第三辺３０の各長さをＷ、第二辺２０及び第四辺４０の各長さをＤ、各辺の高さをＨでそれぞれ示している。第一辺１０には、受信回路が接続される給電部１１及び１２が形成されている。なお、給電部１１及び１２は、それぞれ、本発明の第１及び第２の給電部に対応する。

また、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態におけるループアンテナ１００は、絶縁体１０１と、導体箔１０２とを備え、絶縁体１０１が導体箔１０２を挟持する構成となっている。絶縁体１０１は、フィルム状の材質、例えばポリイミドで構成される。導体箔１０２は、例えば銅箔で構成される。

導体箔１０２は、図１（ａ）に示すように、矩形の各辺において周方向に折り返されながら給電部１１から給電部１２に至る１本の線状の導体として接続されている。以下、各辺における詳細な構成を図２〜図４を参照して説明する。

まず、ループアンテナ１００の第一辺１０の構成について説明する。図２は、第一辺１０における構成を示しており、図２（ａ）はその斜視図、図２（ｂ）は導体箔１０２のパターン形状を示す図、図２（ｃ）は導体箔１０２に流れる電流の方向を示す図である。

図２（ｂ）に示すように、ループアンテナ１００の第一辺１０において、導体箔１０２は、給電部１１及び１２と、矩形の周方向（Ｗ寸法の矢示方向）に延在し給電部１１又は１２に接続された左右５つずつの周方向延在部１０ａと、周方向と直交する方向（Ｈ寸法の矢示方向）に周方向延在部１０ａを折り返す左右４つずつの折り返し部１０ｂと、第二辺２０の導体箔１０２に接続される端部１０ｃと、第四辺４０の導体箔１０２に接続される端部１０ｄとを備えている。この構成により、ループアンテナ１００が電波を受信した際に、給電部１１を正極、給電部１２を負極とすると、第一辺１０においては、図２（ｃ）に示すように電流が流れる。

次に、ループアンテナ１００の第二辺２０の構成について説明する。図３は、第二辺２０における構成を示しており、図３（ａ）はその斜視図、図３（ｂ）は導体箔１０２のパターン形状を示す図、図３（ｃ）は導体箔１０２に流れる電流の方向を示す図である。

図３（ｂ）に示すように、ループアンテナ１００の第二辺２０において、導体箔１０２は、矩形の周方向（Ｄ寸法の矢示方向）に延在する５つの周方向延在部２０ａと、周方向と直交する方向に周方向延在部２０ａを折り返す４つの折り返し部２０ｂと、第一辺１０の導体箔１０２に接続される端部２０ｃと、第三辺３０の導体箔１０２に接続される端部２０ｄとを備えている。この構成により、ループアンテナ１００が電波を受信した際に、第二辺２０においては、図３（ｃ）に示すように電流が流れる。

次に、ループアンテナ１００の第三辺３０の構成について説明する。図４は、第三辺３０における構成を示しており、図４（ａ）はその斜視図、図４（ｂ）は導体箔１０２のパターン形状を示す図、図４（ｃ）は導体箔１０２に流れる電流の方向を示す図である。

図４（ｂ）に示すように、ループアンテナ１００の第三辺３０において、導体箔１０２は、矩形の周方向に延在する５つの周方向延在部３０ａと、周方向と直交する方向に周方向延在部３０ａを折り返す４つの折り返し部３０ｂと、第二辺２０の導体箔１０２に接続される端部３０ｃと、第四辺４０の導体箔１０２に接続される端部３０ｄとを備えている。この構成により、ループアンテナ１００が電波を受信した際に、第三辺３０においては、図４（ｃ）に示すように電流が流れる。

なお、ループアンテナ１００の第四辺４０の構成は、第二辺２０の構成と同様であるので、構成の説明を省略する。

次に、本実施の形態におけるループアンテナ１００の特性について試作確認した結果を第１〜３の実施例として説明する。

［第１の実施例］
図５は、第１の実施例におけるループアンテナ１００の斜視図である。図５に示すように、本実施例においては、矩形の長辺と短辺との比を２：１にした構成であって、Ｄ＝８０［ｍｍ］、Ｗ＝４０［ｍｍ］としたものである。したがって、本実施例における周囲長は、２４［ｃｍ］である。また、高さ方向の寸法Ｈ＝８［ｍｍ］としており、この寸法Ｈは絶縁体１０１の幅に相当する。

さらに、本実施例における具体的な寸法は、絶縁体１０１の厚さ＝１２５［μｍ］、導体箔１０２の幅＝３２０［μｍ］、導体箔１０２の厚さ＝３５［μｍ］、導体箔１０２のパターン間隔＝約２［ｍｍ］である。

次に、本実施例におけるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）特性、共振時の放射パターンについて説明する。図６は、本実施例におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。図７は、本実施例における共振時の放射パターンを示す図である。

図６に示すように、本実施例のものは、ワンセグ放送の最低周波数である４７０［ＭＨｚ］近傍で共振する特性を有し、ＶＳＷＲ特性が３以下となる帯域は約１０［ＭＨｚ］である。

また、本実施例のものは、共振時の放射パターンとして、図７に示すような特性を有する。図７（ａ）は、図５に示すｚｙ平面（φ＝９０°）における共振時の放射パターンを示す図である。また、図７（ｂ）は、図５に示すｘｙ平面（θ＝９０°）における共振時の放射パターンを示す図である。また、図７（ｃ）は、図５に示すｚｘ平面（φ＝０°）における共振時の放射パターンを示す図である。

図７（ａ）に示すように、本実施例のものは、ｚｙ平面において、無指向性（全指向性）を示す特性を有する。また、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施例のものは、ｘｙ平面及びｚｘ平面において、８の字型の指向性を示す特性を有する。すなわち、本実施例のものは、図５に示したｙ軸方向及びｚ軸方向に進む電波を、ｘ軸方向に進む電波よりも強く受信することができるという指向性を有している。

前述の結果は、本実施例のものが、共振時の１波長ループアンテナ（ループ長が１波長）のものと同様な特性を有することを示すものである。１波長ループアンテナでは、４７０ＭＨｚの電波を受信しようとすると、４７０ＭＨｚの電波の１波長は６４［ｃｍ］であるので、その周囲長を６４［ｃｍ］とする必要がある。これに対し、本実施例のものは、図５に示したように、周囲長は２４［ｃｍ］である。したがって、本実施例のものは、１波長ループアンテナの周囲長に対して１／３程度とすることができるので、大幅な小型化を図ることができる。

［第２の実施例］
図８は、第２の実施例におけるループアンテナ１００の斜視図である。図８に示すように、本実施例においては、アンテナ形状を正方形の形状にした構成であって、Ｄ＝Ｗ＝６０［ｍｍ］としたものである。したがって、本実施例における周囲長は、２４［ｃｍ］である。なお、高さ方向の寸法Ｈや、絶縁体１０１の厚さ及び幅、導体箔１０２の厚さ及びパターン間隔は、第１の実施例と同様である。

次に、本実施例におけるＶＳＷＲ特性、共振時の放射パターンについて説明する。図９は、本実施例におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。図１０は、本実施例における共振時の放射パターンを示す図である。

図９に示すように、本実施例のものは、５００［ＭＨｚ］近傍の周波数で共振する特性を有し、ＶＳＷＲ特性が３以下となる帯域は約１０［ＭＨｚ］である。

また、本実施例のものは、共振時の放射パターンとして、図１０に示すような特性を有する。図１０（ａ）は、図８に示すｚｙ平面（φ＝９０°）における共振時の放射パターンを示す図である。また、図１０（ｂ）は、図８に示すｘｙ平面（θ＝９０°）における共振時の放射パターンを示す図である。また、図１０（ｃ）は、図８に示すｚｘ平面（φ＝０°）における共振時の放射パターンを示す図である。

図１０（ａ）に示すように、本実施例のものは、ｚｙ平面において、無指向性（全指向性）を示す特性を有する。また、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本実施例のものは、ｘｙ平面及びｚｘ平面において、８の字型の指向性を示す特性を有する。すなわち、本実施例のものは、図８に示したｙ軸方向及びｚ軸方向に進む電波を、ｘ軸方向に進む電波よりも強く受信することができるという指向性を有している。

前述の結果は、本実施例のものが、共振時の１波長ループアンテナのものと同様な特性を有することを示すものである。１波長ループアンテナでは、５００［ＭＨｚ］の電波を受信しようとすると、５００［ＭＨｚ］の電波の１波長は６０［ｃｍ］であるので、その周囲長は６０［ｃｍ］とする必要がある。これに対し、本実施例のものは、図５に示したように、周囲長は２４［ｃｍ］である。したがって、本実施例のものは、１波長ループアンテナの周囲長に対して１／３程度とすることができるので、大幅な小型化を図ることができる。

また、本実施例のものと、第１の実施例のものとの特性を比較すると、辺の長さの比を変えることによって、共振周波数は変わるが、それぞれの共振周波数において放射パターンは変化しないことが分かる。この結果は、本実施の形態のものが、ワンセグ放送の周波数に対応するよう共振周波数を下げつつも、１波長ループアンテナと同様な特性を有することを示している。

［第３の実施例］
図１１（ａ）は、第３の実施例におけるループアンテナ１００の斜視図である。図１１（ｂ）は、本実施例の第三辺５０における導体箔１０２のパターン形状を示す図である。図１１（ｃ）は、本実施例の第三辺５０における導体箔１０２に流れる電流の方向を示す図である。

図１１（ａ）に示すように、本実施例においては、アンテナ形状を第１の実施例（図５参照）と同様な矩形の比とした構成であって、第三辺５０における導体箔１０２の形状を第１の実施例とは異なる形状に変更したものである。

図１１（ｂ）に示すように、本実施例におけるループアンテナ１００の第三辺５０において、導体箔１０２は、矩形の周方向に延在する左右２組の周方向延在部５０ａと、周方向と直交する方向に周方向延在部５０ａを折り返す各組４つの折り返し部５０ｂと、２組の周方向延在部５０ａを周方向と直交する方向に接続する接続部５０ｃと、第二辺２０の導体箔１０２に接続される端部５０ｄと、第四辺４０の導体箔１０２に接続される端部５０ｅとを備えている。この構成により、ループアンテナ１００が電波を受信した際に、第二辺５０においては、図１１（ｃ）に示すように電流が流れる。

本実施例のものは、周方向延在部５０ａを左右２組に分離して接続部５０ｃを設けたことにより、第１の実施例のもの（図５参照）よりも導体箔１０２の全長がやや短くなっている。したがって、本実施例のものは、第１の実施例のものよりも共振周波数がやや大きくなる。

次に、本実施例におけるＶＳＷＲ特性について、第１の実施例のものと比較しながら説明する。図１２において、破線のグラフ２０１は第１の実施例のもののＶＳＷＲ特性（図６参照）を、実線のグラフ２０２は、本実施例のもののＶＳＷＲ特性をそれぞれ示している。

前述のように、本実施例のものは、周方向延在部５０ａを左右２組に分離して接続部５０ｃを設け、第１の実施例のものよりも導体箔１０２の全長をやや短くしたので、共振周波数が第１の実施例のもの（約４５８［ＭＨｚ］）よりも約１６［ＭＨｚ］高い約４７４［ＭＨｚ］になっている。

この結果は、第三辺５０における導体箔１０２の長さを定めることにより、所望の共振周波数が得られることを示している。なお、本実施例においては、第三辺５０において導体箔１０２の長さを変更したが、これに限定されるものではなく、第三辺５０以外の辺において導体箔１０２の長さを変更する構成としても同様な効果が得られる。

したがって、本実施の形態におけるループアンテナ１００は、所望の共振周波数に基づいて、矩形の少なくとも１辺における導体箔１０２の長さを定めることにより、その共振周波数の電波を所定のＶＳＷＲ値で受信することができる。

以上のように、本実施の形態におけるループアンテナ１００によれば、導体箔１０２を矩形の少なくとも１辺において周方向に折り返し、線状の導体の長さを所望の共振周波数に基づいて決定できる構成としたので、従来のものよりも小型化を図ることができる。

また、本実施の形態におけるループアンテナ１００によれば、絶縁体１０１が導体箔１０２を挟持する構成としたので、アンテナ自体の小型化及び薄型化を図ることができ、かつ、その立体形状を維持できるので、携帯端末等に内蔵されることにより、携帯端末等の薄型化を図ることができる。

なお、前述の実施の形態において、ループアンテナ１００の形状を矩形として例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば三角形、五角形等の多角形や、円形、楕円形、又はこれらを合成した形状等であってもよい。例えば、円形の形状とした場合、円周の１／２ごと、又は１／４ごとに折り返し部を設けることにより、前述と同様な効果が得られる。

また、前述の実施の形態において、絶縁体１０１が導体箔１０２を挟持する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポリイミドの片面に導体箔１０２を形成する構成としてもよい。

以上のように、本発明に係るループアンテナは、従来のものよりも小型化を図ることができるという効果を有し、携帯電話や小型通信機器において電波を受信するループアンテナ等として有用である。

本発明に係るループアンテナの一実施の形態における構成を示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態における第一辺の構成を示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態における第二辺の構成を示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態における第三辺の構成を示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第１の実施例におけるループアンテナの斜視図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第１の実施例におけるループアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第１の実施例におけるループアンテナの共振時の放射パターンを示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第２の実施例におけるループアンテナの斜視図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第２の実施例におけるループアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第２の実施例におけるループアンテナの共振時の放射パターンを示す図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第３の実施例におけるループアンテナの説明図 本発明に係るループアンテナの一実施の形態において、第１及び第３の実施例におけるループアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図 従来のループアンテナを示す図 従来のループアンテナを示す図 従来のループアンテナを示す図 従来のループアンテナを示す図

符号の説明

１０ 第一辺
１０ａ 第一辺の周方向延在部
１０ｂ 第一辺の折り返し部
１０ｃ、１０ｄ 第一辺の端部
１１ 給電部（第１の給電部）
１２ 給電部（第２の給電部）
２０ 第二辺
２０ａ 第二辺の周方向延在部
２０ｂ 第二辺の折り返し部
２０ｃ、２０ｄ 第二辺の端部
３０、５０ 第三辺
３０ａ、５０ａ 第三辺の周方向延在部
３０ｂ、５０ｂ 第三辺の折り返し部
３０ｃ、３０ｄ、５０ｄ、５０ｅ 第三辺の端部
４０ 第四辺
５０ｃ 接続部
１００ ループアンテナ
１０１ 絶縁体
１０２ 導体箔（線状の導体）

Claims (4)

1. ループ形状に形成され、受信した電波信号を受信回路に出力するループアンテナであって、
   前記受信回路に接続される第１及び第２の給電部と、前記第１の給電部と前記第２の給電部とを前記ループ形状に沿って接続する線状の導体とを備え、
   前記線状の導体は、前記ループ形状の周方向に折り返す折り返し部を備えたことを特徴とするループアンテナ。
2. 前記ループ形状は、矩形の形状であって、前記線状の導体は、前記矩形の少なくとも１辺において前記折り返し部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のループアンテナ。
3. 前記矩形の少なくとも１辺において前記折り返し部を含む前記線状の導体の長さは、所望の共振周波数に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載のループアンテナ。
4. 前記線状の導体は、フィルム状の絶縁体で挟持されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のループアンテナ。

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