JP2010087752A

JP2010087752A - マルチバンドアンテナ

Info

Publication number: JP2010087752A
Application number: JP2008253342A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Ayaka; 辰朗綾香
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】高次周波数帯におけるＶＳＷＲの広帯域化と、マルチバンドアンテナがグランド面の近傍に重ねて配置する場合であっても、ＶＳＷＲが増加するのを防ぐことが可能なマルチバンドアンテナを提供する。
【解決手段】Ｕ字状に折り返した帯状電極を備え、先端側が開放端となり、基端側を給電部に接続して基本周波数帯と高次周波数帯に対応した放射電極を有し、放射電極と同一面上に形成し、放射電極の折り返し部と容量結合するように所定の間隔で配置し、グランドと接続した無給電電極を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線装置に用いられるアンテナに関し、特には複数の互いに異なる周波数帯において利用可能なマルチバンドアンテナに関するものである。

近年、携帯電話等の無線装置が急速に普及し、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、複数の送受信帯域を一つの携帯電話等の通信機器に装備する例が多くなっている。
クワッドバンド方式の携帯電話で使用する通信システムの周波数帯域は、例えばＧＳＭ８５０／９００帯（８２４〜９６０ＭＨｚ）、ＤＣＳ帯（１７１０〜１８５０ＭＨｚ）、ＰＣＳ帯（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）、ＵＭＴＳ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）であって、ＧＳＭ帯を基本周波数帯とすれば、連続する３つの周波数帯であるＤＣＳ帯、ＰＣＳ帯、ＵＭＴＳ帯は、ＧＳＭ帯の略２〜２．５倍の周波数であり、これらを高次周波数帯と呼ぶ場合がある。

かかる状況下、携帯電話等の無線装置に内蔵されるアンテナとして、複数の送受信帯域に対応できるマルチバンドアンテナが要求されている。
通常、アンテナを構成する放射電極は基本となる共振周波数を有し、更に高次の共振周波数を有する。このような共振周波数を含む周波数帯について、ここでは、最も低周波で共振する周波数ｆ１（主共振点と呼ぶ場合がある）を含み、高周波回路と整合可能、即ち電圧定在波比ＶＳＷＲが所定の数値以下となる周波数帯を基本周波数帯とし、それよりも高次の共振を生じる周波数ｆ２（高次共振点と呼ぶ場合がある）を含む周波数帯を高次周波数帯とする。

マルチバンドアンテナとして要求される周波数帯においては、高次周波数帯が基本周波数帯よりも帯域幅が広い。先に例示した通信システムでは、基本周波数帯でカバーする周波数帯域幅は１３６ＭＨｚ、高次周波数帯では周波数帯域幅は４６０ＭＨｚである。このため、高次周波数帯では所望のＶＳＷＲが得られる帯域幅が確保出来ず、使用が困難である場合があった。

また放射電極の近傍にグランド面が配置されると、放射電極とグランド面との間に寄生容量が生じてしまい、グランドに流れる高周波電流が増加して、ＶＳＷＲが増加し、放射特性が低下し、アンテナ利得が劣化する場合がある。特に高次周波数帯での特性劣化が著しい。
このためアンテナの基本的な構成として、放射電極の大半をグランド面と対向しないようにすることが行われていた。例えば、放射電極の支持体としてプリント基板等を用いる場合には、プリント基板にグランド面（接地電極）非形成部を設けるなどしていた（特許文献１）。
特開２００４−１９４０８９号

しかしながら携帯電話等の無線装置の小型化、高性能化に伴って、無線装置の筐体内における部品密度が上がり、他の構成部品のグランド面が放射電極の近傍に配置されることも多い。このような場合には、アンテナが構成される基板にグランド面非形成部を設けても特性劣化は免れなかった。
そこで本発明は、マルチバンドアンテナにおいて、高次周波数帯におけるＶＳＷＲの広帯域化と、マルチバンドアンテナがグランド面の近傍に重ねて配置される場合であっても、ＶＳＷＲが増加するのを防ぐことが可能なマルチバンドアンテナを提供することを目的とする。

本発明は、Ｕ字状に折り返された帯状電極を備え、先端側が開放端となり、基端側が給電部に接続されて基本周波数帯と高次周波数帯に対応した放射電極を有し、前記放射電極と同一面上に形成され、前記放射電極の折り返し部と容量結合するように所定の間隔で配置され、グランドと接続された無給電電極を備えたことを特徴とするマルチバンドアンテナである。

本発明においては、前記帯状電極がグランド面と所定の距離を持って実質的に平行配置されていても良い。

本発明によれば、マルチバンドアンテナにおいて、高次周波数帯におけるＶＳＷＲの広帯域化と、マルチバンドアンテナがグランド面の近傍に重ねて配置される場合であっても、ＶＳＷＲが増加するのを防ぐことが可能なマルチバンドアンテナを提供することが出来る。

本発明に係るマルチバンドアンテナについて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係るマルチバンドアンテナの平面図である。図１に示すように、Ｕ字上に折り返された放射電極２０と、折り返し部４０に対向して配置された無給電電極を備え、基板の非グランド領域に形成されている。

放射電極２０や無給電電極３０等は、ＦＲ４（ガラスエポキシ樹脂基板）などのプリント基板に、エッチングなどの公知の手法によって、低抵抗のＣｕ薄板で形成されている。アルミナや他の誘電体セラミクス材料から成るセラミック基板に、印刷やエッチングなどの公知の手法によって低抵抗のＡｕ、Ａｇ，Ｃｕ等の良導体で形成しても良いし、Ｃｕやリン青銅からなる導体薄板で構成しても良い。加工は容易だが外力に対して容易に変形し難いリン青銅などの合金で放射電極を形成すれば、支持体に依らず自由な形状に放射電極を形成することが可能となり好ましい。またプリント基板やセラミック素体に形成した放射電極を、グランド面を有する他のプリント基板に実装して構成しても良い。

放射電極２０の折り返し部４０と、その近傍に形成された無給電電極３０は、互いの縁部が所定の間隔Ｄをもって配置され、無給電電極３０の一端がグランド面ＧＮＤと接地される。無給電電極３０は無給電誘導素子として機能し、放射電極２０の折り返し部４０と高周波結合する。
放射電極２０は給電側のａ点から無給電電極３０に向かって延び、ｂ点で無給電電極３０と略平行となるように曲がってｃ点に至る。ｃ点からの帯状電極２０ｂは無給電電極３０から遠ざかるように、ａ点からｂ点までの帯状電極２０ａと略平行にｄ点まで延びる。なお、本発明においては、ｂ点からｃ点までの間を、折り返し部４０と定義する。
放射電極２０において、第１経路となるａ点からｂ点までの間の帯状電極は高次周波数帯で共振する長さで形成され、第２経路となるａ点からｄ点までの間の帯状電極は基本周波数帯で共振する長さで帯状電極が形成される。

本発明のマルチバンドアンテナは高次周波数帯において、放射電極２０の折り返し部４０で、その縁部と対向する無給電電極３０の縁部とが容量結合して、高周波的に接地された一つのループアンテナとして機能する。
図２は高次周波数帯におけるマルチバンドアンテナの等価回路である。放射電極２０のａ点からｂ点までの間で形成される抵抗成分Ｒｆｈとインダクタンス成分Ｌｆｈ、無給電電極３０で形成される抵抗成分Ｒ１とインダクタンス成分Ｌ１、放射電極２０の折り返し部４０と無給電電極３０との結合容量Ｃｃ（Ｃｃ１〜Ｃｃ３）が、給電回路に対して直列に接続されたものとなる。なおインダクタンス成分Ｌｆｈとグランドとの間に接続された容量Ｃｔは、放射電極２０のａ点からｂ点までの間と、グランド面との間で形成される分布容量の合成容量である。折り返し部４０と無給電電極３０の縁部との間隔を調整することにより、結合容量Ｃｃが変化するため、高次周波数帯におけるマルチバンドアンテナのリアクタンス値を所望の値とすることが出来る。

図３は、基本波数帯におけるマルチバンドアンテナの等価回路である。放射電極２０のａ点からｂ点までの間で形成される抵抗成分Ｒｆｈとインダクタンス成分Ｌｆｈ、放射電極２０のｂ点からｄ点までの間で形成される抵抗成分Ｒｆｌとインダクタンス成分Ｌｆｌが、給電回路に対して直列に接続されたものとなる。なお容量Ｃ１は、放射電極２０のａ点からｂ点までの間と放射電極のｃ点からｄ点までの間で形成される分布容量の合成容量であり、容量Ｃｔは放射電極のａ点からｄ点までの間とグランド面との間で形成されるものである。結合容量Ｃｃに対して基本波数帯は十分に低周波でありインピーダンスが大きいため、結合容量Ｃｃによる基本波数帯におけるアンテナ特性に与える影響は軽微なものとなる。

放射電極２０は、その大半をグランド板と対向しないように構成するのが好ましいが、他の部品のグランド面がマルチバンドアンテナに近接して配置される場合がある。このような場合においては、放射電極２０とグランド面ＧＮＤが近接するほど、折り返し部４０と無給電電極３０の縁部との間隔が狭くなるようにして、結合容量Ｃｃが大きくなるようにするのが好ましい。
なお、放射電極の合成容量Ｃ１が変化するためマルチバンドアンテナ全体としての特性を調整するのが難しくなるものの、折り返し部の長さ（ｂ−ｃ間の距離）を変化させても結合容量Ｃｃを調整することが出来る。

本発明のマルチバンドアンテナにおいては、第１の周波数で共振する第１放射電極と第２の周波数で共振する第２放射電極を有するものであっても良い。第１放射電極と第２放射電極は、逆Ｌ状、逆Ｆ状、メアンダ状、スパイラル状、帯状の導体で形成され、相互に所定の位置関係をもって配置される。
放射電極のすべてが給電放射電極であっても良いし、一部を無給電放射電極で構成しても良いが、高次周波数帯に対応した放射電極は給電放射電極とし、その先端部を開放端として構成して、開放端部と容量結合するように無給電電極を配置しても良い。

本実施態様では、グランド面ＧＮＤと放射電極２０と一つの基板上に構成しているが、グランド面ＧＮＤと放射電極２０を別々の基板に形成しても良い。

図４は、本発明の一実施例に係るマルチバンドアンテナの斜視図であり、図５はそのＡ−Ａ‘断面図である。本実施例のマルチバンドアンテナは、放射電極２０と無給電電極３０とをグランド面を有さないプリント基板（副基板１０）に形成し、給電回路が接続する給電線路と、グランド面ＧＮＤが形成された主基板６０に、所定の間隔をもって、重ねて配置する構成としている。これは、例えば折りたたみ型の携帯電話等において、ディスプレイ側にマルチバンドアンテナを配置する場合に、近接配置されるキーパッドのグランドを想定したものである。

放射電極２０や無給電電極３０、グランド面ＧＮＤ等は、ガラスエポキシ樹脂のプリント基板で形成されている。副基板１０は主基板６０と９ｍｍの間隔をもって、略平行となるように配置されており、グランド面ＧＮＤと放射電極２０や無給電電極３０が対向している。

放射電極２０は幅１ｍｍの帯状電極で構成されており、給電線路と接続して更に約７ｍｍ直線状に形成される。ａ点にて直角に折れ曲がり、そこから２９ｍｍ直線状に延びｂ点に至る。ｂ点にて直角に折れ曲がり、そこから５ｍｍ直線状に延びｃ点に至り、そこからまた直角に折れ曲がり、ａ点からｂ点までの帯状電極２０ａと平行に、ｄ点に至るまで４０ｍｍ延びる構成とした。無給電電極３０を、幅が８ｍｍで、長さが１２ｍｍの矩形状の帯状電極とし、その縁部を、放射電極２０を構成する帯状電極のｂ点からｃ点と平行となるようにしている。

また他の実施例として、グランド面ＧＮＤと放射電極２０が重ならないように、グランド面の一部を切り抜いたものを作成した。更にグランド面ＧＮＤと放射電極２０が重なる場合と、重ならない場合の両方にて、無給電電極３０を設けない構成の比較例のマルチバンドアンテナを作製してＶＳＷＲ特性を評価した。なお各実施例と比較例において、放射電極２０ぼ折り返し部４０と無給電電極３０との間の距離Ｄは１ｍｍとしている。測定結果を図６及び図７に示す。

図６はグランド面ＧＮＤと放射電極２０が重ならないように構成され、無給電電極の有無のみが相違するマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ特性図である。本発明のマルチバンドアンテナは高次周波数帯（１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）においてＶＳＷＲが３以下であり、帯域のほぼ全体で比較例（無給電電極の無し）のものよりも低ＶＳＷＲとなった。

図７はグランド面ＧＮＤと放射電極２０が重なるように構成され、無給電電極の有無のみが相違するマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ特性図である。なお実施例においては、放射電極２０の折り返し部４０と無給電電極３０との間の距離Ｄを、０．３ｍｍ、０．６ｍｍ、１ｍｍとしたものを用いた。
各実施例のマルチバンドアンテナは、高次周波数帯（１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）のほぼ全体で比較例のものよりも低ＶＳＷＲとなった。

図８はグランド面ＧＮＤと放射電極２０が重なる構成であって、放射電極２０の折り返し部４０と無給電電極３０との間の距離Ｄを、０．２ｍｍ〜１０ｍｍと変化させた場合のＶＳＷＲ特性を示す。各ＶＳＷＲ値は高次周波数帯内での平均値として示している。
距離Ｄが狭くなるに従いＶＳＷＲ値は低下し、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍで２．５以下となるが、更に狭めていくとＶＳＷＲ値は増加に転じた。ＶＳＷＲが３以下のなるのは、距離Ｄが０．３ｍｍ超１．８ｍｍ以下の範囲であった。またグランド面とマルチバンドアンテナとの間の距離ｈを換えたところ距離Ｄの好ましい範囲も変わり、距離ｈが短いほど、好ましい距離Ｄも短くなる傾向を示した。

本発明の一実施例に係るマルチバンドアンテナの構造を示す平面図である。本発明の一実施例に係るマルチバンドアンテナの高次周波数帯での等価回路図である。本発明の一実施例に係るマルチバンドアンテナの基本周波数帯での等価回路図である。本発明の他の実施例に係るマルチバンドアンテナの構造を示す斜視図である。本発明の他の実施例に係るマルチバンドアンテナの構造を示すＡ−Ａ’断面図である。実施例と比較例のマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ特性図である。他の実施例と他の比較例のマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ特性図である。他の実施例におけるマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ特性図である。

符号の説明

２０放射電極
３０無給電電極
４０放射電極の折り返し部
ＧＮＤグランド面

Claims

Ｕ字状に折り返された帯状電極を備え、先端側が開放端となり、基端側が給電部に接続されて基本周波数帯と高次周波数帯に対応した放射電極を有し、
前記放射電極と同一面上に形成され、前記放射電極の折り返し部と容量結合するように所定の間隔で配置され、グランドと接続された無給電電極を備えたことを特徴とするマルチバンドアンテナ。
前記帯状電極がグランド面と所定の距離を持って実質的に平行配置されたことを特徴とする請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。