JP2010148067A - Antenna, antenna device, and communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信機能を備えた電子機器、特に携帯電話、可般型情報端末装置などの通信機器に用いるアンテナに関し、さらにはアンテナを用いたアンテナ装置、通信機器に関する。 The present invention relates to an antenna used for an electronic device having a communication function, particularly a communication device such as a mobile phone or a portable information terminal device, and further relates to an antenna device using the antenna and a communication device.
近年可般型情報端末装置においても地上デジタルテレビ放送の受信機能を有することが求められている。地上デジタルテレビ放送では、その使用周波数帯域は日本では470MHzから770MHzと広く、全帯域に亘って高利得かつ高効率であることが求められているが、一つのアンテナで全帯域に亘って高利得かつ高効率を実現することは困難である。特に大都市圏での放送局は帯域の低い方に多く存在するため帯域の低い側で高利得かつ高効率であることが求められている。 In recent years, a general-purpose information terminal apparatus is also required to have a reception function for digital terrestrial television broadcasting. In terrestrial digital television broadcasting, the use frequency band is wide from 470 MHz to 770 MHz in Japan, and high gain and high efficiency are required over the entire band, but high gain over the entire band with one antenna is required. In addition, it is difficult to achieve high efficiency. In particular, there are many broadcasting stations in the metropolitan area in the lower band, so that high gain and high efficiency are required on the lower band side.
従来、携帯電話等に内蔵される地上デジタルテレビ放送の受信用アンテナとして、二つのホイップアンテナとグランド電極を組み合わせてダイバシチ動作を行い、受信品質を安定させるアンテナが提案されている(特許文献1)。また、折り畳式携帯電話等に内蔵されるアンテナとして、モノポールアンテナと導体板等を組み合わせて上部筐体と下部筐体が開閉何れの状態でもアンテナ性能を確保できるアンテナが提案されている(特許文献2)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a receiving antenna for digital terrestrial television broadcasting built in a mobile phone or the like, an antenna that performs a diversity operation by combining two whip antennas and a ground electrode to stabilize reception quality has been proposed (Patent Document 1). . In addition, as an antenna built in a foldable mobile phone or the like, an antenna has been proposed that can ensure the antenna performance even when the upper housing and the lower housing are opened and closed by combining a monopole antenna and a conductor plate ( Patent Document 2).
更には、折り畳式携帯電話等に内蔵されるアンテナとして、上部筐体に内蔵される板状導体と下部筐体に内蔵される板状導体とでダイポールアンテナを構成して携帯電話を手で保持した状態で比較的高いアンテナ利得を得られるアンテナが提案されている(特許文献3)。 Furthermore, as an antenna built in a folding cellular phone or the like, a dipole antenna is configured with a plate-like conductor built in the upper housing and a plate-like conductor built in the lower housing, and the mobile phone can be held by hand. An antenna that can obtain a relatively high antenna gain in a held state has been proposed (Patent Document 3).
上記アンテナは、地上デジタルテレビ放送の受信においてダイバシチ受信を行う場合や、携帯電話等の特定帯域で比較的高いアンテナ利得を得る上では有利であるが、地上デジタルテレビ放送帯域のような広帯域での受信時において高利得化や高効率化を行うには以下のような問題がある。例えば放射電極としてホイップアンテナやモノポールアンテナを用いると共振点はアンテナ長さで決まる特定の共振点を持つので、放射電極として単に面積の広い導体板を組み合わせて使用したとしても高利得である帯域幅を広くはとれず、地上デジタルテレビ放送帯域のような300MHzもある広帯域をカバーしようとしても帯域の低い側と高い側で電圧定在波比(VSWR)が高くなる。その結果利得の低下を招き、広帯域が要求される地上デジタルテレビ放送等の受信の用途には適用するのが好ましくなくなる。 The antenna is advantageous for diversity reception when receiving terrestrial digital TV broadcasts, and for obtaining a relatively high antenna gain in a specific band such as a cellular phone, but in a wide band such as a terrestrial digital TV broadcast band. There are the following problems in increasing the gain and efficiency during reception. For example, when a whip antenna or monopole antenna is used as the radiation electrode, the resonance point has a specific resonance point determined by the antenna length, so even if a conductor plate with a large area is simply used in combination as a radiation electrode, the band has a high gain. The voltage standing wave ratio (VSWR) becomes high on the low side and the high side even if it is intended to cover a wide band of 300 MHz such as the digital terrestrial television broadcasting band. As a result, the gain is lowered, and it is not preferable to apply it to receiving applications such as terrestrial digital television broadcasting that requires a wide band.
上記特許文献に記載されるようなホイップアンテナやモノポールアンテナと、これとは別に付加する放射電極を組み合わせたアンテナ素子を用いれば、帯域内のある特定の周波数範囲内では高利得とすることはできるが、地上デジタルテレビ放送等で使用する低い周波数から高い周波数帯域まで均一で高い利得は得ることが出来ず、特に低い周波数帯域において、VSWRが低くて、高い利得が必要とされる大都市圏の地上デジタルテレビ放送等の用途には向かないという問題があった。 If an antenna element that combines a whip antenna or monopole antenna as described in the above-mentioned patent document and a radiation electrode to be added separately from this is used, a high gain can be obtained within a specific frequency range within the band. Although it is possible to obtain a uniform and high gain from a low frequency to a high frequency band used in digital terrestrial television broadcasting, etc., especially in a low frequency band, a VSWR is low and a high metropolitan area where a high gain is required There is a problem that it is not suitable for applications such as digital terrestrial television broadcasting.
そこで本発明では、地上デジタルテレビ放送帯域等の広い帯域を必要とする可般型情報端末装置等のアンテナにおいて、前記放送帯域の低い周波数側の帯域においてもVSWRが低くて高い利得が得られ、通信機器筐体内での効率的な実装を可能とする内蔵型のアンテナ装置並びにそれを用いた通信機器を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, in an antenna such as a general-purpose information terminal device that requires a wide band such as a terrestrial digital television broadcast band, a high gain is obtained with a low VSWR even in a low frequency band of the broadcast band, It is an object of the present invention to provide a built-in antenna device that enables efficient mounting in a communication device casing, and a communication device using the same.
本発明のアンテナ装置(A)は、第1の放射電極(1)と、接続部(3)と、整合回路(4)と、給電線(8)と、第2の放射電極(2)と、接地部(6)とからなり、前記給電線(8)の接地線(81)は前記接続部(3)を介して前記第1の放射電極(1)と前記整合回路(4)の接地電極(411、431)に接続され、前記給電線(8)の信号線(82)は前記整合回路(4)を介して前記第2の放射電極(2)に接続され、前記第2の放射電極(2)は絶縁体からなる基体(22)を有することが好ましい。 The antenna device (A) of the present invention includes a first radiation electrode (1), a connection part (3), a matching circuit (4), a feeder line (8), and a second radiation electrode (2). The ground line (81) of the feeder line (8) is connected to the ground of the first radiation electrode (1) and the matching circuit (4) via the connection part (3). The signal line (82) of the feeder line (8) is connected to the second radiation electrode (2) via the matching circuit (4), and is connected to the electrode (411, 431). The electrode (2) preferably has a base (22) made of an insulator.
かかる構成によれば、本発明のアンテナ装置(A)の主要部分は第1の放射電極(1)と第2の放射電極(2)と接続部(3)と整合回路(4)から構成される。第1の放射電極(1)は金属導電板からなり、接続部(3)を介して接地部(6)と接続される。前記第1の放射電極(1)は方形の面で構成することができるので、略一辺の長さから対角線の長さの範囲であれば、例えば地上デジタルテレビ放送局の周波数に対応した波長に容易に共振させることができる。また前記第1の放射電極(1)には銅板などが用いられ、可般型情報端末装置(M)のディスプレイ(以下LCD画面という)のシールド板としての機能も有するため、該LCD画面(M1)の形状に合わせて通常方形に形成される。また前記第2の放射電極(2)は導体が磁性体チップ(22)を貫通する構造なので、導体の全周に磁性体が存在することになる。このため導体に高周波電流が流れた場合、発生する磁界が導体の全周を取り巻く磁性体を透過するように同芯円状にできるため、基体(22)が持つ透磁率を利用して波長短縮を効果的に得ることができる。 According to such a configuration, the main part of the antenna device (A) of the present invention is constituted by the first radiation electrode (1), the second radiation electrode (2), the connection portion (3), and the matching circuit (4). The The first radiation electrode (1) is made of a metal conductive plate, and is connected to the ground part (6) via the connection part (3). Since the first radiation electrode (1) can be configured with a rectangular surface, the wavelength corresponding to the frequency of the terrestrial digital television broadcasting station, for example, is within the range of approximately one side to diagonal length. It can be easily resonated. In addition, a copper plate or the like is used for the first radiation electrode (1), and the first radiation electrode (1) also has a function as a shield plate of a display (hereinafter referred to as LCD screen) of the portable information terminal device (M). ) To form a regular square. Further, since the second radiation electrode (2) has a structure in which the conductor penetrates the magnetic chip (22), the magnetic body exists on the entire circumference of the conductor. For this reason, when a high-frequency current flows through the conductor, the generated magnetic field can be made concentric so as to pass through the magnetic body surrounding the entire circumference of the conductor, and therefore the wavelength can be shortened by using the permeability of the base body (22). Can be effectively obtained.
さらに前記第1の放射電極(1)と、前記第2の放射電極(2)は接続部(3)と、接地部(6)と、整合回路(4)とを介して一つのアンテナとして機能するように構成され、前記第1の放射電極(1)の面と前記第2の放射電極(2)の軸方向が同一平面上に配置されるので、特定偏波において放射効率の高いアンテナ特性を得ることができる。 Further, the first radiating electrode (1) and the second radiating electrode (2) function as one antenna via the connecting portion (3), the grounding portion (6), and the matching circuit (4). Since the surface of the first radiation electrode (1) and the axial direction of the second radiation electrode (2) are arranged on the same plane, the antenna characteristics with high radiation efficiency in a specific polarization Can be obtained.
また前記第2の放射電極(2)は、インダクタおよびキャパシタンスからなる整合回路(4)を介して給電線路に接続される。このため放射電極を直接給電線路に接続する場合に比べ整合性が向上し、電圧定在波比(VSWR)が低くて、高い利得となる周波数帯域を広く取ることができる。 The second radiation electrode (2) is connected to the feed line via a matching circuit (4) comprising an inductor and a capacitance. For this reason, the matching is improved as compared with the case where the radiation electrode is directly connected to the feed line, the voltage standing wave ratio (VSWR) is low, and a wide frequency band with high gain can be obtained.
本発明のアンテナ装置(A)は、前記接続部(3)が接続導体からなることが好ましい。 In the antenna device (A) of the present invention, it is preferable that the connection portion (3) is made of a connection conductor.
かかる構成によれば、前記接続部(3)は金属導電板や金属導電線または金属導電箔からなる接続導体(31)とすることができるので、前記第1の放射電極(1)と接地部(6)とは電気的には同電位となり、高周波的にも直接接続された状態となる。このとき前記第1の放射電極(1)が前記接続導体(31)を介して接地部(6)と接続されているので、給電線(8)に受信信号と重畳されて主回路から流れてくるノイズを前記第1の放射電極側に逃がすことができる。そのため前記第2の放射電極側にノイズは流れず、前記第2の放射電極側で受信される地上デジタルテレビ放送の相対的な受信信号強度が上がり良好な受信状態を確保することができる。 According to this configuration, since the connection portion (3) can be a connection conductor (31) made of a metal conductive plate, a metal conductive wire, or a metal conductive foil, the first radiation electrode (1) and the ground portion This is electrically the same potential as (6) and is directly connected also in terms of high frequency. At this time, since the first radiation electrode (1) is connected to the grounding part (6) via the connection conductor (31), the received signal is superimposed on the feeder (8) and flows from the main circuit. The incoming noise can be released to the first radiation electrode side. Therefore, noise does not flow to the second radiation electrode side, and the relative reception signal intensity of the digital terrestrial television broadcast received on the second radiation electrode side increases, and a good reception state can be ensured.
本発明のアンテナ装置(A)は、前記接続部(3)がインピーダンス素子(32)からなることが好ましい。 In the antenna device (A) of the present invention, it is preferable that the connecting portion (3) is composed of an impedance element (32).
かかる構成によれば、アンテナの主要部分は第1の放射電極(1)と、受動素子であるインピーダンス素子(32)と、整合回路(4)と、給電線(8)と、第2の放射電極(2)と、接地部(6)とから構成される。このとき第1の放射電極(1)はインダクタおよびまたはキャパシタンスなどのインピーダンス素子(32)からなる接続部(3)を介して接地部(6)と接続されるので、整合性がより向上して電磁波の放射効率の高いアンテナ特性を得ることができる。一方前記第1の放射電極(1)は、接地部(6)と電気的には同電位であるので可般型情報端末装置(M)のLCD画面(M1)のシールド板とすることができる。 According to such a configuration, the main part of the antenna includes the first radiation electrode (1), the impedance element (32) as a passive element, the matching circuit (4), the feeder line (8), and the second radiation. It is comprised from an electrode (2) and a grounding part (6). At this time, since the first radiation electrode (1) is connected to the ground part (6) via the connection part (3) made of an impedance element (32) such as an inductor and / or a capacitance, the matching is further improved. Antenna characteristics with high electromagnetic wave radiation efficiency can be obtained. On the other hand, since the first radiation electrode (1) is electrically at the same potential as the grounding part (6), it can be used as a shield plate for the LCD screen (M1) of the portable information terminal (M). .
前記第2の放射電極(2)は、絶縁体からなる基体(22)と、前記基体(22)を貫通する導体からなることが好ましい。 The second radiation electrode (2) preferably comprises a base body (22) made of an insulator and a conductor penetrating the base body (22).
かかる構成によれば、前記第2の放射電極(2)は前記絶縁体からなる基体(22)に磁性体チップを用いる。前記磁性体チップは導電線からなる導体を串刺し状に貫通させた構造に形成される。磁性体チップは複数個を直列に導体により串刺し状に貫通させた構造であってもかまわない。磁性体チップにはヘリカル電極を有するチップアンテナとは異なり、導電線が巻き回されておらず、貫通する構造的のため基体内で実質的に導体が向い合う部分が形成されないので線間容量成分が形成されにくい。また導体(22)が磁性体チップを貫通する構造なので、導体の全周に磁性体が存在することになる。このため導体に高周波電流が流れた場合、発生する磁界が導体の全周を取り巻く磁性体を透過するように同芯円状にできるため、基体(22)が持つ透磁率を利用して波長短縮を効果的に得ることができる。つまり前記磁性体チップは透磁率の効果を利用できるので、地上デジタルテレビ放送のような広い周波数帯域全域に容易に共振させることができる。また前記基体(22)は磁性体セラミックスだけでなく誘電体セラミックスなどの絶縁材料を用いることも出来るので小型化、広帯域化に寄与することができる。 According to this configuration, the second radiation electrode (2) uses a magnetic chip for the base (22) made of the insulator. The magnetic chip is formed in a structure in which a conductor made of a conductive wire is penetrated like a skewer. The magnetic chip may have a structure in which a plurality of magnetic chips are serially penetrated by a conductor. Unlike a chip antenna with a helical electrode, a magnetic chip does not have a conductive wire wound around it, and because of the penetrating structure, there is no portion where the conductors face each other in the base, so the line capacitance component Is difficult to form. In addition, since the conductor (22) penetrates the magnetic chip, the magnetic body exists on the entire circumference of the conductor. For this reason, when a high-frequency current flows through the conductor, the generated magnetic field can be made concentric so as to pass through the magnetic body surrounding the entire circumference of the conductor, and therefore the wavelength can be shortened by using the permeability of the base body (22). Can be effectively obtained. In other words, since the magnetic chip can use the effect of magnetic permeability, it can easily resonate over a wide frequency band such as terrestrial digital television broadcasting. In addition, since the substrate (22) can be made of not only magnetic ceramics but also insulating materials such as dielectric ceramics, it can contribute to downsizing and widening of the band.
本発明のアンテナ装置(A)の絶縁体からなる基体(22)は、磁性体チップからなることが好ましい。 The substrate (22) made of an insulator of the antenna device (A) of the present invention is preferably made of a magnetic chip.
かかる構成において、前記磁性体チップは1GHzにおける初透磁率を2以上で、損失係数を0.1以下、より好ましくは0.05以下とすると、広帯域、高利得のアンテナ素子を得る上で有利である。さらに前記基体(22)は角柱状のチップであるため、複数個から構成することもできる。即ち一つの基体(22)であるチップアンテナを、複数のチップアンテナに分割した構成とみることができる。かかる構成によれば、複数のチップアンテナの導体が電気的に直列に接続されており、複数のチップアンテナ全体で一つのチップアンテナを構成する。したがって、目的とする周波数帯域においてアンテナ特性に必要な基体の長さに対して、基体を有するチップアンテナの個々の長さを小さくできる。その結果耐衝撃性を高められる。また前記チップアンテナ同士が該チップアンテナを貫通する導体で直列に接続される構造であるため、該チップアンテナは実装空間に応じて例えばミアンダ状や円弧状など、その配置を変えることができる。 In such a configuration, if the magnetic chip has an initial permeability of 2 GHz or more at 1 GHz and a loss factor of 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, it is advantageous in obtaining a broadband and high gain antenna element. is there. Further, since the substrate (22) is a prismatic chip, it can be composed of a plurality. That is, it can be considered that the chip antenna which is one substrate (22) is divided into a plurality of chip antennas. According to this configuration, the conductors of the plurality of chip antennas are electrically connected in series, and the plurality of chip antennas constitute one chip antenna. Therefore, the individual length of the chip antenna having the base can be made smaller than the length of the base necessary for the antenna characteristics in the target frequency band. As a result, impact resistance can be enhanced. Further, since the chip antennas are connected in series with a conductor penetrating the chip antenna, the arrangement of the chip antennas can be changed, for example, in a meander shape or an arc shape according to the mounting space.
本発明のアンテナ装置(A)は、前記接続部(3)の一端と、前記接地部(6)と、前記整合回路(4)と、前記第2の放射電極(2)とは基板(5)に搭載されていることが好ましい。 In the antenna device (A) of the present invention, one end of the connection portion (3), the ground portion (6), the matching circuit (4), and the second radiation electrode (2) are formed of a substrate (5). ) Is preferably mounted.
かかる構成によれば前記第1の放射電極(1)以外のアンテナの主要構成部分を一体化できるので耐衝撃性を高められ、可般型情報端末装置(M)等の筐体内に効率良く携帯通信機器等に実装することができる。また、あらかじめ前記基板(5)に前記第1の放射電極以外のアンテナの主要構成部分を一体化して組み立てておけば製造工程の短縮化も図ることができる。 According to such a configuration, the main components of the antenna other than the first radiation electrode (1) can be integrated, so that the impact resistance can be improved, and the antenna can be efficiently carried in a casing of the portable information terminal (M) or the like. It can be mounted on communication equipment. Further, if the main components of the antenna other than the first radiation electrode are integrated and assembled in advance with the substrate (5), the manufacturing process can be shortened.
本発明のアンテナ装置(A)は、前記第1の放射電極(1)の前記第2の放射電極(2)に近い側の縁部と、前記第2の放射電極(2)の長手方向とは並行であることが好ましい。 The antenna device (A) of the present invention includes an edge portion of the first radiating electrode (1) on the side close to the second radiating electrode (2), and a longitudinal direction of the second radiating electrode (2). Are preferably parallel.
かかる構成によれば、前記第1の放射電極(1)の、前記第2の放射電極(2)に近い側の縁部の上方から下方に沿った部分と、前記第2の放射電極(2)の全長に亘って高周波電流の密度の高い部分が形成される。かかる前記第1の放射電極(1)の接地部(6)に近い側の縁部(11)と、前記第2の放射電極(2)の軸方向に高周波電流の密度の高い部分が形成される構成では、前記第1の放射電極(1)と前記第2の放射電極(2)を同一偏波面で有効に機能させることになるので、電磁波の放射効率の高いアンテナ特性を得ることができる。特に可般型情報端末装置(M)の使用時においてはLCD画面(M1)を略垂直にした状態にして使用するので、前記第1の放射電極(1)の面と前記第2の放射電極(2)の軸方向が同一平面上にあり、かつ地上面に対し略垂直状態になるので、垂直偏波において放射効率の高いアンテナ特性を得ることができる。 According to such a configuration, the portion of the first radiation electrode (1) extending from the upper side to the lower side on the side close to the second radiation electrode (2), and the second radiation electrode (2) ), A portion having a high density of high-frequency current is formed over the entire length. An edge portion (11) on the side close to the grounding portion (6) of the first radiation electrode (1) and a portion having a high density of high-frequency current are formed in the axial direction of the second radiation electrode (2). In this configuration, the first radiating electrode (1) and the second radiating electrode (2) function effectively in the same polarization plane, so that antenna characteristics with high radiation efficiency of electromagnetic waves can be obtained. . In particular, when the portable information terminal device (M) is used, the LCD screen (M1) is used in a substantially vertical state, so the surface of the first radiation electrode (1) and the second radiation electrode are used. Since the axial direction of (2) is on the same plane and is substantially perpendicular to the ground surface, antenna characteristics with high radiation efficiency can be obtained in vertically polarized waves.
本発明のアンテナ装置(A)は、前記第1の放射電極(1)の一辺の長さが、使用する周波数帯域の高い方の波長の略λ/4および対角線の長さが前記周波数帯域の低い方の波長の略λ/4であることが好ましい。 In the antenna device (A) of the present invention, the length of one side of the first radiation electrode (1) is approximately λ / 4 of the higher wavelength band used and the length of the diagonal line is the frequency band. The lower wavelength is preferably approximately λ / 4.
かかる構成によれば、前記第1の放射電極(1)を方形の面で構成すると、略一辺(LCD画面の垂直な辺)の長さと、対角線の長さの範囲であれば、例えば地上デジタルテレビ放送等の周波数に対応した波長の略λ/4に容易に共振させることができる。前記第1の放射電極(1)の対角線長さは地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低い方の波長の略λ/4に対応させることができる。前記第1の放射電極(1)の短辺は前記周波数帯域の高い方の波長の略λ/4に対応させることができる。 According to such a configuration, when the first radiation electrode (1) is configured with a rectangular surface, the first radiating electrode (1) has a range of approximately one side (vertical side of the LCD screen) and diagonal length, for example, terrestrial digital It is possible to easily resonate at approximately λ / 4 of the wavelength corresponding to the frequency of television broadcasting. The diagonal length of the first radiation electrode (1) can correspond to approximately λ / 4 of the lower wavelength of the frequency band of digital terrestrial television broadcasting. The short side of the first radiation electrode (1) can correspond to approximately λ / 4 of the higher wavelength in the frequency band.
さらに、本発明の前記アンテナ装置(A)は、携帯電話、無線LAN、パーソナルコンピュータ、地上デジタルテレビ放送受信機器等の通信機器に内蔵することが好ましい。かかる構成によれば、該通信機器を用いた通信における広帯域化に寄与する。 Furthermore, the antenna device (A) of the present invention is preferably built in a communication device such as a mobile phone, a wireless LAN, a personal computer, a terrestrial digital TV broadcast receiving device. According to such a configuration, it contributes to a wide band in communication using the communication device.
本発明によれば、放射電極が金属導体と、それとは別体の磁性体チップからなる基体に導体を貫通させた放射電極と整合回路とによりアンテナを構成するので、放射特性が改善され可般型情報端末装置等に搭載した地上デジタルテレビ放送の受信において、低い周波数から高い周波数帯域まで安定して高い利得を得ることが出来る。特に垂直偏波の特性改善が著しい内蔵型の広帯域アンテナを提供することができる。また、該アンテナを用いることによりアンテナ実装時の空間自由度に優れたアンテナ装置および通信機器も提供することができる。 According to the present invention, since the radiation electrode is composed of a metal conductor, and a radiation electrode having a conductor penetrating a base made of a magnetic chip separate from the metal electrode and a matching circuit, the radiation characteristic can be improved. When receiving digital terrestrial television broadcasting mounted on a type information terminal device or the like, a high gain can be stably obtained from a low frequency to a high frequency band. In particular, it is possible to provide a built-in wideband antenna that is remarkably improved in the characteristics of vertical polarization. Further, by using the antenna, it is possible to provide an antenna device and a communication device that are excellent in space flexibility when the antenna is mounted.
以下、本発明について具体的な実施形態を示しつつ説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、同一部品については同一の符号を付してある。 Hereinafter, although this invention is demonstrated, showing specific embodiment, this invention is not limited to these embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same components.
図2に本発明に係るアンテナ装置Aの実施形態の一例を示す。図2のアンテナ装置Aは、金属導電板からなる前記第1の放射電極1と、接続導体31と、導体21と導体が貫通する基体22(磁性体チップ若しくは誘電体チップ)とからなる第2の放射電極2と、整合回路4からなる。前記アンテナ装置Aは可般型情報端末装置等Mの筐体内に配置されるが、前記第2の放射電極2は基板5に実装して用いることができる。図1は本実施形態のアンテナ装置Aを可般型情報端末装置Mに配置した場合の鳥瞰図ある。 FIG. 2 shows an example of an embodiment of the antenna device A according to the present invention. The antenna device A of FIG. 2 includes a second radiation electrode 1 made of a metal conductive plate, a connection conductor 31, and a conductor 22 and a base 22 (magnetic chip or dielectric chip) through which the conductor penetrates. Radiation electrode 2 and matching circuit 4. The antenna device A is disposed in a housing of a portable information terminal device or the like M, but the second radiation electrode 2 can be mounted on a substrate 5 and used. FIG. 1 is a bird's eye view when the antenna device A of the present embodiment is arranged in a portable information terminal device M. FIG.
次に図2に示す本願発明の実施形態のアンテナ装置Aの構成の詳細を図3にもとづいて述べる。各構成要件の配置は、基板5の一面には接続部である接続導体31の一端と、整合回路4と、第2の放射電極2と、接地部6と、給電部7と、給電線8が搭載される。基板5の第2の放射電極2等が搭載される面とは反対面の同じ位置にも接地部6を設ける。可般型情報端末装置MのLCD画面M1の裏には該LCD画面M1の形状に合わせた長方形状の、金属導電板からなる前記第1の放射電極1を設ける。 Next, the details of the configuration of the antenna device A according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. The components are arranged in such a manner that one end of the connection conductor 31 that is a connection portion on one surface of the substrate 5, the matching circuit 4, the second radiation electrode 2, the ground portion 6, the power supply portion 7, and the power supply line 8. Is installed. The grounding portion 6 is also provided at the same position on the surface opposite to the surface on which the second radiation electrode 2 and the like of the substrate 5 are mounted. On the back of the LCD screen M1 of the portable information terminal device M, the first radiation electrode 1 made of a metal conductive plate having a rectangular shape corresponding to the shape of the LCD screen M1 is provided.
前記接続導体31は前記第1の放射電極1と接地部6の間に設ける。前記接続導体31の端部311は前記第1の放射電極1に、接続導体のもう一方の端部312は接地部6に接続する。前記接続導体31に金属導電線や金属導電板などの導体を用いた場合は、第1の放射電極1とキーボード搭載側の筐体内にある受信回路9などを含む主回路のグランドとは、接続導体31と給電線8の外被覆導体81を介して電気的に直接接続されるので、主回路で発生する各種ノイズを第1の放射電極1側に放散させることができる。従って前記各種主回路で発生するノイズが、受信回路9に接続する第2の放射電極2の方に回り込んで受信時のノイズレベルを上昇させることがなく、相対的な受信信号強度を高めることができる。また前記接続導体31の替わりにインダクタおよびまたはキャパシタンスを用いることもできる。このとき前記第1の放射電極1を、直接接続導体31で給電線8の外被覆導線81に接続する場合に比べ整合性が向上し、電圧定在波比(以下VSWRという)が低くて、高い利得となる周波数帯域を広く取ることができる。 The connection conductor 31 is provided between the first radiation electrode 1 and the ground portion 6. An end 311 of the connection conductor 31 is connected to the first radiation electrode 1, and the other end 312 of the connection conductor is connected to the ground portion 6. When a conductor such as a metal conductive wire or a metal conductive plate is used as the connection conductor 31, the first radiation electrode 1 is connected to the ground of the main circuit including the reception circuit 9 in the housing on the keyboard mounting side. Since the conductor 31 is electrically connected directly via the outer covering conductor 81 of the feeder line 8, various noises generated in the main circuit can be diffused to the first radiation electrode 1 side. Therefore, the noise generated in the various main circuits does not circulate toward the second radiation electrode 2 connected to the receiving circuit 9 to increase the noise level at the time of reception, and increase the relative received signal strength. Can do. In place of the connection conductor 31, an inductor and / or a capacitance can be used. At this time, the first radiation electrode 1 is improved in consistency as compared with the case where the first connecting electrode 31 is directly connected to the outer conductor 81 of the feeder 8 and the voltage standing wave ratio (hereinafter referred to as VSWR) is low. A wide frequency band with high gain can be obtained.
給電部7に接続する給電線8は、一般に同軸線路を用いるが、その接地線である外被覆導線81は接地部6に接続され、信号線である芯線82は整合回路4の受信回路9側に接続される。さらに整合回路4の接地側は接地部7に接続される。整合回路4の第2の放射電極2側は第2の放射電極2の導体21に接続される。第2の放射電極2は磁性体チップである基体22とそれを貫通する導体21からなる。基体22は導体21を軸にして、一個に限らず複数個直列に並べることができる。前記導体21に曲げることが可能な導体を用いれば、例えば前記基板5の端面が筐体内側形状に合わせてアーチ状となっている場合、チップの並びをアーチ状の端面に合わせて並べることができ、配置に自由度を持たせることができる。 The feeder 8 connected to the feeder 7 generally uses a coaxial line, but the outer sheathed conductor 81 that is the ground wire is connected to the ground 6 and the core wire 82 that is the signal wire is the receiving circuit 9 side of the matching circuit 4. Connected to. Further, the ground side of the matching circuit 4 is connected to the ground unit 7. The second radiation electrode 2 side of the matching circuit 4 is connected to the conductor 21 of the second radiation electrode 2. The second radiation electrode 2 includes a base body 22 that is a magnetic chip and a conductor 21 that penetrates the base body 22. The substrate 22 is not limited to one but can be arranged in series with the conductor 21 as an axis. If a conductor that can be bent is used as the conductor 21, for example, when the end surface of the substrate 5 has an arch shape in accordance with the inner shape of the housing, the chips may be aligned in accordance with the arch-shaped end surface. It is possible to provide flexibility in arrangement.
はじめに各構成要件の位置関係について述べる。第1の放射電極1である金属導電板は可般型情報端末装置MのLCD画面M1と筐体の間にLCD画面M1と略同じ寸法で装着される。また、第2の放射電極2等が搭載される基板5は、第1の放射電極1の面と平行になるように、該第1の放射電極1の縁部11に隣接して配置される。前記縁部11と、前記基板5に設けられた接地部6の第1の放射電極1に近い側の縁部12との間隔は前記接続導体31またはインピーダンス素子32で架橋できる程度に間隔を確保する。 First, the positional relationship of each component is described. The metal conductive plate which is the first radiation electrode 1 is mounted between the LCD screen M1 of the portable information terminal device M and the housing with substantially the same dimensions as the LCD screen M1. The substrate 5 on which the second radiation electrode 2 and the like are mounted is disposed adjacent to the edge 11 of the first radiation electrode 1 so as to be parallel to the surface of the first radiation electrode 1. . The distance between the edge 11 and the edge 12 on the side close to the first radiation electrode 1 of the grounding part 6 provided on the substrate 5 is secured so that the connection conductor 31 or the impedance element 32 can be bridged. To do.
可般型情報端末装置Mの使用時においてはLCD画面M1を略垂直にした状態となる。このとき、第2の放射電極2は大地方向に略垂直に伸びるモノポールアンテナとなるので偏波面は垂直偏波となる。一方第1の放射電極1は、方形の面を持つため略一辺の長さ(LCD画面の垂直な辺)から対角線の長さ(斜め)の範囲で地上デジタルテレビ放送に対応した周波数の波長の略λ/4に対応して共振させることができる。このとき第1の放射電極1は、略水平偏波に共振する放射電極となる。このためモノポールアンテナのみで構成されるアンテナとは異なり、垂直偏波のみでなく水平偏波にも同時に対応できるアンテナとなる。つまり放送局から送られる電波の偏波面の乱れに強く、放射効率の高いアンテナとすることができる。第1の放射電極1が効果的に機能していることは図13に示すように、第1の放射電極1の接地部6に近い側の縁部11において下方に向かって、電流密度が第2の放射電極2の電流密度と同程度に分布していることからも判る。 When the portable information terminal device M is used, the LCD screen M1 is in a substantially vertical state. At this time, since the second radiation electrode 2 is a monopole antenna extending substantially perpendicular to the ground direction, the plane of polarization is vertically polarized. On the other hand, since the first radiation electrode 1 has a rectangular surface, the first radiation electrode 1 has a wavelength of a frequency corresponding to terrestrial digital television broadcasting in a range from the length of one side (vertical side of the LCD screen) to the length of a diagonal line (diagonal). Resonance can be achieved corresponding to approximately λ / 4. At this time, the first radiation electrode 1 is a radiation electrode that resonates with substantially horizontal polarization. For this reason, unlike an antenna constituted by only a monopole antenna, the antenna can simultaneously cope with not only vertically polarized waves but also horizontally polarized waves. That is, an antenna having high radiation efficiency and being resistant to disturbance of the polarization plane of a radio wave transmitted from a broadcasting station can be obtained. As shown in FIG. 13, the first radiation electrode 1 is functioning effectively. As shown in FIG. 13, the current density decreases toward the lower side at the edge 11 near the grounding portion 6 of the first radiation electrode 1. It can also be seen from the fact that it is distributed to the same extent as the current density of the two radiation electrodes 2.
次に第1の放射電極1の具体的大きさについて述べる。図1に示す本発明の実施形態のアンテナAでは第1の放射電極1である金属導電板のサイズはおよそ100mm×200mmの長方形である。地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の下端である470MHzにおける波長のλ/4は約160mmであり、上端である770MHzにおける波長のλ/4は約100mm(LCD画面M1の垂直な辺)であるので、金属導電板の100mm×200mmの面部分に地上デジタルテレビ放送に対応した周波数帯域の波長のλ/4が共振する放射電極長を確保できる。 Next, the specific size of the first radiation electrode 1 will be described. In the antenna A of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the size of the metal conductive plate that is the first radiation electrode 1 is a rectangle of about 100 mm × 200 mm. The wavelength λ / 4 at 470 MHz, which is the lower end of the frequency band of digital terrestrial television broadcasting, is about 160 mm, and the wavelength λ / 4 at 770 MHz, which is the upper end, is about 100 mm (vertical side of the LCD screen M1). The length of the radiating electrode at which λ / 4 of the wavelength in the frequency band corresponding to terrestrial digital television broadcasting resonates can be secured on the 100 mm × 200 mm surface portion of the metal conductive plate.
前記第1の放射電極1は可般型情報端末装置MのLCD画面M1と筐体の間にLCD画面M1と略同寸法で装着されるので長方形である。また前記第1の放射電極1は、前記第1の放射電極1と受信回路9などを含む主回路のグランドとが接続部3と接地部6を介して電気的には接続されて同電位であるので、LCD画面M1の電磁シールドとしての役割も有する。 The first radiation electrode 1 has a rectangular shape because it is mounted between the LCD screen M1 of the portable information terminal device M and the housing with the same dimensions as the LCD screen M1. The first radiating electrode 1 is electrically connected to the ground of the main circuit including the first radiating electrode 1 and the receiving circuit 9 through the connecting portion 3 and the grounding portion 6 at the same potential. Therefore, it also serves as an electromagnetic shield for the LCD screen M1.
また前記第1の放射電極に金属導電板を用いた場合の部材について説明する。前記金属導電板の材質は、特に限定するものではないが、例えば、板金や箔で構成する場合はCu、Ag、Ni、Pt、Au、Al等の金属の他、42アロイ、コバール、リン青銅、黄銅、コルソン系銅合金等の合金を用いることができる。このうちCu等の硬度の低い導体材料は、前記電極等を筐体形状に合わせて屈曲して用いる場合に適し、42アロイ、コバール、リン青銅、コルソン系銅合金など硬度の高い導体材料は前記電極等を強固な一枚板の部材として使用する場合に適する。 A member in the case where a metal conductive plate is used for the first radiation electrode will be described. The material of the metal conductive plate is not particularly limited. For example, in the case where the metal conductive plate is made of sheet metal or foil, in addition to metals such as Cu, Ag, Ni, Pt, Au, Al, 42 alloy, Kovar, phosphor bronze Alloys such as brass and corson copper alloys can be used. Of these, a low-hardness conductor material such as Cu is suitable when the electrode or the like is bent in accordance with the shape of the housing, and a high-hardness conductor material such as 42 alloy, Kovar, phosphor bronze, or Corson copper alloy is used as described above. This is suitable when an electrode or the like is used as a strong single plate member.
前記第1の放射電極1の態様として箔状、格子状など加工が容易な材料形態を用いると、板状のものよりフレキシブルであるので複雑な形状の筐体にも合わせることが出来る。箔状とは、主に基板上に印刷手段により形成する厚さが10μm程度の金属導電箔をいう。材質はCuやAgなどを用いる。格子状とは外観形状は板状であるが、板状の面に数十μm程度の孔が多数開いたものか、直径数十μm程度の線状の導体を多数本網目状にハンダ付け等により接続したものである。材質はCuやAgなどを用いる。さらには前記第1の放射電極1はLCD画面M1と略同寸法であれば基板上に形成した導体パターンであってもよい。 When a material form such as a foil shape or a lattice shape that is easy to process is used as an aspect of the first radiation electrode 1, it is more flexible than a plate shape and can be adapted to a housing having a complicated shape. The foil shape refers to a metal conductive foil having a thickness of about 10 μm formed mainly on a substrate by printing means. The material is Cu or Ag. The lattice shape is a plate shape, but it has many holes of about several tens of μm on the plate surface, or a large number of linear conductors with a diameter of about several tens of μm are soldered into a net-like shape. It is connected by. The material is Cu or Ag. Furthermore, the first radiation electrode 1 may be a conductor pattern formed on the substrate as long as it has substantially the same dimensions as the LCD screen M1.
次に第2の放射電極2について述べる。第2の放射電極2は導体21と絶縁体からなる基体22からなり、該導体が前記基体22を貫通した構造である。前記基体22は磁性体や誘電体を用いることができる。図1に示す本発明の実施形態であるアンテナ装置Aにおいて、前記基体22が磁性体である場合は、基体にヘリカル状に電極を巻回した誘電体チップアンテナとは異なり、導体を基体22に巻回せずに貫通させる構造となるので、構造的に基体内で実質的に導体が向い合う部分が形成されない。したがって、前記ヘリカル誘電体チップアンテナのように線間容量成分を形成しにくく、アンテナの静電容量成分の低減に効果的である。したがって、アンテナのQ値を低くでき広帯域化に効果を発揮する。 Next, the second radiation electrode 2 will be described. The second radiation electrode 2 includes a conductor 21 and a base 22 made of an insulator, and the conductor penetrates the base 22. The base 22 can be a magnetic material or a dielectric. In the antenna device A according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, when the base 22 is a magnetic body, unlike the dielectric chip antenna in which electrodes are helically wound around the base, the conductor is attached to the base 22. Since the structure penetrates without winding, a portion where the conductors substantially face each other is not formed in the structure. Therefore, it is difficult to form a line capacitance component like the helical dielectric chip antenna, and it is effective for reducing the capacitance component of the antenna. Therefore, the Q value of the antenna can be lowered, which is effective for widening the band.
前記基体22が磁性体のときは、材質にNi−Zn系フェライト、Li系フェライトに代表されるスピネル型フェライト、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い。特にY型等の六方晶フェライトをチップアンテナに用いれば受信感度(すなわちノイズが低減し S/Nが向上する)が高くなる効果を得るので好ましい。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も有利である。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。 When the substrate 22 is a magnetic body, the material is Ni—Zn ferrite, spinel ferrite represented by Li ferrite, Z-type or Y-type hexagonal ferrite called a planar, and a composite material containing these ferrite materials. Etc. can be used, but a sintered body of ferrite is preferable. In particular, it is preferable to use hexagonal ferrite such as Y-type for the chip antenna because the receiving sensitivity (that is, noise is reduced and S / N is improved) is obtained. A ferrite sintered body has a high volume resistivity and is advantageous for insulation from a conductor. If a ferrite sintered body having a high volume resistivity is used, an insulating coating is not necessary between the conductor and the conductor.
フェライトをチップアンテナに用いた場合、一般的にチップアンテナの損失は磁気損失tanδ×透磁率μに比例するが、磁気損失tanδは極力小さいのが好ましく、透磁率μは2〜6程度が好ましい。Y型フェライトは、3GHz以上の高周波まで透磁率μが2〜6程度に維持される点と、3GHzまでの周波数帯域で磁気損失tanδが小さい点から、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域である470MHz〜770MHzのような広い周波数帯域のアンテナ素子に好適である。かかる場合、Y型フェライトの焼結体を磁性基体として用いれば尚よい。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。焼結体は、焼結後で磁性部材として十分な寸法精度を有していれば加工を必要としないが、貼り合わせ面は、研磨加工を施し、平坦度を確保することが望ましい。 When ferrite is used for a chip antenna, the loss of the chip antenna is generally proportional to the magnetic loss tan δ × the magnetic permeability μ, but the magnetic loss tan δ is preferably as small as possible, and the magnetic permeability μ is preferably about 2 to 6. The Y-type ferrite has a magnetic permeability μ maintained at about 2 to 6 up to a high frequency of 3 GHz or higher, and a magnetic loss tanδ is small in a frequency band up to 3 GHz. It is suitable for an antenna element having a wide frequency band such as 770 MHz. In such a case, it is better to use a sintered body of Y-type ferrite as the magnetic substrate. The sintered body of Y-type ferrite is not limited to a Y-type ferrite single phase, and may contain other phases such as Z-type and W-type. The sintered body does not need to be processed if it has sufficient dimensional accuracy as a magnetic member after sintering, but it is desirable that the bonded surface be polished to ensure flatness.
前記Y型フェライトの1GHzにおける初透磁率を2以上とし、損失係数を0.1以下、より好ましくは0.05以下となるように調製して作製すると、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域で広帯域、高利得のアンテナ素子を得る上で有利である。初透磁率が低くなりすぎると、広帯域化を図ることが困難となる。また、損失係数、すなわち磁気損失が大きくなるとチップアンテナの利得が低下する。アンテナ素子として−5dBi以上の平均利得を得るためには、損失係数は0.05以下が好ましい。損失係数を0.03以下と低くすることによって、特に利得の高いアンテナ素子を得ることができる。 When the Y-type ferrite is prepared so that the initial permeability at 1 GHz is 2 or more and the loss coefficient is 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, the Y-type ferrite has a wide bandwidth in the frequency band of digital terrestrial television broadcasting. This is advantageous in obtaining a high gain antenna element. If the initial permeability is too low, it is difficult to achieve a wide band. Further, when the loss coefficient, that is, the magnetic loss increases, the gain of the chip antenna decreases. In order to obtain an average gain of −5 dBi or more as an antenna element, the loss coefficient is preferably 0.05 or less. By reducing the loss factor to 0.03 or less, an antenna element having a particularly high gain can be obtained.
ここで基体22が磁性体の場合、基体22の母体材質はセラミックスであるため過大な衝撃が加わったときには割れる可能性がある。通信機器、特に可般型情報端末装置等においては、落下等の衝撃が加わるため、アンテナの信頼性を高めるためには、より高い耐衝撃性が要求される。磁性基体の長手方向を短くすれば、外力に対する磁性基体の信頼性を高めることができる。次に基体を分割した具体例を説明する。 Here, when the base 22 is a magnetic body, the base material of the base 22 is ceramics, so that it may crack when an excessive impact is applied. In communication equipment, in particular, portable information terminal devices and the like, impacts such as dropping are applied, so that higher impact resistance is required to improve the reliability of the antenna. If the longitudinal direction of the magnetic substrate is shortened, the reliability of the magnetic substrate against external force can be increased. Next, a specific example in which the substrate is divided will be described.
図2に示す本実施形態のアンテナ装置Aは、基体22を持つ構成であるが、本来一つである基体が5分割されていて、一つの線状の導体が基体を貫通しているものと見ることもできる。この分割数は5以上とすることも可能である。つまり導体が貫通する磁性体チップに形成される磁路は、導体の中心軸を周回するように形成されるので磁路は分断されず、基体の分割数を6、7、8・・個と増やしてもチップアンテナの性能は低下しない。このため一個当たりの基体部分の長さを短くして、アンテナの配置の自由度を得ることができる。また構造的強度が向上して、アンテナの信頼性向上に寄与する。 The antenna device A according to the present embodiment shown in FIG. 2 has a structure with a base 22, but the base that is originally one is divided into five, and one linear conductor penetrates the base. You can also see it. The number of divisions can be 5 or more. In other words, the magnetic path formed in the magnetic chip through which the conductor penetrates is formed so as to go around the central axis of the conductor, so the magnetic path is not divided, and the number of divisions of the base is 6, 7, 8,. Even if it increases, the performance of the chip antenna does not decrease. For this reason, the length of the base part per piece can be shortened, and the freedom degree of arrangement | positioning of an antenna can be obtained. Further, the structural strength is improved, which contributes to the improvement of the antenna reliability.
図2に示す本実施形態のアンテナ装置Aでは、複数の基体が導体を軸に一直線上に並んでいるが、図4に示すように、導体により貫通した複数の基体22をクランク状に蛇行させて配置するなど、実装空間に応じてその配置を変えることができる。つまり導体により貫通した基体を並べる配置は、ミアンダ状であってもよいし、L字状であってもよい。また、弧状に配設されてもよい。 In the antenna device A of the present embodiment shown in FIG. 2, the plurality of bases are aligned in a straight line with the conductor as an axis. However, as shown in FIG. 4, the plurality of bases 22 penetrated by the conductor are meandered in a crank shape. The layout can be changed according to the mounting space. That is, the arrangement in which the bases penetrated by the conductor are arranged may be a meander shape or an L shape. Moreover, you may arrange | position in arc shape.
次に図2に示す本実施形態のアンテナ装置Aの実寸法について述べる。前記第2の放射電極2の現実長さは、導体のみからなる部分と基体と基体間の導体部分の合計36mmと、基体22を貫通する部分54mmの導体とを合わせた長さであり約90mmである。一方磁性体チップアンテナ部分の実効長さは、54mmの長さの磁性体チップアンテナ部分に初透磁率μが2.5の磁性材料を使用しているので、波長短縮効果による実効長さは54×√2.5≒85mmとなる。つまり第2の放射電極2の実効長さは、前記波長短縮効果による実効長さ85mmと前記導体のみからなる部分36mmとを合計した約121mmとなり、617MHzの波長のλ/4に共振点を持つアンテナとなる。 Next, actual dimensions of the antenna device A of the present embodiment shown in FIG. 2 will be described. The actual length of the second radiation electrode 2 is a total length of a total of 36 mm including a conductor-only portion, a conductor portion between the substrate and the substrate, and a conductor of a portion 54 mm penetrating the substrate 22, and is approximately 90 mm. It is. On the other hand, the effective length of the magnetic chip antenna portion is 54 mm, since a magnetic material having an initial permeability μ of 2.5 is used for the magnetic chip antenna portion of 54 mm in length. X√2.5≈85 mm. In other words, the effective length of the second radiation electrode 2 is about 121 mm, which is the sum of the effective length of 85 mm due to the wavelength shortening effect and the portion of 36 mm consisting only of the conductor, and has a resonance point at λ / 4 of a wavelength of 617 MHz. It becomes an antenna.
また、基体22として誘電体を使用することもできる。この場合、誘電体を貫通する導体の全周に基体として誘電体が存在することになる。したがって基体内の線状導体の実効波長を比誘電率により実質的に短くでき、チップアンテナの小型化を図ることができる。さらに、前記導体の他端や一端を用いて他の回路素子や電極との電気的接続や接合が可能であり、設計自由度や固定強度が高められる。 A dielectric can also be used as the substrate 22. In this case, a dielectric is present as a substrate around the entire circumference of the conductor penetrating the dielectric. Therefore, the effective wavelength of the linear conductor in the substrate can be substantially shortened by the relative dielectric constant, and the chip antenna can be miniaturized. Further, the other end and one end of the conductor can be used for electrical connection and joining with other circuit elements and electrodes, and the degree of freedom in design and the fixing strength can be increased.
このように本発明において、基体に磁性体ではなく誘電体を使用しても、導体が前記誘電体の基体を貫通する構造とすると線間容量成分を形成しにくい。したがって比誘電率が多少大きくなっても線間容量成分が少ないのでチップアンテナの内部損失の増加が抑制される。損失の観点からは、比誘電率は低いことが好ましいが、本発明のように導体が基体を貫通する構造ではチップアンテナの内部損失が比誘電率の影響を受けにくい。また、共振周波数のばらつきを抑えるためには、基体には誘電率の大きい誘電材料を用いることもできる。この場合、比誘電率は2以上が好ましく、より好ましくは4以上である。 As described above, in the present invention, even if a dielectric is used instead of a magnetic substance for the base, it is difficult to form a line capacitance component if the conductor penetrates the dielectric base. Therefore, even if the relative dielectric constant is somewhat increased, the line capacitance component is small, so that an increase in internal loss of the chip antenna is suppressed. From the viewpoint of loss, it is preferable that the relative dielectric constant is low, but in the structure in which the conductor penetrates the substrate as in the present invention, the internal loss of the chip antenna is not easily affected by the relative dielectric constant. In order to suppress variation in resonance frequency, a dielectric material having a large dielectric constant can be used for the substrate. In this case, the relative dielectric constant is preferably 2 or more, more preferably 4 or more.
上述のように、基体が分割され一つの線状の導体が基体を貫通した構成では、前記基体内の導体と前記導体とが、一本の導線で構成されているため、基体間の導体は接続導体も兼ねていることになる。しかし接続導体と導体の突出している部分とは必ずしも一本の導線で構成されていなくてもよい。例えば、基体を貫通し基体の端から突出している導体と、別の基体を貫通し突出している導体とを、前記導体とは別部材の接続導体を用いて接続しても良い。また、前記別部材の接続導体として、図6に示すように基板上に設けられた電極23を用い、該電極に前記突出している導体部分をハンダ接合した構成であってもよい。或いは複数のスルーホールとそれを電気的に接続している電極を有する基板を用い、前記突出している導体部分を前記スルーホールに挿入し、ハンダ接合することによって、導体同士を接続してもよい。かかる方法によれば、通信機器内で用いられる基板上に基体をより強固に固定することができる。ただし、前記各導体と前記各接続導体とが連続した一体の線状導体で構成されるようにすれば、接続個所を減らすことができ、チップアンテナや通信機器の製造工程の簡略化や製品信頼性の向上を図ることができる。 As described above, in the configuration in which the base is divided and one linear conductor penetrates the base, the conductor in the base and the conductor are formed by a single conductor, so the conductor between the bases is It also serves as a connecting conductor. However, the connecting conductor and the protruding portion of the conductor do not necessarily have to be constituted by a single conducting wire. For example, a conductor that passes through the base and protrudes from the end of the base may be connected to a conductor that passes through and protrudes from another base using a connection conductor that is a separate member from the conductor. Further, as the connection conductor of the separate member, an electrode 23 provided on a substrate as shown in FIG. 6 may be used, and the protruding conductor portion may be soldered to the electrode. Alternatively, the conductors may be connected by using a substrate having a plurality of through holes and electrodes that electrically connect the through holes, inserting the protruding conductor portions into the through holes, and soldering them. . According to this method, the base body can be more firmly fixed on the substrate used in the communication device. However, if the respective conductors and the respective connection conductors are constituted by continuous linear conductors, the number of connection points can be reduced, the manufacturing process of the chip antenna and the communication device can be simplified, and the product reliability can be reduced. It is possible to improve the performance.
基体の形状は、特に限定するものではないが断面は長方形、正方形又は円形とすることができる。また外観形状としては直方体、円柱等とすることができる。安定な実装を実現する上では直方体の形状が好ましい。また、直方体の場合には、長手方向に垂直な方向に位置する角の部分に面取りを設けることが好ましい。面取りを設けることによって、例えば基体に磁性基体を使用する場合は磁束が漏れにくくなるほか、チッピング等の不具合も防止できる。面取りの仕方は、角部を直線状に切り落とす方法であってもよいし、アールを設ける方法でもよい。面取りの幅(磁性基体の側面において面取り部分によって失われている長さ)は、その実質的な効果を発揮するためには0.2mm以上であることが好ましい。一方、面取りが大きくなると直方体形状であっても安定な実装が困難になるので1mm以下(基体の幅または高さの1/3以下)が好ましい。また各基体の長さは必ずしも同一でなくてもよいが、同一とすることにより製造工程の簡略化が図られる。 The shape of the substrate is not particularly limited, but the cross section can be rectangular, square or circular. Further, the external shape may be a rectangular parallelepiped, a cylinder, or the like. In order to realize stable mounting, a rectangular parallelepiped shape is preferable. In the case of a rectangular parallelepiped, it is preferable to provide chamfers at corner portions located in a direction perpendicular to the longitudinal direction. By providing chamfering, for example, when a magnetic substrate is used as the substrate, magnetic flux is less likely to leak, and problems such as chipping can be prevented. The method of chamfering may be a method of cutting off the corners in a straight line or a method of providing a radius. The width of the chamfer (the length lost by the chamfered portion on the side surface of the magnetic substrate) is preferably 0.2 mm or more in order to exhibit the substantial effect. On the other hand, if the chamfer is increased, even if it is a rectangular parallelepiped shape, stable mounting becomes difficult, so 1 mm or less (1/3 or less of the width or height of the substrate) is preferable. The lengths of the substrates are not necessarily the same, but the manufacturing process can be simplified by making them the same.
絶縁体からなる基体に磁性体を使用する場合、該基体の長さ、幅、高さの寸法が大きくなると共振周波数は低下する。例えば、図2に示す本発明の実施形態のアンテナでは地上デジタルテレビ放送の周波数帯域である470MHz〜770MHzのような周波数帯域をカバーするようにするためには、筐体内におけるアンテナ搭載基板のスペースを考慮すると基体の寸法は幅が5mm、高さが5mm以下として、基体を分割した場合でも長手方向の長さの合計は60mm以下とするのが好ましい。より好ましくは本発明のように基体1個の長さは10mm程度、幅は2〜4mm、高さは2〜4mmの範囲である。 When a magnetic material is used for a base made of an insulator, the resonance frequency decreases as the length, width, and height of the base increase. For example, in order to cover a frequency band such as 470 MHz to 770 MHz, which is a frequency band of digital terrestrial television broadcasting, in the antenna according to the embodiment of the present invention shown in FIG. In consideration of the size of the substrate, the width is 5 mm and the height is 5 mm or less. Even when the substrate is divided, the total length in the longitudinal direction is preferably 60 mm or less. More preferably, as in the present invention, the length of one substrate is about 10 mm, the width is 2 to 4 mm, and the height is 2 to 4 mm.
また、基体を貫通して使用される導体には42アロイ、コバール、リン青銅、コルソン系銅合金など硬度の高い導体材料が好ましい。これらの材質は特に導体の両端を屈曲せず直線状のまま使用する場合に適する。導体にはポリウレタンやエナメル等の絶縁被覆を設けてもよい。例えば基体に体積抵抗率の高い、例えば1×105Ω・m以上の磁性基体を用いることで絶縁被覆を設けることなく絶縁を確保することも可能であるが、絶縁被覆を設けることによって、特に高い絶縁性が得られる。この場合絶縁被覆の厚さは25μm以下が好ましい。これが厚くなりすぎると基体と導体との隙間が大きくなり、インダクタンス成分が減少する。 In addition, a conductor material having a high hardness such as 42 alloy, Kovar, phosphor bronze, and Corson copper alloy is preferable for the conductor used through the substrate. These materials are particularly suitable for use in a straight line without bending both ends of the conductor. The conductor may be provided with an insulating coating such as polyurethane or enamel. For example, it is possible to secure insulation without providing an insulating coating by using a magnetic substrate having a high volume resistivity, for example, 1 × 10 5 Ω · m or more, but by providing an insulating coating, High insulation is obtained. In this case, the thickness of the insulating coating is preferably 25 μm or less. If this becomes too thick, the gap between the substrate and the conductor becomes large, and the inductance component decreases.
また第2の放射電極2の給電側にはインダクタとキャパシタンスからなる整合回路4を設けて、平衡の第2の放射電極2と不平衡の同軸線路との整合を取るようになっている。第1の放射電極1と接地部6の接続を接続導体31で直結する場合は、図3のようにキャパシタCa41、Cb42、インダクタLa43で整合回路4を構成している。その回路構成例は図7の(a)実施例1に示す。このような構成とすることにより帯域内のVSWRや利得をよりフラットにすることができるだけでなく、給電線8に受信信号と重畳されて主回路から流れてくる各種ノイズを接続導体31を介して前記第1の放射電極側に逃がすことができる。そのため前記第2の放射電極側に各種ノイズは流れにくく、前記第2の放射電極側で受信される地上デジタルテレビ放送の相対的な受信信号強度(S/N)が上がり、良好な受信状態を確保することができる。また第1の放射電極1と接地部6の接続がインピーダンス素子32を介して接続する場合は、図3のようにキャパシタCa41、Cb42、インダクタLa43、インピーダンス素子3(インダクタ)で整合回路4を構成する。この場合、第1の放射電極1と第2の放射電極2とは接続導体31によるように直接接続されず、インピーダンス素子32(図3ではインダクタ)を介して接続する。その回路構成例は図7の(b)実施例2に示す。このような構成とすることにより第1の放射電極1と第2の放射電極2のインピーダンス整合性が向上し、帯域内のVSWRや利得をよりフラットにすることができる。 In addition, a matching circuit 4 including an inductor and a capacitance is provided on the power supply side of the second radiation electrode 2 so as to match the balanced second radiation electrode 2 and the unbalanced coaxial line. When the connection between the first radiation electrode 1 and the grounding portion 6 is directly connected by the connection conductor 31, the matching circuit 4 is configured by the capacitors Ca41 and Cb42 and the inductor La43 as shown in FIG. An example of the circuit configuration is shown in FIG. With such a configuration, not only can the VSWR and gain in the band be flattened, but also various noises flowing from the main circuit superimposed on the received signal on the feeder 8 via the connection conductor 31. It can escape to the first radiation electrode side. Therefore, various noises hardly flow to the second radiation electrode side, the relative reception signal strength (S / N) of digital terrestrial television broadcasting received on the second radiation electrode side is increased, and a good reception state is achieved. Can be secured. When the connection between the first radiation electrode 1 and the grounding portion 6 is connected via the impedance element 32, the matching circuit 4 is configured by the capacitors Ca41, Cb42, the inductor La43, and the impedance element 3 (inductor) as shown in FIG. To do. In this case, the 1st radiation electrode 1 and the 2nd radiation electrode 2 are not directly connected like the connection conductor 31, but are connected via the impedance element 32 (inductor in FIG. 3). An example of the circuit configuration is shown in FIG. By adopting such a configuration, impedance matching between the first radiation electrode 1 and the second radiation electrode 2 is improved, and the VSWR and gain in the band can be made flatter.
次に、本発明に係るアンテナ装置の構成が優れる点を説明するが、本発明は受信回路の信号線にモノポール型の磁性体チップアンテナを接続し、受信回路のグランド線には板状の導体を付加した異なる態様の二つの放射電極を持つアンテナとみることができる。したがって、初めに基体とこれを貫通する導体から構成される磁性体チップ部分による効果を説明する。 Next, the point that the configuration of the antenna device according to the present invention is excellent will be described. In the present invention, a monopole-type magnetic chip antenna is connected to the signal line of the receiving circuit, and the plate-shaped ground wire of the receiving circuit is connected. It can be regarded as an antenna having two radiation electrodes in different modes to which a conductor is added. Therefore, first, the effect of the magnetic chip portion constituted by the base body and the conductor passing through the base body will be described.
本発明において、磁性体チップ部分は直線状の導体が基体(磁性体チップ)を貫通する構成のアンテナ素子となるので、構造的に基体内で導体が向い合う部分が形成されない。したがって、線間容量成分(stray capacity between the lines)を形成しにくく、静電容量成分の低減に効果的である。つまり磁性体チップの透磁率でインダクタンスLを上げることができる。つまり線間容量が形成されることを回避して、Q値を下げることができ、アンテナの広帯域化に特に顕著な効果を発揮する。もちろん基体として誘電体を用いてもある程度同様の効果を得ることができるが、周波数帯域をより広くするには磁性体チップを用いるほうがより有利である。 In the present invention, the magnetic chip portion is an antenna element having a configuration in which a linear conductor passes through the base body (magnetic chip), and therefore, the portion where the conductor faces structurally is not formed in the base body. Therefore, it is difficult to form a stray capacity between the lines, which is effective in reducing the capacitance component. That is, the inductance L can be increased by the magnetic permeability of the magnetic chip. That is, the Q value can be lowered by avoiding the formation of the line-to-line capacitance, and a particularly remarkable effect is exerted for widening the antenna. Of course, even if a dielectric is used as the substrate, the same effect can be obtained to some extent, but it is more advantageous to use a magnetic chip in order to broaden the frequency band.
さらに、本発明に係る基体として磁性体チップを分割した構造とした場合の効果について述べる。導体が貫通する磁性体チップを使用した場合の磁路は、導体の中心軸を周回するように形成される。このため、基体を導体の長手方向に複数個に分割しても、導体が各々分割された基体を貫通する構造となって、分割したことがインダクタンス成分Lの形成に与える影響は原理的に極めて小さい。このため、基体を複数個に分割してアンテナを構成することが可能となる。また基体が持つ透磁率を高くできるので、波長短縮効果が生じてアンテナ全体の小型化を図ることができる。これに対して、基体にヘリカル電極を巻回して形成する場合は、基体内の磁路はヘリカル電極の軸方向(基体の長手方向を貫くように)に形成されるため、基体を分割すると磁路が基体毎に分断されるので前記インダクタンス成分Lは著しく低下する。したがって、ヘリカル電極が形成された磁性体チップを複数個に分割して直列に構成したアンテナでは、導体が基体を貫通した磁性体チップを複数個に分割して直列に構成したアンテナほどの効果は期待できない。 Further, the effect when the magnetic chip is divided as the base according to the present invention will be described. A magnetic path in the case of using a magnetic chip through which a conductor passes is formed so as to go around the central axis of the conductor. For this reason, even if the base is divided into a plurality of conductors in the longitudinal direction, the conductor has a structure that penetrates the divided bases, and the influence of the division on the formation of the inductance component L is extremely high in principle. small. For this reason, it is possible to divide the base into a plurality of antennas. Further, since the magnetic permeability of the substrate can be increased, a wavelength shortening effect is produced, and the entire antenna can be reduced in size. On the other hand, when the helical electrode is wound around the base, the magnetic path in the base is formed in the axial direction of the helical electrode (so as to penetrate the longitudinal direction of the base). Since the path is divided for each substrate, the inductance component L is significantly reduced. Therefore, in an antenna that is configured in series by dividing a magnetic chip on which a helical electrode is formed into a plurality of parts, the effect of an antenna that is configured in series by dividing a magnetic chip in which a conductor has penetrated the base is divided into I can't expect it.
次に上記で説明した磁性体チップを導体が貫通する構成のアンテナ素子と、金属導電板からなるアンテナ素子を組み合わせたことによる効果について詳細に述べる。従来の、基体(磁性体チップ)と基体内を通る導体からなるモノポール型のチップアンテナでは、帯域の利得を全体的に向上させることはできるが、周波数帯域の中心周波数に対して低い側の周波数では利得の低下が大きい。一方金属導電板からなる第1の放射電極1は、可般型情報端末装置MのLCD画面M1と略同寸法であるので、放射電極の幅が広いモノポール型のアンテナを略水平方向に配置したアンテナとみなすことができ、水平偏波に有効な構成となっている。そこで本発明では基体内を導体が通るモノポール型の磁性体チップアンテナを大地方向に対して略垂直になるように筐体内に配置するとともに、板状の導体である金属導電板からなるモノポール型の第1の放射電極1を可般型情報端末装置MのLCD画面M1の裏側に、LCD画面M1の大きさに略合わせて設けることにより垂直偏波だけでなく水平偏波の放射効率も向上させることができるようにした。 Next, the effect obtained by combining the antenna element having a structure in which the conductor penetrates the magnetic chip described above and the antenna element made of a metal conductive plate will be described in detail. In a conventional monopole chip antenna composed of a base (magnetic chip) and a conductor passing through the base, the gain of the band can be improved as a whole, but on the lower side of the center frequency of the frequency band The decrease in gain is large at frequency. On the other hand, since the first radiation electrode 1 made of a metal conductive plate has substantially the same size as the LCD screen M1 of the portable information terminal device M, a monopole antenna having a wide radiation electrode is arranged in a substantially horizontal direction. Therefore, it is effective for horizontal polarization. Therefore, in the present invention, a monopole magnetic chip antenna in which a conductor passes through the substrate is arranged in the housing so as to be substantially perpendicular to the ground direction, and a monopole composed of a metal conductive plate which is a plate-like conductor. The first radiation electrode 1 of the type is provided on the back side of the LCD screen M1 of the general-purpose information terminal device M so as to substantially match the size of the LCD screen M1, so that not only the vertical polarization but also the radiation efficiency of the horizontal polarization can be obtained. I was able to improve.
このとき第1の放射電極1の一辺の長さ(LCD画面の垂直な辺)と、対角線の長さの範囲で、使用周波数の上限と下限の波長の略λ/4に相当する長さとなるようにして、第1の放射電極1のサイズを決めることにより、広い周波数帯域で共振が容易となる。その結果、モノポール型の磁性体チップアンテナのみの場合に比べ、例えば地上デジタルテレビ放送の周波数帯域である470MHz〜770MHzの低い側の周波数でのVSWRを下げ、利得を向上させることが出来る。更には第1の放射電極1とキーボード搭載側の筐体内にある受信回路9などを含む主回路のグランドとは、金属導電線などの接続導体31と給電線8の外被覆導体81を介して電気的に接続されている場合、主回路で発生する各種ノイズを第1の放射電極1側に放散させることができる。従って前記各種ノイズが、受信回路9に接続する第2の放射電極2側に回り込んで受信時のノイズレベルが上昇しにくく、相対的な受信信号強度(S/N)を高めることができる。また第2の放射電極2にY型の六方晶フェライトを用いているのでノイズが低減され、更に相対的な受信信号強度(S/N)が向上する。 At this time, within the range of the length of one side of the first radiation electrode 1 (vertical side of the LCD screen) and the length of the diagonal line, the length corresponds to approximately λ / 4 of the upper and lower wavelengths of the operating frequency. In this way, by determining the size of the first radiation electrode 1, resonance is facilitated in a wide frequency band. As a result, compared to the case of using only a monopole magnetic chip antenna, for example, the VSWR at the lower frequency of 470 MHz to 770 MHz, which is the frequency band of terrestrial digital television broadcasting, can be lowered and the gain can be improved. Further, the ground of the main circuit including the first radiation electrode 1 and the receiving circuit 9 in the housing on the keyboard mounting side is connected via the connection conductor 31 such as a metal conductive line and the outer covering conductor 81 of the feeder line 8. When electrically connected, various noises generated in the main circuit can be diffused to the first radiation electrode 1 side. Accordingly, the various noises wrap around the second radiation electrode 2 connected to the receiving circuit 9 and the noise level at the time of reception hardly increases, and the relative received signal strength (S / N) can be increased. Further, since Y-type hexagonal ferrite is used for the second radiation electrode 2, noise is reduced, and relative received signal strength (S / N) is further improved.
本発明に係る前記第1の放射電極1と前記第2の放射電極2で構成されるアンテナ部分はそれ自体で地上デジタルテレビ放送の周波数帯域をカバーすることができるが、前記整合回路4を設けることにより、さらにVSWRがフラットで低く、放射効率の高いアンテナ特性を得ることができる。 The antenna part constituted by the first radiation electrode 1 and the second radiation electrode 2 according to the present invention can itself cover the frequency band of digital terrestrial television broadcasting, but the matching circuit 4 is provided. As a result, it is possible to obtain antenna characteristics with a flat and low VSWR and high radiation efficiency.
前記第1の放射電極1と、前記第2の放射電極2を搭載する基板5の具体的な固定方法について述べる。LCD画面M1は可般型情報端末装置Mのキーボードや主回路を搭載しない側の筐体に設ける。前記第1の放射電極1を、前記LCD画面M1の裏側に接着剤等で固定する。次に前記第1の放射電極1を取り付けた前記LCD画面M1を前記筐体の内側に取り付け固定する。次に第2の放射電極と接地部を搭載した基板5を、前記筐体の内側の前記第1の放射電極1に隣接する位置に取り付け固定する。前記第1の放射電極1と基板5の間は取り付け金具により接続する。接地部と第1の放射電極1の電気的な接続は接続導体13またはインピーダンス素子32によって接続する。前記第2の放射電極2と接地部と整合回路6は基板5に一体に搭載して、前記前記LCD画面M1に隣接して筐体の内側に接着剤または取り付け金具で固定する。 A specific fixing method of the substrate 5 on which the first radiation electrode 1 and the second radiation electrode 2 are mounted will be described. The LCD screen M1 is provided on the casing of the portable information terminal device M on the side where the keyboard and main circuit are not mounted. The first radiation electrode 1 is fixed to the back side of the LCD screen M1 with an adhesive or the like. Next, the LCD screen M1 to which the first radiation electrode 1 is attached is attached and fixed inside the casing. Next, the substrate 5 on which the second radiation electrode and the grounding portion are mounted is attached and fixed at a position adjacent to the first radiation electrode 1 inside the housing. The first radiation electrode 1 and the substrate 5 are connected by a mounting bracket. The electrical connection between the ground portion and the first radiation electrode 1 is connected by the connection conductor 13 or the impedance element 32. The second radiation electrode 2, the grounding portion, and the matching circuit 6 are integrally mounted on the substrate 5, and are fixed to the inside of the casing adjacent to the LCD screen M1 with an adhesive or a mounting bracket.
可般型情報端末装置M等は、主としてノート型パソコンの構造であるので受信回路9などを含む主回路基板はキーボード等が搭載される側の筐体に内蔵され、第1の放射電極1はLCD画面M1の装着された側に搭載される。したがって前記端末装置Mを操作中においては主回路基板上のグランド部とアンテナ(第1の放射電極および第2の放射電極)との距離が十分に広がる。このため主回路基板とアンテナとの容量結合が減少し利得や帯域幅が向上する他、主回路から放射されるノイズもアンテナ側で受信し難くなり受信部の相対的な受信感度が向上する効果もある。 Since the portable information terminal device M and the like mainly have a notebook personal computer structure, the main circuit board including the receiving circuit 9 and the like is built in a casing on the side where a keyboard or the like is mounted, and the first radiation electrode 1 is It is mounted on the side on which the LCD screen M1 is mounted. Accordingly, during operation of the terminal device M, the distance between the ground portion on the main circuit board and the antenna (the first radiation electrode and the second radiation electrode) is sufficiently widened. For this reason, the capacitive coupling between the main circuit board and the antenna is reduced and the gain and bandwidth are improved. In addition, the noise radiated from the main circuit is difficult to receive on the antenna side, and the relative receiving sensitivity of the receiving unit is improved. There is also.
図2に本発明に係るアンテナ装置Aの実施形態の別の一例を示す。本発明に係るアンテナ装置Aの実施形態である別の一例は接続導体31をインピーダンス素子32に置き替えただけなので同じ図2を用いて説明する。図2のアンテナ装置Aは金属導電板からなる前記第1の放射電極1と、インピーダンス素子32と、金属導体21と導体が貫通する基体22(磁性体チップ若しくは誘電体チップ)とからなる第2の放射電極2と、整合回路4からなる。前記アンテナ装置Aは可般型情報端末装置M等の筐体内に配置されるが、前記第2の放射電極部分2は基板5に実装して用いることができる。 FIG. 2 shows another example of the embodiment of the antenna device A according to the present invention. Another example which is an embodiment of the antenna device A according to the present invention is only described by replacing the connecting conductor 31 with the impedance element 32 and will be described with reference to FIG. The antenna device A in FIG. 2 includes a first radiation electrode 1 made of a metal conductive plate, an impedance element 32, a metal conductor 21 and a second base 22 (a magnetic chip or a dielectric chip) through which the conductor passes. Radiation electrode 2 and matching circuit 4. The antenna device A is disposed in a casing of the portable information terminal device M or the like, but the second radiation electrode portion 2 can be mounted on a substrate 5 and used.
次に図2に示す本発明の実施形態である別のアンテナ装置Aの構成の詳細について図3を用いて述べる。各構成要件の配置は、基板5の一面にはインピーダンス素子32と、整合回路4と、給電部7と、第2の放射電極2と、接地部6と、給電部7と、給電線8が搭載される。基板5の第2の放射電極2等が搭載される面とは反対側の面の同じ位置にも接地部6を設ける。可般型情報端末装置MのLCD画面M1の裏には該LCD画面M1の形状に合わせた長方形状の、金属導電板からなる前記第1の放射電極1を設ける。前記インピーダンス素子3は前記第1の放射電極1と接地部7の間に設ける。前記第1の放射電極1の接地部6に近い縁部11の特定個所にはインダクタからなるインピーダンス素子32の端部321を接続する。該インピーダンス素子32のもう一方の端部322は基板5を介して接地部6に接続する。給電部7に接続する給電線8は一般に同軸線路を用いるが、その接地線である外被覆導線81は接地部6に接続され、信号線である芯線82は整合回路4の受信回路9側に接続される。さらに整合回路4の接地側は接地部7に接続される。整合回路4の放射電極側は第2の放射電極2の導体21に接続される。第2の放射電極2は磁性体チップである基体22とそれを貫通する導体21からなる。基体22は導体21を軸にして、一個に限らず複数個直列に並べることができる。 Next, details of the configuration of another antenna apparatus A according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. Each component is arranged in such a manner that an impedance element 32, a matching circuit 4, a power feeding unit 7, a second radiation electrode 2, a grounding unit 6, a power feeding unit 7, and a power feeding line 8 are provided on one surface of the substrate 5. Installed. The grounding portion 6 is also provided at the same position on the surface opposite to the surface on which the second radiation electrode 2 and the like of the substrate 5 are mounted. On the back of the LCD screen M1 of the portable information terminal device M, the first radiation electrode 1 made of a metal conductive plate having a rectangular shape corresponding to the shape of the LCD screen M1 is provided. The impedance element 3 is provided between the first radiation electrode 1 and the ground portion 7. An end portion 321 of an impedance element 32 made of an inductor is connected to a specific portion of the edge 11 near the ground portion 6 of the first radiation electrode 1. The other end 322 of the impedance element 32 is connected to the ground unit 6 through the substrate 5. The power supply line 8 connected to the power supply unit 7 generally uses a coaxial line, but the outer sheathed conductor 81 serving as the ground wire is connected to the ground unit 6, and the core wire 82 serving as the signal line is connected to the receiving circuit 9 side of the matching circuit 4. Connected. Further, the ground side of the matching circuit 4 is connected to the ground unit 7. The radiation electrode side of the matching circuit 4 is connected to the conductor 21 of the second radiation electrode 2. The second radiation electrode 2 includes a base body 22 that is a magnetic chip and a conductor 21 that penetrates the base body 22. The substrate 22 is not limited to one but can be arranged in series with the conductor 21 as an axis.
整合回路4は例えば、接続部3にインピーダンス素子32を用いる場合、図7の実施例2に示すような回路のものを用いる。図3の例で説明すると、キャパシタCa41、Cb42、インダクタLa43、インピーダンス素子3で整合回路4を構成している。キャパシタCa42の一端側とインダクタLa43の一端側は第2の放射電極2に接続する。インダクタLa43の他端とキャパシタCb41の他端は接地部6に接続した後、インピーダンス素子32を介して前記第1の放射電極1に接続する。キャパシタCa42の他端とキャパシタCa41の一端は同軸線路の芯線82(信号線)に接続する。ここでは1段の整合回路であるが、図8の整合回路例ようにLCを増やして多段の整合回路とすることもできる。このような構成とすることにより帯域内のVSWRや利得をよりフラットにすることができる。また図3の例ではインピーダンス素子32はインダクタのみで構成されているが、インダクタとキャパシタンスを適宜組み合わせた構成として、前記第1の放射電極1と前記第2の放射電極2の整合性を向上させることができる。 For example, in the case where the impedance element 32 is used for the connecting portion 3, the matching circuit 4 uses a circuit as shown in the second embodiment of FIG. In the example of FIG. 3, the matching circuit 4 is configured by the capacitors Ca <b> 41 and Cb <b> 42, the inductor La <b> 43, and the impedance element 3. One end side of the capacitor Ca42 and one end side of the inductor La43 are connected to the second radiation electrode 2. The other end of the inductor La43 and the other end of the capacitor Cb41 are connected to the ground unit 6 and then connected to the first radiation electrode 1 via the impedance element 32. The other end of the capacitor Ca42 and one end of the capacitor Ca41 are connected to a core wire 82 (signal line) of a coaxial line. Here, a single-stage matching circuit is used. However, as shown in the matching circuit example of FIG. With such a configuration, the VSWR and gain within the band can be made flatter. In the example of FIG. 3, the impedance element 32 is composed only of an inductor, but the matching between the first radiation electrode 1 and the second radiation electrode 2 is improved by appropriately combining the inductor and the capacitance. be able to.
次に、アンテナ装置の共振周波数の調整方法について説明する。本願発明のアンテナ装置で使用する帯域を決めるには、まず中心周波数f0を決める必要がある。そのためには放射電極の仕様から決めるが、前記第1の放射電極1の場合、まず材質を選定し筐体内のスペースの制約条件を考慮して使用する周波数帯域の共振周波数に合わせて長さ、幅、厚さなどをおおよそ決める。また前記第2の放射電極2の場合、基体を磁性基体で構成するときは、あらかじめ対象とする周波数帯域に好ましい透磁率μの磁性基体を選定する。磁性基体は大きさが大きいほど共振周波数は低下するので、まず磁性基体の幅、高さをやや大きめに決めておく。次にこれら前記各放射電極を所定位置に装着し、受信回路9と接続して対象とする周波数帯域の中心周波数f0に合うように前記各放射電極の長さや、磁性基体の大きさを微調整する。合わせて前記第1の放射電極1と、第2の放射電極2の間隔も微調整する。誘電体の場合も同様に対象とする周波数帯域に好ましい誘電率の誘電体基体を選定する。その他は磁性基体の場合と同様に決めていく。 Next, a method for adjusting the resonance frequency of the antenna device will be described. To determine the band used by the antenna device of the present invention, it is necessary to first determine the center frequency f 0. For this purpose, it is determined from the specifications of the radiation electrode. In the case of the first radiation electrode 1, first, the material is selected and the length is adjusted in accordance with the resonance frequency of the frequency band to be used in consideration of the constraints on the space in the housing. Approximate width, thickness, etc. In the case of the second radiation electrode 2, when the substrate is formed of a magnetic substrate, a magnetic substrate having a permeability μ preferable for the target frequency band is selected in advance. Since the resonance frequency decreases as the size of the magnetic substrate increases, the width and height of the magnetic substrate are determined to be slightly larger. Then mounting them each radiating electrode at a predetermined position, the length of the respective radiation electrodes to match the center frequency f 0 of the frequency band of interest in connection with the receiver circuit 9 and the magnitude of the magnetic base fine adjust. In addition, the interval between the first radiation electrode 1 and the second radiation electrode 2 is also finely adjusted. Similarly, in the case of a dielectric, a dielectric substrate having a dielectric constant preferable for the target frequency band is selected. Others are determined similarly to the case of the magnetic substrate.
本発明に係るアンテナ装置Aを用いて構成すれば、アンテナ装置の動作周波数帯域の広帯域化を図ることができる。一般的に、各々使用する周波数帯域の間隔が数百MHz以上も離れている場合は複数のアンテナ装置を用いる必要がある。その場合は実装面積、実装空間が増加してしまう。本発明によれば第1の放射電極1である金属導電板のサイズはおよそ100mm×200mmの長方形で携帯情報端末のアンテナとしては大きいが、LCD画面M1のシールド板を兼ねているので実装面積の増大とはなっていない。地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の下端である470MHzにおける波長のλ/4は約160mmであり、上端である770MHzにおける波長のλ/4は約100mmである。つまり100mm×200mmの金属導電板の面部分に地上デジタルテレビ放送で使用する周波数の波長のλ/4長に相当する放射電極長を確保できる。このためため、特に地上デジタルテレビ放送の周波数帯域470MHz〜770MHz全体に亘ってVSWRが低くて、高い利得が得ることができる。更には整合回路を設け、調整することにより地上デジタルテレビ放送の周波数帯域だけでなく、携帯電話で使用する800MHz〜900MHz帯の周波数帯域までもカバーすることが可能である。 If the antenna apparatus A according to the present invention is used, the operating frequency band of the antenna apparatus can be widened. In general, when the frequency bands used are separated by several hundred MHz or more, it is necessary to use a plurality of antenna devices. In that case, the mounting area and the mounting space increase. According to the present invention, the size of the metal conductive plate that is the first radiation electrode 1 is a rectangle of about 100 mm × 200 mm, which is large as an antenna of a portable information terminal, but also serves as a shield plate for the LCD screen M1, so that the mounting area is small. It has not increased. The wavelength λ / 4 at 470 MHz, which is the lower end of the frequency band of terrestrial digital television broadcasting, is about 160 mm, and the wavelength λ / 4 at 770 MHz, which is the upper end, is about 100 mm. That is, the radiation electrode length corresponding to the λ / 4 length of the wavelength of the frequency used in terrestrial digital television broadcasting can be secured on the surface portion of the metal conductive plate of 100 mm × 200 mm. For this reason, in particular, the VSWR is low over the entire frequency band 470 MHz to 770 MHz of terrestrial digital television broadcasting, and a high gain can be obtained. Furthermore, by providing and adjusting a matching circuit, it is possible to cover not only the frequency band of digital terrestrial television broadcasting but also the frequency band of 800 MHz to 900 MHz used for mobile phones.
次に、本発明に係るアンテナ装置Aの性能について説明する。アンテナ性能(VSWR、利得)の実測例に使用した装置として、可般型情報端末装置Mに搭載したアンテナ装置Aを構成した。このアンテナ装置Aを搭載した実施例は図1に示すものと同等である。すなわち基板に給電線、給電部、第2の放射電極等を形成し、LCD画面M1の裏側に第1の放射電極を設けたものである。この実測例の装置ではアンテナの各寸法は前述のもの(第1の放射電極サイズ:100mm×200mm、第2の放射電極長:90mm)を使用した。上記アンテナ装置Aから3m離れた位置に測定用アンテナ(図1のアンテナ装置の向かって右側に設置(図示せず))を設け、該測定用アンテナを50Ωの同軸ケーブルを介してネットワークアナライザに接続して、アンテナ特性を測定した。具体的には図1に示すように可般型情報端末装置Mの筐体のキーボード搭載面の横方向をX、それに直角な方向をY、前記筐体のキーボード搭載面に垂直な方向をZとし、XY面での平均利得と、VSWRを測定した。測定した周波数帯域は450〜850MHzである。この周波数帯域は地上デジタルテレビ放送の周波数帯域(470〜770MHz)を含む。 Next, the performance of the antenna device A according to the present invention will be described. As a device used in an actual measurement example of antenna performance (VSWR, gain), an antenna device A mounted on a portable information terminal device M was configured. The embodiment in which the antenna device A is mounted is the same as that shown in FIG. That is, a power supply line, a power supply unit, a second radiation electrode, and the like are formed on the substrate, and the first radiation electrode is provided on the back side of the LCD screen M1. In the apparatus of this actual measurement example, the above-described antenna dimensions (first radiation electrode size: 100 mm × 200 mm, second radiation electrode length: 90 mm) were used. A measurement antenna (installed on the right side of the antenna device in FIG. 1 (not shown)) is provided at a position 3 m away from the antenna device A, and the measurement antenna is connected to a network analyzer via a 50Ω coaxial cable. The antenna characteristics were measured. Specifically, as shown in FIG. 1, the horizontal direction of the keyboard mounting surface of the casing of the portable information terminal device M is X, the direction perpendicular thereto is Y, and the direction perpendicular to the keyboard mounting surface of the casing is Z. The average gain on the XY plane and VSWR were measured. The measured frequency band is 450 to 850 MHz. This frequency band includes a terrestrial digital television broadcast frequency band (470 to 770 MHz).
図9には本発明の実施例である図1、図2、図3に記載の前記アンテナ装置Aにおいて接続部をインピーダンス素子32とした場合と、従来例の磁性体チップアンテナによる場合の平均利得と周波数の関係を示す。図9に示す平均利得は、垂直偏波、垂直偏波とも地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低い側である略600MHz以下では従来例より本願発明の実施例では1dbほど高くなっている。特に垂直偏波での改善が著しい。地上デジタルテレビ放送の低い側の周波数帯域で使用するアンテナ装置の垂直偏波面の必要平均利得としては好ましくは−10dBi以上を必要とするが、本発明によれば上記低い側の周波数帯域においても利得−10dBi以上を確保することができる。水平偏波については地上デジタルテレビ放送の周波数帯域全域に亘って−8dBi以上を確保している。 FIG. 9 shows an average gain when the connecting portion is the impedance element 32 in the antenna apparatus A shown in FIGS. 1, 2, and 3 as an embodiment of the present invention and when the magnetic chip antenna of the conventional example is used. And the relationship between frequencies. The average gain shown in FIG. 9 is higher by about 1 db in the embodiment of the present invention than the conventional example at about 600 MHz or less, which is the lower side of the frequency band of digital terrestrial television broadcasting, for both vertical polarization and vertical polarization. The improvement in vertical polarization is particularly remarkable. The required average gain of the vertical polarization plane of the antenna device used in the lower frequency band of terrestrial digital television broadcasting is preferably -10 dBi or more, but according to the present invention, the gain is also obtained in the lower frequency band. -10 dBi or more can be secured. Regarding horizontal polarization, -8 dBi or more is secured over the entire frequency band of digital terrestrial television broadcasting.
図10には前記実施例と、前記従来例の磁性体チップアンテナによるVSWRと周波数の関係の測定データを示す。図10に示すVSWRは、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低い側である略600MHz以下では従来例では高く、実施例では低くなっている。特に地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低い側でVSWRが低く、優れたアンテナ特性を示していることを確認できた。地上デジタルテレビ放送の略600MHz以下の低い側の周波数帯域ではVSWRについては5以下が望ましいが、本発明によれば上記の周波数帯域においてVSWR5以下を確保することができる。 FIG. 10 shows measurement data on the relationship between VSWR and frequency by the magnetic chip antenna of the above example and the conventional example. The VSWR shown in FIG. 10 is high in the conventional example below about 600 MHz, which is the lower frequency band of digital terrestrial television broadcasting, and low in the example. In particular, it was confirmed that the VSWR was low on the low frequency band side of terrestrial digital television broadcasting, indicating excellent antenna characteristics. In the lower frequency band of about 600 MHz or less for terrestrial digital television broadcasting, VSWR is preferably 5 or less, but according to the present invention, VSWR of 5 or less can be ensured in the above frequency band.
図11には前記従来例のアンテナ装置、図12には前記実施例のアンテナ装置Aの470MHzと620MHzにおける指向性と利得の測定データを示す。例えばXY平面における指向性を比較してみると、470MHzでは従来例と実施例ではいずれもXY平面の同心円はさほど変わりないが、620MHzでは同心円がより滑らかになり垂直偏波における指向性が改善されていることがわかる。 FIG. 11 shows measurement data of directivity and gain at 470 MHz and 620 MHz of the antenna apparatus of the conventional example, and FIG. 12 shows the antenna apparatus A of the embodiment. For example, comparing the directivities in the XY plane, the concentric circles in the XY plane do not change much in the conventional example and the embodiment at 470 MHz, but the concentric circles become smoother at 620 MHz and the directivity in the vertical polarization is improved. You can see that
利得については、前記実施例のアンテナ装置AのXY平面の平均利得が前記従来例に比べ実施例では470MHzと620MHzでともに改善されている。特に470MHzでは−10.21dbのところ−8.93dbと、1db以上改善されていて地上デジタルテレビ放送帯域の低い側がより改善されていることがわかる。 Regarding the gain, the average gain in the XY plane of the antenna device A of the embodiment is improved at both 470 MHz and 620 MHz in the embodiment as compared with the conventional example. In particular, it can be seen that at 470 MHz, −8.91 db at −10.21 db is improved by 1 db or more, and the lower side of the terrestrial digital television broadcast band is further improved.
接続部3を接続導体31とした場合は、実測データは現状ではまだ集計は出来ていないが、相対的受信強度(S/N)が上がり、明らかにノイズが低減されていることを測定器で確認できており、実質的に利得が向上していることがわかる。 When the connection part 3 is the connection conductor 31, the actual measurement data has not yet been compiled, but the relative reception strength (S / N) is increased and the noise is clearly reduced with a measuring instrument. It can be confirmed that the gain is substantially improved.
前記アンテナ装置は通信機器に用いられる。例えば、前記アンテナおよびアンテナ装置は、携帯電話、無線LAN、パーソナルコンピュータ、地上デジタルテレビ放送関連機器等の通信機器に用いることができ、これらの機器を用いた通信における広帯域対応に寄与する。特に、本発明に係るアンテナまたはそれを用いたアンテナ装置を前記通信機器に搭載することにより、地上デジタルテレビ放送の受信において安定して低いVSWRと高い利得を得ることが出来る。 The antenna device is used for communication equipment. For example, the antenna and the antenna device can be used for communication devices such as a mobile phone, a wireless LAN, a personal computer, a digital terrestrial television broadcasting related device, and the like, and contribute to a broadband response in communication using these devices. In particular, by mounting the antenna according to the present invention or the antenna device using the antenna on the communication device, it is possible to stably obtain a low VSWR and a high gain in receiving digital terrestrial television broadcasting.
A:アンテナ装置、M:可般型情報端末装置、M1:LCD画面、
1:第1の放射電極1、11:第1の放射電極の接地部に近い側の縁部、
12:接地部の第1の放射電極給電に近い側の縁部、
2:第2の放射電極、21:導体、
22:基体(磁性体チップ若しくは誘電体チップ)、
3:接続部、31:接続導体、32:インピーダンス素子、
311:接続導体の端部、312:接続導体のもう一方の端部、
321:インピーダンス素子3の端部、322:インピーダンス素子3のもう一方の端部、
4:整合回路、41:キャパシタCa、
42:キャパシタCb、43:インダクタLa、411:接地電極、431:接地電極、
412:非接地電極、422:非接地電極、432:非接地電極、
5:基板、6:接地部、7:給電部、
8:給電線、81:接地線(外被覆導線)、82:信号線(芯線)、
9:受信回路、
f0:中心周波数
A: Antenna device, M: General-purpose information terminal device, M1: LCD screen,
1: the first radiation electrode 1, 11: the edge of the first radiation electrode on the side close to the ground,
12: The edge of the grounding part on the side close to the first radiation electrode feeding,
2: second radiation electrode, 21: conductor,
22: Substrate (magnetic chip or dielectric chip),
3: connection part, 31: connection conductor, 32: impedance element,
311: the end of the connection conductor, 312: the other end of the connection conductor,
321: the end of the impedance element 3, 322: the other end of the impedance element 3,
4: Matching circuit, 41: Capacitor Ca,
42: capacitor Cb, 43: inductor La, 411: ground electrode, 431: ground electrode,
412: Ungrounded electrode, 422: Ungrounded electrode, 432: Ungrounded electrode,
5: Board, 6: Grounding part, 7: Feeding part,
8: Power supply line, 81: Grounding wire (outer sheathed conductor), 82: Signal wire (core wire),
9: receiving circuit,
f 0: Center frequency
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