JP2011124620A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ部の設計の自由度が高く、小型の通信端末に対して容易に搭載することができるとともに、利得を大きくでき、広帯域なアンテナ装置を得る。
【解決手段】給電回路４０に対して並列に設けられた第１放射エレメント１５及び第２放射エレメント１６からなるアンテナ部１０と、第１放射エレメント１５と第２放射エレメント１６との間に直列に、かつ、給電回路４０とは並列に接続された結合用のインダクタンス素子Ｌとを備えたアンテナ装置。第１放射エレメント１５と第２放射エレメント１６とは非対称形状とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置、特に、携帯電話などの移動体通信端末に最適なアンテナ装置に関する。

従来、小型のアンテナとしては、特許文献１に記載のダイポール型のタグアンテナが知られている。このタグアンテナは、アンテナ共振波長の１／２よりも短い実効長を有するダイポール部の中央に給電部を設け、アンテナのインダクタンスを調整するためのインダクタンス部を給電部を挟むように設けたものである。タグインレイとして単独で設計されるアンテナであれば、設計の自由度が高いので、特許文献１に記載のアンテナのように、給電部を中心にした対称形状のダイポール部を構成することは容易である。

しかしながら、携帯電話などの移動体通信端末に搭載することを考慮すると、小型の通信端末の筺体内には種々の部品が配置されているため、アンテナが配置可能なスペースは限られている。それゆえ、左右対称形状であるダイポール部を備えたアンテナは通信端末に搭載することは極めて窮屈である。また、この種のアンテナとしては利得が大きく、広帯域であることが要求されている。

特開２００６−２９５８７９号公報

そこで、本発明の目的は、アンテナ部の設計の自由度が高く、小型の通信端末に対して容易に搭載することができるとともに、利得を大きくでき、広帯域なアンテナ装置を提供することにある。

本発明の一形態であるアンテナ装置は、
給電部に対して並列に設けられた第１放射エレメント及び第２放射エレメントからなるアンテナ部と、
第１放射エレメントと第２放射エレメントとの間に直列に、かつ、前記給電部とは並列に配置されたインダクタンス素子と、
を備え、
第１放射エレメントと第２放射エレメントとは非対称形状であること、
を特徴とする。

前記アンテナ装置において、給電部に対して並列に設けられた第１放射エレメント及び第２放射エレメントがインダクタンス素子によって結合されていることにより広帯域で使用することができる。しかも、第１及び第２放射エレメントは互いに任意の形状を採用することができ、利得の向上が可能であるとともに、アンテナ部のレイアウトの自由度が高く、狭小な筺体内に比較的容易に搭載することができる。

本発明によれば、第１及び第２放射エレメントは非対称形状であるため、アンテナ部の設計の自由度が高く、小型の通信端末に対して容易に搭載することができ、しかも、利得を大きくでき、かつ、広帯域で使用することができる。

実施例１であるアンテナ装置を示すブロック図である。 実施例１であるアンテナ装置の周波数に対する利得を示すグラフである。 実施例１であるアンテナ装置のインピーダンスを示すスミスチャート図である。 実施例２であるアンテナ装置を示すブロック図である。 実施例２であるアンテナ装置の周波数に対する利得を示すグラフである。 実施例２であるアンテナ装置のインダクタンスを示すスミスチャート図である。 実施例３であるアンテナ装置を示すブロック図である。 実施例４であるアンテナ装置を示すブロック図である。 実施例５であるアンテナ装置を示すブロック図である。 整合回路の第１例を示す等価回路図である。 整合回路の第２例を示す等価回路図である。 整合回路の第３例を示す等価回路図である。 整合回路の第２例のインピーダンスを示すスミスチャート図である。 整合回路の第２例の周波数に対する反射特性を示すグラフである。

以下、本発明に係るアンテナ装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図面において、同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施例１、図１〜図３参照）
実施例１であるアンテナ装置は、図１に示すように、給電回路４０に対して並列に設けられた第１放射エレメント１５及び第２放射エレメント１６からなるアンテナ部１０と、結合用インダクタンス素子Ｌとで構成されており、第１放射エレメント１５と第２放射エレメント１６とは非対称形状とされている。

即ち、第１放射エレメント１５は比較的小さい面積であり、第２放射エレメント１６は比較的大きい面積とされている。また、アンテナ部１０の電気長Ｔはλ／２（λは使用周波数）であることが利得の点で、あるいは、アンテナ部１０と給電回路４０とのインピーダンスを合わせる点で好ましい。なお、電気長Ｔはλ／２の整数倍であってもよい。

給電回路４０は、図示しないＲＦ回路を備えた平衡給電型であり、携帯電話などの移動体通信端末に組み込まれている。結合用インダクタンス素子Ｌは、第１放射エレメント１５と第２放射エレメント１６との間に直列に、かつ、給電回路４０とは並列に接続されている。

以上の構成において、アンテナ部１０は、第１放射エレメント１５及び第２放射エレメント１６が結合用インダクタンス素子Ｌによって結合されていることにより広帯域で利得が大きい。具体的には、インダクタンス素子Ｌを６０〜８０ｎＨに設定した場合、図２に示すように、９００ＭＨｚ〜１．１ＧＨｚにわたって良好な利得を有している。周波数ｆ₀はインダクタンス素子Ｌがない場合の共振周波数であり、インダクタンス素子Ｌによって縮退が解け、共振周波数ｆ₁、ｆ₂が現れ、広帯域を実現できる。周波数帯Δｆ（ｆ₀−ｆ₁、ｆ₂−ｆ₀）はインダクタンス素子Ｌの値によって決まる。

即ち、インダクタンス素子Ｌのインダクタンス値によって通過周波数帯を調整することができ、インダクタンス値を大きくすると周波数帯Δｆが広くなり、小さくすると周波数帯Δｆが狭くなる。なお、インダクタンス素子Ｌのインダクタンス値は、第１及び第２放射エレメント１５，１６の材質、形状又はサイズ、あるいは、エレメント１５，１６が配置される基材の比誘電率などによっても変化する。

また、第１及び第２放射エレメント１５，１６の形状やサイズ比は任意であるが、その形状によって放射指向性を好ましい特性とすることがでる。一方、アンテナ部１０の利得がプラスの領域におけるインピーダンスは、図３のスミスチャートに示すように、大きくばらついており、通常は、５〜１０Ωである。なお、給電回路４０のインピーダンスは通常５０Ωである。従って、以下に説明するように、アンテナ部１０と給電回路４０との間に整合回路を挿入することが好ましい。

以上のごとく実施例１のアンテナ装置においては、第１放射エレメント１５及び第２放射エレメント１６がインダクタンス素子Ｌによって結合されていることにより広帯域で使用することができる。しかも、第１及び第２放射エレメント１５，１６は互いに任意の形状を採用することができ、利得の向上が可能である。また、アンテナ部１０のレイアウトの自由度が高く、第１又は第２放射エレメント１５，１６の少なくともいずれか一方として、携帯電話などの移動体通信端末に搭載されているプリント配線基板のグランド導体を用いることができる。従って、アンテナ装置を移動体通信端末の狭小な筺体内に比較的容易に搭載することができる。

（実施例２、図４〜図６参照）
実施例２であるアンテナ装置は、図４に示すように、インダクタンス素子Ｌのインダクタンス値を２０ｎＨと小さく設定したものであり、他の構成は図１に示す実施例１と同様である。

本実施例２では、結合用インダクタンス素子Ｌのインダクタンス値が小さいため（サイズの大きい第２放射エレメント１６のインダクタンス値の約１／３以下の場合）、縮退が解けることはなく、図５に示す利得特性となる。また、アンテナ部１０のインピーダンスは、図６のスミスチャートに示すように、特定のインピーダンスポイントにインピーダンスカーブが集中している。これは、特定の周波数（図５では１．１ＧＨｚ）をインピーダンス整合回路によりインピーダンス整合させることが容易になることを示している。しかし、特定の周波数近傍でのみ利得特性が得られているので狭帯域アンテナ用に使用できる。その他の本実施例２における作用効果は前記実施例１での説明が妥当する。

（実施例３、図７参照）
実施例３であるアンテナ装置は、図７に示すように、互いに磁気結合しているインダクタンス素子Ｌ１１，Ｌ１２を配置したもので、インダクタンス素子Ｌ１１，Ｌ１２の端部はショートスタブとされている。この場合、インダクタンス素子Ｌ１１，Ｌ１２のインダクタンス値は磁気結合度で決まる。インダクタンス素子Ｌ１１，Ｌ１２が同相に巻回されている場合は両者の結合が強くなり、逆相に巻回されている場合にはインピーダンスが大きくなるのでより広帯域になる。

実施例３における他の構成は前記実施例１と同様であり、その作用効果も実施例１と同様である。

（実施例４、図８参照）
アンテナ装置は、図８に示すように、互いに磁気結合しているインダクタンス素子Ｌ１１，Ｌ１２はオープンスタブであってもよい。

（実施例５、図９参照）
アンテナ装置は、図９に示すように、給電回路４０が不平衡給電型であってもよく、グランドＧＮＤはサイズが有限である。

（整合回路、図１０〜図１４参照）
前記アンテナ装置においては、前述のように、アンテナ部１０と給電回路４０との間に整合回路が配置されることが好ましい。ここで、整合回路について説明する。

図１０は整合回路の第１例を示し、一対の信号ライン１１，１２に対して直列に接続され、互いに異なる共振周波数を有し、かつ、互いに結合した第１共振回路２１及び第２共振回路２２を有している。第１共振回路２１は第１インダクタンス素子Ｌ１と第１キャパシタンス素子Ｃ１とからなるＬＣ共振回路であり、第２共振回路２２は第２インダクタンス素子Ｌ２と第２キャパシタンス素子Ｃ２とからなるＬＣ共振回路である。このような整合回路にて、アンテナ部１０のインピーダンスと給電回路４０のインピーダンスを広帯域で整合させることができる。

図１１は整合回路の第２例を示し、前記第１例の整合回路に対して第１共振回路２１と給電回路４０との間に第３キャパシタンス素子Ｃ３を接続したものである。

図１２は整合回路の第３例を示し、第１及び第２インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の一方端を第４キャパシタンス素子Ｃ４を介して信号ライン１２に接続したものである。

次に、整合回路の作用効果について図１１に示した第２例に基づいて説明する。まず、各素子の数値を例示すると、例えば、結合用インダクタンス素子Ｌは１２ｎＨ、第１インダクタンス素子Ｌ１は１１ｎＨ、第２インダクタンス素子Ｌ２は１２ｎＨであり、第１キャパシタンス素子Ｃ１は４ｐＦ、第２キャパシタンス素子Ｃ２は３．５ｐＦ、第３キャパシタンス素子Ｃ３は１ｐＦである。

整合回路は、一対の信号ライン１１，１２に対して直列に接続され、互いに異なる共振周波数を有し、かつ、互いに結合した第１共振回路２１及び第２共振回路２２を有していることにより、アンテナ部１０のインピーダンスと給電回路４０のインピーダンスを広帯域で整合させる。具体的には、整合回路は、図１３のスミスチャートに示すように、アンテナ部１０のインピーダンスの実数部を５０Ωに合わせることができる。また、整合回路は、図１４に示すように、９００ＭＨｚ〜２ＧＨｚにわたって良好な反射特性を有することになる。なお、整合回路はインピーダンスの虚数部に影響することはなく、虚数部は様々な値になる。

このように、アンテナ装置は、広帯域のアンテナ部１０に広帯域でインピーダンスを整合できる整合回路を設けることにより、広い周波数帯域で使用することができる。また、整合回路において、ＬＣ共振回路の段数は２より多い多段に構成してもよく、多段に構成すれば、インピーダンスの整合が取りやすくなる。

（他の実施例）
なお、本発明に係るアンテナ装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

以上のように、本発明は、アンテナ装置に有用であり、特に、アンテナ部の設計の自由度が高い点で優れている。

１０…アンテナ部
１５…第１放射エレメント
１６…第２放射エレメント
４０…給電回路
Ｌ，Ｌ１１，Ｌ１２…結合用インダクタンス素子

Claims (7)

1. 給電部に対して並列に設けられた第１放射エレメント及び第２放射エレメントからなるアンテナ部と、
   第１放射エレメントと第２放射エレメントとの間に直列に、かつ、前記給電部とは並列に接続されたインダクタンス素子と、
   を備え、
   第１放射エレメントと第２放射エレメントとは非対称形状であること、
   を特徴とするアンテナ装置。
2. 第２放射エレメントの電気長が第１放射エレメントの電気長よりも長いこと、を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 第１又は第２放射エレメントとして移動体通信端末に搭載されている基板に配置されたグランド導体を用いること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記インダクタンス素子は単一のインダクタからなること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記インダクタンス素子は複数のインダクタを含み、各インダクタは互いに磁気結合していること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記給電部は平衡給電型又は不平衡給電型であること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記アンテナ部と前記給電部との間に整合回路が配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。

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