JP2012129623A - アンテナ素子及び携帯無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】１素子で広帯域にマルチバンドに対応させることができるアンテナ素子及び該アンテナ素子を用いた携帯無線機を提供する。
【解決手段】第１の放射素子３Ａを第２の放射素子３Ｂに近接配置させて、第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂを容量結合させるようにした。これにより、第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂとの両方で第１の放射素子３Ａの共振周波数及び第２の放射素子３Ｂの共振周波数とは異なる周波数に共振させることができ、１素子でマルチバンドに対応させることが可能となる。例えば、第１の放射素子３Ａがハイバンド素子として１．７ＧＨｚ〜２ＧＨｚ帯に対応し、第２の放射素子３Ｂがローバンド素子として８００ＭＨｚ帯に対応し、第１、第２の放射素子３Ａ，３Ｂ全体で１．５ＧＨｚ帯に対応させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ素子及び該アンテナ素子を備えた携帯無線機に関する。

近年、携帯電話は、高機能化に伴い、８００ＭＨｚ帯及び１．５ＧＨｚ〜２ＧＨｚ帯等の複数の周波数帯を使用するようになってきている。このようなマルチバンド化に伴い、当然ながらアンテナ素子もマルチバンドに対応したものが用いられている。マルチバンド化に対応させたアンテナ素子（アンテナ部、アンテナ装置）として、例えば特許文献１〜３に記載されているものが知られている。

特許文献１に記載されたアンテナ部は、ハイバンド素子とローバンド素子の１給電２分岐素子で、ローバンド素子を極力給電側根本で分岐し、またローバンド素子の途中にリアクタンス成分を装荷する一方、ハイバンド素子の帯域をカットして電磁結合により効率劣化を回避させるようにしている。特許文献２に記載されたアンテナ装置は、２分岐素子に別ピース１素子を加えた構成で、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）及びＤＣＳ（Digital Cellular System）／ＰＣＳ（Personal Communication Service）素子は分岐させ、ＧＳＭ素子側をコイルもしくはメアンダ形状に形成して小型化を図る一方、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）帯は別素子で構成し、アイソレーションを確保するようにしている。特許文献３に記載されたアンテナ装置は、給電素子と、該給電素子に対向してグランド（ＧＮＤ）に接地した無給電素子とを備え、給電素子と無給電素子を容量結合させ、ループアンテナとして動作させるようにしている。

なお、ＧＳＭの周波数帯は８８０〜９６０ＭＨｚ、ＤＣＳの周波数帯は１７１０〜１８８０ＭＨｚ、ＰＣＳの周波数帯は１８５０〜１９９０ＭＨｚであり、８８０〜９６０ＭＨｚをローバンド帯、１７１０〜１８８０ＭＨｚ及び１８５０〜１９９０ＭＨｚをハイバンド帯と呼んでいる。

特開２００８−０７２２０４号公報 特開２００７−２８１９９０号公報 特開２００６−０３３７９８号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３で開示された従来技術には以下に示す課題がある。
（１）図６は特許文献１でのアンテナ部におけるＶＳＷＲの測定結果を示す図である。図６において、縦軸がＶＳＷＲ、横軸が周波数である。図６に示す測定結果から分るように、特許文献１に記載されたアンテナ部は、例えば１．５ＧＨｚ帯などの１．７ＧＨｚ帯よりも低い周波数帯域までカバーしようとした場合に、ＶＳＷＲを全帯域で良好にすることができず、ハイバンド側をさらに広帯域にカバーすることが非常に困難である。
（２）特許文献２に記載されたアンテナ装置は、１素子でさらに複数のバンドに対応させることが困難である。なお、このアンテナ装置は、もともと別素子を用いてバンドを増やす構成としているので、明らかに１素子で複数のバンド（マルチバンド）に対応させることは困難である。
（３）特許文献３に記載されたアンテナ装置も特許文献２に記載されたアンテナ装置と同様に１素子でマルチバンドに対応させることが困難である。
このように、従来技術では１素子でマルチバンドに対応させることが困難である。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、１素子で広帯域にマルチバンドに対応させることができるアンテナ素子及び該アンテナ素子を用いた携帯無線機を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ素子は、第１の放射素子と、第２の放射素子とから構成され、前記第１の放射素子は、前記第２の放射素子の給電側に電気的に接続されており、前記第２の放射素子は、前記第１の放射素子と少なくとも一部は、容量結合可能な程度に近接配置されている。

上記構成によれば、第１の放射素子を第２の放射素子に近接配置させて、第１の放射素子と第２の放射素子を容量結合させるようにしたので、第１の放射素子と第２の放射素子との両方で第１の放射素子の共振周波数及び第２の放射素子の共振周波数とは異なる周波数に共振させることができ、１素子でマルチバンドに対応させることが可能となる。

上記構成において、前記第１の放射素子が、第１の周波数帯で共振し、前記第２の放射素子が、前記第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯で共振し、前記第２の放射素子と、前記第１の放射素子と少なくとも一部が、容量結合可能な程度に近接配置されていることにより、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子が、前記第１の周波数帯より低く、前記第２の周波数帯より高い、第３の周波数帯で共振する。

上記構成によれば、例えば、第１の放射素子がハイバンド素子として１．７ＧＨｚ〜２ＧＨｚ帯に対応し、第２の放射素子がローバンド素子として８００ＭＨｚ帯に対応する場合、第１、第２の放射素子全体で１．５ＧＨｚ帯に対応させることができる。

上記構成において、前記第１の放射素子と、前記第２の放射素子との近接距離は、前記第３の周波数帯の波長の略１／２００以下である。

上記構成によれば、第１の放射素子と第２の放射素子との近接距離を第３の周波数帯の波長の略１／２００以下とすることで、第１の放射素子と第２の放射素子とを効率良く容量結合させることができる。

上記構成において、前記第２の放射素子の一部はリアクタンス成分を有する素子で構成される。

上記構成によれば、リアクタンス成分を有する素子を調整することで、第２の周波数帯の共振周波数の調整を行うことができる。

上記構成において、前記リアクタンス成分を有する素子はメアンダ素子で構成される。

上記構成によれば、リアクタンス成分を有する素子をメアンダ素子で構成することで、狭いスペースに効率よく収容することができる。

本発明の携帯無線機は、上記いずれかのアンテナ素子を搭載した。

上記構成によれば、マルチバンド対応とした場合、アンテナ素子を複数用意することなく１つのアンテナ素子で済ますことができ、機器の小型化が図れる。

本発明によれば、第１の放射素子と第２の放射素子とを近接させて、第１の放射素子と第２の放射素子とが容量結合するようにしたので、第１の放射素子と第２の放射素子との両方で第１の放射素子の共振周波数及び第２の放射素子の共振周波数とは異なる周波数に共振させることができ、１素子でマルチバンドに対応させることができる。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子を示す図 図１のアンテナ素子における周波数帯別の動作領域を示す図 図１のアンテナ素子を用いた携帯無線機の一部を示す斜視図 図１のアンテナ素子のＶＳＷＲ測定結果を示す図 図１のアンテナ素子の応用例を示す図 従来技術のアンテナ部のＶＳＷＲ測定結果を示す図

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子を示す図である。同図において、本実施の形態のアンテナ素子１は、平面板状の絶縁性基板（例えば、ガラスエポキシ基板）２と、この絶縁性基板２の一方の側の面に積層された導電性部材３とを備える。導電性部材３は、第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂを構成する。第１の放射素子３Ａは、アンテナ素子１の基端部１Ａの全域から上部１Ｂの上側約半分の領域で構成される。第２の放射素子３Ｂは、アンテナ素子１の基端部１Ａの略下半分の領域から上部１Ｂの下側約半分の領域で構成される。

第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂは、アンテナ素子１の基端部１Ａ側で電気的に接続されており、また、第１の放射素子３Ａが第２の放射素子３Ｂと容量結合可能な程度に第２の放射素子３Ｂに近接配置されている。第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂが容量結合することで、第１の放射素子３Ａ及び第２の放射素子３Ｂそれぞれの単独での周波数帯と異なる周波数帯に共振することになる。すなわち、第１の放射素子３Ａが共振する第１の周波数帯より低く、第２の放射素子３Ｂが共振する第２の周波数帯より高い、第３の周波数帯に共振させることができる。第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂとの近接距離Ｌは第３の周波数帯の波長の略１／２００以下となる。この仕様においては、第１の放射素子３Ａがハイバンド素子として１．７ＧＨｚ〜２ＧＨｚ帯に共振し、第２の放射素子３Ｂがローバンド素子として８００ＭＨｚ帯に共振し、第１、第２の放射素子３Ａ，３Ｂ全体で１．５ＧＨｚ帯に共振する。また第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂとの近接距離Ｌは０．５ｍｍ程度であり、１．５ＧＨｚの波長（≒２００ｍｍ）の１／２００以下となっている

なお、第１の放射素子３Ａを第２の放射素子３Ｂと容量結合できるように第１の放射素子３Ａを第２の放射素子３Ｂに近接配置する場合、なるべく多くの面積を近接させるのが望ましいが、多くの面積を近接させるには第１の放射素子３Ａの素子長が必要であるため、所望の周波数に共振を合わせるのが困難になる。そこで、本実施の形態のアンテナ素子１では、第１の放射素子３Ａの第２の放射素子３Ｂと近接しない部分の一部（これを“カット部”と呼ぶ）３Ａ１をカットして共振周波数を調整している。この場合、カット部３Ａ１の面積が大きくなるに従って共振周波数が高くなる。

図２は、アンテナ素子１における周波数帯別の動作領域を示す図である。図２の（ａ）は第１の放射素子３Ａとしての動作領域であり、上記した仕様では１．７ＧＨｚ〜２ＧＨｚのハイバンドの周波数帯で動作する。図２の（ｂ）は第２の放射素子３Ｂとしての動作領域であり、上記した仕様では８００ＭＨｚのローバンドの周波数帯で動作する。図２の（ｃ）は第１の放射素子３Ａ及び第２の放射素子３Ｂとしての動作領域であり、上記した仕様では１．５ＧＨｚのミドルバンドの周波数帯で動作する。このように、アンテナ素子１は、第１の放射素子３Ａが共振する第１の周波数帯と第２の放射素子３Ｂが共振する第２の周波数帯の他に第３の周波数帯にも共振するので、マルチバンド化に対応する。

また、アンテナ素子１では、第２の放射素子３Ｂの一部を、リアクタンス成分を有するメアンダ素子３Ｂ１で構成している。このリアクタンス成分を有するメアンダ素子３Ｂ１の長さを調整することで、共振周波数の調整を行うことができる。なお、第２の放射素子３Ｂの一部を、リアクタンス成分を有するメアンダ素子３Ｂ１に限定するものではないが、メアンダ素子３Ｂ１で構成することで、狭いスペースに効率よく収容することができ、アンテナ素子１の小型化が図れる。

アンテナ素子１の基端部１Ａの下端には、先端が円弧状に丸みを帯びた給電端子４が形成されている。この給電端子４は、回路基板に設けられた給電用のピンと接触して、そのピンを介してアンテナ素子１に給電が行われるようになっている。図３は、アンテナ素子１を用いた携帯無線機１０の一部を示す斜視図である。同図において、携帯無線機１０の回路基板１１には給電用のピン１２が設けられており、このピン１２にアンテナ素子１の給電端子４が接触するようにアンテナ素子１が携帯無線機１０の筐体（図示略）に固定される。アンテナ素子１の裏面側（回路基板１１に対向していない側）には両面テープ（図示略）が貼り付けられており、この両面テープでアンテナ素子１が携帯無線機１０の筐体（図示略）に固定される。また、アンテナ素子１には位置決め用の孔５，６が形成されており、これらの孔５，６を携帯無線機１０の筐体（図示略）に形成された突起（図示略）に入れることで、アンテナ素子１が位置決めされる。

図４は、本実施の形態のアンテナ素子１におけるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の測定結果を示す図である。図４において、縦軸がＶＳＷＲ、横軸が周波数である。図４及び図６に示す測定結果から分るように、本実施の形態のアンテナ素子１は、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯のいずれも特許文献１に記載されたアンテナ部よりＶＳＷＲ値が低くなっている。特に、１．５ＧＨｚ帯でのＶＳＷＲ改善効果が顕著に現れている。

このように本実施の形態のアンテナ素子１によれば、第１の放射素子３Ａを第２の放射素子３Ｂに近接配置させて、第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂを容量結合させるようにしたので、第１の放射素子３Ａと第２の放射素子３Ｂとの両方で第１の放射素子３Ａの共振周波数及び第２の放射素子３Ｂの共振周波数とは異なる周波数に共振させることができ、１素子でマルチバンドに対応させることが可能となる。例えば、第１の放射素子３Ａがハイバンド素子として１．７ＧＨｚ〜２ＧＨｚ帯に対応し、第２の放射素子３Ｂがローバンド素子として８００ＭＨｚ帯に対応し、第１、第２の放射素子３Ａ，３Ｂ全体で１．５ＧＨｚ帯に対応させることができる。

また、第２の放射素子３Ｂの一部を、リアクタンス成分を有するメアンダ素子３Ｂ１で構成したので、共振周波数の調整を行うことができる。また、アンテナ素子１の小型化が図れ、狭いスペースに効率よく収容することができる。

なお、本実施の形態のアンテナ素子１では、第１の放射素子３Ａの第２の放射素子３Ｂに近接させる部分の大きさを、図１に示すようにアンテナ素子１の上部１Ｂの略全域に及ぶ大きさとしたが、必ずしもそのような大きさにする必要はなく、仕様によって様々な大きさにすることができる。

また、本実施の形態のアンテナ素子１ではリアクタンス成分をメアンダ素子で構成しているが、必ずしもメアンダ素子で構成する必要はなく、例えばチップタイプのインダクタおよびキャパシタを用いても良い。

また、第１の放射素子３Ａの第２の放射素子３Ｂに近接させる部分を、絶縁性基板２の第２の放射素子３Ｂが設けられた側の面と反対側の面に設けることも可能である。図６は、その一例のアンテナ素子２０を示す図である。同図に示すように、第１の放射素子３Ａの第２の放射素子３Ｂに近接させる素子部分３Ａ２を、絶縁性基板２の第２の放射素子３Ｂが設けられた側の面と反対側の面に設けている。この素子部分３Ａ２とアンテナ素子２０の基端部２０Ａ側の導電性部材３のとの接続を、基端部２０Ａ側に設けたスルーホール２０Ｂにて行っている。

本発明は、１素子で広帯域にマルチバンドに対応させることができるといった効果を有し、携帯電話等の携帯無線機への適用が可能である。

１、２０ アンテナ素子
１Ａ 基端部
１Ｂ 上部
２ 絶縁性基板
３ 導電性部材
３Ａ 第１の放射素子
３Ａ１ カット部
３Ａ２ 素子部分
３Ｂ 第２の放射素子
３Ｂ１ メアンダ素子
４ 給電端子
５、６ 孔
１０ 携帯無線機
１１ 回路基板
１２ ピン
２０Ａ 基端部
２０Ｂ スルーホール

Claims (6)

1. 第１の放射素子と、第２の放射素子とから構成され、
   前記第１の放射素子は、前記第２の放射素子の給電側に電気的に接続されており、
   前記第２の放射素子は、前記第１の放射素子と少なくとも一部は、容量結合可能な程度に近接配置されているアンテナ素子。
2. 前記第１の放射素子が、第１の周波数帯で共振し、
   前記第２の放射素子が、前記第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯で共振し、
   前記第２の放射素子と、前記第１の放射素子と少なくとも一部が、容量結合可能な程度に近接配置されていることにより、
   前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子が、前記第１の周波数帯より低く、前記第２の周波数帯より高い、第３の周波数帯で共振する請求項１に記載のアンテナ素子。
3. 前記第１の放射素子と、前記第２の放射素子との近接距離は、前記第３の周波数帯の波長の略１／２００以下である請求項２に記載のアンテナ素子。
4. 前記第２の放射素子の一部はリアクタンス成分を有する素子で構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ素子。
5. 前記リアクタンス成分を有する素子はメアンダ素子で構成される請求項４に記載のアンテナ素子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ素子を搭載した携帯無線機。

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