JP2012134577A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアンテナ装置に係り、より詳細には無線通信装置に内蔵される小型のマルチバンドアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to a small multiband antenna device built in a wireless communication device.
近年、無線通信装置用の内蔵アンテナの開発が進められている。こうしたアンテナとしては例えば高速データ通信に適したＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）専用の内蔵アンテナや、セルラー（ｃｅｌｌｕｌａｒ）用の内蔵アンテナなどが挙げられる。携帯型の無線通信装置の場合は、アンテナを使用者の頭部に近接させた状態で使用することがあるため、通信時にアンテナから放射される電磁波による人体への影響が懸念されており、特定部位に吸収される単位時間又は単位質量当たりの電磁波の量（電力）として定義されるＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を低減する技術が求められている。 In recent years, development of a built-in antenna for a wireless communication device has been promoted. Examples of such an antenna include a built-in antenna dedicated to UWB (Ultra Wide Band) suitable for high-speed data communication, a built-in antenna for cellular, and the like. In the case of a portable wireless communication device, the antenna may be used in the state of being close to the user's head, so there is a concern about the influence of electromagnetic waves radiated from the antenna during communication on the human body. There is a need for a technique for reducing the SAR (Specific Absorption Rate) defined as the amount of electromagnetic waves per unit time or unit mass (power) absorbed by a part.
そこで、従来のＳＡＲを低減させる技術として、無線通信装置の内蔵アンテナについて、アンテナ素子を追加することにより、人体側への電磁界分布を低減させてＳＡＲ改善を図るもの（例えば、特許文献１参照。）や、同じくアンテナ素子を追加して電流密度分を弱めることにより、ＳＡＲを改善しようとするもの（例えば、特許文献２参照。）がある。また、無線通信装置の筐体外側に磁性体シートを装着することにより、シールド効果を得てＳＡＲを改善しようとするものがある（例えば、特許文献３参照。）。 Therefore, as a conventional technique for reducing the SAR, an antenna element is added to the built-in antenna of the wireless communication device, thereby reducing the electromagnetic field distribution on the human body side and improving the SAR (for example, see Patent Document 1). )), And there is one that attempts to improve SAR by adding an antenna element to weaken the current density (see, for example, Patent Document 2). In addition, there is one that attempts to improve the SAR by obtaining a shielding effect by attaching a magnetic sheet to the outside of the housing of the wireless communication device (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、特許文献１及び２に開示された従来のアンテナ装置は、部品数の増加によるコストの増加や、アンテナサイズの大型化といった問題を有していた。また、特許文献３に開示された従来のアンテナ装置についても、磁性体シートを装着することによるコストの増加や、アンテナ設計自由度の低下、搭載スペースの減少等の問題を有する。 However, the conventional antenna devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 have problems such as an increase in cost due to an increase in the number of components and an increase in antenna size. The conventional antenna device disclosed in Patent Document 3 also has problems such as an increase in cost due to the mounting of the magnetic sheet, a decrease in the degree of freedom in antenna design, and a decrease in mounting space.
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することが可能なアンテナ装置及び無線通信装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the problem of such a conventional configuration, and provides an antenna device and a wireless communication device capable of reducing SAR while maintaining antenna performance. Objective.
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、地板と、前記地板の端部に配置されたアンテナエレメントと、前記地板と前記アンテナエレメントとの間に配置された給電部と、を備え、前記アンテナエレメントは少なくとも一つのヘリカル構造を含み、前記ヘリカル構造は、一部に旋回方向の異なる部分を含むことを特徴とする。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することができる。 An antenna device according to an embodiment of the present invention includes a ground plane, an antenna element disposed at an end of the ground plane, and a power feeding section disposed between the ground plane and the antenna element. The element includes at least one helical structure, and the helical structure includes a part having a different turning direction in part. According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the SAR while maintaining the antenna performance.
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記ヘリカル構造は、右旋回部と左旋回部とを含んでもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することができる。 In the antenna device according to an embodiment of the present invention, the helical structure may include a right turning portion and a left turning portion. According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the SAR while maintaining the antenna performance.
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記ヘリカル構造は、前記ヘリカル構造の中央部から前記右旋回部と前記左旋回部とが同じターン数で配置されてもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することができる。 In the antenna device according to an embodiment of the present invention, in the helical structure, the right turning part and the left turning part may be arranged with the same number of turns from a central part of the helical structure. According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the SAR while maintaining the antenna performance.
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記ヘリカル構造は、前記右旋回部と前記左旋回部とが異なるターン数で配置されてもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することができる。 In the antenna device according to an embodiment of the present invention, the helical structure may be arranged with a different number of turns in the right turning portion and the left turning portion. According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the SAR while maintaining the antenna performance.
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記ヘリカル構造は、誘電体の周りに前記誘電体に沿って配置されてもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、ヘリカル構造を形成することが容易となる。 In the antenna device according to an embodiment of the present invention, the helical structure may be disposed around the dielectric along the dielectric. According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is easy to form a helical structure.
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記誘電体は直方体形状を有してもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、チップマウンターにより基板等に表面実装が容易となるため、アンテナ装置の製品化が容易になる。 In the antenna device according to an embodiment of the present invention, the dielectric may have a rectangular parallelepiped shape. According to the antenna device according to an embodiment of the present invention, surface mounting on a substrate or the like is facilitated by a chip mounter, so that the antenna device can be easily commercialized.
また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記アンテナエレメントは、折り返しＬ型アンテナであってもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することができる。 In the antenna device according to an embodiment of the present invention, the antenna element may be a folded L-type antenna. According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the SAR while maintaining the antenna performance.
また、本発明の一実施形態に係る無線通信装置は、前記アンテナ装置を備えることを特徴とする。本発明の一実施形態に係る無線通信装置によれば、アンテナ装置はアンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することができる。 In addition, a wireless communication device according to an embodiment of the present invention includes the antenna device. According to the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention, the antenna apparatus can reduce the SAR while maintaining the antenna performance.
上述のように、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置およびこれを備える無線通信装置によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することが可能なアンテナ装置を提供することができる。 As described above, according to the antenna device and the wireless communication device including the antenna device according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an antenna device capable of reducing the SAR while maintaining the antenna performance.
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement in various aspects.
（本発明に至る経緯）
無線通信装置用の内蔵アンテナを設計するにあたり、通常は使用周波数帯域、アンテナ体積、アンテナ搭載位置、地板（ＧＮＤ−Ｐｌａｎｅ）サイズ、ＳＡＲ等の様々な条件を考慮する必要がある。以下、本発明の実施形態に係るアンテナ装置に至る経緯として、現行セルラーバンドであるＧＳＭ９００（０．８８〜０．９６ＧＨｚ）の周波数帯で使用される０．９ＧＨｚにおいて中心周波数が得られるように電磁界シミュレーションを用いて設計した、ヘリカル構造を有する従来のアンテナ装置１０及び比較例１、２に係るアンテナ装置２０、３０の構成について、図１７〜図２６を参照して説明する。
(Background to the present invention)
In designing a built-in antenna for a wireless communication apparatus, it is usually necessary to consider various conditions such as a used frequency band, an antenna volume, an antenna mounting position, a ground plane (GND-Plane) size, and a SAR. Hereinafter, as the background to the antenna device according to the embodiment of the present invention, the electromagnetic frequency is obtained so that the center frequency is obtained at 0.9 GHz used in the frequency band of GSM900 (0.88 to 0.96 GHz) which is the current cellular band. The configuration of the conventional antenna device 10 having a helical structure and the antenna devices 20 and 30 according to Comparative Examples 1 and 2 designed using field simulation will be described with reference to FIGS.
（従来例）
図１７は、従来のアンテナ装置１０の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置１０を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置１０のアンテナエレメントを拡大して示した図である。図１８は、従来例１に係るアンテナ装置１０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置１０のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置１０の放射パターンを示す図である。図１９は、従来例１に係るアンテナ装置１０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置１０のＳＡＲ分布を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置１０の磁場分布を示す図である。
(Conventional example)
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional antenna device 10, (a) is an external perspective view showing the antenna device 10, and (b) is an enlarged view of an antenna element of the antenna device 10. It is a figure. 18A and 18B are diagrams for explaining the characteristics of the antenna device 10 according to the related art 1. FIG. 18A is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 10, and FIG. 18B is the radiation of the antenna device 10. It is a figure which shows a pattern. FIG. 19 is a diagram for explaining the characteristics of the antenna device 10 according to the related art 1. FIG. 19A is a graph showing the SAR distribution of the antenna device 10, and FIG. 19B is a magnetic field of the antenna device 10. It is a figure which shows distribution.
図１７（ａ）を参照すると、アンテナ装置１０は、アンテナエレメント１１と、給電部１２と、地板１３とを含む。アンテナ装置１０は、アンテナエレメント１１の形状をヘリカルアンテナとして設計したシミュレーションモデルである。地板１３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。アンテナエレメント１１は、地板１３の長手方向の端部に設置した。給電部１２は、アンテナエレメント１１と地板１３との間に配置される。 Referring to FIG. 17A, the antenna device 10 includes an antenna element 11, a power feeding unit 12, and a ground plane 13. The antenna device 10 is a simulation model in which the shape of the antenna element 11 is designed as a helical antenna. The base plate 13 was a thin plate having a size of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal. The antenna element 11 was installed at the end of the main plate 13 in the longitudinal direction. The power feeding unit 12 is disposed between the antenna element 11 and the ground plane 13.
図１７（ｂ）に図示したように、アンテナエレメント１１は、巻き方向が右巻きのヘリカル構造を有する。アンテナエレメント１１のヘリカル構造は、直径が６ｍｍ、ピッチが２．５ｍｍ、ターン数が６＋１／３である。図１７（ｂ）に図示したヘリカル構造のＺ軸方向の高さｅ１＝１８ｍｍである。 As shown in FIG. 17B, the antenna element 11 has a helical structure in which the winding direction is right-handed. The helical structure of the antenna element 11 has a diameter of 6 mm, a pitch of 2.5 mm, and a number of turns of 6 + 1/3. The height e1 = 18 mm in the Z-axis direction of the helical structure shown in FIG.
アンテナ装置１０のＶＳＷＲ特性及びアンテナ放射パターンをシミュレーションにより解析したところ、図１８（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示した結果を得た。図１８（ａ）を参照すると、アンテナ装置１０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図１８（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置１０の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。アンテナ装置１０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 When the VSWR characteristic and the antenna radiation pattern of the antenna device 10 were analyzed by simulation, the results shown in FIGS. 18A and 18B were obtained. Referring to FIG. 18 (a), it can be seen that the antenna device 10 generally has a good VSWR performance as a radio communication device antenna in the GSM900 frequency band. FIG. 18B shows the radiation pattern of the antenna device 10 at the center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The antenna device 10 has good performance in the GSM900 frequency band.
図１９（ａ）は、アンテナ装置１０のＳＡＲ分布を示し、図１９（ｂ）は、アンテナ装置１０の磁場分布を示した図である。図１９（ａ）を参照すると、アンテナ装置１０は、ＳＡＲのホットスポット（Ｈｏｔ−Ｓｐｏｔ）が一点に集中していることがわかる。また、図１９（ｂ）を参照すると、アンテナ装置１０の磁場の方向が一方向に揃っていることがわかる。 FIG. 19A shows the SAR distribution of the antenna device 10, and FIG. 19B shows the magnetic field distribution of the antenna device 10. Referring to FIG. 19A, it can be seen that the SAR hot spots (Hot-Spots) are concentrated at one point in the antenna device 10. Further, referring to FIG. 19B, it can be seen that the direction of the magnetic field of the antenna device 10 is aligned in one direction.
このような従来のアンテナ装置１０のシミュレーション結果に基づき、本発明者は、アンテナ性能を維持したまま、ＳＡＲを改善することのできるアンテナ装置を考察し、以下の比較例１及び２に係るアンテナ装置２０、３０に至った。 Based on the simulation result of the conventional antenna device 10 as described above, the inventor considered an antenna device capable of improving the SAR while maintaining the antenna performance, and the antenna devices according to Comparative Examples 1 and 2 below. 20 and 30.
（比較例１）
図２０は、本発明のアンテナ装置に対する比較例１に係るアンテナ装置２０の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置２０を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置２０のアンテナエレメント２１を拡大して示した図である。図２１は、図２０に示した比較例１に係るアンテナ装置２０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置２０のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置２０の放射パターンを示す図である。図２２は、図２０に示した比較例１に係るアンテナ装置２０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置２０のＳＡＲ分布を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置２０の磁場分布を示す図である。
(Comparative Example 1)
20 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 20 according to Comparative Example 1 for the antenna device of the present invention, (a) is an external perspective view showing the antenna device 20, and (b) is an antenna device. It is the figure which expanded and showed 20 antenna elements 21. FIG. FIG. 21 is a diagram for explaining the characteristics of the antenna device 20 according to Comparative Example 1 shown in FIG. 20, (a) is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 20, and (b) is 3 is a diagram illustrating a radiation pattern of the antenna device 20. FIG. FIG. 22 is a diagram for explaining the characteristics of the antenna device 20 according to Comparative Example 1 shown in FIG. 20, (a) is a graph showing the SAR distribution of the antenna device 20, and (b) is 4 is a diagram showing a magnetic field distribution of the antenna device 20. FIG.
図２０（ａ）を参照すると、比較例１に係るアンテナ装置２０は、アンテナエレメント２１と、給電部２２と、地板２３とを含む。アンテナ装置２０は、アンテナエレメント２１の形状をヘリカルアンテナとして設計したシミュレーションモデルである。地板２３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。アンテナエレメント２１は、地板２３の長手方向の端部に設置した。給電部２２は、アンテナエレメント２１と地板２３との間に配置される。 Referring to FIG. 20A, the antenna device 20 according to Comparative Example 1 includes an antenna element 21, a power feeding unit 22, and a ground plane 23. The antenna device 20 is a simulation model in which the shape of the antenna element 21 is designed as a helical antenna. The base plate 23 was a thin plate of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal. The antenna element 21 was installed at the end of the main plate 23 in the longitudinal direction. The power feeding unit 22 is disposed between the antenna element 21 and the ground plane 23.
図２０（ｂ）に図示したように、アンテナエレメント２１はヘリカル構造を有し、ヘリカル構造は、巻き方向が右巻きのヘリカル部２１ａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部２１ｂとを含む。ヘリカル部２１ａとヘリカル部２１ｂとは、ヘリカル構造の中央部からそれぞれ同じ巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部２１ａは、直径が６ｍｍ、ピッチが２．５ｍｍ、ターン数が３＋１／４であり、ヘリカル部２１ｂは、直径が６ｍｍ、ピッチが２．５ｍｍ、ターン数が３＋１／４である。図２０（ｂ）に図示したヘリカル構造のＺ軸方向の高さｆ１＝１９ｍｍである。 As shown in FIG. 20B, the antenna element 21 has a helical structure, and the helical structure includes a helical part 21a that is wound clockwise and a helical part 21b that is wound leftward. The helical part 21a and the helical part 21b are designed so as to be reversely rotated by the same number of turns from the central part of the helical structure. The helical part 21a has a diameter of 6 mm, a pitch of 2.5 mm, and a number of turns of 3 + 1/4. The helical part 21b has a diameter of 6 mm, a pitch of 2.5 mm, and the number of turns of 3 + 1/4. The height f1 = 19 mm in the Z-axis direction of the helical structure shown in FIG.
比較例１に係るアンテナ装置２０のＶＳＷＲ特性及びアンテナ放射パターンをシミュレーションにより解析したところ、図２１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示した結果を得た。図２１（ａ）を参照すると、アンテナ装置２０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図２１（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置２０の放射パターンを示しており、このときの最大利得は、約２ｄＢｉである。従って、比較例１に係るアンテナ装置２０は、従来のアンテナ装置１０と同様に、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 When the VSWR characteristic and the antenna radiation pattern of the antenna device 20 according to Comparative Example 1 were analyzed by simulation, the results shown in FIGS. 21A and 21B were obtained. Referring to FIG. 21A, it can be seen that the antenna device 20 generally has a good VSWR performance as a radio communication device antenna in the GSM900 frequency band. FIG. 21B shows a radiation pattern of the antenna device 20 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain at this time is about 2 dBi. Therefore, the antenna device 20 according to the comparative example 1 has good performance in the GSM900 frequency band, like the conventional antenna device 10.
図２２（ａ）は、アンテナ装置２０のＳＡＲ分布を示し、図２２（ｂ）は、アンテナ装置２０の磁場分布を示した図である。図２２（ａ）を参照すると、アンテナ装置２０は、ＳＡＲのホットスポットが一点に集中せず、２点に分散していることがわかる。また、図２２（ｂ）を参照すると、アンテナ装置２０の磁場の方向は、ヘリカル部２１ａとヘリカル部２１ｂの接続部分であるヘリカル構造の中央部に向かって逆向きに発生する。このように、磁場方向が逆向きとなることで、近傍界における電磁界分布を分散させていることがわかる。 FIG. 22A shows the SAR distribution of the antenna device 20, and FIG. 22B shows the magnetic field distribution of the antenna device 20. Referring to FIG. 22A, it can be seen that in the antenna device 20, the SAR hot spots are not concentrated at one point but are distributed at two points. Further, referring to FIG. 22B, the direction of the magnetic field of the antenna device 20 is generated in the opposite direction toward the central portion of the helical structure, which is a connection portion between the helical portion 21a and the helical portion 21b. Thus, it turns out that the electromagnetic field distribution in a near field is disperse | distributed because a magnetic field direction becomes reverse direction.
（比較例２）
図２３は、本発明のアンテナ装置に対する比較例２に係るアンテナ装置３０の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置３０を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置３０のアンテナエレメント３１を拡大して示した図である。図２４は、図２３に示した比較例２に係るアンテナ装置３０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置３０のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置３０の放射パターンを示す図である。図２５は、図２３に示した比較例２に係るアンテナ装置３０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置３０のＳＡＲ分布を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置３０の磁場分布を示す図である。
(Comparative Example 2)
FIG. 23 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 30 according to Comparative Example 2 for the antenna device of the present invention, (a) is an external perspective view showing the antenna device 30, and (b) is an antenna device. It is the figure which expanded and showed 30 antenna elements 31. FIG. FIG. 24 is a diagram for explaining the characteristics of the antenna device 30 according to the comparative example 2 shown in FIG. 23, (a) is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 30, and (b) is 4 is a diagram showing a radiation pattern of the antenna device 30. FIG. FIG. 25 is a diagram for explaining the characteristics of the antenna device 30 according to the comparative example 2 shown in FIG. 23, (a) is a graph showing the SAR distribution of the antenna device 30, and (b) is 3 is a diagram showing a magnetic field distribution of the antenna device 30. FIG.
図２３（ａ）を参照すると、比較例２に係るアンテナ装置３０は、アンテナエレメント３１と、給電部３２と、地板３３とを含む。アンテナ装置３０は、アンテナエレメント３１の形状をヘリカルアンテナとして設計したシミュレーションモデルである。地板３３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。アンテナエレメント３１は、地板３３の長手方向の端部に設置した。給電部３２は、アンテナエレメント３１と地板３４との間に配置される。 Referring to FIG. 23A, the antenna device 30 according to the comparative example 2 includes an antenna element 31, a power feeding unit 32, and a ground plane 33. The antenna device 30 is a simulation model in which the shape of the antenna element 31 is designed as a helical antenna. The ground plane 33 is a thin plate of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal. The antenna element 31 was installed at the end of the main plate 33 in the longitudinal direction. The power feeding unit 32 is disposed between the antenna element 31 and the ground plane 34.
図２３（ｂ）に図示したように、アンテナエレメント３１はヘリカル構造を有し、ヘリカル構造は、巻き方向が右巻きのヘリカル部３１ａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部３１ｂとを含む。ヘリカル部３１ａとヘリカル部３１ｂとは、それぞれ異なる巻き数とし、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部３１ａは、直径が６ｍｍ、ピッチが２．５ｍｍ、ターン数が４であり、ヘリカル部３１ｂは、直径が６ｍｍ、ピッチが２．５ｍｍ、ターン数が２＋１／２である。図２３（ｂ）に図示したヘリカル構造のＺ軸方向の高さｆ１＝１９ｍｍである。 As shown in FIG. 23B, the antenna element 31 has a helical structure, and the helical structure includes a helical part 31a having a right-handed winding direction and a helical part 31b having a left-handed winding direction. The helical part 31a and the helical part 31b are designed to have different numbers of turns and to perform reverse rotation. The helical part 31a has a diameter of 6 mm, a pitch of 2.5 mm, and a turn number of 4, and the helical part 31b has a diameter of 6 mm, a pitch of 2.5 mm, and a turn number of 2 + 1/2. The height f1 = 19 mm in the Z-axis direction of the helical structure shown in FIG.
比較例２に係るアンテナ装置３０のＶＳＷＲ特性及びアンテナ放射パターンをシミュレーションにより解析したところ、図２４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示した結果を得た。図２４（ａ）を参照すると、アンテナ装置３０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図２４（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置３０の放射パターンを示しており、このときの最大利得は、約２ｄＢｉである。従って、比較例２に係るアンテナ装置３０は、従来例及び比較例１に係るアンテナ装置１０、２０と同様に、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 When the VSWR characteristic and the antenna radiation pattern of the antenna device 30 according to Comparative Example 2 were analyzed by simulation, the results shown in FIGS. 24A and 24B were obtained. Referring to FIG. 24A, it can be seen that the antenna device 30 generally obtains a good VSWR performance as a radio communication device antenna in the GSM900 frequency band. FIG. 24B shows a radiation pattern of the antenna device 30 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain at this time is about 2 dBi. Therefore, the antenna device 30 according to the comparative example 2 has good performance in the frequency band of the GSM900, like the antenna devices 10 and 20 according to the conventional example and the comparative example 1.
図２５（ａ）は、アンテナ装置３０のＳＡＲ分布を示し、図２５（ｂ）は、アンテナ装置３０の磁場分布を示した図である。図２５（ａ）を参照すると、アンテナ装置３０は、ＳＡＲのホットスポットが一点に集中せず、２点に分散していることがわかる。また、図２５（ｂ）を参照すると、アンテナ装置３０の磁場の方向が逆向きに発生していることがわかる。磁場方向が逆向きとなることで、近傍界における電磁界分布を分散させていることがわかる。また、比較例２に係るアンテナ装置３０は、比較例１に係るアンテナ装置２０と比較して、上部に位置するヘリカル部３１ｂのターン数を減らし、下部に位置するヘリカル部３１ａのターン数を増やすことにより、比較例１に係るアンテナ装置２０では上部のヘリカル部２１ｂに強く見られたホットスポットを分散させていることがわかる。 FIG. 25A shows the SAR distribution of the antenna device 30, and FIG. 25B shows the magnetic field distribution of the antenna device 30. Referring to FIG. 25A, it can be seen that in the antenna device 30, the SAR hot spots are not concentrated at one point but are distributed at two points. Further, referring to FIG. 25B, it can be seen that the direction of the magnetic field of the antenna device 30 is generated in the opposite direction. It can be seen that the electromagnetic field distribution in the near field is dispersed when the magnetic field direction is reversed. Further, the antenna device 30 according to the comparative example 2 reduces the number of turns of the helical portion 31b located at the upper portion and increases the number of turns of the helical portion 31a located at the lower portion as compared with the antenna device 20 according to the comparative example 1. Thus, it can be seen that in the antenna device 20 according to the comparative example 1, hot spots strongly observed in the upper helical portion 21b are dispersed.
このようなシミュレーション結果に基づき、図２６に、従来のアンテナ装置１０のＳＡＲ値を基準とした場合の、比較例１、２に係るアンテナ装置２０、３０のＳＡＲ分布をそれぞれ（ｂ）及び（ｃ）に示す。図２６（ａ）は、従来のアンテナ装置１０のＳＡＲ分布を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した従来のアンテナ装置１０のＳＡＲ値を基準として、比較例１に係るアンテナ装置のＳＡＲ分布を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）に示した従来のアンテナ装置１０のＳＡＲ値を基準として、比較例２に係るアンテナ装置のＳＡＲ分布を示す図である。 Based on the simulation results, FIG. 26 shows the SAR distributions of the antenna devices 20 and 30 according to Comparative Examples 1 and 2 when the SAR value of the conventional antenna device 10 is used as a reference. ). FIG. 26A is a diagram illustrating the SAR distribution of the conventional antenna device 10, and FIG. 26B is an antenna according to the first comparative example based on the SAR value of the conventional antenna device 10 illustrated in FIG. It is a figure which shows SAR distribution of an apparatus, (c) is a figure which shows SAR distribution of the antenna apparatus which concerns on the comparative example 2 on the basis of the SAR value of the conventional antenna apparatus 10 shown to (a).
図２６（ａ）及び（ｂ）を参照すると、図２６（ａ）に示した従来のアンテナ装置１０において局所的にＳＡＲが集中している部分が、図２６（ｂ）に示した比較例１に係るアンテナ装置２０では減少していることがわかる。このとき、従来のアンテナ装置１０の局所ＳＡＲの最大値を１００％とすると、比較例１に係るアンテナ装置２０の局所ＳＡＲの最大値は約９０．７％である。このことからも、比較例１に係るアンテナ装置２０によれば、従来のアンテナ装置１０と比較して、ＳＡＲを約９％低減させることが可能であることがわかる。 Referring to FIGS. 26A and 26B, the portion where the SAR is locally concentrated in the conventional antenna apparatus 10 shown in FIG. 26A is the comparative example 1 shown in FIG. It can be seen that there is a decrease in the antenna device 20 according to. At this time, assuming that the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 10 is 100%, the maximum value of the local SAR of the antenna device 20 according to Comparative Example 1 is about 90.7%. This also shows that according to the antenna device 20 according to the comparative example 1, the SAR can be reduced by about 9% as compared with the conventional antenna device 10.
図２６（ａ）〜（ｃ）を参照すると、図２６（ａ）に示した従来のアンテナ装置１０において局所的にＳＡＲが集中している部分が、図２６（ｃ）に示した比較例２に係るアンテナ装置３０では、比較例１に係るアンテナ装置２０と比較しても、減少していることがわかる。このとき、従来のアンテナ装置１０の局所ＳＡＲの最大値を１００％とすると、比較例２に係るアンテナ装置３０の局所ＳＡＲの最大値は約８５．６％である。このことからも、比較例２に係るアンテナ装置３０によれば、従来のアンテナ装置１０と比較して、ＳＡＲを約１４％低減させることが可能であることがわかる。 Referring to FIGS. 26A to 26C, in the conventional antenna device 10 shown in FIG. 26A, the portion where the SAR is locally concentrated is the comparative example 2 shown in FIG. It can be seen that the antenna device 30 according to the present invention decreases even when compared with the antenna device 20 according to the first comparative example. At this time, assuming that the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 10 is 100%, the maximum value of the local SAR of the antenna device 30 according to Comparative Example 2 is about 85.6%. This also shows that according to the antenna device 30 according to the comparative example 2, the SAR can be reduced by about 14% as compared with the conventional antenna device 10.
以上のように、アンテナ装置のアンテナエレメントに含まれるヘリカル構造の工夫により、アンテナ性能を維持したまま、ＳＡＲの輻射的に強い部分を分散させて局所ＳＡＲ値を減少させることが可能であることがわかる。しかしながら、比較例１及び２に係るアンテナ装置２０、３０は、アンテナエレメントの高さが２０ｍｍ（ｆ１＝１９ｍｍ）程度必要であり、近年内蔵化の進む携帯端末用のアンテナとしてはサイズが適さないものであった。そこで、本発明者は、さらなる小型化と、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを改善させることのできるアンテナ装置を考察し、以下に示す本発明の実施形態に係るアンテナ装置に至った。 As described above, the helical structure included in the antenna element of the antenna device can reduce the local SAR value by dispersing the radiation strong portion of the SAR while maintaining the antenna performance. Recognize. However, the antenna devices 20 and 30 according to Comparative Examples 1 and 2 require an antenna element height of about 20 mm (f1 = 19 mm), and are not suitable for portable terminal antennas that are becoming increasingly built in recent years. Met. Therefore, the present inventor considered an antenna device that can improve the SAR while maintaining further miniaturization and antenna performance, and has reached the antenna device according to the embodiment of the present invention described below.
（第１の実施形態）
以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００について、説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す外観斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置１００のアンテナエレメント１０１を拡大して示した斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置１００のＳＡＲ分布を示す図であり、後述する図７（ｂ）に示した従来のアンテナ装置４０の局所ＳＡＲの最大値を基準としたＳＡＲ分布図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置１００の中心周波数０．９ＧＨｚにおける放射パターンを示す図である。 FIG. 1 is an external perspective view showing a schematic configuration of an antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is an enlarged perspective view showing the antenna element 101 of the antenna device 100. b) is a diagram showing the SAR distribution of the antenna device 100, and is a SAR distribution diagram based on the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 40 shown in FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining the characteristics of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 100, and FIG. It is a figure which shows the radiation pattern in the center frequency of 0.9 GHz of the antenna apparatus 100. FIG.
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００は、アンテナエレメント１０１と、給電部１０２と、地板１０３とを含む。給電部１０２は、アンテナエレメント１０１と地板１０３との間に配置される。アンテナ装置１００は、アンテナエレメント１０１の形状をＬ型アンテナとして設計したシミュレーションモデルである。地板１０３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。アンテナエレメント１０１は、地板１０３の長手方向の端部に設置した。アンテナエレメント１０１のＺ軸方向の高さａ１＝１２ｍｍである。 Referring to FIG. 1, the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention includes an antenna element 101, a power feeding unit 102, and a ground plane 103. The power feeding unit 102 is disposed between the antenna element 101 and the ground plane 103. The antenna device 100 is a simulation model in which the shape of the antenna element 101 is designed as an L-shaped antenna. The ground plane 103 is a thin plate having a size of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal. The antenna element 101 was installed at the end of the main plate 103 in the longitudinal direction. The height a1 of the antenna element 101 in the Z-axis direction is 12 mm.
図１及び図２（ａ）を参照すると、アンテナエレメント１０１は二つのヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙを含む。図２（ａ）に図示したように、ヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙは、Ｚ軸方向に延びるアンテナエレメント１０１に配置されるヘリカル構造を１０１ｘとし、Ｙ軸方向に延びるアンテナエレメント１０１に配置されるヘリカル構造を１０１ｙとする。 1 and 2A, the antenna element 101 includes two helical structures 101x and 101y. As shown in FIG. 2A, the helical structures 101x and 101y are helical structures arranged on the antenna element 101 extending in the Y-axis direction, with the helical structure arranged on the antenna element 101 extending in the Z-axis direction being 101x. Is 101y.
図２（ａ）に図示したように、ヘリカル構造１０１ｘは、巻き方向が右巻きのヘリカル部１０１ｘａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部１０１ｘｂとを含む。ヘリカル部１０１ｘａとヘリカル部１０１ｘｂとは、ヘリカル構造の中央部からそれぞれ同じ巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部１０１ｘａは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が２＋１／２であり、ヘリカル部１０１ｘｂは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が２＋１／２である。図示したヘリカル構造１０１ｘのＺ軸方向の高さｂ１＝６．１ｍｍである。 As shown in FIG. 2A, the helical structure 101x includes a helical portion 101xa in which the winding direction is right-handed and a helical portion 101xb in which the winding direction is left-handed. The helical part 101xa and the helical part 101xb are designed so as to be reversely rotated by the same number of turns from the central part of the helical structure. The helical portion 101xa has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a turn number of 2 + 1/2, and the helical portion 101xb has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a turn number of 2 + 1/2. The height b1 = 6.1 mm in the Z-axis direction of the illustrated helical structure 101x.
また、ヘリカル構造１０１ｙは、ヘリカル構造１０１ｘと同様に、巻き方向が右巻きのヘリカル部１０１ｙａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部１０１ｙｂとを含む。ヘリカル部１０１ｙａとヘリカル部１０１ｙｂとは、ヘリカル構造の中央部からそれぞれ同じ巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部１０１ｙａは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が３であり、ヘリカル部１０１ｙｂは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が３である。図示したヘリカル構造１０１ｙのＹ軸方向の長さｂ２＝７．２ｍｍである。 Similarly to the helical structure 101x, the helical structure 101y includes a helical portion 101ya that is wound clockwise and a helical portion 101yb that is wound leftward. The helical part 101ya and the helical part 101yb are designed so as to be reversely rotated by the same number of turns from the central part of the helical structure. The helical part 101ya has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a number of turns of 3. The helical part 101yb has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a number of turns of 3. The length b2 = 7.2 mm in the Y-axis direction of the illustrated helical structure 101y.
ここで、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の比較として、従来のＬ型アンテナ装置の構成及び性能について、図７及び図８を参照して述べる。 Here, as a comparison with the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention, the configuration and performance of a conventional L-type antenna device will be described with reference to FIGS.
図７は、従来のＬ型アンテナ装置４０の概略構成の一例を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置４０のアンテナエレメント４１を拡大して示した斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置４０のＳＡＲ分布を示す図である。図８は、図７に示した従来のアンテナ装置４０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置４０のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置４０の中心周波数０．９ＧＨｚにおける放射パターンを示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a conventional L-type antenna device 40, (a) is an enlarged perspective view showing an antenna element 41 of the antenna device 40, and (b) It is a figure which shows SAR distribution of the antenna apparatus. FIG. 8 is a diagram for explaining the characteristics of the conventional antenna device 40 shown in FIG. 7, (a) is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 40, and (b) is the antenna device 40. It is a figure which shows the radiation pattern in the center frequency of 0.9 GHz.
図７（ａ）を参照すると、従来のＬ型アンテナ装置４０は、アンテナエレメント４１と、給電部４２と、地板４３とを含む。給電部４２は、アンテナエレメント４１と地板４３との間に配置される。アンテナ装置４０は、アンテナエレメント４１の形状を折り返しＬ型アンテナとして設計したシミュレーションモデルである。地板４３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。アンテナエレメント４１は、地板４３の長手方向の端部に設置した。アンテナエレメント４１のＺ軸方向の高さａ１＝１２ｍｍであり、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１のＺ軸方向の高さと同じ高さである。図示したアンテナエレメント４１のＸ軸方向の幅ａ２＝５ｍｍである。 Referring to FIG. 7A, the conventional L-type antenna device 40 includes an antenna element 41, a power feeding unit 42, and a ground plane 43. The power feeding unit 42 is disposed between the antenna element 41 and the ground plane 43. The antenna device 40 is a simulation model in which the shape of the antenna element 41 is designed as a folded L-type antenna. The ground plane 43 is a thin plate of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal. The antenna element 41 was installed at the end of the main plate 43 in the longitudinal direction. The height a1 in the Z-axis direction of the antenna element 41 is 12 mm, which is the same as the height in the Z-axis direction of the antenna device 101 according to the first embodiment of the present invention. The width a2 in the X-axis direction of the illustrated antenna element 41 is 5 mm.
図７（ｂ）は、アンテナ装置４０のＳＡＲ分布を示した図である。図７（ｂ）を参照すると、アンテナ装置４０は、アンテナエレメント４１の給電部４０に近接する箇所であってＸ軸方向に延びる部分とＹ軸方向に延びる部分とで、ＳＡＲのホットスポットが高くなっていることがわかる。 FIG. 7B is a diagram showing the SAR distribution of the antenna device 40. Referring to FIG. 7B, the antenna device 40 has a high SAR hot spot at a portion that is close to the power feeding unit 40 of the antenna element 41 and that extends in the X-axis direction and a portion that extends in the Y-axis direction. You can see that
図８（ａ）は、アンテナ装置４０のＶＳＷＲ特性を示し、図８（ｂ）は、アンテナ装置４０の放射パターンを示した図である。図８（ａ）を参照すると、アンテナ装置４０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図８（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置４０の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。従来のＬ型アンテナ装置４０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有している。 FIG. 8A shows the VSWR characteristics of the antenna device 40, and FIG. 8B shows the radiation pattern of the antenna device 40. Referring to FIG. 8A, it can be seen that the antenna device 40 generally has a good VSWR performance as an antenna for a wireless communication device in the GSM900 frequency band. FIG. 8B shows a radiation pattern of the antenna device 40 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The conventional L-type antenna device 40 has good performance in the GSM900 frequency band.
以上のような構成及び性能を有する従来のＬ型アンテナ装置４０について、アンテナ性能を維持しつつＳＡＲを改善するために、Ｌ型アンテナにヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙを配置してアンテナエレメントの形状を工夫することにより、上述した本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００のアンテナエレメント１０１の構成に至った。以下、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の性能について述べる。 In order to improve the SAR while maintaining the antenna performance of the conventional L-type antenna device 40 having the above-described configuration and performance, the antenna elements 101x and 101y are arranged on the L-type antenna and the shape of the antenna element is devised. As a result, the configuration of the antenna element 101 of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention described above has been reached. Hereinafter, the performance of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described.
図２（ｂ）は、アンテナ装置１００のＳＡＲ分布を示した図である。図２（ｂ）を参照すると、アンテナ装置１００は、図７（ｂ）に示した従来のＬ型アンテナ装置４０におけるＳＡＲ分布と比較して、ＳＡＲ分布が弱まっていることがわかる。このとき、従来のアンテナ装置４０の局所ＳＡＲの最大値を１００％とすると、アンテナ装置１００の局所ＳＡＲの最大値は約８８％である。アンテナ装置１００は、従来のＬ型アンテナ装置４０のＳＡＲ分布が集中した二つの箇所に対応する位置のアンテナエレメント１０１に、それぞれヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙを配置することにより、従来のＬ型アンテナ装置４０と比較してＳＡＲを約１２％低減させることができることがわかる。 FIG. 2B is a diagram showing the SAR distribution of the antenna device 100. Referring to FIG. 2B, it can be seen that the antenna device 100 has a weaker SAR distribution than the SAR distribution in the conventional L-type antenna device 40 shown in FIG. 7B. At this time, assuming that the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 40 is 100%, the maximum value of the local SAR of the antenna device 100 is about 88%. In the antenna device 100, the helical structures 101x and 101y are arranged on the antenna elements 101 at positions corresponding to two locations where the SAR distribution of the conventional L-type antenna device 40 is concentrated, respectively. It can be seen that the SAR can be reduced by about 12% as compared with FIG.
このように、アンテナエレメント１０１は、逆旋回となるヘリカル部１０１ｘａ、１０１ｘｂを含むヘリカル構造１０１ｘと、逆旋回となるヘリカル部１０１ｙａ、１０１ｙｂを含むヘリカル構造１０１ｙとを有することにより、上述した比較例１に係るアンテナ装置２０のアンテナエレメント２１と同様に、ＳＡＲの輻射的に強い部分を分散させることができる。 As described above, the antenna element 101 includes the helical structure 101x including the helical portions 101xa and 101xb which are reversely rotated, and the helical structure 101y including the helical portions 101ya and 101yb which are reversely rotated, so that the comparative example 1 described above is provided. Similarly to the antenna element 21 of the antenna device 20 according to the above, it is possible to disperse the radiation strong portion of the SAR.
図３（ａ）は、アンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性を示し、図３（ｂ）は、アンテナ装置１００の放射パターンを示した図である。図３（ａ）を参照すると、アンテナ装置１００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図３（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置１００の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 FIG. 3A shows the VSWR characteristics of the antenna device 100, and FIG. 3B shows the radiation pattern of the antenna device 100. Referring to FIG. 3A, it can be seen that the antenna device 100 generally obtains a good VSWR performance as an antenna for a wireless communication device in the GSM900 frequency band. FIG. 3B shows a radiation pattern of the antenna device 100 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention has good performance in the GSM900 frequency band.
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、アンテナエレメント１０１に、逆旋回となるヘリカル部１０１ｘａ、１０１ｘｂとヘリカル部１０１ｙａ、１０１ｙｂとをそれぞれ含むヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙを配置することにより、アンテナ性能を維持したまま、ＳＡＲを改善することが可能である。 As described above, according to the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention, the antenna structure 101 includes the helical structure 101x including the helical parts 101xa and 101xb and the helical parts 101ya and 101yb that are reversely rotated. By arranging 101y, it is possible to improve the SAR while maintaining the antenna performance.
（第２の実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００の構成について詳述する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the antenna device 200 according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００の概略構成を示す外観斜視図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置２００のアンテナエレメント２０１を拡大して示した斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置２００のＳＡＲ分布を示す図であり、図７（ｂ）に示した従来のアンテナ装置４０の局所ＳＡＲの最大値を基準としたＳＡＲ分布図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置２００のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置２００の中心周波数０．９ＧＨｚにおける放射パターンを示す図である。 FIG. 4 is an external perspective view showing a schematic configuration of an antenna apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 200 according to the second embodiment of the present invention, and (a) is an enlarged perspective view showing an antenna element 201 of the antenna device 200. b) is a diagram showing the SAR distribution of the antenna device 200, and is a SAR distribution diagram based on the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 40 shown in FIG. 7B. 6A and 6B are diagrams for explaining the characteristics of the antenna device 200 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6A is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 200, and FIG. It is a figure which shows the radiation pattern in the center frequency of 0.9 GHz of the antenna apparatus 200. FIG.
図４を参照すると、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００は、アンテナエレメント２０１と、給電部２０２と、地板２０３とを含む。給電部２０２は、アンテナエレメント２０１と地板２０３との間に配置される。アンテナ装置２００は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と同様に、アンテナエレメント２０１の形状をＬ型アンテナとして設計したシミュレーションモデルである。地板２０３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。アンテナエレメント２０１は、地板２０３の長手方向の端部に設置した。アンテナエレメント２０１のＺ軸方向の高さａ１＝１２ｍｍである。 Referring to FIG. 4, an antenna device 200 according to the second embodiment of the present invention includes an antenna element 201, a power feeding unit 202, and a ground plane 203. The power feeding unit 202 is disposed between the antenna element 201 and the ground plane 203. The antenna device 200 is a simulation model in which the shape of the antenna element 201 is designed as an L-shaped antenna, like the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention. The ground plate 203 was a thin plate having a size of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal. The antenna element 201 was installed at the end of the main plate 203 in the longitudinal direction. The height a1 of the antenna element 201 in the Z-axis direction is 12 mm.
図４及び図５（ａ）を参照すると、アンテナエレメント２０１は二つのヘリカル構造２０１ｘ、２０１ｙを含む。図示したように、ヘリカル構造２０１ｘ、２０１ｙは、Ｚ軸方向に延びるアンテナエレメント２０１に配置されるヘリカル構造を２０１ｘとし、Ｙ軸方向に延びるアンテナエレメント２０１に配置されるヘリカル構造を２０１ｙとする。 4 and 5A, the antenna element 201 includes two helical structures 201x and 201y. As illustrated, in the helical structures 201x and 201y, the helical structure arranged in the antenna element 201 extending in the Z-axis direction is 201x, and the helical structure arranged in the antenna element 201 extending in the Y-axis direction is 201y.
図５（ａ）に図示したように、ヘリカル構造２０１ｘは、巻き方向が右巻きのヘリカル部２０１ｘａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部２０１ｘｂとを含む。ヘリカル部２０１ｘａとヘリカル部２０１ｘｂとは、それぞれ異なる巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部２０１ｘａは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が３＋１／２であり、ヘリカル部２０１ｘｂは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が２＋１／２である。図示したヘリカル構造２０１ｘのＺ軸方向の高さｂ３＝７．１ｍｍである。 As illustrated in FIG. 5A, the helical structure 201x includes a helical portion 201xa that is wound clockwise and a helical portion 201xb that is wound leftward. The helical part 201xa and the helical part 201xb are designed to be reversely rotated with different numbers of turns. The helical part 201xa has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a number of turns of 3 + 1/2. The helical part 201xb has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and the number of turns of 2 + 1/2. The height b3 = 7.1 mm in the Z-axis direction of the illustrated helical structure 201x.
また、ヘリカル構造２０１ｙは、ヘリカル構造２０１ｘと同様に、巻き方向が右巻きのヘリカル部２０１ｙａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部２０１ｙｂとを含む。ヘリカル部２０１ｙａとヘリカル部２０１ｙｂとは、それぞれ異なる巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部２０１ｙａは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が２であり、ヘリカル部２０１ｙｂは、直径が１．７ｍｍ、ピッチが１ｍｍ、ターン数が４である。図示したヘリカル構造２０１ｙのＹ軸方向の長さｂ４＝７．２ｍｍである。 Similarly to the helical structure 201x, the helical structure 201y includes a helical part 201ya that is wound clockwise and a helical part 201yb that is wound leftward. The helical part 201ya and the helical part 201yb are designed to be reversely rotated with different numbers of turns. The helical part 201ya has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a turn number of 2, and the helical part 201yb has a diameter of 1.7 mm, a pitch of 1 mm, and a turn number of 4. The length b4 = 7.2 mm in the Y-axis direction of the illustrated helical structure 201y.
図５（ｂ）は、アンテナ装置２００のＳＡＲ分布を示した図である。図５（ｂ）を参照すると、アンテナ装置２００は、図７（ｂ）に示した従来のＬ型アンテナ装置４０におけるＳＡＲ分布と比較して、ＳＡＲ分布が弱まっていることがわかる。このとき、従来のアンテナ装置４０の局所ＳＡＲの最大値を１００％とすると、アンテナ装置２００の局所ＳＡＲの最大値は約８３．９％である。アンテナ装置２００は、従来のＬ型アンテナ装置４０のＳＡＲ分布が集中した二つの箇所に対応する位置のアンテナエレメント２０１に、それぞれヘリカル構造２０１ｘ、２０１ｙを配置することにより、従来のＬ型アンテナ装置４０と比較してＳＡＲを約１６％低減させることができることがわかる。 FIG. 5B is a diagram illustrating the SAR distribution of the antenna device 200. Referring to FIG. 5B, it can be seen that the antenna device 200 has a weaker SAR distribution than the SAR distribution in the conventional L-type antenna device 40 shown in FIG. 7B. At this time, assuming that the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 40 is 100%, the maximum value of the local SAR of the antenna device 200 is about 83.9%. In the antenna device 200, the helical structures 201x and 201y are arranged on the antenna elements 201 at positions corresponding to two locations where the SAR distribution of the conventional L-type antenna device 40 is concentrated, respectively. It can be seen that the SAR can be reduced by about 16% as compared with FIG.
このように、アンテナエレメント２０１は、逆旋回となるヘリカル部２０１ｘａ、２０１ｘｂを含むヘリカル構造２０１ｘと、逆旋回となるヘリカル部２０１ｙａ、２０１ｙｂを含むヘリカル構造２０１ｙとを有することにより、上述した比較例２に係るアンテナ装置３０のアンテナエレメント３１と同様に、ＳＡＲの輻射的に強い部分を分散させることができる。 As described above, the antenna element 201 includes the helical structure 201x including the helical portions 201xa and 201xb that are reversely rotated, and the helical structure 201y that includes the helical portions 201ya and 201yb that are reversely rotated. Similarly to the antenna element 31 of the antenna device 30 according to the above, the radiantly strong part of the SAR can be dispersed.
図６（ａ）は、アンテナ装置２００のＶＳＷＲ特性を示し、図６（ｂ）は、アンテナ装置２００の放射パターンを示した図である。図６（ａ）を参照すると、アンテナ装置２００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図６（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置２００の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置２００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 6A shows the VSWR characteristic of the antenna device 200, and FIG. 6B shows the radiation pattern of the antenna device 200. FIG. Referring to FIG. 6A, it can be seen that the antenna device 200 generally obtains a good VSWR performance as a radio communication device antenna in the GSM900 frequency band. FIG. 6B shows a radiation pattern of the antenna device 200 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The antenna device 200 according to the first embodiment of the present invention has good performance in the GSM900 frequency band.
以上のように、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００によれば、アンテナエレメント２０１に、逆旋回となるヘリカル部２０１ｘａ、２０１ｘｂとヘリカル部２０１ｙａ、２０１ｙｂとをそれぞれ含むヘリカル構造２０１ｘ、２０１ｙを配置することにより、アンテナ性能を維持したまま、ＳＡＲを改善することができる。 As described above, according to the antenna device 200 according to the second embodiment of the present invention, the helical structure 201x including the helical parts 201xa and 201xb and the helical parts 201ya and 201yb that are reversely rotated in the antenna element 201, respectively. By arranging 201y, it is possible to improve the SAR while maintaining the antenna performance.
図９は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と第２の実施形態に係るアンテナ装置２００の磁場分布を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置１００の磁場分布を示す図であり、（ｂ）は、アンテナ装置２００の磁場分布を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the magnetic field distribution of the antenna device 100 according to the first embodiment of the present invention and the antenna device 200 according to the second embodiment, and (a) shows the magnetic field distribution of the antenna device 100. It is a figure and (b) is a figure which shows the magnetic field distribution of the antenna apparatus 200. FIG.
図９（ａ）及び（ｂ）を参照すると、アンテナエレメント１０１、２０１のヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙ、２０１ｘ、２０１ｙにおける磁場の方向は、ヘリカル部１０１ｘａ、２０１ｘａとヘリカル部１０１ｘｂ、２０１ｘｂとでそれぞれ逆向きに発生し、ヘリカル部１０１ｙａ、２０１ｙａとヘリカル部と１０１ｙｂ、２０１ｙｂとで、それぞれ逆向きに発生していることがわかる。このように、近傍界ではヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙ、２０１ｘ、２０１ｙに逆向きの磁場をそれぞれ発生させたとしても、遠方界では図３及び図６に図示したように、アンテナの放射パターンに影響を与えず良好なアンテナ性能を得られることがわかる。従って、本発明の第１及び第２の実施形態に係るアンテナ装置１００、２００は、比較例１及び２に係るアンテナ装置２０、３０と同様に、アンテナ性能を維持したまま、それぞれのヘリカル構造１０１ｘ、１０１ｙ、２０１ｘ、２０１ｙにおいて磁束の方向が逆向きとなる部分を有することにより、近傍界における電磁界分布を分散させてＳＡＲの低減効果を得ることができる。 Referring to FIGS. 9A and 9B, the directions of the magnetic fields in the helical structures 101x, 101y, 201x, and 201y of the antenna elements 101 and 201 are reversed in the helical portions 101xa and 201xa and the helical portions 101xb and 201xb, respectively. It can be seen that the helical portions 101ya and 201ya and the helical portions 101yb and 201yb are generated in opposite directions. As described above, even if a reverse magnetic field is generated in each of the helical structures 101x, 101y, 201x, and 201y in the near field, the radiation pattern of the antenna is affected in the far field as illustrated in FIGS. It can be seen that a good antenna performance can be obtained without giving. Therefore, the antenna devices 100 and 200 according to the first and second embodiments of the present invention are similar to the antenna devices 20 and 30 according to the comparative examples 1 and 2, and the respective helical structures 101x while maintaining the antenna performance. , 101y, 201x, and 201y have a portion in which the direction of the magnetic flux is reversed, the electromagnetic field distribution in the near field can be dispersed to obtain the SAR reduction effect.
（第３の実施形態）
次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００について、説明する。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIGS. 10-12, the antenna apparatus 100 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置３００のアンテナエレメント３０１の一部を拡大して示した図であり、（ｂ）は、アンテナエレメント３０１のヘリカル構造３０１ｙを拡大して示した図である。図１１は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置３００のアンテナエレメント３０１を拡大して示した斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置３００のＳＡＲ分布を示す図であり、後述する図１５（ｂ）に示した従来のアンテナ装置５０の局所ＳＡＲの最大値を基準としたＳＡＲ分布図である。図１２は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置３００のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置３００の中心周波数０．９ＧＨｚにおける放射パターンを示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 10A is an enlarged view of a part of the antenna element 301 of the antenna device 300. (B) is the figure which expanded and showed the helical structure 301y of the antenna element 301. FIG. FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention, and (a) is an enlarged perspective view showing an antenna element 301 of the antenna device 300. b) is a diagram showing the SAR distribution of the antenna device 300, and is a SAR distribution diagram based on the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 50 shown in FIG. FIG. 12 is a diagram for explaining the characteristics of the antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12A is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 300, and FIG. It is a figure which shows the radiation pattern in the center frequency of 0.9 GHz of the antenna apparatus 300. FIG.
図１０及び図１１を参照すると、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００は、アンテナエレメント３０１と、給電部３０２と、地板３０３と、基板３０４とを含む。給電部３０２は、アンテナエレメント３０１と地板３０３との間に配置される。アンテナ装置３００は、本発明の第１及び第２の実施形態に係るアンテナ装置１００、２００と同様に、アンテナエレメント３０１の形状をＬ型アンテナとして設計したシミュレーションモデルである。アンテナエレメント３０１のＺ軸方向の高さａ１＝１２ｍｍである。アンテナエレメント３０１及び給電部３０２は、地板３０３の長手方向の端部に配置された基板３０４の辺部に沿って配置される。基板３０４は、樹脂であってもよく、例えばＦＲ４を用いて５０ｍｍ×１２ｍｍの薄板状のものとした。地板３０３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。 Referring to FIGS. 10 and 11, an antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention includes an antenna element 301, a power feeding unit 302, a ground plane 303, and a substrate 304. The power feeding unit 302 is disposed between the antenna element 301 and the ground plane 303. The antenna device 300 is a simulation model in which the shape of the antenna element 301 is designed as an L-shaped antenna, similarly to the antenna devices 100 and 200 according to the first and second embodiments of the present invention. The height a1 of the antenna element 301 in the Z-axis direction is 12 mm. The antenna element 301 and the power feeding unit 302 are disposed along the side portion of the substrate 304 disposed at the longitudinal end portion of the ground plane 303. The substrate 304 may be a resin, for example, a thin plate of 50 mm × 12 mm using FR4. The base plate 303 is a thin plate of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal.
図１０及び図１１に図示したように、アンテナエレメント３０１は二つのヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙを含む。ヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙは、それぞれ、誘電体３０５ｘ、３０５ｙを取り囲むように、誘電体３０５ｘ、３０５ｙの側面に沿って配置される。図１０（ｂ）に図示したように、誘電体３０５ｘ、３０５ｙは、縦ｃ１＝０．５ｍｍ、横ｃ２＝６．５ｍｍ、高さｃ３＝０．５ｍｍの直方体形状とする。本実施形態においては、誘電体３０５ｘ、３０５ｙには比誘電率εr＝９のセラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）を用いるものとする。 As shown in FIGS. 10 and 11, the antenna element 301 includes two helical structures 301x and 301y. The helical structures 301x and 301y are disposed along the side surfaces of the dielectrics 305x and 305y so as to surround the dielectrics 305x and 305y, respectively. As shown in FIG. 10B, the dielectric bodies 305x and 305y have a rectangular parallelepiped shape with a longitudinal c1 = 0.5 mm, a lateral c2 = 6.5 mm, and a height c3 = 0.5 mm. In the present embodiment, ceramics (ceramics) having a relative dielectric constant ε r = 9 are used for the dielectrics 305x and 305y.
図１０（ｂ）及び図１１（ａ）を参照すると、ヘリカル構造３０１ｙは、巻き方向が右巻きのヘリカル部３０１ｙａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部３０１ｙｂとを含む。ヘリカル部３０１ｙａとヘリカル部３０１ｙｂとは、それぞれ異なる巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部３０１ｙａは、ピッチが１ｍｍ、ターン数が３．５であり、ヘリカル部３０１ｙｂは、ピッチが１ｍｍ、ターン数が１．５である。 Referring to FIG. 10B and FIG. 11A, the helical structure 301y includes a helical portion 301ya that is wound clockwise and a helical portion 301yb that is wound leftward. The helical part 301ya and the helical part 301yb are designed to be reversely rotated with different numbers of turns. The helical part 301ya has a pitch of 1 mm and a turn number of 3.5, and the helical part 301yb has a pitch of 1 mm and a turn number of 1.5.
また、図１０（ａ）及び図１１（ａ）を参照すると、ヘリカル構造３０１ｘは、ヘリカル構造３０１ｙと同様に、巻き方向が右巻きのヘリカル部３０１ｘａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部３０１ｘｂとを含む。ヘリカル部３０１ｘａとヘリカル部３０１ｘｂとは、それぞれ異なる巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部３０１ｘａは、ピッチが１ｍｍ、ターン数が１．５であり、ヘリカル部３０１ｘｂは、ピッチが１ｍｍ、ターン数が３．５である。 Referring to FIGS. 10A and 11A, the helical structure 301x includes a helical part 301xa having a right-handed winding direction and a helical part 301xb having a left-handed winding direction, similarly to the helical structure 301y. Including. The helical part 301xa and the helical part 301xb are designed so as to perform reverse turns with different numbers of turns. The helical part 301xa has a pitch of 1 mm and a turn number of 1.5, and the helical part 301xb has a pitch of 1 mm and a turn number of 3.5.
このように、直方体形状を有する誘電体３０５ｘ、３０５ｙの周りに沿って、それぞれヘリカル部３０１ｘａ、３０１ｘｂ、３０１ｙａ、３０１ｙｂを配置してチップ部品化することにより、ヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙを含むアンテナエレメント３０１を簡易に製造することができ、且つ、チップマウンターにより基板等に表面実装が容易となるため、アンテナ装置３００の製品化が容易になる。 As described above, the helical elements 301xa, 301xb, 301ya, 301yb are arranged along the periphery of the dielectric bodies 305x, 305y having a rectangular parallelepiped shape to form chip parts, thereby the antenna element 301 including the helical structures 301x, 301y. Can be easily manufactured, and surface mounting on a substrate or the like is facilitated by a chip mounter, so that the antenna device 300 can be easily commercialized.
ここで、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の比較として、従来のＬ型アンテナ装置の構成及び性能について、図１５及び図１６を参照して述べる。 Here, as a comparison with the antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention, the configuration and performance of a conventional L-type antenna device will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
図１５は、従来のＬ型アンテナ装置５０の概略構成の一例を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置５０のアンテナエレメント５１を拡大して示した斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置５０のＳＡＲ分布を示す図である。図１６は、図１５に示した従来のアンテナ装置５０の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置５０のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置５０の放射パターンを示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a conventional L-type antenna device 50, (a) is an enlarged perspective view showing an antenna element 51 of the antenna device 50, and (b) It is a figure which shows SAR distribution of the antenna apparatus. FIG. 16 is a diagram for explaining the characteristics of the conventional antenna device 50 shown in FIG. 15, (a) is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 50, and (b) is the antenna device 50. It is a figure which shows the radiation pattern.
図１５（ａ）を参照すると、従来のＬ型アンテナ装置５０は、アンテナエレメント５１と、給電部５２と、地板５３と、基板５４とを含む。給電部５２は、アンテナエレメント５１と地板５３との間に配置される。アンテナ装置５０は、アンテナエレメント５１の形状をＬ型アンテナとして設計したシミュレーションモデルである。アンテナエレメント５１のＺ軸方向の高さａ１＝１２ｍｍである。アンテナエレメント５１及び給電部５２は、地板５３の長手方向の端部に配置された基板５４上に、基板５４の辺部に沿って配置される。基板５４は、樹脂であってもよく、例えば、ＦＲ４を用いて、５０ｍｍ×１２ｍｍの薄板状のものとした。地板５３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。 Referring to FIG. 15A, a conventional L-type antenna device 50 includes an antenna element 51, a power feeding unit 52, a ground plane 53, and a substrate 54. The power feeding unit 52 is disposed between the antenna element 51 and the ground plane 53. The antenna device 50 is a simulation model in which the shape of the antenna element 51 is designed as an L-shaped antenna. The height a1 of the antenna element 51 in the Z-axis direction is 12 mm. The antenna element 51 and the power feeding unit 52 are disposed along the side portion of the substrate 54 on the substrate 54 disposed at the end in the longitudinal direction of the ground plane 53. The substrate 54 may be a resin, for example, a thin plate of 50 mm × 12 mm using FR4. The ground plane 53 was a thin plate having a size of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal.
図１５（ｂ）は、アンテナ装置５０のＳＡＲ分布を示した図である。図１５（ｂ）を参照すると、アンテナ装置５０は、アンテナエレメント５１の給電部５２に近接する箇所であってＸ軸方向に延びる部分とＹ軸方向に延びる部分とで、ＳＡＲのホットスポットが高くなっていることがわかる。 FIG. 15B is a diagram illustrating the SAR distribution of the antenna device 50. Referring to FIG. 15B, the antenna device 50 has a high SAR hot spot in a portion close to the power feeding portion 52 of the antenna element 51 and extending in the X-axis direction and extending in the Y-axis direction. You can see that
図１６（ａ）は、アンテナ装置５０のＶＳＷＲ特性を示し、図１６（ｂ）は、アンテナ装置５０の放射パターンを示した図である。図１６（ａ）を参照すると、アンテナ装置５０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図１６（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置５０の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。従来のＬ型アンテナ装置５０は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有している。 FIG. 16A shows the VSWR characteristics of the antenna device 50, and FIG. 16B shows the radiation pattern of the antenna device 50. Referring to FIG. 16A, it can be seen that the antenna device 50 generally obtains a good VSWR performance as an antenna for a wireless communication device in the GSM900 frequency band. FIG. 16B shows a radiation pattern of the antenna device 50 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The conventional L-type antenna device 50 has good performance in the GSM900 frequency band.
以上のような構成及び性能を有する従来のＬ型アンテナ装置５０について、アンテナ性能を維持しつつ、ＳＡＲを改善するため、上述した本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００のアンテナエレメント３０１の構成に至った。以下、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の性能について述べる。 In order to improve the SAR while maintaining the antenna performance of the conventional L-type antenna device 50 having the above configuration and performance, the antenna element 301 of the antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention described above is used. It came to the composition of. Hereinafter, the performance of the antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention will be described.
図１１（ｂ）は、アンテナ装置３００のＳＡＲ分布を示した図である。図１１（ｂ）を参照すると、アンテナ装置３００は、図１５（ｂ）に示した従来のＬ型アンテナ装置５０におけるＳＡＲ分布と比較して、ＳＡＲ分布が弱まっていることがわかる。このとき、従来のアンテナ装置５０の局所ＳＡＲの最大値を１００％とすると、アンテナ装置３００の局所ＳＡＲの最大値は約８０．５％である。アンテナ装置３００は、従来のＬ型アンテナ装置５０のＳＡＲ分布が集中した二つの箇所に対応する位置のアンテナエレメント３０１に、それぞれヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙを配置することにより、従来のＬ型アンテナ装置５０と比較してＳＡＲを約１９％低減させることができることがわかる。 FIG. 11B is a diagram illustrating the SAR distribution of the antenna device 300. Referring to FIG. 11B, it can be seen that the antenna device 300 has a weaker SAR distribution than the SAR distribution in the conventional L-type antenna device 50 shown in FIG. 15B. At this time, assuming that the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 50 is 100%, the maximum value of the local SAR of the antenna device 300 is about 80.5%. In the antenna device 300, the helical structures 301x and 301y are arranged on the antenna elements 301 at positions corresponding to two locations where the SAR distribution of the conventional L-type antenna device 50 is concentrated, respectively, so that the conventional L-type antenna device 50 is provided. It can be seen that the SAR can be reduced by about 19% compared with the above.
このように、アンテナエレメント３０１は、逆旋回となるヘリカル部３０１ｘａ、３０１ｘｂを含むヘリカル構造３０１ｘと、逆旋回となるヘリカル部３０１ｙａ、３０１ｙｂを含むヘリカル構造３０１ｙとを有することにより、ＳＡＲの輻射的に強い部分を分散させることができる。 As described above, the antenna element 301 has the helical structure 301x including the helical portions 301xa and 301xb that are reversely rotated and the helical structure 301y that includes the helical portions 301ya and 301yb that are reversely rotated, thereby radiating SAR. Strong parts can be dispersed.
図１２（ａ）は、アンテナ装置３００のＶＳＷＲ特性を示し、図１２（ｂ）は、アンテナ装置３００の放射パターンを示した図である。図１２（ａ）を参照すると、アンテナ装置３００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図１２（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置３００の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 12A shows the VSWR characteristics of the antenna device 300, and FIG. 12B shows the radiation pattern of the antenna device 300. FIG. Referring to FIG. 12A, it can be seen that the antenna device 300 generally obtains a good VSWR performance as an antenna for a wireless communication device in the GSM900 frequency band. FIG. 12B shows a radiation pattern of the antenna device 300 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention has good performance in the GSM900 frequency band.
以上のように、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００によれば、アンテナエレメント３０１に、逆旋回となるヘリカル部３０１ｘａ、３０１ｘｂとヘリカル部３０１ｙａ、３０１ｙｂとをそれぞれ含むヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙを配置することにより、アンテナ性能を維持したまま、ＳＡＲを改善することができる。また、アンテナ装置３００によれば、誘電体３０５ｘ、３０５ｙの側面に沿ってヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙを配置することにより、ヘリカル構造３０１ｘ、３０１ｙを基板３０４に固定することができ、アンテナ性能に影響を与えずに、アンテナ装置３００をセルラー型携帯端末に実装することが容易となる。 As described above, according to the antenna device 300 according to the third embodiment of the present invention, the antenna element 301 includes the helical structure 301x including the helical portions 301xa and 301xb and the helical portions 301ya and 301yb that are reversely rotated. By arranging 301y, it is possible to improve the SAR while maintaining the antenna performance. Further, according to the antenna device 300, by arranging the helical structures 301x and 301y along the side surfaces of the dielectrics 305x and 305y, the helical structures 301x and 301y can be fixed to the substrate 304, which affects the antenna performance. Without giving, it becomes easy to mount the antenna device 300 on the cellular portable terminal.
（第４の実施形態）
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置４００について、説明する。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIG.13 and FIG.14, the antenna device 400 which concerns on the 4th Embodiment of this invention is demonstrated.
図１３は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置４００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、アンテナ装置４００のアンテナエレメント４０１を拡大して示した斜視図であり、（ｂ）は、アンテナ装置４００のＳＡＲ分布を示す図であり、図１５（ｂ）に示した従来のアンテナ装置５０の局所ＳＡＲの最大値を基準としたＳＡＲ分布図である。図１４は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置４００の特性を説明するための図であり、（ａ）は、アンテナ装置４００のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、アンテナ装置４００の中心周波数０．９ＧＨｚにおける放射パターンを示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna device 400 according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 13A is an enlarged perspective view showing an antenna element 401 of the antenna device 400. b) is a diagram showing the SAR distribution of the antenna device 400, and is a SAR distribution diagram based on the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 50 shown in FIG. 15B. 14A and 14B are diagrams for explaining the characteristics of the antenna device 400 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 14A is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device 400, and FIG. It is a figure which shows the radiation pattern in the center frequency of 0.9 GHz of the antenna apparatus 400. FIG.
図１３（ａ）を参照すると、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置４００は、第３の実施形態に係るアンテナ装置３００と同様に、アンテナエレメント４０１と、給電部４０２と、地板４０３と、基板４０４とを含む。給電部４０２は、アンテナエレメント４０１と地板４０３との間に配置される。アンテナ装置４００は、本発明の第１乃至第３の実施形態に係るアンテナ装置１００、２００、３００と同様に、アンテナエレメント４０１の形状をＬ型アンテナとして設計したシミュレーションモデルである。アンテナエレメント４０１のＺ軸方向の高さａ１＝１２ｍｍである。アンテナエレメント４０１及び給電部４０２は、地板４０３の長手方向の端部に配置された基板４０４の辺部に沿って配置される。基板３０４は、ＦＲ４を用いて５０ｍｍ×１２ｍｍの薄板状のものとした。地板３０３は、セルラー型携帯端末に搭載される一般的なサイズである５０ｍｍ×１００ｍｍの薄板状のものとした。 Referring to FIG. 13A, an antenna device 400 according to the fourth embodiment of the present invention is similar to the antenna device 300 according to the third embodiment, in which an antenna element 401, a power feeding unit 402, and a ground plane 403 are provided. And a substrate 404. The power feeding unit 402 is disposed between the antenna element 401 and the ground plane 403. The antenna device 400 is a simulation model in which the shape of the antenna element 401 is designed as an L-shaped antenna, similarly to the antenna devices 100, 200, and 300 according to the first to third embodiments of the present invention. The height a1 of the antenna element 401 in the Z-axis direction is 12 mm. The antenna element 401 and the power feeding unit 402 are disposed along the side portion of the substrate 404 disposed at the end of the base plate 403 in the longitudinal direction. The substrate 304 was a thin plate of 50 mm × 12 mm using FR4. The base plate 303 is a thin plate of 50 mm × 100 mm, which is a general size mounted on a cellular mobile terminal.
図１３（ａ）に図示したように、アンテナエレメント４０１はヘリカル構造４０１ｘを含む。ヘリカル構造４０１ｘは、磁性体４０５ｘを取り囲むように、磁性体４０５ｘの側面に沿って配置される。磁性体４０５ｘは、第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の誘電体３０５ｘ、３０５ｙと同様に、縦ｃ１＝０．５ｍｍ、横ｃ２＝６．５ｍｍ、高さｃ３＝０．５ｍｍの直方体形状とする。磁性体４０５ｘの側面に沿ってヘリカル構造４０１ｘを配置することにより、ヘリカル構造４０１ｘを基板４０４に固定することができ、アンテナ装置４００のチップマウント化が容易となる。なお、本実施形態においては、磁性体３０５ｘには比誘電率εr＝５、比透磁率μr＝２のフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）を用いるものとする。 As illustrated in FIG. 13A, the antenna element 401 includes a helical structure 401x. The helical structure 401x is disposed along the side surface of the magnetic body 405x so as to surround the magnetic body 405x. The magnetic body 405x, like the dielectric bodies 305x and 305y of the antenna device 300 according to the third embodiment, has a rectangular parallelepiped shape with a longitudinal c1 = 0.5 mm, a lateral c2 = 6.5 mm, and a height c3 = 0.5 mm. To do. By disposing the helical structure 401x along the side surface of the magnetic body 405x, the helical structure 401x can be fixed to the substrate 404, and the antenna device 400 can be easily chip mounted. In the present embodiment, it is assumed that ferrite (Ferrite) having a relative permittivity ε r = 5 and a relative permeability μ r = 2 is used for the magnetic body 305x.
図１３（ａ）を参照すると、ヘリカル構造４０１ｘは、図１０（ｂ）に図示したヘリカル構造３０１ｙと同様の形状を有しており、巻き方向が右巻きのヘリカル部４０１ｘａと、巻き方向が左巻きのヘリカル部４０１ｘｂとを含む。ヘリカル部４０１ｘａとヘリカル部４０１ｘｂとは、それぞれ異なる巻き数で、逆旋回となるように設計されたものである。ヘリカル部４０１ｘａは、ピッチが１ｍｍ、ターン数が３．５であり、ヘリカル部４０１ｘｂは、ピッチが１ｍｍ、ターン数が１．５である。 Referring to FIG. 13 (a), the helical structure 401x has the same shape as the helical structure 301y shown in FIG. 10 (b), and the helical part 401xa is wound clockwise and the winding direction is counterclockwise. Helical portion 401xb. The helical part 401xa and the helical part 401xb are designed so as to perform reverse turns with different numbers of turns. The helical part 401xa has a pitch of 1 mm and a turn number of 3.5, and the helical part 401xb has a pitch of 1 mm and a turn number of 1.5.
図１３（ｂ）は、アンテナ装置４００のＳＡＲ分布を示した図である。図１３（ｂ）を参照すると、アンテナ装置４００は、図１５（ｂ）に示した従来のＬ型アンテナ装置５０におけるＳＡＲ分布と比較して、ＳＡＲ分布が弱まっていることがわかる。このとき、従来のアンテナ装置５０の局所ＳＡＲの最大値を１００％とすると、アンテナ装置４００の局所ＳＡＲの最大値は約９０．２％である。アンテナ装置４００は、従来のＬ型アンテナ装置５０のＳＡＲ分布が集中した箇所の一つに対応する位置において、アンテナエレメント４０１にヘリカル構造４０１ｘを配置することにより、従来のＬ型アンテナ装置５０と比較してＳＡＲを約１０％低減させることができることがわかる。 FIG. 13B is a diagram illustrating the SAR distribution of the antenna device 400. Referring to FIG. 13B, it can be seen that the antenna device 400 has a weaker SAR distribution than the SAR distribution in the conventional L-type antenna device 50 shown in FIG. 15B. At this time, assuming that the maximum value of the local SAR of the conventional antenna device 50 is 100%, the maximum value of the local SAR of the antenna device 400 is about 90.2%. The antenna device 400 is compared with the conventional L-type antenna device 50 by arranging the helical structure 401x in the antenna element 401 at a position corresponding to one of the locations where the SAR distribution of the conventional L-type antenna device 50 is concentrated. It can be seen that the SAR can be reduced by about 10%.
このように、アンテナエレメント４０１は、逆旋回となるヘリカル部４０１ｘａ、４０１ｘｂを含むヘリカル構造４０１ｘを有することにより、ＳＡＲの輻射的に強い部分を分散させることができる。 As described above, the antenna element 401 has the helical structure 401x including the helical portions 401xa and 401xb that are reversely rotated, so that the radiation strong portion of the SAR can be dispersed.
図１４（ａ）は、アンテナ装置４００のＶＳＷＲ特性を示し、図１４（ｂ）は、アンテナ装置４００の放射パターンを示した図である。図１４（ａ）を参照すると、アンテナ装置４００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、一般に無線通信装置用アンテナとして良好なＶＳＷＲ性能を得ていることがわかる。図１４（ｂ）は、中心周波数の０．９ＧＨｚにおけるアンテナ装置４００の放射パターンを示しており、このときの最大利得（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）は、約２ｄＢｉである。本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置４００は、ＧＳＭ９００の周波数帯において、良好な性能を有するものである。 FIG. 14A shows the VSWR characteristics of the antenna device 400, and FIG. 14B shows the radiation pattern of the antenna device 400. FIG. Referring to FIG. 14A, it can be seen that the antenna device 400 generally obtains a good VSWR performance as an antenna for a wireless communication device in the GSM900 frequency band. FIG. 14B shows a radiation pattern of the antenna device 400 at a center frequency of 0.9 GHz, and the maximum gain (Peak Gain) at this time is about 2 dBi. The antenna device 400 according to the fourth embodiment of the present invention has good performance in the GSM900 frequency band.
以上のように、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置４００によれば、アンテナエレメント４０１に、逆旋回となるヘリカル部４０１ｘａ、４０１ｘｂを含むヘリカル構造４０１ｘを配置することにより、アンテナ性能を維持したまま、ＳＡＲを改善することができる。また、アンテナ装置４００によれば、磁性体４０４ｘの側面に沿ってヘリカル構造４０１ｘを配置することにより、ヘリカル構造４０１ｘを基板４０４に固定することができ、アンテナ性能に影響を与えずに、アンテナ装置４００をセルラー型携帯端末に実装することが容易となる。 As described above, according to the antenna device 400 according to the fourth embodiment of the present invention, the antenna performance is improved by arranging the helical structure 401x including the helical portions 401xa and 401xb that are reversely rotated in the antenna element 401. SAR can be improved while maintaining. In addition, according to the antenna device 400, the helical structure 401x can be fixed to the substrate 404 by arranging the helical structure 401x along the side surface of the magnetic body 404x, and the antenna device is not affected without affecting the antenna performance. 400 can be easily mounted on a cellular portable terminal.
以上より、本発明の第１乃至第４の実施形態に係るアンテナ装置１００〜４００によれば、アンテナ性能を維持したままＳＡＲを低減することのできるアンテナ装置及びこれを備える無線通信装置を提供することができる。 As described above, according to the antenna devices 100 to 400 according to the first to fourth embodiments of the present invention, an antenna device capable of reducing the SAR while maintaining the antenna performance and a wireless communication device including the antenna device are provided. be able to.
１００、２００、３００、４００：アンテナ装置
１０１、２０１、３０１、４０１：アンテナエレメント
１０１ｘ、１０１ｙ、２０１ｘ、２０１ｙ、３０１ｘ、３０１ｙ、４０１ｘ：ヘリカル構造
１０２、２０２、３０２、４０２：給電部
１０３、２０３、３０３、４０３：地板
100, 200, 300, 400: Antenna devices 101, 201, 301, 401: Antenna elements 101x, 101y, 201x, 201y, 301x, 301y, 401x: Helical structures 102, 202, 302, 402: Power feeding units 103, 203, 303, 403: Ground plate
Claims (8)
前記地板の端部に配置されたアンテナエレメントと、
前記地板と前記アンテナエレメントとの間に配置された給電部と、を備え、
前記アンテナエレメントは少なくとも一つのヘリカル構造を含み、
前記ヘリカル構造は、一部に旋回方向の異なる部分を含むことを特徴とするアンテナ装置。 With the main plate,
An antenna element arranged at an end of the ground plane;
A power feeding unit disposed between the ground plane and the antenna element,
The antenna element includes at least one helical structure;
2. The antenna device according to claim 1, wherein the helical structure includes a part having a different turning direction.
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| US9391363B2 (en) | 2012-12-21 | 2016-07-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer ferrite sheet, antenna device using the same, and manufacturing method thereof |
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| US9391363B2 (en) | 2012-12-21 | 2016-07-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer ferrite sheet, antenna device using the same, and manufacturing method thereof |
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