JP2012147304A - アンテナ装置及び携帯無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応可能であり、比較的容易に設計できるアンテナ装置及びそれを備えた携帯無線機を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、少なくとも２つの給電点と、給電点から最大でも２つに分岐して接続される複数のアンテナ素子とを有する。そして、これらのアンテナ素子のうち、少なくとも１つのアンテナ素子は２つの無線周波数帯に対応し、他のアンテナ素子は残りの無線周波数帯に対応する。携帯無線機は、上記アンテナ装置と、無線周波数帯の電波を送受信する、前記無線周波数帯に対応して設けられた複数の無線通信部と、送受信する無線周波数帯の電波に応じてアンテナ装置と対応する無線通信部間の接続を切り換えるアンテナスイッチとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯無線機に関し、特に携帯無線機が備えるアンテナ装置に関する。

近年の携帯無線機は、国際ローミングへの対応が求められており、日本国内で使用する無線周波数帯（ＢＡＮＤ）以外の無線周波数帯にも対応する必要がある。例えば日本国内の携帯電話機で利用する無線周波数帯には、ＢＡＮＤ１（２ＧＨｚ帯）、ＢＡＮＤＶＩ（８００ＭＨｚ帯)、ＢＡＮＤＩＸ（１．７ＧＨｚ帯）に加えて、ＢＡＮＤＸＩ（１．５Ｇ
Ｈｚ帯）の追加が予定されている。そのため、国際ローミングに対応したこれまでの携帯電話機では、２ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、０．８ＧＨｚ帯のＱＵＡＤ−ＢＡＮＤ（４バンド）に対応した構成が採用されている。

一方、将来、通信方式として、現状のＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式に代わって、ＬＴＥ（Long Term Evolution）方式を採用することが予定されている。

日本国内では、ＬＴＥ方式として、２ＧＨｚ帯あるいは１．５ＧＨｚ帯を利用することが検討されているが、海外では他の無線周波数帯を利用することが検討されている。例えば、ヨーロッパでは、ＢＡＮＤVII（２．５ＧＨｚ帯)を利用することが検討され、米国で
はＢＡＮＤ１３、１７（７００ＭＨｚ帯）を利用することが検討されている。

また、ＬＴＥ方式を採用する次世代の携帯電話機では、グローバルで使用可能にする観点からも無線周波数帯が検討されている。このＬＴＥの次世代方式はＬＴＥ−Ａ（ＬＴＥ−Advance）と呼ばれることが多い。ＬＴＥ−Ａ方式では、２．５ＧＨｚ帯、７００ＭＨｚ帯、３．５ＧＨｚ帯の無線周波数帯を利用することが検討されている。

したがって、携帯電話機で対応可能な無線周波数帯は、上記ＱＵＡＤ−ＢＡＮＤ（２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯／０．８ＧＨｚ帯）から、例えばＬＴＥ−Ａ方式用の３．５ＧＨｚ帯を追加したＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤ（５バンド）へ移行することが予想される。

一方、携帯電話機では、外観デザインも重要視され、また小型化・薄型化も進んでいる。そのため、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応可能なアンテナ装置も小型化、薄型化が進む携帯電話機に搭載する必要があり、アンテナ装置の設計や実装が困難になりつつある。

さらに、ＬＴＥ方式やＬＴＥ−Ａ方式ではＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）に対応して少なくとも１つのサブアンテナ素子を備える必要があるため、アンテナ装置の設計や実装がより困難になることが予想される。

なお、上記ＱＵＡＤ−ＢＡＮＤに対応するアンテナ装置は、例えば特許文献１で提案されている。

特許文献１には、２つの給電点を備え、第１の給電点に２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／０．８ＧＨｚ帯用のアンテナ素子が接続され、第２の給電点に１．５ＧＨｚ帯のアンテナ素子が接続された構成が記載されている。

特開２０１０−０５６７８１号公報

上述したように携帯電話機等の携帯無線機では、小型化・薄型化が進んでおり、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤ（５バンド）に対応するアンテナ装置の設計や実装がより困難になりつつある。

本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応可能であり、比較的容易に設計できるアンテナ装置及びそれを備えた携帯無線機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のアンテナ装置は、複数の無線周波数帯の電波を送受信するためのアンテナ装置であって、
少なくとも２つの給電点と、
前記給電点から最大でも２つに分岐して接続される複数のアンテナ素子と、
を有し、
少なくとも１つのアンテナ素子が２つの無線周波数帯に対応し、他のアンテナ素子が残りの無線周波数帯に対応する構成である。

一方、本発明の携帯無線機は、上記アンテナ装置と、
前記無線周波数帯の電波を送受信する、前記無線周波数帯に対応して設けられた複数の無線通信部と、
送受信する前記無線周波数帯の電波に応じて前記アンテナ装置と対応する無線通信部間の接続を切り換えるアンテナスイッチと、
を有する。

本発明によれば、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応するアンテナ装置を実現できる。また、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応するアンテナ装置を比較的容易に設計できる。

本発明の携帯無線機の一構成例を示すブロック図である。 本発明の携帯無線機が備える第１の給電点の入力インピーダンスの特性例を示すグラフである。 本発明の携帯無線機が備える第２の給電点の入力インピーダンスの特性例を示すグラフである。 本発明の携帯無線機が備えるアンテナ装置の放射特性の一例を示すグラフである。

次に本発明について図面を用いて説明する。

図１は本発明の携帯無線機の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）は、０．８ＧＨｚ帯を利用するＧＳＭ方式に対応した第１無線通信部４０を示し、ＷＣＤＭＡは２ＧＨｚ帯を利用するＷＣＤＭＡ方式に対応した無線通信部５０を示している。また、Ｃ２ｋ（ＣＤＭＡ２０００ １ｘ）は、１．７ＧＨｚ帯を利用するＣ２ｋ方式に対応した無線通信部６０を示し、ＬＴＥは、１．５ＧＨｚ帯を利用するＬＴＥ方式及び３．５ＧＨｚ帯を利用するＬＴＥ−Ａ方式に対応した無線通信部７０を示している。図１は、これらの無線通信部４０〜７０とアンテナ装置１間の接続構成を模式的に示している。

本実施形態の携帯無線機は、上記無線通信部４０〜７０、アンテナスイッチ（ＡＮＴ ＳＷ）３０及びアンテナ装置１を備えた構成である。

アンテナ装置１は、２つの給電点（不図示）を備え、一方の給電点（第１の給電点）に２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／０．８ＧＨｚ帯用のアンテナ素子１０（１０₁，１０₂）が接続され、他方の給電点（第２の給電点）に１．５ＧＨｚ帯／３．５ＧＨｚ帯用のアンテナ素子２０（２０₁，２０₂）が接続された構成である。

第１の給電点と、ＧＳＭ方式、ＷＣＤＭＡ方式またはＣ２ｋ方式に対応する無線通信部４０〜６０とは、それぞれアンテナスイッチ（ＡＮＴ ＳＷ）３０を介して切り換え可能に接続され、第２の給電点と、ＬＴＥ方式またはＬＴＥ−Ａ方式に対応した無線通信部７０とは、それぞれアンテナスイッチ（ＡＮＴ ＳＷ）３０を介して切り換え可能に接続される。

アンテナスイッチ３０は、携帯無線機が備える不図示の制御部からの指示にしたがって、送受信する無線周波数帯の電波に応じてアンテナ装置と対応する無線通信部間の接続を切り換える。

第１の給電点には、該給電点から分岐した２つのアンテナ素子１０₁，１０₂が接続され、一方のアンテナ素子１０₁が２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯用として使用され、他方のアンテナ素子１０₂が０．８ＧＨｚ帯用として使用される。アンテナ素子１０₁は、比較的近い無線周波数帯（２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯）であれば、２つの共振点を備えることでそれぞれの電波の送受信が可能であり、その電気的特性も比較的容易にコントロールできる。

第２の給電点には、該給電点から分岐した２つのアンテナ素子２０₁，２０₂が接続され、一方のアンテナ素子２０₁が１．５ＧＨｚ帯用として使用され、他方のアンテナ素子２０₂が３．５ＧＨｚ帯用として使用される。

各アンテナ素子１０，２０には、周知の逆Ｌ型アンテナ、逆Ｆ型アンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、ミアンダ状アンテナ等を用いればよい。

なお、上述したように、ＬＴＥ方式やＬＴＥ−Ａ方式では、ＭＩＭＯに対応して少なくとも１つのサブアンテナ装置を搭載する必要がある。その場合は、例えばサブアンテナ素子用の給電点を設け、上記と同様構成のサブアンテナ素子を、ＬＴＥ方式やＬＴＥ−Ａ方式で利用する各無線周波数帯に対応してそれぞれ搭載すればよい。

一般に、複数の無線周波数帯に対応するために、給電点から３つ以上に分岐してそれぞれにアンテナ素子を接続すると、アンテナ素子毎の電気的特性をコントロールするのが困難になり、各アンテナ素子の製造も難しくなる。また、給電点から２つに分岐する場合でも、分岐後のアンテナ素子で３つ以上の無線周波数帯の電波を送受信するには、広い無線周波数帯域に対応するアンテナ素子を形成する必要がある。しかしながら、そのような広帯域のアンテナ素子を形成するのは困難である。

本実施形態のアンテナ装置１では、比較的近い無線周波数帯（２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯）についてのみ１つのアンテナ素子１０₁で対応し、他の周波数帯（０．８ＧＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯／３．５ＧＨｚ帯）にはそれぞれに対応するアンテナ素子１０₂，２０₁，２０₂を設け、さらに各給電点からそれぞれ２つ分岐してアンテナ素子を接続する構成であるため、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応するアンテナ装置１を比較的容易に実現できる。

図２は、本発明のアンテナ装置が備える第１の給電点の入力インピーダンスの特性例を示すグラフであり、図３は、本発明のアンテナ装置が備える第２の給電点の入力インピーダンスの特性例を示すグラフである。また、図４は、本発明のアンテナ装置の放射特性の一例を示すグラフである。

図２は、２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／０．８ＧＨｚ帯のアンテナ素子が接続された第１の給電点における入力インピーダンスの特性例を示し、図３は、１．５ＧＨｚ帯／３．５ＧＨｚ帯のアンテナ素子が接続された第２の給電点における入力インピーダンスの特性例を示している。図４は、図２及び図３に示したインピーダンス特性を備えたアンテナ装置のバンド毎の放射特性をそれぞれ示している。

図２及び図３に示すように、本実施形態のアンテナ装置１は、上述した２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／０．８ＧＨｚ／１．５ＧＨｚ帯／３．５ＧＨｚ帯の各バンドで、入力インピーダンスの特性にそれぞれ共振点が得られていることが確認できる。また、図４に示すように、各バンド内の放射効率も良好の特性が得られていることが確認できる。

本実施形態のアンテナ装置１によれば、２つの給電点を備え、比較的近い無線周波数帯（２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯）のみ１つのアンテナ素子１０₁で対応し、他の無線周波数帯（０．８ＧＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯／３．５ＧＨｚ帯）にはそれぞれに対応するアンテナ素子１０₂，２０₁，２０₂を設け、さらに各給電点からそれぞれ２つ分岐してアンテナ素子１０₁，１０₂，２０₁，２０₂を接続する構成であるため、アンテナ素子１０₁，１０₂，２０₁，２０₂毎の性能を低下させることなく、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応するアンテナ装置を実現できる。また、このような構成を採用することで、ＰＥＮＴＡ−ＢＡＮＤに対応するアンテナ装置１を比較的容易に設計できる。

なお、本実施形態では、２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／０．８ＧＨｚ／１．５ＧＨｚ帯／３．５ＧＨｚ帯に対応可能なアンテナ装置１の構成例を示したが、比較的近い２つの無線周波数帯に対して１つのアンテナ素子で対応し、他の周波数帯に対してそれぞれに対応するアンテナ素子を設けることができれば、無線周波数帯は上記の組み合わせに限定されるものではない。

また、本実施形態では、２つの給電点を備える構成例を示したが、給電点を設けるスペースがあるなら、給電点の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、各給電点から２つ分岐してそれぞれアンテナ素子を接続する構成例を示したが、給電点から分岐する数は最大でも２つ以下であればよく、いずれかの給電点に１つのアンテナ素子のみが接続される構成も本発明に含まれる。例えば、無線周波数の組み合わせによっては、一方の給電点から分岐する２つのアンテナ素子でそれぞれ２つの無線周波数帯に対応できる場合が考えられる。その場合、他方の給電点には１つのアンテナ素子のみが接続されることになる。また、給電点を３つ以上設けることができる場合も、いずれかの給電点には１つのアンテナ素子のみが接続されることになる。

また、本実施形態では、携帯無線機として携帯電話機を想定して説明したが、本発明は、無線通信機能が搭載されるノート型のパーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital AssistantまたはPersonal Data Assistance）等にも適用可能である。

１ アンテナ装置
１０，２０ アンテナ素子
３０ アンテナスイッチ
４０〜７０ 無線通信部

Claims (3)

1. 複数の無線周波数帯の電波を送受信するためのアンテナ装置であって、
   少なくとも２つの給電点と、
   前記給電点から最大でも２つに分岐して接続される複数のアンテナ素子と、
   を有し、
   少なくとも１つのアンテナ素子が２つの無線周波数帯に対応し、他のアンテナ素子が残りの無線周波数帯に対応するアンテナ装置。
2. 第１の給電点に、２ＧＨｚ帯及び１．７ＧＨｚ帯に対応するアンテナ素子と０．８ＧＨｚ帯に対応するアンテナ素子とが接続され、
   第２の給電点に、１．５ＧＨｚ帯に対応するアンテナ素子と３．５ＧＨｚ帯に対応するアンテナ素子とが接続された請求項１記載のアンテナ装置。
3. 請求項１または２記載のアンテナ装置と、
   前記無線周波数帯の電波を送受信する、前記無線周波数帯に対応して設けられた複数の無線通信部と、
   送受信する前記無線周波数帯の電波に応じて前記アンテナ装置と対応する無線通信部間の接続を切り換えるアンテナスイッチと、
   を有する携帯無線機。