JP2012169805A - Multiband antenna - Google Patents

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辰朗 綾香
Kenji Hayashi
健児 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multiband antenna which can deal with a frequency band including LTE and is excellent in a VSWR band, and thus is capable of dealing with multiple transmission and reception systems.SOLUTION: A multiband antenna which can deal with a plurality of transmission and reception systems is configured such that: as a first resonance, a first radiation electrode comprising elements of a first component and a second component and having both terminals being open resonates in parallel at a first frequency f1; as a second resonance, the second component as a second radiation electrode resonates in series at a second frequency f2; as a third resonance, a third component as a third radiation electrode resonates in series at a third frequency f3; as a fourth resonance, the first radiation electrode resonates in parallel at a fourth frequency f4; and as a fifth resonance, the second radiation electrode resonates in series at a fifth frequency f5. The first frequency f1 to the fifth frequency f5 have the following relation: f1<f2<2×f1<f3<f4<f5.

Description

本発明は、無線装置に用いられるアンテナ回路に関し、特には複数の互いに異なる周波数帯において利用可能なマルチバンドアンテナに関するものである。   The present invention relates to an antenna circuit used in a radio apparatus, and more particularly to a multiband antenna that can be used in a plurality of different frequency bands.

携帯電話等の無線通信装置の急速な普及に応じて通信システムが使用する周波数帯域も多岐に亘るようになり、特に最近では、デュアルバンド方式、トリプルバンド方式、クワッドバンド方式のように複数の送受信帯域に対応した携帯電話が多くなってきた。例えば、GSM850/900帯、DCS帯、PCS帯、UMTS帯の通信システムに対応した携帯電話では、GSM850/900帯が824〜960MHz、DCS帯が1710〜1850MHz、PCS帯が1850〜1990MHz、及びUMTS帯が1920〜2170MHz帯の周波数帯を使用するので、これらの複数の周波数帯域に対応可能なアンテナ(マルチバンドアンテナ)が必要である。   In response to the rapid spread of wireless communication devices such as mobile phones, the frequency band used by communication systems has become widespread. Especially recently, multiple transmission / reception such as dual-band, triple-band, and quad-band methods are used. The number of mobile phones that support bandwidth has increased. For example, in a mobile phone that supports GSM850 / 900 band, DCS band, PCS band, and UMTS band communication systems, GSM850 / 900 band is 824 to 960 MHz, DCS band is 1710 to 1850 MHz, PCS band is 1850 to 1990 MHz, and UMTS Since the band uses a frequency band of 1920-2170 MHz, an antenna (multiband antenna) that can handle these multiple frequency bands is required.

アンテナを構成するアンテナの要素[放射素子、放射電極、放射線路(単に線路とも呼ばれる)]は通常基本周波数での共振(基本モード)と、高次の周波数での共振(高次モード)とを有する。例えば、直列共振で動作するアンテナでは、基本モードは1/4波長であり、高次モードは3/4波長である。また、並列共振であれば、基本モードは1/2波長であり、高次モードは3/2波長である。
一つのアンテナ要素でマルチバンドアンテナを構成する場合、直列共振による基本モードの共振を例えばGSM850/900帯で得るとすると、DCS帯等は高次モードの共振に対応することになる。しかし、DCS帯、PCS帯及びUMTS帯はGSM帯の約2〜2.5倍の周波数であり、複数の周波数帯域が1:3の関係にないので、単純には高次モードの共振に対応できない。並列共振による場合もまた高次モードの共振に対応するのは難しい。また高次モードの共振では、VSWR(電圧定在波比)が得られる帯域幅が狭い。
The antenna elements constituting the antenna [radiating element, radiating electrode, radiation path (also referred to simply as a line)] usually have resonance at a fundamental frequency (fundamental mode) and resonance at a higher order frequency (higher-order mode). Have. For example, in an antenna operating at series resonance, the fundamental mode is ¼ wavelength and the higher order mode is ¾ wavelength. In the case of parallel resonance, the fundamental mode is ½ wavelength and the higher order mode is 3/2 wavelength.
When a multi-band antenna is configured with one antenna element, assuming that fundamental mode resonance by series resonance is obtained, for example, in the GSM850 / 900 band, the DCS band or the like corresponds to higher-order mode resonance. However, the DCS band, PCS band, and UMTS band are about 2 to 2.5 times the frequency of the GSM band, and the plurality of frequency bands are not in a 1: 3 relationship, so it simply supports higher-order mode resonances. Can not. Even in the case of parallel resonance, it is difficult to cope with higher-order mode resonance. In the higher-order mode resonance, the bandwidth for obtaining VSWR (voltage standing wave ratio) is narrow.

GSM850/900帯の周波数帯域幅は136MHzであり、中心周波数は892MHzであるので、比帯域幅は約15.3%〔136MHz/892MHz〕である。またDCS帯、PCS帯、及びUMTS Band1帯の周波数帯域幅は460MHzであり、中心周波数は1940MHzであるので、比帯域幅は約23.7%〔460MHz/1940MHz〕である。このような周波数帯では、一つのアンテナ要素による共振によりインピーダンス整合を得るのは難しく、その帯域幅も十分に確保できない。   Since the GSM850 / 900 band has a frequency bandwidth of 136 MHz and a center frequency of 892 MHz, the specific bandwidth is about 15.3% [136 MHz / 892 MHz]. Further, since the frequency bandwidth of the DCS band, the PCS band, and the UMTS Band1 band is 460 MHz and the center frequency is 1940 MHz, the specific bandwidth is about 23.7% [460 MHz / 1940 MHz]. In such a frequency band, it is difficult to obtain impedance matching due to resonance by one antenna element, and a sufficient bandwidth cannot be secured.

このような問題に対して、本発明者は特許文献1において図13に示すマルチバンドアンテナを提案した。このマルチバンドアンテナは、要素E2、E3を含み並列共振モードで動作する第1の放射素子と、要素E1、E2で構成され直列共振モードで動作する第2の放射素子と、要素E1、E3で構成され直列共振モードで動作する第3の放射素子とを備えるものである。なお図中、符号211は第2の放射素子に誘起される共振電流を、符号222は第3放射素子に誘起される共振電流を、第3の放射素子に誘起される共振電流を示す。   In response to such a problem, the present inventor has proposed a multiband antenna shown in FIG. The multiband antenna includes a first radiating element including elements E2 and E3 and operating in a parallel resonant mode, a second radiating element configured by elements E1 and E2 and operating in a series resonant mode, and elements E1 and E3. And a third radiating element configured and operating in a series resonance mode. In the figure, reference numeral 211 denotes a resonant current induced in the second radiating element, reference numeral 222 denotes a resonant current induced in the third radiating element, and a resonant current induced in the third radiating element.

第1の放射素子による並列共振の第1の周波数は、第2の放射素子による直列共振の第2の周波数よりも相対的に高周波数に設定されおり、第3の放射素子による直列共振の第3の周波数は前記第1の周波数よりも相対的に高周波数に設定される。
第1の周波数をアンテナの動作周波数帯域内とし、第2、第3の周波数を帯域外に設定することで、直列共振モードの共振と並列共振モードの共振との間に遷移的に生じるVSWR劣化のピーク周波数を所望の周波数帯域外(低周波側)とし、更に第2の周波数を、アンテナの動作周波数の下限近傍に設定する。主共振として並列共振を用いることで、基本モードでのインピーダンス整合可能な周波数を広帯域とするとともに、利得の低下も防いでいる。また更に要素を加えることで、DCS帯、PCS帯及びUMTS帯の高周波帯にも対応可能としている。
The first frequency of the parallel resonance by the first radiating element is set to be relatively higher than the second frequency of the series resonance by the second radiating element, and the first frequency of the series resonance by the third radiating element is set. The third frequency is set to a relatively higher frequency than the first frequency.
By setting the first frequency within the operating frequency band of the antenna and setting the second and third frequencies outside the band, VSWR degradation that occurs transitively between the resonance in the series resonance mode and the resonance in the parallel resonance mode And the second frequency is set near the lower limit of the operating frequency of the antenna. By using parallel resonance as the main resonance, the frequency capable of impedance matching in the basic mode is widened and the gain is prevented from being lowered. Furthermore, by adding further elements, it is possible to cope with high frequency bands such as DCS band, PCS band and UMTS band.

特開2010−288175号JP 2010-288175 A

最近ではマルチバンドアンテナが対応すべき周波数帯はLTE帯にも広がっている。例えば、LTE Band17帯は704〜746MHz、LTE Band7帯は2500〜2690MHz帯の周波数帯を使用する。なおLTE、GSMは商標あるいは登録商標である。   Recently, the frequency band that the multiband antenna should support has spread to the LTE band. For example, the LTE Band 17 band uses a frequency band of 704 to 746 MHz, and the LTE Band 7 band uses a frequency band of 2500 to 2690 MHz. LTE and GSM are trademarks or registered trademarks.

マルチバンドアンテナに要求される対応周波数帯域は広がる一方である。特許文献1のマルチバンドアンテナは広帯域の周波数に対応可能なものであるものの、LTEを含めた基本モードの周波数帯に対応するには、並列共振モードでの主共振ではVSRW帯域が十分でないと言う問題がある。
また主共振である第1の放射素子による基本モードでの並列共振の周波数は、第2の放射素子と第3の放射素子を構成する要素の長さ等によって調整される。当然に要素の長さを変えれば、2つの直列共振の周波数も変化する。
例えば、第2の放射素子による直列共振を利用し、LTE周波数帯域内の第2の周波数に共振を設けることも可能であるが、調整が難しいとともに、主共振や高次モードにおいて所望のVSWRが得られる周波数帯域が狭くなる問題がある。この為、従来のマルチバンドアンテナでは、LTEを含めた周波数帯に対応させることは困難であった。
そこで本発明では、LTEを含めた周波数帯に対応可能であり、VSWR帯域において優れ、もって複数の送受信系に対応可能なマルチバンドアンテナを提供することを目的とする。
The corresponding frequency band required for multiband antennas is expanding. Although the multiband antenna of Patent Document 1 is compatible with a wideband frequency, the VSRW band is not sufficient in the main resonance in the parallel resonance mode to support the fundamental mode frequency band including LTE. There's a problem.
The frequency of the parallel resonance in the fundamental mode by the first radiating element that is the main resonance is adjusted by the length of the elements constituting the second radiating element and the third radiating element. Of course, if the length of the element is changed, the frequency of the two series resonances also changes.
For example, it is possible to provide resonance at the second frequency within the LTE frequency band by using series resonance by the second radiating element. However, adjustment is difficult, and a desired VSWR can be obtained in the main resonance or higher-order mode. There is a problem that the obtained frequency band becomes narrow. For this reason, it has been difficult for conventional multiband antennas to support frequency bands including LTE.
Therefore, an object of the present invention is to provide a multiband antenna that can support a frequency band including LTE, is excellent in the VSWR band, and can support a plurality of transmission / reception systems.

本発明は、複数の送受信系に対応するマルチバンドアンテナであって、一端側が給電点に接続され他端側が開放端の第1の素子と、一端側が前記給電点と接続し、他端側が開放端であり、前記第1の素子よりも素子長さが短く、かつ前記第1の素子と略同方向に並んで伸びる第2の素子と、一端側が前記給電点と接続し、他端側が開放端であり、前記第2の素子よりも素子長さが短く、かつ少なくとも一部が前記第2の素子と略同方向に並んで伸びる第3の素子と、前記給電点側に前記第1〜第3の素子を直接又はインピーダンス素子を介し接地する短絡線路を備え、前記マルチバンドアンテナは、第1共振として前記第1の素子と前記第2の素子との要素により構成される両端開放の第1の放射電極が第1の周波数f1で並列共振し、第2共振として前記第2の素子が第2の放射電極として第2の周波数f2で直列共振し、第3共振として第3の周波数f3で前記第3の素子が第3の放射電極として直列共振し、第4共振として前記第1の放射電極が第4の周波数f4で並列共振し、第5共振として前記第2の放射電極が第5の周波数f5で直列共振し、前記第1の周波数f1〜前記第5の周波数f5は、f1<f2<2×f1<f3<f4<f5の関係にあることを特徴とするマルチバンドアンテナである。   The present invention is a multiband antenna corresponding to a plurality of transmission / reception systems, in which one end side is connected to a feeding point and the other end side is an open end, one end side is connected to the feeding point, and the other end side is open. A second element having an element length shorter than that of the first element and extending in the same direction as the first element, one end connected to the feeding point, and the other end opened A third element which is an end, has an element length shorter than that of the second element, and extends at least partially in the same direction as the second element; A short-circuit line for grounding the third element directly or through an impedance element is provided, and the multiband antenna is configured as a first resonance by a first open end composed of elements of the first element and the second element. One radiation electrode resonates in parallel at the first frequency f1, and the second As a vibration, the second element serves as a second radiation electrode in series resonance at the second frequency f2, and as a third resonance, the third element serves as a third radiation electrode in series resonance at the third frequency f3. As the fourth resonance, the first radiation electrode resonates in parallel at the fourth frequency f4, and as the fifth resonance, the second radiation electrode resonates in series at the fifth frequency f5, and the first frequency f1 to the first resonance The fifth frequency f5 is a multiband antenna characterized by having a relationship of f1 <f2 <2 × f1 <f3 <f4 <f5.

本発明によれば、GSM850/900帯やDCS帯、PCS帯及びUMTS帯の高周波帯はもとより、LTEを含めた周波数帯においてVSWR帯域特性に優れ、もって複数の送受信系に対応可能なマルチバンドアンテナを容易に提供することが出来る。   According to the present invention, a multiband antenna having excellent VSWR band characteristics in a frequency band including LTE as well as high frequency bands such as GSM850 / 900 band, DCS band, PCS band, and UMTS band and capable of supporting a plurality of transmission / reception systems. Can be provided easily.

本発明のマルチバンドアンテナの一構成例を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the example of 1 structure of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの第1の周波数における動作を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement in the 1st frequency of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの第2の周波数における動作を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement in the 2nd frequency of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの第3の周波数における動作を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement in the 3rd frequency of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの第4の周波数における動作を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement in the 4th frequency of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの第5の周波数における動作を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement in the 5th frequency of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの他の構成例を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the other structural example of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの金属板による構成例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the structural example by the metal plate of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナのVSWRの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of VSWR of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの100MHz〜1700MHzの間のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。It is a Smith chart which shows the impedance characteristic between 100 MHz-1700 MHz of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの1700MHz〜2500MHzの間のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。It is a Smith chart which shows the impedance characteristic between 1700 MHz-2500 MHz of the multiband antenna of this invention. 本発明のマルチバンドアンテナの2500MHz〜3300MHzの間のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。It is a Smith chart which shows the impedance characteristic between 2500 MHz-3300 MHz of the multiband antenna of this invention. 従来のマルチバンドアンテナの構成を説明する為の図である。It is a figure for demonstrating the structure of the conventional multiband antenna.

本発明のマルチバンドアンテナの基本構造を、図1を用いて説明する。
このマルチバンドアンテナ1は、第1の素子el1と第2の素子el2と第3の素子el3とを備え、各素子は共通の給電回路200からの給電により励振され、少なくとも第1〜第5の共振を生じて、複数の送受信系に対応可能なものである。なお、各共振の周波数は、第1〜第5の順に高周波数となる。
The basic structure of the multiband antenna of the present invention will be described with reference to FIG.
The multiband antenna 1 includes a first element el1, a second element el2, and a third element el3, and each element is excited by power supply from a common power supply circuit 200, and includes at least first to fifth elements. Resonance is generated, so that it can cope with a plurality of transmission / reception systems. In addition, the frequency of each resonance becomes a high frequency in order of the 1st-5th.

給電回路200に長さの異なる2つの素子が接続する場合、それぞれの長さに応じた周波数において直列共振するとともに、2周波数間の周波数において並列共振が発生することが知られ、マルチバンドアンテナの動作においては、直列共振モードの他に並列共振モードの共振電流が発生する。   When two elements having different lengths are connected to the power feeding circuit 200, it is known that series resonance occurs at a frequency corresponding to each length and parallel resonance occurs at a frequency between the two frequencies. In operation, a resonance current in the parallel resonance mode is generated in addition to the series resonance mode.

一般に直列共振モードでの動作するアンテナでは、放射素子からだけではなくグランド面からも放射する様に設計される。例えば携帯電話では、筐体の金属部分からの放射を利用して、見かけ上のアンテナ体積を増して放射効率を向上している。
一方並列共振モードでは、給電点やグランド面にはほとんど電流が流れない為、十分な大きさの放射素子を確保出来ない場合に、放射効率・利得が低下してしまう問題がある。従って小型のアンテナでは専ら放射効率に優れる直列共振モードが用いられ、放射素子のみで共振する並列共振モードはあまり用いられていなかった。
In general, an antenna operating in a series resonance mode is designed to radiate not only from a radiating element but also from a ground plane. For example, in a mobile phone, radiation efficiency is improved by increasing the apparent antenna volume by using radiation from a metal part of a casing.
On the other hand, in the parallel resonance mode, since almost no current flows through the feeding point and the ground plane, there is a problem that the radiation efficiency and gain are lowered when a sufficiently large radiation element cannot be secured. Therefore, a series resonance mode with excellent radiation efficiency is used exclusively for a small antenna, and a parallel resonance mode that resonates only with a radiating element has not been used much.

しかしながら本発明者等が鋭意研究する中で、長さの異なる素子を近接して配置すると、一方の素子には直列共振に基づく共振電流が誘起されず、相対的に低周波数側の直列共振が発現しなくなることを知見した。そして、この様な状態においては、容易に直列共振の周波数と並列共振の周波数を調整することが可能であるとともに、素子間に形成される寄生容量によって共振に必要な要素の長さを短く出来ることが判明した。   However, when the present inventors are diligently researching, when elements having different lengths are arranged close to each other, a resonance current based on series resonance is not induced in one element, and series resonance on a relatively low frequency side is caused. It was found that it no longer developed. In such a state, the frequency of the series resonance and the frequency of the parallel resonance can be easily adjusted, and the length of the element necessary for the resonance can be shortened by the parasitic capacitance formed between the elements. It has been found.

係る知見に基づけば、十分な大きさの放射素子を確保出来ない場合に、その構成要素の実長が短くても、見かけの長さが長く見積もられて、もって並列共振モードでの動作による利得劣化の問題を改善することが出来る。   Based on such knowledge, when a sufficiently large radiating element cannot be secured, even if the actual length of the component is short, the apparent length is estimated to be long. The problem of gain degradation can be improved.

本実施例において、第1の素子el1は要素a、d、e、fからなり、第2の素子el2は要素b、e、fからなり、第3の素子el3は要素c、g、fからなる。また短絡線路は要素hとなる。短絡線路はインピーダンス素子を介して接地しても良い。
要素aは要素bと比べて僅かに長くなるように設定される。要素aと要素bとの長さの差は実質的に第1の素子el1と第2の素子el2との長さの差となる。各素子の主要部は、理想的にはグランド面GNDと略平行に配置され、それぞれ同じ方向に向って伸びる様に構成される。
In the present embodiment, the first element el1 includes elements a, d, e, and f, the second element el2 includes elements b, e, and f, and the third element el3 includes elements c, g, and f. Become. Moreover, the short circuit line becomes the element h. The short circuit line may be grounded via an impedance element.
Element a is set to be slightly longer than element b. The difference in length between the element a and the element b is substantially the difference in length between the first element el1 and the second element el2. The main part of each element is ideally arranged substantially parallel to the ground plane GND, and is configured to extend in the same direction.

第1の素子el1は第2の素子el2と近接して配置されており、要素a、b、dによって第1の周波数f1で並列共振する第1の放射素子を構成する。その合計長さは、実質的に第1の周波数f1の波長λ1の略1/2となっており、図2に示す様に、第1の放射素子を構成する要素a、b、dには共振電流Ip1が誘起される。理想状態では第3の素子el3側は高インピーダンスであり、給電側からは見えないので点線で示している。   The first element el1 is arranged close to the second element el2, and constitutes a first radiating element that resonates in parallel at the first frequency f1 by the elements a, b, and d. The total length is substantially half of the wavelength λ1 of the first frequency f1, and as shown in FIG. 2, the elements a, b, and d constituting the first radiating element include A resonance current Ip1 is induced. In an ideal state, the third element el3 side has a high impedance and is not visible from the power feeding side, so is indicated by a dotted line.

並列共振する時の電流分布Ip1は、その両端で0(零)となり、中央部で最大となる。従って第1の放射素子の中央部では、実質的に電圧が0(零)となり、インピーダンスはショート状態となる。接地される短絡線路を構成する要素hは、給電時に電圧が0(零)となる部位の近傍に接続する。   The current distribution Ip1 at the time of parallel resonance is 0 (zero) at both ends thereof, and is maximum at the center. Therefore, in the central portion of the first radiating element, the voltage is substantially 0 (zero), and the impedance is in a short state. The element h constituting the grounded short-circuit line is connected in the vicinity of a portion where the voltage becomes 0 (zero) during power feeding.

図3は第2の周波数f2での共振状態を示す図である。第2の素子el2は第2の放射素子として機能し、構成要素b、e、f、g、hには共振電流Is1が誘起される。第2の素子el2は第2の周波数f2で共振する波長λ2の略1/4の長さに形成されており、開放端側で電流が最小となるような直列共振モードの電流分布となる。理想状態では第1の素子el1、第3の素子el3は高インピーダンスであり、給電側からは見えないので点線で示しているが、第3の素子el3は第2の素子el2と結合し、直列共振の共振電流が誘起される場合がある。その場合の電流は主共振による電流よりも小さい。
また、短絡線路の位置を調整することで、第2の放射素子のインピーダンスを調整することが出来る。
FIG. 3 is a diagram showing a resonance state at the second frequency f2. The second element el2 functions as a second radiating element, and a resonance current Is1 is induced in the components b, e, f, g, and h. The second element el2 is formed to have a length approximately ¼ of the wavelength λ2 that resonates at the second frequency f2, and has a current distribution in a series resonance mode in which the current is minimized on the open end side. In the ideal state, the first element el1 and the third element el3 have high impedance and are not visible from the power supply side, and are shown by dotted lines. However, the third element el3 is coupled to the second element el2 and is connected in series. A resonant current of resonance may be induced. The current in that case is smaller than the current due to the main resonance.
Moreover, the impedance of the second radiating element can be adjusted by adjusting the position of the short-circuit line.

図4は第3の周波数f3での共振状態を示す図である。周波数f3は前記第1の周波数f1の2倍を超える周波数に設定される。第3の素子el3は第3の放射素子として機能し、構成要素c、f、g、hに共振電流Is2が誘起される。第3の素子el3は第3の周波数f3で共振する波長λ3の略1/4の長さに形成されており、開放端側で電流が最小となるような直列共振モードの電流分布となる。
理想状態では第1の素子el1、第2の素子el2は高インピーダンスであり、給電側からは見えないので点線で示している。第3の周波数f3が、第1の素子el1や第2の素子el2が共振し得る高次の共振周波数と近い周波数であれば、各素子にも高次直列共振の共振電流が誘起される場合があるが、主共振による電流よりも小さい。
FIG. 4 is a diagram showing a resonance state at the third frequency f3. The frequency f3 is set to a frequency exceeding twice the first frequency f1. The third element el3 functions as a third radiating element, and a resonance current Is2 is induced in the components c, f, g, and h. The third element el3 is formed to have a length substantially ¼ of the wavelength λ3 that resonates at the third frequency f3, and has a current distribution in a series resonance mode in which the current is minimized on the open end side.
In the ideal state, the first element el1 and the second element el2 have high impedance and are not visible from the power feeding side, and are shown by dotted lines. When the third frequency f3 is a frequency close to a higher-order resonance frequency at which the first element el1 and the second element el2 can resonate, a resonance current of higher-order series resonance is also induced in each element. Is smaller than the current due to the main resonance.

図5は第4の周波数f4での共振状態を示す図である。第1の放射素子には高次並列共振モードの共振電流Ip2が誘起される。
理想状態では第3の素子el3は高インピーダンスであり、給電側からは見えないので点線で示している。第3の素子el3が第2の素子el2と結合する場合には、直列共振の共振電流が誘起される場合があるが、主共振による電流よりも小さい。
FIG. 5 is a diagram showing a resonance state at the fourth frequency f4. A resonance current Ip2 in a higher-order parallel resonance mode is induced in the first radiating element.
In the ideal state, the third element el3 has a high impedance and is not visible from the power feeding side, so is shown by a dotted line. When the third element el3 is coupled to the second element el2, a series resonance resonance current may be induced, but is smaller than the current due to the main resonance.

図6は第5の周波数f5での共振状態を示す図である。第2の放射素子に高次直列共振モードの共振電流Is3が誘起される。
理想状態では第1の素子el1、第3の素子el3は高インピーダンスであり、給電側からは見えないので点線で示すが、第1の放射素子による高次並列共振や第3の放射素子の直列共振による共振電流が誘起される場合もある。その場合の共振電流は主共振による電流よりも小さい。
FIG. 6 is a diagram showing a resonance state at the fifth frequency f5. A resonance current Is3 in a higher-order series resonance mode is induced in the second radiating element.
In the ideal state, the first element el1 and the third element el3 have high impedance and are not visible from the power feeding side, and are indicated by dotted lines. However, the first-order radiating element and the third radiating element are connected in series. A resonance current due to resonance may be induced. In this case, the resonance current is smaller than the current due to the main resonance.

各素子の間隔は所望のアンテナ特性を発揮する様に適宜調整され得るが、隣り合う素子の間隔とアンテナ特性とは凡そ以下の傾向を示す。
第1の素子el1と第2の素子el2との間隔を近づけ結合を強めると、第1の周波数におけるVSWRの帯域が狭くなり、第2の周波数f2のVSWRの帯域が広がる。また、第5共振が低周波側に移動する。
第2の素子el2と第3の素子el3との間隔を近づけ結合を強めると、第3共振が低周波側に移動し、第2の周波数f2における利得が低下する。
The spacing between the elements can be adjusted as appropriate so as to exhibit the desired antenna characteristics, but the spacing between the adjacent elements and the antenna characteristics tend to be approximately the following.
When the distance between the first element el1 and the second element el2 is reduced and the coupling is strengthened, the band of the VSWR at the first frequency is narrowed and the band of the VSWR at the second frequency f2 is widened. Further, the fifth resonance moves to the low frequency side.
When the distance between the second element el2 and the third element el3 is reduced and the coupling is increased, the third resonance moves to the low frequency side, and the gain at the second frequency f2 decreases.

なお本実施態様では、第1の素子el1、第2の素子el2は直線状であり、同方向に伸長するが、曲線や蛇行させて構成することが出来る。また屈曲させて、先端側を同じ方向に伸長する様に折り返しても良い。更に折り返された第2の素子el2の先端側を第3の素子el3と結合可能なように対向させても良い。
このような構成によれば、マルチバンドアンテナを小型に構成することが出来る。また、第2の素子el2と第3の素子el3の経路での共振を利用して、広帯域のマルチバンドアンテナとすることが出来る。
In the present embodiment, the first element el1 and the second element el2 are linear and extend in the same direction, but can be configured by curves or meandering. Further, it may be bent and folded back so that the tip side extends in the same direction. Furthermore, the tip end side of the folded second element el2 may be opposed so as to be coupled with the third element el3.
According to such a configuration, the multiband antenna can be configured in a small size. In addition, a wideband multiband antenna can be obtained by utilizing resonance in the path of the second element el2 and the third element el3.

各素子を構成する要素は、FR4(ガラスエポキシ樹脂基板)などのプリント基板に、エッチングなどの公知の手法によって低抵抗のCu薄板で形成する場合や、アルミナや他の誘電体セラミクス材料から成るセラミック基板に、印刷やエッチングなどの公知の手法によってAu,Ag,Cu等の良導体で形成することも出来る。また、Cuやリン青銅からなる導体薄板で構成しても良い。
加工は容易だが外力に対して容易に変形し難いリン青銅などの合金で要素を形成すれば、支持体に依らず自由な形状に形成することが可能となり好ましい。
またプリント基板やセラミック素体に形成した要素を、グランド面を有する他のプリント基板に実装して構成しても良いし、導体薄板と組み合わせて構成しても良い。
The elements that make up each element are formed on a printed circuit board such as FR4 (glass epoxy resin board) using a low resistance Cu thin plate by a known technique such as etching, or a ceramic made of alumina or other dielectric ceramic material. It can also be formed on a substrate with a good conductor such as Au, Ag, or Cu by a known method such as printing or etching. Moreover, you may comprise with the conductor thin plate which consists of Cu or phosphor bronze.
If the element is formed of an alloy such as phosphor bronze which is easy to process but is not easily deformed by an external force, it can be formed into a free shape regardless of the support.
The elements formed on the printed circuit board or the ceramic body may be mounted on another printed circuit board having a ground surface, or may be configured in combination with a conductor thin plate.

以下本発明に係るマルチバンドアンテナの実施例について説明する。
図7はマルチバンドアンテナの構成例を説明する為の図である。また、図8の斜視図に金属板による構成例を示す。このマルチバンドアンテナはポリカーボネート樹脂により支持されるが、図面上では省略している。外形寸法は幅を10mm、長さを46.5mm、高さを6.5mmとしている。
Embodiments of the multiband antenna according to the present invention will be described below.
FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example of a multiband antenna. Moreover, the structural example by a metal plate is shown in the perspective view of FIG. Although this multiband antenna is supported by polycarbonate resin, it is omitted in the drawing. As for the external dimensions, the width is 10 mm, the length is 46.5 mm, and the height is 6.5 mm.

このマルチバンドアンテナは、接続点(給電点)Aを介して給電回路200と接続する第1の素子el1と、第2の素子el2と、第3の素子el3とを有し、プリント回路基板(図示せず)の一面側に立設されたリン青銅からなる厚み0.1mmの導体薄板で構成されている。
プリント回路基板は銅張両面導体基板(ガラスエポキシ基板)であるが、マルチバンドアンテナと重なる部位には、その両面にグランドパターンは形成されていない。
The multiband antenna includes a first element el1, a second element el2, and a third element el3 that are connected to the power feeding circuit 200 via a connection point (feeding point) A, and a printed circuit board ( It is composed of a thin conductor plate having a thickness of 0.1 mm and made of phosphor bronze provided upright on one side.
The printed circuit board is a copper-clad double-sided conductor board (glass epoxy board), but the ground pattern is not formed on both sides of the part overlapping the multiband antenna.

給電点Aに対して、第1の素子el1と第2の素子el2とが同じ方向に伸び、複数箇所で折り曲げられた後、端部は給電点A側に向う。その長さは、第1の素子el1を81.5mm、第2の素子el2を77.5mmとした。本実施例においては端部側に近接部が設けられ素子間の間隔は0.5mmとなっている。また他の部位では1.5mmの間隔をもって形成している。   The first element el1 and the second element el2 extend in the same direction with respect to the feeding point A, and after being bent at a plurality of locations, the end portion faces the feeding point A side. The length of the first element el1 was 81.5 mm, and the length of the second element el2 was 77.5 mm. In the present embodiment, the proximity portion is provided on the end side, and the distance between the elements is 0.5 mm. In other parts, it is formed with an interval of 1.5 mm.

第1の素子el1と第2の素子el2の端部側に向かって第3の素子el3が形成される。その長さを30.5mmとした。端部は第2の素子el2に3方囲まれた領域にあり、隣り合う第2の素子el2との間隔を、第2の素子el2の端部側で1.9mm、給電点に近い側で2.0mmとした。   A third element el3 is formed toward the end portions of the first element el1 and the second element el2. The length was 30.5 mm. The end portion is in a region surrounded by the second element el2 in three directions, and the distance between the adjacent second element el2 is 1.9 mm on the end portion side of the second element el2 and on the side close to the feeding point. 2.0 mm.

この様な構成により、第1共振をLTE Band17帯に、第2共振をGSM850/900帯に、第3共振をDCS/PCS帯に、第4共振をUMTS帯に、第5共振をLTE Band7帯に有するマルチバンドアンテナとした。   With this configuration, the first resonance is in the LTE Band 17 band, the second resonance is in the GSM850 / 900 band, the third resonance is in the DCS / PCS band, the fourth resonance is in the UMTS band, and the fifth resonance is in the LTE Band 7 band. A multiband antenna.

得られたマルチバンドアンテナを50Ωの同軸ケーブルを介してネットワークアナライザに接続し、VSWR特性を測定した。
図9に100MHz〜3300MHzにおけるVSWR特性を示す。VSWR特性図中において、点線はVSWR値が4であることを示している。また、各周波数におけるインピーダンス特性として図10に100MHz〜1700MHzにおけるスミスチャートを、図11に1700MHz〜2500MHzにおけるスミスチャートを、図12に2500MHz〜3300MHzにおけるスミスチャートを示す。
The obtained multiband antenna was connected to a network analyzer via a 50Ω coaxial cable, and VSWR characteristics were measured.
FIG. 9 shows the VSWR characteristics at 100 MHz to 3300 MHz. In the VSWR characteristic diagram, the dotted line indicates that the VSWR value is 4. As impedance characteristics at each frequency, FIG. 10 shows a Smith chart at 100 MHz to 1700 MHz, FIG. 11 shows a Smith chart at 1700 MHz to 2500 MHz, and FIG. 12 shows a Smith chart at 2500 MHz to 3300 MHz.

本発明のマルチバンドアンテナによれば、各共振が各送受信系の帯域内において発現し、かつVSWR値が4以下である周波数帯域は、各送受信系の帯域をカバーする。   According to the multiband antenna of the present invention, the frequency band in which each resonance appears in the band of each transmission / reception system and the VSWR value is 4 or less covers the band of each transmission / reception system.

1 マルチバンドアンテナ
200 給電回路
el1 第1の素子
el2 第2の素子
el3 第3の素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multiband antenna 200 Feed circuit el1 1st element el2 2nd element el3 3rd element

Claims (1)

複数の送受信系に対応するマルチバンドアンテナであって、
一端側が給電点に接続され他端側が開放端の第1の素子と、一端側が前記給電点と接続し、他端側が開放端であり、前記第1の素子よりも素子長さが短く、かつ前記第1の素子と略同方向に並んで伸びる第2の素子と、一端側が前記給電点と接続し、他端側が開放端であり、前記第2の素子よりも素子長さが短く、かつ少なくとも一部が前記第2の素子と略同方向に並んで伸びる第3の素子と、前記給電点側に前記第1〜第3の素子を直接又はインピーダンス素子を介し接地する短絡線路を備え、
前記マルチバンドアンテナは、第1共振として前記第1の素子と前記第2の素子との要素により構成される両端開放の第1の放射電極が第1の周波数f1で並列共振し、第2共振として前記第2の素子が第2の放射電極として第2の周波数f2で直列共振し、第3共振として第3の周波数f3で前記第3の素子が第3の放射電極として直列共振し、第4共振として前記第1の放射電極が第4の周波数f4で並列共振し、第5共振として前記第2の放射電極が第5の周波数f5で直列共振し、
前記第1の周波数f1〜前記第5の周波数f5は、f1<f2<2×f1<f3<f4<f5の関係にあることを特徴とするマルチバンドアンテナ。
A multi-band antenna corresponding to a plurality of transmission / reception systems,
A first element whose one end side is connected to the feeding point and whose other end side is an open end; one end side is connected to the feeding point; the other end side is an open end; and the element length is shorter than the first element; and A second element extending side by side in substantially the same direction as the first element, one end side is connected to the feeding point, the other end side is an open end, the element length is shorter than the second element, and A third element extending at least partially aligned in the same direction as the second element, and a short-circuit line for grounding the first to third elements directly or via an impedance element on the feeding point side,
In the multiband antenna, as a first resonance, a first radiating electrode having both ends open constituted by elements of the first element and the second element resonates in parallel at a first frequency f1, and a second resonance The second element serves as a second radiation electrode in series resonance at the second frequency f2, and as the third resonance, the third element serves as a third radiation electrode in series resonance at the third frequency f3. As the fourth resonance, the first radiation electrode resonates in parallel at the fourth frequency f4, and as the fifth resonance, the second radiation electrode resonates in series at the fifth frequency f5,
The first frequency f1 to the fifth frequency f5 have a relationship of f1 <f2 <2 × f1 <f3 <f4 <f5.
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