JP2012182632A - マルチバンドアンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 逆Fアンテナの放射電極と短絡線との接続点から給電点までの間に並列共振回路の一端を接続し他端を接地し、前記並列共振回路のリアクタンス要素は、少なくとも一部が前記短絡線により形成されたマルチバンドアンテナ。
【選択図】 図1
Description
一つの給電回路に接続された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共振モードを例えばGSM850/900帯で得るとすると、DCS帯等は高次モードの共振で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、GSM帯に対して複数の周波数帯域が1:3の関係にないので、単純には高次共振モードでは対応できない。並列共振による場合もまた高次共振モードの共振で対応するのは難しい。
このアンテナは、接地導体GNDから離れて配置された平面状の放射板と、前記放射板を接地導体GNDに接続する短絡線105と、前記放射板に接地導体GNDを貫通して高周波電力を供給する給電線104とを備えた逆F型アンテナである。図中矢印は放射板に流れる電流を示し、前記放射板にはスリットが設けられて2つの放射電極102、103が形成され、それぞれに共振電流が流れて異なる周波数で共振する複共振のアンテナとなり、放射電極103を基本共振モードで第1の周波数帯fb1にて共振させ、放射電極102を基本共振モードで第2の周波数帯fb2にて共振させることが出来る。
基本的な構成は引用文献1のアンテナと同じであるが、複共振のアンテナの短絡線104に直列にインダクタLsを接続する。インダクタンスLsによって、短絡線104から接地までの電気的な長さが長くなってインピーダンスが変化し、VSWR帯の帯域を広くする。しかしながら、この場合であっても、第2の周波数帯fb2を満足するVSWR帯は得られない。
この方法では、アンテナと同一の周波数で共振する並列共振回路を用いる。そのインピーダンスは共振周波数より低い周波数側ではインダクティブに、高い周波数側ではキャパシティブとなる為、アンテナと接地との間に給電点と並列に前記並列共振回路を接続することで、リアクタンス成分が打ち消されて高周波数帯で低い値となり、アンテナのVSWR帯が広帯域化される。
前記短絡線の経路のインダクタンスによって、第2の放射電極に基本共振モードでの第1の周波数f1におけるインピーダンスを調整する。アンテナの動作周波数が高周波となり、インダクタンスが大きくなる程、高周波的に接地との間が高インピーダンスとなる為に、第1の放射電極による第1の周波数f1での基本共振モードや、第2の放射電極による第3の周波数f3での高次共振モードへの影響は少ない。
また、前記インダクタンス、前記キャパシタンスの定数の選択や、放射電極と短絡線との接続点の位置などによって、第1の放射電極をモノポールアンテナとして動作させることが出来る。この様な構成によれば、第1の放射電極における基本共振モードにおいては前記キャパシタンスの影響が少なくて済み、第3の周波数f3を大きく低周波側へ調整しても第1に周波数f1に与える影響は軽微なもとなる。
2つの共振が近接した周波数にあるとVSWR帯域は広帯域となるが、極端に近接させれば影響は現れ、また帯域も減少するので、周波数の関係は1.05×f1<f3<3×f2とするのが好ましい。
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とを備え、各素子は給電点Aに接続された共通の給電回路200からの給電により励振され、少なくとも第1〜第3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。前記第1の素子及び前記第2の素子と接地との間には短絡線esを備え、前記短絡線esと並列にキャパシタンスCpが接続される。
そこで本発明者等は、第2の放射電極の高次共振モード動作に着目して検討を重ねた結果、放射電極と短絡線esとの接続点Cから給電点Aまでの間に並列共振回路を設け、前記並列共振回路を接地することで、第1の放射電極の基本共振モード、第2の放射電極による基本共振モードに与える影響を小さくしながら、第2の周波数帯fb2におけるVSWRを広帯域化することが出来ることを見出した。
第1の放射電極は、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。
図4は各放射電極によって得られる共振の周波数特性を説明する為の図である。第3周波数f3は第1の周波数f1の高周波側にあり、少なくとも100MHz程度離して設定される。
第3の周波数f3を第1の周波数f1の近傍に形成すれば、第2の周波数帯fb2におけるVSWRを広帯域化することが出来る。また、キャパシタンスCpによって他の共振への与える影響を少なく第3の周波数f3を調整することが出来るので、所望の周波数に第3の周波数f3を設定することも容易である。
キャパシタンスCpは短絡線esの寄生キャパシタンスのみで構成しても良いし、更にキャパシタンス素子Csを接続しても良い。図8はキャパシタンス素子Csとして容量値が固定の固定キャパシタンスを接続して構成した合の並列共振回路Prの等価回路である。固定キャパシタンスは、チップコンデンサや実装基板に形成されたコンデンサパターンで形成され得る。
図9はキャパシタンス素子Csとして容量値が可変の可変キャパシタンスを接続して構成した合の並列共振回路Prの等価回路である。可変キャパシタンスCsとしては、バリキャップダイオード、MEMS、デジタルチューナブルコンデンサなどの可変容量素子が用いられる。並列共振回路Prを可変容量素子によって変更可能とすれば、対応可能な周波数帯を増加させることが出来て好ましい。可変容量素子の制御回路等は実装基板に形成すれば良い。
第3の素子el3は要素c、i、e、f、gで構成され、他の素子el1、el2と同じ方向に、並んで伸張する。またその長さは第2の素子el2よりも僅かに長く構成されている。そして、第2の素子el2と第3の素子el3とは互いに干渉し易いように、第1素子el1と第2素子el2との間隔よりも近づけて配置される。
第3の放射電極の合計長さは、実質的に第4の周波数f4の波長λ4の略1/2となっている。第4の周波数f4は第2の周波数f2よりも低周波側に現れ、第1の周波数帯fb1のVSWRの帯域を広げることができる。
また、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4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。
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。
また、ポリカーボネート等のエンジニアリング樹脂基体の表面にスパッタリング、めっき等で導体を形成し放射導体としても良いし、FPC等を使用しても良い。このとき、基体は通常通り単独のアンテナ用基体としても良いが、端末の筐体内壁を基体として利用することにより、省スペース化を図ることもできる。
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。
以下本発明に係るマルチバンドアンテナの第1の実施の形態について説明する。
本実施例のマルチバンドアンテナの主な構造は図1、図2で示したものとほぼ同じであるので、重複する点については説明を省く。実装基板(図示せず)に立設する厚みが0.3mmで帯状のリン青銅を用いて放射電極と短絡線を一体形成している。
放射電極の給電側は、実装基板に形成された給電回路200と接続する第1経路と接続する。本実施例では、第1経路には並列共振回路Prのキャパシタンスの一部となるチップコンデンサが接続され実装基板には実装されている。放射電極に接続する短絡線esは、放射電極と一体に形成された要素hを含み、本実施例では実装基板に形成された第2経路とで構成される。要素hと第2経路の合計長さを13.5mmとしている。
放射電極と短絡線との接続点Cを実装基板から約0.8mmの位置とし、約2mmの位置を第1の素子el1との接続点Bとしている。第1の放射電極を構成する第1の素子el1は幅が1.0mmであり幅広面が実装面に対して対向しない構成となっている。また、第2の放射電極を構成する第2の素子el2もまた幅が1.0mmであり、第1の素子el1とは約1.7mmの間隔をもって並行に伸び、幅広面が実装面に対して対向するように構成されている。第2の素子el2と実装基板との間隔は約4.2mmとした。
また、第1〜第3の共振におけるVSWRが4以下となる周波数帯を表2に示す。
また図12にチップコンデンサの容量値を0.8pFとした場合のVSWR特性を示す。
また容量値が増加するに従い、第1の放射電極による第1の周波数f1(第1の共振)は増加する傾向を示したが、その変化量は僅かでありアンテナ特性に大きく影響するものでは無い。一方、第2の放射電極による第2の周波数f2(第2の共振)は変化無く、第3の周波数f3(第3の共振)は低周波側に移動した。
VSWR帯域は、容量値を増やすことで、第2の放射電極による第2の周波数f2(第2の共振)では帯域が僅かに増加した。図12に示す様に、第3の共振が第1の共振の近くにあるとVSWR波形が重なり合ってVSWR帯域を広げる。この為、第1の放射電極による第1の周波数f1(第1の共振)と第2の放射電極による第3の周波数f3(第3の共振)のVSWR帯域は0.8pFまでは増加したが、それを超えるとVSWR帯域は減少した。
図13及び図14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り、異なる面側から見た場合の斜視図である。このマルチバンドアンテナはポリカーボネート樹脂の支持体bsにより支持された洋白(Cu−27Zn−18Ni合金)の厚み0.1mmの薄板で構成されている。基本的な構成は図10及び図11に示したマルチバンドアンテナと同様であって、直列共振モードと並列共振モードで動作する。
前記薄板は、第1の素子el1と、第2の素子el2と、第3の素子el3と、短絡線esを構成する。外形寸法は幅を46mm、長さを8mm、高さを6mmである。長手方向の端部2箇所には、マルチバンドアンテナを実装基板に固定する為の孔Th1,Th2が2箇所設けられている。
分岐点である接続点Bと短絡線esが接続する接続点Cとの間の長さは6mmである。また短絡線esは要素hs0〜hs4で折り返し線路として形成され、その長さは27mmである。
短絡線esを折り返し線路として構成することで、寄生するリアクタンス要素を大きくすることが出来る。短絡線esが長くなることでインダクタンスLpを大きくすることが出来る。また要素h1と要素h3との線間にキャパシタンスCp2が形成され、要素h1を要素aと並行に、かつ近接して形成することで線間にはキャパシタンスCp1が形成され、要素h3を接地に近接して形成することで線間にはキャパシタンスCp3が形成される。
短絡線esに寄生するリアクタンス要素を利用することで、補助的なチップコンデンサを必要とせずに並列共振回路Prを構成することが出来る。
この様な構成により、第4の共振をLTE Band17帯に、第2の共振をGSM850/900帯に、第1の共振をDCS/PCS帯に、第3の共振をUMTS帯に有するマルチバンドアンテナとした。
図20に600MHz〜2700MHz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。
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。
200 給電回路
el1 第1の素子
el2 第2の素子
el3 第3の素子
Claims (7)
- 放射電極として、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長く形成された第2の素子と、前記放射電極を接地する短絡線を備え、
第1の素子は第1の周波数f1で直列共振する第1の放射電極を構成し、第2の素子は前記第1の周波数f1よりも低周波数の第2の周波数f2と、前記第1の周波数f1よりも高周波数の第3の周波数f3で直列共振する第2の放射電極を構成し、
前記放射電極と前記短絡線との接続点から給電点までの間に接続された並列共振回路が接地され、
前記並列共振回路のリアクタンス要素は、少なくとも一部が前記短絡線により形成され、前記並列共振回路により前記第3の周波数f3を調整することを特徴とするマルチバンドアンテナ。 - 放射電極として、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長く形成された第2の素子と、前記放射電極を接地する短絡線を備え、
前記放射電極と前記短絡線との接続点から給電点までの間に接続されたキャパシタンスを接地し、前記キャパシタンスの一部には、第1の素子と短絡線との間に形成されたキャパシタンス、短絡線と接地との間に形成されたキャパシタンス、又は短絡線の線間に形成されたキャパシタンスのいずれかを含み、
前記マルチバンドアンテナは、第1の素子を第1の放射電極として、第1の周波数f1で直列共振し、第2の素子を第2の放射電極として、前記第1の周波数f1よりも低周波数の第2の周波数f2と、前記第1の周波数f1よりも高周波数の第3の周波数f3で直列共振し、
前記第1の周波数f1〜前記第3の周波数f3は、f2<f1<1.05×f1<f3<3×f2の関係にあることを特徴とするマルチバンドアンテナ。 - 前記短絡線と直列にインダクタンスが接続されたことを特徴とする請求項1又2に記載のマルチバンドアンテナ。
- 前記短絡線と並列に可変キャパシタンス素子が接続されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のマルチバンドアンテナ。
- 放射電極として、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長く形成された第2の素子と、前記放射電極を接地する短絡線を備え、
前記第1及び第2の素子と短絡線は基体に支持された帯状導体で形成され、
前記基体を搭載する実装基板にリアクタンス素子が実装され、前記リアクタンス素子は少なくとも、前記放射電極と前記短絡線との接続点から給電点までの間に接続され接地されたキャパシタンスを有することを特徴とするマルチバンドアンテナ。 - 放射電極として、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長く形成された第2の素子と、前記放射電極を接地する短絡線を備え、
前記第1及び第2の素子と短絡線は基体に支持された帯状導体で形成され、
前記基体には誘電体素子を配置する窪みが設けられ、前記誘電体素子は、前記放射電極と前記短絡線との接続点から給電点までの間に接続され接地されたキャパシタンスを構成することを特徴とするマルチバンドアンテナ。 - 放射電極として、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長く形成された第2の素子と、前記放射電極を接地する短絡線を備え、
前記第1及び第2の素子と短絡線は基体に支持された帯状導体で形成され、
前記短絡線を複数箇所で折れ曲がって形成して、前記放射電極と前記短絡線との接続点から給電点までの間に接続され接地されたキャパシタンスとインダクタンスを構成することを特徴とするマルチバンドアンテナ。
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