JP2014146851A - アンテナ装置及び該アンテナ装置を備えた携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】多周波共用として十分な広帯域化が得られるアンテナ装置及び該アンテナ装置を備えた携帯端末を提供する。
【解決手段】給電部１０と、給電部１０から給電される低周波数帯域用の第１アンテナ素子８と、給電部１０から給電され、第１アンテナ素子８より短い高周波数帯域用の第２アンテナ素子９とを備え、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との分岐点１５より第１アンテナ素子８側に可変容量素子１６を挿入し、第１アンテナ素子８及び第２アンテナ素子９の少なくとも一部を平行近接配置した。これにより、低周波数帯域の共振周波数を可変できるとともに、アンテナの放射効率が劣化してしまう周波数をシフトできるため、多周波共用として十分な広帯域化が得られる。また、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を平行近接配置したことで、装置の小型化も図れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話やスマートフォン等の携帯端末に用いて好適なアンテナ装置に関する。

図１２は、多周波共用のアンテナ装置の一例の概略構成を示す図である。同図に示すアンテナ装置１００は、低周波数帯域用の第１アンテナ素子１０１と、この第１アンテナ素子１０１より短く、かつ第１アンテナ素子１０１と平行かつ接近して配置された高周波数帯域用の第２アンテナ素子１０２と、第１アンテナ素子１０１と第２アンテナ素子１０２との分岐点１０３より給電部１０４側に挿入された可変容量素子１０５とを備えている。

図１３は、図１２のアンテナ装置１００の可変容量素子１０５の容量値を、０．９ｐＦ、１．３ｐＦ、１．８ｐＦ、４．５ｐＦに変化させたときのアンテナの放射効率のシミュレーション結果を示す図である。同図において、横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸がアンテナの放射効率（ｄＢ）である。また、２点鎖線は、可変容量素子１０５の容量値を０．９ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフ、１点鎖線は同素子１０５の容量値を１．３ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフ、点線は同素子１０５の容量値を１．８ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフ、実線は同素子１０５の容量値を４．５ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフである。同素子１０５の容量値を変えることで共振周波数が変化する。

上述したアンテナ装置１００と技術的に類似するものとして、例えば特許文献１に記載された多周波共用アンテナ装置や特許文献２に記載されたアンテナ整合回路がある。特許文献１に記載された多周波共用アンテナ装置は、可変コンデンサを含む整合回路で多周波共用を可能にしており、特許文献２に記載されたアンテナ整合回路は、アンテナ素子と直列に接続された可変コンデンサ及びアンテナ素子と並列に接続された可変コンデンサを含む整合回路で小型アンテナへの適用を可能にしている。

特開２０００−１２４７２８号公報 特開２００７−１５９０８３号公報

しかしながら、上述した従来の多周波共用のアンテナ装置（特許文献２に記載されたアンテナ整合回路を含む）においては、整合回路を切り替えるのみであり、多周波共用として十分な広帯域化が得られていない。すなわち、図１３に示すアンテナ装置１００のアンテナの放射効率から分かるように、アンテナの放射効率が劣化する周波数ｆηを可変容量素子１０５で変化させることができないため、十分な広帯域化が得られないからである。アンテナの放射効率の劣化は、図１４に示すように、第１アンテナ素子１０１と第２アンテナ素子１０２の平行近接部（特に給電部１０４付近）の電流（アンテナ電流）ｉ１，ｉ２が相殺することで生ずる。アンテナの放射効率が劣化する周波数ｆηは所望帯域内で発生し、可変容量素子１０５の容量値を変化させても動かず固定されたままになる。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、多周波共用として十分な広帯域化が得られる小型のアンテナ装置及び該アンテナ装置を備えた携帯端末を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、給電部と、前記給電部から給電される低周波数帯域用の第１アンテナ素子と、前記給電部から給電され、前記第１アンテナ素子より短い高周波数帯域用の第２アンテナ素子と、を備えた分岐構造を有するアンテナ装置において、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との分岐点より前記第１アンテナ素子側に可変容量素子を挿入し、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子の少なくとも一部を平行近接配置した。

上記構成によれば、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との分岐点より第１アンテナ素子側に可変容量素子を挿入したことで、低周波数帯域の共振周波数を可変できるとともに、高周波数帯域で第１アンテナ素子と第２アンテナ素子の平行近接部のアンテナ電流が相殺することによってアンテナの放射効率が劣化してしまう周波数（第１アンテナ素子の高次の共振周波数と第２アンテナ素子の１次共振周波数の中間）をシフトできるため、多周波共用として十分な広帯域化が得られる。また、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を平行近接配置したことで、装置の小型化も図れる。

上記構成において、前記可変容量素子と直列にコイルを挿入した。

上記構成によれば、コイルを挿入することで、第１アンテナ素子が不用意に長くなることを防ぐことができる。

上記構成において、前記分岐点より前記第２アンテナ素子側にコイルを挿入した。

上記構成によれば、コイルを挿入することで、第２アンテナ素子が不用意に長くなることを防ぐことができる。

上記構成において、前記可変容量素子を第１可変容量素子とし、前記給電部と前記分岐点との間に第２可変容量素子を挿入した。

上記構成によれば、第２可変容量素子を挿入することで、低周波数帯域と高周波数帯域の双方において共振周波数の調整ができる。

上記構成において、前記可変容量素子を第１可変容量素子とし、前記分岐点と接地との間に第２可変容量素子を挿入した。

上記構成によれば、第２可変容量素子を挿入することで、低周波数帯域と高周波数帯域の双方において共振周波数の調整ができる。

上記構成において、前記給電部から給電され、前記第１アンテナ素子の周波数帯域と異なり、かつ前記第２アンテナ素子の周波数帯域と異なる周波数帯域用の第３アンテナ素子を備えた。

上記構成によれば、第１，第２アンテナ素子それぞれの周波数帯域と異なる周波数帯域用の第３アンテナ素子を設けたことで、新たな周波数帯域での使用が可能となり、更なる多周波共用のアンテナ装置を実現できる。

本発明の携帯端末は、上記のいずれか１つのアンテナ装置を備えた。

上記構成によれば、低周波数帯域の共振周波数を可変できる広帯域な多周波共用のアンテナ装置を実現できる。また、本アンテナ装置を搭載する携帯端末の小型化も図れる。

本発明によれば、多周波共用として十分な広帯域化が図れるとともに、小型化が図れる。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を用いた携帯端末の概観を示す斜視図 本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図 図２のアンテナ装置の可変容量素子の容量値を、０．９ｐＦ、１．３ｐＦ、１．８ｐＦ、４．５ｐＦに変化させたときのアンテナの放射効率を示す図 図２のアンテナ装置のシミュレーションモデルであり、（ａ）は表面視図、（ｂ）は裏面視図 図２のアンテナ装置のシミュレーションモデルであり、第１，第２アンテナ素子の拡大斜視図 図２のアンテナ装置のシミュレーションモデルであり、第１，第２アンテナ素子の拡大斜視図 図２のアンテナ装置のシミュレーションモデルであり、第１，第２アンテナ素子の拡大斜視図 図２のアンテナ装置の応用例１の概略構成を示す図 図２のアンテナ装置の応用例２の概略構成を示す図 図２のアンテナ装置の応用例３の概略構成を示す図 図２のアンテナ装置の応用例４の概略構成を示す図 多周波共用のアンテナ装置の一例の概略構成を示す図 図１２のアンテナ装置の可変容量素子の容量値を、０．９ｐＦ、１．３ｐＦ、１．８ｐＦ、４．５ｐＦに変化させたときのアンテナの放射効率を示す図 図１２のアンテナ装置の第１アンテナ素子と第２アンテナ素子の平行近接部で第１アンテナ素子に流れるアンテナ電流と第２アンテナ素子に流れるアンテナ電流を示す図

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

図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を用いた携帯端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯端末１は、長方形状の筐体２と、筐体２の内部に設けられた長方形状の回路基板３と、回路基板３の下端部右側に設けられた無線回路部４と、回路基板３の下端部中央に設けられたマイク５と、回路基板３の上端部中央に設けられたレシーバ６と、回路基板３の面上で、無線回路部４とレシーバ６との間に設けられた表示部７と、回路基板３の下端から僅かに離間した位置に設けられた長尺板状の第１アンテナ素子８及び第２アンテナ素子９と、無線回路部４の下端部右角に設けられた給電部１０とを備える。

図２は、本実施の形態に係るアンテナ装置１１の概略構成を示す図である。同図に示すように、アンテナ装置１１は、上述した第１アンテナ素子８及び第２アンテナ素子９を備えた分岐構造を成すアンテナであり、第１アンテナ素子８、第２アンテナ素子９及び給電部１０の他に、可変容量素子１６と、コイル１７，１８とを有する。第１アンテナ素子８は、給電部１０から給電される低周波数帯域（例えば、７００〜９６０ＭＨｚ）用のアンテナ素子であり、第２アンテナ素子９は、給電部１０から給電され、第１アンテナ素子８より短い高周波数帯域（例えば、１．５〜２．１ＧＨｚ）用のアンテナ素子である。第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９は平行且つ近接して配置される。第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９は例えばフレキシブル基板で構成される。

可変容量素子１６は、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との分岐点１５より第１アンテナ素子８側に挿入される。可変容量素子１６には、例えばＧａＡｓ(砒化ガリウム)を用いたＲＦスイッチが用いられる。このＲＦスイッチを用いることで、例えば０．９ｐＦ、１．３ｐＦ、１．８ｐＦ、４．５ｐＦの各容量値を設定することができる。なお、容量値を離散的に切替える以外に、連続的に変えるようにしてもよい。容量値を連続的に変える一例として、ＭＥＭＳ(マイクロエレクトロ・メカニカルシステム)、ＳＯＳ(シリコンオンサファイア)、ＧａＡｓ(砒化ガリウム)、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）等のデバイスが考えられる。可変容量素子１６としては、より広い範囲を細かく調整できることが望ましいことから、容量値を離散的に切替えるデバイスよりも連続的に変えるデバイスの方が好ましい。

コイル１７（例えば、１０ｎＨ）は可変容量素子１６と直列に挿入される。コイル１８（例えば、１０ｎＨ）は整合回路１９を構成し、その一端が給電部１０に接続され、他端が接地される。

第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との分岐点１５より第１アンテナ素子８側に可変容量素子１６を挿入したことで、低周波数帯域の共振周波数を可変できるようになるとともに、高周波数帯域でアンテナの放射効率が劣化してしまう周波数（第１アンテナ素子８の高次の共振周波数と第２アンテナ素子９の１次共振周波数の中間の周波数）をシフトさせることができるようになる。なお、前述したように、高周波数帯域でアンテナの放射効率の劣化は、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９の平行近接部（特に、給電部１０付近）においてアンテナ電流が相殺することによって生ずる。アンテナの放射効率が劣化してしまう周波数ｆηをシフトできることで、当該周波数が固定となっていた従来技術より広帯域化したマルチバンドアンテナの実現が可能となる。また、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を平行且つ近接して配置すると、周波数ｆηにおけるアンテナの放射効率の劣化量が大きくなるが、この周波数ｆηをシフトできるため、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９の平行近接が許容されることで、上述した効果に加えて、アンテナ装置１１の小型化が可能となり、このアンテナ装置１１を搭載する携帯端末１の小型化も図れる。

図３は、図２に示すアンテナ装置１１の可変容量素子１６の容量値を、０．９ｐＦ、１．３ｐＦ、１．８ｐＦ、４．５ｐＦに変化させたときのアンテナの放射効率のシミュレーション結果を示す図である。図３に示すアンテナの放射効率は、アンテナ装置１１を含む携帯端末１の各部の寸法を図４〜図７に示すように設定し、シミュレーションした結果である。図４は、回路基板３と第１，第２アンテナ素子８，９のみを示し、（ａ）は表面視図、（ｂ）は裏面視図である。なお、第１，第２アンテナ素子８，９を構成するフレキシブル基板は表示していない。図５〜図７は、それぞれ第１，第２アンテナ素子８，９の拡大斜視図である。回路基板３の寸法及び第１，第２アンテナ素子８，９それぞれの寸法は、これらの図に示す通りである。第１アンテナ素子８は、回路基板３の短手方向に沿うミアンダ部８ａとミアンダ部８ａの先端部から１８０度折り返された直線状の折返し部８ｂとからなり、第２アンテナ素子９は、直線状を成し、その先端が第１アンテナ素子８の折返し部８ｂの先端と対向している。

図３において、横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸がアンテナの放射効率（ｄＢ）である。また、２点鎖線は、可変容量素子１６の容量値を０．９ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフ、１点鎖線は同素子１６の容量値を１．３ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフ、点線は同素子１６の容量値を１．８ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフ、実線は同素子１６の容量値を４．５ｐＦとしたときのアンテナの放射効率を示すグラフである。同素子１６の容量値を変えることで共振周波数が変化する。特に、従来技術では固定されていたアンテナの放射効率が劣化してしまう周波数ｆηがシフトするのが分かる。当該周波数ｆηがシフトすることで、使用可能な周波数帯域が広がる。

このように本実施の形態に係るアンテナ装置１１は、給電部１０と、給電部１０から給電される低周波数帯域用の第１アンテナ素子８と、給電部１０から給電され、第１アンテナ素子８より短い高周波数帯域用の第２アンテナ素子９とを備え、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９との分岐点１５より第１アンテナ素子８側に可変容量素子１６を挿入し、第１アンテナ素子８及び第２アンテナ素子９の少なくとも一部を平行近接配置したので、低周波数帯域の共振周波数を可変できるとともに、高周波帯域でアンテナの放射効率が劣化してしまう周波数ｆηをシフトできることから、従来技術より広帯域化したマルチバンドアンテナの実現が可能となる。また、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９を平行且つ近接して配置すると、周波数ｆηにおけるアンテナの放射効率の劣化量が大きくなるが、この周波数ｆηをシフトできるため、第１アンテナ素子８と第２アンテナ素子９の平行近接が許容されることで、アンテナ装置１１の小型化が可能となり、このアンテナ装置１１を搭載する携帯端末１の小型化も図れる。

（応用例１）
図８は、上述したアンテナ装置１１の応用例１の概略構成を示す図である。同図に示すように、応用例１のアンテナ装置１１Ａは、分岐点１５より第２アンテナ素子９側にコイル２１を挿入したものである。コイル２１を挿入することで、第２アンテナ素子９が不用意に長くなることを防ぐことができる。

（応用例２）
図９は、上述したアンテナ装置１１の応用例２の概略構成を示す図である。同図に示すように、応用例２のアンテナ装置１１Ｂは、分岐点１５より第２アンテナ素子９側にコイル２１を挿入し、さらに、可変容量素子１６を第１可変容量素子とし、給電部１０と分岐点１５との間に第２可変容量素子２２を挿入したものである。第２可変容量素子２２を挿入することで、低周波数帯域と高周波数帯域の双方において共振周波数の調整ができる。

（応用例３）
図１０は、上述したアンテナ装置１１の応用例３の概略構成を示す図である。同図に示すように、応用例３のアンテナ装置１１Ｃは、可変容量素子１６を第１可変容量素子とし、分岐点１５と接地との間に第２可変容量素子２２を挿入したものである。第２可変容量素子２２を挿入することで、低周波数帯域と高周波数帯域の双方において共振周波数の調整ができる。

（応用例４）
図１１は、上述したアンテナ装置１１の応用例４の概略構成を示す図である。同図に示すように、応用例４のアンテナ装置１１Ｄは、給電部１０から給電され、第１アンテナ素子８の周波数帯域と異なり、かつ第２アンテナ素子９の周波数帯域と異なる周波数帯域用の第３アンテナ素子２５を設けたものである。第１，第２アンテナ素子８，９それぞれの周波数帯域と異なる周波数帯域用の第３アンテナ素子２５を設けたことで、新たな周波数帯域での使用が可能となる。

本発明は、多周波共用として十分な広帯域化が得られるといった効果を有し、携帯電話やスマートフォン等の携帯端末への適用が可能である。

１ 携帯端末
２ 筐体
３ 回路基板
４ 無線回路部
５ マイク
６ レシーバ
７ 表示部
８ 第１アンテナ素子
９ 第２アンテナ素子
１０ 給電部
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ アンテナ装置
１５ 分岐点
１６ 可変容量素子（第１可変容量素子）
１７，１８，２１ コイル
１９ 整合回路
２２ 第２可変容量素子
２５ 第３アンテナ素子

Claims (7)

1. 給電部と、
   前記給電部から給電される低周波数帯域用の第１アンテナ素子と、
   前記給電部から給電され、前記第１アンテナ素子より短い高周波数帯域用の第２アンテナ素子と、を備えた分岐構造を有するアンテナ装置において、
   前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との分岐点より前記第１アンテナ素子側に可変容量素子を挿入し、
   前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子の少なくとも一部を平行近接配置したアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、
   前記可変容量素子と直列にコイルを挿入したアンテナ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置であって、
   前記分岐点より前記第２アンテナ素子側にコイルを挿入したアンテナ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置であって、
   前記可変容量素子を第１可変容量素子とし、
   前記給電部と前記分岐点との間に第２可変容量素子を挿入したアンテナ装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置であって、
   前記可変容量素子を第１可変容量素子とし、
   前記分岐点と接地との間に第２可変容量素子を挿入したアンテナ装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置であって、
   前記給電部から給電され、前記第１アンテナ素子の周波数帯域と異なり、かつ前記第２アンテナ素子の周波数帯域と異なる周波数帯域用の第３アンテナ素子を備えたアンテナ装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアンテナ装置を備えた携帯端末。

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