JP2014183352A - 無線機器のアンテナ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小型携帯電話のアンテナの設計は、小型化が進むほど物理的制約が問題となり、アンテナの形状、実装が、所望のアンテナ感度を得るために課題となる。
【解決手段】
アンテナの形状を板状にして携帯電話に収納できるようにするとともに、電波の弱いところでは、アンテンを９０度回転し、直立して使うようにする。また、アンテナ収納時に、インピーダンス補正のための回路素子が接続されるようにしたり、Ｆ型アンテンを形成したりすることで、直立時、収納時の感度の差をわずかに抑える。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話など無線通信機器のアンテナの構造に関すものである。

携帯電話のアンテナは、古くは、携帯電話に棒状のアンテナが内蔵されていて、電波の弱いところでは、棒状アンテナを外部に引き出し受信感度を向上させるなど釣竿構造を採っていたが、近年は携帯電話の小型化、薄型化の要求を受け、現今流行のスマートホンと呼ばれる携帯電話では、携帯電話の外枠部分をアンテナと共有するなどの手段を採用しているものが多い。外枠利用のアンテナも携帯電話を更に小型化しようとすると、アンテナ感度が低下し、携帯電話のサイズが３×５センチメートル程度にまで小型化しようとすると、所望のアンテナ感度を得ることは困難になる。そのため、超小型携帯電話のアンテナの設計には、アンテナの構造をどうするかが課題となってくる。

特許文献１にはアンテナを回転し、感度向上を図る技術が開示されている。

特開２００１−３０８９９５

先行技術文献ではアンテナの取り付け角度を回転しているが、携帯電話を耳元に近づけたときの感度低下を補正しているに過ぎない。

本発明では、超小型携帯電話などの無線機器に適した新しい構造のアンテナを考え、その目的は、所望の電波感度が得られるようにしたアンテナ構造を提供することにある。

本発明においては、超小型携帯電話のアンテナを釣竿構造ではない棒状の板状アンテナとし、平常時ではアンテナが携帯電話筐体に収納され、受信電波の弱いときはアンテナを９０度回転して使う。また、アンテナ収納時に、アンテナ回路のインピーダンスを変えることで、アンテナの直立時、収納時とも所望の感度が得られるようにする。

アンテナを板状にすることで携帯電話などの無線機器への収納が容易になり、超小型携帯電話が実現できる。

板状アンテナを用いた携帯電話の外観を示しており、（ａ）は板状アンテナを収納した状態で示す背面図、（ｂ）は板状アンテナを立てた状態で示す背面図、（ｃ）は板状アンテナを収納した状態で示す側面図である。 アンテナ回路のブロック線図である。 アンテナを開閉したときの接点の模様を示すもので、（ａ）は板状アンテナを収納したときの背面図、（ｂ）は板状アンテナを立てたときの背面図を示す。 リターンロスの周波数特性である。 Ｚ平面上での周波数特性である。 本発明によるアンテナ構造の第２の実施例を示す。

以下図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、直方体型の携帯電話の筐体１と，支点３を中心に９０度回転可能な板状のアンテナ２からなる携帯電話の構造外観を示すもので、図１(a)は、携帯電話の背面からみたもので、板状アンテナ２は携帯電話の筐体１と一体化、収納されている。図１(b)は、板状アンテナ２を直立した時の状態で、電話の弱いところでは、このように支点３を中心に板状アンテナ２を立てて使用する。図１(c)は、携帯電話を側面から見た図で、筐体１には、板状アンテナ２を収納のための切欠き部４が設けられている。

図２はアンテナ回路で、アンテナ２−４で受けた電波、つまりアンテナ入力信号は、インピーダンス整合回路２−２を経て入力増幅器２−１に導かれる。インピーダンス整合回路２−２は、図示しないがコイルとコンデンサでπ型回路を構成している。アンテナ２−４は、電気接点５を有していて（図２は、電気接点５がアンテナ２−４から引き出されて示されているが、これは説明の便宜上である）、アンテナ２が収納されると、接点５は、筐体１内にあるアンテナ回路のプリント基板上の接点６と短絡され、コイルやコンデンサからなる補正インピーダンス２−３が、インピーダンス整合回路２−２と並列的に接続される。

図３(b)は、板状アンテナ２を直立した時の携帯電話の裏側の図で、アンテナには電気接点５が、筐体１に露出したプリント基板には電気接点６が設けられていることを示している。図３(a)は、板状アンテナ２を収納したときの図で、この状態では電気接点５と６は短絡される。

板状アンテナ２は、アンテナ回路の一部であるが、携帯電話の小型化により、収納時には、筐体１の内部に実装されているアンテナ回路基板と近接されることになり、アンテナ回路からみたアンテナの等価インピーダンスが変化する。インピーダンスの変化は、インピーダンスの不整合を生起し反射波が大きくなりリターンロスが増加する。

図４は、リターンロスを周波数を横軸にして示すものである。アンテナ回路のインピーダンス整合回路２−２は、アンテナ直立時に整合設計されているので、図４に実線で示すように中心周波数Ｆ０、つまり、携帯電話システムの搬送波（１．９ＧＨｚ）で、リターンロスは−２０ｄＢ近くと小さく抑えられている。この状態でアンテナを収納すると、周波数特性は図４に破線で示すように、中心周波数が、使用帯域の下限Ｆ１から外れリターンロスもー５ｄＢ程度と大きくなり、この状態では、携帯電話が使用不能になる。そのため電気接点５と６で補正インピーダンス回路素子を接続することで、この特性は、図４に
太い破線で示すように、リターンロスは−１５ｄＢ、中心周波数もＦ０に接近し、携帯電話は使用可能となる。なお図４のＦ２は使用帯域の上限周波数である。

図４では周波数特性を用いて動作を説明したが、図５ではＺ平面を用いて動作を説明する。Ｚ平面はインピーダンスの実数部を横軸、虚数部を縦軸にして、スミスチャートとも呼ばれるもので、周波数が変化するとＺ平面上での座標位置が変化する。この図では、ＶＳＷＲ（定在波比）が、１．２、１．５，２．０，３．０の各々について描かれているが、ＶＳＷＲ＝１．２はリターンロスー２０ｄＢに相当するので、Ｚ平面上での周波数軌跡は、ＶＳＷＲ１．２の楕円からＶＳＷＲ１．５の楕円以内の範囲にあることが必要である。

図５のa、b、c、d、e、fの各点は、各軌跡の実線部と破線部の境界部にあり、a、c、e点が周波数Ｆ１、b、d、f点が周波数Ｆ２に対応する。補正インピーダンスが接続されないとき、図５のa点からb点の軌跡に示されるように、ＶＳＷＲ３．０を外れたところにあり、携帯電話は使用不能である。アンテナ直立時の軌跡は、c点からd点で、ＶＳＷＲは１．２近傍にあり、補正インピーダンス接続時の軌跡e点からf点で、ＶＳＷＲは１．２から１．５の範囲内にある。

次に図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施の形態は、前記した補正インピーダンス２−３を挿入する代わりに、アンテナ接地素子９が接続され、逆Ｆ型アンテナを形成するものである。インピーダンス整合回路２−２の出力は、アンテナへの給電点として、アンテナ給電素子８が、アンテナ（エレメント）２の回転支点部との間に接続される。アンテナ接地素子９、アンテナ給電素子８は、ともにアンテナエレメントと同様に、インピーダンスがゼロに近い金属板状のものが使用される。アンテナエレメント２の接点５は、アンテナ収納時に、アンテナ接地素子９の片方の接点７に接続されることで、アンテナ給電素子８、アンテナエレメント２、アンテナ接地素子９の３者でＦ型アンテナが形成される。アンテナ給電素子８とアンテナ接地素子９の長さは同程度であることが望ましい。Ｆ型アンテナ形成時、Ｚ平面上では、図５のe点から f点への軌跡とほぼ同様になり，補正インピーダンス挿入時と同じ効果を発揮できる。

アンテナ携帯電話の使用態様としては、板状アンテナ２を収納して使うことを基本とし、電波の弱いところでは板状アンテナ２を直立して使用すればよかろう。

上記のように、本発明のアンテナの形状や回路を用いることで、平面寸法が３×５センチメートルの超小型携帯電話が実現できる。また、本発明は携帯電話に限ることなく無線通信機器の小型軽量化に大きく貢献できる。

携帯電話の小型化に拍車がかかり、市場が活性化される。

１ 携帯電話の筐体
２ 板状アンテナ
２−１ 入力増幅器
２−２ インピーダンス整合回路
２−３ 補正インピーダンス
２−４ アンテナ
３．アンテナの回転支点
４．切欠き部
５．スイッチ接点
６ スイッチ接点
７ スイッチ接点７
８ アンテナ給電素子
９ アンテナ接地端子

Claims (2)

1. 筐体に収納可能で筐体から回転可能な構造をもつ棒状アンテナが、筐体に収納された時に、インピーダンス補正用回路素子が接続されるようしたことを特徴とする無線機器のアンテナ。
2. 筐体に収納可能で筐体から回転可能な構造をもつ棒状アンテナが、筐体に収納された時に、アンテナエレメント、アンテナ給電素子、アンテナ接地素子とでＦ型アンテナが形成されるようにしたことを特徴とする無線機器のアンテナ。

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