JP2016092813A - アンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信装置の有限な内部空間において、良好な通信効果を維持することができるアンテナ構造を提供すること。【解決手段】本発明に係るアンテナ構造は、回路基板の一端に設けられ、且つバネ、第一放射体、第二放射体及び連接部を備え、連接部には、フィードイン点及び接地点が設けられ、第一放射体及び第二放射体は、それぞれ連接部に設けられたフィードイン点及び接地点に電気的に接続され、連接部は、回路基板の一端に固定され、第一放射体及び第二放射体は、互いに間隔をあけて設けられ、バネは、第一放射体に設けられ、第一放射体を流れる電流は、バネを介して第二放射体にカップリングされ、アンテナ構造は、第一放射体、バネ及び第二放射体が互いにカップリングすることによって第一周波数帯域において動作し、且つ第一放射体及びバネの周波数拡大効果によって第二周波数帯域において動作する。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ構造に関し、特に結合式アンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える無線通信装置に関するものである。

無線通信技術の発展に伴って、無線通信装置は益々軽薄になり、消費者の無線通信装置の外観に対する要求も益々高くなっている。その中で、アンテナモジュールは、無線通信装置にとって重要な部品の一つであり、現在、無線通信装置の軽薄化に伴って、無線通信装置の内部空間を節約することができる平面型アンテナが設計されている。

一方、近年、ブルートゥース（登録商標）及びＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線通信システムが幅広く使用されている。しかし、このブルートゥース及びＷｉ−Ｆｉの２つの通信機能を同時に備える無線通信装置の殆どが、該ブルートゥース及びＷｉ−Ｆｉに適用する無線信号を送受信するために、２つのアンテナモジュールを設置しなければならない。これにより、無線通信装置の生産コストは高くなり、無線通信装置の体積も大きくなるため、無線通信装置の内部空間を占有し、無線通信装置の軽薄化に不利となる。

また、無線通信装置、特に携帯電話機の内部空間は有限であるので、アンテナ構造の高さをできるだけ低く、及びサイズをできるだけ小さくしなければならない。しかしこのような場合、アンテナ構造の全体の放射性能に影響を及ぼし、良好な通信効果を確保することができない。

本発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、無線通信装置の有限な内部空間において、良好な通信効果を維持することができるアンテナ構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るアンテナ構造は、回路基板の一端に設けられ、且つバネ、第一放射体、第二放射体及び連接部を備えており、連接部には、フィードイン点及び接地点が設けられ、第一放射体及び第二放射体は、それぞれ連接部に設けられたフィードイン点及び接地点に電気的に接続され、連接部は、回路基板の一端に固定され、第一放射体及び第二放射体は、互いに間隔をあけて設けられ、バネは、第一放射体に設けられ、第一放射体を流れる電流は、バネを介して第二放射体にカップリングされ、アンテナ構造は、第一放射体、バネ及び第二放射体が互いにカップリングすることによって第一周波数帯域において動作し、且つ第一放射体及びバネの周波数拡大効果によって第二周波数帯域において動作する。

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置は、回路基板と、アンテナ構造と、支持構造と、オーディオコンセントと、を備え、オーディオコンセントは、支持構造の内部に収容され、アンテナ構造は、支持構造の外周面に固定され且つバネ、第一放射体、第二放射体及び連接部を備え、第一放射体及び第二放射体は、互いに間隔をあけて設けられ、バネは、第一放射体に設けられ、第一放射体を流れる電流は、バネを介して第二放射体にカップリングされ、第一放射体、第二放射体及びオーディオコンセントは、連接部を介して回路基板と電気的に導通している。

従来の技術と異なり、本発明の無線通信装置は、支持構造を介してアンテナ構造とオーディオコンセントとを一体に緊密に結合する。これにより、携帯電話機の内部空間を節約し、アンテナ構造の設計コストも低減することができる。また、本発明は、放射体として機能するバネをオーディオコンセントから遠く離れるように第一放射体に設置し、アンテナ構造の全体の高さを増加させることで、高周波の周波数帯域幅を広くすることができる。また、バネ自身の長さは、電流の経路を長くして、アンテナ構造の周波数を低周波へシフトさせることができる。

本発明の実施形態に係る無線通信装置の一部の拡大斜視図である。 図１に示した無線通信装置のアンテナ構造の分解斜視図である。 図１に示したアンテナ構造のリターンロスを示す図である。 図１に示したアンテナ構造の放射効率を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る無線通信装置１００は、携帯電話機又はタブレットパソコン等である。以下の実施形態において、携帯電話機を例として説明する。無線通信装置１００は、回路基板１０と、支持構造２０と、オーディオコンセント３０と、アンテナ構造４０と、を備える。アンテナ構造４０は、支持構造２０の外周面に設けられて、無線信号を送受信する。本発明のアンテナ構造４０を備えた無線通信装置１００は、ブルートゥース（２４００ＭＨｚ〜２４８４ＭＨｚ）及びＷｉ−Ｆｉ（５２００ＭＨｚ〜５８００ＭＨｚ）の２つの周波数帯域で同時に動作することができる。オーディオコンセント３０は、支持構造２０の内部に装着され、且つアンテナ構造４０を介して回路基板１０と電気的に接続されている。支持構造２０は、回路基板１０の一端に設けられている。

回路基板１０は、ほぼ矩形のプリント基板（ＰＣＢ）である。本実施形態において、回路基板１０のサイズは、１３１．６×６６．８×１０ｍｍ^３である。回路基板１０には、キープ・アウト・ゾーン１１及び整合回路（図示せず）が設けられている。キープ・アウト・ゾーン１１のサイズは、６６．８×７ｍｍ^２である。キープ・アウト・ゾーン１１は、回路基板１０における導体が存在しないエリアであり、周囲の電子部品、例えば電池、電荷結合素子、振動器及びラッパ等がアンテナ構造４０に対して干渉して、アンテナ構造４０の動作周波数をずらしたり、又はアンテナ構造４０の放射効率を低くしたりすることを防止している。整合回路は、キープ・アウト・ゾーン１１に設けられて、導線（図示せず）を介してアンテナ構造４０に電気的に接続されて、アンテナ構造４０をインピーダンスマッチングさせる。整合回路は、従来のπ型回路又はＴ型回路である。

図２に示すように、支持構造２０は、底壁２１１及び底壁２１１の２つの長辺に垂直に連接された２つの側壁２１２を備える。底壁２１１及び２つの側壁２１２は、共同して収容凹部２１を構成する。オーディオコンセント３０は、収容凹部２１の内部に収容される。

アンテナ構造４０は、バネ４１と、第一放射体４２と、第二放射体４３と、連接部４４と、を備える。第一放射体４２、第二放射体４３及び連接部４４は、フレキシブル配線基板によって製造される。バネ４１は、ほぼ「Ｖ」字状を呈し、金属材料を折り曲げることによって製造され、且つ第一延伸部４１１及び第一延伸部４１１とアークを形成するように連接された第二延伸部４１２を含む。第一放射体４２及び第二放射体４３は、それぞれ「Ｌ」字状を呈する。第一放射体４２は、互いに対して垂直に連接された第一放射部４２１及び第二放射部４２２を含む。バネ４１の第一延伸部４１１は、第二放射部４２２の表面に接合して固定される。第一放射部４２１は、間隔をあけて設けられた第一部分４２１１及び第二部分４２１２を含む。第一部分４２１１と第二部分４２１２との間には、間隙４２１３が形成されている。本実施形態において、間隙４２１３の中に１つの５０Ωの抵抗（図示せず）を収容する。前記抵抗は、第一部分４２１１及び第二部分４２１２とそれぞれ電気的に接続する。

第二放射体４３は、互いに連接された第一放射帯体４３１及び第二放射帯体４３２を含む。第一放射体４２及び第二放射体４３は、それぞれ支持構造２０の底壁２１１上に位置し、且つ互いに間隔をあけて設置されている。第一放射帯体４３１は、第一放射部４２１に対して平行に延在する。第一放射帯体４３１は、第一放射部４２１より長い。第二放射帯体４３２が属する平面は、第一放射帯体４３１が属する平面に対して垂直である。第二放射帯体４３２の一端は、第一放射帯体４３１に連接されており、第二放射帯体４３２の他端は、第二放射部４２２を越えるまでまっすぐに延伸している。第二放射帯体４３２と第二放射部４２２との間には、所定の間隙が設けられている。

本実施形態において、周波数が２４００ＭＨｚである場合のアンテナ構造４０の放射効率を向上させるために、第一放射部４２１、第二放射部４２２及び第一放射帯体４３１は、全て底壁２１１の外面に貼り付けるように設けられ、第二放射帯体４３２は、底壁２１１の外面に対して垂直に設けられている。

連接部４４は、導電材料によって製造され、且つ互いに対して垂直に連接された第一プレート４４１及び第二プレート４４２を含む。第一プレート４４１は、回路基板１０の端面に垂直に連結されている。支持構造２０の１つの側壁２１２は、第一プレート４４１の回路基板１０と反対側の表面と密着するように装着されている。第二プレート４４２は、支持構造２０の底壁２１１に平行するように位置して、支持構造２０の収容凹部２１の開口を部分的に遮蔽する。オーディオコンセント３０は、第二プレート４４２と電気的に導通するよう第二プレート４４２の内面に固定される。オーディオコンセント３０の信号は、第二プレート４４２を介して回路基板１０に伝送される。第一プレート４４１の上端には、フィードイン点４４３及び接地点４４４が設けられている。第一放射部４２１の第一部分４２１１は、フィードイン点４４３に電気的に接続される。第一放射帯体４３１の第二放射帯体４３２から離れた一端は、接地点４４４に電気的に接続されている。

図３及び図４に示すように、無線通信装置１００が動作する場合、第一放射部４２１は、フィードイン点４４３から電流を得る。第二放射部４２２を流れる電流は、バネ４１を介して第二放射体４３にカップリングされ、且つ接地点４４４を介して電流の回路を形成する。これによって、アンテナ構造４０を２４００ＭＨｚ〜２４８４ＭＨｚという第一周波数帯域で動作させるための第一電流経路が形成される。間隙４２１３内に設けられた抵抗は、電流を適当に弱くする役割を果たす。これと同時に、電流は、第一放射体４２及びバネ４１を流れる過程に周波数が拡大されるので、アンテナ構造４０は５２００ＭＨｚ〜５８００ＭＨｚという第二周波数帯域で動作できるようになる。

図３及び図４から分かるように、無線通信装置１００は、２４００ＭＨｚ〜２４８４ＭＨｚ及び５２００ＭＨｚ〜５８００ＭＨｚとの周波数帯域の無線信号を送受信する時に、好ましい放射効果及び放射効率を備え、アンテナの設計要求を満たす。

上記の記載から分かるように、本発明の無線通信装置１００は、支持構造２０を介してアンテナ構造４０とオーディオコンセント３０とを一体に緊密に統合する。これにより、無線通信装置の内部空間を節約して、アンテナ構造４０の設計コストを低減することができる。また、本発明は、放射体として機能するバネ４１を、オーディオコンセント３０から遠く離れるように第一放射体４２に設置して、アンテナ構造４０の全体の高さを増加させることで、高周波の周波数帯域幅を広くすることができる。また、バネ４１自身の長さは、電流の経路を長くして、アンテナ構造４０の周波数を低周波へシフトさせることができる。

１０ 回路基板
１００ 無線通信装置
１１ キープ・アウト・ゾーン
２０ 支持構造
２１ 収容凹部
２１１ 底壁
２１２ 側壁
３０ オーディオコンセント
４０ アンテナ構造
４１ バネ
４２ 第一放射体
４３ 第二放射体
４４ 連接部
４１１ 第一延伸部
４１２ 第二延伸部
４２１ 第一放射部
４２１１ 第一部分
４２１２ 第二部分
４２１３ 間隙
４２２ 第二放射部
４３１ 第一放射帯体
４３２ 第二放射帯体
４４１ 第一プレート
４４２ 第二プレート
４４３ フィードイン点
４４４ 接地点

Claims (9)

1. 回路基板の一端に設けられ、且つバネ、第一放射体、第二放射体及び連接部を備えたアンテナ構造であって、
   前記連接部には、フィードイン点及び接地点が設けられ、前記第一放射体及び前記第二放射体は、それぞれ前記連接部に設けられた前記フィードイン点及び前記接地点に電気的に接続され、前記連接部は、前記回路基板の一端に固定され、前記第一放射体及び前記第二放射体は、互いに間隔をあけて設けられ、前記バネは、前記第一放射体に設けられ、前記第一放射体を流れる電流は、前記バネを介して前記第二放射体にカップリングされ、
   前記アンテナ構造は、前記第一放射体、前記バネ及び前記第二放射体が互いにカップリングすることによって第一周波数帯域において動作し、且つ前記第一放射体及び前記バネの周波数拡大効果によって第二周波数帯域において動作することを特徴とするアンテナ構造。
2. 前記第一放射体は、同一平面上に位置し且つ互いに対して垂直に連接された第一放射部及び第二放射部を含み、前記第一放射部は、前記フィードイン点に電気的に接続され、前記バネは、前記第二放射部の表面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
3. 前記第二放射体は、第一放射帯体及び第二放射帯体を含み、前記第二放射帯体が属する平面は、前記第一放射帯体が属する平面に対して垂直であり、
   前記第一放射帯体は、前記第一放射部に対して平行に延在し、且つ前記第一放射部より長く、
   前記第二放射帯体の一端は前記第一放射帯体に連接され、前記第二放射帯体の他端は前記第二放射部を越えるまでまっすぐに延伸していることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ構造。
4. 前記第一放射部は、間隔をあけて設けられた第一部分及び第二部分を含み、前記第一部分と前記第二部分との間には、間隙が形成され、前記間隙の中には、１つの抵抗が収容され、前記抵抗は、前記第一部分及び前記第二部分とそれぞれ電気的に接続され、前記第一放射部の前記第一部分は、前記フィードイン点に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ構造。
5. 回路基板と、アンテナ構造と、支持構造と、オーディオコンセントと、を備えた無線通信装置であって、
   前記オーディオコンセントは前記支持構造の内部に収容され、前記アンテナ構造は前記支持構造の外周面に固定され、且つバネ、第一放射体、第二放射体及び連接部を備え、
   前記第一放射体及び前記第二放射体は、互いに間隔をあけて設けられ、前記バネは、前記第一放射体に設けられ、前記第一放射体を流れる電流は、前記バネを介して前記第二放射体にカップリングされ、
   前記第一放射体、前記第二放射体及び前記オーディオコンセントは、前記連接部を介して前記回路基板と電気的に導通していることを特徴とする無線通信装置。
6. 前記支持構造は、前記回路基板の一端に設けられ、且つ１つの底壁及び前記底壁の両辺に垂直に連接された２つの側壁を備え、１つの前記底壁及び２つの前記側壁は、共同して前記オーディオコンセントを収容するための収容凹部を構成していることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記連接部は、導電材料によって製造され、且つ互いに対して垂直に連接された第一プレート及び第二プレートを含み、前記第一プレートは、前記回路基板の端面に連結され、前記第一プレートの上端には、フィードイン点及び接地点が設けられ、前記支持構造の１つの側壁は、前記第一プレートの前記回路基板と反対側の表面と密着するように装着され、
   前記第二プレートは、前記支持構造の前記収容凹部の開口を部分的に遮蔽するように設けられ、前記オーディオコンセントは、前記第二プレートと電気的に導通するように前記第二プレートの内面に固定され、
   前記第一放射体及び前記第二放射体は、前記支持構造の前記底壁にそれぞれ設けられ、且つ前記第一プレートの上端に設けられたフィードイン点及び接地点にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記第二放射体は、第一放射帯体及び第二放射帯体を含み、前記第二放射帯体が属する平面は、前記第一放射帯体が属する平面に対して垂直であり、前記第一放射帯体の末端は、前記接地点に電気的に接続され、前記第二放射帯体は、前記支持構造の前記底壁に対して垂直となるように前記底壁の外面に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記バネは、金属材料を折り曲げることによって製造され、且つ第一延伸部及び第一延伸部とアークを形成するように連接された第二延伸部を含み、
   前記第一延伸部は、前記第一放射体の表面に接合して固定されていることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。

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