JP3646782B2 - アンテナ装置およびそれを用いた通信機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つのアンテナにより複共振を実現し、それぞれの周波数を同時に切り換えることが可能なアンテナ装置に関する。また、そのアンテナ装置を用いた通信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のアンテナ装置として、特願平10−204902号に開示されたものを例に取り、図8を用いて説明する。
【0003】
同図において、101はアンテナ装置であり、アンテナ100にスイッチ109が付加されてなる。
【0004】
このうち、アンテナ100は、誘電体からなる基体102の表面に、接地電極103、放射電極104、給電電極106および制御電極108が設けられてなる。ここで、放射電極104の一端は開放端を形成している。また、給電電極106は、放射電極104の開放端に近接して形成され、信号源110に接続されている。また、スイッチ109の一端は制御電極108に接続され、他端は接地されている。
【0005】
このように構成されるアンテナ装置101において、放射電極104は、線路長がλ/4のマイクロストリップアンテナとして共振し、この共振の電力の一部が空間に放射されることにより、アンテナとして機能する。
【0006】
そして、スイッチ109により、周波数の切換が可能である。すなわち、スイッチ109がオンのとき、放射電極104の開放端と制御電極108間に発生する静電容量が、放射電極104の開放端と接地電極103間の静電容量に並列に接続されることとなる。一方、スイッチ109がオフのとき、放射電極104の開放端と制御電極108間には静電容量が発生しない。したがって、スイッチ109がオンのとき、周波数は比較的低くなり、スイッチ109がオフのとき、周波数は比較的高くなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のアンテナ装置101は、単一のアンテナ100の周波数を切り換えるものであり、さらなる広帯域化が困難であった。
【0008】
そこで、本発明においては、二つのアンテナにより複共振を実現し、それぞれの周波数を切り換えることにより、さらなる広帯域化が可能なアンテナ装置、およびそれを用いた通信機を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、誘電体または磁性体からなる基体と、前記基体の一方主面に設けられた接地電極と、前記基体の他方主面に設けられ、開放端を有し、第1のアンテナを構成する第1の放射電極と、前記基体の他方主面に設けられ、開放端を有し、前記第1放射電極とスリットを介して対向して形成された第2のアンテナを構成する第2の放射電極と、前記基体のいずれかの端面に設けられ、前記第1の放射電極を前記接地電極に接続する第1の接続電極と、前記基体のいずれかの端面に設けられ、前記第2の放射電極を前記接地電極に接続する第2の接続電極と、前記基体の前記第1、第2の放射電極の各開放端に近接する位置に設けられた制御電極と、前記基体の前記放射電極の一方の放射電極の開放端側に設けられた給電電極と、前記第1、第2の放射電極の各開放端と前記制御電極との間に発生する容量を変化させる機構とを備え、容量の変化に応じて、前記第1、第2のアンテナを複共振状態を維持しつつ各アンテナの周波数を同時に切り換えて同時に周波数スライドしたことを特徴とする。
【0015】
本発明にかかるアンテナ装置によれば、二つのアンテナにより複共振を実現し、制御電極に接続されたスイッチのオン/オフにより、二つの周波数の双方について、周波数変化量を規定する容量成分を増減させ、周波数を切り換えることができる。したがって、単一のアンテナの周波数を切り換える場合に比べて、大幅な広帯域化が可能である。
【0016】
また、制御電極およびそれに接続されたスイッチをそれぞれ複数個設け、各スイッチをオン/オフすることで、より一層の広帯域化が可能である。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施例にかかるアンテナ装置の構成を図1を用いて説明する。
【0019】
同図において、10はアンテナ装置であり、セラミックまたは樹脂等の誘電体からなる直方体状の基体11に、接地電極12と、第1のアンテナとしての第1のマイクロストリップアンテナ10aと、第2のアンテナとしての第2のマイクロストリップアンテナ10bとを備えてなる。
【0020】
このうち、接地電極12は、基体11の一方主面に形成される。また、第1のマイクロストリップアンテナ10aは、基体11の他方主面に形成された第1の放射電極13を備える。また、第2のマイクロストリップアンテナ10bは、同じく基体11の他方主面に形成された第2の放射電極14を備える。
【0021】
ここで、第1、第2の放射電極13、14は、スリットs1を介して対向して形成される。このスリットs1は、一端側の幅が他端側の幅より小さくなるように形成され、さらに基体の他方主面の各辺に対して斜めになるように形成されているため、第1の放射電極13と第2の放射電極14は、それぞれ長辺、短辺、垂直辺および傾斜辺を有する台形状となっている。
【0022】
また、第1の放射電極13は、基体11の端面に形成された第1の接続電極15を介して接地電極12に接続されている。また、第2の放射電極14は、基体11の端面に形成された第2の接続電極16を介して接地電極12に接続されている。そして、基体11の第1、第2の接続電極15、16が設けられた端面に対向する端面には、第1の放射電極13に対して、ギャップを介して近接して給電電極17が形成されている。この給電電極17の一端は、基体11の一方主面に延び、接地電極12と絶縁され、信号源21に接続されている。
【0023】
また、基体11の給電電極17が形成された端面に、第1、第2の放射電極13、14の各開放端に近接して制御電極18が形成される。制御電極18の一端は、スイッチ19の一端に接続され、スイッチ19の他端は接地される。
【0024】
このように構成されるアンテナ装置10の動作を説明する。
【0025】
信号源21から給電電極17に入力された信号は、給電電極17と第1の放射電極13間に発生する静電容量C10を介して第1の放射電極13に伝達される。第1の放射電極13においては、台形の長辺部分が開放端となり、短辺部分が第1の接続電極15によって接地されているため、長辺と短辺間の長さが実効波長の1/4となる周波数で共振する。ここで、第1の接続電極15と第2の接続電極16が磁界結合し、これにより、第1の放射電極13から第2の放射電極14へ信号が伝達され、第2の放射電極14においても、台形の短辺部分を開放端として共振する。
【0026】
アンテナ装置10のインピーダンス特性を図2に示す。同図において、二つの周波数f1、f2を含む周波数帯が形成されている。
【0027】
また、第1、第2のマイクロストリップアンテナ10a、10bの周波数は、それぞれ第1、第2の放射電極13、14によるインダクタンスと、各電極間に発生する静電容量により規定される。ここで、第1、第2の放射電極13、14の各開放端と制御電極18間の静電容量C11、C12は、周波数を規定する静電容量の一部を構成している。そして、静電容量C11、C12は、それぞれスイッチ19がオンのとき発生し、オフのときは発生しない。したがって、スイッチ19のオン/オフにより、第1、第2のマイクロストリップアンテナ10a、10b双方の周波数を同時に切り換え、異なる周波数帯をカバーすることができる。これにより、大幅な広帯域化が可能である。
【0028】
このような周波数切換により、図3に示すような特性が得られる。同図において、スイッチ19がオンのとき、二つの周波数f1、f2を含む周波数帯が形成され、スイッチ19がオフのとき、f1、f2から、それぞれ周波数変化量Δf1、Δf2だけスライドした周波数f11、f21を含む周波数帯が形成される。
ここで、周波数変化量Δf1、Δf2は、制御電極18を設ける位置を調節し、第1、第2の放射電極13、14の各開放端と制御電極18間の静電容量C11、C12の値を変化させることにより、容易に制御することができる。
【0029】
なお、特に図示しないが、制御電極およびそれに接続されたスイッチをそれぞれ複数個形成してもよい。このようにすれば、複数のスイッチのオン/オフにより、各放射電極の開放端と各制御電極間の静電容量の発生を制御し、より一層の広帯域化が可能である。
【0030】
図4に、上記アンテナ装置10の変形例を示す。同図のアンテナ装置20において、給電電極22は、基体11の第1、第2の接続電極15、16が形成される端面に隣接する端面に形成される。また、給電電極22の一端は、第1の放射電極13に連続して一体に形成される。その他の構成は、アンテナ装置10と同じである。
【0031】
このように構成されるアンテナ装置20においては、第1の放射電極13が、給電電極22により直接給電されて共振する点が、アンテナ装置10と異なるものであり、アンテナ装置10と同様の周波数切換が可能である。
【0032】
なお、特に図示しないが、給電電極の一端を、第2の放射電極に連続して一体に形成してもよい。
【0033】
図5に、上記アンテナ装置10の他の変形例を示す。同図のアンテナ装置23において、給電電極24は、基体11の第2の接続電極16が形成される端面に形成される。また、給電電極24の一端は、第2の接続電極16に連続して一体に形成される。その他の構成は、アンテナ装置10と同じである。
【0034】
このように構成されるアンテナ装置23においては、第2の放射電極14が、給電電極24から、第2の接続電極16を介して給電されて共振する点が、アンテナ装置10と異なるものであり、アンテナ装置10と同様の周波数切換が可能である。
【0035】
なお、特に図示しないが、給電電極の一端を、第1の接続電極に連続して一体に形成してもよい。
【0036】
次に、本発明の第2の実施例にかかるアンテナ装置の構成を、図6を用いて説明する。
【0037】
同図において、30はアンテナ装置であり、セラミックまたは樹脂等の誘電体からなる直方体状の基体31に、第1のアンテナとしての第1のマイクロストリップアンテナ32と、第2のアンテナとしての第2のマイクロストリップアンテナ33とが形成されてなる。
【0038】
ここで、基体31の一方主面の略全面には、接地電極34が形成される。また、基体31の他方主面の対向する一対の辺に接するように、それぞれ、第1のマイクロストリップアンテナ32を構成する第1の放射電極32a、および、第2のマイクロストリップアンテナ33を構成する第2の放射電極33aが互いに平行に形成される。また、第1、第2の放射電極32a、33aの各一端は開放端を形成しており、各他端は、基体31の端面に形成された第1の接続電極39aおよび第2の接続電極39bを介して、それぞれ接地電極34に接続されている。
【0039】
また、第1、第2の放射電極32a、33aに挟まれる位置に、第1、第2の放射電極32a、33aに対して平行に給電電極35が形成される。給電電極35の一端は、基体31の他方主面の略中央に配置され、他端は、基体31の端面に形成された第3の接続電極39cを介して、信号源36に接続されている。
【0040】
さらに、基体31の第1乃至第3の接続電極39a乃至39cが形成された端面に対向する端面には、制御電極37が形成される。制御電極37は、第1、第2の放射電極32a、33aの各開放端に近接して配置される。また、制御電極37は、スイッチ38を介して接地される。
【0041】
このように構成されるアンテナ装置30においては、スイッチ38がオンのとき、制御電極37がグランドにショートされ、第1、第2の放射電極32a、33aと制御電極37間の静電容量C23、C24が増大し、第1、第2のマイクロストリップアンテナ32、33のそれぞれの周波数が低下する。
【0042】
一方、スイッチ38がオフのとき、静電容量C23、C24は、浮遊容量等の影響により著しく低下し、第1、第2のマイクロストリップアンテナ32、33のそれぞれの周波数が上昇する。
【0043】
また、特に図示しないが、制御電極およびそれに接続されたスイッチをそれぞれ複数個形成し、これらのスイッチをそれぞれオン/オフすることで、より一層の広帯域化が可能である。
【0044】
次に、本発明にかかる通信機として、電話機を例に取り、図7を用いて説明する。同図において、40は電話機であり、上記第1の実施例のアンテナ装置10および他の回路素子(図示せず)が実装され、回路パターンが印刷されたマザーボード41がケース42に収納されてなる。ここで、電話機40に用いるアンテナ装置は、上記他の実施例のアンテナ装置20または30でもよい。
【0045】
このように、電話機40は、アンテナ装置10、20または30を搭載することで広帯域化が可能であり、例えば、アナログ方式とデジタル方式の双方に対応するデュアルモードの電話機として、各方式の周波数について広帯域化を実現できる。
【0046】
なお、上記各実施例において、制御電極に接続するスイッチは、電気的接続を制御できるものであれば、どのような構成のものでもよく、例えば、ダイオード、トランジスタおよび電界効果トランジスタ(FET)等の素子を用いることができる。
【0047】
また、上記各実施例においては、誘電体からなる基体を用いてアンテナ装置を構成する場合について説明したが、フェライト等の磁性体からなる基体を用いてもよい。
【0048】
また、上記各実施例においては、制御電極を基体の一方主面から端面に亘って形成する場合について説明したが、制御電極を一方主面から端面を経由して他方主面まで延ばして形成してもよい。
【0049】
また、上記各実施例においては、給電電極を基体の一方主面から端面に亘って形成する場合について説明したが、給電電極を基体の一方主面にのみ形成してもよい。この場合、放射電極の一部を基体の一方主面から端面に延設し、給電電極との間に静電容量を発生させて用いる。
【0050】
【発明の効果】
本発明にかかるアンテナ装置によれば、二つのアンテナにより複共振を実現し、制御電極に接続されたスイッチのオン/オフにより、二つの周波数の双方について、周波数変化量を規定する容量成分を増減させ、周波数を切り換えることができる。したがって、単一のアンテナの周波数を切り換える場合に比べて、大幅な広帯域化が可能である。
【0051】
また、本発明にかかるアンテナ装置によれば、制御電極およびそれに接続されたスイッチをそれぞれ複数個設け、各スイッチをオン/オフすることで、より一層の広帯域化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図2】図1のアンテナ装置のインピーダンス特性を示す特性図である。
【図3】図1のアンテナ装置のスイッチの切換によるインピーダンスの変化を示す特性図である。
【図4】図1のアンテナ装置の変形例を示す斜視図である。
【図5】図1のアンテナ装置の他の変形例を示す斜視図である。
【図6】本発明の第2の実施例にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図7】本発明にかかる通信機(電話機)を示す斜視図である。
【図8】従来のアンテナ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
10、20、23、30 アンテナ装置
10a、32 第1のアンテナ
10b、33 第2のアンテナ
13、32a 第1の放射電極
15、39a 第1の接続電極
14、33a 第2の放射電極
16、39b 第2の接続電極
12、34 接地電極
17、22、24、35 給電電極
18、37 制御電極
19、38 スイッチ
s1 スリット
40 電話機(通信機)
Claims (1)
- 誘電体または磁性体からなる基体と、前記基体の一方主面に設けられた接地電極と、前記基体の他方主面に設けられ、開放端を有し、第1のアンテナを構成する第1の放射電極と、前記基体の他方主面に設けられ、開放端を有し、前記第1放射電極とスリットを介して対向して形成された第2のアンテナを構成する第2の放射電極と、前記基体のいずれかの端面に設けられ、前記第1の放射電極を前記接地電極に接続する第1の接続電極と、前記基体のいずれかの端面に設けられ、前記第2の放射電極を前記接地電極に接続する第2の接続電極と、前記基体の前記第1、第2の放射電極の各開放端に近接する位置に設けられた制御電極と、前記基体の前記放射電極の一方の放射電極の開放端側に設けられた給電電極と、前記第1、第2の放射電極の各開放端と前記制御電極との間に発生する容量を変化させる機構とを備え、容量の変化に応じて、前記第1、第2のアンテナを複共振状態を維持しつつ各アンテナの周波数を同時に切り換えて同時に周波数スライドしたことを特徴とするアンテナ装置。
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