JP3838971B2 - 無線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置及びアンテナ装置を内蔵する携帯情報端末や携帯電話などの無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、PHS（Personal Handyphone System）端末、及び小型無線局のような携帯無線装置では、無線機筐体とアンテナが一体化されている場合が多い。また、PDA（Personal Digital(Data) Assistants）、ノートパソコン等の携帯情報端末も携帯電話、PHS等の公衆網、並びに無線LAN(Local Area Network)に接続する携帯無線装置として用いられるようになっている。
【０００３】
従来、こうした無線機とアンテナを一体化したアンテナ装置が用いられていた。従来のアンテナ装置は、無線機回路を内蔵した金属筐体の表面に近接して設けられ、互いに対向する端部を給電点とする二つの１／４波長素子からなるダイポールアンテナと、１／４波長素子間を短絡する短絡素子と、給電点に各一端が接続された外導体および中心導体からなる給電点と無線機回路とを接続する同軸型給電線により構成され、同軸型給電線は１／４波長素子および短絡素子の一部に沿って配置されると共に、短絡素子の中央部から引き出され、外導体は１／４波長素子および短絡素子の一部に電気的に接続される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、２周波以上複数の通信方式を共用する場合、アンテナを一つにした方が小型、軽量であるため、携帯に適している。
しかしながら、上記したような従来のアンテナ装置は使用する周波数が１つの場合のみで、２つ以上の周波数に対応するには、周波数の個数分だけアンテナ装置を用意するしかなかった。
【０００５】
一方、２周波を共用するアンテナ装置として、従来は基地局用2周波共用反射板付プリントアンテナが用いられている。反射板付プリントアンテナは、両面に異なる周波数に共振する放射素子をそれぞれ形成した誘電体基板と、この誘電体基板が反射板に直角に配置した構成になっている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
しかしながら、携帯無線装置内の狭い空間にアンテナを設置する場合、内蔵できるスペースが狭く配置が困難であった。更に、携帯無線装置のアンテナでは落下時の破壊を防ぐため、アンテナを携帯無線装置に内蔵することが求められているため、携帯無線装置内の狭い空間にアンテナを配置した場合でも、無線回路を構成する基板、或いは筐体の金属面に対して平行に配置されるために金属の影響が無視できず、放射抵抗が低くなりすぎてアンテナの不整合が生じる問題があった。
【０００７】
別の問題として、一般的にアンテナを内蔵すると、無線回路や信号処理回路等の他回路への高周波ノイズが漏洩しやすいという欠点を持っている。実際、筐体の金属面によって無線回路や信号処理回路を完全にシールドすることは困難であり、アンテナから漏洩してきた高周波信号が筐体を通過して、信号処理部へと伝導してしまう。近年、信号処理回路を構成するＬＳＩは低消費電力化が進み、低電圧動作のものが多くなっている。更に信号処理回路の処理速度が高速化され、無線通信周波数と信号処理部のクロック周波数の差が小さくなってきているため、アンテナからの漏洩ノイズによる信号処理回路の誤動作の可能性が高くなっており、このことは非常に深刻な問題となっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２５２７３７号公報（第７〜８頁、図１〜２）
【０００９】
【特許文献２】
特許第２７０６７１９号公報（第２〜３頁、第１図）
【００１０】
本発明は、上記問題を鑑みて、携帯情報端末や携帯電話などの携帯無線装置に係り、特に無線機と２周波以上の共用アンテナを一体化した構成において、無線機回路からの漏洩ノイズや給電線からの不要放射の影響を低減して良好な通信品質が得られるアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は第 1 の放射素子、および前記第 1 の放射素子に対して中心軸について軸対称に配置される第２の放射素子、を有し、第 1 の周波数に励振する第 1 の放射素子対と、第３の放射素子、および前記第３の放射素子に対して前記中心軸について軸対称に配置される第４の放射素子、を有し、第２の周波数に励振する第２の放射素子対と、前記第 1 の放射素子と前記第２の放射素子とに前記中心軸について軸対称に接続し、前記第３の放射素子の一端と前記第３の放射素子の前記一端に対して前記中心軸について軸対称な位置にある前記第４の放射素子の一端とに接続する、前記中心軸について軸対称な形状の短絡素子と、
【００１２】
前記第１の放射素子の一端である第１の給電点に中心導体が接続し、前記第１の放射素子の前記一端に対して前記中心軸について軸対称な位置にある前記第２の放射素子の一端である第２の給電点と、前記第４の放射素子の前記一端と、前記短絡素子における前記中心軸に交わる位置と、に外導体が接続する同軸型給電線と、前記同軸型給電線の前記中心導体の他端および前記外導体の他端に接続する無線機回路と、 前記無線機回路を内蔵し、前記中心軸方向において前記第 1 の放射素子対の前記第 2 の放射素子対に近い側の辺に対して前記第 2 の放射素子対側であり、かつ、前記第２の放射素子対の前記第 1 の放射素子対から遠い側の辺に対して前記第１の放射素子対側である位置に、端を有する導電性の筐体と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
このように構成されたアンテナ装置により、複数周波数の共用アンテナを一体化した構成において、アンテナのインピーダンスを整合しやすくし、無線機回路からの漏洩ノイズや給電線からの不要放射の影響を低減して良好な通信品質が得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは説明を容易にするために、２つ周波数を用いた場合で説明する。
まず、図１は、本発明の実施形態のアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す図である。第一の周波数ｆ１（例えば、規格ＩＥＥＥ８０２．１１ｂで用いられる２．４００〜２．４９７ＧＨｚ等）を励振する第１の放射素子１４Ａ、並びに第２の放射素子１４Ｂと、第２の周波数ｆ２（例えば、規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａで用いられる５．１５〜５．２５ＧＨｚ等）を励振する第３の放射素子１４Ｃ、並びに第４の放射素子１４Ｄは、中心軸で軸対称になるように短絡素子１５と接続している。アンテナ装置１０は、同軸型給電線１６で給電される。同軸型給電線１６は短絡素子１５の中央部の中心軸上で接続し、短絡素子１５上をおおよそ沿って配置され、軸対称の軸上対向する点で給電する。アンテナ装置１０は無線機回路１２を内蔵した筐体（例えば導電性材料で構成された金属の筐体、表面をメタライズされた筐体等）１１の表面に近接して配置されている。
【００１５】
（第１の実施形態）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態であるアンテナ装置１０の詳細な構成を示す平面図、断面図及びＡ−Ｂ線に沿う断面図である。無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ基板１３が配置され、このアンテナ基板１３上に第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、第４の放射素子１４Ｄ、短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００１６】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図２（ｂ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００１７】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Ｄと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００１８】
ここで、同軸型給電線１６は、図２（ｃ）に示すような外導体２５と中心導体２６からなる円筒状の同軸型線路でもよく、図２（ｄ）に示すような外導体２５−１、２５−２、中心導体２６及び絶縁層２７−１、２７−２からなる多層化した同軸型線路でもよい。第２の放射素子１４Ｂの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部におおよそ沿って配置され、短絡素子１５の中央部（Ｃ点）より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Ｂおよび短絡素子１５に電気的に接続され、中心導体２６は外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機回路１２に接続される。上記では同軸型給電線１６は短絡素子１５上を沿って配置される構成について説明したが、これに限ることなく少なくとも給電点、放射素子１４Ｂ、１４Ｄと短絡素子１５との接続点、及び短絡素子と中心軸との接続点上に配置されていればよい。
【００１９】
以下、本発明の第１の実施形態の構成により２つの周波数を励振する２共振アンテナが実現される放射素子１４Ａ〜１４Dの放射素子長について説明する。
図３は、アンテナの共振が発生する経路パターンＬ１〜Ｌ５を示している。Ｌ１〜Ｌ４を半波長とする周波数、Ｌ５を１波長とする周波数とで共振する。ただし、全ての経路でインピーダンスは整合していない。通常、一方の周波数の経路パターンがＬ２で、他方はＬ３或いはＬ４を用いる。アンテナの共振周波数を低い周波数ｆ１（以下第１の周波数）と高い周波数ｆ２（以下第２の周波数）とした場合、Ｌ２＞Ｌ３かつ、Ｌ２＞Ｌ４であればＬ２は第１の周波数ｆ１で共振し、Ｌ３或いはＬ４は第２の周波数ｆ２で共振させることができる。逆にＬ２＜Ｌ３かつ、Ｌ２＜Ｌ４であれば、Ｌ３或いはＬ４は第１の周波数ｆ１で共振し、Ｌ２は第２の周波数ｆ２で共振させることができる。
【００２０】
図４は、図３で示したアンテナの共振が発生する経路パターンの詳細を示している。Ｌ１からＬ５は以下の経路となる。
【００２１】
Ｌ１＝ＬＫ＋ＬＧ＋ＬＩ＋ＬＦ＋ＬＪ＋ＬＨ＋ＬＬ
Ｌ２＝ＬＡ＋ＬＢ
Ｌ３＝ＬＣ＋ＬＩ＋ＬＦ＋ＬＪ＋ＬＤ
Ｌ４＝ＬＣ＋ＬＧ＋ＬＥ＋ＬＨ＋ＬＤ
Ｌ５＝ＬＥ＋ＬＧ＋ＬＩ＋ＬＦ＋ＬＪ＋ＬＨ
【００２２】
ここでＬＩ（＝ＬＪ）＞ＬＧ（＝ＬＨ）であれば、Ｌ３＞Ｌ４となり、逆にＬＩ（＝ＬＪ）＜ＬＧ（＝ＬＨ）であれば、Ｌ３＜Ｌ４となる。またＬＩ（＝ＬＪ）＝ＬＧ（＝ＬＨ）として、Ｌ３＝Ｌ４となっても良い。
【００２３】
図５（ａ）はこの携帯無線機用アンテナモデルのＬ２＞Ｌ３、Ｌ４の場合、図５（ｂ）はＬ２＜Ｌ３、Ｌ４の場合における反射減衰量のシミュレーション結果を示している。どちらも第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２において十分な反射減衰量が得られている。
【００２４】
以下、本発明の実施形態の構成によりアンテナの特性が改善される原理について簡単に説明する。まず、始めにアンテナの入力特性が良好である理由について述べる。
【００２５】
本発明の実施形態においても第1の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を短絡する短絡素子１５を用いており、Ｔ整合の効果でアンテナの入力特性を改善していることとなる。
【００２６】
次に、図６を用いて本発明の実施形態のアンテナ装置が給電線上への高周波信号の漏洩を抑制可能な理由について述べる。ここで共振経路は図３に示すＬ２とし、送信状態として説明する。給電点２３、２４から放射素子１４Ａ、１４Ｂに電流Ｉ１、Ｉ２がそれぞれ流れる。ここで電流Ｉ１、Ｉ２は同軸型給電線１６の内導体２６を通って給電される。これらの電流Ｉ１、Ｉ２は，短絡素子１５との接続点において放射素子１４Ａ、１４Ｂと短絡素子１５に分岐する。放射素子１４Ａ、１４Ｂに流れ込む電流をＩａ１、Ｉａ２短絡素子１５に流れ込む電流をＩｓ１、Ｉｓ２と記している。放射素子１４Ａ、１４Ｂに流れ込む電流Ｉａ１、Ｉａ２は、放射波源として空間へ放射される。
【００２７】
一方、短絡素子１５へ流れ込む電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、同軸型給電線１６が引き出される位置で合成され、Ｉｌｉｎｅ＝Ｉｓ１＋Ｉｓ２なるアンテナ装置１０からの漏洩電流として同軸型給電線１６の外導体２５に流れ込む。
【００２８】
短絡素子１５に流れ込む電流Ｉｓ１、Ｉｓ２の位相は、アンテナ装置１０に対して短絡素子がほぼ対称に設けられていれば、すなわち短絡素子１５の両端が放射素子１４Ａ、１４Ｂの給電点２３、２４からほぼ等距離の位置に接続されていればほぼ逆位相、すなわちＩｓ１≒−Ｉｓ２となる。このように短絡素子１５上の電流位相が逆位相となるので、同軸型給電線１６の外導体２５上の漏洩電流はＩｌｉｎｅ＝Ｉｓ１＋Ｉｓ２≒Ｉｓ１−Ｉｓ１＝０となる。これを実現するためには、図６に示す中心軸において軸対称となることが条件となる。従って、アンテナの形状は、以下の関係を満たす必要がある。
【００２９】
ＬＡ＝ＬＢ、ＬＣ＝ＬＤ、ＬＥ＝ＬＦ、ＬＧ＝ＬＨ、ＬＩ＝ＬＪ、Ｌｋ＝ＬＬ
【００３０】
図７を用いて、共振経路を図３に示すＬ３とした場合に、給電線上に漏洩したノイズに対して特性が良好になる理由について述べる。ここでも送信状態として説明する。給電点２３、２４から放射素子１４Ａ、１４Ｂに電流Ｉｓ１、Ｉｓ２がそれぞれ流れる。これらの電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、短絡素子１５との接続点において、ほとんど短絡素子に流れ込む。この電流をＩｓ１、Ｉｓ２と記している。そして放射素子１４Ｃ、１４Ｄと短絡素子１５に分岐する。放射素子１４Ｃ、１４Ｄに流れ込む電流をＩａ１、Ｉａ２、短絡素子１５に流れ込む電流Ｉａ３、Ｉａ４とし、放射素子１４Ｃ、１４Ｄに流れ込む電流をＩａ１、Ｉａ２は放射波源として空間へ放射される。
【００３１】
一方、短絡素子１５へ流れ込む電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、同軸型給電線１６が引き出される位置で合成され、Ｉｌｉｎｅ＝Ｉｓ３＋Ｉｓ４なるアンテナ装置１０からの漏洩電流として同軸型給電線１６の外導体２５に流れ込む。
【００３２】
短絡素子１５に流れ込む電流Ｉａ１、Ｉａ２及びＩｓ３、Ｉｓ４の位相は、アンテナ装置１０に対して短絡素子がほぼ対称に設けられていれば、すなわち短絡素子１５の両端が放射素子１４Ａ、１４Ｂの給電点２３、２４からほぼ等距離の位置に接続されていればほぼ逆位相、すなわちＩｓ３≒−Ｉｓ４となる。
【００３３】
このように短絡素子１５上の電流位相が逆位相となるので、同軸型給電線１６の外導体２５上の漏洩電流はＩｌｉｎｅ＝Ｉｓ３＋Ｉｓ４≒Ｉｓ３−Ｉｓ３＝０となる。
【００３４】
このように本発明の実施形態のアンテナ装置では、送信時にアンテナ装置１０から同軸型給電線１６の外導体２５上に漏洩する電流を抑制することが可能である。
また、本発明の実施形態の方法によれば、周波数に依存することなく、電流の抑制が可能である。なお、上記したように２つの周波数について適用したアンテナ装置について説明してきたが、３対以上の放射素子を備えたアンテナ装置に対しても２つの周波数のときと同様に短絡素子がほぼ対称に設けることで適用できる。 本実施の形態のアンテナ装置をもってすれば、２つの以上の周波数におけるインピーダンス整合と給電線への不要漏洩を抑制することの両立が可能となる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す平面図及び側面図である。図２と同一部分に同一符号を付して説明する。本実施形態では図８（ａ）に示したように無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ装置１０が配置され、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、及び第４の放射素子１４Ｄと短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００３６】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図８（ｂ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００３７】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Dと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００３８】
ここで、同軸型給電線１６は、第２の放射素子１４Bの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部に沿って配置され、短絡素子１５の中央部より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Bおよび短絡素子１５に電気的に接続されている。中心導体２６は、外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機１２に接続される。本実施形態の場合、放射素子１４Ａ、１４Bで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４C、１４Dで第２の周波数ｆ２を励振する。ここで第1の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２の関係はｆ１＞ｆ２となっている。従って、アンテナ装置１０の物理的な大きさは放射素子１４C、１４Dの大きさが支配的である。そこで、放射素子１４C、１４Dを折り曲げて物理的な大きさを小さくしている。
【００３９】
本発明の第２の実施形態によれば、送信時にアンテナ装置１０から同軸型給電線１６の外導体２５上に漏洩する電流を抑制することが可能である。
また、本発明の第２の実施形態の方法によれば、周波数に依存することなく、電流の抑制が可能である。なお、上記したように２つの周波数について適用したアンテナ装置について説明してきたが、３対以上の放射素子を備えたアンテナ装置に対しても２つの周波数のときと同様に短絡素子がほぼ対称に設けることで適用できる。 本実施の形態のアンテナ装置をもってすれば、２つの以上の周波数におけるインピーダンス整合と給電線への不要漏洩を抑制することの両立が可能であり、且つアンテナ装置の小型化が実現できる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ’−Ｂ’の断面図及び側面図である。図２と同一部分に同一符号を付して説明する。
【００４１】
本実施形態では図９（ａ）に示したように無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ装置１０が配置され、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、及び第４の放射素子１４Ｄと短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００４２】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図９（ｃ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００４３】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Dと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００４４】
ここで、同軸型給電線１６は、第２の放射素子１４Ｂの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部に沿って配置され、短絡素子１５の中央部より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Ｂおよび短絡素子１５に電気的に接続されている。中心導体２６は、外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機１２に接続される。
【００４５】
本発明の第３の実施形態の場合、放射素子１４Ａ、１４Ｂで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４Ｃ、１４Ｄで第２の周波数ｆ２を励振する。第１の周波数ｆ１、或いは第２の周波数ｆ２の周波数帯域幅を広げるために、図９（ｂ）、（ｄ）に示したように所望周波数の半波長程度の長さである無給電素子３０を金属筐体１１から距離ｄ、アンテナ装置１０から距離ｈのように近接して配置する。
【００４６】
図１０は無給電素子がある場合とない場合の反射減衰量のシミュレーション結果を示している。本シミュレーションモデルの場合、放射素子１４Ａ、１４Ｂで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４C、１４Dで第２の周波数ｆ２を励振する。ここで第1の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２の関係はｆ１＜ｆ２となっている。第２の周波数ｆ２の周波数帯域幅を広げるようにするため、無給電素子長を第２の周波数ｆ２の約０．４２波長にした。図１１に無給電素子長の変化による第２の周波数ｆ２における反射減衰量−１０ｄB以下の周波数帯域を示している。無給電素子の長さが半波長より短いときに帯域が広がっていることがわかる。
【００４７】
この結果、無給電素子のある方がない方に比べて、第２の周波数ｆ２付近において反射減衰量−５ｄB以下の周波数帯域幅が約３倍になり、且つ十分な反射減衰量が得られた。なお、第１の周波数ｆ１に悪影響を与えることがないこともわかった。
【００４８】
本発明の第３の実施形態によれば、送信時にアンテナ装置１０から同軸型給電線１６の外導体２５上に漏洩する電流を抑制することが可能である。
また、本発明の第３の実施形態の方法によれば、周波数に依存することなく、電流の抑制が可能である。なお、上記したように２つの周波数について適用したアンテナ装置について説明してきたが、３対以上の放射素子を備えたアンテナ装置に対しても２つの周波数のときと同様に短絡素子をほぼ対称に設けることで適用できる。
本実施の形態のアンテナ装置をもってすれば、２つの以上の周波数におけるインピーダンス整合と給電線への不要漏洩を抑制することの両立が可能であり、且つ広帯域化が実現できる。
【００４９】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ”−Ｂ”の断面図及び側面図である。図２と同一部分に同一符号を付して説明する。本実施形態では図１２（ａ）に示したように無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ装置１０が配置され、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、及び第４の放射素子１４Ｄと短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００５０】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図９（ｂ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００５１】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Ｄと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００５２】
ここで、同軸型給電線１６は、第２の放射素子１４Ｂの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部に沿って配置され、短絡素子１５の中央部より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Ｂおよび短絡素子１５に電気的に接続されている。中心導体２６は、外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機１２に接続される。
【００５３】
本発明の第４の実施形態の場合、放射素子１４Ａ、１４Ｂで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４Ｃ、１４Ｄで第２の周波数ｆ２を励振する。第１の周波数ｆ１、或いは第２の周波数ｆ２の周波数帯域幅を広げるために、筐体１１と接地した所望の周波数ｆ１、或いはｆ２の四分の一波長程度の長さを持つ無給電素子３０をアンテナ装置１０に近接して配置する。
【００５４】
本発明の第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果が得られ、且つ広帯域化が実現できる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように種々変形することができる。例えば、上記実施形態ではアンテナとして線状素子を用いたが、ヘリカル、メアンダ、及び平板などを用いることもでき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５５】
更に、上記実施形態では図２に示すように放射素子１４Ａ、１４Ｂが放射素子１４Ｃ、１４Ｄに比べて長い例を示したが、図１３に示すように、放射素子１４Ａ、１４Ｂが放射素子１４Ｃ、１４Ｄに比べて短くてもよい。上記実施形態では放射素子１４Ａから１４Ｄが直線の場合を示したが、図１４（ａ）〜（ｅ）に示すように、折り曲げても良く、さらに図１４（ｅ）のように角に配置するなどもでき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５６】
また、上記実施形態ではループ型短絡素子１５を正方形としたが、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように円、三角形、多角形等の軸対称の構造をもつループ型短絡素子を用いても良い。
【００５７】
また、上述した第１乃至第４の実施形態では筐体１１を特に示さなかったが、図１６（ａ）（ｂ）に示すようにノートパソコン、ストレートタイプ携帯無線装置、ＰＤＡ等、その他折り畳みタイプ携帯無線装置等にも本発明の実施形態に適用でき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５８】
また、上述した第１乃至第４の実施形態ではアンテナ単体の場合も示したが、アレイアンテナとして放射ビームを制御、或いはダイバーシチを行うため、図１６（ｂ）に示すようにアンテナ装置１０を複数配置し、筐体１１の同一辺、或いは筐体１１上への直角配置等にも本発明の実施形態は適用でき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば携帯無線装置内の狭い空間に内蔵したアンテナ装置において、特に無線装置と複数の周波数共用アンテナを一体化した構成において、アンテナのインピーダンスを整合しやすくし、無線機回路からの漏洩ノイズや給電線からの不要放射の影響を低減して良好な通信品質が得られるアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す図。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の詳細な構成を示す平面図、側面図、及び線分Ａ−Ｂの断面図。
【図３】 本発明の実施形態に係るアンテナ装置の共振が発生する経路を示す図。
【図４】 本発明の実施形態に係るアンテナ装置の共振が発生する経路の詳細を示す図。
【図５】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置における反射減衰量のシミュレーション結果を示す図。
【図６】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の給電線上に漏洩したノイズに対して特性が良好になる理由を示す図。
【図７】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の共振経路をＬ３とした場合の、給電線上に漏洩したノイズに対して特性が良好になる理由を示す図。
【図８】 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す平面図及び側面図。
【図９】 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ’−Ｂ’の断面図及び側面図。
【図１０】 本発明の第３の実施形態に係る無給電素子がある場合とない場合の反射減衰量のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】 本発明の第３の実施形態に係る無給電素子長の変化によるリターンロス−１０ｄB以下の周波数帯域を示す図。
【図１２】 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ”−Ｂ”の断面図及び側面図
【図１３】 本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図。
【図１４】 本発明の他の実施形態に係る放射素子の形状を表す図。
【図１５】 本発明の他の実施形態に係るループ型短絡素子の形状を表す図。
【図１６】 本発明の他の実施形態に係る携帯無線装置の概略構成図。
【符号の説明】
１０…アンテナ装置
１１…筐体
１２…無線機回路
１３…アンテナ基板
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ…放射素子
１５…短絡素子
１６…同軸型給電線
２３、２４…給電点
２５…外導体
２６…中心導体
２７…絶縁層
３０…無給電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置及びアンテナ装置を内蔵する携帯情報端末や携帯電話などの無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、PHS（Personal Handyphone System）端末、及び小型無線局のような携帯無線装置では、無線機筐体とアンテナが一体化されている場合が多い。また、PDA（Personal Digital(Data) Assistants）、ノートパソコン等の携帯情報端末も携帯電話、PHS等の公衆網、並びに無線LAN(Local Area Network)に接続する携帯無線装置として用いられるようになっている。
【０００３】
従来、こうした無線機とアンテナを一体化したアンテナ装置が用いられていた。従来のアンテナ装置は、無線機回路を内蔵した金属筐体の表面に近接して設けられ、互いに対向する端部を給電点とする二つの１／４波長素子からなるダイポールアンテナと、１／４波長素子間を短絡する短絡素子と、給電点に各一端が接続された外導体および中心導体からなる給電点と無線機回路とを接続する同軸型給電線により構成され、同軸型給電線は１／４波長素子および短絡素子の一部に沿って配置されると共に、短絡素子の中央部から引き出され、外導体は１／４波長素子および短絡素子の一部に電気的に接続される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、２周波以上複数の通信方式を共用する場合、アンテナを一つにした方が小型、軽量であるため、携帯に適している。
しかしながら、上記したような従来のアンテナ装置は使用する周波数が１つの場合のみで、２つ以上の周波数に対応するには、周波数の個数分だけアンテナ装置を用意するしかなかった。
【０００５】
一方、２周波を共用するアンテナ装置として、従来は基地局用2周波共用反射板付プリントアンテナが用いられている。反射板付プリントアンテナは、両面に異なる周波数に共振する放射素子をそれぞれ形成した誘電体基板と、この誘電体基板が反射板に直角に配置した構成になっている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
しかしながら、携帯無線装置内の狭い空間にアンテナを設置する場合、内蔵できるスペースが狭く配置が困難であった。更に、携帯無線装置のアンテナでは落下時の破壊を防ぐため、アンテナを携帯無線装置に内蔵することが求められているため、携帯無線装置内の狭い空間にアンテナを配置した場合でも、無線回路を構成する基板、或いは筐体の金属面に対して平行に配置されるために金属の影響が無視できず、放射抵抗が低くなりすぎてアンテナの不整合が生じる問題があった。
【０００７】
別の問題として、一般的にアンテナを内蔵すると、無線回路や信号処理回路等の他回路への高周波ノイズが漏洩しやすいという欠点を持っている。実際、筐体の金属面によって無線回路や信号処理回路を完全にシールドすることは困難であり、アンテナから漏洩してきた高周波信号が筐体を通過して、信号処理部へと伝導してしまう。近年、信号処理回路を構成するＬＳＩは低消費電力化が進み、低電圧動作のものが多くなっている。更に信号処理回路の処理速度が高速化され、無線通信周波数と信号処理部のクロック周波数の差が小さくなってきているため、アンテナからの漏洩ノイズによる信号処理回路の誤動作の可能性が高くなっており、このことは非常に深刻な問題となっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２５２７３７号公報（第７〜８頁、図１〜２）
【０００９】
【特許文献２】
特許第２７０６７１９号公報（第２〜３頁、第１図）
【００１０】
本発明は、上記問題を鑑みて、携帯情報端末や携帯電話などの携帯無線装置に係り、特に無線機と２周波以上の共用アンテナを一体化した構成において、無線機回路からの漏洩ノイズや給電線からの不要放射の影響を低減して良好な通信品質が得られるアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は第 1 の放射素子、および前記第 1 の放射素子に対して中心軸について軸対称に配置される第２の放射素子、を有し、第 1 の周波数に励振する第 1 の放射素子対と、第３の放射素子、および前記第３の放射素子に対して前記中心軸について軸対称に配置される第４の放射素子、を有し、第２の周波数に励振する第２の放射素子対と、前記第 1 の放射素子と前記第２の放射素子とに前記中心軸について軸対称に接続し、前記第３の放射素子の一端と前記第３の放射素子の前記一端に対して前記中心軸について軸対称な位置にある前記第４の放射素子の一端とに接続する、前記中心軸について軸対称な形状の短絡素子と、
【００１２】
前記第１の放射素子の一端である第１の給電点に中心導体が接続し、前記第１の放射素子の前記一端に対して前記中心軸について軸対称な位置にある前記第２の放射素子の一端である第２の給電点と、前記第４の放射素子の前記一端と、前記短絡素子における前記中心軸に交わる位置と、に外導体が接続する同軸型給電線と、前記同軸型給電線の前記中心導体の他端および前記外導体の他端に接続する無線機回路と、 前記無線機回路を内蔵し、前記中心軸方向において前記第 1 の放射素子対の前記第 2 の放射素子対に近い側の辺に対して前記第 2 の放射素子対側であり、かつ、前記第２の放射素子対の前記第 1 の放射素子対から遠い側の辺に対して前記第１の放射素子対側である位置に、端を有する導電性の筐体と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
このように構成されたアンテナ装置により、複数周波数の共用アンテナを一体化した構成において、アンテナのインピーダンスを整合しやすくし、無線機回路からの漏洩ノイズや給電線からの不要放射の影響を低減して良好な通信品質が得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは説明を容易にするために、２つ周波数を用いた場合で説明する。
まず、図１は、本発明の実施形態のアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す図である。第一の周波数ｆ１（例えば、規格ＩＥＥＥ８０２．１１ｂで用いられる２．４００〜２．４９７ＧＨｚ等）を励振する第１の放射素子１４Ａ、並びに第２の放射素子１４Ｂと、第２の周波数ｆ２（例えば、規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａで用いられる５．１５〜５．２５ＧＨｚ等）を励振する第３の放射素子１４Ｃ、並びに第４の放射素子１４Ｄは、中心軸で軸対称になるように短絡素子１５と接続している。アンテナ装置１０は、同軸型給電線１６で給電される。同軸型給電線１６は短絡素子１５の中央部の中心軸上で接続し、短絡素子１５上をおおよそ沿って配置され、軸対称の軸上対向する点で給電する。アンテナ装置１０は無線機回路１２を内蔵した筐体（例えば導電性材料で構成された金属の筐体、表面をメタライズされた筐体等）１１の表面に近接して配置されている。
【００１５】
（第１の実施形態）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態であるアンテナ装置１０の詳細な構成を示す平面図、断面図及びＡ−Ｂ線に沿う断面図である。無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ基板１３が配置され、このアンテナ基板１３上に第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、第４の放射素子１４Ｄ、短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００１６】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図２（ｂ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００１７】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Ｄと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００１８】
ここで、同軸型給電線１６は、図２（ｃ）に示すような外導体２５と中心導体２６からなる円筒状の同軸型線路でもよく、図２（ｄ）に示すような外導体２５−１、２５−２、中心導体２６及び絶縁層２７−１、２７−２からなる多層化した同軸型線路でもよい。第２の放射素子１４Ｂの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部におおよそ沿って配置され、短絡素子１５の中央部（Ｃ点）より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Ｂおよび短絡素子１５に電気的に接続され、中心導体２６は外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機回路１２に接続される。上記では同軸型給電線１６は短絡素子１５上を沿って配置される構成について説明したが、これに限ることなく少なくとも給電点、放射素子１４Ｂ、１４Ｄと短絡素子１５との接続点、及び短絡素子と中心軸との接続点上に配置されていればよい。
【００１９】
以下、本発明の第１の実施形態の構成により２つの周波数を励振する２共振アンテナが実現される放射素子１４Ａ〜１４Dの放射素子長について説明する。
図３は、アンテナの共振が発生する経路パターンＬ１〜Ｌ５を示している。Ｌ１〜Ｌ４を半波長とする周波数、Ｌ５を１波長とする周波数とで共振する。ただし、全ての経路でインピーダンスは整合していない。通常、一方の周波数の経路パターンがＬ２で、他方はＬ３或いはＬ４を用いる。アンテナの共振周波数を低い周波数ｆ１（以下第１の周波数）と高い周波数ｆ２（以下第２の周波数）とした場合、Ｌ２＞Ｌ３かつ、Ｌ２＞Ｌ４であればＬ２は第１の周波数ｆ１で共振し、Ｌ３或いはＬ４は第２の周波数ｆ２で共振させることができる。逆にＬ２＜Ｌ３かつ、Ｌ２＜Ｌ４であれば、Ｌ３或いはＬ４は第１の周波数ｆ１で共振し、Ｌ２は第２の周波数ｆ２で共振させることができる。
【００２０】
図４は、図３で示したアンテナの共振が発生する経路パターンの詳細を示している。Ｌ１からＬ５は以下の経路となる。
【００２１】
Ｌ１＝ＬＫ＋ＬＧ＋ＬＩ＋ＬＦ＋ＬＪ＋ＬＨ＋ＬＬ
Ｌ２＝ＬＡ＋ＬＢ
Ｌ３＝ＬＣ＋ＬＩ＋ＬＦ＋ＬＪ＋ＬＤ
Ｌ４＝ＬＣ＋ＬＧ＋ＬＥ＋ＬＨ＋ＬＤ
Ｌ５＝ＬＥ＋ＬＧ＋ＬＩ＋ＬＦ＋ＬＪ＋ＬＨ
【００２２】
ここでＬＩ（＝ＬＪ）＞ＬＧ（＝ＬＨ）であれば、Ｌ３＞Ｌ４となり、逆にＬＩ（＝ＬＪ）＜ＬＧ（＝ＬＨ）であれば、Ｌ３＜Ｌ４となる。またＬＩ（＝ＬＪ）＝ＬＧ（＝ＬＨ）として、Ｌ３＝Ｌ４となっても良い。
【００２３】
図５（ａ）はこの携帯無線機用アンテナモデルのＬ２＞Ｌ３、Ｌ４の場合、図５（ｂ）はＬ２＜Ｌ３、Ｌ４の場合における反射減衰量のシミュレーション結果を示している。どちらも第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２において十分な反射減衰量が得られている。
【００２４】
以下、本発明の実施形態の構成によりアンテナの特性が改善される原理について簡単に説明する。まず、始めにアンテナの入力特性が良好である理由について述べる。
【００２５】
本発明の実施形態においても第1の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を短絡する短絡素子１５を用いており、Ｔ整合の効果でアンテナの入力特性を改善していることとなる。
【００２６】
次に、図６を用いて本発明の実施形態のアンテナ装置が給電線上への高周波信号の漏洩を抑制可能な理由について述べる。ここで共振経路は図３に示すＬ２とし、送信状態として説明する。給電点２３、２４から放射素子１４Ａ、１４Ｂに電流Ｉ１、Ｉ２がそれぞれ流れる。ここで電流Ｉ１、Ｉ２は同軸型給電線１６の内導体２６を通って給電される。これらの電流Ｉ１、Ｉ２は，短絡素子１５との接続点において放射素子１４Ａ、１４Ｂと短絡素子１５に分岐する。放射素子１４Ａ、１４Ｂに流れ込む電流をＩａ１、Ｉａ２短絡素子１５に流れ込む電流をＩｓ１、Ｉｓ２と記している。放射素子１４Ａ、１４Ｂに流れ込む電流Ｉａ１、Ｉａ２は、放射波源として空間へ放射される。
【００２７】
一方、短絡素子１５へ流れ込む電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、同軸型給電線１６が引き出される位置で合成され、Ｉｌｉｎｅ＝Ｉｓ１＋Ｉｓ２なるアンテナ装置１０からの漏洩電流として同軸型給電線１６の外導体２５に流れ込む。
【００２８】
短絡素子１５に流れ込む電流Ｉｓ１、Ｉｓ２の位相は、アンテナ装置１０に対して短絡素子がほぼ対称に設けられていれば、すなわち短絡素子１５の両端が放射素子１４Ａ、１４Ｂの給電点２３、２４からほぼ等距離の位置に接続されていればほぼ逆位相、すなわちＩｓ１≒−Ｉｓ２となる。このように短絡素子１５上の電流位相が逆位相となるので、同軸型給電線１６の外導体２５上の漏洩電流はＩｌｉｎｅ＝Ｉｓ１＋Ｉｓ２≒Ｉｓ１−Ｉｓ１＝０となる。これを実現するためには、図６に示す中心軸において軸対称となることが条件となる。従って、アンテナの形状は、以下の関係を満たす必要がある。
【００２９】
ＬＡ＝ＬＢ、ＬＣ＝ＬＤ、ＬＥ＝ＬＦ、ＬＧ＝ＬＨ、ＬＩ＝ＬＪ、Ｌｋ＝ＬＬ
【００３０】
図７を用いて、共振経路を図３に示すＬ３とした場合に、給電線上に漏洩したノイズに対して特性が良好になる理由について述べる。ここでも送信状態として説明する。給電点２３、２４から放射素子１４Ａ、１４Ｂに電流Ｉｓ１、Ｉｓ２がそれぞれ流れる。これらの電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、短絡素子１５との接続点において、ほとんど短絡素子に流れ込む。この電流をＩｓ１、Ｉｓ２と記している。そして放射素子１４Ｃ、１４Ｄと短絡素子１５に分岐する。放射素子１４Ｃ、１４Ｄに流れ込む電流をＩａ１、Ｉａ２、短絡素子１５に流れ込む電流Ｉａ３、Ｉａ４とし、放射素子１４Ｃ、１４Ｄに流れ込む電流をＩａ１、Ｉａ２は放射波源として空間へ放射される。
【００３１】
一方、短絡素子１５へ流れ込む電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、同軸型給電線１６が引き出される位置で合成され、Ｉｌｉｎｅ＝Ｉｓ３＋Ｉｓ４なるアンテナ装置１０からの漏洩電流として同軸型給電線１６の外導体２５に流れ込む。
【００３２】
短絡素子１５に流れ込む電流Ｉａ１、Ｉａ２及びＩｓ３、Ｉｓ４の位相は、アンテナ装置１０に対して短絡素子がほぼ対称に設けられていれば、すなわち短絡素子１５の両端が放射素子１４Ａ、１４Ｂの給電点２３、２４からほぼ等距離の位置に接続されていればほぼ逆位相、すなわちＩｓ３≒−Ｉｓ４となる。
【００３３】
このように短絡素子１５上の電流位相が逆位相となるので、同軸型給電線１６の外導体２５上の漏洩電流はＩｌｉｎｅ＝Ｉｓ３＋Ｉｓ４≒Ｉｓ３−Ｉｓ３＝０となる。
【００３４】
このように本発明の実施形態のアンテナ装置では、送信時にアンテナ装置１０から同軸型給電線１６の外導体２５上に漏洩する電流を抑制することが可能である。
また、本発明の実施形態の方法によれば、周波数に依存することなく、電流の抑制が可能である。なお、上記したように２つの周波数について適用したアンテナ装置について説明してきたが、３対以上の放射素子を備えたアンテナ装置に対しても２つの周波数のときと同様に短絡素子がほぼ対称に設けることで適用できる。 本実施の形態のアンテナ装置をもってすれば、２つの以上の周波数におけるインピーダンス整合と給電線への不要漏洩を抑制することの両立が可能となる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す平面図及び側面図である。図２と同一部分に同一符号を付して説明する。本実施形態では図８（ａ）に示したように無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ装置１０が配置され、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、及び第４の放射素子１４Ｄと短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００３６】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図８（ｂ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００３７】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Dと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００３８】
ここで、同軸型給電線１６は、第２の放射素子１４Bの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部に沿って配置され、短絡素子１５の中央部より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Bおよび短絡素子１５に電気的に接続されている。中心導体２６は、外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機１２に接続される。本実施形態の場合、放射素子１４Ａ、１４Bで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４C、１４Dで第２の周波数ｆ２を励振する。ここで第1の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２の関係はｆ１＞ｆ２となっている。従って、アンテナ装置１０の物理的な大きさは放射素子１４C、１４Dの大きさが支配的である。そこで、放射素子１４C、１４Dを折り曲げて物理的な大きさを小さくしている。
【００３９】
本発明の第２の実施形態によれば、送信時にアンテナ装置１０から同軸型給電線１６の外導体２５上に漏洩する電流を抑制することが可能である。
また、本発明の第２の実施形態の方法によれば、周波数に依存することなく、電流の抑制が可能である。なお、上記したように２つの周波数について適用したアンテナ装置について説明してきたが、３対以上の放射素子を備えたアンテナ装置に対しても２つの周波数のときと同様に短絡素子がほぼ対称に設けることで適用できる。 本実施の形態のアンテナ装置をもってすれば、２つの以上の周波数におけるインピーダンス整合と給電線への不要漏洩を抑制することの両立が可能であり、且つアンテナ装置の小型化が実現できる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ’−Ｂ’の断面図及び側面図である。図２と同一部分に同一符号を付して説明する。
【００４１】
本実施形態では図９（ａ）に示したように無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ装置１０が配置され、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、及び第４の放射素子１４Ｄと短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００４２】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図９（ｃ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００４３】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Dと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００４４】
ここで、同軸型給電線１６は、第２の放射素子１４Ｂの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部に沿って配置され、短絡素子１５の中央部より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Ｂおよび短絡素子１５に電気的に接続されている。中心導体２６は、外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機１２に接続される。
【００４５】
本発明の第３の実施形態の場合、放射素子１４Ａ、１４Ｂで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４Ｃ、１４Ｄで第２の周波数ｆ２を励振する。第１の周波数ｆ１、或いは第２の周波数ｆ２の周波数帯域幅を広げるために、図９（ｂ）、（ｄ）に示したように所望周波数の半波長程度の長さである無給電素子３０を金属筐体１１から距離ｄ、アンテナ装置１０から距離ｈのように近接して配置する。
【００４６】
図１０は無給電素子がある場合とない場合の反射減衰量のシミュレーション結果を示している。本シミュレーションモデルの場合、放射素子１４Ａ、１４Ｂで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４C、１４Dで第２の周波数ｆ２を励振する。ここで第1の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２の関係はｆ１＜ｆ２となっている。第２の周波数ｆ２の周波数帯域幅を広げるようにするため、無給電素子長を第２の周波数ｆ２の約０．４２波長にした。図１１に無給電素子長の変化による第２の周波数ｆ２における反射減衰量−１０ｄB以下の周波数帯域を示している。無給電素子の長さが半波長より短いときに帯域が広がっていることがわかる。
【００４７】
この結果、無給電素子のある方がない方に比べて、第２の周波数ｆ２付近において反射減衰量−５ｄB以下の周波数帯域幅が約３倍になり、且つ十分な反射減衰量が得られた。なお、第１の周波数ｆ１に悪影響を与えることがないこともわかった。
【００４８】
本発明の第３の実施形態によれば、送信時にアンテナ装置１０から同軸型給電線１６の外導体２５上に漏洩する電流を抑制することが可能である。
また、本発明の第３の実施形態の方法によれば、周波数に依存することなく、電流の抑制が可能である。なお、上記したように２つの周波数について適用したアンテナ装置について説明してきたが、３対以上の放射素子を備えたアンテナ装置に対しても２つの周波数のときと同様に短絡素子をほぼ対称に設けることで適用できる。
本実施の形態のアンテナ装置をもってすれば、２つの以上の周波数におけるインピーダンス整合と給電線への不要漏洩を抑制することの両立が可能であり、且つ広帯域化が実現できる。
【００４９】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ”−Ｂ”の断面図及び側面図である。図２と同一部分に同一符号を付して説明する。本実施形態では図１２（ａ）に示したように無線機回路１２（図示しない）を内蔵した筐体１１の一つの端面に近接してアンテナ装置１０が配置され、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ、第３の放射素子１４Ｃ、及び第４の放射素子１４Ｄと短絡素子１５、及び同軸型給電線１６が形成されている。
【００５０】
第１の放射素子１４Ａと第２の放射素子１４Ｂの互いに対向する端部が給電点２３、２４となっている。短絡素子１５が、アンテナのインピーダンス整合用素子として働くように、第１の放射素子１４Ａ、第２の放射素子１４Ｂ間を適当な位置で短絡するように形成される。これにより、図９（ｂ）に示したように距離ｈで筐体１１に近接してスペーサ等により配置した場合でも、良好なアンテナ特性が得られるようになる。
【００５１】
同軸型給電線１６は、各放射素子１４Ａ〜１４Ｄと無線機回路１２の無線回路部とを接続するものであり、外導体２５の一端は給電点２３に接続され、中心導体２６の一端は外導体２５の一端より露出され、給電点２４に接続されている。
【００５２】
ここで、同軸型給電線１６は、第２の放射素子１４Ｂの一部（給電点２３から短絡素子１５の一端側までの間の領域）と短絡素子１５の一部に沿って配置され、短絡素子１５の中央部より引き出されている。また、外導体２５は給電点２３を起点とし、第２の放射素子１４Ｂおよび短絡素子１５に電気的に接続されている。中心導体２６は、外導体２５から露出している部分以外は外導体２５と同じ経路を辿る。短絡素子１５の中央部より引き出された同軸型給電線１６は、無線機１２に接続される。
【００５３】
本発明の第４の実施形態の場合、放射素子１４Ａ、１４Ｂで第１の周波数ｆ１を励振する。そして、放射素子１４Ｃ、１４Ｄで第２の周波数ｆ２を励振する。第１の周波数ｆ１、或いは第２の周波数ｆ２の周波数帯域幅を広げるために、筐体１１と接地した所望の周波数ｆ１、或いはｆ２の四分の一波長程度の長さを持つ無給電素子３０をアンテナ装置１０に近接して配置する。
【００５４】
本発明の第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果が得られ、且つ広帯域化が実現できる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように種々変形することができる。例えば、上記実施形態ではアンテナとして線状素子を用いたが、ヘリカル、メアンダ、及び平板などを用いることもでき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５５】
更に、上記実施形態では図２に示すように放射素子１４Ａ、１４Ｂが放射素子１４Ｃ、１４Ｄに比べて長い例を示したが、図１３に示すように、放射素子１４Ａ、１４Ｂが放射素子１４Ｃ、１４Ｄに比べて短くてもよい。上記実施形態では放射素子１４Ａから１４Ｄが直線の場合を示したが、図１４（ａ）〜（ｅ）に示すように、折り曲げても良く、さらに図１４（ｅ）のように角に配置するなどもでき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５６】
また、上記実施形態ではループ型短絡素子１５を正方形としたが、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように円、三角形、多角形等の軸対称の構造をもつループ型短絡素子を用いても良い。
【００５７】
また、上述した第１乃至第４の実施形態では筐体１１を特に示さなかったが、図１６（ａ）（ｂ）に示すようにノートパソコン、ストレートタイプ携帯無線装置、ＰＤＡ等、その他折り畳みタイプ携帯無線装置等にも本発明の実施形態に適用でき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５８】
また、上述した第１乃至第４の実施形態ではアンテナ単体の場合も示したが、アレイアンテナとして放射ビームを制御、或いはダイバーシチを行うため、図１６（ｂ）に示すようにアンテナ装置１０を複数配置し、筐体１１の同一辺、或いは筐体１１上への直角配置等にも本発明の実施形態は適用でき、その形状や形式は特に限定されない。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば携帯無線装置内の狭い空間に内蔵したアンテナ装置において、特に無線装置と複数の周波数共用アンテナを一体化した構成において、アンテナのインピーダンスを整合しやすくし、無線機回路からの漏洩ノイズや給電線からの不要放射の影響を低減して良好な通信品質が得られるアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す図。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の詳細な構成を示す平面図、側面図、及び線分Ａ−Ｂの断面図。
【図３】 本発明の実施形態に係るアンテナ装置の共振が発生する経路を示す図。
【図４】 本発明の実施形態に係るアンテナ装置の共振が発生する経路の詳細を示す図。
【図５】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置における反射減衰量のシミュレーション結果を示す図。
【図６】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の給電線上に漏洩したノイズに対して特性が良好になる理由を示す図。
【図７】 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の共振経路をＬ３とした場合の、給電線上に漏洩したノイズに対して特性が良好になる理由を示す図。
【図８】 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置の概略構成を示す平面図及び側面図。
【図９】 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ’−Ｂ’の断面図及び側面図。
【図１０】 本発明の第３の実施形態に係る無給電素子がある場合とない場合の反射減衰量のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】 本発明の第３の実施形態に係る無給電素子長の変化によるリターンロス−１０ｄB以下の周波数帯域を示す図。
【図１２】 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図、線分Ａ”−Ｂ”の断面図及び側面図
【図１３】 本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置及びこれを用いた無線装置を示す平面図。
【図１４】 本発明の他の実施形態に係る放射素子の形状を表す図。
【図１５】 本発明の他の実施形態に係るループ型短絡素子の形状を表す図。
【図１６】 本発明の他の実施形態に係る携帯無線装置の概略構成図。
【符号の説明】
１０…アンテナ装置
１１…筐体
１２…無線機回路
１３…アンテナ基板
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ…放射素子
１５…短絡素子
１６…同軸型給電線
２３、２４…給電点
２５…外導体
２６…中心導体
２７…絶縁層
３０…無給電素子
Claims (5)
- 第1の放射素子、および前記第1の放射素子に対して中心軸について軸対称に配置される第２の放射素子、を有し、第1の周波数に励振する第1の放射素子対と、
第３の放射素子、および前記第３の放射素子に対して前記中心軸について軸対称に配置される第４の放射素子、を有し、第２の周波数に励振する第２の放射素子対と、
前記第1の放射素子と前記第２の放射素子とに前記中心軸について軸対称に接続し、前記第３の放射素子の一端と前記第３の放射素子の前記一端に対して前記中心軸について軸対称な位置にある前記第４の放射素子の一端とに接続する、前記中心軸について軸対称な形状の短絡素子と、
前記第１の放射素子の一端である第１の給電点に中心導体の一端が接続し、前記第１の放射素子の前記一端に対して前記中心軸について軸対称な位置にある前記第２の放射素子の一端である第２の給電点と、前記第４の放射素子の前記一端と、前記短絡素子における前記中心軸に交わる位置と、に外導体の一端が接続する同軸型給電線と、
前記同軸型給電線の前記中心導体の他端および前記外導体の他端に接続する無線機回路と、
前記無線機回路を内蔵し、前記中心軸方向において前記第 1 の放射素子対の前記第 2 の放射素子対に近い側の辺に対して前記第 2 の放射素子対側であり、かつ、前記第２の放射素子対の前記第 1 の放射素子対から遠い側の辺に対して前記第１の放射素子対側である位置に、端を有する導電性の筐体と、
を具備することを特徴とする無線装置。 - 前記第１の放射素子の他端から前記一端までの長さと、前記第２の放射素子の他端から前記一端までの長さと、前記第１の放射素子の前記一端および前記第２の放射素子の前記一端との間の距離との和が、前記第１の周波数の半波長であることを特徴とする請求項１記載の無線装置。
- 前記第１の放射素子の他端から前記短絡素子との接続点までの長さと、
前記第２の放射素子の他端から前記短絡素子との接続点までの長さと、
前記短絡素子における前記第１の放射素子の一端と前記第２の放射素子の一端とを経由せぬ、前記第１の放射素子との接続点から前記第２の放射素子との接続点までの長さと
の和が、前記第１の周波数の半波長であることを特徴とする請求項１記載の無線装置。 - 前記短絡素子が、前記第１の放射素子との接続点と、前記第２の放射素子との接続点と、前記第３の放射素子の前記一端と、前記第４の放射素子の前記一端とを通るループ型短絡素子であり、
前記ループ型短絡素子上での、前記第１の放射素子との接続点と前記第２の放射素子との接続点との距離と、前記第２の放射素子との接続点と前記第４の放射素子の前記一端との距離と、前記第４の放射素子の前記一端と前記第３の放射素子の前記一端との距離と、前記第３の放射素子の前記一端と前記第１の放射素子との接続点との距離と、の和が前記第１の周波数の１波長であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の無線装置。 - 前記第１乃至第４の放射素子と前記短絡素子とがアンテナ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の無線装置。
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