JP3852013B2 - 携帯通信端末用のアンテナエレメント - Google Patents

Description

この発明は、携帯電話、簡易携帯電話（いわゆるＰＨＳ携帯電話をいう、以下同じ）、ポケットベル、携帯用情報処理端末等の携帯通信端末に好適に使用することができる携帯通信端末用のアンテナエレメントに関する。

携帯通信端末に使用するアンテナは、携帯通信端末を構成するケースに伸縮自在に組み込むロッドアンテナが主流である。また、ケースの外部に常に短く突出しているヘリカルアンテナも知られている。
特開平９−１６２６２４号公報

かかる従来技術によるときは、ロッドアンテナは、使用の都度、ケースから長く引き出す必要があるから、操作が面倒である上、僅かの外力によって簡単に破損したり、使用時において目を突いたりする危険があるという問題があった。また、ヘリカルアンテナは、空心コイルからなるアンテナエレメントをシリコーンゴムのようなカバー材によって保護して構成されているから、外径が大きくなりがちであり、ケースから突出させて固定すると、全体体裁がよくないという問題が避けられなかった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、基板上の第１、第２の導体によりコイルを形成することによって、外形寸法を最小に抑え、携帯通信端末のケースに体裁よく付設することができる携帯通信端末用のアンテナエレメントを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、密着して重層することにより一体に仕上げる３枚の基板と、基板のそれぞれの表面に所定のピッチごとに平行に配列する第１の導体と、基板のそれぞれの裏面において各第１の導体の一端を他端に順に連結する第２の導体とを備えてなり、第１、第２の導体は、各基板を介して同一巻き方向のコイルを形成し、中間の基板には、コイルの１／２相当の基部側を形成し、上下の各基板には、コイルの１／２相当の先端側を重複して形成し、先端側は、それぞれ基部側を延長するようにして基部側の一端に共通に連結することをその要旨とする。

なお、第１、第２の導体は、各基板に形成するスルホールを介して連結することができる。

かかる発明の構成によるときは、第１の導体は、基板の表面において所定のピッチごとに平行に配列され、第２の導体は、基板の裏面において、各第１の導体の一端を他端に順に連結する。そこで、第１、第２の導体は、基板の両面において、全体として所定長さのコイルを形成し、所定の使用周波数に共振させることができる。ただし、このときの第１、第２の導体は、使用周波数の波長λに対し、電気的にλ／４の奇数倍相当の長さのコイルを形成し、電気的に十分大きな地板と組み合わせ、モノポールアンテナとして使用するものとする。なお、コイルは、重層する３枚の基板上に分割して形成されているから、共振特性がブロードになり、広帯域特性を容易に実現することができる。ただし、コイルは、たとえば基部側の１／２を中間の基板上に形成し、先端側の１／２を上下の基板上に重複して形成する。

すなわち、この発明によれば、基板の表面に配列する第１の導体と、基板の裏面において各第１の導体の一端を他端に順に連結する第２の導体とを設けることによって、第１、第２の導体は、基板を介してコイルを形成することができるから、全体の外形寸法を最小にし、携帯通信端末のケースに対し、極めて体裁よく付設することができる上、従来のアンテナに比して何ら遜色のない良好な動作特性を実現することができるという優れた効果がある。

スルホールを介して第１、第２の導体を連結すれば、第１、第２の導体は、スルホールメッキ工程を介して一挙に連結され、コイルを形成することができる。

なお、基板をカバー材によって保護すると、基板上に形成するコイルは、カバー材を介し、機械的な外力に対して有効に保護することができる。カバー材は、たとえばシリコーンゴムのように、適度の弾性を有し、しかも、電波の透過率が良好な合成樹脂材料を使用するものとし、端子を除く基板の全体をカバーするように、所定の外形形状に一体成形するものとする。また、基板に透孔を設ければ、カバー材は、成形の際に一部が透孔内にも充填され、基板との一体性を強化することができる。また、カバー材に係合突部を設ければ、係合突部を介し、全体を携帯通信端末のケースなどに簡単に固定することができる。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

携帯通信端末用のアンテナエレメント１０は、基板１１と、基板１１上に配列する第１の導体２１、２１…、第２の導体２２、２２…とを備えてなる（図１）。

基板１１は、フッ素樹脂系またはエポキシ樹脂系等の高周波特性の良好な両面プリント基板である。基板１１の一端には、大径のスルホール１１ａが形成されており、基板１１の他端部には、小径の透孔１１ｂが形成されている。なお、基板１１は、長さｄ4 、幅ｄ5 の長方形に形成されている。

第１の導体２１、２１…は、基板１１の表面において、所定のピッチｄ1 ごとに平行に配列されている（図１、図２）。第２の導体２２、２２…は、それぞれ両端のスルホール２３、２３を介し、各第１の導体２１の一端を他端に順に連結しており、したがって、第１、第２の導体２１、２１…、２２、２２…は、基板１１を介し、全体として長さｄ2 、幅ｄ3 のコイル２０を形成している。ただし、コイル２０の基端側の最初の第１の導体２１は、連結線２４ａを介し、基板１１のスルホール１１ａに連結されている。また、コイル２０は、別の連結線２４ｂを介し、基板１１の透孔１１ｂを迂回している。すなわち、コイル２０の長さｄ2 は、透孔１１ｂの部分ｄ2bを介し、長い基端側部分ｄ2a、短い先端側部分ｄ2cに分割されており、ｄ2 ＝ｄ2a＋ｄ2b＋ｄ2cとなっている。

基板１１のスルホール１１ａには、両面プリント板からなる端子１２が付設されている（図１、図３）。端子１２は、基端の突部１２ａをスルホール１１ａに挿入してはんだ付けすることにより基板１１に立設されており、先端部には透孔１２ｂが形成されている。ただし、透孔１２ｂには、フィーダ用の同軸ケーブル１３の芯線１３ａを挿入してはんだ付けし、同軸ケーブル１３のシールド外被１３ｂには、地板１４が接続されている。

アンテナエレメント１０は、カバー材１５を介して保護されている（図１、図４）。カバー材１５は、端子１２を外部に露出させて所定形状に一体成形するとともに、先端部下面に係合突部１５ａが突設されている。ただし、係合突部１５ａの基部には、係合リブ１５ａ1 が形成されている。また、カバー材１５は、基板１１の透孔１１ｂにも充填されている。

かかるアンテナエレメント１０は、カバー材１５を介し、たとえば携帯電話のケースＣに対してコンパクトに付設することができる（図４、図５）。ただし、ケースＣは、本体部Ｃ2 に開閉蓋Ｃ1 を付して構成されており、アンテナエレメント１０は、開閉蓋Ｃ1 の先端部内面に付設されている。開閉蓋Ｃ1 の先端部には、送話器Ｃ1aが組み込まれ、本体部Ｃ2 には、数字キーＣ2a、Ｃ2a…を含む各種の操作キーや、表示器Ｃ2b、受話器Ｃ2cなどが組み込まれている。なお、アンテナエレメント１０は、端子１２、係合突部１５ａをそれぞれ開閉蓋Ｃ1 の取付孔Ｃ1b、Ｃ1cに挿入し、係合リブ１５ａ1 を介して固定されている。また、アンテナエレメント１０に付属する同軸ケーブル１３は、本体部Ｃ2 内の図示しない通信部に連結するとともに、地板１４は、開閉蓋Ｃ1 内に組み込まれている。

アンテナエレメント１０は、長さｄ4 ＝２７ｍｍ、幅ｄ5 ＝４．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのエポキシ樹脂系の基板１１上において、ピッチｄ1 ＝０．５ｍｍ、ｄ2a＝０．５×３８＝１９ｍｍ、ｄ2b＝２ｍｍ、ｄ2c＝０．５×２＝１ｍｍ、長さｄ2 ＝ｄ2a＋ｄ2b＋ｄ2c＝２２ｍｍ、幅ｄ3 ＝３．１ｍｍのコイル２０を形成し、地板１４とともにモノポールアンテナとして作動させるとき、図６の周波数特性が得られた。ただし、図６の横軸は、周波数ｆ（ＭＨz ）を示し、縦軸は、電圧定在波比ＳＷＲを示している。また、このアンテナは、設置方向ごとに、水平偏波、垂直偏波からなる受信電波Ｓh 、Ｓv に対し、図７〜９の各実線に示すような水平指向特性であった。ただし、これらの図において、一点鎖線は、ロッドアンテナＲＤの比較対照特性であり、付属の略図は、受信電波Ｓh 、Ｓv が到来する０°方向を図示している。また、半径方向は、受信電圧Ｖ（dBμＶ）である。すなわち、アンテナエレメント１０は、ロッドアンテナＲＤに対し、全く遜色がない良好な動作特性を実現することができる。

他の実施の形態

アンテナエレメント１０は、端子１２を基板１１の一部として形成してもよい（図１０）。なお、カバー材１５は、縦長の先細ドーム状に形成され、ケースＣの表面に突出して固定されている。また、基板１１には、上端部、下部に透孔１１ｂ、１１ｂが形成され、コイル２０の端子１２側の一端は、図示しない連結線を介して端子１２に引き出されている。そこで、アンテナエレメント１０は、端子１２の透孔１２ｂに同軸ケーブル１３の芯線１３ａを挿入して接続し、シールド外被１３ｂに地板１４を接続することにより、モノポールアンテナとして作動させることができる。

アンテナエレメント１０は、重層する複数の基板１１、１１…上にコイル２０を分割して形成することができる（図１１）。コイル２０は、全体の１／２に相当する基部側２０ａが中間の基板１１上に形成され、他の１／２に相当する先端側２０ｂが上下の基板１１、１１に重複して形成されている（図１１（Ａ）、（Ｂ））。基部側２０ａ、先端側２０ｂ、２０ｂは、それぞれを同一巻き方向とし、各先端側２０ｂは、基部側２０ａを延長するようにして、基板１１、１１…を貫く連結線２４ｃを介して基部側２０ａの一端に共通に連結されている。なお、基板１１、１１…は、密着して重層することにより一体に仕上げることができる（同図（Ｃ））。ただし、各基板１１の一端には、透孔１２ｂ付きの端子１２を一体に形成し、連結線２４ａを介してコイル２０の一端を連結する端子１２、１２…には、同軸ケーブル１３の芯線１３ａを共通に接続するものとする。

図１１のアンテナエレメント１０は、各部の寸法を図１のそれとほぼ同一に形成するとき、図１２のとおりの周波数特性が得られた。すなわち、アンテナエレメント１０は、コイル２０を複数の基板１１、１１…上に分割して形成することにより、共振特性をブロードにし、広帯域化を図ることができる。

アンテナエレメント１０は、基板１１上において、長さが異なる複数組のコイル２０、２０を同方向に同一位置に形成してもよい（図１３）。コイル２０、２０は、それぞれ連結線２４ａを介して共通の端子１２に引き出されている。コイル２０、２０は、異なる周波数に共振するから、アンテナエレメント１０は、全体としてダブルピークの周波数特性を実現することができる（図１４）。

アンテナエレメント１０は、基板１１上において、長さが異なる複数組のコイル２０、２０…を同方向に異なる位置に形成してもよい（図１５）。基板１１上の各コイル２０は、それぞれ異なる共振周波数を有し、したがって、アンテナエレメント１０は、全体として、マルチピークの広帯域の周波数特性を示す（図１６）。なお、単一コイルのアンテナエレメントは、たとえば簡易携帯電話に使用するとき、使用状態によって共振周波数が大きく変動するが（図１７）、図１５のアンテナエレメント１０は、その広帯域特性により、かかるボデーエフェクトを有効にカバーすることができる。ただし、図１７の実線、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれ単一コイルのアンテナエレメントをモノポールアンテナとして組み込む簡易携帯電話を耳に付けて現に使用しているとき、手で保持しているとき、机上に放置しているときの各周波数特性の一例を示している。

アンテナエレメント１０は、基板１１上において、長さが同一の複数組のコイル２０、２０を互いに直角方向に異なる位置に形成してもよい（図１８）。アンテナエレメント１０は、コイル２０、２０を介し、全体として、いわゆる偏波合成アレー形のアンテナエレメントとして作動し、水平偏波、垂直偏波からなる受信電波Ｓh 、Ｓv の双方に対し、ほぼ均一な水平指向特性を実現することができる（図１９）。ただし、図１９の実線は、垂直偏波からなる受信電波Ｓv に対する特性を示し、一点鎖線は、水平偏波からなる受信電波Ｓh に対する特性を示す。

全体構成分解斜視説明図 コイルの要部説明図 図１の要部拡大断面図 図１の縦断面相当図 使用状態説明図 動作特性線図（１） 動作特性線図（２） 動作特性線図（３） 動作特性線図（４） 他の実施の形態を示す使用状態説明図 他の実施の形態を示す構成説明図 動作特性線図（５） 他の実施の形態を示す構成概念図（１） 動作特性線図（６） 他の実施の形態を示す構成概念図（２） 動作特性線図（７） 動作特性線図（８） 他の実施の形態を示す構成概念図（３） 動作特性線図（９）

符号の説明

ｄ1 …ピッチ
１１…基板
２０…コイル
２１…第１の導体
２２…第２の導体
２３…スルホール

特許出願人 株式会社 エフ・イー・シー
杉 村 詩 朗
多成電子通信株式会社
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (2)

1. 密着して重層することにより一体に仕上げる３枚の基板と、該基板のそれぞれの表面に所定のピッチごとに平行に配列する第１の導体と、前記基板のそれぞれの裏面において前記各第１の導体の一端を他端に順に連結する第２の導体とを備えてなり、前記第１、第２の導体は、前記各基板を介して同一巻き方向のコイルを形成し、中間の前記基板には、前記コイルの１／２相当の基部側を形成し、上下の前記各基板には、前記コイルの１／２相当の先端側を重複して形成し、該先端側は、それぞれ前記基部側を延長するようにして前記基部側の一端に共通に連結することを特徴とする携帯通信端末用のアンテナエレメント。
2. 前記第１、第２の導体は、前記各基板に形成するスルホールを介して連結することを特徴とする請求項１記載の携帯通信端末用のアンテナエレメント。
   

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