JP4067041B2 - プレートアンテナおよびそのアンテナを備える通信端末 - Google Patents
プレートアンテナおよびそのアンテナを備える通信端末 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、携帯情報端末（Personal Digital Assistant, PDA）等の通信端末およびこれらを含む無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｉａ Ｎｅｔｏｗｏｒｋ）システム関連のアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯電話機等の携帯通信端末のアンテナとして、ホイップ型の半波長ダイポールアンテナがよく用いられている。
【０００３】
このホイップ型半波長ダイポールアンテナの周波数帯域幅は、たとえば、中心周波数２０８０MHzで、自由空間(in free space)では200MHz、人体近傍(with human body) では160MHz程度である。
【０００４】
しかし、紀元２００１年に実用化の第３世代携帯電話システムＩＭＴ-2000 (International Mobile Telecommunication-2000)で使用する周波数帯域は1920 MHz〜2170MHzの250MHzであり、その変調方式はW-CDMAである。ＩＭＴ-2000のW-CDMA変調方式では1920 MHz〜2170MHzの全周波数帯域が利用されるから、ＩＭＴ-2000用携帯電話機のアンテナは250MHzの周波数帯域を必要とする。
【０００５】
前述の如く、従来の携帯電話機で採用されていたホイップ型半波長ダイポールアンテナは、帯域幅が人体近傍(with human body)環境では160MHz程度であり、ＩＭＴ-2000用としては帯域幅において不足であった。また、ＩＭＴ-2000では、携帯電話機をインターネットに接続し、データの高速ダウンロードをする機会が多くなると予測されている。その高速ダウンロードの実現には高利得アンテナが有利であるが、半波長ダイポールアンテナの絶対利得は２.１５dBであり、利得のより大きいアンテナが求められている。
【０００６】
周波数帯域の拡大やアンテナ利得の増大のためには、携帯電話に備えられている半波長ダイポールアンテナに加えて、携帯電話機の筐体をアンテナエレメントとして利用することが一応有利である。ところが、携帯電話機の筐体をアンテナエレメントとして利用すると、人体近傍にアンテナを保持したとき、アンテナの姿勢や手で把持する筐体の位置等に応じ、アンテナの入出力特性、すなわち帯域幅や利得が大きく変動し、通信品質が安定しない。また、アンテナの一部として筐体を利用することは、人体に電流を流すことになり、人体に対する電波の暴露が増大するので、ＥＭＣ(Electro Magnetic Compatibility)の観点から避けることが望ましい。
【０００７】
このＩＭＴ-2000システムに十分に適用できるアンテナとして、本発明者がプレートアンテナ（特許出願２００１−０３７７７７号：以下、先願発明という）を提案している。この先願発明のプレートアンテナは、ＩＭＴ-2000システムに必要な帯域幅や利得が筐体に依存することなく得られ、人体近傍でも入出力特性が安定している。この先願発明のプレートアンテナ３は、図６（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、プリント基板の誘電体板３１と、この誘電体板３１に形成された導電体箔たとえば銅箔（縦幅Ｔ、横幅Ｗ）３２と、アンテナの給電点の位置に示される信号源３３と、横長矩形（長さＬ１）の窓（スリット）３４とにより構成されている。
【０００８】
このプレートアンテナ３は、ＩＭＴ-2000システムに適用できるだけでなく、近年出現している、いわゆるＢｌｕｅｔｏｏｔｈと呼ばれるシステム（すなわち、パーソナルコンピュータＰＣ同士、あるいはＰＣと一般家庭電化製品を無線でリンクしたシステム：周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）や、現在ワイヤレスブロードバンドなる呼称で広く用いられている２．４ＧHz帯（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）無線ＬＡＮシステムにも適用できる。このＢｌｕｅｔｏｏｔｈシステムに適用した例を以下に示す。
【０００９】
図６においては、誘電体板３１の厚み１６mm、比誘電率は３．５、導電率は０．００３Ｓ／ｍ（Ｓはジーメンス、１／Ω）である。銅箔３２の厚みは３５μｍ、銅箔３２の横幅Ｗは３８ｍｍ、縦幅Ｔは５３ｍｍ、横長矩形の窓（スリット）３４の横幅Ｌ１は３７ｍｍ、縦幅Ｌ２は１ｍｍである。銅箔３２の周りののり代はほぼ１ｍｍでとなっている。この例によるプレートアンテナの周波数特性を図７に示す。なお、縦軸Ｓ１１は、Ｓ１１＝１０×常用対数{(反射電力)／入射電力}}であり、アンテナ入力に対するアンテナからの反射電力の割合を示している。また、横軸は周波数[MHz]を示す。
【００１０】
図７において、曲線（Ｂ１）は図６に関するプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、周波数帯（Ａ１）は第３世代携帯電話システムＩＭＴ-2000の周波数帯域で、周波数帯（Ａ２）はＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたは２．４ＧHz無線ＬＡＮ用周波数帯域で、また、周波数帯（Ａ３）は５．２ＧHz帯（５２００MHz〜５３００MHz）無線ＬＡＮ用周波数帯域である。この特性図から、周波数を通常のように、反射電力がー１０ｄＢ以下の帯域とすると、図６のプレートアンテナの帯域幅は空気中で１９６０MHz〜２８５０MHzの８９０MHzとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように図６に示すプレートアンテナは、上述のＩＭＴ-2000システム、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈシステム（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）および２．４ＧHz帯（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）無線ＬＡＮシステムに適用できる。
【００１２】
しかし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈシステムおよび２．４ＧHz帯（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）無線ＬＡＮシステムは同じ周波数帯を使用しているので、２４００MHz〜２５００MHzの周波数帯は通信が輻そうする傾向にある。したがって、アメリカ合衆国などを中心に、無線ＬＡＮシステムの周波数帯をまだ利用者の少ない５２００MHz〜５３００MHzの周波数帯にも求めようとする動きが盛んである。
【００１３】
この周波数帯５２００MHz〜５３００MHz（５．２ＧHz帯）は上述の先願発明（図６および図７）のプレートアンテナの帯域の中心周波数より２倍程度高いため、このプレートアンテナのみの帯域幅では不足している。したがって、上述の先願発明のプレートアンテナは５．２ＧHz帯無線ＬＡＮシステムには適用できず、改良が求められている。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、５．２ＧHz帯無線ＬＡＮシステムにも適用可能な、広帯域で、高利得の安定な特性を有するプレートアンテナ等を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１６】
（１）外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第１の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第１のアンテナ素子と、２つの第２の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第２のアンテナ素子とを有するプレートアンテナ。
【００１７】
（削除）
【００１８】
（２）前記第１の薄い導電体は、平面形が矩形であり、前記スリットの開口は該矩形における１つの辺の中央部にあり、前記スリットの形は該辺に直交する仮想線に関し対称であることを特徴とする前記（１）に記載のプレートアンテナ。
【００１９】
（３）前記２つの第２の薄い導電体は、前記間隙を挟んで線対称に形成されていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のプレートアンテナ。
【００２０】
（４）前記第１および第２の薄い導電体は、前記誘電体板の表裏にそれぞれ印刷された金属箔でなり、前記第１および第２の薄い導電体並びに前記誘電体板は１つのプリント基板を構成していることを特徴とする請求項１、２または３に記載のプレートアンテナ。
【００２１】
（削除）
【００２２】
（削除）
【００２３】
（削除）
【００２４】
（削除）
【００２５】
（削除）
【００２６】
（削除）
【００２７】
（５）外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第１の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第１のアンテナ素子と、２つの第２の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第２のアンテナ素子とを有するプレートアンテナを備えたことを特徴とする通信端末。
【００２８】
（削除）
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態のプレートアンテナを示す図であり、同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれプレートアンテナの表側および裏側の斜視図である。図において、１は本発明の一実施の形態であるプレートアンテナ、１１はプリント基板の誘電体板、１２はこの誘電体板１１の一方の面に印刷形成された薄い導電体や導電体箔たとえば銅箔（図６の３２に相当）、１３はアンテナの給電点での信号源、１４は横長矩形（図６の３４に相当）の窓（スリット）、１５，１６は誘電体板１１の他方の面に印刷形成された薄い導電体や導電体箔たとえば銅箔（横幅Ｅ１、縦幅Ｅ２）、１７は銅箔１５と１６との間の間隙である。誘電体板１１並びに誘電体板１１に印刷された銅箔１２，１５及び１６でもって１つのプリント基板を構成している。
【００３１】
誘電体板１１の平面形は矩形である。銅箔１２は、誘電体板１１に相似する矩形の平面形をなしている。但し、銅箔１２には窓１４が設けてあるので、正確に表現すれば、窓１４が設けてないと仮想したときの銅箔１２の平面形が矩形であるということである。誘電体板１１に相似する銅箔１２の４つの辺は誘電体板１１の４つの辺より僅かに内側に寄っている。銅箔１５及び１６の平面形は、同じ大きさの矩形である。
【００３２】
プレートアンテナの窓１４の開口は、銅箔１２の矩形平面における１つの辺１２ａの中央部にある。窓１４平面形も細長い矩形である。窓１４の長手方向の中心線（仮想線）は、その辺１２ａに直交する。その仮想の中心線は、銅箔１２及び窓１４を２等分する。２等分された窓１４のそれぞれは、その中心線に関し対称である。間隙１７に望む銅箔１５と１６の各辺は互いに平行である。その間隙１７の中心線（仮想線）に関し、銅箔１５及び１６の平面形は対称である。間隙１７の中心線は、窓1４の長手方向の前記中心線を通り誘電体板１１の表面に直交する平面内にある。
【００３３】
このプレートアンテナ１において、図１（Ａ）に示すように誘電体板１１の表側に、窓１４が設けられた銅箔１２からなる第１のアンテナ素子（図６のプレートアンテナ）が形成され、また、図１（Ｂ）に示すように誘電体板１１の裏側に、間隙１７を置いて配置された銅箔１５及び１６からなる第２のアンテナ素子が形成されている。アンテナの給電点には信号源（たとえば、送受信機）１３が接続される。
【００３４】
図１（Ａ），（Ｂ）の実施例において、表側の第１のアンテナ素子の寸法は図６の先願発明のプレートアンテナ３の実施例のそれと同じであり、銅箔１５、１６の横幅Ｅ１は５ｍｍ、縦幅Ｅ２は１４ｍｍ、厚みは銅箔３２の厚みと同じ３５μｍ程度である。間隙１７の幅は横長矩形の窓１４の幅と同じく１ｍｍである。また、第２のアンテナ素子のプリント基板端部からの距離Ｄ１は１３．５ｍｍとなっている。間隙１７の長さＥＳはＥ１と同じく５ｍｍとなっている。
【００３５】
このような寸法のプレートアンテナ１の周波数特性を図２に示す。なお、縦軸Ｓ１１は、Ｓ１１＝１０×常用対数{（反射電力）／（入射電力）}であり、アンテナ入力に対するアンテナからの反射電力の割合を示している。また、横軸は周波数[MHz]を示す。
【００３６】
図２において、曲線（Ｂ１）は図６に関する先願発明のプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、曲線（Ｂ２）は図１に関する本発明のプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、周波数帯（Ａ１）は第３世代携帯電話システムＩＭＴ-2000の周波数帯域で、周波数帯（Ａ２）はＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたは２．４ＧHz無線ＬＡＮ用周波数帯域で、また、周波数帯（Ａ３）は５．２ＧHz帯無線ＬＡＮ用周波数帯域である。
【００３７】
この特性図から、周波数を通常のように、反射電力がー１０ｄＢ以下の帯域とすると、図１のプレートアンテナの帯域幅は空気中で１９２０MHz〜２７００MHzの７８０MHzと、５０００MHz〜５５５０MHzの５５０MHzとなる。すなわち、図２に示すように、図１に示す第１および第２のアンテナ素子からなるプレートアンテナ１は、第３世代携帯電話システム（ＩＭＴ-2000）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及び２．４ＧHz無線ＬＡＮシステム並びに５．２ＧHz帯無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格対応）システムの周波数帯域をすべてカバーすることができる。
【００３８】
図３は、図１に示した本発明のプレートアンテナに関する自由空間中の放射特性を示す。図３（Ａ）は、プレートアンテナをＸ−Ｙ−Ｚの３次元座標軸上に展開した場合の位置付けを示している。図３（Ｂ）は、アンテナから放射される電界のうちのＺ軸に平行な電界成分の強度を、Ｘ軸の矢印が指し示す方位を０°としてＹ軸方向に向かって３６０°に亘り示したものである。電界強度の指標[ｄＢ]は、最も一般的な半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度を基準とし、常用対数{（本発明のアンテナの放射電界強度）／（半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度）}で示されている。
【００３９】
この図３（Ｂ）において、０[ｄＢ]のとき、本発明のアンテナの放射電界強度は半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度と等しくなる。一般的に最大放射方向の電界強度が０[ｄＢ]以上あれば十分と言われているので、本発明に関するアンテナ利得は、２ＧHz、２．４ＧHz、５．２ＧHzのいずれの周波数について十分に実用に供し得る値である。
【００４０】
図４は、本発明の第２の実施の形態であるプレートアンテナ１ａにおける第２のアンテナ素子の例を示す平面図である。図４の第２のアンテナ素子は、図１（Ｂ）に示した５．２ＧHzの周波数成分を発生させる第２のアンテナ素子の変形例である。本第２の実施の形態における第１のアンテナ素子は、図１（Ａ）のものと同一である。
【００４１】
本発明における第２のアンテナ素子の形状は、図１（Ｂ）のように長方形に限らず、図４のように台形状にしても差し支えない。図４の第２のアンテナ素子は、銅箔１８及び１９を間隙２０を隔てた配置してなるが、この第２のアンテナ素子によっても５．２ＧHzの周波数成分を発生させることができる。なお、プレーアンテナ１ａのプリント基板における第１のアンテナ素子、すなわち、図１（Ａ）に示す２ＧHz、２．４ＧHzの周波数成分を発生させるアンテナ素子（銅箔１２および窓１４）は、図４では破線で示してある。
【００４２】
また、本発明は、図４における台形の銅箔１８、１９を三角形に変形して第２のアンテナ素子を構成しても有効である。さらに、第２のアンテナ素子における２つの第２の薄い導電体は、台形や三角形などの多角形に限らず曲線で囲まれた形を平面形とするものでも有効性がある。ただし、図５（Ａ）に示すように、図４の台形状素子（１８、１９）を逆に向かい合わせた鼓のような素子（２１、２２）の配置では入力特性は劣化してしまう。特に、図５（Ａ）の間隙２３の長さＥＳを短くすると入力特性劣化が大きくなる。したがって、図５（Ｂ）に示すように、間隙２６の長さＥＳがほとんどないような素子形状（銅箔２４、２５）も実用的といえない。
【００４３】
図１のプレートアンテナ１及び図４のプレートアンテナ１ａを携帯電話機等の携帯端末や情報端末の筐体の背面に取り付け用いることができる。より具体的には、たとえば、プレートアンテナ１又は１ａをプラスチック等の絶縁体製の矩形の枠（ケース）に収納して、このケースを携帯電話機の筐体の背面における片方の側縁（稜）にヒンジで取り付け、携帯電話機の筐体の背面に対しプレートアンテナ１又は１ａの板面を平行にしたアンテナ閉状態と、その背面に対しプレートアンテナ１又は１ａの板面を直角にしたアンテナ開状態との２つの姿勢の間で任意の角度（背面に対するの板面の角度）でプレートアンテナ１又は１ａを保持する。携帯電話機の筐体の設けられている送受信機は、給電線によりプレートアンテナ１又は１ａの銅箔１２の給電点〔図１（Ａ）における窓１４の左端の位置における銅箔１２〕に接続される。図１または図４では、送受信機として信号源１３が示されている。ヒンジの位置における給電線は被覆された可撓性の平行線路とすることができる。
【００４４】
携帯電話機等の通信システムにおいては、呼出し信号はアンテナ閉状態で通常は待ち受ける。そして、呼出し信号を受信し、呼出し音を認識したときに携帯電話機の所持者は、通常はアンテナ開状態に設定し、信号の交信をする。勿論アンテナ開状態で呼出し信号を待ち受けでき、またアンテナ閉状態でも信号の交信ができる。
【００４５】
また、地上デジタルテレビジョン放送を受信するのに好適な本発明のプレートアンテナとしては、プレートアンテナ１又は１ａと平行に反射板を設けて、指向性を持った高利得のアンテナ構成することもできる。
【００４６】
ここまで実施の形態を説明するのに当たり、理解を容易にするために、アンテナなどの構造、寸法、材料などを具体的に示した。しかしながら、本発明の技術的範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明のプレートアンテナは、携帯電話機だけではなく、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯通信端末にも適用できる。また、実施の形態では、プレートアンテナにおけるアンテナエレメント（アンテナ素子）となる薄い導電体を銅箔とし、この銅箔をプリント基板に印刷により製作するとしたが、導体板は自立的に形状を保持できる厚さ（通常0.1から0.2mm）の金属板等でも差し支えない。さらに、導体板に設ける窓の平面形は、矩形や菱形など各種の形が可能である。また、その窓の縦方向の長さと横方向の長さとの比、すなわちアスペクト比の選択により、また導体板の面積に対する窓の面積の比の選択により、アンテナの特性を広い範囲で選択できる。導体板の外側の輪郭は、実施の形態では矩形であったが、必ずしも矩形でなくても、導体板が実質的にプレートアンテナとして作用する輪郭であれば差し支えない。図１および図４の実施の形態では、プレートアンテナは携帯電話機の背面の側縁にヒンジで取り付けたが、プレートアンテナは携帯通信端末の外形に応じて適切な位置に設ければよく、取り付け手段もヒンジに代えてスライド式にしても差し支えない。図１および図４の実施の形態では、プレートアンテナの開閉角度を９０度としたが、開閉角度は設計上の必要に応じ任意に選択できる。更に本発明のプレートアンテナは、携帯通信端末用だけではなく、地上デジタルテレビジョン放送などの受信アンテナとしても好適である。
【００４７】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明のプレートアンテナによれば、第３世代携帯電話システム（ＩＭＴ-2000）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及び２．４ＧHz無線ＬＡＮシステム並びに５．２ＧHz帯無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格対応）システムに適用できる十分な帯域幅を有し、また利得も高く、入出力特性が安定している携帯通信端末用アンテナを提供できる。また、本発明のプレートアンテナは、反射板を備えて指向性を高めることにより、所要方向に関し高利得を実現でき、従来のアンテナに比べ小型軽量であるので、地上デジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるプレートアンテナを示す図であり、同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれプレートアンテナの表側の第１のアンテナ素子および裏側の第２のアンテナ素子の斜視図である。
【図２】図１のプレートアンテナ１の周波数特性を示すグラフである。
【図３】図１に示した実施の形態のプレートアンテナ１に関する放射特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるプレートアンテナ１ａにおける第２のアンテナ素子を示す図である。
【図５】プレートアンテナの第２のアンテナ素子を示す図で、同図（Ａ）および（Ｂ）は異なるアンテナ素子（銅箔）形状を示している。
【図６】先願発明に関わるプレートアンテナを示す図であり、同図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はプレートアンテナの正面図、下側面図および右側面図を示す。
【図７】図６に示したプレートアンテナに関する周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ・・・プレートアンテナ
１１・・・誘電体板
１２・・・銅箔
１３・・・プレートアンテナの給電点に接続される信号源
１４・・・矩形の窓（スリット）
１５，１６・・・銅箔
１７・・・間隙
１８，１９・・・銅箔
２０・・・間隙
２１，２２・・・銅箔
２３・・・間隙
２４，２５・・・銅箔
２６・・・間隙
３・・・プレートアンテナ
３１・・・プリント基板の誘電体板
３２・・・銅箔
３３・・・プレートアンテナの給電点に接続される信号源
３４・・・矩形の窓（スリット）
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、携帯情報端末（Personal Digital Assistant, PDA）等の通信端末およびこれらを含む無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｉａ Ｎｅｔｏｗｏｒｋ）システム関連のアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯電話機等の携帯通信端末のアンテナとして、ホイップ型の半波長ダイポールアンテナがよく用いられている。
【０００３】
このホイップ型半波長ダイポールアンテナの周波数帯域幅は、たとえば、中心周波数２０８０MHzで、自由空間(in free space)では200MHz、人体近傍(with human body) では160MHz程度である。
【０００４】
しかし、紀元２００１年に実用化の第３世代携帯電話システムＩＭＴ-2000 (International Mobile Telecommunication-2000)で使用する周波数帯域は1920 MHz〜2170MHzの250MHzであり、その変調方式はW-CDMAである。ＩＭＴ-2000のW-CDMA変調方式では1920 MHz〜2170MHzの全周波数帯域が利用されるから、ＩＭＴ-2000用携帯電話機のアンテナは250MHzの周波数帯域を必要とする。
【０００５】
前述の如く、従来の携帯電話機で採用されていたホイップ型半波長ダイポールアンテナは、帯域幅が人体近傍(with human body)環境では160MHz程度であり、ＩＭＴ-2000用としては帯域幅において不足であった。また、ＩＭＴ-2000では、携帯電話機をインターネットに接続し、データの高速ダウンロードをする機会が多くなると予測されている。その高速ダウンロードの実現には高利得アンテナが有利であるが、半波長ダイポールアンテナの絶対利得は２.１５dBであり、利得のより大きいアンテナが求められている。
【０００６】
周波数帯域の拡大やアンテナ利得の増大のためには、携帯電話に備えられている半波長ダイポールアンテナに加えて、携帯電話機の筐体をアンテナエレメントとして利用することが一応有利である。ところが、携帯電話機の筐体をアンテナエレメントとして利用すると、人体近傍にアンテナを保持したとき、アンテナの姿勢や手で把持する筐体の位置等に応じ、アンテナの入出力特性、すなわち帯域幅や利得が大きく変動し、通信品質が安定しない。また、アンテナの一部として筐体を利用することは、人体に電流を流すことになり、人体に対する電波の暴露が増大するので、ＥＭＣ(Electro Magnetic Compatibility)の観点から避けることが望ましい。
【０００７】
このＩＭＴ-2000システムに十分に適用できるアンテナとして、本発明者がプレートアンテナ（特許出願２００１−０３７７７７号：以下、先願発明という）を提案している。この先願発明のプレートアンテナは、ＩＭＴ-2000システムに必要な帯域幅や利得が筐体に依存することなく得られ、人体近傍でも入出力特性が安定している。この先願発明のプレートアンテナ３は、図６（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、プリント基板の誘電体板３１と、この誘電体板３１に形成された導電体箔たとえば銅箔（縦幅Ｔ、横幅Ｗ）３２と、アンテナの給電点の位置に示される信号源３３と、横長矩形（長さＬ１）の窓（スリット）３４とにより構成されている。
【０００８】
このプレートアンテナ３は、ＩＭＴ-2000システムに適用できるだけでなく、近年出現している、いわゆるＢｌｕｅｔｏｏｔｈと呼ばれるシステム（すなわち、パーソナルコンピュータＰＣ同士、あるいはＰＣと一般家庭電化製品を無線でリンクしたシステム：周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）や、現在ワイヤレスブロードバンドなる呼称で広く用いられている２．４ＧHz帯（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）無線ＬＡＮシステムにも適用できる。このＢｌｕｅｔｏｏｔｈシステムに適用した例を以下に示す。
【０００９】
図６においては、誘電体板３１の厚み１６mm、比誘電率は３．５、導電率は０．００３Ｓ／ｍ（Ｓはジーメンス、１／Ω）である。銅箔３２の厚みは３５μｍ、銅箔３２の横幅Ｗは３８ｍｍ、縦幅Ｔは５３ｍｍ、横長矩形の窓（スリット）３４の横幅Ｌ１は３７ｍｍ、縦幅Ｌ２は１ｍｍである。銅箔３２の周りののり代はほぼ１ｍｍでとなっている。この例によるプレートアンテナの周波数特性を図７に示す。なお、縦軸Ｓ１１は、Ｓ１１＝１０×常用対数{(反射電力)／入射電力}}であり、アンテナ入力に対するアンテナからの反射電力の割合を示している。また、横軸は周波数[MHz]を示す。
【００１０】
図７において、曲線（Ｂ１）は図６に関するプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、周波数帯（Ａ１）は第３世代携帯電話システムＩＭＴ-2000の周波数帯域で、周波数帯（Ａ２）はＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたは２．４ＧHz無線ＬＡＮ用周波数帯域で、また、周波数帯（Ａ３）は５．２ＧHz帯（５２００MHz〜５３００MHz）無線ＬＡＮ用周波数帯域である。この特性図から、周波数を通常のように、反射電力がー１０ｄＢ以下の帯域とすると、図６のプレートアンテナの帯域幅は空気中で１９６０MHz〜２８５０MHzの８９０MHzとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように図６に示すプレートアンテナは、上述のＩＭＴ-2000システム、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈシステム（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）および２．４ＧHz帯（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）無線ＬＡＮシステムに適用できる。
【００１２】
しかし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈシステムおよび２．４ＧHz帯（周波数帯２４００MHz〜２５００MHz）無線ＬＡＮシステムは同じ周波数帯を使用しているので、２４００MHz〜２５００MHzの周波数帯は通信が輻そうする傾向にある。したがって、アメリカ合衆国などを中心に、無線ＬＡＮシステムの周波数帯をまだ利用者の少ない５２００MHz〜５３００MHzの周波数帯にも求めようとする動きが盛んである。
【００１３】
この周波数帯５２００MHz〜５３００MHz（５．２ＧHz帯）は上述の先願発明（図６および図７）のプレートアンテナの帯域の中心周波数より２倍程度高いため、このプレートアンテナのみの帯域幅では不足している。したがって、上述の先願発明のプレートアンテナは５．２ＧHz帯無線ＬＡＮシステムには適用できず、改良が求められている。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、５．２ＧHz帯無線ＬＡＮシステムにも適用可能な、広帯域で、高利得の安定な特性を有するプレートアンテナ等を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１６】
（１）外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第１の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第１のアンテナ素子と、２つの第２の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第２のアンテナ素子とを有するプレートアンテナ。
【００１７】
（削除）
【００１８】
（２）前記第１の薄い導電体は、平面形が矩形であり、前記スリットの開口は該矩形における１つの辺の中央部にあり、前記スリットの形は該辺に直交する仮想線に関し対称であることを特徴とする前記（１）に記載のプレートアンテナ。
【００１９】
（３）前記２つの第２の薄い導電体は、前記間隙を挟んで線対称に形成されていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のプレートアンテナ。
【００２０】
（４）前記第１および第２の薄い導電体は、前記誘電体板の表裏にそれぞれ印刷された金属箔でなり、前記第１および第２の薄い導電体並びに前記誘電体板は１つのプリント基板を構成していることを特徴とする請求項１、２または３に記載のプレートアンテナ。
【００２１】
（削除）
【００２２】
（削除）
【００２３】
（削除）
【００２４】
（削除）
【００２５】
（削除）
【００２６】
（削除）
【００２７】
（５）外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第１の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第１のアンテナ素子と、２つの第２の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第２のアンテナ素子とを有するプレートアンテナを備えたことを特徴とする通信端末。
【００２８】
（削除）
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態のプレートアンテナを示す図であり、同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれプレートアンテナの表側および裏側の斜視図である。図において、１は本発明の一実施の形態であるプレートアンテナ、１１はプリント基板の誘電体板、１２はこの誘電体板１１の一方の面に印刷形成された薄い導電体や導電体箔たとえば銅箔（図６の３２に相当）、１３はアンテナの給電点での信号源、１４は横長矩形（図６の３４に相当）の窓（スリット）、１５，１６は誘電体板１１の他方の面に印刷形成された薄い導電体や導電体箔たとえば銅箔（横幅Ｅ１、縦幅Ｅ２）、１７は銅箔１５と１６との間の間隙である。誘電体板１１並びに誘電体板１１に印刷された銅箔１２，１５及び１６でもって１つのプリント基板を構成している。
【００３１】
誘電体板１１の平面形は矩形である。銅箔１２は、誘電体板１１に相似する矩形の平面形をなしている。但し、銅箔１２には窓１４が設けてあるので、正確に表現すれば、窓１４が設けてないと仮想したときの銅箔１２の平面形が矩形であるということである。誘電体板１１に相似する銅箔１２の４つの辺は誘電体板１１の４つの辺より僅かに内側に寄っている。銅箔１５及び１６の平面形は、同じ大きさの矩形である。
【００３２】
プレートアンテナの窓１４の開口は、銅箔１２の矩形平面における１つの辺１２ａの中央部にある。窓１４平面形も細長い矩形である。窓１４の長手方向の中心線（仮想線）は、その辺１２ａに直交する。その仮想の中心線は、銅箔１２及び窓１４を２等分する。２等分された窓１４のそれぞれは、その中心線に関し対称である。間隙１７に望む銅箔１５と１６の各辺は互いに平行である。その間隙１７の中心線（仮想線）に関し、銅箔１５及び１６の平面形は対称である。間隙１７の中心線は、窓1４の長手方向の前記中心線を通り誘電体板１１の表面に直交する平面内にある。
【００３３】
このプレートアンテナ１において、図１（Ａ）に示すように誘電体板１１の表側に、窓１４が設けられた銅箔１２からなる第１のアンテナ素子（図６のプレートアンテナ）が形成され、また、図１（Ｂ）に示すように誘電体板１１の裏側に、間隙１７を置いて配置された銅箔１５及び１６からなる第２のアンテナ素子が形成されている。アンテナの給電点には信号源（たとえば、送受信機）１３が接続される。
【００３４】
図１（Ａ），（Ｂ）の実施例において、表側の第１のアンテナ素子の寸法は図６の先願発明のプレートアンテナ３の実施例のそれと同じであり、銅箔１５、１６の横幅Ｅ１は５ｍｍ、縦幅Ｅ２は１４ｍｍ、厚みは銅箔３２の厚みと同じ３５μｍ程度である。間隙１７の幅は横長矩形の窓１４の幅と同じく１ｍｍである。また、第２のアンテナ素子のプリント基板端部からの距離Ｄ１は１３．５ｍｍとなっている。間隙１７の長さＥＳはＥ１と同じく５ｍｍとなっている。
【００３５】
このような寸法のプレートアンテナ１の周波数特性を図２に示す。なお、縦軸Ｓ１１は、Ｓ１１＝１０×常用対数{（反射電力）／（入射電力）}であり、アンテナ入力に対するアンテナからの反射電力の割合を示している。また、横軸は周波数[MHz]を示す。
【００３６】
図２において、曲線（Ｂ１）は図６に関する先願発明のプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、曲線（Ｂ２）は図１に関する本発明のプレートアンテナの周波数特性を示す特性曲線である。また、周波数帯（Ａ１）は第３世代携帯電話システムＩＭＴ-2000の周波数帯域で、周波数帯（Ａ２）はＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたは２．４ＧHz無線ＬＡＮ用周波数帯域で、また、周波数帯（Ａ３）は５．２ＧHz帯無線ＬＡＮ用周波数帯域である。
【００３７】
この特性図から、周波数を通常のように、反射電力がー１０ｄＢ以下の帯域とすると、図１のプレートアンテナの帯域幅は空気中で１９２０MHz〜２７００MHzの７８０MHzと、５０００MHz〜５５５０MHzの５５０MHzとなる。すなわち、図２に示すように、図１に示す第１および第２のアンテナ素子からなるプレートアンテナ１は、第３世代携帯電話システム（ＩＭＴ-2000）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及び２．４ＧHz無線ＬＡＮシステム並びに５．２ＧHz帯無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格対応）システムの周波数帯域をすべてカバーすることができる。
【００３８】
図３は、図１に示した本発明のプレートアンテナに関する自由空間中の放射特性を示す。図３（Ａ）は、プレートアンテナをＸ−Ｙ−Ｚの３次元座標軸上に展開した場合の位置付けを示している。図３（Ｂ）は、アンテナから放射される電界のうちのＺ軸に平行な電界成分の強度を、Ｘ軸の矢印が指し示す方位を０°としてＹ軸方向に向かって３６０°に亘り示したものである。電界強度の指標[ｄＢ]は、最も一般的な半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度を基準とし、常用対数{（本発明のアンテナの放射電界強度）／（半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度）}で示されている。
【００３９】
この図３（Ｂ）において、０[ｄＢ]のとき、本発明のアンテナの放射電界強度は半波長ダイポールアンテナの最大放射電界強度と等しくなる。一般的に最大放射方向の電界強度が０[ｄＢ]以上あれば十分と言われているので、本発明に関するアンテナ利得は、２ＧHz、２．４ＧHz、５．２ＧHzのいずれの周波数について十分に実用に供し得る値である。
【００４０】
図４は、本発明の第２の実施の形態であるプレートアンテナ１ａにおける第２のアンテナ素子の例を示す平面図である。図４の第２のアンテナ素子は、図１（Ｂ）に示した５．２ＧHzの周波数成分を発生させる第２のアンテナ素子の変形例である。本第２の実施の形態における第１のアンテナ素子は、図１（Ａ）のものと同一である。
【００４１】
本発明における第２のアンテナ素子の形状は、図１（Ｂ）のように長方形に限らず、図４のように台形状にしても差し支えない。図４の第２のアンテナ素子は、銅箔１８及び１９を間隙２０を隔てた配置してなるが、この第２のアンテナ素子によっても５．２ＧHzの周波数成分を発生させることができる。なお、プレーアンテナ１ａのプリント基板における第１のアンテナ素子、すなわち、図１（Ａ）に示す２ＧHz、２．４ＧHzの周波数成分を発生させるアンテナ素子（銅箔１２および窓１４）は、図４では破線で示してある。
【００４２】
また、本発明は、図４における台形の銅箔１８、１９を三角形に変形して第２のアンテナ素子を構成しても有効である。さらに、第２のアンテナ素子における２つの第２の薄い導電体は、台形や三角形などの多角形に限らず曲線で囲まれた形を平面形とするものでも有効性がある。ただし、図５（Ａ）に示すように、図４の台形状素子（１８、１９）を逆に向かい合わせた鼓のような素子（２１、２２）の配置では入力特性は劣化してしまう。特に、図５（Ａ）の間隙２３の長さＥＳを短くすると入力特性劣化が大きくなる。したがって、図５（Ｂ）に示すように、間隙２６の長さＥＳがほとんどないような素子形状（銅箔２４、２５）も実用的といえない。
【００４３】
図１のプレートアンテナ１及び図４のプレートアンテナ１ａを携帯電話機等の携帯端末や情報端末の筐体の背面に取り付け用いることができる。より具体的には、たとえば、プレートアンテナ１又は１ａをプラスチック等の絶縁体製の矩形の枠（ケース）に収納して、このケースを携帯電話機の筐体の背面における片方の側縁（稜）にヒンジで取り付け、携帯電話機の筐体の背面に対しプレートアンテナ１又は１ａの板面を平行にしたアンテナ閉状態と、その背面に対しプレートアンテナ１又は１ａの板面を直角にしたアンテナ開状態との２つの姿勢の間で任意の角度（背面に対するの板面の角度）でプレートアンテナ１又は１ａを保持する。携帯電話機の筐体の設けられている送受信機は、給電線によりプレートアンテナ１又は１ａの銅箔１２の給電点〔図１（Ａ）における窓１４の左端の位置における銅箔１２〕に接続される。図１または図４では、送受信機として信号源１３が示されている。ヒンジの位置における給電線は被覆された可撓性の平行線路とすることができる。
【００４４】
携帯電話機等の通信システムにおいては、呼出し信号はアンテナ閉状態で通常は待ち受ける。そして、呼出し信号を受信し、呼出し音を認識したときに携帯電話機の所持者は、通常はアンテナ開状態に設定し、信号の交信をする。勿論アンテナ開状態で呼出し信号を待ち受けでき、またアンテナ閉状態でも信号の交信ができる。
【００４５】
また、地上デジタルテレビジョン放送を受信するのに好適な本発明のプレートアンテナとしては、プレートアンテナ１又は１ａと平行に反射板を設けて、指向性を持った高利得のアンテナ構成することもできる。
【００４６】
ここまで実施の形態を説明するのに当たり、理解を容易にするために、アンテナなどの構造、寸法、材料などを具体的に示した。しかしながら、本発明の技術的範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明のプレートアンテナは、携帯電話機だけではなく、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯通信端末にも適用できる。また、実施の形態では、プレートアンテナにおけるアンテナエレメント（アンテナ素子）となる薄い導電体を銅箔とし、この銅箔をプリント基板に印刷により製作するとしたが、導体板は自立的に形状を保持できる厚さ（通常0.1から0.2mm）の金属板等でも差し支えない。さらに、導体板に設ける窓の平面形は、矩形や菱形など各種の形が可能である。また、その窓の縦方向の長さと横方向の長さとの比、すなわちアスペクト比の選択により、また導体板の面積に対する窓の面積の比の選択により、アンテナの特性を広い範囲で選択できる。導体板の外側の輪郭は、実施の形態では矩形であったが、必ずしも矩形でなくても、導体板が実質的にプレートアンテナとして作用する輪郭であれば差し支えない。図１および図４の実施の形態では、プレートアンテナは携帯電話機の背面の側縁にヒンジで取り付けたが、プレートアンテナは携帯通信端末の外形に応じて適切な位置に設ければよく、取り付け手段もヒンジに代えてスライド式にしても差し支えない。図１および図４の実施の形態では、プレートアンテナの開閉角度を９０度としたが、開閉角度は設計上の必要に応じ任意に選択できる。更に本発明のプレートアンテナは、携帯通信端末用だけではなく、地上デジタルテレビジョン放送などの受信アンテナとしても好適である。
【００４７】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明のプレートアンテナによれば、第３世代携帯電話システム（ＩＭＴ-2000）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及び２．４ＧHz無線ＬＡＮシステム並びに５．２ＧHz帯無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格対応）システムに適用できる十分な帯域幅を有し、また利得も高く、入出力特性が安定している携帯通信端末用アンテナを提供できる。また、本発明のプレートアンテナは、反射板を備えて指向性を高めることにより、所要方向に関し高利得を実現でき、従来のアンテナに比べ小型軽量であるので、地上デジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるプレートアンテナを示す図であり、同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれプレートアンテナの表側の第１のアンテナ素子および裏側の第２のアンテナ素子の斜視図である。
【図２】図１のプレートアンテナ１の周波数特性を示すグラフである。
【図３】図１に示した実施の形態のプレートアンテナ１に関する放射特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるプレートアンテナ１ａにおける第２のアンテナ素子を示す図である。
【図５】プレートアンテナの第２のアンテナ素子を示す図で、同図（Ａ）および（Ｂ）は異なるアンテナ素子（銅箔）形状を示している。
【図６】先願発明に関わるプレートアンテナを示す図であり、同図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はプレートアンテナの正面図、下側面図および右側面図を示す。
【図７】図６に示したプレートアンテナに関する周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ・・・プレートアンテナ
１１・・・誘電体板
１２・・・銅箔
１３・・・プレートアンテナの給電点に接続される信号源
１４・・・矩形の窓（スリット）
１５，１６・・・銅箔
１７・・・間隙
１８，１９・・・銅箔
２０・・・間隙
２１，２２・・・銅箔
２３・・・間隙
２４，２５・・・銅箔
２６・・・間隙
３・・・プレートアンテナ
３１・・・プリント基板の誘電体板
３２・・・銅箔
３３・・・プレートアンテナの給電点に接続される信号源
３４・・・矩形の窓（スリット）
Claims (5)
- 外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第１の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第１のアンテナ素子と、２つの第２の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第２のアンテナ素子とを有するプレートアンテナ。
- 前記第１の薄い導電体は、平面形が矩形であり、前記スリットの開口は該矩形における１つの辺の中央部にあり、前記スリットの形は該辺に直交する仮想線に関し対称であることを特徴とする請求項１に記載のプレートアンテナ。
- 前記２つの第２の薄い導電体は、前記間隙を挟んで線対称に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプレートアンテナ。
- 前記第１および第２の薄い導電体は、前記誘電体板の表裏にそれぞれ印刷された金属箔でなり、前記第１および第２の薄い導電体並びに前記誘電体板は１つのプリント基板を構成していることを特徴とする請求項１、２または３に記載のプレートアンテナ。
- 外縁から内側に切れ込んだスリットを有する第１の薄い導電体を誘電体板の一方の面に形成してなる第１のアンテナ素子と、２つの第２の薄い導電体を前記誘電体板の他方の面に間隙を挟んで配置してなる第２のアンテナ素子とを有するプレートアンテナを備えたことを特徴とする通信端末。
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