JP4073789B2 - 誘電体アンテナ及びそれを内蔵する移動体通信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機や携帯無線通信機等に代表される移動体通信機が内蔵する誘電体アンテナ、及びその誘導体アンテナを内蔵する移動体通信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における移動体通信機の普及とともに、携帯や移動のとき便利なように、その小型軽量化が望まれている。そのような移動体通信機が内蔵する電子部品群のうち、半導体集積回路等の小型化は急速に進んでいる。特許文献１には、アンテナを小型化するために螺旋状又はミアンダ状に形成したエレメントが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９６３３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、限られたアンテナ形成面上に螺旋状又はミアンダ状のエレメントを形成すると、エレメント同士が隣接することになるため、両エレメント間の容量結合等による相互干渉を起こしかねない。両エレメント同士の相互干渉は、電波の輻射効率を低下させたり広帯域を妨げたりするため、できるだけ避けたい。本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決することであって、小型でありながらエレメント間の相互干渉を抑制することにより、電波の輻射効率の低下と広帯域化の妨げを可及的に排除可能な誘電体アンテナと、そのようなアンテナを内蔵する移動体通信機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、次の構成を備えている。なお、何れかの請求項に係る発明の説明にあたって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用があるものとする。
【０００６】
（請求項１に記載した発明の特徴）
請求項１に記載した発明に係る誘電体アンテナは、矩形のアンテナ形成面を有する誘電体基体と、当該アンテナ形成面上において、当該アンテナ形成面外周に隣接して延びるとともに第１共振周波数及び当該第１共振周波数の高次モードに当る第２共振周波数に共振可能な第１線状エレメントと、当該第１線状エレメント基端に接続した給電端子と、当該第１線状エレメント基端の近傍から当該アンテナ形成面上で分岐する線状導電体と、当該線状導電体先端に接続したグランド端子と、当該アンテナ形成面上において、当該第１線状エレメントから分岐部を介して分岐するとともに当該アンテナ形成面の内部領域に位置する第２線状エレメントと、を含み、当該第２線状エレメントを、当該第１共振周波数又は第２共振周波数以外の第３共振周波数に共振可能に構成してあるり、当該第１線状エレメントには、基端から開放端までの間に位置する第１屈曲部と第２屈曲部と第３屈曲部と、を形成してあり、当該第１屈曲部と当該第２屈曲部との間に位置する往路部と、当該第３屈曲部と当該開放端との間に位置する復路部と、をほぼ平行に配してあり、当該往路部には、前記アンテナ形成面の内部領域方向に凹む迂回部を設けることによって、当該復路部を短くして当該往路部との電磁界結合の度合いを小さくできるように構成してあることを特徴とする誘電体アンテナ。
【０００７】
請求項１の誘電体アンテナは、いわゆる逆Ｆ型アンテナである。線状エレメントは第１共振周波数に共振し、面状エレメントは第２共振周波数に共振する。線状エレメントは、矩形のアンテナ形成面外周に隣接して延びているため、アンテナ形成面上において線状エレメントに囲まれた領域（内部領域）を有効活用することができる。請求項１の誘電体アンテナでは、第１線状エレメントが第１共振周波数と第２共振周波数に共振し、第２線状エレメントが第３共振周波数に共振する。第２共振周波数は第１共振周波数の高次モードに当り、第３共振周波数は第１共振周波数又は第２共振周波数以外の共振周波数である。第３共振周波数は、第１共振周波数よりも低い周波数、第１共振周波数と第２共振周波数の間の周波数、または、第２共振周波数より高い周波数の何れであってもよい。さらに、第３共振周波数を、たとえば、第２共振周波数の近傍に設定することにより、この第２共振周波数を実質的に広帯域化したり、また、３つの共振周波数をそれぞれ独立させてトライバンド化したりすることができる。
【０００８】
さらに、請求項１の誘電体アンテナによれば、上記作用効果に加え、往路部に流れる高周波電流の方向が復路部に流れる高周波電流の方向と逆になるため、両者間で電磁界結合が生じる。この結合量を制御することにより高次モードの周波数が移動する。これを利用すれば第２共振周波数の値を制御することができる。すなわち、たとえば、第１線状エレメントの全長を変更することなく、往路部の長さの変更により第２共振周波数の値を調整することができる。
【０００９】
さらに、請求項１の誘電体アンテナによれば、上記作用効果に加え、迂回部の存在により、第１線状エレメントの長さを変えずに復路部の長さを短くすることができる。第１共振周波数を変化させずに第２共振周波数を変化させるために復路部の長さを短くしたい、すなわち、往路部との結合度合いを小さくしたい場合、復路部を短くした分、第１線状エレメントの他の部分を長くしなければならない。迂回部には、この長くなった分を吸収する働きがある。
【００１０】
（請求項２に記載した発明の特徴）
請求項２に記載した発明に係る移動体通信機は、請求項１の誘電体アンテナを内蔵していることを特徴とする。移動体通信機の例としては、携帯電話機や通信機能を備える小型コンピューターなどがある
【００１１】
請求項２の移動体通信機によれば、請求項１の誘電体アンテナを内蔵しており、これらの誘電体アンテナは、前述したように従来のものに比べて小型化が図られている。このため、このような誘電体アンテナを内蔵する移動体通信機は、誘電体アンテナが小型化した分、小型化すること、換言すると、狭いスペースしかない場合でも誘電体アンテナを内蔵させることが可能となる。さらに、必要に応じて、最大３つの周波数帯において通信が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、各図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係る誘電体アンテナの斜視図である。図２は、図１に示す誘電体アンテナの分解斜視図である。図３は、図１に示す誘電体アンテナの上層基板を省略した平面図である。図４は、周波数特性を示す図表である。図５は、移動体通信機の一例である小型コンピューターの正面図である。
【００１３】
（第１実施形態の概略構造）
図１乃至３に基づいて、第１実施形態に係る誘電体アンテナについて説明する。誘電体アンテナ１は、誘電体セラミック材料からなる絶縁性の上層基板３と下層基板５を積層した誘電体基体７を備えている。上層基板３と下層基板５とは平面視したときに同じ大きさの長方形（矩形）に形成してあるため、両者を積層してなる誘電体基体７は直方体形状になる。下層基板５の上面（上層基板３の下面と対向する面）は、アンテナを形成するためのアンテナ形成面９を形成している。下層基板５が長方形であることから、アンテナ形成面９も長方形（矩形）になる。誘電体基体７を積層体により構成したのは、下層基板５上に形成するエレメント等（後述）を、上層基板３により被覆することが、そのエレメント等を保護する上で好ましいからである。誘電体基体７は２層構造としたが、上層基板３を省略して単層構造としてもよい。また、他の層基板をさらに積層して３層又は４層以上の構造としてもよい。誘電体基体７を直方体形状に形成したのは、いわゆるダイサーカット等による多数個取りをし易くするためであって、これら以外の形状に形成できることはいうまでもない。
【００１４】
（第１線状エレメントの構成）
図２及び３に示すように、アンテナ形成面９には、このアンテナ形成面９の外周（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）に隣接する（沿う）第１線状エレメント１１を形成してある。第１線状エレメント１１の形成は、導電性ペーストを印刷することにより行うのが便利であり、その際の印刷ズレを吸収するために外周９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄとの間にマージンを残しておくことが好ましい。
【００１５】
図２及び３に示すように、第１線状エレメント１１は、第１部分１３、第３部分（往路部）１４、第２部分１５及び第４部分（復路部）１６から構成してある。ここで、数字を順に並べていないのは、説明の都合から、そのようにしたものであって、順に並べていないことが第１線状エレメント１１の形状に影響を与えるものではない。第１線状エレメント１１の第１部分１３は基端部１２と第１屈曲部ｋ１との間に位置する部分であり、同じく第３部分１４は第１屈曲部ｋ１と第２屈曲部ｋ２との間に位置する部分である。さらに、同じく第２部分１５は第２屈曲部ｋ２と第３屈曲部ｋ３との間に位置する部分であり、同じく第４部分１６は第３屈曲部ｋ３と開放端１７との間に位置する部分である。換言すると、第１部分１３は外周９ａに、第３部分１４は外周９ｂに、第２部分１５は外周９ｃに、及び第４部分１６は外周９ｄに、それぞれ隣接している。これに加え、各屈曲部ｋ１，ｋ２，ｋ３は、アンテナ形成面９の各角部に位置させてあるので、第１線状エレメント１１は、アンテナ形成面９上において、その外周９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに沿って外巻き状に延びている。
【００１６】
第１線状エレメント１１を外巻き状に形成したのは、同じ面積のアンテナ形成面上に形成する場合であっても、外巻き状に形成していない他の形状の第１線状エレメントに比べて遠回りすることになるので、遠回りの分だけその長さを長くすることができるからである。第１線状エレメント１１の長さが長くなれば、その分共振周波数が下がるので、アンテナ自体が小型化する。さらに、第１線状エレメント１１を外巻き状にすることにより、アンテナ形成面９内に中庭（余白面）を形成する。そして、その中庭部分に、後述する第２線状エレメントを形成すれば、誘電体アンテナ１全体をさらに小型化することが可能になる。
【００１７】
第１線状エレメント１１の長さを実質的に長くする必要があるときは、その途中、たとえば第３部分（往路部）１４に迂回部１８を設けるとよい。迂回させた分、長くすることができるからである。迂回部１８の形状に制限はないが、図３に示すように、外周９ｂとほぼ平行な平行部１８ａと、その両端の段部１８ｂ，１８ｂとにより構成するとよい。なぜなら、この構成ならば、アンテナ形成面９内の余白部分の侵食が比較的少ないからである。
【００１８】
第１線状エレメント１１の基端部１２は、図１乃至３に示すように、誘電体基体７の端面に形成した給電端子１９に接続してある。給電端子１９の形成は、誘電体基体７の端面に導電性ペーストを塗布することにより行うのが一般的である。
【００１９】
第１線状エレメント１１は、第１共振周波数Ｆ１（たとえば、２．４ＧＨｚ帯）及びその高次モードである第２共振周波数Ｆ２（たとえば、５．２ＧＨｚ帯）に共振可能な長さに形成してある。共振周波数の調整は、開放端１７の位置を図３の左右方向ずらすことにより、つまり、第１線状エレメント１１の全長を加減することにより行うことができる。上記例における２．４ＧＨｚ帯及びその高次モードである５．２ＧＨｚ帯より高い周波数に共振させる場合は第１線状エレメント１１の実効長を短くする方向に、逆に低い周波数帯に共振させる場合は同じく実効長を長くする方向に移動させればよい。第１共振周波数として２．４ＧＨｚ帯を設定したのは、現在において同周波数が無線ＬＡＮ等に使用されているからであり、必要に応じて他の周波数（たとえば、２．０ＧＨｚ，５．０ＧＨｚ）に設定することを妨げるものではない。
【００２０】
（線状導電体の構成）
図１乃至３に基づいて、線状導電体について説明する。アンテナ形成面９上に設けた線状導電体２５は、給電点である給電端子１９におけるインピーダンス整合を取るための導電体である。線状導電体２５は、第１線状エレメント基端部１２の近傍の分岐点２３からアンテナ形成面上で分岐しており、その先端は、誘電体基体７の端面に設けたグランド端子２１に屈曲部２７を介して接続してある。線状導電体２５は、第１線状エレメント１１と別工程により形成することもできるが、導電ペーストを用いて第１線状エレメント１１と同時に印刷形成するほうが便利である。給電点インピーダンスの調整は、分岐点２３の位置を第１線状エレメント１１の長さ方向にずらすことにより行うことができる。さらに、線状導電体２５は、第１線状エレメント１１の共振に寄与する部分でもあるので、その長さを調整することにより第１線状エレメント１１の共振周波数の調整もできる。グランド端子２１の形成は、給電端子１９と同様に、誘電体基体７の端部に導電性ペーストを塗布することにより行うのが便利である。
【００２１】
下層基板５の裏面（図２の紙面裏側の面）には、誘電体アンテナ１を、親基板（図示を省略）等にしっかりとハンダ付けするためのダミー電極（図示を省略）を設けてある。親基板（図示を省略）に実装する際には、給電端子１９は親基板の給電部Ｐに、グランド端子２１は同じくグランド部Ｇに、それぞれハンダ付けにより接続する。
【００２２】
（第２線状エレメントの構成）
図１乃至３に示すように、アンテナ形成面９上には、線状（帯状）の第２線状エレメント３１を形成してある。この第２線状エレメント３１は、第１線状エレメント１１から分岐部３３を介して分岐しており、その途中に段部３５を備えている。段部３５を設けたのは、主として第２線状エレメント３１の開放端３７を線状導電体２５から離して、その影響を受けづらくするためである。第２線状エレメント３１の形成は、第１線状エレメント１１と一緒に導電性ペーストを印刷することにより行うのが便利である。
【００２３】
ここで、給電部Ｐから供給される高周波電流は、第１線状エレメント１１の基端部１２から第１屈曲部ｋ１、第２屈曲部ｋ２、第３屈曲部ｋ３、そして開放端１７へと順に流れる。他方、第２線状エレメント３１を流れる高周波電流は、基端部１２から分岐部３３を抜け、段部３５を介して、その開放端３７へと流れる。第２線状エレメント３１は、第１共振周波数とも第２共振周波数とも異なる第３共振周波数に共振可能な長さ（たとえば、１／２波長）に設定してある。第２線状エレメント３１の共振周波数の調整は、分岐部３３の位置を第１線状エレメント１１上においてその長さ方向に移動させることにより行う。基端部１２から分岐部３３までの長さを長くすればするほど第２線状エレメント３１の実質的長さが長くなるため共振周波数が低くなり、逆に短くすればするほど短くなるため共振周波数が高くなる。
【００２４】
第１共振周波数及び第３共振周波数と第２共振周波数との関係は、誘電体アンテナ１の使用目的に合わせて決定する。すなわち、図４（ａ）に示すように、第１線状エレメント１１の第３共振周波数Ｆ３と第２線状エレメント３１の共振周波数Ｆ２とを近接させることにより、たとえば、ＶＳＷＲ２以下の帯域Ｆを得られるように設定すれば、第２線状エレメント３１を設けることにより誘電体アンテナ１全体の周波数帯域を、２帯域に、しかも高い周波数帯を広帯域化することができる。また、図４（ｂ）に示すように、第２共振周波数Ｆ２と第３共振周波数Ｆ３とを適度に離すことにより、誘電体アンテナ１を３つの周波数に共振させること、つまり、トライバンド化することができる。本実施形態では、たとえば、第１共振周波数Ｆ１を２．４ＧＨｚ帯に設定し、その高次モードである第２共振周波数Ｆ２を５．２ＧＨｚ帯に設定した場合において、第３共振周波数を５．８ＭＨｚ帯に設定した。これらの周波数帯に設定したのは、これらの周波数帯が日本において無線ＬＡＮに使用されているからである。他の使用目的のために、上記以外の周波数帯に設定することを妨げるものではない。
【００２５】
これまで説明した誘電体アンテナ１は、各種の移動体通信機に内蔵させて好適な使用が可能である。移動体通信機として、たとえば、携帯電話機やアマチュア用・業務用の無線通信機、さらに、図５に示すような小型コンピューター１０１等がある。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体アンテナによれば、少なくとも３つの共振周波数に共振可能であるとともに、小型化の図られた誘電体アンテナを提供することができる。したがって、そのような誘電体アンテナを内蔵する移動体通信機によれば、その移動体通信機自体の小型化を図ることができるとともに、良好な電波の送受信を通じて快適な移動通信を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係る誘電体アンテナの斜視図である。
【図２】 図１に示す誘電体アンテナの分解斜視図である。
【図３】 図１に示す誘電体アンテナの上層基板を省略した平面図である。
【図４】 周波数特性を示す図表である。
【図５】 移動体通信機の一例である小型コンピューターの正面図である。
【符合の説明】
１ 誘電体アンテナ
３ 上層基板
５ 下層基板
７ 誘電体基体
９ アンテナ形成面
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 外周
１１ 第１線状エレメント
１２ 基端部
１３ 第１部分
１４ 第３部分
１５ 第２部分
１６ 第４部分
１７，３７ 開放端
１９ 給電端子
２１ グランド端子
２３ 分岐点
２５ 線状導電体
３１ 第２線状エレメント
３３ 分岐部
３５ 段部
１０１ 小型コンピューター（移動体通信機）
ｋ１ 第１屈曲部
ｋ２ 第２屈曲部
ｋ３ 第３屈曲部
Ｇ グランド部
Ｐ 給電部

Claims (2)

1. 矩形のアンテナ形成面を有する誘電体基体と、
   当該アンテナ形成面上において、当該アンテナ形成面外周に隣接して延びるとともに第１共振周波数及び当該第１共振周波数の高次モードに当る第２共振周波数に共振可能な第１線状エレメントと、
   当該第１線状エレメント基端に接続した給電端子と、
   当該第１線状エレメント基端の近傍から当該アンテナ形成面上で分岐する線状導電体と、
   当該線状導電体先端に接続したグランド端子と、
   当該アンテナ形成面上において、当該第１線状エレメントから分岐部を介して分岐するとともに当該アンテナ形成面の内部領域に位置する第２線状エレメントと、を含み、
   当該第２線状エレメントを、当該第１共振周波数又は第２共振周波数以外の第３共振周波数に共振可能に構成してあり、
   当該第１線状エレメントには、基端から開放端までの間に位置する第１屈曲部と第２屈曲部と第３屈曲部と、を形成してあり、
   当該第１屈曲部と当該第２屈曲部との間に位置する往路部と、当該第３屈曲部と当該開放端との間に位置する復路部と、をほぼ平行に配してあり、
   当該往路部には、前記アンテナ形成面の内部領域方向に凹む迂回部を設けることによって、当該復路部を短くして当該往路部との電磁界結合の度合いを小さくできるように構成してある
   ことを特徴とする誘電体アンテナ。
2. 請求項１に記載した誘電体アンテナを内蔵する移動体通信機。

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