JP4158704B2

JP4158704B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4158704B2
Application number: JP2004000226A
Authority: JP
Inventors: 明裕豊後; 真介行本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2024-01-05
Also published as: JP2005197864A

Description

本発明は、デュアルバンド対応のアンテナ装置に関する。

現在、マルチバンド対応の携帯電話機が普及しており、それに用いられる内蔵アンテナ装置においても複数の周波数に対応した特性が要求されている。一般的に普及しているのは、ヨーロッパにおける９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）と１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ（Digital Cellular System）とに対応するデュアルバンド携帯電話機や、また、米国における８００ＭＨｚ帯のＡＭＰＳ（Advanced Mobile Phone Service）と１．９ＧＨｚ帯のＰＣＳ（Personal Communication Services）とが併用できるデュアルバンド携帯電話機である。これらのデュアルバンドに対応した携帯電話機に用いられる内蔵アンテナ装置として、板状逆Ｆアンテナもしくは逆Ｆアンテナを改良したものが多く用いられている。

従来、このようなアンテナ装置としては、板状逆Ｆアンテナの平板上の放射板にスリットを形成し、第１放射板と第２放射板とに分離することで、波長がそれぞれの経路長のほぼ１／４に対応した周波数で共振するような構成としたアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、導体平面上に配置された逆Ｆアンテナの近傍に非励振電極を配置し、奇モードと偶モードを生成させることで、波長がそれぞれの放射導体の１／４となる周波数において共振するような構成としたアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、線状の第１の逆Ｌアンテナエレメント及び第２の逆Ｌアンテナエレメントを用いることで、２つの異なる周波数で共振するような構成としたアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このアンテナ装置は、放射導体の長さが共振周波数に対して１／８〜３／８程度必要とされる。
特開平１０−９３３３２号公報（図１）特開平９−３２６６３２号公報（図１）特開２００２−１８５２３８号公報（図１）

しかしながら、上記従来のアンテナ装置には、以下の問題が残されている。すなわち、従来のアンテナ装置では、例えば８００ＭＨｚ帯のような周波数の低い帯域に対応させるとアンテナ装置が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、小型で２つの共振周波数の調整の容易なデュアルバンドに対応したアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のアンテナ装置は、基板と、該基板上の表面に一方向に延在して形成された導体膜と、前記基板上に前記導体膜と平行に配置され、誘電体または磁性体あるいはその両方を兼ね備えた複合材料からなる素体に線状の導体パターンを形成してなるローディング部と、前記導体パターンの一端と前記導体膜との間に接続されたインダクタ部と、前記導体パターンの一端と前記インダクタ部との接続点に給電する給電部とを備え、前記ローディング部が、第１の共振周波数を設定する集中定数素子を備え、前記第１の共振周波数が、主に前記ローディング部により設定され、前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数が、主に前記インダクタ部により設定されることを特徴とする。

この発明にかかるアンテナ装置では、ローディング部とインダクタ部とを組み合わせることで、導体膜と平行になるアンテナエレメントの物理長がアンテナ動作波長の１／４よりも短くても、電気長がアンテナ動作波長の１／４となる。したがって、アンテナ装置の大幅な短縮化を図ることができる。
また、第１の共振周波数は、主にローディング部によって設定され、第１の共振周波数よりも低い共振周波数である第２の共振周波数は、主にインダクタ部によって設定される。ここで、ローディング部に形成された集中定数素子によって電気長が調整されるので、ローディング部の導体パターンの長さを変えることなく容易に第１の共振周波数を設定できる。
また、インダクタ部のインダクタンスを調整することにより、第２のアンテナ部の電気長が調整される。したがって、容易に第２の共振周波数を設定できる。

また、本発明にかかるアンテナ装置は、前記接続点と前記給電部との間にインピーダンス調整部が接続されていることが好ましい。
この発明にかかるアンテナ装置では、インピーダンス調整部によって給電部におけるインピーダンスを整合させることができると共に、第２の共振周波数を設定できる。

また、本発明にかかるアンテナ装置は、前記集中定数素子が、前記ローディング部の全長の中間点より前記インダクタ部側に形成されていることが好ましい。
この発明にかかるアンテナ装置では、集中定数素子による第１の共振周波数の調整をより効率よく行える。

また、本発明にかかるアンテナ装置は、前記導体パターンが、前記素体の長手方向に巻回された螺旋形状を有することが好ましい。
この発明にかかるアンテナ装置では、導体パターンを螺旋形状とすることで、導体パターンを長くすることができ、アンテナ装置の利得を増やすことができる。

また、本発明にかかるアンテナ装置は、前記導体パターンが、前記素体の表面に形成されたミアンダ形状を有することが好ましい。
この発明にかかるアンテナ装置では、導体パターンをミアンダ形状とすることで、導体パターンを長くすることができ、アンテナ装置の利得を向上させることができる。また、導体パターンが、素体の表面に形成されることで導体パターンの形成が容易となる。

本発明のアンテナ装置によれば、ローディング部とインダクタ部とを組み合わせることで、導体膜の端辺と平行となるアンテナエレメントの物理長がアンテナ動作波長の１／４よりも短くても、電気長が１／４になる。したがって、物理長として大幅な短縮化を図ることができる。
また、集中定数素子により第１のアンテナ部の電気長が調整されるので、ローディング部の占有面積を変化させることなく容易に第１の共振周波数を設定できる。また、インダクタ部のインダクタンスを調整することで第２のアンテナ部の電気長を調整することができるので、容易に第２の共振周波数を設定できる。
したがって、適用させるデュアルバンドのそれぞれの周波数または実装される筐体の大きさによらず量産化が可能なアンテナ装置を実現できる。

以下、本発明にかかるアンテナ装置の第１の実施形態を、図１を参照しながら説明する。
本実施形態によるアンテナ装置１は、例えばデュアルバンドに対応した携帯電話機などに用いられるアンテナ装置である。
このアンテナ装置１は、図１に示されるように、例えば樹脂などの絶縁性材料からなる基板２と、基板２の表面に一方向に延在して形成された矩形上の導体膜３と、基板２の表面上に導体膜３と平行になるように配置されたローディング部４と、ローディング部４の基端と導体膜３とを接続するインダクタ部５と、ローディング部４とインダクタ部５との接続点Ｐに給電する給電部６と、接続点Ｐと給電部６とを接続する給電導体７とを備えている。

ローディング部４は、第１ローディング素子１１及び第２ローディング素子１２と、基板２の表面に形成されて第１ローディング素子１１を基板２上に載置するためのランド１３Ａ及びランド１３Ｂと、同様に基板２の表面に形成されて第２ローディング素子１２を基板２上に載置するためのランド１３Ｃ及びランド１３Ｄと、ランド１３Ｂ及びランド１３Ｃを連結する連結導体１４とを備えている。

第１ローディング素子１１は、例えばアルミナなどの誘電体からなる直方体の素体１５の表面の長手方向に対して螺旋形状に巻回された線状の導体パターン１６によって構成されている。
この導体パターン１６の両端は、ランド１３Ａ及びランド１３Ｂと電気的に接続するように、素体１５の裏面に形成された接続導体１７Ａ、１７Ｂにそれぞれ接続されている。
第２ローディング素子１２は、第１ローディング素子１１と同様に、直方体の素体１８の表面の長手方向に対して螺旋形状に巻回された導体パターン１９によって構成されている。そして、導体パターン１９の両端は、ランド１３Ｃ及びランド１３Ｄと電気的に接続するように、素体１８の裏面に形成された接続導体２０Ａ、２０Ｂにそれぞれ接続されている。
連結導体１４には、チップインダクタで構成された集中定数素子２１が設けられている。

インダクタ部５は、ランド１３Ａと導体膜３とを接続するＬ字パターン２５と、ランド１３Ａと導体膜３との間に設けられたチップインダクタ２６とを備えている。
給電導体７は、ランド１３Ａと高周波回路ＲＦに接続される給電部６とを接続する直線状のパターンであって、ランド１３Ａと給電部６との間にアンテナ装置１のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部２７が設けられている。
このインピーダンス調整部２７は、チップコンデンサによって構成され、キャパシタンスを調整することにより給電部６におけるインピーダンス整合が取られている。

このアンテナ装置１の概略図及びアンテナ装置１のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）特性を図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す。
第１の共振周波数ｆ１は、主にローディング部５によって設定されており、第１の共振周波数ｆ１は、導体パターン１６、１９の長さや、集中定数素子２１のインダクタンスで電気長を調整することにより設定される。
また、第１の共振周波数ｆ１よりも周波数の低い第２の共振周波数ｆ２は、主にチップインダクタ２６のインダクタンスやインピーダンス調整部２７のキャパシタンスで設定されている。

このように構成されたアンテナ装置１は、ローディング部４とインダクタ部５とを組み合わせることによって、導体膜３と平行となるアンテナエレメントの物理長がアンテナ動作波長の１／４よりも短くても、電気長としてはアンテナ動作波長の１／４となる。したがって、物理長として大幅な短縮化を図ることができる。
また、ローディング部４に設けられた集中定数素子２１によって導体パターン１６、１９の長さを調整することなく第１の共振周波数ｆ１を設定できる。したがって、第１の共振周波数ｆ１を設定するときに、アンテナ装置１を実装する筐体のグラウンドサイズなどの条件に応じて導体パターン１６、１９の巻き数を変化させる必要がなく、また、巻き数を変化させることによりローディング素子自体の大きさを変更させる必要がない。

次に、第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１では、２つのローディング素子である第１ローディング素子１１と第２ローディング素子１２との間に形成された連結導体１４に集中定数素子２１が配置されたが、第２の実施形態におけるアンテナ装置４０は、ローディング部４１の導体パターン４２のほぼ中央に集中定数素子２１が配置されている点である。

すなわち、ローディング部４１は、ローディング素子４３と、ローディング素子４３を基板２上に載置するためのランド１３Ａ及びランド１３Ｄとを備えている。
このローディング素子４３は、素体４４と導体パターン４２とを有している。
この導体パターン４２の両端は、ランド１３Ａ及びランド１３Ｄと電気的に接続するように、素体４４の裏面に形成された接続導体４５Ａ及び接続導体４５Ｂにそれぞれ接続されている。
また、導体パターン４２のほぼ中央には、集中定数素子２１が載置されるランド４６Ａ及びランド４６Ｂが形成されている。

このように構成されたアンテナ装置４０は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１と同様の作用、効果を有するが、ローディング部４１に用いられるローディング素子が１つであるので、部品点数を削減することができる。

次に、第３の実施形態について図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１では、２つのローディング素子である第１ローディング素子１１と第２ローディング素子１２との間に形成された連結導体１４に集中定数素子２１が配置されたが、第３の実施形態におけるアンテナ装置５０は、ローディング部５１が導体パターン５２の一端とインダクタ部５とを接続する接続パターン５３を有し、この接続パターン５３に集中定数素子２１が設けられている点である。

すなわち、ローディング部５１は、ローディング素子５４と、ローディング素子５４を基板２上に載置するためのランド１３Ａ及びランド１３Ｄと、接続パターン５３とを備えている。
このローディング素子５４は、素体５５と、素体５５の表面に形成された導体パターン５２とを有している。
この導体パターン５２の両端は、ランド１３Ａ及びランド１３Ｄと電気的に接続するように、素体４４の裏面に形成された接続導体５６Ａ及び接続導体５６Ｂにそれぞれ接続されている。
接続パターン５３は、ランド１３ＤとＬ字パターン２５とを接続するように形成され、ほぼ中央には集中定数素子２１が載置されている。

このように構成されたアンテナ装置５０は、第２の実施形態におけるアンテナ装置４０と同様の作用、効果を有するが、集中定数素子２１がローディング部の全長の中間よりもインダクタ部５側に設けられているので、集中定数素子２１による第１の共振周波数ｆ１の調整を効率よくできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明のアンテナ装置は、導体パターンが素体表面に巻回された螺旋形状を有していたが、素体表面に形成されたミアンダ形状を有していてもよい。
また、インピーダンス調整部として、キャパシタを用いたが、給電部におけるインピーダンスが調整されるものであればよく、インダクタを用いてもよい。

本発明にかかる第１の実施形態におけるアンテナ装置を示す斜視図である。本発明にかかる第１の実施形態におけるアンテナ装置を示すもので、（ａ）は概略図、（ｂ）はＶＳＷＲ特性を示すグラフである。本発明にかかる第２の実施形態におけるアンテナ装置を示す斜視図である。本発明にかかる第３の実施形態におけるアンテナ装置を示す斜視図である。

符号の説明

１、４０、５０アンテナ装置
２基板
３導体膜
４、４３、５４ローディング部
５インダクタ部
６給電部
７給電導体
１５、１８、４４、５５素体
１６、１９、４２、５２導体パターン
２１集中定数素子
２７インピーダンス調整部
Ｐ接続点

Claims

基板と、
該基板上の表面に一方向に延在して形成された導体膜と、
前記基板上に前記導体膜と平行に配置され、誘電体または磁性体あるいはその両方を兼ね備えた複合材料からなる素体に線状の導体パターンを形成してなるローディング部と、
前記導体パターンの一端と前記導体膜との間に接続されたインダクタ部と、
前記導体パターンの一端と前記インダクタ部との接続点に給電する給電部とを備え、
前記ローディング部が、第１の共振周波数を設定する集中定数素子を備え、
前記第１の共振周波数が、主に前記ローディング部により設定され、
前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数が、主に前記インダクタ部により設定されることを特徴とするアンテナ装置。
前記接続点と前記給電部との間にインピーダンス調整部が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記集中定数素子が、前記ローディング部の全長の中間点より前記インダクタ部側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記導体パターンが、前記素体の長手方向に巻回された螺旋形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記導体パターンが、前記素体の表面に形成されたミアンダ形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。