JP4227141B2

JP4227141B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4227141B2
Application number: JP2006033603A
Authority: JP
Inventors: 了一榎嶋; 隆行清水
Original assignee: 株式会社カシオ日立モバイルコミュニケーションズ
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: US20070205949A1; CN101017926B; KR20070081431A; JP2007214961A; EP1819016A1; US7554495B2; KR100849810B1; CN101017926A

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、互いに異なる複数の周波数帯の電波を送信及び受信或いは送信又は受信可能なマルチバンドのアンテナ装置に関する。

近年、携帯電話機に代表される携帯用通信端末機器の普及に伴い、この携帯用通信端末機器で使用する周波数帯の逼迫が問題となってきている。そのため、複数の異なる周波数帯域の電波を送受信可能なデュアルバンド等のマルチバンドアンテナ装置が必要となり、アンテナ装置は大型化、多数化してきている。その一方で、携帯無線機の小型・軽量化のために、アンテナ装置の小型化が要求されている。

従来は、小型アンテナとしてチップアンテナを用いることが多く、例えば、図７に示したように、電気的に絶縁性を有した支持基材４１の平面部４１１上に第１アンテナ素子４２、第２アンテナ素子４３を薄膜形成してなるアンテナ装置４が用いられている。この第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３は、１本の連続した帯状の導電性部材から形成されており、アンテナ素子の先端同士の間に所定の間隙が置かれた状態で配置される。各アンテナ素子は、送信及び受信或いは送信又は受信すべき電波の周波数に対応した長さを有しており、例えば、図８に示したようなアンテナ特性となるよう夫々調整される。ここで、横軸は各アンテナ素子の共振周波数を示しており、縦軸は各アンテナ素子の給電端におけるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の値を示している。なお、各アンテナ素子に対応させる周波数帯のＶＳＷＲは３．０以下とすることが好ましく、同図においては、第１アンテナ素子４２、第２アンテナ素子４３のうち一方が８００ＭＨｚ近傍の周波数帯に、他方が２ＧＨｚ近傍の周波数帯に対応することを意味している。

また、例えば、同一の周波数帯域の電波を送受信可能な二つのエレメントを直交して配置することで、偏波面が互いに直交する２つの直線偏波成分を含む電磁波が同時に放射されるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、同一の周波数帯域において、電界成分としてアンテナエレメント及び給電線から水平偏波成分が放射されるとともに、導体エレメントから垂直偏波成分を放射されるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許３５１４３０５特許３５５１３６８

ところで、上記した従来技術のアンテナ装置では、図９に示したように、二つのアンテナ素子の先端の端面同士が対向した状態で隣接して配置されるため、アンテナ素子の先端間がコンデンサとしての特性を示すことになり、それらアンテナ素子の先端間に蓄積される静電容量Ｃは下記式（１）から導出される。

Ｃ＝ε₀ε_r・Ｓ／ｄ（１）
ここで、ε₀は真空の誘電率、ε_rは支持基材の比誘電率、Ｓは対向する先端間の面積、ｄは先端間の距離である。

上記式（１）から分かるように、静電容量Ｃの値は、対向する先端間の面積Ｓに応じて大きくなる。そのため、上記した従来技術のアンテナ装置では、対向する先端間の面積Ｓが、先端部の断面積と同等となるため、この断面積の大きさに応じた静電容量Ｃが蓄積することになる。このような要因により発生するアンテナ素子間の電気的な結合は、各アンテナ素子のアンテナ利得や受信感度等のアンテナ性能を劣化させる傾向がある。
また、各アンテナ素子を送信及び受信或いは送信又は受信すべき電波の周波数帯に対応するよう調整する場合においても、アンテナ素子間の電気的な結合が強いと、図１０に示したように、一方のアンテナ素子を所定の周波数帯に対応するよう調整すると、この調整量に応じて他方のアンテナ素子の対応可能な周波数帯が偏倚するといった相互に干渉し合う状態となるため、調整が煩雑になるという問題がある。

また、特許文献１は、上記した従来技術のアンテナ装置とは異なる方式のアンテナ装置による同一周波数帯の電波の送受信を想定した技術であり、各アンテナ素子（エレメント）から放射される偏波面を偏向させることを目的としているため、上記した課題を解決することはできない。また、特許文献２に関しても、上記した従来技術のアンテナ装置とは異なる方式のアンテナ装置における、同一周波数帯の電波の送受信を想定した技術であるため、上記した課題を解決することはできない。

本発明の課題は、互いに異なる周波数帯の電波の送信及び受信或いは送信又は受信を行う複数のアンテナ素子を備えたマルチバンドのアンテナ装置において、各アンテナ素子間の電気的な結合を低減させることが可能なアンテナ装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
一の給電点から分岐された少なくとも２つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、
前記少なくとも２つのアンテナ素子の夫々は、互いに異なる長さを有し、
一のアンテナ素子と他のアンテナ素子とが、帯状の先端同士の間に所定の間隙が置かれた状態で全体として略ループ状に配置され、
前記一のアンテナ素子の先端と前記他のアンテナ素子の先端とが、互いの方向へ向くとともに、夫々が異なる平面上に配置され、
前記一のアンテナ素子の先端近傍での延設方向と前記他のアンテナ素子の先端近傍での延設方向とが、略平行な状態であり、
前記一のアンテナ素子の先端は、第１の平面上に配置され、
前記他のアンテナ素子の先端は、前記第１の平面と隣接する第２の平面上に配置され、
前記第１の平面と前記第２の平面とが交わる線である交線に、前記一のアンテナ素子の先端近傍と前記他のアンテナ素子の先端近傍とが接している、
ことを特徴としている。

更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記異なる平面は、互いに略直交する平面である、
ことを特徴としている。
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記少なくとも２つのアンテナ素子の夫々は、送信及び受信或いは送信又は受信する電波の周波数に対応した長さを有する、
ことを特徴としている。

更に、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、
前記少なくとも２つのアンテナ素子は、電気的に絶縁性を有する支持基材上に薄膜形成されている、
ことを特徴としている。

更に、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記異なる平面は、前記支持基材の異なる面である、
ことを特徴としている。

更に、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記一のアンテナ素子が前記支持基材の外周端面上に設けられ、前記他のアンテナ素子は前記支持基材の平面上に外周端部に沿って設けられている、
ことを特徴としている。

更に、請求項７に記載の発明は、請求項４〜６に記載の発明において、
前記支持基材は、携帯用通信端末機器の筐体内に収納可能に設けられている、
ことを特徴としている。
更に、請求項８に記載の発明は、
所定の周波数帯の電波を送信及び受信或いは送信又は受信する第１のアンテナ素子と、前記所定の周波数帯とは異なる周波数帯の電波を送信及び受信或いは送信又は受信する第２のアンテナ素子と、を備え、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが、帯状の先端同士が所定距離離れた状態で、略ループ状に配置されている、アンテナ装置であって、
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の先端と、前記第２のアンテナ素子の先端とが、互いの方向へ向くとともに、夫々が異なる平面上に配置され、
前記第１のアンテナ素子の先端近傍での延設方向と前記第２のアンテナ素子の先端近傍での延設方向とが、略平行な状態であり、
前記第１のアンテナ素子の先端は、第１の平面上に配置され、
前記第２のアンテナ素子の先端は、前記第１の平面と隣接する第２の平面上に配置され、
前記第１の平面と前記第２の平面とが交わる線である交線に、前記第１のアンテナ素子の先端近傍と前記第２のアンテナ素子の先端近傍とが接している、
ことを特徴としている。
更に、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、
前記異なる平面は、互いに略直交する平面である、
ことを特徴としている。
更に、請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の発明において、
前記第１のアンテナ素子の先端が、前記第２のアンテナ素子を前記延設方向に延ばした場合の仮想的な該第２のアンテナ素子の先端と重ならない状態に配置されている、
ことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、アンテナ素子間の電気的な結合を低減させることができ、各アンテナ素子のアンテナ性能の向上を図ることができる。

請求項８に記載の発明によれば、第１及び第２のアンテナ素子間の電気的な結合を低減させることができ、第１及び第２のアンテナ素子のアンテナ性能の向上を図ることができる。また、第１及び第２のアンテナ素子の送信及び受信或いは送信又は受信帯域の調整にかかる作業の容易化を図ることができる。
請求項１１に記載の発明によれば、アンテナ素子間の電気的な結合を低減させることができ、各アンテナ素子のアンテナ性能の向上を図ることができる。

以下、本発明を適用した無線通信機器の一実施形態を、折り畳み式の携帯電話機（携帯用通信端末機器）を例に挙げて詳細に説明する。なお、前述した図７と共通する部分については同一の符号を付与するものとする。
図１、図２は本発明の実施形態に係る携帯電話機の開いた状態を示す図であり、図１は正面側から見た斜視図、図２は背面側から見た斜視図である。

本実施形態の携帯電話機は折り畳み式の携帯電話機であり、１は第１の筐体、１１・１２はそのケース部材、２は第２の筐体、２１・２２はそのケース部材、３はヒンジ部である。第１の筐体１と第２の筐体２はヒンジ部３を介して回動可能に連結されている。

第１の筐体１はケース部材１１・１２を合体して構成され、折畳み状態で第２の筐体２に重なるケース部材１２に受話部１２１及び表示部１２２が設けられる。
第２の筐体２はケース部材２１・２２を合体して構成され、折畳み状態で第１の筐体１に重なるケース部材２１に送話部２１１及びキー操作部２１２が設けられる。他方のケース部材２２には、図示のように、電池蓋２２１が組み付けられており、２２２はスピーカ放音孔である。なお、図１では、第１の筐体１の表示部１２２及び第２の筐体２のキー操作部２１２が正面に向けられている

図３はケース部材２２のアンテナ取付部を示した斜視図である。図３に示すように、一端部に沿って凹部によるアンテナ取付部２２３が形成されている。なお、ケース部材２２には、電池収納用開口部２２４が形成されており、この電池収納用開口部２２４が着脱操作可能な電池蓋２２１でカバーされている。

そして、アンテナ取付部２２３には、断面Ｌ字型のアンテナ装置４が嵌合された状態で取り付けられる。このアンテナ装置４は、後述する第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３に駆動電力を供給するための給電点（ピン）４４が設けられており、基板５に配置された給電部５２は、この給電ピン４４に電気的に接触するよう固定される。

図４は、アンテナ装置４に係る基板５の等価回路図である。図４に示すように、基板５には、回路素子５１１及び５１２からなる整合回路５１と、給電部５２と、送受信回路５３と、グランドＧとが実装されており、このグランドＧに回路素子５１１が接続される。第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３には、この整合回路５１により整合された電力が給電部５２及び給電ピン４４を介して供給されるようになっている。

図５は、アンテナ装置４の構成を示した図であって、図５（ａ）は正面側から見たアンテナ装置４の斜視図であり、図５（ｂ）は背面側から見たアンテナ装置４の斜視図である。アンテナ装置４は、断面Ｌ字形の支持基材４１上に薄膜形成された第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３と、この第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３に駆動電力を供給するための給電ピン４４とから構成されている。

第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３は、同一の給電ピン４４から分岐された１本の連続した帯状の導電性部材からなり、断面Ｌ字形の支持基材４１上の面に沿って夫々延設されている。ここで、第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３は、何れも変形モノポールアンテナ（分岐モノポールアンテナともいう）であって、例えば、銅とニッケルの合金に金メッキを施した導電性部材を用いることができる。

支持基材４１は、ＡＢＳ系樹脂等の電気的に絶縁性を有した部材からなり、平面部４１１とこの平面部４１１に略直交する外周端面４１２〜４１５とを有している。この支持基材４１上において、図５に示すように、第１アンテナ素子４２が支持基材４１の外周端面４１２〜４１４に沿って設けられとともに、第２アンテナ素子４３が支持基材４１の平面部４１１における外周端部に沿って設けられることで、それら先端同士の間に所定の間隙が置かれた状態で全体として略ループ上に配置されている。

なお、第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３の夫々は、送信及び受信或いは送信又は受信すべき電波の周波数に対応した互いに異なる長さに調整されているものとし、本実施の形態では、第１アンテナ素子４２が８００ＭＨｚ近傍（Ｒｘ：８４３ＭＨｚ〜８７０ＭＨｚ、Ｔｘ：８９８ＭＨｚ〜９２５ＭＨｚ）の電波を、第２アンテナ素子４３が２ＧＨｚ近傍（Ｒｘ：２１１０ＭＨｚ〜２１３０ＭＨｚ、Ｔｘ：１９２０ＭＨｚ〜１９４０ＭＨｚ）の電波を送受信可能な長さに調整されているものとする。

図６は、第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３の先端同士の配置関係を示した概略図である。図６に示すように、第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３の夫々は、支持基材４１の異なる面に沿って設けられたことにより、それらアンテナ素子の先端同士は略直交した状態で対向しない位置に配置されることになる。
これにより、両アンテナ素子において対向する先端間の面積「Ｓ」の大きさを抑えることが可能となるため、それらアンテナ素子の先端間に蓄積される静電容量を抑制することができる。即ち、第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３の先端間に生じる電気的な結合を低減させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、互いに異なる長さを有した第１アンテナ素子４２及び第２アンテナ素子４３を、それら先端同士の間に所定の間隙が置かれた状態で全体として略ループ状に配置し、且つ先端の端面同士が略直交する状態で対向しない位置に配置する。これにより、各アンテナ素子における対向する先端間の面積を抑えることが可能となるため、各アンテナ素子間の電気的な結合を低減させることができ、各アンテナ素子のアンテナ性能の向上を図ることができる。また、各アンテナ素子の送信及び受信或いは送信又は受信帯域の調整にかかる作業の容易化を図ることができる。

上記実施の形態における記述は、本発明の携帯通信端末の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。上記実施の形態における携帯通信端末の細部構成及び詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態では、１給電２共振のデュアルバンドアンテナを例に挙げたが、これに限らず、１給電多共振、多給電多共振等のマルチバンドアンテナにも適用可能である。

また、上記実施の形態では、支持基材４１を断面Ｌ字型の形状としたが、これに限らず、例えば、断面コ字型や矩形箱型等の他の形状を用いることとしてもよい。

また、上記実施の形態では、本発明を携帯通信端末（携帯電話端末）用のアンテナ装置に適用した場合を例示したが、これに限らず、無線ＬＡＮ機器等の様々な通信機器への適用が可能である。

本発明を適用した無線通信機器の一実施形態の構成を示すもので、折り畳み式携帯電話機を開いた状態の正面側から見た斜視図である。図１の折り畳み式携帯電話機を背面側から見た斜視図である。図１の折り畳み式携帯電話機において、アンテナ装置が内蔵される筐体の一方のケース部材を内側から示した分解斜視図である。アンテナ装置に係る基板の等価回路図である。アンテナ装置の構成を示した図であって、図５（ａ）は正面側から見たアンテナ装置の斜視図であり、図５（ｂ）は背面側から見たアンテナ装置の斜視図である。アンテナ装置の第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の先端間の配置関係を示した概略図である。従来のアンテナ装置を示した斜視図である。第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のアンテナ特性を示した図である。従来のアンテナ装置における第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の先端間の配置関係を示した概略図である。周波数帯調整時におけるアンテナ素子間の干渉状態を説明するための図である。

符号の説明

１第１の筐体
１１ケース部材
１２ケース部材
１２１受話部
１２２表示部
２第２の筐体
２１ケース部材
２１１送話部
２１２キー操作部
２２ケース部材
２２１電池蓋
２２２スピーカ放音孔
２２３アンテナ取付部
２２４電池収納用開口部
３ヒンジ部
４アンテナ装置
４１支持基材
４１１平面部
４１２外周端面
４１３外周端面
４１４外周端面
４１５外周端面
４２第１アンテナ素子
４３第２アンテナ素子
４４給電ピン
５基板
５１整合回路
５１１回路素子
５１２回路素子
５２給電部
５３送受信回路
Ｇグランド

Claims

一の給電点から分岐された少なくとも２つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、
前記少なくとも２つのアンテナ素子の夫々は、互いに異なる長さを有し、
一のアンテナ素子と他のアンテナ素子とが、帯状の先端同士の間に所定の間隙が置かれた状態で全体として略ループ状に配置され、
前記一のアンテナ素子の先端と前記他のアンテナ素子の先端とが、互いの方向へ向くとともに、夫々が異なる平面上に配置され、
前記一のアンテナ素子の先端近傍での延設方向と前記他のアンテナ素子の先端近傍での延設方向とが、略平行な状態であり、
前記一のアンテナ素子の先端は、第１の平面上に配置され、
前記他のアンテナ素子の先端は、前記第１の平面と隣接する第２の平面上に配置され、
前記第１の平面と前記第２の平面とが交わる線である交線に、前記一のアンテナ素子の先端近傍と前記他のアンテナ素子の先端近傍とが接している、
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記異なる平面は、互いに略直交する平面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記少なくとも２つのアンテナ素子の夫々は、送信及び受信或いは送信又は受信する電波の周波数に対応した長さを有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
前記少なくとも２つのアンテナ素子は、電気的に絶縁性を有する支持基材上に薄膜形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
前記異なる平面は、前記支持基材の異なる面である、
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
前記一のアンテナ素子が前記支持基材の外周端面上に設けられ、前記他のアンテナ素子は前記支持基材の平面上に外周端部に沿って設けられている、
ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
前記支持基材は、携帯用通信端末機器の筐体内に収納可能に設けられている、
ことを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
所定の周波数帯の電波を送信及び受信或いは送信又は受信する第１のアンテナ素子と、前記所定の周波数帯とは異なる周波数帯の電波を送信及び受信或いは送信又は受信する第２のアンテナ素子と、を備え、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが、帯状の先端同士が所定距離離れた状態で、略ループ状に配置されている、アンテナ装置であって、
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の先端と、前記第２のアンテナ素子の先端とが、互いの方向へ向くとともに、夫々が異なる平面上に配置され、
前記第１のアンテナ素子の先端近傍での延設方向と前記第２のアンテナ素子の先端近傍での延設方向とが、略平行な状態であり、
前記第１のアンテナ素子の先端は、第１の平面上に配置され、
前記第２のアンテナ素子の先端は、前記第１の平面と隣接する第２の平面上に配置され、
前記第１の平面と前記第２の平面とが交わる線である交線に、前記第１のアンテナ素子の先端近傍と前記第２のアンテナ素子の先端近傍とが接している、
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記異なる平面は、互いに略直交する平面である、
ことを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
前記第１のアンテナ素子の先端が、前記第２のアンテナ素子を前記延設方向に延ばした場合の仮想的な該第２のアンテナ素子の先端と重ならない状態に配置されている、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のアンテナ装置。