JP4241464B2 - Broadband antenna for portable radio - Google Patents
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本発明は携帯無線機に適したアンテナの構造に関する。 The present invention relates to an antenna structure suitable for a portable wireless device.
携帯電話機や携帯情報端末などに代表される携帯無線機のアンテナは、ケース内に収納するために小型軽量である必要があり、さらに高効率で広帯域の特性を有することが求められる。このようなアンテナ構造が多く提案されている。 An antenna of a portable wireless device typified by a mobile phone or a portable information terminal needs to be small and lightweight in order to be housed in a case, and is further required to have high efficiency and wideband characteristics. Many such antenna structures have been proposed.
たとえば、特開2002−50924号公報(特許文献1)には、板状アンテナの電気的長さをλ/4とし、さらに板状アンテナとアンテナ励振器とが複共振して広帯域同調性能が得られる広帯域内蔵アンテナの構造が開示されている。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-50924 (Patent Document 1), the electrical length of a plate antenna is λ / 4, and the plate antenna and the antenna exciter are double-resonated to obtain broadband tuning performance. A structure of a wideband built-in antenna is disclosed.
また、特開平3−293803号公報(特許文献2)には、蛇腹状に折り返した基板の面上に異なる2方向に平行な素子群を配置したアンテナ構造が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 3-293803 (Patent Document 2) discloses an antenna structure in which element groups parallel to two different directions are arranged on a surface of a substrate folded in a bellows shape.
しかしながら、特許文献1に記載されたアンテナは複雑であり、製造が容易ではない。また、特許文献2に開示されたアンテナは、蛇腹状に折り返した方向の異なる基板の面上にアンテナ素子をそれぞれ配置した構造となっており、主に衛星から異なる2方向の電波を受信するために考案されたものである。
However, the antenna described in
本発明の目的は、小型軽量で広帯域の特性を有する携帯無線機に適したアンテナを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an antenna suitable for a portable radio having a small size and light weight and wide band characteristics.
第1発明に係る携帯無線機のための広帯域アンテナは、立体構造を備えたアンテナ用基板を有し、その立体構造はアンテナの基準平面よりも突起した凸部と、その基準平面よりもへこんだ凹部の少なくとも一方を備えており、その立体構造が基準平面の縦方向および横方向のいずれの方向から見ても規則的な凸部、凹部の繰り返し構造を有することを特徴とする。 A broadband antenna for a portable wireless device according to a first invention has an antenna substrate having a three-dimensional structure, and the three-dimensional structure is a convex portion projecting from a reference plane of the antenna, and is recessed from the reference plane. At least one of the concave portions is provided, and the three-dimensional structure has a regular convex and concave repeating structure when viewed from either the vertical direction or the horizontal direction of the reference plane.
第2発明は、第1発明に記載の発明において、外包部材で前記アンテナ用基板を包み込むことにより支持したことを特徴とする。 According to a second invention, in the invention described in the first invention, the antenna substrate is supported by wrapping the antenna substrate with an outer packaging member.
第3発明は、第1発明または第2発明に記載の発明において、枠体で前記アンテナ用基板を支持したことを特徴とする。 According to a third invention, in the invention described in the first invention or the second invention , the antenna substrate is supported by a frame.
上記各発明についてさらに説明する。 Each of the above inventions will be further described.
「アンテナ用基板」としては銅箔基板などが例示できるが、所定の電波受信機能を備えたものであれば素材は特に限定されない。 Examples of the “antenna substrate” include a copper foil substrate, but the material is not particularly limited as long as it has a predetermined radio wave receiving function.
「基準平面」としてはアンテナが広がる水平面が例示できる。「立体構造」には凸部だけ、凹部だけで構成される場合を含む。「基準平面の所定方向」を、後述する第1実施形態を例に取り説明すれば、略蛇腹面において規則的に繰り返す略三角形の山形が見える方向である。また、「基準平面の所定方向」を、後述する第4実施形態を例に取り説明すれば、縦方向、横方向である。 An example of the “reference plane” is a horizontal plane where the antenna extends. The “three-dimensional structure” includes a case where only convex portions and concave portions are included. If the “predetermined direction of the reference plane” is described by taking the first embodiment described below as an example, it is a direction in which a substantially triangular mountain shape that repeats regularly on the substantially bellows surface can be seen. Further, the “predetermined direction of the reference plane” will be described by taking a fourth embodiment to be described later as an example.
「規則的な凸部、凹部」は、前記した略蛇腹面のように凸部、凹部の少なくとも一方が同じパターンで連続して繰り返される場合のみならず、狭い範囲では不規則に見えてもアンテナの広い範囲では規則的であるような場合も含む。 “Regular protrusions and recesses” are not only the case where at least one of the protrusions and recesses is continuously repeated in the same pattern as in the above-described substantially bellows surface, but also antennas that appear irregular in a narrow range. This includes cases that are regular in a wide range.
本発明が適用される携帯無線機は、アースとアンテナ用基板の間に高周波電力を供給する構成であることが好ましい。 The portable wireless device to which the present invention is applied is preferably configured to supply high-frequency power between the ground and the antenna substrate.
第1発明であれば、立体構造は凸部、凹部の少なくとも一方を含み、規則的な凸部、凹部を備えているので、同じ占有スペースにおいて平面で構成した場合に比べて表面積を大きくでき、アンテナを広帯域にできる。また換言すれば、所定の帯域を確保しようとする場合にアンテナを小型化できる。さらに、前記規則的な凸部、凹部を基準平面の縦方向および横方向のいずれの方向から見ても規則的な凸部、凹部となるように構成したので、凸部、凹部の配置形態が密になり、小さい占有面積であっても表面積を増やすことができ、広帯域化を実現できる。 If it is the first invention, the three-dimensional structure includes at least one of a convex part and a concave part and is provided with a regular convex part and a concave part, so that the surface area can be increased compared to a case where it is constituted by a plane in the same occupied space, The antenna can be wideband. In other words, the antenna can be reduced in size when a predetermined band is to be secured. Furthermore, since the regular convex portions and concave portions are configured to be regular convex portions and concave portions when viewed from either the vertical direction or the horizontal direction of the reference plane, the arrangement form of the convex portions and concave portions is Even if it is dense and has a small occupied area, the surface area can be increased and a wide band can be realized.
第2発明であれば、外包部材で前記アンテナ用基板を包み込むことにより支持したので、アンテナ用基板が薄くてその外形形状を維持できない場合であっても安定して支持できる。 According to the second aspect of the invention, since the antenna substrate is supported by wrapping it with the outer packaging member, it can be stably supported even when the antenna substrate is thin and cannot maintain its outer shape.
第3発明であれば、枠体で前記アンテナ用基板を支持しているので、アンテナ用基板が薄くてその外形形状を維持できない場合であっても安定して支持できる。 If it is the 3rd invention, since the said board | substrate for antennas is supported by the frame, even if it is a case where the board | substrate for antennas is thin and the external shape cannot be maintained, it can support stably.
以下、図面を参照しつつ具体的な実施の形態を示して説明する。 Hereinafter, specific embodiments will be shown and described with reference to the drawings.
図1(A)は本発明の第1実施形態による広帯域アンテナの斜視図であり、図1(B)は比較例としての従来のL字型アンテナの斜視図である。図1(A)に示すように本実施形態による広帯域アンテナ1は、図1(B)に示すL字型アンテナ4に使用された無線機用プリント基板2の同じ給電部3に接続された構成になっている。
FIG. 1A is a perspective view of a wideband antenna according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of a conventional L-shaped antenna as a comparative example. As shown in FIG. 1 (A), the
本実施形態に係る広帯域アンテナは厚さが薄い銅箔基板10で構成されており、その銅箔基板10は、基準平面8となるアンテナの水平面に対して垂直な方向(高さH方向)に突出又は凹ませるように三角形の山形に形成した凸部、凹部を規則的に繰り返した立体構造を備えている。この立体構造は平面視で略蛇腹面に見える。
The broadband antenna according to the present embodiment is configured by a
図1(A)では、広帯域アンテナ1の横幅をW、縦長をLとし、横方向に延びる断面Λ形の屋根状山形が縦方向に3列連続して形成された構成が例示されている。なお、三角形の山形の基準平面8からの高さはHとしてある。略三角形の山形に折り曲げられたものを安定的に維持できれば、山形の形状を支持する手段は第1実施形態では特に限定されない。また、図1(A)に示された山形の構成のみならず、縦長L内に形成される山の数、山の形状(山の中心線に対して左右対称又は左右非対称)などは変更することが可能である。
FIG. 1A illustrates a configuration in which the wide-
図1(B)のL字型アンテナ4の構成も同じく横幅W、縦長Lであるから、本実施形態の広帯域アンテナの平面的な占有面積は従来のL字型アンテナ4と同じにすることができる。しかしながら、図1(A)に示す第1実施形態の構成であれば、銅箔基板10を三角形の山形に折り曲げて略蛇腹形に構成することにより、小さいスペースに大きな表面積のアンテナを配置することができるため、上述するデータが示すように広帯域アンテナを提供できる。
(第2実施形態)
図2は本発明の第2実施形態による広帯域アンテナの斜視図である。図2に示すようにこの実施形態は、外包部材5で広帯域アンテナ1の外部を包み込んだ構成となっており、この外包部材5を携帯電話などの携帯無線機内に収容することにより、広帯域アンテナ1の形状を変形させずに安定して支持することができる。
The configuration of the L-
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a perspective view of a broadband antenna according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, this embodiment has a configuration in which the outside of the
外包部材5としては電波受信効率の低下が小さく、携帯無線機に使用したときに想定される振動や衝撃に対して広帯域アンテナを保護できる素材であればよい。なお、外包部材5をケース体で構成して広帯域アンテナ1をそのケース体の内部に収容した構成としてもよい。
(第3実施形態)
図3は本発明の第3実施形態による広帯域アンテナの斜視図である。図3に示すようにこの実施形態は矩形、四角形などの枠体6で広帯域アンテナ1を囲んだ構成としてある。枠体6に囲まれることで広帯域アンテナ1の外形を変形させずに安定して支持することができる。
The
(Third embodiment)
FIG. 3 is a perspective view of a broadband antenna according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, this embodiment has a configuration in which the
枠体6によって山形の薄い銅箔基板を固定するためには、山形を構成する三角形の頂点位置などに支持棒材(図示せず)を横架させ、その支持棒材間に薄い銅箔基板を反物状に支持する方法などが考えられる。銅箔基板の厚さがかなりあり、銅箔基板の形状保持能力が大きい場合は銅箔基板の外縁部位置を枠体6の枠材面で固定することにより、枠体6に支持することができる。
(第4実施形態)
図4は本発明の第4実施形態による広帯域アンテナの一例の斜視図である。この実施形態の特徴は、広帯域アンテナが前記第1〜第3実施形態の構成に比べ、さらに3次元的で規則的な凸部、凹部を含んだ立体物で構成されており、その凸部表面、凹部表面をアンテナの受電面として用いた点にある。
In order to fix the thin copper foil substrate having the chevron shape by the
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a perspective view of an example of a broadband antenna according to the fourth embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the broadband antenna is further composed of a three-dimensional object including three-dimensional regular convex portions and concave portions as compared with the configurations of the first to third embodiments, and the surface of the convex portion. The concave surface is used as a power receiving surface of the antenna.
具体的には広帯域アンテナが基準平面8よりも突起した凸部と、基準平面8よりもへこんだ凹部の少なくとも一方を備えた立体構造を有しており、その立体構造が基準平面の所定方向から見たときに規則的な凸部、凹部を備えている点に特徴がある。
Specifically, the broadband antenna has a three-dimensional structure having at least one of a convex portion protruding from the
図4に示す構成では横、縦方向に3×3で合計9個の凸部20がアンテナの基準平面8から紙面上方へ突起されている構成が示されている。前記第1実施形態に示す図1(A)の構成では三角形の山形の規則的な凸部の繰り返しは、縦方向にのみ現れるものであったが、この実施形態では縦方向と横方向の2方向において凸部20の立体構造を形成している。
The configuration shown in FIG. 4 shows a configuration in which a total of nine
この実施形態によれば、凸部、凹部の繰り返し構造がより立体的に配置され、その間隔が密になるので、同じ三次元体積内のアンテナの表面積を増やすことができ、より広帯域アンテナを構成することが可能となる。なお、本第4実施形態に示したアンテナにおいても図2に示した外包部材(ケース体)、図3に示した枠体による支持構造を同様に採用することができる。
(第5実施形態)
図5は本発明による広帯域アンテナを用いた携帯無線機の一例を示すブロック図である。携帯無線機100のプリント基板は給電部3で広帯域アンテナ1と接続されている。携帯無線機100には、無線基地局と無線通信を行うための無線送受信部101と、チャネル制御やその他動作を制御する制御部102と、表示部やキーパッドなどからなるユーザインターフェイス103とが設けられている。上述したように、本発明による広帯域アンテナ1は小型軽量であり、広帯域を提供できるので携帯無線機用に適している。
According to this embodiment, since the repeating structure of the convex part and the concave part is arranged more three-dimensionally and the interval between them is close, the surface area of the antenna in the same three-dimensional volume can be increased, and a wider band antenna is configured. It becomes possible to do. In the antenna shown in the fourth embodiment, the support structure using the outer packaging member (case body) shown in FIG. 2 and the frame shown in FIG. 3 can be similarly adopted.
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a portable wireless device using a broadband antenna according to the present invention. The printed circuit board of the portable wireless device 100 is connected to the
図1(A)に示すように、無線機用基板2の大きさを横幅Ws=45mm、縦長Ls=163mmとし、広帯域アンテナ1への給電部3を左側縦辺の上端部から距離a=10mmとし、広帯域アンテナ1の下端部と無線機用基板2との距離d=3mm、三角形の山形の高さH=5mmとして、第1実施形態に係る広帯域アンテナ1を製造した。
As shown in FIG. 1 (A), the size of the
また、比較例として、同じ無線機用基板2を使用した銅線型のL字形アンテナ4を製造した。なお、本実施形態に係る広帯域アンテナ1と従来のL字形アンテナ4とアンテナの占有面積が同じになるようにアンテナの横幅W=25mm、縦長L=18mmとして製造した。
Further, as a comparative example, a copper wire L-shaped
2つのアンテナの帯域を、2GHz付近でのリターンロス−5dB帯域幅で比較した結果、広帯域アンテナ1は584MHz、L字形アンテナ4は548MHzとなり、本発明に係る広帯域アンテナ1の方が従来のL字形アンテナ4に比べて帯域が広いことが確認できた。
As a result of comparing the bandwidths of the two antennas with a return loss of -5 dB near 2 GHz, the
1 広帯域アンテナ
5 外包部材
6 枠体
8 基準平面
10 銅箔基板
20 凸部
100 携帯無線機
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