JP4276986B2 - 多周波共用アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば携帯端末に内蔵可能で複数の周波数に対応可能な線状放射素子からなる多周波共用のアンテナ装置に関するものである。

従来、複数の周波数帯を使用する移動通信システムでは、携帯端末の外部に突出して配置されるモノポールアンテナを使用するのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。
内蔵型アンテナとしては従来から図１０に示す板状逆Fアンテナが広く使われている。板状逆Fアンテナは、接地導体板９０と、それよりも小さい面積をもつ放射導電板９１と、放射導体板９１を接地導体板９０に接続する短絡導体板９２とからなる。この板状逆Fアンテナの共振周波数は放射導電板９１のサイズ（L×W）と、短絡導体板９２と放射導体板９１との間隔ｈとによって決定されるものである。

又、複数の周波数帯に対応する目的で図１１に示すようにダイポールアンテナの放射素子の実質的な長さを変化させて共振周波数を変化させる考え方があった。一対の給電端子３の一方に接続される金属片1aと、高周波信号遮断用チョークコイル3aで接地された金属片1cとがダイオードスイッチ素子2aで接続され、同様に給電端子３の他方に接続される金属片1bと、高周波信号遮断用チョークコイル3bで接地された金属片1dとがダイオードスイッチ素子2bで接続され左右のダイポールアンテナを構成する。ここで高周波信号遮断用チョークコイル3cと3dを介して金属片1aと1bに接続される制御端子４に加える制御信号によりアンテナの有効長を変化させることが出来る。制御端子４に加える電圧がダイオードスイッチ素子2a、2bに対して逆方向バイアスの場合、ダイオードスイッチ素子2a、2bは動作せず、給電端子３から励振される金属片は1aと1bのみとなり、高い周波数で共振する。制御端子４からダイオードスイッチ素子2a、2bが動作する順方向バイアス電圧を加えると、ダイオードスイッチ素子2a、2bが導通し、左右の金属片の長さが長くなり、共振周波数が低くなる（例えば、特許文献２参照）。
特開2003-204215号公報（段落0002、図1） 特開2000-236209号公報（段落0019〜0023、図1）

従来の多周波アンテナは、携帯端末の外部に突出して配置されるモノポールアンテナを基本としていたため、携帯性が悪くデザイン性に欠ける課題があった。内蔵板状逆Fアンテナはその使用周波数帯により矩形状の放射導体板の短辺長及び長辺長が異なっているため、例えば図１０に示した従来技術と同様な手法により多周波共用アンテナとして構成することが現実的でなく、一般に一つの周波数帯で使用されていた。
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、複数の周波数帯を使用するシステムに適用可能な多周波共用のアンテナ装置を提供することを目的とするものである。

この発明では、給電点を備えた地板と、その給電点に一端が接続されその地板と平行に延長され且つ折り返された線状の放射素子と、その線状の放射素子の途中に挿入され電気的に断続することが出来る少なくとも一つのスイッチ素子とを備え、そのスイッチ素子が少なくとも一つ遮断されたとき、その線状の放射素子の給電点と反対側の少なくとも一部の長さを地板と電磁的に結合した半波長無給電素子として作用する長さに構成すると共に、線状の放射素子の少なくとも一部が給電点に接続された状態で、前述した半波長無給電素子の動作周波数と異なる1/4波長モノポールアンテナとして作用する長さである。

以上のようにこの発明の場合、線状の放射素子を折り返して形成することでアンテナ装置を小型化することが出来る。また、線状の放射素子の途中にスイッチ素子を配置することで線状の放射素子の長さを変え、複数の共振周波数に対応可能とすると共に、線状の放射素子の一部を無給電放射素子として利用している。そうすることで、少ない部品数でより多くの周波数に共振可能な小型な多周波共用アンテナ装置を構成することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
この第１の実施の形態は３周波共用にアンテナ装置を適用した例である。
図1は、この形態における多周波共用アンテナ装置の基本構成を示す概略図である。図1（a）はその斜視図である。地板1０は給電点１１を備える。給電点１１には線状放射素子１２の一端が接続され、放射素子１２は地板１０とほぼ平行に延長され、かつ折り返されている。図１（a）の２点鎖線は携帯端末の外形を想定した仮想線である。この例では地板１０は長方形とされ、その一角部に給電点１１が設けられ、放射素子１２は給電点１１より、地板１０の短辺と直角に地板１０を外れる方向にわずか長さd1だけ延長された後、ほぼ直角に地板１０の短辺とほぼ平行に対向するように折り曲げ延長され、地板１０の反対端の近くで小さな間隔d2を保ち地板１０にほぼ平行な面内でほぼ直角に折り返され、地板１０の短辺長程度延ばされる。放射素子１２の途中に、放射素子１２を断続するスイッチ素子１３が少なくとも１つ挿入される。この例では放射素子１２の中点よりも給電点１１側において、１個のスイッチ素子１３が挿入されている。スイッチ素子１３が遮断された状態で、スイッチ素子１３から給電点１１と反対側の少なくとも一部の放射素子１２の長さ、この例では放射素子１２の素片bは、地板１０と電磁結合して半波長無給電放射素子として作用する長さである。また、放射素子１２の給電点１１に接続された部分の少なくとも一部分は、この例では放射素子１２の素片aは、前記無給電放射素子として作用する周波数帯と異なる周波数帯で1/4波長モノポール給電放射素子として作用する長さである。

以下、この実施の形態の構成を更に具体的に説明する。
図1（b）は地板１０が長方形であり、その長辺方向から見た側面図である。給電点１１から地板１０の短辺方向に対して直角で且つ地板１０に水平に放射素子１２の素片aが地板１０の端からd1の位置まで引き回された後、放射素子１２の素片aは地板１０の短辺と凡そ平行に折り曲げられ、一つの使用周波数fcの波長λcの４分の１、つまりλc/4の長さまで配置される。放射素子１２の素片aの他端にはスイッチ素子１３が接続される。スイッチ素子１３を介して放射素子１２の素片bが接続され、放射素子１２の素片aの延長線上に、地板１０の反対端の近くまで地板１０の短辺と凡そ平行に配置される。その後、放射素子１２の素片bは、地板１０の反対端の近くで地板１０の短辺方向に対して直角で且つ地板１０に水平に折り曲げられd2の長さ配置される。その後、放射素子１２の素片bは、地板１０の短辺に平行に給電点１１の方向に折り返され、放射素子１２の素片aと素片bとを合わせた長さが、他の使用周波数faの波長λaの1/4λaの長さになるまで配置される。ここで放射素子１２の素片aと地板１０との距離d1と、地板１０と平行な関係で更にd2の長さ離れて配置された放射素子１２の素片bとを合わせた地板１０からの距離D、つまり放射素子１２の地板１０に対して最も離れている部分と地板１０との間隔Dを0.04λaとしている。このDを変えた場合の効果については後述する。放射素子１２は金属線の折り曲げによりそれ自体でその形状を形作るようにしたものである。また、スイッチ素子１３としては、例えばGaAsダイオードが用いられ、例えば図１１に示し説明したのと同様にしてスイッチ素子１３を導通（オン）、非導通（オフ）制御される。

動作を説明する。スイッチ素子１３が導通状態の時、放射素子１２は素片aと素片bを合わせた長さをアンテナ有効長とする1/4波長モノポールアンテナとして動作する。放射素子１２の素片aと素片bとを合わせた長さをアンテナ有効長とする周波数は、使用周波数中の最も低い周波数faとなるように、放射素子１２の全長が選定されている。スイッチ素子１３が非導通状態の時は、この実施例では２つの周波数に共振するように構成している。その内の一つは、放射素子１２の素片aの単独の長さを1/4波長モノポールアンテナとして利用する場合である。この場合、その共振周波数は使用する周波数の中で最も高い周波数fcになる。もう一つは、周波数faとfcの間の周波数fbに共振する場合である。周波数fbに対しては、λb/4波長以下の有効長しか持たない放射素子１２の素片aに周波数fbの高周波信号を給電する。この給電により放射素子１２の素片aが励振され、この励振に基づいて地板１０に、その短辺方向とほぼ平行に周波数fbの高周波電流が流れ、その電流が長さがλb/2波長の放射素子１２の素片bに電磁的に効率的に結合し、放射素子１２の素片bが周波数fbに対する半波長無給電素子として動作する。以上のように図1に示すこの発明の第１の実施の形態では、１つのスイッチ素子と２つの素片からなる放射素子によって３つの周波数fa、fb、fcに共振することが可能な多周波共用アンテナ装置となる。

［第２の実施の形態］
この第２の実施の形態は４周波アンテナ装置にこの発明を適用し、更に放射素子の折り返しを地板とほぼ垂直な面内で行う例である。
図２は、この形態における多周波共用アンテナ装置の基本構成を示す概略図である。図２（a）はその斜視図である。図２（b）は地板１０の長辺方向から見た側面図である。
この形態は第一の実施の形態の変形例であり、スイッチ素子と放射素子が増えた構成になっている。放射素子の引き回し方に相違点があるので、その部分についてのみ説明する。

以下の説明においては、説明の便宜上、放射素子を給電点に近い方から第１、第２と番号順に呼ぶことにする。
給電点１１に一端が接続された第１の放射素子２１は、地板１０に垂直にh1の高さまで立ち上がった後、地板１０からの高さh1を維持したまま地板１０の短辺に対して直角方向に地板１０の端から最も低い使用周波数faの波長λaの0.03λaの位置dまで配置される。その後、第１の放射素子２１は高さh1を維持したまま地板１０の短辺方向に短辺と平行に給電点１１から最も高い使用周波数である周波数fdの1/4波長の長さであるλd/4の長さまで形成される。第１の放射素子２１の他端には第一のスイッチ素子２２が接続される。更に第一のスイッチ素子２２を介して第１の放射素子２１の延長線方向に給電点１１から第１の放射素子２１と合わせた長さが、２番目に低い使用周波数である周波数fbの1/4波長であるλb/4の長さまで第２の放射素子２３が配置される。更に第２の放射素子２３の他端には第二のスイッチ素子２４が接続される。第二のスイッチ素子２４を介して第３の放射素子２５が第二のスイッチ素子２４を介した直後から地板１０の板面に対して垂直方向にｈ２の長さ配置された後、第２の放射素子２１と垂直方向で重なる位置で給電点１１の方向に折り返され、λa/4の長さになるように配置される。
従って、この例では第二のスイッチ素子２４が給電点１１からλb/4及びλa/8の位置にあり、この位置で直角に折り曲げ折り返されている。第１、第２、第３の放射素子の長さは前述したような条件とされると共に、第２の放射素子２３と第３の放射素子２５とを合わせた長さが、二番目に高い周波数fcの波長λcの２分の１、つまりλc/2とほぼ一致するようにされている。

動作を説明する。第一のスイッチ素子２２と第二のスイッチ素子２４が導通状態の時、第１の放射素子２１と第２の放射素子２３と第３の放射素子２５とを合わせた長さを1/4波長モノポールアンテナとして動作する。つまり第１、第２、第３の放射素子を合わせた長さをアンテナ有効長とする周波数は、最も低い使用周波数faに対するアンテナとして動作する。第一のスイッチ素子２２が導通状態で第二のスイッチ素子２４が非導通状態の時は、第１の放射素子２１と第２の放射素子２３とを合わせた長さをアンテナ有効長とする1/4波長モノポールアンテナとして動作する。つまり第１と第２の放射素子を合わせた長さをアンテナ有効長とする周波数は、二番目に低い使用周波数fbに対するアンテナ装置として動作する。第一のスイッチ素子２２と第二のスイッチ素子２４が両方共に非導通状態の時は、第１の放射素子２１の単独の長さを1/4波長モノポールアンテナとして動作し、つまり第１の放射素子２１の単独の長さをアンテナ有効長とする周波数は、最も高い使用周波数fdとなる。また、もう一つは２番目に高い周波数fcで動作させる場合である。給電点１１に周波数fcの高周波信号を給電すると、第１の放射素子２１が励振され、この励振に基づいて地板１０に、その短辺方向とほぼ平行に周波数fcの高周波電流が流れ、その電流が長さがλc/2波長の第２の放射素子２３と第３の放射素子２５の部分と電磁的に効率的に結合し、第２放射素子２３と第３の放射素子２５の部分が周波数fcに対する半波長無給電素子として作用する。以上のように図２に示すこの発明の第二の実施の形態は、２つのスイッチ素子と３つの放射素子によって４つの周波数fa、fb、fc、fdに共振することが可能な多周波共用アンテナ装置となる。

この４周波共用アンテナ装置の周波数特性は例えば図９に示すようになり、４周波数帯fa、fb、fc、fdの各周波数帯に対しお互いに干渉することなく切り替えて使用することができる。ここでfa＝800MHz、fb＝1.8GHz、fc＝2.0GHz、fd＝2.4GHzである。
以上説明したように、この発明において、線状の放射素子の地板に対する配置の仕方、姿勢に関わらず放射素子の地板に対する距離は、放射素子中の半波長無給電素子として作用させて使用する状態で十分な利得が得られる程度に放射素子と地板とが電磁的に結合できれば良い。

また、放射素子を地板から平面的にずらし、地板の板面と対向しない状態を例として説明した。これは、最近の携帯端末は小型化が進み、地板上に隙間なく各種の素子が配置されることから、これらからの放射ノイズのアンテナへの影響を受け難くするためである。例えばIC等が実装されていない地板板面と対向に放射素子を配置しても何ら問題が無い。また、その折り返しにより形成される放射素子の面が、地板と平行でも垂直でも良い。いずれの場合もスイッチ素子で遮断された線状放射素子の一部分が半波長無給電放射素子として作用する。
また、線状放射素子の断面形状は円形、菱形、短辺が長辺に対して特に短い長方形などでもよく、いずれの場合も線状であるため比帯域が比較的広いものが得られる。

従来の板状逆Fアンテナでは、一般に単一周波数に対してしか使用できず、しかも、例えばfa＝800MHzで比帯域が４％、fb＝1.8GHzで比帯域が１２％、fc＝2.0GHzで比帯域１３％であり、特に低い周波数帯での帯域幅が狭かった。この発明の第１の実施の形態によれば、例えば地板の短辺長を0.12λa、長辺長を0.24λa、折り返された状態での放射素子１２がなす形状における長さ方向の寸法を0.12λaとした場合、fa＝800MHzで比帯域が２０％、fb＝1.8GHzで比帯域が１１％、fc＝2.0GHzで比帯域１１％になった。これと同一寸法で、放射素子１２の折り返し面を第２の実施の形態と同様に地板の板面と垂直な状態とした場合は、fa＝800MHzで比帯域が２４％、fb＝1.8GHzで比帯域が１１％、fc＝2.0GHzで比帯域１２％になった。これらから、この発明によれば、一つのアンテナ装置で多周波帯を共用でき、各周波数帯で比較的広い帯域幅が得られ、特に低い周波数帯、前記例では800MHz帯では、従来の板状逆Fアンテナより著しく広い帯域幅が得られる。

＜モノポール長と半波長無給電ダイポール上の電流との関係＞
この発明の特徴は、スイッチ素子で給電点から遮断された線状の放電素子を半波長無給電素子として利用している点にある。半波長無給電素子として利用する際のポイントは放射素子１２の一部を半波長無給電素子として作用させる場合の給電点に接続された放射素子１２の長さ（モノポール長）にある。この放射素子の長さと地板電流との関係を図３に示しその動作を説明する。

図３は横軸を周波数fcの波長λcに対する第１の放射素子の長さLの割合（L/λc）とし、縦軸を地板上に流れる電流Igと、無給電素子上に流れる電流Idとし、L/λcを変化させた時のIgとIdの変化の傾向を模式的に表した図である。それぞれの電流の変化の傾向は正しいが絶対値の関係は正確に表現していない。fcは無給電素子を利用する使用周波数である。第１の放射素子の長さを0.2λc付近に設定すると地板上に流れる電流Igが最大になり、その地板電流Igによって発生する電磁エネルギーが地板近傍に配置された半波長無給電素子に誘導され、半波長無給電素子上に流れるアンテナ電流Idを最大にすることが出来る。

周波数faを800MHｚ、周波数fbを1.8GHｚ、周波数fcを2.0GHｚ、周波数fdを2.4GHｚと仮に仮定すると、第１の放射素子の長さは約3.1cmとなり、周波数fcの波長λcに対する割合は0.2となり、図３と同じ関係になる。尚、この0.2λcの関係は、正確に0.2である必要は無い。0.2λc付近の長さが好ましく0.2±0.1の範囲内であれば同様の効果が期待でき、周波数fcの高周波信号に対し、第１の放射素子は少なくともいわゆる微小モノポールアンテナとして作用する長さが必要である。

また、上記した周波数を仮に仮定すると周波数faの波長λaのλa/8、周波数fbの波長λbのλb/4の長さが約４cm程度になることから、地板の幅（短辺）及び放射素子の折り返しの幅を同じ約４cm程度に合わせると、例えばこのアンテナ装置を携帯端末に内蔵させる場合は、携帯端末のサイズを取り扱い易い適当な大きさにできると共に地板と無給電放射素子との電磁的な結合がより強くでき好都合である。

＜地板からの、その板面と平行な方向の距離Dの効果について＞
次に地板の短辺からの地板と平行な方向の距離Dを変えた場合の効果について説明する。
その効果の確認方法を図４を参照して説明する。地板１０と給電点（正面図の為、第１の放射素子４１に隠れているため図示せず。）に接続された第１の放射素子４１とスイッチ素子４２と第２の放射素子４３を正面から見た図である。つまりこのアンテナ装置は第１の実施の形態と対応している。この図４における地板短辺と直角な部分の長さXの値を可変し、その他の寸法は全て固定とし、形状も固定とした。その状態でスイッチ素子４２を非導通状態として第２の放射素子４３を半波長無給電素子として動作させ、その共振周波数の変化を測定した結果を図５に示す。図５の横軸は第２の放射素子４３の地板１０の短辺と平行に配置される部分と地板１０の短辺との距離D、すなわち、地板１０の短辺の端から最も遠い第２の放射素子４３との間の長さDを周波数faの波長λaの波長換算値で表し、縦軸は共振周波数を表す。図５に示すようにDを0.02λaから0.08λaまで変化させることにより、共振周波数を２０％程度変化させることが出来る。

この時、図示はしないがアンテナの反射特性に顕著な差は出なかった。Dが0.02λa以下及び0.08λa以上では第２の放射素子４３を半波長無給電素子として動作させることが出来なかった。0.08λa以上で動作しないのは第２の放射素子４３と地板１０との距離が大きくなり、第２の放射素子４３と第１の放射素子４１及び地板１０との電磁的な結合が失われるからである。また、この実験では0.02λa以下で動作しないのは第１の放射素子４１の有効長が短くなりすぎ、微少モノポールアンテナとしての機能が失われることによる。この実験では、第１の放射素子４１の有効長を短く変化させて行ったためにこのような結果になったが、第１の放射素子４１の有効長を変えることなく、例えば、地板１０の長辺に沿って給電点を対向する短辺方向に移動するのであれば、すなわちDをマイナスにしても第２の放射素子４３を半波長無給電素子として動作させることができる。第１の放射素子４１を地板１０上にパターニング形成しても同じである。もちろんこの場合は、放射素子と地板のグランド電極とは絶縁されていなければならない。すなわち地板１０の短辺の端から最も遠い第２の放射素子４３との間の長さDが、0.08λa以下であることが必要である。

＜地板からの垂直方向の距離h2の効果について＞
次に地板からの垂直方向の距離h2を変えた場合の効果について説明する。
効果の確認方法を図２を用いて説明する。図２に示した形状の線状の放射素子の給電点の地板１０に対する高さh1をゼロから増加させることで図２（b）に示すh2（第３の放射素子２５のスイッチ素子２４と反対側の端と地板１０との間隔）を可変し、第一のスイッチ素子２２が非導通状態の第２の放射素子２３と第３の放射素子２５が半波長無給電素子として動作する共振周波数の変化を測定した。このとき、第二のスイッチ素子２４は導通状態。その結果を図６に示す。図６の横軸はh２の変化量を周波数faの波長λaの波長換算で表した値であり、縦軸は共振周波数である。図６に示すようにh2を0.01λaから0.09λaまで変化させることにより共振周波数を２０％程度変化させることが出来る。

この時、図示はしないがアンテナの反射特性に顕著な差は出なかった。先に説明した図５に対し図６の結果から地板と平行な方向の距離Dよりも垂直方向のh2のバラツキが許容できることが分かる。h2を0.09λa以上では第２の放射素子２３と第３の放射素子２５とを半波長無給電素子として動作させることが出来なかった。これは、第３の放射素子２５が地板１０から離れすぎることで第２の放射素子２３と第３の放射素子２５による無給電放射素子と地板１０との電磁的な結合が失われるからである。h2の下限を0.01λaにしたのは実験の都合からである。h2の下限はゼロ、すなわち地板１０に第１の放射素子２１及び第２の放射素子２３が密着していても第２の放射素子２３と第３の放射素子２５とを半波長無給電素子として動作させることができる。

このように本発明では、スイッチ素子で遮断された線状の放電素子を半波長無給電素子として作用させることができる。そのための条件は、放射素子中の半波長無給電放射素子として動作する部分の地板より最も離れた部分が地板の板面と平行な方向では0.08λaの範囲、地板平面と垂直方向には0.09λaの範囲に配置すれば良く、その自由度が大きい。ここでλaで規定しているのは、周波数faが使用する複数の周波数の中では最も低い周波数であり、その前記自由度の範囲が最大に設定出来る事からであるのは言うまでも無い。

この発明による多周波共用アンテナ装置は、最新の移動通信システムの規格である３GPP規格に準拠した移動機に使用することができる。複数の周波数帯を使用する３GPP規格方式による通信では、異なる基地局のサービス領域を跨ぐ際に行うハンドオーバーは、コンプレストモードと呼ばれる間欠通信を行うモードにより行われる。この発明の多周波共用アンテナ装置を用いれば、このコンプレストモードにおける送信停止期間を利用して使用アンテナの周波数を切り替えることが可能である。

図７に本発明をコンプレストモードにおけるアンテナの共振周波数の切替に応用した場合の概念図を示す。図７は図２で説明したこの発明の第２の実施の形態を示す図を回路接続的に表現した図であり、図示しないベースバンドＩＣ内に構成される周波数切替手段７７以外の同一の構成については、図２と同一の番号で示してある。図７に示す構成要素は、携帯端末のケース内に収容されている。

第一のスイッチ素子２２と第二のスイッチ素子２４はGaAsの高周波用スイッチであって、周波数切替手段からのディジタル信号で簡単に導通、非導通の制御をすることが可能である。スイッチ動作については、先に背景技術の説明で図１１を用いて説明したものと基本的に同じであり説明を省略する。
例えば、スイッチ素子２２、２４が共に導通状態でfa＝800MHz帯アンテナとして、スイッチ素子２２が導通、スイッチ素子２４が非導通でfb＝1.8GHz帯アンテナとして、スイッチ素子２２が非導通、スイッチ素子２４が導通状態でfc＝2.0GHzアンテナとして、スイッチ素子２２、２４が共に非導通でfd＝2.4GHz帯アンテナとしてそれぞれ動作させることができる。

この発明による多周波共用アンテナ装置のアンテナを形成する放射素子の全長は、その周波数にもよるが、最も低い周波数帯を800MHｚと仮定すると約９cm程度の長さになる。その長さの放射素子を携帯端末内に配置する場合、放射素子そのものに剛性を持たせることでそれ自体の形状を保持させることも可能であるが、スイッチ素子を配置する部分を構造上の支柱として構成することで容易に強度を確保することが可能になる。その例を図８に示す。第１の放射素子８１の一端は、これと一体に折り曲げて形成された第１の放射素子の支柱８２によって基板８３上に固定されたスイッチ素子８４の一方の端子に接続固定される。スイッチ素子８４の他方の端子には第２の放射素子８６の一端にこれと一体に折り曲げ形成された第２の放射素子の支柱８５が接続固定される。このように構成することでスイッチ素子による放射素子の接続、切断を行なうのと同時に放射素子の強度を確保することが可能になる。尚、図８に示すような第１の放電素子８１と第２の放電素子８５との間隔は、１から２ｍｍ程度で実現が可能なため、アンテナの共振周波数に対する影響も無視することができる。

説明の中で放射素子の材質について触れなかったが、その材質は電気ニッケルメッキを施した真鍮板を板金加工したものでも良いし、銅線でも良く、ステンレス板を板金加工したものでも良い、又誘電体と組み合わせたものでも良い。
また、スイッチ素子の数も１個若しくは２個の実施の形態で説明を行ったが、その数はそれに限定されるものではない。

また、半波長無給電素子として動作させる部分を第一のスイッチ素子よりもアンテナ終端に向けた部分で説明したが、給電点に接続された第１の放射素子と地板を励振源とすれば、それによって励振される半波長無給電素子は線状の放射素子の任意の部分、例えばスイッチ素子とスイッチ素子との間の部分でも良い。

放射素子の折り返しにより互いに接近している部分の間隔は、先に述べたD、h2に対する条件を満たす範囲内で適当な値として良い。折り返しにより互いに接近している部分の長さは、その長さを小さくする点からほぼ同一とすることが好ましいが、必ずしも同一とする必要はない。給電点と折り返し点を地板の短辺の両端に近い位置としたが、いずれも地板の短辺方向における中間部と対応した位置でも良い。ただし、いずれの場合も放射素子の全体が前記D、h2の条件を満たす範囲であることが望ましい。この範囲において、地板の大きさを大きくしても良い。しかし、小型化の点からは給電点と折り返し点間の長さは地板の短辺の長さとほぼ等しく、給電点、折り返し点は地板の短辺の両端とほぼ対応して位置させるとよい。尚、折り返しの角度も９０度と９０度とによる場合に限らない。

この発明の産業上の利用分野としては、例えば、複数の周波数帯を利用する移動通信システムに対応した携帯端末用のアンテナ装置がある。折り返して形成した線状放射素子の途中に配置されたスイッチ素子のオン、オフを制御することで容易に使用周波数帯を切り替えることができ、移動通信システムの携帯端末以外の用途にも適用できる。

第１の実施の形態における多周波共用アンテナ装置を示す概略図。 第２の実施の形態における多周波共用アンテナ装置を示す概略図。 第１の放射素子の長さと地板電流との関係を示す図。 アンテナと地板間の水平距離Dを変える実験方法を説明する図。 地板との水平距離Dに対する無給電素子の共振周波数の変化を示す図。 地板との垂直距離h2に対する無給電素子の共振周波数の変化を示す図。 コンプレストモードにおける共振周波数の切替に応用した場合を示す図。 スイッチ素子を配置する部分を構造上の支柱として構成した一例を示す図。 ４周波帯用アンテナ装置の周波数特性を示す図。 従来の板状逆Fアンテナを示す図。 複数の周波数帯に対応した従来技術を示す図。

符号の説明

１０・・・地板
１１・・・給電点
１２・・・放射素子
１３・・・スイッチ素子

Claims (10)

1. 給電点を備えた地板と、
   上記給電点に一端が接続され上記地板と平行に延長され且つ折り返された線状放射素子と、
   上記線状放射素子の途中に挿入され電気的に断続することが出来る少なくとも一つのスイッチ素子とを備え、
   上記スイッチ素子が少なくとも一つ遮断され、上記線状放射素子の上記給電点と反対側の部分の少なくとも一部が上記地板と電磁的に結合した半波長無給電素子として作用する長さであり、
   上記線状放射素子の少なくとも一部が上記給電点に接続された状態で、
   上記半波長無給電素子の動作周波数帯と異なる周波数帯で1/4波長モノポールアンテナとして作用する長さである事を特徴とした多周波共用アンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置において、
   上記折り返された線状放射素子の折り返し部の両側の部分が位置する平面（以下折り返し面という）は上記地板と平行であることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
3. 請求項１記載のアンテナ装置において、
   上記線状放射素子の折り返し面は上記地板と垂直な面と平行であることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置において、
   使用周波数帯中の最も低い周波数帯における波長をλａとすると、上記線状放射素子の上記地板から最も離れている部分と地板平面との垂直方向の距離が、０．０９λａ以下であることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
5. 請求項２記載のアンテナ装置において、
   少なくとも、上記線状放射素子の折り返された部分の上記スイッチ素子に対し上記給電点と反対側の端部は上記地板の板面と対向しない位置にあり、
   使用周波数帯中の最も低い周波数帯における波長をλａとすると、上記線状放射素子の上記地板から最も離れている部分と地板との距離が０．０８λａ以下であることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置において、
   上記線状放射素子は、その給電点接続部分を除いて、上記地板の板面と対向しない位置にあることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置において、
   上記スイッチ素子の少なくとも１つが接続状態で上記線状放射素子の上記給電点に接続されている部分が、使用周波数ｆａに対し、1/4波長モノポールアンテナとして作用する長さであり、
   上記スイッチ素子の少なくとも１つ（このスイッチ素子を第１スイッチ素子という）が遮断状態で、上記線状放射素子の上記遮断状態の第１スイッチ素子から上記給電点までの部分は、上記周波数ｆａよりも高い使用周波数ｆcで上記半波長無給電素子として作用する部分に対し、上記給電点から上記第１スイッチ素子までの部分及び上記地板よりなる励振源として作用する長さであり、
   上記線状放射素子の上記スイッチ素子の１つが遮断状態でその遮断状態のスイッチ素子から上記給電点までの部分は、周波数ｆｃより高い使用周波数ｆｄに対し、1/4波長モノポールアンテナとして作用する長さであることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
8. 請求項７記載のアンテナ装置において、
   上記第１スイッチ素子が接続状態であり、かつ上記第１スイッチ素子の上記給電点と反対側に離れた第２スイッチ素子が遮断状態で、線状放射素子の第２スイッチ素子から上記給電素子までの部分が、周波数ｆａより高く、周波数ｆｃより低い使用周波数ｆbに対し、1/4波長モノポールアンテナとして作用する長さであり、
   上記周波数ｆａに対し、1/4波長モノポールアンテナとしての作用は、上記第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子が共に接続状態で得られ、
   上記半波長無給電素子としての作用は上記第１スイッチ素子が遮断状態かつ第２スイッチ素子の接続状態で得られ、
   上記周波数ｆｄに対し1/4波長モノポールアンテナとしての作用は第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子が共に遮断状態で得られることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置において、
   上記地板は長方形であり、
   地板の短辺方向における一端部に上記給電点が位置され、上記折り返しの部分はその短辺方向の他端部と対応して位置していることを特徴とする多周波共用アンテナ装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のアンテナ装置において、
    上記スイッチ素子の挿入は、上記線状放射素子が切断され、その切断の両側にスイッチ素子の両端が接続されており、上記切断された線状放射素子とスイッチ素子との少なくとも１つの接続端部が線状放射素子を支える支柱部分として構成されていることをとを特徴とする多周波共用アンテナ装置。

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