JP4370606B2 - 携帯通信端末用のアンテナ - Google Patents

Description

この発明は、携帯電話、簡易携帯電話（いわゆるＰＨＳ携帯電話をいう、以下同じ）、ポケットベル、携帯用情報処理端末等の携帯通信端末に好適に使用することができる携帯通信端末用のアンテナに関する。

携帯通信端末に使用するアンテナは、携帯通信端末を構成するケースに伸縮自在に組み込むロッドアンテナが主流である。また、ケースの外部に短く突出するヘリカルアンテナも知られている。

かかる従来技術によるときは、ロッドアンテナは、使用の都度、ケースから長く引き出す必要があるから、操作が面倒である上、僅かの外力によって簡単に破損したり、使用時において目を突いたりする危険があるという問題があった。また、ヘリカルアンテナは、空心コイルからなるアンテナエレメントから構成されているから、使用姿勢や、基地局の方向等により通信感度が変化し易く、通信状態を良好に保つことが難しい上、通信距離が大きくないという問題が避けられなかった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、主エレメント、副エレメントを組み合わせることによって、外形寸法を最小に抑え、通信感度、通信距離を向上させて通信状態を良好に保つことができる携帯通信端末用のアンテナを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの出願の第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、電気的に接続せず、互いに別体の基板を介してコイルを形成する主エレメント、副エレメントを組み合わせてなり、主エレメント、副エレメントは、それぞれの基板が、互いに直交する２平面に含まれるように配置するとともに、それぞれのコイルを使用周波数に共振させ、主エレメントは、地板と組み合わせてモノポ−ルアンテナとして作動させ、主エレメント、副エレメントは、それぞれ密着して重層する３枚の基板上にコイルを基部側、先端側に分割して形成し、基部側は、中間の基板上に形成し、先端側は、上下の基板上においてそれぞれ基部側の延長方向に重複して形成することをその要旨とする。

第２発明（請求項２に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、電気的に接続せず、互いに別体の基板を介してコイルを形成する主エレメント、副エレメントを組み合わせてなり、主エレメント、副エレメントは、それぞれの基板が、互いに直交する２平面に含まれるように配置するとともに、それぞれのコイルを使用周波数に共振させ、主エレメントは、地板と組み合わせてモノポ−ルアンテナとして作動させ、主エレメント、副エレメントは、それぞれ１枚の基板上において、長さが同一の２組のコイルを互いに直角方向に異なる位置に形成し、各コイルの一端を共通の端子部に引き出すことをその要旨とする。

なお、第１発明、第２発明において、主エレメント、副エレメントは、それぞれのコイルの中心軸が互いに直交するように配置してもよい。

かかる第１発明、第２発明の構成によるときは、主エレメント、副エレメントは、互いに別体の基板を介して所定ピッチのコイルが形成されており、所定の使用周波数にそれぞれのコイルを共振させることができる。ただし、主エレメントは、電気的に十分大きな地板と組み合わせ、モノポールアンテナとして使用するものとし、副エレメントは、主エレメントと電気的に接続しないものとする。また、主エレメント、副エレメントのコイルは、使用周波数の波長λに対し、それぞれ電気的にλ／４の奇数倍相当の長さに形成するものとする。

それぞれの中心軸が互いに直交する２平面に含まれるように主エレメント、副エレメントを配置するときは、副エレメントのコイルは、主エレメントのコイルが水平偏波に共振するとき、垂直偏波に共振し、主エレメントのコイルが垂直偏波に共振するとき、水平偏波に共振することができ、全体として、水平偏波、垂直偏波の双方の電波を良好に送受信することができる偏波合成アレー形のアンテナを構成することができる。

それぞれの基板が互いに直交する２平面に含まれるように主エレメント、副エレメントを配置するときは、主エレメント、副エレメントは、指向特性が３次元的にブロードとなり、良好な無指向性を容易に実現することができる。

それぞれの基板が同一平面に含まれるように主エレメント、副エレメントを配置するときは、指向特性における平均ゲインが大きくなり、全体として高い通信感度を実現することができる。

すなわち、第１発明、第２発明によれば、主エレメント、副エレメントは、それぞれのコイルが所定の使用周波数に共振し、全体としての指向特性を改善することができるから、通信感度、通信距離を向上させることができ、通信状態を良好に保つことができる上、それぞれの外形寸法を最小にし、携帯通信端末のケースに対して体裁よく付設することができる。また、副エレメントは、主エレメントと電気的に接続されていないから、主エレメントのＶＳＷＲ特性に与える影響が小さく、全体調整が容易である。

全体構成斜視説明図 コイルの要部説明図 使用状態説明図 動作特性線図（１） 動作特性線図（２） 動作特性線図（３） 動作特性説明図 他の実施の形態を示す図１相当図（１） 他の実施の形態を示す図１相当図（２） 他の実施の形態を示す構成説明図（１） 他の実施の形態を示す構成説明図（２）

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

携帯通信端末用のアンテナは、主エレメント１０と、主エレメント１０の近傍に配置する副エレメント２０とを組み合わせてなる（図１、図２）。

主エレメント１０は、厚さｔ1 の縦長の基板１１に対し、基板１１の表裏面に形成する導体１２ａ、１２ａ…、１２ｂ、１２ｂ…と、スルホール１２ｃ、１２ｃ…とを介し、所定ピッチｄ1aのコイル１２が形成されている。基板１１は、セラミックス系、フッ素樹脂系またはエポキシ樹脂系等の高周波特性の良好な両面プリント基板であり、基板１１の一端には、スルホール１１ａ1 を有するケーブル接続用の端子部１１ａが両面に形成されている。

導体１２ａ、１２ａ…は、基板１１の表面において、ピッチｄ1aごとに平行に配列されており、導体１２ｂ、１２ｂ…は、それぞれ両端のスルホール１２ｃ、１２ｃを介し、各導体１２ａの一端を他端に順に連結している。したがって、導体１２ａ、１２ａ…、１２ｂ、１２ｂ…は、基板１１を介し、全体として長さｄ1b、幅ｄ1cのコイル１２を形成している。ただし、コイル１２の基端側の最初の導体１２ａは、連結線１２ｄを介して端子部１１ａに連結されている。

副エレメント２０は、厚さｔ2 の縦長の基板２１に対し、スルホール２２ｃ、２２ｃ…を介して基板２１の表裏面に所定ピッチｄ2aごとに形成する導体２２ａ、２２ａ…、２２ｂ、２２ｂ…を連結してコイル２２が形成されている。ただし、コイル２２は、ピッチｄ2a＝ｄ1a、長さｄ2b＝ｄ1b、幅ｄ2c＝ｄ1cとし、巻数がコイル１２と同一であり、しかも基板２１の厚さｔ2 ＝ｔ1 としてコイル１２と同一形状に形成されている。

主エレメント１０、副エレメント２０は、たとえば携帯電話のケースＢに付設されている（図１、図３）。ただし、主エレメント１０は、縦長の先細ドーム状のカバー材１３を介して保護されている。カバー材１３は、端子部１１ａをケースＢ内に露出させて所定形状に一体成形されている。主エレメント１０は、基板１１をケースＢの前面と平行にして、ケースＢの先端に突出して固定されており、副エレメント２０は、基板２１をケースＢの先端面と平行にして、ケースＢの先端部に組み込まれている。すなわち、副エレメント２０は、主エレメント１０の近傍に配置し、主エレメント１０、副エレメント２０のコイル１２、２２は、それぞれの中心軸Ｃ1 、Ｃ2 が、互いに直交する２平面に含まれるようにして配置されている。さらに、主エレメント１０、副エレメント２０の基板１１、２１は、互いに直交する２平面に含まれるように配置されている。

ケースＢには、受話器Ｂ1 や表示器Ｂ2 、数字キーＢ3 、Ｂ3 …を含む各種の操作キー、送話器Ｂ4 などが組み込まれている。なお、主エレメント１０は、端子部１１ａに接続する図示しない同軸ケーブルの芯線を介してケースＢ内の図示しない通信部に接続されており、同軸ケーブルのシールド外被は、ケースＢ内の図示しない地板に接続されている。

図１のアンテナは、厚さｔ1 ＝ｔ2 ＝０．５mmのエポキシ樹脂系の基板１１、２１に対し、ピッチｄ1a＝ｄ2a＝０．５mm、長さｄ1b＝ｄ2b＝２２mm、幅ｄ1c＝ｄ2c＝３．１mmのコイル１２、２２を形成し、地板とともにモノポールアンテナとして作動させるとき、水平偏波、垂直偏波からなる受信電波Ｓh 、Ｓv に対し、図４〜６の各実線に示すような水平指向特性、垂直指向特性が得られた。ただし、これらの図において、一点鎖線は、主エレメント１０のみの場合の比較対照特性であり、付属の略図は、受信電波Ｓh 、Ｓv が到来する０°方向を図示している。また、半径方向は、受信感度dB（dBd ）である。すなわち、主エレメント１０は、受信電波Ｓh 、Ｓv に対し、副エレメント２０が共振してディレクタエレメント、またはリフレクタエレメントとして作動することにより、主エレメント１０のみの場合に対し、受信感度dBが向上するとともに、指向特性がブロードに改善され、良好な動作特性を実現することができる。

また、図１のアンテナは、主エレメント１０のみの場合に対し、発振源Ｐからの通信波Ｓの受信限界位置が距離Ｌ、高さＨだけ拡大した（図７）。ただし、図７（Ａ）は、平地において途中に障害物がないとき、主エレメント１０のみの場合に対して距離Ｌ＝１５．５ｍだけ受信限界位置が拡大し、同図（Ｂ）は、斜面Ｆを障害物とするとき、主エレメント１０のみの場合に対して距離Ｌ＝４ｍ、高さＨ＝０．５ｍだけ受信限界位置が拡大したことを示している。

他の実施の形態

主エレメント１０は、基板１１をケースＢの厚さ方向に配置してもよい（図８（Ａ）、（Ｂ））。また、副エレメント２０は、基板２１をケースＢの前面と平行に配置してもよい（同図（Ｂ）、（Ｃ））。すなわち、主エレメント１０、副エレメント２０は、それぞれの基板１１、２１が、互いに直交する２平面に含まれるように配置してもよく（図８（Ａ）、（Ｂ））、同一平面に含まれるように配置してもよい（同図（Ｃ））。ただし、図８（Ｃ）において、副エレメント２０は、主エレメント１０に対し、ケースＢの厚さ方向にオフセットさせてもよい。

以上の説明において、副エレメント２０は、適当なカバー材を介して全面を保護し、ケースＢの先端面に外側から付設してもよい。また、副エレメント２０は、カバー材２３によって全面を保護し（図９）、カバー材２３に形成する装着口２３ａを介し、主エレメント１０用のカバー材１３に対して着脱自在に連結してもよい。

なお、主エレメント１０、副エレメント２０は、それぞれ重層する複数の基板１１、１１…、２１、２１…上にコイル１２、２２を分割して形成することができる（図１０）。ただし、図１０には、主エレメント１０のみが図示されている。

コイル１２は、全体の１／２に相当する基部側１２ｅが中間の基板１１上に形成され（図１０（Ａ）、（Ｂ））、他の１／２に相当する先端側１２ｆが上下の基板１１、１１に重複して形成されており、基部側１２ｅ、先端側１２ｆ、１２ｆは、基板１１、１１…を貫く連結線１２ｇを介して連結されている。なお、基板１１、１１…は、密着して重層することにより、一体に仕上げることができる（同図（Ｃ））。各基板１１の一端には、スルホール１１ａ1 付きの端子部１１ａが一体に形成されている。連結線１２ｄを介してコイル１２の一端に連結する端子部１１ａ、１１ａ…には、同軸ケーブル１５の芯線１５ａが共通に接続され、同軸ケーブル１５のシールド外被１５ｂは、地板１４に接続されている。

主エレメント１０は、基板１１上において、長さが異なる複数組のコイル１２、１２を同方向に同一位置に形成してもよく（図１１（Ａ））、長さが異なる複数組のコイル１２、１２…を同方向に異なる位置に形成してもよく（同図（Ｂ））、長さが同一の複数組のコイル１２、１２を互いに直角方向に異なる位置に形成してもよい（同図（Ｃ））。なお、図１１（Ａ）〜（Ｃ）において、各コイル１２は、それぞれ連結線１２ｄを介して端子部１１ａに引き出されている。また、副エレメント２０についても、全く同様に構成することができる。

Ｃ1 、Ｃ2 …中心軸
１０…主エレメント
２０…副エレメント
１１、２１…基板
１２、２２…コイル

特許出願人 株式会社 エフ・イー・シー
杉 村 詩 朗
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (3)

1. 電気的に接続せず、互いに別体の基板を介してコイルを形成する主エレメント、副エレメントを組み合わせてなり、前記主エレメント、副エレメントは、それぞれの基板が、互いに直交する２平面に含まれるように配置するとともに、それぞれのコイルを使用周波数に共振させ、前記主エレメントは、地板と組み合わせてモノポ−ルアンテナとして作動させ、前記主エレメント、副エレメントは、それぞれ密着して重層する３枚の基板上にコイルを基部側、先端側に分割して形成し、前記基部側は、中間の前記基板上に形成し、前記先端側は、上下の前記基板上においてそれぞれ前記基部側の延長方向に重複して形成することを特徴とする携帯通信端末用のアンテナ。
2. 電気的に接続せず、互いに別体の基板を介してコイルを形成する主エレメント、副エレメントを組み合わせてなり、前記主エレメント、副エレメントは、それぞれの基板が、互いに直交する２平面に含まれるように配置するとともに、それぞれのコイルを使用周波数に共振させ、前記主エレメントは、地板と組み合わせてモノポ−ルアンテナとして作動させ、前記主エレメント、副エレメントは、それぞれ１枚の基板上において、長さが同一の２組のコイルを互いに直角方向に異なる位置に形成し、前記各コイルの一端を共通の端子部に引き出すことを特徴とする携帯通信端末用のアンテナ。
3. 前記主エレメント、副エレメントは、それぞれのコイルの中心軸が互いに直交するように配置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の携帯通信端末用のアンテナ。

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