JP4389275B2 - アンテナ装置及び無線通信機 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示のアンテナ装置は、放射電極をループ状に形成し、この放射電極の開放端を給電端部側の電極部位に間隔を介して対向配置させ、その開放端と給電端部側の電極部位間に容量を形成した構成になっている。
かかる構成により、高周波電流を給電することで、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とで動作し、放射電極の開放端と給電端部側電極部位との間隔を変えて、その容量を変えることで、これら基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とを変えることができる。
かかる構成により、高周波電流を給電することで、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とで動作し、表面実装型アンテナ部品のキャパシタ部を形成する1対の電極の間隔を変えて、その容量を変えることで、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とを変えることができる。
かかる構成により、周波数可変回路を用いて、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とを変化させることができると共に、容量可変素子を制御することで、周波数の可変帯域幅を放射電極自体が持つ帯域幅より広げることができるようになっている。
すなわち、特許文献1及び特許文献2に開示のアンテナ装置では、電極間の間隔を変えて、その容量を変えることで、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とを変える構成であるので、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とが同時に変化し、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とを、別々に独立に変化させることができないという問題がある。
特許文献3に開示のアンテナ装置も、周波数可変回路を用いて広帯域の制御が可能であるが、上記特許文献1及び特許文献2に開示のアンテナ装置と同様に、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とが同時に変化してしまう。
ところで、当該文献に開示のアンテナ装置の如きモノポールアンテナでは、基本モードの電流I1と高次モード(基本モードの3倍周波数の高調波)の電流I2は、図18に示すように分布する。したがって、容量可変素子を備えた周波数可変回路200を、破線で示すように、高次モードの電流I2が零の部位に装荷することで、基本モードの共振周波数を可変とし、高次モードの共振周波数を固定した制御が可能となる。すなわち、基本モードの共振周波数のみを独立に変化させることができる。
しかしながら、周波数可変回路200を、高次モードの電流I2が零の部位に装荷すると、この周波数可変回路200は、基本モードの電流I1′の部位に装荷されることとなる。この電流I1′は、給電部位の電流Imaxに比べて小さい。このため、容量可変素子の容量値を変化させても、基本モードの共振周波数が変化する帯域幅が狭く、実用性に欠ける。
かかる構成により、基本モードの電流を給電部から給電電極に供給すると、この電流は、基端側からループ状放射電極に流れ込み、第1リアクタンス回路を通過して、容量部によって阻止される。この結果、基本モードで共振する電流は、ループ状放射電極の基端側の給電電極において大きく、ループ状放射電極の開放端側に向かうに従って小さくなる。このとき、第1リアクタンス回路がループ状放射電極の基端側にあるので、第1リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させることで、基本モードの共振周波数を調整することができる。
一方、高次モードの電流を給電部から給電電極に供給すると、この電流は、容量部を通過してループ状放射電極の開放端側に流れ込み、第2リアクタンス回路を通過した後、第1リアクタンス回路によって阻止される。この結果、高次モードで共振する電流は、給電電極側において大きく、容量部において最小になる。そして、ループ状放射電極の開放端側から中央部側に向かうに従って大きくなった後、基端側に向かって小さくなる。このとき、第2リアクタンス回路がループ状放射電極の開放端側であって且つ高次モードの共振周波数の電流が最大である部位近傍に設けられているので、第2リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させることで、高次モードの共振周波数を調整することができる。
ところで、上記のように、第1リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させることで、基本モードの共振周波数を調整することができるが、かかる第1リアクタンス回路のリアクタンス値変化が、高次モードの共振周波数に影響を与えるおそれがある。しかし、この発明では、第1リアクタンス回路を、高次モード時の電流が最小となる容量部の近傍に位置する部位に設けているので、第1リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させても、高次モードの共振周波数がほとんど変化することはない。
また、上記のように、第2リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させることで、高次モードの共振周波数を調整することができるが、かかる第2リアクタンス回路のリアクタンス値変化によって、基本モードの共振周波数に影響を与えるおそれがある。しかし、この発明では、第2リアクタンス回路を、基本モード時の電流が小さいループ状放射電極の開放端側に設けているので、第2リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させても、基本モードの共振周波数がほとんど変化することはない。
すなわち、第1リアクタンス回路及び第2リアクタンス回路を用いることで、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とを、別々に独立に制御することができる。
かかる構成により、第1リアクタンス回路のリアクタンス値が、第2リアクタンス回路のリアクタンス値よりも大きいので、高次モードの電流は、第2リアクタンス回路を通過した後、第1リアクタンス回路によって確実に阻止される。また、基本モード時における第1リアクタンス回路のリアクタンス値が、容量部のリアクタンス値よりも小さく設定されているので、基本モード時の電流は、第1リアクタンス回路側に流れ、第1リアクタンス回路を通過した後、容量部によって確実に阻止される。さらに、高次モード時における第1リアクタンス回路のリアクタンス値が、容量部のリアクタンス値よりも大きく設定されているので、高次モード時における電流は、容量部側に流れ、第1リアクタンス回路によって確実に阻止される。
かかる構成により、基本モードの共振周波数を、容量可変素子を用いて、広い帯域でチューニングすることができる。
かかる構成により、第1及び第2リアクタンス回路を簡易な構造にすることができる。
かかる構成により、第1リアクタンス回路でのリアクタンス値を周波数によって大きく変化させることが可能となる。
かかる構成により、容量部の容量結合を強くすることができる。
かかる構成により、共振周波数を分岐放射電極の数だけ、増加させることができる。
かかる構成により、放射電極の位置を許容されるアンテナ高さぎりぎりまで設定して、使用することができる。
また、請求項4の発明によれば、第1及び第2リアクタンス回路の部品点数の削減を図ることができ、この結果、アンテナ装置をコストダウンすることができる。
また、請求項5の発明によれば、基本モードにおけるリアクタンス値は同じでも、高次モードでのリアクタンス値を大きくすることができるので、第1リアクタンス回路により高次モードを確実に阻止することができる。
また、請求項6の発明によれば、容量部の容量結合を強くすることができるので、高次モードの共振周波数の制御が容易になる。さらに、アンテナ装置の部材を誘電体基体上に立体的に設けるので、アンテナ装置の実装スペースを小さくすることができる。
図1に示すように、この無線通信機は、携帯電話であり、この発明の第1実施例であるアンテナ装置1を筐体100内に内蔵している。無線通信機は、この他に、キーボード,マイク,スピーカ,液晶パネル,及び制御部等の各種電子回路を備えているが、これらは周知の機構であるので、これらの機構の記載や図面での表示は省略し、アンテナ装置1及びこれに関連する機構についてのみ説明する。
具体的には、図2及び図3に示すように、基端30が給電電極2の他方端21と連結した状態で基板110の上端に向かって直状に延出した左側部31と、左側部31の上端と連結した上側部32と、上側部32の右端と連結した右側部33と、右側部33の下端と連結した下側部34とで、ループ状放射電極3を構成し、下側部34の左端即ちループ状放射電極3の開放端3aを給電電極2の他方端21に対向させた。
この実施例では、第1リアクタンス回路5は、チップ状のインダクタ5であり、簡易な構造を成す。このインダクタ5は、ループ状放射電極3の上側部32に介装した。具体的には、基端30側に寄って且つ容量部4の近傍に位置するように、インダクタ5を上側部32の左端部に配設した。
この実施例では、第2リアクタンス回路6は、チップ状のインダクタ6であり、簡易な構造を成す。このインダクタ6は、ループ状放射電極3の開放端3a側に介装した。具体的には、インダクタ6を、ループ状放射電極3の下側部34の右側部で且つ高次モードの共振周波数f2の電流が最大である部位の近傍に配設した。
図4は、基本モード時の電流の流れを示すための概略平面図であり、図5は、基本モード時におけるアンテナ装置の各位置における電流を説明するための概略図である。
図4において、基本モード即ち低周波の電流I1を、給電部10から給電電極2に供給すると、インダクタ5のリアクタンス値が、基本モード時において、容量部4のリアクタンス値よりも小さくなるように設定されているので、電流I1は、矢印で示すように、容量部4側に流れず、ループ状放射電極3の左側部31側に入力し、上側部32のインダクタ5を通過して、右側部33に至る。そして、インダクタ6のリアクタンス値が、インダクタ5のリアクタンス値よりも小さいので、電流I1は、インダクタ6も通過して、容量部4に至り、容量部4で阻止される。
これにより、電流I1は、図5に示すように分布する。すなわち、電流I1は、給電電極2側で最大の値をとり、ループ状放射電極3内を開放端3aに向かうに従って小さくなる。そして、容量部4の位置で最小の電流I1−4になる。
図5から明らかなように、インダクタ5は、給電電極2側に寄った位置にあるので、インダクタ5を通る電流I1−5は、非常に大きい。したがって、このインダクタ5のリアクタンス値を変化させることで、アンテナ装置1の基本モード時の共振周波数f1を容易に変えることができる。
一方、図6において、高次モード即ち高周波の電流I2を、給電部10から給電電極2に供給すると、容量部4のリアクタンス値が、高次モード時において、インダクタ5のリアクタンス値よりも小さくなるように設定されているので、電流I2は、ループ状放射電極3の左側部31側には流れない。矢印で示すように、電流I2は、容量部4の容量性結合によって、容量部4側に流れ、ループ状放射電極3の開放端3a側から下側部34に入力する。そして、下側部34のインダクタ6を通過した後、右側部33から上側部32に至り、インダクタ5で阻止される。
これにより、電流I2は、図7に示すように分布する。すなわち、電流I2は、給電電極2側で最大の値をとり、他方端21に向かうに従って小さくなり、容量部4で最小の電流I2−4になる。そして、電流I2は、ループ状放射電極3内を開放端3aから中央部側に向かうに従って大きくなり、下側部34と右側部33との連結部近傍で最大となる。しかる後、上側部32内をインダクタ5側に向かうに従って小さくなり、インダクタ5の位置で最小の電流I2−5になる。
図7から明らかなように、インダクタ6は、ループ状放射電極3の下側部34の右側部に位置しているので、インダクタ6を通る電流I2−6は、非常に大きい。したがって、このインダクタ6のリアクタンス値を変化させることで、アンテナ装置1の高次モード時の共振周波数f2を容易に変えることができる。
しかも、この実施例のアンテナ装置1では、共振周波数f1と共振周波数f2とを独立に制御することができる。
すなわち、図7に示すように、インダクタ5が、高次モード時の電流I2が最小の電流I2−5である部位に配設されているので、インダクタ5のリアクタンス値を変化させても、高次モードの電流I2に何ら影響を与えることはない。このため、インダクタ5を変化させて、共振周波数f1を変えても、高次モードの共振周波数f2が同時に変化することはない。
一方、インダクタ6は、図5に示すように、基本モード時に電流I1が電流I1−6という小さな値になる部位に配設されているので、インダクタ6のリアクタンス値を変化させても、基本モードの電流I1にほとんど影響を与えることはない。このため、インダクタ6を変化させて、共振周波数f2を変えても、基本モードの共振周波数f1が同時に変化することはない。
図8は、アンテナ装置1の各共振周波数におけるリターンロス曲線を示す線図である。
上記のように、基本モードの共振周波数f1や高次モードの共振周波数f2の変化時に互いに影響を与えることがないので、図8に示すように、基本モードのリターンロス曲線S1を周波数帯d1の範囲で独立に変化させることができると共に、高次モードのリターンロス曲線S2を周波数帯d2の範囲で独立に変化させることができる。
この実施例のアンテナ装置は、容量可変素子7を、インダクタ5に直列に接続した点が、上記第1実施例と異なる。
具体的には、容量可変素子7は、バラクダであり、そのアノード側がインダクタ5に接続され、カソード側がループ状放射電極3の上側部32に接続されている。そして、直流電源70からの直流制御電圧Vcを、容量可変素子7のカソードに印加することができるようになっている。
直流制御電圧Vcを直流電源70から容量可変素子7のカソード側に入力することで、容量可変素子7の容量が、直流制御電圧Vcの電圧値に対応して変化する。
このとき、容量可変素子7が、図10に示すように、非常に大きな電流I1−5が存在する位置に配設されているので、容量可変素子7の容量値を変化させることで、基本モード時の共振周波数f1を容易に変えることができる。
また、図11に示すように、容量可変素子7は、高次モード時の電流I2が最も小さい電流I2−5の位置に配設されているので、容量可変素子7の変化によって、高次モードの共振周波数f2が影響を受けることはない。
ところで、このような容量可変素子7は、容量の変化範囲が非常に広い。したがって、インダクタ5,6のリアクタンス値を設定後、容量可変素子7を変化させることで、図12に示すように、共振周波数f1だけを非常に広い周波数範囲Dで変えることができる。
したがって、このアンテナ装置1において、例えば、基本モードの共振周波数f1を地上デジタル放送用の周波数として使用し、高次モードの共振周波数f2をGPS(Global Positioning System)の周波数として使用することができる。そして、GPSの共振周波数f2を約1.6GHzに固定した状態で、容量可変素子7を用いることにより、地上デジタル放送の共振周波数f1を470MHz〜770MHzという広い範囲でチューニングすることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
図13は、この発明の第3実施例に係るアンテナ装置を拡大して示す斜視図である。
この実施例のアンテナ装置は、給電電極2やループ状放射電極3等を誘電体基体8上に設けた点が、上記第1及び第2実施例と異なる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1及び第2実施例と同様であるので、その記載は省略する。
図14は、この発明の第4実施例に係るアンテナ装置を拡大して示す斜視図であり、図15は、誘電体基体8の各面を展開して示す平面図である。
この実施例のアンテナ装置は、ループ状放射電極3から分岐する分岐放射電極を追加し、且つ第1リアクタンス回路5と第2リアクタンス回路6とを誘電体基体8の側面としての正面のみに設けた点が、上記実施例と異なる。
すなわち、図14及び図15に示すように、このアンテナ装置では、ループ状放射電極3に分岐放射電極9を追加すると共に、第1及び第2リアクタンス回路としてのインダクタ5,6や容量可変素子7,71等、高さのある部品を誘電体基体8の正面81に配設した構成になっている。
インダクタ5及びインダクタ6は、このようなループ状放射電極3の上側部32上に介装され、容量可変素子7は、インダクタ5に直列に接続されている。なお、コンデンサ121は、直流カット用のコンデンサであり、ループ状放射電極3の素材として銀を用いた場合に、容量部4に直流電圧がかかることによるマイグレーションの発生を阻止する。
具体的には、分岐基部91をループ状放射電極3の上側部32の点Pから分岐するように、誘電体基体8の正面81上に形成すると共に、分岐本体部92を、分岐基部91から延出させて底面84上にL字状に形成し、分岐放射電極9を、これら分岐基部91と分岐本体部92とで構成した。
そして、容量可変素子71とリアクタンス回路として機能させるインダクタ72とを、分岐放射電極9の分岐基部91上に介装した。
具体的には、容量可変素子71のカソード側を点P側に向け、インダクタ72を容量可変素子71のアノード側に接続した。これにより、直流電源70からの直流制御電圧Vcを、容量可変素子71のカソードに印加することができるようにしている。
また、容量可変素子71に直流電圧を印加するために、抵抗123により分岐放射電極9と給電電極2とを接続する。そして、容量可変素子71は、インダクタ72,抵抗123,インダクタ11,12を介してグランドへ接続される。
図16は、第5実施例のアンテナ装置に適用する第1リアクタンス回路の回路図あり、図17は、単一のインダクタと直列回路と並列回路がそれぞれリアクタンスと周波数との関係図である。
この実施例のアンテナ装置は、第1リアクタンス回路を、インダクタとキャパシタの直列回路や並列回路で構成した点が、上記実施例と異なる。
第1リアクタンス回路5は、基本モードの共振周波数の電流をパスし、高次モードの共振周波数の電流を阻止するための回路である。
したがって、第1リアクタンス回路5は、低い周波数では、低いリアクタンス値を有し、高い周波数では、大きなリアクタンス値を有するものでなければならない。
上記実施例では、第1リアクタンス回路5を単一のインダクタで構成している。このインダクタ5では、周波数に対するリアクタンス値の変動が小さい。このため、図17のリアクタンス曲線V1で示すように、500MHz程度の基本モードの周波数帯域では、リアクタンス値が100Ωであり、良好であるが、1.5GHzという高次モードの周波数帯域では、リアクタンス値が300Ωであり、十分なリアクタンス値を得ることができない。
これに対して、図16(a)に示すように、第1リアクタンス回路5を、インダクタ51とキャパシタ52との直列回路で構成すると、図17のリアクタンス曲線V2で示すように、1.5GHzという高次モードの周波数帯域においても、580Ωという高いリアクタンス値を得ることができる。
さらに、図16(b)に示すように、第1リアクタンス回路5を、インダクタ51とキャパシタ52との並列回路で構成すると、図17のリアクタンス曲線V3で示すように、1.5GHzという高次モードの周波数帯域において、800Ωという極めて高いリアクタンス値を得ることができる。
その他の構成,作用及び効果は、上記第1ないし第4実施例と同様であるので、その記載は省略する。
例えば、上記実施例では、第2リアクタンス回路6を、単一のインダクタ6で構成した例を示したが、上記第5実施例と同様に、第2リアクタンス回路6もインダクタとキャパシタとの直列回路や並列回路で構成しても良いことは勿論である。
また、上記第4実施例では、1本の分岐放射電極9を設けた例を示したが、分岐放射電極の数は、任意であり、2本以上の分岐放射電極を第1リアクタンス回路の近傍から分岐させることもできる。
Claims (10)
- 所定周波数の電流を供給するための給電部に一方端が接続された給電電極と、基端が上記給電電極の他方端と連結した状態で延出し且つ開放端が上記給電電極の他方端に対向するループ状放射電極とを基板の非グランド領域に備え、基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数とで動作するアンテナ装置であって、
上記ループ状放射電極の上記開放端と上記給電電極との間隙によって形成され、上記高次モードの共振周波数の電流をパスし且つ上記基本モードの共振周波数の電流を阻止する容量部と、
上記ループ状放射電極の基端側であって且つ上記容量部の近傍に位置する部位に設けられ、上記基本モードの共振周波数の電流をパスし且つ上記高次モードの共振周波数の電流を阻止する第1リアクタンス回路と、
上記ループ状放射電極の開放端側であって且つ上記高次モードの共振周波数の電流が最大である部位近傍に設けられ、上記高次モードの共振周波数の電流をパスする第2リアクタンス回路と
を備えることを特徴とするアンテナ装置。 - 上記第1リアクタンス回路のリアクタンス値は、上記第2リアクタンス回路のリアクタンス値よりも大きく、
上記基本モード時における上記第1リアクタンス回路のリアクタンス値は、上記容量部のリアクタンス値よりも小さく、
上記高次モード時における上記第1リアクタンス回路のリアクタンス値は、上記容量部のリアクタンス値よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 容量可変素子を、上記第1リアクタンス回路に直列に接続した、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。 - 上記第1リアクタンス回路は、インダクタであり、
上記第2リアクタンス回路も、インダクタである、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 上記第1リアクタンス回路は、インダクタとキャパシタの直列回路又は並列回路のいずれかであり、
上記第2リアクタンス回路は、インダクタである、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 上記ループ状放射電極と給電電極と容量部と第1及び第2リアクタンス回路とを、上記非グランド領域上に配置された誘電体基体上に設けた、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 上記給電電極と給電部との間に第1の整合用インダクタを設けると共に、一方端がこの第1の整合用インダクタと給電部との接続部に接続され且つ他方端が上記基板のグランド領域に接地された第2の整合用インダクタを設けた、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 上記ループ状放射電極の第1リアクタンス回路の近傍で分岐する分岐放射電極を、1つ以上設けた、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 上記第1リアクタンス回路と第2リアクタンス回路とを、上記誘電体基体の側面のみに設けた、
ことを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のアンテナ装置を具備する、
ことを特徴とする無線通信機。
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