JP4420939B2

JP4420939B2 - アンテナ

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Publication number: JP4420939B2
Application number: JP2007139945A
Authority: JP
Inventors: 翊 ▲ジェ▼ 尹; 英日金; 容進金; 怜重尹; 基訓張; ▲ヨ▼ ▲ハン▼ 任
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: US7522106B2; EP1860727B1; JP2007318762A; EP1860727A1; US20070273590A1; KR100778120B1

Description

本発明はアンテナに関し、特にＲＦＩＤ用無線信号とモバイル通信用無線信号との各送受信に利用されるアンテナに関する。

情報通信分野においてはユビキタス社会の実現が重要なテーマになっている。ユビキタス社会のインフラストラクチャとしては近年、ユビキタスセンサネットワーク（ＵＳＮ：Ubiquitous Sensor Network）が注目されている。
ＵＳＮでは、全ての対象に電子タグが取り付けられている。電子タグから得られた対象の識別情報に基づいて周囲の情報が検出される。更に、検出された情報がネットワークを介して管理され、且つ活用される。ＵＳＮの核とされるのがＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムである。ＲＦＩＤシステムは、タグリーダ、アンテナ、電子タグ、サーバ、及びネットワークを含む。タグリーダは、電子タグから情報を読み取り、逆に電子タグに情報を保存するのに利用される。アンテナは、所定のプロトコルに従い、タグリーダと電子タグとの間でデータを所定の周波数で交換するのに利用される。

ＲＦＩＤシステムをモバイル通信システムと組み合わせることにより、モバイルＲＦＩＤ（ｍＲＦＩＤ）という新たな技術／サービスが開発されている。ｍＲＦＩＤでは、モバイル通信端末に、電子タグ、タグリーダ、アンテナ、及びデータ処理用のモジュールが取り付けられている。各モバイル通信端末は、他の電子タグから情報を読み込み、または、内蔵の電子タグを使って他の機器へ情報を送る。
米国特許第６,882,318号明細書 An internal dual−band printed antenna for CDMA／PCS handsets, IEEE MOTL（Microwave and Optical Technology Letters）, June 2005

ｍＲＦＩＤで使用されるアンテナは908.5MHz〜914MHzの無線信号を送受信する。それに対し、モバイル通信用のアンテナは824MHz〜896MHzの無線信号を送受信する。ＲＦＩＤ用無線信号の帯域とモバイル通信用無線信号の帯域と間の差異は小さい。しかし、従来のモバイル通信用アンテナは狭帯域であるので、ＲＦＩＤ用無線信号を効率よく送受信することは困難である。従って、ｍＲＦＩＤを従来のモバイル通信端末に組み込むには、ＲＦＩＤ用アンテナとモバイル通信用アンテナとを別々に使い分けねばならない。しかし、ＲＦＩＤ用アンテナとモバイル通信用アンテナとをそれぞれ備えることは、モバイル通信端末の更なる小型化を阻むので好ましくない。
本発明の目的は、ＲＦＩＤ用無線信号とモバイル通信用無線信号との両方を送受信できるアンテナを提供することにある。

本発明１によるアンテナは、給電部、連結給電部、及び複数の放射体を有する。連結給電部は帯状であり、給電部に連結されている。複数の放射体は連結給電部の長手方向に沿って順番に連結給電部に連結されている。各放射体は更に連結給電部の長手方向に対して垂直に延びている。

前記各放射体は、第１放射面、第２放射面、及び第３放射面を含む。第１放射面は連結給電部に連結されている。第２放射面は第１放射面に対して所定の角度に折り曲げられている。第３放射面は第２放射面に対して所定の角度に折り曲げられ、第１放射面に対して平行である。

前記各放射体の前記第２放射面は互いに重畳せず、連結給電部の両端部に連結された放射体が延長面を更に含む。延長面は第２放射面の端部から所定の角度で（好ましくは直角に）所定の距離まで突出している。延長面は更に、その所定の距離に位置する部分で折り曲げられて第２放射面に対して平行に配置されている。延長面の先端部は好ましくは、連結給電部の中央部に連結された放射体に対向している。

発明２では、連結給電部の両端部に位置した放射体は、連結給電部の中央部に連結された放射体より第１〜第３放射面の少なくともいずれかの幅が広い。発明３では、第１放射面が、連結給電部に連結された領域から第２放射面に連結された領域に向かって広がっている。

本発明４によるアンテナは好ましくは短絡部を有する。短絡部は連結給電部とグラウンドとの間に電流を流す。発明５では、回路基板の一方の表面に、給電部、短絡部、及びグラウンドが配置され、回路基板の他方の表面に複数の放射体が配置され、回路基板の端部に連結給電部が配置されている。

本発明によるアンテナでは、複数の放射体が共通の連結給電部を通して共通の給電部に連結され、アレイアンテナとして機能する。特に、連結給電部の両端部に連結された放射体が延長部を含み、連結給電部の中央部に連結された放射体より長い。それにより、アンテナの共振点が下がるので、受信可能な周波数帯域の幅が拡張され、ＲＦＩＤ用無線信号とモバイル通信用無線信号との両方が送受信可能である。
本発明によるアンテナではまた、連結給電部と各放射体との間に帯状に長い連結部分が形成され、その全体が各放射体の給電点として機能する。それにより、各放射体では実質的に互いに独立に電流の経路が形成される。その結果、各放射体には電流が均一に分布する。従って、各放射体の全面がアンテナの有効面積として利用されるので、本発明によるアンテナは効率及び通信品質が高く、且つ消費電力が低い。その上、本発明によるアンテナはＲＦＩＤ用無線信号とモバイル通信用無線信号との両方を同時に送受信可能である。こうして、本発明によるアンテナはモバイル通信端末の更なる小型化に有利である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳述する。
図1に、本発明の実施形態による板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：Planar Inverted−F Antenna）の斜視図を示す。このＰＩＦＡは好ましくは、図2、3に示されているように回路基板50に取り付けられ、モバイル通信端末に内蔵される。図2は、回路基板50の前面に見えるＰＩＦＡを示し、図3は、回路基板50の背面に見えるＰＩＦＡを示す。

ＰＩＦＡ1は、給電部10、連結給電部15、短絡部20、グラウンド55、及び複数の放射体30を含む。
給電部10は好ましくは帯状の導体であり、回路基板50の背面に設置される。給電部10は外部の通信回路に接続される。それにより、その通信回路と複数の放射体30との間に電流が流れる。給電部10の一端には連結給電部15が連結されている。連結給電部15は好ましくは細長い帯状の導体であり、その長手方向が給電部10の長手方向に対して垂直である。給電部10と連結給電部15との間の連結領域は折り曲げられ、給電部10の表面と連結給電部15の表面とが直角を成す。それにより、連結給電部15は回路基板50の一辺に沿って設置され、回路基板50の前面に配置される各放射体30と、背面に配置される給電部10との間を連結する。短絡部20は好ましくは帯状の導体であり、一端が連結給電部15に連結されている。短絡部20の長手方向は連結給電部15の長手方向に対して垂直である。短絡部20と連結給電部15との間の連結部分は直角に折り曲げられている。それにより、短絡部20は回路基板50の背面に、給電部10に対して平行に配置される。グラウンド55は導体膜であり、回路基板50の背面の大部分を覆っている。短絡部20はグラウンド55まで延びている。それにより、各放射体30とグラウンド55との間に電流が流れる。尚、グラウンドとしては、回路基板50上に設置された導体膜55に代え、モバイル通信端末に内蔵された別の接地導体が利用されても良い。

複数の放射体30（図1では４つの放射体30a、30b、30c、30d）はそれぞれ導体板であり、回路基板50の前面に設置される。４つの放射体30a、30b、30c、30dの各端部は連結給電部15の長手方向に沿って順番に、連結給電部15に連結されている。

第１〜第４放射体30a、30b、30c、30dはそれぞれ、第１放射面31a、31b、31c、31d、第２放射面32a、32b、32c、32d、及び第３放射面33a、33b、33c、33dを含む。各第１放射面31a、31b、31c、31dは三角形状であり、その頂点が連結給電部15に連結されている。それにより、第１放射面31a、31b、31c、31dは回路基板50の一辺から前方に突出する。連結給電部15に連結された各第１放射面31a、31b、31c、31dの頂点に対向する底辺が各第２放射面32a、32b、32c、32dに連結されている。各第２放射面32a、32b、32c、32dは長方形状であり、その短辺が各第１放射面31a、31b、31c、31dの一辺に連結されている。各第２放射面32a、32b、32c、32dは更に各第１放射面31a、31b、31c、31dに対して折り曲げられている。それにより、第２放射面32a、32b、32c、32dは互いに平行に、かつ回路基板50の前面から所定の距離に配置される。第３放射面33a、33b、33c、33dは長方形状であり、その長辺が各第２放射面32a、32b、32c、32dのもう一つの短辺に連結されている。その連結部分は直角に折り曲げられている。それにより、各第３放射面33a、33b、33c、33dが各第１放射面31a、31b、31c、31dに対して平行である。各第３放射面33a、33b、33c、33dの短辺の長さは好ましくは、連結給電部15に連結された各第１放射面31a、31b、31c、31dの頂点と、各第２放射面32a、32b、32c、32dに連結された各第１放射面31a、31b、31c、31dの底辺との間の長さ（各第１放射面31a、31b、31c、31dの高さ）以下である。このような３次元構造により、各放射体30a−30dの受信感度が向上する。

第１〜第４放射体30a、30b、30c、30dの間では、好ましくは、第１放射面31a、31b、31c、31dの高さ、第２放射面32a、32b、32c、32dの長辺の長さ、及び各第３放射面33a、33b、33c、33dの短辺の長さがそれぞれ同一である。一方、第１放射面31a、31b、31c、31dの幅、第２放射面32a、32b、32c、32dの幅、及び第３放射面33a、33b、33c、33dの幅はそれぞれ、第１〜第４放射体30a、30b、30c、30dのそれぞれで異なっていても良い。好ましくは、図1に示すように、連結給電部15の両端部に連結された第１放射体30a及び第４放射体30dは、連結給電部15の中央部に連結された第２放射体30b及び第３放射体30cより、第１〜第３放射面の各幅が広い。それにより、第１放射体30a及び第４放射体30dが第２放射体30b及び第３放射体30cより給電部10から遠くても、四つの放射体30a〜30dには電流が均等に分布する。

第１放射体30a及び第４放射体30dは更に、延長面35a、35dを含む。各延長面35a、35dは長方形状であり、短辺が各第２放射面32a、32dの外側の辺に連結されている。その連結部分は直角に折り曲げられている。それにより、各延長面35a、35dは各第２放射面32a、32dとの連結部分から各第３放射面33a、33dと同一の方向に突出する。各延長面35a、35dは更に、その連結部分から所定の距離で直角に折り曲げられている。それにより、各延長面35a、35dの残りの部分が各第２放射面32a、32dと所定の距離を隔てて平行に対向する。第１放射体30aでは好ましくは、延長面35aの先端部が第２放射体30bの第２放射面32bと対向する。第４放射体30dでは好ましくは、延長面35dの先端部が第３放射体30cの第２放射面32cと対向する。各延長面35a、35dは更に好ましくは、回路基板50の前面に接触する。このような延長面35a、35dにより、第１放射体30a及び第４放射体30dは第２放射体30b及び第３放射体30cより長い。それにより、ＰＩＦＡ1の共振点が下がる。

ＰＩＦＡ1では、連結給電部15と各放射体30a、30b、30c、30dとの間の、帯状に長い連結部分の全体が、各放射体30a、30b、30c、30dの給電点として機能する。それにより、各放射体30a、30b、30c、30dには均一な電流分布が形成され、出力が均等に分割される。このように各放射体30a、30b、30c、30dの全体がＰＩＦＡ1の有効面積として利用されるので、ＰＩＦＡ1の効率が向上する。更に、四つの放射体30a〜30dは連結給電部15に対して同じ方向に延びているので、各放射体30a、…、30dを流れる電流の方向も揃う。それにより、四つの放射体30a〜30d間の差動モード（odd mode）では漏れ電流を最小化できる。こうしてＰＩＦＡ1の効率が更に向上する。

図4に、ＰＩＦＡ1のＳパラメータの周波数特性を示す。破線のグラフは、モバイル通信端末からケースを外した状態で測定されたＳパラメータS₁₁を示し、実線のグラフは、モバイル通信端末にケースを取り付けた状態で測定されたＳパラメータS₁₁を示す。モバイル通信端末にケースを取り付けた状態では、850MHzに共振点が形成された。更に、ＳパラメータS₁₁が−10dB以下である周波数帯域の幅がおよそ130MHzであった。すなわち、ＰＩＦＡ1は、780MHz〜910MHzの無線信号の送受信が可能である。この周波数帯域は、ＲＦＩＤ用無線信号の周波数帯域908.5MHz〜914MHzと、モバイル通信用無線信号の周波数帯域824MHz〜896MHzとの両方を含む。従って、ＰＩＦＡ1だけで、ＲＦＩＤ用無線信号とモバイル通信用無線信号との両方の送受信が可能である。
ＰＩＦＡ1の利得は、次の表1に示すように、900MHzで−1.0dBである。この値は従来のＰＩＦＡの利得より高い。

ＰＩＦＡ1では、長い帯状の連結給電部15に複数の放射体30a−30dが連結されている。それにより、各放射体30a−30dには実質的に互いに独立に、電流の経路が形成される。その結果、各放射体30a−30dには電流が均一に分布する。従って、各放射体30a−30dが互いに独立に、高い効率で機能するので、ＰＩＦＡ1はＲＦＩＤ用無線信号とモバイル通信用無線信号との両方を同時に送受信可能である。こうして、ＰＩＦＡ1は、モバイル通信端末にＲＦＩＤ用アンテナとモバイル通信用アンテナとを別々に取り付ける必要をなくすので、モバイル通信端末の更なる小型化に有利である。

複数の放射体30a−30dはアレイアンテナとしても機能する。それにより、ＰＩＦＡ1の利得が向上し、かつＰＩＦＡ1に指向性を持たせることができる。このように、ＰＩＦＡ1は、受信感度、通信品質、及び省電力化の更なる向上を可能にする。
ＰＩＦＡ1では更に、一般的な設計ルールが適用可能である。従って、ＰＩＦＡ1は製造が容易であるので、製造コストを節減できる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。しかし、本発明の技術的範囲は前述の実施形態には限定されず、特許請求の範囲の記載に基づき、上記の実施形態の均等物にまで及ぶと解されるべきである。

本発明の実施形態によるＰＩＦＡの斜視図図1のＰＩＦＡアンテナが取り付けられた回路基板の前面の斜視図図1のＰＩＦＡアンテナが取り付けられた回路基板の背面の斜視図図1のＰＩＦＡのＳパラメータの周波数特性を示すグラフ

符号の説明

1 ＰＩＦＡ
10 給電部
15 連結給電部
20 短絡部
30 放射体
30a 第１放射体
30b 第２放射体
30c 第３放射体
30d 第４放射体
31a、31b、31c、31d 第１放射面
32a、32b、32c、32d 第２放射面
33a、33b、33c、33d 第３放射面
35a、35d 延長面

Claims

給電部、
前記給電部に連結されている帯状の連結給電部、及び、
前記連結給電部の長手方向に沿って順番に前記連結給電部に連結され、前記連結給電部の長手方向に対して垂直に延びている複数の放射体、
を有し、
各放射体は、
前記連結給電部に連結された第１放射面、
前記第１放射面に対して所定の角度に折り曲げられた第２放射面、及び、
前記第２放射面に対して所定の角度に折り曲げられ、前記第１放射面に対して平行である第３放射面を含み、
各放射体の前記第２放射面は互いに重畳せず、
前記連結給電部の両端部に連結された放射体が、前記第２放射面の端部から所定の角度で所定の距離まで突出し、更に前記所定の距離に位置する部分で折り曲げられて前記第２放射面に対して平行に配置されている延長面を有しており、かつ前記延長面の先端部が、前記連結給電部の中央部に連結された放射体の第２放射面に対向している、アンテナ。
前記連結給電部の両端部に連結された放射体は、前記連結給電部の中央部に連結された放射体より、前記第１ないし第３放射面の少なくともいずれかの幅が広い、請求項１に記載のアンテナ。
前記第１放射面が、前記連結給電部に連結された領域から前記第２放射面に連結された領域に向かって広がっている、請求項１に記載のアンテナ。
前記連結給電部とグラウンドとの間に電流を流す短絡部、を更に有する、請求項１に記載のアンテナ。
回路基板の一方の表面に、前記給電部、前記短絡部、及び前記グラウンドが配置され、前記回路基板の他方の表面に前記複数の放射体が配置され、前記回路基板の端部に前記連結給電部が配置されている、請求項４に記載のアンテナ。