JP4460046B2

JP4460046B2 - 多周波共用アンテナ

Info

Publication number: JP4460046B2
Application number: JP2003380276A
Authority: JP
Inventors: 弘行玉岡
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP2005143044A

Description

この発明は、多周波共用アンテナに関し、特に製造後における共振周波数調整が容易な多周波共用アンテナに関するものである。

従来から、太さの異なる２つのアンテナエレメントを接続し、２つの共振周波数に対応するアンテナとして機能させる多周波共用アンテナがある。

米国特許６２０４８２６号公報

ところで、アンテナを無線機器に搭載する場合、アンテナ周囲の影響によって共振周波数が変化する。このため、１つのアンテナを多くの無線機器に対して適用するには、共振周波数を微調整する機構が必要となる。しかしながら、多周波共用アンテナでは、１つの共振周波数を所定の周波数に調整しようとするとそれ以外の共振周波数も影響されてしまい、結果としてすべての共振周波数を各々の所定の周波数に調整することは非常に困難であった。

例えば、整合回路によって、２つの共振周波数に対して同時に整合調整を行おうとしても、それぞれの共振周波数の動き（チップ部品の回路定数の周波数依存性）が異なっているので、この場合にも双方の共振周波数を各々の所定の周波数に調整することができなかった。

すなわち、従来の多周波共用アンテナは、予め整合が取れた状態のアンテナエレメントを組立製造し、組立製造後に各共振周波数の調整を行う機構がなく、また調整を行おうとしても上述したように困難であったため、多周波共用アンテナの歩留まりが低かったという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナの組立製造後であっても各共振周波数の調整を選択的かつ容易に行うことができる多周波共用アンテナを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明は、線材が太い第１のエレメントと、前記第１のエレメントの先端部分で折り曲げられ、前記第１のエレメントに比して細い線材によって形成された第２のエレメントとを備え、前記第１のエレメントを用いて第１の周波数に共振し、前記第１および第２のエレメントを用いて前記第１の周波数に比して低い第２の周波数に共振させることを特徴とする。

また、この発明は、上記の発明において、前記第１および第２のエレメントの折り曲げ部分の近傍であって前記第１のエレメントの先端部分側に前記第１の共振周波数を調整する第１の共振周波数調整部を設けたことを特徴とする。

また、この発明は、上記の発明において、前記第２のエレメントの先端部分に前記第２の共振周波数を調整する第２の共振周波数調整部を設けたことを特徴とする。

また、この発明は、上記の発明において、前記第１および第２のエレメントの折り曲げ部分は、略１８０度で折り曲げられることを特徴とする。

また、この発明は、上記の発明において、前記第１および第２のエレメントまたは前記第２のエレメントは、ミアンダ形状であることを特徴とする。

また、この発明は、上記の発明において、前記第１および第２のエレメントは、誘電体で覆われることを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２のエレメント間に略１８０度の折り曲げを形成することによって各共振周波数に対応した定在波を独立させることができる。すなわち、給電点から供給された電流は、周波数によって、折り曲げ部分を通過せずに給電点と第１の共振周波数調整部の間で定在波を形成するものと、折り曲げ部分を通過して給電点と第２の共振周波数調整部の間で定在波を形成するものとに分離でき、それぞれの各共振周波数への整合を容易に行うことができるという効果を奏する。この結果、アンテナの組立製造後の各共振周波数の各々の所定の周波数からのずれを確実になくすことができるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して、この発明にかかる多周波共用アンテナの実施の形態について説明する。

図１は、この発明の実施の形態である多周波共用アンテナの構成を示す平面図である。この多周波共用アンテナ１０は、チップアンテナとして形成される。多周波共用アンテナ１０は、給電点Ｐから折り曲げ点３に至るまで太い線材によって形成された第１のエレメント１と、折り曲げ点３から開放端４に至るまで細い線材によって形成された第２のエレメントとを有する。第１のエレメント１および第２のエレメント２は、ともにモノポールアンテナとして機能し、第２のエレメント２は、特にミアンダ形状をなしている。なお、第１のエレメント１は、第２のエレメント２のミアンダ形状の一部を形成しているとも言える。

折り曲げ点３付近での電流経路に注目する。１．８ＧＨｚ帯の第１の共振周波数は、第１のエレメント１上での定在波に起因する。つまり、折り曲げ点３付近では、Ｉ１のような電流経路をたどる。一方、この第２の共振周波数は、１．８ＧＨｚ帯の第１の共振周波数に比して低い周波数である。この第２の共振周波数は第１エレメント１上及び第２エレメント２上での定在波に起因する。つまり、折り曲げ点３ではＩ２のような電流経路をたどる。第２の共振周波数は、第１の共振周波数に比して周波数が低いため、細い線材の第２のエレメント２にも連続した電流が生じ、第１のエレメント１および第２のエレメント２がアンテナとして機能するが、第１の共振周波数は、第２の共振周波数に比して高い周波数であるため、第１の共振周波数の電流経路Ｉ１は第２のエレメント２側に折り返されず、従って第１のエレメント１のみがアンテナとして機能する。なお、この電流経路Ｉ１，Ｉ２の形成は、電磁界シミュレーションによる電流強度分布の計算によって確認されている。

折り曲げ点３における第１のエレメント１と第２のエレメント２とは、略１８０度で折り曲げられている。これによって、上述したように、第１の共振周波数の電流経路が第１のエレメント１のみから成り、第２の共振周波数の電流経路が第１のエレメント１と第２のエレメント２とで構成される。実際に図２に示すように、第１の共振周波数および第２の共振周波数のそれぞれに対して、良好な反射特性が得られ、それぞれの周波数で共振できることがわかる。すなわち、９００ＭＨｚ帯の第２の共振周波数および１．８ＧＨｚ帯の第１の共振周波数に対してそれぞれＶＳＷＲが３以下となる帯域を比帯域で８％程度確保している。

ここで、折り曲げ点３の近傍であって第１のエレメント１の先端部分に第１の共振周波数の調整部５を設けるとともに、第２のエレメント２の先端部分である開放端４に第２の共振周波数の調整部６を設ける。調整部５は、第１のエレメント１のみで共振する第１の共振周波数のみの調整を行うためのものである。また、調整部６は、第１のエレメント１および第２のエレメント２で共振する第２の共振周波数の調整を行うためのものである。

図２は、調整部６のみを調整した場合における反射特性（ＶＳＷＲ）を示す図である。また、図３は、調整部５のみを調整した場合における反射特性（ＶＳＷＲ）を示す図である。調整部６を線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で順次切断すると、図２に示した曲線ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＬ３のように第２の共振周波数のみが順次変化し、第１の共振周波数はほとんど変化しない。また、調整部５を線Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６で順次切断すると、図３に示した曲線ＬＬ４，ＬＬ５，ＬＬ６のように第１の共振周波数のみが順次変化し、第２の共振周波数はほとんど変化しない。すなわち、調整部５のみによって第１の共振周波数のみの整合微調整を行うことができ、調整部６のみによって第２の共振周波数のみの整合微調整を行うことができるため、第１の共振周波数と第２の共振周波数の整合微調整を選択的に独立して行うことができる。

図４は、第２の共振周波数帯である９００ＭＨｚ帯におけるゲインの周波数特性を示し、図５は、第１の共振周波数帯である１．８ＧＨｚ帯におけるゲインの周波数特性を示している。９００ＭＨｚ帯では、約０ｄＢｉの最大利得を得ることができ、１．８ＧＨｚ帯では、３ｄＢｉ程度の最大利得を得ることができる。また、図６は、９２０ＭＨｚにおけるＸＹ面内指向性を示し、図７は、１．８ＧＨｚにおけるＸＹ面内指向性を示している。いずれも、ほぼ無指向性であり、平均利得は０ｄＢｉを得ている。なお、図４〜図７に示した結果は、図８に示すように、図１に示した多周波共用アンテナを、幅４０ｍｍ、長さ８０ｍｍの地板としてのプリント基板３０上に配置した場合における放射特性を示している。

なお、第１のエレメント１および第２のエレメント２はミアンダ形状をなしているが、屈曲する部分、たとえば面取り部分１１〜１３では、面取りが行われ、面取りが行われない鋭角な部分での不要な反射を抑制している。

また、第１のエレメント１および第２のエレメント２は、誘電体２０で覆うようにするとよい。誘電体で覆うことによって、アンテナ長を短縮することができ、小型化を促進することができるとともに、第１のエレメント１および第２のエレメント２の強度を増すことができる。この誘電体２０は、第１のエレメント１および第２のエレメント２の打ち抜き形成後、いわゆる樹脂を封入するインサートモールドによって実現できる。なお、調整部５，６が誘電体で覆われず、誘電体２０から突き出すようにすることで、前述の調整作業をモールド後に行うことができる。

以上のように、この発明にかかる多周波共用アンテナは、複数の周波数を扱うことができるので、特に携帯端末に好適であり、１つのアンテナによってＧＳＭ／ＤＣＳ／ＡＭＰＳやＣＤＭＡ／ＧＰＳ／ＰＣＳなどの多様なシステムに適用することができる。

この発明の実施の形態である多周波共用アンテナの構成を示す平面図である。図１に示した多周波共用アンテナの副調整部を調整した場合におけるＶＳＷＲの変化を示す図である。図１に示した多周波共用アンテナの調整部を調整した場合におけるＶＳＷＲの変化を示す図である。図１に示した多周波共用アンテナの第２の共振周波数のゲインの周波数特性を示す図である。図１に示した多周波共用アンテナの第１の共振周波数のゲインの周波数特性を示す図である。図１に示した多周波共用アンテナの第２の共振周波数のＸＹ平面指向性を示す図である。図１に示した多周波共用アンテナの第１の共振周波数のＸＹ平面指向性を示す図である。図４〜図７に示した結果を得た多周波共用アンテナの構成を示す図である。

符号の説明

１第１のエレメント
２第２のエレメント
３折り曲げ点
４開放端
５，６調整部
１０多周波共用アンテナ
１１〜１３面取り部分
２０誘電体
３０プリント基板
Ｉ１，Ｉ２電流経路
Ｌ１〜Ｌ６線
Ｐ給電点

Claims

線材が太い第１のエレメントと、
前記第１のエレメントの先端部分で折り曲げられ、前記第１のエレメントに比して細い線材によって形成された第２のエレメントと、
前記第１および第２のエレメントの折り曲げ部分の外側であって前記第１のエレメントの先端部分が延在する側に前記第１の共振周波数を調整する第１の共振周波数調整部と、
前記第２のエレメントの先端部分に前記第２の共振周波数を調整する第２の共振周波数調整部と、
を備え、前記第１のエレメントを用いて第１の周波数に共振し、前記第１および第２のエレメントを用いて前記第１の周波数に比して低い第２の周波数に共振させるとともに、前記第１の共振周波数および前記第２の共振周波数を調整可能にしたことを特徴とする多周波共用アンテナ。
前記第１および第２のエレメントの折り曲げ部分は、略１８０度で折り曲げられることを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
前記第１および第２のエレメントまたは前記第２のエレメントは、ミアンダ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の多周波共用アンテナ。
前記第１および第２のエレメントは、誘電体で覆われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の多周波共用アンテナ。