JP4649634B2 - Multiband monopole antenna - Google Patents
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Description
この発明は、携帯電話などの小型無線装置で、複数のバンドの電波を送受信するためのマルチバンドモノポールアンテナに関している。 The present invention relates to a multiband monopole antenna for transmitting and receiving radio waves of a plurality of bands in a small wireless device such as a mobile phone.
携帯電話には、携帯に便利なサイズに上限があるにもかかわらず、GPS受信器、テレビ受像機、カメラ等の機能が追加され、また液晶画面が大型化されるなど、多様化や小形化が求められ、また搭載されるアンテナも、より一層の小型化、省スペース化が求められている。さらに、ヨーロッパ・アジア・アメリカ等の各地で使用できるマルチバンド対応の携帯電話が求められているため、アンテナ内蔵式の携帯電話を実現できるマルチバンドアンテナの実現が待たれている。 Despite the upper limit on the size that is convenient for carrying, mobile phones have various functions such as GPS receivers, television receivers, cameras, etc. In addition, there is a demand for further downsizing and space saving of the mounted antenna. Furthermore, since there is a demand for a multi-band mobile phone that can be used in various places such as Europe, Asia, and the United States, there is a need to realize a multi-band antenna that can realize a mobile phone with a built-in antenna.
マルチバンドアンテナとしては、例えば、UWB帯で使われるOFDM方式通信用の連続した複数バンドに渡る周波数帯用のものと、上記した複数国で使用できる携帯電話の様に、離間した複数の周波数帯で使用できるものとがある。本発明は、後者に係わるものであり、例えば次のようなマルチバンドアンテナが開示されている。 As the multi-band antenna, for example, for a frequency band over a plurality of continuous bands for OFDM communication used in the UWB band, and a plurality of frequency bands separated from each other, such as a mobile phone that can be used in a plurality of countries as described above. There are some that can be used. The present invention relates to the latter. For example, the following multiband antenna is disclosed.
特許文献1に逆F型の小型のマルチバンドアンテナが開示されている。また、特許文献2に複数の小形のチップアンテナで構成したマルチバンドアンテナが開示されている。また、特許文献3に、並列にガルバーニ電気接続した少なくとも2つの放射子、及び接地面を有するキャリヤーを備えるマルチバンドアンテナが開示されている。また、特許文献4に、マルチバンドに対応した平板状アンテナが開示されている。
特許文献1逆F型の小型のマルチバンドアンテナでは、垂直偏波、水平偏波の両方の偏波が放射されるため、電波エネルギーの利用効率が悪い。また、特許文献2に開示された複数の小形のチップアンテナで構成したアンテナでは、構成部品数が増えてしまうという欠点がある。また、特許文献3のアンテナでは、サイズが大きくなり、携帯電話で使用する場合には邪魔になる。また、特許文献4のアンテナは、使用する波長の概略1/4のサイズとなり、800MHz帯で使用する場合は、携帯電話には使用しづらい長さになる。これは、本発明に比較的近い形状をもっているが、放射部分が接地導体に対して横方向になっており、接地導体に対して水平偏波となる。一方、本発明の場合は、後述するように垂直偏波成分が優勢であるので、この点においても相異するものである。
また、従来のアンテナ整合は、特許文献5に記載されている様に、給電回路側への集中定数素子のとりつけ、あるいは給電回路側へ分布定数線路パターンの配置、またはアンテナ素子中にコイルやコンデンサといった集中定数をとりつけることで行われている。しかし、集中定数素子を別途とりつけての調整はコストと時間がかかり、また、回路側へ分布定数パターンを組む場合もその都度の調整に時間を要する。
In addition, as described in
また、アンテナの低姿勢化について、非特許文献1に記載されている様に、逆F型アンテナでは、板状逆F型アンテナと呼ばれる構造にしてインピーダンス整合のためにアンテナ素子面積を増大させるといった方法がとられているが、低姿勢化とトレードオフに面積の増大といった問題が発生する。
Also, as described in Non-Patent
携帯電話などの移動体通信端末に搭載される内蔵マルチバンドアンテナで、理想的なモノポールアンテナの特性を維持しつつ低姿勢化を行うことができ、複数の周波数帯の調整を容易に行えるアンテナを実現する。 Built-in multiband antenna mounted on mobile communication terminals such as mobile phones, etc. Antenna that can be lowered while maintaining the characteristics of an ideal monopole antenna, and can easily adjust multiple frequency bands Is realized.
この発明によって、離間した周波数帯のどの周波数帯でも、切換え無しで送受信を行なうことのできる垂直偏波放射特性をもった小型のマルチバンドアンテナを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a small multiband antenna having vertically polarized radiation characteristics that can be transmitted and received without switching in any frequency band of the separated frequency bands.
マルチバンドモノポールアンテナとして、その構成を、次のようにする。
使用する電波の波長の0.01から0.13倍長さのモノポール放射素子部と、前記モノポール放射素子部の接地導体側に設けられた給電点と、前記モノポール放射素子部の接地導体側と反対側またはその先端に設けられた複数の整合線路とを備え、 前記のそれぞれの整合線路は、使用する電波の波長の0.10から0.25倍の長さであり、上記のモノポール放射素子と比べて同じまたは高い単位長あたりの抵抗値を有し、前記モノポール放射素子部の長手方向と直交する方向の長手方向を備え、前記モノポール放射素子部側の反対端は開放端とする。
The configuration of the multiband monopole antenna is as follows.
A monopole radiating element having a length of 0.01 to 0.13 times the wavelength of the radio wave to be used; a feeding point provided on the ground conductor side of the monopole radiating element; and grounding of the monopole radiating element A plurality of matching lines provided on the opposite side of the conductor side or on the tip thereof, each of the matching lines is 0.10 to 0.25 times the wavelength of the radio wave used, A resistance value per unit length that is the same as or higher than that of the monopole radiating element, has a longitudinal direction perpendicular to the longitudinal direction of the monopole radiating element portion, and the opposite end on the monopole radiating element portion side is Open end.
また、上記のいずれかの整合線路は、使用する電波の波長の0.05から0.20倍の長さを有する第1の整合線路部分と、第1の整合線路部分に直列に接続され、第1の整合線路部分に比べて単位長あたりの抵抗値が同じかまたは高く、使用する電波の周波数の0.05から0.15倍の長さを有する第2の整合線路部分と、第1の整合線路部分と第2の整合線路部分とを連結する第3の整合線路部分とで構成する。 One of the above-mentioned matching lines is connected in series to the first matching line portion having a length of 0.05 to 0.20 times the wavelength of the radio wave used, and the first matching line portion, A second matching line portion having a resistance value equal to or higher than that of the first matching line portion and having a length of 0.05 to 0.15 times the frequency of the radio wave used; And a third matching line portion connecting the second matching line portion and the second matching line portion.
また、上記の整合線路は、使用する電波の波長の0.05から0.20倍の長さを有する第1の整合線路部分と、第1の整合線路部分から枝分かれし、第1の整合線路部分に比べて単位長あたりの抵抗値が同じかまたは高く、使用する電波の周波数の0.05から0.15倍の長さを有する第2の整合線路部分と、第1の整合線路部分と第2の整合線路部分とを連結する第3の整合線路部分とで構成する。ただし,各放射素子及び整合線路の長さは,その周囲に配置される誘電体物質の誘電率に応じて変える。 Further, the matching line is branched from the first matching line portion having a length of 0.05 to 0.20 times the wavelength of the radio wave used, and the first matching line. A second matching line portion having a resistance value equal to or higher than that of the portion and having a length of 0.05 to 0.15 times the frequency of the radio wave used; and a first matching line portion; The third matching line portion is connected to the second matching line portion. However, the length of each radiating element and matching line is changed according to the dielectric constant of the dielectric material disposed around it.
また、上記のモノポール放射素子部と整合線路とを、同一平面上、あるいは平面を折り曲げた同一面上に設ける。 The monopole radiating element portion and the matching line are provided on the same plane or on the same plane obtained by bending the plane.
また、上記のモノポール放射素子部と整合線路とを、プリント基板を用いて形成する。 Further, the monopole radiating element part and the matching line are formed using a printed circuit board.
特に、例えば、モノポール放射素子部の長さは、3から15mmの範囲にあり、前記放射素子に接続され全長が60から80mmの範囲にある整合線路と、前記放射素子に接続され全長が10から25mmの範囲にある整合線路とを備え、800MHzから1000MHzのいずれかの信号と1.9から2.2GHzのいずれかの信号を給電するものである。 In particular, for example, the length of the monopole radiating element portion is in the range of 3 to 15 mm, the matching line is connected to the radiating element and the total length is in the range of 60 to 80 mm, and the total length is 10 to be connected to the radiating element. And a matching line in a range of 25 mm to 25 mm, and feeds any signal from 800 MHz to 1000 MHz and any signal from 1.9 to 2.2 GHz.
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.
先ず本発明の実施例を図1によって説明する。本発明のマルチバンドモノポールアンテナは、接地導体または回路側基板とモノポール放射素子(アンテナ)部との間に高周波電力を給電する。モノポール放射素子部の先端には、モノポール放射素子部よりも細い複数の整合線路を接続している。この整合線路は、カバーしようとする周波数帯域の数だけ設ける。この整合線路は、後述するように、電波を放射するが、モノポール放射素子部で電流が大きく、その放射が優勢である。 First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The multiband monopole antenna of the present invention feeds high-frequency power between the ground conductor or circuit side substrate and the monopole radiating element (antenna). A plurality of matching lines that are thinner than the monopole radiating element are connected to the tip of the monopole radiating element. This matching line is provided as many as the number of frequency bands to be covered. As will be described later, the matching line radiates radio waves, but the monopole radiating element portion has a large current and the radiation is dominant.
モノポール放射素子部の長さは用いる波長の1%〜13%にわたり、また、整合線路の長さは、用いる波長の10〜25%にわたり、調整することができる。 The length of the monopole radiating element portion can be adjusted over 1% to 13% of the wavelength used, and the length of the matching line can be adjusted over 10-25% of the wavelength used.
例えば、図2に示すマルチバンドモノポールアンテナの場合には、図3に示す放射特性を示す。モノポール放射素子部を垂直にした場合に、点線は水平偏波を、実線は垂直偏波を示す。図3(a)、(b)では、垂直偏波が優勢である。これは、主にモノポール放射素子部からの放射である。また、880MHzと1580MHzの両方で良好な放射特性を持つことが分かる。また、この周波数帯での電圧定在波比(SWR)を図4に示す。SWRは、880、1580MHzでは、それぞれ、2.61と1.7である。 For example, the multiband monopole antenna shown in FIG. 2 exhibits the radiation characteristics shown in FIG. When the monopole radiating element portion is vertical, the dotted line indicates horizontal polarization, and the solid line indicates vertical polarization. In FIGS. 3A and 3B, vertical polarization is dominant. This is mainly radiation from the monopole radiating element portion. Also, it can be seen that both 880 MHz and 1580 MHz have good radiation characteristics. FIG. 4 shows the voltage standing wave ratio (SWR) in this frequency band. The SWR is 2.61 and 1.7 at 880 and 1580 MHz, respectively.
また、図3(c)、(d)でも、垂直偏波が優勢である。また、純粋なモノポールアンテナのように、放射特性にくびれが無いのは、図2の整合線路が折り曲げられているからであり、各部分4あるいは6からの放射によって、上記のくびれが埋められているためである。また、図3(e)、(f)に関しても、垂直偏波が優勢である。
Also in FIGS. 3C and 3D, the vertical polarization is dominant. The reason why there is no constriction in the radiation characteristics as in the case of a pure monopole antenna is that the matching line in FIG. 2 is bent, and the above constriction is filled by the radiation from each
ここで、整合線路は、放射に寄与することが少ないので、図5のように、整合線路先端部5を細くしてもよい。このように細くする目的は、多くの場合、小型化である。また、整合線路先端部5は、より高抵抗の線路で置き換えてもよい。この際の目的は、高抵抗であるが機械的強度の大きい材料を用いることである。この場合の、モノポール放射素子部の長さは用いる波長の1%〜13%、また、整合線路の長さは、用いる波長の10%〜25%にわたり、調整することができる。
Here, since the matching line hardly contributes to radiation, the
また、配置的な必要に応じて、図6に示すような、枝分かれした整合線路部とすることも可能である。 Moreover, it is also possible to use a branched matching line section as shown in FIG.
図7は、800/900M帯と2GHz帯とのデュアルバンド用で、通常の携帯電話とIMT2000方式の携帯電話とに用いる場合を想定したものである。このマルチバンドモノポールアンテナの特徴は、800/900M帯のアンテナを内蔵させながら、旧来の携帯電話方式と、現在主流の第3世代携帯電話方式での利用を1つのアンテナで利用可能にすることである。 FIG. 7 is for a dual band of 800 / 900M band and 2 GHz band, and is assumed to be used for a normal mobile phone and an IMT2000 mobile phone. This multi-band monopole antenna has a built-in 800 / 900M band antenna, and can be used with the conventional mobile phone system and the current mainstream third-generation mobile phone system with a single antenna. It is.
図8は、800/900M帯と1.5GHz帯とのデュアルバンド用で、携帯電話やGPS受信機用のマルチバンドモノポールアンテナである。この場合の様に、先端に平板を設けて、整合線路部の長さを短縮することもできる。このマルチバンドモノポールアンテナの特徴は、800/900M帯のアンテナを内蔵させながら、携帯電話による音声通話と、GPSによる位置情報通信を1つのアンテナで利用可能にすることである。図8では、モノポール放射素子部の長さは、13mmであるが、これを800MHzから1000MHz帯と1.9から2.2GHz帯で利用する場合は、3から15mmの範囲で調整することができる。また、この場合、長い方の整合線路の長さは60から80mmの範囲で調整すればよく、短い方の整合線路の長さは10から25mmの範囲で調整すればよい。この調整に当たっては、900MHzと2.05GHzで反射波定在波比が最適になるように調整することが望ましい。 FIG. 8 shows a multiband monopole antenna for a dual-band 800 / 900M band and 1.5 GHz band for a mobile phone or a GPS receiver. As in this case, a flat plate can be provided at the tip to shorten the length of the matching line portion. The feature of this multi-band monopole antenna is that voice communication using a mobile phone and position information communication using GPS can be used with one antenna while incorporating an antenna of 800 / 900M band. In FIG. 8, the length of the monopole radiating element portion is 13 mm. However, when this is used in the 800 MHz to 1000 MHz band and the 1.9 to 2.2 GHz band, the length can be adjusted in the range of 3 to 15 mm. it can. In this case, the length of the longer matching line may be adjusted in the range of 60 to 80 mm, and the length of the shorter matching line may be adjusted in the range of 10 to 25 mm. In this adjustment, it is desirable to adjust the reflected wave standing wave ratio at 900 MHz and 2.05 GHz.
図9は、800/900M帯と1.8GHz帯とのデュアルバンド用で、複数国で採用されているデジタルの世界標準携帯電話(GSM携帯電話)に用いるものである。このマルチバンドモノポールアンテナの特徴は、800/900M帯のアンテナを内蔵させながら、GSM携帯電話に利用される2バンドの利用を1つのアンテナで利用可能にすることである。 FIG. 9 is for a dual band of 800 / 900M band and 1.8 GHz band, and is used for a digital global standard mobile phone (GSM mobile phone) adopted in a plurality of countries. The feature of this multi-band monopole antenna is that the use of two bands used for a GSM mobile phone can be made possible with one antenna while incorporating an antenna of 800 / 900M band.
図10は、1.5G帯と、2.4GHz帯とのデュアルバンド用で、GPSや無線LANに用いるものである。このマルチバンドモノポールアンテナの特徴は、PDA、ノートパソコン等情報通信端末においてGPSによる位置情報通信と、無線LANによるネットワーク通信を1つのアンテナで利用可能にすることである。 FIG. 10 is for a dual band of 1.5 G band and 2.4 GHz band, and is used for GPS and wireless LAN. The feature of this multiband monopole antenna is that it enables location information communication by GPS and network communication by wireless LAN to be used by one antenna in an information communication terminal such as a PDA or a notebook personal computer.
また、図11は、800MHz帯、1.8GHz帯、および2.4GHz帯の3バンド用のマルチバンドモノポールアンテナで、デジタルの世界標準携帯電話、無線LANに用いるものである。このマルチバンドモノポールアンテナの特徴は、800/900M帯のアンテナを内蔵させながら、GSM携帯電話に利用される2バンドと、無線LANの利用を1つのアンテナで利用可能にすることである。 FIG. 11 shows a multiband monopole antenna for three bands of 800 MHz band, 1.8 GHz band, and 2.4 GHz band, which is used for a digital world standard mobile phone and a wireless LAN. The feature of this multi-band monopole antenna is that two antennas used for GSM mobile phones and wireless LAN can be used with one antenna while incorporating an 800 / 900M band antenna.
上記では、離間した周波数帯域について説明したが、連続する周波数帯域をカバーして、結果として広い帯域で用いることができるアンテナを、本発明に倣って製造することは容易である。 In the above description, the frequency bands separated from each other have been described. However, it is easy to manufacture an antenna that covers continuous frequency bands and can be used in a wide band as a result according to the present invention.
1 給電部
2 モノポール放射素子部
3、4、5、6、7、8、9 整合線路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記モノポール放射素子部の接地導体側に設けられた給電点と、
前記モノポール放射素子部の接地導体側と反対側またはその先端に設けられた複数の整合線路とを備え、
前記のそれぞれの整合線路は、使用する電波の波長の0.10から0.25倍の長さであり、上記のモノポール放射素子と比べて同じまたは高い単位長あたりの抵抗値を有し、前記モノポール放射素子部の長手方向と直交する方向の長手方向を備え、前記モノポール放射素子部側の反対端は開放端である、
ことを特徴とするマルチバンドモノポールアンテナ。 A monopole radiating element having a length of 0.01 to 0.13 times the wavelength of the radio wave used;
A feeding point provided on the ground conductor side of the monopole radiating element portion;
A plurality of matching lines provided on the opposite side of the ground conductor side of the monopole radiating element portion or on the tip thereof;
Each of the matching lines has a length of 0.10 to 0.25 times the wavelength of the radio wave used, and has a resistance value per unit length that is the same as or higher than that of the monopole radiating element, Comprising a longitudinal direction in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the monopole radiating element portion, the opposite end of the monopole radiating element portion side being an open end,
Multiband monopole antenna characterized by that.
使用する電波の波長の0.05から0.20倍の長さを有する第1の整合線路部分と、
第1の整合線路部分に直列に接続され、第1の整合線路部分に比べて単位長あたりの抵抗値が同じかまたは高く、使用する電波の周波数の0.05から0.15倍の長さを有する第2の整合線路部分と、
第1の整合線路部分と第2の整合線路部分とを連結する第3の整合線路部分とで構成されることを特徴とする請求項1に記載のマルチバンドモノポールアンテナ。 Any of the above matching lines
A first matching line portion having a length of 0.05 to 0.20 times the wavelength of the radio wave used;
Connected in series to the first matching line portion, the resistance value per unit length is the same or higher than that of the first matching line portion, and is 0.05 to 0.15 times the frequency of the radio wave used. A second matched line portion having
2. The multiband monopole antenna according to claim 1, comprising a third matching line portion that connects the first matching line portion and the second matching line portion.
使用する電波の波長の0.05から0.20倍の長さを有する第1の整合線路部分と、
第1の整合線路部分から枝分かれし、第1の整合線路部分に比べて単位長あたりの抵抗値が同じかまたは高く、使用する電波の周波数の0.05から0.15倍の長さを有する第2の整合線路部分と、
第1の整合線路部分と第2の整合線路部分とを連結する第3の整合線路部分とで構成されることを特徴とする請求項1に記載のマルチバンドモノポールアンテナ。 The matching line above is
A first matching line portion having a length of 0.05 to 0.20 times the wavelength of the radio wave used;
Branching from the first matching line portion, the resistance value per unit length is the same as or higher than that of the first matching line portion, and the length is 0.05 to 0.15 times the frequency of the radio wave used. A second matching line portion;
2. The multiband monopole antenna according to claim 1, comprising a third matching line portion that connects the first matching line portion and the second matching line portion.
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