JP4683644B2 - アンテナ装置および携帯無線機 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置および携帯無線機に関するものである。

近年、携帯無線機の一種である携帯電話機の普及に伴い、さまざまな形状の端末が登場してきた。特に従来より小型のものが要求されてきている。

通常、携帯無線機の場合には、アンテナに対応する地板の大きさが、使用する無線周波数の波長に比べ十分に小さいため、地板が地板として動作せず、アンテナの一部として動作する。したがって、使用する無線周波数に対応した適正な地板サイズがあり、アンテナが適正化されても、地板サイズが適正でなければ、十分なアンテナ性能を得ることができない（特許文献１参照）。

端末の小型化は、通常、適正な地板サイズから遠ざかる方向の変化であり、これによりアンテナ性能が劣化する傾向となる。

この問題を解決するためには、地板サイズによるアンテナ性能の劣化量を補うようにアンテナサイズそのものを大きくしなければならない。これを従来例として図３を用いて説明する。図３は従来の携帯無線機の概略図を示している。

携帯無線機の外郭（筐体）は、非金属材料で構成されており、無線機として必要な回路を実装した基板２と、ＬＣＤ等の表示デバイス、カメラ機構、バッテリー、アンテナ１などが収納されている。基板２には、基地局と通信するための通信用回路４や、その他種々の回路が実装されている。この基板２に実装されている通信用回路４は、所定の信号形式の送信信号を生成するとともに、アンテナ１によって受信した信号を復調する、等の役割を有する。アンテナ１は、例えば板状モノポールアンテナであり、携帯無線機外郭内に固定されている。アンテナ給電回路３は整合回路等で構成されており、通信用回路４の信号線とアンテナ１とを電気的に接続している。

通信用回路４で生成された送信信号は、アンテナ給電回路３を介してアンテナ１に給電され、基地局へ送信される。また、アンテナ１で受信した基地局からの受信信号は、アンテナ給電回路３を介して通信用回路４に送られ復調される。

このとき、基板２の導電層である地板は、アンテナに対応するその大きさが、使用する無線周波数（例えば携帯電話の８００ＭＨｚ、地上デジタル放送の４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ等）の波長に比べ十分に小さいため、グランドとして動作せず、アンテナの一部として動作する。つまり、端末の小型化により基板（ひいては地板）のサイズが小さくなる。これは、アンテナが小さくなるということと等価となり、アンテナの性能は劣化する。この劣化は、アンテナ領域１０を大きくすることで補うこともできる。アンテナ領域１０は、アンテナ１と地板との間のギャップも含めたアンテナサイズに相当する。
特開２００３−６０４１７号公報

しかし、アンテナ領域１０を大きくすることは、携帯無線機の小型化に逆行する。逆に、アンテナ領域１０や地板サイズを小さく抑えると、良好なアンテナ性能が得られない。

また、使用される無線周波数によっては、適正なアンテナ特性となる地板サイズに比べて実際の地板サイズが大きくなる場合もありうる。

いずれにせよ、実際の地板サイズと適正なアンテナ特性となる地板サイズと一致しないと、アンテナ特性が劣化してしまう。

本発明は、このような背景においてなされたものであり、適正なアンテナ特性が得られる地板サイズと実際の地板サイズとが一致しない場合でも、実際の地板サイズやアンテナサイズを変えることなく良好なアンテナ性能を得ることができるアンテナ装置および携帯無線機を提案しようとするものである。

本発明によるアンテナ装置は、使用される無線周波数に対して適正なアンテナ特性となる地板サイズに比べて実際の地板サイズが小さい、携帯無線機に用いられるアンテナ装置において、アンテナ素子と、このアンテナ素子に接続された第１の地板と、第２の地板と、前記第１および第２の地板をインダクタンス結合するインダクタ素子とを備えたことを特徴とする。

第１の地板と第２の地板とをインダクタ素子によりインダクタンス結合することにより、実効的な地板サイズを実際より大きくすることができる。その結果、実際の地板サイズ、ひいてはこのアンテナ装置を用いる携帯無線機のサイズを大きくすることなく、良好なアンテナ性能が得られる。

本発明による他のアンテナ装置は、使用される無線周波数に対して適正なアンテナ特性となる地板サイズに比べて実際の地板サイズが大きい、携帯無線機に用いられるアンテナ装置において、アンテナ素子と、このアンテナ素子に接続された第１の地板と、第２の地板と、前記第１および第２の地板を容量結合する容量素子とを備えたことを特徴とする。

第１の地板と第２の地板とを容量素子により容量結合することにより、実効的な地板サイズを実際より小さくすることができる。

本発明によるさらに他のアンテナ装置は、複数の無線周波数で使用される携帯無線機に用いられるアンテナ装置において、アンテナ素子と、このアンテナ素子に接続された第１の地板と、第２の地板と、前記第１および第２の地板をインダクタンス結合または容量結合するための第１および第２のリアクタンス素子と、前記複数の無線周波数のうち使用する無線周波数に応じて、前記第１および第２のリアクタンス素子を切り替えて使用する第１の切り替えスイッチとを備えたことを特徴とする。

この構成では、複数の無線周波数のうち使用する無線周波数に合わせて、選択的に第１および第２のリアクタンス素子のいずれかで第１および第２の地板を結合することにより、使用する周波数に合わせて実際の地板サイズが実効的な地板サイズとなるよう適正化される。

本発明はまた、これらをアンテナ装置を利用した携帯無線機を提供する。

本発明によれば、実際の地板サイズを変更することなくそのサイズを実効的な地板サイズに補正することができるので、携帯無線機のサイズの制約によるアンテナ性能の劣化を防止することができる。

例えば、２つの地板をインダクタ結合することにより、小型の地板でありながら、実効的に地板サイズを大きくすることにより、高性能なアンテナ特性となるアンテナ装置および携帯無線機を実現できる。また、２つの地板を容量結合することにより、実際の地板サイズをより実効的に小さくすることも可能である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置及び携帯無線機の概略図である。この図において、図３との対応部分に同一符号を付して示す。

本発明の第１の実施の形態について各部の構成を説明しながら、図１を用いて以下に具体的に説明する。

携帯無線機の外郭（筐体）は合成樹脂等の非金属材料で構成されており、この外郭の内部に、無線機として必要な回路を実装した第１の地板６、第２の地板７を含む基板、表示部としてのＬＣＤ、撮像部としてのカメラ機構、バッテリー、アンテナ１などが収納されている。第１の地板６を含む第１の基板には、基地局と通信するための通信用回路４や、その他種々の回路が実装されている。通信用回路４は、所定の信号形式の送信信号を生成するとともに、アンテナ１によって受信した信号を復調する、等の役割を有する。アンテナ１は、例えば、樹脂ハウジングに導板を貼り付けた板状モノポールアンテナであり、携帯無線機の外郭内に固定されている。アンテナ給電回路３は整合回路等で構成されており、通信用回路４の信号線とアンテナ１とを電気的に接続している。

通信用回路４で生成された送信信号は、アンテナ給電回路３を介してアンテナ１に給電され、基地局へ送信される。また、アンテナ１で受信した基地局からの受信信号は、アンテナ給電回路３を介して通信用回路４に送られ復調される。

アンテナ１は第１の地板６の一端側に配置されており、第２の地板７は第１の地板６の他端側に配置されている。第１の地板６と第２の地板７はインダクタ回路５により電気的に接続されている。インダクタ回路５は例えばインダクタ素子により構成することができる。図の例では２個のインダクタ回路５を両地板の接続辺の両端に配置しているが、その個数および位置は必ずしも図示のものに限るものではない。ただし、高周波電流は地板の端に流れやすいので、少なくとも両地板の接続辺の両端に設けることが好ましい。

ここでは、第１の地板６と第２の地板７は、アンテナに対応する地板の大きさが使用する無線周波数の波長に比べ十分に小さいものとする。そのため、グランドとして動作せず、アンテナの一部として動作する。また、使用される無線周波数に対して適正なアンテナ特性となる地板サイズに比べて実際の地板サイズが小さい場合を想定している。すなわち、第１の地板６と第２の地板７とを合わせた実寸が使用する周波数帯に適正な地板サイズより小型であるものとする。この場合にも、インダクタ回路５を設けたことにより、地板サイズは実効的には（電気的には）適正なサイズとなり、良好なアンテナ性能が得られる。

このようにして本実施の形態の場合には、適正な地板サイズより小さいサイズの地板を用いた小型の端末であっても、２つの地板をインダクタ回路により電気的に適正なサイズにすることで良好なアンテナ性能を実現している。

また、このようなアンテナ装置を小型の携帯無線機に使用すれば、従来より良好なアンテナ性能を有する携帯無線機を容易に実現し得る。

＜第２の実施の形態＞
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置及び携帯無線機の概略図である。

この第２の実施の形態における携帯無線機は複数の無線周波数帯に対応しており、いずれかの無線周波数帯を選択的に利用できるものである。上述のように無線周波数によって適正な地板サイズが異なるため、本実施の形態では使用する無線周波数帯に応じて、実効的な地板サイズを変化させる制御を行う。

第１の実施の形態と同様、携帯無線機の外郭は非金属材料で構成されており、その外郭内には、無線機として必要な回路を実装した第１の基板内の第１の地板６と、第２の基板内の第２の地板７、ＬＣＤ、カメラ機構、バッテリー、アンテナ１などが収納されている。第１の基板には、基地局と通信するための通信用回路４や、使用する無線周波数帯を選択する制御部４１、その他種々の回路が実装されている。この通信用回路４は、複数の無線周波数帯の信号形式の送信信号を生成するとともに、アンテナ１によって受信した複数の無線周波数帯の信号を復調する、等の役割を有する。アンテナ１は、第１の実施の形態の場合と同様、例えば樹脂ハウジングに導板を貼り付けた板状モノポールアンテナであり、携帯無線機外郭内に固定されており、複数の無線周波数帯で動作する。アンテナ給電回路３は、第１の整合回路２１、第２の整合回路２２、回路切り替えスイッチ２３（第２の切り替えスイッチ）、給電部２４等で構成されており、通信用回路４の信号線とアンテナ１とを電気的に接続している。

通信用回路４で生成された送信信号は、回路切り替えスイッチ２３、第１の整合回路２１または第２の整合回路２２を介してアンテナ１に給電され、基地局へ送信される。また、アンテナ１で受信した基地局からの受信信号は、第１の整合回路２１または第２の整合回路２２、回路切り替えスイッチ２３を介して通信用回路４に送られ復調される。

アンテナ１は第１の地板６の一端側に配置されており、第２の地板７は第１の地板６の他端側に配置されている。第１の地板６と第２の地板７は、インダクタ回路５により電気的に接続されている。インダクタ回路５は、第１のインダクタ素子３１、第２のインダクタ素子３２、回路切り替えスイッチ３３（第１の切り替えスイッチ）等で構成されている。この実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、複数のインダクタ回路５を設けてもよい。

制御部４１には次のような役割がある。すなわち、複数の無線周波数帯のうち使用する無線周波数帯の選択を指示する制御信号を信号ライン４２を介して回路切り替えスイッチ２３に送り、使用する整合回路を選択する。それと同時に、複数の無線周波数帯のうち使用する無線周波数帯の選択を指示する制御信号を信号ライン４３を介して回路切り替えスイッチ３３に送り、使用するインダクタ素子を選択する。

本実施の形態においても、第１の地板６と第２の地板７は、アンテナに対応する地板の大きさが使用する複数の無線周波数帯の波長に比べ十分に小さいものとする。そのため、第１の地板６と第２の地板７は、グランドとして動作せず、アンテナの一部として動作する。第１の地板６と第２の地板７とを合わせた実寸が使用する周波数帯に適正な地板サイズではなくても、電気的には、インダクタ回路５のインダクタ素子３１または３２により、実効的な地板サイズが、使用する周波数帯に適正な地板サイズとなり、良好なアンテナ性能が得られる。

このようにしてこの実施の形態の場合には、複数の無線周波数帯に対応した携帯無線機において、実際の地板サイズが適正な地板サイズと異なるような端末サイズであっても、アンテナの整合回路を切り替える制御信号を用い、２つの地板を電気的に接続するインダクタ素子を切り替えることにより電気的に適正なサイズにすることで良好なアンテナ性能を実現している。

また、このようなアンテナ装置を小型の携帯無線機に使用すれば、従来より良好なアンテナ性能を有する小型無線機を容易に実現し得る。

＜変形例＞
上述の実施の形態において、各種回路は第１の地板を含む第１の基板側のみならず、第２の地板を含む第２の基板側に実装することも可能である。

上述の実施の形態において、インダクタ素子のみならず、容量素子により実際の地板サイズを電気的に適正な地板サイズにみなせる場合、すなわち、使用される無線周波数に対して適正なアンテナ特性となる地板サイズに比べて実際の地板サイズが大きい場合には、インダクタ素子の代わりに容量素子を用いることができる。（インダクタ素子およびリアクタンス素子を総称してリアクタンス素子という。）

また、図２の構成において、使用する無線周波数によっては、インダクタ素子３１，３２の一方のみその代わりに容量素子を用いる構成もありうる。

第１の地板のアンテナと逆側の端部に接続される第２の地板は、第１の地板に比べて小さいものとした（すなわち、両地板のインダクタンス結合または容量結合の位置は、アンテナと逆側の端部に近い位置とした）が、必ずしもこのような位置に限定されるものではない。

上述の実施の形態において示したモノポールアンテナは、導板のみならず、所定の導電性材料や金属めっきによって構成するようにしてもよい。

また、アンテナ装置を送受信回路に接続した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、送信専用または受信専用の回路に接続されることもありうる。

また、第１のアンテナ素子が板状モノポールアンテナとした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、メアンダアンテナ、ヘリカルアンテナ、逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナに適用することも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置及び携帯無線機の概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置及び携帯無線機の概略図である。 従来の携帯無線機の概略図を示す概略図である。

符号の説明

１…アンテナ、２…基板、３…アンテナ給電回路、４…通信用回路、５…インダクタ回路、６…第１の地板、７…第２の地板、１０…アンテナ領域、２１…第１の整合回路、２２…第２の整合回路、２３…回路切り替えスイッチ、２４…給電部、３１…第１のインダクタ素子、３２…第２のインダクタ素子、３３…回路切り替えスイッチ、４１…制御部、４２…信号ライン、４３…信号ライン

Claims (4)

1. 複数の無線周波数で使用される携帯無線機に用いられるアンテナ装置において、
   アンテナ素子と、
   このアンテナ素子に接続された第１の地板と、
   第２の地板と、
   前記第１および第２の地板をインダクタンス結合または容量結合するための第１および第２のリアクタンス素子と、
   前記複数の無線周波数のうち使用する無線周波数に応じて、前記第１および第２のリアクタンス素子を切り替えて使用する第１の切り替えスイッチと
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ素子を前記複数の無線周波数の各々で共振させるための第１および第２の整合回路と、
   前記第１の切り替えスイッチと連動して、前記第１および第２の整合回路を切り替えて使用する第２の切り替えスイッチと
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 複数の無線周波数で使用されるアンテナ装置を備えた携帯無線機において、
   前記アンテナ装置は、
   アンテナ素子と、
   このアンテナ素子に接続された第１の地板と、
   第２の地板と、
   前記第１および第２の地板をインダクタンス結合または容量結合するための第１および第２のリアクタンス素子と、
   前記複数の無線周波数のうち使用する無線周波数に応じて、前記第１および第２のリアクタンス素子を切り替えて使用する第１の切り替えスイッチと
   を備えたことを特徴とする携帯無線機。
4. 前記アンテナ素子を前記複数の無線周波数の各々で共振させるための第１および第２の整合回路と、
   前記第１の切り替えスイッチと連動して、前記第１および第２の整合回路を切り替えて使用する第２の切り替えスイッチと
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載の携帯無線機。

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