JP4798738B2

JP4798738B2 - アンテナおよびアンテナの製造方法

Info

Publication number: JP4798738B2
Application number: JP2001210215A
Authority: JP
Inventors: 正押山; 克俊大久保; 浩正坂野
Original assignee: Yokowo Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP2003023316A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機などに用いられて送受信できる周波数帯域幅が広いアンテナに関するものである。また、そのアンテナの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯電話機などに内蔵されて用いられ、しかも２つの周波数帯域を送受信できるアンテナの一例を図９および図１０に示す。図９は、従来のアンテナの一例の平面図である。図１０は、図９のＡ−Ａ断面拡大図である。
【０００３】
図９および図１０に示すごとく、従来のアンテナは、絶縁樹脂からなるキャリア１０の表面に、導電体板からなる放射電極１２が配設される。この放射電極１２は、導電体板に適宜なスリット１２ａが形成されて実質的に寸法の長い形状のものとされ、その一方に偏った中央部に給電点１４とグランド電極接続点１６が設けられるとともに両端部が開放端とされる。また、キャリア１０は、表面にグランド電極１８が設けられる回路基板２０上に搭載される。
【０００４】
かかる構成において、給電点１４から端部の開放端までの寸法が長い側の放射電極部分で低い周波数帯域の信号を送受信し、給電点１４から端部の開放端までの寸法が短い側の放射電極部分で高い周波数帯域の信号を送受信する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のアンテナは、低い周波数帯域と高い周波数帯域に対して、それぞれ逆Ｆアンテナを形成するとともに放射電極１２を面状として各周波数帯における帯域幅の拡大が図られている。ここで、逆Ｆアンテナの帯域幅は、一般的にＶＳＷＲ３以下で３〜６％にすぎず、放射電極１２を面状としてもその改善には限度がある。一方、２つの周波数帯をＧＳＭ（８８０〜９６０ＭＨｚ）とＤＣＳ（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）に設定するならば、ＧＳＭの送受信に必要な帯域幅は８．６％であり、ＤＣＳの送受信に必要な帯域幅は９．５％である。しかも、アンテナの共振周波数が周波数帯の中心からずれていれば、送受信に必要とされる帯域幅はさらに広いものが要求される。そこで、周波数帯域幅のより広いアンテナが要望されていた。
【０００６】
本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、周波数帯域幅が広いアンテナを提供することを目的とする。また、該周波数帯域幅が広いアンテナを量産するのに好適な製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のアンテナは、グランド電極に対して離して放射電極を配設し、前記放射電極の一方に偏った中間部に給電点とグランド電極接続点とを設けるとともに両端部を開放端として２つの周波数帯を送受信するアンテナにおいて、前記放射電極をスリットにより前記両端側をそれぞれに折り返す形状とし、それぞれの前記開放端を、それぞれの前記スリットを挟んで、前記給電点から当該開放端側へ当該放射電極部分で送受信するそれぞれの周波数帯の１／１６〜１／８波長離した前記放射電極部分の位置に、それぞれの前記スリットの幅だけ離れて配設してそれぞれに容量結合するように構成されている。
【０００８】
また、前記放射電極を導電体板で形成し、前記給電点およびグランド電極接続点でそれぞれにスプリングコネクタの一端部を前記導電体板に圧入またはカシメにより固定するとともに電気的接続して構成しても良い。
【０００９】
さらに、本発明のアンテナの製造方法は、導電体板のフープ材に請求項１記載の放射電極を一部分を連結して打ち抜き形成し、このフープ材を金型にインサートして前記放射電極に絶縁樹脂材からなるキャリアをそれぞれにインサート成形し、さらに前記キャリアと一体化された前記放射電極の給電点およびグランド電極接続点にスプリングコネクタの一端部を圧入固定し、その後、前記放射電極を前記フープ材から切り離して製造する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図８を参照して説明する。図１は、本発明のアンテナの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図２は、放射電極にスプリングコネクタの一端部を圧入した構造を示す断面図である。図３は、本発明のアンテナの周波数対ＶＳＷＲ特性図である。図４は、本発明のアンテナのスミスチャートである。図５は、ＧＳＭの周波数帯の各周波数における放射特性図であり、（ａ）は８８０ＭＨｚ、（ｂ）は９１５ＭＨｚ、（ｃ）は９２５ＭＨｚ、（ｄ）９６０ＭＨｚである。図６は、ＤＣＳの周波数帯の各周波数における放射特性図であり、（ａ）は１７１０ＭＨｚ、（ｂ）は１７８５ＭＨｚ、（ｃ）は１８０５ＭＨｚ、（ｄ）は１８８０ＭＨｚである。図７は、本発明のアンテナの各周波数における最大利得と平均利得の表である。図８は、本発明のアンテナの製造方法の工程を示す図であり、（ａ）はフープ材に放射電極を打ち抜い図、（ｂ）は打ち抜いた放射電極にキャリアをインサート成形した図、（ｃ）は放射電極とキャリアの一体物にスプリングコネクタを圧入した図、（ｄ）は放射電極をフープ材から切り離してアンテナとした図である。
【００１１】
まず、導電体板から放射電極２２がプレス加工などにより打ち抜き形成される。この放射電極２２は、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃ等が適宜に切り込まれて実質的に寸法の長いものとされ、しかもその一方に偏った中間部に給電点１４とグランド電極接続点１６が形成され、スプリングコネクタ２４，２４の一端がそれぞれ圧入され得る孔が穿設される。放射電極２２は、スリット２２ｂにより給電点１４を中心とする２つの放射電極部分からなる放射電極と見なすことができ、しかも２つの放射電極部分はスリット２２ａ，２２ｃでそれぞれに折り返す形状とされる。そして、給電点１４から一方の先端部の開放端までの寸法が長い側の放射電極部分は低い周波数帯、例えばＧＳＭに共振する電気長に設定される。また、給電点１４から他方の先端部の開放端までの寸法が短い側の放射電極部分は高い周波数帯、例えばＤＣＳに共振する電気長に設定される。しかも、寸法の長い放射電極部分では、スリット２２ａにより折り返す形状とされ、長い放射電極部分の開放端が（特に電圧最大点）が、スリット２２ａを挟んで、給電点１４からその開放端側へ低い周波数帯域の１／１６〜１／８波長だけ離した長い放射電極部分の位置に、スリット２２ａの幅だけ離れて配設されて容量結合するように形成される。また、寸法の短い放射電極部分では、スリット２２ｃにより折り返す形状とされ、短い放射電極部分の開放端（特に電圧最大点）が、スリット２２ｃを挟んで、給電点１４からその開放端側へ高い周波数帯域の１／１６〜１／８波長だけ離した短い放射電極部分の位置に、スリット２２ｃの幅だけ離れて配設されて容量結合するように形成される。さらに、長い寸法の放射電極部分の先端側は面積を大として形成される。また、短い寸法の放射電極部分の給電点１４側は面積を大として形成される。
【００１２】
かかる形状の放射電極２２には、給電点１４およびグランド電極接続点１６以外にも適宜に小さな孔が穿設される。そして、適宜な誘電率を有する絶縁樹脂からなるキャリア２６の表面に配設固定される。その配設固定構造は、放射電極２２をインサートしてキャリア２６と一体成形しても良く、またキャリア２６の表面に突出させた突起を放射電極２２の孔に通してその先端を融着させても良い。また、放射電極２２の給電点１４とグランド電極接続点１６に穿設された孔には、図２に示すごと、スプリングコネクタ２４，２４の一端が圧入されまたはカシメられて固定される。このスプリングコネクタ２４，２４の他端は、回路基板２０のグランド電極１８および給電回路（図示せず）に弾接して電気的接続されるように、放射電極２２とキャリア２６が回路基板２０に相対的に固定される。
【００１３】
かかる構成からなる本発明のアンテナにおいて、図３に示すごとく、ＧＳＭの８８０〜９８０ＭＨｚの周波数帯の範囲で、ＶＳＷＲは略２以下であり、またＤＣＳの１７１０〜１８８０ＭＨｚの周波数帯の範囲で、ＶＳＷＲは略２．５以下といずれも良好であり、それぞれの周波数帯で周波数帯域幅の拡大が図られている。そして、図４に示すスミスチャートのごとく、ＧＳＭとＤＣＳの周波数帯でアンテナインピーダンスは５０Ωに比較的に接近している。また、図５に示すごとく、ＧＳＭに対する放射特性は、キャリア２６の表面側と裏側に放射が認められるが、表面側への放射がより優れている。そしてまた、図６に示すごとく、ＤＣＳに対する放射特性は、キャリア２６の表面側への優れた放射特性が認められる。そして、ＧＳＭとＤＣＳのそれぞれの周波数帯に対して、図７に示すごとく、充分に良好な利得が得られる。もって、アンテナとして周波数帯域幅の広いものが得られ、特に携帯電話用の内蔵アンテナとして好適である。
【００１４】
ところで、本発明にあっては、放射電極の開放端を給電点１４の近くに容量結合させることで、周波数帯域幅の拡大が図られている。これは、開放端を給電点１４に容量結合させると閉ループが形成され、ＶＳＷＲ特性が平らに近くなり、周波数帯域幅も広くなる。しかし、エネルギーがループを循環し、放射エネルギーが減少し、損失が大きくなる。また、開放端が容量結合されなければ、放射エネルギーが大きくなり損失は少ないが、周波数帯域幅が狭くなる。そして、周波数帯域幅の広さと損失すなわち利得が、開放端を容量結合させる放射電極の位置に応じて相反して生じる。発明者らは、かかる知見に基づき、ＶＳＷＲ３以下で所望の周波数帯域幅でしかも利得がアンテナとして利用し得る条件として、スリットにより折り返す形状とされ、放射電極部分の開放端が、スリットを挟んで、給電点１４からその開放端側へ共振する周波数帯域の１／１６〜１／８波長だけ離した放射電極部分の位置に、スリットの幅だけ離れて配設されて容量結合すれば良いことを実験により確認した。そして、開放端側と給電点１４側の放射電極部分がスリットを挟んで対向する長さおよびスリットの幅の間隔寸法により結合容量値が変化し、結合容量値が大きいほど損失の増大と周波数帯域幅の拡大する傾向にある。そこで、実験により適宜な対向長さと間隔寸法が設定されれば良い。
【００１５】
また、給電点１４から両端側にある放射電極部分は、スリット２２ｂを挟んで部分的に平行に配設されて、容量結合される。そして、この結合容量が大きいと、双方の共振周波数がともに低下する傾向にあることを、実験から見い出した。そこで、双方の放射電極部分による共振周波数の調整に、スリット２２ｂによる容量値を調整して行うことも可能である。
【００１６】
そして、給電点１４から先端までの寸法が長い側の放射電極部分の先端側の面積を大とすることで、物理的に短い放射電極部分で、低い周波数帯を送受信できるようにしている。また、先端までの寸法が短い側の放射電極部分の給電点１４側の面積を大とすることで、高い周波数帯の帯域幅の拡大を図っている。
【００１７】
さらに、上述のごとく、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃによる容量値により、放射電極部分の周波数帯の帯域幅および共振周波数が変動する。そこで、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃの間隔は、精度が良く安定していることが望ましい。そこで、上記実施例では、導電体板からプレス加工により精度良く放射電極２２を形成し、これを金型に挿入してキャリア２６と一体成形することで、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃの間隔が高い精度で固定される。もって、本発明のアンテナの特性が安定したものとなり、量産に好適である。
【００１８】
そしてまた、給電点１４およびグランド電極接続点１６に、スプリングコネクタ２４，２４の一端が導電体板からなる放射電極２２に圧入またはカシメにより固定されるとともに電気的接続されるので、従来の回路基板２０の図示しない給電回路およびグランド電極１８と放射電極２２の双方に、プランジャーを弾接させるスプリングコネクタによる接続構造と比較して、その電気的特性がより安定している。また、スプリングコネクタに代えて、導電性板バネで電気的に接続する構造よりも、浮遊容量の発生がなく、しかも接触点が安定するなどから電気的特性が安定している。
【００１９】
次に、図８に基づいて、本発明のアンテナの製造方法の一例を説明する。まず、図８（ａ）に示すごとく、導電体板のフープ材３０に放射電極２２をプレス加工にて一部分を連結した状態で連続的に打ち抜き形成する。そして、この放射電極２２が連続的に形成されたフープ材３０を金型に挿入して、図８（ｂ）に示すごとく、インサート成形により放射電極２２にそれぞれ絶縁樹脂からなるキャリア２６を一体的に成形する。ここで、放射電極２２はキャリア２６に固定され、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃの間隔も精度良く固定されることとなる。さらに、図８（ｃ）に示すごとく、一体化されたキャリア２６と放射電極２２の給電点１４とグランド電極接続点１６に、スプリングコネクタ２４，２４の一端が圧入または挿入してカシメられて固定されるとともに電気的接続される。その後、フープ材３０から放射電極２２が完全に切り離されて、図８（ｄ）のごとき本発明のアンテナが完成される。
【００２０】
図８に示すごとき本発明のアンテナの製造方法にあっては、製造工程を自動化することが容易であり、量産に好適である。しかも、自動化した製造ラインは、汎用性に優れたものであり、金型などの交換によって、簡単に他機種のアンテナをも製造することができる。また、アンテナを寸法精度高く生産でき、アンテナ特性が安定している点から、量産に好適である。
【００２１】
なお、上記実施例では、ＧＳＭとＤＣＳの２つの携帯電話の周波数帯を送受信できるアンテナを説明したが、これに限られるものでなく、他の携帯電話の周波数帯を送受信できるように適用しても良い。さらには、送受信できる周波数帯が携帯電話機用の周波数帯に限られるものでもない。そして、３つ以上の周波数帯を送受信すべく、給電点１４から３つ以上の放射電極部分が突出されるように形成されても良い。
【００２２】
さらに、放射電極２２は、導電体板をプレス加工で打ち抜き形成されたものに限られず、キャリア２６の上面に導電体薄膜を蒸着や樹脂メッキや印刷などで形成しても良い。
【００２３】
そして、給電点１４とグランド電極接続点１６に圧入またはカシメにより一端が固定されたスプリングコネクタ２４，２４…により電気的接続がなされるものに限られず、従来のごとき両端を弾接させるスプリングコネクタを用いても良く、また一端側を回路基板２０に半田付け固定されるスプリングコネクタを用いても良く、さらには導電板バネを用いても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明アンテナおよびアンテナの製造方法は、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００２５】
請求項１記載のアンテナにあっては、２つの周波数帯でそれぞれに周波数帯域幅が広いアンテナが得られる。そこで、２つの周波数帯を送受信する携帯電話機用の内蔵アンテナとして好適である。
【００２６】
請求項２記載のアンテナにあっては、給電点から両端側の２つの放射電極部分がスリットを挟んで部分的に平行に配設して、容量結合しているので、この容量結合の容量値により双方の放射電極部分で送受信できる周波数帯を調整することができる。
【００２７】
請求項３記載のアンテナにあっては、放射電極を面状としたので、それだけ周波数帯域幅の拡大が図れる。
【００２８】
請求項４記載のアンテナにあっては、放射電極の給電点およびグランド電極接続点にスプリングコネクタの一端部を圧入またはカシメにより固定したので、電気的接続が確実になされ、アンテナ特性が安定する。
【００２９】
請求項５記載のアンテナにあっては、長い寸法の放射電極部分の先端の面積を大として形成するので、長い寸法の放射電極部分の物理的寸法を短くすることができる。また、短い寸法の放射電極部分による周波数帯域幅を拡大することができる。
【００３０】
請求項６記載のアンテナにあっては、導電体板の打ち抜きにより放射電極を形成するので、その寸法精度が優れている。しかも、放射電極にキャリアを一体成型するので、放射電極がキャリアにより高い寸法精度のまま固定される。もって、アンテナ特性が安定しており、量産に好適である。
【００３１】
請求項７記載のアンテナの製造方法にあっては、製造工程の自動化が容易であり、量産に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【図２】放射電極にスプリングコネクタの一端部を圧入した構造を示す断面図である。
【図３】本発明のアンテナの周波数対ＶＳＷＲ特性図である。
【図４】本発明のアンテナのスミスチャートである。
【図５】ＧＳＭの周波数帯の各周波数における放射特性図であり、（ａ）は８８０ＭＨｚ、（ｂ）は９１５ＭＨｚ、（ｃ）は９２５ＭＨｚ、（ｄ）９６０ＭＨｚである。
【図６】ＤＣＳの周波数帯の各周波数における放射特性図であり、（ａ）は１７１０ＭＨｚ、（ｂ）は１７８５ＭＨｚ、（ｃ）は１８０５ＭＨｚ、（ｄ）は１８８０ＭＨｚである。
【図７】本発明のアンテナの各周波数における最大利得と平均利得の表である。
【図８】本発明のアンテナの製造方法の工程を示す図であり、（ａ）はフープ材に放射電極を打ち抜い図、（ｂ）は打ち抜いた放射電極にキャリアをインサート成形した図、（ｃ）は放射電極とキャリアの一体物にスプリングコネクタを圧入した図、（ｄ）は放射電極をフープ材から切り離してアンテナとした図である。
【図９】従来のアンテナの一例の平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面拡大図である。
【符号の説明】
１０，２６キャリア
１２，２２放射電極
１４給電点
１６グランド電極接続点
１８グランド電極
２０回路基板
２４スプリングコネクタ
３０フープ材

Claims

グランド電極に対して離して放射電極を配設し、前記放射電極の一方に偏った中間部に給電点とグランド電極接続点とを設けるとともに両端部を開放端として２つの周波数帯を送受信するアンテナにおいて、前記放射電極をスリットにより前記両端側をそれぞれに折り返す形状とし、それぞれの前記開放端を、それぞれの前記スリットを挟んで、前記給電点から当該開放端側へ当該放射電極部分で送受信するそれぞれの周波数帯の１／１６〜１／８波長離した前記放射電極部分の位置に、それぞれの前記スリットの幅だけ離れて配設してそれぞれに容量結合するように構成したことを特徴とするアンテナ。
請求項１記載のアンテナにおいて、前記給電点から前記両端側の放射電極部分をスリットを挟んで部分的に平行に配設して容量結合するように構成したことを特徴とするアンテナ。
請求項１または２記載のアンテナにおいて、前記放射電極を、導電体板または導電体薄膜で面状に構成したことを特徴とするアンテナ。
請求項１記載のアンテナにおいて、前記放射電極を導電体板で形成し、前記給電点およびグランド電極接続点でそれぞれにスプリングコネクタの一端部を前記導電体板に圧入またはカシメにより固定するとともに電気的接続して構成したことを特徴とするアンテナ。
請求項１記載のアンテナにおいて、前記放射電極を導電体板または導電体薄膜で面状に形成し、前記給電点から開放端までの寸法が長い側の放射電極部分の先端側の面積を大とし、前記給電点から開放端までの寸法が短い側の放射電極部分の給電点側の面積を大として構成したことを特徴とするアンテナ。
請求項１または２記載のアンテナにおいて、前記放射電極を導電体板の打ち抜きにより形成し、当該放射電極に絶縁樹脂からなるキャリアを一体成形して構成したことを特徴とするアンテナ。
導電体板のフープ材に請求項１記載の放射電極を一部分を連結して打ち抜き形成し、このフープ材を金型にインサートして前記放射電極に絶縁樹脂材からなるキャリアをそれぞれにインサート成形し、さらに前記キャリアと一体化された前記放射電極の給電点およびグランド電極接続点にスプリングコネクタの一端部を圧入固定し、その後、前記放射電極を前記フープ材から切り離すことを特徴としたアンテナの製造方法。