JP4830123B2

JP4830123B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4830123B2
Application number: JP2005212449A
Authority: JP
Inventors: 加津雄関谷
Original assignee: Ｎｅｃネットワークプロダクツ株式会社
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: JP2007036338A

Description

本発明は、多周波共用アンテナに関し、特に３以上の周波数で共振するアンテナに関する。

近年の携帯無線機は複数の無線通信システムに対応しているものがあり、アンテナも複数の周波数帯域で共振することが求められている。特に、携帯電話システムは、加入者の増加に合わせて周波数帯が拡大しており、複数周波数で共振するアンテナが必要となっている。

例えば、日本では、Ｗ−ＣＤＭＡ方式に、８００ＭＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯が使用されており、近年、１．７ＧＨｚ帯の割当が予定されている。また、海外では、８００ＭＨｚ帯のＧＳＭ方式、１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ方式、１．９ＧＨｚ帯のＰＣＳ方式、２ＧＨｚ帯のＷ−ＣＤＭＡ方式が使用されている。

このような複数の周波数に対応するアンテナは、電気長の異なる複数のエレメントを有し、各エレメントが異なる周波数で共振するように構成することが提案されている。

例えば、図９に示すように、低い周波数ｆ１において４分の１波長で共振する第１エレメント１１、中間の周波数ｆ２において４分の１波長で共振する第２エレメント２１、及び高い周波数ｆ３において４分の１波長で共振する第３エレメント３１を備えるアンテナを構成することができる。

各エレメントは、その下端において給電部４０に接続されており、給電部４０から高周波電流が供給されている。この各エレメントは、互いに電磁結合をしなければ、各周波数で独立して共振させることができる。

また、図１０に示すように、低い周波数ｆ１において４分の１波長で共振する線状の第１エレメント１２、中間の周波数ｆ２で共振する板状の第２エレメント２２を備えるアンテナを構成することができる。第２エレメント２２は、板状なので線状のエレメントより広帯域の特性が得られるが、ｆ３まで満足する特性は得られない。

図１０に示す従来のアンテナでも、各エレメントは、その下端において給電部４０に接続されており、給電部４０から高周波電流が供給されている。

しかし、三つの共振周波数のうち二つが近接している場合、両エレメントの結合によって、別個のエレメントとして動作しない場合がある。例えば、別個のエレメントとして動作しない図９に示すアンテナでは、図１１の特性図に示すように、周波数ｆ２とｆ３とが近接している場合（例えば、ｆ２＝１．７ＧＨｚ、ｆ３＝２ＧＨｚ）、周波数ｆ３付近には共振点が現れず、結局二つの周波数（ｆ１、ｆ２）でしか共振しない問題があった。

また、図１０に示すアンテナでは、図１２の特性図に示すように、周波数ｆ２からｆ３（例えば、ｆ２＝１．７ＧＨｚ、ｆ３＝２ＧＨｚ）の全帯域で十分な特性が得られない問題があった。

すなわち、いずれの従来技術によっても、三つの周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を自由に選択して共振特性を得ることができなかった。

本発明は、複数の周波数で共振し、良好な特性を提供するアンテナの実現を目的とする。

第１の発明は、第１共振周波数の４分の１波長の電気長で線状の第１エレメントと、第２共振周波数で共振する板状の第２エレメントとを備えるアンテナであって、前記第１エレメントが前記第２エレメントの方向へ折り返され、前記第１エレメントは、給電部から略３分の１の位置で、前記第２エレメントに近接することによって、前記第１共振周波数と整数倍の関係にない第３の共振周波数で共振することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１エレメントの前記第２エレメントに近接する部分の長さは、前記第２エレメントの先端を構成する辺の長さと略同等とすることを特徴とする。

第１の発明によると、前記第１エレメントは、給電部から略３分の１の位置で前記第２エレメントに近接することによって、前記第２エレメントと容量結合し、前記第１共振周波数と整数倍の関係にない第３の共振周波数で共振する。よって、３周波数で共振するアンテナを構成することができる。

また、前記第２エレメントは、前記第１エレメントの給電部から略３分の１の位置で、前記第１エレメントに近接するので、第１エレメントの特性への影響を少なくして、第２エレメントの特性を変化させることができる。

また、前記第１エレメントを線状としたので、第１エレメントの特性を調整し易くすることができる。また、前記第２エレメントを板状としたので、広帯域化することができる。

また、前記第１エレメントは、折り返されることによって、前記第２エレメントに近接するので、第１エレメントと第２エレメントとの結合度を容易に調整することができる。

また、前記第１エレメントは、前記第２エレメントの先端と近接するので、前記第１エレメントの長さを、ｆ１の４分の１波長より短くすることができ、ｆ４の４分の３波長より長くすることができる。よって、複数の共振周波数を容易に調整できる。

第２の発明によると、前記第１エレメントの前記第２エレメントに近接する部分の長さは、前記第２エレメントの先端部の長さと略同等以上としたので、エレメント間の十分な結合量を確保することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態のアンテナの構成図である。

本発明のアンテナは、第１エレメント１０及び第２エレメント２０を備える。

第１エレメント１０は、周波数ｆ１において１／４波長で共振する電気長の線状の導電体で構成されている。第２エレメント２０は、周波数ｆ２において１／４波長で共振する電気長の導電体で構成されている。本実施の形態では、第２エレメント２０は、板状の導電体で構成されており、共振周波数ｆ２付近で１／４波長で共振するように広帯域となっている。なお、本実施の形態では、第２エレメント２０は、板状の導電体で構成したが、線状エレメントで構成してもよいし、他の広帯域化手法を用いてもよい。

各エレメントは、その下端において給電部４０に接続されており、給電部４０から高周波電流が供給されている。

第１エレメント１０は、その途中において第２エレメント２０に近接している。このため、周波数ｆ４の１／４波長だけ給電部４０から離れた箇所３０で、第１エレメント１０と第２エレメント２０とが近接するように、第１エレメント１０は折り返されている。

この近接部３０において、第１エレメント１０と第２エレメント２０とは、容量結合している。

また、第２エレメント２０はその先端部（給電部から遠い部位）で、第１エレメント１０と近接するとよい。第２エレメント２０の先端部で第１エレメント１０と近接することによって、第１エレメント１０の長さをｆ１の４分の１波長（λ₁／４）より短くすることができる。また同時に、第１エレメント１０の長さをｆ４の４分の３波長（３λ₄／４）より長くすることができる。よって、複数の共振周波数を容易に調整することができる。

さらに、第１エレメント１０の、第２エレメント２０と近接する部分の長さは、第２エレメント２０の先端部の長さ（幅）と略等しくなっている。このため、第１エレメント１０と第２エレメント２０との結合量を容易に調整することができる。

なお、第１エレメント１０と第２エレメント２０とが対向する長さを調節することによって、第１エレメント１０と第２エレメント２０との結合量を変化させることができる。

図２（Ａ）は、第１の実施の形態のアンテナの周波数ｆ１における電流分布を示す。また、図２（Ｂ）は、第１の実施の形態のアンテナの周波数ｆ４における電流分布を示す。

前述したように、第１エレメント１０は、周波数ｆ１において１／４波長で共振する。よって、給電点４０では電流が最大となり、第１エレメント１０の先端では電流が０になる。

また、第１エレメント１０は、周波数ｆ４において３／４波長で共振する。よって、給電点４０では電流が最大となり、第１エレメント１０の先端では電流が０になる。また、給電点４０から周波数ｆ４における１／４波長の点で電流の節が見られる。この電流の節では、第１エレメント１０と第２エレメント２０とが近接している。よって、第１エレメント１０は、第２エレメント２０と容量結合し、周波数ｆ４において共振周波数を変化させる。

次に、第１の実施の形態のアンテナの動作原理を説明する。まず、第１の実施の形態のアンテナの効果を説明する前に、その対比のために従来のアンテナの構成を説明する。

図３は、従来のアンテナの別の構成図である。

第１エレメント１２は、高い周波数ｆ４’において４分の３波長で共振する。また、第１エレメントは、低い周波数ｆ１’の４分の１波長で共振する。共振周波数ｆ１’は希望共振周波数ｆ１より低く、共振周波数ｆ４’は希望共振周波数ｆ４より高い。すなわち、周波数ｆ４’は、共振周波数ｆ１’の略３倍の関係にあるが、希望共振周波数ｆ１とは整数倍の関係にない。

板状の第２エレメント２２は、中間の周波数ｆ２からｆ３で共振する。

図４は、図３に示す従来のアンテナの特性図である。

図３に示すアンテナでは、希望共振周波数ｆ１より低い周波数ｆ１’で共振点が得られる。また、前述した従来のアンテナ（図１２）と同様に、周波数ｆ２からｆ３の全帯域で十分な特性が得られていない。また、高い周波数ｆ４’で共振点が得られる。

図５は、第１の実施の形態のアンテナの特性図である。

第１エレメント１０は、周波数ｆ１において１／４で共振する。また、第１エレメント１０は、周波数ｆ４において３／４波長で共振する。しかし、周波数ｆ１とｆ４は３倍の関係にない（ｆ４≒２．８×ｆ１）。

これは、前述したように、周波数ｆ４において第２エレメント２０との近接部３０の高周波電流が小さいので、第１エレメント１０との結合による、周波数ｆ４に対する特性の変化が大きくなり、周波数ｆ４において大きく共振周波数を変化させる。一方、周波数ｆ１において近接部３０の高周波電流が大きいので、第１エレメント１０との結合による、周波数ｆ１においては共振周波数を変化させない。

第２エレメントは２０、広帯域の板状アンテナなので周波数ｆ２〜ｆ３で共振する（ｆ２≒２．０×ｆ１、ｆ３≒２．５×ｆ１）。

ここで、本発明のアンテナにおいて、共振周波数が変化する原理について説明する。

まず、第１エレメント１０と第２エレメント２０とが隣接して配置されると、両者の間に容量（Ｃ１）が生じる。よって、図１０に示す従来のアンテナでは、第１エレメントがない状態と比較して、第２エレメントの共振周波数が上昇する。

そして、本実施の形態のアンテナでは、第１エレメント１０が折り返され、第２エレメント２０と近接部３０において近接するので、両者の間にさらなる容量（Ｃ２）が生じる。本実施の形態のアンテナでは、容量（Ｃ１、Ｃ２）が第２エレメント２０に及ぼす影響と、第１エレメント１０のインダクタンスが第２エレメント２０に及ぼす影響とが打ち消し合う。よって、本実施の形態のアンテナでは、第１エレメント１０が、第２エレメント２０の特性に影響を及ぼさなくなる。

このとき、第１エレメント１０が給電部から略３分の１の位置で第２エレメントと近接することによって、前記第１エレメントのインダクタンス成分が二つ（Ｌ１、Ｌ２）に分かれる。よって、第１エレメント１０における近接部３０の位置によって、第１エレメント１０のインダクタンス成分による影響が異なる。

さらに、第１エレメント１０は、給電部から略３分の１の位置で第２エレメントと近接するので、近接点３０では第１エレメント１０は電流の節となっている。よって、第１エレメント１０に対する、第２エレメント２０の影響は少ない。

これによって、一つの第１エレメント１０で、整数倍の関係にないｆ１とｆ４とで共振させることができる。また、周波数ｆ３とｆ４が近接し、ｆ２、ｆ３、ｆ４で連続した一つの帯域が得られる。よって、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３で十分な特性が得られるアンテナが構成される。

以上説明したように、第１エレメント１０は、給電部から周波数ｆ４の１／４波長だけ離れた箇所で、第２エレメント２０と近接しているので、周波数ｆ４において共振周波数を変化させる。よって、周波数ｆ１と整数倍の関係にない周波数ｆ４においても共振点を得ることができる。

（実施形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの構成図である。

第２の実施の形態のアンテナは、前述した第１の実施の形態のアンテナを３次元状に構成したものである。

樹脂ブロック５０の表面に第１エレメント１０及び第２エレメント２０が設けられている。第１エレメント１０及び第２エレメント２０は、薄い導電体を樹脂ブロック５０に貼り付けて形成してもよいし、導電体を樹脂ブロック５０に蒸着して形成してもよい。

樹脂ブロック５０はＡＢＳ樹脂を用いて成形するとよい。また、樹脂ブロック５０は高誘電率の樹脂（例えば、比誘電率が５程度の樹脂）を用いて、アンテナを小型化してもよい。さらに、樹脂の代わりに誘電体セラミックスを用いてもよい。

第２の実施の形態でも、前述した第１の実施の形態と同様に、第１エレメントは、給電点４０から周波数ｆ４における略１／４波長の箇所３０で、第２エレメントと近接して、容量結合している。

このとき、第１エレメント１０及び第２エレメント２０の給電点４０から遠い端部を同一面５１に設けると、携帯無線機に取り付ける際に、アンテナの放射効率を低下させずに都合がよい。

図７は、第２の実施の形態のアンテナを携帯無線機に取り付けた状態の斜視図である。

第２の実施の形態のアンテナは、携帯無線機６０の筐体の端部に設けるとよい。例えば、筐体の上端７１又は下端７２が望ましい。

さらに、図示のように、携帯無線機の筐体が折り畳み型の場合、アンテナをヒンジの付近７３に設けてもよい。このとき、図８に示すように、ヒンジの端部から突出させるとよい。この突出量は、筐体の端部又はヒンジの端部から数ミリメートルでよい。

第２の実施の形態のアンテナを携帯無線機に取り付けるとき、第１エレメント１０及び第２エレメント２０の給電点４０から遠い端部が設けられた面５１を外側に向けて取り付けると望ましい。

また、前述した面５１に加え、第２エレメント２０の中央部が設けられた面５２を外側に向けて取り付けるとさらに望ましい。

以上説明したように、第２の実施の形態では、絶縁体表面にエレメントを立体的に形成したので、３周波共用アンテナを小型化することができる。また、エレメントが外側に向くように取り付けることによって、携帯電話機に内蔵された電気部品からの影響を軽減しすることができる。

本発明は、携帯電話機等の携帯無線機のアンテナに適用すると好適であるが、他にもマルチバンドの無線通信機であれば適用することができる。

第１の実施の形態のアンテナの構成図である。第１の実施の形態のアンテナの電流分布図である。前述した従来のアンテナの別の構成図である。図３に示す従来のアンテナの特性図である。第１の実施の形態のアンテナの特性図である。第２の実施の形態のアンテナの構成図である。第２の実施の形態のアンテナを携帯無線機に取り付けた状態の斜視図である。第２の実施の形態のアンテナを携帯無線機に取り付けた別の状態の斜視図である。従来の３周波共用アンテナの構成図である。従来の３周波共用アンテナの別の構成図である図９に示す従来のアンテナの特性図である。図１０に示す従来のアンテナの特性図である。

符号の説明

１０、１１、１２、１３第１エレメント
２０、２１、２２、２３第２エレメント
３０近接部
３１第３エレメント
４０給電部
５０樹脂ブロック
６０携帯無線機
７１、７２、７３アンテナ

Claims

第１共振周波数の４分の１波長の電気長で線状の第１エレメントと、第２共振周波数で共振する板状の第２エレメントとを備えるアンテナであって、
前記第１エレメントが前記第２エレメントの方向へ折り返され、
前記第１エレメントは、給電部から略３分の１の位置で、前記第２エレメントに近接することによって、前記第１共振周波数と整数倍の関係にない第３の共振周波数で共振することを特徴とするアンテナ。
前記第１エレメントの前記第２エレメントに近接する部分の長さは、前記第２エレメントの先端を構成する辺の長さと略同等とすることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。