JP4845052B2 - 小型アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、携帯端末に内蔵可能な小型アンテナ及び多周波共用アンテナの技術分野に関するものである。

近年、携帯電話機等の携帯端末が広く普及しているが、これらの携帯端末に対しては小型化の要請が強い。特に、携帯端末に付随するアンテナの小型化が求められ、携帯端末に内蔵できる程度の小型アンテナを実現するための技術が重要になっている。携帯端末用のアンテナとして面状アンテナを採用することもできるが、アンテナサイズが帯域に強く依存し、広帯域化を図るために面状アンテナのサイズが大きくなることから、小型化は困難である。一方、携帯端末用のアンテナとして、線状導体により構成した線状アンテナが一般的に採用される。例えば、図１６に示すように、折り曲げたパターンを有する線状パターン１０１をモノポールアンテナとして使用するような例がある。このような線状アンテナは、アンテナ自体の小型化には好適である。

しかしながら、図１６に示す例では、接地板としての回路基板１０２の上部スペースに線状パターン１０１を配置し、給電点から給電する場合、回路基板１０２や金属部品から線状パターン１０１までの距離をある程度確保する配置が必要となる。そのため、回路基板１０２上部の無駄なスペースが増え、単純にアンテナ自体を小型化しても携帯端末の内蔵アンテナに用いるのには適さない。

一方、特に４分の１波長の線状アンテナは、接地板上に鏡像電流を形成することにより全体的にダイポールアンテナとして機能する。この場合、アンテナを小型化するほど、接地板から放射する電波の寄与が増大する。よって、このようなアンテナを携帯端末に内蔵すると、手で携帯端末を持つことの影響を直接受けることになり、アンテナ特性が劣化する恐れがある。さらに、携帯端末の筐体が２つ折りタイプである場合、筐体を開いた状態と閉じた状態で接地板の形状自体が変化するのと等価である。よって、そのような筐体に組み込んだアンテナは、筐体の開閉状態の違いによりアンテナ特性が大きく変動して不安定になることが問題となる。

また、従来の面状アンテナ、線状アンテナのいずれを用いる場合であっても、複数の周波数を共用可能な多数波共用アンテナを構成する場合、アンテナサイズが大型になり、それぞれの共振周波数を調整することが難しく、複数の周波数のそれぞれに良好なアンテナ特性を確保することは容易ではないという問題があった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、線状導体を組み合わせて小型かつ広帯域のアンテナを構成し、携帯端末にアンテナを内蔵する場合であっても、手の影響等を受けにくく良好なアンテナ特性を確保でき、小型化に好適な小型アンテナを提供することを目的としている。また、本発明は、複数の周波数を共用する場合、各共振周波数は調整が容易で良好なアンテナ特性を確保でき、さらにアンテナサイズの小型化に適し、製造コストの低下が可能な多周波共用アンテナを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、基端が給電点に接続され先端が開放された給電用線状導体と、基端が接地され先端が開放された接地用線状導体と、前記給電用線状導体と前記接地用線状導体をそれぞれの基端と先端の間の所定位置で電気的に接続する短絡導体とを含むアンテナパターンと、前記アンテナパターンを内包する略直方体の誘電体と、を備え、前記給電用線状導体と前記接地用線状導体は、それぞれの基端から先端に至る方向が略同一で並列配置される小型アンテナであって、
前記誘電体は、前記接地用線状導体の基端を接続するための接地パターンを含む回路基板の一角に設けた前記接地パターンの略Ｌ字型の切欠き部に近接して配設され、
前記給電用線状導体、前記接地用線状導体及び前記短絡導体を含むアンテナパターンは、前記誘電体の対向する２面に対して略平行となるように配置されると共に、前記回路基板に対して略平行となるように配置され、
前記接地用線状導体は、前記回路基板の接地パターンと一定の間隔を保持して近接配置されることを特徴とする。

この発明によれば、３本の線状導体によりアンテナパターンを形成することができるので、従来の面状アンテナに比べてアンテナの小型化、広帯域化が実現できるとともに、給電用線状導体と接地用線状導体を誘電体中に並列配置することにより擬似的な平面を形成し、アンテナ部分と接地板との間に生じる電界（磁流）を放射源とするので接地板の影響を受けにくく、従来の線状アンテナに比べ良好なアンテナ特性を確保でき、携帯端末を手に持つことによる悪影響が少ない小型アンテナを実現することができる。

この発明によれば、前記誘電体は、前記接地用線状導体の基端を接続するための接地パターンを含む回路基板の一角に設けた前記接地パターンの切欠き部に配設されることを特徴とする。

すなわち、回路基板の接地パターンを例えばＬ字型に切り欠いて、切欠き部に小型アンテナを配設することができ、良好なアンテナ特性を確保しつつ、携帯端末の実装性の向上と小型化を容易に実現することができる。

この発明によれば、前記接地用線状導体は、前記回路基板の切欠き部付近の前記接地パターンから所定の間隔を置いて配置されることを特徴とする。

すなわち、回路基板の接地パターンと小型アンテナの接地用線状導体とを近接した状態で一定の間隔を保つように配置する場合、その部分に電界を集中する部分（等価磁流スロット）を形成することによって、回路基板全体から放射する場合と比べ接地板の影響を小さくでき、携帯端末を手に持つことによるアンテナ性能の劣化を防止することができる。

請求項２に記載の小型アンテナは、請求項１に記載の小型アンテナにおいて、前記給電用線状導体及び前記接地用線状導体は、所定の幅と所定の長さを有する同一形状の導体パターンで形成されることを特徴とする。

この発明によれば、単純な形状によりアンテナパターンを構成することができるので、所望の小型アンテナに対応する設計条件の調整が容易になる。

請求項３に記載の小型アンテナは、請求項１に記載の小型アンテナにおいて、前記給電用線状導体及び前記接地用線状導体は、ミアンダ状の導体パターンで形成されることを特徴とする。

この発明によれば、ミアンダ状の導体パターンを用いて線路長が長いアンテナパターンを狭いスペースに構成でき、低い周波数であっても小型化を実現できる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、並列配置される給電用線状導体と接地用線状導体をそれぞれ含む複数のアンテナパターンと、前記複数のアンテナパターンを積層配置した状態で内包する所定形状の誘電体とを備え、アンテナ基端部として設定された一の前記アンテナパターンの一端において、前記給電用線状導体の基端が給電点に接続されるとともに前記接地用線状導体の基端が接地され、上下に対向する前記アンテナパターンの一端において、双方の前記給電用線状導体同士を電気的に接続するとともに双方の前記接地用線状導体同士を電気的に接続する一対の連結導体を設けることにより、前記複数のアンテナパターンを経由して一体的に連結された給電用線状導体及び接地用線状導体が形成され、少なくとも一の前記アンテナパターンにおいて、前記給電用線状導体と前記接地用線状導体を所定位置で電気的に接続する短絡導体が形成されることを特徴とする。

この態様の発明によれば、複数のアンテナパターンを積層し、上下の各アンテナパターンを順次連結して一体化するので、それぞれのアンテナパターンを異なる周波数に対応させることにより多周波共用に対応でき、良好なアンテナ特性を得られる小型の多周波共用アンテナを実現することができる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、上記の多周波共用アンテナにおいて、前記複数のアンテナパターンのうち、最上部に位置するアンテナパターンを前記アンテナ基端部として設定することを特徴とする。

この発明によれば、最上部のアンテナパターンに給電、接地を行って、単一層と接地板との間に電界が集中することを避け、各層と接地板との間に均衡のとれた電界を生じさせる。このことによって、線路長の変化に応じて複数の共振周波数を容易に調整可能な多周波共用アンテナを実現することができる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、上記の多周波共用アンテナにおいて、前記一体的に連結された給電用線状導体及び接地用線状導体は、前記複数のアンテナパターンを上側から下側に順次経由して連結されることを特徴とする。

この発明によれば、最上部のアンテナパターンから下側のアンテナパターンに向かって順次連結されたアンテナを構成でき、各アンテナパターンと接地板との間に均一な電界を生じさせることにより、良好なアンテナ特性を保ちつつ複数の共振周波数を容易に調整することができる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、上記の多周波共用アンテナにおいて、前記一対の連結部のそれぞれは、前記各アンテナパターンに対する垂直方向において互いに重ならない位置に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、立体的に構成された複数のアンテナパターンの間に形成された各一対の連結部がそれぞれの放射端となり、それらの距離を離して配置することにより電磁界の干渉等によるアンテナ特性の劣化を有効に防止することができる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、上記の多周波共用アンテナにおいて、前記誘電体は、前記接地用線状導体の基端を接続するための接地パターンを含む回路基板の一角に設けた前記接地パターンの切欠き部に配設されることを特徴とする。

この発明によれば、回路基板の切欠き部に多周波共用アンテナを配設することができ、多数の周波数を共用する場合であってもアンテナ設置スペースの増大を避けることができる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、上記の多周波共用アンテナにおいて、前記誘電体は、Ｎ周波共用に適合するＮ個の前記アンテナパターンをＮ層に積層した多層構造を有することを特徴とする。

この発明によれば、多層構造を有する誘電体を用いて携帯端末への内蔵に適した多周波共用アンテナを実現することができる。

本発明の他の態様の多周波共用アンテナは、上記の多周波共用アンテナにおいて、前記誘電体は、Ｎ周波共用に適合するＮ個の前記アンテナパターンのうち、前記一体的に連結された給電用線状導体が形成された層と、前記一体的に連結された接地用線状導体が形成された層からなる２層構造を有することを特徴とする。

この発明によれば、共用する周波数が増加する場合であっても、２層構造を有する誘電体を用いた構成を採用でき、小型化に好適で低コストに製造可能な多周波共用アンテナを実現することができる。

本発明によれば、給電用線状導体、接地用線状導体及び短絡導体を組み合わせたアンテナパターンを略直方体の誘電体に内包し、該誘電体の対向する２面に対して略平行となるように配置し且つ回路基板に対して略平行となるように配置した小型アンテナを構成し、接地板をＬ字型に切り欠いた部分に当該誘電体を近接配置する。そして、接地用線状導体を、接地パターンと一定の間隔を保持して近接配置する。これにより、従来の面状アンテナに比べてアンテナサイズの小型化に好適で、かつ広帯域化が可能であり、従来の線状アンテナに比べて、携帯端末への内蔵に好適であって手の影響等を受けにくく良好なアンテナ特性を確保可能な小型アンテナを実現することができる。

また、本発明の他の態様によれば、給電用線状導体と接地用線状導体とを組み合わせた複数のアンテナパターンを積層配置して、各アンテナパターンを一体的に連結するようにしたので、複数の共振周波数の調整が容易で良好なアンテナ特性を確保でき、アンテナサイズの小型化及び製造コストの低下に有利な多周波共用アンテナを実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、本発明適用する形態として、１つのアンテナパターンを用いて一周波に対応する小型アンテナを実現する第１実施形態と、多数のアンテナパターンを用いて多周波を共用可能な多周波共用アンテナを実現する参考例１のそれぞれについて説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る小型アンテナの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る小型アンテナ１のアンテナパターンを示す図であり、図２は、小型アンテナ１の立体的構造を示す斜視図であり、図３は、回路基板とともに実装された状態の小型アンテナ１の配置を示す図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る小型アンテナ１は、給電用線状導体１１と、接地用線状導体１２と、短絡導体１３を組み合わせたアンテナパターンが構成され、このアンテナパターンが誘電体１４に内包される構造を有している。

給電用線状導体１１は、基端１１ａから先端１１ｂに至る長尺かつ所定幅の外形を有する導体パターンで形成され、基端１１ａが給電用端子に接続され、先端１１ｂが開放されている。また、接地用線状導体１２は、基端１２ａから先端１２ｂに至る長尺かつ所定幅の外形を有する導体パターンで形成され、基端１２ａが接地用端子に接続され、先端１２ｂが開放されている。これら給電用線状導体１１及び接地用線状導体１２は、それぞれの基端１１ａ、１２ａから先端１１ｂ、１２ｂに至る方向は同一で、間隔Ｄを隔てて並列配置される。

なお、図１に示す例では、給電用線状導体１１及び接地用線状導体１２は、いずれも長さＬで同一形状の導体パターンで形成され、それぞれの横方向における基端１１ａ、１２ａの位置と先端１１ｂ、１２ｂの位置が一致している。ただし、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２は、略同一の方向で並列配置されていれば、各々の長さや形状は異なっていてもよい。また、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２の配置関係は、平行から僅かにずれた状態であってもよい。

一方、短絡導体１３は、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２を電気的に接続するための導体パターンである。図２の例では、給電用線状導体１１及び接地用線状導体１２の各基端１１ａ、１２ａの位置から距離Ｘだけ離れた位置に配置されている。また、短絡導体１３は、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２の間隔Ｄに等しい長さを有する。そして、給電用線状導体１１、接地用線状導体１２、短絡導体１３が組み合わされると、一体的にＨ型のアンテナパターンが形成される。

このように構成された小型アンテナ１の共振周波数は、主に給電用線状導体１１及び接地用線状導体１２の長さＬに依存して定まる。例えば、長さＬを４分の１波長程度の長さに設定することができる。また、小型アンテナ１のインピーダンスは、主に短絡導体１３の距離Ｘを可変することにより調整できるともに、短絡導体１３自体の長さ（所定間隔Ｄ）にも左右される。なお、この距離Ｘは、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２のそれぞれの先端１１ｂ、１２ｂを接続する位置を最大として、その範囲内で自在に調整可能である。

一方、図２に示すように、図１のアンテナパターンが誘電体１４の中に内包された状態で一体化され、全体として小型アンテナ１を形成する。図２に示す例では、比誘電率εｒの誘電材料から形成され、６面からなる直方体の外形形状を有する誘電体１４を用いる場合を示している。そして、図１のアンテナパターンにおける基端１１ａ、１２ａの位置が側面１４ａに側に配置され、先端１１ｂ、１２ｂの位置が側面１４ｂの側に配置され、アンテナパターンが誘電体１４の上面及び下面に平行になるように配置される。ここで、誘電体１４の側面１４ａからは、給電用線状導体１１の基端１１ａと接地用線状導体１２の基端１２ａが突出した構造になっている。これは、小型アンテナ１の外部で、基端１１ａを給電用端子を介して給電点に接続可能とし、基端１２ａを接地用端子を介して接地パターンに接続可能とするための構成である。

次に、上記の小型アンテナ１を携帯端末の内部に実装した状態では、図３に示すような配置になる。図３において、携帯端末の内部には、無線回路や制御回路を実装した回路基板２０が設置される。この回路基板２０は、回路基板２０上方の一角においてＬ字型に接地パターンを切り欠いた形状を有し、小型アンテナ１を接地パターンの切欠き部に配設して一体的に実装している。図３に示すように、回路基板２０の一角における切欠き部に対して誘電体１４の一面が近接するようにして小型アンテナ１が配設される。なお、回路基板２０における接地パターンの切欠き部は、少なくとも小型アンテナ１のアンテナサイズと同程度以上にすることが望ましい。

このように誘電体１４が配置された状態で、回路基板２０に設けた給電素子と給電用線状導体１１の基端１１ａが接続されるとともに、回路基板２０の接地パターンと接地用線状導体１２の基端１２ａが接続される。これにより、小型アンテナ１は、回路基板２０を実装した携帯端末の送信アンテナ又は受信アンテナとして機能する。

第１の実施形態においては、図３に示すような配置で小型アンテナ１を携帯端末の内部に実装した状態では、回路基板２０全体に流れる電流による放射の寄与が小さく、小型アンテナ１と回路基板２０が接する付近での局所的な放射が大きく寄与する。よって、従来の線状アンテナと比べると、第１の実施形態に係る小型アンテナ１が搭載された携帯端末を手で持った際、アンテナ性能に与える影響を小さくすることができる。

なお、小型アンテナ１の接地用線状導体１２と、回路基板２０の切欠き部付近における接地パターンの間に生じる電界は、接地用線状導体１２と接地パターンとの間隔により変化するので、その間隔は小型アンテナ１のアンテナ利得や帯域などのアンテナ特性を最適化するように調整することが望ましい。

次に、第１の実施形態に係る小型アンテナ１のアンテナ特性について説明する。表１においては、アンテナ特性のシミュレーションによる検討を行うべく、１．８ＧＨｚ帯で用いることを想定した小型アンテナ１の設計条件を示している。また、図４〜図６は、表１の設計条件に対応する小型アンテナ１を用いてシミュレーションを行った場合に得られたアンテナ特性を示す図である。

表１に示す設計条件に従って、図１〜図３に示す小型アンテナ１の具体的な形状、配置を設定し、アンテナ特性のシミュレーションの対象とした。設計条件のうち基端位置から短絡導体１３までの距離Ｘは、小型アンテナ１のインピーダンスを約５０Ωの伝送系に適合する場合を設定した。

図４は、表１の設計条件に適合する小型アンテナ１のアンテナ特性のうち、周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。図４では、小型アンテナ１に対し周波数１．５〜２ＧＨｚの範囲に対するＶＳＷＲの変化をグラフ化している。このグラフによれば、概ね周波数１．８ＧＨｚの近辺でＶＳＷＲのピークが現れている。ここで、小型アンテナ１の共振周波数は、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２の長さＬと誘電体１４の比誘電率に依存して定まり、図４に示す設計条件の場合、概ね１．８ＧＨｚで共振させるための条件がＬ＝１８ｍｍに対応している。このとき、長さＬをより短く設定すれば、小型アンテナ１の共振周波数が高くなり、長さＬをより長く設定すれば、小型アンテナ１の共振周波数が低くなる。

また、図４においては、小型アンテナ１は比較的広い周波数帯域が確保されていることがわかる。例えば、携帯端末に内蔵できる一般的な面状アンテナと比べた場合、広帯域化を実現するには面状アンテナのサイズを大きくする必要があるのに対し、第１実施形態に係る小型アンテナ１の場合は、アンテナサイズを大きくすることなく広帯域化を実現し得る点で優れている。

このように第１の実施形態に係る小型アンテナ１は、従来の線状アンテナよりも従来の面状アンテナに近い作用を奏する点が特徴となっている。これは、アンテナパターンにおける給電用線状導体１１と接地用線状導体１２の間の電磁界結合により両導体上に同相の電流を生じさせることによって擬似的な平面を形成し、その放射特性が面状逆Ｆアンテナに近いものになるためである。

次に、図５は、表１の設計条件を備えた小型アンテナ１のアンテナ特性のうち、短絡導体１３の位置とインピーダンスの関係を示す図である。図５では、小型アンテナ１に対し、短絡導体１３の基端位置からの距離Ｘを３通り変化させ、それぞれについて図４の場合と同様の周波数範囲でインピーダンスの変化をスミスチャート上に表している。図５によれば、距離Ｘを小さくするに従って、小型アンテナ１のインピーダンスがスミスチャート上で徐々に右上にシフトする。よって、短絡導体１３の距離Ｘを適宜に変化させることにより、インピーダンス整合をとることができ、上述の共振周波数とは独立に小型アンテナ１の整合を最適化させることができる。

次に、図６においては、表１の設計条件を備えた小型アンテナ１のうち、誘電体１４の比誘電率εｒを１、２、４、８と変化させ、それぞれに関して図４と同様に周波数とＶＳＷＲの関係をグラフ化している。図６によれば、比誘電率εｒが大きくなるに従って、ＶＳＷＲのピークの共振周波数が低くなることがわかる。このように、共振周波数は誘電体１４の比誘電率εｒに大きく依存するため、誘電体１４に用いる適切な誘電体材料を選択することにより、小型アンテナ１の大幅な小型化を図ることができる。すなわち、小型アンテナ１の共振周波数は、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２の長さＬに加えて、誘電体１４の比誘電率εｒを適宜に設定することにより調整することができる。

以上のように、第１の実施形態に係る小型アンテナ１の設計条件は、その使用周波数帯やインピーダンス整合などに適合するように、アンテナパターンに関連する各パラメータや誘電体１４の誘電率などを決定する必要がある。この際、アンテナパターンの設計条件を決める場合、例えば、長さＬは使用周波数帯に適合するように定める一方、短絡導体１３の位置はインピーダンス整合に適合するように定めるなど、各パラメータを独立して調整可能な点でメリットがある。

次に、第１実施形態に係る小型アンテナ１の変形例について説明する。図７は、図１に示すアンテナパターンのうち、給電用線状導体１１及び接地用線状導体１２をミアンダ状の導体パターンにより構成した場合を示す図である。図７の変形例においては、図１の構成と同様のアンテナサイズを想定して比べた場合、ミアンダ状の導体パターンの線路長を長く確保できる分だけ、共振周波数を低く（波長を長く）設定することができる。また、図１の構成と同様の共振周波数を用いる場合は、図７の変形例を採用することにより図１の長さＬを短くできるので、小型化に適している。

なお、図７では、給電用線状導体１１及び接地用線状導体１２の各先端１１ｂ、１２ｂに短絡導体１３を配置する例を示しているが、この場合もインピーダンス整合が最適になるように、短絡導体１３の位置を調整すればよい。また、図７において、給電用線状導体１１と接地用線状導体１２のうち一方のみをミアンダ状の導体パターンにより構成してもよい。
（参考例１）
次に、参考例１に係る多周波共用アンテナの構成について、図７〜図１２を参照して説明する。参考例１では、第１実施形態に係る小型アンテナ１を基本として、複数の異なる周波数を共用可能で多層構造の多周波共用アンテナを構成する場合を説明する。ここでは、多周波共用アンテナの一例として、３つの周波数を共用可能な３周波共用アンテナに対して本発明を適用する場合を説明する。図８は、３層構造の３周波共用アンテナ２の構成単位となる各アンテナパターンを示す図であり、図９は、図７の各アンテナパターンから構成される３周波共用アンテナ２の立体的構造を示す斜視図である。

図８においては、３層構造の３周波共用アンテナ２を構成する１層目（上部）のアンテナパターンと、２層目（中央部）のアンテナパターンと、３層目（下部）のアンテナパターンをそれぞれ示している。１層目には、長さＬ１の給電用線状導体２１及び接地用線状導体２２と、距離Ｘ１の短絡導体２３からなるアンテナパターンが形成され、２層目には、長さＬ２の給電用線状導体３１及び接地用線状導体３２と、距離Ｘ２の短絡導体３３なるアンテナパターンが形成され、３層目には、長さＬ３の給電用線状導体４１及び接地用線状導体４２と、距離Ｘ３の短絡導体４３からなるアンテナパターンが形成される。なお、１〜３層目の給電用線状導体２１、３１、４１と接地用線状導体２２、３２、４２は、いずれも間隔Ｄを隔てた配置になっている。それぞれのアンテナパターンの構成自体は図１の場合と基本的に同様であるが、各層における各線状導体の方向は、１層目と３層目が図１の場合と同方向（図中、右から左）であるのに対し、２層目が図１の場合と逆方向（図中、左から右）になっている。

一方、図９に示すように、図８における各層のアンテナパターンを立体的に接続し、一体的に誘電体２４の中に内包することにより、３層構造の３周波共用アンテナ１が形成される。図９においては、１層目と２層目で対向する各アンテナパターンの一端において、上側の給電用線状導体２１と下側の給電用線状導体３１が連結導体５１により電気的に接続されるとともに、上側の接地用線状導体２２と下側の接地用線状導体３２が連結導体５２により電気的に接続される。同様に、２層目と３層目で対向する各アンテナパターンの一端において、上側の給電用線状導体３１と下側の給電用線状導体４１が連結導体５３により電気的に接続されるとともに、上側の接地用線状導体３２と下側の接地用線状導体４２が連結導体５４により電気的に接続される。これら４つの各連結導体５１〜５４は、いずれも３層の各アンテナパターンの面に対して垂直方向の導体パターンで形成される。

そして、１層目のアンテナパターンの一端において、給電用線状導体２１の基端２１ａを給電用端子に接続し、１層目の接地用線状導体２２の基端２２ａを接地用端子に接続することにより、３周波共用アンテナ２としての動作を実現可能となる。このように、３層構造の３周波共アンテナ２のうち、最上部に位置するアンテナパターンがアンテナ基端部として設定され、給電及び接地の対象となる。

そして、給電点から見た場合、１層目の給電用線状導体２１の基端２１ａから３層目の給電用線状導体４１の先端４１ｂに達する一体的に連結された導体パターンが形成される。また、接地パターンから見た場合、１層目の接地用線状導体２２の基端２２ａから３層目の接地用線状導体４２の先端４２ｂに達する一体的に連結された導体パターンが形成される。これら両方の導体パターンにより、３層の各アンテナパターンを順次経由し、折り曲げ形状を有するアンテナパターンが立体的に形成されることになる。

なお、図８及び図９の例では、アンテナ基端部として最上部のアンテナパターンを給電及び接地の対象としている。これにより、携帯端末に実装した状態で接地パターンに近くなる下側のアンテナパターンに大部分の電界が集中することを避けることができ、共振周波数の調整可能範囲を広げることができる。また、図８及び図９の例では、３つのアンテナパターンの上側から下側に順次経由して、一体的に連結されたアンテナパターンを形成しているが、その連結順を変更することも可能である。

次に、上記の３周波共用アンテナ２を携帯端末の内部に実装した状態では、図１０に示すような配置になる。図１０における回路基板２０の基板形状は、第１の実施形態の場合と同様の基板形状であって、回路基板２０の一角で接地パターンをＬ字型に切り欠いた部分に３周波共用アンテナ２が配設されている。この状態で、回路基板２０に設けた給電素子と１層目の給電用線状導体２１の基端２１ａが接続されるとともに、回路基板２０の接地パターンと１層目の接地用線状導体２２の基端２２ａが接続される。

図１１は、図１０に示すように携帯端末の内部に実装された３周波共用アンテナ２を側面から見た図である。図１１において、回路基板２０における接地パターンの切欠き部２０ａに配設された３周波共用アンテナ２は、その下側が概ね回路基板２０の平面に一致した状態で実装される。この場合、３周波共用アンテナ２は、３層目、２層目、１層目の順に回路基板２０の平面位置との間隔が大きくなる。そして、１層目の給電用線状導体２２及び接地用線状導体２３から下方に延伸される給電用端子２５と接地用端子２６が設けられ、それぞれ回路基板２０上の所定位置に接続される。

このように接続された３周波共用アンテナ２は、携帯端末に用いる３つの異なる共振周波数ｆＬ、ｆＭ、ｆＨ（ｆＬ＜ｆＭ＜ｆＨ）に共用可能な送信アンテナ又は受信アンテナとして機能する。最も高い周波数ｆＨに対しては、１層目のアンテナパターンを介して連結導体５１、５２が放射端となり、１層目の各線状導体の長さＬ１により周波数調整を行うことができる。また、中間の周波数ｆＭに対しては、１層目及び２層目の各アンテナパターンを介して連結導体５３、５４が放射端となり、１層目及び２層目の各線状導体の長さＬ１、Ｌ２により周波数調整を行うことができる。また、最も低い周波数ｆＬに対しては、１〜３層目の各アンテナパターンを介して２つの先端４１ｂ、４２ｂが放射端となり、１〜３層目の各線状導体の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３により周波数調整を行うことができる。

一方、３周波共用アンテナ２のインピーダンス整合については、３つの共振周波数ｆＬ、ｆＭ、ｆＨのいずれに対しても、１層目のアンテナパターンの各基端２１ａ、２２ａから短絡導体２３までの距離Ｘ１の影響が支配的となる。２層目の短絡導体３３と３層目の短絡導体４３については、中間の周波数ｆＭや最も低い周波数ｆＬのインピーダンスに若干の影響を与えるが、インピーダンスの自在な調整は難しい。この場合、図１２に示すように、１層目（又は２層目あるいは３層目でもよい）のみに短絡導体２３を設け、他の層には短絡導体を設けないように構成してもよい。

次に、参考例１に係る３周波共用アンテナ２の具体的な設計例について説明する。表１は、ＣＤＭＡ、ＧＰＳ、ＰＣＳの３機能を有する携帯電話に適用すべく、９００ＭＨｚ帯（ＣＤＭＡ）と、１．５７５ＧＨｚ帯（ＧＰＳ）と、１．８ＧＨｚ帯（ＰＣＳ）の各周波数帯域を共用することを想定した３周波共用アンテナ２の設計条件を示している。

表２に示す設計条件に従って、図８〜図１１に示す構成に対応する３周波共用アンテナ２の具体的な形状、配置を設定した。図１３は、表２に示す設計条件に対応する３周波共用アンテナ２を、図１１と同様に側面から見た図である。図１３に示す３周波共用アンテナ２は、上述の３周波共用に適合する３つのアンテナパターンが形成された３層の積層構造を有している。

このような構成において、１層目のアンテナパターンの連結導体５１、５２が、１．８ＧＨｚの周波数帯の放射端６１として機能し、２層目のアンテナパターンの連結導体５３、５４が、１．５７５ＧＨｚの放射端６２として機能し、３層目のアンテナパターンの先端４１ｂ、４２ｂが、９００ＭＨｚの放射端６３として機能する。なお、１層目のアンテナパターンにおいて、給電用線状導体２１には給電用端子２５が接続されるとともに、接地用線状導体２２には接地用端子２６が接続され、それぞれ下方の回路基板２０に向かって延伸され給電点と接地パターンに接続される。

図１４は、表２の設計条件に適合する３周波共用アンテナ２のアンテナ特性のうち、周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。図１４では、３周波共用アンテナ２に対し周波数０．５〜２．５ＧＨｚの範囲に対するＶＳＷＲの変化をグラフ化している。このグラフによれば、概ね周波数９００ＭＨｚ、１．５７５ＧＨｚ、１．８ＧＨｚの３つの周波数近辺でＶＳＷＲのピークが現れている。このように、３層構造の３周波共用アンテナ２を用いて適切な設計条件を定めることにより、所望の３周波に共用可能なアンテナ特性を実現することができる。

図１５においては、最も低い周波数ｆＬと最も高い周波数ｆＨに比べ、中間の周波数ｆＭの帯域が狭くなっている。これは、図１３に示すように、周波数ｆＨ、ｆＬの放射端６１、６３は接地パターンに対向する位置（図中左側）にあり、周波数ｆＭの放射端６２は、その位置から離れた位置（図中右側）にあり、相対的に周波数ｆＨ、ｆＬの方が広帯域化に適した配置となっているためである。通常、ＣＤＭＡとＰＣＳには広い帯域が要求されるが、ＧＰＳはそれほど広い帯域は必要ないので、図１４に示すような位置関係で３周波共用アンテナ２を構成することが望ましい。

一方、図１４に示すように、これら３つの放射端６１、６２、６３は、アンテナパターンに対する垂直方向において互いに重ならない位置に配置されている。具体的には、放射端６１と放射端６２は互いに１５ｍｍずれた位置にあり、放射端６１と放射端６３は互いに５ｍｍずれた位置にあり、放射端６２と放射端６３は互いに２０ｍｍずれた位置にある。これは、３つの放射端６１、６２、６３を互いに近接して配置されると、電磁界が相互に干渉することに起因するアンテナ利得や帯域等のアンテナ特性の劣化を招くので、それぞれ離して配置することにより、３周波に対して良好なアンテナ特性を確保するための構成である。

なお、上述した例では、３層構造の３周波共用アンテナ２について、３つのアンテナパターンを各層に形成する場合の例を示したが、同様の構成を２層構造によって等価的に置き換えて実現することができる。図１５は、図１３と同様の設計条件に対応する３周波共用アンテナ２を２層構造で構成した場合の図である。図１５においては、全体のアンテナパターンを給電側導体パターン７１と接地側導体パターン７２に分け、それを２つの層として含む３周波共用アンテナ２を示している。

給電側導体パターン７１には、図８及び図９に示す３周波共用アンテナ２の構成要素のうち、給電用線状導体２１、３１、４１と連結導体５１、５３が一方の層に形成されている。また、接地側導体パターン７２には、図８及び図９に示す３周波共用アンテナ２の構成要素のうち、接地用線状導体２２、３２、４２と連結導体５２、５４が他方の層に形成されている。このような構成を多周波共用アンテナに適用する場合、共用する周波数が多くなる場合であっても常に２層構造で実現できるので、製造時の積層工程を簡略化して低コスト化を図ることができる。

以上説明した参考例１では、３つの周波数を共用可能な３周波共用アンテナ２の場合を説明したが、これに限られず、Ｎ個の周波数を共用可能なＮ周波共用アンテナに対し、広く本発明を適用することができる。

上記のように、本発明によれば、従来の面状アンテナに比べてアンテナサイズの小型化を達成でき、かつ広帯域化が可能であるから、携帯端末への内蔵に好適である。従って、手の影響等を受けにくく良好なアンテナ特性を確保可能な小型アンテナを実現することができ、産業上の利用可能性は大きい。

第１実施形態に係る小型アンテナのアンテナパターンを説明する図である。 第１実施形態に係る小型アンテナの立体的構造を示す斜視図である。 回路基板とともに実装された状態の小型アンテナの配置を示す図である。 表１の設計条件を備えた小型アンテナのアンテナ特性のうち、周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。 表１の設計条件を備えた小型アンテナのアンテナ特性のうち、短絡導体の位置とインピーダンスの関係を示す図である。 表１の設計条件を備えた小型アンテナのアンテナ特性のうち、誘電体の比誘電率を変化させた場合の周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。 第１実施形態に係る小型アンテナの変形例について説明する図である。 参考例１に係る３周波共用アンテナのアンテナパターンを説明する図である。 参考例１に係る３周波共用アンテナの立体的構造を示す斜視図である。 回路基板とともに実装された状態の３周波共用アンテナの配置を示す図である。 携帯端末の内部に実装された３周波共用アンテナを側面から見た図である。 図９の３周波共用アンテナの立体的構造において、１層目のみに短絡導体を設け２層目と３層目には短絡導体を設けないように構成した場合の図である。 表２の設計条件に対応する３周波共用アンテナを側面から見た図である。 表２の設計条件を備えた３周波共用アンテナのアンテナ特性のうち、周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。 図１３と同様の設計条件に対応する３周波共用アンテナを２層構造で構成した場合の図である。 従来のモノポールアンテナが回路基板とともに実装された状態を示す図である。

符号の説明

１…小型アンテナ
２…３周波共用アンテナ
１１、２１、３１、４１…給電用線状導体
１２、２２、３２、４２…接地用線状導体
１３、２３、３３、４３…短絡導体
１４…誘電体
２０…回路基板
２５…給電用端子
２６…接地用端子
５１、５２、５３、５４…連結導体
６１、６２、６３…放射端
７１…給電側導体パターン
７２…接地側導体パターン

Claims (3)

1. 基端が給電点に接続され先端が開放された給電用線状導体と、基端が接地され先端が開放された接地用線状導体と、前記給電用線状導体と前記接地用線状導体をそれぞれの基端と先端の間の所定位置で電気的に接続する短絡導体とを含むアンテナパターンと、前記アンテナパターンを内包する略直方体の誘電体とを備え、前記給電用線状導体と前記接地用線状導体は、それぞれの基端から先端に至る方向が略同一で並列配置されている小型アンテナであって、
   前記誘電体は、前記接地用線状導体の基端を接続するための接地パターンを含む回路基板の一角に設けた前記接地パターンの略Ｌ字型の切欠き部に近接して配設され、
   前記給電用線状導体、前記接地用線状導体及び前記短絡導体を含むアンテナパターンは、前記誘電体の対向する２面に対して略平行となるように配置されると共に、前記回路基板に対して略平行となるように配置され、
   前記接地用線状導体は、前記回路基板の接地パターンと一定の間隔を保持して近接配置されることを特徴とする、小型アンテナ。
2. 前記給電用線状導体及び前記接地用線状導体は、所定の幅と所定の長さを有する同一形状の導体パターンで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の小型アンテナ。
3. 前記給電用線状導体及び前記接地用線状導体は、ミアンダ状の導体パターンで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の小型アンテナ。