JP4849172B2 - アンテナ構造およびそれを備えた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型電話機等の無線通信装置に設けられるアンテナ構造、および、それを備えた無線通信装置に関するものである。

様々な構造のアンテナ構造が、提案されている（例えば、特許文献１、２、３、参照。）。特許文献１〜３に記載されているアンテナ構造は、いずれも、誘電体の基体を有している。例えば、特許文献２に記載されている発明においては、図７に示すような直方体状の基体４１が、アンテナ構造に設けられている。前記基体４１の内部には、導体４２が設けられている。導体４２は、基体４１の長手方向に螺旋状に巻回されている。言い換えれば、導体４２は、螺旋状の旋回軸方向Ｘが、基体４１の長手方向に伸びる方向になるようにして巻回されている。また、電圧が、給電用電極４３から導体４２に印加できるように構成されている。

特開平１０−０４１７２２号公報 特開平９−０９３０１６号公報 特開２００５−２０４３３号公報

ところで、近年、特に無線通信機能付き携帯移動端末（例えば携帯型電話機）等の無線通信装置に対して、小型化の要求がある。この要求によって、アンテナ構造にも小型化が要求されている。しかしながら、図７に示したアンテナのように、基体４１の内部にアンテナとしての導体４２を形成すると、アンテナ体積が小さくなる。しかも、図７に示す構成は、導体４２を基体の長手方向に螺旋状に巻回しているため、アンテナ構造を小型化すると、ループ径が小さくなる。そうすると、十分なアンテナ性能を得ることができないといった問題が生じてしまう。

また、携帯型電話機等の機種は、多種多様化している。この多種多様化に伴い、携帯型電話機の機種によっては、キーパッドのグランドやパネル側のグランド等の金属部位が、アンテナの裏側に位置する場合もあるし、アンテナの側部がわに位置する場合もある。しかしながら、従来提案されているアンテナ構造においては、前記金属部位がアンテナの裏側に位置する場合の設計が、とりにくい。また、多様な機種に応じて、対応するアンテナをそれぞれ構成すると、アンテナの製造コストが高くなるため、好ましいものではない。

上記したような問題点を解決するために、この発明は、次に示す構成を有して構成されている。すなわち、本発明のアンテナ構造は、
アンテナ動作を行う給電放射電極が、略直方体形状の誘電体基体の上面と該上面の長手方向の辺に隣り合う２つの側面との３つの面を通ってループ状に形成され、該給電放射電極のループの先端側が開放端と成しているアンテナ素子を有し、
当該アンテナ素子は、グランド電極が形成されているグランド領域と、グランド電極が形成されていない非グランド領域とを有する基板の非グランド領域に配置されており、
前記給電放射電極の開放端が前記誘電体基体の上面となるように配置される上向き実装態様における前記誘電体基体の前記基板への実装面位置と、前記誘電体基体を前記上向き実装態様から傾けて前記給電放射電極の開放端が前記誘電体基体の側面に位置するように配置される横向き実装態様における前記誘電体基体の前記基板への実装面位置とに、前記誘電体基体と前記給電放射電極とを前記基板に実装するための半田取り付け部が設けられ、
前記アンテナ素子が前記上向き実装態様と前記横向き実装態様とのいずれかの実装態様で選択的に前記基板に実装されて、前記上向き実装態様の時には前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が前記基板の非グランド領域から上側に離れ、前記横向き実装態様の時には前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が前記基板の非グランド領域から横側に離れるように構成されることを特徴としている。

また、本発明の無線通信装置は、本発明において特徴的な構成を持つアンテナ構造を有することを特徴とする。

本発明のアンテナ構造は、アンテナ素子を有し、該アンテナ素子は、アンテナ動作を行う給電放射電極を有している。この給電放射電極は、略直方体形状の誘電体基体の上面と、該上面の長手方向の辺に隣り合う２つの側面との、３つの面を通ってループ状に形成されている。そのため、本発明のアンテナ構造は、小型化しても、給電放射電極の長さを十分にとることができ、また、そのループ径も大きくできるので、十分なアンテナ性能を発揮できる。

また、本発明のアンテナ構造は、給電放射電極の開放端が前記誘電体基体の上面となる上向き実装態様と、前記給電放射電極の開放端が前記誘電体基体の側面に位置するように配置する横向き実装態様とのいずれかの実装態様で選択的に実装される。つまり、本発明のアンテナ構造は、給電放射電極を形成する１つのパターンで２種類の実装態様をとることができる。そのため、実装態様に合わせて２つのパターンの給電放射電極を形成する場合に比べ、本発明は、アンテナ構造の製造が容易であり、コストダウンを図ることができる。

なお、本発明のアンテナ構造は、前記上向き実装態様の時には、前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が、前記基板の非グランド領域から上側に離れるように構成される。また、本発明のアンテナ構造は、前記横向き実装態様の時には、前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が、前記基板の非グランド領域から横側に離れるように構成される。したがって、例えば携帯型電話機等の無線通信装置に設けられるグランド等の金属部位が、アンテナの裏側に位置する場合には、本発明のアンテナ構造の実装態様を、前記上向き実装態様とする。そうすると、アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が、前記基板の非グランド領域から上側に離れるようにすることができる。一方、前記金属部位がアンテナの側部がわに位置する場合には、本発明のアンテナ構造の実装態様を、前記横向き実装態様とする。そうすると、アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が、前記基板の非グランド領域から横側に離れるようにすることができる。このように、アンテナ構造の実装態様を適宜設定することにより、アンテナ動作が前記金属部位の影響を受けにくくすることができる。

また、本発明のアンテナ構造において、給電放射電極の一部が誘電体基体の基板への実装面側にはみ出して、このはみ出し部位が基板への半田取り付け部と成しているものにおいては、以下の効果を奏する。つまり、前記はみ出し部位を有するアンテナ構造は、半田によるアンテナ素子の基板への取り付けを、前記はみ出し部位により行うことができる。したがって、前記はみ出し部位を有する構成においては、例えば、温度変化や落下等が生じても、半田取り付け部にクラックが生じたりすることを防ぐことができる。

さらに、本発明のアンテナ構造において、誘電体基体の３つの面に形成する給電放射電極のループ形状を、金型の抜ける上下方向に形成されたループパターンとすることにより、アンテナ素子の製造を容易に、効率的に行うことができる。したがって、この構成のアンテナ構造は、給電放射電極を、ぶれにくい、最も安定した状態で、給電放射電極を誘電体基体の表面に露出形成できる。つまり、この構成のアンテナ構造は、製造上の信頼性を向上させ、歩留まりを向上させることができる。また、この構成のアンテナ構造は、誘電体基体の略直方体形状において、不要な部分をカットした形状にも形成しやすい。

さらに、アンテナ素子の給電放射電極が、基本モードのアンテナ動作と高次モードのアンテナ動作とを行う構成と成し、該給電放射電極と複共振させる構成を有する無給電放射電極を誘電体基体に形成することにより、以下の効果を奏することができる。つまり、前記無給電放射電極を備えた構成を有するアンテナ構造は、広帯域化が可能なアンテナ構造を実現できる。また、前記無給電放射電極を、前記給電放射電極と同形状または線対称形状とすることにより、少ない品種で多くの条件に対応できる。したがって、無給電放射電極と給電放射電極とを同形状または線対称形状とすることにより、リードタイムの短縮化、コストダウン、金型費用削減、デッドストック回避等の効果を奏することができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、本発明のアンテナ構造を有することによって、前記各効果を有する無線通信装置を実現できる。特に、給電放射電極と無給電放射電極とを備え、給電放射電極が形成されている誘電体基体と無給電放射電極が形成されている誘電体基体とを別体の誘電体基体としたものは、以下の効果を奏することができる。つまり、各電極が形成されている別体の誘電体基体を、互いに間隔を介して基板の非グランド領域上に隣接配置して、給電放射電極と無給電放射電極の配置態様を様々に形成することができる。したがって、前記別体の誘電体基体を有する構成は、効率的な配置と広帯域化が可能な無線通信装置を実現できる。

具体的には、前記誘電体基体を有する構成は、無線通信装置の給電位置や、接地位置、無線通信装置の外筐形状等に応じて、給電放射電極と無給電放射電極の配置態様を様々に選択できる。そのため、前記別体の誘電体基体を有する構成は、様々な機種の無線通信装置にアンテナ素子を適用でき、無線通信装置も安価にできる。また、前記別体の誘電体基体を有する構成は、例えば基板の非グランド領域上に、アンテナ素子以外の素子が配置されている場合には、その素子を避けて、給電放射電極と無給電放射電極を互いに間隔を介して配置すること等もできる。したがって、前記別体の誘電体基体を有する構成は、アンテナ素子を基板に表面実装する上で重要な実装面の平面度を維持でき、信頼性を向上できる。

第１実施例のアンテナ構造において、アンテナ素子を上向き実装態様とした状態を説明するための斜視図である。 図１ａに示すアンテナ構造を、後方側から見た斜視図である。 第１実施例のアンテナ構造におけるアンテナ素子の底面を示す図である。 第１実施例のアンテナ構造におけるアンテナ素子の成形方法例を説明するための図である。 第１実施例のアンテナ構造において、アンテナ素子を横向き実装態様とした状態を説明するための斜視図である。 図４ａに示すアンテナ構造を、後方側から見た斜視図である。 第１実施例のアンテナ構造を備え、アンテナ素子を上向き実装態様として設けた無線通信装置の例を説明するための図である。 第１実施例のアンテナ構造を備え、アンテナ素子を横向き実装態様として設けた無線通信装置の例を説明するための図である。 第２実施例の無線通信装置を説明するための図である。 第２実施例の無線通信装置を説明するための図である。 第２実施例の無線通信装置を説明するための図である。 アンテナ構造の一従来例を説明するための図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ アンテナ素子
２ 給電放射電極
３ 無給電放射電極
４ 上面
５，７ 開放端
６ａ，６ｂ 側面
８ 誘電体基体
９ 底面
１０ 基板
１５〜１８ 半田取り付け部
２１ 上金型
２２ 下金型

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

図１ａは、第１実施例のアンテナ構造の模式的な斜視図である。図１ｂは、図１ａの後方側から見たアンテナ構造を示す模式的な斜視図である。

第１実施例のアンテナ構造は、アンテナ素子１と、基板１０とを有して構成されている。基板１０は、携帯型電話機等の無線通信装置の回路基板である。当該基板１０は、グランド電極１４が形成されているグランド領域Ｚgと、グランド電極１４が形成されていない非グランド領域Ｚpとを有する。第１実施例では、非グランド領域Ｚpは、基板１０の片端側に形成されている。また、基板１０には、無線通信用回路（高周波回路）が形成されている（図示せず）。

アンテナ素子１は、例えばＬＣＰ（液晶ポリエステル樹脂）やＳＰＳ（シンジオタクチック・ポリスチレン樹脂）により形成された略直方体形状の誘電体基体８を有する。該誘電体基体８の表面側には、アンテナ動作を行う給電放射電極２と、該給電放射電極２と電磁結合する無給電放射電極３が形成されている。給電放射電極２と無給電放射電極３は、例えば銅などの板金により形成されている。

なお、本実施例では、給電放射電極２は、基本周波数（例えば８００ＭＨｚ）で共振動作を行う基本モードのアンテナ動作を行うように形成されている。また、給電放射電極２は、前記基本周波数よりも高い周波数（例えば２ＧＨｚ）で共振動作を行う高次モードのアンテナ動作も、行うように形成されている。給電放射電極２には、スリット１２が形成されている。給電放射電極２は、誘電体基体８の上面４と該上面４の長手方向の辺に隣り合う２つの側面６ａ，６ｂとの３つの面を通ってループ状に形成されている。このループの先端側が開放端５と成している。給電放射電極２の基端側は、給電端２６と成して、基板１０の給電点に接続されている。

前記無給電放射電極３には、スリット１３が形成されている。無給電放射電極３は、前記給電放射電極２と同様に、誘電体基体８の上面４と該上面４の長手方向の辺に隣り合う２つの側面６ａ，６ｂとの３つの面を通ってループ状に形成されている。このループの先端側が開放端７と成している。また、無給電放射電極３は、給電放射電極２と線対称形状に形成されている。無給電放射電極３の基端側は接地側端部２７と成し、基板１０のランド１９を介して非グランド領域Ｚpに接続されている。また、無給電放射電極３は、給電放射電極２の基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数の少なくとも一方の共振周波数の近傍の周波数で共振して、前記給電放射電極と複共振させる構成を備えている。

無給電放射電極３の開放端７と給電放射電極２の開放端５は、共に、誘電体基体８の上面４に形成されている。また、誘電体基体８の３つの面（上面４と側面６ａ，６ｂ）に形成する給電放射電極２および無給電放射電極３のループ形状は、以下のように形成されている。つまり、図３に示すように、これらの電極２，３のループ形状は、射出成形時に、上金型２１と下金型２２により形成される金型の上下方向に抜けるように、ループが上側に向かって形成されて、ループ先端側（開放端５，７側）が上側になるように形成したループパターンと成している。言い換えれば、給電放射電極２および無給電放射電極３のループ形状が、金型の抜ける上下方向に形成されている。

本実施例において、アンテナ素子１は、例えば、図１ａ、図１ｂに示すように、給電放射電極２の開放端５および無給電放射電極３の開放端７が誘電体基体８の上面４となるように配置される上向き実装態様で配置される。この上向き実装態様における誘電体基体８の前記基板１０への実装面位置、つまり、誘電体基体８の底面９は、図２に示すように形成されている。つまり、底面９には、給電放射電極２の一部がはみ出して形成され、このはみ出し部位は、誘電体基体８と給電放射電極２とを基板１０に実装するための半田取り付け部１５と成している。また、誘電体基体８の底面９には、無給電放射電極３の一部もはみ出して形成されている。このはみ出し部位は、誘電体基体８と無給電放射電極３とを基板１０に実装するための半田取り付け部１７と成している。

これらの半田取り付け部１５，１７は、それぞれ、図１ａと図１ｂに示すランド１９に接続されている。このランド１９は、基板１０の非グランド領域Ｚp上において、アンテナ素子１の下部側の適宜の位置に形成されている。

また、アンテナ素子１は、誘電体基体８を前記上向き実装態様から、図１ａの矢印Ｒに示すように回転させて９０度傾けることによって、図４ｂに示すような実装態様もとれるように形成されている。図４ｂに示す実装態様は、前記給電放射電極２の開放端５および無給電放射電極３の開放端７が誘電体基体８の側面に位置するように配置される（上面４が側面がわに配置される）、横向き実装態様である。なお、図１ａおよび図１ｂに対して、図４ａと図４ｂは、基板１０のグランド領域Ｚgと非グランド領域Ｚpの配置態様を逆方向に形成している。それにより、図４ａおよび図４ｂに示す横向き実装態様は、アンテナ素子１の誘電体基体８の上面４が、基板１０の端部（グランド領域Ｚgの反対側）となるように配置されている。

アンテナ素子１には、前記横向き実装態様における、誘電体基体８の前記基板１０への実装面位置にも、誘電体基体８と給電放射電極２と無給電放射電極３を基板１０に実装するための半田取り付け部が設けられている。つまり、前記横向き実装態様においては、図１ｂに示すような、誘電体基体８の側面６ｂに形成された給電放射電極２の一部が、半田取り付け部１６と成している。また、誘電体基体８の側面６ｂに形成された無給電放射電極３の一部が、半田取り付け部１８と成している。これらの半田取り付け部１６，１８は、図４ａ、図４ｂに示す横向き実装態様においては、基板１０のランド１９に接続されている。

第１実施例のアンテナ構造は、アンテナ素子１が、図１ａ、図１ｂに示したような上向き実装態様と、図４ａ、図４ｂに示したような横向き実装態様との、いずれかの実装態様で、選択的に基板１０に実装されるものである。このように、実装態様を適宜設定することにより、第１実施例は、以下の特徴を有する。つまり、前記上向き実装態様の時には、前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が、基板１０の非グランド領域Ｚpから上側に離れるように構成される。一方、前記横向き実装態様の時には、前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が、基板１０の非グランド領域Ｚpから横側に離れるように構成される。

第１実施例は、以上のように構成されており、例えば図５ａ、図５ｂに示すような携帯型電話機の筐体内に配置される。なお、これらの図５ａ、図５ｂは、スライド型やフリップ型の携帯型電話機を、閉じた状態の断面構成を模式的に示している。携帯型電話機の液晶２３やキーパッドのグランド２４、バッテリー２５、シールドケース等の金属部の位置に応じて、第１実施例におけるアンテナ素子１の配置態様が適宜設定される。それにより、第１実施例は、アンテナ素子１の給電放射電極２と無給電放射電極３のループの軸方向を、図の矢印Ａ、Ｂに示す方向として、開放端５，７の位置を基板１０から上方向または横方向に離すことができる。

つまり、図５ａに示すように、前記金属物が、基板１０の非グランド領域Ｚpの下側に配置されるときには、図１ａ、図１ｂに示したように、アンテナ素子１を上向き実装態様で配置する。そうすることにより、第１実施例は、前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域を、基板１０の非グランド領域Ｚpから上側に離して前記金属物からも離すことができる。一方、図５ｂに示すように、前記金属部が、基板１０の非グランド領域Ｚpの横側に配置されるときには、図４ａ、図４ｂに示したように、アンテナ素子１を上向き実装態様で配置する。そうすることにより、第１実施例は、前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域を、基板１０の非グランド領域Ｚpから横側に離して前記金属物からも離すことができる。

次に、第２実施例について、図６ａ、図６ｂ、図６ｃに基づいて説明する。なお、第２実施例の説明において、前記第１実施例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

第２実施例は、無線通信装置の実施例であり、図６ａ、図６ｂ、図６ｃに示す構成を、適宜、筐体内等に配置して形成される。第２実施例は、給電放射電極２を形成する誘電体基体８と無給電放射電極３を形成する誘電体基体８を別体として、その誘電体基体８を互いに間隔を介して基板１０の非グランド領域Ｚp上に隣接配置したものである。

第２実施例の無線通信装置は、誘電体基体８に、ループ状の給電放射電極２を形成した給電側のアンテナ素子１ａ（給電放射電極２の形状は図示せず）を有している。また、第２実施例の無線通信装置は、誘電体基体８に、ループ状の無給電放射電極３を形成した無給電側のアンテナ素子１ｂ（無給電放射電極３の形状は図示せず）を有している。第２実施例の無線通信装置は、これらのアンテナ素子１ａ，１ｂを、互いに間隔を介し、基板１０の非グランド領域Ｚp上に隣接配置されて形成されている。給電放射電極２や無給電放射電極３のループ形状は、例えば前記第１実施例と同様に、または、線対称形状に形成されている。給電放射電極２の給電端は、基板１０の給電部に接続され、無給電放射電極３の接地側端部は、基板１０の非グランド領域Ｚpに接続されている。

図６ａにおいては、給電放射電極２と無給電放射電極３とが、同形状を有している。図６ｂにおいては、無給電放射電極３は、給電放射電極２と線対称形状を有している。図６ｃにおいては、給電放射電極２と無給電放射電極３のループ方向は、同じでも線対称形状でもよい。図６ｃは、給電放射電極２と無給電放射電極３をそれぞれ斜めに配置した例を示している。図６ａ、図６ｂ、図６ｃの各図において、基板１０の給電部の位置によっては、給電放射電極２と無給電放射電極３の配置を互いに逆にしてもよい。つまり、第２実施例は、無線通信装置の給電位置、接地位置や、無線通信装置の外筐形状等に応じて、給電側アンテナ素子１ａと無給電側アンテナ素子１ｂの配置態様は、様々に選択される。

なお、本発明は前記第１、第２の各実施例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、給電放射電極２や無給電放射電極３の形状や長さ等は、特に限定されるものでなく、適宜のループ形状および適宜の長さに設定されるものである。また、誘電体基体８の形状も特に限定されるものでなく、略直方体形状に、適宜設定されるものである。

また、前記第１実施例において、図５ａ、図５ｂを参照して、第１実施例のアンテナ構造を携帯型電話機に適用する例を述べた。しかし、本発明のアンテナ構造は、携帯型電話機以外でも、様々な無線通信装置に適用されるものである。

さらに、前記第１実施例では、アンテナ素子１は、誘電体基体８に給電放射電極２と無給電放射電極３を隣接形成した。しかし、本発明のアンテナ構造は、誘電体基体８に給電放射電極２のみを形成したものとしてもよい。

本発明において特有な構成を備えることによって、アンテナを小型化しても十分なアンテナ性能を発揮でき、製造が容易でコストダウンを図ることができる。そのため、本発明のアンテナ構造および無線通信装置は、携帯型電話機等の無線通信装置に適用することが可能である。

Claims (6)

1. アンテナ動作を行う給電放射電極が、略直方体形状の誘電体基体の上面と該上面の長手方向の辺に隣り合う２つの側面との３つの面を通ってループ状に形成され、該給電放射電極のループの先端側が開放端と成しているアンテナ素子を有し、
   当該アンテナ素子は、グランド電極が形成されているグランド領域と、グランド電極が形成されていない非グランド領域とを有する基板の非グランド領域に配置されており、
   前記給電放射電極の開放端が前記誘電体基体の上面となるように配置される上向き実装態様における前記誘電体基体の前記基板への実装面位置と、前記誘電体基体を前記上向き実装態様から傾けて前記給電放射電極の開放端が前記誘電体基体の側面に位置するように配置される横向き実装態様における前記誘電体基体の前記基板への実装面位置とに、前記誘電体基体と前記給電放射電極とを前記基板に実装するための半田取り付け部が設けられ、
   前記アンテナ素子が前記上向き実装態様と前記横向き実装態様とのいずれかの実装態様で選択的に前記基板に実装されて、前記上向き実装態様の時には前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が前記基板の非グランド領域から上側に離れ、前記横向き実装態様の時には前記アンテナ動作の共振周波数の電圧が最大となる領域が前記基板の非グランド領域から横側に離れるように構成されることを特徴とするアンテナ構造。
2. 給電放射電極は、その一部が誘電体基体の基板への実装面側にはみ出して、このはみ出し部位が基板への半田取り付け部と成していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
3. 誘電体基体の３つの面に形成する給電放射電極のループ形状が金型の抜ける上下方向に形成されたループパターンとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ構造。
4. アンテナ素子の給電放射電極は、基本周波数で共振動作を行う基本モードのアンテナ動作と前記基本周波数よりも高い周波数で共振動作を行う高次モードのアンテナ動作とを行う構成と成し、
   前記給電放射電極の基本モードの共振周波数と高次モードの共振周波数の少なくとも一方の共振周波数の近傍の周波数で共振して前記給電放射電極と複共振させる構成を備えた無給電放射電極が、前記給電放射電極と同形状または線対称形状に形成されて誘電体基体に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ構造。
5. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ構造を有することを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項４記載のアンテナ構造を有し、給電放射電極が形成されている誘電体基体と無給電放射電極が形成されている誘電体基体とが別体の誘電体基体であって、これらの誘電体基体が互いに間隔を介して基板の非グランド領域上に隣接配置されていることを特徴とする無線通信装置。

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