JP5056846B2 - アンテナおよび無線通信機 - Google Patents

Description

この発明は、移動体通信機等の無線通信機に用いられるアンテナおよびそれを備えた無線通信機に関するものである。

携帯電話システムの端末装置（携帯電話）等の無線通信機において複数の周波数帯で用いるアンテナとして特許文献１・特許文献２が開示されている。図１は特許文献１に示されているアンテナの斜視図である。図１において誘電体基体１１の上面に放射電極１２および無給電電極１３，１４が形成されている。また誘電体基体１１の下面には励振用導体１９が接しない範囲でほぼ全面にグランド電極１５が形成されている。さらに誘電体基体１１の側面には放射電極１２，無給電電極１３，１４をそれぞれ接地する接地用導体１６，１７，１８がそれぞれ形成されている。

このように放射電極とそれに近い共振周波数を有する複数の無給電電極とを同一平面内に形成して複数の共振を合成することにより広帯域特性のアンテナを実現している。

また、特許文献２では給電電極と無給電電極とによるそれぞれの基本波共振同士および高調波共振同士の複共振を利用して２つの周波数帯域で利得を有するアンテナを構成することが示されている。具体的には給電電極と無給電電極のそれぞれに渦巻き状のスリットを形成することによって、基本波共振（基本モード）の周波数をほとんど変化させずに高調波共振（高次モード）の共振周波数を所望の周波数に設定するものである。
特開平１１−１２７０１４号公報 特開２００３−８３２６号公報

ところが、特許文献２に示されているように給電電極と無給電電極のそれぞれにスリットを設けて高調波の共振周波数を制御することは可能であるが、基本波の共振周波数と高調波の共振周波数との組み合わせによっては、高調波の共振周波数でのマッチングがとれないことがしばしば生じ、最適なリターンロスが得られないことがあった。すなわち給電電極と無給電電極との容量性の結合について考えると、給電電極と無給電電極のそれぞれに形成するスリットの長さが長くなるに従い、インダクタンス性が増大し、キャパシタンス性が減少して、給電電極と無給電電極間の高調波共振同士の結合量が弱くなり、高調波共振周波数でのリターンロスが大きくなって所望の利得が得られないという問題が生じる。

そこで、この発明の目的は、給電放射電極と無給電放射電極によるそれぞれの基本波共振同士および高調波共振同士の複共振を利用して２つの周波数帯域で利得を持つアンテナにおいて高調波共振同士の結合によるリターンロス特性を良好にしたアンテナおよびそれを備えた無線通信機を提供することにある。

前記課題を解決するためにこの発明は次のように構成する。
（１）誘電体または誘電体且つ磁性体からなる基体に、一方端を給電点、他方端を開放端とするほぼ１／４波長の給電放射電極と、一方端をグランド端、他方端を開放端とする無給電放射電極とを設け、給電放射電極と無給電放射電極によるそれぞれの基本波共振同士および高調波共振同士の複共振を利用するアンテナにおいて、前記無給電放射電極と前記給電放射電極とが互いに平行に延びる（並走する）領域で、前記無給電放射電極と前記給電放射電極とが所定の間隔を隔つように、前記給電放射電極と前記無給電放射電極とを配置するとともに、前記平行に延びる領域に前記無給電放射電極から前記給電放射電極側へ分岐電極を延出形成したことを特徴としている。

（２）前記給電放射電極は、面状に広がる電極に渦巻き状または渦巻きの部分形状のスリットを形成して前記給電点から前記給電放射電極の開放端までの電気長を定め、前記無給電放射電極は、面状に広がる電極に渦巻き状または渦巻きの部分形状のスリットを形成して前記グランド端から前記無給電放射電極の開放端までの電気長を定めてもよい。

（３）また、この発明の無線通信機は前記アンテナを備えて、前記給電放射電極に対して給電を行う無線通信回路を備えることによって構成する。

この発明によれば、無給電放射電極側から給電放射電極側へ無給電放射電極よりも長さの短い電極を延出形成したことにより、この分岐電極と給電放射電極との間に生じる容量によって無給電放射電極と給電放射電極との高調波共振同士の結合の強さが強くなって高調波共振同士の複共振による周波数帯でのリターンロスが小さくできる。

また、給電放射電極と無給電放射電極のそれぞれについて面状に広がる電極に渦巻き状のスリットを形成することによって、基本波共振周波数をほぼ一定にしたまま高調波共振周波数を所望の周波数に設定することができる。仮に高調波共振周波数を低くするためにスリットの長さを長くすることによって給電放射電極と無給電放射電極による高調波共振同士の結合量が小さくなるような条件でも前記分岐電極を設けたことにより高調波共振周波数での所望のリターンロス特性が得られるので基本波共振周波数と高調波共振周波数の組み合わせの自由度が高まる。

特許文献１に示されているアンテナの構成を示す図である。 第１の実施形態に係るアンテナおよびその比較例としてのアンテナのそれぞれの斜視図である。 図２に示した２つのアンテナのリターンロスの周波数特性を示す図である。 第２の実施形態に係るアンテナの平面図である。

符号の説明

２０−基体
２１，３１−給電放射電極
２２，３２−無給電放射電極
２３，２４，３３，３４−スリット
２５，３５−給電端
２６，３６−グランド端
２７，３７−分岐電極
３０−基板
４０−給電手段
１０１，１０２−アンテナ

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナおよび無線通信機について図２・図３を参照して説明する。
図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナの斜視図、図２（Ｂ）はその比較例としてのアンテナの斜視図である。

第１の実施形態に係るアンテナ１０１は図２（Ａ）に示すように、直方体形状の誘電体基体２０の図における手前の側面から上面にかけてそれぞれ面状に広がる給電放射電極２１および無給電放射電極２２を備えている。この例では誘電体基体２０は非磁性体の誘電体であるが、誘電体且つ磁性体であってもよい。

給電放射電極２１および無給電放射電極２２にはそれぞれ渦巻き状または渦巻きの部分形状のスリット２３，２４を形成している。給電放射電極２１に形成したスリット２３は給電端（この発明に係る給電点に相当する。）２５から内部方向へ延び、無給電放射電極２２に設けたスリット２４はグランド端２６から内部方向へ延びている。この構成により、一方端を給電点、他方端を開放端とし、基本波でほぼ１／４波長である給電放射電極２１、および一方端をグランド端、他方端を開放端とする無給電放射電極２２を形成している。

このように、面状に広がる給電放射電極２１および無給電放射電極２２にスリット２３，２４をそれぞれ設けたことにより、給電端から給電放射電極の開放端までの電気長を定め、またグランド端から無給電放射電極の開放端までの電気長を定める。この構造により、基本波共振（基本モード）の周波数を所望の周波数に保ったまま高調波共振（高次モード）の共振周波数を所望の周波数に設定することができる。すなわち基本波周波数と高調波周波数とを互いに独立して設定できる。その原理については特許文献２に開示されているとおりである。

無給電放射電極２２から給電放射電極２１側へ分岐電極２７を形成している。この例では無給電放射電極２２のグランド端２６に近い側から遠い方向へ延出形成して給電放射電極２１の端縁に対してほぼ平行に配置している。この分岐電極２７は無給電放射電極２２と給電放射電極２１との間の高調波共振同士の容量結合を増すためのものであるので無給電放射電極２２の長さ（スリットに沿った長さ）より短く形成している。

図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した分岐電極２７を形成しない構成のアンテナを比較例として示したものである。

図３は図２（Ａ），（Ｂ）に示した２つのアンテナのリターンロスの周波数特性を示すものである。図３（Ａ）は図２（Ａ）に示した第１の実施形態に係るアンテナ１０１の特性、図３（Ｂ）は図２（Ｂ）に示した比較例としてのアンテナの特性である。

図３においてＦ１は給電放射電極２１による基本波共振周波数、Ｆ２は給電放射電極２１による２次の高調波共振周波数である。またｆ１は無給電放射電極２２による基本波共振周波数、ｆ２は無給電放射電極２２による２次の高調波共振周波数である。

そして１点鎖線は給電放射電極２１によるリターンロスの周波数特性、破線の曲線は無給電放射電極２２によるリターンロスの周波数特性である。さらに実線の曲線は給電放射電極２１と無給電放射電極２２とによるそれぞれの基本波共振同士および高調波共振同士の複共振による特性である。

図３において、ｆ１−Ｆ１の周波数帯はＣＤＭＡ８００（８４３〜８９０ＭＨｚ）、ｆ２−Ｆ２の周波数帯はＣＤＭＡ２０００（２１１０〜２１３０ＭＨｚ）にそれぞれ対応する。すなわち、このアンテナはＣＤＭＡ８００／２０００のデュアルバンドアンテナとして作用する。

図２（Ｂ）に示したようにスリット２３を形成した給電放射電極２１とスリット２４を形成した無給電放射電極２２とを単に所定間隔で配置したアンテナでは図３（Ｂ）に示すように２つの高調波共振同士の結合が弱く、周波数ｆ２〜Ｆ２でのリターンロスが十分小さくならない。これに対し図２（Ａ）に示した第１の実施形態では高調波共振同士の結合量が十分に確保されて、その複共振を利用することができる。

《第２の実施形態》
図４は第２の実施形態に係るアンテナ１０２の平面図である。
第１の実施形態では直方体形状の誘電体基体に対して各種電極を形成したが、この第２の実施形態ではそれを基板上に形成したものである。図４において基板３０の上面にはそれぞれ面状に広がる給電放射電極３１および無給電放射電極３２を備えている。給電放射電極３１および無給電放射電極３２にはそれぞれ渦巻き状のスリット３３，３４を形成している。給電放射電極３１に形成したスリット３３は給電端３５から内部方向へ延び、無給電放射電極３２に設けたスリット３４はグランド端３６から内部方向へ延びている。

無給電放射電極３２から給電放射電極３１側へ分岐電極３７を形成している。この例では無給電放射電極３２のグランド端３６に近い側から遠い方向へ延出形成して給電放射電極３１の端縁に対してほぼ平行に配置している。

このように分岐電極３７を設けたことによって給電放射電極３１と無給電放射電極３２との間の結合容量が増して高調波共振同士の結合量が十分に確保され、その複共振を利用することができる。

《第３の実施形態》
携帯電話等の無線通信機は、第１・第２の実施形態で示したアンテナを用いて次のように構成する。
たとえば図２に示したアンテナ１０１を用いる場合、その給電手段４０を含む無線通信回路を実装基板上に設け、その実装基板の端部に非グランド領域を設けるとともに、その非グランド領域にアンテナ１０１を表面実装する。これによりＣＤＭＡ８００／２０００両対応の携帯電話を構成することができる。

また、図４に示したアンテナ１０２を用いる場合は、このアンテナ１０２を実装基板の非グランド領域に表面実装するか、実装基板上にアンテナ１０２の各パターンを直接形成する。

Claims (3)

1. 誘電体または誘電体且つ磁性体からなる基体に、一方端を給電点、他方端を開放端とするほぼ１／４波長の給電放射電極と、一方端をグランド端、他方端を開放端とする無給電放射電極とを設け、給電放射電極と無給電放射電極によるそれぞれの基本波共振同士および高調波共振同士の複共振を利用するアンテナにおいて、
   前記無給電放射電極と前記給電放射電極とが互いに平行に延びる領域で、前記無給電放射電極と前記給電放射電極とが所定の間隔を隔つように、前記給電放射電極と前記無給電放射電極とを配置するとともに、前記平行に延びる領域に前記無給電放射電極から前記給電放射電極側へ分岐電極を延出形成したことを特徴とするアンテナ。
2. 前記給電放射電極は、面状に広がる電極に渦巻き状または渦巻きの部分形状のスリットを形成して前記給電点から前記給電放射電極の開放端までの電気長を定め、前記無給電放射電極は、面状に広がる電極に渦巻き状または渦巻きの部分形状のスリットを形成して前記グランド端から前記無給電放射電極の開放端までの電気長を定めた請求項１に記載のアンテナ。
3. 請求項１または２に記載のアンテナを備え、前記給電点に対して給電を行う無線通信回路を備えた無線通信機。

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