JP5058274B2 - アンテナ装置及び携帯端末 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、無線通信を行う携帯端末及び、この携帯端末に内蔵されるアンテナ装置に関する。

現在、携帯電話機は、小型化及び薄型化が進んでいる。小型又は薄型の携帯端末では、人体と電波放射素子の距離が小さいため、通常のサイズの携帯端末と比較して、人体から影響を受ける電波の量が増加する傾向にある。そのため、人体による不整合損及び誘電体損が生じ、アンテナ放射効率の低下が起きるという問題がある。

なお、特許文献１では、携帯端末に内蔵され、通話者の方向を避けて放射指向性を形成可能なループアンテナが提案されている。

特開２００４−５７５０号公報

以上のように、小型又は薄型の携帯端末では、アンテナ放射効率の低下が起きるという問題がある。

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、小型又は薄型の携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位に接続された無給電素子とを具備し、前記回路基板の外周は略１波長であり、前記放射素子と、前記無給電素子とは略同一の長さであることを特徴とする。

また、本発明に係る携帯端末は、無線通信を行う携帯端末において、単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位に接続された無給電素子とを備え、前記回路基板の外周は略１波長であり、前記放射素子と、前記無給電素子とは略同一の長さであるアンテナ装置を内蔵することを特徴とする。

上記構成によるアンテナ装置及び携帯端末では、給電点から放射素子へ電流を与えた場合、回路基板に電流の節が形成され、回路基板が放射パターンに与える影響が抑圧されることとなる。これにより、携帯端末の使用時にユーザ方向への電磁波の放射が抑えられることとなる。

この発明によれば、小型又は薄型の携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の基本構成を示す概略図である。 図１のアンテナ装置の電流分布を示す図である。 図１のアンテナ装置の給電点におけるＶＳＷＲを示す図である。 図１のアンテナ装置による電磁界の放射パターンのシミュレーション結果を示す図である。 供給電流の周波数を変化させた際の、図１のアンテナ装置の効率［ｄＢ］及び人体方向利得［ｄＢｉ］の変化を示す図である。 図５の周波数の変化に伴う回路基板の節の位置の変化を示す図である。 角部からの距離を変化させた際の、図１のアンテナ装置の効率［ｄＢ］及び人体方向利得［ｄＢｉ］の変化を示す図である。 無給電素子の長さを変化させた際の、図１のアンテナ装置の効率［ｄＢ］及び人体方向利得［ｄＢｉ］の変化を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末の例を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。 図１のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。 従来のアンテナ装置を示す図である。 図１６のアンテナ装置の電流分布を示す図である。 図１６のアンテナ装置による電磁界の放射パターンを示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係るアンテナ装置及び携帯端末の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０の基本構成を示す概略図である。なお、図中の「前」「後」「左」「右」「上」「下」は方向を意味し、「前」をＸ軸のプラス方向、「右」をＹ軸のプラス方向、「上」をＺ軸のプラス方向として定義する。

図１におけるアンテナ装置１０は、回路基板１１、放射素子１２及び無給電素子１３を具備する。

回路基板１１は、短辺と長辺とから成る四角形状を有している。また、回路基板１１は、四角形状の角部に、給電点１１１を備える。

放射素子１２は、一端が開放され、他端が給電点１１１に接続される。放射素子１２の長さは、所定の周波数の４分の１波長分である。また、放射素子１２は、アンテナ装置１０を小型化・薄型化が進む携帯端末に内蔵させるため、端末筐体から外部への突出を避けることが可能であり、又、端末内部でのその他の部品との干渉を避けることが可能な形状となっている。すなわち、図１において放射素子１２は、一度折れ曲がり、回路基板１１の短辺と平行となるように設置されている。

無給電素子１３は、給電点１１１が配置される角部に対して対角に位置する角部に設置される。このとき、無給電素子１３は、放射素子１２と同様に一度折れ曲がり、回路基板１１の短辺と平行となるように設置される。これにより、無給電素子１３と放射素子１２とは、回路基板１１の中心点１１２に対して点対称となる。

なお、中心点１１２は、アンテナ装置の構成要素の形状または位置関係を表現するための幾何学的概念であって、本発明を構成する有体物ではない（以下においても同様とする）。また、この発明において「平行」及び「点対称」という用語は、厳密に「平行」状態ではなくても、その目的を達して課題の解決に寄与する程度に略「平行」であるといえる場合を含むものである。

次に、上記構成のアンテナ装置１０の動作について説明する。なお、以下では、放射素子１２及び無給電素子１３の長さが６９ｍｍであるアンテナ装置１０について説明する。このとき、回路基板１１の長辺の長さは、放射素子１２の長さにより定まる共振周波数に基づいた波長の０．３波長程度であり、短辺の長さは放射素子１２の長さにより定まる共振周波数に基づいた波長の０．２波長程度である。

図２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０の電流分布のイメージを示す図である。給電点１１１から放射素子１２に電流が与えられることにより、アンテナ素子１０には図２のような電流分布が生じる。

放射素子１２には、マイナスＹ方向の電流ベクトルＡ１が生じ、無給電素子１３には、プラスＹ方向の電流ベクトルＡ２が生じる。また、回路基板１１の右辺部分には、プラスＺ方向の電流ベクトルＡ３と、マイナスＺ方向の電流ベクトルＡ４とが生じ、回路基板１１の左辺部分には、プラスＺ方向の電流ベクトルＡ５と、マイナスＺ方向の電流ベクトルＡ６とが生じる。また、回路基板の上辺部分には、プラスＹ方向の電流ベクトルＡ７が生じ、回路基板１１の下辺部分には、マイナスＹ方向の電流ベクトルＡ８が生じる。

電流ベクトルＡ３，Ａ４により、回路基板１１の右長辺は、上側から６対４の位置に節１１３が現れる。また、電流ベクトルＡ５，Ａ６により、回路基板１１の左長辺は、上側から４対６の位置に節１１４が現れる。ここで、電流ベクトルＡ１，Ａ３，Ａ５，Ａ７及び節１１３と、電流ベクトルＡ２，Ａ４，Ａ６，Ａ８及び節１１４とは、中心点１１２に対して点対称となる。また、回路基板１１の右長辺における電流は電流ベクトルＡ３，Ａ４により打ち消しあい、左長辺における電流は電流ベクトルＡ５，Ａ６により打ち消し合うこととなる。長辺の電流が打ち消し合うことにより、回路基板１１からの電磁波の放射が抑えられ、ユーザ方向への放射が抑えられることになる。

図３は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０の給電点における電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）を示す図である。アンテナ装置１０は、約１０５０ＭＨｚに共振点を有する周波数特性を示す。この共振周波数は、回路基板１１に無給電素子１３を設置することにより生じるものである。

図４は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０による電磁界の放射パターンのシミュレーション結果を示す図である。図４において、横軸はＸＹ方向を示し、縦軸はＺ方向を示す。合成された放射パターンは、回路基板１１の長辺における電流が打ち消されているため、人体方向（ＸＹ方向）への放射が減少した形状となる。

次に、節１１３，１１４の位置について説明する。

図５は供給電流の周波数を変化させた際の、効率［ｄＢ］及び人体方向利得［ｄＢｉ］の変化を示す図である。また、図６は周波数の変化に対する節１１３，１１４の位置の変化を示す図である。図６において、四角印は右長辺における節１１３から上端までの距離を長辺の長さで正規化したものであり、丸印は左長辺における節１１４から下端までの距離を長辺の長さで正規化したものである。

図５に示すように、人体方向利得は周波数１０６０ＭＨｚで最小となり、このとき回路基板１１の右長辺の上側から６対４の位置に節１１３が現れ、回路基板１１の左長辺の上側から４対６の位置に節１１４が現れる。すなわち、節１１３と節１１４とが中心点１１２に対して点対称となる位置に現れる場合に、最も効率的に人体方向利得を減少する。

次に、無給電素子１３の設置位置について説明する。

図７は、角部からの距離Ｄを変化させた際の、効率［ｄＢ］及び人体方向利得［ｄＢｉ］の変化を示す図である。なお、このときの電磁波の周波数は、１０５０ＭＨｚである。

図７に示すように、無給電素子１３が角部に設置されている場合に人体方向利得は最小となり、角部からの距離Ｄが増加するほど人体方向利得が増大する。これは、無給電素子１３の設置位置が角部から離れると、点対称な電流分布が取れなくなるためである。図７によれば、人体方向利得を２ｄＢ以上削減する必要がある場合には、角部からの距離Ｌを２５ｍｍ以下、つまりおよそ０．１波長以下に設定する必要があることがわかる。

次に、無給電素子１３の長さについて説明する。

図８は、無給電素子１３の長さＬを変化させた際の、効率［ｄＢ］及び人体方向利得［ｄＢｉ］の変化を示す図である。

図８に示すように、無給電素子１３の長さＬが放射素子１２の長さと同一である場合に人体方向利得は最小となり、放射素子１２の長さより、長い場合及び短い場合には人体方向利得が増大する。すなわち、無給電素子１３の長さＬが放射素子１２の長さとほぼ同一である場合に最も効果的に人体方向利得が抑制されることとなる。

次に、アンテナ装置１０を搭載する携帯端末について説明する。

図９〜図１５は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１０を内蔵する携帯端末の例を示す模式図である。

図９は、アンテナ装置１０を内蔵するストレート型の携帯端末の例を示す図である。アンテナ装置１０は、携帯端末の筐体Ｃ１に筐体Ｃ１の前面と略平行となるように内蔵される。

図１０は、アンテナ装置１０を搭載するクラムシェル型の携帯端末の第１の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。アンテナ装置１０は、携帯端末の下側筐体Ｃ３に下側筐体Ｃ３の上面と略平行となるように内蔵される。

図１１は、アンテナ装置１０を搭載するクラムシェル型の携帯端末の第２の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。アンテナ装置１０は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とに、上側筐体Ｃ２の前面と略平行となり、下側筐体Ｃ３の上面と略平行となるように内蔵される。このとき、上側筐体Ｃ２に内蔵される回路基板１１−１と、下側筐体Ｃ３に内蔵される回路基板１１−２とは、筐体Ｃ１，Ｃ２の連結部において接続されている。

図１２は、アンテナ装置１０を搭載するスライド型の携帯端末の第１の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。アンテナ装置１０は、携帯端末の下側筐体Ｃ３に下側筐体Ｃ３の上面と略平行となるように内蔵される。

図１３は、アンテナ装置１０を搭載するスライド型の携帯端末の第２の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。アンテナ装置１０は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とに、上側筐体Ｃ２の前面と略平行となり、下側筐体Ｃ３の上面と略平行となるように内蔵される。このとき、上側筐体Ｃ２に内蔵される回路基板１１−１と、下側筐体Ｃ３に内蔵される回路基板１１−２とは、筐体Ｃ１，Ｃ２の連結部において接続されている。

図１４は、アンテナ装置１０を搭載するスイーベル型の携帯端末の第１の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。アンテナ装置１０は、携帯端末の下側筐体Ｃ３に下側筐体Ｃ３の上面と略平行となるように内蔵される。

図１５は、アンテナ装置１０を搭載するストーベル型の携帯端末の第２の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とから成る。アンテナ装置１０は、上側筐体Ｃ２と下側筐体Ｃ３とに、上側筐体Ｃ２の前面と略平行となり、下側筐体Ｃ３の上面と略平行となるように内蔵される。このとき、上側筐体Ｃ２に内蔵される回路基板１１−１と、下側筐体Ｃ３に内蔵される回路基板１１−２とは、筐体Ｃ１，Ｃ２の連結部において接続されている。

以上のように、上記一実施形態では、給電点１１１に設置された放射素子１２と、中心点１１２に対して略点対称となる位置に無給電素子１３を設置するようにしている。これにより、給電点１１１に電流を与えた場合、アンテナ装置１０には図２に示す電流分布が生じる。これに対し、図１６に示す従来のアンテナ装置２０では、給電点２１１に電流を与えた場合、図１７のような電流分布が生じる。アンテナ装置１０による電磁界の放射パターンは図４に示すようになり、図１８に示すアンテナ装置２０による電磁界の放射パターンよりも、ＸＹ方向への電磁波の放射が抑えられることとなる。つまり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電磁波の放射が減少することとなる。

したがって、本発明に係るアンテナ装置は、小型又は薄型の携帯端末に内蔵され、この携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することができる。

なお、この発明は上記一実施形態に限定されるものではない。例えば上記一実施形態では、無給電素子１３の折れ曲がり回数が１回である場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。すなわち、無給電素子１３は、複数回折れ曲がっている場合であっても同様に実施可能である。すなわち、図１９に示すように、プラスＹ方向へ１度目の折り返しがあった後、プラスＺ方向へ２度目の折り返しがある形状であっても構わない。また、図２０に示すように、プラスＹ方向へ１度目の折り返しがあり、プラスＸ方向へ２度目の折り返しがあった後、マイナスＹ方向へ３度目の折り返しがある形状であっても構わない。

また、上記一実施形態では、放射素子１２がモノポールアンテナ（逆Ｌアンテナ）である場合を例に説明したが、放射素子１２の形状はこれに限定されるわけではない。例えば、放射素子１２の形状は、図２１に示す逆Ｆアンテナ、図２２に示す板状逆Ｆアンテナ、図２３，２４に示す折り返しアンテナ、図２５，２６に示すマルチ周波数用アンテナのいずれであっても構わない。

なお、このとき、放射素子１２と、無給電素子１３との形状は必ずしも同一である必要はないが、同一にした場合には共振周波数の調整が容易であるというメリットがある。

また、上記一実施形態におけるアンテナ装置１０は、図２７に示すように、スイッチ１４を具備していても構わない。スイッチ１４は、オン／オフ信号を受信する。スイッチ１４は、オン信号を受信すると、回路基板１１に対して無給電素子１３を接続し、オフ信号を受信すると、回路基板１１に対して無給電素子１３を切断する。これにより、アンテナ装置１０は、オン／オフ信号に従って、図４に示す放射パターンと、図１８に示す放射パターンとを任意に切り替えることが可能となる。

さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

１０…アンテナ装置
１１，１１−１，１１−２…回路基板
１１１…給電点
１１２…中心点
１１３，１１４…節
１２…放射素子
１３…無給電素子
１４…スイッチ
２０…アンテナ素子
２１１…給電点
Ａ１〜Ａ８…電流ベクトル
Ｃ１〜Ｃ３…筐体

Claims (7)

1. 単一の給電点を備える回路基板と、
   一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、
   一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位に接続された無給電素子と
   を具備し、
   前記回路基板の外周は略１波長であり、
   前記放射素子と、前記無給電素子とは略同一の長さであることを特徴とするアンテナ装置。
2. 略四角形状を有し、前記略四角形状の第１の角部に単一の給電点を備える回路基板と、
   一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、
   一端が開放され、他端が前記第１の角部と対向する第２の角部に接続された無給電素子と
   を具備し、
   前記回路基板の外周は略１波長であり、
   前記放射素子と、前記無給電素子とは同一の長さであることを特徴とするアンテナ装置。
3. 前記放射素子と、前記無給電素子とは同一形状であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のアンテナ装置。
4. 前記放射素子と前記無給電素子とは、折り曲げ構造をしていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のアンテナ素子。
5. 前記回路基板と前記無給電素子との間に設置され、接続信号に応じて前記回路基板と前記無給電素子とを接続させ、切断信号に応じて前記回路基板と前記無給電素子とを切断するスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 無線通信を行う携帯端末において、
   単一の給電点を備える回路基板と、
   一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、
   一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位に接続された無給電素子と
   を備え、
   前記回路基板の外周は略１波長であり、
   前記放射素子と、前記無給電素子とは略同一の長さであるアンテナ装置を内蔵することを特徴とする携帯端末。
7. 無線通信を行う携帯端末において、
   略四角形状を有し、前記略四角形状の第１の角部に単一の給電点を備える回路基板と、
   一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、
   一端が開放され、他端が前記第１の角部と対向する第２の角部に接続された無給電素子と
   を備え、
   前記回路基板の外周は略１波長であり、
   前記放射素子と、前記無給電素子とは同一の長さであるアンテナ装置を内蔵することを特徴とする携帯端末。

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