JP5286306B2 - アンテナおよび携帯無線端末 - Google Patents

Description

本発明は、３つのアンテナエレメントを備えるアンテナおよび当該アンテナを備えた携帯無線端末に関するものである。

ここ数年で携帯無線端末は急激な普及を果たし、利用可能な周波数資源は世界的に枯渇しつつある。また、リッチコンテンツの増加、サービスの多様化等から、市場からは大容量・高速度通信の要求も高まりつつある。これらを受けて、現在の第３世代方式（３Ｇ：３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）での利用周波数拡大、および大容量・高速度通信に対応するための次世代方式（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）に対応するため、従来からのＬｏｗ−Ｂａｎｄ（ＷＣＤＭＡ、ＣＭＤＡ２０００、ＡＭＰＳ、ＥＧＳＭ等の８００〜９００ＭＨｚ帯）とＨｉｇｈ−Ｂａｎｄ（ＷＣＤＭＡ、ＣＭＤＡ２０００、ＤＣＳ、ＰＣＳ等の１７００〜２１００ＭＨｚ帯）に加えて、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ（ＷＣＤＭＡ Ｂａｎｄ ＩＸの１．５ＧＨｚ帯）を携帯無線端末で利用することが可能となった。さらに、多機能化が進み、国際ローミング、ワンセグ視聴、ＧＰＳ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等、さまざまな無線通信方式への対応が必須となってきている。このため、携帯無線端末に内蔵されるアンテナは、限られたスペースの中で複数のアンテナエレメントを配置する事を求められている。

各アンテナエレメントは、各々が対応する周波数帯の波長に対して十分離間させて配置させれば、各アンテナエレメントの特性を確保しつつ各アンテナエレメント間の相互干渉による劣化も抑制可能であるが、携帯無線端末の小型化、薄型化に加え、上記のとおり多機能化を実現するために、無線端末内の或る一部分に複数のアンテナエレメントを配置する事が必要となってきている。

ここで、複数のアンテナエレメントからなるアンテナを備える無線装置において、装置内の或る一部分に当該アンテナが配置される場合がある。例えば、１つの筐体からなるストレート型の携帯無線端末では長辺方向の筐体端部、また、折り畳み型や２軸回転型のように操作側と表示側の２つの筐体からなり、両筐体を回動可能に接続するヒンジ部を有する携帯無線端末ではヒンジ部、或いは、操作側筐体のヒンジ部とは反対側の端部等、まとまったスペースが取りやすい領域にアンテナが配置される場合が多い。このとき、上記アンテナ内での各アンテナエレメントの配置は、当該アンテナのアンテナ特性を考える上で非常に重要となる。特に、３つのアンテナエレメントを備える複雑なアンテナにおいて、各アンテナエレメントのより好ましい配置を提供することは非常に有用である。

３つのアンテナエレメントを同一のスペースに配置する従来技術として、図１２に示された折り畳み型の携帯無線端末、ならびに、特許文献１および特許文献２が開示されている。

まずは、図１２を参照して、従来技術におけるアンテナエレメントの配置を、折り畳み型の携帯無線端末のヒンジ部に配置される場合について説明する。従来技術におけるアンテナエレメントの配置を、折り畳み型の携帯無線端末のヒンジ部に配置する場合について説明する。図１２は、従来技術に係る携帯無線端末９００のアンテナが配置された筐体９０１の内部を示す透視図であり、（ａ）は携帯無線端末９００の透視上面図であり、（ｂ）は携帯無線端末９００の透視側面図であり、（ｃ）は図１２（ａ）からアンテナ土台９１５とアンテナエレメント９１１および９１３を除いた状態を示す図である。

図１２（ｂ）に示すように、携帯無線端末９００は、第１の筐体９０１および第２の筐体９０２を備え、連結部材９０３によって２つの筐体が開閉可能に接続されている。

携帯無線端末９００は、セルラー通信のために、８００〜９００ＭＨｚ帯で動作する第１のアンテナエレメント９１１と、１．７〜２．１ＧＨｚ帯で動作する第３のアンテナエレメント９１３と、セルラー通信用無線部回路９２１とを備えており、ＧＰＳの利用のために、１．５ＧＨｚ帯で動作する第２のアンテナエレメント９１２と、ＧＰＳ用無線部回路９２３とを備えている。セルラー通信用無線部回路９２１とＧＰＳ用無線部回路９２３とは、第１の筐体９０１に内蔵された回路基板９２０上に設けられている。回路基板９２０上にはまた、カメラ９２２が設置されている。

図１２（ａ）に示すように、第１のアンテナエレメント９１１および第３のアンテナエレメント９１３は、回路基板９２０上に配置されたアンテナ土台９１５上に形成されており、筐体９０１内の最も外側に配置されている。一方、図１２（ｃ）に示すように、第２のアンテナエレメント９１２は、回路基板９２０上に形成されている。

一般に、アンテナは導体部品から離れて配置されるほど、或いはアンテナから放射される電磁波をシールドする部品が少ないほど、良好なアンテナ特性を得ることができる。また、図１２（ａ）を参照して説明すると、第１および第３のアンテナエレメント９１１・９１３とセルラー通信用無線部回路９２１とを接続する第１および第３の接続用端部９１１ｂ・９１３ｂに近い方に導体部品が近接するよりも、第１および第３の接続用端部９１１ｂ・９１３ｂの反対側の端部を含む第１および第３の先端領域９１１ａ・９１３ａに導体部品が近接した方が、よりアンテナ特性の劣化が大きくなる。ここでいうアンテナ特性とは、放射効率、帯域幅のことを指すが、同じアンテナ寸法で比較すると、放射効率と帯域幅とは相反する関係となる。つまり、放射効率を上げると帯域幅が狭くなり、帯域幅を広く取ろうとすると放射効率が下がるという関係になる。この観点から説明すると、図１２のアンテナエレメントの配置では、回路基板９２０上の第２のアンテナエレメント９１２をシールドするように、その上方に第１のアンテナエレメント９１１および第３のアンテナエレメント９１３が配置されているため、また、図１２（ｂ）のように第２の筺体９０２が近い場合グランドが近づくことになるため、第２のアンテナエレメント９１２のアンテナ特性は悪くなるが、第２のアンテナエレメント９１２は、第１のアンテナエレメント９１１および第３のアンテナエレメント９１３のアンテナ特性に及ぼす影響は小さい。

ここで、第２のアンテナエレメント１１２の放射効率を上げるためには、上述したとおり帯域幅を狭くする必要があるが、例えば、第２のアンテナエレメント９１２が動作する周波数帯がＧＰＳ帯（帯域幅：約２ＭＨｚ）の場合は動作周波数帯域が狭いため、不利なアンテナエレメントの配置でも放射効率を上げるのは比較的容易である。一方、帯域幅が比較的広いセルラー通信（ＷＣＤＭＡ Ｂａｎｄ ＸＩの帯域幅：約７０ＭＨｚ）に第２のアンテナエレメント９１２を用いる場合、ＧＰＳ用途に比べて約３５倍もの帯域幅を要するため、放射効率と帯域幅の両特性を同時に確保するためにはアンテナ寸法の増大が不可欠になり、昨今の携帯無線端末に対する小型化・薄型化の要求に反する。

次に、他の従来技術として、特許文献１および特許文献２について説明する。

特許文献１に記載の実施例では、アンテナエレメント配置領域のグランド近い端部側にループ状電極の先端領域を配置しているため、ループ状電極に対応する周波数帯のアンテナ特性を犠牲にしている。また、特許文献１の別の実施例では、アンテナエレメント配置領域のグランドに近い端部にモノポール状電極の先端領域を配置しているため、モノポール状電極で対応する周波数帯のアンテナ特性を犠牲にしている。このように、特許文献１においては、ループ状電極とモノポール状電極の相互干渉による特性劣化を回避するために、どちらかのアンテナ特性を犠牲にせざるを得ない構成になっている。また、図１２に示される従来技術や特許文献１のように、回路基板上にアンテナを形成する場合、折り畳み型の携帯無線端末のように、折りたたんだ状態になると操作側と表示側の２つの筐体が略重なるため、アンテナの下部、または、上部に大きなグランドが近づくことになり、アンテナ特性の劣化が大きい。

特許文献２では、対応周波数帯ごとに共振するアンテナエレメントを有するものではなく、３つのアンテナエレメントのうち少なくとも２つを電磁的に結合させることで３つ目の共振を発生させるような構成も提案されている。しかし、結合によって共振を発生させるアンテナの多くはそのアンテナの特性が狭帯域になることが多い。即ち、狭帯域になる周波数帯の特性を犠牲にしている。また、実施例に記載されているとおり、アンテナエレメントの形状が非常に複雑になりやすい上に、アンテナの共振周波数を調整するために精密な設計が要求される等、実際に使用するには課題が多い。

このように特許文献１および特許文献２では、３つの共振を得るために、アンテナの給電点を２箇所に分けたり、複雑なアンテナ形状であったりと、アンテナのエレメントの引き回しが非常に重要となっている。

特開２００８−２５２５０７号公報（平成２０年１０月１６日公開） 特開２００７−２６６６６９号公報（平成１９年１０月１１日公開）

しかし、例えばＢａｎｄ ＸＩ帯を利用するＷＣＤＭＡ方式のように、Ｌｏｗ／Ｍｉｄ／Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄに対応する３つのアンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合、従来技術のような構成は好ましくない。なぜなら、３つのアンテナエレメントで構成するアンテナを同一のシステムのために用いる場合、（Ａ）全てのアンテナエレメントのアンテナ特性が良好であり、（Ｂ）各アンテナエレメントの無線部回路への接続用端部が離れていないことが求められるからである。

すなわち、従来技術のように、一部のアンテナエレメントを或るシステムのための用い、他のアンテナエレメントを他のシステムのために用いる構成であれば、必要とされる動作周波数帯域が狭いシステム、または相対的に優先度が低いシステムのために用いるアンテナエレメントのアンテナ特性を犠牲にすることも可能である。しかし、３つのアンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合には、その全てのアンテナエレメントのアンテナ特性が良好であることが求められる。

また、互いに異なるシステムのために用いるアンテナエレメントの接続用端部同士が離れていても、それぞれがつながる無線部回路は別なので、回路基板上の部品レイアウトに自由度があり、つながるアンテナエレメントの近くにそれぞれの無線部回路を配置することが可能である。一方、同一のシステムのために用いるアンテナエレメントの接続用端部同士が離れている場合、何れかのアンテナエレメントの接続用端部と当該アンテナエレメントがつながる無線部回路との間も離れてしまい線路ロスが大きくなる。さらに、不要に配線を引き回すために回路基板上の配線領域が減少するデメリットが生じる。

このように、３つのアンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合には、従来技術のように各アンテナエレメントを複数のシステムのために用いる場合と異なり、（Ａ）全てのアンテナエレメントのアンテナ特性が良好であり、（Ｂ）各アンテナエレメントの無線部回路への接続部が離れていないことが求められる。しかし、従来技術である図１２、特許文献１および特許文献２の構成では、上記（Ａ）又は（Ｂ）の要求を満足できない。

そこで、本願発明者等は、３つのアンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合に適した各アンテナエレメントの配置について鋭意検討した結果、第２のアンテナエレメント１１２を第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置することを見出した。

図１３は、新規なアンテナエレメントの配置を示す上面図である。図１３に示すように、第２のアンテナエレメント１１２を第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置することにより、同じアンテナ土台１１５上に、第１のアンテナエレメント１１１、第２のアンテナエレメント１１２、および第３のアンテナエレメント１１３を首尾よく配置することができる。このため、従来技術である図１２や、特許文献１に示すようなアンテナエレメントの配置のように、第２のアンテナエレメント９１２が回路基板９２０上に形成されてアンテナ特性が劣化することを避け、より好適に、各アンテナエレメント１１１〜１１３のアンテナ特性を何れも良好なものにすることができる。

さらに、第２のアンテナエレメント１１２を第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置し、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂを、何れも第１の先端部１１１ａよりも第３の先端部１１３ａに近い位置に配置することにより、首尾よく第１、第２および第３の１１１ｂ〜１１３ｂの位置を互いに離れないように配置することができる。

このように、図１３に示すアンテナエレメントの配置によれば、（Ａ）全てのアンテナエレメントのアンテナ特性が良好であり、（Ｂ）各アンテナエレメントの無線部回路への接続部が互いに離れていないアンテナを実現することができるものと考えられる。

ところが、図１２に示すアンテナエレメントの配置では、第１のアンテナエレメント１１１は、第２のアンテナエレメント１１２とカメラ１２２との間に挿まれた状態になるため、第１のアンテナエレメント１１１の放射が第２のアンテナエレメント１１２とカメラ１２２とに邪魔されてアンテナ特性が劣化するという新たな問題が生じることが分かった。

本発明は上記のような新たな問題に鑑みてなされたものであり、３つのアンテナエレメントを備えたアンテナにおいて、各アンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合であっても、より良好なアンテナ特性を得ることができるアンテナを提供することを主たる目的とする。

本発明のアンテナは、上記の課題を解決するために、第１の周波数帯で動作する第１のアンテナエレメントと、第１の周波数帯よりも高い第２の周波数帯で動作する第２のアンテナエレメントと、第２の周波数帯よりも高い第３の周波数帯で動作する第３のアンテナエレメントと、を備えたアンテナであって、第１、第２および第３のアンテナエレメントはそれぞれ、無線部回路につながる側の端部である第１、第２および第３の接続用端部と、第１、第２および第３の接続用端部とは反対側の端部である第１、第２および第３の先端部と、第１、第２および第３の先端部を含む第１、第２および第３の先端領域とを備えており、第１、第２および第３の先端領域は何れも、該アンテナの或る方向における端部に配置されており、第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントと第３のアンテナエレメントとの間に配置されており、第１、第２および第３の接続用端部は何れも、第１の先端部よりも第３の先端部に近い位置に配置されており、第１の周波数帯の電気信号を阻止する周波数制御手段を備え、該周波数制御手段が第２のアンテナエレメントに接続されていることを特徴としている。

また、本発明のアンテナでは、或る平面に投影したときに、上記第２のアンテナエレメントの影が、上記第１のアンテナエレメントの影と上記第３のアンテナエレメントの影とに挿まれていることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明に係るアンテナは、３つのアンテナエレメントのうちで最も長い第１のアンテナエレメント、第２のアンテナエレメント、および、３つのアンテナエレメントのうちで最も短い第３のアンテナエレメントを備えている。

このようなアンテナエレメントを配置するとき、全てのアンテナエレメントのアンテナ特性を良好にするためには、第１、第２および第３の先端領域を、当該アンテナエレメントが内蔵される無線装置の筐体内で最も外側に配置することが好ましい。上記の構成によれば、第１、第２および第３の先端領域はアンテナ全体における或る方向の端部に配置されているため、当該方向を、上記無線装置の外側に向かう方向とすることで、第１、第２および第３の先端領域を、上記無線装置内の外側に配置することができる。したがって、上記の構成によれば、全てのアンテナエレメントのアンテナ特性が良好なアンテナを容易に実現することができる。

さらに、第１、第２および第３の接続用端部を互いに離れないように配置するためには、第１、第２および第３のアンテナエレメントのうち、第１のアンテナエレメントが最も長く、第３のアンテナエレメントが最も短いため、接続用端部が配置されるエリアから第１、第２および第３の先端部までの距離は、当該エリアから第１の先端部までの距離が最も長く、第３の先端部までの距離が最も短くなくてはいけない。

ここで、上記の構成によれば、第１のアンテナエレメントと第３のアンテナエレメントとの間に、第２のアンテナエレメントが配置されている。それゆえ、第１、第２および第３の先端領域は、この順に並ぶことになる。そして、第１、第２および第３の接続用端部は、第１の先端部よりも第３の先端部に近い位置に配置されている。したがって、第１、第２および第３の接続用端部が配置されているエリアから、第１、第２および第３の先端部までの距離は、上記の条件を満たす。よって、上記の構成によれば、第１、第２および第３のアンテナエレメントの無線部回路への接続部が互いに離れていないアンテナを実現することができる。

さらに、上記の構成によれば、第２のアンテナエレメントに周波数制御手段が接続されている。周波数制御手段は、第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止するため、第１の周波数帯において、第２のアンテナエレメントは第２の接続用端部で開放された状態になる。したがって、第１の周波数帯での第２のアンテナエレメントの第１のアンテナエレメントへの干渉が抑制されるため、第１のアンテナエレメントのアンテナ特性劣化を防ぐことができる。

このように、上記の構成によれば、（Ａ）全てのアンテナエレメントのアンテナ特性が良好であり、（Ｂ）各アンテナエレメントの無線部回路への接続部が互いに離れていないアンテナを実現することができる。したがって、各アンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合であっても良好なアンテナ特性を得ることができるアンテナを提供することができる。

なお、本発明に係るアンテナは、全てのアンテナエレメントを複数のシステムを利用するために用いる場合にも、好適に適用することができるだろう。

また、本発明のアンテナでは、上記周波数制御手段は、第２の周波数帯において容量性リアクタンスを有することが好ましい。

上記の構成によれば、周波数制御手段は、第２の周波数帯において容量性リアクタンスを有する。従って、上記周波数制御手段を第２のアンテナエレメントに装荷することにより、動作する周波数帯を変更せずに、第２のアンテナエレメントの物理長を首尾よく延長することができる。上述したように、第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントと第３のアンテナエレメントとに挿まれているため、第２のアンテナエレメントの物理長が短い場合、第１および第３のアンテナエレメントに覆われてしまい、第２のアンテナエレメントのアンテナ特性が悪くなる場合がある。ここで、上記の構成によれば、第２のアンテナエレメントの物理長を延長することができるため、第２のアンテナエレメントのアンテナ特性を向上させることができる。

また、本発明のアンテナでは、第２のアンテナエレメントを整合するための整合回路を備え、上記第２の接続用端部と、該整合回路とをつなぐ配線上に、上記周波数制御手段が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、整合回路によって接続される回路の出力インピーダンスと入力インピーダンスとを整合することにより、得られる電力が最大になるため、より良好なアンテナ特性を得ることができつつ、周波数制御手段が整合回路と第２のアンテナエレメントとの間に設けられているため、どのような整合回路を使用しても第１の周波数帯において第２のアンテナエレメントを両端が開放された導体素子として扱うことができるという利点がある。

また、本発明のアンテナでは、上記周波数制御手段が、帯域除去フィルタ、ハイパスフィルタ、帯域通過フィルタ、スイッチ、ＭＥＭＳ、ＦＥＴ、ＰＩＮダイオードおよび移相器からなる群より選ばれる何れかを備えていることが好ましい。

上記構成によれば、帯域除去フィルタ、ハイパスフィルタ、帯域通過フィルタ、スイッチ、ＭＥＭＳ、ＦＥＴ、ＰＩＮダイオードおよび移相器の何れかを用いることにより、第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止すると共に、第２の周波数帯において容量性リアクタンスを有する周波数制御手段を容易に実現することができる。

また、本発明のアンテナでは、第１、第２および第３のアンテナエレメントが同一のアンテナ土台上に形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、各アンテナエレメントが、同一のアンテナ土台上に設けられているため、何れかのアンテナエレメントの特性を犠牲にすることを首尾よく避けることができる。また、第１、第２および第３のアンテナエレメントを１つの部品として扱うことができるため、無線装置に組み込まれる部品点数の削減および無線装置の組み立ての効率化に寄与することができる。

また、本発明のアンテナでは、上記無線部回路に接続するための第１の配線および第２の配線を備えており、第１の配線は、第１および第３の接続用端部につながっており、第２の配線は、第２の接続用端部につながっていることが好ましい。

また、本発明のアンテナでは、上記第１の接続用端部と上記第３の接続用端部とが１つになっていることが好ましい。

上記の構成によれば、無線部回路から第１のアンテナエレメントまでの給電系統と、無線部回路から第３のアンテナエレメントまでの給電系統とを統合することができる。給電系統が多いと、それぞれにアンテナ整合回路、および回路基板とアンテナエレメントの接点バネ等が必要になり、アンテナ用部品の占有面積が増大するため、他の導電性部材を実装する回路基板上の導電性部材の実装可能面積が減少するが、上記の構成によれば、アンテナ用部品以外の導電性部材を実装する回路基板上の実装可能面積の減少を抑制することができる。

本発明の携帯無線端末は、上記の課題を解決するために、上記のアンテナと、上記無線部回路とを備え、第１、第２および第３のアンテナエレメントは何れも、上記無線部回路に接続されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係るアンテナを備え、当該アンテナの第１、第２および第３のアンテナエレメントが同一の無線部回路に接続されているので、本発明に係るアンテナの利点を生かした携帯無線端末を提供することができる。

また、本発明の携帯無線端末では、上記無線部回路が設けられた基板を備え、上記基板の基板面に投影したときに、第２のアンテナエレメントの影が、第１のアンテナエレメントの影と第３のアンテナエレメントの影とに挿まれていることが好ましい。

上記構成によれば、基板の基板面に平行な平面に基づいて、第１、第２および第３のアンテナエレメントの配置が特定される。これにより、携帯無線端末に応じた最適なアンテナエレメントの配置を実現することができる。

また、本発明の携帯無線端末では、金属部材を備え、該金属部材と、第２のアンテナエレメントとによって、第１のアンテナエレメントが挿まれている構成であってもよい。

上記構成によれば、第１のアンテナエレメントは、第２のアンテナエレメントと金属部材との間に挿まれているため、第２のアンテナエレメントからの干渉を受け易くなる。このような場合であっても、第２のアンテナエレメントに周波数制御手段が接続されているため、第２のアンテナエレメントとの干渉を抑制し、第１のアンテナエレメントのアンテナ特性劣化を防ぐことができる。

以上のように、本発明のアンテナは、第１、第２および第３のアンテナエレメントはそれぞれ、無線部回路につながる側の端部である第１、第２および第３の接続用端部と、第１、第２および第３の接続用端部とは反対側の端部である第１、第２および第３の先端部を含む第１、第２および第３の先端領域とを備えており、第１、第２および第３の先端領域は何れも、該アンテナの或る方向における端部に配置されており、第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントと第３のアンテナエレメントとの間に配置されており、第１、第２および第３の接続用端部は何れも、第１の先端部よりも第３の先端部に近い位置に配置されており、第１の周波数帯の電気信号を阻止する周波数制御手段を備え、該周波数制御手段が第２のアンテナエレメントに接続されている。

本発明によれば、第１、第２および第３のアンテナエレメントを備え、各アンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合であっても良好なアンテナ特性を得ることができるアンテナであって、第１のアンテナエレメントは第２のアンテナエレメントの干渉を抑制してアンテナ特性の化を防ぐことができるアンテナを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る携帯無線端末の概略構成を示す図であり、（ａ）は、携帯無線端末の透視上面図であり、（ｂ）は携帯無線端末の透視側面図である。 図１に示される回路基板上の構成を説明するための斜視図である。 実施形態に係る周波数制御手段の構成を示す概略図である。 実施形態に係るアンテナの利得を測定したグラフであり、（ａ）は第１の周波数帯で測定した第１のアンテナエレメントの利得、（ｂ）は第２の周波数帯で測定した第２のアンテナエレメントの利得をそれぞれ示している。 実施形態に係る周波数制御手段の通過特性の変化を説明するためのイメージ図であり、（ａ）は共振周波数での開放状態の概念的構成、（ｂ）は共振周波数より高い周波数での容量性状態の概念的構成をそれぞれ示している。 実施形態に係る第２のアンテナエレメントのアンテナ特性を説明するためのイメージ図であり、（ａ）は第２のアンテナエレメントの物理長が短いときの概念的構成、（ｂ）は第２のアンテナエレメントの物理長が適切であるときの概念的構成をそれぞれ示している。 実施形態に係る周波数制御手段が有する通過特性の一例を示すグラフであり、（ａ）は帯域除去フィルタ、（ｂ）はハイパスフィルタ、（ｃ）は帯域通過フィルタの通過特性を示している。 実施形態に係る周波数制御手段の変形例の構成を示す概略図である。 実施形態に係る周波数制御手段の他の変形例の構成を示す概略図である。 比較実験に用いたアンテナの構成を示す概略図であり、（ａ）は実施例１の構成、（ｂ）は比較例１の構成、（ｃ）は比較例２の構成をそれぞれ示している。 比較実験で測定した平均利得を示すグラフであり、（ａ）は第１の周波数帯での第１のアンテナエレメントの平均利得、（ｂ）は第２の周波数帯での第２のアンテナエレメントの平均利得をそれぞれ示している。 従来技術に係る携帯無線端末のアンテナが配置された筐体の内部を示す透視上面図である。 新規なアンテナエレメントの配置を示す上面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナのバリエーションを示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナのバリエーションを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る無線部回路の概略構成を示す図である。

本発明の実施形態について、図１〜９を参照して説明すれば以下のとおりである。なお、以下では、本発明に係るアンテナは、通話のための無線通信を基地局との間で行う携帯無線端末が備えるアンテナとして説明している。ただし、本発明に係るアンテナは、通話のための無線通信を基地局との間で行う携帯無線端末が備えるアンテナに限らず、何らかの信号が重畳された搬送波を受信および／または送信するアンテナ一般に適用することができ、携帯無線端末以外の無線装置が備えるものであってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る携帯無線端末１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、携帯無線端末１００の透視上面図であり、（ｂ）は、携帯無線端末１００の透視側面図である。図１に示すように、携帯無線端末１００は、連結部材１０３によって連結された第１の筐体１０１および第２の筐体１０２を備えている。また、第１の筐体１０１は、回路基板１２０を内蔵している。

図２は、図１に示される回路基板１２０上の構成を説明するための斜視図である。なお、図２では、説明の便宜のため、アンテナ土台１１５を点線で示している。図２に示すように、回路基板１２０の一端部には、アンテナ土台１１５が配置されている。アンテナ土台１１５上には、本実施形態に係るアンテナ１１０を構成する第１のアンテナエレメント１１１、第２のアンテナエレメント１１２、および第３のアンテナエレメント１１３が設けられている。なお、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３とアンテナ土台１１５とを合わせてアンテナアセンブリと呼ぶこともある。また、本明細書において、「アンテナ」とは、アンテナエレメントから無線部回路１２１への接続部までを含む構成を指すものとする。また、回路基板１２０には、セルラー通信システムのための無線部回路１２１、カメラ（金属部材）１２２、第１整合部（整合回路）１３３、第２整合部（整合回路）１３４、周波数制御手段１５０等が設けられている。

アンテナ土台１１５は、例えば、誘電体、磁性体、セラミック等からなり、厚みを有している。第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３は、例えば、アンテナ土台１１５の天面（回路基板１２０に接する接続面とは反対の面）上で第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３の形状をメッキ処理することによって形成されていている。他の構成としては、例えば、薄い金属板を第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３の形状に加工し、それをアンテナ土台１１５でまとめて固定するインモールド成型、またはインサート成型と呼ばれる製法で形成されたり、銅箔等でフレキシブルな導電パターンを貼り付ける等して形成されている。このように、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３をアンテナ土台１１５上に形成することにより、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３を回路基板１２０上の導電パターンから遠ざけ、より第１の筐体１０１内の外側に配置することができる。

第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３は、それぞれ一部がアンテナ土台１１５の上記接続面近傍に延在しており、当該接続面に、無線部回路１２１につながる側の端部である第１の接続用端部１１１ｂ、第２の接続用端部１１２ｂ、および第３の接続用端部１１３ｂを備えている。第１の接続用端部１１１ｂと第３の接続用端部１１３ｂとは１つになっており、接続用端部１１４として、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３に共有されている。接続用端部１１４と第２の接続用端部１１２ｂとは、対向する回路基板１２０上に設けられたバネ等の接続用端子、または第１、第２および第３の接続用端部１１１１ｂ〜１１３ｂを含んで構成されたバネ性を有する部分によって、回路基板１２０上のマイクロストリップ線路やトリプレート線路や同軸ケーブル等で構成される配線（第１の配線１３０・第２の配線１３１）に接続され、接続用端部１１４は第１整合部１３３に、第２の接続用端部１１２ｂは周波数制御手段１５０に接続されている。

第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３はまた、アンテナ土台１１５の上記天面上に、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂとは反対側の端部である第１の先端部１１１ａ、第２の先端部１１２ａ、および第３の先端部１１３ａを備えている。第１、第２および第３の先端部１１１ａ〜１１３ａは、他の導電性部材に接続されず、開放端となっている。また、第１のアンテナエレメント１１１における第１の先端部１１１ａの周辺領域（第１の先端部１１１ａを含む）を第１の先端領域１１１ｃと称する。同様に、第２のアンテナエレメント１１２における第２の先端部１１２ａの周辺領域（第２の先端部１１２ａを含む）を第２の先端領域１１２ｃと、第３のアンテナエレメント１１３における第３の先端部１１３ａの周辺領域（第３の先端部１１３ａを含む）を第３の先端領域１１３ｃと称する。

第１のアンテナエレメント１１１が動作する第１の周波数帯、第２のアンテナエレメント１１２が動作する第２の周波数帯、および、第３のアンテナエレメント１１３が動作する第３の周波数帯は、この順にしたがって高い周波数となっている。本実施形態では、一例として、第１の周波数として、ＷＣＤＭＡ Ｂａｎｄ ＶＩ、ＡＭＰＳ、ＥＧＳＭ、ＣＤＭＡ２０００（ＢａｎｄＣｌａｓｓ ０、ＢａｎｄＣｌａｓｓ ３等）等のための８００〜９００ＭＨｚ帯、第２の周波数帯として、ＷＣＤＭＡ Ｂａｎｄ ＸＩ、ＧＰＳ等のための１．５ＧＨｚ帯、第３の周波数帯として、ＷＣＤＭＡ （Ｂａｎｄ Ｉ、Ｂａｎｄ ＩＸ）、ＤＣＳ、ＰＣＳ、ＣＤＭＡ（Ｂａｎｄ Ｃｌａｓｓ ６等）等の１．７〜２．１ＧＨｚ帯を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、第１の周波数帯よりも第２の周波数帯が高く、第２の周波数帯よりも第３の周波数帯が高いものであれば、本発明を適用することができる。

また、一般に、アンテナエレメントの長さは、動作する周波数に反比例する。すなわち、低い周波数帯のアンテナエレメントの方が長くなる。したがって、第１のアンテナエレメント１１１、第２のアンテナエレメント１１２および第３のアンテナエレメント１１３は、この順に長さが短くなる。

なお、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３は、第１、第２および第３の先端部１１１ａ〜１１３ａが開放端となっているため、周波数をｆ、光速をｃとすると、ｃ／ｆで導出される波長λに対して、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３の電気長がλ／４となる、モノポールアンテナとして動作する。すなわち、第１の周波数帯の波長をλ_１とすると、第１のアンテナエレメント１１１の電気長はλ_１／４、第２の周波数帯の波長をλ_２とすると、第２のアンテナエレメント１１２の電気長はλ_２／４、第３の周波数帯の波長をλ_３とすると、第３のアンテナエレメント１１３の電気長はλ_３／４となる。

また、誘電率や透磁率は波長を短縮させる効果があるため、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３の近傍に誘電体や磁性体等の、比誘電率や比透磁率が１より大きい絶縁体が存在する場合、モノポールアンテナの物理長は厳密にはλ／４にはならない。

無線部回路１２１は、３つの周波数帯を用いてセルラー通信を行うものであり、第１整合部１３３および第２整合部１３４のそれぞれに接続されている。なお、本明細書において、「無線部回路」とは、送信回路、受信回路、アンテナ切替え用のスイッチ、送信回路からアンテナへの流れと、アンテナから受信回路への流れとを分波する分波フィルタ、ＩＣ等の各部品の少なくとも何れかからなる回路を総称するものである。

第１整合部１３３および第２整合部１３４は、出力インピーダンスと入力インピーダンスとを合わせる。第１整合部１３３は、第２のアンテナエレメント１１２を整合し、第２整合部１３４は、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３を整合する。第１整合部１３３としては、第１の配線１３０に対して並列に装荷され、グランドに接続された並列共振回路を用いることが好ましい。なお、第１整合部１３３および第２整合部１３４は、目的に応じて適宜省略することができる。

周波数制御手段１５０は、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に第２の配線１３１を介して配置されており、少なくとも第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止する。周波数制御手段１５０には、例えば、帯域除去フィルタ、ハイパスフィルタ、帯域通過フィルタ、スイッチ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＰＩＮダイオード、および移相器等を備えるものを用いることができる。周波数制御手段１５０としてスイッチやＰＩＮダイオード等の能動素子を使用する場合は、その能動素子を動作させるための電力供給用の回路や配線等を別途備えるものとする。周波数制御手段１５０の詳細は後述する。

なお、本実施形態に係るアンテナ１１０のように、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３の給電経路を統合するのは、この組み合わせが最も好ましいからである。なぜなら、第１のアンテナエレメント１１１の動作する第１の周波数帯と、第３のアンテナエレメント１１３の動作する第３の周波数帯との差は、何れかと第２のアンテナエレメント１１２の動作する第２の周波数帯との差よりも大きい。さらに、本実施形態では、第２の周波数帯は、第１の周波数帯の約２倍波となるので、第１のアンテナエレメント１１１および第２のアンテナエレメント１１２が反共振し、また、第２の周波数帯は、第３の周波数帯の低域側（１．７ＧＨｚ付近）と近接しているため相互干渉が大きく、良好なアンテナ特性が得られない。これに対し、第３の周波数帯は、第１の周波数帯の約３倍波となり、且つ、両周波数帯は近接することが無いため相互干渉が小さく、良好なアンテナ特性を得ることが出来る。したがって、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３の給電経路を好適に統合することができる。このように、無線部回路１２１からアンテナエレメントに給電する経路の一部を統合することにより、省スペース化、低コスト化を実現することができる。なぜなら、給電経路が多いと、アンテナエレメントの数に応じた整合回路が必要であり、その分だけ整合回路と、アンテナエレメントの接続用端部と、配線とが多く必要になり、部品点数の増加と、回路基板１２０上の導電性部材を実装し得る面積を圧迫するからである。

なお、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３の給電経路を統合する方法は特に限定されない。例えば、図１６（ａ）に示すように、第１の配線１３０を分岐点において二股に分け、一方を第１の接続用端部１１１ｂにつなげ、他方を第３の接続用端部１１３ｂにつなげることにより、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３の給電経路を回路基板１２０上で統合してもよい。また、図１６（ｂ）に示すように、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３の給電経路を統合せず、それぞれを個別に無線部回路１２１等に接続してもよい。

このように、本実施形態に係るアンテナ１１０では、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３の第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは何れも、携帯無線端末１００の第１の筐体１０１の外縁に近い方の端部に配置されており、第２のアンテナエレメント１１２は、第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されており、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂは何れも、第１の先端部１１１ａよりも第３の先端部１１３ａに近い位置に配置されている。

すなわち、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃが携帯無線端末１００の第１の筐体１０１の外縁に近い方の端部に配置されていることにより、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３のアンテナ特性が良好となる。言い換えれば、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３のアンテナ寸法を、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３のアンテナ特性を確保するために増大させる必要性が小さくなり、昨今の携帯無線端末に対する小型化、薄型化等の要求に応えることができる。

また、別の観点からみれば、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは、無線部回路１２１、カメラ１２２等の導電性部材がある側とは反対側から見たときに、他のアンテナエレメントによって覆われていないため、何れのアンテナエレメント１１１〜１１３のアンテナ特性も良好となる。

さらに、第２のアンテナエレメント１１２が第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されており、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂは何れも、第１の先端部１１１ａよりも第３の先端部１１３ａに近い位置に配置されていることにより、首尾よく第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂの位置を互いに離れないように配置することができる。

なお、本明細書において、「第２のアンテナエレメント１１２が第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されている」とは、第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間の空間に、第２のアンテナエレメント１１２の大部分、少なくとも半分以上が配置されていることを指すが、例えば、図１（ａ）に示すように、或る平面（図１（ａ）であれば、回路基板１２０の基板面に平行な平面）に投影したときに、第２のアンテナエレメント１１２の影が、第１のアンテナエレメント１１１の影と第３のアンテナエレメント１１３の影とに挿まれている状態を含んでいる。なお、第２のアンテナエレメント１１２の影の全体が、第１のアンテナエレメントの影と第３のアンテナエレメント１１３の影とに挿まれている必要はなく、少なくとも第２のアンテナエレメント１１２の全体の５０％が挿まれていればよい。すなわち、大部分において、第２のアンテナエレメント１１２が第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に挿まれていればよい。また、別の観点からみれば、「第２のアンテナエレメント１１２が第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されている」とは、第１のアンテナエレメント１１１、第２のアンテナエレメント１１２、および第３のアンテナエレメント１１３は、或る方向に沿ってこの順に配置されていることを含み、好ましくは、上記導電性部材に近い方から、上記順番に配置されていることを含む。

このように、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３が配置されていることが好ましい理由を、図１４（ａ）を参照して、以下に説明する。

図１４（ａ）に示すように、第１、第２および第３のアンテナエレメントの長さは、第１のアンテナエレメント１１１が最も長く、第２のアンテナエレメント１１２は第１のアンテナエレメント１１１よりは短く、第３のアンテナエレメント１１３は最も短い。そのため、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂを近接して配置するためには、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂが配置されるエリアから、第１、第２および第３の先端部１１１ａ〜１１３ａまでのそれぞれの距離は、該エリアから第１の先端部１１１ａまでの距離が最も長く、該エリアから第３の先端部１１３ａまでの距離が最も短い必要がある。ここで、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３が、上述したような配置で無い場合、このような条件を満たすことが困難である。

すなわち、本実施形態であれば、第２のアンテナエレメント１１２が第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されているか、第１のアンテナエレメント１１１、第２のアンテナエレメント１１２、および第３のアンテナエレメント１１３は、或る方向（図１４（ａ）におけるＤ１方向）に沿ってこの順に配置されている。それゆえ、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは、第１の先端領域１１１ｃ、第２の先端領域１１２ｃ、第３の先端領域１１３ｃの順に配置される。そして、本実施形態であれば、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂは何れも、第１の先端部１１１ａより第３の先端部１１３ａに近い位置に配置されているため、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂが配置されるエリアから、第１、第２および第３の先端部１１１ａ〜１１３ａまでのそれぞれの距離を、該エリアから第１の先端部１１１ａまでの距離が最も長く、該エリアから第３の先端部１１３ａまでの距離が最も短くすることができる。

このように、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３を上述したように配置することにより、首尾よく、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂを近接させることができ、アンテナ特性を向上させることができる。

また、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３がそれぞれ１つの周波数帯に対応するため、各周波数帯の調整は、第１、第２および第３アンテナエレメント１１１〜１１３を独立に調整することが可能となっている。これにより、アンテナ設計を簡易にすることができる。

また、本実施形態において、第１のアンテナエレメント１１１、第２のアンテナエレメント１１２および第３のアンテナエレメント１１３は、同じアンテナ土台１１５上に形成されている。これにより、３つのアンテナエレメントを１つの部品として扱うことができるため、無線装置に組み込まれる部品点数の削減および無線装置の組み立ての効率化に寄与することができる。また、図１２に示すような従来技術に係るアンテナエレメントの配置のように、第２のアンテナエレメント９１２が回路基板９２０上に形成されて、第２のアンテナエレメント９１２のように特性が劣化することもない。

さらに、本実施形態に係るアンテナ１１０では、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に第２の配線１３１を介して周波数制御手段１５０を配置することにより、アンテナエレメント間の相互干渉を抑制している。すなわち、第２のアンテナエレメント１１２を第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置した場合、第１のアンテナエレメント１１１は、第２のアンテナエレメント１１２とカメラ１２２との間に挿まれた状態になるため、第１のアンテナエレメント１１１からの放射が第２のアンテナエレメント１１２の干渉を受け易くなる。

そこで、本実施形態に係るアンテナ１１０では、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に、周波数制御手段１５０を配置することにより、第２のアンテナエレメント１１２の干渉を抑制している。

図３は、周波数制御手段１５０の構成を示す概略図である。図３に示すように、本実施形態では、周波数制御手段１５０として、コイル１５０ａとコンデンサ１５０ｂとが並列に接続されたＬＣノッチフィルタを用いている。周波数制御手段１５０は、一端が第２の配線１３１を介して第２の接続用端部１１２ｂに接続され、他端が第２の配線１３１を介して第２整合部１３４に接続される。

ここで、周波数制御手段１５０のインピーダンスは、下記の式（１）で表される。

上記式（１）において、Ｚは周波数制御手段１５０のインピーダンス［Ω］、Ｌはコイル１５０ａのインダクタンス［Ｈ］、Ｃはコンデンサ１５０ｂのキャパシタンス［Ｆ］、ωは角周波数［Ｈｚ］、ｊは虚数をそれぞれ示している。

上記式（１）では、ω＝√ＬＣのとき、インピーダンスＺは無限大となり、このような現象を共振という。角周波数ωは、交流電流の周波数をｆとしたとき、ω＝２πｆで表されるため、インピーダンスＺが無限大となる周波数、すなわち、共振周波数は、ｆ＝１／２π√ＬＣで表すことができる。

ここで、周波数制御手段１５０では、共振周波数が第１の周波数帯に含まれるように、好ましくは共振周波数と第１の周波数帯の中心周波数とが略一致するように、コイル１５０ａのインダクタンスＬとコンデンサ１５０ｂのキャパシタンスＣとが調整されている。このため、周波数制御手段１５０は、第１の周波数帯で共振現象が生じ、インピーダンスが無限大となるため、第１の周波数帯の電気信号を通過させないように動作する。

一方、第１の周波数帯で共振現象が生じる周波数制御手段１５０は、第１の周波数帯（共振周波数）より低い周波数帯では誘導性となり、高い周波数帯では容量性となる。したがって、周波数制御手段１５０は、第２の周波数帯で必然的に容量性となる。

なお、周波数制御手段１５０は、第１の周波数帯の電気信号を通過させず、第２の周波数帯の電気信号を通過させるものであればＬＣノッチフィルタに限定されない。

次に、本実施形態に係るアンテナ１１０の特性について説明する。

図４は、本実施形態に係るアンテナ１１０の利得を測定したグラフであり、（ａ）は第１の周波数帯で測定した第１のアンテナエレメント１１１の利得、（ｂ）は第２の周波数帯で測定した第２のアンテナエレメント１１２の利得をそれぞれ示している。また、図５は、周波数制御手段の通過特性の変化を説明するためのイメージ図であり、（ａ）は共振周波数での開放状態の概念的構成、（ｂ）は共振周波数より高い周波数での容量性状態の概念的構成をそれぞれ示している。さらに、図６は、第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性を説明するためのイメージ図であり、（ａ）は第２のアンテナエレメント１１２の物理長が短いときの概念的構成、（ｂ）は第２のアンテナエレメント１１２の物理長が適切であるときの概念的構成をそれぞれ示している。なお、図４（ａ）および（ｂ）では、比較のために、周波数制御手段１５０を備えない構成で測定したときの利得も併せて表示している。

図４（ａ）に示すように、本実施形態に係るアンテナ１１０の第１の周波数帯での第１のアンテナエレメント１１１の利得は、周波数制御手段１５０を備えない構成に比べて向上している。これは、周波数制御手段１５０によって第２のアンテナエレメント１１２による第１のアンテナエレメント１１１への干渉が抑制されるためである。すなわち、第１の周波数では、周波数制御手段１５０はインピーダンスが無限大となり、図５（ａ）に示すように、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間の接続が開放（ｏｐｅｎ）されたような状態となるため、第２のアンテナエレメント１１２は両端が開放された十分に短い導体素子と見做すことができる。一般に、両端が開放された導体素子は、１／２波長程度の電気長が無ければその周波数帯では励振せず、また、波長に対して小さければ小さいほど放射を邪魔するグランドとしては動作しなくなる。このため、本実施形態のように、物理長が第１のアンテナエレメント１１１より短く、第１の周波数帯の波長λ_１に対してλ_１／４未満となる第２のアンテナエレメント１１２は、電気的に両端が開放されたことによって、第１の周波数帯で第１のアンテナエレメント１１１のアンテナ特性への影響が小さくなる。したがって、第２のアンテナエレメント１１２による第１のアンテナエレメント１１１への干渉が抑制されるため、第１のアンテナエレメント１１１の放射特性を向上させることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係るアンテナ１１０の第２の周波数帯での第２のアンテナエレメント１１２の利得は、周波数制御手段１５０を備えない構成に比べて向上している。これは、第２の周波数帯では、周波数制御手段１５０がアンテナエレメントの一部として動作するためである。すなわち、第２の周波数帯では、周波数制御手段１５０は容量性となるため、図５（ｂ）に示すように、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に容量性のコンデンサを備えたような状態となる。これにより、動作する周波数帯を変更せずに、第２のアンテナエレメント１１２の物理長を首尾よく延長することができる。上述したように、第２のアンテナエレメント１１２は、第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３とに挿まれているため、第２のアンテナエレメント１１２の物理長が短い場合、第１のアンテナエレメント１１１および第３のアンテナエレメント１１３に覆われてしまい、第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性が悪くなる場合がある。ここで、上記の構成によれば、第２のアンテナエレメント１１２の物理長を延長することができるため、第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性を向上させることができる。例えば、第２のアンテナエレメント１１２の物理長が短い場合や、回路基板１２０上のレイアウト等の問題で、第２の接続用端部１１２ｂが第３のアンテナエレメント１１３に接近した位置に配置された場合、図６（ａ）に示すように、第２のアンテナエレメント１１２の根元（第２の接続用端部１１２ｂ側）が第３のアンテナエレメント１１３に覆われてしまう。このため、第２のアンテナエレメント１１２の放射の大部分が第３のアンテナエレメント１１３により邪魔されてしまう。一方、図６（ｂ）に示すように、第２のアンテナエレメント１１２の物理長が十分長ければ、第２のアンテナエレメント１１２の全体に対して、第３のアンテナエレメント１１３によって覆われている部分が図６（ａ）に比べて相対的に小さくなり、第３のアンテナエレメント１１３に邪魔される度合いが小さくなるため、第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性を向上させることができる。

このように、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に周波数制御手段１５０を備えることにより、第１のアンテナエレメント１１１および第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性を良好にすることができる。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ１１０は、第２のアンテナエレメント１１２が、第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されており、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは何れも、携帯無線端末１００の、第１の筐体１０１の外縁に近い方の端部に配置されており、第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂは何れも、第１の先端部１１１ａよりも第３の先端部１１３ａに近い位置に配置されている構成である。

さらに、本実施形態に係るアンテナ１１０では、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に第２の配線１３１を介して周波数制御手段１５０が配置されている。

このため、第１の周波数帯では、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間で第１の周波数帯の電気信号が通過しないので、第１の周波数帯では、第２のアンテナエレメントは第２の接続用端部で開放された状態になる。したがって、第１の周波数帯における第２のアンテナエレメント１１２の第１のアンテナエレメント１１１への干渉が抑制されるため、第１のアンテナエレメント１１１のアンテナ特性劣化を防ぐことにより、アンテナ特性を良好にすることができる。

また、第２の周波数帯では、周波数制御手段１５０が容量性となり、第２のアンテナエレメント１１２の物理長を延長することができるため、第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性を向上させることができる。

したがって、本実施形態によれば、３つのアンテナエレメントを備えたアンテナにおいて、各アンテナエレメントを同一のシステムのために用いる場合であっても、より良好なアンテナ特性を得ることができるアンテナを実現することができる。

（変形例）
本実施形態では、周波数制御手段１５０としてＬＣノッチフィルタを用いた場合について説明したが、周波数制御手段１５０は、少なくとも第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止するように作用するものであれば特に限定されない。ただし、第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性を良好にするために、周波数制御手段１５０は、第１の周波数帯の電気信号を通過させず、第２の周波数帯では容量性リアクタンスを有して電気信号を通過させることが好ましい。

図７は、周波数制御手段１５０が有する通過特性の一例を示すグラフであり、（ａ）は帯域除去フィルタ、（ｂ）はハイパスフィルタ、（ｃ）は帯域通過フィルタの通過特性を示している。なお、図７では、横軸を周波数、縦軸を通過量として規定している。

図７（ａ）に示すように、帯域除去フィルタは、第１の周波数帯およびその周辺周波数で通過特性が小さいものを用いることができ、特に、第１の周波数帯の中心周波数で共振現象を生じて、インピーダンスが略無限大となるものが好ましい。これにより、帯域除去フィルタは、第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止することができる。一方、帯域除去フィルタは、第２の周波数帯では容量性となって第２の周波数帯の電気信号を通過させるものが好ましい。

図７（ｂ）に示すように、ハイパスフィルタは、第２の周波数帯よりも低い周波数帯で通過特性が小さいものを用いることができる。これにより、第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止することができる。一方、ハイパスフィルタは、第２の周波数帯では容量性となって第２の周波数帯の電気信号を通過させるものが好ましい。

図７（ｃ）に示すように、帯域通過フィルタは、第２の周波数帯およびその周辺周波数以外で通過特性が小さいものを用いることができる。これにより、帯域通過フィルタは、第２の周波数帯およびその周辺周波数の電気信号を通過させるため、第１の周波数帯の電気信号の通過を阻止することができる。一方、帯域通過フィルタは、第２の周波数帯では容量性となって第２の周波数帯の電気信号を通過させるものが好ましい。

このように、周波数制御手段は、第１の周波数帯の中心周波数で通過特性が小さくなり、第２の周波数帯で容量性を有した通過特性を有する各種の周波数フィルタで構成してもよい。

図８は、周波数制御手段１５０の変形例の構成を示す概略図である。図８に示すように、周波数制御手段１５５は、スイッチ１５５ａとコンデンサ１５５ｂとを備える。周波数制御手段１５５では、スイッチ１５５ａとコンデンサ１５５ｂとが直列に接続されており、コンデンサ１５５ｂは第２のアンテナエレメント１１２に第２の配線１３１を介して接続される。一方、スイッチ１５５ａは、第２整合部１３４に第２の配線１３１を介して接続されている。周波数制御手段１５５では、スイッチ１５５ａは、コンデンサ１５５ｂと第２整合部１３４とを接続する接続位置Ｐ１と、コンデンサ１５５ｂと第２整合部１３４との接続を解除する開放位置Ｐ２とに切替可能に構成されており、第１の周波数帯では開放位置Ｐ２に、一方、第２の周波数帯では接続位置Ｐ１に接続されるように制御される。このように、周波数制御手段１５５は、スイッチ１５５ａを切り替えることにより、第１の周波数帯の電気信号を通過させず、第２の周波数帯の電気信号を通過させる構成であってもよい。なお、スイッチ１５５ａは、ＦＥＴ等からなる半導体素子で構成されてもよく、ＭＥＭＳのように機械的に切り替えるスイッチでもよい。また、コンデンサ１５５ｂを接続する位置は特に限定されず、図８に示すようにアンテナ側に接続してもよく、あるいは回路側に接続してもよい。さらに、接続を切り替えるのはスイッチ１５５ａ内のアンテナ側ではなく、回路側で切り替えてもよい。

図９は、周波数制御手段１５０の他の変形例の構成を示す概略図である。図９に示すように、周波数制御手段１５６は、ＰＩＮダイオード１５６ａとコンデンサ１５６ｂとを備える。周波数制御手段１５６は、ＰＩＮダイオード１５６ａとコンデンサ１５６ｂとが直列に接続されており、コンデンサ１５６ｂは第２のアンテナエレメント１１２に第２の配線１３１を介して接続される。一方、ＰＩＮダイオード１５６ａは、第２整合部１３４に第２の配線１３１を介して接続される。ＰＩＮダイオード１５６ａは、順方向バイアス時に高周波交流を通過させる特性がある。このため、周波数制御手段１５６は、ＰＩＮダイオード１５６ａの上記特性を利用して、第１の周波数帯使用時にはＰＩＮダイオード１５６ａに順方向バイアスをかけない、または、逆方向バイアスをかけることで第１の周波数帯の電気信号を通過させず、第２の周波数帯使用時にはＰＩＮダイオード１５６ａに順方向バイアスをかけることで第２の周波数帯の電気信号を通過させる構成であってもよい。また、ＰＩＮダイオード１５６ａを接続する向きは特に限定されず、図９に示すようにアノード側をアンテナ側に接続してもよく、あるいは回路側に接続してもよい。さらに、コンデンサ１５６ｂの位置は、ＰＩＮダイオード１５６ａのアノード側ではなく、カソード側であってもよい。

以上のように、周波数制御手段は、第１の周波数帯の電気信号を通過させず、第２の周波数帯の電気信号を通過させるものであれば特に限定されない。なお、上述したように、周波数制御手段は、第２の周波数帯で容量性リアクタンスを有していることが好ましい。

次に、上述した本実施形態に係る第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３の配置のバリエーションについて、図１４および図１５を参照してさらに詳細に説明する。図１４（ａ）〜（ｄ）および図１５（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係るアンテナアセンブリのバリエーションを示す図である。

図１４（ａ）に示すように、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは、アンテナ土台１１５上の、方向Ｄ１における端部に配置されている。なお、「端部」とは、必ずしも外部との境界その位置である必要はなく、図１４（ｂ）、図１５（ｄ）および図１５（ｅ）に示すように、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは、若干、内側に位置していてもよい。また、後述するように、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃは、全領域にわたって、上記端部に配置されている必要はなく、少なくとも一点が、上記端部に配置されていればよい。

第１、第２および第３の接続用端部１１１ｂ〜１１３ｂは、第１の先端部１１１ａと、第３の先端部１１３ａとの間の直線Ｄ２に対して第３の先端部１１３ａ側に位置している。図１４（ｃ）および図１５（ｆ）に示すように、方向Ｄ１に直交する方向における位置はずれていてもよい。

また、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１、第２および第３の先端領域１１１ｃ〜１１３ｃが、アンテナ土台１１５上の、方向Ｄ１における端部に配置されている限り、第１、第２および第３の先端部１１１ａ〜１１３ａは、当該端部から外れた位置にまで伸びていてもよい。

そして、第２のアンテナエレメント１１２が第１のアンテナエレメント１１１と第３のアンテナエレメント１１３との間に配置されている。このことは、例えば、図１４（ａ）において、直線Ｄ２上で、第２のアンテナエレメント１１２は第１のアンテナエレメント１１１よりも方向Ｄ１が向かう位置にあり、直線Ｄ３で、第３のアンテナエレメント１１３は第２のアンテナエレメント１１２よりも方向Ｄ１が向かう位置にあることからも示される。

また、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３は、例えば、薄い金属板を各アンテナエレメント形状に加工し、それをアンテナ土台１１５でまとめて固定するインモールド成型、又はインサート成型と呼ばれる製法で形成することもできる。

また、上述したように、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３はアンテナ土台１１５上に形成することが好ましいが、アンテナ土台１１５を省くことも可能である。例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）に第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３を作成し、当該ＦＰＣを、アンテナを内蔵する筐体ケースや固定用の樹脂に貼り付けてもよいし、図１４（ｄ）に示すように、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３を、立体的な形状を有する板金によって形成し、アンテナを内蔵する筐体ケースの内側に貼り付けるような構成にしてもよい。

このように、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３が、少なくとも、空間的に上述したような配置となっていれば、第１、第２および第３のアンテナエレメント１１１〜１１３がどのような手法で形成および固定されているかによらず、本発明の範疇である。

実施形態に係るアンテナ１１０の特性の比較実験について、図１０および図１１を参照して説明すれば以下のとおりである。

図１０は、比較実験に用いたアンテナの構成を示す概略図であり、（ａ）は実施例１の構成、（ｂ）は比較例１の構成、（ｃ）は比較例２の構成をそれぞれ示している。図１０（ａ）に示すように、実施例１では、周波数制御手段１５０として、図３に示すＬＣノッチフィルタを用いた。ここで、ＬＣノッチフィルタには、コイルのインダクタンスＬ＝１０ｎＨ、コンデンサのキャパシタンスＣ＝３．３ｐＦを選択し、共振周波数が約８８０ＭＨｚとなるようにした。このＬＣノッチフィルタは、８８０ＭＨｚより低い周波数では誘導性、８８０ＭＨｚより高い周波数で容量性となる。

また、図１０（ｂ）に示すように、比較例１では、周波数制御手段１５０に代えてコンデンサを用いた。コンデンサには、キャパシタンスＣ＝２．２ｐＦのものを用い、第２のアンテナエレメント１１２が、実施例１と同じ長さになるようにコンデンサを選択した。

さらに、図１０（ｃ）に示すように、比較例２では、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４との間に何も配置せずに、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４とを直に接続する構成とした。

また、各周波数帯は、下記のように設定した。
第１の周波数帯：ＧＳＭ帯（８８０〜９６０ＭＨｚ）
第２の周波数帯：Ｗ−ＣＤＭＡ Ｂａｎｄ ＸＩ帯（１４２７．９〜１４９５．９ＭＨｚ）
第３の周波数帯：ＤＣＳ帯（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）
ＰＣＳ帯（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）
Ｗ−ＣＤＭＡ Ｂａｎｄ Ｉ帯（１９２０〜２１７０ＭＨｚ）
以上の条件で、それぞれの平均利得［ｄＢｉ］を測定した。

図１１（ａ）および（ｂ）は、比較実験で測定した平均利得を示すグラフであり、（ａ）は第１の周波数帯における第１のアンテナエレメント１１１の平均利得、（ｂ）は第２の周波数帯における第２のアンテナエレメント１１２の平均利得をそれぞれ示している。図１１（ａ）に示すように、実施例１の第１のアンテナエレメント１１１の平均利得は、第１の周波数帯において、比較例１および比較例２に比べて高い値が測定された。これは、実施例１では、第１の周波数帯の電気信号がＬＣノッチフィルタによって遮断されるため、第２のアンテナエレメント１１２による第１のアンテナエレメント１１１への干渉が抑制されるためである。

一方、比較例１および比較例２では、第１の周波数帯の電気信号が通過し、第２のアンテナエレメント１１２による干渉が生じるため、実施例１に比べて第１のアンテナエレメント１１１の平均利得が低下した。

また、図１１（ｂ）に示すように、実施例１および比較例１の第２のアンテナエレメント１１２の平均利得は、第２の周波数帯において、比較例２に比べて高い値が測定された。これは、第２の周波数帯では、ＬＣノッチフィルタおよびコンデンサが容量性リアクタンスとなり、第２のアンテナエレメント１１２の物理長を好適に延長することができるので、第２のアンテナエレメント１１２が第１および第３のアンテナエレメント１１１、１１３に覆われることを回避してアンテナ特性を向上させることができるためである。

一方、比較例２では、第２のアンテナエレメント１１２と第２整合部１３４とが直に接続された構成であり、第２の周波数帯で容量性リアクタンスが無いため第２のアンテナエレメント１１２の物理長が短くなる。このため、第２のアンテナエレメント１１２が第１および第３のアンテナエレメント１１１、１１３に覆われる範囲が、実施例１および比較例１に比べて大きくなるため、第２のアンテナエレメント１１２からの放射が邪魔されて、実施例１および比較例１に比べて第２のアンテナエレメント１１２の平均利得が低下した。

以上の比較実験により、実施形態に係るアンテナ１１０によれば、第１の周波数帯における第１のアンテナエレメント１１１のアンテナ特性劣化を大幅に低減することができることが証明された。さらに、アンテナ１１０によれば、第２の周波数帯における第２のアンテナエレメント１１２のアンテナ特性の向上にも有効であることが証明された。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、無線通信一般に用いられるアンテナ、特に、携帯無線端末のためのアンテナおよび当該アンテナを備えた無線装置の製造分野において好適に利用することができる。

１００ 携帯無線端末
１０１ 第１の筐体
１０２ 第２の筐体
１０３ 連結部材
１１０ アンテナ
１１１ 第１のアンテナエレメント
１１２ 第２のアンテナエレメント
１１３ 第３のアンテナエレメント
１１１ａ 第１の先端部
１１２ａ 第２の先端部
１１３ａ 第３の先端部
１１１ｃ 第１の先端領域
１１２ｃ 第２の先端領域
１１３ｃ 第３の先端領域
１１１ｂ 第１の接続用端部
１１２ｂ 第２の接続用端部
１１３ｂ 第３の接続用端部
１１４ 接続用端部
１１５ アンテナ土台
１２０ 回路基板
１２１ 無線部回路
１２２ カメラ（金属部材）
１３０ 第１の配線
１３１ 第２の配線
１３３ 第１整合部（整合回路）
１３４ 第２整合部（整合回路）
１５０ 周波数制御手段
１５５ 周波数制御手段
１５６ 周波数制御手段
９００ 携帯無線端末
９０１ 第１の筐体
９０２ 第２の筐体
９０３ 連結部材
９１１ 第１のアンテナエレメント
９１２ 第２のアンテナエレメント
９１３ 第３のアンテナエレメント
９１５ アンテナ土台
９２０ 回路基板
９２１ セルラー通信用無線部回路
９２２ カメラ
９２３ ＧＰＳ用無線部回路

Claims (11)

1. 第１の周波数帯で動作する第１のアンテナエレメントと、第１の周波数帯よりも高い第２の周波数帯で動作する第２のアンテナエレメントと、第２の周波数帯よりも高い第３の周波数帯で動作する第３のアンテナエレメントと、を備えた、携帯無線端末に内蔵されたアンテナであって、
   第１、第２および第３のアンテナエレメントはそれぞれ、無線部回路につながる側の端部である第１、第２および第３の接続用端部と、第１、第２および第３の接続用端部とは反対側の端部である第１、第２および第３の先端部と、第１、第２および第３の先端部を含む第１、第２および第３の先端領域とを備えており、
   第１、第２および第３の先端領域は何れも、該アンテナの或る方向における端部に配置されており、
   第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントと第３のアンテナエレメントとの間に配置されており、
   第１、第２および第３の接続用端部は何れも、第１の先端部よりも第３の先端部に近い位置に配置されており、
   第１の周波数帯の電気信号を阻止する周波数制御手段を備え、
   該周波数制御手段が第２のアンテナエレメントに接続されていることを特徴とするアンテナ。
2. 上記周波数制御手段は、第２の周波数帯において容量性リアクタンスを有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 上記第２のアンテナエレメントを整合するための整合回路を備え、上記第２の接続用端部と、該整合回路とをつなぐ配線上に、上記周波数制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 上記周波数制御手段が、帯域除去フィルタ、ハイパスフィルタ、帯域通過フィルタ、スイッチ、ＭＥＭＳ、ＦＥＴ、ＰＩＮダイオードおよび移相器からなる群より選ばれる何れかを備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のアンテナ。
5. 或る平面に投影したときに、上記第２のアンテナエレメントの影が、上記第１のアンテナエレメントの影と上記第３のアンテナエレメントの影とに挿まれていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ。
6. 上記第１、第２および第３のアンテナエレメントが同一のアンテナ土台上に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のアンテナ。
7. 上記無線部回路に接続するための第１の配線および第２の配線を備えており、
   第１の配線は、上記第１および第３の接続用端部につながっており、
   第２の配線は、上記第２の接続用端部につながっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のアンテナ。
8. 上記第１の接続用端部と上記第３の接続用端部とが１つになっていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のアンテナと、上記無線部回路とを備え、
   上記第１、第２および第３のアンテナエレメントは何れも、上記無線部回路に接続されていることを特徴とする携帯無線端末。
10. 上記無線部回路が設けられた基板を備え、
    上記基板の基板面に投影したときに、上記第２のアンテナエレメントの影が、上記第１のアンテナエレメントの影と上記第３のアンテナエレメントの影とに挿まれていることを特徴とする請求項９に記載の携帯無線端末。
11. 金属部材を備え、該金属部材と、上記第２のアンテナエレメントとによって、上記第１のアンテナエレメントが挿まれていることを特徴とする請求項９または１０に記載の携帯無線端末。

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