JP6468817B2 - アンテナ構造及びこれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ構造に関し、特に金属部材を利用したアンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える無線通信装置に関する。

近年、無線通信装置は益々軽薄になり、消費者の無線通信装置の外観に対する要求もさらに高まっている。この中で、金属ハウジングは、外観、強度及び放熱効果等に優れているため、現在、金属ハウジングを採用した無線通信製品が好まれている。しかし、金属ハウジングは、その内部に設けられているアンテナモジュールが生成した電磁波を遮蔽して妨害し、無線通信装置のアンテナモジュールに影響を与える。従って、金属ハウジングを採用する無線通信装置において、如何にアンテナモジュールの性能を維持させるかが、本業界の技術者の課題である。

本発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、占有空間が小さく、帯域幅が広く、多くの通信システムに汎用できるアンテナ構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るアンテナ構造は、金属部材と、複数の電子部品と、第一アンテナモジュールと、第二アンテナモジュールと、第三アンテナモジュールと、第四アンテナモジュールと、を備える。金属部材には、スロットが設けられており、スロットは、金属部材を第一部分と第二部分とに分け、第一部分及び第二部分は、共同で１つの収容空間を形成し、電子部品、第一アンテナモジュール、第二アンテナモジュール、第三アンテナモジュール及び第四アンテナモジュールは、前記収容空間内に設けられ、第一アンテナモジュールは、金属部材の第一部分に電気的に接続され、第三アンテナモジュール及び第四アンテナモジュールは、それぞれ金属部材の第二部分に電気的に接続されている。

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置は、回路基板及び該回路基板の一端に装着されたアンテナ構造を備え、アンテナ構造は、金属部材と、複数の電子部品と、第一アンテナモジュールと、第二アンテナモジュールと、第三アンテナモジュールと、第四アンテナモジュールと、を備える。金属部材には、スロットが設けられており、スロットは、金属部材を第一部分と第二部分とに分け、第一部分及び第二部分は、共同で１つの収容空間を形成し、電子部品、第一アンテナモジュール、第二アンテナモジュール、第三アンテナモジュール及び第四アンテナモジュールは、収容空間内に設けられ、第一アンテナモジュールは、金属部材の第一部分に電気的に接続され、第三アンテナモジュール及び第四アンテナモジュールは、それぞれ金属部材の第二部分に電気的に接続されている。

従来の技術と異なり、本発明のアンテナ構造は、金属部材をアンテナの放射体として使用し、且つ電子部品と金属部材、第一アンテナモジュール、第二アンテナモジュール、第三アンテナモジュール及び第四アンテナモジュールとの協働によって、複数の周波数帯域の無線信号を送受信することができるため、帯域幅が広くなる。一方、本発明のアンテナ構造は、無線通信装置のフレーム又はハウジング（金属部材）の特性を十分に利用して、金属構造下で、良好なアンテナの放射性能及び放射効率を維持することができる。

本発明の実施形態に係る無線通信装置の一部を示す斜視図である。 図１に示した無線通信装置を別の視点から見た図である。 図１に示した無線通信装置の中の整合回路を示すブロック図である。 図１に示した無線通信装置の第一アンテナモジュールのリターンロスを示す図である。 図１に示した無線通信装置の第二アンテナモジュールのリターンロスを示す図である。 図１に示した無線通信装置において、切換スイッチが第一整合回路を導通させた時の第三アンテナモジュールのリターンロスを示す図である。 図１に示した無線通信装置において、切換スイッチが第二整合回路を導通させた時の第三アンテナモジュールのリターンロスを示す図である。 図１に示した無線通信装置の第四アンテナモジュールのリターンロスを示す図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るアンテナ構造５０は、携帯電話機やタブレットＰＣ等の無線通信装置１００に用いられて、無線信号を送受信することに用いられる。無線通信装置１００は、回路基板２０を備える。回路基板２０には、第一フィードイン点２１、第二フィードイン点２３、第三フィードイン点２５、第四フィードイン点２７及び接地点２９が設けられている。第一フィードイン点２１、第二フィードイン点２３、第三フィードイン点２５及び第四フィードイン点２７は、アンテナ構造５０に電流をフィードインする。接地点２９は、アンテナ構造５０を接地させる。

アンテナ構造５０は、金属部材５１、電子部品５２、第一アンテナモジュール５３、第二アンテナモジュール５５、第三アンテナモジュール５７及び第四アンテナモジュール５９を含む。第一アンテナモジュール５３、第三アンテナモジュール５７及び第四アンテナモジュール５９は、それぞれ金属部材５１に連結されると共に、回路基板２０と電気的に接続されている。

金属部材５１は、無線通信装置１００のフレームとして使用され、無線通信装置１００に金属質感を付与する。本実施形態において、金属部材５１は、第一枠部５１１と、第一枠部５１１の両端にそれぞれ連結された第二枠部５１３及び第三枠部５１５とを含む。第一枠部５１１には、スロット５１７が設けられており、このスロット５１７によって、第一枠部５１１は、第一側壁５１１１と第二側壁５１１３とに互いに離間して分けられている。第一側壁５１１１及び第二枠部５１３は、互いに連結されて金属部材５１の第一部分を構成する。第二側壁５１１３及び第三枠部５１５は、互いに連結されて金属部材５１の第二部分を構成する。第一部分は、第二部分と共同で収容空間５１９を形成している。

本実施形態において、電子部品５２は、少なくともマイク５２１、スピーカー５２３、フロントカメラ５２５及びバックカメラ５２７を含む。マイク５２１、スピーカー５２３、フロントカメラ５２５及びバックカメラ５２７は、全て収容空間５１９内に設けられ且つ回路基板２０の機能回路に電気的に接続されている。

本実施形態において、第一アンテナモジュール５３は、第一フィードイン部５３１、第一放射部５３３、第二放射部５３５、第三放射部５３７及び第四放射部５３９を含む。第一フィードイン部５３１は、「Ｌ」字状であり、マイク５２１とバックカメラ５２７との間に位置する。第一フィードイン部５３１の一端は、回路基板２０の表面に垂直に連結され、且つ第一フィードイン点２１に電気的に接続されて、第一アンテナモジュール５３に信号をフィードインする。第一フィードイン部５３１の他端は、第一放射部５３３と第二放射部５３５との接続部位に電気的に接続されている。第一放射部５３３は、細長いシートである。第一放射部５３３は、第一側壁５１１１と互いに間隔をあけて、且つ該第一側壁５１１１に対して平行に設けられている。第一放射部５３３の一端は、第一フィードイン部５３１と第二放射部５３５とが交差する箇所に連結されている。第一放射部５３３の他端は、第二枠部５１３に垂直に連結されている。第二放射部５３５は、第一放射部５３３と同じ幅を有するシートであり、且つ第一放射部５３３と同一直線上に位置する。より詳細には、第二放射部５３５の一端は、第一放射部５３３と第一フィードイン部５３１とが交差する箇所に連結され、第二放射部５３５の他端は、第三放射部５３７に垂直に連結されている。また、第二放射部５３５の第一フィードイン部５３１から離れた一端の末端は、スロット５１７の一方の末端と同一直線上に、且つ同一平面内に位置する。第三放射部５３７は、第一放射部５３３及び第二放射部５３５に対して垂直である。第四放射部５３９は、第三放射部５３７の第二放射部５３５に連結された一端から離れた一端に垂直に連結され、且つ第二放射部５３５に対して平行に延伸している。つまり、第二放射部５３５及び第四放射部５３９は、それぞれ第三放射部５３７の両端に垂直に連結され、且つ第三放射部５３７の同側に位置している。

第二アンテナモジュール５５は、第二フィードイン部５５１、接地部５５３、移行部５５５、連結部５５７及びカップリング部５５９を含む。第二フィードイン部５５１、接地部５５３及び移行部５５５は共同で、「Ｕ」字状の構造を形成する。この「Ｕ」字状の構造は、回路基板２０に対して垂直である平面内に位置し、且つスピーカー５２３とフロントカメラ５２５との間に位置する。第二フィードイン部５５１及び接地部５５３は、それぞれ移行部５５５の両端に垂直に連結され、且つ互いに平行している。また、第二フィードイン部５５１は、回路基板２０の第二フィードイン点２３に電気的に接続されて、第二アンテナモジュール５５に信号をフィードインする。接地部５５３は、回路基板２０の接地点２９に電気的に接続されて、第二アンテナモジュール５５を接地させる。連結部５５７及びカップリング部５５９は、全て回路基板２０と平行する平面内に位置する。連結部５５７は、ほぼ「Ｌ」字状を呈し、その一端は、移行部５５５と第二フィードイン部５５１とが交差する箇所に垂直に連結され、その他端は、カップリング部５５９の一端に垂直に連結されている。連結部５５７の短軸部は、第一枠部５１１に向かって、且つ第二枠部５１３に対して平行に延伸している。連結部５５７の長軸部は、第三枠部５１５に向かって、且つ第一枠部５１１に対して平行に延伸している。カップリング部５５９は、ほぼ「Ｌ」字状を呈し、連結部５５７の末端から第一枠部５１１に向かって所定の距離だけ延伸して９０度折り曲げられた後、第二枠部５１３に向かって、且つ第一枠部５１１に平行するようにまっすぐに延在している。

第三アンテナモジュール５７は、直線状のシートであり、フロントカメラ５２５の上方に位置する。また、第三アンテナモジュール５７の一端は、回路基板２０の第三フィードイン点２５に垂直に連結されて、第三アンテナモジュール５７に信号をフィードインする。第三アンテナモジュール５７の他端は、第一枠部５１１の第二側壁５１１３と電気的に接続されている。また、第三アンテナモジュール５７の全体は、第二枠部５１３及び第三枠部５１５に対して平行であり、且つ回路基板２０と第一枠部５１１との間で延在している。

第四アンテナモジュール５９は、フロントカメラ５２５と第三枠部５１５との間に設けられ、且つ第三フィードイン部５９１、湾曲部５９３及び共振部５９５を含む。第三フィードイン部５９１は、ほぼ「Ｌ」字状を呈し、その一部は、回路基板２０が所在する平面内に位置し、且つ回路基板２０の第四フィードイン点２７に電気的に接続されて、第四アンテナモジュール５９に信号をフィードインする。第三フィードイン部５９１の他の一部は、回路基板２０に対して垂直であり、且つ湾曲部５９３に電気的に接続されている。湾曲部５９３は、ほぼ「Ｌ」字状を呈し、且つ所在する平面は、回路基板２０に対して平行である。湾曲部５９３の一端は、第三フィードイン部５９１に垂直に連結され、湾曲部５９３の他端は、第三枠部５１５に対して垂直に、且つ電気的に接続されている。湾曲部５９３の長軸部は、第三枠部５１５に対して平行であり、湾曲部５９３の短軸部は、第一枠部５１１に対して平行である。共振部５９５は、直線状のシートであり、第三枠部５１５とフロントカメラ５２５との間に位置し、且つその両端はそれぞれ第三枠部５１５及びフロントカメラ５２５に垂直に連結されている。

図３に示すように、本発明の無線通信装置１００は、整合回路７０をさらに備える。整合回路７０の全体は、回路基板２０の第三フィードイン点２５と第三アンテナモジュール５７との間に接続されている。整合回路７０は、アンテナ構造５０のインピーダンスマッチングを調整することによって、アンテナ構造５０の高周波モードを調節する。本実施形態において、整合回路７０は、切換スイッチ７１、第一整合回路７３及び第二整合回路７５を含む。第一整合回路７３及び第二整合回路７５は、それぞれコンデンサ及びインダクタンスにより構成され、且つ同時に第三アンテナモジュール５７に電気的に接続されている。第三フィードイン点２５は、切換スイッチ７１を介して第一整合回路７３又は第二整合回路７５に電気的に接続されている。

以下、本発明のアンテナ構造５０の動作原理について詳細に説明する。

回路基板２０の電流が、第一フィードイン点２１、第二フィードイン点２３、第三フィードイン点２５及び第四フィードイン点２７からアンテナ構造５０にそれぞれフィードインされると、電流は、第一アンテナモジュール５３、第二アンテナモジュール５５、第三アンテナモジュール５７及び第四アンテナモジュール５９をそれぞれ流れる。これによって、電流は、第一アンテナモジュール５３、第一側壁５１１１、第一アンテナモジュール５３と第一側壁５１１１との接続部位、及び電子部品５２とスロット５１７との間において、低周波モード及び第一高周波モードを生成する。これと同時に、電流は、第二アンテナモジュール５５と電子部品５２とスロット５１７との間で第二高周波モードを生成する。また、電流は、第三アンテナモジュール５７、第二側壁５１１３、第三アンテナモジュール５７と第二側壁５１１３との接続部位、及び電子部品５２と共振部５９５とスロット５１７との間で第三高周波モードを生成する。さらに、電流は、第四アンテナモジュール５９、第二側壁５１１３、第四アンテナモジュール５９と第二側壁５１１３との接続部位、及び電子部品５２と共振部５９５とスロット５１７との間で第四高周波モードを生成する。本実施形態において、低周波モードの帯域幅は、約８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚである。第一高周波モードの帯域幅は、約１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚである。第二高周波モードの帯域幅は、約２４００ＭＨｚ〜２４８０ＭＨｚである。第三高周波モードの帯域幅は、約１８５０ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚである。第四高周波モードの中心周波数は、約１５７５ＭＨｚである。

図４は、本発明のアンテナ構造５０の第一アンテナモジュール５３のリターンロスを示している。図５は、本発明のアンテナ構造５０の第二アンテナモジュール５５のリターンロスを示している。図６は、切換スイッチ７１が第一整合回路７３を導通させた時の、第三アンテナモジュール５７のリターンロスを示している。図７は、切換スイッチ７１が第二整合回路７５を導通させた時の、第三アンテナモジュール５７のリターンロスを示している。図８は、アンテナ構造５０の第四アンテナモジュール５９のリターンロスを示している。図４〜図８から分かるように、アンテナ構造５０は、８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、２４００ＭＨｚ〜２４８０ＭＨｚ、１８５０ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ及び１５７５ＭＨｚの周波数帯域の無線信号を送受信すると、好ましい放射効果を備え、アンテナの設計要求を満たす。

本発明のアンテナ構造５０は、金属部材５１をアンテナの放射体として使用し、且つ電子部品５２と、金属部材５１、第一アンテナモジュール５３、第二アンテナモジュール５５、第三アンテナモジュール５７及び第四アンテナモジュール５９との協働によって、複数の周波数帯域の無線信号を送受信することができるため、帯域幅が広くなる。また、本発明のアンテナ構造５０は、無線通信装置１００のフレーム又はハウジング（金属部材５１）の特性を十分に利用して、金属構造下で良好なアンテナの放射性能及び放射効率を維持することができる。

１００ 無線通信装置
２０ 回路基板
２１ 第一フィードイン点
２３ 第二フィードイン点
２５ 第三フィードイン点
２７ 第四フィードイン点
２９ 接地点
５０ アンテナ構造
５１ 金属部材
５１１ 第一枠部
５１１１ 第一側壁
５１１３ 第二側壁
５１３ 第二枠部
５１５ 第三枠部
５１７ スロット
５１９ 収容空間
５２ 電子部品
５２１ マイク
５２３ スピーカー
５２５ フロントカメラ
５２７ バックカメラ
５３ 第一アンテナモジュール
５３１ 第一フィードイン部
５３３ 第一放射部
５３５ 第二放射部
５３７ 第三放射部
５３９ 第四放射部
５５ 第二アンテナモジュール
５５１ 第二フィードイン部
５５３ 接地部
５５５ 移行部
５５７ 連結部
５５９ カップリング部
５７ 第三アンテナモジュール
５９ 第四アンテナモジュール
５９１ 第三フィードイン部
５９３ 湾曲部
５９５ 共振部
７０ 整合回路
７１ 切換スイッチ
７３ 第一整合回路
７５ 第二整合回路

Claims (10)

1. 金属部材と、複数の電子部品と、第一アンテナモジュールと、第二アンテナモジュールと、第三アンテナモジュールと、第四アンテナモジュールと、を備えるアンテナ構造であって、
   前記金属部材には、スロットが設けられており、前記スロットは、前記金属部材を第一部分と第二部分とに分け、前記第一部分及び前記第二部分は、共同で１つの収容空間を形成し、前記電子部品、前記第一アンテナモジュール、前記第二アンテナモジュール、前記第三アンテナモジュール及び前記第四アンテナモジュールは、前記収容空間内に設けられ、
   前記第一アンテナモジュールは、前記金属部材の前記第一部分に電気的に接続され、
   前記第三アンテナモジュール及び前記第四アンテナモジュールは、それぞれ前記金属部材の前記第二部分に電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ構造。
2. 前記金属部材は、第一枠部と、前記第一枠部の両端にそれぞれ連結された第二枠部及び第三枠部と、を含み、
   前記スロットは、前記第一枠部に設けられて、前記第一枠部を第一側壁と第二側壁とに互いに離間して分け、
   前記第一側壁及び前記第二枠部は、前記第一部分を構成し、
   前記第二側壁及び前記第三枠部は、前記第二部分を構成することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
3. 前記第一アンテナモジュールは、第一フィードイン部、第一放射部、第二放射部、第三放射部及び第四放射部を含み、
   前記第一フィードイン部は、前記第一アンテナモジュールに信号をフィードインし、
   前記第一放射部は、前記第一側壁と互いに間隔をあけて、且つ平行に設けられ、前記第一放射部の一端は、前記第一フィードイン部と前記第二放射部とが交差する箇所に連結され、前記第一放射部の他端は、前記第二枠部に垂直に連結され、
   前記第二放射部は、前記第一放射部と同一直線上に位置し、前記第二放射部の一端は、前記第一放射部と前記第一フィードイン部とが交差する箇所に連結され、前記第二放射部の他端は、前記第三放射部に垂直に連結され、
   前記第三放射部は、前記第一放射部及び前記第二放射部に対して垂直であり、
   前記第四放射部は、前記第三放射部の前記第二放射部に連結された一端から離れた一端に垂直に連結され、且つ前記第二放射部に対して平行に延伸し、
   前記第二放射部及び前記第四放射部は、それぞれ前記第三放射部の両端に垂直に連結され、且つ前記第三放射部の同じ側に位置することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ構造。
4. 前記第二放射部の前記第一フィードイン部から離れた一端の末端は、前記スロットの一方の末端と同一直線上に位置することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ構造。
5. 前記第二アンテナモジュールは、第二フィードイン部、接地部、移行部、連結部及びカップリング部を含み、
   前記第二フィードイン部、前記接地部及び前記移行部は共同で、「Ｕ」字状の構造を構成し、
   前記第二フィードイン部及び前記接地部は、それぞれ前記移行部の両端に垂直に連結され、且つ互いに対して平行であり、
   前記第二フィードイン部は、前記第二アンテナモジュールに信号をフィードインし、
   前記接地部は、前記第二アンテナモジュールを接地させ、
   前記連結部の一端は、前記移行部と前記第二フィードイン部とが交差する箇所に垂直に連結され、前記連結部の他端は、前記カップリング部の一端に垂直に連結され、前記連結部の一部は、前記第一枠部に向かって前記第二枠部と平行するように延伸し、前記連結部の他の一部は、前記第三枠部に向かって前記第一枠部と平行するように延伸し、
   前記カップリング部は、前記連結部の末端から前記第一枠部に向かって所定の距離だけ延伸して９０度折り曲げられた後、前記第二枠部に向かって前記第一枠部と平行するように延在していることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ構造。
6. 前記第三アンテナモジュールは、直線状のシートであり、前記第三アンテナモジュールの一端は、前記第三アンテナモジュールに信号をフィードインし、前記第三アンテナモジュールの他端は、前記第一枠部の前記第二側壁に電気的に接続され、
   前記第三アンテナモジュールの全体は、前記第二枠部及び前記第三枠部に対して平行であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ構造。
7. 前記第四アンテナモジュールは、第三フィードイン部及び湾曲部を含み、
   前記第三フィードイン部の一端は、前記第四アンテナモジュールに信号をフィードインし、前記第三フィードイン部の他端は、前記湾曲部に電気的に接続され、
   前記湾曲部の一端は、前記第三フィードイン部に垂直に連結され、前記湾曲部の他端は、前記第三枠部に垂直に、且つ電気的に接続され、前記湾曲部の一部は、前記第三枠部に対して平行であり、前記湾曲部の他の一部は、前記第一枠部に対して平行であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ構造。
8. 前記第四アンテナモジュールは、共振部をさらに備え、
   前記共振部は、前記複数の電子部品の中の１つの電子部品及び前記第三枠部とそれぞれ垂直に連結されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ構造。
9. 回路基板及び前記回路基板の一端に装着されたアンテナ構造を備える無線通信装置であって、
   前記アンテナ構造は、請求項１ないし８の何れか１項に記載のアンテナ構造であることを特徴とする無線通信装置。
10. 前記無線通信装置は、整合回路をさらに備え、
    前記整合回路は、前記回路基板の第三フィードイン点と前記第三アンテナモジュールとの間に電気的に接続され、前記第三アンテナモジュールのインピーダンスマッチングを調整することを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。

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