JPWO2005029642A1

JPWO2005029642A1 - 多周波数共用アンテナ

Info

Publication number: JPWO2005029642A1
Application number: JP2005514089A
Authority: JP
Inventors: 加津雄関谷; 北野　進一郎; 進一郎北野
Original assignee: アンテン株式会社
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2007-04-19
Also published as: WO2005029642A1

Abstract

携帯電話等で用いられる内蔵アンテナで、特に８００ＭＨｚ帯及び２．０ＧＨｚ帯の２周波共用の内蔵アンテナにおいて、小型でリタンロス及び放射効率の良いアンテナを提供する。この内蔵アンテナエレメント６は、線状の金属、例えば針金などで構成されており、所望の電気特性確保及びコンパクト化のため、エレメント１０からエレメント２０と、金属片（周波数調整用板金）４及び５を備えて構成される。

Description

本発明は、多周波数共用アンテナに関し、さらに詳しくは、携帯電話等に内蔵する２周波共用アンテナの構成方法に関するものである。

最近では、８００ＭＨｚ帯の携帯網と２．０ＧＨｚ帯のＷＣＤＭＡ(Wideband Code Division Multiple Access)網との両方にアクセスできる携帯機器が必要とされている。従来のこのタイプの携帯電話の２周波共用内蔵アンテナは図１２のように２線タイプが開発されている。これは給電回路５１と５４に対し２つのモノポール素子５０と５３を基板５２に接続し、素子の長さを変えることでそれぞれの周波数に対応している。例えば、８００ＭＨｚ１／４波長片側モノポールと２ＧＨｚ１／４波長モノポールの２周波共用アンテナの場合では、２つのモノポールを形成するのに必要なスペースを確保しなくてはならないことである。すなわち２倍のスペースが必要となり、また、２つのアンテナ５０、５３とも独立しているため、アンテナを切り替えるスイッチ回路が必要になり接続回路が複雑になっていた。

従来技術においては、複数の異なる周波数を共用して使用する場合、その数だけアンテナと給電回路が必要となり、小型化の要求が高い携帯電話等においては、スペースの点で不利になる。
またアンテナが独立しているため、何らかの切替手段が必要となり、その点からもコストとスペースの点で問題があると同時に、操作が複雑となるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、携帯電話等で用いられる内蔵アンテナで、特に８００ＭＨｚ帯及び２．０ＧＨｚ帯の２周波共用の内蔵アンテナにおいて、小型でリタンロス及び放射効率の良いアンテナを提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、複数の周波数帯に共用のアンテナであって、給電点を備えたプリント配線基板と、一端が前記給電点に接続され、所定の寸法内に収まるように屈曲もしくは湾曲させたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントの所定の個所に接続されて当該アンテナで使用する周波数を調整する1つ以上の周波数調整用板金と、を備え、前記周波数調整用板金の１つは, 前記給電点から前記アンテナエレメントの全長の略１／３までの距離の間に取り付けられていることを特徴とする。
２周波共用アンテナの原理は、例えば、プリント配線基板に８００ＭＨｚ帯の４分の１波長の針金などの金属エレメントをつけ給電すると、金属エレメントが放射素子としてはたらき、１／４波長モノポールと同じ動作をする。このとき、８００ＭＨｚ帯の１／４波長は、２ＧＨｚ帯の３／４波長に近く、２ＧＨｚ帯では３／４モノポールとして動作するため、８００ＭＨｚ帯、２ＧＨｚ帯の２周波の共用アンテナとして動作する。本発明のアンテナは、この原理に基づいてアンテナエレメントの長さが決定され、アンテナエレメントを極力狭い空間に収め、且つ所望の電気特性を確保するために、アンテナエレメントを折り曲げて構成するものである。そして、給電点からアンテナエレメントの全長の略１／３までの距離の間に周波数調整用板金を取り付けて２周波数に共用して使用できるようにする。

請求項２は、複数の周波数帯に共用のアンテナであって、給電点を備えたプリント配線基板と、一端が前記給電点に接続され、所定の寸法内に収まるように屈曲もしくは湾曲させたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントの所定の個所に接続されて当該アンテナで使用する周波数を調整する1つ以上の周波数調整用板金と、を備え、前記周波数調整用板金の１つは、前記給電点から前記アンテナエレメントの全長の略１／３までの距離の間に取り付けられ、前記周波数調整用板金の他の1つは前記給電点と反対側の前記アンテナエレメントの先端に取付けられていることを特徴とする。
本発明のアンテナの特徴的な点は、２種類の異なる周波数に共振点を持たせるために、給電点からアンテナエレメントの１つを全長の略１／３の場所に周波数調整用板金を接続し、さらに他の１つの周波数調整用板金をアンテナエレメントの全長を短くするために先端に接続して、２周波数で共用に使用可能とした点である。

請求項３は、前記アンテナエレメントは、線状素材、板金、及び誘電体基板上に形成されたプリントパターンの何れかにより構成されていることを特徴とする。
請求項１、２の内容を満足すれば、アンテナエレメントは針金のような線状素材で構成しても良く、また細い板金を加工しても良く、またプリント基板を両面構成にして、スルーホールにより両者を接続して構成しても良い。
請求項４は、前記アンテナエレメントの一部もしくは全体が、誘電体の内部に埋め込まれるか、もしくは、誘電体の表面に配置されていることを特徴とする。
アンテナエレメントは細い線状素材等で構成されているため、外力に対して変形したり切断する虞がある。そこで本発明では、アンテナエレメントの一部もしくは全体を誘電体の内部に埋め込んだり、表面に配置して外力の影響を受けにくくするものである。
請求項５は、前記アンテナエレメントは、前記誘電体の表面に蒸着または接着により形成されることを特徴とする。
アンテナエレメントを誘電体の表面に形成する方法として、エレメントの材料を蒸着したり、エレメントを接着剤等により表面に接着する方法がある。前者の蒸着の方法は、大量生産に向いており、後者の接着による方法は、少量生産に向いた方法である。

請求項１の発明によれば、アンテナエレメントを折り曲げ、且つエレメントの全長の略１／３の長さの場所に周波数調整用板金を１つ接続するので、小型で且つ２周波の共用アンテナとして動作するアンテナを実現することができる。
また請求項２では、アンテナエレメントを折り曲げ、且つエレメントの全長の略１／３の長さの場所と先端に周波数調整用板金を１つずつ接続するので、小型で且つ２周波の共用アンテナとして動作するアンテナを実現することができる。
また請求項３では、アンテナエレメントは、線状素材、板金、及び誘電体基板上に形成されたプリントパターンの何れかにより構成されているので、製造方法のバリエーションを広くすることができ、製造する生産量により製造方法の選択幅を広くすることができる。
また請求項４では、アンテナエレメントの一部もしくは全体が、誘電体の内部か、もしくは, 誘電体の表面に配置されているので、外力による変形や破損からアンテナエレメントを防護することができる。
また請求項５では、アンテナエレメントは、前記誘電体の表面に蒸着または接着により形成されるので、大量生産に向いた製造方法と製造コストを安価にする２種類の方法を提供することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１（ａ）は携帯電話の外観斜視図であり、図１（ｂ）はアンテナエレメントを携帯電話に内蔵した図１（ａ）のＡ部拡大透視図である。携帯電話１０は、その内部に図１（ｂ）のように本発明の多周波数共用アンテナ３が内蔵基板１の給電点２に接続されて収納されている（詳細は後述する）。
図２は本発明の第１の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の形状と構成を示す図である。図２は多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。尚、この説明ではアンテナエレメント６を１１の部分に分け、各部分をエレメントと呼び、電気的に接続されているものとする。この内蔵アンテナエレメント６は、線状の金属、例えば針金などで構成されており、所望の電気特性確保及びコンパクト化のため、エレメント１０からエレメント２０と、金属片（周波数調整用板金）４及び５を備えて構成される。

アンテナエレメント６の形状は、少なくとも第１乃至第１１のエレメントにより構成され、第１のエレメント１０は給電点２からプリント配線基板１の一端面２１とほぼ直交する方向に延び、この第１のエレメント１０の終端ａから上方にほぼ直角に第２のエレメント１１が屈曲形成され、この第２のエレメント１１の終端ｂから第１のエレメント１０と平行に第３のエレメント１２が折り返して屈曲形成され、この第３のエレメント１２の終端ｃから第１のエレメント１０と直交する水平方向に第４のエレメント１３が屈曲形成され、この第４のエレメント１３の終端ｄからプリント配線基板１の一端面２１と平行となるように第５のエレメント１４が屈曲形成され、この第５のエレメント１４の終端ｅから第４のエレメント１３と平行となるように第６のエレメント１５が上方に屈曲形成され、この第６のエレメント１５の終端ｆから第５のエレメント１４と平行に第７のエレメント１６が折り返して屈曲形成され、この第７のエレメント１６の終端ｇから第３のエレメント１２と反対方向であり且つ基板１の一端面２１と直交する方向に第８のエレメント１７が屈曲形成され、この第８のエレメント１７の終端ｈから第７のエレメント１６と平行となるように第９のエレメント１８が屈曲形成され、この第９のエレメント１８の終端ｉから第８のエレメント１７と平行となるように第１０のエレメント１９が屈曲形成され、この第１０のエレメント１９の終端ｊから第９のエレメント１８と平行となるように第１１のエレメント２０が屈曲形成される。そして、この例では金属片４が第３のエレメント１２に備えられ、金属片５が第９、１０、１１のエレメントにまたぐように備えられている。尚、金属片の数と位置はこの図に限るものではない。
このように本実施形態のアンテナは、後述する２周波共用動作の原理に基づいてアンテナエレメント６と基板１のサイズが決定され、アンテナエレメント６を極力狭い空間に収め、且つ所望の電気特性を確保するために、１１のエレメントを折り曲げて構成するものである。また、所望の周波数に合致したアンテナにするには、製造後に調整が必要である。その一つの方法としてアンテナエレメント６の所定の位置に、所定の面積を有する金属片４、５を接続することにより可能である。即ち、エレメントに金属片を接続することにより、リタンロスと放射効率が変化するので、金属板の面積を可変にして最適な特性に合わせこんでいく。
具体的には、アンテナエレメント６を折り曲げ、且つエレメントの全長の略１／３の長さの場所に金属片４を接続したり、先端に金属片５を接続するので、小型で且つ２周波の共用アンテナとして動作するアンテナを実現することができる。尚、金属片４のみを接続するようにしてもよい。

図３は本発明の動作原理を説明する図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。プリント配線基板１の給電点２に接続されたアンテナエレメント６は、一般にモノポールアンテナと呼ばれ、図３（ａ）に示す電圧分布７となったとき、即ち、アンテナの長さをＬとすると、Ｌが波長の１／４に等しくなる周波数において共振し、効率よく電波を放射することが知られている。さらに、図３（ｂ）に示すように、このアンテナは、Ｌが波長の３／４に等しくなる周波数においても、共振点となり、この周波数でもアンテナとなることが知られている。
さて、図４に示すように、モノポールアンテナにおいて、アンテナエレメント６の先端に金属片５を取り付けると、アンテナの長さを短くできることが知られている。即ち、先端に金属片５を取り付けるとアンテナの共振周波数を低くすることができる。これは、アンテナの先端は電圧が最大(電流が最小)で電荷が一番多く貯まり、この部分に金属片５を取り付け容量Ｃaを増加すると、アンテナの長さを長くしたのと等価になるからである。
一方、１／４波長で共振しているモノポールアンテナにおいて、アンテナの接地基板に近いところに金属片を装荷しても共振周波数はほとんど変化がない。これは、接地基板に近いところでは、電流は大きいが電圧が低く、電荷の蓄積がないためである。

ところが、図５に示すように、３／４波長で共振しているモノポールアンテナにおいては、電流が最小(電荷が最大)となるところは、アンテナエレメント６の全長の略１／３のところにあるので、この点の近くに金属片４を装荷してもアンテナの共振周波数を低くすることができる。
以上をまとめると、ｆ１およびそのおおよそ３倍の共振周波数ｆ２で共振するモノポールアンテナにおいて、先端に金属片を装荷すると共振周波数ｆ１およびｆ２ともに低くなるが、アンテナの給電点からアンテナ全長の略１／３の長さのところ付近に金属片を装荷すると、ｆ２のみが低くすることができる。即ち、アンテナの給電点２からアンテナエレメント６の全長の略１／３の点あるいは先端、あるいはその両方に金属片を装荷することにより、ｆ１およびｆ２を変化させることができる。さらに, 本アンテナを、携帯電話等に内蔵するためには、携帯電話の筐体内に収まる形状とする必要があるが、これには、金属片を適宜折り曲げることによって実現する。さらに、金属片装荷によりプリント配線基盤１との間の容量を形成する必要があり、このためには金属片の一端をアンテナエレメント６に接続し、プリント配線基盤の一端の端辺と平行に接地する。
図６は本発明の第２の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。アンテナエレメント６は細い線状素材等で構成されているため、外力により変形したり切断する虞がある。そこで本実施形態では、アンテナエレメント６の一部もしくは全体を誘電体１０の内部に埋め込んだり、表面に配置して外力の影響を受けにくくするものである。

図７は本発明の第３の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。図７（ａ）は、金属片４が給電点２からアンテナエレメント６の略１／３の場所に配置されており、アンテナエレメント６の先端には金属片が接続されていない。図７（ｂ）は金属片４が給電点２からアンテナエレメント６の略１／３の場所に配置されており、アンテナエレメント６の先端にも金属片５が接続され、アンテナエレメント６の屈曲方法を変えている。図７（ｃ）は、アンテナエレメント６の屈曲方法を図７（a）と同様にし、金属片４が給電点２からアンテナエレメント６の略１／３の場所に配置されており、アンテナエレメント６の先端には金属片５が接続されている。図７（ｄ）は、アンテナエレメント６の屈曲方法を図７（ａ）と同様にし、金属片４と５の形状を大きくしたものである。
図８は本発明の第４の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。図８は図７の多周波数共用アンテナ３の一部もしくは全体を誘電体１０に埋め込んだものである。アンテナエレメントの形状は図７と同様であるので説明を省略する。

図９は本発明の第５の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。本実施形態では、多周波数共用アンテナ３をプリント基板により構成した例である。即ち、図９（ａ）を参照すると、両面基板２１の表面にパターン２３、パターン２７、パターン２２ｂを形成し、裏面にパターン２５、パターン２２ａを形成し、各面のパターンをスルーホール２４、２６、２２ｃにより接続している。さら詳しく説明すると、パターン２３は第１のエレメントに対応し、スルーホール２４は第２のエレメントに対応し、パターン２５は第３、４、５のエレメントに対応し、スルーホール２６は第６のエレメントに対応し、パターン２７は第７、８エレメントに対応している。そしてＢ部にコイル６が形成されている。図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ部拡大図である。コイル６は表面のパターン２２ｂと裏面のパターン２２ａをスルーホール２２ｃにより接続することにより実現できる。
またアンテナエレメント６は、線状素材、板金、及び誘電体基板上に形成されたプリントパターンの何れかにより構成されているので、製造方法のバリエーションを広くすることができ、製造する生産量により製造方法の選択幅を広くすることができる。
また、アンテナエレメント６の一部もしくは全体が、誘電体１０の内部か、もしくは、誘電体１０の表面に配置されているので、外力による変形や破損からアンテナエレメントを防護することができる。
また、アンテナエレメント６は、誘電体１０の表面に蒸着または接着により形成されるので、大量生産に向いた製造方法と製造コストを安価にする２種類の方法を提供することができる。

図１０は本発明の第６の実施形態に係るアンテナエレメント１０３の形状と構成を示す図である。尚、この説明ではアンテナエレメント１０３を８つの部分に分け、各部分をエレメントと呼び、電気的に接続されているものとする。この内蔵アンテナエレメント１０３は、線状の金属、例えば針金などで構成されており、所望の電気特性確保及びコンパクト化のため、エレメント１１０からエレメント１１７と、コイル１０６と、周波数調整用板金１０４及び１０５を備えて構成される。
アンテナエレメント１０３の形状は、少なくとも第１乃至第８のエレメントにより構成され、第１のエレメント１１０は給電点１０２からプリント配線基板１の一端面１１８とほぼ直交する方向に延び、この第１のエレメント１１０の終端ａから下方にほぼ直角に第２のエレメント１１１が屈曲形成され、この第２のエレメント１１１の終端ｂから第１のエレメント１１０と平行に第３のエレメント１１２が折り返して屈曲形成され、この第３のエレメント１１２の終端ｃから第１のエレメント１１０と直交する水平方向に第４のエレメント１１３が屈曲形成され、この第４のエレメント１１３の終端ｄから第３のエレメント１１２と平行となるように第５のエレメント１１４が屈曲形成され、この第５のエレメント１１４の終端ｅから第２のエレメント１１１と平行となるように第６のエレメント１１５が上方に屈曲形成され、この第６のエレメント１１５の終端ｆから第５のエレメント１１４と平行に第７のエレメント１１６が折り返して屈曲形成され、この第７のエレメント１１６の終端ｇから第４のエレメント１１３と反対方向であり且つ基板１の一端面１１８と平行な水平方向に第８のエレメント１１７が屈曲形成され、この第８のエレメント１１７の終端ｈからコイル６が第７のエレメント１１６と平行に屈曲形成されている。
そして、この例では周波数調整板金１０４が第２のエレメント１１１に備えられ、周波数調整板金１０５がコイル１０６の終端に備えられている。尚、周波数調整板金の数と位置はこの図に限るものではない。
このように本実施形態のアンテナは、後述する２周波共用動作の原理に基づいてアンテナエレメント１０３と基板１０１のサイズが決定され、アンテナエレメント１０３を極力狭い空間に収め、且つ所望の電気特性を確保するために、８つのエレメントを折り曲げて構成するものである。そして、終端の部分は終端部としてまとめて構成される。また、所望の周波数に合致したアンテナにするには、製造後に調整が必要である。その一つの方法としてアンテナエレメント１０３の所定の位置に、所定の面積を有する金属板１０４、１０５を接続することにより可能である。即ち、エレメントに金属を接続することにより、リタンロスと放射効率が変化するので、金属板の面積を可変にして最適な特性に合わせこんでいく。

図１１は本発明の第７の実施形態に係るアンテナエレメント１０３の外観形状の斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。本実施形態では、アンテナエレメントを一体形成の板金で構成し、各点（ａ〜ｈ）を折り曲げて構成している。本実施形態の特徴は、金型により板金を形成してａ、ｂ、ｅ、ｆ、ｈ点で折り曲げることにより構成できる。尚、ｈ点ではコイル状にすることによりコイル１２０が形成される。

（ａ）は携帯電話の外観斜視図、（ｂ）はアンテナエレメントを携帯電話に内蔵した（ａ）のＡ部拡大透視図である。本発明の第１の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の形状と構成を示す図である。（ａ）は共振点が１／４波長の動作原理を説明する図、（ｂ）は共振点が３／４波長の動作原理を説明する図である。本発明の動作原理を説明する図である。本発明の動作原理を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図である。（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る多周波数共用アンテナ３の外観形状の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。本発明の第６の実施形態に係るアンテナエレメント１０３の形状と構成を示す図である。本発明の第７の実施形態に係るアンテナエレメント１０３の外観形状の斜視図である。従来の２周波共用アンテナの動作原理を説明する図である。

符号の説明

１プリント配線基板、２給電点、３多周波数共用アンテナ、４、５周波数調整用板金、６アンテナエレメント

Claims

複数の周波数帯に共用のアンテナであって、給電点を備えたプリント配線基板と、一端が前記給電点に接続され、所定の寸法内に収まるように屈曲もしくは湾曲させたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントの所定の個所に接続されて当該アンテナで使用する周波数を調整する1つ以上の周波数調整用板金と、を備え、
前記周波数調整用板金の１つは、前記給電点から前記アンテナエレメントの全長の略１／３までの距離の間に取り付けられていることを特徴とする多周波数共用アンテナ。
複数の周波数帯に共用のアンテナであって、給電点を備えたプリント配線基板と、一端が前記給電点に接続され、所定の寸法内に収まるように屈曲もしくは湾曲させたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントの所定の個所に接続されて当該アンテナで使用する周波数を調整する1つ以上の周波数調整用板金と、を備え、
前記周波数調整用板金の１つは、前記給電点から前記アンテナエレメントの全長の略１／３までの距離の間に取り付けられ、前記周波数調整用板金の他の1つは前記給電点と反対側の前記アンテナエレメントの先端に取付けられていることを特徴とする多周波数共用アンテナ。
前記アンテナエレメントは、線状素材、板金、及び誘電体基板上に形成されたプリントパターンの何れかにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多周波数共用アンテナ。
前記アンテナエレメントの一部もしくは全体が、誘電体の内部に埋め込まれるか、もしくは、誘電体の表面に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多周波数共用アンテナ。
前記アンテナエレメントは、前記誘電体の表面に蒸着または接着により形成されることを特徴とする請求項４に記載の多周波数共用アンテナ。