JPWO2009019782A1 - アンテナ装置および携帯無線装置 - Google Patents

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Abstract

小型でデザイン性や操作性を損なうことなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できる携帯無線装置に内蔵したアンテナシステム及び携帯無線装置を提供する。
第１の周波数に共振特性を有するアンテナＡ１と、第２の周波数に共振特性を有しアンテナＡ１と所定の距離を隔てて配設されるアンテナＡ２と、携帯電話機１０内に配置された回路基板Ｐと、回路基板Ｐ上に配置され高周波電力を供給あるいは受信する無線部１６と、回路基板Ｐ上に配置され無線部１６の出力あるいは入力端とアンテナＡ１又またはアンテナＡ２の給電点との接続をアンテナＡ１又またはアンテナＡ２の給電点のうちの一方を切り替え可能に選択して無線部１６に接続する高周波スイッチ１３を備える。

Description

本発明は、アンテナ装置に係り、特に携帯無線装置に設けるアンテナ装置およびこのアンテナ装置を備えた携帯無線装置に関する。
近年、携帯電話機に代表される携帯無線装置は、多機能化が進み、ディジタルテレビジョン放送受信機能やＧＰＳ（Global Positioning System；汎地球測位システム）機能などの電話通信以外の機能を搭載しているもの（以下、「多機能携帯無線装置」とよぶ）が普及している。このような多機能携帯無線装置のうち、ディジタルテレビジョン放送受信機能を搭載したものにあっては、連続した広いディジタルテレビジョン放送周波数帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ：比帯域４８％）に対応した広帯域アンテナシステムが必要になる。また、この他の電話通信以外の様々な通信機能（以下、「アプリケーション」と呼ぶ）を搭載したものには、それぞれのアプリケーションの動作周波数に対応して動作する広帯域なアンテナシステムが必要になる。
ところで、従来の携帯無線装置に搭載されている広帯域なアンテナシステムとしては、アンテナ素子近傍に無給電素子を配置した構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、アンテナ素子近傍にアンテナ素子の地板となるアースに接続した無給電素子を配置する構成のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
これらの上述したアンテナシステムは、アンテナ素子と無給電素子の２つの素子を用いて、２つの素子のそれぞれの共振周波数において高いアンテナ性能を確保できるため、アンテナ素子が１本の場合に比べて広帯域化できるものである。
特開２００５−２０２２８号公報 特開２００４−４０１５４号公報
しかしながら、携帯無線装置内に配置された２つの素子を用いて２つの共振周波数に対応する上記アンテナシステムをディジタルテレビジョン放送受信用として使用する場合には、携帯無線装置の内部に設置されるヒンジ金属、カメラ、バッテリー、基板のパターンなどの金属部品とアンテナ素子とが近接する。このため、アンテナの放射抵抗が下がり、それぞれの素子から得られる周波数帯域幅が狭くなってしまい、ディジタルテレビジョン放送受信に必要な周波数帯域全てにおいて高いアンテナ性能が確保できないという課題があった。また、広帯域化のためアンテナ素子と携帯無線装置の内部に設置される金属部品との距離を大きくすると、装置の大型化を招きデザイン性や操作性が損なわれるという課題もあった。
また、上記アンテナシステムのように、携帯電話内に配置された放射抵抗の低いアンテナでは、１本のアンテナで得られる共振は周波数帯域の狭い１つである。そのため、上記アンテナシステムを、複数のアプリケーション用のアンテナシステムとして用いる場合には、アンテナの素子数以上の多くの種類の周波数帯域での共振を得ることができないため、アンテナの素子数に応じた無線システム数用のアンテナとしてしか使用できないという課題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化が可能でデザイン性や操作性を損なうことがなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できるアンテナ装置および携帯無線装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、第１の周波数に共振特性を有する第１のアンテナ素子と、第２の周波数に共振特性を有し前記第１のアンテナ素子と所定の距離を隔てて配設される第２のアンテナ素子と、高周波電力を供給あるいは受信する無線回路部と、前記無線回路部の出力端あるいは入力端と前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子の給電点とを選択して接続させることにより、前記無線回路部と前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子のいずれか一方との切り替え接続を行う切替手段と、を備え、前記第２のアンテナ素子は、アンテナ有効長さを前記第１のアンテナ素子よりも短く構成し、かつ、前記切替手段が前記無線回路部と前記第２のアンテナ素子の給電点とを接続し前記第２のアンテナから電力を送信あるいは受信する際には前記第１のアンテナ素子が前記第２のアンテナ素子の無給電素子として動作することで前記第２のアンテナ素子の周波数特性が前記第２の周波数近傍と第２の周波数よりも高い第３の周波数に共振特性を有することを特徴とするものである。
この構成により、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応させることができるので広帯域化が可能になると共に、２つのアンテナ素子だけ済むため小型に構成することができ、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子の長さが前記第１の周波数の略１／４波長であり、前記第２のアンテナ素子の長さが前記第２の周波数の略１／４波長である。
この構成により、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応できるので、広帯域化できると共に、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子の長さが、前記第３の周波数の略１／２波長である。
この構成によっても、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応できるので、広帯域化できると共に、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の間隔が、前記第２の周波数の略１／４波長以下である。
この構成により、前記第２のアンテナ素子に給電する場合に前記第１のアンテナ素子にアンテナ電流が励起され易くなるため、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子が、前記第２のアンテナ素子より前記携帯無線装置内の端部側に配設されている。
この構成により、前記第１の周波数の電波は前記第２及び第３の周波数の電波に比べ波長が長いため、特に放射抵抗の低下を軽減する必要がある前記第１の周波数の放射源となる前記第１のアンテナ素子と携帯無線装置内の金属部品からの距離を大きくすることができる。その結果、放射抵抗を高くでき、高いアンテナ性能を確保することができる。
また、本発明のアンテナ装置は、回路基板と、前記回路基板に配置された前記切替手段と前記回路基板のグランドパターンとの間に第１リアクタンス素子を備え、前記第１のアンテナ素子と前記無線回路部が前記切替手段を介して接続された場合に、前記第２のアンテナ素子は、前記切替手段と前記第１リアクタンス素子とを介して前記回路基板のグランドパターンに接続される。
この構成により、前記第１のアンテナ素子に給電する場合に、前記第１のアンテナ素子に前記第２のアンテナ素子が近接し放射抵抗が低下することによるアンテナ性能の劣化を、前記第２のアンテナ素子と前記回路基板のグランドパターンとの間に第１の周波数が第２のアンテナ素子に励起されないようリアクタンス値を適切に選択したリアクタンス素子を挿入することにより、抑制することができる。その結果、放射抵抗を高くでき、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、回路基板と、前記回路基板に配置された前記切替手段と前記回路基板のグランドパターンとの間に第２リアクタンス素子を備え、前記第２のアンテナ素子と前記無線回路部が接続された場合に、前記第の１アンテナ素子は、前記第２リアクタンス素子を介して前記回路基板のグランドパターンに接続される。
この構成により、第２のアンテナ素子に給電する場合に、第２リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、無給電素子として動作する第１のアンテナ素子の共振周波数を変化させることができ、所望の周波数のアンテナ性能を向上させることができる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記無線回路部は、３以上の複数の無線回路部を有するものであって、第１無線回路部と、前記第１無線回路部より高い動作周波数の第２無線回路部と、前記第２無線回路部より高い動作周波数の第３無線回路部と、前記切替手段と前記第１無線回路部との間に前記第１無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第１フィルタと、前記切替手段と前記第２無線回路部との間に前記第２無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第２フィルタと、前記切替手段と前記第３無線回路部との間に前記第３無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第３フィルタと、を備える。
この構成により、アンテナ素子数より多い数の共振を得ることができるので、共振の数以上の複数アプリケーションの動作を可能とすることができるようになり、小型に構成できるためデザイン性や操作性を向上できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子の前記切替手段側の端部と、前記第２のアンテナ素子の前記切替手段側の端部との距離が、前記第２の周波数の１／８波長以内である。
この構成により、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の両方の近傍に前記切替手段を配置することができ、前記切替手段からアンテナ素子の間に高周波信号が流れる線路を長く引き回す必要がなくなる。その結果、線路による高周波信号の劣化を軽減できるため、高いアンテナ性能を得ることができる。
また、本発明の携帯無線装置は、請求項１から９のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えた携帯無線装置である。
この構成により、小型で広帯域なアンテナシステムを搭載した携帯無線装置を提供できる。
本発明によれば、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応させることができるので広帯域化できると共に、２つのアンテナ素子だけ済むため小型に構成することができ、デザイン性や操作性が損なわれることがなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できるアンテナ装置及びこれを備えた携帯無線装置を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機の構成を示す説明図 第１の実施形態に係るアンテナ素子の代表的構成であるメアンダの形状を示す説明図 第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機のＶＳＷＲ特性を示すグラフ 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機の構成を示す説明図 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機のＶＳＷＲ特性を示すグラフ
符号の説明
１、２ アンテナ装置
１０、２０ 携帯電話機（携帯無線装置）
１０Ａ、２０Ａ 筐体
１１、１２ 整合回路
１３ 高周波スイッチ（切替手段）
１４、１５ リアクタンス素子
１６ 無線部（無線回路部）
２５、２６、２７ 無線部（第１〜第３無線回路部）
１７ 制御部
２１ アンテナ共用器
２２、２３、２４ フィルタ（第１〜第３フィルタ）
Ａ１、Ａ２ アンテナ（第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子）
Ｐ 回路基板
α、β、γ、δ、ε 関数曲線（ＶＳＷＲ特性）
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１を備えた携帯無線装置である携帯電話機１０の構成を示す図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１におけるアンテナ素子の代表的形状となるメアンダ状素子の構成を示す図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１及びこのアンテナ装置１を備えた携帯電話機１０のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio；電圧定在波比）特性を示す図である。
アンテナ装置１は、地上デジタル放送や地上デジタル音声放送（周波数が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ程度）を受信可能な機能を備えている。即ち、このアンテナ装置１において、アンテナで地上デジタル放送以外の周波数帯域を利用する場合は、アンテナ素子長を変更することで対応できる。なお、このアンテナ装置１は、本実施形態のような受信専用のみならず、送信用又は送受信用の無線通信システムでの利用も勿論可能であり、同等の効果が期待できる。
図１において、本発明の携帯無線装置を構成する携帯電話機１０の筐体１０Ａ内部には、第１のアンテナ素子を構成するアンテナＡ１と、第２のアンテナ素子を構成するアンテナＡ２と、回路基板Ｐなどが設けられている。
携帯電話機１０には、音声通信機能とディジタルテレビジョン放送受信機能との双方の機能を備えている。なお、この携帯電話機１０の筐体１０Ａは、全長Ｌ３が１４０ｍｍ、全幅Ｌ４が５０ｍｍの樹脂ケースで構成される。
アンテナＡ１は、図２に示すようなメアンダ状の板金で構成されており、携帯電話機１０の上端の筐体１０Ａ、具体的には筐体ケースの内壁に係着されて固定されている。アンテナＡ１の長さＬ１は、７０ｍｍであるが、メアンダ状に構成されているため、電気的な長さ（実質的な電気長）はディジタルテレビジョン放送周波数の下限である４７０ＭＨｚ（ｆ１）での波長の１／４波長に相当する約１６０ｍｍである。この４７０ＭＨｚ（ｆ１）を中心とするおおよそ±８０ＭＨｚが第１周波数帯である。
アンテナＡ１の一方の端部は、図２において、素子を折り曲げることにより形成されるバネ構造になっており、そのバネ部分が回路基板Ｐ上の銅箔の印刷パターン上に電気的に接続されるとともに、後述する整合回路１１に電気的に接続される。
アンテナＡ２も、アンテナＡ１と同様に、メアンダ状の板金１８（図２参照）で構成されており、アンテナＡ１から３ｍｍの間隙（Ｇ１）を隔てた位置の筐体１０Ａ（筐体ケースの内壁）に係着されて固定されている。アンテナＡ２の長さＬ２は、４５ｍｍであるが、メアンダ状に構成されているため、電気的な長さ（実質的な電気長）はディジタルテレビジョン放送周波数の中心周波数である６２０ＭＨｚ（ｆ２）での波長の１／４波長に相当する約１２０ｍｍである。この６２０ＭＨｚ（ｆ２）を中心とするおよそ±８０ＭＨｚが第２周波数帯である。
アンテナＡ２の一方の端部は、アンテナＡ１と同様、素子を折り曲げることにより形成されるバネ構造になっており、そのバネ部分が回路基板Ｐ上の銅箔の印刷パターン上に電気的に接続されるとともに、後述する整合回路１２に電気的に接続される。なお、アンテナＡ２の一方の端部とアンテナＡ１の一方の端部との距離は２ｍｍ程度の間隔（Ｇ２）を隔てて配置される。
回路基板Ｐは、本実施形態の携帯電話機１０の各種機能を実現する回路部品が実装されたプリント基板であり、その略全面に回路の接地電位となるグランドパターン（図示略）が形成されている。この回路基板Ｐには、前述したアンテナＡ１及びアンテナＡ２とそれぞれ接続する整合回路１１及び１２と、高周波スイッチ１３と、第１リアクタンス素子１４と、第２リアクタンス素子１５と、無線部１６と、制御部１７などを実装させている。
整合回路１１は、アンテナＡ１のインピーダンス整合を無線部１６の入力インピーダンス（一般的には７５Ω）に整合する役割を果たしており、回路基板Ｐ上の導体パターンを介して（切替手段を構成する）高周波スイッチ１３に接続される。
整合回路１２は、整合回路１１と同様、アンテナＡ２のインピーダンス整合を無線部１６の入力インピーダンス（一般的には７５Ω）に整合する役割を果たしており、回路基板Ｐ上の導体パターンを介して高周波スイッチ１３に接続される。
高周波スイッチ１３は、回路基板Ｐ上の導体パターンを介して無線回路部を構成する無線部１６と、第１リアクタンス素子１４と、第２リアクタンス素子１５とに接続されており、制御部１７からの制御信号により、整合回路１１と第１リアクタンス素子１４又は無線部１６、整合回路１２と第２リアクタンス素子１５又は無線部１６とを電気的に接続する。
無線部１６は、無線回路部を構成するものであり、アンテナＡ１及びアンテナＡ２で受信した受信信号を復調する。
第１リアクタンス素子１４と第２リアクタンス素子１５は、容量性又は誘導性のチップ部品で構成されており、それぞれ、一方の端部が回路基板Ｐのグランドパターンに接続される。
上述したように、このように構成された本実施形態に係る携帯電話機１０において、高周波スイッチ１３の動作によりアンテナＡ１が整合回路１１を介して無線部１６に接続された場合には、アンテナＡ１が放射素子として動作し、図３に示す関数曲線αのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ１＝４７０MHｚ）を得る。ここで、ＶＳＷＲ値は、低いほどアンテナ性能が高く、一般にＶＳＷＲ＜３であれば良好なアンテナ性能を確保できるものである。
このとき、アンテナＡ２は、整合回路１２と第２リアクタンス素子１５とを介してグランドパターンに電気的に接続される。その際、第２リアクタンス素子１５のリアクタンス値は、アンテナＡ１とアンテナＡ２の近接による電磁結合劣化影響を最小限に抑えるように、あらかじめ適正な値に設定される。しかるにアンテナＡ１は、アンテナＡ２の近接影響を軽減した状態で、共振周波数ｆ１＝４７０MHｚの近傍において高いアンテナ性能を確保できる。
また、高周波スイッチ１３の動作により、アンテナＡ２が整合回路１２を介して無線部１６に接続された場合には、アンテナＡ２が放射素子として動作し、関数曲線βのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ２＝６２０MHｚ）を得る。一方、アンテナＡ１は、放射素子であるアンテナＡ２に近接して配置されているため、アンテナＡ２の無給電素子として動作する。そのため、放射素子と無給電素子とから、関数曲線γのＶＳＷＲ特性を得る。
ここで、一般に、両端が電気的に開放された無給電素子の共振周波数は、アンテナ素子長の約１／２波長に共振するため、本実施形態では９４０MHｚ（ｆ１＝４７０MHz、の２倍）になってしまう。一方、地上デジタル放送の周波数帯は、最大７７０MHｚ（ｆ３）である。このため、ディジタルテレビジョン放送受信機能を付与するためには、無給電素子の共振周波数を下げる必要がある。
そこで、本実施形態では、前述したように、高周波スイッチ１３の動作によりアンテナＡ２が無線部１６に接続された場合、同時にアンテナＡ１は第１リアクタンス回路１４を介してグランドパターンに電気的に接続される。ところが、その際、第１リアクタンス回路１４のリアクタンス値は、（無給電素子として動作する）アンテナＡ１の共振周波数（ｆ３）を７７０MHｚにするよう設定してある。この７７０ＭＨｚ（ｆ３）を中心とするおおよそ±８０ＭＨｚが第３周波数帯である。
しかるに、本実施形態では、アンテナＡ２に給電することで、アンテナＡ２が放射素子、アンテナＡ１が無給電素子として動作し、共振周波数がｆ２＝６２０MHｚとｆ３＝７７０MHｚの２共振アンテナとして作用する。このため、高いアンテナ性能を確保できる周波数帯域幅を、アンテナＡ１を無給電素子として活用することで、広げることができる。
よって、本実施形態では、アンテナＡ１に給電する状態と、アンテナＡ２に給電する状態とを切替えることで、図３に示すように、共振周波数ｆ１＝４７０MHｚからｆ３＝７７０MHｚまで広帯域に渡り、良好なアンテナ性能が得られる条件であるＶＳＷＲ＜３を確保でき、テレビジョン放送周波数帯においても高いアンテナ性能を確保できる。
このように、本実施形態の携帯電話機１０では、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応することができるので、広帯域アンテナシステムを小型に構成できるようになり、デザイン性や操作性が高い。
なお、この本実施形態の場合と、単に２つのアンテナ素子で２つの共振周波数を得て広帯域化する場合とを比較してみると、後者はそれぞれのアンテナ素子の周波数帯域幅を広くするため、アンテナ素子とグランドパターンとの距離を離し放射抵抗を大きくする必要がある。このため、アンテナ素子とグランドパターンとを、前者（本実施形態）に比べて５ｍｍ程度余計に離す必要があり、大型になる。
さらに、周波数が低く波長が長い場合は、周波数が高く波長が短い場合に比べて、放射抵抗を高くするために、グランドパターンや回路基板Ｐ上の金属部品、例えばヒンジ金属、カメラ、バッテリー、基板のパターンなどとの距離を大きくする必要がある。これは、電気的な距離が波長比で決まるためである。このため、本実施形態では、共振周波数の低い（つまり、波長が長い）アンテナＡ１をアンテナＡ２に対し携帯電話機１０の外側に配置することで、広帯域に渡り高いアンテナ性能を確保することができるように構成してある。
さらに、本実施形態では、アンテナＡ１に給電する場合に、アンテナＡ１にアンテナＡ２が近接する電磁結合影響で放射抵抗下がることによるアンテナ性能の劣化を、第１リアクタンス素子１４により調整している。つまり、これは、リアクタンス値を適切に選択した第１リアクタンス素子１４を、アンテナＡ２と回路基板Ｐのグランドパターンとの間に挿入することにより、アンテナＡ１が放射源となる周波数がアンテナＡ２に励起されないようになっており、これによって放射抵抗を高くでき、高いアンテナ性能を確保できる。
さらに、本実施形態では、アンテナＡ２に給電する場合に、第２リアクタンス素子１５のリアクタンス値を変化させることにより、無給電素子として動作するアンテナＡ１の共振周波数を変化させることができ、所望の周波数のアンテナ性能を向上させることができる。
なお、本実施形態では、アンテナ（Ａ１、Ａ２）をメアンダ状素子としたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。特に、動作周波数が異なるアンテナシステムに応用する場合には、共振が得られればモノポールアンテナなどであっても同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、アンテナＡ２の一方の端部とアンテナＡ１の一方の端部との距離（Ｇ２）は２ｍｍ程度としたが、これに限るものではない。例えば、この距離（Ｇ２）が２ｍｍより大きい場合には、高周波スイッチ１３とアンテナＡ１及びアンテナＡ２の少なくとも一方との距離が離れてしまい、伝送線路の通過損失分の性能が劣化して若干効果を損なうものの、同様の効果が得られる。
また、アンテナＡ１とアンテナＡ２は間隙（Ｇ１）３ｍｍを隔てて配置したがこれに限るものではない。例えば、間隙（Ｇ１）はアンテナＡ２の動作周波数の１／４波長以下であれば、無給電素子として動作するアンテナＡ１にアンテナ電流を励起でき、効果に差はあるが同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、携帯無線装置として通信機能を有する携帯電話機１０としたがこれに限るものではなく、放送受信専用端末などの携帯無線装置であれば、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、テレビジョン放送受信用アンテナとしたがこれに限るものではなく、送受信無線通信システムにおいても同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２を備えた携帯無線装置である携帯電話機２０の構成を示す図である。また、図５は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置２のＶＳＷＲ特性を示す図である。
本実施形態に係る携帯電話機２０は、第１の実施形態で説明した携帯電話機１０と略同様の構成であるが、第１の実施形態の携帯電話機１０との違いは、周波数帯の異なる無線部を２以上の複数、つまり第１回路無線部、第２回路無線部、第３回路無線部を構成する３つの無線部（２５、２６、２７）有している点と、各無線部（２５、２６、２７）がアンテナ共用器２１を介して高周波スイッチ１３に接続されている点である。
無線部２５は、動作周波数が８３０MHｚ〜９６０MHｚの通信用に対応しており、無線部２６は、動作周波数が１５７５MHｚ近傍のＧＰＳ受信用に対応しており、無線部２７は、動作周波数が１９２０〜２１７０MHｚの通信用に対応している。
本実施形態のアンテナＡ１は、長さが９００MHｚのときの波長の１／４波長に相当する約８ｃｍの直線状の板金で構成されている。
一方、本実施形態のアンテナＡ２も、長さが１５７５MHｚのときの波長の１／４波長に相当する約５ｃｍの直線状の板金で構成されている。
アンテナ共用器２１の内部には、無線部（第１無線回路部を構成する）２５の動作周波数を通過させその他の周波数帯を減衰させるフィルタ（第１フィルタを構成する）２２と、無線部（第２無線回路部を構成する）２６の動作周波数を通過させその他の周波数帯を減衰させるフィルタ（第２フィルタを構成する）２３と、無線部（第３無線回路部を構成する）２７の動作周波数を通過させその他の周波数帯を減衰させるフィルタ（第３フィルタを構成する）２４とがそれぞれ高周波スイッチ１３に接続され配置されている。
フィルタ２２は、無線部２５に回路基板Ｐ上の印刷パターンを介して電気的に接続される。一方、フィルタ２３は、無線部２６に回路基板Ｐ上の印刷パターンを介して電気的に接続される。また、フィルタ２４は、無線部２７に回路基板Ｐ上の印刷パターンを介して電気的に接続される。
上記ように構成された携帯電話機２０において、制御部１７により無線部２５を動作させる。つまり、制御部１７の制御により高周波スイッチ１３が作動し、整合回路１１とアンテナ共用器２１を介して、アンテナＡ１と無線部２５とを電気的に接続する。
これにより、アンテナＡ１が放射素子として動作し、図５に示す関数曲線δのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ１＝９００MHｚ）を得る。このとき、アンテナＡ２は、整合回路１２と第２リアクタンス素子１５とを介して、グランドパターンに電気的に接続される。その際、第２リアクタンス素子１５のリアクタンス値は、アンテナＡ１とアンテナＡ２の近接による電磁結合劣化影響を最小限に抑えるように、あらかじめ設定されている。しかるに、アンテナＡ１は、アンテナＡ２の近接影響を軽減した状態で、共振周波数ｆ１＝９００MHｚの近傍において高いアンテナ性能を確保できる。
また、制御部１７により無線部２６を動作させた場合には、制御部１７の制御により、高周波スイッチ１３が、整合回路１２とアンテナ共用器２１を介して、アンテナＡ２と無線部２６とを電気的に接続する。
これにより、アンテナＡ２が放射素子として動作し、図５に示す関数曲線εのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ２＝１５７５MHｚ）を得る。また、アンテナＡ１は、放射素子であるアンテナＡ２に近接して配置されているため、アンテナＡ２の無給電素子として動作する。そのため、放射素子と無給電素子から、関数曲線εのＶＳＷＲ特性を得る。
ここで、第１の実施形態でも説明したように、両端が電気的に開放された無給電素子の共振周波数は、一般に、アンテナ素子長の約１／２波長に共振する。このため、本実施形態では、ｆ３＝１８００MHｚ（ｆ１＝９００MHz、の２倍）になってしまう。しかしながら、無線部２７での動作周波数は、１９２０MHｚから２１７０MHｚであるため、無給電素子の共振周波数を上げる必要がある。
そこで、本実施形態では、高周波スイッチ１３の動作によりアンテナＡ２がアンテナ共用器２１に接続された場合には、同時にアンテナＡ１は第１リアクタンス回路１４を介してグランドパターンに電気的に接続される。その際、第１リアクタンス回路１４のリアクタンス値は、無給電素子として動作するアンテナＡ１の共振周波数ｆ３を２０００MHｚにするよう設定している。
このように周波数を高くするような調整の場合、リアクタンス値は容量性である。しかるに、アンテナＡ２に給電することで、アンテナＡ２が放射素子、アンテナＡ１が無給電素子として動作し、共振周波数がｆ２＝１５７５MHｚとｆ３＝２０００MHｚの２共振アンテナとして作用する。
このため、本実施形態では、高いアンテナ性能を確保できる周波数帯域幅を、アンテナＡ１を無給電素子として活用することで広げることができる。よって、アンテナＡ１に給電した状態と、アンテナＡ２に給電した状態とを切替え操作することで、図５に示すように、無線部２５、無線部２６、無線部２７のそれぞれの動作周波数において、ＶＳＷＲ＜３を確保でき、高いアンテナ性能を確保できるわけである。
このように、本実施形態の携帯電話機２０では、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応することができ、複数の無線アプリケーションに対応したアンテナシステムを小型に構成できるようになり、デザイン性や操作性が高いものが実現できる。
さらに、無線部２６と無線部２７はアンテナ共用器２１を介してアンテナＡ２に接続されるため、同時に動作することが可能となり、使用者の利便性を向上することができる。
さらに、例えば、無線部２５、無線部２６、無線部２７のそれぞれに求められるアンテナ性能が異なる場合には、アンテナＡ１とアンテナＡ２の間隔（Ｇ１）を調整することで、アンテナ性能を調整できる。即ち、最も動作周波数の高い無線部２７のアンテナ性能を高くしたい場合には、無給電素子として動作するアンテナＡ１にアンテナ電流を多く励起するように、間隔（Ｇ１）を小さくすればよい。
なお、本実施形態では、アンテナ（Ａ１、Ａ２）を直線状素子としたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナやメアンダアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、アンテナＡ２の一方の端部とアンテナＡ１の一方の端部との距離（Ｇ２）は２ｍｍ程度としたが、これに限るものではない。例えば、その距離（Ｇ２）が２ｍｍより大きい場合には、高周波スイッチ１３とアンテナＡ１及びアンテナＡ２の少なくとも一方との距離が離れてしまい、伝送線路の通過損失分の性能が劣化して若干効果を損なうものの、同様の効果が得られる。
また、アンテナＡ１とアンテナＡ２は間隙（Ｇ１）が３ｍｍを隔てて配置したが、これに限るものではない。要は、この間隙（Ｇ１）がアンテナＡ２の動作周波数での１／４波長以下であれば、無給電素子として動作するアンテナ１にアンテナ電流を励起でき、効果に差はあるが同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態でも、通信機能を有する携帯電話機２０としたが、特にこれに限るものではなく、放送受信専用端末などの携帯無線装置であれば同様の効果を得ることができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本発明のアンテナ装置は、小型化が実現可能でデザイン性や操作性を損なうことなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できるといった効果を有し、テレビジョン放送の受信や無線通信が可能な携帯無線装置への適用が可能である。
本発明は、アンテナ装置に係り、特に携帯無線装置に設けるアンテナ装置およびこのアンテナ装置を備えた携帯無線装置に関する。
近年、携帯電話機に代表される携帯無線装置は、多機能化が進み、ディジタルテレビジョン放送受信機能やＧＰＳ（Global Positioning System；汎地球測位システム）機能などの電話通信以外の機能を搭載しているもの（以下、「多機能携帯無線装置」とよぶ）が普及している。このような多機能携帯無線装置のうち、ディジタルテレビジョン放送受信機能を搭載したものにあっては、連続した広いディジタルテレビジョン放送周波数帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ：比帯域４８％）に対応した広帯域アンテナシステムが必要になる。また、この他の電話通信以外の様々な通信機能（以下、「アプリケーション」と呼ぶ）を搭載したものには、それぞれのアプリケーションの動作周波数に対応して動作する広帯域なアンテナシステムが必要になる。
ところで、従来の携帯無線装置に搭載されている広帯域なアンテナシステムとしては、アンテナ素子近傍に無給電素子を配置した構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、アンテナ素子近傍にアンテナ素子の地板となるアースに接続した無給電素子を配置する構成のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
これらの上述したアンテナシステムは、アンテナ素子と無給電素子の２つの素子を用いて、２つの素子のそれぞれの共振周波数において高いアンテナ性能を確保できるため、アンテナ素子が１本の場合に比べて広帯域化できるものである。
特開２００５−２０２２８号公報 特開２００４−４０１５４号公報
しかしながら、携帯無線装置内に配置された２つの素子を用いて２つの共振周波数に対応する上記アンテナシステムをディジタルテレビジョン放送受信用として使用する場合には、携帯無線装置の内部に設置されるヒンジ金属、カメラ、バッテリー、基板のパターンなどの金属部品とアンテナ素子とが近接する。このため、アンテナの放射抵抗が下がり、それぞれの素子から得られる周波数帯域幅が狭くなってしまい、ディジタルテレビジョン放送受信に必要な周波数帯域全てにおいて高いアンテナ性能が確保できないという課題があった。また、広帯域化のためアンテナ素子と携帯無線装置の内部に設置される金属部品との距離を大きくすると、装置の大型化を招きデザイン性や操作性が損なわれるという課題もあった。
また、上記アンテナシステムのように、携帯電話内に配置された放射抵抗の低いアンテナでは、１本のアンテナで得られる共振は周波数帯域の狭い１つである。そのため、上記アンテナシステムを、複数のアプリケーション用のアンテナシステムとして用いる場合には、アンテナの素子数以上の多くの種類の周波数帯域での共振を得ることができないため、アンテナの素子数に応じた無線システム数用のアンテナとしてしか使用できないという課題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化が可能でデザイン性や操作性を損なうことがなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できるアンテナ装置および携帯無線装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、第１の周波数に共振特性を有する第１のアンテナ素子と、第２の周波数に共振特性を有し前記第１のアンテナ素子と所定の距離を隔てて配設される第２のアンテナ素子と、高周波電力を供給あるいは受信する無線回路部と、前記無線回路部の出力端あるいは入力端と前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子の給電点とを選択して接続させることにより、前記無線回路部と前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子のいずれか一方との切り替え接続を行う切替手段と、を備え、前記第２のアンテナ素子は、アンテナ有効長さを前記第１のアンテナ素子よりも短く構成し、かつ、前記切替手段が前記無線回路部と前記第２のアンテナ素子の給電点とを接続し前記第２のアンテナから電力を送信あるいは受信する際には前記第１のアンテナ素子が前記第２のアンテナ素子の無給電素子として動作することで前記第２のアンテナ素子の周波数特性が前記第２の周波数近傍と第２の周波数よりも高い第３の周波数に共振特性を有することを特徴とするものである。
この構成により、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応させることができるので広帯域化が可能になると共に、２つのアンテナ素子だけ済むため小型に構成することができ、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子の長さが前記第１の周波数の略１／４波長であり、前記第２のアンテナ素子の長さが前記第２の周波数の略１／４波長である。
この構成により、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応できるので、広帯域化できると共に、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子の長さが、前記第３の周波数の略１／２波長である。
この構成によっても、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応できるので、広帯域化できると共に、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の間隔が、前記第２の周波数の略１／４波長以下である。
この構成により、前記第２のアンテナ素子に給電する場合に前記第１のアンテナ素子にアンテナ電流が励起され易くなるため、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子が、前記第２のアンテナ素子より前記携帯無線装置内の端部側に配設されている。
この構成により、前記第１の周波数の電波は前記第２及び第３の周波数の電波に比べ波長が長いため、特に放射抵抗の低下を軽減する必要がある前記第１の周波数の放射源となる前記第１のアンテナ素子と携帯無線装置内の金属部品からの距離を大きくすることができる。その結果、放射抵抗を高くでき、高いアンテナ性能を確保することができる。
また、本発明のアンテナ装置は、回路基板と、前記回路基板に配置された前記切替手段と前記回路基板のグランドパターンとの間に第１リアクタンス素子を備え、前記第１のアンテナ素子と前記無線回路部が前記切替手段を介して接続された場合に、前記第２のアンテナ素子は、前記切替手段と前記第１リアクタンス素子とを介して前記回路基板のグランドパターンに接続される。
この構成により、前記第１のアンテナ素子に給電する場合に、前記第１のアンテナ素子に前記第２のアンテナ素子が近接し放射抵抗が低下することによるアンテナ性能の劣化を、前記第２のアンテナ素子と前記回路基板のグランドパターンとの間に第１の周波数が第２のアンテナ素子に励起されないようリアクタンス値を適切に選択したリアクタンス素子を挿入することにより、抑制することができる。その結果、放射抵抗を高くでき、高いアンテナ性能を確保できる。
また、本発明のアンテナ装置は、回路基板と、前記回路基板に配置された前記切替手段と前記回路基板のグランドパターンとの間に第２リアクタンス素子を備え、前記第２のアンテナ素子と前記無線回路部が接続された場合に、前記第の１アンテナ素子は、前記第２リアクタンス素子を介して前記回路基板のグランドパターンに接続される。
この構成により、第２のアンテナ素子に給電する場合に、第２リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、無給電素子として動作する第１のアンテナ素子の共振周波数を変化させることができ、所望の周波数のアンテナ性能を向上させることができる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記無線回路部は、３以上の複数の無線回路部を有するものであって、第１無線回路部と、前記第１無線回路部より高い動作周波数の第２無線回路部と、前記第２無線回路部より高い動作周波数の第３無線回路部と、前記切替手段と前記第１無線回路部との間に前記第１無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第１フィルタと、前記切替手段と前記第２無線回路部との間に前記第２無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第２フィルタと、前記切替手段と前記第３無線回路部との間に前記第３無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第３フィルタと、を備える。
この構成により、アンテナ素子数より多い数の共振を得ることができるので、共振の数以上の複数アプリケーションの動作を可能とすることができるようになり、小型に構成できるためデザイン性や操作性を向上できる。
また、本発明のアンテナ装置は、前記第１のアンテナ素子の前記切替手段側の端部と、前記第２のアンテナ素子の前記切替手段側の端部との距離が、前記第２の周波数の１／８波長以内である。
この構成により、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の両方の近傍に前記切替手段を配置することができ、前記切替手段からアンテナ素子の間に高周波信号が流れる線路を長く引き回す必要がなくなる。その結果、線路による高周波信号の劣化を軽減できるため、高いアンテナ性能を得ることができる。
また、本発明の携帯無線装置は、請求項１から９のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えた携帯無線装置である。
この構成により、小型で広帯域なアンテナシステムを搭載した携帯無線装置を提供できる。
本発明によれば、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応させることができるので広帯域化できると共に、２つのアンテナ素子だけ済むため小型に構成することができ、デザイン性や操作性が損なわれることがなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できるアンテナ装置及びこれを備えた携帯無線装置を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機の構成を示す説明図 第１の実施形態に係るアンテナ素子の代表的構成であるメアンダの形状を示す説明図 第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機のＶＳＷＲ特性を示すグラフ 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機の構成を示す説明図 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を備えた携帯電話機のＶＳＷＲ特性を示すグラフ
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１を備えた携帯無線装置である携帯電話機１０の構成を示す図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１におけるアンテナ素子の代表的形状となるメアンダ状素子の構成を示す図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１及びこのアンテナ装置１を備えた携帯電話機１０のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio；電圧定在波比）特性を示す図である。
アンテナ装置１は、地上デジタル放送や地上デジタル音声放送（周波数が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ程度）を受信可能な機能を備えている。即ち、このアンテナ装置１において、アンテナで地上デジタル放送以外の周波数帯域を利用する場合は、アンテナ素子長を変更することで対応できる。なお、このアンテナ装置１は、本実施形態のような受信専用のみならず、送信用又は送受信用の無線通信システムでの利用も勿論可能であり、同等の効果が期待できる。
図１において、本発明の携帯無線装置を構成する携帯電話機１０の筐体１０Ａ内部には、第１のアンテナ素子を構成するアンテナＡ１と、第２のアンテナ素子を構成するアンテナＡ２と、回路基板Ｐなどが設けられている。
携帯電話機１０には、音声通信機能とディジタルテレビジョン放送受信機能との双方の機能を備えている。なお、この携帯電話機１０の筐体１０Ａは、全長Ｌ３が１４０ｍｍ、全幅Ｌ４が５０ｍｍの樹脂ケースで構成される。
アンテナＡ１は、図２に示すようなメアンダ状の板金で構成されており、携帯電話機１０の上端の筐体１０Ａ、具体的には筐体ケースの内壁に係着されて固定されている。アンテナＡ１の長さＬ１は、７０ｍｍであるが、メアンダ状に構成されているため、電気的な長さ（実質的な電気長）はディジタルテレビジョン放送周波数の下限である４７０ＭＨｚ（ｆ１）での波長の１／４波長に相当する約１６０ｍｍである。この４７０ＭＨｚ（ｆ１）を中心とするおおよそ±８０ＭＨｚが第１周波数帯である。
アンテナＡ１の一方の端部は、図２において、素子を折り曲げることにより形成されるバネ構造になっており、そのバネ部分が回路基板Ｐ上の銅箔の印刷パターン上に電気的に接続されるとともに、後述する整合回路１１に電気的に接続される。
アンテナＡ２も、アンテナＡ１と同様に、メアンダ状の板金１８（図２参照）で構成されており、アンテナＡ１から３ｍｍの間隙（Ｇ１）を隔てた位置の筐体１０Ａ（筐体ケースの内壁）に係着されて固定されている。アンテナＡ２の長さＬ２は、４５ｍｍであるが、メアンダ状に構成されているため、電気的な長さ（実質的な電気長）はディジタルテレビジョン放送周波数の中心周波数である６２０ＭＨｚ（ｆ２）での波長の１／４波長に相当する約１２０ｍｍである。この６２０ＭＨｚ（ｆ２）を中心とするおよそ±８０ＭＨｚが第２周波数帯である。
アンテナＡ２の一方の端部は、アンテナＡ１と同様、素子を折り曲げることにより形成されるバネ構造になっており、そのバネ部分が回路基板Ｐ上の銅箔の印刷パターン上に電気的に接続されるとともに、後述する整合回路１２に電気的に接続される。なお、アンテナＡ２の一方の端部とアンテナＡ１の一方の端部との距離は２ｍｍ程度の間隔（Ｇ２）を隔てて配置される。
回路基板Ｐは、本実施形態の携帯電話機１０の各種機能を実現する回路部品が実装されたプリント基板であり、その略全面に回路の接地電位となるグランドパターン（図示略）が形成されている。この回路基板Ｐには、前述したアンテナＡ１及びアンテナＡ２とそれぞれ接続する整合回路１１及び１２と、高周波スイッチ１３と、第１リアクタンス素子１４と、第２リアクタンス素子１５と、無線部１６と、制御部１７などを実装させている。
整合回路１１は、アンテナＡ１のインピーダンス整合を無線部１６の入力インピーダンス（一般的には７５Ω）に整合する役割を果たしており、回路基板Ｐ上の導体パターンを介して（切替手段を構成する）高周波スイッチ１３に接続される。
整合回路１２は、整合回路１１と同様、アンテナＡ２のインピーダンス整合を無線部１６の入力インピーダンス（一般的には７５Ω）に整合する役割を果たしており、回路基板Ｐ上の導体パターンを介して高周波スイッチ１３に接続される。
高周波スイッチ１３は、回路基板Ｐ上の導体パターンを介して無線回路部を構成する無線部１６と、第１リアクタンス素子１４と、第２リアクタンス素子１５とに接続されており、制御部１７からの制御信号により、整合回路１１と第１リアクタンス素子１４又は無線部１６、整合回路１２と第２リアクタンス素子１５又は無線部１６とを電気的に接続する。
無線部１６は、無線回路部を構成するものであり、アンテナＡ１及びアンテナＡ２で受信した受信信号を復調する。
第１リアクタンス素子１４と第２リアクタンス素子１５は、容量性又は誘導性のチップ部品で構成されており、それぞれ、一方の端部が回路基板Ｐのグランドパターンに接続される。
上述したように、このように構成された本実施形態に係る携帯電話機１０において、高周波スイッチ１３の動作によりアンテナＡ１が整合回路１１を介して無線部１６に接続された場合には、アンテナＡ１が放射素子として動作し、図３に示す関数曲線αのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ１＝４７０MHｚ）を得る。ここで、ＶＳＷＲ値は、低いほどアンテナ性能が高く、一般にＶＳＷＲ＜３であれば良好なアンテナ性能を確保できるものである。
このとき、アンテナＡ２は、整合回路１２と第２リアクタンス素子１５とを介してグランドパターンに電気的に接続される。その際、第２リアクタンス素子１５のリアクタンス値は、アンテナＡ１とアンテナＡ２の近接による電磁結合劣化影響を最小限に抑えるように、あらかじめ適正な値に設定される。しかるにアンテナＡ１は、アンテナＡ２の近接影響を軽減した状態で、共振周波数ｆ１＝４７０MHｚの近傍において高いアンテナ性能を確保できる。
また、高周波スイッチ１３の動作により、アンテナＡ２が整合回路１２を介して無線部１６に接続された場合には、アンテナＡ２が放射素子として動作し、関数曲線βのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ２＝６２０MHｚ）を得る。一方、アンテナＡ１は、放射素子であるアンテナＡ２に近接して配置されているため、アンテナＡ２の無給電素子として動作する。そのため、放射素子と無給電素子とから、関数曲線γのＶＳＷＲ特性を得る。
ここで、一般に、両端が電気的に開放された無給電素子の共振周波数は、アンテナ素子長の約１／２波長に共振するため、本実施形態では９４０MHｚ（ｆ１＝４７０MHz、の２倍）になってしまう。一方、地上デジタル放送の周波数帯は、最大７７０MHｚ（ｆ３）である。このため、ディジタルテレビジョン放送受信機能を付与するためには、無給電素子の共振周波数を下げる必要がある。
そこで、本実施形態では、前述したように、高周波スイッチ１３の動作によりアンテナＡ２が無線部１６に接続された場合、同時にアンテナＡ１は第１リアクタンス素子１４を介してグランドパターンに電気的に接続される。ところが、その際、第１リアクタンス素子１４のリアクタンス値は、（無給電素子として動作する）アンテナＡ１の共振周波数（ｆ３）を７７０MHｚにするよう設定してある。この７７０ＭＨｚ（ｆ３）を中心とするおおよそ±８０ＭＨｚが第３周波数帯である。
しかるに、本実施形態では、アンテナＡ２に給電することで、アンテナＡ２が放射素子、アンテナＡ１が無給電素子として動作し、共振周波数がｆ２＝６２０MHｚとｆ３＝７７０MHｚの２共振アンテナとして作用する。このため、高いアンテナ性能を確保できる周波数帯域幅を、アンテナＡ１を無給電素子として活用することで、広げることができる。
よって、本実施形態では、アンテナＡ１に給電する状態と、アンテナＡ２に給電する状態とを切替えることで、図３に示すように、共振周波数ｆ１＝４７０MHｚからｆ３＝７７０MHｚまで広帯域に渡り、良好なアンテナ性能が得られる条件であるＶＳＷＲ＜３を確保でき、テレビジョン放送周波数帯においても高いアンテナ性能を確保できる。
このように、本実施形態の携帯電話機１０では、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応することができるので、広帯域アンテナシステムを小型に構成できるようになり、デザイン性や操作性が高い。
なお、この本実施形態の場合と、単に２つのアンテナ素子で２つの共振周波数を得て広帯域化する場合とを比較してみると、後者はそれぞれのアンテナ素子の周波数帯域幅を広くするため、アンテナ素子とグランドパターンとの距離を離し放射抵抗を大きくする必要がある。このため、アンテナ素子とグランドパターンとを、前者（本実施形態）に比べて５ｍｍ程度余計に離す必要があり、大型になる。
さらに、周波数が低く波長が長い場合は、周波数が高く波長が短い場合に比べて、放射抵抗を高くするために、グランドパターンや回路基板Ｐ上の金属部品、例えばヒンジ金属、カメラ、バッテリー、基板のパターンなどとの距離を大きくする必要がある。これは、電気的な距離が波長比で決まるためである。このため、本実施形態では、共振周波数の低い（つまり、波長が長い）アンテナＡ１をアンテナＡ２に対し携帯電話機１０の外側に配置することで、広帯域に渡り高いアンテナ性能を確保することができるように構成してある。
さらに、本実施形態では、アンテナＡ１に給電する場合に、アンテナＡ１にアンテナＡ２が近接する電磁結合影響で放射抵抗が下がることによるアンテナ性能の劣化を、第１リアクタンス素子１４により調整している。つまり、これは、リアクタンス値を適切に選択した第１リアクタンス素子１４を、アンテナＡ２と回路基板Ｐのグランドパターンとの間に挿入することにより、アンテナＡ１が放射源となる周波数がアンテナＡ２に励起されないようになっており、これによって放射抵抗を高くでき、高いアンテナ性能を確保できる。
さらに、本実施形態では、アンテナＡ２に給電する場合に、第２リアクタンス素子１５のリアクタンス値を変化させることにより、無給電素子として動作するアンテナＡ１の共振周波数を変化させることができ、所望の周波数のアンテナ性能を向上させることができる。
なお、本実施形態では、アンテナ（Ａ１、Ａ２）をメアンダ状素子としたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。特に、動作周波数が異なるアンテナシステムに応用する場合には、共振が得られればモノポールアンテナなどであっても同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、アンテナＡ２の一方の端部とアンテナＡ１の一方の端部との距離（Ｇ２）は２ｍｍ程度としたが、これに限るものではない。例えば、この距離（Ｇ２）が２ｍｍより大きい場合には、高周波スイッチ１３とアンテナＡ１及びアンテナＡ２の少なくとも一方との距離が離れてしまい、伝送線路の通過損失分の性能が劣化して若干効果を損なうものの、同様の効果が得られる。
また、アンテナＡ１とアンテナＡ２は間隙（Ｇ１）３ｍｍを隔てて配置したがこれに限るものではない。例えば、間隙（Ｇ１）はアンテナＡ２の動作周波数の１／４波長以下であれば、無給電素子として動作するアンテナＡ１にアンテナ電流を励起でき、効果に差はあるが同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、携帯無線装置として通信機能を有する携帯電話機１０としたがこれに限るものではなく、放送受信専用端末などの携帯無線装置であれば、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、テレビジョン放送受信用アンテナとしたがこれに限るものではなく、送受信無線通信システムにおいても同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図４は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２を備えた携帯無線装置である携帯電話機２０の構成を示す図である。また、図５は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置２のＶＳＷＲ特性を示す図である。
本実施形態に係る携帯電話機２０は、第１の実施形態で説明した携帯電話機１０と略同様の構成であるが、第１の実施形態の携帯電話機１０との違いは、周波数帯の異なる無線部を２以上の複数、つまり第１回路無線部、第２回路無線部、第３回路無線部を構成する３つの無線部（２５、２６、２７）有している点と、各無線部（２５、２６、２７）がアンテナ共用器２１を介して高周波スイッチ１３に接続されている点である。
無線部２５は、動作周波数が８３０MHｚ〜９６０MHｚの通信用に対応しており、無線部２６は、動作周波数が１５７５MHｚ近傍のＧＰＳ受信用に対応しており、無線部２７は、動作周波数が１９２０〜２１７０MHｚの通信用に対応している。
本実施形態のアンテナＡ１は、長さが９００MHｚのときの波長の１／４波長に相当する約８ｃｍの直線状の板金で構成されている。
一方、本実施形態のアンテナＡ２も、長さが１５７５MHｚのときの波長の１／４波長に相当する約５ｃｍの直線状の板金で構成されている。
アンテナ共用器２１の内部には、無線部（第１無線回路部を構成する）２５の動作周波数を通過させその他の周波数帯を減衰させるフィルタ（第１フィルタを構成する）２２と、無線部（第２無線回路部を構成する）２６の動作周波数を通過させその他の周波数帯を減衰させるフィルタ（第２フィルタを構成する）２３と、無線部（第３無線回路部を構成する）２７の動作周波数を通過させその他の周波数帯を減衰させるフィルタ（第３フィルタを構成する）２４とがそれぞれ高周波スイッチ１３に接続され配置されている。
フィルタ２２は、無線部２５に回路基板Ｐ上の印刷パターンを介して電気的に接続される。一方、フィルタ２３は、無線部２６に回路基板Ｐ上の印刷パターンを介して電気的に接続される。また、フィルタ２４は、無線部２７に回路基板Ｐ上の印刷パターンを介して電気的に接続される。
上記ように構成された携帯電話機２０において、制御部１７により無線部２５を動作させる。つまり、制御部１７の制御により高周波スイッチ１３が作動し、整合回路１１とアンテナ共用器２１を介して、アンテナＡ１と無線部２５とを電気的に接続する。
これにより、アンテナＡ１が放射素子として動作し、図５に示す関数曲線δのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ１＝９００MHｚ）を得る。このとき、アンテナＡ２は、整合回路１２と第２リアクタンス素子１５とを介して、グランドパターンに電気的に接続される。その際、第２リアクタンス素子１５のリアクタンス値は、アンテナＡ１とアンテナＡ２の近接による電磁結合劣化影響を最小限に抑えるように、あらかじめ設定されている。しかるに、アンテナＡ１は、アンテナＡ２の近接影響を軽減した状態で、共振周波数ｆ１＝９００MHｚの近傍において高いアンテナ性能を確保できる。
また、制御部１７により無線部２６を動作させた場合には、制御部１７の制御により、高周波スイッチ１３が、整合回路１２とアンテナ共用器２１を介して、アンテナＡ２と無線部２６とを電気的に接続する。
これにより、アンテナＡ２が放射素子として動作し、図５に示す関数曲線εのＶＳＷＲ特性（共振周波数ｆ２＝１５７５MHｚ）を得る。また、アンテナＡ１は、放射素子であるアンテナＡ２に近接して配置されているため、アンテナＡ２の無給電素子として動作する。そのため、放射素子と無給電素子から、関数曲線εのＶＳＷＲ特性を得る。
ここで、第１の実施形態でも説明したように、両端が電気的に開放された無給電素子の共振周波数は、一般に、アンテナ素子長の約１／２波長に共振する。このため、本実施形態では、ｆ３＝１８００MHｚ（ｆ１＝９００MHz、の２倍）になってしまう。しかしながら、無線部２７での動作周波数は、１９２０MHｚから２１７０MHｚであるため、無給電素子の共振周波数を上げる必要がある。
そこで、本実施形態では、高周波スイッチ１３の動作によりアンテナＡ２がアンテナ共用器２１に接続された場合には、同時にアンテナＡ１は第１リアクタンス素子１４を介してグランドパターンに電気的に接続される。その際、第１リアクタンス素子１４のリアクタンス値は、無給電素子として動作するアンテナＡ１の共振周波数ｆ３を２０００MHｚにするよう設定している。
このように周波数を高くするような調整の場合、リアクタンス値は容量性である。しかるに、アンテナＡ２に給電することで、アンテナＡ２が放射素子、アンテナＡ１が無給電素子として動作し、共振周波数がｆ２＝１５７５MHｚとｆ３＝２０００MHｚの２共振アンテナとして作用する。
このため、本実施形態では、高いアンテナ性能を確保できる周波数帯域幅を、アンテナＡ１を無給電素子として活用することで広げることができる。よって、アンテナＡ１に給電した状態と、アンテナＡ２に給電した状態とを切替え操作することで、図５に示すように、無線部２５、無線部２６、無線部２７のそれぞれの動作周波数において、ＶＳＷＲ＜３を確保でき、高いアンテナ性能を確保できるわけである。
このように、本実施形態の携帯電話機２０では、２つのアンテナ素子を用いて３つの周波数帯に対応することができ、複数の無線アプリケーションに対応したアンテナシステムを小型に構成できるようになり、デザイン性や操作性が高いものが実現できる。
さらに、無線部２６と無線部２７はアンテナ共用器２１を介してアンテナＡ２に接続されるため、同時に動作することが可能となり、使用者の利便性を向上することができる。
さらに、例えば、無線部２５、無線部２６、無線部２７のそれぞれに求められるアンテナ性能が異なる場合には、アンテナＡ１とアンテナＡ２の間隔（Ｇ１）を調整することで、アンテナ性能を調整できる。即ち、最も動作周波数の高い無線部２７のアンテナ性能を高くしたい場合には、無給電素子として動作するアンテナＡ１にアンテナ電流を多く励起するように、間隔（Ｇ１）を小さくすればよい。
なお、本実施形態では、アンテナ（Ａ１、Ａ２）を直線状素子としたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナやメアンダアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、アンテナＡ２の一方の端部とアンテナＡ１の一方の端部との距離（Ｇ２）は２ｍｍ程度としたが、これに限るものではない。例えば、その距離（Ｇ２）が２ｍｍより大きい場合には、高周波スイッチ１３とアンテナＡ１及びアンテナＡ２の少なくとも一方との距離が離れてしまい、伝送線路の通過損失分の性能が劣化して若干効果を損なうものの、同様の効果が得られる。
また、アンテナＡ１とアンテナＡ２は間隙（Ｇ１）が３ｍｍを隔てて配置したが、これに限るものではない。要は、この間隙（Ｇ１）がアンテナＡ２の動作周波数での１／４波長以下であれば、無給電素子として動作するアンテナ１にアンテナ電流を励起でき、効果に差はあるが同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態でも、通信機能を有する携帯電話機２０としたが、特にこれに限るものではなく、放送受信専用端末などの携帯無線装置であれば同様の効果を得ることができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本発明のアンテナ装置は、小型化が実現可能でデザイン性や操作性を損なうことなく、広い周波数帯域において高いアンテナ性能を確保できるといった効果を有し、テレビジョン放送の受信や無線通信が可能な携帯無線装置への適用が可能である。
１、２ アンテナ装置
１０、２０ 携帯電話機（携帯無線装置）
１０Ａ、２０Ａ 筐体
１１、１２ 整合回路
１３ 高周波スイッチ（切替手段）
１４、１５ リアクタンス素子
１６ 無線部（無線回路部）
２５、２６、２７ 無線部（第１〜第３無線回路部）
１７ 制御部
２１ アンテナ共用器
２２、２３、２４ フィルタ（第１〜第３フィルタ）
Ａ１、Ａ２ アンテナ（第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子）
Ｐ 回路基板
α、β、γ、δ、ε 関数曲線（ＶＳＷＲ特性）

Claims (10)

  1. 第１の周波数に共振特性を有する第１のアンテナ素子と、
    第２の周波数に共振特性を有し前記第１のアンテナ素子と所定の距離を隔てて配設される第２のアンテナ素子と、
    高周波電力を供給あるいは受信する無線回路部と、
    前記無線回路部の出力端あるいは入力端と前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子の給電点とを選択して接続させることにより、前記無線回路部と前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子のいずれか一方との切り替え接続を行う切替手段と、
    を備え、
    前記第２のアンテナ素子は、アンテナ有効長さを前記第１のアンテナ素子よりも短く構成し、かつ、前記切替手段が前記無線回路部と前記第２のアンテナ素子の給電点とを接続し前記第２のアンテナから電力を送信あるいは受信する際には前記第１のアンテナ素子が前記第２のアンテナ素子の無給電素子として動作することで前記第２のアンテナ素子の周波数特性が前記第２の周波数近傍と第２の周波数よりも高い第３の周波数に共振特性を有することを特徴とする
    アンテナ装置。
  2. 前記第１のアンテナ素子の長さは前記第１の周波数の略１／４波長であり、
    前記第２のアンテナ素子の長さは前記第２の周波数の略１／４波長であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第１のアンテナ素子の長さは、前記第３の周波数の略１／２波長であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の間隔は、前記第２の周波数の略１／４波長以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  5. 前記第１のアンテナ素子は、前記第２のアンテナ素子より前記携帯無線装置内の端部側に配設されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  6. 回路基板と、
    前記回路基板上に配置された前記切替手段と前記回路基板のグランドパターンとの間に第１リアクタンス素子を備え、
    前記第１のアンテナ素子と前記無線回路部が前記切替手段を介して接続された場合に、前記第２のアンテナ素子は、前記切替手段と前記第１リアクタンス素子とを介して前記回路基板のグランドパターンに接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  7. 回路基板と、
    前記回路基板上に配置された前記切替手段と前記回路基板のグランドパターンとの間に第２リアクタンス素子を備え、
    前記第２のアンテナ素子と前記無線回路部が接続された場合に、前記第の１アンテナ素子は、前記第２リアクタンス素子を介して前記回路基板のグランドパターンに接続されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  8. 前記無線回路部は、３以上の複数の無線回路部を有するものであって、
    第１無線回路部と、
    前記第１無線回路部より高い動作周波数の第２無線回路部と、
    前記第２無線回路部より高い動作周波数の第３無線回路部と、
    前記切替手段と前記第１無線回路部との間に前記第１無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第１フィルタと、
    前記切替手段と前記第２無線回路部との間に前記第２無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第２フィルタと、
    前記切替手段と前記第３無線回路部との間に前記第３無線回路部の動作周波数以外の信号を減衰させる第３フィルタと、
    を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  9. 前記第１のアンテナ素子の前記切替手段側の端部と、前記第２のアンテナ素子の前記切替手段側の端部との距離が、前記第２の周波数の１／８波長以内であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えた携帯無線装置。
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