JPWO2013088650A1 - アンテナ装置及び携帯無線機 - Google Patents

Abstract

接地導体２と、一端が給電部３を介して接地導体２に接地された給電素子４と、一端が接地導体２に接地された地線素子５と、給電素子４の他端と地線素子５の他端に接続されたスイッチ６と、を備え、スイッチ６がオフのときに、給電素子４の共振周波数ｆ１と地線素子５の共振周波数ｆ２が得られ、スイッチ６がオンのときに、不平衡ループの共振周波数ｆ３が得られるようにした。

Description

本発明は、アンテナ装置及び該アンテナ装置を用いた携帯無線機に関する。

携帯電話やスマートフォン等の携帯無線機に用いられているアンテナ装置として、例えば特許文献１，２に記載されているものがある。特許文献１に記載されたアンテナは、ループ長を切替えることで、周波数の切替えを可能としている。特許文献２に記載されたダイバーシチアンテナは、スイッチの切替えでダイポールとループの２通りの動作を可能としている。

一方、移動体通信におけるセルラ方式では、運用周波数が７００ＭＨｚ帯から２．６ＧＨｚ帯と広いことから、マルチバンド対応が必須であるが、周波数切替なしでマルチバンドに対応すると、アンテナ占有体積が増大し、携帯無線端末のセットサイズが大きくなる。

日本国特開２０１０−２３９２４６号公報 日本国特開平８−１６３０１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されたアンテナは、ループの共振しか得られない。上述した特許文献２に記載されたダイバーシチアンテナは、２種類の周波数の切替えを２つのスイッチで行っているため、コスト高になる。また、２つのスイッチがオフのときはループ素子が使われないため、無駄が生ずる。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、低コストでマルチバンド対応ができるアンテナ装置及び携帯無線機を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、接地導体と、一端が給電部を介して前記接地導体に接地された給電素子と、一端が前記接地導体に接地された地線素子と、スイッチと、を備え、前記給電素子の他端と前記地線素子の他端を近接させ前記スイッチを介して接続したことを特徴とする。

上記構成によれば、給電素子の他端と地線素子の他端とを接続するスイッチをオフすることで（遮断状態にすることで）、給電素子の共振周波数ｆ１と地線素子の共振周波数ｆ２が得られ、前記スイッチをオンすることで（導通状態にすることで）、不平衡ループの共振周波数ｆ３が得られる。これにより、全ての素子を無駄にすることなく、マルチバンド化が実現できる。また、１つのスイッチで３つの共振周波数が得られるので、コストの削減ができる。

上記構成において、前記給電素子の給電点と前記地線素子の接地点を離間させて設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、不平衡ループの開口面積を大きくできる。

上記構成において、前記給電素子の給電点と前記地線素子の接地点を前記接地導体の１辺の両端に離間させて設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、不平衡ループの開口面積をより大きくできる。

上記構成において、前記給電素子の長さと前記地線素子の長さが異なるように設定したことを特徴とする。

上記構成によれば、３つの共振周波数が得られる。

上記構成において、前記スイッチはＰＩＮダイオードであって、前記給電素子に前記ＰＩＮダイオードを制御する制御信号を重畳することを特徴とする。

上記構成によれば、スイッチ（ＰＩＮダイオード）を制御する制御信号ラインを独立に設ける必要がないため簡易な構成とできる。

本発明の携帯無線機は、前記アンテナ装置を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、低コストでマルチバンド対応ができる。

本発明は、低コストでマルチバンド対応ができるアンテナ装置及び携帯無線機を提供できる。

（ａ），（ｂ）本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の基本構成を示す図 図１のアンテナ装置の具体的な構成を示す図 （ａ），（ｂ）図１のアンテナ装置の変形例の基本構成を示す図 図１のアンテナ装置を用いた携帯無線機の基本構成を示す図 （ａ），（ｂ）図４の携帯無線機において、アンテナ装置のスイッチをオン、オフしたときのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図 （ａ），（ｂ）図４の携帯無線機において、アンテナ装置の給電素子と地線素子それぞれの寸法を変えた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図 図４の携帯無線機において、アンテナ装置の給電素子と地線素子それぞれの寸法を変えた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の基本構成を示す図であり、（ａ）はスイッチをオフしたとき（遮断状態にしたとき）を示し、（ｂ）はスイッチをオンしたとき（導通状態にしたとき）を示している。本実施の形態に係るアンテナ装置１は、接地導体２と、一端が給電部３を介して接地導体２に接地された給電素子４と、一端が接地導体２に接地された地線素子５と、給電素子４の他端と地線素子５の他端に接続されたスイッチ６と、を備える。

接地導体２は、例えば回路基板のグランドである。給電素子４の長さはＬ１で、地線素子５の長さは給電素子４より短いＬ２となっている。スイッチ６がオフのときは、給電素子４がモノポールアンテナとして動作し、地線素子５が給電素子４の対向地線として動作する。したがって、給電素子４と地線素子５とで異なる周波数に共振させることができる。即ち、給電素子４の共振周波数ｆ１と地線素子５の共振周波数ｆ２が得られる。一方、スイッチ６がオンのときは、給電素子４と地線素子５が一体となり、接地導体２とともに不平衡ループが形成される。このとき、給電素子４の長さと地線素子５の長さを異ならせることで、給電素子４の共振周波数ｆ１及び地線素子５の共振周波数ｆ２と異なる共振周波数ｆ３が得られる。この不平衡ループの開口面積は、給電素子４の給電点と地線素子５の接地点を離間させることで大きくすることができる。

このように、スイッチ６がオフのときには、２つの共振周波数ｆ１，ｆ２が得られ、スイッチ６がオンのときには、１つの共振周波数ｆ３が得られ、マルチバンド化が実現できる。また、共振周波数ｆ１及びｆ２と共振周波数ｆ３とを切替えるのに１つのスイッチ６で済むことから、上述した特許文献２に記載されたダイバーシチアンテナのような２つのスイッチを有するものと比べてコストの削減ができる。スイッチ６は、高周波スイッチングに用いられるＰＩＮダイオードの他、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）が好適である。ＰＩＮダイオードを用いた場合は、ＰＩＮダイオードの順方向に電圧を印加することでオンすることができる。

このように本実施の形態のアンテナ装置１によれば、接地導体２と、一端が給電部３を介して接地導体２に接地された給電素子４と、一端が接地導体２に接地された地線素子５と、給電素子４の他端と地線素子５の他端に接続されたスイッチ６と、を備え、スイッチ６がオフのときに、給電素子４の共振周波数ｆ１と地線素子５の共振周波数ｆ２が得られ、スイッチ６がオンのときに、不平衡ループの共振周波数ｆ３が得られるようにしたので、全ての素子を無駄にすることなくマルチバンド化が実現でき、しかも、共振周波数ｆ１及びｆ２と共振周波数ｆ３とを切替えるのに１つのスイッチ６で済むので、コストの削減ができる。

図２は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の具体的な構成を示す図である。同図に示す具体例では、スイッチ６にＰＩＮダイオードを使用している。ここで、ＰＩＮダイオードに与える符号を、上記スイッチ６と同じ符号即ち“６”とする。ＰＩＮダイオード６のアノードを給電素子４の他端に接続し、カソードを地線素子５の他端に接続する。また、給電素子４の一端と給電部３との間に高周波信号のみを通過させるためのハイパスフィルタ１０を設け、給電素子４の一端とハイパスフィルタ１０の接続部分と制御端子１２との間に低周波信号（制御信号）のみを通過させるためのローパスフィルタ１１を設ける。なお、ハイパスフィルタ１０は最小限１個のコンデンサで構成でき、ローパスフィルタ１１は最小限１個のコイルで構成できる。

制御端子１２には、ＰＩＮダイオード６をオン、オフするための制御信号を印加する。この制御信号はハイパスフィルタ１０により給電部３側には流れず、ＰＩＮダイオード６側にのみ流れる。逆に、給電部３からの無線信号（高周波信号）は、ローパスフィルタ１１により制御端子１２側には流れず、ＰＩＮダイオード６側にのみ流れる。ＰＩＮダイオード６は、制御端子１２に制御信号（順方向電圧）を印加することでオンし、制御信号（順方向電圧）の印加を止めることでオフする。ＰＩＮダイオード６がオフのときには、給電素子４の共振周波数ｆ１と地線素子５の共振周波数ｆ２が得られ、ＰＩＮダイオード６がオンのときには、不平衡ループの共振周波数ｆ３が得られる。

次に、本実施の形態に係るアンテナ装置１の変形例を挙げる。
図３（ａ），（ｂ）は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の変形例の基本構成を示す図であり、（ａ）は給電素子４の給電点と地線素子５の接地点の間の離間を短くした変形例であり、（ｂ）は給電素子４の給電点と地線素子５の接地点の間の離間を短くするとともに、地線素子５の線長を長くして一部分を給電素子４に近づけた変形例である。いずれの変形例においても、本実施の形態に係るアンテナ装置１と共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に違いが生ずる。即ち、給電素子４の給電点と地線素子５の接地点の間の離間を短くしたり、地線素子５の長さを長くしたりすることで、共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の変更が可能である。なお、給電素子４の線長を長くすることも可能である。

次に、本実施の形態に係るアンテナ装置１を用いた携帯無線機について説明する。
図４は、本実施の形態に係るアンテナ装置１を用いた携帯無線機の基本構成を示す図である。同図に示す携帯無線機２０では、アンテナ装置１の給電素子４の一端が給電部３を介して回路基板２１のグランド２１Ｇに接地されている。また、アンテナ装置１の地線素子５の一端も携帯無線機２０の回路基板２１のグランド２１Ｇに接地されている。なお、図２に示したハイパスフィルタ１０、ローパスフィルタ１１及び制御端子１２は省略する。また、一例として、携帯無線機２０の回路基板２１の縦方向の長さは８０〜１３０ｍｍ、横方向の長さは４０〜６０ｍｍである。

図５（ａ），（ｂ）は、図４に示す携帯無線機２０において、アンテナ装置１のスイッチ６をオン、オフしたときのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）のシミュレーション結果を示す図である。同図において、給電素子４と地線素子５それぞれの幅が共に２ｍｍ、給電素子４の長さが４５ｍｍ、地線素子５の長さが１０ｍｍ、給電素子４と地線素子５の回路基板２１のグランド２１Ｇからの距離が１２ｍｍである。また、回路基板２１は縦方向が１１２ｍｍ、横方向が５６ｍｍである。同図の（ａ）のグラフは、スイッチ６がオフのときのＶＳＷＲであり、同図の（ｂ）のグラフは、スイッチ６がオンのときのＶＳＷＲである。スイッチ６がオフのときは給電素子４の共振周波数がｆ１となり、地線素子５の共振周波数がｆ２となる。また、スイッチ６がオンのときは不平衡ループの共振周波数がｆ３となる。このように互いに異なる３つの共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３が得られる。

図６（ａ），（ｂ）及び図７は、図４に示す携帯無線機２０において、アンテナ装置１の給電素子４と地線素子５それぞれの寸法を変えた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。図６（ａ），（ｂ）及び図７において、図６の（ａ）は、給電素子４の長さが４０ｍｍ、地線素子５の長さが１５ｍｍの場合、図６の（ｂ）は、給電素子４の長さが３５ｍｍ、地線素子５の長さが２０ｍｍの場合、図７は、給電素子４の長さが２８ｍｍ、地線素子５の長さが２７ｍｍとした場合である。いずれの場合もスイッチ６をオフしたときのＶＳＷＲ特性である。給電素子４と地線素子５の長さをそれぞれ変えることで、共振周波数ｆ１，ｆ２が変化するが、図７に示すように、給電素子４と地線素子５の長さが略同じになると、共振周波数ｆ２がスイッチ６をオンしたときの共振周波数ｆ３と略同じになり、３つめの共振が得られない。したがって、３バンドに対応させるには給電素子４と地線素子５の長さが同じにならないようにする必要がある。

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。

本出願は、２０１１年１２月１４日出願の日本特許出願（特願２０１１−２７３５２１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、低コストでマルチバンド対応ができるといった効果を有し、携帯電話やスマートフォン等の携帯無線機への適用が可能である。

１ アンテナ装置
２ 接地導体
３ 給電部
４ 給電素子
５ 地線素子
６ スイッチ
１０ ハイパスフィルタ
１１ ローパスフィルタ
１２ 制御端子
２０ 携帯無線機
２１ 回路基板
２１Ｇ グランド

Claims (6)

1. 接地導体と、
   一端が給電部を介して前記接地導体に接地された給電素子と、
   一端が前記接地導体に接地された地線素子と、
   スイッチと、を備え、
   前記給電素子の他端と前記地線素子の他端を近接させ前記スイッチを介して接続したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記給電素子の給電点と前記地線素子の接地点を離間させて設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電素子の給電点と前記地線素子の接地点を前記接地導体の１辺の両端に離間させて設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記給電素子の長さと前記地線素子の長さが異なるように設定したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記スイッチはＰＩＮダイオードであって、前記給電素子に前記ＰＩＮダイオードを制御する制御信号を重畳することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする携帯無線機。

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