JPWO2013183574A1 - アンテナおよび無線通信装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ（１０１）は誘電体基体（１０）とこの誘電体基体（１０）の表面に形成された放射電極とで構成されている。放射電極は誘電体基体（１０）の側面に形成された側面電極（１１ａ）と誘電体基体（１０）の上面に形成された上面電極（１１ｂ）とで構成されている。放射電極の一方の端部は給電端（１１ｆ）、他方の端部は開放端（１１ｅ）である。放射電極の給電端（１１ｆ）から開放端（１１ｅ）までの電気長における途中の第１箇所（Ｐ１）および第２箇所（Ｐ２）が近接して、この近接部分で、第１箇所（Ｐ１）と第２箇所（Ｐ２）との間に容量が形成されている。また、放射電極の給電端（１１ｆ）から開放端（１１ｅ）までの電気長における途中の第３箇所（Ｐ３）および第４箇所（Ｐ４）が近接して、この近接部分で、第３箇所（Ｐ３）と第４箇所（Ｐ４）との間に容量が形成されている。

Description

この発明は、例えば携帯電話端末、ＧＰＳ受信機などの移動体通信機器、Bluetooth（登録商標）などの近距離無線通信機能を有する電子機器に用いられる小型のアンテナおよびそのアンテナを備えた無線通信装置に関するものである。

例えば特許文献１に広帯域化およびマルチバンド化を図ったアンテナが開示されている。図４は特許文献１に示されているアンテナの斜視図である。このアンテナ１は、誘電体基体２と、該基体２に形成されるループ状放射電極３および給電電極４とを有している。上記ループ状放射電極３は、上記給電電極４から長方形状の上面の各辺に沿ってループ状に形成されている。このループ状放射電極３の開放端３ａは給電端部側電極部位の張り出し電極部１８に間隔を介して対向配置され、該開放端３ａと給電端部側電極部位との間に容量が形成されている。

特開２００２−１５８５２９号公報

図４に示されるような形状の放射電極を備えたアンテナは、放射電極の開放端と給電部付近とが近接して容量が形成され、この容量によって、基本モードの共振周波数に殆ど影響を与えることなく高次モードの共振周波数を定めることができる。

しかし、図４に示したアンテナにおいては、放射電極の開放端と給電部との間に形成される容量で高次モードの周波数を制御するものであるので、この高次モードより上の高次モードや別の基本モードを制御することはできない。そのため、２モード以上で動作するアンテナを構成するのは困難である。また、放射電極の開放端と給電部との間に生じる容量は基本モードの放射を抑制するので基本モードの放射特性が劣化するという問題がある。

本発明の目的は、基本モードの放射特性を劣化させることなくマルチバンドに対応するアンテナ、およびそのアンテナを備えた無線通信装置を提供するものである。

本発明のアンテナ装置は、誘電体基体およびこの誘電体基体に形成された放射電極を有するアンテナにおいて、
前記放射電極の給電端から開放端までの電気長における前記給電端からの第１電気長の位置である第１箇所と、この第１箇所から前記開放端の方向へ前記第１電気長のほぼ１／２の電気長の位置である第２箇所とが近接して、前記第１箇所と前記第２箇所との間に容量が形成されていることを特徴とする。

上記構成により、第１箇所が等価的な短絡端、第２箇所が等価的な開放端となるような共振モードが生じる。この共振モードは放射電極の全体ではなく一部を利用するモードであるので、放射電極の全体を利用した基本モードより高い周波数で共振する。また、高次モードの制御は放射電極の開放端と給電部との間に形成される容量ではなく、開放端付近と開放端から見た次の電流最大点となる箇所との間に形成される容量で行われるので、基本モードの放射効率の劣化を防ぐことができる。

前記放射電極の給電端から開放端までの電気長における前記給電端からの第２電気長の位置である第３箇所と、この第３箇所から前記開放端の方向へ前記第２電気長のほぼ１／２の電気長の位置である第４箇所とが近接して、前記第３箇所と前記第４箇所との間に容量が形成されていることが好ましい。この構成により、３モード以上の共振モードで共振するマルチバンドアンテナとして作用する。

前記誘電体基体は誘電体セラミックスフィラーが樹脂材料中に分散された誘電体複合樹脂材料の成形体であることが好ましい。これにより、組み込まれる機器の筐体の形状に応じた任意の形状に成形できる。

本発明の無線通信装置は、上記構成のアンテナとこのアンテナに接続された通信回路とを備え、前記通信回路は基板に構成され、前記アンテナは前記基板に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、放射電極の全体を利用した基本モードと、放射電極の一部を利用した高次モードの共振が生じ、マルチバンドアンテナとして作用する。しかも、高次モードの制御は放射電極の開放端と給電部との間に形成される容量ではなく、開放端付近と開放端から見た次の電流最大点となる箇所との間に形成される容量で行われるので、基本モードの放射効率は劣化しない。

図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、放射電極上の各共振モードの電界強度分布を示す図である。 図３は第２の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 図４は特許文献１に示されている表面実装型アンテナの斜視図である。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。このアンテナ装置は基板２０と、筐体に一体化されるアンテナ１０１とで構成されている。アンテナ１０１は誘電体基体１０とこの誘電体基体１０の表面に形成された放射電極とで構成されている。誘電体基体１０は、誘電体セラミックスフィラーが樹脂材料中に分散された誘電体複合樹脂材料の成形体である。放射電極は誘電体基体１０の側面に形成された側面電極１１ａと誘電体基体１０の上面に形成された上面電極１１ｂとで構成されている。放射電極の一方の端部は給電端１１ｆ、他方の端部は開放端１１ｅである。

放射電極の給電端１１ｆから開放端１１ｅまでの電気長における途中に第１箇所Ｐ１および第２箇所Ｐ２が近接している。第１箇所Ｐ１は放射電極の給電端１１ｆから開放端１１ｅまでの電気長における給電端１１ｆからの第１電気長の位置である。第２箇所Ｐ２は給電端１１ｆからの第２電気長の位置である。この第２箇所Ｐ２は第１箇所Ｐ１から開放端１１ｅ方向へ第１電気長のほぼ１／２の電気長の位置である。

第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２との近接部分（第１容量形成部Ｃ１）で、第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２との間に容量が形成されている。

また、放射電極の給電端１１ｆから開放端１１ｅまでの電気長における途中に第３箇所Ｐ３および第４箇所Ｐ４が近接している。第３箇所Ｐ３は放射電極の給電端１１ｆから開放端１１ｅまでの電気長における給電端１１ｆからの第３電気長の位置である。第４箇所Ｐ４は給電端１１ｆからの第４電気長の位置である。この第４箇所Ｐ４は第３箇所Ｐ３から開放端１１ｅ方向へ第４電気長のほぼ１／２の電気長の位置である。

第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４との近接部分（第２容量形成部Ｃ２）で、第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４との間に容量が形成されている。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、放射電極上の各共振モードの電界強度分布を示す図である。

図２（Ａ）は、第１箇所Ｐ１が等価的な短絡端、第２箇所Ｐ２が等価的な開放端となる共振モードの電界強度分布を示している。第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２は第１容量形成部Ｃ１で容量結合しているので、給電端１１ｆから見て、第１箇所Ｐ１を１／２波長の節、第２箇所Ｐ２を３／４波長の腹とする３次モードの定在波が生じる。電流密度分布で表現すれば、給電端１１ｆおよび第１箇所Ｐ１が腹、給電端１１ｆと第１箇所Ｐ１との中央および第２箇所Ｐ２が節である。図２（Ａ）に示すλ２は、この３次モードの１波長である。第１容量形成部Ｃ１の容量により第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２の電位変化の位相差が９０°となり、第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２との間は電位差が大きくなって、第１箇所Ｐ１は電界強度の１／２波長の節、第２箇所Ｐ２は電界強度の３／４波長の腹となる。これにより、第２箇所Ｐ２は３次モードの等価的な（仮想的な）開放端とみなすことができ、この共振モードにおいては第２箇所Ｐ２から開放端１１ｅまでの放射電極は存在しないものとみなせる。

このようにして、放射電極の全体ではなく、放射電極の一部を利用した３次の共振モードの定在波が生じるので、放射電極全体を使った共振モードとは別の周波数で共振する。この共振周波数は例えば2100MHz帯の周波数である。

図２（Ｂ）は、第３箇所Ｐ３が等価的な短絡端、第４箇所Ｐ４付近が等価的な開放端となる共振モードの電界強度分布を示している。第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４は第２容量形成部Ｃ２で容量結合しているので、給電端１１ｆから見て、第３箇所Ｐ３を１／２波長の節、第４箇所Ｐ４を３／４波長の腹とする３次モードの定在波が生じる。図２（Ｂ）に示すλ１は、この３次モードの１波長である。すなわち、図２（Ａ）に示した場合と同様に、第２容量形成部Ｃ２の容量により第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４の電位変化の位相差が９０°となり、第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４との間は電位差が大きくなって、第３箇所Ｐ３は電界強度の１／２波長の節、第４箇所Ｐ４は電界強度の３／４波長の腹となる。この共振周波数は例えば1800MHz帯の周波数である。

図２（Ｃ）は給電端１１ｆが短絡端、開放端１１ｅが開放端となる基本共振モードの電界強度分布を示している。このように、開放端１１ｅを電界強度の１／４波長の腹とする基本共振モードの定在波が生じる。図２（Ｃ）に示すλ０はこの基本共振モードの１波長である。この共振周波数は例えば800MHz帯の周波数である。

なお、放射電極上の第１箇所Ｐ１および第２箇所Ｐ２の位置は、必ずしも局部的に近接させる必要はない。図２（Ａ）に示したように、狙っている３次モードの共振周波数（2100MHz帯）の波長で１／２波長だけ給電端１１ｆから離れた箇所（Ｐ１）と、そこから前記共振周波数（2100MHz帯）の波長で１／４波長だけ離れた位置（Ｐ２）が近接していれば、この第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２との間に容量が生じ、容量結合することになる。換言すると、上記条件を満足する第１箇所Ｐ１および第２箇所Ｐ２が存在すれば、狙っている３次モードの共振周波数で定在波が生じる。

上述のことは第３箇所Ｐ３および第４箇所Ｐ４の位置関係についても同様である。図１に示した例では、第３箇所Ｐ３および第４箇所Ｐ４の位置は、放射電極のうち互いに平行に近接する範囲内に存在する。第３箇所Ｐ３および第４箇所Ｐ４の位置は任意ではなく、狙っている３次モードの共振周波数（1800MHz帯）の波長で１／２波長だけ給電端１１ｆから離れた箇所が第３箇所Ｐ３であり、そこから前記共振周波数（1800MHz帯）の波長で１／４波長だけ離れた位置が第４箇所Ｐ４である。但し、狙っている３次モードの共振周波数（1800MHz帯）からずれた周波数でもＰ３，Ｐ４に相当する箇所が存在すれば、その周波数でも３次モードの定在波が生じる。したがって、共振周波数の帯域は或る幅をもつことになる。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示したように、高次モードにおいて給電部から定在波分布の１／２波長となる位置（電界強度最小位置）を開放端１１ｅより手前（給電端側）に近づけることで、新たに構成した容量構成部Ｃ１，Ｃ２で高次モードの共振周波数を制御しつつ、本来の（基本モードにとっての）開放端１１ｅは給電部から離すことができ、基本モードの劣化を抑えることができる。すなわち、図４に示したように、放射電極の開放端と給電部とを近接させることで容量を構成し、その容量で共振周波数を制御する構成ではないので、基本モードの開放端が給電部に近づくことがなく、すなわち開放端がグランドに近づく訳ではないので、基本モードの放射特性の劣化を招くことがない。

以上に示したように、2100MHz帯、1800MHz帯、800MHz帯の３バンドのアンテナとして作用する。

基板２０には、給電電極２１に接続された通信回路が構成されている。アンテナ１０１は携帯電話端末などの無線通信装置の筐体に一体化され、この筐体に基板２０が組み込まれた状態で、ピン端子を介して放射電極の給電端１１ｆは給電電極２１に接続される。このようにして無線通信装置が構成される。

《第２の実施形態》
図３は第２の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。このアンテナ装置は基板２０と、筐体に一体化されるアンテナ１０２とで構成されている。アンテナ１０２は誘電体基体１０とこの誘電体基体１０の表面に形成された放射電極とで構成されている。放射電極の一方の端部は給電端１１ｆ、他方の端部は開放端１１ｅである。

放射電極の給電端１１ｆから開放端１１ｅまでの電気長における途中の第１箇所Ｐ１および第２箇所Ｐ２は互いに近接している。第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２との近接部分（第１容量形成部Ｃ１）で、第１箇所Ｐ１と第２箇所Ｐ２との間に容量が形成されている。

また、放射電極の給電端１１ｆから開放端１１ｅまでの電気長における途中の第３箇所Ｐ３および第４箇所Ｐ４は互いに近接している。第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４との近接部分（第２容量形成部Ｃ２）で、第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４との間に容量が形成されている。

放射電極上の第１容量形成部Ｃ１および第２容量形成部Ｃ２の電気的な位置は第１の実施形態で示したものと同じである。したがって、第１の実施形態で示したアンテナ１０１と同様に、３バンドのアンテナとして作用する。

図３に示したアンテナ１０２では、放射電極の給電端付近をメアンダライン状としたことにより、給電端付近のインダクタンス成分が増加して、放射電極の全体の物理長を短くできる。また、放射電極上の第３箇所Ｐ３をメアンダライン状にして、第３箇所Ｐ３と第４箇所Ｐ４とを局所的に近接させたことにより、第２容量形成部Ｃ２を所定の局所位置に形成することができる。

なお、以上に示した各実施形態ではアンテナの誘電体基体に誘電体複合樹脂材料の成形体を用いたが、誘電体基体として誘電体セラミックスを用い、基板に表面実装可能なチップアンテナを構成してもよい。

Ｃ１…第１容量形成部
Ｃ２…第２容量形成部
Ｐ１…第１箇所
Ｐ２…第２箇所
Ｐ３…第３箇所
Ｐ４…第４箇所
１０…誘電体基体
１１ａ…側面電極
１１ｂ…上面電極
１１ｅ…開放端
１１ｆ…給電端
２０…基板
２１…給電電極
１０１，１０２…アンテナ

Claims (4)

1. 誘電体基体およびこの誘電体基体に形成された放射電極を有するアンテナにおいて、
   前記放射電極の給電端から開放端までの電気長における前記給電端からの第１電気長の位置である第１箇所と、この第１箇所から前記開放端の方向へ前記第１電気長のほぼ１／２の電気長の位置である第２箇所とが近接して、前記第１箇所と前記第２箇所との間に容量が形成されていることを特徴とするアンテナ。
2. 前記放射電極の給電端から開放端までの電気長における前記給電端からの第２電気長の位置である第３箇所と、この第３箇所から前記開放端の方向へ前記第２電気長のほぼ１／２の電気長の位置である第４箇所とが近接して、前記第３箇所と前記第４箇所との間に容量が形成されている、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記誘電体基体は、誘電体セラミックスフィラーが樹脂材料中に分散された誘電体複合樹脂材料の成形体である、請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナとこのアンテナに接続された通信回路とを備え、前記通信回路は基板に構成され、前記アンテナは前記基板に接続されていることを特徴とする無線通信装置。

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