WO2002054533A1 - Antenne et dispositif de communication mettant en oeuvre celle-ci - Google Patents

Antenne et dispositif de communication mettant en oeuvre celle-ci Download PDF

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WO2002054533A1
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substrate
antenna device
radiating element
ground
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Susumu Fukushima
Kazuhiko Sueoka
Motoharu Aoyama
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates to a communication device such as a small portable terminal or a keyless input terminal, and an antenna device used for the communication device.
  • a communication device such as a small portable terminal or a keyless input terminal
  • an antenna device used for the communication device.
  • FIGS 12A and 12B show conventional small antennas used for mobile communications such as pagers.
  • a loop antenna 100 made of a conductive metal is arranged on a side surface of a display 105 arranged on a base substrate 104 such that an opening surface thereof is perpendicular to the base substrate.
  • the aperture surface of the antenna is perpendicular to the human body when using the antenna near the human body. Since the human body can be regarded as a kind of reflector, the image of the magnetic current generated in the human body is in the same direction as the magnetic current dipole formed by the loop antenna 100. Therefore, a magnetic field is added to the front of the human body, so that the antenna gain can be increased.
  • the element length of the loop antenna is basically set to half the wavelength of the operating frequency. For example, since the operating frequency of a pager in Japan is in the 280 MHz band, its half wavelength is about 50 Omm. It is practically impossible to incorporate a loop antenna having an element length of 500 mm in a small paging case. Therefore, the element length was changed to a size smaller than 500 mm so that it could be built into the pager housing, and the antenna was matched using matching capacitors 101 a, 101 b, and 101 c. You.
  • Fig. 13 shows another conventional small antenna used for mobile communication such as a pager, which is disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-933365.
  • the metal plate 111 is a ground plane which is an element of the microstrip antenna.
  • a printed circuit board 1105 on which a radio circuit is formed is mounted on the metal plate 1101, and a conductor plate 1102 is provided via a dielectric 1104.
  • the conductor plate 1102 has a width shorter than the width of the metal plate 1101, and is installed to face the metal plate 1101.
  • the dielectric 111 is disposed so as to fill a gap between the metal plate 1101 and the conductive plate 111.
  • the printed circuit board 1105 is mounted so as to avoid a portion where the metal plate 1101 and the conductive plate 111 are opposed to each other.
  • One end of the metal plate 1101 and one end of the conductor plate 1102 are mechanically and electrically connected by a connecting plate 1103.
  • a U-shaped microstrip antenna is formed by the metal plate 111, the conductor plate 1102, and the connecting plate 1103. Then, in order to tune this microstrip antenna to a desired frequency, the other end is grounded via a capacitor 1106, and the feeder line 1107 is adjusted to achieve matching.
  • the antenna device includes a substrate, a ground portion provided on the substrate, a first radiating element having a helical shape that is provided near a side surface of the substrate, and whose central axis is substantially parallel to a side of the duland portion.
  • the antenna device can reduce the antenna gain deterioration due to the ground portion, and can match at the operating frequency by adjusting the winding of the spiral first radiating element. Therefore, the antenna matching circuit becomes unnecessary, and the radiation gain of the antenna can be improved.
  • Another antenna device includes a substrate, a first antenna provided on the first surface of the substrate surrounding the high-frequency circuit provided on the first surface of the substrate, and a first antenna provided on the first surface of the substrate.
  • a second antenna provided on the first surface of the board adjacent to the first antenna and a first holland and a second antenna provided on the second surface of the board opposite to the high-frequency circuit and the second antenna, respectively.
  • a coupling unit that connects the first and second grounds and adjusts the shape to adjust the characteristics of the first and second antennas.
  • FIG. 1A is a top view of a communication device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1B is a sectional view thereof.
  • FIG. 2 is a top view of the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a top view of the antenna device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a top perspective view of an antenna device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 5A to 5C are diagrams showing the relationship between the short-circuiting through-hole position and the radiation efficiency of the antenna device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a bottom view of the antenna device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a bottom view of another antenna device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a bottom view of still another antenna device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a top perspective view of an antenna device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 10 is a top perspective view of an antenna device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • 11A to 11C are top views of each layer of the antenna device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 12A is a schematic configuration diagram of a conventional antenna device, and FIG. 12B is an external perspective view thereof.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of another conventional antenna device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a card-type communication device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the ground 7 is provided on one surface of the base substrate 6, and the high-frequency circuit 5 is mounted on the other surface.
  • a loop antenna 8 wound about 100 turns is arranged so as to surround the ground ⁇ and the high-frequency circuit 5.
  • the loop antenna 8 transmits and receives signals at a low frequency.
  • the first helical radiating element 1 composed of the conductive pattern printed on the surface of the base substrate 6 and the through hole 2 is arranged such that the center axis thereof is substantially parallel to the side of the duland 7. To be provided.
  • the direction of the magnetic dipole formed by the first radiating element 1 and the direction of the magnetic current induced to the ground of the base substrate 6 become the same direction and are added, so that the radiation gain of the antenna can be improved. It is assumed that this card-type communication device will be used in a shirt pocket or the like. Even in this case, the direction of the magnetic dipole formed by the first radiating element 1 and the magnetic current generated in the human body are also considered. Are in the same direction. Therefore, the radiation gain in the direction opposite to the human body can be improved, and an antenna device usable near the human body can be realized. Furthermore, since the first radiating element 1 and the high-frequency circuit 5 can be integrated by the base substrate 6, the strength with respect to the bending force of the card-type communication device can be increased.
  • Vulnerability can be kept low.
  • the element length required for matching by the loop antenna itself is secured, and the antenna is realized without using a matching capacitor.
  • Center axis of loop antenna on side of ground on board By arranging them in parallel, the radiation gain is improved by making the direction of the magnetic dipole generated by the loop antenna and the direction of the magnetic current induced in the ground the same.
  • a loop antenna may be formed on at least one surface of the substrate substantially along the periphery of the ground portion. By arranging the ground portion on the back surface of the loop antenna, it is possible to prevent the bandwidth of the loop antenna from decreasing and the radiation power from decreasing.
  • the first radiating element may correspond to a high-frequency signal
  • the loop antenna may correspond to a low-frequency signal.
  • FIG. 2 shows a communication device according to a second embodiment of the present invention.
  • a spiral first radiating element 1 is arranged on a side surface of a base substrate 6 on which an electronic circuit such as a high-frequency circuit 5 is mounted. One end of the first radiating element 1 and the high-frequency circuit 5 are connected by the feeder line 4, and the other end is connected to the ground by the short-circuit line 3.
  • a meander-shaped second radiating element 11 is arranged near the first radiating element 1 in an insulated state.
  • the adjustment range of the antenna impedance is expanded by the two radiating elements, and it is possible to realize an antenna that can be used in two frequency bands.
  • the meander-shaped second radiating element 7 can obtain the same characteristics even in a linear or spiral radiating element other than the meander-shaped.
  • the antenna impedance can be adjusted by changing the meander-shaped pitch, element width, and element length, and the antenna can be formed by the conductive pattern on the substrate, so that the antenna device is inexpensive. It can be manufactured in
  • the first radiating element may be used for transmission and reception, and the loop antenna may be used only for reception. It takes a long time to send and receive data in low frequency communication with low data rate Therefore, it is used only for reception-only communication to turn on the power of the built-in circuit of the communication device, and by using high frequency for actual data transmission / reception, efficient signal transmission / reception can be performed. (Embodiment 3)
  • FIG. 3 shows a communication device according to a third embodiment of the present invention.
  • Both ends of the first radiating element 1 are connected to the ground by short wires 3, and arbitrary points other than both ends of the first radiating element 1 are connected by the high-frequency circuit 5 and the feed line 4. Since the antenna impedance can be adjusted to a value close to 50 ⁇ depending on the position of the connection point between the feed line 4 and the first radiating element 1, radiation loss due to elements such as a matching circuit does not occur, and good radiation characteristics can be realized.
  • the antenna device according to any one of Embodiments 1 to 3, a control unit for controlling transmission and reception of a signal, a driving unit for driving the control unit, and a control unit for accommodating the antenna device, the control unit, and the driving source.
  • Communication equipment equipped with a case enables good communication even when used near a human body.
  • the communication device may perform only one of transmitting and receiving signals. (Embodiment 4)
  • FIG. 4 shows an antenna device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a parallel plate antenna 1001 and a loop antenna 1002 are mounted adjacent to one surface of a base substrate 1003, and a first high-frequency circuit 1000 is surrounded by the loop antenna 1002. 4 is implemented.
  • a first ground 1005 is provided at a portion facing the parallel plate antenna 1001, and a second ground is provided at a portion facing the first high-frequency circuit 1004.
  • Ground 106 is provided.
  • a round-trip coupling section 103 connecting the first and second grounds is provided so as to intersect a part of the loop antenna 1002. ing. No ground is arranged on the back surface of the loop antenna 1002 except for the ground coupling portion 103 in order to reduce the attenuation of the antenna gain.
  • a feeding portion 1004 provided at an end of the parallel plate antenna 1001 is soldered to a feeding land 1001.
  • a first through hole 108 is provided from a portion other than the end of the radiating portion 1007 to the back surface of the antenna to obtain impedance matching of the parallel plate antenna 1001.
  • the end of the first through hole on the underside of the antenna is solder-fixed to the short-circuit land 1009 provided on the surface of the base substrate 103.
  • the short-circuit land 1 009 and the first ground 1 0 5 are short-circuited by the second through hole 1 10 0.
  • 5A to 5C show the change in the radiation efficiency of the antenna when the position of the first through hole 108 is changed, which is calculated by the moment method simulation.
  • the impedance matching of the parallel plate antenna 1001 can be adjusted by changing the position of the first through hole.
  • Adjustment can also be made by changing the shape of the ground coupling portion 103. This is because a high-frequency current also flows through the first ground 1005, the second ground 106, and the ground coupling section 103 during operation of the antenna.
  • Figures 6 and 7 show the ground-coupling portion 103 (shaded area in the figure) whose shape has been changed to achieve impedance matching of the parallel-plate antenna 1001.
  • FIG. 8 shows an antenna in which a slit 101 is formed in the first land portion 1005.
  • the impedance characteristics of the parallel plate antenna can be adjusted.
  • the impedance characteristics of the loop antenna 1002 can be adjusted by the methods shown in FIGS. This is because the loop antenna 1002 is magnetically coupled to the first ground 1005 and the second ground 106.
  • the antenna device is different from the first device under the influence of the first high-frequency circuit and the battery. It can flexibly cope with the impedance variation of the second antenna. By using the first of the two antennas for signal reception at a low frequency, the current consumption of the reception circuit during standby can be reduced as much as possible. Also, by using the second antenna for transmitting and receiving data at a high frequency, high-speed transmission and reception of data can be performed.
  • the ground portion may be formed in a portion of the substrate other than the portion where the first radiating element is formed, and may have substantially the same size as that portion. In the antenna device, it is possible to prevent a decrease in the bandwidth of the first radiating element and a decrease in radiated power due to the provision of the ground portion on the back surface of the first radiating element.
  • the antenna device can flexibly cope with impedance fluctuations of the first and second antennas due to the influence of a high-frequency circuit, a battery, and the like. Further, by using the first antenna of the two antennas for signal waiting at a low frequency, the current consumption of the receiving circuit during standby can be reduced as much as possible. In addition, by using the second antenna for transmitting and receiving data at a high frequency, it is possible to transmit and receive data at high speed. Since the first antenna is a loop antenna surrounding the high-frequency circuit, the antenna can be designed to be large, and the resonance frequency of the antenna can be tuned to a desired one by increasing or decreasing the number of turns.
  • An antenna device in which the second antenna is formed by a parallel plate antenna can achieve a good antenna gain even when used in close contact with a human body.
  • the feeder is formed not by metal pins but by end electrodes, thereby simplifying the manufacture and mounting of the antenna.
  • the reactance element is provided at an end position different from the power supply unit, which is provided at an end of the substrate constituting the second antenna.
  • An antenna device, wherein one end of the reactance element is connected to a radiation part of the second antenna, and the other end is connected to a first ground or a second ground. Can be tuned to a desired frequency.
  • FIG. 9 shows an antenna device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Reactance loading terminal 1 0 1 5 provided at the end of parallel plate antenna 1 0 1 1 mounted on one surface of base substrate 1 0 3 is a land 1 0 1 for reactance loading terminal on base substrate 1 0 3 6 is soldered.
  • One end of the reactance element 10017 is connected to the reactance loading terminal land 10016, and the other end is short-circuited to the ground, whereby the impedance characteristics of the parallel plate antenna 1001 can be adjusted.
  • Embodiment 6 is an antenna device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows an antenna according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the parallel plate antenna 1001 composed of a substrate is opposed to the radiating section 1007, and is provided with a warp prevention that is arranged so as not to be short-circuited to the end of the first through hole 1008.
  • the provision of the conductor for use 109 prevents warping of the antenna due to reflow processing when mounting the antenna.
  • the antenna 1001 is formed on the substrate, there is an effect that the antenna can be easily mounted on the substrate during mass production and can be manufactured at low cost.
  • FIG. 11A to 11C show an antenna device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the parallel plate antenna 1001, the loop antenna 1002, and the first high-frequency circuit 1004 are mounted on the surface of the upper layer 102 of the base substrate.
  • a first ground 1005 and a second ground 106 are provided on the base substrate inner layer 1021 at opposing portions of the parallel plate antenna 1001 and the first high-frequency circuit, respectively.
  • a second high-frequency circuit 102 and a third high-frequency circuit 102 are provided on the base substrate lower layer 102 at portions facing the first ground and the second ground, respectively.
  • a ground coupling section 113 is provided between the second high-frequency circuit and the third high-frequency circuit, — Short-circuited to the first ground 105 and the second ground 106 by the hole 102 and the fifth through hole 106, respectively.
  • the antenna device according to any one of Embodiments 4 to 7, a control unit for controlling signal transmission and reception, a driving unit for driving the control unit, and a control unit for accommodating the antenna device, the control unit, and the driving source.
  • Communication equipment equipped with a case enables good communication even when used near a human body.
  • the communication device may perform only one of transmitting and receiving signals.
  • the impedance adjustment of the antenna device according to the seventh embodiment can be realized by a simple operation such as cutting a coupling portion.
  • the characteristics of the antenna are adjusted by adjusting the installation positions of the through holes. Increasing the antenna impedance adjusting means facilitates impedance matching of each antenna and reduces reflection loss.
  • the antenna device incorporated in a portable terminal such as an ID card or a pager according to the present invention can improve the radiation gain in free space and can realize a high radiation gain even when used near a human body.
  • the antenna device according to the present invention which is built in a portable terminal such as an ID force pager, can realize good impedance matching, and therefore has a small reflection loss and high efficiency. Since the antenna device can be used at two frequencies, high-speed data communication at high frequencies and low power consumption at low frequencies can be realized.

Description

装置およびそれを用いた通信機器 技術分野
本発明は小型携帯端末やキーレス用の力一ド端末等の通信機器とそれに用いら れるアンテナ装置に関する。 背景技術
図 1 2 Aと図 1 2 Bにページャ等の移動体通信に使用される従来の小型アンテ ナを示す。 ベース基板 1 0 4上に配置されたディスプレイ 1 0 5の側面に、 導電 性金属にて構成されたループアンテナ 1 0 0をその開口面がベース基板に対して 直角になるように配置される。 このように配置することにより人体近傍でぺ一ジ ャを使用する際に、 アンテナの開口面が人体に対して直角となる。 人体は一種の 反射板とみなすことができるので、 人体内にできる磁流のィメージはループアン テナ 1 0 0の形成する磁流ダイポールと同方向になる。 したがって人体前面では 磁界が相加されるのでアンテナの利得を上昇できる。
ループアンテナ 1 0 0の一端は第 1の整合用コンデンサ 1 0 1 aを介して給電 部 1 0 2と直流的に短絡され、 他端は第 3の整合用コンデンサ 1 0 1 cを介して グランド短絡部 1 0 3と直流的に短絡される。 給電部 1 0 2とグランド短絡部 1 0 3は第 2の整合用コンデンサ 1 0 1 bを介して接続されている。 ループアンテ ナのエレメント長は、 基本的には使用周波数の半波長の長さに設定される。 例え ば、 日本国内のページャの使用周波数は 2 8 0 MH z帯であるから、 その半波長 は約 5 0 O mmとなる。 エレメント長が 5 0 0 mmのループアンテナを小型のぺ ージャ筐体内へ内蔵することは現実的に不可能である。 したがってエレメント長 を 5 0 0 mmよりも短くしてページャ筐体内へ内蔵できるサイズに変更し、 その アンテナの整合を整合用コンデンサ 1 0 1 a , 1 0 1 b , 1 0 1 cにて取ってい る。
上記従来のアンテナはインピーダンス整合用にコンデンサを必要とし、 このコ ンデンサにおける電力ロスによりアンテナの放射利得は著しく劣化する。 また基 板上のグランドパターン及び実装部品によりアンテナの放射利得が劣化する。 図 1 3に特公平 6— 9 3 6 3 5号公報に開示された、 ページャ等の移動体通信 に使用される別の従来の小型アンテナを示す。 金属板 1 1 0 1はマイクロストリ ップアンテナのエレメントであるグランドプレーンである。 金属板 1 1 0 1上に は、 無線回路が形成されたプリント基板 1 1 0 5が搭載され、 導体板 1 1 0 2が 誘電体 1 1 0 4を介して設置されている。 導体板 1 1 0 2は金属板 1 1 0 1の幅 より短い幅で、 金属板 1 1 0 1と対向して設置されている。 誘電体 1 1 0 4は金 属板 1 1 0 1と導体板 1 1 0 2の間の空隙を埋めるように配設されている。 プリ ント基板 1 1 0 5は金属板 1 1 0 1と導体板 1 1 0 2とが対向する部分を避けて 搭載されている。 金属板 1 1 0 1と導体板 1 1 0 2とは、 それらの一端が連結板 1 1 0 3で機械的 ·電気的に接続されている。 これにより金属板 1 1 0 1、 導体 板 1 1 0 2、 連結板 1 1 0 3でコ字状のマイクロストリップアンテナが形成され ている。 そしてこのマイクロストリップアンテナを希望する周波数に同調させる ために、 コンデンサ 1 1 0 6を介して他端が接地され、 給電線 1 1 0 7を調整し て整合を取る。
上記のアンテナではマイクロストリップアンテナが導体板であるため、 量産時 における寸法精度の高い金属加工が必要で、 金属板への実装が困難である。 また、 コンデンサ 1 1 0 6だけではマイクロストリップアンテナのインピーダンスの調 整範囲が狭いため、 マイクロストリップアンテナ近傍に置かれる部品や金属の影 響によりインピーダンス整合が取れない場合がある。 また 1つのアンテナを使用 するため、 1つの周波数帯しか対応できず、 用途により使用周波数を使い分ける ことが出来ない。 発明の開示 アンテナ装置は基板と、 基板に設けられたグランド部と、 基板の側面近傍に設 けられ、 その中心軸とダランド部の側辺とが略平行なへリカル形状の第 1の放射 素子と、 第 1の放射素子の一部と電気的に接続された高周波回路とを備える。 そのアンテナ装置はグランド部によるアンテナ利得劣化を低減することができ ると共に、 螺旋状の第 1の放射素子の卷線を調節してやることにより使用周波数 にて整合を取ることが可能である。 したがってアンテナ整合回路が不要となりァ ンテナの放射利得を向上できる。
別のアンテナ装置は基板と、 基板の第 1面上に設けられた高周波回路を囲むよ うに設けられた、 基板の第 1面上に設けられた第 1のアンテナと、 第 1のアンテ ナに隣接して基板の第 1面上に設けられた第 2のアンテナと、 基板の第 2面に、 高周波回路及び第 2のアンテナと対向する部分にそれぞれ設けられた第 1のダラ ンドおよび第 2のグランドと、 第 1と第 2のグランドとをつなぐ、 形状を調整す ることにより第 1と第 2のアンテナの特性を調整する結合部とを備える。 図面の簡単な説明
図 1 Aは本発明の実施の形態 1による通信機器の上面図、 図 1 Bはその断面図 である。
図 2は本発明の実施の形態 2によるアンテナ装置の上面図である。
図 3は本発明の実施の形態 3によるァンテナ装置の上面図である。
図 4は本発明の実施の形態 4によるァンテナ装置の上面斜視図である。
図 5 Aから図 5 Cは実施の形態 4によるァンテナ装置の短絡用スルーホール位 置と放射効率の関係を示す図である。
図 6は実施の形態 4によるァンテナ装置の下面図である。
図 7は実施の形態 4による別のアンテナ装置の下面図である。
図 8は実施の形態 4によるさらに別のアンテナ装置の下面図である。
図 9は本発明の実施の形態 5によるアンテナ装置の上面斜視図である。
図 1 0は本発明の実施の形態 6によるアンテナ装置の上面斜視図である。 図 1 1 Aから図 1 1 Cは本発明の実施の形態 7によるアンテナ装置の各層にお ける上面図である。
図 1 2 Aは従来のアンテナ装置の概略構成図、 図 1 2 Bはその外観斜視図であ る。
図 1 3は従来の別のアンテナ装置の概要図である。 発明を実施するための最良の形態
(実施の形態 1 )
図 1は本発明の実施の形態 1によるカード型通信機器を示す。 ベース基板 6の 一面上にグランド 7が設けられ、 その他面に高周波回路 5が実装されている。 グ ランド Ίと高周波回路 5を取り囲むように約 1 0 0ターン巻かれたループアンテ ナ 8が配置されている。 ループアンテナ 8は低周波による信号の送受を行う。 ベ ース基板 6の表面にプリントされた導電性パターンとスルーホール 2により構成 されたへリカル形状の第 1の放射素子 1を、 その中心軸が前記ダランド 7の側辺 とほぼ平行となるように設ける。 これにより第 1の放射素子 1により形成される 磁気ダイポールの向きとベース基板 6のグランドに誘起される磁流の向きが同方 向となり相加されるので、 アンテナの放射利得を向上できる。 このカード型通信 機器はシャツのポケットなどに入れて使用することが想定されるが、 その際にお いても第 1の放射素子 1により形成される磁気ダイポールの向きと人体内にでき る磁流の向きが同方向になる。 したがって人体の反対方向の放射利得を向上させ ることが可能となり、 人体近傍においても使用可能なアンテナ装置を実現できる。 さらに第 1の放射素子 1と高周波回路 5をベース基板 6により一体化できるた め、 カード型通信機器の曲げ力に対する強度を高くできると共に、 製造時におい てもアンテナの位置精度が高いため、 性能パラツキを低く抑えることができる。 ループアンテナの巻数を増やしてやることにより、 ループアンテナ自身で整合 を取るために必要なエレメント長を確保し、 整合用のコンデンサを使用すること なくアンテナを実現する。 ループアンテナの中心軸を基板上のグランドの側辺に 対し平行に配置することにより、 ループアンテナにより発生する磁気ダイポール の向きとグランドに誘起される磁流の向きを同方向とすることにより放射利得が 向上する。
アンテナの一部として機能しているグランド部の形状を大きくすることにより、 放射効率を向上できると共に、 アンテナの帯域幅を広げることが可能となる。 基板の少なくとも一方の面にほぼグランド部の周囲に沿ってループアンテナを 形成してもよい。 ループアンテナの裏面にグランド部を配置することによるルー プアンテナの帯域幅の減少と放射電力の減少を防ぐことが可能となる。
第 1の放射素子が高周波信号に対応し、 ループアンテナが低周波信号に対応し てもよい。 エレメント長を長く設計できるループアンテナを低周波の通信に用い ることにより、 放射利得の高いループアンテナを設計することが出来る。
(実施の形態 2 )
図 2は本発明の実施の形態 2による通信機器を示す。 高周波回路 5などの電子 回路が実装されているベース基板 6の側面へ螺旋状の第 1の放射素子 1が配置さ れる。 第 1の放射素子 1の一端と高周波回路 5が給電線 4により接続され、 他端 が短絡線 3によりグランドへ接続される。 第 1の放射素子 1の近傍に絶縁状態に てメアンダ状の第 2の放射素子 1 1が配置される。 2つの放射素子によりアンテ ナインピーダンスの調整範囲が広げられ、 2つの周波数帯域で使用可能なアンテ ナを実現することが可能となる。 メアンダ状の第 2の放射素子 7は、 メアンダ形 状以外の直線形状や螺旋状の放射素子においても同様の特性を得ることができる。 メアンダ形状のピッチ、 エレメント幅、 エレメント長を変更することによ りアンテナィンピーダンスを調整することが可能となると共に、 基板上の導電性 パターンによりァンテナを形成することができるため、 ァンテナ装置を安価に製 造できる。
第 1の放射素子を送受信用に用い、 ル一プアンテナを受信専用に用いてもよい。 データレートの低い低周波を用いた通信ではデータの送受に長い時間がかかるた め、 通信機器の内蔵回路の電源を O Nさせるための受信専用の通信にのみ用い、 実際のデータの送受には高周波を用いることにより、 効率的な信号の送受を行う 事が可能となる。 (実施の形態 3 )
図 3は本発明の実施の形態 3の通信機器を示す。 第 1の放射素子 1の両端が短 絡線 3によりグランドへ接続され、 第 1の放射素子 1の両端部以外の任意の点が 高周波回路 5と給電線 4により接続される。 給電線 4と第 1の放射素子 1の接続 点の位置によりアンテナインピーダンスを 5 0 Ω近い値へ調整できるため、 整合 回路等の素子による放射ロスが発生せず、 良好な放射特性を実現できる。
アンテナの給電部近傍に金属筐体のダランド部への短絡素子を設けることによ り、 ループアンテナのように放射抵抗の小さいアンテナのインピーダンス整合を 取り易くできる。
実施の形態 1から 3記載のアンテナ装置と、 信号の送受信を制御するための制 御部と、 制御部を駆動させるための駆動部と、 アンテナ装置と制御部と駆動源と を収納するためのケースとを備えた通信機器は、 人体近くでの使用時においても 良好な通信が可能となる。 その通信装置は信号を送受信の一方のみを行えてもよ い。 (実施の形態 4 )
図 4は本発明の実施の形態 4によるアンテナ装置を示す。 ベース基板 1 0 0 3 の一面に平行平板アンテナ 1 0 0 1とループアンテナ 1 0 0 2が隣接して実装さ れ、 ループアンテナ 1 0 0 2に取り囲まれるように第 1の高周波回路 1 0 0 4が 実装される。 ベース基板 1 0 0 3の他面には平行平板アンテナ 1 0 0 1と対向す る部分に第 1のグランド 1 0 0 5が、 第 1の高周波回路 1 0 0 4の対向する部分 へ第 2のグランド 1 0 0 6が設けられる。 第 1と第 2のグランドを接続するダラ ンド結合部 1 0 1 3がループアンテナ 1 0 0 2の一部と交差するように設けられ ている。 ループアンテナ 1 0 0 2の裏面にはアンテナ利得の減衰を低減する為に、 グランド結合部 1 0 1 3を除いてグランドが配置されない。 平行平板アンテナ 1 0 0 1への給電のために、 平行平板アンテナ 1 0 0 1の端部に設けられた給電部 1 0 1 4が給電用ランド 1 0 1 1に半田固着される。 平行平板アンテナ 1 0 0 1 のインピーダンス整合を取るために放射部 1 0 0 7の端部以外の一部よりアンテ ナ裏面へ第 1のスルーホール 1 0 0 8が設けられる。 第 1のスルーホールのアン テナ裏面側端部がベース基板 1 0 0 3の表面に設けられた短絡用ランド 1 0 0 9 に半田固着される。 短絡用ランド 1 0 0 9と第 1のグランド 1 0 0 5が第 2のス ルーホール 1 0 1 0により短絡される。 図 5 Aから図 5 Cにモーメント法シミュ レ一シヨンにより算出された、 第 1のスルーホール 1 0 0 8の位置を変更した時 のアンテナの放射効率の変化を示す。 短絡用スルーホールの X座標をアンテナの 端部 （X= 0 ) より離していくに従い放射効率が向上し、 給電部位置 （Y = 0 ) より離していくに従い放射効率が劣化する。 この結果より平行平板ァンテナの短 絡用スルーホールの位置はアンテナ端部でなくアンテナの放射板の内側へ配置し たほうアンテナのが放射効率が良いことが確認できる。 平行平板アンテナ 1 0 0 1のィンピーダンス整合は、 第 1のスルーホールの位置を変更することにより調 整できる。 グランド結合部 1 0 1 3の形状を変更することによつても調整可能で ある。 これは第 1のグランド 1 0 0 5、 第 2のグランド 1 0 0 6、 グランド結合 部 1 0 1 3にもアンテナの動作時において高周波電流が流れるためである。 図 6、 図 7に平行平板アンテナ 1 0 0 1のインピーダンス整合を取るために形状を変更 されたグランド結合部 1 0 1 3 (図中斜線部） を示す。 また、 図 8に第 1のダラ ンド部 1 0 0 5にスリット 1 0 1 4が形成されたアンテナを示す。 これらにより 平行平板アンテナのインピーダンス特性を調整することが可能である。 また、 図 6、 図 7、 図 8に示した方法により前記ループアンテナ 1 0 0 2のインピーダン ス特性も調整できる。 これはループアンテナ 1 0 0 2が前記第 1のグランド 1 0 0 5、 第 2のグランド 1 0 0 6と磁気的に結合しているためである。
実施の形態 4によるアンテナ装置は第 1の高周波回路や電池等の影響で第 1と 第 2のアンテナのインピーダンス変動に柔軟に対応できる。 2つのアンテナのう ち第 1のアンテナを低周波にて信号待ち受け用に使用することで、 待ち受け時の 受信回路の消費電流を極力減らすことができる。 また第 2のアンテナを高周波に てデータの送受信に使用することで高速なデ一夕の送受が可能となる。
グランド部が基板における第 1の放射素子が形成されている以外の部分にその 部分とほぼ同じ大きさで形成してもよい。 そのアンテナ装置では、 第 1の放射素 子の裏面にグランド部を設けることによる第 1の放射素子の帯域幅の減少と放射 電力の減少を防ぐことが可能となる。
実施の形態 4によるアンテナ装置は、 高周波回路や電池等の影響で第 1および 第 2のアンテナのインピ一ダンス変動に柔軟に対応できる。 さらに 2つのアンテ ナのうち第 1のアンテナを低周波にて信号待ち受け用に使用することで、 待ち受 け時の受信回路の消費電流を極力減らすことができる。 また第 2のアンテナを高 周波にてデータの送受信に使用することで高速なデータの送受が可能となる。 第 1のアンテナは高周波回路の周囲を囲むループアンテナであるのでアンテナ を大きく設計することが出来ると共に、 ターン数を増減することによりアンテナ の共振周波数を所望のものに同調することが可能となる。
第 2のアンテナを平行平板アンテナにより形成したアンテナ装置は人体に密着 して使用する場合においても良好なアンテナ利得を実現可能となる。
実施の形態 4によるァンテナ装置では給電部が金属のピンではなく端面電極に より形成されることでアンテナの製造と実装が簡易になる。 スルーホールを平板 ァンテナの端部以外の放射部内側へ設けることにより放射効率が向上する。 本発明の請求項 8に記載の発明は、 請求項 7に記載のアンテナ装置において、 第 2のアンテナを構成する基板の端部に設けられた,給電部と異なる端部位置にリ ァクタンス素子を装荷し、 リアクタンス素子の一端を前記第 2のアンテナの放射 部へ接続し、 他端を第 1のグランドまたは第 2のグランドへ接続したことを特徴 とするアンテナ装置であり、 前記第 2のアンテナの共振周波数を所望の周波数へ 同調することが可能となる。 (実施の形態 5 )
図 9は本発明の実施の形態 5によるアンテナ装置を示す。 ベース基板 1 0 0 3 の一面に実装された平行平板アンテナ 1 0 0 1の端部に設けられたリアクタンス 装荷端子 1 0 1 5がベース基板 1 0 0 3上のリアクタンス装荷端子用ランド 1 0 1 6に半田固着される。 リアクタンス素子 1 0 1 7の一端がリアクタンス装荷端 子用ランド 1 0 1 6に接続され、 他端がグランドへ短絡されることにより平行平 板アンテナ 1 0 0 1のインピーダンス特性を調整できる。 (実施の形態 6 )
図 1 0は本発明の実施の形態 6によるアンテナを示す。 基板にて構成された平 行平板アンテナ 1 0 0 1は、 放射部 1 0 0 7と対向し、 第 1のスルーホール 1 0 0 8の端部と短絡されない状態にて配設された反り防止用導電体 1 0 1 9を備え ることにより、 ァンテナ実装時のリフロー処理によりァンテナが反ることが防止 される。
アンテナ 1 0 0 1が基板にて形成されるので、 量産時の基板上へのアンテナ実 装が簡易に行えるとともに安価に作製できるという効果を有する。
(実施の形態 7 )
図 1 1 Aから図 1 1 Cは本発明の実施の形態 7によるアンテナ装置を示す。 ベ —ス基板上層 1 0 2 0の表面上に平行平板アンテナ 1 0 0 1とループアンテナ 1 0 0 2と第 1の高周波回路 1 0 0 4が実装される。 ベース基板内層 1 0 2 1上で 平行平板アンテナ 1 0 0 1と第 1の高周波回路の対向する部分にそれぞれ第 1の グランド 1 0 0 5と第 2のグランド 1 0 0 6が設けられる。 ベース基板下層 1 0 2 2上で第 1のグランドと第 2のグランドに対向する部分にそれぞれ第 2の高周 波回路 1 0 2 3と第 3の高周波回路 1 0 2 4が設けられる。 さらに第 2の高周波 回路と第 3の高周波回路の間にグランド結合部 1 0 1 3が設けられ、 第 4のスル —ホール 1 0 2 5、 第 5のスルーホール 1 0 2 6によりそれぞれ第 1のグランド 1 0 0 5、 前記第 2のグランド 1 0 0 6へ短絡される。 このような構成により高 周波回路を実装できるスペースを大きく取ることが出来、 結果、 小型な情報端末 を実現することが可能となる。
実施の形態 4から 7記載のアンテナ装置と、 信号の送受信を制御するための制 御部と、 制御部を駆動させるための駆動部と、 アンテナ装置と制御部と駆動源と を収納するためのケースとを備えた通信機器は、 人体近くでの使用時においても 良好な通信が可能となる。 その通信装置は信号を送受信の一方のみを行えてもよ い。
実施の形態 7によるアンテナ装置のインピーダンス調整は結合部を削る等の簡 易な作業により実現することが可能となる。
実施の形態 7によるアンテナ装置ではスルーホールの設置位置を調整すること によりアンテナの特性を調整する。 アンテナインピーダンス調整手段を増やすこ とにより、 各アンテナのインピーダンス整合を取りやすくし、 反射損を低減する ことが可能となる。 産業上の利用可能性
本発明による I Dカードやページャなどの携帯端末に内蔵されるアンテナ装置 は、 自由空間における放射利得が向上すると共に、 人体近傍にて使用する際にお いても高い放射利得を実現できる、
また本発明による、 I D力一ドゃページャなどの携帯端末に内蔵されるアンテ ナ装置は良好なィンピーダンス整合を実現できるため、 反射損が少なく高効率で ある。 そのアンテナ装置は 2つの周波数において使用可能なため、 高周波におけ る高速データ通信と低周波における低消費電力を実現できる。

Claims

請求の範囲
1 . 基板と、
前記基板に設けられたグランド部と、
前記基板の側面近傍に設けられ、 その中心軸と前記グランド部の側辺とが 略平行なヘリカル形状の第 1の放射素子と、
前記第 1の放射素子の一部と電気的に接続された高周波回路と
を備えたアンテナ装置。
2 . 前記第 1の放射素子の第 1端が前記高周波回路に接続され、 第 2端が前記グ ランド部に接続された、 請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。
3 . 前記第 1の放射素子の両端が前記グランド部に接続され、 前記第 1の放射素 子は前記両端間で前記高周波回路と接続された、 請求の範囲第 1項記載のアンテ ナ装置。
4. 前記第 1の放射素子を形成する前記基板の両面に配置された導電性パターン をさらに備え、 前記高周波回路は前記基板に形成された、 請求の範囲第 1項記載 のアンテナ装置。
5 . 前記導電性パターンを連結するスルーホールをさらに備えた、 請求の範囲第 4項記載のアンテナ装置。
6 . 前記グランド部は前記基板とほぼ同じ大きさである、 請求の範囲第 1項記載 のアンテナ装置。
7 . 前記基板の少なくとも一方の面にほぼ前記基板の周囲に沿って形成されるル ープアンテナをさらに備えた、 請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。
8 . 前記グランド部は、 前記基板における前記第 1の放射素子が形成されている 部分以外の部分にほぼ形成されている、 請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。
9 . 基板の少なくとも一方の面にほぼグランド部の周囲に沿って形成されたルー
'をさらに備えた、 請求の範囲第 8項記載のアンテナ装置。
1 0 . 前記第 1の放射素子は高周波信号に対応し、 前記ループアンテナは低周波 信号に対応する、 請求の範囲第 7項または第 9項記載のアンテナ装置。
1 1 . 前記第 1の放射素子は前記高周波信号を送受信でき、 前記ル一プアンテナ は前記低周波信号を受信する、 請求の範囲第 1 0項記載のアンテナ装置。
1 2 . 前記第 1の放射素子に対し略平行にかつ直流的に絶縁されて配置された第 2の放射素子をさらに備えた、 請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。
1 3 . 前記第 2の放射素子はメアンダ形状である、 請求の範囲第 1 2項記載のァ ンテナ装置。
1 4. 請求の範囲第 1記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置での信号の送信と受信の少なくとも一方を制御するため の制御部と、
前記制御部を駆動する駆動部と、
前記アンテナ装置と前記制御部と前記駆動源とを収納するケースと を備えた通信機器。
1 5 . 第 1の基板と、 前記第 1の基板の第 1面上に設けられた第 1の高周波回路を囲むように設 けられた、 前記第 1の基板の前記第 1面上に設けられた第 1のアンテナと、
前記第 1のアンテナに隣接して前記第 1の基板の前記第 1面上に設けられ た第 2のアンテナと、
前記第 1の基板の第 2面に、 前記第 1の高周波回路及び前記第 2のアンテ ナと対向する部分にそれぞれ設けられた第 1のグランドおよび第 2のグランドと、 前記第 1と第 2のグランドとをつなぐ、 形状を調整することにより前記第 1と第 2のアンテナの特性を調整する結合部と
を備えたアンテナ装置。
1 6 . 前記第 1のアンテナはループアンテナである、 請求の範囲第 1 5項に記載 のアンテナ装置。
1 7 . 前記第 1のアンテナが低周波信号に対応し、 前記第 2のアンテナが高周波 信号に対応する、 請求の範囲第 1 5項に記載のアンテナ装置。
1 8 . 前記第 1と第 2のグランドの少なくとも一方にスリットが形成された、 請 求の範囲第 1 5項に記載のアンテナ装置。
1 9 . 前記第 2のアンテナは平板アンテナである、 請求の範囲第 1 6項に記載の アンテナ装置。
2 0 . 前記第 1の基板上に配置され、 前記第 2のアンテナが形成された第 2の基 板をさらに備えた、 請求の範囲第 1 9項に記載のアンテナ装置。
2 1 . 前記第 2のアンテナは、
前記第 2の基板の前記第 1の基板から離れた面である第 1面に設けられた 放射部と、
前記第 2の基板の端部に設けられた給電部と、
前記放射部より前記第 2の基板の第 2面に貫通し前記第 2のグランド部に 接続されるスルーホールと
を有する、 請求の範囲第 2 0項に記載のアンテナ装置。
2 2 . 前記第 2の基板の端部に前記給電部と異なる位置に装荷され、 前記第 2の ァンテナの前記放射部に第 1端が接続されて前記第 1と第 2のグランド部のうち の一方に第 2端が接続されたリアクタンス素子をさらに備えた、 請求の範囲第 2 1項に記載のアンテナ装置。
2 3 . 前記第 2の基板の前記第 2面に設けられた、 前記スルーホールと直流的に 絶縁された導体をさらに備えた、 請求の範囲第 2 0項に記載のアンテナ装置。
2 4. 表面の第 1と第 2の面と内層の第 3の面を有する多層基板と、
前記多層基板の前記第 1面に設けられた第 1の高周波回路と、
前記多層基板の前記第 1面に設けられた、 前記第 1の高周波回路を囲むよ うに設けられた第 1のアンテナと、
前記多層基板の前記第 1面に設けられ、 前記第 1のアンテナに隣接して設 けられた第 2のアンテナと、
前記多層基板の前記第 3面に設けられ、 前記第 1の高周波回路及び前記第 2のアンテナと対向する部分にそれぞれ設けられた第 1と第 2のグランドと、 前記第 1と第 2のグランドをつなぐ、 形状を調整することで前記第 1と第 2のアンテナの特性を調整する結合部と
を備えたアンテナ装置。
2 5 . 前記第 1と第 2のグランドに対向する前記多層基板の前記第 2面上に設け られた第 2の高周波回路をさらに備えた、 請求の範囲第 2 4項に記載のアンテナ
2 6 . 前記結合部は前記多層基板の前記第 2面上に設けられた、 請求の範囲第 2 4項に記載のアンテナ装置。
2 7 . 前記第 1のグランドと前記結合部とを接続する第 1のスルーホールと、 前記第 2のグランドと前記結合部とを接続する第 2のスルーホールと をさらに備えた、 請求の範囲第 2 6項に記載のアンテナ装置。
2 8 . 前記第 1と第 2のスルーホールの少なくも一方の設置位置を調整すること により前記第 1と第 2のアンテナの特性を調整する、 請求の範囲第 2 7項に記載 のアンテナ装置。 .
2 9 . 請求の範囲第 1 5項または第 2 4項に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置の信号の送信と受信の少なくとも一方を制御する制御部 と、 '
前記制御部を駆動する駆動部と、
前記アンテナ装置と前記制御部と前記駆動部とを収納するケースと を備えた通信機器。
補正書の請求の範囲
[2002年 4月 5日 （05. 04. 02) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1は 補正された；出願当初の請求の範囲 2は取り下げられた；
他の請求の範囲は変更なし。 頁） ]
1 . (補正後） 基板と、
前記基板に設けられたグランド部と、
前記基板の側面近傍に設けられ、 その中心軸と前記グランド部の側辺とが 略平行なヘリカル形状の第 1の放射素子と、
前記第 1の放射素子の一部と電気的に接続された高周波回路と
を備えたアンテナ装置において、 前記第 1の放射素子の第 1端が前記高周波回路 に接続され、 第 2端が前記ダランド部に接続されたアンテナ装置。
2 . (削除）
3 . 前記第 1の放射素子の両端が前記ダランド部に接続され、 前記第 1の放射素 子は前記両端間で前記高周波回路と接続された、 請求の範囲第 1項記載のアンテ
4. 前記第 1の放射素子を形成する前記基板の両面に配置された導電性パターン をさらに備え、 前記高周波回路は前記基板に形成された、 請求の範囲第 1項記載 のアンテナ装置。
5 . 前記導電性パターンを連結するスル一ホールをさらに備えた、 請求の範囲第 4項記載のアンテナ装置。
6 . 前記グランド部は前記基板とほぼ同じ大きさである、 請求の範囲第 1項記載 のアンテナ装置。 7 . 前記基板の少なくとも一方の面にほぼ前記基板の周囲に沿って形成されるル
'をさらに備えた、 請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。 ]£された « (条約第19条)
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