WO2004064193A1 - アンテナとそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

小型化と広帯域化を実現することができるアンテナと、このアンテナを内蔵し小型で広帯域に対応可能な電子機器が提供される。このアンテナは、給電端を有する給電エレメントと、給電エレメントが外周に設置されるアンテナコア部と、給電端に接続されている給電リードと、給電端を覆う磁性体とを備える。この電子機器は、そのアンテナと、送信系と、受信系とを備え、アンテナの給電リードは送信系と受信系の少なくとも一方に接続している。

Description

明細書

アンテナとそれを用いた電子機器 技術分野

本発明はアンテナとそれを用いた電子機器に関する。 背景技術

図 6は、 従来のアンテナの構成を示している。 従来のアンテナは、 一端が開放されている給電エレメント 1 0 1 と、 この給電エレメント 1 0 1が外周に設けられているアンテナコア部 1 0 0と、 この給電工 レメント 1 0 1の給電端に接続されている給電リード 1 0 2とを備え ている。 給電エレメント 1 0 1は給電リード 1 0 2を介してプリント 基板上の給電部に接続されている。 この構成では、 給電エレメント 1 0 1の長さを調整することで. λノ 4モード共振での共振周波数が調整 され、 その共振電流によって電波が放射される。 ここで言う Λ Ζ 4モ ―ド共振とは、 給電エレメント 1 0 1の給電部で電流が最大になり、 給電部から最も離れた給電エレメント 1 0 1の開放端では電流が最小 で電圧が最大となる共振モードである。

なお、 上述のような従来のアンテナは、 例えば、 W 0 9 9 Z 4 8 1 6 9号公報に開示されている。

従来、 この種のアンテナにおいては、 小型化を図るためにアンテナ コア部 1 0 0に誘電体を用いて電磁界の波長を短縮することによって アンテナの小型化を図っている。

通常、 給電エレメント 1 0 1に必要な長さを軽減するために、 使用 する周波数での波長 λの略 1 Ζ 4の長さで済む λ / 4モード共振が主 に用いられる。

λ Ζ 4モード共振では、 アンテナを等価的にコンデンサとィンダク 夕との並列共振回路で表すことができる。 この λ / 4モード共振を誘 電体を用いて波長短縮すれば、 等価的にコンデンサ値が増大 （容量性 が増大） し、 インピーダンスの周波数特性が急峻になる。 その結果、 使用できる帯域が狭くなる。 発明の開示

アンテナは、

一端が開放され他端に給電端を有する給電エレメントと、 給電エレメントが外周に設置されるアンテナコア部と、 給電端に接続されている給電リードと、

給電端の外周部を覆う磁性体と

を備える。

電子機器は、

上述のアンテナと、

送信の為の信号処理を実施する送信系と、

受信の為の信号処理を実施する受信系と

を備え、

アンテナの給電リ一ドは、 送信系と受信系の少なくとも一方に 接続している。 図面の簡単な説明

図 1は本発明のアンテナを用いる携帯電話の回路プロック図である。 図 2 Αは本発明の実施の形態のアンテナの一部を示す分解斜視図で ある。

図 2 Bは本発明の実施の形態のアンテナを示す分解斜視図である。 図 2 Cは本発明の実施の形態のアンテナを示す組み立て図である。 図 3は本発明のアンテナが電子機器に組み込まれた状態を示す要部 の斜視図である。

図 4は本発明の他の実施の形態のアンテナを示す分解斜視図である。 図 5は本発明の更に他の実施の形態のアンテナを示す分解斜視図で ある。

図 6は従来のアンテナの斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明はアンテナの小型化を確保し、 さらに広帯域化を図ることを 目的とする。

本発明の実施の形態について説明する。

図 1は本発明のアンテナを搭載した携帯電話の回路ブロック図を示 している。 図 1において、 アンテナ 1は給電端子 2 5を介してアンテ ナ共用器 2と接続されている。 このアンテナ共用器 2は送信フィルタ 6と受信フィルタ 5から構成されている。 受信フィルタ 5の入力端子 と送信フィル夕 6の出力端子は共に給電端子 2 5に接続されている。 受信フィルタ 5の出力端子は増幅器 7に接続され、 送信フィルタ 6の 入力端子はアイソレー夕 1 8に接続されている。 アンテナ 1で電波が 受信されて、 電気信号としてアンテナ共用器 2の受信フィルタ 5に伝 達される。 受信フィルタ 5と増幅器 7と段間フィルタ 8とミキサ 9と I Fフィルタ （中間周波数フィルタ） 1 0と復調器 1 1 とスピーカ 1 2は直列接続されており、 これらが受信系 4を構成している。 受信系 4は、 受信された電波から所望の周波数帯域の信号を選択し、 増幅し、 周波数変換し、 復調し、 音声信号を復元する。 スピーカ 1 2は、 受信 した電波から復元された音声を出力する。

また、 マイク 1 3に入力された音声は電気信号に変換されて変調器 1 4に伝えられる。 マイク 1 3とミキサ 1 5と段間フィルタ 1 6と増 幅器 1 7とアイソレータ 1 8と送信フィルタ 6とは直列接続されてお り、 これらが送信系 3を構成している。 送信系 3は、 音声を電気信号 に変換し、 それを変調し、 周波数変換し、 増幅し、 送信すべき周波数 帯域の信号成分のみを通す。 こうして、 所定の周波数帯域の高周波信 号が給電端子 2 5を介してアンテナ 1から電波として送信される。 また、 ミキサ 9とミキサ 1 5には電圧制御発振器 （V C O ) 1 9が それぞれ局部発信フィルタ 2 0と局部発信フィルタ 2 1を介して接続 されている。 電圧制御発振器 （V C O ) 1 9は、 周波数制御電圧によ つて発信周波数が制御されている。 この周波数制御電圧は、 制御アン テナ 1を介して送受信すべき信号の周波数に対応して作成されている。 ミキサ 9は、 局部発信フィルタ 2 0を介して入力される局部発信信号 を用いて、 段間フィルタ 8から入力される高周波信号を周波数変換す る。 一方、 ミキサ 1 5は、 局部発信フィルタ 2 1を介して入力される 局部発信信号を用いて、 変調器 1 4から入力される信号を周波数変換 する。

次に、 図 1におけるアンテナ 1について図 2 A〜図 2 Cとともに説 明する。 図 2 A〜図 2 Cは本発明のアンテナの構成を示す。 アンテナ 1は、 図 2 A〜図 2 Cに示されるように、 給電エレメント 3 0とアン テナコア部 3 1 と給電リード 3 4と磁性体 3 5とスぺーサ 3 6で構成 されている。 尚、 本発明のアンテナ 1は、 スぺ一サ 3 6を用いないで 構成することも可能である。 給電エレメント 3 0は、 銅線もしくは銅 箔等で螺旋状に形成され、 一端に開放端 Aを有し、 他端に給電端 Bを 有している。 アンテナコア部 3 1は絶縁体から成り、 直方体である。 給電エレメント 3 0はこのアンテナコア部 3 1の外周部分に配置され る。 このアンテナコア部 3 1は例えば A B S、 フエノール、 ポリ力一 ポネ一ト等の樹脂で形成されている。

図 2 Bに示されているように、 給電エレメント 3 0の給電端 Bは給 電リード 3 4とはんだにより電気的に接続されている。 この給電エレ メント 3 0は基本的にアンテナとしての働きをする。 給電リード 3 4 を介して給電エレメント 3 0に給電し、 給電エレメント 3 0を構成す る導線の幅や長さを調整することとで、 アンテナ 1は λ Z 4モ一ド共 振のアンテナとして機能できる。

このように構成されたアンテナコア部 3 1に、 直方体を中空にした 形状の磁性体 3 5が給電エレメント 3 0の給電端. Β側に挿入されて配 置される。 磁性体 3 5の端部に引出し溝 3 7が形成されており、 この 引出し溝 3 7から給電リード 3 4が引き出されている。

そして、 スぺーサ 3 6が給電エレメント 3 0の開放端 Α側に設けら れている。 スぺーサ 3 6の形状としては、 磁性体 3 5と同様に直方体 を中空にしたものであり、 アンテナコア部 3 1に挿入されている。 こ のスぺーサ 3 6は例えば A B S、 フエノール、 ポリカーボネート等の 樹脂による絶縁体で形成されている。 また、 磁性体 3 5は例えばフエ ライト系材料などで形成されている。

図 2 Cは、 以上のように構成された本発明のアンテナの外観図を示 す。

図 2 A〜図 2 Cに示された本実施の形態で最も特徴とする点は、 給 電工レメント 3 0の給電端 B側に磁性体 3 5を設けると共に、 給電工 レメント 3 0の開放端 A側には非磁性体である樹脂による絶縁体から なるスぺ一サ 3 6を設けていることである。

アンテナコア部 3 1をすベて磁性体で覆った場合には等価的にィン ダクタンス値誘導性が増大する。 このことにより、 インピ一ダンスの 周波数特性が緩やかになることで帯域を広くすることができ、 広帯域 なアンテナを得ることができる。

しかしながら、 磁性材料は一般に誘電体としての特性をも併せ持つ ている。 そのため、 損失の観点から考えると誘電体を用いた場合には 誘電損失のみであるが、 磁性体を用いた場合には誘電特性による帯域 の減少と誘電損失および磁気的損失によって放射効率の低下を招くと いった弊害が生じる。

そのため、 本発明の構成では、 磁性体 3 5は給電端 Bの周辺、 即ち 給電リード 3 4の周辺に設置されている。 こうすることで、 上述の弊 害を避けることができる。 加えて、 給電端 Bの周辺、 即ち給電リード 3 4の周辺では、 定在波電流の腹が存在する領域である為、 アンテナ によって発生する磁界は最も大きくなる領域である。 従って、 磁性体 3 5を給電端 Bの周辺 （即ち給電リード 3 4の周辺） に設置すること でアンテナの短縮化に最も効果的に寄与する。 また、 誘導性を増大さ , せてィンピーダンスの周波数変化を緩やかにすることができ帯域を広 げることが可能となる。 さらに、 非磁性体である樹脂による絶縁体か らなるスぺ一サ 3 6を開放端 A側の電流集中の少ない箇所に設けてい る。 即ち、 スぺーサ 3 6は定在波電流の節が存在する領域に設置され ている。 こうすることにより、 誘電特性および磁性特性をほとんど持 たず、 誘電損失および磁気的損失の発生を抑制することができる。

このように、 非磁性体スぺ一サ 3 6を設けることによって磁気的損 失の発生を抑制することができ、 放射効率の低下を防ぐことができる。

また、 スぺ一サ 3 6として誘電特性をほとんど持たない絶縁体を用 いることにより、 更に誘電損失の発生を抑制することができ、 放射効 率の低下を更に防ぐことができる。

このように、 本発明の構成を採用することで小型で広帯域な特性を 持つアンテナを提供することができる。

次に、 図 2 A〜図 2 Cに示された本実施の形態のおけるアンテナ 1 を採用した電子機器について、 図 3とともに説明する。

図 3はこのアンテナ 1を採用する電子機器の要部を示した斜視図で ある。

図 3において、 プリン卜基板 2 2上には送受信回路部 2 3が実装さ れている。 送受信回路部 2 3は、 少なくとも図 1に示された受信系 4 と送信系 3で構成されている。 この送受信回路部 2 3における受信フ ィル夕 5の入力端子と送信フィルタ 6の出力端子は、 信号ライン 2 4 を介して給電端子 2 5に接続している。 この給電端子 2 5は、 図 2 B 及び図 2 Cに示された給電リード 3 4とはんだ等で電気的に接続され る。 こうすることで電子機器が形成されている。 この際、 磁性体 3 5 とスぺーサ 3 6の外形形状を同一にしてプリント基板 2 2に安定して 固定することはいうまでもない。

また、 アンテナコア部 3 1を直方体の形状で説明したが給電エレメ ント 3 0を外周に形成しやすい円柱形状でもよい。 さらにアンテナコ ァ部 3 1にメツキや印刷を施すことにより給電エレメント 3 0を形成 することも可能である。

このように構成することで、 電子機器自体の小型化を達成できる。 次に、 本発明におけるアンテナの他の構成を図 4とともに説明する。 図 4に示されたアンテナは、 図 2に示された構成に加えて、 給電工 レメント 3 0の上部に無給電工レメント 3 2を絶縁シートからなる絶 縁体 3 8を挟んで配置している。 無給電エレメント 3 2は、 給電エレ メント 3 0と異なり、 高周波信号を直接入出力するためのエレメント ではない。 尚、 図 2と同じ番号の部分は図 2と同様であり、 それらの 詳細な説明は省略する。

無給電工レメント 3 2を絶縁体 3 8を挟んで給電エレメント 3 0と 独立して配置することにより、 両エレメント間での電磁界結合が発生 する。 この電磁界結合を利用することで 2つの共振周波数を得ること ができる。 加えて、 共振周波数の調整を容易に行うことができるため 小型で 2周波対応のアンテナを実現できる。

尚、 図 4に示されたアンテナを図 3でのアンテナとして実装するこ とも、 勿論可能である。 次に、 本発明におけるアンテナの更に他の構成を図 5とともに説明 する。 ' 図 5'に示されたアンテナは、 図 2に示されているアンテナと同様に、 アンテナコア部 3 1の外周の表面に給電エレメント 3 0が配置されて いる。 さらに、 環状の導体 3 3がアンテナコア部 3 1に配置されてい る。 その配置位置は、 給電エレメント 3 0の給電端 B側である。 この 給電端 B側と環状の導体 3 3の C部とははんだで電気的に接続されて いる。 さらにこの環状の導体 3 3の D部分と給電リード 3 4とがはん だで電気的に接続されている。 この状態で磁性体 3 5およびスぺーサ 3 6を組み込んでアンテナが構成されている。 尚、 図 2と同じ番号の 部分は図 2と同様であり、 それらの詳細な説明は省略する。

このように給電側に環状の導体 3 3を配置することにより、 環状の 導体 3 3と給電エレメント 3 0との間で電磁界結合を発生する。 この 電磁界結合を利用することでさらに広帯域化を実現できる。

尚、 図 5に示されたアンテナを図 3でのアンテナとして実装するこ とも、 勿論可能である。

なお、 以上の実施の形態においては、 アンテナコア部 3 1は絶縁体 で構成されたものについて説明したが、 このアンテナコア部 3 1を誘 電体もしくは磁性体で構成することもできる。 誘電体や磁性体を用い ることによってアンテナとしての波長を短縮することができ、 一層ァ ンテナの小型化を図ることができる。

また、 アンテナコア部 3 1は、 開放端側を絶縁体で構成し、 給電端 側を磁性体で構成することも可能である。 こうすることで、 電界が集 中する開放端近傍に誘電特性および磁気特性をほとんど持たない絶縁 体を用いることにより、 誘電特性による帯域の減少を抑え、 また誘電 損失および磁気的損失の発生を抑制することで、 放射効率の低下を防 ぐことができる。 ところで、 以上の説明では、 受信系 4は受信フィルタ 5と増幅器 7 と段間フィルタ 8とミキサ 9と I Fフィル夕 （中間周波数フィル夕） 1 0と復調器 1 1とスピーカ 1 2との直列接続で構成されているとし ている。 しかし、 本発明の受信系 4は、 この構成に限られるものでは なく、 本発明の受信系 4は受信の為の信号処理を施す回路部分を指し ている。

また、 以上の説明では、 送信系 3はマイク 1 3とミキサ 1 5と段間 フィルタ 1 6と増幅器 1 7とアイソレータ 1 8と送信フィルタ 6との 直列接続で構成されるとしている。 しかし、 本発明の受信系 4は、 こ の構成に限られるものではなく、 本発明の送信系 3は送信の為の信号 処理を施す回路部分を指している。

以上に説明したように、 本発明のアンテナは、 λ Ζ 4モ一ド共振に おいて最も電流集中の起きる給電端の近傍に磁性体を設けることで、 磁性体による波長短縮と誘導性の増大効果を有効に発揮させ、 小型化 と広帯域化を実現することができる。

また、 以上に説明したように、 本発明は、 アンテナを内蔵した小型 な電子機器を提供することができる。 産業上の利用可能性

本発明は、 小型化と広帯域化を実現することができるアンテナを提 供できる。 さらに、 本発明は、 本発明のアンテナを内蔵した電子機器 であって、 小型で広帯域に対応可能な電子機器を提供することができ る。

Claims

請求の範囲 .

1 . 一端が開放され他端に給電端を有する給電エレメントと、

前記給電エレメントが外周に設置されるアンテナコア部と、 前記給電端に接続されている給電リードと、

前記給電端を覆う磁性体と

を備えた

2 . 両端が開放の無給電エレメントと、

絶縁体と.

を更に備え、

前記無給電エレメントは前記絶縁体を挟んで前記給電エレメン 卜の上に配置される請求項 1に記載のアンテナ。

3 . 前記アンテナコア部に設置れた環状の導体をを更に備え、

前記導体は前記給電エレメント及び前記給電リ一ドと接続され る請求項 1に記載のアンテナ。

4 . 前記アンテナコア部は誘電体もしくは磁性体で構成される請求 項 1に記載のアンテナ。

5 . 前記アンテナコア部は、 前記開放端側は絶縁体で構成され、 前 記給電端側は磁性体で構成された請求項 4に記載のアンテナ。

6 . 前記磁性体は前記給電リードを引き出す引出し溝を有する請求 項 1に記載のアンテナ。

7 . 前記給電エレメントの開放端側の外周に位置する非磁性体スぺ ーサを更に備える請求項 1に記載のアンテナ。

8 . 前記非磁性体スぺーサは絶縁樹脂で形成される請求項 7に記載 のアンテナ。

9 . 請求項 1または 2に記載のアンテナと、

送信の為の信号処理を実施する送信系と、

受信の為の信号処理を実施する受信系と

を備え、

前記アンテナの前記給電リードは、 前記送信系と前記受信系の 少なくとも一方に接続している電子機器。