WO2018016339A1

WO2018016339A1 - マルチバンドアンテナおよび電子機器

Info

Publication number: WO2018016339A1
Application number: PCT/JP2017/024819
Authority: WO
Inventors: 邦明用水
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2018-01-25
Also published as: CN209045772U

Abstract

電子機器（１）は、マルチバンド通信を可能とするため、高域用アンテナ素子（１１）と、低域用アンテナ素子（１２）とを備えている。高域用アンテナ素子（１１）と低域用アンテナ素子（１２）とは、インダクタブリッジ（２０）により、物理的、かつ、電気的に接続されている。ＲＦＩＣ（１５）は、高域用アンテナ素子（１１）に対して、高周波数帯域通信および低周波帯域通信のための給電を行う。インダクタブリッジ（２０）は、樹脂基材からなる平板状の素体と、素体に設けられ、高域用アンテナ素子（１１）に接続される第１接続部と、素体に設けられ、低域用アンテナ素子（１２）に接続される第２接続部と、素体の第１接続部と第２接続部との間に接続されたインダクタ部とを有する。

Description

マルチバンドアンテナおよび電子機器

　本発明は、複数のアンテナ素子を有するマルチバンドアンテナ及びそれを備えた電子機器に関するものである。

　特許文献１には、低周波数帯域用のアンテナ素子と、高周波帯域用のアンテナ素子とを備えたマルチバンドアンテナが開示されている。特許文献１に記載のマルチバンドアンテナでは、高周波帯域用のアンテナ素子と給電点との間に、共振回路からなるインピーダンス整合回路が挿入されている。この共振回路は、低周波数帯と、高周波帯域との間に共振周波数が設定されている。そして、共振回路は、低周波帯域ではインダクタとして作用し、高周波帯域ではキャパシタとして作用する。これにより、高周波帯域用のアンテナ素子を、低周波帯域でも用いることができ、低周波帯域での良好な広帯域特性を実現する。

特開２０１０－１０９６０号公報

　しかしながら、特許文献１の場合、インピーダンス整合回路（共振回路）を必要とするため、回路の設置スペースを確保する必要がある。このため、近年、小型化および薄型化が要求される端末装置に、特許文献１に記載のマルチバンドアンテナを用いた場合、筐体内の部品配置の自由度が制限されるといった問題がある。また、インピーダンス整合回路を用いると、回路基板の主面に形成される端子、実装される部品の端子を保護する必要があり、製造に手間を要する。

　そこで、本発明の目的は、省スペース化が実現できるマルチバンドアンテナおよびそれを備えた電子機器を提供することにある。

　本発明に係るマルチバンドアンテナは、高周波帯域用アンテナ素子と、低周波帯域用アンテナ素子と、前記高周波帯域用アンテナ素子と、前記低周波帯域用アンテナ素子とを接続するインダクタブリッジと、前記高周波帯域用アンテナ素子に接続され、高周波数帯域通信および低周波帯域通信のための給電を行う給電部とを備え、前記インダクタブリッジは、樹脂基材からなる平板状の素体と、前記素体に設けられ、前記高周波帯域用アンテナ素子に接続される第１接続部と、前記素体に設けられ、前記低周波帯域用アンテナ素子に接続される第２接続部と、前記素体の前記第１接続部と前記第２接続部との間に接続されたインダクタ部とを有することを特徴とする。

　この構成では、高周波帯域用アンテナ素子と低周波帯域用アンテナ素子とをつなぐ配線を設けるスペースが狭くても、薄いインダクタブリッジをそのスペースに這わせることができる。つまり、インダクタブリッジを設けるスペースを十分に確保する必要がなく、省スペース化が実現できる。

　また、低周波数帯域ではインダクタブリッジは低インピーダンスとなるため、低周波数帯域通信では、高周波帯域用アンテナ素子および低周波帯域用アンテナ素子が作用する。つまり、高周波帯域用アンテナ素子は、低周波数帯域通信ではアンテナ素子の一部を担う。これにより、インダクタブリッジの長さ、またはインダクタ成分のインピーダンスを調整することで、低周波数帯域の通信周波数を変えることができる。

　本発明に係るマルチバンドアンテナの前記高周波帯域用アンテナ素子と、前記低周波帯域用アンテナ素子と、前記インダクタブリッジとでダイポールアンテナを形成する構成でもよい。

　この構成では、高周波帯域用アンテナ素子と、低周波帯域用アンテナ素子とが離れた位置に形成されていても、インダクタブリッジで接続することで、ダイポールアンテナを構成できる。そして、インダクタブリッジを用いることで、長いアンテナ部を形成できるようになり、ダイポールアンテナを構成しやすくなる。また、ダイポールアンテナとすることで、アンテナを接地するためのグランドが不要となり、接地するための接続ケーブルが不要となったり、グランドを近接配置したりする必要がなくなる。また、高周波帯域用アンテナ素子を低周波用のダイポールアンテナの一部とすることができるため、低周波帯域用アンテナ素子を小型化できる。

　本発明に係る電子機器は、本発明に係るマルチバンドアンテナと、前記マルチバンドアンテナを収容する筐体と、を備え、前記高周波帯域用アンテナ素子と、前記低周波帯域用アンテナ素子とは、前記筐体の一部を構成していることを特徴とする。

　この構成では、高周波帯域用アンテナ素子と、低周波帯域用アンテナ素子とを、筐体の一部とすることで、筐体内部に設置スペースを設ける必要がない。

　本発明に係る電子機器は、前記筐体に収容された回路基板を備え、前記インダクタブリッジは、前記インダクタ部が前記回路基板から離間して配置されている構成でもよい。

　この構成では、インダクタブリッジと回路基板との間の浮遊容量の発生を抑制できる。これにより、浮遊容量の影響によるアンテナ特性の変化を回避できる。また、浮遊容量を介してグランドへ電流が流れて、アンテナとして機能しなくなるおそれを回避できる。

　本発明によれば、高周波帯域用アンテナ素子と低周波帯域用アンテナ素子とをつなぐ配線を設けるスペースを十分に確保する必要がなく、省スペース化が実現できる。

図１は、実施形態に係る電子機器の筐体内部の構造の一部を示す平面図である。図２は、電子機器が備えるマルチバンドアンテナの概略図である。図３（Ａ）は、インダクタブリッジの外観斜視図、図３（Ｂ）は、インダクタブリッジの分解斜視図である。図４は、マルチバンドアンテナが逆Ｆ型アンテナである場合の概略図である。図５は、３つのアンテナ素子を有するマルチバンドアンテナの概略図である。

　図１は、本実施形態に係る電子機器１の筐体１０内部の構造の一部を示す平面図である。電子機器１は、例えば携帯電話またはタブレット型ＰＣ等である。筐体１０は樹脂で形成されている。

　電子機器１はマルチバンドアンテナを備え、高周波数帯域および低周波数帯域でのマルチバンド通信が可能である。本実施形態では、高周波数帯域は約２．０～２．７ＧＨｚ帯、低周波数帯域は約８００ＭＨｚ帯である。

　電子機器１は、マルチバンド通信を可能とするため、高域用アンテナ素子１１と、低域用アンテナ素子１２とを備えている。高域用アンテナ素子１１は、高周波数帯域（詳しくは、低高周波数帯域も含む）での通信を行うためのアンテナ素子である。低域用アンテナ素子１２は、低高周波数帯域での通信を行うためのアンテナ素子である。高域用アンテナ素子１１は、本発明に係る「高周波帯域用アンテナ素子」の一例である。また、低域用アンテナ素子１２は、本発明に係る「低周波帯域用アンテナ素子」の一例である。

　高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２は、いずれも導体で形成されている。高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２は、筐体１０の一部に形成されている。このため、筐体１０内部に、高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２を設けるスペースを確保する必要がない。

　高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２は、互いに筐体１０の離れた位置に形成されている。そして、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とは、インダクタブリッジ２０により、物理的、かつ、電気的に接続されている。

　インダクタブリッジ２０は、薄型平板状で、可撓性を有するケーブルである。インダクタブリッジ２０の具体的な構成は後に詳述するが、インダクタブリッジ２０は、そのケーブル内部に配線パターンにより形成されるインダクタ成分を有する。インダクタブリッジ２０は薄型平板状、かつ、可撓性を有するため、筐体１０内部のスペースが狭くても、インダクタブリッジ２０を這わせることができる。このため、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２との間に、他の部品、回路基板等が介在していて、十分なスペースがなくても、インダクタブリッジ２０を配置して、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とを接続できる。

　筐体１０の内部にはプリント配線板１０１、不図示のバッテリーパック等が収められている。プリント配線板１０１にはＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１５、電子機器１の機能に必要な部品が搭載されている。

　ＲＦＩＣ１５は無線周波数集積回路であり、高域用アンテナ素子１１及び低域用アンテナ素子１２に対して、高周波数帯域通信および低周波帯域通信のための給電を行う。詳しくは、ＲＦＩＣ１５は高域用アンテナ素子１１に接続されている。そして、ＲＦＩＣ１５は、高域用アンテナ素子１１に対して給電する。高域用アンテナ素子１１は、インダクタブリッジ２０を介して低域用アンテナ素子１２に接続されている。したがって、低域用アンテナ素子１２による通信を行う場合であってもＲＦＩＣ１５は、高域用アンテナ素子１１に対して給電する。つまり、ＲＦＩＣ１５は、高周波数帯域と、低周波数帯域とで共有される給電回路である。ＲＦＩＣ１５は、本発明に係る「給電部」の一例である。

　図２は、電子機器１が備えるマルチバンドアンテナの概略図である。

　前記のように、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とは、インダクタブリッジ２０で接続されている。そして、ＲＦＩＣ１５は高域用アンテナ素子１１に給電する。

　ＲＦＩＣ１５から高域用アンテナ素子１１へ高周波数帯域の電流が給電される場合、インダクタブリッジ２０のインピーダンスは高く、低域用アンテナ素子１２は、高域用アンテナ素子１１から切り離されて見える。つまり、高周波数帯域の通信では、高域用アンテナ素子１１のみが作用する。

　ＲＦＩＣ１５から高域用アンテナ素子１１へ低周波数帯域の電流が給電される場合、インダクタブリッジ２０のインピーダンスは低く、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とはインダクタブリッジ２０で繋がり、一つのアンテナ素子として視える。つまり、低周波数帯域の通信では、高域用アンテナ素子１１も、低域用アンテナの一部として作用する。このため、インダクタブリッジ２０の長さ、またはインダクタ成分のインピーダンスを調整することで、低周波数帯域の通信周波数を変えることができる。

　低周波数帯域の通信を行う場合、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とでダイポールアンテナを形成する。インダクタブリッジを用いることで長いアンテナ部を形成できるようになり、ダイポールアンテナを構成しやすくなる。ダイポールアンテナとすることで、アンテナを接地するためのグランドが不要となり、アンテナを接地する必要がなくなり、接地するための接続ケーブルが不要となったり、グランドを近接配置したりする必要がなくなる。高域用アンテナ素子１１をダイポールアンテナの一部とすることで、低域用アンテナ素子１２を小型化できる。

　以下に、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とをつなぐインダクタブリッジ２０の構成について説明する。

　図３（Ａ）は、インダクタブリッジ２０の外観斜視図、図３（Ｂ）は、インダクタブリッジ２０の分解斜視図である。

　インダクタブリッジ２０は、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２との間をブリッジ接続するための素子である。インダクタブリッジ２０は、平板状の素体２１と、第１接続部２２と、第２接続部２３とを備えている。

　平板状の素体２１は、図１に示すように可撓性を有し、折り曲げ自在である。

　第１接続部２２は、高域用アンテナ素子１１に接続するための接続部である。第１接続部２２は、Ｌ字形状に折れ曲がった導体板であり、第１の平面部が、平板状の素体２１の第１端部に固定されている。第１の平面部に垂直な第２の平面部には、ネジ穴２４が形成されている。そして、ネジ穴２４にネジを挿通することで、インダクタブリッジ２０と、高域用アンテナ素子１１とは固定される。

　第２接続部２３は、低域用アンテナ素子１２に接続するための接続部である。第２接続部２３は、Ｌ字形状に折れ曲がった導体板であり、第１の平面部が、平板状の素体２１の第２端部に固定されている。第１の平面部に垂直な第２の平面部には、ネジ穴２５が形成されている。そして、ネジ穴２５にネジを挿通することで、インダクタブリッジ２０と、低域用アンテナ素子１２とは固定される。

　なお、半田により、インダクタブリッジ２０と、高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２とを固定してもよい。また、第１接続部２２と、第２接続部２３とは、機械的なコネクタであってもよい。

　図３（Ｂ）に表れているように、素体２１は樹脂基材２１１，２１２，２１３が積層されることで構成されている。樹脂基材２１１，２１２，２１３は、例えば液晶ポリマー（LCP）である。

　樹脂基材２１１の主面には、第１接続部２２が接続される導体パターン２２１が第１端側に形成され、第２接続部２３が接続される導体パターン２３１が第２端側に形成されている。

　樹脂基材２１２の主面には導体パターン３１によるインダクタ部３０が構成されている。導体パターン３１は、樹脂基材２１２の面に垂直方向（素体２１の主面に垂直方向）にコイル軸が向くスパイラル状の導体パターンである。インダクタ部３０が素体２１に導体パターンで形成されているため、薄型化できるので、小さなスペースに配置できるようになる。なお、インダクタ部３０は、ディスクリート部品で構成してもよい。

　また、樹脂基材２１２の主面には配線パターン２６Ａが形成されている。配線パターン２６Ａの第１端はインダクタ部３０の導体パターン３１の外周端につながり、第２端はビア導体（層間接続導体）を介して導体パターン２２１につながっている。

　樹脂基材２１２の主面には配線パターン２６Ｂが形成されている。また、樹脂基材２１３の主面には配線パターン２６Ｃが形成されている。導体パターン３１の内周端はビア導体（図示せず。以下、同様）を介して配線パターン２６Ｃの第１端につながっている。配線パターン２６Ｃの第２端はビア導体を介して配線パターン２６Ｂの第１端につながっている。配線パターン２６Ｂの第２端はビア導体を介して導体パターン２３１につながっている。

　なお、図示しないが樹脂基材２１１の上面および樹脂基材２１３の下面それぞれにはレジスト層が形成されている。なお、このレジスト層は必須ではなく、形成しなくてもよい。

　このように、インダクタブリッジ２０の素体２１は、薄型平板状、かつ、可撓性を有している。このため、筐体１０とプリント配線板１０１との間の空間が狭くても、図１に示すように、筐体１０とプリント配線板１０１との間に、インダクタブリッジ２０を這わすようにして、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とをつなぐことができる。

　また、素体２１の内部に、配線パターンによりインダクタ部３０が形成されているため、インダクタブリッジ２０に部品を実装する必要がないため、インダクタブリッジ２０の厚みが厚くなったり、可撓性が阻害されたりすることがない。このため、インダクタブリッジ２０の配置の自由度が制限されることはない。さらに、インダクタ部３０をスパイラル状の導体パターンで形成することで、インダクタブリッジ２０の厚みを厚くすることなく、インダクタンス値を高くできる。また、このインダクタ部３０の形成する位置を、素体２１の中央から第１端側、又は、第２端側にずらして形成することで、アンテナ特性を調整できる。

　また、インダクタブリッジ２０は可撓性を有する薄型平板状であるため、図１に表れているように、筐体１０の壁面に沿って配置することができる。なお、本実施形態で使用された液晶ポリマーのように熱可塑性樹脂を基材に用いている場合には、積層後に加熱プレスにより予め曲げ加工しておくと、さらに配置しやすくなる。これにより、インダクタブリッジ２０は、インダクタ部３０がプリント配線板１０１と距離をおいた形で配置できる。その結果、インダクタブリッジ２０とプリント配線板１０１との間に浮遊容量が形成されることを抑制できる。浮遊容量の発生を抑制することで、マルチバンドアンテナの特性変化を回避できる。また、浮遊容量を介してグランドへ電流が流れて、マルチバンドアンテナがアンテナとして機能しなくなるおそれを回避できる。

　なお、インダクタブリッジ２０で接続される高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とは、モノポールアンテナを構成していてもよいし、逆Ｆ型アンテナを構成していてもよい。

　図４は、マルチバンドアンテナが逆Ｆ型アンテナである場合の概略図である。

　この例では、高域用アンテナ素子１１における、インダクタブリッジ２０に接続される端部と反対側の端部は、グランドに接続されている。この場合、ＲＦＩＣ１５に接続される部分と、グランド接続される部分との間隔を調整することで、インピーダンス調整が可能となる。逆Ｆ型アンテナとすることで、マルチバンドアンテナの低背化、および小型化を実現できる。

　なお、本実施形態では、高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２は筐体１０の一部を構成しているが、筐体１０の内部に設けるようにしてもよい。また、筐体１０は樹脂としているが、金属筐体であってもよい。この場合、高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２を、金属筐体の一部とするのであれば、高域用アンテナ素子１１および低域用アンテナ素子１２と、筐体の他の部分とが接触しないように、間に間隙、または、絶縁樹脂等を設ける必要がある。

　さらに、インダクタブリッジ２０には、インダクタ部を複数個所に分けて設けるようにしてもよい。この場合、インダクタ部を分散配置することで、インダクタブリッジ２０の薄型化を阻害することなく、インダクタブリッジ２０のインダクタンスを大きくできる。

　また、本実施形態に係る電子機器１は、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２との２つのアンテナを備えているが、３つ以上のアンテナを備えていてもよい。

　図５は、３つのアンテナ素子を有するマルチバンドアンテナの概略図である。この例では、低域用アンテナ素子１２にインダクタブリッジ２０を介して、アンテナ素子１３が接続されている。アンテナ素子１３は、高域用アンテナ素子１１と低域用アンテナ素子１２とは異なる周波数帯域用のアンテナ素子である。この場合であっても、インダクタブリッジ２０を用いることで、インダクタブリッジ２０を設けるスペースを十分に確保する必要がなく、省スペース化が実現できる。

１…電子機器
１０…筐体
１１…高域用アンテナ素子
１２…低域用アンテナ素子
１３…アンテナ素子
１５…ＲＦＩＣ
２０…インダクタブリッジ
２１…素体
２２…第１接続部
２３…第２接続部
２４，２５…ネジ穴
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…配線パターン
３０…インダクタ部
３１…導体パターン
１０１…プリント配線板
２１１，２１２，２１３…樹脂基材
２２１，２３１…導体パターン

Claims

　高周波帯域用アンテナ素子と、
　低周波帯域用アンテナ素子と、
　前記高周波帯域用アンテナ素子と、前記低周波帯域用アンテナ素子とを接続するインダクタブリッジと、
　前記高周波帯域用アンテナ素子に接続され、高周波数帯域通信および低周波帯域通信のための給電を行う給電部と、
　を備え、
　前記インダクタブリッジは、
　樹脂基材からなる平板状の素体と、
　前記素体に設けられ、前記高周波帯域用アンテナ素子に接続される第１接続部と、
　前記素体に設けられ、前記低周波帯域用アンテナ素子に接続される第２接続部と、
　前記素体の前記第１接続部と前記第２接続部との間に接続されたインダクタ部と、
　を有するマルチバンドアンテナ。
　前記高周波帯域用アンテナ素子と、前記低周波帯域用アンテナ素子と、前記インダクタブリッジとでダイポールアンテナを形成する、
　請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。
　請求項１または請求項２に記載のマルチバンドアンテナと、
　前記マルチバンドアンテナを収容する筐体と、
　を備え、
　前記高周波帯域用アンテナ素子と、前記低周波帯域用アンテナ素子とは、前記筐体の一部を構成している、
　電子機器。
　前記筐体に収容された回路基板を備え、
　前記インダクタブリッジは、前記インダクタ部が前記回路基板から離間して配置されている、
　請求項３に記載の電子機器。