JP2002223114A

JP2002223114A - アンテナ及びそれを用いた無線装置

Info

Publication number: JP2002223114A
Application number: JP2001353993A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwai; 岩井　　浩; Atsushi Yamamoto; 山本　　温; Koichi Ogawa; 晃一小川; 信二 ▲構▼口; Shinji Koguchi; Tsukasa Takahashi; 司高橋; Kenichi Yamada; 賢一山田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナ共振周波数の低周波化と周波数特性
の広帯域化とを両立させると共に、インピーダンス特性
の安定化及び設計の自由度を高めたアンテナを提供す
る。【解決手段】導体板１２は、金属線１４を介して導体
地板１１と接続され、金属線１３を介して給電点１５か
ら給電される。導体壁１６は、一端が導体板１２と電気
的に接続される。電磁界結合調整板１７は、導体壁１６
の他端と電気的に接続される。電磁界結合調整板１７
は、導体地板１１と所定の空隙をあけて配置され、導体
地板１１との間でコンデンサを形成する。このとき、金
属線１４が導体板１２に接続される短絡部から電磁界結
合調整板１７の開放端部までの経路長が長くなるよう
に、導体壁１６及び電磁界結合調整板１７が配置され
る。好ましくは、金属線１３が導体板１２に接続される
給電部から短絡部までの電流経路が、所望の共振周波数
の１／２波長となるように配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ及びそれ
を用いた無線装置に関し、より特定的には、主として携
帯電話端末等の無線装置に使用される移動無線用のアン
テナ、及び当該アンテナを用いた無線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話等の移動体通信に関する
技術が急速に発達している。携帯電話端末においてアン
テナは特に重要なデバイスの１つであり、端末の小型化
に伴ってアンテナも小型化及び内蔵化が要求されてい
る。

【０００３】以下に図面を参照しながら、携帯電話端末
に用いられる従来の移動無線用アンテナの一例について
説明する。図１６に、従来の移動無線用アンテナの構造
を抽象的に示す。図１６において、従来の移動無線用ア
ンテナは、導体地板１０１と、平面状の導体板１０２
と、２本の金属線１０３及び１０４とで構成される。導
体板１０２には、金属線１０３を介して、給電点１０５
から所定の電圧が供給される（以下、給電という）。ま
た、導体板１０２は、金属線１０４を介して、接地（Ｇ
ＮＤ）レベルである導体地板１０１と接続されている。

【０００４】上記構造によるアンテナは、板状逆Ｆアン
テナ（ＰＩＦＡ：Planar InvertedF Antenna)と呼ば
れ、通常、低背で小型なアンテナとして携帯電話端末で
用いられている。このＰＩＦＡは、λ／２マイクロスト
リップアンテナのアンテナ中央部を短絡して体積を半分
にした構造であり、λ／４共振器である。

【０００５】図１７（ａ）及び（ｂ）に、図１６に示し
た従来の移動無線用アンテナにおいて、給電点１０５か
ら給電した場合の電流経路を示す。図１７（ａ）は、逆
相モードの電流経路を示す図である。図中矢印で示すよ
うに、逆相モードの電流経路は、給電点１０５から金属
線１０３を通り、導体板１０２の下側表面を通り、金属
線１０４を通って導体地板１０１に短絡される。この逆
相モードの場合、金属線１０３を流れる電流と金属線１
０４を流れる電流とが逆相で互いに打ち消し合うことに
なるため、アンテナの共振には寄与しない。図１７
（ｂ）は、同相モードの電流経路を示す図である。図中
矢印で示すように、同相モードの電流経路は、給電点１
０５から金属線１０３を通り、導体板１０２の下側表面
を通って開放端部で折り返して上側表面を通り、金属線
１０４を通って導体地板１０１に短絡される。この同相
モードの場合、電流経路の長さが１／２波長となる周波
数では、金属線１０３を流れる電流と金属線１０４を流
れる電流とが同相となるので、その周波数でアンテナが
共振することとなる。

【０００６】図１８に、図１６に示す従来の移動無線用
アンテナの具体的な構成例を示す。図１８において、導
体地板１０１は、幅４０ｍｍ及び長さ１２５ｍｍの長方
形である。導体板１０２は、幅４０ｍｍ及び長さ３０ｍ
ｍの長方形である。金属線１０３及び１０４は、それぞ
れ長さ７ｍｍである。また、アンテナの占有体積を、導
体板１０２を導体地板１０１に対して正射影したときに
囲まれる領域と定義すると、この例の場合は、導体板１
０２の面積と金属線１０３及び１０４の長さとの積であ
って、８．４ｃｃ（＝３×４×０．７）となる。ここ
で、給電ピンとして機能する金属線１０３と、短絡ピン
として機能する金属線１０４との間隔をｄと定義する。
今、間隔ｄを３ｍｍとすれば、図１８に示すアンテナ
は、５０Ω系において中心周波数が１２６６ＭＨｚとな
り、このときの帯域幅（電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２
以下となる周波数帯域幅）が９３ＭＨｚとなるため、比
帯域は７．３％（≒９３／１２６６）となる。

【０００７】しかし、上記従来の移動無線用アンテナ
（ＰＩＦＡ）の場合、共振周波数とアンテナエレメント
の長さは、ほぼ逆比例の関係にある。このため、アンテ
ナの小型化のためにアンテナエレメントである導体板１
０２の長さ（言い替えれば、アンテナの占有体積）を小
さくすると、共振周波数が高くなってしまうという課題
があった。そこで、アンテナの占有体積が等しい状態で
共振周波数を低下させる移動無線用アンテナの一例とし
て、図１９に示す構造が用いられている。

【０００８】図１９において、従来の移動無線用アンテ
ナは、導体地板１１１と、平面状の導体板１１２と、導
体壁１１６と、２本の金属線１１３及び１１４とで構成
される。導体板１１２には、金属線１１３を介して給電
点１１５から給電される。また、導体板１１２は、金属
線１１４を介して導体地板１１１と接続されている。導
体壁１１６は、その一端が導体板１１２と電気的に接続
されており、導体板１１２及び導体壁１１６の形状は、
図１６において導体板１０２の開放端部を折り曲げた形
状となっている。また、導体壁１１６の他端と導体地板
１１１との間には、所定の空隙が存在している。このア
ンテナの場合、金属線１１４から最も離れた導体板１１
２の一端に、導体壁１１６が配置されていることが重要
である。

【０００９】この導体壁１１６を用いたアンテナ小型化
では、次の２点がポイントである。１点目は、電流経路
長の増加による共振周波数の低下である。逆相モードの
電流経路長の最大値が大きくなるように導体壁１１６を
配置することによって（図２０）、共振周波数が低下す
る。アンテナの共振周波数を一定にして小型化すること
と、アンテナの占有体積を一定にして共振周波数を低下
させることとは等価であるため、上記図１９の構成によ
りアンテナを小型化できる。２点目は、容量装荷による
共振周波数の低下である。導体壁１１６と導体地板１１
１との空隙は、シャントの容量として動作するが、導体
壁１１６の開放端部は電界が最も強くなるため、共振周
波数の低周波化に寄与している。

【００１０】図２１に、図１９に示す従来の移動無線用
アンテナの具体的な構成例を示す。図２１において、導
体地板１１１の寸法とアンテナの占有体積を図１８の構
成と等しくした。すなわち、導体板１１２は、幅４０ｍ
ｍ及び長さ３０ｍｍの長方形である。導体壁１１６は、
幅６ｍｍ及び長さ３０ｍｍの長方形である。金属線１１
３及び１１４は、それぞれ長さ７ｍｍである。このと
き、間隔ｄを４ｍｍとすると、図２１に示すアンテナ
は、５０Ω系において中心周波数が１２０９ＭＨｚとな
り、このときの帯域幅が１２１ＭＨｚとなるため、比帯
域は１０．０％（≒１２１／１２０９）である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の移動無線用アンテナの構成では、アンテナエレメン
ト（導体板）の端部を折り曲げることで共振周波数の低
周波化を図ることができるが、低周波化に伴って周波数
帯域が狭くなるという課題があった。また、導体壁と導
体地板との空隙を狭くするほどアンテナ共振周波数の低
周波化が可能となるが、この場合には空隙の変化に対す
るインピーダンス特性の変化が大きくなり、特性の安定
性が劣化してしまうという課題があった。さらに、設計
の自由度が低いために、アンテナを低背化するとアンテ
ナエレメントと導体地板との容量性結合が増加し、整合
が取れないという課題があった。

【００１２】それ故に、本発明の目的は、アンテナ共振
周波数の低周波化と周波数特性の広帯域化とを両立させ
ると共に、インピーダンス特性の安定化及び設計の自由
度を高めたアンテナ及びそれを用いた無線装置を提供す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明は、無線装置に使用されるアンテナであって、接地
レベルである導体地板と、導体地板上に配置されるアン
テナ素子と、アンテナ素子と電気的に接続されており、
導体地板に対して所定の空隙をもたせて配置される電磁
界結合調整素子と、アンテナ素子に給電を行う給電接続
部とを備える。

【００１４】第２の発明は、第１の発明に従属する発明
であって、さらに、アンテナ素子を導体地板に短絡接続
する短絡接続部を、少なくとも１つ備える。

【００１５】第３の発明は、第２の発明に従属する発明
であって、電磁界結合調整素子は、短絡接続部との間で
電磁界結合効果が生じるように配置されることを特徴と
する。

【００１６】第４の発明は、第２及び第３の発明に従属
する発明であって、電磁界結合調整素子は、導体地板と
の間で電磁界結合効果が生じるように、その一部が導体
地板と略平行に配置されることを特徴とする。

【００１７】第５の発明は、第４の発明に従属する発明
であって、電磁界結合調整素子は、アンテナ素子と接続
されていない開放端部を折り返す給電接続部から短絡接
続部までの最大経路が、所望の共振周波数の１／２波長
と一致するように配置されることを特徴とする。

【００１８】上記のように、第１〜第５の発明によれ
ば、アンテナエレメントをアンテナ素子に電磁界結合調
整素子を接続した特徴的な形状にして、導体地板との電
磁界結合を利用する。従って、電磁界結合調整素子の寸
法をパラメータとしてアンテナと導体地板との間の電磁
界結合を調整することによって、アンテナの共振周波数
と導体地板の共振周波数とをわずかにずらし、広帯域な
周波数特性を実現することができる。また、共振周波数
の低下によるアンテナの小型化を実現できると同時に、
インピーダンス特性を広帯域化することが可能となる。
さらに、設計パラメータの増加により、インピーダンス
整合を容易に取ることが可能となる。

【００１９】第６の発明は、第１〜第５の発明に従属す
る発明であって、アンテナ素子、電磁界結合調整素子及
び導体地板とで囲まれた空間の一部又は全てに、誘電体
材料を充填したことを特徴とする。

【００２０】上記のように、第６の発明によれば、充填
した誘電体材料によって電磁界結合調整素子と導体地板
との間の容量性結合の増加が期待できるため、アンテナ
の小型化を実現することが可能となる。

【００２１】第７の発明は、第１〜第６の発明に従属す
る発明であって、電磁界結合調整素子は、誘電体材料で
構成された支持台によって導体地板に固定されることを
特徴とする。

【００２２】上記のように、第７の発明によれば、誘電
体材料からなる支持台によって電磁界結合調整素子と導
体地板との間の容量性結合の増加が期待できるため、導
体地板上に配置されるアンテナエレメントを安定して固
定することが可能となる。加えて、電磁界結合調整素子
と導体地板との距離を精度よく制御できるため、量産性
の向上が期待できる。

【００２３】第８の発明は、第１〜第７の発明に従属す
る発明であって、アンテナ素子又は電磁界結合調整素子
の少なくとも一方に、給電接続部から短絡接続部までの
経路を伸長するためスリットを設けることを特徴とす
る。

【００２４】上記のように、第８の発明によれば、スリ
ットを設けることで共振周波数の低下が可能となり、ア
ンテナを小型化することが可能となる。この場合、電流
が強く分布する場所にスリットを設ければ、共振周波数
の低下量を大きくすることが可能となる。また、電磁界
結合調整素子にスリットを設ければ、導体地板との間の
容量を制御できる。

【００２５】第９の発明は、第１〜第８の発明に従属す
る発明であって、電磁界結合調整素子は、折り曲げ加工
によってアンテナ素子と一体で成形されることを特徴と
する。

【００２６】上記のように、第９の発明によれば、アン
テナ素子と電磁界結合調整素子とを一体成形することに
より、アンテナの強度を高めることができると共に、製
造時の量産性の向上が期待できる。

【００２７】第１０の発明は、第１〜第９の発明に従属
する発明であって、少なくとも２つ周波数で共振するこ
とを特徴とする。

【００２８】第１１の発明は、第１０の発明に従属する
発明であって、それぞれ異なる共振周波数帯域を決定す
る複数の短絡接続部を備え、これら短絡接続部の導通を
制御することによって、いずれか１つの共振周波数帯域
を選択的にカバーできることを特徴とする。

【００２９】第１２の発明は、第１０の発明に従属する
発明であって、それぞれ異なる共振周波数帯域を決定す
る複数の給電接続部を備え、これら給電接続部の導通を
制御することによって、いずれか１つの共振周波数帯域
を選択的にカバーできることを特徴とする。

【００３０】上記のように、第１１及び第１２の発明に
よれば、１つのアンテナで、異なる複数の共振周波数帯
域内のいずれか１つの共振周波数帯域を選択的にカバー
できる構成を実現することが可能となる。

【００３１】第１３の発明は、第１０の発明に従属する
発明であって、第１の共振周波数帯域を決定する短絡接
続部と、第２の共振周波数帯域を決定するスロットとを
備え、アンテナ素子部とスロット部との作用によって、
２つの共振周波数帯域を同時にカバーできることを特徴
とする。

【００３２】上記のように、第１３の発明によれば、本
来のアンテナエレメント（アンテナ素子及び電磁界結合
調整素子）で第１の共振周波数帯域をカバーし、スロッ
ト部分によって第２の共振周波数帯域をカバーすること
ができるので、１つのアンテナで、同時に２つの共振周
波数帯域をカバーできる構成を実現することが可能とな
る。

【００３３】第１４の発明は、上記第１〜第１３の発明
のアンテナのいずれか２つを、共通の導体地板上に並べ
て構成し、互いの位相差が１８０度となるよう給電を行
うことを特徴とするアンテナである。

【００３４】上記のように、第１４の発明によれば、上
述した各発明の効果に加えて、導体地板上の電流をアン
テナエレメント近傍に集中させることが可能となるた
め、手で保持した場合の特性劣化を抑えることが期待で
きる。また、２つのアンテナの共振周波数がわずかにず
れるように電磁界結合調整素子を調整することで、さら
なる広帯域特性が期待できる。

【００３５】第１５の発明は、上記第１〜第１４の発明
のアンテナのいずれか１つを用いた、無線装置である。

【００３６】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を抽象的に示
した図である。図１において、本第１の実施形態に係る
アンテナは、導体地板１１と、アンテナ素子である平面
状の導体板１２と、電磁界結合調整素子である導体壁１
６及び電磁界結合調整板１７と、２本の金属線１３及び
１４とで構成される。導体板１２には、金属線１３を介
して給電点１５から給電される。また、導体板１２は、
金属線１４を介して導体地板１１と接続されている。導
体壁１６は、その一端が導体板１２と電気的に接続され
ている。電磁界結合調整板１７は、導体壁１６の上記一
端と対向する他端と電気的に接続されている。

【００３７】本第１の実施形態では、電磁界結合調整板
１７は、導体地板１１と所定の空隙をあけて配置されて
おり、導体地板１１との間でコンデンサを形成する。こ
のとき、金属線１４が導体板１２に接続される部分（以
下、短絡部という）から電磁界結合調整素子の開放端部
までの経路長が長くなるように、導体壁１６及び電磁界
結合調整板１７が配置（接続）される。好ましくは、金
属線１３が導体板１２に接続される部分（以下、給電部
という）から短絡部までの電流経路が、所望の共振周波
数の１／２波長となるように配置される。この構造によ
り、従来に比べて、同一のアンテナエレメントサイズ
（アンテナの占有体積）で共振周波数をより低下させる
こと、又は同一の共振周波数でアンテナエレメントサイ
ズを小さくさせること、が可能となる。また、この構造
により、電磁界結合調整板１７の面積及び導体地板１１
との距離（空隙）を調整することで、電磁界結合調整板
１７と導体地板１１とで構成されるコンデンサの容量を
制御できるため、インピーダンス整合を容易に調整でき
る。

【００３８】図２は、図１に示す第１の実施形態に係る
アンテナの具体的な構成例を示した図である。図２にお
いて、導体地板１１の寸法とアンテナの占有体積は、図
１８の従来例と等しくした。すなわち、導体板１２は、
幅４０ｍｍ及び長さ３０ｍｍの長方形である。導体壁１
６は、幅６ｍｍ及び長さ３０ｍｍの長方形である。金属
線１３及び１４は、長さ７ｍｍである。このとき、電磁
界結合調整板１７が、幅７ｍｍ及び長さ３０ｍｍの長方
形であるとすると、給電ピンとして機能する金属線１３
と短絡ピンとして機能する金属線１４との間隔ｄが７．
５ｍｍの場合に５０Ω系でインピーダンス整合が取れ
る。この場合、図２に示すアンテナは、中心周波数が９
２４ＭＨｚとなり、このときの帯域幅は１４５ＭＨｚと
なるため、比帯域は１５．７％（≒１４５／９２４）と
なる。このように、上記図１８及び図２１に示した従来
例と比べて、共振周波数の低周波化かつ周波数特性の広
帯域化が実現できることがわかる。なお、上記寸法はあ
くまでも一例であり、これに限定されるものではない。

【００３９】なお、図１６に示す従来のアンテナ構成の
場合、アンテナの容積を一定にすると間隔ｄのみが可変
であり、設計の自由度を決める要素がその１つしかなか
った。このため、５０Ω系でＶＳＷＲが最もよくなるよ
うに調整すると、間隔ｄが３ｍｍと小さくなった。給電
ピンを短絡ピンに近づけると、給電点とアンテナ開放端
部との最大距離が大きくなるため、共振周波数が低下し
て誘導性が増加するが、比帯域が狭くなってしまうとい
うトレードオフの関係がある。これに対し、図２に示す
本発明のアンテナ構造の場合には、間隔ｄの調整に加え
て、導体壁１６と電磁界結合調整板１７との寸法を調整
することが可能となるため、従来と比べて設計の自由度
が向上する。その結果、本発明のアンテナ構造は、従来
に比べて共振周波数を低下させると同時に、比帯域を増
加させることが実現できるのである。

【００４０】例えば、さらに共振周波数を低下させるた
めに、電磁界結合調整板１７の幅を単純に長くすること
が考えられるが、こうすると電磁界結合調整板１７の面
積が大きくなるため、導体地板１１との容量性結合が強
くなり、インピーダンス整合が取りづらくなる。このよ
うな場合には、電磁界結合調整板１７の長さを短くして
面積を小さくすることが考えられ、これにより導体地板
１１との電磁界結合を調整することが可能となる（図
３）。このように、導体壁１６の長さと電磁界結合調整
板１７の長さとが、必ずしも同じでなくても構わない。

【００４１】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態に係るアンテナの構造を抽象的に示した図で
ある。図４において、本第２の実施形態に係るアンテナ
は、導体地板２１と、アンテナ素子である平面状の導体
板２２と、電磁界結合調整素子である電磁界結合調整壁
２７と、２本の金属線２３及び２４とで構成される。導
体板２２には、金属線２３を介して給電点２５から給電
される。また、導体板２２は、金属線２４を介して導体
地板２１と接続されている。電磁界結合調整壁２７は、
その一端が導体板２２と電気的に接続されている。

【００４２】本第２の実施形態では、電磁界結合調整壁
２７は、導体板２２と電気的に接続されている一端に対
向する他端と、導体地板２１との間に、空隙が存在する
ように構成される。この場合、電磁界結合調整壁２７と
導体板２２との接続点は、金属線２４の近傍に配置され
ていることが重要である。これにより、電磁界結合調整
壁２７と金属線２４との間に電磁界結合効果を生じさせ
る。

【００４３】上記第１の実施形態では、電流経路長の最
大値が大きくなるように電磁界結合調整素子（導体壁１
６及び電磁界結合調整板１７）を配置する構造例を示し
たが、この場合には、導体地板１１との容量性結合を増
加させると同時にアンテナの共振周波数が低下するた
め、共振周波数を一定に保ったまま容量性結合を増加す
ることが不可能であった。そこで、本第２の実施形態で
は、図４に示すように電流経路長の最大値が増加しない
ように電磁界結合調整壁２７を挿入する。これにより、
アンテナの共振周波数を一定に保った状態で導体地板２
１との容量性結合を増加することが可能となり、設計の
自由度が向上する。また、短絡部近傍は電流密度が高く
インピーダンス整合が取れにくくなるため、電流密度の
高い短絡部近傍に電磁界結合調整壁２７を配置する。こ
れにより、短絡部近傍の電流密度を低くでき、インピー
ダンスが低減される。この結果、インピーダンス整合を
容易に調整することが可能となる。

【００４４】図５（ａ）及び（ｂ）に、図４に示したア
ンテナにおいて、給電点２５から給電した場合の電流経
路を示す。また、図６（ａ）及び（ｂ）に、図５（ａ）
及び（ｂ）に対応した給電点２５からアンテナを見込ん
だ入力インピーダンスのリターンロスの周波数特性をそ
れぞれ示す。図４において、給電点２５から給電したと
きの電流経路は、同相モード及び逆相モードの２つに分
けて考えることができるが、このうち逆相モードは互い
に電流を打ち消し合いアンテナの共振に寄与しないた
め、同相モードのみを考えればよい。まず、図５（ａ）
に示す同相モードの電流経路は、図中矢印で示すよう
に、給電点２５から金属線２３を通り、導体板２２の下
側表面を通って開放端部で折り返されて上側表面を通
り、金属線２４を通って導体地板２１に到る。このと
き、電流経路の長さが１／２波長となる周波数では、金
属線２３及び金属線２４に流れる電流の向きが互いに同
相となるので、その周波数でアンテナが共振する。この
ときの共振周波数をｆ１として、図６（ａ）にリターン
ロスの周波数特性を示す。

【００４５】次に、図５（ｂ）に示す同相モードの電流
経路は、図中矢印で示すように、給電点２５から金属線
２３を通り、導体板２２の下側表面を通って導体板２２
と電磁界結合調整壁２７との接続点を介して電磁界結合
調整壁２７の下側表面を通り、電磁界結合調整壁２７の
開放端部で折り返されて上側表側を通り、接続点を介し
て導体板２２の上側表面を通り、金属線２４を通って導
体地板２１に到る。このとき、同様に電流経路の長さが
１／２波長となる周波数では、金属線２３及び金属線２
４を流れる電流の向きが互いに同相となるので、その周
波数でアンテナが共振する。このときの共振周波数をｆ
２として、図６（ｂ）にリターンロスの周波数特性を示
す。なお、図５（ｂ）の電流経路が図５（ａ）の電流経
路に比べて短い場合には、ｆ１≦ｆ２となることは当然
のことである。

【００４６】図６（ｃ）に、図４に示すアンテナのリタ
ーンロスの周波数特性を示す。これは、図６（ａ）及び
（ｂ）で個別に求められるリターンロスの周波数特性を
重ね合わせることで求めることができる。このように、
図５（ａ）及び（ｂ）のように電流経路長を異ならせて
アンテナを複共振させることで、広帯域な特性を得るこ
とが期待できる。また、異なる周波数帯域をカバーする
複合機に用いるアンテナとして有効である。

【００４７】なお、図７に示すように、電磁界結合調整
壁２７を、一部分が導体地板２１に対して平行となるよ
う折り曲げられた構造（電磁界結合調整板を付加した構
造）にすることで、導体地板２１との間の電磁界結合を
強くすることが可能となる。このような場合に、電磁界
結合調整壁２７の折り曲げ部分の寸法を調整すること
で、導体地板２１との電磁界結合を制御することが可能
となり、インピーダンス整合を容易に行うことが可能と
なることは言うまでもない。

【００４８】（第３の実施形態）図８は、本発明の第３
の実施形態に係るアンテナの構造を抽象的に示した図で
ある。図８において、本第３の実施形態に係るアンテナ
は、導体地板３１と、アンテナ素子である平面状の導体
板３２と、電磁界結合調整素子であるＬ字型導体壁３７
ａ、Ｌ字型導体壁３７ｂ及びＬ字型導体壁３７ｃと、２
本の金属線３３及び３４とで構成される。導体板３２に
は、金属線３３を介して給電点３５から給電される。ま
た、導体板３２は、金属線３４を介して導体地板３１と
接続されている。また、３つのＬ字型導体壁３７ａ〜３
７ｃは、各々の一端が導体板３２と電気的にそれぞれ接
続されている。

【００４９】本第３の実施形態では、電磁界結合調整素
子を構成する３つのＬ字型導体壁３７ａ〜３７ｃの折り
曲げ部分が、導体地板３１と所定の空隙をあけてそれぞ
れ配置されており、導体地板３１との間でコンデンサを
形成する。この構造により、電磁界結合調整素子である
Ｌ字型導体壁３７ａ〜３７ｃの面積及び（折り曲げ部分
に関する）導体地板３１との距離（空隙）を複数調整す
ることで、Ｌ字型導体壁３７ａ〜３７ｃと導体地板３１
とで構成されるコンデンサの容量を柔軟に制御できるた
め、インピーダンス整合を容易に調整できる。

【００５０】図９は、図８に示す第３の実施形態に係る
アンテナの具体的な構成例を示した図である。図９にお
いて、導体地板３１の寸法とアンテナの占有体積は、図
１８の従来例と等しくした。すなわち、導体板３２は、
幅４０ｍｍ及び長さ３０ｍｍの長方形である。金属線３
３及び３４は、長さ７ｍｍである。Ｌ字型導体壁３７ａ
及び３７ｃは、導体板３２の長辺にそれぞれ接続され、
Ｌ字型導体壁３７ｂは、導体板３２の短辺の一方に接続
される。金属線３４の一方端は、導体板３２の短辺の他
方に接続され、金属線３４の他方端は、導体地板３１に
接続されている。給電点３５は、金属線３３を介して導
体板３２に接続されている。また、Ｌ字型導体壁３７ａ
及び３７ｃは、壁部分が幅４０ｍｍ及び長さ６ｍｍの長
方形で、折り曲げ部の長さが２ｍｍである。Ｌ字型導体
壁３７ｂは、壁部分が長さ３０ｍｍ及び幅６ｍｍの長方
形で、折り曲げ部の幅が３ｍｍである。このとき、金属
線３３と金属線３４との間隔ｄを７．５ｍｍにすると、
図９に示すアンテナは５０Ω系において中心周波数が９
４９ＭＨｚとなり、このときの帯域幅は２３６ＭＨｚと
なるため、比帯域は２４．９％（≒２３６／９４９）と
なる。このように、上記図１８及び図２１に示した従来
例と比べて、共振周波数の低周波化かつ周波数特性の広
帯域化が実現できることがわかる。

【００５１】図１０に、図９に示すアンテナのＳ₁₁をス
ミスチャートで示す。図１０では、９５０ＭＨｚ付近に
変極点が存在し、アンテナが複共振していることがわか
る。この複共振は、アンテナの共振周波数と導体地板３
１の共振周波数とがわずかにずれていることが要因とし
て生じることが考えられ、これらの複共振により比帯域
が２４．９％を実現していると判断できる。図１１に、
図９に示すアンテナにおいて、導体地板３１の長さを１
１５ｍｍとした場合におけるアンテナのＳ₁₁をスミスチ
ャートで示す。なお、図９における他のパラメータは変
更しない。図１１から、変極点が１．０５ＧＨｚに移動
していることがわかる。これは、導体地板３１が短くな
ったため、導体地板３１の共振周波数が上昇したことが
原因である。この場合、中心周波数は９３４ＭＨｚとな
り、このとき帯域幅は１５８ＭＨｚとなるため、比帯域
は１６．９％（≒１５８／９３４）である。

【００５２】そこで、図１２のようにアンテナの寸法を
再調整した。図１２において、電磁界結合調整素子は、
電磁界結合調整壁４７ａ、電磁界結合調整壁４７ｃ及び
Ｌ字型電磁界結合調整壁４７ｂで構成される。電磁界結
合調整壁４７ａ及び４７ｃは、幅４０ｍｍ及び長さ６ｍ
ｍの長方形である。Ｌ字型電磁界結合調整壁４７ｂは、
壁部分が長さ３０ｍｍ及び幅６ｍｍの長方形で、折り曲
げ部の幅が１ｍｍである。このとき、金属線３３と金属
線３４との間隔ｄを１２．５ｍｍにすると、図１２に示
すアンテナは５０Ω系において中心周波数が１０８４Ｍ
Ｈｚとなり、このときの帯域幅は３０６ＭＨｚとなるた
め、比帯域は２８．２％（≒３０６／１０８４）であ
る。図１３に、図１２に示すアンテナのＳ₁₁をスミスチ
ャートで示す。図１３から、１．０５ＧＨｚ近傍にある
変極点がスミスチャートの中心付近に存在していること
がわかる。

【００５３】以上のように、本発明の第１〜第３の実施
形態に係るアンテナ構造によれば、アンテナエレメント
を電磁界結合調整素子を有する特徴的な形状にして、導
体地板との電磁界結合を利用する。従って、電磁界結合
調整素子の寸法をパラメータとしてアンテナと導体地板
との間の電磁界結合を調整することによって、アンテナ
の共振周波数と導体地板の共振周波数とをわずかにずら
し、広帯域な周波数特性を実現することができる。ま
た、共振周波数の低下によるアンテナの小型化を実現で
きると同時に、インピーダンス特性を広帯域化すること
が可能となる。さらに、設計パラメータの増加により、
インピーダンス整合を容易に取ることが可能となる。

【００５４】なお、上記各実施形態において、導体板、
電磁界結合調整素子及び導体地板とで囲まれる空間の一
部又は全てに誘電体材料５１を充填すれば（例えば、図
１４（ａ））、さらなるアンテナの小型化が期待できる
ことは言うまでもない。また、電磁界結合調整素子を誘
電体材料で構成された支持台５２により導体地板上に固
定すれば（例えば、図１４（ｂ））、電磁界結合調整素
子と導体地板との間の容量性結合の増加が期待できる
上、導体地板上に配置されるアンテナエレメントを安定
して固定することが可能となる。加えて、電磁界結合調
整素子と導体地板との距離を精度よく制御できるため、
量産性の向上が期待できる。また、少なくとも導体板又
は電磁界結合調整素子のいずれかにスリット５３を設け
ることで（例えば、図１４（ｃ））、共振周波数の低下
が可能となり、アンテナの小型化が期待できる。この場
合、電流が強く分布する場所にスリットを設けること
で、共振周波数の低下量を大きくすることが可能とな
る。また、電磁界結合調整素子にスリットを設けること
で、導体地板との間の容量を制御できることは言うまで
もない。

【００５５】また、携帯電話端末等の無線装置の場合、
導体地板の寸法は波長に比べて小さいことが一般的であ
る。この場合、導体地板もアンテナとして電波の放射に
寄与していると考えられ、アンテナの設計には導体地板
の影響を考慮することが必要となる。各実施形態で示し
た導体地板の長さと幅は一例であり、導体地板のサイズ
が変化した場合にも電磁界結合調整素子の面積と導体地
板との間の距離を調整することで、導体地板との電磁界
結合を制御し、インピーダンス整合が容易に取れること
は言うまでもない。

【００５６】また、上記各実施形態では、短絡ピンと給
電ピンとを導体地板の長寸方向に対して横（幅方向）に
並べた場合について示したが、本発明はこれに限定され
るものではない。短絡ピンと給電ピンとを横に並べた場
合には，電流経路を横向きにすることができるため、水
平偏波成分が大きくなる。携帯電話端末は、通話状態で
は約３０度の低仰角で使用されるため、水平偏波成分が
垂直偏波に変換される。現行のデジタル携帯電話（ＰＤ
Ｃ：Personal Digital Cellular ）の場合、市街地では
交差偏波識別度が約６ｄＢとなり、垂直偏波の方が有利
である。すなわち、上記構成のように短絡ピンと給電ピ
ンとを横に並べて配置することで、通話状態での垂直偏
波成分が強く放射されることが期待できる。

【００５７】また、上記各実施形態では、短絡ピンと給
電ピンとを導体地板の長寸方向に対して導体板の上端
（長さ方向におけるいずれか一方の端）に配置すること
で、電流経路の最大値を大きくすることが可能であり、
アンテナの小型化が期待できることは言うまでもない。
この場合、導体地板上の電流経路の最大値を大きくでき
るため、導体地板が小さい場合に有効である。また、電
流分布の最大点である短絡ピンと給電ピンとを導体地板
の上端に配置することが可能となるため、携帯電話端末
を手で保持した場合に、手と短絡ピン及び給電ピンとの
距離を遠ざけることが可能となる。これにより、手によ
る特性の劣化を抑えることが期待できる。

【００５８】また、上記各実施形態では、短絡ピンを１
つ備えた構造例を示したが、本発明はこれに限定される
ものではない。２つ以上の短絡ピンを備えた構造や短絡
ピンを全く備えない構造も考えられることは言うまでも
ない。しかしながら、短絡ピンを備えない構造の場合に
は、λ／２共振系となるためアンテナの小型化には不向
きである。

【００５９】また、上記各実施形態では、アンテナエレ
メントを構成する導体板と電磁界結合調整素子とが個別
の部品であるように記載したが、これらの構成は、１つ
の導体材料を板金加工により折り曲げて一体成形するこ
とができる。このように一体成形すれば、アンテナの強
度を高めることができると共に、製造時の量産性の向上
が期待できることは言うまでもない。

【００６０】また、各実施形態で説明したアンテナを導
体地板上に２つ並べて、逆相給電することが考えられる
ことは言うまでもない。この場合には、上記効果に加え
て、導体地板上の電流をアンテナエレメント近傍に集中
させることが可能となるため、手で保持した場合の特性
劣化を抑えることが期待できる。また、２つのアンテナ
の共振周波数がわずかにずれるように電磁界結合調整素
子を調整することで、さらなる広帯域特性が期待でき
る。

【００６１】さらに、上記第１〜第３実施形態では、共
振周波数帯域が１つであるアンテナ構造について説明し
たが、以下のように共振周波数帯域が２つであるアンテ
ナ構造を実現することができる。１．いずれか１つの共
振周波数帯域を選択的にカバーさせる場合この場合に
は、例えば図１５（ａ）に示すように、第１の共振周波
数帯域用の短絡部（金属線６１）と第２の共振周波数帯
域用の短絡部（金属線６２）との２つを、アンテナエレ
メント上に設ければよい。これにより、短絡部の導通を
選択的に制御することによって、第１又は第２のいずれ
かの共振周波数帯域をカバーするアンテナを構成するこ
とが可能となる。なお、アンテナエレメント上に選択的
に切り替え可能な給電部を２つ設ける構造にした場合
も、同様である。２．２つの共振周波数帯域を同時にカ
バーさせる場合この場合には、例えば図１５（ｂ）又は
（ｃ）に示すように、アンテナエレメントにスロット６
３を設ける。これにより、本来のアンテナエレメントで
第１の共振周波数帯域をカバーし、スロット部分によっ
て第２の共振周波数帯域をカバーすることができ、同時
に２つの共振周波数帯域をカバーするアンテナを構成す
ることが可能となる。

【００６２】なお、上記例では、１つのアンテナで２つ
の共振周波数帯域を選択的又は同時にカバーできるアン
テナ構造を説明したが、３つ以上の共振周波数帯域を選
択的又は同時にカバーできるアンテナ構造も、同様にし
て実現することができる。また、このような複数の共振
周波数帯域を選択的又は同時にカバーできる構造のアン
テナを、導体地板上に２つ並べて、逆相給電することが
考えられることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造
を抽象的に示した図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの具体
的な構成例を示した図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナを応用
した他の構造を抽象的に示した図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造
を抽象的に示した図である。

【図５】図４に示すアンテナにおいて給電点から給電し
た場合の電流経路の一例を説明する図である。

【図６】図４に示すアンテナの入力インピーダンスのリ
ターンロスを示す周波数特性図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係るアンテナを応用
した他の構造を抽象的に示した図である。

【図８】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造
を抽象的に示した図である。

【図９】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの具体
的な構成例を示した図である。

【図１０】図９に示すアンテナのＳ₁₁を表すスミスチャ
ートである。

【図１１】図９に示すアンテナにおいて導体地板の長さ
を変更した場合のＳ₁₁を表すスミスチャートである。

【図１２】本発明の第３の実施形態に係るアンテナを応
用した他の構造を抽象的に示した図である。

【図１３】図１２に示すアンテナのＳ₁₁を表すスミスチ
ャートである。

【図１４】本発明の第１〜第３の実施形態に係るアンテ
ナを応用した他の構造例を抽象的に示した図である。

【図１５】本発明の第１〜第３の実施形態に係るアンテ
ナを応用した１つのアンテナで２つの共振周波数帯域を
カバーさせる構造例を抽象的に示した図である。

【図１６】従来のアンテナの構造を抽象的に示した図で
ある。

【図１７】図１６に示す従来のアンテナにおいて給電点
から給電した場合の電流経路の一例を説明する図であ
る。

【図１８】図１６に示す従来のアンテナの具体的な構成
例を示した図である。

【図１９】他の従来のアンテナの構造を抽象的に示した
図である。

【図２０】図１９に示す他の従来のアンテナにおいて給
電点から給電した場合の電流経路の一例を説明する図で
ある。

【図２１】図１９に示す他の従来のアンテナの具体的な
構成例を示した図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，１０１，１１１…導体地板１２，２２，３２，１０２，１１２…導体板１３，１４，２３，２４，３３，３４，６１，６２，１
０３，１０４，１１３，１１４…金属線１５，２５，３５，１０５，１１５…給電点１６，１１６…導体壁１７…電磁界結合調整板２７，４７ａ，４７ｃ…電磁界結合調整壁３７ａ〜３７ｃ…Ｌ字型導体壁４７ｂ…Ｌ字型電磁界結合調整壁５１…誘電体材料５２…支持台５３…スリット６３…スロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川晃一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者 ▲構▼口信二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者高橋司神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (72)発明者山田賢一神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内Ｆターム(参考） 5J045 AA02 AB05 DA08 GA03 GA05 MA04 NA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線装置に使用されるアンテナであっ
て、接地レベルである導体地板と、前記導体地板上に配置されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子と電気的に接続されており、前記導体
地板に対して所定の空隙をもたせて配置される電磁界結
合調整素子と、前記アンテナ素子に給電を行う給電接続部とを備える、
アンテナ。
【請求項２】さらに、前記アンテナ素子を前記導体地
板に短絡接続する短絡接続部を、少なくとも１つ備え
る、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】前記電磁界結合調整素子は、前記短絡接
続部との間で電磁界結合効果が生じるように配置される
ことを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】前記電磁界結合調整素子は、前記導体地
板との間で電磁界結合効果が生じるように、その一部が
前記導体地板と略平行に配置されることを特徴とする、
請求項２又は３に記載のアンテナ。
【請求項５】前記電磁界結合調整素子は、前記アンテ
ナ素子と接続されていない開放端部を折り返す前記給電
接続部から前記短絡接続部までの最大経路が、所望の共
振周波数の１／２波長と一致するように配置されること
を特徴とする、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】前記アンテナ素子、前記電磁界結合調整
素子及び前記導体地板とで囲まれた空間の一部又は全て
に、誘電体材料を充填したことを特徴とする、請求項１
〜５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】前記電磁界結合調整素子は、誘電体材料
で構成された支持台によって前記導体地板に固定される
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のア
ンテナ。
【請求項８】前記アンテナ素子又は前記電磁界結合調
整素子の少なくとも一方に、前記給電接続部から前記短
絡接続部までの経路を伸長するためスリットを設けるこ
とを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のアン
テナ。
【請求項９】前記電磁界結合調整素子は、折り曲げ加
工によって前記アンテナ素子と一体で成形されることを
特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のアンテ
ナ。
【請求項１０】少なくとも２つ周波数で共振すること
を特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のアンテ
ナ。
【請求項１１】それぞれ異なる共振周波数帯域を決定
する複数の前記短絡接続部を備え、これら短絡接続部の
導通を制御することによって、いずれか１つの共振周波
数帯域を選択的にカバーできることを特徴とする、請求
項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】それぞれ異なる共振周波数帯域を決定
する複数の前記給電接続部を備え、これら給電接続部の
導通を制御することによって、いずれか１つの共振周波
数帯域を選択的にカバーできることを特徴とする、請求
項１０に記載のアンテナ。
【請求項１３】第１の共振周波数帯域を決定する前記
短絡接続部と、第２の共振周波数帯域を決定するスロッ
トとを備え、アンテナ素子部とスロット部との作用によ
って、２つの共振周波数帯域を同時にカバーできること
を特徴とする、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１４】請求項１〜１３に記載のアンテナのい
ずれか２つを、共通の導体地板上に並べて構成し、互い
の位相差が１８０度となるよう給電を行うことを特徴と
する、アンテナ。
【請求項１５】請求項１〜１４に記載のアンテナのい
ずれか１つを用いた、無線装置。