JP2005026742A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、小型、薄型を維持しつつ広帯域で送受信利得性能の高い小型のアンテナ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基体２と、基体２に設けられたヘリカル部３と、基体２の両端に設けられた端子部５、６を有し、ヘリカル部３と端子部５、６が電気的に接続されているヘリカルアンテナ１と、回路が実装されている主基板と、信号を給電する給電部７と、負荷容量を生ずる頂冠導体部８が設けられ、ヘリカルアンテナ１が実装されるとともに主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナ１の一方の端子部５が給電部に接続され、他方の端子部６が頂冠導体部８に電気的に接続される構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、基体２と、基体２に設けられたヘリカル部３と、基体２の両端に設けられた端子部５、６を有し、ヘリカル部３と端子部５、６が電気的に接続されているヘリカルアンテナ１と、回路が実装されている主基板と、信号を給電する給電部７と、負荷容量を生ずる頂冠導体部８が設けられ、ヘリカルアンテナ１が実装されるとともに主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナ１の一方の端子部５が給電部に接続され、他方の端子部６が頂冠導体部８に電気的に接続される構成とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信やパーソナルコンピュータなどの無線通信を行う電子機器等に好適に用いられるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話において、通話を行うためのホイップアンテナや内蔵アンテナを設け、前記各アンテナに加えて他の電子機器との間でデータの無線通信を行うためにチップアンテナを搭載するものが増えてきている。
【０００３】
また、ノートブックパソコンなどの携帯型モバイル電子機器においても、無線ＬＡＮなどを用いてデータ通信を無線で行うものが増えてきており、その電子機器内にチップアンテナを搭載するものも増えてきている。
【０００４】
更に、近年の携帯電話やノートブックパソコンなどは、小型化、低消費電力化が必須要件となっており、アンテナ装置の小型化が望まれる。また、近年の伝送容量の増加に伴いアンテナの広帯域化が求められている。更に、ＯＦＤＭ（直交周波数変調多重）などのようにマルチキャリア方式では、ますます広帯域化が求められている。
【０００５】
ここで、アンテナの広帯域化を実現するためにアンテナの負荷容量を増加させるために、アンテナの先端部に頂冠導体部を付加したアンテナ装置が検討されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。図１７は従来の技術におけるアンテナ装置の斜視図であり、アンテナ素子の先端に頂冠導体部が付加されている場合が示されている。
【０００６】
１００はアンテナ装置であり、１０１はメアンダアンテナ、１０２は給電部、１０３は頂冠導体部である。メアンダアンテナ１０１は基板パターンなどで形成される。頂冠導体部１０３はメアンダアンテナ１０１の先端部に形成され、先端部は開放端となっている。給電部１０２からは信号電流が供給され、供給された信号はメアンダアンテナ１０１の有する共振周波数にしたがって放射される。受信も同様である。このとき頂冠導体部１０３が負荷容量となって、給電部１０２からみた負荷インピーダンスが増加して周波数曲線のピークが緩やかとなり、周波数帯域が拡大する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２４８１２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２４７８０６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（特許文献１や２）に記載のようにロッドアンテナやパターンアンテナの先端に頂冠導体部を設けると、アンテナ装置全体が大型化する問題があった。特に極限まで小型化、薄型化を行う必要のある携帯電話やノートブック型パソコンにとって、アンテナ装置が大型化することは非常に望ましくない。
【０００９】
更に、ロッドアンテナやパターンアンテナに頂冠導体部を付加するアンテナ装置を実装する場合には、主基板と同一基板に実装する際には、頂冠導体部の形状などの自由度が減り、逆に自由度を上げると実装面積が増加する問題もある。
【００１０】
また、主基板とアンテナ装置との位置関係によっては、アンテナの利得低下などの性能劣化の問題も生じる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型、薄型を維持しつつ、利得性能を向上し、且つ広帯域化を実現したアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基体と、基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、ヘリカル部と端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、回路が実装されている主基板と、信号を給電する給電部と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられ、ヘリカルアンテナが実装されるとともに主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナの一方の端子部が給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続される構成とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基体と、該基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、ヘリカル部と端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、回路が実装されている主基板と、信号を給電する給電部と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられ、ヘリカルアンテナが実装されるとともに主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナの一方の端子部が給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続されることを特徴とするアンテナ装置であって、送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、従基板が主基板と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、ヘリカルアンテナが導電膜が施された基体をトリミングしてスパイラル溝を設けることにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至２いずれか１に記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、ヘリカルアンテナが基体に導電性の巻線を施して形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、頂冠導体部が基板上のランドで形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は、頂冠導体部が基板パターンで形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明は、頂冠導体部の形状が略三角形もしくは方形もしくは多角形もしくは円形もしくは楕円形のいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の発明は、主基板のグランド面をヘリカルアンテナのグランド面として共有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項９に記載の発明は、ヘリカルアンテナが主基板のグランド面の端面と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１〜８いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項１０に記載の発明は、基体と、該基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、ヘリカル部と端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、給電部が設けられた主基板と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられた主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナの一方の端子部が主基板上に設けられた給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続されることを特徴とするアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項１１に記載の発明は、異なる共振周波数を有する２以上のヘリカルアンテナと、２以上の給電部を有する主基板と、負荷容量を生ずる２以上の頂冠導体部を有し主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、各ヘリカルアンテナの一方の端子部が主基板上に設けられた給電部に接続され、他方の端子部が２以上の頂冠導体部に接続されて、２以上の周波数で動作することを特徴とするアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項１２に記載の発明は、ヘリカルアンテナがλ／４型ヘリカルアンテナであることを特徴とする、請求項１〜１１いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２いずれか１記載のアンテナ装置と、アンテナ装置と電気接続され信号処理を行う処理装置と、処理装置に電圧供給する電源部と、これらを格納する筺体を有することを特徴とする電子機器であって、電子機器の小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項１４に記載の発明は、電子機器が携帯端末であることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器であって、携帯端末の小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２７】
以下、実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１、図２、図３は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図である。まず、アンテナ装置の構成について説明する。
【００２９】
１はヘリカルアンテナであり、２は基体であり、３はヘリカル部であり、４はスパイラル溝、５と６は端子部、７は給電部、８は頂冠導体部、９は給電信号、１０はアンテナ装置である。基体２はアルミナもしくはアルミナを主成分とするセラミック材料等の絶縁体もしくは誘電体などをプレス加工，押し出し法等を施して形成される。なお、基体２の構成材料としては、フォルステライト，チタン酸マグネシウム系、チタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系、鉛・カルシウム・チタン系などのセラミック材料を用いてもよく、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いても良い。実施の形態１では、強度や絶縁性或いは加工の容易性の面からアルミナもしくはアルミナを主成分としたセラミック材料が用いられている。更に基体２には全体に銅，銀，金，ニッケル等の導電材料で構成された導電膜が単層乃至複数積層され、導電性を有する表面が形成される。
【００３０】
５と６は端子部であり、基体２の両端に形成され、導電性のメッキ膜，蒸着膜，スパッタ膜等の薄膜や、銀ペーストなどを塗布して焼き付けなどを行ったものなどの少なくとも一つが用いられる。
【００３１】
なお、基体２は端子部５、６と同一の大きさの断面を有していてもよいが、段落ちされてもよく、基体２の断面積は端子部５、６の断面積よりも小さくされる。基体２の外周が段落ちされることで、実装時に基体２が電子基板の表面からの距離を持つことが可能となり、特性の劣化を防ぐことが可能になる。このとき段落ちを基体２の一部の面に対してのみおこなってもよく、全面に渡って段落ちさせてもよい。全面に渡って段落ちさせた場合には、実装時に電子基板との接する面を選択する留意が不要となり、実装時のコストを低下させることができる。
【００３２】
また、基体２の各角部に面取りを施してもよい。この面取りを設けることで、基体２の欠けが防止され、後に説明する導電膜が薄くなるのが防止され、或いはヘリカル部の損傷が防止される。
【００３３】
ここで、基体２と端子部５、６は個別に形成して後から貼り合わせるなどで一体化してもよく、あらかじめ一体で形成してもよい。また、基体２は四角の角形状でなくとも、三角や五角の多角形状でもよく、円柱状でもよい。円柱状の場合には、角部が存在しなくなるので耐衝撃性が高まり、スパイラル溝４の形成が容易となるメリットがある。
【００３４】
ヘリカル部３は基体２の導電性を有する表面をレーザーなどによるトリミングを用いて螺旋状に掘削してスパイラル溝４が形成され、インダクタ成分を有している。他方、スパイラル溝４の無い部分は容量成分を有している。ヘリカル部３の一方の端部は端子部５と接続されており、ヘリカル部３の他方の端部は導体部端子部６と接続されており、その接続間において容量成分を有している。すなわち、インダクタ成分と容量成分が直列接続構造により接続されている。なお、ヘリカルアンテナ１はλ／４型アンテナであってもよく、λ／２型アンテナであってもよいが、小型化をより促進するためにλ／４型アンテナが用いられることが多く、この場合にはヘリカルアンテナ１の近辺に存在するグランド面に生じるイメージ電流を利用して、送受信利得が確保される。
【００３５】
給電部７は半田ランドや基板パターンなどにより形成されており、端子部５と半田などにより電気接続される。給電部７には高周波回路から信号電流が給電され、端子部５を通じて伝導されヘリカルアンテナ１より電波が放射される。あるいは受信した電波から生じた誘導電流が高周波回路に伝導される。
【００３６】
頂冠導体部８は開放端となっており、他の回路やグランドなどと接続されていない独立の領域である。頂冠導体部８は基板パターンや半田ランドなどで形成され、端子部６と半田などにより電気接続される。頂冠導体部８は容量を有するため、電気接続される端子部６にとっては負荷容量が接続された状態となる。ここで、図１では頂冠導体部８が四角形で表されているが、三角形や５角形以上の多角形であってもよい。図２には頂冠導体部８が三角形の場合が示されており、図３には頂冠導体部８が五角形の場合が示されている。なお、頂冠導体部８は楕円形や円形などであっても良い。頂冠導体部８が有する容量成分が給電部７に負荷されることで後に述べる周波数帯域が拡大することになる。このとき、容量成分の大きさが重要なファクターとなるため、容量成分を確保するために、他の実装部品などとの関係で、最適な形状をフレキシブルに形成して容量成分を確保することが重要である。
【００３７】
なお、導電膜が施された基体２にスパイラル溝４を設けたヘリカルアンテナのみでなく、基体に導電性の巻線を施したヘリカルアンテナであっても同様である。
【００３８】
次にアンテナ装置の動作について説明する。
【００３９】
図４は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置１０の等価回路図である。Ｌ１はヘリカル部３に対応するインダクタ成分であり、Ｃ１は頂部導体部８に対応する容量成分である。本等価回路の共振条件から共振周波数は次の（数１）で表すことができる。
【００４０】
【数１】
【００４１】
（数１）からも明らかな通り、インダクタ成分と容量成分が存在すれば、アンテナとしてある周波数の電波の送受信が可能となり、更にインダクタ成分Ｌ１と容量成分Ｃ１の大きさにより、送受信できる電波の周波数が決定される。インダクタ成分Ｌ１はヘリカル部のスパイラル溝４の巻き数や基体の誘電率により決定され、容量成分Ｃ１は頂冠導体部８と基体１のヘリカル部３の先端部分の大きさにより決定される。すなわち、任意の周波数でアンテナ装置１０を動作させるには、インダクタ成分Ｌ１と容量成分Ｃ１とを調整することで共振周波数を決定すればよい。
【００４２】
次に、送受信での動作周波数帯域は容量成分Ｃ１により決定される。すなわち容量成分Ｃ１は給電部７を基準として、その先端に負荷された負荷容量となっている。このため、給電部７を基準として考えると容量成分Ｃ１の存在により負荷インピーダンスが存在しており、更に共振周波数での利得曲線の立ち上がり遅延時間と立ち下がり遅延時間は負荷インピーダンスに比例する。すなわち、負荷インピーダンスの大きさ、言い換えると容量成分Ｃ１の大きさによって共振周波数での利得曲線の立ち上がりと立下りの遅延が変動する。例えば容量成分Ｃ１が小さい場合には、共振周波数での利得曲線の立ち上がりと立下がりの遅延時間は小さく、鋭いピークを持った利得曲線を描く周波数特性が示される。逆に、容量成分Ｃ１が大きい場合には、共振周波数での利得曲線の立ち上がりと立下り遅延時間は大きくなり、緩やかなピークを持った利得曲線を描く周波数特性が示される。
【００４３】
図５は周波数特性曲線を表す図であり、容量成分Ｃ１が小さい場合と大きい場合との周波数特性曲線が示されている。容量成分Ｃ１が小さい場合には、鋭いピークをもって共振周波数で利得が上がっているのに対して、容量成分Ｃ１が大きい場合には緩やかなピークをもって共振周波数で利得が上昇している。送受信周波数での動作周波数帯域はピークが緩やかなほうが広いことになり、容量成分Ｃ１を大きくすれば周波数帯域を広く取ることができる。
【００４４】
近年の無線通信ではデータ伝送量が拡大しているため、動作周波数帯域を十分に広くとる必要が高いため、頂冠導体部８を用いて容易に容量成分Ｃ１を増加させることが重要である。
【００４５】
次に頂冠導体部８により周波数帯域が拡大することの実験結果について説明する。図６は実験１の結果を表すグラフである。グラフ１−１には頂冠導体部８を設けた場合の、適正な共振状態を示すＶＳＷＲが一定値以下となる帯域幅と、頂冠導体部８の面積との関係が示されている。グラフ１−２には頂冠導体部８の縦寸法とアンテナ送受信利得との関係が示されている。実験１では長方形の頂冠導体部８の縦寸法を増大させた場合（ヘリカルアンテナ１の延伸方向にあたる頂冠導体部の辺を伸ばした場合）の帯域幅と利得の変化が確認された。ここで、ＶＳＷＲの一定値として「３」を用いた。
【００４６】
グラフ１−１の横軸には縦寸法の長さが、縦軸には帯域幅が示されている。縦寸法が増加するにつれ、すなわち頂冠導体部８の面積が増加する。面積の増加はすなわち容量成分Ｃ１の大きさの増加である。グラフ１−１から明らかな通り、縦寸法が増加するにつれて、帯域幅が拡大していくことが分かる。縦寸法が４ｍｍの場合に比較して、１０ｍｍの場合には４０％の帯域拡大が確認された。変調方式や誤り訂正率、データ速度が同じであれば、４０％のデータ伝送レートを拡大することが可能となる。また、グラフ１−２にあるように、頂冠導体部８の縦寸法を拡張し周波数帯域を拡張した場合でも、利得低下などの問題は生じず性能への悪影響を出すことなく、頂冠導体部８の面積の調整により周波数帯域を拡張することが可能であることが分かる。
【００４７】
なお、縦寸法の増加と帯域幅の増加はほぼ比例関係にある。Ｑ値の算出式や（数１）より明らかな通り、帯域幅は容量の平方根「√Ｃ」に比例し、「Ｃ」は頂冠導体部８の面積に比例し、頂冠導体部８の面積はその形状が長方形である場合には、その一辺の２乗に比例する。結果として、帯域幅は頂冠導体部８の一辺である縦寸法に比例することが導出される。グラフ１−１の結果からも、この理論導出が裏付けられていることが分かる。
【００４８】
次に、図７は実験２の結果を表すグラフである。実験１と異なり、長方形の横寸法（ヘリカルアンテナ１とほぼ垂直となる方向の長さ）を増加させた場合の、帯域幅と利得の変化が確認された。グラフ２−１はＶＳＷＲが一定以下での帯域幅の変化が示され、グラフ２−２は利得の変化が示されている。
【００４９】
頂冠導体部８の横進寸法が増加することで頂冠導体部８の面積が増加する。面積の増加は容量成分Ｃ１の増加である。グラフ２−１から明らかな通り、容量成分の増加に伴い、周波数帯域幅が増加している。更に利得成分の低下などの悪影響も生じておらず、頂冠導体部８の存在により、帯域幅の拡大が容易に実現されて、高い伝送レートへの対応が実現されている。なお、（数１）から導出されるように、周波数帯域幅が頂冠導体部８の面積の平方根（すなわち頂冠導体部８の一辺の長さ）に比例することは、グラフ２−１からも明らかである。
【００５０】
ここで、容量成分Ｃ１を形成するには、ヘリカル部３と端子部６に挟まれた基体２部分の容量を用いても形成可能であるが、十分な容量を確保するには基体２を長くしたり、端子部６の幅を広げたりするなどが必要である。この場合にはヘリカルアンテナ１が大きくなったり、ヘリカルアンテナ１の製造工程が増加したりするなどのデメリットがある。一方、端子部６を半田ランドなどと接続し、その先端に頂冠導体部８を形成することにより容易に大きな容量を負荷することが可能となる。更にヘリカルアンテナ１の形状により大きな負荷容量を実現するのに比較して、頂冠導体部８であれば、他の実装部品との関係上も考慮したフレキシブルな形状をヘリカルアンテナ１製造後に実現することも可能であるというメリットもある。
【００５１】
図８、図９は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図である。１１は配線パターン、１２は電子部品である。図８では、頂冠導体部８の周辺に配線パターン１１が存在しているために、頂冠導体部８を三角形にした場合が表されており、図９では周辺に存在する他の電子部品１２に合わせて頂冠導体部８を狭幅状の長方形とした場合が表されている。容量成分Ｃ１を確保するために頂冠導体部８を形成する場合には、このように周辺の配線パターン１１や電子部品１２との関係に合わせてフレキシブルに形成することが可能である。また、当然ながらヘリカルアンテナ１はパターンアンテナ、ロッドアンテナなどの他のアンテナに比較して非常に小型にすることが可能であるので、頂冠導体部８を設けたアンテナ装置１０も非常に小型に抑えることが可能である。
【００５２】
ここで、実施の形態１のヘリカルアンテナは、実用周波数帯域が０．７〜６．０ＧＨｚと高周波数域に対応し、そのヘリカルアンテナの長さＬ，高さＨ，幅Ｗは以下の通りの非常に小型のものである。
【００５３】
Ｌ＝４．０〜４０．０ｍｍ
Ｈ＝０．５〜１０．０ｍｍ
Ｗ＝０．５〜１０．０ｍｍ
ここで、Ｌが４．０ｍｍ以下であると、必要とするインダクタンスを得ることができない。また、Ｈ，Ｗそれぞれが０．５ｍｍ以下であると、素子自体の機械的強度が弱くなりすぎてしまい、実装装置などで、回路基板等に実装する場合に、素子折れ等が発生することがある。以上の数値から見ても、パターンアンテナなどに比べて非常に小型のアンテナとすることができる。このため、頂冠導体部８を負荷した場合であっても、パターンアンテナやロッドアンテナを用いて頂冠導体部を負荷したアンテナ装置よりも、はるかに小型化することが可能である。
【００５４】
以上のように、ヘリカルアンテナ１と、給電部７ではない端子部６の先端に頂冠導体部８を形成することで、アンテナ装置の小型化を維持したまま、送受信周波数での周波数帯域を拡大させて、高い伝送レートに見合うアンテナ装置を実現することができる。特に、近年のＯＦＤＭ（直行周波数変調多重）などのマルチキャリア伝送などのように広い帯域が必要とされる場合には好適である。
【００５５】
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図である。図１と同じ符号については説明を省略する。１３は主基板であり、１４は従基板であり、１５は給電線であり、１６はＲＦ回路であり、１７は処理回路、１８は制御回路、１９は主基板１３の端面である。主基板１３と従基板１４は略同一平面上に存在しており、主基盤１３と従基板１４は給電線１５を介して電気的に接続されている。また主基板１３のＲＦ回路１６、処理回路１７、制御回路１８の存在しない領域はグランド面となっている。制御回路１８は、処理回路１７などを制御するための回路であり、ＣＰＵや専用ＩＣなどが用いられる。処理回路１７は信号の送信における変調や誤り符号の付加や、受信における復調や誤り訂正などを行う。処理回路１７で変調された信号はＲＦ回路１６において、送信周波数の信号に変換され給電線１５を通じてヘリカルアンテナ１に出力される。逆にヘリカルアンテナ１で受信された信号は給電線１５を通じてＲＦ回路に出力され、ＲＦ回路で周波数変換されて処理回路１７で復調などが行われる。
【００５６】
アンテナ装置が携帯電話やノートブック型パソコンに組み込まれる場合には、その実装面積の制約や実装工程の容易性の確保の観点から、種々の処理回路などが実装されている主基板１３に実装するよりも、別基板である従基板１４に実装するほうが適切である場合が多い。すなわち、従基板１４にあらかじめヘリカルアンテナ１を実装しておいてから、主基板１３との間を給電線１５にて接続することで実装工程を容易化することができる。一方、処理回路１７をはじめＲＦ回路１６が実装されている主基板１３にヘリカルアンテナ１を実装すると、相互にノイズ干渉などを起こし、性能が劣化する恐れがある。このため、ヘリカルアンテナ１については、別個の従基板１４に実装することはメリットが高い。また、ヘリカルアンテナ１を従基板１４に実装することで、周波数帯域を拡大するための頂冠導体部８の形状や面積を確保する自由度を高めることが可能となるメリットもある。
【００５７】
ここで、ヘリカルアンテナ１の作るイメージ電流が主基板１３のグランド面上に発生する。このときヘリカルアンテナ１が主基板１３の端面１９と略垂直に実装されている場合には、主基板１３のグランド面で発生するイメージ電流がヘリカルアンテナ１を流れる電流とほぼ同一ベクトルを持つことになり、ヘリカルアンテナ１での送受信利得が向上する。このため主基板１３とヘリカルアンテナ１とが略垂直になるように実装されることが好適である。特に、ヘリカルアンテナ１がλ／４型アンテナである場合には、イメージ電流を含めてλ／２分の誘導電流を発生させることになるので、イメージ電流を適切に発生させることができるかが重要である。このため、イメージ電流を発生させるグランド面を有する主基板１３とヘリカルアンテナ１が実装される従基板１４が略同一平面上に存在することが重要である。かりに別平面上に存在する場合には、ヘリカルアンテナ１のイメージ電流が主基板１３で適切に発生せず、送受信利得が十分に確保できない問題が生じうる。
【００５８】
また、実施の形態１で説明したように頂冠導体部８の存在により、容量成分Ｃ１が負荷されることになり、周波数帯域が拡大し、伝送レートの高い無線通信に最適化される。
【００５９】
このように、ヘリカルアンテナ１を主基板と別個の従基板とすることでノイズの低減や頂冠導体部８の自由度の確保しつつ、２つの基板を略同一平面上に設置することで送受信利得も十分に確保して性能を高めたアンテナ装置とすることができる。更に、処理回路１７などの実装された主基板１３とヘリカルアンテナ１が実装された従基板１４が略同一平面上にあることで、携帯電話やノートブック型パソコンに組み込む際に実装体積を低減することができる。この場合であっても、アンテナ装置の送受信利得などの性能を十分に確保することができる。
【００６０】
なお、ヘリカルアンテナ１を処理回路１７などが実装された基板と同一基板上に実装する場合には、全体としてアンテナ装置の面積を最小化できるメリットがある。このため、頂冠導体部８の形状や大きさの自由度を必要としない場合などには、同一基板上に実装してアンテナ装置の面積を最小化することでもよい。
【００６１】
図１１は本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図である。図１１には、主基板１３と略同一平面にある従基板１４とにまたがってヘリカルアンテナ１が実装されている場合が表されている。
【００６２】
給電部７が主基板１３上に設けられており、ヘリカルアンテナ１の端子部５が給電部７に接続されている。一方、開放端である頂冠導体部８は従基板１４上に設けられヘリカルアンテナ１の端子部６が頂冠導体部８に接続される。すなわち主基板１３と従基板１４はヘリカルアンテナ１を介して接続されている。この場合であっても、頂冠導体部８の形状や大きさの自由度を高くすることができる上、主基板１３と従基板１４が同一平面に存在することで、電子機器への組み込みの際の実装体積も低減できるという、アンテナ装置の小型化による電子機器の小型化、薄型化を実現できるメリットがある。従基板１４は頂冠導体部８の形状や大きさに合わせた形状や大きさにすることは好適であり、従基板１４を最小化するために、従基板１４が頂冠導体部８と同一形状、同一サイズとされることも良い。
【００６３】
また、ヘリカルアンテナ１と主基板１３の端面１９とは略垂直の関係になっているので、ヘリカルアンテナ１により主基板１３のグランド面に発生するイメージ電流は、ヘリカルアンテナ１を流れる電流と同一ベクトルを持つことになるので、送受信利得が向上するメリットも確保できる。特に、ヘリカルアンテナ１がλ／４型アンテナである場合には、イメージ電流の発生により送受信利得を向上させる必要があるので（イメージ電流によりλ／２型アンテナと同等の誘導電流が発生するため）、イメージ電流がヘリカルアンテナ１と同一ベクトルに発生することが重要である。このためヘリカルアンテナ１が主基板１３の端面１９と略垂直に実装される必要がある。もちろん、実装状態や組み込み電子機器の状態に合わせて、垂直に実装するのが困難な場合には、性能とのバランスを考慮して垂直ではない実装でもよい。この場合であっても、主基板１３のグランド面を、イメージ電流を発生させるグランド面として利用することが可能であり、送受信利得を向上させる効果があり、特にλ／４型のヘリカルアンテナでは必須のものである。
【００６４】
以上の構成により、処理回路１７などが実装される基板のグランド面がヘリカルアンテナ１のグランド面として活用することが可能となる上、ヘリカルアンテナ１をλ／４型アンテナとできるためヘリカルアンテナ１も小型とでき、アンテナ装置の小型化を実現することも可能となる。また、電子機器への組み込みにおいても実装体積を削減し、電子機器の薄型化、小型化を実現できる。このような小型化を維持しながら、適切に発生するヘリカルアンテナ１のイメージ電流により送受信利得が向上し、頂冠導体部８により実施の形態１で説明したのと同様に、周波数帯域が拡大する性能向上が実現される。周波数帯域の拡大により、高い伝送レートの無線通信が実現される。
【００６５】
なお、主基板１３に形成されているグランド面の端面が主基板１３の端面１９と非平行のグランド面になっている場合には、グランド面の端面に対して略垂直にヘリカルアンテナ１を実装することが適切である。
【００６６】
（実施の形態３）
図１２は本発明の実施の形態３における電子機器の構成図である。電子機器の一例として携帯電話が表されており、携帯電話の筺体の片面を取り外して、内部の基板などが見える状態が図示されている。
【００６７】
２０は携帯電話であり、２１は筺体、２２はアンテナ、２３は電源、２４は処理装置である。アンテナ２２は携帯電話の音声通信を行う場合に用いられる主たるアンテナであり、アンテナ装置１０はデータ通信専用の別周波数帯域の送受信に用いられたり、アンテナ２２のダイバーシティ用などとして用いられたりする。処理装置２４は主基板１３にＬＳＩやディスクリート素子などが実装されている。電源２３はパック電池などが用いられ、内部回路や表示部などに電流が供給される。なお、電子機器の一例として図１２では携帯電話２０が示されているが、このほかＰＤＡのような携帯端末やノートブック型パソコンであってもよい。
【００６８】
携帯電話は極限まで小型化、薄型化が求められているため、主基板１３は非常に高密度実装がなされており、多層基板や両面実装などが用いられることが多い。このように小型、薄型を維持しつつ、アンテナ装置の送受信性能を確保する必要がある。このため、主基板１３と従基板１４は同一平面上に形成され、ヘリカルアンテナ１は主基板１３にある給電部と従基板１４にある頂冠導体部８に接続されて、アンテナ装置１０は基板にまたがって形成される。これにより、ヘリカルアンテナ１は主基板のグランド面をグランドとして利用して、イメージ電流を発生させることが可能であり、送受信利得を上げることができる。一方、頂冠導体部８により周波数帯域を拡大することができるため、伝送レートの高いデータ通信などにも最適な送受信が可能となる。このとき、頂冠導体部８は処理装置２４などの実装された主基板１３と別個の従基板１４に形成されているため、相互干渉などの問題もおきにくく、性能劣化を防ぐこともできる。このとき主基板１３のヘリカルアンテナ１の給電部付近の部品実装を疎にして広いグランド面を確保することで、イメージ電流の発生を容易として送受信利得を高めることも可能となる。
【００６９】
ここで、頂冠導体部８を従基板１４に形成することで、形状などの自由度も高くでき、従基板１４の小型化も容易である。更に従基板１４の裏面に他の電子部品１２を実装することができ（位置的には携帯電話２０の液晶表示用のドライバＩＣなどの実装が好適である）、アンテナ装置１０の性能を十分に確保しつつ実装面積を削減できる。主基板１３と従基板１４とが同一平面上にあることで薄型化も容易である。もちろん、頂冠導体部８の形状は三角形、四角形、多角形、円形、楕円形などのいずれでも良い。
【００７０】
また、図１２に示すように携帯電話を使用する際の上方にアンテナ装置１０を設置することで、アンテナ装置１０の外界への見通しが確保され送受信性能の更なる確保が高まる。このため、ヘリカルアンテナ１をより上方に実装するために頂冠導体部８を横長の形状にするなども好適である。
【００７１】
なお、ヘリカルアンテナ１を主基板１３と従基板１４にまたがって実装するのではなく、同一基板上に実装したり、図１０のように従基板１４に実装したりするなどでも良い。組み込む電子機器の形状や大きさ、処理装置などの形状や大きさなどとのバランスで、最適な実装を行うことが好適である。
【００７２】
以上のようなアンテナ装置１０を組み込むことにより、組み組む電子機器の小型、薄型を維持したまま、アンテナの送受信性能を高めることが可能となる。
【００７３】
また、アンテナ装置１０を複数用いてダイバーシティを行うことも、受信性能向上のために好適である。例えば、アンテナ装置を２つ実装し、受信電力の高いアンテナ装置の受信信号を選択して復調することで、受信性能を高める選択ダイバーシティや受信電力を基に最大比合成などを行う合成ダイバーシティを行う。
【００７４】
図１３は本発明の実施の形態３における選択ダイバーシティのブロック図である。アンテナ装置１０が二つあり、２５は選択部、２６は検波部、２７は電力算出部、２８は復調部である。受信開始時にはいずれか一方のアンテナ装置１０の受信信号が選択部２５で選択されて受信される。検波部２６において受信した信号が直交検波や遅延検波などで検波され、検波された信号は電力算出部２７で電力算出される。算出された電力は任意の閾値と比較され、その結果が選択部２５に通知される。任意の閾値よりも低い場合には、選択部２５でもう一方のアンテナ装置が選択されて、選択されたアンテナ装置１０で受信した信号が検波され、最終的に、復調部２８で復調される。以上の動作により、受信性能を更に向上させることが可能となる。
【００７５】
また、それぞれのアンテナ装置１０で受信した信号の電力が算出され、算出された電力の比に基づいて受信信号が合成されて復調されることで、更に受信性能を向上させることが可能となる。この場合にはノイズは無相関であるために、単純な合成であっても約３ｄＢの特性向上が実現される。
【００７６】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成図である。図１５は図１４のアンテナ装置の実験結果を表す図であり、図１６は本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の組み込み図である。
【００７７】
図１４には、異なる送受信周波数を有する２つのヘリカルアンテナを組み込んで、頂冠導体部がそれぞれ設けられて、周波数帯域の広いデュアルアンテナが構成されている。例えば、９００ＭＨｚ前後の周波数を用いるＧＳＭと、１．８ＧＨｚ近辺の周波数を用いるコードレス電話の両方に対応する電子機器に組み込む場合などに、図１４のようなアンテナ装置が用いられる。
【００７８】
３０はアンテナ装置、３１は第一ヘリカルアンテナ、３２は第二ヘリカルアンテナ、３３は第一頂冠導体部、３４は第二頂冠導体部、３５、３６は給電部であり、給電部３５、３６にはコンデンサーとインダクタが接続されている。インダクタとコンデンサーはインピーダンス整合に用いられる。３７はグランド面である。なお、図１４に示すアンテナ装置を実際に設計し、アンテナ装置３０は図１４に示されるとおり１２ｍｍ×４０ｍｍという非常に小型の面積に収まるように設計された。更に、図１５に示すように２共振のデュアルアンテナ装置が実現されている。
【００７９】
第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２はそれぞれの共振周波数が異なる。例えば、第一ヘリカルアンテナ３１がＧＳＭに対応した９００ＭＨｚの周波数を有し、第二ヘリカルアンテナ３２がコードレスに対応した１．８ＧＨｚの周波数を有している場合がある。各ヘリカルアンテナ３１、３２に設けられたヘリカル部のスパイラル間隔などによりインダクタ成分を変化させて実現することができる。給電部３５、３６を通じて第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２に個別に信号電流が供給される。第一ヘリカルアンテナ３１の開放端には第一頂冠導体部３３が接続され、第二ヘリカルアンテナ３２の開放端の先端には第二頂冠導体部３４が接続されている。第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２とを線対称に配置して、給電部３５、３６同士を近づけて開放端を左右に振り分けた配置とすることで、アンテナ装置３０全体の小型化が実現される。更に、振り分けの配置としたことで、第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２の相互干渉も低減することができる。
【００８０】
ここで、実施の形態１で説明したとおり、各頂冠導体部３３と３４の存在により周波数帯域が拡大して、高い伝送レートにも対応することが可能となる。更に、グランド面３７は主基板上に形成されているので、主基板のグランド面３７を第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２の共通のグランド面３７とて共有することができ、アンテナ装置３０の小型化も促進することが可能となる。
【００８１】
なお、実施の形態２で説明したとおり第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２をグランド面３７の端面に対して略垂直に配置するほうが利得向上に効果的であるので、図１４とは異なりヘリカルアンテナを略垂直に配置してもよい。ただし、実装面積や組み込む電子機器の形状に応じて、利得性能と配置方式のバランスから配置を決定することが必要な場合には図１４のように垂直以外の配置でもよい。
【００８２】
次に、図１６には、電話機の子機の一部にアンテナ装置を組み込む様子が示されている。４０は筺体であり、４１は回路基板、４２はカバー、４３と４４はヘリカルアンテナ、４５、４６は頂冠導体部、４７は中間カバーである。回路基板４１は筺体４０に接続され、ヘリカルアンテナ４３、４４は筺体に接続され、その端子部の一方が回路基板４１の給電部と接続される。中間カバー４７は筺体４０の上面を覆うように接続されて、ヘリカルアンテナ４３、４４の開放端となる端子部に頂冠導体部４５、４６が接続される。カバー４２はさらにその上にカバー４２が接続されて、アンテナ装置が電話機の子機に組み込まれる。このときヘリカルアンテナ４３、４４は異なる共振周波数を有しているので、デュアルアンテナが実現される。また頂冠導体部４５、４６により実施の形態１で説明したとおり、周波数帯域の拡大が実現される。
【００８３】
なお、共振周波数の異なる３以上のヘリカルアンテナを実装することで、３以上の送受信周波数を実現することも可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明ではヘリカルアンテナの開放端となる端子部に頂冠導体部を設けたことで、送受信周波数での動作周波数帯域を拡大することが可能となり、高い伝送レートの無線通信を実現できる効果がある。
【００８５】
更に、λ／４型のヘリカルアンテナを用い、主基板と同一基板に実装するか、あるいは略同一平面上にある従基板に実装することで、利得性能と広帯域を確保しつつ、小型化、薄型化を実現し、これを組み込む電子機器の小型化、薄型化を実現できる。特に、小型、薄型が要求される携帯電話やノートブック型パソコンに最適に実装することができる。
【００８６】
また、λ／４型ヘリカルアンテナを主基板の端面と略垂直に実装することで、主基板のグランド面をヘリカルアンテナのグランド面として利用することができ、イメージ電流を適切に発生させることにより、送受信利得の更なる向上が可能となる。
【００８７】
また、異なる共振周波数を有するヘリカルアンテナを二つ以上実装し、それぞれに頂冠導体部を接続し、グランド面を共有することで、小型、薄型を維持したまま、デュアルアンテナなどを構成することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の等価回路図
【図５】周波数特性曲線を表す図
【図６】実験１の結果を表すグラフ
【図７】実験２の結果を表すグラフ
【図８】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図
【図９】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図
【図１１】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態３における電子機器の構成図
【図１３】本発明の実施の形態３における選択ダイバーシティのブロック図
【図１４】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の実装形態図
【図１５】図１４のアンテナ装置の実験結果を表す図
【図１６】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の組み込み図
【図１７】従来の技術におけるアンテナ装置の斜視図
【符号の説明】
１ ヘリカルアンテナ
２ 基体
３ ヘリカル部
４ スパイラル溝
５、６ 端子部
７ 給電部
８ 頂冠導体部
９ 信号源
１０ アンテナ装置
１１ 配線パターン
１２ 電子部品
１３ 主基板
１４ 従基板
１５ 給電線
１６ ＲＦ回路
１７ 処理回路
１８ 制御回路
１９ 端面
２０ 携帯電話
２１ 筺体
２２ アンテナ
２３ 電源
２４ 処理装置
２５ 選択部
２６ 検波部
２７ 電力算出部
２８ 復調部
３０ アンテナ装置
３１ 第一ヘリカルアンテナ
３２ 第二ヘリカルアンテナ
３３ 第一頂冠導体部
３４ 第二頂冠導体部
３５、３６ 給電部
３７ グランド面
４０ 筺体
４１ 回路基板
４２ カバー
４３、４４ ヘリカルアンテナ
４５、４６ 頂冠導体部
４７ 中間カバー
１００ アンテナ装置
１０１ メアンダアンテナ
１０２ 給電部
１０３ 頂冠導体部
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信やパーソナルコンピュータなどの無線通信を行う電子機器等に好適に用いられるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話において、通話を行うためのホイップアンテナや内蔵アンテナを設け、前記各アンテナに加えて他の電子機器との間でデータの無線通信を行うためにチップアンテナを搭載するものが増えてきている。
【０００３】
また、ノートブックパソコンなどの携帯型モバイル電子機器においても、無線ＬＡＮなどを用いてデータ通信を無線で行うものが増えてきており、その電子機器内にチップアンテナを搭載するものも増えてきている。
【０００４】
更に、近年の携帯電話やノートブックパソコンなどは、小型化、低消費電力化が必須要件となっており、アンテナ装置の小型化が望まれる。また、近年の伝送容量の増加に伴いアンテナの広帯域化が求められている。更に、ＯＦＤＭ（直交周波数変調多重）などのようにマルチキャリア方式では、ますます広帯域化が求められている。
【０００５】
ここで、アンテナの広帯域化を実現するためにアンテナの負荷容量を増加させるために、アンテナの先端部に頂冠導体部を付加したアンテナ装置が検討されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。図１７は従来の技術におけるアンテナ装置の斜視図であり、アンテナ素子の先端に頂冠導体部が付加されている場合が示されている。
【０００６】
１００はアンテナ装置であり、１０１はメアンダアンテナ、１０２は給電部、１０３は頂冠導体部である。メアンダアンテナ１０１は基板パターンなどで形成される。頂冠導体部１０３はメアンダアンテナ１０１の先端部に形成され、先端部は開放端となっている。給電部１０２からは信号電流が供給され、供給された信号はメアンダアンテナ１０１の有する共振周波数にしたがって放射される。受信も同様である。このとき頂冠導体部１０３が負荷容量となって、給電部１０２からみた負荷インピーダンスが増加して周波数曲線のピークが緩やかとなり、周波数帯域が拡大する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２４８１２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２４７８０６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（特許文献１や２）に記載のようにロッドアンテナやパターンアンテナの先端に頂冠導体部を設けると、アンテナ装置全体が大型化する問題があった。特に極限まで小型化、薄型化を行う必要のある携帯電話やノートブック型パソコンにとって、アンテナ装置が大型化することは非常に望ましくない。
【０００９】
更に、ロッドアンテナやパターンアンテナに頂冠導体部を付加するアンテナ装置を実装する場合には、主基板と同一基板に実装する際には、頂冠導体部の形状などの自由度が減り、逆に自由度を上げると実装面積が増加する問題もある。
【００１０】
また、主基板とアンテナ装置との位置関係によっては、アンテナの利得低下などの性能劣化の問題も生じる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型、薄型を維持しつつ、利得性能を向上し、且つ広帯域化を実現したアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基体と、基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、ヘリカル部と端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、回路が実装されている主基板と、信号を給電する給電部と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられ、ヘリカルアンテナが実装されるとともに主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナの一方の端子部が給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続される構成とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基体と、該基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、ヘリカル部と端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、回路が実装されている主基板と、信号を給電する給電部と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられ、ヘリカルアンテナが実装されるとともに主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナの一方の端子部が給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続されることを特徴とするアンテナ装置であって、送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、従基板が主基板と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、ヘリカルアンテナが導電膜が施された基体をトリミングしてスパイラル溝を設けることにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至２いずれか１に記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、ヘリカルアンテナが基体に導電性の巻線を施して形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、頂冠導体部が基板上のランドで形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は、頂冠導体部が基板パターンで形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明は、頂冠導体部の形状が略三角形もしくは方形もしくは多角形もしくは円形もしくは楕円形のいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の発明は、主基板のグランド面をヘリカルアンテナのグランド面として共有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項９に記載の発明は、ヘリカルアンテナが主基板のグランド面の端面と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１〜８いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項１０に記載の発明は、基体と、該基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、ヘリカル部と端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、給電部が設けられた主基板と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられた主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、ヘリカルアンテナの一方の端子部が主基板上に設けられた給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続されることを特徴とするアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項１１に記載の発明は、異なる共振周波数を有する２以上のヘリカルアンテナと、２以上の給電部を有する主基板と、負荷容量を生ずる２以上の頂冠導体部を有し主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、各ヘリカルアンテナの一方の端子部が主基板上に設けられた給電部に接続され、他方の端子部が２以上の頂冠導体部に接続されて、２以上の周波数で動作することを特徴とするアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項１２に記載の発明は、ヘリカルアンテナがλ／４型ヘリカルアンテナであることを特徴とする、請求項１〜１１いずれか１記載のアンテナ装置であって、小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２いずれか１記載のアンテナ装置と、アンテナ装置と電気接続され信号処理を行う処理装置と、処理装置に電圧供給する電源部と、これらを格納する筺体を有することを特徴とする電子機器であって、電子機器の小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項１４に記載の発明は、電子機器が携帯端末であることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器であって、携帯端末の小型、薄型を維持しつつ受信利得を向上し送受信周波数帯域を拡大させる作用を有する。
【００２７】
以下、実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１、図２、図３は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図である。まず、アンテナ装置の構成について説明する。
【００２９】
１はヘリカルアンテナであり、２は基体であり、３はヘリカル部であり、４はスパイラル溝、５と６は端子部、７は給電部、８は頂冠導体部、９は給電信号、１０はアンテナ装置である。基体２はアルミナもしくはアルミナを主成分とするセラミック材料等の絶縁体もしくは誘電体などをプレス加工，押し出し法等を施して形成される。なお、基体２の構成材料としては、フォルステライト，チタン酸マグネシウム系、チタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系、鉛・カルシウム・チタン系などのセラミック材料を用いてもよく、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いても良い。実施の形態１では、強度や絶縁性或いは加工の容易性の面からアルミナもしくはアルミナを主成分としたセラミック材料が用いられている。更に基体２には全体に銅，銀，金，ニッケル等の導電材料で構成された導電膜が単層乃至複数積層され、導電性を有する表面が形成される。
【００３０】
５と６は端子部であり、基体２の両端に形成され、導電性のメッキ膜，蒸着膜，スパッタ膜等の薄膜や、銀ペーストなどを塗布して焼き付けなどを行ったものなどの少なくとも一つが用いられる。
【００３１】
なお、基体２は端子部５、６と同一の大きさの断面を有していてもよいが、段落ちされてもよく、基体２の断面積は端子部５、６の断面積よりも小さくされる。基体２の外周が段落ちされることで、実装時に基体２が電子基板の表面からの距離を持つことが可能となり、特性の劣化を防ぐことが可能になる。このとき段落ちを基体２の一部の面に対してのみおこなってもよく、全面に渡って段落ちさせてもよい。全面に渡って段落ちさせた場合には、実装時に電子基板との接する面を選択する留意が不要となり、実装時のコストを低下させることができる。
【００３２】
また、基体２の各角部に面取りを施してもよい。この面取りを設けることで、基体２の欠けが防止され、後に説明する導電膜が薄くなるのが防止され、或いはヘリカル部の損傷が防止される。
【００３３】
ここで、基体２と端子部５、６は個別に形成して後から貼り合わせるなどで一体化してもよく、あらかじめ一体で形成してもよい。また、基体２は四角の角形状でなくとも、三角や五角の多角形状でもよく、円柱状でもよい。円柱状の場合には、角部が存在しなくなるので耐衝撃性が高まり、スパイラル溝４の形成が容易となるメリットがある。
【００３４】
ヘリカル部３は基体２の導電性を有する表面をレーザーなどによるトリミングを用いて螺旋状に掘削してスパイラル溝４が形成され、インダクタ成分を有している。他方、スパイラル溝４の無い部分は容量成分を有している。ヘリカル部３の一方の端部は端子部５と接続されており、ヘリカル部３の他方の端部は導体部端子部６と接続されており、その接続間において容量成分を有している。すなわち、インダクタ成分と容量成分が直列接続構造により接続されている。なお、ヘリカルアンテナ１はλ／４型アンテナであってもよく、λ／２型アンテナであってもよいが、小型化をより促進するためにλ／４型アンテナが用いられることが多く、この場合にはヘリカルアンテナ１の近辺に存在するグランド面に生じるイメージ電流を利用して、送受信利得が確保される。
【００３５】
給電部７は半田ランドや基板パターンなどにより形成されており、端子部５と半田などにより電気接続される。給電部７には高周波回路から信号電流が給電され、端子部５を通じて伝導されヘリカルアンテナ１より電波が放射される。あるいは受信した電波から生じた誘導電流が高周波回路に伝導される。
【００３６】
頂冠導体部８は開放端となっており、他の回路やグランドなどと接続されていない独立の領域である。頂冠導体部８は基板パターンや半田ランドなどで形成され、端子部６と半田などにより電気接続される。頂冠導体部８は容量を有するため、電気接続される端子部６にとっては負荷容量が接続された状態となる。ここで、図１では頂冠導体部８が四角形で表されているが、三角形や５角形以上の多角形であってもよい。図２には頂冠導体部８が三角形の場合が示されており、図３には頂冠導体部８が五角形の場合が示されている。なお、頂冠導体部８は楕円形や円形などであっても良い。頂冠導体部８が有する容量成分が給電部７に負荷されることで後に述べる周波数帯域が拡大することになる。このとき、容量成分の大きさが重要なファクターとなるため、容量成分を確保するために、他の実装部品などとの関係で、最適な形状をフレキシブルに形成して容量成分を確保することが重要である。
【００３７】
なお、導電膜が施された基体２にスパイラル溝４を設けたヘリカルアンテナのみでなく、基体に導電性の巻線を施したヘリカルアンテナであっても同様である。
【００３８】
次にアンテナ装置の動作について説明する。
【００３９】
図４は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置１０の等価回路図である。Ｌ１はヘリカル部３に対応するインダクタ成分であり、Ｃ１は頂部導体部８に対応する容量成分である。本等価回路の共振条件から共振周波数は次の（数１）で表すことができる。
【００４０】
【数１】
（数１）からも明らかな通り、インダクタ成分と容量成分が存在すれば、アンテナとしてある周波数の電波の送受信が可能となり、更にインダクタ成分Ｌ１と容量成分Ｃ１の大きさにより、送受信できる電波の周波数が決定される。インダクタ成分Ｌ１はヘリカル部のスパイラル溝４の巻き数や基体の誘電率により決定され、容量成分Ｃ１は頂冠導体部８と基体１のヘリカル部３の先端部分の大きさにより決定される。すなわち、任意の周波数でアンテナ装置１０を動作させるには、インダクタ成分Ｌ１と容量成分Ｃ１とを調整することで共振周波数を決定すればよい。
【００４２】
次に、送受信での動作周波数帯域は容量成分Ｃ１により決定される。すなわち容量成分Ｃ１は給電部７を基準として、その先端に負荷された負荷容量となっている。このため、給電部７を基準として考えると容量成分Ｃ１の存在により負荷インピーダンスが存在しており、更に共振周波数での利得曲線の立ち上がり遅延時間と立ち下がり遅延時間は負荷インピーダンスに比例する。すなわち、負荷インピーダンスの大きさ、言い換えると容量成分Ｃ１の大きさによって共振周波数での利得曲線の立ち上がりと立下りの遅延が変動する。例えば容量成分Ｃ１が小さい場合には、共振周波数での利得曲線の立ち上がりと立下がりの遅延時間は小さく、鋭いピークを持った利得曲線を描く周波数特性が示される。逆に、容量成分Ｃ１が大きい場合には、共振周波数での利得曲線の立ち上がりと立下り遅延時間は大きくなり、緩やかなピークを持った利得曲線を描く周波数特性が示される。
【００４３】
図５は周波数特性曲線を表す図であり、容量成分Ｃ１が小さい場合と大きい場合との周波数特性曲線が示されている。容量成分Ｃ１が小さい場合には、鋭いピークをもって共振周波数で利得が上がっているのに対して、容量成分Ｃ１が大きい場合には緩やかなピークをもって共振周波数で利得が上昇している。送受信周波数での動作周波数帯域はピークが緩やかなほうが広いことになり、容量成分Ｃ１を大きくすれば周波数帯域を広く取ることができる。
【００４４】
近年の無線通信ではデータ伝送量が拡大しているため、動作周波数帯域を十分に広くとる必要が高いため、頂冠導体部８を用いて容易に容量成分Ｃ１を増加させることが重要である。
【００４５】
次に頂冠導体部８により周波数帯域が拡大することの実験結果について説明する。図６は実験１の結果を表すグラフである。グラフ１−１には頂冠導体部８を設けた場合の、適正な共振状態を示すＶＳＷＲが一定値以下となる帯域幅と、頂冠導体部８の面積との関係が示されている。グラフ１−２には頂冠導体部８の縦寸法とアンテナ送受信利得との関係が示されている。実験１では長方形の頂冠導体部８の縦寸法を増大させた場合（ヘリカルアンテナ１の延伸方向にあたる頂冠導体部の辺を伸ばした場合）の帯域幅と利得の変化が確認された。ここで、ＶＳＷＲの一定値として「３」を用いた。
【００４６】
グラフ１−１の横軸には縦寸法の長さが、縦軸には帯域幅が示されている。縦寸法が増加するにつれ、すなわち頂冠導体部８の面積が増加する。面積の増加はすなわち容量成分Ｃ１の大きさの増加である。グラフ１−１から明らかな通り、縦寸法が増加するにつれて、帯域幅が拡大していくことが分かる。縦寸法が４ｍｍの場合に比較して、１０ｍｍの場合には４０％の帯域拡大が確認された。変調方式や誤り訂正率、データ速度が同じであれば、４０％のデータ伝送レートを拡大することが可能となる。また、グラフ１−２にあるように、頂冠導体部８の縦寸法を拡張し周波数帯域を拡張した場合でも、利得低下などの問題は生じず性能への悪影響を出すことなく、頂冠導体部８の面積の調整により周波数帯域を拡張することが可能であることが分かる。
【００４７】
なお、縦寸法の増加と帯域幅の増加はほぼ比例関係にある。Ｑ値の算出式や（数１）より明らかな通り、帯域幅は容量の平方根「√Ｃ」に比例し、「Ｃ」は頂冠導体部８の面積に比例し、頂冠導体部８の面積はその形状が長方形である場合には、その一辺の２乗に比例する。結果として、帯域幅は頂冠導体部８の一辺である縦寸法に比例することが導出される。グラフ１−１の結果からも、この理論導出が裏付けられていることが分かる。
【００４８】
次に、図７は実験２の結果を表すグラフである。実験１と異なり、長方形の横寸法（ヘリカルアンテナ１とほぼ垂直となる方向の長さ）を増加させた場合の、帯域幅と利得の変化が確認された。グラフ２−１はＶＳＷＲが一定以下での帯域幅の変化が示され、グラフ２−２は利得の変化が示されている。
【００４９】
頂冠導体部８の横進寸法が増加することで頂冠導体部８の面積が増加する。面積の増加は容量成分Ｃ１の増加である。グラフ２−１から明らかな通り、容量成分の増加に伴い、周波数帯域幅が増加している。更に利得成分の低下などの悪影響も生じておらず、頂冠導体部８の存在により、帯域幅の拡大が容易に実現されて、高い伝送レートへの対応が実現されている。なお、（数１）から導出されるように、周波数帯域幅が頂冠導体部８の面積の平方根（すなわち頂冠導体部８の一辺の長さ）に比例することは、グラフ２−１からも明らかである。
【００５０】
ここで、容量成分Ｃ１を形成するには、ヘリカル部３と端子部６に挟まれた基体２部分の容量を用いても形成可能であるが、十分な容量を確保するには基体２を長くしたり、端子部６の幅を広げたりするなどが必要である。この場合にはヘリカルアンテナ１が大きくなったり、ヘリカルアンテナ１の製造工程が増加したりするなどのデメリットがある。一方、端子部６を半田ランドなどと接続し、その先端に頂冠導体部８を形成することにより容易に大きな容量を負荷することが可能となる。更にヘリカルアンテナ１の形状により大きな負荷容量を実現するのに比較して、頂冠導体部８であれば、他の実装部品との関係上も考慮したフレキシブルな形状をヘリカルアンテナ１製造後に実現することも可能であるというメリットもある。
【００５１】
図８、図９は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図である。１１は配線パターン、１２は電子部品である。図８では、頂冠導体部８の周辺に配線パターン１１が存在しているために、頂冠導体部８を三角形にした場合が表されており、図９では周辺に存在する他の電子部品１２に合わせて頂冠導体部８を狭幅状の長方形とした場合が表されている。容量成分Ｃ１を確保するために頂冠導体部８を形成する場合には、このように周辺の配線パターン１１や電子部品１２との関係に合わせてフレキシブルに形成することが可能である。また、当然ながらヘリカルアンテナ１はパターンアンテナ、ロッドアンテナなどの他のアンテナに比較して非常に小型にすることが可能であるので、頂冠導体部８を設けたアンテナ装置１０も非常に小型に抑えることが可能である。
【００５２】
ここで、実施の形態１のヘリカルアンテナは、実用周波数帯域が０．７〜６．０ＧＨｚと高周波数域に対応し、そのヘリカルアンテナの長さＬ，高さＨ，幅Ｗは以下の通りの非常に小型のものである。
【００５３】
Ｌ＝４．０〜４０．０ｍｍ
Ｈ＝０．５〜１０．０ｍｍ
Ｗ＝０．５〜１０．０ｍｍ
ここで、Ｌが４．０ｍｍ以下であると、必要とするインダクタンスを得ることができない。また、Ｈ，Ｗそれぞれが０．５ｍｍ以下であると、素子自体の機械的強度が弱くなりすぎてしまい、実装装置などで、回路基板等に実装する場合に、素子折れ等が発生することがある。以上の数値から見ても、パターンアンテナなどに比べて非常に小型のアンテナとすることができる。このため、頂冠導体部８を負荷した場合であっても、パターンアンテナやロッドアンテナを用いて頂冠導体部を負荷したアンテナ装置よりも、はるかに小型化することが可能である。
【００５４】
以上のように、ヘリカルアンテナ１と、給電部７ではない端子部６の先端に頂冠導体部８を形成することで、アンテナ装置の小型化を維持したまま、送受信周波数での周波数帯域を拡大させて、高い伝送レートに見合うアンテナ装置を実現することができる。特に、近年のＯＦＤＭ（直行周波数変調多重）などのマルチキャリア伝送などのように広い帯域が必要とされる場合には好適である。
【００５５】
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図である。図１と同じ符号については説明を省略する。１３は主基板であり、１４は従基板であり、１５は給電線であり、１６はＲＦ回路であり、１７は処理回路、１８は制御回路、１９は主基板１３の端面である。主基板１３と従基板１４は略同一平面上に存在しており、主基盤１３と従基板１４は給電線１５を介して電気的に接続されている。また主基板１３のＲＦ回路１６、処理回路１７、制御回路１８の存在しない領域はグランド面となっている。制御回路１８は、処理回路１７などを制御するための回路であり、ＣＰＵや専用ＩＣなどが用いられる。処理回路１７は信号の送信における変調や誤り符号の付加や、受信における復調や誤り訂正などを行う。処理回路１７で変調された信号はＲＦ回路１６において、送信周波数の信号に変換され給電線１５を通じてヘリカルアンテナ１に出力される。逆にヘリカルアンテナ１で受信された信号は給電線１５を通じてＲＦ回路に出力され、ＲＦ回路で周波数変換されて処理回路１７で復調などが行われる。
【００５６】
アンテナ装置が携帯電話やノートブック型パソコンに組み込まれる場合には、その実装面積の制約や実装工程の容易性の確保の観点から、種々の処理回路などが実装されている主基板１３に実装するよりも、別基板である従基板１４に実装するほうが適切である場合が多い。すなわち、従基板１４にあらかじめヘリカルアンテナ１を実装しておいてから、主基板１３との間を給電線１５にて接続することで実装工程を容易化することができる。一方、処理回路１７をはじめＲＦ回路１６が実装されている主基板１３にヘリカルアンテナ１を実装すると、相互にノイズ干渉などを起こし、性能が劣化する恐れがある。このため、ヘリカルアンテナ１については、別個の従基板１４に実装することはメリットが高い。また、ヘリカルアンテナ１を従基板１４に実装することで、周波数帯域を拡大するための頂冠導体部８の形状や面積を確保する自由度を高めることが可能となるメリットもある。
【００５７】
ここで、ヘリカルアンテナ１の作るイメージ電流が主基板１３のグランド面上に発生する。このときヘリカルアンテナ１が主基板１３の端面１９と略垂直に実装されている場合には、主基板１３のグランド面で発生するイメージ電流がヘリカルアンテナ１を流れる電流とほぼ同一ベクトルを持つことになり、ヘリカルアンテナ１での送受信利得が向上する。このため主基板１３とヘリカルアンテナ１とが略垂直になるように実装されることが好適である。特に、ヘリカルアンテナ１がλ／４型アンテナである場合には、イメージ電流を含めてλ／２分の誘導電流を発生させることになるので、イメージ電流を適切に発生させることができるかが重要である。このため、イメージ電流を発生させるグランド面を有する主基板１３とヘリカルアンテナ１が実装される従基板１４が略同一平面上に存在することが重要である。かりに別平面上に存在する場合には、ヘリカルアンテナ１のイメージ電流が主基板１３で適切に発生せず、送受信利得が十分に確保できない問題が生じうる。
【００５８】
また、実施の形態１で説明したように頂冠導体部８の存在により、容量成分Ｃ１が負荷されることになり、周波数帯域が拡大し、伝送レートの高い無線通信に最適化される。
【００５９】
このように、ヘリカルアンテナ１を主基板と別個の従基板とすることでノイズの低減や頂冠導体部８の自由度の確保しつつ、２つの基板を略同一平面上に設置することで送受信利得も十分に確保して性能を高めたアンテナ装置とすることができる。更に、処理回路１７などの実装された主基板１３とヘリカルアンテナ１が実装された従基板１４が略同一平面上にあることで、携帯電話やノートブック型パソコンに組み込む際に実装体積を低減することができる。この場合であっても、アンテナ装置の送受信利得などの性能を十分に確保することができる。
【００６０】
なお、ヘリカルアンテナ１を処理回路１７などが実装された基板と同一基板上に実装する場合には、全体としてアンテナ装置の面積を最小化できるメリットがある。このため、頂冠導体部８の形状や大きさの自由度を必要としない場合などには、同一基板上に実装してアンテナ装置の面積を最小化することでもよい。
【００６１】
図１１は本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図である。図１１には、主基板１３と略同一平面にある従基板１４とにまたがってヘリカルアンテナ１が実装されている場合が表されている。
【００６２】
給電部７が主基板１３上に設けられており、ヘリカルアンテナ１の端子部５が給電部７に接続されている。一方、開放端である頂冠導体部８は従基板１４上に設けられヘリカルアンテナ１の端子部６が頂冠導体部８に接続される。すなわち主基板１３と従基板１４はヘリカルアンテナ１を介して接続されている。この場合であっても、頂冠導体部８の形状や大きさの自由度を高くすることができる上、主基板１３と従基板１４が同一平面に存在することで、電子機器への組み込みの際の実装体積も低減できるという、アンテナ装置の小型化による電子機器の小型化、薄型化を実現できるメリットがある。従基板１４は頂冠導体部８の形状や大きさに合わせた形状や大きさにすることは好適であり、従基板１４を最小化するために、従基板１４が頂冠導体部８と同一形状、同一サイズとされることも良い。
【００６３】
また、ヘリカルアンテナ１と主基板１３の端面１９とは略垂直の関係になっているので、ヘリカルアンテナ１により主基板１３のグランド面に発生するイメージ電流は、ヘリカルアンテナ１を流れる電流と同一ベクトルを持つことになるので、送受信利得が向上するメリットも確保できる。特に、ヘリカルアンテナ１がλ／４型アンテナである場合には、イメージ電流の発生により送受信利得を向上させる必要があるので（イメージ電流によりλ／２型アンテナと同等の誘導電流が発生するため）、イメージ電流がヘリカルアンテナ１と同一ベクトルに発生することが重要である。このためヘリカルアンテナ１が主基板１３の端面１９と略垂直に実装される必要がある。もちろん、実装状態や組み込み電子機器の状態に合わせて、垂直に実装するのが困難な場合には、性能とのバランスを考慮して垂直ではない実装でもよい。この場合であっても、主基板１３のグランド面を、イメージ電流を発生させるグランド面として利用することが可能であり、送受信利得を向上させる効果があり、特にλ／４型のヘリカルアンテナでは必須のものである。
【００６４】
以上の構成により、処理回路１７などが実装される基板のグランド面がヘリカルアンテナ１のグランド面として活用することが可能となる上、ヘリカルアンテナ１をλ／４型アンテナとできるためヘリカルアンテナ１も小型とでき、アンテナ装置の小型化を実現することも可能となる。また、電子機器への組み込みにおいても実装体積を削減し、電子機器の薄型化、小型化を実現できる。このような小型化を維持しながら、適切に発生するヘリカルアンテナ１のイメージ電流により送受信利得が向上し、頂冠導体部８により実施の形態１で説明したのと同様に、周波数帯域が拡大する性能向上が実現される。周波数帯域の拡大により、高い伝送レートの無線通信が実現される。
【００６５】
なお、主基板１３に形成されているグランド面の端面が主基板１３の端面１９と非平行のグランド面になっている場合には、グランド面の端面に対して略垂直にヘリカルアンテナ１を実装することが適切である。
【００６６】
（実施の形態３）
図１２は本発明の実施の形態３における電子機器の構成図である。電子機器の一例として携帯電話が表されており、携帯電話の筺体の片面を取り外して、内部の基板などが見える状態が図示されている。
【００６７】
２０は携帯電話であり、２１は筺体、２２はアンテナ、２３は電源、２４は処理装置である。アンテナ２２は携帯電話の音声通信を行う場合に用いられる主たるアンテナであり、アンテナ装置１０はデータ通信専用の別周波数帯域の送受信に用いられたり、アンテナ２２のダイバーシティ用などとして用いられたりする。処理装置２４は主基板１３にＬＳＩやディスクリート素子などが実装されている。電源２３はパック電池などが用いられ、内部回路や表示部などに電流が供給される。なお、電子機器の一例として図１２では携帯電話２０が示されているが、このほかＰＤＡのような携帯端末やノートブック型パソコンであってもよい。
【００６８】
携帯電話は極限まで小型化、薄型化が求められているため、主基板１３は非常に高密度実装がなされており、多層基板や両面実装などが用いられることが多い。このように小型、薄型を維持しつつ、アンテナ装置の送受信性能を確保する必要がある。このため、主基板１３と従基板１４は同一平面上に形成され、ヘリカルアンテナ１は主基板１３にある給電部と従基板１４にある頂冠導体部８に接続されて、アンテナ装置１０は基板にまたがって形成される。これにより、ヘリカルアンテナ１は主基板のグランド面をグランドとして利用して、イメージ電流を発生させることが可能であり、送受信利得を上げることができる。一方、頂冠導体部８により周波数帯域を拡大することができるため、伝送レートの高いデータ通信などにも最適な送受信が可能となる。このとき、頂冠導体部８は処理装置２４などの実装された主基板１３と別個の従基板１４に形成されているため、相互干渉などの問題もおきにくく、性能劣化を防ぐこともできる。このとき主基板１３のヘリカルアンテナ１の給電部付近の部品実装を疎にして広いグランド面を確保することで、イメージ電流の発生を容易として送受信利得を高めることも可能となる。
【００６９】
ここで、頂冠導体部８を従基板１４に形成することで、形状などの自由度も高くでき、従基板１４の小型化も容易である。更に従基板１４の裏面に他の電子部品１２を実装することができ（位置的には携帯電話２０の液晶表示用のドライバＩＣなどの実装が好適である）、アンテナ装置１０の性能を十分に確保しつつ実装面積を削減できる。主基板１３と従基板１４とが同一平面上にあることで薄型化も容易である。もちろん、頂冠導体部８の形状は三角形、四角形、多角形、円形、楕円形などのいずれでも良い。
【００７０】
また、図１２に示すように携帯電話を使用する際の上方にアンテナ装置１０を設置することで、アンテナ装置１０の外界への見通しが確保され送受信性能の更なる確保が高まる。このため、ヘリカルアンテナ１をより上方に実装するために頂冠導体部８を横長の形状にするなども好適である。
【００７１】
なお、ヘリカルアンテナ１を主基板１３と従基板１４にまたがって実装するのではなく、同一基板上に実装したり、図１０のように従基板１４に実装したりするなどでも良い。組み込む電子機器の形状や大きさ、処理装置などの形状や大きさなどとのバランスで、最適な実装を行うことが好適である。
【００７２】
以上のようなアンテナ装置１０を組み込むことにより、組み組む電子機器の小型、薄型を維持したまま、アンテナの送受信性能を高めることが可能となる。
【００７３】
また、アンテナ装置１０を複数用いてダイバーシティを行うことも、受信性能向上のために好適である。例えば、アンテナ装置を２つ実装し、受信電力の高いアンテナ装置の受信信号を選択して復調することで、受信性能を高める選択ダイバーシティや受信電力を基に最大比合成などを行う合成ダイバーシティを行う。
【００７４】
図１３は本発明の実施の形態３における選択ダイバーシティのブロック図である。アンテナ装置１０が二つあり、２５は選択部、２６は検波部、２７は電力算出部、２８は復調部である。受信開始時にはいずれか一方のアンテナ装置１０の受信信号が選択部２５で選択されて受信される。検波部２６において受信した信号が直交検波や遅延検波などで検波され、検波された信号は電力算出部２７で電力算出される。算出された電力は任意の閾値と比較され、その結果が選択部２５に通知される。任意の閾値よりも低い場合には、選択部２５でもう一方のアンテナ装置が選択されて、選択されたアンテナ装置１０で受信した信号が検波され、最終的に、復調部２８で復調される。以上の動作により、受信性能を更に向上させることが可能となる。
【００７５】
また、それぞれのアンテナ装置１０で受信した信号の電力が算出され、算出された電力の比に基づいて受信信号が合成されて復調されることで、更に受信性能を向上させることが可能となる。この場合にはノイズは無相関であるために、単純な合成であっても約３ｄＢの特性向上が実現される。
【００７６】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成図である。図１５は図１４のアンテナ装置の実験結果を表す図であり、図１６は本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の組み込み図である。
【００７７】
図１４には、異なる送受信周波数を有する２つのヘリカルアンテナを組み込んで、頂冠導体部がそれぞれ設けられて、周波数帯域の広いデュアルアンテナが構成されている。例えば、９００ＭＨｚ前後の周波数を用いるＧＳＭと、１．８ＧＨｚ近辺の周波数を用いるコードレス電話の両方に対応する電子機器に組み込む場合などに、図１４のようなアンテナ装置が用いられる。
【００７８】
３０はアンテナ装置、３１は第一ヘリカルアンテナ、３２は第二ヘリカルアンテナ、３３は第一頂冠導体部、３４は第二頂冠導体部、３５、３６は給電部であり、給電部３５、３６にはコンデンサーとインダクタが接続されている。インダクタとコンデンサーはインピーダンス整合に用いられる。３７はグランド面である。なお、図１４に示すアンテナ装置を実際に設計し、アンテナ装置３０は図１４に示されるとおり１２ｍｍ×４０ｍｍという非常に小型の面積に収まるように設計された。更に、図１５に示すように２共振のデュアルアンテナ装置が実現されている。
【００７９】
第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２はそれぞれの共振周波数が異なる。例えば、第一ヘリカルアンテナ３１がＧＳＭに対応した９００ＭＨｚの周波数を有し、第二ヘリカルアンテナ３２がコードレスに対応した１．８ＧＨｚの周波数を有している場合がある。各ヘリカルアンテナ３１、３２に設けられたヘリカル部のスパイラル間隔などによりインダクタ成分を変化させて実現することができる。給電部３５、３６を通じて第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２に個別に信号電流が供給される。第一ヘリカルアンテナ３１の開放端には第一頂冠導体部３３が接続され、第二ヘリカルアンテナ３２の開放端の先端には第二頂冠導体部３４が接続されている。第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２とを線対称に配置して、給電部３５、３６同士を近づけて開放端を左右に振り分けた配置とすることで、アンテナ装置３０全体の小型化が実現される。更に、振り分けの配置としたことで、第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２の相互干渉も低減することができる。
【００８０】
ここで、実施の形態１で説明したとおり、各頂冠導体部３３と３４の存在により周波数帯域が拡大して、高い伝送レートにも対応することが可能となる。更に、グランド面３７は主基板上に形成されているので、主基板のグランド面３７を第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２の共通のグランド面３７とて共有することができ、アンテナ装置３０の小型化も促進することが可能となる。
【００８１】
なお、実施の形態２で説明したとおり第一ヘリカルアンテナ３１と第二ヘリカルアンテナ３２をグランド面３７の端面に対して略垂直に配置するほうが利得向上に効果的であるので、図１４とは異なりヘリカルアンテナを略垂直に配置してもよい。ただし、実装面積や組み込む電子機器の形状に応じて、利得性能と配置方式のバランスから配置を決定することが必要な場合には図１４のように垂直以外の配置でもよい。
【００８２】
次に、図１６には、電話機の子機の一部にアンテナ装置を組み込む様子が示されている。４０は筺体であり、４１は回路基板、４２はカバー、４３と４４はヘリカルアンテナ、４５、４６は頂冠導体部、４７は中間カバーである。回路基板４１は筺体４０に接続され、ヘリカルアンテナ４３、４４は筺体に接続され、その端子部の一方が回路基板４１の給電部と接続される。中間カバー４７は筺体４０の上面を覆うように接続されて、ヘリカルアンテナ４３、４４の開放端となる端子部に頂冠導体部４５、４６が接続される。カバー４２はさらにその上にカバー４２が接続されて、アンテナ装置が電話機の子機に組み込まれる。このときヘリカルアンテナ４３、４４は異なる共振周波数を有しているので、デュアルアンテナが実現される。また頂冠導体部４５、４６により実施の形態１で説明したとおり、周波数帯域の拡大が実現される。
【００８３】
なお、共振周波数の異なる３以上のヘリカルアンテナを実装することで、３以上の送受信周波数を実現することも可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明ではヘリカルアンテナの開放端となる端子部に頂冠導体部を設けたことで、送受信周波数での動作周波数帯域を拡大することが可能となり、高い伝送レートの無線通信を実現できる効果がある。
【００８５】
更に、λ／４型のヘリカルアンテナを用い、主基板と同一基板に実装するか、あるいは略同一平面上にある従基板に実装することで、利得性能と広帯域を確保しつつ、小型化、薄型化を実現し、これを組み込む電子機器の小型化、薄型化を実現できる。特に、小型、薄型が要求される携帯電話やノートブック型パソコンに最適に実装することができる。
【００８６】
また、λ／４型ヘリカルアンテナを主基板の端面と略垂直に実装することで、主基板のグランド面をヘリカルアンテナのグランド面として利用することができ、イメージ電流を適切に発生させることにより、送受信利得の更なる向上が可能となる。
【００８７】
また、異なる共振周波数を有するヘリカルアンテナを二つ以上実装し、それぞれに頂冠導体部を接続し、グランド面を共有することで、小型、薄型を維持したまま、デュアルアンテナなどを構成することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の等価回路図
【図５】周波数特性曲線を表す図
【図６】実験１の結果を表すグラフ
【図７】実験２の結果を表すグラフ
【図８】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図
【図９】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図
【図１１】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態３における電子機器の構成図
【図１３】本発明の実施の形態３における選択ダイバーシティのブロック図
【図１４】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の実装形態図
【図１５】図１４のアンテナ装置の実験結果を表す図
【図１６】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の組み込み図
【図１７】従来の技術におけるアンテナ装置の斜視図
【符号の説明】
１ ヘリカルアンテナ
２ 基体
３ ヘリカル部
４ スパイラル溝
５、６ 端子部
７ 給電部
８ 頂冠導体部
９ 信号源
１０ アンテナ装置
１１ 配線パターン
１２ 電子部品
１３ 主基板
１４ 従基板
１５ 給電線
１６ ＲＦ回路
１７ 処理回路
１８ 制御回路
１９ 端面
２０ 携帯電話
２１ 筺体
２２ アンテナ
２３ 電源
２４ 処理装置
２５ 選択部
２６ 検波部
２７ 電力算出部
２８ 復調部
３０ アンテナ装置
３１ 第一ヘリカルアンテナ
３２ 第二ヘリカルアンテナ
３３ 第一頂冠導体部
３４ 第二頂冠導体部
３５、３６ 給電部
３７ グランド面
４０ 筺体
４１ 回路基板
４２ カバー
４３、４４ ヘリカルアンテナ
４５、４６ 頂冠導体部
４７ 中間カバー
１００ アンテナ装置
１０１ メアンダアンテナ
１０２ 給電部
１０３ 頂冠導体部
Claims (14)
- 基体と、該基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、前記ヘリカル部と前記端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、
回路が実装されている主基板と、
信号を給電する給電部と、負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられ、前記ヘリカルアンテナが実装されるとともに前記主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、
前記ヘリカルアンテナの一方の端子部が給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続されることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記従基板が主基板と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
- 前記ヘリカルアンテナが導電膜が施された基体をトリミングしてスパイラル溝を設けることにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至２いずれか１に記載のアンテナ装置。
- 前記ヘリカルアンテナが基体に導電性の巻線を施して形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１記載のアンテナ装置。
- 前記頂冠導体部が基板上のランドで形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナ装置。
- 前記頂冠導体部が基板パターンで形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１記載のアンテナ装置。
- 前記頂冠導体部の形状が略三角形もしくは方形もしくは多角形もしくは円形もしくは楕円形のいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１記載のアンテナ装置。
- 前記主基板のグランド面を前記ヘリカルアンテナのグランド面として共有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１記載のアンテナ装置。
- 前記ヘリカルアンテナが前記主基板のグランド面の端面と略垂直に設置されることを特徴とする請求項１〜８いずれか１記載のアンテナ装置。
- 基体と、該基体に設けられたヘリカル部と、基体の両端に設けられた端子部を有し、前記ヘリカル部と前記端子部が電気的に接続されているヘリカルアンテナと、
給電部が設けられた主基板と、
負荷容量を生ずる頂冠導体部が設けられた前記主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、
前記ヘリカルアンテナの一方の端子部が前記主基板上に設けられた給電部に接続され、他方の端子部が頂冠導体部に電気的に接続されることを特徴とするアンテナ装置。 - 異なる共振周波数を有する２以上のヘリカルアンテナと、
２以上の給電部を有する主基板と、
負荷容量を生ずる２以上の頂冠導体部を有し前記主基板と同一もしくは略同一平面にある従基板を有し、
前記各ヘリカルアンテナの一方の端子部が前記主基板上に設けられた給電部に接続され、他方の端子部が前記２以上の頂冠導体部に接続されて、２以上の周波数で動作することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記ヘリカルアンテナがλ／４型ヘリカルアンテナであることを特徴とする、請求項１〜１１いずれか１記載のアンテナ装置。
- 請求項１〜１２いずれか１記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置と電気接続され信号処理を行う処理装置と、
前記処理装置に電圧供給する電源部と、
これらを格納する筺体を有することを特徴とする電子機器。 - 前記電子機器が携帯端末であることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2003
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