JP2007142799A - 折り返しダイポールアンテナ装置および携帯無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】無給電素子等を用いることなく、携帯無線端末に内蔵されるより一層の広帯域のアンテナ装置およびこれを用いた携帯無線端末を提供する。
【解決手段】不平衡給電型の折り返しダイポールアンテナ装置は、地板４上に設けられたアンテナ給電点１とアンテナグランド２とに接続されたほぼ板状のループ構成のアンテナエレメント３を有する。このアンテナエレメント３は、地板４にほぼ平行に伸びる１対の第１のエレメント部分３ｇ，３ｆと、この第１のエレメント部分の両先端から折り返して第１のエレメント部分にほぼ平行に伸びて合流する第２のエレメント部分３ｅ，３ｄ，３ｃと、第３のエレメント部分３ａとを有する。第３のエレメント部分３ａは、第２のエレメント部分の折り返された頂部側から第１のエレメント部分３ｇ，３ｆに向かって延出し、その端部が第１のエレメント部分３ｇ，３ｆに近接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話機のような携帯無線端末に内蔵される折り返しダイポールアンテナおよびこれを用いた携帯無線端末に関する。

従来の折り返しダイポールアンテナは、シングルバンド（約２ＧＨｚ）にしか対応しておらず、携帯電話機に内蔵する際、大きさ・形状に制限があった。

これに対し、特許文献１は、複数の周波数帯域に対応する単片双極折り返しダイポールアンテナを開示している。

また、特許文献２、３には複雑な無給電素子の装荷や高価な整合器を用いることなく広帯域にわたるインピーダンス整合が可能な携帯端末用内蔵アンテナとしての折り返しダイポールアンテナが開示されている。

特許文献４には、人体に近接させて使用した状態でも利得の低下が少ない小型広帯域のアンテナ装置が開示されている。
特開２００４−２３７９７号公報 特開２００４−２２８９１７号公報 特開２００４−２２８９１８号公報 特開２００２−４３８２６号公報

ところで、近年の携帯無線端末の発達、普及に伴い、さらなる利便化のため、１台の内蔵アンテナ装置でより一層のマルチバンド化が検討されている。上述した特許文献１に記載のアンテナ装置では、グランドプレーンに対してＶ字状に延在するその形状が携帯端末への内蔵アンテナとしては適さない。特許文献２、３は広帯域にわたるインピーダンス整合が可能な携帯端末用内蔵アンテナを提示しているが、一層のマルチバンド化においてさらに改善の余地があった。特許文献４は、３共振特性に言及しているが、これは無給電素子を用いるものである。

本発明はこのような背景においてなされたものであり、無給電素子等を用いることなく、携帯無線端末に内蔵されるより一層の広帯域のアンテナ装置として折り返しダイポールアンテナ装置およびこれを用いた携帯無線端末を提供しようとするものである。

本発明による折り返しダイポールアンテナ装置は、不平衡給電型の折り返しダイポールアンテナ装置であって、地板上に設けられたアンテナ給電点とアンテナグランドとに接続されたほぼ板状のループ構成のアンテナエレメントを有し、前記ループ構成のアンテナエレメントは、前記地板にほぼ平行に伸びる１対の第１のエレメント部分と、前記第１のエレメント部分の両先端から折り返して前記第１のエレメント部分にほぼ平行に伸びて合流する第２のエレメント部分と、前記第２のエレメント部分の折り返された頂部側から前記第１のエレメント部分に向かって伸び、その端部が前記第１のエレメント部分に近接する第３のエレメント部分を有する。

第１のエレメント部分と第２のエレメント部分の折り返しダイポールアンテナ構造により、第１のエレメント部分と第２のエレメント部分を含むアンテナエレメント長がλ／２に相当する周波数と、λに相当する周波数とにおいて第１および第２の共振点が得られる。また、第３のエレメント部分を追加することにより、３／４λに相当する周波数において第３の共振点が得られた。これにより、極めて広帯域のアンテナ装置が実現される。また、アンテナエレメントの折り返し構造により内蔵型アンテナを小型とすることができる。

本発明は、また、このような折り返しダイポールアンテナ装置を内蔵した携帯無線端末を提供する。

本発明の具体的な構成およびさらなる作用効果は以下の実施の形態において詳述される。

本発明により、無給電素子等を追加することなく、アンテナエレメントの構成の工夫によって、携帯無線端末に内蔵可能なより一層の広帯域のアンテナ装置を提供することができる。これにより、従来以上のマルチバンド化が可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（ａ）（ｂ）は、本実施の形態に係る折り返しダイポールアンテナ装置の要部を異なる視点から見た斜視図を示している。

本実施の形態において、アンテナ装置の設計の手順として、まず、ＧＳＭ(Global System for Mobile Communications)８５０／９００で共振が得られるように、アンテナエレメントのエレメント長を当該周波数に対してほぼλ／２に設定する。また、携帯無線端末の筐体内にコンパクトに収納するために基板（地板４に対応）の形状に沿って二つに折り曲げる。２ＧＨｚ帯（ＰＣＳ(Personal Communication System)及びＵＭＴＳ(Universal Mobile Telecommunications System）帯）ではエレメント長がλとなるため、アンテナに自己平衡作用が働き、給電が不平衡でもアンテナ自体が平衡アンテナとなる。さらに、折り曲げられた側のエレメントの頂部側に付加的な延出部を設ける。これにより、１．８ＧＨｚ帯での共振も得られる。その結果、５バンドのマルチバンド化に対応できる。

図１に示すように、本実施の形態では、地板（グランド）４の一端のほぼ中央部において、アンテナ給電点１と、アンテナグランド２とが比較的近接して設けられる。アンテナ給電点１とアンテナグランド２は、アンテナ放射板３に接続されている。本発明が適用されるアンテナ装置は不平衡給電型のアンテナ装置である。アンテナ放射板３は、アンテナ給電点１およびアンテナグランド２を基準としてほぼ対称に構成されている。

より具体的には、アンテナ給電点１とアンテナグランド２は、それぞれ、地板４上に直立した部分を有する。この直立した部分の先端は、ここから地板４に平行に外側に延びたエレメント部分３ｇにつながっている。このエレメント部分３ｇの先端はさらに地板４の側辺に沿ってほぼ直角に折れ曲がったエレメント部分３ｆにつながる。このエレメント部分３ｆは所定の長さ伸び、その端部は、地板４に対して垂直上方に伸びたエレメント部分３ｅ（折り返し部）につながる。このエレメント部分３ｅはさらに、エレメント部分３ｆとほぼ平行に地板４の端部側に戻るエレメント部分３ｄにつながる。エレメント部分３ｄの幅はエレメント部分３ｆの幅より大きく設定している。これにより、エレメント部分３ｄ側から外部方向への放射をしやすくしている。両側のエレメント部分３ｄはその間に介在するエレメント部分３ｃにつながっている。エレメント部分３ｃの外側の辺はエレメント部分３ｇ側に折れ曲がったエレメント部分３ａにつながっている。さらに、このエレメント部分３ａの両側部にはそこから突出したエレメント部分３ｂがつながっている。両エレメント部分３ｂはそれぞれの側のエレメント部分３ｅへ向かう方向に折れ曲がっている。

エレメント部分３ｇ、３ｆが、地板４にほぼ平行に伸びる１対の第１のエレメント部分を構成する。また、エレメント部分３ｅ，３ｄ，３ｃが、折り返して前記第１のエレメント部分にほぼ平行に伸びて合流する第２のエレメント部分を構成する。さらに、エレメント部分３ａが、第２のエレメント部分の折り返された頂部側から第１のエレメント部分に向かって伸び、その端部が第１のエレメント部分に近接する第３のエレメント部分を構成する。エレメント部分３ｂは第１のエレメント部分と第２のエレメント部分との間において伸びた第４のエレメント部分を構成する。

図２に、図１のアンテナ装置の正面図（ａ）、平面図（ｂ）、左側面図（ｃ）を示す。

このようなアンテナエレメント全体は１枚の金属板のような板状の導電性部材で構成できる。その展開図を図３に示す。図中、破線は山折りの部分を示し、一点鎖線は谷折りの部分を示している。但し、本発明のアンテナエレメントは必ずしもこのような１枚板から形成する必要はなく、分断された各部要素を電気的に接合して構成してもよいが、１枚板から構成すれば、接合作業が不要となる。

図４は、図１に示した本実施の形態のアンテナ装置の特性の測定結果を表すグラフである。図の縦軸は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を表し、横軸は周波数を表している。測定に用いたアンテナ装置の各部のサイズは次のとおりである。（単位はｍｍ）
地板４のサイズ（Ｙ１×Ｘ１×Ｚ２）：９９×３９×１
地板４からアンテナエレメント３ｃまでの高さ（Ｚ１）：７
アンテナエレメント３ｄの長さ（Ｙ２）：２８
アンテナエレメント３ｄの幅（Ｘ２）：５

このグラフから、図１のアンテナ装置により、３つの共振点Ｉ、II、IIIが得られることが分かる。これにより、従来に比べて極めて広帯域な周波数アンテナ特性が得られることが分かる。この帯域は、例えば、現存の無線通信帯域として、ＧＳＭ８５０／９００／１８００／１９００／ＵＭＴＳの５バンドをカバーすることができる。

本願発明者の考察によれば、エレメント部分３ａ（および３ｂ）を追加したことにより、新たな共振点IIが得られた。エレメント部分３ａの条件は、エレメント部分３ｃの一辺からエレメント部分３ｇの近傍まで延出することである。エレメント部分３ａはその側部からエレメント部分３ｂが伸びており、エレメント部分３ａおよび３ｂの長さにより共振点IIの周波数を微調整することができる。

図５、図６（ａ）（ｂ）は、３つの視点から眺めた、９００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表している。これは、図中、三角マークの向きは電流の方向を表し、そのサイズは電流の大きさを示している。図から分かるようにアンテナ給電点１とアンテナグランド２から左右にほぼ対象の電流の流れとなっている。すなわち、電流の流れが同相モードとなっている。この帯域での周波数に対してアンテナ装置のエレメント長がλ／２に相当する。

図７、図８（ａ）（ｂ）は、３つの視点から眺めた、１８００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表している。この場合、電流の流れが逆相モードとなっている。この帯域での周波数に対するアンテナ装置のエレメント長が３／４λに相当する。

図９、図１０（ａ）（ｂ）は、３つの視点から眺めた、２１００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表している。この場合、電流の流れが同相モードとなっている。この帯域での周波数に対するアンテナ装置のエレメント長がλに相当する。

図１１は、本実施の形態に係るアンテナ装置を用いた通信端末装置１００の概略構成を示している。ここでは携帯電話機の例を示しているが、これに限るものではない。この通信端末装置１００は、上述したいずれかの構成のアンテナ装置１０１、アンテナ共用器１０２、送受信処理部１０３、変復調処理部１０５、データ処理部１０７、Ｄ／Ａ変換器１０９、スピーカ１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１およびマイク１１２を備える。通信端末装置１００は、また、これらの各要素を制御するＣＰＵ，ＲＯＭ等を含む制御部１２５、この制御部１２５により作業領域やデータの一時記憶領域として利用されるメモリ１２７、および、表示部１２０、操作部１２３を備える。制御部１２５のＲＯＭ内には、読出し専用メモリや、電気的に情報が書込みおよび消去可能な読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が使用され、通常の通信端末装置の操作入力受付、通信、電子メール処理、ウェブ処理、表示、音声入出力、電話帳管理、スケジュール管理、等の各種動作のための制御プログラムおよび固定的なデータが格納されている。

以上説明したように、本実施の形態のアンテナ装置によれば、広帯域のアンテナ装置が得られ、５バンドの無線周波数帯に対応できる。また、本実施の形態の構成を採用することにより、地板に流れる電流を比較的低減でき、その結果、人体の影響を低減できる。さらに、アンテナ放射板の設計でマッチングを取ることができるので整合回路が不要である。アンテナエレメントが基板上で内側に空きスペースを有する形状に構成できるので、そのスペースを例えばカメラ、スピーカー等のデバイスの設置用に有効利用することも可能である。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。

（ａ）（ｂ）は、本実施の形態に係る折り返しダイポールアンテナ装置の要部を異なる視点から見た斜視図である。 図１のアンテナ装置の正面図（ａ）、平面図（ｂ）、左側面図（ｃ）である。 図１のアンテナ装置のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。 図１に示した本実施の形態のアンテナ装置の特性の測定結果を表すグラフである。 ９００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表した図である。 （ａ）（ｂ）は図５と異なる２つの視点から見た、９００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表した図である。 １８００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表した図である。 （ａ）（ｂ）は図７と異なる２つの視点から見た、１８００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表した図である。 ２１００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表した図である。 （ａ）（ｂ）は図９と異なる２つの視点から見た、２１００ＭＨｚ帯におけるアンテナ装置の各部に流れる電流の様子を示す電流ベクトルを表した図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を用いた通信端末装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

２…アンテナグランド、３…アンテナ放射板、３ａ〜３ｇ…エレメント部分、４…地板、１００…通信端末装置、１０１…アンテナ装置

Claims (8)

1. 不平衡給電型の折り返しダイポールアンテナ装置であって、
   地板上に設けられたアンテナ給電点とアンテナグランドとに接続されたほぼ板状のループ構成のアンテナエレメントを有し、
   前記ループ構成のアンテナエレメントは、前記地板にほぼ平行に伸びる１対の第１のエレメント部分と、前記第１のエレメント部分の両先端から折り返して前記第１のエレメント部分にほぼ平行に伸びて合流する第２のエレメント部分と、前記第２のエレメント部分の折り返された頂部側から前記第１のエレメント部分に向かって伸び、その端部が前記第１のエレメント部分に近接する第３のエレメント部分を有する
   ことを特徴とする折り返しダイポールアンテナ装置。
2. 前記１対の第１のエレメント部分はそれぞれ前記アンテナ給電点およびアンテナグランドを起点として前記地板上を前記地板とほぼ一定距離を保って互いに反対方向に伸び、所定の長さでほぼ直角に同方向に折れ曲がり前記地板とほぼ一定距離を保って所定長さだけ伸び、前記第２のエレメント部分は前記第１のエレメント部分の先端部につながり前記第１のエレメント部分とほぼ一定距離を保って前記第１のエレメント部分を覆うようにコ字状に伸び、前記第３のエレメント部分は前記第２のエレメント部分の少なくとも中央の辺の外側から前記第１のエレメント部分に向かって延出することを特徴とする請求項１記載の折り返しダイポールアンテナ装置。
3. 前記第３のエレメント部分の両側端部につながり、前記第１のエレメント部分と前記第２のエレメント部分との間において伸びた第４のエレメント部分を備えたことを特徴とする請求項２記載の折り返しダイポールアンテナ装置。
4. 前記第１のエレメント部分に対応する前記第２のエレメント部分の幅を前記第１のエレメント部分の幅より大きく構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の折り返しダイポールアンテナ装置。
5. 不平衡給電型の折り返しダイポールアンテナ装置を内蔵した携帯無線端末であって、
   前記ダイポールアンテナ装置は、
   地板上に設けられたアンテナ給電点とアンテナグランドとに接続されたほぼ板状のループ構成のアンテナエレメントを有し、
   前記ループ構成のアンテナエレメントは、前記地板にほぼ平行に伸びる１対の第１のエレメント部分と、折り返して前記第１のエレメント部分にほぼ平行に伸びて合流する第２のエレメント部分と、前記第２のエレメント部分の折り返された頂部側から前記第１のエレメント部分に向かって伸び、その端部が前記第１のエレメント部分に近接する第３のエレメント部分を有する
   ことを特徴とする携帯無線端末。
6. 前記１対の第１のエレメント部分はそれぞれ前記アンテナ給電点およびアンテナグランドを起点として前記地板上を前記地板とほぼ一定距離を保って互いに反対方向に伸び、所定の長さでほぼ直角に同方向に折れ曲がり前記地板とほぼ一定距離を保って所定長さだけ伸び、前記第２のエレメント部分は前記第１のエレメント部分の先端部につながり前記第１のエレメント部分とほぼ一定距離を保って前記第１のエレメント部分を覆うようにコ字状に伸び、前記第３のエレメント部分は前記第２のエレメント部分の少なくとも中央の辺の外側から前記第１のエレメント部分に向かって延出することを特徴とする請求項５記載の携帯無線端末。
7. 前記アンテナエレメントは、前記第３のエレメント部分の両側端部につながる第４のエレメント部分を有し、この第４のアンテナエレメントは、前記第１のエレメント部分と前記第２のエレメント部分との間において伸びたことを特徴とする請求項６記載の携帯無線端末。
8. 前記第１のエレメント部分に対応する前記第２のエレメント部分の幅を前記第１のエレメント部分の幅より大きく構成したことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の携帯無線端末。