JP2008167098A - アンテナ装置及び該アンテナ装置を用いた携帯無線機 - Google Patents

アンテナ装置及び該アンテナ装置を用いた携帯無線機 Download PDF

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Abstract

【課題】広帯域にわたりアンテナ特性を確保することが可能なアンテナ装置及び該アンテナ装置を用いた携帯無線機を提供する。
【解決手段】本発明のアンテナ装置1は、HI−Band用アンテナエレメント3と、HI−Band用アンテナエレメント3に電気的に接続されたHI−Band用給電点4aと、LOW−Band用アンテナエレメント2と、LOW−Band用アンテナエレメント2に電気的に接続されたLOW−Band用給電点4bとを有するアンテナ基板20を備えている。HI−Band用給電点4aはアンテナ基板20の第1の側部20a側に配置され、LOW−Band用給電点4bは第1の側部20aとは反対側の第2の側部20b側に配置されている。
【選択図】図1

Description

本願発明は、アンテナ装置及び該アンテナ装置を用いた携帯無線機に関する。
近年の携帯電話機は、様々な周波数帯で通信できることを求められている。このような状況においても、携帯電話機の小型、薄型化を求められるため、複数のアンテナを実装するスペースを確保することは困難である。このため、1つのアンテナで複数の周波数帯に対応したアンテナが求められている。
複数の周波数帯に対応したアンテナの一例として、離れた2つの周波数帯のエレメントを組み合わせることで2周波化する方法がある。図8は、WCDMA方式のBandI(1920MHz〜2170MHz)とBandVI(830MHz〜885MHz)に対応した従来の2周波アンテナの一例の構成を示している。図8に示すアンテナ装置101は、HI−Band用アンテナエレメント103及びLOW−Band用アンテナエレメント102を1つの給電点104に接続し、2周波化を実現している。また、図9に、従来技術によるアンテナを、折り畳み型携帯電話機の下部筐体ヒンジ部に実装したときのアンテナインピーダンスを示す。図9はスミス図であり、図中のインピーダンス軌跡は700MHzから2300MHzまでを示しており、○印で示した範囲がLOW−Band(824MHz〜960MHz)、◇印で示した範囲がHI−Band(1710MHz〜2170MHz)を示している。このように、1つの給電点から2つのアンテナエレメントを出すことで、2周波アンテナを構成できていることがわかる。
一方、特許文献1には2つの独立した給電点及び独立した整合回路を有する無線装置が開示されている。
特開2005−244553号公報
WCDMA方式とGSM方式の双方に対応するアンテナとする場合、LOW−Bandでは824MHz〜960MHzまでの帯域を確保し、HI−Bandでは1710MHz〜2170MHzまでの帯域を確保しなければならない。
ところで、無線回路とアンテナを組み合わせたときの反射による損失を防ぐために、無線回路とアンテナの間にインダクタンスやコンデンサを組み合わせたインピーダンス整合回路を配置し、整合をとる必要がある。インピーダンス整合回路内に配置したインダクタンスやコンデンサを調整し、無線回路との整合を取っている。
従来の技術によるアンテナを、折り畳み型携帯電話機の下部筐体ヒンジ部に実装し、インピーダンス整合回路を用いて整合をとった後のアンテナインピーダンスの一例のスミス図を図10に示す。なお、スミス図の中心から破線で描いた円はVSWR(電圧定在波比)一定の円であり、この円の内側の部分がアンテナの整合がとれている範囲である。図10に示すように、対応する帯域が広いため、LOW−Band、HI−Bandともに整合をとることができていない。つまり、図10は、従来の1給電による2周波アンテナ構成では、LOW−BandとHI−Bandのアンテナが繋がっているため、互いにインピーダンスに影響を与えてしまい、広帯域にわたりアンテナ特性を確保するのは困難である、ということを示している。
また、周波数ごとにインピーダンスの動く量に違いがあるため、LOW−BandとHI−Bandを同時に意図した位置にインピーダンスを合わせることは困難である。そこで、PINダイオード等のスイッチ機能を用いて、帯域ごとにインピーダンス整合回路を切り替え、整合を取る方法がある。しかしながら、スイッチを用いて整合回路の切り替えを行った場合、スイッチの抵抗成分などにより、インピーダンス整合回路内での損失が増えてしまうため、アンテナ特性が劣化してしまうという問題が発生する。
また、特許文献1に開示された構成は、2つの独立した給電点及び独立した整合回路を有するものの、各給電点及び各整合回路は互いに近接して配置されている。このため、やはり、各給電点及び各整合回路は、互いのインピーダンスに影響を与え、広帯域にわたりアンテナ特性を確保することが困難な構成であるといえる。
そこで本発明は、広帯域にわたりアンテナ特性を確保することが可能なアンテナ装置及び該アンテナ装置を用いた携帯無線機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のアンテナ装置は、第1の周波数帯域に対応する第1のアンテナエレメントと、第1のアンテナエレメントに電気的に接続された第1の給電点と、第1の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第2の周波数帯域に対応する第2のアンテナエレメントと、第2のアンテナエレメントに電気的に接続された第2の給電点とを有する基板を備えたアンテナ装置において、第1の給電点が基板の第1の側部側に配置され、第2の給電点が基板の第1の側部側とは反対側の第2の側部側に配置されていることを特徴とする。
上記のとおり本発明のアンテナ装置は、第1の給電点と第2の給電点が互いに距離を空けるようにして基板に配置されている。このため、給電点どうしが互いのインピーダンスに影響を与えるのを防止でき、よって、本発明のアンテナ装置によれば、広帯域にわたり所定の特性を確保することができる。また、給電点が各周波数帯域ごとに設けられているため、従来の1給電によるアンテナと比較し、インピーダンス整合の調整も容易に行うことができる。
また、本発明のアンテナ装置は、第1のアンテナエレメント及び第2のアンテナエレメントが第1の給電点と第2の給電点との間に配置されているものであってもよい。この構成とすることで、基板の実装領域を有効活用することができ、アンテナ装置の小型化を図ることができる。
また、本発明のアンテナ装置は、第1のアンテナエレメントと第2のアンテナエレメントとは、第1のアンテナエレメントの開放側と第2のアンテナエレメントの開放側とが、第1の給電点及び第2の給電点が配列された方向に間隔を空けて配置されているものであってもよい。
本発明の携帯無線機は、本発明のアンテナ装置を備えたものである。
また、本発明の携帯無線機は、第1のアンテナエレメントの整合回路である第1の整合回路と、第2のアンテナエレメントの整合回路である第2の整合回路とを有し、第1の整合回路は携帯無線機に搭載された基板の第1の給電点に隣接して配置され、第2の整合回路は携帯無線機に搭載された基板の第2の給電点に隣接して配置されているものであってもよい。この構成とすることで、給電点どうしの互いのインピーダンスの影響のみならず、整合回路どうしの互いのインピーダンスの影響も抑制することができる。
また、本発明の携帯無線機は、画像表示部及び第1のプリント基板を有する第1の筐体と、マイク及び第2のプリント基板を有する第2の筐体と、第1のプリント基板と第2のプリント基板とを電気的に接続する接続基板と、第1の筐体と第2の筐体とを回動可能に連結するヒンジ部と、アンテナ装置の第1の給電点及び第2の給電点のそれぞれを第2のプリント基板に電気的に接続する第1の接合部材及び第2の接合部材とを有し、接続基板が第1の接合部材及び第2の接合部材の間を通るように配置されているものであってもよい。この場合、第1の接合部材及び第2の接合部材に生まれた空間を有効活用することができる。
また、本発明の携帯無線機は、アンテナ装置が第2の筐体内の、ヒンジが設けられた側に配置されているものであってもよいし、あるいは、アンテナ装置が第2の筐体内の、ヒンジが設けられた側とは反対側のマイクが設けられた側に配置されているものであってもよい。
また、本発明の携帯無線機は、画像表示部及び第1のプリント基板を有する第1の筐体と、マイク及び第2のプリント基板を有する第2の筐体と、第1のプリント基板と第2のプリント基板とを電気的に接続する接続基板と、第1の筐体と第2の筐体とを回動可能に連結するヒンジ部と、アンテナ装置の第1の給電点及び第2の給電点のそれぞれを第1のプリント基板に電気的に接続する第1の接合部材及び第2の接合部材とを有し、接続基板が第1の接合部材及び第2の接合部材の間を通るように配置されているものであってもよい。
また、本発明の携帯無線機は、アンテナ装置が第1の筐体内の、ヒンジが設けられた側に配置されているものであってもよい。
本発明によれば、第1の給電点と第2の給電点とを互いに距離を空けるようにして基板に配置している。このため、給電点どうしが互いのインピーダンスに影響を与えるのを防止しつつ、広帯域にわたり所定の特性を確保することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明のアンテナ装置の構成例を示す図である。
アンテナ装置1は、1つのアンテナ基板20内にLOW−Band用アンテナエレメント2と、HI−Band用アンテナエレメント3とを独立して有する。また、アンテナ装置1には、LOW−Band用アンテナエレメント2と、HI−Band用アンテナエレメント3のそれぞれに電力を供給するHI−Band用給電点4aとLOW−Band用給電点4bが独立し、かつ互いに離れた位置に設けられている。WCDMA方式とGSM方式の双方に対応するアンテナとするため、LOW−Band用アンテナエレメント2は824MHz〜960MHzまでの帯域に対応し、HI−Band用アンテナエレメント3は、1710MHz〜2170MHzまでの帯域に対応するように設定されている。
HI−Band用給電点4aはアンテナ基板20の第1の側部20a側であって角部21aの近傍に設けられている。図1では、HI−Band用給電点4aは、アンテナ基板20の左下に配置されている。一方、LOW−Band用給電点4bは、アンテナ基板20の第2の側部20b側であって角部21bの近傍に設けられている。図1では、LOW−Band用給電点4bは、アンテナ基板20の右下に配置されている。すわなち、このような配置は、電流が多く流れるHI−Band用給電点4a及びLOW−Band用給電点4bをアンテナ基板20内にて互いに距離を空けることで、互いのインピーダンスに影響を与えてしまうのを防止するようにしたものである。なお、さらに両者の間の距離を離すため、HI−Band用給電点4aとLOW−Band用給電点4bとをアンテナ基板20の対角に配置してもよい。例えば、HI−Band用給電点4aを角部21aに配置し、LOW−Band用給電点4bを角部21cに配置する、あるいは、HI−Band用給電点4aを角部21dに配置し、LOW−Band用給電点4bを角部21bに配置するものであってもよい。
このように、本実施形態のアンテナ装置1は、HI−Band用給電点4a及びLOW−Band用給電点4bをアンテナ基板20の両側部20a、20b側に配置し、これら各給電点4a、4bの間にHI−Band用アンテナエレメント3とLOW−Band用アンテナエレメント2とを配置している。より具体的には、HI−Band用アンテナエレメント3及びLOW−Band用アンテナエレメント2は各給電点4a、4bからアンテナ基板20の内側に向かうようにして延びて配置されている。すわなち、HI−Band用アンテナエレメント3は、根元部3bでHI−Band用給電点4aの辺4a1に電気的に接続され、角部21dに向けて延び、そこから開放側2aがアンテナ基板20の内側に向くようにレイアウトされている。また、LOW−Band用アンテナエレメント2は、根元部2bでLOW−Band用給電点4bの辺4b1に電気的に接続され、角部21cに向けて延び、そこから矩形波形状を描きながら延び、開放側2aがアンテナ基板20の内側に向くようにレイアウトされている。
以上のように、各給電点4a、4bの間にアンテナエレメント2、3を配置することでアンテナ基板20の基板の実装領域を有効活用することができ、アンテナ基板20を小型化することができる。
なお、図1では、HI−Band用給電点4a及びHI−Band用アンテナエレメント3が左側に配置され、LOW−Band用給電点4b及びLOW−Band用アンテナエレメント2がアンテナ基板20の右側に配置されているが、両者が左右逆に配置されているものであってもよい。
本発明は、上述したように多くの電流が流れる給電点4a、4bをできるだけ離して配置することで互いのインピーダンスに影響を及ぼすのを防止するものである。ここで、図1では、HI−Band用アンテナエレメント3の開放側3aとLOW−Band用アンテナエレメント2の開放側2aとが水平方向において若干重なり合うような位置に配置されている。これは、アンテナ基板20の大きさをできるだけ小さく、かつ、給電点4a、4bをできるだけ離すことができる配置の例を示したものである。よって、アンテナ基板20を大きくすることが許容される場合は、開放側2a、3aが水平方向に全く重なり合わない構成としてもよいことは言うまでもない。換言すれば、HI−Band用アンテナエレメント3とLOW−Band用アンテナエレメント2とは、開放側3aと開放側2aとが、HI−Band用給電点4aとLOW−Band用給電点4bとが配列された方向(図1中x方向)に間隔を空けて配置されているものであってもよい。
また、図1では、HI−Band用アンテナエレメント3はHI−Band用給電点4aの辺4a1から延出しており、LOW−Band用アンテナエレメント2はLOW−Band用給電点4bの辺4b1から延出することで、各給電点4a、4bの間に配置された例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、HI−Band用アンテナエレメント3をHI−Band用給電点4aの辺4a2から延出させ、LOW−Band用アンテナエレメント2をLOW−Band用給電点4bの辺4b2から延出させるものであってもよい。つまり、各給電点4a、4bをできるだけ離しつつ、その間のスペースを有効活用できるような構成であれば、どのような構成であってもよい。
次に、図2に本実施形態のアンテナ装置1を有する折り畳み型携帯無線機の側断面図を示す。
図2に示す折り畳み型携帯無線機はヒンジ部7により上部筐体5と下部筐体6とが回動可能に連結されている。上部筐体5には、上部プリント基板9や表示部10などが収納されている。下部筐体6内には、本実施形態のアンテナ装置1、下部プリント基板11、電池12及びマイク14などが収納されている。上部プリント基板9と下部プリント基板11とはフレキシブル基板からなる上下基板接続部8によって電気的に接続されている。アンテナ装置1は下部筐体6内であってヒンジ部7の近傍に配置されている。
図3は、アンテナ装置周囲の構成を示した図である。図3(a)はアンテナ装置1の周辺部を含む上面図であり、図3(b)はアンテナ装置1の断面図である。
図3(a)に示すように、HI−Band用給電点4aにはアンテナ整合回路21aが接続されている。また、LOW−Band用給電点4bにはアンテナ整合回路21bが接続されている。また、これらアンテナ整合回路21a及びアンテナ整合回路21bは、下部プリント基板11に電気的に接続されている。アンテナ整合回路21a、21bは無線回路とアンテナを組み合わせたときの反射による損失を防ぐためのインダクタンスやコンデンサを組み合わせたインピーダンス整合回路である。アンテナ整合回路21a、21bは、その内部に設けられたインダクタンスやコンデンサを調整することで、無線回路とアンテナとのインピーダンスの整合をとっている。
このような機能を有するアンテナ整合回路21a、21bも互いに近接して配置すると互いのインピーダンスに影響を与えてしまう。よって、本実施形態ではそれぞれ互いに離れるように、アンテナ基板20が折り畳み型携帯無線機に搭載された状態で、アンテナ整合回路21aはHI−Band用給電点4aに隣接して設けられ、アンテナ整合回路21bはLOW−Band用給電点4bに隣接して設けられている。
また、図3(b)に示すように、各給電点4a、4bは、アンテナ給電端子13によって下部プリント基板11に電気的に接続されている。本実施形態のアンテナ装置1は各給電点4a、4b、各アンテナ整合回路21a、21b及び各アンテナ給電端子13がアンテナ基板20の両側部側に配置されているので、これらの間には空間が生まれる。そこで、本実施形態では、この空間に上下基板接続部8を通すことで空間の有効活用を図っている。そして、この空間の有効活用により、折り畳み型携帯電話機を小型化することができる。
図4は本実施形態の折り畳み型携帯電話機のアンテナインピーダンスを示したスミス図である。図中のインピーダンス軌跡は700MHzから2300MHzまでの計算値であり、○印で示した範囲がLOW−Band(824MHz〜960MHz)、◇印で示した範囲がHI−Band(1710MHz〜2170MHz)を示している。図4(a)は、LOW−Bandのインピーダンスを示しており、図4(b)は、HI−Bandのインピーダンスを示している。
図5は、アンテナ整合回路21a、21bを用いてインピーダンスの整合をとった後のアンテナインピーダンスを示すスミス図である。なお、スミス図の中心部分に破線で描かれた円はVSWR(電圧定在波比)一定の円であり、この円の内側の部分がアンテナと回路とのインピーダンスの整合がとれている範囲である。図5(a)は、LOW−Bandの整合後のインピーダンスを示しており、図5(b)は、HI−Bandの整合後のインピーダンスを示している。図10と比較すると、LOW−Band、HI−Bandともに、本実施形態のアンテナ装置1では、○印及び◇印の部分はVSWR一定の円に内側に入っており、広帯域にわたり、アンテナの整合が取れていることがわかる。これは、本実施形態が、LOW−BandとHI−Bandでインピーダンスを個別に整合させることができるアンテナ整合回路21a、21bを距離を空けて配置したことによる効果である。
以上、本実施形態によれば、1つのアンテナ基板20の中に、LOW−Band用アンテナエレメント2とHI−Band用アンテナエレメント3を左右に配置し、かつ、2つのHI−Band用給電点4a及びLOW−Band用給電点4bを設け、さらにこれら給電点4a、4bを離して配置している。これにより、アンテナ基板20の実装領域を有効に活用することができるとともに、給電点どうしが互いのインピーダンスに影響を与えるのを防止できる。よって、本実施形態のアンテナ装置によれば、広帯域にわたり所定の特性を確保することができるアンテナ装置を構成することができる。さらには、本実施形態は、互いに独立した給電点4a、4bのそれぞれのインピーダンスの整合をアンテナ整合回路21a、21bによってとるため、従来の1給電によるアンテナと比較し、インピーダンス整合の調整も容易に行うことができる。
なお、折り畳み型携帯無線機におけるアンテナ装置1は、図6に示すように、上部筐体5内であってヒンジ部7近傍に配置されているものであってもよいし、図7に示すように、下部筐体6内であって、ヒンジ部7に対して反対側に設けられたマイク14の近傍に配置されているものであってもよい。なお、図6に示す構成の場合、アンテナ整合回路21a及びアンテナ整合回路21bは、上部プリント基板9に接続されている。
本発明のアンテナ装置の構成の一例を示す図である。 本発明のアンテナ装置を搭載した折り畳み型携帯電話機の一例の側断面図である。 本発明のアンテナ装置周囲の構成を示した図であり、図3(a)はアンテナ装置の周辺部を含む上面図であり、図3(b)はアンテナ装置の断面図である。 本発明のアンテナ装置のインピーダンスを示すスミス図の一例であり、図4(a)はLOW−Band、図4(b)はHI−Bandについてのものである。 本発明のアンテナ装置における、インピーダンスの整合をとった後のスミス図の一例であり、図5(a)はLOW−Band、図5(b)はHI−Bandについてのものである。 本発明のアンテナ装置を搭載した折り畳み型携帯電話機の他の例の側断面図である。 本発明のアンテナ装置を搭載した折り畳み型携帯電話機のさらに他の例の側断面図である。 従来のアンテナ装置の構成の一例を示す図である。 従来のアンテナ装置のインピーダンスの一例を示すスミス図である。 従来のアンテナ装置における、インピーダンスの整合をとった後のスミス図である。
符号の説明
1 アンテナ装置
2 LOW−Band用アンテナエレメント
2a、3a 開放側
2b、3b 根元部
3 HI−Band用アンテナエレメント
4a HI−Band用給電点
4b LOW−Band用給電点
5 上部筐体
6 下部筐体
7 ヒンジ部
8 上下基板接続部
9 上部プリント基板
10 表示部
11 下部プリント基板
12 電池
13 アンテナ給電端子
20 アンテナ基板
20a、20b 側部
21a、21b アンテナ整合回路
21a、21b、21c、21d 角部

Claims (10)

  1. 第1の周波数帯域に対応する第1のアンテナエレメントと、前記第1のアンテナエレメントに電気的に接続された第1の給電点と、前記第1の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第2の周波数帯域に対応する第2のアンテナエレメントと、前記第2のアンテナエレメントに電気的に接続された第2の給電点とを有する基板を備えたアンテナ装置において、
    前記第1の給電点が前記基板の第1の側部側に配置され、前記第2の給電点が前記基板の第1の側部側とは反対側の第2の側部側に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記第1のアンテナエレメント及び前記第2のアンテナエレメントが前記第1の給電点と前記第2の給電点との間に配置されている、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第1のアンテナエレメントと前記第2のアンテナエレメントとは、前記第1のアンテナエレメントの開放側と前記第2のアンテナエレメントの開放側とが、前記第1の給電点及び前記第2の給電点が配列された方向に間隔を空けて配置されている、請求項2に記載のアンテナ装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のアンテナ装置を備えた携帯無線機。
  5. 前記第1のアンテナエレメントの整合回路である第1の整合回路と、前記第2のアンテナエレメントの整合回路である第2の整合回路とを有し、前記第1の整合回路は前記携帯無線機に搭載された前記基板の前記第1の給電点に隣接して配置され、前記第2の整合回路は前記携帯無線機に搭載された前記基板の前記第2の給電点に隣接して配置されている、請求項4に記載の携帯無線機。
  6. 画像表示部及び第1のプリント基板を有する第1の筐体と、マイク及び第2のプリント基板を有する第2の筐体と、前記第1のプリント基板と前記第2のプリント基板とを電気的に接続する接続基板と、前記第1の筐体と前記第2の筐体とを回動可能に連結するヒンジ部と、前記アンテナ装置の前記第1の給電点及び前記第2の給電点のそれぞれを前記第2のプリント基板に電気的に接続する第1の接合部材及び第2の接合部材とを有し、前記接続基板が前記第1の接合部材及び第2の接合部材の間を通るように配置されている、請求項4または5に記載の携帯無線機。
  7. 前記アンテナ装置が前記第2の筐体内の、前記ヒンジが設けられた側に配置されている請求項6に記載の携帯無線機。
  8. 前記アンテナ装置が前記第2の筐体内の、前記ヒンジが設けられた側とは反対側の前記マイクが設けられた側に配置されている請求項6に記載の携帯無線機。
  9. 画像表示部及び第1のプリント基板を有する第1の筐体と、マイク及び第2のプリント基板を有する第2の筐体と、前記第1のプリント基板と前記第2のプリント基板とを電気的に接続する接続基板と、前記第1の筐体と前記第2の筐体とを回動可能に連結するヒンジ部と、前記アンテナ装置の前記第1の給電点及び前記第2の給電点のそれぞれを前記第1のプリント基板に電気的に接続する第1の接合部材及び第2の接合部材とを有し、前記接続基板が前記第1の接合部材及び第2の接合部材の間を通るように配置されている、請求項4または5に記載の携帯無線機。
  10. 前記アンテナ装置が前記第1の筐体内の、前記ヒンジが設けられた側に配置されている請求項9に記載の携帯無線機。
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