JP2009135633A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】波長に比べてごく微小な励振素子によって低周波帯を十分に励振できるとともに、高周波帯では、直接給電の場合と比較して、大幅な広帯域化が図られた多周波共用のアンテナを提供する。
【解決手段】励振素子１１０と第１の放射導体１２０の第１の部分１２２とを近接配置することで第１の容量結合部１２０ａを形成しており、また第１の放射導体１２０の第２の部分１２３と第２の放射導体１３０の第３の部分１３３とを近接配置することで第２の容量結合部１３０ａを形成している。励振素子１１０が励振されると容量結合により第１の放射導体１２０が励振され、さらに第２の放射導体１３０が励振される。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末等に内蔵されるアンテナに係り、特に小型で広帯域特性を有する多周波共用のアンテナに関するものである。

携帯電話等の端末機器の普及とその機能の高度化に伴って、端末機器に内蔵されるアンテナに対しても、より一層の小型化とともに、複数の周波数に対応可能な多周波共用特性を有するものが求められている。例えば携帯電話用途では、従来のような機能追加、国際ローミング等に加え、第３世代への移行或いは共存等、使用する周波数帯域は拡大の一途を辿っている。つまり、従来のような多周波共用アンテナにおけるそれぞれの周波数が非常に広帯域であるものが求められている。使用周波数帯を広帯域化する従来のアンテナとして、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。

特許文献１に記載されているアンテナの斜視図を図７に示す。同図に示すアンテナ９００は、直方体状の絶縁体からなる基体９０１の一方主面に接地電極９０２が形成され、他方主面には斜めに設けられたスリットｓ１を介して対向して配置された第１および第２の放射電極９０３、９０４が形成されている。

第１の放射電極９０３は、スリットｓ１の一端に近接する端部が第１の接続電極９０５を介して接地電極９０２に接続され、第１の放射電極９０３の第１の接続電極９０５を接続した端部から離隔した端部にギャップｇ２を介して給電電極９０７が配置されている。また、第２の放射電極９０４は、スリットｓ１の一端から一定間隔離れた端部が第２の接続電極９０６を介して接地電極９０２に接続されている。

上記のように構成されたアンテナ９００では、第１の放射電極９０３が給電電極９０７と容量結合することで共振し、第２の放射電極９０４が第１の接続電極９０５と第２の接続電極９０６との間の磁界結合を介して共振することができる。上記のような複共振が得られることで、アンテナ９００は所定の周波数帯で広帯域化を図ることが可能となっている。
特開２０００−１５１２５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のアンテナでは、以下のような課題があった。特許文献１のアンテナ９００は複共振による広帯域化はある程度可能ではあるが、十分な広帯域化を実現するのは困難である。また、同時に２以上の周波数帯で使用可能な多周波共用特性を得ることが難しいといった問題がある。さらに、２つエレメントを同一平面上に配置しているので、素子の面積が大型化する傾向にある。広帯域化のために追加した素子分の大きさ（素子面積拡大）と得られる効果（帯域拡大）を考慮した場合、広帯域化の効果はそれほど大きくないといった問題があった。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、波長に比べてごく微小な励振素子によって低周波帯を十分に励振できるとともに、高周波帯では 直接給電の場合と比較して、大幅な広帯域化が図られた多周波共用のアンテナを提供することを目的とする。

本発明のアンテナの第１の態様は、２以上の周波数帯に対応可能なアンテナであって、給電点に接続される励振素子と、接地点に接続され、分岐点をもった被励振素子とを備え、前記被励振素子は、前記分岐点に接続された第１の放射導体と、前記分岐点より前記第１の放射導体と異なる方向に配線され、少なくとも全長が前記第１の放射導体よりも長い第２の放射導体と、を有し、少なくとも前記第１の放射導体が前記励振素子と略平行に近接配置されて第１の容量結合部を形成し、前記被励振素子は前記第１の容量結合部を介して励振されることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記第１の放射導体は１８０°折り返す折り返し部を有し、且つ前記第１の放射導体の全長は、前記励振素子の全長よりも長いことを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記給電点と前記接地点とが近接して配置され、前記励振素子と前記第１の放射導体とが略同一の方向に配線されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記第１の放射導体と前記第２の放射導体は、前記分岐点、またはその近傍で逆方向に配線され、前記第２の放射導体は、１８０度折り返す折り返し部を少なくとも２つ有し、前記第１の容量結合部の外周を取り囲むように配線されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記第１の放射導体と前記第２の放射導体は、それぞれ略平行に近接して配置された第２の容量結合部を有していることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記励振素子と前記被励振素子は、誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記第１の容量結合部を形成する部分が、第１の誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする

本発明のアンテナの他の態様は、前記第１の容量結合部を形成する部分が、第１の誘電体表面または内部に配置されて、前記第２の容量結合部を形成する部分が、第２の誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記第２の放射導体において、さらに前記第２の容量結合部を除く部分が、第３の誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記第１の誘電体の比誘電率は、前記第２の誘電体、及び前記第３の誘電体の比誘電率よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、低周波帯では 波長に比較してごく小さな励振素子によって十分な励振が得られるとともに、高周波帯では直接給電と比較して大幅な広帯域化が図られた多周波共用のアンテナを提供することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態におけるアンテナについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの平面図を示している。本実施形態のアンテナ１００は、２以上の周波数帯に対応可能なアンテナであって、励振素子１１０と被励振素子１１１からなり、被励振素子１１１は、分岐点１１１ａと第１の放射導体１２０及び第２の放射導体１３０とを備えている。

励振素子１１０は給電点１０１に接続されており、被励振素子１１１は接地点１０２に接続されている。さらに、第１の放射導体１２０と第２の放射導体１３０はともに分岐点１１１ａに接続されている。給電点１０１と接地点１０２とは、近接する位置に配置されている。

第１の放射導体１２０と第２の放射導体１３０は、相互に影響を与えないように、分岐直後はそれぞれ異なる方向に配線されており、特に反対方向に配線されるのが好ましい。

第１の放射導体１２０は、１８０°折り返す１つの折り返し部１２１を有し、一部の導体片（第１の部分）１２２（本実施形態では、第１の放射導体１２０の先端側）が励振素子１１０と平行に近接配置されている。このように、励振素子１１０を第１の放射導体１２０の導体片１２２と平行に配置できるようにするために、必要に応じて励振素子１１０を屈曲させて配置してもよい。（図１では、給電点１０１から９０°折り曲げている）。

また、第２の放射導体１３０は、１８０°折り返す２つの折り返し部１３１、１３２を有し、その一部の導体片（第３の部分）１３３が第１の放射導体１２０の別の一部の導体片（第２の部分）１２３と平行に近接配置されている。第２の放射導体１３０は、第１の放射導体１２０よりも長い導体で形成されて、第１の放射導体１２０と励振素子１１０とで構成される部分を取り囲むように配置されている。

励振素子１１０と第１の放射導体１２０の第１の部分（復路）１２２とを近接配置することで、その間で第１の容量結合部１２０ａを形成しており、励振素子１１０が励振されると容量結合により第１の放射導体１２０が励振される。
このように第１の容量結合部を形成することにより、第１の放射導体の長さに応じた周波数帯において共振が得られるだけでなく、その共振周波数よりも高周波側の広い領域にわたって帯域を拡大することが可能となる。
さらには、近接配置の位置関係を変化させることにより、複数の帯域を得ることも可能である。

次に、第１の放射導体１２０の第２の部分１２３と第２の放射導体１３０の第３の部分１３３とを近接配置することで、その間で第２の容量結合部１３０ａを形成しており、第１の放射導体１２０が励振されると容量結合により第２の放射導体１３０が励振される。
このように第２の容量結合部を形成することにより、第２の放射導体１３０がより低周波側で共振を得られることが可能となり、また形成する容量に応じて、第１の周波数帯の入力インピーダンスを変更することも可能である。

さらに広帯域化を実現するには、放射導体である第１の放射導体１２０は第２の放射導体１３０よりも短く形成されていることが望ましい。
低周波側の使用周波数帯を第１の周波数帯とし、高周波側の使用周波数帯を第２の周波数帯としたとき、第２の周波数帯の最低周波数で共振が得られるように第１の放射導体１２０の長さを好適に設定し、第１の周波数帯で共振が得られるように第２の放射導体１３０の長さを好適に設定している。

上記のように構成された本実施形態のアンテナ１００では、直接給電点に接続されていない第１の放射導体１２０が励振素子１１０との容量結合で励振され、やはり直接給電点に接続されていない第２の放射導体１３０が第１の放射導体１２０との容量結合で励振され、それぞれ高周波帯用放射導体、低周波帯用および高周波帯用放射導体として動作している。

本実施形態のアンテナ１００の帯域特性を、図２に示すスミスチャートを用いて説明する。図２は、アンテナ１００の反射係数をスミスチャート上に記載したものである。ここでは、低周波側の第１の周波数帯を約０．９ＧＨｚを中心とする帯域としており、高周波側の第２の周波数帯を約２ＧＨｚ以上の広帯域としている。

図２より、本実施形態のアンテナ１００では、第１の周波数帯の約０．９ＧＨｚで好適な反射特性が得られており、低周波帯用の第２の放射導体１３０が十分に励振されていることがわかる。また、第２の周波数帯である約２ＧＨｚ以上の帯域においては、約２ＧＨｚから３．６ＧＨｚの非常に広い周波数範囲にわたって、反射係数の低い領域に周波数軌跡が集中しており、良好な広帯域特性が得られていることがわかる。

上記説明の通り、本実施形態のアンテナ１００によれば、励振素子１１０と第１の放射導体１２０との間の容量結合、および第１の放射導体１２０と第２の放射導体１３０との間の容量結合により、高周波側では 直接給電の場合と比較して大幅な広帯域化が図られるとともに、低周波帯でも 微小な励振素子を用いているにも関わらず十分な励振が得られる多周波共用のアンテナを提供することが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナを図３に示す。図３は、本実施形態のアンテナ２００の斜視図を示している。本実施形態のアンテナ２００も、２以上の周波数帯に対応可能なアンテナであって、励振素子２１０と被励振素子２１１とを備え、被励振素子２１１は第１の放射導体２２０と第２の放射導体２３０とを備えている。

励振素子２１０は図示しない給電点に接続されており、被励振素子は接地点に接続され、分岐点２１１ａより、第１の放射導体２２０と第２の放射導体２３０を構成している。本実施形態でも、第１の放射導体２２０および第２の放射導体２３０は、分岐後それぞれ異なる方向に配線されている。

第１の放射導体２２０は、１８０°折り返す１つの折り返し部２２１を有し、一部の導体片（第１の部分）２２２が励振素子２１０と平行に近接配置されている。また、第２の放射導体２３０は、１８０°折り返す２つの折り返し部２３１、２３２を有し、その一部の導体片（第３の部分）２３３が第１の放射導体２２０の別の一部の導体片（第２の部分）２２３と長手方向に沿って平行に近接配置されている。

上記のように構成することで、本実施形態のアンテナ２００でも第１の容量結合部２２０ａと第２の容量結合部２３０ａとを形成している。そして、直接給電点に接続されていない第１の放射導体２２０が励振素子２１０との容量結合で励振され、やはり直接給電点に接続されていない第２の放射導体２３０が第１の放射導体２２０との容量結合で励振され、それぞれ高周波帯用放射導体、低周波帯用および高周波帯用放射導体として動作する。

本実施形態のアンテナ２００は、上記の第１の実施形態のアンテナ１００と同様の構成を有するのに加えて、励振素子２１０および第１の放射導体２２０が第１の誘電体２４１上に載置され、第２の放射導体２３０が第２の誘電体２４２上に載置されているのを特徴としている。第１の誘電体２４１には誘電率の比較的高いものを用い、第２の誘電体２４２には誘電率の比較的低いものを用いている。

上記の第１の誘電体２４１および第２の誘電体２４２を用いることにより、それぞれ第１の容量結合部２２０ａおよび第２の容量結合部２３０ａにおける容量結合を高めることができる。それとともに、容量結合部２２０ａを大幅に小型化することができる。

本実施形態のアンテナ２００の特性の一例として、ＶＳＷＲ特性を図４に示す。同図では、比較のために従来の直接給電を行うアンテナ８００のＶＳＷＲを併せて示している。従来のアンテナ８００の斜視図を図５に示す。アンテナ８００は、第１の放射導体８２０および第２の放射導体８３０が、ともに給電線８０１および接地線８０２を介して図示しない給電点および接地点に接続されており、逆Ｆアンテナの構造となっている。

図４では、本実施形態のアンテナ２００のＶＳＷＲを符号１０で示し、従来のアンテナ８００のＶＳＷＲを符号１１で示している。同図において、本実施形態のアンテナ２００のＶＳＷＲ１０と従来のアンテナ８００のＶＳＷＲ１１とを比較すると、低周波帯では同程度の帯域幅が確保されていることが示されている。これに対し、高周波帯では本実施形態のアンテナ２００の方が大幅に広帯域化されている。すなわち、本実施形態のアンテナ２００では約２ＧＨｚから少なくとも３．６ＧＨｚまでの広帯域で好適なＶＳＷＲ特性が得られている。これに対し、従来のアンテナ８００では特定の共振モードに対応した狭い周波数帯で要求される反射特性が得られているのみである。

ところで、本実施形態のアンテナ２００では、励振素子２１０および第１の放射導体２２０を第１の誘電体２４１の上に載置し、第２の放射導体２３０を第２の誘電体２４２の上に載置していた。本実施形態では、励振素子２１０および被励振素子２１１を誘電体に内包されるように配置することも可能である。励振素子２１０および被励振素子２１１を誘電体に内包させた一例を図６に示す。

図６に示すアンテナ２００’では、励振素子２１０および第１の放射導体２２０が第１の誘電体２４１に内包され、第２の放射導体２３０が第２の誘電体２４２に内包されている。これにより、第１の容量結合部２２０ａおよび第２の容量結合部２３０ａにおける容量結合を高めることができるとともに、アンテナ２００’の小型化を図ることができる。

上記では、誘電率の比較的高い第１の誘電体２４１と、誘電率の比較的低い第２の誘電体２４２の２種類の誘電体を用いる構成としたが、これに限らず、例えば、第１の容量結合部２２０ａを第１の誘電体上に載置または内包し、第２の容量結合部２３０ａを第２の誘電体上に載置または内包し、さらに第２の放射導体の第２の容量結合部２３０ａを除く部分を第３の誘電体上に載置または内包するようにしてもよい。この場合、第１の誘電体の比誘電率が第２の誘電体および第３の誘電体の比誘電率よりも高いものを用いるのがよい。また、第２の誘電体の比誘電率は、第３の誘電体の比誘電率よりも高くするのがよい。

さらに別の実施形態として、励振素子２１０、第１の放射導体２２０および第２の放射導体２３０をすべて同じ誘電体の上に載置するように構成することも可能である。

上記説明の通り、本実施形態のアンテナ２００，２００’においても、励振素子２１０と第１の放射導体２２０との間の容量結合、および第１の放射導体２２０と第２の放射導体２３０との間の容量結合により、高周波帯では広い範囲の周波数帯で励振可能な広帯域化が図られるとともに、低周波帯で十分な励振が得られる多周波共用のアンテナを提供することが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るアンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるアンテナの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナの平面図である。 第１の実施形態のアンテナの帯域特性を示すスミスチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナの斜視図である。 第２の実施形態のアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。 従来のアンテナの斜視図である。 第２の実施形態に係るアンテナの別の実施例を示す斜視図である。 従来のアンテナの斜視図である。

符号の説明

１００、２００，２００’、８００、９００ アンテナ
１０１ 給電点
１０２ 接地点
１１０、２１０ 励振素子
１１１、２１１ 被励振素子
１１１ａ、２１１ａ 分岐点
１２２、２２２ 第１の部分
１２３、２２３ 第２の部分
１３３、２３３ 第３の部分
１２１、１３１、１３２、２２１、２３１、２３２ 折り返し部
１２０、２２０ 第１の放射導体
１２０ａ、２２０ａ 第１の容量結合部
１３０、２３０ 第２の放射導体
１３０ａ、２３０ａ 第２の容量結合部
２４１ 第１の誘電体
２４２ 第２の誘電体
８０１ 給電線
８０２ 接地線
９０１ 第１のエレメント９０１
９０２ 第２のエレメント９０２
９０３ 折り返し部
９０４ 給電部
９０５ 接地部

Claims (10)

1. ２以上の周波数帯に対応可能なアンテナであって、
   給電点に接続される励振素子と、
   接地点に接続され、分岐点をもった被励振素子とを備え、
   前記被励振素子は、前記分岐点に接続された第１の放射導体と、前記分岐点より前記第１の放射導体と異なる方向に配線され、少なくとも全長が前記第１の放射導体よりも長い第２の放射導体と、を有し、
   少なくとも前記第１の放射導体が前記励振素子と略平行に近接配置されて第１の容量結合部を形成し、前記被励振素子は前記第１の容量結合部を介して励振される
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 前記第１の放射導体は、１８０°折り返す折り返し部を有し、且つ
   前記第１の放射導体の全長は、前記励振素子の全長よりも長い
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記給電点と前記接地点とが近接して配置され、
   前記励振素子と前記第１の放射導体とが略同一の方向に配線されている
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のアンテナ。
4. 前記第１の放射導体と前記第２の放射導体は、前記分岐点、またはその近傍で逆方向に配線され、
   前記第２の放射導体は、１８０度折り返す折り返し部を少なくとも２つ有し、前記第１の容量結合部の外周を取り囲むように配線されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ。
5. 前記第１の放射導体と前記第２の放射導体は、それぞれ略平行に近接して配置された第２の容量結合部を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至４に記載のアンテナ。
6. 前記励振素子と前記被励振素子は、誘電体表面または内部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記第１の容量結合部を形成する部分が、第１の誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ。
8. 前記第１の容量結合部を形成する部分が、第１の誘電体表面または内部に配置されて、
   前記第２の容量結合部を形成する部分が、第２の誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
9. 前記第２の放射導体において、さらに前記第２の容量結合部を除く部分が、第３の誘電体表面または内部に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ。
10. 前記第１の誘電体の比誘電率は、前記第２の誘電体、及び前記第３の誘電体の比誘電率よりも高い
    ことを特徴とする請求項９に記載のアンテナ。

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