JP3606005B2

JP3606005B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3606005B2
Application number: JP17941297A
Authority: JP
Inventors: 一也川端; 正二南雲
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: JPH1127026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は携帯電話などの移動体通信機器に用いられるアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、携帯電話などの移動体通信機器のアンテナ装置としては、線状のアンテナと表面実装型アンテナとを併用したダイバシティアンテナの構成が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、線状アンテナは単純な構造で比較的広帯域にわたって高利得が得られる、という利点を備え、表面実装型アンテナは極めて小型でかつ回路基板上に他の電子部品とともに表面実装できるため、通信機器全体を小型化できるという利点を備えている。したがって、この線状アンテナと表面実装型アンテナとをダイバシティ構成にすれば、両者の利点を併せ持つアンテナ装置が得られる筈である。
【０００４】
しかし、線状アンテナと表面実装型アンテナとを併用した従来のアンテナ装置においては、必ずしもその相乗効果が発揮されていなかった。
【０００５】
発明者等は、期待どおりの特性が得られないことの原因が、線状アンテナと表面実装型アンテナとの相互干渉にあることを実験により解明した。この発明の目的は上記表面実装型アンテナの特性を生かし、かつホイップアンテナやヘリカルアンテナなどの線状アンテナの特性をも生かしたアンテナ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、線状アンテナと表面実装型アンテナからの受信信号を合成して若しくは切り替えて受信部へ供給するアンテナダイバシティ回路、または送信部からの送信信号を分配して若しくは切り替えて線状アンテナと表面実装型アンテナへ供給するアンテナダイバシティ回路、を備えた通信機に用いられるアンテナ装置であって、線状アンテナと表面実装型アンテナとの相互干渉による問題を解消するために、請求項１に記載のとおり、表面実装型アンテナを、誘電体または誘電性磁性体の基体に放射電極と、この放射電極に対して給電する給電電極とを設けて成る表面実装型アンテナとするとともに、当該表面実装型アンテナの放射電極の開放端が前記線状アンテナから遠ざかる向きに当該表面実装型アンテナを配置する。
【０００７】
この構成によって、表面実装型アンテナの放射電極の開放端が線状アンテナから遠ざかる向きに配置されるため、両アンテナ間の相互干渉が防止され、高い総合アンテナ利得が維持できる。上記線状アンテナがホイップアンテナであって、そのホイップアンテナが収納されている場合にも、ホイップアンテナと表面実装型アンテナとの相互干渉が防止されるように表面実装型アンテナを配置しておくことで、受信感度を常に高く維持することができる。
【０００８】
なお、一般に線状アンテナは広帯域特性を有するのに対し、表面実装型アンテナは狭帯域特性を有するが、例えばいわゆるＰＤＣ８００ＭＨｚ巻取り方式（８１０〜８１８ＭＨｚ帯と８７０〜８８５ＭＨｚ帯の両方に対応する）携帯電話システムでは、実際に使用される領域は８１０〜８１８ＭＨｚ帯と８７０〜８８５ＭＨｚ帯のみであるため、表面実装型アンテナを補助的に用いて、上記実際に使用する帯域での感度を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図１〜図５を参照して説明する。
【００１０】
図１はアンテナ装置に用いられる表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。同図において１１は誘電体セラミクスまたは比較的比誘電率の高い合成樹脂からなる誘電体基体である。この誘電体基体１１の図における上面から左後方の端面を経由して再び上面に１ａ，１ｂ，１ｃで示す放射電極を形成している。また誘電体基体１１の図における下面から右手前の端面にかけて２ａ，２ｂで示す給電電極を形成している。さらに誘電体基体１１の図における下面から右手前端面を経由して上面にかけて３ａ，３ｂ，３ｃで示す接地電極を形成している。
【００１１】
図１に示した表面実装型アンテナでは、放射電極１ｃの開放端ｏ付近と接地電極３ｃとのギャップ部分、および開放端ｏ付近と給電電極２ａ，２ｂとの間にそれぞれ静電容量が生じ、これらのキャパシタンスと放射電極のインダクタンス成分とで共振回路を構成する。また、給電電極と放射電極とは、給電電極２ａ，２ｂと放射電極１ｃとの間に生じる静電容量によって容量結合する。
【００１２】
図２は図１に示した表面実装型アンテナの等価回路である。同図において、Ｃ２３は給電電極２ａ，２ｂと接地電極３ａ，３ｂ，３ｃとの間に生じる静電容量、Ｃ２１は給電電極２ａ，２ｂと放射電極１ｃとの間に生じる静電容量、Ｃ１３は放射電極１ｃの開放端ｏ付近と接地電極３ｃとの間に生じる静電容量、Ｌは放射電極のインダクタンス成分である。これらのうち主としてＣ１３、Ｃ２１およびＬが共振回路を構成する。Ｒはアンテナの放射抵抗である。
【００１３】
図３の（Ａ），（Ｂ）は図１に示した表面実装型アンテナとホイップアンテナとを設けたアンテナ装置の２つの構成例を示す図である。同図において２１は回路基板であり、その表面に表面実装型アンテナ１０を表面実装している。また同図において２０はホイップアンテナである。（Ａ）に示す例では放射電極の開放端ｏの位置を図における下方に向けて表面実装型アンテナ１０を実装することによって、その開放端ｏをホイップアンテナ２０から遠ざけている。また、（Ｂ）に示す例では表面実装型アンテナ１０の放射電極の開放端を通信機器の外側に向けて実装することによって、表面実装型アンテナ１０の開放端ｏをホイップアンテナ２０から遠ざけている。（Ａ），（Ｂ）のいずれの場合も、表面実装型アンテナ１０とホイップアンテナ２０との相互干渉が防止されて、高い総合アンテナ利得が維持される。
【００１４】
表面実装型アンテナ１０の各電極に対応する回路基板２１側の詳細な電極パターンは省略しているが、これらの電極パターンを除く領域には接地電極２２を設けている。この回路基板２１上には、後述するように表面実装型アンテナ１０を受信アンテナとして用いるための受信フィルタ、ホイップアンテナ２０に対する送信フィルタおよび受信フィルタ、ホイップアンテナとの受信信号の合成または切り替えを行う合成／切替回路等を設けている。
【００１５】
図３（Ａ）に示した配置構造の場合の、表面実装型アンテナ１０とホイップアンテナ２０との相互干渉を測定したところ、次のような結果となった。
【００１６】
すなわち、ｚｘ面のダイポール比較の最大利得〔ｄＢｄ〕は、
ホイップアンテナのみの場合 −０．７
ホイップアンテナと表面実装型アンテナの双方を使用した場合 −０．５
となった。
【００１７】
ここでｚ軸およびｘ軸は図４に示すとおりである。すなわち図４において表面実装型アンテナ１０が実装された回路基板２１を携帯電話などの通信機器の筐体２３内に収納した状態で、回路基板２１の長手方向をｚ軸、回路基板２１の面に垂直な方向をｘ軸として、このｚ軸とｘ軸を含む面内方向の最大利得を求めた。
【００１８】
このように、両アンテナを用いたことにより、総合アンテナ利得が向上する。図３（Ｂ）に示した配置構造の場合も同様の特性が得られる。
【００１９】
図１６の（Ａ），（Ｂ）は図３の（Ａ），（Ｂ）に対する比較例として示すものである。図１６の（Ａ）のように表面実装型アンテナ１０′の放射電極の開放端ｏがホイップアンテナ２０の延びる方向（通信機器の上部）に向くように配置したり、同図の（Ｂ）のように表面実装型アンテナ１０′の放射電極の開放端ｏがホイップアンテナ２０側に接近する向きに配置すると、表面実装型アンテナ１０′とホイップアンテナ２０との相互干渉により総合アンテナ利得は低下する。
【００２０】
図５は上記ホイップアンテナと表面実装型アンテナを用いたアンテナ装置のアンテナ入出力部分の構成を示すブロック図である。ここでＡＮＴｍはホイップアンテナに対するアンテナ端子、ＡＮＴｓは表面実装型アンテナに対するアンテナ端子、ＴＸは送信回路からの送信信号の入力端子、ＲＸは受信回路への受信信号の出力端子である。このようにホイップアンテナと表面実装型アンテナの受信信号はそれぞれＲＸフィルタを通って合成／切替回路で合成または切り替えられて受信回路へ出力される。すなわちこの合成／切替回路ではホイップアンテナと表面実装型アンテナの受信信号レベルを検出し、双方の受信信号レベルに応じて、受信信号レベルの高い方の信号を選択的にＲＸ端子へ出力するか、両信号を合成してＲＸ端子へ出力する。この例ではホイップアンテナを送受共用し、表面実装型アンテナを受信のみに使用し、ホイップアンテナとともにアンテナダイバシティ回路を構成する。
【００２１】
図５に示した例では、受信信号についてアンテナダイバシティ回路を構成したが、送信信号を分配してホイップアンテナと表面実装型アンテナとにそれぞれ供給することによって、送信信号についてアンテナダイバシティ回路を構成してもよい。
【００２２】
次に、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を図６および図７に示す。図６は表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。図６において１１は誘電体セラミクスまたは比較的比誘電率の高い合成樹脂からなる誘電体基体である。この誘電体基体１１の図における下面から右手前の端面、上面、左後方の端面を経由して再び上面に１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅで示す放射電極を形成している。また誘電体基体１１の図における下面から右手前端面を経由して上面にかけて２ａ，２ｂ，２ｃで示す給電電極を形成している。さらに誘電体基体１１の図における下面から右手前端面を経由して上面にかけて３ａ，３ｂ，３ｃで示す接地電極を形成している。
【００２３】
図６に示した表面実装型アンテナの場合、放射電極１ｅの開放端ｏ付近と接地電極３ｃとのギャップ部分、および開放端ｏ付近と給電電極２ａ，２ｂとの間にそれぞれ静電容量が生じ、これらのキャパシタンスと放射電極のインダクタンス成分とで共振回路を構成する。また、給電電極と放射電極とは、給電電極２ｂ，２ｃと放射電極１ｂ，１ｃとの間に生じる静電容量によって容量結合する。したがって等価回路は図２に示したものと同様となる。
【００２４】
図７はホイップアンテナとともに図６に示した表面実装型アンテナを用いたアンテナ装置の構成を示す図である。この場合も第１の実施形態の場合と同様に、表面実装型アンテナ１０を、その放射電極の開放端ｏがホイップアンテナ２０から遠ざかる向きに配置することによって、両アンテナ間の相互干渉を防止し、全体のアンテナ利得を向上させている。
【００２５】
図８は第３の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの斜視図である。同図において、１１は誘電体セラミクスまたは比較的比誘電率の高い合成樹脂からなる誘電体基体である。この誘電体基体１１の図における下面から右手前の端面を経由して上面に１ａ，１ｂ，１ｃで示す放射電極を形成している。また誘電体基体１１の図における下面に２ａで示す給電電極を形成している。さらに誘電体基体１１の図における下面から右手前端面を経由して上面にかけて３ａ，３ｂ，３ｃで示す接地電極を形成している。
【００２６】
図８に示した表面実装型アンテナの場合も等価回路は図２に示したものと同様となる。すなわち、放射電極１ｃの開放端ｏ付近と接地電極３ｃとのギャップ部分、および開放端ｏ付近と給電電極２ａとの間にそれぞれ静電容量が生じ、これらのキャパシタンスと放射電極のインダクタンス成分とで共振回路を構成する。また、給電電極と放射電極とは、給電電極２ａと放射電極１ｂとの間に生じる静電容量によって容量結合する。
【００２７】
図９はホイップアンテナとともに図８に示した表面実装型アンテナを用いたアンテナ装置の構成を示す図である。この場合も、表面実装型アンテナ１０を、その放射電極の開放端ｏがホイップアンテナ２０から遠ざかる向きに配置することによって両アンテナ間の相互干渉を防止し、全体のアンテナ利得を向上させている。
【００２８】
図１０は第４の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの斜視図である。同図に示すように、誘電体基体１１の図における下面から右手前の端面を経由して上面に１ａ，１ｂ，１ｃで示す放射電極を形成している。また誘電体基体１１の図における下面から右手前端面を経由して上面にかけて２ａ，２ｂ，２ｃで示す給電電極を形成している。さらに誘電体基体１１の図における下面から右手前端面を経由して上面にかけて３ａ，３ｂ，３ｃで示す接地電極を形成している。
【００２９】
図１０に示した表面実装型アンテナの場合も等価回路は図２に示したものと同様となり、放射電極１ｃの開放端ｏ付近と接地電極３ｃとのギャップ部分、および開放端ｏ付近と給電電極２ａ，２ｂ，２ｃとの間にそれぞれ静電容量が生じ、これらのキャパシタンスと放射電極のインダクタンス成分とで共振回路を構成する。また、給電電極と放射電極とは、給電電極２ｂ，２ｃと放射電極１ｂ，１ｃとの間に生じる静電容量によって容量結合する。
【００３０】
図１１はホイップアンテナとともに図１０に示した表面実装型アンテナを用いたアンテナ装置の構成を示す図である。この例では、表面実装型アンテナ１０を、その放射電極の開放端ｏがホイップアンテナ２０から遠ざかる向きに、ホイップアンテナ２０に対して略４５°方向に傾けて配置している。この場合も表面実装型アンテナ１０とホイップアンテナ２０との相互干渉が防止され、全体のアンテナ利得が向上する。
【００３１】
図１２は第５の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの斜視図である。同図において１１は誘電体基体であり、その図における下面から右手前の端面にかけて３ａ，３ｂで示す接地電極を形成し、この接地電極に続いて、誘電体基体１１の右後方の端面を経由して左後方の端面にかけて１ａ，１ｂ，１ｃで示す放射電極を形成し、放射電極１ｃの端部を開放端ｏとしている。また誘電体基体１１の図における下面から左手前端面を経由して上面にかけて２ａ，２ｂ，２ｃで示す給電電極を形成している。さらに誘電体基体１１の図における下面から右手前端面にかけて放射電極につながる４ａ，４ｂで示す制御電極を形成している。この制御電極４ａにはダイオードＤ、コンデンサＣ１，Ｃ２、チョークコイルＬからなる周波数切替回路を接続している。制御信号入力端子ＩＮに制御信号が入力されない状態では、ダイオードＤは開放状態であるが、制御信号が入力されると、ダイオードＤが導通し、制御電極４ａ，４ｂがダイオードＤおよびコンデンサＣ１を介して接地される。すなわちダイオードＤのオンオフによって、接地端から開放端までの放射電極のインダクタンスが変化し、共振周波数が切り替わる。この切り替えによる２つの共振周波数はＰＤＣ携帯電話システムの場合、８１０〜８１８ＭＨｚ帯と８７０〜８８５ＭＨｚ帯のそれぞれの中心周波数とする。これにより、２つの帯域の双方を切り替えによって対応できるようになる。
【００３２】
図１３は図１２に示した表面実装型アンテナと、それに接続される周波数切替回路を含む全体の等価回路図である。同図においてＬ１１は放射電極１ａ，１ｂ，１ｃによる主たるインダクタンス成分、Ｌ１２は制御電極４ａ，４ｂと接地電極３ａ，３ｂとの間のインダクタンス成分である。Ｄ，Ｃ１，Ｌ，Ｃ２は周波数切替回路を構成する。その他のＣ２３，Ｃ２１，Ｃ１３，Ｒ部分の構成は図２に示したものと同様である。制御端子ＩＮに制御電圧が印加されていない状態ではＣ１３，Ｃ２１，Ｌ１１，Ｌ１２による共振回路で定まる共振周波数で共振するが、制御端子ＩＮに正の制御電圧が印加されるとダイオードＤが導通し、インダクタンス成分Ｌ１１とＬ１２との接続点が周波数切替回路を介して接地され、共振回路のインダクタンス成分がＬ１１のみから構成されることになる（接地端から開放端までの放射電極の長さが等価的に短くなる）ため、共振周波数が高くなる。すなわちアンテナの共振周波数が高くなる。
【００３３】
図１４はホイップアンテナとともに図１２に示した表面実装型アンテナを用いたアンテナ装置の構成を示す図である。両図に示すように、放射電極の開放端ｏがホイップアンテナ２０から遠ざかる方向に表面実装型アンテナ１０を配置しているので、両アンテナ間の相互干渉が防止され、全体のアンテナ利得が向上する。
【００３４】
以上に示した各実施形態では線状アンテナとしてモノポールアンテナであるホイップアンテナを用いたが、その他に例えばヘリカルアンテナを用いてもよい。図１５はその一例を示す第６の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。同図における表面実装型アンテナ１０の構成は図１に示した表面実装型アンテナと同様である。その他に図６、図８、図１０、図１２に示したいずれのものを用いてもよい。この場合も、表面実装型アンテナ１０を、その放射電極の開放端ｏがヘリカルアンテナ２４から遠ざかる向きに配置することによって、両アンテナ間の相互干渉を防止し、全体のアンテナ利得の低下を防止することができる。
【００３５】
また、以上に示した各実施形態では、誘電体基体に各種電極を形成した表面実装型アンテナを用いたが、誘電性磁性体の基体に各種電極を同様に形成した表面実装型アンテナを用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、ホイップアンテナやヘリカルアンテナなどの線状アンテナと表面実装型アンテナの受信信号がアンテナダイバシティ回路によって合成されて、または切り替えられて受信部へ供給されるか、あるいは送信部からの送信信号が分配されて、または切り替られて少なくとも２つのアンテナへ供給されることになり、しかも表面実装型アンテナの放射電極の開放端が前記線状アンテナから遠ざかる方向に配置されるため、線状アンテナと表面実装型アンテナとを共に用いる場合に両アンテナ間の相互干渉が防止され、高い総合アンテナ利得が維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す表面実装型アンテナの等価回路図である。
【図３】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図４】同アンテナ装置の座標軸を示す図である。
【図５】同アンテナ装置のアンテナ入出力部分の構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図９】第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図１１】第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１２】第５の実施形態に係るアンテナ装置に用いる表面実装型アンテナの構成を示す斜視図である。
【図１３】共振周波数切替回路を含む表面実装型アンテナ全体の等価回路図である。
【図１４】第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１５】第６の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１６】図３のアンテナ装置の比較例を示す図である。
【符号の説明】
１−放射電極
２−給電電極
３−接地電極
４−制御電極
１０−表面実装型アンテナ
１１−誘電体基体
２０−ホイップアンテナ
２１−回路基板
２２−接地電極
２３−筐体
２４−ヘリカルアンテナ

Claims

線状アンテナと表面実装型アンテナからの受信信号を合成して若しくは切り替えて受信部へ供給するアンテナダイバシティ回路、または送信部からの送信信号を分配して若しくは切り替えて線状アンテナと表面実装型アンテナへ供給するアンテナダイバシティ回路、を備えた通信機に用いられるアンテナ装置であって、
前記表面実装型アンテナを、誘電体または誘電性磁性体の基体に放射電極と、この放射電極に対して給電する給電電極とを設けて成る表面実装型アンテナとするとともに、当該表面実装型アンテナの放射電極の開放端が前記線状アンテナから遠ざかる向きに当該表面実装型アンテナを配置したことを特徴とするアンテナ装置。