JP3730112B2

JP3730112B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3730112B2
Application number: JP2000365819A
Authority: JP
Inventors: 泰弘西岡; 徹深沢; 裕幸大嶺; 康人今西; 徹哉田中; 浩一武富; 英明東海林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002171126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話、ＰＨＳ、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の無線システムに利用されるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開平９−４６２５９号公報に示された従来のアンテナ装置を示す構成図であり、図において、１，２は電気長の異なる２つの素子アンテナ、３は２つの素子アンテナ１，２を一体化するモールド樹脂、４は無線回路、５，６は素子アンテナ１，２と無線回路４との間にそれぞれ設けられたトラップ回路である。
また、図１２は例えば「共振周波数切替型逆Ｆアンテナ」（１９９７年電子情報通信学会総合大会講演論文集、分冊通信１、Ｂ−１−７４、ｐ．７４）に示された従来のアンテナ装置を示す構成図であり、図において、１１はグランド端子を有する逆Ｆアンテナ、１２，１３は逆Ｆアンテナ１１に直列接続されたキャパシタおよびインダクタ、１４はそれらキャパシタ１２およびインダクタ１３の間に接続されたｐｉｎダイオードである。
【０００３】
次に動作について説明する。
図１１および図１２は、２共振のアンテナ装置を示したものであり、図１１では、電気長の異なる２つの素子アンテナ１，２と、各素子アンテナ１，２の給電部に装荷された２つのトラップ回路５，６とから構成されている。トラップ回路５，６は、一方の素子アンテナが動作しているときに、他方の素子アンテナが動作しないように設計されている。こうすることによって、２つの異なる周波数帯に対して動作するアンテナ装置を実現している。
また、図１２は、単共振特性を有する逆Ｆアンテナ１１に、キャパシタ１２およびインダクタ１３からなる負荷を装荷し、ｐｉｎダイオード１４のオン、オフを利用して負荷の値を変化させることで逆Ｆアンテナ１１の共振周波数を変化させ、これによって複数の周波数帯に対して動作するアンテナ装置を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、図１１に示したアンテナ装置では、素子アンテナ１，２の寸法が大きいため、携帯無線端末機の筐体からアンテナが大きく突き出てしまうという課題があった。
また、図１２に示したアンテナ装置では、複数の周波数帯に対して同時に動作することができないという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の周波数帯に対して同時に動作することができると共に、物理的な占有空間を極力小さくして、無線機の筐体から突出しない、または突出量を削減するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、切り欠き部が設けられた有限の大きさを有する地導体と、上記地導体の上方にその地導体と概略平行に設置され、第１の波長に対して共振を発生する電気長を有する第１の放射導体と、上記切り欠き部に上記第１の放射導体に対して概略平行に配置され、第２の波長に対して共振を発生する電気長を有する第３の放射導体と、上記第１の放射導体および上記第３の放射導体とを電気的に接続する導体線とを備え、前記第１の放射導体は、平板状または曲面状に形成されると共に切り欠き部上に配置され、前記第３の放射導体は、地導体と略同一平面に設けられ、上記切り欠き部に形成されたものである。
【０００７】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と第３の放射導体が同一基板上にエッチング形成されたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、２１は有限の大きさを有する地導体、２２は地導体２１の上方にその地導体２１と概略平行に設置された平板状または曲面状に形成された放射導体（第１の放射導体）、２３は地導体２１の上方に放射導体２２と概略同一平面上かつ、その放射導体２２を取り巻くように設置された屈曲を有する直線状または曲線状に形成された放射導体（第２の放射導体）、２４は放射導体２２および放射導体２３を電気的に接続する導体線、２５は放射導体２２および放射導体２３と地導体２１との間から給電する給電点である。
【００１９】
次に動作について説明する。
地導体２１の上方に、それと概略平行に、周囲長が第１の波長の概略８分の１から１程度の大きさの平板状または曲面状の放射導体２２を配置する。この放射導体２２の電気長は、所望の周波数ｆ１の波長に対して直列共振を発生するように設定される。例えば、周波数ｆ１の波長の概略４分の１になるように設定する。
また、地導体２１の上方に、放射導体２２と概略同一平面上かつ、その辺から第１の波長に比べて十分狭い間隙を隔てて、電気長が第２の波長の概略４分の１程度の、屈曲を有する直線状または曲線状の放射導体２３を、放射導体２２を取り巻くように配置する。この放射導体２３の電気長についても、同様に所望の周波数ｆ２の波長に対して直列共振を発生するように設定される。なお、ここでは直列共振を生じさせる長さとして１／４の電気長を記載しているが、これとは異なる長さを有するアンテナの給電部に整合回路を用いることで代用も可能である。例えば、通常第２の波長の２分の１以下の値を設定することが多い。この点、上述の放射導体２２についても同様である。また、第２の波長の信号を効率良く送信または受信できる限りにおいて、放射導体２２と全く同一平面上に放射導体２３を設ける必要はなく、多少の傾き、地導体２１に対する高さについて高低の違いがあってもかまわない。
さらに、放射導体２２上の一角と放射導体２３の一端とを導体線２４を介して電気的に接続する。放射導体２２上の一角および放射導体２３の一端と地導体２１との間を給電点２５とし、そこに同軸線路、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、またはコプレーナ線路等を介して電力を供給する。
但し、地導体２１および放射導体２２の形状は、動作原理の観点からは必ずしも方形である必要はなく、長方形、台形、または菱形等の多角形、楕円形、またはこれらを変形した形状でも良い。また、放射導体２２，２３は、電気長に比べて物理長を短くできるヘリカルアンテナのような立体的な形状を用いてもかまわず、メアンダラインアンテナのような平面的なアンテナを用いて、同一プリント基板上に放射導体２２，２３を配置することもできる。放射導体２３は、屈曲を有するものに限らず、整合回路を含めて、アンテナとして動作しうる電気長を有する限り屈曲のない直線状または曲線状の構成をしていても良い。
さらに、放射導体２２と放射導体２３の地導体２１からの高さは、必ずしも同一である必要はないが、これらは地導体２１のほぼ投影内に位置するもの、即ち、地導体２１より突出しないようにする。この制約は、物理的に小型化を図るという観点からくるものである。従って、小型化する必要がそれほどない場合には、無線機等の筐体から突出しない範囲内であれば、地導体２１の投影内から突出してもかまわない。
【００２０】
図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の周波数特性を示す特性図であり、図１に示した構造と概略同一のアンテナ装置を実際に試作し、給電点２５での反射減衰量の周波数特性を測定した結果を示したものである。２つの周波数帯ｆ１およびｆ２において反射減衰量が極小になっていることから、試作アンテナ装置は異なる２つの周波数帯に対して同時に動作していることが確認できる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、アンテナ装置を上述のように構成し、放射導体２２の大きさと、放射導体２３の電気長を、適当に調節することによって、所望の２つの周波数帯に対して同時に動作させることが可能となる。
また、放射導体２２と導体線２４との接合点を、放射導体２２の一角とすることにより、放射導体２２を小型化できる。
さらに、放射導体２３は、放射導体２２を取り巻くように配置し、かつ、放射導体２３と放射導体２２を共に地導体２１のほぼ投影内に配置することによって、アンテナ全体の体積の小形化を図ることが可能となり、無線機等の筐体から突出することのない構成を実現することができる。
【００２２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、３１は一角に切り欠き部３２が設けられた有限の大きさを有する地導体、３３は切り欠き部３２に放射導体２２に対して概略平行に配置され、螺旋状線状に形成されたヘリカルアンテナ（第３の放射導体）である。なお、導体線２４は放射導体２２およびヘリカルアンテナ３３を電気的に接続し、給電点２５は放射導体２２およびヘリカルアンテナ３３と地導体３１との間から給電するようにしたものである。その他の構成は、図１と同等である。
【００２３】
次に動作について説明する。
地導体３１の一角を切り欠き、切り欠き部３２を設ける。地導体３１の切り欠き部３２に、放射導体２２と概略平行になるように、第２の波長の概略４分の１程度の電気長を有する導体線を螺旋状に巻いたヘリカルアンテナ３３を配置する。ヘリカルアンテナ３３の一端と放射導体２２の一角とを導体線２４で電気的に接続し、その接続点と地導体３１との間の給電点２５に同軸線路やマイクロストリップ線路等を介して電力を供給する。このアンテナ装置の基本的な動作原理は、上記実施の形態１に示したものと概ね同一である。
なお、図３では、地導体３１の一角に切り欠き部３２を設けたが、地導体３１の他の位置に切り欠き部を設けてもかまわない。また、放射導体２２は、切り欠き部３２の真上にある必要はなく、第１の波長を送信または受信できる限りにおいて多少のずれがあってもかまわない。
この実施の形態２では、ヘリカルアンテナ３３は切り欠き部３２に配置されるため、ヘリカルアンテナ３３のように立体的な形状をしているアンテナでも、アンテナ装置全体のスペースを削減することができ、小型化を図ることができる。ここでヘリカルアンテナ３３は、地導体３１と同一の平面と放射導体２２とによって形成される空間内の任意の位置に収納される。
【００２４】
以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１に加えて、地導体３１の切り欠き部３２に、放射導体２３に代えたヘリカルアンテナ３３を用いることにより、上記実施の形態１のものよりもより一層小形化を図ることが可能となる。
【００２５】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、３６は切り欠き部３２に放射導体２２に対して概略平行に配置され、線状導体がジグザグに折り曲げられたメアンダラインアンテナ（第３の放射導体）である。その他の構成は、図３と同等である。
【００２６】
以上のように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態２に加えて、メアンダラインアンテナ３６を用いることにより、ヘリカルアンテナ３３を用いた場合に比べて、放射導体２２との物理的距離を増加させることができる。その結果として、放射導体２２およびメアンダラインアンテナ３６の動作周波数帯域はより広帯域になる。また、メアンダラインアンテナ３６は地導体３１と同一平面にあるので、地導体３１と共にプリント基板のエッチング加工によって容易に製作できる。
【００２７】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、４２は実施の形態１から３に示した平板状または曲面状に形成された放射導体２２に、１つまたは複数の切り込みを設けた放射導体（第１の放射導体）である。その他の構成は、図３と同等である。
【００２８】
以上のように、この実施の形態４によれば、上記実施の形態１から３に加えて、１つまたは複数の切り込みを設けた放射導体４２を設けたので、第１の波長に対する放射導体の大きさを小さくすることができ、より一層小型化が可能となる。
【００２９】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、３３ａは地導体３１と概略同一平面上になるように切り欠き部３２に配置され、第１の波長の概略４分の１程度の電気長を有する導体線を螺旋状に巻いたヘリカルアンテナ（第４の放射導体）、３３ｂは地導体３１と概略同一平面上に、かつヘリカルアンテナ３３ａと互いに概略平行になるように配置され、第２の波長の概略４分の１程度の電気長を有する導体線を螺旋状に巻いたヘリカルアンテナ（第５の放射導体）である。ヘリカルアンテナ３３ａ，３３ｂは共に、地導体の同一の給電点２５から給電されるものとする。
【００３０】
以上のように、この実施の形態５によれば、上記実施の形態１から４のものに比べて大幅に薄型化を図ることができる。
なお、ヘリカルアンテナ３３ａ，３３ｂの位置関係は、図７に示すように、図６における位置関係と逆であっても構わない。
【００３１】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、実施の形態５における２つのヘリカルアンテナ３３ａ，３３ｂのうちの一方（３３ｂ）を、地導体３１に短絡する。こうすると、ヘリカルアンテナ３３ｂは非励振素子となるが、ヘリカルアンテナ３３ａとの電磁結合によって励振され、実施の形態５と同様な効果がある。
【００３２】
以上のように、この実施の形態６によれば、短絡点の位置に左右されず、給電点２５の設計の自由度を高めることが可能となる。
【００３３】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、５２はヘリカルアンテナ３３ａ，３３ｂの上方に地導体３１と概略平行に設置され、電気長が第３の波長の概略４分の１程度になるように平板状または曲面状に形成され、かつ１つまたは複数の切り込みが設けられた放射導体（第６の放射導体）である。放射導体５２は導体線２４を通じて給電点２５から給電されるものである。その他の構成は、図６と同等である。
【００３４】
以上のように、この実施の形態７によれば、実施の形態５に加えて３つの異なる周波数帯に対して同時に動作することが可能となる。
【００３５】
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、５３は地導体３１の上方に放射導体５２と概略同一平面上かつ、その放射導体５２を取り巻くように設置され、電気長が第４の波長の概略４分の１程度になるように屈曲を有する直線状または曲線状に形成された放射導体（第７の放射導体）である。放射導体５３は、放射導体５２と共に導体線２４を通じて給電点２５から給電されるものである。その他の構成は、図９と同等である。
【００３６】
以上のように、この実施の形態８によれば、実施の形態７に加えて４つの異なる周波数帯に対して同時に動作することが可能となる。
【００３７】
なお、上記実施の形態１から８では、第１から７の放射導体として特定形状のアンテナを例示したが、この発明はこれらの例に限らず、複数の周波数を適切に送信または受信でき、また、小型化が可能な限りにおいて、様々なタイプのアンテナを使用することができる。例えば、第１から７の放射導体として、平板上アンテナ、ヘリカルアンテナ、メアンダラインアンテナ、平板上アンテナであって１つあるいは複数の切り込みを設けたアンテナ、直線状または曲線状のアンテナを使用することができる。
また、第１から７の放射導体の電気長として概略４分の１を例示したが、この発明はこれらの例に限らず、電気長が所望の波長に対して直列共振を発生するように設定されれば良く、また、この共振の発生は各放射導体に電気的に接続される共振調整回路によって調整しても良い。従って、共振調整回路によって共振点を調整しても、所望の周波数において各放射導体の反射減衰量が極小点近傍となる限り、この発明の効果を損なうものではない。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、切り欠き部が設けられた有限の大きさを有する地導体と、上記地導体の上方にその地導体と概略平行に設置され、第１の波長に対して共振を発生する電気長を有する第１の放射導体と、上記切り欠き部に上記第１の放射導体に対して概略平行に配置され、第２の波長に対して共振を発生する電気長を有する第３の放射導体と、上記第１の放射導体および上記第３の放射導体とを電気的に接続する導体線とを備え、前記第１の放射導体は、平板状または曲面状に形成されると共に切り欠き部上に配置され、前記第３の放射導体は、地導体と略同一平面に設けられ、上記切り欠き部に形成したので、所望の第１の波長および第２の波長に応じて第１の放射導体および第３の放射導体の電気長を調節することによって、２つの周波数帯に対して同時に動作させることができる。
また、アンテナ装置を薄型化することができ、アンテナ装置全体の体積の小形化をさらに図ることができ、無線機等の筐体から突出することのない構成または突出を抑制する構成を実現することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の周波数特性を示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態６によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態７によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態８によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１１】従来のアンテナ装置を示す構成図である。
【図１２】従来のアンテナ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２１，３１地導体、２２，４２放射導体（第１の放射導体）、２３放射導体（第２の放射導体）、２４導体線、２５給電点、３２切り欠き部、３３ヘリカルアンテナ（第３の放射導体）、３３ａヘリカルアンテナ（第４の放射導体）、３３ｂヘリカルアンテナ（第５の放射導体）、３６メアンダラインアンテナ（第３の放射導体）、５２放射導体（第６の放射導体）、５３放射導体（第７の放射導体）。

Claims

切り欠き部が設けられた有限の大きさを有する地導体と、上記地導体の上方にその地導体と概略平行に設置され、第１の波長に対して共振を発生する電気長を有する第１の放射導体と、上記切り欠き部に上記第１の放射導体に対して概略平行に配置され、第２の波長に対して共振を発生する電気長を有する第３の放射導体と、上記第１の放射導体および上記第３の放射導体とを電気的に接続する導体線とを備え、
前記第１の放射導体は、平板状または曲面状に形成されると共に切り欠き部上に配置され、前記第３の放射導体は、地導体と略同一平面に設けられ、上記切り欠き部に形成されたことを特徴とするアンテナ装置。
地導体と第３の放射導体が同一基板上にエッチング形成されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。