JP3826370B2

JP3826370B2 - 携帯通信端末用のアンテナエレメント

Info

Publication number: JP3826370B2
Application number: JP00194597A
Authority: JP
Inventors: 詩朗杉村
Original assignee: FEC Inc
Current assignee: FEC Inc
Priority date: 1997-01-09
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2017-01-09
Also published as: JPH10200318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話、簡易携帯電話（いわゆるＰＨＳ携帯電話をいう、以下同じ）、ポケットベル、携帯用情報処理端末等の携帯通信端末に好適に使用することができる携帯通信端末用のアンテナエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯通信端末に使用するアンテナは、携帯通信端末を構成するケースに伸縮自在に組み込むロッドアンテナが主流である。また、ケースの外部に常に短く突出しているヘリカルアンテナも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、ロッドアンテナは、使用の都度、ケースから長く引き出す必要があるから、操作が面倒である上、僅かの外力によって簡単に破損したり、使用時において目を突いたりする危険があるという問題があった。また、ヘリカルアンテナは、空心コイルからなるアンテナエレメントをシリコーンゴムのようなカバー材によって保護して構成されているから、外径が大きくなりがちであり、ケースから突出させて固定すると、全体体裁がよくないという問題が避けられなかった。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、基板上の第１、第２の導体によりコイルを形成することによって、外形寸法を最小に抑え、携帯通信端末のケースに体裁よく付設することができる携帯通信端末用のアンテナエレメントを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、透孔を設ける基板と、基板の表面に所定のピッチごとに平行に配列する第１の導体と、基板の裏面において各第１の導体の一端を他端に順に連結し、基板を介してコイルを形成する第２の導体と、基板の一端に立設する両面プリント板の端子と、基板を保護するカバー材とを備えてなり、端子には、コイルの一端を引き出すとともにフィーダ用の同軸ケーブルの芯線を接続する透孔を形成し、カバー材は、弾性を有する合成樹脂材料からなり、端子を外部に露出させて一体成形する際に透孔内にも充填され、端子と同方向に固定用の係合突部を突設することをその要旨とする。
【００１０】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、第１の導体は、基板の表面において所定のピッチごとに平行に配列され、第２の導体は、基板の裏面において、各第１の導体の一端を他端に順に連結する。そこで、第１、第２の導体は、基板の両面において、全体として所定長さのコイルを形成し、所定の使用周波数に共振させることができる。ただし、このときの第１、第２の導体は、使用周波数の波長λに対し、電気的にλ／４の奇数倍相当の長さのコイルを形成し、電気的に十分大きな地板と組み合わせ、モノポールアンテナとして使用するものとする。
【００１１】
スルホールを介して第１、第２の導体を連結すれば、第１、第２の導体は、スルホールメッキ工程を介して一挙に連結され、コイルを形成することができる。
【００１２】
重層する複数の基板上に分割してコイルを形成するときは、コイルは、共振特性がブロードになり、広帯域特性を容易に実現することができる。ただし、このときのコイルは、たとえば３枚の基板を用いることにより、基部側の１／２を中間の基板上に形成し、先端側の１／２を上下の基板上に重複して形成することができる。
【００１３】
基板上において、長さの異なる複数組のコイルを同方向に同位置に形成すれば、各コイルは、それぞれ異なる周波数に共振し、たとえば送信用、受信用の２周波数に対して最適の状態で使用することができる。なお、このときの各コイルは、互いに１／２ピッチずつ軸方向に位置をずらせることにより、同位置に形成することができる。
【００１４】
長さの異なる複数組のコイルを同方向に異なる位置に形成すれば、各コイルを異なる周波数に共振させて広帯域化を図ることができ、たとえば携帯電話や簡易携帯電話等のように身体に近接させて使用する機器において、ボデーエフェクトによる共振周波数の変動を容易にカバーすることができる。
【００１５】
長さが同一の複数組のコイルを直角方向に異なる位置に形成すれば、水平偏波、垂直偏波の双方の電波を良好に受信し、送信することができ、いわゆる偏波合成アレー形のアンテナエレメントを構成することができる。
【００１６】
基板をカバー材によって保護するときは、基板上に形成するコイルは、カバー材を介し、機械的な外力に対して有効に保護することができる。なお、このときのカバー材は、たとえばシリコーンゴムのように、適度の弾性を有し、しかも、電波の透過率が良好な合成樹脂材料を使用するものとし、端子を除く基板の全体をカバーするように、所定の外形形状に一体成形するものとする。
【００１７】
基板に透孔を設ければ、カバー材は、成形の際に一部が透孔内にも充填され、基板との一体性を強化することができる。また、カバー材に係合突部を設ければ、係合突部を介し、全体を携帯通信端末のケースなどに簡単に固定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
携帯通信端末用のアンテナエレメント１０は、基板１１と、基板１１上に配列する第１の導体２１、２１…、第２の導体２２、２２…とを備えてなる（図１）。
【００２０】
基板１１は、フッ素樹脂系またはエポキシ樹脂系等の高周波特性の良好な両面プリント基板である。基板１１の一端には、大径のスルホール１１ａが形成されており、基板１１の他端部には、基板１１の両面に貫通する小径の透孔１１ｂが形成されている。なお、基板１１は、長さｄ4 、幅ｄ5 の長方形に形成されている。
【００２１】
第１の導体２１、２１…は、基板１１の表面において、所定のピッチｄ1 ごとに平行に配列されている（図１、図２）。第２の導体２２、２２…は、それぞれ両端のスルホール２３、２３を介し、各第１の導体２１の一端を他端に順に連結しており、したがって、第１、第２の導体２１、２１…、２２、２２…は、基板１１を介し、全体として長さｄ2 、幅ｄ3 のコイル２０を形成している。ただし、コイル２０の基端側の最初の第１の導体２１は、連結線２４ａを介し、基板１１のスルホール１１ａに連結されている。また、コイル２０は、別の連結線２４ｂを介し、基板１１の透孔１１ｂを迂回している。すなわち、コイル２０の長さｄ2 は、透孔１１ｂの部分ｄ2bを介し、長い基端側部分ｄ2a、短い先端側部分ｄ2cに分割されており、ｄ2 ＝ｄ2a＋ｄ2b＋ｄ2cとなっている。
【００２２】
基板１１のスルホール１１ａには、両面プリント板からなる端子１２が付設されている（図１、図３）。端子１２は、基端の突部１２ａをスルホール１１ａに挿入してはんだ付けすることにより基板１１に立設されており、先端部には透孔１２ｂが形成されている。ただし、透孔１２ｂには、フィーダ用の同軸ケーブル１３の芯線１３ａを挿入してはんだ付けし、同軸ケーブル１３のシールド外被１３ｂには、地板１４が接続されている。
【００２３】
アンテナエレメント１０は、カバー材１５を介して保護されている（図１、図４）。カバー材１５は、端子１２を外部に露出させて所定形状に一体成形するとともに、先端部下面には、端子１２と同方向に固定用の係合突部１５ａが突設されている。ただし、係合突部１５ａの基部には、係合リブ１５ａ1 が形成されている。また、カバー材１５は、基板１１の透孔１１ｂにも充填されている。
【００２４】
かかるアンテナエレメント１０は、カバー材１５を介し、たとえば携帯電話のケースＣに対してコンパクトに付設することができる（図４、図５）。ただし、ケースＣは、本体部Ｃ2 に開閉蓋Ｃ1 を付して構成されており、アンテナエレメント１０は、開閉蓋Ｃ1 の先端部内面に付設されている。開閉蓋Ｃ1 の先端部には、送話器Ｃ1aが組み込まれ、本体部Ｃ2 には、数字キーＣ2a、Ｃ2a…を含む各種の操作キーや、表示器Ｃ2b、受話器Ｃ2cなどが組み込まれている。なお、アンテナエレメント１０は、端子１２、係合突部１５ａをそれぞれ開閉蓋Ｃ1 の取付孔Ｃ1b、Ｃ1cに挿入し、係合リブ１５ａ1 を介して固定されている。また、アンテナエレメント１０に付属する同軸ケーブル１３は、本体部Ｃ2 内の図示しない通信部に連結するとともに、地板１４は、開閉蓋Ｃ1 内に組み込まれている。
【００２５】
アンテナエレメント１０は、長さｄ4 ＝２７ｍｍ、幅ｄ5 ＝４．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのエポキシ樹脂系の基板１１上において、ピッチｄ1 ＝０．５ｍｍ、ｄ2a＝０．５×３８＝１９ｍｍ、ｄ2b＝２ｍｍ、ｄ2c＝０．５×２＝１ｍｍ、長さｄ2 ＝ｄ2a＋ｄ2b＋ｄ2c＝２２ｍｍ、幅ｄ3 ＝３．１ｍｍのコイル２０を形成し、地板１４とともにモノポールアンテナとして作動させるとき、図６の周波数特性が得られた。ただし、図６の横軸は、周波数ｆ（ＭＨz ）を示し、縦軸は、電圧定在波比ＳＷＲを示している。また、このアンテナは、設置方向ごとに、水平偏波、垂直偏波からなる受信電波Ｓh 、Ｓv に対し、図７〜９の各実線に示すような水平指向特性であった。ただし、これらの図において、一点鎖線は、ロッドアンテナＲＤの比較対照特性であり、付属の略図は、受信電波Ｓh 、Ｓv が到来する０°方向を図示している。また、半径方向は、受信電圧Ｖ（dBμＶ）である。すなわち、アンテナエレメント１０は、ロッドアンテナＲＤに対し、全く遜色がない良好な動作特性を実現することができる。
【００２６】
【他の実施の形態】
アンテナエレメント１０は、端子１２を基板１１の一部として形成してもよい（図１０）。なお、カバー材１５は、端子１２を下面に突出させる縦長の先細ドーム状に形成され、ケースＣの表面に突出して固定されている。また、基板１１には、上端部、下部に透孔１１ｂ、１１ｂが形成され、コイル２０の端子１２側の一端は、図示しない連結線を介して端子１２に引き出されている。そこで、アンテナエレメント１０は、端子１２の透孔１２ｂに同軸ケーブル１３の芯線１３ａを挿入して接続し、シールド外被１３ｂに地板１４を接続することにより、モノポールアンテナとして作動させることができる。
【００２７】
アンテナエレメント１０は、重層する複数の基板１１、１１…上にコイル２０を分割して形成することができる（図１１）。コイル２０は、全体の１／２に相当する基部側２０ａが中間の基板１１上に形成され、他の１／２に相当する先端側２０ｂが上下の基板１１、１１に重複して形成されており（図１１（Ａ）、（Ｂ））、基部側２０ａ、先端側２０ｂ、２０ｂは、基板１１、１１…を貫く連結線２４ｃを介して連結されている。なお、基板１１、１１…は、密着して重層することにより、一体に仕上げることができる（同図（Ｃ））。ただし、各基板１１の一端には、透孔１２ｂ付きの端子１２を一体に形成し、連続線２４ａを介してコイル２０ａの一端を連結する端子１２、１２…には、同軸ケーブル１３の芯線１３ａを共通に接続するものとする。
【００２８】
図１１のアンテナエレメント１０は、各部の寸法を図１のそれとほぼ同一に形成するとき、図１２のとおりの周波数特性が得られた。すなわち、アンテナエレメント１０は、コイル２０を複数の基板１１、１１…上に分割して形成することにより、共振特性をブロードにし、広帯域化を図ることができる。
【００２９】
アンテナエレメント１０は、基板１１上において、長さが異なる複数組のコイル２０、２０を同方向に同一位置に形成してもよい（図１３）。コイル２０、２０は、それぞれ連結線２４ａを介して共通の端子１２に引き出されている。コイル２０、２０は、異なる周波数に共振するから、アンテナエレメント１０は、全体としてダブルピークの周波数特性を実現することができる（図１４）。
【００３０】
アンテナエレメント１０は、基板１１上において、長さが異なる複数組のコイル２０、２０…を同方向に異なる位置に形成してもよい（図１５）。基板１１上の各コイル２０は、それぞれ異なる共振周波数を有し、したがって、アンテナエレメント１０は、全体として、マルチピークの広帯域の周波数特性を示す（図１６）。なお、単一コイルのアンテナエレメントは、たとえば簡易携帯電話に使用するとき、使用状態によって共振周波数が大きく変動するが（図１７）、図１５のアンテナエレメント１０は、その広帯域特性により、かかるボデーエフェクトを有効にカバーすることができる。ただし、図１７の実線、一点鎖線、二点鎖線は、それぞれ単一コイルのアンテナエレメントをモノポールアンテナとして組み込む簡易携帯電話を耳に付けて現に使用しているとき、手で保持しているとき、机上に放置しているときの各周波数特性の一例を示している。
【００３１】
アンテナエレメント１０は、基板１１上において、長さが同一の複数組のコイル２０、２０を互いに直角方向に異なる位置に形成してもよい（図１８）。アンテナエレメント１０は、コイル２０、２０を介し、全体として、いわゆる偏波合成アレー形のアンテナエレメントとして作動し、水平偏波、垂直偏波からなる受信電波Ｓh 、Ｓv の双方に対し、ほぼ均一な水平指向特性を実現することができる（図１９）。ただし、図１９の実線は、垂直偏波からなる受信電波Ｓv に対する特性を示し、一点鎖線は、水平偏波からなる受信電波Ｓh に対する特性を示す。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板の表面に配列する第１の導体と、基板の裏面において各第１の導体の一端を他端に順に連結する第２の導体とを設けることによって、第１、第２の導体は、基板を介してコイルを形成することができるから、全体の外形寸法を最小にし、携帯通信端末のケースに対し、極めて体裁よく付設することができる上、従来のアンテナに比して何ら遜色のない良好な動作特性を実現することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体構成分解斜視説明図
【図２】コイルの要部説明図
【図３】図１の要部拡大断面図
【図４】図１の縦断面相当図
【図５】使用状態説明図
【図６】動作特性線図（１）
【図７】動作特性線図（２）
【図８】動作特性線図（３）
【図９】動作特性線図（４）
【図１０】他の実施の形態を示す使用状態説明図
【図１１】他の実施の形態を示す構成説明図
【図１２】動作特性線図（５）
【図１３】他の実施の形態を示す構成概念図（１）
【図１４】動作特性線図（６）
【図１５】他の実施の形態を示す構成概念図（２）
【図１６】動作特性線図（７）
【図１７】動作特性線図（８）
【図１８】他の実施の形態を示す構成概念図（３）
【図１９】動作特性線図（９）
【符号の説明】
ｄ1 …ピッチ
１１…基板
１１ｂ…透孔
１２…端子
１５…カバー材
１５ａ…係合突部
２０…コイル
２１…第１の導体
２２…第２の導体
２３…スルホール

Claims

透孔を設ける基板と、該基板の表面に所定のピッチごとに平行に配列する第１の導体と、前記基板の裏面において前記各第１の導体の一端を他端に順に連結し、前記基板を介してコイルを形成する第２の導体と、前記基板の一端に立設する両面プリント板の端子と、前記基板を保護するカバー材とを備えてなり、前記端子には、前記コイルの一端を引き出すとともにフィーダ用の同軸ケーブルの芯線を接続する透孔を形成し、前記カバー材は、弾性を有する合成樹脂材料からなり、前記端子を外部に露出させて一体成形する際に前記透孔内にも充填され、前記端子と同方向に固定用の係合突部を突設することを特徴とする携帯通信端末用のアンテナエレメント。