JP3895737B2 - 多周波共用アンテナ及び小型アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、主に複数の周波数帯で共用可能な多周波共用アンテナに関し、特に、携帯端末等に内蔵できる程度に小型化可能な多周波共用アンテナに関するものである。

近年、携帯電話機等の携帯端末が広く普及しているが、これらの携帯端末を小型に構成すべく、携帯端末に付随するアンテナの小型化が重要になっている。特に、携帯端末の外部の突出した構造を持たず完全内蔵可能なアンテナが求められている。また、携帯端末には複数の方式が普及しているので、多様な方式を利用可能な携帯端末で使用できるアンテナとして、複数の周波数を共用できる多周波共用アンテナが要望されている。そのため、携帯端末に内蔵可能に構成された種々の多周波共用アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１４３２６

しかしながら、従来の多周波共用アンテナとして、線状アンテナ（電流アンテナ）を用いる構成では、低姿勢化は困難であり、空間に対して突出した部分が必要となる。また、線状アンテナ、面状アンテナを問わず、アンテナサイズを小型化すると広帯域特性を保持することは困難になる。特に波長が長くなる低周波帯における広帯域化を実現する場合、アンテナサイズの大型化は避けられない。この際、アンテナ全体の誘電材料の誘電率を高くして小型化する方法を用いるのでは、広帯域特性を保つような設計条件を与えることが困難である。このように、従来の構成では、携帯端末に内蔵可能な多周波共用アンテナとして、広帯域特性を保持しつつ小型化を実現することが難しいという問題がある。

そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、３層構造の誘電体と給電用及び接地用の各導体パターンを組み合わせた構成により、広帯域特性を保持しつつ小型化及び低姿勢化を容易に実現でき、携帯端末への内蔵に適した多周波共用アンテナを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の多周波共用アンテナは、複数の周波数を共用可能な多周波共用アンテナであって、低誘電材料からなる中央の誘電体層の上部と下部を高誘電材料からなる誘電体層で挟んで積層形成した３層構造の誘電体と、前記中央の誘電体層と前記上部の誘電体層の間に形成され、前記３層構造の誘電体の所定の側面で基端が給電点に接続される給電用導体パターンと、前記中央の誘電体層と前記下部の誘電体層の間に形成され、前記所定の側面で基端が接地される接地用導体パターンとを備え、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、それぞれ前記基端から先端に至るまで複数の線状導体を連結して、少なくとも前記所定の側面に対向する側面の近辺で折り返したパターンを有して形成されることを特徴とする。

この発明によれば、低誘電材料からなる誘電体層の上下で給電用導体パターンと接地用導体パターンを対向させ、２本の導体パターン間で生じる電磁界結合を利用して、複合モードを形成することにより広帯域特性を確保し得る。さらに、給電用導体パターンと接地用パターンのそれぞれ基端から先端にかけて折り返しパターンを構成し、複数の反射点を設けることによって、小型のアンテナサイズを保って、複数の周波数に対して共用可能な多周波共用アンテナを容易に実現することができる。

請求項２に記載の多周波共用アンテナは、請求項１に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記給電用導体パターンの先端と前記接地用導体パターンの先端とを前記中央の誘電体層を貫いて電気的に接続する短絡導体を更に備えることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用の加えて、給電用導体パターンと接地用導体パターンの各先端が短絡導体によって接続されるので、給電用導体パターンと接地用導体パターンを適切に結合させて、容易に広帯域特性を確保することができる。

請求項３に記載の多周波共用アンテナは、請求項１又は請求項２に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、前記各誘電体層の面方向において互いにずれた位置で対向配置されることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用に加えて、上下で対向する給電用導体パターンと接地用導体パターンとの間で、位置のずれの量に応じて電界結合及び磁界結合の度合を適正に制御でき、不要な結合を抑えてアンテナ特性を向上させることができる。

請求項４に記載の多周波共用アンテナは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の多周波共用アンテナにおいて、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、互いに同一形状の導体パターンで構成されることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用に加えて、上下で対向する給電用導体パターンと接地用導体パターンが同一形状を持たせたので、共振周波数やアンテナ特性の調整が容易になる。

請求項５に記載の多周波共用アンテナは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の多周波共用アンテナにおいて、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンの一方又は双方は、ミアンダ線路を含んで構成されることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用に加えて、ミアンダ線路を含む導体パターンを用いて多周波共用アンテナを構成したので、狭い領域に長い線路長を確保でき、低い周波数であっても多周波共用アンテナの小型化を実現できる。

請求項６に記載の多周波共用アンテナは、請求項１から請求項５のいずれかに記載の多周波共用アンテナにおいて、前記３層構造の誘電体は、回路基板の一角で地板導体を切り欠いた切欠き部に配置され、前記回路基板には、前記給電用導体パターンの基端が接続される給電点と前記接地用導体パターンの基端が接続される接地点とが設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用に加えて、励振された多周波共用アンテナと回路基板の地板導体端部の間に磁流を発生させて放射源として作用させることができ、多周波共用アンテナの広帯域特性を保ちつつ、突出した構造を不要として低姿勢化を実現できる。

請求項７に記載の多周波共用アンテナは、請求項６に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記３層構造の誘電体は、前記各誘電体層の面方向と前記回路基板の面方向が略同一となるように前記切欠き部に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用に加えて、３層構造の誘電体を回路基板の切欠き部に対して双方の面方向が同一となるように配置するので、極めて低姿勢の多周波共用アンテナを実現することが容易で、携帯端末に適した多周波共用アンテナを実現できる。

請求項８に記載の多周波共用アンテナは、請求項６に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記３層構造の誘電体は、前記各誘電体層の面方向と前記回路基板の面方向が略直交するように前記切欠き部に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、上述の作用に加えて、３層構造の誘電体を回路基板の切欠き部に対して双方の面方向が垂直の関係となるように配置するので、多周波共用アンテナと回路基板の表面の間に電磁界を集中させるとともに、アンテナ直下の部品等の影響を受けにくく、さらに２つ折り筐体の開いた状態、閉じた状態で特性の安定した多周波共用アンテナを実現できる。

請求項９に記載のアンテナは、低誘電材料からなる中央の誘電体層の上部と下部を高誘電材料からなる誘電体層で挟んで積層形成した３層構造の誘電体と、前記中央の誘電体層と前記上部の誘電体層の間に形成され、前記３層構造の誘電体の所定の側面で基端が給電点に接続される給電用導体パターンと、前記中央の誘電体層と前記下部の誘電体層の間に形成され、前記所定の側面で基端が接地される接地用導体パターンとを備え、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、それぞれ前記基端から先端に至るまで複数の線状導体を連結して、少なくとも前記所定の側面に対向する側面の近辺で折り返したパターンを有して形成されることを特徴とする。

この発明によれば、多周波に限らず、特定周波数に対応する広帯域のアンテナについても、上述の発明の作用効果を奏することができる。

本発明によれば、３層構造の誘電体と給電用導体パターン及び接地用導体パターンとを組み合わせ、線状導体を連結して折り返しパターンを有するように各導体パターンを構成したので、電磁界結合の作用で広帯域特性を保持しつつ、小型化及び低姿勢化を容易に実現し、携帯端末への内蔵に好適な多周波共用アンテナを実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を適用する形態として、少なくとも２つの異なる周波数に共用可能であって、携帯電話端末等に内蔵可能な小型の多周波共用アンテナについて、代表的な２つの実施形態を説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る多周波共用アンテナの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１の構造を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す多周波共用アンテナ１におけるアンテナパターンの構成を示す図である。

図１に示すように第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１は、下層側から順に第１誘電体層１１、第２誘電体層１２、第３誘電体層１３の３層からなる積層構造を備えるとともに、アンテナパターンとしての給電用導体パターン２１、接地用導体パターン２２、短絡導体２３が形成され、これらが各誘電体層に内包された状態で一体化される。

図１において、下部の第１誘電体層１１と上部の第３誘電体層１３は、いずれも高誘電材料から形成される一方、中央の第２誘電体層１２のみが低誘電材料から構成されている。すなわち、多周波共用アンテナ１は、低誘電材料を２層の高誘電材料で挟んだ積層構造を備えている。各層の誘電率としては、例えば、第１誘電体層１１及び第３誘電体層１３に比誘電率２０以下の誘電材料を用い、第２誘電体層１２に比誘電率４以下の誘電材料を用いればよい。なお、第１誘電体層１１、第２誘電体層１２、第３誘電体層１３のそれぞれのサイズと誘電率は、使用周波数帯や所望のアンテナ特性に応じて適宜に定めることができる。

また、給電用導体パターン２１は、中央の第２誘電体層１２と上部の第３誘電体層１３の間に形成され、接地用導体パターン２２は、下部の第１誘電体層１１と中央の第２誘電体層１２の間に形成される。そして、短絡導体２３は、給電用導体パターン２１の先端と接地用導体パターン２２の先端とを電気的に接続する線状導体であり、第２誘電体層１２を貫いて、給電用導体パターン２１及び接地用導体パターン２２の各平面に対し垂直方向に延びている。これらの給電用導体パターン２１、接地用導体パターン２２、短絡導体２３は一体的にアンテナパターンとして機能する。

ここで、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２の各パターンの構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、給電用導体パターン２１は、基端から先端に至るまで、３つの線状導体２１ａ、２１ｂ、２１ｃが連結されて折り返した平面状のパターンに形成されている。線状導体２１ａは、横方向の長さＬ１、幅Ｗの長尺パターンである。線状導体２１ｂは、線状導体２１ａと間隔Ｄを置いて並列配置され、横方向の長さＬ２、幅Ｗの長尺パターンである。このような配置は地板端を基準とした擬似的な積層構造を形成する。そして、線状導体２１ｃは、線状導体２１ａの一端と線状導体２１ｂの一端を電気的に接続するために延びる長さＤのパターンである。

線状導体２１ａの基端側には給電用端子２４が設けられている。この給電用端子２４は、後述の回路基板の給電点と接続するための端子である。一方、線状導体２１ｂの先端側には接続部２１ｄが設けられている。この接続部２１ｄには、第２誘電体層１２を貫く短絡導体２３の一端が接続される。このように、給電用導体パターン２１により、基端側の給電用端子２４から線状導体２１ａ、２１ｃ、２１ｂの順で接続されて接続部２１ｄに至る導体パターンが構成される。

なお、図２(ａ)における長さＬ１、Ｌ２、幅Ｗ、間隔Ｄなどのパラメータは、多周波共用アンテナ１のインピーダンスや各種特性に応じて適宜に設定することができる。また、図２（ａ）に示す例では、線状導体２１ａと線状導体２１ｂが同様の幅Ｗであって、それぞれの位置関係は平行になっているが、この両者は並列配置する関係であれば平行から僅かにずれた位置関係でもよく、それぞれの幅や形状は異なっていてもよい。

次に、図２（ｂ）に示すように、接地用導体パターン２２は、基端から先端に至るまで、４つの線状導体２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが連結されて折り返した平面状のパターンに形成されている。このうち、線状導体２２ａ、２２ｂ、２２ｃについては、図２（ａ）の給電用導体パターン２１の線状導体２１ａ、２１ｂ、２１ｃと同様のサイズ及び配置になっている。

一方、接地用導体パターン２２には、線状導体２２ａの基端側に、縦方向に延びる線状導体２２ｄの一端が接続されている点で給電用導体パターン２１と違いがある。そして、線状導体２２ｄの他端には接地用端子２５が設けられている。この接地用端子２５は、後述の回路基板の地板導体と接続するための端子である。図２に示すように、給電用端子２４と接地用端子２５の位置が異なるのは、多周波共用アンテナ１を回路基板に接続する際に重ならない配置にするためである。このように、接地用導体パターン２２により、基端側の接地用端子２５から線状導体２２ｄ、２２ａ、２２ｃ、２２ｂの順で接続部２２ｅに至る導体パターンが構成される。

図２に示されるように、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２は、互いに類似した形状により構成され、それぞれ１箇所で折り返しパターンを有する。類似したパターンを近接配置することにより、２本の線路間に複合モードを持たせることができ、広帯域化を実現できる。また、地板端との位置関係を考慮し、折り返し部分を設けることによって、多周波共用アンテナ１の周波数特性には、後述するように複数のピークが現れることになり、複数の周波数に対して容易に共振させることができる。

さらに、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２とは、短絡導体２３によって互いの先端同士が接続されるので、一体的に連結された立体的なアンテナパターンが構成され、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１として機能する。なお、第１実施形態では、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２を短絡導体２３により接続する構成を示しているが、短絡導体２３を設けずに、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２のそれぞれの先端を開放する場合であっても、多周波共用アンテナ１を構成することができる。

なお、図２（ｂ）における長さＬ１、Ｌ２、幅Ｗ、間隔Ｄなどのパラメータや線状導体２２ａ、２２ｂの位置関係や形状については、図２（ａ）の場合と同様、適宜に設定することができる。この場合、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２の各々のパラメータや形状は、同様に設定する場合に限らず、双方を異なる設定にすることも可能である。

次に、図３及び図４により、多周波共用アンテナ１が携帯端末の内部の回路基板とともに実装された状態の配置を説明する。図３は、回路基板３０に実装された状態の多周波共用アンテナ１の配置を示す図であり、図４は、図３のＡ方向から見た側面図である。図３において、携帯端末の内部に設置される回路基板３０には、無線回路や制御回路が搭載され、全体にＧＮＤレベルである地板導体３０ｂが含まれる。この回路基板３０には、上方の一角において多周波共用アンテナ１の取付部分と略同形状となるように地板導体３０ｂを切り欠いた切欠き部３０ａが設けられ、多周波共用アンテナ１を切欠き部３０ａに設置できるようになっている。

そして、多周波共用アンテナ１は、回路基板３０の切欠き部３０ａの形状に合致するように配置される。このとき、図４に示すように、第１誘電体層１１が回路基板３０の平面の高さ付近に位置するとともに、第２誘電体層１２と第３誘電体層１３がその上方に配置される位置関係になっている。なお、切欠き部３０ａは、少なくとも多周波共用アンテナ１のアンテナサイズと同程度か、僅かに大きいサイズに設定することが望ましい。

図３に示すように、回路基板３０のうち多周波共用アンテナ１に近接する部分には、給電点３１と接地点３２が設けられている。多周波共用アンテナ１からは給電用端子２４と接地用端子２５が突出し、給電用端子２４が給電点３１に接続されるとともに、接地用端子２５が接地点３２に接続されている。これにより、多周波共用アンテナ１は、回路基板３０を実装した携帯端末の送信アンテナ又は受信アンテナとして機能する。

次に、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１の放射原理について説明する。第１実施形態においては、多周波共用アンテナ１自体の構造と、回路基板３０への実装状態により、広帯域特性を損なうことなく、多周波共用アンテナ１の低姿勢化を可能としている。図５は、多周波共用アンテナ１の放射原理を説明するために回路基板３０に実装された状態の多周波共用アンテナ１の周辺に発生した電界ベクトルを表す図である。

図５に示すように、多周波共用アンテナ１を励振すると、回路基板３０に地板導体３０ｂが形成された領域の端部（図５の位置Ｐ）と多周波共用アンテナ１の側面との間にフリンジング電界が発生する。このとき、電界ベクトルと直交する方向（図５の紙面垂直方向）に磁流が発生し、位置Ｐで多周波共用アンテナ１の側面に沿って分布する。このように第１実施形態の多周波共用アンテナ１は、図５の等価磁流スロットが放射源として支配的に作用し、一般的な線状アンテナよりも平面アンテナに近い動作となるので、低姿勢化に適している。

次に、多周波共用アンテナ１のうち給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２の積層方向の位置関係を説明する。図６には、上部の給電用導体パターン２１と下部の接地用導体パターン２２の位置関係として２種の形態を示している。図６(ａ)では、給電用導体パターン２１の線状導体２１ａ、２１ｂの位置と、接地用導体パターン２２の線状導体２２ａ、２２ｂの位置とが、各誘電体層の面方向において互いに重なった位置に対向配置される場合の例を示している。これに対し、図６(ｂ)では、給電用導体パターン２１の線状導体２１ａ、２１ｂと、接地用導体パターン２２の線状導体２２ａ、２２ｂとは、各誘電体層の面方向において互いにずれた位置で対向配置される場合の例を示している。

一般に互いに近接する導体間では、磁界結合及び電界結合が生じる。第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１の場合、給電用導体パターン２１又は接地用導体パターン２２ａにおける面方向（横方向）の磁界結合も存在するが、上述の位置的な関係より、放射原理の面からは、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２との間の磁界結合の影響が支配的である。このとき、接地用導体パターン２２は、給電用導体パターン２１との磁界結合によって励振される。これに対し、給電用導体パターン２１の線状導体２１ａ、２１ｂ同士や、接地用導体パターン２２の線状導体２２ａ、２２ｂ同士の磁界結合は放射原理の面からは不要な結合となる。

一方、図６（ａ）に示すように、給電用導体パターン２１と接地用導体パターン２２が最も近い距離で対向配置されて電界結合が生じるが、電界結合の増加はアンテナ内部のＱ値上昇につながるため、強すぎると所望の広帯域特性が確保できない場合もある。そのため、図６（ｂ）に示すように、面方向においてずれた位置で対向配置させることにより、電界結合の強さを適正に調整することができる。また、不要な磁界結合についても、図６（ｂ）の配置におけるずれの度合に応じて結合の強弱を調整して、これにより所望のアンテナ特性が得られるように最適化を行うことができる。

次に、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１に関し、上述したような基本的な構成及び原理に基づき、携帯電話用の規格であるＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＣＳの３つの周波数帯を共用可能な多周波共用アンテナ１の具体的な実施例を説明する。かかる実施例においては、給電用導体パターン２１にミアンダ線路を用いて多周波共用アンテナ１を構成している。

図７は、上記の実施例に係る多周波共用アンテナ１のアンテナパターンの構成を示す図である。図７（ａ）に示すように、給電用導体パターン４１は、図２(ａ)の線状導体２１ａ、２１ｂに対応するミアンダ線路４１ａ、４１ｂを用いて構成されている。また、導体パターン４１ｃは、ミアンダ線路４１ａの一端とミアンダ線路４１ｂの一端を電気的に接続している。また、ミアンダ線路４１ａの基端側には給電用端子４４が設けられ、ミアンダ線路４１ｂの先端側に接続部４１ｄが設けられている。

一方、図７（ｂ）に示すように、接地用導体パターン４２は、ミアンダ線路を用いることなく、線状導体４２ａ、４２ｂと、これらの線状導体４２ａ、４２ｂを電気的に接続する導体パターン４２ｃによって構成されている。また、線状導体４２ａの基端側には接地用端子４５が設けられ、線状導体４２ｂの先端側に接続部４２ｄが設けられている。

さらに、給電用導体パターン４１の所定位置に複数のスタブ４６が形成されるとともに、接地用導体パターン４２の所定位置にも複数のスタブ４７が形成されている。これらのスタブ４６、４７は、多周波共用アンテナ１のインピーダンスを調整する役割を担っている。よって、多周波共用アンテナ１のインピーダンスが最適化されるように、スタブ４６、４７の位置、個数、形状、サイズなどを適切に設定することが望ましい。

このように、図７の実施例においては、多周波共用アンテナ１のミアンダ線路４１ａ、４１ｂが周期的な折り返しパターンを含んで形成されているため、実質的なアンテナ長を長くすることができる。そのため、本実施例に係る多周波共用アンテナ１は、同一のアンテナサイズで共振周波数を低く設定する場合、あるいは、同一の共振周波数に対しアンテナサイズを小さくする場合に有利な構成となる。

なお、図７の実施例に係る多周波共用アンテナ１についても、基本的には図１に示すような積層構造で、図３及び図４に示す配置方法に従って回路基板３０に実装すればよい。ただし、図７を図２と比べれば明らかなように、給電用端子４４と接地用端子４５の位置関係は、図２とは逆になっているので、回路基板３０における給電点３１、接地点３２の位置関係も逆にする必要がある。このような位置関係で接続した場合であっても、多周波共用アンテナ１の基本的な動作に変化はない。

次に、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１のアンテナ特性について説明する。ここでは、図７の構成に適合する多周波共用アンテナ１を例にとって、アンテナ特性を実験により検証した。図８は、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１について検証したアンテナ特性のうちＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。また、表１は、図８のＶＳＷＲの周波数特性を実験検証する際、ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＣＳの３つの周波数帯で用いることを想定した多周波共用アンテナ１の設計条件を示している。

表１に示す設計条件に基づいて、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１を用いて周波数とＶＳＷＲの関係を求めた結果、周波数５００〜２５００ＭＨｚの範囲で図８に示すようなグラフが得られた。なお、かかる実験検証に際しては、多周波共用アンテナ１の前段に、インピーダンスを完全に整合させるための外部整合回路を付加した。図８に示すグラフによれば、周波数９００ＭＨｚ近辺にＶＳＷＲのピークが現れるとともに、周波数１７００〜１９００にかけてもＶＳＷＲのピークが現れていることがわかる。

ここで、多周波共用アンテナ１の使用帯域としては、概ねＶＳＷＲが３以下となる範囲を想定することができる。この場合、図８において、低周波側では９４ＭＨｚの帯域幅が確保され、高周波側では２８０Ｈｚの帯域幅が確保され、それぞれ比帯域としては低周波側が１０．３％、高周波側が１５．６％に相当する。これらの低周波側及び高周波側の各々に確保された周波数の範囲により、ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＳＣにおける周波数帯が全て使用可能であることが確認された。

第１実施形態では、図８に示すアンテナ特性を得るために、表１に示すようなアンテナサイズに設定すればよく、この場合のアンテナ体積は６４１ｍ³に対応する。これに対し、従来の構成により同程度のアンテナ特性を確保するには、１０倍以上のアンテナ体積が必要となる。このように、第１実施形態に係る多周波共用アンテナ１は、従来の構成に比べ、所望のアンテナ特性を確保するためのアンテナ体積を１０分の１以下に抑えることが可能となり、アンテナサイズの小型化に効果が大きい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る多周波共用アンテナの構成について、図面を参照しながら説明する。この第２実施形態においても、第１実施形態と基本的な構成は共通しているため、その詳細の説明は省略する。一方、第２実施形態では、多周波共用アンテナの回路基板への実装方法が第１実施形態とは異なっている。

図９は、第２実施形態に係る多周波共用アンテナ２に関して、図４と同様、回路基板７０に実装された状態を示す側面図ある。図９における回路基板７０は、図３の回路基板３０と同様であり、地板導体７０ｂを切り欠いた切欠き部７０ａが設けられている。ここで、第１実施形態では、回路基板３０の面方向に対し多周波共用アンテナ１の各層の面方向が同一となるような配置であるのに対し、第２実施形態では、回路基板７０の面方向に対し多周波共用アンテナ２の各層の面方向が直交するように配置される。そして、回路基板７０の地板導体７０ｂに近い側から順に第１誘電体層５１、第２誘電体層５２、第３誘電体層５３が配置される。また、給電用導体パターン６１が第２誘電体層５２と第３誘電体層５３の間に形成され、接地用導体パターン６２が第１誘電体層５１と第２誘電体層５２と間に形成される。

このように、第２実施形態では、回路基板７０に対する多周波共用アンテナ２の配置方向が第１実施形態と比べて９０°異なっている。そのため、基本的な放射原理としては第１実施形態と同様であるが、フリンジング電界の発生状態は配置を反映した相違が生じる。第２実施形態の配置方法によれば、多周波共用アンテナ２を励振したときに発生する電界ベクトルは主に回路基板７０の地板導体７０ｂの表面に分布し、地板端裏面から多周波共用アンテナ２に向かう電界ベクトルの寄与は小さい。そのため、多周波共用アンテナ２の直下の切欠き部７０ａの部分に金属部品等が配置されている場合であっても、その影響を軽減できる点でメリットがある。また、２つ折り筐体に搭載した場合に、筐体を開いた状態及び閉じた状態での特性変化を小さくすることができる。

次に、第２実施形態に係る多周波共用アンテナ２に関し、第１実施形態の場合と同様、ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＣＳの３つの周波数帯を共用可能な多周波共用アンテナ２の具体的な実施例を説明する。かかる実施例においても、図７と同様、ミアンダ線路を用いて多周波共用アンテナ２を構成している。

図１０は、上記の実施例に係る多周波共用アンテナ２のアンテナパターンの構成を示す図である。図１０（ａ）に示すように、給電用導体パターン８１は、図７(ａ)と同様、ミアンダ線路８１ａ、８１ｂを用いて構成されている。また、導体パターン８１ｃは、ミアンダ線路８１ａの一端とミアンダ線路８１ｂの一端を電気的に接続している。また、ミアンダ線路８１ａの基端側には給電用端子８４が設けられ、ミアンダ線路８１ｂの先端側に接続部８１ｄが設けられている。

一方、図１０（ｂ）に示すように、接地用導体パターン８２は、ミアンダ線路を用いることなく、線状導体８２ａ、８２ｂと、これらの線状導体８２ａ、８２ｂを電気的に接続する導体パターン８２ｃによって構成されている。また、線状導体８２ａの基端側には接地用端子８５が設けられ、線状導体８２ｂの先端側に接続部８２ｄが設けられている。

第２実施形態の場合も、多周波共用アンテナ２のアンテナパターンをミアンダ線路４１ａ、４１ｂを含めて構成したことにより、第１実施形態の場合と同様、アンテナサイズを小さくすることができる。なお、第２実施形態に係る多周波共用アンテナ２が回路基板７０の面方向に対して直交するような配置としたので、給電用導体パターン８１、接地用導体パターン８２の幅を小さく構成することが望ましい。

次に、第２実施形態に係る多周波共用アンテナ２のアンテナ特性について説明する。図１１は、図１０の構成に適合する多周波共用アンテナ２を例にとって、第１実施形態の図８と同様、実験により検証したＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。なお、かかる図１１の実験検証は、第１実施形態の表１と同様の設計条件を付与して行うものとする。

第２実施形態に係る多周波共用アンテナ２を用いて周波数とＶＳＷＲの関係を求めた結果、周波数５００〜２５００ＭＨｚの範囲で図１１に示すようなグラフが得られた。なお、多周波共用アンテナ２の前段に、外部整合回路を付加した点は第１実施形態の場合と同様である。このグラフによれば、概ね第１実施形態の図８に近い傾向が得られ、ＶＳＷＲの２つのピークが現れている。これにより、ＶＳＷＲが概ね３以下となる多周波共用アンテナ２の使用帯域としては、低周波側では９１ＭＨｚの帯域幅が確保され、高周波側では３８３Ｈｚの帯域幅が確保され、それぞれ比帯域としては低周波側が９．８％、高周波側が２１．２％に相当する。これらの低周波側及び高周波側の各々に確保された周波数の範囲により、ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＳＣにおける周波数帯が全て使用可能であることが確認された。

なお、上述の各実施形態においては、複数の周波数帯で共用可能な多周波共用アンテナに対して本発明を適用する場合を説明したが、これに限られることなく、図１に示すような３層構造の誘電体、給電用導体パターン、接地用導体パターンを備えていれば、特定周波数についての広帯域特性を有する小型アンテナに対しても広く本発明を適用することができる。

また、上述の各実施形態における各々のアンテナパターンは、２つの線状導体を連結して少なくとも１つの折り返しパターンを含むように構成されているが、より多数の線状導体を連結して多数の折り返しパターンを含むようにアンテナパターンを構成する場合であっても、広く本発明を適用することが可能である。

なお、図６及び図９では本発明に関わる多周波共用アンテナを、回路基板の設置パターンが設けられた面とは反対側に設置しているが、多少調整は必要ではあるものの同じ面に配置してもかまわない。

第１実施形態に係る多周波共用アンテナの構造を示す斜視図である。 図１に示す多周波共用アンテナにおけるアンテナパターンの構成を示す図である。 第１実施形態に係る多周波共用アンテナが携帯端末の内部の回路基板とともに実装された状態の配置を示す図である。 図３のＡ方向から見た側面図である。 第１実施形態に係る多周波共用アンテナの放射原理を説明するために回路基板に実装された状態の多周波共用アンテナの周辺に発生した電界ベクトルを表す図である。 上部の給電用導体パターンと下部の接地用導体パターンの位置関係として２種の形態を示す図である。 ミアンダ線路を用いた実施例に係る多周波共用アンテナのアンテナパターンの構成を示す図である。 第１実施形態に係る多周波共用アンテナについて検証したアンテナ特性のうちＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 第２実施形態に係る多周波共用アンテナに関して、回路基板に実装された状態を示す側面図である。 第２実施形態に係る多周波共用アンテナにおけるアンテナパターンの構成を示す図である。 第２実施形態に係る多周波共用アンテナについて検証したアンテナ特性のうちＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。

符号の説明

１、２…多周波共用アンテナ
１１、５１…第１誘電体層
１２、５２…第２誘電体層
１３、５３…第３誘電体層
２１、４１、６１…給電用導体パターン
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…線状導体
２１ｄ、４１ｄ、８１ｄ…接続部
２２、４２、６２…接地用導体パターン
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…線状導体
２２ｅ、４２ｄ、８２ｄ…接続部
２３…短絡導体
２４、４４、８４…給電用端子
２５、４５、８５…接地用端子
３０，７０…回路基板
３０ａ、７０ａ…切欠き部
３０ｂ、７０ｂ…地板導体
３１…給電点
３２…接地点
４１ａ、４１ｂ、８１ａ、８１ｂ…ミアンダ線路
４２ａ、４２ｂ、８２ａ、８２ｂ…線状導体
４１ｃ、４２ｃ、８１ｃ、８２ｃ…導体パターン

Claims (9)

1. 複数の周波数を共用可能な多周波共用アンテナであって、
   低誘電材料からなる中央の誘電体層の上部と下部を高誘電材料からなる誘電体層で挟んで積層形成した３層構造の誘電体と、
   前記中央の誘電体層と前記上部の誘電体層の間に形成され、前記３層構造の誘電体の所定の側面で基端が給電点に接続される給電用導体パターンと、
   前記中央の誘電体層と前記下部の誘電体層の間に形成され、前記所定の側面で基端が接地される接地用導体パターンと、
   を備え、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、それぞれ前記基端から先端に至るまで複数の線状導体を連結して、少なくとも前記所定の側面に対向する側面の近辺で折り返したパターンを有して形成されることを特徴とする多周波共用アンテナ。
2. 前記給電用導体パターンの先端と前記接地用導体パターンの先端とを前記中央の誘電体層を貫いて電気的に接続する短絡導体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
3. 前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、前記各誘電体層の面方向において互いにずれた位置で対向配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多周波共用アンテナ。
4. 前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、互いに同一形状の導体パターンで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多周波共用アンテナ。
5. 前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンの一方又は双方は、ミアンダ線路を含んで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多周波共用アンテナ。
6. 前記３層構造の誘電体は、回路基板の一角で地板導体を切り欠いた切欠き部に配置され、前記回路基板には、前記給電用導体パターンの基端が接続される給電点と前記接地用導体パターンの基端が接続される接地点とが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の多周波共用アンテナ。
7. 前記３層構造の誘電体は、前記各誘電体層の面方向と前記回路基板の面方向が略同一となるように前記切欠き部に配置されることを特徴とする請求項６に記載の多周波共用アンテナ。
8. 前記３層構造の誘電体は、前記各誘電体層の面方向と前記回路基板の面方向が略直交するように前記切欠き部に配置されることを特徴とする請求項６に記載の多周波共用アンテナ。
9. 低誘電材料からなる中央の誘電体層の上部と下部を高誘電材料からなる誘電体層で挟んで積層形成した３層構造の誘電体と、
   前記中央の誘電体層と前記上部の誘電体層の間に形成され、前記３層構造の誘電体の所定の側面で基端が給電点に接続される給電用導体パターンと、
   前記中央の誘電体層と前記下部の誘電体層の間に形成され、前記所定の側面で基端が接地される接地用導体パターンと、
   を備え、前記給電用導体パターンと前記接地用導体パターンは、それぞれ前記基端から先端に至るまで複数の線状導体を連結して、少なくとも前記所定の側面に対向する側面の近辺で折り返したパターンを有して形成されることを特徴とするアンテナ。

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