JP4048989B2 - アンテナとそれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナとそれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のアンテナの構成としては、次のような構成となっていた。即ち、板状の接地電極と、この接地電極に所定空間をおいて対向配置した板状の放射電極と、この放射電極と接地電極を接続した接地リード線と、前記放射電極に接続した給電リード線とを備えた構成となっていた。この構成は、接地リード線によって接地電極と放射電極を接続することにより、λ／４モードの共振を作り出し、その共振電極によって電波を放射するものである。ここで言うλ／４モードとは、接地リード線で電流が最大になり、接地リード線から最も離れた開放端で電流が最小・電圧が最大となる共振モードである。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２２８３０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種のアンテナにおいては、小型化を図るために接地電極と放射電極間に誘電体や磁性体を挿入する試みが行われている。このことにより、接地電極と放射電極間の電磁界の波長を短縮し、それによってアンテナの小型化を図るというものである。
【０００６】
λ／４モード共振は、等価的にコンデンサとインダクタとの並列共振回路で表すことができる。このλ／４共振器を、誘電体を用いて波長短縮すれば、等価的にコンデンサ値（以下容量性）が増大することとなりインピーダンスの周波数特性が急峻となって帯域が狭くなる。一方、磁性体を用いた場合には、等価的にインダクタンス値（以下誘導性）が増大することによりインピーダンスの周波数特性が緩やかになり、帯域を広くすることが可能となる。従って、広帯域なアンテナを得るためには、磁性体の使用が有効である。しかしながら、磁性体は一般に誘電体としての特性をも併せ持っているため、損失の観点から見ると、誘電体を用いた場合には誘電損失のみであるが、磁性体を用いた場合には磁気的損失と誘電損失の両方が生じることとなり、放射効率の低下を招くという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、磁性体を用いて小型・広帯域化を図りつつ、損失を抑制して放射効率の低下を防ぐアンテナとそれを用いた電子機器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、接地リード線を柱状の磁性体の貫通孔部分に貫通させると共に、接地電極と放射電極間には磁性体の非設置空間を設けたものである。即ち、磁界は電流の流れに対してその周囲を周回するように発生するため、本発明では、λ／４モード共振において最も電流集中の起きる接地リード線を柱状の磁性体の貫通孔部分に貫通させることにより、磁性体による波長短縮と誘導性の増大効果を有効に発揮させ、小型化と広帯域化を実現したのである。さらに、放射電極と接地電極間の電流集中の少ない箇所に磁性体の非設置空間を設けることにより、その部分で生じる磁気的損失および誘電損失の発生をなくし、放射効率の低下を防ぐ構成としている。
【００１１】
次に本発明の請求項２に記載の発明は、磁性体を放射電極の外周部分に設けた請求項１に記載のアンテナである。縁効果により放射電極の外周部分にも電流集中が起こる場合、その部分にも磁性体を設けることによって、波長短縮および誘導性増大効果を高め、アンテナを小型・広帯域化することが可能となる。
【００１２】
次に本発明の請求項３に記載の発明は、放射電極と接地電極の外周部分間の接地リード線の引出し部分以外にスペーサを設けた請求項１に記載のアンテナである。放射電極の外周部分にスペーサを設けることによって、放射電極と接地電極間の距離を一様に保つことができ、特性の変動が起きにくくなるものである。
【００１４】
次に本発明の請求項４に記載の発明は、磁性体の上下面をそれぞれ放射電極と接地電極に接するように設けた請求項１に記載のアンテナである。本構成にすることにより、放射電極と接地電極間を接続している接地リード線がすべて磁性体に覆われる構成となり、磁性体による波長短縮および誘導性増大効果を更に高めることとなり、より小型で広帯域なアンテナを得ることができるというものである。
【００１６】
次に本発明の請求項５に記載の発明は、接地リード線と柱状の磁性体の貫通孔部分を隙間なく構成した請求項１に記載のアンテナである。本構成にすることにより、接地リード線の外周に発生する磁界を漏らすことなく磁性体に作用させることができ、更なる小型・広帯域化を図ることができる。
【００１７】
次に本発明の請求項６に記載の発明は、貫通孔を柱状の磁性体の中心部分に設けた請求項１に記載のアンテナである。本構成にすることにより、接地リード線の外周に均等に磁性体が存在する状態を作ることができ、磁性体を効果的に作用させることができるというものである。
【００１８】
次に本発明の請求項７に記載の発明は、貫通孔を放射電極および接地電極側に偏心するように設けた請求項１に記載のアンテナである。本構成にすることで、電流が集中する接地リード線が接続されている放射電極および接地電極の接続部分の近傍にも磁性体が存在する構成にすることができるため、磁性体の作用をより効果的に得ることができるというものである。
【００２１】
次に本発明の請求項８に記載の発明は、複数の接地リード線の少なくとも１本を、柱状の磁性体の貫通孔部分に貫通させた請求項１に記載のアンテナである。本構成にすることにより、接地リード線を増やしたことによって拡大した放射電極面積を、磁性体の効果で小型にすることが可能となり、結果的に小型で低背なアンテナを得ることができるというものである。
【００２２】
次に本発明の請求項９に記載の発明は、放射電極にスリットを設けた請求項１に記載のアンテナである。スリットを設けることで電流の流れる経路を分けることになり、それぞれの流れに対して共振モードを得ることが出来る。その結果、複数の周波数帯で共振させることができるので、小型なマルチバンドのアンテナを得ることができるというものである。
【００２３】
次に本発明の請求項１０に記載の発明は、放射電極と接地電極間に無給電電極を設けた請求項１に記載のアンテナである。放射電極と無給電電極と接地電極との相互の電磁界結合を利用することで、所望周波数帯域に対応したインピーダンス特性を効率的に得て広帯域化が可能となり、小型で広帯域なマルチバンドのアンテナを得ることができるというものである。
【００２４】
次に本発明の請求項１１に記載の発明は、比透磁率が周波数特性を持つような磁性体を用いた請求項１に記載のアンテナである。比透磁率が低周波で大きく、高周波になるにつれて小さくなるような周波数特性を持つ磁性体を用いれば、波長の長い低周波帯に対して磁性体の波長短縮の効果が大きくなり、結果的に小型なアンテナを得ることができるというものである。
【００２５】
次に本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１つに記載のアンテナの給電リード線を送信ラインと受信ラインの少なくとも一方に接続した電子機器であって、極めて小型化されたアンテナを送信ラインと受信ラインの少なくとも一方に接続することにより、電子機器自体の小型化を達成できるものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を添付図面により説明する。
【００２７】
図１から図７は本発明の一実施の形態を示し、電子機器の一例として携帯電話を示したものである。
【００２８】
即ち、図３が携帯電話の電気回路を示しており、この図３に示すごとくアンテナ１は、アンテナ共用器２を介して送信ライン３と受信ライン４に接続されている。このアンテナ共用器２には送信フィルタ５と受信フィルタ６を含む。アンテナ１で受信された電波は、アンテナ共用器２を介して受信ライン４に伝達され、また音声などの送信信号は送信ライン３、アンテナ共用器２を介してアンテナ１から送信されるようになっている。この図３に示す電気回路は携帯電話の一般例を示すものなので、詳細な説明は簡略化するが、受信ライン４には増幅器７、段間フィルタ８、ミキサ９、ＩＦフィルタ１０、復調器１１を介してスピーカ１２が接続されている。また、送信ライン３には、マイク１３から順に変調器１４、ミキサ１５、段間フィルタ１６、増幅器１７、アイソレータ１８が設けられ、それがアンテナ共用器２に接続された状態となっている。またミキサ９，１５にはそれぞれ電圧制御発振器（ＶＣＯ）１９がそれぞれフィルタ２０，２１を介して接続されている。
【００２９】
さて、この電気回路を具体的に構成図として示したものが図１に示すものである。図１において、プリント基板２２には図３に示すアンテナ共用器２から復調器１１、あるいは変調器１４までの送信ライン３、受信ライン４のそれぞれの部品が、この図１においてはプリント基板２２上の送受信回路部２３に構成されている。この送受信回路部２３から信号ライン２４が設けられ、この信号ライン２４には給電端子２５が接続されている。この給電端子２５は、図３においてアンテナ１とアンテナ共用器２との間に設けられている。
【００３０】
プリント基板２２上には、図１に示すごとく送受信回路部２３以外にアンテナ１が設けられている。このアンテナ１は図２に示すような構成体となっている。即ち、例えば銅板で形成された接地電極２６とこの接地電極２６上に所定空間をおいて対向配置された同じく銅板より成る放射電極２７と、この放射電極２７から引き出された接地リード線２８、給電リード線２９およびスペーサ３０、磁性体３１で構成されている。前記接地リード線２８は図２に示すように、板状の放射電極２７のコーナー部分から外方に引き出され、その後下方へ折り曲げられたものであって、板状もしくはメアンダ状に構成された接地リード線２８は、角柱状の磁性体３１の貫通孔３１ａを図１に示すごとく貫通し、そしてその下端は接地電極２６に電気的機械的に接続されている。この貫通孔３１ａは、接地リード線２８と同形状となるように構成されており、磁性体３１の中心部分もしくは磁性体３１が接地電極２６と放射電極２７側に多く存在するように偏心となるような位置に設けられているものとする。なお、接地リード線２８と磁性体３１は、同時焼成法などによって、出来るだけ隙間なく構成することが望ましい。
【００３１】
また、同じく板状の放射電極２７の外周部分から外方に延長され下方へと折り曲げられた給電リード線２９は、図２に示す板状の接地電極２６に設けた切欠き２６ａ部分を介して図１に示す給電端子２５に電気的機械的に接続されるようになっている。
【００３２】
またスペーサ３０は図２に示すごとくコ字状となっており、放射電極２７の外周部分を接地電極２６との間で支えるように設けられているものである。このスペーサ３０は例えばＡＢＳ樹脂などの絶縁体で形成されているものである。また磁性体３１は例えば比透磁率が低周波で大きく、高周波になるにつれて小さくなるような周波数特性を持つフェライト系材料などで形成されているもので、磁性体３１の上下面はそれぞれ、放射電極２７と接地電極２６に接するように、接地リード線２８と同じ長さとなるように構成されている。続いて、接地電極２６は図１に示す４つの接地端子３２においてプリント基板２２に電気的機械的に接続される構成になっている。
【００３３】
上記構成において放射電極２７は、図３に示すように基本的にアンテナとしての働きをするものであって、この放射電極２７を接地リード線２８を介して板状の接地電極２６に接続することにより、λ／４共振モードのアンテナとして機能するようになる。
【００３４】
さて、そのような状況において本実施の形態で最も特徴とする点は、この接地リード線２８を角柱状の磁性体３１に貫通させて配置したことである。この構成によって、λ／４モードの共振において最も電流が集中する接地リード線２８の周囲に磁性体３１が存在する状態を作り出すことができる。磁界は電流の流れに対してその周囲を周回するように発生するため、接地リード線２８の周囲に設けた磁性体３１は、磁界に対して最も有効に作用し、これによって波長短縮効果を発揮しつつ、誘導性を増大させてインピーダンスの周波数変化を緩やかにすることができ、結果としてこの図２に示すアンテナ１は小型で広帯域なものとなる。具体的には放射電極２７、接地電極２６などが小さくできることになるものである。もちろんそれによって図３に示す携帯電話を一例として用いた電子機器の小型化が図れるものである。
【００３５】
さて、この図２に示すスペーサ３０は放射電極２７の外周部分に設けられるものであるが、このスペーサ３０は上述したように絶縁体で構成されている。本来であれば、放射電極２７と接地電極２６間を全て磁性体とすればアンテナ１の小型化と広帯域化を達成することができるものであるが、そうした場合、磁性体の有する誘電損失および磁気的損失によって放射効率の低下を招くといった弊害が生じる。そこで本実施の形態では上述したように、磁性体３１を電流集中が起きる接地リード線２８の外周部分に限定して有効に配置し、逆に電流集中が小さい他の部分は磁性体３１の非存在空間とし、スペーサ３０によって機械的に支持するのみという構成とした。さらに、このスペーサ３０には誘電特性および磁気特性をほとんど持たない絶縁体を用い、これによって誘電損失および磁気的損失の発生を抑制している。
【００３６】
以上の構成により、アンテナ１の小型化と広帯域化を図りつつ放射効率の低下を抑制し、さらに放射電極２７と接地電極２６との間隔の変動を抑えて、安定した特性のアンテナを得ることができるものである。
【００３７】
なお、本実施の形態においては磁性体３１を接地リード線２８の近傍にのみ配置したが、それに加えて他の部分にも配置しても構わない。特にアンテナの形態によっては、縁効果により放射電極２７の周囲にも電流集中が起こる場合が考えられる。そのような場合には、接地リード線２８の近傍に加えて放射電極２７の周囲もしくはその一部にも磁性体を設けても構わない。
【００３８】
また、図４に示すように、接地リード線２８を接地リード線２８ａ，２８ｂのように複数設け、磁性体３１の貫通孔３１ａ，３１ｂに貫通させても構わない。接地リード線２８を複数にすることで、放射電極２７が大きくなり、それにより帯域幅が拡大する。また磁性体３１によって拡大した放射電極２７を小型にすることができるので、アンテナを低背化させるには効果的な構成となる。
【００３９】
また、図５に示すように、放射電極２７にはスリット２７ａを設けても構わない。スリット２７ａを設けることで、複数の周波数帯で共振させることができるので、マルチバンドに対応したアンテナを得ることができる。
【００４０】
さらに、図６に示すように放射電極２７と接地電極２６の間に、放射電極２７や接地リード線２８、給電リード線２９、接地電極２６に非接触であるような無給電電極３３を配置しても構わない。無給電電極３３と放射電極２７間に電磁界結合を発生させて広帯域化を図ることが可能となり、広帯域なマルチバンドアンテナを得ることができる。この場合には、スペーサ３０は無給電電極３３を機械的に支えるような形状にすることが望ましい。
【００４１】
図７は、１７１０ＭＨｚにおいてμ’＝２．６、μ’’＝０．０８、ε’＝１０．３、ε’’＝０．０５であるような周波数特性を持つ磁性体３１を用いた場合のＶＳＷＲのグラフである。点線で示す磁性体３１を用いない場合のアンテナに比べて、実線で示す磁性体３１を用いたアンテナは、広帯域化を図ることが可能となっている。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、板状の接地電極と、この接地電極に所定空間をおいて対向配置した板状の放射電極と、この放射電極と接地電極間を接続した接地リード線と、前記放射電極に接続した給電リード線とを備え、前記接地リード線を、貫通孔を有する柱状の磁性体の貫通孔部分に貫通させると共に、前記放射電極と接地電極間には磁性体の非設置空間を設けたものであるので、小型・広帯域でしかも放射効率の低下を防いだアンテナおよび、小型な電子機器を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナの一実施の形態を示す分解斜視図
【図２】そのアンテナの分解斜視図
【図３】そのアンテナを用いる電子機器の一例としての携帯電話の電気回路図
【図４】アンテナ部分の分解斜視図
【図５】アンテナ部分の分解斜視図
【図６】アンテナ部分の分解斜視図
【図７】本発明のアンテナの帯域幅の変化のグラフ
【符号の説明】
１ アンテナ
２６ 接地電極
２７ 放射電極
２８ 接地リード線
２９ 給電リード線
３０ スペーサ
３１ 磁性体
３１ａ 貫通孔

Claims (12)

1. 板状の接地電極と、
   この接地電極に所定空間をおいて対向配置した板状の放射電極と、
   この放射電極と接地電極間を接続した接地リード線と、
   前記放射電極に接続した給電リード線とを備え、
   前記接地リード線を、貫通孔を有する柱状の磁性体の貫通孔部分に貫通させると共に、前記放射電極と接地電極間には磁性体の非設置空間を設けたアンテナ。
2. 磁性体を放射電極の外周部分に設けた請求項１に記載のアンテナ。
3. 放射電極と接地電極の外周部分間の接地リード線の引出し部分以外に絶縁体のスペーサを設けた請求項１に記載のアンテナ。
4. 磁性体の上下面をそれぞれ放射電極と接地電極に接するように設けた請求項１に記載のアンテナ。
5. 接地リード線と柱状の磁性体の貫通孔部分を隙間なく構成した請求項１に記載のアンテナ。
6. 貫通孔を柱状の磁性体の中心部分に設けた請求項１に記載のアンテナ。
7. 貫通孔を放射電極および接地電極側に偏心するように設けた請求項１に記載のアンテナ。
8. 複数の接地リード線を設け、これら複数のリード線の少なくとも１本を、柱状の磁性体の貫通孔部分に貫通させた請求項１に記載のアンテナ。
9. 放射電極にスリットを設けた請求項１に記載のアンテナ。
10. 放射電極と接地電極間に無給電電極を設けた請求項１に記載のアンテナ。
11. 比透磁率が周波数特性を持つような磁性体を用いた請求項１に記載のアンテナ。
12. 請求項１から１１のいずれか１つに記載のアンテナの給電リード線を送信ラインと受信ラインの少なくとも一方に接続した電子機器。

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