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