JP4079060B2

JP4079060B2 - 平面多重アンテナ

Info

Publication number: JP4079060B2
Application number: JP2003326679A
Authority: JP
Inventors: 洋平白川; 剛博杉山; 進一高場
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: JP2005094501A

Description

本発明は、少なくとも２つ以上の周波数帯で動作が可能で、携帯電話（ＰＨＳも含む）、移動無線機、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯端末等に用いられる平面多重アンテナに関する。

近年、携帯電話では、通信の高機能化に伴い、２つ以上の周波数帯で動作が可能なものが実用化されている。

このような携帯電話に用いられる従来の平面多重アンテナとして図８に示すものがある。この平面多重アンテナ９０は、Ｊ字状スリット部９１と、この一部を開放する開放スリット部９３とからなりスリット幅が一定のスリットを有する放射導体９５と、放射導体９５の裏面全体に配置された誘電材料からなる保持体９７と、放射導体９５に給電する給電線路９８、９９とを備えている。

また、他の平面多重アンテナの例として、特許文献１に示すものがある。このアンテナは、帯状導体からなる第１の素子と第２の素子の周囲長の和が使用される周波数の１波長以上の長さであって、第１の素子と第２の素子がそれぞれ「Ｕ字形」または「Ｊ字形」をなすように構成されたものである。
特開平６−１６９２１７号公報

しかしながら、図８に示したアンテナでは、スリット幅を広げると、周波数帯域は広がるが、共振周波数が高い方に移動したり、広げる場所によっては低くなってしまうため、周波数域の調整はほとんど不可能に近い。このため、スリット幅を一定として、スリットの長さを変えることでアンテナ特性を調整していた。従って、帯域を広くするのには限界があった。一方、アンテナのサイズ（体積）を大きくすると、帯域は広がるが、アンテナが大型化してしまい、小型化の要請に応じることが難しくなる。

一方、特許文献１に示すアンテナでは、帯状導体のみで構成されているため、アンテナのインピーダンス整合を調整しにくいという不都合があった。

従って、本発明の目的は、少なくとも２つ以上の周波数帯で動作が可能であり、小型で帯域が広く、インピーダンス整合の調整が容易な平面多重アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の平面多重アンテナは、アンテナの導体部分となる平板状の導体板と、前記平板状の導体板の直下部分以外に配置されたグランド基板導体とからなり、前記平板状の導体板は、Ｕ字状導体パターンと、前記Ｕ字状導体パターンの一端が接続されアンテナのインピーダンスが整合される形状に調整された矩形の導体パターンとからなり、前記平板状の導体板の前記矩形の導体パターンと前記グランド基板導体が１つの給電端子のみで電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の平面多重アンテナによれば、アンテナの導体部分となる平板状の導体板が、矩形導体パターンと、少なくとも１つ以上の線状でＵ字状に形成されたＵ字状導体パターンとを有しているため、Ｕ字状導体パターン全体で電流が共振する共振周波数と、Ｕ字状導体パターンの内側部分で電流が共振する共振周波数との少なくとも２つ以上の周波数帯で動作が可能になるとともに、矩形導体パターンによりアンテナのインピーダンス整合の調整を図ることが容易となる。

また、矩形導体パターンの幅によってほぼインピーダンス整合が決まるので、従来の板状逆Ｆアンテナのように短絡端子が不要となる。

更に、平板状の導体板が配置されている直下のグランドを取り除くことで、アンテナ低背化、さらにアンテナの広帯域化が可能になる。

また、平板状の導体板は、誘電材料からなる保持体上に固定することによりアンテナの体積を更に小さくすることができ、携帯端末の小型化、コストの削減が可能となる。

更に、平板状の導体板を、筐体カバーの内壁上に固定することにより、アンテナ部分を保持する保持体が不要となってコストの削減に有用である。

図１は、本発明の第一の実施の形態に係る平面多重アンテナを示したものである。この平面多重アンテナ１０において、導体部分である導体板１１は、矩形導体パターン１３と線状でＵ字状に形成されたＵ字状導体パターン１５とからなり、Ｕ字状導体パターン１５の一端は矩形導体パターン１３に接続されて接続端１５ａとされ、もう一端は開放されて、開放端１５ｂとされている。また、矩形導体パターン１３は、給電端子１７によりグランド基板導体１９の給電点に接続されている。このため、アンテナ外部との電気的な接続は、給電端子１７のみとされている。

導体板１１は、リン青銅などのバネ性のある金属を用い、プレス加工などで作製される。耐食性を高めるためにメッキ処理を施しても良い。導体板１１はＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）−ＰＣ（ポリカーボネート）等の誘電材料からなる保持体１６上に両面接着テープ等で固定されている。ＡＢＳ−ＰＣ上に作った凹凸に嵌め込み、融着で固定しても良い。さらに保持体１６は、グランド基板導体１９にネジ止めで固定される。また、保持体１６に設けたスナップフィット（爪）で固定することもできる。

本平面多重アンテナでは、Ｕ字状導体パターン１５全体で電流が共振するときの周波数である第１の共振周波数ｆ _１と、Ｕ字状に形成された部分の内側が共振する時の周波数である第２の共振周波数ｆ _２（ｆ _１＜ｆ _２）とを有している。

第一の実施形態の平面多重アンテナでは、以下の効果を奏することができる。
（１）Ｕ字状導体パターン１５により少なくとも２つ以上の周波数帯で動作が可能になるとともに、矩形導体パターン１３によりアンテナのインピーダンス整合の調整を図ることが容易となる。
（２）アンテナの導体部分直下にグランドパターンが存在しないので、アンテナ低背化により小型化を図っても帯域の減少が生じない。
（３）矩形導体パターン１３の幅によってほぼインピーダンス整合がきまるので、従来の板状逆Ｆアンテナのように短絡端子が不要となる。

図２は、本発明の第二の実施の形態に係る平面多重アンテナを示したものである。この平面多重アンテナ２０においては、導体板２１が矩形導体パターン２３とＵ字状導体パターン２５とからなり、Ｕ字状導体パターン２５の一端が矩形導体パターン１３に接続されて接続端２５ａとされ、もう１端が開放されて開放端２５ｂとされている点、給電端子により給電されている点は、第一の実施の形態と同様である。

しかし、第二の実施形態では、導体板２１が誘電材料からできたコの字状の保持体２６上に配置され、更に、Ｕ字状に形成されたＵ字状導体パターン２５によるスリット２８が小さく形成されている点が第一の実施形態の平面多重アンテナと異なっている。

このように、Ｕ字状導体パターン２５の線状の導体パターン長、形状を変化させ、Ｕ字状導体パターン２５上の電気長、電磁結合の分布、強度を変化させることによって、第１の共振周波数ｆ _１と第２の共振周波数ｆ _２を変化させることが可能となる。

図３に、第二の実施形態の平面多重アンテナにおけるＶＳＷＲ（電圧定在波比）と周波数の関係を示す。第１の共振周波数ｆ _１は９２０ＭＨｚ、第２の共振周波数ｆ _２は１８３０ＭＨｚ得られ、ＶＳＷＲが２以下の時の帯域として、第１の共振周波数ｆ _１付近で１６０ＭＨｚ、第２の共振周波数ｆ _２付近で１３０ＭＨｚの帯域幅が得られている。

第二の実施形態の平面多重アンテナでは、第一の実施形態の平面多重アンテナが奏する上記（１）〜（３）の効果の他、保持体２６をコの字にしているのでアンテナの体積が小さくなり、携帯端末の小型化に寄与できるという効果が得られる。

図４は、本発明の第三の実施の形態に係る平面多重アンテナを示したものである。この平面多重アンテナ４０においては、導体板４１が矩形導体パターン４３とＵ字状導体パターン４５とからなり、Ｕ字状導体パターン４５の一端が矩形導体パターン４３に接続されて接続端４５ａとされ、もう１端が開放されて開放端４５ｂとされ、少なくとも第１の共振周波数ｆ _１と第２の共振周波数ｆ _２（ｆ _１＜ｆ _２）を有している点、給電端子４７により給電されている点は、第一の実施の形態と同様である。

しかし、第三の実施形態では、導体板４１がグランド基板導体４９と同一平面上に配置され、誘電材料から成る保持体が存在しない点が第一の実施形態の平面多重アンテナと異なっている。

第三の実施形態の平面多重アンテナでは、第一の実施形態の平面多重アンテナが奏する上記（１）〜（３）の効果の他、導体板４１をグランド基板導体４９と同一平面上に配置することによって、第一の実施の形態の平面多重アンテナとほぼ同等の放射特性を維持しつつ、アンテナの体積を小さくすることによる携帯端末の小型化、またコストの削減が可能となるという効果が得られる。

図５は、本発明の第四の実施の形態に係る平面多重アンテナを示したものである。この平面多重アンテナ５０においては、アンテナ部５１が図１に示す導体板１１と同様に、矩形導体パターンとＵ字状導体パターンとからなり、Ｕ字状導体パターン２５の一端が矩形導体パターン１３に接続されてもう１端が開放された構造となっている。アンテナ部５１は、筐体カバー５３の内壁上に配置され、グランド基板５７と給電端子５５により電気的に接続され、少なくとも第１の共振周波数ｆ _１と第２の共振周波数ｆ _２（ｆ _１＜ｆ _２）を有している。

第四の実施の形態の平面多重アンテナでは、第一の実施形態の平面多重アンテナが奏する上記（１）〜（３）の効果の他、アンテナ部５１が筐体カバー５３の内壁上に配置しているので、誘電材料からなる保持体が不要となってコストの削減に有用であり、またアンテナ部５１直下にスペースがあるので、ここに携帯端末で使用するスピーカ等を接地することが可能となるという効果が得られる。

図６は、本発明の第五の実施の形態に係る平面多重アンテナを示したものである。この平面多重アンテナ６０においては、導体板６１が矩形導体パターン６３とＵ字状導体パターンとからなり、Ｕ字状導体パターンの一端が矩形導体パターン６３に接続されてもう１端が開放され、導体板６１が誘電材料でできた保持体６６上に配置されている点、給電端子６７がグランド基板導体６９と電気的に接続されており、少なくとも第１の共振周波数ｆ _１と第２の共振周波数ｆ _２（ｆ _１＜ｆ _２）を有している点は、第一の実施の形態と同様である。

しかし、第五の実施の形態では、Ｕ字状導体パターンが、形状の異なる第１のＵ字状導体パターン６４と第２のＵ字状導体パターン６５の２つの導体パターンからなる点が第一の実施形態の平面多重アンテナと異なっている。

第五の実施の形態の平面多重アンテナでは、第一の実施形態の平面多重アンテナが奏する上記（１）〜（３）の効果の他、一端が矩形導体パターンに接続され、もう一端が開放された複数の異なる形状のＵ字状導体パターンを形成しているので、それぞれのＵ字状導体パターンが異なる電気長、電磁結合を有し、また相互に電磁結合が生じることによって、広帯域化が可能となるという効果が得られる。

図７は、本発明の平面多重アンテナを用いた携帯端末としての携帯電話を示すものである。この携帯電話においては、プリント基板７１の表面に、液晶ディスプレイ７２、キーボード７３が配置され、プリント基板７１の裏面に、送受信回路を構成する回路素子７４、この回路素子７４を覆うシールドカバー７５、液晶ディスプレイ７２及びキーボード７３等を制御する回路素子７６、この回路素子７６を覆うシールドカバー７７が配置されている。プリント基板７１の先端部には、送受信回路に電気的に接続され、例えば第一乃至第五のいずれかの実施形態に示すような平面多重アンテナ７９が配置され、バッテリー７８を含めてこれらの部品をケース８０で覆い、ケースの裏面にバッテリーカバー８１を備えたものである。

このような携帯電話においては、第一乃至第五のいずれかの実施形態の平板多重アンテナを用いているので、小型で帯域が広く、少なくとも２つの周波数帯域で動作可能な携帯電話とすることができる。

本発明の第一の実施の形態に係る平面多重アンテナを示す斜視図である。本発明の第二の実施の形態に係る平面多重アンテナを示す斜視図である。本発明の第二の実施の形態に係る平面多重アンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）と周波数の関係を示すグラフである。本発明の第三の実施の形態に係る平面多重アンテナを示す斜視図である。本発明の第四の実施の形態に係る平面多重アンテナを示す斜視図である。本発明の第五の実施の形態に係る平面多重アンテナを示す斜視図である。本発明の平面多重アンテナを用いた携帯端末としての携帯電話を示すものであり、（ａ）は、断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図である。従来の平面多重アンテナを示す斜視図である。

符号の説明

１０、２０、４０、５０、６０、７９、９０平面多重アンテナ
１１、２１、４１、６１導体板
１３、２３、４３、６３矩形導体パターン
１５、２５、４５Ｕ字状導体パターン
１５ａ、２５ａ、４５ａ、６４ａ、６５ａ接続端
１５ｂ、２５ｂ、４５ｂ、６４ｂ、６５ｂ開放端
６４第１のＵ字状導体パターン、６５第２のＵ字状導体パターン
１６、２６、６６、９７保持体
１７、２７、４７、５５、６７給電端子
１９、２９、４９、６９グランド基板導体
５１アンテナ部、５３筐体カバー、５７グランド基板

Claims

アンテナの導体部分となる平板状の導体板と、
前記平板状の導体板の直下部分以外に配置されたグランド基板導体とからなり、
前記平板状の導体板は、Ｕ字状導体パターンと、前記Ｕ字状導体パターンの一端が接続されアンテナのインピーダンスが整合される形状に調整された矩形の導体パターンとからなり、
前記平板状の導体板の前記矩形の導体パターンと前記グランド基板導体が１つの給電端子のみで電気的に接続されていることを特徴とする平面多重アンテナ。