JP4095072B2

JP4095072B2 - 携帯型通信機器のアンテナ

Info

Publication number: JP4095072B2
Application number: JP2005059414A
Authority: JP
Inventors: 淳伊藤; 浩幸岩崎
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: JP2006246070A

Description

本発明は、携帯型通信機器のアンテナに関し、特に、携帯電話に使用されるアンテナに関する。

近年、携帯電話は世界中で使用されるようになってきている。しかしながら、携帯電話に使用される周波数帯域は各国において異なるため、携帯電話を世界中で使用するには各国の当該周波数帯域に適合するアンテナを有する携帯電話である必要がある。一方、携帯電話メーカとしても各国毎に異なる仕様のアンテナを有する携帯電話を生産するよりも共通の仕様のアンテナを有する携帯電話を生産するほうが生産コスト上望ましい。

各国毎の通話周波数帯域を参考のために例示すると、下記の通りである。

欧州、アジア：ＧＳＭ８８０〜９６０ＭＨｚ
欧州：ＤＣＳ１７１０〜１８８０ＭＨｚ
北米：ＰＣＳ１８５０〜１９９０ＭＨｚ
世界：ＵＭＴＳ（ＩＭＴ２０００）１９２０〜２１７０ＭＨｚ
その他にも、ＧＰＳ(Global Positioning System)、非接触ＩＣ(Integrated Circuit)、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）、Ｗ−ＬＡＮなどの通話以外の通信用周波数もある。

このように、携帯電話のアンテナには広帯域化が望まれる一方、携帯電話の小型化が望まれている関係からアンテナ自体にも小型化が望まれている。アンテナを小型化するには、ループアンテナや逆Ｆ型アンテナなどの採用が考えられるが、これらアンテナは広帯域化を実現するのは困難である。

一方、携帯電話の広帯域化を図る技術として、折り返し型のループアンテナを用いる技術が開示されている（特許文献１、２参照。）。
特開２００４−２２８９１７号公報特開２００４−２２８９１８号公報

しかしながら、上述の携帯電話に折り返し型ループアンテナを使用する技術では、折り返し型ループアンテナは、アンテナ長と同じ幅の携帯電話のシールド板（アース板）に相当する有限導体板の先端近傍であって上面に設けられる。また、折り返し型ループアンテナは、アース板に対して垂直方向にループが形成される。

したがって、立体的にみてその占有面積が大きくなり、広帯域であるとしても、アンテナの小型化という要求をみたすことができないという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、広帯域であって、かつ小型化を実現することができる携帯型通信機器のアンテナを提供することを目的とする。

本発明の第１の発明に係る携帯型通信機器のアンテナによれば、給電端子から延出される第１の素子と、この第１の素子の延出方向と直交する方向に形成され、前記第１の素子の線幅よりも大きな第１の線幅を有する第２の素子とを有する第１のアンテナ素子と、一端が前記第１のアンテナ素子の第２の素子に接続され、前記第２の素子の周囲の一部を囲むように配設され、かつ他端が前記給電端子の近傍に設けられた携帯型通信機器の接地端子に接続され、前記第１の線幅よりも狭い第２の線幅を有する第２のアンテナ素子とを具備し、前記第１のアンテナ素子の第２の素子と、前記第２のアンテナ素子との線幅比及び前記給電端子と接地端子との距離の少なくとも１つは、前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子から形成されるアンテナの所望インピーダンスに整合するように設定されていることを特徴とする。

また、本発明の第２の発明に係る携帯型通信機器のアンテナによれば、給電端子から延出される第１の素子と、この第１の素子の延出方向と直交する方向に形成され、前記第１の素子の線幅よりも大きな第１の線幅を有する第２の素子とを有する第１のアンテナ素子と、一端が前記第１のアンテナ素子の第２の素子に接続され、前記第２の素子の周囲の一部を囲むように配設され、かつ他端が前記給電端子の近傍に設けられた携帯型通信機器の接地端子に接続され、前記第１の線幅よりも狭い第２の線幅を有する第２のアンテナ素子と、一端が前記第１のアンテナ素子の第２の素子または前記第２のアンテナ素子から延出されたモノポールアンテナとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、広帯域であって、かつ小型化を実現することができる携帯型通信機器のアンテナを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る携帯電話のアンテナについて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナが設けられたアンテナチップ２０が組み込まれた携帯電話１０の外観を示す図である。

同図に示すように、携帯電話１０は筐体１１を備えている。筐体１１内には、接地板（アース板）１２と、アンテナチップ２０とが収容され、筐体１１表面には液晶表示部１３と、キー類１４が設けられている。

アンテナチップ２０は、非導電物質で形成されており、本発明の実施の形態に係るアンテナが形成されている。図１においては、アンテナチップ２０は、筐体１１の内部であって、下方に設けられている例を示しているが、アンテナチップ２０の位置はこれに限られるものではない。例えば、折り曲げ型の携帯電話においては、筐体１１の内部であって、下方にアンテナチップ２０を設ける他、キー類が設けられている本体部と、液晶表示部との間を接続するヒンジ部の近傍であって本体部の内部に設けてもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係るアンテナが形成されたアンテナチップの外観構成を示す図であり、図３はアンテナチップを図２のＡ方向から見た背面図であり、図４はアンテナチップを図２のＢ方向から見た側面図である。なお、ここでは、アンテナチップ２０の形状は長方形で示しているが、アンテナチップ２０の形状は、携帯電話１０の筐体１１の設計上の制約により定められるものであり、長方形に限られないことはいうまでもない。

同図に示すように、アンテナチップ２０の正面には携帯電話１０の給電部から給電が行なわれる給電端子３１が設けられている。そして、この給電端子３１には、本発明の実施の形態に係る折り曲げダイポールアンテナ３２の一端が接続される。

また、アンテナチップ２０の正面には携帯電話１０の接地板（アース板）１２に接続するための接地端子３６が形成されており、この接地端子３６には折り曲げダイポールアンテナ３２の他端が接続される。なお、上記給電端子３１及び接地端子３６は、接地板の端側に配置することが端末回路設計上好ましい。

折り曲げダイポールアンテナ３２は、給電端子３１に接続され、アンテナチップ２０の正面表面から上面に向かって垂直方向に延出するように形成された第１の導電部３３と、この第１の導電部３３に直交する方向であってアンテナチップ２０の上面に形成され、線幅ｄ_１を有し、一端が第１の導電部３３に接続されるように形成された第２の導電部３４と、この第２の導電部３４の他端にその一端が接続され、他端が接地端子３６に接続された第３の導電部３５とを有している。

第３の導電部３５は、第２の導電部３４の線幅ｄ_１よりも狭い線幅ｄ_２を有し、主にアンテナチップ２０の表面に形成される。また、第３の導電部３５の一端は、第２の導電部３４の長手方向に直交する方向であって第２の導電部３４の他端から所定の長さ形成された後に折り曲げられ、第２の導電部３４の長手方向であって第２の導電部３４側の方向に所定の長さ形成された後に折り曲げられ、さらに、第２の導電部３４の長手方向に直交する方向であって第２の導電部３４側の方向にアンテナチップ２０の上面から正面にかけて形成されて接地端子３６に接続される。

すなわち、第３の導電部３５は、第２の導電部３４の周囲の一部を囲むように配設される。また、折り曲げダイポールアンテナ３２の給電端子３１と接地端子３６との間の距離ｄ_３は、折り曲げダイポールアンテナ３２における所望インピーダンス（本実施の形態においては５０Ω）に整合するように設定されている。また、折り曲げダイポールアンテナ３２のインピーダンス調整は、第２の導電部３４の線幅ｄ_１と、第３の導電部３５の第２の導電部３４と平行方向の線幅ｄ_２との比によって定まる。なお、給電端子３１と接地端子３６との間の距離ｄ_３を調整することでもインピーダンス整合可能である。実験では、所定の条件の下では、ＶＳＷＲ(Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を０．５〜１．０低減し、広帯域化が図れることが確認できた。

さらに、本発明の実施の形態に係るアンテナは、一端が第３の導電部３５に接続され、アンテナチップ２０の表面から背面にかけて延出された後に、その延出方向と直交する方向に折り曲げられてアンテナチップ２０の背面から左側面に延出するように形成されたモノポールアンテナ４１を有している。このモノポールアンテナ４１は、その長さにより共振周波数が設計される。この長さの調整は、モノポールアンテナ４１の折り曲げ、長さそのもの、メアンダ状にするなどにより行なわれる。なお、モノポールアンテナ４１は、第２の導電部３４に接続されていてもよい。

図５は、本発明の実施の形態に係るアンテナの変形例を示す図である。なお、図２と同一部には同一符号を付して説明する。

図２に示したアンテナと大きく異なる点は、折り曲げダイポールアンテナ３２に接続されたモノポールアンテナ４１をアンテナチップ２０上でメアンダ状に形成した後に、アンテナチップ２０の背面から側面にかけて形成していることにある。このようにモノポールアンテナ４１をメアンダ状に形成するのは、モノポールアンテナの長さを確保することにより、共振周波数に必要なインピーダンスを確保するためである。

図６は、本発明の実施の形態に係るアンテナと、携帯電話の筐体に格納されるアース板５１との関係を示す図、図７は、図６に示したアンテナのアンテナパターンのスケールを説明するための図、図８はアース板とアンテナ素子との配置関係を説明する図、図９は図５乃至図７に示したアンテナの周波数特性を示す図である。

また、図１０（ａ）は本発明の効果を説明するために比較される板状逆Ｆアンテナ６１とアース板５１との関係を示す図、図１０（ｂ）はアース板５１上に形成された板状逆Ｆアンテナ６１の上面図、図１１は板状逆Ｆアンテナ６１の周波数特性を示す図である。

図１２（ａ）は本発明の効果を説明するために比較される逆Ｌアンテナ７１とアース板５１との関係を示す図、図１２（ｂ）はアース板５１上に形成された逆Ｌアンテナ７１の上面図、図１３は逆Ｌアンテナの周波数特性を示す図である。

図６及び図８に示すように、本発明の実施の形態に係るアンテナチップ２０に形成されたアンテナは、アース板５１上に設ける必要がないため、図１０に示した板状逆Ｆアンテナ６１に比して、立体的な占有面積が少なく、その結果、携帯電話の薄型化を図ることができる。

図５乃至図７に示した本発明の実施の形態に係るアンテナの周波数特性を示す図９において、９００ＭＨｚ付近にピークを有するのはモノポールアンテナの周波数特性であり、１９００ＭＨｚ付近にピークを有するのは折り曲げダイポールアンテナの周波数特性である。

一般に、携帯電話において使用できる周波数帯域は、ＶＳＷＲが３．０以下であることが必要であることに鑑みると、折り曲げダイポールアンテナの使用可能周波数帯域は約１７００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚと広帯域であって、上述のＤＣＳ，ＰＣＳ、ＵＭＴＳ帯域をカバーすることができる。また、モノポールアンテナの使用可能周波数帯域は、約８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚであり、上述のＧＳＭ帯域をカバーすることができる。

一方、板状逆Ｆアンテナの周波数特性は、図１１に示すように、約１７００ＭＨｚ〜１９５０ＭＨｚと狭帯域であって、広帯域化を図るという目的を達成することができない。また、逆Ｌアンテナの周波数特性は、図１３に示すように、約１７５０ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚと広帯域であるが、その特性上インピーダンス整合が難しく、また、上述のようにＧＳＭ帯域をカバーすることもできない。

＜他の実施の形態＞
使用周波数帯域が高周波数の場合には、アンテナそのものを波長との関係において小型化することができる。このような場合には、図１４に示すアンテナも使用することができる。なお、図２と同一部分には、同一符号を付して説明する。図１４は本発明の他の実施の形態に係るアンテナが形成されたアンテナチップの外観図であり、図１５はアンテナチップを図１４のＡ’方向から見た背面図であり、図１６はアンテナチップを図１４のＢ’方向から見た側面図である。

同図に示すように、このアンテナは折り曲げダイポールアンテナ８１とモノポールアンテナ８２との組み合わせにより形成されている。折り曲げダイポールアンテナ８１は、一端が携帯電話１０の給電が行なわれる給電端子３１に接続され、他端が携帯電話１０の接地板（アース板）に接続するための接地端子３６に接続されている。

折り曲げダイポールアンテナ８１の形状は、アンテナチップ２０の上面に長方形形状に形成され、その長辺のうち、給電端子３１及び接地端子３６に近い長辺の線幅ｄ_１’が、他の長辺の線幅ｄ_２’よりも広くなっている。折り曲げダイポールアンテナ８１の共振周波数の整合をとるためのインピーダンス調整は、線幅ｄ_１’と、線幅ｄ_２’との比により定められる。また、給電端子３１と接地端子３６との間の距離ｄ_３’は、折り曲げダイポールアンテナ８１の共振周波数に整合するように設定されている。

さらに、本発明の実施の形態に係るアンテナは、一端が折り曲げダイポールアンテナ８１に接続され、アンテナチップ２０の表面から背面にかけて延出された後に、その延出方向と直交する方向に折り曲げられてアンテナチップ２０の背面から左側面に延出するように形成されたモノポールアンテナ８２を有している。このモノポールアンテナ８２は、目的とする共振周波数に適合するように形成される。すなわち、モノポールアンテナ８２は、その長さによりインピーダンス調整が設計される。この長さの調整は、モノポールアンテナ８２の折り曲げ、長さそのもの、メアンダ状にするなどにより行なわれる。

したがって、本発明の実施の形態に係るアンテナによれば、アース板上にアンテナ素子を形成する必要がないことから、アンテナの形成に折り返し型のループアンテナなどと比較して高さを要することがないので、携帯電話の薄型化を図ることができる。

また、アンテナチップの主に表面に折り曲げダイポールアンテナ及び側面などにモノポールアンテナを形成することにより、１つのアンテナチップで他周波に対応することができる。

さらに、折り曲げダイポールアンテナのみでも多周波（例えば、ＤＣＳ，ＰＣＳ、ＵＭＴＳ帯域）に対応することができ、また、アンテナチップ表面の一面で形成することができることから、他面に他周波用のエレメントを配置することが可能となる。

さらに、折り曲げダイポールアンテナは、自己平衡作用を有するため、バラン（平衡・不平衡変換部）を必要とすることなく、筐体側への電流漏洩を抑制することができ、携帯電話を人間が使用しているときにおけるアンテナへの影響も少ない。

さらに、上述の他の実施の形態において説明した折り曲げダイポールアンテナ（図１４）は、接地板側への電流の漏れが、実施の形態における折り曲げダイポールアンテナ（図２）に比して少ないので、より自己平衡作用が高いという効果がある。

さらに、上述の説明においては、接地板をアンテナエレメントとして捕らえることによりダイポールアンテナとしたが、接地板を大地としてみればモノポールアンテナとして捕らえることができる。

なお、上述の実施の形態においては、携帯電話を例にとり説明したが、これに限られず、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの携帯端末に適用することができることはいうまでもない。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

本発明の実施の形態に係るアンテナが設けられたアンテナチップが組み込まれた携帯電話の外観を示す図である。本発明の実施の形態に係るアンテナが形成されたアンテナチップの外観構成を示す図である。アンテナチップを図２のＡ方向から見た背面図である。アンテナチップを図２のＢ方向から見た側面図である。本発明の実施の形態に係るアンテナの変形例を示す図である。本発明の実施の形態に係るアンテナと、携帯電話の筐体に格納されるアース板との関係を示す図である。図６に示したアンテナのアンテナパターンのスケールを説明するための図である。アース板とアンテナとの配置関係を説明する図である。図５乃至図７に示したアンテナの周波数特性を示す図である。（ａ）は本発明の効果を説明するために比較される板状逆Ｆアンテナとアース板との関係を示す図、（ｂ）はアース板上に形成された板状逆Ｆアンテナの上面図である。板状逆Ｆアンテナの周波数特性を示す図である。（ａ）は本発明の効果を説明するために比較される逆Ｌアンテナとアース板との関係を示す図、（ｂ）はアース板上に形成された逆Ｌアンテナの上面図である。逆Ｌアンテナの周波数特性を示す図である。本発明の他の実施の形態に係るアンテナが形成されたアンテナチップの外観図である。アンテナチップを図１４のＡ’方向から見た背面図である。アンテナチップを図１４のＢ’方向から見た側面図である。

符号の説明

１２…携帯電話の接地板、２０…アンテナチップ、３１…給電端子、３２…折り曲げダイポールアンテナ、４１…モノポールアンテナ、５１…携帯電話の接地板。

Claims

給電端子から延出される第１の素子と、この第１の素子の延出方向と直交する方向に形成され、前記第１の素子の線幅よりも大きな第１の線幅を有する第２の素子とを有する第１のアンテナ素子と、
一端が前記第１のアンテナ素子の第２の素子に接続され、前記第２の素子の周囲の一部を囲むように配設され、かつ他端が前記給電端子の近傍に設けられた携帯型通信機器の接地端子に接続され、前記第１の線幅よりも狭い第２の線幅を有する第２のアンテナ素子とを具備し、
前記第１のアンテナ素子の第２の素子と、前記第２のアンテナ素子との線幅比及び前記給電端子と接地端子との距離の少なくとも１つは、前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子から形成されるアンテナの所望インピーダンスに整合するように設定されていることを特徴とする携帯型通信機器のアンテナ。
給電端子から延出される第１の素子と、この第１の素子の延出方向と直交する方向に形成され、前記第１の素子の線幅よりも大きな第１の線幅を有する第２の素子とを有する第１のアンテナ素子と、
一端が前記第１のアンテナ素子の第２の素子に接続され、前記第２の素子の周囲の一部を囲むように配設され、かつ他端が前記給電端子の近傍に設けられた携帯型通信機器の接地端子に接続され、前記第１の線幅よりも狭い第２の線幅を有する第２のアンテナ素子と、
一端が前記第１のアンテナ素子の第２の素子または前記第２のアンテナ素子から延出されたモノポールアンテナと
を具備することを特徴とする携帯型通信機器のアンテナ。
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、アンテナチップの表面に形成され、前記モノポールアンテナは、前記アンテナチップの表面及び側面の少なくとも１つに形成されていることを特徴とする請求項２記載の携帯型通信機器のアンテナ。
前記第２のアンテナ素子の一部には、前記第１の線幅を有する領域が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のアンテナ。
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は折り曲げダイポールアンテナを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のアンテナ。