JP4149357B2

JP4149357B2 - 複合アンテナ

Info

Publication number: JP4149357B2
Application number: JP2003376482A
Authority: JP
Inventors: 克俊大久保; 正押山
Original assignee: Yokowo Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: US7042400B2; EP1530256A1; JP2005142785A; CN1614813A; KR20050043701A; US20050099344A1

Description

本発明は、移動体通信端末用の小型のアンテナであって、携帯電話および情報通信等の複数の信号を送受信できる複合アンテナに関するものである。

近年、移動体通信が急速に進展し、そのなかでも携帯電話は著しく普及し、しかも小型・軽量化が図られている。そして、携帯電話にあっては、日本ではＰＤＣ８００ＭＨｚ帯／ＰＤＣ１．５ＧＨｚ帯、欧州ではＧＳＭ９００ＭＨｚ帯／ＧＳＭ１．８ＧＨｚ帯、北米ではＡＭＰＳ８００ＭＨｚ帯／ＰＣＳ１．９ＧＨｚ帯と、それぞれの地域でデュアルバンドが主流となりつつある。さらに、１．５ＧＨｚのＧＰＳ、２．４ＧＨｚ帯のブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、２ＧＨｚ帯のＩＭＴ２０００等の通信システムが普及しつつある。そこで、これらの携帯電話および通信システムを１台の移動体通信機器で行うためには、１台の機器にそれぞれの周波数帯に応じたアンテナが必要とされる。

従来の携帯電話用のＡＭＰＳ／ＰＣＳのデュアルバンドとＧＰＳのアンテナを１台に組み込んだ一例を、図８を参照して説明する。図８は、従来の一例の外観斜視図である。

図８において、基板１０上に誘電体からなるキャリア１２が配設され、このキャリア１２の上面にＡＭＰＳ／ＰＣＳのデュアルバンド用の板金からなる第１のアンテナエレメント１４が配設される。さらに、キャリア１２の側面に、ＧＰＳ用の板金からなる第２のアンテナエレメント１６が配設される。なお、１４ａは第１のアンテナエレメント１４の給電端子であり、１４ｂは接地端子である。また１６ａは第２のアンテナエレメント１６の給電端子であり、１６ｂは接地端子である。ここで、第１のアンテナエレメント１４の技術は、国際公開ＷＯ０２／０８９２４９号公報に示される。
国際公開ＷＯ０２／０８９２４９号公報

また、従来の携帯電話用のデュアルバントとＧＰＳのアンテナを１台に組み込んだ他の例を、図９を参照して説明する。図９は、従来の他の例の外観斜視図である。

図９において、基板１０上に、図８に示すものよりも小型のキャリア１２が配設され、この小型のキャリア１２の上面にデュアルバント用の板金からなる第１のアンテナエレメント１４が配設される。さらに、基板１０上でキャリア１２の側方に、ＧＰＳ用の板金または導電箔からなる第２のアンテナエレメント１６がキャリア１２の２辺に沿って配設される。なお、１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂは、図８と同じ部材である。

さらに、従来の携帯電話用のデュアルバントとＧＰＳのアンテナを１台に組み込んだ別の例を、図１０を参照して説明する。図１０は、従来の別の例の外観斜視図である。

図１０において、基板１０上に、図８に示すものよりも小型のキャリア１２が配設され、この小型のキャリアの上面にデュアルバンド用の板金からなる第１のアンテナエレメント１４が配設される。さらに、基板１０上でキャリア１２の側方に、ＧＰＳ用のセラミックアンテナ１８が配設される。なお、１４ａ、１４ｂは、図８と同じ部材である。

図８に示す従来の一例にあっては、構造が簡単であり、第１のアンテナエレメント１４の面積も大きく、高い利得が得られる。しかし、第２のアンテナエレメント１６の電圧最大点が第１のアンテナエレメント１４に近く、また第１のアンテナエレメント１４の電圧最大点からも第２のアンテナエレメント１６が近く、互いに干渉を生じてアイソレーションが悪く、このアイソレーションが悪いために利得およびＶＳＷＲの低下につながるという不具合があった。そこで、第１と第２のアンテナエレメント１４，１６でそれぞれ送受信する信号をフィルターで分離することも考えられるが、フィルターの設置面積および部品コストが問題となる。

また、図９に示す従来の他の例にあっては、第１と第２のアンテナエレメント１４，１６を比較的に離して配設することができ、アイソレーションを改善でき、この点では利得およびＶＳＷＲは改善し得る。しかるに、携帯電話機などに内蔵される基板１０は、その大きさが制限されており、基板１０上に第２のアンテナエレメント１６を配設するためには、第１のアンテナエレメント１４の面積を、図８に示す従来の一例よりも小さなものとせざるを得ない。そこで、第１のアンテナエレメント１６の面積を小さくすることにより、利得が低下せざるを得ない。

さらに、図１０に示す従来の他の例にあっては、第１のアンテナエレメント１４とセラミックアンテナ１８の干渉をなくすためには、互いに充分に離して配設しなければならず、それだけ第１のアンテナエレメント１４の面積が小さくなり、利得の低下を生じる。また、セラミックアンテナ１８は高いＱ値を有するため、セラミックアンテナ１８の共振周波数が受信しようとするＧＰＳ信号の周波数から少しでもずれると、著しい利得の低下を生じる。そして、セラミックアンテナ１８の共振周波数は、周囲の金属導体などによっても大きく影響を受けるため、基板１０に第１のアンテナエレメント１４やセラミックアンテナ１８を搭載するとともに他の回路部品等を搭載した状態で、セラミックアンテナ１８の共振周波数のチェックをする必要があり、不具合を生じた場合の無駄が大きい。そしてさらに、基板１０の導電箔にセラミックアンテナ１８の端子を半田付けにより固定するとともに電気的に接続するならば、振動や衝撃などで半田付けした導電箔が基板１０から剥離を生ずる虞があり、電気的にも機械的にも信頼性に欠けたものとなる。

本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、各エレメント間の相互干渉をなくしてアイソレーションを良くするとともに、利得およびＶＳＷＲに優れた複合アンテナを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の複合アンテナは、基板上に誘電体からなるキャリアを配設し、前記キャリアの上面に第１のアンテナエレメントを配設し、前記キャリアの側面で前記第１のアンテナエレメントの給電部および電圧最大点から遠い位置に設けた凹部にセラミックアンテナを配設し、しかも前記セラミックアンテナの上面と前記キャリアの前記凹部の下面の間に空気層を設けるとともに前記セラミックアンテナの下面と前記基板の間に空気層または低い誘電率の誘電体層を設けて構成されている。

また、前記セラミックアンテナを前記基板にスプリングコネクタを介して電気的に接続するように構成することもできる。

さらに、前記セラミックアンテナを前記キャリアとホルダーで挟持して前記キャリアに固定するように構成すること可能である。

請求項１記載の複合アンテナにあっては、上面に第１のアンテナエレメントが配設されるキャリアの側面に設けた凹部にセラミックアンテナを配設するので、基板の寸法を最大限有効に活用して第１のアンテナエレメントを配設して大きな面積とすることができ、それだけ利得が向上する。しかも、セラミックアンテナは第１のアンテナエレメントの給電部および電圧最大点から遠い位置に配設するので、相互干渉がなくてアイソレーションが良好である。また、セラミックアンテナと基板および第１のアンテナエレメントの間に空気層または低い誘電率の誘電体層を設けたので、この空気層の厚さまたは低い誘電率の誘電体層を適宜に設定することで、セラミックアンテナのＱ値を適宜に調整することが容易であり、セラミックアンテナのＱ値を低げて帯域幅を広げることができ、セラミックアンテナの共振周波数が受信すべき信号からずれても、著しく利得が低下するようなことがない。

請求項２記載の複合アンテナにあっては、セラミックアンテナが基板にスプリングコネクタを介して電気的に接続されるので、振動や衝撃によってセラミックアンテナと基板間の電気的な接続が破損されるようなことがない。

請求項３記載の複合アンテナにあっては、セラミックアンテナが、キャリアとホルダーで挟持されてキャリアに固定されるので、セラミックアンテナと第１のアンテナエレメントを一体化でき、基板に組み付け前に第１のアンテナエレメントとセラミックアンテナのアンテナ特性の検査などを有効に行うことができる。

本発明の一実施例を図１ないし図７を参照して説明する。図１は、本発明の複合アンテナの一実施例の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は右側面図である。図２は、キャリアにセラミックアンテナを組み付ける構造を示す要部分解斜視図である。図３は、セラミックアンテナにスプリングコネクタを半田付けする構造を示す図であり、（ａ）は半田付け前、（ｂ）は半田付け後である。図４は、第１のアンテナエレメントのＶＳＷＲ特性図である。図５は、セラミックアンテナのＶＳＷＲ特性図である。図６は、第１のアンテナエレメントとセラミックアンテナのアイソレーションを示す図である。図７は、第１のアンテナエレメントとセラミックアンテナの指向特性を示す図である。

図１において、基板１０は、携帯電話に内蔵され得るように、一例として、１０４ｍｍ×４０ｍｍであり、その表面の一端側に誘電体（誘電率は３．５）からなるキャリア１２が配設され、このキャリア１２の上面に第１のアンテナエレメント１４が配設されることは、図８に示す従来の一例と同様である。そして、本発明の構造にあっては、第１のアンテナエレメント１４の給電部および電圧最大点から遠い位置で、キャリア１２の側面に設けた凹部１２ａにセラミックアンテナ１８が配設される。ここで、第１のアンテナエレメント１４の電圧最大点とは、低い周波数帯（ＡＭＰＳ）が共振する電気長の長いエレメントの先端および高い周波数帯（ＰＣＳ）が共振する電気長の短いエレメントの先端である。また、第１アンテナエレメント１４の給電部は、スプリングコネクタからなる給電端子１４ａの設けられた部分であり、電流最大点となる。そこで、第１のアンテナエレメント１４のこれらの電圧最大点および電流最大点のいずれからもできるだけ離してセラミックアンテナ１８を配設することで、相互干渉を最も少なくすることができる。

さらに、セラミックアンテナ１８をキャリア１２の凹部１２ａに配設固定する構造は、図２に示すごとく、キャリア１２の凹部１２ａにセラミックアンテナ１８の肩部を支持する段部１２ｂ，１２ｂが形成される。また、樹脂からなるホルダー２０にも、セラミックアンテナ１８の肩部を支持する段部２０ａ，２０ａがキャリアの段部１２ｂ，１２ｂに対向できるように形成される。そして、キャリア１２の段部１２ｂ，１２ｂとホルダー２０の段部２０ａ，２０ａでセラミックアンテナ１８の肩部を挟持するようにして、キャリア１２にホルダー２０が取付ネジ２２により適宜に固定される。ここで、セラミックアンテナ１８は、キャリア１２の縁で、できるだけ外側に配設されることが望ましい。このセラミックアンテナ１８がキャリア１２に固定された状態において、セラミックアンテナ１８の下面側が空気層となるようにホルダー２０には適宜に切り欠き２０ｂが設けられている。また、キャリア１２にも、セラミックアンテナ１８の上面側が空気層となるように凹部１２ａが形成される。そこで、基板１０に組み付けた状態では、図１（ｂ）に示すごとく、セラミックアンテナ１８の下面側と基板１０の間に厚さｔ１の空気層が介在し、セラミックアンテナの上面側とキャリア１２の間にも厚さｔ２の空気層が介在される。一例として、キャリア１２の高さが１０ｍｍであり、セラミックアンテナ１８の厚さが３ｍｍであり、ｔ１は１ｍｍ、ｔ２は３ｍｍである。

そして、セラミックアンテナ１８には、図３（ａ）に示すごとく、端子電極１８ａ，１８ａが側面に設けられており、図３（ｂ）に示すごとく、これらの端子電極１８ａ，１８ａにスプリングコネクタ２４，２４が半田付け固定される。そこで、図１のごとく、基板１０に組み付けられた状態では、セラミックアンテナ１８はスプリングコネクタ２４，２４を介して基板１０に電気的に接続される。

かかる構成の本発明の複合アンテナにおいて、図４に示すごとく、第１のアンテナエレメント１４により８２４〜８９４ＭＨｚ帯のＡＭＰＳおよび１８５０〜１９９０ＭＨｚ帯のＰＣＳのいずれでも、３以下のＶＳＷＲが得られている。そして、図５に示すごとく、セラミックアンテア１８により、１５７５ＭＨｚのＧＰＳ信号に対して、２以下の優れたＶＳＷＲ特性が得られた。しかも、図６に示すごとく、第１のアンテナエレメント１４とセラミックアンテナ１８のアイソレーションは、ＡＭＰＳとＰＣＳおよびＧＰＳのいずれの周波数帯にあっても−２０ｄＢ以下であり、実用的に相互干渉がないことが確認された。そして、図７に示すごとく、基板１０を図７（ｂ）のように見た指向特性は、図７（ａ）のごときであり、第１のアンテナエレメント１４により、ＡＭＰＳの８４９ＭＨｚに対して最大利得は０．８５ｄＢｉであり平均利得は−２．４２ｄＢｉであり、ＰＣＳの１９１０ＭＨｚに対して最大利得は１．１８ｄＢｉであり平均利得は−２．２８ｄＢｉが得られた。また、セラミックアンテナ１８により、ＧＰＳ信号の１５７５ＭＨｚに対して最大利得は２．１６ｄＢｉであり平均利得は−２．８５ｄＢｉが得られた。なお、ＡＭＰＳおよびＰＣＳは直線偏波信号による測定であり、ＧＰＳは円偏波信号による測定である。

そして、本発明の構成にあっては、セラミックアンテナ１８の下面側と基板１０の間に厚さｔ１の空気層を介在させることにより、セラミックアンテナ１８のＱ値を低くして帯域幅を拡大させるのに有効である。しかも、この空気層の厚さｔ１を適宜に調整し、またはセラミックアンテナ１８の下面側と基板１０の間に空気層と誘電体層を層状に介在させて、Ｑ値を適宜に微妙に調整することもできる。さらに、セラミックアンテナ１８の下面側と基板１０の間に誘電率の低い誘電体層を設けても良い。この場合には、ホルダー２０をこの低い誘電体層で形成して切り欠き２０ｂを省くことができる。セラミックアンテナ１８の下面側全体をホルダー２０で支持するならば、振動や衝撃からセラミックアンテナ１８を保護するのに好都合である。

また、セラミックアンテナ１８の上面側とキャリア１２の凹部１２ａの下面との間に厚さｔ２なる空気層を設けることで、低い誘電率の誘電体層の介在により、キャリア１２を介して第１のアンテナエレメント１２とセラミックアンテナ１８が相互干渉する減少をなくすことができる。なお、第１のアンテナエレメント１２を確実に支持できるならば、セラミックアンテナ１８の上面側のキャリア１２を切り欠いて、第１のアンテナエレメント１４に至る間まで、全て空気層としても良い。

そしてまた、セラミックアンテナ１８は、スプリングコネクタ２４，２４を介して基板１０に電気的に接続されるので、振動や衝撃がスプリングコネクタ２４，２４で吸収され、電気的な接続が破損されるようなことがなく、それだけ信頼性が向上する。

なお、上記実施例ではセラミックアンテナ１８をキャリア１２とホルダー２０により挟持するようにしたが、セラミックアンテナ１８をホルダーで包みまたはそれ自体で挟持し、そのホルダーをキャリア１２の凹部１２ａに配設するようにしても良い。そして、第１のアンテナエレメント１４による送受信は、ＡＭＰＳ／ＰＣＳの送受信に限られず、携帯電話の他のデュアルバンドであっても良く、セラミックアンテナ１８はＧＰＳ信号の受信に限られず、ブルートゥースやＩＭＴ２０００の信号を送受信するものであっても良い。さらに、セラミックアンテナ１８と基板１０間の電気的な接続は、スプリングコネクタ２４，２４によるものに限られず、導電性金属からなる板バネなどの弾性変形可能な部材を用いて電気的に接続させても良い。

本発明の複合アンテナの一実施例の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は右側面図である。キャリアにセラミックアンテナを組み付ける構造を示す要部分解斜視図である。セラミックアンテナにスプリングコネクタを半田付けする構造を示す図であり、（ａ）は半田付け前、（ｂ）は半田付け後である。第１のアンテナエレメントのＶＳＷＲ特性図である。セラミックアンテナのＶＳＷＲ特性図である。第１のアンテナエレメントとセラミックアンテナのアイソレーションを示す図である。第１のアンテナエレメントとセラミックアンテナの指向特性を示す図である。従来の一例の外観斜視図である。従来の他の例の外観斜視図である。従来の別の例の外観斜視図である。

符号の説明

１０基板
１２キャリア
１２ａ凹部
１２ｂ，２０ａ段部
１４第１のアンテナエレメント
１８セラミックアンテナ
２０ホルダー
２０ｂ切り欠き
２２取付ネジ
２４スプリングコネクタ

Claims

基板上に誘電体からなるキャリアを配設し、前記キャリアの上面に第１のアンテナエレメントを配設し、前記キャリアの側面で前記第１のアンテナエレメントの給電部および電圧最大点から遠い位置に設けた凹部にセラミックアンテナを配設し、しかも前記セラミックアンテナの上面と前記キャリアの前記凹部の下面の間に空気層を設けるとともに前記セラミックアンテナの下面と前記基板の間に空気層または低い誘電率の誘電体層を設けて構成したことを特徴とする複合アンテナ。
請求項１記載の複合アンテナにおいて、前記セラミックアンテナを前記基板にスプリングコネクタを介して電気的に接続するように構成したことを特徴とする複合アンテナ。
請求項１記載の複合アンテナにおいて、前記セラミックアンテナを前記キャリアとホルダーで挟持して前記キャリアに固定するように構成したことを特徴とする複合アンテナ。
請求項１記載の複合アンテナにおいて、前記第１のアンテナエレメントで携帯電話用の周波数帯信号を送受信し、前記セラミックアンテナでＧＰＳ信号を受信するように構成したことを特徴とする複合アンテナ。
請求項１記載の複合アンテナにおいて、前記第１のアンテナエレメントで、携帯電話用のＰＤＣ８００ＭＨｚ帯とＰＤＣ１．５ＭＨｚ帯、またはＧＳＭ９００ＭＨｚ帯とＧＳＭ１．８ＭＨｚ帯、またはＡＭＰＳ８００ＭＨｚ帯とＰＣＳ１．９ＧＨｚ帯のいずれかの２つの周波数帯の信号を送受信し、前記セラミックアンテナで１．５ＧＨｚのＧＰＳ信号の受信、または２．４ＧＨｚ帯のブルートゥースまたは２ＧＨｚ帯のＩＭＴ２０００の信号のいずれかの送受信を行うように設定して構成したことを特徴とする複合アンテナ。