JP4355858B2 - アンテナ構造 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型電話機等の無線通信機におけるアンテナ構造に関する。

携帯通信機、特に携帯型電話機においては、その携帯性に考慮し、アンテナ素子に直線状素子や螺旋状素子を組み合わせ、伸縮自在なように構成したアンテナ装置が広く用いられている。

また、最近では、位置情報サービス等を提供するため、通信用とサービス提供用の異なる２つの周波数帯を利用可能とし、電波の周波数帯を有効に利用することができるアンテナを構成する必要が生じている。

２つの周波数帯を利用可能とするために、アンテナエレメントと給電線との間に、異なる２つの周波数帯に共振する整合回路を配設したアンテナ構造がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１８５９３６号公報

しかし、整合回路を使用する従来のアンテナ構造では、１つのアンテナで複数の周波数帯を利用可能とするために、整合回路が複雑となる。また、アンテナ回路が小型の部品で構成されるため、アンテナ回路全体の帯域幅が狭くなり、その結果、インピーダンスずれが大きくなり、不整合損失を増大させることになる。

さらに、使用周波数が高くなるにつれ、筐体長がその波長に対して無視できなくなり、筐体側に生じる電流の影響で指向性パターンが劣化するという問題が生じている。

本発明の課題は、複雑な整合回路を不要としながら複数の周波数帯で通信可能な広帯域のアンテナ構造を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、アンテナ構造であって、例えば図１〜図６に示すように、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長λ1の１／４の電気長を有し一端に第１ホット部を有する第１アンテナ（伸縮アンテナ２０）と、一端から他端に向かって伸びる切り込み（ノッチ３１）を有し、この切り込みによって２分された端部の一方に第２ホット部、他方にアース部を有し、前記切り込みは第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2の波長λ2の１／４の電気長である第２アンテナ（ノッチアンテナ３０）とからなり、前記第２アンテナの一端から他端までが第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長λ1の１／４の電気長を有し、前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、互いに反対方向に伸展するように配置され、共通の不平衡給電線から同時に給電されることによって、波長λ1の１／２の電気長を有する非対称なダイポールアンテナを構成する、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ構造であって、第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2は、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の偶数倍であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナ構造であって、前記第２アンテナは管状の導電体（ノッチパイプ３２）であり、一端の周方向に離間した２箇所から軸方向に設けられた２つの切り込み（ノッチ３３、３４）を有し、一方の切り込み（ノッチ３３）は第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2の波長λ2の１／４の電気長であるとともに、他方の切り込み（ノッチ３４）は第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2と異なる周波数ｆ2’の波長λ2’の１／４の電気長であり、これら２つの切り込みにより２分された端部の一方に前記第２ホット部、他方に前記アース部を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ構造であって、前記第２アンテナは管状の導電体（ノッチパイプ３２）であり、この内部に前記第１アンテナ（直線状素子２１）が収納されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ構造であって、前記第２アンテナは筐体（背面筐体１２）内に金属メッキを施して形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の使用周波数帯に対応した第１アンテナと、第２の使用周波数帯に対応した第２アンテナとからなるアンテナ構造により、異なる２つの周波数帯での通信が可能となる。

また、第１アンテナと第２アンテナとが第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長λ1の１／４の電気長を有し、導通された給電部から反対方向に伸展しているため、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長λ1の１／２の電気長を有する非対称なダイポールアンテナを構成し、アンテナの第１の使用周波数帯における放射効率を向上させ、安定した通信が可能になる。

さらに、第２のアンテナを管状とし、一端の周方向に離間した２箇所に、波長λ2の１／４の電気長の切り込みと、第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2と異なる周波数ｆ2’の波長λ2’の１／４の電気長の切り込みとを設けることで、周波数ｆ2、ｆ2’に対するノッチアンテナ３０を構成し、第２の周波数帯に対して広帯域化が可能となる。

以下、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は本実施の形態のアンテナ構造が適用された携帯型電話機１０の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。図１（ａ）に示すように、携帯型電話機１０は正面筐体１１と背面筐体１２とを合わせて構成されている。正面筐体１１には、受話器１４、表示装置１５、入力装置１６、送話機１７等が、上端から下端に向かって順に配置されている。また、携帯型電話機１０の内部には、図１（ｂ）に示すように、高周波回路１８基板や電池１９等が内蔵されている。

本発明のアンテナ構造は、背面筐体１２に内蔵されており、伸縮アンテナ２０と、ノッチアンテナ３０と、同軸ケーブル４０とから構成される。
伸縮アンテナ２０は、直線状素子２１と、直線状素子２１の上端部分に配設された螺旋状素子２２とからなる。図１は伸縮アンテナ２０の伸長時を示している。伸長時には、直線状素子２１はその下端部で背面筐体１２の上部に設けられた固定金具１３に固定され、かつ電気的に導通するように接続されている。この接続部分が伸縮アンテナ２０の給電部となる。直線状素子２１は、不使用時にはガイドパイプ２３内に収納されている。ガイドパイプ２３は、背面筐体１２の内部に上下方向を軸方向として設けられている。

直線状素子２１の使用時には、螺旋状素子２２は不使用である。直線状素子２１の収納時には、螺旋状素子２２の下端が固定金具１３と接し、導通する。伸長時には直線状素子２１がモノポールアンテナとして機能し、収納時には螺旋状素子２２がヘリカルアンテナとして機能する。なお直線状素子２１と螺旋状素子２２とは同一の電気長である。

ノッチアンテナ３０は、図１に示すように、平板形状をしており、その上端から切り込み（ノッチ３１）が設けられている。ノッチアンテナ３０は、例えば背面筐体１２の裏側に金属メッキすることで形成することができるが、導体板を背面筐体１２の裏側に配置して構成してもよい。

図２はアンテナ構造の給電部近傍を示す斜視図である。固定金具１３は、図２に示すように、同軸ケーブル４０の内側導体４１と電気的に導通するように接続されている。この接続部分がノッチアンテナ３０の給電部となる。

ノッチアンテナ３０のノッチ３１よりも左側部分の上端には、同軸ケーブル４０の内側導体４１が電気的に導通するように接続されている。ノッチアンテナ３０のノッチ３１よりも右側部分には、同軸ケーブル４０の外側導体４２が電気的に導通するように接続されている。同軸ケーブル４０の外側導体４２は携帯型電話機１０の筐体内の金属製基板等へ接地されている。

同軸ケーブル４０の下端は、図１に示すように、同軸コネクタ４３により、高周波回路１８基板に接続されている。

本発明のアンテナ構造では、直線状素子２１及びノッチアンテナ３０を所定の寸法関係に設定することで、異なる２つの周波数帯を利用可能としている。以下にその寸法関係について説明する。

図３は直線状素子２１及びノッチアンテナ３０の寸法関係を示す構成図である。直線状素子２１の電気長Ｌ1は、１／４・λ1となるように設定している。ここで、λ1は、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長であり、λ1＝ｃ／ｆ1である。また、ノッチアンテナ３０の縦方向の長さＬ2は、１／４・λ1となるように設定している。このため、直線状素子２１とノッチアンテナ３０とにより、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1に対する１／２・λ1の非対称なダイポールアンテナが構成される。このｆ1用ダイポールアンテナを用いて、使用周波数帯の中心周波数ｆ1における通信を行うことができる。

一方、ノッチアンテナ３０のノッチ３１の電気長Ｌ3は、１／４・λ2となるように設定している。ここで、λ2は、第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2の波長であり、λ2＝ｃ／ｆ2である。このため、ノッチアンテナ３０は使用周波数帯の中心周波数ｆ2に対する電気長１／４・λ2のノッチアンテナ３０を構成する。このｆ2用ノッチアンテナ３０を用いて、使用周波数帯の中心周波数ｆ2における通信を行うことができる。

なお、ｆ2はｆ1の約２倍であり、λ2＝１／２・λ1である。したがって、Ｌ3＝１／８・λ1、Ｌ1＝Ｌ2＝１／２・λ2となる。このため、ｆ2用ノッチアンテナ３０は周波数帯ｆ1にとって非常に高いインピーダンスとなるため、使用周波数帯の中心周波数ｆ1における通信に影響を受けない。また、ｆ1用ノッチアンテナ３０は周波数帯ｆ2にとって非常に高いインピーダンスとなるため、使用周波数帯の中心周波数ｆ2における通信に影響を受けない。

このようなアンテナ構造を形成することで、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1用のダイポールアンテナと、第２の周波数帯ｆ2用のノッチアンテナ３０とが構成されるため、従来のような複雑な整合回路が不要となり、アンテナ回路の帯域幅を広くすることができ、また不整合損失が生じない。

また、直線状素子２１とノッチアンテナ３０により非対称のｆ1用ダイポールアンテナが構成されるため、筐体内にグラウンドをとる必要がなく、筐体内の他の金属物への高周波電流を低減することができる。また、モノポールアンテナと比較して良好なアンテナ指向性が得られる。

また、電話機使用者の頭部が直線状素子２１側に密着する通話時において、第１の周波数帯ｆ1で通信するときに、ｆ1用ダイポールアンテナを用いた場合には、直線状素子２１のみをｆ1用モノポールアンテナとして用いた場合と比較して、アンテナの放射効率の低下を抑えることができ、安定した通信が可能になる。また、第２の周波数帯ｆ2で通信する時にも、ｆ2用ノッチアンテナ３０は人体の影響を抑えることができ、安定した通信が可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本実施の形態のアンテナ構造が適用された携帯型電話機１０の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、直線状素子２１を不使用時に収納するガイドパイプ２３に、ノッチアンテナ３０の機能を持たせた点にある。

ノッチアンテナ３０の機能を有するガイドパイプ（以下、ノッチパイプ３２）は、導電性物質で構成されている。ノッチパイプ３２は管状であり、背面筐体１２の内部に上下方向を軸方向として配置されている。また、ノッチパイプ３２には、正面側及び背面側の２箇所に、上端から下方に向けて、２箇所の切り込み（ノッチ３３、３４）が設けられている。その他の点については第１の実施の形態と同様である。

ノッチパイプ３２の内部には、不使用時の直線状素子２１が収納される。ノッチパイプ３２としては、金属製の管を用いることができるが、樹脂製の管に金属メッキしてノッチパイプ３２を形成してもよい。

図５はアンテナ構造の給電部近傍を示す斜視図である。固定金具１３は、図２に示すように、同軸ケーブル４０の内側導体４１と電気的に導通するように接続されている。また、図５に示すように、ノッチパイプ３２の２箇所のノッチ３３、３４よりも右側部分の上端は、固定金具１３と電気的に導通するように接続されている。また、ノッチパイプ３２の２箇所のノッチ３３、３４よりも左側部分には、同軸ケーブル４０の外側導体４２が電気的に導通するように接続されている。

図６は直線状素子２１及びノッチパイプ３２の寸法関係を示す構成図である。直線状素子２１の電気長Ｌ1は、１／４・λ1となるように設定している。また、ノッチパイプ３２の縦方向の長さＬ2は、１／４・λ1となるように設定している。このため、直線状素子２１とノッチパイプ３２とにより、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1に対する１／２・λ1の非対称なダイポールアンテナが構成される。このｆ1用ダイポールアンテナを用いて、使用周波数帯の中心周波数ｆ1における通信を行うことができる。

一方、ノッチパイプ３２の２つのノッチ３３、３４は、その電気長が異なっている。一方のノッチ３３の電気長Ｌ3は、１／４・λ2となるように設定している。他方のノッチ３４の電気長Ｌ4は、１／４・λ2’となるように設定している。ここで、λ2’は、第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2より若干高い周波数ｆ2’の波長であり、λ2’＝ｃ／ｆ2’である。このため、ノッチパイプ３２は第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2に対するノッチアンテナ３０を構成するとともに、中心周波数ｆ2より若干高い周波数ｆ2’に対するノッチアンテナ３０を構成し、第２の周波数帯に対して広帯域化が可能となる。

このようなアンテナ構造を形成することで、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、直線状素子２１を収納するガイドパイプ２３にノッチアンテナ３０の機能を持たせることで、装置を小型にすることができる。

さらに、円筒状の導体に軸方向に２つのノッチ３３、３４を設けてノッチアンテナ３０としているため、２つのノッチ３３、３４の電気長を変えて２つの周波数に共振させることで、第２の周波数帯に対して広帯域化が可能となる。

なお、以上の実施の形態においては、ｆ2をｆ1の約２倍としたが、本発明はこれに限らず、ｆ2をｆ1の偶数倍としてもよい。また、直線状素子２１と螺旋状素子２２とからなる伸縮アンテナ２０を用いたが、直線状素子２１または螺旋状素子２２単体からなる固定式のモノポールアンテナまたはヘリカルアンテナを用いてもよいし、あるいは直線状素子２１と螺旋状素子２２とを組み合わせて構成してもよい。その他具体的な細部構造についても適宜変更可能である。

また、本発明のアンテナ構造は携帯型電話機に限らず、その他の無線通信装置においても用いることができることはもちろんである。

本発明のアンテナ構造を適用した携帯型電話機を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 図１の要部斜視図である。 本発明のアンテナ構造の寸法関係を示す模式図である。 本発明のアンテナ構造を適用した携帯型電話機を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 図４の要部斜視図である 本発明のアンテナ構造の寸法関係を示す模式図である。

符号の説明

１２ 背面筐体
２０ 伸縮アンテナ
２１ 直線状素子
３０ ノッチアンテナ
３１、３３、３４ ノッチ
３２ ノッチパイプ

Claims (5)

1. 第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長λ1の１／４の電気長を有し一端に第１ホット部を有する第１アンテナと、
   一端から他端に向かって伸びる切り込みを有し、この切り込みによって２分された端部の一方に第２ホット部、他方にアース部を有し、前記切り込みは第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2の波長λ2の１／４の電気長である第２アンテナとからなり、
   前記第２アンテナの一端から他端までが第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の波長λ1の１／４の電気長を有し、前記第１アンテナと前記第２アンテナとは、互いに反対方向に伸展するように配置され、共通の不平衡給電線から同時に給電されることによって、波長λ1の１／２の電気長を有する非対称なダイポールアンテナを構成する、
   ことを特徴とするアンテナ構造。
2. 第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2は、第１の使用周波数帯の中心周波数ｆ1の偶数倍であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
3. 前記第２アンテナは管状の導電体であり、一端の周方向に離間した２箇所から軸方向に設けられた２つの切り込みを有し、一方の切り込みは第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2の波長λ2の１／４の電気長であるとともに、他方の切り込みは第２の使用周波数帯の中心周波数ｆ2と異なる周波数ｆ2’の波長λ2’の１／４の電気長であり、これら２つの切り込みにより２分された端部の一方に前記第２ホット部、他方に前記アース部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ構造。
4. 前記第２アンテナは管状の導電体であり、この内部に前記第１アンテナが収納されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ構造。
5. 前記第２アンテナは筐体内に金属メッキを施して形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ構造。

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