WO2006123419A1

WO2006123419A1 - アンテナ装置および移動体通信用端末装置

Info

Publication number: WO2006123419A1
Application number: PCT/JP2005/009242
Authority: WO
Inventors: Yukinari Takahashi; Kenichi Satou; Satoshi Watanabe
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-23

Abstract

　本発明の課題は、マルチモードシステムで使用可能な広帯域の共振周波数を維持し、かつダイバーシチ受信を可能とすることである。本発明において、アンテナ素子４０２の給電部４ａの近傍に配置した切替え回路４ｃを用いてインピーダンスを制御し、第１の共振周波数を固定のまま、第２の共振周波数のみを第３の共振周波数へ切替える。また、給電部切替え回路５ｂを動作させ、給電部を給電部４ｄにし、第１、第２の共振周波数を第４、第５の共振周波数へ切替えた場合に、切替え回路４ｃを用いてインピーダンスを制御し、第５の共振周波数のみを第６の共振周波数へ切替えを行うことができる。

Description

明細書

アンテナ装置および移動体通信用端末装置

技術分野

[0001] 本発明は、移動体通信用の端末装置などに用いられ広帯域の共振周波数に切替えることができるアンテナ装置に係り、特に 2つ以上に分割されて互いに異なる 2つの共振周波数 (これを、「第 1の共振周波数」及び「第 2の共振周波数」とよぶ)を有する内蔵型のアンテナ素子において、例えば第 1、第 2の共振周波数のうち第 2の共振周波数をこれとは異なる「第 3の共振周波数」へ切替える手段、あるいは第 1、第 2の共振周波数を第 1〜第 3の共振周波数とは異なる「第 4、第 5の共振周波数」へ切替えることができるとともに、この共振周波数に切替えたときに第 4の共振周波数は固定のまま第 5の共振周波数のみを第 1〜第 5の共振周波数とは異なる「第 6の共振周波数」へ切替える手段を有する、マルチバンドアンテナが設けられたアンテナ装置およびこのアンテナ装置を備えた移動体通信用端末装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、携帯電話機に使用する共振周波数切替え式アンテナは、図 10 (A)および（ B)に示すように、放射平板 101の給電点 102に接続された給電ピン 103と給電ケーブル 104との間に切替え整合回路 105を設けたものが知られている。また、この切替え整合回路 105については、それぞれ、スイッチングダイオード CR1と並列コンデンサ C1からなる直列アームには電源電圧 Vccを、スイッチングダイオード CR2と直列コンデンサ C2と力なる並列アームにはバイアス制御電圧 Vcontを与え、制御電圧をオン、オフすることで、第 1、第 2の周波数帯域に整合させる構成のものが知られている (例えば、特許文献 1参照)。

[0003] しかしながら、このような従来のアンテナ構成では、 GSM (Global System for Mobile

Communication) /DCb (Digital communication bystem) /PC (Personal

Communications Services) /UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) などのマルチモードシステムに対応させようとした場合、複数の周波数帯域を同時に確保することが困難である。また、マルチモードシステムに対応させようとすると共振周波数の帯域が広くなるため、アンテナ装置の占有体積が大きくなる。このような事情から、携帯電話機などにおける電気部品や電子部品などの実装スペースが狭まつたり、実装スペースがなくなったり、あるいは携帯電話機などとしてのデザイン性を損なったりするおそれがある。

[0004] 本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、 GSMZDCSZPCS

ZUMTSシステムなどのマルチモードシステムで使用が可能な広帯域の共振周波数を確保し、かつダイバーシチ受信を可能にするとともに、電気部品或いは電子部品などの実装スペースを確保でき、しかもデザイン性を損なうことがなヽ携帯電話機などに好適なアンテナ装置およびこのアンテナ装置を備えた移動体通信用端末装置を提供することを目的とするものである。

特許文献 1 :特開平 11一 122037号公報 (第 4頁、第 1図および第 2図）

発明の開示

[0005] 本発明のアンテナ装置は、リアクタンス素子により 2つ以上に分割され第 1の共振周波数と第 2の共振周波数とを有する内蔵型のアンテナ素子が設けられた、広帯域の共振周波数に切替え可能なアンテナ装置であって、インピーダンスを制御することで、前記第 1の共振周波数は固定状態のまま、前記第 2の共振周波数のみを前記第 1 、第 2の共振周波数とは異なる第 3の共振周波数へ切替える切替え回路を有する構成としている。この構成により、切替え回路を用いることで、インピーダンスを制御し、第 1の共振周波数は固定のまま、第 2の共振周波数のみを第 3の共振周波数へ切替えることができるので、広帯域な周波数に対応することが可能となる。

[0006] また、本発明のアンテナ装置は、リアクタンス素子により分割された第 1の共振周波数乃至第 6の共振周波数を有する内蔵型のアンテナ素子と、前記アンテナ素子の給電部を複数有する広帯域の共振周波数に切替えるアンテナ装置であって、前記アンテナ素子端に配置し、前記アンテナ素子へ給電する前記給電部を切替える給電部切替え回路と、前記給電部切替え回路により前記給電部を切替え、共振周波数を第 1、第 2の共振周波数から第 4、第 5の共振周波数へ切替えた場合に、インピーダンスを制御し、前記第 4の共振周波数は固定のまま、前記第 5の共振周波数のみを第 6 の共振周波数へ切替える切替え回路を有する構成としている。この構成により、アンテナ素子端に配置した給電部切替え回路を用いて給電部を変更し、第 1、第 2の共振周波数を第 4、第 5の共振周波数へ切替える。ここで、給電部近傍に配置した切替え回路を用いることで、インピーダンスを制御し、第 4の共振周波数は固定のまま、第 5の共振周波数のみを第 6の共振周波数へ切替えることができ、広帯域な周波数に対応することが可能となる。

[0007] また、本発明のアンテナ装置は、前記切替え回路が、 PIN (P Intrinsic N)ダイォード、 FET (Field Effect Transistor)スイツテ、 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)スィッチ、 SPDT (Single Pole Double Throw)スィッチ、 GaAs (ガリウム砒素 )スィッチ、またはソリッドステートスィッチの何れかを備えている。このような構成により、汎用性のある電子部品を用いて切替え回路を実現することができる。

[0008] また、本発明のアンテナ装置においては、前記アンテナ素子が、ダイバーシチアンテナによって構成している。このような構成により、アンテナ素子を最適な指向方向へ帘 U御することができる。

[0009] また、本発明の移動体通信用端末装置は、上記の何れかに記載のアンテナ装置を備える構成を有している。従って、このようなアンテナ装置を、例えば携帯電話機などに用いれば、広帯域、かつ、アンテナ指向性のよい携帯電話機を実現できる。また、このようなアンテナ装置を移動体通信用端末装置に用いることによって、移動体通信用端末装置の帯域周波数やアンテナ指向性を向上させることもできる。さらには、このような移動体通信用端末装置を用いて基地局装置と無線通信を行えば、広帯域、かつ、アンテナ指向性のよい通信を行うことができ、ユーザに対して極めて使い勝手のよ、無線通信システムを提供できる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る携帯電話機の外観を示す斜視図

[図 2] (A)は本発明の第 1の実施形態に係る携帯電話機に備えたアンテナ装置のァンテナ部分の詳細な構成ブロック図、（B)は (A)における切替え回路の詳細な回路図

[図 3]本発明の第 1の実施形態に係るアンテナ装置の L型および逆 L型形状のアンテナの構成を示す説明図 [図 4]本発明の第 1の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図

[図 5] (A)から (C)は本発明の第 1の実施形態のアンテナ装置に適用される IL— PIL

Aの概略的な原理を示す説明図

[図 6]図 4に示す IL PILAの VSWR特性の一例を示す図

[図 7] (A)は本発明に係る切替え回路を動作させない場合のンテナ装置の VSWR特性図、（B)は切替え回路を動作させた場合のアンテナ装置の VSWR特性図

[図 8] (A)は本発明の第 2の実施形態に係る携帯電話機に備えたアンテナ装置のァンテナ部分の詳細な構成ブロック図、（B)は (A)における切替え回路の詳細な回路図

[図 9] (A)は本発明の第 2の実施形態に係る切替え回路を動作させない場合のアンテナ装置の VSWR特性図、（B)は切替え回路を動作させた場合のアンテナ装置の VSWR特性図

[図 10] (A)は従来の携帯電話機用アンテナの構造を示す斜視図、（B)はその構成を示す回路図

符号の説明

1は本体部

10は携帯電話機 (移動体通信用端末装置）

2はフリップ部

21は液晶画面

3はヒンジ部

4はアンテナ装置

40A、 40Bは内蔵アンテナ（アンテナ装置）

41はアンテナ切替え制御部

42は主制御部

42Aは受信信号レベル検出回路

43は送信 BPF

44はパワーアンプ

45はアイソレータ 46、 47は共用器

48〖ま受信 LNA

49は受信 BPF

4Aは高周波用エレメント素子

4Bは低周波用エレメント素子

4Cはインダクタンス成分

4a、 4dは給電部

4bは整合回路

4cは切替え回路

401はリアクタンス素子

403はアンテナ素子

404は地板

5a、 5bは給電部切替え回路

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

[第 1の実施形態]

図 1は、本発明のアンテナ装置 4を備えた携帯電話機 (移動体通信用端末装置） 1 0を示すものであり、この携帯電話機 10は、キー操作部を備える本体部 1と、液晶画面 21を備えるフリップ部 2とが回転軸を持つヒンジ 3によって開閉自在な折畳式の筐体構造を有している。

また、この携帯電話機のアンテナ装置 4には、図 2に示すように、内蔵アンテナ 40、給電部 4a、整合回路 4bなどの他に、切替え回路 4cを備えている。

[0013] 内蔵アンテナ 40は、 L型又は逆 L型形状のアンテナ（後述する IL PILA)であつて、本体部 1の先端側（これを「内蔵アンテナ 40A」とよぶ）およびフリップ部 2寄りの基端側（これを「内蔵アンテナ 40B」とよぶ）の双方に設けて!/ヽるが、これらの何れか一方の位置に設置されていてもよい。なお、本実施形態では、本体部 1の先端側に設けた内蔵アンテナ 40Aを例にして説明を行う。また、内蔵アンテナは、いずれの位置に設置する場合でも全く同じ構成である。 [0014] 内蔵アンテナ 40Aは、図 2 (A)及び図 3に示すように、リアクタンス素子 401によつて 2つ（3つ以上でもよい）に分割されたアンテナ素子 402 (「第 1の共振周波数 fl」；約 880〜960MHz)及びアンテナ素子 403 (「第 2の共振周波数 f2」；約 1710〜19 90MHz)と、グランドとなる地板 404とを備える。即ち、内蔵アンテナ 40Aは、図 3に示すように、リアクタンス素子 401により 2つに分割され第 1の共振周波数 flと第 2の共振周波数 f 2とを有するものであり、本体部 1の先端側に収納されており、内蔵アンテナ 40Aの給電部 4aの近傍に配置された切替え回路 4c (図 2 (B)参照）を用いてィンピーダンスを制御する。なお、リアクタンス素子 401は、 2つのアンテナ素子 402、 4 03のほぼ中央部付近に形成された図示外のスリットに設けてある。

[0015] 一方、切替え回路 4cは、図 2 (B)に示すように、内蔵アンテナ 40Aの給電部 4a近傍に配置した整合回路 4bと接続されており、整合インピーダンスの制御を行う。即ち、この切替え回路 4cは、ある周波数 (例えば、第 1の共振周波数 flである約 880MH z〜960MHzの範囲）を固定状態とし、かつ、第 2の共振周波数 f2 (約 1710MHz〜 1990MHzの範囲）をこれとは異なる特定の周波数 (例えば、「第 3の共振周波数 f 3」である約 1920MHz〜2170MHzの範囲）にあわせた整合をとる。これ〖こより、第 1の共振周波数 flは固定状態のまま、第 2の共振周波数 f2のみを第 3の共振周波数 f3 へ切替えることができる多周波アンテナを実現している。なお、この切替え回路 4cは、 PINダイオード、 FETスィッチ、 MEMSスィッチ、ソリッドステートスィッチなどで構成する。

[0016] このように、切替え回路 4cにより、第 2の共振周波数 f2のみを第 3の共振周波数 f3 へ適宜に切替えることが可能となるので、広帯域なマルチバンドに対応したアンテナ装置を実現できる。即ち、本実施形態では、切替え回路 4cを用いてインピーダンスを制御することで、第 1の共振周波数 flは固定のまま、第 2の共振周波数 f2のみを第 3 の共振周波数 f3へ切替えることができる。

[0017] なお、切替え回路 4cは、図 4に示すように、アンテナ切替え制御部 41によってその制御がなされており、またこのアンテナ切替え制御部 41は、主制御部 42で制御されている。この主制御部 42は、無線部送受信の際の制御を行なうものであり、送信側については、出力が送信 BPF (Band Pass Filter) 43の入力に接続されている。送信 BP F43は、出力がパワーアンプ 44の入力に接続されているとともに、パワーアンプ 44の出力はアイソレータ 45の入力に接続されている。このアイソレータ 45は、直流入力変を構成するものであり、アンプの安定動作や混変調の防止等の機能を有しており、出力が必要な送信と受信の各フィルタを 1本のアンテナで共用するための部品である共用器 46に接続されている。なお、この共用器 46の出力は、整合回路 4bに接続されている。

[0018] 一方、受信側については、整合回路 4bの出力に共用器 47の入力が接続されているとともに、共用器 47の出力が受信 LNA (Low Noise Amplifier) 48に接続されている。この受信 LNA48は、受信 BPF49の入力に接続されている。また、この受信 BPF4 9の出力が主制御部 42の入力に接続されており、この主制御部 42の受信信号レべル検出回路 42Aを介したアンテナ切替え制御部 41により、前述の切替え回路 4cの動作が制御されている。即ち、制御部 42内の受信信号レベル検出回路 42Aにより、受信電界レベルの高!ヽ周波数帯域を選択し、アンテナ切替え制御部 41で帯域を切替え選択する。本実施形態では、このように構成することにより、安定した通信品質を保つことができるなど、高性能なアンテナシステムを提供できる。

[0019] 次に、本実施形態の動作原理について、図 5および図 6を参照しながら詳細に説明する。なお、図 5は、本発明に適用される IL— PILA (後述する）の概略的な構成図である。また、図 6は、図 5に示す IL— PILAの VSWR特性の一例を示す図である。本実施形態では、 L型又は逆 L型の形状をした線状又は板状のアンテナ素子 402 , 403に対してリアクタンス素子 401を分割装荷している。これにより、分割された各々のアンテナ素子 402, 403は、広帯域であって 2つ以上の周波数帯域 (すなわち、第 1の共振周波数 flと第 2の共振周波数 f2)で共振する多周波アンテナを実現している。このような多周波アンテナは、インダクタンス装荷型板状逆 Lアンテナ（ Inductance Load-type Plate-type Inverted— L Antenna:通称、 IL— PILA)と呼ばれている。

[0020] 図 5 (A)に示すように、アンテナ素子 402, 403 (図 2 (A)又は図 3参照）を構成する IL PILAは、 2つに分割されたエレメント（つまり、高周波用エレメント素子 4Aと低周波用エレメント素子 4B)の間にインダクタンス成分 4Cを装荷している。そして、高周波数帯域 (例えば、第 2の共振周波数 f2である約 1710MHz〜1990MHz)では、ィンダクタンス成分 4Cを装荷した以降の部分 (つまり、低周波用エレメント素子 4Bの部分)をオープンとみなす。また、低周波数帯域 (例えば、第 1の共振周波数 flである約 880MHz〜960MHz)では、インダクタンス成分 4Cを装荷した以降の部分（低周波用エレメント素子 4Bの部分）〖こも電流が流れるように定数を決定する。つまり、インダクタンス成分 4Cは、低周波電流を流すが高周波電流を流さない特性を利用して、高周波数帯域では、図 5 (B)に示すように、高周波用エレメント素子 4Aのみの構成とし、低周波数帯域では、図 5 (C)に示すように、高周波用エレメント素子 4Aと低周波用エレメント素子 4Bが直列に接続される構成を実現している。アンテナ素子 412, 4 13は、このような IL— PILAの構成にすることにより、図 6に示すような VSWR特性を得て、トリプルバンド対応の 2共振アンテナを実現できる。

[0021] 次に、図 7は、図 2に示すアンテナ構成においてアンテナ素子 402, 403の給電部 4aの近傍に配置した切替え回路 4cを動作させな、場合と、動作させた場合の VSW R特性の一例を示す図である。なお、図 7 (A)は切替え回路 4cを動作させない場合、図 7 (B)は切替え回路 4cを動作させた場合を示す。何れも横軸に周波数を示し、縦軸に VSWR (Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を示している。

図 7に示すこれらの特性図では、 880MHz〜2170MHzにおける VSWR特性の一例を示している。 VSWRを 3以下とした場合は、切替え回路 4cを動作させない図 7 (A)のときは、最初に約 880MHz〜960MHzまでの第 1の共振周波数 f 1が現われ、次に約 1710MHz〜1990MHzまでの第 2の共振周波数 f2が現われている。しかし、アンテナ素子 402, 403の給電部 4aの近傍に配置した切替え回路 4cを動作させることによってインピーダンスの制御を行うと、図 7 (B)のように、約 880MHz〜960 MHz (第 1の共振周波数 fl)までの共振周波数は固定状態のまま、約 1710MHz〜l 990MHz (第 2の共振周波数 f2)までの共振周波数のみ力約 1920MHz〜2170 MHz (第 3の共振周波数 f 3)までの共振周波数へ切替えられる。この結果、 3つの周波数帯域 fl〜f3で共振する多周波アンテナを実現することができる。

[0022] [第 2の実施形態]

以下、本発明の第 2の実施形態について、図 8及び図 9を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態において、第 1の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。

図 8は、本発明の第 2の実施形態に係る移動体通信用端末装置に備えたアンテナ装置を示すものであり、本実施形態のアンテナ装置は、第 1の実施形態と異なり、ァンテナ素子 402、 403の各端部に、給電状態の変更を行う給電部切替え回路 5a、 5 bをそれぞれ備えている。

[0023] この給電部切替え回路 5a、 5bは、アンテナ素子 402、 403への給電状態を何れか一方に切替えるものである。例えば、給電点を給電部 4aから給電部 4dに切替えることにより、アンテナ素子 402を第 1、第 2の共振周波数から、第 4、第 5の共振周波数（何れの共進周波数についても、具体的な周波数値を後に説明する)へ切替えるように構成されている。この場合に、切替え回路 4cがインピーダンスの制御をすることにより、第 4の共振周波数 f4は固定のまま、第 5の共振周波数 f5のみを第 6の共振周波数 f 6 (これについても、周波数値を後に説明する）へ切替える多周波アンテナを実現している。なお、ここで、「第 4の共振周波数 f4」は約 830〜960MHz、「第 5の共振周波数 f5」は約 1710〜1880MHz、「第 6の共振周波数 f6」は約 1850〜1990MH zの範囲にある。

[0024] 次に、図 9は、図 8に示すアンテナ構成において、例えばアンテナ素子 402の端部に配置した給電部切替え回路 5aを動作させ、給電部 4aを給電部 4dに切替えた場合にお、て、アンテナ素子 403の給電部 4dの近傍に配置した切替え回路 4cを動作させない場合と、動作させた場合の VSWR特性の一例を示す図である。なお、図 9 (A )は切替え回路 4cを動作させない場合、図 9 (B)は切替え回路 4cを動作させた場合を示す。何れも横軸に周波数を示し縦軸に VSWRを示して、る。

[0025] 図 9に示すこれらの特性図では、 830MHz〜1990MHzにおける VSWR特性の一例を示している。 VSWRを 3以下とした場合、第 1、第 2の共振周波数であったもの 1S 図 9 (A)の切替え回路 4cを動作させないときは、最初に約 830MHz〜960MH z (第 4の共振周波数 f4)までの共振周波数が現われ、次に約 1710MHz〜1880M Hz (第 5の共振周波数 f 5)までの共振周波数が現われている。ここで、アンテナ素子 403の給電部 4dの近傍に配置した切替え回路 4cを動作させることによって、約 830 MHz〜960MHz (第 4の共振周波数 f4)までの共振周波数は固定のまま、約 1710 MHz〜1880MHz (第 5の共振周波数 f5)までの共振周波数のみが、約 1850MHz 〜1990MHz (第 6の共振周波数 f6)までの共振周波数へ切替わる。この結果、 6つの周波数帯域 fl〜f6で共振する多周波アンテナを実現することができる。

[0026] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

産業上の利用可能性

[0027] 以上説明したように、従来、 GSMシステムなどのトライバンドに対応した携帯電話機などに内蔵の小型アンテナ装置は多く存在する力これらを GSMZDCSZPCS ZUMTSなどのマルチモードシステムに対応させようとした場合、従来のアンテナ装置では占有体積が大きくなつたり、携帯電話機などのデザイン性を損ねたり、あるいは、電気部品などの実装が難し力つた。一方、本発明のアンテナ装置は、上記従来の問題を解決し、マルチモードシステムに対応した広帯域で使用できる携帯電話機などに好適な内蔵型の小型アンテナを提供することが可能となる。さらに、アンテナ装置をダイバーシチアンテナの構成にすることによってアンテナ指向性を一段と向上させることがでさる。

本発明のアンテナ装置は、携帯電話機などに限らずあらゆる移動体通信用端末装置に利用することもできる。

Claims

請求の範囲

[1] リアクタンス素子により 2つ以上に分割され第 1の共振周波数と第 2の共振周波数とを有する内蔵型のアンテナ素子が設けられた、広帯域の共振周波数に切替え可能なアンテナ装置であって、

インピーダンスを制御することで、前記第 1の共振周波数は固定状態のまま、前記第 2の共振周波数のみを前記第 1、第 2の共振周波数とは異なる第 3の共振周波数へ切替える切替え回路を有するアンテナ装置。

[2] リアクタンス素子により分割された第 1の共振周波数乃至第 6の共振周波数を有する内蔵型のアンテナ素子と、前記アンテナ素子の給電部を複数有する広帯域の共振周波数に切替えるアンテナ装置であって、

前記アンテナ素子端に配置し、前記アンテナ素子へ給電する前記給電部を切替える給電部切替え回路と、

前記給電部切替え回路により前記給電部を切替え、共振周波数を第 1、第 2の共振周波数から第 4、第 5の共振周波数へ切替えた場合に、インピーダンスを制御し、前記第 4の共振周波数は固定のまま、前記第 5の共振周波数のみを第 6の共振周波数へ切替える切替え回路を有するアンテナ装置。

[3] 前記切替え回路は、 PINダイオード、 FETスィッチ、 MEMSスィッチ、 SPDTスィッチ、 GaAsスィッチ、またはソリッドステートスィッチの何れかを備えた請求項 1又は 2 に記載のアンテナ装置。

[4] 前記アンテナ素子は、ダイバーシチアンテナによって構成している請求項 1乃至 3 の何れか 1項に記載のアンテナ装置。

[5] 請求項 1乃至 4記載の何れか 1項に記載のアンテナ装置を備える移動体通信用端末装置。