JP2001251118A

JP2001251118A - 携帯無線機

Info

Publication number: JP2001251118A
Application number: JP2000062009A
Authority: JP
Inventors: Akira Ito; 亮伊藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14
Also published as: US6856819B2; US20010021643A1; GB2363002A; GB2363002B; GB0105608D0

Abstract

(57)【要約】【課題】平面アンテナ等の内蔵アンテナを用いなが
ら、ケース内部の占有面積を小さくし、アンテナ特性を
向上させることのできる携帯無線機を提供する。【解決手段】筐体となる上ケース１及び下ケース２の
内部には、回路基板４が配設され、この回路基板４上に
平面アンテナ３が設置される。平面アンテナ３は給電さ
れるとともに、送受信の周波数よりも高い共振周波数の
アンテナサイズ（面積）を持つ。上ケース１の外面に
は、平面アンテナ３に対向させて無給電の無給電素子５
が取り付けられる。無給電素子５は、導電材を用いて平
面アンテナ３よりも大きい面積に作られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯無線機に関
し、特に、板状逆Ｆ型等の平面アンテナを用いた携帯電
話機等の携帯無線機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ギガヘルツ帯で用いられるハンディ型の
携帯無線機では、ケースに収納可能にホイップアンテナ
が設けられたり、板状逆Ｆアンテナに代表される平面ア
ンテナが内蔵されている。

【０００３】図６は、従来の携帯無線機としての携帯電
話機を示す。ケース６１内には不図示の送受信回路を搭
載した基板６２が内蔵され、樹脂成形等により作られた
ケース６１の正面（図示の裏側）には、数字キーや機能
キーのほか液晶ディスプレイ（いずれも図示せず）が設
けられ、上部にはフレキシブル構造のホイップアンテナ
６３（送受信用）がケース６１内に収納可能に取り付け
られている。ケース６１の裏面近傍には、板状逆Ｆ型ア
ンテナ６４が配設されている。板状逆Ｆ型アンテナ６４
は、放射板６４ａと、この放射板６４ａの一部に形成さ
れるとともに基板６２のアースランドまたはシールド板
に半田付された短絡板６４ｂを備えて構成されている。
放射板６４ａの所定位置には、給電線６５が接続されて
いる。

【０００４】周知のように、板状逆Ｆ型アンテナ６４
は、放射板６４ａの長さをＬ、幅をＷ、波長をλとすれ
ば、Ｌ＋Ｗ・λ／４になる様に設定される。また、放射
板６４ａとアースランド等の地板との間隔ｈを大きくす
ると帯域が広がり、ケース（筐体）の容積を小さくする
と効率（利得）が低下するという特性を有している。図
６の携帯無線機においては、板状逆Ｆ型アンテナ６４
は、ホイップアンテナ６３との組み合わせによりダイバ
ーシチアンテナを構成しており、マルチパスフェージン
グを小さくすることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の携帯無
線機によると、ケースにアンテナ（平面アンテナ）を内
蔵したタイプの携帯無線機は、所望の使用周波数（以
下、所望周波数という）で用いようとすれば、アンテナ
サイズは設計値通りの大きさになる。このため、ケース
内部の部品の実装等が難しくなり、周波数帯域が充分に
とれなかったり、放射効率（アンテナの効率）が低下し
やすいという問題がある。また、ケースのスペースを有
効利用できないという不具合もある。

【０００６】この問題を解決するものとして、例えば、
１９９９年電子情報通信学会総合大会、ＳＢ−１−１２
・新井他「携帯端末用単方向性アンテナの構成法と人体
ファントムの効果」がある。この文献には、励振素子を
所望の動作周波数で動作させ、二共振特性を得る技術が
開示されている。しかし、二共振特性を得ることが目的
であり、ケース内部のスペースに起因する放射効率の低
下を改善することはできない。

【０００７】したがって、本発明の目的は、平面アンテ
ナ等の内蔵アンテナを用い、かつ、ケース内部の占有面
積を小さくしながら、アンテナの特性を向上させること
のできる携帯無線機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、所望周波数によって定まるアンテナサイ
ズより小さくした第１の平面アンテナと、前記第１の平
面アンテナと結合して全体として前記所望周波数によっ
て定まるアンテナサイズを提供する第２の平面アンテナ
を備えたことを特徴とする携帯無線機を提供する。

【０００９】この構成によれば、第１の平面アンテナと
第２の平面アンテナが単独に共振機能を発揮するのでは
なく、第１，第２の平面アンテナが全体として所望の周
波数に共振するように機能する。第１の平面アンテナ
は、第２の平面アンテナが結合されると所望周波数のと
きの共振周波数より低下する。そこで、第１の平面アン
テナは、所望周波数によって定まるアンテナサイズより
小さくしておき、共振周波数を高くしておく。このよう
に、第１の平面アンテナのアンテナサイズは、所望の周
波数（送受信の周波数）の共振周波数の場合よりも小さ
くできるため、ケース内部におけるアンテナの占有面積
が小さくなり、ケース内部のスペースの有効利用を図る
ことができる。さらに、第１の平面アンテナと第２の平
面アンテナの結合によって実効的なアンテナ面積を大き
くできるため、ケース内部のアンテナの占有面積が小さ
くなり、アンテナの特性を向上させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１及び図２は本発明による携帯
無線機の実施の形態を示す。図１においては、主要部品
を分解した状態が示され、図２においては、組み立て後
の状態が示されている（（ａ）は平面、（ｂ）は側面断
面）。筐体を形成するケースは、プラスチック成形等に
よる上ケース１と下ケース２からなり、上下のケース間
には励振素子としての平面アンテナ３（第１の平面アン
テナ）を搭載した回路基板４が収納される。回路基板４
は、多層構造を有し、片側の表面はアース面を形成して
いる。平面アンテナ３は回路基板４の送信回路に直接接
続され、所望の所望周波数（＝送受信の周波数、例えば
２ＧＨｚ）で励振されるが、その共振周波数は所望の周
波数よりも高い周波数に設定されており、かつ、狭帯域
の特性を有するものとする。このように高めの共振周波
数と狭帯域化を備えるようにした理由は、後述する第２
の平面アンテナとしての無給電素子５を設けたことに伴
うものである。平面アンテナ３は、所望の動作周波数よ
りも高い共振周波数を持つため、そのアンテナサイズは
所望の動作周波数におけるときよりも小面積になる。

【００１１】平面アンテナ３に対向させて、上ケース１
の外表面には、銅板等の金属板を用いた無給電素子５が
取り付けられている。無給電素子５は、平面アンテナ３
の全体または一部が重なる位置に配置される。そのアン
テナサイズは、平面アンテナ３の励振時に所望の周波数
（送受信の周波数）に等しい共振周波数が得られる値に
する。この場合、平面アンテナ３の共振周波数が高いほ
ど無給電素子５のサイズは大きくなり、平面アンテナ３
の共振周波数が低くなれば無給電素子５のサイズは小さ
くなる。そして、無給電素子５は電波を放射する放射源
となり、平面アンテナ３は無給電素子５を所望の周波数
で共振させるための励振源として機能する。

【００１２】平面アンテナ３を所望周波数よりも高くし
て励振することにより所望の周波数が得られることか
ら、平面アンテナ３と無給電素子５の関係は、同調及び
結合関係にあり、また、無給電素子５が平面アンテナ３
の負荷になってインピーダンスを下げていると考えられ
る。無給電素子５が存在することにより、サイズを小さ
くした平面アンテナ３から見ると、実効上のアンテナ面
積が大きくなる（つまり、アンテナ全体のサイズを大き
くしたのと同じになり、アンテナ全体の共振周波数は平
面アンテナ３の単独の共振周波数よりも低くなる）。

【００１３】従来より、２共振化や広帯域化を図るため
に、給電素子に無給電素子を対向配置する構成があり、
例えば、「移動通信ハンドブック」オーム社発行、斉藤
忠夫・立川敬二著のＰ１２６の図（ｆ）に示されてい
る。この場合も、給電素子と無給電素子のサイズは、得
ようとする２つの周波数又は帯域に合わせて異なるサイ
ズに設定される。しかし、本発明のように、１つの共振
周波数を得ることを目的とするものではないため、給電
素子（本発明では、平面アンテナ）のサイズは、２共振
の内の一方の周波数、又は帯域の上限側か下限側の周波
数に設定される。これに対し、本発明は、平面アンテナ
３のサイズが所望の周波数より高い周波数で共振するよ
うにし、無給電素子５が結合したときに、〔平面アンテ
ナ３＋無給電素子５〕が１つのアンテナとして所望の周
波数に共振するように構成されているところが従来との
大きな相違点である。

【００１４】さらに、図示を省略しているが、液晶ディ
スプレイ及びキーブロックが上ケース１の所定位置に取
り付けられる。また、必要に応じて図５に示したような
ホイップアンテナが上ケース１の所定位置に取り付けら
れる。

【００１５】以上のように、平面アンテナ３に対を成す
ように無給電素子５を上ケース１に設け、平面アンテナ
３によって無給電素子５を励振し、この無給電素子５を
放射源にしている。平面アンテナ３の共振周波数を目的
の動作周波数よりも高くできるため、平面アンテナ３の
サイズを小さくすることができる。このため、ケース内
部の占有面積を小さくでき、かつ無給電素子５との組み
合わせにより実効的なアンテナの面積を大きくすること
ができる。

【００１６】この結果、平面アンテナの小型化が可能に
なるため、回路基板４の面積を小さくすることができ、
携帯無線機の小型軽量化を図ることができるほか、他の
部品の収納スペースに振り向けることができる。そし
て、平面アンテナ３と無給電素子５が１つのアンテナと
して所望の周波数に共振するため、アンテナ特性（周波
数帯域、放射効率等）を向上させることができる。さら
に、無給電素子５は無給電であるため、回路基板４との
給電線等を不要にでき、製造工程を複雑化することもな
い。

【００１７】図３は平面アンテナ３の具体例を示す。図
３の（ａ）は、平面アンテナ３として、図５で説明した
板状逆Ｆ型アンテナを用いた例である。板状逆Ｆ型アン
テナ３１は、放射板３１ａと、この放射板３１ａを回路
基板のアースランド３２上に位置決めする誘電体（また
は非導電性）製のスペーサ３１ｂと、このスペーサ３１
ｂを介して配設された回路基板４の出力端子に接続され
た給電部３１ｃと、放射板３１ａの一部とアースランド
３２とを接続する短絡板３１ｄを備えて構成されてい
る。

【００１８】図３の（ｂ）は、平面アンテナ３としてマ
イクロストリップアンテナ３３を用いた例であり、絶縁
体上にマイクロストリップラインで形成した帯状の放射
板３３ａと、この放射板３３ａを回路基板のアースラン
ド３２上に保持する一対のスペーサ３３ｂ，３３ｃを備
えて構成されている。

【００１９】図３の（ｃ）は、平面アンテナ３としてチ
ップアンテナ３４を用いた例である。チップアンテナ３
４は、誘電体を基材とし、一対の電極をアンテナエレメ
ントにして前記誘電体に一体化したものである。このチ
ップアンテナ３４は回路基板のアースランド３２上に固
定され、回路基板４の給電部に接続される給電端子３４
ａと、アースランド３２に接続される接地端子３４ｂを
備えて構成されている。

【００２０】図４は本発明の携帯無線機の他の実施の形
態を示す。図２において、（ａ）は平面、（ｂ）は側面
断面を示す。本実施の形態は、無給電素子５を上ケース
１の内壁面の平面アンテナ３の対向位置に配設したもの
である。本実施の形態は、ケース内部に空間的な余裕が
ある場合またはケースに厚みが生じてもよい場合に適
し、無給電素子５が上ケース１によって保護されるの
で、無給電素子５を保護するための部分的カバーや、外
観を良くするための化粧部材を不要にすることができ
る。なお、図４では、無給電素子５が上ケース１の内表
面から突出する構成にしたが、上ケース１内に埋め込む
状態にし、上ケース１の内表面が平面になる構成にして
もよい。

【００２１】〔実施例〕図５は、図３の（ａ）の平面ア
ンテナのタイプの実施例を示す。平面アンテナ５１は、
上ケース１の表面に放射板５１ａ、この放射板５１ａの
一方の側端に折り曲げ加工により形成された折り曲げ部
５１ｂ、放射面５１ａの他方の側端に形成された短絡板
５１ｃ，５１ｄ、及び折り曲げ部５１ｂを絶縁保持する
スペーサ５１ｅを備えて構成される。折り曲げ部５１ｂ
は静電容量を形成するために設けられ、短絡板５１ｃ，
５１ｄは共振周波数を決定するためのスタブとして機能
する。

【００２２】各部の寸法は、所望周波数が２ＧＨｚの場
合、回路基板４は１２０ｍｍ×３５ｍｍ、放射板５１ａ
は長さＬが１０ｍｍで幅Ｗが７ｍｍ、短絡板５１ｃ，５
１ｄの高さＨは５ｍｍ、折り曲げ部５１ｂの水平面の長
さｄは７ｍｍ程度、スペーサ５１ｅの厚みｔは１ｍｍで
ある。平面アンテナ５１の共振周波数は、無給電素子５
との間隔や相対位置、他の部品の実装状況等によって異
なるが、所望周波数（ここでは２ＧＨｚ）の約１．５倍
程度である。一方、無給電素子５は、幅が２０ｍｍ、長
さ６０〜７０ｍｍの大きさの銅板製であり、その共振周
波数は３〜５ＧＨｚを目安にするが、平面アンテナとの
間隔や相対位置、他の部品の実装状況等によって異なっ
てくるので、実験的に決めることになる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の携帯無線機
によれば、送受信の周波数よりも高い共振周波数をもつ
サイズの第１の平面アンテナを設け、この平面アンテナ
に対向させてケースの外面または内面に無給電の第２の
平面アンテナを設けた構成にしたので、ケース内部にお
けるアンテナの占有面積が小さくなり、第２の平面アン
テナの結合により実効的なアンテナ面積を大きくするこ
とができるため、ケースのスペースを有効に活用でき、
携帯無線機の小型軽量化が図れ、或いは収納（実装）効
率を向上させることができる。また、第１，第２の平面
アンテナとの組み合わせを１つのアンテナとして機能さ
せ、１つの共振周波数を持つ特性にしたので、アンテナ
特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による携帯無線機の実施の形態を示す分
解斜視図である。

【図２】図１の携帯無線機の組み立て後を示し、（ａ）
は平面図、（ｂ）は側面断面図である。

【図３】本発明の平面アンテナの具体例を示し、（ａ）
は板状逆Ｆ型アンテナの例、（ｂ）はマイクロストリッ
プアンテナの例、（ｃ）はチップアンテナの例を示す斜
視図である。

【図４】本発明の携帯無線機の他の実施の形態を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図である。

【図５】図５は、図３の（ａ）の平面アンテナのタイプ
の実施例を示す斜視図である。

【図６】従来の携帯無線機の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１上ケース２下ケース３平面アンテナ４回路基板５無給電素子３１板状逆Ｆ型アンテナ３１ａ放射板３１ｂ，３３ｂ，３３ｃスペーサ３１ｃ給電部３４ａ給電端子３１ｄ短絡板３２アースランド３３マイクロストリップアンテナ３３ａ放射板３４チップアンテナ３４ｂ接地端子

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月３０日（２００１．３．３
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】従来より、２共振化や広帯域化を図るため
に、給電素子に無給電素子を対向配置する構成があり、
例えば、「図解移動通信用アンテナシステム」総合電子
出版社発行、藤本京平・山田吉英・常川光一著の
Ｐ１２６の図（ｆ）に示されている。この場合も、給電
素子と無給電素子のサイズは、得ようとする２つの周波
数又は帯域に合わせて異なるサイズに設定される。しか
し、本発明のように、１つの共振周波数を得ることを目
的とするものではないため、給電素子（本発明では、平
面アンテナ）のサイズは、２共振の内の一方の周波数、
又は帯域の上限側か下限側の周波数に設定される。これ
に対し、本発明は、平面アンテナ３のサイズが所望の周
波数より高い周波数で共振するようにし、無給電素子５
が結合したときに、〔平面アンテナ３＋無給電素子５〕
が１つのアンテナとして所望の周波数に共振するように
構成されているところが従来との大きな相違点である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望周波数によって定まるアンテナサイ
ズより小さくした第１の平面アンテナと、前記第１の平
面アンテナと結合して全体として前記所望周波数によっ
て定まるアンテナサイズを提供する第２の平面アンテナ
を備えたことを特徴とする携帯無線機。
【請求項２】前記第１の平面アンテナは、筐体として
のケースに内蔵された回路基板上に設置されることを特
徴とする請求項１記載の携帯無線機。
【請求項３】前記第２の平面アンテナは、筐体として
のケースの外表面または内表面に設けられることを特徴
とする請求項１記載の携帯無線機。
【請求項４】前記第１の平面アンテナは、板状逆Ｆア
ンテナ、マイクロストリップアンテナ、またはチップア
ンテナであることを特徴とする請求項１または２記載の
携帯無線機。
【請求項５】前記第１の平面アンテナは、狭帯域を有
することを特徴とする請求項１，２または４記載の携帯
無線機。
【請求項６】前記第１の平面アンテナは、給電され、
前記第２の平面アンテナは、無給電であることを特徴と
する請求項１記載の携帯無線機。
【請求項７】前記第２の平面アンテナは、前記第１の
平面アンテナに一部または全体が重なるように配設され
ることを特徴とする請求項１または３記載の携帯無線
機。