JP2005269301A - 内蔵アンテナおよびこれを有する電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナの占有領域を増やすことなく、薄型で広帯域なデュアルバンド対応の内蔵アンテナを提供する。
【解決手段】 第１のアンテナエレメント1と第２のアンテナエレメント２とは、第１の周波数帯および第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数の約１／４波長に相当する長さを有する。第１（第２）のアンテナエレメント1（２）は、それぞれ水平部１ａ（２ａ）と垂直部１ｂ（２ｂ）とを有し、第２のアンテナエレメント２の水平部２ａの上に第１のアンテナエレメント1の水平部１ａが重なるように配置される。水平部１ａおよび水平部２ａが形成されている平面は、導体パターン７が形成されている平面と直交している。第１のアンテナエレメント1の水平部１ａには、第２のアンテナエレメント２の水平部２ａと重なる範囲においてその両サイドに第２のアンテナエレメント２の方向に延びる垂下部１ｃが付設される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体通信機器等の電子機器に用いられるアンテナに関し、特にデュアルバンドに対応した内蔵アンテナとこれを用いた電子機器に関するものである。

近年、移動体通信機器の急速な普及に伴い、携帯電話に代表されるように、１つの通信システムでは回線数が不足する傾向にあるため、１つの端末で２種類の無線通信システムを利用できるような、デュアルバンド対応化が進んでいる。また、デザイン性や落下等による破損への対策として、アンテナの内蔵化が進んでいる。従来のデュアルバンド対応内蔵アンテナとしては、二つのアンテナの結合を低くしそれぞれのアンテナを独立して調整できるように、それぞれのアンテナを同一平面内で離間する方向に延びるように形成するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。図８は、特許文献１にて提案された内蔵アンテナの斜視図である。図８に示されるように、第１のアンテナエレメント１０１と第２のアンテナエレメント１０２とが互いに離間するように、グランド１０６に平行なアンテナ配置領域１０３に形成され、給電線１０４を介して給電点１０５より給電される。また、図９は、特許文献２にて提案された内蔵アンテナの斜視図である。図９に示されるように、第１のアンテナエレメント２０１と第２のアンテナエレメント２０２とはＰＣＢ２０５に誘電体基板２０３を介して取り付けられ、給電線２０４に接続される。そしてその接続点と接地ポストとの間にマッチングブリッジ２０７が接続される。これらの内蔵アンテナにおいて、各アンテナエレメントのサイズはその使用する周波数帯によって決定される。これらの従来例の、給電点近傍の位置を起点として互いに離間する方向に延びるように配置された構造は、それぞれの周波数帯におけるインピーダンス調整を独立して行えるため、エレメント長の調整などに対する作業性が向上するが、アンテナエレメントを互いに離間させる方向に配置されていることにより、その分の配置スペースが必要となる。また、アンテナそのものの性能を向上させるためには、アンテナエレメントとグランドとの距離を離す必要があり、その結果、これらアンテナを内蔵した端末（電子機器）の厚みが増加するという問題がある。

上記以外のアンテナ性能を改善する従来技術としては、無給電素子を用いる方法がある（例えば、特許文献３参照）。図１０は、特許文献３にて提案された内蔵アンテナの斜視図である。図１０に示されるように、第１のアンテナエレメント３０１は、第１放射導体素子３０１ａ、第２放射導体素子３０１ｂ、給電点３０５に接続される給電線３０４およびグランド３０６に接続される短絡端子３０７を有しており、第１のアンテナエレメント３０１とグランド３０６との間には、これらと平行にこれらには直接接続されない第２のアンテナエレメント３０２が配置される。第１、第２のアンテナエレメント３０１、３０２およびグランド３０６のそれぞれの間には、静電容量が発生しており、第１のアンテナエレメント３０１と第２のアンテナエレメント３０２との電磁界結合を利用することで、広帯域化、高感度化、小型化を図ることができるとされる。しかし、本従来例の構成では、所望の周波数帯ひとつに対してアンテナエレメント（放射導体素子）と無給電素子（第２のアンテナエレメント）を必要とするため、これらを配置するためのスペースが必要となり、アンテナの占有領域が増加するという問題がある。
特開２００２−１８５２３８号公報 特表２００２−５２０９３５号公報 特開２００２−３３００２３号公報

図８、図９に示した、第１、第２のアンテナエレメントを互いに離間するように配置する構成ではデュアルバンドに対応した内蔵アンテナの平面形状が大型化してしまい、また、図１０に示した、アンテナエレメントとグランドとの間に無給電素子を配置する構成では、アンテナの占有領域が増加してしまうため、これらアンテナを内蔵した電子機器のサイズが増加するという問題があった。
さらに、従来の逆Ｌ形状ないし逆Ｆ形状のデュアルバンド対応内蔵アンテナでは、アンテナエレメントの主要部（水平部）がグランドと平行に配置されていたため、これを内蔵した電子機器では、内蔵アンテナの高さ方向が電子機器筺体の厚さ方向となってしまうことにより、電子機器の薄型化が困難な構造となっていた。ここで、アンテナエレメントの特性向上を図るためにはアンテナエレメントとグランドとの距離を一定以上離す必要があり、このことが一層電子機器の薄型化を困難にしていた。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、アンテナの占有領域を増やすことなく、薄型で広帯域なデュアルバンド対応の内蔵アンテナを提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１の周波数帯、第２の周波数帯に対応したデュアルバンド対応の内蔵アンテナであって、前記第１の周波数帯および第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数の約１／４波長に相当する長さを有する、それぞれ板状で水平部と垂直部とを有する第１および第２のアンテナエレメントと、グランドとを備え、前記第１のアンテナエレメントおよび第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントの水平部を上側に第２のアンテナエレメントの水平部を下側に重ねて配置され、給電点となる場所にて共通化されていることを特徴とする内蔵アンテナ、が提供される。

そして、好ましくは、前記第２の周波数帯は前記第１の周波数帯より高く、例えば前記第２の周波数帯の中心周波数は前記第１の周波数帯の中心周波数の２倍以上になされる。
また、好ましくは、前記第１のアンテナエレメントの水平部は、前記第２のアンテナエレメントの水平部と対向する範囲でその両サイドに第２のアンテナエレメントに近づく方向に折り曲げた垂下部を有している。
また、好ましくは、前記グランドが基板上に形成された導体パターンを含み、該導体パターンが形成されている平面と、第１および第２のアンテナエレメントの水平部が形成されている平面とは直交している。

本発明の内蔵アンテナは、第１、第２のアンテナエレメントを積み重ねるものであるため、両者を平面上で離隔して配置する場合に比較して配置スペースを低減することができる。
また、第１のアンテナエレメントに第２のアンテナエレメントの方向に向かう垂下部を設けたことにより、第２の周波数帯での動作において、第１のアンテナエレメントが無給電素子と同等に作用するため、新たに無給電素子を配置する必要が無く、アンテナの占有面積を増大させることなしにアンテナの性能向上が図れる。

第２の周波数帯の中心周波数を第１の周波数帯の中心周波数の約２倍、若しくはそれ以上とすると、第１の周波数帯での動作において、共振周波数は第１のアンテナエレメント長にほぼ依存し、第２のアンテナエレメントによる影響は殆ど無くなるため、まず第１のエレメント長を調整・固定し、その後に第２のアンテナエレメントの長さ、および第１のエレメントとの距離を調整するという手順を採ることにより、第１の周波数帯、第２の周波数帯でのアンテナ入力インピーダンス特性の調整が容易に行える。
さらに、グランドとなる導体パターンをアンテナエレメントの水平部と直交するように配置したことにより、アンテナの高さ方向を電子機器の長さ方向とすることができ、電子機器の薄型化が可能になる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第1の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図である。同図に示されるように、本実施の形態の内蔵アンテナは、板状で逆L形状を有する第１のアンテナエレメント1および第２のアンテナエレメント２と、基板６上に形成された、グランドとなる導体パターン７とにより構成される。第１のアンテナエレメント1と第２のアンテナエレメント２とは、第１の周波数帯および第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数の約１／４波長に相当する長さを有する。第１のアンテナエレメント1は、水平部１ａと垂直部１ｂとを有し、また第２のアンテナエレメント２は、水平部２ａと垂直部２ｂとを有しており、第２のアンテナエレメント２の水平部２ａの上に第１のアンテナエレメント1の水平部１ａが重なるように配置されている。第１のアンテナエレメント1の水平部１ａが形成されている平面と第２のアンテナエレメント２の水平部２ａが形成されている平面とは、導体パターン７が形成されている平面と直交している。第１のアンテナエレメント1の水平部１ａには、第２のアンテナエレメント２の水平部２ａと重なる範囲においてその両サイドに第２のアンテナエレメント２の方向に延びる垂下部１ｃが付設されている。そして、第１のアンテナエレメント１と第２のアンテナエレメント２は、共通に接続され、給電線４を介して給電点５より給電される。前記第１および第２のアンテナエレメントは、アンテナエレメント幅が電子機器の厚さ方向となるように配置される。

なお、アンテナエレメントは、銅、銅合金、ステンレス等の導電性金属に金、ニッケル等の導電性金属メッキを施した薄板状の導体であって、逆Ｌ形状の樹脂ブロック３にインサート成型した構造を有する。または樹脂ブロック３の表面に導電性塗料を印刷した導電性パターンを形成した構造でもよい。あるいは樹脂ブロック３の表面にスパッタ法や蒸着法により銅やニッケル等の金属薄膜を形成し、その上に金、ニッケル等のメッキ層を形成したものであってもよい。

次に、このように構成されたデュアルバンド対応内蔵アンテナの動作について説明する。第１の周波数帯において動作させる場合、共振電流は主として第１のアンテナエレメント上に分布し、その共振周波数はほぼ第１のアンテナエレメントの長さで決定され、周波数帯域は第１のアンテナエレメントの幅およびグランドとの電磁結合度により決定される。従って、電子機器の厚さを最大限に利用して第１のアンテナエレメントの幅を広げることによりインダクタンス成分が低下し、周波数帯域が拡大する。
第２の周波数帯において動作させる場合、共振電流は第２のアンテナエレメント上に分布する他に、この共振電流に対する誘導電流が第１のアンテナエレメント上に生じる。その共振周波数は第２のアンテナエレメントの長さと第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとの距離により決定され、周波数帯域は第２のアンテナエレメントの幅およびグランドとの電磁結合度、更に第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとの距離により決定される。第１の周波数帯での動作と同様に、第２のアンテナエレメントの幅を最大限に広げることによりインダクタンス成分が低下し、周波数帯域を拡大することが可能となる。更に第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントとの距離を近づけることで、両者の電磁結合度が強まり、第１のアンテナエレメントが無給電素子と同等に作用するため、周波数帯域を拡大することが可能となる。
また、第１の周波数帯と第２の周波数帯との関係が、例えばＧＳＭ（global system for mobile communication）（880MHz〜960MHz）とＤＣＳ（digital cellular system）（1710MHz〜1880MHz）、またはＧＳＭとＰＣＳ（personal communication service）（1850MHz〜1990MHz）と言ったような組み合わせであった場合、即ち、第２の周波数帯の中心周波数を第１の周波数帯の中心周波数の約２倍、若しくはそれ以上となる場合、第２のアンテナエレメント長は第１のアンテナエレメント長の約１／２以下となり、第１の周波数帯での動作において、共振電流は第１のアンテナエレメント上に分布し、第２のアンテナエレメント上には殆ど分布しなくなる。このため、それぞれのアンテナエレメント長の調整が独立して行えるため、作業性が向上する。なお、第１の周波数帯と第２の周波数帯で適用する周波数帯については、上記のみとは限らず、第２の周波数帯の中心周波数を第１の周波数帯の中心周波数の約２倍、若しくはそれ以上となるような組み合わせであれば何れでもよい。

［第２の実施の形態］
図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図である。同図において、図１に示される第１の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。本実施の形態の図１に示された第１の実施の形態と相違する点は、第１のアンテナエレメント１の水平部１ａの形状が第２のアンテナエレメント２の水平部２ａと対向していない部分で細くなされた点である。
第１の周波数帯での動作において、第１のアンテナエレメントの先端部分を細くすることにより、グランドとの電磁結合を弱め、周波数帯域を拡大することが可能となる。先端を細くすることにより第１のアンテナエレメントのインダクタンス成分が増加しアンテナの周波数帯域拡大を妨げる方向に作用するが、エレメント先端部分の共振電流は小さいため、この影響は小さい。
なお、水平部１ａの先端部分を細くする形状については、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２のアンテナエレメントと対向していない部分を階段状に細くした形状、またはテーパー状に細くした形状としてもよい。

［第３の実施の形態］
図３（ａ）は本発明の第３の実施の形態の内蔵アンテナの要部を示す斜視図である。同図において、給電線以下の部分は省略されている。本実施の形態の、図１に示された第１の実施の形態と相違する点は、第１のアンテナエレメント１の水平部の形状を曲面状にした点である。本実施の形態によれば、デザインの関係上、曲面を有する筐体内に設置する場合、筐体内のスペースを最大限活用出来る。
なお、樹脂ブロック３の形状は、図３（ｂ）に示すように、底面以外の全体が曲面であっても、また図３（ｃ）に示すように、部分的に曲面となるものであってもよい。

［第４の実施の形態］
図４は本発明の第４の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図である。同図において、基板と導体パターンの図示は省略されている。本実施の形態の、図１に示された第１の実施の形態と相違する点は、第２のアンテナエレメント２の垂直部２ｂの部分が第１のアンテナエレメント１の垂直部１ｂと共用されている点である。本実施の形態によれば、構造が簡素化されたことで、より安価に製品を提供することが可能になる。

［第５の実施の形態］
図５（ａ）は本発明の第５の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図である。同図において、図１に示される第１の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。本実施の形態の、図１に示された第１の実施の形態と相違する点は、導体パターン７に細長いスリット８が入れられたことである。すなわち、本実施の形態においては、アンテナエレメントの水平部と対向する導体パターン７の辺上であって、給電点５の位置から見て導体パターン７のコーナーまでの距離が短い側にスリット８が入れられている。
通常、逆L型の内蔵アンテナを用いた移動体通信機器の場合、グランド長辺部分の電流からの放射が多くなるが、図５（ｂ）に示されるように、このグランド長辺上のアンテナ電流に節９が存在する場合、その方向への放射は弱くなる。これに対して本実施例では、スリットを設け、その長さを調整してグランド周囲長を変えることにより、アンテナ電流の節の位置を任意に移動させてグランド長辺上のアンテナ電流の節を無くし〔図５（ｃ）〕、アンテナ電流の節が存在していた側の放射パターンを改善することを可能としている。このとき、電流の節の移動先は放射への寄与が少ない位置が好ましく、放射への寄与が少ない電流が分布しているアンテナエレメントと対向するグランドの辺上が好ましい。従って、スリットを配置する位置はアンテナエレメントと対向するグランドの辺上とし、この辺上に電流の節を移動させることが好ましい。特に、本実施例においてグランド長辺が１／４波長から１／２波長の長さである場合、給電点に近い側のグランド長辺上に電流の節が存在するため、この節をアンテナエレメントと対向するグランドの辺上に移動させるために、スリットは給電点の位置から見てグランドのコーナーまでの距離が短い側に配置することが好ましい。

図６(ａ)、(ｂ)は、第２の周波数帯での動作において、それぞれスリット無しの場合、アンテナエレメントと対向するグランドの辺上であって、前記給電点の位置から見てグランドのコーナーまでの距離が短い側にスリットを配置した場合の放射パターンＥθの計算例を示したものである。スリットを配置し、適切なスリット長に調整することにより、主に図中の点線で囲んだ方向の放射が改善される。

［第６の実施の形態］
図７は本発明の第６の実施形態の内蔵アンテナを示す斜視図である。同図において、図１に示される第１の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。第１の実施の形態の内蔵アンテナでは、グランドは基板６上に形成された導体パターン７であったのに対し、本実施の形態においては、グランドは、金属製で箱型形状の金属筐体１０と、この金属筐体１０の内部に配置された基板６上に形成された導体パターン７と、導電性を有する接触子１１とで構成されており、金属筐体１０と基板の導体パターン７は給電点５の近傍にて接触子１１により電気的に接続されている。
本実施の形態の構成では、金属筐体１０を用い、給電点５近傍で基板のグランドパターン（７）と接続するようにしたことにより、グランドに流れるアンテナ電流が接触子を起点として基板の導体パターン７と金属筐体１０とに分流される。この結果、金属筐体上の誘導電流の発生が防止され、これに起因した不要共振の抑制が可能となり、更に金属筐体の放射素子としての利用が可能となる。なお、前記接触子の構造は、板バネ構造や、スプリングピンのような構造、ガスケット構造など、導電性と弾性を兼ね備えた構造であって、基板の導体パターンと金属筐体とを電気的、機械的に安定した接触が得られる構造であればよい。接触子は、導体パターンと金属筐体とは別体として構成されていてもよいが、何れか一方に固着されていてもよい。さらに、接触子に代え編組線などを用いたリード線により導体パターン−金属筐体間を接続するようにしてもよい。

以上好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、第５、第６の実施の形態では、第１の実施の形態の内蔵アンテナについてのスリットや金属筐体の追加を行っていたが他の実施の形態についてこれらを付加するようにしてもよい。また、各実施の形態では、長波長側のアンテナエレメントが短波長側のアンテナエレメントの上に配置されていたが、短波長側のアンテナエレメントの方を上側に配置するようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図。 本発明の第２の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図。 本発明の第３の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図。 本発明の第４の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図。 本発明の第５の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図。 本発明の第５の実施の形態の効果を説明するための放射パターン図。 本発明の第６の実施の形態の内蔵アンテナを示す斜視図。 第１の従来例の斜視図。 第２の従来例の斜視図。 第３の従来例の斜視図。

符号の説明

１、１０１、２０１、３０１ 第１のアンテナエレメント
１ａ、２ａ 水平部
１ｂ、２ｂ 垂直部
１ｃ 垂下部
２、１０２、２０２、３０２ 第２のアンテナエレメント
３ 樹脂ブロック
４、１０４、２０４、３０４ 給電線
５、１０５、３０５ 給電点
６ 基板
７ 導体パターン
８ スリット
９ 節
１０ 金属筐体
１１ 接触子
１０３ アンテナ配置領域
１０６、３０６ グランド
２０３ 誘電体基板
２０５ ＰＣＢ
２０６ 接地ポスト
２０７ マッチングブリッジ
３０１ａ 第１放射導体素子
３０１ｂ 第２放射導体素子
３０７ 短絡端子

Claims (11)

1. 第１の周波数帯、第２の周波数帯に対応したデュアルバンド対応の内蔵アンテナであって、前記第１の周波数帯および第２の周波数帯のそれぞれの中心周波数の約１／４波長に相当する長さを有する、それぞれ板状で水平部と垂直部とを有する第１および第２のアンテナエレメントと、グランドとを備え、前記第１のアンテナエレメントおよび第２のアンテナエレメントは、第１のアンテナエレメントの水平部を上側に第２のアンテナエレメントの水平部を下側に重ねて配置され、給電点となる場所にて共通化されていることを特徴とする内蔵アンテナ。
2. 前記第２の周波数帯の中心周波数が前記第１の周波数帯の中心周波数の２倍程度ないしそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の内蔵アンテナ。
3. 前記第１のアンテナエレメントの水平部は、前記第２のアンテナエレメントの水平部と対向する範囲で両サイドに第２のアンテナエレメントに近づく方向に折り曲げた垂下部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の内蔵アンテナ。
4. 前記第１のアンテナエレメントの水平部の、前記第２のアンテナエレメントの水平部と対向していない部分の幅が、対向している部分の幅より細くなされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内蔵アンテナ。
5. 前記第１のアンテナエレメントの水平部は、該水平部の長手方向の中心線を凸とする曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内蔵アンテナ。
6. 前記グランドが基板上に形成された導体パターンを含み、該導体パターンが形成されている平面と、第１のアンテナエレメントの水平部が形成されている平面および第２のアンテナエレメントの水平部が形成されている平面とが直交していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内蔵アンテナ。
7. 前記導体パターンは、前記アンテナエレメントの水平部と対向する辺上に細長いスリットを有することを特徴とする請求項６に記載の内蔵アンテナ。
8. 前記スリットは、前記給電点の位置から見て前記導体パターンのコーナーまでの距離が短い側に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の内蔵アンテナ。
9. 前記グランドが基板上に形成された導体パターンと該導体パターンが形成された基板を収容する金属製で箱型形状の金属筐体とを含み、前記導体パターンと前記金属筐体とが前記給電点近傍にて電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の内蔵アンテナ。
10. 前記導体パターンと前記金属筐体とが接触子により電気的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の内蔵アンテナ。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の内蔵アンテナを有する電子機器。
    

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