(57)【要約】  アンテナ（１０１）の誘電体基体（２０）の下面に給電端子電極が形成されている。誘電体基体（２０）の手前の面に、給電端子電極から延びる導体パターン（Ｅ１１）が形成されている。誘電体基体（２０）の上面には、導体パターン（Ｅ１１）から連続する導体パターン（Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４）が形成されている。これらの導体パターン（Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４）によって放射電極が構成されている。導体パターン（Ｅ１２）の途中には位相制御素子（１１）が直列に接続されている。この構成により、限られた空間内に配置でき、且つ高い放射効率が得られるアンテナおよび、そのアンテナを備えた通信性能の高い移動体通信装置を構成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に放射電極を備え、基板に実装されるアンテナであって、
前記基体の長手方向の長さをＬ、使用周波数範囲で最も低い周波数の前記基体上での波長をλとすれば、Ｌ＜λ／５の関係にあり、
前記放射電極は給電部と開放端を備え、前記給電部から前記開放端までの間に位相制御素子が配置されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記基体は誘電材料の成型体である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記基体は誘電体セラミック材料と樹脂材料との複合成形体である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記放射電極は給電放射電極と無給電放射電極とで構成された、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
基体に放射電極を備えたアンテナと、このアンテナが実装された基板と、当該基板を収納する筐体とを備えた移動体通信装置であって、
前記基体の長手方向の長さをＬ、使用周波数の基体上での波長をλとすれば、Ｌ＜λ／５の関係にあり、
前記放射電極は給電部と開放端を備え、前記給電部から前記開放端までの間に位相制御素子が配置されたことを特徴とする移動体通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体通信に用いられるアンテナおよびそのアンテナを備えた移動体通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信装置の筐体内に設けられ、実装基板に実装されるアンテナとして、例えば特許文献１が開示されている。図１は特許文献１のアンテナ構造を示す斜視図である。この図１に表れているように、放射電極３は、その一端側３Ａが基板２の表面又は裏面に形成された導体部に接続され、導体部に接続された一端側（基板接続端部）３Ａを起点として導体部から離れる方向に膨らみながら基板端縁２Ｔを囲むループ状の経路を通って前記起点とは反対側の基板面に間隔を介し沿うように形成され、放射電極３の他端側３Ｂは導体部と間隔を介して配置される開放端部となるように形成されている。【０００３】
一般に、実装基板に対するアンテナの高さが低くなると、アンテナ特性が劣化するが、図１に示されるように、放射電極３は基板２の一方の基板面側から他方の基板面側に回り込んで形成されることで、放射電極３の電気長が長くなる。これにより、設定の共振周波数をもたせながら放射電極３を小型・薄型化できる。また、基板２と放射電極３により囲まれている空間の大きさを増加できるので、利得向上や広帯域化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示されるように、実装基板の両面に放射電極を配置することで、片面に配置する場合に比べ電極を大きくすることができる。しかし、放射電極を実装基板の端部で回りこませる必要があり、放射電極を配置する空間を必要とすること自体に変わりない。また、近年の携帯電話端末などの移動体通信装置は薄型になっているので、実装基板を挟んで両面に電極を配置した場合に、実装基板放射電極との距離は近くなり、アンテナ特性が劣化してしまう。【０００６】
そこで本発明は、限られた空間内に配置でき且つ高い放射効率が得られるアンテナおよび、そのアンテナを備えた通信性能の高い移動体通信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアンテナは、基体に放射電極を備え、前記基体の長手方向の長さ（寸法）をＬ、使用周波数範囲で最も低い周波数の前記基体上での波長をλとすれば、Ｌ＜λ／５の関係にあり、前記放射電極は給電部（給電端）と開放端を備え、前記給電部から前記開放端までの間に位相制御素子が配置されたことを特徴とする。【０００８】
前記基体は例えば誘電材料の成型体である。
また、前記基体は例えば誘電体セラミック材料と樹脂材料との複合成形体である。
前記放射電極は単に給電放射電極だけで構成されていなくてもよく、給電放射電極と無給電放射電極とで構成されていてもよい。【０００９】
本発明の移動体通信装置は、基体に放射電極を備えたアンテナと、このアンテナが実装された基板と、当該基板を収納する筐体とを備え、前記基体の長手方向の長さ（寸法）をＬ、使用周波数の基体上での波長をλとすれば、Ｌ＜λ／５の関係にあり、前記放射電極は給電部（給電端）と開放端を備え、前記給電部から前記開放端までの間に位相制御素子が配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位相制御素子によって、給電部から開放端までの間の放射電極上の位相が制御されて、電流最大点（主に給電部）と電界最大点（主に放射電極開放端）における電流の位相差を任意に制御することができる。これにより、限られた空間内に配置された放射電極においても、電流の位相差を最適化できるため、アンテナの放射効率が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は特許文献１のアンテナ構造を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ１０１が実装された実装基板３０の斜視図である。図２（Ｂ）は、その実装基板３０を筐体４１，４２内に配置した移動体通信装置２０１の概略断面図である。
【図３】図３は実装基板３０に実装されたアンテナ１０１の斜視図である。
【図４】図４は、放射電極の形状を変えずに、放射電極上の位相制御素子１１による位相量を変化させた際の1/Qrの変化を調査した結果を示す。
【図５】図３に示したアンテナ１０１と等価的にほぼ同じ特性を示すアンテナ１０１Ｅの斜視図である。
【図６】図６は第２の実施形態に係るアンテナ１０２が実装基板３０に実装された状態を示す斜視図である。
【図７】図７は第３の実施形態に係るアンテナ１０３が実装基板３０に実装された状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナおよび移動体通信装置について、図２〜図５を参照して説明する。
図２（Ａ）はアンテナ１０１が実装された実装基板３０の斜視図である。図２（Ｂ）は、その実装基板３０を筐体４１，４２内に配置した移動体通信装置２０１の概略断面図である。
【００１３】
アンテナ１０１は、直方体形状の誘電体基体（誘電体ブロック）２０と、その外面に形成された、所定パターンの導体とで構成されている。実装基板は移動体通信装置に要する機能を実現する回路が構成されている。この実装基板にアンテナ１０１が表面実装された状態で、給電回路がアンテナ１０１の給電端子電極に接続される。
図２（Ｂ）に表れているように、移動体通信装置２０１を薄型化するためにアンテナ１０１は低背である必要がある。
【００１４】
図３は実装基板３０に実装されたアンテナ１０１の斜視図である。アンテナ１０１の誘電体基体２０の下面（実装基板３０に対する実装面）に給電端子電極が形成されている。誘電体基体２０の手前の面に、給電端子電極から延びる導体パターンＥ１１が形成されている。誘電体基体２０の上面には、導体パターンＥ１１から連続する導体パターンＥ１２，Ｅ１３，Ｅ１４が形成されている。これらの導体パターンＥ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４によって放射電極が構成されている。導体パターンＥ１２の途中には位相制御素子１１が直列に接続されている。
【００１５】
アンテナ１０１は実装基板３０のグランド電極（実装基板の電極部分）の上に配置（面実装）される。
【００１６】
給電回路からの給電電圧は給電ラインを介して放射電極の給電端（給電端子電極）に印加される。導体パターンＥ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４による放射電極は、先端部が開放端、基端部が給電端として作用する。給電端子電極が接続される実装基板上の接続電極と給電ラインとの間には、給電回路とアンテナ１０１とのインピーダンス整合を行う整合素子１９が実装されている。
【００１７】
位相制御素子１１は放射電極における電界最大点の位置や電流最大点の位置を制御する。
従来、電界最大点の位置や電流最大点の位置は放射電極の長さや配置により結果的に制御していた。ここで、図３に示したアンテナ１０１と等価的にほぼ同じ特性を示すアンテナ１０１Ｅの斜視図を図５に示す。このアンテナ１０１Ｅは、誘電体基体２０の手前の面に、給電端子電極から延びる導体パターンＥ１１が形成されていて、誘電体基体２０の上面に、導体パターンＥ１１から連続する導体パターンＥ１２，Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ１５，Ｅ１６が形成されている。これらの導体パターンＥ１１〜Ｅ１６によって放射電極が構成されている。
【００１８】
アンテナ１０１Ｅの放射電極の導体パターンＥ１１〜Ｅ１６には、図中実線の矢印で示すように、給電端から開放端方向（およびその逆方向）へ電流Ｉｒが流れ、放射電極の電界最大点である開放端と実装基板のグランド電極間に変位電流Ｉｄが発生し、それにより実装基板の給電点付近の方向（およびその逆方向）へグランド電極上を電流Ｉｇが流れる。この一連の電流の流れ方が、実装基板を放射器として利用するために重要となる。
【００１９】
アンテナの基体２０の最大辺の長さＬと、使用する周波数範囲で最も低い周波数の基体上での波長λが、Ｌ＜λ／５の関係にあるような小型アンテナにおいては、必要なアンテナ放射特性を得るために、実装基板のグランド電極（実装基板の電極部分のことであり、基板を一枚の金属電極と考えたときの、その電極に相当する。）を放射器として利用することが重要である。すなわち、基体２０の最大辺の長さＬがλ／４より短ければ、基体２０の長手方向に沿った辺の長さより必要な放射電極の長さが長いので、放射電極は基体の上面で折り返す形状となる。但し、基体の垂直面も利用できるので、基体２０の最大辺の長さＬが実質的にλ／５より短ければ、放射電極は基体の上面で少なくとも一回は折り返す形状となる。
【００２０】
実装基板を放射器として十分に利用するためにはアンテナ電極における電界最大点の位置や電流最大点の位置が重要である。従来は電極の形状や実装基板との距離（アンテナ高さに相当）などを変化させることで、電流最大点と電界最大点の相対位置や電気長そのものを変化させることで電気的な長さを変化させていた。そのため、アンテナ特性を得るためには、ある程度の電極の大きさや実装基板からの高さを必要としていた。
【００２１】
図３に示したアンテナ１０１についても、放射電極の導体パターンＥ１１〜Ｅ１４には、図中実線の矢印で示すように、給電端から開放端方向（およびその逆方向）へ電流Ｉｒが流れ、放射電極の電界最大点である開放端と実装基板のグランド電極間に変位電流Ｉｄが発生し、それにより実装基板の給電点付近の方向（およびその逆方向）へグランド電極上を電流Ｉｇが流れる。
【００２２】
アンテナの小型化や電極形状の制限、低背化により、電界最大点の位置や電流最大点の位置が最適でなくなった場合に、放射電極上の位相制御素子１１により、放射電極を流れる電流の位相を制御することにより、給電点付近を起点としたループ上の電流の流れ方および量を制御する。
【００２３】
このように電界最大点の位置や電流最大点の位置が変化しても、位相制御素子１１により、電界最大点の位置や電流最大点の位置を最適化することができる。これにより電界最大点から始まる変位電流から実装基板上の電流に至る電流の流れ方に関しては、電極形状変化の影響を実質的に受けないようにできる。その結果、実装基板を放射器として十分に利用することができ、図５に示したアンテナ１０１Ｅと同等のアンテナ特性が得られる。
【００２４】
位相制御素子がインダクタンス素子である場合、そのインダクタンスが大きい程、放射電極に要する全長の短縮効果が高く、また電流分布の大きな給電部付近に近いほど短縮効果が高い。これらを考慮して位相制御素子のインダクタンスおよび放射電極上への実装位置を定めればよい。但し、位相制御素子はインダクタンス素子に限るものではない。位相制御素子は、例えばインダクタとキャパシタで構成された回路であり、信号が通過する際に、その位相を任意に変化させることのできる回路である。
【００２５】
また、実装基板を放射素子として利用するためには、実装基板におけるアンテナの実装位置も重要なファクタとなる。この位置による影響を、アンテナの電界最大点の位置や電流最大点の位置により補正することが可能である。この効果により、実装位置の自由度を増すことが可能となる。
【００２６】
図４は、放射電極の形状を変えずに、放射電極上の位相制御素子１１による位相量を変化させた際の1/Qrの変化を調査した結果を示す。1/Qrは放射能力に対応する指標であり、値が大きいほうが放射能力は高い。このように、位相値を変えることで、放射電極を変化させることなく1/Qrを制御できる。
【００２７】
《第２の実施形態》
図６は第２の実施形態に係るアンテナ１０２が実装基板３０に実装された状態を示す斜視図である。アンテナ１０２の誘電体基体２０の下面（実装基板３０に対する実装面）に給電端子電極が形成されている。誘電体基体２０の手前の面に、給電端子電極から延びる導体パターンＥ１１が形成されている。誘電体基体２０の上面には、導体パターンＥ１１から連続する導体パターンＥ１２，Ｅ１３，Ｅ１４が形成されている。これらの導体パターンＥ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４によって放射電極が構成されている。導体パターンＥ１１の途中には位相制御素子１３が、導体パターンＥ１２の途中には位相制御素子１１が、導体パターンＥ１４の途中には位相制御素子１２がそれぞれ直列に接続されている。
【００２８】
このように、複数の位相制御素子を放射電極に接続してもよい。複数の位相制御素子を分散配置することによって、放射電極上の電流分布を全体的になだらかにすることができ、且つ、制御できる位相量を大きくすることが可能となる。また、大まかな制御用と微小な制御用とに位相制御素子を分けることで、製造バラツキに対し感度を下げることができ、量産時において安定した特性を得ることができる。
【００２９】
《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係るアンテナ１０３が実装基板３０に実装された状態を示す斜視図である。アンテナ１０３の誘電体基体２０の下面（実装基板３０に対する実装面）に給電端子電極が形成されている。誘電体基体２０の手前の面に、給電端子電極から延びる導体パターンＥ１１が形成されている。誘電体基体２０の上面には、導体パターンＥ１１から連続する導体パターンＥ１２，Ｅ１３が形成されている。これらの導体パターンＥ１１，Ｅ１２，Ｅ１３によって放射電極が構成されている。導体パターンＥ１３の途中には位相制御素子１２が直列に接続されている。
【００３０】
また、誘電体基体２０の手前の面に、接地端子電極から延びる導体パターンＥ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ２４が形成されている。誘電体基体２０の上面には、導体パターンＥ２４から連続する導体パターンＥ２５，Ｅ２６が形成されている。これらの導体パターンＥ２１〜Ｅ２６によって無給電放射電極が構成されている。
【００３１】
無給電放射電極のうち特に導体パターンＥ２５，Ｅ２６は放射電極（給電放射電極）のうちの導体パターンＥ１２，Ｅ１３と並行しているので、両者は容量性結合する。これらの二つの放射電極（給電放射電極と無給電放射電極）を備えることによって広帯域特性が得られる。
このように無給電放射電極を備えたアンテナにおいても適用できる。
【００３２】
《他の実施形態》
放射電極を形成する基体としては、誘電体セラミックの成型体以外に、誘電体セラミック材料と樹脂材料との複合成形体であってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ１５，Ｅ１６…導体パターン
Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ２５，Ｅ２６…導体パターン
Ｉｄ…変位電流
Ｉｇ…電流
Ｉｒ…電流
１１，１２，１３…位相制御素子
１９…整合素子
２０…基体
３０…実装基板
４１，４２…筐体
１０１…アンテナ
１０１Ｅ…アンテナ
１０２，１０３…アンテナ
２０１…移動体通信装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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