(57)【要約】【課題】携帯端末機用内蔵マルチバンドアンテナ装置を提供する。【解決手段】マルチバンドアンテナ装置１１０は、給電点を備えた地板３０と、地板３０の端部に隣接して配置されたアンテナ部とを有する。アンテナ部は、誘電体樹脂片６０と、一端を給電点に接続され他端をヘリカル形状に形成された逆Ｌ形状の第１アンテナ素子２１０と、無給電の寄生素子であって一端を短絡され第１アンテナ素子２１０と容量結合された第２アンテナ素子２２０と、磁性体片４０と、誘電体片５０とを備える。第１アンテナ素子２１０および第２アンテナ素子２２０は誘電体樹脂片６０の表面上に形成され、磁性体片４０は第１アンテナ素子２１０の電流分布が高い箇所に、誘電体片５０は第１アンテナ素子２１０の電流分布が低い箇所に装荷される。磁性体片４０および誘電体片５０の波長短縮効果の利用により、アンテナ素子１１０は小型で良好な電気性能を実現することができる。【選択図】  図１
2010130100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電点を備えた地板と、前記地板の端部に隣接して配置されたアンテナ部とを有し、
前記アンテナ部は、
誘電体樹脂片と、
一端を前記給電点に接続され他端をヘリカル形状に形成された逆Ｌ形状の第１アンテナ素子と、
無給電の寄生素子であって、一端を短絡され前記第１アンテナ素子と容量結合された第２アンテナ素子と、
磁性体片と、
誘電体片と、を備え、
前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は前記誘電体樹脂片の表面上に形成され、
前記磁性体片は前記第１アンテナ素子の電流分布が高い箇所に装荷され、
前記誘電体片は前記第１アンテナ素子の電流分布が低い箇所に装荷されることを特徴とする携帯端末機用内蔵マルチバンドアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチバンドアンテナ装置において、
前記第１アンテナ素子は前記他端を前記誘電体片の表面上に巻回して前記ヘリカル形状を形成することを特徴とするマルチバンドアンテナ装置。
【請求項３】
給電点を備えた地板と、前記地板の端部に隣接して配置されたアンテナ部とを有し、
前記アンテナ部は、プリント基板片と、第１アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子と容量結合された第２アンテナ素子とを含み、
前記第１アンテナ素子は、一端を前記給電点に接続され前記プリント基板片上に形成された第１アンテナラインの他端と、一端を第１誘電体片の表面上に巻回された第１導電ラインの他端とを接合して逆Ｌ形状に形成され、
前記第２アンテナ素子は、一端を短絡され前記プリント基板片上に形成された第２アンテナラインの他端と、第２誘電体片の表面上に形成された第２導電ラインの一端とを接合して形成され、
前記第１アンテナラインの前記給電点の近傍には磁性体片が装荷されることを特徴とする携帯端末機用内蔵マルチバンドアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチバンドアンテナ装置に係り、より詳細には、電気特性の調整が容易で、搭載体積が小さく、高い電気性能を実現できる端末用内蔵マルチバンドアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、システムの多機能化や国際ローミングの必要性の増加に伴って、移動体端末機は表１に示すような複数のセルラシステムやその他の無線システム（ＧＰＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＲＦＩＤ等）に対応することが必要になってきている。
【０００３】
【表１】
2010130100.tif 000003
【０００４】
このような状況に鑑み、複数のシステムに対応可能なアンテナ装置の開発が進められている。こうしたアンテナ装置は、次の２種に大別される。
【０００５】
第１のタイプは、複数のアンテナ素子を分岐させたり、容量結合させたり、地板へ短絡させたりして、マルチ共振モードが発生するよう工夫されたアンテナである。このタイプのアンテナの一例として、特許文献１に記載の複数周波数帯用アンテナが挙げられる。特許文献１に記載のアンテナは、第１および第２のアンテナエレメントを同じ給電点に接続して構成されており、相互干渉を生じずに各々が独立して異なる周波数帯で動作するものである。
【０００６】
第２のタイプは、給電部分付近でスイッチを用いた制御回路を設計したり、給電部の回路やアンテナエレメント中間にバリキャップダイオードやＰＩＮダイオードなどのアクティブ素子を付随させることにより、端末側からの電圧制御によって共振周波数を可変させ、広帯域な性能を得ることのできるチューナブルアンテナである。このタイプのアンテナとして、例えば特許文献２に記載のアンテナ装置や特許文献３に記載のアンテナ構造がある。これらはいずれも回路素子を使用することによりマルチバンドを実現している。
【特許文献１】特開２００７−２８８６４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３０６３号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した従来の２つのタイプのマルチバンドアンテナ装置によれば、端末機を複数のシステムに対応させることが可能である。しかしながら、第１のタイプ、すなわち複数のアンテナ素子から形成されるアンテナ装置は、一定の設置空間を必要とするものであり、携帯利便性やデザインの点から、小型化傾向にある端末機の内部に設置することが往々にして困難である。
【０００８】
また、回路側からの電圧制御により共振周波数を可変させて広帯域化を実現する第２のタイプのアンテナについても、挿入損失の発生により低効率になるという問題がある。このタイプのアンテナの場合、さらに、多くの共振周波数を可変させるためにアンテナと制御回路の設計難易度が高くなってしまう上、多くの回路素子を必要とするため部品数が増加し、ひいては製造工程およびコストの増大を招く。
このような事情から、電気特性の調整が容易で、しかも搭載体積が小さく、高い性能を実現することのできる端末用内蔵マルチバンドアンテナ装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題を解決するため本発明が提供するのは、携帯端末機用内蔵マルチバンドアンテナ装置であって、給電点を備えた地板と、地板の端部に隣接して配置されたアンテナ部とを有し、アンテナ部は、誘電体樹脂片と、一端を給電点に接続され他端をヘリカル形状に形成された逆Ｌ形状の第１アンテナ素子と、無給電の寄生素子であって一端を短絡され第１アンテナ素子と容量結合された第２アンテナ素子と、磁性体片と、誘電体片とを備え、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子は誘電体樹脂片の表面上に形成され、磁性体片は第１アンテナ素子の電流分布が高い箇所に装荷され、誘電体片は第１アンテナ素子の電流分布が低い箇所に装荷される。このような構成を有することにより、本発明のマルチバンドアンテナ装置は、前掲の表１に記載された周波数帯域に対応し広帯域な電気性能を実現することができる。
【００１０】
また、本発明のマルチバンドアンテナ装置において、第１アンテナ素子は他端を誘電体片の表面上に巻回してヘリカル形状を形成する。このような構成を有することにより、本発明のマルチバンドアンテナ装置は、小型化と良好な電気性能とを両立させることができる。
【００１１】
本発明がさらに提供するのは、携帯端末機用内蔵マルチバンドアンテナ装置であって、給電点を備えた地板と、地板の端部に隣接して配置されたアンテナ部とを有し、アンテナ部は、プリント基板片と、第１アンテナ素子と、第１アンテナ素子と容量結合された第２アンテナ素子とを含み、第１アンテナ素子は、一端を給電点に接続されプリント基板片上に形成された第１アンテナラインの他端と、一端を第１誘電体片の表面上に巻回された第１導電ラインの他端とを接合して逆Ｌ形状に形成され、第２アンテナ素子は、一端を短絡されプリント基板上に形成された第２アンテナラインの他端と、第２誘電体片の表面上に形成された第２導電ラインの一端とを接合して形成され、第１アンテナラインの給電点の近傍には磁性体片が装荷される。このような構成を有することにより、本発明のマルチバンドアンテナ装置は、製造工程の容易化および製造コストの低減に貢献することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少数のアンテナ素子で回路素子を用いることなく小型のマルチバンドアンテナ装置を実現することができる。このマルチバンドアンテナ装置は、ＧＳＭ８５０／９００、ＤＣＳ／ＰＣＳおよびＵＭＴＳのすべてのセルラ周波数帯域を確保することができ、ＶＳＷＲと放射効率がともに広帯域で高性能である。したがって、複数のシステムに対応可能な小型の携帯端末機の実現に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１に示すのは、本発明によるマルチバンドアンテナ装置の第一の実施形態である。図１（ａ）はアンテナ装置１１０の表側を、（ｂ）はアンテナ装置１１０の裏側を表している。図示するように、アンテナ装置１１０は、逆Ｌ形状の第１アンテナ素子２１０と、第２アンテナ素子２２０と、誘電体樹脂片６０と、磁性体片４０と、誘電体片５０とを有するアンテナ部と、地板３０とを備えて構成されており、アンテナ部は地板３０の相対的に短い端部の一方に隣接して配置される。
【００１４】
図２および３には、アンテナ部のみを拡大して示す。第１アンテナ素子２１０の一端は給電点に接続され、他端はヘリカル形状に形成される。一方、第２アンテナ素子２２０の一端は短絡される。第２アンテナ素子２２０は無給電の寄生素子（パラサイトエレメント）であり、図２に示すＬ１およびＬ２の箇所で第１アンテナ素子２１０と第２アンテナ素子２２０とが互いに容量結合される。
【００１５】
アンテナ部の全体としての大きさは、図２の符号Ｌ×Ｗ×Ｈが例えば１０ｍｍ×４５ｍｍ×２ｍｍ（０．９ｃｃ）である。また、地板３０は例えば１００ｍｍ×４５ｍｍの大きさを有するものとする。磁性体片４０としてはフェライトを、誘電体片５０としてはセラミックを用いることができる。誘電体樹脂片６０には、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）を使用することができる。
【００１６】
第１アンテナ素子２１０の先端部分は、誘電体片５０の表面上に巻回されてヘリカル形状を形成する。ヘリカル形状の巻きの間隔および巻き数は、０．８ＧＨｚの共振周波数に関与し任意に設計する。また、給電点近傍の第１アンテナ素子２１０の根元部分には、磁性体片４０が装荷される。
【００１７】
このアンテナ装置１１０において、フェライト片４０としては、大きさが５ｍｍ×６ｍｍ×２ｍｍ（０．０６ｃｃ）、材料特性がεｒ＝１３  ｔａｎδ＝０．０１、μｒ＝３  ｔａｎδ＝０．０５のものを使用している。また、セラミック片５０としては、大きさが１０ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍ（０．１ｃｃ）、材料特性がεｒ＝６０  ｔａｎδ＝０．０６のものを使用している。しかしながら、これらの材料特性や寸法は、作製されるアンテナの使用周波数や帯域に合わせて任意に設計することができる。
【００１８】
このマルチバンドアンテナ装置１１０の開発にあたり、発明者はまず、磁性体片と誘電体片とを効果的に装荷したシングルバンドアンテナ装置の開発を行った。図４（ａ）および（ｂ）に示すのはこのシングルバンドアンテナ装置１０である。アンテナ装置１０は、アンテナ素子２０と、磁性体片４０と、誘電体片５０とを有するアンテナ部を地板３０の相対的に短い端部の一方に隣接して配置することにより構成されている。図４（ｂ）のアンテナ部拡大図に示すように、アンテナ素子２０の給電点近傍の根元部分には磁性体片４０が装荷され、先端部分は誘電体片５０に巻回されてヘリカル形状を形成する。
【００１９】
このアンテナ部における電流分布を表すのが図５であり、濃い部分は電流分布が低いことを、薄い部分は電流分布が高いことを示している。アンテナ素子２０の先端部分では電流分布が低く、根元部分では電流分布が高いことが確認できる。磁性体および誘電体の波長短縮効果を考慮すると、電流分布が低い箇所では誘電体の装荷が有効であり、電流分布が高い箇所では磁性体の装荷が有効であることから、磁性体片４０および誘電体片５０は、それぞれアンテナ素子の根元部分および先端部分に装荷される。
【００２０】
図６は、このシングルバンドのアンテナ装置１０で得られたＶＳＷＲ性能を、逆Ｌアンテナおよび逆ＦアンテナのＶＳＷＲ性能とあわせて示したものである。図６によれば、アンテナ装置１０では逆Ｌアンテナと比較してＶＳＷＲ値が３程度改善していることがわかる。また、ＶＳＷＲ値が３よりも小さくなる周波数比帯域幅についても、逆Ｆアンテナと比較して１５％程度の改善が見られる。
【００２１】
本発明のマルチバンドアンテナ装置１１０は、このようなシングルバンドアンテナ装置１０を踏まえて開発されたものである。すなわち、シングルバンドアンテナ装置１０の場合に準じて適切な位置に磁性体片４０および誘電体片５０を装荷し、効率のよい設計とすることで、アンテナ装置の小型化によるＱ値の上昇や低インピーダンス化を防ぐとともに、素子間や地板３０との間での容量性結合の増加を防ぐことができる。
【００２２】
ここで、図７（ａ）に示すのはマルチバンドアンテナ装置１１０のＶＳＷＲ特性であるが、シングルバンドのアンテナ装置１０の０．８ＧＨｚ帯におけるＶＳＷＲ特性を維持したまま、新たに２ＧＨｚ帯の共振特性を得られている。２ＧＨｚ帯については、無給電素子である第２アンテナ素子２２０を第１アンテナ素子２１０に近接させて配置し、容量性結合させることによって共振特性を得ている。図示するように、アンテナ装置１１０では、ＧＳＭ８５０／９００で使用する０．８２４〜０．９６ＧＨｚの周波数帯域と、ＤＣＳ／ＰＣＳおよびＵＭＴＳで使用する１．７１〜２．１７ＧＨｚの周波数帯域とにおいて、３よりも小さいＶＳＷＲを満足することができる。
【００２３】
図７（ｂ）には、アンテナ装置１１０の放射効率を、標準ダイポールアンテナの放射効率を１００として相対比で示す。図示するように、０．８ＧＨｚ帯では６ポイント、２ＧＨｚ帯では１０ポイントを等間隔で測定した結果、測定した全帯域で４５％以上の値が得られた。これは、体積が非常に小さな端末内蔵用の小型アンテナであることを考慮すると、良好な性能であるといえる。
【００２４】
次に、本発明によるマルチバンドアンテナ装置の第二の実施形態を説明する。
前述したように、第一の実施形態のアンテナ装置１１０では良好な性能が得られており、携帯端末機用内蔵アンテナ装置として好適に使用することができる。しかしながら、アンテナ装置１１０は、ＡＢＳ樹脂、フェライト材およびセラミック材を使用した材料複合型のアンテナであり、製品化に際しては製造方法や製造コストの面で課題が残る。
第二の実施形態によるマルチバンドアンテナ装置は、この課題を解決可能とするものであり、図８に示すような構造を有する。図８（ａ）にはマルチバンドアンテナ装置１２０の全体図を、（ｂ）および（ｃ）にはアンテナ部の拡大図を示す。
【００２５】
アンテナ装置１２０においては、地板３０の相対的に短い端部の一方に隣接して、プリント基板（ＰＷＢ）材であるＦＲ−４材（ガラスエポキシ基板）の切片が配置される。このＦＲ−４材の材料表面には、第１アンテナライン２１０ａおよび第２アンテナライン２２０ａが銅箔パターンで形成される。また、セラミック材片５０の表面上にはヘリカル形状の第１導電ライン２１０ｂが形成され、別のセラミック材片７０の表面上には第２導電ライン２２０ｂが形成される。
【００２６】
地板３０は例えば１００ｍｍ×５０ｍｍの大きさを有し、ＦＲ−４材に前述の各部品を表面実装して構成されるアンテナ部の実装サイズは、例えば１０ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍとする（ＦＲ−４材部分の体積を加味しない）。また、セラミック片５０は例えば大きさが５ｍｍ×１３ｍｍ×２ｍｍ（０．１３ｃｃ）、材料定数がεｒ＝６０  ｔａｎδ＝０．０６であり、セラミック片７０は例えば大きさが１．５ｍｍ×１６ｍｍ×２ｍｍ（０．０５ｃｃ）、材料定数がεｒ＝６０  ｔａｎδ＝０．０６であり、フェライト片４０は例えば大きさが５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ（０．０２５ｃｃ）、材料定数がεｒ＝１３  ｔａｎδ＝０．０１、μｒ＝６０  ｔａｎδ＝０．０５である。
【００２７】
セラミック片５０および７０は、第１導電ライン２１０ｂおよび第２導電ライン２２０ｂがそれぞれ第１アンテナライン２１０ａおよび第２アンテナライン２１０ｂへ導通可能となるよう、ＦＲ−４材６０に表面実装される。そして、第１アンテナライン２１０ａの給電付近にはフェライト片４０が実装される。各部品の実装位置は、図８（ｂ）において破線で囲んだ部分である。
【００２８】
ＦＲ−４材６０にセラミック片５０を実装すると、第１アンテナライン２１０ａおよび第１導電ライン２１０ｂにより、アンテナ装置１１０の第１アンテナ素子２１０に対応するアンテナ素子が形成される。また、セラミック片７０を実装すると、第２アンテナライン２２０ａおよび第２導電ライン２２０ｂにより、アンテナ装置１１０の第２アンテナ素子２２０に対応するアンテナ素子が形成される。第２アンテナライン２２０ａおよび第２導電ライン２２０ｂからなるアンテナ素子は、アンテナ装置１１０の場合と同様に無給電素子であり、第１アンテナライン２１０ａおよび第１導電ライン２１０ｂからなるアンテナ素子と容量性結合される。
【００２９】
このように、導電ラインを表面に形成したセラミック部品５０および７０やフェライト部品４０をチップ化し、マウント技術を用いてＦＲ−４材に表面実装することができるので、第二の実施形態のマルチバンドアンテナ装置１２０は生産性が良く、コストの面においても大きなメリットをもたらすことができる。
【００３０】
図９（ａ）に示すのはマルチバンドアンテナ装置１２０のＶＳＷＲ特性、（ｂ）に示すのは相対放射効率（標準ダイポールアンテナを１００とする）である。図示するように、第一の実施形態によるアンテナ装置１１０と同様、アンテナ装置１２０においてもＧＳＭ８５０／９００で使用する０．８２４〜０．９６ＧＨｚの周波数帯域と、ＤＣＳ／ＰＣＳおよびＵＭＴＳで使用する１．７１〜２．１７ＧＨｚの周波数帯域とにおいて、３よりも小さいＶＳＷＲを満足している。また、放射効率については、０．８ＧＨｚ帯では５０％以上、２ＧＨｚ帯では４０％以上を実現しており、小型アンテナとして良好な性能を提供できる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、端末機内蔵アンテナの特性は地板の大きさや携帯端末内部の部品配置などの諸条件により変化するものであり、材料定数は任意に変更し設計することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
今後、携帯端末機器はグローバル端末化が求められ、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳ／ＵＭＴＳ（ＩＭＴ２０００）のセルラ周波数帯域で性能を満足するマルチバンドが要求される。また、ＲＦ−ＩＤ、ＧＰＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＴＶ−ＦＭ受信用等も含め、複数の無線システムが増加し多機能化する傾向にある。本発明によるアンテナ装置を用いることによって、１つのアンテナ装置で複数のセルラ周波数帯域を満足する小型アンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一の実施形態によるマルチバンドアンテナ装置の表側および裏側の全体図。
【図２】アンテナ部を示す拡大図。
【図３】アンテナ部を示す拡大図。
【図４】（ａ）はシングルバンドアンテナ装置の全体図、（ｂ）はアンテナ部を示す拡大図。
【図５】シングルバンドアンテナ装置のアンテナ素子における電流分布を示す図。
【図６】シングルバンドアンテナ装置の電気性能を示す図。
【図７】（ａ）は本発明の第一の実施形態によるマルチバンドアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図、（ｂ）は相対放射効率を示す図。
【図８】（ａ）は本発明の第二の実施形態によるマルチバンドアンテナ装置の全体図、（ｂ）および（ｃ）はアンテナ部を示す拡大図。
【図９】（ａ）は本発明の第二の実施形態によるマルチバンドアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図、（ｂ）は相対放射効率を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１１０  アンテナ装置
２１０  第１アンテナ素子
２２０  第２アンテナ素子
３０  地板
４０  磁性体片
５０  誘電体片
６０  誘電体樹脂片
【図１】
2010130100.tif 000004
【図２】
2010130100.tif 000005
【図３】
2010130100.tif 000006
【図４】
2010130100.tif 000007
【図５】
2010130100.tif 000008
【図６】
2010130100.tif 000009
【図７】
2010130100.tif 000010
【図８】
2010130100.tif 000011
【図９】
2010130100.tif 000012