(57)【要約】【課題】広帯域にわたって複数周波数帯域に対応するように調整可能なアンテナを実現する。【解決手段】帯域アーム１０２は、端部がアンテナフィード部１０４に接続される。調整アーム１０１は、接地面１０５の端辺との間で電気的ループを形成し、端部がアンテナフィード部１０４に接続され、電気的ループの周囲長が可変になるようにその端部と逆側端を接地面の端辺との間で複数のスイッチ分岐で接続するスイッチトキャパシタバンク１０３を備える。帯域アーム１０２にて形成される第１の共振周波数が、スイッチトキャパシタバンク１０３が接続されない状態のときに調整アーム１０１にて形成される第２の共振周波数よりも高く、電気的ループの周囲長が最大となるようにスイッチトキャパシタバンク１０３が接続された状態のときに調整アーム１０１にて形成される第３の共振周波数よりも低くなるように、帯域アーム１０２の周囲長と調整アーム１０１の周囲長が調整される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振周波数を調整可能なアンテナであって、
端部がアンテナフィード部に接続される第１のアーム部と、
接地面の端辺との間で電気的ループを形成し、端部が前記アンテナフィード部に接続され、前記電気的ループの周囲長が可変になるように該端部と逆側端を前記接地面の端辺との間で複数のスイッチ分岐で接続する無線周波数スイッチバンク部を備える第２のアーム部と、
を含み、
前記第１のアーム部にて形成される第１の共振周波数が、前記無線周波数スイッチバンク部が接続されない状態のときに前記第２のアーム部にて形成される第２の共振周波数よりも高く、前記電気的ループの周囲長が最大となるように前記無線周波数スイッチバンク部が接続された状態のときに前記第２のアーム部にて形成される第３の共振周波数よりも低くなるように、前記第１のアーム部の周囲長と前記第２のアーム部の周囲長が調整される、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記無線周波数スイッチバンク部はスイッチトキャパシタバンクである、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１のアーム部は、逆Ｌ字型モノポールアンテナである、
ことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１のアーム部の周囲長は前記逆Ｌ字型の形状の長辺の長さと短辺の長さの和であり、
前記第２のアーム部の周囲長はその短辺の長さの２倍と長辺の長さの和であり、
前記第２のアーム部の周囲長は前記第１のアーム部の周囲長よりも長くなるように設定される、
ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２のアーム部は前記接地面の端辺に近接して設置され、前記第１のアーム部は前記設置面との距離が前記第２のアーム部と前記設置面との距離よりも遠くなるように設置される、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記無線周波数スイッチバンク部と前記アンテナフィード部の間の最大長は、前記第２のアーム部の長辺の長さに等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記接地面はプリント基板上に形成され、前記第１のアーム部、前記第２のアーム部、及び前記無線周波数スイッチバンク部は、前記プリント基板上において前記設置面と同じ側に形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示する技術は、アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準化団体３ＧＰＰ（３ｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）によるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＩＴＵ（国際電気通信連合：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ）による４Ｇ（第四世代携帯電話）等の新たな携帯電話通信規格が策定されている。これらの規格では，数１００ＭＨｚから約３．５ＧＨｚにわたる周波数の使用が使用される見通しである。さらに将来無線端末にＷｉＭＡＸや無線ＬＡＮの機能を搭載する場合，端末に搭載するアンテナは約6GHzの周波数の電磁波を送受信することができる。
【０００３】
携帯電話機のアンテナは、まず小型であることが要求され、更に広帯域にわたる複数周波数帯域対応という高性能が求められている。
複数周波数帯域に対応することのできるアンテナの第１の従来技術として、図９に示される形状のアンテナが知られている。この従来技術は、複数のアームを有するモノポールアンテナとして実現されており、各アームはそれぞれ異なる共振周波数を有している。
【０００４】
第２の従来技術として、図１０に示される形状のアンテナが知られている。この従来技術は、スイッチによって複数のインピーダンスを選択可能なループアンテナである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３００３９８号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述した第１の従来技術は、複数周波数帯域に対応することはできるが、将来の数１００ＭＨｚから６ＧＨｚにわたるような広帯域には対応することはできないという問題点を有していた。
【０００７】
また、第２の従来技術も同様に広帯域には対応することはできず、数百ＭＨｚ幅の特定の周波数帯域付近でのみ調整が可能であった。また、第２の従来技術の構成は、スイッチによってインピーダンスを変更して共振周波数を変更するものであり、広帯域に対応することを意図した構成ではなかった。
【０００８】
開示する技術が解決しようとする課題は、広帯域にわたって複数周波数帯域に対応できるアンテナを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、開示する技術は、共振周波数を調整可能なアンテナとして実現され、以下の構成を有する。
第１のアーム部は、端部がアンテナフィード部に接続される。
【００１０】
第２のアーム部は、接地面の端辺との間で電気的ループを形成し、端部がアンテナフィード部に接続され、電気的ループの周囲長が可変になるようにその端部と逆側端を接地面の端辺との間で複数のスイッチ分岐で接続する無線周波数スイッチバンク部を備える。
【００１１】
ここで、第１のアーム部にて形成される第１の共振周波数が、無線周波数スイッチバンク部が接続されない状態のときに第２のアーム部にて形成される第２の共振周波数よりも高く、電気的ループの周囲長が最大となるように無線周波数スイッチバンク部が接続された状態のときに第２のアーム部にて形成される第３の共振周波数よりも低くなるように、第１のアーム部の周囲長と第２のアーム部の周囲長が調整される。
【発明の効果】
【００１２】
開示する技術によれば、ループアンテナとモノポールアンテナを組み合わせることにより、小型で、次世代の携帯端末等に対応可能なアンテナを実現できる。
開示する技術によれば、アンテナをプリント基板に容易に組み込むことが可能である。この場合、第１のアーム部（帯域アーム）、第２のアーム部（調整アーム）、及び無線周波数スイッチバンク部（スイッチトキャパシタバンク）は、プリント基板上で、接地面と同じ側に設置され、プリント基板の反対側にはアンテナを構成する部材が設置されないように実装することができる。これにより、プリント基板の使用効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】周波数調整可能アンテナの実施形態の構成図である。
【図２】実施形態の動作説明図である。
【図３】調整アーム１０１の寸法と共振周波数の関係を示した図（その１）である。
【図４】調整アーム１０１の寸法と共振周波数の関係を示した図（その２）である。
【図５】帯域アーム１０２の寸法と共振周波数の関係を示す図である。
【図６】リターンロスデータの計算例を示した図（その１）である。
【図７】リターンロスデータの計算例を示した図（その２）である。
【図８】リターンロスデータの計算例を示した図（その３）である。
【図９】第１の従来技術の構成図である。
【図１０】第２の従来技術の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態について詳細に説明する。
図１は、開示する技術によって実現される調整可能アンテナの実施形態の構成図、図２は、実施形態の動作説明図である。
【００１５】
このアンテナは、将来の携帯電話端末に適応可能なように、アース電位にされている接地面１０５と共に、プリント基板上に実装することができる。
このアンテナは、第１のアーム部である帯域アーム１０２及び第２のアーム部である調整アーム１０１の２本の放射アームから構成される。調整アーム１０１は接地面１０５との間で電気的ループ２０１（図２）を形成するループアンテナであり、帯域アーム１０２は、逆Ｌ字形のモノポールアンテナである。
【００１６】
帯域アーム１０２の寸法はアンテナの帯域拡張に寄与するように、また、調整アーム１０１の寸法はアンテナの調整操作を制御できるように設計される。帯域アーム１０２は、調整アーム１０１よりも、接地面１０５の端辺から遠くなるように設置される。
【００１７】
調整アーム１０１には、無線周波数スイッチバンク部として、複数の並列分岐からなるスイッチトキャパシタバンク１０３が接続される。スイッチトキャパシタバンク１０３の各スイッチング分岐では、図２に示されるように、スイッチがオンしたときに調整アーム１０１と接地面との間にキャパシタが形成される。オンするスイッチの変更により、図２に示されるように、電気的なループ２０１の周囲長が変更されて操作帯域が変更される。これにより、周波数帯域の調整操作が可能になる。
【００１８】
図１又は図２に示されるように、調整アーム１０１と帯域アーム１０２は、アンテナフィード部１０４に接続される一辺を共有している。
上述したように、本実施形態のアンテナは、調整操作の役割を有する調整アーム１０１と帯域拡張操作を行う帯域アーム１０２という、２つの主要部分を備える。このアンテナは、広範囲の調整可能レンジを提供するため、スイッチトキャパシタバンク１０３での複数のスイッチング分岐により、複数の共振構造を実現することができる。
【００１９】
図２に示されるように、調整アーム１０１において、接地面１０５の端辺と平行な長辺部の長さをＬTAA 、短辺に垂直な方向の短辺部の長さをＬTAF とすれば、調整アーム１０１は次式で示される周囲長ＬTAを有する。
ＬTA＝２＊ＬTAF ＋ＬTAA   ・・・（１）
また、帯域アーム１０２において、接地面１０５の端辺と平行な長辺部の長さをＬBAA 、短辺に垂直な方向の短辺部の長さをＬBAF とすれば、帯域アーム１０２は次式で示される周囲長ＬBAを有する。
ＬBA＝ＬBAF ＋ＬBAA   ・・・（２）
ＬTAとＬBAの関係は、調整可能性と帯域拡張性の両方が得られるように注意深く設計される。
【００２０】
図３及び図４は、調整アーム１０１の寸法と共振周波数の関係を示した図である。まず、図３に示されるように、スイッチトキャパシタバンク１０３の左端のスイッチがオンして調整アーム１０１と接地面１０５が接続された状態を考える。この場合、（１）式の長さＬTAを有する調整アーム１０１は、第１共振周波数fTAL1及び第２共振周波数fTAL2を供給する大閉ループ（図２の２０１）を形成する。なお、左端のスイッチがオンしたときのスイッチ分岐部分とアンテナフィード部１０４との距離は、調整アーム１０１の長辺の長さＬTAA に等しくなるように設定される。スイッチオフ状態においては、調整アーム１０１は、図４に示されるように、第１共振周波数ｆTAO1及び第２共振周波数fTAO2を供給する大開ループ（図２の２０１）を形成する。ここで、fTAL1＞ｆTAO1、fTAL2＞ｆTAO2となる。
【００２１】
図５は、帯域アーム１０２の寸法と共振周波数の関係を示す図である。逆Ｌ型の形状を有し（２）式で示される長さＬBAを有する帯域アーム１０２は、その第１共振周波数ｆBA1 が、ｆTAO1とfTAL1の間に落ちるように設計される。即ち、次式の関係が設定される。
ｆTAO1＜ｆBA1 ＜fTAL1  ・・・（３）
この場合、下記の関係が成立する。
ＬTA＞ＬBA  ・・・（４）
ｆBA1が（３）式及び（４）式の関係を満たすように設定される理由は、ループ共振において、共振周波数が、キャンセル効果を有するループ共振とも重ならず、また、低帯域側において帯域拡張の役割に貢献しないｆTAO1以下の周波数に落ちないようにするためである。
【００２２】
図６（ａ）は、（２）式で示される帯域アーム長ＬBAが２７ｍｍ、調整アーム長ＬTAが４９ｍｍ程度とされ、（３）式の関係が満たされるように設定された場合におけるリターンロスデータの計算例を示した図である。また、図６（ｂ）は、帯域アーム１０２が設置されない場合におけるリターンロスデータの計算例を示した図である。図６（ｂ）に示されるように、帯域アーム１０２が無い場合には、３ＧＨｚ以下での低帯域側に共振周波数を設定することが困難である。これに対して、図６（ａ）に示されるように、帯域アーム１０２が設置される図１に示される実施形態の構成では、２ＧＨｚ付近の低帯域側に共振周波数が設定できていることがわかる。また、図６（ａ）に示される複数の特性曲線は、スイッチトキャパシタバンク１０３の各スイッチ分岐を切り替えた場合に対応している。これらの特性曲線より、スイッチトキャパシタバンク１０３の各スイッチ分岐を切り替えることにより、広帯域の範囲で共振周波数を様々に変更できることがわかる。
【００２３】
このとき、帯域アーム１０２は、前述したように、共振周波数が設計条件外に落ちないように帯域拡張に制限を与える役割も備えている。
図７（ａ）は、（３）式の関係が満たされず、図７（ｂ）に示されるように帯域アーム１０２が長すぎる場合におけるリターンロスデータの計算例を示した図である。また、図８（ａ）は、（３）式の関係が満たされず、図８（ｂ）に示されるように帯域アーム１０２が短すぎる場合におけるリターンロスデータの計算例を示した図である。これらの図からわかるように、何れの場合においても十分な広帯域特性が得られないことがわかる。即ち、前述した（３）式の関係が非常に重要である。
【００２４】
以上説明した実施形態により、ループアンテナとモノポールアンテナを組み合わせた小型広帯域調整可能アンテナを実現することができる。このアンテナは、プリント基板に容易に組み込むことが可能である。この場合、調整アーム１０１、帯域アーム１０２、及びスイッチトキャパシタバンク１０３は、プリント基板上で、接地面１０５と同じ側に設置され、プリント基板の反対側にはアンテナを構成する部材が設置されないように、本実施形態のアンテナを実装することができる。これにより、プリント基板の使用効率を向上させることができる。
【００２５】
以上説明した実施形態において、スイッチトキャパシタバンク１０３は、ＲＦスイッチングバンクとしての作用を実現できるものであればスイッチトキャパシタに限定されるものではなく、様々なものを適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
開示する技術は、共振周波数が４ＧＨｚ以上の広帯域に調整される無線機器のアンテナや、６００ＭＨｚから６ＧＨｚ帯域の複数帯域での操作を要求する次世代携帯電話のアンテナ等に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０１  調整アーム
１０２  帯域アーム
１０３  スイッチトキャパシタバンク
１０４  アンテナフィード部
１０５  接地面
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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