(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体と、
前記筺体上に配置された給電点と、
前記給電点から延びる物理長が４分の１波長未満の線状エレメントと、
前記線状エレメントの先端に接続される半波長アンテナ素子と、
前記線状エレメントと半波長アンテナ素子との接合点を内部に含み、前記筺体のひとつの面の直上で、当該ひとつの面から所定距離だけ離れて位置する金属導体
とを含むことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記線状エレメントは、前記筺体の一面と平行に、給電点から半波長アンテナ素子と逆の第１方向に延びる第１部分と、前記筺体の一面と平行に、半波長アンテナ素子が伸びる方向と同一の第２方向に延びる第２部分とを有し、前記線状エレメントと半波長アンテナ素子との接合点は、前記給電点よりも第１方向側に位置することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記金属導体の断面積は、前記線状エレメントの断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記金属導体の単位長さ当たりの側面積は、前記線状エレメントの単位長さあたりの側面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記線状エレメントの物理長は、６分の１波長以上、５分の１波長以下の長さであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記金属導体は、中空シリンダ形状であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記金属導体と前記筺体との間に挿入される誘電体をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線機能を有する携帯無線端末のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナが無線機と一体化するような端末では、無線機端末の筺体（ケーシング）の形状によってアンテナの指向性が変化してしまう場合がある。
【０００３】
半波長（λ／２）アンテナを用いた場合、給電線から筺体上に流れる電流を低減できることが知られている。すなわち、半波長の線状アンテナを用いると無線機筺体の影響が少なくなるので、アンテナ系の設計上都合がよい。
【０００４】
しかし、半波長アンテナも、整合回路の構成によっては、筺体上に電流が流れ込んでしまい、所望のパターンが得られなくなる場合がある。
【０００５】
多くの場合、半波長アンテナと負荷とのインピーダンス整合を取るための整合回路として、４分の１波長エレメント（λ／４素子）が用いられる。４分の１波長エレメント（素子）は、集中定数素子による整合回路に比べて比較的広帯域の特性が得られることが知られている。しかし、４分の１波長エレメントが半波長アンテナと給電点の間に挿入された場合に、給電点から筺体上に電流を漏洩させてしまうという問題がある。
【０００６】
これまで、４分の１波長エレメントを整合回路として用いる場合は、４分の１波長エレメントによる広帯域化のほうを優先し、筺体上への電流漏れを無視せざるを得なかった。すなわち、４分の１波長エレメントを、広帯域化のために最適化する試みはなされていたが、筺体上への電流漏洩を低減するために最適化する試みはなされていなかった。
【０００７】
これに対して、発明者らは、特願平第１１−０５１４６２号において、半波長アンテナと、整合回路としての４分の１波長エレメントとの接合点を、筺体上の特定の空間位置に配置することによって、筺体上への電流漏れを低減する構成を提案している。
【０００８】
図６は、上記の特許出願で提案されたアンテナ装置の概略図である。図６に示す従来例では、接合点６５は、筺体６１の側面ａに近接して位置し、側面ａの範囲内で給電点６２のやや下方に位置する。この構成では、筺体上への電流漏れを低減するという効果を有していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６の従来例では、整合回路としての４分の１波長エレメントを携帯電話機のプラスチックケーシング内に収容する必要があり、周波数によっては、４分の１波長エレメントの長さ自体が比較的長くなり、小型化する一方の携帯電話機のケーシング内に実装する場合に、実装面積を取るという問題があった。また、本来の４分の１波長エレメントの長所である広帯域化が損なわれる傾向にあり、整合特性が狭帯域化してしまうなどの問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、整合回路としての４分の１波長エレメント（λ／４素子）の電気長をそのままにして物理長だけを低減し、かつ整合特性の広帯域化を可能にするアンテナ装置の提供を目的とする。
【００１１】
ここで４分の１波長エレメントの電気長とは、電磁波の振幅がピークになるπ／２に対応する長さであり、物理長とは、給電点から実測した４分の１波長エレメントの実際の長さである。
【００１２】
具体的には、本発明のアンテナ装置は、筺体と、筺体上に配置された給電点と、この給電点から延びる物理長が４分の１波長未満の線状エレメントと、線状エレメントの先端に接続される半波長アンテナ素子と、線状エレメントと半波長アンテナ素子との接合点を内部に含み、筺体の一側面近傍に位置する金属導体とを含む。
【００１３】
物理長が４分の１波長未満の線状エレメントは、前記筺体の一側面と平行に、給電点から半波長アンテナ素子と逆の第１方向に延びる第１部分と、前記筺体の一側面と平行に、半波長アンテナ素子が伸びる方向と同一の第２方向に延びる第２部分とを有する。線状エレメントと半波長アンテナ素子との接合点は、線状エレメントの第２部分の終端に位置し、給電点よりも第１方向側に位置する。
【００１４】
線状エレメントの物理長は４分の１波長未満であるが、その電気長は４分の１波長である。したがって、その先端は容量性となっている必要がある。
【００１５】
線状エレメントの先端に取り付けられる金属導体は、線状エレメントよりも太ければよく、たとえば円筒形、球形、四角柱などの形状をとる。金属導体は、全体が導体であっても、その表面だけが導体であってもよい。このような金属導体は、線状エレメントの容量を増大させる。容量は、導体の断面積に比例し、長さに反比例するからである。したがって、金属導体の断面積は、線状エレメントの断面積よりも大きい。断面積が増大した容量の分だけ、線状エレメントの物理長を短縮することができる。具体的には、線状エレメントの物理長をλ／６以上、λ／５以下程度に短縮することができる。
【００１６】
金属導体はまた、線状エレメントと半波長アンテナ素子との間に電流パスを幾通りにも形成する。これによって、アンテナ特性の広帯域化を図ることができる。したがって、金属導体の単位長さあたりの側面積は、線状エレメントの単位長さあたりの側面積よりも大きい。
【００１７】
金属導体と、前記筺体の一側面との間に誘電体を挿入してもよい。この場合、誘電体は金属導体の容量を増大させる働きをする。容量の値を大きくすることによって、線状エレメントの物理長をさらに短くすることができ、また、金属導体と筺体との間の機械的強度を高めることができる。
【００１８】
本発明のその他の特徴、効果は、図面を参照して述べる詳細な説明によっていっそう明確になるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の概略図である。アンテナ装置は、筺体１と、筺体１上に配置された給電点２と、給電点２から延びる物理長が４分の１波長未満の線状エレメント３と、線状エレメント３の先端に接続される半波長アンテナ素子４と、線状エレメント３と半波長アンテナ素子４との接合点６（図２参照）を内部に含み、筺体１の一側面近傍に位置する金属導体７とを含む。
【００２１】
より具体的には、金属導体７は、筺体１の面ａの直上であり、かつ面ａから所定距離離れて位置する。
【００２２】
線状エレメント３は、その物理長は４分の１波長未満であっても、電気長は４分の１波長であるので、以下、λ／４エレメント（素子）と称することにする。本発明において、λ／４エレメント３の物理長とは、給電点２から金属導体７の下端部Ａまでの実際の物理的距離を言う。
【００２３】
４分の１波長エレメント３は、図１に示すように、筺体１の一側面ａと平行に、給電点２から下方、すなわち、半波長アンテナ素子４が伸びる方向と逆の方向に延びる第１部分３ａと、同じく側面ａと平行に、上方、すなわち半波長アンテナ素子４が伸びる方向と同一の方向に延びる第２部分３ｂとを有する。このように、λ／４エレメント３をいったん給電点より下方に屈折させることにより、筺体１への電流の漏洩を低減することができる。
【００２４】
筺体１と、整合回路としてのλ／４エレメント３は、最終的には携帯電話機などのプラスチックのケーシング８内に収容されることになるが、金属導体７を設けることにより、λ／４エレメント３の物理長を短縮してケーシング８内への収容を容易にするとともに、アンテナ装置の許容帯域を広帯域化する。この原理の詳細については、後述する。
【００２５】
図２は、金属導体７の一例として、直方体の金属導体を用いた例を示す。λ／４エレメント３の上方へ向かう第２の部分３ｂの先端部は、半波長エレメント４と金属導体７の内部で接合される。図２（ａ）では、接合点６は金属導体７のほぼ中央に位置しているが、金属導体７の内部であれば、中央部に限らない。
【００２６】
図２（ｃ）は、λ／４エレメント３を集中定数の等価回路で表わしたものである。λ／４エレメント３の電気長は４分の１波長であることから、その先端部（第２部分３ｂの先端）は容量性となる。λ／４エレメント３の先端部に取りつけられた金属導体７の断面積Ｓは、λ／４エレメント３の断面積よりも大きい。容量Ｃは断面積に比例し、距離に反比例して増大するので、金属導体７の断面積が増大した分だけ、筺体１上の給電点２から伸びるλ／４エレメント３の長さ（すなわち物理長）を短縮することができる。
【００２７】
一般に、線状エレメント長の短縮は、整合回路の動作帯域を狭帯域化する働きがある。しかし、本発明では逆に、容量性の金属導体７が整合回路の狭帯域化を抑制、さらには広帯域化する働きをする。これは、金属導体の太さがλ／４エレメント３のそれよりも太く、電流の流れ方に幅が出て、複数の共振状態が発生することによる。金属導体７の形状は直法体に限らず、板状であってもλ／４エレメント３は広帯域化する。
【００２８】
図３は、λ／４エレメント３の短縮効果と広帯域化のシミュレーション結果を示すグラフである。図３（ａ）の横軸は、図２（ａ）でＬで表わされる金属導体７の長さを表わし、縦軸はλ／４エレメント３の物理長（すなわち給電点２から金属導体７の下端Ａまでの長さ）を示す。金属導体７の長さＬが０．０１５λまではλ／４エレメント３の物理長は０．２５λからリニアに減少し、Ｌが０．０１５λを超えると、０．１５λあたりでほぼ一定になる。Ｌが０．０３λを超えるとλ／４エレメント３の長さはやや増大し始めるが、０．０４λを超えたあたりで再度低減する。
【００２９】
このシミュレーション結果から、λ／４エレメント３の長さを、６分の１波長程度にまで低減できることがわかる。一般に使われている周波数を考えると、従来のλ／４エレメント３の長さは４ｃｍ〜７ｃｍを必要としていたが、本発明では２．７ｃｍ〜４．７ｃｍの長さで済む。
【００３０】
図３（ｂ）の横軸は金属導体７の長さＬを表わし、縦軸はλ／４エレメント３の帯域（％）を表わす。金属導体７の長さが０．０１５λを超えたあたりから帯域幅は増大し始め、Ｌが０．０４５λを超えると急激に増大する。
【００３１】
アンテナ装置全体のサイズおよび重量を考えると、金属導体７の長さＬがあまりい増大するのは好ましくないが、λ／４エレメント３の動作帯域は広いほうがよい。この２つのバランスを考えると、金属導体７の長さＬは０．０５λ〜０．０６λであるのが好ましい。
【００３２】
図４は、金属導体７の形状の例を示す。図４に示すように、金属導体の形状としては円柱形、四角柱、球形、板状、あるいは中空のシリンダ形状などを用いることができる。図４（ｅ）の中空シリンダでは、金属導体７の質量を軽くすることができ、アンテナ装置全体の軽量化を図ることができる。また、中空シリンダ型では、半波長アンテナ素子４を金属導体７内の空間を介して、プラスチックケーシング内部に収容することも可能になる。
【００３３】
金属導体７は、その断面積がλ／４エレメント３の断面積よりも大きければ、λ／４エレメント３の長さを短縮することができるので、図４に示す例に限定されない。また、金属導体７上での電流の流れ方が多様化することによって広帯域化という効果を発揮できるので、金属導体７の単位長さあたりの側面積は、λ／４エレメントの単位長さあたりの側面積よりも大きければ任意の形状でよい。さらに、多様な電流パスを形成できればよいので、金属導体７の表面だけを導体として、内部を質量の軽い絶縁体としてもよい。
【００３４】
金属導体の例として、アルミニウム、銅、しんちゅうなどが用いられる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態にかかるアンテナ装置の図である。第２実施形態では、金属導体７と筺体１との間に誘電体８が挿入される。図５（ｃ）の等価回路図に示すように、誘電体８は、金属導体７と並列に接続された容量であり、筺体１と金属導体７との間の容量を増やす働きがある。容量の値を大きくすることによって、容量と反比例するλ／４エレメント３の長さをさらに短くすることができる。
【００３６】
さらに、誘電体８を金属導体７と筺体１との間に挿入することによって、金属導体７と筺体１との間の物理的な接続を強固なものとし、アンテナ装置を衝撃等から守ることができる。図５の例では、金属導体７と誘電体８はともに直方体であるが、プラスチックケーシング内への装着性を考慮すると、図４（ｄ）に示すように、板状に形成してもよい。
【００３７】
誘電体８の材料としては、プラスチック、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などを用いることができる。
【００３８】
第２実施形態においては、λ／４エレメント３の長さをいっそう効果的に短縮できると同時に、金属導体７上に電流パスを多様に形成して動作帯域の広帯域化を達成することができる。さらにアンテナ装置の機械的強度を高めることができる。
【００３９】
なお、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、λ／４エレメント３は、給電点から下方（すなわち半波長アンテナ素子４と逆方向）に延びる第１部分３ａと、第１部分３ａの短部から半波長アンテナ素子４と同方向に延びる第２部分３ｂとを有し、筺体１への電流の漏洩を防止している。
【００４０】
以上、良好な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。たとえば、λ／４エレメント４は、第１および第２実施形態では、下方に延びる第１部分３ａと上方に延びる第２部分３ｂがそれぞれ直角に折れ曲がる構成となっているが、半波長アンテナ素子４との接合点が給電点２より下方にあれば、第１部分３ａと第２部分３ｂとの間はＵ字型に屈曲する形状であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のアンテナ装置によれば、λ／４エレメントの物理長を短縮すると同時に、このエレメントの動作を広帯域化することが可能になる。これにより、実装面積の縮小と、整合特性の広帯域化の両立を図ることができる。また、アンテナ装置の機械的強度を高めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアンテナ装置の図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は側面図である。
【図２】図１のアンテナ装置に四角柱の金属導体を用いた例を示す図であり、図２（ａ）は拡大斜視図、図２（ｂ）は上面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の集中定数等価回路図である。
【図３】図１のアンテナ装置に金属導体を設けたことによるλ／４エレメントの短縮効果と広帯域化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】図１のアンテナ装置に用いられる金属導体の形状例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかるアンテナ装置の図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は上面図、図５（ｃ）は集中定数等価回路図である。
【図６】従来のアンテナ装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１  筺体
２  給電点
３  λ／４エレメント（素子）
４  半波長アンテナ素子
６  接合点
７  金属導体
８  ケーシング
【図１】
0003634256.tif 000002
【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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