(57)【要約】【課題】人体に接近した場合のアンテナ特性に対する人体の影響による性能劣化を抑制するとともに、自由空間におけるアンテナ特性も低下させることのない携帯端末機器用内蔵アンテナを提供する。【解決手段】携帯端末機器に内蔵される携帯端末機器用内蔵アンテナであって、送信電力の供給または受信電力の入力のための給電部２と、地板９の一辺とほぼ平行に配置され、長さが送受信する電磁波の波長のほぼ１／４であり、一端が前記給電部に接続された線状のアンテナ素子３と、前記アンテナ素子の他端と前記地板との間を容量性で結合する０．１〜０．５ｐＦの静電容量４とを有するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯端末機器に内蔵される携帯端末機器用内蔵アンテナであって、
送信電力の供給または受信電力の入力のための給電部（２）と、
地板（９）の一辺とほぼ平行に配置され、長さが送受信する電磁波の波長のほぼ１／４であり、一端が前記給電部（２）に接続された線状のアンテナ素子（３）と、
前記アンテナ素子（３）の他端と前記地板（９）との間を容量性で結合する０．１〜０．５ｐＦの静電容量（４）とを有する携帯端末機器用内蔵アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載した携帯端末機器用内蔵アンテナであって、
送受信を行う電磁波の周波数は６９０〜９６０ＭＨｚである携帯端末機器用内蔵アンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載した携帯端末機器用内蔵アンテナであって、
前記給電部（２）に一端が接続され、前記給電部（２）に対して前記アンテナ素子（３）とは反対方向に配置された第２アンテナ素子（５）を有する携帯端末機器用内蔵アンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載した携帯端末機器用内蔵アンテナであって、
前記第２アンテナ素子（５）の所定位置と前記地板（９）との間には、所定帯域を通過させるフィルタ回路（６）が接続されている携帯端末機器用内蔵アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、携帯端末機器用の内蔵アンテナに関し、さらに詳しくは、内蔵アンテナの放射特性等に対する人体の影響に着目し、人体の近傍位置での性能劣化を抑制するようにした携帯端末機器用内蔵アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の携帯型の情報端末機器は、一般的にアンテナを備え無線通信により情報の送受信を行うことが通常である。近年、携帯端末機器の小型化や携帯性が重視され、アンテナとしては機器の筐体内に収納される内蔵アンテナが多く使用されるようになってきた。携帯端末機器の内蔵アンテナとしては、下記の特許文献１に記載されたような逆Ｌ型アンテナや、逆Ｌ型アンテナを改良した逆Ｆ型アンテナが多く使用されている。
【０００３】
なお、逆Ｌ型アンテナとは四分の一波長モノポールアンテナのアンテナ素子を直角に折り曲げたものであり、逆Ｆ型アンテナはこの逆Ｌ型アンテナの給電点付近に短絡部を設けインピーダンス整合を取りやすくしたものである。一般的に、逆Ｌ型アンテナや逆Ｆ型アンテナの先端側（給電点の反対側）の端部は地板（接地導体板）に対して開放されている。なお、地板とは接地電位が設定された導体板である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６０５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯端末機器は手持ちの状態で使用されることが多く、このため人体の近くで使用されることが普通である。特に、電話通話時には携帯端末機器が人体の頭部および手に極めて接近して使用される。このように、携帯端末機器が人体に接近するほど、アンテナの特性に対する人体の影響が大きくなり、アンテナの性能劣化が生じるという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、人体に接近した場合のアンテナ特性に対する人体の影響による性能劣化を抑制するとともに、自由空間におけるアンテナ特性も低下させることのない携帯端末機器用内蔵アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の携帯端末機器用内蔵アンテナは、携帯端末機器に内蔵される携帯端末機器用内蔵アンテナであって、送信電力の供給または受信電力の入力のための給電部と、地板の一辺とほぼ平行に配置され、長さが送受信する電磁波の波長のほぼ１／４であり、一端が前記給電部に接続された線状のアンテナ素子と、前記アンテナ素子の他端と前記地板との間を容量性で結合する０．１〜０．５ｐＦの静電容量とを有するものである。
【０００８】
また、上記の携帯端末機器用内蔵アンテナにおいて、送受信を行う電磁波の周波数は６９０〜９６０ＭＨｚであることが好ましい。
【０００９】
また、上記の携帯端末機器用内蔵アンテナにおいて、前記給電部に一端が接続され、前記給電部に対して前記アンテナ素子とは反対方向に配置された第２アンテナ素子を有することが好ましい。
【００１０】
また、上記の携帯端末機器用内蔵アンテナにおいて、前記第２アンテナ素子の所定位置と前記地板との間には、所定帯域を通過させるフィルタ回路が接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１２】
本発明の内蔵アンテナでは、アンテナ素子の先端部を微小容量の静電容量により地板と接続したので、自由空間での放射効率を悪化させることなく、人体近傍位置での放射効率を改善できる。また、人体近傍位置か否かによるインピーダンス変動率も低下させることができる。さらに、アンテナからの電磁波の放射強度を増大させることができる。
【００１３】
第２アンテナ素子を有するものでは、通常の送受信周波数に加えてそれとは異なる周波数帯の送受信を行うことができる。さらに、第２アンテナ素子と地板との間にフィルタ回路を有するものでは、アンテナのインピーダンス整合を取ることができるとともに、第２アンテナ素子による高効率の送受信も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の内蔵アンテナ１の基本構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の内蔵アンテナの変形例の構成を示す図である。
【図３】図３は、自由空間におけるアンテナの放射効率を示すグラフである。
【図４】図４は、人体近傍位置におけるアンテナの放射効率を示すグラフである。
【図５】図５は、アンテナのインピーダンス変動率を示すグラフである。
【図６】図６は、アンテナの放射特性の求める際の機器の配置を示す図である。
【図７】図７は、アンテナの垂直偏波の放射特性を示すグラフである。
【図８】図８は、アンテナの水平偏波の放射特性を示すグラフである。
【図９】図９は、自由空間におけるアンテナの放射効率を示すグラフである。
【図１０】図１０は、人体近傍位置でのアンテナの放射効率を示すグラフである。
【図１１】図１１は、アンテナのインピーダンス変動率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明は携帯端末機器用の内蔵アンテナに関するものである。図１は、本発明の内蔵アンテナの基本構成を示す図である。内蔵アンテナ１は携帯端末機器の筐体内に収納されている。地板９は携帯端末機器の送受信回路の接地電位（グラウンド電位）が設定される導電体である。この地板９は回路基板の接地パターンや機器の筐体の金属部分などが相当する。
【００１６】
本発明の内蔵アンテナ１は基本的に逆Ｌ型アンテナであり、四分の一波長（λ／４）モノポールアンテナのアンテナ素子を直角に折り曲げたものである。内蔵アンテナ１の給電部２は送信電力が供給される部分であり、送信電力源８の出力電力は給電部２と地板９の間に供給される。また、内蔵アンテナ１が受信アンテナとして使用される場合は、給電部２が受信回路の入力端子に接続される。
【００１７】
内蔵アンテナ１の給電部２は地板９から離れる方向に延びているが、アンテナ素子３の部分は地板９の一辺とほぼ平行に配置されている。すなわち、線状のアンテナ素子３の一端は給電部２に接続され、アンテナ素子３の方向は給電部２の方向と直角の角度をなすように配置されている。給電部２の長さは短いので、アンテナ素子３の長さが送受信電磁波の波長のほぼ四分の一となる。
【００１８】
なお、このアンテナ素子３は線状の導電体である。ここで言う線状とは、長さ寸法が長さ方向に直交する方向の寸法よりも十分に大きい形状のことであり、長さ寸法が断面寸法よりも十分に大きい棒状の形状、長さ寸法が幅寸法よりも十分に大きい短冊状の形状なども含むものである。
【００１９】
アンテナ素子３の一端は給電部２に接続されているが、今までの技術常識では、アンテナ素子３の他端（先端部）は電気的に開放とするのが一般的である。すなわち、アンテナ素子３の他端と地板９とを何らかのインピーダンスを介して接続することは、アンテナの性能を劣化させることになるものと一般的に考えられていた。
【００２０】
ところが、本発明においては、アンテナ素子３の他端（先端部）を微小容量の静電容量４を介して地板９に接続するようにしている。アンテナ素子３による電磁波の送受信周波数は６９０〜９６０ＭＨｚである。アンテナ素子３の長さはこの周波数の電磁波の波長のほぼ四分の一とする。
【００２１】
また、静電容量４の容量はこの周波数帯において０．１〜０．５ｐＦが適当である。静電容量４が０．１ｐＦより小さいと本発明の後述する種々の利点が低下してしまうし、静電容量４が０．５ｐＦより大きいとアンテナの放射効率が低下してしまう。なお、静電容量４としては、集中定数のキャパシタ等の素子を使用してもよく、浮遊容量を利用したものでもよい。
【００２２】
上記の容量の静電容量４によりアンテナ素子３の先端部と地板９に接続することにより、内蔵アンテナ１が人体に接近した状態で使用された場合でも、アンテナの人体の影響による性能劣化が最小限に抑えられることが見出された。この結果は、種々の実験や電磁界シミュレーションによって始めて得られたものであり、今までの技術常識からは考えられなかったことである。
【００２３】
また、静電容量４の容量が上記の範囲であれば、アンテナ素子３による放射効率はアンテナ素子の先端部を開放した場合とほぼ同等となる。そして、アンテナ素子３の先端部と地板９とを静電容量４により接続した場合、内蔵アンテナ１を人体に接近させたときのインピーダンス変動率が減少する。すなわち、内蔵アンテナ１の特性変動が抑制される。また、アンテナ素子３の先端部と地板９とを静電容量４により接続した場合、内蔵アンテナ１を人体に接近させたとき放射効率が改善される。これらのアンテナ特性に関しては、後に詳しく説明する。
【００２４】
それに加えて、アンテナ素子３の先端部と地板９とを静電容量４により接続することにより、アンテナの電気長が長くなることが確認された。これによりアンテナ素子３の長さが実質的に長くなったのと同じ効果が得られ、送信時の電磁波強度の増大と受信感度の向上を可能とするものである。または、送信時の電磁波強度や受信感度を低下させずにアンテナ素子の長さを短縮することができる。
【００２５】
図２は、本発明の内蔵アンテナの別の実施形態の構成を示す図である。この実施形態の内蔵アンテナ１ａは、基本的には図１に示す内蔵アンテナ１と同様の構成である。この内蔵アンテナ１ａにおける給電部２、アンテナ素子３、静電容量４に関しては、内蔵アンテナ１と同様の構成および機能であるため、それらの説明は省略する。
【００２６】
内蔵アンテナ１ａでは、給電部２に対してアンテナ素子３と反対方向に第２アンテナ素子５が接続されている。第２アンテナ素子５はアンテナ素子３と周波数帯域の異なる電磁波の送受信のための素子である。第２アンテナ素子５は、例えば２ＧＨｚ帯の電磁波の送受信に使用される。ここで、第２アンテナ素子５は、折り返し部５１を備えた素子として示されているが、必ずしも折り返し部５１を備えているものには限定されない。また、送受信周波数も、２ＧＨｚ帯に限定されるものではなく、アンテナ素子３とは異なる周波数帯であればよい。
【００２７】
第２アンテナ素子５の給電部２の近くの所定位置には、フィルタ回路６が接続されている。フィルタ回路６はアンテナ素子３の送受信周波数の信号を通過させるものとなっている。具体的には、フィルタ回路６は、図示のようにインダクタンスとキャパシタの直列回路により実現できる。例えば、インダクタンス：２２ｎＨと、キャパシタ：１．８ｐＦの直列回路によって約８００ＭＨｚの信号を透過させるフィルタ回路（直列共振回路）が構成できる。
【００２８】
内蔵アンテナ１ａにおけるフィルタ回路６は、内蔵アンテナ１ａと送信電力源８とのインピーダンス整合を取るための回路である。図１に示すような内蔵アンテナ１は逆Ｌ型アンテナを基本構成としているが、逆Ｌ型アンテナでは給電電源とのインピーダンス整合を取りにくいという問題点がある。そこで、内蔵アンテナ１ａでは、フィルタ回路６によって送受信信号を所定位置で地板９に短絡させることにより、インピーダンス整合を取るようにしたものである。すなわち、内蔵アンテナ１ａは、逆Ｆ型アンテナと同様の動作となっている。
【００２９】
なお、フィルタ回路６は、アンテナ素子３の送受信信号に対してはインピーダンスがほぼゼロとなり、第２アンテナ素子５の送受信信号に対しては高インピーダンスとなるように構成される。したがって、フィルタ回路６は、アンテナ素子３の送受信信号に対しては地板９に短絡する作用を行い、第２アンテナ素子５の送受信信号に対してはほぼ開放となる。これにより、アンテナ素子３の送受信信号に対するインピーダンス整合を実現し、かつ、第２アンテナ素子５による高効率の送受信も可能となる。
【００３０】
なお、この内蔵アンテナ１ａも、前述のような内蔵アンテナ１の利点は全て有している。すなわち、自由空間における放射効率は悪化させることなく、人体近傍位置での放射効率を改善することができる。また、インピーダンス変動率も低下させることができる。さらに、アンテナの電気長を増大させ、送信時の電磁波強度の増大と受信感度の向上を可能とする
【００３１】
次に、図１および図２に示す内蔵アンテナ１，１ａの効果を確認するために、コンピュータを使用した電磁界解析（電磁界シミュレーション）によって種々のアンテナ特性を計算した。それらの結果について説明する。図３は、自由空間（アンテナの周囲に何もない空間）におけるアンテナの放射効率を示すグラフである。放射効率は、アンテナからの放射電力とアンテナへの入力電力の比、すなわち［放射電力／入力電力］で表される。図３の縦軸は放射効率を［ｄＢ］で表示したものであり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。
【００３２】
図１に示す内蔵アンテナ１の放射効率は黒丸点「●」で示されており太実線で接続されている。アンテナ素子３の長さは６０ｍｍ、アンテナ素子３と地板９との間隔は５．５ｍｍ、静電容量４の値は０．１ｐＦとして計算した。比較のために内蔵アンテナ１から静電容量４を取り去った先端開放アンテナ（通常の逆Ｌ型アンテナ）の放射効率を求め、細実線で接続した黒四角点「■」で示している。図３に示すように、若干の相違はあるものの、自由空間における放射効率では本発明の内蔵アンテナ１は通常の先端開放アンテナとほぼ同等の特性を有している。
【００３３】
図４は、人体近傍位置におけるアンテナの放射効率を示すグラフである。縦軸は放射効率［ｄＢ］であり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。内蔵アンテナ１が人体（頭部および手）の近傍位置にある場合の放射効率を太実線で接続した「●」で示している。また、比較のために先端開放アンテナの放射効率を細実線で接続した「■」で示している。図４に示すように、人体近傍位置ではアンテナの放射効率は悪化するが、本発明の内蔵アンテナ１では、放射効率の悪化がかなり抑制されており、先端開放アンテナに比較して放射効率が改善されている。
【００３４】
次に、アンテナのインピーダンスの変動について計算した。送信電力源８から見た内蔵アンテナ１のインピーダンスは、自由空間の場合と人体近傍位置では値が異なるものとなる。自由空間でのインピーダンスをＺ０とし、人体近傍位置でのインピーダンスをＺ１としたとき、インピーダンス変動率ｄを次式によって定義する。
ｄ＝｜Ｚ１−Ｚ０｜／Ｚ０
【００３５】
すなわち、インピーダンス変動率ｄは、インピーダンスＺ１とＺ０の差の絶対値をＺ０で割った値である。インピーダンス変動率ｄが小さいほど、自由空間の場合と人体近傍位置の場合のインピーダンスの変動が少ないことを意味している。図５が、アンテナのインピーダンス変動率を示すグラフである。縦軸がインピーダンス変動率であり、横軸は周波数である。内蔵アンテナ１のインピーダンス変動率を太実線で接続した「●」で示している。また、比較のための先端開放アンテナのインピーダンス変動率を細実線で接続した「■」で示している。
【００３６】
この場合、大きな差は現れていないが、全体として本発明の内蔵アンテナ１の方が、先端開放アンテナよりもインピーダンス変動率が低下している。内蔵アンテナ１のインピーダンス変動率の５点の平均値は０．５６であるが、先端開放アンテナではインピーダンス変動率の平均値は０．７２となり、平均的には内蔵アンテナ１の方がインピーダンス変動率が小さい。
【００３７】
次に、アンテナの放射特性（指向特性）について計算した。まず、図６によってアンテナの放射特性の求める際の機器の配置について説明する。内蔵アンテナ１を備えた携帯端末機器は、図６に示すように、内蔵アンテナ１が垂直方向（Ｙ軸方向）となるように配置される。携帯端末機器からＺ軸方向に離れた位置に受信アンテナ１０が配置される。
【００３８】
内蔵アンテナ１から放射される垂直偏波の電磁波を受信する場合は、受信アンテナ１０は図示のように素子が垂直方向を向くように配置される。内蔵アンテナ１から放射される水平偏波の電磁波を受信する場合は、受信アンテナ１０は図６の点線で示すように素子が水平方向を向くように配置される。
【００３９】
アンテナの放射特性は、図６に示すように、内蔵アンテナ１をＹ軸と平行な回転軸の周りに回転させ、それぞれの角度位置において受信アンテナ１０によって受信される電磁波の強度を電磁界シミュレーションにより求めたものである。なお、内蔵アンテナ１の配置された端部がＺ軸正方向を向く角度を０度とし、その端部がＸ軸正方向を向く角度を９０度とした。また、アンテナから放射する電磁波の周波数は８８０ＭＨｚとした。このような条件でＺＸ面における放射特性を求めた。
【００４０】
図７は、アンテナの垂直偏波のＺＸ面（図６参照）における放射特性を示すグラフである。円周方向の目盛数値が角度［度］を表し、半径方向の目盛数値が電磁波の強度［ｄＢ］を表している。内蔵アンテナ１の放射特性は灰色の実線および灰色の丸点「●」で示している。また、比較のための先端開放アンテナの放射特性を黒色の実線および四角点「□」で示している。図示のように、内蔵アンテナ１の方が最大５ｄＢ程度放射強度が向上している。これは、内蔵アンテナ１のアンテナ素子の電気長が先端開放アンテナよりも長くなっていることを示している。
【００４１】
図８は、アンテナの水平偏波のＺＸ面（図６参照）における放射特性を示すグラフである。円周方向の目盛数値が角度［度］を表し、半径方向の目盛数値が電磁波の強度［ｄＢ］を表している。内蔵アンテナ１の放射特性は灰色の実線および「●」で示している。また、比較のための先端開放アンテナの放射特性を黒色の実線および「□」で示している。図示のように、内蔵アンテナ１と先端開放アンテナの放射特性はほぼ一致している。
【００４２】
以上のように、図１に示す内蔵アンテナ１は、アンテナ素子３の先端部を微小容量の静電容量４により地板９と接続することにより、自由空間での放射効率を悪化させることなく、人体近傍位置での放射効率をかなり改善できることが分かった。また、インピーダンス変動率も低下させることができ、さらに、垂直偏波のＺＸ面（図６参照）における放射強度を増大させることができることが分かった。
【００４３】
次に、図２に示す内蔵アンテナ１ａの特性について説明する。内蔵アンテナ１ａでは、アンテナ素子３の長さは４６ｍｍ、アンテナ素子３と地板９との間隔は５．５ｍｍ、静電容量４の値は０．１ｐＦとした。また、給電部２からフィルタ回路６までの間隔は１４ｍｍとした。フィルタ回路６はこの計算時には単純な短絡導体として諸特性を求めた。すなわち、この場合、内蔵アンテナ１ａは逆Ｆ型アンテナを基本とする動作となる。
【００４４】
図９は、自由空間におけるアンテナの放射効率を示すグラフである。縦軸は放射効率［ｄＢ］であり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。内蔵アンテナ１ａの放射効率は太実線で接続した「●」で示している。また、比較のために内蔵アンテナ１ａから静電容量４を取り去った先端開放アンテナの放射効率を細実線で接続した「■」で示している。図９に示すように、若干の相違はあるものの、自由空間における放射効率では本発明の内蔵アンテナ１ａは通常の先端開放アンテナとほぼ同等の特性を有している。
【００４５】
図１０は、人体近傍位置でのアンテナの放射効率を示すグラフである。縦軸は放射効率［ｄＢ］であり、横軸は周波数［ＭＨｚ］である。内蔵アンテナ１ａが人体（頭部および手）の近傍位置にある場合の放射効率を太実線で接続した「●」で示している。また、比較のために先端開放アンテナの放射効率を細実線で接続した「■」で示している。図１０に示すように、人体近傍位置ではアンテナの放射効率は悪化するが、本発明の内蔵アンテナ１ａでは、放射効率の悪化がかなり抑制されており、先端開放アンテナに比較して放射効率が改善されている。
【００４６】
図１１は、アンテナのインピーダンス変動率を示すグラフである。インピーダンス変動率に関しては前述の通りである。縦軸がインピーダンス変動率であり、横軸は周波数である。内蔵アンテナ１ａのインピーダンス変動率を太実線で接続した「●」で示している。また、比較のための先端開放アンテナのインピーダンス変動率を細実線で接続した「■」で示している。図示のように、本発明の内蔵アンテナ１ａの方が、先端開放アンテナよりもインピーダンス変動率が大幅に低下している。
【００４７】
また、内蔵アンテナ１ａについても、アンテナの放射特性について計算し、内蔵アンテナ１と同様の結果が得られた。垂直偏波に関しては、内蔵アンテナ１ａの方が先端開放アンテナよりも放射強度が向上している。これは、内蔵アンテナ１ａのアンテナ素子の電気長が先端開放アンテナよりも長くなっていることを示している。また、水平偏波に関しては、内蔵アンテナ１ａと先端開放アンテナの放射特性はほぼ一致している。
【００４８】
以上のように、図２に示す内蔵アンテナ１ａでも、アンテナ素子３の先端部を微小容量の静電容量４により地板９と接続することにより、自由空間での放射効率を悪化させることなく、人体近傍位置での放射効率をかなり改善できることが分かった。また、インピーダンス変動率も低下させることができ、さらに、垂直偏波のＺＸ面（図６参照）における放射強度を増大させることができることが分かった。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されることはない。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内で変更可能なことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、人体に接近した場合のアンテナ特性に対する人体の影響による性能劣化を抑制するとともに、自由空間におけるアンテナ特性も低下させることのない携帯端末機器用内蔵アンテナを提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１，１ａ  内蔵アンテナ
２  給電部
３  アンテナ素子
４  静電容量
５  第２アンテナ素子
６  フィルタ回路
８  送信電力源
９  地板
１０  受信アンテナ
５１  折り返し部
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図７】
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【図８】
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