(57)【要約】【課題】  エレメント間の干渉による放射効率の低下をなくし、小型化を可能としかつ使用周波数帯切替スイッチによるロスをできるだけ少なくしたデュアルバンドアンテナ装置を得る。【解決手段】  単一のアンテナエレメント１と、このエレメント１の両端である第一及び第二の給電部２，３に夫々接続され第一及び第二の使用周波数帯に対応した第一及び第二の整合回路４，５と、これら整合回路４，５を択一的に無線回路７に接続する単一のスイッチ６とを含み、スイッチ６により第一の整合回路４が選択されたとき第二の給電部３が略開放状態となり、第二の整合回路５が選択されたとき、第一の給電部２が略開放状態となるように、これら整合回路を構成する。これにより、単一エレメント及び単一スイッチを用いるのみで、デュアルバンド対応アンテナが実現でき、エレメント間の干渉による放射効率の劣化やスイッチロスの増大を抑止できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる第一及び第二の周波数帯域に適応可能なアンテナ装置であって、アンテナエレメントと、このアンテナエレメントの両端である第一及び第二の端子に夫々接続され前記第一及び第二の周波数帯域に対応した第一及び第二の整合回路と、これら第一及び第二の整合回路を択一的に無線回路に接続するスイッチとを含み、
前記スイッチにより前記第一の整合回路が選択されたとき前記第二の端子が略開放状態となり、前記スイッチにより前記第二の整合回路が選択されたとき、前記第一の端子が略開放状態となるように、これら整合回路を構成してなることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第一及び第二の整合回路の各々は、前記スイッチにより互いに他の整合回路が選択されたときに、前記第一及び第二の端子の各々からみたインピーダンスが、前記第二及び第一の周波数帯域の各々に対して大となるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第一の整合回路は、前記第一の端子に対して直列及び並列に挿入されたインピーダンス素子を有し、前記第二の整合回路は前記第二の端子に対して直列に挿入されたインピーダンス素子を有することを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第一及び第二の整合回路の各々は、前記第一及び第二の端子の各々に対して直列及び並列に挿入されたインピーダンス素子と、前記並列に挿入されたインピーダンス素子の並列接続をオンオフ制御するスイッチ素子とを有することを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナエレメントは、メアンダアンテナ、板状アンテナ、線状アンテナ、ヘリカルアンテナ、誘電体装荷アンテナのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載のアンテナ装置を含むことを特徴とする携帯無線通信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置及びそれを用いた携帯無線通信機に関し、特に互いに異なる周波数帯域に対応可能なデュアルバンドアンテナ装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯無線機の１つである携帯電話機においては、加入者の増加に伴って、従来から使用されている８００ＭＨｚ帯の周波数のみでは通話チャネルが不足してきており、１．５ＧＨｚ帯や１．９ＧＨｚ帯以上の周波数への加入も推奨されている。従来、携帯電話機は周波数帯域毎に機種が存在し、異なる周波数帯域を用いて通話を行う場合には、それら周波数帯域に対応した複数機種を購入する必要があり、電話番号が共用できなかったり、複数の携帯電話機を携帯しなければならないという不便がある。
【０００３】
そこで、１台の携帯電話機で２つの周波数帯域を使用できるようにしたデュアルバンド機が開発されている。例えば、８００ＭＨｚ帯とその２倍程度の１．５ＧＨｚ帯との２つの周波数帯域で使用可能なものや、８００ＭＨｚ帯と１．９ＧＨｚ帯との２つの周波数帯域で使用可能なものなどがある。このようなデュアルバンド機では、無線回路部のみならず、アンテナも２つの周波数帯域において動作可能な構成とすることが要求されることになる。
【０００４】
一方、近年の携帯電話機では、筐体内にアンテナを内蔵した機種が主流となっているが、筐体サイズは従来のものよりも小さくなる傾向があり、よってアンテナの体積も小さくなる一方である。
【０００５】
このようなデュアルバンド機における二周波アンテナについて、図１２を用いて説明する。このような二周波アンテナは、低い周波数帯域で動作する第一のアンテナエレメント１０と、高い周波数帯域で動作する第二のアンテナエレメント２０とを用いて構成されており、各々の周波数帯域で約λ／４になるように電気長が調整されている。これらアンテナエレメントとしては、コイル状のものやメアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ）状のものを用いることにより、アンテナの体積をできるだけ小さくしているために、アンテナの放射抵抗が小さくなってしまう。そのために、アンテナ単体では無線回路との整合が図れないので、アンテナの給電部３０と無線回路５０との間に、整合回路４０を設け、第一の周波数帯域と第二の周波数帯域とに対して、それぞれ整合を図るようになっている。
【０００６】
しかしながら、整合回路４０を構成するインピーダンス素子は、周波数によりそのインピーダンスが異なるために、第一の周波数帯域と無線回路との間の整合を最適に調整すると、第二の周波数帯域との整合がとれず、また逆に第二の周波数帯域との整合を最適に調整すると、第一の周波数帯域との整合がとれないという問題がある。そこで、図１３に示す如く、２つの整合回路４０及び４１を設けて、帯域切り替えスイッチ６０及び６１を用いて、２つのアンテナエレメント１０及び２０にそれぞれ最適な整合回路を選択する構成のものがある。
【０００７】
また、特許文献１を参照すると、２つのアンテナエレメントを用いる代りに、１つのアンテナエレメントを用いて、２つの給電部によりエレメントの電気長を変化させて、２つの周波数帯域に対応させるようにした技術が開示されている。この場合にも、２つの周波数帯域の各々に対して、無線回路との間の整合を最適化すべく、２つの整合回路を設け、これら２つの整合回路を、給電部の切り替えと同時に切り替えるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１７２７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１３に示した構成では、整合回路４０及び４１を選択するために、これら整合回路の前後にスイッチが２つ必要となり、電力の通過損失が増加し、アンテナの放射効率が劣化してしまうという欠点があると共に、２つのアンテナエレメント１０，２０が必要になり、装置の小型化の阻止要因の１つになるという欠点もある。更に、使用していないアンテナエレメントが使用しているアンテナエレメントに対して干渉し、放射効率の劣化を招くという欠点もある。
【００１０】
特許文献１の技術においても、給電部の切り替えと整合回路の切り替えのために、やはり整合回路の前後にスイッチが設けられており、電力の通過損失が増加するという問題がある。
【００１１】
また、１つのアンテナエレメントの電気長を変化させる場合に、低い周波数帯域に対応する長い電気長に対応する長さのアンテナエレメントを準備しておき、高い周波数帯域に対応する短い電気長に対応させるときには、給電部をその中間点に切り替えるようになっているので、結果的には、図１２や図１３に示すように、２つのアンテナエレメントを使用することと同じであり、装置の小型化には寄与しないという問題がある。
【００１２】
更に、高い周波数帯域で使用している場合には、アンテナエレメントの約半分は不使用となるが、これが使用アンテナエレメントへの干渉を招来し、放射効率の劣化を招くことにもなる。
【００１３】
本発明の目的は、スイッチロスをなくし、小型化を図りかつ放射効率の劣化を招来することのないアンテナ装置及びそれを用いた携帯無線通信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるアンテナ装置は、互いに異なる第一及び第二の周波数帯域に適応可能なアンテナ装置であって、アンテナエレメントと、このアンテナエレメントの両端である第一及び第二の端子に夫々接続され前記第一及び第二の周波数帯域に対応した第一及び第二の整合回路と、これら第一及び第二の整合回路を択一的に無線回路に接続するスイッチとを含み、前記スイッチにより前記第一の整合回路が選択されたとき前記第二の端子が略開放状態となり、前記スイッチにより前記第二の整合回路が選択されたとき、前記第一の端子が略開放状態となるように、これら整合回路を構成してなることを特徴とする。
【００１５】
そして、前記第一及び第二の整合回路の各々は、前記スイッチにより互いに他の整合回路が選択されたときに、前記第一及び第二の端子の各々からみたインピーダンスが、前記第二及び第一の周波数帯域の各々に対して大となるよう構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第一の整合回路は、前記第一の端子に対して直列及び並列に挿入されたインピーダンス素子を有し、前記第二の整合回路は前記第二の端子に対して直列に挿入されたインピーダンス素子を有することを特徴とし、また前記第一及び第二の整合回路の各々は、前記第一及び第二の端子の各々に対して直列及び並列に挿入されたインピーダンス素子と、前記並列に挿入されたインピーダンス素子の並列接続をオンオフ制御するスイッチ素子とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明による携帯無線通信機は、上記のアンテナ装置を用いたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の作用を述べる。互いに異なる第一及び第二の周波数帯域に適応可能なアンテナ装置において、単一のアンテナエレメントの両端である第一及び第二の端子に夫々接続されて上記第一及び第二の周波数帯域に対応した第一及び第二の整合回路を設け、これら第一及び第二の整合回路を択一的に無線回路に接続するための単一のスイッチを設ける。そして、当該スイッチにより第一の整合回路が選択されたとき、アンテナエレメントの第二の端子が略開放状態となり、第二の整合回路が選択されたとき、第一の端子が略開放状態となるように、これら整合回路を構成する。
【００１９】
これにより、単一のアンテナエレメント及び単一のスイッチを用いるのみで、デュアルバンド対応アンテナが実現でき、エレメント間の干渉による放射効率の劣化や、スイッチロスの増大を抑止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、１つのアンテナエレメントを用いても、アンテナエレメント間の干渉がなく、またスイッチロスなどもなく、異なる２つの周波数帯域にそれぞれ最適に整合を調整することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す図である。図１を参照すると、本発明による二周波アンテナ装置は、アンテナエレメントとしてのメアンダアンテナ１と、このメアンダアンテナ１の両端における第一及び第二の給電部２，３と、これら給電部２，３に一端が接続され他端がスイッチ６に接続された第一及び第二の整合回路４及び５と、帯域切り替えスイッチ６と、アンテナ１に対する無線回路７とからなっている。
【００２２】
メアンダアンテナ１は図２のスミスチャートに示す如く、第一の周波数帯域と、この第一の周波数帯域よりも高い第二の周波数帯域との間で、約λ／４となるように電気長が調整されており、第一及び第二の給電部２及び３は、このメアンダアンテナ１の両端部に接続されている。そして、これら第一及び第二の給電部２及び３は、それぞれ対応する第一及び第二の整合回路４及び５を介して、単一の帯域切り替えスイッチ６に接続されており、この単一のスイッチ６を介して、無線回路７と第一及び第二の整合回路４及び５が接続されている。
【００２３】
本アンテナ装置の整合回路の調整方法について説明する。先ず、第一の周波数帯域での整合を図るのであるが、この場合、スイッチ６が第一の給電部２に接続される。このときの回路図を図３に示しており、第二の給電部３は開放されるので、第一の給電部２がアンテナ１への給電点となり、第二の給電部３が開放端となって、逆Ｌ字型アンテナとして動作する。
【００２４】
この状態で、第一の整合回路４を調整して、第一の周波数帯域に整合するよう調整する。本例では、直列にインダクタンスＬ１を、並列にインダクタンスＬ２をそれぞれ接続した回路構成として示している。図４（Ａ）は整合後の第一の周波数帯域における入力インピーダンスを示し、（Ｂ）はそのスミスチャートである。このように、第一の周波数帯域で良好な特性を示していることが判る。
【００２５】
次に、第二の周波数帯域の整合を調整する。この場合、スイッチ６を第二の給電部３と接続する。従って、第一の給電部２は開放されるので、第一の整合回路４は、第一の給電部２において、直列にインダクタンスＬ１，Ｌ２が挿入されたことと等価になる。ここで、インダクタンスＬ１，Ｌ２の合成インピーダンスを第二の周波数帯域において十分に大なるようにしておけば、第一の給電部２はメアンダアンテナ１からみると開放と等価になり、よってこのアンテナは第二の給電部３を給電点とし、第一の給電部２が略開放端となって、逆Ｌ字型アンテナとして動作することになる。
【００２６】
この状態において、第二の整合回路５を調整して第二の周波数帯域に整合をとるようにする。本例では、直列にコンデンサＣ１を挿入して整合を図っている。図６（Ａ）は整合後の第二の周波数帯域における入力インピーダンスを示し、（Ｂ）はそのスミスチャートを示している。このように、第二の周波数帯域でも良好な特性が得られることが判る。
【００２７】
なお、第二の周波数帯域において整合をとった後に、第一の周波数帯域に切り替えた場合には、第二の整合回路５には、直列にコンデンサが挿入されているのみであるために、スイッチ６が第二の整合回路５から切り離されても、コンデンサがアンテナ１には接続されてはいるものの、第二の給電部３は開放であるために、第一の周波数帯域に対しては何等影響はなく、それぞれの周波数帯域において良好な特性が得られることになる。
【００２８】
上記例では、アンテナエレメントとしてメアンダアンテナを用いているが、これに限定されることなく、例えば、図７に示す如く板状アンテナ１１や、図８に示す如く線状アンテナ１２や、図９に示す如くヘリカルアンテナ１３や、図１０に示す如く誘電体１５上に形成された誘電体装荷アンテナ１４などを用いることができる。
【００２９】
上述したように、異なる２つの周波数帯域で良好な整合が図れることになるが、第一の整合回路４のインピーダンス条件が、第二の周波数帯域に対しては十分に大きくできない場合や、第二の整合回路５において、並列インピーダンス素子が必要になり、この回路５のインピーダンスが第一の周波数帯域で十分に大きくできない場合などについては、図１１の構成とするのが良い。
【００３０】
図１１において、図１と同等部分は同一符号により示している。図１１を参照すると、両整合回路４，５において、ＰＩＮダイオードＤ１，Ｄ２をそれぞれ用いて、これらＰＩＮダイオードＤ１，Ｄ２に対して、切り替え信号を供給制御してオン／オフすることにより、使用していない整合回路のインピーダンスを十分に大きくするようになっている。
【００３１】
すなわち、第一の整合回路４では、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ３及びチョークコイルＬ３を用いて、ＰＩＮダイオードＤ１に対して切り替え信号を供給するようにし、この第一の整合回路４が使用されない場合には、ＰＩＮダイオードＤ１をオフとして、並列接続素子Ｘ２の並列接続状態をオフとすることにより、メアンダアンテナ１の第一の給電部２を開放状態とするのである。なお、Ｃ２は直流阻止用コンデンサであり、Ｘ１，Ｘ２は図３のＬ１，Ｌ２に相当するものであり、直列、並列の整合用インピーダンス素子である。
【００３２】
第二の整合回路５では、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ５及びチョークコイルＬ４を用いて、ＰＩＮダイオードＤ２に対して切り替え信号を供給するようにし、この第二の整合回路５が使用されていない場合には、ＰＩＮダイオードＤ２をオフとして、並列接続素子Ｘ４の並列接続状態をオフとすることにより、メアンダアンテナ１の第二の給電部３を開放状態とするのである。なお、Ｃ４は直流阻止用コンデンサであり、Ｘ３，Ｘ４は直列、並列の整合用インピーダンス素子である。
【００３３】
上述した各実施の形態は、携帯電話機に用いて好適であるが、これに限定されることなく、ＰＨＳや無線通信機能を有するＰＤＡなど、広く携帯型の無線通信機に適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１のアンテナ装置のスミスチャートの例である。
【図３】図１のアンテナ装置の第一の周波数帯域に対する整合の調整を説明する図である。
【図４】図３による整合結果の特性を示す図である。
【図５】図１のアンテナ装置の第二の周波数帯域に対する整合の調整を説明する図である。
【図６】図５による整合結果の特性を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の更に他の実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明の更に別の実施の形態を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図１２】従来のアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１３】従来のアンテナ装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  メアンダアンテナ
２  第一の給電部
３  第二の給電部
４  第一の整合回路
５  第二の整合回路
６  帯域切り替えスイッチ
７  無線回路
１１  板状アンテナ
１２  線状アンテナ
１３  ヘリカルアンテナ
１４  誘電体装荷アンテナ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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