(57)【要約】本発明は、放射素子を備えた小体積アンテナに関する。放射素子は、軸を有するコイル形成手段（１６）で構成されており、前記コイル形成手段がアンテナ導体（１８）に接続されている。アンテナは、さらに導体素子（１０）を備えており、この導体素子は、コイル形成手段の軸に平行であり、かつ、溝穴構成手段（１４）を含んでおり、この溝穴が前記コイル形成手段に対向するように配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射素子を備えた小体積のアンテナであって、
前記放射素子が軸を有するコイル形成手段で構成されており、
前記コイル形成手段がアンテナ導体に接続されており、
前記アンテナがさらに導体素子を備えており、
前記導体素子が、前記コイル形成手段の軸に平行であって、かつ溝穴を形成する手段を含んでおり、前記溝穴が前記コイル形成手段に対向するように配置されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナであって、
前記コイル形成手段は、螺旋コイルの形態をした導体ワイヤで構成されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナであって、
前記導体素子は、導電面であり、
前記溝穴構成手段は、前記導電面に作られた溝穴で構成されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナであって、
前記導電面は、前記アンテナの接地平面であることを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項３に記載のアンテナであって、
前記導電面は、接地平面と異なる導電性平板であり、
前記溝穴は、前記平板の周縁に対して開口していることを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のアンテナであって、
前記溝穴は、矩形状であり、
前記矩形状の一方の辺の長さは、前記コイルの直径と略等しく、他方の辺は、前記コイルの長さと略等しいことを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかに記載のアンテナであって、
前記アンテナ導体は、前記コイルの一端に接続されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項４に記載のアンテナであって、
前記コイルの端部の１つは、前記接地平面に電気的に接続されており、
前記アンテナ導体は、前記コイルに沿った箇所に接続されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項２に記載のアンテナであって、
前記導体素子はワイヤ素子であって、前記ワイヤ素子は互いに略平行な２つの主部分を形成するように折曲されており、
前記主部分の各々は他方の主部分の第１端部と接続されている第１端部を有し、
前記溝穴構成手段は、前記２つの主部分の間に形成された空間で構成されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項１０】
請求項９に記載のアンテナであって、
前記ワイヤ素子の前記２つの主部分は、前記コイルの軸とほぼ平行な面内に配置されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項１１】
請求項２から１０のいずれかに記載のアンテナであって、
前記螺旋形状のコイルは、第１のピッチを有する第１部分と、前記第１のピッチと異なる第２のピッチを有する第２部分とを備えることを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積が小さいアンテナに関し、特に携帯型無線電話で使用されるアンテナに関するが、これに限定するものでない。
【背景技術】
【０００２】
携帯型無線電話では、一般に無線電話の筐体の外側に取り付けられる螺旋形状アンテナを使用することが知られている。このようなアンテナは、比較的サイズは小さいが、接地平面と接続するために筐体の外側に配置される。この接地平面自体は、無線電話の筐体の内側に配置されている。
【０００３】
無線電話製造における現在の傾向は、あらゆる外部アンテナを無くし、アンテナを筐体の中に配置するというものである。また、無線電話の寸法を小さくし、あるいは少なくとも所定の外寸の無線電話内に、増大し続ける部品を実装するという傾向もある。
【０００４】
この結果、無線電話を設計する際には、比較的サイズの小さい内部アンテナを利用できることが望まれる。
【０００５】
無線電話内に取り付けるのに適したアンテナとしては、ＰｉＦａ型の平板状アンテナ等を使用することが提案されている。このような平板状アンテナは、基本的に接地平面と放射板とで構成されている。放射板は、一般に接地平面に平行な放射素子である。また平板状アンテナは、放射素子と接地平面の間の短絡接続と、５０オーム（Ω）アンテナ給電装置とを備えている。このアンテナ給電装置は、一般にマイクロストリップライン又はプリント回路を用いて実装される。
【０００６】
無線電話で使用する周波数範囲、特に約９２０メガヘルツ（ＭＨｚ）のＧＳＭモバイルシステムに対応する周波数範囲では、少なくとも放射素子と接地平面との間の誘電体が空気である場合は、放射素子と接地平面との間の最小距離は７ミリメートル（ｍｍ）から１０ｍｍである。この約７ｍｍ〜１０ｍｍという厚さは、無線電話の製造には大きすぎると考えられている。残念なことに、ＰｉＦａアンテナの厚みを薄くしようとすると、例えば５ｍｍ未満に減らそうとすると、アンテナの通過帯域が非常に狭くなってしまい、その結果ＰｉＦａアンテナが事実上使用できなくなることが知られている。このため、現行の平板状アンテナでは、比較的小さい寸法という上記の要求を満たすことができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、特に携帯型無線電話に使用可能な、厚みの小さい非常に小体積のアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、小体積アンテナは、放射素子を備えており、前記放射素子は、軸を有するコイル形成手段で構成されており、前記コイル形成手段は、アンテナ導体に接続されている。またアンテナは、導体素子をさらに備えており、この導体素子は、前記コイル形成手段の軸に平行であり、前記コイル形成手段と対向するように配置された溝穴構成手段を含んでいる。
【０００９】
本発明のアンテナはコイルを形成する手段で構成されており、このコイルの軸は導体素子に平行であり、この導体素子にはコイル形成手段に対向した溝穴又は溝穴に類似した配置が設けられている。
【００１０】
詳細は後述するが、このアンテナ配置は体積が非常に小さく、厚さが５ｍｍ未満である。それにも拘わらず、このアンテナ配置は、特にＧＳＭシステムに対応する周波数範囲において、十分なゲインを得ることを可能にすると共に、十分なだけでなく、従来のアンテナで得られる通過帯域よりも著しく大きな通過帯域を得ることも可能にする。前記周波数範囲の前記通過帯域は、１００ＭＨｚから１２０ＭＨｚほどに大きくし得る。
【００１１】
好ましい実施形態では、コイル形成手段が螺旋コイル形態の導体ワイヤで構成されている。
【００１２】
試験の結果、コイルの直径が例えば約３ｍｍのように小さくても良いこと、及び溝穴を設けた導体素子とコイルの軸との間の距離も、約１．７ｍｍから２ｍｍ程度に非常に小さくてもよいことが判明した。これにより、全体の厚みが４ｍｍ未満のアンテナが提供される。
【００１３】
コイル形成素子は、通常の意味でのコイル、つまり導体ワイヤで構成された螺旋状とできる。またコイル形成素子は、絶縁支持体上の金属被覆で構成された「平板状」コイルとすることもできる。
【００１４】
導体素子は、導電面とできる。この場合には、導電面はアンテナ接地平面で構成しても良く、また溝穴は閉塞されており、コイルの外形に対応した略矩形状とすることもできる。一方導電面は、導電性平板としてもよい。この場合には、溝穴は開口しており、すなわち導電面の周縁に向かって外方に開口している。
【００１５】
また導体素子は、ワイヤ導体素子であってもよい。この場合導体素子は折曲されて、ほぼ平行な２つの細長い部分を有し、その間で形成された領域が溝穴と等価になる。
【００１６】
本発明の他の特長および効果は、本発明を限定しない例示である種々の実施形態に関する以下の説明から明らかとなる。以下、添付の図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず図１Ａ及び１Ｂを参照して、本発明のアンテナの好ましい第１実施形態を以下に説明する。
【００１８】
アンテナは、基本的に導電材料からなる接地平面１０で構成されており、例えば絶縁支持体１２に装着若しくは固定されている。図１Ｂにより詳細に示されるように、溝穴１４が接地平面１０に形成されている。溝穴１４の形状については後述する。またアンテナは、放射素子を備え、この放射素子は、軸Ｘ−Ｘ’が接地平面１０に平行である螺旋コイル１６で構成されている。コイル１６の端部１６ａの一方は、アンテナ給電装置１８に接続されており、このアンテナ給電装置１８自体は、例えば同軸ケーブル２０で構成されている。同軸ケーブル２０の中心導体２０ａは、コイルの端部１６ａに電気的に接続されている。また、同軸ケーブル２０のシールド２０ｂは、接地平面１０に接続されている。コイル１６は、長さＬ及び直径ｄを有する。
【００１９】
図１Ｂは、接地平面１０に形成された溝穴１４の具体的な形状を詳細に示している。この溝穴１４は、コイル１６のほぼ外形を取り囲む矩形状の形状としている。換言すれば、矩形状溝穴１４は、その長さｌがコイルの長さＬとほぼ等しく、その幅ｌ’はコイル１６の直径ｄとほぼ等しい。この溝穴は閉塞されている。すなわち、溝穴は接地平面の周縁に対して開口していない。
【００２０】
具体的な実施例では、コイル１６の直径ｄが３ｍｍ、接地平面１０とコイル１６の軸Ｘ−Ｘ’との間の距離ｈが１．７２ｍｍである。
【００２１】
アンテナについて一般に５０Ωである所定のインピーダンスを得るために、コイルと接地平面の間の距離ｈと、コイル直径ｄとは、以下の式で関連付けられる。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
上式において、空気の場合εｒ＝１であり、Ｚ０は５０Ωに等しい。
【００２４】
さらに本実施形態では、コイルの長さＬは２０ｍｍに等しい。よって、溝穴１４の寸法は、２０ｍｍ×３ｍｍである。
【００２５】
上述したアンテナで試験を行ったところ、ＧＳＭシステムに対応する周波数範囲、すなわち中心周波数が約９２０ＭＨｚの場合、得られる通過帯域が１００ＭＨｚから１２０ＭＨｚの範囲であることが判明した。
【００２６】
この通過帯域は、携帯型無線電話の製造において完全に受容できるのみならず、例えばＰｉＦａ型アンテナ等のアンテナで得ることのできる通過帯域の約２倍である。
【００２７】
アンテナの全厚は、上述の例では３．５ｍｍ未満にできるので、小さくすることができ、特に接地平面に形成する溝穴１４が矩形状であるため、このアンテナを比較的容易に製造できることに注目すべきである。
【００２８】
図２は、第１実施形態の第１変形例を示している。この第１変形例では、コイル１６に対するアンテナケーブル２０の接続方法が異なる。ケーブルの軸方向導体２０ａは、コイル１６の長さに沿った位置２２に接続されており、コイルの端部１６ａは、接地平面１０に接続されている。これでアンテナに並列給電が行われ、これによって誘電分に対応したインピーダンスを得ることが可能となる。
【００２９】
図３は、コイル１６の変形実施形態を示しており、符号３０が付されている。このコイルは、第１のピッチＰ１で巻かれた第１の部分３２と、Ｐ１と異なる第２のピッチＰ２で巻かれた第２の部分３４とを有する。この螺旋アンテナの直径Ｄは一定である。この種の螺旋コイルで試験したところ、アンテナが、２つ又は３つの周波数帯で有効に動作し、この周波数帯は、螺旋コイルの２つの部分のピッチＰ１及びＰ２を適当に選択することで決まることが判明した。
【００３０】
次に図４Ａ及び４Ｂを参照しながら、アンテナの第２変形例について以下に説明する。この変形例では接地平面４０が確認でき、この接地平面４０には、閉塞された溝穴４２と放射素子４４とが設けられている。放射素子４４は、図４Ｂに示す平板状コイル４４で構成される。平板状コイル４４は、ジグザグ形状の平坦な導体素子４６で構成されている。平板状コイル４４は、絶縁基板上に形成された金属被覆で構成することもできる。平板状アンテナ４４の端部４６ａは、同軸ケーブル５０で構成されるアンテナ導体４８に接続されている。より正確には、端部４６ａはケーブル５０の中心導体５０ａに接続されている。
【００３１】
この第２変形例について試験したところ、第１実施形態で得られた結果ほどではないが、同様に満足できる結果を示した。
【００３２】
次に、図５Ａ及び５Ｂを参照して、アンテナの第２実施形態を以下に説明する。第２実施形態は、溝穴が形成された導電面がアンテナの接地平面ではなく、導電性平板である点で、第１実施形態と基本的に異なっている。「導電性平板」の用語は、開口した溝穴が機械加工された導電性金属シート、または絶縁基板上に形成された導電性被覆のいずれかを意味するものとして使用される。
【００３３】
この図にはコイル１６が図示されている。このコイル１６は、図１Ａ又は３に示したコイルと同一であってもよい。アンテナは、導電性平板５０を備えており、この導電性平板５０は、コイル１６の軸Ｘ−Ｘ’と平行である。コイルの軸と平板との間の距離ｈは、図１Ａにおける距離と同じである。導電性平板は、アンテナの他のいかなる部品とも電気的に接続されていない。
【００３４】
平板５０には、溝穴５２が設けられており、この溝穴５２の外形は、コイルの形状に対応している。外形５４は、半円形状をした２つの短辺５４ａ、５４ｂを備えるほぼ矩形状の形状とできる。この実施形態では、アンテナが十分なゲインを確実に示すように、溝穴５２が、平板５０の周縁５０ａに至る拡張部５６を介して外方に開口していることが必要である。平板は、その長さＬ１が３５ｍｍで、かつその幅が９ｍｍとでき、コイルは、図１Ａ及び１Ｂを参照して前述した寸法を有する。このように、アンテナは非常に寸法を小さくできる。
【００３５】
コイルの端部１６ａは、同軸給電ケーブル６２の中心導体６０に接続されている。平板５０は、導体６０から電気的に絶縁されている。
【００３６】
アンテナは、携帯型無線電話のプリント回路６４、又は内部アンテナを有する他の機器に取り付けることができる。ケーブル６２のシールド６２ａは、プリント回路の適当なグランドに接続されている。
【００３７】
この第２実施形態では、第１実施形態と同じ性能が得られる。２つの異なるアンテナピッチを有するコイル１６を用いて、ＧＳＭ及びＤＣＳ周波数帯の両方で動作することが可能である。
【００３８】
図６は、本発明のアンテナの他の実施形態を示している。この実施形態では、コイル１６と、開口した溝穴５２付きの導電性平板５０を示している。コイル１６の端部１６ａは、導電性平板５０に接続されており、一方、アンテナケーブルの軸方向導体６０は、コイル１６の中間点１６ｂに接続されている。
【００３９】
図７Ａ及び７Ｂは、導体素子が導電面ではなく、ワイヤ導体素子７０で構成されているアンテナの実施形態を示している。ワイヤ素子の直径は、好ましくは２．５ｍｍ以上である。ワイヤ素子は、２つのほぼ直線状の部分７２及び７４を有し、この直線部分７２及び７４は互いにほぼ平行である。
【００４０】
直線部分の第１端部７２ａ及び７４ａは、曲線部分７６で連結されている。直線部分７２の第２端部７２ｂは同軸ケーブル６２のシールドに電気的に接続されており、一方、直線部分７４の第２端部７４ｂは接続されていない。したがってワイヤ素子７０は、開口した溝穴７６と等価である。ワイヤ素子７０の２つの直線部分７２及び７４は、ほぼ同一平面にあり、コイル１６の軸Ｘ−Ｘ’と平行な面内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明に係るアンテナの第１実施形態の縦断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すアンテナを示す平面図である。
【図２】図１Ａに示すアンテナの実施形態の第１変形例を示す図である。
【図３】アンテナの部分図であり、螺旋コイルの構成の変形例を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係るアンテナを示す縦断面図である。
【図４Ｂ】使用された「平板状」コイルの独特な形状を示す詳細図である。
【図５Ａ】アンテナの第２変形実施形態を示す縦断面図である。
【図５Ｂ】アンテナの第２変形実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の第３変形実施形態を示す縦断面図である。
【図７Ａ】導体素子の第２実施形態を有するアンテナの正面図である。
【図７Ｂ】導体素子の第２実施形態を有するアンテナの平面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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