(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アンテナ要素と第２アンテナ要素と前記前記第１アンテナ要素を実装する基板を含むアンテナ装置であって、
前記第１アンテナ要素は、両端側に鍔部と、前記鍔部間に設けられた胴部と、前記鍔部のそれぞれに設けられた実装端子と、両端部に至る凹部を備えた樹脂材料からなる基体と、
前記基体の凹部に収容された磁性体と、
前記基体の胴部に前記磁性体を内包して巻かれた導線を第１放射導体として有し、
前記第１放射導体の端部が前記基体の実装端子と接続されたヘリカルアンテナであり、
前記第１アンテナ要素と異なる平面に設けられ、一端が前記第１放射導体の一端と接続手段を介して接続され、他端が開放端となる帯状の銅箔で構成された第２放射導体を備えた第２アンテナ要素とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１のアンテナ装置を搭載し、前記第１アンテナ要素の近傍に他の構成装置が配置されたことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の小型の無線通信装置に用いられるアンテナ装置に関し、特には複数のアンテナ要素で構成したアンテナ装置とそれを用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の無線通信装置は小型化と共に多機能化が進み、通話のみならず、ＦＭ放送やデジタルテレビジョン放送などの放送波を受信し視聴可能とした無線通信装置がある。この様な無線通信装置では、通話のための送受信に使用される通信システム（例えばＧＳＭ、ＣＤＭＡ等）の周波数帯域は通常８００ＭＨｚ以上の周波数であり、デジタルテレビジョン放送では５００ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの帯域が利用され、ＦＭ放送では７０ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ前後の帯域が利用される。
【０００３】
複数の無線通信の信号を送受信する場合、利用する周波数帯域が広いため、一つのアンテナでは各周波数帯において要求特性を満たすのは困難であって、その性能は専ら通話のための周波数帯域に合わせて調整されるため、周波数が大きく離間するＦＭ放送の周波数帯域でのアンテナ感度が劣るものであった。この様なアンテナであっても、高い放射電界の強度が得られ易い送信アンテナの近くでは使用上の問題は少ないが、弱電界の環境下では受信信号に大きくノイズが重畳し、あるいは全く受信できないと言った問題があった。そこで、別途各周波数帯に応じたアンテナをそれぞれ無線通信装置に設けることが一般的に行われている。
【０００４】
前記無線通信において、最も低周波数帯であるＦ  Ｍ放送の帯域ではその波長が他の周波数帯域と比べてかなり長く、受信アンテナをモノポールアンテナとして構成するのであれば、波長λの１／４の長さの放射導体が必要とされ、その長さは１００ＭＨｚにおいては７５ｃｍにもなる。この為、イヤホンケーブルをＦＭ放送の受信アンテナに利用して、無線通信装置の外部に設けるのが主流となっている。なおＦＭ放送で使用される場合にはアンテナは高周波電力を受信専用であり高周波電力を放射するものでは無いが、本明細書においてはアンテナに用いる導体を入射導体では無く放射導体と便宜上呼ぶこととし、特に機能によって区別はしない。
【０００５】
イヤホンケーブルを受信アンテナに利用することは、良好な受信感度を得る上では有効な手段であるものの、利用者のニーズからすれば、イヤホンからでは無く無線通信装置に内蔵するスピーカにより放送を楽しむ場合でも、ＦＭ放送の受信においてイヤホンケーブルを必要とすることは不便であり、また、イヤホンケーブルで受信アンテナとして理想的な特性を得ようとすれば、直線的に延ばして用いるのが好ましいものの、通常巻回すなどして扱われるため、本来の性能が発揮されないこともあった。この為、感度に優れた受信アンテナを無線通信装置への内蔵し、イヤホンケーブルを用いなくても良好な受信状態が得られるアンテナ装置に対する要求が高まっている。
【０００６】
アンテナを小型に構成する場合には、ヘリカルアンテナやミアンダアンテナの構造をとる場合が多い。このアンテナは誘電体材や磁性体材を用いて構成された基体に、放射導体を形成し巻回すなどして構成される。基体による波長短縮効果によって放射導体の実効長が短くなりアンテナの小型化を実現できる。しかしながら、一方で利得及び帯域幅が劣化し易いという問題があった。高い放射電界の強度が得られる環境では、利得及び帯域幅の劣化はそれほど受信状態に影響無いが、弱電界の環境下では受信信号に大きくノイズが重畳し、あるいは全く受信できないと言った問題があった。
【０００７】
特許文献１にはこの様な問題を改善するアンテナ装置が開示されている。このアンテナ装置の構成を図７に示す。アンテナ装置８０はセラミックを主体とする基体１１に放射導体１２の一部と、前記導体が接続する端子電極１３，１４とが形成されたチップアンテナ１０と、それを実装するための基板２０とで構成される。前記実装基板にも放射導体４０が形成されており、前記チップアンテナ１０の端子電極１４と前記放射導体４０の一端とを接続している。また放射導体４０の他端４１は開放端となる。端子電極１３は実装基板２０に形成された給電線路６１を通じて高周波回路と接続される。
チップアンテナ１０の放射導体１２だけでは、実効長に対して不足する部分を実装基板の放射導体４０で補うことで、アンテナ装置全体での放射導体の実効長を長くすることが出来、放射導体における電流分布が増して放射電界が強くなり、アンテナ装置として高利得及び広帯域幅を得ることが出来ると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３３０８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アンテナ装置を１／４λモードで動作させる場合には、アンテナ装置の近辺に存在するグランド面に生じるイメージ電流を利用する。一般的にはグランド面で発生するイメージ電流がアンテナ装置に誘起された電流とほぼ同一ベクトルを持つ場合に、イメージ電流を含めて１／２λの誘導電流を発生させることになり利得が向上する。一方、イメージ電流がアンテナ装置を流れる電流と異なるベクトル、例えば逆方向であれば電流を打ち消してしまい、結果、利得は低下する。
【００１０】
このような技術常識に基づいて引用文献１のアンテナ装置も構成されている。基板２０はイメージ電流を発生させるグランド面２１を有し、そのグランド非形成部２２にチップアンテナ１０と放射導体４０とを配置して同一平面上に構成している。またグランド面２１を有する基板２０とは別体の実装基板に、チップアンテナ１０と放射導体４０とを配置して同一平面上に構成することも記載されている。いずれの場合もグランド面２１に対して、同一平面にチップアンテナ１０と放射導体４０とを配置することで、イメージ電流が基板２０のグランド面２１に適切なイメージ電流が発生するようにしている。
【００１１】
しかしながら無線通信装置の筐体内においては、スピーカやディスプレイ装置等の他の構成装置がアンテナ装置の近傍に配置される。前記構成装置には多くの導体が用いられるため、そこに不適切なイメージ電流が誘起されるなどしてアンテナ性能が十分に発揮されず、アンテナの利得低下などの性能劣化を生じる問題があった。また限られた空間において、構成装置をアンテナ装置に影響を与えない程度に離間して配置することは無線通信装置の大型化を招くため、実質的に困難な状況にあった。
【００１２】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、無線通信装置に構成可能であり、アンテナ特性に優れたアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、  第１アンテナ要素と第２アンテナ要素と前記前記第１アンテナ要素を実装する基板を含むアンテナ装置であって、前記第１アンテナ要素は、両端側に鍔部と、前記鍔部間に設けられた胴部と、前記鍔部のそれぞれに設けられた実装端子と、両端部に至る凹部を備えた樹脂材料からなる基体と、前記基体の凹部に収容された磁性体と、前記基体の胴部に前記磁性体を内包して巻かれた導線を第１放射導体として有し、前記第１放射導体の端部が前記基体の実装端子と接続されたヘリカルアンテナであり、前記第１アンテナ要素と異なる平面に設けられ、一端が前記第１放射導体の一端と接続手段を介して接続され、他端が開放端となる帯状の銅箔で構成された第２放射導体を備えた第２アンテナ要素とを有するアンテナ装置である。
【００１４】
本発明においては基板にグランド電極を形成しても良い。またその場合には、前記グランド電極と重ならない部位に、第１アンテナ要素及び第２アンテナ要素が構成される。前記基体は誘電体材や磁性体材からなるセラミックや樹脂を用いることが出来る。基体に構成される第１放射導体は、導電線や導電板、印刷やエッチング等の手法によって形成された電極パターン、あるいはフレキシブルなプリント配線板によって形成される。第２放射導体も同様に構成することが出来る。
【００１５】
第１放射導体と第２放射導体とを接続する接続手段は、コンタクトばね、コンタクトピン、ネジ、導電性ゴム等を用いることが出来る。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明のアンテナ装置を搭載し、前記第１アンテナ要素の近傍にスピーカやディスプレイ装置等の他の構成装置スピーカが配置された通信機器である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、無線通信装置に構成可能であり、アンテナ特性に優れたアンテナ装置と、それを用いた通信機器の提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備えた無線通信装置の要部断面図である。
【図２】図１の無線通信装置の筐体内部の平面図である。
【図３】図１の無線通信装置の筐体に形成された第２放射導体を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に用いる第１アンテナ要素の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置と従来のアンテナ装置との利得の評価結果を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の評価方法を説明するための図である。
【図７】従来のアンテナ装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るアンテナ装置について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備えた無線通信装置の要部断面図である。図２は無線通信装置の筐体内部であって、第１アンテナ要素を実装した基板を見た平面図である。図３は無線通信装置の筐体に形成された第２放射導体を示す平面図である。
【００２０】
アンテナ装置は、ＦＭ放送の受信に用いられるものであって、グランド電極面２１と、給電部４と、接触部６とが形成された基板２０に、第１放射導体が形成され第１アンテナ要素となるチップアンテナ１が実装され、無線通信装置１００ａの筐体３０（３０ａ）に設けられた第２アンテナ要素となる第２放射導体２と、前記第１放射導体と第２放射導体２とを接続する接続手段３とからなる。図示しないが、第１アンテナ要素の近傍にはスピーカが配置されている。
【００２１】
本実施態様では、チップアンテナ１としてヘリカルアンテナを用いた。図４はその構成を示す外観斜視図である。チップアンテナ１は液晶ポリマーを基材とする基体１６に第１放射導体となる導線を巻回して構成している。導線は基体１６の胴部に巻かれ、その両端は基体１６の両端側に設けられた鍔部１１、１２の実装端子１３，１４と接続されている。基体１６には両端部に至る凹部１５を備え、凹部１５には磁性体１８が収容されており、チップアンテナ１のインダクタンス値を高めている。ＦＭ放送受信用アンテナでは自己インダクタンスを０．６〜４μＨに調整される。
本実施態様のチップアンテナは外形寸法が１０ｍｍ×２ｍｍ×１．５ｍｍに構成され、胴部にφ８０μｍの銅線が４５ターン巻回されている。チップアンテナにおける第１放射導体の長さは。凡そ２２０ｍｍであった。
【００２２】
基体１６はエポキシ樹脂などの樹脂材料を用いても良い。また、アルミナもしくはアルミナを主成分とするセラミック材料等の絶縁体、チタン酸マグネシウム系、チタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系などの誘電体セラミック材料を用いてもよい。また、Ｎｉ系、Ｌｉ系フェライトなどの磁性体セラミック材料でも良い。この場合は基体の凹部に設けられる磁性体は不要となる。また磁性体１８としてＮｉ系、Ｌｉ系フェライトなどの磁性体セラミック材料やアモルファス、ナノ結晶合金などの金属磁性体材料を用いても良い。また、低温焼成可能な誘電体セラミックスや磁性体セラミックスからなる矩形状のシート層を積層して、第１放射導体を構成する電極パターンと一体焼成して構成することも出来る。
【００２３】
第２放射導体２は筐体３０ｂに形成された帯状の銅箔で構成されている。その外形寸法は４０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１５ｍｍである。接続手段を除く第１及び第２放射導体の合計長は、凡そ２６０ｍｍとなり、１００ＭＨｚにおける１／４λの約１／３となっており、アンテナ装置において第２放射導体２の占める割合は約１５％程度である。第２放射導体２を成す銅箔をシール状に構成して筐体に貼り付けても良いし、プリント配線板として固定しても良くい、固定手段は限定されない。第２放射導体は樹脂製の筐体内にインサート成形で埋め込んでも良いし、筐体の内面に固定する形態にしても良い。筐体内部にインサート成形すれば、無線通信装置を落下した場合などの衝撃に対して破損が起きにくくなる。
【００２４】
第２放射導体２は開放端となっており、他の回路やグランドなどと接続されていない。前記開放端では電圧が最大となるので、他の導体やグランド面と極力離れた位置に配置するのが好ましい。本実施形態では第２放射導体２は略矩形の筐体３０ｂの短辺に沿って直線状に形成されている。
【００２５】
第１及び第２アンテナ要素とは接続手段と接触部を介して電気的に接続される。接続手段として弾性変形が可能な板バネ部材や実装基板の板厚方向に摺動可能、あるいは実装基板の板厚方向に伸縮自在なコネクタピンなどの構造を採用することができる。ネジ、導電性ゴム等であっても良い。
【００２６】
本発明のアンテナ装置について平均利得を評価した。平均利得の測定に際しては、電波無響暗室内で送信用基準アンテナの給電端子に信号発生器を接続し、前記送信用基準アンテナから放射された電力を被試験ンテナで受信することにより測定している。試験においては、従来例として第２放射導体を基板２０の面上に第１アンテナ要素とともに構成したアンテナ装置も合わせて評価した。結果を図５の利得と周波数との関係を示す特性図として示す。測定した８８ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数の大部分において、図中、実施例として示した本発明のアンテナ装置では、従来例よりも大きな利得が得られた。
【００２７】
またアンテナ装置による受信感度を以下の手順で評価した。図６に評価方法を説明するための図を示す。ＦＭトランスミッターを設置しＦＭ電波を８９．７ＭＨｚ、９６．５ＭＨｚ、１０２．３ＭＨｚ、１０６．５ＭＨｚで発信し、３ｍ離れた位置でアンテナ装置を組み込んだ無線通信装置でＦＭ電波を受信する。観測者は受信した音声の聞こえ方を０〜４点の点数で評価した。０点は受信信号がノイズレベルであって音声受信が出来ない状態である。１点はノイズレベルが大きく音声が確認し難い状態である。２点はノイズレベルが小さく音声も確認でき使用上問題の無い状態である。３点はノイズレベルが僅かであり殆ど気にならない状態で有り、４点は確認できるノイズは無く、音声はクリアである状態を示す。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0005725415.tif 000002
【００２９】
本発明のアンテナ装置においては、弱電界の環境であっても各周波数で音声受信が可能であった。
【符号の説明】
【００３０】
１  第１アンテナ要素
２  第２アンテナ要素
３  接続手段
４  給電部
２０  基板
２１  グランド面
２２  非グランド面
３０ａ、３０ｂ  筐体
【図１】
0005725415.tif 000003
【図２】
0005725415.tif 000004
【図３】
0005725415.tif 000005
【図４】
0005725415.tif 000006
【図５】
0005725415.tif 000007
【図６】
0005725415.tif 000008
【図７】
0005725415.tif 000009