(57)【要約】【課題】ライン状の放射体の蛇行による更なる小型化を、放射体の各部分間のカップリングに起因する寄生共振周波数を発生させることなく実現できる多重帯域アンテナを提供する。【解決手段】本発明による多重帯域アンテナでは、放射体が、ジグザグに折り曲げられた蛇行ライン部と、その蛇行ライン部の隣接部分の間を接続するギャップフィリング部とを含む。ギャップフィリング部は好ましくは、蛇行ライン部の隣接部分の間の領域を埋めている。更に好ましくは、蛇行ライン部の隣接部分の間の領域のほぼ半分が、ギャップフィリング部で覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジグザグに折り曲げられた蛇行ライン部と、前記蛇行ライン部の隣接部分の間を接続するギャップフィリング部と、を含む放射体、
前記放射体に接続されているグラウンド、及び、
前記放射体の一領域に取り付けられ、前記放射体の一領域を他の領域に短絡させ、または前記他の領域から開放するスイッチング素子、
を有する多重帯域アンテナ。
【請求項２】
前記ギャップフィリング部が前記蛇行ライン部の隣接部分の間の領域を埋めている、請求項１に記載の多重帯域アンテナ。
【請求項３】
前記ギャップフィリング部の長さは前記蛇行ライン部の長さの半分より短い、請求項１に記載の多重帯域アンテナ。
【請求項４】
前記スイッチング素子がＰＩＮダイオードである、請求項１に記載の多重帯域アンテナ。
【請求項５】
前記スイッチング素子に対して所定の電圧を加えて前記スイッチング素子をターンオンさせるスイッチング制御部、を更に有する、請求項１に記載の多重帯域アンテナ。
【請求項６】
前記スイッチング素子がオン状態であるときの前記放射体の動作周波数帯域が、前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記放射体の動作周波数帯域より低い、請求項１に記載の多重帯域アンテナ。
【請求項７】
前記スイッチング素子が前記放射体の長手方向に沿って所定の間隔で複数取り付けられている、請求項１に記載の多重帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多重帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な無線通信サービス（たとえば、ＧＳＭ、ＰＳＣ、ＷＬＡＮ、ＷｉＢｒｏ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））が開発されている。各無線通信サービスを一つの無線端末機で受けるには、動的に再構成可能なアンテナ（リコンフィギュラブルアンテナ）をその無線端末機に搭載することが望ましい。
【０００３】
リコンフィギュラブルアンテナとしては例えば、複数のサービス帯域を包含する、かなり広帯域のアンテナが開発されている。しかし、この広帯域アンテナは、小型化は可能ではあるが、未使用帯域から使用帯域への雑音の混入、及び未使用帯域と使用帯域との間での干渉を抑える必要がある。
【０００４】
リコンフィギュラブルアンテナとしてはその他に、多重帯域で動作するアンテナ（多重帯域アンテナ）が開発されている。例えば、特許文献１に開示されている多重帯域アンテナはスロットアンテナであり、板状の放射体に形成されたスロットに沿って所定間隔で複数のＰＩＮダイオードが取り付けられている。各ＰＩＮダイオードのオンオフによって放射体のサイズが調節される。それにより、アンテナの動作周波数が変更される。
【特許文献１】米国特許出願公開第2005−0174294号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第2005−086733号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第2002−0118142号明細書
【特許文献４】特開2002−330018号公報
【特許文献５】特開昭58−138102号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の多重帯域アンテナはスロットアンテナであるので、小型化が難しい。小型化のための手段としては例えば、ライン状の放射体を折り曲げて蛇行させる手段がある。しかし、その場合、蛇行ラインの各部分の間にカップリングが生じ、余分な寄生共振周波数が生じる。それらの余分な寄生共振周波数はアンテナの更なる高効率化を妨げるので好ましくない。
【０００６】
本発明の目的は、ライン状の放射体の蛇行による更なる小型化を、放射体の各部分間のカップリングに起因する寄生共振周波数を発生させることなく実現できる多重帯域アンテナ、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による多重帯域アンテナは、放射体、グラウンド、及びスイッチング素子を有する。放射体は、ジグザグに折り曲げられた蛇行ライン部と、その蛇行ライン部の隣接部分の間を接続するギャップフィリング部とを含む。グラウンドは放射体に接続されている。スイッチング素子は放射体の一領域に取り付けられ、放射体のその一領域を他の領域に短絡させ、またはその他の領域から開放する。
【０００８】
ギャップフィリング部は好ましくは、蛇行ライン部の隣接部分の間の領域を埋めている。ギャップフィリング部の長さは好ましくは、蛇行ライン部の長さの半分より短い。
スイッチング素子は好ましくは、ＰＩＮダイオードである。
【０００９】
本発明による多重帯域アンテナは好ましくは、スイッチング素子に所定の電圧を加えてそのスイッチング素子をターンオンさせるスイッチング制御部を更に含む。更に好ましくは、スイッチング素子がオン状態であるときの放射体の動作周波数帯域が、スイッチング素子がオフ状態であるときの放射体の動作周波数帯域より低い。スイッチング素子は、放射体の長手方向に沿って所定の間隔で複数取り付けられていても良い。
【発明の効果】
【００１０】
以上のとおり、本発明による多重帯域アンテナでは、放射体が蛇行しているのでアンテナの更なる小型化が容易である。一方、蛇行ライン部の各部分間ではギャップフィリング部によりカップリングが除去される。その結果、放射体の蛇行に関わらず、余分な寄生共振周波数が生じないので、アンテナの効率が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳説する。
図１〜３に、本発明の実施形態による無線端末機用のアンテナの図を示す。
このアンテナ1は無線端末機用であり、回路基板60に形成されている。アンテナ1は、グラウンド50、放射体10、ＰＩＮダイオード20、及びスイッチング制御部30を含む。
【００１２】
グラウンド50は、回路基板60の背面のほぼ半分を覆う導体膜である。グラウンド50の一辺にはマッチング部51が形成されている。マッチング部51は細長い導体膜であり、グラウンド50の一辺からＬ字形に折れ曲がって延びている。マッチング部51の先端にはビアホール13が形成されている。ビアホール13は回路基板60を貫通し、マッチング部51を回路基板60の前面に導通させている。
【００１３】
放射体10は、回路基板60の前面に形成されたパッチアンテナである。放射体10はビアホール13を介してマッチング部51に接続されている。マッチング部51により、放射体10での反射による損失が抑えられ、アンテナ1の動作周波数のマッチング能力が向上する。
放射体10は蛇行ライン部15と給電部11とを含む。蛇行ライン部15はライン状の導体膜であり、回路基板60の前面のほぼ半分の中でジクザクに折り曲げられている。給電部11は真っ直ぐな帯状の導体膜であり、回路基板60の前面の残り半分のほぼ中央に延びている。給電部11はグラウンド50の反対側に配置されている。給電部11の長さは好ましくはグラウンド50の長さとほぼ同一である。蛇行ライン部15の一端と給電部11の一端とはビアホール13の位置で互いに接続されている。それらの端部は更に、ビアホール13を介してグラウンド50に接続されている。
【００１４】
蛇行ライン部15にはギャップフィリング部25が形成されている。ギャップフィリング部25は、蛇行ライン部15の折り曲げられた各部分の内側の領域に形成された導体膜である。ギャップフィリング部25は、蛇行ライン部15の折り曲げられた各部分から蛇行ライン部15の隣接する二つの部分の間を延び、それらの部分の間の領域を埋めてそれらの部分を相互に接続する。好ましくは図1、2に示されているように、各ギャップフィリング部25の長さは、各蛇行ライン部15の長さの半分より短い。ここでいう「長さ」は、図1、2の例では、給電部11の長手方向に対して垂直な方向での長さである。従って、言い換えれば、各ギャップフィリング部25によって覆われている領域は、蛇行ライン部15の隣接する二つの部分の間の領域の半分より狭い。尚、ギャップフィリング部25は、後述のＰＩＮダイオード20が取り付けられた部分には形成されていない。
【００１５】
図４に、ギャップフィリング部25の有無による蛇行ライン部15の電流経路の変化を示す。図４では、破線の矢印PATH1が、ギャップフィリング部25を形成した後の電流経路を示し、実線の矢印PATH2が、ギャップフィリング部25を形成する前の電流経路を示す。
図５Ａには、ギャップフィリング部25を形成する前でのアンテナ1の反射損失の周波数特性の一例を示す。図５Ｂには、ギャップフィリング部25を形成した後でのアンテナ1の反射損失の周波数特性の一例を示す。図５Ａと図５Ｂとでは、ＰＩＮダイオード20がオン状態である場合の周波数特性が実線で示され、ＰＩＮダイオード20がオフ状態である場合の周波数特性が破線で示されている。ＰＩＮダイオード20がオン状態である場合、2.5GHz領域に第１動作共振周波数を示すピークONが現れる。ＰＩＮダイオード20がオフ状態である場合、5.2GHz領域に第２動作共振周波数を示すピークOFFが現れる。尚、図５Ａと図５Ｂとは、ギャップフィリング部25の有無によるアンテナ1の反射損失の周波数特性を比較するためのものである。特に動作周波数は、図５Ａと図５Ｂとに示されている各値の他にも、放射体10の全長とＰＩＮダイオード20の位置との調節によって変更可能である。
【００１６】
ギャップフィリング部25を形成する前では、電流経路PATH2は蛇行ライン部15に沿ってジグザグに形成される。電流経路PATH2では特に、蛇行ライン部15の隣接する二つの部分ごとに、電流がほぼ正反対の方向に流れる部分が長い。従って、それらの電流間に比較的強いカップリングが発生する。その結果、図５Ａに示されている特性曲線では、一点鎖線で囲まれた領域Cに見られるように、本来の動作周波数を示す二つのピークON、OFFの間に、寄生共振周波数を示すピークが現れる。このような寄生共振周波数はアンテナ1の更なる高効率化を妨げる。
【００１７】
ギャップフィリング部25を形成した後では、電流経路PATH1は上記の電流経路PATH2とは異なり、蛇行ライン部15の折り曲げられた部分ではなく、ギャップフィリング部25の先端に沿って形成される。このように、蛇行ライン部15の隣接する二つの部分ごとに、電流がギャップフィリング部25の端部をショートカットすることにより、電流経路PATH1は電流経路PATH2より全体的に短い。更に、蛇行ライン部15の隣接する各部分間では、電流がほぼ正反対の方向に流れる部分がかなり短縮されている。それらの結果、蛇行ライン部15を流れる電流間のカップリングがほぼ完全に除去される。実際、図５Ｂでは図５Ａとは異なり、本来の動作周波数を示す二つのピークON、OFFの間から、寄生共振周波数を示すピークが消失している。従って、アンテナ1の反射損失は従来のアンテナより低く、すなわち、アンテナ1の効率は高い。
【００１８】
ＰＩＮダイオード20は、図1、2に示されているように、蛇行ライン部15の一領域に取り付けられ、蛇行ライン部15を二つの領域に分けている。ＰＩＮダイオード20の両端はそれら二つの領域のそれぞれに接続されている。ＰＩＮダイオード20は順方向電圧のレベルに応じてオンオフし、それら二つの領域間を短絡させ、または開放する。
【００１９】
ＰＩＮダイオード20の抵抗成分は好ましくは、1V以上の順方向電圧の印加時に1Ωになる。すなわち、ＰＩＮダイオード20は1V以上の順方向電圧の印加によってターンオンする。ＰＩＮダイオード20がオン状態であるとき、ＰＩＮダイオード20によって分割された蛇行ライン部15の二つの領域間が短絡する。従って、アンテナ1の動作に寄与する放射体10の全長は、給電部11と蛇行ライン部15との各長さの和になる。そのときの放射体10の全長は任意に設計可能である。放射体10のその全長によってアンテナ1の第１動作周波数が決定される。例えば放射体10の全長が56.5mmである場合、ＰＩＮダイオード20がオン状態である間、アンテナ1は2.4GHzの周波数帯域に共振点を有する。ここで、2.4GHzの周波数帯域はＷＬＡＮ（IEEE802.11b）とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）とで利用される。従って、放射体10の全長が56.5mmである場合、アンテナ1はＷＬＡＮとブルートゥースとに利用できる。放射体10をもう少し延長すれば、ＰＩＮダイオード20がオン状態である間の動作周波数帯域を2.3GHzまで下げることができる。その場合、アンテナ1は、その周波数帯域を利用するＷｉＢｒｏサービスに利用できる。
【００２０】
アンテナ1では放射体10が蛇行ライン部15を含んでいるので、動作周波数帯域に必要な放射体10の全長に関わらず、アンテナ1全体のサイズを画期的に小さくできる。具体的には、従来のアンテナでは数十〜数百mmであったサイズが、アンテナ1では例えば10.3mm×8mmにまで縮小可能である。また、アンテナ1では放射体10が回路基板60にパッチアンテナとして取り付けられるので、アンテナ1の製造が簡単である。
【００２１】
ＰＩＮダイオード20に対する順方向電圧の印加を停止した場合、ＰＩＮダイオード20の抵抗成分が10kΩとなる。すなわち、ＰＩＮダイオード20はターンオフする。ＰＩＮダイオード20がオフ状態であるとき、ＰＩＮダイオード20によって分割された蛇行ライン部15の二つの領域間が開放される。従って、アンテナ1の動作に寄与する放射体10の全長は、給電部11と、ＰＩＮダイオード20より給電部11に近い側に位置する蛇行ライン部15の一部との各長さの和になる。そのときの放射体10の全長も任意に設計可能である。放射体10のその全長によってアンテナ1の第２動作周波数が決定される。例えば放射体10のその全長が14.65mmである場合、ＰＩＮダイオード20がオフ状態である間、アンテナ1は5.3GHzの周波数帯域に共振点を有する。従って、アンテナ1はその場合、ＷＬＡＮ（IEEE802.11a）に準拠のアンテナとして利用できる。
【００２２】
上記のように、ＰＩＮダイオード20のオンオフによって、アンテナ1の動作に寄与する放射体10の全長が変更される。その変更に伴い、アンテナ1の動作周波数帯域が切り換わる。すなわち、ＰＩＮダイオード20のオンオフに応じ、一つのアンテナ1を二つ以上のサービス帯域の信号の送受信に選択的に利用できる。
【００２３】
スイッチング制御部30は好ましくは図１、３に示されているように、グラウンド50と同じく、回路基板60の背面に配置されている。スイッチング制御部30は更に、ビアホールと配線とを通してＰＩＮダイオード20に接続されている（図１、３には示されていない）。スイッチング制御部30はそのビアホールと配線とを通してＰＩＮダイオード20に対して電圧を印加し、ＰＩＮダイオード20の順方向電圧を制御する。スイッチング制御部30は好ましくはＲＬＣ回路で形成され、ＰＩＮダイオード20の順方向電圧を0Vと5Vとの間で切り換える。ここで、それらの値0V、5Vはグラウンド50の電位に対する電圧値である。スイッチング制御部30がＰＩＮダイオード20に対して0Vの順方向電圧を加えるとＰＩＮダイオード20がターンオフし、5Vの順方向電圧を加えるとＰＩＮダイオード20がターンオンする。ＰＩＮダイオード20をターンオンさせるための5Vの順方向電圧は、一般的には、無線端末機の他の部分に用いられる駆動電圧に等しい。従って、その場合、アンテナ1には専用の電源が不要であるので、回路構成が簡単化され、無線端末機の製造コストが削減可能である。
【００２４】
図６Ａに、ＰＩＮダイオード20がオン状態である場合のアンテナ1の放射パターンを示し、図６Ｂに、ＰＩＮダイオード20がオフ状態である場合のアンテナ1の放射パターンを示す。ＰＩＮダイオード20がオン状態である場合、図６Ａに示されているように、アンテナ１の放射パターンはほぼ全方向で一様である。更に、そのときのアンテナ1の利得は0dBである。ＰＩＮダイオード20がオフ状態である場合にも、図６Ｂに示されているように、アンテナ1の放射パターンはほぼ全方向で一様である。そのときのアンテナ1の利得は2dBである。このように、アンテナ1はダイポールアンテナとして相応しい全方向性を示すだけでなく、その利得も十分に高い。
【００２５】
以上の説明のとおり、本発明の実施形態によるアンテナ1は、まず、放射体10を蛇行ライン状に形成することにより、アンテナ1の全体のサイズを画期的に小さくできる。次に、ギャップフィリング部25を形成することにより、蛇行ライン部15の隣接部分を流れる電流間でのカップリングを抑えている。その結果、アンテナ1は効率が高い。
アンテナ1では更に、ＰＩＮダイオード20のオンオフにより、二つの動作周波数帯域間でのマクロチューニングが実行可能である。従って、アンテナ1は多重帯域アンテナとして無線端末機に搭載できる。それにより、その無線端末機の操作性を向上できる。更に、帯域別に異なるアンテナを実装する必要がないので、無線端末機の製造コストを削減できる。
【００２６】
前述の実施形態では、放射体10にＰＩＮダイオード20が一つ取り付けられ、放射体10を二つに分割している。その場合は上記のとおり、ＰＩＮダイオード20のオンオフにより放射体10の長さが二通りに変化するので、アンテナ1が二重帯域アンテナとして動作する。同様に、放射体10にＰＩＮダイオード20を複数取り付けて放射体10の長さを三種類以上に変化させることにより、アンテナ1を三種類以上の周波数帯域で動作可能な多重帯域アンテナとして設計できる。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。しかし、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定されるものではない。実際、当業者であれば、特許請求の範囲に基づいて定められる本発明の要旨から外れることなく、前述の実施形態を多様に変形可能であろう。従って、それらの変更も当然に、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による多重帯域アンテナの斜視図
【図２】図１に示されている多重帯域アンテナの正面図
【図３】図１に示されている多重帯域アンテナの背面図
【図４】ギャップフィリング部を形成する前と後とでの蛇行ライン部の電流経路の変化を示す平面図
【図５Ａ】ギャップフィリング部を形成する前のアンテナの反射損失の周波数特性を示すグラフ
【図５Ｂ】ギャップフィリング部を形成した後のアンテナの反射損失の周波数特性を示すグラフ
【図６Ａ】ＰＩＮダイオードがオン状態である場合のアンテナの放射パターン
【図６Ｂ】ＰＩＮダイオードがオフ状態である場合のアンテナの放射パターン
【符号の説明】
【００２９】
1  アンテナ
10  放射体
11  給電部
15  蛇行ライン部
20  ＰＩＮダイオード
25  ギャップフィリング部
30  スイッチング制御部
50  グラウンド
51  マッチング部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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