(57)【要約】【課題】コイル等の部品を多数用いることなく、またコイル等を用いてグランドに終端することなく広帯域なインピーダンス整合を可能とすること。【解決手段】アンテナ給電点と、アンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子とを接続する給電線路を、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも線路長の長い第２の給電線路から少なくとも構成する。【選択図】  図１
2004207960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子と無線回路との間にアンテナ給電点を設け、前記アンテナ給電点と、前記アンテナ素子の終端もしくは前記給電端子とを接続する給電線路を、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも線路長の長い第２の給電線路とから少なくとも構成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の給電線路を分岐し前記第２の給電線路に接続する第３の給電線路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の給電線路もしくは第２の給電線路を分岐し、前記アンテナ給電点、または前記アンテナ素子の終端もしくは前記給電端子に接続する第３の給電線路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上部筐体と下部筐体とがヒンジ部で連結されて折畳んだ状態と開いた状態とをとり得る折畳み筐体構造を有する携帯無線機において、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも線路長の長い第２の給電線路とを少なくとも備え、前記第１の給電線路及び第２の給電線路をそれぞれアンテナ給電点とアンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子に接続させて成る給電線路を設けたことを特徴とする携帯無線機。
【請求項５】
アンテナ素子を筐体に収納した状態と、引き出した状態をとり得る伸縮式アンテナを備えた携帯無線機において、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも線路長の長い第２の給電線路とを少なくとも備え、前記第１の給電線路及び第２の給電線路をそれぞれアンテナ給電点とアンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子に接続させて成る給電線路を設けたことを特徴とする携帯無線機。
【請求項６】
前記給電線路が、前記第１の給電線路を分岐し前記第２の給電線路に接続する第３の給電線路を設けていることを特徴とする請求項４または５に記載の携帯無線機。
【請求項７】
前記給電線路が、前記第１の給電線路もしくは第２の給電線路を分岐し、前記アンテナ給電点、または前記アンテナ素子の終端もしくは前記給電端子に接続する第３の給電線路を設けていることを特徴とする請求項４または５に記載の携帯無線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は広帯域なインピーダンス整合を可能とするアンテナ装置、及び広帯域なインピーダンス整合を必要とする携帯無線機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術のアンテナ装置は、インピーダンス整合を行うために、無線回路とアンテナ給電点間の給電線路にマイクロストリップラインや並列にコイルを設けたり（特許文献１）、無線回路とアンテナ給電点間の給電線路に並列にキャパシタを設けたりする（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８６６０９号公報
【特許文献２】特開平９−１３９６１８号公報
【発明が解決しようとする課題】携帯電話機等の折畳み筐体構造を備えた携帯無線機や伸縮式アンテナを備えた携帯無線機は、使用時の条件が大きく変化するために広帯域のインピーダンス整合が求められる。例えば、ヒンジによって折り畳み自在にされた折畳み筐体構造を備えた携帯無線機にあっては、折り畳み状態と開いた状態とでアンテナ装置に対し筐体との位置関係が変化し広帯域のインピーダンス整合が望まれる。また、例えば、伸縮式アンテナを備えた携帯無線機においても同様に、筐体にアンテナを収納した状態と、引出した状態での状態変化によって広帯域のインピーダンス整合が望まれる。
【０００４】
そのため、従来の携帯無線機においては、アンテナ給電点と無線回路間の伝送線路路に設ける整合回路には、広帯域のインピーダンス整合を可能とするためコイル等の部品を多数使用するなど複雑な構成となっている。給電線路に並列にコイル等を設けてグランドに終端する場合、筐体側に流れる筐体電流が増加してしまう。
【０００５】
したがって、構成が簡単で、かつ整合のために給電線路をグランドに終端することなく整合をとり、給電線路を流れる高周波電流をアンテナ素子へ効率よく伝達するアンテナ装置及びそれを用いた携帯無線機が望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１に記載する本発明は、アンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子と無線回路との間にアンテナ給電点を設け、前記アンテナ給電点と、前記アンテナ素子の終端もしくは前記給電端子とを接続する給電線路を、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも長い第２の給電線路とから少なくとも構成したことを特徴とするアンテナ装置を提供するものである。
【０００７】
この請求項１の発明によれば、前記第１の給電線路及びこれよりも線路長の長い第２の給電線路から少なくとも構成した給電線路を設けることにより、異なる線路長の給電線路に高周波電流が経路を分岐されて伝達するため、この給電線路が広帯域のインピーダンス整合回路として機能する。
【０００８】
また、請求項２に記載する発明は、請求項１のアンテナ装置において、前記第１の給電線路を分岐し前記第２の給電線路に接続する第３の給電線路を設けたことを特徴とするアンテナ装置を提供するものである。
【０００９】
また、請求項３に記載する発明は、請求項１のアンテナ装置において、前記第１の給電線路もしくは第２の給電線路を分岐し、前記アンテナ給電点、または前記アンテナ素子の終端もしくは前記給電端子に接続する第３の給電線路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置を提供するものである。
【００１０】
これら、請求項２及び請求項３の発明によれば、第２の給電線路の長さを比較的短くしても、広帯域のインピーダンス整合回路として機能するので、コンパクトに構成可能である。
【００１１】
さらに、請求項４に記載する携帯無線機は、上部筐体と下部筐体とがヒンジ部で連結されて折畳んだ状態と開いた状態とをとり得る折畳み筐体構造を有する携帯無線機において、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも長い第２の給電線路とを少なくとも備え、前記第１の給電線路及び第２の給電線路をそれぞれアンテナ給電点とアンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子に接続させて成る給電線路を設けたことを特徴とする携帯無線機を提供するものである。
【００１２】
この請求項４の発明によれば、筐体の開閉状態の変化に応じて広帯域のインピーダンス整合を必要とするが、前記第１の給電線路及び第２の給電線路から少なくとも構成した給電線路を設けることにより、この給電線路が広帯域のインピーダンス整合回路として機能するので、これとは別に無線回路と給電点間の給電線路に複雑なインピーダンス整合回路を必要としない。
【００１３】
さらに、請求項５に記載する携帯無線機は、アンテナ素子を筐体に収納した状態と、引き出した状態をとり得る伸縮式アンテナを備えた携帯無線機において、第１の給電線路と該第１の給電線路よりも長い第２の給電線路とを少なくとも備え、前記第１の給電線路及び第２の給電線路をそれぞれアンテナ給電点とアンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子に接続させて成る給電線路を設けたことを特徴とする携帯無線機を提供するものである。
【００１４】
この請求項５の発明によれば、アンテナ素子の伸縮状態の変化に対応して広帯域のインピーダンス整合を必要とするが、前記第１の給電線路及び第２の給電線路から少なくとも構成した給電線路を設けることにより、この給電線路が広帯域のインピーダンス整合回路として機能するので、これとは別に無線回路と給電点間の給電線路に複雑なインピーダンス整合回路を必要としない。
【００１５】
また、請求項６に記載する携帯無線機は、請求項４または５の携帯無線機において、前記給電線路が、前記第１の給電線路を分岐し前記第２の給電線路に接続する第３の給電線路を設けていることを特徴とする携帯無線機を提供するものである。
【００１６】
また、請求項７に記載する携帯無線機は、請求項４または５の携帯無線機において、前記給電線路が、前記第１の給電線路もしくは第２の給電線路を分岐し、前記アンテナ給電点、または前記アンテナ素子の終端もしくは前記給電端子に接続する第３の給電線路を設けていることを特徴とする請求項４または５に記載の携帯無線機を提供するものである。
【００１７】
これら、請求項６及び請求項７の発明によれば、第２の給電線路の長さを比較的短くしても、広帯域のインピーダンス整合回路として機能するので、給電線路をコンパクトに構成でき、筐体内のスペース効率が良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。
【００１９】
図１は本発明の第一実施形態のアンテナ装置の構成図である。アンテナ素子１は、使用周波数に対してλ／４等の所定の電気長を有するものである。このアンテナ素子１の終端２から第１給電線３と第２給電線４の２経路に給電線路を分岐しており、図１においてアンテナ素子１の終端２から上の部分がアンテナ素子部分６であり、終端２から給電点５に至る部分が給電線路部分７である。すなわち、アンテナ装置は、アンテナ素子部分６及び給電線路部分７から構成されている。そして、この給電線路部分７においては、第１給電線３よりも第２給電線４を長くして、両給電線の長さを異ならせている。この長さを異ならせることにより給電線路部分６がインピーダンス整合回路として機能する。これは、異なる線路長の給電線路に高周波電流が経路を分岐されて伝達するため、この経路長の違いによって達成されるものある。
【００２０】
次に、給電線路部分７が広帯域のインピーダンス整合回路として機能するには、その長さの調整において行える。アンテナ装置を製造するにあたっては、まず、目的とする使用周波数に合わせてアンテナ素子部分６及び第１給電線３の構成において調整を行い、アンテナ素子部分６の仕様を決定し、次に第２給電線４を付加し第２給電線４の長さを調整して、広帯域のインピーダンス整合を行える長さに第２給電線４を決定する。この調整において、第１給電線３に対し第２給電線４との長さが異なることが重要であり、さらに第２給電線４を第１給電線３に対し比較的長くすることが広帯域化に寄与することが実験により判明している。
【００２１】
また、図２及び図３は、本発明の第二実施形態および第三実施形態を示すもので、図１のアンテナ装置の改良したものであり、同様の機能を有するアンテナ装置である。図１と同一部位は同一符号を付し、その説明は省略する。図２及び図３の場合、第１給電線３の途中から分岐し、第２給電線４の途中に結合する第３給電線８を設けている。このように第１給電線３及び第２給電線４に第３給電線８を設けることにより、図１の場合よりもさらに広帯域化に寄与することが実験により判明している。
【００２２】
図２及び図３の場合に、アンテナ装置の製造において、前述の調整のうち、第２給電線４の長さ調整ではある程度の広帯域のインピーダンス整合を行える適当な長さに第２給電線４を決定し、続いて第１給電線３の途中から第３給電線８を分岐し広帯域化の所望の作用効果を得られる第２給電線の適当な位置を見つけて第３給電線８の他端を結合することによって行う。
【００２３】
また、図４は、本発明の第四実施形態を示すもので、図１のアンテナ装置を改良したものであり、同様の機能を有するアンテナ装置である。図１と同一部位は同一符号を付し、その説明は省略する。図４の場合、アンテナ素子１の終端２から分岐し第２の給電線４の途中に結合する第３給電線８を設けることにより、図１の場合よりもさらに高帯域化に寄与することが実験により判明している。本実施形態の変形例としては、第３給電線８を、終端２から分岐し第１給電線３の途中に結合する構成、あるいは終端２から分岐し給電点５に結合する構成としてもよいことが、実験により判明している。ただし、第３給電線８を終端２から分岐し給電点５に結合する構成の場合、第３給電線路８の線路長は他の給電線路と異なるようにしなければ、第２給電線路４を設けた状態から広帯域化は図れない。さらには、給電点５から分岐し、第１給電線３または第２給電線４の途中に結合する構成でもよい。
【００２４】
なお、これら図４及びその他の変形例のアンテナ装置を製造する場合には、上述の図２及び図３のものと同様に各給電線の長さを調整する。調整の結果、第１給電線３に対し第２給電線４が長く、第３給電線８は第１及び第２給電線に対し異なる場合、第２給電線４のみを設けるよりも、さらに広帯域のインピーダンス整合が可能となる。
【００２５】
また、図５及び図６は、本発明の第五実施形態及び第６実施形態を示すもので、図１のアンテナ装置の組み立てを容易にするよう考慮したものである。図１と同一部位は同一符号を付し、その説明は省略する。図５及び図６の場合、回路基板上に給電端子となる金属パッド９と給電線路部７と予め設けておく、図５は金属パッド９の同じ一点に第１給電線３及び第２給電線４の一端を接続させたもの、図６は金属パッド９の異なる二点に第１給電線３及び第２給電線４の一端をそれぞれ接続させたものであるが、この構成上の相違により作用効果上に特段の相違はない。図５及び図６のアンテナ装置は、前述のように構成した回路基板を組み込んだ無線機の筐体分割部分（例えば、フロントケース）と、残りのアンテナ素子１を取り付けた他方の筐体分割部分（例えば、リヤケース）とを接合すると、アンテナ素子１の終端２が金属パッド９の略中央に当接しアンテナ装置が完成する。
【００２６】
図５及び図６の場合においても、給電線路部分７が広帯域のインピーダンス整合回路として機能するには、その長さの調整によって行え、その調整のし方は図１の場合とほぼ同様である。すなわち、アンテナ装置を製造するにあたっては、まず、目的とする使用周波数に合わせて金属パッド９の所定位置にアンテナ素子１の終端２を当接した状態にて、アンテナ素子部分６及び第１給電線３の長さ等の調整を行い、次に、アンテナ素子部分６及び給電パッド９の仕様を決定し、続いて第１給電線３の長さを決定し、最後に第２給電線４を付加し調整しその線路長を決定してアンテナ装置の仕様が決定する。図５及び図６の場合においても、第１給電線３に対し第２給電線４を比較的長くすることが広帯域化に寄与することが実験により判明している。また、図５及び図６の例においても、給電線路部分７の構成は、前述の図２乃至図４の説明欄に示したものと同様に構成及び製造することで、広帯域のインピーダンス整合回路として同様に機能する。
【００２７】
次に図７は、図６に示すアンテナ装置を組み込んだ携帯無線機の斜視図である。
図６と同一部位には同一符号を付し、その説明は省略する。本例の携帯無線機は、折畳み筐体構造を備える携帯電話機である。上部筐体１０は図示せぬ受話部と表示部を備え、下部筐体１１は図示せぬ送話部と操作部を備えて、両筐体はヒンジ１２によって連結され、図示の如く折り畳んだ状態と、さらに図示せぬ所定角度だけ開いた状態とをとり得るようになっている。さらに本例では下部筐体１１のヒンジ１２近傍（筐体同士の連結側近傍）にアンテナ装置を設けており、筐体を折畳んだ状態から上部筐体１０を所定角度だけ開いた場合、下部筐体１１側のヒンジ近傍から上方に突出するアンテナ素子１は上部筐体１０によって大きく影響を受けることになるが、本例の場合には第１給電線３と第２給電線４の構成により広帯域化が図られており、筐体の折畳み状態及び開放状態のどちらの状態においても良好な通信状態を確保する。なお、無線部１３と給電点５の間の給電線路はグランド上に給電線を設けたマイクロストリップライン１５で接続している。そして、本例の場合には本発明を用いているためこのマイクロストリップライン１５においてインピーダンス整合を行う必要性は特段ない。なお、マイクロストリップライン１５上に設けているのは最終段フィルタ１６で、無線部１３の一部である。
【００２８】
また、図８（ａ）（ｂ）は図５に示すアンテナ装置を伸縮アンテナ式にして、図７のものと同様の携帯無線機に組み込んだものの斜視図である。図５及び図７と同一部位には同一符号を付し、その説明は省略する。本例の場合、アンテナ素子１は筐体から引出した伸長時と筐体内に収納した収納時とで、給電がされる終端部分が異なっている。すなわち、図８（ａ）はアンテナ素子１の収納時、図８（ｂ）はアンテナ素子１の伸長時の図面で、収納時に給電されるアンテナ素子１の終端は２ｂ、伸長時に給電されるアンテナ素子１の終端は２ａである。また、本例では、図５の金属パッド９に代えて金属バネ１７を給電端子として用いており、アンテナ素子１の収納時には終端２ｂに付勢接触し、引出し時には終端２ａに付勢接触する。
【００２９】
図８の場合、折畳み筐体構造を有するのに加え、アンテナ素子１が伸縮するためにより広帯域化が必要となる。第１給電線３と第２給電線４の調整においては、図７のものよりも第２給電線４を長くすることでより広帯域化が達成された。
【００３０】
なお、上述する給電線部分７の具体的構成としては、第１給電線３、第２給電線４、第３給電線８は、基板上に各線幅が０．４ｍｍのマイクロストリップ線を成形して成り、それを形成する基板の厚さは０．７ｍｍ、基板の材質はガラエポ、基板の比誘電率は約４．８、波長短縮率は約０．５６で、第１の給電線の長さは１．４ｍｍは自由空間では約２．５ｍｍ、第２の給電線の長さは４．０ｍｍは自由空間で約７．１ｍｍに相当する。また、給電線の基板への形成は、基板片面パターンのみだけでなく、基板にスルーホールを設けたものや、基板から突出した３次元的な給電線であっても差し支えない。
【００３１】
以上の具体的構成によって、例えば、１．９ＧＨｚ〜２ＧＨｚ帯では１ｍｍで約５０ＭＨｚ周波数が変わるため、各給電線の長さを選択することにより、複数の共振周波数が得られ、帯域を広げることができる。本発明によればアンテナ素子の終端から分岐し給電点に結合する各々の給電線の線路長を異ならせることにより広帯域な整合回路として動作する。本発明のアンテナ装置は、各種アンテナ方式、各種携帯無線機の筐体形状並びに構造、各種周波数帯域に適用可能である。また、各給電線にはマイクロストリップ線に限定されるものでなく導線を用いてもよい。
【００３２】
以上説明した本発明にアンテナ装置及び携帯無線機によれば、整合のため給電線を基板のグランドに終端することなくインピーダンス整合が可能となるため、給電線路からの高周波電流をアンテナ素子へ効率よく伝達することが可能となる。
【００３３】
さらに、コイル等の集中定数を用いないため、素子による整合損失を免れることができる。インピーダンス整合のためにコイル等の多数の部品を用いる必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。更に、筐体電流を人体の手や頬等に吸収される割合が減り、効率良く電波を空間に送信・受信することが容易になる。
【００３４】
【発明の効果】本発明のアンテナ装置及び携帯無線機によれば、アンテナ給電点と、アンテナ素子の終端もしくは該アンテナ素子の終端が当接する給電端子とを接続する給電線路を、第１の給電線路と該第１の給電線路より線路長が長い第２の給電線路とから少なくとも構成したことにより、従来のようにコイル等を用いてグランドに終端する整合回路が不要となり、整合のために給電線路をグランドに終端することなく広帯域のインピーダンス整合が可能となり、給電線路を流れる高周波電流をアンテナ素子へ効率よく伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態を示すアンテナ装置の構成図。
【図２】図１を改良した第二実施形態のアンテナ装置の構成図。
【図３】図１を改良した第三実施形態のアンテナ装置の構成図。
【図４】図１を改良した第四実施形態のアンテナ装置の構成図。
【図５】図１を改良した第五実施形態のアンテナ装置の構成図。
【図６】図１を改良した第六実施形態のアンテナ装置の構成図。
【図７】本発明の実施形態である携帯無線機を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態である携帯無線機を示す図で、（ａ）はアンテナ素子収納時の図、（ｂ）はアンテナ素子伸長時の図。
【符号の説明】
１  アンテナ素子
２  アンテナ素子の終端
２ａ  アンテナ素子の収納時の終端（給電部）
２ｂ  アンテナ素子の伸長時の終端（給電部）
３  第１給電線
４  第２給電線
５  給電点
６  アンテナ素子部分
７  給電線路部分
８  第３給電線
９  金属パッド（給電端子）
１０  上部筐体
１１  下部筐体
１２  ヒンジ
１３  無線部（無線回路）
１４  回路基板
１５  マイクロストリップライン
１６  最終段フィルタ
１７  金属バネ（給電端子）
【図１】
2004207960.tif 000003
【図２】
2004207960.tif 000004
【図３】
2004207960.tif 000005
【図４】
2004207960.tif 000006
【図５】
2004207960.tif 000007
【図６】
2004207960.tif 000008
【図７】
2004207960.tif 000009
【図８】
2004207960.tif 000010