(57)【要約】【課題】広帯域な周波数帯を使用する移動通信システムに適用可能な小型で広帯域な端末用アンテナを提供することを課題とする。【解決手段】給電点（１１）を備えた地板（１０）；  給電点において一端が地板に結合された放射素子（１２）；から構成される端末用広帯域アンテナであって：  動作周波数帯のほぼ中心周波数ｆMに対応する波長をλMとし、放射素子の長さが約１／４λM、地板の短辺の長さが約１／２λM、地板の長辺の長さが約１／２λM以上であることを特徴とする端末用広帯域アンテナ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電点を備えた地板；
前記給電点において一端が前記地板に結合された放射素子；
から構成される端末用広帯域アンテナであって：
動作周波数帯のほぼ中心周波数ｆMに対応する波長をλMとし、前記放射素子の長さが約１／４λM、前記地板の短辺の長さが約１／２λM、前記地板の長辺の長さが約１／２λM以上である、
ことを特徴とする端末用広帯域アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の端末用広帯域アンテナであって、前記給電点の位置が前記地板の端部から約１／５λM未満であることを特徴とする端末用広帯域アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の端末用広帯域アンテナ装置であって、前記放射素子がモノポール形状アンテナ素子から構成される、
ことを特徴とする端末用広帯域アンテナ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の端末用広帯域アンテナ装置であって、前記放射素子がヘリカル形状アンテナ素子から構成される、
ことを特徴とする端末用広帯域アンテナ。
【請求項５】
請求項１または２に記載の端末用広帯域アンテナ装置であって、前記放射素子が逆L形状アンテナ素子から構成される、
ことを特徴とする端末用広帯域アンテナ．
【請求項６】
請求項１または２に記載の端末用広帯域アンテナ装置であって、前記放射素子が逆F形状アンテナ素子から構成される、
ことを特徴とする端末用広帯域アンテナ．
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載の広帯域アンテナ２つをスペースダイバーシチアンテナとして構成する、
ことを特徴とする端末用広帯域ダイバーシチアンテナ。
【請求項８】
給電点を備えた長方形の地板；
前記給電点において一端が前記地板に結合された放射素子；
から構成される端末用広帯域アンテナであって：
前記地板の長辺と前記放射素子とが協働して、ダイポールアンテナとして動作する、
ことを特徴とする移動端末用広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、端末用広帯域アンテナに関する。本発明は、特に、移動通信システムの移動端末に用いる広帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動通信システムの移動端末において利用可能な端末用アンテナとしては、例えば、図１５に示すように携帯端末に突起状の放射素子を配置したものが多用されている。すなわち、地板150、給電点151及びモノポール形状のアンテナ放射素子152から構成されアンテナが用いられている。
【０００３】
また、端末内蔵型アンテナとしては、図１６に示すような逆Fアンテナが知られている。図１６に示すアンテナは、地板160、給電点161及び逆F形状のアンテナ放射素子162から構成される。
【０００４】
これら従来のアンテナはともに、周波数帯域幅が狭く、広帯域な周波数帯において用いることは困難であった。このため、広帯域な周波数帯を用いる移動通信システムの移動端末に適用可能な小型の端末用アンテナが望まれていた．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、広帯域な周波数帯を使用するシステムに適用可能な小型で広帯域な端末用アンテナを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一特徴に従った端末用広帯域アンテナは、
給電点を備えた地板；
給電点において一端が前記地板に結合された放射素子；
から構成され、
動作周波数帯のほぼ中心周波数ｆMに対応する波長をλMとし、放射素子の長さが約１／４λM、地板の短辺の長さが約１／２λM、地板の長辺の長さが約１／２λM以上である、ことを特徴とする。
【０００７】
上記端末用広帯域アンテナにおいて、給電点の位置を地板の端部から約１／５λM未満とすることができる。
【０００８】
上記端末用広帯域アンテナにおいて、放射素子をモノポール形状アンテナ素子から構成することができる。
【０００９】
上記端末用広帯域アンテナにおいて、放射素子をヘリカル形状アンテナ素子から構成することができる。
【００１０】
上記端末用広帯域アンテナにおいて、放射素子を逆L形状アンテナ素子から構成することができる。
【００１１】
上記端末用広帯域アンテナにおいて、放射素子を逆F形状アンテナ素子から構成することができる。
【００１２】
上記端末用広帯域アンテナにおいて、広帯域アンテナ２つをスペースダイバーシチアンテナとして構成することができる。
【００１３】
本発明の他の特徴に従った端末用広帯域アンテナは、
給電点を備えた長方形の地板；
給電点において一端が地板に結合された放射素子；
から構成され、
地板の長辺と放射素子とが協働して、ダイポールアンテナとして動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施例に従った端末用アンテナは、放射素子の長さを約１／４λM、地板の短辺の長さを約１／２λM、地板の長辺の長さを約１／２λM以上とすることにより、広帯域な周波数帯において使用することが可能となる。また、ダイバーシチ構成とすることでダイバーシチ利得を得ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。図面中、同様な部材には同様な参照符号を付してある。
【実施例】
【００１６】
［実施例１］
図１は、本発明の第１実施例に従った移動端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。アンテナ1が地板10及び給電点11を備え、給電点11には放射素子12の一端が接続されて配置されている。本実施例では、地板10は長方形とされその短辺の端部（角部）に給電点11が設けられている。アンテナ１は、給電点11を通して給電される送信出力を空間に向けて輻射したり、到達した弱い受信電波を空間から集めて端末内受信部に導いたりする役目を果たす。
【００１７】
使用する周波数帯の中心周波数ｆMにおける波長をλM（＝ｃ／ｆM）とすると、放射素子12の長さを約１／４λMとし、地板の短辺の長さを約１／２λMとし、地板の長辺の長さが約１／２λM以上となるように構成する。地板の長辺の長さは、より好ましくは約１λMである。
【００１８】
図2を参照しながら、動作について説明する。図２に、広帯域な動作周波数帯における電流分布を示す。ここでは、地板長辺の長さを約１λMとした。
【００１９】
広帯域な動作周波数帯における低い周波数ｆL＜ｆMで動作する場合、周波数ｆLにおける波長はλL＞λMである。この場合、地板のｚ軸方向の長辺λMと放射素子１／４λMとを合わせた長さは大体１λLになる。これにより、周波数ｆLにおいて地板の長辺方向に約１波長の電流が生じ、アンテナ１はｚ軸方向配置の１波長ダイポールアンテナとして動作する。
【００２０】
地板のx軸方向の短辺の長さが大体１／２λLであるため、周波数ｆLにおいて約１／２波長の電流が生じ、アンテナ1はｘ軸方向配置の１／２波長ダイポールアンテナとして動作する。
【００２１】
一方、広帯域な動作周波数帯における高い周波数ｆH（＞ｆM）で動作する場合、周波数ｆHにおける波長はλH＜λMである。この場合、地板のｚ軸方向の長辺λMと放射素子１／４λMを合わせた長さは大体３／２λHとなる。これにより、周波数ｆHにおいて地板の長辺方向に約３／２波長の電流が生じ、アンテナ１はｚ軸方向配置の３／２波長ダイポールアンテナとして動作する。
【００２２】
地板のｘ軸方向の短辺の長さが大体１／２λHであるため、周波数ｆHにおいて約１／２波長の電流が生じ、アンテナ1はｘ軸方向配置の１／２波長ダイポールアンテナとして動作する。
【００２３】
図３に、本発明の第１実施例におけるアンテナ給電点11での電圧定在波比（VSWR）の周波数特性の計算値を示す。図３は、モーメント法による数値計算を用いてシミュレーションした結果である。図３に示すように、図１に示す第１実施例では例えば２．５GHzから４．５GHzの広い周波数帯において電圧定在波比が３以下を満たしており、比帯域幅は約６５％という良い値になっている。
【００２４】
一方、最も基本的なアンテナである通常の１／２λダイポールアンテナの場合には、図４に示すように３．２GHzから４．０GHzの狭い周波数帯でのみ電圧定在波比が３以下となっており比帯域幅は約３０％であることがわかる。
［地板短辺の長さについて］
地板短辺の長さを変化させた場合の効果について説明する。地板短辺の長さWの値のみを変化させ、その他の寸法は全て固定とし形状も固定とした。その状態で比帯域幅の変化をモーメント法による数値計算を用いてシミュレーションした結果を図５に示す。図５に示すように、地板短辺の長さに関してはWを約１／２λMに設定することで５０％以上の広い比帯域幅が得られることがわかる。
［地板長辺の長さについて］
次に，地板長辺の長さを変化させた場合の効果について説明する。地板長辺の長さLの値のみを変化させ、その他の寸法は全て固定とし形状も固定とした。その状態で比帯域幅の変化をモーメント法による数値計算を用いてシミュレーションした結果を図６に示す。
【００２５】
図６に示すように，地板長辺の長さに関してはLを約１／２λM以上に設定することで５０％以上の広い比帯域幅が得られることがわかる。
【００２６】
なお、第１実施例において必要な地板サイズについて、例えば動作周波数帯を４GHz帯とすると波長は約８０mmであるため１／２λは約４０mm、１λは約８０mmであり、一般の携帯端末に採用されている部品搭載用基板と同等のサイズとなる。よって、この部品搭載用基板を第１実施例における地板として利用することで、特別なアンテナ素子を設けることなく広帯域な周波数帯を用いる移動通信システムに適用可能な端末用アンテナを実現することができる。本アンテナは、放射素子だけでなく地板もアンテナとして動作するため、端末の広範囲に電流が生じ帯域特性や放射特性が改善する。
【００２７】
以上のように、図１に示す第１実施例に従ったアンテナは、動作周波数帯の中心周波数ｆMにおける波長をλMとして、素子長約１／４λMの放射素子と給電点を備えた短辺の長さが約１／２λM、長辺の長さが約１／２λM以上の地板とによって広い周波数帯で送受信することが可能な移動端末用広帯域アンテナとなる。
［第２実施例］
＜地板端部から給電点までの距離について＞
図7を参照して、地板端部から給電点位置を変えた場合の効果について説明する。図７における地板端部（角部）から給電点までの距離ｄの値のみを変化させ、その他の寸法は全て固定とし形状も固定とした。その状態で比帯域幅の変化をモーメント法による数値計算を用いてシミュレーションした結果を図７に示す。
【００２８】
図７より、地板端部から給電点までの距離ｄを１／５λM未満とすることで５０％以上の広い比帯域幅が得られることがわかる。
［第3実施例］
図８は，本発明の第３実施例に従った移動端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。本実施例は、第１実施例または第２実施例と同様の構成であり、放射素子としてモノポール形状またはユニポール形状のアンテナ素子82を備えている。
［第4実施例］
図９は、本発明の第４実施例に従った移動端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。本実施例は、第１実施例または第２実施例と同様の構成であるが、放射素子としてヘリカル形状のアンテナ素子92を備えている。放射素子をヘリカル形状とすることでアンテナの長さを短縮することができ、端末筐体からのアンテナ突出量を低減することができる。
［第５実施例］
図１０は、本発明の第５実施例に従った移動端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。本実施例は、第１実施例または第２実施例と同様の構成であるが、放射素子として逆L形状のアンテナ素子102を備えている。放射素子を逆L形状とすることでアンテナを低姿勢化することができ、端末筐体にアンテナを内蔵することが可能となる。
［第６実施例］
図１１は、本発明の第６実施例に従った移動端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。本実施例は、第１実施例または第２実施例と同様の構成であるが、放射素子として逆F形状のアンテナ素子102を備えている。放射素子を逆F形状とすることでアンテナを低姿勢化することができ、端末筐体にアンテナを内蔵することが可能となる。
【００２９】
逆L形状や逆F形状のアンテナについて説明したが、本発明は例えば、M形状など、その他のあらゆる形状のアンテナに適用可能である。
［第７実施例］
図１２は、本発明の第７実施例に従った移動端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。本実施例は、本発明における移動端末用広帯域アンテナにスペースダイバーシチアンテナ122を用いたものである。
【００３０】
本実施例では、第３実施例乃至第６実施例のうちいずれか２つのアンテナを用いて構成することができる。本実施例におけるスペースダイバーシチアンテナは、ダイバーシチアンテナを構成するアンテナとして第３乃至第６実施例に記載の広帯域アンテナを使用して構成しているため、広い範囲の周波数帯で共振させることができる。
【００３１】
図１３において、第３実施例（図８）の移動端末用広帯域アンテナを２本使用することにより第７実施例を構成した場合のアンテナ特性について示す。図１３は、第７実施形例におけるアンテナ給電点121での電圧定在波比（VSWR）の周波数特性の計算値を示す。図１３に示すように、第７実施例では例えばスペースダイバーシチ構成時に２．４GHzから４．６GHzの広い周波数帯において電圧定在波比が３以下を満たしており、比帯域幅は約６３％という良い値となっている。これは、非ダイバーシチ構成時と同様の広帯域特性であり、本発明の第７実施例におけるスペースダイバーシチアンテナを使用した場合においても広い周波数帯で共振させることが可能な移動端末用広帯域アンテナを提供できることがわかる。
【００３２】
図１４は、第７実施例の移動端末用広帯域ダイバーシチアンテナに関するアンテナパターンの相関係数の計算値を示す図である。図１４には、ｘ−ｙ面内およびｚ−ｘ面内における放射パターンの相関係数を示している。スペースダイバーシチ構成のアンテナについては、所望のダイバーシチ利得を得るためにアンテナパターンの相関係数を０．５以下とする必要があることが知られている。第７実施例の移動端末用広帯域ダイバーシチアンテナについては、ｘ−ｙ面内、ｚ−ｘ面内ともに、広帯域な動作周波数帯における低い周波数ｆLおよび高い周波数ｆHにおいて０．５以下の低い相関係数が得られることがわかる。
【００３３】
以上説明したように，第７実施例に記載の移動端末用広帯域ダイバーシチアンテナは、スペースダイバーシチを構成する２本の端末用広帯域アンテナの電流分布が異なるため各々の放射パターンも異なる。したがって、これら移動端末用広帯域アンテナの相関係数は低くなり、第７実施例の移動端末用広帯域ダイバーシチアンテナを使用して構成したダイバーシチアンテナ装置では高いダイバーシチ利得を得ることができる。
【００３４】
また，スペースダイバーシチを構成する移動端末用広帯域アンテナを第３の実施例の広帯域アンテナとして説明したが、第４乃至第６の実施例の放射素子を備えた端末用広帯域アンテナを使用した場合においても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に従った端末用アンテナは、広帯域な周波数帯を使用するシステムの移動端末に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施例に従った端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例に従った端末用広帯域アンテナの動作周波数帯における電流分布を示す概念図である。
【図３】第１実施例に従った端末用広帯域アンテナのアンテナ給電点における電圧定在波比の周波数特性の計算値を示すグラフである。
【図４】最も基本的なアンテナである１／２波長ダイポールアンテナのアンテナ給電点における電圧定在波比の周波数特性の計算値を示すグラフである。
【図５】第１実施例に従った端末用広帯域アンテナにおける地板短辺の長さWに対する比帯域幅の変化を示すグラフである。
【図６】第１実施例に従った端末用広帯域アンテナにおける地板長辺の長さLに対する比帯域幅の変化を示すグラフである。
【図７】第２実施例に従った端末用広帯域アンテナの地板端部から給電点までの距離ｄに対する比帯域幅の変化を示すグラフである。
【図８】第３実施例に従った端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。
【図９】第４実施例に従った端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。
【図１０】第５実施例に従った端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。
【図１１】第６実施例に従った端末用広帯域アンテナの基本構成を示す概略図である。
【図１２】第７実施例に従った端末用広帯域ダイバーシチアンテナの基本構成を示す概略図である。
【図１３】第７実施例に従った端末用広帯域ダイバーシチアンテナのアンテナ給電点における電圧定在波比の周波数特性の計算値を示すグラフである。
【図１４】第７実施例に従った端末用広帯域ダイバーシチアンテナの相関係数を示すグラフである。
【図１５】従来の端末用アンテナを示す概略図である。
【図１６】従来の端末用内蔵型アンテナを示す概略図である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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