(57)【要約】【課題】アンテナの通信性能の低下を防ぐことができる無線通信端末を提供する。【解決手段】無線通信端末１のアンテナシステムは、メインアンテナ２とダイバーシティ用サブアンテナ３を有し、メインアンテナ２は、λ／４接地アンテナであって回路基板２０に設けられたグランドプレーンと接続点２３で接続し、サブアンテナ３は、グランドプレーンに並行に配置された並行導体３１の開放端と給電点３４との間においてインダクタンス値を持つ整合素子３２を介してグランドプレーンに接続され、整合素子３２のインダクタンス値は、サブアンテナ３についてインピーダンス整合する５．６ｎＨの半分以下である１．０ｎＨであることで、並行導体３１がグランドプレーンの延長部分として機能し、グランド側の電気長をλ／４まで延長する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインアンテナとサブアンテナとを有する無線通信端末であって、
前記メインアンテナは、λ／４接地型で、回路基板に設けられたグランドプレーンに接続され、
前記サブアンテナは、給電点に接続されたアンテナ素子と、インピーダンス整合のために前記アンテナ素子及び前記グランドプレーン間を接続する整合素子とを備え、
前記メインアンテナ使用時において、前記整合素子のインピーダンスを不整合領域まで低下させて前記アンテナ素子のアンテナとしての機能を停止させ、前記グランドプレーンの延長部分として機能させる
ことを特徴とする無線通信端末。
【請求項２】
前記整合素子のインダクタンス値は、前記サブアンテナについてインピーダンス整合する値の半分以下の値である
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
【請求項３】
前記インダクタンス値は、１．０ナノヘンリー以上２．７ナノヘンリー以下である
ことを特徴とする請求項２記載の無線通信端末。
【請求項４】
前記サブアンテナは、逆Ｆ型アンテナである
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
【請求項５】
前記サブアンテナは、モノポールアンテナである
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
【請求項６】
前記サブアンテナは、ダイバーシティ用のアンテナである
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信端末に関し、特に小型化に伴うアンテナの通信性能の低下防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機など無線通信端末で多く使用されるλ／４接地アンテナは、回路基板に設けられたグランドプレーンにも電流を流し、基板自体もアンテナの一部として動作させるため、給電点を挟んで位置するアンテナ素子及び回路基板のグランドプレーンには、それぞれ使用する無線周波数に応じたλ／４の電気長が必要となる。
近年、無線通信端末の筐体は、小型化、薄型化の一途を辿り、回路基板についても小型化が必要なため、回路基板内に設けたグランドプレーンに関し所望の電気長が確保できない場合があり、この場合には、アンテナの通信性能が低下する。
【０００３】
このため、特許文献１に開示されているように、給電点とグランドプレーンとの間にチップコイルを設けて見かけの電気長を延長し、又は金属棒をグランドプレーンに接続することで電気長を延長している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２９２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の場合、電気長を延長する目的のために金属棒やチップコイルが必要となり部品点数が増加してしまうし、コスト増や、実装面積の増加を招くという問題がある。
上記の課題に鑑み、本発明は、回路基板を小型化しても、コスト、実装面積の増加を伴うことなく、アンテナの通信性能の低下を防ぐことができる無線通信端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、メインアンテナとサブアンテナとを有する無線通信端末であって、前記メインアンテナは、λ／４接地型で、回路基板に設けられたグランドプレーンに接続され、前記サブアンテナは、給電点に接続されたアンテナ素子と、インピーダンス整合のために前記アンテナ素子及び前記グランドプレーン間を接続する整合素子とを備え、前記メインアンテナ使用時において、前記整合素子のインピーダンスを不整合領域まで低下させて前記アンテナ素子のアンテナとしての機能を停止させ、前記グランドプレーンの延長部分として機能させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の無線通信端末は、上述の構成を備えることにより、アンテナの通信性能の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無線通信端末の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るアンテナシステムの外観斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るアンテナシステムを機能面から説明するための図である。
【図４】グランド延長の態様毎の通信効率の測定結果を示す図である。（ａ）は測定結果を示す図、（ｂ）は構成の模式図である。
【図５】インダクタンス値を変化させながらサブアンテナの通信効率を測定した結果を示す図である。（ａ）は測定結果、（ｂ）は整合素子の構成、（ｃ）は測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の変形例に係るアンテナシステムの外観斜視図である。
【図７】本発明の変形例に係るアンテナシステムを機能面から説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態に係る無線通信端末は、λ／４接地アンテナであるメインアンテナ及び逆Ｆ型アンテナであるサブアンテナを有する。サブアンテナのインダクタンス値として、インピーダンスマッチングする時の値よりも小さい値となる整合回路をグランドプレーンとパラレルに配置することで、メインアンテナの動作時にサブアンテナをグランドプレーンの延長部分として機能させて、グランドプレーンのみではλ／４の電気長を確保できない場合においてもメインアンテナのグランド側の電気長を延長してλ／４を確保するものである。以下、図面を用いて具体的に説明する。
１．構成
本発明の一実施の形態に係る無線通信端末１は、一例としてＣＤＭＡ  ＥＶＤＯ  Ｒｅｖ．Ａ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｏｎｌｙ  Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  Ａ）に対応し、ダイバーシティ方式による無線通信を行う無線通信端末である。
【００１０】
図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信端末１の構成を示す図である。
無線通信端末１は、メインアンテナ２、サブアンテナ３、通信部４、制御部５、操作部６、表示部７、音声部８及びメモリ部９を含んで構成される。
また、通信部４は、送受信部１１、受信部１２及びベースバンド部１３を含み、所定の周波数帯（例えば、２ＧＨｚ帯や８００ＭＨｚ帯など）で基地局（図示せず）などと通信を行う。通信部４は、データ受信以外の処理である音声通信、データ送信については送受信部１１のみを用いて通信し、データ受信に関しては、ダイバーシティ方式で、送受信部１１と、受信部１２とを切り替えて通信する。
【００１１】
送受信部１１は、メインアンテナ２を用いて基地局との間で信号の送受信を行う。具体的には、送受信部１１は、ベースバンド部１３から供給された信号を、アンテナ２を用いて基地局２０に送信し、また、基地局から供給された信号を受信し、受信した信号をベースバンド部１３に出力する。
受信部１２は、サブアンテナ３を用いて基地局から信号を受信し、受信した信号をベースバンド部１３に出力する。
【００１２】
ベースバンド部１３は、送受信部１１、受信部１２が受信した信号を復調処理して音声信号及び映像信号を生成し、制御部５の制御に基づき、音声信号については音声部８に供給し、映像信号については表示部７に供給する。また、ベースバンド部１３は、音声部８から受信する音声信号を変調して送受信部１１に供給する。
制御部５は、無線通信端末１の全体制御を行う。
【００１３】
制御部５は、具体的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵにより実行されるプログラムを蓄積する蓄積デバイスなどから構成される。
操作部６は、キーパッド、タッチパッドなどの、ユーザが操作することで指示を入力するための入力デバイスである。操作部６は、入力された指示（ユーザ指示）を制御部５に通知する。
【００１４】
表示部７は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスであり、制御部５による制御に従い、画像、文字、動画などを表示する。
音声部８は、音声処理部、スピーカ、マイクロフォン及びレシーバ（これらは図示せず）を含んで構成される。
音声処理部は、ベースバンド部１３から供給される信号に対し所定の音声処理を行いレシーバに供給する。レシーバは、音声処理部が生成した音声信号を受信し、受信した音声信号を音声に変換して拡声する。
【００１５】
また、音声処理部は、マイクロフォンから入力される信号を処理して生成した音声信号をベースバンド部１３に供給する。また、音声処理部は、通話、メールなどに関し着信があった場合に、着信音をスピーカへ出力するなど通話、データ通信以外の音声に係る処理も行う。
メモリ部９は、メモリデバイスであり、演算に使用する音声データ、制御部５が全体制御に用いるデータなどを記憶する。
【００１６】
次に、無線通信端末１における、アンテナシステムについてより詳細に説明する。
図２は、アンテナシステムの外観を示す斜視図である。
また、図３は、アンテナシステムを機能面から説明するための図である。
メインアンテナ２は、λ／４接地型のアンテナであり、図２に示すように、並行導体２１が給電点２２で回路基板２０に接続されている。給電点２２は、図３に示すように、回路基板２０のグランドパターン（図示せず）と接続点２３において接続されている。
【００１７】
サブアンテナ３は、逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子としての並行導体３１が給電点３４で回路基板２０に接続されている。また、並行導体３１の開放端から給電点３４までの間における給電点３４近傍の接続点３５が、整合素子３２を介し、接続点３３においてグランドパターンと接続されている。このサブアンテナ３は、ダイバーシティ用のアンテナとして利用することができる。
【００１８】
ここで、従来、サブアンテナ３における整合素子３２のインダクタンス値は、８００ＭＨｚ帯の通信では、並行導体３１と、給電点３４を介した同軸ケーブルや同軸ケーブルに信号を供給する回路とのインピーダンスが整合する値である５．６ｎＨ（ナノヘンリ）程度の値を用いていた。
しかしながら、本実施の形態では、整合素子３２のインダクタンス値として、インピーダンス整合する値（５．６ｎＨ）の半分以下の値である１．０ｎＨ程度の値を用いている。この構成により、整合素子３２のインピーダンスが低減するため、サブアンテナ３に関し整合素子３２から並行導体３１の開放端に至る部分が、グランドプレーンの延長部分として機能する。その結果、メインアンテナ２のグランド側の電気長が、回路基板におけるグランドパターンの電気長に加え、サブアンテナ３についてのグランドプレーンの延長部分として働く部分の電気長分だけ延長されることになる。すなわち、メインアンテナ２については、給電点２２のグランド側端子から、接続点２３、接続点３３、整合素子３２及び並行導体３１を経由して、並行導体３１の開放端に至るまでの電気長が、メインアンテナ２のグランド側の電気長となる。ここで、サブアンテナ３の並行導体３１の長さは、メインアンテナ２のグランド側の総電気長がλ／４となるよう調整されている。
【００１９】
なお、整合素子３２のインダクタンス値を５．６ｎＨから低減するにつれ、サブアンテナ３についてインピーダンスが整合しなくなり、サブアンテナ３の通信効率が悪くなる。サブアンテナ３の電気長延長に伴うメインアンテナ２の通信効率向上と、サブアンテナ３の通信効率の維持とはトレードオフの関係となるので、サブアンテナ３に関するインダクタンス値をどの程度まで低減させるか、シミュレーション、実験等により決定する必要がある。
２．インダクタンス値決定に係る実験
２−１．電気長延長にサブアンテナを用いる優位性に係る実験
図４は、グランドプレーンの延長の態様として（１）金属棒を追加した場合、（２）金属棒、サブアンテナのいずれも追加しない場合、（３）サブアンテナを追加した場合（Ｌ＝１．０ｎＨ）のそれぞれを選択した場合における、通信効率（ｄＢ）の測定結果を示す。（１）〜（３）の各場合の構成は、図４（ｂ）に模式的に示している。
【００２０】
図４（ａ）は、（１）〜（３）の各構成についての、各周波数（８１６、８３７、８４８、８７０、８８２、８９３ＭＨｚ）毎のメインアンテナの通信効率の測定結果を一覧表にした図である。ここで、本実験におけるアンテナシステムは、無線通信端末としての折り畳み型携帯電話機に搭載されている。図４（ａ）中の「開」「閉」の表示は、携帯電話機が折り畳み状態（閉）か、開いた状態（開）かを示している。通信効率の目標値は、設計事項であるが、一例として−４．５ｄＢとしている。
【００２１】
図４（ａ）を参照すると、（２）の金属棒、サブアンテナを用いない場合には、（１）の金属棒追加した場合と比べて、通信効率が目標値よりも大幅に小さくなっている。例えば、周波数８１６ＭＨｚ、筐体状態が「開」の場合であれば、（１）では通信効率は−３．７ｄＢであり目標値を上回っているのに対し、（２）では通信効率が−８．８ｄＢとなり目標値を下回っている。
【００２２】
これに対し、（３）のサブアンテナを追加した場合には、（１）の金属棒追加した場合と同程度の良好な通信効率を示している。例えば、上記と同条件である周波数が８１６ＭＨｚ、筐体状態が「開」の場合であれば、（３）では通信効率が−３．７ｄＢとなり目標値を上回っている。
図４（ａ）における他の周波数、筐体状態についても、（１）、（３）の場合に通信効率が良好であり、（２）の場合に通信効率が低下しているという上述の結果と同じ結果となっている。
【００２３】
以上のように、（３）のサブアンテナを追加した場合、単純に（１）金属棒を追加して電気長を延長した場合と同程度の良好な通信効率が得られ、かつ、（２）の金属棒、サブアンテナを用いない場合と比べて大幅に通信効率が改善するという効果を奏する。
次に、最適なインダクタンス値を決定するための実験
２−２．インダクタンス値の決定に係る実験
図５は、インダクタンス値を変化させながらサブアンテナの通信効率を測定した結果を示す図である。
【００２４】
実験に用いた整合素子３２の構成は、図５（ｂ）に示している。整合素子３２には、３．０ｐＦの容量性負荷、０Ω抵抗、ＬｎＨの誘導性負荷が含まれる。
図５（ａ）は、Ｌの値を、０．０ｎＨ〜５．６ｎＨの間で変化させ、サブアンテナの通信効率を測定した結果を一覧表にしたものであり、図５（ｃ）は、図５（ａ）の表のうち、８６３ＭＨｚ、閉状態の場合の測定結果をグラフ形式で表したものである。図５（ａ）中の「開」「閉」の記載については、図４と同じである。
【００２５】
図５（ｃ）を参照すると、Ｌの値が１．０ｎＨ〜５．６ｎＨの場合、目標値の通信効率−１４ｄＢを上回ることができ、１．０ｎＨを下回る場合に目標値である−１４ｄＢを下回る。２．７ｎＨ〜５．６ｎＨでは、インピーダンスの不整合により、５．６ｎＨの方が２．７ｎＨよりも通信性能が劣化している。一方で、図５（ａ）に示す通り、「開状態」の場合には、５．６ｎＨの方が２．７ｎＨよりも通信性能が向上している。
【００２６】
以上のことから、Ｌの値を、インピーダンス整合する値（５．６ｎＨ）の少なくとも半分以下にしてもよいことが分かる。
なお、Ｌが１．０ｎＨ以上であればサブアンテナの通信効率は目標値を上回るのであるが、Ｌの値が１．０ｎＨ未満であれば通信ができないということではない。Ｌの値は、設計事項であり、必ずしも１．０ｎＨを上回る必要があると限定すべきものではない。
【００２７】
以上の構成により、本実施形態では、メインアンテナ使用時において、サブアンテナに係るアンテナ素子をグランドプレーンの延長部分として機能させることができる。
２．変形例
なお、本発明を上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
（１）上述の実施の形態では、サブアンテナを逆Ｆ型アンテナで構成したが、これには限らない。例えば、サブアンテナをモノポール構成としてもよい。
【００２８】
図６は、サブアンテナをモノポール構成とした場合のアンテナシステムの外観を示す斜視図である。
また、図７は、サブアンテナをモノポール構成とした場合のアンテナシステムを機能面から説明するための図である。
上述の実施の形態との差は、図６と図２、図７と図３とに示すように、整合素子が接続される位置である。モノポール構成ではアンテナ自体を整合素子で接地することはしないが、図７に示すように、回路基板上で、アンテナ素子としての並行導体４１と給電点４３とを接続する導体における給電素子４３近傍を、整合素子４４を介して、接続点４２においてグランドパターンと接続している。
【００２９】
本変形例のような構成としても、上述の実施の形態と同様に、整合素子４４のインピーダンスを低減させることで、サブアンテナ３に関し整合素子４４から並行導体４１の開放端に至る部分がメインアンテナ２についてグランドパターンの延長として機能する。すなわち、メインアンテナ２については、給電点２２のグランド側端子から、接続点２３、接続点４２、整合素子４４及び並行導体４１を経由して、並行導体４１の開放端に至るまでの電気長がメインアンテナ２のグランド側の電気長となる。ここで、サブアンテナ３の並行導体４１の長さは、メインアンテナ２のグランド側の電気長がλ／４となるよう調整されている。
（２）上述の実施の形態では、逆Ｆ型アンテナを線状アンテナとして構成したが、これに限らない。例えば、平板型のアンテナとして構成してもよい。
（３）上述の実施の形態では、無線通信端末は、ＣＤＭＡ  ＥＶＤＯ  Ｒｅｖ．Ａに対応するとしたが、これに限るものではなく、複数のアンテナを用いて通信する方式であれば、他の方式による無線通信を行うものにも本発明は適用できる。
（４）上述の実施の形態では、サブアンテナとしてダイバーシティ用アンテナとしたが、サブアンテナとしてダイバーシティ用アンテナ以外のアンテナを利用してもよい。
（５）上記の無線通信端末は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ディスプレイユニット、キーパッドなどから構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭにはコンピュータプログラムが記憶され、マイクロプロセッサがコンピュータプログラムに従って動作することにより、無線通信端末はその機能を達成する。
（６）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の無線通信端末は、小型化、薄型化が要望される携帯電話機などの携帯型の端末に好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１    無線通信端末
２    メインアンテナ
３    サブアンテナ
４    通信部
５    制御部
６    操作部
７    表示部
８    音声部
９    メモリ部
１１    送受信部
１２    受信部
１３    ベースバンド部
２０    回路基板（グランドパターン）
２１    並行導体
２２    給電点
２３    接続点
３１    並行導体
３２    整合素子
３３    接続点
３４    給電点
３５    接続点
【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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