(57)【要約】【課題】デュアルバンドに対応し、端末のさらなる小型化を可能とするアンテナの提供【解決手段】本発明の一実施形態として、アンテナ本体と、基板が配置された開口を有する空洞を含む固定部と、固定部とアンテナ本体とを接続する接続部と、を備え、基板の一方の面には、空洞内に配置されアンテナ本体に電気的に接続され、かつ、コイルとコンデンサとの並列回路を含む回路が配置され、基板の他方の面には、回路に接続される電極が配置され、コイルは、前記電極に供給される第１の周波数帯の高周波電流をアンテナ本体に供給することを遮断し、第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯の高周波電流を電極からアンテナ本体に供給し、コンデンサは、第１の周波数帯の高周波電流を電極からアンテナ本体に供給し、第２の周波数帯の高周波電流を電極からアンテナ本体に供給することを遮断することを特徴とするアンテナを提供する。【選択図】図１
2013162139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ本体と、
基板が配置された開口を有する空洞を含む固定部と、
固定部とアンテナ本体とを接続する接続部と、
を備え、
前記基板の一方の面には、前記空洞内に配置され前記アンテナ本体に電気的に接続され、かつ、コイルとコンデンサとの並列回路を含む回路が配置され、前記基板の他方の面には、前記回路に接続される電極が配置されており、
前記コイルは、前記電極に供給される第１の周波数帯の高周波電流を前記アンテナ本体に供給することを遮断し、前記第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、コンデンサは、前記第１の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、前記第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給することを遮断することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記コンデンサは、前記コイルと前記固定部との間の静電容量、前記電極と前記コイルが前記基板に配置される面に配置され前記コイルと接続される第２の電極であり前記固定部と前記コイルとを直接接続するための第２の電極との間の静電容量、前記電極と前記固定部との間の静電容量および前記コイルが前記基板に配置される面に配置され前記コイルおよび前記電極を直接接続する第３の電極と前記固定部との間の静電容量のいずれか一つ以上を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記電極は、前記空洞の開口を閉塞することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
アンテナと前記アンテナが筐体の或る一面に装着された無線端末であって、
前記アンテナは、
アンテナ本体と、
基板が配置された開口を有する空洞を含む固定部と、
固定部とアンテナ本体とを接続する接続部と、
を備え、
前記基板の一方の面には、前記空洞内に配置され前記アンテナ本体に電気的に接続され、かつ、コイルとコンデンサとの並列回路を含む回路が配置され、前記基板の他方の面には、前記回路に接続される電極が配置され、
前記電極は前記筐体内に配置され、
前記コイルは、前記電極に供給される第１の周波数帯の高周波電流を前記アンテナ本体に供給することを遮断し、前記第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、コンデンサは、前記第１の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、前記第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給することを遮断することを特徴とする無線端末。
【請求項５】
前記電極は前記筐体の或る一面と垂直であることを特徴とする請求項４に記載の無線端末。
【請求項６】
前記コンデンサは、前記コイルと前記固定部との間の静電容量、前記電極と前記コイルが前記基板に配置される面に配置され前記コイルと接続される第２の電極であり前記固定部と前記コイルとを直接接続するための第２の電極との間の静電容量、前記電極と前記固定部との間の静電容量および前記コイルが前記基板に配置される面に配置され前記コイルおよび前記電極を直接接続する第３の電極と前記固定部との間の静電容量のいずれか一つ以上を用いて構成されることを特徴とする請求項４または５に記載の無線端末。
【請求項７】
前記電極は、前記空洞の開口を閉塞することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに関する。特に、デュアルバンドに対応し、かつ、筐体に対する占有スペースを削減することができるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線携帯端末の性能の向上とともに、さらなる機能の追加が求められるようになってきた。このため、無線携帯端末は少なくとも二つの周波数帯に対応することが求められ、デュアルバンド用アンテナが開発されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、無線携帯端末の性能の向上とともに、無線携帯端末のさらなる小型化が求められるようにもなってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８３２２４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、特許文献１などに開示されているデュアルバンド用アンテナは、アンテナの一部が筐体の内部を用いて収納および伸長を可能とすることで２つの周波数帯に対応している。このため、筐体内部にアンテナを収納したときのスペースが必要となり、無線携帯端末の小型化が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態として、アンテナ本体と、基板が配置された開口を有する空洞を含む固定部と、固定部とアンテナ本体とを接続する接続部と、を備え、前記基板の一方の面には、前記空洞内に配置され前記アンテナ本体に電気的に接続され、かつ、コイルとコンデンサとの並列回路を含む回路が配置され、前記基板の他方の面には、前記回路に接続される電極が配置され、前記コイルは、前記電極に供給される第１の周波数帯の高周波電流を前記アンテナ本体に供給することを遮断し、前記第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、コンデンサは、前記第１の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、前記第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給することを遮断することを特徴とするアンテナを提供する。
【０００７】
本発明の一実施形態として、アンテナと前記アンテナが筐体の或る一面に装着された無線端末であって、前記アンテナは、アンテナ本体と、基板が配置された開口を有する空洞を含む固定部と、固定部とアンテナ本体とを接続する接続部と、を備え、前記基板の一方の面には、前記空洞内に配置され前記アンテナ本体に電気的に接続され、かつ、コイルとコンデンサとの並列回路を含む回路が配置され、前記基板の他方の面には、前記回路に接続される電極が配置され、前記電極は前記筐体内に配置され、前記コイルは、前記電極に供給される第１の周波数帯の高周波電流を前記アンテナ本体に供給することを遮断し、前記第１の周波数帯よりも低い第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、コンデンサは、前記第１の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給し、前記第２の周波数帯の高周波電流を前記電極から前記アンテナ本体に供給することを遮断することを特徴とする無線端末を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、無線携帯端末の筐体の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナの側面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナの断面図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナの（ｂ）に示すＩ−Ｉ断面線による断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナの分解斜視図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナに用いられる基板の底面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るアンテナの等価回路図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るアンテナと無線端末の基板との接続の一例図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るアンテナの分解斜視図である。
【図６】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナの側面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るアンテナの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るアンテナに用いるコイルの構成の違いによる、周波数が２００ＭＨｚにおける測定値によるアンテナ性能ηの違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は、以下に説明する形態に限定されることはなく、種々の変形を行っても実施することが可能である。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナの側面と断面との一例を示す。図１（ａ）を参照すると、本発明の一実施形態に係る実施形態に係るアンテナは、固定部１０１と、接続部１０３と、アンテナ本体１０４とを備える。
【００１２】
固定部１０１は、本実施形態に係るアンテナを無線端末に装着するための部分である。無線端末の代表的な例としては、携帯電話やスマートフォンがある。また、携帯可能である必要はなく、据え置き型のラジオ受信機、テレビ受像機も含まれ得る。ただし、以下では、携帯端末を用いて説明を行うが、本発明は携帯端末用のアンテナに限定されるものではない。また、固定部１０１は、固定部１０１に接続部１０３を装着するための部分１０３−１と、携帯端末の送受信回路とアンテナとを電気的に接続するための給電部１０２と、を備える。
【００１３】
接続部１０３は、固定部１０１とアンテナ本体１０４とを接続する。接続部１０３は、携帯端末の向きを変えることなくアンテナ本体１０４の向きを変えられるように、アンテナ本体を回転可能とする部材を介して、アンテナ本体１０４を固定部１０１に接続するのが好ましい。例えば、図１（ａ）に示すように、ネジなどによってアンテナ本体１０４を接続部１０３に固定し、アンテナ本体１０４がそのネジなどを中心に回転するようにすることができる。また、接続部１０３自体が固定部１０１に対して回転可能とすることもできる。
【００１４】
また、接続部１０３および固定部１０１は、少なくとも互いに接触する箇所が導電性の材料により構成され、電気的に接続される。接続部１０３および固定部１０１には、例えば、ＳＵＳ材や鉄を含む鋼合金などのステンレス材、黄銅などの銅合金、亜鉛、アルミ、アルミ合金などが用いられるが、これに限らず任意の導電性の材料を用いることができる。
【００１５】
アンテナ本体１０４は、携帯端末において信号の送受信を行うための一般的なアンテナであり、接続部１０３に接続される。アンテナ本体１０４は、用途に応じて種々の形態のものを用いることができる。例えば、長さが固定されたもの、あるいは、ロッドアンテナのように長さが可変のものを使用することができる。なお、本実施形態においては、給電部１０２内に配置される回路により、アンテナ本体の長さが固定されていても複数の周波数帯に対応することができる。
【００１６】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に側面が示される本実施形態に係るアンテナを、紙面に対して平行な平面で切断した場合の断面の一例を示す。また、図１（ｃ）は、本実施形態に係るアンテナのＩ−Ｉ断面線における断面の一例を示す。
【００１７】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示されるように給電部１０２の内部には、紙面の下方に開口を有する空洞１０５が設けられている。空洞１０５の開口には、回路を備える基板１０６が配置される。基板１０６により空洞１０５の開口を閉塞することができる。基板１０６に備えられる回路は、コイル１０７を含むことができる。また、必要に応じて、基板１０６に備えられる回路には、高周波増幅回路、フィルター回路などを含めることができる。回路がコイル１０７を含む場合には、コイル１０７をアンテナ本体１０４に電気的に接続することにより、アンテナの電気的な長さを調整することができる。アンテナの電気的な長さは、アンテナ本体１０４、接続部１０３および給電部１０２の長さにより調整することもできる。
【００１８】
また、基板１０６に備えられる回路と給電部１０２とを電気的に接続するために、給電部１０２に接続用孔１０９が設けられ、また、基板１０６にも接続用孔１０８が設けられる。接続用孔１０９と接続用孔１０８との位置を合わせることにより、基板１０６に備えられる回路と給電部１０２とが電気的に接続される。また、接続用孔１０８および接続用孔１０９の位置を合わせることにより、ピンを挿入することが可能となっている。また、このピンは基板１０６を給電部１０２に固定する役割をすることもできる。
【００１９】
また、固定部１０１には、固定部１０１を携帯端末の筐体に固定するためのねじ孔１１０が設けられている。
【００２０】
図２（ａ）は、本実施形態に係るアンテナの分解斜視図の一例を示し、図２（ｂ）は、基板１０６の底面図の一例を示す。図２（ｂ）を先に参照すると、基板１０６の底面には、電極１１５と接続用孔１０８が配置される。次に図２（ａ）を参照すると、基板１０６の上面には、電極１１３、電極１１２および電極１１１が配置されている。電極１１３は、基板１０６の貫通電極などを介して電極１１５に電気的に直接接続される。電極１１３と電極１１２とは、コイル１０７を介して接続がされる。また、電極１１１と電極１１２とは、配線によって電気的に接続される。電極１１１は、接続用孔１０８の周囲に配置され、接続用孔１０８と接続用孔１０９との位置を合わせ、ピン１１４を挿入して基板１０６を給電部１０２に固定することにより、電極１１１が給電部１０２に接触することにより、電気的に直接接続される。すなわち、電極１１２は、給電部１０２が備えられる固定部１０１とコイル１０７とを直接接続するための電極である。また、図から明らかなように、電極１１２および電極１１３は、コイル１０７が基板１０６に配置される面に配置されている。
【００２１】
このような接続関係により、基板１０６の底面に配置された電極１１５からコイル１０７を介して給電部１０２へ至る電気的な接続が確保される。また、空洞１０５内において、コイル１０７の周囲の空間が確保されるようになっている。これにより、コイル１０７と空洞１０５の壁面を含む給電部が備えられる固定部１０１との間に静電容量が確保される。
【００２２】
また、固定部１０１、特に空洞１０５の壁面と給電部１０２とのいずれか一方または両方、および電極１１２の一方または両方と電極１１５との間に静電容量が確保されるようになっていてもよい。このために、電極１１２は、電極１１５が配置される基板１０６の面の位置の反対面の対応する位置に配置される。またさらに、固定部１０１、特に空洞１０５の壁面と給電部１０２とのいずれか一方または両方と電極１１３との間に静電容量が確保されるようになっていてもよい。このため、電極１１３は、空洞１０５および給電部１０２に接触しないように配置される。また、静電容量を調節するために、電極１１３および１１５が、電極１１２、空洞１０５と対向する面積を調整することができる。
【００２３】
なお、静電容量は、コイル１０７と空洞１０５の壁面との間のみに確保される必要はなく、基板１０６の上に、に図示されない電極を配置し、その電極と空洞１０５の壁面との間にも静電容量が確保されるようになっていてもよい。この場合、その電極も、電極１１５と電気的に接続される。
【００２４】
コイル１０７と空洞１０５の壁面との間の静電容量、あるいは、電極１１５と電気的に接続される電極（図示せず）と空洞１０５の壁面との間の静電容量を調整するために、空洞１０５内部に誘電性の材料が配置（充填）されていてもよい。
【００２５】
したがって、基板１０６を空洞１０５の開口に配置し、電極１１５を携帯端末の送受信回路に接続することにより、図３に示す等価回路が得られる。すなわち、アンテナ本体１０４、接続部１０３および給電部１０２に対応するアンテナ部３０１と携帯端末の送受信回路に対応する回路３０４との間に、コイル３０２とコンデンサ３０３とが並列接続された等価回路を得ることができる。
【００２６】
この場合、コイル３０２のインダクタンスとコンデンサ３０３の静電容量とを調整することにより、第２の周波数帯と第２の周波数帯よりも高い第１の周波数帯について、第２の周波数帯において、コイル３０２よりもコンデンサ３０３のインピーダンスが高くなり、コイル３０２によりアンテナ部３０１の電気的な長さが第２の周波数帯に適したものとなる。また、第１の周波数帯において、コンデンサ３０３よりもコイル３０２のインピーダンスが高くなり、コイル３０２によるアンテナ部３０１の電気的な長さが大きくなる現象が抑制され、アンテナ部３０１の物理的な長さが第１の周波数帯に適したものとなる。結果として、アンテナ本体１０４を含む部分に対応するアンテナ部３０１を伸縮などさせることなく、第１の周波数帯と第２の周波数帯とに対応したデュアルバンドアンテナが提供できる。
【００２７】
第２の周波数帯としては、例えば、モバイル用の放送に用いられる２００ＭＨｚ帯を選択し、第１の周波数帯としては、移動通信に用いられる４００ＭＨｚを選択することができる。この選択のためには、例えば、アンテナ部３０１に対応するアンテナ本体１０４の長さを１１８．５ｍｍ、接続部１０３の長さを２．７５ｍｍ、給電部１０２の長さを１１．４５ｍｍとし、コイル３０２のインダクタンスを７５ｎＨ、コンデンサ３０３の容量を３．３ｐＦとすることができる。
【００２８】
図４は、本実施形態に係るアンテナを携帯端末に装着した状態の一例図である。ただし、見やすさのために、携帯端末の筐体部分の図示は省略してある。図４に示すように、本実施形態に係るアンテナは、携帯端末の筐体の或る一面（たとえば、携帯端末を手に持った場合に手の親指側の面）に装着される。このために、固定部１０１に接続部１０３を装着するための部分１０３−１が携帯端末の筐体内部に陥入される。また、本実施形態に係るアンテナを筐体に固定するために、ねじ孔１１０にネジ４０１などが挿入され、筐体に固定される。
【００２９】
また、筐体の一面の一部に、開口４０４が設けられる。この開口は、筐体内部に配置される回路基板４０２と本実施形態に係るアンテナとを電気的に接続するためのものである。すなわち、図４においては、回路基板４０２に給電用バネ４０３（給電バネ）の一端が接続され、給電用バネ４０３の他端が開口４０４内に配置される。そして、給電用バネ４０３の他端が、給電部１０２の空洞１０５の開口に配置される基板１０６の電極１１５に接触する。これにより、本実施形態に係るアンテナを筐体の一面の一部に配置することにより、回路基板４０２と本実施形態に係るアンテナが電気的に接続される。
【００３０】
また、開口４０４の基板１０６側の周囲にＯリングを配置することにより、筐体内に水などの液体が侵入することを防止し、防水性を高めることができる。
【００３１】
したがって、回路基板４０２と本実施形態に係るアンテナとの電気的な接続は、アンテナの配置と同時に行われ、接続のために特別な操作を必要としないようにすることができる。また、給電部１０２の空洞１０５の内部に基板１０６上の回路が配置され、給電部１０２が導電性の材料で形成されているので、基板１０６の回路が本実施形態に係るアンテナ上方から電磁的に遮蔽される。また、基板１０６の電極１１５により、給電部１０２の空洞１０５の開口を塞ぐことが可能であり、基板１０６の回路が本実施形態に係るアンテナ下方、すなわち回路基板４０２の側からも電磁的に遮蔽することができる。この遮蔽により、本実施形態に係るアンテナが配置される部分の周囲の電気的な状態を自由にすることができ、例えば、回路基板４０２の回路配置などに自由度が生じ、回路基板４０２のさらなる小型化を進めることができる。
【００３２】
なお、図２（ａ）などにおいては、コイル１０７と並列に接続されるコンデンサの静電容量を、コイル１０７と空洞１０５の壁面との間に確保したが、図５に示すようにチップコンデンサなどのコンデンサ素子５０１を基板１０６上に配置してもよい。これにより、静電容量の選択の幅が広がり、本実施形態に係るアンテナを様々な周波数帯に対応させることが可能となる。
【００３３】
また、図４に示すように、基板１０６の下方から、すなわち、本実施形態のアンテナの下方から給電用バネ４０３を用いて、回路基板４０２と本実施形態に係るアンテナとを接続したが、これに限定されることはない。
【００３４】
例えば、図６に示すように、電極１１５に相当する電極６０５をアンテナの側面に配置することが可能である。すなわち、本実施形態に係る変形例に係るアンテナは、固定部６０１と、給電部６０２と、接続部６０３と、アンテナ本体６０４とを有する。固定部６０１と、給電部６０２と、接続部６０３と、アンテナ本体６０４とのそれぞれは、図１（ａ）などに示した固定部１０１と、給電部１０２と、接続部１０３と、アンテナ本体１０４とに対応する。ただし、本変形例においては、給電部６０２の空洞の開口の向きがアンテナの側方を向いている。給電部６０２の空洞の開口には、基板６０７が配置され、開口が塞がれている。また、基板６０７の給電部６０２の空洞側には、コイル６０８を含む回路を配置することができ、この回路を給電部６０２の空洞の内部に配置することができる。また、ピン６０６は、ピン１１４に対応し、基板６０７を固定する。
【００３５】
本変形例では、電極６０５をアンテナの側面に配置したので、給電部６０２の大部分を携帯端末の内部に配置することになる。これにより、図１（ａ）などに示したアンテナの場合よりも、一般的には、給電部６０２の空洞に配置される回路が、筐体内部の電気的な影響を受けやすくなるように見える。しかし、本変形例でも、給電部６０２の空洞に配置される回路を電磁的に遮蔽することが可能であるので、実際には、筐体内部の電気的な影響を受けにくくすることができる。なお、電極６０５は、図６の紙面と完全に平行となっている必要はなく、任意の角度に配置することができる。
【００３６】
（コイルの選択について）
コイル１０７およびコイル６０８は、小型であり、かつ、低ロスの高いＱ値を有することが好ましい。小型化の観点からすると、一般的に、空芯コイルは所定の大きさ（たとえば、空洞１０５の大きさ）に合わせて、コイルの巻数や直径を所望のものに調整することができるという利点がある。一方、チップインダクタは大きさが規格化されており、大きさの自由度は空芯コイルより劣る。
【００３７】
また、Ｑ値の観点からすると、積層タイプのチップインダクタは、セラミックなどに導体を設け、層間をスルーホールで接続するためにセラミックなどによる損失が発生し、Ｑ値が小さくなる。実際、７５ｎＨの空芯コイル、８２ｎＨの積層チップインダクタおよび７５ｎＨの巻線チップインダクタそれぞれについて、２００ＭＨｚにおけるＱ値を測定したところ、表１のようになった。したがって、Ｑ値の観点からしても、空芯コイルを用いることが好ましいといえる。
【表１】
2013162139.tif 000003
また、図７は、空芯コイルと、チップインダクタ巻線構成コイルと、チップインダクタ積層構成コイルとをそれぞれ用いた場合のアンテナ効率ηを、空芯コイルを０ｄＢとして示す。この図からも、空芯コイルを用いるのが好ましい。
【００３８】
なおここに、アンテナ効率ηは、２０ｌｏｇ（Ｒｒ／（Ｒｒ＋ＲＬ））により計算される。ここに、Ｒｒは、アンテナの放射抵抗であり、ＲＬは、直流抵抗値Ｒを用いて表示した損失（ロス）であり、高周波電流の角速度をωとすると、ωＬ／Ｑにより表すことができる。したがって、Ｑ＝ωＬ／Ｒとなり、直流抵抗Ｒが小さいほどＱ値が大きくなるので、コイルの線材の電気抵抗が小さいことが好ましい。この観点で、種々の線材の電気抵抗を測定した結果を表２に示す。
【表２】
2013162139.tif 000004
したがって、コイルの線材には、銅を用いることが好ましい。なお、表２において、線材の直径は、０．０００１ｍであり、長さを０．０５ｍとして電気抵抗を算出した。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  固定部
１０２  給電部
１０３  接続部
１０４  アンテナ本体
１０５  空洞
１０６  基板
１０７  コイル
１１５  電極
【図１】
2013162139.tif 000005
【図２】
2013162139.tif 000006
【図３】
2013162139.tif 000007
【図４】
2013162139.tif 000008
【図５】
2013162139.tif 000009
【図６】
2013162139.tif 000010
【図７】
2013162139.tif 000011