(57)【要約】【課題】円偏波の電波を良好に受信可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ１３は、誘電体と、給電電極と、放射電極（アンテナエレメント）とを有する。下部基板１２は、アンテナ１３に給電する基板である。アンテナ１３は、例えば、右旋円偏波を受信するためのアンテナである。下部基板１２は、アンテナ１３に隣接して、アンテナ１３における円偏波の受信特性の指向性を制御する円偏波制御部として、ノッチ１５を有する。ノッチ１５を設けることで、右旋円偏波の受信特性の指向性が改善され、円偏波の電波を良好に受信できる。【選択図】図１
2009147639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントに給電する基板と、
前記アンテナエレメントの円偏波の受信特性の指向性を制御する円偏波制御部とを備えるアンテナ装置。
【請求項２】
前記円偏波制御部は、前記基板に形成されたノッチである、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナエレメントが前記基板の上端部の正面から見て左側に配置されており、前記ノッチが、前記アンテナエレメントに隣接して、前記基板の上端面から所定の幅で形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナエレメントが前記基板の上端部の正面から見て右側に配置されており、前記ノッチが、前記アンテナエレメントに隣接して、前記基板の上端面から所定の幅で形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記ノッチの開放端にインピーダンス素子を有し、前記ノッチの入力インピーダンスがほぼ開放状態である、請求項２〜４の何れか一に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記円偏波制御部は、前記基板と前記アンテナエレメントの給電端との間に配置された導体である、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記導体は、前記基板から背面方向に所定の高さで配置される、請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一に記載のアンテナ装置を備える携帯端末装置。
【請求項９】
携帯端末装置が、上部側筐体と下部側筐体とを有する折り畳み式の携帯端末装置であり、前記基板が、前記下部側筐体内に収容される下部基板である、請求項８に記載の携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置及び携帯端末装置に関し、更に詳しくは、円偏波の電波を受信するアンテナ装置、及び、そのようなアンテナ装置を備える携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信機能を備える携帯端末装置（携帯無線機）には、テレビ機能や音楽再生機能等、さまざまな機能が搭載されてきている。その機能の一つに、ＧＰＳ機能（Global Positioning System）に代表される位置測位機能がある。ＧＰＳ機能を搭載した携帯無線機には、無線通信用のアンテナに加えて、位置測位用のＧＰＳアンテナが搭載される。ＧＰＳアンテナを搭載した携帯無線機として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１では、ＧＰＳアンテナとしてチップアンテナを搭載している。特許文献１には、直線偏波においては、無指向性の良好な特性が得られると記載されている。
【０００３】
ここで、携帯無線機が、ＧＰＳ衛星から送信される電波を受信する様子を、図１６に示す。上空のＧＰＳ衛星から送信される電波は、右旋円偏波である。このため、携帯無線機のＧＰＳ用アンテナの右旋円偏波の指向性が天頂方向を向いていれば、ＧＰＳ衛星からの電波を効率よく受信できることになる。一方、右旋円偏波の指向性が天頂方向に向いていないときは、ＧＰＳ衛星からの電波を効率よく受信することができない。しかし、特許文献１では、この円偏波の問題については考慮されていない。以下、この円偏波の問題について、具体例を挙げつつ説明する。
【０００４】
図１７に、ＧＰＳ用アンテナを有する携帯電話機を示す。なお、同図では、説明簡略化のため、アンテナ装置を抽象的に図示している。この携帯電話機は、上部筐体と下部筐体とがヒンジを介して接続され、開閉が可能な折り畳み式の携帯電話機である。ＧＰＳ用アンテナは、下部筐体に収容される下部基板２１に搭載されている。下部筐体におけるＧＰＳ用アンテナ２２の位置は、正面（上部筐体側に配置された液晶表示画面（正面ＬＣＤ画面）と正対する位置）から見て、下部基板２１上端の左側となっている。
【０００５】
図１８（ａ）及び（ｂ）に、上記携帯電話機の右旋円偏波と左旋円偏波の指向性を示す。このときの携帯電話機の状態は、使用状態を考慮して上部筐体と下部状態とを開いた状態とした。また、下部基板が対地で４５°傾斜した状態とした。同図では、紙面上側が天頂方向を表している。同図（ｂ）に示すように、左旋円偏波の指向性は天頂方向に向いている。しかし、同図（ａ）に示すように、右旋円偏波の指向性は天頂方向に向いていない。このため、図１７に示す携帯電話機では、天頂方向からの右旋円偏波を効率よく受信できない。
【０００６】
上記問題の解決策として、以下の解決策が考えられる。図１９に、別の携帯電話機を示す。この携帯電話機は、ＧＳＰ用アンテナ２２が、正面から見て、下部基板２１上端部の右側に配置されている点が、図１７に示す携帯電話機と相違する。図２０（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ、図１９に示す携帯電話機の右旋円偏波と左旋円偏波の指向性を示す。このときの携帯電話機の状態は、図１８のときと同様に、開状態で、下部基板が対地で４５°傾斜した状態とする。図２０（ａ）及び（ｂ）を参照すると、図１８（ａ）及び（ｂ）とは逆に、左旋円偏波の指向性は天頂方向を向いていないのに対し、右旋円偏波の指向性は天頂方向に向いていることがわかる。このような構成にすることで、天頂方向への右旋円偏波の指向性を改善することができ、良好な通信を実現することが可能となる。
【特許文献１】特開２００４−２４７７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１９に示す携帯電話機では、ＧＰＳ用アンテナを下部基板上端向かって右側に配置することで、右旋円偏波の指向性を天頂方向に向けた。しかし、携帯電話機の実装上、ＧＰＳ用アンテナを下部基板上端部向かって右側に配置できるとは限らない。レイアウトの都合などで、ＧＰＳ用アンテナを下部基板上端部向かって左側に配置する必要がある携帯電話機では、右旋円偏波を良好に受信することができない。すなわち、アンテナ装置の円偏波の受信特性の指向性を制御することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消し、円偏波の電波を良好に受信可能なアンテナ装置、及び、そのようなアンテナ装置を備える携帯端末装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、アンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに給電する基板と、前記アンテナエレメントの円偏波の受信特性の指向性を制御する円偏波制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の携帯端末装置は、本発明のアンテナ装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアンテナ装置及び携帯端末装置は、円偏波の電波を良好に受信可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態のアンテナ装置を含む携帯端末装置を示している。携帯端末装置は、相互にヒンジ接続された上部筐体と下部筐体（図示せず）とを有する。上部筐体の内部には上部基板１１が収容されており、下部筐体の内部には下部基板１２が収容されている。上部基板１１には、液晶表示装置（正面ＬＣＤ）１４が搭載される。
【００１３】
アンテナ１３は、誘電体と、給電電極と、放射電極（アンテナエレメント）とを有する。給電電極は、下部基板１２のグランド電極（接地面）に接続される。アンテナ１３は、右旋円偏波を受信するためのアンテナである。アンテナ１３は、下部基板１２の正面から見て左側の上端部に搭載される。下部基板１２は、アンテナ１３に隣接して、アンテナ１３付近の上端面から所定幅及び長さのノッチ１５を有する。このノッチ１５は、円偏波の受信特性の指向性を制御する円偏波制御部として機能する。本実施形態では、ノッチ１５の幅を１ｍｍとし、長さを３０ｍｍとする。アンテナ１３の給電位置から、ノッチ１５までの距離は、２０ｍｍとしている。
【００１４】
図２に、右旋円偏波の指向性を示す。指向性は、携帯端末装置を開状態とし、下部基板１２を４５°傾斜させた状態で計測した。図２において、紙面上側が天頂方向への指向性を表している。図２に示す、ノッチ１５を有する携帯端末装置の右旋円偏波の指向性と、図１８に示す、ノッチを有していない携帯電話機の円偏波の指向性とを比較すると、ノッチ１５を有する本実施形態の構成では、ノッチを有しない図１８に比して、天井方向への指向性が大きくなっていることがわかる。
【００１５】
次に、動作原理について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ、ノッチを付加していない携帯端末装置とノッチを付加した携帯端末装置の下部基板における電流方向を示す。図３は、下部基板を背面側から見た図で示している。図３では、説明の簡略化のため、下部基板を抽象的に図示している。図３中に示す矢印は、シミュレーション結果により得られた下部基板上の主な電流方向を表している。なお、図３では、横方向に時間軸をとっている。
【００１６】
図３（ａ）を参照すると、ノッチを付加しない携帯端末装置の場合は、電流方向が背面方向から見て左回りに変化している。これに対し、ノッチ１５を付加した携帯端末装置では、図３（ｂ）に示すように、電流方向は、右回りに変化している。このため、ノッチ１５を付加した携帯端末装置では、天頂方向に、右回りの円偏波が放射されることになる。従って、天頂方向への右旋円偏波の指向性が大きくなる。
【００１７】
図４に、下部基板を流れる電流のシミュレーション結果を示す。信号周波数は、ｆ＝１．５ＧＨｚとする。横方向は、時間軸を表している。ノッチを付加した携帯端末装置では、電流は、アンテナ１３の給電点に対し、ノッチ１５を迂回する形で流れる。これによって、上記のように、電流方向が右回りに変化することになると考えられる。
【００１８】
図５に、ノッチ長と右旋円偏波の天頂方向への利得との関係を示す。縦軸は、ノッチ１５の長さを表し、横軸は、利得の平均値を表す。ここでも、携帯端末装置は開状態で、下部基板１２は対地で４５°傾斜した状態とする。図５を参照すると、３０ｍｍ程度の縦方向のノッチを付加することで、右旋円偏波の利得が大きく改善できることがわかる。
【００１９】
図６に、ノッチの方向を変えた携帯端末装置を示す。図１に示す携帯端末装置との相違点は、図１ではノッチ１５が下部基板１２の縦方向（長手方向）に形成されているのに対し、図６ではノッチ１６が下部基板の横方向（短手方向）に形成されている点である。ノッチ１６の長さは、３０ｍｍとする。図７に、図６に示す携帯端末装置におけるノッチ長と右旋円偏波の天頂方向への利得との関係を示す。図５と図７とを比較すると、縦方向のノッチは、横方向のノッチと比べて、右旋円偏波の利得の改善量が大きいことがわかる。従って、右旋円偏波の利得を改善させるためには、縦方向のノッチが効果的であると言える。
【００２０】
本実施形態では、下部基板１２に、アンテナの円偏波の受信特性の指向性を制御する円偏波制御部として、ノッチ１５を設ける。このノッチ１５を設けることにより、下部基板１２における電流方向を制御することで、アンテナ１３を正面向かって左側に配置した場合でも、右旋円偏波の天頂方向への指向性を改善できる。
【００２１】
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図８に、本発明の第２実施形態のアンテナ装置を含む携帯端末装置を示す。図１に示す第１実施形態との相違点は、ノッチ１５の開放端に、インピーダンス素子（容量）１７が付加されている点である。本実施形態では、ノッチの開放端に容量１７を付加することで、ノッチ長さの短縮を図る。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付け、その説明は省略する。
【００２２】
図９（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ、長さ３０ｍｍのノッチの入力インピーダンスと、長さ２０ｍｍのノッチの入力インピーダンスとを示す。長さ３０ｍｍは、第１実施形態にて、右旋円偏波の指向性の改善効果が大きいとされたノッチの長さである。図９（ａ）を参照すると、長さ３０ｍｍノッチの入力インピーダンスは、スミスチャート上でほぼ開放状態といえる。これに対し、長さ２０ｍｍのノッチの入力インピーダンスは、図９（ｂ）に示すように、開放状態よりもＬ性（誘導性）に位置している。
【００２３】
図１０に、長さ２０ｍｍのノッチの開放端に０．２５ｐＦの容量を付加した場合のノッチの入力インピーダンスを示す。ノッチの長さが２０ｍｍのときは、入力インピーダンスは、開放状態よりもＬ性に位置している。このノッチの開放端に容量を付加することで、入力インピーダンスを開放状態に近づけることができる。特に、付加する容量を０．２５ｐＦとすることで、入力インピーダンスを、ほぼ開放状態にすることができる。なお、入力インピーダンスがＣ性（容量性）を示す場合は、誘導性のインピーダンス素子を付加して、入力インピーダンスを開放状態に近づければよい。
【００２４】
ノッチ長が２０ｍｍ以外の場合でも、開放端に適切な容量を付加することで、入力インピーダンスをほぼ開放状態にすることができる。ノッチの長さが５ｍｍのときに、入力インピーダンスをほぼ開放状態とする容量を求めると、１．２５ｐＦであった。同様に、ノッチの長さが１０ｍｍのときに、入力インピーダンスをほぼ開放状態にする容量を求めると、０．７５ｐＦであった。
【００２５】
図１１に、ノッチの開放端に容量を付加した場合のノッチ長さと利得改善量との関係を示す。各長さのノッチに付加する容量は、上記にて求められた、入力インピーダンスをほぼ開放状態にすることができる容量とする。図１１を参照すると、ノッチの開放端に容量を付加することで、ノッチの長さが３０ｍｍより短い場合でも、利得が改善させることがわかる。従って、基板レイアウトの都合上、ノッチの長さを確保できないような場合でも、開放端に容量を付加することで、利得改善を図ることができる。
【００２６】
引き続き、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本発明の第３実施形態のアンテナ装置を含む携帯端末装置を示している。本実施形態では、下部基板１２から背面方向に所定の高さに導体１８を設け、その導体１８からアンテナ１３に給電する。その他の部分は、第１実施形態と同様である。導体１８は、例えば、下部基板１２から背面方向に１ｍｍの高さに設ける。導体１８の幅は１ｍｍとし、長さは４０ｍｍとする。この導体１８は、正面から見て、下部基板１２の左上端に配置される。導体１８の一端は、下部基板１２に接続され、他端は、アンテナ１３に接続される。なお、導体１８の裏側には下部基板１２が入り込まない構成とする。
【００２７】
図１３に、図１２に示す携帯端末装置における右旋円偏波の指向性を示す。図１８と、図１３とを比較すると、導体１８を設ける本実施形態の携帯端末装置では、天頂方向の指向性が改善されていることがわかる。これは、導体１８を設けることで、導体１８と下部基板１２との間にノッチが吹かされているのと同様な効果が得られるためと言える。
【００２８】
図１４に、導体１８に対する裏側への下部基板１２の入り込み量と右旋円偏波の利得との関係を示す。導体１８の幅は１ｍｍとする。縦軸の右旋円偏波の利得は、利得の平均値である。図１４を参照すると、下部基板１２が導体１８の裏側へ入り込むと、右旋円偏波の利得が低下することがわかる。そこで、本実施形態では、導体１８の裏側には、下部基板１２が入り込まない構成とする。このような構成とすることで、第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００２９】
なお、上記各実施形態では、下部基板の正面側から見て左側ヒンジ部にアンテナを実装する例について説明したが、アンテナの実装位置は、これには限定されない。例えば、上部基板の正面から見て右側ヒンジ部にアンテナ１３を実装することも可能である。この場合は、上部基板に、図１で下部基板１２に形成したノッチ１５と同様なノッチを形成することで、同様の改善効果を得ることができる。
【００３０】
また、携帯端末装置では、強度確保のため、基板とは別の金属（強度確保用金属）が追加される場合がある。この場合の構成を、図１５に示す。このような場合は、基板と強度確保用金属１９とを、四隅で接続した上で、基板と強度確保用金属１９の双方に縦方向のノッチ１５を付加する。これにより、右旋円偏波に対する指向性を改善できる。
【００３１】
上記各実施形態では、アンテナとして、右旋円偏波の電波を受信するアンテナを考え、右旋円偏波の指向性を改善することについて説明した。これとは逆に、左旋円偏波を受信することを考える場合には、図１にて、アンテナ搭載位置及びノッチの形成位置を、左右逆にすればよい。すなわち、アンテナを、下部基板の上端の正面右側に配置し、アンテナ実装位置よりも正面から見て左側に縦方向のノッチを形成する。このような構成とすることで、左旋円偏波の指向性を改善できる。
【００３２】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のアンテナ装置及び携帯端末装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ＧＰＳ用のアンテナを搭載した携帯電話などの携帯端末に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態のアンテナ装置を含む携帯端末装置を示す図。
【図２】アンテナ装置の右旋円偏波の指向性を示す図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、時間経過に対する下部基板上の電流方向の変化を示す図。
【図４】時間経過に対する下部基板上の電流方向変化のシミュレーション結果を示す図。
【図５】ノッチ長と右旋円偏波の利得の平均値との関係を示すグラフ。
【図６】下部基板に横方向のノッチを付加した携帯端末装置を示す図。
【図７】図６に示す携帯端末装置における横方向のノッチ長と右旋円偏波の利得の平均値との関係を示すグラフ。
【図８】本発明の第２実施形態のアンテナ装置を含む携帯端末装置を示す図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、長さが３０ｍｍと２０ｍｍの縦方向ノッチの入力インピーダンスを示す図。
【図１０】長さ２０ｍｍの縦方向ノッチの開放端に０．２５ｐＦを付加した際の入力インピーダンスを示す図。
【図１１】容量を付加した場合のノッチ長と右旋円偏波の利得の改善量との関係を示すグラフ。
【図１２】本発明の第３の実施形態のアンテナ装置を含む携帯端末装置を示す図。
【図１３】図１２に示す携帯端末装置における右旋円偏波の指向性を示す図。
【図１４】導体裏への下部基板の入り込み量と右旋円偏波の利得の平均値との関係を示すグラフ。
【図１５】強度確保用の金属が追加された携帯端末装置を示す図。
【図１６】ＧＰＳ衛星から受信する右旋円偏波を模式的に示す図。
【図１７】正面ＬＣＤから見て左側にアンテナが配置された携帯電話機を示す図。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１７に示す携帯電話機における右旋円偏波と左旋円偏波の指向性を示す図。
【図１９】正面ＬＣＤから見て右側にアンテナが配置された携帯電話機を示す図。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１９に示す携帯電話機における右旋円偏波と左旋円偏波の指向性を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１１：上部基板
１２：下部基板
１３：アンテナ
１４：正面ＬＣＤ
１５：縦方向ノッチ
１６：横方向ノッチ
１７：容量
１８：導体
１９：強度確保用金属
【図１】
2009147639.tif 000003
【図２】
2009147639.tif 000004
【図３】
2009147639.tif 000005
【図４】
2009147639.tif 000006
【図５】
2009147639.tif 000007
【図６】
2009147639.tif 000008
【図７】
2009147639.tif 000009
【図８】
2009147639.tif 000010
【図９】
2009147639.tif 000011
【図１０】
2009147639.tif 000012
【図１１】
2009147639.tif 000013
【図１２】
2009147639.tif 000014
【図１３】
2009147639.tif 000015
【図１４】
2009147639.tif 000016
【図１５】
2009147639.tif 000017
【図１６】
2009147639.tif 000018
【図１７】
2009147639.tif 000019
【図１８】
2009147639.tif 000020
【図１９】
2009147639.tif 000021
【図２０】
2009147639.tif 000022