(57)【要約】【課題】複数の周波数帯域で動作可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１０１は、接地導体と、基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する逆Ｌ形状の第１アンテナ素子２０１と、接地導体と第１アンテナ素子２０１との間に設けられた給電点５０と、第１アンテナ素子２０１の短い方の辺に一端を結合されて第１アンテナ素子２０１と給電点５０との間に逆Ｌ形状を形成する第２アンテナ素子２０２と、第１アンテナ素子２０１の短い方の辺に一端を結合されて第２アンテナ素子２０２と給電点５０との間に逆Ｌ形状を形成する第３アンテナ素子２０３とを備える。第２アンテナ素子２０２は、２つのスイッチ３０１および３０２を有し、その開閉に応じてアンテナ長が変化したり、第２アンテナ素子２０２が第１アンテナ素子２０１に与える影響が防止されるため、アンテナ装置１０１は複数の異なる周波数帯域で動作することができる。【選択図】  図１
2009076961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地導体と、
相対的に短い第１辺と相対的に長い第２辺とから構成され、基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する逆Ｌ形状の第１のアンテナ素子と、
前記接地導体と前記第１のアンテナ素子の前記第１辺との間に設けられた給電点と、
前記第１のアンテナ素子の前記第１辺に一端を結合され、前記第１のアンテナ素子と前記給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第２のアンテナ素子と、
を備え、
前記第２のアンテナ素子は、
前記第２のアンテナ素子のアンテナ長を選択的に変更可能な第１のスイッチと、
前記給電点と前記第２のアンテナ素子とを選択可能に接続する第２のスイッチと、
を有し、
前記第１および第２のスイッチの開閉に応じて異なる周波数帯域で動作することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナ素子の前記第１辺に一端を結合され、前記第２のアンテナ素子と前記給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第３乃至第ｎのアンテナ素子をさらに備える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】
接地導体と、
相対的に短い第１辺と相対的に長い第２片とから構成され、基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する逆Ｌ形状の第１のアンテナ素子と、
前記接地導体と前記第１のアンテナ素子との間に設けられた給電点と、
前記第１のアンテナ素子の前記第１辺に一端を結合され、前記第１のアンテナ素子と前記給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第２のアンテナ素子と、
を備え、
前記第２のアンテナ素子は、前記第１アンテナの前記第１辺との結合部分に、前記第１または前記第２のアンテナ素子のいずれか一方のみを選択的に給電点に接続し、他方を接続しない第１のスイッチを有し、
前記第１のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子のアンテナ長を選択的に変更する第２のスイッチを有し、
前記第１および第２のスイッチの開閉に応じて異なる周波数帯域で動作することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１のアンテナ素子の前記第１辺に一端を結合され、前記第２のアンテナ素子と前記給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第３乃至第ｎのアンテナ素子をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記各アンテナ素子は直方体形状の誘電体の外面上に形成されて前記アンテナ装置を立体的に構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記各アンテナ素子は折り曲げられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置に係り、より詳細には、複数の異なる周波数帯域で動作可能な携帯端末用広帯域チューナブルアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムはさまざまな用途に用いられるようになっており、無線通信端末にはしばしば複数の無線通信システムが搭載される。こうした無線通信端末には、小型且つ複数の周波数帯域で動作可能なアンテナを適用するのが望ましい。そこで、そのようなアンテナ装置の開発が進められている。
【０００３】
複数の異なる周波数帯域で動作するアンテナとしては、例えば、特許文献１乃至３に記載されているようなチューナブルアンテナがある。特許文献１に記載の平面逆Ｆアンテナは、複数の外部線路をスイッチで切り替えてアンテナに接続することにより、複数の周波数帯域を可変的に使用することができるものである。また、特許文献２に記載のアンテナは、逆Ｆアンテナの一方の素子の短絡部分と他方の素子の短絡部分とをスイッチで切り替えることにより、複数の周波数帯域を可変的に使用することができる。
【０００４】
特許文献３に記載のアンテナでは、アンテナ導体上に可変インピーダンス回路を設け、インピーダンスを可変することで地板に流れる電流を変化させて放射パターンおよび共振周波数を切り替えている。
【特許文献１】米国特許公開第ＵＳ２００３／０１４２０２２号
【特許文献２】米国特許公開第ＵＳ２００４／００７５６１１号
【特許文献３】特開２００６−５７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１乃至３に記載されているような従来のチューナブルアンテナによれば、複数の周波数帯域での使用が可能である。
しかしながら、外部線路をスイッチで切り替えることにより使用する周波数帯域を可変するアンテナの場合、周波数帯域の数に応じて外部線路およびスイッチを設ける必要があるため、使用する周波数帯域の数が増加するとアンテナが大型化してしまう。
【０００６】
また、短絡部分を切り替える構成のアンテナの場合には、動作する周波数帯域に対応したアンテナ素子の端部と地板との接続をスイッチにより切り替えるため、使用する周波数帯域の数が増加するとアンテナ素子の配置が難しく、構造の複雑化およびアンテナの大型化が避けられない。
【０００７】
さらに、Ｔ字型のアンテナ導体上に可変インピーダンス回路を設けたアンテナ構成の場合には、使用する周波数帯域の数が増加するとアンテナ導体上に複数のスイッチが必要となり、やはり構造の複雑化やアンテナの大型化を招いてしまう。
【０００８】
そこで、これらの問題点に鑑み、本発明は無線通信システムの各モードに対応した周波数帯域、すなわちＧＳＭ帯等の低い周波数帯からＵＭＴＳ帯等の高い周波数まで、複数の周波数帯域で動作可能なアンテナ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】
前述の目的を達するため本発明が提供するアンテナ装置は、接地導体と、相対的に短い第１辺と相対的に長い第２辺とから構成され基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する逆Ｌ形状の第１のアンテナ素子と、接地導体と第１のアンテナ素子の第１辺との間に設けられた給電点と、第１のアンテナ素子の第１辺に一端を結合され第１のアンテナ素子と給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第２のアンテナ素子とを備える。第２のアンテナ素子は、第２のアンテナ素子のアンテナ長を選択的に変更可能な第１のスイッチと、給電点と第２のアンテナ素子とを選択可能に接続する第２のスイッチとを有する。このアンテナ装置は、第１および第２のスイッチの開閉に応じて異なる周波数帯域で動作する。
【００１０】
このアンテナ装置は、第１のアンテナ素子の第１辺に一端を結合され、第２のアンテナ素子と給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第３乃至第ｎのアンテナ素子をさらに備えてもよい。
【００１１】
また、本発明がさらに提供するアンテナ装置は、接地導体と、相対的に短い第１辺と相対的に長い第２辺とから構成され基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する逆Ｌ形状の第１のアンテナ素子と、接地導体と第１のアンテナ素子との間に設けられた給電点と、第１のアンテナ素子の第１辺に一端を結合され第１のアンテナ素子と給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第２のアンテナ素子とを備える。第２のアンテナ素子は、第１アンテナの第１辺との結合部分に第１または第２のアンテナ素子のいずれか一方のみを選択的に給電点に接続し他方を接続しない第１のスイッチを有する。また、第１のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子のアンテナ長を選択的に変更する第２のスイッチを有する。このアンテナ装置は、第１および第２のスイッチの開閉に応じて異なる周波数帯域で動作する。
【００１２】
このアンテナ装置は、第１のアンテナ素子の第１辺に一端を結合され第２のアンテナ素子と給電点との間に逆Ｌ形状を形成する第３乃至第ｎのアンテナ素子をさらに備えてもよい。
【００１３】
また、これらのアンテナ装置において、各アンテナ素子は直方体形状の誘電体の表面上に形成されてアンテナ装置を立体的に構成してもよい。各アンテナ素子は折り曲げられてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、無線通信システムにおいて用いられる複数の周波数帯域で可変的に動作するマルチバンド特性を備えた小型のアンテナ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す図である。この実施形態において、アンテナ装置１０１は、いずれも逆Ｌ形状の第１アンテナ素子２０１、第２アンテナ素子２０２、第３アンテナ素子２０３と、これらのアンテナ素子と図示しない接地導体とに給電する給電点５０とを備えている。第２アンテナ素子２０２および第３アンテナ素子２０３は、第１アンテナ素子２０１の相対的に短い辺に一端を結合されることにより、逆Ｌ形状を形成する。
【００１６】
第１アンテナ素子２０１は、基本モードおよび高次モードの２つの共振周波数で動作する。また、第２アンテナ素子２０２は、第２アンテナ素子２０２のアンテナ長を選択的に変更する第１スイッチ３０１と、第２アンテナ素子２０２を選択的に給電点５０に接続する第２スイッチ３０２とを有する。
【００１７】
図２に示すのは、アンテナ装置１０１の具体的な実施例であって、第１アンテナ素子２０１および第２アンテナ素子２０２を折り曲げて立体的な構成とすることにより小型化したものである。このアンテナ装置１０１において、例えば第１アンテナ素子２０１は４箇所で折り曲げられているが、全体としては逆Ｌ形状である。図示するように、アンテナ素子と接地導体４０との間には給電点５０が設けられている。図２において、第１スイッチ３０１および第２スイッチ３０２は間隙として示されているが、この箇所には実際には半導体スイッチやＦＥＴ等が適用されて、オン／オフ可能とする。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）には、アンテナ装置１０１における第１スイッチ３０１および第２スイッチ３０２のオン／オフすなわち閉状態または開状態に応じたＶＳＷＲの周波数特性の一例が示されている。ここで、特性インピーダンスは５０Ωである。図３（ａ）は、第１スイッチ３０１および第２スイッチ３０２がいずれもオン状態である場合、図３（ｂ）は第１スイッチ３０１がオフ状態、第２スイッチ３０２がオン状態である場合、図３（ｃ）は第１スイッチ３０１および第２スイッチ３０２がいずれもオフ状態である場合をそれぞれ表し、各図中には様々な通信システムのモード名称とともに、各モードの動作する共振周波数帯域を帯状に示してある。
【００１９】
接地導体上に配置された逆Ｌ形状のアンテナは、アンテナ長が１／４λとなる周波数で動作する。図１に示すアンテナ装置１０１において、第１スイッチ３０１および第２スイッチ３０２がいずれもオン状態のときには、第１アンテナ素子２０１は、基本モードでは概ね９００ＭＨｚ、高次モードでは概ね２．７ＧＨｚの共振周波数で動作する。また、第２アンテナ素子２０２は概ね１．８ＧＨｚ、第３アンテナ素子２０３は概ね３．５ＧＨｚで動作する（図３（ａ））。
【００２０】
アンテナ装置１０１において第１アンテナ素子２０１が高次モードで動作するとき、第２第２アンテナ素子２０２が接続されていると、第１アンテナ素子２０１の共振周波数にずれが生じ、２．７ＧＨｚ付近から外れる。これを防ぐため、アンテナ装置１０１は第２スイッチ３０２をオフにすることにより第２アンテナ素子を切り離し、第１アンテナ素子２０１の２．７ＧＨｚ付近での共振を維持する（図３（ｃ））。
【００２１】
より広い周波数帯域に対応できるアンテナとするためには、アンテナ装置１０１は、第１アンテナ素子２０１の共振周波数２．７ＧＨｚ付近と第２アンテナ素子２０２の共振周波数１．８ＧＨｚ付近のいずれにおいても動作可能とするのが望ましい。そこで、本実施例においては、第２スイッチ３０２の切り替えにより、第１アンテナ素子２０１が高次モードで動作するときに第２アンテナ素子２０２が影響を及ぼさないようにしている。
【００２２】
一方、第１スイッチ３０１は、第２アンテナ素子２０２のアンテナ長を変化させるために設けられている。すなわち第１スイッチ３０１の開閉により、第２アンテナ素子２０２の共振周波数の微調整が図られる（図３（ｂ））。
【００２３】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照すると、本実施例のアンテナ装置１０１が、スイッチ３０１および３０２のオン／オフの切り替えによって、ＧＳＭ８５０、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ、ＰＣＳ、ＵＭＴＳ２０００、ＵＭＴＳ２６００、ｍ−ＷｉＭＡＸの共振周波数のすべてで動作可能であることがわかる。すなわち、現行の携帯電話で使用されている周波数帯域を１つのアンテナ装置１０１ですべてカバーできることがわかる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の構成を示す図である。第１の実施形態におけるアンテナ装置１０１と同様、アンテナ装置１０２は、いずれも逆Ｌ形状の第１アンテナ素子２１１、第２アンテナ素子２１２、第３アンテナ素子２１３と、これらのアンテナ素子と図示しない接地導体とに給電する給電点５０とを備えて形成される。第２アンテナ素子２１２および第３アンテナ素子２１３は、第１アンテナ素子２１１の相対的に短い辺に一端を結合されることにより、逆Ｌ形状を形成する。
【００２５】
第１アンテナ素子２１１は、基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する。また、第２アンテナ素子２１２は、第１アンテナ素子２１１または第２アンテナ素子２１２のいずれかに接続することによって、第１アンテナ素子２１１または第２アンテナ素子２１２のいずれか一方のみを選択的に給電点５０に接続するＳＰＤＴスイッチ３１１を有する。また、第１アンテナ素子２１１は、オン／オフによって第１アンテナ素子２１１のアンテナ長を選択的に変更するスイッチ３１２を有する。
【００２６】
図５は、このようなアンテナ装置１０２を立体的に構成した場合の一例を示す図である。第１の実施形態と同様、この実施形態においても、アンテナ装置１０２はアンテナ素子を折り曲げることにより立体化および小型化されており、アンテナ導体と接地導体４０との間には給電点５０が設けられている。また、間隙で図示されているＳＰＤＴスイッチ３１１およびスイッチ３１２には、半導体スイッチやＦＥＴ等が適用される。
【００２７】
図６（ａ）および（ｂ）に示すのは、アンテナ装置１０２におけるＳＰＤＴスイッチ３１１およびスイッチ３１２の状態に応じたＶＳＷＲの周波数特性の一例である。第１の実施形態と同じく特性インピーダンスは５０Ωであり、図６（ａ）は、ＳＰＤＴスイッチ３１１が第１ポートＰ１に接続され、スイッチ３１２がオン状態である場合、図６（ｂ）はＳＰＤＴスイッチ３１１が第２ポートＰ２に接続し、スイッチ３１２がオフ状態である場合をそれぞれ示す。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様、図６（ａ）および（ｂ）においても、通信システムのモード名称および各モードの動作する共振周波数帯域を帯状に示す。なお、各アンテナ素子の共振周波数は第１の実施形態と同様である。
【００２８】
第１の実施形態によるアンテナ装置１０１と第２の実施形態によるアンテナ装置１０２との最も顕著な相違点は、スイッチを設ける位置およびその作用である。アンテナ装置１０２においてはＳＰＤＴスイッチ３１１が用いられ、これが第１アンテナ素子２１１または第２アンテナ素子２１２のいずれか一方のみを給電点５０に接続する位置に設けられる。したがって、ＳＰＤＴスイッチ３１１を第１ポートＰ１に接続し、且つスイッチ３１２がオンであるときには、アンテナ装置１０２では、第１アンテナ素子２１１が第２アンテナ素子２１２の影響を受けることなく高次モードで動作する（図６（ａ））。
【００２９】
一方、ＳＰＤＴスイッチ３１１を第２ポートＰ２に接続した場合には、第１アンテナ素子２１１の導体長による共振のため、第２アンテナ素子３１２の動作周波数が変化してしまう。これを防止するため、ＳＰＤＴスイッチ３１１を第２ポートＰ２に接続するときは、スイッチ３１２をオフとし、第１アンテナ素子２１１の導体長を短縮して、第１アンテナ素子２１１の共振周波数を高い周波数帯域に移動させる（図６（ｂ））。
【００３０】
このように、本発明によれば、逆Ｌ形状のアンテナを組み合わせ、アンテナ素子上に配置したスイッチを切り替えることにより、小型でマルチバンド特性を備えたアンテナ装置を実現することができる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、他にも様々な形態で実施することが可能である。例えば、図２および図５で示したような立体構成のアンテナ装置とする場合、各アンテナ素子を直方体形状に成型したポリカーボネート等の誘電体の外面上に形成すれば、波長短縮効果によってアンテナを小型化することができる。また、アンテナ素子の数を増加させることにより、共振周波数帯域の数を増加させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の斜視図。
【図３（ａ）】本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の周波数特性の一例を示す図（その１）。
【図３（ｂ）】本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の周波数特性の一例を示す図（その２）。
【図３（ｃ）】本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の周波数特性の一例を示す図（その３）。
【図４】本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の斜視図。
【図６】本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置の周波数特性の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１０１，１０２  アンテナ装置
２０１，２１１  第１アンテナ素子
２０２，２１２  第２アンテナ素子
２０３，２１３  第３アンテナ素子
３０１  第１スイッチ
３０２  第２スイッチ
３１１  ＳＰＤＴスイッチ
３１２  スイッチ
４０  接地導体
５０  給電点
【図１】
2009076961.tif 000003
【図２】
2009076961.tif 000004
【図３（ａ）】
2009076961.tif 000005
【図３（ｂ）】
2009076961.tif 000006
【図３（ｃ）】
2009076961.tif 000007
【図４】
2009076961.tif 000008
【図５】
2009076961.tif 000009
【図６】
2009076961.tif 000010