JP2009124582A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲の周波数帯で使用可能となるように広帯域化が図られたアンテナを提供する。
【解決手段】アンテナ１００は、給電点１０１に接続された給電素子１１０と、接地点１０２に接続された放射導体１２０とを備え、放射導体１２０は折り返し部１２３で１８０度折り返されて、第１の導体辺１２１と第２の導体辺１２２とを有している。給電素子１１０は、第１の導体辺１２１および第２の導体辺１２２のそれぞれと長さが略等しく、かつ三者間の距離が略等しくなるように配置されている。給電素子１１０が励振されると、第１の導体辺１２１および第２の導体辺１２２が励振され、それぞれの間の共振を重ね合わせた三重共振によりアンテナ１００の広帯域特性が容易に達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末等に内蔵される小型のアンテナに係り、特に広帯域特性を有するアンテナに関するものである。

携帯電話等の端末機器の普及とその機能の高度化に伴って、端末機器に内蔵されるアンテナに対しても、より一層の小型化とともに、広い範囲の周波数に対応可能な広帯域特性を有するものが求められている。例えば、デジタルテレビ等が実装された端末では比帯域で約５０％の広帯域特性が要求される。広帯域特性を有するアンテナとして、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。

特許文献１に記載されているアンテナの斜視図を図６に示す。同図に示すアンテナ９００は、直方体状の絶縁体からなる基体９０１の一方主面に接地電極９０２が形成され、他方主面には斜めに設けられたスリットｓ１を介して対向して配置された第１および第２の放射電極９０３、９０４が形成されている。

第１の放射電極９０３は、スリットｓ１の一端に近接する端部が第１の接続電極９０５を介して接地電極９０２に接続され、第１の放射電極９０３の第１の接続電極９０５を接続した端部から離隔した端部にギャップｇ２を介して給電電極９０７が配置されている。また、第２の放射電極９０４は、スリットｓ１の一端から一定間隔離れた端部が第２の接続電極９０６を介して接地電極９０２に接続されている。

上記のように構成されたアンテナ９００では、第１の放射電極９０３が給電電極９０７と容量結合することで共振し、第２の放射電極９０４が第１の接続電極９０５と第２の接続電極９０６との間の磁界結合を介して共振することができる。上記のような複共振が得られることで、アンテナ９００は所定の周波数帯で広帯域化を図ることが可能となっている。
特開２０００−１５１２５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のアンテナでは、以下のような課題があった。特許文献１のアンテナ９００は複共振による広帯域化はある程度可能ではあるが、十分な広帯域化を実現するのは困難である。また、２つエレメントを同一平面上に配置しているので、素子の面積が大型化する傾向にある。広帯域化のために追加した素子分の大きさ（素子面積拡大）と得られる効果（帯域拡大）を考慮した場合、広帯域化の効果はそれほど大きくないといった問題があった。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、使用周波数帯において広い範囲の周波数帯で励振可能となるように広帯域化が図られたアンテナを提供することを目的とする。

本発明のアンテナの第１の態様は、広帯域に対応可能なアンテナであって、給電点に接続される給電素子と、一端が接地点に接続されて少なくとも１つの折り返し部で１８０度折り返して平行に近接配置された放射導体と、を備え、前記放射導体と前記給電素子とが平行に近接配置され、前記放射導体の全長が前記給電素子の全長より長いことを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記放射導体の長さは、所定の共振周波数に対応して決定されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、前記放射導体は、全長の略半分の長さの位置で折り返されていることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、折り返された前記放射導体の各導体辺と前記給電素子とは、略等しい長さであることを特徴とする。

本発明のアンテナの他の態様は、折り返された前記放射導体の各導体辺の間隔、及び前記導体辺の各々と前記給電素子との間隔が、すべて略等しくなるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、使用周波数帯において広い範囲の周波数帯で使用可能となるように広帯域化が図られたアンテナを提供することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態におけるアンテナについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の実施の形態に係るアンテナを、図１を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は、本実施形態のアンテナ１００の模式図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’面における断面図を示している。本実施形態のアンテナ１００は、給電点１０１に接続された給電素子１１０と、接地点１０２に接続された放射導体１２０とを備えている。

図１（ａ）に示すように、放射導体１２０は、折り返し部１２３で１８０度折り返されて、第１の導体片１２１と第２の導体辺１２２とを形成している。第１の導体片１２１と第２の導体片１２２は、両者を近接させて相互に平行となるように配置されている。本実施形態では、第１の導体辺１２１と第２の導体辺１２２のそれぞれの長さが略等しくなるように折り返されている。

給電素子１１０は、第１の導体片１２１および第２の導体片１２２と平行に配置されており、両者との距離を短くして近接させている。給電素子１１０の長さは、放射導体１２０の長さ、すなわち第１の導体辺１２１と第２の導体辺１２２と折り返し部１２３のすべての長さを合計した長さよりも短くなるように構成される。

本実施形態では、給電素子１１０の長さが、第１の導体片１２１および第２の導体片１２２のそれぞれの長さと略等しくなるようにしている。これにより、放射導体１２０は給電素子１１０の２倍程度の長さを有することになる。放射導体１２０の長さは、所定の共振周波数に対応して決定されている。

図１（ｂ）に示す断面図では、放射導体１２０の第１の導体片１２１と第２の導体片１２２、および給電素子１１０のそれぞれの断面が示されており、それぞれの相対的な位置関係を示している。同図に示すように、本実施形態では第１の導体片１２１と第２の導体片１２２と給電素子１１０の三者間の距離が略等しくなるように配置されている。その距離は、場合にもよるが概ね使用中心周波数に対応する波長に対して100分の1波長以下とすることができる。

上記のように構成された本実施形態のアンテナ１００では、給電点１０１に接続された給電素子１１０が励振されると、放射素子１２０が給電素子１１０との電磁界結合により励振される。このとき、最も低い周波数領域では、放射導体１２０が共振し、それよりも周波数が高い領域では、給電素子１１０自体が共振し、さらに周波数が高い領域では、放射導体１２０上で高調波が励振される。

通常、給電素子と無給電素子間に十分な距離が確保できる場合には正常に動作する構成であっても、近接配置した場合には、複数の共振モードが得られるものの、それぞれのモードの切り替わる周波数においては、素子間で電流を打ち消すモードが介在してしまう。そのため、一見広帯域と見える場合でも、そのモードが切り替わる周波数帯域内では極端に放射効率が低下する領域ができてしまう。しかし、本実施形態では周波数軸上で、各共振モードが連続的に変化するために、３つの共振を重ね合わせた非常に広帯域な共振特性が得られると同時に、各素子辺を近接して配置することが可能となる。

上記のようにして広帯域化された本実施形態のアンテナ１００において、系のインピーダンス調整は、例えば近接配置された第１の導体辺１２１と第２の導体辺１２２と給電素子１１０の三者間の距離を調整することで行うことができる。また、給電点１０１と接地点１０２とを近接位置に配置することでも、系のインピーダンスを調整することが可能である。

本実施形態のアンテナ１００の広帯域特性を、図２を用いて説明する。図２は、周波数に対するアンテナ１００のＶＳＷＲ特性の一例を示している。本実施形態のアンテナ１００では、低周波側における共振が１．０ＧＨｚ帯（以下では第１の共振周波数帯とする）で得られるように放射導体１２０の長さが決定されている。すなわち、放射導体１２０の全長で生じる共振が、第１の共振周波数帯となるようにその全長が決定されている。また、この第１の共振周波数より低周波側ではＶＳＷＲが急激に大きくなっており、この低周波側ではアンテナ１００が放射を行わない状態となっている。

一方、高周波側では、放射導体１２０の高次モードである１．９ＧＨｚ帯（以下では第２の共振周波数帯とする）で共振が得られている。そして、この高次モードの第２の共振周波数帯よりさらに高周波側ではＶＳＷＲが急激に大きくなっており、この高周波側でもアンテナ１００が放射を行わない状態となっている。

上記の第１の共振周波数帯と第２の共振周波数帯との間では、放射導体１２０の共振を介して第１の共振周波数帯における共振から第２の共振周波数帯における共振へと連続的に遷移していく。その結果、第１の共振周波数帯と第２の共振周波数帯との間でも共振が得られ、好適なＶＳＷＲ特性が得られている。

また本実施形態のアンテナ１００では、給電素子１１０と放射導体１２０の第１の導体辺１２１と第２の導体辺１２２の間隔を調整することにより、放射導体１２０における高次モードの共振周波数を変更できる。その結果、図２のＶＳＷＲ特性を用いて説明したような広帯域特性が達成される。図２に示した実施例では、比帯域が約６０％の広帯域特性が達成されている。

本発明のアンテナの一実施例を図３に示す。本実施例のアンテナ２００は、上記実施形態のアンテナ１００と同様に、給電点２０１に接続された給電素子２１０と、接地点２０２に接続された放射導体２２０とを備えている。給電点２０１および接地点２０２から引き出された給電素子２１０および放射導体２２０は、地板２０３から所定の距離だけ離れた位置で地板２０３の端辺２０３ａに平行となる方向に略９０度折り曲げられている。

放射導体２２０は、折り返し部２２３で１８０度折り返されて、第１の導体辺２２１と第２の導体辺２２２とを形成している。第１の導体辺２２１と第２の導体辺２２２は、それぞれの長さが略等しくなるように折り返されており、両者を近接させて相互に平行となるように配置されている。

給電素子２１０は、第１の導体辺２２１および第２の導体辺２２２のそれぞれと略等しい長さに形成されており、第１の導体辺２２１および第２の導体辺２２２と平行に近接配置されている。放射導体２２０の長さは、所定の共振周波数に対応して決定されている。本実施例では、放射導体２２０の全長を４６ｍｍとすることによって、図２のような９００ＭＨｚから２ＧＨｚまでの広帯域な共振周波数を実現することができた。

本実施例のアンテナ２００では、給電素子２１０、第１の導体辺２２１、および第２の導体辺２２２の３本の導体間の距離を一定に保つために、図４に示すようなエレメント固定台２３０を用いている。エレメント固定台２３０は、中心部に給電素子２１０を固定し、その外周に放射導体２２０を固定している。本実施例では、給電素子２１０と放射導体２２０とで形成される断面（矢印Ｂ方向から見た断面）を１．２ｍｍ×１．２ｍｍとしている。

本実施例のアンテナ２００でも、給電点２０１に接続された給電素子２１０が励振されると、放射素子２２０が給電素子２１０との電界結合および磁界結合により励振される。これにより、給電素子２１０と放射素子２２０との間で３つの共振が得られ、この３つの共振を重ね合わせた３重共振が容易に得られる。このような３重共振により、アンテナ２００の広帯域特性が得られる。

本発明のアンテナの別の実施例を図５に示す。本実施例のアンテナ３００は、図示しない給電点に接続された給電素子３１０と、図示しない接地点に接続された放射導体３２０とを備えている。放射導体３２０は、折り返し部３２３で１８０度折り返されて、第１の導体辺３２１と第２の導体辺３２２とを形成している。第１の導体辺３２１と第２の導体辺３２２は、それぞれの長さが略等しくなるように折り返されており、両者を近接させて平行となるように配置されている。

本実施例では、給電素子３１０として同軸ケーブルの心線を用いている。すなわち、同軸ケーブの保護層および外導体を取り去り、その内部にある誘電体３３０およびその中心を貫通する心線を用いている。心線を給電素子３１０とし、誘電体３３０の外周に放射導体３２０を配置している。

本実施例のアンテナ３００では、給電素子３１０、第１の導体辺３２１、および第２の導体辺３２２の３本の導体間の距離を等しくするために、アンテナ２００で用いたエレメント固定台２３０に代えて、同軸ケーブルの誘電体３３０を用いている。これにより、給電素子３１０、第１の導体辺３２１、および第２の導体辺３２２の３本の導体間を平行にかつ距離を一定に保つことができる。

上記説明のように、同軸ケーブルの心線３１０およびその外周の誘電体３３０を用い、誘電体３３０の外周に放射導体３２０を配置することで、広帯域なアンテナ３００を容易に提供することができる。同軸ケーブルを加工して用いることで、給電素子３１０と放射導体３２０の各導体辺３２１、３２２間を平行にかつ距離を等しくすることが容易に実現できる。いずれにしても、アンテナの断面を小型化できるために、携帯電話等の小型通信機器において、筐体内の限られた隙間に配置するのに適した構成とできる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るアンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるアンテナの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係るアンテナの平面模式図および断面図である。 本実施形態のアンテナの周波数に対するＶＳＷＲ特性の一例を示す図である。 本発明のアンテナの一実施例を示す斜視図である。 エレメント固定台を示す斜視図である。 本発明のアンテナの別の実施例を示す平面図である。 従来のアンテナの斜視図である。

符号の説明

１００、２００，３００、９００ アンテナ １０１、２０１ 給電点
１０２、２０２ 接地点
１１０、２１０、３１０ 給電素子
１２０、２２０、３２０ 放射導体
１２１、２２１、３２１ 第１の導体辺
１２２、２２２、３２２ 第２の導体辺
１２３、２２３、３２３ 折り返し部
２０３ 地板
２３０ エレメント固定台
３３０ 誘電体
９０１ 基体
９０２ 接地電極
９０３ 第１の放射電極
９０４ 第２の放射電極
９０５ 第１の接続電極
９０６ 第２の接続電極
９０７ 給電電極

Claims (5)

1. 広帯域に対応可能なアンテナであって、
   給電点に接続される給電素子と、
   一端が接地点に接続されて少なくとも１つの折り返し部で１８０度折り返して平行に近接配置された放射導体と、を備え、
   前記放射導体と前記給電素子とが平行に近接配置され、前記放射導体の全長は前記給電素子の全長より長い
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 前記放射導体の長さは、所定の共振周波数に対応して決定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記放射導体は、全長の略半分の長さの位置で折り返されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 折り返された前記放射導体の各導体辺と前記給電素子とは、略等しい長さである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ。
5. 折り返された前記放射導体の各導体辺の間隔、及び前記導体辺の各々と前記給電素子との間隔が、すべて略等しくなるように配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ。
   

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