JP5345916B2 - アンテナ構造および無線通信装置およびアンテナ構成方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の周波数帯での無線通信が可能なアンテナ構造および無線通信装置およびアンテナ構成方法に関するものである。

図１１（ａ）には、折り畳み式（クラムシェル型）の携帯電話端末に装備されるアンテナ構造の一例が模式的に示されている（特許文献１参照）。このアンテナ構造１００は、上部プリント基板１０１と、インピーダンス素子１０２と、ヒンジ部１０３と、下部プリント基板１０４と、インピーダンス素子１０５とを備えている。

上部プリント基板１０１には、電気回路（図示せず）が形成されると共に、その電気回路のグラウンドとして機能する接地パターン（図示せず）が形成されている。この上部プリント基板１０１は、携帯電話端末の上部筐体１０７に内蔵される。インピーダンス素子１０２は、上部プリント基板１０１に設けられている。このインピーダンス素子１０２は、図１１（ｂ）に示されるような共振回路１１１を備えている。この共振回路１１１の両端部１１１ａ，１１１ｂのうちの一方側の端部は上部プリント基板１０１の接地パターンに接続されている。共振回路１１１の他方側の端部は、接続部材１１３によって、ヒンジ部１０３に形成されている金属部１０３ａに電気的に接続されている。

下部プリント基板１０４には、上部プリント基板１０１と同様に、電気回路（図示せず）が形成されると共に、その電気回路のグラウンドとして機能する接地パターン（図示せず）が形成されている。この下部プリント基板１０４は、携帯電話端末の下部筐体１０８に内蔵される。インピーダンス素子１０５は、その下部プリント基板１０４に設けられている。当該インピーダンス素子１０５は、前記インピーダンス素子１０２と同様の共振回路１１１を備えている。インピーダンス素子１０５の共振回路１１１の両端部１１１ａ，１１１ｂのうちの一方側の端部は下部プリント基板１０４の接地パターンに接続されている。共振回路１１１の他方側の端部は、接続部材１１４によって、ヒンジ部１０３の金属部１０３ａに電気的に接続されている。

ヒンジ部１０３は、上部筐体１０７と、下部筐体１０８とを連結する機構を備えたものである。このヒンジ部１０３は、前述したように、例えばステンレス等の金属で形成された金属部１０３ａを備えている。

このアンテナ構造１００では、上記のように、上下のプリント基板１０１，１０４の各接地パターンと、インピーダンス素子１０２，１０５の共振回路１１１と、ヒンジ部１０３の金属部１０３ａと、接続部材１１３，１１４とは電気的に接続されている。この電気的な接続体は、一つのダイポールアンテナ１０６として機能する。

ところで、携帯電話端末において、そのダイポールアンテナ１０６は、例えば、地上デジタルテレビ放送を受信するためのアンテナとして機能する。また、携帯電話端末には、基地局との無線通信を行うために、ダイポールアンテナ１０６とは別に、アンテナ１１０が設けられる。特許文献１のアンテナ構造１００では、そのアンテナ１１０に対して、ダイポールアンテナ１０６が悪影響を与えることを防止するために、前述したようなインピーダンス素子１０２，１０５を設けている。すなわち、特許文献１では、プリント基板１０１，１０４の各接地パターンが、基地局との無線通信のための周波数帯で共振することを阻止すべく、インピーダンス素子１０２，１０５によって、その周波数帯の電流が接地パターンに通電することを減衰している。つまり、インピーダンス素子１０２，１０５の共振回路１１１は、基地局との無線通信のための周波数帯の電流にとっては開放に見える回路部１１５を含んでいる。

なお、共振回路１１１は、地上デジタルテレビ放送のための周波数帯の電流にとっては短絡に見えるように、上記回路部１１５に加えて、さらに、回路部１１６をも含んでいる。これにより、地上デジタルテレビ放送の周波数帯の電流は、共振回路１１１により減衰されることなく、接地パターンに通電するため、ダイポールアンテナ１０６は、地上デジタルテレビ放送のためのアンテナとして機能できる。

また、地上デジタルテレビ放送の電波の周波数帯は、例えば、４７０ＭHz〜７７０ＭHzである。また、基地局との無線通信のための電波の周波数帯は、例えば、１９２０ＭHz〜２１７０ＭHzである。

図１２（ａ）には、別のアンテナ構造１２０の一例が模式的に示されている（特許文献２参照）。このアンテナ構造１２０は、接地基板１２１と、当該接地基板１２１に立設されるアンテナ専用の誘電体基板１２２と、当該誘電体基板１２２に設けられるモノポール素子１２３とを備えている。モノポール素子１２３は、第１アンテナ素子１２４と、第２アンテナ素子１２５と、共振回路１２６とを備えている。第１アンテナ素子１２４および第２アンテナ素子１２５は、誘電体基板１２２にプリントされている。第１アンテナ素子１２４の一端側１２４ａは、給電源１２８に電気的に接続される。第１アンテナ素子１２４の他端側１２４ｂは、共振回路１２６を通して第２アンテナ素子１２５に電気的に接続されている。

共振回路１２６は、例えば、図１２（ｂ）に示されるような並列共振回路である。当該共振回路１２６は、誘電体基板１２２に形成されている。共振回路１２６の一端側１２６ａは、第１アンテナ素子１２４の他端部１２４ｂに接続され、他端側１２６ｂは、第２アンテナ素子１２５に接続されている。当該共振回路１２６は、所定の第２周波数Ｆ２の電流にとっては開放に見えるように構成されている。

このアンテナ構造１２０では、給電源１２８から第２周波数Ｆ２の電流が出力されると、当該電流は、共振回路１２６によって第２アンテナ素子１２５への通電が減衰されるので、第１アンテナ素子１２４のみに通電する。当該電流通電によって第１アンテナ素子１２４が第２周波数Ｆ２で共振するように、第１アンテナ素子１２４の長さＬ１が設定されている。また、給電源１２８から上記第２周波数Ｆ２よりも低い所定の第１周波数Ｆ１の電流が出力されると、当該電流は第１アンテナ素子１２４から共振回路１２６を通って第２アンテナ素子１２５に通電する。これにより、モノポール素子１２３の全体が第１周波数Ｆ１で共振するように第１アンテナ素子１２４と第２アンテナ素子１２５の合計の長さＬ３（Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２）が設定されている。

すなわち、このアンテナ構造１２０では、第１周波数Ｆ１を含む第１周波数帯、および、第２周波数Ｆ２を含む第２周波数帯での無線通信が可能となっている。

特開２００９−１４７５１３号公報 特開平８−１８６４２０号公報

近年、携帯電話端末は、基地局との無線通信の機能だけでなく、例えば、前述したようなテレビ放送受信機能や、Bluetooth（登録商標）の機能等の無線通信を利用した他の機能をも備えることが多くなってきている。このため、携帯電話端末には、無線通信を利用する複数の機能に対応すべく、複数のアンテナを搭載する必要が生じている。特許文献１に示されている携帯電話端末では、基地局との無線通信のためのアンテナ１１０と、テレビ放送受信のためのダイポールアンテナ１０６との２つのアンテナを備えている。しかしながら、携帯電話端末には小型化の要求があり、この要求に応えるために端末の筐体内に余分なスペースが殆ど無い状態であるので、そのような携帯電話端末に、大型化せずに、さらに別のアンテナを設けることは非常に困難である。

特許文献２のアンテナ構造１２０では、第１周波数帯の無線通信が可能なモノポール素子１２３の一部、つまり、第１アンテナ素子１２４を第２周波数帯の無線通信のためのアンテナとして利用可能となっている。すなわち、モノポール素子１２３は、第１周波数帯の無線通信と、第２周波数帯の無線通信とに兼用のアンテナとなっている。この特許文献２の構成では、アンテナの大型化を回避しながら、無線通信に対応可能な周波数帯の増加を図ることができる。しかしながら、そのために、アンテナ専用の誘電体基板１２２に、共振回路１２６を設けなければならない。アンテナ専用の誘電体基板１２２に、アンテナ素子１２４，１２５を設けるだけでなく、共振回路１２６を設けなければならないために、製造工程が増加するという問題が生じる。

本発明は上記課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の目的は、無線通信装置の大型化、および、製造工程の増加を抑制しつつ、無線通信のための周波数帯を増加できるアンテナ構造および無線通信装置およびアンテナ構成方法を提供することにある。

本発明のアンテナ構造は、
第１回路基板に形成されている第１接地パターンと、
前記第１回路基板の隣に配置される第２回路基板に形成されている第２接地パターンと、
前記第１回路基板と前記第２回路基板との端部同士を結ぶ所定の領域内に配置されるヒンジ導体部と、
前記第１回路基板に設けられ所定の第１周波数帯の電流を通し当該第１周波数帯よりも高い所定の第２周波数帯の電流を減衰する電流制御部と、
を備え、
前記第１接地パターンが、前記電流制御部と、前記ヒンジ導体部とを順に通って、前記第２回路基板に設けられる給電源の入出力部に電気的に接続され、かつ、前記第２接地パターンが、前記給電源の別の入出力部に電気的に接続され、前記第１接地パターンと前記電流制御部と前記ヒンジ導体部と前記第２接地パターンは第１アンテナとして機能し、前記ヒンジ導体部と前記第２接地パターンは第２アンテナとしても機能する。

本発明の無線通信装置は、上記したアンテナ構造を備えている。

本発明のアンテナ構成方法は、
第１回路基板に形成されている第１接地パターンと、
前記第１回路基板の隣に配置される第２回路基板に形成されている第２接地パターンと、
前記第１回路基板と前記第２回路基板との端部同士を結ぶ所定の領域内に配置されるヒンジ導体部と、
前記第１回路基板に設けられ所定の第１周波数帯の電流を通し当該第１周波数帯よりも高い所定の第２周波数帯の電流を減衰する電流制御部と、
を備え、
前記第１接地パターンが、前記電流制御部と、前記ヒンジ導体部とを順に通って、前記第２回路基板に設けられる給電源の入出力部に電気的に接続され、かつ、前記第２接地パターンが、前記給電源の別の入出力部に電気的に接続されるアンテナ構造に前記第１周波数帯の無線通信を行わせる場合には、前記給電源から前記第１周波数帯の電流を出力させ、当該電流を、前記第２接地パターンに通電させると共に、前記ヒンジ導体部と前記電流制御部と前記第１接地パターンに通電させ、この前記第１周波数帯の電流の通電部分を、前記第１周波数帯で共振させて第１アンテナとして機能させ、
前記アンテナ構造に前記第２周波数帯の無線通信を行わせる場合には、前記給電源から前記第２周波数帯の電流を出力させ、当該電流を、前記第２接地パターンに通電させると共に、前記ヒンジ導体部を通って前記電流制御部に至るまで通電させ、前記第１アンテナの一部である前記第２周波数帯の電流の通電部分を、前記第２周波数帯で共振させて第２アンテナとして機能させる。

本発明によれば、大型化、および、製造工程の増加を抑制しつつ、無線通信のための周波数帯を増加できる。

第１実施形態のアンテナ構造およびそれを備えた無線通信装置を説明するための図である。 第２実施形態のアンテナ構造を模式的に表した図である。 第２実施形態のアンテナ構造が組み込まれる無線通信装置の一例を表したモデル図である。 共振回路の一例を説明するための図である。 別の共振回路の一例を説明するための図である。 第２実施形態のアンテナ構造におけるヒンジ導体部側から給電源側を見た場合のインピーダンス特性を表したスミスチャートである。 第２実施形態のアンテナ構造のリターンロス特性とインピーダンス特性の一例を説明するための図である。 リターンロスと損失との関係を表したグラフである。 比較例を説明するための図である。 第３実施形態のアンテナ構造を説明するための図である。 特許文献１に示されているアンテナ構造を説明するための図である。 特許文献２に示されているアンテナ構造を説明するための図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）に示すように、第１実施形態のアンテナ構造１は、第１接地パターン３と、第２接地パターン４と、ヒンジ導体部５と、電流制御部６とを備えている。第１接地パターン３は、第１回路基板７に形成されている。第２接地パターン４は、第１回路基板７の隣に配置される第２回路基板８に設けられている。ヒンジ導体部５は、第１回路基板７と、第２回路基板８との端部同士を結ぶ所定の領域Ｚの内部に配置されている。電流制御部６は、第１回路基板７に設けられている。当該電流制御部６は、所定の第１周波数帯の電流を通し当該第１周波数帯よりも高い所定の第２周波数帯の電流を減衰する機能を備えている。

このアンテナ構造１では、第２回路基板８に給電源１０が設けられる。第１接地パターン３は、電流制御部６と、ヒンジ導体部５とを順に通って給電源１０の入出力部に電気的に接続される。第２接地パターン４は、給電源１０の別の入出力部に電気的に接続される。このアンテナ構造１では、第１接地パターン３と電流制御部６とヒンジ導体部５と第２接地パターン４は第１アンテナとして機能し、ヒンジ導体部５と第２接地パターン４は第２アンテナとしても機能する。

この第１実施形態のアンテナ構造１は上記のように構成されている。この第１実施形態のアンテナ構造１は、図１（ｂ）に示すように、無線通信装置１２に組み込まれ当該無線通信装置１２を構成する。

この第１実施形態のアンテナ構造１に、第１周波数帯の無線通信を行わせる場合には、給電源１０から第１周波数帯の電流を出力する。これにより、第１周波数帯の電流が第２接地パターン４に通電すると共に、ヒンジ導体部５と電流制御部６を通って第１接地パターン３に通電する。これにより、第１周波数帯の電流の通電部分、つまり、第１アンテナが第１周波数帯で共振し第１周波数帯の無線通信を行う。

この第１実施形態のアンテナ構造１に、第２周波数帯の無線通信を行わせる場合には、給電源１０から第２周波数帯の電流を出力する。これにより、第２周波数帯の電流が第２接地パターン４に通電すると共に、ヒンジ導体部５を通って電流制御部６に至るまで通電する。これにより、第２周波数帯の電流の通電部分、つまり、第２アンテナが第２周波数帯で共振し第２周波数帯の無線通信を行う。

この第１実施形態のアンテナ構造１、および、当該アンテナ構造１を備えた無線通信装置１２は、次のような効果を得ることができる。すなわち、この第１実施形態のアンテナ構造１においては、第１回路基板７の第１接地パターン３と、第２回路基板８の第２接地パターン４と、ヒンジ導体部５とがアンテナとしての主要部分であり、当該主要部分は、無線通信装置の一部でもある。このため、無線通信装置において第１実施形態のアンテナ構造１のためのアンテナ設置専用スペースを小さく抑えることができる。また、この第１実施形態のアンテナ構造１では、前述したように、第１アンテナの一部を第２アンテナとして機能させる構成としている。このため、上記のように無線通信装置におけるアンテナ設置専用スペースの抑制を図ることができる上に、実質的なアンテナの数（無線通信対応可能な周波数帯の数）を増加させることができる。

さらに、この第１実施形態では、電流制御部６は回路基板７に設けられるため、その回路基板７に、他の回路と同時に電流制御部６を設けることができる。つまり、製造工程の増加を抑制することができる。

さらに、この第１実施形態では、第１接地パターン３と給電源１０の間に電流制御部６が設けられている。その給電源１０から電流制御部６までの部分の電気的な長さ（電気長）の不足によって当該部分をアンテナとして機能させることが難しいと懸念されるところである。これに対し、この第１実施形態では、給電源１０と電流制御部６との通電経路の途中にヒンジ導体部５を設け、当該ヒンジ導体部５をアンテナとして機能させている。このヒンジ導体部５によって、上記したような電気長不足を解消することが可能である。このため、前述したように、電流制御部６までの部分でも所定の第２周波数帯での無線通信が可能になっている。

以上のように、この第１実施形態のアンテナ構造１および当該アンテナ構造１を組み込んだ無線通信装置１２は、大型化、および、製造工程の増加を抑制しながら、無線通信に対応可能な周波数帯の数を増加できるという効果を得ることができる。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態を説明する。

図２には、第２実施形態のアンテナ構造２０が模式的に示されている。この第２実施形態のアンテナ構造２０は、第１接地パターン２１と、第２接地パターン２２と、ヒンジ導体部２３と、電流制御部２４とを備えている。さらに、アンテナ構造２０は、第１給電側電流制御部２５と、第２給電側電流制御部２６と、第１インピーダンス整合回路２７と、第２インピーダンス整合回路２８と、接続部材２９，３０とを備えている。このアンテナ構造２０は、図３に示されるような無線通信装置である折り畳み式（クラムシェル型）携帯電話端末３２に組み込まれている。

なお、ここで、図３の携帯電話端末３２について簡単に説明する。携帯電話端末３２は、第１筐体３４と、第２筐体３５と、ヒンジ部３６，３７とを備えている。第１筐体３４には、液晶画面等の画面表示手段３８が設けられている。また、第１筐体３４には、第１回路基板４０が内蔵されている。第２筐体３５には、数字キーや決定キーを含む操作部３９が設けられている。さらに、第２筐体３５には、第２回路基板４１が内蔵されている。この第２回路基板４１には、携帯電話端末３２の動作制御を行う制御回路を含む電気回路が形成されている。さらに、第２回路基板４１の図の裏面側には、ヒンジ部３６，３７寄りに、基地局との無線通信を行うための図２の点線に示されるアンテナ４２が設けられている。ヒンジ部３６，３７は、第１筐体３４と第２筐体３５を、当該ヒンジ部３６，３７を中心にして回転変位が自在な状態で連結する構成を備えている。

図２に示す第２実施形態のアンテナ構造２０において、第１接地パターン２１は、携帯電話端末３２の第１回路基板４０に形成されている。この第１接地パターン２１は、第１回路基板４０に形成されている電気回路のグラウンドとしての機能を備えている。第２接地パターン２２は、携帯電話端末３２の第２回路基板４１に形成されている。この第２接地パターン２２は、第２回路基板４１に形成されている電気回路のグラウンドとしての機能を備えている。ところで、第２回路基板４１には、携帯電話端末３２の給電源５６が形成されている。この給電源５６は、第１給電部５７と、第２給電部５８とを含んでいる。第１給電部５７は、所定の第１周波数帯の電流（搬送波）の送信および受信を行う機能を備えている。第２給電部５８は、第１周波数帯よりも高い所定の第２周波数帯の電流（搬送波）の送信および受信を行う機能を備えている。この第２実施形態では、第１周波数帯は、例えば地上デジタルテレビ放送の周波数帯であり、５６０ＭHz〜７２０ＭHzである。第２周波数帯は、例えばBluetooth（登録商標）の周波数帯であり、２．４ＧHz〜２．５ＧHzである。

第２接地パターン２２は、給電源５６の第１給電部５７および第２給電部５８のそれぞれの入出力部５７ｂ，５８ｂに電気的に接続されている。

この第２実施形態では、ヒンジ導体部２３は、携帯電話端末３２のヒンジ部３７，３６のうちの一方（図２の例ではヒンジ部３６）を構成する一つの部品である。このヒンジ導体部２３は、金属により構成されている。

電流制御部２４は、第１回路基板４０に形成されている。当該電流制御部２４は、前記第１周波数帯の電流を通し前記第２周波数帯の電流を減衰する機能を備えている。

この第２実施形態では、電流制御部２４は、図４（ａ）に示されるような共振回路４３を含んでいる。その共振回路４３は、コンデンサ４４とコイル４５の並列共振回路４６に、コンデンサ４７が直列に接続された回路である。当該共振回路４３の両端部４３ａ，４３ｂのうちの一方が、第１接地パターン２１のヒンジ側端部２１ａに電気的に接続される。共振回路４３の他方側の端部は、接続部材２９に電気的に接続される。当該共振回路４３では、コンデンサ４４とコイル４５が第２周波数帯で並列共振し、かつ、並列共振回路４６とコンデンサ４７が第１周波数帯で直列共振するように、回路定数が設定されている。これにより、共振回路４３は、図４（ｂ）の実線Ａに示されるようなインピーダンス特性を持つ。すなわち、図４（ｂ）の実線Ａは、共振回路４３のインピーダンスが、５６０ＭHzから２．５ＧHzまでの周波数変化によって、どのように変化するかをスミスチャートを利用して表したものである。当該実線Ａは、点ａ₁から、点ａ₂〜点ａ₅を順に通りながらスミスチャートの最外円に沿って伸び、点ａ₆に至っている。上記点ａ₁は５６０ＭHzに対応し、点ａ₂は６４０ＭHzに対応し、点ａ₃は７２０ＭHzに対応し、点ａ₄は２．４ＧHzに対応し、点ａ₅は２．４５ＧHzに対応し、点ａ₆は２．５ＧHzに対応している。実線Ａのインピーダンス特性に示されるように、共振回路４３は、上記のように設定されることによって、第１周波数帯（５６０ＭHz〜７２０ＭHz）で短絡（ショート）又は略短絡に見え、第２周波数帯（２．４ＧHz〜２．５ＧHz）で開放（オープン）又は略開放に見える。つまり、共振回路４３は、第１周波数帯の電流は通電し、第２周波数帯の電流は減衰する。

接続部材２９は、導体により構成されている。当該接続部材２９は、電流制御部２４と、ヒンジ導体部２３とを電気的に接続させるためのものである。当該接続部材２９の一端側２９ａは第１回路基板４０に固定されている。当該接続部材２９の固定端部２９ａは、前述したように、電流制御部２４（共振回路４３）の端部に電気的に接続される。接続部材２９の他端側２９ｂは自由端である。接続部材２９は弾性変形し、当該接続部材２９の自由端部２９ｂは、その弾性変形による復元力によってヒンジ導体部２３を押圧している。これにより、接続部材２９と、ヒンジ導体部２３とは電気的に接続している。

接続部材３０も、接続部材２９と同様に、導体により構成されている。この接続部材３０の一端側３０ａは第２回路基板４１に固定されている。接続部材３０の他端側３０ｂは自由端である。接続部材２９と同様に、接続部材３０の自由端部３０ｂが弾性変形による復元力によってヒンジ導体部２３を押圧して当該ヒンジ導体部２３に電気的に接続している。

第１給電側電流制御部２５は、電流制御部２４と同様に、第１周波数帯の電流を通し第２周波数帯の電流を減衰するものであり、この第２実施形態では、前述した共振回路４３を含んでいる。この第１給電側電流制御部２５に含まれる共振回路４３の一端部４３ａは、接続部材３０の固定端部３０ａに電気的に接続される。当該共振回路４３の他端部４３ｂは第１インピーダンス整合回路２７に電気的に接続される。

第２給電側電流制御部２６は、第２周波数帯の電流を通し第１周波数帯の電流を減衰するものであり、この第２実施形態では、図５（ａ）に示されるような共振回路５０を含んでいる。共振回路５０は、コンデンサ５１とコイル５２の並列共振回路５３に、コイル５４が直列に接続された回路である。当該共振回路５０の一方側の端部５０ａが、接続部材３０の固定端部３０ａに電気的に接続される。共振回路５０の他方側の端部５０ｂは、第２インピーダンス整合回路２８に電気的に接続される。この共振回路５０では、コンデンサ５１とコイル５２が第１周波数帯で並列共振し、かつ、並列共振回路５３とコイル５４が第２周波数帯で直列共振するように、回路定数が設定されている。これにより、共振回路５０は、図５（ｂ）の実線Ｂに示されるようなインピーダンス特性を持つ。すなわち、図５（ｂ）の実線Ｂは、共振回路５０のインピーダンスが、５６０ＭHzから２．５ＧHzまでの周波数変化によって、どのように変化するかをスミスチャートを利用して表したものである。当該実線Ｂは、点ｂ₁から、点ｂ₂〜点ｂ₅を順に通りながらスミスチャートの最外円に沿って伸び、点ｂ₆に至っている。上記点ｂ₁は５６０ＭHzに対応し、点ｂ₂は６４０ＭHzに対応し、点ｂ₃は７２０ＭHzに対応し、点ｂ₄は２．４ＧHzに対応し、点ｂ₅は２．４５ＧHzに対応し、点ｂ₆は２．５ＧHzに対応している。実線Ｂのインピーダンス特性に示されるように、共振回路５０は、上記のように設定されることによって、第１周波数帯（５６０ＭHz〜７２０ＭHz）で開放（オープン）又は略開放に見え、第２周波数帯（２．４ＧHz〜２．５ＧHz）で短絡（ショート）又は略短絡に見える。つまり、共振回路５０は、第２周波数帯の電流は通電し、第１周波数帯の電流は減衰する。

第１インピーダンス整合回路２７は、前述したように、第１給電側電流制御部２５（共振回路４３）に電気的に接続されている。また、当該第１インピーダンス整合回路２７は、第１給電部５７の入出力部５７ａに電気的に接続されている。この第１インピーダンス整合回路２７は、第１給電部５７との接続部分から見たヒンジ導体部２３側（アンテナ側）のインピーダンスが、第１給電部５７側（回路側）のインピーダンス（例えば５０Ω）に整合するようにインピーダンス整合を図るための回路である。そのようなインピーダンス整合を図るための回路には様々な回路があり、ここでは、それら回路構成の何れを採用してもよく、その説明は省略する。

第２インピーダンス整合回路２８は、前述したように、第２給電側電流制御部２６（共振回路５０）に電気的に接続されている。また、当該第２インピーダンス整合回路２８は、第２給電部５８の入出力部５８ａに電気的に接続されている。この第２インピーダンス整合回路２８は、第２給電部５８との接続部分から見たヒンジ導体部２３側（アンテナ側）のインピーダンスが、第２給電部５８側（回路側）のインピーダンス（例えば５０Ω）に整合するようにインピーダンス整合を図るための回路である。この第２インピーダンス整合回路２８においても、第１インピーダンス整合回路２７と同様に、様々にあるインピーダンス整合回路のうちの何れの回路構成を採用してもよく、ここでは、その説明は省略する。

この第２実施形態では、上記のようなインピーダンス整合回路２８，２７を備えているので、アンテナ側と、回路側とをインピーダンス整合させることができる。図６には、接続部材３０の固定端部３０ａ（アンテナ側）から給電源５６側（回路側）を見たインピーダンスＺ₅₆がスミスチャート中の実線Ｃにより示されている。すなわち、インピーダンスＺ₅₆は、周波数の変化によって、実線Ｃに示されるように、変化している。実線Ｃは、点Ｃα（横軸１．０）を通っており、第１周波数帯および第２周波数帯におけるインピーダンスＺ₅₆はほぼ点Ｃαで示されるインピーダンスとなっている。スミスチャート中における横軸１．０の位置（点Ｃα）は、アンテナ側と回路側とのインピーダンスが整合している状態を表す位置である。このことから、この第２実施形態では、インピーダンス整合回路２８，２７によって、アンテナ側と、回路側とがインピーダンス整合できていることが分かる。

この第２実施形態のアンテナ構造２０においては、第２給電部５８から第２周波数帯の電流が出力されると、当該第２周波数帯の電流は、第２接地パターン２２に通電する。それと共に、第２周波数帯の電流は、第２インピーダンス整合回路２８と、第２給電側電流制御部２６と、接続部材３０と、ヒンジ導体部２３と、接続部材２９とを順に通って、電流制御部２４に至る。当該第２周波数帯の電流は、その電流制御部２４によって、第１接地パターン２１への通電が減衰される。この第２実施形態では、その第２周波数帯の電流の通電部分が第２周波数帯で共振して第２ダイポールアンテナ（第２アンテナ）として機能できるように、次のように設計されている。すなわち、第２給電部５８からヒンジ導体部２３を通って電流制御部２４に至るまでの通電部分の電気的な長さ（電気長）が、第２周波数帯の電流の波長に基づいて予め定めた電気長となるように、ヒンジ導体部２３等の電気長が設計されている。さらに述べれば、この第２実施形態では、第２周波数帯の電流の通電部分において、第２ダイポールアンテナとして主に動作するのは、ヒンジ導体部２３である。このことから、上記電気長に関わる設計は、主に、ヒンジ導体部２３で行う。つまり、第２周波数帯の電流の通電部分が前記したような所定の電気長を持つことができるように、ヒンジ導体部２３の大きさ、および、ヒンジ導体部２３における接続部材２９の接続位置と接続部材３０の接続位置との間隔が設計される。

また、この第２実施形態のアンテナ構造２０では、例えば、第１給電部５７から第１周波数帯の電流が出力されると、当該第１周波数帯の電流は、第２接地パターン２２に通電する。それと共に、第１周波数帯の電流は、第１インピーダンス整合回路２７と、第１給電側電流制御部２５と、接続部材３０と、ヒンジ導体部２３と、接続部材２９と、電流制御部２４とを順に通って、第１接地パターン２１のヒンジ側端部２１ａに至る。さらに、当該電流は、その第１接地パターン２１のヒンジ側端部２１ａから、当該ヒンジ側端部２１ａに向き合う端部２１ｂに向かって通電する。この第２実施形態では、その通電部分が第１周波数帯で共振して第１ダイポールアンテナ（第１アンテナ）として機能するように、次のように設計されている。すなわち、第１給電部５７からヒンジ導体部２３を通って第１接地パターン２１の端部２１ｂに至るまでの通電部分の電気的な長さ（電気長）が、第１周波数帯の電流の波長に基づいて予め定めた電気長となるように、第１接地パターン２１等の電気長が設計される。

この第２実施形態のアンテナ構造２０においては、上記のように、第１ダイポールアンテナの一部が第２ダイポールアンテナとして機能する。

この第２実施形態のアンテナ構造２０は上記のように構成されている。当該アンテナ構造２０を利用して、第２周波数帯の無線送信（この第２実施形態では、Bluetooth（登録商標）の無線送信）を行いたい場合には、第２給電部５８から無線送信のための第２周波数帯の電流を出力する。これにより、第２ダイポールアンテナが第２周波数帯で共振して、第２周波数帯での無線送信が行われる。また、第２周波数帯の電波（Bluetooth（登録商標）の電波）がアンテナ構造２０に到来すると、第２ダイポールアンテナが第２周波数帯で共振して、その電波を受信する。これにより、受信による第２周波数帯の電流が第２ダイポールアンテナから第２給電部５８に伝達される。

さらに、第１周波数帯の電波（この第２実施形態では、地上デジタルテレビ放送の電波）がアンテナ構造２０に到来すると、第１ダイポールアンテナが第１周波数帯で共振して、その電波を受信する。これにより、受信による第１周波数帯の電流が第１ダイポールアンテナから第１給電部５７に伝達される。

この第２実施形態のアンテナ構造２０は上記のような構成を備えているので、次のような効果を得ることができる。すなわち、アンテナ構造２０の主要な構成部分は、第１接地パターン２１と、第２接地パターン２２と、ヒンジ導体部２３とであり、それら構成部分２１，２２，２３は携帯電話端末（無線通信装置）３２を構成するものでもある。このため、携帯電話端末３２に、アンテナ構造２０を設けるためのアンテナ専用の大きな設置スペースを用意しなくて済む。換言すれば、携帯電話端末３２の小型化を図ることができる。

さらに、アンテナ構造２０では、第１ダイポールアンテナの一部を第２ダイポールアンテナとして機能させている。このため、アンテナ構造２０を大型化することなく、無線通信が可能な周波数帯の数を増加させることができる。すなわち、このアンテナ構造２０を用いることによって、携帯電話端末３２は、小型化を図りながらも、無線通信のための周波数帯の数を増加させることができるという効果を得ることができる。

さらに、アンテナ構造２０では、第１ダイポールアンテナの一部を第２ダイポールアンテナとして機能させるために、共振回路４３（電流制御部２４）を設けている。この電流制御部２４は、第１回路基板４０に設けられている。このため、電流制御部２４は、第１回路基板４０に設けられる他の電気回路と共に、同じ工程で製造可能である。これにより、電流制御部２４を製造するための工程をわざわざ増やさなくて済む。つまり、製造工程の増加を抑制できる。

さらに、アンテナ構造２０では、第２給電部５８から第１接地パターン２１のヒンジ側端部２１ａに至る手前側（電流制御部２４）までの部分を第２ダイポールアンテナとして機能させる構成である。その第２給電部５８から電流制御部２４までの部分は、電気長不足によって、要望の第２周波数帯で共振させてアンテナとして機能できないことが懸念される。これに対し、この第２実施形態では、ヒンジ導体部２３をただの接続部材として機能させるのではなく、アンテナとして機能させて電気長不足を解消している。このため、第２給電部５８から電流制御部２４までの部分を、要望の第２周波数帯で共振する第２ダイポールアンテナとして機能させることが可能になっている。

この第２実施形態のアンテナ構造２０は、上記のように、大型化、および、製造工程の増加を抑制しながら、無線通信のための周波数帯の数を増加させることができるという効果を得ることができる。

さらに、この第２実施形態では、電流制御部２４と、第１給電側電流制御部２５と、第２給電側電流制御部２６とは、共振回路を含んでいる。当該共振回路は、第１周波数帯と第２周波数帯の電流成分を含んだ電流のうち、第１周波数帯と第２周波数帯のうちの一方の電流成分を減衰し、他方の電流成分を通電するという機能（周波数分離）を持っている。このため、第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナを同時に動作させることができる。これにより、アンテナ構造２０によって、例えば、地上デジタルテレビ放送を受信しながら、携帯電話端末３２から離れたスピーカやヘッドホンに向けてBluetooth（登録商標）の無線通信により音声信号を送信することが可能である。

本発明者は、この第２実施形態のアンテナ構造２０が、第１周波数帯および第２周波数帯での無線通信を良好に行うことが可能であることを実験により確認している。その実験では、接続部材３０の固定端部３０ａからヒンジ導体部２３側（アンテナ側）を見た場合のリターンロス特性とインピーダンス特性を調べている。なお、給電源５６からヒンジ導体部２３側（アンテナ側）を見ると、互いの共振回路４３，５０（電流制御部２５，２６）が影響し合って、正確なインピーダンス特性を得ることができない。このため、上記実験では、接続部材３０の固定端部３０ａからアンテナ側を見てインピーダンス特性を調べた。

上記実験により得られたリターンロス特性は、図７（ａ）のグラフ中の実線Ｄで表した。また、インピーダンス特性に関しては、図７（ｂ）のスミスチャート中の実線Ｅで表した。なお、図７（ｂ）の図中の点ｅ₀〜点ｅ₇は、それぞれ、図７（ａ）に示す周波数ｅ₀〜ｅ₇に対応するインピーダンスを表している。ｅ₀は１００ＭHzであり、ｅ₁は５６０ＭHzであり、ｅ₂は６４０ＭHzであり、ｅ₃は７２０ＭHzである。また、ｅ₄は２．４ＧHzであり、ｅ₅は２．４５ＧHzであり、ｅ₆は２．５ＧHzであり、ｅ₇は３．０ＧHzである。

図７（ａ）のリターンロス特性を見ると、アンテナ構造２０では、第１周波数帯（５６０ＭHz〜７２０ＭHz）に第１ダイポールアンテナによる共振が見られる。また、第２周波数帯（２．４ＧHz〜２．５ＧHz）を含む周波数帯に第２ダイポールアンテナによる共振も見られる。なお、図７（ａ）において、約１．９ＧHzに見られる共振は、第１ダイポールアンテナの高次の共振（３倍波）によるものである。

図８に示されるような、アンテナ構造のリターンロスと、無線通信状態に悪影響を与える損失との間の関係に基づいて、所定の良好な無線通信を得るためには、リターンロスが−５dB以下であることが好ましいとされている。上記実験では、アンテナ構造２０において、第１周波数帯および第２周波数帯におけるリターンロス特性が−５dB以下である。これにより、実験結果から、アンテナ構造２０は、第１周波数帯の無線通信（地上デジタルテレビ放送の無線通信）および第２周波数帯の無線通信（Bluetooth（登録商標）の無線通信）を両方共に良好に行うことができることが分かる。

本発明者は、第２実施形態のアンテナ構造２０と比較するために、図９（ｂ）に示されるような比較例のアンテナ構造６０に関しても、リターンロス特性およびインピーダンス特性を前記同様に調べている。比較例としてのアンテナ構造６０は、電流制御部２４と第２給電側電流制御部２６と第２インピーダンス整合回路２８が省略されている以外は第２実施形態のアンテナ構造２０と同様な構成を備えている。この比較例のアンテナ構造６０のリターンロス特性は図９（ａ）の実線Ｈに、また、アンテナ構造６０のインピーダンス特性は図９（ｃ）の実線Ｊに、それぞれ、示されている。なお、図９（ａ）に示される周波数ｅ₀〜ｅ₇は、図７（ａ）の周波数ｅ₀〜ｅ₇と同じであり、図９（ｃ）の図中の点ｅ₀〜点ｅ₇は、それぞれ、それら周波数ｅ₀〜ｅ₇に対応するインピーダンスを表している。

この比較例のアンテナ構造６０のリターンロス特性を見ると、第１周波数帯（５６０ＭHz〜７２０ＭHz）を含む共振は見られるが、第２周波数帯（２．４ＧHz〜２．５ＧHz）を含む共振は見られない。つまり、アンテナ構造６０では、第１周波数帯の無線通信を行うことができるが、第２周波数帯の無線通信は行うことができない。なお、図９（ａ）において、約１．９ＧHzに見られる共振は、アンテナ構造２０と同様に、第１ダイポールアンテナの高次の共振（３倍波）によるものである。

この第２実施形態のアンテナ構造２０と、比較例のアンテナ構造６０とのリターンロス特性を比較すると、アンテナ構造２０は、第２周波数帯の無線通信に対応可能であるのに対して、アンテナ構造６０は、第２周波数帯の無線通信を良好に行うことはできない。すなわち、この第２実施形態のアンテナ構造２０は、アンテナ構造６０に比べて、携帯電話端末３２の大型化を抑制しながら、良好な無線通信が可能な周波数帯の増加を図ることができることが分かる。

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態を説明する。

図１０に示されるように、この第３実施形態のアンテナ構造６３においては、第２実施形態で示した第１インピーダンス整合回路２７と第２インピーダンス整合回路２８を設けるのに代えて、共通インピーダンス整合回路６４を設けている。この構成以外のアンテナ構造６３の構成は第２実施形態のアンテナ構造２０とほぼ同様である。この第３実施形態の説明では、第２実施形態と共通する部分の重複説明は省略する。

この第３実施形態では、第１給電側電流制御部２５は、第２実施形態と同様に、図４（ａ）に示すような共振回路４３を含む。その共振回路４３の一端側４３ｂは第１給電部５７の入出力部５７ａに、また、他端側４３ａは共通インピーダンス整合回路６４に、それぞれ、電気的に接続されている。

第２給電側電流制御部２６は、第２実施形態と同様に、図５（ａ）に示すような共振回路５０を含む。その共振回路５０の一端側５０ｂは第２給電部５８の入出力部５８ａに、また、他端側５０ａは共通インピーダンス整合回路６４に、それぞれ、電気的に接続されている。

共通インピーダンス整合回路６４は、給電源６側（回路側）とヒンジ導体部２３側（アンテナ側）とのインピーダンスを整合させるための回路である。前述したように、インピーダンス整合回路には様々な回路構成があり、ここでは、何れの回路構成をも共通インピーダンス整合回路６４として採用してよく、その説明は省略する。

この第３実施形態のアンテナ構造６３のアンテナとしての主要構成部分は、第２実施形態のアンテナ構造２０と同様である。このために、第２実施形態と同様に、大型化、および、製造工程の増加を抑制しながら、無線通信のための周波数帯の数を増加できるという効果を得ることができる。

また、この第３実施形態では、第１インピーダンス整合回路２７と第２インピーダンス整合回路２８に代えて、共通インピーダンス整合回路６４を設けていることから、回路構成の簡略化を図ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第２と第３の実施形態では、電流制御部２４は、共振回路によって電流の通電と減衰を制御していた。これに対し、電流制御部２４は、共振回路に代えて、スイッチ回路を含む構成であってもよい。そのスイッチ回路は、例えば携帯電話端末３２の動作制御を行う制御回路によって、次のように制御される。つまり、スイッチ回路は、上記制御回路の制御動作によって、第１周波数帯の電流を第１接地パターン２１に導くべくスイッチオン状態となり、第２周波数帯の電流を減衰すべくスイッチオフ状態となる。当該スイッチ回路としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ（Field-effect-transistor））等のトランジスタを用いたスイッチ回路や、ｐｉｎ（p-intrinsic-n）ダイオード等のダイオードを用いたスイッチ回路などがある。

上記のように、電流制御部２４がスイッチ回路を含む構成である場合には、アンテナ構造２０，６３は、第１周波数帯と第２周波数帯とのうち、上記スイッチ回路のスイッチング状態に応じた側の周波数帯のみの無線通信を行うことになる。このため、上記のように、電流制御部２４がスイッチ回路を含む構成である場合には、第１給電側電流制御部２５と第２給電側電流制御部２６とのうちの一方又は両方も、共振回路に代えて、スイッチ回路を含む構成としてもよい。それらスイッチ回路も、携帯電話端末３２の制御回路によって、スイッチング動作が制御されることになる。

また、第２や第３の実施形態では、ヒンジ導体部２３はヒンジ部３６を構成する一つの部品であった。これに代えて、ヒンジ導体部は、例えば、ヒンジ部３６を構成する誘電体の部品に形成されたアンテナエレメントであってもよい。この場合には、第２ダイポールアンテナが設定の電気長を精度良く持つことができるように、そのヒンジ導体部において容易に電気長を調整することができるようになる。

さらに、第２や第３の実施形態では、アンテナ構造２０，６３が組み込まれる無線通信装置の一例として、携帯電話端末３２を示したが、本発明のアンテナ構造を備えた無線通信装置は、携帯電話端末３２に限定されるものではない。例えば、本発明のアンテナ構造を備えた無線通信装置のその他の例としては、ヒンジ部を備えたＰＤＡ（Personal-Digital-Assistant）等の携帯情報端末などがある。

１，２０，６３ アンテナ構造
３，２１ 第１接地パターン
４，２２ 第２接地パターン
５，２３ ヒンジ導体部
６，２４ 電流制御部
２５ 第１給電側電流制御部
２６ 第２給電側電流制御部
２７ 第１インピーダンス整合回路
２８ 第２インピーダンス整合回路
４３，５０ 共振回路

Claims (11)

1. 第１回路基板に形成されている第１接地パターンと、
   前記第１回路基板の隣に配置される第２回路基板に形成されている第２接地パターンと、
   前記第１回路基板と前記第２回路基板との端部同士を結ぶ所定の領域内に配置されるヒンジ導体部と、
   前記第１回路基板に設けられ所定の第１周波数帯の電流を通し当該第１周波数帯よりも高い所定の第２周波数帯の電流を減衰する電流制御部と、
   を備え、
   前記第１接地パターンが、前記電流制御部と、前記ヒンジ導体部とを順に通って、前記第２回路基板に設けられる給電源の入出力部に電気的に接続され、かつ、前記第２接地パターンが、前記給電源の別の入出力部に電気的に接続され、前記第１接地パターンと前記電流制御部と前記ヒンジ導体部と前記第２接地パターンは第１アンテナとして機能し、前記ヒンジ導体部と前記第２接地パターンは第２アンテナとしても機能するアンテナ構造。
2. 前記電流制御部は、前記第１周波数帯の電流にとっては短絡又は略短絡に見え前記第２周波数帯の電流にとっては開放又は略開放に見える共振回路を含んでいる請求項１記載のアンテナ構造。
3. 前記電流制御部は、電流の通電と減衰を切り換えるスイッチ回路を含んでいる請求項１記載のアンテナ構造。
4. 前記第２回路基板に設けられ前記第１周波数帯の電流を通電し前記第２周波数帯の電流の通電を減衰する第１給電側電流制御部と、
   前記第２回路基板に設けられ前記第２周波数帯の電流を通電し前記第１周波数帯の電流の通電を減衰する第２給電側電流制御部と、
   を、さらに、備え、
   前記ヒンジ導体部は、前記第１給電側電流制御部を通って、前記給電源に含まれる前記第１周波数帯に対応の第１給電部の入出力部に接続され、かつ、前記第２給電側電流制御部を通って、前記給電源に含まれる前記第２周波数帯に対応の第２給電部の入出力部にも接続される請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアンテナ構造。
5. 前記第１給電側電流制御部は、前記第１周波数帯の電流にとっては短絡又は略短絡に見え前記第２周波数帯の電流にとっては開放又は略開放に見える共振回路を含み、
   前記第２給電側電流制御部は、前記第１周波数帯の電流にとっては開放又は略開放に見え前記第２周波数帯の電流にとっては短絡又は略短絡に見える共振回路を含んでいる請求項４記載のアンテナ構造。
6. 前記第１給電側電流制御部と、前記第２給電側電流制御部とのうちの少なくとも一つは、電流の通電と減衰を切り換えるスイッチ回路を含んでいる請求項４記載のアンテナ構造。
7. 前記ヒンジ導体部を前記第１給電側電流制御部を通して前記第１給電部に電気的に接続させるための電流経路上に設けられ前記第１給電部側と前記ヒンジ導体部側とのインピーダンス整合のための第１インピーダンス整合回路と、
   前記ヒンジ導体部を前記第２給電側電流制御部を通して前記第２給電部に電気的に接続させるための電流経路上に設けられ前記第２給電部側と前記ヒンジ導体部側とのインピーダンス整合のための第２インピーダンス整合回路と、
   を、さらに、備えている請求項４又は請求項５又は請求項６記載のアンテナ構造。
8. 前記第１給電部および前記第２給電部を含む前記給電源側と、前記ヒンジ導体部側とのインピーダンス整合のための共通インピーダンス整合回路を、さらに、備えた請求項４又は請求項５又は請求項６記載のアンテナ構造。
9. 前記ヒンジ導体部は、アンテナエレメントを含み、当該アンテナエレメントの一端側が、前記給電源に電気的に接続され、前記アンテナエレメントの他端側が、前記電流制御部に電気的に接続される請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載のアンテナ構造。
10. 請求項１乃至請求項９の何れか一つに記載のアンテナ構造を備えた無線通信装置。
11. 第１回路基板に形成されている第１接地パターンと、
    前記第１回路基板の隣に配置される第２回路基板に形成されている第２接地パターンと、
    前記第１回路基板と前記第２回路基板との端部同士を結ぶ所定の領域内に配置されるヒンジ導体部と、
    前記第１回路基板に設けられ所定の第１周波数帯の電流を通し当該第１周波数帯よりも高い所定の第２周波数帯の電流を減衰する電流制御部と、
    を備え、
    前記第１接地パターンが、前記電流制御部と、前記ヒンジ導体部とを順に通って、前記第２回路基板に設けられる給電源の入出力部に電気的に接続され、かつ、前記第２接地パターンが、前記給電源の別の入出力部に電気的に接続されるアンテナ構造に前記第１周波数帯の無線通信を行わせる場合には、前記給電源から前記第１周波数帯の電流を出力させ、当該電流を、前記第２接地パターンに通電させると共に、前記ヒンジ導体部と前記電流制御部と前記第１接地パターンに通電させ、この前記第１周波数帯の電流の通電部分を、前記第１周波数帯で共振させて第１アンテナとして機能させ、
    前記アンテナ構造に前記第２周波数帯の無線通信を行わせる場合には、前記給電源から前記第２周波数帯の電流を出力させ、当該電流を、前記第２接地パターンに通電させると共に、前記ヒンジ導体部を通って前記電流制御部に至るまで通電させ、前記第１アンテナの一部である前記第２周波数帯の電流の通電部分を、前記第２周波数帯で共振させて第２アンテナとして機能させるアンテナ構成方法。

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