WO2001080367A1

WO2001080367A1 - Element d'antenne et terminal de communication portable

Info

Publication number: WO2001080367A1
Application number: PCT/JP2000/002428
Authority: WO
Inventors: Hideaki Shoji; Yasuhito Imanishi; Toru Fukasawa; Hiroyuki Ohmine
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-10-25
Also published as: CN1370342A; EP1280233A1; US6670924B1; EP1280233A4

Description

O 01/80367 明細書

アンテナ素子および携帯情報端末

技術分野

この発明は、素子および携帯情報端末に関し、特に、携帯電話機に用レヽ、た携帯電話機に関するものである背景技術

従来、携帯電話機の送受信用のアンテナ素子としては、筐体の長手方向に延びるように取付けられたモノポールアンテナおよびへリカルアンテナ等が知られてレヽる。

これらのアンテナ素子のインピーダンスは、携帯電話機内部の無線部のインピ一ダンスと異なるため、インピーダンスを整合させる必要がある。そのため、従来の携帯電話機では、無線部とアンテナ素子との間には、インピーダンスを整合させるための整合回路が設けられている。

近年、携帯電話と P H S (Personal Handy-phone System) との 2つの機能を 1台で果たすような携帯情報端末の開発が進められている。携帯電話と P H Sでは、情報の送受信のために使用する電波の周波数（帯域）が異なる。ある帯域で情報通信を行なう場合には、一般にその帯域でのアンテナの V S WR (Voltage Standing Wave Ratio) を 2以下とすることを目安として設計を行う。そのため、携帯電話と P H Sとの 2つの機能を 1台で果たすような携帯情報端末は、複数の帯域または広い帯域でアンテナの V S WRを 2以下とする必要がある。しかしながら、従来の整合回路を有するアンテナでは、複数の機能を有する携帯情報端末として用いるためには V S WRが 2以下の領域が狭く、困難であった。

また、従来の整合回路は、コイルおよびコンデンサなどの集中定数素子により構成される。そのため、無線部から整合回路を介してアンテナ素子へ電気信号が伝達される場合に、整合回路中のコイルおよびキャパシタでロスが発生し、電気信号の伝達効率が低下するという問題があった。

そこで、この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものである。

この発明の iつの目的は、電気信号の損失が少なく効率の高いアンテナ素子および携帯情報端末を提供することである。

この発明の別の目的は、帯域が広いアンテナ素子および携帯情報端末を提供することである。発明の開示

この発明に従ったアンテナ素子は、直列共振回路とほぼ等価である第 1のアンテナ部分と、第 1のアンテナ部分に接触して結合し、並列共振回路とほぼ等価である第 2のアンテナ部分とを備える。

このように構成されたアンテナ素子では、第 1のアンテナ部分が直列共振回路とほぼ等価であり、第 2のアンテナ部分が並列共振回路とほぼ等価であるため、第 1のアンテナ部分と第 2のアンテナ部分とは、それぞれ、位相が逆のインピーダンス特性を有する。このように、逆のインピーダンス特性を有する 2つのアンテナ部分を結合することにより、互いのリアクタンスが打消し合う。これにより、アンテナ素子のインピーダンスと無線部とのインピーダンスの整合を図ることができ、整合回路なしで帯域を広くすることができる。

さらに、 2つのアンテナ部分を結合することによりインピーダンスの整合を図ることができるため、従来のように、整合回路を設ける必要がない。その結果、整合回路での電気信号の損失を防ぐことができ、効率の高いアンテナ素子となる。また好ましくは、第 1のアンテナ部分と第 2のアンテナ部分とは給電点に直列に取付けられる。

また好ましくは、第 1のアンテナ部分と第 2のアンテナ部分とは給電点に並列に取付けられる。

さらに好ましくは、第 1のアンテナ部分は板状アンテナを含み、第 2のアンテナ部分は線状アンテナを含む。

さらに好ましくは、線状アンテナは、モノポールアンテナおよびへリカルアンテナからなる群より選ばれた少なくとも 1種を含む。

また好ましくは、アンテナ素子は、表面が導電性を有する基板をさらに備える。基板の表面上に誘電体を介在させて第 1のアンテナ部分は設けられており、基板力ら延在するように第 2のアンテナ部分が設けられている。

この場合、第 1のアンテナ部分は、誘電体を介在させて基板上に設けられるため、第 1のアンテナ部分を進行する電磁波の波長を短くすることができる。その結果、第 1のアンテナ部分の長さを短くでき、アンテナ素子を小形化することができる。第 2のアンテナ部分は基板から延在するように設けられているため、第 2のアンテナ部分が基板の影響を受けることなく確実に電波を送受信することができる。

また好ましくは、アンテナ素子は、表面が導電 ^feを有する基板をさらに備える。基板の表面上に誘電体を介在させて第 1および第 2のアンテナ部分が設けられてレ、る。この場合、第 1および第 2のアンテナ部分は誘電体を介在させて基板の表面上に設けられるため、第 1および第 2のアンテナ部分を進行する電波の波長を短くすることができる。そのため、第 1および第 2のアンテナ部分を小形化することができ、ァンテナ素子を小形化することができる。

また好ましくは、第 2のアンテナ部分は、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、メアンダラインァンテナおよびジグザグァンテナからなる群より選ばれた少なくとも 1種を含む。

この発明に従った携帯情報端末は、直列共振回路とほぼ等価である第 1のアンテナ部分と、第 1のアンテナ部分に結合し、並列共振回路とほぼ等価である第 2 のアンテナ部分とを含むアンテナ素子を備える。

このように構成された携帯情報端末では、第 1のアンテナ部分が直列共振回路とほぼ等価であり、第 2のアンテナ部分が並列共振回路とほぼ等価であるため、第 1のアンテナ部分と第 2のアンテナ部分とは、それぞれ、逆の位相のインピーダンス特性を有する。逆のインピーダンス特性を有する 2つのアンテナ部分が結合されて互いのリアクタンスを打消し合うため、無線部とアンテナ素子とのインピーダンスが整合される。その結果、広帯域な携帯情報端末となる。

さらに、従来のように、整合回路を用いることなくインピーダンス整合を図ることができるため、整合回路での電気信号の損失がない。そのため、効率の高い携帯情報端末となる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1に従ったアンテナ素子の平面図である。図 2は、図 1中の矢印 I Iで示す方向から見たアンテナ素子の側面図である。図 3は、板状アンテナの等価回路図である。

図 4は、板状アンテナの特性を説明するために示すスミスチヤ一トである。図 5は、モノポールアンテナの等価回路図である。

図 6は、モノポールアンテナの特性を説明するために示すスミスチャートである。

図 7は、図 1および図 2で示すアンテナ素子の等価回路図である。

図 8は、図 1および図 2で示すアンテナの特性を説明するために示すスミスチヤートである。

図 9は、この発明の実施の形態 2に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 0は、この発明の実施の形態 3に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 1は、この発明の実施の形態 4に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 2は、この発明の実施の形態 5に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 3は、この発明の実施の形態 6に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 4は、この発明の実施の形態 7に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 5は、この発明の実施の形態 8に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 6は、この発明の実施の形態 9に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 7は、この発明の実施の形態 1 0に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 8は、この発明の実施の形態 1 1に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 9は、この発明の実施の形態 1 2に従ったアンテナ素子を示す斜視図である。

図 2 0はこの発明の実施の形態 1 3に従ったアンテナ素子と、そのアンテナ素子を用いた携帯電話機の斜視図である。

図 2 1は、この発明の実施の形態 1 4に従ったアンテナ素子と、そのアンテナ素子を用いた携帯電話機の斜視図である。

図 2 2は、この発明の実施の形態 1 5に従ったアンテナ素子の平面図である。図 2 3は、図 2 2で示すアンテナ素子の等価回路図である。

図 2 4は、図 2 2で示すアンテナ素子の特性を説明するためのスミスチヤ一トである。

図 2 5は、従来のアンテナ素子の回路図である。

図 2 6は、従来のアンテナ素子の特性を説明するために示すスミスチャートである。

図 2 7は、従来のアンテナ素子における周波数と V S WRとの関係を示すグラフである。

図 2 8は、本発明のアンテナ素子の特性を説明するために示すスミスチャートである。

図 2 9は、本発明のアンテナ素子における周波数と V S WRとの関係を示すグ図 3 0は、本発明のアンテナ素子の特性を説明するために示すスミスチヤ一トである。

図 3 1は、本発明のアンテナ素子における周波数と V S WRとの関係を示すグラフである。

図 3 2は、従来のアンテナ素子の特性を説明するために示すスミスチャートである。

図 3 3は、従来のアンテナ素子における周波数と V S WRとの関係を示すグラフである。

図 3 4は、本発明のアンテナ素子の特性を説明するために示すスミスチヤ一トである。

図 3 5は、本発明のアンテナ素子における周波数と V S WRとの関係を示すグ

発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は、この発明の実施の形態 1に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 を参照して、アンテナ素子 l aは、直列共振回路とほぼ等価である第 1のアンテナ部分としての板状アンテナ 1 3と、板状アンテナ 1 3に結合し、並列共振回路とほぼ等価である第 2のアンテナ部分としてのモノポールアンテナ 1 4 aと、基板としての金属基板 1 1とを有する。

板状アンテナ 1 3はマイクロストリップ線路により構成される。板状アンテナ

1 3の電気長は約 λ / 4である。板状アンテナ 1 3の一方端には給電点 1 2が接続される。給電点 1 2は、所定の無線部と接続される点であり、無線部と板状ァンテナ 1 3とは、給電点 1 2を介して接続される。板状アンテナ 1 3の他方端にはモノポールアンテナ 1 4 aが接続される。

モノポールアンテナ 1 4 aは金属基板 1 1の長手方向に延在するように形成されている。モノポールアンテナ 1 4 aおよび板状アンテナ 1 3は給電点 1 2に対して直列に取付けられる。モノポールアンテナ 1 4 aの電気長は約 3 λ Ζ 8であり、このモノポールアンテナ 1 4 aは、いわゆる反共振特性を有する。モノポールアンテナ 1 4 aおよび板状アンテナ 1 3は、互いに電波を送受信する役割を果たす。

金属基板 1 1は、所定の絶縁基板の上に金属層（たとえば銅）を堆積して形成されている。絶縁基板の上に形成される金属層は、銅と同程度の導電性を有する。金属基板 1 1はほぼ矩形状であり、モノポールアンテナ 1 4 aが延びる方向に沿つて長い辺が設けられている。

図 2は、図 1中の矢印 I Iで示す方向から見たアンテナ素子の側面図である。図 2を参照して、アンテナ素子 1 aは、金属基板 1 1と、板状アンテナ 1 3と、モノポールアンテナ 1 4 aとを有する。金属基板 1 1は薄板状であり、一方向に延びるように形成される。金属基板 1 1には、図示しない無線部が設けられる。この無線部は、給電点 1 2を介して板状アンテナ 1 3と接続される。板状アンテナ 1 3は L字状であり、板状アンテナ 1 3の一方端が給電点 1 2に接続され、他方端がモノポールアンテナ 1 4 aに接続される。板状アンテナ 1 3と金属基板 1 1の間には、誘電体 1 5が挿入されている。誘電体 1 5はテフロン（比誘電率 2 . 1 ) により構成される。板状アンテナ 1 3は銅により構成される。

図 3は、板状アンテナの等価回路図である。図 4は、板状アンテナの特性を説明するために示すスミスチャートである。図 3を参照して、板状アンテナ 1 3は、抵抗 2 1、コィノレ 2 2およびコンデンサ 2 3を給電点 1 2に対して直列に接続した直列共振回路 2 0 aとほぼ等価である。

図 4を参照して、板状アンテナは、図 3で示すように直列共振回路とほぼ等価であるため、共振点付近の周波数よりも高周波においては、点 Hで示すように、インピーダンスの虚数部が正の値となる。これに对して、共振点付近の周波数よりも低周波においては、点 Lで示すように、インピーダンスの虚数部が負の値となる。

図 5は、モノポールアンテナの等価回路図である。図 6は、モノポールアンテナの特性を説明するために示すスミスチャートである。図 5を参照して、モノポ一ルアンテナは、抵抗 2 1、コイル 2 2およびコンデンサ 2 3を給電点 1 2に対して並列に接続した並列共振回路 2 0 bとほぼ等価である。図 6で示すように、モノボールアンテナ 1 4 aでは、共振点付近の周波数よりも高い周波数においては、インピーダンスの虚数部が負の値となる。これに対して、点 Lで示すように、共振点付近の周波数よりも低い周波数においては、インピーダンスの虚数部が正の値となる。

図 7は、図 1および図 2で示すアンテナ素子の等価回路図である。図 7を参照して、アンテナ素子 1 aは、直列共振回路 2 0 aと並列共振回路 2 0 bが結合された回路と等価である。図 8は、図 1および図 2で示すアンテナの特性を説明するために示すスミスチャートである。図 8を参照して、この発明に従ったアンテナのスミスチャートは、図 4で示す板状アンテナのスミスチャートと、図 6で示すモノポールアンテナのスミスチャートとを合成したものとなる。すなわち、点 Hで示す最も周波数の高い電波に対しては、インピーダンスの虚数部は負の値となる。ただし、図 8の点 Hで示す電波に対する反射係数（スミスチャートの中心点から点 Hまでの距離）は、図 4および図 6で示す点 Hの反射係数よりも小さレ、。周波数が小さくなるに従って、インピーダンスの軌跡は中心点に近づき、周波数が中間の点 Mでは、インピーダンスの虚数部は 0となる。さらに周波数を小さくするとインピーダンスの軌跡は中心点から離れるように移動し、最も周波数の小さい点 Lに到達する。なお、図 8で示す点 Lでの反射係数は、図 4および図 6で示す点 Lの反射係数よりも小さレ、。

この図 8では、直列共振回路 2 0 aと並列共振回路 2 0 bとを接続しているためそれぞれの回路が相手側の回路の特性を打消している。その結果、広い帯域にわたって反射係数が小さくなつている。つまり、従来のモノポールアンテナおよび板状アンテナと比較して、インピーダンスの軌跡が中心点付近に集まっている。その結果、帯域の広いアンテナとなる。さらに、インピーダンスが 5 Ο Ωに近づくため、従来のような整合回路を設けることなく無線部とのインピーダンス整合を図ることができる。その結果、整合素子を省略でき、整合素子による電気信号の損失を防ぐことができる。

なお、モノポールアンテナ 1 4 aの電気長を 3 λ / 8 + ( λ / 2 ) Χ Νで示される反共振特性を有する電気長とすることも可能である。また、板状アンテナ 1 3の電気長をえ / 4 + ( λ / 2 ) Χ Νで示される共振特性を有する電気長とすることも可能である。 Νは整数である。さらに、金属基板 1 1の一方側の面にのみ板状アンテナ 1 3およびモノポールアンテナ 1 4 aが設けられていたが、金属基板 1 1の両側の面に板状アンテナ 1 3およびモノポールアンテナ 1 4 aを設けてよい。

(実施の形態 2 )

図 9は、この発明の実施の形態 2に従ったアンテナ素子の平面図である。図 9 を参照して、この発明の実施の形態 2に従ったアンテナ素子 1 bは、第 2のアンテナ部分としてのへリカルアンテナ 1 4 bを有する点で図 1および 2で示すアンテナ素子 1 aと異なる。

ヘリカルアンテナ 1 4 bは一般に帯域が狭いが、この発明に従えば、ヘリ力ノレアンテナ 1 4 bを用いても、帯域が広いアンテナ素子を構成することができる。またへリカルアンテナ 1 4 bを用いることにより、アンテナ素子の物理的な長さを小さくすることができる。

(実施の形態 3 )

図 1 0は、この発明の実施の形態 3に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 0を参照して、この発明の実施の形態 3に従ったアンテナ素子 1 cでは、第 1 のアンテナ部分としてモノポールアンテナ 1 4 aおよびへリカルアンテナ 1 4 b が設けられている点で、第 1のアンテナ部分としてモノポールアンテナ 1 4 aのみが設けられていた図 1および 2で示すアンテナ素子 1 aと異なる。

このように構成されたアンテナ素子 1 cでも、まず、図 1 aで示すアンテナ素子と同様の効果がある。さらに、モノポールアンテナ 1 4 aとへリカルアンテナ 1 4 bを組合せることにより、その用途や使用目的に応じた特性を発揮させることができる。

(実施の形態 4 )

図 1 1は、この発明の実施の形態 4に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 1を参照して、この発明の実施の形態 4に従ったアンテナ素子 1 dでは、第 1 のアンテナ部分としてメアンダラインアンテナ 1 4 dを用い、このメアンダラィンアンテナ 1 4 dが金属基板 1 1上に設けられている点で、図 1および 2で示すモノポールアンテナ 1 4 aを金属基板 1 1から延在するように設けたアンテナ素子 1 aと異なる。

メアンダラインアンテナ 1 4 dは、金属基板 1 1との間に空気層を介在させるように設けられており、その一方端は板状アンテナ 1 3に接続されている。このように構成されたアンテナ素子 1 dでも、まず、図 1および 2で示したァンテナ 1 aと同様の効果がある。さらに、金属基板 1 1上にメアンダラインアンテナ 1 4 dを構成するため、図 1および 2で示すモノボールアンテナ 1 4 aのように金属基板 1 1から突出することがない。その結果、アンテナ素子 1 dの全体を小形化および薄形化することができるという効果がある。

(実施の形態 5 )

図 1 2は、この発明の実施の形態 5に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 2を参照して、この発明の実施の形態 5に従ったアンテナ素子 1 eは、第 2のアンテナ部分としてへリカルアンテナ 1 4 eを有する点で、第 2のアンテナとしてメアンダラインアンテナ 1 4 dを有する図 1 1で示すアンテナ素子 1 dと異なる。

このように構成されたアンテナ素子 1 _eでも、図 1 1で示すアンテナ素子 1 d と同様の効果がある。

(実施の形態 6 ) 図 1 3は、この発明の実施の形態 6に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 3を参照して、この発明の実施の形態 6に従ったアンテナ素子 1 f は、第 2のアンテナ部分としてジグザグアンテナ 1 4 f を有する点で、第 2のアンテナ部分としてメアンダラィンアンテナ 1 4 dを有する図 1 1で示すアンテナ素子 1 dと異なる。

このように構成されたアンテナ素子 1 f でも、図 1 1で示すアンテナ素子 1 d と同様の効果がある。

(実施の形態 7 )

図 1 4は、この発明の実施の形態 7に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 4を参照して、この発明の実施の形態 7に従ったアンテナ素子 1 gは、第 2のアンテナとしてモノポールアンテナ 1 4 gを有する点で、第 2のアンテナとしてメアンダラィンアンテナ 1 4 dを有する図 1 1に示すアンテナ素子 1 dと異なる。このように構成されたアンテナ素子 1 gは、図 1 1で示すアンテナ素子 1 dと同様の効果を有する。

(実施の形態 8 )

図 1 5は、この発明の実施の形態 8に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 5を参照して、この発明の実施の形態 8に従ったアンテナ素子 1 aでは、金属基板 1 1の上に誘電体 1 8が形成され、その誘電体 1 8上に板状アンテナ 1 3およびメアンダラインアンテナ 1 4 dが形成されている点で、このような誘電体 1 8が設けられていない図 1 1で示すアンテナ素子 1 dと異なる

誘電体 1 8は、誘電正接 t a η δが小さく、高い比誘電率を有するもの、たとえば、セラミックス系材料（比誘電率 7〜1 0 0 ) 、テフロン（比誘電率 2 . 1 ) 、ベクトラ等の樹脂系材料（比誘電率 3 . 3 ) により構成される。

このように構成されたアンテナ素子 1 hでは、まず、図 1 1で示したアンテナ素子 1 dと同様の効果がある。さらに、高い比誘電率を有する誘電体 1 8上に板状アンテナ 1 3およびメアンダラインアンテナ 1 4 dが載置されるため、板状ァンテナ 1 3およびメアンダラインアンテナ 1 4 dを進行する電波の波長を短くすることができる。その結果、板状アンテナ 1 3およびメアンダラインアンテナ 1 4 dのサイズを小さくすることができ、金属基板 1 1のサイズを小さくすることができる。

(実施の形態 9 )

図 1 6は、この発明の実施の形態 9に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 6を参照して、この発明の実施の形態 9に従ったアンテナ素子 1 iは、第 2のアンテナ部分としてへリカルアンテナ 1 4 eを有する点で、図 1 5で示すアンテナ素子 1 hと異なる。

このようなアンテナ素子 1 iでも、図 1 5で示したアンテナ素子 1 hと同様の効果がある。

(実施の形態 1 0 )

図 1 7は、この発明の実施の形態 1 0に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 7を参照して、この発明の実施の形態 1 0に従ったアンテナ素子 1 jは、第 2のアンテナ部分としてジグザグアンテナ 1 4 f を有する点で、図 1 5で示すァンテナ素子 1 hと異なる。

このようなアンテナ素子 1 jでも、図 1 5で示すアンテナ素子 1 hと同様の効果がある。

(実施の形態 1 1 )

図 1 8は、この発明の実施の形態 1 1に従ったアンテナ素子の平面図である。図 1 8を参照して、この発明の実施の形態 1 1に従ったアンテナ素子 1 kは、第 2のアンテナとしてモノポールアンテナ 1 4 gを有する点で、図 1 5で示すアンテナ素子 1 hと異なる。

このように構成されたアンテナ素子 1 kでも、図 1 5で示すアンテナ素子 1 h と同様の効果がある。

(実施の形態 1 2 )

図 1 9は、この発明の実施の形態 1 2に従ったアンテナ素子を示す斜視図である。図 1 9を参照して、この発明の実施の形態 1 2に従ったアンテナ素子 1 mは、金属基板 1 1と、板状部材 1 9と、板状アンテナ 1 3と、メアンダラインアンテナ 1 4 dとを有する。金属基板 1 1に板状部材 1 9が取付けられている。板状部材 1 9は、誘電体と金属板とが積層された構造となっている。板状部材 1 9は金属基板 1 1に対して垂直に取付けられている。そのため、金属基板 1 1と板状部材 1 9とが接合されて L字状の基板を形成している。なお、板状部材 1 9は金属基板 1 1の頂面に向い合う部分に設置されている。

板状部材 1 9上に板状アンテナ 1 3とメアンダラインアンテナ 1 4 dとが設けられている。板状アンテナ 1 3は給電点 1 2と接続される。板状アンテナ 1 3およびメアンダラインアンテナ 1 4 dは、それぞれ、金属基板 1 1の主表面に対して垂直方向に延びるように広がりを有する。

このように構成されたアンテナ素子 1 mでは、まず、図 1および図 2で示すァンテナ素子 1 aと同様の効果がある。

さらに、金属基板 1 1に対して垂直に設けられた板状部材 1 9上に板状アンテナ 1 3およびメアンダラインアンテナ 1 4 dが載置されるため、金属基板 1 1の長手方向の長さを短くすることができる。そのため、金属基板 1 1を小形化でき、実装面積を小形化できるという効果がある。

(実施の形態 1 3 )

図 2 0は、この発明の実施の形態 1 3に従ったアンテナ素子と、そのアンテナ素子を用いた携帯電話機の斜視図である。図 2 0を参照して、この発明に従った携帯電話機 5 0 aは、アンテナ素子 I nと、そのアンテナ素子を収納するリアケース 3 2とを有する。

アンテナ素子 1 nは、第 1のアンテナ部分としての板状アンテナ 1 3と、第 2 のアンテナ部分としてのモノポールアンテナ 1 4 aと、基板としての金属基板 1 1とを有する。板状アンテナ 1 3およびモノポールアンテナ 1 4 aは、互レ、にリァケース 3 2に固定されている。板状アンテナ 1 3はリアケース 3 2内に取付けられ、モノポールアンテナ 1 4 aはリアケース 3 2から突出するように設けられている。板状アンテナ 1 3とモノポールアンテナ 1 4 aとは互いに接続されている。金属基板 1 1の上に給電点 1 2が設けられ、給電点 1 2は金属ピン 3 1を介して板状アンテナ 1 3の一方端と接続される。金属基板 1 1もリアケース 3 2内に収納される。なお、金属基板 1 1上には、図示しない無線部が構成されている。このように構成されたアンテナ素子 1 _nは、図 1および図 2で示すアンテナ素子 1 aと同様の構成を有する。そのため、図 1および 2で示すアンテナ素子 1 a と同様の効果がある。さらに、この発明に従った携帯電話機 5 0 aは、アンテナ素子 1 nを有するため、帯域が広くなり、広い範囲での電波を送受信することができる。その結果、たとえば、 P H Sと携帯電話の両方の機能を果たすことができる。

さらに、このアンテナ素子には整合回路が設けられないため、整合回路による電気信号の損失がない。

さらに、製造時において、高精度化を図ることができる。

(実施の形態 1 4 )

図 2 1は、この発明の実施の形態 1 4に従ったアンテナ素子と、そのアンテナ素子を用いた携帯電話機の斜視図である。図 2 1を参照して、この発明に従った携帯電話機 5 O bは、リアケース 3 2と、アンテナ素子 1 pとを有する。このァンテナ素子 1 pでは、板状アンテナ 1 3の一方端にアンテナを兼ねる接触パネ 3 4が設けられている点で、このような接触パネが設けられていない図 2 0で示すアンテナ素子 1 nと異なる。なお、接触パネ 3 4は給電点 1 2に接続される。このように構成されたアンテナ素子 1 pでは、図 2 0で示したアンテナ素子 1 nと同様の効果がある。

さらに、このアンテナ素子 1 pを用いた携帯電話機 5 0 bでは、図 2 0で示す携帯電話機 5 0 aと同様に帯域が広くなり、かつ損失が少なくなる。

さらに、部品点数が少なくなる。

(実施の形態 1 5 )

図 2 2は、この発明の実施の形態 1 5に従ったアンテナ素子の平面図である。図 2 2を参照して、アンテナ素子 l qは、第 1のアンテナ部分としてのモノポールアンテナ 1 4 aと、第 2のアンテナ部分としての板状アンテナ 1 3と、金属基板 1 1とを有する。

金属基板 1 1上に板状アンテナ 1 3が載置されている。また、金属基板 1 1から延在するようにモノポールアンテナ 1 4 aが設けられている。モノポールアンテナ 1 4 aと板状アンテナ 1 3とは、それぞれ、給電点 1 2に対して並列に接続されている。モノポールアンテナ 1 4 aは、上述の実施の形態で示したように、ヘリカルアンテナ 1 4 bおよび 1 4 e、ジグザグアンテナ 1 4 f 、メアンダラィンアンテナ 1 4 dモノポールアンテナ 1 4 g等により置換えることも可能である。また、モノボールアンテナ 1 4 aを金属基板 1 1上に载置することも可能である _c また、モノポールアンテナ 1 4 aおよび板状アンテナ 1 3と金属基板 1 1との間に誘電率の高い材料を介在させることも可能である。

図 2 3は、図 2 2で示すアンテナ素子の等価回路図である。図 2 3を参照して、板状アンテナ 1 3は、抵抗 2 1、コイル 2 2およびコンデンサ 2 3が直列に接続された直列共振回路 2 0 aとほぼ等価となる。また、モノポールアンテナ 1 4 a は、抵抗 2 1、コイル 2 2およびコンデンサ 2 3が並列に接続された並列共振回路 2 0 bとほぼ等価となる。これらの 2つの回路が結合している。

図 2 4は、図 2 2で示すアンテナ素子のインピーダンス特性を説明するためのスミスチャートである。図 2 4を参照して、アンテナ素子 l qでは、周波数の高レ、電波に対しては、点 Hで示すようにインピーダンスの虚数部が正の値となる。周波数が低くなるにつれて、インピーダンスの虚数部は 0に近づく。さらにスミスチヤートの中心点を取囲むようにインピーダンスの軌跡が動き、周波数を低くするにつれて、インピーダンスの虚数部は負の値となる。そして、点 Lで示すように、周波数が最も小さくなるとインピーダンスの虚数部は大きな負の値となり、スミスチャートの中心点から離れる。

図 2 4で示すスミスチャートと図 4および図 6で示す板状アンテナおよびモノポールアンテナのスミスチャートとを比較すると、図 2 4で示すスミスチヤ一トでは、点 Hおよび Lとスミスチャートの中心との間の距離は、図 4および図 6で示す点 Hおよび Lとスミスチャートの中心との距離に比べて小さい。これは、直列共振回路 2 0 aと並列共振回路 2 0 bが相異なる特性を有し、それらが結合されてそれぞれの特性を打消し合っているためである。これにより、インピーダンスが整合している。

また、インピーダンスの軌跡は、スミスチャートの中心付近に多く存在するため、反射係数が小さくなつていることがわかる。その結果、このアンテナ素子 1 qでは、広い帯域にわたって反射係数が小さくなり、広い帯域での使用が可能となる。

さらに、整合回路を用いずにインピーダンス整合を図ることができるため、従来のように、整合回路における電気信号の損失がない。以下、この発明の具体的な実施例について説明する。

図 25は、従来のアンテナ素子の回路図である。図 25を参照して、アンテナ 1 14、コイル 1 22、スタブ 1 24およびコンデンサ 1 23を用いてアンテナ素子を構成した。コイル 1 22は 6. 8 nHのインダクタンスを有する。コンデンサ 1 23は 4 p Fの容量を有する。アンテナ 1 14は、モノポールアンテナにより構成され、その長さは 55mm (電気長 3 λ / 8 ) である。このような整合回路を有するアンテナ素子に対し、周波数が 1. 5GHzから 2. 5GHzの電波を給電点 1 2から入力し、アンテナ素子のインピーダンス、スミスチャートおよび V SWRを調べた。特定の点についてインピーダンスと V SWRを表 1に示す。

スミスチャートを図 26に示す。 VSWRと周波数の関係を図 27に示す。図 26で示すスミスチャートより、従来のアンテナ素子では、周波数が高い領域と低い領域において、反射係数が大きくなつていることがわかる。これに対して、点 201〜点 204で示すように、周波数が 1. 9 GHz以上 2. 2 GHz の範囲では、反射係数が小さくなっていることがわかる。

また、図 27より、 V SWRが 2以下の領域は、周波数が 1. 84 GH z以上 2. 20GHz以下の領域である。さらに、比帯域幅は 1 8%であった。本明細書中、「比帯域幅」とは、 VSWRが 2以下の領域についての比帯域幅をいい、比帯域幅は以下の式にしたがって求める。

比帯域幅 = (VSWRが 2となる周波数の最大値 VSWRが 2となる周波数の最小値） / 2. 0 GH z

これより、従来のアンテナ素子は、整合回路を付加しても比帯域幅が狭いアンテナ素子であることがわかる

本発明品として、図 1および 2で示すアンテナ素子 1 aを用意した。このアンテナ素子 1 aにおいて、板状アンテナ 1 3の辺の長さ W_tおよび W₂を、それぞれ 0. 03. λおよび 0. 04 λとした。さらに、テフロン（比誘電率 2. 1 ) により構成される誘電体 1 5の厚み（電気長） Ηを 0. 01 5 λとした。また、モノポールアンテナ 14 aの長さを 50mm (電気長 3 λ Z 8 ) とした。

このようなアンテナ素子 1 aに、給電点 1 2から周波数が 1. 5 GHzから 2. 5 GH zまでの電波を入射し、アンテナ素子 1 aのインピーダンス、スミスチヤ一トおよび V SWRを求めた。特定の点についてのインピーダンスと V SWRを表 2に示す。

表 2

スミスチャートを図 28に示す。 VSWRと周波数との関係を図 29で示す。図 28より、この発明に従ったアンテナ素子では、インピーダンスの軌跡はスミスチャートの中心点付近に集中しており、反射係数が小さいことがわかる。特に、点 21 1〜214はスミスチャートの中心点付近に位置するため、この領域での反射係数が特に小さくなっていることがわかる。

以上の結果より、この発明に従ったアンテナ素子 1 aでは、広い帯域において反射係数が小さくなつていることがわかる。また、図 29で示すように、周波数が 1. 57GHz以上 2. 50GHz以下の広い範囲において、 VSWRが 2以下となっていることがわかる。なお、図 29より比帯域幅を求めたところ、比帯域幅は 46. 5%であった。

このように、この発明に従ったアンテナ素子では、従来のものと比べて、広い帯域幅において VSWRが 2以下となるため、広い帯域において使用できることカゎ力る。

次に、モノポールアンテナ 14 aの長さを 1 1 5mm (電気長 7 Z 8 λ) とし、それ以外の構成は図 28および図 29で示すデータを採取したアンテナ素子と同様の構成を有する本発明に従ったサンプルを用意した。このサンプルについても、周波数が 1. 5GHzから 2. 5 GH zまでの電波を給電点 1 2から入射し、ァンテナ素子のインピーダンス、スミスチヤートおよび V SWRを求めた。

特定の点についてのインピーダンスおよび V SWRを表 3に示す。

表 3

また、スミスチャートを図 30で示す。さらに、 VSWRと周波数との関係を図 31で示す。

図 30より、この発明品では、インピーダンスの軌跡がスミスチャートの中心点付近に集中していることがわかる。特に、点 221〜224はスミスチヤ一トの中心点付近に位置するため、この領域での反射係数が特に小さくなっていることがわかる。

図 31を参照して、本発明品では、周波数が小さい領域において VSWRが上昇しているものの、従来品と比較すると、 VSWRが 2以下の領域が広いことがわかる。また、図 31で示すように、周波数が 1. 83GH z以上 2. 22 GH z以下の範囲において、 VSWRが 2以下となっていることがわかる。なお、図 31より、比帯域幅を求めると、比帯域幅は 20%であった。このように、モノポールアンテナ 14 aの長さを変化させても、本発明品によれば、従来品に比べて広い帯域を有することがわかる。

次に、ヘリカルアンテナを用いた実施例について説明する。まず、従来品として、図 25で示すアンテナ 1 14をへリカルアンテナで構成したサンプルを用意した。ヘリカルアンテナのピッチを 3mmとした。ヘリカルアンテナの電気長を 3 λ/ 8とした。その他の回路の構成については、図 25と同様とした。

このようなサンプルについて、周波数が 1. 5GHzから 2. 5GH zの電波を入射してアンテナ素子のインピーダンス、スミスチヤートおよび VSWRを求めた。特定の点についてのインピーダンスと V SWRを表 4に示す。表 4

また、スミスチャートを図 32で示す。 VSWRと周波数との関係を図 33で示す。

図 32より、ヘリカルアンテナを用いた従来品では、整合回路を付加しても、インピーダンスの軌跡がスミスチヤートの中心点から大きく外れていることがわかる。最も周波数が小さい点 Lおよび最も周波数が大きい点 Hのみならず、中間の周波数の点 231〜234についても反射係数は大きい。

図 33を参照して、周波数が 1. 89GH z以上 1. 97GH z以下の範囲と周波数が 2. 1 2GH z以上 2. 1 7GH z以下の範囲において、 VSWRが 2 以下である。 VSWRが 2以下の領域は狭いことがわかる。なお、図 33より比帯域幅を求めると、比帯域幅は 6. 5%であった。

このように、ヘリカルアンテナを用いた従来品では、帯域が狭いため、わずかな帯域でしか高効率のアンテナとして使用することができないアンテナ素子であるとレ、うことがわかる。

次に、図 9で示すヘリカルアンテナ 14 b有する本発明品を用意した。板状ァンテナ 1 3のサイズは、図 28および図 29で示すデータを採取したサンプルと同様とした。さらに、ヘリカルアンテナ 14 bは、図 32および図 33で示すデータを採取したサンプルと同様のものとした。

このような本発明品について、周波数が 1. 5GH zから 2. 5GH zの電波を入射し、インピーダンス、スミスチャートおよび VSWRを求めた ₃ 特定の点についてのインピーダンスおよび V SWRを表 5に示す。表 5

また、スミスチャートを図 34で示す。 VSWRと周波数との関係を図 35で示す。

図 34より、本発明品では、従来品と比較して、周波数が高い点 Hおよび周波数が低い点 Lでは、反射係数が大きくなつているものの、中間の周波数の点 24 ：！〜 244はスミスチヤ一トの中心点に近く、反射係数が低くなっていることがわ力る。

図 35を参照して、本発明品では、従来品に比べて VSWRが 2以下の領域が広レ、。具体的には、周波数が 1. 66 GHz以上 2. 25 GH z以下の領域で V SWRが 2以下となっていることがわかる。なお、図 35より比帯域幅を求めたところ、比帯域幅は 31%であった。

以上説明したように、本発明に従えば、帯域が広くかつ損失の少ないアンテナ素子および携帯情報端末を得ることができる。産業上の利用可能性

この発明に従つ素子は、携帯電話機等の携帯情報端末、一般無線機、特殊無線機、パラボ等の開口面アンテナの一次放射器等の分野で利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 直列共振回路（20 a) とほぼ等価である第 1のアンテナ部分（1 3) と、前記第 1のアンテナ部分（1 3) に接触して結合し、並列共振回路（20 b) とほぼ等価である第 2のアンテナ部分（1 4 a， 1 4 b, 1 4 d, 1 4 e , 1 4 f , 1 4 g) とを備えた、アンテナ素子。

2. 前記第 1のアンテナ部分（1 3) と前記第 2のアンテナ部分（1 4 a， 1 4 b, 1 4 d, 1 4 e, 1 4 f , 1 4 g) とは給電点（ 1 2 ) に直列に取付けられる、請求の範囲 1に記載のアンテナ素子。

3. 前記第 1のアンテナ部分（1 3) と前記第 2のアンテナ部分（1 4 a, 1 4 b， 1 4 d, 1 4 e , 1 4 f , 1 4 g) とは給電点（ 1 2 ) に並列に取付けられる、請求の範囲 1に記載のアンテナ素子。

4. 第 1のアンテナ部分は板状アンテナ（1 3) を含み、前記第 2のアンテナ部分は線状アンテナ（1 4 a， 1 4 b) を含む、請求の範囲 1に記載のアンテナ素子。

5. 前記線状アンテナはモノポールアンテナ（1 4 a) およびへリカルアンテナ (1 4 b) からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求の範囲 4に記載のアンテナ素子。

6. 表面が導電性を有する基板（1 1 ) をさらに備え、

前記基板（1 1) の表面上に誘電体（1 5) を介在させて前記第 1のアンテナ部分（1 3) は設けられており、

前記基板（1 1) から延在するように前記第 2のアンテナ部分（1 4 a, 1 4 b) は設けられている、請求の範囲 1に記載のアンテナ素子。

7. 表面が導電性を有する基板（1 1) をさらに備え、

前記基板（1 1) の表面上に誘電体（1 8) を介在させて前記第 1および第 2 のアンテナ部分（1 3, 1 4 d, 1 4 e , 1 4 f , 1 4 g ) は設けられている、請求の範囲 1に記載のアンテナ素子。

8. 前記第 2のアンテナ部分は、モノポールアンテナ（1 4 g) 、ヘリカルアンテナ（1 4 e) 、メアンダラインアンテナ（1 4 d) およびジグザクアンテナ（ 1 4 f ) からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求の範囲 7に記載のアンテナ素子。

9. 直列共振回路（20 a) とほぼ等価である第 1のアンテナ部分（1 3) と、前記第 1のアンテナ部分（1 3) に結合し、並列共振回路（20 b) とほぼ等価である第 2のアンテナ部分（1 4 a， 1 4 b， 1 4 d, 1 4 e , 1 4 f , 1 4 g) とを含むアンテナ素子（1 a， l b, 1 c , I d, 1 e， I f , 1 g， 1 h ， 1 i , l j , 1 k, 1 m, I n, 1 p, 1 q ) を備えた、携帯情報端末。