WO2001093368A1

WO2001093368A1 - Élément d'antenne et terminal d'informations portable

Info

Publication number: WO2001093368A1
Application number: PCT/JP2000/003528
Authority: WO
Inventors: Hideaki Shoji; Yasuhito Imanishi; Toru Fukasawa; Hiroyuki Ohmine
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-06
Also published as: EP1289051A4; CN1367943A; EP1289051A1; US6768464B1

Description

明細書

ァンテナ素子および携帯情報端末

技術分野

この発明は、アンテナ素子および携帯情報端末に関し、特に、携帯電話機に用いられるアンテナ素子およびそのアンテナ素子を用いた携帯電話機に関するものである。従来の技術

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ぴるように取付けられたモノポールァンテナおよびへリカルァンテナなどが知られている。

これらのアンテナ素子のィンピーダンスは、携帯電話機内部の無線送受信部のインピー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。従来の携帯電話機では、無線送受信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。

この整合回路は、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、無線送受信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。

さらに、携帯電話機等の電気通信では、情報を伝達する電波として、垂直偏波が用いられる。これは、垂直偏波では電波回折効果が大きいため、電波が建物の裏側へ回り込んでその建物の陰となつた部分でも電波を送受信することができるためである。

このように主偏波として垂直偏波を送受信するために、携帯電話機のアンテナ素子は通話時にほぼ鉛直方向に延びるように^計されているが、平均として端末を天頂角 6 0 ° 傾けて使用されるということが知られている。そのため、実通話においては、主偏波が逆転し水平偏波になることが問題である。

上述のように、鉛直方向にのみ延びるアンテナ素子では、実通話時において垂直偏波の送受信が困難である。特に、電気長がぇノ 2の整数倍のアンテナ素子を用いると、実通話において垂直偏波の送受信が困難である。そのため、従来のァンテナ素子では、実通話時において垂直偏波の送受信が困難であるため通話時の利得が低!/、という問題があつた。

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。

この発明の丄つの目的は、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、通話時の利得の髙ぃ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、一方向に延びるように形成された第 1のァンテナ部分と、電気長がほぼ（； L Z 2 ) X A (Aは整数）であり、第 1のアンテナ部分に結合し、第 1のアンテナ部分の延びる方向とほぼ直交するように延びる第 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、まず、第 1のアンテナ部分が従来の整合回路の役割を果たす。この第 1のアンテナ部分は、集中定数素子を用いることなく構成することができるため、この部分でロスが発生することがなく損失を低減し、アンテナ効率を向上させることができる。また、第 2のアンテナ部分は、第 1のアンテナ部分の延びる方向とほぼ直交するように延びる。そのため、第 1 のアンテナ部分および第 2のァンテナ部分のいずれか一方が垂直偏波を送受信し、他方が水平偏波を送受信することができる。そのため、アンテナ素子をどのような方向に配置しても垂直偏波および水平偏波を送受信することができ、通話時の利得が向上したアンテナ素子となる。

また好ましくは、第 1のアンテナ部分は電気長がほぼ（λ Ζ 4 ) + { λ / 2 ) X Β ( Βは整数）である。この場合、第 1のアンテナ部分は、いわゆる； 1 / 4ァンテナとなりの第 1のアンテナ部分で確実に垂直または水平偏波を送受信することができる。

また好ましくは、第 1のアンテナ部分は板状アンテナ、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、メアンダラィンアンテナおよびジグザグ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、第 2のアンテナ部分は線状アンテナを含む。

また好ましくは、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。

さらに好ましくは、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いる。基板から延在するように第 2のアンテナ部分は設けられている。

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、アンテナ素子を小型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、給電点に順に第 1のアンテナ部分および第 2のアンテナ部分が取付けられる。

この発明に従った携帯情報端末は本体ケースとァンテナ素子とを備える。アンテナ素子は、本体ケースの内部に配置され、一方向に延びるように形成された第 1のアンテナ部分と、電気長がほぼ（λ Ζ 2 ) Χ Α (Αは整数）であり、第 1のアンテナ部分に結合し、第 1のアンテナ部分の延びる方向とほぼ直交するように延び、本体ケースから突出可能に配置された第 2のアンテナ部分とを含む。

このように構成された携帯情報端末では、まず、第 1のアンテナ部分が第 2のアンテナ部分と無線送受信部とのインピーダンスを整合させる働きをする。この第 1のァンテナ部分は集中定数素子を用いることなく構成することができるため、この部分での損失を防止することができる。さらに、第 2のアンテナ部分は、第 1のアンテナ部分とほぼ直交する方向に延びる。そのため、携帯電話機の姿勢によらず、第 1のアンテナ部分おょぴ第 2のアンテナ部分のいずれか一方が垂直偏波を送受信し、他方が水平偏波を送受信する。その結果、通話時の利得の高い携帯情報端末となる。さらに好ましくは、第 2のアンテナ部分は、電気長がほぼは 2 ) X C ( C は整数）である第 3のアンテナ部分と、第 3のアンテナ部分に結合し、電気長がほぼ ( λ Χ 2 ) X D (Dは整数）である第 4のアンテナ部分とを含む。アンテナ素子を本体ケースから引出したときは、第 3および第 4のアンテナ部分が本体ケースから突出し、アンテナ素子を本体ケースに収納したときは、本体ケースから第 3のアンテナ部分が突出し、第 4のアンテナ部分が本体ケースに収納される。このように構成された携帯情報端末では、アンテナ素子が引出された際には、電気長がほぼ（ぇ 2 ) X Cの第 3のアンテナ部分と、電気長がほぼ（ぇ 2 ) X Dである第 4のアンテナ部分が本体ケースから突出するため突出するアンテナの電気長は； Iノ 2の整数倍となる。そのため、このアンテナにより確実に電波を送受信することができる。また、収納時においても、電気長がほぼ（ぇノ2 ) X Cの第 3のアンテナ部分が本体ケースから突出しているため、このアンテナにより電波を確実に送受信することができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1に従った携帯電話機において、アンテナを引出した状態を示す図である。

図 2は、この発明の実施の形態 1に従った携帯電話機において、アンテナを収納した状態を示す図である。

図 3は、この発明の実施の形態 2に従った携帯電話機を示す図である。

図 4は、この発明の実施の形態 3に従った携帯電話機を示す図である。

図 5は、この発明の実施の形態 4に従った携帯電話機を示す図である。

図 6は、この発明の実施の形態 5に従った携帯電話機を示す図である。

図 7は、この癸明の実施の形態 6に従った携帯電話機を示す図である。

図 8は、この発明の実施の形態 7に従った携帯電話機を示す図である。

図 9は、この発明の実施の形態 8に従った携帯電話機を示す図である。

図 1 0は、図 9中の矢印 Xで示す方向から見た携帯電話機の図である。

図 1 1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 1 2は、本発明のアンテナ素子における周波数と V S WR (Voltage

Standing Wave Ratio) との関係を示すグラフである。

図 1 3は、従来の携帯電話機を示す図である。

図 1 4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 1 5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 1 6は、この発明に従った携帯電話機と X、 Yおよび Z軸との関係を説明するために示す携帯電話機の平面図である。

図 1 7は、図 1 6中の矢印 X V I Iで示す方向から見た携帯電話機の側面図である。

図 1 8は、 X— Z面での放射パターンを測定する工程を示す図である。

図 1 9は、 X—Z面での放射パターンを測定する工程を示す図である。

図 2 0は、 X— Z面での放射パターンを測定する工程を示す図である。

図 2 1は、本発明品についての X—Z面での放射パターンを示すグラフである。図 2 2は、本発明品の Z軸を鉛直方向に対して 6 0 ° 傾けて配置した状態での放射パターンを示すグラフである。

図 2 3は、従来の携帯電話機についての X— Z面での放射パターンを示すグラフである。

図 2 4は、従来の携帯電話機の Z軸を鉛直方向に対して 6 0 ° 傾けて配置した状態での放射パターンを示すグラフである。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に従った携帯電話機において、アンテナを引出した状態を示す図である。図 1を参照して、携帯電話機 1 aは、本体ケース 1 0と、アンテナ素子 2 0 aとを有する。アンテナ素子 2 0 aは、一方向に延びるように形成された第 1のアンテナ部分としてのメアンダラインアンテナ 2 1と、電気長がほぼ（ぇ 2 ) Α (Αは整数）であり、メアンダラインアンテナ 2 1 に結合し、メアンダラインアンテナ 2 1の延びる方向とほぼ直交するように延びる第 2のアンテナ部分 2 2と、メアンダラインアンテナ 2 1および第 2のアンテナ部分 2 2を支持する基板としての金属基板 1 1とを有する。

金属基板 1 1は、所定の絶縁基板の上に、銅などのように導電性の高い金属を堆積して形成されている。なお、絶縁基板の上に形成される金属は、銅と同程度の導電性を有するものに置き換えてもよい。金属基板 1 1は長手方向に延び、ほぼ矩形状である。金属基板 1 1の長い辺に沿って延びるように第 2のアンテナ部分 2 2が設けられ、金属基板 1 1の短い辺に沿って延びるようにメアンダラインアンテナ 2 1が設けられる。金属基板 1 1は携帯電話機の本体ケース 1 0内に収糸内されている。

金属基板 1 1は薄板状であり、表面には、図示しない無線送受信部が設けられている。この無線送受信部は給電点 1 2を介してメアンダラインアンテナ 2 1に接続されている。

第 1のアンテナ部分としてのメアンダラインアンテナ 2 1は、金属基板 1 1の短辺方向、すなわち、図 1中の左側から右側へ延びる方向に設けられる。' メアンダラインアンテナ 2 1と金属基板 1 1の表面との間には空気層が設けられている。メアンダラインアンテナ 2 1を保持するために、メアンダラインアンテナ 2 1と金属基板 1 1との間に固体の誘電体が設けられてもよい。メアンダラインアンテナ 2 1の一方端に給電点 1 2が接続され、他方端に第 2のアンテナ部分 2 2が接続される。メアンダラインアンテナ 2 1の電気長はぇノ4である。メアンダラィンアンテナ 2 1の電気長を（λ / 4 ) + ( λ / 2 ) Χ Β (Βは整数）とすることも可能である。

メアンダラィンアンテナ 2 1に接続されるように第 2のアンテナ部分 2 2が設けられる。第 2のアンテナ部分 2 2は、ヘリカルアンテナ 2 2 a、絶縁体 2 2 b およびモノポールアンテナ 2 2 cにより構成される。ヘリカルアンテナ 2 2 aおょぴモノポールアンテナ 2 2 cは線状アンテナであり、その間に絶縁体 2 2 bが介在している。絶縁体 2 2 bは、たとえば A B S (アルキルベンゼンスルホン酸）榭脂により構成される。ヘリカルアンテナ 2 2 aが第 3のアンテナを構成し，その電気長は λ Ζ 2である。なお、ヘリカルアンテナ 2 2 aの電気長を L / 2 X C ( Cは整数）とすることが可能である。また、モノポールアンテナ 2 2 cが第 4のアンテナ部分を構成し、その電気長は; 1 2である。モノポールアンテナ 2 2 cの電気長 { λ / 2 ) X D (Dは整数）とすることが可能である。

図 1に示すアンテナを引出した状態では、ヘリカルアンテナ 2 2 aおよびモノポールアンテナ 2 2 cは本体ケース 1 0から突出する。メアンダラインアンテナ 2 1は本体ケース 1 0内に収納されている。

メアンダラインアンテナ 2 1と第 2のアンテナ部分 2 2とはほぼ直交するように延び、それらは L型のアンテナを構成している。メアンダラインアンテナ 2 1 は、第 2のアンテナ部分 2 2と、給電点 1 2に接続される図示しない無線送受信部とのインピーダンスを整合させる働きをする。人が携帯電話機を耳に当てた状態では、第 2のアンテナ部分 2 2が延びる方向はほぼ直方向であり、第 1のァンテナ部分が延びる方向はほぼ水平方向である。

図 2は、この発明の実施の形態 1に従った携帯電話機において、アンテナを収納した状態を示す図である。図 2を参照して、アンテナを収納した場合には、モノポールアンテナ 2 2 cおよび絶縁体 2 2 bは本体ケース 1 0内に収納される。これに対して、ヘリカルアンテナ 2 2 aは本体ケース 1 0から突出するように構成される。このとき、ヘリカルアンテナ 2 2 aがいわゆるえノ 2アンテナとして作用する。

このように構成された携帯電話機 1 aおよびアンテナ素子 2 0 aでは、まず、集中定数素子から構成される整合回路の必要はない。その結果、集中定数素子内でのロスの発生を防止することができ、効率の高い携帯電話機およびアンテナ素子を提供することができる。

さらに、第 2のアンテナ部分 2 2は、メアンダラインアンテナ 2 1に対して直交する方向に延びる。そのため、第 2のアンテナ部分 2 2が鉛直方向に延びるように携帯電話機 1 aが保持されると、第 2のアンテナ部分 2 2が垂直偏波を送受信し、メアンダラインアンテナ 2 1が水平偏波を送受信する。これに対して、第 2のアンテナ部分 2 2が水平方向に延びるように携帯電話機 1 aが保持されると、第 2のアンテナ部分 2 2が水平偏波を送受信し、メアンダラインアンテナ 2 1が垂直偏波を送受信する。このように、携帯電話機 1 aの姿勢にかかわらず、垂直偏波および水平偏波を送受信することができるため、通話時の利得の向上を図ることができる。

さらに、図 1および図 2で示すように、アンテナを引出したときにも、また、アンテナを収納したときにも、電気長がえ/ 2のアンテナが突出する。そのため、ァンテナ引出時およびァンテナ収納時のいずれにおいてもこのアンテナにより電波を送受信することができる。

(実施の形態 2 )

図 3は、この発明の実施の形態 2に従った携帯電話機を示す図である。図 3を参照して、実施の形態 2に従った携帯電話機 1 bは、アンテナ素子 2 0 bを有する。アンテナ素子 2 0 bにおいては、第 1のアンテナ部分がヘリカルアンテナ 2 3により構成されている点で、図 1および図 2で示すアンテナ素子 2 0 aと異なる。ヘリカルアンテナ 2 3の電気長はほぼ（ / 4 ) + ( λ / 2 ) Χ Β ( Βは整数）である。

このように構成された携帯電話機 1 bおよびアンテナ素子 2 0 bでは、まず、実施の形態 1に従った図 1およぴ図 2で示す携帯電話機 1 aおよびァンテナ素子 2 0 aと同様の効果がある。さらに、第 1のアンテナ部分としてへリカルアンテナ 2 3を用いることにより、第 1のアンテナの物理的な長さを小さくすることができるため、携帯電話機 1 bを小型化することができる。

(実施の形態 3 )

図 4は、この発明の実施の形態 3に従った携帯電話機を示す図である。図 4を参照して、この発明の実施の形態 3に従った携帯電話機 1 cは、アンテナ素子 2 0 cを有する。アンテナ素子 2 0 cでは、第 1のアンテナ部分がジグザグアンテナ 2 4により構成されている点で図 1および図 2で示すアンテナ素子 2 0 aと異なる。ジグザクアンテナ 2 4の電気長はほぼ（； L Z 4 ) + { λ / 2 ) X Β は整数）である。

このように構成された携帯電話機 1 cおよびアンテナ素子 2 0 cでは、まず、実施の形態 1で示した携帯電話機 1 aおよびアンテナ素子 2 0 aと同様の効果がある。 (実施の形態 4 )

図 5は、この発明の実施の形態 4に従った携帯電話機を示す図である。図 5を参照して、この発明の実施の形態 4に従った携帯電話機 1 dは、アンテナ素子 2 O dを有する。アンテナ素子 2 0 dでは、第 1のアンテナ部分が板状アンテナ² 5により構成されている点で、図 1および 2で示すアンテナ素子 2 0 aと異なる。板状アンテナ 2 5 aは、短辺おょぴ長辺を有し、短辺は第 2のアンテナ部分 2 2 に沿って延びるように形成される。長辺は、第 2のアンテナ部分 2 2とほぼ直交する方向に延びるように形成される。板状アンテナ 2 5の電気長はほぼ（えノ 4 ) + { λ / 2 ) Χ Β ( Βは整数）である。

このように構成された携帯電話機 1 dおよびアンテナ素子 2 0 dでは、まず、図 1および図 2で示す携帯電話機 1 aおよびアンテナ素子 2 0 aと同様の効果がある。さらに、第 1のアンテナ部分として板状アンテナ 2 5を用いることにより、第 1のアンテナ部分内での電流の流れを分散することができる。そのため、第 1 ァンテナの利得の劣化を防止することができる。

(実施の形態 5 )

図 6は、この発明の実施の形態 5に従った携帯電話機を示す図である。図 6を参照して、この発明の実施の形態 5に従った携帯電話機 1 eは、アンテナ素子 2 0 eを有する。アンテナ素子 2 0 eは、第 1のアンテナ部分 2 6を有する。第 1 のアンテナ部分 2 6が、メアンダラインアンテナ 2 6 aと板状アンテナ 2 6 により構成される点で、図 1および図 2で示すアンテナ素子 2 0 aと異なる。第 1 のアンテナ部分 2 6の両端にメアンダラインアンテナ 2 6 aが配置され、ほぼ中央部に板状アンテナ 2 6 bが配置される。第 1のアンテナ部分 2 6の電気長はほぼ ( λ / 4 ) + { λ / 2 ) Β ( Βは整数）である。

このように構成された携帯電話機 1 eおよびアンテナ素子 2 0 eでは、まず、実施の形態 1に示した図 1および 2で示した携帯電話機 1 aおよびァンテナ素子 2 0 aと同様の効果がある。さらに、第 1のアンテナ部分 2 6において、電流分布が最大となる第 1のアンテナ部分 2 6の中央に板状アンテナ 2 6 bを配置することにより、第 1のアンテナ部分 2 6上に指が位置した場合での利得の劣化をさらに低減することができる。 (実施の形態 6 )

図 7は、この発明の実施の形態 6に従った携帯電話機を示す図である。図 7を参照して、この発明の実施の形態 6に従った携帯電話機 1 aは、アンテナ素子 2 0 f を有する。アンテナ素子 2 0 f の第 1のアンテナ部分としてのメアンダラィンアンテナ 2 1は、誘電体 3 1上に配置される。誘電体 3 1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 ) 、ベクトラ等の榭脂系材料（比誘電率^ 3 · 3 ) により構成される。誘電体 3 1上を這うようにメァンダラインアンテナ 2 1が設けられるが、誘電体 3 1内にメアンダラインアンテナ 2 1が埋込まれてもよい。また、誘電体 3 1上に図 3で示すヘリカルアンテナ 2 3、図 4で示すジグザグアンテナ 2 4、図 5で示す板状アンテナ 2 5、図 6で示すメアンダラインアンテナ 2 6 aと板状アンテナ 2 6 bが結合した第 1のアンテナ部分 2 6を配置してもよい。

このように構成された携帯電話機 1 aおよびアンテナ素子 2 0 ίでは、まず図 1および 2で示した携帯電話機 1 aおよびアンテナ素子 2. 0 f 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 3 1上にメアンダラインアンテナ 2 1 が載置されるため、メアンダラインアンテナ 2 1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、メアンダラインアンテナ 2 1のサイズを小さくすることができ、金属基板 1 1、ひいては携帯電話機 1 ίを構成する本体ケース 1 0 のサイズを小さくすることができる。

(実施の形態 7 )

図 8は、この発明の実施の形態 7に従った携帯電話機を示す図である。図 8を参照して、この発明の実施の形態 7に従った携帯電話機 1 gは、アンテナ素子 2 O gを有する。アンテナ素子 2 0 gにおいて、第 1のアンテナ部分としてのヘリカルアンテナ 2 3内に誘電体 3 1が配置される。誘電体 3 1は、コイルを構成しているヘリカルアンテナ 2 3の中央に芯状に配置される。誘電体 3 1は、ヘリ力ルアンテナ 2 3の延びる方向に沿って延びる。誘電体 3 1を構成する材料として、図 7で示す誘電体 3 1を構成する材料と同様のものを用いることができる。

このように構成された携帯電話機 1 gおよびアンテナ素子 2 0 gでも、図 7で示した携帯電話機 1 ίおよびアンテナ素子 2 0 f と同様の効果がある。

(実施の形態 8 )

図 9は、この発明の実施の形態 8に従った携帯電話機を示す図である。図 1 0 は、図 9中の矢印 Xで示す方向から見た携帯電舌機の図である。図 9を参照して、携帯電話機 l hは、アンテナ素子 2 O hを有する。アンテナ素子 2 O hは、第 1 のアンテナ部分としてのメアンダラインアンテナ 2 1を有する。このメアンダラインアンテナ 2 1は、給電点 1 2付近では、金属基板 1 1の表面付近に位置する力給電点 1 2から遠ざかるに従って、金属基板 1 1から遠ざかる方向に延びる。すなわち、金属基板 1 1とメアンダラインアンテナ 2 1との距離は、給電点 1 2 付近で相対的に小さく、メアンダラインアンテナ 2 1がモノポールアンテナ 2 2 cと接続する部分で相対的に大きい。そのため、メアンダラインアンテナ 2 1は金属基板 1 1から遠ざかる方向に延びるように形成されている。

図 1 0を参照して、金属基板 1 1の表面には給電点 1 2が設けられている。給電点 1 2に接続されるようにメアンダラインアンテナ 2 1が設けられている。メアンダラインアンテナ 2 1の一方端は給電点 1 2に接続され、他方端はモノポールアンテナ 2 2 cに接続される。メアンダラインアンテナ 2 1は、金属基板 1 1 の表面から遠ざかる方向に延びる。メアンダラインアンテナ 2 1の端部に設けられたモノポールアンテナ 2 2 cは、メアンダラインアンテナ 2 1と垂直に延びるように形成されている。モノポールアンテナ 2 2 cと金属基板 1 1との距離は、図 1および 2で示すモノポールアンテナ 2 2 cと金属基板 1 1との距離よりも大きレ、。すなわち、この実施の形態 8に従ったアンテナ素子 2 0 hでは、金属基板 1 1と第 2のアンテナ部分 2 2との距離が相対的に大きくなつている。

このように構成された携帯電話機 1 hおよびアンテナ素子 2 O hでは、また、図: Iおよび図 2で示した携帯電話機 1 aおよびアンテナ素子 2 0 hと同様の効果がある。さらに、メアンダラインアンテナ 2 1が立体的に折り曲げられていることによって、携帯電話機 1 hがどのような姿勢となっても利得を高めることができるという効果がある。

以下、この発明の具体的な実施例について説明する。

まず、図 1で示すような、この発明に従ったアンテナ素子 2 0 hにおいて、金属基板 1 1の長辺の長さを 0. 85 λ、短辺の長さ W₂を 0. 2んとした。また、メアンダラインアンテナ 21の横方向の長さ 1^を 0. 1 5んとし、縦方向の長さ L₂を 0. 05えとした。これにより、メアンダラインアンテナ 21の電気長が 0, 25 λとなった。また、モノポールアンテナ 22 cの電気長を； L/ 2 とし、ヘリカルアンテナ 22 aの電気長を； 1 2とした。このようなサンプルに対し、周波数が 1. 5GHzから 2. 5 GH zの電波を給電点 12から入射し、アンテナ素子 20 aのインピーダンス特生（スミスチャートおよび VSWR) を調べた。特定の点についてのインピーダンスと VSWRを表 1に示す。

スミスチャートを図 1 1に示す。 VSWRと周波数の関係を図 1 2に示す。図] 1に示すスミスチャートより、この発明に従ったアンテナ素子では、インピ一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101〜1 04は、中心点付近に位置するため、この領域では反射係数が特に小さくなつていることがわかる。また、図 12より、 V SWRが 2以下の領域は、周波数は 1. 95GHz以上 2. 1 2GHz以下の領域である。さらに、比帯域幅は 3. 4%である。なお、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示し、比帯域幅は以下の式に従って求められる。

比帯域幅 = (VSWRが 2となる周波数の最大値一 VSWRが 2となる周波数の最小値） / 2. OGHz

なお、 VSWRを 2以下領域でアンテナの特性を評価するのは、通常、ある周波数（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 SWRを 2以下とすることを目安として設計を行なうためである。

次に、従来品についてのスミスチャートおよび周波数と VSWRとの関係を調ベた。図 13は、従来の携帯電話機を示す図である。図 1 3を参照して、従来の携帯電話機は、図 1で示すこの発明に従った携帯電話機からメアンダラインアンテナ 2 1を取除いたものである。すなわち、金属基板 1 1上に給電点 1 2が設けられ、この給電点 1 2に直接モノポールアンテナ 2 2 cが接続されている。金属基板 1 1、モノポールアンテナ 2 2 cおよびへリカルアンテナ 2 2 aの寸法は、表 1で示すデータを採取したアンテナ素子と同様とした。このような携帯電話機 1 zのアンテナ素子 2 0 zに、給電点 1 2から周波数が 1 . 5 G H zから 2 . 5 G H zまでの電波を入射し、アンテナ素子 2 0 zのインピーダンス特性（スミスチャートおよび V S WR) を求めた。特定の点についてのインピーダンスと V S WRを表 2に示す。

表 2

スミスチャートを図 1 4に示す。 V S WRと周波数との関係を図 1 5に示す。図 1 4より、従来のアンテナ素子では、ほぼすベての領域において、インピーダンスの軌跡がスミスチャートの中心点から離れており、反射係数が大きくなつていることがわかる。特に、周波数が高い領域において、反射係数が大きい。また、図 1 5より、 V S WRが 2以下の領域は存在しない。

これにより、従来のアンテナ素子では、整合回路を取除くと情報通信として使用できる帯域がなくなることがわかる。

次に、この発明に従ったアンテナ素子と従来のアンテナ素子とについての放射特性を比較した。まず、図 1 6は、この発明に従った携帯電話機と X、 Yおよび Z軸との関係を説明するために示す携帯電話機の平面図である。図 1 6に示すように、この発明に従った携帯電話機 1 aを用意した。この携帯電話機 l aは、本体ケース 1 0を有する。本体ケース Ί 0表面には保護窓 4 2が設けられており、この保護窓 4 2奥に液晶パネルが位置する。本体ケース 1 0の中央部には多機能スィツチ 4 6および操作キー 4 5が設けられている。本体ケース 1 0の下部にはフリップ 4 7が設けられている _n 本体ケース l 0の先端部から突 jijするように第 2のアンテナ部分 2 2が設けられている。第 2のアンテナ部分 2 2は、ヘリカルアンテナ 2 2 a、絶縁体 2 2 b およびモノポールアンテナ 2 2 cにより構成される。また、本体ケース 1 0内部にはアンテナ素子 2 0 aが設けられる。アンテナ素子 2 0 aを構成する第 2のァンテナ部分 2 2が本体ケース 1 0から突出して設けられている。第 2のアンテナ部分 2 2は、ヘリカルアンテナ 2 2 a、絶縁体 2 2 と、モノポ一ルアンテナ 2 2 cとにより構成される。なお、アンテナ素子 2 0 aは、図 1で示すアンテナ素子 2 0 aと同様に構成され、本体ケース 1 0内には、金属基板 1 1、給電点 1 2、メアンダラインアンテナ 2 1が設けられている。

第 2のアンテナ部分 2 2が延びる方向が + Z方向である。また、図 1 6の右から左へ向かう方向が + Y方向である。また、紙面の手前側から奥側へ向かう方向が + X方向である。

図 1 7は、図 1 6中の矢印 X V I Iで示す方向から見た携帯電話機の側面図である。図 1 7を参照して、携帯電話機 1 aの本体ケース 1 0には、電池 4 9が取付けられる。液晶パネルを表示する保護窓 4 2は本体ケース 1 0の表面に取付けられ、電池 4 9は本体ケース 1 0の裏面に取付けられる。電池 4 9から第 2のァンテナ部分 2 2へ向かう方向が + Z方向である。保護窓 4 2から本体ケース 1 0 の裏面へ向かう方向が + X方向である。紙面の手前から奥へ向かう方向が + Y方向である。

図 1 8から図 2 0は、 X— Z面での放射パターンを測定する工程を示す図である。まず図 1 8を参照して、図 1 6および図 1 7で示した携帯電話機 1 aをテ一ブル 1 5 0上に載置した。このとき、第 2のアンテナ部分 2 2が延びる方向、すなわち、 + Z方向と、方向と力 S、矢印 1 4 0で示す鉛直方向とほぼ直交するように載置した。そのため、 -ト Y方向は矢印 1 4 0で示す直方向とほぼ平行である。テ一ブル 1 5 0は矢印 Rで示す方向に回転することが可能である。

このようなテーブル 1 5 0に携帯電話機 1 aを载置した状態で、無線送受信部から所定の出力によりアンテナ素子 2 0 aを介して周波数が 1 . 9 5 G H zの電波を放射した。また、このとき、テーブル 1 5 0を矢印 Rで示す方向に回転させた。これにより、アンテナ素子 2 0 aからは矢印 1 5 1で示すような電波が放射 , された。この電波の電界強度を測定用アンテナ 1 6 0で測定し、この電波について矢印 Vで示す方向の垂直偏波と矢印 Hで示す方向の水平偏波との電界強度を求めた。

図 1 9を参照して、テーブル 1 5 0上にダイポールアンテナ 1 7 0を載置した。このダイポールアンテナ 1 7 0では、中央部に給電点 1 Ί 1が設けられており、給電点 1 7 1は同軸ケーブル 1 7 2に接続されている。同軸ケーブル 1 7 2は所定の無線送受信部に接続されている。ダイポールアンテナ 1 7 0は矢印 1 4 0で示す鉛直方向とほぼ平行に延びる。' テーブル 1 5 0を矢印 Rで示す方向に回転させながら、図 1 8で示すアンテナ素子 2 0 aに無線送受信部が与えた出力と同様の出力をダイポールアンテナ 1 7 0に与えて、ダイポールアンテナ 1 7 0から矢印 1 5 2で示す周波数が 1 . 9 5 G H zの電波を放射した。これにより、ダイポ一ルアンテナ 1 7 0からは矢印 1 5 2で示す電波が放射された。この電波は矢印 Vで示す方向の垂直偏波である。この電波の電界強度を測定用アンテナ 1 6 0で測定した。

図 2 0を参照して、テーブル 1 5 0上にダイポールアンテナ 1 7 0を載置した。ダイポールアンテナ 1 7 0は、矢印 1 4 0で示す鉛直方向とほぼ直交して延びるように配置した。ダイポールアンテナ 1 7 0の中心に給電点 1 7 1が設けられ、給電点 1 7 1は同軸ケーブル 1 7 2と接続されている。テーブル 1 5 0を矢印 R で示す方向に回転させながら、図 1 8で示すアンテナ素子 2 0 aに無線送受信部が与えた出力と同様の出力をダイポールアンテナ 1 7 0に与えて、ダイポールァンテナ 1 7 0から矢印 1 5 3で示す周波数が 1 . 9 5 G H zの電波を放射した。この電波は、矢印 Hで示す方向の水平偏波である。この電波の電界強度を測定用アンテナ 1 6 0で求めた。

図 1 8〜図 2 0で示す工程で得られたデータをもとに、この発明に従ったアンテナ素子放射パターンを求めた。その結果を図 2 1に示す。

図 2 1中、実線 3 0 1は、図 1 9で示す工程においてダイポールアンテナ 1 7 0から放射された垂直偏波の電界強度に対する、図 1 8で示したアンテナ素子 2 0 aから放射された電波の垂直偏波成分の利得を示す。この利得は以下の式に従つて算出した。 (利得） = 2 0 x 1 o g ,。（アンテナ素子 2 0 aからの垂直偏波の電界強度 Z ダイポールアンテナ 1 7 0からの垂直偏波の電界強度〉

点線 3 0 2は、図 2 0で示す工程においてダイポールアンテナ 1 7 0から放射された水平偏波の電界強度に対する、図 1 8で示したアンテナ素子 2 0 aから放射された電波の水平偏波の利得である。この利得は以下の式に従って算出した。

(利得） = 2 0 X 1 o g i。（アンテナ素子 2 0 aからの水平偏波の電界強度 Z ダイポールアンテナ 1 7 0からの水平偏波の電界強度）

図 2 1より、この発明の従ったアンテナ素子 2 0 aでは、垂直偏波の利得が水平偏波の利得よりも大きくなつていることがわかる。なお、図 2 1〜2 4中の 1 目盛りは 1 0 d Bを示す。また、図 2 1中の横軸である X軸上の点は、図 1 6および図 1 7で示す X軸が測定用アンテナ 1 6 0の方を向いた状態での利得の点であり、縦軸である Z軸上の点は、図 1 6および図 1 7で示す Z軸が測定用アンテナ 1 6 0を向いた状態での利得を示す点である。

また、垂直偏波および水平偏波の利得（X P R (cross polarrization ratio) = 6 d B ) を平均化して平均化利得を求めたところ、平均化利得は一 4 . 5 6 d B dであった。また、利得のピークの値は一0 . 8 6 d B dであった。

次に、図 1 8で示す工程において、 Z軸（第 2のアンテナ部分 2 2が延びる方向）と、矢印 1 4 0で示す鉛直方向とがほぼ 6 0 ° をなすように携帯電話機 1 をテーブル 1 5 0上に載置した。この状態で、図 1 8で示すテーブル 1 5 0を矢印 Rで回転させるとともに、無線送受信部からアンテナ素子 2 0 aに所定の出力を与えて電波を放射した。なお、人が携帯電話機で通信する際、すなわち、携帯電話機のボタンを押す際には、通常、アンテナが延びる方向と、鉛直方向とはほぼ 6 0 ° をなすとされる。この状態で、テーブル 1 5 0を矢印 Rで示す方向に回転させるとともに、図 1 8で示した工程と同様の出力を無線送受信部からアンテナ素子 2 0 aに与えて周波数が 1 . 9 5 G H zの電波を放射させた。この電波の垂直偏波成分と水平偏波成分との電界強度を測定用アンテナ 1 6 0で測定した。

Z軸を鉛直方向に対して 6 0 ° 傾けて配置した状態での放射パターンを図 2 2 で示す。図 2 2中、実線 3 1 1は、図 1 9で示す工程において測定した垂直偏波の電界強度に対する、 Z軸を鉛直方向に対して 6 0 ° 傾けたアンテナ素子 2 0 a から放射された電波の垂直偏波成分の強度の利得を示す。この利得は以下の式に従って算出した。

(利得） = 20 X 1 o g_1D (60° 傾いたアンテナ素子 20 aからの垂直偏波の電界強度 Zダイポールアンテナ 170からの垂直偏波ぬ電界強度）

点線 312は、図 20で示す工程において測定された水平偏波の強度に対する、

Z軸を鉛直方向に対して 60° 傾けたアンテナ素子 20 aから放射される電波の水平偏波成分の電界強度の利得を示す。この利得は以下の式に従って算出した。

(利得） = 2 0 X 1 o g_1D (60° 傾いたアンテナ素子 20 aからの水平偏波の電界強度 Zダイポールアンテナ 170からの水平偏波の電界強度）

図 2 2より、アンテナ素子の Z軸を鉛直方向に対して 60° 傾けた状態、すなわち、通常の携帯電話機の通話状態における垂直偏波および水平偏波の利得はともに大きくなつていることがわかる。なお、図 2 2より、垂直偏波成分および水平偏波成分の平均化利得（XPR=6 dB) を求めたところ、平均化利得は一 4. 27 dBdとなり、良好な値となった。利得のピークの値は一 2. 82 d B dであった。

これより、本発明品では、あらゆる状態で携帯電話機を保持しても、通話利得が高くなつていることがわかる。

次に、図 1 3で示す従来のアンテナ素子 20 zを有する携帯電話機 1 zを用いて、図 18で示す工程と同様の工程に従い Z軸および X軸を水平方向に向け、 Y 軸を鉛直方向と平行としてテーブル 150上に載置した。この状態でテーブルを矢印 Rで示す方向に回転させながらアンテナ素子 20 zを介して周波数が 1. 9 5 GHzの電波を放射させた。このとき、アンテナ素子 20 aに無線送受信部が与えた出力と同様の出力をアンテナ素子 20 _Zに与えた。この放射された電波の垂直偏波成分および水平偏波成分を測定用アンテナ 160で測定した。このような従来のアンテナについての放射パターンを図 23で示す。図 23中、実線 32 1は、図 19で示す工程で測定した垂直偏波の電界強度に対する、図 18で示す工程に従いアンテナ素子 20 zから放射じた電波の垂直偏波成分の電界強度の利得を示す。この利得は以下の式に従って算出した。

(利得） = 2 0 X 1 o g ₁₀ (アンテナ素子 2 0 zからの垂直偏波の電界強度ノダイポールァンテナ 1 70カゝらの垂直偏波の電界強度）

点線 322は、図 20で示す工程で測定した水平偏波の電界強度に対する、図 18で示す工程に従いアンテナ素子 20 zから放射された電波の水平偏波成分の電界強度の利得である。この利得は以下の式に従って算出した。

(利得） = 20 X 1 o g _1Q (アンテナ素子 20 zからの水平偏波の電界強度ダイポールァンテナ 170からの水平偏波の電界強度）

図 23より、水平偏波成分の利得および垂直偏波成分の利得がともに小さくなつていることがわかる。図 23より、.平均化利得を求めたところ、平均化利得は —4. 74 d B dであった。また、利得のピークの値は一 1. 13 dB dであつた。

さらに、テーブル 1 50上に携帯電話機 1 zの Z軸（ヘリカルアンテナ 22 a およびモノポールアンテナ 22 cが延びる方向）と、矢印 140で示す鉛直方向とがほぼ 60° をなすようにテーブル 150上に携帯電話機 1 zを載置した。この状態で、テーブル 15◦を矢印 Rで示す方向に回転させながら、所定の出力により、アンテナ素子 20 zから周波数が 1. 95 GHzの電波を放射した。この電波について測定用アンテナ 1 60により垂直偏波成分と水平偏波成分との電界強度を測定した。このように、 Z軸と鉛直方向とが 60° をなすように配置したアンテナ素子についての放射パターンを図 24で示す。

図 24中実線 331は、図 19で示す工程で測定した垂直偏波の電界強度に対する、 Z軸を鉛直方向に対して 60° 傾けたアンテナ素子 20 zから放射される電波の電界強度の利得を示す。この利得は以下の式に従つて算出した。

(利得） =20 X 1 o _{g l}。（60° 傾いたアンテナ素子 20 zからの垂直偏波の電界強度ダイポールアンテナ 170からの垂直偏波の電界強度〉

点線 332は、図 20で示す工程において測定した水平偏波の電界強度に対する、 Z軸を鉛直方向に対して 60° 傾けたアンテナ素子 2' 0 _zから放射される電波の水平偏波成分の電界強度の利得である。この利得は以下の式に従って算出した。

(利得） = 20 X 1 o _{g l}。（60° 傾いたアンテナ素子 2◦ zからの水平偏波の電界強度 Zダイポールアンテナ 170からの水平偏波の電界強度）図 2 4'より、従来品では、垂直偏波および水平偏波の利得が、ともに本発明品に比べて小さくなつていることがわかる。なお、図 2 4より、平均化利得を求めたところ、平均化利得は— 5 . 6 4 d B dであった。また、利得のピークの値は一 3 . 0 4 d B dであった。

以上の結果より、本発明に従えば、アンテナ素子において整合回路を設けないため、この整合回路での損失を低下させるだけでなく、水平偏波および垂直偏波の両成分の送受信に関し、高い通話時の利得の向上を図ることが可能となる。産業上の利用可能性

この発明に従ったアンテナ素子は、携帯電話機、通信機能を有するパソコン等の携帯情報端末、一般無線機、特殊無線機等の分野で利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 一方向に延びるように形成された第 1のアンテナ部分（2 1 , 2 3， 24， 2 5， 2 6) と、

電気長がほぼ（え 2) XA (Aは整数）であり、前記第 1のアンテナ部分 (2 1， 2 3， 2 4， 2 5, 2 6 ) に結合し、前記第 1のアンテナ部分（ 2 1，

2 3， 24, 2 5， 2 6) の延びる方向とほぼ直交するように延びる第 2のアンテナ部分（2 2) とを備えた、アンテナ素子。

2. 前記第 1のアンテナ部分（2 1， 2 3， 24， 2 5， 2 6) は、電気長がほぼ (λ/4) + {λ/2) Χ Β (Βは整数）である、請求項 1に記載のアンテナ素子。

3. 前記第 1のアンテナ部分（2 1， 2 3, 24， 2 5， 2 6) は、板状アンテナ（2 5， 2 6 b) 、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ（2 3) 、メアンダラインアンテナ（2 1 , 2 6 a) およびジグザグアンテナ（24) からなる群より選ばれた少なくとも 1種を含む、請求項 1に記載のアンテナ素子。

4. 前記第 2のアンテナ部分（2 2) は線状アンテナ（2 2 a， 2 2 c ) を含む、請求項 1に記載のアンテナ素子。

5. 前記線状アンテナ（2 2 a , 2 2 c) は、モノポールアンテナ（2 2 c) およびへリカルアンテナ（2 2 a ) 力らなる群より選ばれた少なくとも 1種を含む、請求項 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（3 1 ) を介在させて第 1のアンテナ部分 (2 1， 2 3, 24， 2 5， 2 6) が設けられており、

前記基板（1 1 ) 力ら延在するように前記第 2のアンテナ部分（2 2) が設けられている、請求項 1に記載のアンテナ素子。

7. 給電点（1 2) に順に前記第 1のアンテナ部分（2 1， 2 3, 2 4， 2 5， 2 6) および前記第 2のアンテナ部分（2 2) が取付けられている、請求項 1に記載のアンテナ素子。

8. 本体ケース（1 0) と、

前記本体ケース（1 0) の内部に配置され、一方向に延びるように形成された第 1のアンテナ部分（2 1， 23, 24， 25， 26) と、電気長がほぼ、1 / 2) XA (Aは整数）であり、前記第 1のアンテナ部分（2 1， 2 3, 24, 2 5, 26) に結合し、前記第 1のアンテナ部分（2 1， 23， 24， 25, 2 6) の延びる方向とほぼ直交するように'延び、前記本体ケース（1 0) から突出可能に配置された第 2のアンテナ部分（22) とを含むアンテナ素子（20 a〜 2 O h) とを備えた、携帯情報端末。

9. 前記第 2のアンテナ部分（22) は、電気長がほぼ（λΖ2) XC (Cは整数）である第 3のアンテナ部分（22 a) と、前記第 3のアンテナ部分（22 a) に結合し、電気長がほぼ（ぇ 2) XD (Dは整数）である第 4のアンテナ部分（2 2 c) とを含み、

前記アンテナ素子（20 a〜20 h) を前記本体ケース（1 0) から引出したときは、前記第 3および前記第 4のアンテナ部分（22 a, 22 c) が前記本体ケース（ 1 0) から突出し、

前記アンテナ素子（20 a〜20 h) を前記本体ケース（1 0) に収納したときは、前記第 3のアンテナ部分（20 a) が前記本体ケース（1 0) から突出し、前記第 4のアンテナ部分（20 c) が前記本体ケース（1 0) に収納される、請求項 8に記載の携帯情報端末。