アンテナおよび携帯端末
【課題】小型で広帯域の無線通信をカバーする。
【解決手段】アンテナ１０の放射部１１は、ループ形状を有し、開放部１１ａを有している。放射部１２は、線状を有し、放射部１１から伸びている。スイッチ１３は、放射部１１の開放部１１ａを短絡および開放する。アンテナ１０は、スイッチ１３により開放部１１ａが短絡および開放される放射部１１によって高域および中域の無線通信をカバーし、放射部１２によって低域の無線通信をカバーする。
【解決手段】アンテナ１０の放射部１１は、ループ形状を有し、開放部１１ａを有している。放射部１２は、線状を有し、放射部１１から伸びている。スイッチ１３は、放射部１１の開放部１１ａを短絡および開放する。アンテナ１０は、スイッチ１３により開放部１１ａが短絡および開放される放射部１１によって高域および中域の無線通信をカバーし、放射部１２によって低域の無線通信をカバーする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、アンテナおよびアンテナを備えた携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などの携帯端末は高機能化し、例えば、複数の無線通信システムの周波数帯域に対応できるよう広帯域化が求められている。また、携帯端末は、例えば、持ち運びがしやすいよう小型化が求められている。
【０００３】
携帯端末は、広帯域化に対応するために複数のアンテナを有しているものがある。例えば、携帯端末は、通信帯域の各帯域を複数のアンテナのそれぞれでカバーし、広帯域化を実現する。この場合、アンテナの携帯端末の実装スペースを占める部分が大きくなり、携帯端末のサイズが大きくなる。
【０００４】
なお、従来、小型化され、低周波数化かつ広帯域化したアンテナ装置と該アンテナ装置を備えた携帯型電子機器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７９５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようにアンテナは、広帯域の無線通信をカバーするにはサイズが大きくなるという問題点があった。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、小型で広帯域の無線通信をカバーすることができるアンテナおよび携帯端末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】
【０００７】
上記課題を解決するために、アンテナが提供される。このアンテナは、開放部を有するループ形状の第１の放射部と、前記第１の放射部から伸びる線状の第２の放射部と、前記第１の放射部の開放部を短絡および開放するスイッチと、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
開示の装置によれば、小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係るアンテナを適用した携帯端末の平面図である。
【図２】携帯端末の使用する周波数帯域の例を示した図である。
【図３】アンテナの平面図である。
【図４】図３に示すアンテナの底面図である。
【図５】図３に示すアンテナ、給電部、およびパターンの拡大図である。
【図６】図３に示すスイッチ部分の拡大図のその１である。
【図７】図３に示すスイッチ部分の拡大図のその２である。
【図８】スイッチの等価回路である。
【図９】アンテナの特性を説明する図のその１である。
【図１０】アンテナの特性を説明する図のその２である。
【図１１】アンテナの特性を説明する図のその３である。
【図１２】アンテナの特性を説明する図のその４である。
【図１３】図９〜図１２に示すアンテナの反射波特性を示した図である。
【図１４】第２の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。
【図１５】図１４に示すアンテナの平面図である。
【図１６】図１５に示すアンテナのＡ方向から見た側面図である。
【図１７】図１５に示すアンテナのＢ方向から見た側面図である。
【図１８】図１４に示すアンテナの平面図である。
【図１９】アンテナ各部の大きさの一例を説明する図である。
【図２０】図１４に示すアンテナの反射波特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るアンテナを適用した携帯端末の平面図である。図１に示す携帯端末１は、例えば、携帯電話機である。携帯端末１は、例えば、ユーザの使用するアプリケーションによって、自動的に無線通信する周波数帯域を切替える。
【００１１】
図２は、携帯端末の使用する周波数帯域の例を示した図である。図２の周波数帯域の欄には、携帯端末１の無線通信に使用する周波数帯域が示してある。中心周波数の欄には、携帯端末１の使用する周波数帯域の中心周波数が示してある。帯域幅の欄には、携帯端末１の使用する周波数帯域の帯域幅が示してある。無線方式の欄には、携帯端末１の使用する周波数帯域がどの無線方式によるものかを示している。
【００１２】
例えば、図２の最左欄より、携帯端末１は、８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、１４４７．９ＭＨｚ〜１５１０．９ＭＨｚ、１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、および１８５０ＭＨｚ〜２１６７．６ＭＨｚの４つ周波数帯域で無線通信を行うことが分かる。
【００１３】
また、図２の最上欄より、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの中心周波数は、８８３ＭＨｚであることが分かる。また、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの帯域幅は、１５４ＭＨｚであることが分かる。また、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚは、ＦＯＭＡ（Freedom Of Mobile multimedia Access）またはＧＳＭ（Global System for Mobile）の無線方式で使用されることが分かる。なお、図２中に示すＬＴＥは、Long Term Evolutionである。
【００１４】
以下では、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚをバンド１と呼ぶことがある。また、周波数帯域１４４７．９ＭＨｚ〜１５１０．９ＭＨｚをバンド２と呼ぶことがある。また、周波数帯域１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚをバンド３と呼ぶことがある。また、周波数帯域１８５０ＭＨｚ〜２１６７．６ＭＨｚをバンド４と呼ぶことがある。
【００１５】
また、以下では、１０００ＭＨｚ以下にあるバンド１を低域、１４００ＭＨｚ〜１６００ＭＨｚ内にあるバンド２を中域、１７００ＭＨｚ以上にあるバンド３，４を高域と呼ぶことがある。
【００１６】
携帯端末１は、例えば、バンド１〜４のいずれかを用いて無線通信を行う。例えば、携帯端末１は、ユーザの使用するアプリケーションによって、自動的にバンド１〜４のいずれかを選択し、選択したバンドで無線通信を行う。
【００１７】
例えば、ユーザが携帯端末１のアプリケーションＡを使用する場合、アプリケーションＡは、バンド１で無線通信を行う。また、ユーザが携帯端末１のアプリケーションＢを使用する場合、アプリケーションＢは、バンド２で無線通信を行う。
【００１８】
携帯端末１は、例えば、内部の基板にアンテナを備え、そのアンテナを介して、無線通信を行う。携帯端末１のアンテナは、例えば、バンド１〜４の４バンドの無線通信に対応できるチューナブルアンテナである。
【００１９】
図３は、アンテナの平面図である。図３には、アンテナ１０が示してある。また、図３には、給電部２１、パターン２２、および基板３０が示してある。
アンテナ１０、給電部２１、およびパターン２２は、基板３０上に形成されている。基板３０上には、半導体デバイス等の部品が実装されるが、図３ではその図示を省略している。
【００２０】
アンテナ１０は、開放部を有するループ形状の放射部１１を有している。また、アンテナ１０は、放射部１１から伸びる線状の放射部１２を有している。放射部１２は、放射部１１の給電点（放射部１１と給電部２１との接続部分）から伸びている。また、アンテナ１０は、放射部１１の開放部に、スイッチ１３を有している。
【００２１】
給電部２１は、アンテナ１０で無線送信する信号を放射部１１，１２に給電する。給電部２１は、例えば、図３に示していない半導体デバイスから信号を受信し、その信号を放射部１１，１２に給電する。給電部２１は、例えば、マイクロストリップ線路で形成される。
【００２２】
パターン２２は、スイッチ１３をオン・オフする制御信号を伝搬する。図３の例では、給電部２１のそばにあるパターン２２の一端は、スルーホールで裏面（基板３０のアンテナ１０の形成されていない側の面）に出され、放射部１２の下をくぐる。そして、裏面で放射部１２の下をくぐったパターン２２は、スルーホールで表面（基板３０のアンテナ１０の形成されている側の面）に出され、スイッチ１３に接続される。
【００２３】
パターン２２の他端は、図３に示していないＣＰＵ（Central Processing Unit）等の半導体デバイスに接続されている。半導体デバイスから出力される制御信号は、パターン２２を伝搬してスイッチ１３に出力される。スイッチ１３は、パターン２２を伝搬した制御信号によってオン・オフし、放射部１１の開放部を短絡および開放する。
【００２４】
基板３０は、例えば、縦横が１２３ｍｍ×５０ｍｍ、厚さが１ｍｍのＰＣＢ（Printed Circuit Board）である。基板３０の比誘電率は、例えば、４．４であり、誘電正接は０．０１である。また、基板３０上に形成されるアンテナ１０、給電部２１、パターン２２、およびグランドは、例えば、銅箔であり、その厚さは、例えば、３５μｍである。基板３０のアンテナ１０が形成される部分の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００２５】
図４は、図３に示すアンテナの底面図である。図４において図３と同じものには同じ符号が付してある。
図４に示すように、グランド４０は、基板３０のアンテナ１０が形成される面とは反対の面に形成されている。グランド４０は、例えば、基板３０上にベタに形成される。グランド４０の縦横の大きさは、例えば、１００ｍｍ×５０ｍｍである。
【００２６】
グランド４０は、アンテナ１０と重ならないように形成されている。例えば、アンテナ１０は、図４のグランド４０が形成されていない部分の反対側の面に形成されている。
図４に示すパターン２２は、図３で説明した放射部１２の下をくぐるパターンである。上述したように、パターン２２は、スルーホールによって、基板３０のアンテナ１０が形成されている面に出され、スイッチ１３に接続される。
【００２７】
パターン４１は、グランド４０に接続されている。パターン４１の一端は、スルーホールによって、基板３０のアンテナ１０が形成されている面に出され、スイッチ１３に接続される。
【００２８】
図５は、図３に示すアンテナ、給電部、およびパターンの拡大図である。図５において図３と同じものには同じ符号が付してある。
アンテナ１０の放射部１１は、５角形の板状のループ形状を有している。また、放射部１１は、開放部１１ａを有している。開放部１１ａには、スイッチ１３が接続されている。
【００２９】
開放部１１ａは、スイッチ１３がオンすることによって短絡される。これにより、放射部１１は、板状アンテナと同等の広帯域特性を有するループ形状アンテナとして機能する。また、開放部１１ａは、スイッチ１３がオフすることによって開放される。これにより、放射部１１は、モノポールアンテナとしての機能を有する。すなわち、放射部１１は、スイッチ１３のオン・オフによって、ループ形状アンテナとして機能し、またモノポールアンテナとして機能する。
【００３０】
放射部１１の電気長（給電点から時計回りした開放部１１ａまでの長さ）は、送受信したい無線周波数のλ／４（λ：波長）にする。これにより、放射部１１は、モノポールアンテナとして機能する場合、λ／４の無線周波数の信号を送受信できる。
【００３１】
例えば、放射部１１で中域のバンド２の無線通信をカバーするには、放射部１１の給電点から開放部１１ａまでの長さを、バンド２の中心周波数のλ／４にする。これにより、放射部１１は、スイッチ１３がオフしてモノポールアンテナとして機能する場合、中域のバンド２の無線通信をカバーすることができる。
【００３２】
なお、後述するが、放射部１１は、スイッチ１３がオンしてループ形状アンテナとして機能する場合、高域のバンド３，４の無線通信をカバーする。
放射部１２は、放射部１１の給電点から伸びたモノポールアンテナである。放射部１２の電気長（給電点からの長さ）は、送受信したい無線周波数のλ／４にする。これにより、放射部１２は、λ／４の無線周波数の信号を送受信できる。
【００３３】
放射部１２の電気長は、放射部１１の電気長より長くする。すなわち、放射部１２は、放射部１１より低域の周波数帯域の無線通信をカバーするようにする。
例えば、放射部１２は、低域のバンド１の無線通信をカバーするようにする。放射部１２が低域のバンド１の無線通信をカバーするには、放射部１２の給電点からの長さを、例えば、バンド１の中心周波数のλ／４にする。
【００３４】
以上より、携帯端末１は、高域のバンド３，４の無線通信を行う場合、スイッチ１３をオンする。これにより、携帯端末１は、放射部１１のループ形状アンテナにより、高域のバンド３，４の無線通信を行うことができる。
【００３５】
また、携帯端末１は、中域のバンド２の無線通信を行う場合、スイッチ１３をオフする。これにより、携帯端末１は、放射部１１のモノポールアンテナにより、中域のバンド２の無線通信を行うことができる。
【００３６】
さらに、携帯端末１は、低域のバンド１の無線通信を行う場合、スイッチ１３をオン・オフのどちらにしてもよい。低域のバンド１の無線通信は、モノポールアンテナの放射部１２によってカバーされるからである。
【００３７】
パターン２２は、分断された部分があり、その分断部分に抵抗５１が挿入される。パターン２２に抵抗５１を挿入するのは、パターン２２がアンテナ１０と共振しないようにするためである。図５に示す５個の抵抗５１のそれぞれの抵抗値は、例えば、１０ｋΩである。
【００３８】
図６は、図３に示すスイッチ部分の拡大図のその１である。図６では、基板３０にスイッチ１３を実装していない場合のスイッチ部分を示している。すなわち、スイッチ１３部分のパターンを示している。図６において図５と同じものには同じ符号が付してある。
【００３９】
図６に示すパターン２２は、スルーホール２２ａを介して、図４に示す基板３０の裏面に形成されたパターン２２に接続されている。パターン６１は、スルーホール６１ａを介して、図４に示すパターン４１に接続されている。スイッチ１３は、図６に示すパターン２２，６１、および放射部１１の開放端１１ａａ，１１ａｂの上に実装される。
【００４０】
図７は、図３に示すスイッチ部分の拡大図のその２である。図７では、基板３０にスイッチ１３を実装した場合のスイッチ部分を示している。図７において図６と同じものには同じ符号が付してある。
【００４１】
スイッチ１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチである。スイッチ１３は、パターン２２を伝搬する制御信号によって、図６に示した放射部１１の開放端１１ａａ，１１ａｂを短絡（接続）および開放する。また、スイッチ１３は、その筺体がパターン６１に接続され、グランド４０に接続される。
【００４２】
図８は、スイッチの等価回路である。図８に示すように、スイッチ１３は、端子７１ａ，７１ｂ、開閉部７２、コンデンサＣ１，Ｃ２、およびインダクタＬ１，Ｌ２を有している。
【００４３】
端子７１ａは、図６に示す放射部１１の開放端１１ａａに接続される。端子７１ｂは、図６に示す放射部１１の開放端１１ａｂに接続される。開閉部７２は、パターン２２を伝搬した制御信号によって開閉する。これにより、放射部１１の開放端１１ａａ，１１ａｂ（開放部１１ａ）は、短絡および開放される。
【００４４】
スイッチ１３は、図７で説明したように、その筺体がパターン６１に接続され、グランド４０に接続される。図８に示すグランドは、グランド４０に対応する。コンデンサＣ１，Ｃ２は、端子７１ａ，７１ｂとグランド４０との間に発生する容量を示している。インダクタＬ１，Ｌ２は、スイッチ１３の有するインダクタ成分を示している。
【００４５】
以下、アンテナ１０の特性について説明する。まず、板状アンテナ、ループ形状アンテナ、モノポールアンテナ、およびループ形状アンテナとモノポールアンテナとを組み合わせたアンテナについて説明する。
【００４６】
図９は、アンテナの特性を説明する図のその１である。図９には、板状アンテナ８１、給電部８２、および基板８３が示してある。
図９に示すように、基板８３の板状アンテナ８１の右側には、何も形成されていない。この何も形成されていない部分と板状アンテナ８１の部分の縦横の大きさは、例えば、アンテナ１０と同じ大きさの２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００４７】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、板状アンテナ８１と、板状アンテナ８１が形成されていない部分とに対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。基板８３は、図３で説明した基板３０と同様の基板パラメータを有している。
【００４８】
図１０は、アンテナの特性を説明する図のその２である。図１０において図９と同じものには同じ符号が付してある。図１０では、図９の板状アンテナ８１がループ形状アンテナ９１となっている。
【００４９】
ループ形状アンテナ９１は、板状アンテナ８１の中央部分をくり貫いたものである。従って、ループ形状アンテナ９１の外周の大きさは、板状アンテナ８１の外周の大きさと同じである。
【００５０】
図１０に示すように、基板８３のループ形状アンテナ９１の右側には、何も形成されていない。この何も形成されていない部分とループ形状アンテナ９１の部分の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００５１】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、ループ形状アンテナ９１と、ループ形状アンテナ９１が形成されていない部分とに対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。
【００５２】
図１１は、アンテナの特性を説明する図のその３である。図１１において図１０と同じものには同じ符号が付してある。図１１では、図１０のループ形状アンテナ９１がモノポールアンテナ１０１となっている。
【００５３】
モノポールアンテナ１０１は、ループ形状アンテナ９１の一部を開放したアンテナである。従って、モノポールアンテナ１０１の外周の大きさは、ループ形状アンテナ９１の外周の大きさと同じである。
【００５４】
図１１に示すように、基板８３のモノポールアンテナ１０１の右側には、何も形成されていない。この何も形成されていない部分とモノポールアンテナ１０１の部分の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００５５】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、モノポールアンテナ１０１と、モノポールアンテナ１０１が形成されていない部分とに対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。
【００５６】
図１２は、アンテナの特性を説明する図のその４である。図１２において図１０と同じものには同じ符号が付してある。図１２では、ループ形状アンテナ９１の給電点（ループ形状アンテナ９１と給電部８２の接続部分）から、右側にモノポールアンテナ１１１が伸びている。ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００５７】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、ループ形状アンテナ９１と、モノポールアンテナ１１１とが形成されている部分に対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。
【００５８】
図１３は、図９〜図１２に示すアンテナの反射波特性を示した図である。図１３の横軸は周波数を示し、縦軸は反射損失（Ｓ１１パラメータ）を示している。ここでは、アンテナの反射損失の目標値を−６ｄＢ以下とする。
【００５９】
図１３に示す波形Ｗ１１は、図９に示した板状アンテナ８１の反射損失を示している。波形Ｗ１２は、図１０に示したループ形状アンテナ９１の反射損失を示している。波形Ｗ１３は、図１１に示したモノポールアンテナ１０１の反射損失を示している。波形Ｗ１４は、図１２に示したループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１との反射損失を示している。
【００６０】
アンテナのカバーする無線周波数を、図２で説明したバンド１〜４とする。この場合、高域のバンド３，４は、低域のバンド１および中域のバンド２の周波数帯域幅に対して、広帯域で動作（１７１０ＭＨｚ〜２１６７．６ＭＨｚ）させなければならないことが分かる。このため、高域において、λ／４長の線状モノポールアンテナを用いて動作帯域を確保することは困難であると考えられる。
【００６１】
そこで、まず、高域の無線通信をカバーするために、図９で示した板状アンテナ８１を考える。板状アンテナ８１の動作下限周波数は、主にアンテナの高さで決定される。１７００ＭＨｚ以上の周波数帯域をカバーするには、アンテナの高さは約２３ｍｍとなる。
【００６２】
図１３に示す波形Ｗ１１は、高さを２３ｍｍとした板状アンテナ８１の反射損失を示している。波形Ｗ１１に示すように、板状アンテナ８１は、１７００ＭＨｚ以上の周波数帯域において、反射損失−６ｄＢを満たしていることが分かる。すなわち、板状アンテナ８１は、バンド３，４の周波数帯域をカバーすることができる。
【００６３】
次に、中域の無線通信をカバーすることを考える。中域における動作帯域幅は、６０ＭＨｚ程度であり、狭帯域である。従って、中域の周波数帯は、線状のモノポールアンテナでカバーできる。
【００６４】
図９の板状アンテナ８１の右側には、アンテナは存在せず、この部分に、１５００ＭＨｚ帯のモノポールアンテナを形成すれば、中域と高域の周波数帯域をカバーすることができる。しかし、板状アンテナ８１の右側に、中域をカバーするモノポールアンテナを形成すれば、低域の周波数帯域をカバーするアンテナを形成するスペースがなくなる。そこで、図１０に示した、板状アンテナ８１の中央部分をくり貫いたループ形状アンテナ９１を考える。
【００６５】
板状アンテナ８１では、信号電流のほとんどは、エッジ部分を流れる。従って、板状アンテナ８１の中央部分をくり貫いたループ形状アンテナ９１は、板状アンテナ８１の信号電流が多く流れる部分を残したアンテナと考えることができる。
【００６６】
図１３に示す波形Ｗ１２は、ループ形状アンテナ９１の反射損失を示している。ループ形状アンテナ９１は、板状アンテナ８１の反射損失とほぼ同じ特性が得られていることが分かる。すなわち、ループ形状アンテナ９１は、高域のバンド３，４の周波数帯域をカバーすることができる。
【００６７】
しかし、ループ形状アンテナ９１では、波形Ｗ１２に示すように中域をカバーできない。そこで、ループ形状アンテナ９１の一部を分断し、図１１に示すモノポールアンテナ１０１にすることを考える。モノポールアンテナ１０１が１５００ＭＨｚ帯の中域の無線通信をカバーするには、給電点からモノポールアンテナ１０１の上側の分断点までの長さを、１５００ＭＨｚのλ／４とする。
【００６８】
モノポールアンテナ１０１は、図１３の波形Ｗ１３に示すように、１５００ＭＨｚ帯の中域において、反射損失−６ｄＢを満たしていることが分かる。すなわち、モノポールアンテナ１０１は、中域のバンド２の周波数帯域をカバーすることができる。
【００６９】
以上から、モノポールアンテナ１０１の分断した部分（開放部）にスイッチを設け、設けたスイッチにより、開放部を短絡および開放することにより、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１０１を実現することができる。すなわち、図１１のモノポールアンテナ１０１は、開放部にスイッチを設けることによって、基板８３の右側にスペースを有したまま、高域と中域の無線通信をカバーすることができる。
【００７０】
最後に低域の無線通信をカバーすることを考える。上述したように、高域および中域の無線通信は、基板８３の左側に形成するアンテナ（ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１０１）でカバーすることができる。すなわち、基板８３の右側には、低域をカバーするアンテナを形成するためのスペースがある。そこで、図１２に示すように、基板８３の右側に、低域の無線通信をカバーするモノポールアンテナ１１１を形成する。
【００７１】
例えば、８００ＭＨｚのλ／４は、約９０ｍｍであるので、モノポールアンテナ１１１は、図１２に示すように折り曲げ、電気長を９０ｍｍにする。図１３の波形Ｗ１４は、ループ形状アンテナ９１と電気長が９０ｍｍのモノポールアンテナ１１１の反射損失を示している。ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１は、波形Ｗ１４に示すように、８００ＭＨｚ帯の低域において、反射損失−６ｄＢを満たしていることが分かる。すなわち、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１は、バンド１の周波数帯域をカバーすることができる。
【００７２】
なお、ループ形状アンテナ９１にモノポールアンテナ１１１を接続したことによって、高域での反射損失が一部−６ｄＢを超えているが、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１の形状および寸法を最適化することにより、−６ｄＢ以下にすることができる。
【００７３】
また、モノポールアンテナ１０１とモノポールアンテナ１１１の組み合わせにおいても、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１の反射損失と同様に、８００ＭＨｚの低域をカバーすることができる。
【００７４】
以上より、図３に示すアンテナ１０において、スイッチ１３をオンすれば、放射部１１は、図１３の波形Ｗ１２の反射損失を有することができる。これにより、アンテナ１０は、バンド３，４の無線通信をカバーすることができる。
【００７５】
また、放射部１１は、スイッチ１３をオフすれば、図１３の波形Ｗ１３の反射損失を有することができる。これにより、アンテナ１０は、バンド２の無線通信をカバーすることができる。
【００７６】
さらに、放射部１２は、スイッチ１３をオンまたはオフしていても、図１３の８００ＭＨｚ帯の波形Ｗ１４に示す反射損失を得ることができる。これにより、アンテナ１０は、バンド１の無線通信をカバーすることができる。
【００７７】
このように、アンテナ１０は、開放部１１ａを有するループ形状の放射部１１と、放射部１１から伸びる放射部１２とを備える。そして、アンテナ１０は、スイッチ１３によって、放射部１１の開放部１１ａを短絡および開放するようにした。
【００７８】
これにより、アンテナ１０は、スイッチ１３により開放部１１ａが短絡および開放される放射部１１によって高域および中域の無線通信をカバーし、放射部１２によって低域の無線通信をカバーすることができ、小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。また、アンテナ１０を搭載する携帯端末１も小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。
【００７９】
また、アンテナ１０は、放射部１２の電気長を、放射部１１の電気長より長くすることにより、異なる帯域の無線通信をカバーすることができる。
さらに、スイッチ１３のオン・オフを制御する制御信号が伝搬するパターン２２に抵抗を挿入することにより、パターン２２とアンテナ１０との結合を防止することができる。
【００８０】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態では、放射部の一部を折り曲げてアンテナをさらに小型化する。
【００８１】
図１４は、第２の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。図１４において図３と同じものには同じ符号が付してある。
図１４に示すように、アンテナ１２０は、開放部を有するループ形状の放射部１２１を有している。放射部１２１は、一部が折り曲げられている。例えば、放射部１２１は、基板３０の上側の端において、コの字型に折り曲げられている。より具体的には、放射部１２１は、基板３０の上側の端において、基板３０と垂直となるように折り曲げられ、さらに、基板３０と平行となるように折り曲げられている。
【００８２】
また、アンテナ１２０は、線状の放射部１２２を有している。放射部１２２は、放射部１２１の給電点から伸びている。放射部１２２は、一部が折り曲げられている。例えば、放射部１２２は、基板３０の右上の端おいて、コの字型に折り曲げられている。より具体的には、放射部１２２は、基板３０の右上の端において、基板３０と垂直となるように折り曲げられ、さらに、基板３０と平行となるように折り曲げられている。
【００８３】
また、アンテナ１２０は、スイッチ１２３を有している。スイッチ１２３は、放射部１２１の開放部に設けられ、放射部１２１の開放部を短絡および開放する。スイッチ１２３は、例えば、図７に示すスイッチ１３と同様であり、図８に示す等価回路を有している。
【００８４】
基板３０のアンテナ１２０が形成される面とは反対の面には、グランドがベタに形成されている。ただし、アンテナ１２０が形成されている部分に対応する基板３０の裏面には、グランドは形成されていない。
【００８５】
図１５は、図１４に示すアンテナの平面図である。図１６は、図１５に示すアンテナのＡ方向から見た側面図である。図１７は、図１５に示すアンテナのＢ方向から見た側面図である。図１５〜図１７において図１４と同じものには同じ符号が付してある。
【００８６】
図１５に示す点線は、放射部１２１の折り曲げによって見えなくなった放射部１２１，１２２の部分を示している。図１５に示すように、放射部１２１は、ループ形状を有し、放射部１２２は、線状を有している。放射部１２１の電気長および放射部１２２の電気長は、図５で説明した放射部１１，１２と同様にして決めることができる。
【００８７】
インダクタＬ１１は、一端が給電部２１に接続され、他端がスルーホールを介して裏面のグランドに接続される。インダクタＬ１１は、給電部２１の整合素子である。
パターン２２には、図５で説明したのと同様に抵抗５１が接続されている。給電部２１のそばにあるパターン２２の一端は、スルーホールで裏面に出され、放射部１２２の下をくぐる。そして、裏面で放射部１２２の下をくぐったパターン２２は、スルーホールで表面に出され、スイッチ１２３に接続される。
【００８８】
スイッチ１２３の筺体は、基板３０上に形成されているパターンに接続される。このパターンは、スルーホールで裏面に出され、グランドに接続される。
図１８は、図１４に示すアンテナの平面図である。図１８において図１４と同じものには同じ符号が付してある。図１８では、図１５で説明したスイッチ１２３、抵抗５１、およびインダクタＬ１１が基板３０に実装されていない。
【００８９】
図１８に示すように、ループ形状の放射部１２１は、開放部に開放端１２１ａ，１２１ｂを有している。開放端１２１ａ，１２１ｂは、スイッチ１２３によって短絡および開放される。これにより、放射部１２１は、ループ形状アンテナの機能を有し、またモノポールアンテナの機能を有する。
【００９０】
スイッチ１２３は、図１８に示す開放端１２１ａ，１２１ｂおよびパターン２２，１３１の上部に実装される。パターン１３１は、スルーホールによって、裏面のグランドに接続される。パターン１３２には、インダクタＬ１１の他端が接続される。パターン１３２は、スルーホールによって、裏面のグランドに接続される。
【００９１】
図１９は、アンテナ各部の大きさの一例を説明する図である。図１９は、図１８と同じ図面であり、符号を省略している。
図１９に示すａ〜ｅのそれぞれの値は、例えば、２０．６ｍｍ，２９ｍｍ，２９．６ｍｍ，６．１ｍｍ，９ｍｍである。ｆ〜ｌのそれぞれの値は、１１ｍｍ，１．９ｍｍ，１６．４ｍｍ，６．２ｍｍ，１２ｍｍ，１０．１ｍｍ，１２ｍｍである。
【００９２】
アンテナ１２０は、放射部１２１，１２２の一部を折り曲げることにより、例えば、縦横の大きさを９ｍｍ×５０ｍｍにすることができる。すなわち、アンテナ１２０は、放射部１２１，１２２の一部を折り曲げて３次元にすることにより、基板３０上に２次元で形成する場合より、縦の大きさを小さくすることができる。
【００９３】
図２０は、図１４に示すアンテナの反射波特性を示した図である。図２０の横軸は周波数を示し、縦軸は反射損失（Ｓ１１パラメータ）を示している。
図２０に示す反射損失は、図１９の示す大きさでの反射損失を示している。また、図２０に示す反射損失は、基板３０が図３で説明した基板パラメータを有している場合の反射損失を示している。ここでは、アンテナ１２０の反射損失の目標値を−６ｄＢ以下とする。
【００９４】
図２０に示す波形Ｗ２１は、スイッチ１２３をオンしたときのアンテナ１２０の反射損失を示している。スイッチ１２３がオンしたとき、放射部１２１は、ループ形状アンテナの機能を有する。これにより、アンテナ１２０は、図２０の両矢印Ａ１１に示すように、高域で目標の反射損失を満たすことができる。つまり、アンテナ１２０は、スイッチ１２３をオンすることにより、バンド３，４をカバーすることができる。
【００９５】
波形Ｗ２２は、スイッチ１２３をオフしたときのアンテナ１２０の反射損失を示している。スイッチ１２３がオフしたとき、放射部１２１は、線状のモノポールアンテナの機能を有する。これにより、アンテナ１２０は、両矢印Ａ１２に示すように、中域で目標の反射損失を満たすことができる。つまり、アンテナ１２０は、スイッチ１２３をオフすることにより、バンド２をカバーすることができる。
【００９６】
波形Ｗ２１，Ｗ２２に示すように、スイッチ１２３をオンしてもオフしても、アンテナ１２０は、両矢印Ａ１３に示すように、低域で目標の反射損失を満たすことができる。これは、放射部１２２によって、低域がカバーされるからである。すなわち、アンテナ１２０は、バンド１をカバーすることができる。
【００９７】
このように、アンテナ１２０は、放射部１２１，１２２の一部を折り曲げて、基板と平行な部分を有するようにした。これにより、アンテナ１２０は、小型化することができる。また、アンテナ１２０を搭載する携帯端末１も小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。
【００９８】
なお、上記では、放射部１２１，１２２の両方を折り曲げているが、放射部１２１，１２２の形状または寸法によっては一方を折り曲げるようにしてもよい。
本件は、ＡＳＥＴ（Association of Super-advanced Electronics Technologies）の業務の一環に係るものである。
【符号の説明】
【００９９】
１０ アンテナ
１１，１２ 放射部
１１ａ 開放部
１３ スイッチ
２１ 給電部
２２ パターン
３０ 基板
【技術分野】
【０００１】
本件は、アンテナおよびアンテナを備えた携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などの携帯端末は高機能化し、例えば、複数の無線通信システムの周波数帯域に対応できるよう広帯域化が求められている。また、携帯端末は、例えば、持ち運びがしやすいよう小型化が求められている。
【０００３】
携帯端末は、広帯域化に対応するために複数のアンテナを有しているものがある。例えば、携帯端末は、通信帯域の各帯域を複数のアンテナのそれぞれでカバーし、広帯域化を実現する。この場合、アンテナの携帯端末の実装スペースを占める部分が大きくなり、携帯端末のサイズが大きくなる。
【０００４】
なお、従来、小型化され、低周波数化かつ広帯域化したアンテナ装置と該アンテナ装置を備えた携帯型電子機器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７９５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようにアンテナは、広帯域の無線通信をカバーするにはサイズが大きくなるという問題点があった。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、小型で広帯域の無線通信をカバーすることができるアンテナおよび携帯端末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】
【０００７】
上記課題を解決するために、アンテナが提供される。このアンテナは、開放部を有するループ形状の第１の放射部と、前記第１の放射部から伸びる線状の第２の放射部と、前記第１の放射部の開放部を短絡および開放するスイッチと、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
開示の装置によれば、小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係るアンテナを適用した携帯端末の平面図である。
【図２】携帯端末の使用する周波数帯域の例を示した図である。
【図３】アンテナの平面図である。
【図４】図３に示すアンテナの底面図である。
【図５】図３に示すアンテナ、給電部、およびパターンの拡大図である。
【図６】図３に示すスイッチ部分の拡大図のその１である。
【図７】図３に示すスイッチ部分の拡大図のその２である。
【図８】スイッチの等価回路である。
【図９】アンテナの特性を説明する図のその１である。
【図１０】アンテナの特性を説明する図のその２である。
【図１１】アンテナの特性を説明する図のその３である。
【図１２】アンテナの特性を説明する図のその４である。
【図１３】図９〜図１２に示すアンテナの反射波特性を示した図である。
【図１４】第２の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。
【図１５】図１４に示すアンテナの平面図である。
【図１６】図１５に示すアンテナのＡ方向から見た側面図である。
【図１７】図１５に示すアンテナのＢ方向から見た側面図である。
【図１８】図１４に示すアンテナの平面図である。
【図１９】アンテナ各部の大きさの一例を説明する図である。
【図２０】図１４に示すアンテナの反射波特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るアンテナを適用した携帯端末の平面図である。図１に示す携帯端末１は、例えば、携帯電話機である。携帯端末１は、例えば、ユーザの使用するアプリケーションによって、自動的に無線通信する周波数帯域を切替える。
【００１１】
図２は、携帯端末の使用する周波数帯域の例を示した図である。図２の周波数帯域の欄には、携帯端末１の無線通信に使用する周波数帯域が示してある。中心周波数の欄には、携帯端末１の使用する周波数帯域の中心周波数が示してある。帯域幅の欄には、携帯端末１の使用する周波数帯域の帯域幅が示してある。無線方式の欄には、携帯端末１の使用する周波数帯域がどの無線方式によるものかを示している。
【００１２】
例えば、図２の最左欄より、携帯端末１は、８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、１４４７．９ＭＨｚ〜１５１０．９ＭＨｚ、１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、および１８５０ＭＨｚ〜２１６７．６ＭＨｚの４つ周波数帯域で無線通信を行うことが分かる。
【００１３】
また、図２の最上欄より、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの中心周波数は、８８３ＭＨｚであることが分かる。また、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの帯域幅は、１５４ＭＨｚであることが分かる。また、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚは、ＦＯＭＡ（Freedom Of Mobile multimedia Access）またはＧＳＭ（Global System for Mobile）の無線方式で使用されることが分かる。なお、図２中に示すＬＴＥは、Long Term Evolutionである。
【００１４】
以下では、周波数帯域８０６ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚをバンド１と呼ぶことがある。また、周波数帯域１４４７．９ＭＨｚ〜１５１０．９ＭＨｚをバンド２と呼ぶことがある。また、周波数帯域１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚをバンド３と呼ぶことがある。また、周波数帯域１８５０ＭＨｚ〜２１６７．６ＭＨｚをバンド４と呼ぶことがある。
【００１５】
また、以下では、１０００ＭＨｚ以下にあるバンド１を低域、１４００ＭＨｚ〜１６００ＭＨｚ内にあるバンド２を中域、１７００ＭＨｚ以上にあるバンド３，４を高域と呼ぶことがある。
【００１６】
携帯端末１は、例えば、バンド１〜４のいずれかを用いて無線通信を行う。例えば、携帯端末１は、ユーザの使用するアプリケーションによって、自動的にバンド１〜４のいずれかを選択し、選択したバンドで無線通信を行う。
【００１７】
例えば、ユーザが携帯端末１のアプリケーションＡを使用する場合、アプリケーションＡは、バンド１で無線通信を行う。また、ユーザが携帯端末１のアプリケーションＢを使用する場合、アプリケーションＢは、バンド２で無線通信を行う。
【００１８】
携帯端末１は、例えば、内部の基板にアンテナを備え、そのアンテナを介して、無線通信を行う。携帯端末１のアンテナは、例えば、バンド１〜４の４バンドの無線通信に対応できるチューナブルアンテナである。
【００１９】
図３は、アンテナの平面図である。図３には、アンテナ１０が示してある。また、図３には、給電部２１、パターン２２、および基板３０が示してある。
アンテナ１０、給電部２１、およびパターン２２は、基板３０上に形成されている。基板３０上には、半導体デバイス等の部品が実装されるが、図３ではその図示を省略している。
【００２０】
アンテナ１０は、開放部を有するループ形状の放射部１１を有している。また、アンテナ１０は、放射部１１から伸びる線状の放射部１２を有している。放射部１２は、放射部１１の給電点（放射部１１と給電部２１との接続部分）から伸びている。また、アンテナ１０は、放射部１１の開放部に、スイッチ１３を有している。
【００２１】
給電部２１は、アンテナ１０で無線送信する信号を放射部１１，１２に給電する。給電部２１は、例えば、図３に示していない半導体デバイスから信号を受信し、その信号を放射部１１，１２に給電する。給電部２１は、例えば、マイクロストリップ線路で形成される。
【００２２】
パターン２２は、スイッチ１３をオン・オフする制御信号を伝搬する。図３の例では、給電部２１のそばにあるパターン２２の一端は、スルーホールで裏面（基板３０のアンテナ１０の形成されていない側の面）に出され、放射部１２の下をくぐる。そして、裏面で放射部１２の下をくぐったパターン２２は、スルーホールで表面（基板３０のアンテナ１０の形成されている側の面）に出され、スイッチ１３に接続される。
【００２３】
パターン２２の他端は、図３に示していないＣＰＵ（Central Processing Unit）等の半導体デバイスに接続されている。半導体デバイスから出力される制御信号は、パターン２２を伝搬してスイッチ１３に出力される。スイッチ１３は、パターン２２を伝搬した制御信号によってオン・オフし、放射部１１の開放部を短絡および開放する。
【００２４】
基板３０は、例えば、縦横が１２３ｍｍ×５０ｍｍ、厚さが１ｍｍのＰＣＢ（Printed Circuit Board）である。基板３０の比誘電率は、例えば、４．４であり、誘電正接は０．０１である。また、基板３０上に形成されるアンテナ１０、給電部２１、パターン２２、およびグランドは、例えば、銅箔であり、その厚さは、例えば、３５μｍである。基板３０のアンテナ１０が形成される部分の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００２５】
図４は、図３に示すアンテナの底面図である。図４において図３と同じものには同じ符号が付してある。
図４に示すように、グランド４０は、基板３０のアンテナ１０が形成される面とは反対の面に形成されている。グランド４０は、例えば、基板３０上にベタに形成される。グランド４０の縦横の大きさは、例えば、１００ｍｍ×５０ｍｍである。
【００２６】
グランド４０は、アンテナ１０と重ならないように形成されている。例えば、アンテナ１０は、図４のグランド４０が形成されていない部分の反対側の面に形成されている。
図４に示すパターン２２は、図３で説明した放射部１２の下をくぐるパターンである。上述したように、パターン２２は、スルーホールによって、基板３０のアンテナ１０が形成されている面に出され、スイッチ１３に接続される。
【００２７】
パターン４１は、グランド４０に接続されている。パターン４１の一端は、スルーホールによって、基板３０のアンテナ１０が形成されている面に出され、スイッチ１３に接続される。
【００２８】
図５は、図３に示すアンテナ、給電部、およびパターンの拡大図である。図５において図３と同じものには同じ符号が付してある。
アンテナ１０の放射部１１は、５角形の板状のループ形状を有している。また、放射部１１は、開放部１１ａを有している。開放部１１ａには、スイッチ１３が接続されている。
【００２９】
開放部１１ａは、スイッチ１３がオンすることによって短絡される。これにより、放射部１１は、板状アンテナと同等の広帯域特性を有するループ形状アンテナとして機能する。また、開放部１１ａは、スイッチ１３がオフすることによって開放される。これにより、放射部１１は、モノポールアンテナとしての機能を有する。すなわち、放射部１１は、スイッチ１３のオン・オフによって、ループ形状アンテナとして機能し、またモノポールアンテナとして機能する。
【００３０】
放射部１１の電気長（給電点から時計回りした開放部１１ａまでの長さ）は、送受信したい無線周波数のλ／４（λ：波長）にする。これにより、放射部１１は、モノポールアンテナとして機能する場合、λ／４の無線周波数の信号を送受信できる。
【００３１】
例えば、放射部１１で中域のバンド２の無線通信をカバーするには、放射部１１の給電点から開放部１１ａまでの長さを、バンド２の中心周波数のλ／４にする。これにより、放射部１１は、スイッチ１３がオフしてモノポールアンテナとして機能する場合、中域のバンド２の無線通信をカバーすることができる。
【００３２】
なお、後述するが、放射部１１は、スイッチ１３がオンしてループ形状アンテナとして機能する場合、高域のバンド３，４の無線通信をカバーする。
放射部１２は、放射部１１の給電点から伸びたモノポールアンテナである。放射部１２の電気長（給電点からの長さ）は、送受信したい無線周波数のλ／４にする。これにより、放射部１２は、λ／４の無線周波数の信号を送受信できる。
【００３３】
放射部１２の電気長は、放射部１１の電気長より長くする。すなわち、放射部１２は、放射部１１より低域の周波数帯域の無線通信をカバーするようにする。
例えば、放射部１２は、低域のバンド１の無線通信をカバーするようにする。放射部１２が低域のバンド１の無線通信をカバーするには、放射部１２の給電点からの長さを、例えば、バンド１の中心周波数のλ／４にする。
【００３４】
以上より、携帯端末１は、高域のバンド３，４の無線通信を行う場合、スイッチ１３をオンする。これにより、携帯端末１は、放射部１１のループ形状アンテナにより、高域のバンド３，４の無線通信を行うことができる。
【００３５】
また、携帯端末１は、中域のバンド２の無線通信を行う場合、スイッチ１３をオフする。これにより、携帯端末１は、放射部１１のモノポールアンテナにより、中域のバンド２の無線通信を行うことができる。
【００３６】
さらに、携帯端末１は、低域のバンド１の無線通信を行う場合、スイッチ１３をオン・オフのどちらにしてもよい。低域のバンド１の無線通信は、モノポールアンテナの放射部１２によってカバーされるからである。
【００３７】
パターン２２は、分断された部分があり、その分断部分に抵抗５１が挿入される。パターン２２に抵抗５１を挿入するのは、パターン２２がアンテナ１０と共振しないようにするためである。図５に示す５個の抵抗５１のそれぞれの抵抗値は、例えば、１０ｋΩである。
【００３８】
図６は、図３に示すスイッチ部分の拡大図のその１である。図６では、基板３０にスイッチ１３を実装していない場合のスイッチ部分を示している。すなわち、スイッチ１３部分のパターンを示している。図６において図５と同じものには同じ符号が付してある。
【００３９】
図６に示すパターン２２は、スルーホール２２ａを介して、図４に示す基板３０の裏面に形成されたパターン２２に接続されている。パターン６１は、スルーホール６１ａを介して、図４に示すパターン４１に接続されている。スイッチ１３は、図６に示すパターン２２，６１、および放射部１１の開放端１１ａａ，１１ａｂの上に実装される。
【００４０】
図７は、図３に示すスイッチ部分の拡大図のその２である。図７では、基板３０にスイッチ１３を実装した場合のスイッチ部分を示している。図７において図６と同じものには同じ符号が付してある。
【００４１】
スイッチ１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチである。スイッチ１３は、パターン２２を伝搬する制御信号によって、図６に示した放射部１１の開放端１１ａａ，１１ａｂを短絡（接続）および開放する。また、スイッチ１３は、その筺体がパターン６１に接続され、グランド４０に接続される。
【００４２】
図８は、スイッチの等価回路である。図８に示すように、スイッチ１３は、端子７１ａ，７１ｂ、開閉部７２、コンデンサＣ１，Ｃ２、およびインダクタＬ１，Ｌ２を有している。
【００４３】
端子７１ａは、図６に示す放射部１１の開放端１１ａａに接続される。端子７１ｂは、図６に示す放射部１１の開放端１１ａｂに接続される。開閉部７２は、パターン２２を伝搬した制御信号によって開閉する。これにより、放射部１１の開放端１１ａａ，１１ａｂ（開放部１１ａ）は、短絡および開放される。
【００４４】
スイッチ１３は、図７で説明したように、その筺体がパターン６１に接続され、グランド４０に接続される。図８に示すグランドは、グランド４０に対応する。コンデンサＣ１，Ｃ２は、端子７１ａ，７１ｂとグランド４０との間に発生する容量を示している。インダクタＬ１，Ｌ２は、スイッチ１３の有するインダクタ成分を示している。
【００４５】
以下、アンテナ１０の特性について説明する。まず、板状アンテナ、ループ形状アンテナ、モノポールアンテナ、およびループ形状アンテナとモノポールアンテナとを組み合わせたアンテナについて説明する。
【００４６】
図９は、アンテナの特性を説明する図のその１である。図９には、板状アンテナ８１、給電部８２、および基板８３が示してある。
図９に示すように、基板８３の板状アンテナ８１の右側には、何も形成されていない。この何も形成されていない部分と板状アンテナ８１の部分の縦横の大きさは、例えば、アンテナ１０と同じ大きさの２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００４７】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、板状アンテナ８１と、板状アンテナ８１が形成されていない部分とに対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。基板８３は、図３で説明した基板３０と同様の基板パラメータを有している。
【００４８】
図１０は、アンテナの特性を説明する図のその２である。図１０において図９と同じものには同じ符号が付してある。図１０では、図９の板状アンテナ８１がループ形状アンテナ９１となっている。
【００４９】
ループ形状アンテナ９１は、板状アンテナ８１の中央部分をくり貫いたものである。従って、ループ形状アンテナ９１の外周の大きさは、板状アンテナ８１の外周の大きさと同じである。
【００５０】
図１０に示すように、基板８３のループ形状アンテナ９１の右側には、何も形成されていない。この何も形成されていない部分とループ形状アンテナ９１の部分の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００５１】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、ループ形状アンテナ９１と、ループ形状アンテナ９１が形成されていない部分とに対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。
【００５２】
図１１は、アンテナの特性を説明する図のその３である。図１１において図１０と同じものには同じ符号が付してある。図１１では、図１０のループ形状アンテナ９１がモノポールアンテナ１０１となっている。
【００５３】
モノポールアンテナ１０１は、ループ形状アンテナ９１の一部を開放したアンテナである。従って、モノポールアンテナ１０１の外周の大きさは、ループ形状アンテナ９１の外周の大きさと同じである。
【００５４】
図１１に示すように、基板８３のモノポールアンテナ１０１の右側には、何も形成されていない。この何も形成されていない部分とモノポールアンテナ１０１の部分の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００５５】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、モノポールアンテナ１０１と、モノポールアンテナ１０１が形成されていない部分とに対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。
【００５６】
図１２は、アンテナの特性を説明する図のその４である。図１２において図１０と同じものには同じ符号が付してある。図１２では、ループ形状アンテナ９１の給電点（ループ形状アンテナ９１と給電部８２の接続部分）から、右側にモノポールアンテナ１１１が伸びている。ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１の縦横の大きさは、例えば、２３ｍｍ×５０ｍｍである。
【００５７】
基板８３の裏面には、ベタグランドが形成されている。ただし、ループ形状アンテナ９１と、モノポールアンテナ１１１とが形成されている部分に対応する基板８３の裏面には、ベタグランドは形成されていない。
【００５８】
図１３は、図９〜図１２に示すアンテナの反射波特性を示した図である。図１３の横軸は周波数を示し、縦軸は反射損失（Ｓ１１パラメータ）を示している。ここでは、アンテナの反射損失の目標値を−６ｄＢ以下とする。
【００５９】
図１３に示す波形Ｗ１１は、図９に示した板状アンテナ８１の反射損失を示している。波形Ｗ１２は、図１０に示したループ形状アンテナ９１の反射損失を示している。波形Ｗ１３は、図１１に示したモノポールアンテナ１０１の反射損失を示している。波形Ｗ１４は、図１２に示したループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１との反射損失を示している。
【００６０】
アンテナのカバーする無線周波数を、図２で説明したバンド１〜４とする。この場合、高域のバンド３，４は、低域のバンド１および中域のバンド２の周波数帯域幅に対して、広帯域で動作（１７１０ＭＨｚ〜２１６７．６ＭＨｚ）させなければならないことが分かる。このため、高域において、λ／４長の線状モノポールアンテナを用いて動作帯域を確保することは困難であると考えられる。
【００６１】
そこで、まず、高域の無線通信をカバーするために、図９で示した板状アンテナ８１を考える。板状アンテナ８１の動作下限周波数は、主にアンテナの高さで決定される。１７００ＭＨｚ以上の周波数帯域をカバーするには、アンテナの高さは約２３ｍｍとなる。
【００６２】
図１３に示す波形Ｗ１１は、高さを２３ｍｍとした板状アンテナ８１の反射損失を示している。波形Ｗ１１に示すように、板状アンテナ８１は、１７００ＭＨｚ以上の周波数帯域において、反射損失−６ｄＢを満たしていることが分かる。すなわち、板状アンテナ８１は、バンド３，４の周波数帯域をカバーすることができる。
【００６３】
次に、中域の無線通信をカバーすることを考える。中域における動作帯域幅は、６０ＭＨｚ程度であり、狭帯域である。従って、中域の周波数帯は、線状のモノポールアンテナでカバーできる。
【００６４】
図９の板状アンテナ８１の右側には、アンテナは存在せず、この部分に、１５００ＭＨｚ帯のモノポールアンテナを形成すれば、中域と高域の周波数帯域をカバーすることができる。しかし、板状アンテナ８１の右側に、中域をカバーするモノポールアンテナを形成すれば、低域の周波数帯域をカバーするアンテナを形成するスペースがなくなる。そこで、図１０に示した、板状アンテナ８１の中央部分をくり貫いたループ形状アンテナ９１を考える。
【００６５】
板状アンテナ８１では、信号電流のほとんどは、エッジ部分を流れる。従って、板状アンテナ８１の中央部分をくり貫いたループ形状アンテナ９１は、板状アンテナ８１の信号電流が多く流れる部分を残したアンテナと考えることができる。
【００６６】
図１３に示す波形Ｗ１２は、ループ形状アンテナ９１の反射損失を示している。ループ形状アンテナ９１は、板状アンテナ８１の反射損失とほぼ同じ特性が得られていることが分かる。すなわち、ループ形状アンテナ９１は、高域のバンド３，４の周波数帯域をカバーすることができる。
【００６７】
しかし、ループ形状アンテナ９１では、波形Ｗ１２に示すように中域をカバーできない。そこで、ループ形状アンテナ９１の一部を分断し、図１１に示すモノポールアンテナ１０１にすることを考える。モノポールアンテナ１０１が１５００ＭＨｚ帯の中域の無線通信をカバーするには、給電点からモノポールアンテナ１０１の上側の分断点までの長さを、１５００ＭＨｚのλ／４とする。
【００６８】
モノポールアンテナ１０１は、図１３の波形Ｗ１３に示すように、１５００ＭＨｚ帯の中域において、反射損失−６ｄＢを満たしていることが分かる。すなわち、モノポールアンテナ１０１は、中域のバンド２の周波数帯域をカバーすることができる。
【００６９】
以上から、モノポールアンテナ１０１の分断した部分（開放部）にスイッチを設け、設けたスイッチにより、開放部を短絡および開放することにより、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１０１を実現することができる。すなわち、図１１のモノポールアンテナ１０１は、開放部にスイッチを設けることによって、基板８３の右側にスペースを有したまま、高域と中域の無線通信をカバーすることができる。
【００７０】
最後に低域の無線通信をカバーすることを考える。上述したように、高域および中域の無線通信は、基板８３の左側に形成するアンテナ（ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１０１）でカバーすることができる。すなわち、基板８３の右側には、低域をカバーするアンテナを形成するためのスペースがある。そこで、図１２に示すように、基板８３の右側に、低域の無線通信をカバーするモノポールアンテナ１１１を形成する。
【００７１】
例えば、８００ＭＨｚのλ／４は、約９０ｍｍであるので、モノポールアンテナ１１１は、図１２に示すように折り曲げ、電気長を９０ｍｍにする。図１３の波形Ｗ１４は、ループ形状アンテナ９１と電気長が９０ｍｍのモノポールアンテナ１１１の反射損失を示している。ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１は、波形Ｗ１４に示すように、８００ＭＨｚ帯の低域において、反射損失−６ｄＢを満たしていることが分かる。すなわち、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１は、バンド１の周波数帯域をカバーすることができる。
【００７２】
なお、ループ形状アンテナ９１にモノポールアンテナ１１１を接続したことによって、高域での反射損失が一部−６ｄＢを超えているが、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１の形状および寸法を最適化することにより、−６ｄＢ以下にすることができる。
【００７３】
また、モノポールアンテナ１０１とモノポールアンテナ１１１の組み合わせにおいても、ループ形状アンテナ９１とモノポールアンテナ１１１の反射損失と同様に、８００ＭＨｚの低域をカバーすることができる。
【００７４】
以上より、図３に示すアンテナ１０において、スイッチ１３をオンすれば、放射部１１は、図１３の波形Ｗ１２の反射損失を有することができる。これにより、アンテナ１０は、バンド３，４の無線通信をカバーすることができる。
【００７５】
また、放射部１１は、スイッチ１３をオフすれば、図１３の波形Ｗ１３の反射損失を有することができる。これにより、アンテナ１０は、バンド２の無線通信をカバーすることができる。
【００７６】
さらに、放射部１２は、スイッチ１３をオンまたはオフしていても、図１３の８００ＭＨｚ帯の波形Ｗ１４に示す反射損失を得ることができる。これにより、アンテナ１０は、バンド１の無線通信をカバーすることができる。
【００７７】
このように、アンテナ１０は、開放部１１ａを有するループ形状の放射部１１と、放射部１１から伸びる放射部１２とを備える。そして、アンテナ１０は、スイッチ１３によって、放射部１１の開放部１１ａを短絡および開放するようにした。
【００７８】
これにより、アンテナ１０は、スイッチ１３により開放部１１ａが短絡および開放される放射部１１によって高域および中域の無線通信をカバーし、放射部１２によって低域の無線通信をカバーすることができ、小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。また、アンテナ１０を搭載する携帯端末１も小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。
【００７９】
また、アンテナ１０は、放射部１２の電気長を、放射部１１の電気長より長くすることにより、異なる帯域の無線通信をカバーすることができる。
さらに、スイッチ１３のオン・オフを制御する制御信号が伝搬するパターン２２に抵抗を挿入することにより、パターン２２とアンテナ１０との結合を防止することができる。
【００８０】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態では、放射部の一部を折り曲げてアンテナをさらに小型化する。
【００８１】
図１４は、第２の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。図１４において図３と同じものには同じ符号が付してある。
図１４に示すように、アンテナ１２０は、開放部を有するループ形状の放射部１２１を有している。放射部１２１は、一部が折り曲げられている。例えば、放射部１２１は、基板３０の上側の端において、コの字型に折り曲げられている。より具体的には、放射部１２１は、基板３０の上側の端において、基板３０と垂直となるように折り曲げられ、さらに、基板３０と平行となるように折り曲げられている。
【００８２】
また、アンテナ１２０は、線状の放射部１２２を有している。放射部１２２は、放射部１２１の給電点から伸びている。放射部１２２は、一部が折り曲げられている。例えば、放射部１２２は、基板３０の右上の端おいて、コの字型に折り曲げられている。より具体的には、放射部１２２は、基板３０の右上の端において、基板３０と垂直となるように折り曲げられ、さらに、基板３０と平行となるように折り曲げられている。
【００８３】
また、アンテナ１２０は、スイッチ１２３を有している。スイッチ１２３は、放射部１２１の開放部に設けられ、放射部１２１の開放部を短絡および開放する。スイッチ１２３は、例えば、図７に示すスイッチ１３と同様であり、図８に示す等価回路を有している。
【００８４】
基板３０のアンテナ１２０が形成される面とは反対の面には、グランドがベタに形成されている。ただし、アンテナ１２０が形成されている部分に対応する基板３０の裏面には、グランドは形成されていない。
【００８５】
図１５は、図１４に示すアンテナの平面図である。図１６は、図１５に示すアンテナのＡ方向から見た側面図である。図１７は、図１５に示すアンテナのＢ方向から見た側面図である。図１５〜図１７において図１４と同じものには同じ符号が付してある。
【００８６】
図１５に示す点線は、放射部１２１の折り曲げによって見えなくなった放射部１２１，１２２の部分を示している。図１５に示すように、放射部１２１は、ループ形状を有し、放射部１２２は、線状を有している。放射部１２１の電気長および放射部１２２の電気長は、図５で説明した放射部１１，１２と同様にして決めることができる。
【００８７】
インダクタＬ１１は、一端が給電部２１に接続され、他端がスルーホールを介して裏面のグランドに接続される。インダクタＬ１１は、給電部２１の整合素子である。
パターン２２には、図５で説明したのと同様に抵抗５１が接続されている。給電部２１のそばにあるパターン２２の一端は、スルーホールで裏面に出され、放射部１２２の下をくぐる。そして、裏面で放射部１２２の下をくぐったパターン２２は、スルーホールで表面に出され、スイッチ１２３に接続される。
【００８８】
スイッチ１２３の筺体は、基板３０上に形成されているパターンに接続される。このパターンは、スルーホールで裏面に出され、グランドに接続される。
図１８は、図１４に示すアンテナの平面図である。図１８において図１４と同じものには同じ符号が付してある。図１８では、図１５で説明したスイッチ１２３、抵抗５１、およびインダクタＬ１１が基板３０に実装されていない。
【００８９】
図１８に示すように、ループ形状の放射部１２１は、開放部に開放端１２１ａ，１２１ｂを有している。開放端１２１ａ，１２１ｂは、スイッチ１２３によって短絡および開放される。これにより、放射部１２１は、ループ形状アンテナの機能を有し、またモノポールアンテナの機能を有する。
【００９０】
スイッチ１２３は、図１８に示す開放端１２１ａ，１２１ｂおよびパターン２２，１３１の上部に実装される。パターン１３１は、スルーホールによって、裏面のグランドに接続される。パターン１３２には、インダクタＬ１１の他端が接続される。パターン１３２は、スルーホールによって、裏面のグランドに接続される。
【００９１】
図１９は、アンテナ各部の大きさの一例を説明する図である。図１９は、図１８と同じ図面であり、符号を省略している。
図１９に示すａ〜ｅのそれぞれの値は、例えば、２０．６ｍｍ，２９ｍｍ，２９．６ｍｍ，６．１ｍｍ，９ｍｍである。ｆ〜ｌのそれぞれの値は、１１ｍｍ，１．９ｍｍ，１６．４ｍｍ，６．２ｍｍ，１２ｍｍ，１０．１ｍｍ，１２ｍｍである。
【００９２】
アンテナ１２０は、放射部１２１，１２２の一部を折り曲げることにより、例えば、縦横の大きさを９ｍｍ×５０ｍｍにすることができる。すなわち、アンテナ１２０は、放射部１２１，１２２の一部を折り曲げて３次元にすることにより、基板３０上に２次元で形成する場合より、縦の大きさを小さくすることができる。
【００９３】
図２０は、図１４に示すアンテナの反射波特性を示した図である。図２０の横軸は周波数を示し、縦軸は反射損失（Ｓ１１パラメータ）を示している。
図２０に示す反射損失は、図１９の示す大きさでの反射損失を示している。また、図２０に示す反射損失は、基板３０が図３で説明した基板パラメータを有している場合の反射損失を示している。ここでは、アンテナ１２０の反射損失の目標値を−６ｄＢ以下とする。
【００９４】
図２０に示す波形Ｗ２１は、スイッチ１２３をオンしたときのアンテナ１２０の反射損失を示している。スイッチ１２３がオンしたとき、放射部１２１は、ループ形状アンテナの機能を有する。これにより、アンテナ１２０は、図２０の両矢印Ａ１１に示すように、高域で目標の反射損失を満たすことができる。つまり、アンテナ１２０は、スイッチ１２３をオンすることにより、バンド３，４をカバーすることができる。
【００９５】
波形Ｗ２２は、スイッチ１２３をオフしたときのアンテナ１２０の反射損失を示している。スイッチ１２３がオフしたとき、放射部１２１は、線状のモノポールアンテナの機能を有する。これにより、アンテナ１２０は、両矢印Ａ１２に示すように、中域で目標の反射損失を満たすことができる。つまり、アンテナ１２０は、スイッチ１２３をオフすることにより、バンド２をカバーすることができる。
【００９６】
波形Ｗ２１，Ｗ２２に示すように、スイッチ１２３をオンしてもオフしても、アンテナ１２０は、両矢印Ａ１３に示すように、低域で目標の反射損失を満たすことができる。これは、放射部１２２によって、低域がカバーされるからである。すなわち、アンテナ１２０は、バンド１をカバーすることができる。
【００９７】
このように、アンテナ１２０は、放射部１２１，１２２の一部を折り曲げて、基板と平行な部分を有するようにした。これにより、アンテナ１２０は、小型化することができる。また、アンテナ１２０を搭載する携帯端末１も小型で広帯域の無線通信をカバーすることができる。
【００９８】
なお、上記では、放射部１２１，１２２の両方を折り曲げているが、放射部１２１，１２２の形状または寸法によっては一方を折り曲げるようにしてもよい。
本件は、ＡＳＥＴ（Association of Super-advanced Electronics Technologies）の業務の一環に係るものである。
【符号の説明】
【００９９】
１０ アンテナ
１１，１２ 放射部
１１ａ 開放部
１３ スイッチ
２１ 給電部
２２ パターン
３０ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放部を有するループ形状の第１の放射部と、
前記第１の放射部から伸びる線状の第２の放射部と、
前記第１の放射部の開放部を短絡および開放するスイッチと、
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第２の放射部の電気長は、前記第１の放射部の電気長より長いことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の放射部および前記第２の放射部は、基板上に形成され、
前記第１の放射部および前記第２の放射部の一方または両方は、一部が折り曲げられて基板と平行な部分を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記スイッチの短絡および開放を制御する制御信号が伝搬するパターンと、
前記パターンの間に挿入される抵抗と、
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
開放部を有するループ形状の第１の放射部と、前記第１の放射部から伸びる線状の第２の放射部と、前記第１の放射部の開放部を短絡および開放するスイッチと、を備えたアンテナ、
を有することを特徴とする携帯端末。
【請求項１】
開放部を有するループ形状の第１の放射部と、
前記第１の放射部から伸びる線状の第２の放射部と、
前記第１の放射部の開放部を短絡および開放するスイッチと、
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第２の放射部の電気長は、前記第１の放射部の電気長より長いことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１の放射部および前記第２の放射部は、基板上に形成され、
前記第１の放射部および前記第２の放射部の一方または両方は、一部が折り曲げられて基板と平行な部分を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記スイッチの短絡および開放を制御する制御信号が伝搬するパターンと、
前記パターンの間に挿入される抵抗と、
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
開放部を有するループ形状の第１の放射部と、前記第１の放射部から伸びる線状の第２の放射部と、前記第１の放射部の開放部を短絡および開放するスイッチと、を備えたアンテナ、
を有することを特徴とする携帯端末。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−２６７５９（Ｐ２０１３−２６７５９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８６１０（Ｐ２０１１−１５８６１０）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「立体構造新機能集積回路（ドリームチップ）技術開発／多機能高密度三次元集積化技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「立体構造新機能集積回路（ドリームチップ）技術開発／多機能高密度三次元集積化技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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