小型アンテナ
【課題】 電子部品を付加することなく放射効率が低下する周波数を使用周波数帯域外に移動できる小型アンテナを提供する。
【解決手段】 本発明の小型アンテナ１は、誘電体２の内部に平板導体３と４が略平行に配置された平行２線式アンテナである。平板導体３の切欠き部５には、導体片６が平板導体３に近接してこれと略平行となるように配置されている。導体片６は、連結ピン７を介して平板導体４に連結されている。導体片６を上記のように配置することにより、導体片６と平板導体３の対向する辺との間にキャパシタ８を形成するような構造としている。
【解決手段】 本発明の小型アンテナ１は、誘電体２の内部に平板導体３と４が略平行に配置された平行２線式アンテナである。平板導体３の切欠き部５には、導体片６が平板導体３に近接してこれと略平行となるように配置されている。導体片６は、連結ピン７を介して平板導体４に連結されている。導体片６を上記のように配置することにより、導体片６と平板導体３の対向する辺との間にキャパシタ８を形成するような構造としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器に内蔵される小型アンテナに関するものであり、とくに小型アンテナの放射効率の改善に係る技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器に内蔵される小型アンテナは、８００ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚ程度の周波数帯を用いており、PIFA（逆F式アンテナ）で形成されるのが一般的である。平行２線路を用いた小型アンテナでは、PIFAに比べ内部抵抗を５０Ωに整合しやすいという利点があるものの、放射効率が著しく低下する周波数帯が使用周波数帯域内に生じてしまうといった問題があった。
【０００３】
図９は、従来の平行２線路を用いた小型アンテナを模式的に示した概略図である。小型アンテナ１０１は、給電用導体１０２と接地用導体１０３からなる平行２線路を有している。このような小型アンテナ１０１が有するアンテナ利得の例を図１０に示す。図１０は、アンテナ利得の周波数特性を示すグラフであり、１０４の周波数帯においてアンテナ利得が著しく低下している。すなわち、１０４の周波数帯において損失が大きくなるという問題が見られる。
【０００４】
平行２線路からなるアンテナは、非平衡モード（同相）で放射、平衡モード（逆相）で非放射となる。図１１は、平行２線式アンテナの非平衡モードと平衡モードにおけるアンテナ動作を説明する図である。図１１（ａ）は図１０と同様のアンテナ利得の周波数特性を示すグラフであり、図１１（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ非平衡モード及び平衡モードにおけるアンテナ動作を示している。
【０００５】
図１１（ｂ）の非平衡モードの場合には、平行２線路１０２，１０３を流れるそれぞれの電流１０５，１０６の向きが同方向となっているため、高い放射効率が得られる。これに対し、図１１（ｃ）の平衡モードの場合には、平行２線路１０２，１０３を流れるそれぞれの電流１０５，１０６の向きが逆方向となるため、放射効率が著しく低下する特異点となってしまう。このような特異点が使用周波数帯域内にある場合には、所望の通信特性が得られなくなるという問題があった。
【０００６】
このようなアンテナ損失の特異点の問題を解決するためには、アンテナ内部の素子上の電流分布を修正する必要がある。そこで、アンテナ基板上に分波器、合波器、平衡線路などの電子部品を搭載し、これらを用いることで利得の周波数特性上の特異点を制御する方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−０２７１８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の小型アンテナでは、以下のような課題があった。
特許文献１に記載されているように、所定の電子部品を回路基板上に搭載してアンテナ利得の周波数特性を調整しようとすると、部品点数が多くなって高コストとなるだけでなく、各部品における損失によって放射効率を下げてしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、回路基板に電子部品を付加することなく放射効率が低下する周波数を使用周波数帯域外に移動できる小型アンテナ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】
【０００９】
この発明の小型アンテナの第１の態様は、所定の誘電率を有する誘電体と、前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、前記２つの平板導体は、所定の長さの一部導体片が所定の間隔で近接したキャパシタを形成することを特徴とする小型アンテナである。
【００１０】
この発明の第２の態様は、前記キャパシタが、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられることを特徴とする小型アンテナである。
【００１１】
この発明の第３の態様は、所定の誘電率を有する誘電体と、前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、前記２つの平板導体は、一部導体片がコイルを形成することを特徴とする小型アンテナである。
【００１２】
この発明の第４の態様は、前記コイルが、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられることを特徴とする小型アンテナである。
【００１３】
この発明の第５の態様は、所定の誘電率を有する誘電体と、前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、前記２つの平板導体をキャパシタまたはコイルを用いて連結することを特徴とする小型アンテナである。
【００１４】
この発明の第６の態様は、前記キャパシタまたは前記コイルが、前記２つの平板導体に２箇所以上取り付けられることを特徴とする小型アンテナである。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、回路部品の点数を増やすことなく放射効率が低下する周波数を使用周波数帯域外に移動することができ、放射効率の高い携帯機器用の小型アンテナを提供することが可能となる。また、回路部品の点数を削減できるため、低コスト化や一層の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における小型アンテナの構成について詳細に説明する。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。
【００１７】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る小型アンテナの概略を示す構成図である。
図１に示す本実施形態の小型アンテナ１は、誘電体２の内部に平板導体３と４が略平行に配置された平行２線式アンテナである。平板導体３は図示しない給電端に接続された給電用導体であり、平板導体４は図示しない接地端に接続された接地用導体となっている。
【００１８】
平板導体３の切欠き部５には、導体片６が平板導体３に近接してこれと略平行となるように配置されている。導体片６は、連結ピン７を介して平板導体４に連結されている。導体片６を上記のように配置することにより、導体片６と平板導体３の対向する辺との間にキャパシタ８を形成するような構造としている。
【００１９】
本実施形態の小型アンテナ１は、略平行に配置された２つの平板導体３，４が誘電体２に内包されるような構造とすることで、アンテナの小型化を図ったものである。また、２つの平板導体３，４を、折返し部を有するような構造とすることにより、平板導体３，４に必要な長さを狭い空間で確保できるようにしている。
【００２０】
さらに、本実施形態の小型アンテナ１では、平板導体４と連結ピン７で電気的に接続された導体片６が、平板導体３の１辺と平行となるように配置されており、導体片６と平板導体３とでキャパシタ８を形成するように構成されている。キャパシタ８の構造を調整することにより、所定の周波数帯域における放射効率を改善することが可能となっている。
【００２１】
なお小型アンテナ１では、平板導体３に切欠き部５を設け、導体片６を切欠き部５に近接して配置することでキャパシタ８を形成するようにしたが、切欠き部５を設ける必要は必ずしもなく、導体片６を平板導体３の所定の位置に近接して配置すればよい。
【００２２】
図９を用いて説明した従来の小型アンテナと比較して、本発明による小型アンテナ１の効果を説明するために、図２（ａ）に模式的に示す小型アンテナ１１を用いる。図２（ａ）に示す小型アンテナ１１は、図９に示した従来の小型アンテナに、本発明による導体片１４を付加したものである。導体片１４は、連結ピン１５を介して平板導体１３に接続されている。
【００２３】
図２（ａ）に模式的に示す小型アンテナ１１では、導体片１４と平板導体１２の対向する辺とがキャパシタ１６を形成して電気容量を有するようになり、これによって平板導体１２，１３を流れる電流が変化する。小型アンテナ１１のアンテナ利得の周波数特性を図２（ｂ）に示す。
【００２４】
図１０に示した従来の小型アンテナ１０１のアンテナ利得と比較して、図２（ｂ）ではアンテナ利得が大きく低下する（アンテナ損失がピークとなる）周波数が低周波数側に移動している。すなわち、従来の小型アンテナ１０１では１０００ＭＨｚ付近でアンテナ利得が大きく低下していたのに対し、小型アンテナ１１ではアンテナ損失のピークが800MHzの低周波数側に移動されており、１０００ＭＨｚ付近の放射効率が改善されていることがわかる。
【００２５】
また、アンテナ利得が極小となる周波数１７までのアンテナ利得の低下割合も、図１０に示した従来の小型アンテナ１０１のものよりも緩やかになっている。すなわち、放射効率の低下が緩やかになるよう改善されている。
【００２６】
より詳しくは、前記キャパシタを配設しない従来の平行２線式アンテナは、図１０に示すように１０００ＭＨｚ辺りから急激に放射が悪化して１０４０ＭＨｚ付近でアンテナ利得が極小となっていた。
【００２７】
これに対し本実施形態の小型アンテナでは、図２（ｂ）に示すように８２０ＭＨz付近で急激に放射が悪くなるが、１０００ＭＨｚ以上の周波数帯における放射の低下は緩やかとなり、１０４０ＭＨｚ付近でもアンテナ利得の低下は僅かである。本実施形態の小型アンテナ１１では、導体片１４を付加してキャパシタ１６を形成することにより、平板導体１２、１３を流れる電流を変化させており、キャパシタ１６の寸法等を調整することで、放射効率が低下する周波数を移動させることが可能となる。
【００２８】
図２を用いて説明したのと同様に、本発明の第一の実施形態の小型アンテナ１においても、導体片６を追加して平板導体３との間にキャパシタ８を形成することにより、アンテナ利得が大きく低下する周波数を高周波数側の使用周波数帯域外に移動させるとともに、アンテナ利得の低下を緩やかにすることが可能となる。
【００２９】
従って、従来はアンテナ利得が低下する周波数が使用周波数の帯域内あるいは使用周波数帯域の近傍にあって適切な放射効率が得られない場合でも、本発明によれば、導体片６を付加してキャパシタ８を形成することにより、良好な放射効率を得ることが可能となる。
【００３０】
上記の通り、本発明の小型アンテナでは、キャパシタを付加することで適切な放射効率が得られるようにすることが可能であった。ここでは、キャパシタの構造を調整することで、アンテナの放射効率がどのように変化するかについて、図３を用いて説明する。
【００３１】
図３（ａ）は、図２で説明したキャパシタ１６を拡大したものである。同図において、導体片１４の長さをＬとし、キャパシタ１６を形成する導体片１４と平板導体１２との間隔をＤとしている。導体片１４の長さＬを変化させたときのアンテナ利得を図３（ｂ）、（ｃ）に、また間隔Ｄを変化させたときのアンテナ利得を図３（ｄ）、（ｅ）にそれぞれ示す。
【００３２】
図３（ｂ）は、長さＬを１ｍｍから８ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を、また図３（ｃ）は、長さＬを８ｍｍから１６ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を、それぞれ示している。間隔Ｄは、各ケースとも０．２ｍｍとしている。
【００３３】
図３（ｂ）より、導体片１４の長さＬを８ｍｍより短くするにつれて、１ＧＨｚ以上のアンテナ利得が急激に低下するようになる。すなわち、導体片１４の長さＬを８ｍｍより短くすると周波数帯域が狭くなるため、小型アンテナに適用するのは好ましくない。
【００３４】
これに対し、図３（ｃ）に示すように、導体片１４の長さＬを８ｍｍより長くすると、アンテナ利得が低下する周波数が840MHz付近に移動し、使用周波数帯域が拡大されるといった効果がある。従って、本発明の小型アンテナでは、導体片１４の長さを８ｍｍ以上とするのがよい。
【００３５】
一方、間隔Ｄに関しては、導体片１４の長さＬを８ｍｍとして間隔Ｄを０．１ｍｍから０．５ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を図３（ｄ）に、また導体片１４の長さＬを４ｍｍとして間隔Ｄを０．１ｍｍから０．６ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を図３（ｄ）に、それぞれ示している。
【００３６】
図３（ｄ）、（ｅ）より、導体片１４の長さＬが８ｍｍの場合と４ｍｍの場合の両ケースとも、間隔Ｄを０．４ｍｍ以上としても１ＧＨｚ以上のアンテナ利得がほとんど変化しなくなる。
【００３７】
上記の結果に基づき、本発明の小型アンテナでは導体片１４の長さＬを８ｍｍとし、間隔Ｄを０．４ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００３８】
図１に示した本発明の第一の実施形態である小型アンテナ１では、平板導体４に連結された導体片６と平板導体３とでキャパシタ８を構成していた。本発明の小型アンテナでは、図１に示すような構造のキャパシタに限らず、例えば図４に示すような各種構造のものを用いて放射効率を改善することが可能である。
【００３９】
図４（ａ）では、２つの導体片４１、４２でキャパシタを形成しており、導体片４１と４２は、それぞれ２つの平板導体１２，１３と接続される構造となっている。また図４（ｂ）では、キャパシタに代えてコイルを形成したものである。コイル４３、４４が、それぞれ２つの平板導体１２，１３に接続されるとともに、両者が連結ピン４５で接続される構造となっている。さらに図４（ｃ）では、キャパシタあるいはコイルに代えて所定のチップ部品４６を用いたものである。
【００４０】
上記の通り、本発明の小型アンテナでは、２つの平板導体の一部を加工してキャパシタあるいはコイルを形成するようにしてもよいし、あるいは回路部品のキャパシタあるいはコイルを用いてもよい。前記２つの平板導体にキャパシタあるいはコイルを適切に付加することにより、平行２線路アンテナの利得周波数特性に現れる特異点を使用周波数帯域外に移動させることが可能となる。
【００４１】
本発明の第二の実施形態を図５を用いて、以下に説明する。
本実施形態の小型アンテナ５１は、２以上の周波数帯で使用される多周波共用アンテナであり、多周波に対応するため前記キャパシタを３つ設けている。すなわち、導体片５２、５３及び５４をそれぞれ連結ピン５５、５６及び５７で平板導体４と接続し、導体片５２、５３及び５４を平板導体３と所定の間隔で近接して配置することにより、キャパシタ５８、５９及び６０を形成している。
【００４２】
図５では、３つのキャパシタ５８、５９及び６０を形成するようにしたが、キャパシタ５８、５９及び６０に代えて、いずれか１つ以上についてコイルを形成するようにしてもよい。図５のように３つのキャパシタ５８、５９及び６０を形成したときの小型アンテナ５１のアンテナ特性を以下に説明する。
【００４３】
なお同図においてキャパシタ５８、５９及び６０がコイルで形成される場合もあることから、以下ではキャパシタ５８、５９及び６０をポートと呼ぶこととする。また、連結ピン５５、５６、５７のいずれかが設けられない場合は、当該ポートはキャパシタまたはコイルを形成しないことになる。以下では、このような連結ピンを設けないポートの状態をオープンの状態と呼ぶこととする。
【００４４】
図６（ａ）は、ポート５８、５９及び６０ともオープンにしたときのアンテナ利得の周波数特性である。ポート３つともオープンにしているため、キャパシタあるいはコイルを設けない従来の小型アンテナと同等の特性を有するアンテナとなる。この場合には、利得が低下する特異点が周波数１０３０ＭＨｚの付近に現れており、該特異点付近での利得の低下が急激なものとなっている。
【００４５】
図６(b)〜(d)は、５８、５９及び６０のいずれか一つを設けてキャパシタを形成したときの利得の周波数特性である。この場合は、キャパシタが１つだけ形成された本発明の小型アンテナとなっており、利得が低下する特異点が５８、６０，５９の順で利得の低下する周波数が低周波に移動している。図６(e)、(f)のように、キャパシタ２つを組み合わせたときは、単体の時に比べ利得の低下する周波数が低周波側に移動し、キャパシタの組み合わせによっても利得の周波数特性が違っている。図６(g)のように、キャパシタを３つとも挿入すると利得の低下する周波数が下がると共に傾きが緩やかになり、帯域が拡大している。
以上のように複数のキャパシタを形成すると、キャパシタを入れたときの変化をより大きくすると共に、位置の組み合わせによって周波数特性が変わるため調整がしやすくなる。
【００４６】
本発明の小型アンテナのさらに別の実施形態を図７を用いて説明する。図７は、小型アンテナの一方の平板導体にキャパシタを形成した実施形態を説明する構成図である。
【００４７】
図７では、一方の平板導体６１の一部が切り抜かれ、切り抜かれた位置に導体片６２が形成されている。導体片６２は、連結ピン６３で図示しない他方の平板導体に接続されている。このような構成とすることによって、導体片６２と平板導体６１との間でキャパシタが形成される。
【００４８】
図７に示すような前記キャパシタを形成することによって、本実施形態の平板導体６１を用いた小型アンテナでは、上記実施形態と同様に、使用周波数帯での放射効率を改善することが可能である。また、導体片６２を平板導体６１の内部に埋め込むことによって、導体片６２を配設するスペースが不要となり、小型アンテナのより一層の小型化が図れるようになる。
【００４９】
本発明の小型アンテナについて、具体的な設計例を図８を用いて説明する。図８は、１つのキャパシタが形成された図１と同様の小型アンテナである。図８（ａ）は、平板導体７１に形成されたキャパシタの主要な寸法を示しており、図８（ｂ）、（ｃ）は、アンテナ全体の主要な寸法を示している。
【００５０】
図８（ａ）において、本実施形態のキャパシタを形成する導体片７３は、平板導体７１と０．２ｍｍの間隔で配置されており、連結ピン７４が平板導体７２の連結ピン７５と連結されている。導体片７３は、長さ８ｍｍ、幅０．２ｍｍの大きさで形成されており、図３で説明した通り広帯域化に好適な寸法としている。なお、平板導体７１、７２、及び導体片７３の厚みは、いずれも３５μｍである。
【００５１】
図８（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれアンテナ全体の平面図及び断面図を示している。同図に示す通り、地板７７は８５ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍの大きさを有しており、誘電体７６は２８ｍｍ×３５ｍｍ×５.５ｍｍの大きさを有している。
【００５２】
本実施形態では、アンテナの小型化を図るために平板導体７１，７２を誘電体７６に内包するようにしており、さらに平板導体７１が配置されている平面、及び平板導体７２が配置されている平面を境界として、誘電体７６を３層からなる構造としている。すなわち、平板導体７１、７２に挟まれた領域の誘電体７６ａと、平板導体７１、７２より外側の誘電体７６ｂとを、異なる誘電率の誘電体としている。
【００５３】
本実施形態では、内側の誘電体７６ａ（名称：Ｐ２８）の誘電率に比べて、外側の誘電体７６ｂ（名称：１１３Ｚ）の誘電率を高くしており、それぞれ比誘電率４．７と比誘電率１８．２としている。
【００５４】
本発明によれば、上記のような構成とすることにより、放射効率の高い携帯機器用の小型アンテナを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態に係る小型アンテナの概略を示す構成図である。
【図２】図２は、第一の実施形態による小型アンテナ１のアンテナ特性を説明するための図である。（ａ）は本発明の小型アンテナを模式的に示す模式図であり、（ｂ）はアンテナ利得の周波数特性を示すグラフである。
【図３】図３は、キャパシタの寸法がアンテナの放射効率に与える効果を説明する図である。（ａ）は、前記キャパシタ１６の寸法を説明するための拡大図であり、（ｂ）、（ｃ）は、導体片の長さＬを変化させたときのアンテナ利得、（ｄ）、（ｅ）は間隔Ｄを変化させたときのアンテナ利得をそれぞれ示す。
【図４】図４は、本発明の小型アンテナにおいて放射効率を改善するために付加される電子部品等を説明する模式図である。（ａ）はキャパシタ、（ｂ）はコイル、及び（ｃ）は所定のチップ部品をそれぞれ説明する模式図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施形態に係る小型アンテナの概略を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の第二の実施形態の構造を変えたときのアンテナ利得を説明するための図である。（ａ）は３つのキャパシタをともにオープンにしたときのアンテナ利得を、（ｂ）〜（ｄ）はいずれか１つのキャパシタのみを連結したときのアンテナ利得を、（ｅ）、（ｆ）はいずれか２つのキャパシタを連結したときのアンテナ利得を、（ｇ）は全てのキャパシタを連結したときのアンテナ利得を、それぞれ示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のさらに別の実施形態に係る小型アンテナの概略を説明する構成図である。
【図８】図８は、本発明の小型アンテナの具体的な設計値を説明するための構成図である。
【図９】図９は、従来の平行２線路を用いた小型アンテナを模式的に示した概略図である。
【図１０】図１０は、従来の平行２線路を用いた小型アンテナが有するアンテナ利得を説明するためのグラフである。
【図１１】図１１は、平行２線式アンテナの非平衡モードと平衡モードにおけるアンテナ動作を説明する図である。（ａ）はアンテナ利得の周波数特性を示すグラフであり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ非平衡モード及び平衡モードにおけるアンテナ動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１１、５１、１０１・・・小型アンテナ
２、７６・・・誘電体
３、４、１２、１３、６１、７１、７２、１０２，１０３・・・平板導体
５・・・切欠き部
６、１４、４１、４２、５２、５３、５４、６２、７３・・・導体片
７、１５、４５、５５、５６、５７、６３、７４、７５・・・連結ピン
８、１６、５８、５９、６０・・・キャパシタ
２１〜４０・・・アンテナ利得
４３、４４・・・コイル
４６・・・チップ部品
７７・・・地板
１０４・・・特異点
１０５，１０６・・・電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器に内蔵される小型アンテナに関するものであり、とくに小型アンテナの放射効率の改善に係る技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器に内蔵される小型アンテナは、８００ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚ程度の周波数帯を用いており、PIFA（逆F式アンテナ）で形成されるのが一般的である。平行２線路を用いた小型アンテナでは、PIFAに比べ内部抵抗を５０Ωに整合しやすいという利点があるものの、放射効率が著しく低下する周波数帯が使用周波数帯域内に生じてしまうといった問題があった。
【０００３】
図９は、従来の平行２線路を用いた小型アンテナを模式的に示した概略図である。小型アンテナ１０１は、給電用導体１０２と接地用導体１０３からなる平行２線路を有している。このような小型アンテナ１０１が有するアンテナ利得の例を図１０に示す。図１０は、アンテナ利得の周波数特性を示すグラフであり、１０４の周波数帯においてアンテナ利得が著しく低下している。すなわち、１０４の周波数帯において損失が大きくなるという問題が見られる。
【０００４】
平行２線路からなるアンテナは、非平衡モード（同相）で放射、平衡モード（逆相）で非放射となる。図１１は、平行２線式アンテナの非平衡モードと平衡モードにおけるアンテナ動作を説明する図である。図１１（ａ）は図１０と同様のアンテナ利得の周波数特性を示すグラフであり、図１１（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ非平衡モード及び平衡モードにおけるアンテナ動作を示している。
【０００５】
図１１（ｂ）の非平衡モードの場合には、平行２線路１０２，１０３を流れるそれぞれの電流１０５，１０６の向きが同方向となっているため、高い放射効率が得られる。これに対し、図１１（ｃ）の平衡モードの場合には、平行２線路１０２，１０３を流れるそれぞれの電流１０５，１０６の向きが逆方向となるため、放射効率が著しく低下する特異点となってしまう。このような特異点が使用周波数帯域内にある場合には、所望の通信特性が得られなくなるという問題があった。
【０００６】
このようなアンテナ損失の特異点の問題を解決するためには、アンテナ内部の素子上の電流分布を修正する必要がある。そこで、アンテナ基板上に分波器、合波器、平衡線路などの電子部品を搭載し、これらを用いることで利得の周波数特性上の特異点を制御する方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−０２７１８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の小型アンテナでは、以下のような課題があった。
特許文献１に記載されているように、所定の電子部品を回路基板上に搭載してアンテナ利得の周波数特性を調整しようとすると、部品点数が多くなって高コストとなるだけでなく、各部品における損失によって放射効率を下げてしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、回路基板に電子部品を付加することなく放射効率が低下する周波数を使用周波数帯域外に移動できる小型アンテナ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】
【０００９】
この発明の小型アンテナの第１の態様は、所定の誘電率を有する誘電体と、前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、前記２つの平板導体は、所定の長さの一部導体片が所定の間隔で近接したキャパシタを形成することを特徴とする小型アンテナである。
【００１０】
この発明の第２の態様は、前記キャパシタが、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられることを特徴とする小型アンテナである。
【００１１】
この発明の第３の態様は、所定の誘電率を有する誘電体と、前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、前記２つの平板導体は、一部導体片がコイルを形成することを特徴とする小型アンテナである。
【００１２】
この発明の第４の態様は、前記コイルが、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられることを特徴とする小型アンテナである。
【００１３】
この発明の第５の態様は、所定の誘電率を有する誘電体と、前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、前記２つの平板導体をキャパシタまたはコイルを用いて連結することを特徴とする小型アンテナである。
【００１４】
この発明の第６の態様は、前記キャパシタまたは前記コイルが、前記２つの平板導体に２箇所以上取り付けられることを特徴とする小型アンテナである。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、回路部品の点数を増やすことなく放射効率が低下する周波数を使用周波数帯域外に移動することができ、放射効率の高い携帯機器用の小型アンテナを提供することが可能となる。また、回路部品の点数を削減できるため、低コスト化や一層の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における小型アンテナの構成について詳細に説明する。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。
【００１７】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る小型アンテナの概略を示す構成図である。
図１に示す本実施形態の小型アンテナ１は、誘電体２の内部に平板導体３と４が略平行に配置された平行２線式アンテナである。平板導体３は図示しない給電端に接続された給電用導体であり、平板導体４は図示しない接地端に接続された接地用導体となっている。
【００１８】
平板導体３の切欠き部５には、導体片６が平板導体３に近接してこれと略平行となるように配置されている。導体片６は、連結ピン７を介して平板導体４に連結されている。導体片６を上記のように配置することにより、導体片６と平板導体３の対向する辺との間にキャパシタ８を形成するような構造としている。
【００１９】
本実施形態の小型アンテナ１は、略平行に配置された２つの平板導体３，４が誘電体２に内包されるような構造とすることで、アンテナの小型化を図ったものである。また、２つの平板導体３，４を、折返し部を有するような構造とすることにより、平板導体３，４に必要な長さを狭い空間で確保できるようにしている。
【００２０】
さらに、本実施形態の小型アンテナ１では、平板導体４と連結ピン７で電気的に接続された導体片６が、平板導体３の１辺と平行となるように配置されており、導体片６と平板導体３とでキャパシタ８を形成するように構成されている。キャパシタ８の構造を調整することにより、所定の周波数帯域における放射効率を改善することが可能となっている。
【００２１】
なお小型アンテナ１では、平板導体３に切欠き部５を設け、導体片６を切欠き部５に近接して配置することでキャパシタ８を形成するようにしたが、切欠き部５を設ける必要は必ずしもなく、導体片６を平板導体３の所定の位置に近接して配置すればよい。
【００２２】
図９を用いて説明した従来の小型アンテナと比較して、本発明による小型アンテナ１の効果を説明するために、図２（ａ）に模式的に示す小型アンテナ１１を用いる。図２（ａ）に示す小型アンテナ１１は、図９に示した従来の小型アンテナに、本発明による導体片１４を付加したものである。導体片１４は、連結ピン１５を介して平板導体１３に接続されている。
【００２３】
図２（ａ）に模式的に示す小型アンテナ１１では、導体片１４と平板導体１２の対向する辺とがキャパシタ１６を形成して電気容量を有するようになり、これによって平板導体１２，１３を流れる電流が変化する。小型アンテナ１１のアンテナ利得の周波数特性を図２（ｂ）に示す。
【００２４】
図１０に示した従来の小型アンテナ１０１のアンテナ利得と比較して、図２（ｂ）ではアンテナ利得が大きく低下する（アンテナ損失がピークとなる）周波数が低周波数側に移動している。すなわち、従来の小型アンテナ１０１では１０００ＭＨｚ付近でアンテナ利得が大きく低下していたのに対し、小型アンテナ１１ではアンテナ損失のピークが800MHzの低周波数側に移動されており、１０００ＭＨｚ付近の放射効率が改善されていることがわかる。
【００２５】
また、アンテナ利得が極小となる周波数１７までのアンテナ利得の低下割合も、図１０に示した従来の小型アンテナ１０１のものよりも緩やかになっている。すなわち、放射効率の低下が緩やかになるよう改善されている。
【００２６】
より詳しくは、前記キャパシタを配設しない従来の平行２線式アンテナは、図１０に示すように１０００ＭＨｚ辺りから急激に放射が悪化して１０４０ＭＨｚ付近でアンテナ利得が極小となっていた。
【００２７】
これに対し本実施形態の小型アンテナでは、図２（ｂ）に示すように８２０ＭＨz付近で急激に放射が悪くなるが、１０００ＭＨｚ以上の周波数帯における放射の低下は緩やかとなり、１０４０ＭＨｚ付近でもアンテナ利得の低下は僅かである。本実施形態の小型アンテナ１１では、導体片１４を付加してキャパシタ１６を形成することにより、平板導体１２、１３を流れる電流を変化させており、キャパシタ１６の寸法等を調整することで、放射効率が低下する周波数を移動させることが可能となる。
【００２８】
図２を用いて説明したのと同様に、本発明の第一の実施形態の小型アンテナ１においても、導体片６を追加して平板導体３との間にキャパシタ８を形成することにより、アンテナ利得が大きく低下する周波数を高周波数側の使用周波数帯域外に移動させるとともに、アンテナ利得の低下を緩やかにすることが可能となる。
【００２９】
従って、従来はアンテナ利得が低下する周波数が使用周波数の帯域内あるいは使用周波数帯域の近傍にあって適切な放射効率が得られない場合でも、本発明によれば、導体片６を付加してキャパシタ８を形成することにより、良好な放射効率を得ることが可能となる。
【００３０】
上記の通り、本発明の小型アンテナでは、キャパシタを付加することで適切な放射効率が得られるようにすることが可能であった。ここでは、キャパシタの構造を調整することで、アンテナの放射効率がどのように変化するかについて、図３を用いて説明する。
【００３１】
図３（ａ）は、図２で説明したキャパシタ１６を拡大したものである。同図において、導体片１４の長さをＬとし、キャパシタ１６を形成する導体片１４と平板導体１２との間隔をＤとしている。導体片１４の長さＬを変化させたときのアンテナ利得を図３（ｂ）、（ｃ）に、また間隔Ｄを変化させたときのアンテナ利得を図３（ｄ）、（ｅ）にそれぞれ示す。
【００３２】
図３（ｂ）は、長さＬを１ｍｍから８ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を、また図３（ｃ）は、長さＬを８ｍｍから１６ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を、それぞれ示している。間隔Ｄは、各ケースとも０．２ｍｍとしている。
【００３３】
図３（ｂ）より、導体片１４の長さＬを８ｍｍより短くするにつれて、１ＧＨｚ以上のアンテナ利得が急激に低下するようになる。すなわち、導体片１４の長さＬを８ｍｍより短くすると周波数帯域が狭くなるため、小型アンテナに適用するのは好ましくない。
【００３４】
これに対し、図３（ｃ）に示すように、導体片１４の長さＬを８ｍｍより長くすると、アンテナ利得が低下する周波数が840MHz付近に移動し、使用周波数帯域が拡大されるといった効果がある。従って、本発明の小型アンテナでは、導体片１４の長さを８ｍｍ以上とするのがよい。
【００３５】
一方、間隔Ｄに関しては、導体片１４の長さＬを８ｍｍとして間隔Ｄを０．１ｍｍから０．５ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を図３（ｄ）に、また導体片１４の長さＬを４ｍｍとして間隔Ｄを０．１ｍｍから０．６ｍｍまで変化させたときのアンテナ利得を図３（ｄ）に、それぞれ示している。
【００３６】
図３（ｄ）、（ｅ）より、導体片１４の長さＬが８ｍｍの場合と４ｍｍの場合の両ケースとも、間隔Ｄを０．４ｍｍ以上としても１ＧＨｚ以上のアンテナ利得がほとんど変化しなくなる。
【００３７】
上記の結果に基づき、本発明の小型アンテナでは導体片１４の長さＬを８ｍｍとし、間隔Ｄを０．４ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００３８】
図１に示した本発明の第一の実施形態である小型アンテナ１では、平板導体４に連結された導体片６と平板導体３とでキャパシタ８を構成していた。本発明の小型アンテナでは、図１に示すような構造のキャパシタに限らず、例えば図４に示すような各種構造のものを用いて放射効率を改善することが可能である。
【００３９】
図４（ａ）では、２つの導体片４１、４２でキャパシタを形成しており、導体片４１と４２は、それぞれ２つの平板導体１２，１３と接続される構造となっている。また図４（ｂ）では、キャパシタに代えてコイルを形成したものである。コイル４３、４４が、それぞれ２つの平板導体１２，１３に接続されるとともに、両者が連結ピン４５で接続される構造となっている。さらに図４（ｃ）では、キャパシタあるいはコイルに代えて所定のチップ部品４６を用いたものである。
【００４０】
上記の通り、本発明の小型アンテナでは、２つの平板導体の一部を加工してキャパシタあるいはコイルを形成するようにしてもよいし、あるいは回路部品のキャパシタあるいはコイルを用いてもよい。前記２つの平板導体にキャパシタあるいはコイルを適切に付加することにより、平行２線路アンテナの利得周波数特性に現れる特異点を使用周波数帯域外に移動させることが可能となる。
【００４１】
本発明の第二の実施形態を図５を用いて、以下に説明する。
本実施形態の小型アンテナ５１は、２以上の周波数帯で使用される多周波共用アンテナであり、多周波に対応するため前記キャパシタを３つ設けている。すなわち、導体片５２、５３及び５４をそれぞれ連結ピン５５、５６及び５７で平板導体４と接続し、導体片５２、５３及び５４を平板導体３と所定の間隔で近接して配置することにより、キャパシタ５８、５９及び６０を形成している。
【００４２】
図５では、３つのキャパシタ５８、５９及び６０を形成するようにしたが、キャパシタ５８、５９及び６０に代えて、いずれか１つ以上についてコイルを形成するようにしてもよい。図５のように３つのキャパシタ５８、５９及び６０を形成したときの小型アンテナ５１のアンテナ特性を以下に説明する。
【００４３】
なお同図においてキャパシタ５８、５９及び６０がコイルで形成される場合もあることから、以下ではキャパシタ５８、５９及び６０をポートと呼ぶこととする。また、連結ピン５５、５６、５７のいずれかが設けられない場合は、当該ポートはキャパシタまたはコイルを形成しないことになる。以下では、このような連結ピンを設けないポートの状態をオープンの状態と呼ぶこととする。
【００４４】
図６（ａ）は、ポート５８、５９及び６０ともオープンにしたときのアンテナ利得の周波数特性である。ポート３つともオープンにしているため、キャパシタあるいはコイルを設けない従来の小型アンテナと同等の特性を有するアンテナとなる。この場合には、利得が低下する特異点が周波数１０３０ＭＨｚの付近に現れており、該特異点付近での利得の低下が急激なものとなっている。
【００４５】
図６(b)〜(d)は、５８、５９及び６０のいずれか一つを設けてキャパシタを形成したときの利得の周波数特性である。この場合は、キャパシタが１つだけ形成された本発明の小型アンテナとなっており、利得が低下する特異点が５８、６０，５９の順で利得の低下する周波数が低周波に移動している。図６(e)、(f)のように、キャパシタ２つを組み合わせたときは、単体の時に比べ利得の低下する周波数が低周波側に移動し、キャパシタの組み合わせによっても利得の周波数特性が違っている。図６(g)のように、キャパシタを３つとも挿入すると利得の低下する周波数が下がると共に傾きが緩やかになり、帯域が拡大している。
以上のように複数のキャパシタを形成すると、キャパシタを入れたときの変化をより大きくすると共に、位置の組み合わせによって周波数特性が変わるため調整がしやすくなる。
【００４６】
本発明の小型アンテナのさらに別の実施形態を図７を用いて説明する。図７は、小型アンテナの一方の平板導体にキャパシタを形成した実施形態を説明する構成図である。
【００４７】
図７では、一方の平板導体６１の一部が切り抜かれ、切り抜かれた位置に導体片６２が形成されている。導体片６２は、連結ピン６３で図示しない他方の平板導体に接続されている。このような構成とすることによって、導体片６２と平板導体６１との間でキャパシタが形成される。
【００４８】
図７に示すような前記キャパシタを形成することによって、本実施形態の平板導体６１を用いた小型アンテナでは、上記実施形態と同様に、使用周波数帯での放射効率を改善することが可能である。また、導体片６２を平板導体６１の内部に埋め込むことによって、導体片６２を配設するスペースが不要となり、小型アンテナのより一層の小型化が図れるようになる。
【００４９】
本発明の小型アンテナについて、具体的な設計例を図８を用いて説明する。図８は、１つのキャパシタが形成された図１と同様の小型アンテナである。図８（ａ）は、平板導体７１に形成されたキャパシタの主要な寸法を示しており、図８（ｂ）、（ｃ）は、アンテナ全体の主要な寸法を示している。
【００５０】
図８（ａ）において、本実施形態のキャパシタを形成する導体片７３は、平板導体７１と０．２ｍｍの間隔で配置されており、連結ピン７４が平板導体７２の連結ピン７５と連結されている。導体片７３は、長さ８ｍｍ、幅０．２ｍｍの大きさで形成されており、図３で説明した通り広帯域化に好適な寸法としている。なお、平板導体７１、７２、及び導体片７３の厚みは、いずれも３５μｍである。
【００５１】
図８（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれアンテナ全体の平面図及び断面図を示している。同図に示す通り、地板７７は８５ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍの大きさを有しており、誘電体７６は２８ｍｍ×３５ｍｍ×５.５ｍｍの大きさを有している。
【００５２】
本実施形態では、アンテナの小型化を図るために平板導体７１，７２を誘電体７６に内包するようにしており、さらに平板導体７１が配置されている平面、及び平板導体７２が配置されている平面を境界として、誘電体７６を３層からなる構造としている。すなわち、平板導体７１、７２に挟まれた領域の誘電体７６ａと、平板導体７１、７２より外側の誘電体７６ｂとを、異なる誘電率の誘電体としている。
【００５３】
本実施形態では、内側の誘電体７６ａ（名称：Ｐ２８）の誘電率に比べて、外側の誘電体７６ｂ（名称：１１３Ｚ）の誘電率を高くしており、それぞれ比誘電率４．７と比誘電率１８．２としている。
【００５４】
本発明によれば、上記のような構成とすることにより、放射効率の高い携帯機器用の小型アンテナを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態に係る小型アンテナの概略を示す構成図である。
【図２】図２は、第一の実施形態による小型アンテナ１のアンテナ特性を説明するための図である。（ａ）は本発明の小型アンテナを模式的に示す模式図であり、（ｂ）はアンテナ利得の周波数特性を示すグラフである。
【図３】図３は、キャパシタの寸法がアンテナの放射効率に与える効果を説明する図である。（ａ）は、前記キャパシタ１６の寸法を説明するための拡大図であり、（ｂ）、（ｃ）は、導体片の長さＬを変化させたときのアンテナ利得、（ｄ）、（ｅ）は間隔Ｄを変化させたときのアンテナ利得をそれぞれ示す。
【図４】図４は、本発明の小型アンテナにおいて放射効率を改善するために付加される電子部品等を説明する模式図である。（ａ）はキャパシタ、（ｂ）はコイル、及び（ｃ）は所定のチップ部品をそれぞれ説明する模式図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施形態に係る小型アンテナの概略を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の第二の実施形態の構造を変えたときのアンテナ利得を説明するための図である。（ａ）は３つのキャパシタをともにオープンにしたときのアンテナ利得を、（ｂ）〜（ｄ）はいずれか１つのキャパシタのみを連結したときのアンテナ利得を、（ｅ）、（ｆ）はいずれか２つのキャパシタを連結したときのアンテナ利得を、（ｇ）は全てのキャパシタを連結したときのアンテナ利得を、それぞれ示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のさらに別の実施形態に係る小型アンテナの概略を説明する構成図である。
【図８】図８は、本発明の小型アンテナの具体的な設計値を説明するための構成図である。
【図９】図９は、従来の平行２線路を用いた小型アンテナを模式的に示した概略図である。
【図１０】図１０は、従来の平行２線路を用いた小型アンテナが有するアンテナ利得を説明するためのグラフである。
【図１１】図１１は、平行２線式アンテナの非平衡モードと平衡モードにおけるアンテナ動作を説明する図である。（ａ）はアンテナ利得の周波数特性を示すグラフであり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ非平衡モード及び平衡モードにおけるアンテナ動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１１、５１、１０１・・・小型アンテナ
２、７６・・・誘電体
３、４、１２、１３、６１、７１、７２、１０２，１０３・・・平板導体
５・・・切欠き部
６、１４、４１、４２、５２、５３、５４、６２、７３・・・導体片
７、１５、４５、５５、５６、５７、６３、７４、７５・・・連結ピン
８、１６、５８、５９、６０・・・キャパシタ
２１〜４０・・・アンテナ利得
４３、４４・・・コイル
４６・・・チップ部品
７７・・・地板
１０４・・・特異点
１０５，１０６・・・電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の誘電率を有する誘電体と、
前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、
前記２つの平板導体は、所定の長さの一部導体片が所定の間隔で近接したキャパシタを形成する
ことを特徴とする小型アンテナ。
【請求項２】
前記キャパシタは、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
【請求項３】
所定の誘電率を有する誘電体と、
前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、
前記２つの平板導体は、一部導体片がコイルを形成する
ことを特徴とする小型アンテナ。
【請求項４】
前記コイルは、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられる
ことを特徴とする請求項３に記載の小型アンテナ。
【請求項５】
所定の誘電率を有する誘電体と、
前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、
前記２つの平板導体をキャパシタまたはコイルを用いて連結する
ことを特徴とする小型アンテナ。
【請求項６】
前記キャパシタまたは前記コイルは、前記２つの平板導体に２箇所以上取り付けられる
ことを特徴とする請求項７に記載の小型アンテナ。
【請求項１】
所定の誘電率を有する誘電体と、
前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、
前記２つの平板導体は、所定の長さの一部導体片が所定の間隔で近接したキャパシタを形成する
ことを特徴とする小型アンテナ。
【請求項２】
前記キャパシタは、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
【請求項３】
所定の誘電率を有する誘電体と、
前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、
前記２つの平板導体は、一部導体片がコイルを形成する
ことを特徴とする小型アンテナ。
【請求項４】
前記コイルは、前記２つの平板導体に２箇所以上設けられる
ことを特徴とする請求項３に記載の小型アンテナ。
【請求項５】
所定の誘電率を有する誘電体と、
前記誘電体の内部に略平行に配置された２つの平板導体とを有し、
前記２つの平板導体をキャパシタまたはコイルを用いて連結する
ことを特徴とする小型アンテナ。
【請求項６】
前記キャパシタまたは前記コイルは、前記２つの平板導体に２箇所以上取り付けられる
ことを特徴とする請求項７に記載の小型アンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１３４０８（Ｐ２００７−１３４０８Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８９８７１（Ｐ２００５−１８９８７１）
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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