無線端末装置用のアンテナ
【課題】無線端末装置用のアンテナを提供する。
【解決手段】アンテナ１００は、グランド素子１１３と逆Ｌ型の放射素子１０９と励振素子１０７と逆Ｆ型の放射素子１１１を含む。放射素子１０９は、スイッチングＩＣ２０１によりグランド素子との間に、適応する周波数に対応するように選択された容量のコンデンサが接続される。放射素子１０９は励振素子１０７により励起される。逆Ｆ型の放射素子１１１は折り返し部１１１ｄを備えており、全体の長さにおいて基本周波数の１／４波長で共振しさらに折り返し部までの長さにおいて基本周波数の１／４波長で共振する。放射素子１０９は低周波側の無線ＷＡＮの周波数帯に複数のチャネルで適応し、放射素子１１１は高周波側の無線ＷＡＮとＧＰＳの周波数帯に適応する。
【解決手段】アンテナ１００は、グランド素子１１３と逆Ｌ型の放射素子１０９と励振素子１０７と逆Ｆ型の放射素子１１１を含む。放射素子１０９は、スイッチングＩＣ２０１によりグランド素子との間に、適応する周波数に対応するように選択された容量のコンデンサが接続される。放射素子１０９は励振素子１０７により励起される。逆Ｆ型の放射素子１１１は折り返し部１１１ｄを備えており、全体の長さにおいて基本周波数の１／４波長で共振しさらに折り返し部までの長さにおいて基本周波数の１／４波長で共振する。放射素子１０９は低周波側の無線ＷＡＮの周波数帯に複数のチャネルで適応し、放射素子１１１は高周波側の無線ＷＡＮとＧＰＳの周波数帯に適応する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末装置に搭載が可能なように回路基板のパターンに形成した小型のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）は、Bluetooth、無線ＬＡＮ、および無線ＷＡＮなどの無線通信のために多数のアンテナを搭載する。ノートＰＣでは、携帯電話の通信網を利用して構築された無線ＷＡＮで音声およびデータの通信をする。北米における携帯電話用の周波数には、３Ｇ（3rd Generation）のＰＣＳ（Personal Communications Service ）バンドとセルラー・バンドが存在する。セルラー・バンドではこれまで８００ＭＨｚ帯として８２０ＭＨｚから９６０ＭＨｚまでの周波数帯を使用していた。
【０００３】
さらにセルラー・バンドには４Ｇ（4th generation）のＬＴＥ（Long Term Evolution）という通信規格に基づく携帯通信サービスが開始されている。米国では、Ｖｅｒｉｚｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ社はＬＴＥに基づく無線データ通信サービスをすでに提供している。さらに、ＡＴ＆Ｔ社も同様のサービスを今後提供する予定である。Ｖｅｒｉｚｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ社は７４７ＭＨｚから７８７ＭＨｚまでの周波数帯を使用し、ＡＴ＆Ｔ社は７０４ＭＨｚから７４６ＭＨｚまでの周波数帯を使用する予定である。近年さらにヨーロッパでは７９０ＭＨｚから８６２ＭＨｚの周波数帯のＬＴＥのサービスが予定されている。１台のノートＰＣは、世界中に持ち運ばれて使用されることが多いため、これらの周波数帯に適応するアンテナを装備することが求められている。
【０００４】
また、ノートＰＣには、位置情報を利用して無線モジュールの通信方式を制御したり、アプリケーションが位置情報を利用したりするために、ＧＰＳ（Global Positioning System）の電波を受信するためのアンテナも実装されている。ノートＰＣには、狭いスペースの中に相互に接近した状態で多くのアンテナを搭載し、かつ、相互に電波干渉が生じないように配置する必要がある。ここに、無線ＷＡＮの広い帯域幅の周波数帯に適応するアンテナ素子とＧＰＳに適応するアンテナ素子を１つの基板に形成する必要性が生じてきた。
【０００５】
特許文献１は、給電素子と無給電素子で構成される携帯電話機用の小型アンテナを開示する。無給電素子には、コンデンサまたはコイルのようなリアクタンス素子で構成されたた周波数可変部を備えている。周波数可変部はスイッチの切り換えにより無給電素子の共振周波数を切り換えることができる。さらに、一端がグラウンドに接続された逆Ｌ型の無給電素子の先端部分とＴ字型の給電素子の先端の分岐部分が平行に配置された構造を備えている。
【０００６】
特許文献２は、励振器と２つの１／４波長アンテナで構成されたデュアル・バンド・アンテナを開示する。励振器は基本周波数および高調波共振周波数で共振するダイポール・アンテナで構成されている。一方の１／４波長アンテナは、基本周波数で共振する逆Ｌ型ダイポール・アンテナで、他方の１／４波長アンテナはｎ次高調波共振周波数で共振する逆Ｌ型ダイポール・アンテナで構成されている。
【０００７】
特許文献３は、共通導体と２つの異なる長さの水平導体で構成されたＴ型モノポール構造のマルチ・バンド・アンテナを開示する。このアンテナは、共通導体とそれぞれの水平導体で１／４波長の放射素子を構成し、２つの周波数で共振して直列共振モードで動作する。このアンテナは、低周波側の周波数が８００ＭＨｚ帯に適合することが記載されている。
【０００８】
特許文献４は、複数のアンテナの相互間の静電結合を低減させることが可能なマルチ・バンド・アンテナ装置を開示する。支持基材は平面部と平面部に直交する外周端面を備える。同一の給電部から分岐された第１のアンテナ素子を外周端面に沿って配置し、第２のアンテナ素子は平面部において外周端部に沿って設けることで、アンテナ素子の先端同士を直交した状態でかつ対向しない位置に配置する。このアンテナは、低周波側の周波数が８００ＭＨｚ帯に適合することが記載されている。
【０００９】
特許文献５は、逆Ｌ型の励振素子、第１の放射導体、および第２の放射導体で構成された携帯端末用の多周波共用アンテナを開示する。１つの折り返し部を有する第１の放射導体と、２つの折り返し部を有する第２の放射導体はグラウンドに接続された共通導体から反対方向に分岐している。第１の放射導体は部分的に励振素子の水平部と平行に配置され容量結合している。第２の放射導体は第１の放射導体の一部と部分的に平行に配置され容量結合している。このアンテナは、低周波側の周波数が９００ＭＨｚ帯に適合することが記載されている。
【００１０】
非特許文献１には、逆Ｆ型アンテナの放射素子を折り曲げて、折り曲げ位置を変えることで３／４波長で共振していた高次モードの共振周波数を低い方にシフトさせたアンテナを開示する。このアンテナでは、放射素子の全体の長さを変えないために基本モードの特性には変化がないが、メアンダの数を増やして高次モードの共振周波数を低周波数側にシフトさせることで、１本の放射素子から基本モードの共振周波数と高調波の共振周波数を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２７８２１９号公報
【特許文献２】特許第４１２１７９９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８８１７５号公報
【特許文献４】特開２００７−２１４９６１号公報
【特許文献５】特開２００９−１３５６３３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】１つの放射エレメントで構成した携帯電話用マルチ・バンド・アンテナ、伊藤他著、フジクラ技法第１１５号、２００８ Ｖｏｌ．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
アンテナは共振周波数が低いほど素子が長くなって大型化する。特に、７００ＭＨｚといった比較的低い周波数に適応し、かつできるだけ広帯域にしようとすれば大型化する傾向になる。また、１つの回路基板に複数の周波数帯に適応するように複数の素子を設けると、電波の干渉を避けるために素子間に間隔を空ける必要があるため大型化の一因になる。
【００１４】
また、特許文献１のように放射素子にリアクタンスを接続して適応する周波数帯を変更する方式を採用する場合に、制御用の回路をアンテナの損失を増加させない位置に配置する必要があり全体のパターンの中にそのようなスペースを確保するためにこれも大型化の要因になる。特許文献２に記載されたデュアル・バンド・アンテナでは、アンテナ・パターンの長手方向において２つの１／４波長アンテナの水平部分の長さの合計以上のスペースが必要になる。
【００１５】
さらに、非特許文献１のアンテナで基本周波数と第３次高調波の共振周波数を得るように構成すると得られる周波数は基本周波数とその３倍の周波数に限定されるため、その他の周波数帯に適応することはできない。このように複数の周波数帯に適応するアンテナ素子を１つの回路基板に形成するには、電波干渉が生じないような配置および小型化を実現できる配置を工夫する必要がある。さらに無線ＷＡＮに適応するアンテナを形成するには、各国および各社の提供する周波数帯域に適応できるように低周波側の周波数帯域を広くする必要がある。先行技術文献のアンテナは、それぞれのアンテナが目的とする構造的な特徴を備えているが、本発明が目的とする３つの周波数帯に適応できる小型のアンテナを実現する方法まで示唆していない。
【００１６】
そこで本発明の目的は、無線端末装置に搭載が可能で３つの周波数帯に適応するアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、低周波側の無線ＷＡＮの帯域幅を拡大したアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、隣接するアンテナとの間で電波干渉が少ないアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、放射素子同士の電波干渉が少ないアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、損失が少ないアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的はそのようなアンテナを搭載した無線端末装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１の周波数帯と第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適応する無線端末装置用のアンテナに関する。アンテナは、主として回路基板の表面に形成されたパターンで形成されている。アンテナは、直線状に延びるグランド素子と、第１の周波数帯に適応する第１の放射素子と、励振素子と、第２の周波数帯と第３の周波数帯に適応する第２の放射素子を含む。第１の放射素子は、グランド素子にほぼ平行に延びる水平部パターンを含む無給電の放射素子とする。励振素子はグランド素子と水平部パターンとの間に配置され第１の放射素子に電磁波エネルギーを供給する。
【００１８】
第２の放射素子は、グランド素子と水平部パターンとの間に配置され励振素子に連絡して第２の周波数帯と第３の周波数帯に適応する。以上の構成を備える結果、本発明にかかるアンテナは、第１の放射素子とグランド素子により決定された全体的なサイズの範囲に励振素子と第２の放射素子を納めて、３つの周波数帯に適応しながら小型化を図ることができる。具体的には、第１の放射素子を逆Ｌ型のモノポール・アンテナとし、第２の放射素子を逆Ｆ型のモノポール・アンテナとすることができる。さらに励振素子を直線型のモノポール・アンテナとすることができる。
【００１９】
励振素子は、第１の放射素子が放射する電磁波の波長の高調波で共振するように構成することで、小型化を図ることができる。第２の放射素子が励振素子に連絡する第１の水平部パターンと、折り返し部で励振素子の方向に折り返され開放端を備える第２の水平部パターンを含むように構成することで、第２の放射素子を２つの周波数帯に適応させながら小型化することができる。また、第２の放射素子の開放端が励振素子の方向を向いているので、隣接するアンテナとの間での電波干渉を抑制することができる。
【００２０】
水平部パターンは、回路基板の表面と直角に交差する平面上に配置され開放端を備える水平延長部パターンを含むように構成することができる。したがって、同じ構造のアンテナが隣接する場合であっても、水平延長部パターンの開放端は隣接するアンテナの回路基板の表面に配置されたアンテナ素子との間で電波干渉を生じさせない。
【００２１】
アンテナには回路基板に、容量の異なる複数のコンデンサと、無線モジュールから指示されて複数のコンデンサの中から選択したコンデンサで第１の放射素子とグランド素子を接続するスイッチ回路を設けることができる。その結果、第１の周波数帯をコンデンサの容量に対応する複数のチャネルに分割して第１の周波数帯の広帯域化を図ることができる。また、コンデンサは、無給電の第１の放射素子とグランド素子との間を接続する位置に配置することができるため、その近辺に配置するスイッチ回路は第１の放射素子および励振素子が形成する強い電界の影響を受けることがなく、アンテナの損失を増加させない。
【００２２】
さらに、コンデンサは、励振素子でなく無給電の第１の放射素子に接続されるため、接続するコンデンサを変更しても第２の周波数帯および第３の周波数帯に適応する第２の放射素子に影響を与えない。第１の周波数帯と第３の周波数帯を無線ＷＡＮに適応させ、第２の周波数帯をＧＰＳに適応させることができる。この場合、第１の周波数帯が７０４ＭＨｚから９６０ＭＨｚで第３の周波数帯が１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、無線端末装置に搭載が可能で３つの周波数帯に適応するアンテナを提供することができた。さらに本発明により、低周波側の無線ＷＡＮの帯域幅を拡大したアンテナを提供することができた。さらに本発明により、隣接するアンテナとの間で電波干渉が少ないアンテナを提供することができた。さらに本発明により、放射素子同士の電波干渉が少ないアンテナを提供することができた。さらに本発明により、損失が少ないアンテナを提供することができた。さらに本発明によりそのようなアンテナを搭載した無線端末装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態にかかるノートＰＣ用のアンテナの全体的な構造を示す斜視図である。
【図２】低周波側の無線ＷＡＮの共振周波数をシフトさせる周波数シフト回路を示す図である。
【図３】アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図４】ノートＰＣにアンテナを取り付けた状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本実施の形態にかかるノートＰＣ用のアンテナ（以下、単にアンテナという。）１００の全体的な構造を示す斜視図である。アンテナ１００は、印刷回路基板に対してフォト・リソグラフィとエッチング処理を行い、誘電体基板１０１の主体面１０３に形成したアンテナ・パターンと、主体面１０３上のアンテナ・パターンにそれぞれ半田で接続される水平延長部パターン１０９ｃとグランド・プレーン１１５の３つの部材で構成している。水平延長部パターン１０９ｃが存在する平面は誘電体基板１０１の主体面１０３と９０度で交差する。
【００２６】
誘電体基板１０１の形状は、アンテナ・パターンを形成する領域を提供する主体面１０３と、４つの側面１０５を有する薄板状の直方体となっている。主体面１０３には、励振素子１０７、放射素子１０９、放射素子１１１、およびグランド素子１１３のパターンが形成されている。グランド素子１１３はグランド・プレーン１１５の１つの直線状の縁に平行に延びる直線状のパターンでグランド・プレーン１１５を接続する領域を提供する。グランド素子１１３には、長手方向のほぼ中央部にグランド側の給電部１２１ｂが定義されている。
【００２７】
アンテナ・パターンは７０４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの範囲で低周波側の無線ＷＡＮの４つのチャネルに適応する無給電型の放射素子１０９と、１５７４ＭＨｚ〜１５７６ＭＨｚのＧＰＳと１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚの高周波側の無線ＷＡＮの２つの周波数帯に適応する給電型の放射素子１１１と、放射素子１０９に静電結合および電磁結合で電磁波エネルギーを供給する励振素子１０７を含む。
【００２８】
放射素子１０９は、後に説明するようにグランド素子１１３との間に接続するリアクタンスを変更することで４つのチャネルの周波数帯に適応することができる。一例として、第１チャネルは７０４ＭＨｚから７４６ＭＨｚ、第２チャネルは７４７ＭＨｚから７８７ＭＨｚ、第３チャネルは７９０ＭＨｚから８６２ＭＨｚ、および第４チャネルは８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚとする。
【００２９】
励振素子１０７は、１／４波長で共振する直線状のモノポール・アンテナでグランド素子１１３に平行に延びている。励振素子１０７の開放端１０７ａは、放射素子１０９の垂直部１０９ａから所定の間隔が空くように長さを短くして電波干渉を抑制している。励振素子１０７は、放射素子１０９の全体の帯域の中心である基本周波数（８３２ＭＨｚ）の３次高調波の１／４波長で共振するように長さが設定されている。なお、本明細書においては、垂直と水平の方向はグランド素子１１３に対する方向を示すものとする。
【００３０】
開放端１０７ａと反対側の位置における励振素子１０７には、電圧側の給電部１２１ａが定義されている。給電部１２１ａ、１２１ｂには、アンテナ１００に対する唯一の給電点として高周波発振器を含む無線モジュールに接続された同軸ケーブルが接続される。無線モジュールは、ノートＰＣに設けられ内部のディジタル信号と無線の高周波信号を変換するインターフェースの役割を果たす。
【００３１】
グランド素子１１３の一方の端部の近辺には、垂直に延びる放射素子１０９の垂直部パターン１０９ａが配置されている。垂直部パターン１０９ａとグランド素子１１３とは直接連絡しておらず、両者の間にはスイッチングＩＣ２０１が取り付けられている。スイッチングＩＣの周囲には図２に示すように複数の異なる静電容量のコンデンサが配置されている。スイッチングＩＣ２０１は、無線モジュールから制御信号を受け取って、垂直部パターン１０９ａとグランド素子１１３との間を異なる複数のコンデンサのいずれかで接続するための制御をする。
【００３２】
垂直部パターン１０９ａには水平部パターン１０９ｂが連絡している。水平部パターン１０９ｂは、グランド素子１１３に平行に開放端１０９ｄまで延びている。水平部パターン１０９ｂは、主体面１０３に対して９０度で交差する平面上に配置された水平延長部パターン１０９ｃを含む。なお、交差角度の９０度はノートＰＣに収納する際の最も好ましい例であり、本発明の範囲では、水平延長部パターン１０９ｃが主体面１０３に対して９０度より大きな角度で交差する平面上に配置されていてもよい。
【００３３】
水平延長部パターン１０９ｃは平坦な薄板状の導体で形成され、誘電体基板１０１の側面１０５に沿って配置されている。水平延長部パターン１０９ｃは、水平部パターン１０９ｂに半田で接続されている。水平延長部パターン１０９ｃは、グランド素子１１３に平行に水平部パターン１０９ｂの開放端１０９ｄよりさらに先にある開放端１０９ｅまで延びている。本実施例では別の部材として製作した水平延長部パターン１０９ｃと水平部パターン１０９ｂを半田で接続しているが、両者を一体化したパターンとして形成してから折り曲げるようにしてもよい。放射素子１０９はグランド素子１１３から開放端１０９ｅまでのパターンの長さとそのとき接続されるコンデンサの容量に応じた電気長で共振周波数が決まり、逆Ｌ型１／４波長モノポール・アンテナとして電磁波を放射または受信する。
【００３４】
水平部パターン１０９ｂは励振素子１０７と主体面１０３上で平行になるように配置されており静電結合および電磁結合をして励振素子１０７から電磁波エネルギーを受け取る。放射素子１０９は、励振素子１０７が共振する３次高調波の周波数で共振する。放射素子１０９の垂直部パターン１０９ａのグランド素子１１３側の開放端から水平延長部パターン１０９ｃの開放端１０９ｅまでの長さは、放射素子１０９が放射する第４チャネルの基本周波数よりやや高い周波数の波長の１／４波長で共振するように設定されている。そして、接続するコンデンサの容量を増やすことで共振周波数をより低い方向にシフトさせる。
【００３５】
グランド素子１１３にそれぞれ平行な２つのパターンがグランド素子１１３に対して垂直な方向からみたときに重なりあるように延びていることをオーバーラップしているという。水平部パターン１０９ｂと励振素子１０７は電気的に結合し電磁波エネルギーの送受が可能なように主体面１０３上にオーバーラップして配置されている。
【００３６】
グランド素子１１３の中央部近辺には放射素子１１１の短絡パターン１１１ｇが連絡している。短絡パターン１１１ｇからは、給電部１２１ａ側にグランド素子１１３に垂直に垂直部パターン１１１ｂが連絡している。垂直部パターン１１１ｂと励振素子１０７は水平部パターン１１１ａで連絡している。短絡パターン１１１ｇからは、励振素子１０７と反対方向にグランド素子１１３に平行に水平部パターン１１１ｃが延びている。水平部パターン１１１ｃは、折り返し部１１１ｄで水平部パターン１１１ｅに連絡している。
【００３７】
水平部パターン１１１ｅの開放端１１１ｆは、水平延長部パターン１０９ｃの開放端１０９ｅと主体面１０３上で対向しないように配置されている。放射素子１１１は短絡部パターン１１１ｇから開放端１１１ｆまでの長さにおいて、ＧＰＳの基本周波数に１／４波長で共振して逆Ｆ型の１／４波長モノポール・アンテナとして動作して電磁波を受信する。さらに放射素子１１１は、折り返し部１１１ｄで水平部パターン１１１ｃと水平部パターン１１１ｅを流れる電流が逆方向になるため、短絡部パターン１１１ｇから折り返し部１１１ｄまでの長さにおいて、ＰＣＳの基本周波数に１／４波長で共振して逆Ｆ型の１／４波長モノポール・アンテナとして動作し電磁波を放射または受信する。
【００３８】
つぎに図２を参照して周波数シフト回路を説明する。周波数シフト回路は主として、スイッチングＩＣ２０１と５個のコンデンサで構成されている。コンデンサ２０３は、一端が垂直部パターン１０９ａに接続され他端がスイッチングＩＣ２０１に接続されている。コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄは、それぞれ一端がスイッチングＩＣ２０１に接続され他端がグランド素子１１３に接続されている。スイッチングＩＣ２０１の内部は、コンデンサ２０３と４つのコンデンサ２０５ａ〜２０５ｄの中から選択したいずれかのコンデンサを接続するマルチプレクサで構成されている。
【００３９】
それぞれのコンデンサの容量は、コンデンサ２０３は２００ｐＦ、コンデンサ２０５ａは１．５ｐＦ、コンデンサ２０５ｂは２．４ｐＦ、コンデンサ２０５ｃは４．７ｐＦ、コンデンサ２０５ｄは６．８ｐＦとしている。コンデンサ２０３は、放射素子１０９に流れる直流成分を遮断する目的で挿入している。コンデンサ２０５ａ〜コンデンサ２０５ｄは、放射素子１０９の容量性のリアクタンスを調整して、共振周波数をシフトさせる。
【００４０】
端子２０５ａ、２０５ｂは無線モジュールの制御回路に接続される。端子２０５ｃ、２０５ｄにはスイッチングＩＣ２０１を動作させるための直流電源が接続される。端子２５１ａ〜２５１ｄは、誘電体基板１０１の図示しない主体面１０３上のパターンおよびビアで接続された裏面のパターンによりスイッチングＩＣ２０１およびグランド素子１１３に接続される。なお、この周波数シフト回路にはさらに抵抗やコンデンサが接続されるが、動作の説明には必要がないため図からは省略している。
【００４１】
スイッチングＩＣ２０１は、端子２５１ａ、２５１ｂで無線モジュールから受け取った制御信号に基づいて、コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄから選択したいずれかのコンデンサとコンデンサ２０３を接続する。その結果、垂直部パターン１０９ａとグランド素子１１３との間はコンデンサ２０３とコンデンサ２０５ａ〜２０５ｄのいずれかのコンデンサの直列回路で接続されることになる。
【００４２】
コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄは、容量が大きくなるほど放射素子１０９の共振周波数を低い方にシフトさせる。コンデンサ２０５ａは第４チャネルに対応し、コンデンサ２０５ｂは第３チャネルに対応し、コンデンサ２０５ｃは第２チャネルに対応し、コンデンサ２０５ｄは第１チャネルにそれぞれ対応する。スイッチングＩＣ２０１は、放射素子１０９の水平部パターン１０９ｂおよび励振素子１０７の開放端１０７ａなどの電界が強い部分から離れた位置に配置することができるので、アンテナ１００の利得を減衰することがない。
【００４３】
つぎに、アンテナ１００の挙動を説明する。給電点１２１ａ、１２１ｂに同軸ケーブルを接続して無線モジュールから高周波電圧を給電する。低周波数側の無線ＷＡＮを利用するときは、無線モジュールがたとえば第１チャネルを選択するための制御信号を端子２５１ａ、２５１ｂに送る。スイッチングＩＣ２０１は、垂直部パターン１０９ａをコンデンサ２０５ａでグランド素子１１３に接続する。
【００４４】
無線モジュールは、給電部に第１チャネルの周波数の高周波電圧を給電する。励振素子１０７では、第１チャネルの周波数の３次高調波が１／４波長で共振し、水平部パターン１０９ｂに電磁結合および静電結合で電磁波エネルギーを供給する。放射素子１０９は、コンデンサ２０５ａから開放端１０９ｅまでの電気的な長さにおいて、水平部パターン１０９ｂが受け取った電磁波エネルギーにより第１チャネルの基本周波数の１／４波長で共振する。他のチャネルの場合も同様である。このとき、放射素子１０９の開放端１０９ｅは、放射素子１１１とは異なる平面に存在するために、ＧＰＳの電波を受信する放射素子１１１との間での電波干渉は抑制される。
【００４５】
つぎに、高周波側の無線ＷＡＮまたはＧＰＳを利用する場合を説明する。高周波側の無線ＷＡＮおよびＧＰＳは、いずれも逆Ｆ型アンテナとして動作する放射素子１１１を利用する。アンテナ１００がＧＰＳの電波を受信すると、短絡部パターン１１１ｇから開放端１１１ｆまでのパターン全体がＧＰＳの基本周波数の１／４波長で共振して無線モジュールに高周波電圧を送る。無線モジュールが給電点１２１ａ、１２１ｂに高周波側の無線ＷＡＮの周波数で高周波電圧を給電すると、短絡部パターン１１１ｇから折り返し部１１１ｄまでの水平部パターン１１１ｃが基本周波数の１／４波長で共振して電磁波が放射される。
【００４６】
図３は、アンテナ１００の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をシミュレーションした結果を示す図である。ライン３０１、３０３、３０５、３０７はそれぞれコンデンサ２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄを接続したときの特性を示す。図３によれば、７０４ＭＨｚ〜９６０ＭＨの低周波の無線ＷＡＮの周波数帯ｆ１は第１チャネルから第４チャネルまでのそれぞれでＶＳＷＲが３以下になっており広い周波数帯域が実現できたことを示している。また、１５７４ＭＨｚ〜１５７６ＭＨｚのＧＰＳの周波数帯ｆ２および、１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚまでの高周波側の無線ＷＡＮの周波数帯ｆ３もＶＳＷＲが３以下となって良好な特性を示している。
【００４７】
図３はまた、コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄのいずれかを選択して低周波側の無線ＷＡＮのチャネルを設定したときに、ＧＰＳおよび高周波側の無線ＷＡＮの特性が変化しないことを示している。アンテナ１００は無給電放射素子である放射素子１０９にリアクタンス調整用のコンデンサを挿入しているため、コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄを変更しても他の周波数帯の共振周波数に影響がなく、３つの周波数帯のいずれでも安定した動作をする。
【００４８】
図４は、ノートＰＣにアンテナ１００を取り付けた状態を示す平面図である。ディスプレイ筐体４０１は内部に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４０３を収納する。ディスプレイ筐体４０１の上縁４０１ａとＬＣＤ４０３の間には、長手方向の長さＬ１と短手方向の長さＬ２で確保されたスペースに合計５個のアンテナを配置している。アンテナの構造はそれぞれ異なるものとすることができるが、この例では隣接する２個のアンテナとしてアンテナ１００が実装されている。アンテナ１００は、主体面１０３上のアンテナ・パターンがディスプレイ筐体４０１の底面に平行になるように配置され、グランド・プレーン１１５はＬＣＤ４０３とディスプレイ筐体４０１の底面の間に配置される。
【００４９】
アンテナ１００は、主体面１０３の短手方向の長さがＬ２に収まるように形成されている。また、ディスプレイ筐体４０１の長さＬ１の中に５個のアンテナを配置すると相互間の間隔を十分に確保できないため、電界強度が最大になる放射素子および励振素子の開放端が、隣接するアンテナに近いと電波干渉をもたらす場合がある。しかし、アンテナ１００を主アンテナと補助アンテナとして２個並べた場合には、開放端１０９ｅは主体面１０３とは異なる平面上に存在するため、お互いに電波干渉を生ずることがないようになっている。
【００５０】
また、放射素子１１１の開放端１１１ｆは、励振素子１０７の方向に向いているのでこれも隣接するアンテナに対して電波干渉をもたらすことはない。アンテナ１００の大きさは、低周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子１０９の大きさでほぼ決まり、励振素子１０７とＧＰＳおよび高周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子１１１は、放射素子１０９とグランド素子１１３とで囲まれた主体面１０３上のスペースに収まるため小型化を実現することができる。したがって、アンテナ２００は、限られたスペースに複数の周波数帯に適応するアンテナを配置するのに適した構造になっている。
【００５１】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００５２】
１００…アンテナ
１０１…誘電体基板
１０３…主体面
１０７…励振素子
１０９…低周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子
１１１…ＧＰＳと高周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子
１１３…グランド素子
１２１ａ…電圧側の給電部
１２１ｂ…グランド側の給電部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末装置に搭載が可能なように回路基板のパターンに形成した小型のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）は、Bluetooth、無線ＬＡＮ、および無線ＷＡＮなどの無線通信のために多数のアンテナを搭載する。ノートＰＣでは、携帯電話の通信網を利用して構築された無線ＷＡＮで音声およびデータの通信をする。北米における携帯電話用の周波数には、３Ｇ（3rd Generation）のＰＣＳ（Personal Communications Service ）バンドとセルラー・バンドが存在する。セルラー・バンドではこれまで８００ＭＨｚ帯として８２０ＭＨｚから９６０ＭＨｚまでの周波数帯を使用していた。
【０００３】
さらにセルラー・バンドには４Ｇ（4th generation）のＬＴＥ（Long Term Evolution）という通信規格に基づく携帯通信サービスが開始されている。米国では、Ｖｅｒｉｚｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ社はＬＴＥに基づく無線データ通信サービスをすでに提供している。さらに、ＡＴ＆Ｔ社も同様のサービスを今後提供する予定である。Ｖｅｒｉｚｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ社は７４７ＭＨｚから７８７ＭＨｚまでの周波数帯を使用し、ＡＴ＆Ｔ社は７０４ＭＨｚから７４６ＭＨｚまでの周波数帯を使用する予定である。近年さらにヨーロッパでは７９０ＭＨｚから８６２ＭＨｚの周波数帯のＬＴＥのサービスが予定されている。１台のノートＰＣは、世界中に持ち運ばれて使用されることが多いため、これらの周波数帯に適応するアンテナを装備することが求められている。
【０００４】
また、ノートＰＣには、位置情報を利用して無線モジュールの通信方式を制御したり、アプリケーションが位置情報を利用したりするために、ＧＰＳ（Global Positioning System）の電波を受信するためのアンテナも実装されている。ノートＰＣには、狭いスペースの中に相互に接近した状態で多くのアンテナを搭載し、かつ、相互に電波干渉が生じないように配置する必要がある。ここに、無線ＷＡＮの広い帯域幅の周波数帯に適応するアンテナ素子とＧＰＳに適応するアンテナ素子を１つの基板に形成する必要性が生じてきた。
【０００５】
特許文献１は、給電素子と無給電素子で構成される携帯電話機用の小型アンテナを開示する。無給電素子には、コンデンサまたはコイルのようなリアクタンス素子で構成されたた周波数可変部を備えている。周波数可変部はスイッチの切り換えにより無給電素子の共振周波数を切り換えることができる。さらに、一端がグラウンドに接続された逆Ｌ型の無給電素子の先端部分とＴ字型の給電素子の先端の分岐部分が平行に配置された構造を備えている。
【０００６】
特許文献２は、励振器と２つの１／４波長アンテナで構成されたデュアル・バンド・アンテナを開示する。励振器は基本周波数および高調波共振周波数で共振するダイポール・アンテナで構成されている。一方の１／４波長アンテナは、基本周波数で共振する逆Ｌ型ダイポール・アンテナで、他方の１／４波長アンテナはｎ次高調波共振周波数で共振する逆Ｌ型ダイポール・アンテナで構成されている。
【０００７】
特許文献３は、共通導体と２つの異なる長さの水平導体で構成されたＴ型モノポール構造のマルチ・バンド・アンテナを開示する。このアンテナは、共通導体とそれぞれの水平導体で１／４波長の放射素子を構成し、２つの周波数で共振して直列共振モードで動作する。このアンテナは、低周波側の周波数が８００ＭＨｚ帯に適合することが記載されている。
【０００８】
特許文献４は、複数のアンテナの相互間の静電結合を低減させることが可能なマルチ・バンド・アンテナ装置を開示する。支持基材は平面部と平面部に直交する外周端面を備える。同一の給電部から分岐された第１のアンテナ素子を外周端面に沿って配置し、第２のアンテナ素子は平面部において外周端部に沿って設けることで、アンテナ素子の先端同士を直交した状態でかつ対向しない位置に配置する。このアンテナは、低周波側の周波数が８００ＭＨｚ帯に適合することが記載されている。
【０００９】
特許文献５は、逆Ｌ型の励振素子、第１の放射導体、および第２の放射導体で構成された携帯端末用の多周波共用アンテナを開示する。１つの折り返し部を有する第１の放射導体と、２つの折り返し部を有する第２の放射導体はグラウンドに接続された共通導体から反対方向に分岐している。第１の放射導体は部分的に励振素子の水平部と平行に配置され容量結合している。第２の放射導体は第１の放射導体の一部と部分的に平行に配置され容量結合している。このアンテナは、低周波側の周波数が９００ＭＨｚ帯に適合することが記載されている。
【００１０】
非特許文献１には、逆Ｆ型アンテナの放射素子を折り曲げて、折り曲げ位置を変えることで３／４波長で共振していた高次モードの共振周波数を低い方にシフトさせたアンテナを開示する。このアンテナでは、放射素子の全体の長さを変えないために基本モードの特性には変化がないが、メアンダの数を増やして高次モードの共振周波数を低周波数側にシフトさせることで、１本の放射素子から基本モードの共振周波数と高調波の共振周波数を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２７８２１９号公報
【特許文献２】特許第４１２１７９９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８８１７５号公報
【特許文献４】特開２００７−２１４９６１号公報
【特許文献５】特開２００９−１３５６３３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】１つの放射エレメントで構成した携帯電話用マルチ・バンド・アンテナ、伊藤他著、フジクラ技法第１１５号、２００８ Ｖｏｌ．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
アンテナは共振周波数が低いほど素子が長くなって大型化する。特に、７００ＭＨｚといった比較的低い周波数に適応し、かつできるだけ広帯域にしようとすれば大型化する傾向になる。また、１つの回路基板に複数の周波数帯に適応するように複数の素子を設けると、電波の干渉を避けるために素子間に間隔を空ける必要があるため大型化の一因になる。
【００１４】
また、特許文献１のように放射素子にリアクタンスを接続して適応する周波数帯を変更する方式を採用する場合に、制御用の回路をアンテナの損失を増加させない位置に配置する必要があり全体のパターンの中にそのようなスペースを確保するためにこれも大型化の要因になる。特許文献２に記載されたデュアル・バンド・アンテナでは、アンテナ・パターンの長手方向において２つの１／４波長アンテナの水平部分の長さの合計以上のスペースが必要になる。
【００１５】
さらに、非特許文献１のアンテナで基本周波数と第３次高調波の共振周波数を得るように構成すると得られる周波数は基本周波数とその３倍の周波数に限定されるため、その他の周波数帯に適応することはできない。このように複数の周波数帯に適応するアンテナ素子を１つの回路基板に形成するには、電波干渉が生じないような配置および小型化を実現できる配置を工夫する必要がある。さらに無線ＷＡＮに適応するアンテナを形成するには、各国および各社の提供する周波数帯域に適応できるように低周波側の周波数帯域を広くする必要がある。先行技術文献のアンテナは、それぞれのアンテナが目的とする構造的な特徴を備えているが、本発明が目的とする３つの周波数帯に適応できる小型のアンテナを実現する方法まで示唆していない。
【００１６】
そこで本発明の目的は、無線端末装置に搭載が可能で３つの周波数帯に適応するアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、低周波側の無線ＷＡＮの帯域幅を拡大したアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、隣接するアンテナとの間で電波干渉が少ないアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、放射素子同士の電波干渉が少ないアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、損失が少ないアンテナを提供することにある。さらに本発明の目的はそのようなアンテナを搭載した無線端末装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１の周波数帯と第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適応する無線端末装置用のアンテナに関する。アンテナは、主として回路基板の表面に形成されたパターンで形成されている。アンテナは、直線状に延びるグランド素子と、第１の周波数帯に適応する第１の放射素子と、励振素子と、第２の周波数帯と第３の周波数帯に適応する第２の放射素子を含む。第１の放射素子は、グランド素子にほぼ平行に延びる水平部パターンを含む無給電の放射素子とする。励振素子はグランド素子と水平部パターンとの間に配置され第１の放射素子に電磁波エネルギーを供給する。
【００１８】
第２の放射素子は、グランド素子と水平部パターンとの間に配置され励振素子に連絡して第２の周波数帯と第３の周波数帯に適応する。以上の構成を備える結果、本発明にかかるアンテナは、第１の放射素子とグランド素子により決定された全体的なサイズの範囲に励振素子と第２の放射素子を納めて、３つの周波数帯に適応しながら小型化を図ることができる。具体的には、第１の放射素子を逆Ｌ型のモノポール・アンテナとし、第２の放射素子を逆Ｆ型のモノポール・アンテナとすることができる。さらに励振素子を直線型のモノポール・アンテナとすることができる。
【００１９】
励振素子は、第１の放射素子が放射する電磁波の波長の高調波で共振するように構成することで、小型化を図ることができる。第２の放射素子が励振素子に連絡する第１の水平部パターンと、折り返し部で励振素子の方向に折り返され開放端を備える第２の水平部パターンを含むように構成することで、第２の放射素子を２つの周波数帯に適応させながら小型化することができる。また、第２の放射素子の開放端が励振素子の方向を向いているので、隣接するアンテナとの間での電波干渉を抑制することができる。
【００２０】
水平部パターンは、回路基板の表面と直角に交差する平面上に配置され開放端を備える水平延長部パターンを含むように構成することができる。したがって、同じ構造のアンテナが隣接する場合であっても、水平延長部パターンの開放端は隣接するアンテナの回路基板の表面に配置されたアンテナ素子との間で電波干渉を生じさせない。
【００２１】
アンテナには回路基板に、容量の異なる複数のコンデンサと、無線モジュールから指示されて複数のコンデンサの中から選択したコンデンサで第１の放射素子とグランド素子を接続するスイッチ回路を設けることができる。その結果、第１の周波数帯をコンデンサの容量に対応する複数のチャネルに分割して第１の周波数帯の広帯域化を図ることができる。また、コンデンサは、無給電の第１の放射素子とグランド素子との間を接続する位置に配置することができるため、その近辺に配置するスイッチ回路は第１の放射素子および励振素子が形成する強い電界の影響を受けることがなく、アンテナの損失を増加させない。
【００２２】
さらに、コンデンサは、励振素子でなく無給電の第１の放射素子に接続されるため、接続するコンデンサを変更しても第２の周波数帯および第３の周波数帯に適応する第２の放射素子に影響を与えない。第１の周波数帯と第３の周波数帯を無線ＷＡＮに適応させ、第２の周波数帯をＧＰＳに適応させることができる。この場合、第１の周波数帯が７０４ＭＨｚから９６０ＭＨｚで第３の周波数帯が１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、無線端末装置に搭載が可能で３つの周波数帯に適応するアンテナを提供することができた。さらに本発明により、低周波側の無線ＷＡＮの帯域幅を拡大したアンテナを提供することができた。さらに本発明により、隣接するアンテナとの間で電波干渉が少ないアンテナを提供することができた。さらに本発明により、放射素子同士の電波干渉が少ないアンテナを提供することができた。さらに本発明により、損失が少ないアンテナを提供することができた。さらに本発明によりそのようなアンテナを搭載した無線端末装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態にかかるノートＰＣ用のアンテナの全体的な構造を示す斜視図である。
【図２】低周波側の無線ＷＡＮの共振周波数をシフトさせる周波数シフト回路を示す図である。
【図３】アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図４】ノートＰＣにアンテナを取り付けた状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本実施の形態にかかるノートＰＣ用のアンテナ（以下、単にアンテナという。）１００の全体的な構造を示す斜視図である。アンテナ１００は、印刷回路基板に対してフォト・リソグラフィとエッチング処理を行い、誘電体基板１０１の主体面１０３に形成したアンテナ・パターンと、主体面１０３上のアンテナ・パターンにそれぞれ半田で接続される水平延長部パターン１０９ｃとグランド・プレーン１１５の３つの部材で構成している。水平延長部パターン１０９ｃが存在する平面は誘電体基板１０１の主体面１０３と９０度で交差する。
【００２６】
誘電体基板１０１の形状は、アンテナ・パターンを形成する領域を提供する主体面１０３と、４つの側面１０５を有する薄板状の直方体となっている。主体面１０３には、励振素子１０７、放射素子１０９、放射素子１１１、およびグランド素子１１３のパターンが形成されている。グランド素子１１３はグランド・プレーン１１５の１つの直線状の縁に平行に延びる直線状のパターンでグランド・プレーン１１５を接続する領域を提供する。グランド素子１１３には、長手方向のほぼ中央部にグランド側の給電部１２１ｂが定義されている。
【００２７】
アンテナ・パターンは７０４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの範囲で低周波側の無線ＷＡＮの４つのチャネルに適応する無給電型の放射素子１０９と、１５７４ＭＨｚ〜１５７６ＭＨｚのＧＰＳと１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚの高周波側の無線ＷＡＮの２つの周波数帯に適応する給電型の放射素子１１１と、放射素子１０９に静電結合および電磁結合で電磁波エネルギーを供給する励振素子１０７を含む。
【００２８】
放射素子１０９は、後に説明するようにグランド素子１１３との間に接続するリアクタンスを変更することで４つのチャネルの周波数帯に適応することができる。一例として、第１チャネルは７０４ＭＨｚから７４６ＭＨｚ、第２チャネルは７４７ＭＨｚから７８７ＭＨｚ、第３チャネルは７９０ＭＨｚから８６２ＭＨｚ、および第４チャネルは８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚとする。
【００２９】
励振素子１０７は、１／４波長で共振する直線状のモノポール・アンテナでグランド素子１１３に平行に延びている。励振素子１０７の開放端１０７ａは、放射素子１０９の垂直部１０９ａから所定の間隔が空くように長さを短くして電波干渉を抑制している。励振素子１０７は、放射素子１０９の全体の帯域の中心である基本周波数（８３２ＭＨｚ）の３次高調波の１／４波長で共振するように長さが設定されている。なお、本明細書においては、垂直と水平の方向はグランド素子１１３に対する方向を示すものとする。
【００３０】
開放端１０７ａと反対側の位置における励振素子１０７には、電圧側の給電部１２１ａが定義されている。給電部１２１ａ、１２１ｂには、アンテナ１００に対する唯一の給電点として高周波発振器を含む無線モジュールに接続された同軸ケーブルが接続される。無線モジュールは、ノートＰＣに設けられ内部のディジタル信号と無線の高周波信号を変換するインターフェースの役割を果たす。
【００３１】
グランド素子１１３の一方の端部の近辺には、垂直に延びる放射素子１０９の垂直部パターン１０９ａが配置されている。垂直部パターン１０９ａとグランド素子１１３とは直接連絡しておらず、両者の間にはスイッチングＩＣ２０１が取り付けられている。スイッチングＩＣの周囲には図２に示すように複数の異なる静電容量のコンデンサが配置されている。スイッチングＩＣ２０１は、無線モジュールから制御信号を受け取って、垂直部パターン１０９ａとグランド素子１１３との間を異なる複数のコンデンサのいずれかで接続するための制御をする。
【００３２】
垂直部パターン１０９ａには水平部パターン１０９ｂが連絡している。水平部パターン１０９ｂは、グランド素子１１３に平行に開放端１０９ｄまで延びている。水平部パターン１０９ｂは、主体面１０３に対して９０度で交差する平面上に配置された水平延長部パターン１０９ｃを含む。なお、交差角度の９０度はノートＰＣに収納する際の最も好ましい例であり、本発明の範囲では、水平延長部パターン１０９ｃが主体面１０３に対して９０度より大きな角度で交差する平面上に配置されていてもよい。
【００３３】
水平延長部パターン１０９ｃは平坦な薄板状の導体で形成され、誘電体基板１０１の側面１０５に沿って配置されている。水平延長部パターン１０９ｃは、水平部パターン１０９ｂに半田で接続されている。水平延長部パターン１０９ｃは、グランド素子１１３に平行に水平部パターン１０９ｂの開放端１０９ｄよりさらに先にある開放端１０９ｅまで延びている。本実施例では別の部材として製作した水平延長部パターン１０９ｃと水平部パターン１０９ｂを半田で接続しているが、両者を一体化したパターンとして形成してから折り曲げるようにしてもよい。放射素子１０９はグランド素子１１３から開放端１０９ｅまでのパターンの長さとそのとき接続されるコンデンサの容量に応じた電気長で共振周波数が決まり、逆Ｌ型１／４波長モノポール・アンテナとして電磁波を放射または受信する。
【００３４】
水平部パターン１０９ｂは励振素子１０７と主体面１０３上で平行になるように配置されており静電結合および電磁結合をして励振素子１０７から電磁波エネルギーを受け取る。放射素子１０９は、励振素子１０７が共振する３次高調波の周波数で共振する。放射素子１０９の垂直部パターン１０９ａのグランド素子１１３側の開放端から水平延長部パターン１０９ｃの開放端１０９ｅまでの長さは、放射素子１０９が放射する第４チャネルの基本周波数よりやや高い周波数の波長の１／４波長で共振するように設定されている。そして、接続するコンデンサの容量を増やすことで共振周波数をより低い方向にシフトさせる。
【００３５】
グランド素子１１３にそれぞれ平行な２つのパターンがグランド素子１１３に対して垂直な方向からみたときに重なりあるように延びていることをオーバーラップしているという。水平部パターン１０９ｂと励振素子１０７は電気的に結合し電磁波エネルギーの送受が可能なように主体面１０３上にオーバーラップして配置されている。
【００３６】
グランド素子１１３の中央部近辺には放射素子１１１の短絡パターン１１１ｇが連絡している。短絡パターン１１１ｇからは、給電部１２１ａ側にグランド素子１１３に垂直に垂直部パターン１１１ｂが連絡している。垂直部パターン１１１ｂと励振素子１０７は水平部パターン１１１ａで連絡している。短絡パターン１１１ｇからは、励振素子１０７と反対方向にグランド素子１１３に平行に水平部パターン１１１ｃが延びている。水平部パターン１１１ｃは、折り返し部１１１ｄで水平部パターン１１１ｅに連絡している。
【００３７】
水平部パターン１１１ｅの開放端１１１ｆは、水平延長部パターン１０９ｃの開放端１０９ｅと主体面１０３上で対向しないように配置されている。放射素子１１１は短絡部パターン１１１ｇから開放端１１１ｆまでの長さにおいて、ＧＰＳの基本周波数に１／４波長で共振して逆Ｆ型の１／４波長モノポール・アンテナとして動作して電磁波を受信する。さらに放射素子１１１は、折り返し部１１１ｄで水平部パターン１１１ｃと水平部パターン１１１ｅを流れる電流が逆方向になるため、短絡部パターン１１１ｇから折り返し部１１１ｄまでの長さにおいて、ＰＣＳの基本周波数に１／４波長で共振して逆Ｆ型の１／４波長モノポール・アンテナとして動作し電磁波を放射または受信する。
【００３８】
つぎに図２を参照して周波数シフト回路を説明する。周波数シフト回路は主として、スイッチングＩＣ２０１と５個のコンデンサで構成されている。コンデンサ２０３は、一端が垂直部パターン１０９ａに接続され他端がスイッチングＩＣ２０１に接続されている。コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄは、それぞれ一端がスイッチングＩＣ２０１に接続され他端がグランド素子１１３に接続されている。スイッチングＩＣ２０１の内部は、コンデンサ２０３と４つのコンデンサ２０５ａ〜２０５ｄの中から選択したいずれかのコンデンサを接続するマルチプレクサで構成されている。
【００３９】
それぞれのコンデンサの容量は、コンデンサ２０３は２００ｐＦ、コンデンサ２０５ａは１．５ｐＦ、コンデンサ２０５ｂは２．４ｐＦ、コンデンサ２０５ｃは４．７ｐＦ、コンデンサ２０５ｄは６．８ｐＦとしている。コンデンサ２０３は、放射素子１０９に流れる直流成分を遮断する目的で挿入している。コンデンサ２０５ａ〜コンデンサ２０５ｄは、放射素子１０９の容量性のリアクタンスを調整して、共振周波数をシフトさせる。
【００４０】
端子２０５ａ、２０５ｂは無線モジュールの制御回路に接続される。端子２０５ｃ、２０５ｄにはスイッチングＩＣ２０１を動作させるための直流電源が接続される。端子２５１ａ〜２５１ｄは、誘電体基板１０１の図示しない主体面１０３上のパターンおよびビアで接続された裏面のパターンによりスイッチングＩＣ２０１およびグランド素子１１３に接続される。なお、この周波数シフト回路にはさらに抵抗やコンデンサが接続されるが、動作の説明には必要がないため図からは省略している。
【００４１】
スイッチングＩＣ２０１は、端子２５１ａ、２５１ｂで無線モジュールから受け取った制御信号に基づいて、コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄから選択したいずれかのコンデンサとコンデンサ２０３を接続する。その結果、垂直部パターン１０９ａとグランド素子１１３との間はコンデンサ２０３とコンデンサ２０５ａ〜２０５ｄのいずれかのコンデンサの直列回路で接続されることになる。
【００４２】
コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄは、容量が大きくなるほど放射素子１０９の共振周波数を低い方にシフトさせる。コンデンサ２０５ａは第４チャネルに対応し、コンデンサ２０５ｂは第３チャネルに対応し、コンデンサ２０５ｃは第２チャネルに対応し、コンデンサ２０５ｄは第１チャネルにそれぞれ対応する。スイッチングＩＣ２０１は、放射素子１０９の水平部パターン１０９ｂおよび励振素子１０７の開放端１０７ａなどの電界が強い部分から離れた位置に配置することができるので、アンテナ１００の利得を減衰することがない。
【００４３】
つぎに、アンテナ１００の挙動を説明する。給電点１２１ａ、１２１ｂに同軸ケーブルを接続して無線モジュールから高周波電圧を給電する。低周波数側の無線ＷＡＮを利用するときは、無線モジュールがたとえば第１チャネルを選択するための制御信号を端子２５１ａ、２５１ｂに送る。スイッチングＩＣ２０１は、垂直部パターン１０９ａをコンデンサ２０５ａでグランド素子１１３に接続する。
【００４４】
無線モジュールは、給電部に第１チャネルの周波数の高周波電圧を給電する。励振素子１０７では、第１チャネルの周波数の３次高調波が１／４波長で共振し、水平部パターン１０９ｂに電磁結合および静電結合で電磁波エネルギーを供給する。放射素子１０９は、コンデンサ２０５ａから開放端１０９ｅまでの電気的な長さにおいて、水平部パターン１０９ｂが受け取った電磁波エネルギーにより第１チャネルの基本周波数の１／４波長で共振する。他のチャネルの場合も同様である。このとき、放射素子１０９の開放端１０９ｅは、放射素子１１１とは異なる平面に存在するために、ＧＰＳの電波を受信する放射素子１１１との間での電波干渉は抑制される。
【００４５】
つぎに、高周波側の無線ＷＡＮまたはＧＰＳを利用する場合を説明する。高周波側の無線ＷＡＮおよびＧＰＳは、いずれも逆Ｆ型アンテナとして動作する放射素子１１１を利用する。アンテナ１００がＧＰＳの電波を受信すると、短絡部パターン１１１ｇから開放端１１１ｆまでのパターン全体がＧＰＳの基本周波数の１／４波長で共振して無線モジュールに高周波電圧を送る。無線モジュールが給電点１２１ａ、１２１ｂに高周波側の無線ＷＡＮの周波数で高周波電圧を給電すると、短絡部パターン１１１ｇから折り返し部１１１ｄまでの水平部パターン１１１ｃが基本周波数の１／４波長で共振して電磁波が放射される。
【００４６】
図３は、アンテナ１００の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をシミュレーションした結果を示す図である。ライン３０１、３０３、３０５、３０７はそれぞれコンデンサ２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄを接続したときの特性を示す。図３によれば、７０４ＭＨｚ〜９６０ＭＨの低周波の無線ＷＡＮの周波数帯ｆ１は第１チャネルから第４チャネルまでのそれぞれでＶＳＷＲが３以下になっており広い周波数帯域が実現できたことを示している。また、１５７４ＭＨｚ〜１５７６ＭＨｚのＧＰＳの周波数帯ｆ２および、１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚまでの高周波側の無線ＷＡＮの周波数帯ｆ３もＶＳＷＲが３以下となって良好な特性を示している。
【００４７】
図３はまた、コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄのいずれかを選択して低周波側の無線ＷＡＮのチャネルを設定したときに、ＧＰＳおよび高周波側の無線ＷＡＮの特性が変化しないことを示している。アンテナ１００は無給電放射素子である放射素子１０９にリアクタンス調整用のコンデンサを挿入しているため、コンデンサ２０５ａ〜２０５ｄを変更しても他の周波数帯の共振周波数に影響がなく、３つの周波数帯のいずれでも安定した動作をする。
【００４８】
図４は、ノートＰＣにアンテナ１００を取り付けた状態を示す平面図である。ディスプレイ筐体４０１は内部に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４０３を収納する。ディスプレイ筐体４０１の上縁４０１ａとＬＣＤ４０３の間には、長手方向の長さＬ１と短手方向の長さＬ２で確保されたスペースに合計５個のアンテナを配置している。アンテナの構造はそれぞれ異なるものとすることができるが、この例では隣接する２個のアンテナとしてアンテナ１００が実装されている。アンテナ１００は、主体面１０３上のアンテナ・パターンがディスプレイ筐体４０１の底面に平行になるように配置され、グランド・プレーン１１５はＬＣＤ４０３とディスプレイ筐体４０１の底面の間に配置される。
【００４９】
アンテナ１００は、主体面１０３の短手方向の長さがＬ２に収まるように形成されている。また、ディスプレイ筐体４０１の長さＬ１の中に５個のアンテナを配置すると相互間の間隔を十分に確保できないため、電界強度が最大になる放射素子および励振素子の開放端が、隣接するアンテナに近いと電波干渉をもたらす場合がある。しかし、アンテナ１００を主アンテナと補助アンテナとして２個並べた場合には、開放端１０９ｅは主体面１０３とは異なる平面上に存在するため、お互いに電波干渉を生ずることがないようになっている。
【００５０】
また、放射素子１１１の開放端１１１ｆは、励振素子１０７の方向に向いているのでこれも隣接するアンテナに対して電波干渉をもたらすことはない。アンテナ１００の大きさは、低周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子１０９の大きさでほぼ決まり、励振素子１０７とＧＰＳおよび高周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子１１１は、放射素子１０９とグランド素子１１３とで囲まれた主体面１０３上のスペースに収まるため小型化を実現することができる。したがって、アンテナ２００は、限られたスペースに複数の周波数帯に適応するアンテナを配置するのに適した構造になっている。
【００５１】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００５２】
１００…アンテナ
１０１…誘電体基板
１０３…主体面
１０７…励振素子
１０９…低周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子
１１１…ＧＰＳと高周波側の無線ＷＡＮに適応する放射素子
１１３…グランド素子
１２１ａ…電圧側の給電部
１２１ｂ…グランド側の給電部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数帯と該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と該第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適合する無線端末装置用のアンテナであって、
回路基板の表面を直線状に延びるグランド素子と、
前記回路基板の表面を前記グランド素子にほぼ平行に延びる水平部パターンを含み前記第１の周波数帯に適応する無給電の第１の放射素子と、
前記グランド素子と前記水平部パターンとの間で前記回路基板の表面に配置され前記第１の放射素子に電磁波エネルギーを供給する励振素子と、
前記グランド素子と前記水平部パターンとの間で前記回路基板の表面に配置され前記励振素子に連絡し前記第２の周波数帯と前記第３の周波数帯に適応する第２の放射素子と
を有するアンテナ。
【請求項２】
前記第１の放射素子が逆Ｌ型のモノポール・アンテナで前記第２の放射素子が逆Ｆ型のモノポール・アンテナである請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記励振素子が直線型のモノポール・アンテナである請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記励振素子が前記第１の放射素子が放射する電磁波の波長の高調波で共振する請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２の放射素子が前記励振素子に連絡する第１の水平部パターンと折り返し部で前記励振素子の方向に折り返され開放端を備える第２の水平部パターンを含む請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１の放射素子の水平部パターンは前記回路基板の表面と直角に交差する平面上に配置され開放端を備える水平延長部パターンを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
容量の異なる複数のコンデンサと、
無線モジュールから指示されて前記複数のコンデンサの中から選択したコンデンサで前記第１の放射素子と前記グランド素子を接続するスイッチ回路と
を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１の周波数帯と前記第３の周波数帯が無線ＷＡＮに適応し、前記第２の周波数帯がＧＰＳに適応する請求項１から請求項７のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項９】
前記第１の周波数帯が７０４ＭＨｚから９６０ＭＨｚで前記第３の周波数帯が１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚである請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
第１の周波数帯と該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と該第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適応する無線端末装置用のアンテナであって、
回路基板の表面に配置されたグランド素子と、
前記回路基板の表面に配置されたパターンと前記回路基板の表面とは異なる平面に配置されたパターンを含み前記第１の周波数帯に適応する無給電の逆Ｌ型放射素子と、
前記逆Ｌ型放射素子と前記グランド素子に囲まれた前記回路基板上に配置され前記逆Ｌ型放射素子に電磁結合および静電結合でエネルギーを供給する励振素子と、
前記逆Ｌ型放射素子と前記グランド素子に囲まれた前記回路基板上に配置され折り返し部を含むパターンを備え前記第２の周波数帯と前記第３の周波数帯に適応する逆Ｆ型放射素子と
を有するアンテナ。
【請求項１１】
前記逆Ｆ型の放射素子の開放端が前記励振素子を向いている請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記逆Ｌ型放射素子が切り換え可能なリアクタンス素子を経由して前記グランド素子に接続されている請求項１０または請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
第１の周波数帯と該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と該第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適応する無線端末装置用のアンテナであって、
回路基板の表面に配置されたグランド素子と、
前記回路基板の表面に配置されリアクタンス素子で前記グランド素子に接続され前記第１の周波数帯に適応する無給電型の放射素子と、
前記回路基板の表面に配置され前記無給電型の放射素子に電磁波エネルギーを供給する給電素子と、
前記回路基板の表面に配置され前記給電素子に連絡し折り返し部を含み前記第２の周波数帯と前記第３の周波数帯に適応する給電型の放射素子と
を有するアンテナ。
【請求項１４】
容量の異なる複数のリアクタンス素子と、
前記複数のリアクタンス素子のいずれかを前記無給電型の放射素子と前記グランド素子との間に接続するスイッチ回路と
を有する請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記リアクタンス素子がコンデンサである請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載されたアンテナを備える無線端末装置。
【請求項１】
第１の周波数帯と該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と該第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適合する無線端末装置用のアンテナであって、
回路基板の表面を直線状に延びるグランド素子と、
前記回路基板の表面を前記グランド素子にほぼ平行に延びる水平部パターンを含み前記第１の周波数帯に適応する無給電の第１の放射素子と、
前記グランド素子と前記水平部パターンとの間で前記回路基板の表面に配置され前記第１の放射素子に電磁波エネルギーを供給する励振素子と、
前記グランド素子と前記水平部パターンとの間で前記回路基板の表面に配置され前記励振素子に連絡し前記第２の周波数帯と前記第３の周波数帯に適応する第２の放射素子と
を有するアンテナ。
【請求項２】
前記第１の放射素子が逆Ｌ型のモノポール・アンテナで前記第２の放射素子が逆Ｆ型のモノポール・アンテナである請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記励振素子が直線型のモノポール・アンテナである請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記励振素子が前記第１の放射素子が放射する電磁波の波長の高調波で共振する請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２の放射素子が前記励振素子に連絡する第１の水平部パターンと折り返し部で前記励振素子の方向に折り返され開放端を備える第２の水平部パターンを含む請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１の放射素子の水平部パターンは前記回路基板の表面と直角に交差する平面上に配置され開放端を備える水平延長部パターンを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
容量の異なる複数のコンデンサと、
無線モジュールから指示されて前記複数のコンデンサの中から選択したコンデンサで前記第１の放射素子と前記グランド素子を接続するスイッチ回路と
を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１の周波数帯と前記第３の周波数帯が無線ＷＡＮに適応し、前記第２の周波数帯がＧＰＳに適応する請求項１から請求項７のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項９】
前記第１の周波数帯が７０４ＭＨｚから９６０ＭＨｚで前記第３の周波数帯が１７００ＭＨｚから２２００ＭＨｚである請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
第１の周波数帯と該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と該第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適応する無線端末装置用のアンテナであって、
回路基板の表面に配置されたグランド素子と、
前記回路基板の表面に配置されたパターンと前記回路基板の表面とは異なる平面に配置されたパターンを含み前記第１の周波数帯に適応する無給電の逆Ｌ型放射素子と、
前記逆Ｌ型放射素子と前記グランド素子に囲まれた前記回路基板上に配置され前記逆Ｌ型放射素子に電磁結合および静電結合でエネルギーを供給する励振素子と、
前記逆Ｌ型放射素子と前記グランド素子に囲まれた前記回路基板上に配置され折り返し部を含むパターンを備え前記第２の周波数帯と前記第３の周波数帯に適応する逆Ｆ型放射素子と
を有するアンテナ。
【請求項１１】
前記逆Ｆ型の放射素子の開放端が前記励振素子を向いている請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記逆Ｌ型放射素子が切り換え可能なリアクタンス素子を経由して前記グランド素子に接続されている請求項１０または請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
第１の周波数帯と該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯と該第２の周波数帯より高い第３の周波数帯に適応する無線端末装置用のアンテナであって、
回路基板の表面に配置されたグランド素子と、
前記回路基板の表面に配置されリアクタンス素子で前記グランド素子に接続され前記第１の周波数帯に適応する無給電型の放射素子と、
前記回路基板の表面に配置され前記無給電型の放射素子に電磁波エネルギーを供給する給電素子と、
前記回路基板の表面に配置され前記給電素子に連絡し折り返し部を含み前記第２の周波数帯と前記第３の周波数帯に適応する給電型の放射素子と
を有するアンテナ。
【請求項１４】
容量の異なる複数のリアクタンス素子と、
前記複数のリアクタンス素子のいずれかを前記無給電型の放射素子と前記グランド素子との間に接続するスイッチ回路と
を有する請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記リアクタンス素子がコンデンサである請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載されたアンテナを備える無線端末装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４４６０８（Ｐ２０１２−２４４６０８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６２７２（Ｐ２０１１−１１６２７２）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０５２０５７３１）レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド (292)
【復代理人】
【識別番号】１００１０６６９９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 弘道
【復代理人】
【識別番号】１０００７７５８４
【弁理士】
【氏名又は名称】守谷 一雄
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０５２０５７３１）レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド (292)
【復代理人】
【識別番号】１００１０６６９９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 弘道
【復代理人】
【識別番号】１０００７７５８４
【弁理士】
【氏名又は名称】守谷 一雄
【Ｆターム（参考）】
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