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技術 アンテナ装置及び携帯端末

出願人 株式会社東芝
発明者 遠藤奈津美鈴木裕道
出願日 2010年2月16日 (11年0ヶ月経過) 出願番号 2010-031821
公開日 2011年9月1日 (9年5ヶ月経過) 公開番号 2011-171856
状態 特許登録済
技術分野 可変指向性アンテナ、アンテナ配列 アンテナの支持 線状基本アンテナ
主要キーワード スイーベル 略点対称 ユーザ方向 不整合損 クラムシェル型 マルチ周波数 ストレート型 端末筐体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年9月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

小型又は薄型携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供する。

解決手段

アンテナ装置は、略四角形状の第1の角部に単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記第1の角部と対向する第2の角部又は第2の角部近傍に接続された無給電素子とを具備する。

概要

背景

現在、携帯電話機は、小型化及び薄型化が進んでいる。小型又は薄型の携帯端末では、人体電波放射素子の距離が小さいため、通常のサイズの携帯端末と比較して、人体から影響を受ける電波の量が増加する傾向にある。そのため、人体による不整合損及び誘電体損が生じ、アンテナ放射効率の低下が起きるという問題がある。

なお、特許文献1では、携帯端末に内蔵され、通話者の方向を避けて放射指向性を形成可能なループアンテナが提案されている。

概要

小型又は薄型の携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供する。アンテナ装置は、略四角形状の第1の角部に単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記第1の角部と対向する第2の角部又は第2の角部近傍に接続された無給電素子とを具備する。

目的

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、小型又は薄型の携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位又は前記最遠の部位近傍に接続された無給電素子とを具備することを特徴とするアンテナ装置

請求項2

略四角形状を有し、前記略四角形状の第1の角部に単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記第1の角部と対向する第2の角部又は前記第2の角部近傍に接続された無給電素子とを具備することを特徴とするアンテナ装置。

請求項3

前記回路基板の外周は略1波長であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のアンテナ装置。

請求項4

前記放射素子と、前記無給電素子とは同一形状であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のアンテナ装置。

請求項5

前記放射素子と、前記無給電素子とは同一の長さであることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のアンテナ素子

請求項6

前記放射素子と前記無給電素子とは、折り曲げ構造をしていることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のアンテナ素子。

請求項7

前記回路基板と前記無給電素子との間に設置され、接続信号に応じて前記回路基板と前記無給電素子とを接続させ、切断信号に応じて前記回路基板と前記無給電素子とを切断するスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のアンテナ装置。

請求項8

無線通信を行う携帯端末において、単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位又は前記最遠の部位近傍に接続された無給電素子とを備えるアンテナ装置を内蔵することを特徴とする携帯端末。

請求項9

無線通信を行う携帯端末において、略四角形状を有し、前記略四角形状の第1の角部に単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記第1の角部と対向する第2の角部又は前記第2の角部近傍に接続された無給電素子とを備えるアンテナ装置を内蔵することを特徴とする携帯端末。

技術分野

0001

この発明は、例えば、無線通信を行う携帯端末及び、この携帯端末に内蔵されるアンテナ装置に関する。

背景技術

0002

現在、携帯電話機は、小型化及び薄型化が進んでいる。小型又は薄型の携帯端末では、人体電波放射素子の距離が小さいため、通常のサイズの携帯端末と比較して、人体から影響を受ける電波の量が増加する傾向にある。そのため、人体による不整合損及び誘電体損が生じ、アンテナ放射効率の低下が起きるという問題がある。

0003

なお、特許文献1では、携帯端末に内蔵され、通話者の方向を避けて放射指向性を形成可能なループアンテナが提案されている。

先行技術

0004

特開2004−5750号公報

発明が解決しようとする課題

0005

以上のように、小型又は薄型の携帯端末では、アンテナ放射効率の低下が起きるという問題がある。

0006

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、小型又は薄型の携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位又は前記最遠の部位近傍に接続された無給電素子とを具備することを特徴とする。

0008

また、本発明に係る携帯端末は、無線通信を行う携帯端末において、単一の給電点を備える回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され、他端が前記回路基板における前記給電点から最遠の部位又は前記最遠の部位近傍に接続された無給電素子とを備えるアンテナ装置を内蔵することを特徴とする。

0009

上記構成によるアンテナ装置及び携帯端末では、給電点から放射素子へ電流を与えた場合、回路基板に電流の節が形成され、回路基板が放射パターンに与える影響が抑圧されることとなる。これにより、携帯端末の使用時にユーザ方向への電磁波の放射が抑えられることとなる。

発明の効果

0010

この発明によれば、小型又は薄型の携帯端末に内蔵可能であり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することが可能なアンテナ装置及びこのアンテナ装置を内蔵した携帯端末を提供することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の基本構成を示す概略図である。
図1のアンテナ装置の電流分布を示す図である。
図1のアンテナ装置の給電点におけるVSWRを示す図である。
図1のアンテナ装置による電磁界の放射パターンのシミュレーション結果を示す図である。
供給電流周波数を変化させた際の、図1のアンテナ装置の効率[dB]及び人体方向利得[dBi]の変化を示す図である。
図5の周波数の変化に伴う回路基板の節の位置の変化を示す図である。
角部からの距離を変化させた際の、図1のアンテナ装置の効率[dB]及び人体方向利得[dBi]の変化を示す図である。
無給電素子の長さを変化させた際の、図1のアンテナ装置の効率[dB]及び人体方向利得[dBi]の変化を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末の例を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。
図1のアンテナ装置を内蔵する携帯端末のその他の例を示す図である。
従来のアンテナ装置を示す図である。
図16のアンテナ装置の電流分布を示す図である。
図16のアンテナ装置による電磁界の放射パターンを示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。
図1のアンテナ装置のその他の構成例を示す図である。

実施例

0012

以下、図面を参照しながら本発明に係るアンテナ装置及び携帯端末の実施の形態について詳細に説明する。

0013

図1は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置10の基本構成を示す概略図である。なお、図中の「前」「後」「左」「右」「上」「下」は方向を意味し、「前」をX軸のプラス方向、「右」をY軸のプラス方向、「上」をZ軸のプラス方向として定義する。

0014

図1におけるアンテナ装置10は、回路基板11、放射素子12及び無給電素子13を具備する。

0015

回路基板11は、短辺と長辺とから成る四角形状を有している。また、回路基板11は、四角形状の角部に、給電点111を備える。

0016

放射素子12は、一端が開放され、他端が給電点111に接続される。放射素子12の長さは、所定の周波数の4分の1波長分である。また、放射素子12は、アンテナ装置10を小型化・薄型化が進む携帯端末に内蔵させるため、端末筐体から外部への突出を避けることが可能であり、又、端末内部でのその他の部品との干渉を避けることが可能な形状となっている。すなわち、図1において放射素子12は、一度折れ曲がり、回路基板11の短辺と平行となるように設置されている。

0017

無給電素子13は、給電点111が配置される角部に対して対角に位置する角部に設置される。このとき、無給電素子13は、放射素子12と同様に一度折れ曲がり、回路基板11の短辺と平行となるように設置される。これにより、無給電素子13と放射素子12とは、回路基板11の中心点112に対して点対称となる。

0018

なお、中心点112は、アンテナ装置の構成要素の形状または位置関係表現するための幾何学的概念であって、本発明を構成する有体物ではない(以下においても同様とする)。また、この発明において「平行」及び「点対称」という用語は、厳密に「平行」状態ではなくても、その目的を達して課題の解決に寄与する程度に略「平行」であるといえる場合を含むものである。

0019

次に、上記構成のアンテナ装置10の動作について説明する。なお、以下では、放射素子12及び無給電素子13の長さが69mmであるアンテナ装置10について説明する。このとき、回路基板11の長辺の長さは、放射素子12の長さにより定まる共振周波数に基づいた波長の0.3波長程度であり、短辺の長さは放射素子12の長さにより定まる共振周波数に基づいた波長の0.2波長程度である。

0020

図2は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置10の電流分布のイメージを示す図である。給電点111から放射素子12に電流が与えられることにより、アンテナ素子10には図2のような電流分布が生じる。

0021

放射素子12には、マイナスY方向の電流ベクトルA1が生じ、無給電素子13には、プラスY方向の電流ベクトルA2が生じる。また、回路基板11の右辺部分には、プラスZ方向の電流ベクトルA3と、マイナスZ方向の電流ベクトルA4とが生じ、回路基板11の左辺部分には、プラスZ方向の電流ベクトルA5と、マイナスZ方向の電流ベクトルA6とが生じる。また、回路基板の上辺部分には、プラスY方向の電流ベクトルA7が生じ、回路基板11の下辺部分には、マイナスY方向の電流ベクトルA8が生じる。

0022

電流ベクトルA3,A4により、回路基板11の右長辺は、上側から6対4の位置に節113が現れる。また、電流ベクトルA5,A6により、回路基板11の左長辺は、上側から4対6の位置に節114が現れる。ここで、電流ベクトルA1,A3,A5,A7及び節113と、電流ベクトルA2,A4,A6,A8及び節114とは、中心点112に対して点対称となる。また、回路基板11の右長辺における電流は電流ベクトルA3,A4により打ち消しあい、左長辺における電流は電流ベクトルA5,A6により打ち消し合うこととなる。長辺の電流が打ち消し合うことにより、回路基板11からの電磁波の放射が抑えられ、ユーザ方向への放射が抑えられることになる。

0023

図3は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置10の給電点における電圧定在波比(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)を示す図である。アンテナ装置10は、約1050MHzに共振点を有する周波数特性を示す。この共振周波数は、回路基板11に無給電素子13を設置することにより生じるものである。

0024

図4は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置10による電磁界の放射パターンのシミュレーション結果を示す図である。図4において、横軸はXY方向を示し、縦軸はZ方向を示す。合成された放射パターンは、回路基板11の長辺における電流が打ち消されているため、人体方向(XY方向)への放射が減少した形状となる。

0025

次に、節113,114の位置について説明する。

0026

図5は供給電流の周波数を変化させた際の、効率[dB]及び人体方向利得[dBi]の変化を示す図である。また、図6は周波数の変化に対する節113,114の位置の変化を示す図である。図6において、四角印は右長辺における節113から上端までの距離を長辺の長さで正規化したものであり、丸印は左長辺における節114から下端までの距離を長辺の長さで正規化したものである。

0027

図5に示すように、人体方向利得は周波数1060MHzで最小となり、このとき回路基板11の右長辺の上側から6対4の位置に節113が現れ、回路基板11の左長辺の上側から4対6の位置に節114が現れる。すなわち、節113と節114とが中心点112に対して点対称となる位置に現れる場合に、最も効率的に人体方向利得を減少する。

0028

次に、無給電素子13の設置位置について説明する。

0029

図7は、角部からの距離Dを変化させた際の、効率[dB]及び人体方向利得[dBi]の変化を示す図である。なお、このときの電磁波の周波数は、1050MHzである。

0030

図7に示すように、無給電素子13が角部に設置されている場合に人体方向利得は最小となり、角部からの距離Dが増加するほど人体方向利得が増大する。これは、無給電素子13の設置位置が角部から離れると、点対称な電流分布が取れなくなるためである。図7によれば、人体方向利得を2dB以上削減する必要がある場合には、角部からの距離Lを25mm以下、つまりおよそ0.1波長以下に設定する必要があることがわかる。

0031

次に、無給電素子13の長さについて説明する。

0032

図8は、無給電素子13の長さLを変化させた際の、効率[dB]及び人体方向利得[dBi]の変化を示す図である。

0033

図8に示すように、無給電素子13の長さLが放射素子12の長さと同一である場合に人体方向利得は最小となり、放射素子12の長さより、長い場合及び短い場合には人体方向利得が増大する。すなわち、無給電素子13の長さLが放射素子12の長さとほぼ同一である場合に最も効果的に人体方向利得が抑制されることとなる。

0034

次に、アンテナ装置10を搭載する携帯端末について説明する。

0035

図9図15は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置10を内蔵する携帯端末の例を示す模式図である。

0036

図9は、アンテナ装置10を内蔵するストレート型の携帯端末の例を示す図である。アンテナ装置10は、携帯端末の筐体C1に筐体C1の前面と略平行となるように内蔵される。

0037

図10は、アンテナ装置10を搭載するクラムシェル型の携帯端末の第1の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体C2と下側筐体C3とから成る。アンテナ装置10は、携帯端末の下側筐体C3に下側筐体C3の上面と略平行となるように内蔵される。

0038

図11は、アンテナ装置10を搭載するクラムシェル型の携帯端末の第2の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体C2と下側筐体C3とから成る。アンテナ装置10は、上側筐体C2と下側筐体C3とに、上側筐体C2の前面と略平行となり、下側筐体C3の上面と略平行となるように内蔵される。このとき、上側筐体C2に内蔵される回路基板11−1と、下側筐体C3に内蔵される回路基板11−2とは、筐体C1,C2の連結部において接続されている。

0039

図12は、アンテナ装置10を搭載するスライド型の携帯端末の第1の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体C2と下側筐体C3とから成る。アンテナ装置10は、携帯端末の下側筐体C3に下側筐体C3の上面と略平行となるように内蔵される。

0040

図13は、アンテナ装置10を搭載するスライド型の携帯端末の第2の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体C2と下側筐体C3とから成る。アンテナ装置10は、上側筐体C2と下側筐体C3とに、上側筐体C2の前面と略平行となり、下側筐体C3の上面と略平行となるように内蔵される。このとき、上側筐体C2に内蔵される回路基板11−1と、下側筐体C3に内蔵される回路基板11−2とは、筐体C1,C2の連結部において接続されている。

0041

図14は、アンテナ装置10を搭載するスイーベル型の携帯端末の第1の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体C2と下側筐体C3とから成る。アンテナ装置10は、携帯端末の下側筐体C3に下側筐体C3の上面と略平行となるように内蔵される。

0042

図15は、アンテナ装置10を搭載するストーベル型の携帯端末の第2の例を示す図である。携帯端末は、上側筐体C2と下側筐体C3とから成る。アンテナ装置10は、上側筐体C2と下側筐体C3とに、上側筐体C2の前面と略平行となり、下側筐体C3の上面と略平行となるように内蔵される。このとき、上側筐体C2に内蔵される回路基板11−1と、下側筐体C3に内蔵される回路基板11−2とは、筐体C1,C2の連結部において接続されている。

0043

以上のように、上記一実施形態では、給電点111に設置された放射素子12と、中心点112に対して略点対称となる位置に無給電素子13を設置するようにしている。これにより、給電点111に電流を与えた場合、アンテナ装置10には図2に示す電流分布が生じる。これに対し、図16に示す従来のアンテナ装置20では、給電点211に電流を与えた場合、図17のような電流分布が生じる。アンテナ装置10による電磁界の放射パターンは図4に示すようになり、図18に示すアンテナ装置20による電磁界の放射パターンよりも、XY方向への電磁波の放射が抑えられることとなる。つまり、携帯端末の使用時にユーザ方向への電磁波の放射が減少することとなる。

0044

したがって、本発明に係るアンテナ装置は、小型又は薄型の携帯端末に内蔵され、この携帯端末の使用時にユーザ方向への電波の放射を減少させる放射パターンを形成することができる。

0045

なお、この発明は上記一実施形態に限定されるものではない。例えば上記一実施形態では、無給電素子13の折れ曲がり回数が1回である場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。すなわち、無給電素子13は、複数回折れ曲がっている場合であっても同様に実施可能である。すなわち、図19に示すように、プラスY方向へ1度目の折り返しがあった後、プラスZ方向へ2度目の折り返しがある形状であっても構わない。また、図20に示すように、プラスY方向へ1度目の折り返しがあり、プラスX方向へ2度目の折り返しがあった後、マイナスY方向へ3度目の折り返しがある形状であっても構わない。

0046

また、上記一実施形態では、放射素子12がモノポールアンテナ逆Lアンテナ)である場合を例に説明したが、放射素子12の形状はこれに限定されるわけではない。例えば、放射素子12の形状は、図21に示す逆Fアンテナ図22に示す板状逆Fアンテナ図23,24に示す折り返しアンテナ図25,26に示すマルチ周波数用アンテナのいずれであっても構わない。

0047

なお、このとき、放射素子12と、無給電素子13との形状は必ずしも同一である必要はないが、同一にした場合には共振周波数の調整が容易であるというメリットがある。

0048

また、上記一実施形態におけるアンテナ装置10は、図27に示すように、スイッチ14を具備していても構わない。スイッチ14は、オンオフ信号を受信する。スイッチ14は、オン信号を受信すると、回路基板11に対して無給電素子13を接続し、オフ信号を受信すると、回路基板11に対して無給電素子13を切断する。これにより、アンテナ装置10は、オン/オフ信号に従って、図4に示す放射パターンと、図18に示す放射パターンとを任意に切り替えることが可能となる。

0049

さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

0050

10…アンテナ装置
11,11−1,11−2…回路基板
111…給電点
112…中心点
113,114…節
12…放射素子
13…無給電素子
14…スイッチ
20…アンテナ素子
211…給電点
A1〜A8…電流ベクトル
C1〜C3…筐体

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