JP6145986B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device.
従来より、第1の放射導体と、該第1の放射導体に直列に接続された第2の放射導体と、前記第1、第2の放射導体の下端部に配置された第1、第2の給電点を有する周波数切替式のアンテナ装置があった。アンテナ装置は、RF信号を前記第1、第2の給電点に切替えて接続し、かつ前記第1、第2の給電点のうち非接続状態の給電点に接続するインピーダンスを制御するインピーダンス制御切替手段を有する(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a first radiating conductor, a second radiating conductor connected in series to the first radiating conductor, and first and second arranged at the lower ends of the first and second radiating conductors. There was a frequency-switching type antenna device having a feed point. The antenna device switches and connects the RF signal to the first and second feeding points, and controls impedance to be connected to an unconnected feeding point among the first and second feeding points. Means (for example, see Patent Document 1).
従来のアンテナ装置は、第1の放射導体と第2の放射導体の第1、第2の給電点にスイッチを接続して第1の放射導体と第2の放射導体を選択的に接続している。 In the conventional antenna device, a switch is connected to the first and second feed points of the first and second radiation conductors, and the first and second radiation conductors are selectively connected. Yes.
すなわち、従来のアンテナ装置は、放射導体(アンテナエレメント)の給電点にスイッチを接続している。アンテナエレメントの給電点は、アンテナエレメントの中でも多くの電流が流れる部位である。このため、従来のアンテナ装置は、スイッチでの電力の損失が大きい。 That is, the conventional antenna device has a switch connected to the feeding point of the radiation conductor (antenna element). The feeding point of the antenna element is a portion where a large amount of current flows in the antenna element. For this reason, the conventional antenna apparatus has a large power loss in the switch.
また、近年は、アンテナ装置の小型化又はマルチバンド化により、アンテナ装置に含まれるアンテナエレメントの放射抵抗が小さくなっており、スイッチでの電力の損失が相対的に大きくなっている。 Further, in recent years, the radiation resistance of the antenna element included in the antenna device has been reduced due to downsizing or multibanding of the antenna device, and the power loss in the switch has been relatively increased.
従って、従来のアンテナ装置には、放射効率が低いという課題がある。 Therefore, the conventional antenna device has a problem of low radiation efficiency.
そこで、放射効率を改善したアンテナ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, it is an object to provide an antenna device with improved radiation efficiency.
本発明の実施の形態のアンテナ装置は、グランドエレメントと、給電点が前記グランドエレメント側に配設され、平面視で前記グランドエレメントから離間する方向に前記給電点から延伸され、中間点で分岐する第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントを有するT型アンテナエレメントであって、平面視で前記第1アンテナエレメントが前記グランドエレメントに向けて折り返される、T型アンテナエレメントと、前記第1アンテナエレメントの先端部に接続されるスイッチ部と、前記スイッチ部を介して前記第1アンテナエレメントの先端部に接続され、前記第1エレメントよりも短い第3アンテナエレメントと、前記スイッチ部に接続され、平面視で前記グランドエレメントと重なる位置に配置され、前記スイッチ部を制御する制御信号を伝送する信号線とを含み、前記第1アンテナエレメントの先端部と前記スイッチ部とは、前記突出部の近傍に配置され、前記給電点から前記第1アンテナエレメントの先端部までの長さは、使用周波数における波長の1/4に設定される。 In the antenna device according to the embodiment of the present invention, a ground element and a feeding point are disposed on the ground element side, are extended from the feeding point in a direction away from the ground element in a plan view, and branch at an intermediate point. A T-type antenna element having a first antenna element and a second antenna element, wherein the first antenna element is folded back toward the ground element in a plan view, and a tip of the first antenna element A switch part connected to the first part, connected to the tip part of the first antenna element via the switch part, connected to the third antenna element shorter than the first element, and the switch part, in plan view Arranged to overlap the ground element, controls the switch unit And a signal line for transmitting that control signal, wherein the first antenna tip and the switch portion of the element, is disposed in the vicinity of the protrusion, from the feeding point to the tip of the first antenna element The length is set to ¼ of the wavelength at the used frequency .
放射効率を改善したアンテナ装置を提供することができる。 An antenna device with improved radiation efficiency can be provided.
以下、本発明のアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments to which the antenna device of the present invention is applied will be described.
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1のアンテナ装置を含むスマートフォン端末機500の正面側を示す斜視図である。
<
FIG. 1 is a perspective view illustrating a front side of a
実施の形態1のアンテナ装置を含むスマートフォン端末機500は、正面側にタッチパネル501が配設され、タッチパネル501の下側には、ホームボタン502とスイッチ503が配設される。
The
スマートフォン端末機500は、さらに、通話、通信、及び様々な演算処理等を行うCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)及びメモリ等を含むが、ここでは説明を省略する。
The
図2は、実施の形態1のアンテナ装置を示す平面図である。図3は、図2に示すアンテナ装置の主要部を拡大して示す図である。図2及び図3では、直交座標系であるXYZ座標系を用いる。また、以下では、Z軸正方向側の面を表面と称し、Z軸負方向側の面を裏面と称す。 FIG. 2 is a plan view showing the antenna device of the first embodiment. FIG. 3 is an enlarged view showing a main part of the antenna device shown in FIG. 2 and 3, an XYZ coordinate system that is an orthogonal coordinate system is used. In the following, the surface on the Z-axis positive direction side is referred to as the front surface, and the surface on the Z-axis negative direction side is referred to as the back surface.
図2に示すアンテナ装置100は、基板101、アンテナエレメント110、120、130、配線部140、信号線150、パッド160、及びグランドエレメント180を含む。
The
基板101は、例えば、プリント基板であり、FR−4(Flame Retardant type 4)形式のプリント基板を用いることができる。基板101は、1枚の絶縁層と、絶縁層の表面及び裏面に形成される金属層とを含む。
The
基板101の表面の金属層をパターニングすることによって、アンテナエレメント110、120、配線部140、信号線150、及びパッド160が形成され、裏面の金属層をパターニングすることにより、アンテナエレメント130及びグランドエレメント180が形成される。
By patterning the metal layer on the front surface of the
基板101の金属層としては、例えば、銅箔を用いることができる。また、基板101の絶縁層としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂製の絶縁層を用いることができる。例えば、ガラス布基材をエポキシ樹脂に含浸させ、両面に金属層を貼り付けることによって基板101を作製すればよい。なお、基板101は、上述のような構成のものに限られず、種類のものを用いることができる。
As the metal layer of the
アンテナエレメント110(給電部110Aを除く部分)、120、130、及び配線部140は、基板101のY軸正方向側の端において基板101の表面側に形成されている。基板101の寸法は、一例として、X軸方向に50mm、Y軸方向に100mm、厚さ(Z軸方向の長さ)が1mmである。アンテナエレメント110、120、130、及び配線部140は、基板101のY軸正方向側の端部において、X軸方向の長さ50mm、かつ、Y軸方向の長さ10mmの領域内に形成されている。
The antenna element 110 (portion excluding the
アンテナエレメント110は、T型のアンテナエレメントであり、給電点110Aと、アンテナエレメント111及び112とを有する。アンテナエレメント111は、アンテナエレメント110のうち、給電点110AからT型のX軸正方向側の半分を構築するように延伸する部分である。アンテナエレメント112は、アンテナエレメント110のうち、給電点110AからT型のX軸負方向側の半分を構築するように延伸する部分である。
The
アンテナエレメント120は、アンテナエレメント111の先端側に形成されており、アンテナエレメント121及び122を有する。
The
アンテナエレメント130は、アンテナエレメント112の裏面側に形成されるアンテナエレメントである。
The
配線部140は、アンテナエレメント111の先端と、アンテナエレメント120(121及び122)との間に形成されている。配線層140には、アンテナエレメント111と、アンテナエレメント121、122との間の接続状態を切り替えるスイッチが実装される。
The
また、配線部140は、パッド141を有する。パッド141は、ビア141Aを介してグランドエレメント180に接続されている。パッド141には、スイッチのグランド端子が接続される。
In addition, the
信号線150は、配線部140に実装されるスイッチを制御するための制御信号を伝送するための配線である。信号線150は、一端がスイッチに接続され、他端が後述するCPUチップ515に接続される。
The
パッド160は、アンテナエレメント110の給電部110Aと分岐点110Bとの間の部分の脇に(X軸負方向側に)形成されている。パッド160にはビア160Aが形成されており、ビア160Aを介してパッド160はグランドエレメント180に接続されている。
The
パッド160には、インダクタンスチップの一端が接続され、このインダクタンスチップの他端は、アンテナエレメント110に接続される。なお、インダクタンスチップについては後述する。
One end of an inductance chip is connected to the
グランドエレメント180は、アンテナエレメント110、120、130、及び配線部140が形成されていない領域に形成されている。すなわち、グランドエレメント180は、基板101のY軸負方向側の端部から90mm、かつ、X軸方向に50mmの範囲内において、基板101の裏面に形成されている。
The
アンテナエレメント110の給電点110Aと信号線150は、平面視でグランドエレメント180と重なる領域に形成されている。
The
グランドエレメント180の反対側(基板101の表面側)には、携帯電話端末機500で通話等の通信を行うために必要なRF通信部512、DA (Digital to Analog)コンバータ513、ベースバンド処理部514、及びCPU(Central Processing Unit)チップ515が実装されている。
On the opposite side of the ground element 180 (surface side of the substrate 101), an
RF通信部512は、給電部110Aに接続されており、アンテナ装置100に給電を行う。RF通信部512、DAコンバータ513、ベースバンド処理部514、及びCPUチップ515の間は、配線部516によって接続されている。また、RF通信部512、DAコンバータ513、ベースバンド処理部514、及びCPUチップ515は、基板101を貫通するビアによってグランドエレメント180に接続されている。
The
CPUチップ515は、スマートフォン端末機500の通信処理を行う通信用プロセッサとしての機能と、アプリケーションプログラムを実行するアプリケーションプロセッサとしての機能とを有する。
The
CPUチップ515には、信号線150が接続されており、配線部140に実装されるスイッチの接続状態を切り替える。なお、通信用プロセッサとアプリケーションプロセッサとでCPUチップを分けてもよい。
The
なお、ここでは、アンテナ装置100が基板101を構成要素として含むものとして説明するが、アンテナ装置100は、基板101を構成要素として含まず、少なくとも、アンテナエレメント110、120、130、及びグランドエレメント180を含むものとして取り扱ってもよい。
Here, the
次に、図3を用いてアンテナ装置100の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図3(A)は、アンテナエレメント110(111、112)、120(121、122)、130、配線部140、信号線150、パッド160、及びグランドエレメント180のY軸正方向側の端部を拡大して示す図である。図3(B)は、アンテナエレメント111、121、122、配線部140、及び信号線150を拡大して示す図である。なお、基板101は、図3(A)、(B)に示す範囲の全体に存在する。
3A shows the antenna elements 110 (111, 112), 120 (121, 122), 130, the
アンテナエレメント111は、給電点110AからY軸正方向側に延伸し、分岐点110BでX軸正方向側に折れ曲がり、角部110CでY軸負方向側に折れ曲がり、角部110DでX軸負方向側に折れ曲がり、さらに角部110Eまで延伸、110Fでミアンダ状に折れ曲がることにより、先端部110Gまで延伸している。なお、先端部110Gは開放端である。
The
アンテナエレメント111は、一端が給電点110Aであり、他端が先端部110Gであるモノポールアンテナである。アンテナエレメント111は、給電点110Aと先端部110Gとの間の長さが使用周波数における波長の1/4に設定されている。
The
アンテナエレメント111の実効長は、給電点110Aと先端部110Gとの間の長さであり、実施の形態1では、一例として、800MHzにおける波長(λ1)の1/4(λ1/4)に設定されている。
The effective length of the
給電点110Aは、平面視でグランドエレメント180と重なる位置に配設されている。給電点110Aには、例えば、マイクロストリップライン、又は、同軸ケーブル等を介して給電を行うため、グランドエレメント180の近傍に位置させている。
The feeding point 110A is disposed at a position overlapping the
なお、給電点110Aは、平面視でグランドエレメント180と重ならないように配設されていてもよい。この場合に、給電点110Aは、基板101のY軸正方向側の端部において、X軸方向の長さ50mm、かつ、Y軸方向の長さ10mmの領域内に収まるように形成されていてもよい。あるいは、グランドエレメント180のY軸正方向側の端辺180Aが平面視でY軸負方向側に凹むようにパターニングされる凹部を有し、この凹部の内部に給電点110Aが位置していてもよい。
Note that the
分岐点110Bは、アンテナエレメント111と112が分岐する点である。給電点110AからY軸正方向に延伸するアンテナエレメント111は、分岐点110BにおいてX軸正方向に90度折れ曲がり、分岐点110Bから基板101のY軸正方向側の端辺101Aに沿ってX軸正方向側に延伸し、角部110Cに至っている。
The branch point 110B is a point where the
なお、分岐部110Bよりも角部110Cよりには、基板101の裏面に形成されるアンテナエレメント130をアンテナエレメント111に接続するビア130Bが形成されている。ビア130Bは、基板101を貫通し、アンテナエレメント111とアンテナエレメント130とを接続する。ビア130Bは、例えば、基板101に形成した貫通孔の内壁に、銅めっき膜を形成することによって作製される。
Note that vias 130B that connect the
角部110Cは、基板101のX軸正方向側かつY軸正方向側の角部101Bにおいて、アンテナエレメント111がX軸正方向からY軸負方向に90度折れ曲がる点である。アンテナエレメント111は、角部110Cで折れ曲がり、X軸負方向側に延伸し、角部110Dに至る。
The corner portion 110C is a point where the
角部110Dは、基板101の角部101Bよりも基板101のX軸正方向側の端辺101Cに沿ってY軸負方向側にオフセットした位置において、アンテナエレメントがY軸負方向からX軸負方向に90度折れ曲がる点である。
The corner portion 110D is arranged such that the antenna element is offset from the Y-axis negative direction to the X-axis negative direction at a position offset to the Y-axis negative direction side along the X-axis positive
角部110Eは、角部110DでX軸負方向側に折れ曲がったアンテナエレメント111がY軸負方向側に折れ曲がる点であり、アンテナエレメント111の給電点110Aと分岐点110Bとの間の区間の近傍に位置する。
The
角部110Fは、角部110EでY軸負方向側に折れ曲がったアンテナエレメント111がX軸正方向側に折れ曲がる点であり、アンテナエレメント111の給電点110Aと分岐点110Bとの間の区間の近傍に位置する。アンテナエレメント110の給電部110Aと分岐点110Bとの間の区間は、角部110Eと110Fとの間の区間と平行である。
The
先端部110Gは、角部110FでX軸正方向側に折れ曲がったアンテナエレメント111の先端である。先端部110Gは、配線部140の近傍に位置する。先端部110Gは、配線部140に実装されるスイッチにより、アンテナエレメント121及び122のいずれにも接続されない状態、アンテナエレメント121に接続される状態、又はアンテナエレメント122に接続される状態のいずれかの状態に制御される。なお、先端とは、給電部110Aから見た先端であることを意味する。
The
アンテナエレメント111は、基板101のY軸正方向側の小さな領域(X軸方向の長さ50mm、かつ、Y軸方向の長さ10mmの領域)内に、他のアンテナエレメント120、130、及び配線部140等とともに収められる。
The
このため、アンテナエレメント111は、分岐点110Bから、角部110C、110D、110E、110F、及び先端部110Gにかけて、ミアンダ状に折り曲げられ、全体をコンパクトにしつつ、実効長を稼ぐ構成にされている。
Therefore, the
また、アンテナエレメント111は、分岐点110Bと角部110Cの間で、角部110Cから分岐点110Bに向かって線幅が広くなるようにテーパ状に形成されている。
Further, the
ここで、アンテナエレメント110は、T型アンテナエレメントの一例であり、アンテナエレメント111は、第1アンテナエレメントの一例であり、分岐点110Bと角部110Cとの間の区間は、テーパ部の一例である。テーパ部は、アンテナ装置100の帯域特性を広帯域化するために形成されている。なお、広帯域化については後述する。
Here, the
実施の形態1では、アンテナエレメント111の先端部110Gの近傍に配設する配線部140にスイッチを実装する。また、アンテナエレメント111は、平面視でグランドエレメント180から離間する方向に、グランドエレメント180の近傍に位置する給電部110Aから延伸され、分岐点110Bを経て角部110Cでグランドエレメント180側に折り返されている。
In the first embodiment, a switch is mounted on the
そして、アンテナエレメント111は、さらに角部110D、110E、110Fを経てミアンダ状に折り曲げながら平面視でグランドエレメント180に近づき、先端部110Gは、グランドエレメント180の端辺180Aの近傍に位置している。
The
アンテナエレメント111は、モノポールアンテナであるため、給電点110Aにおいて電流の分布が最大となり、先端部110Gで電流の分布が最小(略零)となる。
Since the
従って、アンテナエレメント111の先端部110Gにスイッチを配設することにより、スイッチにおける電力の損失を低減することができ、この結果、アンテナエレメント111の放射特性を改善することができる。
Therefore, by disposing a switch at the
また、配線部140に実装するスイッチには、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と、信号線150とが必要になるため、配線部140はグランドエレメント180の近くに配設されることが望ましい。これは、スイッチを配置する場所がグランドから遠いと、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と信号線150の取り回しが複雑になるためである。
In addition, since the switch mounted on the
このため、実施の形態1のアンテナ装置100では、アンテナエレメント111の先端部110G及び配線部140をグランドエレメント180の近傍に配設することにより、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と信号線150の取り回しを簡略化している。
For this reason, in the
以上のように、アンテナエレメント111の先端部110Gにスイッチを配設するとともに、先端部110G及び配線部140をグランドエレメント180の近傍に配置することにより、アンテナエレメント111の放射特性を改善するとともに、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と信号線150の取り回しを簡略化している。
As described above, the switch is disposed at the
また、上述のようにアンテナエレメント111の放射特性を改善を通じて、アンテナエレメント112、120、及び130の放射特性を改善している。
In addition, the radiation characteristics of the
次に、アンテナエレメント112について説明する。
Next, the
アンテナエレメント112は、給電点110AからY軸正方向側に延伸し、分岐点110BでX軸負方向側に折れ曲がり、先端部110Hまで延伸している。なお、先端部110Hは開放端である。
The
アンテナエレメント112は、一端が給電点110Aであり、他端が先端部110Hであるモノポールアンテナである。アンテナエレメント112は、給電点110Aと先端部110Hとの間の長さが使用周波数における波長の1/4に設定されている。
The
アンテナエレメント112の実効長は、給電点110Aと先端部110Hとの間の長さであり、実施の形態1では、一例として、1.7GHzにおける波長(λ2)の1/4(λ2/4)に設定されている。
The effective length of the
実施の形態1では、アンテナエレメント112は、1.7GHz〜2.1GHzという広帯域で良好な放射特性が得られるようにインピーダンス等が調整されている。アンテナエレメント112は、第2アンテナエレメントの一例である。
In
給電点110Aは、アンテナエレメント111の給電点110Aと同一(共通)である。
The
先端部110Hは、分岐点110BでX軸負方向側に折れ曲がったアンテナエレメント112の先端である。先端部110Hは、基板101のX軸負方向側かつY軸正方向側の角部101Dに位置する。なお、先端とは、給電部110Aから見た先端であることを意味する。
The
アンテナエレメント112は、基板101のY軸正方向側の小さな領域(X軸方向の長さ50mm、かつ、Y軸方向の長さ10mmの領域)内に、他のアンテナエレメント120、130、及び配線部140等とともに収められる。
The
このため、アンテナエレメント112は、給電点110Aから分岐点110Bを経て先端部110Hにかけて、L型に折り曲げられ、全体をコンパクトにしつつ、実効長を稼ぐ構成にされている。
For this reason, the
また、アンテナエレメント112は、分岐点110Bと先端部110Hの間で、先端部110Hから分岐点110Bに向かって線幅が広くなるようにテーパ状に形成されている。
The
アンテナエレメント112は、第2アンテナエレメントの一例であり、分岐点110Bと角部110Cとの間の区間は、テーパ部の一例である。テーパ部は、アンテナ装置100の帯域特性を広帯域化するために形成されている。なお、広帯域化については後述する。
The
次に、アンテナエレメント120について説明する。
Next, the
アンテナエレメント120は、アンテナエレメント121及び122を有する。アンテナエレメント121及び122は、それぞれ、第3アンテナエレメントの一例である。
The
アンテナエレメント121と122は、それぞれ、一端121A、122Aが配線部140の近傍に配設され、平面視でグランドエレメント180の端辺180Aに沿って、X軸正方向側に他端121B、122Bまで延伸されている(図3(B)参照)。
The
アンテナエレメント121と122は、互いに平行に、かつ、ともにグランドエレメント180の端辺180Aに平行に形成されている。アンテナエレメント121と122の長さは、ともに、アンテナエレメント111の長さよりも短い長さに設定されている。アンテナエレメント121の長さは、アンテナエレメント122の長さよりも短い長さに設定されている。
The
アンテナエレメント121の一端121Aから他端121Bまでの長さは、アンテナエレメント111の給電点110Aから先端部110Gまでの長さとの合計の長さが、アンテナエレメント111の使用周波数よりも低い使用周波数における波長の1/4の長さになるように設定されている。
The length from the one
すなわち、配線部140に実装されるスイッチによってアンテナエレメント121とアンテナエレメント111が接続されると、給電部110Aから他端121Bまでの実効長を有するモノポールアンテナが現れる。
That is, when the
実施の形態1では、アンテナエレメント111と121との合計の長さが、750MHzにおける波長(λ3)の1/4(λ3/4)に設定されている。すなわち、アンテナエレメント121の長さは、750MHzにおける波長(λ3)の1/4(λ3/4)から、アンテナエレメント111の長さ(800MHzにおける波長(λ1)の1/4(λ1/4))を引いた長さである。
In the first embodiment, the total length of the
なお、アンテナエレメント121は、配線部140に実装されるスイッチを介してアンテナエレメント111に接続されるため、アンテナエレメント121の長さは、スイッチに実効的に含まれる長さを考慮した分だけ短い長さに設定してもよい。
Since the
アンテナエレメント122の一端122Aから他端122Bまでの長さは、アンテナエレメント111の給電点110Aから先端部110Gまでの長さとの合計の長さが、アンテナエレメント111とアンテナエレメント121を接続した状態での使用周波数よりも低い使用周波数における波長の1/4の長さになるように設定されている。
The length from one
すなわち、配線部140に実装されるスイッチによってアンテナエレメント122とアンテナエレメント111が接続されると、給電部110Aから他端122Bまでの実効長を有するモノポールアンテナが現れる。
That is, when the
実施の形態1では、アンテナエレメント111と122との合計の長さは、700MHzにおける波長(λ4)の1/4(λ4/4)に設定されている。すなわち、アンテナエレメント122の長さは、700MHzにおける波長(λ4)の1/4(λ4/4)から、アンテナエレメント111の長さ(800MHzにおける波長(λ1)の1/4(λ1/4))を引いた長さである。
In the first embodiment, the total length of the
なお、アンテナエレメント122は、配線部140に実装されるスイッチを介してアンテナエレメント111に接続されるため、アンテナエレメント122の長さは、スイッチに実効的に含まれる長さを考慮した分だけ短い長さに設定してもよい。
Since the
ここで、アンテナエレメント121と122の長さを、ともに、アンテナエレメント111の長さよりも短い長さに設定するのは、次のような理由によるものである。
Here, the lengths of the
アンテナエレメント111の先端110Gにスイッチを介してアンテナエレメント121を接続すると、スイッチは、アンテナエレメント111と121とを合わせた一つのアンテナエレメントの途中に位置することになる。
When the
アンテナエレメント111と121とを接続した一つのアンテナエレメントは、モノポールアンテナであるため、給電点110Aにおいて電流分布が最大となり、先端部となる他端121Bにおいて電流分布は最小(略零)となる。
Since one antenna element connecting the
従って、アンテナエレメント121の長さをアンテナエレメント111の長さよりも短くすることにより、アンテナエレメント111と121を接続した場合に、スイッチでの電力の損失が小さくなるようにしている。
Therefore, by making the length of the
なお、これは、アンテナエレメント122とアンテナエレメント111についても同様である。
The same applies to the
また、実施の形態1では、第3アンテナエレメントの一例として2つのアンテナエレメント121及び122をアンテナ装置100が含む形態について説明するが、第3アンテナエレメントは少なくとも1つあればよく、3つ以上あってもよい。第3アンテナエレメントの長さは、第1アンテナエレメントの一例としてのアンテナエレメント111の長さより短ければよい。また、第3アンテナエレメントを3つ以上含む場合は、それぞれの長さが異なればよい。
In the first embodiment, the
次に、アンテナエレメント130について説明する。アンテナエレメント130の説明に際しては、図2及び図3に加えて、図4を用いる。
Next, the
図4は、実施の形態1のアンテナ装置100の裏面側を示す図である。図4には、アンテナ装置100の一部を示す。図4に示す部分は、図3(A)に対応する部分である。図4では、図1乃至図3と同様に、XYZ座標系を定義する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the back side of the
アンテナエレメント130は、一端130Aがビア130Bを介してアンテナエレメント111に接続されている(図3(A)参照)。アンテナエレメント130は、基板101のY軸正方向側の端辺101Aに沿って基板101の裏面をX軸負方向側に延伸し、角部130CでY軸負方向側に折れ曲がり、先端部130Dまで延伸している。角部130Cは、基板101の角部101Dに位置している。アンテナエレメント130は、第4アンテナエレメントの一例である。
The
アンテナエレメント130は、アンテナエレメント111の途中から基板101の裏面側に分岐するように形成されているアンテナエレメントであり、実効長は、給電部110Aから、分岐点110B、ビア130B、一端130A、及び角部130Cを経て、先端部130Dに至るまでの長さである。すなわち、給電部110Aから先端部130Dまでの実効長を有するモノポールアンテナが存在する。
The
実施の形態1では、一例として、給電部110Aから、分岐点110B、ビア130B、一端130A、及び角部130Cを経て、先端部130Dに至るまでの長さは、1.5GHzにおける波長(λ5)の1/4(λ5/4)に設定されている。
In the first embodiment, as an example, the length from the
すなわち、アンテナエレメント130の長さ(一端130Aから先端部130Dまでの長さ)は、1.5GHzにおける波長(λ5)の1/4(λ5/4)から、アンテナエレメント111の給電部110Aからビア130Bまでの長さを引いた長さに設定されている。
That is, the length of the antenna element 130 (the length from the one
アンテナエレメント130は、アンテナエレメント112の使用周波数よりも低い使用周波数を得るために、アンテナエレメント112の実効長(給電部110Aから先端部110Hまでの長さ)よりも長い実効長を有する必要がある。
In order to obtain a use frequency lower than the use frequency of the
また、上述のように、アンテナエレメント110、111、112、130等が形成される領域の広さは限られており、非常に狭い領域である。
Further, as described above, the area in which the
このように限られた領域の中に1.5GHzで通信できるアンテナエレメントを実現するために、アンテナエレメント130は、分岐点110Bよりも角部110C側(X軸正方向側)に形成されるビア130Bを介して、基板101の裏面に引き回されている。そして、さらに、一端130AからX軸負方向側に延伸し、角部130Cを経て先端部130Dまで延伸させることによって実効長を稼いでいる。
In order to realize an antenna element capable of communicating at 1.5 GHz in such a limited region, the
次に、配線部140及び信号線150について説明する。配線部140及び信号線150の説明には、図2及び図3に加えて、図5を用いる。
Next, the
図5は、実施の形態のアンテナ装置100を示す図である。図5には、図3(A)に示すアンテナ装置100の一部と同一の部分を示す。図5には、アンテナ装置100にスイッチ等が実装されている状態を示す。
FIG. 5 is a diagram illustrating the
配線部140は、アンテナエレメント111の先端部110Gと、アンテナエレメント121及び122の一端121A及び122Aとの間に形成されている。また、配線部140の近傍には、パッド141と信号線150の一端150Aが配設されている。
The
配線部140は、図5に示すスイッチ190を実装するために、スイッチ190の複数の端子の位置と、複数の端子同士の接続関係に応じて、図2、図3(A)及び(B)に示す形状にパターニングされている。
In order to mount the
パッド141は、配線部140の近傍に配設され、ビア141Aを介してグランドエレメント180に接続されている。パッド141には、スイッチ190のグランド端子が接続される。なお、配線部140の平面視での形状(パターン)は、図5に示す形状に限られず、スイッチ190の端子等の位置に応じて適宜変更することができる。
The
図5に示すスイッチ190は、図2、図3(A)及び(B)に示す配線部140及びパッド141に実装される。スイッチ190は、例えば、SPnTスイッチである。
The
SPnTスイッチは、n個のSPST(Single Pole Double Throw)スイッチを含み、n個のSPSTスイッチのうち、いずれか1つのSPSTスイッチをオンにし、残りの(n−1)個のSPSTスイッチがオフになるように制御される。 The SPnT switch includes n SPST (Single Pole Double Throw) switches. One of the n SPST switches is turned on, and the remaining (n-1) SPST switches are turned off. It is controlled to become.
スイッチ190は、(1)アンテナエレメント111をアンテナエレメント121及び122のいずれにも接続しない状態、(2)アンテナエレメント111をアンテナエレメント121に接続する状態、又は(3)アンテナエレメント111をアンテナエレメント122に接続する状態のいずれかの状態に制御する。
The
なお、図2、図3(A)及び(B)に示す配線部140の形状及びパッド141の位置は、一例にすぎず、また、スイッチ190は、SPnTスイッチに限られるものではない。このため、上述の3つの状態を切り替えるためのスイッチであれば、SPnTスイッチ以外のスイッチをスイッチ190として用いてもよい。また、配線部140の形状及びパッド141の位置は、スイッチ190の端子等の配置に応じて、適宜変更すればよい。
Note that the shape of the
また、パッド141と配線部140との間には、抵抗器191が挿入される。
A
信号線150は、一端150Aが配線部140の近傍に配設されている。信号線150の一端150Aは、平面視でグランドエレメント180と重ならない領域に形成されている。
One
信号線150は、一端150AからY軸負方向側に延伸し、他端150B(図2参照)まで延伸されている。他端150Bは、CPUチップ515に接続される。
The
信号線150は、一端150Aと他端150Bとの間で、4つに分割されている(図2参照)。図5には、4つに分割される信号線150のうち、スイッチ190に最も近い部分のみを示すが、信号線150の分割された部分(3箇所)には、抵抗器191が接続されている。図5に示す信号線150に接続される抵抗器191は、信号線150が分割されている部分において、信号線150に直列に挿入されている。
The
このように信号線150を分割して抵抗器191を直列に挿入するのは、信号線150がアンテナエレメントとして機能することを抑制するためである。信号線150の一端150Aから他端150Bまでの長さは、アンテナエレメント111又は112等の長さに近い。
The reason why the
このため、信号線150に2つの抵抗器191を直列に挿入して信号線150に流れる電流を低減することにより、信号線150がアンテナエレメントとして機能することを抑制している。
For this reason, the
なお、抵抗器191の抵抗値は、信号線150に流れる電流を十分に低減することによって信号線150がアンテナエレメントとして電波を放射することを抑制できる抵抗値であればよく、例えば、10kΩに設定される。
The resistance value of the
また、パッド160と、アンテナエレメント110との間には、インダクタチップ192が接続されている。より具体的には、インダクタチップ192は、アンテナエレメント110側では、給電部110Aと分岐部110Bとの間の部分に接続されている。
An
このように、アンテナエレメント110にインダクタチップ192を接続するのは、アンテナエレメント110のインピーダンスを調整するためである。インダクタチップ192のインダクタンスは、アンテナエレメント110のインピーダンスが整合するように適切な値に設定すればよく、例えば、4.4nHに設定すればよい。
Thus, the reason why the
以上のような実施の形態1のアンテナ装置100は、図1に示すスマートフォン端末機500に内蔵され、基板101のグランドエレメント180が形成される領域に実装されるCPUチップ515から出力される切替信号に基づいてスイッチ190が切り替えられる。
The
スイッチ190は、(1)アンテナエレメント111をアンテナエレメント121及び122のいずれにも接続しない状態、(2)アンテナエレメント111をアンテナエレメント121に接続する状態、又は(3)アンテナエレメント111をアンテナエレメント122に接続する状態のいずれかの状態に制御される。
The
スイッチ190を(1)から(3)のいずれの接続状態に切り替えるかは、スマートフォン端末機500の使用状況に応じて行われる。
Whether to switch the
スマートフォン端末機500で通話が行われる際には、CPUチップ515は、スイッチ190を状態(1)に切り替える。また、スマートフォン端末機500がLTEの通信を行う場合には、CPUチップ515はスイッチ190を状態(2)又は(3)に切り替える。
When a call is performed on the
このようなスイッチ190の接続状態の切替は、通話及びLTEの上りと下りで、どのような周波数帯域を利用するかによって設定すればよい。
Such switching of the connection state of the
ここで、図6を用いて、実施の形態1のアンテナ装置100の放射特性について説明する。
Here, the radiation characteristic of the
図6は、実施の形態1のアンテナ装置100の放射特性を示す図である。図6には、アンテナ装置100の放射特性としてS11パラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す。
FIG. 6 is a diagram illustrating the radiation characteristics of the
図6には、スイッチ190をオフにして(1)の状態でシミュレーションで得たS11パラメータの周波数特性を実線で示す。また、スイッチ190をオンにしてアンテナエレメント111と121を接続して(2)の状態でシミュレーションで得たS11パラメータの特性を破線で示す。また、スイッチ190をオンにしてアンテナエレメント111と122を接続して(3)の状態でシミュレーションで得たS11パラメータの特性を一点鎖線で示す。
In FIG. 6, the frequency characteristic of the S11 parameter obtained by simulation in the state (1) with the
なお、ここでは、一例として、S11パラメータの値の評価基準を−6dBとし、−6dB以下の帯域がアンテナ装置100の通信可能な領域であるものとして評価を行う。
Here, as an example, the evaluation criterion for the value of the S11 parameter is set to −6 dB, and the evaluation is performed assuming that a band of −6 dB or less is an area in which the
(1)の状態では、約830MHz〜約960MHz、約1.5GHzの前後の約0.5GHz幅の領域、及び、約1.8GHz〜約1.95GHzの3つの帯域で通信可能であることが分かる。 In the state of (1), it is possible to communicate in about 830 MHz to about 960 MHz, an area of about 0.5 GHz width before and after about 1.5 GHz, and three bands of about 1.8 GHz to about 1.95 GHz. I understand.
(2)の状態では、約750MHzの前後の約0.5GHz幅の領域、約1.5GHzの前後の約1.0GHz幅の領域、及び、約1.7GHz〜約2.25GHzの3つの帯域で通信可能であることが分かる。 In the state of (2), an area of about 0.5 GHz width before and after about 750 MHz, an area of about 1.0 GHz width before and after about 1.5 GHz, and three bands of about 1.7 GHz to about 2.25 GHz It can be seen that communication is possible.
(3)の状態では、約700MHzの前後の約0.5GHz幅の領域、約1.5GHzの前後の約1.0GHz幅の領域、及び、約1.7GHz〜約2.23GHzの3つの帯域で通信可能であることが分かる。 In the state of (3), an area of about 0.5 GHz width around 700 MHz, an area of about 1.0 GHz width around 1.5 GHz, and three bands of about 1.7 GHz to about 2.23 GHz. It can be seen that communication is possible.
以上より、実施の形態1のアンテナ装置100では、スイッチ190を切り替えることにより、約700MHz、約750MHz、約830MHz〜約960MHz、約1.5GHz、約1.7GHz〜約2.25GHzの5つの帯域で通信が可能であることが分かる。
As described above, in the
ここで、日本国内での周波数の割り当てによれば、約700MHzと約750MHzは、LTE(Long Term Evolution)で利用可能な帯域である。約830MHz〜約960MHzは、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 又はGSM(Global System for Mobile communications(登録商標))で利用可能な帯域である。 Here, according to frequency allocation in Japan, about 700 MHz and about 750 MHz are bands that can be used in LTE (Long Term Evolution). About 830 MHz to about 960 MHz is a band that can be used in WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) or GSM (Global System for Mobile communications (registered trademark)).
また、約1.5GHzは、LTEで利用可能な帯域である。約1.7GHz〜約2.1GHzは、WCDMA又はGSMで利用可能な帯域である。 Also, about 1.5 GHz is a band that can be used in LTE. About 1.7 GHz to about 2.1 GHz is a band that can be used in WCDMA or GSM.
以上より、スイッチ190を切り替えてアンテナエレメント111、121、122の接続状態を切り替えることにより、約700MHz、約750MHz、約830MHz〜約960MHzを選択することができることが分かる。
As described above, it is understood that about 700 MHz, about 750 MHz, and about 830 MHz to about 960 MHz can be selected by switching the
また、スイッチ190を切り替えることにより、アンテナエレメント130による約1.5GHzの帯域を安定的に得ることができることが分かる。
It can also be seen that by switching the
また、スイッチ190を切り替えることにより、アンテナエレメント112が通信可能な帯域が約1.8GHz〜約1.95GHz、約1.7GHz〜約2.25GHz、約1.7GHz〜約2.23GHzと変化することが分かる。これは、アンテナエレメント111、121、122の接続状態を切り替えることにより、アンテナエレメント112の共振状態が変化するためと考えられる。
Further, by switching the
換言すれば、アンテナエレメント111だけの状態ではアンテナエレメント112の帯域は約1.8GHz〜約1.95GHzであるが、アンテナエレメント111にアンテナエレメント121をスイッチ190によって接続することによって新たな共振が発生し、アンテナエレメント112の帯域が約1.7GHz〜約2.25GHzに変化することが分かる。
In other words, when only the
また、アンテナエレメント111にアンテナエレメント122を接続することによって新たな共振が発生し、アンテナエレメント112の帯域が約1.7GHz〜約2.23GHzに変化することが分かる。
Further, it can be seen that a new resonance occurs when the
例えば、スマートフォン端末機500が通話状態にあるときは、スイッチ190がオフになることにより、アンテナエレメント111を用いて約830MHz〜約960MHzでの通信が可能になる。
For example, when the
また、スマートフォン端末機500のアプリケーションプログラム(例えば、地図を利用するアプリケーションプログラム)が利用されているときは、CPUチップ515によってスイッチ190がアンテナエレメント111と121又は122を接続する。これにより、約700MHz、約750MHz、又は、約1.7GHz〜約2.1GHzでのLTE用の通信が可能になる。
Further, when an application program (for example, an application program using a map) of the
ここで、図7に示す簡易モデルを用いて、スイッチ190のアンテナエレメント111の先端部110Gの近傍に配置することによる電力損失の低減について検証する。
Here, using the simple model shown in FIG. 7, the reduction of the power loss due to the arrangement near the
図7は、実施の形態1のアンテナ装置100における電力損失の低減を検証するための簡易モデルを示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a simple model for verifying reduction of power loss in the
図7(A)は、L型のアンテナエレメント30の給電点30Aにスイッチ190を設けたモデルを示す。このモデルでは、アンテナエレメント30の給電点30Aは、平面視で矩形状のグランドエレメント40の4つの角部のうちの1つの近傍に位置している。
FIG. 7A shows a model in which a
また、図7(A)は、L型のアンテナエレメント30の先端部30Bの近傍にスイッチ190を設けたモデルを示す。このモデルにおいても、図7(B)に示すモデルと同様に、アンテナエレメント30の給電点30Aは、平面視で矩形状のグランドエレメント40の4つの角部のうちの1つの近傍に位置している。
FIG. 7A shows a model in which a
図7(A)、(B)のモデルについてシミュレーションを行った結果、図7(A)に示すモデルにおけるスイッチ190での電力の損失は1dBであった。一方、図7(B)に示すモデルにおけるスイッチ190での電力の損失は0.05dBであった。
As a result of simulation for the models of FIGS. 7A and 7B, the power loss in the
これは、アンテナエレメント30がモノポールアンテナであり、給電点30Aでの電流の分布は最大となるが、先端部30Bにおける電流の分布は最小となるため、図7(B)に示すモデルにおいてスイッチ190での電力の損失が低減されたものと考えられる。
This is because the
実施の形態1のアンテナ装置100は、スイッチ190をアンテナエレメント111の先端部100Gの近傍に配設するため、スイッチ190での電力の損失を低減し、アンテナエレメント111の放射効率を改善することができる。また、これにより、アンテナ装置100全体での放射効率を改善することができる。
In the
次に、図8及び図9を用いて、アンテナエレメント111とアンテナエレメント112にテーパ部を設けることによる広帯域化の効果について検証する。
Next, using FIG. 8 and FIG. 9, the effect of widening the band by providing the
図8は、実施の形態1のアンテナ装置100におけるアンテナエレメント111のテーパ部による広帯域化の効果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the effect of widening the band by the tapered portion of the
図8(A)には、図3(A)と同様のアンテナ装置100の一部分を示す。図8(B)には、図8(A)のアンテナエレメント111の分岐点110Bと角部110Cとの間の線幅を一定とすることにより、テーパ部を有しないアンテナエレメント111を示す。
FIG. 8A illustrates a part of the
図8(C)に示すS11パラメータの周波数特性では、図8(A)に示すテーパ部有りのアンテナエレメント111によるS11パラメータの特性を実線で示し、図8(B)に示すテーパ部無しのアンテナエレメント111によるS11パラメータの特性を破線で示す。
In the frequency characteristic of the S11 parameter shown in FIG. 8C, the characteristic of the S11 parameter by the
図9は、実施の形態1のアンテナ装置100におけるアンテナエレメント112のテーパ部による広帯域化の効果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the effect of widening the band by the taper portion of the
図9(A)には、図3(A)と同様のアンテナ装置100の一部分を示す。図9(B)には、図9(A)のアンテナエレメント111の分岐点110Bと角部110Cとの間の線幅を、分岐点110B側においてより太くしたテーパ部を有するアンテナエレメント112を示す。図9(C)には、図9(A)のアンテナエレメント112の分岐点110Bと角部110Hとの間の線幅を一定とすることにより、テーパ部を有しないアンテナエレメント112を示す。
FIG. 9A illustrates a part of the
図9(D)に示すS11パラメータの周波数特性では、図9(A)に示すテーパ部有りのアンテナエレメント112によるS11パラメータの特性を実線で示し、図9(B)に示す太いテーパ部有りのアンテナエレメント112によるS11パラメータの特性を破線で示し、図9(C)に示すテーパ部無しのアンテナエレメント112によるS11パラメータの特性を一点鎖線で示す。
In the frequency characteristic of the S11 parameter shown in FIG. 9D, the characteristic of the S11 parameter by the
図9(D)から明らかなように、アンテナエレメント112のテーパ部が無しの場合よりもテーパ部が有りの場合の方が約1.7GHz〜約2.1GHzの帯域で、より低いS11パラメータの値が得られ、テーパ部を太くすることにより、S11パラメータの値はさらに低下することが分かる。
As is clear from FIG. 9D, the
これにより、アンテナエレメント112にテーパ部を設けることにより、広帯域化を図れることが分かった。
As a result, it was found that a wide band can be achieved by providing the
以上、実施の形態1によれば、アンテナエレメント111の先端部110Gにスイッチ190を接続し、アンテナエレメント111にアンテナエレメント121又は122を接続できるアンテナ装置100を提供することができる。アンテナ装置100は、スイッチ190の接続状態を制御することにより、通信周波数帯域を調整することのできる所謂チューナブルアンテナである。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide the
アンテナ装置100は、モノポールアンテナであるアンテナエレメント111の電流分布が最も低い先端部110Gにスイッチ190を接続してあるため、スイッチ190における電力の損失を低減することができる。
In the
特に、近年は、アンテナ装置の小型化又はマルチバンド化により、アンテナ装置に含まれるアンテナエレメントの放射抵抗が小さくなっており、スイッチでの電力の損失が相対的に大きくなっている。 In particular, in recent years, the radiation resistance of the antenna element included in the antenna device has been reduced due to downsizing or multibanding of the antenna device, and the loss of power in the switch has become relatively large.
このため、モノポールアンテナであるアンテナエレメント111の電流分布が最も低い先端部110Gにスイッチ190を接続することにより、アンテナエレメント111の放射効率を改善することができる。
For this reason, the radiation efficiency of the
また、アンテナ装置100に含まれるアンテナエレメント111以外のアンテナエレメント112、121、122、130の放射特性も改善することができる。これは、アンテナエレメント112は、給電部110Aから分岐点110Bまで共通であることから、
また、アンテナ装置100は、アンテナエレメント111の先端部110G及び配線部140をグランドエレメント180の近傍に配設することにより、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と信号線150の取り回しを簡略化することができる。
In addition, the radiation characteristics of the
In addition, the
以上、実施の形態1のアンテナ装置100は、アンテナエレメント111の先端部110Gにスイッチ190を配設するとともに、先端部110G及び配線部140をグランドエレメント180の近傍に配置している。
As described above, in the
これにより、アンテナエレメント111の放射特性を改善するとともに、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と信号線150の取り回しを簡略化することができる。
Thereby, the radiation characteristics of the
なお、以上では、アンテナ装置100の通信周波数帯域が、約700MHz、約750MHz、約830MHz〜約960MHz、約1.5GHz、及び約1.7GHz〜約2.1GHzである形態について説明した。
In the above description, the configuration in which the communication frequency band of the
しかしながら、これらの通信周波数帯域は一例にすぎず、各アンテナエレメントの実効長を変更することにより、スイッチ190の切り替えによって種々の通信周波数帯域を利用することのできるチューナブルアンテナとしてのアンテナ装置100を提供することができる。
However, these communication frequency bands are merely examples, and the
また、以上では、アンテナ装置100をスマートフォン端末機500に適用した形態について説明した。しかしながら、アンテナ装置100は、スマートフォン端末機500に限らず、WCDMA、GSM、又はLTE等通信を行うために、複数の通信周波数帯域を必要とする携帯端末機に適用することができる。
Moreover, the form which applied the
<実施の形態2>
図10は、実施の形態2のアンテナ装置200の構成と放射特性を示す図である。
<
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration and radiation characteristics of the antenna device 200 according to the second embodiment.
図10(A)、(B)に示す実施の形態2のアンテナ装置200は、図2及び図3(A)、(B)に示す実施の形態1のアンテナ装置100からアンテナエレメント130を取り除いた構成を有する。その他の構成は実施の形態1のアンテナ装置100と同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、重複説明を省略する。
The antenna device 200 of the second embodiment shown in FIGS. 10A and 10B is obtained by removing the
図10(C)は、実施の形態2のアンテナ装置200のスイッチ190を切り替えた場合の放射特性を示す。図10(C)には、スイッチ190を切り替えることにより、アンテナエレメント111にアンテナエレメント121及び122を接続しない状態(状態(1))と、アンテナエレメント111にアンテナエレメント121を接続した状態(状態(2))における放射特性を示す。
FIG. 10C shows the radiation characteristics when the
図10(C)において、実線は状態(1)における放射特性を示し、破線は状態(2)における放射特性を示す。 In FIG. 10C, the solid line indicates the radiation characteristic in the state (1), and the broken line indicates the radiation characteristic in the state (2).
図10(C)に示すように、スイッチ190を切り替えることにより、状態(1)では、約830MHz〜約960MHzと、約1.8GHz〜約2.7GHzで、S11パラメータの値が−6dB以下という良好な値が得られた。
As shown in FIG. 10C, by switching the
また、状態(2)では、約750MHzと、約1.7GHz〜約2.7GHzで、S11パラメータの値が−6dB以下という良好な値が得られた。 In state (2), good values of about 750 MHz and about 1.7 GHz to about 2.7 GHz and an S11 parameter value of −6 dB or less were obtained.
図10(C)に示す特性は、図6に示すS11パラメータの周波数特性から、1.5GHzの帯域を取り除いた特性である。これは、アンテナ装置200が実施の形態1のアンテナ装置100からアンテナエレメント130を取り除いた構成を有するためである。
The characteristic shown in FIG. 10C is a characteristic obtained by removing the 1.5 GHz band from the frequency characteristic of the S11 parameter shown in FIG. This is because the antenna device 200 has a configuration in which the
このように、スイッチ190を切り替えることにより、アンテナ装置200の通信周波数帯域を調整できることが確認できた。
Thus, it has been confirmed that the communication frequency band of the antenna device 200 can be adjusted by switching the
また、実施の形態2のアンテナ装置200は、実施の形態1のアンテナ装置100と同様に、アンテナエレメント111の放射特性を改善するとともに、グランド用の配線(パッド141及びビア141A)と信号線150の取り回しを簡略化することができる。
Further, the antenna device 200 according to the second embodiment improves the radiation characteristics of the
なお、図10(C)には示さないが、スイッチ190を切り替えてアンテナエレメント111にアンテナエレメント122を接続すると、アンテナ装置200の通信周波数帯域は、約700MHzと、約1.7GHz〜約2.7GHzに調整される。
Although not shown in FIG. 10C, when the
<実施の形態3>
図11は、実施の形態3のアンテナ装置300を示す図である。図11(A)、(B)に示す実施の形態3のアンテナ装置300は、図2及び図3(A)、(B)に示す実施の形態1のアンテナ装置100のグランドエレメント180を変形して、アンテナエレメント311に近づけた構成を有する。その他の構成は実施の形態1のアンテナ装置100と同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、重複説明を省略する。
<
FIG. 11 is a diagram illustrating the
図11に示すアンテナ装置300は、基板101、アンテナエレメント310、320、グランドエレメント380、及びスイッチ390を含む。図11(A)には、スイッチ390を実装する前の状態のアンテナ装置300を示し、図11(B)には、スイッチ390を実装した状態のアンテナ装置300のアンテナエレメント310及び320の周辺を拡大して示す。
An
図11では、アンテナエレメント310、320、及びグランドエレメント380の構成について、実施の形態1におけるアンテナエレメント110、120、及びグランドエレメント180との相違点を中心に説明する。
In FIG. 11, configurations of
アンテナ装置300は、実施の形態1のアンテナ装置100と同様に、アンテナエレメント130、信号線150、及びパッド160等を含むが、図11では図示を省略する。
The
アンテナエレメント310は、T型のアンテナエレメントであり、給電点310Aと、アンテナエレメント311及312とを有する。アンテナエレメント311は、アンテナエレメント310のうち、給電点310AからT型のX軸正方向側の半分を構築するように延伸する部分である。アンテナエレメント312は、アンテナエレメント310のうち、給電点310AからT型のX軸負方向側の半分を構築するように延伸する部分である。
The
アンテナエレメント320は、アンテナエレメント311の先端側に形成されている。
The
アンテナエレメント311は、給電点310AからY軸正方向側に延伸し、分岐点310BでX軸正方向側に折れ曲がり、先端部310Cまで延伸している。なお、先端部310Cは開放端である。
The
アンテナエレメント311は、一端が給電点310Aであり、他端が先端部310Cであるモノポールアンテナである。アンテナエレメント311は、給電点310Aと先端部310Cとの間の長さが使用周波数における波長の1/4に設定されている。
The
アンテナエレメント310の給電点310A、分岐点310B、及びアンテナエレメント312は、それぞれ、実施の形態1のアンテナエレメント110の給電点110A、分岐点310B、及びアンテナエレメント112と同様である。すなわち、アンテナエレメント310は、実施の形態1のアンテナエレメント110とは、分岐点310BよりもX軸正方向側の構成が異なる。
The
アンテナエレメント311は、分岐点310BからX軸正方向側に延伸し、先端部310Cは、基板101の角部101Bよりもアンテナエレメント320の長さだけ手前に位置する。
The
先端部310CのX軸正方向側には、所定の間隔だけ離間してアンテナエレメント320が形成されている。アンテナエレメント320は、一端320Aが先端部310Cの近傍に位置し、他端320Bが基板101の角部101Bの近傍に位置している(図11(A)参照)。
An
図11(B)に示すスイッチ390は、アンテナエレメント311の先端部310Cと、アンテナエレメント320の一端320Aとの間に配設されており、オンになると先端部310Cと一端320Aとを接続し、オフになると先端部310Cと一端320Aとを接続しない状態になる。スイッチ390は、例えば、実施の形態1の信号線150と同様の信号線によってオン/オフが切り替えられるスイッチであればよく、例えば、トランジスタを用いることができる。
A switch 390 shown in FIG. 11B is disposed between the tip 310C of the
グランドエレメント380は、アンテナエレメント310及び320が形成されていない領域に形成されている。グランドエレメント380は、X軸正方向側の近傍に、平面視でY軸正方向側に突出する突出部381を有する。
The
突出部381は、先端部310Cとアンテナエレメント320の近傍に位置する。
The protruding
実施の形態3のアンテナ装置300は、第1アンテナエレメントの一例としてのアンテナエレメント311が分岐点310BからX軸正方向側(突出部381側)に折れ曲がることにより、先端部310Cがグランドエレメント380(の突出部381)の近傍に位置している。
In the
このため、実施の形態3のアンテナ装置300では、アンテナエレメント311の先端部310Cにスイッチ390が接続されることになる。すなわち、スイッチ390は、モノポールアンテナであるアンテナエレメント311の電流分布が最も低い先端部310にスイッチ390が接続されるため、スイッチ390での電力の損失を低減することができる。
For this reason, in the
このため、実施の形態3によれば、実施の形態1と同様に、アンテナエレメント311の放射特性を改善することができ、この結果、放射特性を改善したアンテナ装置300を提供することができる。
For this reason, according to
なお、実施の形態3のアンテナ装置300では、スイッチ390はグランドエレメント380の近傍に配設されるため、実施の形態1と同様に、信号線150(図2及び図3(A)、(B)参照)等の取り回しを簡略化することができる。
In the
以上、実施の形態3によれば、アンテナエレメント311の先端部310Cにスイッチ390を接続し、アンテナエレメント311にアンテナエレメント320を接続できるアンテナ装置300を提供することができる。アンテナ装置300は、スイッチ390の接続状態を制御することにより、通信周波数帯域を調整することのできる所謂チューナブルアンテナである。
As described above, according to the third embodiment, it is possible to provide the
アンテナ装置300は、モノポールアンテナであるアンテナエレメント311の電流分布が最も低い先端部310Cにスイッチ390を接続してあるため、スイッチ390における電力の損失を低減することができる。
In the
特に、近年は、アンテナ装置の小型化又はマルチバンド化により、アンテナ装置に含まれるアンテナエレメントの放射抵抗が小さくなっており、スイッチでの電力の損失が相対的に大きくなっている。 In particular, in recent years, the radiation resistance of the antenna element included in the antenna device has been reduced due to downsizing or multibanding of the antenna device, and the loss of power in the switch has become relatively large.
このため、モノポールアンテナであるアンテナエレメント311の電流分布が最も低い先端部310Cにスイッチ390を接続することにより、アンテナエレメント311の放射効率を改善することができる。
For this reason, the radiation efficiency of the
以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
グランドエレメントと、
給電点が前記グランドエレメント側に配設され、平面視で前記グランドエレメントから離間する方向に前記給電点から延伸され、中間点で分岐する第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントを有するT型アンテナエレメントであって、平面視で前記第1アンテナエレメントが前記グランドエレメントに向けて折り返される、T型アンテナエレメントと、
前記第1アンテナエレメントの先端部に接続されるスイッチ部と、
前記スイッチ部を介して前記第1アンテナエレメントの先端部に接続され、前記第1エレメントよりも短い第3アンテナエレメントと
を含む、アンテナ装置。
(付記2)
端辺と、前記端辺よりも平面視で突出する突出部とを有するグランドエレメントと、
給電点が前記グランドエレメントの前記端辺側に配設され、平面視で前記グランドエレメントの前記端辺から離間する方向に前記給電点から延伸され、中間点で分岐する第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントを有するT型アンテナエレメントであって、平面視で前記第1アンテナエレメントは前記中間点から前記突出部側に分岐される、T型アンテナエレメントと、
前記第1アンテナエレメントの先端部に接続されるスイッチ部と、
前記スイッチ部を介して前記第1アンテナエレメントの先端部に接続され、前記第1エレメントよりも短い第3アンテナエレメントと
を含む、アンテナ装置。
(付記3)
前記第3アンテナエレメントを複数含み、複数の前記第3アンテナエレメントの長さはそれぞれ異なる、付記1又は2記載のアンテナ装置。
(付記4)
前記第1アンテナエレメント又は前記第2アンテナエレメントは、前記給電点から見て前記中間点よりも先端側に、平面視で前記先端側よりも前記中間点側にかけて線幅が広くなるようにテーパ状に形成されるテーパ部を有する、付記1乃至3のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記5)
前記前記T型アンテナエレメント、前記スイッチ部、及び前記第3アンテナエレメントが一方の面に形成され、前記グランドエレメントが他方の面、又は、内層に形成される、基板をさらに含む、付記1乃至4のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記6)
前記第1アンテナエレメント又は前記第2アンテナエレメントから分岐し、平面視で前記第2アンテナエレメントに沿うように、前記基板の他方の面に形成される第4アンテナエレメントをさらに含む、付記1乃至5のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記7)
基板と、
前記基板の一方の面に実装される通信部と、
前記基板の他方の面又は内層に形成されるグランドエレメントと、
前記基板の一方の面に形成され、給電点が前記グランドエレメント側に配設され、平面視で前記グランドエレメントから離間する方向に前記給電点から延伸され、中間点で分岐する第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントを有するT型アンテナエレメントであって、平面視で前記第1アンテナエレメントが前記グランドエレメントに向けて折り返される、T型アンテナエレメントと、
前記基板の一方の面に実装され、前記第1アンテナエレメントの先端部に接続されるスイッチ部と、
前記スイッチ部を介して前記第1アンテナエレメントの先端部に接続され、前記第1エレメントよりも短い第3アンテナエレメントと、
前記基板の一方の面に実装されるとともに前記通信部に接続され、前記通信部の通信状態に応じて前記スイッチ部の接続状態を切り替える制御部と
を含む、携帯端末機。
The antenna device according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, and does not depart from the scope of the claims. Various modifications and changes are possible.
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A ground element,
A T-shaped antenna element having a first antenna element and a second antenna element that are disposed on the ground element side, extend from the power supply point in a direction away from the ground element in plan view, and branch at an intermediate point A T-type antenna element in which the first antenna element is folded toward the ground element in plan view;
A switch connected to the tip of the first antenna element;
An antenna device comprising: a third antenna element that is connected to a tip end portion of the first antenna element via the switch portion and is shorter than the first element.
(Appendix 2)
A ground element having an end side and a protruding portion protruding in a plan view from the end side;
A first antenna element and a second antenna element are disposed on the end side of the ground element, extend from the feed point in a direction away from the end side of the ground element in plan view, and branch at an intermediate point. A T-shaped antenna element having an antenna element, wherein the first antenna element is branched from the intermediate point to the protruding portion side in plan view;
A switch connected to the tip of the first antenna element;
An antenna device comprising: a third antenna element that is connected to a tip end portion of the first antenna element via the switch portion and is shorter than the first element.
(Appendix 3)
The antenna device according to
(Appendix 4)
The first antenna element or the second antenna element is tapered so that the line width becomes wider from the feeding point to the tip side than the middle point and from the tip side to the middle point side in plan view. The antenna device according to any one of
(Appendix 5)
(Appendix 6)
(Appendix 7)
A substrate,
A communication unit mounted on one surface of the substrate;
A ground element formed on the other surface or inner layer of the substrate;
A first antenna element formed on one surface of the substrate, the feed point being disposed on the ground element side, extended from the feed point in a direction away from the ground element in plan view, and branched at an intermediate point; A T-type antenna element having a second antenna element, wherein the first antenna element is folded back toward the ground element in plan view;
A switch unit mounted on one surface of the substrate and connected to a tip of the first antenna element;
A third antenna element that is connected to the tip of the first antenna element via the switch part and is shorter than the first element;
And a control unit that is mounted on one surface of the substrate and connected to the communication unit, and switches a connection state of the switch unit according to a communication state of the communication unit.
100、200、300 アンテナ装置
101 基板
110、111、112、120、121、122、130、310、311、312、320 アンテナエレメント
110A、310A 給電点
110B、310B 分岐点
110G、310C 先端部
140 配線部
150 信号線
180 グランドエレメント
190、390 スイッチ
100, 200, 300
Claims (7)
給電点が前記グランドエレメント側に配設され、平面視で前記グランドエレメントの前記端辺から離間する方向に前記給電点から延伸され、中間点で分岐する第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントを有するT型アンテナエレメントであって、平面視で前記第1アンテナエレメントが前記グランドエレメントに向けて折り返される、T型アンテナエレメントと、
前記第1アンテナエレメントの先端部に接続されるスイッチ部と、
前記スイッチ部を介して前記第1アンテナエレメントの先端部に接続され、前記第1アンテナエレメントよりも短い第3アンテナエレメントと、
前記スイッチ部に接続され、平面視で前記グランドエレメントと重なる位置に配置され、前記スイッチ部を制御する制御信号を伝送する信号線と
を含み、
前記第1アンテナエレメントの先端部と前記スイッチ部とは、前記端辺の近傍に配置され、
前記給電点から前記第1アンテナエレメントの先端部までの長さは、使用周波数における波長の1/4に設定される、アンテナ装置。 A ground element having an end, and
A feeding point is disposed on the ground element side, and includes a first antenna element and a second antenna element that extend from the feeding point in a direction away from the end side of the ground element in plan view and branch at an intermediate point. A T-type antenna element, wherein the first antenna element is folded toward the ground element in plan view;
A switch connected to the tip of the first antenna element;
A third antenna element that is connected to the tip of the first antenna element via the switch part and is shorter than the first antenna element;
A signal line that is connected to the switch unit and is disposed at a position overlapping the ground element in plan view, and that transmits a control signal for controlling the switch unit;
The tip portion of the first antenna element and the switch portion are arranged in the vicinity of the end side ,
The length from the said feeding point to the front-end | tip part of a said 1st antenna element is an antenna apparatus set to 1/4 of the wavelength in a use frequency .
給電点が前記グランドエレメントの前記端辺側に配設され、平面視で前記グランドエレメントの前記端辺から離間する方向に前記給電点から延伸され、中間点で分岐する第1アンテナエレメント及び第2アンテナエレメントを有するT型アンテナエレメントであって、平面視で前記第1アンテナエレメントは前記中間点から前記突出部側に分岐される、T型アンテナエレメントと、
前記第1アンテナエレメントの先端部に接続されるスイッチ部と、
前記スイッチ部を介して前記第1アンテナエレメントの先端部に接続され、前記第1アンテナエレメントよりも短い第3アンテナエレメントと、
前記スイッチ部に接続され、平面視で前記グランドエレメントと重なる位置に配置され、前記スイッチ部を制御する制御信号を伝送する信号線と
を含み、
前記第1アンテナエレメントの先端部と前記スイッチ部とは、前記突出部の近傍に配置され、
前記給電点から前記第1アンテナエレメントの先端部までの長さは、使用周波数における波長の1/4に設定される、アンテナ装置。 A ground element having an end side and a protruding portion protruding in a plan view from the end side;
A first antenna element and a second antenna element are disposed on the end side of the ground element, extend from the feed point in a direction away from the end side of the ground element in plan view, and branch at an intermediate point. A T-shaped antenna element having an antenna element, wherein the first antenna element is branched from the intermediate point to the protruding portion side in plan view;
A switch connected to the tip of the first antenna element;
A third antenna element that is connected to the tip of the first antenna element via the switch part and is shorter than the first antenna element;
A signal line that is connected to the switch unit and is disposed at a position overlapping the ground element in plan view, and that transmits a control signal for controlling the switch unit;
The tip portion of the first antenna element and the switch portion are arranged in the vicinity of the protruding portion ,
The length from the said feeding point to the front-end | tip part of a said 1st antenna element is an antenna apparatus set to 1/4 of the wavelength in a use frequency .
前記ビアの位置は、前記端辺の延伸方向において、前記第1アンテナエレメント及び前記第2アンテナエレメントが分岐する点からオフセットしている、請求項6記載のアンテナ装置。 The fourth antenna element is connected to the first antenna element or the second antenna element via a via disposed in the substrate;
The antenna device according to claim 6, wherein a position of the via is offset from a point where the first antenna element and the second antenna element branch in the extending direction of the end side.
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