JP2005086531A

JP2005086531A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2005086531A
Application number: JP2003317122A
Authority: JP
Inventors: Sotaro Tsukamoto; 宗太郎塚本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-03-31
Also published as: CN1595718A; US7161548B2; KR20050026334A; TWI256748B; US20050052329A1; TW200511643A; EP1560291A1

Abstract

【課題】金属筐体を持つ無線通信装置において、外部アンテナを不要とし、通信感度も劣化させない小型アンテナを備える、無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置の金属筐体５上にスリット１を設け、そのスリット１の長辺の約４分の３の位置に給電線２を接続することで、３／８λスリットアンテナとして用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信用スリットアンテナを備える無線通信装置に関する。

無線通信装置には、携帯電話や、無線通信機能として携帯電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮ、ＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ：超広帯域無線）等を内蔵したパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、デジタルスチルカメラ、カムコーダ、家庭用電気機器等があるが、これらの無線通信装置において、強度を高めたり、デザイン的な高級感を高めたりする目的で、筐体の一部または全部に、マグネシウムやアルミ等の金属が用いられるようになってきた。しかしながら、無線通信機能のためにはアンテナが不可欠で、このアンテナは、金属が近傍に位置したり、アンテナを筐体内に入れて金属で覆ったりすると、著しく感度が劣化する。

そのため、従来は、アンテナを筐体の外に出したり、アンテナを筐体外に出す場合もアンテナを筐体内に入れる場合も、アンテナ取り付け位置周辺の筐体を金属ではなくプラスチックス等にするといった対応をしていた。

しかし、アンテナを筐体の外に出すと、装置の小型化の支障になるため好ましくなかった。また、アンテナ取り付け位置周辺の筐体を金属ではなくプラスチックス等にすると、強度が低くなり、デザイン的な自由度も減るという問題があった。そのため、アンテナを筐体内に入れる代わりに、感度の劣化を容認することもあった。

上記問題の解決のため、金属筐体の表面に受信しようとする電波の波長の１／２（λ／２）の長さのスリットを設け、そのスリットを高透磁率の部材で塞ぐように配置したスリットアンテナがある。

図７は、上記のスリットアンテナの構成例を示す説明図である。従来のスリットアンテナは、長方形に形成されたスリット２１の長辺ＬＴの長さは波長の１／２（λ／２）であり、給電線２２はスリット長辺の中央部の金属部分にある給電点２３と接地点２４に接続している。給電線２２は、通常は同軸ケーブルなどの不平衡ケーブルを用いる。この時、スリット２１はλ／２ダイポールアンテナと同様に機能するため、給電点２３に接続する給電線２２を平衡線路にしないと、スリットアンテナの入力インピーダンスと、給電線２２との整合を取ることが困難となり、アンテナ利得を劣化させてしまう。そのため、バラン２５等を介して不平衡である給電線２２ａ、２２ｂを平衡線路である２２ｃ、２２ｄに変換する必要がある。

特許文献１には、上記スリットアンテナについて提示されている。

特開２００３−１２４７３８号公報

ところが、上記スリットアンテナは、λ／２というアンテナの長さが長すぎるため、筐体デザイン上の支障となっていた。例えば、受信しようとする波長が９０ｃｍである場合、スリットを塞ぐ高透磁率材の比透磁率と比誘電率とから決定する短縮率をＴＲとすると、スリットの長さＬＴは４５ｃｍに短縮率ＴＲを掛けた長さになる。そのため、特に携帯電話やＰＤＡなどの携帯用や小型の無線通信装置へは実装が難しく、小型化の支障となっていた。また、バラン等を用いないとアンテナ整合を取ることが困難であるため、やはり筐体の小型化の支障となっていた。

本発明の目的は、金属筐体を持つ無線通信装置において、外部アンテナを不要とし、通信感度も劣化させない小型アンテナを備える、無線通信装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、無線通信装置の金属筐体上にスリットを設け、そのスリットの長辺の約４分の３の位置に給電線を接続したスリットアンテナとして用いる。

これにより、無線通信装置の筐体から突出した外部アンテナを不要にできる。また、筐体上に設けるスリットの長さを従来のものより短くすることができるため、無線通信装置をより小型化することができる。

本発明によると、無線通信装置の金属筐体自身をスリットアンテナの一部として用いることで、筐体から突出した外部アンテナを不要にできるため、無線通信装置の小型化が容易となる。

また、従来はバランなどを用いてアンテナ整合をとる必要があったが、本発明によると、バランなどを付加することなく、通信感度を向上させることができる。

また、スリットの長さを従来のスリットアンテナより短くすることが可能となるため、従来のものより更に小型のスリットアンテナを実現することができ、携帯用の無線通信装置など、小型の装置へも容易に適用することができる。また、外観デザインにも自由度を持たせることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。

なお、本発明の適用対象である無線通信装置としては、携帯電話、ＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）、トランシーバ、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）などがあるが、その他に本来の主機能は無線通信装置ではないが、携帯電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮ、ＵＷＢ等の無線通信機能を内蔵したパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、デジタルスチルカメラ、カムコーダ、家庭電気機器等の電気製品や、ラジオ受信機、テレビジョン受像機、ＤＴＶ（デジタルテレビ）などの無線放送受信機へも適用できる。ここでは、ＩＳＭバンド（ＩｎｄｕｓｔｒｙＳｃｉｅｎｃｅＭｅｄｉｃａｌｂａｎｄ：２．４ＧＨｚ帯）の無線通信機能（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ無線ＬＡＮ等）を持つ、いわゆるラップトップ型のパーソナルコンピュータを例に説明する。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を図１に示す。図１のように、ＩＳＭバンド（２．４ＧＨｚ帯）の無線通信機能を実現するため、金属筐体表面の金属板５に長さが３／８λに相当する４６．９ｍｍの長方形に形成したスリット（開口部）１を設け、そのスリット１の長辺Ｌの約３／４の位置の金属部に位置する給電点３に給電線２を接続する。給電線２は図示しない筐体内に位置する送信機又は受信機と接続する。給電線２は、不平衡線路を用いればよく、本例では同軸ケーブルを用いて構成してある。ここでは、同軸ケーブルの信号線２ａである芯線導体を給電点３に接続し、接地線２ｂであるケーブルの外被導体を、スリット１の長辺Ｌの約３／４の位置の金属部に位置する給電点３の反対側の金属部に位置する接地点４に接続するように構成する。このように構成することで、３／８λスリットアンテナとして使用することができる。

本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を図２に示す。図２においても、金属筐体表面の金属板に長さが３／８λに相当する４６．９ｍｍの長方形に形成したスリット（開口部）１を設け、そのスリット１の長辺Ｌの約３／４の位置の金属部に位置する給電点３に給電線を接続する。本例では、給電線としてＰＣＢ（ＰｒｉｎｔＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ：樹脂配線基板）６上のマイクロストリップ線路を用いて構成する。マイクロストリップ線路も不平衡線路であり、ここでは、マイクロストリップ線路の伝送線路２ａ´を給電点３に接続し、接地面を構成する導体部２ｂ´を接地点４に接続するように構成する。

なお、第１及び第２の実施の形態で説明したスリット１の幅、即ち、図１に示すスリット１の幅Ｗは、使用する帯域幅によって調整すればよい。幅Ｗが広い程、スリット共振のＱ値が下がるため、アンテナが放射および受信できる周波数帯域幅は広がる。また、スリット１の近傍の部品による寄生容量によって、スリット１の長さＬの最適値が３／８λから少しずれることがあるが、その場合には、スリットアンテナのＶＳＷＲ（ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ：電圧定在波比）や効率が最も良くなるように、長さＬを調節する。特に、スリット１の端から給電点３の位置までの短い方の長さ、即ち、図１に示す、スリット長Ｌの４分の１に相当するＸの部分の長さを調整する。

従来のスリットアンテナの場合は、図７に示したように、給電線２２は長方形に形成したスリット２１の長辺ＬＴの中央部に接続され、この時、スリット２１はλ／２ダイポールアンテナと同様に機能する。即ち、ＩＳＭバンド（２．４ＧＨｚ帯）の無線通信機能を実現するためのスリット２１の長さＬＴは、λ／２に相当する長さである６２．５ｍｍ必要であった。ところが、本例の場合は、３／８λスリットアンテナとして機能するため、スリット１の長さＬは４６．９ｍｍあればよく、従来のスリットアンテナより短くてよい。

また、従来のλ／２スリットアンテナはダイポールアンテナとして機能するため、バラン等を介して給電線を平行線路に変換しないと、アンテナの入力インピーダンスと、給電線との整合をとることが困難で、アンテナ利得を劣化させてしまっていた。一方、本例の３／８λスリットアンテナは近似的にモノポールアンテナとして機能するので、給電線２は、上記説明したように同軸ケーブル、マイクロストリップ線路や、コプレーナ・ウェイブガイド等の通常の不平衡線路で良い。そのため、本例では、従来必要であったバラン等が不要となり、アンテナの内部回路が簡略化できるため、装置の小型化が容易となる。

図３に、第１または第２の実施の形態によるアンテナ装置をラップトップのパーソナルコンピュータに適用した例を示す。パーソナルコンピュータ１０は、本体をマグネシウム筐体７で構成してある。マグネシウム筐体７の蓋部分の端部の長辺に沿った位置に、直線状の細い長方形に形成したスリット１を設け、スリットアンテナとして構成している。なお、スリット１の位置は、本例に限らず、スリットの長さが確保できれば、マグネシウム筐体７のどの位置に設けてもよい。

また、本例では、スリットは直線状の形状としているが、図４に示すように、スリット１１を複数の屈曲点から構成するミアンダ・ライン状に屈曲させたり、曲線にしたり、波状に形成することも可能である。このように本例のスリットは、形成する位置やその形状を任意に設けることができるため、装置の外観デザインなどに対する影響が少ない。

次に、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を図５に示す。図５において、金属筐体表面の金属板にスリット１２を設け、そのスリット１２の長辺Ｌ´の約３／４の位置の金属部に位置する給電点３に給電線２を接続する。また、スリット１２の開口部分に、プラスチックス等の誘電体８を充填する。このように、スリット１２の開口部分に誘電体８を充填することにより、このスリット部１２の実効比誘電率の値に応じて、スリットの長さＬ´を以下に示す式のように短くすることができる。

例えば、ＡＢＳ樹脂（ＡｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅＢｕｔａｄｉｅｎｅＳｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）をスリット１２に充填したとき、スリット部の実効比誘電率がεeff ＝４であった場合、スリット１２の長さＬ´は、第１の実施の形態で説明したスリットの長さ４６．９ｍｍの１／２となるため、Ｌ´は２３．４ｍｍにできる。

このように、第３の実施の形態によれば、スリットの開口部分に充填する誘電体の効果により、金属表面の筐体に設けるスリットの長さを更に短くすることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を図６に示す。スリットアンテナの入力インピーダンスの整合については、第１の実施の形態の説明において、図１に示したスリット１の長辺の長さＬ＝３／８λを微調整することで可能であると説明したが、長さを調整する代わりに整合回路を設けることでも可能である。図６において、金属筐体表面の金属板にスリット１を設け、そのスリット１の長辺Ｌの約３／４の位置の金属部に位置する給電点３に給電線２を接続する。給電線２の信号線２ａ、接地線２ｂには、入力端にコンデンサ９１とコイル９２から構成する整合回路９、あるいは、それらと電気的等価な共振器から成る整合回路９を接続する。この整合回路９により、スリット１の長さＬを調整することなく、スリットアンテナの入力インピーダンスの整合をとることができる。なお、この場合でも、アンテナ整合をとるためのバランは不要である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信装置の金属筐体自身をスリットアンテナの一部として用いることができ、筐体上に設けるスリットの長さはデザイン上や筐体強度に問題ない程度に十分短くすることができる。

また、アンテナ整合をとるための整合回路が不要となり、または整合回路を設ける場合でもバランが不要になるため、筐体内部の回路レイアウトへの影響が少なく、装置の小型化が実現できる。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す説明図である。本発明の実施の形態によるアンテナ装置の適用例を示す説明図である。本発明の実施の形態によるアンテナ装置の他の適用例を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す説明図である。本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す説明図である。従来のアンテナ装置の例を示す説明図である。

符号の説明

１…スリット、２…給電線、２ａ…信号線、２ｂ…接地線、２ａ´…マイクロストリップ線路の伝送線路、２ｂ´…マイクロストリップ線路の接地面を構成する導体部、３…給電点、４…接地点、５…金属板、６…ＰＣＢ、７…マグネシウム筐体、８…誘電体、９…整合回路、９１…コンデンサ、９２…コイル、１０…パーソナルコンピュータ、１１，１２…スリット、２１…スリット、２２…給電線、２２ａ，２２ｃ…信号線、２２ｂ，２２ｄ…接地線、２３…給電点、２４…接地点、２５…バラン

Claims

筐体表面に長方形状のスリットを設けた金属筐体と、
前記長方形スリットの長辺の約４分の３の位置に接続した給電線と、
前記給電線に接続する送信機及び／又は受信機とから構成し、
前記スリットをアンテナ装置として機能させる
無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記給電線をＰＣＢ上のマイクロストリップ線路を用いて構成する
無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記スリットの形状を複数の屈曲点を持つ屈曲させた線で構成する
無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記スリットの開口部に誘電体を充填した
無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記給電線の入力端にコンデンサとコイルから構成する整合回路を接続し、前記整合回路を介して給電する
無線通信装置。
請求項５記載の無線通信装置において、
前記給電線の入力端に、コンデンサとコイルから構成する整合回路と電気的等価な共振器から成る整合回路を接続し、前記整合回路を介して給電する
無線通信装置。