JP6183269B2 - Antenna device and portable wireless terminal equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置およびこれを搭載した携帯無線端末に関する。 The present invention relates to an antenna device and a portable wireless terminal equipped with the antenna device.
近年、携帯電話などの携帯無線端末は、ますます多機能化、高性能化が進んでいる。セルラー通信においては、高速かつ大容量の無線通信システムを実現する技術として、空間多重伝送(MIMO:Multi−Input Multi−Output)の搭載が開始されつつある。MIMOシステムは送信受信とも複数のアンテナを有しており、送信側のそれぞれのアンテナより同時に同一周波数で異なるデータを送信し、それらを複数のアンテナで受信し合成することで擬似的に広帯域化を実現している。これにより、転送速度を向上させ、かつ大容量通信が可能となる。 In recent years, mobile wireless terminals such as mobile phones have been increasingly multifunctional and high performance. In cellular communication, mounting of spatial multiplexing transmission (MIMO) is being started as a technique for realizing a high-speed and large-capacity wireless communication system. The MIMO system has a plurality of antennas for both transmission and reception, and simultaneously transmits different data at the same frequency from the respective antennas on the transmission side, and receives and synthesizes them by the plurality of antennas to quasi-widen the bandwidth. Realized. As a result, the transfer rate can be improved and large-capacity communication can be performed.
MIMOシステムでは同一周波数で動作する2つ以上のアンテナを使用することになるが、携帯電話のような比較的小さな携帯無線端末の基板上に同一周波数帯で動作するアンテナを複数構成する場合、アンテナ間で相互結合が非常に生じやすいという問題がある。アンテナ間の相互結合が大きいと、アンテナ同士が干渉してしまい、具体的にはアンテナ間のアイソレーション特性の劣化、放射パターンの相関が強くなる、といったことが生じる。これらはMIMOシステムの性能を劣化させ、十分な通信速度を得られない原因となる。 In a MIMO system, two or more antennas that operate at the same frequency are used. When a plurality of antennas that operate at the same frequency band are configured on a substrate of a relatively small portable wireless terminal such as a mobile phone, the antennas are used. There is a problem that mutual coupling is very likely to occur. When the mutual coupling between the antennas is large, the antennas interfere with each other. Specifically, the isolation characteristics between the antennas deteriorate and the correlation between the radiation patterns becomes strong. These deteriorate the performance of the MIMO system and cause a failure to obtain a sufficient communication speed.
この問題に対する一般的な解決策として、基板上のアンテナ同士を十分離間させる方法が知られている。しかし、携帯電話のような携帯無線端末の内部は部品が高密度に実装されており、十分離間させて配置することがスペースの都合上困難である場合や、離間させることでアンテナの占有面積が大きくなってしまい端末の大型化を招き、デザイン性、携帯性を損ねてしまうという問題がある。 As a general solution to this problem, a method of sufficiently separating the antennas on the substrate is known. However, the interior of a portable wireless terminal such as a cellular phone is mounted with high-density components, and it is difficult to place the components apart from each other due to space limitations. There is a problem that the size of the terminal is increased, the size of the terminal is increased, and the design and portability are impaired.
そのため、本願発明者らは単一のアンテナ素子を互いに十分なアイソレーションが確保される2つのアンテナとして動作させる方法を提案した。特許文献1で記載されているように、基板上に設けられた単一のアンテナ素子に対し、異なる形態で2つの給電点を接続することで、それぞれの給電点が異なるアンテナとして動作させ、アンテナ間の相互結合を回避する方法である。
Therefore, the present inventors have proposed a method of operating a single antenna element as two antennas that ensure sufficient isolation from each other. As described in
しかしながら特許文献1、に記載されているアンテナ装置では以下のような問題がある。
However, the antenna device described in
特許文献1の方法ではアンテナ装置を構成する第2の導体2に第1の給電点11を、第3の導体3(文献図2参照)に第2の給電点12を設けている。文献図2の例では第3の導体の中途に給電点12を設置している。この第2の給電点12は仮想平面10の位置に設置した場合に最もそれぞれの給電点から給電した信号が互いに垂直に分布して最も理想的にアイソレーションを確保することが出来る。しかしながら第3の導体は給電点から見てグラウンド領域までのどちらの経路とも1本の線路で形成されているため仮想平面10の位置に第2の給電点12を設置するためには基板上の無線回路から伝送される電気信号を別途給電線を設置して給電するか、または、第1の給電点とは異なる面に在る第3の導体の両端から逆位相で給電し、実質的に仮想平面10の位置に給電点12を配置するので、構造が複雑になり、また給電点が基板の両面にある事から、整合回路素子も両面に配置しなくてはならず、さらなる小型化やコストダウンの障害となっていた。
In the method of
このため第2の給電点12は第3の導体のいずれかの端に設置する形態が一般的であった。アンテナ装置の仮想平面10を対称面とするアンテナ装置の対称性を僅かではあるが崩すことになりに実用上使用できるレベルではあるがアイソレーションと周波数特性の劣化を招いていた。
Therefore, the
本発明は、上記の状況に鑑みて成されたものであり、同一周波数で動作する2つ以上のアンテナ間において、信号の相互干渉を回避するための新たに大きな構成要素を設けることなく、単一のアンテナ素子で2つのアンテナとして動作するアンテナ装置において製造容易でマルチバンドにも適応可能なUHF(Ultra High Frequency)またはSHF(Super High Frequency)の広帯域に渡る複数の周波数帯で給電点間の信号の相互干渉を低減することが容易にでき、高いアイソレーション特性を確保できるアンテナ装置およびこれを搭載した携帯無線端末を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and it is possible to provide a simple configuration without providing a new large component for avoiding mutual signal interference between two or more antennas operating at the same frequency. It is easy to manufacture in an antenna device that operates as two antennas with a single antenna element, and can be applied to multi-bands. An object of the present invention is to provide an antenna device that can easily reduce mutual interference of signals and ensure high isolation characteristics, and a portable wireless terminal equipped with the antenna device.
上記目的を達成するための本発明に係るアンテナ装置は、グラウンド領域と非グラウンド領域を有する基板と、第1、第2および第3の導体とを有し、第1の導体はグラウンド領域から離れて基板裏面に配置され、第2の導体は、基板表面に第1の給電点を含み、一端が給電伝送線に接続され、他端が貫通導体を介して基板裏面に回り、第1の導体へと接続され、第3の導体は、基板表面の所定の位置に第2の給電点を含み、少なくとも一部が第1の導体と対向し、且つ基板上から平面視したときに第2の導体と直交し、一端側がグラウンド導体に接続され、他端側は非活線側線路と活線側線路を有しており、非活線側線路はグラウンド領域に接続され、活線側線路はグラウンド領域に設けられた給電伝送線に接続されていることを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, an antenna device according to the present invention includes a substrate having a ground region and a non-ground region, and first, second, and third conductors, and the first conductor is separated from the ground region. The second conductor includes a first feeding point on the substrate surface, one end is connected to the feeding transmission line, and the other end passes through the through conductor to the substrate backside. The third conductor includes a second feeding point at a predetermined position on the surface of the substrate, at least a part thereof faces the first conductor, and the second conductor when viewed in plan from above the substrate. Orthogonal to the conductor, one end side is connected to the ground conductor, the other end side has a non-live line and a live line, the non-live line is connected to the ground region, the live line is The first characteristic is that it is connected to a power transmission line provided in the ground area. To.
なお、ここで言う所定の位置とは、略線対称を為すアンテナ装置の対称線上で第2、第3の導体が上面視にて交叉している近傍を表している。 In addition, the predetermined position said here represents the vicinity where the 2nd, 3rd conductor crosses by the top view on the symmetrical line of the antenna apparatus which makes a substantially line symmetry.
上記特徴のアンテナ装置によれば第1の給電点は第1の導体、第2の導体を放射導体とするモノポールアンテナに対する給電点として動作し、第2の給電点は所定の位置から第1の導体を放射導体とするダイポールアンテナに対する給電点として動作しそれぞれの給電点がアンテナ装置のほぼ対称線上にあるため、信号分布の向きが直交することから、周波数に関わらずグラウンド領域を経由した電気信号の相互干渉も抑えられ、2つの給電点の間でアイソレーションが向上する。 According to the antenna device having the above characteristics, the first feeding point operates as a feeding point for a monopole antenna having the first conductor and the second conductor as a radiation conductor, and the second feeding point is the first feeding point from a predetermined position. Since each of the feed points is on the almost symmetrical line of the antenna device and the signal distribution directions are orthogonal, the electric power that passes through the ground region regardless of the frequency. The mutual interference of signals is also suppressed, and the isolation between the two feeding points is improved.
このように、2つの給電点からそれぞれ給電した場合励振方向は互いに直交し、周波数に依存することなく偏波方向やグラウンド領域導体上の電流、および電圧分布は非常に異なることにより、それぞれの給電点から給電した際の各放射パターンの方向毎における放射強度の相関係数が小さくなる。 In this way, when the power is fed from two feeding points, the excitation directions are orthogonal to each other, and the current and voltage distribution on the polarization direction and ground region conductors are very different without depending on the frequency. The correlation coefficient of the radiation intensity in each direction of each radiation pattern when power is supplied from the point becomes small.
さらに上記特徴のアンテナ装置によれば、第2および第3の導体が互いに直交しているため、第2、第3の導体間の電界結合による信号の相互干渉が広い周波数地域に於いて非常に小さくなり、より一層高いアイソレーション特性が得られる。 Furthermore, according to the antenna device having the above characteristics, since the second and third conductors are orthogonal to each other, the mutual interference of signals due to electric field coupling between the second and third conductors is very high in a wide frequency region. As a result, the isolation characteristic is further improved.
さらに第2の導体が第1の給電点から第1の導体までは貫通導体で基板の裏面に回って形成されているため第1、第2の給電点は両方とも基板の表面に設置することが可能で、整合回路素子の実装が容易である。 Furthermore, since the second conductor is formed from the first feeding point to the first conductor and is formed as a through conductor around the back surface of the substrate, both the first and second feeding points must be installed on the surface of the substrate. The matching circuit element can be easily mounted.
また、第3の導体は少なくとも一部が第一の導体と対向していることを第2の特徴とする。 The second feature is that at least a part of the third conductor faces the first conductor.
このような構成を採っているため、第3の導体と第1の導体は強力な磁界結合を形成しており、第2の給電点は効率よく第1の導体をダイポールアンテナとして動作させている。 Since such a configuration is adopted, the third conductor and the first conductor form a strong magnetic field coupling, and the second feeding point efficiently operates the first conductor as a dipole antenna. .
さらに本発明に係るアンテナ装置において、第1の給電点も所定の位置の近傍に設置され、第2の導体は第1の給電点からグラウンド領域まで非活線側線路と活線側線路を有しており、非活線側線路はグラウンド領域に接続され、活線側線路は基板上に設けられた給電伝送線に接続されていることを第3の特徴とする。 Further, in the antenna device according to the present invention, the first feeding point is also installed in the vicinity of the predetermined position, and the second conductor has a non-hot-wire side line and a hot-wire side line from the first feeding point to the ground region. The third feature is that the non-live line is connected to the ground region, and the live line is connected to a power transmission line provided on the substrate.
上記特徴のアンテナ装置によれば、2組の整合回路がアンテナ装置の所定の位置に集中し、1点から異なる励振を行うので、より高い相互干渉を抑制する効果が得られ、更に高いアイソレーション特性が得られる。 According to the antenna device having the above characteristics, two sets of matching circuits are concentrated at a predetermined position of the antenna device, and different excitation is performed from one point. Therefore, an effect of suppressing higher mutual interference can be obtained, and higher isolation can be obtained. Characteristics are obtained.
さらに本発明に係るアンテナ装置は、第1、第2の給電点に関わる整合回路は少なくとも複数のリアクタンス素子が多層基板内に形成されたモジュールにより構成されていることを第4の特徴とする。 Furthermore, the antenna device according to the present invention is characterized in that the matching circuit related to the first and second feeding points is constituted by a module in which at least a plurality of reactance elements are formed in a multilayer substrate.
上記特徴のアンテナ装置によれば、ここのリアクタンス素子を多数実装する場合に素子ばらつき、実装ばらつき、更には自己共振周波数のばらつき等による特性劣化を軽減することが出来る。特に、マルチバンドや広帯域の特性を取り扱う場合、素子の周波数特性を顧慮したリアクタンスの配置、設計が可能となる。 According to the antenna device having the above characteristics, when a large number of reactance elements are mounted, characteristic deterioration due to element variations, mounting variations, and self-resonant frequency variations can be reduced. In particular, when handling multiband or wideband characteristics, it is possible to arrange and design reactances considering the frequency characteristics of the elements.
さらに本発明に係る携帯無線端末は、本発明のアンテナ装置を搭載したことを第5の特徴とする。均質な構成であれば給電点はアンテナ装置の対称線上に設置された状態で最も良好なアイソレーション、相関が得られる。しかし実際の携帯端末においてはアンテナ装置以外の部品の材質や配置状態により最良のアイソレーション、相関を得る位置は必ずしもアンテナ装置の対称線上とは限らない。本発明のアンテナ装置はその給電点が配置される所定の位置を活線側線路と非活線側線路により比較的自由に設定できるので携帯端末全体を考慮した対称線上に給電点を配置できる。 Furthermore, the portable wireless terminal according to the present invention has a fifth feature that the antenna device of the present invention is mounted. If the configuration is homogeneous, the best isolation and correlation can be obtained when the feeding point is installed on the symmetry line of the antenna device. However, in an actual mobile terminal, the position for obtaining the best isolation and correlation is not always on the symmetry line of the antenna device depending on the material and arrangement of components other than the antenna device. In the antenna device of the present invention, the predetermined position where the feeding point is arranged can be set relatively freely by the live line and the non-live line, so that the feeding point can be arranged on a symmetrical line considering the entire mobile terminal.
上記特徴の携帯無線端末によれば、広い周波数帯域に於いて携帯無線端末のアンテナ特性を向上させることができ、小型化を図ることができる。 According to the portable wireless terminal having the above characteristics, the antenna characteristics of the portable wireless terminal can be improved in a wide frequency band, and the size can be reduced.
本発明によれば同一周波数で動作する2つ以上のアンテナ間において、信号の相互干渉を低減するための構成要素を新たに設けることなく、マルチバンド化に適応したUHFまたはSHFの広帯域に渡る複数の周波数帯で給電点間の信号の相互干渉を低減することができ、高いアイソレーション特性を確保できるアンテナ装置およびこれを搭載した携帯無線端末を提供することができる。 According to the present invention, a plurality of UHF or SHF widebands adapted to multibanding are provided without newly providing a component for reducing mutual signal interference between two or more antennas operating at the same frequency. In this frequency band, it is possible to reduce the mutual interference of signals between feed points, and to provide an antenna device that can secure high isolation characteristics and a portable wireless terminal equipped with the antenna device.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
また、以下の本発明の説明において、給電点は全て50Ωに整合させるべく集中定数素子、乃至、モジュール内に形成されたリアクタンスを用いて調整を行い整合が確保された状態を想定している。しかし、実際には給電点は50Ωではなくても整合が取れていれば構わない。 Further, in the following description of the present invention, it is assumed that the feeding points are adjusted using lumped constant elements or reactances formed in the modules so as to be matched to 50Ω, and matching is ensured. However, in practice, the feeding point is not limited to 50Ω as long as matching is achieved.
更に、線路を構成している導体は回路基板のパターンで構成されているように描かれているが、例えば非活線側線路と活線側線路は無線回路から一続きの同軸ケーブル等で形成されていても構わない。線路は図面を簡略化するため活線側線路及び非活線側線路の線路幅を略同一にて描いてあるが、実際には非活線側線路の線路幅が広い、等の詳細は省略されている。 In addition, the conductors that make up the line are drawn as if they were made of a circuit board pattern. For example, the non-live line and the live line are formed by a continuous coaxial cable from the radio circuit. It does not matter. In order to simplify the drawing, the line widths of the live line side line and the non-live line side line are drawn substantially the same, but details such as the line width of the non-live line side line are actually wide are omitted. Has been.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図2は、実施形態1に係るアンテナ装置の給電部詳細を示す上面図である。図3は、実施形態1に係るアンテナ装置を示す給電部詳細を示す斜視図である。図4は実施形態1に係るアンテナ装置の給電部に整合素子を搭載している状態の詳細を示す上面図である。図5は実施形態1に係るアンテナ装置の給電部に整合素子を搭載している状態の詳細を示す斜視図である。図1、2、3においては給電点を明確に示すために整合回路については省略してあるが、実際には回路基板上の無線回路装置から給電点を結ぶ伝送線とアンテナ装置の間にはインピーダンス不整合がある事が普通であり、これを解消するため給電点には図4、5に示すようなリアクタンス素子による整合回路が付加される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view illustrating an antenna device according to the first embodiment. FIG. 2 is a top view illustrating details of a power feeding unit of the antenna device according to the first embodiment. FIG. 3 is a perspective view illustrating details of a power feeding unit illustrating the antenna device according to the first embodiment. FIG. 4 is a top view showing details of a state in which the matching element is mounted on the feeding portion of the antenna device according to the first embodiment. FIG. 5 is a perspective view illustrating details of a state in which the matching element is mounted on the feeding portion of the antenna device according to the first embodiment. In FIGS. 1, 2 and 3, the matching circuit is omitted to clearly show the feeding point, but in reality, between the transmission line connecting the feeding point from the wireless circuit device on the circuit board and the antenna device, In general, there is impedance mismatch, and a matching circuit using reactance elements as shown in FIGS.
基板101の外形寸法は92mm×40mmであり、厚さは1mmである。図1、2、3に示すようにグラウンド領域201と非グラウンド領域202を有する基板101と、第1の導体1、第2の導体2、及び第3の導体3とを有し、第1の導体1は基板101の裏面のグラウンド領域201が形成されていない非グラウンド領域202で、グラウンド領域と非グラウンド領域の境界線と平行に配置されており、第2の導体2は、第1の給電点11を含み一端がグラウンド領域201の給電伝送線21へと接続され、他端が所定の位置で基板101の反対面にスルーホール23で繋がり、第1の導体1へと接続され、第3の導体3は所定の位置に第2の給電点12を含み、少なくとも一部が第1の導体1と対向し、両端がグラウンド領域201へ接続されている。
The external dimensions of the
更に、第3の導体は第2の給電点12から見て一方は直接前記グラウンド領域201に接続され、他方は非活線側線路と活線側線路を有し、非活線側線路3−bはグラウンド領域201へ接続され、活線側線路3−aは前記グラウンド領域に設置されている信号源に通じる給電伝送線22に接続されている。
Further, one of the third conductors is directly connected to the
更に、図1、2、3においては省略してあるがより詳しくは例えば図4、5に示すような整合回路を構成するためのリアクタンス素子31が搭載されている。これらの素子はすべて同一面に配置されるので実装は容易である。
Further, although omitted in FIGS. 1, 2, and 3, a
このように構成することで、第1の給電点11と第1の導体1とは第2の導体2により接続され、第2の給電点12と第1の導体1とは導体により接続されることなく、第1の導体と第3の導体とが対向する箇所を中心として磁界結合により非接触の状態で給電が行われる。そのため第1の給電点11と第2の給電点12との間には導体を経由した信号の伝達経路は存在しないため信号の相互干渉が抑えられる。
With this configuration, the
更に第1の給電点11は第1の導体1、第2の導体2を放射導体とするモノポールアンテナに対する給電点として動作し、第2の給電点12は第1の導体1を放射導体とするダイポールアンテナに対する給電点として動作するため、それぞれの給電点より励振した際のグラウンド領域導体上の電流、および電圧分布が異なるためグラウンド領域201を経由した信号の相互干渉も抑えられる。これらの効果により給電点間の相互干渉が抑制されアイソレーションが向上する。
Further, the
更に本実施形態では図1、2、3及び図4、5に示すように第2の給電点12に給電する第3の導体3の給電用活線側線路及び非活線側線路が第2の給電点12の直近まで配置されているため第2の給電点12は整合回路を含めて所定の位置に設置することが出来る。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, 5, the live conductor side line for feeding and the non-hot line side line of the
このように構成することで前記第3の導体3による前記第1の導体1の励振は所定の位置を通るアンテナ装置の対称線に対する対称性を崩すことがなく、そのため広い周波数帯域に於いて給電点間の相互干渉が抑制されアイソレーションが一層向上する。
With this configuration, the excitation of the
(実施形態2)
図6は実施形態2に関わるアンテナ装置の斜視図である。図7は、実施形態2に係るアンテナ装置の給電部詳細を示す上面図である。図8は、実施形態2に係るアンテナ装置を示す給電部詳細を示す斜視図である。給電点を明確にするための整合回路素子を省略した状態は図示していないが実施形態1と同様に給電点が設置されている。基板101の外形寸法は96mm×40mmであり、厚さは1mmである。その内グラウンド導体201の形状は86mm×40mm、である。実施形態2は実施形態1に対し、グラウンド領域201は、第2の導体2を中心線とする線対称形の非グラウンド領域となる所定の位置から見て深さD、幅Wの切欠き部5を有し、第3の導体3は切欠き部5の開口部を跨ぐように位置している点で異なる。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a perspective view of the antenna device according to the second embodiment. FIG. 7 is a top view illustrating details of a power feeding unit of the antenna device according to the second embodiment. FIG. 8 is a perspective view illustrating details of a power feeding unit illustrating the antenna device according to the second embodiment. Although a state in which a matching circuit element for clarifying the feeding point is omitted is not illustrated, the feeding point is provided as in the first embodiment. The external dimensions of the
この様に構成することで、第3の導体3を周回して発生する磁束がグラウンド領域201によって妨げられる影響が低減し、第1の導体1と第3の導体3との磁界結合が更に強くなる。また、切欠き部5の深さDを調整することで、結合の強さを調整でき、第2の給電点12の周波数帯域幅の調整が可能となる。更に切欠き部5を設けることで、グラウンド領域201も放射導体と同様に強く励振され、アンテナ放射効率が改善する効果がある。
By configuring in this way, the influence of the magnetic flux generated around the
更に、前記第1の給電点11は前記所定の位置の近傍に設置され、第2の導体2は切り欠き5の底部より給電点11まで非活線側線路と活線側線路を有し、更に給電点11から第1の導体へと接続されている点に於いても実施形態1と異なっている。非活線側線路2−bは前記グラウンド領域201に、活線側線路2−aは切り欠き5の底部にて給電伝送線路21に接続されている。
Further, the
このように構成することで、第1の給電点11及び第2の給電点12を所定の位置に集中させることが出来る。更にそれぞれの給電点に関わる整合回路も所定の位置に集中している。1点から異なる励振を行うので、より広い周波数範囲で高い相互干渉を抑制する効果が得られ、更に高いアイソレーション特性が得られる。
(実施形態3)
図9は実施形態3に関わるアンテナ装置の給電部詳細の上面図である。図10は実施形態3に関わるアンテナ装置の給電部詳細の斜視図である。実施形態3は実施形態2に対し、整合回路を構成する各リアクタンス素子がモジュール41として一つのチップに形成されている点で異なる。
By comprising in this way, the
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a top view of details of a power feeding unit of the antenna device according to the third embodiment. FIG. 10 is a perspective view of the details of the power feeding unit of the antenna device according to the third embodiment. The third embodiment is different from the second embodiment in that each reactance element constituting the matching circuit is formed as a
このように構成することで、内蔵される各リアクタンス素子は整合回路として必要な定数に基づいて設計されるため、汎用のチップインダクタ、チップキャパシタ等を用いて実装する場合より、自己共振による特性の劣化や実装ばらつきに対して有利である。 By configuring in this way, each built-in reactance element is designed based on the constants necessary as a matching circuit. Therefore, the characteristic due to self-resonance is higher than when mounted using a general-purpose chip inductor, chip capacitor, or the like. This is advantageous for deterioration and mounting variation.
無論、それぞれの給電点に対して個別に、或いは片側についてのみモジュールを用意することも可能であるが、コストの面に於いて不利であるため必要な事情がある場合のみ片側だけをモジュール化する。 Of course, it is possible to prepare a module for each feeding point individually or only on one side, but it is disadvantageous in terms of cost, so only one side is modularized if necessary. .
異なる種類の携帯無線端末に一つの種類のモジュールで対応するためアンテナ特性が周囲環境による影響を受けやすい部分についてこれを補正する素子については外付け、またはモジュール内の素子と外付けの素子が共同で特性を設定するようにしてもよい。 Since one type of module is compatible with different types of portable wireless terminals, the part that corrects antenna characteristics that are susceptible to the surrounding environment is externally attached, or the element in the module and the external element are jointly used. You may make it set a characteristic by.
(実施形態4)
図11は、実施形態4に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図12は実施形態4に関わるアンテナ装置の給電部詳細の斜視図である。図9、図10に示す実施形態3に係るアンテナ装置と異なる点は、第1の給電点11及び第2の給電点12と前記2つの給電点に関わる導体1、2、3、及び切り欠き5が前記基板101の辺の中央部ではなく、基板101の角部に配置されている点で異なる。このため、非グラウンド領域202も基板101の角部に配置され、面積が狭く、各バンドの帯域幅が狭くなるので、その対策として第4の導体4を基板101を挟み第1の導体1と対向させて設置してある点も異なる。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a perspective view illustrating an antenna device according to the fourth embodiment. FIG. 12 is a perspective view of the details of the power feeding unit of the antenna device according to the fourth embodiment. A difference from the antenna device according to the third embodiment shown in FIGS. 9 and 10 is that the
本実施形態に於いては基板101の角部に於いて、角を挟む2辺と前記第2の導体が略45度の角度で配置されている。
In the present embodiment, at the corner of the
このように構成することで、基板101のアンテナ装置部を除くグラウンド部201が正方形または菱形である場合を除き、グラウンド部201を含めたアンテナ構成の厳密な意味での対称性は崩れる。しかしアンテナ特性に関与する基板のグラウンド部は給電点の周囲から離れるに従いその影響は小さくなるため実質的には特性が劣化することはない。
With this configuration, the strict symmetry of the antenna configuration including the
更にこの様な構成にすることにより、本アンテナ装置を使用する無線装置の回路基板の部品配置、スペース効率が大幅に向上する。本実施形態の基板101の外形寸法は110mm×50mmであり、厚さは1mmである。そしてアンテナ部のスペースは切欠き5を含めて13mm×13mmである。
Furthermore, by adopting such a configuration, the circuit board component placement and space efficiency of the radio apparatus using the antenna apparatus are greatly improved. The external dimensions of the
本発明の上述したアンテナ装置において、グラウンド導体201は誘電体基板に形成されたグラウンドパターンで構成されていてもかまわないし、携帯無線端末の金属製の筐体により形成されていてもかまわない。また、第1の導体1、第2の導体2、及び第3の導体3は基板101上の非グラウンド領域202に配置された導体パターンとして述べているが、第1の導体、及び第2の導体の一部は誘電体や磁性体等からなる基体上に配置されたFPCの導体パターン等で構成されていてもかまわないし、携帯無線端末の筐体に直接形成された導体パターンにより構成されていてもかまわないし、板金等で自立する構成であってもかまわない。
In the above-described antenna device of the present invention, the
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail on the basis of specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and may be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the present invention. Is possible.
なお、本発明の説明における電気特性や電磁界分布のシミュレーション結果はAnsys社のHFSSバージョン15にて得られた結果である。本発明に登場する放射パターンの相互干渉を示す相関係数ρとは上記のシミュレーションで得られたそれぞれの給電点から給電した際の各放射パターンの各方向の遠方界放射強度の結果より、以下の式(1)によって算出したものである。
式(1)において、аθ、аφはそれぞれ第1の給電点から給電した際の遠方界の電界強度の偏角θ成分、φ成分であり、bθ、bφはそれぞれ第2の給電点から給電した際の遠方界の電界強度の偏角θ成分、φ成分である。m、nはそれぞれ偏角θ、φの各方向の電界強度のサンプリング数を示している。*は共役複素数を示している。 In Equation (1), аθ and аφ are the declination θ component and φ component of the electric field intensity in the far field when power is fed from the first feeding point, respectively, and bθ and bφ are fed from the second feeding point, respectively. This is the declination θ component and φ component of the far-field electric field strength. m and n indicate the number of samplings of the electric field intensity in each direction of the deflection angles θ and φ, respectively. * Indicates a conjugate complex number.
(実施例1)
本実施形態1のシミュレーション実施時における、FR4(比誘電率=4.4)基板101の外形寸法は92mm×40mmであり、厚さは1mmである。各導体はすべて銅箔である。その内グラウンド導体201は82.5×40mmである。第1の導体は基板の非グラウンド形成部で、グラウンド部から9mm離れて基板106の下面に形成され、幅1mm、長さは15mmである。
Example 1
At the time of the simulation of the first embodiment, the external dimensions of the FR4 (relative dielectric constant = 4.4)
第2の導体2は、一端が基板101のグラウンド領域と非グラウンド領域の境界線中央部で基板上の無線回路と結線する給電伝送線21とリアクタンス素子31により構成される第1の整合回路分からなる給電点11に接続され、他端は所定の位置でスルーホールにより基板裏に回り、第1の導体1に接続されている。第3の導体3は一端がグラウンド領域に接続され、グラウンド領域から直角に3.5mmまで延び、そこで直角に折れ曲がり、アンテナ装置の中心線に向かって4.3mm延び、所定の領域にてリアクタンス素子31により構成される第2の整合回路部分からなる給電点12を介して、そこから整合回路に給電するための非活線側線路と活線側線路を有し、アンテナ装置の中心線に対し線対称形状を為して形成されていて、非活線側線路、は前記グラウンド領域201に、活線側線路は基板上の無線回路と結線する給電伝送線22に接続されている。
The
この実施形態の構成による効果は周波数の如何に関わらず得られるため、整合回路により整合が得られる広範囲の周波数帯でアンテナ装置を構成することが出来る。本実施例に於いては第1の給電点側に4素子、第2の給電点側に3素子のリアクタンス素子を配して、Wi−Fi(登録商標)/Bluetooth(登録商標)の周波数帯である2.4GHzから2.5GHzとWi−Fi(登録商標)の周波数帯である5.15GHzから5.725GHzの2つの周波数帯で整合を取るべくインピーダンス調整を行っている。 Since the effect of the configuration of this embodiment can be obtained regardless of the frequency, the antenna device can be configured in a wide frequency band where matching is obtained by the matching circuit. In this embodiment, four reactance elements are arranged on the first feeding point side, and three reactance elements are arranged on the second feeding point side, so that a frequency band of Wi-Fi (registered trademark) / Bluetooth (registered trademark) is provided. Impedance adjustment is performed so as to achieve matching in two frequency bands of 2.4 GHz to 2.5 GHz which is a frequency band of 5.15 GHz to 5.725 GHz which is a frequency band of Wi-Fi (registered trademark).
この様にして得たアンテナ装置の特性を図13、図14に示す。図13は実施形態1に係るアンテナ装置の周波数帯域2GHz〜3GHzにおける電気特性図であり、図14は周波数帯域5GHz〜6GHzにおける電気特性図である。図13、図14における図中51は第1の給電点11から見たリターンロス特性、52は第2の給電点12から見たリターンロス特性、53は第1の給電点11から給電した場合の放射効率、54は第2の給電点12から給電した場合の放射効率、55は第1の給電点11及び第2の給電点12の間のアイソレーション特性である。なお、放射パターンの相関係数ρの計算値は2.44GHzにおいて0.12、であり、5.49GHzにおいて放射パターンの相関係数ρの計算値は0.10であった。
The characteristics of the antenna device thus obtained are shown in FIGS. FIG. 13 is an electrical characteristic diagram in the
(実施例2)
本実施形態3のシミュレーション実施時における、FR4(比誘電率=4.4)基板101の外形寸法は96mm×40mmであり、厚さは1mmである。各導体はすべて銅箔である。その内グラウンド導体201の形状は86mm×40mm、である。導体の切欠き5は、グラウンド導体201の非グラウンド領域202に接する短辺の中央に非グラウンド領域として形成され、切欠き5の形状は深さD=3.5mm×幅W=9mmの長方形状である。第1の導体は基板の非グラウンド形成部で、グラウンド部から6mm離れて基板101の下面に形成され、幅1mm、長さは17.5mmである。
(Example 2)
When the simulation of the third embodiment is performed, the external dimensions of the FR4 (relative dielectric constant = 4.4)
第2の導体2、第3の導体3は実施形態3に述べたとおりに構成されていいて、所定の位置にセラミック多層基板内に整合回路を内包した整合回路モジュール41が設置されている。このモジュールの外形は所謂201205(2mm×1.2mm×0.5mm)である。
The
それぞれの給電点は、Wi−Fi(登録商標)/Bluetooth(登録商標)の周波数帯である2.4GHzから2.5GHzとWi−Fi(登録商標)の周波数帯である5.15GHzから5.725GHzの2つの周波数帯で整合を取るべく複数の集中定数素子を内包した整合器モジュールでインピーダンス調整を行っている。 Each feeding point is 2.4 GHz to 2.5 GHz which is a frequency band of Wi-Fi (registered trademark) / Bluetooth (registered trademark) and 5.15 GHz to 5.GHz which is a frequency band of Wi-Fi (registered trademark). Impedance adjustment is performed by a matching unit module including a plurality of lumped constant elements in order to achieve matching in two frequency bands of 725 GHz.
図15は実施形態2に係るアンテナ装置の周波数帯域2GHz〜3GHzにおける電気特性図であり、図16は周波数帯域5GHz〜6GHzにおける電気特性図である。図15、図16における図中51は第1の給電点11から見たリターンロス特性、52は第2の給電点12から見たリターンロス特性、53は第1の給電点11から給電した場合の放射効率、54は第2の給電点12から給電した場合の放射効率、55は第1の給電点11及び第2の給電点12の間のアイソレーション特性である。放射パターンの相関係数ρの計算値は2.44GHzに於いては0.11であり、5.49GHzにおいては0.05であった。
本実施形態1又は3に係る本実施例1又は2の様なアンテナ装置の構成とすることで、第1の給電点11は第1の導体1、第2の導体2を放射導体とするモノポールアンテナに対する給電点として動作し、第2の給電点12は第1の導体1を放射導体とするダイポールアンテナに対する給電点として動作するため、それぞれの給電点より励振した際の共振の向きが異なるためグラウンド領域201を経由した信号の相互干渉も抑えられる。そのため相互結合を低減するための構成要素を新たに設けることなく、複数の周波数帯において、高いアイソレーション特性と、それぞれの給電点から給電した際の各放射パターンの方向毎における放射強度の相関係数が低減された特性が得られ、放射効率の確保されたアンテナ装置が構成可能であることが確認された。
FIG. 15 is an electrical characteristic diagram in the
By adopting the configuration of the antenna device as in the first or second embodiment according to the first or third embodiment, the
以上のように、本発明のアンテナ装置およびこれを搭載した携帯無線端末は、信号の相互干渉が小さく、小型でマルチバンド化も可能な複数のアンテナを構成可能なため携帯電話などの携帯無線端末に有用である。 As described above, since the antenna device of the present invention and a portable wireless terminal equipped with the antenna device can form a plurality of antennas that have small signal mutual interference and can be made small and multiband, portable wireless terminals such as cellular phones. Useful for.
1 第1の導体
2 第2の導体
2−a 活線側線路
2−b 非活線側線路
3 第3の導体
3−a 活線側線路
3−b 非活線側線路
4 第4の導体
5 切り欠き
11 第1の給電点
12 第2の給電点
21 第1の給電点側の給電伝送線
22 第2の給電点側の給電伝送線
23 貫通導体
31 リアクタンス素子
41 整合器モジュール
51 第1の給電点から見たリターンロス特性
52 第2の給電点から見たリターンロス特性
53 第1の給電点に入力した場合の放射効率
54 第2の給電点に入力した場合の放射効率
55 第1の給電点と第2の給電点とのアイソレーション特性
101 基板
201 グラウンド領域
202 非グラウンド領域
D 切欠き5の深さ
W 切欠き5の幅
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