JP2000295021A

JP2000295021A - 複合アンテナおよびそれを搭載した携帯電話

Info

Publication number: JP2000295021A
Application number: JP9458899A
Authority: JP
Inventors: Kazusuke Yanagisawa; 和介柳沢; Ryo Horie; 凉堀江; Tadashi Oshiyama; 正押山; Senzo Toyoda; 千造豊田
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: JP4060486B2

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯電話用のアンテナとＧＰＳ用のアンテナ
を１つの基板にコンパクトにまとめた複合アンテナおよ
びその複合アンテナを搭載した携帯電話を提供する。【解決手段】１枚の誘電体基板１にＧＰＳ用アンテナ
２と携帯電話用アンテナ３とが設けられている。ＧＰＳ
用アンテナ２は、誘電体基板１の表面側にパッチアンテ
ナエレメント２１が設けられ、その部分の誘電体基板１
の裏面に接地導体２２が設けられ、その接地導体２２の
一部が除去されて、給電ピン２４が誘電体基板１の裏面
側に導出されることにより形成されている。また、携帯
電話用アンテナ３は、線状アンテナエレメント３１が誘
電体基板１の表面側に設けられ、その給電部３２が誘電
体基板１の側面を介して裏面に設けられる給電パッド３
３に電気的に接続されることにより形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話（機）で
ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム：glob
al positoning system) による位置情報をも受信するこ
とができる携帯電話用アンテナとＧＰＳ用アンテナとを
備えた複合アンテナおよびそれを搭載した携帯電話に関
する。さらに詳しくは、ＧＰＳの位置情報をも受信する
ことができながら、小形の携帯電話を殆ど大きくしなく
ても、携帯電話に収納することができる小形の複合アン
テナおよびそれを搭載した携帯電話に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、事故や犯罪などに備えて、個人の
位置情報を、たとえばセルラー電話の基地局を通じて警
察や消防署などに緊急連絡するシステムの構築が考えら
れている。この場合、個人の位置情報をたとえば半径１
２５ｍ程度の精度で正確に提供するシステムが必要とな
り、種々の位置情報サービスが考えられている。この中
でたとえばカーナビゲーションに用いられているＧＰＳ
衛星を利用することが１つの方式として考えられてい
る。

【０００３】このＧＰＳは、周波数が１５７５.４ＭＨ
ｚ（以下、１.５ＧＨｚ帯という）の円偏波で送受信さ
れている。この情報を受け取るには、ＧＰＳ用アンテナ
として、ヘリカルアンテナや、図４に示されるような誘
電体基板８１上に銅や銀などの薄膜からなるアンテナエ
レメント８２が一定の面積で設けられた平板状のいわゆ
るパッチアンテナが一般に用いられている。このパッチ
アンテナのアンテナエレメントは、１.５ＧＨｚ帯の円
偏波を受けられるように、たとえば２５ｍｍ角程度の大
きさに形成され、その一部に接続された給電ピンが誘電
体基板を貫通して誘電体基板の側面側に導出され、ケー
ブル８３を介して受信機側に接続される。

【０００４】一方、携帯電話は、近年著しく普及すると
共に、携帯に便利なように、より一層小形化されてお
り、手のひらに入る程度の大きさになっている。このよ
うな携帯電話に用いられるアンテナは、たとえば図５
（ａ）に示されるように、ロッドアンテナ９２を無線機
の筐体９１から引き出して使用されたり、図５（ｂ）に
示されるように、ヘリカルコイル式アンテナ９３が携帯
電話などの無線機の筐体９１の外部に固定して取り付け
られて使用される。携帯電話の小形化に伴い、携帯電話
用のアンテナも、非常に小形化され、従来のロッドアン
テナを引き出したり収納するタイプからヘリカル状にし
て外径寸法を短くし、筐体に固定したアンテナが用いら
れる傾向にある。これらのアンテナは、送受信する信号
の周波数帯の約１／４波長または１／２波長程度の電気
長にする必要があり、送受信する周波数に基づきその大
きさも制限される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のような緊急時の
個人の位置情報などを特定の場所に送る場合、連絡用と
して携帯電話を用いて送受信を行い、位置情報を知るた
めのＧＰＳ信号を受信することができる装置を常に携帯
する必要がある。しかし、前述のように、それぞれのア
ンテナは通常異なった形状であり、共通化することもで
きない。また、別々の機器として所有すると、嵩ばると
共に、緊急時の使用の際に不便で目的を達成しにくい。
そのため、携帯電話とＧＰＳの両方を携帯電話により送
受信できる必要がある。しかし、前述のように、携帯電
話は近年非常に小形化しており、大きなスペースを割く
ことができない。

【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、携帯電話用のアンテナとＧＰＳ用のアンテナ
をコンパクトに１つの基板にまとめて携帯電話に内蔵す
ることにより、ＧＰＳ情報を得ながら携帯電話を用いて
連絡することができるように、両アンテナをコンパクト
にまとめた複合アンテナおよびその複合アンテナを搭載
した携帯電話を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による複合アンテ
ナは、１枚の誘電体基板の表面上にＧＰＳ用アンテナの
パッチアンテナエレメントと、携帯電話用アンテナの線
状アンテナエレメントとが設けられ、前記パッチアンテ
ナエレメント側の前記誘電体基板の裏面に接地導体が設
けられ、該接地導体の一部が除去されてその除去部から
前記パッチアンテナエレメントに接続された給電ピンが
前記誘電体基板の裏面側に導出されることにより前記Ｇ
ＰＳ用アンテナが形成され、前記線状アンテナエレメン
トの一端部が前記誘電体基板の側面を経て裏面に設けら
れる給電パッドに電気的に接続されることにより前記携
帯電話用アンテナが形成されている。

【０００８】この構成にすることにより、携帯電話用の
アンテナ部分を携帯電話内の回路基板の接地板のない部
分にくるようにしながら、ＧＰＳ用のアンテナ部分の接
地導体の部分を前記回路基板の接地板と対向させて取り
付けることができ、従来の携帯電話用のアンテナを内蔵
する場合とスペース的に殆ど差が生じない。すなわち、
ＧＰＳ用アンテナは裏面側に接地導体があるが、ＧＰＳ
では上空の衛星との信号のやり取りで一方向の指向性が
あれば支障がなく、その接地導体部分を回路基板の接地
面と対向させて回路基板に取り付けることにより、アン
テナ用のスペースを確保する必要がなく取り付けること
ができる。一方、携帯電話用のアンテナ部分は回路基板
の接地板の部分からはみ出るように取り付けられること
により、四方から到来し得る携帯用の信号を送受信する
ことができる。

【０００９】前記誘電体基板上に帯状の導電体膜が設け
られ、該帯状の導電体膜がその長尺方向に沿って実質的
に平行になるように少なくとも１回折り返されると共
に、携帯電話の周波数帯に共振し得る電気的長さにされ
ることにより、前記線状アンテナエレメントが形成され
れば、ＧＰＳ用のパッチアンテナエレメントと同程度の
幅のアンテナエレメントとなり、同じ幅の誘電体基板に
形成することができる。その結果、ＧＰＳ用のパッチア
ンテナエレメントを形成する金属膜と同時に設けられる
金属膜をパターニングするだけで簡単に形成することが
できる。

【００１０】前記線状アンテナエレメントの少なくとも
一部がジグザグ形状に形成されることにより、アンテナ
エレメントを設ける面積を小さくすることができる。

【００１１】前記誘電体基板がセラミックスであれば、
誘電率を大きくすることができ、アンテナエレメントを
小さくしても、必要な電気長が得られ、小形化に寄与す
る。

【００１２】本発明の携帯電話は、請求項１記載の複合
アンテナの誘電体基板の裏面が、筐体内の回路基板に、
該回路基板の接地面と前記誘電体基板の前記接地導体と
を対向させて取り付けられることにより形成されてい
る。その結果、携帯電話の筐体を殆ど大きくしなくて
も、携帯電話用の線状アンテナエレメントとＧＰＳ用の
パッチアンテナエレメントを筐体内に内蔵することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の複合アンテナお
よび携帯電話について図面を参照しながら説明をする。

【００１４】本発明の複合アンテナは、図１にその一実
施携帯の上面および底面の説明図が示されるように、１
枚の誘電体基板１にＧＰＳ用アンテナ２と携帯電話用ア
ンテナ３とが設けられている。ＧＰＳ用アンテナ２は、
誘電体基板１の表面側にパッチアンテナエレメント２１
が設けられ、その部分の誘電体基板１の裏面に接地導体
２２が設けられ、その接地導体２２の一部が除去されて
その除去部（誘電体基板１の貫通孔）２３からパッチア
ンテナエレメント２１に接続された給電ピン２４が誘電
体基板１の裏面側に導出されることにより形成されてい
る。また、携帯電話用アンテナ３は、線状アンテナエレ
メント３１が誘電体基板１の表面側にパッチアンテナエ
レメント２１と並んで設けられ、その給電部３２が誘電
体基板１の側面を介して裏面に設けられる給電パッド３
３に電気的に接続されることにより形成されている。

【００１５】誘電体基板１は、たとえばチタン酸バリウ
ム（比誘電率が約２０）などからなる高誘電率のセラミ
ックスが用いられることが好ましい。誘電体基板１とし
て高誘電率の誘電体が用いられることにより、アンテナ
エレメント２１、３１を小形化することができ、アンテ
ナ全体を小さくすることができるため好ましく、たとえ
ば比誘電率が１０程度以上で、厚さが２〜５ｍｍ程度の
セラミックスが用いられる。

【００１６】ＧＰＳ用アンテナ２は、衛星との間で信号
のやり取りが行われ、その位置情報を衛星から得るため
に受信をするもので、１.５ＧＨｚ帯の円偏波で送信が
行われる。そのため、このパッチアンテナエレメント２
１は、１.５ＧＨｚ帯の円偏波を受信することができる
ように、たとえば２５ｍｍ角程度の大きさに形成され
る。このパッチアンテナエレメント２１は、たとえば厚
膜印刷などにより、銀ペーストなどの良伝導体が誘電体
基板１の表面に１０〜２０μｍ程度の厚さで印刷された
ものを焼成して形成される。このパッチアンテナエレメ
ント２１が設けられた部分の誘電体基板１の裏面には、
同様に銀ペーストなどの導電体膜が厚膜印刷などにより
設けられて接地導体２２が形成されている。すなわち、
誘電体基板１を挟んでアンテナエレメント２１と接地導
体２２が設けられることにより、ＧＰＳ用アンテナ２が
形成されている。このＧＰＳ用アンテナ２の給電部は、
たとえばパッチアンテナエレメント２１の中心部の誘電
体基板１に貫通孔２３が設けられ、その貫通孔２３を介
してパッチアンテナエレメント２１と接続された給電ピ
ン２４が誘電体基板１の裏面側に導出されている。

【００１７】携帯電話用アンテナ３は、たとえばＰＨＳ
(personal handy phone system) の１９００ＭＨｚ帯
や、ＰＤＣ(personal digital cellular) の９００ＭＨ
ｚ帯などの目的の周波数帯に合せたアンテナ（たとえば
１／４波長の電気長）に形成され、両方の周波数帯もし
くはいずれか、または別の周波数帯を送受信することが
できるように形成することもできる。線状アンテナエレ
メント３１のパターンは、前述と同様に、誘電体基板１
上に、たとえば銀ペーストを印刷して焼付けなどにより
所望のパターンに形成される。このアンテナエレメント
３１のパターンの形状は、図１（ａ）に示されるよう
に、たとえば第１のエレメント３１ａ、第２のエレメン
ト３１ｂ、第３のエレメント３１ｃとからなっており、
それぞれがその長尺方向に沿って実質的に平行になるよ
うに２か所の折返し部３１ｄを介して設けられている。
そして全体でその電気長が、たとえばＰＨＳの使用周波
数１８９５.１５〜１９１７.９５ＭＨｚの約１／４波長
になるように形成されている。この電気長はアンテナエ
レメント３１のインダクタンスおよび基板１の比誘電率
が大きくなる程アンテナエレメントの長さを短くするこ
とができ、図１（ａ）に示されるチップ型アンテナの縦
Ａ×横Ｂが、たとえば８ｍｍ×６ｍｍ程度、誘電帯基板
１の厚さが１.８ｍｍ程度と非常に小さい寸法で、前述
の１９００ＭＨｚ帯に対して約１／４波長の電気長のア
ンテナが形成されている。

【００１８】図１（ａ）に示される例では、第１のエレ
メント３１ａがジグザグ状に形成されており、給電部３
２に近いところで充分なアンテナ長が得られる構造にな
っている。また、図１に示される例では、給電部３２が
誘電体基板１の側面を経て裏面側に延ばされ、（ｂ）に
背面図が示されるように、誘電体基板１の裏面に給電パ
ッド３３が設けられている。誘電体基板１の裏面には、
さらにその２隅に同じ銅や銀合金などの金属からなるラ
ンド４が設けられており、このランド４および前述の接
地導体２２により、回路基板などに接着できるようにな
っている。それと同時に給電パッド３３は、回路基板の
配線に接続されるようになっている。その結果、この複
合アンテナを携帯電話の回路基板などに取り付ける場合
にハンダやＡｕ-Ｓｎなどの低融点金属により容易に搭
載することができ、回路基板上に形成される無線回路と
の電気的接続を容易に行うことができる。

【００１９】線状アンテナエレメント３１の形状は、こ
の例に限らず、たとえば図２（ａ）〜（ｂ）に示される
ように、種々の形状に形成することができる。すなわ
ち、図２（ａ）に示される例は、第３のエレメントの幅
を大きくした例で、このようにすると容易に優れた２共
振特性（たとえばＰＨＳとＰＤＣのような異なる周波数
帯での共振特性）を得ることができる。また、図２
（ｂ）に示される例は、エレメントの数を増やし、途中
の一部の２つのエレメントの折返し部を太くした例で、
このような形状にすることにより、限られたスペースで
基本共振周波数を低くとり、かつ２共振特性を実現でき
る。また、これらの例に限らず、種々の形状にすること
ができる。

【００２０】前述の複合アンテナを製造するには、大き
なセラミック基板の一表面に銀合金のシルク印刷などに
よりアンテナエレメントのパターンを設けて焼き付ける
ことにより、複数組のアンテナエレメント２１、３１を
同時に形成する。ついで、セラミック基板１の裏面に表
面と同様にシルク印刷などにより銀合金などからなる接
地導体２２および給電部３３、ランド４のパターンを形
成し、焼き付けを行うことにより裏面のパターンを形成
する。その後、大きなセラミック基板を切断分離して各
チップに分離する。そして、誘電体基板１の側面に銀合
金などを塗布して焼き付けることにより、線状アンテナ
エレメント３１の給電部３２と給電パッド３３とが接続
され、図１に示される複合アンテナが得られる。

【００２１】この複合アンテナを携帯電話の筐体内に設
けられる回路基板組立体５に取り付けるには、図３にそ
の取り付けた状態の側面図が示されるように、複合アン
テナのＧＰＳ用アンテナ２の接地導体２２と回路基板５
１の裏面の接地板５２とが対向して接着されるようにす
る（絶縁体を介して接着されてもよい）と共に、ランド
４が回路基板５の裏面に設けられた接続部材５４と接着
剤などにより接着することにより、回路基板組立体５に
取り付けられている。この際、給電パッド３３は、回路
基板５１の裏面に導出された配線端部５３と同様にハン
ダなどにより接続されるようになっている。また、パッ
チアンテナエレメント２１の給電ピン２４は、回路基板
５１に設けられるスルーホールを貫通して、回路基板５
１の表面側に導出されるようになっており、表面側の配
線５５にハンダ５６などにより接続されるようになって
いる。なお、５７は、回路基板５１の表面の図示しない
配線に接続されたＩＣなどの電子部品である。すなわ
ち、パッチアンテナエレメント２１はその裏面の接地導
体２２が、回路基板５１の接地板５２に直接（または両
面テープなどを解して）接着されており、携帯電話用の
線状アンテナエレメント３１は、回路基板５１の接地板
５２のない部分にランド４と接続部材５４とにより固着
される構造になっている。

【００２２】したがって、図３（ｂ）に携帯電話などの
樹脂からなる筐体６内に、回路基板組立体５が設けられ
た概念図を、回路基板５１の接地板５２のある部分を斜
線で示されるように、携帯電話用アンテナのアンテナエ
レメント３１の部分だけが四方に接地板のない状態で筐
体６内に内蔵されている。

【００２３】本発明によれば、１枚の誘電体基板にＧＰ
Ｓ用アンテナと携帯電話用アンテナの両方を有する複合
アンテナがコンパクトに形成されると共に、ＧＰＳ用ア
ンテナの裏面側が接地導体になっているため、従来の携
帯電話の回路基板の接地板に複合アンテナの接地導体部
分を重ねて取り付けることができる。その結果、従来の
携帯電話で、アンテナを内蔵する場合と同様のスペース
で回路基板に取り付けることができる（従来も携帯電話
用のアンテナは回路基板の接地板のない部分に取り付け
る必要がある）。この場合、ＧＰＳ用アンテナは、その
一方側のみとの間でしか信号の授受を行うことができな
い（接地導体や接地板側には信号の授受を行うことがで
きない）が、ＧＰＳ用アンテナは、衛星を通じて行うも
のであるため、携帯電話の表示を見る場合、通常その表
面側を上に向けて使用し、上空側に衛星があるため、支
障なく送受信することができる。また、携帯電話では送
受信する信号の方向が一方向とは限定されないが、線状
アンテナエレメントはその裏面に接地板は存在せず、四
方どちらの方向の電波をも受信することができる。その
結果、ＧＰＳ信号と携帯電話の信号の両方ともを小形の
携帯電話により支障なく送受信することができる。

【００２４】前述の例では、アンテナ部分のみしか説明
されていないが、アンテナエレメントにより受信した信
号をフィルタなどを介して増幅する回路や、信号処理回
路などが回路基板に設けられることはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば携
帯電話にＧＰＳ用アンテナも内蔵されるため、緊急時の
位置情報を特定の場所に知らせる場合にも、ＧＰＳ信号
により自分の位置を確認して、直ちに携帯電話でその情
報を伝達することができる。その結果、近年急激に要望
が高まっているＧＰＳ付携帯電話の実現を可能にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合アンテナの一実施形態の平面およ
び背面の説明図である。

【図２】携帯電話用のアンテナエレメントの形状の他の
例を示す図である。

【図３】図１の複合アンテナを携帯電話の筐体内の回路
基板に取り付けた状態の説明図である。

【図４】従来のＧＰＳ用のパッチアンテナの一例の説明
図である。

【図５】従来の携帯電話のアンテナの一例の説明図であ
る。

【符号の説明】

１誘電体基板２ＧＰＳ用アンテナ３携帯電話用アンテナ５回路基板組立体２１パッチアンテナエレメント２２接地導体２４給電ピン３１線状アンテナエレメント３２給電部３３給電パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者押山正群馬県富岡市神農原1112番地株式会社ヨコオ富岡工場内 (72)発明者豊田千造群馬県富岡市神農原1112番地株式会社ヨコオ富岡工場内Ｆターム(参考） 5J046 AA07 AB06 AB13 PA04 PA07 5J047 AA07 AB06 AB13 FD01 5K067 AA42 BB02 BB36 EE02 JJ52 JJ56 KK03 KK17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１枚の誘電体基板の表面上にＧＰＳ用ア
ンテナのパッチアンテナエレメントと、携帯電話用アン
テナの線状アンテナエレメントとが設けられ、前記パッ
チアンテナエレメント側の前記誘電体基板の裏面に接地
導体が設けられ、該接地導体の一部が除去されてその除
去部から前記パッチアンテナエレメントに接続された給
電ピンが前記誘電体基板の裏面側に導出されることによ
り前記ＧＰＳ用アンテナが形成され、前記線状アンテナ
エレメントの一端部が前記誘電体基板の側面を経て裏面
に設けられる給電パッドに電気的に接続されることによ
り前記携帯電話用アンテナが形成されてなる複合アンテ
ナ。
【請求項２】前記誘電体基板上に帯状の導電体膜が設
けられ、該帯状の導電体膜がその長尺方向に沿って実質
的に平行になるように少なくとも１回折り返されると共
に、携帯電話の周波数帯に共振し得る電気的長さにされ
ることにより、前記線状アンテナエレメントが形成され
てなる請求項１記載の複合アンテナ。
【請求項３】前記線状アンテナエレメントの少なくと
も一部がジグザグ形状に形成されてなる請求項２記載の
複合アンテナ。
【請求項４】前記誘電体基板がセラミックスからなる
請求項１、２または３記載の複合アンテナ。
【請求項５】請求項１記載の複合アンテナの誘電体基
板の裏面が、筐体内の回路基板に、該回路基板の接地面
と前記誘電体基板の前記接地導体とを対向させて取り付
けられてなる携帯電話。