JP2005229161A - アンテナ及び当該アンテナを有する無線通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
十分な特性を保持しつつアンテナをより小型化する。
【解決手段】
5GHz帯アンテナエレメント12と2.4GHz帯アンテナ・エレメント11を有する誘電体基板１０と、5GHz帯アンテナ・エレメント12の給電位置側に併置され、長手方向に5GHz帯の波長の1/4の長さを有するグランド・パターン2と、2.4GHz帯アンテナ・エレメント11側に併置される第1の無給電エレメント3と、グランド・パターン2とは反対側の面側に、5GHz帯アンテナ・エレメント12及びグランド・パターン2の双方に重なるように配置される第2の無給電エレメント7とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナ及び当該アンテナを有する無線通信機器に関する。

近年の無線ＬＡＮ（Local Area Network）の普及に伴い、ノート型パーソナル・コンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯機器にも無線ＬＡＮ機能内蔵型のものが登場するようになった。しかし、このような小型の機器に無線ＬＡＮ用のアンテナ等を内蔵するには、アンテナ等も小型化しなければならない。

特開２００１−１６８６２５号公報には、ノート型パーソナル・コンピュータの液晶ディスプレイを含む蓋部に、チップアンテナとグランドパターンとをプリント基板に実装した構成の無線通信装置であってグランドパターンの総周囲長が無線通信周波数帯域の波長の１波長に近い長さとするような無線通信装置を設けることが開示されている。この技術では、グランドパターンを液晶ディスプレイの背面に重ねることを前提としているためこれ以上小型化する必然性がない。また、デュアルバンドへの対応については何ら考察されていない。

また特開２００２−７３２１０号公報には、複数の無線通信方式に適合する複数のアンテナを携帯型情報機器の液晶パネルの上部に設ける技術が開示されている。但し、アンテナにおけるグランドパターンの総周囲長は、周波数帯域の０．８波長から１．２５波長になるように設定されており、例えば２．４ＧＨｚ帯であれば２０ｍｍ×４５ｍｍという大きさとなっている。本技術では、グランドパターンを液晶パネル背面に重ねるようにしているためにこれ以上小型化する必然性がない。また、複数の無線通信方式に対応するために複数の大きなアンテナを使用しなければならない。

さらに特開２００２−１５１９２８号公報には、携帯用電子機器の液晶パネルの上部にアンテナを内蔵する技術が開示されている。ここで、本アンテナにおける接地導体の総周囲長は、無線周波数の１波長に近いことが必要であり、具体的には約０．７波長から約１．４波長の範囲、好ましくは約０．８から約１．２５の範囲、さらに好ましくは約０．８５から１．０５の範囲に設定するようになっている。従って２４００ＭＨｚ乃至２４８３．５ＭＨｚ帯であれば接地導体のサイズは２０ｍｍ×４５ｍｍ、２０ｍｍ×２５ｍｍ、２０ｍｍ×３５ｍｍといったような大きさになっている。この技術でも接地導体を液晶パネル背面に重ねるようにしているため、これ以上小型化する必然性が無い。

また、特開２００２−３３００２５号公報には、基体の表面に、２つの分岐放射電極に分けた給電放射電極を設け、この給電放射電極の両側には、夫々の分岐放射電極に近接して配置され且つ接地された無給電放射電極を設けたアンテナ装置が開示されている。無給電放射電極として述べられているが、接地されているため、実質的にグランドと給電放射電極との関係が示されているに過ぎない。また、無給電放射電極に接続されるグランドは、回路基板のグランドに接続されているためグランドの大きさは非常に大きい。

さらに特開２０００−２７８０２５号公報及び特開２００１−３１３５１６号公報には、誘電体基板の両面に、第１の周波数に共振する第１のダイポール素子を形成し、第１のダイポール素子内に、当該素子に設けられた切込みにより、第２の周波数に共振する第２のダイポール素子を形成し、以下同様に、第３・・・・第ｎのダイポール素子を形成するとともに、第１、第２、第３、・・・・第ｎのダイポール素子のうち、周波数帯の単数又は複数を広帯域化するため、当該周波数に共振するダイポール素子の上方、または左側、又は右側、又は左右側面に、ダイポール素子に平行して無給電素子を配設する技術が開示されている。無給電素子の利用は開示されているが、グランドパターンの小型化については考察されていない。

また特開２００１−２９８３１３号公報には、マルチバンド対応の表面実装型アンテナが開示されている。このアンテナにおいては、誘電体基板の表面に給電素子と無給電素子を互いに間隔を介して形成されている。但し、無給電素子はグランド端子に接続されており、実質的にグランドと給電素子との関係が示されているに過ぎない。また、グランド端子は回路基板のグランドに接続されているものであるから、グランドパターンの小型化については考察されていない。
特開２００１−１６８６２５号公報 特開２００２−７３２１０号公報 特開２００２−１５１９２８号公報 特開２００２−３３００２５号公報 特開２０００−２７８０２５号公報 特開２００１−３１３５１６号公報 特開２００１−２９８３１３号公報

このように従来技術では、グランドパターンを含むアンテナ全体の小型化には限界があった。また、無給電素子の使用について開示しているものはあるが、アンテナ全体の小型化は十分とはいえない。

従って本発明の目的は、十分な特性を保持しつつアンテナをより小型化するための新規な技術を提供することである。

また本発明の他の目的は、十分な特性を有する小型のデュアルバンドアンテナを提供することである。

さらに本発明の他の目的は、十分な特性を保持する小型アンテナを電子機器に内蔵させるための技術を提供することである。

本発明の第１の態様に係るアンテナは、所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、上記アンテナ・エレメントの給電位置側に上記アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に所定の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するグランド・パターンと、上記アンテナ・エレメントに近接配置される無給電エレメントとを有する。通常、アンテナ・エレメントの周波数帯域に対応する波長の１／４の長さを有するグランド・パターンが必要となる。しかし、本発明のように無給電エレメントを設けることによりグランド・パターンのサイズを通常の大きさより小さくすることができ、アンテナ全体としても小さくすることができる。

なお、上で述べた無給電エレメントが、長手方向に所定の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するようにしてもよい。これにより、アンテナ全体のサイズをより小さくすることができる。

さらに、上で述べたアンテナ・エレメントが誘電体基板に形成されるような構成であってもよい。アンテナ全体がさらに小型化される。

本発明の第２の態様に係るアンテナは、基板と、基板の第１の面側に設けられる、所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、基板の第１の面側であってアンテナ・エレメントの給電位置側にアンテナ・エレメントと併置されるグランド・パターンと、第１の面に対向する、基板の第２の面側に、アンテナ・エレメントとグランド・パターンとの双方に重なるように配置される無給電エレメントとを有する。このように、アンテナ・エレメントとグランド・パターンとの双方に重なるように無給電エレメントを配置するようにすると、特性を向上させることができ且つアンテナ全体を小型化することができる。

また、上で述べた無給電エレメントが、長手方向に所定の周波数帯域に対応する波長の１／４未満の長さを有するようにしてもよい。このような小さい無給電エレメントでもアンテナ特性の向上に有効に機能する。

さらに、上で述べたグランド・パターンが、長手方向に所定の周波数帯に対応する波長の１／４の長さ（実質的に１／４の場合を含むものとする）を有するようにしてもよい。所定の周波数帯域が高ければ、波長は短くなるため、このグランド・パターンの長さも短くなる。

また、上で述べたアンテナ・エレメントが誘電体基板に形成されるようにしてもよい。アンテナ全体がさらに小型化される。

本発明の第３の態様に係るアンテナは、第１の周波数帯用の第１アンテナ・エレメントと、第１アンテナ・エレメントに接続され、第１の周波数より低い第２の周波数帯域用の第２アンテナ・エレメントと、第１アンテナ・エレメントの給電位置側に第１アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に第１の周波数帯に対応する波長の１／４の長さ（実質的に１／４の場合を含むものとする）を有するグランド・パターンと、第２アンテナ・エレメントに近接配置される第１の無給電エレメントとを有する。第１の周波数帯に対応する波長の１／４の長さを有するグランド・パターンは、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯域用の第２アンテナ・エレメントには短すぎるが、第１の無給電エレメントを設けることにより、第２アンテナ・エレメントと第１の無給電エレメントとの間に容量結合が生じる。そうすると、第２アンテナ・エレメントから第１の無給電エレメントへの励振が生じ、短いグランド・パターンでも第２の周波数帯域において十分な特性を得ることができるようになる。

また、本発明の第３の態様に係るアンテナにおいて、第１アンテナ・エレメントと第２アンテナ・エレメントとグランド・パターンとが第１の面側に設けられた基板と、第１の面に対向する第２の面側に、第１アンテナ・エレメント及びグランド・パターンの双方に重なるように配置される第２の無給電エレメントとをさらに有するようにしてもよい。第２の無給電エレメントとグランド・パターン及び第１アンテナ・エレメントとの間に生ずる容量成分と、素子の長さによるインダクタンス成分とによりインピーダンスをチューニングすることができ、アンテナ特性を改善することができる。

また、第１の無給電エレメントが、長手方向に第２の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するようにしてもよい。アンテナ全体も小型化される。

さらに、第２の無給電エレメントが、長手方向に第１の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するようにしてもよい。短いエレメントであっても十分アンテナ特性を改善することができる。

なお、第１アンテナ・エレメント及び第２アンテナ・エレメントが誘電体基板に形成されるようにしてもよい。アンテナ全体が小型化される。

また、第１アンテナ・エレメントが、グランド・パターンに対する距離が連続的に変化する縁部を有しており、第２アンテナ・エレメントが、第１アンテナ・エレメントの天頂部中央に接続されているような構成であってもよい。このような構成によって、第１の周波数帯及び第２の周波数帯について独立に良好な特性を得ることができる。

また、本発明の第４の態様に係る、アンテナを有する無線通信機器において、当該アンテナは、所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、アンテナ・エレメントの給電位置側にアンテナ・エレメントと併置され、長手方向に所定の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するグランド・パターンと、アンテナ・エレメントに近接配置される無給電エレメントとを有し、上で述べたグランド・パターンは、無線通信機器の筐体のグランドとは分離されている。このようにグランド・パターンが、無線通信機器の筐体のグランドから分離されていれば、無線通信機器とは独立にアンテナの設計を行うことができ、無線通信機器毎のカスタマイズを最小限に抑えられ、設計の効率化が図られる。

本発明の第５の態様に係る、アンテナを有する無線通信機器において、当該アンテナは、基板と、基板の第１の面側に設けられる、所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、基板の第１の面側であってアンテナ・エレメントの給電位置側にアンテナ・エレメントと併置されるグランド・パターンと、第１の面に対向する、基板の第２の面側に、アンテナ・エレメントとグランド・パターンとの双方に重なるように配置される無給電エレメントとを有し、グランド・パターンは、無線通信機器の筐体のグランドとは分離されている。

さらに本発明の第６の態様に係る、アンテナを有する無線通信機器において、アンテナは、第１の周波数帯用の第１アンテナ・エレメントと、第１アンテナ・エレメントに接続され、第１の周波数より低い第２の周波数帯域用の第２アンテナ・エレメントと、第１アンテナ・エレメントの給電位置側に第１アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に第１の周波数帯に対応する波長の１／４の長さ（実質的に１／４の場合を含むものとする）を有するグランド・パターンと、第２アンテナ・エレメントに近接配置される第１の無給電エレメントとを有し、グランド・パターンは、無線通信機器の筐体のグランドとは分離されている。

本発明によれば、十分な特性を保持しつつアンテナをより小型化することができる。

また本発明の別の側面においては、十分な特性を有する小型のデュアルバンドアンテナを提供することができる。

さらに本発明の別の側面においては、十分な特性を保持する小型アンテナを電子機器に内蔵させることができる。

図１（ａ）乃至（ｃ）に、本発明の一実施の形態に係るアンテナの構成を示す。アンテナ１は、例えば無線ＬＡＮで用いられる２．４ＧＨｚ帯（使用周波数帯域２．４ＧＨｚ乃至２．５ＧＨｚ／中心周波数２．４５ＧＨｚ）と５ＧＨｚ帯（使用周波数帯域４．９ＧＨｚ乃至５．８ＧＨｚ／中心周波数５．４ＧＨｚ）の２つの周波数帯域において通信を可能とするデュアルバンド・アンテナであって、例えばＦＲ−４によるプリント配線基板である基板８と、基板８の上面に設けられたグランド・パターン２と、基板８の上面に配置され且つ５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２及び２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１とが形成されている誘電体基板１０と、基板８の上面に設けられた第１の無給電エレメント３と、基板８の下面に設けられた第２の無給電エレメント７と、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２の給電位置１２ｂに芯線５が接続され且つグランド・パターン２にシールドが接続された同軸ケーブル４と、同軸ケーブル４に接続された高周波電源６とを含む。

図１（ａ）は、アンテナ１の上面図を示す。上でも述べたが、基板８の上面には、グランド・パターン２と、誘電体基板１０と、第１の無給電エレメント３とが配置されている。グランド・パターン２の長さＬ２は１４ｍｍであり、幅Ｌ１は４ｍｍである。長さＬ２の１４ｍｍは、５．４ＧＨｚの波長のほぼ１／４となっている。通常、グランド・パターン２の長さＬ２は、低い方の周波数帯域の中心周波数に合わせて最適化する。ここで２．４ＧＨｚ帯の中心周波数２．４５ＧＨｚの波長の１／４は約３１ｍｍである。また、グランド・パターン２の長さＬ２を２．４５ＧＨｚの波長の１／４とすると、２．４５ＧＨｚ帯では良好な特性を得ることができるが、５ＧＨｚ帯ではグランド・パターン２が中心周波数５．４ＧＨｚの波長の１／２に近くなるため特性が安定せず、使用周波数帯域において特性が大きく変化するようになってしまう。本実施の形態では、グランド・パターン２の長さＬ２は、高い方の５ＧＨｚ帯の中心周波数５．４ＧＨｚに合わせて最適化されているため、通常の場合より短くなっており、アンテナ１全体が小型化される。

グランド・パターン２の長さＬ２を５ＧＨｚ帯の中心周波数５．４ＧＨｚに合わせれば５ＧＨｚ帯の特性は改善されるが、２．４ＧＨｚ帯ではグランド・パターン２の長さＬ２が短すぎて特性が悪化してしまう。具体的には、インピーダンスが５０Ωからずれてしまい、アンテナ利得が低下し、共振周波数がずれてしまう。そこで、本実施の形態では、第１の無給電エレメント３が設けられている。第１の無給電エレメント３の長さＬ３は１３ｍｍであり、２．４ＧＨｚ帯の中心周波数２．４５ＧＨｚの波長の１／４より短くなっている。従って、グランド・パターン２と第１の無給電エレメント３の長さを加えても、２．４５ＧＨｚの波長の１／４より短くなっており、アンテナ小型化に寄与している。第１の無給電エレメント３の幅はグランド・パターン２の幅Ｌ１と同じである。なお、第１の無給電エレメント３は、他のグランドに接地されていない。

誘電体基板１０には、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２と２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１とが形成されている。誘電体基板１０は、複数の誘電体基板を積層・焼成することにより形成され、アンテナ・エレメントは、例えば内部の１層の誘電体基板に銀ペーストで印刷することにより形成される。従って、上から見ても実際には図１（ａ）のように５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２と２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１の形状を見ることはできない。但し、１層の誘電体基板により誘電体基板１０を構成するようにしても良い。その場合には、上から見て、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２と２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１は、誘電体基板１０の上面に形成されるので、図１（ａ）に示したように見えることとなる。誘電体基板１０は、グランド・パターン２と約１ｍｍの間隔をもって配置されており、第１の無給電エレメント３とも約１ｍｍの間隔をもって配置されている。

５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２は、同軸ケーブル４の芯線５と誘電体基板１０の側面における給電位置１２ｂで接続されている。また、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２は、グランド・パターン２の上縁部からの距離が連続して増加する（逆に給電位置１２ｂに向けてテーパーが付されている）縁部１２ａと天頂部１２ｃとを有する逆三角形アンテナ・エレメントである。５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２の高さＬ３は約２ｍｍである。この高さは、誘電体基板１０の側端部から天頂部１２ｃまでの距離である。２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１は、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２の天頂部１２ｃの中心から伸びるＴ字形のアンテナ・エレメントである。小さい面積で必要な長さを確保するため、２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１は途中で分岐して５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２方向に折り返されている。誘電体基板１０の側端部から２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１の折り返し後の端部までの長さＬ４は、約５ｍｍである。なお、さらに小型化するために分岐した後のエレメント部分にミアンダが形成される場合もある。２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１の端部と５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２の天頂部１２ｃとの間には所定の間隔（ここでは約３ｍｍ）が設けられており、これにより互いが干渉を起こさないようになっている。

第１の無給電エレメント３は、２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１との容量結合を生じさせるため、給電位置１２ｂとは反対側であって２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１側に配置されている。第１の無給電エレメント３と２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１との容量結合により、２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１から第１の無給電エレメント３への励振が生ずる。そして、この容量成分と素子長から生ずるインダクタンス成分とが調和してインピーダンスが適切に５０Ωに調整される。

この第１の無給電エレメント３は、励振効果の大きなアンテナ・エレメントの開放端付近、即ち、２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１の開放端に近接して配置することが望ましい。なお、ここで開放端は、Ｔ字の２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１において途中で分岐した先の全ての部分を含むものとする。また、第１の無給電エレメント３に励進を生じさせることができる距離であれば近接と言える。さらに、上記の例では、２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１を基板８の表面側に配置する例を示したが、２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１と第１の無給電エレメント３を対向させた状態で、基板８の裏面側に配置しても良い。

図１（ｂ）に、アンテナ１の側面図を示す。上でも述べたが、基板８の上面側には、グランド・パターン２と、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２及び２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１を内部に含む誘電体基板１０と、第１の無給電エレメント３とが設けられている。グランド・パターン２及び第１の無給電エレメント３は、基板８の上表面に設けなければならないわけではなく、グランド・パターン２及び第１の無給電エレメント３の上に何らかのカバー層等が設けられる場合もある。また、第１の無給電エレメント３は、上面ではなく下面側に設けるようにしてもよい。誘電体基板１０のサイズは、長さＬ５が１０ｍｍであり、厚みが１ｍｍ、幅は４ｍｍである。

また、基板８の下面側には、第２の無給電エレメント７が設けられている。第２の無給電エレメント７も、基板８の下表面に設けなければならないわけではなく、第２の無給電エレメント７上に何らかのカバー層等が設けられる場合もある。第２の無給電エレメント７は、グランド・パターン２の一部及び誘電体基板１０の一部（ほぼ５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２の部分）と重なっている。この第２の無給電エレメント７は、５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性のチューニングのために設けられている。基板８の裏側に、グランド・パターン２と誘電体基板１０の５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２との双方に重なるように配置することにより、第２の無給電エレメント７とグランド・パターン２及び誘電体基板１０の５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２との結合による容量成分と素子長によるインダクタンス成分とを組み合わせてインピーダンスのマッチングを図るものである。このように第１の無給電エレメント３は２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１と２．４ＧＨｚ帯の共振に寄与し、第２の無給電エレメント７は５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２と５ＧＨｚ帯の共振に寄与する。なお、アンテナ１の厚みは１．８ｍｍである。

図１（ｃ）に、アンテナ１の背面図を示す。基板８の長さＬ７は３９ｍｍであり、第２の無給電エレメント７の長さＬ６は１１ｍｍとなっている。幅は共に４ｍｍである。第２の無給電エレメント７の長さＬ６は、５ＧＨｚ帯の中心周波数５．４ＧＨｚの波長の１／４未満となっている。また、第２の無給電エレメント７も他のグランドに接地されていない。

グランド・パターン２を含む平面と、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２及び２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１を含む平面と、第１の無給電エレメント３を含む平面と、第２の無給電エレメント７を含む平面とは、全て平行又は実質的に平行となっている。グランド・パターン２を含む平面と、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２及び２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１を含む平面と、第１の無給電エレメント３を含む平面とは、全て同一の平面に含まれるようにしても良いし、図１（ｂ）で示されているように一部の平面が同一平面に含まれるようにしても良いし、全ての平面が異なる平面に含まれるようにしても良い。すなわち、グランド・パターン２と、５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１２及び２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント１１と第１の無給電エレメント３とは、図１（ａ）に示すように上から透視したときに、それらが並んで見えるように配置、すなわち併置されればよい。但し、場合によってはそれらの一部が重複することもある。

図２に図１（ａ）乃至（ｃ）に示したアンテナ１の周波数特性を示す。図２において縦軸はＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）を、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。このように２．４ＧＨｚから２．６ＧＨｚ近くまで、ＶＳＷＲが２以下になっている。２．４ＧＨｚ帯では１００ＭＨｚ程度の帯域が確保できれば良いので十分である。また、５ＧＨｚ帯では、４．３ＧＨｚから６ＧＨｚを超えてまでＶＳＷＲが２以下となっている。使用周波数帯域が４．９ＧＨｚから５．８ＧＨｚであるから５ＧＨｚ帯も十分な帯域が確保されている。

図３に、アンテナ１から第２の無給電エレメント７を除去した場合の周波数特性を示す。図３において縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。この場合、２．４ＧＨｚ帯では、ほぼ２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの１００ＭＨｚの周波数帯域でＶＳＷＲが２以下となっており、第２の無給電エレメント７の存在が大きく作用してはいない。しかし、５ＧＨｚ帯では、ＶＳＷＲが２以下の範囲が約４．０ＧＨｚから４．６ＧＨｚ程度と、使用周波数帯域から大きく外れており、また図２と比較すると使用周波数帯域では特性の悪化が見られる。このように第２の無給電エレメント７は、５ＧＨｚ帯に対してのみ作用し、５ＧＨｚ帯の特性を改善する機能を有する。

図４に、さらに第１の無給電エレメント３を除去した場合の周波数特性を示す。図３において縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。この場合、多少５ＧＨｚ帯にも変化があるが使用周波数帯域において特性が悪いという点において同じである。一方、２．４ＧＨｚ帯では、ＶＳＷＲが２より低い帯域が無くなってしまっている。すなわち、第１の無給電エレメント３は、２．４ＧＨｚ帯に対してのみ作用し、２．４ＧＨｚ帯の特性を改善する機能を有する。

図５に、図１（ａ）乃至（ｃ）に示したアンテナ１の効率についての周波数特性を示す。図５では、縦軸は効率［％］を、横軸は周波数［ＧＨｚ］を表す。効率は、全方向について計測したものである。計測結果によれば、アンテナ１の効率は、２．４ＧＨｚ帯においては４５％程度となっており、また５ＧＨｚ帯においては８０％程度となっている。このように５ＧＨｚ帯の効率は非常に良くなっている。

図６（ａ）乃至（ｄ）に、アンテナ１の放射指向特性を示す。図６（ａ）は、Ｅ面（E Plane）における２．４５ＧＨｚについての放射指向特性を示す。図６（ａ）において、細線は主偏波（Main polarization）についての特性を示しており、９０°及び２７０°を中心にした指向性を有しており、０°及び１８０°において約−３５ｄＢｉ及び−２６ｄＢｉにそれぞれ落ち込んでいる。一方、太線は直交偏波（Cross polarization）についての特性を示しており、指向性が無いことがわかる。

図６（ｂ）は、Ｈ面（H Plane）における２．４５ＧＨｚについての放射指向特性を示す。図６（ｂ）において細線は主偏波についての特性を示しており、ほぼ指向性が無いことが分かる。一方、太線は直交偏波についての特性を示しており、複雑ではあるが主に９０°及び１８０°を中心にした指向性を有している。

図６（ｃ）は、Ｅ面における５．４ＧＨｚについての放射指向特性を示す。図６（ｃ）において細線は主偏波についての特性を示しており、９０°及び２７０°を中心とした指向性を有しており、約０°及び１８０°において−３０ｄＢｉ及び−４３ｄＢｉ程度まで落ち込んでいる。一方、太線は直交偏波についての特性を示しており、１８０°を中心とした指向性を有しており、一部２７０°で−４０ｄＢｉ程度まで落ち込んでいる。

図６（ｄ）は、Ｈ面における５．４ＧＨｚについての放射指向特性を示す。図６（ｄ）において細線は主偏波についての特性を示しており、指向性が無いことが分かる。一方、太線は直交偏波についての特性を示しており、複雑ではあるが約４０°、１５０°、２２０°及び３１０°に指向性がある。このように本アンテナ１は、通常のダイポールアンテナやモノポールアンテナに非常に良く似た放射指向特性を示していることが分かる。

次に、図１（ａ）乃至（ｃ）に示したアンテナ１をノート型パーソナルコンピュータに実装する際の構成を図７を用いて説明する。図７では、ノート型パーソナルコンピュータのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルを含む蓋部１００が開かれている状態を示している。アンテナ１は、蓋部１００を開いた状態においてノート型パーソナルコンピュータの最上部となる面１０２に設置される。なお、本実施の形態では、ＬＣＤパネルを正面にした場合に、面１０２上においてアンテナ１が図１（ｃ）に示した状態で見えるような形で設置している。すなわち、面１０２にアンテナ１の側面が接するように配置されている。但し、面１０２上においてアンテナ１が図１（ａ）に示した状態で見えるようにしても良い。このようにアンテナ１を蓋部１００に設置するが、蓋部１００の筐体の金属部分とは電気的に接触させないようにしている。ＬＣＤパネルのフレームやＬＣＤパネル裏面の筐体部分は、金属が使用されていることが多いが、本実施の形態では、アンテナ１のグランドを当該金属と接触させないようにしている。

このように設置したアンテナ１の特性を図８及び図９に示す。図８は、２．４ＧＨｚ帯の周波数特性を示しており、縦軸はＶＳＷＲであり、横軸は周波数［ＧＨｚ］である。これを見ると、ＶＳＷＲが２以下となる範囲は、２．２５ＧＨｚから２．５５ＧＨｚであり、使用周波数帯域を含み十分な広さを有している。また図９は、５ＧＨｚ帯の周波数特性を示しており、縦軸はＶＳＷＲであり、横軸は周波数［ＧＨｚ］である。これを見ると、ＶＳＷＲが２以下となる範囲は、図９に示されている５．０ＧＨｚから６．０ＧＨｚの全域であり、そのカーブ形状から５．０ＧＨｚ未満においても０．１ＧＨｚ以上の幅で２以下となっているものと思われる。

このようにアンテナ１をノート型パーソナルコンピュータの蓋部１００の上端に設置したとしても特性に大きな変化は無く、実用に足る効果を奏する。

また、上で述べたようにアンテナ１のグランドと蓋部１００の金属部分とは接触しないように配置されているが、アンテナ１単独の特性とアンテナ１をノート型パーソナルコンピュータの蓋部１００に設置した後の特性にほとんど変化が無いため、アンテナ１は周囲の金属の影響を受けにくくなっていることが分かる。

従来、アンテナをノート型パーソナルコンピュータに搭載する際には、板金アンテナ、パターンアンテナ、チップアンテナなどが用いられていたが、いずれもアンテナを取り付けるには、必要なアンテナ特性を得るために筐体のグランドをアンテナのグランドとして用いていた。従って、筐体の材質、形状や搭載場所等が変わると、その都度アンテナの必要な性能を引き出すための検討が必要となり、性能が出るまでに非常に多くの時間がかかっていた。

これに対して本実施の形態によれば、ノート型パーソナルコンピュータなど無線通信機器の筐体デザインが変わった場合、アンテナ１の搭載位置が変わった場合、又は筐体素材が変わった場合においても、筐体特性を利用しないアンテナ構成となっているため、共通の構成や部品を用いることができ、必要なアンテナ特性を引き出すための時間及び労力が削減できるという効果もある。

以上本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上ではデュアルアンテナの場合を説明したが、必ずしも適用範囲はデュアルアンテナに限定されるものではなく、１つの周波数帯域のみをサポートするアンテナについても適用可能である場合もある。

また、図７ではアンテナ１が１つだけノート型パーソナルコンピュータの蓋部１００に搭載される例を示したが、ダイバーシティアンテナを構成するため２以上のアンテナを蓋部１００に設置するようにしても良い。また、図７では説明しやすいように、蓋部１００の外側に突き出した形で設置する例を示したが、蓋部１００の内部に搭載される場合もある。

さらに、アンテナ１は、ノート型パーソナルコンピュータだけではなく、他の携帯情報機器などに搭載可能である。この際にも携帯情報機器の筐体の金属とはグランドを接続しないで搭載することができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナの（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）背面図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナの周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るアンテナにおいて第２の無給電エレメントをはずした場合の特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るアンテナにおいて第１及び第２の無給電エレメントをはずした場合の特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るアンテナの効率の周波数特性を示す図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施の形態に係るアンテナの放射指向特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナをノート型パーソナルコンピュータに搭載した場合の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナをノート型パーソナルコンピュータに搭載した場合の周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るアンテナをノート型パーソナルコンピュータに搭載した場合の周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１ アンテナ ２ グランド・パターン ３ 第１の無給電エレメント
４ 同軸ケーブル ５ 同軸ケーブルの芯線 ６ 高周波電源
７ 第２の無給電エレメント ８ 基板 １０ 誘電体基板
１１ ２．４ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント
１２ ５ＧＨｚ帯アンテナ・エレメント

Claims (12)

1. 所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、
   前記アンテナ・エレメントの給電位置側に前記アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に前記所定の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するグランド・パターンと、
   前記アンテナ・エレメントに近接配置される無給電エレメントと、
   を有するアンテナ。
2. 前記無給電エレメントが、長手方向に前記所定の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 基板と、
   前記基板の第１の面側に設けられる、所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、
   前記基板の第１の面側であって前記アンテナ・エレメントの給電位置側に前記アンテナ・エレメントと併置されるグランド・パターンと、
   前記第１の面に対向する、前記基板の第２の面側に、前記アンテナ・エレメントと前記グランド・パターンとの双方に重なるように配置される無給電エレメントと、
   を有するアンテナ。
4. 前記無給電エレメントが、長手方向に前記所定の周波数帯域に対応する波長の１／４未満の長さを有することを特徴とする請求項３記載のアンテナ。
5. 前記グランド・パターンが、長手方向に前記所定の周波数帯に対応する波長の１／４の長さを有することを特徴とする請求項３記載のアンテナ。
6. 第１の周波数帯用の第１アンテナ・エレメントと、
   前記第１アンテナ・エレメントに接続され、前記第１の周波数より低い第２の周波数帯域用の第２アンテナ・エレメントと、
   前記第１アンテナ・エレメントの給電位置側に前記第１アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に前記第１の周波数帯に対応する波長の１／４の長さを有するグランド・パターンと、
   前記第２アンテナ・エレメントに近接配置される第１の無給電エレメントと、
   を有するアンテナ。
7. 前記第１アンテナ・エレメントと前記第２アンテナ・エレメントと前記グランド・パターンとが第１の面側に設けられた基板と、
   前記第１の面に対向する第２の面側に、前記第１アンテナ・エレメント及び前記グランド・パターンの双方に重なるように配置される第２の無給電エレメントと、
   とをさらに有する請求項６記載のアンテナ。
8. 前記第１の無給電エレメントが、長手方向に前記第２の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有する請求項６記載のアンテナ。
9. 、前記第２の無給電エレメントが、長手方向に前記第１の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有する
   ことを特徴とする請求項７記載のアンテナ。
10. アンテナを有する無線通信機器であって、
    前記アンテナは、
    所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、
    前記アンテナ・エレメントの給電位置側に前記アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に前記所定の周波数帯に対応する波長の１／４未満の長さを有するグランド・パターンと、
    前記アンテナ・エレメントに近接配置される無給電エレメントと、
    を有し、
    前記グランド・パターンは、前記無線通信機器の筐体のグランドとは分離されている
    ことを特徴とする無線通信機器。
11. アンテナを有する無線通信機器であって、
    前記アンテナは、
    基板と、
    前記基板の第１の面側に設けられる、所定の周波数帯用のアンテナ・エレメントと、
    前記基板の第１の面側であって前記アンテナ・エレメントの給電位置側に前記アンテナ・エレメントと併置されるグランド・パターンと、
    前記第１の面に対向する、前記基板の第２の面側に、前記アンテナ・エレメントと前記グランド・パターンとの双方に重なるように配置される無給電エレメントと、
    を有し、
    前記グランド・パターンは、前記無線通信機器の筐体のグランドとは分離されている
    ことを特徴とする無線通信機器。
12. アンテナを有する無線通信機器であって、
    前記アンテナは、
    第１の周波数帯用の第１アンテナ・エレメントと、
    前記第１アンテナ・エレメントに接続され、前記第１の周波数より低い第２の周波数帯域用の第２アンテナ・エレメントと、
    前記第１アンテナ・エレメントの給電位置側に前記第１アンテナ・エレメントと併置され、長手方向に前記第１の周波数帯に対応する波長の１／４の長さを有するグランド・パターンと、
    前記第２アンテナ・エレメントに近接配置される第１の無給電エレメントと、
    を有し、
    前記グランド・パターンは、前記無線通信機器の筐体のグランドとは分離されている
    ことを特徴とする無線通信機器。

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