JP2007020007A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の異なる周波数に対応し、かつ広帯域をカバーできるマルチバンドのアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置が、基本波に対応する第１の周波数および前記基本波の高調波に対応する第２の周波数で共振する第１の放射器と、前記第１の放射器と接続され、前記第２の周波数と近接する第３の周波数で共振する第２の放射器と、前記第１、第２の放射器と接続され、前記第２、第３の周波数と近接する第４の周波数で共振する第３の放射器と、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の異なる周波数に対応することのできるマルチバンドのアンテナ装置に関する。

無線通信機器や携帯端末の多機能化のため、一つの携帯端末に複数の周波数帯に対応するマルチバンドのアンテナを実装することが求められている。また、かかる携帯端末の小型軽量化のニーズも年々高まっている。小型のマルチバンドのアンテナ装置として、周波数帯域の数に応じた数のアンテナエレメントを備える技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特表２００１−５２２１５２号公報 特開平１１−３１７６１２号公報

しかしながら、上記の従来のアンテナエレメントは、１／４波長モノポールアンテナであることから、小型化すると、共振の鋭さを示すＱ値が高くなり、それゆえ帯域幅が狭くなってしまうという問題があった。アンテナ装置は、使用周波数帯域よりも広い帯域幅を確保しておく必要がある。

上記に鑑み、本発明は、複数の異なる周波数に対応し、かつ広帯域をカバーできるマルチバンドのアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るアンテナ装置は、基本波に対応する第１の周波数および前記基本波の高調波に対応する第２の周波数で共振する第１の放射器と、前記第１の放射器と接続され、前記第２の周波数と近接する第３の周波数で共振する第２の放射器と、前記第１、第２の放射器と接続され、前記第２、第３の周波数と近接する第４の周波数で共振する第３の放射器と、を具備することを特徴とする。

第１の放射器での第１の共振周波数により第１の周波数帯域に対応し、第１、第２、および第３の放射器それぞれでの第２、第３、および第４の共振周波数により第２の周波数帯域に対応することができる。第２、第３、および第４の共振周波数が近接しているため、これら第２、第３、第４の共振周波数のピークが重なり合い、幅広い第２の周波数帯域を確保することが可能となる。

本発明によれば、複数の異なる周波数に対応し、かつ広帯域をカバーできるマルチバンドのアンテナ装置を提供できる。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の全体構成の上面を示す斜視図である。図２は、アンテナ装置１００の全体構成の下面を示す斜視図である。
図１に示すように、アンテナ装置１００は、回路基板１１０の上面に実装された給電線１１１（１１１ａ，１１１ｂ）、回路素子１１２、放射基板１２０、上層基板１３０を有する。
図２に示すように、回路基板１１０の下面には、放射基板１２０と対応する領域である基板露出領域１１３を除いて、接地導体１１４が全面に形成されている。

回路基板１１０は、いわゆるプリント基板（ＰＣＢ）として用いられる回路基板であり、例えば、ガラスエポキシ基板などである。回路基板１１０は、実装される回路の規模や、端末装置等の筐体の大きさなどに応じた大きさに形成される。

放射基板１２０は、回路基板１１０よりも比誘電率が高い高誘電体材料からなり、例えばセラミックス基板などである。放射基板１２０は、矩形板状の形状を有しており、回路基板１１０の上面の一つの角部に寄せて配置されている。放射基板１２０の配置位置は、回路基板１１０上に構成される送信回路や受信回路などの大きさ（規模）を勘案して決定される。ただし、アンテナ装置１００を実装する無線装置の筐体とアンテナ装置１００から放射される電波の放射との関係を勘案して最も効率的に電波を放射し得る位置に配置することが望ましい。放射基板１２０の上面には、後述する第１、第２、第３のアンテナエレメント１２１〜１２３が互いにパラレル（並列）に電気的に接続されている。

上層基板１３０は、誘電体材料からなり、例えば、セラミックス基板などである。上層基板１３０は、放射基板１２０と同一の大きさ及び形状に形成され、アンテナエレメントのカバーとして作用し、アンテナエレメントを保護できる。

給電線１１１は、回路素子１１２と一方の端部が接続され、アンテナ装置１００に高周波信号を給電する。給電線１１１は、銅や銀などからなる帯状厚膜導体であり、一端が放射基板１２０に設けられたアンテナエレメント端と接続され、他端が送信回路や受信回路などの高周波回路をなす回路素子１１２と接続されている。図１では、説明を容易にするため送信回路や受信回路などとの結合部分については簡略して図示している。

給電線１１１は、基板露出領域１１３と接地導体１１４との境界（後述する接地導体境界部Ｇ）によって、給電線１１１ａ、１１１ｂに区分することができる。給電線１１１ａは、回路基板１１０の下面に形成された接地導体１１４と協働してマイクロストリップラインとして機能する線路である。給電線１１１の線路幅は、アンテナ装置１００で使用する周波数帯域や特性インピーダンスなどにより決定される。一方、給電線１１１ｂは、基板露出領域１１３に対応し、実質的にアンテナエレメントの一部、即ち、電波を放射する放射器の一部として機能する。

回路素子１１２は、給電線１１１に接続され、アンテナ装置１００により送受信される信号を処理する高周波回路である。つまり、回路素子１１２は、トランジスタや集積回路素子、チップ抵抗素子などから構成され、アンテナ装置１００が送受信する高周波信号の送信回路や受信回路などとして機能する。

接地導体１１４は、銅や銀などからなる面状導体であり、グラウンド電極として作用する。回路基板１１０の下面に、放射基板１２０と対応する領域を除く略全面に接地導体１１４が形成され、放射基板１２０と対応する領域に基板露出領域１１３が形成されている。放射基板１２０と対応する領域に基板露出領域１１３を形成するのは、放射基板１２０からの電波放射を妨げないためである。したがって、接地導体１１４は、実装される回路構成に応じて、放射基板１２０と対応する領域以外の領域にも基板露出領域１１３を有していてもよい。
なお、接地導体１１４は、放射基板１２０と対応する領域を除く位置に配置すればよいから、放射基板１２０が配設された回路基板の上面に形成されていてもよい。この場合、給電線１１１ａは、コプレナーラインとして機能することになる。

図３は、アンテナ装置１００のアンテナエレメント周辺の分解斜視図である。第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３は、電波を放射する第１〜第３の放射器として機能するものであり、銅や銀などからなる帯状厚膜導体からなる。
第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３は、給電線１１１の接続点である接続導体１２４ａ、１２４ｂと一端が接続された放射器である。第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３はそれぞれ、１／４波長単一型アンテナ（モノポール型アンテナ）の放射器として機能する。

図３に示すように、第１、第２のアンテナエレメント１２１、１２２は、メアンダ状（ジグザグ状・繰り返し折り返された形状）に、接続導体１２４ａ、１２４ｂから放射基板１２０の長手方向に（Ｘ軸方向）互いに離間するように（略逆向きに）放射基板１２０上に配置されている。第３のアンテナエレメント１２３は、板状に、接続導体１２４ａから放射基板１２０の長手方向に沿って第１のアンテナエレメントと略同一の方向（Ｘ軸正方向）に、放射基板１２０上に配置されている。第１のアンテナエレメントは、第３のアンテナエレメントが形成されている領域では、折り返しの長さが短くなっている（Ｗ１＜Ｗ２）。

この実施形態では、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３が、回路基板１１０よりも比誘電率の高い放射基板１２０上に形成されている。そのため、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３が、回路基板１１０上に形成されている場合に比べて、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３を短縮できる。
この実施形態では、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３が、回路基板１１０よりも比誘電率の高い放射基板１２０及び上層基板１３０に挟まれている。そのため、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３が、放射基板１２０上に形成されて上層基板１３０によってカバーされていない場合に比べて、さらに第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３を短縮できる。

放射基板１２０の端部には、図示しない固定用導体が形成されており、放射基板１２０は、当該端部の固定用導体と支持導体１１５ａ〜１１５ｄとの間ではんだ接合することで回路基板２１０に固設される。その際、放射基板１２０及び上層基板１３０の凹部１２５ａ〜１２５ｄ、１３１ａ〜１３１ｄにも、はんだ付けすることによって、固着を強固にすることができる。

回路基板１１０の下面の接地導体１１４と基板露出領域１１３との境界が回路基板１１０を挟んで対向する回路基板１１０の上面の直線と、給電線１１１との交わる線分を接地導体境界部Ｇとする。既述のように、この接地導体境界部Ｇによって給電線１１１が給電線１１１ａ、１１１ｂに区分される。

第１のアンテナエレメント１２１では、給電線１１１ｂ、接続導体１２４ａ、１２４ｂ、第１のアンテナエレメント１２１の全体が、実質的に電波を放射する放射器として機能する。その結果、給電線１１１ｂの端部（給電線１１１ａ、１１１ｂの境界）から第１のアンテナエレメント１２１の開放端に至るまでの実効長の略４倍の波長に対応する第１の周波数ｆ１で共振する（１／４波長の共振）。また、第１のアンテナエレメント１２１は、第1の周波数ｆ１を基本波とする高調波に対応する第２の周波数ｆ２でも共振する。
なお、アンテナ装置１００では、第１のアンテナエレメント１２１がメアンダ状に形成されているが、これには限定されない。例えば、緩やかに蛇行させた形状としてもよい。

第２のアンテナエレメント１２２では、給電線１１１ｂ、接続導体１２４ａ、１２４ｂ、第２のアンテナエレメント１２２の全体が、実質的に電波を放射する放射器として機能する。その結果、給電線１１１ｂの端部（給電線１１１ａ、１１１ｂの境界）から第２のアンテナエレメント１２２の開放端に至るまでの実効長の略４倍の波長に対応する第３の周波数ｆ３で共振する（１／４波長の共振）。
なお、アンテナ装置１００では、第２のアンテナエレメント１２２がメアンダ状に形成されているが、これには限定されない。例えば、緩やかに蛇行させた形状としてもよい。

第３のアンテナエレメント１２３では、給電線１１１ｂ、接続導体１２４ａ、１２４ｂ、第３のアンテナエレメント１２３の全体が、実質的に電波を放射する放射器として機能する。その結果、給電線１１１ｂの端部（給電線１１１ａ、１１１ｂの境界）から第３のアンテナエレメント１２３の開放端に至るまでの実効長の略４倍の波長に対応する第４の周波数ｆ４で共振する（１／４波長の共振）
なお、アンテナ装置１００では、第３のアンテナエレメント１２３が板状に形成されているが、これには限定されない。例えば、メアンダ状や緩やかに蛇行させた形状としてもよい。

接続導体１２４は、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の接続点となる導体領域である。接続導体１２４は、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３が接続される接続導体１２４ａと、給電線１１１ｂが接続される接続導体１２４ｂとからなる。

アンテナ装置１００では、第１、第２のアンテナエレメント１２１、１２２をメアンダ状に形成したので、これらが形成される放射基板１２０の大きさを小さくすることができる。

（等価回路）
次に、図４を参照して、アンテナ装置１００の構成と等価回路との関係について説明する。図４は、アンテナ装置１００の原理的等価回路を示す図である。

図４に示すように、アンテナ装置１００は、放射器としての第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３を有し、接続導体１２４にてそれぞれの一端が互いに接続されている。接続導体１２４は、給電線１１１を介して回路素子１１２からなる送受信回路ＴＲＸと接続される。送受信回路ＴＲＸは、接地導体１１４とも接続される。

アンテナ装置１００は、３つのアンテナエレメント１２１〜１２３がパラレルに接続された単一型アンテナとして動作する。すなわち、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の少なくともいずれかに対応する周波数の高周波信号が送受信回路ＴＲＸから給電線１１１を介して供給されると、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の少なくともいずれかで共振し、電波が放射される。一方、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の少なくともいずれかに対応する周波数の電波がアンテナ装置１００に到達すると、当該周波数に対応する第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の少なくともいずれかで高周波信号が励起され、給電線１１１を介して送受信回路ＴＲＸに当該高周波信号が送られる。なお、この詳細は後述する。

（実施例）
アンテナ装置１００の実施例について説明する。
アンテナ装置１００において、例えば、回路基板１１０として厚さ１ｍｍ・比誘電率４．８のガラスエポキシ基板を１００ｍｍ×５０ｍｍに切り出した。続いて、回路基板１１０の上面に給電線１１１をエッチングにより形成した。給電線１１１は、例えば、幅１．８ｍｍ、長さ９５ｍｍとした。

次に放射基板１２０として、比誘電率７．５で、大きさ１１．８ｍｍ×２．５ｍｍ×０．７ｍｍのセラミックスシートを用意した。第１のアンテナエレメント１２１は、例えば、線幅０．１２５ｍｍ、線間隔０．１２５ｍｍの銀厚膜をメアンダ状に１３．５サイクル折り返して形成した。第２のアンテナエレメント１２２は、例えば、線幅０．１７５ｍｍ、線間隔０．２５４ｍｍの銀厚膜をメアンダ状に１．５サイクル折り返して形成した。第３のアンテナエレメント１２３は、例えば、長さ２．９ｍｍ、幅０．３５ｍｍの銀厚膜を板状にして形成した。そして、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の接続点に銀厚膜からなる接続導体１２４を形成した。上層基板１３０として、比誘電率７．５で、大きさ１１．８ｍｍ×２．５ｍｍ×０．７ｍｍのセラミックスシートを用意した。第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３を挟むように上層基板１３０を放射基板１２０上に配置し熱圧着した。
給電線１１１ｂの長さ５ｍｍ、接続導体１２４ｂのＺ軸方向の長さ０．７ｍｍ、接続導体１２４ａのＹ軸方向の長さを２．３５ｍｍとした。

続いて、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３と接続導体１２４とが形成された放射基板１２０及び上層基板１３０を回路基板１１０に配置し、はんだにより接続して固定した。

以上のようにして作成したアンテナ装置１００について、給電線１１１および接地導体１１４に高周波回路を接続してアンテナ装置１００の反射損失（反射特性）を測定した。
図５は、このようにして得られたアンテナ装置１００の反射損失特性を表すグラフである。

また、図６〜図８は、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３の一部のみとした場合のアンテナ装置１００の反射損失特性を表すグラフである。図６は、第１のアンテナエレメント１２１のみでのアンテナ装置１００の反射損失特性を表すグラフである。図７は、第２のアンテナエレメント１２２のみでのアンテナ装置１００の反射損失特性を表すグラフである。図８では、グラフＧ１（実線）が、第３のアンテナエレメント１２３を除外し、第１、第２のアンテナエレメント１２１、１２２のみの場合の反射損失特性を表す。また、図８のグラフＧ２（破線）が、第１、第２のアンテナエレメント１２１、１２２を除外し、第３のアンテナエレメント１２３のみの場合の反射損失特性を表す。

図６に示すように、第１のアンテナエレメント１２１のみの場合に、２．３ＧＨｚ，４．９ＧＨｚ，および６．２ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ２１〜ｐ２３が得られた。この極小点ｐ２１〜ｐ２３はそれぞれ、第１のアンテナエレメント１２１の基本波（共振周波数）、３次高調波（３倍波）、５次高調波（５倍波）に対応すると考えられる。
ここで、極小点ｐ２２，ｐ２３は、第１のアンテナエレメント１２１がメアンダ状であることにより周波数が低周波側にシフトしている。第１のアンテナエレメント１２１が直線状（メアンダ状でない）の場合、共振周波数およびその奇数倍の周波数で共振し、共振点（極小点）の間隔はほぼ均一となる。これに対して、第１のアンテナエレメント１２１がメアンダ状の場合、その共振点の間隔は高周波側になるほど狭くなり、その結果、共振点（極小点）は低周波側にシフトする。このように極小点ｐ２２，ｐ２３が低周波側にシフトした場合でも、極小点ｐ２１〜ｐ２３それぞれが基本波、３次高調波、５次高調波に対応することに変わりはない。

図７に示すように、第２のアンテナエレメント１２２のみの場合に、５．２ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ３１が得られた。この極小点ｐ３１は、第２のアンテナエレメント１２２の基本波（共振周波数）に対応する。この極小点ｐ３１は、極小点ｐ２２の近傍に配置される。

図８のグラフＧ１に表されるように、第１、第２のアンテナエレメント１２１，１２２のみの場合には、２．３ＧＨｚ、４．９ＧＨｚおよび５．７ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ４１〜ｐ４３が得られた。極小点ｐ４１は第１のアンテナエレメント１２１の極小点ｐ２１に対応している。極小点ｐ４２は、第１のアンテナエレメント１２１の極小点ｐ２２、および第２のアンテナエレメント１２２の極小点ｐ３１が重なり合ったものに対応する。また、極小点ｐ４３は第１のアンテナエレメント１２１の極小点ｐ２３に対応している。但し、第２のアンテナエレメント１２２の特性の影響を受けて、極小点ｐ４３は、極小点ｐ２３より低周波側にシフトしている。極小点ｐ４２、ｐ４３の間（周波数ｆ＝５．３ＧＨｚ付近）に、ＶＳＷＲが２よりも大きく、反射特性が良好でない領域が存在する。
グラフＧ２に表されるように、第３のアンテナエレメント１２３のみの場合には、５．３ＧＨｚ付近に極小点ｐ４４が得られる。この極小点ｐ４４は、第３のアンテナエレメント１２３の基本波（共振周波数）に対応する。

図５に示すように、第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３を有するアンテナ装置１００では、２．４３ＧＨｚおよび５．２ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ１１、ｐ１２が得られた。第３のアンテナエレメント１２３を追加することで、第２の周波数帯域Ａ２（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）で、ＶＳＷＲが２よりも小さく、反射特性が良好となる。第２の周波数帯域の反射特性の悪い周波数が第３のアンテナエレメント１２３によって補完され、反射損失の小さい周波数範囲が拡大されている。

以上を纏めると、以下のようになる。
（１）第１〜第３のアンテナエレメント１２１〜１２３によって、第１、第２の周波数帯域Ａ１、Ａ２（例えば、Ａ１＝２．４〜２．５ＧＨｚ、Ａ２＝４．９〜５．９ＧＨｚ）で低反射損失の領域が形成され、この２つの周波数帯域で電波の送受信を効率的に行える。この２つの周波数帯域Ａ１、Ａ２の内少なくとも１方（実施例では、高周波側の第２の周波数帯域Ａ２）は、１ＧＨｚ程度の広い幅を有している。

（２）比較的広い第２の周波数帯域Ａ２での低反射損失が確保されているのは、この周波数帯域Ａ２に、３つのピークがある程度近接して存在することによる。
即ち、第１のアンテナエレメント１２１による共振周波数ｆ２のピーク（図６の極小点ｐ２２）、第２のアンテナエレメント１２２による共振周波数ｆ３のピーク（図７の極小点ｐ３１）、第３のアンテナエレメント１２３に基づく共振周波数ｆ４のピーク（図８の極小点ｐ４４）が近接して配置される。この結果、共振周波数ｆ２〜ｆ４のピークが重なり合い広い幅の第２の周波数帯域Ａ２を確保できる。
なお、本実施形態では共振周波数ｆ２，ｆ３，ｆ４の順に大きくなっているが必ずしもこの順序は問題とはならない、３つの共振周波数ｆ２，ｆ３，ｆ４がある程度近接していれば、その順序が異なっていても幅広い周波数帯域を確保することが可能である。

以上のように、アンテナエレメント１２１，１２２，１２３それぞれの共振周波数ｆ２，ｆ３、ｆ４のピークがある程度近接していることが好ましい。例えば、共振周波数ｆ２、ｆ４（最大、最小の周波数）の少なくともいずれかと共振周波数ｆ３（中間の周波数）との差の絶対値と共振周波数ｆ３との比ｍ１，ｍ２（ｍ１＝｜ｆ２−ｆ３｜／ｆ３，ｍ２＝｜ｆ４−ｆ３｜／ｆ３）が０．１０（１０％）以下であることが好ましい。図６〜図８（極小点ｐ２２，ｐ３１，ｐ４４）の例では、ｍ１＝０．０５８、ｍ２＝０．０１９であり、この範囲内となっている。比ｍ１，ｍ２の少なくともいずれかが０．０５（５％）以下であることがより好ましい。なお、後述のように、比ｍ１，ｍ２の少なくともいずれかが０．３（３０％）程度となることが許容される。

図９〜図１２を参照して、アンテナ装置１００の第３のアンテナエレメント１２３の長さが、本実施形態にかかるアンテナ装置１００の反射特性に及ぼす影響について説明する。図９〜図１２はそれぞれ、第３のアンテナエレメント１２３の長さが１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．５ｍｍの場合のアンテナ装置１００の反射損失（反射特性）を示す図である。

図９に示すように、第３のアンテナエレメント１２３の長さが１ｍｍの場合には、２．４３ＧＨｚ、５．１ＧＨｚおよび５．９ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ５１〜ｐ５３が得られた。第２の周波数帯域Ａ２（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）では、周波数ｆ＝５．３ＧＨｚ付近において、ＶＳＷＲが２よりも大きく、反射特性が良好でない周波数が存在する。

図１０に示すように、第３のアンテナエレメント１２３の長さが１．５ｍｍの場合には、２．４３ＧＨｚ、５．１３ＧＨｚおよび５．８７ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ６１、ｐ６２、及びｐ６３が得られた。第１、第２の周波数帯域Ａ１，Ａ２（周波数２．４〜２．５ＧＨｚ、４．９〜５．８５ＧＨｚ）のいずれにおいても、ＶＳＷＲが２よりも小さく、反射特性が良好である。

図１１に示すように、第３のアンテナエレメント１２３の長さが２ｍｍの場合には、２．５ＧＨｚおよび５．６ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ７１、ｐ７２が得られた。第１の周波数帯域（周波数ｆ＝２．４〜２．５ＧＨｚ）及び第２の周波数帯域（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）のいずれにおいても、ＶＳＷＲが２よりも小さく、反射特性が良好である。

図１２に示すように、第３のアンテナエレメント１２３の長さが３．５ｍｍの場合には、２．３５ＧＨｚ、４．３２ＧＨｚ、および５．１０ＧＨｚに反射特性の極小点ｐ８１〜ｐ８３が得られた。第２の周波数帯域（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）の周波数ｆ＝５．８５ＧＨｚ付近において、第３のアンテナエレメント１２３の長さが３．５ｍｍより長くなると、ＶＳＷＲが２よりも大きく、反射特性が良好でなくなる可能性がある。

したがって、第３のアンテナエレメントの長さｎが１．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下の場合には、第１の周波数帯域（周波数ｆ＝２．４〜２．５ＧＨｚ）のみならず、第２の周波数帯域（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）の反射特性も改善されて良好である。
このとき、第３のアンテナエレメント１２３の共振周波数ｆ４は、４．４〜６．６ＧＨｚである。即ち、共振周波数ｆ２〜ｆ４の順序が変化している（第１、第２のアンテナエレメント１２１，１２２それぞれの共振周波数、ｆ２＝４．９ＧＨｚ，ｆ３＝５．２ＧＨｚ）。
また、周波数の比ｍ１，ｍ２はそれぞれ、ｍ１＝０．０５８〜０．１０２，ｍ２＝０．０６１〜０．２６９となる。即ち、比ｍ１，ｍ２の少なくともいずれかが０．３（３０％）程度まで大きくなっても、幅広い周波数帯域を確保することが可能である。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２００について詳細に説明する。図１３は、アンテナ装置２００のアンテナエレメント周辺を拡大して示す分解斜視図である。図１４は、アンテナ装置２００の反射損失を示す図である。アンテナ装置２００は、第３のアンテナエレメント２２１（２２１ａ及び２２１ｂ）を、一端が給電線２１１に接続されたＬ字型の形状に回路基板１１０に形成したものである。以下、アンテナ装置２００の構成について、第１の実施形態における説明と重複する構成については説明を省略する。

図１３を参照して、アンテナ装置２００のアンテナエレメントの構成について詳細に説明する。図１３では、説明のため回路基板２１０と放射基板２２０と上層基板２３０を分離した状態で示している。

図１３に示すように、アンテナ装置２００では、一端が送信回路や受信回路（図示せず）と接続された給電線２１１（２１１ａ，２１１ｂ）と、給電線２１１ｂの一端と接続され放射基板２２０の形状と対応する形状のＬ字型の第３のアンテナエレメント２２３（２２３ａ及び２２３ｂ）とが、回路基板２１０の上面に形成されている。第１のアンテナエレメント２２１及び第２のアンテナエレメント２２２が、メアンダ状（ジグザグ状・繰り返し折り返された形状）に、接続導体２２４ａ、２２４ｂから放射基板２２０の長手方向に（Ｘ軸方向）互いに離間するように（略逆向きに）放射基板２２０上に配置されている。そして、放射基板２２０及び上層基板２３０は、回路基板２１０の所定位置に固設される。

第３のアンテナエレメント２２３は、給電線２１１ｂが一端に接続された第３のアンテナエレメント２２３ａ（以下「エレメント２２３ａ」のように称する。）と、一端がエレメント２２３ａの他端と接続され放射基板２２０の短辺の位置と沿わせて配置されたエレメント２２３ｂとから構成される。すなわち、第３のアンテナエレメント２２３は、エレメント２２３ａとエレメント２２３ｂが互いに連結されて、放射基板２２０の周縁部の形状と対応するように配置されている。

エレメント２２３ａと対応する放射基板２２０の端部と対向する端部には、放射基板２２０を回路基板２１０に固定するための支持導体２１５ｂが形成されている。導体２２３ｂと対応する放射基板２２０の端部と対向する端部には、放射基板２２０を回路基板２１０に固定するための支持導体２１５ｄが形成されている。放射基板２２０の端部には、図示しない固定用導体が形成されており、放射基板２２０は、当該端部の固定用導体と導体２２３ｂ、２２３ａの一部、支持導体２１５ｂ、２１５ｄとの間ではんだ接合することで回路基板２１０に固設される。

このように、アンテナ装置２００においては、第３のアンテナエレメント２２３は、放射基板２２０の回路基板２１０への固定手段（接続領域）と、第２の周波数に対応するアンテナエレメントとの二つの作用をすることになる。

第１のアンテナエレメント２２１は、メアンダ状に形成されている。第１のアンテナエレメント２２１は、一端が、接続導体２２４（２２４ａおよび２２４ｂ）を介して給電線２１１ｂと接続され、他端が、放射基板２１１の長辺方向に延びるように形成されている。なお、アンテナ装置２００においても、第１のアンテナエレメント２２１はメアンダ状には限定されない。

第２のアンテナエレメント２２２は、第１のアンテナエレメント２２１と同様に、メアンダ状に形成されている。第２のアンテナエレメント２２２は、一端が接続導体２２４（２２４ａおよび２２４ｂ）を介して給電線２１１ｂと接続され、他端が第１のアンテナエレメント２２１の形成方向と逆方向に延びるように形成されている。なお、アンテナ装置２００においても、第２のアンテナエレメント２２２はメアンダ状には限定されない。

接続導体２２４は、第１及び第２のアンテナエレメント２２１、２２２の接続点となる導体領域である。接続導体２２４は、第１及び第２のアンテナエレメント２２１、２２２が接続される接続導体２２４ａと、給電線２１１ｂが接続される接続導体２２４ｂとからなる。

（実施例）
アンテナ装置２００の実施例について説明する。アンテナ装置２００において、例えば、回路基板２１０として厚さ１ｍｍ・比誘電率４．８のガラスエポキシ基板を１００ｍｍ×５０ｍｍに切り出した。続いて、回路基板２１０の上面に給電線２１１ｂと第３のアンテナエレメント２２３をエッチングにより形成した。給電線２１１は、例えば、幅１．８ｍｍ、長さ＝９５ｍｍとした。第３のアンテナエレメント２２３は、エレメント２２３ａを長さ１．４ｍｍ、幅０．２ｍｍの帯状導体とし、エレメント２２３ｂを長さ２．５ｍｍ、幅０．８５ｍｍとした。さらに、回路基板２１０の下面に、放射基板２２０の形成領域を除き接地導体層(図示せず)を形成した。

次に放射基板２２０として、比誘電率７．５で、大きさ１１．８ｍｍ×２．５ｍｍ×０．７ｍｍのセラミックスシートを用意した。第１のアンテナエレメント２２１は、線幅０．１２５ｍｍ、線間隔０．１２５ｍｍの銀厚膜をメアンダ状に折り返し幅２．０ｍｍで１３サイクル折り返して形成した。第２のアンテナエレメント２２２は、線幅０．１７５ｍｍ、線間隔０．２５４ｍｍの銀厚膜を稲妻状に１．５サイクル折り返して形成した。そして、第１および第２のアンテナエレメント２２１および２２２の接続点に銀厚膜からなる接続導体２２４を形成した。上層基板２３０として、比誘電率７．５で、大きさ１１．８ｍｍ×２．５ｍｍ×０．７ｍｍのセラミックスシートを用意した。第１及び第２のアンテナエレメント２２１、２２２を挟むように上層基板２３０を放射基板２２０上に配置し熱圧着した。

接地導体境界部Ｇから接続導体２２４ｂに接するまでの給電線２１１の長さｍ＝５ｍｍ、接続導体２２４ｂのＺ軸方向の長さ０．７ｍｍ、接続導体２２４ａのＹ軸方向の長さを２．３５ｍｍとした。
続いて、第１、第２のアンテナエレメント２２１、２２２と接続導体２２４とを形成した放射基板２２０及び上層基板２３０を回路基板２１０に配置し、はんだにより接続して固定した。

以上のようにして作成したアンテナ装置２００について、給電線２１１および接地導体（図示せず）に高周波回路を接続してアンテナ装置２００の反射損失を測定した。図１１に示すのは、このようにして得られた反射損失である。

図１４は、アンテナ装置２００の反射損失（反射特性）を示す図である。図１４に示すように、アンテナ装置２００では、２．６ＧＨｚ、５．２ＧＨｚに反射損失の極小点ｐ１０１、ｐ１０２が得られた。
第１〜第３のアンテナエレメント２２１〜２２３を有するアンテナ装置２００では、第１の周波数帯域Ａ１（周波数ｆ＝２．４〜２．５ＧＨｚ）及び第２の周波数帯域Ａ２（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）のいずれにおいても、ＶＳＷＲが２よりも小さく、反射特性が良好である。

（第３の実施形態）
次に、図１５、図１６を参照して、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置３００について詳細に説明する。図１５は、アンテナ装置３００のアンテナエレメント周辺を拡大して示す分解斜視図である。図１５では、説明のため回路基板３１０と放射基板３２０と上層基板３３０とを分離した状態で示している。アンテナ装置３００は、第３のアンテナエレメント３２３の形状及び形成する位置を第２の実施形態から変更したものである。以下、第１、第２の実施形態における説明と重複する構成については説明を省略する。

図１５に示すように、アンテナ装置３００では、一端が送信回路や受信回路（図示せず）と接続された給電線３１１（３１１ａ，３１１ｂ）と、第３のアンテナエレメント３２１とが回路基板３１０の上面に形成されている。第３のアンテナエレメント３２１は、給電線３１１ｂの他端と接続され、放射基板３２０の長辺に沿って形成された板状のものである。
なお、この実施形態における放射基板３２０は、第２の実施形態における放射基板２２０と対応し、第１および第２のアンテナエレメント３２１および３２２、接続導体３２４（３２４ａおよび３２４ｂ）を備えている。アンテナ装置３００は、第３のアンテナエレメント３２３が板状であり、Ｘ軸正方向に形成されている点において、第２の実施形態に係るアンテナ装置２００と相違する。

（実施例）
アンテナ装置３００の実施例について説明する。アンテナ装置３００において、例えば、回路基板３１０として厚さ１ｍｍ・比誘電率４．８のガラスエポキシ基板を１００ｍｍ×５０ｍｍに切り出した。続いて、回路基板３１０の上面に給電線３１１及び第３のアンテナエレメント３２３をエッチングにより形成した。給電線３１１は、例えば、幅１．８ｍｍ、長さ９５ｍｍとした。第３のアンテナエレメント３２３は、長さ３．５ｍｍ、幅０．２ｍｍの板状の帯状導体とした。さらに、回路基板３１０の下面に、放射基板３２０の形成領域を除き接地導体層(図示せず)を形成した。

次に放射基板３２０として、比誘電率７．５で、大きさ１１．８ｍｍ×２．５ｍｍ×０．７ｍｍのセラミックスシートを用意した。第１のアンテナエレメント３２１は、線幅０．１２５ｍｍ、線間隔０．１２５ｍｍの銀厚膜をメアンダ状に折り返し幅２．０ｍｍで１３サイクル折り返して形成した。第２のアンテナエレメント３２２は、線幅０．１７５ｍｍ、線間隔０．２５４ｍｍの銀厚膜をメアンダ状に１．５サイクル折り返して形成した。そして、第１および第２のアンテナエレメント３２１および３２２の接続点に銀厚膜からなる接続導体３２４を形成した。上層基板３３０として、比誘電率７．５で、大きさ１１．８ｍｍ×２．５ｍｍ×０．７ｍｍのセラミックスシートを用意した。第１及び第２のアンテナエレメント３２１、３２２を挟むように上層基板３３０を放射基板３２０上に配置し熱圧着した。
接地導体境界部Ｇから接続導体３２４ｂに接するまでの給電線３１１の長さ５ｍｍ、接続導体３２４ｂのＺ軸方向の長さ０．７ｍｍ、接続導体３２４ａのＹ軸方向の長さを２．３５ｍｍとした。
続いて、第１および第２のアンテナエレメント３２１および３２２と接続導体３２４とを形成した放射基板３２０及び上層基板３３０を回路基板３１０に配置し、はんだにより接続して固定した。

以上のようにして作成したアンテナ装置３００について、給電線３１１および接地導体（図示せず）に高周波回路を接続してアンテナ装置３００の反射損失（反射特性）を測定した。図１６に示すのは、このようにして得られた反射損失である。

図１６は、アンテナ装置３００の反射損失（反射特性）を示す図である。図１６に示すように、アンテナ装置３００では、２．６ＧＨｚ、５．３ＧＨｚに反射損失の極小点ｐ１１１，ｐ１１２が得られた。
第１〜第３のアンテナエレメント３２１〜３２３を有するアンテナ装置３００では、第１の周波数帯域（周波数ｆ＝２．４〜２．５ＧＨｚ）及び第２の周波数帯域（周波数ｆ＝４．９〜５．８５ＧＨｚ）のいずれにおいても、ＶＳＷＲが２よりも小さく、反射特性が良好である。

（その他の実施形態）
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、放射基板に三つのアンテナエレメントを形成した例、及び回路基板に一つのアンテナエレメント、放射基板に二つのアンテナエレメントを形成した例について説明したが、これには限定されない。すなわち、回路基板に２つのアンテナエレメントを形成し、放射基板に１つのアンテナエレメントを形成してもよいし、回路基板に３つのアンテナエレメントを形成してもよい。
また、上記実施形態においては、放射器が平面的に配置されているものとして説明したが、これにも限定されない。すなわち、給電線から給電される給電点を共用し、複数の周波数に対応するアンテナエレメントをパラレルに接続し得る態様のアンテナであれば、どのようなアンテナであっても適用することができる。例えば、平面型の放射器に代えて、立体的な放射器（例えば、ヘリカル形状の放射器）などにも適用できる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の全体構成の上面を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の全体構成の下面を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナエレメント周辺を拡大して示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の原理的等価回路を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第１のアンテナエレメントのみのアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第２のアンテナエレメントのみのアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントのみのアンテナ装置の反射損失と、第３のアンテナエレメントのみのアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第３のアンテナエレメントの長さが１ｍｍの場合における第１の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第３のアンテナエレメントの長さが１．５ｍｍの場合における第１の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第３のアンテナエレメントの長さが２ｍｍの場合における第１の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。 第３のアンテナエレメントの長さが３．５ｍｍの場合における第１の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナエレメント周辺を拡大して示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナエレメント周辺を拡大して示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の反射損失を示す図である。

符号の説明

１００…アンテナ装置
１１０…回路基板
１２０…放射基板
１１１（１１１ａ，１１１ｂ）…給電線
１１３…基板露出領域
１１４…接地導体
１２１，１２２，１２３…第１〜第３のアンテナエレメント
１２４（１２４ａ，１２４ｂ）…接続導体
１１５（１１５ａ〜１１５ｄ）…支持導体
１２５，１３１…凹部
Ｇ…接地導体境界部。

Claims (12)

1. 基本波に対応する第１の周波数および前記基本波の高調波に対応する第２の周波数で共振する第1の放射器と、
   前記第１の放射器と接続され、前記第２の周波数と近接する第３の周波数で共振する第２の放射器と、
   前記第１、第２の放射器と接続され、前記第２、第３の周波数と近接する第４の周波数で共振する第３の放射器と、
   を具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２、第３、第４の周波数中の最大、最小の周波数の少なくともいずれかと中間の周波数との差の絶対値と、前記中間の周波数との比が、３０％以下である
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第２の周波数が、前記基本波の３次高調波に対応する
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記第２、第３、第４の周波数の少なくともいずれかが、４ＧＨz以上、６ＧＨz以下である
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の周波数が、２ＧＨz以上、３ＧＨz以下である
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
6. 第1の絶縁基板と、
   前記第１の絶縁基板上に配置され、かつ前記第１の絶縁基板と誘電率の異なる第２の絶縁基板と、
   前記第１の絶縁基板上に配置される給電線と、をさらに具備し、
   前記第１、第２、第３の放射器が、前記給電線に接続され、かつ前記第１、第２の絶縁基板のいずれかの上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
7. 前記第１、第２、第３の放射器が、前記第２の絶縁基板上に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１、第２の放射器が、前記第２の絶縁基板上に配置され、前記第３の放射器が、前記第１の絶縁基板上に配置されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
9. 前記第３の放射器が、前記第１、第２の絶縁基板に夾まれている
   ことを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記第３の放射器が、前記第１、第２の絶縁基板を互いに接続する接続領域を有する
    ことを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記第２の絶縁基板の比誘電率が、前記第１の絶縁基板の比誘電率よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
12. 前記第１、第２、第３の放射器の少なくともいずれかが、メアンダ状に形成された帯状導体層を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。

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