JP2008271468A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンテナ装置を多共振化すると共に、各共振周波数の値をできるだけ独立して設定できるようにする。
【解決手段】アンテナ装置1は、接地導体3と、給電線4に接続される給電箇所14を含む給電側部分素子10と、第1分岐箇所17において給電側部分素子10から分岐して第1開放端21に至る第1分岐部分素子11と、第2分岐箇所18において給電側部分素子10から分岐して第2開放端22に至る第2分岐部分素子12を有する。給電側部分素子10の下辺13と接地導体3との間隔を、給電箇所14から遠端15までの長さの10分の3以下とする。第1分岐部分素子11は、給電箇所14から遠端15及び第1分岐箇所17を経て第1開放端21に至る高周波電流の経路が折り返す向きに形成される。第2分岐部分素子12は、第2分岐箇所18において遠端15から遠ざかる向きに給電側部分素子10から分岐する。
【選択図】図2
【解決手段】アンテナ装置1は、接地導体3と、給電線4に接続される給電箇所14を含む給電側部分素子10と、第1分岐箇所17において給電側部分素子10から分岐して第1開放端21に至る第1分岐部分素子11と、第2分岐箇所18において給電側部分素子10から分岐して第2開放端22に至る第2分岐部分素子12を有する。給電側部分素子10の下辺13と接地導体3との間隔を、給電箇所14から遠端15までの長さの10分の3以下とする。第1分岐部分素子11は、給電箇所14から遠端15及び第1分岐箇所17を経て第1開放端21に至る高周波電流の経路が折り返す向きに形成される。第2分岐部分素子12は、第2分岐箇所18において遠端15から遠ざかる向きに給電側部分素子10から分岐する。
【選択図】図2
Description
本発明はアンテナ装置に係り、特に複数の周波数帯において使用することのできるアンテナ装置に関する。
携帯電話機や無線機能を備えたパーソナルコンピュータ(PC)等において多用途・多機能化が進み、これらの機器に使用されるアンテナ装置の多共振化や広帯域化が求められている。このような要請に応えるため、出願人はこれまでに例えば携帯電話機の内蔵アンテナを多共振化すると共にインピーダンス整合を効率的にする発明について特許出願し、登録を受けた(特許文献1参照。)。
この他にも、多共振化又は広帯域化を図ったアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献2又は特許文献3参照。)。上記の特許文献2(特に図10)に開示されたアンテナ装置は、地板6の面と平行に平面状のマイクロストリップアンテナ42が併設され、このマイクロストリップアンテナ42の一端にモノポールアンテナ1の一端が接続されて構成される。このアンテナ装置は単一共振であり、モノポールアンテナ1の長さは、共振周波数の波長の約半波長である。
平面状のマイクロストリップアンテナ42の長さaも約半波長である。平面状のマイクロストリップアンテナ42の幅bを大きくとれば、アンテナの電気的体積が大きくなるため広い帯域幅が得られる旨、記載されている。
上記の特許文献3(特に図5)に開示されたアンテナ装置は、矩形導体パターン43と線状のU字状導体パターン45を有し、矩形導体パターン43がグランド基板導体49と同一平面上に配置されてなる平面多重アンテナである。
この平面多重アンテナは多共振であり、U字状導体パターン45全体で電流が共振するときの周波数である第1の共振周波数f1と、U字状に形成された部分の内側が共振するときの周波数である第2の共振周波数f2(f1<f2)とを有する旨、記載されている。
特許第3775795号公報(第2、4、5ページ、図1)
特開2002−64324号公報(特に段落番号0096〜0102、図10)
特開2005−94501号公報(特に段落番号0021、0022、0031〜0033、図5)
上記の特許文献1に開示された無線装置のアンテナは、折り返し型の第1アンテナ素子が相対的に低い方の周波数、先端開放の第2アンテナ素子が相対的に高い方の周波数でそれぞれ共振し、第1アンテナ素子の往路と復路の間の短絡位置を調整して第2アンテナ素子のインピーダンスを調整することができるように構成される。第2アンテナ素子の共振周波数を高くするほど上記の短絡位置を給電点側に寄せてインピーダンス整合を図る必要があるが、そうすると第1アンテナ素子の共振周波数におけるインピーダンスの誘導性を強める結果となる。つまり、各共振周波数の値を独立して設定することが難しい場合があった。
一方、特許文献2は多共振化について何ら言及していない。また特許文献3は、U字状に形成された部分全体の共振と、内側の部分だけの共振を利用するものであるから、共振周波数をある程度以上離したりそれらの値を独立して設定したりすることが難しいという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、アンテナ装置を多共振化すると共に、各共振周波数の値をできるだけ独立に設定できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、基板に設けられた接地導体と、前記接地導体の端辺に対向する辺を含む周縁を有して面をなすと共に、前記接地導体の端辺に対向する辺の近傍において遠い方に当る遠端までの長さが第1の周波数の略4分の1波長に相当する給電箇所と、前記接地導体の端辺に対向する辺以外の周縁近傍の第1の分岐箇所及び第2の分岐箇所を有し、かつ、前記給電箇所において給電されることができる給電側部分素子と、前記第1の分岐箇所において前記給電側部分素子から分岐すると共に、前記給電側部分素子が給電されたとき高周波電流の分布する経路が前記給電箇所から前記遠端及び前記第1の分岐箇所を経て折り返す向きに形成されて第1の開放端に至り、かつ、前記第1の分岐箇所から前記第1の開放端までの経路長が、前記給電箇所から前記遠端を経て前記第1の分岐箇所までの経路長と合わせて第2の周波数の略4分の1波長に相当するように形成された第1の分岐部分素子と、前記第2の分岐箇所において前記遠端から遠ざかる向きに前記給電側部分素子から分岐すると共に、前記給電側部分素子が給電されたとき高周波電流の分布する経路が前記給電箇所から前記第2の分岐箇所を経て第2の開放端に至り、かつ、前記第2の分岐箇所から前記第2の開放端までの経路長が、前記給電箇所から前記第2の分岐箇所までの経路長と合わせて第3の周波数の略4分の1波長に相当するように形成された第2の分岐部分素子とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、アンテナ素子における高周波電流の分布経路の向きと長さを選んでアンテナ装置を構成することによって、アンテナ装置を多共振化すると共に、各共振周波数の値をできるだけ独立に設定することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直(鉛直)をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直(鉛直)を意味するものとする。また、各図の間で共通の符号は、同一の構成を表すものとする。
以下、図1乃至図12を参照して、本発明の実施例1を説明する。図1は、本発明の実施例1に係るアンテナ装置1の構成を表す図である。アンテナ装置1は、3の周波数(F1、F2、F3とする。それらの値の大小関係については、後述する。)のそれぞれにおいて使用される図示しない無線装置に用いることができる。上記の無線装置は、図1に示した基板2を有している。アンテナ装置1は、基板2の接地導体3と、その近傍に配設されたアンテナ素子(後述する複数の部分素子からなる。)を有する。当該アンテナ素子は、接地導体3に設けられた給電線4を介して、図示しない無線回路に接続される。
アンテナ装置1に含まれる上記のアンテナ素子は、例えば図1において破線の楕円で囲まれた範囲の、基板2の導体パターンにより形成される。なお上記のアンテナ素子は、接地導体3の近傍にあるならば基板2の導体パターンでなくてもよい。給電線4は例えば同軸ケーブルであるが、他の種類の線材を用いてもよく、基板2の導体パターンによるコプレナー線路としてもよい。
次に図2を参照して、アンテナ装置1の主要な部分の構成を詳しく説明する。図2は、図1に示したアンテナ装置1の主要な部分の構成と形状を表す図である。アンテナ装置1に含まれる上記のアンテナ素子は、給電線4に接続される箇所を含む給電側部分素子10と、それぞれ給電側部分素子10から分岐して開放端に至る第1分岐部分素子11及び第2分岐部分素子12を有する。
給電側部分素子10は、接地導体3の端辺に対向する下側の辺(下辺)13を含む周縁を有する面をなしている。給電側部分素子10は、下辺13の近傍に、給電線4が接続される給電箇所14を有する。下辺13の両端のうち、給電箇所14から遠い方を遠端15とする。給電側部分素子10は、下辺13以外の周縁近傍に、第1分岐箇所17及び第2分岐箇所18を有する。
上記の第1分岐部分素子11は、第1分岐箇所17において給電側部分素子10から分岐すると共に、折り曲げ箇所19において上記の接地導体3の端辺に略平行に、かつ、左向きに折り曲げられて第1開放端21に至る。上記の第2分岐部分素子12は、第2分岐箇所18において上記の接地導体3の端辺に略平行に、かつ、遠端15から遠ざかる向きに給電側部分素子10から分岐し、第2開放端22に至る。
図3を参照して、アンテナ装置1が給電箇所14において給電されたときの高周波電流の3通りの経路について説明する。図3の各図には、アンテナ装置1のアンテナ素子の形状を再掲している(接地導体3の図示は省略する。)。図3の左側の図は、アンテナ装置1が給電箇所14において給電されたときの給電箇所14から遠端15までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。給電箇所14から遠端15までの長さを、周波数F1の略4分の1波長に設定することにより、アンテナ装置1を周波数F1において共振させることができる。
図3の中央の図は、アンテナ装置1が給電箇所14において給電されたときの給電箇所14から遠端15、第1分岐箇所17及び折り曲げ箇所19を経て第1開放端21に至る高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。第1分岐箇所17から折り曲げ箇所19を経て第1開放端21までの第1分岐部分素子11の経路長と、給電箇所14から遠端15を経て第1分岐箇所17までの経路長を合わせた長さを、周波数F2の略4分の1波長に設定することにより、アンテナ装置1を周波数F2において共振させることができる。
図3の右側の図は、アンテナ装置1が給電箇所14において給電されたときの給電箇所14から第2分岐箇所18を経て第2開放端22に至る高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。第2分岐箇所18から第2開放端22までの第2分岐部分素子12の経路長と、給電箇所14から第2分岐箇所18までの経路長を合わせた長さを、周波数F3の略4分の1波長に設定することにより、アンテナ装置1を周波数F3において共振させることができる。
なお、上記の「給電箇所14から第2分岐箇所18までの経路長」は、より正確には「給電箇所14から下辺13の左端に当る箇所を経て第2分岐箇所18までの経路長」と表現される。図3では給電箇所14が下辺13の左端近傍に当ることから、上記のように表したものである。
図4ないし図10を参照して、アンテナ装置1の構成、形状の特徴及び効果を、他の例と比較しながら説明する。図4は、本発明に係るアンテナ装置1の構成、形状と、他の2通りの例に係るアンテナ装置の構成、形状を対比して表す図である。図4の左側の図は、図2を参照して説明したアンテナ装置1の構成、形状を表す。
図4の中央の図は、他の例の1つに係るアンテナ装置1aの構成及び形状を表す。アンテナ装置1aは、アンテナ装置1から第1分岐部分素子11を除いたものであって、その他の構成はアンテナ装置1の対応する構成と同じ符号を付して表すものとする。
図4の右側の図は、もう1つの他の例に係るアンテナ装置1bの構成及び形状を表す。アンテナ装置1bは、アンテナ装置1aに対して、第1分岐箇所17bから右方に分岐する第1分岐部分素子11b(第1開放端21bに至る。)を付加したものである。アンテナ装置1bは、第1分岐部分素子11bの分岐する方向がアンテナ装置1と異なるが、他の構成はアンテナ装置1の対応する構成と同じであるからそれぞれ同じ符号を付して表すものとする。
図5は、図4の中央の図に示したアンテナ装置1aの共振特性の一例をシミュレーションにより求めて表す図である。シミュレーションの条件は、図4の中央の図において次のとおりである。給電側部分素子10の水平方向の幅を10ミリメートル(mm)、垂直方向の高さを10mmとする。給電箇所14は、給電側部分素子10の水平方向の左端に位置するものとする。第2分岐箇所18から第2開放端22までの第2分岐部分素子12の長さを14mmとする。第2分岐部分素子12は接地導体3の上側の端辺に平行で、線幅は1mmとする。給電側部分素子10の下辺13は接地導体3の上側の端辺に対し、1mmの間隔をおいて平行とする。
図5の横軸は周波数(単位はギガヘルツ(GHz))、縦軸は給電箇所14における電圧定在波比(VSWR)を表す。図5から明らかなように、アンテナ装置1aは2の共振周波数を有する。高い方の共振周波数(約5GHz)は、給電箇所14から遠端15までの経路長によって定まる。低い方の共振周波数(約3GHz)は、給電箇所14から第2分岐箇所18を経て第2開放端22までの経路長によって定まる。
図6は、図4の右側の図に示したアンテナ装置1bの共振特性の一例をシミュレーションにより求めて表す図である。シミュレーションの条件は、上述した図5の場合と同じ条件に加えて、第1分岐箇所17bから第1開放端21bまでの第1分岐部分素子11bの長さを20mm、線幅を1mmとし、第1分岐部分素子11bは接地導体3の上側の端辺に平行とする。
図6の横軸は周波数(単位はGHz)、縦軸は給電箇所14におけるVSWRを表す。図6から明らかなように、アンテナ装置1bは3の共振周波数を有する。最も高い共振周波数(約6GHz)は、給電箇所14から遠端15までの経路長によって定まる。2番目に高い共振周波数(約3.6GHz)は、給電箇所14から第2分岐箇所18を経て第2開放端22までの経路長によって定まる。最も低い共振周波数(約2.5GHz)は、給電箇所14から遠端15及び第1分岐箇所17bを経て第1開放端21bまでの経路長によって定まる。
図5と図6の比較から明らかなように、アンテナ装置1bはアンテナ装置1aよりも共振点の数が多いので多共振化に有利であるが、最も低い共振周波数だけでなく他の共振周波数も、第1分岐部分素子11bの長さに依存して値が変化するという性質がある。
このようなアンテナ装置1bの特性について、図7を参照して説明する。図7は、第1分岐部分素子11bの長さをパラメータとするアンテナ装置1bの共振特性の一例を、シミュレーションにより求めて表す図である。シミュレーションの条件は、上述した図6の場合と同じ条件に加えて、上記のパラメータ(第1分岐部分素子11bの長さ)を20、24又は28mmとしている。
図7の横軸は周波数(単位はGHz)、縦軸は給電箇所14におけるVSWRを表す。図7は、上記のパラメータ(第1分岐部分素子11bの長さ)の3通りの値に対応して、3本の特性曲線を表している。上記のパラメータの値を変えることによって直接影響を受ける最も低い共振周波数は、ほぼ2.1GHzから2.7GHzまでの幅を持って変化する。しかし図7が示すように、上記のパラメータの値を変えることによって2番目に高い共振周波数もほぼ3.3GHzから3.7GHzまでの幅を持って変化し、最も高い共振周波数もほぼ5.2GHzから5.9GHzまでの幅を持って変化する。すなわち、個々の共振周波数の値を独立に設定することが難しい。
図4の左側の図に表したアンテナ装置1につき、図8を参照して上述した共振周波数の設定の独立性を説明する。図8は、第1分岐部分素子11の長さをパラメータとするアンテナ装置1の共振特性の一例を、シミュレーションにより求めて表す図である。シミュレーションの条件は、上述したアンテナ装置1bについての図6の場合と同じ条件に加えて、第1分岐部分素子11と第2分岐部分素子12の互いに平行な部分の間隔を2mm、上記のパラメータ(第1分岐部分素子11の長さ)を20、24又は28mmとしている。
図8の横軸は周波数(単位はGHz)、縦軸は給電箇所14におけるVSWRを表す。図8は、上記のパラメータ(第1分岐部分素子11の長さ)の3通りの値に対応して、3本の特性曲線を表している。上記のパラメータの値を変えることによって直接影響を受ける最も低い共振周波数は、ほぼ2.1GHzから2.8GHzまでの幅を持って変化する。このとき、2番目に高い共振周波数の変化の幅はほぼ3.3GHzから3.4GHzまでであって、図7の場合と比べると変化の幅が小さいことがわかる。また、最も高い共振周波数の変化の幅はほぼ4.8GHzから5.1GHzまでであって、図7の場合と比べると変化の幅が小さいことがわかる。
このような共振周波数の設定の独立性に関するアンテナ装置1bとアンテナ装置1の相違について、定性的に説明する。図4の右側に図示したアンテナ装置1bにおいて、最も低い共振周波数に対応する高周波電流の分布経路は、給電箇所14から遠端15及び第1分岐箇所17bを経て第1開放端21bに至る経路である。
アンテナ装置1bの上記の経路には、最も高い共振周波数や2番目に高い共振周波数の近傍の周波数の電流が、4分の1波長の奇数倍(4分の3波長以上)の形で分布することが考えられる。当該経路は、給電箇所14から遠端15への向きと第1分岐箇所17bから第1開放端21bへの向きがほぼ等しいので伝送線路としての条件の変化が相対的に小さく、上記の4分の3波長以上の電流分布が比較的生じやすいものといえる。
図4の左側に図示したアンテナ装置1において、最も低い共振周波数(F2)に対応する高周波電流の分布経路は、給電箇所14から遠端15及び第1分岐箇所17(さらに折り曲げ箇所19)を経て第1開放端21に至る経路である。アンテナ装置1の上記の経路は、給電箇所14から遠端15及び第1分岐箇所17(さらに折り曲げ箇所19)を経て、折り返す向きに形成されている。
アンテナ装置1の上記の経路にも、最も高い共振周波数(F1)や2番目に高い共振周波数(F3)の近傍の周波数の電流が、4分の1波長の奇数倍(4分の3波長以上)の形で分布することが考えられる。しかし当該経路は、給電箇所14から遠端15への向きと第1分岐箇所17から(折り曲げ箇所19を経て)第1開放端21への向きが折り返されたことによりほぼ逆であるため、伝送線路としての条件の変化が相対的に大きく、上記の4分の3波長以上の電流分布が比較的難しいものといえる。
このような理由から、アンテナ装置1の場合にはアンテナ装置1bの場合に比べて、最も低い共振周波数(F2)に対応する経路に高い方の共振周波数(F1又はF3)の電流が4分の3波長以上で分布する割合が小さく、その結果として高い方の共振周波数が当該経路の長さに依存する度合いが低いものといえる。
図9及び図10を参照して、共振周波数設定の独立性につきもう一つ別のアンテナ装置の構成例を比較の対象として説明する。図9の左側の図は、そのような別の例に係るアンテナ装置1cの構成及び形状を表す。アンテナ装置1cは、図示したように4箇所で折り曲げられた形状をなしている。図中の他の構成は、便宜上図4と同じ符号を付して表している。
図9の右側の図は、アンテナ装置1cの形状をアンテナ装置1の形状に重ねて説明する図である(アンテナ装置1のうち表から見えるのは、接地導体3と、給電側部分素子10のうちのハッチングを施した部分のみである。)。図中には、アンテナ装置1の各部の符号を併せて示している。この図から明らかなように、アンテナ装置1cは、アンテナ装置1における給電点14から遠端15、第1分岐箇所17及び折り曲げ箇所19を経て第1開放端21に至る高周波電流の経路と、給電点14から第2分岐箇所18を経て第2開放端22に至る高周波電流の経路に沿うように形成されたものである。
図10は、上述したアンテナ装置1、1b、1cについて、共振周波数設定の独立性をシミュレーションにより評価する図である。アンテナ装置1に関するシミュレーションの条件は、図8の場合(パラメータは第1分岐箇所17から第1開放端21までの素子長)に同じとする。アンテナ装置1bに関するシミュレーションの条件は、図7の場合(パラメータは第1分岐箇所17bから第1開放端21bまでの素子長)に同じとする。アンテナ装置1cに関するシミュレーションの条件は、アンテナ装置1に関する条件に同じとする。
図10の横軸は、上記のシミュレーション条件下におけるアンテナ装置1、1b、1cの最も低い共振周波数帯である2.5GHz帯での、各パラメータの値を20mmから28mmの範囲で変化させたときの周波数変化を表す。図10の縦軸は、最も高い周波数帯である5GHz帯での、対応する周波数変化を表す。したがって、横軸の値を大きくしたときの縦軸の値が小さいほど、共振周波数設定の独立性が高いことになる。
図10によれば、アンテナ装置1の共振周波数設定の独立性が最も高く、以下アンテナ装置1b、1cの順に独立性が低下する。この中でアンテナ装置1cの独立性が最も低いのは、給電箇所14から第1開放端21までの電流分布経路の幅がほとんど変わらないために、高い周波数の電流も経路の全長にわたって分布することから周波数が経路長に依存する度合いが高まるものと考えられる。
以上の説明においては、給電側部分素子11の下辺13が基板2の接地導体3の上側の端辺に対し1mmの間隔をおいて平行とした。この間隔が大きくなると、アンテナ装置1の特性が低下することが予想される。その点について、図11を参照して説明する。図11は、上記の間隔をパラメータとして、アンテナ装置1の共振特性の一例を図8と同様にシミュレーションにより求めて表す図である。
シミュレーションの条件は、図4の左側の図において図8の場合に同じとする。ただし、給電側部分素子10の下辺13と接地導体3の上側の端辺との間隔をパラメータとして、1mmないし4mmに設定する。
図11の示すところによれば、給電箇所14から遠端15までの長さによって定まる最も高い周波数帯である5GHz帯において、上記のパラメータが3mm以下の場合にVSWRの値が3(図中に水平の破線で示す。)を下回るので、一応の目安と考えることができる。3mmは、給電箇所14から遠端15までの長さ(10mm)の10分の3に相当する。給電側部分素子10の下辺13と接地導体3の上側の端辺は、その間隔が上記の範囲にあれば、厳密に平行でなくてもよい。
以上の説明においては、アンテナ装置1の最も高い共振周波数がF1(給電箇所14から遠端15までの長さによる。)、最も低い共振周波数がF2(給電箇所14から遠端15、第1分岐箇所17及び折り曲げ箇所19を経て第1開放端21までの長さによる。)、その間の共振周波数がF3(給電箇所14から第2分岐箇所18を経て第2開放端22までの長さによる。)であるとした。
これらのうち、F1とF2の大小関係は対応する経路長の長短関係から変えることができないが、F3とF2の大小関係は第1分岐部分素子11と第2分岐部分素子12の長短関係によって変化し得る。しかし、図1又は図2に示したアンテナ装置1の形状を前提とすれば、第2分岐部分素子12の長さが大きいほどアンテナ装置1の横幅が広がって小型化に適さない。したがって、F2<F3<F1の関係を満たすように第2分岐部分素子12の長さを定めることが好ましい。
図12を参照して、アンテナ装置1の変形例について説明する。図12の左側の図は、変形例であるアンテナ装置1dの構成、形状を表す図である。アンテナ装置1dは、図4の左側の図に示したアンテナ装置1の第2分岐部分素子12を第2分岐部分素子12dにより置き換えたもので、その他の構成はアンテナ装置1の各構成と同じである。
第2分岐部分素子12dは、開放端を含む範囲(先端部分)を上方に向けて折り曲げられている。このように第2分岐部分素子12dの先端部分を折り曲げることにより、アンテナ装置1の横幅が広がるのを抑えて小型化に寄与することができる。
図12の右側の図は、もう1つの変形例であるアンテナ装置1eの構成及び形状を表す図である。アンテナ装置1eは、給電側部分素子10eと、第1分岐部分素子11eと、第2分岐部分素子12eを有している。図12の右側の図に表したアンテナ装置1eの形状を図4の左側の図(アンテナ装置1の形状)と比較すると、アンテナ装置1eは下辺13に当る部分、第1分岐部分素子11e及び第2分岐部分素子12eがそれぞれ接地導体3の端辺に平行でない点でアンテナ装置1と相違する。しかしアンテナ装置1eは、下辺13に当る部分と接地導体3の間隔が下辺13に当る部分の幅の10分の3以下であり、給電箇所14から第1分岐部分素子11eの開放端に至る周縁に沿った高周波電流の分布経路が折り返す向きに形成され、第2分岐部分素子12eが遠端15に当る箇所から遠ざかる向きに形成されているならば、程度の相違はあっても上述したアンテナ装置1に類似の効果を発揮することができる。
以上の実施例1の説明において、第1分岐部分素子11及び第2分岐部分素子12の線幅を1mmとする例を挙げたが、本願発明者はこの線幅の条件を変えた場合の検討も行った。図4の左側の図における図8の場合と同じ条件を基本として、例えば第1分岐部分素子11の線幅を5mm又は10mmとしたところ、最も低い共振周波数(F2)の値の低下が見られた。これは、広げた幅の分だけ高周波電流の分布経路の長さが伸びたためである。
また、例えば第2分岐部分素子12の線幅を5mm又は10mmとしたところ、共振周波数の値の変化は見られなかった。これは、共振周波数F3の値を決める高周波電流の分布経路の長さが、第2分岐部分素子の線幅に依存しないためである。また、この場合には第2分岐部分素子12と接地導体3の間隔が狭まるため、アンテナ装置1のインピーダンスが低下する。
第1分岐部分素子11又は第2分岐部分素子12の線幅の相違により上述したような共振周波数又はインピーダンスの値の変化が見られるが、これらが使用目的に即して許容範囲内にある限り、線幅は特段の限定を要しない。
以上の実施例1の説明において、第1分岐部分素子11と第2分岐部分素子12の互いに平行な部分の間隔を2mmとする例を挙げたが、本願発明者はこの間隔の条件を変えた場合の検討も行った。図4の左側の図における図8の条件を基本として、例えば上記の間隔を4mm又は6mmとしたところ、共振特性に顕著な変化は見られなかった。これは、最も低い共振周波数(F2)が経路の全長で決まり、折り曲げ箇所19の位置に依存しないためである。したがって、第1分岐部分素子11と第2分岐部分素子12の互いに平行な部分の間隔は特段の限定を要しない。
本発明の実施例1によれば、各共振周波数に対応する高周波電流の分布経路の向きと長さを選んでアンテナ装置を構成することにより、各共振周波数の設定の独立性を高めることができる。
以下、図13及び図14を参照して、本発明の実施例2を説明する。本発明の実施例2に係るアンテナ装置5は、実施例1に係るアンテナ装置1のアンテナ素子を異なる形状の素子に置換したものである。このため、実施例1で参照した図1に表した基板2、接地導体3及び給電線4は、実施例2の説明でも図示又は引用する。アンテナ装置5は、基板2の接地導体3と、その近傍に配設されたアンテナ素子(後述する複数の部分素子からなる。)を有する。図13は、アンテナ装置5の主要な部分の構成と形状を表す図である。
アンテナ装置5は、給電線4に接続される箇所を含む給電側部分素子50と、それぞれ給電側部分素子50から分岐して開放端に至る第1分岐部分素子51及び第2分岐部分素子52を有している。
給電側部分素子50は、接地導体3の端辺に対向する下側の辺(下辺)53を含む周縁を有する面をなしている。給電側部分素子50は、下辺53の近傍に、給電線4が接続される給電箇所54を有する。下辺53の両端のうち、給電箇所54から遠い方を遠端55とする。給電側部分素子50は、下辺53以外の周縁近傍に、第1分岐箇所57及び第2分岐箇所58を有する。
上記の第1分岐部分素子51は、第1分岐箇所57において給電側部分素子50から分岐すると共に、折り曲げ箇所59において上記の接地導体3の端辺に略平行に、かつ、左向きに折り曲げられて第1開放端61に至る。上記の第2分岐部分素子52は、第2分岐箇所58において上記の接地導体3の端辺に略平行に、かつ、遠端55から遠ざかる向きに給電側部分素子50から分岐し、第2開放端62に至る。
給電側部分素子50は、その周縁から内側に向かって切り欠かれた箇所(切欠き)を、第1分岐箇所57の近傍に有している。上記の切欠きの有無を除けば、図13の図2との比較から明らかなように、アンテナ装置5とアンテナ装置1は同じ構成、形状を有している。
図14を参照して、上記の切欠きの有無によるアンテナ装置5の共振特性の変化を説明する。図14は、アンテナ装置5の共振特性の一例をシミュレーションにより求め、実施例1で説明したアンテナ装置1の共振特性と対比して表す図である。シミュレーションの条件は、アンテナ装置1について図8の場合と同じ条件(第1分岐部分素子11の長さは20mm)とし、アンテナ装置5についてはさらに上記の切欠きの深さを5mm(第1分岐部分素子51の長さは25mm)とする。
図14の示すところによれば、アンテナ装置5の低い方の共振周波数は、切欠きを設けることによってアンテナ装置1の対応する共振周波数より低域側に移る。これは、最も低い共振周波数に対応する高周波電流の分布経路(給電箇所54から遠端55、第1分岐箇所57及び折り曲げ箇所59を経て第1開放端61まで)のうち、相対的に幅が狭い(すなわち、電流が集中しやすい)第1分岐部分素子51の割合が、アンテナ装置1の場合よりも増加するためである。
一方、アンテナ装置5の最も高い共振周波数は、アンテナ装置1の対応する共振周波数と変わらない。この周波数は給電箇所54から遠端55までの長さによって決まり、切欠きの影響をほとんど受けないためである。したがって、切欠きの深さを選ぶことにより、最も高い共振周波数をほぼ一定に保ちながら低い方の共振周波数の値を選んで設定することができる。
給電側部分素子50が、上記の切欠きを第2分岐箇所58の近傍に有するとしてもよい。この場合にも、最も高い共振周波数をほぼ一定に保ちながら、給電箇所54から第2分岐箇所58を経て第2開放端62までの経路長によって定まる共振周波数の値をアンテナ装置1の場合より低域側に移すことができる。
本発明の実施例2によれば、分岐箇所の近傍に切欠きを設けてその深さを選ぶことにより、最も高い共振周波数の値と独立に低い方の共振周波数の値を設定することができるという、付加的な効果が得られる。
以下、図15を参照して、本発明の実施例3を説明する。本発明の実施例3に係るアンテナ装置6は、実施例1に係るアンテナ装置1の接地導体3の形状を変えて接地導体7としたものである。このため、実施例1の基板2及び給電線4は、実施例3の説明でも図示又は引用する。図15は、アンテナ装置6の主要な部分の構成と形状を表す図である。図15の各部の符号は、接地導体7を除き実施例1で説明したものと同じである。
アンテナ装置6は、上記の接地導体7と、実施例1で説明したのと同じ給電側部分素子10、第1分岐部分素子11及び第2分岐部分素子12を有する。給電側部分素子10は、接地導体7に設けられた給電線4を介して、図示しない無線回路に接続される。
接地導体7は、その端辺の給電側部分素子10に対向する一部が突出した形状に形成されている。接地導体7の当該突出した部分と給電側部分素子10の間隔は、実施例1で説明したように、給電箇所14から遠端15までの長さの10分の3以下とする。
接地導体7が図15に表したような形状をとることにより、第1分岐部分素子11又は第2分岐部分素子12と接地導体7との間の距離は、実施例1の場合より広がる。その結果、第1分岐部分素子11又は第2分岐部分素子12と接地導体7の間の静電容量値が減少するので、アンテナ装置6のインピーダンスをアンテナ装置1の場合より高くすることができる。また、上記の突出の幅によりインピーダンス値を調整することができ、整合を図ることができる。
本発明の実施例3によれば、基板の接地導体の一部をアンテナ素子の方向に突出させる形状にして突出の幅を選ぶことにより、アンテナ装置のインピーダンス整合を図ることができるという付加的な効果が得られる。
以下、図16を参照して、本発明の実施例4を説明する。本発明の実施例4に係るアンテナ装置8は、実施例1に係るアンテナ装置1の接地導体3及び給電側部分素子10の形状を変えて、それぞれ接地導体9及び給電側部分素子80としたものである。なお、給電側部分素子80以外のアンテナ素子の部分は、実施例1の第1分岐部分素子11及び第2分岐部分素子12と同様に給電側部分素子80から分岐して形成されるが、符号を改めてそれぞれ第1分岐部分素子81及び第2分岐部分素子82とする。
接地導体9は、その端辺の給電側部分素子10に対向する範囲に段差を設けた形状に形成されている。給電側部分素子80は、接地導体9の端辺に対向する下側の辺の左端を含む部分が突出した形状に形成されている。したがって給電側部分素子80は、接地導体9に対して、例えばクランク形状のギャップを挟んで対向するような形状及び位置の関係をとる。
給電側部分素子80の上記の突出した形状の部分に、給電箇所84が設けられる。給電箇所84は、接地導体9に設けられた給電線40を介して、図示しない無線回路に接続される。
接地導体9及び給電側部分素子80が図16に表したような形状及び位置関係をとることにより、給電線40を接地導体9の端辺に略平行の向きに配設することができる。したがって、無線装置の実装上の条件によって例えば図16における下方に表示デバイスを設けるような場合に、給電線40を表示デバイスの画面の縁に沿うように設けることができる。その結果、表示デバイスの裏面を通して給電線40を設けないでも済むので、無線装置の薄型化に寄与することができる。
本発明の実施例4によれば、給電側部分素子と接地導体の対向する部分どうしの形状及び位置の関係により給電線の配設の向きをアレンジして、無線装置の薄型化に寄与し得るという、付加的な効果が得られる。
以上の各実施例の説明において、基板、接地導体、アンテナ素子の形状、構成、配置、シミュレーションの条件として与えた数値等は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形(例えばアンテナ素子の一部のメアンダ形状化、集中定数素子の装荷、無給電素子の付加等)が可能である。
1、1a、1b、1c、1d、1e、5、6、8 アンテナ装置
2 基板
3、7、9 接地導体
4、40 給電線
10、10e、50、80 給電側部分素子
11、11b、11e、51、81 第1分岐部分素子
12、12d、52、82 第2分岐部分素子
13、53 下辺
14、54、84 給電箇所
15、55 遠端
17、17b、57 第1分岐箇所
18、58 第2分岐箇所
19、59 折り曲げ箇所
21、21b、61 第1開放端
22、62 第2開放端
2 基板
3、7、9 接地導体
4、40 給電線
10、10e、50、80 給電側部分素子
11、11b、11e、51、81 第1分岐部分素子
12、12d、52、82 第2分岐部分素子
13、53 下辺
14、54、84 給電箇所
15、55 遠端
17、17b、57 第1分岐箇所
18、58 第2分岐箇所
19、59 折り曲げ箇所
21、21b、61 第1開放端
22、62 第2開放端
Claims (7)
- 基板に設けられた接地導体と、
前記接地導体の端辺に対向する辺を含む周縁を有して面をなすと共に、前記接地導体の端辺に対向する辺の近傍において遠い方に当る遠端までの長さが第1の周波数の略4分の1波長に相当する給電箇所と、前記接地導体の端辺に対向する辺以外の周縁近傍の第1の分岐箇所及び第2の分岐箇所を有し、かつ、前記給電箇所において給電されることができる給電側部分素子と、
前記第1の分岐箇所において前記給電側部分素子から分岐すると共に、前記給電側部分素子が給電されたとき高周波電流の分布する経路が前記給電箇所から前記遠端及び前記第1の分岐箇所を経て折り返す向きに形成されて第1の開放端に至り、かつ、前記第1の分岐箇所から前記第1の開放端までの経路長が、前記給電箇所から前記遠端を経て前記第1の分岐箇所までの経路長と合わせて第2の周波数の略4分の1波長に相当するように形成された第1の分岐部分素子と、
前記第2の分岐箇所において前記遠端から遠ざかる向きに前記給電側部分素子から分岐すると共に、前記給電側部分素子が給電されたとき高周波電流の分布する経路が前記給電箇所から前記第2の分岐箇所を経て第2の開放端に至り、かつ、前記第2の分岐箇所から前記第2の開放端までの経路長が、前記給電箇所から前記第2の分岐箇所までの経路長と合わせて第3の周波数の略4分の1波長に相当するように形成された第2の分岐部分素子とを
備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記第1の分岐部分素子は、前記第1の分岐箇所において前記給電側部分素子から分岐し、かつ、前記接地導体の端辺と略平行の向きに折り曲げて形成されたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記第2の分岐部分素子は、前記第2の分岐箇所において、前記接地導体の端辺と略平行の向きに前記給電側部分素子から分岐して形成されたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記接地導体の端辺に対向する辺と前記接地導体の端辺との間隔が、前記給電箇所から前記遠端までの長さの10分の3以下であることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記第2の分岐部分素子は、前記第3の周波数が前記第1の周波数と前記第2の周波数の間の値をとるように長さを定められたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記給電側部分素子は、周縁から内側に向かって切り欠かれた箇所を前記第1の分岐箇所又は前記第2の分岐箇所の近傍に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。
- 前記給電側部分素子は、前記接地導体の端辺に対向する辺の前記接地導体に対する形状及び位置の関係により、前記給電線が前記接地導体の端辺に略平行の向きに配設されるように形成された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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