JP2009182608A - アンテナ装置及び無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】並列共振や低姿勢化を妨げる要因の発生を回避しながら、無線装置用のアンテナ装置を多共振化する。
【解決手段】アンテナ装置１に含まれるアンテナ素子は、給電線４から給電される第１部分素子１１と、第１部分素子１１から分岐した第２部分素子１２と、無給電素子２０を有する。第１部分素子１１は、下辺１３と左辺１４を含む周縁を有する面をなす。給電箇所１０は、下辺１３の左端の近傍に位置する。第２部分素子１２は、第１部分素子１１の左辺１４の上端に当る分岐箇所１５において第１部分素子１１から分岐し、給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６への向きと略逆向きに形成される。第２部分素子１２の先端１７は、開放されている。無給電素子２０は、一端が第１部分素子１１の下辺１３の右端１６の近傍において接地導体３に接続された接地端２１、他端が第２部分素子１２の先端１７の近傍において開放された開放端２２である。
【選択図】図２

Description

本発明はアンテナ装置及び無線装置に係り、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及び該アンテナ装置を備えた無線装置に関する。

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（多周波化）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、多共振化（多周波化）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１又は特許文献２参照。）。

上記の特許文献１に記載された多周波化アンテナ（マルチバンドアンテナ）は、給電線路と短絡線路と第１の開放線路とからなる逆Ｆ型アンテナの構成において、給電線路に対して第１の開放線路と反対側に略矩形状の第２の開放線路を設けたものである。上記の構成によって、例えば２．４ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯及び５．２ＧＨｚ帯における共振特性を得られるというシミュレーションの結果が記載されている。

上記の特許文献２は、印刷基板の表面に導体パターンとして形成された逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナ及びグランドパターンからなるパターンアンテナを開示している。給電されて励振される逆Ｆ型アンテナと、該逆Ｆ型アンテナを囲むように配設された無給電素子として励振される逆Ｌ型アンテナの共振周波数をそれぞれの素子長によって選ぶことにより、少なくとも２周波化を図ることが記載されている。
特開２００４−１７２９１２号公報（第２ないし４ページ、図１） 特開２００４−２０１２７８号公報（第２、１０、１１ページ、図１）

上記の特許文献１に開示されたマルチバンドアンテナについては、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）に適用する実施例が説明されている。給電線路に対して第１の開放線路と反対側に略矩形状の第２の開放線路を設けるという構成から、第１の開放線路と第２の開放線路を合わせて並列共振を生じることがあり、当該マルチバンドアンテナを例えば携帯電話等のより低い周波数帯に適用した場合にその近傍の広帯域性を損なう可能性がある。

上記の特許文献２に開示されたパターンアンテナは、無給電素子が逆Ｆ型アンテナを囲むように配設され、素子長が短い方の逆Ｆ型アンテナの開放端までの全素子長にわたって無給電素子と近接する位置関係をとるものと解される（明細書の段落「００３５」参照。）。ところが給電される素子と無給電素子をこのような位置関係におくと、電圧結合と電流結合の効果が相殺するように作用して、無給電素子を所望の周波数で励振することを難しくする場合がある。これを避けるために例えば両素子の開放端側を離間させるように配設すると、該アンテナを内蔵する無線装置の低姿勢化を妨げる可能性がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、並列共振や低姿勢化を妨げる要因の発生を回避しながら、アンテナ装置を多共振化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第１の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第２の辺を含む周縁を有して面をなし、前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第１の部分素子と、前記第２の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第１の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第１の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第２の部分素子と、一端が前記第１の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなし、他端が前記第２の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の無線装置は、接地導体が設けられた基板と、前記接地導体の端辺に対向する第１の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第２の辺を含む周縁を有して面をなすと共に前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第１の部分素子と、前記第２の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第１の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第１の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第２の部分素子と、一端が前記第１の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなすと共に他端が前記第２の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを有してなるアンテナとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、２の部分素子と１の無給電素子を含むアンテナを構成し、各部分素子と無給電素子の位置関係を選ぶことにより、並列共振や低姿勢化を妨げる要因の発生を回避しながらアンテナ装置を多共振化することができる。

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ないし図２１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、図示しない無線装置に内蔵されて用いられる。該無線装置は、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。基板２は、フレキシブルな材質で構成される場合もある。

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に接続される給電箇所１０を含む第１部分素子１１と、第１部分素子１１から分岐した第２部分素子１２と、無給電素子２０を有する。

第１部分素子１１は、接地導体３の端辺に対向する下側の辺（下辺）１３と、接地導体３の端辺に交差する向きの左側の辺（左辺）１４を含む周縁を有する面をなしている。給電箇所１０は、第１部分素子１１の下辺１３の左側の一端（左端）の近傍に位置している。

第２部分素子１２は、第１部分素子１１の左辺１４の給電箇所１０から遠い側の一端（上端）である分岐箇所１５において、第１部分素子１１から分岐している。第２部分素子１２は分岐箇所１５から左向きに、すなわち給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右側の一端（右端）１６への向きと略逆向きに形成されている。第２部分素子１２の先端１７は、開放されている。

無給電素子２０は、一端が第１部分素子１１の下辺１３の右端１６の近傍において接地導体３に接続された接地端２１である。無給電素子２０の他端は、第２部分素子１２の先端１７の近傍において開放された開放端２２である。

図３ないし図５を参照して、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの高周波電流の経路のうちの３通りについて説明する。図３ないし図５の各々には、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は、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６を経て右側の辺の上端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。図３に表した経路に沿って高周波電流が分布することにより、アンテナ装置１を当該経路長が４分の１波長に相当する周波数（値をＦ３とする。）において共振させることができる。

図４は、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの給電箇所１０から分岐箇所１５を経て第２部分素子１２の先端１７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。図４に表した経路に沿って高周波電流が分布することにより、アンテナ装置１を当該経路長が４分の１波長に相当する周波数（値をＦ４とする。）において共振させることができる。

図５は、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの無給電素子２０における開放端２２から接地端２１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。無給電素子２０は、開放端２１において近接する第２部分素子１２の先端１７に電圧結合し、図５に表した経路に沿って高周波電流が分布する。その結果、アンテナ装置１を当該経路長が４分の１波長に相当する周波数（値をＦ５とする。）において共振させることができる。

以上に説明したようなアンテナ装置１の構成、形状によれば、図３ないし図５の各々に表した高周波電流が分布する経路は互いに重複しないので、１つの経路長を変えて対応する共振周波数を変えたとしても、他の共振周波数に対する影響が小さい。すなわち、上記の各経路長によって定まる共振周波数の設定の独立性が高いという特徴がある。

上記の各経路長のうち、一例として図５に表した無給電素子２０に沿うものが最長であるとすると、共振周波数Ｆ３、Ｆ４及びＦ５のうちＦ５が最も低い。Ｆ５相当の周波数を無給電素子以外の構成により実現するには、第１部分素子１１のいずれかの箇所から先端開放の素子をさらに分岐させ、給電箇所１０から当該先端までの経路長を周波数Ｆ５の４分の１波長相当とすることが考えられる。

しかし、上述したようにさらに素子を分岐させた場合には、当該さらに分岐させた素子の先端から第２部分素子１２の先端１７までの間で周波数Ｆ５とＦ４の中間の周波数において並列共振を生じ、広帯域化を妨げる可能性がある。アンテナ装置１は、最も低い周波数を無給電素子２０の共振点に設定することによって、そのような問題を回避することができる。また、Ｆ５の３倍波の共振を利用して少なくともＦ４より高い共振周波数（＝Ｆ５×３）を設定し、高周波数域における広帯域化を図ることも可能である。このような広帯域特性の面での実施例１の効果については、後で図６ないし図１２を参照して具体的に説明する。

無給電素子２０の開放端２２は、上述したように第２部分素子１２の先端１７の近傍に設けられ、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたとき先端１７に電圧結合する。電圧結合を確実にするために、開放端２２と先端１７の距離をある程度以下にすることが必要である。この条件は、開放端２２と先端１７の距離がアンテナ装置１を内蔵する無線装置の筐体の厚み方向に位置する場合、筐体の低姿勢化に寄与するという派生的な効果をもたらす。上記の開放端２２と先端１７の距離に関する条件については、後で図１３ないし図１５を参照して具体的に説明する。

図３に表した高周波電流の分布経路の一部が接地導体３の端辺に対向することから、第１部分素子１１の下辺１３と接地導体３の端辺の間隔は周波数Ｆ３の近傍の特性に影響することが考えられる。上記の第１部分素子１１の下辺１３と接地導体３の端辺の間隔に関する条件については、後で図１６ないし図１８を参照して具体的に説明する。

無給電素子２０の接地端２１は、上述したように第１部分素子１１の下辺１３の右端１６の近傍に設けられる。接地端２１を給電箇所１０からある程度以上離隔することにより、上記の電圧結合に対して相殺的に作用する場合がある電流結合を抑制することが好ましい。上記の接地端２１と給電箇所１０の距離に関する条件については、後で図１９ないし図２１を参照して具体的に説明する。

図６は、アンテナ装置１の広帯域特性をシミュレーションにより評価するためのモデル（以下、モデル１という。）の形状と寸法を表す図である。図６は、図２に表したのと同じアンテナ装置１の構成及び形状の各部にモデルの条件として与えた寸法（単位はミリメートル（ｍｍ））を記入したものである。図６に表した符号１０ないし１２及び２０は図２と共通であるが、図２に表したその他の符号は図６では煩雑を避けるため省略するものとし、図２を適宜参照する。

図６において、モデル１の第１部分素子１１は接地導体３の端辺から１ｍｍ隔てて配設され、給電箇所１０から下辺１３の右端１６までの長さは６．５ｍｍである。また、接地導体３の端辺から左辺１４の上端に当る分岐箇所１５までの長さは６．５ｍｍである。第２部分素子１２の長さは図６には示していないが、次の段落で述べるように２６ｍｍである。

無給電素子２０の接地端２１は給電箇所１０から１０ｍｍ隔てて配設され、開放端２２は接地導体３の端辺から８ｍｍ隔てて配設される。無給電素子２０は横置きの逆Ｌ字型をなし、Ｌ字の水平、垂直の部分は対向する第１部分素子１１の上側の端辺（又は第２部分素子１２）、対向する第１部分素子１１の右側の端辺にそれぞれ１．５ｍｍ、３．５ｍｍの間隔を隔てて平行とする。Ｌ字の屈曲箇所から開放端２２までの長さは３６ｍｍとし、開放端２２は第２部分素子１２の先端１６と水平方向に揃うように位置する。したがって、第２部分素子１２の長さは３６ｍｍから給電箇所１０と接地端２１の間隔１０ｍｍを差し引いた２６ｍｍである。

以上説明したモデル１の各部の寸法は、およそ１．５ＧＨｚから２．７ＧＨｚにわたる帯域と、およそ５ＧＨｚから８ＧＨｚにわたる帯域をカバーするように設定したものである。およそ１．５ＧＨｚから２．７ＧＨｚにわたる帯域は、全地球航法システム（ＧＰＳ）、第３世代携帯電話（ＵＨＦ帯を除く。）、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）と呼ばれる高速無線通信等に利用される。およそ５ＧＨｚから８ＧＨｚにわたる帯域は、無線ＬＡＮ、超広帯域無線（ＵＷＢ）等に利用される。

図７は、特性比較の対象とするためアンテナ装置１から無給電素子２０を取り去って構成したアンテナ装置１Ａのモデル（以下、モデル１Ａという。）の形状と寸法を表す図である。図７に示した構成を表す符号１０ないし１２及び他の各部を表す図示されない符号は、便宜上アンテナ装置１と共通とする。第１部分素子１１及び第２部分素子１２の形状、寸法及び接地導体３との位置関係は、図６を参照して説明したのと同じであるから説明を省略する。

図８は、アンテナ装置１から第１部分素子１１を取り去ると共に、第２部分素子１２に代えて給電箇所１０まで逆Ｌ字型をなして延伸された逆Ｌ字型素子１２Ｂを設けたアンテナ装置１Bのモデル（以下、モデル１Ｂという。）の形状と寸法を表す図である。その他の図８に示した構成を表す符号２０及び他の各部を表す図示されない符号は、便宜上アンテナ装置１と共通とする。逆L字型素子１２Ｂはアンテナ装置１の第１部分素子１１の左辺１４に相当する部分と第２部分素子１２を合わせたものであり、それらと無給電素子２０の形状、寸法及び接地導体３との位置関係は、図６を参照して説明したのと同じであるから説明を省略する。

図９は、図６ないし図８にそれぞれ表したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性（１．２ないし３ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。

図１０は、図６ないし図８にそれぞれ表したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（１．２ないし３ＧＨｚの範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。

図１０の曲線がゼロ値を横切るか又は接近する箇所と図９の曲線が極小となる箇所はほぼ一致しており、それらの箇所に対応する周波数が各モデルの共振周波数である。周波数の低い方から、初めにモデル１及び１Ｂが１．７ＧＨｚ付近に共振周波数を有する。この周波数は、モデル１、１Ｂが共通に有する無給電素子２０の共振周波数であって、図５を参照して説明した周波数Ｆ５に相当する。

次に、モデル１、１Ａ及び１Ｂが２．３ＧＨｚ付近に共振周波数を有する。この周波数は、各モデルに共通の給電箇所１０から第２部分素子１２の先端１６までの線路（モデル１Ｂにおいては逆L字型素子１２Ｂ）の共振周波数であって、図４を参照して説明した周波数Ｆ４に相当する。

上記のモデル１が１．７ＧＨｚ付近に有する共振周波数を無給電素子ではなく第１部分素子１１から分岐する別の部分素子によって実現しようとすると、前述した並列共振の効果により１．７ＧＨｚと２．３ＧＨｚの間の周波数においてインピーダンスが上昇しＶＳＷＲが劣化する可能性がある。モデル１は無給電素子２０を用いているから並列共振を生じないので、当該周波数域で目立ったＶＳＷＲの劣化を見ることなく広帯域性が保たれている。

図１１は、上述したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（３ないし８ＧＨｚの範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。

図１２は、上述したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（３ないし８ＧＨｚの範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。

図１２の曲線がゼロ値を横切るか又は接近する箇所と図１１の曲線が極小となる箇所はほぼ一致しており、それらの箇所に対応する周波数が各モデルの共振周波数である。モデル１は５ＧＨｚ付近に共振周波数を有し、この値は無給電素子２０における基本波（１．７ＧＨｚ付近）の３倍波に相当する。モデル１の無給電素子２０は、このような３倍波の周波数を利用してアンテナ装置１の広帯域化に寄与することができる。

上記の無給電素子２０における３倍波は、近接して配置され比較的近くに共振周波数を有する第１部分素子１１を通じて励振されると考えられる。そのため、第１部分素子１１を持たないモデル１Ｂの場合は、無給電素子２０を有していても上記の３倍波の共振が見られない。

次に、モデル１、１Ａ及び１Ｂが６．５ないし７ＧＨｚ付近に共振周波数を有する。この周波数は、各モデルに共通の給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６を経て右側の辺の上端までの経路長により定まる共振周波数であって、図３を参照して説明した周波数Ｆ３に相当する。この共振周波数により、アンテナ装置１に５ＧＨｚ帯よりさらに高い周波数帯までの広帯域性を持たせることができる。

図１３は、第２部分素子１２の先端１７と無給電素子２０の開放端２２の距離がアンテナ装置１の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図６と同様に表す図である。

当該モデルは、給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６までの長さを８．５ｍｍとし、かつ、横置きの逆Ｌ字型をなす無給電素子２０の水平部分と該水平部分に平行な第１部分素子１１の上側の端辺又は第２部分素子１２との間隔（したがって、先端１７と無給電素子２０の開放端２２の距離）をパラメータ“ｄ”とする他は、図６に表したモデル１と同じである。

図１４は、図１３に表したモデルのパラメータｄの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（１．２ないし３ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｄの値を２、３、４又は５ｍｍとしたとき得られた特性を表す。

図１５は、図１３に表したモデルのパラメータｄの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（１．２ないし３ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｄの値を２、３、４又は５ｍｍとしたとき得られた特性を表す。

図１４及び図１５を参照すると、周波数１．５ないし１．６ＧＨｚの近傍で共振特性を得るためにはｄの値が５ｍｍ以下（周波数Ｆ５＝１．５GHｚの４０分の１波長相当）であることが必要で、さらには３ｍｍ以下であることが好ましい。

図１６は、第１部分素子１１の下辺１３と接地導体３の端辺の間隔がアンテナ装置１の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図６と同様に表す図である。

当該モデルは、給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６までの長さを８．５ｍｍとし、かつ、上記の接地端２１と右端１６の距離をパラメータ“ｇ”とする他は、図６に表したモデル１と同じである。前述した周波数Ｆ３の当該モデルにおける値は、例えばｇ＝２．５ｍｍと仮定すると６ＧＨｚである。

図１７は、図１６に表したモデルのパラメータｇの値を１ないし４ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（３ないし８ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｇの値を１、２、３又は４ｍｍとしたとき得られた特性を表す。

図１７を参照すると、ｇの値が３ｍｍ以上のときには周波数５ＧＨｚの前後と７ＧＨｚ以上の帯域においてＶＳＷＲの値が４を超え、高周波数域における広帯域化の点で好ましくない。したがって、ｇの値を３ｍｍ（周波数Ｆ３＝６ＧＨｚとしたときの２０分の１波長相当）以下とすることが適切である。

図１８は、図１６に表したモデルにおいてｇの値を１ないし３ｍｍの範囲で与えたときの周波数３ないし８ＧＨｚにおけるスミス線図である。このようなｇの値の範囲では共振点において整合の条件に比較的近いインピーダンス特性を得られることが分かる。また、ｇの値を大きくすることでスミスチャートの軌跡が右側に、ｇの値を小さくすることでスミスチャートの軌跡が左側に移動することから、ｇの値を調整することで、３ないし８ＧＨｚの帯域におけるインピーダンスを調整できることがわかる。

図１９は、無給電素子２０の接地端２１と給電箇所１０の距離がアンテナ装置１の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図６と同様に表す図である。

当該モデルの第１部分素子１１は接地導体３の端辺から１ｍｍ隔てて配設され、給電箇所１０から下辺１３の右端１６までの長さは後述するパラメータ“ｓ”の値によって決まる。接地導体３の端辺から左辺１４の上端に当る分岐箇所１５までの長さは６．５ｍｍである。

無給電素子２０の接地端２１は給電箇所１０からパラメータ“ｓ”で表す距離を隔てて配設され、開放端２２は接地導体３の端辺から７．５ｍｍ隔てて配設される。無給電素子２０は横置きの逆Ｌ字型をなし、Ｌ字の水平、垂直の部分は対向する第１部分素子１１の上側の端辺又は第２部分素子１２にそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍの間隔を隔てて平行とする。Ｌ字の屈曲箇所から開放端２２までの長さは３６ｍｍとし、開放端２２は第２部分素子１２の先端１６と水平方向に揃うように位置する。

図２０は、図１９に表したモデルのパラメータｓの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（１．２ないし２．４ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｓの値を５、４、３又は２ｍｍとしたとき得られた特性を表す。

図２０は、図１９に表したモデルのパラメータｓの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（１．２ないし２．４ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｓの値を５、４、３又は２ｍｍとしたとき得られた特性を表す。

図２０及び図２１を参照すると、周波数１．５ないし１．６ＧＨｚの近傍で共振特性を得るためにはｓの値が２ｍｍ（周波数Ｆ５＝１．５GHｚの１００分の１波長相当）以上であることが必要である。

なお、実施例１に対して、無給電素子２０の開放端２２が第２部分素子１２の少なくとも一部（先端１７を除く）の近傍において開放された変形例を考えることができる。このような変形例についても、無給電素子２０を第２部分素子１２に対して電圧結合させることができれば、以上に述べた実施例１についての説明が当てはまる。

本発明の実施例１によれば、第１部分素子、第２部分素子及び無給電素子を有するアンテナ装置を構成し、各部の形状、寸法及び位置関係を選ぶことにより、例えば１．５ないし２．７ＧＨｚ帯及び５ないし８ＧＨｚ帯のような広帯域にわたる特性を実現することができる。

以下、図２２ないし図４１を参照して、本発明の実施例２を説明する。実施例２は、実施例１に係るアンテナ装置１の各部の構成の複数の変形例からなる。以下、各変形例に対応する図面を参照して説明する。なお説明の便宜上、各変形例の主な構成は実施例１の対応する構成と同じ符号を付して、接地導体３、給電箇所１０、第１部分素子１１、第２部分素子１２、無給電素子２０のように表す。

図２２に係る変形例は、実施例１に係るアンテナ装置１に付加的無給電素子４０をさらに追加したものである。付加的無給電素子４０は一端が給電箇所１０の近傍において接地され、他端が開放されている。付加的無給電素子４０は第１部分素子１１の左辺の部分に電流結合し、全長によって定まる共振周波数を有する。図２２に係る変形例は、付加的無給電素子４０を設けることによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりもさらに多共振化を図ることができる。

図２３に係る変形例は、無給電素子２０の全長を実施例１に係るアンテナ装置１の場合より伸ばして、先端を含む部分をメアンダ形に形成したものである。図２３に係る変形例は、無給電素子２０の全長を伸ばすことによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりも低周波数域に共振点を持つことができる。

図２４に係る変形例は、無給電素子２０を折り返して先端を接地したものである。図２４に係る変形例は、無給電素子２０を折り返しモノポール型アンテナのように構成することによって、低周波数域におけるアンテナインピーダンスを高める等の折り返しモノポール的な特徴を持たせることができる。

図２５に係る変形例は、無給電素子２０の接地端から遠くない箇所を接地したものである。図２５に係る変形例は、無給電素子２０を逆F型アンテナのように構成することによって、低周波数域におけるアンテナインピーダンスの整合を改善する等の逆F型アンテナ的な特徴を持たせることができる。また、図２６に係る変形例は図２４及び図２５にそれぞれ係る変形例の折衷例で、折り返しモノポール型と逆Ｆ型の中間的な特徴を持ち得る構成である。

図２７又は図２８に係る変形例は、無給電素子２０の接地端から遠くない箇所を幅広に形成したものである。図２６又は図２７に表したように形成された無給電素子２０も、接地端から開放端までの経路長によって定まる共振周波数を有する。

図２９に係る変形例は、第２部分素子１２の全長を実施例１に係るアンテナ装置１の場合より伸ばして先端を含む部分をメアンダ形に形成することにより、第２部分素子１２の長さによって定まる共振周波数を実施例１に係るアンテナ装置１の場合よりも低周波数域側に移すことができる。

図３０に係る変形例は、第２部分素子１２を折り返して先端を接地したものである。図３０に係る変形例は、第２部分素子１２を折り返しモノポール型アンテナのように構成することによって、第２部分素子１２の長さによって定まる共振周波数におけるアンテナインピーダンスを高める等の折り返しモノポール的な特徴を持たせることができる。また、図３１に係る変形例は、図３０に係る変形例の第２部分素子１２の折り返し箇所の前後を短絡し、第１部分素子１１に対してスタブとして作用するように構成したものである。

図３２に係る変形例は、第２部分素子１２の第１部分素子１１から分岐した箇所から遠くない箇所を接地したものである。図３２に係る変形例は、無給電素子２０を逆F型アンテナのように構成することによって、第２部分素子１２の長さによって定まる共振周波数におけるアンテナインピーダンスの整合を改善する等の逆F型アンテナ的な特徴を持たせることができる。図３３に係る変形例は図３０及び図３２にそれぞれ係る変形例の折衷例で、折り返しモノポール型と逆Ｆ型の中間的な特徴を持ち得る構成である。

図３４に係る変形例は、図２９に係る変形例の第２部分素子１２と給電箇所１０の間を幅広に形成したものである。図３５に係る変形例は、第１部分素子１１を周縁部分だけで構成したものである。図３６、図３７又は図３８に係る変形例は、第１部分素子１１の形状を変形したものである。これらの変形例によっても、アンテナ装置１と同等の効果を得ることができる。

図３９又は図４０に係る変形例は、実施例１に係るアンテナ装置１に第３部分素子１３をさらに追加したものである。第３部分素子１３は第１部分素子１１の周縁の１箇所から分岐し、先端が開放されている。図３９又は図４０に係る変形例は、第３部分素子１３を設けることによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりもさらに多共振化を図ることができる。

図４１に係る変形例は、無給電素子２０の全長を実施例１に係るアンテナ装置１の場合より伸ばして、接地端に近い部分をメアンダ形に形成したものである。図４１に係る変形例は、無給電素子２０の全長を伸ばすことによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりも低周波数域に共振点を持つことができる。

以上に述べた変形例のほかにも、さまざまな変形例を考えることができる。また、以上に述べた変形例のうちからいくつかを組み合わせることによっても、他の変形例を構成することができる。また、一部に集中定数素子を装荷する等の変形も考えられる。

本発明の実施例２によれば、アンテナ装置の部分素子又は無給電素子の変形、追加又は組合せ等により実施例１に係るアンテナ装置と同等の効果を得ることができ、さらなる多共振化等の付加的効果を得ることもできる。

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が可能である。

本発明の実施例１に係るアンテナ装置の構成を表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の主要な部分の構成・形状を表す図。 実施例１に係るアンテナ装置が給電されたときの高周波電流の分布経路を表す第１の図。 実施例１に係るアンテナ装置が給電されたときの高周波電流の分布経路を表す第２の図。 実施例１に係るアンテナ装置が給電されたときの高周波電流の分布経路を表す第３の図。 実施例１に係るアンテナ装置の広帯域特性をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を表す図。 実施例１と対比するため実施例１に係るアンテナ装置を変形したモデルの形状と寸法を表す第１の図。 実施例１と対比するため実施例１に係るアンテナ装置を変形したモデルの形状と寸法を表す第２の図。 実施例１に係るアンテナ装置の図６に表したモデルのＶＳＷＲ−周波数特性（低周波数域）を、図８及び図９に表したモデルの特性と対比しつつシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図６に表したモデルのインピーダンス虚数部−周波数特性（低周波数域）を、図８及び図９に表したモデルの特性と対比しつつシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図６に表したモデルのＶＳＷＲ−周波数特性（高周波数域）を、図８及び図９に表したモデルの特性と対比しつつシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図６に表したモデルのインピーダンス虚数部−周波数特性（高周波数域）を、図８及び図９に表したモデルの特性と対比しつつシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係る第２部分素子の先端と無給電素子の開放端の距離がアンテナ装置の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図１３に表したモデルのＶＳＷＲ−周波数特性を、図１３に表した距離をパラメータとしてシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図１３に表したモデルのインピーダンス虚数部−周波数特性を、図１３に表した距離をパラメータとしてシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係る第１部分素子の下辺と接地導体の端辺の間隔がアンテナ装置の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図１６に表したモデルのＶＳＷＲ−周波数特性を、図１６に表した距離をパラメータとしてシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図１６に表したモデルのスミス線図を、図１６に表した距離をパラメータとしてシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係る無給電素子の接地端と給電箇所の距離がアンテナ装置の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図１９に表したモデルのＶＳＷＲ−周波数特性を、図１９に表した距離をパラメータとしてシミュレーションにより求めて表す図。 実施例１に係るアンテナ装置の図１９に表したモデルのインピーダンス虚数部−周波数特性を、図１９に表した距離をパラメータとしてシミュレーションにより求めて表す図。 本発明の実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第２の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第３の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第４の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第５の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第６の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第７の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第８の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第９の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１０の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１１の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１２の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１３の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１４の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１５の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１６の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１７の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１８の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第１９の構成・形状を表す図。 実施例２に係るアンテナ装置の主要な部分の第２０の構成・形状を表す図。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ 基板
３ 接地導体
４ 給電線
１０ 給電箇所
１１ 第１部分素子
１２ 第２部分素子
１３ 下辺
１４ 左辺
１５ 分岐箇所
１６ 右端
１７ 先端
２０ 無給電素子
２１ 接地端
２２ 開放端

Claims (12)

1. 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第１の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第２の辺を含む周縁を有して面をなし、前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第１の部分素子と、
   前記第２の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第１の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第１の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第２の部分素子と、
   一端が前記第１の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなし、他端が前記第２の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを
   備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記無給電素子の開放端は、前記第２の部分素子の少なくとも一部から前記無給電素子の共振周波数の４０分の１波長相当以下の距離をおいて配設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。
3. 前記第２の部分素子の少なくとも一部は、前記第２の部分素子の開放された先端であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記無給電素子の接地端は、前記給電箇所から前記無給電素子の共振周波数の１００分の１波長相当以上の距離をおいて前記接地導体に接続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。
5. 前記第１の部分素子は、前記第１の辺と前記接地導体の端辺の間隔が前記給電箇所から前記第１の辺の他端までの距離を含む経路長によって定まる共振周波数の２０分の１波長相当以下であるように配設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。
6. 一端が前記給電箇所の近傍において前記接地導体に接続され、他端が開放されてなる付加的無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
7. 接地導体が設けられた基板と、
   前記接地導体の端辺に対向する第１の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第２の辺を含む周縁を有して面をなすと共に前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第１の部分素子と、前記第２の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第１の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第１の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第２の部分素子と、一端が前記第１の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなすと共に他端が前記第２の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを有してなるアンテナとを
   備えたことを特徴とする無線装置。
8. 前記アンテナは、前記無給電素子の開放端が前記第２の部分素子の少なくとも一部から前記無給電素子の共振周波数の４０分の１波長相当以下の距離をおいて配設されたことを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
9. 前記第２の部分素子の少なくとも一部は、前記第２の部分素子の開放された先端であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の無線装置。
10. 前記アンテナは、前記無給電素子の接地端が前記給電箇所から前記無給電素子の共振周波数の１００分の１波長相当以上の距離をおいて前記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
11. 前記アンテナは、前記第１の辺と前記接地導体の端辺の間隔が前記給電箇所から前記第１の辺の他端までの距離を含む経路長によって定まる共振周波数の２０分の１波長相当以下であるように前記第１の部分素子が配設されたことを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
12. 前記アンテナは、一端が前記給電箇所の近傍において前記接地導体に接続され、他端が開放されてなる付加的無給電素子をさらに有してなることを特徴とする請求項７に記載の無線装置。

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