JP2009218917A

JP2009218917A - アンテナ素子

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Publication number: JP2009218917A
Application number: JP2008061307A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Tani; 和也谷; Yoshio Koyanagi; 芳雄小柳; Toshimitsu Hayashi; 俊光林
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: WO2009113143A1; US20110006963A1; JP5057580B2; CN101971421A

Abstract

【課題】小型化、高利得であって、広帯域化が可能であり、マルチバンドに対応することができるアンテナ素子を提供すること。
【解決手段】アンテナ素子は、略長方形の第１導体板と、第１導体板の幅方向の一辺を共有し、第１導体板に対して略直角に配置される略長方形の第２導体板と、第２導体板の第１導体板と共有する一辺に対向する幅方向の他の一辺を共有し、第１導体板と対向するように略直角に配置される略長方形の第３導体板と、第１導体板、第２導体板及び第３導体板の一辺を共有する第４導体板と、第１導体板、第２導体板及び第３導体板の一辺を共有しない第４導体板の一辺から延伸し、第４導体板に対して略直角に配置される第６導体板と、第６導体板と第１導体板及び第３導体板の各々との間に設けられたスリットと、地板と第１導体板又は第２導体板を接続する短絡ピンと、短絡ピンと平行に、短絡ピンに近接して第１導体板又は第２導体板に接続された給電ピンとを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、広帯域化及びマルチバンドに対応可能なアンテナ素子に関する。

近時、携帯無線機（例えば携帯電話機）にあっては、複数の無線システム、例えばＧＰＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの機能を付加したいという要求が強まっている。この複数の無線システムを携帯電話機に設置しようとすると、使用周波数帯の幅が広くなり、例えば携帯電話機での通信用として使用している、８００ＭＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯の３バンドに加え、ＧＰＳの１．５Ｇ帯、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの２．４ＧＨｚ帯に対応させる必要がある。従って、携帯電話機にこのような複数の無線システムを設置しようとすると、内蔵するアンテナは複数の周波数帯に対して所定のアンテナ性能を確保する必要がある。

図２４は、特許文献１に開示された直方体状のアンテナ素子の斜視図である。図２４に示すアンテナ素子は、対向する第１の面及び第２の面と、これら２面を連結する第３の面とを有する三次元形状のアンテナ素子であって、動作波長に比して小さい誘電体製コア１と、第１〜３の面に導体薄膜２_１〜２_３とを備える。当該アンテナ素子の形状により、誘電体による波長短縮に加え、更に数分の１の波長短縮効果が得られる。

図２５は、特許文献２のアンテナ素子が形成されたアンテナチップを示す外観図である。図２５に示すアンテナチップでは、一端が給電端子３１に接続され他端が接地端子３６に接続される折り曲げダイポールアンテナ３２がチップアンテナ２０の表面に形成され、さらに、モノポールアンテナ４１の一端が折り曲げダイポールアンテナ３２に接続され、モノポールアンテナ４１はアンテナチップ２０の背面及び側面に形成されている。図２５に示すアンテナチップは、ダイポールアンテナ３２とモノポールアンテナ４１とを有するため、マルチバンド特性を持つ。

図２６は、特許文献３のアンテナの構造を抽象的に示した図である。図２６に示すアンテナは、板状の導体板によって構成された逆Fアンテナであって、先端部を導体地板１１方向に２回折り曲げて開放端が導体地板１１に近接する２面を構成する。このため、先端部と導体地板１１間にコンデンサが形成され、共振周波数の低周波化と広帯域化を両立する。

特開平８−０８４０１３号公報特開２００６−２４６０７０号公報特開２００２−２２３１１４号公報

特許文献１に開示のアンテナ素子が低い周波数帯に対応するためには、アンテナ素子のサイズを大型化する必要がある。また、マルチバンド化のためには、複数のアンテナ素子が必要となるため、実装体積が大きくなる。

特許文献２に開示のアンテナチップはマルチバンド化に有効であるが、更なるアンテナ素子の小形化及び広帯域化といった課題を有する。特許文献３に開示の板状逆Ｆアンテナは、アンテナ素子の下に導体地板１１が必要である。また、広帯域化を実現するには、導体地板１１との間の距離が７ｍｍ程度必要であるため、携帯無線機等のように薄型の電子機器には不向きである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化、高利得であって、広帯域化が可能であり、マルチバンドに対応することができるアンテナ素子を提供することを目的とする。

本発明は、地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形の第１導体板と、前記第１導体板の幅方向の一辺を共有し、前記第１導体板に対して略９０度に配置される略長方形の第２導体板と、前記第２導体板の前記第１導体板と共有する前記一辺に対向する幅方向の他の一辺を共有し、前記第１導体板と対向するように略９０度に配置される略長方形の第３導体板と、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有する第４導体板と、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有しない前記第４導体板の一辺から延伸し、前記第４導体板に対して略９０度に配置される第６導体板と、前記第６導体板と前記第１導体板及び前記第３導体板の各々との間に設けられたスリットと、前記地板と前記第１導体板又は前記第２導体板を接続する短絡ピンと、前記短絡ピンと平行に、前記短絡ピンに近接して前記第１導体板又は前記第２導体板に接続された給電ピンと、を備えたアンテナ素子を提供する。

上記アンテナ素子は、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板を挟んで前記第４導体板と対向する位置に設けられた、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有する第５導体板と、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有しない前記第５導体板の一辺から延伸し、前記第５導体板に対して略９０度に配置される第９導体板と、前記第９導体板と前記第１導体板及び第３導体板の各々との間に設けられたスリットと、を備える。

上記アンテナ素子では、前記短絡ピン及び前記給電ピンが、前記第１導体板又は前記第２導体板の幅方向の略中央で、前記第１導体板又は前記第２導体板に接続される。

上記アンテナ素子では、前記短絡ピン及び前記給電ピンは矩形状の薄板であり、前記第１導体板又は前記第２導体板の幅方向の一辺の長さが、前記短絡ピンの幅、前記短絡ピンと前記給電ピンの間隔、及び前記給電ピンの幅の合計以下である。

上記アンテナ素子では、前記短絡ピンの幅と前記給電ピンの幅が同じである。

上記アンテナ素子では、前記第６導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されている。

上記アンテナ素子では、前記第９導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されている。

上記アンテナ素子では、前記第１導体板、前記第２導体板、前記第３導体板及び前記第４導体板によって形成された空間は、誘電体又は磁性体材料で満たされている。

本発明は、地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形の第１導体板と、前記第１導体板の幅方向の一辺を共有し前記第２導体板に対して略９０度に配置される略長方形の第２導体板と、前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有する第４導体板と、前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有しない前記第４導体板の隣接する二辺の各々から延伸し、前記第４導体板に対して略９０度に配置される第６導体板及び第７導体板と、前記第６導体板及び前記第７導体板と前記第１導体板及び前記第２導体板の各々との間に設けられたスリットと、前記地板と前記第１導体板又は前記第２導体板を接続する短絡ピンと、前記短絡ピンと平行に、前記短絡ピンに近接して前記第１導体板又は前記第２導体板に接続された給電ピンと、を備えたアンテナ素子を提供する。

上記アンテナ素子は、前記第１導体板及び前記第２導体板を挟んで前記第４導体板と対向する位置に設けられた、前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有する第５導体板と、前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有しない前記第５導体板の隣接する二辺の各々から延伸し、前記第５導体板に対して略９０度に配置される第９導体板及び第１０導体板と、前記第９導体板及び前記第１０導体板と前記第１導体板及び前記第２導体板の各々との間に設けられたスリットと、を備える。

上記アンテナ素子では、前記第６導体板及び前記第７導体板は、一辺をそれぞれ共有してＬ字形の折り返し部を形成する。

上記アンテナ素子では、前記第９導体板及び第前記１０導体板は、一辺をそれぞれ共有してＬ字形の折り返し部を形成する。

上記アンテナ素子では、前記第６導体板又は前記第７導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されている。

上記アンテナ素子では、前記第９導体板又は前記第１０導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されている。

上記アンテナ素子では、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第４導体板によって形成された空間は、誘電体又は磁性体材料で満たされている。

本発明は、地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形の第２導体板と、前記第１導体板の前記地板からの給電点から離れた一辺を共有し、前記第１導体板に対して略９０度に配置される第４導体板と、前記第１導体板の一辺を共有しない前記第４導体板の三辺の各々から延伸し、前記第４導体板に対して略９０度に配置された、隣接する辺をそれぞれ共有してコの字形の折り返し部を形成する第６導体板、第７導体板及び第８導体板と、前記第６導体板、前記第７導体板及び前記第８導体板と前記第２導体板との間に設けられたスリットと、前記地板と前記第２導体板を接続する短絡ピンと、前記短絡ピンと平行に、前記短絡ピンに近接して前記第２導体板に接続された給電ピンと、を備えたアンテナ素子を提供する。

上記アンテナ素子は、前記第２導体板を挟んで前記第４導体板と対向する位置に設けられた、前記第２導体板の一辺を共有する第５導体板と、前記第２導体板の一辺を共有しない前記第５導体板の三辺の各々から延伸し、前記第５導体板に対して略９０度に配置された、隣接する辺をそれぞれ共有してコの字形の折り返し部を形成する第９導体板、第１０導体板及び第１１導体板と、前記第９導体板、前記第１０導体板及び前記第１１導体板と前記第２導体板との間に設けられたスリットと、を備える。

上記アンテナ素子では、前記短絡ピン及び前記給電ピンが、前記第２導体板の幅方向の略中央で、前記第２導体板に接続される。

上記アンテナ素子では、前記短絡ピン及び前記給電ピンは矩形状の薄板であり、前記第２導体板の幅方向の一辺の長さが、前記短絡ピンの幅、前記短絡ピンと前記給電ピンの間隔、及び前記給電ピンの幅の合計以下である。

上記アンテナ素子では、前記第６導体板、前記第７導体板又は前記第８導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されている。

上記アンテナ素子では、前記第９導体板、前記第１０導体板又は前記第１１導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されている。

上記アンテナ素子では、前記第２導体板、前記第４導体板、前記第６導体板、前記第７導体板及び前記第８導体板によって形成された空間は、誘電体又は磁性体材料で満たされている。

本発明に係るアンテナ素子によれば、小型化、高利得であって、広帯域化が可能であり、マルチバンドに対応することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１はＧＮＤ平面端から給電される厚みが０．５ｍｍの板状モノポールアンテナ素子、図２は、同様の位置に配置され導体５面からなる外形が直方体の箱型モノポールアンテナ５０を示す。このとき箱型モノポールの外形の厚みは２．０ｍｍであり、ＧＮＤ側を下とした場合に上方向となる１面にのみ導体板がない向きに配置される。これら、基本的な形状のモノポールアンテナの特性を以下のシミュレーション結果を用いて比較することにより本発明の効果について示す。図３は、板状モノポールアンテナのアンテナ素子、図４は、箱型形状モノポールアンテナのアンテナ素子のＶＳＷＲ特性をそれぞれ示すグラフである。

図３に示すように、アンテナ素子が板状モノポールアンテナのとき、ＶＳＷＲ≦３．５の周波数帯は２．０６ＧＨｚ〜３．４６ＧＨｚであり、比帯域は約５０．７％である。一方、図４に示すように、アンテナ素子が箱型形状モノポールアンテナのとき、ＶＳＷＲ≦３．５の周波数帯は１．９２ＧＨｚ〜３．４５ＧＨｚであり、対応する帯域の中心周波数で帯域幅を表した比帯域は約５４．５％である。このように、アンテナ素子を５面体の箱型形状とすることによって、比帯域の帯域拡大の効果は見込める。しかし、箱型形状のアンテナ素子は、実装面積の点では特段の効果は得られない。

次に、２種類のアンテナ素子を比較する。図５に示すアンテナ素子では、前記箱型形状のモノポールアンテナ５０に給電ピン６１だけでなく短絡ピン６３を給電ピン６１に隣接して設け、逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：planar inverted F antenna）給電構造とする。。なお一般的に、逆Ｆアンテナでは板状の素子を備えておりＧＮＤ面に対して低姿勢で構成可能な特長を持っており、線状逆Ｆアンテナでは狭帯域となる。本検討は線状逆Ｆアンテナ素子を箱型にて構成することにより、新たな効果を得ようとするものである。ここで、短絡ピン６３は、プリント基板７１のグランド面とモノポールアンテナ５０を接続する矩形状の薄板であって、給電ピン６１と平行に設けられている。図６は、短絡ピンを有するアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

図６に示すように、箱型形状モノポールアンテナのアンテナ素子が短絡ピン６３を有するとき、ＶＳＷＲ≦３．５の周波数帯は１．８８ＧＨｚ〜３．３５ＧＨｚであり、比帯域は約５６％である。これはモノポールアンテナの場合と同等の特性であり、箱型形状のアンテナに逆Ｆ給電を行った場合においても類似の帯域拡大の効果が見込まれる。

以下、上記説明した板状や５面体の箱型形状のアンテナ素子とは異なる、第１の実施形態のアンテナ素子について説明する。図７は、第１の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図である。図７に示すように、第１の実施形態のアンテナ素子は、第１導体板５１と、第２導体板５２と、第３導体板５３と、第４導体板５４と、第５導体板５５と、第６導体板５６と、給電ピン６１と、短絡ピン６３とを備える。

第１導体板５１は、地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形状の薄い導体であり、その長辺は例えば２４ｍｍ、短辺はたとえば５ｍｍである。第１導体板５１と第２導体板５２は幅方向の一辺（長辺）を共有しており、略９０°の角度に折り曲げられた状態で配置されている。第２導体板５２は、略長方形状の薄い導体であり、第１導体板５１の幅方向の一辺を共有し、第１導体板５１（の面方向）に対して略９０度に折曲して配置されている。

第３導体板５３は、略長方形状の薄い導体であり、第２導体板５２の幅方向の２辺（長辺）のうち第１導体板５１と共有していない方の一辺を共有しており、略９０°の角度に折り曲げられた状態で配置されている。第３導体板５３は、第１導体板５１と対向するように、第２導体板５２に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。

第４導体板５４は、略長方形状の薄い導体であり、第１導体板５１、第２導体板５２及び第３導体板５３のそれぞれの一辺（短辺）と各辺（３辺）を共有している。第４導体板５４は、給電点６５から離れた端面に設けられている。

第５導体板５５は、略長方形状の薄い導体であり、第１導体板５１、第２導体板５２及び第３導体板５３のそれぞれの一辺（短辺）と各辺（３辺）を共有している。第５導体板５５は、給電点６５に近い端面に設けられている。

第６導体板５６は、略長方形状の薄い導体であり、第１導体板５１、第２導体板５２及び第３導体板５３の一辺を共有しない第４導体板５４の一辺から延伸し、第４の導体板５４に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。なお、第６導体板５６の両側端は第１導体板５１及び第３導体板５３に連結されておらず、第６導体板５６と第１導体板５１及び第３導体板５３との間にはスリット状の隙間（以下「スリット」という。）が設けられている。また、第６導体板５６の第４導体板５４とは反対側の端部も第５導体板５５とは連結していない。

給電ピン６１及び短絡ピン６３は、矩形状の薄板であって、所定の間隔を空けて互いに平行に設けられている。本実施形態では、プリント基板７１の角隅（コーナ）に給電ピン６１及び短絡ピン６３設けられている。第１導体板５１には、給電点６５から給電ピン６１を介して給電される。また、第１導体板５１は、短絡ピン６３を介してプリント基板７１のグランド面に接続されている。

なお、給電ピン６１及び短絡ピン６３の各幅が広い程、プリント基板７１のグランド面に流れる電流が大きくなるため、アンテナ素子が広帯域化する。また、給電ピン６１の幅と短絡ピン６３の幅を等しくすれば広帯域整合が取りやすくなる。すなわち、第１〜第６導体板のみに限らず、導体によって形成されるグランド面にも積極的に電流を流すことによって帯域幅が拡がるため、アンテナ素子が広帯域化する。ただし、ＧＮＤ側に多くの電流が流れることは設計上悪影響を与えることもあるため、アンテナ素子を調整することにより必要な帯域に対応することが望ましい。

さらに、給電ピン６１と短絡ピン６３の間隔は、第１〜第５導体板５１〜５５によって構成されるアンテナ素子の共振周波数に影響する。なお、第６導体板５６によって構成されるアンテナ素子の共振周波数は、第４導体板５４から延伸する第６導体板５６の長さが影響する。

第１〜第５導体板５１〜５５によって構成される５面体を第１のアンテナ素子とし、第６導体板５６を第２のアンテナ素子とすると、第１のアンテナ素子が多様な電流分布を有する広帯域特性を有する一方、第２のアンテナ素子は、特定の帯域で共振する。図８及び図９は、第１の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図８のグラフは、給電ピン６１及び短絡ピン６３の各幅は６ｍｍの場合、図９のグラフは、給電ピン６１及び短絡ピン６３の各幅は３ｍｍの場合を示す。

図８及び図９に示すように、第１のアンテナ素子は、２ＧＨｚ帯で共振し広帯域特性を示す。一方、第２のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子の共振周波数とは異なる３．３ＧＨｚ付近で共振する。図８に示すグラフでは、ＶＳＷＲ≦３．５の周波数帯は２．０ＧＨｚ〜４．２２ＧＨｚであり、比帯域は約７１％である一方、図９に示すグラフでは、ＶＳＷＲ≦３．５の周波数帯は１．９ＧＨｚ〜３．５８ＧＨｚであり、比帯域は約６１％である。このように、給電ピン６１及び短絡ピン６３の幅は、それぞれの帯域幅に影響しており、ピン幅が広い程、帯域が拡がって広帯域特性が得られやすくなる。

また、１６．１ｍｍの長さの第６導体板５６は、約４．５ＧＨｚでλ／４の寸法である。しかし、上述したように、第６導体板５６と第１導体板５１及び第３導体板５３との間にはスリットが設けられているため、第２のアンテナ素子と第１アンテナ素子との間に容量成分が得られた結果、第２のアンテナ素子による共振周波数は１ＧＨｚ程度低くなる。なお、スリットの幅は、第２のアンテナ素子の共振周波数λに対して０．０２λ以下の程度であって、例えば０．５ｍｍである。

図１０は、本実施形態とは別の単純な折り返し素子を設けた同一の突起量で構成した類似形状を示しており、第１のアンテナ素子を第１導体板５１のみから構成し、第２のアンテナ素子を構成する第６導体板５６と第１導体板５１の間にスリットを設けた構成である。図１１は、図１０に示したアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ（ａ）と、第１の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ（ｂ）である。図１１に示すように、図１０に示したアンテナ素子では、第２のアンテナ素子が４．３ＧＨｚ付近で共振するのに対し、本実施形態のアンテナ素子では、第２のアンテナ素子が３．３ＧＨｚ付近で共振する。このように、第１のアンテナ素子が５面体の箱型形状であり、かつ、第２のアンテナ素子との間にスリットが設けられた本提案構造では、第２のアンテナ素子の共振周波数が大幅に低下する。このことは、アンテナに要求される小形化を実現する上で大きな利点となる上、帯域においても第２のアンテナ素子における帯域を比較すると、比帯域で４．６％だったのが７．５％まで広帯域化できる。

このとき、第１のアンテナ素子が箱型形状であっても、図１２（ａ）に示すように、第２のアンテナ素子が第１のアンテナ素子と面で対向していると、各対向面で電流が逆相に流れるため、第２のアンテナ素子による放射が妨げられる。これに対し本実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、第２のアンテナ素子が第１のアンテナ素子と面で接しておらず、第２のアンテナ素子と第１のアンテナ素子との間はスリットが設けられている。スリットには適度な容量成分が設けられるため、第２のアンテナ素子の電気長を長くでき、逆相電流による放射への悪影響を低減できる２重の効果が見込める。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子がそれぞれ異なる共振周波数帯域を有し、第２のアンテナ素子を構成する第６導体板５６の長さや、給電ピン６１及び短絡ピン６３の各幅、給電ピン６１と短絡ピン６３の間隔を調整することによって共振周波数の調整を行うことができる。このため、広帯域化かつマルチバンドに対応したアンテナ素子を提供することができる。

なお、第１のアンテナ素子は、上面が開いた５面体の箱型形状に限らず、図１３に示すように、下面が開いた形状や側面が開いた形状であっても良い。この場合、第６導体板５６は、第４導体板５４から開いた面側に延伸する。また、図１４に示すように、第５導体板５５は必ずしも設ける必要はない。

また、給電ピン６１及び短絡ピン６３は、プリント基板７１の角隅（コーナ）に必ずしも設けられる必要はなく、プリント基板７１の中央に設けられても良い。

また、本実施形態の第２のアンテナ素子を形成する導体板を、細長い線路によって電気的に素子長をより長く得られるメアンダ構造に置き換えても良い。図１５は、図７に示した本実施形態のアンテナ素子が有する第２のアンテナ素子をメアンダ構造とした図を示す。図１５に示すように、第１導体板５１及び第３導体板５３とメアンダ素子との間にスリットを設けることにより、導体板で構成した場合よりも低い共振周波数を得ることが可能となる。このため、アンテナ素子の設計の柔軟性が増す。

（第２の実施形態）
第２の実施形態のアンテナ素子について説明する。なお、第２の実施形態のアンテナ素子を構成する各構成要素の内、第１の実施形態で説明したアンテナ素子が有する構成要素と同一の部分には、同一符号を付して重複説明を行わない。

図１６は、第２の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図である。図１６に示すように、第２の実施形態のアンテナ素子は、第１導体板５１と、第２導体板５２と、第４導体板５４と、第５導体板５５と、第６導体板５６と、第９導体板５９と、給電ピン６１’と、短絡ピン６３’とを備える。

第９導体板５９は、略長方形の薄い導体であり、第１導体板５１、第２導体板５２及び第３導体板５３の一辺を共有しない第５導体板５５の一辺から延伸し、第５の導体板５５に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。なお、第９導体板５９の両側端は第１導体板５１及び第３導体板５３に連結されておらず、第９導体板５９と第１導体板５１及び第３導体板５３との間にはスリット状の隙間（以下「スリット」という。）が設けられている。また、第９導体板５９の第５導体板５５とは反対側の端部は第６導体板５６とは連結していない。

給電ピン６１’及び短絡ピン６３’は、矩形状の薄板であって、所定の間隔を空けて互いに平行に設けられている。本実施形態では、プリント基板７１の略中央に給電ピン６１’及び短絡ピン６３’設けられている。第１導体板５１には、給電点６５から給電ピン６１’を介して給電される。また、第１導体板５１は、短絡ピン６３’を介してプリント基板７１のグランド面に接続されている。本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、給電ピン６１’及び短絡ピン６３’の各幅及び給電ピン６１’と短絡ピン６３’の間隔を調整することによって、第１〜第５導体板５１〜５５によって構成されるアンテナ素子の共振周波数を調整することができる。

第１〜第５導体板５１〜５５によって構成される５面体を第１のアンテナ素子とし、第６導体板５６を第２のアンテナ素子とし、第９導体板５９を第３のアンテナ素子とすると、第１のアンテナ素子が多様な電流分布を有する広帯域特性を有する一方、第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子は、それぞれ特定の帯域で共振する。

図１７は、第２の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図１７に示すように、第１のアンテナ素子は１．９ＧＨｚ付近の帯域で共振し、第２のアンテナ素子は３．３ＧＨｚ付近の帯域で共振し、第３のアンテナ素子は２．８ＧＨｚ付近の帯域で共振する。図１７に示すグラフでは、ＶＳＷＲ≦３５の周波数帯は１．８６ＧＨｚ〜３．６３ＧＨｚであり、比帯域は約６４．４％である。

なお、本実施形態では、第４導体板５４から延伸する第６導体板５６の長さと、第５導体板５５から延伸する第９導体板５９の長さは同じである。しかし、給電ピン６１’から各導体板までの電気長が第６導体板５６と第９導体板５９では異なる。したがって、図１６に示した例では、第２のアンテナ素子である第６導体板５６までの電気量よりも第３のアンテナ素子である第９導体板５９までの電気長の方が長いため、第３のアンテナ素子の方が低い周波数で共振する。

但し、第６導体板５６の長さと第９導体板５９の長さは同じである必要はない。第６導体板５６と第９導体板５９の各長さが異なれば、それぞれがさらに異なる周波数で共振するため、柔軟にマルチバンド化に対応することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子がそれぞれ異なる共振周波数帯域を有し、第２のアンテナ素子を構成する第６導体板５６の長さや、第３のアンテナ素子を構成する第９導体板５９の長さ、給電ピン６１’及び短絡ピン６３’の各幅、給電ピン６１’と短絡ピン６３’の間隔を調整することによって共振周波数の調整を行うことができる。このため、広帯域化かつマルチバンドに対応したアンテナ素子を提供することができる。

なお、第１のアンテナ素子は、上面が開いた５面体の箱型形状に限らず、下面が開いた形状や側面が開いた形状であっても良い。

（第３の実施形態）
上記実施形態では、第２のアンテナ素子が１枚の導体板によって構成されている。第３の実施形態では、第２のアンテナ素子を２枚の導体板によって構成する。図１８は、第３の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図である。図１８に示すように、第４の実施形態のアンテナ素子は、第１導体板５１と、第２導体板５２と、第４導体板５４と、第５導体板５５と、第６導体板５６と、第７導体板５７と、給電ピン６１と、短絡ピン６３とを備える。なお、第３の実施形態のアンテナ素子を構成する各構成要素の内、第１の実施形態で説明したアンテナ素子が有する構成要素と同一の部分には、同一符号を付して重複説明を行わない。

第７導体板５７は、略長方形の薄い導体であり、第１導体板５１及び第２導体板５２の一辺を共有しない第４の導体板５４の隣接する二辺の内の一辺から延伸し、第４の導体板５４に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。なお、第７導体板５７の両側端は第２導体板５２及び第６導体板５６に連結されておらず、第６導体板５６と第１導体板５１の間、第６導体板５６と第７導体板５７の間、及び第７導体板５７と第２導体板５２の間には、スリット状の隙間（以下「スリット」という。）が設けられている。また、第７導体板５７の第４導体板５４とは反対側の端部も第５導体板５５とは連結していない。

本実施形態では、第１のアンテナ素子が第１導体板５１、第２導体板５２、第４導体板５４及び第５導体板５５によって構成され、第２のアンテナ素子が第６導体板５６によって構成され、第３のアンテナ素子が第７導体板５７によって構成される。本実施形態のアンテナ素子では、第１のアンテナ素子が多様な電流分布を有する広帯域特性を有する一方、第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子は、それぞれ異なる特定の帯域で共振する。

本実施形態によれば、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子がそれぞれ異なる共振周波数帯域を有し、第２のアンテナ素子を構成する第６導体板５６及び第３アンテナ素子を構成する第７導体板５７の各長さを調整することによって共振周波数の調整を行うことができる。このため、広帯域化かつマルチバンドに対応したアンテナ素子を提供することができる。

なお、第３の実施形態の変形例として、第１の実施形態と第２の実施形態の関係のように、図１９に示すアンテナ素子を構成しても良い。すなわち、第５導体板５５側にも第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子に対応した第４のアンテナ素子（第９導体板）及び第５のアンテナ素子（第１０導体板）を設けても良い。

また、第３の実施形態の変形例として、図２０に示すように、第６導体板５６及び第７導体板５７の互いに隣接する辺を連結して、断面がＬ字状の第６導体板５６’及び第７導体板５７’を第２のアンテナ素子として設けても良い。第２のアンテナ素子の面積を拡大することにより、第２のアンテナ素子による帯域幅の拡大効果が顕著となる。さらに、第１の実施形態と第２の実施形態の関係のように、図２１に示すアンテナ素子を構成しても良い。すなわち、第５導体板５５側にも第２のアンテナ素子に対応する第３のアンテナ素子を設けても良い。

（第４の実施形態）
第３の実施形態では、第２のアンテナ素子が２枚の導体板によって構成されている。第４の実施形態では、第２のアンテナ素子を３枚の導体板によって構成する。図２２は、第４の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図である。図２２に示すように、第４の実施形態のアンテナ素子は、第１導体板５１’と、第２導体板５２と、第３導体板５３’と、第４導体板５４と、第５導体板５５と、第６導体板５６’と、第７導体板５７’と、第８導体板６８と、給電ピン６１と、短絡ピン６３とを備える。なお、給電ピン６１及び短絡ピン６３は第１の実施形態と同様である。

第１導体板５１’は、地板に対して所定の間隔を隔てて配置されたＬ字状の薄い導体である。第１導体板５１’の外周の長辺と第２導体板５２の幅方向の一辺（長辺）は共有されており、略９０°の角度に折り曲げられた状態で配置されている。第２導体板５２は、略長方形状の薄い導体であり、第１導体板５１’の外周の長辺と共有し、第１導体板５１’（の面方向）に対して略９０度に折曲して配置されている。

第３導体板５３’は、Ｌ字状の薄い導体である。第３導体板５３’の外周の長辺と、第２導体板５２の幅方向の２辺（長辺）のうち第１導体板５１と共有していない方の一辺は共有されており、略９０°の角度に折り曲げられた状態で配置されている。第３導体板５３’は、第１導体板５１’と対向するように、第２導体板５２に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。

第４導体板５４は、略正方形状の薄い導体であり、第１導体板５１’、第２導体板５２及び第３導体板５３’のそれぞれの一辺（短辺）と各辺（３辺）を共有している。第４導体板５４は、給電導体６１から離れた端面に設けられている。

第５導体板５５は、略正方形状の薄い導体であり、第１導体板５１’、第２導体板５２及び第３導体板５３’のそれぞれの一辺（短辺）と各辺（３辺）を共有している。第５導体板５５は、給電導体６１に近接する端面に設けられている。

第６導体板５６’は、略長方形状の薄い導体であり、第１導体板５１’、第２導体板５２及び第３導体板５３’の一辺を共有しない第４の導体板５４の一辺から延伸し、第４の導体板５４に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。第７導体板５７’は、略長方形状の薄い導体であり、第４の導体板５４の第１導体板５１’の一辺を共有する辺から延伸し、第４の導体板５４に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。第８導体板５８は、略長方形状の薄い導体であり、第４の導体板５４の第３導体板５３’の一辺を共有する辺から延伸し、第４の導体板５４に対して略９０度に折り曲げられた状態で配置されている。

第６導体板５６’、第７導体板５７’及び第８導体板５８は、隣接する長辺を共有した断面がコの字状の第２のアンテナ素子を構成する。なお、第８導体板５８の第１導体板５１’側の端は第１導体板５１に連結されておらず、第８導体板５８と第１導体板５１’の間には、スリット状の隙間（以下「スリット」という。）が設けられている。また、第７導体板５７’の第３導体板５３’側の端は第３導体板５３に連結されておらず、第７導体板５７’と第３導体板５３’の間には、スリットが設けられている。また、第６導体板５６’、第７導体板５７’及び第８導体板５８の第４導体板５４とは反対側の端部も第５導体板５５とは連結していない。

本実施形態では、第１のアンテナ素子が第１導体板５１’、第２導体板５２、第３導体板５３’、第４導体板５４及び第５導体板５５によって構成され、第２のアンテナ素子が第６導体板５６’、第７導体板５７’及び第８導体板５８によって構成される。本実施形態のアンテナ素子では、第１のアンテナ素子が多様な電流分布を有する広帯域特性を有する一方、第２のアンテナ素子は特定の帯域で共振する。

本実施形態によれば、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子がそれぞれ異なる共振周波数帯域を有し、第２のアンテナ素子を構成する第６導体板５６’、第７導体板５７’及び第８導体板５８の長さを調整して、第２のアンテナ素子の表面積を調整することによって共振周波数の帯域幅の調整を行うことができる。このため、広帯域化かつマルチバンドに対応したアンテナ素子を提供することができる。

なお、第４の実施形態の変形例として、第１の実施形態と第２の実施形態の関係のように、図２３に示すアンテナ素子を構成しても良い。すなわち、第５導体板５５側にも第２のアンテナ素子に対応した第３のアンテナ素子（第９導体板、第１０導体板及び第１１導体板）を設けても良い。

本発明に係るアンテナ素子は、例えばＧＰＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の機能を付加することが可能な複数の無線システムに好適であり、延いては携帯電話機、ＰＤＡなどのような携帯無線機などのアンテナに適用するのに好都合である。

板状モノポールアンテナのアンテナ素子を示す斜視図箱型形状モノポールアンテナのアンテナ素子を示す斜視図板状モノポールアンテナのアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ箱型形状モノポールアンテナのアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ短絡ピンが設けられた箱型形状のモノポールアンテナのアンテナ素子を示す斜視図短絡ピンが設けられた箱型形状のモノポールアンテナのアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ第１の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図給電ピン及び短絡ピンの各幅が６ｍｍの場合の第１の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ給電ピン及び短絡ピンの各幅が３ｍｍの場合の第１の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ他の形態のアンテナ素子を示す斜視図図１０に示したアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ（ａ）と、第１の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ（ｂ）第１のアンテナ素子が箱型形状のアンテナ素子の断面を示す図第１の実施形態のアンテナ素子の変形例を示す斜視図第１の実施形態のアンテナ素子の変形例を示す斜視図図７に示した第１の実施形態のアンテナ素子が有する第２のアンテナ素子をメアンダ構造とした図第２の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図第２の実施形態のアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ第３の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図第３の実施形態のアンテナ素子の変形例を示す斜視図第３の実施形態のアンテナ素子の変形例を示す斜視図第３の実施形態のアンテナ素子の変形例を示す斜視図第４の実施形態のアンテナ素子を示す斜視図第４の実施形態のアンテナ素子の変形例を示す斜視図特許文献１に開示された直方体状のアンテナ素子の斜視図特許文献２のアンテナ素子が形成されたアンテナチップを示す外観図特許文献３のアンテナの構造を抽象的に示した図

符号の説明

５１第１導体板
５２第２導体板
５３第３導体板
５４第４導体板
５５第５導体板
５６，５６’ 第６導体板
５７，５７’ 第７導体板
５８第８導体板
５９第９導体板
６１，６１’ 給電ピン
６３，６３’ 短絡ピン
６５給電点
７１プリント基板

Claims

地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形の第１導体板と、
前記第１導体板の幅方向の一辺を共有し、前記第１導体板に対して略９０度に配置される略長方形の第２導体板と、
前記第２導体板の前記第１導体板と共有する前記一辺に対向する幅方向の他の一辺を共有し、前記第１導体板と対向するように略９０度に配置される略長方形の第３導体板と、
前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有する第４導体板と、
前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有しない前記第４導体板の一辺から延伸し、前記第４導体板に対して略９０度に配置される第６導体板と、
前記第６導体板と前記第１導体板及び前記第３導体板の各々との間に設けられたスリットと、
前記地板と前記第１導体板又は前記第２導体板を接続する短絡ピンと、
前記短絡ピンと平行に、前記短絡ピンに近接して前記第１導体板又は前記第２導体板に接続された給電ピンと、
を備えたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項１に記載のアンテナ素子であって、
前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板を挟んで前記第４導体板と対向する位置に設けられた、前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有する第５導体板と、
前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第３導体板の一辺を共有しない前記第５導体板の一辺から延伸し、前記第５導体板に対して略９０度に配置される第９導体板と、
前記第９導体板と前記第１導体板及び第３導体板の各々との間に設けられたスリットと、
を備えたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項２に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピン及び前記給電ピンが、前記第１導体板又は前記第２導体板の幅方向の略中央で、前記第１導体板又は前記第２導体板に接続されたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピン及び前記給電ピンは矩形状の薄板であり、
前記第１導体板又は前記第２導体板の幅方向の一辺の長さが、前記短絡ピンの幅、前記短絡ピンと前記給電ピンの間隔、及び前記給電ピンの幅の合計以下であることを特徴とするアンテナ素子。
請求項４に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピンの幅と前記給電ピンの幅が同じであることを特徴とするアンテナ素子。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第６導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されていることを特徴とするアンテナ素子。
請求項２〜４のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第９導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されていることを特徴とするアンテナ素子。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第１導体板、前記第２導体板、前記第３導体板及び前記第４導体板によって形成された空間は、誘電体又は磁性体材料で満たされていることを特徴とするアンテナ素子。
地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形の第１導体板と、
前記第１導体板の幅方向の一辺を共有し前記第２導体板に対して略９０度に配置される略長方形の第２導体板と、
前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有する第４導体板と、
前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有しない前記第４導体板の隣接する二辺の各々から延伸し、前記第４導体板に対して略９０度に配置される第６導体板及び第７導体板と、
前記第６導体板及び前記第７導体板と前記第１導体板及び前記第２導体板の各々との間に設けられたスリットと、
前記地板と前記第１導体板又は前記第２導体板を接続する短絡ピンと、
前記短絡ピンと平行に、前記短絡ピンに近接して前記第１導体板又は前記第２導体板に接続された給電ピンと、
を備えたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項９に記載のアンテナ素子であって、
前記第１導体板及び前記第２導体板を挟んで前記第４導体板と対向する位置に設けられた、前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有する第５導体板と、
前記第１導体板及び前記第２導体板の一辺を共有しない前記第５導体板の隣接する二辺の各々から延伸し、前記第５導体板に対して略９０度に配置される第９導体板及び第１０導体板と、
前記第９導体板及び前記第１０導体板と前記第１導体板及び前記第２導体板の各々との間に設けられたスリットと、
を備えたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項９又は１０に記載のアンテナ素子であって、
前記第６導体板及び前記第７導体板は、一辺をそれぞれ共有してＬ字形の折り返し部を形成することを特徴とするアンテナ素子。
請求項１０又は１１に記載のアンテナ素子であって、
前記第９導体板及び第前記１０導体板は、一辺をそれぞれ共有してＬ字形の折り返し部を形成することを特徴とするアンテナ素子。
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピン及び前記給電ピンが、前記第１導体板又は前記第２導体板の幅方向の略中央で、前記第１導体板又は前記第２導体板に接続されたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項９〜１３のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピン及び前記給電ピンは矩形状の薄板であり、
前記第１導体板又は前記第２導体板の幅方向の一辺の長さが、前記短絡ピンの幅、前記短絡ピンと前記給電ピンの間隔、及び前記給電ピンの幅の合計以下であることを特徴とするアンテナ素子。
請求項１４に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピンの幅と前記給電ピンの幅が同じであることを特徴とするアンテナ素子。
請求項９〜１４のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第６導体板又は前記第７導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されていることを特徴とするアンテナ素子。
請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第９導体板又は前記第１０導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されていることを特徴とするアンテナ素子。
請求項９〜１７のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第１導体板、前記第２導体板及び前記第４導体板によって形成された空間は、誘電体又は磁性体材料で満たされていることを特徴とするアンテナ素子。
地板に対して所定の間隔を隔てて配置された略長方形の第２導体板と、
前記第１導体板の前記地板からの給電点から離れた一辺を共有し、前記第１導体板に対して略９０度に配置される第４導体板と、
前記第１導体板の一辺を共有しない前記第４導体板の三辺の各々から延伸し、前記第４導体板に対して略９０度に配置された、隣接する辺をそれぞれ共有してコの字形の折り返し部を形成する第６導体板、第７導体板及び第８導体板と、
前記第６導体板、前記第７導体板及び前記第８導体板と前記第２導体板との間に設けられたスリットと、
前記地板と前記第２導体板を接続する短絡ピンと、
前記短絡ピンと平行に、前記短絡ピンに近接して前記第２導体板に接続された給電ピンと、
を備えたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項１９に記載のアンテナ素子であって、
前記第２導体板を挟んで前記第４導体板と対向する位置に設けられた、前記第２導体板の一辺を共有する第５導体板と、
前記第２導体板の一辺を共有しない前記第５導体板の三辺の各々から延伸し、前記第５導体板に対して略９０度に配置された、隣接する辺をそれぞれ共有してコの字形の折り返し部を形成する第９導体板、第１０導体板及び第１１導体板と、
前記第９導体板、前記第１０導体板及び前記第１１導体板と前記第２導体板との間に設けられたスリットと、
を備えたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項１９又は２０に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピン及び前記給電ピンが、前記第２導体板の幅方向の略中央で、前記第２導体板に接続されたことを特徴とするアンテナ素子。
請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピン及び前記給電ピンは矩形状の薄板であり、
前記第２導体板の幅方向の一辺の長さが、前記短絡ピンの幅、前記短絡ピンと前記給電ピンの間隔、及び前記給電ピンの幅の合計以下であることを特徴とするアンテナ素子。
請求項２２に記載のアンテナ素子であって、
前記短絡ピンの幅と前記給電ピンの幅が同じであることを特徴とするアンテナ素子。
請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第６導体板、前記第７導体板又は前記第８導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されていることを特徴とするアンテナ素子。
請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第９導体板、前記第１０導体板又は前記第１１導体板は、細長い線路によってメアンダ状に形成されていることを特徴とするアンテナ素子。
請求項１９〜２５のいずれか一項に記載のアンテナ素子であって、
前記第２導体板、前記第４導体板、前記第６導体板、前記第７導体板及び前記第８導体板によって形成された空間は、誘電体又は磁性体材料で満たされていることを特徴とするアンテナ素子。