JP2011139308A

JP2011139308A - アンテナ装置

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Publication number: JP2011139308A
Application number: JP2009298086A
Authority: JP
Inventors: Yohei Koga; 洋平古賀; Hisashi Yamagashiro; 尚志山ヶ城
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP5370141B2

Abstract

【課題】複数の周波数帯域において利用可能な小型のアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１は、基板１１と、基板１１上に設けられ、開放端１３ｂを有する放射電極１３と、基板１１上に設けられ、放射電極１３の長手方向及び短手方向のそれぞれ一端と対向して配置された接地電極１２と、放射電極１３と給電点１３ａを介して接続された給電線１４とを有する。放射電極１３は、放射電極１３の長手方向に沿って接地電極１２と対向する第１の端部１３ｃが開放端１３ｂに近づくにつれて接地電極１２と離れ、給電点１３ａと開放端１３ｂとを結ぶ放射電極の中心線１３ｄが放射電極１３の長手方向に対向する接地電極１２の第２の端部１２ａとなす角が鋭角となるように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、複数の通信方式によって利用される複数の周波数帯域において利用可能なアンテナ装置に関する。

従来より、移動体通信または小電力データ通信、あるいはRadio Frequency IDentification(RFID)など、各種の無線通信サービスごとに、それぞれ異なる周波数帯域が使用されている。近年、携帯電話のような通信機は、ユーザの利便性を向上するために、そのような複数の無線通信サービスに対応している。そのために、通信機は、各無線通信サービスで使用される周波数帯域の無線信号を送信または受信するために、周波数帯域ごとに異なるアンテナを実装している。しかし、通信機を小型化するためには、通信機に実装されるアンテナの数は少ない方が望ましい。

そこで、高周波かつ広帯域の無線信号に対して良好なアンテナ特性を持つアンテナ装置が研究されている（例えば、特許文献１を参照）。
そのようなアンテナの一例では、基板上に、長方形状の放射電極と、放射電極の隣り合う長辺および短辺にそれぞれ平行に対向する接地電極と、放射電極の長辺に接続された給電電極とが形成される。そして放射電極の長辺と対向する接地電極の部分は、その長辺を超えない長さと放射電極の短辺の長さ以下の幅とを有している。一方、放射電極の短辺と対向する接地電極の部分は、その短辺を超える長さと放射電極の長辺の長さ以上の幅を有している。このアンテナは、例えば、3.1GHzから10.6GHzの範囲内の無線周波数に対して良好なアンテナ特性を有する。

特開２００５−２０２０６号公報

しかし、例えば、移動体通信では、3.1GHz以上の周波数帯域だけでなく、3.1GHzよりも低周波の無線周波数帯域も利用されている。例えば、いわゆる第３世代移動体通信システムでは、810-958MHz、1428-1525MHz、1750-1785MHz、1845-1880MHz及び2110-2170MHzなどの周波数帯域が使用されている。また、第３世代パートナーシッププロジェクト（Third Generation Partnership Project、3GPP）により標準化が進められている、移動体通信規格の一つであるLong Term Evolution（LTE）では、700MHz帯及び2.5GHz帯も利用される予定となっている。さらに、全地球測位システム（Global Positioning System、GPS）では、1563-1578MHzの周波数帯域が利用されている。また、無線ローカルエリアネットワーク（Local Area Network、LAN）では、2.4-2.5GHz及び5.47-5.725GHzの周波数帯域が利用されている。
上記のような周波数帯域は、例えば、携帯電話機のような通信機において利用される可能性がある。そこで、より広い帯域、例えば、700MHzから6GHzの範囲の周波数帯域に対して良好なアンテナ特性を持つアンテナ装置が求められている。

さらに、通信機を小型化するためには、アンテナは小さい方が好ましい。特に、携帯電話機のような携帯用の通信機では、アンテナを実装するために利用できるスペースが限られているので、アンテナを小型化するメリットは大きい。

そこで、本明細書は、複数の周波数帯域において利用可能な小型のアンテナ装置を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、アンテナ装置が提供される。このアンテナ装置は、基板と、基板上に設けられ、開放端を有する放射電極と、基板上に設けられ、放射電極の長手方向及び短手方向のそれぞれ一端と対向して配置された接地電極と、放射電極と給電点を介して接続された給電線とを有する。放射電極は、放射電極の長手方向に沿って接地電極と対向する放射電極の第１の端部が開放端に近づくにつれて接地電極と離れ、給電点と開放端とを結ぶ放射電極の中心線が放射電極の長手方向に対向する接地電極の第２の端部となす角が鋭角となるように配置される。

本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

本明細書に開示されたアンテナ装置は、複数の周波数帯域において利用可能でありながら小型化できる。

第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略平面透過図である。第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略側面図である。給電線の拡大平面透過図である。各部の寸法を示すアンテナ装置の概略平面透過図である。図４に示されたアンテナ装置の放射電極の拡大平面透過図である。第１の実施形態によるアンテナ装置についての、電圧定在波比（Voltage Standing Wave Ratio、VSWR）の測定結果及びシミュレーション結果を示すグラフである。図５における接地電極のテーパ部分の高さHを2.5mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置のVSWRのシミュレーション結果を示すグラフである。図５における接地電極のテーパ部分の高さHを5mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置のVSWRのシミュレーション結果を示すグラフである。図５における接地電極のテーパ部分の高さHを7.5mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置のVSWRのシミュレーション結果を示すグラフである。図５における接地電極のテーパ部分の高さHを10mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置のVSWRのシミュレーション結果を示すグラフである。給電点における給電線の給電電極の様々な幅に対するアンテナ装置のVSWRのシミュレーション結果を示すグラフである。第２の実施形態によるアンテナ装置の給電線近傍の平面透過図である。第２の実施形態によるアンテナ装置についてのVSWRのシミュレーション結果を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、他の実施形態による放射電極の概略構成図である。

以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による、アンテナ装置について説明する。
このアンテナ装置では、放射電極の開放端と、放射電極に対向する接地電極との距離が放射電極の開放端に近づくほど離れ、かつ、給電点と放射電極の開放端を結ぶ中心線と接地電極の端部とのなす角度が鋭角となるように各電極が配置される。そして放射電極は、放射電極の中心線と直交する方向の幅が先端に近づくほど狭くなる形状を有する。これにより、このアンテナ装置は、小型化を達成するとともに、例えば、0.8GHzから6GHzの周波数帯域に対して良好なアンテナ特性を持つ。

図１は、第１の実施形態によるアンテナ装置の概略平面透視図である。また図２は、第１の実施形態によるアンテナ装置の概略側面図である。
アンテナ装置１は、基板１１と、基板１１の裏面に設けられた接地電極１２と、基板１１の表面に設けられた放射電極１３および給電線１４とを有する。
なお、以下では、便宜上、特に説明されない限り、「幅」とは図１の水平方向における長さを表し、「高さ」とは図１の垂直方向における長さを表す。

基板１１は、誘電体または磁性体で形成される。基板１１を形成する材料として、例えば、ガラスエポキシ、セラミックまたはフェライトが用いられる。基板１１は、略長方形のシート状に形成されており、基盤１１の厚さは、基板１１の高さ及び幅よりも短くなっている。また、基板１１の高さは、接地電極１２の面積を広くとるために、基板１１の幅よりも長いことが好ましい。

接地電極１２は、基板１１の裏面に設けられる。本実施形態では、接地電極１２は、放射電極１３の長手方向及び短手方向と対向するように、放射電極１３が設けられた部分よりも基板１１の下方及び右側に略L字状に形成されている。そして、放射電極１３の長手方向（本実施形態では水平方向）と対向する接地電極１２の端部１２ａは、基板１１の上端と略平行になっている。また、放射電極の短手方向（本実施形態では垂直方向）と対向する接地電極１２の突起部１２ｂは、基板１１の右端に沿って設けられている。この突起部１２ｂは、給電線１４よりも広い幅を持ち、給電線１４とともに、マイクロストリップラインを形成する。
接地電極１２は、放射電極１３が共振可能な周波数帯域を広くするために、放射電極１３の長手方向である水平方向の長さよりも長い幅を持ち、かつ接地電極１２の高さは接地電極１２の幅よりも大きい。また突起部１２ｂの高さも、放射電極１３の短手方向である垂直方向の長さよりも長いことが好ましい。

放射電極１３は、基板１１の表面に形成され、給電線１４と給電点１３ａを介して接続されている。そして放射電極１３は、給電線１４から受け取った信号を無線信号として空中に放射する。また放射電極１３は、受信した無線信号を給電線１４へ渡す。
放射電極１３は、広帯域にわたって無線信号の送信または受信を行えるようにするために、面状に形成されている。本実施形態では、放射電極１３は涙滴状に形成されており、涙滴の先端が放射電極１３の開放端１３ｂとなり、長手方向に沿って開放端１３ｂと反対側の端部に給電点１３ａが設けられている。
このように、放射電極１３は、接地電極１２との最近接点から開放端１３ｂに近づくにつれて、開放端１３ｂと給電点１３ａを通る放射電極１３の中心線１３ｄと直交する方向の長さが短くなる形状を有している。これにより、放射電極１３が小型化されるとともに、放射電極１３が広い周波数帯域にわたって無線信号と共振可能となっている。

また放射電極１３と接地電極１２は、基板１１の表面の法線方向に沿って、基板１１の表面と平行な面に投影されたときに、互いに重ならないように配置されている。そして接地電極１２の端部１２ａと対向する放射電極１３の下端１３ｃは、開放端１３ｂに近づくにつれて接地電極１２の端部１２ａとの距離が大きくなるように、放射電極１３は配置されている。これにより、受信した無線信号、または給電線１４から伝達された信号により放射電極１３を流れる電流と逆向きの電流が電磁波結合により接地電極１２の端部１２ａ近傍に生じることが抑制される。この結果、特に約3GHz以下の周波数帯域でのアンテナ特性が改善される。

また放射電極１３の中心線が、接地電極１２の端部１２ａと鋭角をなすように放射電極１３は配置されている。これにより、接地電極１２から放射電極１３の開放端１３ｂまでの距離を、放射電極１３の長手方向の長さよりも短くすることができるので、アンテナ装置１全体が小型化される。
また、本実施形態では、放射電極１３の上端が基板１１の上端と略一致し、開放端１３ｂが基板１１の左端に位置するように、すなわち、放射電極１３の開放端１３ｂが接地電極１２の左端の延長線上に位置するように放射電極１３は配置されている。このように、放射電極１３は、基板１１のサイズにより制限された範囲内で開放端１３ｂが接地電極１２から最も離れ、かつ長手方向の長さが最大となるように形成されている。そのため、アンテナ装置１は小型化され、かつ広い周波数帯域に対して良好なアンテナ特性を持つことができる。

給電線１４は、図示しない通信回路から受け取った、送信すべき信号を放射電極１３へ伝達し、また放射電極１３により受信された無線信号を通信回路へ伝達する。
そのために、給電線１４は、放射電極１３の短手方向に対向して、基板１１の右側の表面上に設けられ、給電点１３ａにて放射電極１３と接続された給電電極を有する。さらに給電線１４と、基板１１の裏面に設けられた接地電極１２の突起部１２ｂとは、基板１１の表面にその法線方向に沿って投影されたときに重なるように配置されている。そして給電線１４と突起部１２ｂは、マイクロストリップラインを形成する。

図３は、給電線１４の拡大平面透過図である。図３において、実線は、基板１１の表面に配置された部品を表し、点線は、基板１１の裏面に配置された部品を表す。突起部１２ｂは、放射電極１３よりも下方に配置された、接地電極１２の本体部分と連結される部分の幅が、給電点１３ａ近傍における幅よりも広くなるように、テーパ状に形成されることが好ましい。これにより、特に約0.8GHz〜約3GHzの範囲内の周波数帯域にわたってインピーダンス整合を取ることが容易となるように、放射電極１３と接地電極１２間の距離が調節される。そのため、アンテナ装置１のアンテナ特性が向上する。

さらに、給電線１４と放射電極１３との間でインピーダンス整合を取るために、給電線１４の先端は、給電点１３ａに近づくにつれて幅が狭くなるテーパ状に形成されることが好ましい。
例えば、基板１１が、比誘電率が4.4、誘電正接が0.01である誘電体により形成され、基板１１の厚さが1mmであり、給電線１４が厚さ35μmを持つ銅箔である場合、給電線１４のインピーダンスを50Ωにするために、給電線１４の幅は、例えば、1.8mmとなる。
一方、放射電極１３のインピーダンスは、アンテナ装置１が送信または受信しようとする無線周波数の全ての帯域に対して50Ωとはならない。そこで放射電極１３と給電線１４との間でインピーダンス整合をとるために、給電点１３ａに近づくにつれて給電線１４の垂直方向の幅が狭くなるように、給電線１４の先端部がテーパ状に形成されることが好ましい。
例えば、給電点１３ａにおける給電線１４の垂直方向の幅は、0.22mmに設定される。

接地電極１２、放射電極１３及び給電線１４は、銅、金、鉄などの導体により形成される。そして接地電極１２、放射電極１３及び給電線１４は、例えば、エッチングまたはフォトリソグラフィーによって基板１１上に形成される。

以下、本実施形態によるアンテナ装置１のアンテナ特性について説明する。
このアンテナ特性を求めるために、基板１１として、比誘電率4.4、誘電正接0.01を持つ誘電体を用いた。また、接地電極１２、放射電極１３、給電線１４は、それぞれ、厚さ35μmの銅箔で形成した。
図４は、各部の寸法を示すアンテナ装置１の概略平面透過図であり、図５は、図４に示されたアンテナ装置１の放射電極１３の拡大平面透過図である。図４及び図５において、実線は、基板１１の表面に配置された部品を表し、点線は、基板１１の裏面に配置された部品を表す。
図４及び図５に示されるように、基板１１の幅は50mmであり、高さは123mmである。また基板１１の厚さは1mmである。放射電極１３は、長手方向である水平方向に44.9mmの長さを持ち、短手方向である垂直方向に22mmの長さを持つ。そして放射電極１３の給電点１３ａ側が半径11mmの半円形状を有している。一方、放射電極１３の開放端１３ｂ側は、略三角形状となっており、放射電極１３の上端は、基板１１の上端と略平行になっている。そして放射電極１３の開放端１３ｂから半円状に形成される部分までの上端の長さは33.9mmである。そして開放端１３ｂにおいて、放射電極１３の上端と、接地電極１２に対向する放射電極１３の下端１３ｃとがなす角θは32.98°である。また放射電極１３と接地電極１２との最近接部における間隔は0.8mmである。
接地電極１２の突起部１２ｂは、垂直方向に23mmの長さを持ち、水平方向に5mmの幅を持っている。接地電極１２本体の近傍において、突起部１２ｂの放射電極１３に対向する側はテーパ状に形成されている。そのテーパ部分の最も広い部分（接地電極１２本体と連結される部分）の幅Lは5mmであり、テーパ部分の高さHは7.5mmである。給電線１４は、幅1.8mm×高さ10.9mmの長方形状部分と、その長方形状部分及び給電点１３ａとに連結されるテーパ部分を有している。テーパ部分の垂直方向の長さは1.17mmであり、給電点１３ａにおけるテーパ部分の垂直方向の幅は0.22mmである。

図６に、第１の実施形態によるアンテナ装置１のアンテナ特性として、0.7GHz〜6GHzの範囲内の無線周波数に対する電圧定在波比（Voltage Standing Wave Ratio、VSWR）の測定結果及びシミュレーション結果を示す。なお、図６において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ６０１は、アンテナ装置１における無線周波数に対するVSWRの測定値を示す。またグラフ６０２は、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出したVSWRのシミュレーション値を示す。グラフ６０１及び６０２に示されるように、約0.8GHz〜6GHzの周波数範囲において、VSWRの値は、実用上の限界としての目安となる3以下となっている。

次に、接地電極１２本体と突起部１２ｂとの連結部分のテーパ形状を様々に変更した場合のアンテナ特性に関するシミュレーション結果を示す。
図７は、図５におけるテーパ部分の高さHを2.5mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置１のVSWRのシミュレーション結果を示す。このシミュレーションにおいて、突起部１２ｂのテーパ部分の形状を除いたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質は、図４及び図５に示されたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質と同一とする。
図７において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ７０１、７０２、７０３、７０４、７０５は、それぞれ、幅Lを0mm（すなわち、テーパ無し）、2.5mm、5mm、7.5mm、10mmとしたときに、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出したVSWRのシミュレーション値を表す。
グラフ７０１〜７０３に示されるように、テーパ部分の幅Lが7.5mm未満では、約1.6GHzにおいてVSWRが3を超える。これに対し、グラフ７０４及び７０５に示されるように、テーパ部分の幅Lが7.5mm以上では、約0.8GHz〜6GHzの範囲全般にわたってVSWRが3以下となっている。そのため、テーパ部分の高さHが2.5mmであれば、幅Lは7.5mm以上とすることが好ましい。

図８は、図５におけるテーパ部分の高さHを5mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置１のVSWRのシミュレーション結果を示す。このシミュレーションにおいて、突起部１２ｂのテーパ部分の形状を除いたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質は、図４及び図５に示されたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質と同一とする。
図８において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ８０１、８０２、８０３、８０４、８０５は、それぞれ、幅Lを0mm（すなわち、テーパ無し）、2.5mm、5mm、7.5mm、10mmとしたときに、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出したVSWRのシミュレーション値を表す。
グラフ８０１及び８０２に示されるように、テーパ部分の幅Lが5mm未満では、約1.6GHzにおいてVSWRが3を超える。またグラフ８０５に示されるように、テーパ部分の幅Lが7.5mmを超えると、約1.3GHzにおいてVSWRが3を超える。これに対し、グラフ８０３及び８０４に示されるように、テーパ部分の幅Lが5mmから7.5mmの範囲では、約0.8GHz〜6GHzの範囲全般にわたってVSWRが3以下となっている。そのため、テーパ部分の高さHが5mmであれば、幅Lは5mm以上7.5mm以下とすることが好ましい。

図９は、図５におけるテーパ部分の高さHを7.5mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置１のVSWRのシミュレーション結果を示す。このシミュレーションにおいて、突起部１２ｂのテーパ部分の形状を除いたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質は、図４及び図５に示されたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質と同一とする。
図９において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ９０１、９０２、９０３、９０４、９０５は、それぞれ、幅Lを0mm（すなわち、テーパ無し）、2.5mm、5mm、7.5mm、10mmとしたときに、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出したVSWRのシミュレーション値を表す。
グラフ９０１に示されるように、テーパ部分の幅Lが2.5mm未満では、約1.6GHzにおいてVSWRが3を超える。またグラフ９０４及び９０５に示されるように、テーパ部分の幅Lが5mmを超えると、約1.3GHz及び約2.8GHzにおいてVSWRが3を超える。これに対し、テーパ部分の幅Lが2.5mmから5mmの範囲では、約0.8GHz〜6GHzの範囲全般にわたってVSWRが3以下となっている。そのため、テーパ部分の高さHが7.5mmであれば、幅Lは2.5mm以上5mm以下とすることが好ましい。

図１０は、図５におけるテーパ部分の高さHを10mmとし、幅Lを0mm〜10mmの範囲内で変更したときのアンテナ装置１の無線周波数に対するVSWRのシミュレーション結果を示す。このシミュレーションにおいて、突起部１２ｂのテーパ部分の形状を除いたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質は、図４及び図５に示されたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質と同一とする。
図１０において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ１００１、１００２、１００３、１００４、１００５は、それぞれ、幅Lを0mm（すなわち、テーパ無し）、2.5mm、5mm、7.5mm、10mmとしたときに、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出したVSWRのシミュレーション値を表す。
グラフ１０１に示されるように、テーパ部分の幅Lが2.5mm未満では、約1.6GHzにおいてVSWRが3を超える。またグラフ１００３〜１００５に示されるように、テーパ部分の幅Lが2.5mmを超えると、約1.3GHz及び約2.8GHzにおいてVSWRが3を超える。これに対し、テーパ部分の幅Lが2.5mmでは、約0.8GHz〜6GHzの範囲全般にわたってVSWRが3以下となっている。そのため、テーパ部分の高さHが10mmであれば、幅Lは2.5mmとすることが好ましい。
上記のシミュレーション結果から、アンテナ装置１の各部が図４及び図５に示された形状、寸法及び材質を持つとき、テーパ部分の面積S(=L*H/2)としたとき、18.75/2≦S≦37.5/2が満たされるように、テーパ部分の幅L及び高さHが設定されることが好ましい。

次に、給電点１３ａにおける給電線１４の幅を変更した場合のアンテナ特性に関するシミュレーション結果を示す。
図１１に、給電点１３ａにおける給電線１４の様々な幅に対するアンテナ装置１のVSWRのシミュレーション結果を示す。このシミュレーションにおいて、給電部１３ａ近傍の給電線１４の形状を除いたアンテナ装置の各部の形状、寸法及び材質は、図４及び図５に示されたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質と同一とする。
図１１において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ１１０１、１１０２、１１０３、１１０４は、それぞれ、給電点１３ａにおける給電線１４の垂直方向の幅を0.22mm、0.44mm、0.66mm、0.88mmとしたときに、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出したVSWRのシミュレーション値を表す。グラフ１１０１〜１１０４に示されるように、VSWRの値が極大値となる約1.2GHz及び約2.8GHzの周波数において、給電線１４の垂直方向の幅が狭いほど、VSWRの値も低くなっている。このように、給電点１３ａにおける給電線１４の垂直方向の幅は狭いほど好ましく、例えば、上記の実施形態のように、給電線１４の垂直方向の幅は0.22mmに設定されることが好ましい。

以上に説明してきたように、第１の実施形態によるアンテナ装置では、放射電極の中心線が、接地電極の放射電極の長手方向に対向する側の端部と鋭角をなすように配置されている。そのため、接地電極から放射電極の開放端までの距離が短縮されるので、このアンテナ装置は小型化できる。
また、接地電極と対向する側の放射電極の長手方向の端部は、放射電極の開放端に近づくにつれて接地電極と離れるように接地電極及び放射電極が配置されている。そのため、電磁結合により、放射電極に流れる電流と逆向きの電流が接地電極に流れることが抑制されるので、エネルギー損失が減る。その結果、このアンテナ装置では、広い周波数帯域にわたってアンテナ特性が向上する。さらに、このアンテナ装置では、放射電極の長手方向に対向して配置された接地電極本体と放射電極の短手方向に対向して配置された接地電極の突起部の接続部分がテーパ状に形成されることにより、放射電極がより広い周波数帯域でインピーダンス整合される。そのため、このアンテナ装置は、広い周波数帯域にわたって良好なアンテナ特性を有する。

次に、第２の実施形態によるアンテナ装置について説明する。第２の実施形態によるアンテナ装置は、給電線にスイッチを介して放射電極と並列に接続されたインピーダンス整合素子を有する。これにより、第２の実施形態によるアンテナ装置は、第１の実施形態によるアンテナ装置に対して、より低周波数の無線信号に対するアンテナ特性を向上し、例えば、0.7GHz〜6GHzの範囲内の無線周波数帯域に対して良好なアンテナ特性を得ることを図る。

図１２は、第２の実施形態によるアンテナ装置２の給電線近傍の平面透過図である。このアンテナ装置２の給電線１４には、インピーダンス整合素子１５がスイッチ１６を介して接続されている。なお、図１２において、アンテナ装置２の各部には、図１または図２に示したアンテナ装置１の対応する構成要素と同じ参照番号を付した。
第２の実施形態によるアンテナ装置２は、第１の実施形態によるアンテナ装置１と比較して、インピーダンス整合素子１５とスイッチ１６とを有する点で異なる。そのため、以下では、インピーダンス整合素子１５及びスイッチ１６に関して説明する。

インピーダンス整合素子１５は、例えば、基板１１に配置されたインダクタである。そしてインピーダンス整合素子１５の一端は、スイッチ１６と接続され、インピーダンス整合素子１５の他端は、例えばスルーホールを介して基板１１の裏面の接地電極１２の突起部１２ｂと接続される。なお、インピーダンス整合素子１５は、ショートスタブであってもよい。
インピーダンス整合素子１５がスイッチ１６を介して給電線１４と接続されたときの給電線１４のインピーダンスは、インピーダンス整合素子１５が接続されないときのインピーダンスに対して変動する。そのため、放射電極１３と給電線１４との間でインピーダンス整合がとれる無線信号の周波数も変動する。特に、本実施形態のように、インピーダンス整合素子１５が放射電極１３と並列に給電線１４と接続された場合、インピーダンス整合がとれる無線信号の周波数は、インピーダンス整合素子１５が接続されないときよりも低下する。そのため、インピーダンス整合素子１５を給電線１４と接続することにより、アンテナ装置２は、インピーダンス整合素子１５が接続されないときよりも低周波数帯域の無線信号に対するアンテナ特性を向上できる。

スイッチ１６は、図示しない制御回路からの制御信号に従ってインピーダンス整合素子１５を給電線１４に接続するか否かを切り替える。例えば、アンテナ装置２が0.7GHzから1.1GHz未満の範囲内の周波数を持つ無線信号を送信または受信する場合、スイッチ１６は、インピーダンス整合素子１５を給電線１４と接続する。一方、アンテナ装置２が1.1GHzから6GHzの範囲内の周波数を持つ無線信号を送信または受信する場合、スイッチ１６は、インピーダンス整合素子１５と給電線１４間の接続を切断する。
なお、スイッチ１６は、例えば、Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)スイッチとすることができる。

図１３に、第２の実施形態によるアンテナ装置２のアンテナ特性として、VSWRのシミュレーション結果を示す。なお、図１３において、横軸は周波数を表し、縦軸はVSWRを表す。またグラフ１３０１及び１３０２は、それぞれ、インピーダンス整合素子１５が給電線１４に接続されたときのVSWRのシミュレーション値およびインピーダンス整合素子１５が給電線１４に接続されないときのVSWRのシミュレーション値を表す。これらのシミュレーション値は、モーメント法を用いた電磁界シミュレーションにより算出した。またこのシミュレーションにおいて、インピーダンス整合素子１５及びスイッチ１６を除いたアンテナ装置２の各部の形状、寸法及び材質は、図４及び図５に示されたアンテナ装置１の各部の形状、寸法及び材質と同一とする。そしてインピーダンス整合装素子１５は、6.2nHのインダクタンスを持ち、給電線１４の下端から2.54mmの位置において、スイッチ１６を介して接続される。グラフ１３０１に示されるように、インピーダンス整合素子１５が給電線１４と接続されることにより、約0.73GHz〜約1.1GHzの周波数範囲において、VSWRの値は、実用上の限界としての目安となる3以下となっている。一方、グラフ１３０２に示されるように、インピーダンス整合素子１５と給電線１４が切断されることにより、約1.1GHz〜6GHzの周波数範囲において、VSWRの値は3以下となっている。
このように、スイッチ１６が使用される無線周波数に応じてインピーダンス整合素子１５を給電線１４と接続するか切断するかを切り替えることにより、アンテナ装置２は、0.7GHzから6GHzの範囲内の周波帯域にわたって良好なアンテナ特性を持つことができる。

以上に説明してきたように、第２の実施形態によるアンテナ装置は、給電線の途中にインピーダンス整合素子が接続されることにより、インピーダンス整合素子が接続されないときよりも低周波数の帯域におけるアンテナ特性を向上できる。そしてこのアンテナ装置は、インピーダンス整合素子と給電線の間に接続されたスイッチにより、インピーダンス整合素子を給電線に接続するか否かを切り替える。これにより、このアンテナ装置は、より広い周波数帯域、例えば、約0.7GHzから約6GHzの範囲内の周波数帯域に対して良好なアンテナ特性を有することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、給電線は、コプレーナ導波路であってもよい。この場合、接地電極は、基板の放射電極が設けられた面と同じ面に設けられる。
また、放射電極は、涙滴形状以外の形状を有してもよい。
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、それぞれ、他の実施形態による放射電極の概略構成図である。図１４（ａ）に示された放射電極１４０１は、長方形の長手方向の一端が凸の曲線、例えば、円弧または放物線で形成された形状を持つ。そして放射電極１４０１は、曲線で形成された側の端部に給電点１４０１ａを持ち、他方の端部が開放端１４０１ｂとなる。なお、開放端において放射電極が一定の幅を持つ場合、放射電極の中心線が通る基準点は、開放端の中点とすることができる。
また、図１４（ｂ）に示された放射電極１４０２は、図１４（ａ）の放射電極１４０１の上端の一部が、基板１１の上端に沿ってカットされた形状を持つ。さらに、図１４（ｃ）に示された放射電極１４０３は、図１４（ａ）の放射電極１４０１の開放端の一部が、基板１１の左端に沿ってカットされた形状を持つ。
さらに、上記の何れかの実施形態において、放射電極は、放射電極の開放端に近づくにつれて基板から離れるように、立体的に形成されてもよい。
また上記の何れかの実施形態において、給電点は、放射電極の長手方向において、接地電極と放射電極が最も近接する位置に設けられてもよい。

ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

以上説明した実施形態及びその変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板上に設けられ、開放端を有する放射電極と、
前記基板上に設けられ、前記放射電極の長手方向及び短手方向のそれぞれ一端と対向して配置された接地電極と、
前記放射電極と給電点を介して接続された給電線とを有し、
前記放射電極は、前記開放端を挟む二つの端部のうち、前記接地電極と対向する第１の端部が前記開放端に近づくにつれて前記接地電極と離れ、前記給電点と前記開放端とを結ぶ前記放射電極の中心線が前記放射電極の長手方向に対向する前記接地電極の第２の端部となす角が鋭角となるように配置される、
アンテナ装置。
（付記２）
前記放射電極の前記中心線と直交する方向の長さは、前記開放端に近づくにつれて短くなる、付記１に記載のアンテナ装置。
（付記３）
前記放射電極は、該放射電極の開放端が鋭角状に形成され、かつ前記給電点近傍における輪郭が、前記接地電極に向かって凸となる曲線で形成される、付記２に記載のアンテナ装置。
（付記４）
前記放射電極の長手方向に沿った、前記接地電極と対向しない側の前記放射電極の第３の端部が前記接地電極の前記第２の端部と略平行となる、付記３に記載のアンテナ装置。
（付記５）
前記接地電極は、前記放射電極の短手方向に対向する第１の部分と、前記接地電極の前記放射電極の長手方向に対向する第２の部分とを有し、前記第１の部分は、前記第２の部分に近づくにつれて太く、かつ当該第１の部分の前記放射電極に近接する側の端部が前記放射電極に近づくように形成される、付記１に記載のアンテナ装置。
（付記６）
前記給電線の幅が前記給電点に近づくにつれて狭くなる、付記１に記載のアンテナ装置。

１、２アンテナ装置
１１基板
１２接地電極
１３放射電極
１３ａ給電点
１３ｂ開放端
１４給電線
１５インピーダンス整合素子
１６スイッチ

Claims

基板と、
前記基板上に設けられ、開放端を有する放射電極と、
前記基板上に設けられ、前記放射電極の長手方向及び短手方向のそれぞれ一端と対向して配置された接地電極と、
前記放射電極と給電点を介して接続された給電線とを有し、
前記放射電極は、該放射電極の長手方向に沿って前記接地電極と対向する第１の端部が前記開放端に近づくにつれて前記接地電極と離れ、前記給電点と前記開放端とを結ぶ前記放射電極の中心線が前記放射電極の長手方向に対向する前記接地電極の第２の端部となす角が鋭角となるように配置される、
アンテナ装置。
前記放射電極の前記中心線と直交する方向の長さは、前記開放端に近づくにつれて短くなる、請求項１に記載のアンテナ装置。
前記放射電極は、該放射電極の開放端が鋭角状に形成され、かつ前記給電点近傍における輪郭が、前記接地電極に向かって凸となる曲線で形成される、請求項２に記載のアンテナ装置。
前記放射電極の前記開放端を挟む二つの端部のうち、前記接地電極と対向しない側の第３の端部が前記接地電極の前記第２の端部と略平行となる、請求項３に記載のアンテナ装置。
前記接地電極は、前記放射電極の短手方向に対向する第１の部分と、前記接地電極の前記放射電極の長手方向に対向する第２の部分とを有し、前記第１の部分は、前記第２の部分に近づくにつれて太く、かつ当該第１の部分の前記放射電極に近接する側の端部が前記放射電極に近づくように形成される、請求項１に記載のアンテナ装置。