JP2012019281A - アンテナ装置、及び無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数で共振するアンテナ装置であって、共振周波数の帯域の調整が容易なアンテナ装置、及び無線装置を提供すること
【解決手段】実施形態によれば、地板と、前記地板に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続され、前記給電点から他端までの長さが共振周波数の４分の１波長である第１線状素子と、一端が前記第１線状素子に接続され、前記給電点から他端までの長さが前記共振周波数の１２分のｋ波長（ｋは整数）でなく、前記第１線状素子の他端から前記第１線状素子に沿うように配置された第２線状素子と、を備えることを特徴とするアンテナ装置を提供する。

【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置、及び無線装置に関する。

アンテナ装置を広帯域化する技術として、たとえば非特許文献１に開示される技術が知られている。非特許文献１に記載されるアンテナ装置は、長さの異なるアンテナ素子を複数有しており、各アンテナ素子の長さを共振したい周波数の４分の１波長とすることで、複数の周波数と共振することができる。

Chunna Zhang, Songnan Yang, Samir El-Ghazaly, Aly E. Fathy and Vijay K. Nair, "A Low-Profile Branched Monopole Laptop Reconfigurable Multiband Antenna for Wireless Applications" IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL.8, 2009

非特許文献１に記載されるアンテナ装置では、共振したい周波数毎にアンテナ素子を用意する必要がある。このため、共振周波数に応じてアンテナの素子数や長さを変更しなければならず、帯域の調整が難しいという問題があった。

そこで、本発明は、複数の周波数で共振するアンテナ装置であって、共振周波数帯域の調整が容易なアンテナ装置、及び無線装置を提供する。

本発明の一実施形態によると、地板と、前記地板に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続され、前記給電点から他端までの長さが共振周波数の４分の１波長である第１線状素子と、一端が前記第１線状素子に接続され、前記給電点から他端までの長さが前記共振周波数の１２分のｋ波長（ｋは整数）でなく、前記第１線状素子の他端から前記第１線状素子に沿うように配置された第２線状素子と、を備えることを特徴とするアンテナ装置を提供する。

本発明の一実施形態によると、地板と前記地板に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続された第１線状素子と、一端が前記第１線状素子に接続された第２線状素子と、前記第１線状素子の他端及び前記第２線状素子の他端に接続された容量素子と、を備え、前記給電点から前記第１線状素子を経由して前記容量素子までの長さが共振周波数の４分の１波長であり、前記給電点から前記第２線状素子を経由して前記容量素子までの長さが前記共振周波数の１２分のｋ波長（ｋは整数）でなく、ことを特徴とするアンテナ装置を提供する。

本発明の一実施形態によると、上述したアンテナ装置と、前記アンテナ装置を介して無線信号を送受信する無線部と、を有することを特徴とする無線装置を提供する。

第１の実施形態に係るアンテナ装置１００を示す図。 第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の動作原理を示す図。 第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の動作原理を示す図。 第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の動作原理を示す図。 第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の動作原理を示す図。 第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の周波数変化を示す図。 第２の実施形態に係るアンテナ装置２００を示す図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の周波数変化を示す図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の総効率を示す図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置３００のインピーダンスを示す図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置３００のインピーダンスを示す図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置３００のインピーダンスを示す図。 第３の実施形態に係るアンテナ装置３００の比帯域と総効率の関係を示す図。 第４の実施形態に係るアンテナ装置４００を示す図。 第５の実施形態に係るアンテナ装置５００を示す図。 第６の実施形態に係るアンテナ装置６００を示す図。 第７の実施形態に係るアンテナ装置７００を示す図。 第８の実施形態に係るアンテナ装置８００を示す図。 第９の実施形態に係るアンテナ装置９００を示す図。 第１０の実施形態に係る無線装置１０００を示す図。 第１１の実施形態に係る無線装置１１００を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置１００を示す図である。

アンテナ装置１００は、地板１０と、一端が地板１０に接続された第１線状素子１１と、一端が第１線状素子１１に接続された第２線状素子１２と、第１線状素子１１の他端及び第２線状素子１２の他端に接続された結合素子２０とを備えている。

地板１０は、有限の大きさを持つ板状導体で構成される。第１線状素子１１は、例えば金などの導体で形成される放射素子である。図１に示す例では、第１線状素子１１は、一端が地板１０に接続され、地板１０と垂直な第３線状素子１３と、一端が第３線状素子１３の他端に接続され、地板１０と平行な第４線状素子１４と、一端が第４線状素子１４の他端に接続され、地板１０と垂直な第５線状素子１５と、一端が第５線状素子の他端に接続され、他端が結合素子２０に接続され、地板１０と平行な第６線状素子１６とを有している。

第１線状素子１１は、例えば少なくとも３つの屈曲部A〜Cを有している。図１に示す例では、第３線状素子１３と第４線状素子１４との接続部が第１屈曲部Aである。第４線状素子１４と第５線状素子１５との接続部が第２屈曲部Bである。第５線状素子１５と第６線状素子との接続部が第３屈曲部Cである。

地板１０と第１線状素子１１との接続部を給電点３０と称する。

第２線状素子１２は、例えば金などの導体で形成される放射素子である。図１に示す例では、第２線状素子１１は、一端が第３線状素子１３に接続され、他端が結合素子２０に接続され、地板１０と平行になるように設けられている。

結合素子２０は、例えばキャパシタなどで構成される。図１に示す例では、結合素子２０は、第１線状素子１１に接続された第１導体素子２１と、該第１導体素子と平行になるよう設けられ、第２線状素子１２に接続された第２導体素子２２とを有している。

アンテナ装置１００は、給電点３０から第１線状素子１１を経由し結合素子２０までの第１距離Ｌ１が第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さとなるよう構成される。図１の例では、第１線状素子１１の素子長Ｌ１１及び、第１導体素子２１の第１線状素子１１との接続点から第１導体素子２１の辺または端部のうちもっとも長い距離Ｌ２１の和（Ｌ１１＋Ｌ２１）が、第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さとなる。

アンテナ装置１００は、給電点３０から第２線状素子１２を経由し結合素子２０までの第２距離Ｌ２が第２距離L２を第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ（ｋは整数）波長でない長さとなるよう構成される。図１の例では、第１線状素子１１の給電点３０から第２線状素子１２との接続点Dまでの距離Ｌ’１３と、第２線状素子１２の素子長Ｌ１２と、第２導体素子２２の第２線状素子１２との接続点から第２導体素子２２の辺または端部のうちもっとも長い距離Ｌ２２との和（Ｌ’１３＋Ｌ１２＋Ｌ２２）が、第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長でない長さとする。

以下、図２乃至図５を用いて、本実施形態に係るアンテナ装置１００の動作原理を説明する。まず、結合素子２０の影響を考えない場合のアンテナ装置の動作を説明する。この場合、図２に示すように、アンテナ装置は、第１線状素子１１の素子長Ｌ１１を４分の１波長とする第１共振周波数ｆ１で共振する第１の直列共振モードを有する。

図３に示すように、アンテナ装置は、第１線状素子１１の一部及び第２線状素子１２で構成されるループの長さを２分の１波長とする第２共振周波数ｆ２で共振する第１の並列共振モードを有する。

また、図４に示すように、アンテナ装置は、第１線状素子１１の素子長Ｌ１１を４分の３波長とする第３共振周波数ｆ３で共振する第２の直列共振モードを有する。

図５に示すように、アンテナ装置は、第１線状素子１１の一部及び第２線状素子１２で構成されるループの長さを１波長とする第４共振周波数ｆ４で共振する第２の並列共振モードを有する。なお、第１〜第４共振周波数ｆ１〜ｆ４は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４の関係を満たす。

第１，２の直列共振モード及び第１，２の並列共振モードのうち、第１，２の直列共振モードのときにアンテナ装置の入力インピーダンスが数１０Ω程度となり、アンテナ装置は、出力インピーダンスが５０Ωである無線装置（図示せず）と接続して、第１、第３共振周波数ｆ１、ｆ３で動作することができる。

アンテナ装置１００は、第１共振周波数ｆ１で最も強く共振し、周波数が高くなると共振しにくくなる。周波数が第２共振周波数ｆ２に近づくとアンテナ装置１００は共振しやすくなる。このようにアンテナ装置１００は第１〜第４共振周波数ｆ１〜ｆ４で最も共振しやすいが、その他の周波数でも共振周波数ほどではないにしても共振することができる。そこで、本実施形態では、第１〜第４共振周波数ｆ１〜ｆ４を中心にＶＳＷＲが一定値以下となる帯域を第１〜第４共振周波数ｆ１〜ｆ４の帯域と称する。該一定値は、アンテナ装置１００が搭載される無線装置（図示せず）にもよるが、一般的に３以下とすればよい。この場合、アンテナ装置１００は電波の送受信が可能となる。つまり、アンテナ装置１００が搭載された無線装置（図示せず）は、共振周波数の帯域内で通信を行うことができる。

次に、結合素子２０の影響を考えた場合のアンテナ装置１００の動作原理をモード毎に説明する。

（Ａ）第１の直列共振モード
図２に示す第１の直列共振モードでアンテナ装置１００が動作している場合、第１線状素子１１に流れる電流は大きいが、第２線状素子１２に流れる電流は小さい。従って、第１線状素子１１に接続されている第１導体素子２１及び第２線状素子に接続されている第２導体素子には大きな電荷の集中は起こらず、結合素子２０の容量に変化が起こらない。このため、アンテナ装置１００に与える結合素子２０の影響は小さく、アンテナ装置１００は、第１共振周波数ｆ１で共振する。

（Ｂ）第１の並列共振モード
図３に示す第１の並列共振モードでアンテナ装置１００が動作している場合、第１線状素子１１と第１導体素子２１との接続部、及び第２線状素子１２と第２導体素子２２との接続部がそれぞれ電流の節となる。また、アンテナ装置１００には、第１導体素子２１と第２導体素子２２とでそれぞれ逆向きの電荷が溜まるように電流が流れるため、第１導体素子２１と第２導体素子２２に大きな電位差が生じ、結合素子２０に溜まる電荷が増大する。この場合、アンテナ装置１００に与える結合素子２０の影響が大きくなり、アンテナ装置１００は、第２共振周波数ｆ２より低い第’２共振周波数ｆ’２（ｆ’２＜ｆ２）で共振する。なお、第’２共振周波数ｆ’２は、結合素子２０の容量値によって決まる。

（Ｃ）第２の直列共振モード
図４に示す第２の直列共振モードでアンテナ装置１００が動作している場合、アンテナ装置１００は、第１線状素子１１の素子長を４分の３波長とする第３共振周波数ｆ３で共振する。このとき、第２線状素子１２にも電流が流れる。第２線状素子１２に流れる電流の影響で、第１導体素子２１と第２導体素子２２とに電位差が生じ、結合素子２０に溜まる電荷が増大する。この場合、アンテナ装置１００に与える結合素子２０の影響が大きくなり、アンテナ装置１００は、第３共振周波数ｆ３より低い第’３共振周波数ｆ’３（ｆ’３＜ｆ３）で共振する。なお、第’３共振周波数ｆ’３は、結合素子２０の容量値によって決まる。

ここで、給電点３０から第２線状素子１２を経由し結合素子２０までの第２距離Ｌ２が第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ（ｋは整数）波長の場合を考える。この場合、第２距離Ｌ２は、第３共振周波数ｆ３の４分のｋ波長となり、第２線状素子１２も第３共振周波数ｆ３で共振してしまう。第１線状素子１１に加え、第１線状素子１１よりも短い第２線状素子１２からも電波が放射されると、アンテナ装置１００の放射効率が劣化してしまう。そこで、本実施形態に係るアンテナ装置１００では、第２距離L２を第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長でない長さとすることで、アンテナ装置１００の放射効率劣化を抑制する。

（Ｄ）第２の並列共振モード
第５に示す第２の並列共振モードでアンテナ装置１００が動作している場合、アンテナ装置１００は、第１線状素子１１の一部及び第２線状素子１２で構成されるループの長さを１波長とする第４共振周波数ｆ４で共振する。このとき、第１線状素子１１と第１導体素子２１との接続部、及び第２線状素子１２と第２導体素子２２との接続部がそれぞれ電流の節となる。アンテナ装置１００には、第１導体素子２１と第２導体素子２２とでそれぞれ同符号の電荷が溜まるように電流が流れるため、第１導体素子２１と第２導体素子２２には大きな電位差が生じず、結合素子２０には電荷がほとんど溜まらない。従って、アンテナ装置１００に与える結合素子２０の影響は小さく、アンテナ装置１００は、第４共振周波数ｆ４で共振する。

以上の周波数変化を、図６を用いて説明する。図６に示すように、結合素子２０の影響を考慮すると、アンテナ装置１００の共振周波数は、ｆ１〜ｆ４から、ｆ１，ｆ’２，ｆ’３，ｆ４へと変化する。ｆ１からｆ’２までの周波数間隔はｆ１からｆ２までの周波数間隔に比べ狭くなり、第１共振周波数ｆ１の帯域が狭くなる。ｆ’２からｆ’３までの周波数間隔は、ｆ２からｆ３までの周波数間隔と変化はないが、ｆ’３からｆ４までの周波数間隔がｆ３からｆ４までの周波数間隔より広くなるため、結果として第’３共振周波数ｆ’３は第３共振周波数ｆ３に比べて帯域が広くなる。

第１共振周波数ｆ１がどれだけ狭帯域化するか、及び第’３共振周波数ｆ’３がどれだけ広帯域化するかは、ｆ’２，ｆ’３がどれだけ低周波化するか、即ち、容量素子２０の容量値によって決まる。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さを有する第１線状素子１１の先端と、第２線状素子１２の先端とを結合素子２０を介して結合させることで、アンテナ装置１００が共振する第’２、’３共振周波数を変化させることができる。これにより、第１、’３共振周波数の帯域幅を変化させることができる。結合素子２０の容量値を調整することで、第’２、’３共振周波数及び第１、’３共振周波数の帯域幅の変化量を調整することができる。

このように、アンテナ装置１００は、複数の周波数で共振するアンテナ装置であって、結合素子２０の容量値を調整するだけで共振周波数帯域を容易に調整することができる。

さらに、給電点３０から第２線状素子１２の先端までの距離（第２距離Ｌ２）を第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長（ｋは整数）でない長さとすることで、アンテナ装置１００の放射効率劣化を抑制することができる。

（第２実施形態）
図７を用いて、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置２００を説明する。本実施形態に係るアンテナ装置２００は、図１のアンテナ装置１００の結合素子２０をインターディジタルキャパシタ２３としている。インターディジタルキャパシタ２３以外の構成は、図１のアンテナ装置１００と同じであるため、同一符号を付し説明を省略する。

インターディジタルキャパシタ２３は、櫛歯状の第１導体素子２１１と第２導体素子２２１とが互い違いに向かい合うように配置することで、容量値を大きくした結合素子である。

図７に示すインターディジタルキャパシタ２３の第１導体素子２１１は、第６線状素子６の他端に接続され、第６線状素子６と垂直に設けられた第１３導体素子２１３を有している。さらに第１導体素子２１１は、第１３導体素子２１３の一端に接続され、第１３導体素子２１３と垂直に設けられた第１４導体素子２１４と、第１３導体素子２１３の一端に接続され、第１３導体素子２１３と垂直に設けられた第１５導体素子２１５とを有している。図示しないが、第１４、１５導体素子２１４，２１５の間であって、一端が第１３導体素子２１３に接続され、第１３導体素子２１３と垂直に設けられた第１６線状素子２１６とを有していてもよい。第１６導体素子２１６は複数であってもよい。

アンテナ装置２００は、給電点３０から第１線状素子１１を経由しインターディジタルキャパシタ２３までの第１距離Ｌ１が第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さとなるよう構成される。図７の例では、給電点３０から第１３〜第１６導体素子２１３〜２１６のいずれかの端部までの距離のうち最も長いものが第１距離Ｌ１となる。

第２導体素子２２１は、第２線状素子２の他端に接続され、第２線状素子２と垂直に設けられた第２３導体素子２２３を有している。さらに第２導体素子２２１は、第２３導体素子２２３の一端に接続され、第２３導体素子２２３と垂直に設けられた第２４導体素子２２４と、第２３導体素子２２３の一端に接続され、第２３導体素子２２３と垂直に設けられた第２５導体素子２２５と、第２４、２５導体素子２２４，２２５の間であって、一端が第２３導体素子２２３に接続され、第２３導体素子２２３と垂直に設けられた第２６導体素子２２６とを有している。図７に示す例では、第２６線状素子２２６は１つだが、複数設けてもよい。

アンテナ装置２００は、給電点３０から第２線状素子１２を経由しインターディジタルキャパシタ２３までの第２距離Ｌ２を第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ（ｋは整数）波長でない長さとなるよう構成される。図７の例では、給電点３０から第２３〜第２６導体素子２２３〜２２６のいずれかの端部までの距離のうち最も長いものが第２距離Ｌ２となる。

第１４、第１５導体素子２１４、２１５及び第２４〜第２６導体素子２２４〜２２６は、交互に配置される。図７の例では、地板１０に近いところから順に、第２４導体素子２２４、第１４導体素子２１４、第２６導体素子２２６、第１５導体素子２１５、第２５導体素子２１５となるよう設けられている。

なお、アンテナ装置２００の動作原理は、図１のアンテナ装置１００と同じであるため説明を省略する。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２００は、第１実施形態に係るアンテナ装置１００と同様の効果が得られるとともに、結合素子をインターディジタルキャパシタ２３とすることで、小さな面積で大きな容量値を実現することができる。

（第３実施形態）
図８を用いて、本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置３００を説明する。図８に示すアンテナ装置３００は、結合素子２０を有していない点、及び第１、第２線状素子の長さを除き、図１のアンテナ装置１００と同じ構成である。本実施形態に係るアンテナ装置３００は、第１，２線状素子１１，１２の先端をオーバーラップさせることで、結合素子２０を設けなくとも、結合素子２０と同様の効果を得ることができる。

図８のアンテナ装置３００は、給電点３０から他端までの長さが第１共振周波数の４分の１波長である第１線状素子３１と、一端が第１線状素子３１に接続され給電点３０から他端までの長さが第１共振周波数の１２分のｋ（ｋは整数）ではなく、第１線状素子３１の先端から第１線状素子３１に沿うように配置された第２線状素子３２とを有している。

第１線状素子３１は、例えば金などの導体で形成される放射素子である。第１線状素子３１は、図１と同様少なくとも３つの屈曲部Ａ〜Ｃを有している。図８に示す例では、第１線状素子３１は、給電点３０を介して地板１０に接続される。第１導体素子３１は、地板１０と垂直な第３線状素子３３と、一端が第３線状素子３３の他端に接続され、地板１０と平行な第４線状素子３４と、一端が第４線状素子３４の他端に接続され、地板１０と垂直な第５線状素子３５と、一端が第５線状素子３５の他端に接続された第６線状素子３６とを有している。第６線状素子３６は、他端から距離Ｌ＿ｄだけ、第２線状素子３２に沿うように配置される。

アンテナ装置３００は、給電点３０から第１線状素子３１の先端までの第１距離Ｌ３１が第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さとなるよう構成される。図８の例では、第３〜第６線状素子３３〜３６の素子長の和（Ｌ３３＋Ｌ３４＋Ｌ３５＋Ｌ３６）が第１線状素子３１の素子長Ｌ３１となり、第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さと成る。

第２線状素子３２は、例えば金などの導体で形成される放射素子である。図８に示す例では、第２線状素子３２は、一端が第３線状素子３３に接続され、他端から距離Ｌ＿ｄだけ第６線状素子３６に沿うように配置される。

アンテナ装置３００は、給電点３０から第２線状素子３２の先端までの第２距離Ｌ３２が第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長でない長さとなるよう構成される。図８の例では、第１線状素子３１の給電点３０から第２線状素子３２との接続点Ｄまでの距離Ｌ’３３と、第２線状素子３２の素子長Ｌ３２との和（Ｌ’３３＋Ｌ３２）が第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長でない長さとする。

第１線状素子３１の第６線状素子３６及び第２線状素子３２は、各先端から距離Ｌ＿ｄだけ平行となっている。これにより、第１、第２導体素子の長さがＬ＿ｄであるキャパシタが第１，２線状素子３１，３２の先端に接続されている場合と同じ効果が得られる。

なお、アンテナ装置３００の動作原理は、第１、第２線状素子３１，３２の先端を結合素子２０であるとみなした場合、アンテナ装置１００の動作原理と同じとなるため説明を省略する。

図９を用いてアンテナ装置３００の総効率について説明する。総効率とは、アンテナ装置３００の放射効率と不整合による損失とを合わせた効率のことである。図９は、第３線状素子の給電点３０から第２線状素子３２との接続点Ｄまでの距離Ｌ’３３＝３．５ｍｍ、第３線状素子の素子長Ｌ３３＝７．０ｍｍ、第４線状素子３４の素子長Ｌ３４＝４２．５ｍｍ、第５線状素子３５の素子長Ｌ３５＝２．５ｍｍ、第６線状素子Ｌ３６の素子長Ｌ３６＝４０ｍｍ、地板１０の大きさをＬ＿ｓｕｂ×Ｗ＿ｓｕｂ＝１１２ｍｍ×６３ｍｍとし、第２線状素子３２の素子長Ｌ３２をＬ３２＝１０ｍｍとした場合と、Ｌ３２＝２５ｍｍとした場合の各周波数におけるアンテナ装置３００の総効率を示す図である。なお、Ｌ３２＝１０ｍｍの場合、Ｌ＿ｄ＝７．５ｍｍとなり、第１，２線状素子間の容量値は０．１９ｐＦとなる。Ｌ３２＝２５ｍｍの場合は、Ｌ＿ｄ＝２２．５ｍｍとなり、第１，２線状素子間の容量値は０．５７ｐＦとなる。

図９から、第２線状素子３２の素子長Ｌ３２の長さを変える、即ち第１，２線状素子間の容量値を変化させると、アンテナ装置３００の共振周波数帯域が変化していることがわかる。

図１０に、Ｌ３２＝１０ｍｍの場合のアンテナ装置３００のインピーダンスを示す。図１０の実線がインピーダンスの実部、点線が虚部を示す。図１０から、アンテナ装置３００は、第１直列共振モードでは第１共振周波数ｆ１＝９６０ＭＨｚで、第１並列共振モードでは第２共振周波数ｆ２＝１４１０ＭＨｚで、第２直列共振モードでは第３共振周波数ｆ３＝２０９０ＭＨｚで、第２並列共振モードでは第４共振周波数ｆ４＝２９３０ＭＨｚで共振することがわかる。

図１１に、Ｌ３２＝２５ｍｍの場合のアンテナ装置３００のインピーダンスを示す。図１１の実線がインピーダンスの実部、点線が虚部を示す。図１１から、アンテナ装置３００は、第１直列共振モードでは第１共振周波数ｆ１＝９１０ＭＨｚで、第１並列共振モードでは第２共振周波数ｆ２＝１１１０ＭＨｚで、第２直列共振モードでは第３共振周波数ｆ３＝１７９０ＭＨｚで、第２並列共振モードでは第４共振周波数ｆ４＝２８３０ＭＨｚで共振することがわかる。

第１実施形態でも説明した通り、第１並列共振モード及び第２直列共振モードの２つがより第１，２線状素子３１，３２間の結合の影響を受け、第２共振周波数ｆ２、第３共振周波数ｆ３が低周波化しやすい。第１，２線状素子３１，３２間の結合が強い、即ち第１，２線状素子３１，３２間の容量値が大きいほど、第２，３共振周波数ｆ２、ｆ３は低周波化する。図１０、図１１からアンテナ装置３００は、第２線状素子３２の長さＬ３２をＬ３２＝１０ｍｍから２５ｍｍとすることで、第１共振周波数ｆ１は５０ＭＨｚ、第２共振周波数ｆ２は２００ＭＨｚ、第３共振周波数ｆ３は３００ＭＨｚ、第４共振周波数ｆ４は１００ＭＨｚだけ低周波化していることがわかり、第２、３共振周波数ｆ２、ｆ３は他の共振周波数に比べて大きく低周波化していることがわかる。

図１２に、Ｌ３２＝１０ｍｍ、２５ｍｍの場合のアンテナ装置３００のインピーダンスの変化の詳細を示す。図１２は、第２，３共振周波数ｆ２、ｆ３付近のアンテナ装置３００のインピーダンスの変化を示す図であり、図１０、図１１の一部を拡大したものを重ね合わせた図である。図１２では、Ｌ３２＝１０ｍｍの場合のインピーダンスの実部を細い実線、虚部を細い点線で示している。またＬ３２＝２５ｍｍの場合のインピーダンスの実部を太い実線、虚部を太い点線で示している。図６で示す通り、第２共振周波数ｆ２から第３共振周波数ｆ３へ移る場合のインピーダンスの虚部の変化は、Ｌ３２＝１０ｍｍの場合に比べ、Ｌ３２＝２５ｍｍの場合の方が緩やかである。このことから、Ｌ３２＝１０ｍｍの場合に比べ、Ｌ３２＝２５ｍｍの場合の方がアンテナ装置３００が広帯域化していることがわかる。

次に、図１３を用いて、アンテナ装置３００の第３共振周波数ｆ３における総効率のピーク値、総効率が−２ｄＢ以上となる比帯域、及び第１，２線状素子３１，３２の線間容量値の関係を説明する。図１３に示すように、線間容量値Ｃｌ＝１．１ｐＦの場合、比帯域、総効率のピーク値ともに最も小さくなる。線間容量値Ｃｌが大きくなるにつれて比帯域、総効率のピーク値いずれも大きくなるが、線間容量値がＣｌ＝０．７ｐＦより小さくなると比帯域が減少しはじめ、線間容量値がＣｌ＝０．３ｐＦより小さくなると総効率のピーク値が減少しはじめる。従って、第１，２線状素子３１，３２間の容量値Ｃｌが０．３ｐＦ以上０．７ｐＦ以下となるようにすると、アンテナ装置３００の比帯域または総効率のピーク値を高くすることができる。特に線間容量値Ｃｌ＝０．４ｐＦのとき、比帯域も総効率のピーク値も両方大きくすることができる。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置３００は、図１のアンテナ装置１００と同様の効果が得られるとともに、第１，２線状素子３１，３２を結合素子２０の代わりとすることで、アンテナ装置３００の部品点数を削減することができる。

アンテナ装置３００は、第１，２線状素子３１，３２の線間容量値Ｃｌを変化させることで、共振周波数や周波数帯域幅を調整することができる。比帯域又は総効率のピークを大きくするためには、第１，２線状素子３１，３２の線間容量値Ｃｌを０．３ｐＦ以上０．７ｐＦ以下とするとよい。特に、比帯域、総効率のピーク値のどちらも高くしたい場合は、線間容量値Ｃｌを０．４ｐＦとするとよい。このように、アンテナ装置３００は、線間容量値Ｃｌを変化させるだけで所望の比帯域または総効率のピーク値を得ることもできる。

なお、本実施形態では、地板１０に近い方から第２線状素子３２、第４線状素子３４の順に配置される例について示したが、地板１０に近い方から第４線状素子３４、第２線状素子３２の順に配置してもよい。

（第４実施形態）
図１４に本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置４００を示す。図１４のアンテナ装置４００は、第６線状素子４６の一部がメアンダ形状を有している点を除き図８のアンテナ装置３００と同じ構成を有するため、同一符号を付し説明を省略する。

図１４に示す第６線状素子４６は、一端が第５線状素子３５の他端に接続されたメアンダ状素子４６１と、一端がメアンダ状素子４６１の他端に接続された長さＬ＿ｄの直線状素子４６２とを有している。直線状素子４６２は、第２線状素子３２の他端から距離Ｌ＿ｄだけ平行となるよう設けられる。

アンテナ装置４００の動作原理は図１のアンテナ装置１００と同じであるため説明を省略する。

以上のように第４実施形態に係るアンテナ装置４００は、図１のアンテナ装置１００及び図８のアンテナ装置３００と同様の効果が得られるとともに、第６線状素子４６の一部をメアンダ形状とすることで、アンテナ装置４００を小型化することができる。

なお、第６線状素子４６ではなく、第２〜第５線状素子３２〜３５のいずれか又は複数の素子の一部をメアンダ形状としてもよい。

（第５実施形態）
図１５に本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置５００を示す。図１５のアンテナ装置５００は、第６線状素子５６に可変容量素子５０を設けている点を除き図８のアンテナ装置３００と同じ構成であるため、同一符号を付し説明を省略する。

第６線状素子５６は、一端が第５線状素子３５の他端に接続された直線状の第７線状素子５７と、第７線状素子５７の他端に接続された可変容量素子５０と、一端が可変容量素子５０に接続された直線状の第８線状素子５８とを有している。第８線状素子５８は、他端から距離Ｌ＿ｄだけ第２線状素子３２と平行となるよう設けられる。

第６線状素子５６に可変容量素子５０を直列に設けることで、第１線状素子３１の電気的な長さを調整することができるため、第１共振周波数ｆ１を調整することができる。

なお、アンテナ装置５００の動作原理は図１のアンテナ装置１００と同じであるため説明を省略する。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置５００は、図１のアンテナ装置１００及び図３のアンテナ装置３００と同様の効果が得られるとともに、第６線状素子に直列に可変容量素子５０を設けることで、共振周波数ｆ１からｆ４を調整することができる。

なお、可変容量素子５０は、第６線状素子５６ではなく、第３〜第５線状素子３３〜３５のいずれか又は複数の素子に設けてもよい。

（第６実施形態）
図１６を用いて本発明の第６実施形態に係るアンテナ装置６００を説明する。本実施形態のアンテナ装置６００は、第２〜第６線状素子６２〜６６の接続及び配置を除き図８のアンテナ装置３００と同様の構成である。

第３線状素子６３は、一端が給電点３０を介して地板１０と接続される。第２線状素子６２は、一端が第３線状素子６３の他端に接続されている。第４線状素子６４は、一端が第３線状素子に接続されている。第５線状素子６５は、一端が第４線状素子６４の他端に接続され、地板１０から離れる方向に地板１０と垂直になるよう配置される。第６線状素子６６は一端が第５線状素子６５の他端に接続される。

アンテナ６００は、給電点３０から第１線状素子６１の先端までの第１距離Ｌ６１が第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さとなるよう構成される。図１６の例では、第３線状素子６３の給電点３０から第４線状素子６４との接続点までの長さＬ６３、及び第４〜第６線状素子６４〜６６の素子長の和（Ｌ６３＋Ｌ６４＋Ｌ６５＋Ｌ６６）が第１線状素子６１の素子長Ｌ６１となり、第１共振周波数ｆ１の４分の１波長の長さとなる。

第２線状素子６２は、一端が第３線状素子６３の他端に接続され、他端から距離Ｌ＿ｄだけ第６線状素子６６に沿うように配置される。

アンテナ装置６００は、給電点３０から第２線状素子６２の先端までの第２距離Ｌ６２が第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長でない長さとなるよう構成される。図１６の例では、第１線状素子６１の素子長Ｌ’６３と、第２線状素子６２の素子長Ｌ６２との和（Ｌ’６３＋Ｌ６２）が第１共振周波数ｆ１の１２分のｋ波長でない長さとする。

図８に示すアンテナ装置３００は、地板１０に近い方から第２線状素子３２、第４線状素子３４の順に配置されるが、本実施形態に係るアンテナ装置６００は、地板１０に近い方から第４線状素子６４、第２線状素子６２の順に配置される。この順番は地板１０に近い方から第２線状素子６２、第４線状素子６４の順になっていてもよい。それ以外の構成は図８に示すアンテナ装置３００と同じ構成及び動作原理である。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置６００によれば、第２線状素子６２、第４線状素子６４の配置を入れ替えても図１及び図８に示すアンテナ装置１００，３００と同様の効果が得られる。

（第７実施形態）
図１７を用いて本発明の第７実施形態に係るアンテナ装置７００を説明する。本実施形態のアンテナ装置７００は、図８のアンテナ装置３００に第９線状素子９０をさらに備えた構成となっている。それ以外の構成及び動作原理は図８のアンテナ装置３００と同じであるため説明を省略する。

図１７に示すアンテナ装置７００は、Ｌ型の第９線状素子９０を備えている。第９線状素子９０は、一端が給電点３０付近の地板１０に接続され、第３線状素子３３に平行に設けられた線状素子９１と、一端が線状素子９１の他端に接続され、第２線状素子３２及び第６線状素子３６に平行な線状素子９２を有している。図１７の例では線状素子９２は、第２線状素子３２と地板１０との間に設けられる。

第９線状素子９０は、無給電素子であり、第１、第２線状素子３１，３２に電流が流れると、第９線状素子９０にも電流が流れ電波を放射する。第９線状素子９０の素子長を調整することで、アンテナ装置７００は、第１〜第４共振周波数ｆ１〜ｆ４以外の第５共振周波数ｆ５で共振する。

以上のように、アンテナ装置７００は、図１及び図８に示すアンテナ装置１００，３００と同様の効果が得られるとともに、無給電素子である第９線状素子９０を設けることで共振周波数を増やすことができ、さらなるマルチバンド化が可能となる。

（第８実施形態）
図１８を用いて本発明の第８実施形態に係るアンテナ装置８００を説明する。本実施形態のアンテナ装置８００は、図８のアンテナ装置３００に第１０線状素子８１０を加えた構成となっている。それ以外の構成及び動作原理は図８のアンテナ装置３００と同じであるため説明を省略する。

第１０線状素子８１０は、一端が第３線状素子３３の他端に接続され、他端が地板１０に接続されている。図１８の例では、第１０線状素子８１０は、一端が第３線状素子３３の他端に接続され第６線状素子３６と平行な線状素子８１１と、一端が線状素子８１１の他端に接続され、他端が地板１０に接続され、第３線状素子３３と平行な線状素子８１２とを有している。

このように、アンテナ装置８００に短絡素子である第１０線状素子８１０を設けることで、アンテナ装置８００を高インピーダンス化することができる。

（第９実施形態）
図１９を用いて本発明の第９実施形態に係るアンテナ装置９００を説明する。本実施形態では、図８に示すアンテナ装置３００を、マイクロストリップラインを用いて実装する場合の例を示している。アンテナ装置９００は、第２線状素子９２０の構成を除き図８に示すアンテナ装置３００と同じ構成及び動作原理のため説明を省略する。

アンテナ装置９００は、誘電体基板９１０を有している。地板１０は、誘電体基板９１０の一面に設けられる。第１線状素子３１は、誘電体基板９１０の地板１０が設けられたのと同じ一面に設けられる。第１線状素子３１は、マイクロストリップラインで構成される。図１９に示すように第１線状素子３１の第３〜第６線状素子３３〜３６は１本のマイクロストリップラインとして構成してもよい。

第２線状素子９２０は、誘電体基板９１０の地板１０が設けられた一面と対抗する対面に設けられた線状素子９２１と、線状素子９２１と第３線状素子３３とを接続するビア９２２とを有している。線状素子９２１はマイクロストリップラインで構成され、他端から距離Ｌ＿ｄだけ第６線状素子３６と平行となる。

以上のように、第９実施形態に係るアンテナ装置９００は、図１、図３に示すアンテナ装置１００、３００と同様の効果が得られるとともに、第２線状素子９２０と第６線状素子３６とを誘電体基板９１０を挟んで平行となるよう配置することで、第２線状素子９２０及び第６線状素子３６の地板１０からの距離を等しくすることができる。これにより、アンテナ装置９００を低姿勢化することができる。

なお、誘電体基板９１０の代わりに磁性体の基板を用いてもよい。第１，２及び第４〜第８実施形態に示すアンテナ装置１００，２００，４００〜８００をマイクロストリップラインを用いて実装することもできる。

（第１０実施形態）
図２０を用いて本発明の第１０実施形態に係る無線装置１０００を説明する。本実施形態では、図８のアンテナ装置３００を無線装置１０００に適用した例を説明する。

図２０の無線装置１０００は、例えばノートＰＣのように折りたたんで持ち運びが可能な装置である。無線装置１０００は、図示しない液晶ディスプレイなどが設けられた第１筐体１００１と、図示しないキーボードなどが設けられた第２筐体１００２とを有している。さらに無線装置１０００は、第１筐体１００１内部に図８に示すアンテナ装置３００を、第２筐体１００２内部に地板１００３及び地板１００３上に設けられた無線部１００４を有している。無線部１００４とアンテナ装置３００の給電点３０は同軸線路１００５で接続されている。

無線部１００４は、図示しない上位レイヤから渡された送信データに対し、信号処理を施し送信信号を生成する。無線部１００４は、生成した送信信号を、アンテナ装置３００を介して送信する。

無線部１００４は、アンテナ装置３００を介して受信した無線信号に対し、信号処理を施し受信データを生成する。無線部１００４は、生成した受信データを図示しない上位レイヤに出力する。

以上のように、図８に示すアンテナ装置３００を例えばノートＰＣのような無線装置１０００に搭載することで、共振周波数を容易に調整可能なアンテナ装置を備えた無線装置１０００を実現することができる。また、ノートＰＣ以外であってもディスクトップＰＣやテレビのように持ち運びしない無線装置に搭載することも可能である。

（第１１実施形態）
図２１を用いて本発明の第１１実施形態に係る無線装置１１００を説明する。本実施形態では、図８のアンテナ装置３００を無線装置１１００に適用した例を説明する。

図２０の無線装置１１００は、例えば携帯端末のように持ち運びが可能な装置である。無線装置１１００は、図示しない液晶ディスプレイなどが設けられた筐体１１０１を有している。さらに無線装置１１００は、筐体１１０１内部にアンテナ装置３００と、地板１０の一面に設けられた無線部１００４とを有している。無線部１００４とアンテナ装置３００の給電点３０とが同軸線路１１０３で接続されている。

無線装置１１００の動作は、図２０の無線装置１０００と同じであるため説明を省略する。

以上のように、アンテナ装置３００は、ノートＰＣ以外であっても例えば携帯端末のような小型の無線装置にも搭載可能である。

なお、第１０、第１１実施形態では、無線装置１０００，１１００に図８のアンテナ装置３００を搭載する例について説明したが、図１、図７、図１４〜図１９に示すアンテナ装置１００，２００、４００〜９００を搭載してもよい。

なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０ 地板、１１〜１６，３１〜３６，４６，５６，６１〜６６，９０，８１０，９２０ 線状素子、２０，２１１，５０ キャパシタ、３０ 給電点、１００４ 無線部

Claims (14)

1. 地板と、
   前記地板に設けられた給電点と、
   一端が前記給電点に接続され、前記給電点から他端までの長さが共振周波数の４分の１波長である第１線状素子と、
   一端が前記第１線状素子に接続され、前記給電点から他端までの長さが前記共振周波数の１２分のｋ波長（ｋは整数）でなく、前記第１線状素子の他端から前記第１線状素子に沿うように配置された第２線状素子と、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２線状素子は、前記第１線状素子の他端から一定間隔Dで前記第１線状素子と平行になるよう配置される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１線状素子及び前記第２線状素子の互いに並列して配置されている部分の線幅をｒ、線長をＬｏ、線間の誘電率をεとした場合に、前記第１線状素子及び前記第２線状素子間に発生する線間の容量π×Ｌｏ×ε/ ｌｎ（（Ｄ−ｒ）／ｒ）から決定される第２共振周波数ｆ２（２×ｆ１＜ｆ２＜３×ｆ１、ｆ１は前記共振周波数）で共振することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記容量は、0.2p <π×Ｌｏ×ε / ｌｎ（（Ｄ−ｒ）／ｒ）< 0.7pを満たすことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１線状素子は、３箇所に屈曲部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。
6. 前記第１線状素子は、
   一端が前記給電点に接続され、前記地板と垂直になるよう設けられた第３線状素子と、
   一端が前記第３線状素子に接続され、前記地板と平行になるよう設けられた第４線状素子と、
   一端が前記第４線状素子の他端に接続され、前記地板と垂直になるよう設けられた第５線状素子と、
   一端が前記第５線状素子の他端に接続され、前記地板と平行になるよう設けられた第６線状素子と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第２線状素子は、前記一端が前記第３線状素子に接続され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６線状素子はメアンダ形状を有し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６線状素子に可変容量素子を設けることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
10. 一端が前記第３線状素子の他端に接続され、他端が前記地板に接続された第７線状素子をさらに有することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
11. 一端が前記地板に接続され、前記第３線状素子に平行に設けられた第８線状素子と、一端が前記第８線状素子の他端に接続され、前記第２線状素子及び前記第６線状素子に平行に設けられた第９線状素子と、をさらに有することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
12. 地板と
    前記地板に設けられた給電点と、
    一端が前記給電点に接続された第１線状素子と、
    一端が前記第１線状素子に接続された第２線状素子と、
    前記第１線状素子の他端及び前記第２線状素子の他端に接続された容量素子と、
    を備え、
    前記給電点から前記第１線状素子を経由して前記容量素子までの長さが共振周波数の４分の１波長であり、
    前記給電点から前記第２線状素子を経由して前記容量素子までの長さが前記共振周波数の１２分のｋ波長（ｋは整数）でなく、
    ことを特徴とするアンテナ装置。
13. 前記容量素子は、櫛形のインターディジタルキャパシタであることを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ装置。
14. 請求項１に記載のアンテナ装置と、
    前記アンテナ装置を介して無線信号を送受信する無線部と、
    を有することを特徴とする無線装置。
    

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