JP2012120038A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純なアンテナ素子構造を用いると共に、整合回路上においてマルチバンド化が実現された高性能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１０は、誘電体からなる基体１２と、基体１２の表面に形成された放射導体１３と、放射導体１３の給電点に接続された整合回路１４とを備え、放射導体１３はその長手方向に対して屈曲部分がない平坦な形状を有する。整合回路１４は、低域側の共振周波数を制御する第１のリアクタンス回路１４Ａと、高域側の共振周波数を制御する第２のリアクタンス回路１４Ｂとを備え、第１のリアクタンス回路１４Ａは能動素子としてのバリキャップＶＣを含み、バリキャップＶＣは放射導体１３に対して並列に接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、マルチバンドアンテナのアンテナ素子及びその整合回路の構成に関するものである。

広帯域かつ複数の周波数帯をカバーするためバリキャップ等の能動素子を利用した小型のマルチバンドアンテナが知られている。例えば、特許文献１に記載のマルチバンドアンテナは、第１及び第２のチップアンテナを備え、第１のチップアンテナは、第１の放射電極及びこの第１の放射電極の電気長を可変とする周波数可変回路を有するものであり、周波数可変回路はバリキャップを含むものである。しかし、特許文献１に記載のアンテナは放射素子の構造が複雑であり、複数の基体を必要とした場合、特性ばらつきや共振周波数の合わせ込みが困難になり、また開発・製造コストが増大するおそれもある。

そこで特許文献２では、同じく能動素子を有する比較的シンプルな構造のマルチバンドアンテナが提案されている。このアンテナは、ループ状放射導体の開放端と給電導体との間隙によって形成され、高次モードの共振周波数の電流をパスし且つ基本モードの共振周波数の電流を阻止する容量部と、ループ状放射導体の基端側であって且つ上記容量部の近傍に位置する部位に設けられ、基本モードの共振周波数の電流をパスし且つ高次モードの共振周波数の電流を阻止する第１のリアクタンス回路と、ループ状放射導体の開放端側であって且つ上記高次モードの共振周波数の電流が最大である部位近傍に設けられ、高次モードの共振周波数の電流をパスする第２のリアクタンス回路とを備えるものである。

再公表ＷＯ２００６／１３４７０１号公報 特許第４３８９２７５号公報

しかしながら、特許文献２のアンテナは、放射素子の先端（開放端）が自身のエレメントと近接しているため、放射効率の劣化が問題となる。また、高次モードを使用しているため放射素子を小型化しにくい。小型化のために高誘電率の基体を使用するといった方法も考えられるが、単純に誘電率を高くするだけでは狭帯域となり、放射効率が劣化することは容易に想像できる。

さらに特許文献１及び２のアンテナは、可変容量素子（バリキャップ）が給電に対して直列に接続されているため、これに対応して設けられるインダクタ素子の定数を非常に大きくしなければならない。そのため、インダクタ素子で生じる損失が非常に大きくなり、アンテナ特性の劣化の要因となっている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、単純なアンテナ素子構造を用いると共に、整合回路上においてマルチバンド化が実現された高性能なアンテナ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、複数の周波数帯域で動作するアンテナ装置であって、誘電体からなる基体と、前記基体の表面に形成された放射導体と、前記放射導体の給電点に接続された整合回路とを備え、前記整合回路は、前記低域側の共振周波数を制御する第１のリアクタンス回路と、前記高域側の共振周波数を制御する第２のリアクタンス回路とを備え、前記第１のリアクタンス回路は能動素子を含み、前記能動素子は前記放射導体に対して並列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、マルチバンド化が主として整合回路上で実現され、能動素子も整合回路内に設けられるので、アンテナ素子の構造を単純化することができ、放射効率を向上させることができる。また、整合回路内の能動素子が放射導体と並列に接続されているため、電流経路を分散させることができる。したがって、能動素子によって生じる電流損失を低減することができ、放射効率を向上させることができる。また、放射導体について屈曲部が少ない単純な形状とすることができる。これにより、アンテナ特性のばらつきを低減することができ、共振周波数の調整も容易に行うことができる。

本発明において、前記第１のリアクタンス回路は、前記放射導体の給電点に接続された第１のインダクタ、第２のインダクタ及び第１のキャパシタの直列回路を含み、前記能動素子は、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとの間に並列接続されていることが好ましい。この場合において、前記第１のリアクタンス回路は、前記放射導体の給電点とＲＦ信号入出力端子との間に直列挿入された第２のキャパシタをさらに含むことが好ましい。

本発明において、前記第２のリアクタンス回路は、前記放射導体の給電点と前記ＲＦ信号入出力端子との間に直列挿入された第３のインダクタと、前記放射導体の給電点に並列接続された第３のキャパシタと、前記ＲＦ信号入出力端子に並列接続された第４のキャパシタを含むことが好ましい。

本発明において、前記能動素子はバリキャップであることが好ましい。この構成によれば、外部制御電圧を用いてキャパシタンスを容易に制御することができ、これにより低域側の共振周波数を制御することができる。

本発明において、前記能動素子はスイッチ集積回路であることが好ましい。ＳＰ３Ｔスイッチ等のスイッチ集積回路を用いた場合には、周波数調整用のチップ部品の実装位置を自由に選択できるので、バリキャップと比較して共振周波数を容易に制御することができる。

本発明において、前記第１及び第２のインダクタは、プリント基板上に形成された一本の帯状導体パターンを含むことが好ましい。第１及び第２のインダクタを一本の連続する帯状導体パターンで形成した場合には、第１及び第２のインダクタのインダクタンスを、当該帯状導体パターンに接続される前記能動素子の接続位置に基づいて決定することができる。能動素子の接続位置をアンテナ素子の給電点に近づけるとその効果が強まり、遠ざけるとその効果が弱まることから、低域側の共振周波数の微調整及び周波数変化幅の最適化を実現することができる。

本発明によれば、単純なアンテナ素子構造を用いると共に、整合回路上においてマルチバンド化が実現された高性能なアンテナ装置を提供することができる。

図１は、本発明のアンテナ装置を含む携帯電話全体の構成を示す略斜視図であって、ケースが省略された内部構造を示している。 図２は、図１に示すアンテナ装置１０の拡大図であって、図１のアンテナ装置を裏側から見た略斜視図である。 図３は、アンテナ素子１１の構成を示す展開図である。 図４は、整合回路１４の構成の一例を示す等価回路図である。 図５は、整合回路１４の実際の回路パターンを示す略斜視図であり、 図６（ａ）及び（ｂ）は、整合回路１４の表裏面の回路パターンの構成を示す平面図である。 図７は、整合回路１４の構成の他の例であって、能動素子としてＳＰ３Ｔ（Single Pole Three Throw）スイッチを用いた整合回路の構成を示す等価回路図である。 図８は、整合回路１４の実際の回路パターンを示す略斜視図であり、 図９（ａ）及び（ｂ）は、整合回路１４の表裏面の回路パターンの構成を示す平面図である。 図１０（ａ）及び（ｂ）は、バリキャップを用いた並列接続タイプのアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフであって、（ａ）はリターンロス特性、（ｂ）は放射効率をそれぞれ示している。 図１１（ａ）及び（ｂ）は、ＳＰ３Ｔスイッチを用いた並列接続タイプのアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフであって、（ａ）はリターンロス、（ｂ）は放射効率をそれぞれ示している。 図１２は、比較例によるバリキャップを用いた直列接続タイプのアンテナ装置の等価回路図である。 図１３（ａ）及び（ｂ）は、バリキャップを用いた直列接続タイプのアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフであって、（ａ）はリターンロス、（ｂ）は放射効率をそれぞれ示している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明のアンテナ装置を含む携帯電話全体の構成を示す略斜視図であって、ケースが省略された内部構造を示している。

本発明によるアンテナ装置１０はマルチバンドアンテナであって、例えば図１に示すように、折り畳みタイプの携帯電話１に設置されるものである。一般に、折り畳みタイプの携帯電話１は、上部基体２側にディスプレイ４やスピーカ５が設けられ、下部基体３側にＲＦ回路基板６やバッテリ７が設けられるが、本発明によるアンテナ装置１０は下部基体３の下端部に設けられている。アンテナ装置１０は、下部基体３の幅方向（短辺方向）と平行に延びるアンテナ素子１１を備えている。

図２は、図１に示すアンテナ装置１０の拡大図であって、図１のアンテナ装置を裏側から見た略斜視図である。また、図３は、アンテナ素子１１の構成を示す展開図である。

図２及び図３に示すように、アンテナ装置１０は、アンテナ素子１１と、アンテナ素子１１に接続された整合回路基板１４Ｓとを備えている。アンテナ素子１１は、誘電体からなる基体１２と、基体１２の表面に形成された放射導体１３とを備え、整合回路基板１４は基体１２の内側に収容されている。整合回路基板１４Ｓ上には後述する整合回路（不図示）の他、マイク８が実装されており、通話音声はマイク８から入力される。基体１２は携帯電話１の幅方向に延びる細長い形状を有し、基体１２の表面に形成された放射導体１３はコンタクトピンを介して整合回路１４に接続されている。特に限定されるものではないが、基体１２のサイズ（最大サイズ）は４４．５×８．８×４．１（ｍｍ）とすることができる。

アンテナ素子１１の基体１２は、上面１２ａ及び６つの側面１２ｂ〜１２ｇを有するが、携帯電話１のメイン基板１ｍ側には側面がない不完全な容器構造である。基体１２の６つの側面１２ｂ〜１２ｇのうち、２つの側面１２ｂ，１２ｃは基体１２の長手方向と概ね平行な面であり、他の２つの側面１２ｄ，１２ｅは、長手方向と約４５度の角度で交差するテーパー面であり、さらに他の２つの側面１２ｆ，１２ｇは、長手方向と直交する面である。特に限定されるものではないが、基体１２の材料としては比誘電率ε_ｒ＝３のＰＣ／ＡＢＳ樹脂を用いることができる。

放射導体１３は、基体１２の長手方向に延びる細長いパターンである。放射導体１３は基体１２の上面１２ａ、基体１２の長手方向と略平行な側面１２ｂ，１２ｃ、テーパー面である２つの側面１２ｄ，１２ｅに形成されているが、基体１２の長手方向と直交する２つの側面１２ｆ，１２ｇには形成されていない。すなわち、放射導体１３はその長手方向に対して屈曲部がない平坦な形状を有している。なお、基体１２の上面１２ａにおいて放射導体１３の幅が先細りとなるテーパー形状にしている理由は、電圧最大点である放射導体の先端（開放端）とグランドとの結合を防止し、放射効率を高めるためである。

一般に、マルチバンドアンテナの放射導体は、低い周波数帯で約λｇ／４（λｇは実効波長）、高い周波数帯でλｇ／２から３λｇ／４となるようにその電気長が設定される。しかし、本実施形態の放射導体１３は、低い周波数帯で約λｇ／８、高い周波数帯で３λｇ／８となるようにその電気長が設定されており、整合回路１４もこのような極限まで小型化された放射導体に好適な回路構成となっている。なお、λｇ／８はアンテナの利得が極端に劣化するアンテナサイズの境界と考えられている。整合回路１４内に能動素子を設けることにより、アンテナ素子の放射導体１３を複雑な形状にする必要が無くなるので、放射導体１３をベタパターンとすることで広帯域化を図ることができ、さらにその先端をテーパー形状とすることで放射効率をさらに改善することができる。

放射導体１３の一部は、基体１２の側面１２ｂと反対側に位置する基体１２の上面１２ａを構成する平板部材のエッジ１２ｈを経由して裏面側に回り込んでおり、コンタクトピンとの接続面１３ｂを構成している。コンタクトピンの先端がこの接続面１３ｂに当接することにより、アンテナ素子１１と整合回路１４との電気的な接続が確保される。さらに整合回路１４上の各信号入力端子は、ＲＦ回路基板６に接続されており、また整合回路１４上のグランドパターンは、キーパッド等が設けられた下部基体３のグランドパターンＧＮＤに接続されている。

従来のマルチバンドアンテナの放射導体は、屈曲部や分岐部、または無給電素子を必要とするため構造が複雑であるが、本実施形態によるマルチバンドアンテナは、マルチバンド化が主として整合回路上で実現されるので、放射導体の構造は非常に単純化されている。すなわち、放射導体１３の長手方向に屈曲部がなく、放射導体上に流れる電流の打消しや素子間の無駄な電磁結合が軽減できるため、放射効率を改善することができる。また放射導体の構造がシンプルであるため、放射導体の特性ばらつきを軽減することができ、さらに共振周波数の合わせ込みの工数が減少するといったメリットがある。

図４は、整合回路１４の構成の一例を示す等価回路図である。

図４に示すように、整合回路１４は、アンテナ素子１１の給電点Ｐ１に接続されたインダクタＬ１、Ｌ２及びキャパシタＣ１からなるＬＣ直列回路と、インダクタＬ２とキャパシタＣ１の直列回路と並列に接続されたバリキャップＶＣ（能動素子）と、アンテナ素子１１の給電点Ｐ１とＲＦ信号入出力端子Ｐ２との間に直列挿入されたキャパシタＣ２と、キャパシタＣ２とＲＦ信号入出力端子Ｐ２との間に挿入されたインダクタＬ３と、アンテナ素子１１の給電点Ｐ１に並列接続されたキャパシタＣ３と、ＲＦ信号入出力端子Ｐ２に並列接続されたキャパシタＣ４とを備えている。また、アンテナ素子１１の給電点Ｐ１には静電気対策用のインダクタＬＥＳＤが並列接続されている。

インダクタＬ１、Ｌ２、キャパシタＣ１、Ｃ２及びバリキャップＶＣは、低域側の共振周波数を制御する第１のリアクタンス回路１４Ａを構成している。特に限定されるものではないが、低域側の共振周波数は、700ＭＨｚ帯（「Band12」又は「Band13」）又は800ＭＨｚ帯（Band5）である。なお、「Band12」は、698〜716MHｚ（上り）及び728〜746MHｚ（下り）の周波数帯であり、「Band13」は、777〜787MHｚ（上り）及び746〜756MHｚ（下り）の周波数帯である。また、「Band5」は、824〜849MHｚ（上り）及び869〜894MHｚ（下り）の周波数帯である。

インダクタＬ１、Ｌ２は低域側の共振周波数を決定するための周波数調整素子であり、またキャパシタＣ１は直流カット用のバイパスコンデンサである。キャパシタＣ２はインピーダンス整合素子であると共に直流カット用のバイパスコンデンサとしても機能する。

バリキャップＶＣは、低域側の共振周波数を調整するための周波数調整素子であり、その一端はインダクタＬ１とインダクタＬ２との接続点（ノード）Ｐ３に接続されており、他端はグランドに接続されている。すなわち、バリキャップＶＣはアンテナ素子１１と並列に接続されている。バリキャップＶＣの一端が接続されたノードＰ３は、抵抗Ｒ１を介して制御信号入力端子ＤＣ１に接続されており、バリキャップＶＣには制御電圧が供給され、これによりバリキャップＶＣのキャパシタンスが調整される。なお、抵抗Ｒ１の代わりにチョークコイルを用いてもよい。

インダクタＬ３、キャパシタＣ３、Ｃ４は、高域側の共振周波数を制御する第２のリアクタンス回路１４Ｂを構成している。特に限定されるものではないが、高域側の共振周波数は、ＡＷＳ（Advanced Wireless Services）で使用される1710〜1755ＭＨｚ（上り）及び2110〜2155ＭＨｚ（下り）の周波数帯（「Band4」という）や、ＰＣＳ（Personal Communication Services）で使用される1850〜1910ＭＨｚ（上り）及び1930〜1990ＭＨｚ（下り）の周波数帯（「Band2」という）である。

インダクタＬ３は、高域側の共振周波数の決定するための周波数調整素子であり、キャパシタＣ３、Ｃ４はインピーダンス整合素子である。インダクタＬ３はキャパシタＣ２と直列接続され、キャパシタＣ４は並列接続されている。第１のリアクタンス回路１４Ａと異なり、第２のリアクタンス回路１４Ｂにはバリキャップがないので、高域側の共振周波数は固定である。

なお、低域側の周波数を固定とし、高域側の周波数を切り替えることも考えられるが、小型アンテナの場合、高域側についてはその特性を比較的確保しやすく、それほど問題とならない反面、低域側については所望の特性の確保が難しいという問題となる。したがって、小型アンテナにおいて低い周波数を広い帯域でカバーしようとする場合には、低域側の周波数を調整可能にすることが好ましいといえる。

図５は、整合回路１４の実際の回路パターンを示す略斜視図であり、図６（ａ）及び（ｂ）は、整合回路１４の表裏面の回路パターンの構成を示す平面図である。

図５及び図６に示すように、整合回路１４は、プリント基板１５上に形成された導体パターン及び各種電子部品によって構成される。給電点にはコンタクトピンＣＰが設けられており、アンテナ素子１１はコンタクトピンＣＰを介して整合回路１４に接続される。また、プリント基板上には２つのコネクタＣＮ１，ＣＮ２が設けられている。一方のコネクタＣＮ１はＲＦ信号入出力端子であり、他方のコネクタＣＮ２はバリキャップ用制御信号入力端子である。

整合回路１４において、インダクタＬ３、バリキャップＶＣ、キャパシタＣ１〜Ｃ４及び抵抗Ｒ１はチップ部品で構成されているが、インダクタＬ１，Ｌ２はプリント基板の長手方向に延びる第１の導体パターン１６によって実現されている。また、第１の導体パターン１６と平行に第２の導体パターン１７が設けられている。第２の導体パターン１７はスルーホール導体２２ａを経由して裏面側のグランドパターンに接続されており、これにより第２の導体パターン１７もグランドパターンとして機能する。

第１及び第２の導体パターン１６，１７には櫛歯状の端子部１６ａ，１７ａが設けられており、この端子部１６ａ，１７ａを短絡するようにバリキャップＶＣ及びキャパシタＣ１のチップ部品が実装される。櫛歯状の端子部１６ａ，１７ａによるチップ部品の実装箇所は５箇所である。よってバリキャップＶＣ及びキャパシタＣ１の実装位置は変更可能であり、その実装位置を選択できるようになっている。特に、バリキャップＶＣの実装位置を給電点Ｐ１に近づけるとその効果が強まり、遠ざけるとその効果が弱まることから、低域側の共振周波数の微調整及び周波数変化幅の最適化を実現することができる。

インダクタＬ１，Ｌ２はバリキャップＶＣ及びキャパシタＣ１の実装位置から定められ、バリキャップＶＣの実装位置から見て給電点Ｐ１寄りがインダクタＬ２、バリキャップＶＣとキャパシタＣ１との間がインダクタＬ１である。このように、インダクタＬ１、Ｌ２のインダクタンスはバリキャップＶＣ及びキャパシタＣ１の実装位置に応じて変化する。

第２のリアクタンス回路１４Ｂにおいて、キャパシタＣ４の一端が接続される第３の導体パターン１８は、スルーホール導体２２ｂを経由して裏面側のグランドパターン２３に接続されており、これにより第３の導体パターン１８もグランドパターンとして機能する。キャパシタＣ４の他端は第４の導体パターン１９を介してインダクタＬ３の一端に接続されている。インダクタＬ３はチップ部品で構成されるが、インダクタＬ３のチップ部品の実装位置も２箇所設けられており、その実装位置を変更可能である。インダクタＬ３をキャパシタＣ４から遠ざかる第２の実装位置Ｐ５に実装した場合には、第５及び第６の導体パターン２０，２１によるインダクタンス成分がインダクタＬ３に加わって全体のインダクタンスが増加する。したがって、高域側の共振周波数の微調整を実現することができる。

図７は、整合回路１４の構成の他の例であって、能動素子としてＳＰ３Ｔ（Single Pole Three Throw）スイッチを用いた整合回路の構成を示す等価回路図である。

図７に示すように、この整合回路１４は、図４に示したバリキャップＶＣの代わりにＳＰ３ＴスイッチＳＷを有している。その他の構成は図４に示した整合回路と同一であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。

ＳＰ３ＴスイッチＳＷは、３つの入力端子と共通出力端子との接続を外部制御電圧によって切り替えるものであり、第１の入力端子はキャパシタＣ５を介してインダクタＬ１とインダクタＬ２との間のノードＰ３に接続されており、第２の入力端子はキャパシタＣ６を介してノードＰ３に接続されており、第３の入力端子はインダクタＬ４を介してノードＰ３に接続されている。キャパシタＣ５，Ｃ６，Ｃ７は互いに静電容量が異なるチップコンデンサである。

また、ＳＰ３ＴスイッチＳＷの共通出力端子はキャパシタＣ７を介してグランドに接続されている。さらに、ＳＰ３Ｔスイッチは制御電圧を供給する３つの制御信号入力端子ＤＣ２，ＤＣ３，ＤＣ４に接続されており、これによりの３つのスイッチがそれぞれ制御される。なお、キャパシタＣ８，Ｃ９，Ｃ１０は、各制御信号ラインに接続されたバイパスコンデンサである。

インダクタＬ１，Ｌ２はＳＰ３ＴスイッチＳＷの接点から定められ、ＳＰ３Ｔスイッチの接点がオンとなっている接点に接続されているチップ部品の実装位置から見て給電点Ｐ１寄りがインダクタＬ２、反対側がインダクタＬ１である。そのため、インダクタＬ１、Ｌ２のインダクタンスはＳＰ３Ｔスイッチの接続状態に応じて変化する。

本実施形態による整合回路１４は、能動素子としてＳＴ３ＰスイッチＳＷを有し、バリキャップ並列接続タイプと概ね同等の特性を持つ。またＳＰ３ＴスイッチではＤＣ制御ラインが１つから３つに増えることになるが、制御電圧が約＋２．８Ｖであり、携帯電話のバッテリ電圧（例えば３．３Ｖ）よりも低い電圧で動作するので、バッテリ電圧以上の電圧を供給するためのＤＣ−ＤＣコンバータが不要となる

図８は、整合回路１４の実際の回路パターンを示す略斜視図であり、図９（ａ）及び（ｂ）は、整合回路１４の表裏面の回路パターンの構成を示す平面図である。

図８及び図９に示すように、整合回路１４は、プリント基板１５上に形成された導体パターン及び各種電子部品によって構成される。給電点にはコンタクトピンＣＰが設けられており、アンテナ素子１１はコンタクトピンＣＰを介して整合回路１４に接続されている。また、プリント基板上には１つのコネクタＣＮ１が設けられている。このコネクタはＲＦ信号入出力端子である。

第１の導体パターン１６にはインダクタＬ４，キャパシタＣ５，Ｃ６のチップ部品の一端が接続されている。インダクタＬ４，キャパシタＣ５，Ｃ６のチップ部品の他端は、対応するスルーホール導体２２ｃを介して裏面側のＳＰ３ＴスイッチＳＷに接続されている。プリント基板１５の裏面には、ＳＰ３ＴスイッチＳＷの他、キャパシタＣ７〜Ｃ１０のチップ部品が実装されている。また、プリント基板１５の裏面には、ＳＰ３ＴスイッチＳＷに接続された３つのＤＣ制御電圧入力端子ＤＣ２，ＤＣ３，ＤＣ４が設けられている。なおバリキャップの場合と異なり、ＳＴ３Ｐスイッチを用いた場合にはキャパシタだけでなくインダクタＬ４も調整素子の一つとして利用できる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置は、アンテナの放射導体自身の損失を最小限に抑えるために構造を単純化（誘電体基体の数が最少、放射素子の屈曲部最少、放射素子上にチップ素子無し）し、前記放射素子（誘電体基体を含む）とは別基板上に能動素子付き整合回路が構成され、前記能動素子は給電に対し並列に接続されているので、整合回路の損失を低減することができる。

また、本実施形態によるアンテナ装置は、アンテナ素子１１の給電点Ｐ１から見たバリキャップＶＣの実装位置を変更することにより、低域側の共振周波数の変化幅を制御することができる。すなわち、バリキャップＶＣを用いて低域側の共振周波数だけを調整し、高域側の共振周波数を固定する場合、従来の整合回路では、バリキャップＶＣを並列接続すると、高域側の周波数特性を保持できず大きく変化してしまうが、本実施形態のようにバリキャップを給電点Ｐ１から遠くに引き離すことで高域側の変化を鈍くし、高域側の共振周波数を実質的に固定化することができる。

また、本実施形態によるアンテナ装置は、能動素子を並列接続しているため直列接続に比べて損失を軽減することができる。特に、能動素子としてＳＰ３Ｔスイッチを使用することでコンデンサの実装位置を自由に選択できるため、バリキャップと比較して共振周波数をコントロールしやすい。また、コントロール電圧が低く、バッテリ電圧以下であるため、消費電力を低減することもできる。さらには、ＤＣ−ＤＣコンバータ等が不要となるため、電源回路が複雑にならないというメリットもある。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、能動素子の一例としてＳＰ３Ｔスイッチを挙げたが、ＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）、ＤＰＤＴ（Double Pole Double Throw）、ＳＰ４Ｔ（Single Pole Fourth Throw）等の他のスイッチ集積回路を能動素子として用いることも可能である。

（実施例１）
図４〜図６に示したバリキャップを用いた並列接続タイプのアンテナ装置のリターンロス特性及び放射効率をシミュレーションにより求めた。アンテナ装置の各素子の値は以下の通りである。すなわち、Ｌ３＝５．６ｎＨ、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｃ２＝０．９ｐＦ、Ｃ３＝２．１ｐＦ、Ｃ４＝１．４ｐＦとし、Ｌ１とＬ２は導体パターンで形成している。また、バリキャップＶＣのキャパシタンスは、１０ｐＦ、７ｐＦ、０．５ｐＦの３種類に設定した。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、バリキャップを用いた並列接続タイプのアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフであって、（ａ）はリターンロス特性、（ｂ）は放射効率をそれぞれ示している。また、グラフ中の垂直破線はＬＴＥ（Long Term Evolution）の使用周波数帯を示している。

図１０（ａ）に示すように、バリキャップＶＣのキャパシタンスを１０ｐＦ、７ｐＦ、及び０．５ｐＦとすることにより、低域側の共振周波数をBand12、Band13、及びBand5の帯域内に設定することができた。また、高域側の共振周波数をBand4及びBand2の帯域内において概ね−５ｄＢ以下にすることができた。

また、図１０（ｂ）に示すように、Band12、Band13、及びBand5における放射効率のピークの平均値は−５．１ｄＢとなり、後述するバリキャップを用いた直列接続タイプよりも高く、また帯域幅も広くなることが分かった。さらに、放射効率のピーク値の変動幅（最大と最小の差）が１．１ｄＢであり、各周波数の切り替え時において通信品質の劣化が比較的小さいことが分かった。

（実施例２）
図７〜図９に示したＳＰ３Ｔスイッチを用いた並列接続タイプのアンテナ装置のリターンロス特性及び放射効率をシミュレーションにより求めた。アンテナ装置の各素子の値は以下の通りである。すなわち、Ｌ３＝５．６ｎＨ、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｃ２＝０．９ｐＦ、Ｃ３＝２．１ｐＦ、Ｃ４＝１．４ｐＦとし、Ｌ１とＬ２は導体パターンで形成している。また、Ｃ５＝８．５ｐＦ、Ｃ６＝０．５ｐＦとし、Ｌ４は０Ωのショートチップ（短絡パターンでもよい）とした。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、ＳＰ３Ｔスイッチを用いた並列接続タイプのアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフであって、（ａ）はリターンロス、（ｂ）は放射効率をそれぞれ示している。

図１１（ａ）に示すように、ＳＰ３Ｔスイッチにより選択される各素子を８．５ｐＦ、０．５ｐＦ、及び０Ω（短絡）とすることにより、低域側の共振周波数をBand12、Band13、及びBand5の帯域内に設定することができた。また、高域側の共振周波数をBand4及びBand2の帯域内において概ね−５ｄＢ以下にすることができた。

また、図１１（ｂ）に示すように、Band12、Band13、及びBand5における放射効率のピークの平均値は−４．７ｄＢとなり、後述するバリキャップを用いた直列接続タイプよりも高く、また帯域幅も広くなることが分かった。さらに、放射効率のピーク値の変動幅（最大と最小の差）が１．２ｄＢであり、各周波数の切り替え時において通信品質の劣化が比較的小さいことが分かった。

（比較例）
バリキャップを用いた直列接続タイプのアンテナ装置のリターンロス特性及び放射効率をシミュレーションにより求めた。なお、直列接続タイプのアンテナ装置の等価回路図を図１２に示す。アンテナ装置の各素子の値は以下の通りである。すなわち、Ｌ２＝２４ｎＨ、Ｌ３＝５．６ｎＨ、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｃ２＝０．９ｐＦ、Ｃ３＝１．９ｐＦ、Ｃ４＝１．６ｐＦとした。Ｌ１は導体パターンで形成している。また、バリキャップＶＣのキャパシタンスは、２．２ｐＦ、１．８ｐＦ、１．３ｐＦの３種類に設定した。

図１３（ａ）及び（ｂ）は、バリキャップを用いた直列接続タイプのアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフであって、（ａ）はリターンロス特性、（ｂ）は放射効率をそれぞれ示している。また、グラフ中の垂直破線はＬＴＥ（Long Term Evolution）の使用周波数帯を示している。

図１３（ａ）に示すように、バリキャップＶＣのキャパシタンスを２．２ｐＦ、１．８ｐＦ、及び１．３ｐＦとすることにより、低域側の共振周波数をBand12、Band13、及びBand5の帯域内に設定することができた。

また、図１３（ｂ）に示すように、Band12、Band13、及びBand5における放射効率のピークの平均値は−６．０ｄＢとなり、上述した並列接続タイプよりも低く、また帯域幅も狭くなることが分かった。さらに、放射効率のピーク値の変動幅（最大と最小の差）が２．５ｄＢであり、各周波数の切り替え時において通信品質の劣化が比較的大きいことが分かった。

１ 携帯電話
１ｍ 携帯電話のメイン基板
２ 上部基体
３ 下部基体
４ ディスプレイ
５ スピーカ
６ ＲＦ回路基板
７ バッテリ
８ マイク
１０ アンテナ装置
１１ アンテナ素子
１２ 基体
１２ａ 基体の上面
１２ｂ〜１２ｇ 基体の側面
１２ｈ 基体のエッジ
１３ 放射導体
１３ｂ 接続面
１４ 整合回路
１４Ｓ 整合回路基板
１４Ａ 第１のリアクタンス回路
１４Ｂ 第２のリアクタンス回路
１５ プリント基板
１６ 第１の導体パターン
１６ａ 第１の導体パターンの端子部
１７ 第２の導体パターン
１７ａ 第２の導体パターンの端子部
１８ 第３の導体パターン
１９ 第４の導体パターン
２０ 第５の導体パターン
２１ 第６の導体パターン
２２ａ スルーホール導体
２２ｂ スルーホール導体
２２ｃ スルーホール導体
２３ グランドパターン
Ｃ１〜Ｃ１０ キャパシタ
ＣＮ１，ＣＮ２ コネクタ
ＣＰ コンタクトピン
ＤＣ１〜ＤＣ４ 制御信号入力端子
Ｌ１，Ｌ２ インダクタ
Ｌ３ インダクタ
Ｌ４ インダクタ
ＬＥＳＤ インダクタ
Ｐ１ アンテナ素子の給電点
Ｐ２ ＲＦ信号入出力端子
Ｐ３ ノード
Ｐ５ インダクタの実装位置
Ｒ１ 抵抗
ＳＷ ＳＰ３Ｔスイッチ
ＶＣ バリキャップ

Claims (7)

1. 複数の周波数帯域で動作するアンテナ装置であって、
   誘電体からなる基体と、
   前記基体の表面に形成された放射導体と、
   前記放射導体の給電点に接続された整合回路とを備え、
   前記整合回路は、
   前記低域側の共振周波数を制御する第１のリアクタンス回路と、
   前記高域側の共振周波数を制御する第２のリアクタンス回路とを備え、
   前記第１のリアクタンス回路は能動素子を含み、前記能動素子は前記放射導体に対して並列に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１のリアクタンス回路は、
   前記放射導体の給電点に接続された第１のインダクタ、第２のインダクタ及び第１のキャパシタの直列回路を含み、
   前記能動素子は、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとの間に並列接続されてい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のリアクタンス回路は、
   前記放射導体の給電点とＲＦ信号入出力端子との間に直列挿入された第２のキャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２のリアクタンス回路は、
   前記放射導体の給電点と前記ＲＦ信号入出力端子との間に直列挿入された第３のインダクタと、
   前記放射導体の給電点に並列接続された第３のキャパシタと、
   前記ＲＦ信号入出力端子に並列接続された第４のキャパシタを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記能動素子がバリキャップであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記能動素子がスイッチ集積回路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１及び第２のインダクタは、プリント基板上に形成された一本の帯状導体パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

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