JP2012142775A - アンテナ装置用基板およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複共振化した各共振周波数のフレキシブルな調整が可能であると共に小型化や薄型化が可能なアンテナ装置用基板およびアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 基板本体２、第１〜第３エレメント３〜５、グランド面ＧＮＤ、グランド接続パターン６を備え、第１エレメントが、基端に給電点ＦＰが設けられていると共に給電側受動素子Ｐ０と第１接続部Ｃ１とアンテナ素子ＡＴとを有して延在し、第２エレメントが、第１エレメントに第２接続部Ｃ２を介して接続されて延在し、第３エレメントが、第１エレメントに第３接続部を介して接続されて延在し、第１エレメントが、第２、第３エレメントとグランド面との間の各浮遊容量を発生可能に間隔を空けて延在し、第１〜第３エレメントの少なくとも一つが、スルーホールを介して基板本体の表面から裏面にわたってパターン形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数共振化が可能なアンテナ装置用基板およびこれを備えたアンテナ装置に関する。

従来、通信機器において、アンテナの共振周波数を複共振化するためには、放射電極と誘電体ブロックとを備えたアンテナや、スイッチ，制御電圧源を用いたアンテナ装置が提案されている。
例えば、誘電体ブロックによる従来技術としては、特許文献１では、放射電極を樹脂成型体に形成し、さらに誘電体ブロックを接着剤で一体化することで高効率を得る複合アンテナが提案されている。

また、スイッチ，制御電圧源を用いた従来技術としては、特許文献２では、第１の放射電極と、第２の放射電極と、第１の放射電極の途中部と第２の放射電極の基端部との間に介設され、第２の放射電極を第１の放射電極と電気的に接続又は切断させるためのスイッチと、を備えるアンテナ装置が提案されている。

特開２０１０−８１０００号公報 特開２０１０−１６６２８７号公報

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載のような誘電体ブロックによる技術では、放射電極を励振する誘電体ブロックを使用しており、機器毎に誘電体ブロック、放射電極パターン等の設計が必要になり、その設計条件によってアンテナ性能が劣化したり、不安定要素が増加する不都合がある。また、放射電極が樹脂成型体の表面に形成されているため、樹脂成型体上に放射電極パターンを設計する必要があり、実装する通信機器やその用途に応じて、アンテナ設計、金型設計が必要になり、大幅なコストの増大を招いてしまう。さらに、誘電体ブロックと樹脂成型体とを接着剤で一体化するので、接着剤のＱ値以外にも接着条件（接着剤の厚み、接着面積等）により、アンテナ性能が劣化したり、不安定要素が増加する不都合がある。
また、特許文献２に記載のようなスイッチ，制御電圧源を用いたアンテナ装置の場合、スイッチで共振周波数を切り替えを行うために、制御電圧源の構成やリアクタンス回路等が必要であり、アンテナ構成が機器毎に複雑化し、設計の自由度が無く、容易なアンテナ調整が困難であるという問題があった。
さらに、近年、アンテナ装置のさらなる小型化および高性能化が要求されている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、複共振化した各共振周波数のフレキシブルな調整が可能で、用途や機器毎に応じたアンテナ性能を安価かつ容易に確保できると共に小型化や薄型化が可能なアンテナ装置用基板およびアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明のアンテナ装置用基板は、絶縁性の基板本体と、該基板本体にそれぞれ金属箔でパターン形成された第１エレメント、第２エレメント、第３エレメント、グランド面およびグランド接続パターンとを備え、前記第１エレメントが、基端に給電点が設けられていると共に中間部に給電側受動素子と第１受動素子が接続可能な第１接続部と誘電体アンテナのアンテナ素子とをこの順に有して延在し、前記第２エレメントが、前記第１エレメントの前記給電側受動素子と前記第１接続部との間に第２受動素子が接続可能な第２接続部を介して基端が接続されて延在し、前記第３エレメントが、前記第１エレメントの前記給電側受動素子と前記第１接続部との間に第３受動素子が接続可能な第３接続部を介して基端が接続されて延在し、前記グランド接続パターンが、前記グランド面に接続されていると共にグランド側受動素子を介して前記第１エレメントの前記第２エレメントおよび第３エレメントの接続部分よりも基端側に接続され、前記第１エレメントが、前記第２エレメントとの間の浮遊容量と、前記第３エレメントとの間の浮遊容量と、前記グランド面との間の浮遊容量とを発生可能に、前記第２エレメント、前記第３エレメントおよび前記グランド面に対して間隔を空けて延在し、前記第１エレメント、第２エレメントおよび前記第３エレメントの少なくとも一つが、スルーホールを介して前記基板本体の表面から裏面にわたってパターン形成されていることを特徴とする。

このアンテナ装置用基板では、第１エレメントが、第２エレメントとの間の浮遊容量と、第３エレメントとの間の浮遊容量と、グランド面との間の浮遊容量とを発生可能に、第２エレメント、第３エレメントおよびグランド面に対して間隔を空けて延在しているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子と各エレメント間の浮遊容量とを効果的に利用することで、複共振化（２共振、３共振）させることができる。また、アンテナ素子および第１〜第３接続部へ接続する第１〜第３受動素子の選択（定数変更等）によって、各共振周波数をフレキシブルに調整可能であり、設計条件に応じた２共振化または３共振化が可能なアンテナ装置を得ることができる。このように、アンテナ構成上、一つのアンテナ装置用基板で各共振周波数をフレキシブルに調整できるため、共振周波数の入れ替えが可能になり、用途や機器に応じて受動素子等による調整箇所を変更可能になっている。なお、帯域幅は、各エレメントの長さおよび幅と各浮遊容量の設定により調整することが可能である。
また、基板本体の平面内で設計が可能であり、従来の誘電体ブロックや樹脂成型体等を使用する場合に比べて薄型化が可能であると共に、誘電体アンテナであるアンテナ素子の選択によっても、小型化および高性能化が可能になる。また、金型、設計変更等によるコストが必要なく、低コストを実現することができる。
さらに、このアンテナ装置用基板では、第１エレメント、第２エレメントおよび第３エレメントの少なくとも一つが、スルーホールを介して基板本体の表面から裏面にわたってパターン形成されているので、基板本体の表面だけでなく裏面にもパターン形成されたエレメントの設計により、アンテナ占有面積を広げることなく、アンテナの高性能化および小型化の両立を図ることが可能になる。

また、第２の発明のアンテナ装置用基板は、第１の発明において、前記第１エレメントが、前記アンテナ素子より先端側に、前記基板本体の表面にパターン形成された表面線状部と該表面線状部にスルーホールを介して接続され前記表面線状部に対して折り返した状態で前記基板本体の裏面にパターン形成された裏面線状部とでループ状に形成された先端ループ部を有していることを特徴とする。

すなわち、このアンテナ装置用基板では、アンテナ素子より先端側に、基板本体の表面にパターン形成された表面線状部と該表面線状部にスルーホールを介して接続され表面線状部に対して折り返した状態で基板本体の裏面にパターン形成された裏面線状部とでループ状に形成された先端ループ部を有しているので、先端が開放端とされる場合に比べてインピーダンスを下げることができると共に、折り返し部を設けることで広帯域化を図ることができる。また、表面だけでなく裏面も利用してループ状となっているため、表面側の他のエレメントに干渉せずに高い設計自由度を有してパターン形成可能であると共に、裏面からも放射可能になり、高利得化を図ることができる。

また、第３の発明のアンテナ装置用基板は、第２の発明において、前記第１エレメントが、前記グランド面から離間する方向に前記給電点から延びる第１延在部と、該第１延在部の先端から前記グランド面に沿った方向へ延びる第２延在部と、該第２延在部の先端から前記第１接続部を介して前記グランド面から離間する方向にずれた基端から前記グランド面に沿った方向へ延びて同方向に延在する前記アンテナ素子に接続された第３延在部と、前記アンテナ素子の先端から前記グランド面に向かって延びる第４延在部と、該第４延在部の先端から前記グランド面に沿って前記第１延在部に向かって延びる第５延在部とを前記基板本体の表面に有していると共に、基端が該第５延在部の先端にスルーホールで接続され先端が前記第４延在部の基端にスルーホールで接続された第６延在部を前記基板本体の裏面に有し、前記第２エレメントが、前記第２延在部の先端から該第２延在部と同方向に延びており、前記第３エレメントが、前記第１延在部の先端から前記第４接続部を介して前記グランド面から離間する方向にずれた基端から前記グランド面に沿った方向へ延びていることを特徴とする。

すなわち、このアンテナ装置用基板では、第２エレメントが、第２延在部の先端から該第２延在部と同方向に延びており、第３エレメントが、第２延在部の先端から第４接続部を介してグランド面から離間する方向にずれた基端からグランド面に沿った方向へ延びているので、第２エレメントと第５延在部との間の浮遊容量と、第２エレメントと第４延在部との間の浮遊容量と、第２エレメントとアンテナ素子との間の浮遊容量と、第２エレメントとグランド面との間の浮遊容量と、第３エレメントと第３延在部との間の浮遊容量と、第３エレメントと第２延在部との間の浮遊容量と、第２延在部とグランド面との間の浮遊容量とを発生させることができ、各共振周波数の高い調整自由度を得ることができる。

また、第４の発明のアンテナ装置用基板は、第３の発明において、前記第３エレメントが、前記基板本体の表面にパターン形成された表面帯状部と該表面帯状部にスルーホールを介して接続され前記基板本体の裏面に前記表面帯状部に対向してパターン形成された裏面帯状部とを有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、第３エレメントが、基板本体の表面にパターン形成された表面帯状部と該表面帯状部にスルーホールを介して接続され基板本体の裏面に表面帯状部に対向してパターン形成された裏面帯状部とを有しているので、第３エレメントを表面の表面帯状部と裏面の裏面帯状部との表裏面で構成することで第３エレメント全体の長さを短縮することができる。また、裏面帯状部の形状に応じて第３延在部との間の浮遊容量を調整可能であり、特に、裏面帯状部の長さは、表面帯状部の長さを最大とし、幅をグランド面側に広げることで、表面帯状部に比べてインピーダンスも低くなり、第１エレメントに関係する共振周波数に対する干渉の影響も少なくなる。

また、第５の発明のアンテナ装置用基板は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記グランド接続パターンが、前記第１エレメントの前記給電側受動素子の先端側に接続された第４受動素子および基端側に接続された第５受動素子とを有し、前記給電側受動素子、前記第４受動素子および前記第５受動素子によりインピーダンスの整合回路が構成されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、グランド接続パターンが、給電側受動素子の両端に接続された第４受動素子および第５受動素子を有し、給電側受動素子、第４受動素子および第５受動素子によりインピーダンスの整合回路が構成されているので、給電側受動素子の設定だけでは十分に調整できない場合でも、いわゆるπ型の整合回路を構成する給電側受動素子、第４受動素子および第５受動素子の設定により、共振周波数の微調整およびインピーダンスの調整が可能になる。

また、第６の発明のアンテナ装置用基板は、第３または第４の発明において、前記第３延在部が、前記第３エレメントの先端部に対向して浮遊容量を発生可能に形成された幅広部とされていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、第３延在部が、第３エレメントの先端部に対向して浮遊容量を発生可能に形成された幅広部とされているので、第３エレメントの先端部と幅広部との間の浮遊容量を設定し易くなると共に、アンテナ全体の実効面積が広くなり、広帯域化および高利得化が得られる。

第７の発明のアンテナ装置は、第１から第６の発明のいずれかのアンテナ装置用基板を備え、前記第１受動素子、前記第２受動素子および前記第３受動素子が、それぞれ対応する前記第１接続部、前記第２接続部および前記第３接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１受動素子、第２受動素子および第３受動素子が、それぞれ対応する第１接続部、第２接続部および第３接続部に接続されているので、第１〜第３受動素子を適宜選択するだけで２共振化または３共振化でき、用途や機器毎に対応した２つまたは３つの共振周波数で通信が可能である。

また、第８の発明のアンテナ装置は、第１から第６の発明のいずれかのアンテナ装置用基板を備え、前記第１受動素子が、前記第１接続部に接続され、前記第２受動素子および前記第３受動素子のいずれか一方が、それぞれ対応する前記第２接続部または前記第３接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１受動素子が、第１接続部に接続され、第２受動素子および第３受動素子のいずれか一方が、それぞれ対応する第２接続部または第３接続部に接続されているので、第２受動素子または第３受動素子を利用しない状態で、２種類の２共振化が可能である。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置用基板及びこれを備えたアンテナ装置によれば、第１エレメントが、第２エレメントとの間の浮遊容量と、第３エレメントとの間の浮遊容量と、グランド面との間の浮遊容量とを発生可能に、第２エレメント、第３エレメントおよびグランド面に対して間隔を空けて延在しているので、複共振化（２共振、３共振）させることができる。また、第１〜第３接続部へ接続する第１〜第３受動素子の選択によって、各共振周波数をフレキシブルに調整可能であり、設計条件に応じた２共振化または３共振化が可能なアンテナ装置を得ることができると共に、小型化および高性能化が可能になる。さらに、第１エレメント、第２エレメントおよび第３エレメントの少なくとも一つが、スルーホールを介して基板本体の表面から裏面にわたってパターン形成されているので、アンテナ占有面積を広げることなく、アンテナの高性能化および小型化の両立を図ることが可能になる。
したがって、本発明のアンテナ装置用基板及びこれを備えたアンテナ装置は、多様な用途や機器に対応した複共振化が容易に可能になると共に、省スペース化を図ることができる。

本発明に係るアンテナ装置用基板及びアンテナ装置の一実施形態において、アンテナ装置用基板およびアンテナ装置を示す配線図である。 本実施形態において、アンテナ装置を示す平面図である。 本実施形態において、アンテナ装置用基板を示す平面図である。 本実施形態において、アンテナ装置用基板を示す裏面図である。 本実施形態において、アンテナ素子を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、正面図（ｃ）および底面図（ｄ）である。 本実施形態において、アンテナ装置用基板及びアンテナ装置で生じる浮遊容量を示す配線図である。 本実施形態において、３共振化した際のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 本実施形態において、第２受動素子を未使用にして２共振化したアンテナ装置を示す配線図である。 本実施形態において、第３受動素子を未使用にして２共振化したアンテナ装置を示す配線図である。 本発明に係るアンテナ装置用基板及びアンテナ装置の実施例において、アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。

以下、本発明に係るアンテナ装置用基板及びこれを備えたアンテナ装置の一実施形態を、図１から図９を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置用基板１は、図１から図４に示すように、絶縁性の基板本体２と、該基板本体２にそれぞれ金属箔でパターン形成された第１エレメント３、第２エレメント４、第３エレメント５、グランド面ＧＮＤおよびグランド接続パターン６とを備えている。

上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。
また、上記グランド面ＧＮＤは、基板本体２の裏面にアンテナ占有領域を空けてパターン形成されている。また、グランド接続パターン６は、基板本体２の表面にパターン形成され裏面のグランド面ＧＮＤに対向しており、互いにスルーホールＨで導通されている。なお、グランド面ＧＮＤは、基板本体２の表面に形成しても構わない。この場合、グランド接続パターン６は、スルーホールＨを介さず直接グランド面ＧＮＤに接続され、グランド接続パターン６はグランド面ＧＮＤと一体に形成される。

上記第１エレメント３は、基端に給電点ＦＰが設けられていると共に中間部に給電側受動素子Ｐ０と第１受動素子Ｐ１が接続可能な第１接続部Ｃ１と誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴとをこの順に有して延在している。なお、上記給電点ＦＰは、基板本体２のグランド面ＧＮＤ側に設けられた高周波回路（図示略）に接続される。
上記第２エレメント４は、第１エレメント３の給電側受動素子Ｐ０と第１接続部Ｃ１との間に第２受動素子Ｐ２が接続可能な第２接続部Ｃ２を介して基端が接続されて延在している。

上記第３エレメント５は、第１エレメント３の給電側受動素子Ｐ０と第１接続部Ｃ１との間に第３受動素子Ｐ３が接続可能な第３接続部Ｃ３を介して基端が接続されて延在している。
上記グランド接続パターン６は、グランド面ＧＮＤに接続されていると共にグランド側受動素子（第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５）を介して第１エレメント３の第２エレメント４および第３エレメント５の接続部分よりも基端側に接続されている。
また、第１エレメント３、第２エレメント４および第３エレメント５の少なくとも一つが、スルーホールＨを介して基板本体２の表面から裏面にわたってパターン形成されている。

上記第１エレメント３は、グランド面ＧＮＤから離間する方向に給電点ＦＰから延びる第１延在部Ｅ１と、該第１延在部Ｅ１の先端からグランド面ＧＮＤに沿った方向（隣接するグランド面ＧＮＤの外縁の延在方向であって、グランド面ＧＮＤから離間する方向に直交する方向）へ延びる第２延在部Ｅ２と、該第２延在部Ｅ２の先端から第１接続部Ｃ１を介してグランド面ＧＮＤから離間する方向にずれた基端からグランド面ＧＮＤに沿った方向へ延びて同方向に延在するアンテナ素子ＡＴに接続された第３延在部Ｅ３と、アンテナ素子ＡＴの先端からグランド面ＧＮＤに向かって延びる第４延在部Ｅ４と、該第４延在部Ｅ４の先端からグランド面ＧＮＤに沿って第１延在部Ｅ１に向かって延びる第５延在部Ｅ５とを基板本体２の表面に有していると共に、基端が該第５延在部Ｅ５の先端にスルーホールＨで接続され先端が第４延在部Ｅ４の基端にスルーホールＨで接続された第６延在部Ｅ６を基板本体２の裏面に有している。

また、第１エレメント３は、アンテナ素子ＡＴより先端側に、基板本体２の表面にパターン形成された表面線状部と該表面線状部にスルーホールを介して接続され表面線状部に対して折り返した状態で基板本体２の裏面にパターン形成された裏面線状部とでループ状に形成された先端ループ部を有している。

すなわち、第４延在部Ｅ４および第５延在部Ｅ５が表面線状部とされていると共に第６延在部Ｅ６が裏面線状部とされ、第４延在部Ｅ４、第５延在部Ｅ５および第６延在部Ｅ６により略三角形状の先端ループ部を構成している。なお、第５延在部Ｅ５と第６延在部Ｅ６との接続部分は、スルーホールＨを介して鋭角に折り返した折り返し部となっている。また、第６延在部Ｅ６の直上には、アンテナ素子ＡＴおよび第２エレメントＥ７が位置しないようにパターン形成されている。すなわち、アンテナ素子ＡＴおよび第２エレメントＥ７の真下に第６延在部Ｅ６が延在すると、干渉して帯域幅が狭くなったり、アンテナ性能が劣化してしまうおそれがあるためである。また、第６延在部Ｅ６は、第４延在部Ｅ４および第５延在部Ｅ５に沿って配しても干渉して帯域幅が狭くなったり、アンテナ性能が劣化してしまうおそれがある。したがって、第６延在部Ｅ６は、アンテナ素子ＡＴ、第２エレメント４、第４延在部Ｅ４および第５延在部Ｅ５を避けるように斜めのラインでパターン形成される。

また、第６延在部Ｅ６の先端であってスルーホールＨを介した第４延在部Ｅ４の基端との接続部分には、裏面幅広部Ｅ６ａがパターン形成されている。この裏面幅広部Ｅ６ａは、第４延在部Ｅ４に対向して該第４延在部Ｅ４の延在方向に沿って長辺を配した長方形状とされている。第４延在部Ｅ４と第５延在部Ｅ５とのインピーダンスを考えた場合、第４延在部Ｅ４の基端側（アンテナ素子ＡＴ側）が一番インピーダンスが低くなり、裏面幅広部Ｅ６ａにより低インピーダンス部分を広げて干渉の影響を低減し、広帯域化が可能になる。また、裏面幅広部Ｅ６ａは、第６延在部Ｅ６により発生する第４延在部Ｅ４と第５延在部Ｅ５との開口ループ内であり、影響が少ないことから、第４延在部Ｅ４の基端側（アンテナ素子ＡＴ側）から先端方向へ延在させてパターンが設計される。

また、上記第２エレメント４は、第２延在部Ｅ２の先端から該第２延在部Ｅ２と同方向に延びている。また、上記第３エレメント５は、第１延在部Ｅ１の先端から第３接続部Ｃ３を介してグランド面ＧＮＤから離間する方向にずれた基端からグランド面ＧＮＤに沿った方向で第３延在部Ｅ３に向けて延びている。

上記第３エレメント５は、基板本体２の表面にパターン形成された表面帯状部５ａと該表面帯状部５ａにスルーホールＨを介して接続され基板本体２の裏面に表面帯状部５ａに対向してパターン形成された裏面帯状部５ｂとを有している。
上記グランド接続パターン６は、第１エレメント３の給電側受動素子Ｐ０の先端側に接続された第４受動素子Ｐ４および基端側に接続された第５受動素子Ｐ５を有し、給電側受動素子Ｐ０、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５によりインピーダンスの整合回路が構成されている。

上記第３延在部Ｅ３は、第３エレメント５の先端部に対向して浮遊容量を発生可能に形成された幅広部とされている。この幅広部とされた第３延在部Ｅ３は、第２エレメント４および第５延在部Ｅ５などの部分に比べて線幅が大きく設定された長方形状とされ、基端側の辺が第３エレメント５の先端側と対向して配されている。また、上記第２延在部Ｅ２および第４延在部Ｅ４も、幅広部とされている。

このように第１エレメント３は、第２エレメント４との間の浮遊容量と、第３エレメント５との間の浮遊容量と、グランド面ＧＮＤとの間の浮遊容量とを発生可能に、第２エレメント４、第３エレメント５およびグランド面ＧＮＤに対して間隔を空けて延在している。
すなわち、図６に示すように、第２エレメント４と第５延在部Ｅ５との間の浮遊容量Ｃａと、第２エレメント４と第４延在部Ｅ４との間の浮遊容量Ｃｂと、第２エレメント４とアンテナ素子ＡＴとの間の浮遊容量Ｃｄと、第２エレメント４とグランド面ＧＮＤとの間の浮遊容量Ｃｆと、第３エレメント５と第３延在部Ｅ３との間の浮遊容量Ｃｇと、第３エレメント５と第２延在部Ｅ２との間の浮遊容量Ｃｈと、第２延在部Ｅ２とグランド面ＧＮＤとの間の浮遊容量Ｃｉとを発生可能である。

上記裏面帯状部５ｂを設計する場合、幅広部である第３延在部Ｅ３との間に浮遊容量が発生しているため、第３延在部Ｅ３に向けて延ばすと、基板本体２の厚みによっては、一番低い共振周波数ｆ１の帯域に干渉してしまう場合が存在するため、これを考慮する必要がある。すなわち、裏面帯状部５ｂは、第２延在部Ｅ２側の方向に幅広にすることで、表面帯状部５ａに比べてインピーダンスも低くなり、干渉の影響が少なくなる。また、この場合、裏面帯状部５ｂと第２延在部Ｅ２との間の浮遊容量は、基板本体２の厚みおよび誘電率による浮遊容量により、効果的に発生する。したがって、裏面帯状部５ｂの長さは、表面帯状部５ａの長さを最大として、幅を第２延在部Ｅ２側に延ばす設計が有効である。

上記アンテナ素子ＡＴは、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図５に示すように、セラミックス等の誘電体２１の表面にＡｇ等の導体パターン２２が形成されたチップアンテナである。アンテナ素子ＡＴは、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン２２等が互い異なる素子を選択しても構わないと共に、同じ素子を選択しても構わない。

上記第１受動素子Ｐ１〜第５受動素子Ｐ５および給電側受動素子Ｐ０は、例えばインダクタ、コンデンサまたは抵抗が採用される。なお、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５は、搭載する各機器や設計条件によるが、互いにインダクタ、コンデンサの異なる受動素子が望ましい。
本実施形態のアンテナ装置１０は、図１および図２に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、第１受動素子Ｐ１、第２受動素子Ｐ２および第３受動素子Ｐ３が、それぞれ対応する第１接続部Ｃ１、第２接続部Ｃ２および第３接続部Ｃ３に接続されている。

インピーダンスの整合回路を構成する給電側受動素子Ｐ０、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５は、以下のように設定することが好ましい。
例えば、第４受動素子Ｐ４をインダクタとし、第５受動素子Ｐ５をコンデンサとした場合、第４受動素子Ｐ４の定数変更等により第１および第２の共振周波数ｆ１，ｆ２のインピーダンス調整が可能であると共に、第５受動素子Ｐ５の定数変更等により第２および第３の共振周波数ｆ２，ｆ３のインピーダンス調整が可能である。

また、第４受動素子Ｐ４をコンデンサとし、第５受動素子Ｐ５をインダクタとした場合、第４受動素子Ｐ４の定数変更等により第２および第３の共振周波数ｆ２，ｆ３のインピーダンス調整が可能であると共に、第５受動素子Ｐ５の定数変更等により第１および第２の共振周波数ｆ１，ｆ２のインピーダンス調整が可能である。
なお、第４受動素子Ｐ４と第５受動素子Ｐ５とに同じ受動素子を用いた場合や第４受動素子Ｐ４のみまたは第５受動素子Ｐ５のみの場合は、第１〜第３の共振周波数ｆ１〜ｆ３の全てが連動した形で調整可能である。

次に、本実施形態のアンテナ装置における共振周波数について、図７を参照して説明する。

本実施形態のアンテナ装置１０では、図７に示すように、第１の共振周波数ｆ１、第２の共振周波数ｆ２および第３の共振周波数ｆ３の３つに複共振化される。
上記第１の共振周波数ｆ１は、３つの共振周波数の中で低い周波数帯のものであり、第１エレメント３とアンテナ素子ＡＴと第１受動素子Ｐ１と給電側受動素子Ｐ０と浮遊容量とで決定される。また、上記第２の共振周波数ｆ２は、３つの共振周波数の中で中間の周波数帯のものであり、第２エレメント４と第２受動素子Ｐ２と給電側受動素子Ｐ０と浮遊容量とで決定される。さらに、上記第３の共振周波数ｆ３は、３つの共振周波数の中で高い周波数帯のものであり、第３エレメント５と第３受動素子Ｐ３と給電側受動素子Ｐ０と浮遊容量とで決定される。また、各共振周波数に対して、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５を用いて、グランド面ＧＮＤ側に流れる高周波電流の流れをコントロールすることで、最終的なインピーダンス調整を行う。
以下、これら共振周波数について、より詳しく説明する。

「第１の共振周波数ｆ１について」
上記第１の共振周波数ｆ１の周波数は、第２延在部Ｅ２、第３延在部Ｅ３、第４延在部Ｅ４および第５延在部Ｅ５の各長さと第６延在部Ｅ６とにより設定および調整することができる。
また、第１の共振周波数ｆ１の広帯域化は、第２延在部Ｅ２、第３延在部Ｅ３、第４延在部Ｅ４および第５延在部Ｅ５の各長さおよび各幅により設定することができる。

また、第１の共振周波数ｆ１のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃａ、浮遊容量Ｃｂ、浮遊容量Ｃｄ、浮遊容量Ｃｅおよび浮遊容量Ｃｉの各浮遊容量の設定で行うことができる。
さらに、最終的な周波数調整は、第１受動素子Ｐ１および給電側受動素子Ｐ０の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。

また、最終的なインピーダンス調整は、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「各エレメント長の長さ、幅」と「各受動素子」と「アンテナ素子ＡＴ」と「各エレメント間の浮遊容量」とにより、共振周波数、帯域幅、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第１の共振周波数ｆ１は、主に図１中の破線Ａ１の部分で調整される。

「第２の共振周波数ｆ２について」
上記第２の共振周波数ｆ２の周波数は、第２延在部Ｅ２および第２エレメント４の各長さにより設定および調整することができる。
また、第２の共振周波数ｆ２の広帯域化は、第２延在部Ｅ２および第２エレメント４の各長さおよび各幅により設定することができる。

また、第２の共振周波数ｆ２のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃａ、浮遊容量Ｃｂ、浮遊容量Ｃｄ、浮遊容量Ｃｆおよび浮遊容量Ｃｉの各浮遊容量の設定で行うことができる。
さらに、最終的な周波数調整は、第２受動素子Ｐ２および給電側受動素子Ｐ０の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。

また、最終的なインピーダンス調整は、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「各エレメント長の長さ、幅」と「各受動素子」と「各エレメント間の浮遊容量」とにより、共振周波数、帯域幅、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第２の共振周波数ｆ２は、主に図１中の一点鎖線Ａ２の部分で調整される。

「第３の共振周波数ｆ３について」
上記第３の共振周波数ｆ３の周波数は、第３エレメント５（表面帯状部５ａおよび裏面帯状部５ｂ）の長さにより設定および調整することができる。
また、第３の共振周波数ｆ３の広帯域化は、第２延在部Ｅ２および第２エレメント４の長さおよび幅により設定することができる。

また、第３の共振周波数ｆ３のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃｇ、浮遊容量Ｃｈおよび浮遊容量Ｃｉの各浮遊容量の設定で行うことができる。
さらに、最終的な周波数調整は、第３受動素子Ｐ３および給電側受動素子Ｐ０の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。

また、最終的なインピーダンス調整は、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「各エレメント長の長さ、幅」と「各受動素子」と「各エレメント間の浮遊容量」とにより、共振周波数、帯域幅、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第３の共振周波数ｆ３は、主に図１中の二点鎖線Ａ３の部分で調整される。

なお、基板本体２上におけるアンテナ占有領域（アンテナ装置１０に許された設置領域）Ａ４は大きい方がアンテナ特性として望ましく、他の構成は、以下の条件に設定することが好ましい。
すなわち、グランド面ＧＮＤからアンテナ装置用基板１の上端（第３エレメント５）までの距離は長く設定することが浮遊容量の関係で望ましい。
また、アンテナサイズの幅（第２延在部Ｅ２の基端から第４延在部Ｅ４の外縁までの距離）は、広い方が浮遊容量の関係で望ましい。

また、グランド面ＧＮＤから第５延在部Ｅ５までの距離は、長い方が望ましい。
また、パターンとして調整し易いことから、第４延在部Ｅ４の幅は、広い方が望ましいと共に、幅広部の第３延在部Ｅ３の長さおよび幅は、長く又は広い方が望ましい。
また、第２延在部Ｅ２の長さおよび幅は、長くまたは広い方が望ましい。
なお、基板本体２の第１延在部Ｅ１に沿った方向のサイズは、使用する波長の４分の１程度の長さであることが望ましい。
また、第２エレメント４を同方向に延在する誘電体アンテナのアンテナ素子（いわゆるチップアンテナ）に変更することで、第２エレメント４を短くすることも可能である。

この本実施形態のアンテナ装置１０では、アンテナ周辺の影響（周辺部品、人体等）を考慮して共振周波数を入れ替えることが可能である。すなわち、用途に応じ、アンテナ素子ＡＴおよび各受動素子の選択および設定を変更して、第２の共振周波数ｆ２の調整箇所と第３の共振周波数ｆ３の調整箇所とをフレキシブルに変更することが可能である。すなわち、第２の共振周波数ｆ２を調整する一点鎖線Ａ２の部分と、第３の共振周波数ｆ３を調整する二点鎖線Ａ３の部分と、を入れ替えて設定することで、一点鎖線Ａ２の部分で第３の共振周波数ｆ３を調整し、二点鎖線Ａ３の部分で第２の共振周波数ｆ２を調整することも可能である。

また、本実施形態のアンテナ装置用基板１およびアンテナ装置１０では、上述した３共振化だけでなく、２共振化も可能である。例えば、同一機種に本実施形態のアンテナ装置１０を用いて、現段階では２共振で使用し、将来的には３共振で使用したい場合等が挙げられる。その場合でも、アンテナ装置用基板１をそのままに２共振化および３共振化が可能となる。

上記２共振化の方法としては、図８に示すように、第２受動素子Ｐ２を未使用にする方法と、図９に示すように、第３受動素子Ｐ３を未使用にする方法との２種類の対応方法がある。その場合の周波数帯は、上述したように個別に調整可能なため、所望の周波数帯にフレキシブルに設計可能である。

このように本実施形態のアンテナ装置用基板１およびアンテナ装置１０では、第１エレメント３が、第２エレメント４との間の浮遊容量と、第３エレメント５との間の浮遊容量と、グランド面ＧＮＤとの間の浮遊容量とを発生可能に、第２エレメント４、第３エレメント５およびグランド面ＧＮＤに対して間隔を空けて延在しているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子ＡＴと各エレメント間の浮遊容量とを効果的に利用することで、複共振化（２共振、３共振）させることができる。

また、アンテナ素子ＡＴおよび第１〜第３接続部Ｃ１〜Ｃ３へ接続する第１〜第３受動素子Ｐ１〜Ｐ３の選択（定数変更等）によって、各共振周波数をフレキシブルに調整可能であり、設計条件に応じた２共振化または３共振化が可能なアンテナ装置を得ることができる。このように、アンテナ構成上、一つのアンテナ装置用基板１で各共振周波数をフレキシブルに調整できるため、共振周波数の入れ替えが可能になり、用途や機器に応じて受動素子等による調整箇所を変更可能になっている。

また、基板本体２の平面内で設計が可能であり、従来の誘電体ブロックや樹脂成型体等を使用する場合に比べて薄型化が可能であると共に、誘電体アンテナであるアンテナ素子ＡＴの選択によっても、小型化および高性能化が可能になる。また、金型、設計変更等によるコストが必要なく、低コストを実現することができる。

さらに、このアンテナ装置用基板１では、第１エレメント３、第２エレメント４および第３エレメント５の少なくとも一つが、スルーホールＨを介して基板本体２の表面から裏面にわたってパターン形成されているので、基板本体２の表面だけでなく裏面にもパターン形成されたエレメントの設計により、アンテナ占有面積を広げることなく、アンテナの高性能化および小型化の両立を図ることが可能になる。

また、アンテナ素子ＡＴより先端側に、基板本体２の表面にパターン形成された表面線状部と該表面線状部にスルーホールＨを介して接続され表面線状部に対して折り返した状態で基板本体２の裏面にパターン形成された裏面線状部とでループ状に形成された先端ループ部（第４延在部Ｅ４、第５延在部Ｅ５および第６延在部Ｅ６）を有しているので、先端が開放端とされる場合に比べてインピーダンスを下げることができると共に、折り返し部を設けることで広帯域化を図ることができる。また、表面だけでなく裏面も利用してループ状となっているため、表面側の他のエレメントに干渉せずに高い設計自由度を有してパターン形成可能であると共に、裏面からも放射可能になり、高利得化を図ることができる。

さらに、第３エレメント５が、基板本体２の表面にパターン形成された表面帯状部５ａと該表面帯状部５ａにスルーホールＨを介して接続され基板本体２の裏面に表面帯状部５ａに対向してパターン形成された裏面帯状部５ｂとを有しているので、第３エレメント５を表面の表面帯状部５ａと裏面の裏面帯状部５ｂとの表裏面で構成することで第３エレメント５全体の長さを短縮することができる。また、裏面帯状部５ｂの形状に応じて第３延在部Ｅ３との間の浮遊容量Ｃｇを調整可能であり、特に、第３エレメント５の長さを、表面帯状部５ａの長さを最大とし、幅をグランド面ＧＮＤ側に広げることで、表面帯状部５ａに比べてインピーダンスも低くなり、第１エレメント３に関係する共振周波数に対する干渉の影響も少なくなる。

また、グランド接続パターン６が、給電側受動素子Ｐ０の両端に接続された第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５を有し、給電側受動素子Ｐ０、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５によりインピーダンスの整合回路が構成されているので、給電側受動素子Ｐ０の設定だけでは十分に調整できない場合でも、いわゆるπ型の整合回路を構成する給電側受動素子Ｐ０、第４受動素子Ｐ４および第５受動素子Ｐ５の設定により、共振周波数の微調整およびインピーダンスの調整が可能になる。

また、第３延在部Ｅ３が、第３エレメント５の先端部に対向して浮遊容量Ｃｇを発生可能に形成された幅広部とされているので、第３エレメント５の先端部と幅広部との間の浮遊容量Ｃｇを設定し易くなると共に、アンテナ全体の実効面積が広くなり、広帯域化および高利得化が得られる。

したがって、本実施形態のアンテナ装置１０では、上記アンテナ装置用基板１を備え、第１受動素子Ｐ１、第２受動素子Ｐ２および第３受動素子Ｐ３が、それぞれ対応する第１接続部Ｃ１、第２接続部Ｃ２および第３接続部Ｃ３に接続されているので、第１〜第３受動素子Ｐ１〜Ｐ３を適宜選択するだけで２共振化または３共振化でき、用途や機器毎に対応した２つまたは３つの共振周波数で通信が可能である。

また、第１受動素子Ｐ１が、第１接続部Ｃ１に接続され、第２受動素子Ｐ２および第３受動素子Ｐ３のいずれか一方が、それぞれ対応する第２接続部Ｃ２または第３接続部Ｃ３に接続されているので、第２受動素子Ｐ２または第３受動素子Ｐ３を利用しない状態で、２種類の２共振化が可能である。

次に、本実施形態のアンテナ装置用基板およびこれを備えたアンテナ装置を実際に作製した実施例について、各共振周波数での放射パターンについて測定した結果を、図１０を参照して説明する。
なお、第１延在部Ｅ１の延在方向をＸ方向とし、第２延在部Ｅ２の延在方向をＹ方向とし、グランド面ＧＮＤに対する垂直方向（表面に向けた垂直方向）をＺ方向とした。この際のＹＺ面に対する垂直偏波を測定した。
また、各受動素子は、第１受動素子Ｐ１：４．７ｎＨ、第２受動素子Ｐ２：５．６ｎＨ、第３受動素子Ｐ３：１０ｎＨのいずれもインダクタを使用した。また、第４受動素子Ｐ４：６．８ｎＨのインダクタと第５受動素子Ｐ５：０．５ｐＦのコンデンサとを使用したと共に、給電側受動素子Ｐ０：１．２ｎＨのインダクタを使用した。

図１０の（ａ）は、８００ＭＨｚ帯域の第１の共振周波数ｆ１における放射パターンであり、第１の共振周波数ｆ１：８７１ＭＨｚ、ＶＳＷＲ：１．７１、帯域幅（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≦３）：８５ＭＨｚであった。
また、図１０の（ｂ）は、１５７５ＭＨｚ帯域の第２の共振周波数ｆ２における放射パターンであり、第２の共振周波数ｆ２：１５６９ＭＨｚ、ＶＳＷＲ：１．５７、帯域幅（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≦３）：８６ＭＨｚであった。
さらに、図１０の（ｃ）は、２０００ＭＨｚ帯域の第３の共振周波数ｆ３における放射パターンであり、第３の共振周波数ｆ３：２００５ＭＨｚ、ＶＳＷＲ：１．７２、帯域幅（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≦３）：２１４ＭＨｚであった。
これら放射パターンからわかるように、８００ＭＨｚ帯、１５７５ＭＨｚ帯については、ほぼ無指向性のアンテナ特性が得られ、２０００ＭＨｚ帯については、９０度方向に指向性があるアンテナ特性が得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
上記実施形態では、各接続部に受動素子が１つずつ実装されているが、１つに限定するものではなく、複数を実装しても構わない。例えば、共振周波数に対して、さらなる微調整が必要な場合など、第１〜第３受動素子について直列または並列に２個実装しても構わない。

１…アンテナ装置用基板、２…基板本体、３…第１エレメント、４…第２エレメント、５…第３エレメント、５ａ…表面帯状部、５ｂ…裏面帯状部、６…グランド接続パターン、１０…アンテナ装置、ＡＴ…アンテナ素子、Ｃ１…第１接続部、Ｃ２…第２接続部、Ｃ３…第３接続部、Ｅ１…第１延在部、Ｅ２…第２延在部、Ｅ３…第３延在部、Ｅ４…第４延在部、Ｅ５…第５延在部、Ｅ６…第６延在部、ＦＰ…給電点、ＧＮＤ…グランド面、Ｈ…スルーホール、Ｐ０…給電側受動素子、Ｐ１…第１受動素子、Ｐ２…第２受動素子、Ｐ３…第３受動素子、Ｐ４…第４受動素子（グランド側受動素子）、Ｐ５…第５受動素子（グランド側受動素子）

Claims (8)

1. 絶縁性の基板本体と、
   該基板本体にそれぞれ金属箔でパターン形成された第１エレメント、第２エレメント、第３エレメント、グランド面およびグランド接続パターンとを備え、
   前記第１エレメントが、基端に給電点が設けられていると共に中間部に給電側受動素子と第１受動素子が接続可能な第１接続部と誘電体アンテナのアンテナ素子とをこの順に有して延在し、
   前記第２エレメントが、前記第１エレメントの前記給電側受動素子と前記第１接続部との間に第２受動素子が接続可能な第２接続部を介して基端が接続されて延在し、
   前記第３エレメントが、前記第１エレメントの前記給電側受動素子と前記第１接続部との間に第３受動素子が接続可能な第３接続部を介して基端が接続されて延在し、
   前記グランド接続パターンが、前記グランド面に接続されていると共にグランド側受動素子を介して前記第１エレメントの前記第２エレメントおよび第３エレメントの接続部分よりも基端側に接続され、
   前記第１エレメントが、前記第２エレメントとの間の浮遊容量と、前記第３エレメントとの間の浮遊容量と、前記グランド面との間の浮遊容量とを発生可能に、前記第２エレメント、前記第３エレメントおよび前記グランド面に対して間隔を空けて延在し、
   前記第１エレメント、第２エレメントおよび前記第３エレメントの少なくとも一つが、スルーホールを介して前記基板本体の表面から裏面にわたってパターン形成されていることを特徴とするアンテナ装置用基板。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置用基板において、
   前記第１エレメントが、前記アンテナ素子より先端側に、前記基板本体の表面にパターン形成された表面線状部と該表面線状部にスルーホールを介して接続され前記表面線状部に対して折り返した状態で前記基板本体の裏面にパターン形成された裏面線状部とでループ状に形成された先端ループ部を有していることを特徴とするアンテナ装置用基板。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置用基板において、
   前記第１エレメントが、前記グランド面から離間する方向に前記給電点から延びる第１延在部と、該第１延在部の先端から前記グランド面に沿った方向へ延びる第２延在部と、該第２延在部の先端から前記第１接続部を介して前記グランド面から離間する方向にずれた基端から前記グランド面に沿った方向へ延びて同方向に延在する前記アンテナ素子に接続された第３延在部と、前記アンテナ素子の先端から前記グランド面に向かって延びる第４延在部と、該第４延在部の先端から前記グランド面に沿って前記第１延在部に向かって延びる第５延在部とを前記基板本体の表面に有していると共に、基端が該第５延在部の先端にスルーホールで接続され先端が前記第４延在部の基端にスルーホールで接続された第６延在部を前記基板本体の裏面に有し、
   前記第２エレメントが、前記第２延在部の先端から該第２延在部と同方向に延びており、
   前記第３エレメントが、前記第１延在部の先端から前記第４接続部を介して前記グランド面から離間する方向にずれた基端から前記グランド面に沿った方向へ延びていることを特徴とするアンテナ装置用基板。
4. 請求項３に記載のアンテナ装置用基板において、
   前記第３エレメントが、前記基板本体の表面にパターン形成された表面帯状部と該表面帯状部にスルーホールを介して接続され前記基板本体の裏面に前記表面帯状部に対向してパターン形成された裏面帯状部とを有していることを特徴とするアンテナ装置用基板。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板において、
   前記グランド接続パターンが、前記第１エレメントの前記給電側受動素子の先端側に接続された第４受動素子および基端側に接続された第５受動素子を有し、前記給電側受動素子、前記第４受動素子および前記第５受動素子によりインピーダンスの整合回路が構成されていることを特徴とするアンテナ装置用基板。
6. 請求項３または４に記載のアンテナ装置用基板において、
   前記第３延在部が、前記第３エレメントの先端部に対向して浮遊容量を発生可能に形成された幅広部とされていることを特徴とするアンテナ装置用基板。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
   前記第１受動素子、前記第２受動素子および前記第３受動素子が、それぞれ対応する前記第１接続部、前記第２接続部および前記第３接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
   前記第１受動素子が、前記第１接続部に接続され、
   前記第２受動素子および前記第３受動素子のいずれか一方が、それぞれ対応する前記第２接続部または前記第３接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。