JP2012227876A

JP2012227876A - アンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器

Info

Publication number: JP2012227876A
Application number: JP2011096113A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Goto; 哲三後藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】マッチング回路を用いて複共振アンテナの入力インピーダンスを動的に調整すると共に主回路領域内の実装スペースの有効利用を図る。
【解決手段】低域側及び高域側アンテナ素子を含むアンテナブロックは、プリント基板のエッジ又は第１のグランドパターンによって区画されたアンテナ実装領域内に実装されている。アンテナ実装領域の外側には第１のグランドパターンを含む主回路領域が設けられている。アンテナ実装領域内には、マッチング回路及び第２のグランドパターンを含むマッチング回路実装領域が設けられており、アンテナ実装領域のうちマッチング回路実装領域を除いた領域はグランドクリアランス領域である。低域側アンテナ素子の基端はマッチング回路の出力端子に接続されており、高域側アンテナ素子の基端は第２のグランドパターンに接続されると共にマッチング回路の出力端子に容量結合している。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複共振アンテナの実装構造に関する。また、本発明は、このようなアンテナ装置を用いた無線通信機器に関するものである。

携帯電話等の無線通信機器に内蔵されるアンテナの一つとして複共振アンテナが知られている（例えば特許文献１参照）。複共振アンテナは、複数の放射導体の給電点が共通且つ共振周波数が異なるように構成されたものであり、例えば２つの放射導体のうちの一方をＧＰＳ用アンテナ、他方を無線ＬＡＮ用アンテナとして使用することができる。また、周波数帯域の一部分が重なり合うように２つの共振周波数をわずかにずらすことで共振周波数の広帯域化を図ることも可能である。

また、広帯域アンテナの一つとしてアクティブアンテナも知られている（例えば特許文献２参照）。アクティブアンテナは、広い周波数帯域に対応しながら、受信したい周波数に合わせて最適な共振周波数を変更するものである。バリキャップ等のアクティブ素子を含んだマッチング回路を用いてアンテナの入力インピーダンスを調整することにより、最も効率よく受信できる電波の周波数を動的に変化させることが可能である。

特開２０１０−２２６５０９号公報特開２００２−２６１５３３号公報

従来の複共振アンテナは、誘電体ブロック上に複数の放射導体が形成され、プリント基板上の所定のアンテナ実装領域内に実装される。アンテナ実装領域はグランドパターンが排除されたグランドクリアランス領域とされ、これにより複共振アンテナを安定的に動作させることが可能である。

しかしながら、アンテナ実装領域の全体をグランドクリアランス領域とする場合、アンテナ実装領域内に部品や配線パターンを形成することはできない。そのため、プリント基板上においてアンテナが占める面積が大きくなり、プリント基板の利用効率が悪いという問題がある。さらに、複共振アンテナをアクティブアンテナとして機能させる場合、アンテナのインピーダンスを動的に切り替えるためのマッチング回路をアンテナ実装領域の外側にレイアウトする必要があり、プリント基板の実装面積がさらに広く占有されるという問題がある。

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、マッチング回路を用いて高域側アンテナ素子及び低域側アンテナ素子の入力インピーダンスを動的に調整すると共に、主回路領域内の実装スペースの有効利用を図ることが可能なアンテナ装置を提供することにある。また、本発明の目的は、そのようなアンテナ装置を用いた小型で高性能なアンテナ装置を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、複共振アンテナを構成するアンテナ素子のうち低域側アンテナ素子の基端をアンテナ実装領域内のグランドパターンに接続し、当該グランドパターンを低域側アンテナ素子の一部として使用した場合には、アンテナ実装領域内にグランドパターンを設けたとしてもアンテナ特性が低下することはなく、これにより低域側及び高域側のアンテナ素子の入力インピーダンスを動的に調整するマッチング回路をアンテナ実装領域内に設けることが可能となり、主回路領域からマッチング回路実装領域を排除することにより主回路領域内のスペースを有効利用することができることを見出した。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明によるアンテナ装置は、所定の周波数で動作する低域側アンテナ素子と、前記所定の周波数よりも高い周波数で動作する高域側アンテナ素子と、前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子の入力インピーダンスを動的に調整するマッチング回路と、前記低域側アンテナ素子、前記高域側アンテナ素子及び前記マッチング回路が実装されたプリント基板とを備え、前記プリント基板の一方の主面には、当該プリント基板のエッジ又は第１のグランドパターンのエッジによって区画されたアンテナ実装領域が設けられており、前記プリント基板の前記一方の主面のうち前記アンテナ実装領域の外側には、第１のグランドパターンを含む主回路領域が設けられており、前記アンテナ実装領域内の一部の領域には、マッチング回路及び第２のグランドパターンを含むマッチング回路実装領域が設けられており、前記アンテナ実装領域のうち前記マッチング回路実装領域を除いた領域は、任意のグランドパターンが排除されたグランドクリアランス領域であり、前記低域側アンテナ素子の基端は、前記マッチング回路の出力端子に接続されており、前記高域側アンテナ素子の基端は、前記第２のグランドパターンに接続されると共に、前記低域側アンテナ素子に容量結合していることを特徴とする。

また、本発明による無線通信機器は、上述した本発明によるアンテナ装置と、前記アンテナ装置の前記マッチング回路に接続された無線回路部と、少なくとも前記無線回路部を制御する通信制御部とを備え、前記無線回路部及び前記通信制御部は、前記アンテナ装置の前記プリント基板の前記主回路領域に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、アクティブ素子を用いて高域側アンテナ素子及び低域側アンテナ素子の入力インピーダンスを動的に調整できると共に、アクティブ素子がアンテナ実装領域内に設けられているので、アンテナ実装領域の外側に位置する通常の主回路領域内にマッチング素子を実装しなくてもよく、プリント基板上の実装スペースの有効利用を図ることができる。

本発明によるアンテナ装置は、前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子を支持するアンテナキャリアをさらに備え、前記低域側アンテナ素子及び高域側アンテナ素子は前記アンテナキャリアの表面に形成されており、前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子は前記アンテナキャリアを介して前記プリント基板上に実装されていることが好ましい。この構成によれば、低域側及び高域側アンテナ素子をプリント基板上に容易且つ正確に実装できると共に、各アンテナ素子に対して適切な波長短縮効果を付与することができる。

本発明において、前記アンテナキャリアは、前記プリント基板に接する第１の底面と、前記マッチング回路実装領域の上方に位置し且つ前記プリント基板に接しない第２の底面とを有し、前記高域側アンテナ素子の基端及び前記低域側アンテナ素子の基端は共に前記第２の底面に形成されており、前記プリント基板の前記アンテナ実装領域内には低域側給電ピン及び高域側給電ピンが設けられており、前記高域側アンテナ素子の基端は、前記アンテナ実装領域内に設けられた高域側給電ピンを介して前記マッチング回路実装領域内の前記第２のグランドパターンに接続されており、前記高域側アンテナ素子の基端は、前記アンテナ実装領域内に設けられた低域側給電ピンを介して前記マッチング回路のアンテナ接続端子に接続されていることが好ましい。この構成によれば、各アンテナ素子とプリント基板上の信号ラインとを容易且つ確実に接続できると共に、アンテナ実装領域内にマッチング回路の実装空間を確保することができる。

本発明において、前記マッチング回路はグランドパッドを備え、前記グランドパッドはマッチング回路実装領域内に設けられた第３のグランドパターンに接続されていることが好ましい。この構成によれば、アンテナ実装領域内においてマッチング回路とグランドとの接続を確実にすることができ、マッチング回路の安定的な動作が可能となる。

また、本発明によるアンテナ装置は、所定の周波数で動作する低域側アンテナ素子と、前記所定の周波数よりも高い周波数で動作する高域側アンテナ素子と、前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子を支持するアンテナキャリアをさらに備え、前記アンテナキャリアは、実装面に接する第１の底面と、前記第１の底面よりも上方に位置し前記実装面に接しない第２の底面とを有し、前記高域側アンテナ素子の基端及び前記低域側アンテナ素子の基端は共に前記第２の底面に形成されていることを特徴とする。この場合において、前記低域側アンテナ素子は、当該低域側アンテナ素子の前記基端から前記アンテナキャリアの幅方向である第１の方向に延びており、前記高域側アンテナ素子は、当該低域側アンテナ素子の前記基端から前記アンテナキャリアの前記幅方向であって前記第１の方向とは逆方向である第２の方向に延びていることが好ましい。

本発明によれば、通常の主回路領域内にマッチング素子の実装領域を設ける必要がなく、これによりアンテナ実装領域の外側の主回路領域内に空きスペースを確保することができる。したがって、アンテナ特性を低下させることなく主回路領域の有効利用を図ることができる。また、本発明によれば、そのようなアンテナ装置を用いた小型で高性能なアンテナ装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略外観斜視図である。図２は、図１に示すアンテナブロック１０の構造を示す略斜視図である。図３は、アンテナブロック１０の展開図である。図４は、アンテナブロック１０が実装されるプリント基板２０の構成を示す略平面図であり、（ａ）は表面側のレイアウト、（ｂ）は表面側から透過的に見た裏面側のレイアウトである。図５は、アンテナブロック１０の実装状態を示す略側面断面図である。図６は、アクティブ素子３０の構成を示すブロック図である。図７は、比較例によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。図８は、実施例及び比較例によるアンテナ装置の放射効率の周波数特性を示すグラフである。図９は、実施例及び比較例によるアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。図１０は、上記アンテナ装置１００を用いた無線通信機器の構成の一例を示すブロック図である。

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、本発明の好ましい実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略外観斜視図である。

図１に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、複共振アンテナとして構成されたアンテナブロック１０と、アンテナブロック１０が実装されたプリント基板２０とを備えている。アンテナブロック１０は、プリント基板２０の長手方向（Ｙ方向）の一方の端部に設けられたアンテナ実装領域２０Ａ内に実装されている。アンテナ実装領域２０Ａを除いたプリント基板２０上の領域は、高周波回路、コントローラ、インターフェース回路、ディスプレイ等、無線通信機器を構成するために必要な回路及び部品が実装された主回路領域２０Ｂである。さらに、アンテナブロック１０とプリント基板２０との間に設けられた空間には、アンテナブロック２０の入力インピーダンスを調整するマッチング回路３０の実装領域であるマッチング回路実装領域２２が設けられている。

図２は、図１に示すアンテナブロック１０の構造を示す略斜視図である。また、図３は、アンテナブロック１０の展開図である。

図２及び図３に示すように、アンテナブロック１０は、アンテナキャリア１１と、アンテナキャリア１１の長手方向の一端側（図中の右側）に設けられた低域側アンテナ素子１２と、アンテナキャリア１１の長手方向の他端側（図中の左側）に設けられた高域側アンテナ素子１３とを備えている。低域側アンテナ素子１２及び高域側アンテナ素子１３はアンテナキャリア１１を介してプリント基板２０上に搭載されるので、各アンテナ素子１２，１３をプリント基板２０上に容易且つ正確に実装することができる。

アンテナキャリア１１の概略的な形状は、図２中のＸ方向を長手方向とする直方体である。アンテナキャリア１１の上面１１Ａ、底面１１Ｂ、及び２つの側面１１Ｃ，１１ＤはＹ方向と平行な面であり、他の２つの側面１１Ｅ，１１ＦはＹ方向と直交する面（Ｘ方向と平行な面）である。

アンテナキャリア１１の底面１１Ｂには段差１１ｓが設けられており、相対的に低い第１の底面１１Ｂ_１と、相対的に高い第２の底面１１Ｂ_２とを有している。第１の底面１１Ｂ_１はプリント基板２０と接触する面であり、第２の底面１１Ｂ_２はプリント基板２０と接しない面である。アンテナキャリア１１の底面１１Ｂの一部をプリント基板２０の表面から浮かせることにより、部品の実装空間を確保することができ、アンテナ実装領域２０Ａ内に後述するマッチング回路を実装することが可能となる。

本実施形態によるアンテナキャリア１１は樹脂製であって、内部に空洞を有する中空ブロックであることが好ましい。樹脂を用いた場合は成形や加工が容易であり、上記のように完全な直方体ではない任意の形状を容易に成形することができる。また、中空状とした場合にはアンテナブロック１０の軽量化及び材料コストの低減を図ることができる。

アンテナキャリア１１の材料は樹脂が好ましいが、樹脂に限定されるものではなく、目的とする周波数に応じて適宜選択すればよい。比誘電率ε_ｒが大きくなるほど大きな波長短縮効果が得られるので、アンテナ素子の長さを短くできるが、放射効率が低下するため、必ずしも比誘電率ε_ｒが大きければよいというわけではなく、適切な値が存在する。したがって、例えば、目的とする周波数が９００ＭＨｚである場合、比誘電率ε_ｒが２〜２０程度の材料を用いることが好ましい。これによれば、十分な放射効率を確保しつつ、アンテナ素子の小型化を図ることができる。

低域側アンテナ素子１２及び高域側アンテナ素子１３は共に、アンテナキャリア１１の表面に形成された一本の帯状導体パターンからなる。帯状パターンを適切な位置で折り曲げて構成することにより、アンテナキャリア１１により定義される狭い空間内に収め、基本波と高調波の共振周波数をそれぞれ個別に制御することができ、各アンテナ素子１２，１３の小型化が可能である。

図３に示すように、低域側アンテナ素子１２の放射導体は、複数の直線パターンの結合からなり、第２の底面１１Ｂ_２に形成された第１の直線パターン１２ａと、第１の側面１１Ｃに形成された第２の直線パターン１２ｂと、上面１１Ａに形成された第３の直線パターン１２ｃと、第３の側面１１Ｅに形成された第４の直線パターン１２ｄと、第２の側面１１Ｄに形成された第５及び第６の直線パターン１２ｅ，１２ｆを有している。

第１の直線パターン１２ａの一端は給電点Ｐ１であり、他端は第１の側面１１Ｃに向かって延びて第２の直線パターン１２ｂの一端に接続されている。第２の直線パターン１２ｂの他端は真っ直ぐ上方に延びて第３の直線パターン１２ｃの一端に接続されている。第３の直線パターン１２ｃは、上面１１Ａと第１の側面１１Ｃとに共通のエッジに沿って長手方向に延びており、その他端は第４の直線パターン１２ｄの一端に接続されている。

第４の直線パターン１２ｄは上面１１Ａと第３の側面１１Ｅとに共通のエッジに沿って幅方向に延びており、その他端は第５の直線パターン１２ｅの一端に接続されている。第５の直線パターン１２ｅは、上面１１Ａと第２の側面１１Ｄとに共通のエッジに沿って長手方向に延びており、その他端は第６の直線パターン１２ｆの一端に接続されている。第６の直線パターン１２ｆの他端は真っ直ぐ下方に延び、幅方向の途中で終端されている。

このように、低域側アンテナ素子１２の第１〜第６の直線パターン１２ａ〜１２ｆは折り返し構造の線形パターンとして構成されている。また、第１のアンテナ素子１２の基端部はアンテナキャリア１１の第２の底面１１Ｂ_２に設けられているので、プリント基板上の給電ピンの接続を容易に確保することができる。

一方、図３に示すように、高域側アンテナ素子１３の放射導体は、複数の直線パターンの結合からなり、第２の底面１１Ｂ_２に形成された第１の直線パターン１３ａと、第２の側面１１Ｄに形成された第２の直線パターン１３ｂと、上面１１Ａに形成された第３〜第６の直線パターン１３ｃ〜１３ｆを有している。

第１の直線パターン１３ａの一端は給電点Ｐ２であり、他端は第２の側面１１Ｄに向かって延びて第２の直線パターン１３ｂの一端に接続されている。第２の直線パターン１３ｂの他端は真っ直ぐ上方に延びて第３の直線パターン１３ｃの一端に接続されている。

第３の直線パターン１３ｃは、上面１１Ａと第２の側面１１Ｄとに共通のエッジに沿って長手方向に延びており、その他端は第４の直線パターン１３ｄの一端に接続されている。第４の直線パターン１３ｄは上面１１Ａと第４の側面１１Ｆとに共通のエッジに沿って幅方向に延びており、その他端は第５の直線パターン１３ｅの一端に接続されている。第５の直線パターン１３ｅは、上面１１Ａと第１の側面１１Ｃとに共通のエッジに沿って長手方向に延びており、その他端は第６の直線パターン１３ｆの一端に接続されている。第６の直線パターン１３ｆの他端は第２の側面１１Ｄに向かって延び、幅方向の途中で終端されている。

このように、高域側アンテナ素子１３の第１〜第６の直線パターン１３ａ〜１３ｆは、折り返し構造の線形パターンとして構成されている。また、第２のアンテナ素子１３の基端部はアンテナキャリア１１の第２の底面１１Ｂ_２に設けられているので、プリント基板上の給電ピンの接続を容易に確保することができる。また、高域側アンテナ素子１３の第１の直線パターン１３ａは、低域側アンテナ素子１２の第１の直線パターン１２ａと逆方向に延びているので、両者の電磁的な干渉を少なくすることができる。

図４は、アンテナブロック１０が実装されるプリント基板２０の構成を示す略平面図であり、（ａ）は表面側のレイアウト、（ｂ）は表面側から透過的に見た裏面側のレイアウトである。

図４に示すように、プリント基板２０はＦＲ４等の絶縁基板に導体パターンやビアホール導体が形成されたものであって、その長手方向の一端側にはアンテナ実装領域２０Ａが設けられている。

アンテナ実装領域２０Ａは、アンテナキャリア１１の表面に形成された低域側アンテナ素子１２及び低域側アンテナ素子１３が実装されるプリント基板２０上の領域であって、少なくともプリント基板２０へのアンテナ素子１２，１３の投影面の外縁に囲まれた領域と重なる領域として定義される。本実施形態によるアンテナ実装領域２０Ａは、プリント基板２０の幅方向を長手方向とし、四辺がプリント基板２０のエッジ２０ｅ又はグランドパターン２３のエッジ２３ｅに囲まれた略矩形状の領域である。特に、アンテナ実装領域２０Ａは、三辺がプリント基板２０のエッジ２０ｅに囲まれており、残りの一辺がプリント基板２０上のグランドパターン２３のエッジ２３ｅに囲まれている。

アンテナ実装領域２０Ａの大部分は、グランドパターンが排除されたグランドクリアランス領域２１である。グランドクリアランス領域２１は、プリント基板２０の表面のみならず裏面側にも設けられており、多層基板の場合には内層にも設けられている。アンテナ実装領域２０Ａをグランドクリアランス領域２１とすることで、アンテナ特性の安定化を図ることができ、アンテナ素子１２，１３の放射効率を高めることができる。

アンテナ実装領域２０Ａの外側の領域は、無線通信機器を構成するための回路又は部品が実装された主回路領域２０Ｂであり、主回路領域２０Ｂ内であってアンテナ実装領域２０Ａと主回路領域２０Ｂとの境界付近にはグランドパターン２３が設けられている。このグランドパターン２３により、アンテナ実装領域２０Ａと主回路領域２０Ｂとの境界が定義される。

アンテナ実装領域２０Ａ内の一部の領域には、マッチング回路３０を実装するための領域であるマッチング回路実装領域２２が設けられている。グランドクリアランス領域２１とマッチング回路実装領域２２との境界は必ずしも明確である必要はないが、本実施形態では矩形状の領域として定義される。

マッチング回路３０は、低域側アンテナ素子１２及び高域側アンテナ素子１３の入力インピーダンスを動的に調整する回路の半導体チップである。そのため、プリント基板２０上の信号ラインはマッチング回路３０を介してアンテナブロック１０に接続される。

マッチング回路３０は、マッチング回路実装領域２２内の所定の位置に表面実装されている。マッチング回路実装領域２２内には複数のパッド（不図示）が形成されており、マッチング回路３０の端子電極は対応するパッドに接続される。マッチング回路３０を安定的に動作させるためには、グランドとの接続を確実に取る必要があり、そのためマッチング回路実装領域２２内には複数のグランドパターン（グランドパッド）が設けられている。そして、マッチング回路３０の裏面の中央部には信号端子や電源端子等の他の電極よりも大きな面積を有するグランド電極が設けられており、このグランド電極はマッチング回路領域２２内のグランドパッドに接続されている。

マッチング回路実装領域２２内には給電ピン２５Ａ及びグランドピン２５Ｂが設けられており、一方の給電ピン２５Ａはマッチング回路３０の出力端子に接続されており、他方のグランドピン２５Ｂはマッチング回路実装領域２２内のグランドパターン２４に接続されている。給電ピン２５Ａ，グランドピン２５Ｂは互いに近接して配置されている。

図５は、アンテナブロック１０の実装状態を示す略側面断面図である。

図５に示すように、アンテナブロック１０を実装したとき、低域側アンテナ素子１２の給電点Ｐ１は給電ピン２５Ａの先端に接触し、高域側アンテナ素子１３の給電点Ｐ２はグランドピン２５Ｂの先端に接触する。これにより、低域側アンテナ素子１２の給電点Ｐ１は、給電ピン２５Ａを介してマッチング回路３０の出力端子に接続される。また、高域側アンテナ素子１３の給電点Ｐ２はグランドピン２５Ｂを介してマッチング回路実装領域２２内のグランドパターンに接続されると共に、低域側アンテナ素子１２に容量結合された状態となる。こうして、低域側アンテナ素子１２は直接給電方式のモノポールアンテナとして構成され、高域側アンテナ素子１３は容量結合給電方式の逆Ｆアンテナとして構成される。

図６は、マッチング回路３０の構成を示すブロック図である。

図６に示すように、マッチング回路３０は、インピーダンスのミスマッチングを検出するミスマッチ検出部３１と、複数の容量が異なるコンデンサを含むインピーダンス回路網３２と、インピーダンス回路網３２を駆動するドライバ３３と、ミスマッチ検出部３１の検出結果に基づいてドライバ３３を制御するマイクロコントローラ３４とを備えている。前段のＲＦ回路より主力されるＲＦ信号はインピーダンス回路網３２を通ってアンテナ素子に供給される。ミスマッチ検出部３１は、直列のコイルとその前後に並列の検出線が設けられたもので構成され、コイルを通過する両端の信号の差分から位相を検出し、マイクロコントローラ３４でその位相を計算する。

アンテナ素子１２，１３とインピーダンス回路網３２とのインピーダンスマッチングが取れていれば、低損失で高効率な電波が輻射される。しかし、インピーダンスマッチングが低い場合にはＶＳＷＲが高くなるので、ミスマッチ検出部３１はＶＳＷＲに比例した信号をマイクロコントローラ３４に送る。マイクロコントローラ３４は、ミスマッチ検出部３１の出力結果に合わせてドライバ３３を制御してインピーダンス回路網３２内部のキャパシタ容量を適切に制御し、インピーダンスを調整する。これにより、マッチング回路３０は、アンテナ素子とのインピーダンスマッチングをアクティブに制御することができる。

図７は、比較例によるアンテナ装置２００の構成を示す略斜視図である。

図７に示すように、比較例によるアンテナ装置２００では、アンテナ実装領域２０Ａの全体がグランドクリアランス領域として構成されている。また、アンテナキャリア１１の底面１１Ｂに段差はなく、底面１１Ｂの全面がプリント基板２０と接触している。そして、マッチング回路３０は、アンテナ実装領域２０Ａ内ではなくそれよりも外側の主回路領域２０Ｂ内に実装されている。

このように、アンテナ実装領域２０Ａの全体をグランドクリアランス領域として構成した場合には、アンテナ素子１２，１３を安定的に動作させることができる。しかし、アンテナ実装領域２０Ａ内には何もレイアウトすることができないので、プリント基板２０上の限られた領域内にマッチング回路実装領域２２をレイアウトしなければならず、他の回路の実装面積が狭められることになる。

一方、上述した本実施形態によるアンテナ装置１００は、アンテナ実装領域２０Ａの全体をグランドクリアランス領域とするのではなく、その一部をマッチング回路実装領域２２として使用しているので、アンテナ実装領域２０Ａの外側にマッチング回路実装領域２２を設けなくてもよく、マッチング回路３０の移設により生じた主回路領域２０Ｂ内の余白スペースを他の回路の実装領域として利用することができる。

図８は、実施例及び比較例によるアンテナ装置の放射効率の周波数特性を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は放射効率（ｄＢ）を示している。また、グラフ中の矩形のラインはアンテナ素子が満たすべき放射効率のスペックを示しており、スペックを上回る放射効率であれば良好な特性と言うことができる。ここで、実施例によるアンテナ装置とは、図１に示した構成を有するアンテナ装置であって、マッチング回路実装領域２２がアンテナ実装領域２０Ａ内に設けられているものをいう。また、比較例によるアンテナ装置とは、マッチング回路実装領域２２がアンテナ実装領域２０Ａの外側の主回路領域内に設けられている点以外は実施例と同一の構成を有するものをいう。

図８に示すように、実施例によるアンテナ装置の放射効率は良好であり、比較例によるアンテナ装置と同等の放射効率が得られていることが分かる。このことは、上記の通り、マッチング回路３０をアンテナ実装領域２０Ａ内に実装してもアンテナ特性が劣化しないことを意味し、これにより主回路領域２０Ｂ内の実装スペースに余裕を持たせることができる。

図９は、実施例及び比較例によるアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はＶＳＷＲを示している。また、グラフ中の矩形のラインはアンテナ素子が満たすべき放射効率のスペックを示しており、スペックを下回るＶＳＷＲであれば良好な特性と言うことができる。

図９に示すように、実施例によるアンテナ装置のＶＳＷＲは良好であり、比較例によるアンテナ装置と同等のＶＳＷＲ特性が得られていることが分かる。このことは、上記の通り、マッチング回路をアンテナ実装領域２０Ａ内に実装してもアンテナ特性が劣化しないことを意味し、これにより主回路領域２０Ｂ内の実装スペースに余裕を持たせることができる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、マッチング回路実装領域２２がアンテナ実装領域２０Ａ内に設けられているので、主回路領域２０Ｂ内にマッチング回路３０を実装しなくてもよく、実装スペースの有効利用を図ることができる。また、各アンテナ素子１２，１３の入力インピーダンスをマッチング回路３０によって動的に調整するので、複共振アンテナにおいて広帯域な周波数特性を得ることができる。さらに、低域側アンテナ素子１２及び高域側アンテナ素子１３はアンテナキャリア１１を介してプリント基板２０上に搭載されるので、各アンテナ素子１２，１３をプリント基板２０上に容易且つ正確に実装することができる。

図１０は、上記アンテナ装置１００を用いた無線通信機器の構成の一例を示すブロック図である。

図１０に示すように、無線通信機器３００は、低域側アンテナ素子１２と、高域側アンテナ素子１３と、マッチング回路３０、マッチング回路３０に接続された無線回路部４１と、無線回路部４１を制御する通信制御部４２と、メモリ４３、及び入出力インターフェース４４を備えている。そして、アンテナ装置１００の構成要素である第１及び第２のアンテナ素子１２，１３及びマッチング回路３０は、プリント基板２０のアンテナ実装領域２０Ａ内に設けられており、無線回路部４１、通信制御部４２、メモリ４３及び入出力インターフェース４４はプリント基板２０の主回路領域２０Ｂ内に設けられている。このように、マッチング回路３０は主回路領域２０Ｂ内に実装されないので、主回路領域２０Ｂ内のスペースを無線回路部４１等の他の回路の実装領域として有効に利用することができる。

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、上面１１Ａ及び４つの側面１１Ｃ〜１１Ｆを有する略直方体状のアンテナキャリア１１上に高域側及び低域側アンテナ素子１２，１３を設けているが、本発明はこのような構成に限定されず、上面と側面の境界がはっきりしない湾曲面を有するアンテナキャリア１１を用いてもよい。携帯電話は曲面的なデザインを有するものも多く、そのような外観形状に合わせてアンテナキャリア１１の形状を湾曲面とすることも可能である。さらに、本発明においては、アンテナキャリア１１を使用せず、例えば無線通信機器の筐体ケースの裏面にアンテナ素子を直接形成することも可能である。

また、上記実施形態においては、アンテナキャリア１１の底面１１Ｂに段差１１ｓが設けられている場合を例に挙げたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、アンテナキャリア１１の底面１１Ｂを段差のない平坦面とし、これとは別に用意した土台の上にアンテナキャリア１１を実装してその底面とプリント基板２０との間に空間を設けることも可能である。

１０アンテナブロック
１１アンテナキャリア
１１Ａアンテナキャリアの上面
１１Ｂアンテナキャリアの底面
１１Ｂ_１アンテナキャリアの第１の底面
１１Ｂ_２アンテナキャリアの第２の底面
１１Ｃアンテナキャリアの第１の側面
１１Ｄアンテナキャリアの第２の側面
１１Ｅアンテナキャリアの第３の側面
１１Ｆアンテナキャリアの第４の側面
１２低域側アンテナ素子
１２ａ〜１２ｆ低域側アンテナ素子の直線パターン
１３高域側アンテナ素子
１３ａ〜１３ｆ高域側アンテナ素子の直線パターン
２０プリント基板
２０Ａアンテナ実装領域
２０Ｂ主回路領域
２０ｅプリント基板のエッジ
２１グランドクリアランス領域
２２マッチング回路実装領域
２３グランドパターン
２３ｅグランドパターンのエッジ
２４グランドパターン
２５Ａ給電ピン（低域側）
２５Ｂグランドピン（高域側）
３０マッチング回路
３１ミスマッチ検出部
３２インピーダンス回路網
３３ドライバ
３４マイクロコントローラ
４１無線回路部
４２通信制御部
４３メモリ
４４入出力インターフェース
１００，２００アンテナ装置
３００無線通信機器
Ｐ１，Ｐ２給電点

Claims

所定の周波数で動作する低域側アンテナ素子と、
前記所定の周波数よりも高い周波数で動作する高域側アンテナ素子と、
前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子の入力インピーダンスを動的に調整するマッチング回路と、
前記低域側アンテナ素子、前記高域側アンテナ素子及び前記マッチング回路が実装されたプリント基板とを備え、
前記プリント基板の一方の主面には、当該プリント基板のエッジ又は第１のグランドパターンのエッジによって区画されたアンテナ実装領域が設けられており、
前記プリント基板の前記一方の主面のうち前記アンテナ実装領域の外側には、第１のグランドパターンを含む主回路領域が設けられており、
前記アンテナ実装領域内の一部の領域には、マッチング回路及び第２のグランドパターンを含むマッチング回路実装領域が設けられており、
前記アンテナ実装領域のうち前記マッチング回路実装領域を除いた領域は、任意のグランドパターンが排除されたグランドクリアランス領域であり、
前記低域側アンテナ素子の基端は、前記マッチング回路の出力端子に接続されており、
前記高域側アンテナ素子の基端は、前記第２のグランドパターンに接続されると共に、前記低域側アンテナ素子に容量結合していることを特徴とするアンテナ装置。
前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子を支持するアンテナキャリアをさらに備え、
前記低域側アンテナ素子及び高域側アンテナ素子は前記アンテナキャリアの表面に形成されており、
前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子は前記アンテナキャリアを介して前記プリント基板上に実装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。
前記アンテナキャリアは、前記プリント基板に接する第１の底面と、前記マッチング回路実装領域の上方に位置し且つ前記プリント基板に接しない第２の底面とを有し、
前記高域側アンテナ素子の基端及び前記低域側アンテナ素子の基端は共に前記第２の底面に形成されており、
前記プリント基板の前記アンテナ実装領域内には低域側給電ピン及び高域側給電ピンが設けられており、
前記高域側アンテナ素子の基端は、前記アンテナ実装領域内に設けられた高域側給電ピンを介して前記マッチング回路実装領域内の前記第２のグランドパターンに接続されており、
前記高域側アンテナ素子の基端は、前記アンテナ実装領域内に設けられた低域側給電ピンを介して前記マッチング回路のアンテナ接続端子に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
前記マッチング回路はグランドパッドを備え、前記グランドパッドはマッチング回路実装領域内に設けられた第３のグランドパターンに接続されている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。
所定の周波数で動作する低域側アンテナ素子と、
前記所定の周波数よりも高い周波数で動作する高域側アンテナ素子と、
前記低域側アンテナ素子及び前記高域側アンテナ素子を支持するアンテナキャリアをさらに備え、
前記アンテナキャリアは、実装面に接する第１の底面と、前記第１の底面よりも上方に位置し前記実装面に接しない第２の底面とを有し、
前記高域側アンテナ素子の基端及び前記低域側アンテナ素子の基端は共に前記第２の底面に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
前記低域側アンテナ素子は、当該低域側アンテナ素子の前記基端から前記アンテナキャリアの幅方向である第１の方向に延びており、前記高域側アンテナ素子は、当該低域側アンテナ素子の前記基端から前記アンテナキャリアの前記幅方向であって前記第１の方向とは逆方向である第２の方向に延びていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置の前記マッチング回路に接続された無線回路部と、少なくとも前記無線回路部を制御する通信制御部とを備え、前記無線回路部及び前記通信制御部は、前記プリント基板の前記主回路領域に設けられていることを特徴とする無線通信機器。