JP2015053548A - Antenna device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact antenna device resonating at a plurality of frequencies.SOLUTION: An antenna element Ant of the antenna device includes, on a dielectric, one end P1, another end P2 and an extension section ext extending between the one end P1 and the other end P2. The one end P1 is coupled with a power supply section OC and the extension section ext is formed in a loop. The other end P2 is coupled with the extension section ext, and a capacitor Ci is provided in the middle of the loop. The antenna element operates at a frequency resonating with the length of the extension section ext and a resonant frequency determined by the loop inductor and the capacitor Ci.

Description

実施の形態はアンテナ装置等に関連する。   The embodiment relates to an antenna device and the like.

移動通信の技術分野では高速大容量低遅延等を目的として様々な技術が開発されている。例えば、ロングタームエボリューション(LTE)アドバンス(LTE-Advance)等のような通信システムでは、複数のキャリア周波数を同時に使用することで、高スループット化等を図ることが許容されている。複数のキャリア周波数を同時に使用することは、キャリアアグリゲーション(Carrier Aggregation:CA)と呼ばれる。   In the technical field of mobile communications, various technologies have been developed for the purpose of high speed, large capacity, low delay, and the like. For example, in a communication system such as Long Term Evolution (LTE) Advance (LTE-Advance), it is allowed to increase the throughput by simultaneously using a plurality of carrier frequencies. The simultaneous use of a plurality of carrier frequencies is called carrier aggregation (CA).

キャリアアグリゲーション(CA)では複数のキャリア周波数が同時に使用されるので、通信装置のアンテナは、複数のキャリア周波数に共振するマルチバンドアンテナでなければならない。マルチバンドアンテナの一例は、特定のキャリア周波数に共振するアンテナを通信装置の中に複数個収容する。   Since a plurality of carrier frequencies are used simultaneously in carrier aggregation (CA), the antenna of the communication apparatus must be a multiband antenna that resonates with a plurality of carrier frequencies. An example of a multiband antenna accommodates a plurality of antennas that resonate at a specific carrier frequency in a communication device.

特開2006-42190号公報JP 2006-42190 A 国際公開第2006/030708号International Publication No. 2006/030708 特開2008-141739号公報JP 2008-141739 A 国際公開第2012/124248号International Publication No.2012 / 124248

Kuo-Liang Wu, et al.,"Wire Antenna for Dual Wideband Cellular Phone Application", Asia Pacific Microwave Conference, 2009. APMC 2009. pp.1796-1798Kuo-Liang Wu, et al., "Wire Antenna for Dual Wideband Cellular Phone Application", Asia Pacific Microwave Conference, 2009. APMC 2009. pp.1796-1798

しかしながら、複数のキャリア周波数毎に別個のアンテナを通信装置に収容するとなると、通信装置の中で複数のアンテナ(すなわち、アンテナ装置)により占有される面積又は体積が大きくなり、通信装置の小型化等を図ることが困難になってしまう。   However, when a separate antenna is accommodated in a communication device for each of a plurality of carrier frequencies, the area or volume occupied by the plurality of antennas (that is, the antenna device) in the communication device increases, and the communication device is downsized, etc. It becomes difficult to plan.

一つの側面では、本発明は、複数の周波数で共振するアンテナ装置の小型化を図ることを課題とする。   In one aspect, an object of the present invention is to reduce the size of an antenna device that resonates at a plurality of frequencies.

一態様によるアンテナ装置は、
一方端と、他方端と、前記一方端及び前記他方端の間に伸びる延伸部とを有し、前記一方端は給電部に結合され、前記延伸部はループ状に形成され、前記他方端は前記延伸部に結合され、前記ループの途中にキャパシタが設けられている、アンテナ装置。
An antenna device according to an aspect includes:
One end, the other end, and an extending portion extending between the one end and the other end, the one end is coupled to a power feeding portion, the extending portion is formed in a loop shape, and the other end is An antenna device coupled to the extending portion and provided with a capacitor in the middle of the loop.

複数の周波数で共振するアンテナ装置の小型化を図ることが可能である。   It is possible to reduce the size of an antenna device that resonates at a plurality of frequencies.

通信装置の一例を示す図。The figure which shows an example of a communication apparatus. 実施の形態によるアンテナ装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the antenna device by embodiment. キャパシタが分布定数回路により形成されている様子を示す図。The figure which shows a mode that the capacitor is formed of the distributed constant circuit. 延伸部extが点Fで屈曲している例を示す図。The figure which shows the example which the extending | stretching part ext is bent at the point F. アンテナ装置が基本周波数f1で共振している様子を示す図。It shows how the antenna device is resonating at the fundamental frequency f 1. アンテナ装置が共振周波数f2で共振している様子を示す図。It shows how the antenna device is resonating at the resonance frequency f 2. アンテナ装置に対するSパラメータS11の周波数依存性を示す図。Diagram showing the frequency dependence of the S parameter S 11 for the antenna device. キャパシタが設けられていないモノポールアンテナに対するSパラメータS11の周波数依存性の比較例を示す図。Shows a comparative example of the frequency dependence of the S parameter S 11 for monopole antenna capacitor is not provided. キャパシタが設けられていないモノポールアンテナを示す図。The figure which shows the monopole antenna in which the capacitor is not provided. 様々なキャパシタCi(i=1,2,3,4,5)に対するSパラメータS11の周波数依存性を示す図。Diagram showing the frequency dependence of the S parameter S 11 for various capacitor C i (i = 1,2,3,4,5). アンテナ要素Antが或る場所αで物理的に切断されたモデルを示す図。The figure which shows the model by which the antenna element Ant was cut | disconnected physically at a certain place (alpha). 切り離しモデルにおいて、様々なキャパシタCi(i=1,2,3,4,5)に対するSパラメータS11の周波数依存性を示す図。In disconnected model diagram showing the frequency dependence of the S parameter S 11 for various capacitor C i (i = 1,2,3,4,5). 切り離しモデルでないモデルによるアンテナ装置が共振周波数で共振している場合の電流分布を示す図。The figure which shows electric current distribution in case the antenna apparatus by the model which is not a separation model is resonating at the resonance frequency. 切り離しモデルによるアンテナ装置が共振周波数で共振している場合の電流分布を示す図。The figure which shows electric current distribution in case the antenna apparatus by a separation model is resonating at the resonance frequency. 図2に示すアンテナ装置を他の例との比較のために示す図。The figure which shows the antenna apparatus shown in FIG. 2 for the comparison with another example. キャパシタCiが延伸部の点Eと点Bとの間に設けられたアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus with which the capacitor | condenser Ci was provided between the point E and the point B of an extending | stretching part. 点Fと点Kが結合されたアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus with which the point F and the point K were couple | bonded. ループが2つ重ね合わせられたアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus with which two loops were piled up. 点Bからモノポールアンテナを延伸させたアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus which extended the monopole antenna from the point B. 延伸部extが板状の線路で形成された様子を示す図。The figure which shows a mode that the extending | stretching part ext was formed with the plate-shaped track. ダイポールアンテナによりアンテナ装置を形成した例を示す図。The figure which shows the example which formed the antenna apparatus with the dipole antenna. スイッチSを利用してキャパシタを切り替えることが可能なアンテナ装置の例を示す図。The figure which shows the example of the antenna device which can switch a capacitor using switch S. 整合損がない状態での効率ηの周波数依存性を示す図。The figure which shows the frequency dependence of efficiency (eta) in a state without matching loss. 小さな値のSパラメータS11をもたらす共振周波数が、整合損のない状態での効率ηを最大にはしない様子を示す図。Resonant frequency resulting S-parameter S 11 of the smaller value is a diagram showing a state which is not the maximum efficiency η in the absence of consistent loss. キャパシタの容量値がCyである場合のSパラメータS11が所望のキャリア周波数fxで小さな値になるように整合回路が調整された後のSパラメータS11及び効率ηの周波数依存性を示す図。The frequency dependence of the S parameter S 11 and the efficiency η after the matching circuit is adjusted so that the S parameter S 11 when the capacitance value of the capacitor is Cy is a small value at the desired carrier frequency f x is shown. Figure. アンテナ装置を設計する設計手順を示す図。The figure which shows the design procedure which designs an antenna apparatus. アンテナ要素Antが、給電部OCに結合されておらず、キャパシタも接続されていない状態を示す図。The figure which shows the state in which the antenna element Ant is not couple | bonded with the electric power feeding part OC, and the capacitor is not connected. アンテナ装置についてのSパラメータS11の周波数依存性を示す図。Diagram showing the frequency dependence of the S parameter S 11 of the antenna device. アンテナ装置についてのスミスチャートを示す図。The figure which shows the Smith chart about an antenna apparatus. 1つのループの中に給電部OCとキャパシタとを直列に設け、ループを形成しているアンテナを示す図。The figure which shows the antenna which provided the electric power feeding part OC and the capacitor in series in one loop, and formed the loop. 給電部OCから伸びる延伸部extがループを形成しておらず、ループの途中にキャパシタが設けられたアンテナを示す図。The figure which shows the antenna by which the extending | stretching part ext extended from electric power feeding part OC did not form the loop, and the capacitor was provided in the middle of the loop. モノポールアンテナを2つ併存させたアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus which made two monopole antennas coexist.

添付図面を参照しながら以下の観点から実施形態を説明する。図中、同様な要素には同じ参照番号又は参照符号が付されている。   Embodiments will be described from the following viewpoints with reference to the accompanying drawings. In the figures, similar elements are given the same reference numbers or reference signs.

1.通信装置
2.アンテナ装置
3.動作
3.1 基本動作
3.2 切り離しモデル
4.変形例
4.1 アンテナ形状についての変形例
4.2 板状アンテナを利用する変形例
4.3 ダイポールアンテナを利用する変形例
4.4 スイッチを利用する変形例
5.Sパラメータ、効率及び共振周波数の相互関係
6.設計方法
7.他のアンテナとの比較
1. 1. Communication device 2. Antenna device Operation 3.1 Basic operation 3.2 Detachment model 4. 4. Modification 4.1 Modification of antenna shape 4.2 Modification using plate antenna 4.3 Modification using dipole antenna 4.4 Modification using switch 5. Correlation between S parameter, efficiency and resonance frequency Design method Comparison with other antennas

<1.通信装置>
図1は通信装置の一例を示す。通信装置1はマルチバンドアンテナ等のようなアンテナ装置を収容するアンテナスペース2を有する。なお、アンテナスペース2は、図1の例に限定されるものではなく、例えば通信装置1の上部にあってもよい。通信装置1は、1つ以上のキャリア周波数を用いて無線通信を行うことが可能な適切な如何なる装置であってもよい。例えば、通信装置1は、携帯電話、ユーザ装置、情報端末、高機能携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント(PDA)、携帯用パーソナルコンピュータ、パームトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ等であってもよい。更に通信装置1は移動端末であってもよいし、固定端末であってもよい。例えば通信装置1は基地局やアクセスポイント等であってもよい。実施の形態によるアンテナ装置は、モノポールアンテナと実質的に同程度のスペースしか占めないので、限られたアンテナスペースしか利用できない携帯端末に特に有利である。
<1. Communication device>
FIG. 1 shows an example of a communication device. The communication device 1 has an antenna space 2 that accommodates an antenna device such as a multiband antenna. The antenna space 2 is not limited to the example of FIG. 1, and may be, for example, above the communication device 1. The communication device 1 may be any suitable device capable of performing wireless communication using one or more carrier frequencies. For example, the communication device 1 is a mobile phone, a user device, an information terminal, a high-performance mobile phone, a smartphone, a tablet computer, a personal digital assistant (PDA), a portable personal computer, a palmtop computer, a laptop computer, a desktop computer, etc. It may be. Furthermore, the communication device 1 may be a mobile terminal or a fixed terminal. For example, the communication device 1 may be a base station or an access point. Since the antenna device according to the embodiment occupies substantially the same space as the monopole antenna, it is particularly advantageous for a portable terminal that can use only a limited antenna space.

通信装置1は、1つ以上のキャリア周波数を利用して無線通信を行うことができる。特に、複数のキャリア周波数を利用して無線通信を行うことは、キャリアアグリゲーション(CA)と言及される。キャリアアグリゲーション(CA)により一緒に使用される複数のキャリア周波数は、異なる周波数バンドに属していてもよいし、同一の周波数バンドに属していてもよい。周波数バンドは、極長波(30-3kHz)、超長波(3-30kHz)、長波(30-300kHz)、中波(300kHz-3MHz)、短波(3-30MHz)、超短波(30-300MHz)、マイクロ波(300MHz以上)等のような分類であってもよい。周波数バンドは、特に、マイクロ波のうち、I、G、P、L、S、C、X、Ku、K、Ka、V、Wバンドであってもよい。これらは周波数バンドの一例にすぎず、他の分類法に基づく周波数バンドが使用されてもよい。   The communication device 1 can perform wireless communication using one or more carrier frequencies. In particular, performing wireless communication using a plurality of carrier frequencies is referred to as carrier aggregation (CA). A plurality of carrier frequencies used together by carrier aggregation (CA) may belong to different frequency bands or may belong to the same frequency band. Frequency bands are extremely long wave (30-3kHz), very long wave (3-30kHz), long wave (30-300kHz), medium wave (300kHz-3MHz), short wave (3-30MHz), ultra short wave (30-300MHz), micro A classification such as a wave (300 MHz or more) may be used. In particular, the frequency band may be an I, G, P, L, S, C, X, Ku, K, Ka, V, or W band of microwaves. These are only examples of frequency bands, and frequency bands based on other classification methods may be used.

一例として、キャリアアグリゲーション(CA)により同時に使用される周波数は、800MHz帯のキャリア周波数及び2GHz帯のキャリア周波数のような異なる周波数バンドに属する2つのキャリア周波数であってもよい。別の例として、キャリアアグリゲーション(CA)により同時に使用される周波数は、800MHz帯のキャリア周波数及び700MHz帯のキャリア周波数のような同一の周波数バンドに属する2つのキャリア周波数であってもよい。2つだけでなく3つ以上のキャリア周波数が同時に使用されてもよい。   As an example, the frequencies used simultaneously by carrier aggregation (CA) may be two carrier frequencies belonging to different frequency bands such as a carrier frequency of 800 MHz band and a carrier frequency of 2 GHz band. As another example, the frequencies used simultaneously by carrier aggregation (CA) may be two carrier frequencies belonging to the same frequency band such as a carrier frequency in the 800 MHz band and a carrier frequency in the 700 MHz band. Not only two but also three or more carrier frequencies may be used simultaneously.

<2.アンテナ装置>
通信装置1はキャリアアグリゲーション(CA)により無線通信を行う場合がある。そのため、通信装置1のアンテナ装置は、複数のキャリア周波数の電波を同時に送受信することが可能なマルチバンドアンテナであることが好ましい。
<2. Antenna device>
The communication device 1 may perform wireless communication by carrier aggregation (CA). Therefore, the antenna device of the communication device 1 is preferably a multiband antenna that can simultaneously transmit and receive radio waves of a plurality of carrier frequencies.

図2は実施の形態によるアンテナ装置の一例を、平面図、UU線断面図及びVV線断面の観点から示す。ただし、平面図において誘電体は描かれていない点に留意を要する。このようなアンテナ装置は図1のアンテナスペース2に収容される。アンテナ装置は、地板Gと、給電部OCと、アンテナ要素Antと、整合回路Mとを有する。   FIG. 2 shows an example of the antenna device according to the embodiment in terms of a plan view, a UU line cross-sectional view and a VV line cross-sectional view. However, it should be noted that the dielectric is not drawn in the plan view. Such an antenna device is accommodated in the antenna space 2 of FIG. The antenna device includes a ground plane G, a power feeding section OC, an antenna element Ant, and a matching circuit M.

給電部OCは地板G上で所定の周波数の電波を生成するための信号を供給する。   The power feeding unit OC supplies a signal for generating a radio wave having a predetermined frequency on the ground plane G.

アンテナ要素Antは、一方端P1と、他方端P2と、一方端P1及び他方端P2の間に伸びる延伸部extとを有する4分の1波長アンテナである。従ってアンテナ要素Antはモノポールアンテナと言及されてもよい。4分の1波長アンテナAntは、或る基本周波数f1で共振し、基本周波数f1に対応する基本波長λ1(=光速/f1)の4分の1の長さ(λ1/4)が、延伸部extの長さに対応する。アンテナ要素Antは、点A、点B、点Dの3箇所で直角に曲がった線路により形成される。一方端P1は整合回路Mを介して給電部OCに結合される。アンテナ要素Antの他方端P2は、延伸部extのうち点E、点B、点D、点Fが1つのループを描くように、キャパシタCiを介して点Eに結合されている。 The antenna element Ant is a quarter-wave antenna having one end P1, the other end P2, and an extending portion ext extending between the one end P1 and the other end P2. The antenna element Ant may therefore be referred to as a monopole antenna. Quarter wave antenna Ant resonates at a certain fundamental frequency f 1, 1 a length of a quarter of the fundamental wavelength lambda 1 corresponding to the fundamental frequency f 1 (= speed of light / f 1) (λ 1/ 4 ) Corresponds to the length of the extension part ext. The antenna element Ant is formed by a line bent at a right angle at three points of points A, B, and D. One end P1 is coupled to the power feeding section OC via the matching circuit M. The other end P2 of the antenna elements Ant is, of point E of the extending portion ext, point B, as a point D, point F draw one loop is coupled to the point E via a capacitor C i.

なお、図2における点A、点B、点D、点E、点Fは延伸部extの途中の場所を明示するために強調して描かれているにすぎず、実際に黒丸のような構造が存在するわけではない点に留意を要する。   In addition, point A, point B, point D, point E, and point F in FIG. 2 are only drawn with emphasis to clearly indicate the location in the middle of the extension part ext, and actually have a structure like a black circle. Note that does not exist.

キャパシタCiは、他方端P2と延伸部extの途中の点Eとを容量結合する。キャパシタCiは、VV線断面図に示されているような個別素子として形成されていてもよいし、或いは図3に示されているような分布定数回路として形成されていてもよい。分布定数回路の場合、キャパシタCiの容量は、線路間の隙間又はギャップdや、線路の長さR又は線路の面積等により決定される。 Capacitor C i is a the other end P2 and the point E in the middle of the stretched section ext capacitively coupled. The capacitor C i may be formed as an individual element as shown in the VV line sectional view, or may be formed as a distributed constant circuit as shown in FIG. For distributed constant circuit, the capacitance of the capacitor C i is or gap or gap d between the lines is determined by the area and the like of the length R, or line of the line.

なお、キャパシタCiが個別素子である場合、図4に示すように、他方端P2と点Eとの間の距離が個別素子の長さに合うように、延伸部extが点Fで屈曲し、他方端P2と点Eとの間の距離を短くしてもよい。図4に示す例において、延伸部extの線幅は約1mmであり、点BD間及び点EF間の距離が約2mmであり、キャパシタCiの両端の間の距離が約0.6mmであるが、これに限定されるものではない。 In the case the capacitor C i is discrete elements, as shown in FIG. 4, so that the distance between the other end P2 and the point E matches the length of the individual elements, the stretching portion ext is bent at the point F The distance between the other end P2 and the point E may be shortened. In the example shown in FIG. 4, the line width of the extending portion ext is about 1 mm, the distance between the points BD and EF is about 2 mm, and the distance between both ends of the capacitor Ci is about 0.6 mm. It is not limited to this.

具体的な動作については後述するが、図2の点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiにより形成されるループは、共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。Lはループのインダクタンスを表す。共振周波数f2は基本周波数f1とは異なる。すなわち、アンテナ要素Antは、基本周波数f1だけでなく、共振周波数f2にも共振するアンテナ装置を形成する。 As will be described later for specific operations, loop, the resonance frequency f 2 = [2π√ (L · formed in terms of FIG. 2 E, point B, point D, point F, by the other end P2 and the capacitor C i C i )] -1 to resonate. L represents the inductance of the loop. The resonance frequency f 2 is different from the fundamental frequency f 1. That is, the antenna element Ant forms an antenna device that resonates not only at the fundamental frequency f 1 but also at the resonance frequency f 2 .

整合回路Mは、アンテナ要素Antと給電部OCとの間でエネルギ損失が実質的に0になるようにインピーダンスを調整する。更に、整合回路Mのインピーダンスを調整することで、アンテナ要素Antを介して送受信される電波の周波数(共振周波数又は整合周波数)を或る程度調整することができる。   The matching circuit M adjusts the impedance so that the energy loss is substantially zero between the antenna element Ant and the power feeding section OC. Furthermore, by adjusting the impedance of the matching circuit M, the frequency (resonance frequency or matching frequency) of radio waves transmitted and received via the antenna element Ant can be adjusted to some extent.

図2のUU線断面図に示されているように、アンテナ要素Antは地板G上に設けられた誘電体上の線状の線路として実現されてもよい。線状の線路以外の形態については、「4.2 板状アンテナを利用する変形例」において説明する。誘電体は適切な如何なる材料で形成されていてもよい。一例として、誘電体はガラスエポキシ樹脂により形成されたFR4(Flame Retardant Type 4)、セラミックス、テフロン(登録商標)等の材料で形成されていてもよい。アンテナ要素Antのパターンは適切な如何なる導電性の材料で形成されていてもよい。一例として、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、ステンレス等のような導電性材料を誘電体上にめっきすることで、アンテナ要素Antのパターンが形成されてもよい。導電性材料の導電率は、一例として、5.8×105(S/m)である。 As shown in the UU line sectional view of FIG. 2, the antenna element Ant may be realized as a linear line on a dielectric provided on the ground plane G. Forms other than the linear line will be described in “4.2 Modification Using Plate Antenna”. The dielectric may be made of any suitable material. As an example, the dielectric may be made of a material such as FR4 (Flame Retardant Type 4), ceramics, Teflon (registered trademark), etc. formed of glass epoxy resin. The pattern of the antenna element Ant may be formed of any suitable conductive material. As an example, the pattern of the antenna element Ant may be formed by plating a conductive material such as copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), stainless steel or the like on the dielectric. The conductivity of the conductive material is, for example, 5.8 × 10 5 (S / m).

<3.動作>
<<3.1 基本動作>>
図2に示すアンテナ装置の動作を説明する。上述したように、アンテナ要素Antは、基本周波数f1だけでなく、共振周波数f2にも共振する。
<3. Operation>
<< 3.1 Basic Operation >>
The operation of the antenna device shown in FIG. 2 will be described. As described above, the antenna element Ant resonates not only at the fundamental frequency f 1 but also at the resonance frequency f 2 .

図5はアンテナ装置が基本周波数f1で共振している様子を模式的に示す。矢印は電流の流れに対応する。アンテナ要素Antの一方端P1から他方端P2に至る延伸部extの長さは、基本周波数f1に対応する基本波長λ1の4分の1(=λ1/4)に等しい。基本波長λ1は、λ1=光速/f1の関係を満たす。アンテナ装置が基本周波数f1で共振している場合、アンテナ要素Antのうち、一方端P1、点A、点E、点B、点D、点F及び他方端P2の部分が、モノポールアンテナとして動作している。 FIG. 5 schematically shows how the antenna device resonates at the fundamental frequency f 1 . The arrow corresponds to the current flow. The length of the extending portion ext extending from one end P1 to the other end P2 of the antenna element Ant is equal to one quarter (= λ 1/4) of the fundamental wavelength λ 1 corresponding to the fundamental frequency f 1 . The fundamental wavelength λ 1 satisfies the relationship of λ 1 = light speed / f 1 . When the antenna device is resonating at the fundamental frequency f 1 , the part of one end P1, point A, point E, point B, point D, point F and the other end P2 of the antenna element Ant is a monopole antenna. It is working.

図6はアンテナ装置が共振周波数f2で共振している様子を模式的に示す。矢印は電流の流れに対応する。アンテナ要素Antのうち、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiにより形成されるループの部分が、共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。Lはループのインダクタンスを表す。共振周波数f2は基本周波数f1とは異なる。すなわち、アンテナ装置が共振周波数f2で共振している場合、ループの部分は、右側の等価回路図に示すようなLC共振回路を形成している。 Figure 6 shows how the antenna device is resonating at the resonance frequency f 2 schematically. The arrow corresponds to the current flow. Of the antenna element Ant, the portion of the loop formed by point E, point B, point D, point F, the other end P2, and the capacitor C i is the resonance frequency f 2 = [2π√ (L · C i )] Resonates at 1 . L represents the inductance of the loop. The resonance frequency f 2 is different from the fundamental frequency f 1. That is, when the antenna device is resonating at the resonance frequency f 2, part of the loop, forms a LC resonant circuit as shown in an equivalent circuit diagram of the right side.

図7は図2に示すアンテナ装置のSパラメータS11を様々な周波数について計算したシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、図2に示す延伸部extのうち点Aから点Bまでの距離が約49mmであり、点Bから点Dまでの距離が約2mmであり、延伸部extの線幅が約1mmであり、キャパシタCiの容量値が約3.6pFであるとした。SパラメータのうちS11は、アンテナ装置に入力された電波のうち反射された電波の強度に対応し、リーターンロス又は反射率と言及されてもよい。S11が大きい周波数の電波は反射されてしまうことを表す一方、S11が小さい周波数の電波は反射されないことを表す。すなわち、反射された電波はアンテナから出力されず、通信に使用することはできない。逆に、反射されない電波が、アンテナ装置における電流分布を形成する。従って、小さなS11をもたらす周波数(共振周波数)で電波を送受信することができる。 FIG. 7 shows simulation results of calculating the S parameter S 11 of the antenna apparatus shown in FIG. 2 for various frequencies. In the simulation, the distance from point A to point B in the extension part ext shown in FIG. 2 is about 49 mm, the distance from point B to point D is about 2 mm, and the line width of the extension part ext is about 1 mm. There, the capacitance value of the capacitor C i has to be about 3.6PF. Of the S parameters, S 11 corresponds to the intensity of the reflected radio wave among the radio waves input to the antenna device, and may be referred to as return loss or reflectance. S 11 indicates that radio waves with a high frequency are reflected, while S 11 indicates that radio waves with a low frequency are not reflected. That is, the reflected radio wave is not output from the antenna and cannot be used for communication. Conversely, unreflected radio waves form a current distribution in the antenna device. Therefore, it is possible to transmit and receive radio waves at a frequency (resonance frequency) resulting in small S 11.

図7に示す例の場合、0.8GHz(800MHz)付近でS11が小さくなっているのは、アンテナ装置が基本周波数f1で共振していることに対応する。更に、0.7GHz(700MHz)付近でS11が小さくなっているのは、アンテナ装置が共振波数f2で共振していることに対応する。従って、図7に示すようなSパラメータS11の特性を示すアンテナ装置により、700MHz帯に属する周波数キャリアと、800MHz帯に属する周波数キャリアとを同時に利用して無線通信を行うことが可能になる。 In the example shown in FIG. 7, the fact that S 11 is small near 0.8 GHz (800 MHz) corresponds to the fact that the antenna device resonates at the fundamental frequency f 1 . Further, the S 11 being small in the vicinity of 0.7 GHz (700 MHz) corresponds to the fact that the antenna device resonates at the resonance wave number f 2 . Accordingly, the antenna device showing the characteristics of the S parameter S 11 shown in FIG. 7, a frequency carrier belonging to 700MHz band, it is possible to perform radio communication by using a frequency carrier belonging to the 800MHz band simultaneously.

図8は図7に示す例に対する比較例を示す。図8は、図9に示すようなアンテナのSパラメータS11を示す。図9に示す構造は、図2に示す構造と同様であるが、他方端P2を点Eに結合するキャパシタCiが設けられていない点が異なる。このアンテナは図8に示すように基本周波数f1でしか共振しない。 FIG. 8 shows a comparative example with respect to the example shown in FIG. Figure 8 shows the antenna of S parameter S 11 shown in FIG. Structure shown in FIG. 9 is similar to the structure shown in FIG. 2, that the capacitor C i to couple the other end P2 in point E is not provided are different. This antenna resonates only at the fundamental frequency f 1 as shown in FIG.

図2に示すようなアンテナ装置は、他方端P2をキャパシタCiを介して延伸部extの点Eに結合するという簡易な構造により、モノポールアンテナと実質的に同じサイズで、複数の周波数に共振することができる。 The antenna device as shown in FIG. 2, by a simple structure of the other end P2 binds to a point E of the stretch portion ext via a capacitor C i, in the monopole antenna is substantially the same size, a plurality of frequency Can resonate.

図10は、キャパシタCi(i=1,2,3,4,5)の容量値を変化させた場合のシミュレーション結果を示す。C1=1pF、C2=2pF、C3=3pF、C4=4pF及びC5=5pFの5種類の容量値について、SパラメータS11が計算されている。シミュレーションでは、図2に示す延伸部extのうち点Aから点Bまでの距離が約49mmであり、点Bから点Dまでの距離が約2mmであり、線幅は約1mmであるとした。この点は図7のシミュレーションの場合と同じである。 FIG. 10 shows a simulation result when the capacitance value of the capacitor C i (i = 1, 2, 3, 4, 5) is changed. The S parameter S 11 is calculated for five types of capacitance values of C 1 = 1 pF, C 2 = 2 pF, C 3 = 3 pF, C 4 = 4 pF, and C 5 = 5 pF. In the simulation, the distance from the point A to the point B in the extended part ext shown in FIG. 2 is about 49 mm, the distance from the point B to the point D is about 2 mm, and the line width is about 1 mm. This is the same as in the simulation of FIG.

図10に示されているように、キャパシタCiの各々の値についてのSパラメータS11は、基本周波数及び共振周波数の2つの周波数で低い値を示し、これら2つの周波数で共振していることが分かる。例えばキャパシタCiの容量値が1pFから5pFまで増えるにつれて(キャパシタンスの値がC1、C2、C3、C4、C5の順に変化する場合に)、共振する周波数は徐々に低くなっている。例えば、基本周波数に関する共振の場合、キャパシタンスがC1=1pF〜5pFであるときの基本周波数は約1.2GHz〜1.7GHzの範囲内で徐々に減少している。共振周波数についても、キャパシタンスがC1=1pFから5pFまで増えるにつれて、0.75GHz〜1.2GHzの範囲内で徐々に減少している。これらは、共振する周波数が[2π√(L・Ci)]-1に従うという理論に合致する。 As shown in FIG. 10, S parameters S 11 for each of the values of the capacitors C i indicates a low value at the two frequencies of the fundamental frequency and the resonance frequency, that resonates at two frequencies I understand. For example (in the case where the value of the capacitance changes in the order of C 1, C 2, C 3 , C 4, C 5) as increases from the capacitance value 1pF capacitor C i to 5 pF, so the frequency of resonance gradually decreases Yes. For example, in the case of resonance related to the fundamental frequency, the fundamental frequency when the capacitance is C 1 = 1 pF to 5 pF gradually decreases within a range of about 1.2 GHz to 1.7 GHz. The resonance frequency also gradually decreases within the range of 0.75 GHz to 1.2 GHz as the capacitance increases from C 1 = 1 pF to 5 pF. These agree with the theory that the resonant frequency follows [2π√ (L · C i )] −1 .

図10に示す例ではキャパシタCiの容量値は5種類しか示されていないが、他の様々な容量値について、Sパラメータのグラフを描くことが可能である。すなわち、キャパシタCiの何らかの容量値について、SパラメータS11が低くなる周波数(共振周波数)が存在し、容量値が増加するにつれて共振周波数は低くなり、容量値が減少するにつれて共振周波数は高くなる。逆に、或る周波数が共振周波数となるように、SパラメータS11を低くする容量値が存在し、共振周波数が高くなるにつれて容量値は減少し、共振周波数が低くなるにつれて容量値は増加する。 Although only shown capacitance value five capacitors C i in the example shown in FIG. 10, for a variety of other capacitance values, it is possible to draw a graph of S-parameters. That is, for any value of the capacitance of the capacitor C i, there are S-parameter S 11 becomes lower frequency (resonant frequency), the resonance frequency as the capacitance value increases is lower, the resonance frequency as the capacitance value decreases is higher . Conversely, as a certain frequency is the resonance frequency, there is capacitance value to lower the S parameter S 11, the capacitance value as the resonance frequency becomes higher is reduced and the capacitance value as the resonance frequency becomes lower increases .

<<3.2 切り離しモデル>>
図2のアンテナ要素Antのうち、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiにより形成されるループの部分が共振している場合、ループの部分は他の部分から見るとハイインピーダンス状態(インピーダンスが高い状態)になっている。ある回路がハイインピーダンス状態である場合、その回路(すなわち、ループの部分)は他の部分から物理的に切り離されたのと同じ状態になっているはずである。これを検証するため、図11に示すように、アンテナ要素Antが或る場所αで物理的に切断されたモデル(切り離しモデル又は分離モデル)についてシミュレーションを行う。図11に示す構造は、場所αで切断されている点を除いて、図2に示す構造と同じである。場所αは、アンテナ要素Antにおいて、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiによるループの部分とそれ以外の部分との間の境界に存在する。
<< 3.2 Separation model >>
Among the antenna elements Ant in FIG. 2, point E, point B, and point D, point F, the portion of the loop formed by the other end P2 and the capacitor C i resonating, from the portion of the loop other portions When it sees, it is in a high impedance state (state where impedance is high). If a circuit is in a high impedance state, that circuit (ie, the portion of the loop) should be in the same state as it was physically disconnected from the other portion. In order to verify this, as shown in FIG. 11, a simulation is performed on a model (detached model or separated model) in which the antenna element Ant is physically cut at a certain location α. The structure shown in FIG. 11 is the same as the structure shown in FIG. 2 except that the structure is cut at a location α. The location α exists in the antenna element Ant at the boundary between the point E, the point B, the point D, the point F, the other end P2, and the part of the loop formed by the capacitor C i and the other part.

図12は、図11に示すような切り離しモデルにおいて、キャパシタCi(i=1,2,3,4,5)の容量値を変化させた場合のシミュレーション結果を示す。C1=0.5pF、C2=1.125pF、C3=1.75pF、C4=2.375pF及びC5=3pFの5種類の容量値について、SパラメータS11のシミュレーションが行われている。シミュレーションでは、延伸部extのうち点Aから点Bまでの距離が50mmであり、点Bから点Dまでの距離が5mmであり、線幅は1mmであるとした。この点は図7のシミュレーションの場合と同じである。 FIG. 12 shows a simulation result when the capacitance value of the capacitor C i (i = 1, 2, 3, 4, 5) is changed in the separation model as shown in FIG. The S parameter S 11 is simulated for five types of capacitance values, C 1 = 0.5 pF, C 2 = 1.125 pF, C 3 = 1.75 pF, C 4 = 2.375 pF, and C 5 = 3 pF. In the simulation, the distance from the point A to the point B in the extended part ext is 50 mm, the distance from the point B to the point D is 5 mm, and the line width is 1 mm. This is the same as in the simulation of FIG.

図12に示されているように、キャパシタCiの各々の値についてのSパラメータS11は、アンテナ装置が、約1.7GHzの基本周波数で共振している。図2に示すような物理的に切り離されていないアンテナ装置の場合、基本周波数f1 (非分離)に対応する波長λ1 (非分離)の4分の1は、一方端P1から他方端P2までの長さに等しい。これに対して、図11に示すような切り離しモデルの場合、基本周波数f1 (分離)に対応する波長λ1 (分離)の4分の1は、一方端P1から分離点αまでの長さに等しい。従って、波長λ1 (非分離)の方がループの分だけ波長λ1 (分離)より長い(波長λ1 (非分離)>波長λ1 (分離))。これは、f1 (非分離)<f1 (分離)であることを意味する。実際、キャパシタCiの値が3.36pFであった場合、図10に示すように基本周波数f1 (非分離)は約1.3GHzであった。これに対して、切り離しモデルの場合、図12に示すように基本周波数f1 (分離)は約1.7GHzであり、f1 (非分離)<f1 (分離)が成立している。 As shown in FIG. 12, the S parameter S 11 for each value of the capacitor C i indicates that the antenna device resonates at a fundamental frequency of about 1.7 GHz. In the case of an antenna device that is not physically separated as shown in FIG. 2, a quarter of the wavelength λ 1 (non-separated) corresponding to the fundamental frequency f 1 (non-separated) is from one end P1 to the other end P2. Equal to the length of In contrast, in the case of the separation model shown in FIG. 11, a quarter of the wavelength λ 1 (separation) corresponding to the fundamental frequency f 1 (separation) is the length from one end P1 to the separation point α. be equivalent to. Accordingly, the wavelength λ 1 (non-separated) is longer than the wavelength λ 1 (separated) by the amount of the loop (wavelength λ 1 (non-separated) > wavelength λ 1 (separated) ). This means that f 1 (non-separated) <f 1 (separated) . In fact, if the value of the capacitor C i was 3.36PF, fundamental frequency f 1 (non-separation) as shown in FIG. 10 was about 1.3GHz. On the other hand, in the case of the separation model, as shown in FIG. 12, the fundamental frequency f 1 (separation) is about 1.7 GHz, and f 1 (non-separation) <f 1 (separation) holds.

更に、図11に示すアンテナ装置は、図12に示されているように、キャパシタCiの値に応じた共振周波数でも共振している。キャパシタンスCiの値が0.5pFから3pFまで増えるにつれて(キャパシタンスの値がC1、C2、C3、C4、C5の順に変化する場合に)、共振を起こす周波数は徐々に低くなっている。例えば、キャパシタンスがC1=0.5pFであるときの共振周波数は約2.1GHzであり、キャパシタンスがC2=1.125pFであるときの共振周波数は約1.5GHzであり、キャパシタンスがC3=1.75pF、C4=2.375pF、C5=3pFのように増えるにつれて、基本周波数は徐々に減少している。これは、共振周波数が[2π√(L・Ci)]-1に従うという理論に合致する。 Furthermore, the antenna apparatus shown in FIG. 11, as shown in FIG. 12, resonating at a resonance frequency corresponding to the value of the capacitor C i. As the value of capacitance C i increases from 0.5 pF to 3 pF (when the value of capacitance changes in the order of C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 ), the frequency causing resonance gradually decreases. Yes. For example, the resonance frequency when the capacitance is C 1 = 0.5 pF is about 2.1 GHz, the resonance frequency when the capacitance is C 2 = 1.125 pF is about 1.5 GHz, and the capacitance is C 3 = 1.75 pF, As C 4 = 2.375 pF and C 5 = 3 pF, the fundamental frequency gradually decreases. This is consistent with the theory that the resonant frequency follows [2π√ (L · C i )] −1 .

図12に示す例でもキャパシタCiの容量値は5種類しか示されていないが、他の様々な容量値について、SパラメータS11のグラフを描くことが可能である。すなわち、キャパシタCiの何らかの容量値について、SパラメータS11が低くなる周波数(共振周波数)が存在し、容量値が増加するにつれて共振周波数は低くなり、容量値が減少するにつれて共振周波数は高くなる。共振周波数及び容量値の関係に関し、図12に示す例は図10に示す例と同様な性質を示すので、切り離しモデルの妥当性が裏付けられる。 Capacitance value of the capacitor C i has not been shown only five in the example shown in FIG. 12, but for a variety of other capacitance values, it is possible to draw a graph of S-parameters S 11. That is, for any value of the capacitance of the capacitor C i, there are S-parameter S 11 becomes lower frequency (resonant frequency), the resonance frequency as the capacitance value increases is lower, the resonance frequency as the capacitance value decreases is higher . With respect to the relationship between the resonance frequency and the capacitance value, the example shown in FIG. 12 shows the same properties as the example shown in FIG. 10, and thus the validity of the separation model is supported.

図13は図2に示すようなアンテナ装置が共振周波数で共振している場合の電流分布を示す。図14は図11に示すような切り離しモデルによるアンテナ装置が共振周波数で共振している場合の電流分布を示す。ただし、図13及び図14の何れにおいても、他方端P2はキャパシタCiを介して点Eに接続されているが、図示の簡明化を図るため、キャパシタCiは図示されていない点に留意を要する。図13及び図14を参照すると、両者がかなり類似していることが分かる。このことからも、切り離しモデルは、実施の形態によるアンテナ装置の共振状態を適切に表現していると言える。 FIG. 13 shows a current distribution when the antenna device as shown in FIG. 2 resonates at the resonance frequency. FIG. 14 shows a current distribution when the antenna device based on the separation model as shown in FIG. 11 resonates at the resonance frequency. However, in any of FIGS. 13 and 14, but the other terminal P2 is connected to the point E via a capacitor C i, for convenience and ease of illustration, note that the capacitor C i is not shown Cost. Referring to FIGS. 13 and 14, it can be seen that both are quite similar. Also from this, it can be said that the separation model appropriately represents the resonance state of the antenna device according to the embodiment.

実施の形態のアンテナ装置によれば、基本周波数f1で共振するモノポールアンテナ(アンテナ要素Ant)の他方端P2をキャパシタCiを介して延伸部extに結合するという簡易な構成により、基本周波数f1とは異なる共振周波数f2でも共振することができる。モノポールアンテナに対して追加する部材はキャパシタCiに過ぎないので、実施の形態によるアンテナ装置は、モノポールアンテナと実質的に同じサイズで済む。特に、アンテナ装置が同一周波数バンドに属する複数のキャリア周波数に共振しなければならない場合であっても、アンテナ装置のサイズを小型にすることができる。 According to the antenna device of the embodiment, a simple configuration of the other end P2 of the monopole antenna which resonates at the fundamental frequency f 1 (antenna elements Ant) is coupled to the extending portion ext via a capacitor C i, the fundamental frequency Resonance can be achieved even at a resonance frequency f 2 different from f 1 . Since members to be added relative to the monopole antenna is only the capacitor C i, an antenna device according to the embodiment, requires only monopole antenna is substantially the same size. In particular, even when the antenna device has to resonate with a plurality of carrier frequencies belonging to the same frequency band, the size of the antenna device can be reduced.

<4.変形例>
<<4.1 アンテナ形状についての変形例>>
実施の形態によるアンテナ装置は、図2に示す例に限定されず、様々な形態で実現されてよい。
<4. Modification>
<< 4.1 Modified Example of Antenna Shape >>
The antenna device according to the embodiment is not limited to the example shown in FIG. 2, and may be realized in various forms.

図15は他の例との比較のため図2に示すアンテナ装置と同じ形態を示す。一方端P1と給電部OCとの間には、実際には整合回路Mが存在するが、図示の簡明化のため整合回路Mは図示されていない点に留意を要する。上述したように、アンテナ装置は、一方端P1から他方端P2に至る延伸部extにより基本周波数f1で共振する一方、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiによるループの部分により共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。 FIG. 15 shows the same form as the antenna device shown in FIG. 2 for comparison with other examples. On the other hand, a matching circuit M actually exists between the end P1 and the power feeding section OC, but it should be noted that the matching circuit M is not shown for the sake of simplicity. As described above, the antenna device resonates at the fundamental frequency f 1 by the extending portion ext extending from one end P1 to the other end P2, while the point E, point B, point D, point F, the other end P2, and the capacitor C i. Resonance occurs at the resonance frequency f 2 = [2π√ (L · C i )] −1 due to the loop portion.

図16はキャパシタCiが延伸部の点Eと点Bとの間に設けられている例を示す。この例の場合、アンテナ装置は、一方端P1から点A、点E、キャパシタCi、点B、点Hに至る部分により基本周波数f1で共振する一方、点E、キャパシタCi、点B、点D、点F、他方端P2及び点Eのループの部分により共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。 Figure 16 shows an example in which capacitor C i is provided between the E and the point B in terms of extending portion. In the case of this example, the antenna device resonates at the fundamental frequency f 1 by the part from one end P1 to point A, point E, capacitor C i , point B, point H, while point E, capacitor C i , point B Resonant at a resonance frequency f 2 = [2π√ (L · C i )] −1 by the loop portion of the point D, the point F, the other end P2, and the point E.

図17は図15に示す例において、点Fと点Kが結合された例を示す。この例の場合、アンテナ装置は、延伸部extのうち、一方端P1から点A、点K、点E、点B、点Dに至る部分と、一方端P1、点A、点K、点J、点F、点Dに至る部分とにより基本周波数f1で共振する。すなわち、点Aから点Kに至る電流は、点Eの側と点Jの側とに分岐し点Dに至る一方、逆に点Jから点Kに至る電流と点Eから点Kに至る電流とは点Kにおいて合流し、点Aに至る。更に、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiによるループの部分が共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。 FIG. 17 shows an example in which point F and point K are combined in the example shown in FIG. In the case of this example, the antenna device has a part extending from one end P1 to point A, point K, point E, point B, point D and one end P1, point A, point K, point J of the extension part ext. , And the portion reaching point F and point D resonates at the fundamental frequency f 1 . That is, the current from point A to point K branches to the point E side and the point J side and reaches point D, while the current from point J to point K and the current from point E to point K Joins at point K and reaches point A. Further, the point E, the point B, the point D, the point F, the other end P2, and the loop portion of the capacitor C i resonate at the resonance frequency f 2 = [2π√ (L · C i )] −1 .

図15、図16、図17に示すアンテナ装置は2つの周波数に共振しているが、実施の形態は2共振に限定されず、3つ以上の周波数に共振することも可能である。   Although the antenna device shown in FIGS. 15, 16, and 17 resonates at two frequencies, the embodiment is not limited to two resonances, and can resonate at three or more frequencies.

図18は図15に示すようなループを2つ重ね合わせた例を示す。図18に示す例の場合、延伸部extは、一方端P1と他方端P2との間で(より正確には、点Aと点Eとの間で)別のループを形成するように分岐し、別のループの途中に別のキャパシタCjが設けられている。アンテナ装置は、一方端P1から点A、点E、点B、点D、点F、他方端P2に至る部分により基本周波数f1で共振する一方、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiによるループの部分により共振周波数f2=[2π√(Li・Ci)]-1で共振する。Liはループの部分のインダクタンスである。ここまでは、図15に示す例と同じである。 FIG. 18 shows an example in which two loops as shown in FIG. 15 are overlapped. In the case of the example shown in FIG. 18, the extending portion ext branches to form another loop between the one end P1 and the other end P2 (more precisely, between the point A and the point E). Another capacitor C j is provided in the middle of another loop. The antenna device resonates at the fundamental frequency f 1 by the part from one end P1 to point A, point E, point B, point D, point F, and the other end P2, while point E, point B, point D, point F Then, resonance occurs at the resonance frequency f 2 = [2π√ (L i · C i )] −1 by the loop portion formed by the other end P2 and the capacitor C i . L i is the inductance of the loop portion. The steps so far are the same as the example shown in FIG.

更に、図18に示すアンテナ装置の場合、延伸部extのうち、点EE、点BB、点DD、点FF、他方端PP2及びキャパシタCjによるループの部分が、共振周波数f3=[2π√(Lj・Cj)]-1で共振する。Ljは点EE、点BB、点DD、点FF、他方端PP2及びキャパシタCjによるループのインダクタンスである。インダクタンスLiとLjは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、基本周波数f1、共振周波数f2、及び共振周波数f3は互いに異なっていることを要する。 Further, when the antenna device shown in FIG. 18, of the extending portion ext, point EE, point BB, the point DD, point FF, the portion of the loop by the other end PP2 and the capacitor C j, the resonance frequency f 3 = [2 ?? (L j · C j )] Resonates at -1 . L j is the inductance of the loop formed by point EE, point BB, point DD, point FF, the other end PP2, and capacitor C j . The inductances L i and L j may be the same or different. However, the fundamental frequency f 1 , the resonance frequency f 2 , and the resonance frequency f 3 need to be different from each other.

図19は図15に示す例において、点Bからモノポールアンテナを延伸させた例を示す。図19に示す例の場合、アンテナ装置は、一方端P1から点A、点E、点B、点D、点F、他方端P2に至る部分により基本周波数f1で共振する一方、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiのループにより共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。ここまでは、図15に示す例と同じである。 FIG. 19 shows an example in which the monopole antenna is extended from point B in the example shown in FIG. In the case of the example shown in FIG. 19, the antenna device resonates at a fundamental frequency f 1 by a portion from one end P1 to point A, point E, point B, point D, point F, and the other end P2, while point E, Resonance occurs at a resonance frequency f 2 = [2π√ (L · C i )] −1 by the loop of point B, point D, point F, the other end P2, and the capacitor C i . The steps so far are the same as the example shown in FIG.

更に、図19に示すアンテナ装置の場合、延伸部extは点Bにおいて点Dの側と点BBの側に分岐している。従って、一方端P1から点A、点E、点B、点BB、点DD、点FF、他方端PP2に至る部分は、第3の共振周波数f3で共振する。第3の共振周波数f3に対応する第3の共振波長λ3の4分の1の長さは、一方端P1から点A、点E、点B、点BB、点DD、点FF、他方端PP2に至る経路の長さに等しい。図18の例の場合と同様に、基本周波数f1、共振周波数f2、及び共振周波数f3は互いに異なっていることを要する。 Further, in the case of the antenna device shown in FIG. 19, the extending portion ext branches at the point B to the point D side and the point BB side. Thus, whereas the point from the end P1 A, point E, point B, point BB, the point DD, point FF, the portion extending to the other end PP2 resonates at third resonant frequency f 3. The length of the quarter of the third resonance wavelength λ 3 corresponding to the third resonance frequency f 3 is from the one end P1, point A, point E, point B, point BB, point DD, point FF, the other Equal to the length of the path to the end PP2. As in the case of the example of FIG. 18, the fundamental frequency f 1 , the resonance frequency f 2 , and the resonance frequency f 3 need to be different from each other.

図15ないし図19に示す例は単なる具体例に過ぎず、アンテナ装置の他の様々な形態が可能である。ただし、何れの例においても、延伸部extの一部はループを形成し、そのループの途中にキャパシタが設けられている。   The examples shown in FIGS. 15 to 19 are merely specific examples, and various other forms of the antenna device are possible. However, in any example, a part of the extending portion ext forms a loop, and a capacitor is provided in the middle of the loop.

<<4.2 板状アンテナを利用する変形例>>
図2ないし図6、及び図15ないし図19に示す例において、延伸部extは、線状の線路で形成されてもよい。或いは、図20に示すように、板状の線路で形成された延伸部extの断面の形状が、図2ないし図6、及び図15ないし図19に示すような形状になっていてもよい。この場合も他方端P2は延伸部extにキャパシタCiを介して容量結合されている。図20では個別素子による容量結合の例が示されているが、図3に示すような分布定数回路により容量結合が行われてもよい。板状の線路が使用される場合、一方端P1から、点A(辺A)、点B(辺B)、点D(辺D)、点F(辺F)及び他方端P2に至るまでの距離と、線路の幅wとの合計が、基本波長λ1の4分の1の長さに等しければ、基本周波数f1の共振が生じる。従って、板状のアンテナを利用することは、アンテナ装置の更なる小型化を図る等の観点から好ましい。
<< 4.2 Modification Using Plate Antenna >>
In the examples shown in FIGS. 2 to 6 and FIGS. 15 to 19, the extending portion ext may be formed by a linear line. Alternatively, as shown in FIG. 20, the cross-sectional shape of the extending portion ext formed by the plate-like line may be a shape as shown in FIGS. 2 to 6 and FIGS. 15 to 19. The other end P2 also in this case are capacitively coupled via a capacitor C i to the extending portion ext. Although FIG. 20 shows an example of capacitive coupling by individual elements, capacitive coupling may be performed by a distributed constant circuit as shown in FIG. When a plate-like line is used, from one end P1 to point A (side A), point B (side B), point D (side D), point F (side F) and the other end P2 the distance, the sum of the width w of the line is equal to the length of one quarter of the fundamental wavelength lambda 1, the resonance of the fundamental frequency f 1 is generated. Therefore, it is preferable to use a plate-like antenna from the viewpoint of further downsizing the antenna device.

<<4.3 ダイポールアンテナを利用する変形例>>
図2ないし図6、図15ないし図20に示す例では、基本周波数f1(基本波長λ1)で共振するアンテナ要素Antが、モノポールアンテナを形成していたが、実施の形態はモノポールアンテナに限定されず、ダイポールアンテナが形成されてもよい。
<< 4.3 Modified Example Using Dipole Antenna >>
In the examples shown in FIG. 2 to FIG. 6 and FIG. 15 to FIG. 20, the antenna element Ant that resonates at the fundamental frequency f1 (fundamental wavelength λ1) forms a monopole antenna. Without limitation, a dipole antenna may be formed.

図21は、ダイポールアンテナによりアンテナ装置を形成した例を示す。一方端P1、PP1と給電部OCとの間には、実際には整合回路Mが存在するが、図示の簡明化のため整合回路Mは図示されていない点に留意を要する。アンテナ装置は、一方端P1から点A、点E、点B、点D、点F、他方端P2と一方端PP1から点AA、点EE、点BB、点DD、点FF、他方端PP2に至る延伸部extにより基本周波数f1で共振する一方、点E、点B、点D、点F、他方端P2及びキャパシタCiによるループの部分により共振周波数f2=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。同様に、アンテナ装置は、点EE、点BB、点DD、点FF、他方端PP2及びキャパシタCiによるループの部分により共振周波数f3=[2π√(L・Ci)]-1で共振する。 FIG. 21 shows an example in which an antenna device is formed by a dipole antenna. On the other hand, a matching circuit M actually exists between the terminals P1 and PP1 and the power feeding section OC, but it should be noted that the matching circuit M is not shown for the sake of simplicity. The antenna device is connected from one end P1 to point A, point E, point B, point D, point F, the other end P2 and one end PP1 to point AA, point EE, point BB, point DD, point FF, and the other end PP2. Resonant at the fundamental frequency f 1 due to the extending part ext, while the resonance frequency f 2 = [2π√ (L ・ C) due to the loop part by point E, point B, point D, point F, the other end P2 and capacitor C i i )] Resonates at -1 . Similarly, the antenna device resonates at the resonance frequency f 3 = [2π√ (L · C i )] −1 due to the loop portion of the point EE, the point BB, the point DD, the point FF, the other end PP2, and the capacitor C i. To do.

一方端P1から点A、点E、点B、点D、点F、他方端P2に至るまでの長さは基本波長の4分の1に等しく、一方端PP1から点AA、点EE、点BB、点DD、点FF、他方端PP2に至るまでの長さも基本波長の4分の1に等しい。従って図21に示すアンテナ装置は基本周波数f1で共振する場合、ダイポールアンテナとして動作する。 The length from one end P1 to point A, point E, point B, point D, point F and the other end P2 is equal to one quarter of the fundamental wavelength, and from one end PP1 to point AA, point EE, point The length from BB, point DD, point FF to the other end PP2 is also equal to a quarter of the fundamental wavelength. Therefore, the antenna device shown in FIG. 21 operates as a dipole antenna when resonating at the fundamental frequency f 1 .

なお、アンテナ装置の小型化を図る観点からは、図2ないし図6、図15ないし図20に示すようにモノポールアンテナを形成することが好ましい。   From the viewpoint of reducing the size of the antenna device, it is preferable to form a monopole antenna as shown in FIGS. 2 to 6 and FIGS. 15 to 20.

<<4.4 スイッチを利用する変形例>>
図22は、スイッチSを利用して、他方端P2と点Eとを結合するキャパシタを切り替えることが可能なアンテナ装置の例を示す。図示の例の場合、スイッチSは、C1ないしC5の5種類の容量値のうち何れか1つを選択することが可能である。キャパシタの容量値の種類は任意である。
<< 4.4 Modification Using Switch >>
FIG. 22 shows an example of an antenna device that can switch the capacitor that couples the other end P2 and the point E using the switch S. In the case of the illustrated example, the switch S can select any one of the five types of capacitance values C 1 to C 5 . The type of capacitance value of the capacitor is arbitrary.

<5.Sパラメータ、効率及び共振周波数の相互関係>
次に、所望の複数のキャリア周波数の電波を同時に送受信できるアンテナ装置を設計する設計手順を説明する。具体的な設計手順を説明する前に、SパラメータS11、効率η及び共振周波数の相互関係を説明する。
<5. Interrelationship between S-parameters, efficiency and resonance frequency>
Next, a design procedure for designing an antenna device that can simultaneously transmit and receive radio waves of a plurality of desired carrier frequencies will be described. Before describing a specific design procedure, the correlation among S parameter S 11 , efficiency η, and resonance frequency will be described.

図10を参照しながら説明したように、図2に示すような構造のアンテナ装置の場合、SパラメータS11は、基本周波数f1の場合だけでなく、キャパシタンスに依存する共振周波数f2(=[2π√(L・Ci)]-1)でも低い値を示す。SパラメータS11は入射波のうち反射された結果、通信には利用できない電波の強度を示し、リーターンロス又は反射率と言及されてもよい。 As described with reference to FIG. 10, in the case of the antenna device having the structure as shown in FIG. 2, the S parameter S 11 is not only the fundamental frequency f 1 but also the resonance frequency f 2 (= [2π√ (L · C i )] −1 ) shows a low value. S parameter S 11 is the result of the reflection of the incident wave, the communication indicates the intensity of the radio wave is not available, may be referred to as Lee turns loss or reflectance.

図10を参照しながら説明したSパラメータS11の周波数依存性によれば、次のことが言える。キャパシタCiの何らかの容量値について、SパラメータS11が低くなる周波数(共振周波数)が存在し、容量値が増加するにつれて共振周波数は低くなり、容量値が減少するにつれて共振周波数は高くなる。逆に、或る周波数が共振周波数となるように、SパラメータS11を低くする容量値が存在し、共振周波数が高くなるにつれて容量値は減少し、共振周波数が低くなるにつれて容量値は増加する。 According to the frequency dependence of the S parameter S 11 described with reference to FIG. 10, the following can be said. For some value of the capacitance of the capacitor C i, there are S-parameter S 11 becomes lower frequency (resonance frequency), becomes the resonance frequency decreases as the capacitance value increases, the resonance frequency as the capacitance value decreases is higher. Conversely, as a certain frequency is the resonance frequency, there is capacitance value to lower the S parameter S 11, the capacitance value as the resonance frequency becomes higher is reduced and the capacitance value as the resonance frequency becomes lower increases .

SパラメータS11の周波数依存性は、給電部OCとアンテナ要素Antとの間に設けられた整合回路Mのインピーダンスを調整することによっても或る程度制御できる。すなわち、整合回路Mを調整することで、低いS11をもたらす周波数(共振周波数)の値を制御することができる。具体的には、図10に示すようなグラフを周波数軸方向に或る程度ずらすことができる。 Frequency dependence of the S parameter S 11 can to some extent controlled also by adjusting the impedance of the matching circuit M provided between the feeding portion OC and the antenna elements Ant. In other words, by adjusting the matching circuit M, it is possible to control the value of the frequency (resonance frequency) resulting in low S 11. Specifically, the graph as shown in FIG. 10 can be shifted to some extent in the frequency axis direction.

一方、アンテナに入力された電力Pinとアンテナから出力される電力Poutとの比率(より具体的には、比率の常用対数(10log10[Pout/Pin]))は、整合損がない状態での効率η[dB]を表す。「整合損がない」とは、アンテナ要素Antと給電部OCとが整合した状態で接続されていることを示す。従って、整合損がない状態での効率ηは、整合回路Mをどのように調整しても不変である。 On the other hand, the ratio between the power P in input to the antenna and the power P out output from the antenna (more specifically, the common logarithm of the ratio (10log 10 [P out / P in ])) It represents the efficiency η [dB] in the absence. “No matching loss” indicates that the antenna element Ant and the feeding section OC are connected in a matched state. Therefore, the efficiency η in a state where there is no matching loss is unchanged regardless of how the matching circuit M is adjusted.

図23は整合損がない状態での効率ηの周波数依存性を示す。アンテナに入力された電力Pinとアンテナから出力される電力Poutとが等しい場合、効率ηは最大となり、0[dB]を示す。図23に示されているように、0.7GHz(700MHz)ないし0.9GHz(900MHz)の周波数範囲では、キャパシタの容量値がC1=1pF、C2=2pF又はC3=3pFである場合には良い効率η(0dB付近の値)を示すが、キャパシタの容量値がC4=4pFであった場合、850MHz付近で効率ηが悪くなっている。同様に、キャパシタの容量値がC5=5pFであった場合、730MHz付近で効率ηが悪くなっている。効率ηの良否を判断するための閾値は、例えば-5dBである。 FIG. 23 shows the frequency dependence of the efficiency η with no matching loss. When the power P in input to the antenna is equal to the power P out output from the antenna, the efficiency η is the maximum, indicating 0 [dB]. As shown in Figure 23, in the frequency range of 0.7 GHz (700 MHz) to 0.9 GHz (900 MHz), if the capacitance value of the capacitor is C 1 = 1 pF, C 2 = 2 pF or C 3 = 3 pF Although a good efficiency η (a value near 0 dB) is shown, when the capacitance value of the capacitor is C 4 = 4 pF, the efficiency η is poor near 850 MHz. Similarly, when the capacitance value of the capacitor is C 5 = 5 pF, the efficiency η is degraded near 730 MHz. The threshold value for determining whether the efficiency η is good is, for example, −5 dB.

しかしながら、図10を参照すると、キャパシタの容量値がC4=4pFであった場合、850MHzの周波数は小さなSパラメータS11をもたらす共振周波数である。同様に、キャパシタの容量値がC5=5pFであった場合、730MHzの周波数も小さなSパラメータS11をもたらす共振周波数である。 However, referring to FIG. 10, when the capacitance value of the capacitor is C 4 = 4 pF, the frequency of 850 MHz is a resonance frequency that provides a small S parameter S 11 . Similarly, when the capacitance value of the capacitor is C 5 = 5 pF, the frequency of 730 MHz is also a resonance frequency that provides a small S parameter S 11 .

従って、図10及び図23のシミュレーション結果を総合すると、整合損がない状態での効率η(図23)は、小さな値のSパラメータS11をもたらす共振周波数において悪い値しか示さない、ということが分かる。このような傾向は、キャパシタの容量値がC4又はC5の場合だけでなく、他の任意の容量値についても当てはまる。 Therefore, from the overall simulation results of FIGS. 10 and 23, the efficiency in the absence of integrity loss eta (Figure 23) shows only bad value at the resonant frequency resulting S-parameter S 11 of small value, it means that I understand. Such a tendency applies not only when the capacitance value of the capacitor is C 4 or C 5 but also for any other capacitance value.

小さな値のSパラメータS11をもたらす共振周波数が、最良の効率ηをもたらさないことは、次のように考えることができる。アンテナが共振周波数で共振している場合、図6に示すように、点E、点B、点D、点F、他方端P2、及びキャパシタCiにより形成されるループの部分が共振している。この場合、点Eから点Bに至る電流と、点Dから点Fに至る電流とは、大きさが等しく向きが反対なので、互いに相殺されてしまう。互いに相殺される電流による電力は熱エネルギとして散逸し、共振周波数において悪い値の効率ηを招いてしまう。アンテナ要素Antを形成する導体は理想的には無限大の導電率(及びゼロである抵抗率)を有するが、実際には有限の導電率(及び有限の抵抗率)を有し、アンテナ要素Antを流れる電力の一部が熱エネルギとして損失される。 It can be considered as follows that the resonance frequency that results in a small value of the S parameter S 11 does not yield the best efficiency η. When the antenna is resonating at the resonance frequency, as shown in FIG. 6, the point E, the point B, the point D, a point F, and the other end P2, and the portion of the loop formed by the capacitor C i resonating . In this case, the current from the point E to the point B and the current from the point D to the point F are equal in magnitude and opposite to each other, and thus cancel each other. The power due to the currents that cancel each other is dissipated as thermal energy, leading to a bad efficiency η at the resonant frequency. The conductors forming the antenna element Ant ideally have infinite conductivity (and a resistivity that is zero), but in practice have a finite conductivity (and finite resistivity), and the antenna element Ant A part of the electric power flowing through is lost as heat energy.

図24は、小さな値のSパラメータS11をもたらす共振周波数fx、fyが、整合損のない状態での効率η(f=fx)、η(f=f7)を最大にはしない(むしろ悪化させる)様子を模式的に示す。ただし、容量値に依存する共振周波数に着目しているので、基本周波数に関するグラフは省略されている点に留意を要する。fxは、キャパシタの容量値がCxである場合に小さなSパラメータS11をもたらす周波数(共振周波数)である。fyは、キャパシタの容量値がCyである場合に小さなSパラメータS11をもたらす周波数(共振周波数)である。 FIG. 24 shows that the resonance frequencies f x and f y resulting in a small value of the S parameter S 11 do not maximize the efficiency η (f = f x ) and η (f = f 7 ) without matching loss. A (slightly worsening) appearance is shown schematically. However, since attention is paid to the resonance frequency depending on the capacitance value, it should be noted that the graph regarding the fundamental frequency is omitted. f x is a frequency (resonance frequency) that provides a small S parameter S 11 when the capacitance value of the capacitor is C x . f y is the frequency that provides the small S-parameters S 11 and the capacitance value of the capacitor is C y (resonance frequency).

従って、図2に示すアンテナ装置においてCxの容量値のキャパシタを用いてループを形成し、周波数fxで共振させたとしても、そのままでは効率ηが悪いので、適切に電波を送受信することはできない。例えば、所望のキャリア周波数がfxであった場合、キャリア周波数fxにおいて小さなSパラメータS11をもたらす容量値Cxを有するキャパシタを用いてループを形成したとしても、所望のキャリア周波数fxで適切に電波を送受信することはできない。 Therefore, to form a loop with a capacitor of capacitance value of C x in the antenna device shown in FIG. 2, even when allowed to resonate at the frequency f x, so as is the efficiency η is poor, to send and receive properly radio waves Can not. For example, if the desired carrier frequency was f x, even to form a loop with a capacitor having a capacitance value C x bring small S parameter S 11 in the carrier frequency f x, at the desired carrier frequency f x It cannot properly transmit and receive radio waves.

そこで、実施の形態では、所望のキャリア周波数fxで電波を送受信する場合、キャパシタの容量値をCxではなく、別の共振周波数fyをもたらす容量値Cyに設定する。図24の効率ηのグラフに示されているように、キャパシタの容量値がCyである場合(図24において「・・・」で示したグラフの場合)、周波数fxにおける効率ηは良い値を示す。 Therefore, in the embodiment, when sending and receiving radio waves with a desired carrier frequency f x, rather than C x value of the capacitance of the capacitor is set to the capacitance value C y resulting in different resonance frequency f y. As shown in the graph of the efficiency η of Figure 24, (in the case of the graph indicated by "..." in FIG. 24) when the capacitance value of the capacitor is C y, efficiency η good at frequency f x Indicates the value.

次に、キャパシタの容量値がCyである場合のSパラメータS11が、所望のキャリア周波数fxで小さな値になるように、整合回路Mが調整される。上述したように、SパラメータS11の周波数依存性は整合回路を調整することによって或る程度制御できる一方、整合損がない状態での効率ηの周波数依存性は、整合回路をどのように調整しても不変である。従って、キャパシタの容量値がCyである場合のSパラメータS11が、所望のキャリア周波数fxで小さな値になるように整合回路を調整すると、SパラメータS11及び効率ηの周波数依存性は、図25に示すようになる。効率ηのグラフは図24の場合と同じである。図示の簡明化のため、キャパシタの容量値がCxである場合のグラフは描かれていない。キャパシタの容量値をCyに設定し、整合回路を適切に調整することで、アンテナ装置は、所望のキャリア周波数fxにおいて高い効率ηを示し、かつ所望のキャリア周波数fxにおけるSパラメータS11の値を十分に低くすることができる。このように整合回路を活用することで、所望のキャリア周波数fxで電波を送受信することができる。 Next, S parameter S 11 of the capacitance value of the capacitor is C y are such that a small value at the desired carrier frequency f x, the matching circuit M is adjusted. As described above, while the frequency dependence of the S parameter S 11 is capable of some degree controlled by adjusting the matching circuit, the frequency dependence of the efficiency η in the absence of alignment loss, how adjusting a matching circuit Even so, it is unchanged. Therefore, when the matching circuit is adjusted so that the S parameter S 11 when the capacitance value of the capacitor is Cy is a small value at the desired carrier frequency f x , the frequency dependence of the S parameter S 11 and the efficiency η is As shown in FIG. The graph of efficiency η is the same as in FIG. For simplicity of illustration, the graph of the capacitance value of the capacitor is C x is not depicted. Set the capacitance value of the capacitor C y, a matching circuit by appropriately adjusting the antenna device, S parameter S 11 at high efficiency indicates eta, and desired carrier frequency f x at the desired carrier frequency f x Can be made sufficiently low. By leveraging this way the matching circuit, it is possible to transmit and receive radio waves at a desired carrier frequency f x.

<6.設計方法>
図26を参照しながら、所望のキャリア周波数の電波を送受信できるアンテナ装置を設計する設計手順26を説明する。説明する設計手順26は、容量値に依存する共振周波数を設定する手順を示す。アンテナ要素Ant又は延伸部extの長さで決定される基本周波数についての設計は別に行われる。具体例として、基本周波数f1は800MHzであり、所望のキャリア周波数fxが700MHzであるとする。
<6. Design method>
With reference to FIG. 26, a design procedure 26 for designing an antenna device capable of transmitting and receiving radio waves of a desired carrier frequency will be described. The described design procedure 26 shows a procedure for setting the resonance frequency depending on the capacitance value. The design for the fundamental frequency determined by the length of the antenna element Ant or the extension part ext is performed separately. As a specific example, it is assumed that the fundamental frequency f 1 is 800 MHz and the desired carrier frequency f x is 700 MHz.

例えば図27に示すように、給電部OCに結合されておらず(すなわち、一方端P1が開放されており)、キャパシタも接続されていない状態のアンテナ要素Antが準備される。   For example, as shown in FIG. 27, an antenna element Ant that is not coupled to the power feeding section OC (that is, one end P1 is open) and is not connected to a capacitor is prepared.

ステップ261において、このアンテナ要素Antの延伸部extにおける点Eと他方端P2との間から見たインピーダンスZC=R+jXが算出される。Rは抵抗成分を表し、Xはリアクタンス成分を表す。 In step 261, the impedance Z C = R + jX viewed from between the point E and the other end P2 in the extending portion ext of the antenna element Ant is calculated. R represents a resistance component, and X represents a reactance component.

次にステップ262において、X=ωLに基づいて、点E、点B、点D及び他方端P2によるループのインダクタンスLが算出される。ただし、ωは角周波数であり、ω=2πfである。fは共振周波数fyを表す。共振周波数fyは、次のような条件を満たす周波数である。 Next, at step 262, based on X = ωL, an inductance L of the loop by point E, point B, point D and the other end P2 is calculated. Here, ω is an angular frequency, and ω = 2πf. f represents the resonance frequency f y . The resonance frequency f y is a frequency that satisfies the following condition.

(A)キャパシタの容量値がCyに設定されていた場合に、小さなSパラメータS11をもたらす周波数である。 When the capacitance value of the (A) capacitor is set to C y, a frequency resulting in small S parameter S 11.

(B)キャパシタの容量値がCyに設定されていた場合に、整合損がない状態での効率ηが、所望のキャリア周波数fx付近において良い値を示す。 When the capacitance value of the (B) capacitor is set to C y, the efficiency η in the absence of alignment loss, showing a good value in the vicinity desired carrier frequency f x.

(C)所望のキャリア周波数fxに近い周波数である。これは、キャパシタの容量値がCyに設定されていた場合に、整合回路Mを調整することにより、共振周波数をfyからfxに変更できることを意味する。 (C) is a frequency close to the desired carrier frequency f x. This is because when the capacitance value of the capacitor is set to C y, by adjusting the matching circuit M, which means that it can be changed to f x the resonant frequency from f y.

上記の具体例の場合、所望のキャリア周波数fxは700MHzである。図10に示すSパラメータS11の700MHz付近の周波数依存性を参照すると、850MHz(C4)、950MHz(C3)においてSパラメータS11が十分低い値を示している(条件A)。図23を参照すると、キャパシタの容量値がC4=4pFであった場合(850MHzの共振周波数に対応する)、C5=5pFの場合よりも良い効率ηを示すが、800MHz帯に近づくにつれて悪い効率ηを示す。キャパシタの容量値がC3=3pFであった場合(950MHzの共振周波数に対応する)、700MHz帯及び800MHz帯の双方で効率ηは良い値を示す(条件B)。従って、850MHz(C4)よりも950MHz(C5)の方が良い効率ηをもたらす。950MHzは700MHzに比較的近い(条件C)。そこで、図10及び図23に示す5種類の容量値に対応するグラフを参照すると、共振周波数fyを950MHzに設定してよいことが分かる。 In the above specific example, the desired carrier frequency f x is 700 MHz. Referring to the frequency dependence of the near 700MHz S-parameters S 11 shown in FIG. 10, 850MHz (C 4), S parameter S 11 in 950 MHz (C 3) indicates a sufficiently low value (condition A). Referring to FIG. 23, when the capacitance value of the capacitor is C 4 = 4 pF (corresponding to the resonance frequency of 850 MHz), the efficiency η is better than that of C 5 = 5 pF, but worse as it approaches the 800 MHz band The efficiency η is shown. When the capacitance value of the capacitor is C 3 = 3 pF (corresponding to a resonant frequency of 950 MHz), the efficiency η shows a good value in both the 700 MHz band and the 800 MHz band (Condition B). Therefore, 950 MHz (C 5 ) provides better efficiency η than 850 MHz (C 4 ). 950MHz is relatively close to 700MHz (Condition C). Therefore, referring to the graphs corresponding to the five types of capacitance values shown in FIGS. 10 and 23, it can be seen that the resonance frequency f y may be set to 950 MHz.

一方、図10を参照しながら説明したように、キャパシタCiの何らかの容量値について、SパラメータS11が低くなる周波数(共振周波数)が存在し、そのような容量値は連続的に多数存在すする。逆に、或る周波数が共振周波数となるように、SパラメータS11を低くする容量値が存在するし、そのような周波数も連続的に多数存在する。従って、共振周波数fyとして設定することが可能な周波数は950MHzだけでなく、他の周波数であってもよい。850MHz(C4)よりも950MHz(C5)の方が良い効率ηをもたらすことを考慮すると、950MHzよりも高い周波数を共振周波数fyに設定することができる。ただし、条件Cにより、共振周波数fyとして設定する周波数は、700MHzに比較的近い必要がある。そこで、計算の便宜上、共振周波数fyを1GHzとする。 Meanwhile, as described with reference to FIG. 10, for any capacitance value of the capacitors C i, there are S-parameter S 11 becomes lower frequency (resonance frequency), such capacitance values exist numerous continuous To do. Conversely, as one frequency is a resonance frequency, to the capacitance value to lower the S parameter S 11 is present, also there are many continuous such frequencies. Therefore, the frequency that can be set as the resonance frequency f y is not limited to 950 MHz but may be other frequencies. Considering that 950 MHz (C 5 ) provides better efficiency η than 850 MHz (C 4 ), a frequency higher than 950 MHz can be set as the resonance frequency f y . However, according to the condition C, the frequency set as the resonance frequency f y needs to be relatively close to 700 MHz. Therefore, for convenience of calculation, the resonance frequency f y is set to 1 GHz.

シミュレーションにおいて、共振周波数fyが1GHzであるとすると、アンテナ要素Antの延伸部extにおける点Eと他方端P2との間から見たインピーダンスZCは、ZC=R+jX=1.5+j75.27のような値になった。従って、点E、点B、点D、点F及び他方端P2によるループのインダクタンスLは、L=X/(2πfy)=11.99nHとなる。 In the simulation, assuming that the resonance frequency f y is 1 GHz, the impedance Z C seen from between the point E and the other end P2 in the extension part ext of the antenna element Ant is Z C = R + jX = 1.5 + j75.27 It became a value like this. Therefore, the inductance L of the loop formed by the point E, the point B, the point D, the point F, and the other end P2 is L = X / (2πf y ) = 11.99 nH.

次にステップ263において、ループが共振周波数fyで共振するためのキャパシタンスCyが、fy=[2π√(L・Cy)]-1に基づいて算出される。Cy=[(2πf)2L]-1=2.11pF。 In step 263, the capacitance C y for the loop resonates at the resonance frequency f y is calculated on the basis of the f y = [2π√ (L · C y)] -1. C y = [(2πf) 2 L] −1 = 2.11 pF.

次にステップ264において、図27の点Eと点F(他方端P2)との間に、Cy=2.11pFの容量値を有するキャパシタが挿入される。この状態のアンテナについてのSパラメータS11の周波数依存性が図28に示され、このアンテナについてのスミスチャートが図29に示されている。周波数fは0.5GHz(500MHz)から2GHzまで変化させている。図28及び図29から分かるように、周波数fが1GHz付近である場合に並列共振が生じ、周波数fが1.3GHzである場合にモノポール共振が生じている。 Next, in step 264, a capacitor having a capacitance value of C y = 2.11 pF is inserted between point E and point F (the other end P2) in FIG. Frequency dependence of the S parameter S 11 of the antenna in this state is shown in FIG. 28, the Smith chart of the antenna is shown in Figure 29. The frequency f is changed from 0.5 GHz (500 MHz) to 2 GHz. As can be seen from FIGS. 28 and 29, parallel resonance occurs when the frequency f is around 1 GHz, and monopole resonance occurs when the frequency f is 1.3 GHz.

次にステップ265において、アンテナ要素Antの一方端P1が整合回路Mに接続される。所望のキャリア周波数fxにおいて、SパラメータS11が十分に小さくなるように、整合回路が調整される。これにより、整合回路M及びアンテナ要素Antを通じて、所望のキャリア周波数fxの電波を適切に送受信することができるようになる。そして、設計手順26は終了する。 Next, in step 265, one end P1 of the antenna element Ant is connected to the matching circuit M. In a desired carrier frequency f x, so that the S parameter S 11 becomes sufficiently small, the matching circuit is adjusted. Thus, through the matching circuit M and the antenna elements Ant, it is possible to properly transmit and receive radio waves of a desired carrier frequency f x. Then, the design procedure 26 ends.

<7.他のアンテナとの比較>
実施の形態によるアンテナ装置と他のアンテナとの差異の観点から、実施の形態によるアンテナ装置の特徴を説明する。
<7. Comparison with other antennas>
From the viewpoint of the difference between the antenna device according to the embodiment and another antenna, features of the antenna device according to the embodiment will be described.

図30は、1つのループの中に給電部OCとキャパシタとを直列に設け、ループを形成しているアンテナを示す。このアンテナはループの長さで決定される1つの波長でしか共振しない。この点、複数の波長又は周波数で共振する実施の形態によるアンテナ装置と異なる。   FIG. 30 shows an antenna in which a power feeding unit OC and a capacitor are provided in series in one loop to form a loop. This antenna resonates only at one wavelength determined by the loop length. This is different from the antenna device according to the embodiment that resonates at a plurality of wavelengths or frequencies.

図31は、給電部OCから伸びる延伸部extがループを形成しておらず、ループの途中にキャパシタが設けられたアンテナを示す。このアンテナもループの長さで決定される1つの波長でしか共振しない。この点、複数の波長又は周波数で共振する実施の形態によるアンテナ装置と異なる。   FIG. 31 shows an antenna in which an extension part ext extending from the power feeding part OC does not form a loop, and a capacitor is provided in the middle of the loop. This antenna also resonates only at one wavelength determined by the loop length. This is different from the antenna device according to the embodiment that resonates at a plurality of wavelengths or frequencies.

アンテナが共振する周波数を変化させる観点からは、アンテナにおける電流が流れる経路を切り替えたり、経路の途中にある素子のインピーダンス(特に、リアクタンス)を切り替えることが考えられる。しかしながら、経路やインピーダンスを切り替える場合、同時に複数の周波数に共振することはできない。この点、同時に複数の周波数に共振する実施の形態によるアンテナ装置と異なる。   From the viewpoint of changing the frequency at which the antenna resonates, it is conceivable to switch the path through which the current flows in the antenna, or switch the impedance (particularly reactance) of an element in the path. However, when switching paths and impedances, it is not possible to resonate with multiple frequencies simultaneously. This is different from the antenna device according to the embodiment that resonates at a plurality of frequencies at the same time.

図32は、給電部OCから点A、点B、点Cを経て点Dに至る部分により第1の波長λ1で共振し、給電部OCから点A、点B、点Cを経て点Eに至る部分により第2の波長λ2で共振するアンテナ装置を示す。給電部OCから点A、点B、点Cを経て点Dに至るまでの長さは、第1の波長λ1の4分の1に等しい。給電部OCから点A、点B、点Cを経て点Eに至るまでの長さは、第2の波長λ2の4分の1に等しい。このアンテナは、2つの波長又は周波数で共振するアンテナ装置であるが、点Cと点Eとの間に線路を設ける必要がある。従って、700MHzと800MHzのような類似する周波数に共振するには、給電部OCから点Dに至るまでの距離と、給電部OCから点Eに至るまでの距離とを、同程度に長くする必要があり、アンテナが大型化してしまうことが懸念される。この点、実施の形態によるアンテナ装置は、単にキャパシタを追加すればよいので、小型化等の観点から有利である。 In FIG. 32, resonance occurs at the first wavelength λ 1 by the portion from the power feeding section OC through point A, point B, and point C to point D, and from the power feeding section OC through point A, point B, and point C to point E. An antenna device that resonates at a second wavelength λ 2 is shown by the part extending to. The length from the power supply section OC through point A, point B, and point C to point D is equal to a quarter of the first wavelength λ 1 . The length from the power feeding section OC to the point E through the points A, B and C is equal to a quarter of the second wavelength λ 2 . This antenna is an antenna device that resonates at two wavelengths or frequencies, but it is necessary to provide a line between points C and E. Therefore, in order to resonate at similar frequencies such as 700 MHz and 800 MHz, the distance from the power supply section OC to the point D and the distance from the power supply section OC to the point E need to be made the same length. There is a concern that the antenna will be enlarged. In this respect, the antenna device according to the embodiment is advantageous from the viewpoint of miniaturization and the like because a capacitor is simply added.

以上、複数の周波数に共振するアンテナ装置の実施の形態を説明してきたが、実施の形態は具体的に説明された例に限定されず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解することができる。実施の形態の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。また、実施の形態の理解を促すため具体的な数式を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数式は単なる一例に過ぎず、同様な結果をもたらす他の数式が使用されてもよい。上記の説明における項目の区分けは実施の形態に本質的ではなく、矛盾しない限り、2つ以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に適用されてよい。   As described above, the embodiments of the antenna device that resonates at a plurality of frequencies have been described. However, the embodiments are not limited to the specifically described examples, and those skilled in the art will recognize various modifications, modifications, alternatives, Can understand substitution examples. Although specific numerical examples have been described to facilitate understanding of the embodiment, these numerical values are merely examples, and any appropriate values may be used unless otherwise specified. Further, although specific mathematical formulas have been used to facilitate understanding of the embodiment, these mathematical formulas are merely examples unless otherwise specified, and other mathematical formulas that yield similar results are used. May be. The classification of items in the above description is not essential to the embodiment. Unless there is a contradiction, the items described in two or more items may be used in combination as necessary, and are described in a certain item. A matter may apply to a matter described in another item.

以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
一方端(P1)と、他方端(P2)と、前記一方端及び前記他方端の間に伸びる延伸部(ext)とを有し、前記一方端は給電部(図2、OC)に結合され、前記延伸部はループ状に形成され、前記他方端は前記延伸部に結合され、前記ループの途中にキャパシタ(Ci)が設けられている、アンテナ装置。
(付記2)
当該アンテナ装置は、4分の1波長の長さが前記延伸部の長さに等しい電磁波(f1)に共振し、かつ前記キャパシタと前記ループにより形成されるインダクタとにより決定される共振周波数(f2=[2π√(LC)]-1)の電磁波にも共振する付記1に記載にアンテナ装置。
(付記3)
前記キャパシタが個別素子(図2、図4)又は分布定数回路(図3)により形成されている、付記1又は2に記載のアンテナ装置。
(付記4)
前記延伸部が、前記一方端と前記他方端との間で別のループを形成するように分岐し、前記別のループの途中に別のキャパシタが設けられている、付記1又は2に記載のアンテナ装置。
(付記5)
前記キャパシタと前記ループにより形成されるインダクタとにより決定される前記共振周波数が、前記別のキャパシタと前記別のループにより形成される別のインダクタとにより決定される別の共振周波数と異なる、付記4に記載のアンテナ装置。
(付記6)
前記別のキャパシタが個別素子又は分布定数回路により形成されている、付記4又は5に記載のアンテナ装置。
(付記7)
前記キャパシタの容量値を変更するためのスイッチを有する付記1−6の何れか1項に記載のアンテナ装置。
(付記8)
前記スイッチは、複数の容量値のうち何れか1つを選択する切り替えスイッチである、付記7に記載のアンテナ装置。
(付記9)
前記一方端(P1)は、整合回路(M)を介して前記給電部(OC)に結合されている、付記1−8の何れか1項に記載のアンテナ装置。
(付記10)
前記4分の1波長の長さが前記延伸部の長さに等しい電磁波の周波数と、前記共振周波数とが同じ周波数バンドに属する、付記1−9の何れか1項に記載にアンテナ装置。
(付記11)
前記4分の1波長アンテナが、線状逆Lアンテナを形成している、付記1−10の何れか1項に記載のアンテナ装置。
(付記12)
前記4分の1波長アンテナが、板状逆Fアンテナを形成している、付記1−10の何れか1項に記載のアンテナ装置。
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
It has one end (P1), the other end (P2), and an extending portion (ext) extending between the one end and the other end, and the one end is coupled to the power feeding portion (FIG. 2, OC). The extending portion is formed in a loop shape, the other end is coupled to the extending portion, and a capacitor (C i ) is provided in the middle of the loop.
(Appendix 2)
The antenna device resonates with an electromagnetic wave (f 1 ) having a quarter wavelength length equal to the length of the extending portion, and a resonance frequency (determined by an inductor formed by the capacitor and the loop). The antenna device according to appendix 1, which also resonates with an electromagnetic wave of f 2 = [2π√ (LC)] −1 ).
(Appendix 3)
The antenna device according to appendix 1 or 2, wherein the capacitor is formed by an individual element (FIGS. 2 and 4) or a distributed constant circuit (FIG. 3).
(Appendix 4)
The extension part is branched so as to form another loop between the one end and the other end, and another capacitor is provided in the middle of the other loop, according to appendix 1 or 2. Antenna device.
(Appendix 5)
Appendix 4 wherein the resonance frequency determined by the capacitor and the inductor formed by the loop is different from another resonance frequency determined by the another capacitor and another inductor formed by the another loop. The antenna device according to 1.
(Appendix 6)
The antenna device according to appendix 4 or 5, wherein the another capacitor is formed by an individual element or a distributed constant circuit.
(Appendix 7)
The antenna device according to any one of supplementary notes 1-6, further comprising a switch for changing a capacitance value of the capacitor.
(Appendix 8)
The antenna device according to appendix 7, wherein the switch is a changeover switch that selects any one of a plurality of capacitance values.
(Appendix 9)
The antenna device according to any one of appendices 1-8, wherein the one end (P1) is coupled to the power feeding unit (OC) through a matching circuit (M).
(Appendix 10)
The antenna device according to any one of appendices 1-9, wherein the frequency of the electromagnetic wave having a length of the quarter wavelength equal to the length of the extending portion and the resonance frequency belong to the same frequency band.
(Appendix 11)
The antenna device according to any one of appendices 1-10, wherein the quarter-wave antenna forms a linear inverted L antenna.
(Appendix 12)
The antenna device according to any one of appendices 1-10, wherein the quarter-wave antenna forms a plate-like inverted F antenna.

1 通信装置
2 アンテナスペース
G 地板
OC 給電部
Ant アンテナ要素
P1 一方端
P2 他方端
ext 延伸部
Ci キャパシタ
M 整合回路
1 Communication device
2 Antenna space
G Ground plane
OC power supply
Ant antenna element
P1 one end
P2 other end
ext Extension part
C i capacitor
M matching circuit

Claims (6)

一方端と、他方端と、前記一方端及び前記他方端の間に伸びる延伸部とを有し、前記一方端は給電部に結合され、前記延伸部はループ状に形成され、前記他方端は前記延伸部に結合され、前記ループの途中にキャパシタが設けられている、アンテナ装置。   One end, the other end, and an extending portion extending between the one end and the other end, the one end is coupled to a power feeding portion, the extending portion is formed in a loop shape, and the other end is An antenna device coupled to the extending portion and provided with a capacitor in the middle of the loop. 当該アンテナ装置は、4分の1波長の長さが前記延伸部の長さに等しい電磁波に共振し、かつ前記キャパシタと前記ループにより形成されるインダクタとにより決定される共振周波数の電磁波にも共振する請求項1に記載にアンテナ装置。   The antenna device resonates with an electromagnetic wave having a quarter wavelength length equal to the length of the extending portion and also resonates with an electromagnetic wave having a resonance frequency determined by the inductor formed by the capacitor and the loop. The antenna device according to claim 1. 前記キャパシタが個別素子又は分布定数回路により形成されている、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the capacitor is formed of an individual element or a distributed constant circuit. 前記延伸部が、前記一方端と前記他方端との間で別のループを形成するように分岐し、前記別のループの途中に別のキャパシタが設けられている、請求項1−3の何れか1項に記載のアンテナ装置。   The extension part is branched so as to form another loop between the one end and the other end, and another capacitor is provided in the middle of the other loop. The antenna device according to claim 1. 前記キャパシタの容量値を変更するためのスイッチを有する請求項1−4の何れか1項に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, further comprising a switch for changing a capacitance value of the capacitor. 前記一方端は、整合回路を介して前記給電部に結合されている、請求項1−5の何れか1項に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the one end is coupled to the power feeding unit via a matching circuit.
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