JP2018085599A - アンテナ装置および携帯無線機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナサイズを大型化することなく、動作周波数を低くすることが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】単層または多層のプリント基板からなるＧＮＤ板２にスプリットリング共振器１を配置し、スプリットリング共振器１の構成にしたがって決定される共振周波数に基づいて動作するＳＲＲ（Split-Ring-Resonator）アンテナを構成するアンテナ装置であって、ＳＲＲアンテナの開口部１１内に、追加素子４を、スプリットリング共振器１を構成する素子の少なくとも一部に近接して配置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アンテナ装置および携帯無線機器に関し、特に、アンテナサイズを大型化することなく、動作周波数を低くすることが可能なアンテナ装置および携帯無線機器に関する。

昨今の携帯無線機器は、著しく小型化し、内蔵するアンテナもより小型なものが要求されている。一般的に、アンテナは、特に低い周波数に対応するためには大型化する傾向にあるため、かかる低周波数領域に対応するアンテナについても、携帯無線機器に内蔵するアンテナを小型化することが、携帯無線機器の小型化を図る上で必須の条件となる。また、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などにおいて複数のアンテナを使用して無線通信を高速化する技術の一つとしてＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）技術などを適用しようとする携帯無線機器の場合においても、該携帯無線機器の小型化に対応するためには、１つ１つのアンテナを小型にすることが必要である。

そこで、例えば、特許文献１のＷＯ２０１４/１３２５９０号公報「アンテナおよび電子装置」に記載されているように、比較的低い周波数帯に対応する技術として、スプリットリング共振器（ＳＲＲ： Split-Ring-Resonator）を利用してアンテナを小型化する技術が提案されている。図１４は、前記特許文献１に記載のＳＲＲアンテナの構成例を示す模式図であり、スプリットリング共振器を有するアンテナ（ＳＲＲアンテナ）の基本形態を示している。すなわち、図１４のＳＲＲアンテナの構成例に示すように、ＳＲＲアンテナは、一部に開放部を有するループ形状の導体からなる共振器であるスプリットリング共振器１Ｂ、接地電位（グラウンド電位）を維持するためのＧＮＤ（Ground）板２（グラウンド板２）、スプリットリング共振器１Ｂに給電するための給電部３を備え、スプリットリング共振器１ＢをＧＮＤ板２の外周の１辺に接するように配置する構成となっている。

図１５は、図１４に示したＳＲＲアンテナを構成するスプリットリング共振器１Ｂの内部構成を示す拡大図である。図１５に示すように、スプリットリング共振器１Ｂは、ＧＮＤ板２の外周の１辺に接するように配置された開口部１１を備え、給電部３には給電導体１２が接続され、給電部３から交流電力が給電される。また、給電導体１２に接続する第１の導体１３が開口部１１の一方の開口縁（図１５の左側の開口縁）と接続するように配置され、第１の導体１３の反対側には第２の導体１４が開口部１１の他方の開口縁（図１５の右側の開口縁）と接続するように配置された構成となっている。また、第１の導体１３と第２の導体１４とが最も接近する部分に配置される第１のスリット部導体１５および第２のスリット部導体１６とが、第１の導体１３の端部および第２の導体１４の端部にそれぞれ接続されている。

図１６は、図１４および図１５で示したＳＲＲアンテナの動作周波数における電流の流れを示す模式図であり、点線の矢印が電流の流れを表している。図１６に示すように、ＳＲＲアンテナは、給電部３、給電導体１２と、第１の導体１３の一部と、第２の導体１４と、第２の導体１４と開口部１１との接続部から給電部３までをつなぐ開口部１１の外周とを用いて等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスＬと、第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とにより等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣとが直列共振回路を構成している。

ＳＲＲアンテナの動作周波数は、その直列共振回路の共振周波数に基づいて決定される。この直列共振回路の共振周波数がＳＲＲアンテナの動作周波数となる。この直列共振回路の共振周波数、すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数は次の式（１）のように表される。
ＳＲＲアンテナの動作周波数 ＝ １/（２π√(Ｌ×Ｃ)） …（１）

前記式（１）から明らかなように、スプリットリング共振器１Ｂに等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスＬやコンデンサ部分のキャパシタンスＣを小さい値にすれば、ＳＲＲアンテナの動作周波数を高くすることができる。逆に、スプリットリング共振器１Ｂに等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスＬやコンデンサ部分のキャパシタンスＣを大きい値にすれば、ＳＲＲアンテナの動作周波数を低くすることができる。

図１７は、図１４および図１５に示したＳＲＲアンテナのインピーダンス特性を示す特性図であり、スミスチャートを用いて周波数に対するインピーダンスの軌跡を示したものである。図１７においてインピーダンスの軌跡がスミスチャートの中心の‘１’の位置(インピーダンス＝５０Ω)に最接近する点がアンテナの動作周波数である。

一方、図１８は、図１４および図１５に示したＳＲＲアンテナのリターンロス特性を示す特性図である。ここで、リターンロスとは、図１７に示したインピーダンス特性と全く同じ測定をするものであって、単に、チャート(図表)が異なるだけである。図１８の特性図において、横軸は周波数、縦軸はリターンロスを示している。図１８は、インピーダンスが５０Ωに近ければ近い程、リターンロスが小さな値になるように作られた図表であり、リターンロスが小さいほどアンテナの特性が良くなることを示している。図１８に示したリターンロスが小さくなる谷の部分（約２４００ＭＨｚの位置）はアンテナの共振と呼ばれる。すなわち、谷の部分がアンテナの動作周波数を示していることになる。また、アンテナが良好に動作するためには、一般的にアンテナが動作する周波数においてリターンロスが−５ｄＢ以下であることが望ましい。図１８に示す例においては、動作周波数においてリターンロスが−５ｄＢ以下となっているのが分かる。

国際公開第２０１４/１３２５９０号

しかしながら、前記特許文献1に記載されたような本発明に関連する現状の技術には、以下に示す問題点がある。すなわち、ＳＲＲアンテナを採用して、同じアンテナサイズで比較的低い周波数帯に対応するためには、もしくは、同じ動作周波数でアンテナサイズを小型化するためには、一般的に、前記特許文献１にも記載されているように、図１５に示した第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とを互いに重ね合わせたり、第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６との長さを長くしたりするなどの構成にして、第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とが対向する面積を増やし、その結果として、等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣを大きくすることが必要不可欠となる。

しかし、スプリットリング共振器１Ｂの大きさを変えない、もしくは、小さくしつつ、同時に、第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とを長くすることには限界がある。したがって、更に低い周波数に対応したりするためには、スプリットリング共振器１Ｂを大型化し、等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスＬも大きくすることが必要になる。この結果、アンテナの大型化は避けることができず、携帯無線機器の小型化に対応することができなくなるという問題が発生する。

（本発明の目的）
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、アンテナサイズを大型化することなく、動作周波数を低くすることが可能なアンテナ装置および携帯無線機器を提供することを、その目的としている。

前述の課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置および携帯無線機器は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）本発明によるアンテナ装置は、単層または多層のプリント基板からなるグラウンド板にスプリットリング共振器を配置し、該スプリットリング共振器の共振周波数に基づいて動作するＳＲＲ（Split-Ring-Resonator）アンテナを有するアンテナ装置であって、前記ＳＲＲアンテナの開口部内に、前記スプリットリング共振器の少なくとも一部に近接して配置した追加素子を備えることを特徴とする。

（２）本発明による携帯無線機器は、無線通信用のアンテナを前記（１）に記載のアンテナ装置を用いて構成することを特徴とする。

本発明のアンテナ装置および携帯無線機器によれば、以下のような効果を奏することができる。

本発明によれば、従来のＳＲＲアンテナと比較してアンテナサイズを大型化させることなく、従来のＳＲＲアンテナよりも、動作周波数を低くすることができる。本発明では、従来のＳＳＲアンテナを構成する開口部の中に、スプリットリング共振器の少なくとも一部に近接させて追加素子を新たに配置し、前述の式(１)におけるＬ，Ｃの少なくとも一方を大きくすることにより、動作周波数を低減している。

本発明に係るアンテナ装置の構成例を示す模式図である。 図１に示したアンテナ装置を構成するスプリットリング共振器の内部構成の一例を示す拡大図である。 図１、図２に示したアンテナ装置において新たに追加した追加素子の形状の一例を示す模式図である。 図２に示したスプリットリング共振器を図２の上側方向から眺めた場合の模式図である。 図１ないし図４に示したアンテナ装置のインピーダンス特性の一例を示す特性図である。 図１ないし図４に示したアンテナ装置のリターンロス特性の一例を示す特性図である。 図１ないし図４に示したアンテナ装置においてスプリットリング共振器と追加素子とによる相互インダクタンスの発生を等価的に表す模式図である。 図１ないし図４に示したアンテナ装置のスプリットリング共振器と追加素子とのそれぞれに等価的に構成されるコイル部分（ａ）およびコンデンサ部分（ｂ）を模式的に表す模式図である。 図１ないし図４に示したアンテナ装置のスプリットリング共振器と追加素子とのそれぞれに等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスおよびコンデンサ部分のキャパシタンスを等価的に表した等価回路図である。 図１に示したアンテナ装置を構成するスプリットリング共振器の内部構成の図２とは異なる他の例を示す拡大図である。 図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナと背景技術として示した図１４のＳＲＲアンテナとの大きさの比較例を示す説明図である。 図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナのインピーダンス特性の一例を示す特性図である。 図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナのリターンロス特性の一例を示す特性図である。 特許文献１に記載のＳＲＲアンテナの構成例を示す模式図である。 図１４に示したＳＲＲアンテナを構成するスプリットリング共振器の内部構成を示す拡大図である。 図１４および図１５で示したＳＲＲアンテナの動作周波数における電流の流れを示す模式図である。 図１４および図１５に示したＳＲＲアンテナのインピーダンス特性を示す特性図である。 図１４および図１５に示したＳＲＲアンテナのリターンロス特性を示す特性図である。

以下、本発明によるアンテナ装置および携帯無線機器の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明によるアンテナ装置について説明するが、携帯無線機器の無線通信用のアンテナとしてかかるアンテナ装置を備えるようにしても良いことは言うまでもない。また、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、単層または多層のプリント基板からなるグラウンド板にスプリットリング共振器を配置し、該スプリットリング共振器の構成にしたがって決定される共振周波数に基づいて動作するＳＲＲ（Split-Ring-Resonator）アンテナを構成するアンテナ装置であって、前記ＳＲＲアンテナの開口部内に、前記スプリットリング共振器の少なくとも一部に近接して配置した追加素子を備えていることを主要な特徴としている。以下に説明する実施の形態では、該追加素子は、一辺に開放部を有するループ形状のコイル部を形成する追加素子導体と、前記開放部に接続され、かつ、互いに対向するように配置してスリット部を形成する追加素子スリット部導体とを備え、そして、前記追加素子導体および前記追加素子スリット部導体の少なくとも一部は、前記スプリットリング共振器の少なくとも一部と、あらかじめ定めた特定の間隔で重なるように配置している。

言い換えると、単層または多層のプリント基板等のＧＮＤ板（グラウンド板）にスプリットリング共振器(Split-Ring-Resonator：ＳＲＲ)を配置し、該スプリットリング共振器の構成にしたがって決定される共振周波数で動作するＳＲＲアンテナを構成し、かつ、該ＳＲＲアンテナを構成する前記スプリットリング共振器とは接続されない無給電素子を、追加素子として、前記スプリットリング共振器の内側に前記スプリットリング共振器の少なくとも一部と重なるように配置している。

而して、アンテナサイズを大型化することなく、前記ＳＲＲアンテナの動作周波数を現状のＳＲＲアンテナよりも低い周波数で動作させることが可能になる。さらには、現状のＳＲＲアンテナと比較してアンテナサイズを小型にしても、現状のＳＲＲアンテナと同じ周波数で動作させることも可能になる。

（実施形態の構成例）
次に、本発明に係るアンテナ装置の構成例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係るアンテナ装置の構成例を示す模式図であり、スプリットリング共振器(Split-Ring-Resonator：ＳＲＲ)を備えたアンテナ（ＳＲＲアンテナ）の一構成例を示している。

図１に示すアンテナ装置は、背景技術として前述したＳＲＲアンテナ（図１４）と同様、スプリットリング共振器１とＧＮＤ（Ground）板２（グラウンド板２）と給電部３とを備え、スプリットリング共振器１をＧＮＤ板２の外周の１辺に接するように配置した構成としているが、さらに、図１４のＳＲＲアンテナに対して、追加素子４を新たに追加して備えている。ここで、追加素子４は、スプリットリング共振器１とは接続されない無給電素子であり、かつ、該追加素子４を構成する素子の少なくとも一部が、スプリットリング共振器１の内部においてスプリットリング共振器１を構成する素子の少なくとも一部と重なるように配置される。

また、図２は、図１に示したアンテナ装置を構成するスプリットリング共振器の内部構成の一例を示す拡大図である。図２に示すスプリットリング共振器１は、背景技術として前述したスプリットリング共振器１Ｂ（図１５）と同様、ＧＮＤ板２の外周の１辺に接するように配置された開口部１１を備え、給電部３には給電導体１２が接続され、給電部３から交流電力が給電される。また、給電導体１２に接続する第１の導体１３が開口部１１の一方の開口縁（図２の左側の開口縁）と接続するようにＧＮＤ板２の外周の１辺に沿って配置され、また、第１の導体１３の反対側には無給電の第２の導体１４が開口部１１の他方の開口縁（図２の右側の開口縁）と接続するようにＧＮＤ板２の外周の１辺に沿って配置された構成となっている。

また、第１の導体１３と第２の導体１４とが最も接近する端部それぞれには第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とがそれぞれ第１の導体１３と第２の導体１４とに対してほぼＬ字形状となる位置関係で接続されている。そして、第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とは、互いに対向してスリット部を形成するように配置される。

さらに、図２に示すスプリットリング共振器１においては、図１に示したように、図１５のスプリットリング共振器１Ｂとは異なり、開口部１１の中に追加素子４が追加して配置されている。

次に、本発明に係るアンテナ装置において新たに追加した追加素子４の詳細な形状について、図３を用いて説明する。図３は、図１、図２に示したアンテナ装置において新たに追加した追加素子４の形状の一例を示す模式図である。図３に示すように、追加素子４は、第１の追加素子導体４１、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５、第１の追加素子スリット部導体４６、および、第２の追加素子スリット部導体４７を有する。

そして、第１の追加素子導体４１、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３、第４の追加素子導体４４、および、第５の追加素子導体４５を用いて一辺に開放部を有するループ形状を形成し、等価的なコイル部分を構成している。つまり、ＧＮＤ板２の外周の１辺に沿って配置した、すなわち、開口部１１の上縁に接するように配置した、第１の追加素子導体４１の両端それぞれには、第１の追加素子導体４１に対してほぼＬ字形状となる位置に配置した第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３それぞれの一端が接続される。

さらに、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３それぞれの他端には、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３それぞれに対してほぼＬ字形状となる位置に配置した第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５それぞれの一端が接続される。その結果、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５それぞれの他端は、互いに最も接近して対向するように位置することになる。

そして、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５それぞれの他端には、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５それぞれに対してほぼＬ字形状となる位置に配置した第１の追加素子スリット部導体４６、第２の追加素子スリット部導体４７それぞれの一端が接続される。第１の追加素子スリット部導体４６、第２の追加素子スリット部導体４７それぞれの他端は、開放端を形成している。ここで、第１の追加素子スリット部導体４６、および、第２の追加素子スリット部導体４７は、互いに対向するように配置されることになり、その結果、スリット部を形成する形状になっていて、等価的にコンデンサ部分を構成することになる。

次に、本発明に係るアンテナ装置において新たに追加した追加素子４と、図２に示したＳＲＲアンテナの構成素子である給電導体１２、第１の導体１３、第２の導体１４、第１のスリット部導体１５、第２のスリット部導体１６との間の位置関係について、図４を用いて説明する。図４は、図２に示したスプリットリング共振器１を図２の上側方向から眺めた場合の模式図である。なお、新たに追加した追加素子４を構成する図３に示す各構成素子は、同一平面上に配置され、一方、スプリットリング共振器１を構成する各構成素子すなわち給電導体１２、第１の導体１３、第２の導体１４、第１のスリット部導体１５、第２のスリット部導体１６については、追加素子４の配置平面とは異なる同一平面上に配置される。そして、図４に示すように、追加素子４を構成する各構成素子が配置される平面と、スプリットリング共振器１を構成する各構成素子が配置される平面とは、あらかじめ定めた特定の間隔Ｓで、互いに近接した位置関係にある。

図２および図３に示すように、追加素子４を構成する第１の追加素子導体４１は、スプリットリング共振器１を構成する第１の導体１３および第２の導体１４と、図４に示すあらかじめ定めた特定の間隔Ｓを保って重なるように配置されている。また、追加素子４を構成する第１の追加素子スリット部導体４６は、スプリットリング共振器１を構成する第１のスリット部導体１５と前記特定の間隔Ｓを保って重なるように配置されている。また、追加素子４を構成する第２の追加素子スリット部導体４７は、スプリットリング共振器１を構成する第２のスリット部導体１６と前記特定の間隔Ｓを保って重なるように配置されている。かくのごとき配置は、例えば、多層基板を用いて、追加素子４とスプリットリング共振器１とをそれぞれ別々の層に配置するようにすれば容易に実現することができる。

次に、本発明の一例として図１ないし図４に示したアンテナ装置のインピーダンス特性およびリターンロス特性について説明する。まず、インピーダンス特性について、図５を用いて説明する。図５は、図１ないし図４に示したアンテナ装置のインピーダンス特性の一例を示す特性図であり、スミスチャートを用いて周波数に対するインピーダンスの軌跡を示したものである。図５においてインピーダンスの軌跡がスミスチャートの中心の‘１’の位置(インピーダンス＝５０Ω)に最接近する点が本アンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数である。

一方、図６は、図１ないし図４に示したアンテナ装置のリターンロス特性の一例を示す特性図である。ここで、リターンロスとは、図５に示したインピーダンス特性と全く同じ測定をするものであって、単に、チャート(図表)が異なるだけである。図６の特性図において、横軸は周波数、縦軸はリターンロスを示し、横軸の周波数範囲は、背景技術として示した図１８の場合と同様である。また、図６は、背景技術として図１８において説明したように、インピーダンスが５０Ωに近ければ近い程、リターンロスが小さな値になるように作られた図表であり、リターンロスが小さいほどアンテナの特性が良くなることを示している。

図６に示したリターンロスが小さくなる谷の部分（約１０５０ＭＨｚの位置）はアンテナの共振と呼ばれ、谷の部分がアンテナの動作周波数を示していることになる。また、アンテナが良好に動作するためには、一般的にアンテナが動作する周波数においてリターンロスが−５ｄＢ以下であることが望ましい。図６に示すように、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナは、本アンテナ装置の動作周波数であるリターンロスが最小となる点（約１０５０ＭＨｚの位置）が、背景技術として示した図１８において最小となる点（約２４００ＭＨｚの位置）と比較して、大きく低い周波数帯側に移動していることが分かる。つまり、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数が、現状のＳＲＲアンテナ例えば図１４のＳＲＲアンテナの動作周波数よりも大幅に低くなっていることを意味している。

（本実施形態の動作の説明）
次に、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作について、その一例を詳細に説明する。

前述したように、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数を下げるためには、スプリットリング共振器１において、給電部３と、給電導体１２と、第１の導体１３の一部と、第２の導体１４と、第２の導体１４と開口部１１との接続部から給電部３までをつなぐ開口部１１の外周と、により等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスＬと、第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とにより等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣとを大きくすることが必要になる。

まず、本実施形態において新たに追加した追加素子４のループ形状に基づいて等価的に構成されるコイル部分が、スプリットリング共振器１において等価的に構成されるコイル部分と非常に近接して配置されているため、両者の間には、相互誘導作用に基づいて、図７の両矢印に示すような相互インダクタンスが発生する。図７は、図１ないし図４に示したアンテナ装置においてスプリットリング共振器１と追加素子４とによる相互インダクタンスの発生を等価的に表す模式図である。

図７に示すように、スプリットリング共振器１と追加素子４との間の相互インダクタンスによるインダクタンスの増加分をＭと仮定し、スプリットリング共振器１において等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスをＬ１１と仮定すると、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナにおいて等価的に構成されるコイル部分の総合インダクタンスＬ’は
Ｌ’＝ Ｌ１１＋Ｍ …（２）
で表すことができる。

ここで、スプリットリング共振器１において等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスＬ１１は、背景技術として前述した図１４のＳＲＲアンテナにおいて等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスと同じ値である。したがって、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナにおいては、図１４のＳＲＲアンテナの場合に比較して、スプリットリング共振器１と追加素子４との間の相互インダクタンスによるインダクタンスの増加分Ｍに基づいて、等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスが増加することが分かる。

図８は、図１ないし図４に示したアンテナ装置のスプリットリング共振器１と追加素子４とのそれぞれに等価的に構成されるコイル部分およびコンデンサ部分を模式的に表す模式図であり、図８（ａ）は、スプリットリング共振器１と追加素子４とのそれぞれに等価的に構成されるコイル部分を模式的に表し、図８（ｂ）は、スプリットリング共振器１と追加素子４とのそれぞれに等価的に構成されるコンデンサ部分を模式的に表している。

図８（ａ）においては、追加素子４を構成する第１の追加素子導体４１、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５を用いて等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスをＬ４１と表現している。また、スプリットリング共振器１を構成する第１の導体１３と、第１の導体１３の一端と接続される開口部１１の開口縁の一部とを用いて等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスをＬ１２と表現し、第２の導体１４と、第２の導体１４の一端と接続される開口部１１の開口縁の一部とを用いて等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスをＬ１３と表現している。

さらに、図８（ｂ）においては、スプリットリング共振器１を構成する第１のスリット部導体１５と第２のスリット部導体１６とを用いて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスをＣ１１と表現している。また、追加素子４を構成する第１の追加素子スリット部導体４６と第２の追加素子スリット部導体４７とを用いて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスをＣ４１と表現している。

また、追加素子４を構成する第１の追加素子スリット部導体４６とスプリットリング共振器１を構成する第１のスリット部導体１５とを用いて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスをＣ４２と表現している。また、追加素子４を構成する第２の追加素子スリット部導体４７とスプリットリング共振器１を構成する第２のスリット部導体１６とを用いて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスについてもＣ４２と表現している。また、追加素子４を構成する第４の追加素子導体４４と、第４の追加素子導体４４と対向する開口部１１の開口縁の一部とを用いて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスをＣ４３と表現し、第５の追加素子導体４５と、第５の追加素子導体４５と対向する開口部１１の開口縁の一部とを用いて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスをＣ４４と表現している。

図９は、図１ないし図４に示したアンテナ装置のスプリットリング共振器１と追加素子４とのそれぞれに等価的に構成されるコイル部分のインダクタンスおよびコンデンサ部分のキャパシタンスを等価的に表した等価回路図である。つまり、図９は、図８（ａ）に示した各インダクタンスＬ４１、Ｌ１２、Ｌ１３、および、図８（ｂ）に示した各キャパシタンスＣ１１、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４の等価的な接続状態を示している。図９（ａ）は、図８（ａ）、（ｂ）に示した各インダクタンスＬ４１、Ｌ１２、Ｌ１３と各キャパシタンスＣ１１、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４とに関する等価回路を示し、図９（ｂ）は、キャパシタンスＣ１１以外の残りのインダクタンスおよびキャパシタンス全てを合成して得られる等価的な合成キャパシタンスをＣとして表現している。

図９（ａ）の等価回路図の破線部に示すように、まず、追加素子４のコイル部分のインダクタンスＬ４１とコンデンサ部分のキャパシタンスＣ４１とが並列に接続されて、両端に並列接続部を形成している。また、該並列接続部の一端には、スプリットリング共振器１の開口部１１の開口縁の一部を用いて構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣ４３とコイル部分のインダクタンスＬ１２とが直列に接続される。一方、該並列接続部の他端には、スプリットリング共振器１の開口部１１の開口縁の一部により構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣ４４とコイル部分のインダクタンスＬ１３とが直列に接続される。また、コイル部分のインダクタンスＬ１２とコイル部分のインダクタンスＬ１３との他端同士は直接接続されている。

また、スプリットリング共振器１のコンデンサ部分のキャパシタンスＣ１１の両端と追加素子４のコンデンサ部分のキャパシタンス４１の両端とは、第１のスリット部導体１５および第１の追加素子スリット部導体４６と、第２のスリット部導体１６および第２の追加素子スリット部導体４７と、のそれぞれを用いて構成される２つのコンデンサ部分のキャパシタンスＣ４２それぞれを介して接続される。さらに、スプリットリング共振器１のコンデンサ部分のキャパシタンスＣ１１の両端は、スプリットリング共振器１のコイル部分のインダクタンスＬ１２およびコイル部分のインダクタンスＬ１３それぞれの他端に直接接続される。

図９（ａ）に示したインダクタンスＬ４１、Ｌ１２、Ｌ１３と、キャパシタンスＣ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４を合成すると、図９（ｂ）に示すように、スプリットリング共振器１のコンデンサ部分のキャパシタンスＣ１１に並列接続した合成キャパシタンスＣとして表現することができる。したがって、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナにおいて等価的に構成されるコンデンサ部分の総合キャパシタンスＣ’は
Ｃ’＝ Ｃ１１＋Ｃ …（３）
で表すことができる。

ここで、スプリットリング共振器１において等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣ１１は、背景技術として前述した図１４のＳＲＲアンテナにおいて等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスと同じ値である。したがって、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナにおいては、図１４のＳＲＲアンテナの場合に比較して、スプリットリング共振器１および追加素子４のコイル部分およびコンデンサ部分の合成によるキャパシタンスの増加分Ｃに基づいて、等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスが増加することが分かる。

以上に詳細に説明したように、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナは、現状のＳＲＲアンテナ例えば背景技術における図１４のＳＲＲアンテナとは異なり、ＳＲＲアンテナのスプリットリング共振器１内の特定の位置に該スプリットリング共振器１とは直接接続しない特定形状の追加素子４を配置する構成を採用している。すなわち、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナは、単層または多層のプリント基板からなるＧＮＤ板２（グラウンド板２）にスプリットリング共振器１を配置し、スプリットリング共振器１の構成にしたがって決定される共振周波数に基づいて動作するＳＲＲ（Split-Ring-Resonator）アンテナを構成するアンテナ装置であって、前記ＳＲＲアンテナの開口部１１内に、スプリットリング共振器１の少なくとも一部に近接して配置した追加素子４を備えている。

ここで、追加素子４は、一辺に開放部を有するループ形状のコイル部を形成する追加素子導体（第１の追加素子導体４１、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５）と、前記開放部に接続され、かつ、互いに対向するように配置してスリット部を形成する追加素子スリット部導体（第１の追加素子スリット部導体４６、第２の追加素子スリット部導体４７）と、を備えて構成される。そして、追加素子４に備えた前記追加素子導体および前記追加素子スリット部導体の少なくとも一部は、スプリットリング共振器１の少なくとも一部と、あらかじめ定めた特定の間隔Ｓで重なるように配置される。

また、前記追加素子導体の少なくとも一部（例えば、第１の追加素子導体４１）は、少なくとも、スプリットリング共振器１を構成する素子導体のうち、例えば、ＧＮＤ板２の外周の１辺に沿って配置される素子導体（例えば、第１の導体１３、第２の導体１４）の少なくとも一部と、特定の間隔Ｓで重なるように配置される。また、前記追加素子導体スリット部導体（第１の追加素子スリット部導体４６、第２の追加素子スリット部導体４７）の少なくとも一部は、少なくとも、スプリットリング共振器１を構成する素子導体のうち、対向して配置されてスリット部を形成するスリット部導体（第１のスリット部導体１５、第２のスリット部導体１６）の少なくとも一部と、特定の間隔Ｓで重なるように配置される。

かくのごとき追加素子４を備えることにより、背景技術の図１４に示したＳＲＲアンテナと比較して、等価的に構成されるコイル部分の総合インダクタンスＬ’およびコンデンサ部分の総合キャパシタンスＣ’の値が増加することになるので、本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数をより低い領域まで移動させることが可能になっていることが分かる。

なお、追加素子４を構成する第１の追加素子導体４１、第２の追加素子導体４２、第３の追加素子導体４３、第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５を用いて形成されるループ形状の大きさを調整することにすれば、スプリットリング共振器１のループ形状のコイル部分との間の相互インダクタンスによるインダクタンスの増加分Ｍを調整することができるので、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することができる。

また、追加素子４のスリット部を形成する第１の追加素子スリット部導体４６、第２の追加素子スリット部導体４７の長さを調整することにすれば、等価的に構成されるコンデンサ部分の合成キャパシタンスＣを調整することができるので、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することができる。また、追加素子４のループ形状の一部を形成する第４の追加素子導体４４、第５の追加素子導体４５の長さを調整することにすれば、同様に、等価的に構成されるコンデンサ部分の合成キャパシタンスＣを調整することができるので、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することができる。

さらに、追加素子４のループ形状の一部を形成する第４の追加素子導体４４および第５の追加素子導体４５と、第４の追加素子導体４４および第５の追加素子導体４５それぞれと対向する開口部１１の開口縁との間隔を調整することにしても、等価的に構成されるコンデンサ部分のキャパシタンスＣを調整することができるので、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することができる。

（本実施形態の効果の説明）
以上に詳細に説明したように、図１ないし図４に例示したアンテナ装置すなわち本実施形態に係るＳＲＲアンテナにおいては、現状のＳＲＲアンテナ、例えば、背景技術として説明した図１４のＳＲＲアンテナの開口部１１の中に追加素子４を追加しているので、アンテナサイズを大型化させることなく、ＳＲＲアンテナの動作周波数を低くすることができる。

（他の実施形態）
次に、前述の図２に示したアンテナ装置とは異なる他の実施形態について説明する。図１０は、図１に示したアンテナ装置を構成するスプリットリング共振器の内部構成の図２とは異なる他の例を示す拡大図である。図１０に示すスプリットリング共振器１Ａと図２に示したスプリットリング共振器１との差分は、スプリットリング共振器１Ａおよび追加素子４Ａの大きさを、図２に示したスプリットリング共振器１および追加素子４に比較して、横方向に小型化している点である。

つまり、前述した実施形態においては、現状のＳＲＲアンテナ例えば背景技術として示した図１４のＳＲＲアンテナに対して本発明において新たに追加した追加素子４の効果により、現状のＳＲＲアンテナと比較して、アンテナサイズを大型化することなく、アンテナの動作周波数を低くすることを可能になっている。かくのごとき効果を利用して、本発明の他の実施形態においては、現状のＳＲＲアンテナと同じ動作周波数を実現する場合に関し、スプリットリング共振器１Ａおよび追加素子４Ａの大きさを、現状のＳＲＲアンテナと比較して小型化することを可能にする一例を、図１０の拡大図に示している。

図１１は、図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナと背景技術として示した図１４のＳＲＲアンテナとの大きさの比較例を示す説明図である。アンテナの動作周波数を同じ周波数にする場合には、本発明の他の実施形態として図１１に示すように、図１０に示すアンテナ装置のスプリットリング共振器１Ａの横方向のサイズは、現状のＳＲＲアンテナ例えば図１４のＳＲＲアンテナのスプリットリング共振器１Ｂと比較して、大幅に小型化することが可能である。

また、図１２は、図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナのインピーダンス特性の一例を示す特性図である。図１３は、図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナのリターンロス特性の一例を示す特性図である。図１２および図１３に示す特性図と図１４に示したＳＲＲアンテナにおける特性を示す図１７および図１８とを比較すると、図１０に示すアンテナ装置すなわち横方向に小型化したＳＲＲアンテナの動作周波数（約２４００ＭＨｚ）が、現状のＳＲＲアンテナの一例として図１４に示したＳＲＲアンテナと同じ周波数であることが分かる。つまり、図１０に示すアンテナ装置は、現状のＳＲＲアンテナ例えば図１４に示したＳＲＲアンテナに比較してアンテナサイズを大幅に小型化しても、現状のＳＲＲアンテナと同じ周波数で動作させることが可能であることを意味している。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

１ スプリットリング共振器
１Ａ スプリットリング共振器
１Ｂ スプリットリング共振器
２ ＧＮＤ（Ground）板（グラウンド板）
３ 給電部
４ 追加素子
４Ａ 追加素子
１１ 開口部
１２ 給電導体
１３ 第１の導体
１４ 第２の導体
１５ 第１のスリット部導体
１６ 第２のスリット部導体
４１ 第１の追加素子導体
４２ 第２の追加素子導体
４３ 第３の追加素子導体
４４ 第４の追加素子導体
４５ 第５の追加素子導体
４６ 第１の追加素子スリット部導体
４７ 第２の追加素子スリット部導体

Claims (10)

1. 単層または多層のプリント基板からなるグラウンド板にスプリットリング共振器を配置し、該スプリットリング共振器の共振周波数に基づいて動作するＳＲＲ（Split-Ring-Resonator）アンテナを有するアンテナ装置であって、前記ＳＲＲアンテナの開口部内に、前記スプリットリング共振器の少なくとも一部に近接して配置した追加素子を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記追加素子は、一辺に開放部を有するループ形状のコイル部を形成する追加素子導体と、前記開放部に接続され、かつ、互いに対向するように配置してスリット部を形成する追加素子スリット部導体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記追加素子導体および前記追加素子スリット部導体の少なくとも一部は、前記スプリットリング共振器の少なくとも一部と、あらかじめ定めた特定の間隔で重なるように配置されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記追加素子導体の少なくとも一部は、前記スプリットリング共振器を構成する素子導体のうち、前記グラウンド板の外周の１辺に沿って配置される素子導体の少なくとも一部と、前記特定の間隔で重なるように配置されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記追加素子スリット部導体の少なくとも一部は、前記スプリットリング共振器を構成する素子導体のうち、対向して配置されてスリット部を形成するスリット部導体の少なくとも一部と、前記特定の間隔で重なるように配置されることを特徴とする請求項３または４に記載のアンテナ装置。
6. 前記追加素子スリット部導体の長さを調整することにより、前記ＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記追加素子導体により形成される前記ループ形状の大きさを調整することにより、前記ＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記追加素子導体の少なくとも一部と前記ＳＲＲアンテナの前記開口部の開口縁との間隔を調整することにより、前記ＳＲＲアンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記プリント基板が多層のプリント基板であり、前記スプリットリング共振器と前記追加素子とはそれぞれ異なる層に配置してあることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. 無線通信用のアンテナを請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナ装置を用いて構成することを特徴とする携帯無線機器。

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