JP2023180937A - アンテナ装置、および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数帯域に対応可能であり、かつ、サイズを抑制可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、給電点に接続され、前記給電点から延伸する、第１周波数に対応した給電アンテナと、グランドに接続され、前記給電アンテナを囲むように配置される、前記第１周波数より低い第２周波数に対応したループアンテナと、前記給電アンテナが延伸する方向の、前記ループアンテナの外側に配置される、前記第２周波数に対応する共振器と、を備え、前記ループアンテナは、前記給電点よりも前記共振器が配置された側に、外側に向けて突出して延伸した延伸部を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、アンテナ装置、および通信装置に関する。

従来、アンテナが対応可能な周波数をより広帯域の周波数へ拡張することが求められている。例えば、従来の無線通信技術であるＷｉ－Ｆｉ（登録商標）のうちのＷｉ－Ｆｉ６では、２４００ＭＨｚ帯と、５０００ＭＨｚ帯に対応可能に構成されたアンテナが知られている。特許文献１では、１つのアンテナにて、複数の周波数帯域それぞれに対応したループアンテナを設けて共振可能な構成を有しつつ、アンテナ装置全体の大きさを小さくする構成が開示されている。

特開２００５－２０２８９号公報

本開示は、上述した従来の事情を鑑みて案出され、複数の周波数帯域に対応可能であり、かつ、サイズを抑制可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本開示は、給電点に接続され、前記給電点から延伸する、第１周波数に対応した給電アンテナと、グランドに接続され、前記給電アンテナを囲むように配置される、前記第１周波数より低い第２周波数に対応したループアンテナと、前記給電アンテナが延伸する方向の、前記ループアンテナの外側に配置される、前記第２周波数に対応する共振器と、を備え、前記ループアンテナは、前記給電点よりも前記共振器が配置された側に、外側に向けて突出して延伸した延伸部を有する、アンテナ装置を提供する。

また、本開示は、アンテナ装置を有する通信装置であって、アンテナ装置が、給電点に接続され、前記給電点から延伸する、第１周波数に対応した給電アンテナと、グランドに接続され、前記給電アンテナを囲むように配置される、前記第１周波数より低い第２周波数に対応したループアンテナと、前記給電アンテナが延伸する方向の、前記ループアンテナの外側に配置される、前記第２周波数に対応する共振器と、を備え、前記ループアンテナは、前記給電点よりも前記共振器が配置された側に、外側に向けて突出して延伸した延伸部を有する、通信装置を提供する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を装置やシステムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、複数の周波数帯域に対応可能であり、かつ、サイズを抑制可能なアンテナ装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の構成例を示す図 実施の形態１に係るアンテナ装置の共振状態を説明するための図 実施の形態１に係るアンテナ装置の共振状態を説明するための図 実施の形態１に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図 実施の形態１に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図

（本開示に至る経緯）
従来、複数の周波数帯域に対応可能なアンテナ装置が知られている。例えば、無線通信技術の１つであるＷｉ－Ｆｉ（登録商標）では、２ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の２つの周波数帯域に対応可能な構成のアンテナ装置がある。このようなアンテナ装置では、例えば、λ／２の２ＧＨｚのアンテナを形成し、５ＧＨｚのアンテナについてはλで共振させてデュアルモードを形成させることが行われている。また、２ＧＨｚと５ＧＨｚを組み合わせてデュアルモードを形成することもある。ここで、アンテナ装置において、２ＧＨｚのためのエレメントのエレメント長または５ＧＨｚのためのエレメントのエレメント長のどちらかを変更した場合、それぞれの周波数特性に影響を及ぼしてしまう。

また、今後もアンテナ装置にて対応可能な帯域の更なる拡張が求められており、拡張に応じてアンテナ装置を構成するエレメントも増加する。更には、アンテナ装置自体の強度を向上させたり、アンテナ装置を設置させたりするためには、その周辺に様々な金属構造が存在する。アンテナ装置を構成するエレメントは、対応する周波数に応じて、それらの金属構造から一定の距離を確保する必要がある。例えば、５ＧＨｚ帯の場合、金属構造との距離として、１５ｍｍ程度を確保する必要がある。これらのことを考慮すると、複数の周波数帯域に対応するためには、極力、アンテナ装置内のエレメントを共有化しつつ、アンテナサイズをコンパクト化することが求められる。

以下、添付図面を適宜参照しながら、本開示に係るアンテナ装置、および通信装置を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、あるいは、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されない。

＜実施の形態１＞
以下に説明する実施の形態１では、２．４ＧＨｚ帯（例えば、２４００～２５００ＭＨｚ）の周波数と、５ＧＨｚ帯（例えば、５１５０～５８００ＭＨｚ）の周波数とを動作周波数とし、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の規格に準拠した無線通信が可能なアンテナ装置を例に挙げて説明する。なお、上記の規格に限定するものではなく、他の規格に準拠した周波数帯域の無線通信を対象として適用してもよい。

［装置構成］
図１は、本実施の形態に係るアンテナ装置１００の構成例を示す概略図である。図１において、Ｘ軸は、アンテナ装置１００が構成される基板１０１の短手方向に対応する。Ｙ軸は、アンテナ装置１００が構成される基板１０１の長手方向に対応する。Ｚ軸は、アンテナ装置１００の基板１０１の厚み方向に対応する。

アンテナ装置１００は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）の無線通信が利用可能な通信装置（不図示）に搭載される。よって、通信装置は、アンテナ装置１００を用いて、他の通信装置と、２ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯を含む複数の周波数帯域にて無線通信が可能である。

本実施の形態に係るアンテナ装置１００の基板１０１は、矩形形状である。基板１０１の形状やサイズは特に限定するものではないが、後述する各エレメントを含み、かつ、周辺に位置する金属構造の影響を考慮した形状やサイズであることが望ましい。基板１０１は、複数の層を含む積層基板にて構成されてよい。

本実施の形態に係るアンテナ装置１００において、アンテナを構成する各エレメントは、複数の層を有する積層基板であるプリント配線基板上に形成され、表面の金属箔をエッチング等することによってパターンを形成している。複数の層のそれぞれは、例えば、銅箔或いはガラスエポキシ等で構成されてよい。

基板１０１には、給電アンテナの一例としてのアンテナ導体１０４、および、非給電アンテナの一例としてのアンテナ導体１０５を備える。アンテナ導体１０４には、給電するための給電点１０３が設けられる。給電点１０３は、例えば、導線（不図示）を介して、電力源（不図示）に接続される。アンテナ導体１０５には、グランド（ＧＮＤ）に接続（短絡）するためのグランド点１０２が設けられる。グランド点１０２は、例えば、導線（不図示）を介して、接地レベルに接続される。なお、グランド点１０２および給電点１０３に接続される導線は、１つの同軸ケーブル（不図示）にて含めて構成されてもよい。

本実施の形態では、第１周波数の一例である５ＧＨｚ帯に対しては、アンテナ導体１０４で共振を行わせる。また、第１周波数より低い第２周波数の一例である２ＧＨｚ帯に対しては、アンテナ導体１０５のループアンテナで共振を行わせる。従って、アンテナを構成する各部の寸法はこれらの周波数帯域に対応して規定される。

アンテナ導体１０４は、長手方向（図１では、Ｘ軸方向）の長さがλ／４となるように、給電点１０３から延伸して構成される。ここで、アンテナ導体の長さをＬ１として示す。λは周波数を示し、本実施の形態では、Ｌ１は５ＧＨｚ帯に対応して規定される。つまり、アンテナ導体１０４の長手方向のエレメント長は、５ＧＨｚ帯の波長の１／４とする。

アンテナ導体１０５は、アンテナ導体１０４の周りを囲うように配置され、ループアンテナとして構成される。本実施の形態において、アンテナ導体１０５は、アンテナ導体１０４の周りにて矩形となるように構成された例を示している。アンテナ導体１０５は、図１のＺ軸に沿って見た場合、グランド点１０２から反時計回りに、エレメント部１０６、エレメント部１０８、エレメント部１０９、エレメント部１１２、およびエレメント部１１３を有する。エレメント部１０６は、Ｙ軸方向に沿って設けられる。また、エレメント部１０６からＹ軸方向に沿って延伸するように延伸部１０７が設けられる。

エレメント部１０８は、Ｘ軸方向に沿って設けられ、エレメント部１０６とエレメント部１０８とに接続される。エレメント部１１２は、Ｘ軸方向に沿って設けられ、エレメント部１１３とエレメント部１０９とに接続される。エレメント部１０９はＹ軸に沿って設けられ、その両端において、Ｙ軸に沿って延伸された延伸部１１０、１１１が設けられる。

エレメント部１１３は、Ｙ軸方向に沿って設けられる。また、エレメント部１１３からＹ軸方向に沿って延伸するように延伸部１１４が設けられる。本実施の形態において、エレメント部１０６、１１３、延伸部１０７、１１４は、Ｙ軸方向に沿って、一直線上に位置するように構成される。また、延伸部１０７、１１４と、延伸部１１０、１１１とは平行になる様に構成されている。

また、エレメント部１０９に対し、Ｙ軸に沿って平行するようにアンテナ導体１１５が更に設けられる。

アンテナ導体１０５は、エレメント部１０６、エレメント部１０８、エレメント部１０９、エレメント部１１２、およびエレメント部１１３の長さの総和がλとなるように構成される。つまり、アンテナ導体１０５のエレメント長の総和は、２ＧＨｚ帯の波長λとする。ここで、エレメント部１０６、１１３のＹ軸方向の長さをＬ２として示す。また、エレメント部１０８、１１２の短手方向の長さをＬ３として示す。また、エレメント部１０９と延伸部１１０、１１１のＹ軸方向の長さの総和をＬ４として示す。この場合、例えば、Ｌ２をλ／８、Ｌ３をλ／８、Ｌ４をλ／２として構成することができる。本実施の形態では、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は２ＧＨｚ帯に対応して規定される。

延伸部１０７、１１４は、インピーダンスマッチングのための調整用のエレメントであり、任意に設定可能である。延伸部１０７、１１４は、ループアンテナを構成するアンテナ導体１０５において、給電点１０３側に位置する。一方、延伸部１１０、１１１は、ループアンテナを構成するアンテナ導体１０５において、給電点１０３よりもアンテナ導体１１５側に位置する。

アンテナ導体１１５は、所定の周波数帯域の利得を調整するために用いられる共振器であり、本実施の形態では、第２周波数の一例である２ＧＨｚ帯の利得を上昇させるために用いられる。本実施の形態において、アンテナ導体１１５の長手方向（図１では、Ｙ軸方向）の長さは、エレメント部１０９、延伸部１１０、１１１のＹ軸方向の長さの総和よりも長く設定されている。

［共振］
図２Ａおよび図２Ｂは、図１に示す本実施の形態に係るアンテナ装置１００の構成において、２ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯に対する共振状態の例を示す図である。ここでは、共振状態をグラデーションにて示している。

図２Ａは、２ＧＨｚ帯に対する共振状態の例を示す図である。上述したように、２ＧＨｚ帯については、アンテナ導体１０５のループアンテナを用いて共振を行わせる。

図２Ｂは、５ＧＨｚ帯に対する共振状態の例を示す図である。上述したように、５ＧＨｚ帯については、アンテナ導体１０４を用いて共振を行わせる。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、対応する周波数帯域に応じて、共振させる部位が異なる。

［ＶＳＷＲ特性］
図３Ａおよび図３Ｂは、図１に示す本実施の形態に係るアンテナ装置１００の構成における、２ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯に対するＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）特定を示すグラフ図である。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸はＶＳＷＲを示す。

図３Ａは、２ＧＨｚ帯に対する共振モード時におけるＶＳＷＲ特性を示す。図３Ａにおいて、２ＧＨｚ帯（例えば、２．４０～２．５０ＧＨｚ）に着目すると、ＶＳＷＲが最小で２．４程度の値を示している。

図３Ｂは、５ＧＨｚ帯に対する共振モード時におけるＶＳＷＲ特性を示す。図３Ｂにおいて、５ＧＨｚ帯（例えば、５．１５～５．８０ＧＨｚ）に着目すると、ＶＳＷＲが３以下の値を示し、最小で２．５程度の値を示している。

以上、本実施の形態により、アンテナ装置１００は、給電点１０３に接続され、給電点１０３から延伸する、第１周波数（例えば、５ＧＨｚ帯）に対応した給電アンテナ（アンテナ導体１０４）と、グランド点１０２に接続され、給電アンテナ（アンテナ導体１０４）を囲むように配置される、第１周波数より低い第２周波数（例えば、２ＧＨｚ帯）に対応したループアンテナ（アンテナ導体１０５）と、給電アンテナ（アンテナ導体１０４）が延伸する方向の、ループアンテナ（アンテナ導体１０５）の外側に配置される、第２周波数に対応する共振器（アンテナ導体１１５）と、を備え、ループアンテナ（アンテナ導体１０５）は、給電点１０３よりも共振器（アンテナ導体１１５）が配置された側に、外側に向けて突出して延伸した延伸部１１０、１１１を有する。

これにより、複数の周波数帯域に対応可能であり、かつ、サイズを抑制可能なアンテナ装置を提供することが可能となる。

また、延伸部１１０、１１１は、共振器（アンテナ導体１１５）の長手方向と平行になるように延伸される。

これにより、アンテナ装置１００は、第２周波数の利得を向上させることが可能となる。

また、２つの延伸部１１０、１１１が設けられ、延伸部１１０、１１１は、直線上にて延伸するように配置される。

これにより、アンテナ装置１００は、エレメント長を変更せずに、ループアンテナ（アンテナ導体１０５）の内側のサイズを抑制することが可能となる。

また、給電アンテナ（アンテナ導体１０４）のエレメント長は、第１周波数（例えば、５ＧＨｚ）の波長の１／４であり、ループアンテナ（アンテナ導体１０５）のエレメント長は、第２周波数（例えば、２ＧＨｚ）の波長であり、延伸部１１０、１１１とループアンテナの一部（エレメント部１０９）とから構成される、共振器（アンテナ導体１１５）に平行な部位のエレメント長は、第２周波数（例えば、２ＧＨｚ）の波長の１／２である。

これにより、アンテナ装置１００は、第２周波数の利得を向上させることが可能となる。

また、アンテナ装置１００は、様々な通信装置に搭載されて利用可能である。

＜その他の実施形態＞
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に相当し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

上記の実施の形態では、アンテナ装置１００は、後期内に設置されるシートモニタ内に搭載される例を示した。しかし、シートモニタに限らず、本発明は、例えば、コードレス電話機の親機あるいは子機、電子棚札（例えば、小売店の陳列棚に貼り付けされる、商品の売価が表示されたカード型の電子機器）、スマートスピーカ、車載機器、電子レンジ、冷蔵庫等の多くのＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）機器などに搭載されてもよい。

また、本発明に係るアンテナ装置は、電磁波の送受信がともに可能なアンテナ装置の他、例えば、送信専用あるいは受信専用のアンテナ装置に適用してもよい。

本開示は、所定の空間に複数台が設置されるアンテナ装置、および通信装置として有用である。

１００ アンテナ装置
１０１ 基板
１０２ グランド点
１０３ 給電点
１０４、１０５、１１５ アンテナ導体
１０６、１０８、１０９、１１２、１１３ エレメント部
１０７、１１０、１１１、１１４ 延伸部

Claims (6)

1. 給電点に接続され、前記給電点から延伸する、第１周波数に対応した給電アンテナと、
   グランドに接続され、前記給電アンテナを囲むように配置される、前記第１周波数より低い第２周波数に対応したループアンテナと、
   前記給電アンテナが延伸する方向の、前記ループアンテナの外側に配置される、前記第２周波数に対応する共振器と、
   を備え、
   前記ループアンテナは、前記給電点よりも前記共振器が配置された側に、外側に向けて突出して延伸した延伸部を有する、
   アンテナ装置。
2. 前記延伸部は、前記共振器の長手方向と平行になるように延伸される、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. ２つの前記延伸部が設けられ、
   当該２つの延伸部は、直線上にて延伸するように配置される、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記給電アンテナのエレメント長は、前記第１周波数の波長の１／４であり、
   前記ループアンテナのエレメント長は、前記第２周波数の波長であり、
   前記延伸部と前記ループアンテナの一部とから構成される、前記共振器に平行な部位のエレメント長は、前記第２周波数の波長の１／２である、
   請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１周波数は、５ＧＨｚ帯であり、
   前記第２周波数は、２ＧＨｚ帯である、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を有する通信装置。

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