JP3931866B2 - 表面実装型アンテナおよびそれを用いたアンテナ装置および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体基体に放射電極が形成されて成る表面実装型アンテナおよびそれを用いたアンテナ装置および通信装置に関するものである。

近年、１つのアンテナで複数の周波数帯の電波通信が可能なマルチバンド対応のアンテナが注目されている。例えば、アンテナ動作を行う放射電極は共振周波数が異なる複数の共振モードを持つことから、その放射電極の複数の共振モードを利用して複数の周波数帯での電波通信を可能にしているマルチバンド対応のアンテナがある。

特開２００２−２６６２４号公報 欧州特許出願公開ＥＰ０ ９３８ １５８ Ａ２号明細書 国際公開ＷＯ９９／２２４２０号パンフレット 特開２００２−１５８５２９号公報

放射電極の複数の共振モードを利用したマルチバンド対応のアンテナでは、一般的に、放射電極の複数の共振モードの中で最も周波数が低い基本モードの共振と、それよりも高い周波数の高次モードの共振とを用いる。このため、放射電極の基本モードの共振が、電波通信用として設定された複数の周波数帯のうちの低い方の周波数帯でもって行われ、また、放射電極の高次モードの共振が、電波通信用の設定の高い方の周波数帯でもって行われるように、放射電極が設計される。

しかしながら、例えば、表面実装型アンテナのように小型化されたアンテナにおいては、放射電極の基本モードの共振と、高次モードの共振とを別々に制御することは難しく、これにより、例えば基本モードの共振がほぼ要求を満たす状態とすることができても、高次モードの共振は満足できるものではないというように、基本モードの共振と、高次モードの共振との両方が共に満足できる状態となるように放射電極を形成することは難しかった。

この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、放射電極の基本モードの共振と高次モードの共振を別々に制御可能とし、複数の周波数帯の電波通信を設定通りに行わせることが容易な表面実装型アンテナおよびそれを用いたアンテナ装置および通信機を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明の表面実装型アンテナは、基本モードの周波数による共振と該基本モードよりも高い高次モードの周波数による共振とのアンテナ動作を行う放射電極が誘電体基体の複数の面に渡ってループ状に形成されて成る表面実装型アンテナであって、放射電極は、その一端側が外部の回路に接続する給電部と成して、その給電部から他端側に向かう途中の分岐部に至るまでの幹放射電極部と、該幹放射電極部の分岐部から分岐された複数の分岐放射電極部とを有して構成されており、分岐放射電極部の一つは、前記幹放射電極部と、これに連接している別の一つの分岐放射電極部とから成るループ状電極部により間隔を介して囲まれたループ内側分岐放射電極部と成し、前記放射電極は前記幹放射電極部および前記複数の分岐放射電極部とを含む全体で前記基本モードでの共振動作を行う構成と成し、前記ループ内側分岐放射電極部と前記幹放射電極部との間の電磁結合強度は、前記ループ内側分岐放射電極部を囲むループ状電極部を構成している前記別の一つの分岐放射電極部の先端の開放端と前記放射電極の給電部との間の電磁結合強度よりも、前記ループ内側分岐放射電極部が前記高次モードの共振動作を行うようにすべく大きく形成されており、前記各分岐放射電極部の少なくとも先端部分はそれぞれ誘電体基体の互いに異なる面に配置されていることを特徴としている。

また、この発明のアンテナ装置は、この発明に特有な構成を持つ表面実装型アンテナが基板に設けられているアンテナ装置であって、基板には、少なくとも表面実装型アンテナの実装領域を避けた部分にグランド電極が形成されており、表面実装型アンテナは、基板の非グランド領域に設けられていることを特徴としている。さらに、この発明の通信装置は、この発明において特有な構成を持つ表面実装型アンテナ又はアンテナ装置が設けられていることを特徴としている。

この発明の表面実装型アンテナおよびアンテナ装置によれば、ループ状の放射電極は、一端側（給電部）から他端側に向かう途中の分岐部で複数の分岐放射電極部に分岐され、各分岐放射電極部の少なくとも先端部分は誘電体基体の互いに異なる面に配置して離す構成とした。このため、例えば、分岐放射電極部の一つが、他の分岐放射電極部に比べて、放射電極の給電部から分岐部に至るまでの放射電極部位である幹放射電極部との電磁結合が強くなるように形成できるので、幹放射電極部との電磁結合が強い分岐放射電極部を高次モードの制御用の放射電極部位として機能させることが可能となる。つまり、ループ状の放射電極の開放端とこれに対向する幹放射電極部との間の容量（電磁結合量）の制御によって放射電極の高次モードの共振周波数等を制御できることが分かってきている。この発明では、ループ状の放射電極を、一端側（給電部）から他端側に向かう途中の分岐部で複数の分岐放射電極部に分岐する構成とし、その分岐放射電極部の一つを高次モードの制御用の放射電極部位として機能できる構成としたので、その高次モードの制御用の放射電極部位を利用することにより、放射電極の高次モードの共振周波数やマッチングの制御を基本モードに殆ど悪影響を与えずに行うことができることとなる。これにより、設定通りに基本モードおよび高次モードのアンテナ動作を行うことができる放射電極を得ることが容易となる。また、設計変更にも簡単かつ迅速に対応することができることとなる。

その上、この発明では、分岐放射電極部の一つは、放射電極の給電部から分岐部に至るまでの放射電極部位と、これに連接している別の分岐放射電極部とにより形成されたループ状電極部に間隔を介し囲まれたループ内側分岐放射電極部と成しているので、ループ内側分岐放射電極部の電界をループ状電極部のループ内側に閉じ込めることができる。このため、例えば、人体等のグランドと見なせる物体が接近してきても、放射電極の電界がそのグランド物体に強く引き寄せられる問題を回避できるという如く外部からの悪影響を受け難くすることができる。

さらに、この発明では、放射電極はその一端側（給電部）から他端側（つまり、開放端側）に向かう途中の分岐部で複数の分岐放射電極部に分岐されている構成とした。換言すれば、複数の分岐放射電極部によって、放射電極は、その開放端側が複数に分散配置されている構成となっている。このことから、放射電極の開放端とグランドとの間の容量を小さくすべく各分岐放射電極部の開放端の配置位置を設定することによって、放射電極の開放端とグランド間の容量を削減でき、これに起因してアンテナ効率および帯域幅を向上させることができる。

さらに、この発明では、放射電極をループ状に形成したので、限られた大きさの誘電体基体の中で放射電極の実効長を長くして電気長を大きくすることが容易である上に、放射電極の給電部から分岐部に至るまでの放射電極部位と、分岐放射電極部との間に容量を持たせることができ、この容量により放射電極にインダクタンス（電気長）が付与される構成である。この構成により、放射電極のインダクタンスを大きくすることができて、表面実装型アンテナおよびそれを備えたアンテナ装置や、それを備えた通信装置の小型化を図ることが容易となる。

さらに、ループ内側分岐放射電極部は、少なくとも先端部分が、放射電極の給電部から分岐部に至るまでの放射電極部位である幹放射電極部に間隔を介し囲まれており、このループ内側分岐放射電極部とこれに隣接する給電部に近い方の幹放射電極部との間の間隔は、ループ内側分岐放射電極部とこれに隣接する給電部から遠い方の幹放射電極部との間の間隔よりも広くなっている構成を備えることにより、ループ内側分岐放射電極部と、これに隣接する給電部から遠い方の幹放射電極部とにより構成されるループ内に強い電界を発生させることができる。これにより、上記したように、人体等の接近に因るアンテナ特性の劣化を防止することができる。また、高次モードの整合性とアンテナ効率の向上を図ることが容易となる。

さらに、ループ内側分岐放射電極部の少なくとも先端部分が、幹放射電極部が形成するループ部内に該幹放射電極部との間の等幅のスリットを介して囲まれていて、給電部に近い方の前記ループ内側分岐放射電極部に沿うスリット部分の長さが、ループ内側分岐放射電極部よりも給電部に遠い方の前記ループ内側分岐放射電極部に沿うスリット部分の長さよりも長いものにあっては、ループ内側分岐放射電極部と、幹放射電極部の給電部側との間に電界が集中的に発生する。これにより、人体等が接近しても電界がグランドに引っ張られるのを抑制することができて、人体等の接近に因るアンテナ特性の変化を小さくすることができる。

さらに、ループ状の放射電極の高次モードと複共振状態を作り出す無給電放射電極が設けられているものにあっては、ループ状の放射電極と無給電放射電極との複共振状態により放射電極の高次モードの広帯域化を図ることが容易となる。さらに、無給電放射電極が設けられている表面実装型アンテナを基板に実装して成るアンテナ装置にあっては、表面実装型アンテナの誘電体基体に形成されている無給電放射電極の電気長が設定の共振周波数に対応する電気長に対して不足の状態であっても、基板に形成されたインダクタンスを持つ回路を介して無給電放射電極をグランド電極に接続させることによって、そのインダクタンスを持つ回路により、その不足の電気長を補わせることができて、無給電放射電極に設定通りの動作を行わせることが可能である。このことは、表面実装型アンテナの小型化に寄与することができる。

さらに、放射電極の共振周波数を調整するための周波数調整部を設けたものにあっては、加工精度などによって放射電極の共振周波数が設計の状態からずれてしまっても周波数調整部を利用して共振周波数を調整することが可能であることから、アンテナ特性の信頼性が高い表面実装型アンテナおよびそれを備えたアンテナ装置、また、それを備えた通信装置を提供することができる。

さらに、分岐放射電極部の一つに、放射電極の高次モードの共振周波数を制御するための切り込みが設けられているものにあっては、高次モードが持つ複数の共振のうちの最も周波数が低い高次モードの共振だけでなく、それよりも高い高次モードの周波数の共振の制御が容易となる。

さらに、上記のような優れた効果は、分岐放射電極部の一つが誘電体基体の上面に形成され、別の分岐放射電極部が誘電体基体の側面に形成されている構成としても、ループ内側分岐放射電極部が太幅となっている構成としても、同様に得ることができる。

以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）には表面実装型アンテナおよびそれを備えたアンテナ装置の第１実施形態例が模式的な斜視図により示され、図１（ｂ）にはその表面実装型アンテナの展開図が示されている。

この第１実施形態例のアンテナ装置１は、表面実装型アンテナ２が例えば通信装置の回路基板３に実装されて成るものである。回路基板３には、少なくとも表面実装型アンテナ２の実装領域Ｚを避けてグランド電極４が形成されており、表面実装型アンテナ２は、グランド電極４が形成されていない回路基板３の非グランド領域Ｚに表面実装されている。

表面実装型アンテナ２は、直方体状の誘電体の基体６と、当該基体６に形成されている放射電極７とを有して構成されている。放射電極７は、その基端側Ｑが基体６の側面６ａに形成され、当該側面６ａから側面６ｂ，６ｃを順に介し側面６ｄに向かってループ状に形成されている。さらに、その放射電極７の先方側は、側面６ｄから基端側Ｑに戻るように側面６ａに向けて形成された分岐放射電極部８（８Ａ）と、上面６ｅに形成される分岐放射電極部８（８Ｂ）とに分岐形成されている。この放射電極７を簡略化して表した図が図２に示されている。なお、図１では、側面６ａ〜６ｄに形成された放射電極７の一部分が基体６の上面６ｅに回り込んで形成されている。また、この第１実施形態例では、放射電極７の基端側Ｑから、分岐放射電極部８Ａ，８Ｂに分岐している分岐部に至るまでの部分を幹放射電極部９と呼ぶ。つまり、放射電極７は、幹放射電極部９と、分岐放射電極部８Ａ，８Ｂとから成るものである。

放射電極７の基端側Ｑは回路基板３に形成された外部の回路（つまり送受信回路であるＲＦ回路）１０に接続される給電部と成している。また、放射電極７を構成する各分岐放射電極部８Ａ，８Ｂはそれぞれ先端部が開放端と成している。これら分岐放射電極部８Ａ，８Ｂの各開放端８ak，８bkは、それぞれ基体６の互いに異なる面に形成されている。つまり、分岐放射電極部８Ａの開放端８akは基体６の側面６ａに放射電極７の給電部Ｑと間隔を介して対向配置されている。また、分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkは基体６の上面６ｅに放射電極７の給電部Ｑ以外の部位と間隔を介して対向配置されている。

また、この第１実施形態例では、分岐放射電極部８Ｂは、幹放射電極部９（つまり、放射電極７の給電部Ｑから分岐部に至るまでの放射電極部位）と、これに連接している分岐放射電極部８Ａとにより形成されたループ状電極部によって間隔を介し囲まれており、当該分岐放射電極部８Ｂはループ内側分岐放射電極部となっている。この分岐放射電極部（ループ内側分岐放射電極部）８Ｂの先端側は幹放射電極部９により間隔を介し囲まれており、この分岐放射電極部８Ｂと、当該分岐放射電極部８Ｂを囲んでいる幹放射電極部９との間には容量が形成されている。

この分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkとそれに対向する幹放射電極部９との間の間隔Ｇkは、それら分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkと幹放射電極部９が電磁結合する程度に狭く形成されている。これに対して、分岐放射電極部８Ａの開放端８akと放射電極７の給電部Ｑとの間の間隔ｇは、前記間隔Ｇkよりも広くて、分岐放射電極部８Ａの開放端８akと放射電極７の給電部Ｑとが電磁結合していないと見なすことができる程の広い間隔となっている。

上記のような放射電極７が基体６に形成されて成る表面実装型アンテナ２は、回路基板３の設定位置に配設されることにより、回路基板３に形成されている配線パターン又はチップコイル１１等の整合回路を介してＲＦ回路１０に接続される。例えば、外部のＲＦ回路１０からチップコイル１１等の整合回路を介して放射電極７の給電部Ｑに信号が供給されると、当該信号は、給電部Ｑから幹放射電極部９を通って分岐部に至り、当該分岐部から、分岐放射電極８Ａを通る経路と、分岐放射電極８Ｂを通る経路との２経路に分流して通電する。このような信号の通電によって、放射電極７が共振してアンテナ動作を行うことができる。なお、表面実装型アンテナ２を回路基板３に配設する手法には、例えば、表面実装型アンテナ２の基体６を半田を利用して回路基板３に実装する手法や、例えば基体６を接着剤等により回路基板３に接合する手法等の様々な手法があり、ここでは、何れの手法を採用してもよい。

放射電極７の基本モードの共振はλ／４モノポールアンテナと類似した共振状態となり、放射電極７の基本モードの共振には、分岐放射電極部８Ａと分岐放射電極部８Ｂの両方を含む放射電極７全体が関与している。このため、放射電極７が要求の基本モードの共振周波数に対応する電気的な長さ（電気長）を得るために、給電部Ｑから分岐放射電極部８Ａの開放端８akに至るまでの実効長や、給電部Ｑから分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkに至るまでの実効長などが設定されている。

また、放射電極７の高次モードの共振には、もちろん分岐放射電極部８Ａと分岐放射電極部８Ｂの両方が関与するが、放射電極７の高次モードの共振周波数とインピーダンスに主に関与するのは、それら分岐放射電極部８Ａ，８Ｂのうち、幹放射電極部９と強く電磁結合している方の分岐放射電極部８（つまり、分岐放射電極部８Ｂ）であり、他方の分岐放射電極部８Ａは高次モードの共振周波数への関与の度合いが低いものである。

その高次モードに大きく関与する分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkと、それに対向する幹放射電極部９との間の間隔Ｇkや対向面積（換言すれば、開放端８bkとそれに対向する放射電極部位との間の容量）を可変することにより、基本モードの共振周波数の変化を最小限にしたまま、高次モードの共振周波数を大きく可変調整することができる。このことから、この第１実施形態例では、分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkと幹放射電極部９間の間隔Ｇkや対向面積は放射電極７の高次モードの共振が設定の共振周波数を持つことができるように設定されている。

また、この第１実施形態例では、分岐放射電極部８Ｂの側縁両側には、それぞれ、幹放射電極部９が間隔を介して隣接配置されている。この分岐放射電極部８Ｂの一方側の側縁とそれに隣接する給電部Ｑに近い方の幹放射電極部９との間の間隔Ｇnと、分岐放射電極部８Ｂの他方側の側縁とそれに隣接する給電部Ｑに遠い方の幹放射電極部９との間の間隔Ｇdとは、高次モードの放射電極７とＲＦ回路１０側との整合性に多く関与している。つまり、それら間隔Ｇn，Ｇdを調整することによって（換言すれば、間隔Ｇnに生じる容量と、間隔Ｇdに生じる容量とを調整することによって）、基本モードの共振に悪影響を殆ど与えることなく、放射電極７の高次モードの共振における整合性（マッチング）を調整することができる。整合性は帯域幅に関与するものであることから、この第１実施形態例では、放射電極７の高次モードにおいて、要求の整合性となるように、間隔Ｇn，Ｇdが設定されて、周波数帯域の広帯域化が図られている。

すなわち、分岐放射電極部（ループ内側分岐放射電極部）８Ｂと幹放射電極部９との間の間隔Ｇk，Ｇn，Ｇdを調整することによって、基本モードの共振に悪影響を殆ど与えることなく、高次モードの共振の共振周波数および整合性を基本モードからほぼ独立させて制御することができる。

なお、図１の例では、間隔Ｇnと間隔Ｇdはほぼ等しくなっているが、それら間隔Ｇn，Ｇdは等幅とは限らず、例えば、整合性を良好にすべく間隔Ｇn，Ｇdを検討した結果、図４（ａ）や（ｂ）に示されるように間隔Ｇnが間隔Ｇdよりも広くなる場合もある。この場合には、その間隔Ｇn，Ｇdの差に起因して、幹放射電極部９と分岐放射電極部８Ｂとから成る図４（ａ）、（ｂ）の鎖線Ｒに示すような放射電極７のループ内に電界が閉じ込められているような状態となる。このため、表面実装型アンテナ２の近傍に、例えば人体等のグランドと見なされる物体が近接した際に、放射電極７の電界がグランド物体に引き寄せられてアンテナ特性に悪影響を及ぼすという問題を回避することができる。なお、間隔Ｇnが間隔Ｇdよりも狭くなる場合もあり得る。

また、整合性を良好にすべく間隔Ｇnと間隔Ｇdを調整するのではなく、例えば、それら間隔Ｇn，Ｇdは等幅のスリットとし、分岐放射電極部（ループ内側分岐放射電極部）８Ｂよりも給電部Ｑに近い方の前記スリットにおける分岐放射電極部８Ｂに沿う部分の長さＳn（図３参照）と、分岐放射電極部８Ｂよりも給電部Ｑから遠い方の前記スリットにおける分岐放射電極部８Ｂに沿う部分の長さＳdとを調整することで、分岐放射電極部８Ｂとそれに対向する給電部Ｑに近い方の幹放射電極部９との間の容量Ｃnと、分岐放射電極部８Ｂとそれに対向する給電部Ｑから遠い方の幹放射電極部９との間の容量Ｃdとを調整して、放射電極７の高次モードにおける整合性（マッチング）を良好にしてもよい。

なお、図３の例では、前記スリット長Ｓnはスリット長Ｓdよりも長くなっている。この場合、分岐放射電極部８Ｂよりも給電部Ｑに近い側の前記容量Ｃnは、分岐放射電極部８Ｂよりも給電部Ｑに遠い側の前記容量Ｃdよりも大きくなる。これにより、分岐放射電極部８Ｂと、幹放射電極部９の給電部Ｑに近い部位との間の電界強度が強くなり、これに起因して、人体等の接近に因るアンテナ特性の変化を小さくすることができる。

この第１実施形態例によれば、上記のように、放射電極７は一端側（給電部）Ｑから他端側（開放端側）に向かう途中の分岐部で複数の分岐放射電極部８Ａ，８Ｂに分岐されているため、放射電極７の開放端側が分散配置されている形態となっている。放射電極７の開放端は、放射電極７の中で最もグランドとの間に強い電界を持ち易い部分であり、そのグランドとの間の電界は表面実装型アンテナ２のアンテナ効率や帯域幅の低下に関連しているが、この第１実施形態例では、放射電極７の開放端側は複数の分岐放射電極部８Ａ，８Ｂに分岐されているため、一方側の分岐放射電極部８Ｂを、他方側の分岐放射電極部８Ａよりもグランドから離す構成を取ることができる。このために、放射電極７の開放端とグランドとの間の電界の強さを低減することができる。これにより、表面実装型アンテナ２のアンテナ効率および帯域幅を向上させることができる。

また、この第１実施形態例では、分岐放射電極部の一つはループ内側分岐放射電極部８Ｂと成している構成とした。このループ内側分岐放射電極部８Ｂの先端側は、幹放射電極部９によって間隔を介し囲まれて幹放射電極部９との間に容量を持つ構成とした。その容量は放射電極７に付与されて放射電極７が持つインダクタンス（電気長）を大きくすることができるものである。このことから、例えば、直線状の放射電極と比較した場合に、放射電極の実効長が同じあるときには、この第１実施形態例に示した放射電極７は、前記容量によるインダクタンス値の付与がある分、インダクタンス値が多くなり、共振周波数を下げることができる。換言すれば、同じ共振周波数を持とうとした場合に、この第１実施形態例に示した放射電極７は、例えば直線状の放射電極よりも実効長が短くて済む。このことから、基体６（つまり、表面実装型アンテナ２）の小型化を図ることが容易となる。

さらに、この第１実施形態例では、放射電極７をループ状とした上に、その放射電極７は給電部Ｑから他端側に向かう途中の分岐部で分岐して分岐放射電極部８Ａ，８Ｂを形成し、それら分岐放射電極部８Ａ，８Ｂのうちの一方側８Ｂを他方側８Ａよりも、開放端と幹放射電極部９間の電磁結合を強くする構成とした。この構成によって、基本モードの共振には分岐放射電極部８Ａ，８Ｂの両方が関与するが、高次モードの共振には一方の分岐放射電極部８Ｂが主に関与し、他方の分岐放射電極部８Ａは殆ど関与しないこととなる。これにより、分岐放射電極部８Ｂを高次モードの共振制御の電極部分として利用することで、基本モードの共振周波数やマッチング等の制御と、高次モードの共振周波数やマッチング等の制御とをそれぞれほぼ独立的に行わせることができるという優れた効果を得ることができる。

なお、この第１実施形態例では、放射電極７を構成する幹放射電極部９は、基体６の４つの側面６ａ〜６ｄの全てに連続的に形成されていたが、幹放射電極部９は、必ずしも４つの全ての基体側面６ａ〜６ｄに形成しなければならないわけではなく、例えば設定の共振周波数を得るための放射電極７の電気長によっては、例えば、図５（ａ）や（ｂ）の表面実装型アンテナ２の展開図に示されるように、幹放射電極部９は、４つの基体側面６ａ〜６ｄのうちの少なくとも１つの側面に形成される構成としてもよい。

さらに、図１４に示されるように、分岐放射電極部８Ａに切れ込み２１を形成してもよく、この場合は、図１５（ａ）のインピーダンス特性のグラフに示されるような、第３と第４の共振（高次モード）を制御して、２つの共振が隣接した状態にすることが可能となる。なお、図１５（ａ）のグラフは、図１４に示されるような表面実装型アンテナ２（幅８mm、長さ２３mm、厚さ６mm）を図１５（ｂ）に示されるように基板３に搭載して実験により得られたものである。図１５（ａ）の実線αは図１５（ｂ）に示す基板３のグランド電極４の長さＬが９０mmの場合のものであり、点線βは、基板３のグランド電極４の長さＬが１８０mmの場合のものである。図１４に示される表面実装型アンテナ２において、図１５（ａ）のグラフに示されるように、ローバンドに第１の共振（基本モード）が生じるように形成できる。また、ハイバンドに第２〜第４の各共振（高次モード）が生じるように形成できる。これら第２〜第４の各共振（高次モード）は、それぞれ、ループ内側分岐放射電極部８Ｂと、主に分岐放射電極部８Ａに形成した切り込み２１とによって制御できることは本発明者の実験によって確認されている。

以下に、第２実施形態例を説明する。この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第２実施形態例では、図６や図７に示されるように、表面実装型アンテナ２の基体６には、ループ状の放射電極７に加えて、ループ状の放射電極７と間隔を介して無給電放射電極１２が形成されている。この無給電放射電極１２に関する構成以外の構成は第１実施形態例と同様である。なお、図６（ａ）と図７（ａ）は、それぞれ、アンテナ装置の模式的な斜視図である。また、図６（ｂ）は図６（ａ）に示される表面実装型アンテナ２の展開図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示される表面実装型アンテナ２の展開図である。

無給電放射電極１２は、放射電極７と電磁結合し当該放射電極７の高次モードと複共振状態を作り出して、例えば、高次モードの広帯域化を図ることができるものである。無給電放射電極１２と放射電極７の複共振状態には、それら無給電放射電極１２と放射電極７間の電磁結合が関与しており、その電磁結合には無給電放射電極１２と放射電極７間の間隔Ｄが関与している。この第２実施形態例では、無給電放射電極１２と放射電極７が、要求通りの良好な複共振状態を得ることができるように、無給電放射電極１２と放射電極７間の間隔Ｄ等が設定されている。

なお、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、放射電極７を構成する幹放射電極部９を間にして、分岐放射電極部８（８Ｂ）の開放端８bkと、無給電放射電極１２の先端部とが配置されているような場合には、無給電放射電極１２の先端部と幹放射電極部９との間の間隔Ｄだけでなく、無給電放射電極１２の先端部と分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkとの間の間隔ｄ、および、無給電放射電極１２の先端部と分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkとの間の幹放射電極部９の幅Ｗも、無給電放射電極１２と放射電極７の電磁結合（つまり複共振）に関与している。このため、この場合には、前記間隔Ｄだけでなく、前記間隔ｄや幹放射電極部９の幅Ｗをも、無給電放射電極１２と放射電極７の良好な複共振状態を得ることができるように設定される。

この第２実施形態例のアンテナ装置１においては、図６（ａ）や図７（ａ）に示されるように、表面実装型アンテナ２の無給電放射電極１２は、回路基板３のグランド電極４に接続される。ところで、表面実装型アンテナ２には小型化が要求されており、この要求に応えるために基体６は小型化の傾向にある。この小型な基体６にループ状の放射電極７だけでなく、無給電放射電極１２をも形成しようとすると、無給電放射電極１２の形成領域は必然的に狭いものとなる。このために、無給電放射電極１２の電気長が要求の電気長よりも短くなってしまう場合がある。この場合には、無給電放射電極１２を直接的にグランド電極４に接続するのではなく、無給電放射電極１２とグランド電極４との間を接続する導通経路上にインダクタンスを持つ回路１３を介設する。この回路１３はインダクタンスを無給電放射電極１２に付与して当該無給電放射電極１２自体が持っている電気長よりも無給電放射電極１２の電気長を長く見せることができるものである。このことから、その回路１３は、無給電放射電極１２の電気長の不足分を補償できるインダクタンスを持つ構成とする。これにより、無給電放射電極１２の電気長を設定の電気長に見せて、放射電極７と無給電放射電極１２との良好な複共振状態を作ることができるようにする。

回路１３は、例えば、無給電放射電極１２とグランド電極４間の導通経路上に直列的に設けられるインダクタにより構成してもよいし、また、基本モードの帯域幅の減少を小さくするため、インダクタとコンデンサの並列回路により構成してもよい。

この第２実施形態例によれば、ループ状の放射電極７に加えて、無給電放射電極１２を設けたので、放射電極７と無給電放射電極１２による複共振によって高次モードの広帯域化を図ることができる。

なお、図６や図７の例では、無給電放射電極１２を１つ設ける例を示したが、例えば、図８に示されるように、複数の無給電放射電極１２（１２ａ，１２ｂ）を設けてもよい。この場合には、無給電放射電極１２の一つが基本モードにおける複共振用の無給電放射電極と成し、別の無給電放射電極１２が高次モードにおける複共振用の無給電放射電極となるように、それら無給電放射電極１２ａ，１２ｂの配置位置や電気長などを設計することによって、基本モードと高次モードの両方の広帯域化を容易に図ることができる。また、複数の無給電放射電極１２の全てが基本モードと高次モードのうちの一方側の複共振用の無給電放射電極と成している構成としてもよい。

以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において、第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第３実施形態例では、ループ状の放射電極７に図９に示されるような周波数調整部１４を設けたことを特徴としている。それ以外の構成は第１又は第２の各実施形態例と同様である。

周波数調整部１４は、分岐放射電極部８Ｂにおける給電部Ｑに遠い方の側部と、それに隣接する幹放射電極部９との間のスリットSLの長さを可変して、そのスリットSLの両側の電極８Ｂ，９間に生じる容量を調整することで、放射電極７の共振周波数を調整することが可能なものである。

この第３実施形態例では、周波数調整部１４は、前記スリットSLの延長線上に複数の電極抜き部１５を間隔を介し配列して構成されている。この周波数調整部１４では、スリットSLと電極抜き部１５間の電極部分（図９の点線Ｐにより囲まれた部分）や電極抜き部１５間の電極部分を例えばトリミング等によって切削除去することによって、スリットSLが長くなって、共振周波数を可変調整することができる。

この第３実施形態例では、放射電極７の共振周波数を調整するための部位を設けたので、より精度良く設定の共振周波数を持つ表面実装型アンテナ２およびそれを備えたアンテナ装置１を得ることができる。

なお、この第３実施形態例では、周波数調整部１４は、スリットSLの長さの可変調整によって放射電極７の周波数調整を行うことを可能にするものであったが、例えば、スリットSLの幅の可変調整によって放射電極７の周波数調整を行うことを可能にする構成としてもよい。この場合には、例えば、図１０に示すような構成を採り得る。この図１０に示す例では、分岐放射電極部８Ｂの一方側の側縁部に複数の突起部１６が形成されており、これら突起部１６により周波数調整部１４が構成されている。この図１０の例の周波数調整部１４では、１つ以上の突起部１６を例えばトリミング等により除去することにより、スリットSLの両側の電極８Ｂ，９間の容量が可変して、放射電極７の共振周波数を例えばトリミング等により可変調整することができる。

なお、図９と図１０では、基体６にループ状の放射電極７だけが形成されている例であったが、もちろん、無給電放射電極１２が形成されている場合においても、周波数調整部１４を設けてもよいものである。

以下に、第４実施形態例を説明する。この第４実施形態例は通信装置に関するものである。この第４実施形態例の通信装置において特徴的なことは、第１〜第３の各実施形態例に示したアンテナ装置１又は表面実装型アンテナ２の何れか１つが設けられていることである。それ以外の通信装置の構成は特に限定されるものではなく、要求に合った適宜な構成を採り得るものであり、ここでは、その説明は省略する。また、アンテナ装置１又は表面実装型アンテナ２の構成は前述したので、その重複説明は省略する。

この第４実施形態例の通信装置では、第１〜第３の各実施形態例に示したアンテナ装置１又は表面実装型アンテナ２の何れか１つが設けられている構成としたので、アンテナ装置１又は表面実装型アンテナ２の小型化により、通信装置の小型化を図ることができる。また、通信装置における電波通信の信頼性を向上させることができる。

なお、この発明は第１〜第４の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第４の各実施形態例では、放射電極７を構成する分岐放射電極部８Ｂは、基体６の上面６ｅだけに形成されていたが、例えば、分岐放射電極部８Ｂは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように複数の面に渡って形成されて放射電極７の他の部位よりも太幅の分岐放射電極部としてもよい。

また、図１２に示されるように、放射電極７の一部分をミアンダ状に形成してもよい。この場合には、放射電極７の電気長を長くすることができるので、より一層の小型化を図ることができる。特に、放射電極７の中で最も電流分布が大きい領域にミアンダ状の部位を形成すると、放射電極７の電気長を長くする効果が大きくなることから、より一層の小型化を図ることが容易となる。

さらに、第１〜第４の各実施形態例では、分岐放射電極部８Ａの開放端８akと給電部Ｑとの間の間隔ｇは、分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkと幹放射電極部９との間の間隔Ｇkよりも広かったが、例えば、図３に示されるように、前記間隔ｇを前記間隔Ｇkとほぼ等しくしてもよい。この場合には、分岐放射電極部８Ｂと幹放射電極部９間の電磁結合が、分岐放射電極部８Ａの開放端８akと給電部Ｑ間の電磁結合よりも格段に強くなるように、例えば、分岐放射電極部８Ｂが幹放射電極部９により囲まれている部分の長さを長くする等の手段を講じることが好ましい。この場合においても、放射電極７は、第１〜第４の各実施形態例と同様のアンテナ動作を行うことができて、第１〜第４の各実施形態例と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１〜第４の各実施形態例では、放射電極７を構成している分岐放射電極部８の一つ（８Ａ）は、その開放端８akが放射電極７の給電部Ｑと間隔を介して基体６の同じ面６ａに対向形成されていたが、例えば、図１３に示されるように、何れの分岐放射電極部８も、その開放端が放射電極７の給電部Ｑに対向配置されていない構成としてもよい。

さらにまた、放射電極７を構成しているループ内側分岐放射電極部８Ｂは、その先端側が、幹放射電極部９により囲まれている構成と成していたが、例えば、図１３に示されるように、ループ内側分岐放射電極部８Ｂの片側の側部は、幹放射電極部９と間隔Ｇdを介して隣接し、ループ内側分岐放射電極部８Ｂの反対側の側部は、分岐放射電極部８Ａと間隔を介して隣接する構成とし、ループ内側分岐放射電極部８Ｂは幹放射電極部９と分岐放射電極部８Ａから成るループ状電極部により囲まれている構成としてもよい。この図１３の例においては、分岐放射電極部８Ｂの開放端８bkとこれに対向する幹放射電極部９との間の間隔により高次モードの共振周波数を制御することができ、また、分岐放射電極部８Ｂの側部とこれに隣接する幹放射電極部９との間の間隔Ｇdによって高次モードのマッチングを制御することができる。このような図１３に示す表面実装型アンテナ２においても、第１〜第４の各実施形態例に示した表面実装型アンテナ２と同様の優れた効果を得ることができる。

さらに、図１４に示すように、太幅に形成した分岐放射電極部８Ａに切れ込み２１を形成することにより、高次モードの第２の共振と第３の共振と第４の共振（図１５（ａ）参照）の制御がより容易となる。

さらに、第１〜第４の各実施形態例では、放射電極７には２つの分岐放射電極部８Ａ，８Ｂが設けられていたが、例えば、分岐放射電極部８の形成数は３個以上でもよい。

第１実施形態例の表面実装型アンテナおよびアンテナ装置を示す説明図である。 図１に示す放射電極を簡略化して示すモデル図である。 第１実施形態例に示した表面実装型アンテナの変形例を説明するための展開図である。 さらに、第１実施形態例に示した表面実装型アンテナの別の変形例を説明するための展開図である。 さらにまた、第１実施形態例に示した表面実装型アンテナの別の変形例を説明するための展開図である。 第２実施形態例の表面実装型アンテナおよびアンテナ装置を説明するための図である。 図６と同様に、第２実施形態例の表面実装型アンテナおよびアンテナ装置を説明するための図である。 第２実施形態例において特徴的な無給電放射電極を複数設けた表面実装型アンテナの一例を示すモデル図である。 第３実施形態例を説明するための図である。 第３実施形態例の変形例を説明するための図である。 その他の実施形態例を説明するための表面実装型アンテナの展開図である。 さらに、その他の実施形態例を説明するための表面実装型アンテナの展開図である。 さらにまた、その他の実施形態例を説明するための表面実装型アンテナの展開図である。 分岐放射電極部に切り込みを形成した一例を示す表面実装型アンテナの展開図である。 表面実装型アンテナのインピーダンス特性の一例を説明するための図である。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ 表面実装型アンテナ
３ 回路基板
４ グランド電極
６ 基体
７ 放射電極
８，８Ａ，８Ｂ 分岐放射電極部
１２ 無給電放射電極
１４ 周波数調整部

Claims (12)

1. 基本モードの周波数による共振と該基本モードよりも高い高次モードの周波数による共振とのアンテナ動作を行う放射電極が誘電体基体の複数の面に渡ってループ状に形成されて成る表面実装型アンテナであって、放射電極は、その一端側が外部の回路に接続する給電部と成して、その給電部から他端側に向かう途中の分岐部に至るまでの幹放射電極部と、該幹放射電極部の分岐部から分岐された複数の分岐放射電極部とを有して構成されており、分岐放射電極部の一つは、前記幹放射電極部と、これに連接している別の一つの分岐放射電極部とから成るループ状電極部により間隔を介して囲まれたループ内側分岐放射電極部と成し、前記放射電極は前記幹放射電極部および前記複数の分岐放射電極部とを含む全体で前記基本モードでの共振動作を行う構成と成し、前記ループ内側分岐放射電極部と前記幹放射電極部との間の電磁結合強度は、前記ループ内側分岐放射電極部を囲むループ状電極部を構成している前記別の一つの分岐放射電極部の先端の開放端と前記放射電極の給電部との間の電磁結合強度よりも、前記ループ内側分岐放射電極部が前記高次モードの共振動作を行うようにすべく大きく形成されており、前記各分岐放射電極部の少なくとも先端部分はそれぞれ誘電体基体の互いに異なる面に配置されていることを特徴とする表面実装型アンテナ。
2. ループ内側分岐放射電極部は、少なくとも先端部分が、放射電極の幹放射電極部が形成するループ部内に間隔を介し囲まれている構成と成し、当該ループ内側分岐放射電極部の少なくとも先端部分の側縁とそれに隣接する給電部に近い方の幹放射電極部との隣接間隔は、ループ内側分岐放射電極部の少なくとも先端部分の側縁とそれに隣接する給電部に遠い方の幹放射電極部との隣接間隔よりも広いことを特徴とする請求項１記載の表面実装型アンテナ。
3. ループ内側分岐放射電極部は、少なくとも先端部分が、幹放射電極部が形成するループ部内に該幹放射電極部との間の等幅のスリットを介して囲まれている構成と成し、このループ内側分岐放射電極部よりも給電部に近い方の前記ループ内側分岐放射電極部に沿うスリット部分の長さは、ループ内側分岐放射電極部よりも給電部に遠い方の前記ループ内側分岐放射電極部に沿うスリット部分の長さよりも長いことを特徴とする請求項１記載の表面実装型アンテナ。
4. ループ内側分岐放射電極部を囲むループ状電極部を構成している側の分岐放射電極部の先端部は、放射電極の給電部と間隔を介し同じ誘電体基体の面内で対向配置され、また、ループ内側分岐放射電極部の先端部は、放射電極の給電部以外の他の幹放射電極部の部位と誘電体基体の同一面内で間隔を介し対向配置しており、前記給電部とそれに対向する前記ループ状電極部を構成する側の分岐放射電極部の先端部との間の間隔は、前記幹放射電極とそれに対向するループ内側分岐放射電極部の先端部との間の間隔よりも広いことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の表面実装型アンテナ。
5. ループ内側分岐放射電極部は誘電体基体の上面に形成され、該ループ内側分岐放射電極部を囲む側の別の分岐放射電極部は誘電体基体の側面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の表面実装型アンテナ。
6. 放射電極を構成するループ内側分岐放射電極部は他の部位よりも太幅の分岐放射電極部と成していることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載の表面実装型アンテナ。
7. 誘電体基体には、ループ状の放射電極に加えて、当該ループ状の放射電極と間隔を介し配置されて電磁結合し当該ループ状の放射電極の高次モードと複共振状態を作り出す無給電放射電極が１以上形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載の表面実装型アンテナ。
8. ループ内側分岐放射電極部は、少なくとも片側の側部が、スリットを介して幹放射電極部位に隣接配置されており、前記スリットの幅と長さの一方又は両方を可変して放射電極の共振周波数を調整するための周波数調整部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の表面実装型アンテナ。
9. 放射電極を構成するループ内側分岐放射電極部には、当該ループ内側分岐放射電極部の分岐部側に、放射電極の高次モードの共振周波数を制御するための切り込みが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１つに記載の表面実装型アンテナ。
10. 請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載の表面実装型アンテナが基板に設けられているアンテナ装置であって、基板には、少なくとも表面実装型アンテナの実装領域を避けた部分にグランド電極が形成されており、表面実装型アンテナは、基板の非グランド領域に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
11. 表面実装型アンテナは、請求項７記載の表面実装型アンテナの構成を備え、無給電放射電極の一端側は、直接的に、あるいは、基板に形成されたインダクタンスを持つ回路を介して基板のグランド電極に接続されていることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ装置。
12. 請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載の表面実装型アンテナ、又は、請求項１０又は請求項１１記載のアンテナ装置が設けられていることを特徴とする通信装置。

Images