JP4092330B2

JP4092330B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP4092330B2
Application number: JP2004369551A
Authority: JP
Inventors: 垣誠桧; 舘紀章大
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP2006180077A

Description

本発明はアンテナ装置に関する。

特許文献１に記載されたアンテナ装置では、有限地板に設置されたアンテナの一部がスイッチを介して有限地板に接続されている。スイッチが理想的な無損失のスイッチである場合には、特許文献１に記載された装置は、共振周波数を変更することができる。

しかし、実際には、無損失のスイッチというものは存在せず、スイッチはオフ状態であっても或る抵抗成分を有する。従って、実際のアンテナ装置にスイッチを用いた場合、電力損失が発生する。特許文献１に記載された装置は、スイッチによって共振周波数を切り替えることができるが、実際のスイッチでは、大きな損失が発生するために効率が劣化してしまう。

一方、電流の流れが小さい位置にスイッチを配備すると、電力損失を低下させることはできる。しかし、アンテナの電流分布が変化しないために共振周波数を切り替えることができなくなってしまう。
特開２００１−１３６０１９号公報

そこで、共振周波数または放射パターンを切替えるために実際のスイッチを用い、尚且つ、電力損失が従来よりも小さいアンテナ装置を提供する。

本発明に係る実施形態に従ったアンテナ装置は、導体からなる有限地板と、前記有限地板上に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に開放された第１の線状導体と、一端が前記第１の線状導体のうちの前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体の２倍の長さを有する第２の線状導体と、前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられたスイッチとを備えている。

本発明に係る他の実施形態に従ったアンテナ装置は、導体からなる有限地板と、前記有限地板上に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に短絡された第１の線状導体と、一端が前記第１の線状導体のうち前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体と同程度の長さを有する第２の線状導体と、前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられた第１のスイッチとを備えている。

本発明に係るさらに他の実施形態に従ったアンテナ装置は、導体からなる有限地板と、前記有限地板上に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に開放された第１の線状導体と、一端が前記第１の線状導体のうちの前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体を含む平面において該第１の線状導体を取り囲むように成形されている第２の線状導体と、前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられたスイッチとを備えている。

本発明に係るさらに他の実施形態に従ったアンテナ装置は、導体からなる有限地板と、前記有限地板上に設けられた給電点と、一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に短絡された第１の線状導体と、一端が前記第１の線状導体のうち前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体を含む平面において該第１の線状導体を取り囲むように成形されている第２の線状導体と、前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられた第１のスイッチとを備えている。

本発明によるアンテナ装置は、共振周波数および放射パターンを切替えるために実際のスイッチを用い、尚且つ、電力損失を従来よりも小さくすることができる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態に従ったアンテナ装置１００のアンテナ部分の概略的な斜視図である。アンテナ装置１００は、有限地板１０と、第１の線状導体２１と、第２の線状導体２２と、スイッチ３０とを備えている。第１の線状導体２１は、一端が有限地板１０上の給電点４０に接続され、他端が有限地板１０に対して電気的に開放されている。第２の線状導体２２の一端は、給電点４０の近傍にある第１の線状導体２１のノードＮに接続されている。この第２の線状導体２２の一端は、給電点４０に直接接続されていてもよい。第２の線状導体２２は、第１の線状導体２１の約２倍の長さを有する。第１の線状導体２１および第２の線状導体２２がアンテナとして機能する。

スイッチ３０は、第２の線状導体２２の他端と有限地板１０との間に設けられている。スイッチ３０は、オンすることによって第２の線状導体２２の他端を有限地板１０に電気的に短絡させ、また、オフすることによって第２の線状導体２２の他端を有限地板１０から電気的に開放する。

理想的なスイッチ３０を用いた場合、スイッチ３０がオフ状態であるときの第２の線状導体２２の長さＬoffは、スイッチ３０がオン状態であるときの第２の線状導体２２の長さＬonと幾分異なる。即ち、長さＬoffは、ノードＮからスイッチ３０までの第２の線状導体２２の長さとなり、長さＬonは、ノードＮからスイッチ３０を介して有限地板１０までの第２の線状導体２２の長さとなる。しかし、実際のスイッチ３０は、オフ状態であっても或る抵抗成分を有する。よって、実際のスイッチ３０を用いた場合、長さＬoffは長さＬonと等しくなる。この長さは、ノードＮからスイッチ３０を介して有限地板１０までの第２の線状導体２２の長さとなる。

有限地板１０は導体の平板である。スイッチ３０は、ＰＩＮダイオード、ＭＥＳＦＥＴ等を用いた高周波スイッチである。スイッチ３０は、理想的には高周波信号の遮断／通過を切り替え、電力損失の無いスイッチである。しかし、実際には、スイッチ３０は、電力損失を生じる抵抗成分を有する。

次に、アンテナ装置１００の動作について説明する。

［スイッチ３０の開放時］
電気影像の影響により、第１の線状導体２１には、第１の線状導体２１の長さを約１／４波長とする周波数ｆの信号が共振する。即ち、周波数ｆの信号の波長をλとすると、第１の線状導体２１の長さは、約λ／４となる。このとき、給電点４０からみた第１の線状導体２１のインピーダンスは低く、大きな電流が第１の線状導体２１へ流れる。

一方、第２の線状導体２２の長さは、第１の線状導体２１の約２倍の長さ、即ち、約λ／２となる。スイッチ３０が開放されているので、第２の線状導体２２の両端は、周波数ｆの信号に対して高周波的に開放状態となる。これにより、給電点４０からみた第２の線状導体２２のインピーダンスは第１の線状導体２１のインピーダンスよりも非常に大きくなる。さらに、第２の線状導体２２は、給電点４０の近傍または給電点４０において第１の線状導体２１から分岐している。従って、給電点４０からの電流の大半は、第１の線状導体２１へ流れ、第２の線状導体２２には流れない。

実際のスイッチ３０は或る程度の電力損失を有する。よって、スイッチ３０が開放状態（オフ状態）であるとき、スイッチ３０は高抵抗素子として作用する。しかし、第２の線状導体２２は、λ／２の長さを有し、尚且つ、第１の線状導体２１の給電点近傍あるいは給電点４０に直接接続されている。これにより、第２の線状導体２２にとって、給電点４０は電流の節に該当する。その結果、スイッチ３０が第２の線状導体２２を有限地板１０から完全に開放していない場合であっても、電流は、ほとんど第２の線状導体２２へ流れない。その結果、スイッチ３０を流れる電流は非常に小さくなるので、スイッチ３０での電力損失が小さく、アンテナ装置１００の効率の劣化が抑制される。

［スイッチ３０の短絡時］
スイッチ３０が短絡状態（オン状態）である場合には、第２の線状導体２２の終端が有限地板１０へ接続される。これにより、電流は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の両方に流れる。その結果、周波数λの信号は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の両方において共振するので、電波の放射パターンが変化する。

例えば、第１の線状導体２１はモノポールアンテナである。スイッチ３０が開放されていたときには、周波数λの信号は、モノポールアンテナである第１の線状導体２１のみに共振するので、電波は無指向性（Omnidirectional）となる。一方で、スイッチ３０が短絡されたときには、周波数λの信号は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の両方に共振する。これにより、第１の線状導体２１からの電波と第２の線状導体２２からの電波とが干渉し、電波は指向性（Directional）を有し得る。このように、本実施形態は、電力損失が小さく、スイッチ３０の切換えによって、電波の放射パターンを変更することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明に係る第２の実施形態に従ったアンテナ装置２００のアンテナ部分の概略的な斜視図である。第１の線状導体２１は、給電点４０に接続された一端とは反対側の他端が有限地板１０に対して電気的に短絡されている。第１の線状導体２１の長さは、周波数ｆの電波に共振するようにλ／２に等しい。即ち、第１の線状導体２１の長さは、第２の線状導体２２の長さと同じくλ／２である。第２の実施形態の他の構成は、第１の実施形態と同様でよい。第２の線状導体２２は、図２に示すように方形の形状を有する。

次に、アンテナ装置２００の動作を説明する。

［スイッチ３０の開放時］
第１の線状導体２１には、周波数ｆの電波が共振する。このとき、給電点４０からみた第１の線状導体２１のインピーダンスは低く、大きな電流が第１の線状導体２１へ流れる。

一方、スイッチ３０が開放されているので、λ／２の長さを有する第２の線状導体２２の両端は、周波数ｆの信号に対して高周波的に開放状態となる。これにより、第１の実施形態で説明したように、給電点４０からみた第２の線状導体２２のインピーダンスは、第１の線状導体２１のインピーダンスに比べて非常に大きくなる。従って、給電点４０からの電流のほとんどは、第１の線状導体２１に流れ、第２の線状導体２２には流れない。その結果、スイッチ３０での電力損失が小さくなり、アンテナ装置１００の効率の劣化が抑制される。

［スイッチ３０の短絡時］
スイッチ３０が短絡すると、第２の線状導体２２の他端が有限地板１０へ接続される。これにより、電流は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の両方に流れる。その結果、周波数λの信号は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の両方において共振するので、電波の放射パターンが変化する。その結果、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。

また、第２の実施形態では、第１および第２の線状導体２１および２２の他端はともに有限地板１０に短絡されている。よって、第１および第２の線状導体２１および２２が有限地板１０からほぼ同じの高さで実装される場合には、共振周波数ｆの電波の入力インピーダンスは、第１の線状導体２１と第２の線状導体２２とについてほぼ同じになる。よって、第２の実施形態は、２つの線状導体２１および２２のインピーダンスを整合させやすいという利点を有する。

（第３の実施形態）
図３は、本発明に係る第３の実施形態に従ったアンテナ装置３００のアンテナ部分の概略的な斜視図である。第２の線状導体２２は、第１の線状導体２１が延伸する平面において第１の線状導体２１を取り囲むように成形されている。第３の実施形態の他の構成は、第１の実施形態と同様でよい。

第２の線状導体２２は、第１の導体部分Ｃ１、第２の導体部分Ｃ２、第３の導体部分Ｃ３、および、第４の導体部分Ｃ４からなる方形の形状をした線状導体である。第１の導体部分Ｃ１は、第１の線状導体２１または給電点４０から離れる方向へ延伸する。第２の導体部分Ｃ２は、第１の導体部分Ｃ１の先端から、有限地板１０から離れる方向へ第１の線状導体２１に対して平行に延伸する。第３の導体部分Ｃ３は、第２の導体部分Ｃ２の先端から、第１の線状導体２１の上を亘って第１の導体部分Ｃ１に対して平行に延伸する。第４の導体部分は、第３の導体部分Ｃ３の先端から、有限地板１０に向かう方向へ第１の線状導体Ｃ１に対して平行に延伸し、スイッチ３０を介して有限地板１０に接続されている。

第１の線状導体２１から第２の導体部分Ｃ２までの距離および第１の線状導体２１から第４の導体部分Ｃ４までの距離は、λ／１０〜λ／１００の範囲である。よって、実際には、第１の導体部分Ｃ１および第３の導体部分Ｃ３は、第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４に比較して非常に短く、第２の線状導体２２の長さは、第１の線状導体２１の長さの２倍に近い。ここで、第２の線状導体２２の長さは、λ／２から僅かにずれたλ’／２（λ’＝λ±Δλ）とする。波長λ’の電波の周波数ｆ’は、ｆ’＝ｆ±Δｆである。波長λの電波の周波数はｆである。例えば、ΔλおよびΔｆは、それぞれλおよびｆの２０％以下である。

次に、アンテナ装置３００の動作を説明する。

［スイッチ３０の開放時］
スイッチ３０の開放時には、第１の線状導体２１の長さをλ／４とする周波数ｆの信号が共振する。このとき、給電点４０からみた第１の線状導体２１のインピーダンスは低く、大きな電流が第１の線状導体２１へ流れる。

一方、第２の線状導体２２の長さλ’／２は第１の線状導体２１の長さの２倍（λ／２）に近いが、λ／２から多少ずれている。この場合、第２の線状導体２２は、高周波的には完全に開放状態にならないため、電流は、第２の線状導体２２内を給電点４０からスイッチ３０へ流れようとする。この電流を電流Ｉ１とする。

しかし、第２の線状導体２２の大半を占める第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４が、第１の線状導体２１の近傍を平行に延びている。これにより、第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４は、インダクタンスのように作用し、第１の線状導体２１に流れる電流と反対方向へ電流を流そうとする。即ち、第１の線状導体２１内では、電流Ｉ０は有限地板１０から離れる方向へ流れるので、第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４内では、電流は限地板１０に向かう方向へ流れようとする。この電流をＩ２とする。

電流Ｉ１およびＩ２は、第４の導体部分Ｃ４内で互いに逆方向に流れようとする。これにより、第２の線状導体２２の長さがλ／２から多少ずれたλ’／２であったとしても、第２の線状導体２２にはほとんど電流が流れない。その結果、スイッチ３０の低電力損失は保たれ、アンテナ装置３００の高効率が維持され得る。

［スイッチ３０の短絡時］
スイッチ３０が短絡すると、周波数ｆの電波は第１の線状導体２１に共振し、周波数ｆ’の電波は第２の線状導体２２に共振する。即ち、アンテナ装置３００は、周波数ｆの電波および周波数ｆ’の電波の両方を高効率で送受信することができる。

また、Δｆは、２０％以下と僅かであるため、周波数ｆの電波が第１の線状導体２１に共振しているとき、電流は、第２の線状導体２２にも多く流れる。従って、スイッチ３０が開放状態のときと比較して、電流分布が変化する。その結果、スイッチ３０の切換えによって、周波数ｆの電波の放射パターンが変化する。

このように、第３の実施形態は、スイッチ３０の切換えによって、共振周波数および放射パターンを同時に切り替えることができる。また、第２の線状導体２２の長さがλ／２からずれているものの、スイッチ３０の開放時には、上述のとおり、第２の線状導体２２に流れる電流は抑制されるので、電力損失が小さい。即ち、第３の実施形態は、高効率で共振周波数および放射パターンを同時に切り替えることができる。

また、第３の実施形態の構成は、第１の実施形態の構成に比べ、第２の線状導体２２の長さの変化に対するスイッチ３０の電力損失の増加率が小さい。従って、第３の実施形態では、第２の線状導体２２の長さがλ／２から多少ずれていたとしても、電力損失を比較的小さくすることができる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明に係る第４の実施形態に従ったアンテナ装置４００のアンテナ部分の概略的な斜視図である。第４の実施形態による第１の線状導体２１は、第２の実施形態のそれと同様の構成を有する。第４の実施形態による第２の線状導体２２は、第３の実施形態のそれと同様の構成を有する。

よって、第１の線状導体２１の先端は、有限地板１０に短絡している。第２の線状導体２２は、第１の線状導体２１が延伸する平面において第１の線状導体２１を取り囲むように成形されている。また、第２の線状導体２２は、第３の実施形態と同様に、第１の導体部分Ｃ１から第４の導体部分Ｃ４を含む。第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、ともに方形の形状を有する。

第１の導体部分Ｃ１は、第１の線状導体２１または給電点４０から離れる方向へ延伸する。第２の導体部分Ｃ２、第３の導体部分Ｃ３および第４の導体部分は、第１の線状導体２１からλ／１０〜λ／１００の距離を保持しつつ、第１の線状導体２１と平行に延伸している。

第３の実施形態と同様に、実際には、第１の導体部分Ｃ１および第３の導体部分Ｃ３は、第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４に比較して非常に短い。よって、第２の線状導体２２の長さは、第１の線状導体２１の長さの２倍に近いが、多少ずれている。そこで、第２の線状導体２２の長さを、λ／２から僅かにずれたλ’／２（λ’＝λ±Δλ）とする。

次に、アンテナ装置４００の動作を説明する。

［スイッチ３０の開放時］
スイッチ３０の開放時には、第１の線状導体２１の長さをλ／２とする周波数ｆの信号が共振する。このとき、給電点４０からみた第１の線状導体２１のインピーダンスは低く、大きな電流Ｉ０が第１の線状導体２１内を有限地板１０から離れる方向へ流れる。

一方、第２の線状導体２２の長さλ’／２は第１の線状導体２１の長さλ／２から多少ずれている。従って、第３の実施形態と同様に、電流Ｉ１が、第２の線状導体２２内を給電点４０からスイッチ３０へ流れようとする。

しかし、第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４のインダクタンス成分により、第３の実施形態と同様に、第２の導体部分Ｃ２および第４の導体部分Ｃ４内では、電流Ｉ２は限地板１０に向かう方向へ流れようとする。

第２の導体部分Ｃ２では、電流Ｉ１およびＩ２は互いに逆方向に流れようとするので、第２の線状導体２２の長さがλ／２から多少ずれたλ’／２であったとしても、第２の線状導体２２にはほとんど電流が流れない。その結果、スイッチ３０の低電力損失は保たれ、アンテナ装置４００の高効率が維持され得る。

このように、第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に、高効率で共振周波数および放射パターンを同時に切り替えることができる。さらに、第４の実施形態は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２のインピーダンスを整合させやすいという第２の実施形態と同様の効果を有する。

（第５の実施形態）
図５は、本発明に係る第５の実施形態に従ったアンテナ装置５００のアンテナ部分の概略的な斜視図である。アンテナ装置５００は、第１の実施形態における第２の線状導体２２と同様に成形された第３の線状導体２３をさらに備えている。アンテナ装置５００は、さらに、第３の線状導体２３と有限地板１０との間に設けられた第２のスイッチ３３をさらに備えている。第５の実施形態の他の構成は、第１の実施形態と同様でよい。

第３の線状導体２３の一端は、給電点４０近傍における第１の線状導体２１に接続されている。第３の線状導体２３の一端は、給電点４０に直接接続されていてもよい。第３の線状導体２３の長さは、第２の線状導体２２の長さとほぼ同じであり、第１の線状導体２１の約２倍の長さを有する。第２のスイッチ３３は、第１のスイッチ３０と同じ構成でよい。

次に、アンテナ装置５００の動作について説明する。

［スイッチ３０、３３の開放時］
スイッチ３０、３３の開放時には、アンテナ装置５００は、アンテナ装置１００と同様に動作する。このとき、第２の線状導体２２および第３の線状導体２３の長さは、ともに約λ／２であるので、第２の線状導体２２および第３の線状導体２３は、ともに周波数ｆの信号に対して高周波的に開放状態となる。従って、給電点４０からの電流の大半は、第１の線状導体２１へ流れ、第２の線状導体２２には流れない。その結果、スイッチ３０を流れる電流は非常に小さくなるので、スイッチ３０での電力損失が小さく、アンテナ装置１００の効率の劣化が抑制される。

［スイッチ３０が短絡、スイッチ３３が開放］
このとき、アンテナ装置５００は、第１の実施形態におけるスイッチ３０の短絡時と同様に動作をする。よって、このときの動作の説明は省略する。

［スイッチ３０および３３の短絡時］
スイッチ３０および３３がともに短絡すると、周波数λの信号は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２だけでなく、第３の線状導体２３においても共振する。これにより、電波の放射パターンがさらに変化する。

このように、第５の実施形態では、スイッチ３０および３３の切換えによって、電波の放射パターンを２段階で変更することができる。即ち、アンテナ装置５００は、３つの放射パターンを有することができる。

第５の実施形態では、第３の線状導体２３およびスイッチ３３を１つずつ追加した。しかし、このような線状導体およびスイッチをさらに多数追加してもよい。これにより、電波の放射パターンを多段階で変更することができる。
また、第２実施形態において、第３の線状導体２３およびスイッチ３３を１つずつ、あるいは、複数ずつ同様に追加してもよい。

（第６の実施形態）
図６は、本発明に係る第６の実施形態に従ったアンテナ装置６００のアンテナ部分の概略的な斜視図である。第６の実施形態における第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、第４の実施形態における第１の線状導体２１および第２の線状導体２２と同様の構成をそれぞれ有する。しかし、第６の実施形態における第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、給電点４０およびスイッチ３０の近傍から折り曲げられ、有限地板１０に対してほぼ平行に延伸している点で第４の実施形態におけるそれらと異なる。

第１の線状導体２１および第２の線状導体２２のうち有限地板１０に対してほぼ平行に延伸している部分は、互いに同一平面内に配置されている。第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、ともに細長い長方形状である。第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、有限地板１０のコーナー近傍に設けられている。給電点４０および有限地板１０の短絡点４１、４２は互いに近接している。

有限地板１０は、例えば、携帯電話の基板のように２：１の縦横比を有する導体である。第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、有限地板１０の短辺に沿って、有限地板１０に対して低姿勢に配置されている。第６の実施形態の他の構成は、第４の実施形態と同様である。

第６の実施形態は、第４の実施形態と同様に、スイッチ３０の切替えにより、共振周波数および放射パターンを切り替えることができるという効果を有する。

一般に、アンテナを図４に示すように折返構造、例えば、メアンダ型にすると、共振周波数における入力インピーダンスが高くなる。また、有限地板に対するアンテナの高さを低くすると、共振周波数における入力インピーダンスが低くなる。

本実施形態では、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、給電点４０から延び、地点Dで折り返したのちに、給電点４０近傍の短絡点４１、４２に戻る構造を有する。このように、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は折返構造を有するので、共振周波数における入力インピーダンスは高く（例えば、１４０オーム）なる。しかし、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２は、有限地板１０に対して低姿勢であるので、共振周波数における入力インピーダンスを（例えば、５０オーム）に低下させることができる。

さらに、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２を有限地板１０に対して低姿勢にし、かつ、近接して平行させることによって、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２、即ち、アンテナが占有する面積および体積を小さくすることができる。その結果、アンテナ装置（例えば、携帯電話）を小型化することができる。

図７は、電波の周波数に対するアンテナ装置６００の効率を示したグラフである。この効率とは、電力透過係数に放射効率を乗じた値である。電力透過係数は、アンテナ装置本体から給電点４０に供給する電力のうち、給電点４０を透過して第１の線状導体２１および第２の線状導体２２へ供給された電力の比率である。また、放射効率は、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２へ供給された電力のうち、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２から放射された電波の電力の比率である。

スイッチ３０としてＭＥＳＦＥＴ(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)を用いている。スイッチ３０は、短絡時の抵抗が１オームであり、開放時の抵抗が１キロオームとする。スイッチ３０の短絡時のグラフは、実線で示されている。スイッチ３０の開放時のグラフは、破線で示されている。このグラフから分かるように、７５０ＭＨｚ、８３０ＭＨｚおよび８８５ＭＨｚにおいて０．８以上の高効率が得られている。

８第１から第６の実施形態では、理解を容易にするため、便宜上、第１の線状導体２１および第２の線状導体２２がそれぞれ独立に動作し、それぞれの長さに基づく周波数の信号が共振するとした。しかし、給電点４０を含まない電流経路でも共振が発生する。８５ＭＨｚにおいて効率が高いのは、このためである。

例えば、図１に示した第１実施形態では、第１の線状導体２１の先端からノードＮ、第２の線状導体２２およびスイッチ３０を介して有限地板１０までの長さを１／４波長とする周波数の信号が共振する。同様に、第２から第６の実施形態においても給電点を含まない経路に対応する共振周波数が存在する。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、効率の高かった周波数における第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の電流分布を示すグラフである。図８（Ａ）は、スイッチ３０が短絡状態で、周波数が７５０ＭＨｚであるときの電流分布を示す。図８（Ｂ）は、スイッチ３０が開放状態で、周波数が８３０ＭＨｚであるときの電流分布を示す。横軸は、図６に示す第１の線状導体２１および第２の線状導体２２上の地点Ａ（給電点４０）、地点Ｂ（短絡点４２）、地点Ｃ（短絡点４１）および地点Ｄを示す。

スイッチ３０の短絡時には、図８（Ａ）に示すように、電流は、第１の線状導体２１よりも第２の線状導体２２に多く流れている。一方、スイッチ３０の開放時には、図８（Ｂ）に示すように、電流は、第２の線状導体２２よりも第１の線状導体２１に多く流れている。

このように、電流の多く流れる線状導体は、スイッチ３０の状態（共振周波数）によって切り替わる。従来、特に損失が大きかったスイッチ３０の開放時に、第２の線状導体２２上の地点Ｂ（スイッチ３０近傍）における電流が小さい。これは、スイッチ３０の開放時の効率が改善していることを意味する。

図９は、図６の破線枠Ｅの部分の具体例を示す構成図である。有限地板１０のうち１１がメタル領域であり、１２が樹脂領域である。第２の線状導体２２は、地点Ｂおよびキャパシタ８０ａを介してスイッチ素子３０の端子の１つに接続されている。スイッチ素子３０の他の端子の１つは、キャパシタ８０ｂを介して有限地板１０に接続されている。スイッチ素子３０の他の端子の２つはそれぞれインダクタ７０を介して直流電源に接続されている。

キャパシタ８０ａおよび８０ｂは、所望の高周波信号を透過し、直流信号を阻止する電気容量を有する。インダクタ７０は、直流信号を透過し、所望の高周波信号を阻止する誘導係数を有する。スイッチ素子３０は、ＭＥＳＦＥＴ (MEtal Semiconductor Field Effect Transistor) のＳＰＳＴ (Single Pole Single Throw) 型スイッチである。スイッチ素子３０は、キャパシタ８０ａおよび有限地板１０に接続する２つの端子間を高周波的に短絡／開放することができる。スイッチ素子３０の切替えは、直流電源により印加される電圧値によって実行される。

図９では、スイッチ３０の一例としてＭＥＳＦＥＴのＳＰＳＴ型スイッチを用いた。しかし、これに限定されるものではなく、スイッチ３０は、ＳＰＤＴ型スイッチ等の他の方式のスイッチであってもよい。また、スイッチ３０は、ＰＩＮダイオード、バリキャップダイオードまたはＭＥＭＳ等の他のスイッチでもよい。

図９では、給電点４０に用いられる給電線の一例として同軸線路４５を示している。しかし、この給電線は、マイクロストリップライン、ストリップライン、スロットラインあるいはコプレーナ線路であってもよい。

第１の線状導体２１および第２の線状導体２２からなるアンテナと、スイッチ３０を備えた基板と、給電点４０に用いられる給電線は、それぞれ独立に製造し、その後、これらを組み合わせることができる。これにより、アンテナ装置の製造が容易になる。さらに、アンテナ、スイッチ３０および給電点４０は有限地板１０上にコンパクトに設けることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る第１の実施形態に従ったアンテナ装置１００のアンテナ部分の概略的な斜視図。本発明に係る第２の実施形態に従ったアンテナ装置２００のアンテナ部分の概略的な斜視図。本発明に係る第３の実施形態に従ったアンテナ装置３００のアンテナ部分の概略的な斜視図。本発明に係る第４の実施形態に従ったアンテナ装置４００のアンテナ部分の概略的な斜視図。本発明に係る第５の実施形態に従ったアンテナ装置５００のアンテナ部分の概略的な斜視図。本発明に係る第６の実施形態に従ったアンテナ装置６００のアンテナ部分の概略的な斜視図。電波の周波数に対するアンテナ装置６００の効率を示したグラフ。効率の高かった周波数における第１の線状導体２１および第２の線状導体２２の電流分布を示すグラフ。図６の破線枠Ｅの部分の具体例を示す構成図。

符号の説明

１００アンテナ装置
１０有限地板
２１第１の線状導体
２２第２の線状導体
３０スイッチ
４０給電点

Claims

導体からなる有限地板と、
前記有限地板上に設けられた給電点と、
一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に開放された第１の線状導体と、
一端が前記第１の線状導体のうちの前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体の２倍の長さを有する第２の線状導体と、
前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられたスイッチとを備えたアンテナ装置。
導体からなる有限地板と、
前記有限地板上に設けられた給電点と、
一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に短絡された第１の線状導体と、
一端が前記第１の線状導体のうち前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体と同程度の長さを有する第２の線状導体と、
前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられた第１のスイッチとを備えたアンテナ装置。
前記スイッチがオフ状態であるとき、前記第２の線状導体の他端は前記有限地板から開放され、前記第１の線状導体の長さを１／４波長とする電波に関して、該第２の線状導体のインピーダンスは前記第１の線状導体のインピーダンスよりも大きく、
前記スイッチがオン状態であるとき、前記第２の線状導体の他端は前記有限地板に短絡され、前記電波に関して、該第２の線状導体のインピーダンスは前記第１の線状導体のインピーダンス以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
前記スイッチがオフ状態であるとき、前記第２の線状導体の他端は前記有限地板から開放され、前記給電点からの電流は、前記第２の線状導体へ流れず、前記第１の線状導体へ流れ、
前記スイッチがオン状態であるとき、前記第２の線状導体の他端は前記有限地板に短絡され、前記給電点からの電流は、前記第１の線状導体および前記第２の線状導体の両方へ流れることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
一端が前記第１の線状導体のうち給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体の約２倍の長さを有する第３の線状導体と、
前記第３の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられた第２のスイッチとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１の線状導体および前記第２の線状導体は、前記給電点および前記スイッチの近傍から折り曲げられ、前記有限地板に対して平行に延伸していることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
導体からなる有限地板と、
前記有限地板上に設けられた給電点と、
一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に開放された第１の線状導体と、
一端が前記第１の線状導体のうちの前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体を含む平面において該第１の線状導体を取り囲むように成形されている第２の線状導体と、
前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられたスイッチとを備えたアンテナ装置。
導体からなる有限地板と、
前記有限地板上に設けられた給電点と、
一端が前記給電点に接続され、他端が前記有限地板に対して電気的に短絡された第１の線状導体と、
一端が前記第１の線状導体のうち前記給電点近傍、あるいは、該給電点に接続され、前記第１の線状導体を含む平面において該第１の線状導体を取り囲むように成形されている第２の線状導体と、
前記第２の線状導体の他端と前記有限地板との間に設けられた第１のスイッチとを備えたアンテナ装置。
前記第１の線状導体は、前記有限地板から離れる方向へ延伸し、
前記第２の線状導体は、
前記第１の線状導体または前記給電点から前記有限地板に対して平行に延伸する第１の導体部分と、
前記第１の導体部分の先端から、前記有限地板から離れる方向へ前記第１の線状導体に対して平行に延伸する第２の導体部分と、
前記第２の導体部分の先端から、前記第１の線状導体の上を亘って前記第１の導体部分に対して平行に延伸する第３の導体部分と、
前記第３の導体部分の先端から、前記有限地板に向かう方向へ前記第１の線状導体に対して平行に延伸し、前記スイッチを介して前記有限地板に接続された第４の導体部分とを含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のアンテナ装置。
前記第２の導体部分と前記第１の線状導体との距離は、前記第４の導体部分と前記第１の線状導体との距離と等しいことを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。
前記第１の線状導体の長さは、所定の周波数を有する信号の１／４波長に等しいことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１の線状導体の長さは、所定の周波数を有する信号の１／２波長に等しいことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。