JP4423809B2

JP4423809B2 - 複共振アンテナ

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Publication number: JP4423809B2
Application number: JP2001121411A
Authority: JP
Inventors: 正二南雲; 一也川端; 健吾尾仲; 尚石原; 仁佐藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JP2002319811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数を使用する移動体通信機器などに用いる複共振アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機などの移動体通信機器では、交信チャンネルの混雑を解消するため、１台の携帯電話機で２つの周波数を切替て使用するものがあり、このような２つの周波数を使用するには、携帯電話機に搭載されるアンテナが２つの周波数の電波を送受信する機能を有することが要求される。このようなアンテナの事例には、特開平９−２６０９３４号公報に記載されている複共振アンテナが有る。このアンテナは、８１８ＭＨｚのディジタル信号周波数と８７３ＭＨｚのアナログ信号周波数との同調を取ることにより、２つの周波数帯域をカバーするものであり、図１３に示すように、異なる周波数で励振される２つの励振子を備えている。
【０００３】
図１３に於いて、２つの周波数で励振する複共振アンテナ１は、１枚の誘電体で作られた基体２の上に、２つの放射電極３，４を間隔ｄを設けて平行に配設して構成されている。放射電極３，４は、一端側を板状の開放端３ａ，４ａとすると共に他端側をミアンダ形状に形成し、ミアンダ形状部３ｂ，４ｂの末端に接地部５，６を設け、この接地部５，６を接地している。また、放射電極３には、ミアンダ形状部３ｂの端部に給電部７を設け、この給電部７を信号源８に接続している。
【０００４】
この構成により、信号源８から信号の供給を受ける放射電極３が給電励振子となり、信号を入力しない放射電極４が無給電励振子となる。放射電極４は、間隔ｄを介して放射電極３と電磁結合（主に電界結合）しており、給電励振子と無給電励振子を夫々異なる周波数で励振するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、誘電体からなる１枚の基体２上に、２つの放射電極３，４を間隔ｄを介して併設するので、高周波特性の良い且つ表面積の大きな誘電材料が必要になると共に、アンテナの電気的体積は誘電体で作られた基体２の大きさにより決定される。従って、アンテナの特性を向上させるには基体２自身を大きくする必要があるが、大きな誘電体を精度良く加工するのが難しく、必要なアンテナの電気的体積を確保するのは困難である。
【０００６】
特に、誘電材料として優れたセラミックス材料を用いた場合には、焼成時の収縮のため寸法公差が大きくなり、表面積の大きな基体を寸法精度良く作製するのが困難であることに加え、セラミックス材料は回路基板に用いる樹脂材料に比べて高価であるため、基体の価格が上昇し、アンテナを安価に製造することができなく、また、セラミックス材料は回路基板に用いる樹脂材料に比べて非常に重く、アンテナを軽量に構成することができず、ひいては、アンテナを組込んだ使用機器の軽量化に資することができない。
【０００７】
本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、アンテナの電気的体積を確保し且つ複共振特性の良好なアンテナを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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手段としている。即ち、第１の発明の複共振アンテナは、一端に給電端子を有し他端を開放端とする第１の放射電極の中間部に電界結合端子を接続してなる給電励振子と、一端に接地端子を有し他端を開放端とする第２の放射電極の中間部に電界結合端子を接続してなる無給電励振子と、前記給電励振子と前記無給電励振子の電界結合端子を電界により結合する電界結合手段と、前記給電励振子の給電端子に信号電流を流す給電回路と、前記無給電励振子の接地端子を接地する接地回路とから構成され、前記電界結合手段は前記給電励振子及び前記無給電励振子に対して別個の独立した形態に形成され、かつ、分離して配置されており、当該電界結合手段は前記給電励振子及び無給電励振子のそれぞれの電界結合端子に接続されて、給電励振子の電界結合端子と無給電励振子の電界結合端子とを電界結合し、その電界結合の大きさに応じた複共振特性をもたせて前記給電励振子の第１の放射電極と前記無給電励振子の第２の放射電極とを複共振させることを特徴とするものである。
【０００９】
上述の構成に於いて、給電励振子は、給電回路を介して信号源から信号電力である共振エネルギーの供給を受けて使用する電波の周波数で共振すると共に、このエネルギーの一部は電界結合手段を介して無給電励振子に供給され、無給電励振子を複共振させる。ここで、複共振とは、給電励振子のリターンロスと無給電励振子のリターンロスが近接しつつも共存し合い、結果として、非常に広範な周波数帯に於いてマッチングの取れた状態をいう。
【００１０】
また、電界結合手段は、給電励振子及び無給電励振子とは別個に設けられており、両励振子間の結合容量を決定する。この結合容量を適切に設定することにより、給電励振子と無給電励振子の直接的な電界結合なしに、良好な複共振アンテナ特性が得られる。
【００１１】
第２の発明の複共振アンテナに於いては、給電励振子及び無給電励振子は、放射電極を形成する誘電体の基体を個別に備え、電界結合手段は、回路基板に対向配置した一対の電界結合パターンで構成すると共に、給電励振子及び無給電励振子を回路基板上に載置して、給電励振子の電界結合端子を一方の電界結合パターンに接続し、無給電励振子の電界結合端子を他方の電界結合パターンに接続して構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に於いて、給電励振子及び無給電励振子は、夫々誘電体の基体を用いて構成されるので、放射電極を小さく形成でき、励振子自体が小型に構成される。この給電励振子及び無給電励振子は、樹脂材料を主体とした回路基板に載せて固定され、給電励振子と無給電励振子間の結合は、回路基板に形成した一対の電界結合パターンで行われる。
【００１３】
両電界結合パターンは、所定の間隔を介して配設されており、電界結合パターン間の容量成分により電界結合している。容量成分の大きさは、電界結合パターン間の対向する部分の間隔、対向部分の長さ、対向面積等により決まり、この容量成分の大きさを調整することにより給電励振子と無給電励振子間の電界結合の大きさが調整される。
【００１４】
第３の発明の複共振アンテナは、第２の発明の構成に於いて、一対の電界結合パターンを近接配設して容量成分を付与したことを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によれば、電界結合パターン間の容量成分を最適な範囲に設定することにより、給電励振子と無給電励振子間の電界結合の強さが最適に定まり、給電励振子及び無給電励振子は調整された複共振の動作をする。
【００１６】
第４の発明の複共振アンテナは、第２の発明の構成に於いて、一対の電界結合パターン間にコンデンサを接続したことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明では、電界結合パターン間の結合容量はコンデンサの容量値として決まるので、給電励振子と無給電励振子間の最適結合は、コンデンサの値を選択することにより容易に得られる。
【００１８】
第５の発明の複共振アンテナは、上述の何れかの発明に於いて、給電励振子と無給電励振子の間には、給電回路のインピーダンスを整合すると共に給電回路と接地回路との間に流れる電流量を調整する整合兼用電流結合手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に於いて、整合兼用電流結合手段は、信号源と給電励振子間のインピーダンスを整合しエネルギーの供給が効率良く行われるように構成すると共に、給電回路と接地回路の間を電流的に結合するものであり、給電励振子と無給電励振子の間に流れる電流量を調整する働きをする。また、給電回路と接地回路を流れる電流の電流量が大きいため、整合兼用電流結合手段は、電流結合に加えて、磁界結合によっても無給電励振子に流れる電流量を調整する構成とすることができる。
【００２０】
上述の構成に於いて、整合兼用電流結合手段は、インダクタンス成分を有するインダクタンス回路として構成することができる。インダクタンス成分は、インダクタンス値を適宜に設定することにより、給電回路に対するインピーダンスとなるので、確実に複共振アンテナのインピーダンスが整合される。また、インダクタンス回路が一定の長さの回路配線を有する場合には、この回路配線は磁界を発生するので、磁界結合により接地回路に流れる電流量を調整することが可能となる。
【００２１】
また、整合兼用電流結合手段に接地回路の一部を給電回路に近接させた構成を含めることができる。この構成の採用により、接地回路と給電回路が強く磁界結合し、接地回路に流れる電流量が調整される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態例を図面に基いて説明する。図１は、本発明に係る複共振アンテナの基本構成を示す。給電励振子１１及び無給電励振子２１は、夫々、ストリップ状の放射電極１２，２２で構成されている。この放射電極１２，２２は、導電体を用いて長片１２ａ，２２ａと短片１２ｂ，２２ｂから形成されており、放射電極１２，２２の全長（長片１２ａ，２２ａと短片１２ｂ，２２ｂの和の長さ）Ｌは、使用する電波に於ける周波数の波長をλ、放射電極１２，２２を設けた部分の比誘電率をεとすると、ほぼ、Ｌ＝ｎ・λ／４・√ε となっている。但し、ｎは自然数である。
【００２３】
給電励振子１１と無給電励振子２１の間には、電界結合手段２９が形成されている。この電界結合手段２９は、例えば、一定の間隔ｇを介して対向する一対の導電体の電界結合パターン１３，２３から構成される。一方の電界結合パターン１３は、放射電極１２に設けた給電励振子１１の電界結合端子１４と接続されており、また、他方の電界結合パターン２３は、放射電極２２に設けた無給電励振子２１の電界結合端子２４と接続されている。給電励振子１１及び無給電励振子２１は、一対の電界結合パターン１３，２３を介して電界結合する。
【００２４】
給電励振子１１及び無給電励振子２１には，放射電極１２，２２の長片１２ａ，２２ａに於ける開放端部１５，２５とグランドの間に、夫々コンデンサ１７，２７が接続されている。このコンデンサ１７，２７は、通常、放射電極１２，２２とグランド間に形成される浮遊容量として与えられる。また、給電励振子１１の給電端子１６は、放射電極１２の短片１２ｂの開放端側に設けられ、給電回路１８の信号源２０に接続されると共に、インダクタ１９を介して接地されている。一方、無給電励振子２１の接地端子２６は、放射電極２２の短片２２ｂの開放端側に設けられ、接地回路２８を介して接地されている。
【００２５】
この構成に於いて、給電励振子１１が信号源２０から送信信号電力の投入を受けると、放射電極１２に高周波の共振電流が流れ、また、無給電励振子２１の放射電極２２にも電界結合パターン１３，２３を介して信号電力が供給され、放射電極２２に高周波の共振電流が流れる。給電励振子１１から放射される電波の周波数ｆ１は、無給電励振子２１から放射される電波の周波数ｆ２と異なり、通常、周波数ｆ１は周波数ｆ２よりも大きくなる。一対の電界結合パターン１３，２３は、給電励振子１１と無給電励振子２１間を電界結合しており、この電界結合パターン１３，２３の構成を変えることにより電界結合量を変化させ、アンテナの複共振特性を調整する。
【００２６】
また、コンデンサ１７，２７は、給電励振子１１及び無給電励振子２１に於いて共振周波数ｆ１、ｆ２を決める共振回路要素となっており、コンデンサ１７，２７の容量値を変えることにより共振周波数が変化する。そして、インダクタ１９は、信号源２０に対しアンテナのインピーダンスを整合させる働きをし、同時に、グランドを介して無給電励振子２１の接地端子２６と結合して、給電励振子１１の給電端子１６と無給電励振子２１の接地端子２６間を流れる高周波電流量を調整する機能を有している。
【００２７】
従って、上述の複共振アンテナによれば、給電励振子１１及び無給電励振子２１の構成を変更することなく、電界結合パターン１３，２３を適切に構成することにより最適な複共振特性とすることができる。
【００２８】
上記複共振アンテナの基本構成の等価回路を図２に示す。図２に於いて、共振インダクタンスＬ１と放射抵抗Ｒ１は放射電極１２を現しており、共振インダクタンスＬ２と放射抵抗Ｒ２は放射電極２２を現している。また、装荷容量Ｃ１は、給電励振子１１に接続されたコンデンサ１７を現し、装荷容量Ｃ２は、無給電励振子２１に接続されたコンデンサ２７を現している。
【００２９】
これら共振インダクタンスＬ１、放射抵抗Ｒ１及び装荷容量Ｃ１は、給電励振子１１の共振回路を形成しており、同様に、共振インダクタンスＬ２、放射抵抗Ｒ２及び装荷容量Ｃ２は、無給電励振子２１の共振回路を形成している。２つの共振回路間の結合容量Ｃ１２は、一対の電界結合パターン１３，２３を現し、給電励振子１１と無給電励振子２１間の電界結合は、等価的には容量結合である。また、結合インダクタンスＬ１２は、インダクタ１９を現しており、２つの共振回路間を流れる電流量を調整する。
【００３０】
この等価回路から明らかなように、２つの共振回路の共振周波数ｆ1，ｆ２を維持しながら良好な複共振を実現するためには、装荷容量Ｃ１，Ｃ２及び結合容量Ｃ１２の容量値を整合させる必要がある。結合容量Ｃ１２は、一対の電界結合パターン１３，２３の間隔ｇ、対向面積及び対向部分の長さを適切に設定することにより、装荷容量Ｃ１，Ｃ２とバランスの取れた結合容量Ｃ１２とすることが可能である。例えば、樹脂材料を主体とする回路基板に形成した電界結合パターン１３，２３の場合には、間隔ｇ、対向面積及び対向部分の長さの微調整は、トリミング装置で行うことができる。
【００３１】
また、装荷容量Ｃ１，Ｃ２は、主に、給電励振子１１及び無給電励振子２１の構成できまり、給電励振子１１及び無給電励振子２１に於ける放射電極１２，２２とグランド間の浮遊容量を集中定数として現している。
【００３２】
上述の等価回路に於いて、結合容量Ｃ１２を大きくすると、換言すれば、電界結合パターン１３，２３間の静電容量を大きくすると、給電励振子１１と無給電励振子２１間の電界結合が強くなり、共振周波数ｆ1と共振周波数ｆ２が分離せず、給電励振子１１と無給電励振子２１は、恰も１つの励振子の如く動作し、また、そのリターンロスは浅くなる。これとは逆に、結合容量Ｃ１２が小さくなると、換言すれば、電界結合パターン１３，２３間の静電容量を小さくすると、給電励振子１１と無給電励振子２１間の電界結合が弱くなり、給電励振子１１と無給電励振子２１は、夫々独立した動作を強め、複共振の周波数特性が得られなくなる。
【００３３】
また、装荷容量Ｃ１，Ｃ２を大きくすると、相対的に結合容量Ｃ１２が小さくなり、換言すれば、電界結合パターン１３，２３に於ける電界結合が弱くなり、上述の如く、共振周波数ｆ１，ｆ２による複共振が得られなくなる。逆に、装荷容量Ｃ１，Ｃ２を小さくすると、相対的に結合容量Ｃ１２が大きくなり、等価回路の容量バランスが崩れたものとなる。換言すれば、結合容量Ｃ１２の増大は、電界結合パターン１３，２３に於ける電界結合の増大となって、上述の如く、給電励振子１１及び無給電励振子２１の共振周波数ｆ１，ｆ２が接近して複共振とならなくなる。
【００３４】
図３は、本発明の複共振アンテナに係る具体的な実施形態例を示す。図３に於いて、複共振アンテナ３０は、樹脂材料を主体として作られた回路基板３１に２つのアンテナチップ４１，５１を載置して構成される。回路基板３１は、表面にアンテナ形成部３１ａとグランド部３１ｂが設けられており、裏面には図示しない回路配線が形成されている。グランド部３１ｂには、絶縁基板の上に銅箔などを貼付して形成したグランド層が設けられている。回路基板３１のアンテナ形成部３１ａには、略Ｔ字形の一対の電界結合パターン３２，３３がＴ字形状部分を一定の間隔ｇを介して対向し、導電体によりパターン形成されている。
【００３５】
また、アンテナ形成部３１ａには、給電回路となる給電パターン３４及び接地回路となる接地パターン３５がパターン形成されている。給電パターン３４は、グランド部３１ｂのグランド層から電気絶縁されて形成され、グランド部３１ｂにはチップインダクタ４０を介して接続されている。この給電パターン３４は、図示しない信号配線に接続されている。また、接地パターン３５は、グランド部３１ｂのグランド層に接続されている。
【００３６】
上述した電界結合パターン３２，３３、給電パターン３４及び接地パターン３５は、グランド部３１ｂのグランド層と同じ導電体であり、エッチング等の周知の方法により一度にパターン形成される。
【００３７】
アンテナチップ４１，５１は、誘電体の基体４３，５３の表面に放射電極４２，５２を備えている。放射電極４２と放射電極５２の対向する側の端部（対向端部）には、帯状の電界結合端子４４，５４が設けられている。この電界結合端子４４，５４は、夫々基体４３，５３の側面を垂下し先端が基体４３，５３の裏面側に回り込んで形成されている。そして、一方の電界結合端子４４は、電界結合パターン３２のＴ字形状部分と反対側の端部に接続され、他方の電界結合端子５４は、電界結合パターン３３のＴ字形状部分と反対側の端部に接続されている。
【００３８】
また、放射電極４２の端部には、帯状の給電端子４６が設けられ、この給電端子４６は、基体４３の表面を電界結合端子４４に対して直角の方向に伸張し且つ基体４３の側面を降下して基体４３の裏面側に回り込んで形成されている。この給電端子４６は、回路基板３１の表面に設けた給電パターン３４の一端に接続されている。放射電極５２の端部には、帯状の接地端子５６が設けられており、この接地端子５６は、基体５３の表面を電界結合端子５４に対して直角の方向に伸張して設けられ且つ基体５３の側面を降下して基体５３の裏面側に回り込んで形成され、接地パターン３５に接続されている。
【００３９】
更に、放射電極４２，５２の開放端部４７，５７は、電界結合端子４４，５４の反対側に於いて、夫々基体４３，５３の側面の途中まで垂下して形成されている。そして、この開放端部４７，５７を設けた同じ側面には、これら開放端部４７，５７に対し一定の間隔を介して固定端子４８，５８が形成されている。固定端子４８，５８は、基体４３，５３の裏面まで伸張して設けられており、回路基板３１に形成した固定パターン３６，３７に接続されている。
【００４０】
上述の具体的な実施形態例に於いて、給電パターン３４は、図示しない送信回路及び受信回路に接続されており、放射電極４２，５２から送受信される高周波電流の通路となる。例えば、送信信号電流は、給電端子４６から放射電極４２に流入し、共振電流を励起すると共に、電界結合端子４４から電界結合パターン３２，３３を通って電界結合端子５４に供給され、放射電極５２の共振回路を励振する。このとき、接地端子５６にはグランドに向け高周波電流が流れる。
【００４１】
給電励振子４１と無給電励振子５１は、電界結合パターン３２，３３で電界結合しており、電界結合量を変えることにより、給電励振子４１と無給電励振子５１との間の結合を調整し、良好な複共振マッチングを得ることができる。電界結合パターン３２，３３の等価容量は、電界結合パターン３２，３３間の間隔ｇ及び対向部分の長さで決まる。
【００４２】
また、放射電極４２，５２の開放端部４７，５７と固定端子４８，５８の間には、夫々開放端容量が形成されており、放射電極４２，５２に於ける共振回路の回路素子として働き、放射電極４２，５２に流れる共振電流の周波数を決める要素となる。
【００４３】
更に、給電パターン３４とグランド部３１ｂとの間に接続されたチップインダクタ４０は、給電配線のインピーダンス、例えば、５０Ωに対しアンテナのインピーダンスを整合させるものであり、これにより、アンテナと信号源２０間のインピーダンスの整合が得られ、損失なく信号の送受信ができる。また、チップインダクタ４０は、グランド部３１ｂを介して接地パターン３５と電気的に結合しており、給電励振子４１と無給電励振子５１間を流れる高周波電流の通路となっている。ここに、チップインダクタ４０は、給電励振子４１と無給電励振子５１間の電流回路のインピーダンスとなり、給電励振子４１と無給電励振子５１間の電流結合量を決定している。
【００４４】
上述したように、電界結合パターン３２，３３間の構成を変えることにより、給電励振子４１と無給電励振子５１間の電界結合量を決定し、アンテナの複共振特性を調整することができる。また、チップインダクタ４０のインダクタンス値を選ぶことにより、給電ラインに対するアンテナのインピーダンスを整合すると共に給電励振子４１と無給電励振子５１間の電流結合量を調整することができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態例では、給電励振子４１と無給電励振子５１の放射電極４２，５２は、面対称の形状に形成したので、例えば、放射電極４２，５２をスクリーン印刷などで形成する際に、無給電励振子５１の放射電極５２には、給電励振子４１の放射電極４２で利用したマスクの反転パターンを使用できるので、チップアンテナ４１，５１の製造コストを引下げることができる。
【００４６】
また、上述の実施形態例では、回路基板３１のアンテナ形成部３１ａには、電界結合パターン３２，３３、給電パターン３４、接地パターン３５及び固定パターン３６，３７のみが設けられ、グランド層は存在しないが、固定パターン３６，３７を伸ばしてグランド部３１ｂのグランド層に接続しても良い。これらはアンテナ複共振特性を考慮して決められる。
【００４７】
更に、上述の実施形態例では、チップアンテナ４１，５１は、その長手方向を直線状に配列しているが、その配列は設計のとき自由に定めることができる。例えば、チップアンテナ４１，５１は、長手方向が平行となるように配置したり、チップアンテナ４１，５１の長手方向が一方を他方に対して直角状に配列したり、また、チップアンテナ４１，５１を相互に傾けて、例えば、ハの字に配置しても良い。
【００４８】
このようなチップアンテナ４１，５１の自由な配置は、電界結合パターン３２，３３を回路基板３１に設け、この電界結合パターン３２，３３を利用して２つのチップアンテナ４１，５１を電界結合する構成により初めて実現可能となるものであり、これにより、無線機器の筐体に合わせたチップアンテナ４１，５１の配置が可能となるので、複共振アンテナ設計の自由度が増大する。
【００４９】
更にまた、上述の実施形態例では、チップアンテナ４１，５１は、複共振状態に於いて、独自の共振周波数ｆ１、ｆ２を持っているので、チップアンテナ４１，５１は、寸法が相互に相違していても良く、また、基体４３，５３の比誘電率も相互に相違させることができ、基体４３，５３の形状も放射電極４２，５２の形成表面が長方形のみならず、正方形であっても良い。
【００５０】
更にまた、上述の実施形態例では、２つのチップアンテナ４１，５１は、放射電極４２，５２の形状を面対称としたが、これは非対称であっても良く、例えば、一方の放射電極を板状に形成し、他方の放射電極をミアンダ形状に形成しても良い。また、２つのチップアンテナ４１，５１の放射電極４２，５２をミアンダ形状に形成するときには、つづら折れ状の放射電極を、一方は基体表面の長手方向に伸張し、他方は基体表面の短手方向に伸張する構成とすることができ、また、一方をつづら折れ状の放射電極とし、他方を渦巻き状の放射電極とするなど、自由に設計することができる。従って、２つのチップアンテナ４１，５１の放射電極４２，５２を形成する際にも設計の自由度が大きくなる。
【００５１】
上記何れの実施形態例の場合でも、回路基板を利用することにより、給電励振子及び無給電励振子は小さく構成しても、複共振アンテナとしての領域を広く取れるので、アンテナの電気的体積が増大し、周波数帯域幅の広い高利得の複共振アンテナを安価に製造することができる。
【００５２】
図４乃至図６に示す実施形態例は、給電励振子と無給電励振子を電気的に結合する他の構成を示すもので、図３の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。
【００５３】
図４に於いて、給電励振子４１を接続する電界結合パターン６１は、回路基板３１に於けるアンテナ形成部３１ａの表面に形成され、無給電励振子５１を接続する電界結合パターン６２は、回路基板３１の裏面に形成されている。電界結合パターン６１，６２の先端部分は、回路基板３１を介して上下に重なっており、電界結合パターン６１，６２間には、回路基板３１の厚みと対向面積に応じた結合容量が発生し、給電励振子４１と無給電励振子５１間を容量結合する。
【００５４】
この結合容量は、電界結合パターン６１，６２の対向面積を変えることにより変更することができる。また、無給電励振子５１の電界結合端子５４は、回路基板３１の表面側に設けた中継パターン６３に接続され、この中継パターン６３は、スルーホール６４を通して電界結合パターン６２に接続される。
【００５５】
図５に示す実施形態例は、無給電励振子５１を回路基板３１の裏面側に配置した点で図４の実施形態例と相違する。無給電励振子５１の電界結合端子は、図３と同様に、直接電界結合パターン６２に接続されている。回路基板３１の裏面には固定パターン６６が設けられ、この固定パターン６６に無給電励振子５１の固定端子５８が接続されている。この構成により、回路基板３１に於けるアンテナ形成部３１ａの表裏面の空間が有効に利用される。
【００５６】
また、図６の実施形態例は、電界結合手段２９として、２つの電界結合パターン６８，６９を結合容量が形成される間隔を介して配置する代りに、２つの電界結合パターン６８，６９がコンデンサ７０で結合されている。コンデンサ７０には、チップコンデンサが使用される。この構成により、給電励振子４１と無給電励振子５１間は、コンデンサ７０で結合され、コンデンサ７０の容量値を変えることにより、給電励振子４１と無給電励振子５１間の結合度を変えることができる。
【００５７】
図７乃至図１１に示す実施形態例は、信号源に対し複共振アンテナのインピーダンスを整合すると共に給電励振子と無給電励振子との間の電流結合量を調整する他の構成を示すもので、図３の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。
【００５８】
図７及び図８に於いて、給電励振子４１の基体４３の側面には、図３のチップインダクタ４０を用いたインダクタンス回路に代えて、一端を給電端子４６に接続した電極パターン７１が形成されている。この電極パターン７１の他端は、回路基板３１のアンテナ形成部３１ａに形成した連結パターン７２を介してグランド部３１ｂのグランド層に接続されている。電極パターン７１は、ミアンダ形状に形成されてインダクタンス成分が付与される。
【００５９】
この構成に於いて、図３のチップインダクタ４０と同様に、電極パターン７１のインダクタンス値により、信号源に対し複共振アンテナのインピーダンスが整合される。また、連結パターン７２は、グランド部３１ｂを介して接地パターン３５と電気的に結合しており、給電励振子４１と無給電励振子５１間は、電極パターン７１のインピーダンスを介して電流結合し、給電励振子４１と無給電励振子５１間を流れる電流量が調整される。この場合、連結パターン７２と接地パターン３５が近接して設けられたときには、磁界結合によっても接地パターン３５を流れる電流量を決めることができる。
【００６０】
上述の構成によれば、電極パターン７１は、給電励振子４１に於ける基体４３の表面に形成されるから、給電励振子４１を作製するとき、放射電極４２の形成と同じ製造方法で形成することができ、また、連結パターン７２は、給電パターン３４及び接地パターン３５の形成と同時に回路基板３１に形成することができる。
【００６１】
図９の実施形態例は、インダクタンス成分を有するパターンをアンテナチップ４１の基体４３に設ける代りに回路基板３１に設けた点で図７の実施形態例と相違している。なお、発明の構成を明確に示すため、チップアンテナ４１，５１を点線で示している。回路基板３１のアンテナ形成部３１ａの表面には、インダクタンス回路として給電パターン３４に連結したミアンダ形状のインダクタンスパターン７３が形成されている。
【００６２】
インダクタンスパターン７３のインダクタンス値は、複共振アンテナからの送受信信号電力が最大となる値に設定される。また、インダクタンスパターン７３は、接地パターン３５の近くでグランド部３１ｂのグランド層に接続されており、インダクタンスパターン７３と接地パターン３５は、電流結合と共に磁界結合をする。
【００６３】
即ち、インダクタンスパターン７３及び接地パターン３５を流れる電流量が大きいので、これらのパターン３５，７３から発生する磁界強度が大きくなる。この場合にも、インダクタンスパターン７３は、上述同様に、インピーダンスを整合すると共に、２つのチップアンテナ４１，５１間の電流結合量を決める他、磁界結合量によっても２つのチップアンテナ４１，５１間を流れる電流量を調整する。
【００６４】
図１０実施形態例は、図３に示す実施形態例に、チップアンテナ４１，５１間に磁界結合の手段を付与したものである。なお、チップアンテナ４１，５１を点線で示している。チップアンテナ５１の接地端子５６を接続する接地パターン７４には、湾曲部７４ａが設けられ、給電パターン３４に接近してグランド部３１ｂのグランド層に接続されている。
【００６５】
この構成によれば、給電パターン３４に流れる電流量が多いことから、上述したチップインダクタ４０による整合機能に加えて、給電パターン３４と接地パターン７４には磁界結合が生じ、チップアンテナ４１，５１間を流れる電流量を調整することができる。また、湾曲部７４ａの形態を変えることにより、接地パターン７４と給電パターン３４間の結合度合いを変えることができる。
【００６６】
また、図１１は、２つのチップアンテナ４１，５１間にインダクタを設けて直接電流結合した実施形態例である。なお、チップアンテナ４１，５１を点線で示している。回路基板３１に形成した給電パターン３４には、給電引出パターン７５を連設し、接地パターン３５からは接地引出パターン７６を引出して、この給電引出パターン７５と接地引出パターン７６の間にインダクタ７７が接続されている。また、チップアンテナ４１，５１間を電界結合する電界結合パターン７８，７９は、略Ｌ字形に構成して対向している。
【００６７】
この構成では、インダクタ７７により、信号源に対する複共振アンテナのインピーダンス整合と２つのチップアンテナ４１，５１間を流れる電流量を、インダクタ７７のインダクタンス値を選定することにより、直接的に調整することができ、複共振アンテナの設計が容易になる。また、電界結合パターン７８，７９による電界結合は、図３に示す実施形態例の略Ｔ字形の電界結合パターン３２，３３に比べて弱くなるが、電界結合パターン７８，７９の形状は、インダクタ７７による直接的な電流結合との整合を考慮して決められる。
【００６８】
上述の構成の採用により、給電パターン３４と接地パターン３５は、インダクタ７７を介して直接的に電流結合する。インダクタ７７は、そのインダクタンス値により、複共振アンテナと信号源の間のインピーダンスを整合すると共に、給電パターン３４と接地パターン３５の間を流れる電流量を決定する。
【００６９】
図１２実施形態例は、１つの回路基板上に、図３に示した実施形態例の複共振アンテナを２つ併設した２連式複共振アンテナの構成を示す。チップアンテナ８１，８２は、複共振を生じる対のチップアンテナであり、チップアンテナ９１，９２も複共振を生じる対となるチップアンテナである。チップアンテナ８１，８２は、電界結合パターン８３，８４を介して電界結合されており、チップアンテナ９１，９２も電界結合パターン９３，９４を介して電界結合されている。
【００７０】
チップアンテナ８１，９１は、共通給電パターン８５に接続されて、信号源から同時に信号電力が投入される。共通給電パターン８５とグランド部３１ｂのグランド層間にはインダクタ８６が接続されており、信号源に対して２つの複共振アンテナのインピーダンスを整合している。また、２つのチップアンテナ８２，９２は、接地パターン８７，８８を介して夫々グランド部３１ｂのグランド層に接続されている。
【００７１】
この構成に於いて、チップアンテナ８１，８２による複共振とチップアンテナ９１，９２による複共振の周波数帯は離して設定される。例えば、チップアンテナ８１，８２が８００〜９００ＭＨｚの周波数帯で複共振する場合には、チップアンテナ９１，９２は１７００〜２１００ＭＨｚ帯で複共振するように設定される。換言すれば、相互に干渉を生じない程度に離れた周波数帯に於ける複数の複共振アンテナを共通の回路基板を用いて設計することができる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１の複共振アンテナによれば、給電励振子及び無給電励振子とは別に両励振子間を結合する電界結合手段を設けたので、両励振子間の電界結合を最適化することにより、反射損失に於ける周波数特性の優れた複共振アンテナを得ることができる。そして、電界結合手段の構成を適宜に設定することにより、アンテナ全体の寸法の拡大に柔軟に対応することができ、給電励振子及び無給電励振子の構成を変えることなくアンテナの電気的体積を増大することができる。
【００７３】
また、電界結合手段は、給電励振子及び無給電励振子から独立して形成されるため、アンテナの設計の自由度が増し、大電力送受信の用途に十分耐え得るアンテナを提供することができる。更に、給電励振子、無給電励振子及び電界結合手段を含んだ空間をアンテナ全体の電気的体積として利用できるので、広帯域且つ高利得のアンテナを実現することができる。
【００７４】
請求項２の複共振アンテナによれば、給電励振子及び無給電励振子から独立して一対の電界結合パターンを設けたので、電界結合パターン間の容量を調整することにより給電励振子と無給電励振子間の電界結合量を調整することができる。
【００７５】
従来に於いては、給電励振子と無給電励振子の構成を変更することにより両励振子間の電磁結合を調整しているが、この発明では、回路基板に形成された一対の電界結合パターン間の容量結合により給電励振子と無給電励振子間の電界結合量を調整するので、給電励振子及び無給電励振子の配置形態を自由に選択できると共に、励振子を構成する基体の形状、寸法及び誘電率も相互に同じでも異なっていても良く、放射電極の形状及び配置方向も何ら制限を受けない。
【００７６】
従って、複共振アンテナの周波数及び周波数差の調整は、電界結合パターンで行うことが可能であるから、複共振アンテナ設計の自由度が増し、複共振アンテナの設計が容易になる。特に、電界結合の度合いを回路基板上に形成した電界結合パターンで行うので、大電力で電波を送受信する用途の複共振アンテナを作製することができる。
【００７７】
また、給電励振子と無給電励振子の部分にのみ誘電体の基体が使用され、給電励振子と無給電励振子を電界結合する電界結合パターンは回路基板上に構成したから、従来のように、複共振アンテナ全体が誘電体の基体で構成されるアンテナとは異なり、複共振アンテナの寸法を柔軟に変更した設計をすることができる。
【００７８】
特に、複共振アンテナの誘電体をセラミックス材料で構成した場合には、給電励振子と無給電励振子の部分にのみセラミックス材料の基体が使用され、複共振アンテナ全体に誘電体として大きな寸法のセラミックス材料の基体を用いる必要がないので、給電励振子と無給電励振子を加工精度良く作製し、また、複共振アンテナを安価に且つ軽量に作ることができる。
【００７９】
更に、給電励振子及び無給電励振子の個々の配置に自由度があるので、複共振アンテナが組込まれる移動体通信機器の筐体に合せて柔軟に給電励振子及び無給電励振子の配置を決定することができる。このような場合でも、給電励振子、無給電励振子及び電界結合パターンを含んだ領域全体を複共振アンテナの電気的体積として利用するので、周波数帯域幅の広い高利得の複共振アンテナを実現することができる。
【００８０】
請求項３の複共振アンテナによれば、電界結合パターンは、給電励振子及び無給電励振子から独立して回路基板に設けられるため、給電励振子及び無給電励振子の構成を考慮することなく種々のパターン構成とすることができ、複共振に於ける給電励振子と無給電励振子の共振周波数の設定及び給電励振子と無給電励振子間の周波数差の調整が容易となる。
【００８１】
請求項４の複共振アンテナによれば、電界結合パターン間をコンデンサで結合するので、コンデンサの値を選択することにより最適な複共振アンテナとすることができる。
【００８２】
請求項５の複共振アンテナによれば、整合兼用電流結合手段を給電励振子と無給電励振子の間に設けたので、信号源とのインピーダンス整合が容易であり、また、給電励振子と無給電励振子間を電流結合及び磁界結合させることができ、給電励振子及び無給電励振子の配置関係を考慮することなく、アンテナの電気的体積を増加する場合にも柔軟な設計が可能になる。
【００８３】
また、整合兼用電流結合手段は、給電励振子及び無給電励振子とは別個に設計することができるので、給電励振子及び無給電励振子の形状を変形することなく複共振アンテナの寸法を自由に設定し、大電力送信の用途に適した複共振アンテナを得ることができる。
【００８４】
更に、整合兼用電流結合手段をインダクタンス回路で構成したときには、このインダクタンス回路のインピーダンスにより、給電回路に対する複共振アンテナのインピーダンスを整合させることができると共に、インダクタンス回路と接地回路間に流れる電流量が大きくても確実に電流量を調整することができる。また、インダクタンス回路の回路配線を接地回路に近接して配設することにより、磁界結合によっても接地回路に流れる電流量を調整することができる。
【００８５】
更にまた、整合兼用電流結合手段が、接地回路の一部を給電回路に近接させた構成を含むときには、磁界結合により接地回路に流れる電流量を調節することができると共に、整合兼用電流結合手段を調整することにより、接地回路と給電回路間の結合度合いを変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複共振アンテナの基本構成を示す構成図である。
【図２】図1に示す複共振アンテナの等価回路図である。
【図３】本発明に係る複共振アンテナの具体的構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘに於ける一部断面側面図である。
【図４】本発明に係る複共振アンテナの他の構成を示す一部断面側面図である。
【図５】本発明に係る複共振アンテナの更に他の構成を示す一部断面側面図である。
【図６】本発明に係る複共振アンテナの他の構成を示す部分平面図である。
【図７】本発明に係る複共振アンテナの他の構成を示す部分平面図である。
【図８】本発明に係る複共振アンテナに用いるチップアンテナの斜視図である。
【図９】本発明に係る複共振アンテナの更に他の構成を示す部分平面図である。
【図１０】本発明に係る複共振アンテナの更に他の構成を示す部分平面図である。
【図１１】本発明に係る複共振アンテナの更に他の構成を示す部分平面図である。
【図１２】本発明に係る２連式複共振アンテナの構成を示す平面図である。
【図１３】従来の複共振アンテナを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，３０複共振アンテナ
１１給電励振子
１２，２２，４２，５２放射電極
１３，２３，３２，３３，６１，６２，６８，６９電界結合パターン
１４，２４，４４，５４電界結合端子
１５，２５，４７，５７開放端部
１６，４６給電端子
１７，２７開放端容量
１８給電回路
１９，７７インダクタ
２０信号源
２１無給電励振子
２６，５６接地端子
２８接地回路
３１回路基板
３１ａアンテナ形成部
３１ｂグランド部
３４給電パターン
３５，７４接地パターン
３６，３７，６６固定パターン
４０チップインダクタ
４１，５１チップアンテナ
４３，５３基体
４２ａ平面部
４２ｂミアンダ形状部
４８，５８固定端子
６３中継パターン
６４スルーホール
７０コンデンサ
７１電極パターン
７２連結パターン
７３インダクタンスパターン
７４ａ湾曲部
７５給電引出パターン
７６接地引出パターン

Claims

一端に給電端子を有し他端を開放端とする第１の放射電極の中間部に電界結合端子を接続してなる給電励振子と、一端に接地端子を有し他端を開放端とする第２の放射電極の中間部に電界結合端子を接続してなる無給電励振子と、前記給電励振子と前記無給電励振子の電界結合端子を電界により結合する電界結合手段と、前記給電励振子の給電端子に信号電流を流す給電回路と、前記無給電励振子の接地端子を接地する接地回路とから構成され、前記電界結合手段は前記給電励振子及び前記無給電励振子に対して別個の独立した形態に形成され、かつ、分離して配置されており、当該電界結合手段は前記給電励振子及び無給電励振子のそれぞれの電界結合端子に接続されて、給電励振子の電界結合端子と無給電励振子の電界結合端子とを電界結合し、その電界結合の大きさに応じた複共振特性をもたせて前記給電励振子の第１の放射電極と前記無給電励振子の第２の放射電極とを複共振させることを特徴とする複共振アンテナ。
一端に給電端子を有する第１の放射電極の中間部に電界結合端子を接続してなる給電励振子と、一端に接地端子を有する第２の放射電極の中間部に電界結合端子を接続してなる無給電励振子と、前記給電励振子及び前記無給電励振子とは別に設けられて、前記給電励振子と前記無給電励振子の電界結合端子を電界により結合する電界結合手段と、前記給電励振子の給電端子に信号電流を流す給電回路と、前記無給電励振子の接地端子を接地する接地回路とから構成され、前記給電励振子及び前記無給電励振子は、放射電極を形成する誘電体の基体を個別に備え、前記電界結合手段は、回路基板に対向配置した一対の電界結合パターンで構成すると共に、前記給電励振子及び前記無給電励振子を前記回路基板上に載置して、前記給電励振子の電界結合端子を前記一方の電界結合パターンに接続し、前記無給電励振子の電界結合端子を前記他方の電界結合パターンに接続して構成したことを特徴とする複共振アンテナ。
前記一対の電界結合パターンを近接配置して容量成分を付与したことを特徴とする請求項２に記載の複共振アンテナ。
前記一対の電界結合パターン間にコンデンサを接続したことを特徴とする請求項２に記載の複共振アンテナ。
前記給電励振子と前記無給電励振子の間には、前記給電回路のインピーダンスを整合すると共に前記給電回路と前記接地回路との間に流れる電流量を調整する整合兼用電流結合手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の複共振アンテナ。