JP4508242B2

JP4508242B2 - アンテナ構造およびそれを備えた無線通信装置

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Publication number: JP4508242B2
Application number: JP2007530912A
Authority: JP
Inventors: 信人椿; 一也川端
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: WO2007020728A1; JPWO2007020728A1

Description

本発明は、低周波帯域での無線通信と、高周波帯域での無線通信とを行うためのアンテナ構造およびそれを備えた無線通信装置に関するものである。

高周波帯域を利用した無線通信機能と低周波帯域を利用した無線通信機能とを両方共に持つ無線通信装置がある。例えば、携帯型電話機では、通話のための音声信号や、映像や文字情報等のデータ信号などの信号の無線通信は例えば約800ＭHz以上というような高周波帯域で行われている。このような携帯型電話機に、例えば無線ＩＤシステム（ＲＦ−ＩＤシステム）のための無線通信機能が備えられている場合がある。その無線ＩＤシステムでは、例えば13.56ＭHz程度の低周波帯域で無線通信が行われる。つまり、無線ＩＤシステムに対応できる携帯型電話機では、高周波帯域での無線通信機能と、低周波帯域での無線通信機能とを両方共に有している。

特開平１１−３４５５１８号公報特開２０００−３３９４３７号公報特開２００４−１７３３０８号公報

上記のような低周波帯域での無線通信機能をも備えた携帯型電話機では、例えば、図２０ａに示されるような高周波帯域用のアンテナ３０が配設されると共に、例えばピックアップコイル等から成る低周波帯域用のアンテナが設けられている。

図２０ａに示される高周波帯域用のアンテナ３０は、高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行うことができる放射電極３１が誘電体基体３２に設けられている態様を有するものである。この高周波帯域用のアンテナ３０は、アンテナ特性の向上を図る観点から、例えば図２０ｂに示されるような携帯型電話機３３に設けられる回路基板３４の他の部品の搭載領域を避けた回路基板端部に設けられる。

また、低周波帯域用のアンテナは、例えば図２０ｂに示されるように回路基板３４に形成されたフィルム状のスパイラル電極３５により構成されている。このスパイラル電極３５は、低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行うものであることから、当該スパイラル電極３５は、低周波帯域の共振周波数を持たせるために、高周波帯域用の放射電極３１に比べて、大型化し易い。

しかしながら、無線通信装置（携帯型電話機３３）の小型化に伴って、低周波帯域用のスパイラル電極３５に対して小型化が要求されている。また、アンテナ（放射電極）の形成面積の削減も要求されている。さらに、携帯型電話機３３が折り畳みタイプである場合には、図２０ｃの模式的な側面図に示されるように携帯型電話機３３を折り畳んだ状態では、回路基板３４の片面側に、別の回路基板３６が配置されることとなる。その別の回路基板３６には、例えば、液晶パネル３７等の部品が設けられているので、その回路基板３６の部品が、低周波帯域用のスパイラル電極３５から発生した磁界を遮ってアンテナ感度を劣化させる。また、外部からの磁界を回路基板３６の部品が遮って低周波帯域用のスパイラル電極３５に到達することを妨げる。このため、低周波帯域用のスパイラル電極３５においては、回路基板３６側のアンテナ感度が大幅に悪くなるという問題がある。

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、この発明のアンテナ構造は、
高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極と、この高周波帯域用の放射電極が設けられている基体とを有し、
その基体を部分的に欠如して形成された空間部には、低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う低周波帯域用の放射電極として機能するコイルを備えた低周波帯域用アンテナ部品が配設されており、
高周波帯域用の放射電極は、上記低周波帯域用アンテナ部品のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分を避けて基体に形成されている構成と成し、
上記基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されており、
上記基体の誘電体材料と磁性体材料の混合割合は「高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては周波数が高くなるにつれ比透磁率が１よりも高い値から緩やかに下降して比透磁率が１の値に向けて集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては周波数が低くなるにつれ比透磁率が飽和状態の高い比透磁率の値に向けて緩やかに上昇しつつ集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域と高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域との間の周波数帯域においては周波数が高くなるに従って比透磁率が急激に低下する特性部分をもち、以て、基体は、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては誘電体基体として振る舞う」ように調整設定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構造は、
低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う低周波帯域用の放射電極と、
高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極と、
上記低周波帯域用の放射電極と、上記高周波帯域用の放射電極とが両方共に設けられている基体と、
を有し、
基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されており、
上記基体の誘電体材料と磁性体材料の混合割合は「高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては周波数が高くなるにつれ比透磁率が１よりも高い値から緩やかに下降して比透磁率が１の値に向けて集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては周波数が低くなるにつれ比透磁率が飽和状態の高い比透磁率の値に向けて緩やかに上昇しつつ集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域と高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域との間の周波数帯域においては周波数が高くなるに従って比透磁率が急激に低下する特性部分をもち、以て、基体は、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては誘電体基体として振る舞う」ように調整設定されていることをも特徴としている。

さらに、この発明のアンテナ構造は、
高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極を備えた基体が、プリント基板に搭載されて成るアンテナ構造であって、
基体が搭載されるプリント基板領域には、低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行うコイル状の低周波帯域用の放射電極が形成されており、当該低周波帯域用の放射電極の上側に上記高周波帯域用の放射電極を備えた基体が積層配置されている構成と成し、
高周波帯域用の放射電極は、上記コイル状の低周波帯域用の放射電極のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分を避けて基体に形成されている構成と成し、
上記基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されており、
上記基体の誘電体材料と磁性体材料の混合割合は「高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては周波数が高くなるにつれ比透磁率が１よりも高い値から緩やかに下降して比透磁率が１の値に向けて集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては周波数が低くなるにつれ比透磁率が飽和状態の高い比透磁率の値に向けて緩やかに上昇しつつ集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域と高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域との間の周波数帯域においては周波数が高くなるに従って比透磁率が急激に低下する特性部分をもち、以て、基体は、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては誘電体基体として振る舞う」ように調整設定されていることをも特徴としている。

さらに、この発明の無線通信装置は、この発明において特有な構成を持つアンテナ構造が設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、高周波帯域用の放射電極が形成されている基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により形成されている構成とした。基体を構成している混合材料の誘電体材料は、周波数に関係無く比誘電率がほぼ一定であるという特性を持つ。これに対して、磁性体材料は、低周波帯域の周波数に対しては高い比透磁率を持ち、高周波帯域の周波数に対しては低い比透磁率（例えばほぼ１に近い比透磁率）を持つものである。本発明者はその磁性体材料の特性に着目した。

つまり、磁性体材料の特性により、誘電体材料と磁性体材料の混合割合を適宜調整することによって、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料から成る基体は、低周波帯域では磁性体材料の透磁率の効果によって（誘電体材料の特性が弱まる訳ではないが）磁性体として扱うことができる。また、高周波帯域では磁性体材料の透磁率がほぼ１となるために誘電体として扱うことが可能となる。このため、基体は、低周波帯域の周波数に対しては誘電体材料の比誘電率よりも磁性体材料の比透磁率に基づいた特性が強く出て磁性体基体として振る舞う。また、基体は、高周波帯域の周波数に対しては磁性体材料の比透磁率よりも誘電体材料の比誘電率に基づいた特性が強く出て誘電体基体として振る舞う。この発明のアンテナ構造を構成する基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されることにより、上記のような特有な特性を持つことができる。

この発明では、低周波帯域用の放射電極は、基体を部分的に欠如して形成された空間部に配設されているか、あるいは、基体に高周波帯域用の放射電極と共に形成されているか、あるいは、基体が搭載されるプリント基板の基体搭載領域に形成されている構成としている。換言すれば、低周波帯域用の放射電極から発生する磁界の通り道の一部に基体が配置されている構成と成している。つまり、この発明では、基体は低周波帯域の周波数に対しては磁性体基体として振る舞うように構成することができることから、低周波帯域用の放射電極の磁界の一部は磁性体を通る構成とすることができる。このように磁界が磁性体を通る構成とすることにより、低周波帯域用の放射電極の小型化を図ることができる。また、低周波帯域用の放射電極が小型化されることにより、高周波帯域用の放射電極が形成されている基体に、その小型な低周波帯域用の放射電極を設けることができたり、基体の搭載領域内に収まるように低周波帯域用の放射電極を配設することができる。これにより、例えば、無線通信装置の回路基板における低周波帯域用の放射電極の形成面積を削減することができる。

さらに、低周波帯域用の放射電極の小型化を図ることができることから、例えば、無線通信装置に内蔵されている回路基板の端縁部分に低周波帯域用の放射電極を配設することができる。回路基板の端縁部分に低周波帯域用の放射電極を配設することにより、低周波帯域用の放射電極から発生する磁界のうち、回路基板に搭載されている部品によって遮られる磁界が減少する。これにより、低周波帯域用の放射電極のアンテナ感度の向上を図ることができる。

さらに、低周波帯域用の放射電極がコイル状と成し、その低周波帯域用の放射電極と、高周波帯域用の放射電極とが積層配置されている構成を有する場合に、高周波帯域用の放射電極は、低周波帯域用の放射電極のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分を避けて基体に形成される構成を備えることにより、低周波帯域用の放射電極の磁束密度の高い磁界が、高周波帯域用の放射電極によって遮られる事態を回避することができる。これにより、低周波帯域用の放射電極と高周波帯域用の放射電極が近接配置されていることに因る低周波帯域用の放射電極のアンテナ特性の劣化を抑制することができる。

さらに、この発明のアンテナ構造を備えた無線通信装置にあっては、アンテナ構造の小型化によって無線通信装置の小型化を図ることができる。また、無線通信装置におけるアンテナ以外の部品の配置スペースの拡大を図ることができる。さらに、低周波帯域用の放射電極に対してアンテナ感度の良い方向の拡大が望まれている場合に、本発明のアンテナ構造を回路基板の端縁部分に設けることによって、低周波帯域用の放射電極から放射される磁界のうち、回路基板の部品によって遮られる磁界を低減させることができる。これにより、低周波帯域用の放射電極のアンテナ感度の良い方向を拡大することができる。

第１実施例のアンテナ構造を説明するためのモデル図である。誘電体材料の比誘電率の周波数特性と、磁性体材料の比透磁率の周波数特性との一例を説明するためのグラフである。低周波帯域用アンテナ部品の一構成例を表したモデル図である。低周波帯域用アンテナ部品の別の構成例を表したモデル図である。低周波帯域用アンテナ部品のさらに別の構成例を表したモデル図である。図４ｂに表されている低周波帯域用アンテナ部品の構成例を説明するための分解図である。低周波帯域用アンテナ部品の別の構成例を表したモデル図である。さらに、低周波帯域用アンテナ部品の別の構成例を表したモデル図である。さらに、低周波帯域用アンテナ部品の別の構成例を表したモデル図である。さらにまた、低周波帯域用アンテナ部品の別の構成例を表したモデル図である。第１実施例のアンテナ構造から得られる効果の一つを説明するための図である。低周波帯域用アンテナ部品のその他の配置例を表したモデル図である。低周波帯域用アンテナ部品のその他の配置姿勢の一例を表したモデル図である。高周波帯域用の放射電極のその他の形態例を説明するための図である。図１０ａに示す高周波帯域用の放射電極の断面側面図である。第２実施例のアンテナ構造を説明するための図である。第２実施例のアンテナ構造を構成する基体の一形態例を表したモデル図である。第２実施例のアンテナ構造を構成する基体の別の形態例を表したモデル図である。第２実施例のアンテナ構造を構成する基体のさらに別の形態例を表したモデル図である。第３実施例のアンテナ構造を説明するための図である。基体における高周波帯域用の放射電極の形成領域の実効透磁率を下げるための穴部の形態例を表したモデル図である。基体における高周波帯域用の放射電極の形成領域の実効透磁率を下げるための穴部の別の形態例を表したモデル図である。基体における高周波帯域用の放射電極の形成領域の実効透磁率を下げるための穴部のさらに別の形態例を表したモデル図である。基体における高周波帯域用の放射電極の形成領域の実効透磁率を下げるための穴部のさらにまた別の形態例を表したモデル図である。図１２に示されるアンテナ構造の変形例を表したモデル図である。図１２に示されるアンテナ構造の別の変形例を表したモデル図である。逆Ｆ型タイプの高周波帯域用の放射電極の一形態例を表したモデル図である。逆Ｆ型タイプの高周波帯域用の放射電極の一形態例を表したモデル図である。ライン状の高周波帯域用の放射電極の一形態例を表したモデル図である。ライン状の高周波帯域用の放射電極の別の形態例を表したモデル図である。第４実施例のアンテナ構造を説明するための図である。第５実施例のアンテナ構造を説明するための図である。その他の実施例を説明するための図である。さらに別のその他の実施例を説明するための図である。従来の課題を説明するための図である。図２０ａと共に従来の課題を説明するための図である。図２０ａおよび図２０ｂと共に従来の課題を説明するための図である。

符号の説明

１アンテナ構造
２回路基板
３基体
４高周波帯域用の放射電極
５低周波帯域用アンテナ部品
２５低周波帯域用の放射電極
２６穴部
２７基体

以下に、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

図１には第１実施例のアンテナ構造が模式的な斜視図により示されている。この第１実施例のアンテナ構造１は、プリント基板である回路基板２に搭載される基体３と、高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極４（４Ａ，４Ｂ）と、低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う放射電極を備えた低周波帯域用アンテナ部品５とを有して構成されている。

この第１実施例では、基体３は、直方体状の底面側が部分的に欠如して断面形状がＬ字形状と成している態様を有している。当該基体３は、樹脂材料に誘電体材料と磁性体材料が混合された混合材料により構成されている。この基体３は、例えば、射出成形等の成形技術により作製されている。成形技術により基体３を作製することにより、基体３の製造が容易となる。

誘電体材料は、図２のグラフ中の鎖線βに表されるように、周波数の変化に関係無く比誘電率が一定である特性を持つ。これに対して、磁性体材料は、図２のグラフ中の実線αに表されるように、低周波帯域の周波数に対しては周波数が低くなるに従って緩やかに上昇するほぼ飽和状態の高い比透磁率を持つ。かつ、磁性体材料は、高周波帯域の周波数に対しては周波数が高くなるに従って緩やかに低下するほぼ安定した低い比透磁率（例えば比透磁率がほぼ１）を持つ。かつ、磁性体材料は、高い比透磁率を持つ低周波帯域と低い比透磁率を持つ高周波帯域との間の周波数範囲内に、周波数が高くなるに従って急激に比透磁率が低下し当該変化の変曲点を持つ特性部分を有する。

この第１実施例では、基体３は、上記した磁性体材料の特性に着目して構成されているものである。基体３が次に示すような特性を持つことができるように、基体３の構成用材料としての誘電体材料や磁性体材料が選定されたり、誘電体材料と磁性体材料の混合割合が設定されている。すなわち、低周波帯域用アンテナ部品５がアンテナ動作を行う共振周波数（例えば13.56ＭHz）を含む低周波帯域の周波数に対しては誘電体材料の比誘電率よりも磁性体材料の比透磁率に基づいた特性が強く出て基体３が磁性体基体として振る舞う。また、高周波帯域用の放射電極４（４Ａ，４Ｂ）がアンテナ動作を行う共振周波数（例えば800ＭHz以上の周波数）を含む高周波帯域の周波数に対しては磁性体材料の比透磁率よりも誘電体材料の比誘電率に基づいた特性が強く出て基体３が誘電体基体として振る舞う。この第１実施例では、基体３は、そのように低周波帯域の周波数に対しては磁性体基体として振る舞い、かつ、高周波帯域の周波数に対しては誘電体基体として振る舞うことができるように、誘電体材料や、磁性体材料や、それら誘電体材料と磁性体材料の混合割合が設定されている。

この第１実施例では、基体３は、その底面側の一部を部分的に欠如した態様と成し、その欠如部分に空間部６が形成されている。基体３は、その空間部６が回路基板２側となる姿勢でもって回路基板２の片端側の端縁部に搭載される。低周波帯域用アンテナ部品５は、その基体３の欠如部分に形成された空間部６に配設されるように回路基板２に設けられている。この低周波帯域用アンテナ部品５は、例えば無線ＩＤシステム等の低周波帯域を利用した無線通信システムに用いられるものである。当該低周波帯域用アンテナ部品５は、予め定められた低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う低周波帯域用の放射電極として機能するコイルを有して構成されている。

この第１実施例では、低周波帯域用アンテナ部品５は、基体３の上記空間部６に配設できる程度の小型な大きさを持ち、かつ、設定の共振周波数でアンテナ動作を行うことができる構成を有していれば、その構成は特に限定されるものではなく、様々な形態を採り得る。例えば、低周波帯域用アンテナ部品５は、図３ａに示されるように、磁性体基体１０の上面に低周波帯域用の放射電極としてのコイルパターン１１が形成されている構成としてもよい。また、低周波帯域用アンテナ部品５は、図３ｂに示されるように、磁性体基体１０の複数の面に渡って低周波帯域用の放射電極としてのコイルパターン１１を形成されている構成としてもよい。さらに、低周波帯域用アンテナ部品５は、図３ｃに示されるように、磁性体基体１０の上面に低周波帯域用の放射電極としてのコイルパターン１１が形成され、当該コイルパターン１１の上側に誘電体膜１２が積層形成されている構成としてもよい。

さらに、低周波帯域用アンテナ部品５は、図４ａに示されるようなコイルパターン１３と、磁性体層（図示せず）とが交互に積層配置され、図４ｂに示されるように、一体化されている構成としてもよい。なお、複数のコイルパターン１３は、磁性体層に形成されたビアホールによって、一続きに電気的に接続されて一つのコイルを構成している。

さらに、低周波帯域用アンテナ部品５は、図５ａに示されるように、導線１４をコイル状に巻回形成された構成と成していてもよい。さらに、低周波帯域用アンテナ部品５は、図５ｂに示されるように、導線１４をコイル状に巻回して形成されたコイルの中心部にフェライト等の磁性体から成るコア１５を配置させた構成としてもよい。さらに、低周波帯域用アンテナ部品５は、図６に示されるように、磁性体基体１６の周面に導線１７が巻回形成されている構成としてもよい。

この第１実施例では、上述したような様々な構成のうちの何れの構成をも低周波帯域用アンテナ部品５の構成として採用してよい。この第１実施例では、低周波帯域用アンテナ部品５は、当該低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が回路基板２の基板面および基体３の上面をほぼ直交する姿勢でもって回路基板２に固定されている。

この第１実施例では、高周波帯域用の放射電極４は、例えば携帯型電話機の音声信号やデータ信号の無線通信等の高周波帯域を利用した無線通信システムに利用することができるものである。当該高周波帯域用の放射電極４は、予め定められた高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行うことができ、かつ、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る部分を避けた基体上面領域に形成される構成であれば、その構成は特に限定されるものではないが、その一構成例が図１に表されている。図１の例では、高周波帯域用の放射電極４は、給電放射電極４Ａと、無給電放射電極４Ｂとを有して構成されている。放射電極４Ａ，４Ｂはλ／４タイプの放射電極である。給電放射電極４Ａは、例えば無線通信装置に設けられている無線通信用の高周波回路１８に接続されてアンテナ動作を行うものである。無給電放射電極４Ｂは、給電放射電極４Ａと電磁結合し、給電放射電極４Ａの共振動作に伴って共振して複共振状態を作り出すものである。このように、給電放射電極４Ａと無給電放射電極４Ｂが形成され複共振状態を作り出すことができる構成とすることによって、周波数帯域の広帯域化の効果や、互いに異なる周波数帯を利用する複数の無線通信システムに対応することが可能になるという効果や、アンテナ利得向上の効果等を得ることができる。

この第１実施例では、前述したように、基体３は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されている。これにより、基体３は、低周波帯域の周波数に対しては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域の周波数に対しては誘電体基体として振る舞う構成と成している。つまり、基体３は、高周波帯域用の放射電極４から見れば誘電体基体であり、低周波帯域用アンテナ部品５から見れば磁性体基体である。このため、この第１実施例に示したように、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が基体３を通るように低周波帯域用アンテナ部品５を配置することによって、磁性体材料による波長短縮効果によって、低周波帯域用アンテナ部品５の小型化を図ることができる。また、この第１実施例では、低周波帯域用アンテナ部品５の小型化を図ることができることから、回路基板２における基体３の搭載領域内に低周波帯域用アンテナ部品５をも搭載できる。これにより、回路基板２においてアンテナを搭載するのに必要なアンテナ搭載面積を削減することができる。

さらに、この第１実施例では、高周波帯域用の放射電極４（４Ａ，４Ｂ）は、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る部分を避けて形成されている。このことから、低周波帯域用アンテナ部品５の磁界（電波）が高周波帯域用の放射電極４によって妨げられることを防止できる。このため、高周波帯域用の放射電極４の近接配置に起因した低周波帯域用アンテナ部品５のアンテナ特性の悪化を抑えることができる。

さらに、回路基板２における回路構成用部品の搭載領域を避けた回路基板端縁部分にアンテナ構造１を配置することによって、低周波帯域用アンテナ部品５が回路基板２における端縁部分以外の部分に搭載されている場合に比べて、低周波帯域用アンテナ部品５の磁界（電波）放射の指向性を広げることができる。例えば、この第１実施例におけるアンテナ構造１が折り畳み式携帯型電話機に設けられる場合に、図７の側面図に示されるような回路基板２の端縁部分にアンテナ構造１を設ける構成とする。これにより、低周波帯域用アンテナ部品５の磁界は、液晶パネル等の部品２０に遮られることなく、図７の上下方向に広がることができる。このことから、低周波帯域用アンテナ部品５のアンテナ感度を向上させることができる。

なお、低周波帯域用アンテナ部品５は、回路基板２における基体３の搭載領域内であれば、回路基板２の回路と、高周波帯域用の放射電極４や低周波帯域用アンテナ部品５とを接続する配線構成や、高周波帯域用の放射電極４の構成等を考慮した適宜な位置に配設してよく、低周波帯域用アンテナ部品５の配置位置は、図１に示した位置に限定されるものではない。例えば、図８に示されるように、低周波帯域用アンテナ部品５は、コイル中心部の磁束密度の高い磁束が基体３の角部を通るように配置してもよい。また、この第１実施例では、低周波帯域用アンテナ部品５は、当該部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が回路基板２の基板面および基体３の上面をほぼ直交する姿勢でもって配設されていたが、例えば、図９に示されるように、低周波帯域用アンテナ部品５は、コイル中心部の磁束密度の高い磁界が回路基板２の基板面および基体３の上面にほぼ沿うような姿勢でもって配設してもよい。この場合には、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が基体３の上面を通らない。このため、高周波帯域用の放射電極４が基体３の上面に形成される場合には、低周波帯域用アンテナ部品５による高周波帯域用の放射電極４の形成領域の規制が緩和される。これにより、高周波帯域用の放射電極４の設計の自由度を高めることができる。

さらに、図１の例では、基体３は、断面形状がＬ字形状となる態様と成していたが、例えば、図９に示されるように、基体３は、その底面側に凹部２１が形成されて低周波帯域用アンテナ部品５を収容するための空間部が設けられている態様であってもよい。

さらに、アンテナ構造１は、図１０ａの斜視図および図１０ｂの断面側面図に示されるような構成としてもよい。すなわち、このアンテナ構造１では、放射電極４（４Ａ，４Ｂ）はループ形状と成している。つまり、放射電極４（４Ａ，４Ｂ）は、回路基板２の端縁側から回路基板２の外側領域に回路基板２よりも下方側に膨らみながら伸長形成した後に、回路基板２の端面を間隔を介して囲むように回路基板２の上面側に回り込み伸長形成し、当該伸長先端側が回路基板２の上面に間隔を介して配置されている形態を有する。このような放射電極４（４Ａ，４Ｂ）の一部分に、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料から成る基体３が形成されている。また、回路基板２における基体３の搭載領域には、図１０ａでは放射電極４の影となって見えない部分に低周波帯域用アンテナ部品５が配設されている。

以下に、第２実施例を説明する。なお、第２実施例の説明において、第１実施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実施例では、基体３の形態に特徴がある。それ以外のアンテナ構造１の構成は第１実施例と同様である。すなわち、低周波帯域用アンテナ部品５のアンテナ特性の向上を図る観点から見れば、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体３の部位の厚みは厚い方が好ましい。一方、高周波帯域用の放射電極４から見れば、基体３には磁性体材料が含有されているので、基体３の磁性体材料による磁性体損失が発生する。このことから、基体３の厚みは薄いことが好ましい。このことを考慮して、この第２実施例では、基体３は、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体３の部位の厚みが、高周波帯域用の放射電極４の形成領域の平均的な厚みよりも厚くなっている形態を備えている。

具体例を示すと、例えば、低周波帯域用アンテナ部品５が、図１１ａに示されるような回路基板２の位置（つまり、回路基板２における予め定められた基体搭載領域の中で回路基板２の中央部に近い側の端縁部）に配設される場合には、基体３は、例えば図１１ａ〜図１１ｄに示されるような形態を採り得る。つまり、図１１ａの例では、基体３は、対向し合う端縁部３ａ，３ｂのうちの一方側３ｂから他方側３ａに向かうに従って厚みが連続的に厚くなって基体上面は基体底面に対して傾いている形態と成している。当該基体３は、薄い部分が回路基板２の片端側の端縁部分に配置され、厚い部分が低周波帯域用アンテナ部品５の配置側となるように、回路基板２の端縁部分に搭載される。なお、基体３の底面側には、低周波帯域用アンテナ部品５を収容配置する空間部を形成するための凹部（図示せず）が設けられている。

図１１ｂの例では、基体３は略丘状の態様と成している。基体３の厚みが最も厚くなっている部位の底面側には、低周波帯域用アンテナ部品５を収容配置する空間部を形成するための凹部（図示せず）が設けられている。

図１１ｃの例では、基体３は、低周波帯域用アンテナ部品５の配設領域の部位に凸部２２が形成されて当該基体部分の厚みが厚くなっている形態と成している。基体３の厚みが厚くなっている部位の底面側には、低周波帯域用アンテナ部品５を収容配置する空間部を形成するための凹部（図示せず）が設けられている。図１１ｄの分解図の例では、基体３は、低周波帯域用アンテナ部品５の配設領域を避けた部分が中空状態となっており、低周波帯域用アンテナ部品５の配設領域の基体部分の厚みが実質的に厚くなっている。その低周波帯域用アンテナ部品５の配設領域の基体底面側には、低周波帯域用アンテナ部品５を収容配置する空間部を形成するための凹部（図示せず）が設けられている。

この第２実施例では、基体３は、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る部分の厚みを増加させることができる構成となっている。これにより、低周波帯域用アンテナ部品５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分（つまり、磁性体基体部分）の長さが長くなる。このため、磁性体による波長短縮効果が大きくなって低周波帯域用アンテナ部品５の小型化やアンテナ感度の向上等をより一層図ることができる。また、高周波帯域用の放射電極４の形成領域の基体部分を薄くできるので、基体３の磁性体材料による高周波帯域用の放射電極４の磁性体損失を低減させることができる。これにより、高周波帯域用の放射電極４のアンテナ特性を向上させることができる。なお、そのように、高周波帯域用の放射電極４の磁性体損失を低減させるために高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分の厚みが薄くなるように構成した場合には、この構成のために高周波帯域用の放射電極４に対する基体３の波長短縮効果が小さくなることが懸念される。そこで、高周波帯域用の放射電極４に対する基体３の波長短縮効果が小さくなることを防止するために、例えば、基体３に含有する誘電体材料として比誘電率の高い誘電体材料を用いる等の手段を講じることが好ましい。

以下に、第３実施例を説明する。なお、この第３実施例の説明において、第１や第２の各実施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実施例では、図１２に示されるように、高周波帯域用の放射電極４（４Ａ，４Ｂ）と、低周波帯域用の放射電極２５とが両方共に基体３に設けられている。すなわち、基体３は、第１や第２の各実施例と同様に、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されている。この基体３の上面における図１２の左側領域には、給電放射電極４Ａと無給電放射電極４Ｂを有する高周波帯域用の放射電極４が形成されている。基体３の上面における図１２の右側領域には、高周波帯域用の放射電極４と間隔を介してコイルパターンから成る低周波帯域用の放射電極（コイル電極）２５が形成されている。これら構成以外のアンテナ構造１の構成は、第１や第２の各実施例と同様である。

この第３実施例では、高周波帯域用の放射電極４と、低周波帯域用の放射電極２５とを両方共に共通の基体３に設けて一つの部品と成している。このため、例えば、高周波帯域用の放射電極４と低周波帯域用の放射電極２５とを両方共に設けた基体３を、無線通信装置の回路基板２の設定の搭載領域に配設するだけで、アンテナ構造１を回路基板２に設けることができる。これにより、例えば無線通信装置の製造工程の簡略化を図ることができる。

ところで、高周波帯域用の放射電極４が磁性体材料を含む基体３に形成されていると、その磁性体材料によって磁性体損失が発生する。このため、高周波帯域用の放射電極４の磁性体損失を低減するために、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分の実効透磁率を低くする構成を備えてもよい。例えば、図１３ａ〜図１３ｄに示されるように、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分に、実効透磁率を下げるための穴部（又はくりぬき部）２６を設ける。すなわち、図１３ａの例では、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分の底面に、基体３の図１３ａに示す前端面と後端面との両面に開口部を持つ凹部（溝部（穴部））２６が設けられている。図１３ｂの例では、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分に、基体３の図１３ｂに示す前端面側から後端面側に貫通している穴部（貫通孔）２６が設けられている。図１３ｃの例では、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分に、基体３の図１３ｃに示す左側面に開口部を持つ穴部２６が設けられている。図１３ｄの例では、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分の底面に開口部を持つ凹部（穴部（くりぬき部））２６が形成されている。このように、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分に穴部２６を形成する。これにより、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分の実効透磁率を下げて高周波帯域用の放射電極４の磁性体損失を低減する構成を備えてもよい。そのような構成を備えることにより、高周波帯域用の放射電極４のアンテナ特性を向上させることができる。

また、例えば、基体３の上面における高周波帯域用の放射電極４の形成領域が低周波帯域用の放射電極２５の形成領域よりも低くなるように、基体３の上面に段差が設けられている構成として、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体３の部位の厚みを、低周波帯域用の放射電極２５が形成されている基体３の部位よりも薄くしてもよい。このような構成を採用して、高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体部分の実効透磁率を下げて高周波帯域用の放射電極４の磁性体損失を低減する構成を備えてもよい。そのような構成を備えることにより、高周波帯域用の放射電極４のアンテナ特性を向上させることができる。

なお、図１２や図１３ａ〜図１３ｄに示される例では、高周波帯域用の放射電極４と低周波帯域用の放射電極２５は両方共に基体３の上面に形成されていたが、例えば、高周波帯域用の放射電極４と、低周波帯域用の放射電極２５とがそれぞれ基体３の別々の面に形成されている構成としてもよい。例えば、図１４ａに示される例では、高周波帯域用の放射電極４は基体３の上面に形成され、低周波帯域用の放射電極２５は基体３の側面に形成されている。このように、高周波帯域用の放射電極４と、低周波帯域用の放射電極２５とがそれぞれ基体３の別々の面に形成されている構成とすることにより、基体３を大型化することなく、高周波帯域用の放射電極４や低周波帯域用の放射電極２５の電極面積の拡大を図ることができる。これにより、高周波帯域用の放射電極４や低周波帯域用の放射電極２５の周波数帯域の広帯域化を図ることができて、アンテナ特性を向上させることができる。また、図１４ａの例では、低周波帯域用の放射電極２５は、当該低周波帯域用の放射電極２５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が基体３の上面に沿うように形成される。このことから、基体３の上面に形成される高周波帯域用の放射電極４は、低周波帯域用の放射電極２５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界の通り道を気にすることなく、設計することができる。つまり、高周波帯域用の放射電極４の設計の自由度を高めることができる。

また、図１４ｂに示されるように、高周波帯域用の放射電極４と、低周波帯域用の放射電極２５とのうちの一方又は両方が基体３の複数の面に渡って形成されている構成としてもよい。この構成を備えることにより、高周波帯域用の放射電極４や低周波帯域用の放射電極２５の電極面積の拡大を図ることができる。これにより、高周波帯域用の放射電極４や低周波帯域用の放射電極２５の周波数帯域の広帯域化を図ることができて、アンテナ特性を向上させることができる。

さらに、図１２や図１３ａ〜図１３ｄに示される例では、高周波帯域用の放射電極４はλ／４タイプの放射電極であったが、例えば、図１５ａや図１５ｂに示されるように、高周波帯域用の放射電極４は逆Ｆ型タイプの放射電極であってもよい。また、図１６ａや図１６ｂに示されるようなライン状の放射電極であってもよい。なお、図１５ａや図１６ａや図１６ｂの例では、低周波帯域用の放射電極２５は基体３の上面に形成されている。また、図１５ｂの例では、低周波帯域用の放射電極は、図４ａに示されるようなコイルパターンと、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料から成る絶縁体層とが交互に積層一体化されて形成されている。

以下に、第４実施例を説明する。なお、この第４実施例の説明において、第１〜第３の各実施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４実施例では、図１７の分解図に示されるように、高周波帯域用の放射電極４は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料から成る基体３に形成されている。この高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体３が搭載される回路基板２の部分には、コイル状の低周波帯域用の放射電極２５が形成されている。つまり、回路基板２に形成されている低周波帯域用の放射電極２５の上側に、高周波帯域用の放射電極４を備えた基体３が積層配置されている。

この第４実施例においても、前記各実施例と同様に、低周波帯域用の放射電極２５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分をできるだけ避けて高周波帯域用の放射電極４が基体３に形成されている。

以下に、第５実施例を説明する。なお、この第５実施例の説明において、第１〜第４の各実施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５実施例では、図１８の分解図に示されるように、高周波帯域用の放射電極４は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料から成る基体３に形成されている。低周波帯域用の放射電極２５は、例えば樹脂材料から成る例えばフィルム状の基体２７に形成されている。高周波帯域用の放射電極４が形成されている基体３と、低周波帯域用の放射電極２５が形成されている基体２７とは積層一体化されて一つの部品と成している。図１８に示されるように、この第５実施例においても、前記各実施例と同様に、低周波帯域用の放射電極２５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界の通り道を妨げないように、高周波帯域用の放射電極４は、その低周波帯域用の放射電極２５のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分を避けて基体３に形成されている。

なお、図１８に示される例では、低周波帯域用の放射電極２５は基体２７の上面に形成されていたが、例えば、低周波帯域用の放射電極２５は、基体２７の複数の面に渡って形成されていてもよい。また、低周波帯域用の放射電極２５を樹脂材料から成るフィルム状の基体２７に形成するのに代えて、低周波帯域用の放射電極２５は、磁性体材料から成る基体に形成される構成としてもよい。さらに、図４に示されるような低周波帯域用の放射電極を構成する複数のコイルパターンが磁性体層を介しながら積層一体化されており、基体の内部に低周波帯域用の放射電極が形成されている態様としてもよい。さらに、低周波帯域用の放射電極は、第１実施例に示したような低周波帯域用アンテナ部品５の態様と成し、当該低周波帯域用アンテナ部品が基体２７に固定され、当該低周波帯域用アンテナ部品５が固定された基体２７の上側に、高周波帯域用の放射電極４が形成された基体３が積層されて一体化されている態様と成していてもよい。この場合には、基体３の底面側には、その一部分を欠如して低周波帯域用アンテナ部品５を収容するための空間部が形成される。このように、この第５実施例のアンテナ構造１を構成する低周波帯域用の放射電極の形態は特に限定されるものではない。

以下に、第６実施例を説明する。この第６実施例は無線通信装置に関するものである。この第６実施例の無線通信装置は、低周波帯域での無線通信機能と高周波帯域での無線通信機能との両方を行うことが可能な構成を備えている。この第６実施例では、第１〜第５の実施例に示したアンテナ構造１のうちの何れか１つのアンテナ構造１が設けられている。無線通信装置におけるアンテナ構造以外の構成には様々な構成があり、ここでは、その何れの構成をも採用してよく、その説明は省略する。また、第１〜第５の実施例のアンテナ構造１の説明は前述したので、ここでは、その重複説明は省略する。

なお、この発明は第１〜第６の各実施例の形態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、基体３は、樹脂材料に誘電体材料と磁性体材料が混合された混合材料により構成されていたが、基体３の構成材料は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料であればよく、例えば、誘電体材料と磁性体材料のみの混合材料であってもよい。

また、第１〜第６の各実施例では、高周波帯域用の放射電極４は基体３に形成されていたが、例えば、図１９ａや図１９ｂに示されるように、高周波帯域用の放射電極４は、その一部が基体３からプリント基板である回路基板２に引き出し形成されている構成としてもよい。なお、図１９ａや図１９ｂの例では、図示が省略されているが、回路基板２における基体３の搭載領域に低周波帯域用アンテナ部品５やコイル状の低周波帯域用の放射電極２５が形成されている。

さらに、基体３に低周波帯域用の放射電極２５が形成されている場合には、その低周波帯域用の放射電極２５は、その一部が基体３からプリント基板である回路基板２に引き出し形成されている構成としてもよい。

さらに、第１〜第６の各実施例の構成に加えて、高周波帯域用の放射電極４の少なくとも一部分を覆う誘電体膜を設けてもよい。このように、高周波帯域用の放射電極４に誘電体膜を設けることによって、誘電体による波長短縮効果が大きくなって、高周波帯域用の放射電極４のより一層の小型化を図ることができる。

本発明は、高周波帯域用のアンテナおよび低周波帯域用のアンテナが設けられている場合に低周波帯域用のアンテナの小型化を図ることができる。このことから、小型化が要求されている例えば携帯型の無線通信装置等の無線通信装置に組み込まれるアンテナ構造および無線通信装置に本発明を適用することは有効である。

Claims

高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極と、この高周波帯域用の放射電極が設けられている基体とを有し、
その基体を部分的に欠如して形成された空間部には、低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う低周波帯域用の放射電極として機能するコイルを備えた低周波帯域用アンテナ部品が配設されており、
高周波帯域用の放射電極は、上記低周波帯域用アンテナ部品のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分を避けて基体に形成されている構成と成し、
上記基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されており、
上記基体の誘電体材料と磁性体材料の混合割合は「高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては周波数が高くなるにつれ比透磁率が１よりも高い値から緩やかに下降して比透磁率が１の値に向けて集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては周波数が低くなるにつれ比透磁率が飽和状態の高い比透磁率の値に向けて緩やかに上昇しつつ集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域と高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域との間の周波数帯域においては周波数が高くなるに従って比透磁率が急激に低下する特性部分をもち、以て、基体は、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては誘電体基体として振る舞う」ように調整設定されていることを特徴とするアンテナ構造。
基体はプリント基板に搭載される構成と成し、高周波帯域用の放射電極は、その一部が基体からプリント基板に引き出し形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ構造。
低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う低周波帯域用の放射電極と、
高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極と、
上記低周波帯域用の放射電極と、上記高周波帯域用の放射電極とが両方共に設けられている基体と、
を有し、
基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されており、
上記基体の誘電体材料と磁性体材料の混合割合は「高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては周波数が高くなるにつれ比透磁率が１よりも高い値から緩やかに下降して比透磁率が１の値に向けて集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては周波数が低くなるにつれ比透磁率が飽和状態の高い比透磁率の値に向けて緩やかに上昇しつつ集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域と高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域との間の周波数帯域においては周波数が高くなるに従って比透磁率が急激に低下する特性部分をもち、以て、基体は、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては誘電体基体として振る舞う」ように調整設定されていることを特徴とするアンテナ構造。
高周波帯域用の放射電極が形成されている基体部分には、当該基体部分の実効透磁率を制御するための穴部又はくりぬき部が形成されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ構造。
低周波帯域用の放射電極はコイル電極により構成されており、高周波帯域用の放射電極と、低周波帯域用のコイル電極とのうちの一方又は両方は、基体の複数の面に渡って形成されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ構造。
低周波帯域用の放射電極はコイル電極により構成されており、高周波帯域用の放射電極と、低周波帯域用のコイル電極とは、それぞれ、基体の別々の面に形成されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ構造。
基体はプリント基板に搭載される構成と成し、低周波帯域用の放射電極はコイル電極により構成されており、高周波帯域用の放射電極と、低周波帯域用のコイル電極とのうちの一方又は両方は、その一部が基体からプリント基板に引き出し形成されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ構造。
高周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行う高周波帯域用の放射電極を備えた基体が、プリント基板に搭載されて成るアンテナ構造であって、
基体が搭載されるプリント基板領域には、低周波帯域の共振周波数でもってアンテナ動作を行うコイル状の低周波帯域用の放射電極が形成されており、当該低周波帯域用の放射電極の上側に上記高周波帯域用の放射電極を備えた基体が積層配置されている構成と成し、
高周波帯域用の放射電極は、上記コイル状の低周波帯域用の放射電極のコイル中心部の磁束密度の高い磁界が通る基体部分を避けて基体に形成されている構成と成し、
上記基体は、誘電体材料と磁性体材料を含む混合材料により構成されており、
上記基体の誘電体材料と磁性体材料の混合割合は「高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては周波数が高くなるにつれ比透磁率が１よりも高い値から緩やかに下降して比透磁率が１の値に向けて集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては周波数が低くなるにつれ比透磁率が飽和状態の高い比透磁率の値に向けて緩やかに上昇しつつ集束する態様を呈し、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域と高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域との間の周波数帯域においては周波数が高くなるに従って比透磁率が急激に低下する特性部分をもち、以て、基体は、低周波帯域用アンテナ部品の共振周波数帯域においては磁性体基体として振る舞い、高周波帯域用の放射電極の共振周波数帯域においては誘電体基体として振る舞う」ように調整設定されていることを特徴とするアンテナ構造。
基体を構成する混合材料の誘電体材料は、使用する高周波帯域での周波数の変化に対して比透磁率がほぼ変化しない特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載のアンテナ構造。
請求項１乃至請求項９の何れか一つに記載のアンテナ構造が設けられていることを特徴とする無線通信装置。
アンテナ構造は、無線通信装置に内蔵されている回路基板における回路構成用部品の搭載領域を避けた回路基板端縁部分に設けられていることを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。