JP5524580B2 - アンテナ装置、及びこれを有する無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置、及びこれを有する無線通信装置に関し、特に移動体通信端末に用いられるアンテナ装置、及びこれを有する無線通信装置に関する。

近年、無線通信装置には複数の無線通信システムに対応する無線通信機能が搭載され、アンテナには小型化や複数の周波数帯あるいは広帯域に動作するアンテナが求められている。

そこで、複数の周波数で動作するアンテナ装置として周波数帯域を可変するチューナブル・アンテナ（Ｔｕｎａｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）がある。例えば、モノポール・アンテナ（Ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）の給電部分に複数の異なる長さの導体線路を組み合わせた構成からなる調整回路を設けることにより、周波数帯域を可変するアンテナ装置を実現しようとするものがある（例えば、特許文献１参照）。また、アンテナ装置の寄生素子に接続された選択回路を切り替えることで、モノポール・アンテナとの容量性結合を切り替え、共振周波数を可変しようとするものもある（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第０７／０４２６１５号パンフレット 特表２００９−５１０９００号公報

しかし、上述した先行技術によるチューナブル・アンテナは、複数の異なる長さの導体線路をスイッチで切り替えることにより周波数帯域を可変しているが、可変する周波数帯域の数に応じた導体線路が必要となる。そのため、可変周波数帯域の数が増えた場合、構造が大きくなり小型化が難しくなるという問題がある。また、寄生素子に選択回路を接続してスイッチで切り替えることにより周波数帯域を可変する場合にも、可変周波数帯域の数が増えた場合に、寄生素子の数を増やす必要があり、構造が大きくなり小型化が難しいという問題がある。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、利用する周波数帯域が増えた場合にもアンテナ装置の構造を大きくすることなく小型化が可能であり、且つ、所望の周波数帯域に共振周波数を容易に可変することを目的とするものである。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、誘電体と、前記誘電体の側部に配置された逆Ｌ型アンテナと、前記誘電体の一方の面及び他方の面に対向して各々配置され、部材の少なくとも一部が分離した形状を有する複数の導電性部材と、を備え、前記複数の導電性部材は、各々複数の部材を有し、該複数の部材の間に該部材間を導通及び切断する複数のスイッチを有することを特徴とする。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、共振周波数を所望の周波数帯域に容易に可変することができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記導電性部材の分離した部分が開口部を形成し、前記導電性部材の長さはインダクタンス成分を形成し、前記開口部の大きさはキャパシタンス成分を形成し、前記複数の導電性部材は、前記インダクタンス成分と前記キャパシタンス成分を含むＬＣ共振回路を形成し、前記複数のスイッチは、開閉動作により前記複数の部材間を導通又は切断して、前記導電性部材毎に前記複数の部材を接続する接続数を変更して前記複数の導電性部材の前記インダクタンス成分を変更してもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、所望の周波数帯域において動作させることができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、利用する無線通信周波数帯域に応じて前記複数のスイッチの各開閉動作を制御して前記複数の導電性部材の前記インダクタンス成分を変更する制御部を備え、前記制御部は、無線通信信号の周波数を検出し、検出した周波数に応じて前記複数のスイッチの開閉動作を制御してもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、所望の周波数帯域に自動的に同調させることができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記複数のスイッチは、前記複数の部材の間を電気的に導通及び切断してもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、スイッチの開閉動作を高速化し、ノイズを低減させることができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記複数の導電性部材は、前記誘電体の一方の面及び他方の面に接着されて形成されてもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、設計変更に容易に対応することができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記複数の導電性部材は、前記誘電体の一方の面及び他方の面にエッチング法により形成されてもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、設計変更に容易に対応することができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、前記誘電体は、薄板状であってもよい。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置によれば、アンテナ装置を無線通信機器等に実装可能な形態に成形することが容易になる。

また、本発明の一実施形態に係る無線通信装置は、上述したアンテナ装置を備えることを特徴とする。本発明の一実施形態に係る無線通信装置は、各種通信方式に容易に対応することができる。

上述のように本発明の一実施形態に係るアンテナ装置およびこれを備える無線通信装置によれば、利用する周波数帯域が増えた場合にもアンテナ装置の構造を大きくすることなく小型化が可能であり、且つ、所望の周波数帯域に共振周波数を容易に可変することができる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概要を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置全体の構成例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のＳＲＲの構成例を示す平面図であり、（ａ）は誘電体の表面に形成されたＳＲＲの構成例を示し、（ｂ）は誘電体の裏面に形成されたＳＲＲの構成例を示す平面図である。 図２に示されたアンテナ装置の誘電率の特性を示す図である。 図２に示されたアンテナ装置の透磁率の特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を有する無線通信装置の回路構成を示すブロック図である。 図２に示されたアンテナ装置のＬＴＥの周波数帯を可変した場合のＶＳＷＲの周波数特性例を示す図である。 図２に示されたアンテナ装置のＧＳＭの周波数帯を可変した場合のＶＳＷＲの周波数特性例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のＳＲＲの他の形状を例示する平面図であり、（ａ）は多角形状の一部が分離された形状を示し、（ｂ）は四角形状の一部が分離された形状を示し、（ｃ）はリング形状の一部が分離された形状を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施形態として図を参照しつつ説明を行う。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の概要を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、ＳＲＲ（Ｓｐｌｉｔ Ｒｉｎｇ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ；分割リング共振器）の共振周波数付近の材料特性を利用して、ＳＲＲを構成する導体上にスイッチを配置してスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、アンテナ装置の小型化、及び所望の周波数帯域の共振周波数を可変することを目的とするものである。なお、ここで、ＳＲＲとは、少なくとも一部が分離された金属（導電性部材）からなる構造体であり、後述するＳＲＲの特性を発現するものとする。

図１に示すアンテナ装置１００は、第１ＳＲＲ１０１と、第２ＳＲＲ１０２と、誘電体１０３と、エレメント（Ｅｌｅｍｅｎｔ）導体１０４と、給電点１０５と、グラウンド導体１０６とを含む。エレメント導体１０４は、逆Ｌ形状に形成され、逆Ｌ型アンテナ（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ−Ｌ ａｎｔｅｎｎａ）を構成する。また、エレメント導体１０４は、給電点１０５を介してグラウンド導体１０６と接続され、誘電体１０３は、グラウンド導体１０６とエレメント導体１０４との間に配置される。誘電体１０３は、薄板状に形成されてもよく、誘電体１０３の一方の面と他方の面とに対向して、それぞれ第１ＳＲＲ１０１と第２ＳＲＲ１０２とが配置される。

第１ＳＲＲ１０１と、第２ＳＲＲ１０２とは、矩形形状の一部が分離された第１開口部１０１ａと第２開口部１０２ａとを有する形状に形成される。但し、矩形形状に限定されず、多角形状またはリング形状の少なくとも一部が分離された形状に形成されてもよい。第１ＳＲＲ１０１と、第２ＳＲＲ１０２とは、誘電体１０３を挟んで第１開口部１０１ａと第２開口部１０２ａとが反対側に位置し、互い違いとなるように配置される。例えば、第１ＳＲＲ１０１の第１開口部１０１ａが誘電体１０３の表面において右側に位置する場合は、第２ＳＲＲ１０２の第２開口部１０２ａは誘電体１０３の裏面において誘電体１０３を挟んで左側に位置する。なお、第１ＳＲＲ１０１と、第２ＳＲＲ１０２とは、同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置２００全体の構成例を示す。アンテナ装置２００における誘電体２０３は、矩形の薄板状に形成され、その表面と裏面とに、第１ＳＲＲ２０１と第２ＳＲＲ２０２とが配置されている。図２に図示したように、第１ＳＲＲ２０１と第２ＳＲＲ２０２とは、それぞれ矩形形状の一辺が分離された部分である第１開口部２０１ａと第２開口部２０２ａとを有して同一形状に形成され、第１開口部２０１ａと第２開口部２０２ａとが誘電体２０３を挟んで反対側に位置するように配置される。

図３は、図２に示すアンテナ装置２００の第１ＳＲＲ２０１及び第２ＳＲＲ２０２の構成例を示す平面図であり、（ａ）は誘電体２０３の表面に形成された第１ＳＲＲ２０１の構成例を示し、（ｂ）は誘電体２０３の裏面に形成された第２ＳＲＲ２０２の構成例を示す。

図２及び図３に図示したように、第１ＳＲＲ２０１及び第２ＳＲＲ２０２は、ＳＲＲを構成する導体上に、複数のスイッチが配置される。本発明の実施の形態に係るスイッチは、例えば、ＭＥＭＳスイッチ、リレー等のスイッチ、又はバリキャップダイオード等の可変容量素子から構成されてもよい。また、本発明の実施の形態に係るスイッチは、ＯＮ／ＯＦＦを切り替える開閉動作により、第１ＳＲＲ２０１及び第２ＳＲＲ２０２における配置部分の導体間を機械的に又は電気的に導通又は切断する。導体間を電気的に導通又は切断するスイッチを用いた場合には、開閉動作を高速化し、ノイズを低減させることも可能である。なお、本発明の実施の形態に係るスイッチの動作及び回路構成の詳細については、後述する。

本発明の一実施形態として、図３（ａ）に図示したように、第１ＳＲＲ２０１は、複数の部材２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ、２０１ｆ、２０１ｇ、２０１ｈを有し、部材２０１ｂと部材２０１ｃとの間にスイッチＳＷ１ａが配置され、部材２０１ｃと部材２０１ｄとの間にスイッチＳＷ２ａが配置され、部材２０１ｄと部材２０１ｅとの間にスイッチＳＷ３ａが配置され、部材２０１ｅと部材２０１ｆとの間にスイッチＳＷ３ｂが配置され、部材２０１ｆと部材２０１ｇの間にスイッチＳＷ２ｂが配置され、部材２０１ｇと部材２０１ｈの間にスイッチＳＷ１ｂが配置される。６つのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂは、それぞれ開閉動作により、複数の部材２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ、２０１ｆ、２０１ｇ、２０１ｈ間を導通又は切断させ、部材間を接続する接続数を変更する。

また、本発明の一実施形態として、図３（ｂ）に図示したように、第２ＳＲＲ２０２は、複数の部材２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆを有し、部材２０２ｂと部材２０２ｃとの間にスイッチＳＷ４ａが配置され、部材２０２ｃと部材２０２ｄとの間にスイッチＳＷ５ａが配置され、部材２０２ｄと部材２０２ｅとの間にスイッチＳＷ５ｂが配置され、部材２０２ｅと部材２０２ｆとの間にスイッチＳＷ４ｂが配置される。４つのスイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ、ＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂは、それぞれ開閉動作により、複数の部材２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ、２０１ｆ、２０１ｇ、２０１ｈ間を導通又は切断させ、部材間を接続する接続数を変更する。

また、本発明の一実施形態として、図３に図示したように、第１ＳＲＲ２０１のＹ方向へ延びる２つの線形状の導体上に、スイッチＳＷ１ａと対向する位置にスイッチＳＷ１ｂが、スイッチＳＷ２ａと対向する位置にスイッチＳＷ２ｂが、スイッチＳＷ３ａと対向する位置にスイッチＳＷ３ｂが配置され、第２ＳＲＲ２０２のＹ方向へ延びる２つの線形状の導体上に、スイッチＳＷ４ａと対向する位置にスイッチＳＷ４ｂが、スイッチＳＷ５ａと対向する位置にスイッチＳＷ５ｂが配置されてもよい。なお、本発明の実施の形態においては、仕様に応じて配置されるスイッチの数及び位置は適宜変更してもよい。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の特性について説明する。図４は、図２に示されたアンテナ装置２００の誘電率特性を示す図であり、図５は、図２に示されたアンテナ装置２００の透磁率特性を示す図である。各々実部（Ｒｅａｌ）と虚部（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ）の特性を示している。以下、これらの特性に関わるＳＲＲの一般的な特性について説明する。

（ＳＲＲの特性）
一般に、ＳＲＲはリングの一部に「Ｓｐｌｉｔ（分割）」をもつ同心円の二つの金属リングから構成される。「２重リングＳＲＲ」と呼ばれる金属構造であり、この一つの構成要素が磁気応答を示す人工原子として動作する。この構造によれば、リング部分には、インダクタンス成分（Ｌ）を、二つのリング間の間隔部分にはキャパシタンス成分（Ｃ）を組み込むことができる。ここで、リングを含む平面に対して垂直な磁場成分をもつ電磁波（入射磁場）が入射すると、リング上に入射磁場を打ち消す反抗磁場を作り出す誘導電流（Ｊ）が電磁誘導の原理に従い誘起される。次に、この誘導電流は各リングに沿って流れるが、リングの一部に設けられた分割のためにその流れが遮られ、内側と外側のリング間に等しい量の正負の電荷が蓄積する。そしてこれらの電荷が、リング間のキャパシタンスを介して内側から外側（外側から内側）のリングへと流れることで、「２重リングＳＲＲ」の構造内にＬＣ共振の閉回路が構成される。このとき、ＳＲＲの共振周波数は、主に構造のもつＣとＬとによって、次式１のように与えられる。

この共振周波数付近において大きな誘導電流が誘起され、さらに大きな反抗磁場が作り出されることで、ＳＲＲで構成されたメタマテリアルの巨視的な透磁率が大きく変化する。ＳＲＲの共振周波数に近い周波数をもつ電磁波が入射すると、その電磁波はＳＲＲに共鳴的に吸収される。このとき、吸収に対応する透磁率の虚部（Ｉｍａｇｉｎａｒｙ）は増大するが、同時に透磁率の実部（Ｒｅａｌ）も変化する。実部の変化量は、虚部の変化量が大きいほど、すなわち、ＳＲＲのＱ値が高いほど大きくなり、適切な条件を整えると、共振周波数の高周波数側に負の透磁率を実現することができる。

以上のように、ＳＲＲは磁気駆動のＬＣ共振回路がその動作原理となっており、共振器構造の設計次第で、所望の動作周波数に磁気応答を示すメタマテリアルを作り出すことができる。

次に、上述のＳＲＲの特性を利用した本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の具体的な特性について説明する。

このＳＲＲの特性を利用して、図２に示したアンテナ装置２００は構成されている。例えば、アンテナ装置２００はＳＲＲの特性として、図４に示す誘電率特性と、図５に示す透磁率特性を有している。これらの特性を有するアンテナ装置２００において、所望の周波数帯域付近で波長短縮効果を得るための、構成上の調整要件について、以下に説明する。

逆Ｌ型アンテナは、自由空間においてその長さが概ね１／４波長となる周波数で動作する。そのため、逆Ｌ形状のエレメント導体を誘電体上に形成した場合、その誘電体の材料定数に対応した波長短縮効果の影響を受ける。

図２に示すアンテナ装置２００は、誘電体２０３上に形成された逆Ｌ形状のエレメント導体２０４とグラウンド導体２０６との間に第１ＳＲＲ２０１と第２ＳＲＲ２０２とを配置することにより、誘電体の材料定数とＳＲＲの共振周波数付近での実効透磁率の変化を掛け合わせて、大きな波長短縮効果を得ることを目的としている。

一般に位相速度Ｖｐは次式２で表される。

ｃは真空中の光速、μ_γは媒質の比透磁率、ε_γは媒質の比誘電率である。つまり、材料定数に応じて、次式３の波長短縮効果があるため、誘電体の材料定数に対してＳＲＲの共振周波数付近での実効透磁率の変化を掛け合わせた波長短縮効果を得ることができる。

よって、図２に示すアンテナ構成によれば、第１ＳＲＲ２０１及び第２ＳＲＲ２０２の導体長を調整することにより、図４及び図５に示すようなＬＴＥの周波数帯域付近で共振し、この周波数付近で実効透磁率が大きく変化する特性を得ることができる。ここで、ＬＴＥとは、携帯電話の高速なデータ通信仕様の一つであり、第３世代携帯電話方式である「Ｗ−ＣＤＭＡ」方式の標準化団体３ＧＰＰにおいて、「ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）」と呼ばれ、標準化が進められている次世代の通信システムであり、例えば、７００ＭＨｚの周波数帯を利用するものである。

次に、上述の特性を利用したアンテナ装置を有する本発明の一実施形態に係る無線通信装置の回路構成を、図６を参照して説明する。図６は、アンテナ装置３０３を有する無線通信装置３００の回路構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置３００は、第１ＳＲＲ３０１及び第２ＳＲＲ３０２の形成されたアンテナ装置３０３と、通信部３０４と、操作部３０５と、表示部３０６と、制御部３０７とを有する。

通信部３０４は、制御部３０７の制御の下に、外部の通信システムや基地局（図示せず）との各種の制御信号やデータ信号を、アンテナ装置３０３を介して送受信すると共に、受信信号を制御部３０７に出力する。制御部３０７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭと、通信部３０４、操作部３０５、及び表示部３０６と信号の入出力をそれぞれ行うインタフェース回路等から構成されており、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて無線通信装置３００の全体動作を制御する。制御部３０７は、例えば、操作部３０５から入力された信号を受け、表示部３０６に所定の画像を表示させ、通信部３０４にデータ送受信等の動作を行わせる。

また、制御部３０７は、通信部３０４により受信される無線通信信号の周波数を検出し、検出した周波数に応じて第１ＳＲＲ３０１及び第２ＳＲＲ３０２に配置された複数のスイッチの各ＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。複数のスイッチは、複数の配線Ｌ１及びＬ２により制御部３０７と接続され、制御部３０７からの制御信号を受けてＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される。本実施の形態では、制御部３０７は、ＬＴＥに対応する無線通信信号の周波数を検出した場合は、第１ＳＲＲ３０１に配置された複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御し、ＧＳＭに対応する無線通信信号の周波数を検出した場合は、第２ＳＲＲ３０２に配置された複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御して、アンテナ装置３０３の後述するＶＳＷＲの周波数特性をＬＴＥ又はＧＳＭに対応する周波数特性に調整する。なお、ここで、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）とは、携帯電話に使われている無線通信方式の一つであり、８５０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ等の周波数帯を利用するものである。

次に、図６に示した無線通信装置３００におけるアンテナ装置３０３の動作について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、アンテナ装置３０３がＬＴＥに対応する周波数帯域で動作する場合のＶＳＷＲ特性を示し、図８は、アンテナ装置３０３がＧＳＭに対応する周波数帯域で動作する場合のＶＳＷＲ特性を示す。

まず、図７を参照して、ＬＴＥの周波数帯域でのアンテナ装置３０３の動作について説明する。図７に示す動作（Ａ）〜（Ｄ）は、第１ＳＲＲ３０１に配置されたスイッチの動作である。なお、第１ＳＲＲ３０１に配置されたスイッチが動作しているとき、第２ＳＲＲ３０２に配置された全てのスイッチは、ＯＮ状態であるものとする。

図７に示す動作（Ａ）は、第１ＳＲＲ３０１の導体上に配置された全てのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂをＯＮにした場合の動作である。このとき、第１ＳＲＲ３０１の導体長が最も長くなる。図７に示すグラフを参照すると、動作（Ａ）によれば、動作（Ｂ）〜（Ｄ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域は最も低域側に設定される。

図７に示す動作（Ｂ）は、第１ＳＲＲ３０１の導体上に配置されたスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂをＯＦＦとし、スイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂをＯＮとした場合の動作である。このとき、第１ＳＲＲ３０１の導体長は、動作（Ａ）のときの導体長よりも短くなる。図７に示すグラフを参照すると、動作（Ｂ）によれば、動作（Ａ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域はより高域側にシフトされる。

図７に示す動作（Ｃ）は、第１ＳＲＲ３０１の導体上に配置されたスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂをＯＦＦとし、スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂをＯＮとした場合の動作である。このとき、第１ＳＲＲ３０１の導体長は、動作（Ａ）及び（Ｂ）のときの導体長よりも短くなる。図７に示すグラフを参照すると、動作（Ｃ）によれば、動作（Ｂ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域はより高域側にシフトされる。

図７に示す動作（Ｄ）は、第１ＳＲＲ３０１の導体上に配置された全てのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂをＯＦＦとした場合の動作である。このとき、第１ＳＲＲ３０１の導体長が最も短くなる。図７に示すグラフを参照すると、動作（Ｄ）によれば、動作（Ａ）〜（Ｃ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域は最も高域側にシフトされる。

以上の動作（Ａ）〜（Ｄ）に示したスイッチの動作により、第１ＳＲＲ３０１の長さを徐々に短くしてインダクタンス成分を小さくすることにより、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域は、ＬＴＥの周波数帯域内において低域側から高域側に変更することが可能である。

次に、図８を参照して、ＧＳＭの周波数帯域でのアンテナ装置３０３の動作について説明する。図８に示す動作（Ｅ）〜（Ｇ）は、第２ＳＲＲ３０２に配置されたスイッチの動作である。なお、第２ＳＲＲ３０２に配置されたスイッチが動作しているとき、第１ＳＲＲ３０１に配置された全てのスイッチは、ＯＮ状態であるものとする。

図８に示す動作（Ｅ）は、第２ＳＲＲ３０２の導体上に配置された全てのスイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ、ＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂをＯＦＦにした場合の動作である。このとき、第２ＳＲＲ３０２の導体長が最も短くなる。図８に示すグラフを参照すると、動作（Ｅ）によれば、動作（Ｆ）及び（Ｇ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域は最も高域側に設定される。

図８に示す動作（Ｆ）は、第２ＳＲＲ３０２の導体上に配置されたスイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂをＯＦＦとし、スイッチＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂをＯＮとした場合の動作である。このとき、第２ＳＲＲ３０２の導体長は、動作（Ｅ）のときの導体長よりも長くなる。図８に示すグラフを参照すると、動作（Ｆ）によれば、動作（Ｅ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域はより低域側にシフトされる。

図８に示す動作（Ｇ）は、第２ＳＲＲ３０２の導体上に配置された全てのスイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂ、ＳＷ５ａ、ＳＷ５ｂをＯＮとした場合の動作である。このとき、第２ＳＲＲ３０２の導体長が最も長くなる。図８に示すグラフを参照すると、動作（Ｇ）によれば、動作（Ｅ）及び（Ｆ）と比較して、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域が最も低域側にシフトされる。

以上の動作（Ｅ）〜（Ｇ）に示したスイッチの動作により、第２ＳＲＲ３０２の長さを徐々に長くしてインダクタンス成分を大きくすることにより、アンテナ装置３０３の共振周波数帯域は、ＧＳＭの周波数帯域内において高域側から低域側に変更することが可能である。

よって、第１ＳＲＲ３０１の導体上に配置されたスイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を切り替えるだけで、ＬＴＥの周波数帯域内でＶＳＷＲ特性を容易に可変することができる。また、第２ＳＲＲ３０２の導体上に配置されたスイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を切り替えるだけで、ＧＳＭの周波数帯域内でＶＳＷＲ特性を容易に可変することができる。これにより、誘電体の一方の面と他方の面とに形成した、第１ＳＲＲ３０１と第２ＳＲＲ３０２とで、独立して所望の周波数帯域に共振周波数を調整することが可能になった。

以上より、本発明によれば、ＳＲＲ導体上にスイッチを配置してＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、所望の周波数帯域において共振周波数を可変することが可能である。また、ＳＲＲ導体上にスイッチを配置してＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで周波数帯域を可変しているため、利用する無線通信システムの周波数帯の数が増えた場合でもアンテナ装置の構造が大きくなることは無く、小型化したまま複数の無線通信システムに適用可能な無線通信装置を提供できる。

なお、本実施の形態の無線通信装置３００では、第１ＳＲＲ３０１及び第２ＳＲＲ３０２に配置された複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を切り替えて、ＬＴＥ周波数帯域内又はＧＳＭ周波数帯域内において共振周波数を可変させる動作について説明した。この共振周波数の可変動作を利用することにより、無線通信装置３００においてオートチューニング動作を行うことも可能である。この場合、初期状態として、例えば、第１ＳＲＲ３０１及び第２ＳＲＲ３０２に配置された複数のスイッチを全てＯＮ状態又は全てＯＦＦ状態にしておく。そして、制御部３０７は、複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を切り替えて、第１ＳＲＲ３０１及び第２ＳＲＲ３０２の導電体の長さを徐々に変更して、共振周波数を低域側又は高域側に徐々にシフトさせて、所望の無線通信信号に自動的に同調するようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のＳＲＲの他の形状について、図９を参照して説明する。図９（ａ）は多角形状の一部が分離された開口部４０１ａを有するＳＲＲ４０１の形状を示し、（ｂ）は四角形状の一部が分離された開口部４０２ａを有するＳＲＲ４０２の形状を示し、（ｃ）はリング形状の一部が分離された開口部４０３ａを有するＳＲＲ４０３の形状を示す。なお、上述したＳＲＲの特性を実現できる形状であれば、これに限定されない。また、図９（ａ）に示すように、ＳＲＲ４０１は、複数の部材４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ、４０１ｅ、４０１ｆを有し、部材４０１ｂと部材４０１ｃとの間にスイッチＳＷ７ａが配置され、部材４０１ｃと部材４０１ｄとの間にスイッチＳＷ６ａが配置され、部材４０１ｄと部材４０１ｅとの間にスイッチＳＷ６ｂが配置され、部材４０１ｅと部材４０１ｆとの間にスイッチＳＷ７ｂが配置されてもよい。図９（ｂ）に示すように、ＳＲＲ４０２は、複数の部材４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄ、４０２ｅ、４０２ｆを有し、部材４０２ｂと部材４０２ｃとの間にスイッチＳＷ９ａが配置され、部材４０２ｃと部材４０２ｄとの間にスイッチＳＷ８ａが配置され、部材４０２ｄと部材４０２ｅとの間にスイッチＳＷ８ｂが配置され、部材４０２ｅと部材４０２ｆとの間にスイッチＳＷ９ｂが配置されてもよい。図９（ｃ）に示すように、ＳＲＲ４０３は、複数の部材４０３ｂ、４０３ｃ、４０３ｄ、４０３ｅ、４０３ｆを有し、部材４０３ｂと部材４０３ｃとの間にスイッチＳＷ１１ａが配置され、部材４０３ｃと部材４０３ｄとの間にスイッチＳＷ１０ａが配置され、部材４０３ｄと部材４０３ｅとの間にスイッチＳＷ１０ｂが配置され、部材４０３ｅと部材４０３ｆとの間にスイッチＳＷ１１ｂが配置されてもよい。これにより、図６に示したアンテナ装置３０３と同様に、図９に図示したＳＲＲ４０１、４０２、４０３をアンテナ装置に用いることにより、共振周波数の可変動作が可能となる。なお、これらのスイッチは、仕様に応じて配置される数及び位置は適宜変更してもよい。

なお、本発明の一実施形態に係る図２に示したアンテナ装置２００は、逆Ｌ字形状のエレメント導体２０４と、グラウンド導体２０６との間に位置する誘電体２０３の表裏面に、第１ＳＲＲ２０１と、第２ＳＲＲ２０２とをそれぞれ形成することにより実現することができるため、簡易な製造方法とすることができる。例えば、誘電体２０３の表裏面をエッチングして、第１ＳＲＲ２０１及び第２ＳＲＲ２０２を形成してもよく、また、単に誘電体２０３の表裏面に第１ＳＲＲ２０１及び第２ＳＲＲ２０２を貼り付けて形成してもよい。これらの簡易な製造方法により、アンテナ装置２００を所望の周波数帯域で動作させるように設計変更が発生した場合にも、容易に対応することができるため、コストを削減して製造することが可能となる。

また、本発明の一実施形態に係る誘電体２０３は、フレキシブルな誘電体フィルム等から形成してもよい。誘電体２０３をフレキシブルな誘電体フィルム基板で製作した場合には、誘電体２０３は折り曲げることが可能となるため、無線通信機器に実装可能な形態に成形することが容易となる。なお、誘電体２０３以外にもエレメント導体２０４やグラウンド導体２０６をフレキシブルな素材で形成してもよい。

以上より、本発明によれば、逆Ｌ形状のエレメント導体とグラウンド導体との間に誘電体の表裏面に形成したＳＲＲを配置し、ＳＲＲ導体上にスイッチを配置してＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、所望の周波数帯域において共振周波数を可変することができる。また、利用する無線通信システムの周波数帯の数が増えた場合でもアンテナ装置の構造が大きくなることは無く、小型化したまま複数の無線通信システムに適用可能な無線通信装置を提供できる。

本発明に係るアンテナ装置は、携帯電話やパーソナルコンピュータなどを含む各種の移動体情報端末に用いるアンテナ装置に適用することができる。

１００、２００、３０３ アンテナ装置
１０１、２０１、３０１ 第１ＳＲＲ
１０２、２０２、３０２ 第２ＳＲＲ
１０３、２０３ 誘電体
１０４、２０４ エレメント導体
１０５、２０５ 給電点
１０６、２０６ グラウンド導体

Claims (8)

1. 誘電体と、
   前記誘電体の側部に配置された逆Ｌ型アンテナと、
   前記誘電体の一方の面及び他方の面に対向して各々配置され、部材の少なくとも一部の分離した部分が開口部を形成する形状を有する複数の導電性部材と、を備え、
   前記複数の導電性部材は、各々複数の部材を有し、該複数の部材の間に該部材間を導通及び切断する複数のスイッチを有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導電性部材の長さはインダクタンス成分を形成し、前記開口部の大きさはキャパシタンス成分を形成し、
   前記複数の導電性部材は、前記インダクタンス成分と前記キャパシタンス成分を含むＬＣ共振回路を形成し、
   前記複数のスイッチは、開閉動作により前記複数の部材間を導通又は切断して、前記導電性部材毎に前記複数の部材を接続する接続数を変更して前記複数の導電性部材の前記インダクタンス成分を変更することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 利用する無線通信周波数帯域に応じて前記複数のスイッチの各開閉動作を制御して前記複数の導電性部材の前記インダクタンス成分を変更する制御部を備え、
   前記制御部は、無線通信信号の周波数を検出し、検出した周波数に応じて前記複数のスイッチの開閉動作を制御することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記複数のスイッチは、前記複数の部材の間を電気的に導通及び切断することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記複数の導電性部材は、前記誘電体の一方の面及び他方の面に接着されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記複数の導電性部材は、前記誘電体の一方の面及び他方の面にエッチング法により形成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記誘電体は、薄板状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のアンテナ装置を備えることを特徴とする無線通信装置。