JP5668298B2 - アンテナ装置、及びこれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置、及びこれを用いた無線通信装置に関する。

従来より、複数の共振周波数を得るために、複数のアンテナエレメントを含むアンテナ装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、チップアンテナとパターンアンテナを設け、必要な周波数帯域のうちの高域側にパターンアンテナを同調させ、チップアンテナを低域側に同調させ、チップアンテナとパターンアンテナを切り替えて用いるアンテナ装置がある（例えば、特許文献２参照）。

上述のように、従来は、複数の共振周波数を得るために、共振周波数の異なる複数のアンテナエレメントを含むアンテナ装置、又は、同調帯域の異なるチップアンテナとパターンアンテナを含むアンテナ装置が利用されていた。

ところで、複数の周波数帯の通信が行える環境において、従来のように、アンテナエレメント、チップアンテナ、又はパターンアンテナ等の数を増やす代わりに、アンテナの利用者がアンテナエレメントの共振周波数を自由に設定又は選択することができれば、小型化と利便性を両立することができる。

しかしながら、従来のアンテナ装置では、アンテナ装置の利用者がアンテナエレメントの共振周波数を自由に設定又は選択することはできなかった。このため、従来のアンテナ装置は、使用する周波数帯の数に応じた複数のアンテナエレメント、チップアンテナ、又はパターンアンテナ等を含んでおり、大型化していた。

そこで、本発明は、アンテナエレメントの共振周波数を自由に設定又は選択することのできる小型のアンテナ装置、及びこれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の一観点のアンテナ装置は、給電点を有するアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの接地される側と反対側の端部に離間して配設されるキャパシタハットと、
前記アンテナエレメントと前記キャパシタハットとの間に配設され、前記アンテナエレメントと前記キャパシタハットとの接続状態を、接続状態と非接続状態との間で切り換える第１の切換回路と
を含み、
前記キャパシタハット及び前記アンテナエレメントは、基板の表面に、同時に、形成されたパターンであり、
前記キャパシタハットは、一方の端が前記第１の切換回路に接続され、他方の端が開放されており、
前記第１の切換回路で前記アンテナエレメントと前記キャパシタハットとの接続状態を切り換えることにより、接続状態のときの共振周波数を、非接続状態のときの共振周波数より低くするように切り換える。

また、前記キャパシタハットに、前記キャパシタハット及び前記接続切換回路とは異なる一又は複数組の接続切換回路及びキャパシタハットが接続されてもよい。

また、前記アンテナエレメントは、逆Ｌ型又は逆Ｆ型であってもよい。

また、前記アンテナエレメントは、共振周波数の異なる第１アンテナ部と第２アンテナ部を有していてもよい。

本発明の実施の形態の一観点の無線通信装置は、前記いずれかに記載のアンテナ装置を含む。

アンテナエレメントの共振周波数を自由に設定又は選択することのできる小型のアンテナ装置、及びこれを用いた無線通信装置を提供できる。

実施の形態１のアンテナ装置を示す図である。 実施の形態１のアンテナ装置１００の切換回路５０の回路構成を示す図である。 実施の形態１のアンテナ装置１００の切換回路５０の実装状態を示す拡大斜視図である。 実施の形態１のアンテナ装置１００を含む無線通信装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１のアンテナ装置１００の周波数に対するＳ１１パラメータの特性を示す図である。 実施の形態１のアンテナ装置１００の変形例を示す図である。 実施の形態２のアンテナ装置２００を示す図である。 実施の形態２のアンテナ装置２００における切換回路２５１〜２５４の切替処理を示すフローチャートである。 実施の形態２のアンテナ装置２００の周波数に対するＳ１１パラメータの特性を示す図である。 実施の形態３のアンテナ装置３００を示す図である。 実施の形態３のアンテナ装置３００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

以下、本発明のアンテナ装置、及びこれを用いた無線通信装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１のアンテナ装置を示す図である。

ここでは、実施の形態１のアンテナ装置１００を無線通信装置に実装した形態について説明する。

実施の形態１のアンテナ装置１００は、アンテナエレメント１０、グランドエレメント２０、キャパシタハット３０、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）基板４０、及び切換回路５０を含む。なお、ここでは、各構成要素の構造を説明するにあたり、図１に示すＸ−Ｙ座標を用いる。

アンテナエレメント１０は、逆Ｌ型のアンテナエレメントであり、接続部１１でグランドエレメント２０の角部２１に接続されている。

アンテナエレメント１０は、接続部１１からＰＣＢ基板４０の長辺４１Ａに沿ってグランドエレメント２０から離間する方向（図１中で＋Ｙ方向）に延伸し、ＰＣＢ基板４０の角部４３Ａの近傍において折り曲げ部１２で直角に（図１中では＋Ｘ方向に直角に）折り曲げられ、ＰＣＢ基板４０の短辺４２Ａに沿って端部１３まで延伸している。端部１３は、ＰＣＢ基板４０の角部４３Ｂの近傍に位置する。

また、アンテナエレメント１０は、接続部１１と折り曲げ部１２との間から直角に分岐する給電線路１４を有する。給電線路１４は、折り曲げ部１５でグランドエレメント２０の方向（図１中−Ｙ方向）に直角に折り曲げられ、給電部１６となる端部を有する。

このようなアンテナエレメント１０は、例えば、ＰＣＢ基板４０の表面に銅箔をパターニングすることによって形成される。また、端部１３は、逆Ｌ型のアンテナエレメント１０の給電部１６となる端部側とは異なる端部である。

グランドエレメント２０は、ＰＣＢ基板４０の表面に正方形状にパターニングされており、例えば、銅箔で形成される。グランドエレメント２０は、角部２１、２２、２３、２４を有する。角部２１は、アンテナエレメント１０の接続部１１に接続され、角部２３、２４は、それぞれ、ＰＣＢ基板４０の角部４３Ｃ、４３Ｄの近傍に位置する。

グランドエレメント２０は、例えば、アンテナエレメント１０の給電部１６に対向する部位を接地点２５として、接地される。

アンテナエレメント１０への給電、及び、グランドエレメント２０の接地は、例えば、給電部１６に同軸ケーブル（図示せず）の芯線を接続し、接地点２５に同軸ケーブルのシールド線を接続することによって実現される。

キャパシタハット３０は、ＰＣＢ基板４０の表面のアンテナエレメント１０の端部１３の近傍に離間して形成されるパッドである。キャパシタハット３０は、例えば、銅箔で形成することができ、高周波成分に対して分布定数で形成される静電容量等の素子として機能する。

キャパシタハット３０は、切換回路５０を介してアンテナエレメント１０の端部１３に接続される。切換回路５０は、キャパシタハット３０とアンテナエレメント１０との電気的な接続状態（接続又は非接続）を切り替える回路である。切換回路５０の接続状態は、後述する無線通信装置のコントローラ１２０によって制御される。なお、切換回路５０及びコントローラ１２０については、後述する。

なお、アンテナエレメント１０、グランドエレメント２０、及びキャパシタハット３０は、ＰＣＢ基板４０の表面に形成した銅箔をパターニングすることによって同時に形成することができる。

ＰＣＢ基板４０は、例えば、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理を施したＦＲ４製の基板であればよい。ＰＣＢ基板４０は、長辺４１Ａ、４１Ｂ、短辺４２Ａ、４２Ｂ、及び角部４３Ａ〜４３Ｄを有する平面視で長方形状の基板である。

このような実施の形態１のアンテナ装置１００において、切換回路５０によってアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とが接続されていない場合の共振周波数ｆ１と、切換回路５０によってアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とが接続されている場合の共振周波数ｆ２との間には、ｆ１＞ｆ２が成り立つ。すなわち、アンテナエレメント１０にキャパシタハット３０を接続すると、共振周波数が低周波数側にシフトする。

このため、アンテナ装置１００は、切換回路５０でアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０との接続状態を切り替えることにより、２つの共振周波数を選択することができる。

なお、一例としてアンテナ装置１００の寸法を挙げると、アンテナエレメント１０の接続部１１から折り曲げ部１２間での長さは５ｍｍ、折り曲げ部１２から端部１３までの長さは２２ｍｍ、アンテナエレメント１０の線幅は１ｍｍである。また、グランドエレメント２０は、角部２１から角部２２までの長さが２２ｍｍ、角部２２から角部２３までの長さが２２ｍｍである。

次に、切換回路５０について説明する。

図２は、実施の形態１のアンテナ装置１００の切換回路５０の回路構成を示す図である。

切換回路５０は、コンデンサ５１、ＰＩＮ（p-intrinsic-n）ダイオード５２、コンデンサ５３、高周波チョークコイル（ＲＦＣ）５４、抵抗器５５、及び高周波チョークコイル（ＲＦＣ）５６を含む。

コンデンサ５１は、一端がアンテナエレメント１０の端部１３に接続され、他端がＰＩＮダイオード５２の入力端に接続される。

ＰＩＮダイオード５２の出力端は、コンデンサ５３を介してキャパシタハット３０に接続されている。

また、ＰＩＮダイオード５２は、入力端が高周波チョークコイル５４を介してコントローラ１２０に接続されるとともに、出力端が抵抗器５５及び高周波チョークコイル５６を介して接地されている。コントローラ１２０は、ＰＩＮダイオード５２のオン／オフを制御するための直流電圧の供給制御を行う。また、高周波チョークコイル５６は、例えば、配線等（図示せず）でグランドエレメント２０（図１参照）に接続されることによって接地されている。

このような回路構成の切換回路５０において、コントローラ１２０からＰＩＮダイオード５２の入力端に所定の直流電圧が印加されると、ＰＩＮダイオード５２がオンになり、アンテナエレメント１０とキャパシタハット３０が高周波的に接続される。また、コントローラ１２０からＰＩＮダイオード５２の入力端に印加する直流電圧を遮断すると、ＰＩＮダイオード５２がオフになり、アンテナエレメント１０とキャパシタハット３０が高周波的に遮断され、非接続状態にされる。切換回路５０のＰＩＮダイオード５２のオン／オフの制御は、コントローラ１２０によって行われる。

なお、以下では、アンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とが接続されている状態に切換回路５０を切り替えることを切換回路５０をオンにすると称し、アンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とが接続されていない状態に切換回路５０を切り替えることを切換回路５０をオフにすると称す。

次に、切換回路５０の実装状態について説明する。

図３は、実施の形態１のアンテナ装置１００の切換回路５０の実装状態を示す拡大斜視図である。

切換回路５０に含まれるコンデンサ５１、ＰＩＮダイオード５２、コンデンサ５３、高周波チョークコイル５４、抵抗器５５、及び高周波チョークコイル５６は、パッド５７、５８を介して、図３に示すように接続されている。

コンデンサ５１、ＰＩＮダイオード５２、コンデンサ５３、高周波チョークコイル５４、抵抗器５５、及び高周波チョークコイル５６としては、図３に示すように、チップ型の素子を用いればよい。また、パッド５７、５８は、例えば、銅箔で形成することができ、アンテナエレメント１０及びグランドエレメント２０とともに形成することができる。

なお、高周波チョークコイル５６は、グランドエレメント２０に接続されている。

次に、コントローラ１２０を含む実施の形態１の無線通信装置について説明する。

図４は、実施の形態１のアンテナ装置１００を含む無線通信装置の構成を示すブロック図である。

無線通信装置１１０は、例えば、コピー機、ＦＡＸ機、プリンタ、又はこれらの機能を有する複合機等であり、複数の周波数帯での通信を行えるように構成されている。

無線通信装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）１１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１３、ＧＵＩ（Graphic User Interface）操作部１１４、無線制御部１１５、コントローラ１２０、及びアンテナ装置１００を含む。

ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１３、ＧＵＩ操作部１１４、及び無線制御部１１５は、バス１１６で接続されている。また、図２に示すコントローラ１２０は、図１に示したコントローラ１２０である。

ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１３に格納されたプログラムを実行し、アンテナ装置１００の周波数帯を切り替えるための処理を行う。

ＲＡＭ１１２は、ＣＰＵ１１１が実行するプログラムを展開し、作業場となるメモリである。

ＲＯＭ１１３は、ＣＰＵ１１１が実行するプログラムを格納する不揮発性のメモリである。

ＧＵＩ操作部１１４は、例えば、座標入力装置（典型的にはタッチパネル）と表示装置（典型的には液晶パネル）を重ね合わせた表示操作部であり、無線通信装置１１０の操作に必要な操作ボタン等を表示し、利用者の操作入力を受け付ける。利用者の操作入力は、ＣＰＵ１１１に伝送される。

無線制御部１１５は、ＧＵＩ操作部１１４に入力される操作入力の内容に応じて、無線通信装置１１０が使用する周波数を切り替える処理を行う。例えば、上述のように、アンテナ装置１００が２つの共振周波数ｆ１、ｆ２を有する場合には、ＧＵＩ操作部１１４への操作入力の内容に応じて、共振周波数ｆ１、ｆ２の選択を行う。

コントローラ１２０は、無線制御部１１５の選択結果に応じて、アンテナ装置１００の切換回路５０の接続状態を切り替える。無線制御部１１５によって共振周波数ｆ１が選択された場合には、切換回路５０をオフ（非接続状態）にする。これとは逆に、無線制御部１１５によって共振周波数ｆ２が選択された場合には、切換回路５０をオン（接続状態）にする。

なお、ここでは、無線通信装置１１０がＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１３、ＧＵＩ操作部１１４、無線制御部１１５、及びコントローラ１２０を含むコンピュータを用いてアンテナ装置１００の共振周波数切り替える形態について説明するが、アンテナ装置１００の共振周波数の切替は、コンピュータによって実現されるものに限られるものではない。例えば、特定の用途のために設計、製造される集積回路であるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を用いて、ＧＵＩ操作部１１４に入力される操作入力に応じて、アンテナ装置１００の共振周波数を切り替えてもよい。

次に、実施の形態１のアンテナ装置１００のＳパラメータを用いて周波数特性について説明する。

図５は、実施の形態１のアンテナ装置１００の周波数に対するＳ１１パラメータの特性を示す図であり、（Ａ）はキャパシタハット３０を接続していない状態の特性図、（Ｂ）はキャパシタハット３０を接続した状態の特性図である。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すＳパラメータは、給電部１６で測定したＳ１１パラメータである。

切換回路５０がアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とを接続していない状態では、図５（Ａ）に示すように、Ｓ１１パラメータの値は、周波数が約５．２ＧＨｚのときに極小値（約−１８ｄＢ）を示している。これにより、切換回路５０によってアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とが接続されていない場合の共振周波数ｆ１は、約５．２ＧＨｚであることが分かる。

次に、切換回路５０がアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とを接続している状態では、図５（Ｂ）に示すように、Ｓ１１パラメータの値は、周波数が約４．８ＧＨｚのときに極小値（約−１８ｄＢ）を示している。これにより、切換回路５０によってアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０とが接続されている場合の共振周波数ｆ２は、約４．８ＧＨｚであることが分かる。

この結果より、切換回路５０によってアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０との接続状態を切り替えることにより、アンテナ装置１００の共振周波数を切り替えられることが分かる。

以上、実施の形態１によれば、アンテナエレメント１０の共振周波数を自由に設定又は選択することのできる小型のアンテナ装置１００、及びこれを用いた無線通信装置１１０を提供することができる。

ここで、実施の形態１のアンテナ装置１００を含む無線通信装置１１０が例えば複合機である場合の利用形態の一例について説明する。

例えば、携帯電話機Ａ（図示せず）の利用者が自己の携帯電話機Ａに記憶されているデータを印刷したい場合に、無線通信装置１１０としての複合機のＧＵＩ操作部１１４で自己の携帯電話機Ａの周波数帯を選択し、無線通信で携帯電話機Ａから複合機にデータを送信し、印刷処理等を行うことができる。また、別の利用者が携帯電話機Ａとは使用周波数が異なる自己の携帯電話機Ｂ（図示せず）に記憶されているデータをＦＡＸで送信したい場合に、ＧＵＩ操作部１１４で自己の携帯電話機Ｂの周波数帯を選択し、無線通信で携帯電話機Ｂから複合機にデータを送信し、ＦＡＸの送信処理等を行うことができる。ここで説明した無線通信装置１１０の用途は一例に過ぎないが、実施の形態１のアンテナ装置１００を含む無線通信装置１１０は、複数の周波数帯の通信が行える環境において、アンテナの利用者がアンテナエレメントの共振周波数を自由に設定又は選択することができるため、利便性が非常に高い。また、従来のように、共振周波数毎に対応した複数のアンテナを用いる必要がないため、小型のアンテナ装置１００を提供することができる。

なお、以上では、図２に示すような切換回路５０を用いる形態について説明したが、切換回路５０の回路構成は、図２に示したものに限定されるものではない。また、ＰＩＮダイオード５２の代わりに、例えば、高周波ＦＥＴ（Field effect transistor）を用いてもよい。

また、実施の形態１のアンテナ装置１００は、例えば、次のように変形することが可能である。

図６（Ａ）〜（Ｄ）は、実施の形態１のアンテナ装置１００の変形例を示す図である。ここでは、図１に示したアンテナ装置１００と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略し、相違点について説明する。また、相違点は、主に構成要素の配置等であるため、配置等の異なる構成要素には、図６（Ａ）〜（Ｄ）において、実施の形態１のアンテナ装置１００の対応する構成要素に、アルファベットのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを付した符号を付すこととする。

図６（Ａ）に示すように、第１変形例のアンテナ装置１００Ａは、アンテナエレメント１０Ａが逆Ｆ型に形成されている。アンテナエレメント１０Ａは、給電線路１４Ａが折り曲げ部１２と端部１３の間からグランドエレメント２０の方向に延伸することにより、逆Ｆ型に形成されている点が実施の形態１のアンテナ装置１００と異なる。なお、給電部１６は、給電線路１４Ａの先端であり、その位置は、実施の形態１のアンテナ装置１００の給電部１６と同一である。

このような第１変形例においても、実施の形態１のアンテナ装置１００と同様に、アンテナエレメント１０Ａの共振周波数を自由に設定又は選択することのできる小型のアンテナ装置１００Ａ、及びこれを用いた無線通信装置１１０を提供することができる。

次に、図６（Ｂ）〜（Ｄ）を用いて、キャパシタハット３０の位置を変更した第２変形例、第３変形例、及び第４変形例について説明する。

図６（Ｂ）に示すように、第２変形例のアンテナ装置１００Ｂでは、キャパシタハット３０Ｂは、アンテナエレメント１０の端部１３において、グランドエレメント２０から離れる方向（図６（Ｂ）中の＋Ｙ方向）に離間して形成されている。このため、切換回路５０Ｂは、キャパシタハット３０Ｂと端部１３との間を接続するように配設されている。

なお、キャパシタハット３０Ｂがグランドエレメント２０から離れる方向（図６（Ｂ）中の＋Ｙ方向）に離間しているため、基板４０Ｂは、実施の形態１のアンテナ装置１００の基板４０よりも多少大きくする必要があるが、キャパシタハット３０Ｂの静電容量を実施の形態１のキャパシタハット３０の静電容量よりも大きくすることにより、実施の形態１のアンテナ装置１００の基板４０と同一の大きさに収めることも可能である。

図６（Ｃ）に示すように、第３変形例のアンテナ装置１００Ｃでは、キャパシタハット３０Ｃは、アンテナエレメント１０の端部１３において、端部１３を延長する方向（図６（Ｃ）中の＋Ｘ方向）に離間して形成されている。このため、切換回路５０Ｃは、キャパシタハット３０Ｃと端部１３との間を接続するように配設されている。

なお、キャパシタハット３０Ｃが端部１３を延長する方向（図６（Ｃ）中の＋Ｘ方向）に離間しているため、基板４０Ｃは、実施の形態１のアンテナ装置１００の基板４０よりも多少大きくする必要があるが、キャパシタハット３０Ｃの静電容量を実施の形態１のキャパシタハット３０の静電容量よりも大きくすることにより、実施の形態１のアンテナ装置１００の基板４０と同一の大きさに収めることも可能である。

図６（Ｄ）に示すように、第４変形例のアンテナ装置１００Ｄでは、キャパシタハット３０Ｄは、アンテナエレメント１０の端部１３において、端部１３及びグランドエレメント２０から斜めに離れる方向（図６（Ｄ）中のＹ＝Ｘで表される方向）に離間して形成されている。このため、切換回路５０Ｄは、キャパシタハット３０Ｄと端部１３との間を接続するように配設されている。

なお、キャパシタハット３０Ｄが端部１３及びグランドエレメント２０から斜めに離れる方向（図６（Ｄ）中のＹ＝Ｘで表される方向）に離間しているため、基板４０Ｄは、実施の形態１のアンテナ装置１００の基板４０よりも多少大きくする必要があるが、キャパシタハット３０Ｄの静電容量を実施の形態１のキャパシタハット３０の静電容量よりも大きくすることにより、実施の形態１のアンテナ装置１００の基板４０と同一の大きさに収めることも可能である。

以上の第２変形例乃至第４変形例のアンテナ装置１００Ｂ〜１００Ｄにおいても、実施の形態１のアンテナ装置１００と同様に、アンテナエレメント１０Ｂ〜１０Ｄの共振周波数を自由に設定又は選択することのできる小型のアンテナ装置１００Ｂ〜１００Ｄ、及びこれを用いた無線通信装置１１０を提供することができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２のアンテナ装置は、キャパシタハットと切換回路を複数組含む点が実施の形態１のアンテナ装置１００と異なる。その他の構成は、実施の形態１のアンテナ装置１００と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図７は、実施の形態２のアンテナ装置２００を示す図である。

実施の形態２のアンテナ装置２００は、アンテナエレメント１０の端部１３の近傍に４組のキャパシタハット２３１〜２３４と切換回路２５１〜２５４を含む。

このうち、キャパシタハット２３１と切換回路２５１は、実施の形態１のアンテナ装置１００のキャパシタハット３０と切換回路５０と同一である。また、キャパシタハット２３１〜２３４は、すべて実施の形態１のアンテナ装置１００のキャパシタハット３０と同一のものであり、切換回路２５１〜２５４は、すべて実施の形態１のアンテナ装置１００の切換回路５０と同一の回路である。

キャパシタハット２３２は、キャパシタハット２３１からさらにグランドエレメント２０の方向（図７中の−Ｙ方向）に離間した位置に配設されている。キャパシタハット２３２は、切換回路２５２によってキャパシタハット２３１に接続されている。キャパシタハット２３２は、切換回路２５１をオンにして端部１３とキャパシタハット２３１を接続した状態で、切換回路２５２をオンにすることによって端部１３に接続される。

キャパシタハット２３３は、キャパシタハット２３１から折り曲げ部１２の方向（図７中の−Ｘ方向）に離間した位置に配設されている。キャパシタハット２３３は、切換回路２５３によってキャパシタハット２３１に接続されている。キャパシタハット２３３は、切換回路２５１をオンにして端部１３とキャパシタハット２３１を接続した状態で、切換回路２５３をオンにすることによって端部１３に接続される。

キャパシタハット２３４は、キャパシタハット２３３からさらにグランドエレメント２０の方向（図７中の−Ｙ方向）に離間した位置に配設されている。キャパシタハット２３４は、切換回路２５４によってキャパシタハット２３３に接続されている。キャパシタハット２３４は、切換回路２５１及び切換回路２５３をオンにして端部１３とキャパシタハット２３１及び２３３を接続した状態で、切換回路２５４をオンにすることによって端部１３に接続される。

以上の４つのキャパシタハット２３１〜２３４を切替的に接続する際に、キャパシタハットをアンテナエレメント１０に１つも接続しない場合は、切換回路２５１〜２５４をすべてオフにすることとする。この場合のアンテナ装置２００の共振周波数をｆ１とする。

また、１つのキャパシタハットをアンテナエレメント１０に接続する場合は、切換回路２５１をオンにして、キャパシタハット２３１をアンテナエレメント１０に接続することとする。この場合のアンテナ装置２００の共振周波数をｆ２とする。

また、２つのキャパシタハットをアンテナエレメント１０に接続する場合は、切換回路２５１及び２５２をオンにして、キャパシタハット２３１及び２３２をアンテナエレメント１０に接続することとする。この場合のアンテナ装置２００の共振周波数をｆ３とする。

また、３つのキャパシタハットをアンテナエレメント１０に接続する場合は、切換回路２５１、２５２、及び２５３をオンにして、キャパシタハット２３１、２３２、及び２３３をアンテナエレメント１０に接続することとする。この場合のアンテナ装置２００の共振周波数をｆ４とする。

また、４つのキャパシタハットをアンテナエレメント１０に接続する場合は、切換回路２５１〜２５４をすべてオンにして、キャパシタハット２３１〜２３４をすべてアンテナエレメント１０に接続することとする。この場合のアンテナ装置２００の共振周波数をｆ５とする。

なお、切換回路２５１〜２５４のオン／オフの切替は、コントローラ１２０によって行われる。

また、切換回路２５１〜２５４の各々を上述のパターンで切り替えるためには、例えば、切換回路２５１〜２５４に識別子を割り振り、３ビットの制御信号を用いることにより、切換回路２５１〜２５４のオン／オフを制御することができる。この場合、切換回路２５１〜２５４に識別子は、ＲＯＭ１１３（図４参照）に格納しておけばよい。

次に、図８を用いて、切換回路２５１〜２５４の切替処理について説明する。

図８は、実施の形態２のアンテナ装置２００における切換回路２５１〜２５４の切替処理を示すフローチャートである。この切替処理は、ＧＵＩ操作部１１４（図４参照）への操作入力に基づき、ＣＰＵ１１１（図４参照）によって実行される処理である。

処理がスタートすると、ＣＰＵ１１１は、ＧＵＩ操作部１１４への入力が共振周波数ｆ１を選択する入力であったか否かを判定する（ステップＳ１）。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ１で共振周波数ｆ１が選択されたと判定した場合は、無線制御装置１１５に共振周波数ｆ１を選択するための信号（切換回路２５１〜２５４のすべてをオフにするための信号）をコントローラ１２０に伝送する（ステップＳ２）。この結果、コントローラ１２０により、切換回路２５１〜２５４のすべてがオフの状態にされ、共振周波数がｆ１にされる。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ１において、選択された共振周波数がｆ１ではないと判定した場合は、ＧＵＩ操作部１１４への入力が共振周波数ｆ２を選択する入力であったか否かを判定する（ステップＳ３）。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ３で共振周波数ｆ２が選択されたと判定した場合は、無線制御装置１１５に共振周波数ｆ２を選択するための信号（切換回路２５１をオンにするための信号）をコントローラ１２０に伝送する（ステップＳ４）。この結果、コントローラ１２０により、切換回路２５１がオンの状態にされ、共振周波数がｆ２にされる。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ３において、選択された共振周波数がｆ２ではないと判定した場合は、ＧＵＩ操作部１１４への入力が共振周波数ｆ３を選択する入力であったか否かを判定する（ステップＳ５）。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ５で共振周波数ｆ３が選択されたと判定した場合は、無線制御装置１１５に共振周波数ｆ３を選択するための信号（切換回路２５１及び２５２をオンにするための信号）をコントローラ１２０に伝送する（ステップＳ６）。この結果、コントローラ１２０により、切換回路２５１及び２５２がオンの状態にされ、共振周波数がｆ３にされる。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ５において、選択された共振周波数がｆ３ではないと判定した場合は、ＧＵＩ操作部１１４への入力が共振周波数ｆ４を選択する入力であったか否かを判定する（ステップＳ７）。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ７で共振周波数ｆ４が選択されたと判定した場合は、無線制御装置１１５に共振周波数ｆ４を選択するための信号（切換回路２５１、２５２、及び２５３をオンにするための信号）をコントローラ１２０に伝送する（ステップＳ８）。この結果、コントローラ１２０により、切換回路２５１、２５２、及び２５３がオンの状態にされ、共振周波数がｆ４にされる。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ７において、選択された共振周波数がｆ４ではないと判定した場合は、ＧＵＩ操作部１１４への入力が共振周波数ｆ５を選択する入力であったか否かを判定する（ステップＳ９）。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ９で共振周波数ｆ５が選択されたと判定した場合は、無線制御装置１１５に共振周波数ｆ５を選択するための信号（切換回路２５１〜２５４のすべてをオンにするための信号）をコントローラ１２０に伝送する（ステップＳ１０）。この結果、コントローラ１２０により、切換回路２５１〜２５４のすべてがオンの状態にされ、共振周波数がｆ５にされる。

なお、ＣＰＵ１１１は、ステップＳ９において、選択された共振周波数がｆ５ではないと判定した場合は、フローをステップＳ１にリターンする。

以上のように、実施の形態２のアンテナ装置２００によれば、４つのキャパシタハット２３１〜２３４を含むことにより、５通りの共振周波数を利用者が選択することができる。

次に、実施の形態２のアンテナ装置２００のＳパラメータを用いて周波数特性について説明する。

図９は、実施の形態２のアンテナ装置２００の周波数に対するＳ１１パラメータの特性を示す図である。なお、図９に示すＳ１１パラメータは、給電部１６で測定したものである。

図９に示す５つのＳ１１パラメータの周波数特性は、上述のように、キャパシタハット２３１〜２３４の接続状態を切り替えることによって得られたものである。

図９に示すように、共振周波数ｆ１〜ｆ５は、高周波数側から低周波数側に徐々にシフトしており、Ｓ１１パラメータの値も徐々に改善されていることが分かる。共振周波数ｆ１〜ｆ５が高周波数側から低周波数側にシフトしたのは、アンテナエレメント１０に接続されるキャパシタハットの数が段階的に増えることにより、アンテナエレメント１０の静電容量が増大したためと考えられる。また、Ｓ１１パラメータの値が徐々に低下し、反射される電力が低減したのは、キャパシタハットが増大することにより、徐々にインピーダンスマッチングがより取れた状態に変化したためと考えられる。

結果的に、共振周波数ｆ１は約５．２ＧＨｚで、そのときのＳ１１パラメータの値は約−４．５ｄＢ、共振周波数ｆ２は約４．８ＧＨｚで、そのときのＳ１１パラメータの値は約−６．０ｄＢ、共振周波数ｆ３は約４．６ＧＨｚで、そのときのＳ１１パラメータの値は約−６．５ｄＢ、共振周波数ｆ４は約４．４ＧＨｚで、そのときのＳ１１パラメータの値は約−７．５ｄＢ、共振周波数ｆ５は約４．２ＧＨｚで、そのときのＳ１１パラメータの値は約−９ｄＢであった。

この結果より、切換回路５０によってアンテナエレメント１０とキャパシタハット３０との接続状態を切り替えることにより、アンテナ装置２００の共振周波数を切り替えることができることが分かる。

以上、実施の形態２によれば、キャパシタハット２３１〜２３４の各々の静電容量を調節することにより、様々な共振周波数を自由に選択することのできる小型のアンテナ装置２００、及びこれを用いた無線通信装置１１０（図４参照）を提供することができる。

なお、実施の形態２では、一例として、４つのキャパシタハット２３１〜２３４を含む形態について説明したが、キャパシタハットの数は幾つであってもよく、また、その配置も任意に設定することができる。

＜実施の形態３＞
実施の形態３のアンテナ装置３００は、アンテナエレメントが分岐されており、共振周波数の異なる第１アンテナ部と第２アンテナ部を含み、それぞれの端部にキャパシタハットが配設されている点が実施の形態１のアンテナ装置１００と異なる。

図１０は、実施の形態３のアンテナ装置３００を示す図である。

アンテナ装置３００は、アンテナエレメント３１０、グランドエレメント３２０、キャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂ、及び切換回路３５０Ａ、３５０Ｂを含む。

アンテナエレメント３１０、グランドエレメント３２０、及びキャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂは、ＰＣＢ基板３４０の表面に形成されている。アンテナエレメント３１０、グランドエレメント３２０、及びキャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂは、例えば、ＰＣＢ基板３４０の表面に形成した銅箔をパターニングすることによって形成することができる。

キャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂは、それぞれ、実施の形態１のアンテナ装置１００のキャパシタハット３０と基本的に同一である。

また、切換回路３５０Ａ、３５０Ｂは、それぞれ、実施の形態１のアンテナ装置１００の切換回路５０と同一である。

ＰＣＢ基板３４０は、例えば、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理を施したＦＲ４製の基板であればよい。ＰＣＢ基板３４０は、短辺３４１Ａ、４１Ｂ、長辺３４２Ａ、３４２Ｂ、及び角部３４３Ａ〜３４３Ｄを有する平面視で長方形状の基板である。なお、ＰＣＢ基板３４０は、実施の形態１のＰＣＢ基板４０とは長辺と短辺の関係が入れ替わっている。

アンテナエレメント３１０は、接続部３１１でグランドエレメント３２０に接続されており、グランドエレメント３２０から離間する方向（図１０中で＋Ｙ方向）に延伸し、折り曲げ部３１２Ａで直角に（図１０中では＋Ｘ方向に直角に）折り曲げられ、さらに、折り曲げ部３１２Ｂでグランドエレメント３２０から離間する方向に直角に（図１中では＋Ｙ方向に直角に）折り曲げられ、分岐部３１２Ｃまで延伸している。

アンテナエレメント３１０は、分岐部３１２Ｃで左右に分岐されており、第１アンテナ部３１０Ａは分岐部３１２Ｃよりも左側に分岐し、第２アンテナ部３１０Ｂは分岐部３１２Ｃよりも右側に分岐している。

第１アンテナ部３１０Ａは、端部３１３Ａまで延伸している。端部３１３Ａは、ＰＣＢ基板３４０の角部３４３Ａの近傍に位置する。第１アンテナ部３１０Ａの分岐部３１２Ｃから端部３１３Ａまでの長さは、第１共振周波数ｆ１１に応じて設定されている。

第２アンテナ部３１０Ｂは、端部３１３Ｂまで延伸している。端部３１３Ｂは、ＰＣＢ基板３４０の角部３４３Ｂの近傍に位置する。第２アンテナ部３１０Ｂの分岐部３１２Ｃから端部３１３Ｂまでの長さは、第２共振周波数ｆ１２に応じて設定されている。

キャパシタハット３３０Ａは、第１アンテナ部３１０Ａの端部３１３Ａの近傍に離間して形成され、キャパシタハット３３０Ｂは、第２アンテナ部３１０Ｂの端部３１３Ｂの近傍に離間して形成されている。

グランドエレメント３２０は、角部３２１、３２２、３２３、３２４を有する。角部３２１〜３２４のうち、角部３２３、３２４は、それぞれ、ＰＣＢ基板３４０の角部３４３Ｃ、３４３Ｄの近傍に位置する。

グランドエレメント３２０は、例えば、アンテナエレメント３１０の給電部３１６に対向する部位を接地点３２５として、接地される。

キャパシタハット３３０Ａは、切換回路３５０Ａを介して第１アンテナ部３１０Ａの端部３１３Ａに接続される。切換回路３５０Ａは、キャパシタハット３３０Ａと第１アンテナ部３１０Ａとの電気的な接続状態（接続又は非接続）を切り替える回路である。切換回路３５０Ａの接続状態は、無線通信装置のコントローラ１２０によって制御される。

キャパシタハット３３０Ｂは、切換回路３５０Ｂを介して第２アンテナ部３１０Ｂの端部３１３Ｂに接続される。切換回路３５０Ｂは、キャパシタハット３３０Ｂと第２アンテナ部３１０Ｂとの電気的な接続状態（接続又は非接続）を切り替える回路である。切換回路３５０Ｂの接続状態は、無線通信装置のコントローラ１２０によって制御される。

このように、２つの共振周波数ｆ１１、ｆ１２に応じた線路長の第１アンテナ部３１０Ａ及び第２アンテナ部３１０Ｂを含む実施の形態３のアンテナ装置３００は、コントローラ１２０で切換回路３５０Ａ、３５０Ｂをそれぞれ切り替えることにより、２つの共振周波数ｆ１１、ｆ１２をそれぞれ低周波数側にシフトさせることができる。

なお、一例としてアンテナ装置３００の寸法を挙げると、端部３１３Ａから分岐部３１２Ｃまでの長さは２２ｍｍ、分岐部３１２Ｃから端部３１３Ｂまでの長さは９ｍｍ、アンテナエレメント３１０の線幅は１ｍｍである。また、グランドエレメント３２０は、角部３２１から角部３２２までの長さが３２ｍｍ、角部３２２から角部３２３までの長さが２２ｍｍである。

図１１は、実施の形態３のアンテナ装置３００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

ここでは、切換回路３５０Ａ、３５０Ｂをともにオフにした場合（すなわち、キャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂをともにアンテナエレメント３１０に接続しなかった場合）の特性Ａ、切換回路３５０Ａだけをオンにした場合（すなわち、キャパシタハット３３０Ａだけをアンテナエレメント３１０に接続した場合）の特性Ｂ、切換回路３５０Ｂだけをオンにした場合（すなわち、キャパシタハット３３０Ｂだけをアンテナエレメント３１０に接続した場合）の特性Ｃ、及び、切換回路３５０Ａ、３５０Ｂをともにオンにした場合（すなわち、キャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂをともにアンテナエレメント３１０に接続した場合）の特性Ｄをシミュレーションによって求めた。

図１１に示すように、２つの共振周波数ｆ１１、ｆ１２ともに、特性Ａから特性Ｄにかけて低周波数側にシフトしていることが分かる。中でも、特性Ａと特性Ｂと差はごく僅かで、同様に、特性Ｃと特性Ｄと差はごく僅かであるが、特性Ｃと特性Ｄと差は大きくなる結果が得られた。

特性Ａの第１共振周波数ｆ１１は約２．４ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１９ｄＢであった。また、共振周波数ｆ１２は約４．９ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１７ｄＢであった。

特性Ｂの第１共振周波数ｆ１１は約２．４ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１９ｄＢであった。また、共振周波数ｆ１２は約４．８ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１７ｄＢであった。

特性Ｃの第１共振周波数ｆ１１は約２．２ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１９ｄＢであった。また、共振周波数ｆ１２は約４．３ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１８ｄＢであった。

特性Ｄの第１共振周波数ｆ１１は約２．２ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１９ｄＢであった。また、共振周波数ｆ１２は約４．２ＧＨｚであり、そのときのＳ１１パラメータの値は約−１８ｄＢであった。

以上のように、共振周波数の異なる第１アンテナ部３１０Ａと第２アンテナ部３１０Ｂを有するアンテナ装置３００においても、切換回路３５０Ａ、３５０Ｂでキャパシタハット３３０Ａ、３３０Ｂの接続状態を制御することにより、様々な共振周波数を自由に選択することのできる小型のアンテナ装置３００、及びこれを用いた無線通信装置１１０（図４参照）を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置、及びこれを用いた無線通信装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、２００、３００ アンテナ装置
１０、３１０ アンテナエレメント
１１、３１１ 接続部
１２、１５ 折り曲げ部
１３ 端部
１４ 給電線路
１６ 給電部
２０ グランドエレメント
２１、２２、２３、２４ 角部
２５ 接地点
３０ キャパシタハット
４０ ＰＣＢ基板
４１Ａ、４１Ｂ 長辺
４２Ａ、４２Ｂ 短辺
４３Ａ〜４３Ｄ 角部
５０ 切換回路
５１、５３ コンデンサ
５２ ＰＩＮダイオード
５４、５６ 高周波チョークコイル
５５ 抵抗器
５７、５８ パッド
１１０ 無線通信装置
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＡＭ
１１３ ＲＯＭ
１１４ ＧＵＩ操作部
１１５ 無線制御部
１６ バス１
１２０ コントローラ
２３１、２３２、２３３、２３４ キャパシタハット
２５１、２５２、２５３、２５４ 切換回路
３１０ アンテナエレメント
３１０Ａ 第１アンテナ部
３１０Ｂ 第２アンテナ部
３１１ 接続部
３１２Ａ、３１２Ｂ 折り曲げ部
３１２Ｃ 分岐部
３１３Ａ、３１３Ｂ 端部
３２０ グランドエレメント
３３０Ａ、３３０Ｂ キャパシタハット
３４０ ＰＣＢ基板
４１Ａ、４１Ｂ 短辺３
３４２Ａ、３４２Ｂ 長辺
３４３Ａ〜３４３Ｄ 角部
３５０Ａ、３５０Ｂ 切換回路

特開２００４−２０１２７８号公報 特開２００８−０１７４２６号公報

Claims (5)

1. 給電点を有するアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントの接地される側と反対側の端部に離間して配設されるキャパシタハットと、
   前記アンテナエレメントと前記キャパシタハットとの間に配設され、前記アンテナエレメントと前記キャパシタハットとの接続状態を、接続状態と非接続状態との間で切り換える第１の切換回路と
   を含み、
   前記キャパシタハット及び前記アンテナエレメントは、基板の表面に、同時に、形成されたパターンであり、
   前記キャパシタハットは、一方の端が前記第１の切換回路に接続され、他方の端が開放されており、
   前記第１の切換回路で前記アンテナエレメントと前記キャパシタハットとの接続状態を切り換えることにより、接続状態のときの共振周波数を、非接続状態のときの共振周波数より低くするように切り換える、アンテナ装置。
2. キャパシタハットを、前記アンテナエレメントの端部に、複数個設け、
   当該アンテナ装置は、一のキャパシタハットと他のキャパシタハットとの間に配設され、一のキャパシタハットと他のキャパシタハットとの接続状態を、接続状態と非接続状態との間で切り換える第２の切換回路を、含み、
   前記第１の切換回路と前記第２の切換回路を制御して、前記アンテナエレメントに接続されるキャパシタハットの数を制御することにより、当該アンテナ装置の共振周波数を制御する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナエレメントは、逆Ｌ型又は逆Ｆ型である、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナエレメントは、共振周波数の異なる第１アンテナ部と第２アンテナ部を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置を含む、無線通信装置。

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