JP5703450B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯無線端末に用いて好適なアンテナ装置に関する。

近年の携帯無線端末では、大容量のデータ伝送方式に対応するため、複数のアンテナ素子の使用が検討されている。複数のアンテナ素子を用いたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信は通信容量を向上させる有効な手段である。

現行のセルラ方式のみでも、８００ＭＨｚ、１．５ＧＨｚ、１．７ＧＨｚ、２．０ＧＨｚの４つの周波数帯が使用されていることもあって、マルチバンドに対応できるアンテナ装置の開発が望まれている。

小型の携帯無線端末に複数のアンテナ素子を搭載する場合、アンテナ効率劣化の原因となるアンテナ素子間の結合が大きくならないように、アンテナ素子間で高いアイソレーションを確保する必要がある。特許文献１には、２つのアンテナ素子の間に接合素子を介挿して低結合化する技術が開示されている。また、特許文献２には、アンテナ間にスタブ素子を配置して、アンテナ間を近接配置できるようにした技術が開示されている。

米国特許出願公開第２００８／０２５８９９１号明細書 国際公開第００／５１２０１号

しかしながら、上述したＭＩＭＯ通信は通信容量を向上させる有効な手段であるものの、複数のアンテナ素子を用いて同一周波数で通信を行うため、アンテナ素子間の結合を低減させなければ、アンテナ効率の劣化や相関係数の上昇により、所望の通信容量を得ることができない。例えば、図３０に示すように、２つのアンテナ素子１００，１０１を近接配置した場合、アンテナ素子間の結合により、アンテナ素子１００から放出されるエネルギーのうちの例えば４０％が隣接するアンテナ素子１０１に吸収されることになる。アンテナ素子間の結合を低減することで、アンテナ素子１００から８０％のエネルギーを放出させることが可能となる。このようにアンテナ素子間の結合を低減することで、アンテナ効率を向上させることができる。そして、アンテナ効率を向上させることで通信容量の向上が図れる。２つのアンテナ素子におけるアンテナ素子間の相関係数は図３１に示す式から導出できる。同図において、ＳパラメータのＳ１２及びＳ２１はそれぞれ結合を表す。この結合（Ｓ１２とＳ２１）が小さければ相関が低くなり、通信容量が向上する。

アンテナ素子間の結合を小さくする方法としては、（１）アンテナ素子間の距離を離す方法、（２）集中定数部品を用いてアンテナ素子間を接続する方法がある。しかしながら、（１）の方法では、小型の携帯無線端末の筐体内に収めることが困難である。（２）の方法では、結合を低減できるが、集中定数部品の抵抗分で損失が発生し、その分、アンテナ効率が劣化する。

上述した特許文献１に記載された技術では、アンテナ素子間に接合素子を介挿するので、その接合素子の持つ抵抗分でアンテナ効率が劣化する。また、上述した特許文献２に記載された技術では、複数のスタブ素子を用いていることもあって、コストが高くつき、さらにアンテナ素子間にスタブ素子を配置するスペースが必要となることから、装置の小型化が図れない。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、複数のアンテナ素子におけるアンテナ素子間の結合を低減できるとともに、アンテナの効率向上、相関係数の低減が図れるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、第１の周波数で動作する第１無線回路と、前記第１無線回路に接続された第１給電部と、前記第１給電部から給電される第１アンテナ素子と、前記第１の周波数で動作する第２無線回路と、前記第２無線回路に接続された第２給電部と、前記第２給電部から給電される第２アンテナ素子と、を備え、前記第１アンテナ素子は、第２の周波数において電気長でλ／４となる第１エレメントと、第３の周波数において電気長でλ／４または３λ／４の第２エレメントとからなり、前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記第１給電部付近で電気的に接続され、前記第１給電部は、前記第２の周波数で整合させる第１整合回路部を介して前記第１アンテナ素子に接続され、前記第２の周波数は前記第１の周波数より高周波であり、かつ、前記第１の周波数は前記第３の周波数より高周波であり、前記第２アンテナ素子は、第４の周波数において電気長でλ／４となる第３エレメントと、第５の周波数において電気長でλ／４または３λ／４の第４エレメントとからなり、前記第３エレメントと前記第４エレメントとは、前記第２給電部付近で電気的に接続され、前記第２給電部は、前記第４の周波数で整合させる第２整合回路部を介して前記第２アンテナ素子に接続され、前記第４の周波数は前記第１の周波数より高周波であり、かつ、前記第１の周波数は前記第５の周波数より高周波である。

上記構成によれば、第１，第２アンテナ素子間の距離を離したり、集中定数部品（第１，第２アンテナ素子間の結合を低減させるための部品）を用いて第１，第２アンテナ素子間を接続したりしなくても、第１，第２アンテナ素子間を低結合化できる。また、第１，第２アンテナ素子間にスタブを配置することなく第１，第２アンテナ素子を近接配置することができ、スタブにかかる費用を低減できる。即ち、従来よりも低コスト、低損失で低結合化ができる。この結果、アンテナ効率の向上、相関係数の低減が図れる。

上記構成において、前記第２の周波数と前記第４の周波数とは等しく、かつ、前記第３の周波数と前記第５の周波数とは等しい。

本発明によれば、複数のアンテナ素子におけるアンテナ素子間の結合を低減できるとともに、アンテナの効率向上、相関係数の低減が図れる。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図 図１のアンテナ装置の具体的な構成を示す斜視図 （ａ），（ｂ）図１のアンテナ装置の周波数特性を示す図 アドミタンス行列のＹ１２成分の式を示す図 図１のアンテナ装置の第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のそれぞれにおいて、分岐エレメント長の差を大きくした例の基本構成を示す模式図 （ａ），（ｂ）図１のアンテナ装置の第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子のそれぞれにおいて、分岐エレメント長の差を大きくした場合の周波数特性を示す図 図１のアンテナ装置の変形例１−１の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−２の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−３の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−４の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−５の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−６の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−７の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−８の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−９の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−１０の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−１１の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−１２の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置の変形例１−１３の具体的な構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図 図２０のアンテナ装置の具体的な構成を示す斜視図 （ａ），（ｂ）図２０のアンテナ装置の周波数特性を示す図 図２２の（ａ）の周波数特性と（ｂ）の周波数特性を重ね合わせた図 結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性を示す図 （ａ），（ｂ）アドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）の条件を示す図 図２１のアンテナ装置の変形例２の具体的な構成を示す斜視図 図１のアンテナ装置を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図 図７のアンテナ装置を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図 図７のアンテナ装置の応用例を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図 従来のアンテナ装置における問題点を説明するための図 ２つのアンテナ素子におけるアンテナ素子間の相関係数の式を示す図

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図である。同図において、本実施の形態に係るアンテナ装置１は、第１の周波数ｆ１で動作する第１無線回路２と、第１無線回路２に接続された第１給電部３と、第１給電部３に接続された第１整合回路部４と、第１整合回路部４を介して第１給電部３から給電され、長辺と短辺の長さの異なる分岐素子を持つ第１アンテナ素子５と、第１の周波数ｆ１で動作する第２無線回路６と、第２無線回路６に接続された第２給電部７と、第２給電部７に接続された第２整合回路部８と、第２整合回路部８を介して第２給電部７から給電され、長辺と短辺の長さの異なる分岐素子を持つ第２アンテナ素子９と、を備える。

第１アンテナ素子５は、第２の周波数ｆ２において電気長でλ／４となる第１エレメント（短辺の分岐素子）５１と、第３の周波数ｆ３において電気長で３λ／４の第２エレメント（長辺の分岐素子）５２とからなる。第１エレメント５１と第２エレメント５２とは、第１給電部３付近で電気的に接続される。第１給電部３は、第２の周波数ｆ２で整合させる第１整合回路部４を介して第１アンテナ素子５に接続される。第２の周波数ｆ２は、第１の周波数ｆ１より高周波であり、かつ、第１の周波数ｆ１は第３の周波数ｆ３より高周波である。

第２アンテナ素子９は、第４の周波数ｆ４において電気長でλ／４となる第３エレメント（短辺の分岐素子）９１と、第５の周波数ｆ５において電気長で３λ／４の第４エレメント（長辺の分岐素子）９２とからなる。第３エレメント９１と第４エレメント９２とは、第２給電部７付近で電気的に接続される。第２給電部７は、第４の周波数ｆ４で整合させる第２整合回路部８を介して第２アンテナ素子９に接続される。第４の周波数ｆ４は、第１の周波数ｆ１より高周波であり、かつ、第１の周波数ｆ１は第５の周波数ｆ５より高周波である。

本実施の形態に係るアンテナ装置１では、第１エレメント５１と第３エレメント９１の電気長を等しく、また第２エレメント５２と第４エレメント９２の電気長を等しくしており、この結果、第２の周波数ｆ２と第４の周波数ｆ４が等しく、かつ、第３の周波数ｆ３と第５の周波数ｆ５が等しくなっている。なお、第１エレメント５１と第２エレメント５２及び第３エレメント９１と第４エレメント９２それぞれを同じ電気長とすることも可能である。例えば、第１エレメント５１と第２エレメント５２の電気長をλ／４とし、第３エレメント９１と第４エレメント９２の電気長をλ／４としてもよい。

図２は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、長方形板状の誘電体１２とその右端部上下面それぞれに積層された金属板１３とからなる基板１４の表面側に第１，第２無線回路２，６及び第１，第２給電部３，７が実装されており、基板１４の表面側で、誘電体１２の露出部分に第１，第２アンテナ素子５，９がパターン形成されている。また、基板１４の表面側で、第１，第２給電部３，７と第１，第２アンテナ素子５，９の基端部（２つのエレメントの接続部分を基端部と呼ぶ）との間に第１，第２整合回路部４，８が実装されている。

第１アンテナ素子５の第１エレメント５１，第２エレメント５２及び第２アンテナ素子９の第３エレメント９１，第４エレメント９２それぞれの長さを調整することで、所望周波数（即ち第１の周波数ｆ１）の低周波数側と高周波数側に共振を発生する。

図３（ａ），（ｂ）は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の周波数特性を示す図である。図３の（ａ）は、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）の周波数特性（二点鎖線）と、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の虚部（Ｉｍ）の周波数特性（実線）である。第１エレメント５１の第２の周波数ｆ２と第３エレメント９１の第４の周波数ｆ４が共に同じ値の共振周波数となる。また、第２エレメント５２の第３の周波数ｆ３と第４エレメント９２の第５の周波数ｆ５が共に同じ値の共振周波数となる。第１アンテナ素子５及び第２アンテナ素子９の各エレメント５１，５２，９１，９２の長さを微調整して、所望周波数で、−１０ｍＳ≦Ｒｅ（Ｙ１２）≦＋１０ｍＳ、かつ−５ｍＳ≦Ｉｍ（Ｙ１２）≦＋５ｍＳとなるようにする。

図３の（ｂ）は、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性である。図３の（ａ）に示すように、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）が第１の周波数ｆ１で略０（ゼロ）、かつ、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の虚部（Ｉｍ）が第１の周波数ｆ１で略０（ゼロ）になっている。即ち、本実施の形態に係るアンテナ装置１のようなアンテナ形状とすることで、第１の周波数ｆ１でアドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部が略０（ゼロ）になり、かつ、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の虚部が略０（ゼロ）になる。

図４は、アドミタンス行列のＹ１２成分の式を示す図である。同図に示す式において、αは振幅、φは位相、ｅは自然対数の底である。この式の四角の枠で囲んだ部分１５を（Ｒｅ（Ｙ１２）≒０）、かつ、（Ｉｍ（Ｙ１２）≒０）にすることで、Ｙ１２＝０となり、結果としてＳ１２（結合）＝０となる。本実施の形態に係るアンテナ装置１は、Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、かつ、（Ｉｍ（Ｙ１２）≒０）を同時に満たすアンテナの形状を工夫することで実現している。

本実施の形態に係るアンテナ装置１の第１アンテナ素子５及び第２アンテナ素子９のそれぞれにおいて分岐エレメント長の差を大きくすることで、第１の周波数ｆ１における広帯域化が可能となる。図５は、第１アンテナ素子５及び第２アンテナ素子９のそれぞれにおいて、分岐エレメント長の差を大きくした例の基本構成を示す模式図である。同図に示す例では、第１アンテナ素子５の第２エレメント５２を長く、第１エレメント５１を短くしてその差を大きくし、また第２アンテナ素子９の第３エレメント９１を短く、第４エレメント９２を長くしてその差を大きくしたものである。なお、図５の例では、縦方向の長さを短くして小型化を図るため、第２エレメント５２と第４エレメント９２それぞれの先端部分を内側に直角に曲げている。また、図５では、第１，第２無線回路２，６及び第１，第２整合回路部４，８は省略している。

図６（ａ），（ｂ）は、第１アンテナ素子５及び第２アンテナ素子９のそれぞれにおいて、分岐エレメント長の差を大きくした場合の周波数特性を示す図である。図６の（ａ）は、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）の周波数特性（二点鎖線）と、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の虚部（Ｉｍ）の周波数特性（実線）であり、図６の（ｂ）は、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性である。図６の（ｂ）に示すように、第１の周波数ｆ１で結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）が、前述した図３の（ｂ）の場合と比べて広帯域化していることが分かる（広くなっているのが分かる）。

このように実施の形態１に係るアンテナ装置１によれば、第１アンテナ素子５を、第２の周波数ｆ２において電気長でλ／４となる第１エレメント５１と、第３の周波数ｆ３において電気長で３λ／４の第２エレメント５２の２分岐形状とし、第１エレメント５１と第２エレメント５２を第１給電部３付近で電気的に接続し、第１給電部３を、第２の周波数ｆ２で整合させる第１整合回路部４を介して第１アンテナ素子５に接続し、第２の周波数ｆ２を第１の周波数ｆ１より高周波とし、かつ、第１の周波数ｆ１を第３の周波数ｆ３より高周波とし、第２アンテナ素子９を、第４の周波数ｆ４において電気長でλ／４となる第３エレメント９１と、第５の周波数ｆ５において電気長で３λ／４の第４エレメント９２の２分岐形状とし、第３エレメント９１と第４エレメント９２を第２給電部７付近で電気的に接続し、第２給電部７を、第４の周波数ｆ４で整合させる第２整合回路部８を介して第２アンテナ素子９に接続し、第４の周波数ｆ４を第１の周波数ｆ１より高周波とし、かつ、第１の周波数ｆ１を第５の周波数ｆ５より高周波としたので、第１，第２アンテナ素子５，９間の距離を離したり、集中定数部品（第１，第２アンテナ素子５，９間の結合を低減させるための部品）を用いてアンテナ素子５，９間を接続したりせずとも、第１，第２アンテナ素子５，９間を低結合化できる。また、第１，第２アンテナ素子５，９間にスタブを配置することなく第１，第２アンテナ素子５，９を近接配置することができ、スタブにかかる費用を低減できる。即ち、従来よりも低コスト、低損失で低結合化ができる。この結果、アンテナ効率の向上、相関係数の低減が図れる。

なお、実施の形態１に係るアンテナ装置１では、第１，第２アンテナ素子５，９を基板１４の長手方向に平行に配置し、第１エレメント５１と第３エレメント９１を同じ電気長とするとともに、第２エレメント５２と第４エレメント９２を同じ電気長としたが、このような分岐構造に限定されるものではなく、様々なパターンが考えられる。以下、パターンの異なる様々な変形例を挙げる。

（変形例１−１）
図７は、図１のアンテナ装置１の変形例１−１であるアンテナ装置２０の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−１のアンテナ装置２０は、第１，第２アンテナ素子５Ｂ，９Ｂを基板１４の短手方向に向けて配置したものである。第１，第２アンテナ素子５Ｂ，９Ｂそれぞれの分岐構造は図１のアンテナ装置１と同様である。即ち、第１アンテナ素子５Ｂにおいては、第１エレメント５１Ｂと第２エレメント５２Ｂを有し、第２アンテナ素子９Ｂにおいては、第１エレメント９１Ｂと第２エレメント９２Ｂを有する。このような分岐構造としても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−２）
図８は、図１のアンテナ装置１の変形例１−２であるアンテナ装置２１の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−２のアンテナ装置２１は、長い方のエレメントを短い方のエレメントの途中から分岐させた構造を採っている。即ち、第１アンテナ素子５Ｃにおいては、第２エレメント５２Ｃを第１エレメント５１Ｃの途中から分岐させており、第２アンテナ素子９Ｃにおいては、第４エレメント９２Ｃを第３エレメント９１Ｃの途中から分岐させている。このような分岐構造としても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−３）
図９は、図１のアンテナ装置１の変形例１−３であるアンテナ装置２２の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−３のアンテナ装置２２は、第１，第２アンテナ素子５Ｄ，９Ｄを基板１４の短手方向に向けて配置し、さらに、前述した変形例１−２のアンテナ装置２１（図８参照）と同様に、長い方のエレメントを短い方のエレメントの途中から分岐させた構造を採っている。即ち、第１アンテナ素子５Ｄにおいては、第２エレメント５２Ｄを第１エレメント５１Ｄの途中から分岐させており、第２アンテナ素子９Ｄにおいては、第４エレメント９２Ｄを第３エレメント９１Ｄの途中から分岐させている。このような分岐構造としても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−４）
図１０は、図１のアンテナ装置１の変形例１−４であるアンテナ装置２３の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−４のアンテナ装置２３は、前述した実施の形態１に係るアンテナ装置１（図２参照）の第１アンテナ素子５を市販のチップアンテナ１６に置き換えたものである。第１アンテナ素子５をチップアンテナ１６に置き換えても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−５）
図１１は、図１のアンテナ装置１の変形例１−５であるアンテナ装置２４の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−５のアンテナ装置２４は、前述した変形例１−１のアンテナ装置２０（図７参照）の第１アンテナ素子５Ｂを市販のチップアンテナ１６に置き換えたものである。チップアンテナ１６の配置方向は、第１アンテナ素子５Ｂの配置方向と同様に基板１４の短手方向である。第１アンテナ素子５Ｂをチップアンテナ１６に置き換えても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−６）
図１２は、図１のアンテナ装置１の変形例１−６であるアンテナ装置２５の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−６のアンテナ装置２５は、前述した変形例１−２のアンテナ装置２１（図８参照）の第１アンテナ素子５Ｃを市販のチップアンテナ１６に置き換えたものである。このチップアンテナ１６の配置方向は、第１アンテナ素子５Ｃの配置方向と同様に基板１４の長手方向である。第１アンテナ素子５Ｃをチップアンテナ１６に置き換えても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−７）
図１３は、図１のアンテナ装置１の変形例１−７であるアンテナ装置２６の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−７のアンテナ装置２６は、前述した変形例１−３のアンテナ装置２２（図９参照）の第１アンテナ素子５Ｄを市販のチップアンテナ１６に置き換えたものである。チップアンテナ１６の配置方向は、第１アンテナ素子５Ｄの配置方向と同様に基板１４の短手方向である。第１アンテナ素子５Ｄをチップアンテナ１６に置き換えても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−８）
図１４は、図１のアンテナ装置１の変形例１−８であるアンテナ装置２７の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−８のアンテナ装置２７は、前述した実施の形態１に係るアンテナ装置１（図２参照）の第２エレメント５２及び第４エレメント９２のそれぞれをメアンダ形状としたものである。なお、同図において、第１アンテナ素子に対して“５Ｅ”を、第１エレメントに対して“５１Ｅ”を、第２エレメントに対して“５２Ｅ”を、第２アンテナ素子に対して“９Ｅ”を、第３エレメントに対して“９１Ｅ”を、第４エレメントに対して“９２Ｅ”をそれぞれ付している。

この変形例１−８のアンテナ装置２７では、第２エレメント５２Ｅ及び第４エレメント９２Ｅそれぞれの電気長を、アンテナ装置１の第２エレメント５２及び第４エレメント９２それぞれの電気長より長くしている。第２エレメント５２Ｅ及び第４エレメント９２Ｅのそれぞれをメアンダ形状としても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−９）
図１５は、図１のアンテナ装置１の変形例１−９であるアンテナ装置２８の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−９のアンテナ装置２８は、前述した変形例１−２のアンテナ装置２１（図８参照）の第２エレメント５２Ｃと第４エレメント９２Ｃのそれぞれをメアンダ形状としたものである。なお、同図において、第１アンテナ素子に対して“５Ｆ”を、第１エレメントに対して“５１Ｆ”を、第２エレメントに対して“５２Ｆ”を、第２アンテナ素子に対して“９Ｆ”を、第３エレメントに対して“９１Ｆ”を、第４エレメントに対して“９２Ｆ”をそれぞれ付している。

この変形例１−９のアンテナ装置２８では、第２エレメント５２Ｆ及び第４エレメント９２Ｆそれぞれの電気長を、アンテナ装置２１の第２エレメント５２Ｃ及び第４エレメント９２Ｃそれぞれの電気長より長くしている。第２エレメント５２Ｆ及び第４エレメント９２Ｆのそれぞれをメアンダ形状としても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

（変形例１−１０）
図１６は、図１のアンテナ装置１の変形例１−１０であるアンテナ装置２９の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−１０のアンテナ装置２９は、前述した実施の形態１に係るアンテナ装置１（図２参照）の第１アンテナ素子５の長さを第２アンテナ素子９より短くして左右非対称にしたものである。即ち、第１アンテナ素子５の第１エレメント５１の長さを第２アンテナ素子９の第３エレメント９１の長さより短く、また第１アンテナ素子５の第２エレメント５２の長さを第２アンテナ素子９の第４エレメント９２の長さより短くしたものである。なお、同図において、第１アンテナ素子に対して“５Ｇ”を、第１エレメントに対して“５１Ｇ”を、第２エレメントに対して“５２Ｇ”をそれぞれ付している。

第１エレメント５１Ｇ、第２エレメント５２Ｇ、第３エレメント９１及び第４エレメント９２それぞれの長さを変えることで、第２の周波数ｆ２と第４の周波数ｆ４が異なる値になり（ｆ２≠ｆ４）、また第３の周波数ｆ３と第５の周波数ｆ５も異なる値になる（ｆ３≠ｆ５）ので、共振点が４つになる。但し、第１の周波数ｆ１に変化はない。第１エレメント５１Ｇ、第２エレメント５２Ｇ、第３エレメント９１及び第４エレメント９２それぞれの長さを変えることで共振点が４つになるが、得られる効果は図１のアンテナ装置１と同様である。

（変形例１−１１）
図１７は、図１のアンテナ装置１の変形例１−１１であるアンテナ装置３０の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−１１のアンテナ装置３０は、前述した実施の形態１に係るアンテナ装置１（図２参照）の第２アンテナ素子９と、前述した変形例１−１であるアンテナ装置２０（図７参照）の第１アンテナ素子５Ｂを組み合わせて、方向が異なる非対称にしたものである。即ち、第２アンテナ素子９を基板１４の長手方向に向けて配置し、第１アンテナ素子５Ｂを基板１４の短手方向に向けて配置したものである。この変形例１−１１のアンテナ装置３０も前述した変形例１−１０のアンテナ装置２９と同様に、第１エレメント５１Ｂ、第２エレメント５２Ｂ、第３エレメント９１及び第４エレメント９２それぞれの長さが異なるので、共振点が４つになる。但し、第１の周波数ｆ１は変わらない。第１エレメント５１Ｂ、第２エレメント５２Ｂ、第３エレメント９１及び第４エレメント９２それぞれの長さを変えることで共振点が４つになるが、得られる効果は図１のアンテナ装置１と同様である。

（変形例１−１２）
図１８は、図１のアンテナ装置１の変形例１−１２であるアンテナ装置３１の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例１−１２のアンテナ装置３１は、前述した変形例１−２のアンテナ装置２１（図８参照）の第１アンテナ素子５Ｃの長さを第２アンテナ素子９Ｃより短くして左右非対称にしたものである。即ち、第１アンテナ素子５Ｃの第１エレメント５１Ｃの長さを第２アンテナ素子９Ｃの第３エレメント９１Ｃの長さより短く、また第１アンテナ素子５Ｃの第２エレメント５２Ｃの長さを第２アンテナ素子９Ｃの第４エレメント９２Ｃの長さより短くしたものである。なお、同図において、第１アンテナ素子に対して“５Ｈ”を、第１エレメントに対して“５１Ｈ”を、第２エレメントに対して“５２Ｈ”をそれぞれ付している。

第１エレメント５１Ｈ、第２エレメント５２Ｈ、第３エレメント９１Ｃ及び第４エレメント９２Ｃそれぞれの長さを変えることで、第３の周波数ｆ３と第５の周波数ｆ５が異なる値になり（ｆ３≠ｆ５）、また第２の周波数ｆ２と第４の周波数ｆ４も異なる値になる（ｆ２≠ｆ４）ので、共振点が４つになる。但し、第１の周波数ｆ１に変化はない。第１エレメント５１Ｈ、第２エレメント５２Ｈ、第３エレメント９１Ｃ及び第４エレメント９２Ｃそれぞれの長さを変えることで共振点が４つになるが、得られる効果は図１のアンテナ装置１と同様である。

（変形例１−１３）
図１９は、図１のアンテナ装置１の変形例１−１３であるアンテナ装置３２の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、アンテナ装置３２は、前述した変形例１−２であるアンテナ装置２１（図８参照）の第２アンテナ素子９Ｃと、前述した変形例１−３であるアンテナ装置２２（図９参照）の第１アンテナ素子５Ｄを組み合わせて、方向が異なる非対称にしたものである。即ち、第２アンテナ素子９Ｃを基板１４の長手方向に向けて配置し、第１アンテナ素子５Ｄを基板１４の短手方向に向けて配置したものである。この変形例１−１３のアンテナ装置３２も前述した変形例１−１０のアンテナ装置２９（図１６参照）と同様に、第１エレメント５１Ｄ、第２エレメント５２Ｄ、第３エレメント９１Ｃ及び第４エレメント９２Ｃそれぞれの長さが異なるので、共振点が４つになる。但し、第１の周波数ｆ１に変化はない。第１エレメント５１Ｄ、第２エレメント５２Ｄ、第３エレメント９１Ｃ及び第４エレメント９２Ｃそれぞれの長さを変えることで共振点が４つになるが、得られる効果は図１のアンテナ装置１と同様である。

（実施の形態２）
図２０は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図である。なお、同図では無線回路及び整合回路部を省略しているが、これらは前述した実施の形態１に係るアンテナ装置１のものと同じものである。

本実施の形態に係るアンテナ装置４０は、３分岐構造の第１，第２アンテナ素子４１，４２を有する。第１アンテナ素子４１は、第１エレメント４１０，第２エレメント４１１，第３エレメント４１２を有し、第２アンテナ素子４２は、第４エレメント４２０，第５エレメント４２１，第６エレメント４２２を有している。各エレメントの長さの大小関係は、第１アンテナ素子４１においては、第１エレメント４１０＜第２エレメント４１１＜第３エレメント４１２となっており、第２アンテナ素子４２においては、第４エレメント４２０＜第５エレメント４２１＜第６エレメント４２２となっている。この場合、エレメントの長さの差を大きくすると広帯域になり、小さくすると狭帯域となる。本実施の形態に係るアンテナ装置４０の場合、第１エレメント４１０と第２エレメント４１１及び第４エレメント４２０と第５エレメント４２１それぞれにおける長さの差を大きく、第２エレメント４１１と第３エレメント４１２及び第５エレメント４２１と第６エレメント４２２それぞれにおける長さの差を小さくしている。

図２１は、本実施の形態に係るアンテナ装置４０の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、基板１４の金属板１３側の表面上に第１，第２無線回路２，６及び第１，第２給電部３，７が実装されている。また、基板１４を構成する誘電体１２の表面上で、基板１４の長手方向に向けて第１，第２アンテナ素子４１，４２がパターン形成されている。また、基板１４の表面上で、第１，第２給電部３，７と第１，第２アンテナ素子４１，４２の基端部との間に第１，第２整合回路部４，８が実装されている。

図２２（ａ），（ｂ）は、本実施の形態に係るアンテナ装置４０の周波数特性を示す図である。同図の（ａ）は、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）の周波数特性である。また、同図の（ｂ）は、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の虚部（Ｉｍ）の周波数特性である。また、図２３は、図２２の（ａ）の周波数特性と（ｂ）の周波数特性を重ね合わせた図である。第１エレメント４１０の第２の周波数ｆ２と第４エレメント４２０の第５の周波数ｆ５が共に同じ値の共振周波数となり、また第２エレメント４１１の第３の周波数ｆ３と第５エレメント４２１の第６の周波数ｆ６が共に同じ値の共振周波数となり、また第３エレメント４１２の第４の周波数ｆ４と第６エレメント４２２の第７の周波数ｆ７が共に同じ値の共振周波数となる。

図２４は、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性を示す図である。図２２の（ａ）又は図２３に示すように、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）が第１の周波数ｆ１（１．５ＧＨｚ）と、２．５ＧＨｚの２つの周波数で略０（ゼロ、ｍＳ）となる。即ち、第１の周波数ｆ１の１．５ＧＨｚと２．５ＧＨｚの２つの周波数でアドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）が略０（ゼロ）になる。また、図２２の（ｂ）又は図２３に示すように、アンテナ形状のみでＩｍ（Ｙ１２）＝０が得られる。このように、３分岐構造とすることで、２つの周波数（１．５ＧＨｚと２．５ＧＨｚ）の結合低減に対応することができる。

図２４において、第２エレメント４１１と第３エレメント４１２及び第５エレメント４２１と第６エレメント４２２それぞれの長さの差を大きくすることで、１．５ＧＨｚ帯を広帯域化でき、それぞれの長さの差を小さくすることで同帯域を狭帯域化できる。一方、第１エレメント４１０と第２エレメント４１１及び第４エレメント４２０と第５エレメント４２１それぞれの長さの差を大きくすることで、２．５ＧＨｚ帯を広帯域化でき、それぞれの長さの差を小さくすることで同帯域を狭帯域化できる。図２５（ａ），（ｂ）は、アドミタンス行列のＹ１２成分（ｍＳ）の実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）の条件を示す図であり、（ａ）は実部（Ｒｅ）の条件、（ｂ）は虚部（Ｉｍ）の条件である。同図に示すように、実部（Ｒｅ）は、−１０ｍＳ≦Ｒｅ（Ｙ１２）≦＋１０ｍＳを満たす必要があり、虚部（Ｉｍ）は、−５ｍＳ≦Ｉｍ（Ｙ１２）≦＋５ｍＳの条件を満たす必要がある。これらの条件を満たすことで、第１アンテナ素子４１と第２アンテナ素子４２の結合を低減できる。

このように、分岐数を増やすことで複数周波数での結合低減が可能となる。また、エレメント間の長さの差を調整することで、結合低減の周波数帯域を調整することができる。勿論分岐数を増やしても、前述した２分岐構造のアンテナ装置１と同様の効果は得られることは言うまでもない。

図２６は、図２１のアンテナ装置４０の変形例２であるアンテナ装置４３の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例２のアンテナ装置４３は、第１アンテナ素子４１Ｂにおいては、第１エレメント４１０Ｂの途中から第２エレメント４１１Ｂが分岐し、さらに第２エレメント４１１Ｂの途中から第３エレメント４１２Ｂが分岐した３分岐構造を採り、第２アンテナ素子４２Ｂにおいては、第４エレメント４２０Ｂの途中から第５エレメント４２１Ｂが分岐し、さらに第５エレメント４２１Ｂの途中から第６エレメント４２２Ｂが分岐した３分岐構造を採る。このような３分岐構造としても図１のアンテナ装置１と同様の効果が得られる。

次に、本発明のアンテナ装置の応用例について説明する。
（応用例１）
図２７は、実施の形態１に係るアンテナ装置１を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末６０では、筐体上部の右角部に第１アンテナ素子５と第２アンテナ素子９を筐体短手方向に近接配置している。

（応用例２）
図２８は、変形例１−１のアンテナ装置２０（図７参照）を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末６１では、筐体上部の中央部に第１アンテナ素子５Ｂと第２アンテナ素子９Ｂを近接配置している。この場合、第１アンテナ素子５Ｂと第２アンテナ素子９Ｂは、互いに背を向ける方向で配置している。

（応用例３）
図２９は、変形例１−１のアンテナ装置２０（図７参照）の応用例を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末６２は、変形例１−１のアンテナ装置２０の第１アンテナ素子５Ｂ及び第２アンテナ素子９Ｂの配置方向を逆にしたものである。即ち、第１アンテナ素子５Ｂと第２アンテナ素子９Ｂが対向する方向にこれらを配置したものである。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、２０１２年１月６日出願の日本特許出願（特願２０１２−００１３０９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、複数のアンテナ素子におけるアンテナ素子間の結合を低減できるとともに、アンテナの効率向上、相関係数の低減が図れるといった効果を有し、複数のアンテナ素子を搭載する携帯無線端末などへの適用が可能である。

１，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，４０，４３ アンテナ装置
２ 第１無線回路
３ 第１給電部
４ 第１整合回路部
５，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，５Ｈ，４１，４１Ｂ 第１アンテナ素子
６ 第２無線回路
７ 第２給電部
８ 第２整合回路部
９，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ，４２，４２Ｂ 第２アンテナ素子
１２ 誘電体
１３ 金属板
１４ 基板
１６ チップアンテナ
５１，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ，５１Ｈ，４１０，４１０Ｂ 第１エレメント
５２，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆ，５２Ｇ，５２Ｈ，４１１，４１１Ｂ 第２エレメント
６０，６１，６２ 携帯無線端末
９１，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９１Ｅ，９１Ｆ，４１２，４１２Ｂ 第３エレメント
９２，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，９２Ｅ，９２Ｆ，４２０，４２０Ｂ 第４エレメント
４２１，４２１Ｂ 第５エレメント
４２２，４２２Ｂ 第６エレメント

Claims (2)

1. 第１の周波数で動作する第１無線回路と、
   前記第１無線回路に接続された第１給電部と、
   前記第１給電部から給電される第１アンテナ素子と、
   前記第１の周波数で動作する第２無線回路と、
   前記第２無線回路に接続された第２給電部と、
   前記第２給電部から給電される第２アンテナ素子と、を備え、
   前記第１アンテナ素子は、第２の周波数において電気長でλ／４となる第１エレメントと、第３の周波数において電気長でλ／４または３λ／４の第２エレメントとからなり、
   前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記第１給電部付近で電気的に接続され、
   前記第１給電部は、前記第２の周波数で整合させる第１整合回路部を介して前記第１アンテナ素子に接続され、
   前記第２の周波数は前記第１の周波数より高周波であり、かつ、前記第１の周波数は前記第３の周波数より高周波であり、
   前記第２アンテナ素子は、第４の周波数において電気長でλ／４となる第３エレメントと、第５の周波数において電気長でλ／４または３λ／４の第４エレメントとからなり、
   前記第３エレメントと前記第４エレメントとは、前記第２給電部付近で電気的に接続され、
   前記第２給電部は、前記第４の周波数で整合させる第２整合回路部を介して前記第２アンテナ素子に接続され、
   前記第４の周波数は前記第１の周波数より高周波であり、かつ、前記第１の周波数は前記第５の周波数より高周波であることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、
   前記第２の周波数と前記第４の周波数とは等しく、かつ、前記第３の周波数と前記第５の周波数とは等しいことを特徴とするアンテナ装置。

Images