JP5826823B2 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として携帯電話機などの移動体通信用のアンテナ装置とそれを備えた無線通信装置に関するものである。

携帯電話機等の携帯無線通信装置の小型化、薄型化が急速に進んでいる。また、携帯無線通信装置は、従来の電話機として使用されるのみならず、電子メールの送受信やＷＷＷ（ワールドワイドウェブ）によるウェブページの閲覧などを行うデータ端末機に変貌を遂げている。取り扱う情報も従来の音声や文字情報から写真や動画像へと大容量化を遂げており、通信品質のさらなる向上が求められている。このような状況にあって、複数の無線通信方式をサポートするマルチバンドアンテナ装置や、小型のアンテナ装置が提案されている。さらに、これらのアンテナ装置を複数配置した場合において電磁結合を低減し、高速無線通信が可能なアレーアンテナ装置が提案されている。

特許文献１の発明は、２周波共用アンテナにおいて、誘電体基板の表面にプリント化して形成された給電線路、該給電線路に接続する内側放射素子、および外側放射素子と、誘電体基板表面にプリント化して形成された内側放射素子と外側放射素子との間隙で両放射素子を接続するインダクタと、誘電体基板の裏面にプリント化して形成された給電線路、該給電線路に接続する内側放射素子、および外側放射素子と、誘電体基板裏面にプリント化して形成された内側放射素子と外側放射素子との間隙で両放射素子を接続するインダクタとを備えることを特徴とする。特許文献１の２周波共用アンテナによれば、放射素子間に設けられたインダクタと放射素子間の所定の容量とが並列共振回路を形成し、マルチバンドで動作することができる。

特許文献２の発明は、マルチバンドアンテナにおいて、ＬＣ並列共振回路の両端に第１及び第２の放射エレメントを接続したアンテナ素子を備えてなるマルチバンドアンテナにおいて、前記ＬＣ並列共振回路はインダクタ自身の自己共振によって構成されていることを特徴とする。特許文献２のマルチバンドアンテナによれば、ホイップアンテナのインダクタ自身の自己共振によって構成されるＬＣ並列共振回路によりマルチバンドで動作することができる。

特開２００１−１８５９３８号公報 特開平１１−５５０２２号公報 特許第４００３０７７号公報

近年、携帯電話機によるデータ伝送の高速化のニーズが高まり、次世代携帯電話規格である３Ｇ−ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が検討されてきた。３Ｇ−ＬＴＥでは、無線伝送の高速化を実現するための新技術として、複数のアンテナを用いて複数のチャンネルの無線信号を空間分割多重により同時に送受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）アンテナ装置の採用が決定している。ＭＩＭＯアンテナ装置は、送信機側と受信機側で複数のアンテナを備え、空間的にデータストリームを多重することで伝送速度の高速化を可能にする。ＭＩＭＯアンテナ装置は複数のアンテナを同一の周波数で同時に動作させるので、小型な携帯電話機内にアンテナが近接して実装される状況下ではアンテナ間の電磁結合が非常に強くなる。アンテナ間の電磁結合が強くなるとアンテナの放射効率が劣化する。それに伴い、受信電波が弱くなり伝送速度の低下を招く。そのため、複数のアンテナを近接配置した状態で低結合なアレーアンテナが必要となる。また、ＭＩＭＯアンテナ装置は、空間分割多重を実現するために、指向性又は偏波特性などを相違させることにより、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行する必要がある。さらに、通信の高速化のためアンテナの広帯域化技術が求められている。

特許文献１の２周波共用アンテナでは、低域の動作周波数を低くするには、放射素子が大きくなってしまう。また、内側放射素子と外側放射素子との間のスリットは放射に寄与しない。

特許文献２のマルチバンドアンテナでは、低域動作させるためには放射エレメントの素子長を長くしなければならない。また、ＬＣ並列共振回路は放射に寄与できない。

従って、マルチバンド化と小型化との両方を達成することができるアンテナ装置を提供することが望まれる。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、マルチバンド化と小型化との両方を達成することができるアンテナ装置を提供し、また、そのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係るアンテナ装置は、
少なくとも１つの放射器を備えたアンテナ装置において、
上記各放射器は、
ループ状の放射導体と、
上記放射導体のループに沿って所定位置に挿入された少なくとも１つのキャパシタと、
上記放射導体のループに沿って、上記キャパシタの位置とは異なる所定位置に挿入された少なくとも１つのインダクタと、
上記放射導体上に設けられた給電点とを備え、
上記各放射器は、
上記インダクタ及び上記キャパシタを含み、上記放射導体のループに沿う当該放射器の第１の部分が第１の周波数で共振し、
上記放射導体のループに沿った区間であって、上記キャパシタを含み、上記インダクタを含まず、上記給電点と上記インダクタとの間に延在する区間を含む当該放射器の第２の部分が、上記第１の周波数より高い第２の周波数で共振するように構成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記放射導体は、第１の放射導体と第２の放射導体とを含み、
上記キャパシタは、上記第１及び第２の放射導体の間に生じる容量によって形成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記インダクタはストリップ導体で構成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記インダクタはメアンダ状導体で構成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置は接地導体をさらに備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各放射器の上記キャパシタ及び上記インダクタは、上記放射導体のループに沿って、上記放射導体と上記接地導体とが互いに近接した部分にそれぞれ設けられ、上記給電点は、上記キャパシタ及び上記インダクタの間に設けられたことを特徴とする。

上記アンテナ装置は、上記接地導体と、上記給電点に接続された給電線路とを備えたプリント配線基板を備え、
上記放射器は上記プリント配線基板上に形成されたことを特徴とする。

上記アンテナ装置は、少なくとも一対の放射器を含むダイポールアンテナであることを特徴とする。

上記アンテナ装置は複数の放射器を備え、上記複数の放射器は、互いに異なる複数の第１の周波数と、互いに異なる複数の第２の周波数とを有することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記放射導体は少なくとも１カ所で折り曲げられていることを特徴とする。

上記アンテナ装置は、互いに異なる信号源に接続された複数の放射器を備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置は、所定の基準軸に対して互いに対称に構成された放射導体をそれぞれ有する第１の放射器及び第２の放射器を備え、
上記第１及び第２の放射器の各給電点は、上記基準軸に対して対称な位置に設けられ、
上記第１及び第２の放射器の各放射導体は、上記基準軸に沿って上記第１の放射器の給電点及び上記第２の放射器の給電点から遠ざかるにつれて上記第１及び第２の放射器の間の距離が次第に増大する形状を有することを特徴とする。

上記アンテナ装置は、第１の放射器及び第２の放射器を備え、上記第１及び第２の放射器の各放射導体のループは所定の基準軸に対して互いに実質的に対称に構成され、
上記第１及び第２の放射器の上記互いに対称な各放射導体のループに沿って上記各給電点から対応する向きに進むとき、上記第１の放射器では上記給電点、上記インダクタ、上記キャパシタが順に位置し、上記第２の放射器では上記給電点、上記キャパシタ、上記インダクタが順に位置することを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る無線通信装置によれば、第１の態様に係るアンテナ装置を備えたことを特徴とする。

本発明のアンテナ装置によれば、小型かつ簡単な構成でありながら、マルチバンドで動作可能なアンテナ装置を提供することができる。また、本発明のアンテナ装置は、複数の放射器を備えた場合には、アンテナ素子間で互いに低結合であり、複数の無線信号を同時に送受信するように動作可能である。また、本発明によれば、そのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。 図１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。 図１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときのインダクタＬ１及びキャパシタＣ１による整合効果を説明するための図である。 図１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときのインダクタＬ１及びキャパシタＣ１による整合効果を説明するための図である。 図１のアンテナ装置に係るＶＳＷＲの周波数特性を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図７のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。 図７のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。 図７のアンテナ装置に係るＶＳＷＲの周波数特性を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図１１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。 図１１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。 図１１のアンテナ装置に係るＶＳＷＲの周波数特性を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１１の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１２の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１３の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１４の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の第１５の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 比較例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図２８のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。 図２８のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。 図３１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。 図３１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図３６のアンテナ装置の放射器１００の詳細構成を示す上面図である。 図３６のアンテナ装置の反射係数を表すＳパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の第２の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図３９のアンテナ装置の放射器１０５の詳細構成を示す上面図である。 図３９のアンテナ装置の反射係数を表すＳパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の第３の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図４２のアンテナ装置の放射器１２１の詳細構成を示す展開図である。 本発明の第２の実施形態の第１の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第２の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。 図４２のアンテナ装置の反射係数を表すＳパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。 図４４のアンテナ装置の反射係数及び通過係数を表すＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の周波数特性を示すグラフである。 図４５のアンテナ装置の反射係数及び通過係数を表すＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の周波数特性を示すグラフである。 図４４のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの−Ｙ側の放射器１２１の放射パターン図である。 図４４のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの＋Ｙ側の放射器１２２の放射パターン図である。 図４４のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの−Ｙ側の放射器１２１の放射パターン図である。 図４４のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの＋Ｙ側の放射器１２２の放射パターン図である。 図４４のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの主放射方向を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信装置であって、図１のアンテナ装置を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。

第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す概略図である。本実施形態のアンテナ装置は、単一の放射器１００をデュアルバンド動作させることを特徴とする。

図１において、放射器１００は、所定幅及び所定の電気長を有する第１の放射導体１と、所定幅及び所定の電気長を有する第２の放射導体２と、所定の位置で放射導体１，２を互いに接続するキャパシタＣ１と、キャパシタＣ１とは異なる位置で放射導体１，２を互いに接続するインダクタＬ１とを有する。放射器１００において、放射導体１，２とキャパシタＣ１とインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。言い換えると、ループ状の放射導体の所定の位置にキャパシタＣ１が挿入され、キャパシタＣ１が挿入された位置とは異なる位置においてインダクタＬ１が挿入されている。低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２の高周波信号を発生する信号源Ｑ１は、放射導体１上の給電点Ｐ１に接続されるとともに、放射器１００に近接して設けられた接地導体Ｇ１上の接続点Ｐ２に接続される。信号源Ｑ１は、図１のアンテナ装置に接続された無線通信回路を概略的に示し、低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２のいずれかで放射器１００を励振させる。必要に応じて、アンテナ装置と無線通信回路との間にさらに整合回路（図示せず）が接続されてもよい。放射器１００において、低域共振周波数ｆ１で励振するときの電流経路は、高域共振周波数ｆ２で励振するときの電流経路とは異なり、これにより、効果的にデュアルバンド動作を実現することができる。

図２は、図１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。低い周波数成分を有する電流は、インダクタは通過できる（低インピーダンス）がキャパシタは通過しづらい（高インピーダンス）という性質がある。このため、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流Ｉ１は、インダクタＬ１を含み、ループ状の放射導体に沿う経路を流れる。詳しくは、電流Ｉ１は、放射導体１において給電点Ｐ１からインダクタＬ１に接続された点まで流れ、インダクタＬ１を通り、放射導体２においてインダクタＬ１に接続された点からキャパシタＣ１に接続された点まで流れる。さらに、キャパシタＣ１の両端の電位差に起因して放射導体１においてキャパシタＣ１に接続された点から給電点Ｐ１まで電流が流れて、電流Ｉ１に接続される。このため、実質的には、電流Ｉ１はキャパシタＣ１も通るとみなすことができる。電流Ｉ１は、ループ状の放射導体において、中央の中空の部分に近接した内側エッジを強く流れる。また、接地導体Ｇ１上の放射器１００に近接した部分において、接続点Ｐ２に向かって電流Ｉ３が流れる。放射器１００は、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、図２に示すような電流経路で電流Ｉ１が流れ、ループ状の放射導体及びインダクタＬ１及びキャパシタＣ１が低域共振周波数ｆ１で共振するように構成される。詳しくは、放射器１００は、放射導体１において給電点Ｐ１からインダクタＬ１に接続された点までの電気長と、給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に接続された点までの電気長と、インダクタＬ１の電気長と、キャパシタＣ１の電気長と、放射導体２においてインダクタＬ１に接続された点からキャパシタＣ１に接続された点までの電気長との和が、低域共振周波数ｆ１で共振する電気長になるように構成される。この共振する電気長は、例えば、低域共振周波数ｆ１の動作波長λ１の０．２〜０．２５倍である。アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、図２に示すような電流経路で電流Ｉ１が流れることにより、放射器１００はループアンテナモードで、すなわち磁流モードで動作する。

なお、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、電流Ｉ１の大部分は、給電点Ｐ１から放射導体２においてキャパシタＣ１に接続された点Ｐ３に流れるまでに放射される。

放射器１００がループアンテナモードで動作することによって、小型形状でありながら長い共振長を確保できるので、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときでも良好な特性を実現できる。また、放射器１００はループアンテナモードで動作するとき、高いＱ値を有する。ループ状の放射導体において、中央の中空の部分が広がるほど（すなわち、ループの径が大きくなるほど）、アンテナ装置の放射効率が向上する。

図３は、図１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。高い周波数成分を有する電流は、キャパシタは通過できる（低インピーダンス）がインダクタは通過しづらい（高インピーダンス）という性質がある。このため、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流Ｉ２は、ループ状の放射導体に沿った区間であって、キャパシタＣ１を含み、インダクタＬ１を含まず、給電点とインダクタとの間に延在する区間にわたって流れる。すなわち、電流Ｉ２は、放射導体１において給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に接続された点まで流れ、キャパシタＣ１を通り、放射導体２においてキャパシタＣ１に接続された点から所定位置（例えば、インダクタＬ１に接続された点）まで流れる。このとき、電流Ｉ２はループ状の放射導体の外周を強く流れる。接地導体Ｇ１上の放射器１００に近接した部分において、接続点Ｐ２に向かって（すなわち電流Ｉ２とは逆向きに）電流Ｉ３が流れる。放射器１００は、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、図３に示すような電流経路で電流Ｉ２が流れ、ループ状の放射導体のうちの電流Ｉ２が流れる部分とキャパシタＣ１とが高域共振周波数ｆ２で共振するように構成される。詳しくは、放射器１００は、放射導体１において給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に接続された点までの電気長と、キャパシタＣ１の電気長と、放射導体２において電流Ｉ２が流れる部分の電気長（例えばキャパシタＣ１に接続された点からインダクタＬ１に接続された点までの電気長）との和が、高域共振周波数ｆ２で共振する電気長になるように構成される。この共振する電気長は、例えば、高域共振周波数ｆ２の動作波長λ２の０．２５倍である。アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、図３に示すような電流経路で電流Ｉ２が流れることにより、放射器１００はモノポールアンテナモードで、すなわち電流モードで動作する。

なお、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、電流Ｉ２の大部分は、給電点Ｐ１から放射導体２のコーナーの点Ｐ４に流れるまでに放射される。

このように、本実施形態のアンテナ装置は、低域共振周波数ｆ１で動作するときにはインダクタＬ１を通る電流経路を形成し、高域共振周波数ｆ２で動作するときにはキャパシタＣ１を通る電流経路を形成し、これにより効果的にデュアルバンド動作を実現する。放射器１００は、ループ状の電流経路を形成することで磁流モードで動作し、低域共振周波数ｆ１で共振する。一方、放射器１００は、非ループ状の電流経路（モノポールアンテナモード）を形成することで電流モードで動作し、高域共振周波数ｆ２で共振する。従来技術では、低域共振周波数ｆ１（動作波長λ１）で動作するときに（λ１）／４程度のアンテナ素子長が必要であったところ、本実施形態のアンテナ装置では、ループ状の電流経路を形成することにより、放射器１００の縦横の長さを（λ１）／１５程度まで小型化することができる。

図４は、図１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときのインダクタＬ１及びキャパシタＣ１による整合効果を説明するための図である。図５は、図１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときのインダクタＬ１及びキャパシタＣ１による整合効果を説明するための図である。低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２は、インダクタＬ１及びキャパシタＣ１による整合効果（特にキャパシタＣ１による整合効果）を用いて調整可能である。アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、放射導体２においてインダクタＬ１に接続された点からキャパシタＣ１に接続された点まで流れる電流Ｉ１ｂと、放射導体１においてキャパシタＣ１に接続された点から給電点Ｐ１まで流れる電流Ｉ１ｃとは、放射導体１において給電点Ｐ１からインダクタＬ１に接続された点まで流れる電流Ｉ１ａと接続され、これにより、ループ状の電流経路が形成される。キャパシタＣ１の両端（放射導体１の側及び放射導体２の側）には電位差が生じるので、キャパシタＣ１の容量によりアンテナ装置の入力インピーダンスのリアクタンス成分を制御する効果がある。キャパシタＣ１の容量が大きいほど、放射器１００の共振周波数が低下する。一方、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、電流は、放射導体１において給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に接続された点まで流れ（電流Ｉ２ａ）、キャパシタＣ１を通り、放射導体２においてキャパシタＣ１に接続された点からインダクタＬ１に接続された点まで流れる（電流Ｉ２ｂ）。キャパシタＣ１は高い周波数成分を通過させるので、キャパシタＣ１の容量を小さくすると、電気長が短くなり放射器１００の共振周波数が高い周波数にシフトする。放射器１００において給電点Ｐ１の電圧が最小であるので、キャパシタＣ１を装荷する位置を給電点Ｐ１から離すことで、放射器１００の共振周波数を下げることができる。

図１のアンテナ装置では、キャパシタＣ１がインダクタＬ１よりも接地導体Ｇ１に近接している。このため、前述のように、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、電流Ｉ１は、給電点Ｐ１から、放射導体２における接地導体Ｇ１に近接した位置（点Ｐ３）まで流れ、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、電流Ｉ２は、給電点Ｐ１から、放射導体２における接地導体Ｇ１から遠隔した位置（点Ｐ４）まで流れる。すなわち、電流Ｉ１の開放端が接地導体Ｇ１に近接しているのに対して、電流Ｉ２の開放端は接地導体Ｇ１から離れている。従って、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときのＶＳＷＲは、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときのＶＳＷＲよりも低くなり、アンテナ装置の整合がとりやすくなる。図６に、図１のアンテナ装置に係るＶＳＷＲの周波数特性を概略図に示す。

ループ状の放射導体と、放射導体のループに沿って所定位置に挿入されたキャパシタ及びインダクタとを備えたアンテナ装置として、例えば特許文献３の発明があった。しかしながら、特許文献３の発明は、キャパシタ及びインダクタにより並列共振回路を構成し、この並列共振回路は、周波数に応じて基本モードと高次モードとのいずれかで動作する。一方、本願発明は、放射器１００を動作周波数に応じてループアンテナモード及びモノポールアンテナモードのいずれかとして動作させるというまったく新規な原理に基づく。

放射器１００においてキャパシタＣ１及びインダクタＬ１の間の距離を離して大きなループを形成すると、アンテナ装置の放射効率が向上する。

本実施形態のアンテナ装置は、後述の実施例で説明するように、低域共振周波数ｆ１として８００ＭＨｚ帯の周波数（例えば８８０ＭＨｚ）を使用し、高域共振周波数ｆ２として２０００ＭＨｚ帯の周波数（例えば２１７０ＭＨｚ）を使用することができるが、これらの周波数に限定されるものではない。

放射導体１，２のそれぞれは、キャパシタＣ１とインダクタＬ１との間に所定の電気長を確保することができるのであれば、図１等に示すストリップ形状に限らず任意の形状を有していてもよい。

図１等では、図示の簡単化のために、接地導体Ｇ１を小さなサイズで示しているが、図３６等に示すように、所望性能に応じて十分な大きさを有する接地導体Ｇ１を使用することは当業者には理解されるであろう。図１のアンテナ装置及び他の実施形態及び変形例のアンテナ装置は、プリント配線基板上に形成されてもよい。このとき、放射器１００及び接地導体Ｇ１は、誘電体基板上の導体パターンとして形成される。図１のアンテナ装置では、放射器１００を含む面と接地導体Ｇ１を含む面とが同一平面内にあるように示しているが、放射器１００及び接地導体Ｇ１の配置はこのようなものに限定されない。例えば、放射器１００を含む面が、接地導体Ｇ１を含む面に対して所定角度を有していてもよい。また、放射器１００の放射導体１，２が少なくとも１カ所で折り曲げられていてもよい。

本実施形態のアンテナ装置によれば、放射器１００を動作周波数に応じてループアンテナモード及びモノポールアンテナモードのいずれかとして動作させることで、効果的にデュアルバンド動作を実現するとともに、アンテナ装置の小型化を達成することができる。

図７は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図１のアンテナ装置では、キャパシタＣ１がインダクタＬ１よりも接地導体Ｇ１に近接していたが、図７に示すように、インダクタＬ１がキャパシタＣ１よりも接地導体Ｇ１に近接していてもよい。図７のアンテナ装置の放射器１０１は、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１の位置を除いて、図１のアンテナ装置の放射器１００と同様に構成されている。

図８は、図７のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流Ｉ１は、放射導体１において給電点Ｐ１からインダクタＬ１に接続された点まで流れ、インダクタＬ１を通り、放射導体２においてインダクタＬ１に接続された点からキャパシタＣ１に接続された点まで流れる。さらに、キャパシタＣ１の両端の電位差に起因して放射導体１においてキャパシタＣ１に接続された点から給電点Ｐ１まで電流が流れて、電流Ｉ１に接続される。なお、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、電流Ｉ１の大部分は、給電点Ｐ１から放射導体２においてキャパシタＣ１に接続された点Ｐ５に流れるまでに放射される。

図９は、図７のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流Ｉ２は、放射導体１において給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に接続された点まで流れ、キャパシタＣ１を通り、放射導体２においてキャパシタＣ１に接続された点から所定位置まで流れる。なお、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、電流Ｉ２の大部分は、給電点Ｐ１から放射導体２のコーナーの点Ｐ６に流れるまでに放射される。

図７のアンテナ装置では、インダクタＬ１がキャパシタＣ１よりも接地導体Ｇ１に近接している。このため、前述のように、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、電流Ｉ１は、給電点Ｐ１から、放射導体２における接地導体Ｇ１から遠隔した位置（点Ｐ５）まで流れ、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、電流Ｉ２は、給電点Ｐ１から、放射導体２における接地導体Ｇ１に近接した位置（点Ｐ６）まで流れる。すなわち、電流Ｉ２の開放端が接地導体Ｇ１に近接しているのに対して、電流Ｉ１の開放端は接地導体Ｇ１から離れている。従って、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときのＶＳＷＲは、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときのＶＳＷＲよりも低くなり、アンテナ装置の整合がとりやすくなる。図１０に、図７のアンテナ装置に係るＶＳＷＲの周波数特性を概略図に示す。

図７のアンテナ装置においても、放射器１０１を動作周波数に応じてループアンテナモード及びモノポールアンテナモードのいずれかとして動作させることで、効果的にデュアルバンド動作を実現するとともに、アンテナ装置の小型化を達成することができる。

図１１は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図１１のアンテナ装置の放射器１０２において、放射導体１Ａ，２ＡとキャパシタＣ１とインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。放射器１０２のキャパシタＣ１及びインダクタＬ１は、ループ状の放射導体に沿って、放射導体と接地導体Ｇ１とが互いに近接した部分にそれぞれ設けられ、給電点Ｐ１は、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１の間に設けられている。

図１２は、図１１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流Ｉ１は、放射導体１Ａにおいて給電点Ｐ１からインダクタＬ１に接続された点まで流れ、インダクタＬ１を通り、放射導体２ＡにおいてインダクタＬ１に接続された点からキャパシタＣ１に接続された点まで流れる。さらに、キャパシタＣ１の両端の電位差に起因して放射導体１ＡにおいてキャパシタＣ１に接続された点から給電点Ｐ１まで電流が流れて、電流Ｉ１に接続される。なお、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、電流Ｉ１の大部分は、給電点Ｐ１から放射導体２Ａにおいて接地導体Ｇ１から遠隔した点Ｐ７に流れるまでに放射される。

図１３は、図１１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流Ｉ２は、放射導体１Ａにおいて給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に接続された点まで流れ、キャパシタＣ１を通り、放射導体２ＡにおいてキャパシタＣ１に接続された点から所定位置まで流れる。なお、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、電流Ｉ２の大部分は、給電点Ｐ１から放射導体２Ａのコーナーの点Ｐ８に流れるまでに放射される。

図１１のアンテナ装置では、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１の両方が接地導体Ｇ１に近接しているので、給電点Ｐ１が設けられる放射導体１Ａは、図１の放射導体１と比較して短くなっている。放射導体１Ａが短いことにより、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路と高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路とが分離しやすくなる。

また、図１１のアンテナ装置では、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１の両方が接地導体Ｇ１に近接している。このため、前述のように、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、電流Ｉ１は、給電点Ｐ１から、放射導体２Ａにおける接地導体Ｇ１から遠隔した位置（点Ｐ７）まで流れ、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときもまた、電流Ｉ２は、給電点Ｐ１から、放射導体２Ａにおける接地導体Ｇ１から遠隔した位置（点Ｐ８）まで流れる。すなわち、電流Ｉ１及び電流Ｉ２の開放端の両方が接地導体Ｇ１から離れている。従って、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときのＶＳＷＲ及び高域共振周波数ｆ２で動作するときのＶＳＷＲの両方が低くなり、アンテナ装置の整合がとりやすくなる。図１４に、図１１のアンテナ装置に係るＶＳＷＲの周波数特性を概略図に示す。

図１１のアンテナ装置においても、放射器１０２を動作周波数に応じてループアンテナモード及びモノポールアンテナモードのいずれかとして動作させることで、効果的にデュアルバンド動作を実現するとともに、アンテナ装置の小型化を達成することができる。

システム要件に応じて図１、図７、及び図１１のいずれかの構成を選択することで、所望の無線通信装置に最適なマルチバンドアンテナを設計することができる。

図１５は、本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図であり、図１６は、本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係るアンテナ装置を示すを示す概略図である。アンテナ装置の共振周波数の調整方法を以下のようにまとめることができる。低域共振周波数ｆ１を低くするためには、キャパシタＣ１の容量を大きくすること、インダクタＬ１のインダクタンスを大きくすること、放射導体１の電気長を長くすること、放射導体２の電気長を長くすること、などが有効である。高域共振周波数ｆ２を低くするためには、放射導体２の電気長を長くすること、給電点Ｐ１からキャパシタＣ１を離すこと、などが有効である。図１５は、低域共振周波数ｆ１を低下させるように構成されたアンテナ装置を示す。図１５のアンテナ装置の放射器１０３において、放射導体１Ｂ，２ＢとキャパシタＣ１とインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。図１５のアンテナ装置の放射器１０３では、放射導体２Ｂの電気長を長くすることにより低域共振周波数ｆ１を低下させている。図１６は、高域共振周波数ｆ２を低下させるように構成されたアンテナ装置を示す。図１６のアンテナ装置の放射器１０４において、放射導体１Ｃ，２ＣとキャパシタＣ１とインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。図１６のアンテナ装置の放射器１０４では、給電点Ｐ１からキャパシタＣ１を離すことにより高域共振周波数ｆ２を低下させている。

なお、アンテナ装置が磁流モード及び電流モードのいずれで動作するのかを確実に切り換えるためには、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２のそれぞれで動作するときの各電流経路の電気長を明確に相違させる必要がある。このためには、放射導体１の電気長より放射導体２の電気長が長いほうが好ましい。また、放射導体１上における給電点Ｐ１からインダクタＬ１までの電気長及び給電点Ｐ１からキャパシタＣ１までの電気長を短くすると、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときには給電点Ｐ１からインダクタＬ１に向かって電流が流れやすくなり、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときには給電点Ｐ１からキャパシタＣ１に向かって電流が流れやすくなり、余分な方向へ向かって流れる電流が生じにくくなる。

キャパシタＣ１及びインダクタＬ１は、例えばディスクリートな回路素子を使用可能であるが、それに限定されるものではない。以下、図１７〜図２２を参照してキャパシタＣ１及びインダクタＬ１の変形例について説明する。

図１７は、本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図であり、図１８は、本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図１７のアンテナ装置の放射器１０５において、放射導体１Ｄ，２ＤとインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。放射導体１Ｄ，２Ｄの近接部にキャパシタＣ２が形成される。また、図１８のアンテナ装置の放射器１０６において、放射導体１Ｅ，２ＥとインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。放射導体１Ｅ，２Ｅの近接部にキャパシタＣ３が形成される。図１７及び図１８に示すように、２つの放射導体を互いに近接させて放射導体間に所定の容量を生じさせることにより、放射導体間に仮想的なキャパシタＣ２，Ｃ３を形成してもよい。２つの放射導体間の距離を近接させるほど、また、近接する面積を増加させるほど、仮想的なキャパシタＣ２，Ｃ３の容量は増加する。さらに、図１９は、本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図１９のアンテナ装置の放射器１０７において、放射導体１Ｆ，２ＦとインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。放射導体１Ｆ，２Ｆの近接部にキャパシタＣ４が形成される。図１９に示すように、放射導体１Ｆ，２Ｆ間に生じる容量により仮想的なキャパシタＣ４を形成する際に、インターディジット型の導体部分（指状の導体が交互に嵌合した構成）を形成してもよい。図１９のキャパシタＣ４によれば、図１７及び図１８のキャパシタＣ２，Ｃ３よりも容量を増大させることができる。放射導体１，２の近接部によって形成されるキャパシタは、図１７及び図１８のような直線状の導体部分や、図１９のようなインターディジット型の導体部分に限らず、他の形状の導体部分によって形成されてもよい。

図２０は、本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２０のアンテナ装置の放射器１０８は、図１のインダクタＬ１に代えて、ストリップ導体によって形成されるインダクタＬ２を備える。図２１は、本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２１のアンテナ装置の放射器１０９は、図１のインダクタＬ１に代えて、メアンダ状導体によって形成されるインダクタＬ３を備える。インダクタＬ２，Ｌ３を形成する導体の幅を細くするほど、また、導体の長さを長くするほど、インダクタＬ２，Ｌ３のインダクタンスは増加する。

図１７〜図２１に示すキャパシタＣ２，Ｃ３，Ｃ４及びインダクタＬ２，Ｌ３を組み合わせてもよく、例えば、図１のキャパシタＣ１及びインダクタＬ１に代えて、図１７のキャパシタＣ２及び図２０のインダクタＬ２を備えた放射器を構成してもよい。図２２は、本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２２のアンテナ装置の放射器１１０において、放射導体１Ｆ，２ＦとインダクタＬ３（図２１及び図１９を参照）とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。放射導体１Ｆ，２Ｆの近接部にキャパシタＣ４が形成される（図１９を参照）。図２２のアンテナ装置によれば、キャパシタ及びインダクタの両方を誘電体基板上の導体パターンとして形成することができるので、コストの削減や、製造ばらつきの低減といった効果がある。

図２３は、本発明の第１の実施形態の第１１の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２３は、複数のキャパシタＣ５，Ｃ６を備えたアンテナ装置を示す。図２３のアンテナ装置の放射器１１１において、放射導体１Ｇ，２Ｇ，３とキャパシタＣ５，Ｃ６とインダクタＬ１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。本実施形態のアンテナ装置は、単一のキャパシタ及び単一のインダクタを備えることに限定されず、複数のキャパシタを含む多段構成のキャパシタ、及び／又は、複数のインダクタを含む多段構成のインダクタを備えてもよい。図２３において、図１のキャパシタＣ１に代えて、所定の電気長を有する第３の放射導体３によって互いに接続されたキャパシタＣ５，Ｃ６が挿入されている。言い換えると、ループ状の放射導体における異なる位置にキャパシタＣ５，Ｃ６がそれぞれ挿入されている。

ここで、複数のキャパシタＣ５，Ｃ６を備えることの効果について説明する。

図１のアンテナ装置においてキャパシタＣ１の容量を小さくしたとき、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの帯域は広帯域化されるが、アンテナ装置の高域共振周波数ｆ２が高い周波数へシフトするので、アンテナ装置が所望の高域共振周波数（例えば２０００MＨｚ）で動作するときの効率は低下する。別の観点から説明すると、キャパシタＣ１の容量を小さくしたとき、給電点Ｐ１からはキャパシタＣ１のインピーダンスＺ１＝１／（ｊ・ω・Ｃ１）が大きく見えるので、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流Ｉ２が流れにくくなり、高域共振周波数ｆ２における効率が低下する。ここで、キャパシタＣ１の容量をＣ１で表し、キャパシタＣ１を流れる電流の角周波数をωで表す。一方、キャパシタＣ１の容量を大きくしたとき、アンテナ装置の高域共振周波数ｆ２は低い周波数へシフトし、アンテナ装置が所望の高域共振周波数（例えば２０００MＨｚ）で動作するときの効率は向上するが、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの帯域は狭帯域化され、かつ低い周波数帯にシフトする。従って、アンテナ装置が所望の低域共振周波数（例えば８００MＨｚ）で動作するときの効率が低下する。このように、キャパシタＣ１の容量に応じて、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの効率と、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの効率との間にトレードオフがある。

図２３のように複数のキャパシタＣ５，Ｃ６を備えた場合、給電点Ｐ１に近いキャパシタＣ５の容量を、給電点Ｐ１から遠いキャパシタＣ６の容量よりも大きくする（Ｃ５＞Ｃ６）。特に、キャパシタＣ５の容量は、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときにキャパシタＣ５のインピーダンスＺ５＝１／（ｊ・ω・Ｃ５）が小さくなるように設定される。これにより、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流Ｉ２は、給電点Ｐ１からキャパシタＣ５を通過して、少なくともキャパシタＣ６までは流れやすくなる。このとき、放射導体３の放射抵抗により、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの効率が向上する。一方、キャパシタＣ６の容量は、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、キャパシタＣ５，Ｃ６の合成インピーダンスＺ≒１／（ｊ・ω・Ｃ５）＋１／（ｊ・ω・Ｃ６）＝１／（ｊ・ω・Ｃ）が所望の大きさになるように設定される。ここで、Ｃは、直列接続されたキャパシタＣ５，Ｃ６の合成容量Ｃ＝Ｃ５×Ｃ６／（Ｃ５＋Ｃ６）を表す。これにより、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２のいずれで動作するときであっても、アンテナ装置の効率を向上することができる。

複数のインダクタを含む場合も、図２３の変形例と同様に構成される。図２４は、本発明の第１の実施形態の第１２の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２４は、複数のインダクタＬ４，Ｌ５を備えたアンテナ装置を示す。図２４のアンテナ装置の放射器１１２において、放射導体１Ｈ，２Ｈ，３ＡとキャパシタＣ１とインダクタＬ４，Ｌ５とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。図２４において、図１のインダクタＬ１に代えて、所定の電気長を有する第３の放射導体３Ａによって互いに接続されたインダクタＬ４，Ｌ５が挿入されている。言い換えると、ループ状の放射導体における異なる位置にインダクタＬ４，Ｌ５がそれぞれ挿入されている。

図２３及び図２４のアンテナ装置と同様に、ループ状の放射導体における異なる位置に複数のキャパシタ及び複数のインダクタを挿入してもよい。図２３及び図２４のアンテナ装置によれば、放射器上の電流分布を考慮してキャパシタ及びインダクタを３つ以上の異なる位置に挿入することができるので、設計の際に低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２の微調整が容易になるという効果がある。

図２５は、本発明の第１の実施形態の第１３の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２５は、マイクロストリップ線路の給電線路を備えたアンテナ装置を示す。本変形例のアンテナ装置は、接地導体Ｇ１と、接地導体Ｇ１上に誘電体基板Ｂ１を介して設けられたストリップ導体Ｓ１とからなるマイクロストリップ線路の給電線路を備える。本変形例のアンテナ装置は、アンテナ装置を低姿勢化するために平面構成を有してもよく、すなわち、プリント配線基板（図示せず）の裏面に接地導体Ｇ１を形成し、その表面にストリップ導体Ｓ１及び放射器１００を一体的に形成してもよい。給電線路はマイクロストリップ線路に限らず、コプレーナ線路、同軸線路などでもよい。

図２６は、本発明の第１の実施形態の第１４の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２６は、ダイポールアンテナとして構成されたアンテナ装置を示す。図２６の左側の放射器１００Ａは、図１の放射器１００と同様に構成される。図２６の右側の放射器１００Ｂもまた、図１の放射器１００と同様に構成され、第１の放射導体１１と、第２の放射導体１２と、キャパシタＣ１１と、インダクタＬ１１とを有する。信号源Ｑ１は、放射器１００Ａの給電点Ｐ１と放射器１００Ｂの給電点Ｐ１１とにそれぞれ接続される。本変形例のアンテナ装置は、ダイポール構成を有することでバランスモードで動作することができ、不要輻射を抑圧することができる。

図２７は、本発明の第１の実施形態の第１５の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図２７は、４バンドのマルチバンドで動作可能なアンテナ装置を示す。図２７の左側の放射器１００Ｃは、図１の放射器１００と同様に構成される。図２７の右側の放射器１００Ｄもまた、図１の放射器１００と同様に構成され、第１の放射導体２１と、第２の放射導体２２と、キャパシタＣ２１と、インダクタＬ２１とを有する。ただし、放射器１００Ｄにおいて放射導体２１，２２とキャパシタＣ２１とインダクタＬ２１とにより形成されるループの電気長は、放射器１００Ｃにおいて放射導体１，２とキャパシタＣ１とインダクタＬ１とにより形成されるループの電気長とは異なる。信号源Ｑ２１は、放射導体１上の給電点Ｐ１及び放射導体２１上の給電点Ｐ２１に接続されるとともに、接地導体Ｇ１上の接続点Ｐ２に接続される。信号源Ｑ２１は、低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２の高周波信号を発生するとともに、低域共振周波数ｆ１とは異なる別の低域共振周波数ｆ２１の高周波信号と、高域共振周波数ｆ２とは異なる別の高域共振周波数ｆ２２の高周波信号とを発生する。放射器１００Ｃは、低域共振周波数ｆ１においてループアンテナモードで動作し、高域共振周波数ｆ２においてモノポールアンテナモードで動作する。また、放射器１００Ｄは、低域共振周波数ｆ２１においてループアンテナモードで動作し、高域共振周波数ｆ２２においてモノポールアンテナモードで動作する。これにより、本変形例のアンテナ装置は、４バンドのマルチバンドで動作することができる。本変形例のアンテナ装置によれば、さらに放射器を設けることにより、さらなるマルチバンド化が可能である。

また、さらなる変形例として、例えば板状又は線状の放射導体を含む放射器を接地導体と平行に設けて、放射器の一部を接地導体に短絡することにより、本実施形態に係るアンテナ装置を逆Ｆ型アンテナ装置として構成することもできる。放射器の一部を接地導体と短絡することで放射抵抗を高くする効果があるが、本実施形態に係るアンテナ装置の基本的な動作原理を損なうものではない。

第２の実施形態．
図２８は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す概略図である。本実施形態のアンテナ装置は、図１の放射器１００と同様の原理で構成された２つの放射器１２１，１２２を備え、これらの放射器１２１，１２２は別個の信号源Ｑ３１，Ｑ３２によって独立に励振されることを特徴とする。

図２８において、放射器１２１は、所定の電気長を有する第１の放射導体３１と、所定の電気長を有する第２の放射導体３２と、所定の位置で放射導体３１，３２を互いに接続するキャパシタＣ３１と、キャパシタＣ３１とは異なる位置で放射導体３１，３２を互いに接続するインダクタＬ３１とを有する。放射器１２１において、放射導体３１，３２とキャパシタＣ３１とインダクタＬ３１とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。言い換えると、ループ状の放射導体の所定の位置にキャパシタＣ３１が挿入され、キャパシタＣ３１が挿入された位置とは異なる位置においてインダクタＬ３１が挿入されている。信号源Ｑ１は、放射導体３１上の給電点Ｐ３１に接続されるとともに、放射器１２１に近接して設けられた接地導体Ｇ１上の接続点Ｐ３２に接続される。放射器１２２は、放射器１２１と同様に構成され、第１の放射導体３３と、第２の放射導体３４と、キャパシタＣ３２と、インダクタＬ３２とを有する。放射器１２２において、放射導体３３，３４とキャパシタＣ３２とインダクタＬ３２とにより、中央の中空の部分を包囲するループが形成される。信号源Ｑ３２は、放射導体３３上の給電点Ｐ３３に接続されるとともに、放射器１２２に近接して設けられた接地導体Ｇ１上の接続点Ｐ３４に接続される。信号源Ｑ３１，Ｑ３２は、例えばＭＩＭＯ通信方式の送信信号である高周波信号を発生し、同じ低域共振周波数ｆ１の高周波信号を発生するとともに、同じ高域共振周波数ｆ２の高周波信号を発生する。

放射器１２１，１２２は、好ましくは、所定の基準軸Ａ５に対して対称に構成された放射導体をそれぞれ有する。この基準軸Ａ５に近接して放射導体３１，３３及び給電部（給電点Ｐ３１，Ｐ３３、接続点Ｐ３２，Ｐ３４）が設けられ、この基準軸Ａ５から遠隔して放射導体３２，３４が設けられる。給電点Ｐ３１，Ｐ３３は、基準軸Ａ５に対して対称な位置に設けられる。放射器１２１，１２２の放射導体の形状を、給電点Ｐ３１，Ｐ３３から遠ざかるにつれて放射器１２１，１２２間の距離が次第に増大するように構成することで、放射器１２１，１２２間の電磁結合を低減することができる。さらに、２つの給電点Ｐ３１，Ｐ３３間の距離が小さいので、無線通信回路（図示せず）から引き回される給電線路を設置する面積を最小化することができる。また、アンテナ装置のサイズを削減するために、放射導体３１〜３４のいずれかを少なくとも１カ所で折り曲げてもよく、例えば、図４４に示すように、放射導体３１〜３４上の点線Ａ１〜Ａ４の位置で放射導体３１〜３４を折り曲げてもよい。

図２８のアンテナ装置では、キャパシタＣ３１はインダクタＬ３１よりも接地導体Ｇ１に近接して設けられ、キャパシタＣ３２はインダクタＬ３２よりも接地導体Ｇ１に近接して設けられているが、キャパシタＣ３１，Ｃ３２及びインダクタＬ３１，Ｌ３２の位置は、図２８に示すものに限定されない。例えば、図７のように、インダクタがキャパシタよりも接地導体Ｇ１に近接して設けられてもよく、図１１のように、キャパシタ及びインダクタが、ループ状の放射導体に沿って、放射導体と接地導体Ｇ１とが互いに近接した部分にそれぞれ設けられてもよい。

図２９は、本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。本変形例のアンテナ装置では、放射器１２１，１２２を対称に配置するのではなく、同じ向きで（すなわち非対称に）配置している。放射器１２１，１２２の配置を非対称にすることでそれらの指向性を非対称にし、各放射器１２１，１２２で送受信される信号間の相関を下げる効果がある。ただし、送信信号間及び受信信号間に電力差が生じるので、ＭＩＭＯ通信方式に係る受信性能を最大化することはできない。なお、本変形例のアンテナ装置と同様に３つ以上の放射器を配置してもよい。

図３０は、比較例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図３０のアンテナ装置では、給電点を設けていない放射導体３２，３４が互いに近接するように配置している。給電点Ｐ３１，Ｐ３３間の距離を離すことで、各放射器１２１，１２２で送受信される信号間の相関を低減できる。ただし、各放射器１２１，１２２の開放端（すなわち放射導体３２，３４の端部）が対向しているので、放射器１２１，１２２間の電磁結合は大きくなってしまう。

図３１は、本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置を示す概略図である。本変形例のアンテナ装置は放射器１２１，１２３を備え、放射器１２３は、そのキャパシタＣ３２及びインダクタＬ３２の位置が逆になっていることのほかは、放射器１２１と同様に構成されている。本変形例のアンテナ装置は、低域共振周波数ｆ１で動作するときの放射器１２１，１２３間の電磁結合を低減するために、放射器１２３のキャパシタＣ３２及びインダクタＬ３２の位置を、放射器１２１のキャパシタＣ３１及びインダクタＬ３１の位置に対して非対称に構成したことを特徴とする。

図３２は、図２８のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。
第２の実施形態のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するとき、例えば一方の信号源Ｑ３１のみを動作させる場合を考える。信号源Ｑ３１から入力される電流Ｉ１により放射器１２１がループアンテナモードで動作すると、放射器１２１によって発生される磁界により、放射器１２２において、電流Ｉ１と同じ向きの誘導電流である電流Ｉ１１が流れ、この電流Ｉ１１は信号源Ｑ３２まで流れる。接地導体Ｇ１上において、接続点Ｐ３４から接続点Ｐ３２にも電流Ｉ１２が流れる。大きな電流Ｉ１１が流れることにより、放射器１２１，１２２間の電磁結合が高くなる。図３３は、図２８のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。放射器１２１において、信号源Ｑ３１から入力される電流Ｉ２は、放射器１２２からは遠隔した方向に流れ、従って、放射器１２１，１２２間の電磁結合は小さく、放射器１２２や信号源Ｑ３２に流れる誘導電流も小さい。

再び図３１を参照すると、本変形例のアンテナ装置では、放射器１２１，１２３の各放射導体のループは所定の基準軸Ａ５に対して互いに実質的に対称に構成されている。放射器１２１，１２３の互いに対称な各放射導体のループに沿って各給電点から対応する向きに進むとき（すなわち、放射器１２１では反時計回りに進み、放射器１２３では時計回りに進むとき）、放射器１２１では給電点Ｐ３１、インダクタＬ３１、キャパシタＣ３１が順に位置し、放射器１２３では給電点Ｐ３３、キャパシタＣ３２、インダクタＬ３２が順に位置する。結果として、本変形例のアンテナ装置では、放射器１２１において、キャパシタＣ３１はインダクタＬ３１よりも接地導体Ｇ１に近接して設けられる一方、放射器１２３において、インダクタＬ３２はキャパシタＣ３２よりも接地導体Ｇ１に近接して設けられる。このように、放射器１２１，１２３間でキャパシタ及びインダクタの位置を非対称に構成したことにより、放射器１２１，１２３間の電磁結合を低減する。

図３４は、図３１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの電流経路を示す図である。前述のように、低い周波数成分を有する電流は、インダクタは通過できるがキャパシタは通過しづらいという性質がある。従って、信号源Ｑ３１から入力される電流Ｉ１により放射器１２１がループアンテナモードで動作しても、放射器１２３において誘導される電流Ｉ１１は小さくなり、また、放射器１２３から信号源Ｑ３２に流れる電流も小さくなる。このように、図３１のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの放射器１２１，１２３間の電磁結合は小さくなる。図３５は、図３１のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの電流経路を示す図である。この場合は、図３３と同様に、放射器１２１，１２３間の電磁結合は小さい。

第３の実施形態．
図５４は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信装置であって、図１のアンテナ装置を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る無線通信装置は、例えば図５４に示すように携帯電話機として構成されてもよい。図５４の無線通信装置は、図１のアンテナ装置と、無線周波信号処理回路７１と、無線周波信号処理回路７１に接続されたベースバンド信号処理回路７２と、ベースバンド信号処理回路７２に接続されたスピーカ７３及びマイクロホン７４とを備える。アンテナ装置の放射器１００の給電点Ｐ１及び接地導体Ｇ１の接続点Ｐ２は、図１の信号源Ｑ１に代えて、無線周波信号処理回路７１に接続される。

本実施形態の無線通信装置によれば、放射器１００を動作周波数に応じてループアンテナモード及びモノポールアンテナモードのいずれかとして動作させることで、効果的にデュアルバンド動作を実現するとともに、無線通信装置の小型化を達成することができる。

以上説明した各実施形態及び各変形例を組み合わせてもよい。

以下、第１の実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションで用いたソフトウェアは「ＣＳＴ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｔｕｄｉｏ」であり、これを用いてトランジェント解析を行った。給電点の反射エネルギーが入力エネルギーに対して−５０ｄＢ以下となる点をしきい値として収束判定を行った。サブメッシュ法により電流が強く流れる部分は細かくモデリングした。

図３６は、本発明の第１の実施形態の第１の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図であり、図３７は、図３６のアンテナ装置の放射器１００の詳細構成を示す上面図である。キャパシタＣ１は０．５ｐＦの容量を有し、インダクタＬ１は４ｎＨのインダクタンスを有するものを用いた。図３８は、図３６のアンテナ装置の反射係数を表すＳパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。図３８によれば、低域共振周波数ｆ１＝９４７ＭＨｚと高域共振周波数ｆ２＝２２９０ＭＨｚとにおいて反射係数が低下し、デュアルバンド動作を実現していることがわかる。

図３９は、本発明の第１の実施形態の第２の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図であり、図４０は、図３９のアンテナ装置の放射器１０５の詳細構成を示す上面図である。キャパシタは、放射導体１Ｄ，２Ｄの近接部によって形成した。インダクタＬ１は４ｎＨのインダクタンスを有するものを用いた。図４１は、図３９のアンテナ装置の反射係数を表すＳパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。図４１によれば、キャパシタを放射導体１Ｄ，２Ｄの近接部によって形成しても、低域共振周波数ｆ１＝８８２ＭＨｚと高域共振周波数ｆ２＝２２９０ＭＨｚとにおいて反射係数が低下し、デュアルバンド動作を実現していることがわかる。

以下、第２の実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果について説明する。

まず、比較のために、図２８の放射器１２１，１２２のうちの一方のみを有するアンテナ装置（すなわち第１の実施形態のアンテナ装置）を示す。図４２は、本発明の第１の実施形態の第３の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図であり、図４３は、図４２のアンテナ装置の放射器１２１の詳細構成を示す展開図である。小型化のために、図２８の放射導体３１，３２上の点線Ａ１〜Ａ２の位置で放射導体３１，３２を折り曲げた。図４２では、図示の簡単化のために、給電点Ｐ３１、接続点Ｐ３２、及び信号源Ｑ３１をまとめて信号源Ｑ３１の符号で示した。キャパシタＣ３１は２ｐＦの容量を有し、インダクタＬ３１は１．５ｎＨのインダクタンスを有するものを用いた。

図４４は、本発明の第２の実施形態の第１の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図４４のアンテナ装置は図２８のアンテナ装置に対応する。図４４の放射器１２１は図４２の放射器１２１と同様に構成され、放射器１２２は、放射器１２１と対称に構成される。図４５は、本発明の第２の実施形態の第２の実施例に係るアンテナ装置を示す概略図である。図４５のアンテナ装置は図３１のアンテナ装置に対応する。図４５のアンテナ装置は、放射器１２３のキャパシタＣ３２及びインダクタＬ３２の位置が放射器１２２のキャパシタＣ３２及びインダクタＬ３２の位置とは逆であることを除いて、図４４のアンテナ装置と同様に構成される。

図４６は、図４２のアンテナ装置の反射係数を表すＳパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。図４６によれば、低域共振周波数ｆ１＝８８０ＭＨｚにおいて反射係数は−１４．４ｄＢになり、高域共振周波数ｆ２＝２４００ＭＨｚにおいて反射係数が−１２．１ｄＢになり、デュアルバンド動作を実現していることがわかる。

図４７は、図４４のアンテナ装置の反射係数及び通過係数を表すＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の周波数特性を示すグラフである。高域共振周波数ｆ２＝２４００ＭＨｚでは、反射係数及び通過係数の両方とも低くなっている。一方、低域共振周波数ｆ１＝８７０ＭＨｚでは、反射係数は低くなっているものの、放射器１２１，１２２間の電磁結合により、通過係数は−５ｄＢよりも高くなっている。

図４８は、図４５のアンテナ装置の反射係数及び通過係数を表すＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の周波数特性を示すグラフである。放射器１２１，１２３間でキャパシタ及びインダクタの位置を非対称に構成したことにより、アンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの放射器１２１，１２３間の電磁結合を低減することができる。低域共振周波数ｆ１＝８７０ＭＨｚでも、通過係数は−１０ｄＢを下回っている。従って、図４５のアンテナ装置は、低域共振周波数ｆ１及び高域共振周波数ｆ２の両方において低い反射係数及び低い通過係数を達成し、効果的にデュアルバンド動作を実現することができる。

図４９は、図４４のアンテナ装置が低域共振周波数ｆ１で動作するときの−Ｙ側の放射器１２１の放射パターン図であり、図５０は、＋Ｙ側の放射器１２２の放射パターン図である。低域共振周波数ｆ１は８７０ＭＨｚである。図４９及び図５０によれば、ＸＹ面（Ｅθ面）はほぼ無指向性であることがわかる。

図５１は、図４４のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの−Ｙ側の放射器１２１の放射パターン図であり、図５２は、＋Ｙ側の放射器１２２の放射パターン図である。高域共振周波数ｆ２は２４００ＭＨｚである。また、図５３は、図４４のアンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するときの主放射方向を説明するための図である。信号源Ｑ３１のみを動作させる場合を考えると、図５３に示すように接地導体Ｇ１と放射導体３２の間に電流が集中するので、主放射方向が放射器１２２が位置する方向とは逆向きになるので効率よく放射することができ、各放射器１２１，１２２で送受信される信号間の相関も低くすることができる。アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、図５３に示すように放射器１２１上の電流は主に−Ｙ方向に流れ、同様に放射器１２２上の電流は主に＋Ｙ方向に流れるので、図４７に示すように反射係数及び通過係数が低くなる。図４９及び図５０によれば、放射器１２１の主放射方向は−Ｙ方向であり、放射器１２２の主放射方向は＋Ｙ方向である。

放射導体を折り曲げる箇所の位置及び個数は、図４２等に示すものに限定されず、放射導体を少なくとも１カ所で折り曲げて、アンテナ装置のサイズを削減することができる。また、アンテナ装置が高域共振周波数ｆ２で動作するとき、その周波数によっては、電流Ｉ２は、インダクタＬ３１の位置まで又は放射導体３２の端部まで流れることなく、放射導体３２上の所定位置まで、例えば図５３に示すように放射導体３２を折り曲げた位置まで流れてもよい。

以上説明したように、本発明のアンテナ装置は、小型かつ簡単な構成でありながら、マルチバンドで動作可能である。また、本発明のアンテナ装置は、複数の放射器を備えた場合には、アンテナ素子間で互いに低結合であり、複数の無線信号を同時に送受信するように動作可能である。

本発明のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置によれば、例えば携帯電話機として実装することができ、あるいは、無線ＬＡＮ用の装置、ＰＤＡ等として実装することもできる。このアンテナ装置は、例えばＭＩＭＯ通信を行うための無線通信装置に搭載することができるが、ＭＩＭＯに限らず、複数のアプリケーションのための通信を同時に実行可能（マルチアプリケーション）なアダプティブアレーアンテナや最大比合成ダイバーシチアンテナ、フェーズドアレーアンテナといったアレーアンテナ装置に搭載することも可能である。

１，１Ａ〜１Ｈ，２，２Ａ〜２Ｈ，３，３Ａ，１１，１２，２１，２２，３１〜３４…放射導体、
７１…無線周波信号処理回路、
７２…ベースバンド信号処理回路、
７３…スピーカ、
７４…マイクロホン、
１００〜１１２，１００Ａ〜１００Ｄ，１２１〜１２３…放射器、
Ｂ１…誘電体基板、
Ｃ１〜Ｃ６，Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ３２…キャパシタ、
Ｇ１…接地導体、
Ｌ１〜Ｌ５，Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１，Ｌ３２…インダクタ、
Ｐ１，Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ３３…給電点、
Ｐ２，Ｐ３２，Ｐ３４…接続点、
Ｑ１，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ３２…信号源、
Ｓ１…ストリップ導体。

Claims (12)

1. 少なくとも１つの放射器を備えたアンテナ装置において、
   上記各放射器は、
   ループ状の放射導体と、
   上記放射導体のループに沿って所定位置に挿入された少なくとも１つのキャパシタと、
   上記放射導体のループに沿って、上記キャパシタの位置とは異なる所定位置に挿入された少なくとも１つのインダクタと、
   上記放射導体上に設けられた給電点とを備え、
   上記各放射器は、
   上記インダクタ及び上記キャパシタを含み、上記放射導体のループに沿う当該放射器の第１の部分が第１の周波数で共振し、
   上記放射導体のループに沿った区間であって、上記キャパシタを含み、上記インダクタを含まず、上記給電点と上記インダクタとの間に延在する区間を含む当該放射器の第２の部分が、上記第１の周波数より高い第２の周波数で共振するように構成され、
   上記アンテナ装置は接地導体をさらに備え、
   上記各放射器の上記キャパシタ及び上記インダクタは、上記放射導体のループに沿って、上記放射導体と上記接地導体とが互いに近接した部分にそれぞれ設けられ、上記給電点は、上記キャパシタ及び上記インダクタの間に設けられたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記放射導体は、第１の放射導体と第２の放射導体とを含み、
   上記キャパシタは、上記第１及び第２の放射導体の間に生じる容量によって形成されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記インダクタはストリップ導体で構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
4. 上記インダクタはメアンダ状導体で構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
5. 上記アンテナ装置は、上記接地導体と、上記給電点に接続された給電線路とを備えたプリント配線基板を備え、
   上記放射器は上記プリント配線基板上に形成されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
6. 上記アンテナ装置は、少なくとも一対の放射器を含むダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
7. 上記アンテナ装置は複数の放射器を備え、上記複数の放射器は、互いに異なる複数の第１の周波数と、互いに異なる複数の第２の周波数とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
8. 上記放射導体は少なくとも１カ所で折り曲げられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
9. 上記アンテナ装置は、互いに異なる信号源に接続された複数の放射器を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
10. 上記アンテナ装置は、所定の基準軸に対して互いに対称に構成された放射導体をそれぞれ有する第１の放射器及び第２の放射器を備え、
    上記第１及び第２の放射器の各給電点は、上記基準軸に対して対称な位置に設けられ、
    上記第１及び第２の放射器の各放射導体は、上記基準軸に沿って上記第１の放射器の給電点及び上記第２の放射器の給電点から遠ざかるにつれて上記第１及び第２の放射器の間の距離が次第に増大する形状を有することを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
11. 上記アンテナ装置は、第１の放射器及び第２の放射器を備え、上記第１及び第２の放射器の各放射導体のループは所定の基準軸に対して互いに実質的に対称に構成され、
    上記第１及び第２の放射器の上記互いに対称な各放射導体のループに沿って上記各給電点から対応する向きに進むとき、上記第１の放射器では上記給電点、上記インダクタ、上記キャパシタが順に位置し、上記第２の放射器では上記給電点、上記キャパシタ、上記インダクタが順に位置することを特徴とする請求項９又は１０記載のアンテナ装置。
12. 請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。

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