JP5863730B2 - ANTENNA DEVICE AND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、複数の周波数帯で動作するアンテナ装置及び無線通信装置に関する。 The present invention relates to an antenna device and a wireless communication device that operate in a plurality of frequency bands.
近年、特定の構造を有する導体パターンを周期的に配置することで当該構造中を伝搬する電磁波の伝播特性を人工的に制御する技術（メタマテリアル技術）が提案されている。このメタマテリアルの最も基本的な構成要素として知られるものに、環状の導体を周方向の一部で切断したＣ字状のスプリットリング（Ｓｐｌｉｔ Ｒｉｎｇ：以下、ＳＲとする）を用いたＳＲ共振器がある。ＳＲ共振器は、磁界と相互作用することで実効的な透磁率を制御することができる。 In recent years, a technique (metamaterial technique) has been proposed that artificially controls the propagation characteristics of electromagnetic waves propagating through a structure by periodically arranging conductor patterns having a specific structure. What is known as the most basic component of this metamaterial is an SR resonator using a C-shaped split ring (hereinafter referred to as SR) in which an annular conductor is cut at a part in the circumferential direction. There is. The SR resonator can control the effective magnetic permeability by interacting with the magnetic field.
一方、通信機能を有した電子装置（無線通信装置）においては、常に小型化が望まれており、これに伴い、通信を担うアンテナも小型化が要求されている。そこで、ＳＲ共振器を利用してアンテナを小型化する技術が提案されている。例えば、ＳＲ共振器をモノポールアンテナの近傍に配置することで実効透磁率を大きくし、モノポールアンテナを小型化する技術が開示されている（非特許文献１）。また、ＳＲ共振器を、パッチアンテナのパッチとグランドプレーンの間の領域に周期的に配置することで実効透磁率を大きくし、パッチアンテナを小型化する技術が開示されている（非特許文献２）。 On the other hand, electronic devices (wireless communication devices) having a communication function are always desired to be miniaturized, and accordingly, antennas for communication are also required to be miniaturized. Therefore, a technique for miniaturizing an antenna using an SR resonator has been proposed. For example, a technique for increasing the effective magnetic permeability by disposing an SR resonator in the vicinity of a monopole antenna and reducing the size of the monopole antenna is disclosed (Non-Patent Document 1). In addition, a technique for increasing the effective magnetic permeability by periodically disposing SR resonators in a region between the patch and the ground plane of the patch antenna and reducing the size of the patch antenna is disclosed (Non-Patent Document 2). ).
また、これに関連する技術として、誘電体基板に設けられた導体板にスロットを形成し、当該導体版及びスロットが形成される面と異なる面に、当該スロットを跨ぐようにビアを介してスタブを形成することで、共振周波数を高精度に調整することを可能とするアンテナ装置が開示されている（特許文献１）。 As a related technology, a slot is formed in a conductor plate provided on a dielectric substrate, and a stub is formed via a via so as to straddle the slot on a surface different from the surface on which the conductor plate and the slot are formed. An antenna device that can adjust the resonance frequency with high accuracy by forming the antenna is disclosed (Patent Document 1).
しかしながら、非特許文献１、２並びに特許文献１に開示されたアンテナは、１つの周波数帯でしか動作しないため、例えば、無線ＬＡＮのように複数の周波数帯を用いる無線通信規格や、ＧＰＳと無線ＬＡＮといった周波数帯の異なる複数の無線通信規格に対応することが困難であるという問題がある。
However, since the antennas disclosed in
本発明の目的は、上述の課題を解決するアンテナ装置及び無線通信装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an antenna device and a wireless communication device that solve the above-described problems.
本発明のアンテナ装置は、第一の導体層に形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第一のスプリット部及が形成されて連続する第一のＳＲ部と、誘電体層を介して第一の導体層とは異なる平面上に設けられた第二の導体層に第一のＳＲ部と対向するよう形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第三のスプリット部が形成されて連続する第三のＳＲ部とを含む第一のＳＲ共振器と、第一の導体層に形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第二のスプリット部及が形成されて連続する第二のＳＲ部と、第二の導体層に第二のＳＲ部と対向するよう形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第四のスプリット部が形成されて連続する第四のＳＲ部とを含む第二のＳＲ共振器と、第一のスプリット部乃至第四のスプリット部の周方向に間隔を隔てて複数備えられ、第一のＳＲ部と第三のＳＲ部、第二のＳＲ部と第四のＳＲ部とを電気的に接続する導体ビアと、第一の分岐線と、第二の分岐線と、第一の分岐線と第二の分岐線とを接続する分岐部とを有する給電線とを備え、第一の分岐線は、その一端が第一のＳＲ共振器内に設けられた導体ビアに接続し、他端が分岐部まで延伸し、第二の分岐線は、その一端が第二のＳＲ共振器内に設けられた導体ビアに接続し、他端が分岐部まで延伸し、分岐部は、第一のＳＲ共振器内又は第二のＳＲ共振器内に設けられていることを特徴とする The antenna device of the present invention includes a first SR portion formed in the first conductor layer, surrounding the opening and having a first split portion formed in a part of the circumferential direction, and a dielectric layer. A second conductor layer provided on a plane different from the first conductor layer is formed to face the first SR portion, and surrounds the opening and has a third split portion in a part of the circumferential direction. Is formed in the first conductor layer, and surrounds the opening, and a second split portion is formed in a part in the circumferential direction. The second SR portion that is continuous with the second SR portion is formed on the second conductor layer so as to face the second SR portion, and the fourth split portion is formed in a part of the circumferential direction while surrounding the opening. A second SR resonator including a fourth SR section, and a first split section to a fourth spring. A plurality of conductor vias that are spaced apart in the circumferential direction of the first portion, electrically connecting the first SR portion and the third SR portion, and the second SR portion and the fourth SR portion; A branch line connecting the first branch line and the second branch line, and one end of the first branch line is the first branch line. The other end of the second branch line is connected to the conductor via provided in the second SR resonator, and the other end of the second branch line extends to the branch portion. The other end extends to the branch part, and the branch part is provided in the first SR resonator or the second SR resonator.
本発明によれば、複数の周波数帯で動作し、かつ小型なアンテナ装置及び無線通信装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a small antenna device and a wireless communication device that operate in a plurality of frequency bands.
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかるアンテナ装置１０００の構成を示す平面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an
図２（ａ）は、第１の実施形態にかかるアンテナ装置１０００の第一の導体層１の構成を示す平面図である。図２（ｂ）は、第二の導体層２の構成を示す平面図である。
FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the
アンテナ装置１０００は、第一の導体層１と、第一の導体層１とは異なる平面上に形成された第二の導体層２と、導体ビア３と、給電線４とを含んで構成される。
The
第一の導体層１には、第一及び第二の開口部１１、２１が設けられている。第一の導体層１は、第一の開口部１１を囲むとともに周方向の一部に第一のスプリット部１２が形成されて連続する第一のＳＲ部１３を有している。同様に、第一の導体層１は、第二の開口部２１を囲むとともに周方向の一部に第二のスプリット部２２が形成されて連続する第二のＳＲ部２３を有している。
The
第二の導体層２には、第三及び第四の開口部１１ａ、２１ａが設けられている。第二の導体層２は、第三の開口部１１ａを囲むとともに周方向の一部に第三のスプリット部１２ａが形成されて連続する第三のＳＲ部１３ａを有している。同様に、第二の導体層２は、第四の開口部２１ａを囲むとともに周方向の一部に第四のスプリット部２２ａが形成されて連続する第四のＳＲ部２３ａを有している。第一のＳＲ部１３と第三のＳＲ部１３ａとが対向し、第二のＳＲ部２３と第四のＳＲ部２４ａとが対向するように設けられている。なお、第一の導体層１と第二の導体層２との間には誘電体層（不図示）が設けられている。
The
導体ビア３は、第一のＳＲ部１３乃至第四のＳＲ部２３ａの周方向に間隔を隔てて複数備えられ、第一のＳＲ部１３と第三のＳＲ部１３ａ、第二のＳＲ部２３と第四のＳＲ部２３ａをそれぞれ電気的に接続する。
A plurality of
給電線４は、第一の導体層１において第一のＳＲ部１３及び第二のＳＲ部２３と電気的に結合することで伝送線路を形成している。給電線４は、第一の分岐線４１と、第二の分岐線４２と、第一の分岐線４１と第二の分岐線４２とを電気的に接続する分岐部４３とを有する。第一の分岐線４１は、その一端が第一のＳＲ部１３に設けられた導体ビア３に接続し、他端が分岐部４３まで延伸している。第二の分岐線４２は、その一端が第二のＳＲ部２３に設けられた導体ビア３に接続し、他端が分岐部４３まで延伸している。これにより、給電線４は、それぞれのＳＲ共振器に対して、その共振周波数において良好なインピーダンス整合をとることができる。また、第一の分岐線４１と第一のＳＲ部１３との接続位置を調整することで、インピーダンス整合回路を挿入することなく、第一の分岐線４１と第一のＳＲ共振器１００とのインピーダンスを整合することが可能である。また、第二の分岐線４２と第二のＳＲ部２３との接続位置を調整することで、インピーダンス整合回路を挿入することなく、第二の分岐線４２と第二のＳＲ共振器２００とのインピーダンスを整合することが可能である。
The
分岐部４３は、第一の開口部１１内又は第二の開口部２１内に設けられている。図２は、第二の開口部２１内に分岐部４３を設けた態様を示している。図３は、第一の開口部１１内に分岐部４３を設けた態様（アンテナ１０００ａ）を示している。図３における構成は、アンテナ装置１０００と同様である。
The
第一及び第三の開口部１１、１１ａ、第一及び第三のスプリット部１２、１２ａ、第一及び第三のＳＲ部１３、１３ａを含む領域を第一のＳＲ共振器１００と呼ぶ。同様に、第二及び第四の開口部２１、２１ａ、第二及び第四のスプリット部２２、２２ａ、第二及び第四のＳＲ部２３、２３ａを含む領域を第二のＳＲ共振器２００と呼ぶ。
A region including the first and
第一のＳＲ共振器１００と第二のＳＲ共振器２００は、第二の導体層２において第三のＳＲ部１３ａ及び第四のＳＲ部２３ａにより分離されている。
The
第一のスプリット部１２乃至第四のスプリット部２２ａは、第一及び第二のＳＲ共振器１００、２００のキャパシタンスを大きくするために設けられる。
The
次に、本実施形態によるアンテナ装置１０００の動作について説明する。
Next, the operation of the
周波数ｆのＲＦ信号が入力されたＳＲ共振器は、それぞれの開口部の開口縁に沿ってＳＲ部をリング状に流れる電流によって生じるインダクタンスＬと、スプリット部に生じるキャパシタンスＣと、からなるＬＣ直列共振回路として、既知である次式に基づいて、入力されたＲＦ信号を共振させる。π（パイ）は円周率を表す。 An SR resonator to which an RF signal having a frequency f is input has an LC series composed of an inductance L generated by a current flowing in a ring shape through the SR section along the opening edge of each opening section, and a capacitance C generated in the split section. As the resonance circuit, the input RF signal is resonated based on the following known formula. π (pi) represents the circular ratio.
ｆ＝１／２π√ＬＣ・・・・・（式１）
前提として、第一のＳＲ共振器１００の共振周波数をｆ１に設定し、第二のＳＲ共振器２００の共振周波数をｆ２（ｆ２はｆ１と異なる周波数）に設定されているものとする。
f = 1 / 2π√LC (Formula 1)
As a premise, the resonance frequency of the
まず図１には示していないＲＦ回路が給電線４に接続されたＲＦ発振源として、給電線４へ周波数ｆ１のＲＦ信号を出力する。給電線４は、ＲＦ回路から入力した当該周波数ｆ１のＲＦ信号を反射なく伝搬させ、ＲＦ電力を第一のＳＲ共振器１００に出力する。なお第二のＳＲ共振器２００及びこれに接続された分岐線４２による伝送路においては、周波数ｆ１についてのインピーダンス整合を取っていない。そのため、給電線４は、当該周波数ｆ１のＲＦ信号を第二のＳＲ共振器２００へは伝送しない。
First, as an RF oscillation source in which an RF circuit not shown in FIG. 1 is connected to the
周波数ｆ１のＲＦ信号が入力された第一のＳＲ共振器１００は、それぞれ第一の開口部１１及び第三の開口部１１ａの開口縁に沿って第一のＳＲ部１３及び第三のＳＲ部１３ａをリング状に流れる電流によって生じるインダクタンスＬと、第一のスプリット部１２及び第三のスプリット部１２ａに生じるキャパシタンスＣと、からなるＬＣ直列共振回路を形成する。これにより、入力されたＲＦ信号を共振させる。そして、アンテナ装置１０００は、第一のＳＲ共振器１００において生じる共振現象に基づいて周波数ｆ１の電磁波信号を中空に放射する。
The
以上のようにして、本実施形態によるアンテナ装置１０００は周波数ｆ１の電磁波を中空に放射するアンテナとして機能する。
As described above, the
また、図１には示していないＲＦ回路が、給電線４へと周波数ｆ２のＲＦ信号を出力する場合を説明する。給電線４は、ＲＦ回路から入力された当該周波数ｆ２のＲＦ信号を反射なく伝搬させ、ＲＦ電力を第二のＳＲ共振器２００に出力する。なお第一のＳＲ共振器１００及びこれに接続された分岐線４１による伝送路においては、周波数ｆ２についてのインピーダンス整合を取っていない。そのため、給電線４０は、当該周波数ｆ２のＲＦ信号を第一のＳＲ共振器１００へは伝送しない。
A case where an RF circuit not shown in FIG. 1 outputs an RF signal having a frequency f2 to the
周波数ｆ２のＲＦ信号が入力された第一のＳＲ共振器２００は、それぞれ第二の開口部２１及び第四の開口部２１ａの開口縁に沿って第二のＳＲ部２３及び第四のＳＲ部２３ａをリング状に流れる電流によって生じるインダクタンスＬと、第二のスプリット部２２及び第四のスプリット部２２ａに生じるキャパシタンスＣと、からなるＬＣ直列共振回路を形成する。これにより、入力されたＲＦ信号を共振させる。そして、アンテナ装置１０００は、第一のＳＲ共振器２００において生じる共振現象に基づいて周波数ｆ２の電磁波信号を中空に放射する。
The
以上のようにして、本実施形態によるアンテナ装置１０００は周波数ｆ２の電磁波を中空に放射するアンテナ装置としても機能する。
As described above, the
続いて、アンテナインピーダンスのシミュレーション結果を比較するために、アンテナ装置４０００の構成を説明する。
Subsequently, in order to compare the simulation results of the antenna impedance, the configuration of the
図１２は、アンテナ装置４０００の構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the
アンテナ装置４０００は、分岐部が第一の開口部又は第二の開口部の外部に設けられている点が、第１の実施形態にかかるアンテナ装置１０００と異なる。その他の構成は、アンテナ装置１０００と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。
The
図１３は、アンテナ装置４０００のアンテナインピーダンスをシミュレーションした結果を示す図であり、給電線からみた電力の反射量を示している。反射量の値が小さいほど給電線路とＳＲ共振器とのインピーダンスが整合し、電力が良好に入力されていることを表す。ここで、式１における共振周波数ｆ１、ｆ２をそれぞれ５ＧＨｚ、２．４ＧＨｚとする。図１３において、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯の両方の帯域で反射量が小さくなっており、電力が良好に入力されていることがわかる。
FIG. 13 is a diagram showing the result of simulating the antenna impedance of the
図４及び図５に、それぞれアンテナ装置１０００及び１０００ａのアンテナインピーダンスを示す。図４及び図５において、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚの両方の帯域で反射量の値が小さくなっており、マルチバンドアンテナとして良好に動作していることがわかる。すなわち、本実施形態にかかるアンテナ装置１０００及び１０００ａは、マルチバンドアンテナとして良好に動作することがわかる。
4 and 5 show antenna impedances of the
本実施形態によるアンテナ装置１０００によれば、給電線４の第一の分岐線４１は、その一端が第一のＳＲ部１３に設けられた導体ビア３に接続し、他端が分岐部４３まで延伸している。そして、第二の分岐線４２は、その一端が第二のＳＲ部２３に設けられた導体ビア３に接続し、他端が分岐部４３まで延伸している。また、第一の導体層１に形成された第一の開口部１１内又は第二の開口部２１内に給電線４の分岐部４３を設けている。これにより、所定のインピーダンス整合回路を挿入する必要がなく、一つのＳＲ共振器、一つの伝送路及び一つのＲＦ回路の組み合わせを複数個備えるよりも小型でありながら、複数の周波数帯で動作するアンテナ装置を実現することができる。
According to the
本実施形態では、給電線４を第一の導体層１に配線する例を説明した。給電線４を第二の導体層２に配線する場合も、同様の効果を奏する。この場合、第一の分岐線４１は、その一端が第三のＳＲ部１３ａに設けられた導体ビア３に接続し、他端が分岐部４３まで延伸している。第二の分岐線４２は、その一端が第四のＳＲ部２３ａに設けられた導体ビア３に接続し、他端が分岐部４３まで延伸している。そして、第一のＳＲ共振器１００と第二のＳＲ共振器２００は、第一の導体層１において第一のＳＲ部１３及び第二のＳＲ部２３により分離される。
In the present embodiment, the example in which the
上述のアンテナ装置１０００を、通信機能を備えた無線通信装置に少なくとも一つ備えることができる。アンテナ装置１０００の小型化を図ることができるため、装置全体の小型化も可能となる。
At least one of the
上述の動作の説明では、ＲＦ回路は、期間を分けて周波数ｆ１、ｆ２のＲＦ信号を個々に出力するように記載したが、周波数ｆ１及びｆ２のＲＦ信号を重畳して同時に出力してもよい。 In the above description of the operation, it has been described that the RF circuit outputs the RF signals of the frequencies f1 and f2 separately for each period, but the RF signals of the frequencies f1 and f2 may be superimposed and output simultaneously. .
また、アンテナ装置１０００が無線信号の送信側として電磁波を放射するアンテナ装置である場合を説明したが、アンテナ装置１０００は無線信号の受信側として電磁波を受信することも可能である。すなわち、アンテナ装置１０００は、外部から中空を伝搬する周波数ｆ１またはｆ２の電磁波を受信して、当該受信したＲＦ信号をＲＦ回路（受信回路）へと出力することもできる。この場合の動作手順は、上述した放射する際の動作と逆の手順となる。
Although the case where the
［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態にかかるアンテナ装置２０００の構成を示す斜視図である。図７は、図６のＡ−Ａ´断面図である。本実施形態では、第二の導体層が複数層積層されている点が第１の実施形態と異なる。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the
アンテナ装置２０００は、誘電体層３１と導体層３２とが積層された導体基板３０と、導体基板３０に形成された第五のＳＲ共振器（５ＧＨｚ帯ＳＲ共振器）３００と、第六のＳＲ共振器（２．４ＧＨｚ帯ＳＲ共振器）４００と、導体ビア３´と、給電線４´とを含む。５ＧＨｚ帯ＳＲ共振器３００は第１及び２の実施形態における第一のＳＲ共振器１００に対応し、２．４ＧＨｚ帯ＳＲ共振器４００は、第二のＳＲ共振器２００に対応する。
The
導体基板３０は、図７に示すように誘電体層３１と導体層３２とが交互に積層された層を複数層含む。本実施形態では、導体基板３０は、一例として第１層乃至第６層を含む。第１層乃至第５層は誘電体層３１と導体層３２とから成り、第６層は導体層３２からなる。
As shown in FIG. 7, the
誘電体層３１の材料は、例えば、プリント基板に用いられるガラスエポキシ基板やセラミック基板等が用いられる。導体層３２は、例えば、銅箔パターン等の導電性金属パターンを含む。
As the material of the
第１層が最外面に有する導体層を第一の導体層３２ａとも呼ぶ。第一の導体層３２ａには、第五の開口部及び第六の開口部が形成されている。そして、第五の開口部の周囲に、第五のスプリット部１２´の部分を切り欠いた略Ｃ字状(又は、Ｃ字状（以下、同様）)の導体層が第五のＳＲ部１３´として形成されている。また、同様にして、第六の開口部の周囲に、第六のスプリット部２２´の部分を切り欠いた略Ｃ字状の導体層が第六のＳＲ部２３´として形成されている。
The conductor layer that the first layer has on the outermost surface is also referred to as a
第２層乃至第６層が有する導体層には、第七の開口部及び第八の開口部が形成されている。そして、第七の開口部の周囲に、第七のスプリット部１２ａ´の部分を切り欠いた略Ｃ字状の導体層が第七のＳＲ部１３ａ´として形成されている。また、同様にして、第八の開口部の周囲に、第八のスプリット部２２ａ´の部分を切り欠いた略Ｃ字状の導体層が第八のＳＲ部２３ａ´として形成されている。すなわち、第七及び第八のＳＲ部１３ａ´、２３ａ´は、第２層乃至第６層の合計５層を有する。しかし、この層数は５層に限定されるものではない。
A seventh opening and an eighth opening are formed in the conductor layers included in the second to sixth layers. A substantially C-shaped conductor layer in which a portion of the
第五のＳＲ部１３´と第七のＳＲ部１３ａ´とが対向しており、第六のＳＲ部２３´と第八のＳＲ部２３ａ´とが対向している。
The
第１層は、後述する給電線４´をも配線する（引き出す）層である。 The first layer is a layer for wiring (leading out) a later-described feed line 4 '.
開口部は、導体層３２を有しない誘電体層３１のみの層となっている。
The opening is a layer of only the
導体ビア３´は、開口部を囲むように所定間隔で設けられている。導体ビア３´は、誘電体層３１を貫通し、第五のＳＲ部１３´と第七のＳＲ部１３ａ´、第六のＳＲ部２３´と第八のＳＲ部２３ａ´をそれぞれ電気的に接続する。導体ビア３´を設ける間隔は、例えば１ｍｍ（ミリメートル）である。
The conductor vias 3 ′ are provided at a predetermined interval so as to surround the opening. The conductor via 3 ′ penetrates the
給電線４´は、第一の分岐線４１´と、第二の分岐線４２´と、第一の分岐線４１´と第二の分岐線４２´とを電気的に接続する分岐部４３´とを有する。給電線４´の第一の分岐線４１´は、その一端が第五のＳＲ部１３´に設けられた導体ビア３´（給電点５ａ）に接続し、他端が分岐部４３´まで延伸している。同様に、第二の分岐線４２´は、その一端が第六のＳＲ部２３´に設けられた導体ビア３´（給電点５ｂ）に接続し、他端が分岐部４３´まで延伸している。これにより、それぞれのＳＲ共振器に対して、その共振周波数において良好なインピーダンス整合をとることができる。また、第一の分岐線４１´と第五のＳＲ部１３´との接続位置を調整することで、インピーダンス整合回路を挿入することなく、第一の分岐線４１´と第五のＳＲ共振器３００とのインピーダンスを整合することが可能である。また、第二の分岐線４２´と第六のＳＲ部２３´との接続位置を調整することで、インピーダンス整合回路を挿入することなく、第二の分岐線４２´と第六のＳＲ共振器４００とのインピーダンスを整合することが可能である。
The
給電線４´は、図示していない無線部（高周波回路）から給電された信号を分岐部で分岐し、給電点５ａ及び給電点５ｂ（以下、総称して「給電点５」とも言う）との間で高周波電流を受給電する。
The
分岐部４３´は第五の開口部１１´内又は第六の開口部２１´内に設けられる。
The
給電点５では、少なくとも１つの導体ビア３´により、例えば第６層における給電線４´と他の層における導体層とを導通させる。
At the
第五及び第七の開口部１１´、１１ａ´、第五及び第七のスプリット部１２´、１２ａ´、第五及び第七のＳＲ部１３´、１３ａ´を含む領域を第五のＳＲ共振器（５ＧＨｚ帯ＳＲ共振器）３００と呼ぶ。同様に、第六及び第八の開口部、第六及び第八のスプリット部２２´、２２ａ´、第六及び第八のＳＲ部２３´、２３ａ´を含む領域を第六のＳＲ共振器（２．４ＧＨｚ帯ＳＲ共振器）４００と呼ぶ。
The region including the fifth and
第五及び第六のＳＲ共振器３００、４００は、それぞれ順に、スプリット部１２´及び２２´が設けられた辺が導体基板３０の同一の端面に露出するように該導体基板３０に形成されている。
The fifth and
第五のＳＲ共振器３００と第六のＳＲ共振器４００は、第２層乃至第６層が有する導体層において第七のＳＲ部１３ａ´及び第八のＳＲ部２３ａ´により分離されている。
The
第五のスプリット部１２´乃至第八のスプリット部２２ａ´は、第五及び第六のＳＲ共振器３００、４００のキャパシタンスを大きくするために設けられる。
The
また、給電線４´は、長手方向に対する垂直の断面が矩形状の導体パターンを有することにより、無線部における入出力インピーダンスと整合されているものとする。
Further, it is assumed that the
給電線４１´及び４２´の周囲には、上述した各無線部に接続される際に、周囲の導体層と短絡しないように間隙（クリアランス）７が設けられている。そのクリアランスは、例えば０．５ｍｍである。
A gap (clearance) 7 is provided around the
一例として、給電線４´を第１層に配線する構成を説明した。しかし、他の導体層に給電線４´を配線することもできる。また、各層間を貫通する導体ビア３´に給電線４´を接続することで誘電体層に配線することもできる。
As an example, the configuration in which the
続いて、第五のＳＲ共振器（５ＧＨｚ帯ＳＲ共振器）３００及び第六のＳＲ共振器（２．４ＧＨｚ帯ＳＲ共振器）４００が、それぞれ順に５ＧＨｚ帯及び２．４ＧＨｚ帯の周波数で共振する際の動作について説明する。 Subsequently, the fifth SR resonator (5 GHz band SR resonator) 300 and the sixth SR resonator (2.4 GHz band SR resonator) 400 resonate in order at frequencies of 5 GHz band and 2.4 GHz band, respectively. The operation at that time will be described.
第五及び第六のＳＲ共振器３００及び４００は、それぞれの開口部の開口縁に沿ってＳＲ部をリング状に流れる電流によって生じるインダクタンスＬと、スプリット部に生じるキャパシタンスＣとによって上述したそれぞれの周波数帯でそれぞれ共振する。
The fifth and
第五及び第六のＳＲ共振器３００及び４００は、キャパシタンスＣを得るために、スプリット部１２´、１２ａ´及びスプリット部２２´、２２ａ´において、スプリット部１２´、１２ａ´及びスプリット部２２´、２２ａ´の開口端部から開口部に向って直角に折り込まれた対向する（対となる）電極６１及び６２（以下、「対向電極６１」及び「対向電極６２」、また、総称して「対向電極６」とも言う）をそれぞれ有する。対向電極６は、各層の導体層３２に形成されている。
In order to obtain capacitance C, the fifth and
キャパシタンスＣは、各層における対向電極が導体基板３０の厚さ方向に形成する面積Ｓと、対向電極間の距離ｄと、誘電体層３が有する誘電率ε（イプシロン）により、既知である次式に基づいてそれぞれ得られる。
The capacitance C is known by the following equation based on the area S formed by the counter electrode in each layer in the thickness direction of the
Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ・・・・・（式２）、
そして、第五の共振器３００及び第六のＳＲ共振器４００は、上述した対向電極６間におけるキャパシタンスＣと、開口部の外周を囲む長さである線路長によるインダクタンスＬとにより、式１に基づいて、それぞれ順に５ＧＨｚ帯及び２．４ＧＨｚ帯の周波数ｆで共振する。
C = ε × S / d (Equation 2)
The
ここで、面積Ｓは、各層のうちの導体層３２の厚み（高さ）、すなわち対向電極６の厚み（高さ）の合計と、スプリット部の開口端部から開口部に向って直角に折り込まれた対向電極６の長さとの積である。
Here, the area S is folded at a right angle from the opening end of the split portion toward the opening, and the total thickness (height) of the
対向電極６の合計高さは、例えば６層の場合で０．８ｍｍである。また、対向電極６の長さは、第五及び第六のＳＲ共振器３００及び４００で、それぞれ順に、例えば３．５ｍｍ及び２．５ｍｍである。
The total height of the
本実施形態では、図６に示すように、一例として第五のＳＲ共振器３００においては第１層と第６層のみに対向電極６を有し、第六のＳＲ共振器４００においては６層全てに対向電極６を有している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, as an example, the
本実施形態では、図６に示すように、一例としてスプリット部における対向電極６において導体層間を導通させる導体ビア３´は設けていない。しかし、スプリット部における対向電極６において導体ビア３´を適宜に設けるようにしてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, as an example, the conductor via 3 ′ that conducts between the conductor layers is not provided in the
式２により、例えば対向電極６の長さを長くすることや対向電極６をなす導体層の層数を増やすことで面積Ｓを大きくしたり、距離ｄを短くしたりすることにより対向電極６間のキャパシタンスＣを増やすことができる。一方で、共振周波数ｆは、目的とする上述した周波数帯で一定とされる必要があるので、式１により、インダクタンスＬを小さくする必要がある。すなわち、開口部の外周を囲む長さである線路長を短くする必要がある。この結果、ＳＲ共振器アンテナのサイズを小さくすることができる。
According to
本実施形態によるアンテナ装置２０００によれば、給電線４´の第一の分岐線４１´は、その一端が第五のＳＲ部１３´に設けられた導体ビア３´に接続し、他端が分岐部４３´まで延伸している。そして、第二の分岐線４２´は、その一端が第六のＳＲ部２３´に設けられた導体ビア３´に接続し、他端が分岐部４３´まで延伸している。また、第一の導体層３２ａに形成された第五の開口部内又は第六の開口部内に給電線４´の分岐部４３´を設け、第２層乃至第６層が有する導体層において第七のＳＲ部１３ａ´及び第八のＳＲ部２３ａ´により第五及び第六のＳＲ共振器３００、４００を分離している。これにより、所定のインピーダンス整合回路を挿入する必要がなく、一つのＳＲ共振器、一つの伝送路及び一つのＲＦ回路の組み合わせを複数個備えるよりも小型でありながら、複数の周波数帯で動作するアンテナ装置を実現することができる。
According to the
上述したようなアンテナ装置２０００は、通信機能を備えた無線通信装置に少なくとも一つ備えることができる。このような無線通信装置は、アンテナ装置２０００の小型化を図ることができるので、装置全体を小型化することが可能となる。
The
上述した第五及び第六のＳＲ共振器３００及び４００は、それぞれのＳＲ共振器が単独の状態で、それぞれの共振周波数において共振するように設計されている。
The fifth and
第五のＳＲ共振器３００における給電線とスプリット部、及び第六のＳＲ共振器４００における給電線とスプリット部の位置をそれぞれ入れ替えることにより、２つのＳＲ共振器を左右入れ替えて配置してもよい。
The two SR resonators may be arranged in the left-right direction by exchanging the positions of the feed line and the split part in the
また、上述した形状のＳＲ共振器に限らず、ＳＲ共振器を成す形状であれば、他の形状でも構わない。 Further, the present invention is not limited to the SR resonator having the above-described shape, and other shapes may be used as long as the SR resonator is formed.
アンテナ装置２０００の分岐線４´とＳＲ共振器３００、４００との接続は、図６に示す態様に限定されない。図８は、アンテナ装置２０００の変形例であるアンテナ装置２０００ａの構成を示す図である。図８では、アンテナ装置２０００における第１の導体層１に相当する層のみを示している。その他の構成は、アンテナ装置２０００と同様である。
The connection between the
図８に示すように、第一の分岐線４１´が、第五のＳＲ共振器３００の第五のスプリット部１２´に対して第六のＳＲ共振器４００から遠い側に位置する左腕部１３１´に接続してもよい。同様に、第二の分岐線４２´が、第六のＳＲ共振器４００の第六のスプリット部２´に対して第五のＳＲ共振器３００から遠い側に位置する右腕部２３１´に接続しているような構成であってもよい。図８に示すような構成の場合も、それぞれのＳＲ共振器に対して、その共振周波数において良好なインピーダンス整合をとることができる。この場合も、第一の分岐線４１´と左腕部１３１´との接続位置を調整することで、インピーダンス整合回路を挿入することなく、第一の分岐線４１´と第五のＳＲ共振器３００とのインピーダンスを整合することが可能である。また、第二の分岐線４２´と右腕部２３１´との接続位置を調整することで、インピーダンス整合回路を挿入することなく、第二の分岐線４２´と第六のＳＲ共振器４００とのインピーダンスを整合することが可能である。
As shown in FIG. 8, the
［第３の実施形態］
図９（ａ）は、第３の実施形態にかかるアンテナ装置３０００の外観を示す図である。図９（ｂ）は、アンテナ装置３０００の構成を示す図である。
[Third Embodiment]
FIG. 9A is a diagram illustrating an appearance of an
図１０は、第１及び第２の実施形態にかかるアンテナ装置と本実施形態にかかるアンテナ装置３０００とを比較するための図である。
FIG. 10 is a diagram for comparing the antenna device according to the first and second embodiments and the
第１及び第２の実施形態におけるアンテナ装置では、同一の導体層内において第一及び第二の分岐線がそれぞれのＳＲ共振器に接続する位置を調整することでインピーダンスを整合する。これに対し、アンテナ装置３０００では、隣接する第一のＳＲ部と第二のＳＲ部の一部、および第三のＳＲ部と第四のＳＲ部の一部を共通化し、共通化した部分に給電線８を配線している。すなわち、導体層の厚さ方向にインピーダンス整合部を設け、第一のＳＲ共振器のインピーダンス整合を行う部分と第二のＳＲ共振器のインピーダンス整合を行う部分とを共通化している。具体的には、第一の導体層に配線された給電線８をグランドに戻す際、第１及び第２の実施形態にかかるアンテナ装置では給電線の分岐線を各ＳＲ共振器のＳＲ部に接続しているのに対し、アンテナ装置３０００では、第三のＳＲ部と第四のＳＲ部の一部を共通化した部分に基板の厚さ方向に給電線を配線し、下層のグランドと接続する。その他の構成は、第１及び第２の実施形態にかかるアンテナ装置と同様である。
In the antenna devices according to the first and second embodiments, impedances are matched by adjusting the positions where the first and second branch lines are connected to the respective SR resonators in the same conductor layer. On the other hand, in the
図１１は、アンテナ装置３０００のアンテナインピーダンスを示す。図１１において、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚの両方の帯域で反射量の値が小さくなっており、マルチバンドアンテナとして良好に動作していることがわかる。すなわち、本実施形態にかかるアンテナ装置３０００は、マルチバンドアンテナとして良好に動作することがわかる。
FIG. 11 shows the antenna impedance of the
本実施形態によるアンテナ装置３０００によれば、図１０に示すように、第１及び第２の実施形態におけるアンテナ装置よりもさらに小型なアンテナ装置を実現することができる。
According to the
［他の実施形態］
以上述べた実施形態では、第一及び第二の分岐線は第一の導体層又は第二の導体層と同じ層に設けたが、別の層に設けてもよい。具体的には、誘電体層内に第一及び第二の導体層とは別の層として形成してもよい。その場合、ＳＲ部を切断して給電線を通す必要がない。
[Other Embodiments]
In the embodiment described above, the first and second branch lines are provided in the same layer as the first conductor layer or the second conductor layer, but may be provided in another layer. Specifically, the dielectric layer may be formed as a layer different from the first and second conductor layers. In that case, it is not necessary to cut the SR section and pass the power supply line.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, unless it deviates from the meaning of this invention, another modification and an application example are included. .
１０００、１０００ａ、２０００、２０００ａ、３０００、４０００ アンテナ装置
１００、２００、３００、４００ ＳＲ共振器
１ 第一の導体層
２ 第二の導体層
３、３´ 導体ビア
４、４´ 給電線
４１、４１´ 第一の分岐線
４２、４２´ 第二の分岐線
４３、４３´ 分岐部
５、５ａ、５ｂ 給電点
６、６１、６２ 対向電極
７ クリアランス
８ 給電線
１１、１１ａ、２１、２１ａ 開口部
１２、１２ａ、２２、２２ａ、１２´、１２ａ´、２２´、２２ａ´ スプリット部
１３、１３ａ、２３、２３ａ、１３´、１３ａ´、２３´、２３ａ´ ＳＲ部
３０ 導体基板
３１ 誘電体層
３２ 導体層
３２ａ 第一の導体層
１３１´ 左腕部
２３１´ 右腕部
1000, 1000a, 2000, 2000a, 3000, 4000
Claims (10)
前記第一の導体層に形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第二のスプリット部及が形成されて連続する第二のＳＲ部と、前記第二の導体層に前記第二のＳＲ部と対向するよう形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第四のスプリット部が形成されて連続する第四のＳＲ部とを含む第二のＳＲ共振器と、
前記第一のスプリット部乃至前記第四のスプリット部の周方向に間隔を隔てて複数備えられ、前記第一のＳＲ部と前記第三のＳＲ部、前記第二のＳＲ部と前記第四のＳＲ部とを電気的に接続する導体ビアと、
第一の分岐線と、第二の分岐線と、前記第一の分岐線と前記第二の分岐線とを接続する分岐部とを有する給電線とを備え、
前記第一の分岐線は、その一端が前記第一のＳＲ共振器内に設けられた導体ビアに接続し、他端が前記分岐部まで延伸し、
前記第二の分岐線は、その一端が前記第二のＳＲ共振器内に設けられた導体ビアに接続し、他端が前記分岐部まで延伸し、
前記分岐部は、前記第一のＳＲ共振器内又は前記第二のＳＲ共振器内に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 A first SR (split ring) portion formed on the first conductor layer, surrounding the opening and having a first split portion formed in a part of the circumferential direction and continuing, and the dielectric layer interposed therebetween A second conductor layer provided on a different plane from the first conductor layer is formed to face the first SR portion, and surrounds the opening and has a third split portion in a part of the circumferential direction. A first SR resonator including a third SR portion formed and continuous;
A second SR portion formed on the first conductor layer, surrounding the opening and having a second split portion formed in a part of the circumferential direction, and the second conductor layer; A second SR resonator including a fourth SR portion that is formed so as to face the SR portion, surrounds the opening, and has a fourth split portion formed continuously in a part of the circumferential direction;
A plurality of the first split part to the fourth split part are provided at intervals in the circumferential direction, the first SR part, the third SR part, the second SR part, and the fourth split part. A conductor via for electrically connecting the SR portion;
A power supply line having a first branch line, a second branch line, and a branch part connecting the first branch line and the second branch line;
One end of the first branch line is connected to a conductor via provided in the first SR resonator, and the other end extends to the branch portion.
The second branch line has one end connected to a conductor via provided in the second SR resonator, and the other end extending to the branch.
The antenna device according to claim 1, wherein the branch portion is provided in the first SR resonator or the second SR resonator.
前記第二の分岐線は、その一端が前記第二のＳＲ部に設けられた導体ビアに接続し、他端が前記分岐部まで延伸し、
前記第二の導体層を少なくとも一層有する、請求項１に記載のアンテナ装置。 The first branch line has one end connected to a conductor via provided in the first SR part, and the other end extending to the branch part,
The second branch line has one end connected to a conductor via provided in the second SR part, and the other end extending to the branch part,
The antenna device according to claim 1, comprising at least one second conductor layer.
前記第二の分岐線は、その一端が前記第四のＳＲ部に設けられた導体ビアに接続し、他端が前記分岐部まで延伸し、
前記第一の導体層を少なくとも一層有する、請求項１に記載のアンテナ装置。 The first branch line has one end connected to a conductor via provided in the third SR part, and the other end extending to the branch part,
The second branch line has one end connected to a conductor via provided in the fourth SR part, and the other end extending to the branch part,
The antenna device according to claim 1, comprising at least one first conductor layer.
前記第一及び第二の分岐線は、その一端が前記誘電体層を貫通する導体ビアに接続し、他端が前記分岐部まで延伸する、請求項１に記載のアンテナ装置。 The feeder is provided in the dielectric layer;
2. The antenna device according to claim 1, wherein one end of each of the first and second branch lines is connected to a conductor via passing through the dielectric layer, and the other end extends to the branch portion.
前記第二の導体層は、少なくともその外周の一部に直線状に形成された辺を有し、前記第三のスプリット部と前記第四のスプリット部は、同一の辺上に形成されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 The first conductor layer has a side formed in a straight line at least at a part of its outer periphery, and the first split part and the second split part are formed on the same side,
The second conductor layer has a side formed in a straight line at least at a part of the outer periphery thereof, and the third split part and the fourth split part are formed on the same side. The antenna device according to any one of claims 1 to 5.
前記第二の分岐線と前記第二のＳＲ共振器との接続点が、前記第二のスプリット部に対して前記第一のＳＲ共振器に近い側に位置する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 A connection point between the first branch line and the first SR resonator is located on a side closer to the second SR resonator with respect to the first split portion,
The connection point between the second branch line and the second SR resonator is located on a side closer to the first SR resonator with respect to the second split portion. An antenna device according to claim 1.
前記第二の分岐線と前記第二のＳＲ共振器との接続点が、前記第二のスプリット部に対して前記第一のＳＲ共振器に遠い側に位置する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 A connection point between the first branch line and the first SR resonator is located on a side farther from the second SR resonator than the first split portion,
The connection point between the second branch line and the second SR resonator is located on a side farther from the first SR resonator than the second split portion. The antenna device according to one item.
前記第一の導体層に形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第二のスプリット部及が形成されて連続する第二のＳＲ部と、前記第二の導体層に前記第二のＳＲ部と対向するよう形成され、開口部を囲むとともに周方向の一部に第四のスプリット部が形成されて連続する第四のＳＲ部とを含む第二のＳＲ共振器と、
前記第一のＳＲ部と前記第二のＳＲ部の一部を共通化した箇所に設けられた給電線とを備え、
前記第三のＳＲ部と前記第四のＳＲ部の一部を共通化して前記給電線と前記第一及び第二のＳＲ共振器とのインピーダンスを整合することを特徴とするアンテナ装置。 A first SR portion formed on the first conductor layer and surrounding the opening and having a first split portion formed in a part of the circumferential direction and continuing, and on a plane different from the first conductor layer The third SR portion is formed in the second conductor layer provided on the surface of the second SR layer so as to face the first SR portion, and surrounds the opening and has a third split portion formed in a part of the circumferential direction. A first SR resonator comprising:
A second SR portion formed on the first conductor layer, surrounding the opening and having a second split portion formed in a part of the circumferential direction, and the second conductor layer; A second SR resonator including a fourth SR portion that is formed so as to face the SR portion, surrounds the opening, and has a fourth split portion formed continuously in a part of the circumferential direction;
A power supply line provided at a location where a part of the first SR part and the second SR part are shared,
An antenna device characterized in that a part of the third SR part and the fourth SR part are shared to match impedances of the feeder line and the first and second SR resonators.
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