JP5920151B2 - アンテナ装置および通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナ装置および通信装置に関する。
近年、無線通信事業の急速な成長に伴い、移動体端末装置は、様々な無線通信規格に準拠した各種無線通信サービスに対応することが要求されている。無線通信サービスとしては、例えば、Third Generation Partnership Project（３ＧＰＰ）で規格化されたLong Term Evolution（ＬＴＥ）が挙げられる。また、例えば、IEEE802.11に準拠したWireless Fidelity（ＷｉＦｉ）、IEEE802.15.1に準拠したBluetooth（登録商標）、およびIEEE802.16eに準拠したWorldwide Interoperability for Microwave Access（ＷｉＭａｘ）が挙げられる。さらに、使用周波数帯域が1.563〜1.578GHzであるGlobal Positioning System（ＧＰＳ）が挙げられる。
移動体端末装置と基地局装置等の他の装置との間で送受信される無線信号に用いられる周波数帯域は、上述したような各種の無線通信サービスに応じて異なる。そこで、各種の無線通信サービスに移動体端末装置が対応し得るように構成するためには、広範囲の周波数帯域に渡って無線信号を送受信し得るアンテナが移動体端末装置に実装される必要がある。
一方、近年、移動体端末装置は、小型化および薄型化されている。移動体端末装置をより小型化および薄型化するためには、移動体端末装置に実装されるアンテナもより小型化および薄型化する必要がある。
なお、基板、放射電極、接地電極、インピーダンス整合素子、およびスイッチを有する次のようなアンテナ装置が知られている。放射電極は、広帯域に渡って無線信号を送受信し得るように形成され、基板上に設けられる。接地電極は、基板の裏面に設けられる。給電線は、放射電極と給電点を介して接続され、基板上に設けられる。インピーダンス整合素子は、給電点から所定の距離の位置に設けられる。インピーダンス整合素子の一端は、基板裏面に配置された接地電極と接続し、他端は、スイッチを介して放射電極と並列に給電線と接続するように設けられる。所定の制御信号に従ってスイッチが動作し、インピーダンス整合素子と給電線とが接続されると、インピーダンス整合素子によって、所定の周波数を持つ信号に対して放射電極のインピーダンスが整合される。
また、メインアンテナ、アンテナ調整部、およびスイッチング部を含む次のようなアンテナ装置が知られている。アンテナ調整部は、固定長のメインアンテナの一側に接続され、端末機の送受信品質（又は、周辺環境の変化）によって１つ以上のサブアンテナをメインアンテナに接続して、メインアンテナの長さを変化させる。スイッチング部は、端末機の動作周波数バンドによってスイッチを動作させて、メインアンテナ又は所定の周波数バンドに対応する別途のアンテナを整合回路に接続する。
さらに、接地導体、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、および給電点を備える次のようなアンテナ装置が知られている。第１のアンテナ素子は、相対的に短い第１辺と相対的に長い第２辺から構成され、基本モードおよび高次モードの共振周波数で動作する逆L形状のアンテナである。給電点は、接地導体と第１のアンテナ素子の第１辺との間に設けられる。第２のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子の第１辺にその一端が結合され、第１のアンテナ素子と給電点との間に逆L形状を形成するアンテナである。第２のアンテナ素子は、第２のアンテナ素子のアンテナ長を選択的に変更可能な第１のスイッチと、給電点と第２のアンテナ素子とを選択的に接続する第２のスイッチとを有する。アンテナ装置は、第１および第２のスイッチの開閉に応じて異なる周波数帯域で動作する。
特開２０１１−１５５６２６号公報 特開２００６−８１１８１号公報 特開２００９−７６９６１号公報
本発明が解決しようとする課題は、広範囲の周波数帯域において良好なアンテナ特性が得られる小型のアンテナ装置を提供することである。
一実施形態に従ったアンテナ装置は、基板、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、接地導体、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１の整合素子、第２の整合素子、および第３のスイッチを含む。第１のアンテナ素子は、基板の表面に配置される。第２のアンテナ素子は、基板の表面に配置される。接地導体は、基板の表面から所定の深さに配置され、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子の下方には配置されない。給電線は、基板の表面に配置され、第１のアンテナ素子内の給電点と接続する。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、給電点から所定の距離で給電線にそれぞれ配置される。第１の整合素子は、給電線と接地導体との間に配置され、第１のスイッチがオンにされると給電線と並列に接続される。第２の整合素子は、給電線と接地導体との間に配置され、第２のスイッチがオンにされると給電線と並列に接続される。第３のスイッチは、第１のアンテナ素子における給電点とは異なる位置と第２のアンテナ素子との間に配置され、第２のアンテナ素子の第１のアンテナ素子への接続状態を切り替える。
実施形態に従えば、広範囲の周波数帯域において良好なアンテナ特性が得られる小型のアンテナ装置を実現することができる。
第１の実施形態に従ったアンテナ装置の概略的な上面図である。 第１の実施形態に従ったアンテナ装置の概略的な部分的斜視図である。 第１の実施形態に従ったアンテナ装置の概略的な側面図である。 第１の実施形態に従った第１のアンテナ素子の展開図である。 第１の実施形態に従ったアンテナ装置の回路図である。 第１の実施形態に従ったアンテナ装置の動作モードの説明図である。 図６に示した動作モードとトータル効率の周波数特性との関係の説明図である。 線路の厚さと損失との関係図である。 シミュレーションを行った第１の実施形態のアンテナ装置の各部の寸法の第１の説明図である。 シミュレーションを行った第１の実施形態のアンテナ装置の各部の寸法の第２の説明図である。 シミュレーションを行った第１の実施形態のアンテナ装置の各部の寸法の第３の説明図である。 シミュレーションを行った比較対象のアンテナ装置の回路図である。 第１の実施形態のアンテナ装置の反射係数Ｓ11の周波数特性図である。 比較対象のアンテナ装置の反射係数Ｓ11の周波数特性図である。 第１の実施形態のアンテナ装置のトータル効率の周波数特性図である。 比較対象のアンテナ装置のトータル効率の周波数特性図である。 第１の実施形態に従ったアンテナ装置の設計手順の例図である。 第１の実施形態に従った各アンテナ素子の長さの説明図である。 第１の実施形態に従ったアンテナの共振周波数の説明図である。 第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との接続位置の説明図である。 第２のアンテナ素子の接続位置と第１のアンテナ素子の動作周波数帯域幅との関係図である。 第２の動作モードでのインピーダンス整合の説明図である。 第４の動作モードにおけるインピーダンス整合の説明図である。 第２の実施形態に従ったアンテナ装置の動作モードの説明図である。 図２４に示した動作モードと反射係数Ｓ11の周波数特性との関係の説明図である。 第２の実施形態に従ったアンテナ装置の設計手順の例図である。 第３の実施形態に従ったアンテナ装置の上面図である。 第３の実施形態に従ったアンテナ装置の断面図である。 第３の実施形態に従ったアンテナ装置の反射係数Ｓ11の周波数特性図である。 第３の実施形態に従ったアンテナ装置のトータル効率の周波数特性図である。 実施形態に従ったアンテナ装置を含む通信装置の概略図である。 記憶装置に記憶される動作モード管理テーブルの例図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の概略的な上面図である。図２は、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の概略的な部分的斜視図である。図３は、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の概略的な側面図である。
図１〜図３に示すように、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、基板１０、接地導体２０、第１のアンテナ素子３０、第２のアンテナ素子４０、給電線５０、第１の整合素子６１、第２の整合素子６２、第１のスイッチ７１、第２のスイッチ７２、および第３のスイッチ７３を含む。
なお、以下の説明において、特に説明されない限り、用語「高さ」は、図１の垂直方向（図１のＸ軸方向）の長さを指し、用語「幅」は、図１の水平方向（Ｙ軸方向）の長さを指し、用語「厚さ」は、図１の上方方向（Ｚ軸方向）の長さを指す。
基板１０は、誘電体または磁性体で形成される。例えば、基板１０は、ガラスエポキシ、セラミック、またはフェライトにより形成される。基板１０は、矩形の表面を有する薄板であり、基板１０の厚さは、基板１０の高さおよび幅よりも短い。また、接地導体２０の表面積を広くとるために、基板１０の高さは、基板１０の幅よりも長い。
接地導体２０は、矩形の表面を有する薄板であり、銅や金等の導体により形成される。
図３に示すように、接地導体２０は、基板１０内に形成される。接地導体２０の上面および下面と基板１０の上面および下面とは並行する。また、図１および図２に示すように、基板１０の表面に形成された第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０の下方には、接地導体２０は形成されない。接地導体２０の幅は、基板１０の幅とほぼ等しく、接地導体２０の高さは、基板１０の高さよりも短い。接地導体２０は、給電線５０と共にマイクロストリップラインを形成する。
第１のアンテナ素子３０は、銅や金等の導体により形成され、下限の動作周波数において電気長が１／４波長にほぼ等しい広帯域アンテナである。図１に示すように、第１のアンテナ素子３０は、基板１０の表面に形成される。また、第１のアンテナ素子３０は、基板１０の表面から外側へはみ出さないように形成される。
図１〜図３に示すように、第１のアンテナ素子３０は、扇形部３１、折り曲げ部３２、および三角形部３３を含む。
扇形部３１は、曲線の辺３１ｓを含む略扇形の形状を有し、基板１０の表面に接して形成される。扇形部３１は、基板１０の表面から外側へはみ出さないように形成される。
折り曲げ部３２および三角形部３３は、図４を参照しながら後述するように、第１のアンテナ素子３０を同一平面に展開した場合に基板１０の表面から外側へはみ出す部分である。実施形態では、第１のアンテナ素子３０は、基板１０の表面から外側へはみ出さないように折り曲げられる。第１のアンテナ素子３０がこのように折り曲げられることによって、第１のアンテナ素子３０の表面積を維持したまま第１のアンテナ素子３０の高さを低くでき、ひいてはアンテナ装置１の高さを低くできる。
折り曲げ部３２は、扇形部３１に接する第１のアンテナ素子３０の部分であり、基板１０の表面から上方（Ｚ軸方向）に向かって垂直に第１のアンテナ素子３０が折り曲げられた部分である。折り曲げ部３２の垂直方向の長さは、アンテナ装置１に要求される厚さに従って任意に設計し得る。
三角形部３３は、折り曲げ部３２と接し、折り曲げ部３２から基板１０へ向かって垂直に第１のアンテナ素子３０がさらに折り曲げられた部分である。折り曲げ部３２と接する三角形部３３の一辺は、折り曲げ部３２の幅方向の一辺に対応する。図３に示すように、三角形部３３の表面は、扇形部３１の表面と並行する。
図１に示すように、アンテナ装置１を上方から見た場合に、基板１０内に形成された接地導体２０と接近する扇形部３１の部分に給電点３４が設けられる。第１のアンテナ素子３０は、給電点３４を介して給電線５０と接続される。第１のアンテナ素子３０は、給電線５０から入力された信号を無線信号として空中に放射する。また、第１のアンテナ素子３０は、受信した無線信号を給電線５０へ出力する。
図４は、第１の実施形態に従った第１のアンテナ素子の展開図である。
図４に示すように、扇形部３１、折り曲げ部３２、および三角形部３３を同一平面に展開した場合、第１のアンテナ素子３０は、三角形部３３の辺３３ｓを底辺とし、給電点３４を頂点とする凸形の形状を有する。第１の実施形態では、第１のアンテナ素子３０がこのような凸形の面状に形成されることによって、広い周波数帯域に渡って第１のアンテナ素子３０が良好なアンテナ特性を有するように構成する。
凸形の第１のアンテナ素子３０において、底辺である辺３３ｓの一端から頂点である給電点３４までの第１のアンテナ素子３０の外縁に沿った長さは、第１のアンテナ素子３０の最低動作周波数を決定し得る。
図４に示すように、辺３３ｓは、基板１０の幅方向の辺１０ｓおよび接地導体２０の幅方向の辺２０ｓとは並行せず、凸形の第１のアンテナ素子３０は、基板１０へ向かって傾けられて形成される。この説明の理解を助けるために、頂点である給電点３４から底辺である辺３３ｓの両端までを直線で結ぶと、三角形３０ｔを形成し得る。三角形３０ｔの底辺である３３ｓは、辺１０ｓおよび辺２０ｓとは並行せず、三角形３０ｔが基板１０へ向かって傾いていることが理解できる。
凸形の第１のアンテナ素子３０が図４に示すように基板１０へ向かって傾けられて形成されることにより、第１の実施形態は、次のような利点を有する。
まず、第１のアンテナ素子３０が傾けられることによって、扇形部３１、折り曲げ部３２、および三角形部３３を含む第１のアンテナ素子３０の寸法を小さくすることなく、良好なアンテナ特性を広帯域に渡って得ることができる。
一方、第１のアンテナ素子３０が傾けられなかった場合には、第１のアンテナ素子３０の寸法を小さくする必要があり、良好なアンテナ特性を広帯域に渡って得ることができない。例えば、辺３３ｓが辺１０ｓおよび辺２０ｓと並行するように、三角形３０ｔの形状および寸法を維持したまま三角形３０ｔの配置が変更される。配置変更後の三角形３０ｔにおける基板１０の高さ方向にはみ出す部分の面積は、図４に示すように三角形３０ｔを傾けた場合にはみ出す面積と比較して広くなる。図１〜図３に示した折り曲げ部３２および三角形部３３と同様に、設置変更後の三角形３０ｔのはみ出し部分を基板１０の上方に収まるように折り曲げると、折り曲げられた部分の一部は、接地導体２０の上方に存在し得る。この結果、接地導体２０の上方に存在する部分と接地導体２０との間には容量結合が生じ、アンテナ特性は劣化する。そこで、設置変更後の三角形３０ｔのはみ出し部分が接地導体２０の上方に存在しないように折り曲げようとすると、図３に示すような折り曲げ部３２の垂直方向（Ｚ軸方向）の辺の長さを長くする必要がある。垂直方向の辺の長さが長くなると、アンテナ装置１全体の厚さが厚くなるため、アンテナ装置１を薄型化できない。そこで、折り曲げられた三角形３０ｔの部分が接地導体２０の上方に存在せず、かつ垂直方向の三角形３０ｔの辺の長さを短くするためには、三角形３０ｔの形状および寸法を小さくせざるを得ない。三角形３０ｔの形状および寸法を小さくすると、良好なアンテナ特性が得られる第１のアンテナ素子３０の周波数帯域が狭くなる。
次に、凸形の第１のアンテナ素子３０が傾けられることによって、図１〜図３に示すように第１のアンテナ素子３０が折り曲げられた場合に、辺３３ｓが辺２０と並行せずに傾斜くため、三角形部３３が接地導体２０に近づく領域を小さくできる。三角形部３３が接地導体２０に近づく領域を小さくすれば、三角形部３３と接地導体２０との間の容量結合を少なくでき、第１のアンテナ素子３０は、良好なアンテナ特性を得ることができる。
一方、第１のアンテナ素子３０が傾けられなかった場合には、凸形の底辺である辺３３ｓが辺２０ｓと並行し、第１のアンテナ素子３０が基板１０の上方で折り曲げられた部分の内で接地導体２０と近づく領域が広くなる。このため、第１のアンテナ素子３０の折り曲げられた部分と接地導体２０と間に容量結合が生じ、アンテナ特性は劣化する。
図４に示すように、扇形部３１は、第１のアンテナ素子３０が基板１０へ向かって傾いた側に、曲線状の辺３１ｓを含む。辺３１ｓは、辺３３ｓの一端から給電点３４までを結ぶ直線と比較して、接地導体２０へ向かって外側へ湾曲する。辺３１ｓをこのように形成すれば、扇形部３１と接地導体２０との距離を緩やかに変化させることができ、接地導体２０と扇形部３１との間の容量結合により生じるインピーダンスの変化を緩やかにできる。この結果、アンテナのインピーダンスの整合が取りやすくなり、ひいてはアンテナ特性の向上を図ることができる。
第２のアンテナ素子４０は、銅や金等の導体により形成される。図１に示すように、第２のアンテナ素子４０は、第１のアンテナ素子３０と同じ基板１０の表面に形成され、基板１０の表面に接して形成される。また、第２のアンテナ素子４０は、基板１０の表面から外側へはみ出さないように形成される。
図１および図２に示すように、第２のアンテナ素子４０は、第１の直線部４１および第２の直線部４２を含む。
第１の直線部４１は、線状の形状を有し、第１の直線部４１の一端は、第３のスイッチ７３を介して扇形部３１と接続する。第３のスイッチ７３がオンになり、第１の直線部４１が扇形部３１と接続した場合、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０から構成されるアンテナは、下限の動作周波数において電気長が１／４波長にほぼ等しいモノポールアンテナである。
第１の直線部４１と扇形部３１との接続位置は、図１〜図３に示したように、第１のアンテナ素子３０に設けられた給電点３４から遠い位置であることが好ましい。例えば、図１に示すように、第１の直線部４１は、基板１０の幅方向の辺に沿って第１のアンテナ素子３０から離れる方向に延伸する。
第２の直線部４２は、図１に示すように、第２のアンテナ素子４０が基板１０の表面上に位置するように、直線に延伸する第１の直線部４１から垂直に折り曲げられた第２のアンテナ素子４０の部分である。図１に示すように、第１の直線部４１と接しない第２の直線部４２の先端部分の下方には、接地導体２０は存在しない。
給電線５０は、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０と同じ基板１０の表面に形成され、その一端は、第１のアンテナ素子３０の給電点３４と接続する。給電点３４と接続しない給電線５０の他端には、送受信モジュール９０（図５）が接続され得る。給電線５０は、送受信モジュール９０から送信された信号を第１のアンテナ素子３０へ伝送し、第１のアンテナ素子３０から受信した信号を送受信モジュール９０へ伝送する。給電線５０は、分布定数線路として形成され、基板１０内に設けられた接地導体２０と共にマイクロストリップラインを形成する。
第１の整合素子６１および第２の整合素子６２は、インダクタンスを有する素子であり、例えば、インダクタである。
第１の整合素子６１の一端は、第１のスイッチ７１と接続され、第１の整合素子６１の他端は、ビア８１を介して接地導体２０と接続される。第２の整合素子６２の一端は、第２のスイッチ７２と接続され、整合素子６２の他端は、ビア８２を介して接地導体２０と接続される。後述するように、第１の整合素子６１および第２の整合素子６２は、給電点３４から所定の距離の位置にそれぞれ配置される。また、第１の整合素子６１は、第２の整合素子６２よりも給電点３４に近い位置に配置される。
なお、第１の整合素子６１および第２の整合素子６２は、ショートスタブであってもよい。
第１のスイッチ７１は、制御回路（図示せず）からの制御信号に従って、第１の整合素子６１を給電線５０と接続または切断する。第１のスイッチ７１は、給電点３４から第１のスイッチ７１までの給電線５０の距離（長さ）が所定の距離となるように配置される。
第２のスイッチ７２は、制御回路からの制御信号に従って、第２の整合素子６２を給電線５０と接続または切断する。第２のスイッチ７２は、給電点３４から第２のスイッチ７２までの給電線５０の距離（長さ）が所定の距離となるように配置される。
第３のスイッチ７３は、制御回路からの制御信号に従って、第２のアンテナ素子４０を第１のアンテナ素子３０と接続または切断する。
第１のスイッチ７１、第２のスイッチ７２、および第３のスイッチ７３としては、例えば、Micro Electro Mechanical Systems（ＭＥＭＳ）スイッチ等の機械的なリレータイプのスイッチ、ならびにＰＩＮダイオードおよびＧａＡｓスイッチ等の半導体スイッチが挙げられる。
なお、図１に示したアンテナ装置１には、２つの整合素子６１および６２、ならびに２つの整合素子６１および６２に対応する２つのスイッチ７１および７２が設けられている。しかしながら、実施形態に従ったアンテナ装置１に設けられる整合素子の数は、２つに限定されず、アンテナ装置１に要求される動作周波数帯域の広さに応じて３つ以上であってもよい。また、整合素子と給電線とを接続または切断するスイッチの数は、設置された整合素子の数に対応して増やしてもよい。
図５は、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の回路図である。
図５に示した回路図内の各構成要素には、図１に示したアンテナ装置１の各構成要素に対応して同じ参照符号がふられている。また、図５には、送受信モジュール９０が示されている。送受信モジュール９０は、所定周波数の信号源であり、給電点３４と接続する給電線５０の一端とは異なる他端と接続される。
図５に示されるように、第１の整合素子６１は、給電線５０と接地導体２０により形成されるマイクロストリップラインに並列に、第１のスイッチ７１を介して接続される。給電点３４から所定の距離に配置された第１のスイッチ７１がオンになると、第１の整合素子６１は、給電線５０に接続される。
また、第２の整合素子６２は、給電線５０と接地導体２０により形成されるマイクロストリップラインに並列に、第２のスイッチ７２を介して接続される。給電点３４から所定の距離に配置された第２のスイッチ７２がオンになると、第２の整合素子６２は、給電線５０に接続される。
アンテナ装置１において使用される周波数帯域全体に渡ってインピーダンスの整合がとれるように、第１のアンテナ素子３０等により構成されるアンテナ装置１のアンテナインピーダンスは、例えば、信号源等の外部回路のインピーダンスと同じ50Ωとなるように設計されることが好ましい。そのためには、アンテナ装置１に含まれるアンテナは、大きい方が好ましい。しかし、アンテナ装置１が実装される通信装置のサイズ等により、アンテナのサイズは制限される。アンテナが十分な大きさを持つことができない場合、例えば、アンテナ装置１の使用周波数帯域内の低周波数帯域において、アンテナのコンダクタンスが20mSよりも小さくなる。
第１の実施形態に従ったアンテナ装置１では、上述のような低周波数帯域の無線信号が送受信される場合に、給電点３４から所定の距離に配置された第１のスイッチ７１または第２のスイッチ７２がオンにされる。
前述したように、給電線５０は、分布定数線路として形成される。そこで、第１のスイッチ７１または第２のスイッチ７２がオンにされると、給電点３４から第１のスイッチ７１までの距離ｄ１または給電点３４から第２のアンテナスイッチまでの距離ｄ２に従って、アンテナのインピーダンスの位相は回転する。
また、前述したように、第１の整合素子６１または第２の整合素子６２は、インダクタンスを有する。そこで、第１のスイッチ７１または第２のスイッチ７２がオンにされると、第１の整合素子６１または第２の整合素子６２のインダクタンス値に従って、アンテナのアドミタンスの容量性サセプタンスは、打ち消される。
このように、給電点３４から所定の距離に配置された第１のスイッチ７１または第２のスイッチ７２をオンすることにより、アンテナ装置１のアンテナインピーダンスを外部回路のインピーダンス（例えば、50Ω）と整合させることができる。したがって、アンテナ装置１の使用周波数帯域内の低周波帯域におけるアンテナ装置１のアンテナ特性を向上できる。
第１の整合素子６１ないし第２の整合素子６２が有するインダクタンスＬindと、給電点３４から第１のスイッチ７１ないし第２のスイッチ７２が接続される点までの給電線５０の長さｌとは、以下のように決定される。
まず、周波数ｆ0におけるアンテナのインピーダンスＺLは、次の式(1)で表される。ここで、「アンテナ」とは、第３のスイッチ７３がオフである場合は、第１のアンテナ素子３０から構成されるアンテナを指す。また、「アンテナ」とは、第３のスイッチ７３がオンである場合は、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０から構成されるアンテナを指す。
式(1)中のＲfoは、周波数ｆ0におけるレジスタンスであり。Ｘfoは、周波数ｆ0におけるリアクタンスである。
給電点３４から第１のスイッチ７１ないし第２のスイッチ７２が配置される位置までの給電線５０の長さをｌとする。アンテナおよび長さｌの給電線５０全体のコンダクタンスＧを外部回路のインピーダンス（例えば、50Ω）に相当するアドミタンス（例えば、20mS）と一致させるための長さｌは、次の式(2)で表される。コンダクタンスＧは、アンテナおよび長さｌの給電線５０全体のアドミタンスＹの実部である。
式(2)中のＺ0は、給電線５０の特性インピーダンスＺ0であり、例えば50Ωである。また、βは、位相定数であり、次の式(3)で表される。
式(3)中のλeffは、基板１０の材質による波長短縮を考慮した、周波数ｆ0に相当する信号の波長である。
式(2)を満たす長さlの解は、２通り存在する。これらの解の内、短い方の解が選択され得る。
また、アンテナおよび長さｌの給電線５０全体のサセプタンスＢは、次の式(4)で表される。サセプタンスＢは、アンテナおよび長さｌの給電線５０全体のアドミタンスＹの虚部であり、実施形態においては、容量成分である。
第１の実施形態では、式(4)で表されるサセプタンスＢを打ち消すインダクタンスＬindを持つ第１の整合素子６１ないし第２の整合素子６２が給電線５０に並列に接続されることによって、アンテナのインピーダンスは整合される。インダクタンスＬindは、次の式(5)で表される。
第１の実施形態では、第１のスイッチ７１、第２のスイッチ７２、および第３のスイッチ７３が以下の説明のように切り替えられるようにアンテナ装置１を構成することで、低周波帯域におけるアンテナ装置１のアンテナ特性を向上させる。
図６は、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の動作モードの説明図である。図７は、
図６に示した動作モードとトータル効率の周波数特性との関係の説明図である。
図６に示した第１の動作モードでは、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１、第２のスイッチ７２、および第３のスイッチ７３は、全てオフになるように制御される。従って、第１の動作モードでは、第３のスイッチ７３がオフであるため、第１のアンテナ素子３０のみがアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２がオフであるため、第１の整合素子６１および第２の整合素子６２が用いられたアンテナインピーダンスの整合は実施されない。
前述したように、第１のアンテナ素子３０は、広帯域の無線信号を送受信し得るような形状を有する。そこで、図７に示すように、第１の動作モードにおけるアンテナ装置１のアンテナのトータル効率は、広帯域に渡って良好である。なお、トータル効率とは、信号源からの全入力電力とアンテナからの放射電力との比であり、アンテナの放射効率をη、反射係数をＳ11とすると、トータル効率ηtは、次の式(6)で表される。
図６に示した第２の動作モードでは、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１がオンになり、第２のスイッチ７２および第３のスイッチ７３がオフになるように制御される。従って、第２の動作モードでは、第３のスイッチ７３がオフであるため、第１のアンテナ素子３０のみがアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第１のスイッチ７１がオンであるため、給電点３４から第１のスイッチ７１までの距離ｄ１の給電線５０と第１の整合素子６１とによってアンテナインピーダンスが整合される。
図７に示すように、第２の動作モードにおけるアンテナのトータル効率は、第１のスイッチ７１がオンに制御されてアンテナインピーダンスの整合が図られることによって、第１の動作モードよりも低周波帯域で良好である。したがって、第２の動作モードでは、第１の動作モードよりも低い周波数帯域でアンテナ装置１が動作可能である。
図６に示した第３の動作モードでは、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２がオフになり、第３のスイッチ７３がオンになるように制御される。従って、第３の動作モードでは、第３のスイッチ７３がオンであるため、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０がアンテナ装置１のアンテナとして使用される。第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０から構成されるアンテナ装置１のアンテナは、モノポールアンテナである。また、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２がオフであるため、第１の整合素子６１および第２の整合素子６２が用いられたアンテナインピーダンスの整合は実施されない。
第３の動作モードでは、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０が接続されて、第１の直線部４１および第２の直線部４２の長さだけアンテナ長が長くなる。このため、第３の動作モードのアンテナは、第１および第２の動作モードのアンテナと比較して、低周波帯域において必要とされる電気長を有し得る。言い換えれば、第３の動作モードでは、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０が接続されて、アンテナ装置１のアンテナの体積を大きくできる。このため、第３の動作モードでは、第１および第２の動作モードと比較して、低周波帯域におけるアンテナの放射効率を大きくし得る。そこで、図７に示すように、第３の動作モードにおけるアンテナのトータル効率は、第３のスイッチ７３がオンに制御されることによって、第１および第２の動作モードよりも低周波帯域で良好である。したがって、第３の動作モードでは、第２の動作モードよりも低い周波数帯域でアンテナ装置１が動作可能である。
図６に示した第４の動作モードでは、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１がオフになり、第２のスイッチ７２および第３のスイッチ７３がオンになるように制御される。従って、第３の動作モードでは、第３のスイッチ７３がオンであるため、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０がアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第２のスイッチ７２がオンであるため、給電点３４から第２のスイッチ７２までの距離ｄ２の給電線５０と第２の整合素子６２とによってアンテナインピーダンスが整合される。
図７に示すように、第４の動作モードにおけるアンテナのトータル効率は、第２のスイッチ７２がオンに制御されてアンテナインピーダンスの整合が図られることによって、第３の動作モードよりも低周波帯域で良好である。したがって、第４の動作モードでは、第３の動作モードよりも低い周波数帯域でアンテナ装置１が動作可能である。
このように、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第１の動作モードにおいて、広帯域において良好なアンテナ特性が得られる第１のアンテナ素子３０をアンテナとして用いる。加えて、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第３の動作モードにおいて、第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０とを接続して、電気長が長い低周波帯域に対応し得るモノポールアンテナを用いる。
したがって、Ultra Wide Band（ＵＷＢ）アンテナ等の広帯域アンテナのみで構成されて、給電点から所定の距離に配置された複数のスイッチを順次切り替えてアンテナインピーダンスの整合をとるアンテナ装置と比較して、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、低周波帯域におけるアンテナ特性を向上することができる。
また、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第２の動作モードにおいて、第１のスイッチ７１をオンにして距離ｄ１の給電線５０と第１の整合素子６１により第１の動作モードよりも低周波帯域におけるアンテナインピーダンスの整合を図る。加えて、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第４の動作モードにおいて、第２のスイッチ７２をオンにして距離ｄ２の給電線５０と第２の整合素子６２により第３の動作モードよりも低周波帯域におけるアンテナインピーダンスの整合を図る。すなわち、第１の実施形態では、所定の周波数帯域幅において良好なアンテナ特性を得るために調整される給電線５０の最大の距離（長さ）は、給電点３４から第２のスイッチ７２までの距離ｄ２である。
図８は、線路の厚さと損失との関係図である。図８における線路の厚さとは、給電線５０と接地導体２０との間の距離を指す。図８から理解し得るように、線路の厚さが薄くなるほど、導体損失が大きくなる。例えば、近年の携帯情報端末装置用の基板における線路の厚さは、50μm以下であり得、線路の導体損失は10dB/m以上であり得る。このように線路の厚さが薄い場合には、給電点からスイッチまでの整合をとるために必要な線路の距離が長くなると、アンテナインピーダンスの整合をとったとしても、線路の損失が無視し得ない程度に大きくなる。加えて、ＵＷＢアンテナ等の広帯域アンテナのみで構成されるアンテナ装置では、低周波帯域において放射抵抗が小さくなるため、僅かな線路の損失によってもアンテナの放射効率やトータル効率等のアンテナ特性は大きく低下する。
第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子３０と共に線状の第２のアンテナ素子４０を含み、前述したような第１〜第４の動作モードの切り替え制御を行う。この結果、給電点３４から第１のスイッチ７１ないし第２のスイッチ７２までの給電線５０の距離を短くできる。したがって、第１の実施形態に従えば、線路の厚さが例え薄い場合であっても、線路の損失の増加を抑制することができ、アンテナの放射効率およびトータル効率の低下を抑制できる。
第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０を含み、第１〜第４の動作モードの切り替え制御を行う第１のアンテナ装置１が良好なアンテナ特性を有することを具体的なシミュレーション結果を示して説明する。アンテナ装置１のアンテナ特性と比較するために、第１のアンテナ素子３０のみを含み、給電点から所定の距離に配置された複数のスイッチを順次切り替えてアンテナインピーダンスの整合をとるアンテナ装置２のシミュレーション結果を合わせて示す。
図９は、シミュレーションを行った第１の実施形態のアンテナ装置の各部の寸法の第１の説明図である。図１０は、シミュレーションを行った第１の実施形態のアンテナ装置の各部の寸法の第２の説明図である。図１１は、シミュレーションを行った第１の実施形態のアンテナ装置の各部の寸法の第３の説明図である。図１２は、シミュレーションを行った比較対象のアンテナ装置の回路図である。
図９〜図１１に示すように、基板１０の幅は、50mmであり、高さは、115mmであり、厚さは、1.0mmである。また、基板１０の比誘電率は、4であり、誘電損は、0.01である。
接地導体２０は、給電線５０が接する基板１０の表面から0.1mmの深さの位置に配置される。接地導体２０の幅は、50mmであり、高さは、100mmであり、厚さは、0.035mmである。
第１のアンテナ素子３０の高さは、15mmであり、幅は、29mmであり、厚さは、0.035mmである。また、基板１０の表面から垂直方向（Ｚ軸方向）に延伸する第１のアンテナ素子３０の長さは、3.0mmであり、基板１０に向かって傾く側とは反対側に位置する第１のアンテナ素子３０の切り欠きの辺の高さは、3.0mmである。
第２のアンテナ素子４０の線幅は、0.5mmである。第１の直線部４１の長さは、21mmであり、第２の直線部４２の長さは、15mmである。
接地導体２０、第１のアンテナ素子３０、および第２のアンテナ素子４０の導電率は、5.96×107S/mである。
第１のスイッチ７１は、給電点３４から1.05mmの距離に配置される（ｄ１＝1.05mm）。第２のスイッチ７２は、給電点３４から13.65mmの距離に配置される（ｄ２＝13.65mm）。
第１の整合素子６１のインダクタンス値は、2.25nHであり、第２の整合素子６２のインダクタンス値は、4.2nHである。
一方、図１２に示すように、比較対象のアンテナ装置２は、第２のアンテナ素子４０を含まない。また、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２に代えて、第１のスイッチ７１´〜第４のスイッチ７４´を含む。また、第１のスイッチ７１´〜第４のスイッチ７４´それぞれに対応して、第１の整合素子６１´〜第４の整合素子６４´を含む。
第１のスイッチ７１´は、給電点３４から2.85mmの距離に配置される（ｄ１´＝2.85mm）。第２のスイッチ７２´は、給電点３４から8.35mmの距離に配置される（ｄ２´＝8.35mm）。第３のスイッチ７３´は、給電点３４から21.25mmの距離に配置される（ｄ３´＝21.25mm）。第４のスイッチ７４´は、給電点３４から29.05mmの距離に配置される（ｄ４´＝29.05mm）。
第１の整合素子６１´のインダクタンス値は、4.8nHであり、第２の整合素子６２´のインダクタンス値は、26.2Hである。第３の整合素子６３´のインダクタンス値は、4.6nHであり、第４の整合素子６４´のインダクタンス値は、3.4nHである。
上述した以外の比較対象のアンテナ装置２の各部の配置およびパラメータの設定値は、アンテナ装置１と同じである。
なお、上述した各種パラメータの設定値は、例示であり、上述した設定値でなければ第１の実施形態のアンテナ装置１が良好なアンテナ特性を有しないことを意味するものではない。
図１３は、第１の実施形態のアンテナ装置の反射係数Ｓ11の周波数特性図である。図１４は、比較対象のアンテナ装置の反射係数Ｓ11の周波数特性図である。図１３および図１４において、横軸は、周波数(GHz)であり、縦軸は、反射係数Ｓ11(dB)である。
例えば、反射係数Ｓ11が-6dB以下となる周波数帯域を第１の実施形態のアンテナ装置１および比較対象のアンテナ装置２について比較すると、0.6GHz〜6GHzの測定周波数内における反射係数Ｓ11の周波数帯域は、ほぼ同じである。したがって、図１３および図１４から、給電線５０に設けられるスイッチの数が少なくでき、給電線５０からスイッチまでの最大距離を短く構成できる点で、実施形態のアンテナ装置１が比較対象のアンテナ装置２よりも優れることが理解できる。
図１５は、第１の実施形態のアンテナ装置のトータル効率の周波数特性図である。図１６は、比較対象のアンテナ装置のトータル効率の周波数特性図である。図１５および図１６において、横軸は、周波数(GHz)であり、縦軸は、トータル効率(dB)である。
例えば、低周波帯域におけるトータル効率を第１の実施形態のアンテナ装置１および比較対象のアンテナ装置２について比較すると、比較対象のアンテナ装置２では、スイッチを切り替ても、低周波帯域のトータル効率は、図１６に示すように徐々に低下している。一方、図１５に示すように、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１では、動作モードを切り替えることによって、低周波帯域におけるトータル効率の低下は抑制されている。したがって、図１５および図１６から、低周波帯域におけるアンテナ特性の劣化が抑制される点で、実施形態のアンテナ装置１が比較対象のアンテナ装置２よりも優れることが理解できる。
第１の実施形態に従ったアンテナ装置１の設計手順を説明する。
図１７は、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の設計手順の例図である。
第１の実施形態に従ったアンテナ装置１の設計が開始されると（ステップｓ１０１）、ステップｓ１０２において、第１のアンテナ素子３０のモデルを設計する。
図１８は、第１の実施形態に従った各アンテナ素子の長さの説明図である。図１９は、第１の実施形態に従ったアンテナの共振周波数の説明図である。前述したように、第１のアンテナ素子３０は、実施形態では、１／４波長の広帯域アンテナである。そこで、図１９に示した第１の動作モードにおける基本共振周波数をｆ１とし、光速をｃとすると、基板１０へ向かって傾く凸形の第１のアンテナ素子３０の辺３１ｓの長さＬ1は、次の式(7)で示される関係式を満たす。
第１のアンテナ素子３０を設計すると、第１のアンテナ素子３０の下限の動作周波数を調査する。すなわち、第１の動作モードにおける基本共振周波数を含む動作周波数帯域の下限の周波数を、任意の電磁界シミュレーションを用いて調査する。動作周波数とは、例えば、反射係数Ｓ11が-6dB以下である周波数である。また、基本共振周波数を含む動作周波数帯域とは、周期的に変化し得るアンテナの全体の動作周波数帯域の内、基本共振周波数をアンテナ特性のピークとする周波数帯域である。
ステップｓ１０３において、第２のアンテナ素子４０のモデルを追加する。そして、第２のアンテナ素子４０のモデルのアンテナ長を変化させながら、第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０とを接続したアンテナモデルの基本共振周波数を決定する。すなわち、第３のモードにおける基本共振周波数を決定する。具体的には、第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域幅分の周波数間隔を第１の動作モードの下限動作周波数から空けて、第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域が形成されるように、第３のモードにおける基本共振周波数を決定する。
ステップｓ１０３では、以下の点が考慮される。
図２０は、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との接続位置の説明図である。図２１は、第２のアンテナ素子の接続位置と第１のアンテナ素子の動作周波数帯域幅との関係図である。図２０に示すように、給電点３４から最も遠い第１のアンテナ素子の地点から第２のアンテナ素子４０が第１のアンテナ素子３０と接続する地点までの間の距離をｄとする。すなわち、給電点３４から最も遠い扇形部３１の地点から扇形部３１寄りの第１の直線部４１の先端までの間の距離をｄとする。図２１に示すように、距離ｄが大きくなるほど、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子３０の動作周波数帯域幅は、狭くなり、アンテナ特性が劣化する。そこで、距離ｄは、小さいほどよく、波長λ/200よりも小さいことが好ましい。すなわち、第３のスイッチ７３を介して扇形部３１と接続する第１の直線部４１の一端は、給電点３４から遠い扇形部３１の地点に近くになるように配置されることが好ましい。
また、前述したように、第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０とが接続されたアンテナは、実施形態では、１／４波長のモノポールアンテナである。そこで、第１のアンテナ素子３０の最低動作周波数を決定し得る辺３１ｓの長さＬ1と、第１の直線部４１および第２の直線部４２の長さを足した第２のアンテナ素子４０の長さＬ２との和は、次の式(8)で示される関係式を満たす。
式(8)中のｆ12は、図１９に示した第３の動作モードにおける基本共振周波数である。
また、図２０および図２１を示しながら前述した接続位置に第２のアンテナ素子４０が配置されると、第１の動作モードにおいても、第２のアンテナ素子４０が存在することで図１９のｆ2で示されるような１／２波長の共振が生じる。この共振周波数ｆ2が第１の動作モードの基本共振周波数ｆ1に近いと、基本共振周波数ｆ1と共振周波数ｆ2との間の周波数帯域におけるトータル効率が著しく劣化し得る。共振周波数ｆ2は、距離Ｌ２に従って決定されるので、基本共振周波数ｆ1と共振周波数ｆ2との間の距離を離すために、共振周波数ｆ2および距離Ｌ２は、次の式(9)で示される関係式を満たすことが望ましい。
また、図２１から明らかなように、基本共振周波数ｆ1と共振周波数ｆ2とは、以下の関係式を満たす。
そこで、式(7)、式(9)、および式(10)から、距離Ｌ１と距離Ｌ２は、次の式(11)で示される関係式を満たすことが望ましい。
ステップｓ１０４において、第１の動作モードにおける下限動作周波数と第３の動作モードにおける基本共振周波数とを用いて、第２の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。すなわち、第１の動作モードの下限動作周波数と第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の上限動作周波数との間で、第２の動作モードが実行され得るように、第２の動作モードの基本共振周波数を決定する。例えば、第１の動作モードにおける下限動作周波数と第３の動作モードにおける基本共振周波数との和を２で割った値の周波数に第２の動作モードの基本共振周波数を決定する。
ステップｓ１０５において、第１の動作モードの下限動作周波数を第２の動作モードの基本共振周波数へシフトさせる給電線５０の長さとインダクタンス値とを計算する。計算される給電線５０の長さとは、給電点３４から第１のスイッチ７１が設置される位置までの給電線５０の距離ｄ１を指す。また、計算されるインダクタンス値とは、距離ｄ１において、給電線５０と接地導体２０との間に接続される第１の整合素子６１のインダクタンス値である。距離ｄ１は、例えば、前述した式(2)から算出される。図８を参照しながら前述したような線路の損失を少なくするためには、式(2)から得られる２通りの解の内、短い方の解が選択されることが好ましい。また、第１の整合素子６１のインダクタンス値は、前述した式(4)および式(5)から算出される。
ステップｓ１０６において、第３の動作モードでの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の帯域幅と、動作周波数帯域の下限周波数とを任意の電磁界シミュレーションを用いて調査する。
ステップｓ１０７において、第３の動作モードでの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の帯域幅と、その動作周波数帯域の下限周波数とを用いて、第４の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。具体的には、第４の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域幅分の周波数間隔を第３の動作モードでの下限動作周波数から空けて、第４の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域が形成されるように、第４の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。
ステップｓ１０８では、第３の動作モードの下限動作周波数を第４の動作モードの基本共振周波数へシフトさせる給電線５０の長さとインダクタンス値とを計算する。計算される給電線５０の長さとは、給電点３４から第２のスイッチ７２が設置される位置までの給電線５０の距離ｄ２を指す。また、計算されるインダクタンス値とは、距離ｄ２において、給電線５０と接地導体２０との間に接続される第２の整合素子６２のインダクタンス値である。距離ｄ２は、例えば、前述した式(2)から算出される。線路の損失を少なくするためには、式(2)から得られる２通りの解の内、短い方の解が選択されることが好ましい。また、第２の整合素子６２のインダクタンス値は、前述した式(4)および式(5)から算出される。
ステップｓ１０８での処理が終了すると、アンテナ装置１の設計を終了する（ステップｓ１０９）。
このようなアンテナ装置１の設計手順が実行されると、ステップｓ１０４で算出された距離ｄ１は、ステップｓ１０７で算出された距離ｄ２よりも短くなる。
図２２は、第２の動作モードでのインピーダンス整合の説明図である。図２３は、第４の動作モードにおけるインピーダンス整合の説明図である。図２２および図２３のスミスチャート上のインピーダンスの軌跡から理解し得るにように、距離ｄ１または距離ｄ２の給電線５０によって、アンテナインピーダンスの位相が回転させられる。そして、第１の整合素子６１または第２の整合素子６２によって、容量性サセプタンスが相殺されて、アンテナインピーダンスは、50Ω等の外部回路のインピーダンスに整合させられる。
図２２および図２３のインピーダンスの軌跡を比較すると、低周波数で動作する第４の動作モードでのインピーダンスの位相回転量φ２は、第２モードでのインピーダンスの位相回転量φ１よりも大きい。したがって、距離ｄ２は、距離ｄ１よりも長くなる。
以上の説明のように、第１の実施形態に従えば、広範囲の周波数帯域において良好なアンテナ特性が得られる小型のアンテナ装置を実現することができる。
例えば、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子３０は、表面積を維持したまま基板１０上に折り曲げられて形成される。このため、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、広帯域に渡って良好なアンテナ特性が得られると共に、小型化することができる。
また、第１の実施形態に従ったアンテナ装置１は、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子３０に加えて線状の第２のアンテナ素子４０を含む。第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０とを接続することで、低周波帯域における放射抵抗を大きくすることができ、低周波帯域におけるアンテナ特性を向上できる。
さらに、第１のアンテナ素子３０が用いられたアンテナの低周波帯域におけるインピーダンスの整合を図るために、第１の整合素子６１および第１のスイッチ７１が設けられる。また、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０が接続されたアンテナの低周波帯域におけるインピーダンスの整合を図るために、第２の整合素子６２および第２のスイッチ７２が設けられる。そして、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子３０が用いられる第１の動作モード、および第１のスイッチ７１をオンにして第１の整合素子６１が用いられる第２の動作モードが切り替えられる。また、第３のスイッチ７３をオンにして第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０が接続されたモノポールアンテナが用いられる第３の動作モード、および第３のスイッチ７３に加えて第２のスイッチ７２をオンにして第２の整合素子６２が用いられる第４の動作モードが切り替えられる。このような構成によれば、アンテナインピーダンスの整合をとるために給電線５０に設置されるスイッチの数を減らすことができる。また、給電点３４からスイッチまでの給電線５０の最大距離を短くでき、線路の導体損失の影響によるアンテナ特性の劣化を抑制し得る。
なお、前述の一例では、給電線路に接続するスイッチおよび整合素子の数は、それぞれ２つとしたが、さらに低周波帯域においてアンテナ特性を良好にするために、３つ以上のスイッチおよび整合素子がアンテナ装置に含まれるように構成してもよい。
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、アンテナ装置１は、図６及び図７に示すような第１〜第４の動作モードに切り替えられるように構成される。
第２の実施形態では、図２４および図２５に示すような第５〜第８の動作モードに切り替えられるようにアンテナ装置１は構成される。
図２４は、第２の実施形態に従ったアンテナ装置の動作モードの説明図である。図２５は、図２４に示した動作モードと反射係数Ｓ11の周波数特性との関係の説明図である。
図２４に示した第５の動作モードでは、図６に示した第１の動作モードと同様に、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１、第２のスイッチ７２、および第３のスイッチ７３は、全てオフになるように制御される。従って、第１の動作モードでは、第３のスイッチ７３がオフであるため、第１のアンテナ素子３０のみがアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２がオフであるため、第１の整合素子６１および第２の整合素子６２が用いられたアンテナインピーダンスの整合は実施されない。
前述したように、第１のアンテナ素子３０は、広帯域の無線信号を送受信し得るような形状を有する。そこで、図２５に示すように、第５の動作モードにおけるアンテナ装置１のアンテナの反射係数Ｓ11は、広帯域に渡って良好であり、例えば、広帯域に渡って、良好性の一指標となる-6dB以下である。
図２４に示した第６の動作モードでは、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２がオフになり、第３のスイッチ７３がオンになるように制御される。そこで、第６の動作モードでは、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０から構成されるモノポールアンテナがアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２がオフであるため、第１の整合素子６１および第２の整合素子６２が用いられたアンテナインピーダンスの整合は実施されない。
図２５に示すように、第６の動作モードにおける反射係数Ｓ11の特性は、第３のスイッチ７３がオンに制御されてアンテナ長が長くなることによって、第５の動作モードよりも低周波帯域で良好である。したがって、第６の動作モードでは、第５の動作モードよりも低い周波数帯域でアンテナ装置１が動作可能である。
図２４に示した第７のモードでは、制御回路からの制御信号によって、第１のスイッチ７１および第３のスイッチ７３がオンになり、第２のスイッチ７２がオフになるように制御される。従って、第７の動作モードでは、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０から構成されるモノポールアンテナがアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第１のスイッチ７１がオンであるため、給電点３４から第１のスイッチ７１までの距離ｄ１の給電線５０と第１の整合素子６１とによってアンテナインピーダンスが整合される。
図２５に示すように、第８の動作モードにおける反射係数Ｓ11の特性は、第１のスイッチ７１がオンに制御されてアンテナのインピーダンス整合が実行されることによって、第７の動作モードよりも低周波帯域で良好である。したがって、第７の動作モードでは、第６の動作モードよりも低い周波数帯域でアンテナ装置１が動作可能である。
図２４に示した第８のモードでは、制御回路からの制御信号によって、第２のスイッチ７２および第３のスイッチ７３がオンになり、第１のスイッチ７１がオフになるように制御される。そこで、第８の動作モードでは、第１のアンテナ素子３０および第２のアンテナ素子４０から構成されるモノポールアンテナがアンテナ装置１のアンテナとして使用される。また、第２のスイッチ７２がオンであるため、給電点３４から第２のスイッチ７２までの距離ｄ２の給電線５０と第２の整合素子６２とによってアンテナインピーダンスが整合される。
図２５に示すように、第８の動作モードにおける反射係数Ｓ11の特性は、第２のスイッチ７２がオンに制御されてアンテナのインピーダンス整合が実行されることによって、第７の動作モードよりも低周波帯域で良好である。したがって、第８の動作モードでは、第７の動作モードよりも低い周波数帯域でアンテナ装置１が動作可能である。
このように、第２の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第５の動作モードにおいて、広帯域において良好なアンテナ特性が得られる第１のアンテナ素子３０をアンテナとして用いる。加えて、第２の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第６の動作モードにおいて、第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０とを接続して、電気長が長く低周波帯域に対応し得るモノポールアンテナを用いる。
したがって、ＵＷＢアンテナ等の広帯域アンテナのみで構成して、給電点から所定の距離に配置された複数のスイッチを順次切り替えてアンテナインピーダンスの整合をとるアンテナ装置と比較して、第２の実施形態に従ったアンテナ装置１は、低周波帯域におけるアンテナ特性を向上することができる。
また、第２の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第７の動作モードにおいて、第１のスイッチ７１をオンにして距離ｄ１の給電線５０と第１の整合素子６１により第６の動作モードよりも低周波帯域におけるアンテナインピーダンスの整合を図る。加えて、第２の実施形態に従ったアンテナ装置１は、第８の動作モードにおいて、第２のスイッチ７２をオンにして距離ｄ２の給電線５０と第２の整合素子６２により第７の動作モードよりも低周波帯域におけるアンテナインピーダンスの整合を図る。すなわち、第５の動作モードから第８の動作モードによって所定の帯域幅において良好なアンテナ特性を得るために必要とされる、給電点３４からスイッチまでの給電線５０の最大の距離は、給電点３４から第２のスイッチ７２までの距離ｄ２である。
このように、第２の実施形態に従ったアンテナ装置１は、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子３０と共に線状の第２のアンテナ素子４０を含み、前述したような動作モードの切り替え制御を行うことによって、給電点からスイッチまでの給電線の距離を短くできる。したがって、線路の損失の増加を抑制することができ、アンテナの放射効率およびトータル効率の低下を抑制できる。
第２の実施形態に従ったアンテナ装置１の設計手順を説明する。
図２６は、第２の実施形態に従ったアンテナ装置の設計手順の例図である。
第２実施形態に従ったアンテナ装置１の設計が開始されると（ステップｓ２０１）、ステップｓ２０２において、第１のアンテナ素子３０のモデルを設計する。第１のアンテナ素子３０は、実施形態では、１／４波長の広帯域アンテナである。
第１のアンテナ素子３０が設計されると、第１のアンテナ素子３０の下限の動作周波数を調査する。すなわち、第１の動作モードにおける基本共振周波数を含む動作周波数帯域の下限の周波数を任意の電磁界シミュレーションを用いて調査する。動作周波数とは、例えば、図２５に示すように、反射係数Ｓ11が-6dB以下である周波数である。
ステップｓ２０３において、第２のアンテナ素子４０のモデルを追加する。そして、第２のアンテナ素子４０のモデルのアンテナ長を変化させながら、第１のアンテナ素子３０と第２のアンテナ素子４０とを接続したアンテナモデルの基本共振周波数を決定する。すなわち、第６のモードにおける基本共振周波数を決定する。具体的には、第５の動作モードでの下限動作周波数から第６の動作モードの動作周波数帯域幅分の周波数間隔を空けて、第６の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域が形成されるように、第６の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。
ステップｓ２０４において、第６の動作モードでの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の帯域幅と、その動作周波数帯域の下限周波数とを用いて、第７の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。具体的には、第７の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域幅分の周波数間隔を第６の動作モードでの下限動作周波数から空けて、第７の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域が形成されるように、第７の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。
ステップｓ２０５では、第６の動作モードの下限動作周波数を第７の動作モードの基本共振周波数へシフトさせる給電線５０の長さとインダクタンス値とを計算する。計算される給電線５０の長さとは、給電点３４から第１のスイッチ７１が設置される位置までの給電線５０の距離ｄ１を指す。また、計算されるインダクタンス値とは、距離ｄ１において、給電線５０と接地導体２０との間に接続される第１の整合素子６１のインダクタンス値である。距離ｄ１は、例えば、前述した式(2)から算出される。前述したように、式(2)から得られる２通りの解の内、短い方の解が選択されることが好ましい。また、第１の整合素子６１のインダクタンス値は、前述した式(4)および式(5)から算出される。
ステップｓ２０６において、第７の動作モードでの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の帯域幅と、動作周波数帯域の下限周波数とを用いて、第８の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。具体的には、第８の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域幅分の周波数間隔を第７の動作モードでの下限動作周波数から空けて、第８の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域が形成されるように、第８の動作モードにおける基本共振周波数を決定する。
ステップｓ２０７では、第７の動作モードの下限動作周波数を第８の動作モードの基本共振周波数へシフトさせる給電線５０の長さとインダクタンス値とを計算する。計算される給電線５０の長さとは、給電点３４から第２のスイッチ７２が設置される位置までの給電線５０の距離ｄ２を指す。また、計算されるインダクタンス値とは、距離ｄ２において、給電線５０と接地導体２０との間に接続される第２の整合素子６２のインダクタンス値である。距離ｄ２は、例えば、前述した式(2)から算出される。前述したように、式(2)から得られる２通りの解の内、短い方の解が選択されることが好ましい。また、第２の整合素子６２のインダクタンス値は、前述した式(4)および式(5)から算出される。
ステップｓ２０７での処理が終了すると、アンテナ装置１の設計を終了する（ステップｓ２０８）。
このようなアンテナ装置１の設計手順が実行されると、ステップｓ２０５で算出された距離ｄ１は、ステップｓ２０７で算出された距離ｄ２よりも短くなる。
第２の実施形態に従えば、第１の実施形態と同様に、広範囲の周波数帯域において良好なアンテナ特性が得られる小型のアンテナ装置を実現することができる。
なお、前述の一例では、給電線に接続するスイッチおよび整合素子の数は、それぞれ２つとしたが、さらに低周波帯域においてアンテナ特性を良好にするために、３つ以上のスイッチおよび整合素子がアンテナ装置に含まれるように構成してもよい。
＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態では、アンテナ装置１に含まれる第１のスイッチ７１および第２のスイッチ７２は、損失およびリアクタンスを有しないものとみなした。しかしながら、ＭＥＭＳスイッチ等の実際のスイッチは、損失およびリアクタンスを有する。
第３の実施形態に従ったアンテナ装置には、損失およびリアクタンスを有するスイッチが実装される。
図２７は、第３の実施形態に従ったアンテナ装置の上面図である。図２８は、第３の実施形態に従ったアンテナ装置の断面図である。図２７および図２８に示した第３の実施形態に従ったアンテナ装置３において、第１および第２の実施形態に従ったアンテナ装置１と同一の構成要素には、同一の参照符号がふられている。
図２７に示すように、アンテナ装置３は、アンテナ装置１と同様に、２つの整合素子６１〜６２および３つのスイッチ７１〜７３を含む。また、図２７に示すように、アンテナ装置３は、第１の制御線１０１〜第３の１０３および接地線１１０を含む。
第１の制御線１０１は、第１のスイッチ７１の駆動電極と接続し、第１のスイッチ７１のオンおよびオフを制御するための制御回路（図示せず）からの制御信号（駆動電流）を第１のスイッチ７１に伝送する。第２の制御線１０２は、第２のスイッチ７２の駆動電極と接続し、第２のスイッチ７２のオンおよびオフを制御するための制御回路からの制御信号（駆動電流）を伝送する。第３の制御線１０３は、第３のスイッチ７３の駆動電極と接続し、第３のスイッチ７３のオンおよびオフを制御するための制御回路からの制御信号（駆動電流）を伝送する。
接地線１１０は、第３のスイッチ７３の接地電極と接地導体２０とを接続する。図２７に示すように、第３の実施形態に従ったアンテナ装置３では、第３のスイッチ７３の下方に接地導体２０が存在しないため、接地線１１０が設けられる。なお、第１のスイッチ７１の接地電極および第２のスイッチ７２の接地電極は、接地導体２０とそれぞれ接続する。
第３の実施形態では、制御線１０１〜１０３および接地線１１０の不要な共振を防止するために、抵抗素子ｒ１〜ｒ１１が制御線１０１〜１０３および接地線１１０にそれぞれ直列に接続される。
第３の実施形態に従ったアンテナ装置３が良好なアンテナ特性を有することをシミュレーション解析により実証する。シミュレーション解析が行われたアンテナ装置３の各部のパラメータの設定値は、以下のとおりである。
図２７および図２８に示すように、基板１０の幅は、52mmであり、高さは、117mmであり、厚さは、1.0mmである。また、基板１０の比誘電率は、4であり、誘電損は、0.01である。
接地導体２０は、給電線５０が接する基板１０の表面から0.5mmの深さの位置に配置される。接地導体２０の幅は、50mmであり、高さは、100mmであり、厚さは、0.035mmである。
第１のアンテナ素子３０の高さは、15mmであり、幅は、29mmであり、厚さは、0.035mmである。また、基板１０の表面から垂直方向に延伸する第１のアンテナ素子３０の長さは、3.0mmであり、基板１０に向かって傾いく側とは反対側に位置する第１のアンテナ素子３０の切り欠きの辺の高さは、3.0mmである。
第２のアンテナ素子４０の線幅は、0.5mmである。第１の直線部４１の長さは、21mmであり、第２の直線部４２の長さは、6mmである。
接地導体２０、第１のアンテナ素子３０、および第２のアンテナ素子４０の導電率は、5.96×107S/mである。
第１のスイッチ７１は、給電点３４から10.66mmの距離に配置される（ｄ１＝10.66mm）。第２のスイッチ７２は、給電点３４から18.96mmの距離に配置される（ｄ２＝18.96mm）。
第１の整合素子６１のインダクタンス値は、0.4nHであり、第２の整合素子６２のインダクタンス値は、1.3nHである。
抵抗素子ｒ１〜ｒ１１は、10Ωである。
また、アンテナ装置３は、図２４を示しながら前述した第５〜第８の動作モードに従って動作する。
図２９は、第３の実施形態に従ったアンテナ装置の反射係数Ｓ11の周波数特性図である。図３０は、第３の実施形態に従ったアンテナ装置のトータル効率の周波数特性図である。
図２９に示すように、第５〜第８の動作モードが切り替え制御されることによって、アンテナ装置３の反射係数Ｓ11は、0.78GHz〜3GHzの間において-6dB以下である。また、図３０に示すように、アンテナ装置３のトータル効率は、0.78GHz〜6GHzの間において-3dBよりも高い。このトータル効率は、例えば、３ＧＰＰの仕様書により規定され、ＬＴＥに用いられ得るバンド１〜１１、バンド１８〜２７、およびバンド３３〜４３をカバーするのに十分な高さである。また、このトータル効率は、ＧＰＳに用いられる1.563〜1.578GHz、およびBluetooth（登録商標）等のWireless Local Area Network（ＷＬＡＮ）に用いられる2.402〜2.480GHzをカバーするのに十分な高さである。
以上のような図２９および図３０のシミュレーション結果から、損失およびリアクタンスを有するスイッチが実装されたアンテナ装置３が広帯域に渡って良好なアンテナ特性を有することが理解できる。
また、第３の実施形態に従ったアンテナ装置３によっても、第１の実施形態に従ったアンテナ装置の前述した効果と同様の効果が得られる。
＜第４の実施形態＞
前述したような第１〜第３に従ったアンテナ装置は、携帯情報端末装置等の通信装置に実装することができる。
図３１は、実施形態に従ったアンテナ装置を含む通信装置の概略図である。
図３１に示すように。第４の実施形態に従った通信装置４は、制御部４１０、無線処理部４２０、アンテナ装置４３０、および記憶装置４４０を含む。
アンテナ装置４３０は、前述した第１〜第３の実施形態の何れかに従ったアンテナ装置である。制御部４１０は、前述した制御回路であり得、無線処理部４２０は、前述した送受信モジュール９０であり得る。制御部４１０、無線処理部４２０、および記憶装置４４０は、それぞれ別個の回路として形成され得、あるいは、一つの集積回路として形成され得る。
無線処理部４２０は、制御部４１０から受信した送信信号を所定の方式に従って変調および多重化する。所定の変調・多重化方式としては、例えば、シングルキャリア周波数分割多重方式（Single Carrier Frequency Division Multiplexing、ＳＣ−ＦＤＭＡ）が挙げられる。
無線処理部４２０は、変調および多重化された信号を、制御部４１０により指定された無線周波数を持つ搬送波に重畳する。無線処理部４２０は、搬送波に重畳された信号をハイパワーアンプ（図示せず）により所望のレベルに増幅し、増幅された信号をアンテナ装置４３０へ出力する。
また、無線処理部４２０は、アンテナ装置４３０から受信した信号を、低ノイズアンプ（図示せず）により増幅する。無線処理部４２０は、増幅された受信信号のうち、制御部４１０により指定された無線周波数を持つ信号に、中間周波数を持つ周期信号を乗じることによって、受信信号の周波数を無線周波数からベースバンド周波数に変換する。無線処理部４２０は、受信信号を所定の多重化方式に従って分離し、分離された信号をそれぞれ復調する。そして、無線処理部４２０は、復調された信号を制御部１０４に出力する。なお、受信信号に対する多重化方式としては、直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing、ＯＦＤＭ）が挙げられる。
アンテナ装置４３０は、無線処理部４２０から出力された信号を空中へ放射する。また、アンテナ装置４３０は、他の通信装置から送信された信号を受信し、受信信号を無線処理部４２０に出力する。
アンテナ装置４３０は、広帯域アンテナである第１のアンテナ素子と、線状のアンテナである第２のアンテナ素子とを含む。アンテナ装置４３０は、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との接続状態を切り替えるスイッチを含む。スイッチによって第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とが切断された場合、アンテナ装置４３０のアンテナは、広帯域アンテナである。スイッチによって第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とが接続された場合、アンテナ装置４３０のアンテナは、モノポールアンテナである。
また、アンテナ装置４３０は、給電線に所定の位置で並列に接続され得る複数の整合素子と、整合素子と給電線との接続状態を切り替えるスイッチと含む。アンテナ装置４３０は、制御部４１０から受信した制御信号に従って、これらのスイッチの何れか一つをオンまたはオフにする。アンテナ装置４３０は、送信信号または受信信号の搬送波の周波数に対応する整合素子を給電線に接続または切断することで、アンテナのインピーダンスを外部回路のインピーダンス（例えば、50Ω）に整合させる。
記憶装置４４０は、例えば、書き換え可能な不揮発性半導体メモリである。記憶装置４４０には、他の通信装置と通信するための制御に利用される各種の情報が記憶される。例えば、記憶装置４４０には、複数の動作周波数帯域と、対応する各スイッチのオンまたはオフの状態との関係を示す動作モード管理テーブルが記憶される。
図３２は、記憶装置に記憶される動作モード管理テーブルの例図である。
図３２に示すように、動作モード管理テーブルには、複数の動作周波数帯域が記録される。また、動作モード管理テーブルには、各動作周波数帯域に対応する動作モードが記録される。図３２に示した一例では、各動作周波数帯域に対応して、図６を示しながら前述した第１〜第４の動作モードがそれぞれ記憶される。図３２に示すように、各動作モードは、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを接続または切断する第３のスイッチのオンまたはオフの状態、ならびに第１および第２の整合素子と給電線とをそれぞれ接続または切断する第１および第２のスイッチのオンまたはオフの状態の所定の組み合わせである。
なお、図３２に示した動作モード管理テーブルは、例示である。例えば、動作モード管理テーブルは、通信装置４で実行される通信アプリケーションの識別番号と、その通信アプリケーションで使用される周波数帯域に対応する動作モードとの関係を示すテーブルであってもよい。
制御部４１０は、通信装置４を他の通信装置と無線接続するための処理を実行する。例えば、通信装置４が携帯情報端末装置といった移動体通信システムの移動体端末装置である場合、制御部４１０は、位置登録、呼制御処理、ハンドオーバ処理、および送信電力制御等の処理を実行する。制御部４１０は、通信装置４と他の通信装置との無線接続処理を実行するための制御信号を生成する。制御部４１０は、他の通信装置から受信した制御信号に応じた処理を実行する。
また、制御部４１０は、例えば、マイクロホン（図示せず）やキーパッド等のユーザインターフェース（図示せず）を介して取得された音声信号やデータ信号等の送信データを作成する。そして制御部４１０は、送信データに対して情報源符号化処理を行う。制御部４１０は、送信データ及び制御信号を含む送信信号を生成し、生成された送信信号に対して、誤り訂正用符号化処理などの送信処理を実行する。制御部４１０は、送信処理が施された送信信号を無線処理部４２０へ出力する。
さらに、制御部４１０は、無線接続されている他の通信装置から受信し、無線処理部４２０により復調された信号を受信し、その信号に対して誤り訂正復号処理及び情報源復号処理などの受信処理を実行する。制御部４１０は、復号された信号から、音声信号やデータ信号を取り出す。制御部４１０は、取り出された音声信号をスピーカ（図示せず）により再生し、取り出されたデータ信号をディスプレイ（図示せず）に表示させる。
制御部４１０は、ユーザインターフェース（図示せず）を介して入力された操作信号、または制御部４１０により実行されている通信アプリケーションからのコマンドに応じて、他の通信装置との通信に使用される周波数帯域を特定する。制御部４１０は、記憶装置４４０に記憶されている動作モード管理テーブルを参照し、特定された周波数帯域に対応する動作モードを特定する。制御部４１０は、特定された動作モードに従って、アンテナ装置４３０内の各スイッチをオンまたはオフする制御信号をそれぞれ生成し、生成されたそれぞれの制御信号をアンテナ装置４３０へ送信する。
例えば、0.7GHz帯が使用されるＬＴＥに従って通信装置４が基地局装置と通信する場合、制御部４１０は、動作モード管理テーブルを参照することにより、0.7GHzに対応する第４の動作モードを特定する。制御部４１０は、特定された第４の動作モードに従って、第１および第３のスイッチをオフにし、第２のスイッチをオンにする制御信号をそれぞれ生成する。また、1.56〜1.58GHz帯が使用されるGPS信号を通信装置４が受信する場合、制御部４１０は、動作モード管理テーブルを参照することにより、1.56〜1.58GHz帯に対応する第２の動作モードを特定する。制御部４１０は、特定された第２の動作モードに従って、第１のスイッチをオンにし、第２および第３のスイッチをオフにする制御信号をそれぞれ生成する。
なお、通信アプリケーションの識別番号と動作モードとの対応関係を動作モード管理テーブルが表す場合、制御部４１０は、動作モード管理テーブルを参照して、使用する通信アプリケーションの識別番号に対応する動作モードを特定する。制御部４１０は、特定された動作モードに従って、各スイッチをオンまたはオフにする制御信号をそれぞれ生成する。
制御部４１０は、生成された制御信号をアンテナ装置４３０へ出力する。アンテナ装置４３０では、制御部４１０からの制御信号に従って、各スイッチがオンまたはオフにされる。そして、制御部４１０は、使用周波数帯域を用いて他の通信装置との通信を開始する。
このように、第４の実施形態に従った通信装置４は、使用周波数帯域が異なる各種通信サービスを実行するために、通信に使用される周波数帯域に対応してアンテナ特性が良好となるようにアンテナ装置４３０を制御できる。
以上の第１〜第４の実施形態を含む本発明の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板の表面に配置され、広帯域に渡って所定のアンテナ特性を有する第１のアンテナ素子と、
前記基板の前記表面に配置され、前記第１のアンテナ素子の最低動作周波数を決定する辺の長さの２倍よりも短いアンテナ長を有する線状の第２のアンテナ素子と、
前記基板の前記表面から所定の深さに配置され、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の下方には配置されない接地導体と、
前記基板の前記表面に配置され、前記第１のアンテナ素子内の給電点と接続する給電線と、
前記給電点から所定の距離で前記給電線にそれぞれ配置された第１のスイッチおよび第２のスイッチと、
前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第１のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第１の整合素子と、
前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第２のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第２の整合素子と、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子との接続状態を切り替える第３のスイッチと
を含むアンテナ装置。
（付記２）
前記アンテナ装置は、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチがオフにされた第１の動作モードと、前記第１のスイッチがオンにされ、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオフにされた第２の動作モードと、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチがオフにされ、前記第３のスイッチがオンにされた第３の動作モードと、前記第１のスイッチがオフにされ、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオンにされた第４の動作モードの何れかの動作モードで動作する、付記１に記載のアンテナ装置。
（付記３）
前記第２の動作モードの基本共振周波数は、前記第１の動作モードの下限動作周波数と第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の上限動作周波数との間の周波数であり、前記第４の動作モードの基本共振周波数は、第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の下限動作周波数よりも低い、付記２に記載のアンテナ装置。
（付記４）
前記給電点から前記第１のスイッチまでの前記給電線の距離は、前記給電点から前記第２のスイッチまでの前記給電線の距離よりも短い、付記１〜３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
（付記５）
前記給電点から最も遠い前記第１のアンテナ素子の地点から前記第２のアンテナ素子が前記第１のアンテナ素子と接続する地点までの間の距離は、使用周波数の２００分の１より小さい、付記１〜４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
（付記６）
前記第１のアンテナ素子は、
前記給電点を含み、前記基板の表面に接して配置される扇形部と、
前記扇形部と接し、前記基板の表面から垂直に配置される折り曲げ部と、
前記折り曲げ部と接し、前記折り曲げ部から垂直に前記基板の方向に折り曲げられる三角形部とを含み、
前記扇形部、前記折り曲げ部、および前記三角形部を同一平面に展開した場合に、前記給電点と前記給電点から最も遠い三角形部の辺の両端とを結んだ三角形が前記基板の方向に傾くように配置される、付記１〜５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
（付記７）
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチは、ＭＥＭＳスイッチ、ＰＩＮダイオードスイッチ、およびＧａＡｓスイッチの内の何れか１つである、付記１〜６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
（付記８）
前記アンテナ装置は、
前記第１のスイッチの駆動電極と接続する第１の制御線と、
前記第２のスイッチの駆動電極と接続する第２の制御線と、
前記第３のスイッチの駆動電極と接続する第３の制御線と、
前記第３のスイッチの接地電極と接続する接地線と、
を含み、
前記第１の制御線、前記第２の制御線、前記第３の制御線、および前記接地線それぞれに直列に抵抗素子が接続される、付記１〜６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
（付記９）
基板と、
前記基板の表面に配置され、広帯域に渡って所定のアンテナ特性を有する第１のアンテナ素子と、
前記基板の前記表面に配置され、前記第１のアンテナ素子の最低動作周波数を決定する辺の長さの２倍よりも短いアンテナ長を有する線状の第２のアンテナ素子と、
前記基板の前記表面から所定の深さに配置され、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の下方には配置されない接地導体と、
前記基板の前記表面に配置され、前記第１のアンテナ素子内の給電点と接続する給電線と、
前記給電点から所定の距離で前記給電線にそれぞれ配置された第１のスイッチおよび第２のスイッチと、
前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第１のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第１の整合素子と、
前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第２のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第２の整合素子と、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子との接続状態を切り替える第３のスイッチと
を含むアンテナ装置と、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチの接続状態を使用周波数帯域に従って切り替える制御信号を生成し、生成された前記制御信号を前記アンテナ装置に送信する制御部と、
前記使用周波数帯域内の周波数の信号を前記アンテナ装置から受信し、受信された信号を復調する無線処理部と、
を含む通信装置。
（付記１０）
前記アンテナ装置は、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチがオフにされた第１の動作モードと、前記第１のスイッチがオンにされ、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオフにされた第２の動作モードと、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチがオフにされ、前記第３のスイッチがオンにされた第３の動作モードと、前記第１のスイッチがオフにされ、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオンにされた第４の動作モードの何れかの動作モードで動作する、付記９に記載の通信装置。
（付記１１）
前記第２の動作モードの基本共振周波数は、前記第１の動作モードの下限動作周波数と第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の上限動作周波数との間の周波数であり、前記第４の動作モードの基本共振周波数は、第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の下限動作周波数よりも低い、付記１０に記載の通信装置。
（付記１２）
前記給電点から前記第１のスイッチまでの前記給電線の距離は、前記給電点から前記第２のスイッチまでの前記給電線の距離よりも短い、付記９〜１１の何れか一項に記載の通信装置。
（付記１３）
前記給電点から最も遠い前記第１のアンテナ素子の地点から前記第２のアンテナ素子が前記第１のアンテナ素子と接続する地点までの間の距離は、使用周波数の２００分の１より小さい、付記９〜１２の何れか一項に記載の通信装置。
（付記１４）
前記第１のアンテナ素子は、
前記給電点を含み、前記基板の表面に接して配置される扇形部と、
前記扇形部と接し、前記基板の表面から垂直に配置される折り曲げ部と、
前記折り曲げ部と接し、前記折り曲げ部から垂直に前記基板の方向に折り曲げられる三角形部とを含み、
前記扇形部、前記折り曲げ部、および前記三角形部を同一平面に展開した場合に、前記給電点と前記給電点から最も遠い三角形部の辺の両端とを結んだ三角形が前記基板の方向に傾くように配置される、付記９〜１３の何れか一項に記載の通信装置。
（付記１５）
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチは、ＭＥＭＳスイッチ、ＰＩＮダイオードスイッチ、およびＧａＡｓスイッチの内の何れか１つである、付記９〜１４の何れか一項に記載の通信装置。
（付記１６）
前記アンテナ装置は、
前記第１のスイッチの駆動電極と接続する第１の制御線と、
前記第２のスイッチの駆動電極と接続する第２の制御線と、
前記第３のスイッチの駆動電極と接続する第３の制御線と、
前記第３のスイッチの接地電極と接続する接地線と、
を含み、
前記第１の制御線、前記第２の制御線、前記第３の制御線、および前記接地線それぞれに直列に抵抗素子が接続される、付記９〜１４の何れか一項に記載の通信装置。
１、２、３ アンテナ装置
１０ 基板
２０ 接地導体
３０ 第１のアンテナ素子
３１ 扇形部
３２ 折り曲げ部
３３ 三角形部
３４ 給電点
４０ 第２のアンテナ素子
４１ 第１の直線部
４２ 第２の直線部
５０ 給電線
６１ 第１の整合素子
６２ 第２の整合素子
７１ 第１のスイッチ
７２ 第２のスイッチ
７３ 第３のスイッチ
８１、８２ ビア
９０ 送受信モジュール
１０１ 第１の制御線
１０２ 第２の制御線
１０３ 第３の制御線
１１０ 接地線
ｒ１〜ｒ１１ 抵抗素子
４ 通信装置
４１０ 制御部
４２０ 無線処理部
４３０ アンテナ装置
４４０ 記憶装置

Claims (9)

  1. 基板と、
    前記基板の表面に配置される第１のアンテナ素子と、
    前記基板の前記表面に配置される線状の第２のアンテナ素子と、
    前記基板の前記表面から所定の深さに配置され、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の下方には配置されない接地導体と、
    前記基板の前記表面に配置され、前記第１のアンテナ素子内の給電点と接続される給電線と、
    前記給電点から所定の距離で前記給電線にそれぞれ配置された第１のスイッチおよび第２のスイッチと、
    前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第１のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第１の整合素子と、
    前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第２のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第２の整合素子と、
    前記第１のアンテナ素子における前記給電点とは異なる位置と前記第２のアンテナ素子との間に配置され、前記第２のアンテナ素子の前記第１のアンテナ素子への接続状態を切り替える第３のスイッチと
    を含むアンテナ装置。
  2. 前記アンテナ装置は、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチがオフにされた第１の動作モードと、前記第１のスイッチがオンにされ、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオフにされた第２の動作モードと、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチがオフにされ、前記第３のスイッチがオンにされた第３の動作モードと、前記第１のスイッチがオフにされ、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオンにされた第４の動作モードの何れかの動作モードで動作する、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第２の動作モードの基本共振周波数は、前記第１の動作モードの下限動作周波数と第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の上限動作周波数との間の周波数であり、前記第４の動作モードの基本共振周波数は、第３の動作モードの基本共振周波数を含む動作周波数帯域の下限動作周波数よりも低い、請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記給電点から前記第１のスイッチまでの前記給電線の距離は、前記給電点から前記第２のスイッチまでの前記給電線の距離よりも短い、請求項１〜３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
  5. 前記給電点から最も遠い前記第１のアンテナ素子の地点から前記第２のアンテナ素子が前記第１のアンテナ素子と接続する地点までの間の距離は、使用周波数の２００分の１より小さい、請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
  6. 前記第１のアンテナ素子は、
    前記給電点を含み、前記基板の表面に接して配置される扇形部と、
    前記扇形部と接し、前記基板の表面から垂直に配置される折り曲げ部と、
    前記折り曲げ部と接し、前記折り曲げ部から垂直に前記基板の方向に折り曲げられる三角形部とを含み、
    前記扇形部、前記折り曲げ部、および前記三角形部を同一平面に展開した場合に、前記給電点と前記給電点から最も遠い三角形部の辺の両端とを結んだ三角形が前記基板の方向に傾くように配置される、請求項１〜５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
  7. 前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチは、ＭＥＭＳスイッチ、ＰＩＮダイオードスイッチ、およびＧａＡｓスイッチの内の何れか１つである、請求項１〜６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
  8. 前記アンテナ装置は、
    前記第１のスイッチの駆動電極と接続する第１の制御線と、
    前記第２のスイッチの駆動電極と接続する第２の制御線と、
    前記第３のスイッチの駆動電極と接続する第３の制御線と、
    前記第３のスイッチの接地電極と接続する接地線と、
    を含み、
    前記第１の制御線、前記第２の制御線、前記第３の制御線、および前記接地線それぞれに直列に抵抗素子が接続される、請求項１〜６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
  9. 基板と、
    前記基板の表面に配置される第１のアンテナ素子と、
    前記基板の前記表面に配置される線状の第２のアンテナ素子と、
    前記基板の前記表面から所定の深さに配置され、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の下方には配置されない接地導体と、
    前記基板の前記表面に配置され、前記第１のアンテナ素子内の給電点と接続する給電線と、
    前記給電点から所定の距離で前記給電線にそれぞれ配置された第１のスイッチおよび第２のスイッチと、
    前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第１のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第１の整合素子と、
    前記給電線と前記接地導体との間に配置され、前記第２のスイッチがオンにされると前記給電線と並列に接続される第２の整合素子と、
    前記第１のアンテナ素子における前記給電点とは異なる位置と前記第２のアンテナ素子との間に配置され、前記第２のアンテナ素子の前記第１のアンテナ素子への接続状態を切り替える第３のスイッチと
    を含むアンテナ装置と、
    前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチの接続状態を使用周波数帯域に従って切り替える制御信号を生成し、生成された前記制御信号を前記アンテナ装置に送信する制御部と、
    前記使用周波数帯域内の周波数の信号を前記アンテナ装置から受信し、受信された信号を復調する無線処理部と、
    を含む通信装置。
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