JP5958820B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体アンテナを用いたマルチバンドのアンテナ装置に関する。

従来、通信機器において、無線回路基板に実装されるアンテナ素子の一つに、誘電体を用いた表面実装型アンテナ、いわゆる誘電体アンテナが挙げられる。この誘電体アンテナは、誘電体の基材にアンテナ動作を行う放射電極が設けられている。また、従来、この誘電体アンテナを用いたモノポール型または逆Ｆ型のアンテナといった開放型のアンテナ形式が主流である。

通常、モノポール型や逆Ｆ型等の開放型のアンテナの場合、開放端のインピーダンスが高いため、実装したアンテナ素子とグランドとの間の距離をできる限り長く確保する必要がある。そのため、アンテナ性能を十分確保するためには、グランド面が形成された基板において、実装されたアンテナ素子の周辺のグランドを抜いてグランド面からアンテナ素子を離す必要がある。しかしながら、実際、誘電体アンテナをアンテナ素子として基板上に実装する場合、機器の小型化を考慮すると、アンテナとして利用できるスペース（アンテナ占有領域）は限られる場合が多く、アンテナ素子周辺のグランドの影響によってアンテナ性能が十分に発揮できない不都合があった。そのため、少しでもグランドの影響を少なくするために、アンテナ素子を実装する位置を基板の端部等に実装する場合が多い。

このため、従来、例えば特許文献１には、アンテナ動作を行う容量給電タイプの放射電極が基体に設けられ、その基体は回路基板の非グランド領域に搭載されており、回路基板の接地電極と基体の放射電極とを電気的に接続するための接地用ラインが設けられているアンテナ構造が提案されている。このアンテナ構造の接地用ラインは、折り返し部を有する形状とされている。また、特許文献２には、アンテナ動作を行う放射電極が基体に形成されている表面実装型アンテナと、グランド電極が形成されているグランド領域とグランド電極が形成されていない非グランド領域とを有する基板とを有し、放射電極の一端側がグランド電極に接地されるグランド接続部とされているアンテナ構造が記載されている。

国際公開第ＷＯ２００６／１２０７６２号 国際公開第ＷＯ２００８／０３５５２６号

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
上記特許文献１に記載の技術では、アンテナ性能が接地用ラインの折り返し部に多く依存するため、折り返し部の状態によってアンテナ性能の劣化や不安定要素の増加が生じてしまう問題があった。すなわち、折り返し部の長さを確保してアンテナ占有領域を大きくする必要があるため、アンテナ占有領域が限られている場合には十分なアンテナ性能が得られない。

また、上記特許文献２に記載の技術では、基板上の給電電極から容量結合されアンテナ素子自体に給電点がなく、放射電極が直接グランドと接続されているため、アンテナ性能がグランド面の状態に左右され、アンテナ性能を改善することが困難であるという不都合があった。なお、共振周波数を調整するために、インダクタ、コンデンサを経由してグランドに接続する形態も記載されているが、グランドへ広がる高周波電流の流れを抑制することは困難となり、やはりアンテナ占有領域を大きくする必要がある。また、グランドとの浮遊容量を抑制しているため、アンテナ素子の放射分に依存し、アンテナ素子周辺の状態に影響を受け、アンテナ性能を改善することが困難である。
このように、従来、アンテナ性能を改善するためには、アンテナ素子および周辺素子を含めたアンテナ占有領域を大きくするという対策が必要であり、設計の自由度が小さく、アンテナ性能の改善も困難であった。

さらに、近年、異なる複数の周波数で独立して動作するマルチバンドアンテナを通信機器に搭載することが求められており、このマルチバンドアンテナにおいても小さいアンテナ占有領域とすることが要求されている。しかしながら、マルチバンドアンテナでは、各周波数で独立して動作するアンテナエレメントが必要になるため、必然的にアンテナ占有領域が大きくなる傾向がある。また、アンテナ性能は、アンテナ部分とグランド面との距離に依存するため、アンテナ性能を得るにはある程度の間隔が必要となる。そのため、アンテナエレメントが比較的多いマルチバンドアンテナでは、シングルバンドのアンテナに比べ、より広いアンテナ占有面積が必要となる。上述したように、通信機器の小型化が進んでおり、電子部品はより高密度に実装され、アンテナに割り当てられる領域も限られていることから、アンテナ占有面積の更なる省スペース化が求められている。

従来、アンテナにおいて小型化しようとすると、そのアンテナの持つインピーダンスが変化してしまうため、通常はアンテナの根元付近に受動素子を設けて変化したインピーダンスの調整を行っている。しかしながら、マルチバンドアンテナの場合、インピーダンス調整用の受動素子は、複数の周波数に対して共通となり、個別にインピーダンス調整することが困難であった。この場合、インピーダンスは、アンテナの周辺環境によっても変化するため、複数の周波数で個別にインピーダンスがずれた場合は調整し難いという不都合がある。

例えば、図１７に示すように、基板本体２上にグランド面Ｇと該グランド面Ｇが形成されていないアンテナ占有領域ＡＯＡを設け、該アンテナ占有領域ＡＯＡに、グランド面Ｇの近傍に配された基端側に給電点ＦＰが設けられると共に基板本体２の一辺に向けて延在したエレメントＥ１０２と、該エレメントＥ１０２の先端から両側に延在した一対のエレメントＥ１０３とを金属箔でパターン形成したデュアルバンドアンテナを例にして説明する。このデュアルバンドアンテナでは、一対のエレメントＥ１０３を追加することで２つの周波数で放射可能になるが、アンテナ占有面積が拡大してしまう不都合がある。また、一対のエレメントＥ１０３には、１つのエレメントＥ１０２及びこれとグランド面Ｇとを接続するグランド接続部Ｅ１０１を介して、インピーダンス調整用の受動素子Ｐ０が接続されているが、この受動素子Ｐ０だけでは各周波数の個別のインピーダンスを調整困難であり、最適なアンテナ状態を得ることが難しかった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、マルチバンドアンテナにおいてアンテナ占有領域を最大限に利用して省スペース化できると共に、十分なアンテナ性能を確保することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、該基板本体に金属箔でパターン形成されたグランド面と、該グランド面が形成されていない領域として前記基板本体の表裏面の少なくとも一方に該基板本体の角部に設けられたアンテナ占有領域と、該アンテナ占有領域内に金属箔でパターン形成されたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントに接続され前記アンテナ占有領域に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子とを備え、前記アンテナエレメントが、中央パターンと、一対のループ用パターンと、一対のグランド接続パターンとを有し、前記中央パターンが、前記グランド面の近傍に配された基端側に給電点が設けられると共に前記アンテナ素子に向けて延在し、前記アンテナ素子が、誘電体基体と、該誘電体基体の両端に形成された一対の両端電極部と、前記誘電体基体の中間部に形成され前記中央パターンの先端部に接続された中間電極部とを備えて前記両端電極部と前記中間電極部との間にそれぞれ容量成分を有し、一対の前記ループ用パターンが、一対の前記両端電極部に先端部が接続されていると共に前記中央パターンの基端部に基端部が接続されて前記中央パターンの両側に延在し、一対の前記グランド接続パターンが、一対の前記ループ用パターンと前記ループ用パターンに隣接する前記グランド面とをそれぞれ接続してインダクタンス成分を有し、一対の前記ループ用パターンが、それぞれ先端部と前記グランド接続パターンの接続部との間に第１受動素子が接続されていると共に、基端部と前記グランド接続パターンの接続部との間に第２受動素子が接続されて延在していることを特徴とする。

このアンテナ装置では、一対のループ用パターンが、それぞれ先端部とグランド接続パターンの接続部との間に第１受動素子が接続されていると共に、基端部とグランド接続パターンの接続部との間に第２受動素子が接続されて延在しているので、一対の第１受動素子及び一対の第２受動素子を個別に設定することで、一対のループ用パターンを流れる異なる周波数の２つの高周波電流に関してインピーダンスを個別に調整することができる。すなわち、一対のループ用パターンと中央パターンとアンテナ素子とで構成された中央パターンの両側の一対のループ状経路において、それぞれループ状に高周波電流の流れが発生する。したがって、一対の第１受動素子及び一対の第２受動素子を個別に設定することで、少なくとも２つの周波数を個別に調整可能であると共に、各ループ用パターンに接続された第１受動素子及び第２受動素子を個別に設定することで、それぞれの周波数に関してインピーダンスを個別に調整することが可能になる。

また、このアンテナ装置では、アンテナ占有領域内に電流分布が集中すると共にグランド面への高周波電流の流れを抑制することができる。つまり、実装時の周辺部品等の影響も低減することが可能になる。
すなわち、本アンテナ装置では、一対のグランド接続パターンによるインダクタンス成分とアンテナ素子の両端側の電極部が接続されるループ用パターンとグランド面との間のギャップによる浮遊容量で得られる一対の並列共振と、アンテナ素子からループ用パターンの内縁部、中央パターンの縁部を介してアンテナ素子に至るループ形状による共振とが生じる。
したがって、アンテナ素子と受動素子とによる開口面の短縮されたループ形状の共振と、一対の両端電極部が接続されるループ用パターンとグランド面との間の浮遊容量とによる一対の並列共振により、グランド面へ広がる高周波電流の流れを抑制し、限られたアンテナ占有領域を最大限に利用して高いアンテナ性能を得ることができる。
さらに、アンテナ素子は、両端側の一対の両端電極部が共に放射電極として動作し、方向性が無く、かつ効果的な放射電力を実現することができる。
なお、本発明では、ループ用パターンの第２受動素子の位置をグランド面の近傍に設置して、グランド面との間隔やループ用パターンと中央パターンとによる内側の開口面積を最適化することで、さらに別の共振周波数を得ることができる。したがって、本発明では、異なる３つ以上の共振周波数が得られるマルチバンドアンテナを実現することができる。

また、第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記アンテナエレメントが、前記ループ用パターンにおける前記第２受動素子の基端側近傍から内側に突出して延在している内側突出パターンを有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、内側突出パターンが、ループ用パターンにおける第２受動素子の基端側近傍から内側に突出して延在しているので、電界強度が強くなる第２受動素子の給電側付近の位置から突出した内側突出パターンによって、さらに別の共振周波数を得ることができ、さらなる高性能化を実現可能である。

また、第３の発明に係るアンテナ装置は、第２の発明において、前記アンテナ占有領域が、前記基板本体の表裏面に互いに対向して設けられ、前記中央パターンと前記ループ用パターンと前記グランド接続パターンとが、表面側の前記アンテナ占有領域に設けられ、前記内側突出パターンが、スルーホールを介して前記ループ用パターンに接続されて裏面側のアンテナ占有領域に設けられていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、内側突出パターンが、スルーホールを介してループ用パターンに接続されて裏面側のアンテナ占有領域に設けられているので、他のアンテナエレメントとは別に裏面側に内側突出パターンを設けることで内側突出パターンの設置自由度が向上し、突出量をより長く設定することも可能になる。

また、第４の発明に係るアンテナ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記中央パターンの途中に第３受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、中央パターンの途中に第３受動素子が接続されているので、第３受動素子の設定により少なくとも２つの周波数に対して共に周波数調整及びインピーダンス調整を行うことができる。

第５の発明に係るアンテナ装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記アンテナ素子が、前記基板本体の一辺又は角部に設置され、一対の前記グランド接続パターンが、前記基板本体の周縁に接して又は該周縁の近傍に配されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、アンテナ素子が、基板本体の一辺又は角部に設置され、一対のグランド接続パターンが、基板本体の周縁に接して又は該周縁の近傍に配されているので、アンテナ素子およびグランド接続パターンが基板端に配されることで、アンテナ素子の性能を最大限に引き出して利用することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明のアンテナ装置によれば、一対のループ用パターンが、それぞれ先端部とグランド接続パターンの接続部との間に第１受動素子が接続されていると共に、基端部とグランド接続パターンの接続部との間に第２受動素子が接続されて延在しているので、これら受動素子を個別に設定することで、一対のループ用パターンを流れる異なる周波数の２つの高周波電流に関してインピーダンスを個別に調整することができる。
また、本発明のアンテナ装置によれば、グランド面への高周波電流を抑制することができると共に、小さいアンテナ占有領域であっても高いアンテナ性能を得ることができる。
したがって、本発明のアンテナ装置は、マルチバンドアンテナとして省スペースでも最大限のアンテナ性能を実現し、高い設置自由度も得ることができる。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を示す平面図である。 第１実施形態において、アンテナ装置を示す底面図である。 第１実施形態において、アンテナ装置を示す模式的な等価回路図である。 第１施形態において、アンテナ素子を示す内部を透視した斜視図である。 第１実施形態において、アンテナ素子を示す導体パターンに沿って切断した状態の斜視図（ａ）及び実装面に対して垂直に切断した状態の斜視図（ｂ）である。 第１実施形態において、アンテナ素子内部の複合的な容量結合とインダクタンス成分とを示す説明図である。 第１実施形態において、グランド接続パターンによる並列共振を説明するための模式的な等価回路図である。 第１実施形態において、アンテナ装置の表面における電流分布を示すシミュレーション結果の高周波電流の流れを簡易的に示す説明図である。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態を示す平面図である。 第２実施形態において、アンテナ装置を示す底面図である。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態を示す平面図である。 本発明に係るアンテナ装置の第４実施形態を示す平面図である。 本発明に係るアンテナ装置の実施例において、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 本実施例において、アンテナ装置の１５７５ＭＨｚ帯放射パターンを示すグラフである。 本実施例において、アンテナ装置の２４４２ＭＨｚ帯放射パターンを示すグラフである。 本実施例において、アンテナ装置の５３５０ＭＨｚ帯放射パターンを示すグラフである。 本発明に係るアンテナ装置の従来例を示す平面図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１及び図２に示すように、絶縁性の基板本体２と、該基板本体２に銅箔等の金属箔でパターン形成されたグランド面Ｇと、該グランド面Ｇが形成されていない領域として基板本体２の表裏面に該基板本体２の角部に設けられたアンテナ占有領域ＡＯＡと、該アンテナ占有領域ＡＯＡ内に銅箔等の金属箔でパターン形成されたアンテナエレメント３と、該アンテナエレメント３に接続されアンテナ占有領域ＡＯＡに実装された誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴとを備えている。

上記アンテナエレメント３は、中央パターンＥ１と、一対のグランド接続パターンＥ３と、一対のループ用パターンＥ４と、内側突出パターンＥ５とを有している。
上記中央パターンＥ１は、グランド面Ｇの近傍に配された基端側に給電点ＦＰが設けられると共にアンテナ素子ＡＴに向けて延在している。

上記アンテナ素子ＡＴは、図４から図６に示すように、誘電体基体１１と、該誘電体基体１１の両端に形成された一対の両端電極部１２と、誘電体基体１１の中間部に形成され中央パターンＥ１の先端部に接続された中間電極部１３とを備えて両端電極部１２と中間電極部１３との間にそれぞれ容量成分を有している。すなわち、両端導体パターン１４と中間導体パターン１５と浮遊導体パターン１６とは、同一面内に形成されており、これら導体パターンが単層構造となっている。

一対の両端導体パターン１４及び中間導体パターン１５は、それぞれ長方形状とされ、浮遊導体パターン１６は、両端導体パターン１４及び中間導体パターン１５の間に配されたＨ字状に形成されている。
このアンテナ素子ＡＴは、基板本体２の一辺２ａに接して設置されている。
上記中間電極部１３は、誘電体基体１１の側面に互いに対向状態に一対設けられている。また、中間導体パターン１５は、一対の中間電極部１３に端部が接続されて互いに対向状態に一対設けられている。したがって、このアンテナ素子ＡＴは、対称構造を有しており、極性及び表裏の方向性が無い。

また、アンテナ素子ＡＴは、図３に示すように、各導体パターン間に容量Ｃが発生し、さらに図６に示すように、複合的な容量Ｃのみではなく、インダクタンス成分Ｌも存在しており、各導体パターンの形状や間隔等で容量やインピーダンスが決定される。なお、アンテナ素子ＡＴのインピーダンスは、使用周波数に対して高インピーダンスに設定されることが望ましい。また、上記アンテナ素子ＡＴでは、内部に各導体パターンが埋め込まれているが、表面や裏面にパターン形成しても構わない。また、アンテナ素子サイズは、使用周波数、使用する誘電体材料等から選定される。

一対の上記ループ用パターンＥ４は、一対の両端電極部１２に先端部が接続されていると共に中央パターンＥ１の基端部に基端部が接続されて中央パターンＥ１の両側に延在している。すなわち、一対のループ用パターンＥ４は、外形状が四角形とされ、その内部領域を２分割するように中央に中央パターンＥ１が延在している。
一対の上記グランド接続パターンＥ３は、一対のループ用パターンＥ４とループ用パターンＥ４に隣接するグランド面Ｇとをそれぞれ接続してインダクタンス成分を有している。

一対の上記ループ用パターンＥ４は、それぞれ先端部とグランド接続パターンＥ３の接続部との間に第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂが接続されていると共に、基端部とグランド接続パターンＥ３の接続部との間に第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂが接続されている。
上記内側突出パターンＥ５は、ループ用パターンＥ４における第２受動素子Ｐ２ａの基端側近傍から内側に突出して延在している。
上記アンテナ素子ＡＴは、基板本体２の一辺２ａに設置され、一対のグランド接続パターンＥ３が、基板本体２の周縁に接して又は該周縁の近傍に配されている。

本実施形態では、一対のループ用パターンＥ４の一方（以下、下側のループ用パターンＥ４と称す）は、図１において中央パターンＥ１の下側に配されており、アンテナ素子ＡＴが配された基板本体２の一辺２ａ（図１における基板本体２の右端の辺）に接して沿った部分の途中に第１受動素子Ｐ１ｂが配されていると共に、グランド面Ｇに近接して沿った部分の途中に第２受動素子Ｐ２ｂが配されている。また、一対のループ用パターンＥ４の他方（以下、上側のループ用パターンＥ４と称す）は、図１において中央パターンＥ１の上側に配されており、は、アンテナ素子ＡＴが配された基板本体２の一辺２ａに対して直交する辺（図１における基板本体２の上端の辺）に近接して沿った部分の途中に第１受動素子Ｐ１ａが配されていると共に、該第１受動素子Ｐ１ａよりも基端側で中央パターンＥ１に対して直交して延在した部分に第２受動素子Ｐ２ａが配されている。

また、一対のグランド接続パターンＥ３の一方は、下側のループ用パターンＥ４の先端部における第１受動素子Ｐ１ｂの基端側とこれに近接するグランド面Ｇとを接続して、アンテナ素子ＡＴが配された基板本体２の一辺２ａに接して配されている。また、一対のグランド接続パターンＥ３の他方は、上側のループ用パターンＥ４の基端側における第２受動素子Ｐ２ａの先端側とこれに近接するグランド面Ｇとを接続して、アンテナ素子ＡＴが配された基板本体２の一辺２ａに対して直交する辺に近接して配されている。

なお、上記給電点ＦＰは、高周波回路（図示略）の給電点に接続される。また、グランド面Ｇには、高周波回路が実装される。
上記第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ、第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂおよび第３受動素子Ｐ３は、例えばインダクタ、コンデンサまたは抵抗が採用される。これらの第１〜第３受動素子により、２つの異なる周波数およびインピーダンスの調整を行う。
なお、所望のアンテナ性能が得られれば、第３受動素子Ｐ３を省略しても構わない。

上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。この基板本体２の表面には、略矩形状にグランド面Ｇが抜かれて上記アンテナ占有領域ＡＯＡが設けられている。また、基板本体２の裏面には、図２に示すように、グランド面Ｇが表面と同様にパターン形成されており、上記アンテナ占有領域ＡＯＡの直下に相当する部分のグランド面Ｇが抜かれている。
なお、グランド面Ｇは、図２に示すように、表面側と裏面側とがそれぞれ図示しないスルーホールで電気的に導通されている。

本実施形態のアンテナ装置１では、図７に示すように、一方のグランド接続パターンＥ３によるインダクタンス成分Ｌ１と、一方のループ用パターンＥ４とグランド面Ｇとの間の浮遊容量Ｃ１と、他方のグランド接続パターンＥ３によるインダクタンス成分Ｌ２と、他方のループ用パターンＥ４とグランド面Ｇとの間の浮遊容量Ｃ２とが発生する。

すなわち、インダクタンス成分Ｌ１と浮遊容量Ｃ１とで得られる並列共振（図中の符号Ｒ１部分）と、インダクタンス成分Ｌ２と浮遊容量Ｃ２とで得られる並列共振（図中の符号Ｒ２部分）と、中央パターンＥ１、アンテナ素子ＡＴ及びループ用パターンＥ４で構成されるループ形状による共振（図中の符号Ｒ３部分）とが生じる。

したがって、中央パターンＥ１の左右にそれぞれ得られる一対の並列共振と、上記ループ形状による共振と、第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂによる最終的なインピーダンス調整とにより、グランド面Ｇへ広がる高周波電流の流れを抑制し、限られたアンテナ占有領域ＡＯＡを最大限に利用して高いアンテナ性能を得ることができる。
なお、内側突出パターンＥ５にも、インダクタンス成分Ｌ３が生じる。

次に、本実施形態のアンテナ装置１の表面における任意の位相での電流分布をシミュレーションにより解析した結果について、高周波電流の流れを簡易的に矢印で示したものを図８に示す。この図から判るように、アンテナ占有領域ＡＯＡ内に電流分布が集中し、グランド面Ｇへ広がる高周波電流の流れが抑制されると共に、アンテナ素子ＡＴとループ用パターンＥ４とによる２つのループ形状の部分には、それぞれ矢印方向にループ状に高周波電流Ｉａ，Ｉｂが流れる。
なお、アンテナ占有領域ＡＯＡは、できるだけ大きい方が望ましい。また、ループ用パターンＥ４を用いた上記ループ形状による開口面積は広い方が望ましい。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、一対のループ用パターンＥ４が、それぞれ先端部とグランド接続パターンＥ３の接続部との間に第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂが接続されていると共に、基端部とグランド接続パターンＥ３の接続部との間に第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂが接続されて延在しているので、一対の第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ及び一対の第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを個別に設定することで、一対のループ用パターンＥ４を流れる異なる周波数の２つの高周波電流に関してインピーダンスを個別に調整することができる。

すなわち、一対のループ用パターンＥ４と中央パターンＥ１とアンテナ素子ＡＴとで構成された中央パターンＥ１の両側の一対のループ状経路において、それぞれループ状に高周波電流の流れが発生する。したがって、一対の第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ及び一対の第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを個別に設定することで、少なくとも２つの周波数を個別に調整可能であると共に、各ループ用パターンＥ４に接続された第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ及び第２受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを個別に設定することで、それぞれの周波数に関してインピーダンスを個別に調整することが可能になる。

また、アンテナ占有領域ＡＯＡ内に電流分布が集中すると共にグランド面Ｇへの高周波電流の流れを抑制することができる。つまり、実装時の周辺部品等の影響も低減することが可能になる。
すなわち、本アンテナ装置１では、一対のグランド接続パターンＥ３によるインダクタンス成分とアンテナ素子ＡＴの両端側の電極部が接続されるループ用パターンＥ４とグランド面Ｇとの間のギャップによる浮遊容量で得られる一対の並列共振と、アンテナ素子ＡＴからループ用パターンＥ４の内縁部、中央パターンＥ１の縁部を介してアンテナ素子ＡＴに至るループ形状による共振とが生じる。

したがって、アンテナ素子ＡＴと受動素子とによる開口面の短縮されたループ形状の共振と、一対の両端電極部１２が接続されるループ用パターンＥ４とグランド面Ｇとの間の浮遊容量とによる一対の並列共振により、グランド面Ｇへ広がる高周波電流の流れを抑制し、限られたアンテナ占有領域ＡＯＡを最大限に利用して高いアンテナ性能を得ることができる。
さらに、アンテナ素子ＡＴは、両端側の一対の両端電極部１２が共に放射電極として動作し、方向性が無く、かつ効果的な放射電力を実現することができる。

また、内側突出パターンＥ５が、ループ用パターンＥ４における第２受動素子Ｐ２ａの基端側近傍から内側に突出して延在しているので、電界強度が強くなる第２受動素子Ｐ２ａの給電側付近の位置から突出した内側突出パターンＥ５によって、さらに別の共振周波数を得ることができ、さらなる高性能化を実現可能である。
さらに、下側のループ用パターンＥ４における第２受動素子Ｐ２ｂの位置をグランド面Ｇの近傍に設置して、グランド面Ｇとの間隔やループ用パターンＥ４と中央パターンＥ１とによる内側の開口面積を最適化することで、さらに別の共振周波数を得ることができる。したがって、本実施形態では、異なる３つ又は４つの共振周波数が得られるマルチバンドアンテナを実現することができる。

また、中央パターンＥ１の途中に第３受動素子Ｐ３が接続されているので、第３受動素子Ｐ３の設定により少なくとも２つの周波数に対して共に周波数調整及びインピーダンス調整を行うことができる。
また、アンテナ素子ＡＴが、基板本体２の一辺２ａに設置され、一対のグランド接続パターンＥ３が、基板本体２の周縁に接して又は該周縁の近傍に配されているので、アンテナ素子ＡＴおよびグランド接続パターンＥ３が基板端に配されることで、アンテナ素子ＡＴの性能を最大限に引き出して利用することができる。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２から第４実施形態について、図９から図１２を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、内側突出パターンＥ５が表面側のアンテナ占有領域ＡＯＡに形成されているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１では、図９及び図１０に示すように、内側突出パターンＥ５がスルーホールＨを介して表面のループ用パターンＥ４に接続されて裏面側のアンテナ占有領域ＡＯＡに形成されている点である。
また、第２実施形態の内側突出パターンＥ５は、基端側のスルーホールＨ近傍に第４受動素子Ｐ４が接続されている。さらに、内側突出パターンＥ５は、受動素子Ｐ４の先端側から延在してグランド面Ｇに第５受動素子Ｐ５を介して接続された分岐パターンＥ５ａを有している。

このように第２実施形態のアンテナ装置２１では、内側突出パターンＥ５が、スルーホールＨを介してループ用パターンＥ４に接続されて裏面側のアンテナ占有領域ＡＯＡに設けられているので、他のアンテナエレメントとは別に裏面側に内側突出パターンＥ５を設けることで内側突出パターンＥ５の設置自由度が向上し、突出量をより長く設定することも可能になる。
また、内側突出パターンＥ５に、第４受動素子Ｐ４、分岐パターンＥ５ａ及び第５受動素子Ｐ５を設けることで、グランド面Ｇに対して並列に受動素子が接続されることで、この部分でもインピーダンス調整等が可能になる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点が、第１実施形態では、内側突出パターンＥ５が上側のループ用パターンＥ４の第２受動素子Ｐ２ａの基端側近傍から中央パターンＥ１に沿って突出しているのに対し、第３実施形態のアンテナ装置３１では、図１１に示すように、内側突出パターンＥ５が下側のループ用パターンＥ４の第２受動素子Ｐ２ｂの基端側近傍から中央パターンＥ１に向けて突出している点である。
すなわち、第２実施形態では、第１実施形態と同様に電界が集中する位置である下側のループ用パターンＥ４の第２受動素子Ｐ２ｂの給電側付近から内側突出パターンＥ５を突出させることで、別の共振周波数を得ることができる。

次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点が、第１実施形態では、内側突出パターンＥ５に受動素子が接続されていないのに対し、第４実施形態のアンテナ装置４１では、図１２に示すように、内側突出パターンＥ５の途中に第４受動素子Ｐ４が接続されている点である。
したがって、第４実施形態では、内側突出パターンＥ５に第４受動素子Ｐ４が接続されることで、この部分でもインピーダンス調整等が可能になる。

次に、第１実施形態のアンテナ装置を実際に作製した実施例において評価した結果を、図１３から図１６を参照して説明する。

まず、基板本体２のサイズを、上記一辺２ａを６０．０ｍｍとすると共に上記一辺２ａに直交する辺を７０．０ｍｍとした実施例を作成し、アンテナ占有領域ＡＯＡのサイズを１３．０ｍｍ×７．０ｍｍとした。また、この際の各受動素子は以下のように設定した。
・第１受動素子Ｐ１ａ：１．０ｎＨのインダクタ
・第１受動素子Ｐ１ｂ：０．３ｐＦのコンデンサ
・第２受動素子Ｐ２ａ：６．８ｎＨのインダクタ
・第２受動素子Ｐ２ｂ：１．２ｎＨのインダクタ
・第３受動素子Ｐ３：２．５ｐＦのコンデンサ
なお、図３では、第１受動素子Ｐ１ａの例としてインダクタを図示しているが、本実施例では、上記のようにコンデンサの第１受動素子Ｐ１ａを使用した。

この本実施例におけるＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を、図１３に示す。また、本実施例における放射パターンを図１４〜図１６に示す。なお、この際、基板本体２の一辺２ａの延在方向をＹ方向とし、中央パターンＥ１の先端に向けた延在方向を−Ｘ方向とし、基板本体２の表面に直交する方向をＺ方向とした場合のＺＸ面に対する垂直偏波、水平偏波及び電力利得を１５７５ＭＨｚ帯、２４４２ＭＨｚ帯及び５３５０ＭＨｚ帯で測定した。
これらの結果から、本実施例のＶＳＷＲ特性では、図１３及び表１に示すように、良好なアンテナ性能（広域化）が実現されている。なお、表１では、１５００ＭＨｚ帯、２０００ＭＨｚ帯及び５０００ＭＨｚ帯と表記している。

なお、１５７５ＭＨｚ帯の共振周波数ｆ１は、主に上側のループ用パターンＥ４により発生し、２４４２ＭＨｚ帯の共振周波数ｆ２は、主に下側のループ用パターンＥ４により発生している。また、５３５０ＭＨｚ帯の共振周波数ｆ３は、主に内側突出パターンＥ５により発生している。すなわち、５ＧＨｚ帯では、上側のループ用パターンＥ４における第２受動素子Ｐ２ａの給電側付近に電界が集中するため、この部分に内側突出パターンＥ５を設けることで、効果的に共振周波数ｆ３を発生させることができる。さらに、２４４２ＭＨｚ帯の共振周波数ｆ２と５３５０ＭＨｚ帯の共振周波数ｆ３との間の共振周波数ｆｘは、下側のループ用パターンＥ４の第２受動素子Ｐ２ｂが接続されグランド面Ｇに沿っている部分とグランド面Ｇとの間（図８の符号ｆの部分）によって発生している。したがって、本実施例では、異なる４つの共振周波数による複共振化が得られている。

なお、本発明は上記各実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上記各実施形態では、アンテナ素子の導体パターンが単層構造であり、同一面の電極間距離で容量結合を構成しているのに対し、多層構造を利用して上下の電極間において容量結合を構成しても構わない。すなわち、誘電体層を挟んで上下に形成された両端導体パターン、中間導体パターン及び浮遊導体パターンにより、層間の導体パターンで容量を発生させても良い。
また、アンテナ素子の導体パターンは極性がなく対称構造となっているが、非対称構造とし極性をつけても構わない。

１，２１，３１，４１…アンテナ装置、２…基板本体、２ａ…基板本体の一辺、３…アンテナエレメント、１１…誘電体基体、１２…両端電極部、１３…中間電極部、１４…両端導体パターン、１５…中間導体パターン、１６…浮遊導体パターン、ＡＯＡ…アンテナ占有領域、ＡＴ…アンテナ素子、Ｅ１…中央パターン、Ｅ３…グランド接続パターン、Ｅ４…ループ用パターン、Ｅ５…内側突出パターン、ＦＰ…給電点、Ｇ…グランド面、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ…第１受動素子、Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ…第２受動素子、Ｐ３…第３受動素子、Ｐ４…第４受動素子、Ｐ５…第５受動素子

Claims (5)

1. 絶縁性の基板本体と、該基板本体に金属箔でパターン形成されたグランド面と、該グランド面が形成されていない領域として前記基板本体の表裏面の少なくとも一方に該基板本体の角部に設けられたアンテナ占有領域と、該アンテナ占有領域内に金属箔でパターン形成されたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントに接続され前記アンテナ占有領域に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子とを備え、
   前記アンテナエレメントが、中央パターンと、一対のループ用パターンと、一対のグランド接続パターンとを有し、
   前記中央パターンが、前記グランド面の近傍に配された基端側に給電点が設けられると共に前記アンテナ素子に向けて延在し、
   前記アンテナ素子が、誘電体基体と、該誘電体基体の両端に形成された一対の両端電極部と、前記誘電体基体の中間部に形成され前記中央パターンの先端部に接続された中間電極部とを備えて前記両端電極部と前記中間電極部との間にそれぞれ容量成分を有し、
   一対の前記ループ用パターンが、一対の前記両端電極部に先端部が接続されていると共に前記中央パターンの基端部に基端部が接続されて前記中央パターンの両側に延在し、
   一対の前記グランド接続パターンが、一対の前記ループ用パターンと前記ループ用パターンに隣接する前記グランド面とをそれぞれ接続してインダクタンス成分を有し、
   一対の前記ループ用パターンが、それぞれ先端部と前記グランド接続パターンの接続部との間に第１受動素子が接続されていると共に、基端部と前記グランド接続パターンの接続部との間に第２受動素子が接続されて延在していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナエレメントが、前記ループ用パターンにおける前記第２受動素子の基端側近傍から内側に突出して延在している内側突出パターンを有していることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ占有領域が、前記基板本体の表裏面に互いに対向して設けられ、
   前記中央パターンと前記ループ用パターンと前記グランド接続パターンとが、表面側の前記アンテナ占有領域に設けられ、
   前記内側突出パターンが、スルーホールを介して前記ループ用パターンに接続されて裏面側のアンテナ占有領域に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記中央パターンの途中に第３受動素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ素子が、前記アンテナ占有領域内における前記基板本体の一辺又は角に設置され、
   一対の前記グランド接続パターンが、前記基板本体の周縁に接して又は該周縁の近傍に配されていることを特徴とするアンテナ装置。