JP6004257B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数共振化が可能なアンテナ装置に関する。

従来、通信機器において、アンテナの共振周波数を複共振化するためには、放射電極と誘電体ブロックとを備えたアンテナや、スイッチ，制御電圧源を用いたアンテナ装置が提案されている。
例えば、誘電体ブロックによる従来技術としては、特許文献１では、放射電極を樹脂成型体に形成し、さらに誘電体ブロックを接着剤で一体化することで高効率を得る複合アンテナが提案されている。

また、スイッチ，制御電圧源を用いた従来技術としては、特許文献２では、第１の放射電極と、第２の放射電極と、第１の放射電極の途中部と第２の放射電極の基端部との間に介設され第２の放射電極を第１の放射電極と電気的に接続又は切断させるためのスイッチと、を備えるアンテナ装置が提案されている。

特開２０１０−８１０００号公報 特開２０１０−１６６２８７号公報

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。
すなわち、特許文献１に記載のような誘電体ブロックによる技術では、放射電極を励振する誘電体ブロックを使用しており、機器毎に誘電体ブロック、放射電極パターン等の設計が必要になり、その設計条件によってアンテナ性能が劣化したり、不安定要素が増加する不都合がある。また、放射電極が樹脂成型体の表面に形成されているため、樹脂成型体上に放射電極パターンを設計する必要があり、実装する通信機器やその用途に応じて、アンテナ設計、金型設計が必要になり、大幅なコストの増大を招いてしまう。さらに、誘電体ブロックと樹脂成型体とを接着剤で一体化するので、接着剤のＱ値以外にも接着条件（接着剤の厚み、接着面積等）により、アンテナ性能が劣化したり、不安定要素が増加する不都合がある。
また、特許文献２に記載のようなスイッチ，制御電圧源を用いたアンテナ装置の場合、スイッチで共振周波数を切り替えを行うために、制御電圧源の構成やリアクタンス回路等が必要であり、アンテナ構成が機器毎に複雑化し、設計の自由度が無く、容易なアンテナ調整が困難であるという問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、複共振化した各共振周波数のフレキシブルな調整が可能で、用途や機器毎に応じたアンテナ性能を安価かつ容易に確保できると共に小型化や薄型化が可能な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、該基板本体の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成されたグランドパターン、第１エレメント、第２エレメント及び第３エレメントとを備え、前記第１エレメントが、前記グランドパターンに近接した基端側に給電点が設けられていると共に途中に第１受動素子及び誘電体アンテナのアンテナ素子がこの順に接続されて一定方向に延在し、前記第２エレメントが、前記第１エレメントの基端側に基端が接続されていると共に途中に第２受動素子が接続されて前記第１エレメントに沿って延在し、前記第３エレメントが、前記第１エレメントの基端側に一端が接続されていると共に前記第１エレメントと逆方向に延在した部分を少なくとも有していることを特徴とする。

このアンテナ装置では、第１エレメント及び第２エレメントだけでなく第３エレメントを備えているので、少なくとも３つの共振周波数で複共振化を行うことが可能になる。特に、第３エレメントが、第１エレメントと反対方向に延びることで、第３エレメントを主として得られる共振周波数と、第１エレメントを主として得られる共振周波数との干渉を低減することができる。

第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記第１エレメントが、基端から前記第１受動素子まで前記一定方向に延在した第１延在部と、前記第１受動素子から前記アンテナ素子を途中に配して前記第１延在部の延在方向に延在する第２延在部と、該第２延在部の先端から前記第２エレメント側に向けて延在する第３延在部と、該第３延在部の先端から前記第２延在部と前記第２エレメントとの間であって前記第２延在部に沿って延在し先端が前記第２延在部の基端側又は前記第１延在部に接続された第４延在部と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、内外に浮遊容量を効果的に発生可能な環状の装荷パターン（以下、開口ローディング部という）を第１エレメントの開放端部分に構成することで、高インピーダンスとなるアンテナ素子が開放端となる場合に比べ、周囲の人体や周辺部品の影響を抑制してアンテナ性能の劣化を防ぐことができる。

なお、具体的な浮遊容量としては、第４延在部と第２エレメントとの間の浮遊容量と、第４延在部とグランドパターンとの間の浮遊容量と、装荷パターンの内部（第２延在部と第４延在部との間）の浮遊容量と、アンテナ素子とグランドとの間の浮遊容量とを発生させることができ、少なくとも第１エレメントを主として得られる共振周波数と第２エレメントを主として得られる共振周波数との各共振周波数において高い調整自由度を得ることができると共に、アンテナ性能と人体や周辺部品の影響の低減との両立を図ることができる。
したがって、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子を有する上記装荷パターンによる内外の複合的な浮遊容量を効果的に利用することで、複共振化させることができ、人体や周辺部品の影響を低減することも可能になる。

さらに、アンテナ素子および受動素子の選択によって、各共振周波数をフレキシブルに調整可能であり、設計条件に応じた複共振化が可能なアンテナ装置を得ることができる。このように、アンテナ構成上、各共振周波数をフレキシブルに調整できるため、共振周波数の入れ替えが可能になり、用途や機器に応じて受動素子等による調整箇所を変更可能になっている。
また、基板本体の平面内で設計が可能であり、従来の誘電体ブロックや樹脂成型体等を使用する場合に比べて薄型化が可能であると共に、誘電体アンテナであるアンテナ素子の選択によって、小型化および高性能化が可能になる。また、金型、設計変更等によるコストが必要なく、低コストを実現することができる。

第３の発明に係るアンテナ装置は、第２の発明のいずれかにおいて、前記第３エレメントが、前記第１エレメントと逆方向に延在した部分である第５延在部と、前記第５延在部の先端に接続され前記一定方向に直交する方向かつ前記第２エレメント側に延在する第６延在部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、第３エレメントが、第５延在部の先端に接続され前記一定方向に直交する方向かつ第２エレメント側に延在する第６延在部を有しているので、基板本体上のアンテナ占有領域が狭く、第３エレメントを第５延在部の延在方向に長く延ばすことが困難な場合でも、第６延在部で方向を変えて延在させることで、アンテナ性能（放射効率、帯域幅）を向上させることができる。

第４の発明に係るアンテナ装置は、第２又は第３の発明において、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成された第４エレメントを備え、前記第４エレメントが、前記第１延在部の途中から前記一定方向に直交する方向かつ前記第２エレメント側に延在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、第４エレメントが、第１延在部の途中から前記一定方向に直交する方向かつ第２エレメント側に延在しているので、第４エレメントを主とした共振周波数が得られ、第１〜第４エレメントにより４つの複共振化が可能になる。なお、第４エレメントを幅広部とすることで、帯域幅を広くすることが可能になる。

第５の発明に係るアンテナ装置は、第３の発明において、前記グランドパターンが、前記第６延在部の先端よりも前記第５延在部の基端側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、グランドパターンが、第６延在部の先端よりも第５延在部の基端側に配されているので、グランドパターンと第６延在部の先端との距離が長くなり、グランドパターンの影響を低減することができる。なお、第４エレメントを設けた場合には、グランドパターンと第４エレメントの先端との距離も長くなり、第４エレメントにおいてもグランドパターンの影響を低減することができる。

第６の発明に係るアンテナ装置は、第４の発明において、前記第１延在部が、前記第４エレメントと前記グランドパターンとの間に前記第４エレメントに沿って突出した干渉コントロール部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、第１延在部が、第４エレメントとグランドパターンとの間に第４エレメントに沿って突出した干渉コントロール部を有しているので、第４エレメントと干渉コントロール部との間に浮遊容量が発生し、人体や周辺部品の影響を低減することが可能になる。また、第３エレメントが第６延在部を有する場合には、また、第４エレメントと第６延在部との間に介在する浮遊容量が、給電点近傍にあるために、第４エレメント側と第６延在部Ｅ側とが直接干渉する場合に比べて、影響を低減することが可能になる。

第７の発明に係るアンテナ装置は、第２から第６の発明のいずれかにおいて、前記第４延在部が、前記第２延在部の基端側に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、第４延在部が、第２延在部の基端側に接続されているので、第１延在部と、第２〜第４延在部で構成される環状の装荷パターンとが、第１受動素子を介して分離され、装荷パターンから第１延在部への高周波電流の戻りを抑制することで周波数の調整がし易くなる。

第８の発明に係るアンテナ装置は、第２から第７の発明のいずれかにおいて、前記第１延在部に、前記第２延在部の基端部と対向配置された切り欠き部が形成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、第１延在部に、第２延在部の基端部と対向配置された切り欠き部が形成されているので、切り欠き部と第２延在部との間に切り欠き部の抜き面積に応じて浮遊容量が発生し、切り欠き部が容量コントロール部として機能する。この切り欠き部の容量コントロール部により、第４エレメント側と第１エレメント側との干渉を抑制することができる。

第９の発明に係るアンテナ装置は、第１から第８の発明のいずれかにおいて、前記グランドパターンに電気的に接続されたメイングランド部が表面に金属箔でパターン形成されたメイン基板を備え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、グランドパターンに電気的に接続されたメイングランド部が表面に金属箔でパターン形成されたメイン基板を備えているので、メイン基板のメイングランド部側に高周波回路等を設けることができ、基板本体を小型化することができる。また、メイン基板の上方などに基板本体を設置することも可能になって、機器の筐体内における設置自由度が向上する。さらに、実装する筐体の配置条件にフレキシブルに対応するために、メイン基板とは別に、基板本体にフレキシブル基板等を採用することも可能になる。また、基板本体とメイン基板との間に高誘電率材やゴム材からなるスペーサを挿入することも可能になり、導体パターン（各エレメント）の小型化効果や衝撃吸収効果を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、第３エレメントが、第１エレメントと反対方向に延びることで、第３エレメントを主として得られる共振周波数と、第１エレメントを主として得られる共振周波数との干渉を低減することができる。また、内外に浮遊容量を効果的に発生可能な環状の装荷パターンを第１エレメントの開放端部分に構成することで、高いアンテナ性能で複共振化させることができると共に、人体や周辺部品の影響を低減することも可能になる。
さらに、アンテナ素子及び受動素子の選択によって、各共振周波数をフレキシブルに調整可能であり、設計条件に応じた複共振化が可能になると共に、小型化および高性能化が可能になる。
したがって、本発明のアンテナ装置は、多様な用途や機器に対応した複共振化が容易に可能になると共に、省スペース化を図ることができる。

本発明に係るアンテナ装置の一実施形態において、各エレメントの位置関係を示す平面図である。 本実施形態において、アンテナ装置で生じる浮遊容量を示す配線図である。 本実施形態において、アンテナ素子を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、正面図（ｃ）および底面図（ｄ）である。 本実施形態において、アンテナ装置を示す簡略的な断面図である。 本実施形態において、自由空間状態と人体装着状態とにおける４共振化した際のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 本実施形態において、アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。

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６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の表面にそれぞれ銅箔等の金属箔でパターン形成されたグランドパターンＧＮＤ、第１エレメント３、第２エレメント４、第３エレメント５及び第４エレメント６とを備えている。
また、このアンテナ装置１は、図４に示すように、グランドパターンＧＮＤに接続配線１１により電気的に接続されたメイングランド部Ｇ２が表面に銅箔等の金属箔でパターン形成されたメイン基板２Ｂを備えている。

上記基板本体２は、略長板状であり、メイン基板２Ｂの上方に設置されており、基板本体２とメイン基板２Ｂとの間には、ＡＢＳ等の一般的な樹脂で形成された絶縁性スペーサＳが挿入されている。なお、メイングランド部Ｇ２は、基板本体２の直下にも設けられている。

上記第１エレメント３は、グランドパターンＧＮＤに近接した基端側に給電点ＦＰが設けられていると共に途中に２つの第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ及び誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴがこの順に接続されて一定方向に延在している。ここで、前記一定方向は、基板本体２の延在方向である。なお、２つの第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂは、ランド部を介して直列に接続されている。
上記第２エレメント４は、第１エレメント３の基端側に基端が接続されていると共に途中に第２受動素子Ｐ２が接続されて第１エレメント３に沿って延在している。

上記第１エレメント３は、基端から第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂまで前記一定方向に延在した第１延在部Ｅ１と、第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂからアンテナ素子ＡＴを途中に配して第１延在部Ｅ１の延在方向に延在する第２延在部Ｅ２と、該第２延在部Ｅ２の先端から第２エレメント４側に向けて延在する第３延在部Ｅ３と、該第３延在部Ｅ３の先端から第２延在部Ｅ２と第２エレメント４との間であって第２延在部Ｅ２に沿って延在し先端が第２延在部Ｅ２の基端側に接続された第４延在部Ｅ４とを有している。

すなわち、環状に接続される第２〜第４延在部Ｅ２〜Ｅ４により、内外に浮遊容量を効果的に発生可能な装荷パターンが、第１エレメント３の開放端部分に構成されている。
上記第１延在部Ｅ１は、給電点ＦＰとなる基端から第１受動素子Ｐ１ｂが接続される先端まで前記一定方向（基板本体２の延在方向）に幅広な略帯状に延在している。
なお、第１延在部Ｅ１の基端側の部分（切り欠き部Ｅ１ａより基端側）は、部分的にみれば前記一定方向に直交する方向に延在しており、第１エレメント３及び第２エレメント４に対しては直交する方向となっている。また、第３エレメント５、及び第４エレメント６に対しては逆方向になるように配置されており、給電点ＦＰ近傍に配置されていることから、第１〜４の各エレメントに対して、干渉することなく、全体的な占有面積を広げることができ、アンテナ性能（広帯域化等）を改善することができる。
また、第１延在部Ｅ１と第２延在部Ｅ２から第４延在部Ｅ４までの装荷パターンとは、第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを介して電気的に接続されているが、パターンとしては、第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂにより分離されている。

なお、第３延在部Ｅ３は、第２延在部Ｅ２及び第４延在部Ｅ４の延在方向に直交する方向に延在し、第２延在部Ｅ２及び第４延在部Ｅ４は、第３延在部Ｅ３より長く設定されている。
上記第２エレメント４は、装荷パターンよりも幅広に設けられた第１延在部Ｅ１の先端の角部から装荷パターンと同一方向に延在している。

上記第３エレメント５は、第１エレメント３の基端側に一端が接続されていると共に第１エレメント３と逆方向に延在した第５延在部Ｅ５と、該第５延在部Ｅ５の先端に接続され前記一定方向に直交する方向かつ第２エレメント４側に延在する第６延在部Ｅ６とを有している。

上記第４エレメント６は、第１延在部Ｅ１の途中から前記一定方向に直交する方向かつ第２エレメント４側に延在しており、第２エレメント４の線幅よりも幅広な幅広部とされている。
上記グランドパターンＧＮＤは、第６延在部Ｅ６の先端よりも第５延在部Ｅ５の基端側に配されている。このグランドパターンＧＮＤは、メイングランド部Ｇ２に接続されており、矩形状にパターン形成されている。

上記第１延在部Ｅ１は、第２延在部Ｅ２よりも幅広に形成され、第２延在部Ｅ２側に第２延在部Ｅ２の基端部と対向配置された切り欠き部Ｅ１ａが形成されている。
また、第１延在部Ｅ１は、第４エレメント６とグランドパターンＧＮＤとの間に第４エレメント６に沿って突出した干渉コントロール部Ｅ１ｂを有している。
すなわち、第６延在部Ｅ６と第４エレメント６と干渉コントロール部Ｅ１ｂとは、互いに同一方向に向けて延在している。
上記第６延在部Ｅ６と前記第４エレメント６とは、互いに間隔を空けて同方向に延在しており、互いの間に延在する第５延在部Ｅ５には、矩形状の凹部Ｅ５ａが形成されている。そして、該凹部Ｅ５ａ内に、グランドパターンＧＮＤが配されている。

上記基板本体２及びメイン基板２Ｂは、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、ガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板を採用している。
上記給電点ＦＰは、メイン基板２Ｂのメイングランド部Ｇ２に設けられた高周波回路（図示略）に接続される。

上記アンテナ素子ＡＴは、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図３に示すように、セラミックス等の誘電体２１の表面にＡｇ等の導体パターン２２が形成されたチップアンテナである。このアンテナ素子ＡＴは、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン２２等が互い異なる素子を選択しても構わないと共に、同じ素子を選択しても構わない。

上記各エレメントは、互いの間の浮遊容量と、グランドパターンＧＮＤ又はメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量とを発生可能に、互いに間隔を空けて延在している。
すなわち、図２に示すように、第４延在部Ｅ４と第２エレメント４との間の浮遊容量Ｃａと、第４延在部Ｅ４とグランドパターンＧＮＤとの間の浮遊容量Ｃｂと、装荷パターンの内部（第２延在部Ｅ２と第４延在部Ｅ４との間）の浮遊容量Ｃｃと、アンテナ素子ＡＴとメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量Ｃｄと、切り欠き部Ｅ１ａ（容量コントロール部）と第２延在部Ｅ２との間の浮遊容量Ｃｅ、第１延在部Ｅ１とグランドパターンＧＮＤとの間の浮遊容量Ｃｆと、第１延在部Ｅ１とメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量Ｃｇと、第４エレメント６とメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量Ｃｈと、第４エレメント６と干渉コントロール部Ｅ１ｂとの間の浮遊容量Ｃｉと、第５延在部Ｅ５とメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量Ｃｊと、第６延在部Ｅ６とグランドパターンＧＮＤとの間の浮遊容量Ｃｋと、第６延在部Ｅ６とメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量Ｃｍとが発生可能である。

上記第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ、第２受動素子Ｐ２及び第３受動素子Ｐ３は、例えばジャンパー線、インダクタ、コンデンサまたは抵抗が採用される。

次に、本実施形態のアンテナ装置における各共振周波数について、図１及び図５を参照して説明する。

本実施形態のアンテナ装置１では、図５に示すように、第１の共振周波数ｆ１、第２の共振周波数ｆ２、第３の共振周波数ｆ３及び第４の共振周波数ｆ４の４つに複共振化される。
上記第１の共振周波数ｆ１は、４つの共振周波数の中で低い周波数帯のものであり、主に第１エレメント３（第１延在部Ｅ１及び装荷パターンとなる第２〜第４延在部Ｅ２〜Ｅ４）と浮遊容量とで決定される。また、上記第２の共振周波数ｆ２は、４つの共振周波数の中で中間の周波数帯のものであり、主に第２エレメント４と第２受動素子Ｐ２と浮遊容量とで決定される。また、上記第３の共振周波数ｆ３は、４つの共振周波数の中で第２の共振周波数ｆ２と異なる中間の周波数帯のものであり、主に第４エレメント６と浮遊容量とで決定される。さらに、上記第４の共振周波数ｆ４は、４つの共振周波数の中で高い周波数帯のものであり、主に第３エレメント５と浮遊容量とで決定される。

また、各共振周波数に対して、第３受動素子Ｐ３を用いて、グランドパターンＧＮＤ側に流れる高周波電流の流れをコントロールすることで、最終的なインピーダンス調整を行う。
以下、これら共振周波数について、より詳しく説明する。

「第１の共振周波数ｆ１について」
上記第１の共振周波数ｆ１の周波数は、装荷パターン（第２〜第４延在部Ｅ２〜Ｅ４、アンテナ素子ＡＴ、第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ）、第１延在部Ｅ１及び浮遊容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｇにより設定および調整することができる。
また、第１の共振周波数ｆ１のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｇの各浮遊容量の設定で行うことができる。

さらに、最終的な周波数調整は、第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
また、最終的なインピーダンス調整は、第３受動素子Ｐ３の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「アンテナ素子ＡＴ」と「各エレメント長」と「受動素子」と「各浮遊容量」とにより、共振周波数、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第１の共振周波数ｆ１は、主に図１中の破線Ａ１の部分で調整される。

「第２の共振周波数ｆ２について」
上記第２の共振周波数ｆ２の周波数は、第２エレメント４と、第１延在部Ｅ１と、浮遊容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｇとにより設定および調整することができる。
また、第２の共振周波数ｆ２のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｇの各浮遊容量の設定で行うことができる。
さらに、最終的な周波数調整は、第２受動素子Ｐ２の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。

また、最終的なインピーダンス調整は、第３受動素子Ｐ３の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「各配線パターン」と「受動素子」と「各浮遊容量」とにより、共振周波数、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第２の共振周波数ｆ２は、主に図１中の一点鎖線Ａ２の部分で調整される。

「第３の共振周波数ｆ３について」
上記第３の共振周波数ｆ３の周波数は、第４エレメント６と、第１延在部Ｅ１と、浮遊容量Ｃｆ，Ｃｇ，Ｃｈ，Ｃｉとにより設定および調整することができる。
また、第３の共振周波数ｆ３のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃｆ，Ｃｇ，Ｃｈ，Ｃｉの各浮遊容量の設定で行うことができる。

また、最終的なインピーダンス調整は、第３受動素子Ｐ３の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「各配線パターン」と「受動素子」と「各浮遊容量」とにより、共振周波数、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第３の共振周波数ｆ３は、主に図１中の二点鎖線Ａ３の部分で調整される。

「第４の共振周波数ｆ４について」
上記第４の共振周波数ｆ４の周波数は、第３エレメント５と、第１延在部Ｅ１と、浮遊容量Ｃｆ，Ｃｊ，Ｃｋ，Ｃｍとにより設定および調整することができる。
また、第４の共振周波数ｆ４のインピーダンス調整は、浮遊容量Ｃｆ，Ｃｊ，Ｃｋ，Ｃｍの各浮遊容量の設定で行うことができる。

また、最終的なインピーダンス調整は、第３受動素子Ｐ３の選択によりフレキシブルに行うことが可能である。
このように「各配線パターン」と「受動素子」と「各浮遊容量」とにより、共振周波数、インピーダンスをフレキシブルに調整可能である。すなわち、第４の共振周波数ｆ４は、主に図１中の点線Ａ４の部分で調整される。

次に、装荷パターンの部分について説明する。
上記装荷パターンは、第１延在部Ｅ１の先端側に設けられ第２延在部Ｅ２〜第４延在部Ｅ４によってアンテナ素子ＡＴを含んでループ状に構成されて、第１エレメント３の開放端部分に複合容量を装荷する形で設計されている開口ローディン部である。なお、装荷パターン部における複合容量イメージを、図２に示す。

なお、第１延在部Ｅ１の先端側にアンテナ素子ＡＴによるローディング部のみが接続されている場合、開放端部分が高インピーダンスとなり、人体及び周辺部品の影響を受け易くなり、設計条件によってはアンテナ性能が十分に確保できない場合がある。これに対して、本実施形態のようにアンテナ素子ＡＴを含んだ開口パターン構造を、第１延在部Ｅ１の先端側に接続すると、開放端であるが、インピーダンスの低下を最小限に抑制すると共に、開口ローディング部（装荷パターン）内の浮遊容量により、人体及び周辺部品の影響を抑制することが可能になる。

第４延在部Ｅ４は、第２エレメント４との間に浮遊容量Ｃａを発生可能に配置され、第２エレメント４による第４の共振周波数ｆ４に対しても複合容量を装荷する形とすることが望ましい。
また、アンテナ性能と人体や周辺部品の影響低減とを両立させるためには、上記装荷パターンの部分の面積は大きいほど良い。なお、同じ面積であれば、第２延在部Ｅ２及び第４延在部Ｅ４の長さは、第３延在部Ｅ３の長さより長く設定することが望ましい。

次に、切り欠き部Ｅ１ａによる容量コントロール部について説明する。
第１延在部Ｅ１の先端側（第１受動素子Ｐ１ｂの近傍）に切り欠き部Ｅ１ａを形成することで、第２延在部Ｅ２の基端側と切り欠き部Ｅ１ａとの間で抜き面積に応じた容量コントロール部を設けることができる。
本実施形態の場合、第４の共振周波数ｆ４を設計する第３エレメント５との干渉を抑制するために、切り欠き部Ｅ１ａを形成して容量コントロール部を設け、第１延在部Ｅ１を形成している。
なお、切り欠き部Ｅ１ａによる容量コントロール部の抜き面積は、少ないほど（間隔が狭いほど）容量が大きくなり、第１の共振周波数ｆ１の帯域幅等のアンテナ性能が向上する。

次に、干渉コントロール部Ｅ１ｂについて説明する。
干渉コントロール部Ｅ１ｂは、給電点ＦＰ近傍であって第１延在部Ｅ１の第４エレメント６側に突出して形成されている。
第３の共振周波数ｆ３は幅広部の第４エレメント６で主に設計されるが、第４の共振周波数ｆ４も、第４エレメント６と同方向に延在する第６延在部Ｅ６を有する第３エレメント５で主に設計される。このため、第４エレメント６と第６延在部Ｅ６とが互いに距離によっては干渉してしまい、アンテナ性能が劣化する傾向がある。

そこで、本実施形態では、第４エレメント６の近傍に干渉コントロール部Ｅ１ｂを設け、第４エレメント６との浮遊容量Ｃｉを発生させている。これにより、第４エレメント６と第６延在部Ｅ６との間に浮遊容量Ｃｉが介在し、それが給電点ＦＰ近傍にあるため、直接干渉する場合に比べて影響を低下させることができる。
なお、干渉コントロール部Ｅ１ｂは、突出量が長いほど、第４エレメント６との浮遊容量Ｃｉを発生し易くなる。また、浮遊容量Ｃｉにより、人体や周辺部品の影響を低減することも可能になる。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、第１エレメント３及び第２エレメント４だけでなく第３エレメント５を備えているので、少なくとも３つの共振周波数で複共振化を行うことが可能になる。特に、第３エレメント５が、第１エレメント３と反対方向に延びることで、第３エレメント５を主として得られる共振周波数と、第１エレメント３を主として得られる共振周波数との干渉を低減することができる。
また、内外に浮遊容量を効果的に発生可能な環状の装荷パターンを第１エレメント３の開放端部分に構成することで、高インピーダンスとなるアンテナ素子ＡＴが開放端となる場合に比べ、周囲の人体や周辺部品の影響を抑制してアンテナ性能の劣化を防ぐことができる。

また、第４延在部Ｅ４と第２エレメント４との間の浮遊容量と、第４延在部Ｅ４とグランドパターンＧＮＤとの間の浮遊容量と、装荷パターンの内部（第２延在部Ｅ２と第４延在部Ｅ４との間）の浮遊容量と、アンテナ素子ＡＴとメイングランド部Ｇ２との間の浮遊容量とを発生させることができ、少なくとも第１エレメント３を主として得られる共振周波数と第２エレメント４を主として得られる共振周波数との各共振周波数において高い調整自由度を得ることができると共に、アンテナ性能と人体や周辺部品の影響の低減との両立を図ることができる。
したがって、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子ＡＴを有する上記装荷パターンによる内外の複合的な浮遊容量を効果的に利用することで、複共振化させることができ、人体や周辺部品の影響を低減することも可能になる。

さらに、アンテナ素子ＡＴおよび受動素子の選択によって、各共振周波数をフレキシブルに調整可能であり、設計条件に応じた複共振化が可能なアンテナ装置を得ることができる。このように、アンテナ構成上、各共振周波数をフレキシブルに調整できるため、共振周波数の入れ替えが可能になり、用途や機器に応じて受動素子等による調整箇所を変更可能になっている。
また、基板本体２の平面内で設計が可能であり、従来の誘電体ブロックや樹脂成型体等を使用する場合に比べて薄型化が可能であると共に、誘電体アンテナであるアンテナ素子ＡＴの選択によって、小型化および高性能化が可能になる。また、金型、設計変更等によるコストが必要なく、低コストを実現することができる。

また、第３エレメント５が、第５延在部Ｅ５の先端に接続され前記一定方向に直交する方向かつ第２エレメント４側に延在する第６延在部Ｅ６を有しているので、基板本体２上のアンテナ占有領域が狭く、第３エレメント５を第５延在部Ｅ５の延在方向に長く延ばすことが困難な場合でも、第６延在部Ｅ６で方向を変えて延在させることで、アンテナ性能（放射効率、帯域幅）を向上させることができる。

また、第４エレメント６が、第１延在部Ｅ１の途中から前記一定方向に直交する方向かつ第２エレメント４側に延在しているので、第４エレメント６を主とした共振周波数が得られ、第１〜第４エレメント３〜６により４つの複共振化が可能になる。また、第４エレメント６が第２エレメント４の線幅よりも幅広な幅広部とされているので、帯域幅を広くすることが可能になる。

また、グランドパターンＧＮＤが、第６延在部Ｅ６の先端よりも第５延在部Ｅ５の基端側に配されているので、グランドパターンＧＮＤと第６延在部Ｅ６の先端との距離が長くなり、グランドパターンＧＮＤの影響を低減することができる。なお、グランドパターンＧＮＤと第４エレメント６の先端との距離も長くなり、第４エレメント６においてもグランドパターンＧＮＤの影響を低減することができる。

また、第１延在部Ｅ１が、第４エレメント６とグランドパターンＧＮＤとの間に第４エレメント６に沿って突出した干渉コントロール部Ｅ１ｂを有しているので、第４エレメント６と干渉コントロール部Ｅ１ｂとの間に浮遊容量Ｃｉが発生し、人体や周辺部品の影響を低減することが可能になる。また、第４エレメント６と第６延在部Ｅ６との間に介在する浮遊容量Ｃｉが、給電点ＦＰ近傍にあるために、第４エレメント６側と第６延在部Ｅ６側とが直接干渉する場合に比べて、影響を低減することが可能になる。

また、第４延在部Ｅ４が、第２延在部Ｅ２の基端側に接続されているので、第１延在部Ｅ１と、第２〜第４延在部Ｅ２〜Ｅ４で構成される環状の装荷パターンとが、第１受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを介して分離され、装荷パターンから第１延在部Ｅ１への高周波電流の戻りを抑制することで周波数の調整がし易くなる。
また、第１延在部Ｅ１に、第２延在部Ｅ２の基端部と対向配置された切り欠き部Ｅ１ａが形成されているので、切り欠き部Ｅ１ａと第２延在部Ｅ２との間に切り欠き部Ｅ１ａの抜き面積に応じて浮遊容量が発生し、切り欠き部Ｅ１ａが容量コントロール部として機能する。この切り欠き部Ｅ１ａの容量コントロール部により、第４エレメント６側と第１エレメント３側との干渉を抑制することができる。

さらに、グランドパターンＧＮＤに電気的に接続されたメイングランド部Ｇ２が表面に金属箔でパターン形成されたメイン基板２Ｂを備えているので、メイン基板２Ｂのメイングランド部Ｇ２側に高周波回路等を設けることができ、基板本体２を小型化することができる。また、メイン基板２Ｂの上方などに基板本体２を設置することも可能になって、機器の筐体内における設置自由度が向上する。さらに、実装する筐体の配置条件にフレキシブルに対応するために、メイン基板２Ｂとは別に、基板本体２にフレキシブル基板等を採用することも可能になる。また、基板本体２とメイン基板２Ｂとの間に高誘電率材やゴム材からなるスペーサＳを挿入することも可能になり、導体パターン（各エレメント）の小型化効果や衝撃吸収効果を得ることができる。

次に、本実施形態のアンテナ装置を実際に作製した実施例について、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を測定した結果と、各共振周波数での放射パターンについて測定した結果とを、図５及び図６を参照して説明する。

まず、周囲に人体や周辺部品が無い自由空間状態とした場合と、人体と同じ塩分濃度の生理食塩水を入れたペットボトルに密着させて仮想的に人体装着状態とした場合とについて、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を測定した結果を、図５に示す。
なお、図５の測定においては、第１受動素子Ｐ１ａとして、Ｌ＝２．７ｎＨのインダクタを用い、第１受動素子Ｐ１ｂとして、Ｌ＝８．２ｎＨのインダクタを用いた。また、第２受動素子Ｐ２として、Ｌ＝２．７ｎＨのインダクタを用いた。さらに、第３受動素子Ｐ３として、Ｃ＝１５ｐＦのコンデンサを用いた。

この測定結果からわかるように、自由空間状態で得られている第１〜第４の共振周波数ｆ１〜ｆ４が、人体装着状態とした場合でも、共振周波数の変化が小さく、変動が抑制されていることがわかる。
代表的に、９００ＭＨｚ帯域の第１の共振周波数ｆ１と、１８００ＭＨｚ帯域の第２の共振周波数ｆ２との場合について下記に示す。
・第１の共振周波数ｆ１
＜自由空間状態＞
共振周波数：８７３．１ＭＨｚ（ＶＳＷＲ＝１．４）
＜人体装着状態＞
共振周波数：７８９．１ＭＨｚ（ＶＳＷＲ＝１．６０）
・第２の共振周波数ｆ２
＜自由空間状態＞
共振周波数：１７７８．１ＭＨｚ（ＶＳＷＲ＝１．９０）
＜人体装着状態＞
共振周波数：１６４０．１ＭＨｚ（ＶＳＷＲ＝１．６０）

次に、上記実施例のアンテナ装置について、第１の共振周波数ｆ１及び第２の共振周波数ｆ２での放射パターンについて測定した結果を、図６に示す。
なお、アンテナ素子ＡＴの延在方向（第２延在部Ｅ２の延在方向）をＹ方向とし、第２延在部Ｅ２から第４延在部Ｅ４へ向かう第３延在部Ｅ３の延在方向をＸ方向とし、基板本体２表面に対する垂直方向をＺ方向とした。この際のＹＺ面及びＺＸ面に対する垂直偏波、水平偏波及び電力利得を測定した。また、この放射パターン測定は、上記自由空間状態で行った。

なお、ＹＺ面における第１の共振周波数ｆ１の平均電力利得は、−３．５ｄＢｉであり、第２の共振周波数ｆ２の平均電力利得は、−７．４ｄＢｉであった。また、ＺＸ面における第１の共振周波数ｆ１の平均電力利得は、−５．２ｄＢｉであり、第２の共振周波数ｆ２の平均電力利得は、−４．０ｄＢｉであった。

なお、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、上記実施形態では、基板本体とは別にメイン基板を設けた構成としたが、１つのメイン基板に全てのエレメントとグランドパターンとを設けたアンテナ装置としても構わない。
また、上記実施形態では、第１エレメントのみにアンテナ素子を設けているが、第２エレメントや第３エレメントにアンテナ素子を設けて各エレメントの短縮化を行い、装置全体の小型化を図っても構わない。

１…アンテナ装置、２…基板本体、２Ｂ…メイン基板、３…第１エレメント、４…第２エレメント、５…第３エレメント、６…第４エレメント、ＡＴ…アンテナ素子、Ｅ１…第１延在部、Ｅ１ａ…切り欠き部、Ｅ１ｂ…干渉コントロール部、Ｅ２…第２延在部、Ｅ３…第３延在部、Ｅ４…第４延在部、Ｅ５…第５延在部、Ｅ６…第６延在部、ＧＮＤ…グランドパターン、Ｇ２…メイングランド部、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ…第１受動素子、Ｐ２…第２受動素子、Ｐ３…第３受動素子、ＦＰ…給電点

Claims (8)

1. 絶縁性の基板本体と、
   該基板本体の表面にそれぞれパターン形成された金属膜のグランドパターン、第１エレメント、第２エレメント及び第３エレメントとを備え、
   前記第１エレメントが、前記グランドパターンに近接した基端側に給電点が設けられていると共に途中に第１受動素子及び誘電体アンテナのアンテナ素子がこの順に接続されて一定方向に延在し、
   前記第２エレメントが、前記第１エレメントの基端側に基端が接続されていると共に途中に第２受動素子が接続されて前記第１エレメントに沿って延在し、
   前記第３エレメントが、前記第１エレメントの基端側に一端が接続されていると共に前記第１エレメントと逆方向に延在した部分を少なくとも有し、
   前記第１エレメントが、基端から前記第１受動素子まで前記一定方向に延在した第１延在部と、前記第１受動素子から前記アンテナ素子を途中に配して前記第１延在部の延在方向に延在する第２延在部と、該第２延在部の先端から前記第２エレメント側に向けて延在する第３延在部と、該第３延在部の先端から前記第２延在部と前記第２エレメントとの間であって前記第２延在部に沿って延在し先端が前記第２延在部の基端側又は前記第１延在部に接続された第４延在部とを有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、
   前記第３エレメントが、前記第１エレメントと逆方向に延在した部分である第５延在部と、
   前記第５延在部の先端に接続され前記一定方向に直交する方向かつ前記第２エレメント側に延在する第６延在部を有していることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
   前記基板本体の表面にパターン形成された金属膜の第４エレメントを備え、
   前記第４エレメントが、前記第１延在部の途中から前記一定方向に直交する方向かつ前記第２エレメント側に延在していることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記グランドパターンが、前記第６延在部の先端よりも前記第５延在部の基端側に配されていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項３に記載のアンテナ装置において、
   前記第１延在部が、前記第４エレメントと前記グランドパターンとの間に前記第４エレメントに沿って突出した干渉コントロール部を有していることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記第４延在部が、前記第２延在部の基端側に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記第１延在部に、前記第２延在部の基端部と対向配置された切り欠き部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記グランドパターンに電気的に接続された金属膜のメイングランド部が表面にパターン形成されたメイン基板を備えていることを特徴とするアンテナ装置。