JP6281578B2 - アンテナ装置および通信機器 - Google Patents

Description

この発明は、アンテナ装置および通信機器に関し、特に、給電素子および無給電素子を備えたアンテナ装置および通信機器に関する。

従来、給電素子および無給電素子を備えたアンテナ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、電力が供給される第１のアーム（給電素子）と、接地面に接続される第２のアーム（無給電素子）とを備えるマルチバンドアンテナ（アンテナ装置）が開示されている。また、上記特許文献１には、第１のアームの一部と、第２のアームの一部とを結合させることにより、広帯域化およびマルチバンド化を図ることが記載されている。

また、従来では、アンテナ装置が通信機器に搭載されることから、アンテナ装置の小型化の要求がある。

特表２００５−５３８６２３号公報

上記特許文献１には、マルチバンドアンテナの広帯域化またはマルチバンド化に関する具体的な特性については、開示も示唆もされておらず、対応可能な帯域の大きさ（広さ）が不明である。ここで、広帯域とは、一般的に、利用する周波数の最高周波数と最低周波数との比が約１．２倍の帯域と考えられる。このため、単に広帯域化された上記特許文献１のマルチバンドアンテナでは、利用する周波数の最高周波数と最低周波数との比が約１．５倍以上になるような超広帯域の周波数には対応することができないという問題点があると考えられる。しかも、従来よりアンテナ装置の小型化の要求があることから、アンテナ装置を超広帯域の周波数に対応させ、かつ、小型化を図ることは非常に困難であると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、小型化を図りながら、超広帯域の周波数に対応することが可能なアンテナ装置および通信機器を提供することである。

この発明の第１の局面によるアンテナ装置は、第１部分と、第２部分とを含む給電素子と、複数の位置で折り返された無給電素子とを備え、給電素子の第２部分の一端および他端と、無給電素子の折り返される領域の一端および他端とが、それぞれ対応する位置に配置されており、給電素子が延びる方向において、第１部分の長さに第２部分の長さを加えた合計長さと、無給電素子の長さと、を等しくすることにより、複数の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域に対応する。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、給電素子の第２部分の幅は、第１部分の幅よりも大きいとともに、無給電素子の延びる方向に直交する方向の幅よりも大きい。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子は、複数の位置で折り返された複数の折り返し部を含み、少なくとも給電素子の第２部分は、無給電素子の複数の折り返し部と結合するように構成されている。また、上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、第２部分は、給電素子が延びる方向において、第１部分よりも大きい長さを有している。また、上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、最高周波数が最低周波数の１．５倍以上の利用周波数帯域を有するように構成されている。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子を接地するための接地板をさらに備え、無給電素子の一方端部は、接地板に接地されるとともに、無給電素子の他方端部は、解放されている。このように構成すれば、接地板に接地された無給電素子と、給電素子の第２部分との結合により、容易に、超広帯域の周波数に対応することができる。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、給電素子と、無給電素子とは、異なる層に形成されている。このように構成すれば、給電素子と無給電素子とを容易により広い領域で対向するように配置することができるので、効果的に給電素子と無給電素子とを結合させることができる。

この場合、好ましくは、給電素子と、無給電素子とは、平面視において、オーバラップするように配置されている。このように構成すれば、給電素子と無給電素子とが平面視においてオーバラップする分、給電素子と無給電素子の配置領域の平面積を小さくすることができるので、容易に、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子を接地するための接地板をさらに備え、接地板は、互いに略直交する２辺により構成される角部を有し、給電素子の第１部分および無給電素子の一方端部は、接地板の角部近傍に配置されている。このように構成すれば、給電素子および無給電素子が接地される接地板の角部を構成する一辺をアンテナとして機能させることができる。

この場合、好ましくは、接地板は、互いに略直交する２辺により構成される角部を有する矩形形状に形成され、給電素子の第１部分および無給電素子の一方端部は、矩形形状の接地板の角部近傍に配置されている。このように構成すれば、給電素子および無給電素子が接地される矩形形状の接地板の角部を構成する一辺をアンテナとして機能させることができる。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、給電素子の第１部分側に配置され、給電素子の第１部分に対して高周波電力を供給する給電点をさらに備える。このように構成すれば、給電素子の第１部分に高周波電力を供給することにより、容易に、給電素子の第２部分と無給電素子とを結合させることができる。

この発明の第２の局面による通信機器は、アンテナ装置を備える、通信機器であって、アンテナ装置は、第１部分と、第２部分とを含む給電素子と、複数の位置で折り返された無給電素子とを備え、給電素子の第２部分の一端および他端と、無給電素子の折り返される領域の一端および他端とが、それぞれ対応する位置に配置されており、給電素子が延びる方向において、第１部分の長さに第２部分の長さを加えた合計長さと、無給電素子の長さと、を等しくすることにより、複数の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域に対応する。

上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、給電素子の第２部分の幅は、無給電素子の幅よりも大きく形成され、少なくとも給電素子の第２部分は、無給電素子と互いに結合可能な距離を隔てて離間するように配置されている。上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、給電素子が延びる平面と直交する方向から見て、給電素子の端部と、無給電素子の端部とは、略同じ高さ位置に配置されている。上記第１の局面によるアンテナ装置において、好ましくは、第２部分の一端は、平面視において、無給電素子の折り返される領域の一端と略同じ高さ位置に配置されており、第２部分の他端は、平面視において、無給電素子の折り返される領域の他端と略同じ高さ位置に配置されている。

本発明によれば、上記のように、超広帯域（たとえば、約２．３ＧＨｚ帯以上約３．５ＧＨｚ帯以下を含む範囲の周波数）で、かつ、より小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態による携帯電話機の全体構成を示した図である。 本発明の第１実施形態による携帯電話機のアンテナ装置を表面側から見た図である。 本発明の第１実施形態による携帯電話機のアンテナ装置を裏面側から見た図である。 本発明の第１実施形態による携帯電話機のアンテナ装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態によるアンテナ装置のシミュレーションにおける周波数とＶＳＷＲとの関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態による携帯電話機のアンテナ装置を示した図である。 本発明の第２実施形態によるアンテナ装置のシミュレーションにおける周波数と、Ｓ１１パラメータおよびＶＳＷＲとの関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態によるアンテナ装置のシミュレーションにおける周波数と、インピーダンスの実部および虚部の値との関係を示したグラフである。 本発明の第３実施形態による携帯電話機のアンテナ装置を示した図である。 本発明の第４実施形態による携帯電話機のアンテナ装置を示した図である。 本発明の第４実施形態によるアンテナ装置のシミュレーションにおける周波数とＶＳＷＲとの関係を示したグラフである。 本発明の第１〜第３実施形態の第１変形例を示したアンテナ装置の図である。 本発明の第１〜第４実施形態の第２変形例を示したダイポールアンテナによるアンテナ装置の図である。 本発明の第１〜第４実施形態の第３変形例を示した整合回路が設けられたアンテナ装置の図である。 図１４に示した第３変形例によるアンテナ装置のπ型の整合回路を示した図である。 図１４に示した第３変形例によるアンテナ装置のＴ型の整合回路を示した図である。 図１４に示した第３変形例によるアンテナ装置のＬ型の整合回路を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による携帯電話機１００の構成について説明する。なお、携帯電話機１００は、本発明の「通信機器」の一例である。

本発明の第１実施形態による携帯電話機１００は、図１に示すように、正面から見て、略長方形形状を有している。また、携帯電話機１００は、表示画面部１と、番号ボタンなどからなる操作部２と、マイク３と、スピーカ４とを備えている。また、携帯電話機１００の筐体内部には、アンテナ装置１０が設けられている。

アンテナ装置１０は、複数の周波数帯域（２．３ＧＨｚ帯、２．６ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯）の高速無線通信ネットワークのＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）に対応可能なように超広帯域に対応している。

アンテナ装置１０は、図２〜図４に示すように、給電素子１１と、無給電素子１２と、給電素子１１および無給電素子１２が配置される基板１３と、給電素子１１に高周波電力を供給する給電点１４と、第１接地板１５（ＧＮＤ）と、無給電素子１２が接地される第２接地板１６（ＧＮＤ）とを含んでいる。

図４に示すように、給電素子１１と無給電素子１２とは、互いに基板１３の異なる面（層）に形成されている。具体的には、基板１３の表面上（Ｚ１方向側の表面上）には、給電素子１１と、給電点１４と、第１接地板１５とが設けられている。また、基板１３の裏面上（Ｚ２方向側の表面上）には、無給電素子１２と、第２接地板１６とが設けられている。また、基板１３は、約１ｍｍの厚みを有するとともに、ガラスエポキシ樹脂からなる。また、給電素子１１および無給電素子１２は、それぞれ、導体からなるとともに、薄板形状を有している。

また、図２および図４に示すように、基板１３の表面上（Ｚ１方向側の表面上）に設けられた給電素子１１は、Ｙ方向に延びるように直線状に形成されている。また、給電素子１１は、Ｙ２方向側に位置する第１部分１１１と、Ｙ１方向側に位置する第２部分１１２とを含んでいる。また、第１部分１１１および第２部分１１２は、平面視において、略矩形形状を有しているとともに、Ｙ方向に延びるように形成されている。また、給電素子１１の第１部分１１１の下端部１１１ａは、給電点１４を介して第１接地板１５に接続されているとともに、第２部分１１２の上端部１１２ａは、解放されている。

また、給電素子１１の第１部分１１１のＸ方向（給電素子１１の延びる方向に直交する方向）の幅Ｗ１は、給電素子１１の第２部分１１２のＸ方向の幅Ｗ２よりも小さい。また、給電素子１１の第１部分１１１のＹ方向（給電素子１１の延びる方向に沿った方向）の長さＬ１は、約３．２ｍｍであるとともに、給電素子１１の第２部分１１２のＹ方向の長さＬ２は、第１部分１１１の長さＬ１よりも大きく、約８．８ｍｍである。すなわち、給電素子１１の第１部分１１１の下端部１１１ａから給電素子１１の第２部分１１２の上端部１１２ａまでの長さ（Ｌ１＋Ｌ２）は、約１２．０ｍｍであり、第１部分１１１の長さＬ１と第２部分１１２の長さＬ２との比は、約２．７５倍である。

また、給電素子１１の第２部分１１２は、無給電素子１２全体と結合する。給電素子１１の第１部分１１１は、第２部分１１２とともに無給電素子１２全体と結合する。なお、第２部分１１２は、第１部分１１１に比べて、より強く無給電素子１２と結合する。また、結合とは、静電結合や磁界結合の両方を含む広い概念である。

また、図３および図４に示すように、基板１３の裏面上（Ｚ２方向側の表面上）に設けられた無給電素子１２は、全体的に見ると複数の位置で屈曲するミアンダ形状（ジグザグ形状）を有している。また、無給電素子１２は、Ｙ方向に延びるように形成された第１直線部１２１と、第２直線部１２２と、第３直線部１２３と、第１〜第３直線部を２つの位置で折り返すようにＸ方向に延びるように形成された第１連結部１２４および第２連結部１２５とを含んでいる。なお、第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５は、本発明の「折り返し部」の一例である。

ここで、第１実施形態では、給電素子１１の第１部分１１１および第２部分１１２は、無給電素子１２全体（第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５）と結合するように構成されている。

また、無給電素子１２の第１直線部１２１の下端部１２１ａは、第２接地板１６に接地されている。また、無給電素子１２の第１直線部１２１の上端部１２１ｂと、第２直線部１２２の上端部１２２ａとは、第１連結部１２４により折り返されるように連結されている。また、無給電素子１２の第２直線部１２２の下端部１２２ｂと、第３直線部１２３の下端部１２３ａとは、第２連結部１２５により折り返されるように連結されている。また、無給電素子１２の第３直線部１２３の上端部１２３ｂは、解放されている。

また、図２および図３に示すように、給電素子１１の第１部分１１１および第２部分１１２は、平面視において、無給電素子１２の第１直線部１２１、および、第１連結部１２４のＸ１方向側の一部とオーバラップ（重なる）するように配置されている。また、給電素子１１の第２部分１１２の上端部１１２ａは、平面視において、無給電素子１２の第１連結部１２４の上端部１２４ａと略同じ高さ位置に配置されているとともに、給電素子１１の第２部分１１２の下端部１１２ｂは、平面視において、無給電素子１２の第２連結部１２５の下端部１２５ａと略同じ高さ位置に配置されている。

また、第１直線部１２１のＹ方向の長さＬ３（約１２．０ｍｍ）は、給電素子１１の第１部分１１１および第２部分１１２のＹ方向の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）（約１２．０ｍｍ）と略等しい。また、無給電素子１２の第２直線部１２２および第３直線部１２３のＹ方向の長さＬ３（約８．８ｍｍ）は、給電素子１１の第２部分１１２のＹ方向の長さＬ２（約８．８ｍｍ）と略等しい。

また、無給電素子１２の第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５の延びる方向に直交する方向の幅Ｗ３（約０．４ｍｍ）（図３参照）は、無給電素子１２全体にわたって略同じ幅（均一の幅）を有している。この無給電素子１２の第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５の延びる方向に直交する方向の幅Ｗ３（約０．４ｍｍ）は、給電素子１１の第１部分１１１のＸ方向の幅Ｗ１（約０．４ｍｍ）（図２参照）と略等しい幅を有しているとともに、給電素子１１の第２部分１１２のＸ方向の幅Ｗ２（約１．２ｍｍ）（図２参照）よりも小さい幅を有している。

また、第１直線部１２１、第２直線部１２２および第３直線部１２３は、互いに平行に配置されているとともに、第１連結部１２４および第２連結部１２５は、互いに平行に配置されている。また、無給電素子１２の第１直線部１２１と第２直線部１２２とは、間隔Ｌ５（約１．４ｍｍ）（図３参照）を隔てて配置されており、第２直線部１２２と第３直線部１２３とは、間隔Ｌ６（約１．２ｍｍ）（図３参照）を隔てて配置されている。

また、図２に示すように、基板１３の表面上に配置された第１接地板１５は、１辺が約４０ｍｍの長さを有する正方形状に形成されている。また、第１接地板１５は、互いに直交する２辺により構成される角部１５１を有している。また、第１接地板１５の角部１５１近傍には、給電素子１１の第１部分１１１の下端部１１１ａ（Ｙ２方向側の端部）が給電点１４を介して接続されている。

また、図３に示すように、基板１３の裏面上に配置された第２接地板１６は、１辺が約４０ｍｍの長さを有する正方形状に形成されている。また、第２接地板１６は、互いに直交する２辺により構成される角部１６１を有している。また、第２接地板１６の角部１６１近傍には、無給電素子１２の第１直線部１２１の下端部１２１ａ（Ｙ２方向側の端部）が接続されている。

第１実施形態では、上記のように、給電素子１１の第２部分１１２の幅を、無給電素子１２の２つの連結部１２４および１２５の延びる方向に直交する方向の幅よりも大きく形成し、少なくとも給電素子１１の第２部分１１２を、無給電素子１２の２つの連結部１２４および１２５と結合するように構成することによって、超広帯域の周波数に対応することができる。また、無給電素子１２を、２つの位置で折り返された２つの連結部１２４および１２５を含むように構成することによって、無給電素子１２を直線状に延びるように構成する場合と異なり、複数の折り返し部（第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５）により、無給電素子１２に必要な長さを確保することができるので、無給電素子１２の配置領域を広げる必要がなく、その結果、アンテナ装置１０の小型化を図ることができる。したがって、このアンテナ装置１０では、小型化を図りながら、超広帯域の周波数（たとえば、約２．３ＧＨｚ帯以上約３．５ＧＨｚ帯以下）に対応することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、無給電素子１２の第１直線部１２１の下端部１２１ａを、接地板１６に接地するとともに、無給電素子１２の第３直線部１２３の上端部１２３ｂを、解放することによって、接地板１６に接地された無給電素子１２と、給電素子１１の第２部分１１２との結合により、容易に、超広帯域の周波数に対応することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１の第２部分１１２の直線状に延びる方向（Ｙ方向）の長さＬ２を、無給電素子１２の２つの第２直線部１２２および第３直線部１２３の給電素子１１の第２部分１１２の延びる方向に沿った方向（Ｙ方向）の長さＬ４と略等しくすることによって、給電素子１１の第２部分１１２と、無給電素子１２の複数の折り返し部（第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５）とを効果的に結合させることができ、容易に、超広帯域の周波数に対応することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１の第２部分１１２の上端部１２２ａを、平面視において、無給電素子１２の連結部１２４の上端部１２４ａと略同じ高さ位置に配置し、給電素子１１の第２部分１１２の下端部１１２ｂを、平面視において、無給電素子１２の連結部１２５の下端部１２５ａと略同じ高さ位置に配置することによって、給電素子１１の第２部分１１２と、無給電素子１２の複数の折り返し部（第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５）とを、より効果的に結合させることができる。また、給電素子１１および無給電素子１２の高さ方向（Ｙ方向）において、給電素子１１および無給電素子１２の配置領域を小さくすることができるので、効果的にアンテナ装置１０の小型化を図ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、無給電素子１２の２つの連結部１２４および１２５を、給電素子１１の延びる方向（Ｙ方向）に沿って２つの位置で折り返すように形成することによって、給電素子１１の直線状に延びる方向において、無給電素子１２の配置領域を小さくすることができるので、アンテナ装置１０のさらなる小型化を図ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１と、無給電素子１２とを、異なる層に形成することによって、給電素子１１と無給電素子１２とを容易により広い領域で対向するように配置することができるので、効果的に給電素子１１と無給電素子１２とを結合させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１と、無給電素子１２とを、平面視において、オーバラップするように配置することによって、給電素子１１と無給電素子１２とが平面視においてオーバラップする分、給電素子１１と無給電素子１２の配置領域の平面積を小さくすることができるので、容易に、アンテナ装置１０の小型化を図ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１の第１部分１１１の下端部１１１ａおよび無給電素子１２の第１直線部１２１の下端部１２１ａを、それぞれ、矩形形状の接地板１５の角部１５１近傍および接地板１６の角部１６１近傍に配置することによって、給電素子１１および無給電素子１２が接地される矩形形状の接地板１５および１６の角部を構成する一辺をアンテナとして機能させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１の第１部分１１１を、給電素子１１の第２部分１１２とともに、無給電素子１２の２つの連結部１２４および１２５と結合させることによって、給電素子１１の第２部分１１２と第１部分１１１との両方が無給電素子１２の複数の折り返し部（第１直線部１２１、第２直線部１２２、第３直線部１２３、第１連結部１２４および第２連結部１２５）と結合することにより、より効果的に超広帯域のアンテナ装置１０を構成することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、給電素子１１の第１部分１１１に対して高周波電力を供給する給電点１４を、給電素子１１の第１部分１１１側に配置することによって、給電素子１１の第１部分１１１に高周波電力を供給することにより、容易に、給電素子１１の第２部分１１２と無給電素子１２とを結合させることができる。

次に、図５を参照して、上記した第１実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションでは、図２〜図４に示した第１実施形態に対応するアンテナ装置１０の給電素子１１および無給電素子１２のＹ方向の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を１０ｍｍ、１２ｍｍおよび１４ｍｍに変化させた場合の周波数とＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）との関係（周波数特性）を得た。

図５に示すシミュレーション結果では、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示しており、縦軸がＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）を示している。また、本シミュレーションでは、周波数の大きさを１（ＧＨｚ）以上５（ＧＨｚ）以下の範囲で変化させた場合のＶＳＷＲを示している。なお、ＶＳＷＲが２以下であれば良好なアンテナ特性を有すると考えられる。

まず、給電素子１１および無給電素子１２のＹ方向の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）が１２ｍｍの場合には、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数は、約２．２（ＧＨｚ）であった。また、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最高周波数は、約４．０（ＧＨｚ）であった。すなわち、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数（２．２（ＧＨｚ））と、最高周波数（４．０（ＧＨｚ））との比が、約１．８倍であることが判明した。

次に、給電素子１１および無給電素子１２のＹ方向の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）が１０ｍｍの場合には、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数は、約２．７（ＧＨｚ）であった。また、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最高周波数は、約４．５（ＧＨｚ）であった。すなわち、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数（２．７（ＧＨｚ））と、最高周波数（４．５（ＧＨｚ））との比が、約１．７倍であることが判明した。

また、給電素子１１および無給電素子１２のＹ方向の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）が１４ｍｍの場合には、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数は、約１．９（ＧＨｚ）であった。また、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最高周波数は、約３．５（ＧＨｚ）であった。すなわち、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数（１．９（ＧＨｚ））と、最高周波数（３．５（ＧＨｚ））との比が、約１．８倍であることが判明した。

以上の結果から、給電素子１１および無給電素子１２の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を１０ｍｍ、１２ｍｍおよび１４ｍｍに変化させた場合には、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数と最高周波数との比が約１．７倍以上約１．８倍以下になることを確認した。これにより、第１実施形態に対応するアンテナ装置１０は、利用する周波数帯域の最低周波数と最高周波数との比が約１．５倍以上の超広帯域特性を有することを確認した。なお、上記のシミュレーション結果から、給電素子１１および無給電素子１２の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を変化させる（調整する）ことにより、広帯域性を維持したまま、利用周波数帯域を調整することが可能であることを確認した。

これは、以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、第１実施形態に対応するアンテナ装置１０では、給電素子１１が無給電素子１２と結合することにより、超広帯域の周波数に対応することが可能になったと考えられる。

（第２実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態によるアンテナ装置２０について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、第３直線部１２３に連結される第３連結部１２６と、第３連結部１２６に連結される第４直線部１２７とを備えたアンテナ装置２０について説明する。なお、第３連結部１２６および第４直線部１２７は、本発明の「折り返し部」の一例である。

第２実施形態によるアンテナ装置２０は、第３直線部１２３に連結される第３連結部１２６と、第３連結部１２６に連結される第４直線部１２７とを含んでいる。また、第３連結部１２６は、Ｘ方向に延びるように形成されている。また、第４直線部１２７は、Ｙ方向に延びるように形成されている。また、第３直線部１２３の上端部１２３ｂには、第３連結部１２６のＸ１方向側の左端部１２６ａが連結されている。また、第３連結部１２６のＸ２方向側の右端部１２６ｂには、第４直線部１２７が連結されている。また、第４直線部１２７の下端部１２７ａは、解放されている。

また、第３連結部１２６は、第１連結部１２４および第２連結部１２５と略平行になるように配置されているとともに、第１連結部１２４と略同じ高さ位置に配置されている。

また、第４直線部１２７は、第１直線部１２１、第２直線部１２２および第３直線部１２３と略平行になるように配置されている。また、第４直線部１２７のＹ方向の長さは、第１直線部１２１、第２直線部１２２および第３直線部１２３の長さよりも短く、かつ、第２直線部１２２および第３直線部１２３の長さの約４分の１以下の長さを有している。また、第３連結部１２６および第４直線部１２７は、約０．４ｍｍの幅Ｗ３を有している。

なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図７を参照して、上記した第２実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションでは、図６に示した第２実施形態に対応するアンテナ装置２０の給電素子１１および無給電素子１２のＹ方向の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）が１２ｍｍの場合の周波数とＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）との関係（周波数特性）、および、周波数とＳ１１（ｄＢ）との関係について説明する。なお、Ｓ１１（ｄＢ）は、給電素子１１の反射係数を意味する。

図７に示すシミュレーション結果では、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示しており、縦軸（図７の左側の縦軸）がＳ１１（ｄＢ）を示しており、縦軸（図７の右側の縦軸）がＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）を示している。また、本シミュレーションでは、周波数を１（ＧＨｚ）以上５（ＧＨｚ）以下の範囲で変化させた場合のＶＳＷＲおよびＳ１１（ｄＢ）を示している。なお、ＶＳＷＲが２以下であれば良好なアンテナ特性を有すると考えられる。また、Ｓ１１が−１０（ｄＢ）以下であれば良好なアンテナ特性を有すると考えられる。

第２実施形態に対応するアンテナ装置２０では、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数は、約２．１（ＧＨｚ）であった。また、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最高周波数は、約４．０（ＧＨｚ）であった。すなわち、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数（２．１（ＧＨｚ））と、最高周波数（４．０（ＧＨｚ））との比は、約１．９倍であることが判明した。

また、Ｓ１１が−１０（ｄＢ）以下の範囲における最低周波数は、約２．１（ＧＨｚ）であった。また、Ｓ１１が−１０（ｄＢ）以下の範囲における最高周波数は、約３．９（ＧＨｚ）であった。すなわち、Ｓ１１が−１０（ｄＢ）以下となる範囲における最低周波数（２．１（ＧＨｚ））と、最高周波数（３．９（ＧＨｚ））との比は、約１．９倍であることが判明した。

以上の結果から、第２実施形態に対応するアンテナ装置２０では、ＶＳＷＲが２以下の範囲およびＳ１１が−１０（ｄＢ）以下の範囲における最低周波数と最高周波数との比が約１．９倍になることを確認した。これにより、第２実施形態に対応するアンテナ装置２０は、利用する周波数帯域の最低周波数と最高周波数との比が約１．５倍以上の超広帯域特性を有することを確認した。

次に、図８を参照して、第２実施形態に対応するアンテナ装置２０の周波数と入力インピーダンスＺ（実部（レジスタンス）および虚部（リアクタンス））との関係について説明する。図８では、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示しており、左側の縦軸が入力インピーダンスＺの実部（Ω）（レジスタンス）を示しており、右側の縦軸が入力インピーダンスＺの虚部（Ω）（リアクタンス）を示している。

第２実施形態に対応するアンテナ装置２０では、図８に示すシミュレーション結果のように、アンテナ装置２０を使用するのに好ましい範囲である最低周波数が約２．１（ＧＨｚ）以上で、かつ、最高周波数が約４．０（ＧＨｚ）以下の範囲において、給電素子１１の入力インピーダンスＺの実部（レジスタンス）が約５０（Ω）であるとともに、虚部（リアクタンス）が約０（Ω）であることを確認した。すなわち、第２実施形態に対応するアンテナ装置２０では、入力インピーダンスＺの実部（レジスタンス）が約５０（Ω）で、かつ、虚部（リアクタンス）が約０（Ω）となる周波数帯域において、利用する最低周波数と最高周波数との比が約１．５倍以上の超広帯域特性を有することを確認した。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態によるアンテナ装置３０について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、無給電素子１２を基板１３に形成された開口部１３ａを介して第１接地板１５に接地する例について説明する。

第３実施形態によるアンテナ装置３０では、無給電素子１２の第１直線部１２１の下端部１２１ａは、平面視において、基板１３の表面上に配置された第１接地板１５とオーバラップする（重なる）ように配置されている。また、基板１３の裏面上には、接地板は設けられていない。また、無給電素子１２の第１直線部１２１のＹ方向の長さは、給電素子１１のＹ方向の長さよりも大きい。また、基板１３には、開口部１３ａ（スルーホール）が形成されている。また、無給電素子１２の第１直線部１２１の下端部１２１ａは、開口部１３ａを介して、基板１３の表面上に配置された第１接地板１５に接地（接続）されている。また、平面視において、第１直線部１２１の第１接地板１５とオーバラップする（重なる）部分は、λ／４０より小さい電気長を有することが好ましい。

なお、第３実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第４実施形態によるアンテナ装置４０について説明する。この第４実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、給電素子１１と無給電素子１７とを同一層（同一の基板１３の表面上）に配置する例について説明する。

第４実施形態によるアンテナ装置４０では、給電素子１１と無給電素子１７とは、同一層（同一の基板１３の表面上）に、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて配置されている。また、無給電素子１７は、第１接地板１５の角部１５１近傍に配置されているとともに、給電素子１１は、無給電素子１７のＸ２方向側（角部１５１側とは反対側）に配置されている。また、給電素子１１のＹ方向の長さは、無給電素子１７のＹ方向の長さと略等しい。

また、無給電素子１７は、第１接地板１５に接続される第１直線部１７１と、第２直線部１７２と、第３直線部１７３と、第１連結部１７４と、第４直線部１７５と、第２連結部１７６と、第５直線部１７７とを含んでいる。また、第１直線部１７１と、第３直線部１７３と、第４直線部１７５と、第５直線部１７７とは、Ｙ方向に延びるとともに、互いに略平行に配置されている。また、第２直線部１７２と、第１連結部１７４と、第２連結部１７６とは、Ｘ方向に延びるとともに、互いに略平行に配置されている。なお、第１直線部１７１、第２直線部１７２、第３直線部１７３、第１連結部１７４、第４直線部１７５、第２連結部１７６および第５直線部１７７は、本発明の「折り返し部」の一例である。

また、無給電素子１７全体（第１直線部１７１、第２直線部１７２、第３直線部１７３、第１連結部１７４、第４直線部１７５、第２連結部１７６および第５直線部１７７）は、給電素子１１全体（第１部分１１１および第２部分１１２）と結合するように構成されている。なお、無給電素子１７の第３直線部１７３は、給電素子１１の近傍に配置されているとともに、給電素子１１と比較的強く結合するように構成されている。

また、第３直線部１７３のＹ方向の長さは、給電素子１１の第２部分１１２のＹ方向の長さよりも長く、かつ、給電素子１１全体（第１部分１１１および第２部分１１２）のＹ方向の長さよりも短い。また、第４直線部１７５および第５直線部１７７のＹ方向の長さは、給電素子１１全体（第１部分１１１および第２部分１１２）のＹ方向の長さと略等しい。また、無給電素子１７は、全体にわたって略等しい幅を有している。

なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、上記のように、給電素子１１と、無給電素子１２とを、同一層（同一の基板１３の表面上）に形成することによって、装置全体の厚みを小さくすることができるので、容易に、アンテナ装置１０の小型化を図ることができる。

また、第４実施形態では、上記のように、給電素子１１と、無給電素子１２とを、互いに結合可能な距離を隔てて離間するように配置することによって、給電素子１１と無給電素子１２とが容易に結合して超広帯域の周波数に対応することができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図１１を参照して、上記した第４実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションでは、図１０に示した第４実施形態に対応するアンテナ装置４０の周波数とＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）との関係（周波数特性）について説明する。

図１１に示すシミュレーション結果では、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示しており、縦軸がＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）を示している。また、本シミュレーションでは、周波数を１（ＧＨｚ）以上５（ＧＨｚ）以下の範囲で変化させた場合のＶＳＷＲを示している。なお、ＶＳＷＲが２以下であれば良好なアンテナ特性を有すると考えられる。

第４実施形態に対応するアンテナ装置４０では、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数は、約２．７（ＧＨｚ）であった。また、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最高周波数は、約４．５（ＧＨｚ）であった。すなわち、ＶＳＷＲが２以下の範囲における最低周波数（２．７（ＧＨｚ））と、最高周波数（４．５（ＧＨｚ））との比は、約１．６倍であることが判明した。なお、第４実施形態に対応するアンテナ装置４０では、上記第１および第２実施形態によるアンテナ装置１０および２０の最低周波数と最高周波数との比（約１．７倍以上約１．９倍）に比べて広帯域特性が若干劣る（約１．６倍）ものの、高速無線通信ネットワークのＷｉＭＡＸで利用される複数の周波数帯域（２．３ＧＨｚ帯、２．６ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯）の全てをカバーすることが可能であるので、複数のアンテナ装置を必要としないことを確認した。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、アンテナ装置を備える通信機器の一例として、携帯電話機を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、アンテナ装置を備えるＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）や小型のノートパソコンなど携帯電話機以外の通信機器にも適用可能である。また、アンテナ装置を備える機器であれば、通信機器以外にも本発明は適用可能である。

また、上記第１〜第４実施形態では、アンテナ装置を２．３ＧＨｚ、２．６ＧＨｚおよび３．５ＧＨｚ帯のＷｉＭＡＸに対応するように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、２．３ＧＨｚ、２．６ＧＨｚおよび３．５ＧＨｚ帯以外の周波数に対応するように構成してもよいし、ＧＳＭ（登録商標）や３ＧなどＷｉＭＡＸ以外の形式に対応するように構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、無給電素子１２の第１直線部１２１をＸ１方向側に配置するとともに、第３直線部１２３をＸ２方向側に配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図１２に示す第１変形例のアンテナ装置５０のように、無給電素子１２の第１直線部１２１をＸ２方向側に配置するとともに、第３直線部１２３をＸ１方向側に配置してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、アンテナ装置の一例として、モノポールアンテナからなる給電素子を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ダイポールアンテナなどモノポールアンテナ以外の給電素子であってもよい。たとえば、図１３に示す第２変形例のアンテナ装置６０のように、ダイポールアンテナからなる給電素子１１の場合には、給電点１４を中心としてＹ１方向側およびＹ２方向側の各々の領域に給電素子１１をそれぞれ設けるとよい。また、給電素子１１の各々のＸ１方向側の領域に無給電素子１２をそれぞれ設けるとよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、給電点と給電素子との間にインピーダンス整合を図るための整合回路を設けない構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、給電点と給電素子との間に高周波電力の所定の周波数においてインピーダンス整合を図るための整合回路を設けてもよい。たとえば、図１４に示す第３変形例のアンテナ装置７０のように、アンテナ装置７０の給電点１４と給電素子１１との間に整合回路１８を設けてもよい。これにより、所定の周波数において、インピーダンス整合が図られるので、給電素子１１を介して伝達されるエネルギーの伝達損失をより軽減させることができる。なお、整合回路１８は、たとえば、図１５に示すようなインダクタ１８１（コイル）およびキャパシタ１８２（コンデンサ）により構成されたπ型回路（πマッチ）や、図１６に示すようなインダクタ１８１およびキャパシタ１８２により構成されたＴ型回路（Ｔマッチ）、図１７に示すようなインダクタ１８１およびキャパシタ１８２により構成されたＬ型回路（Ｌマッチ）などにより構成してもよい。また、π型回路やＴ型回路、Ｌ型回路などは、インダクタ１８１またはキャパシタ１８２の一方のみにより構成してもよいし、インダクタ１８１およびキャパシタ１８２の両方により構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、無給電素子１２の第３直線部１２３のＹ方向の長さを、第１直線部１２１および第２直線部１２２のＹ方向の長さと略等しい長さに形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、無給電素子１２の第３直線部１２３のＹ方向の長さを、第１直線部１２１および第２直線部１２２のＹ方向の長さよりも短くしてもよい。これによっても、図５に示したシミュレーション結果のように、ＶＳＷＲが２以下の範囲において最低周波数と最高周波数との比が約１．７倍以上約１．８倍以下になるような超広帯域特性を有するアンテナ装置を構成することが可能である。

また、上記第２実施形態では、無給電素子１２の第４直線部１２７のＹ方向の長さを、第１直線部１２１、第２直線部１２２および第３直線部１２３のＹ方向の長さよりも短くなるように形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、無給電素子１２の第４直線部１２７のＹ方向の長さを第２直線部１２２および第３直線部１２３のＹ方向の長さと略等しい長さに形成してもよい。これによっても、図７に示したシミュレーション結果のように、ＶＳＷＲが２以下の範囲において最低周波数と最高周波数との比が約１．９倍になるような超広帯域特性を有するアンテナ装置を構成することが可能である。

また、上記第１、第３および第４実施形態では、無給電素子の折り返し回数が２回である例を示すとともに、上記第２実施形態では、無給電素子の折り返し回数が３回である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、無給電素子の折り返し回数が４回以上であってもよい。ただし、無給電素子の折り返し回数は、２回または３回が好ましい。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ アンテナ装置
１１ 給電素子
１２ 無給電素子
１４ 給電点
１５、１６ 接地板
１００ 携帯電話機（通信機器）
１１１ 第１部分
１１２ 第２部分
１２１、１７１ 第１直線部（折り返し部）
１２２、１７２ 第２直線部（折り返し部）
１２３、１７３ 第３直線部（折り返し部）
１２４、１７４ 第１連結部（折り返し部）
１２５、１７６ 第２連結部（折り返し部）
１２６ 第３連結部（折り返し部）
１２７、１７５ 第４直線部（折り返し部）
１５１、１６１ 角部
１７７ 第５直線部（折り返し部）

Claims (14)

1. 第１部分と、第２部分とを含む給電素子と、
   複数の位置で折り返された無給電素子とを備え、
   前記給電素子の第２部分の一端および他端と、前記無給電素子の折り返される領域の一端および他端とが、それぞれ対応する位置に配置されており、
   前記給電素子が延びる方向において、前記第１部分の長さに前記第２部分の長さを加えた合計長さと、前記無給電素子の長さと、を等しくすることにより、複数の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域に対応する、アンテナ装置。
2. 前記給電素子の前記第２部分の幅は、前記第１部分の幅よりも大きいとともに、前記無給電素子の延びる方向に直交する方向の幅よりも大きい、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記無給電素子は、複数の位置で折り返された複数の折り返し部を含み、
   少なくとも前記給電素子の前記第２部分は、前記無給電素子の前記複数の折り返し部と結合するように構成されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２部分は、前記給電素子が延びる方向において、前記第１部分よりも大きい長さを有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 最高周波数が最低周波数の１．５倍以上の利用周波数帯域を有するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記無給電素子を接地するための接地板をさらに備え、
   前記無給電素子の一方端部は、前記接地板に接地されるとともに、前記無給電素子の他方端部は、解放されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記給電素子と、前記無給電素子とは、異なる層に形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記無給電素子を接地するための接地板をさらに備え、
   前記接地板は、互いに略直交する２辺により構成される角部を有し、
   前記給電素子の前記第１部分および前記無給電素子の一方端部は、前記接地板の前記角部近傍に配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
9. 前記接地板は、互いに略直交する２辺により構成される角部を有する矩形形状に形成され、
   前記給電素子の前記第１部分および前記無給電素子の前記一方端部は、前記矩形形状の前記接地板の前記角部近傍に配置されている、請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記給電素子の前記第１部分側に配置され、前記給電素子の前記第１部分に対して高周波電力を供給する給電点をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
11. 前記給電素子の前記第２部分の幅は、前記無給電素子の幅よりも大きく形成され、
    少なくとも前記給電素子の前記第２部分は、前記無給電素子と互いに結合可能な距離を隔てて離間するように配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
12. 前記給電素子が延びる平面と直交する方向から見て、前記給電素子の端部と、前記無給電素子の端部とは、略同じ高さ位置に配置されている、請求項１１に記載のアンテナ装置。
13. 前記第２部分の一端は、平面視において、前記無給電素子の折り返される領域の一端と略同じ高さ位置に配置されており、
    前記第２部分の他端は、平面視において、前記無給電素子の折り返される領域の他端と略同じ高さ位置に配置されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
14. アンテナ装置を備える、通信機器であって、
    前記アンテナ装置は、
    第１部分と、第２部分とを含む給電素子と、
    複数の位置で折り返された無給電素子とを備え、
    前記給電素子の第２部分の一端および他端と、前記無給電素子の折り返される領域の一端および他端とが、それぞれ対応する位置に配置されており、
    前記給電素子が延びる方向において、前記第１部分の長さに前記第２部分の長さを加えた合計長さと、前記無給電素子の長さと、を等しくすることにより、複数の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域に対応する、通信機器。

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