JP7315104B2 - アンテナ装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、高周波回路に接続されるアンテナ装置及びそれを備える電子機器に関する。

小型電子機器内に設けられる従来の通信用のアンテナ装置は、例えば特許文献１に開示されているように、回路基板のグランド導体の無い領域（ＧＮＤ抜きエリア）上に放射素子が配置されている。このような構成により、放射素子はグランド導体の影響を受けずに、放射素子本来の特性を維持する。

米国特許出願公開第２０１４／０３０６８５７号明細書

例えば第５世代移動通信システム（５Ｇ）に対応したスマートフォンなどにおいては、使用周波数帯域の拡大に伴い、広帯域に対応するアンテナ装置が要求される。アンテナ装置の広帯域化のためには、設ける放射素子の数が増えて、一部の放射素子が、ＰＣＢのグランド導体の形成領域（ＧＮＤエリア）上に配置せざるを得ない場合がある。

しかし、ＧＮＤエリア上に放射素子を配置しようとすると、次のような課題が生じる。

（ａ）二つの放射素子の開放端同士を近接させて電界結合させる場合に、近傍にグランド導体が存在すると、その二つの放射素子間の電界結合がグランド導体の影響で弱まる。

（ｂ）上記電界結合の弱まりを解消するため、放射素子の開放端同士をより近接させると、二つの放射素子の開放端の電界が逆極性になる周波数帯で放射素子の開放端の電界を弱めあうことになり、放射効率が劣化する。

（ｃ）ＧＮＤエリアには、無線回路などをシールドするため、グランド電位に電気的に接続されたシールドケースが配置される場合がある。ところが、二つの放射素子の開放端同士を近接させるという設計制約があると、各放射素子をグランド導体から離れた、放射の良い位置に配置できず、結果的に放射効率が劣化する。

これら作用や制約により、電界結合型の無給電放射素子をＧＮＤエリア上に配置することは困難になる。

本発明の目的は、グランド導体の形成領域に形成されながらも、グランド導体の影響を緩和し、二つの放射素子の結合を確保したアンテナ装置及びそれを備える電子機器を提供することにある。

本発明のアンテナ装置は、互いに対向する第１主面及び第２主面を有する回路基板と、開放端を有する第１放射素子と、開放端を有する第２放射素子と、前記第１放射素子及び前記第２放射素子に接続されて前記第１放射素子と前記第２放射素子とを電磁界結合させる結合素子と、前記第１放射素子に対する給電回路の接続部と、を備え、電子機器の筐体内に設けられる。また、本発明のアンテナ装置は、前記回路基板に配置されてそれぞれ前記第１主面に平行な面状導体部を有する複数の実装部品を備え、前記第１放射素子、前記第２放射素子及び前記複数の実装部品は、前記回路基板の前記第１主面側に位置し、前記第１放射素子は、前記回路基板の平面視で前記複数の実装部品同士の間である第１領域に重なる部分を有する。

上記構成により、第１放射素子と第２放射素子とは結合素子を介して結合するので、第１放射素子と第２放射素子の開放端同士を離すことができ、第１放射素子と第２放射素子との不要な干渉が無くなり、放射効率が高まる。また、第１放射素子は、回路基板の平面視で複数の実装部品同士の間である第１領域に重なる部分を有するので、第１放射素子は、第１主面に平行な面状導体部を有する実装部品から離れて、その放射効率が確保される。

本発明の電子機器は、前記アンテナ装置と、前記結合素子を介して又は直接に前記アンテナ装置に給電する給電回路及び前記アンテナ装置を収める筐体と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、限られたサイズの回路基板及び筐体を備えつつ、広帯域に亘るアンテナ機能を有する電子機器が得られる。

本発明によれば、グランド導体の形成領域に形成されながらも、グランド導体の影響を緩和し、二つの放射素子の結合を確保したアンテナ装置及びそれを備える電子機器が得られる。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１を備える電子機器２０１の主要部を表す図である。 図２は、アンテナ装置１０１部分の三面図である。 図３は放射素子とグランド導体との間隔と放射効率との関係を示す概念図である。 図４はアンテナ装置１０１の回路図である。 図５は、アンテナ装置１０１，１１１，１１２それぞれの反射係数の周波数特性を示す図である。 図６は、アンテナ装置１０１，１１１，１１２それぞれの放射効率の周波数特性を示す図である。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、アンテナ装置１０１において、所定周波数帯における第１放射素子１０及び第２放射素子２０の開放端の極性関係を示す図である。 図８は、アンテナ装置１０１及びアンテナ装置１１２の放射効率の周波数特性を示す図である。 図９（Ａ）は、アンテナ装置１０１の、特定条件での作用を示す図であり、図９（Ｂ）は、アンテナ装置１１２の、特定条件での作用を示す図である。 図１０は結合素子３０の外観斜視図及びその分解斜視図である。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の回路図である。 図１２は、アンテナ装置１０２の反射係数の周波数特性を示す図である。 図１３は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の回路図である。 図１４は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の回路図である。 図１５は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の回路図である。 図１６は、回路基板に実装されたシールドケースＳＣ１，ＳＣ２と第１放射素子１０及び第２放射素子２０との関係を示す平面図である。 図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は、回路基板に実装されたシールドケースＳＣ１，ＳＣ２と第１放射素子１０及び第２放射素子２０との関係を示す平面図である。 図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、回路基板に実装されたシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３と第１放射素子１０及び第２放射素子２０との関係を示す平面図である。 図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）は、第１の比較例としてのアンテナ装置１１１の構成を示す図である。 図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）は、第２の比較例としてのアンテナ装置１１２の構成を示す図である。 図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は、比較例としてのアンテナ装置１１２における、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の開放端の極性関係を示す図である。

各実施形態に示す「アンテナ装置」は、信号の送信側、受信側のいずれにも適用できる。この「アンテナ装置」を、電磁波を放射するアンテナとして説明する場合でも、そのアンテナ装置が電磁波の発生源であることに限るものではない。通信相手側アンテナ装置が放射した電磁波を受ける場合にも、すなわち送受の関係が逆の場合にも、同様の作用効果を奏する。

《第１の実施形態》
本発明に係る第１の実施形態のアンテナ装置は、回路基板と、第１放射素子と、第２放射素子と、結合素子と、を備え、電子機器の筐体内に設けられる。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１を備える電子機器２０１の主要部を表す図であり、図１（Ａ）は部分斜視図、図１（Ｂ）は平面図である。この電子機器２０１は、互いに対向する第１主面ＭＳ１及び第２主面ＭＳ２を有する回路基板４１と、開放端を有する第１放射素子１０と、開放端を有する第２放射素子２０と、第１放射素子１０及び第２放射素子２０に接続されて第１放射素子１０と第２放射素子２０とを電磁界結合させる結合素子３０と、を備え、電子機器２０１の筐体内に設けられている。

回路基板４１は、グランド導体が形成された領域であるＧＮＤエリアＧＡと、グランド導体が形成されていない領域であるＧＮＤ抜きエリアＮＧＡとを備える。この回路基板４１は、実装部品の一例としてのシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を備える。これらシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３は、回路基板４１に実装された電子部品や回路基板４１に形成された回路を覆って電磁界シールドするために設けられている。これらシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３は、回路基板４１に配置され、それぞれ第１主面ＭＳ１に平行な面状導体部を有する。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）において、筐体グランド５１は電子機器の筐体に設けられている導体であり、回路基板４１のグランド導体と導通している。

図２は、アンテナ装置１０１部分の三面図である。回路基板４１の表面には、その表面をシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３と共に被覆（モールド）する絶縁カバー４２を備える。また、第１放射素子１０及び第２放射素子２０は絶縁カバー４２の表面に形成されている。これら第１放射素子１０及び第２放射素子２０は、例えば、ＬＤＳ（Laser-Direct-Structuring）法により、絶縁カバー４２の表面に直接的に形成される。または、第１放射素子１０及び第２放射素子２０を形成したフレキシブル基板を絶縁カバー４２に貼付することにより形成される。

図２において、回路基板４１の平面視で、シールドケースＳＣ１とシールドケースＳＣ３との間であり、かつシールドケースＳＣ２とシールドケースＳＣ３との間を「第１領域Ｒ１」と表現すると、第１放射素子１０は、回路基板４１の平面視で、第１領域Ｒ１に重なっている。また、この例では、結合素子３０がシールドケースＳＣ１とシールドケースＳＣ２との間の領域に配置されている。したがって、第１放射素子１０及び第２放射素子２０は平面方向で、シールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３から離れている。

第１放射素子１０及び第２放射素子２０は絶縁カバー４２の上面に形成されていて、絶縁カバー４２の上面とシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３の上面との間には所定の厚みがあるので、第１放射素子１０及び第２放射素子２０は高さ方向についてもシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３から離れている。

絶縁カバー４２には、第１放射素子１０に導通する層間接続導体Ｖ１と、第２放射素子２０に導通する層間接続導体Ｖ２と、が形成されている。これら層間接続導体Ｖ１，Ｖ２を介して、第１放射素子１０及び第２放射素子２０は回路基板４１に形成されている回路に接続されている。

図３は放射素子とグランド導体との間隔と放射効率との関係を示す概念図である。図３において、横方向の矢印は放射素子とグランド導体との間隔の変化、縦方向の矢印は放射効率の改善量である。このように、放射素子がグランド導体から離れるにしたがって放射効率は増大するが、放射効率の改善量は次第に飽和する。したがって、近距離領域において、第１放射素子１０及び第２放射素子２０をグランド導体から如何に離すかが重要である。本実施形態によれば、第１放射素子１０及び第２放射素子２０が、回路基板４１の平面視でシールドケースＳＣ１，ＳＣ２とシールドケースＳＣ３との間である第１領域Ｒ１に重なるので、第１放射素子１０及び第２放射素子２０とシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３から効果的に離すことになり、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の放射効率を高めることができる。特に、電位振幅の大きな第１放射素子１０の開放端ＯＥ１が第１領域Ｒ１に重なるので、第１放射素子１０の放射効率を高めることができる。

図４はアンテナ装置１０１の回路図である。ここではシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３の影響については表していない。このアンテナ装置１０１において、結合素子３０は、第１端Ｔ１及び第２端Ｔ２を有する第１コイルＬ１と、第３端Ｔ３及び第４端Ｔ４を有する第２コイルＬ２とを備える。第１コイルＬ１の第１端Ｔ１と第２コイルＬ２の第３端Ｔ３とは、磁界結合的に逆極性となる関係で磁界結合する。

この例では、第１放射素子１０は給電回路１が結合素子３０の第１コイルＬ１を介して接続される給電放射素子であり、第２放射素子２０は結合素子３０の第２コイルＬ２が接続される無給電放射素子である。第１放射素子１０、第２放射素子２０はいずれも、基本的に接地型１／４波長モノポール放射素子として作用する。第１放射素子１０の線長は第２放射素子２０の線長に比べて短い。つまり、第１放射素子１０は主に高域の周波数帯の放射素子として作用し、第２放射素子２０は主に低域の周波数帯の放射素子として作用する。

第１放射素子１０の給電端（結合素子３０の接続位置）ＦＥ１から第１放射素子１０の開放端ＯＥ１への延伸方向と、第２放射素子２０の給電端（結合素子３０の接続位置）ＦＥ２から第２放射素子２０の開放端ＯＥ２への延伸方向とは１８０°異なる。

以降、本実施形態のアンテナ装置１０１、及びその比較例としてのアンテナ装置の特性について示す。

図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）は、第１の比較例としてのアンテナ装置１１１の構成を示す図である。図１９（Ａ）はアンテナ装置１１１の平面図であり、図１９（Ｂ）はアンテナ装置１１１の回路図である。このアンテナ装置１１１は結合素子を備えず、第１放射素子１０に給電回路１が直接接続されていて、第２放射素子２０の一端は接地されている。

図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）は、第２の比較例としてのアンテナ装置１１２の構成を示す図である。図２０（Ａ）はアンテナ装置１１２の平面図であり、図２０（Ｂ）はアンテナ装置１１２の第１放射素子１０及び第２放射素子２０の拡大平面図であり、図２０（Ｃ）はアンテナ装置１１２の回路図である。このアンテナ装置１１２も結合素子を備えず、第１放射素子１０に給電回路１が直接接続されていて、第２放射素子２０の一端は接地されている。第１放射素子１０の開放端と第２放射素子２０の開放端は近接している。第２放射素子２０とシールドケースＳＣ３とは平面視で０．２ｍｍ重なっている。

図５は、アンテナ装置１０１，１１１，１１２それぞれの反射係数の周波数特性を示す図である。図５中の特性曲線Ａはアンテナ装置１０１の特性、特性曲線Ｂはアンテナ装置１１１の特性、特性曲線Ｃはアンテナ装置１１２の特性である。いずれも、周波数の低い側の谷は無給電放射素子である第２放射素子２０により生じる特性であり、周波数の高い側の谷は給電放射素子である第１放射素子１０により生じる特性である。

アンテナ装置１０１とアンテナ装置１１１とを対比すると、アンテナ装置１１１では、第１放射素子１０と第２放射素子２０との結合が弱いのに対し、アンテナ装置１０１では、結合素子３０を介して所定の結合係数で結合するので、反射係数Ｓ１１は小さく良好である。

アンテナ装置１０１とアンテナ装置１１２とを対比すると、アンテナ装置１１２では、第１放射素子１０と第２放射素子２０とは開放端の近接によって結合するので、結合素子が無くても、アンテナ装置１０１と同等の反射係数Ｓ１１特性が得られる。

図６は、アンテナ装置１０１，１１１，１１２それぞれの放射効率の周波数特性を示す図である。図６中の特性曲線Ａはアンテナ装置１０１の特性、特性曲線Ｂはアンテナ装置１１１の特性、特性曲線Ｃはアンテナ装置１１２の特性である。

アンテナ装置１０１とアンテナ装置１１１とを対比すると、アンテナ装置１１１では、第１放射素子１０と第２放射素子２０との結合が弱くて良好な整合がとれないのに対し、アンテナ装置１０１では、結合素子３０を介して所定の結合係数で結合するため、良好な放射効率が得られる。

アンテナ装置１０１とアンテナ装置１１２とを対比すると、アンテナ装置１１２でも、第１放射素子１０と第２放射素子２０とは開放端の近接によって結合するので、結合素子が無くても、アンテナ装置１０１と同等の整合が得られる。しかし、第１放射素子１０と第２放射素子２０とを電界結合させるため、第１放射素子１０と第２放射素子２０とを近接せさる必要があり、第１放射素子１０と第２放射素子２０とが干渉する問題がある。また、アンテナ装置１１２は、シールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３の影響をより受けやすい。そのため、本実施形態のアンテナ装置１０１の方が良好な放射効率特性が得られる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、アンテナ装置１０１において、所定周波数帯における第１放射素子１０及び第２放射素子２０の開放端の極性関係を示す図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）において、第１放射素子１０及び第２放射素子２０に沿った曲線は、第１放射素子１０及び第２放射素子２０に掛かる電位の分布を示す。図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は、比較例としてのアンテナ装置１１２における、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の開放端の極性関係を示す図である。また、図８は、この極性関係によって生じる放射効率の周波数特性を示す図である。図８において、破線で示す周波数（3.31GHz）は無給電素子との共振周波数を示しており、その周波数より低い周波数帯では、図７（Ａ）、図２１（Ａ）に示すように、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とは逆極性となり、破線で示す周波数（3.31GHz）より高い周波数帯では、図７（Ｂ）、図２１（Ｂ）に示すように、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とは同極性となる。

図８において、特性曲線Ａは本実施形態のアンテナ装置１０１の放射効率（入力電力に対する放射電力の割合）特性であり、特性曲線Ｃは比較例としてのアンテナ装置１１２の放射効率特性である。アンテナ装置１１２では、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とが近接しているので、図２１（Ａ）に示したように、第１放射素子１０と第２放射素子２０の開放端同士が逆極性となる周波数帯で放射効率が低下する。これに対し、本実施形態のアンテナ装置１０１では、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とが離れているので、図８において、破線で示す周波数（3.31GHz）より低い周波数帯でも高い放射効率が維持できる。

図９（Ａ）は、アンテナ装置１０１の、特定条件での作用を示す図であり、図９（Ｂ）は、アンテナ装置１１２の、特定条件での作用を示す図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）において、複数の曲線は等位相波面を表している。図９（Ｂ）に示すように、比較例としてのアンテナ装置１１２においては、第１放射素子１０の開放端と第２放射素子２０の開放端との間隔が電界最大点の距離であるが、この距離は小さいので放射効率は小さい。一方、図９（Ａ）に示すように、本実施形態のアンテナ装置１０１においては、第１放射素子１０と第２放射素子２０の開放端同士が逆極性となる周波数帯においては、第１放射素子１０及び第２放射素子２０が給電回路１によって給電されるダイポールアンテナとして作用する。つまり、第１放射素子１０と第２放射素子２０との電界最大点間の距離が大きいため、高い放射効率が得られる。

図１０は結合素子３０の外観斜視図及びその分解斜視図である。本実施形態のアンテナ装置１０１が備える結合素子３０は回路基板４１に実装される直方体状のチップ部品である。図１０においては、結合素子３０の外形とその内部の構造とを分離して図示している。結合素子３０の外形は二点鎖線で表している。結合素子３０の外面には、第１コイルの第１端Ｔ１、第１コイルの第２端Ｔ２、第２コイルＬ２の第３端Ｔ３、及び第２コイルＬ２の第４端Ｔ４が形成されている。また、結合素子３０は第１面Ｓ１と当該第１面とは反対側の面である第２面Ｓ２とを備える。

結合素子３０の内部には、第１導体パターンＬ１１、第２導体パターンＬ１２、第３導体パターンＬ２１、第４導体パターンＬ２２が形成されている。第１導体パターンＬ１１と第２導体パターンＬ１２とは層間接続導体Ｖ１を介して接続されている。第３導体パターンＬ２１と第４導体パターンＬ２２とは層間接続導体Ｖ２を介して接続されている。なお、図１０においては、上記各導体パターンが形成された絶縁基材Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２を積層方向に分離して表している。

図１０に表れているように、実装面に近い層から順に第１導体パターンＬ１１、第２導体パターンＬ１２、第３導体パターンＬ２１、第４導体パターンＬ２２が形成されている。第１導体パターンＬ１１の一方端は第１コイルの第２端Ｔ２に接続されていて、他方端は層間接続導体Ｖ１を介して第２導体パターンＬ１２の一方端に接続されている。第２導体パターンＬ１２の他方端は第１コイルの第１端Ｔ１に接続されている。また、第３導体パターンＬ２１の一方端は第２コイルの第３端Ｔ３に接続されていて、第３導体パターンＬ２１の他方端は層間接続導体Ｖ２を介して第４導体パターンＬ２２の一方端に接続されている。第４導体パターンＬ２２の他方端は第２コイルの第４端Ｔ４に接続されている。

また、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１から第２端Ｔ２への巻回方向と、第２コイルＬ２の第３端Ｔ３から第４端Ｔ４への巻回方向は逆である。つまり、第１コイルＬ１から第１放射素子１０へ電流が流れるときに第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２から第２放射素子２０へ電流が流れるときに第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とは互いに逆の関係にある。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の受け持つ周波数帯と結合素子の極性との関係について示す。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の回路図である。この第２の実施形態のアンテナ装置１０２は、回路基板と、第１放射素子１０と、第２放射素子２０と、結合素子３０と、を備え、電子機器の筐体内に設けられる。回路基板及び筐体の構成は第１の実施形態で示したとおりである。

結合素子３０は、第１端Ｔ１及び第２端Ｔ２を有する第１コイルＬ１と、第３端Ｔ３及び第４端Ｔ４を有する第２コイルＬ２とを備える。第１コイルＬ１の第１端Ｔ１と第２コイルＬ２の第３端Ｔ３とは同極性となる関係で磁界結合する。

第１放射素子１０は給電回路１が結合素子３０の第１コイルＬ１を介して接続される給電放射素子であり、第２放射素子２０は結合素子３０の第２コイルＬ２が接続される無給電放射素子である。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）において、第１放射素子１０及び第２放射素子２０に沿った曲線は、所定周波数帯において、第１放射素子１０及び第２放射素子２０に掛かる電位の分布を示す。図４に示した第１の実施形態のアンテナ装置１０１とは異なり、第１放射素子１０の線長は第２放射素子２０の線長に比べて長い。つまり、第１放射素子１０が主に低域の周波数帯の放射素子として作用し、第２放射素子２０が主に高域の周波数帯の放射素子として作用する。

第１放射素子１０の給電端（結合素子３０の接続位置）ＦＥ１から第１放射素子１０の開放端ＯＥ１への延伸方向と、第２放射素子２０の給電端（結合素子３０の接続位置）ＦＥ２から第２放射素子２０の開放端ＯＥ２への延伸方向とは１８０°異なる。

所定の周波数（例えば3.31GHz）より低い周波数帯では、図１１（Ａ）に示すように、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とは同極性となる。また、上記所定の周波数より高い周波数帯では、図１１（Ｂ）に示すように、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とは逆極性となる。

図１２は、アンテナ装置１０２の反射係数の周波数特性を示す図である。図１２中の特性曲線の、周波数の低い側の谷は給電放射素子である第１放射素子１０により生じる特性であり、周波数の高い側の谷は無給電放射素子である第２放射素子２０により生じる特性である。

本実施形態で示すように、給電放射素子として作用させる第１放射素子１０が低域の周波数帯の放射素子であり、無給電放射素子として作用させる第２放射素子２０が高域の周波数帯の放射素子である場合には、結合素子３０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２の結合極性を同極性とすればよい。

上記結合素子３０の極性を定めることで、図１１（Ａ）に示した状態となる使用周波数帯域（図１２中の破線より低周波数側）が広くなり、第１放射素子１０と第２放射素子２０との不要な干渉が減って放射効率が良くなる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、結合素子以外の素子を備えるアンテナ装置について例示する。

図１３は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の回路図である。このアンテナ装置１０３は、第１放射素子１０、第２放射素子２０及び結合素子３０以外に、位相調整回路３１、第１整合回路ＭＣ１、第２整合回路ＭＣ２、第３整合回路ＭＣ３及び第４整合回路ＭＣ４を有する。

このアンテナ装置１０３は、位相調整回路３１と第２放射素子２０との間に第１整合回路ＭＣ１を備える。また、結合素子３０の第２コイルＬ２とグランドとの間に第２整合回路ＭＣ２を備える。また、第１コイルＬ１と第１放射素子１０との間に第３整合回路ＭＣ３を備える。また、第１コイルＬ１と給電回路１との間に第４整合回路ＭＣ４を備える。

第１整合回路ＭＣ１は例えばシリーズ接続された、インダクタ、キャパシタ、ＬＣ直列回路又はＬＣ並列回路であり、この構成により、第２放射素子２０のインピーダンス又は共振周波数が適宜定められる。第１整合回路ＭＣ１は第２放射素子２０に近いため、第２放射素子２０の共振周波数を簡便に定めることができる。

第２整合回路ＭＣ２は例えばシリーズ接続の、インダクタ、キャパシタ、ＬＣ直列回路又はＬＣ並列回路であり、この構成により、第２放射素子２０の共振周波数が適宜定められる。

第３整合回路ＭＣ３は例えばシリーズ接続のインダクタ又はキャパシタであり、この構成により、第１放射素子１０の共振周波数、または第１放射素子１０と第２放射素子２０との結合度が適宜定められる。

第４整合回路ＭＣ４は、例えばシリーズ接続のインダクタ、キャパシタ、ＬＣ直列回路又はＬＣ並列回路である。また、例えばシャント接続のインダクタ、キャパシタ、ＬＣ直列回路、ＬＣ並列回路である。これら構成により、アンテナ装置１０３全体の特性インピーダンスが給電回路１のインピーダンスに整合される。特に、第１放射素子１０はグランド導体との間隔が狭いと、第１放射素子１０の特性インピーダンスが低くなるので、第４整合回路ＭＣ４をシャント接続のインダクタで構成することにより、第１放射素子１０の特性インピーダンスを高めて、例えば５０Ωに設定できる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、これまでに示した例とは給電構造が異なるアンテナ装置について例示する。

図１４は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の回路図である。このアンテナ装置１０４は、第１放射素子１０、第２放射素子２０及び結合素子３０を備える。結合素子３０の第１コイルＬ１の第１端Ｔ１は接地され、第２端Ｔ２は第１放射素子１０の端部付近に接続されている。結合素子３０の第２コイルＬ２の第３端Ｔ３は接地され、第４端Ｔ４は第２放射素子２０の端部付近に接続されている。第１放射素子１０には、結合素子３０の接続点から開放端ＯＥ１までの間に給電回路１の接続点（給電点）ＦＰが設けられている。つまり、第１放射素子１０は逆Ｆアンテナを構成している。給電放射素子である第１放射素子１０は低域の周波数帯の放射素子であるので、結合素子３０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２の結合極性は同極性である。

この例のように、結合素子３０を介さない給電点に給電回路を接続する構成であってもよい。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、アンテナ特性を選択可能としたアンテナ装置について例示する。

図１５は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の回路図である。このアンテナ装置１０５は、第１放射素子１０、第２放射素子２０及び結合素子３０を備える。また、整合回路ＭＣ５Ａ，ＭＣ５Ｂ，ＭＣ５Ｃ及びスイッチ３２を備える。

スイッチ３２は、第１放射素子１０の給電点から離れた位置を、複数の整合回路ＭＣ５Ａ，ＭＣ５Ｂ，ＭＣ５Ｃのうちどの整合回路を介してグランド導体に接続するかを切り替える回路である。整合回路ＭＣ５Ａ，ＭＣ５Ｂ，ＭＣ５Ｃはインダクタ又はキャパシタであり、それぞれのリアクタンス値が異なる。

本実施形態によれば、整合回路ＭＣ５Ａ，ＭＣ５Ｂ，ＭＣ５Ｃの選択によって、第１放射素子１０の基本波の周波数及び３倍波周波数を適宜設定できるので、所望のアンテナ特性を得るための、第１放射素子１０のサイズを縮小化でき、第１放射素子１０の形成領域を縮小化できる。

以上に示した例では、給電放射素子である第１放射素子１０に整合回路及びスイッチを設けたが、無給電放射素子である第２放射素子２０に整合回路及びスイッチを設けてもよい。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、複数のシールドケース同士で形成される第１領域及び第２領域の例について示す。また、第１放射素子及び第２放射素子の配置について幾つかの例を示す。

図１６、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、いずれも回路基板に実装されたシールドケースと第１放射素子１０及び第２放射素子２０との関係を示す平面図である。ただし、回路基板の図示を省略している。

図１６に示す例では、回路基板の平面視で、シールドケースＳＣ１とシールドケースＳＣ２との間に直線状の第１領域Ｒ１が形成されている。第１放射素子１０及び第２放射素子２０は、回路基板の平面視で、第１領域Ｒ１に重なっている。したがって、第１放射素子１０及び第２放射素子２０は平面方向で、シールドケースＳＣ１，ＳＣ２から離れている。

図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示す例では、回路基板の平面視で、シールドケースＳＣ１とシールドケースＳＣ２との間に第１領域Ｒ１が形成されている。この第１領域Ｒ１はＬ字状である。図１７（Ａ）に示す例では、回路基板の平面視で、第１放射素子１０はその全体が第１領域Ｒ１に重なっていて、第２放射素子２０はその一部がシールドケースＳＣ２に重なっている。図１７（Ｂ）に示す例では、回路基板の平面視で、第２放射素子２０はその全体が第１領域Ｒ１に重なっていて、第１放射素子１０はその一部がシールドケースＳＣ２に重なっている。

図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、第１放射素子１０又は第２放射素子２０の一部が、平面方向でシールドケースに重なっていてもよい。特に、図１７（Ｂ）に示すように、回路基板の平面視で、第２放射素子２０の少なくとも一部がシールドケースＳＣ２に重なるものの、第１放射素子１０は、その全体が第１領域Ｒ１に重なることで、第１放射素子１０の放射効率が確保される。

図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示す例では、回路基板の平面視で、シールドケースＳＣ１，ＳＣ２とシールドケースＳＣ３との間に第１領域Ｒ１が形成されている。また、シールドケースＳＣ１とシールドケースＳＣ２との間に第２領域Ｒ２が形成されている。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とでＴ字状を成している。図１８（Ａ）に示す例では、回路基板の平面視で、第１放射素子１０はその全体が第１領域Ｒ１に重なっていて、第２放射素子２０はその全体が第２領域Ｒ２に重なっている。図１８（Ｂ）に示す例では、回路基板の平面視で、第１放射素子１０はその全体が第１領域Ｒ１に重なっている。第２領域Ｒ２はＬ字状であり、第２放射素子２０は第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に重なっている。

第２放射素子２０が、回路基板の平面視で第２領域Ｒ２に重なっているので、第２放射素子２０がシールドケースＳＣ１，ＳＣ２から効果的に離れ、第２放射素子２０の放射効率も高めることができる。特に、電位振幅の大きな第２放射素子２０の開放端ＯＥ２が第２領域Ｒ２に重なるので、第２放射素子２０の放射効率も高めることができる。

図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示す例は、第１放射素子１０の結合素子３０への接続位置から第１放射素子１０の開放端ＯＥ１への延伸方向と、第２放射素子２０の結合素子３０への接続位置から第２放射素子２０の開放端ＯＥ２への延伸方向とが成す角度は９０度である。このように、第１放射素子１０と第２放射素子２０の、結合素子３０から開放端への延伸方向は１８０°に限らない。この構成によれば、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の形成領域を全体的に縮小化できる。ただし、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とをより離すために、上記方向は９０°以上であることが好ましい。

図１８（Ｂ）に示す例では、第１放射素子１０と第２放射素子２０とが部分的な並走部ＣＡで並走している。このように、第１放射素子１０と第２放射素子２０とは部分的に近接していてもよい。この構成によれば、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の形成領域を縮小化できる。ただし、第１放射素子１０と第２放射素子２０との不要結合を抑制するため、または、第１放射素子１０の開放端ＯＥ１と第２放射素子２０の開放端ＯＥ２とをより離すために、第１放射素子１０の並走部ＣＡの長さ割合は１／２以下であること、第２放射素子２０の並走部ＣＡの長さ割合は１／２以下であること、が好ましい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

例えば、以上に示した例では、本発明に係る実装部品の例として、回路基板４１に実装されたシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を示したが、シールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３以外に、表示装置、入力装置、電子回路部品等の実装部品を備えるアンテナ装置にも同様に適用できる。

また、以上に示した例では、シールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を覆う絶縁カバー４２の表面に第１放射素子１０及び第２放射素子２０を形成したが、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の一部又は全部が回路基板に形成されていてもよい。

また、第１放射素子１０又は第２放射素子２０の一部をシールドケースＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３等の実装部品から絶縁する絶縁体を部分的に設けてもよい。

ＣＡ…並走部
ＦＥ１，ＦＥ２…給電端
ＧＡ…ＧＮＤエリア
Ｌ１…第１コイル
Ｌ２…第２コイル
Ｌ１１…第１導体パターン
Ｌ１２…第２導体パターン
Ｌ２１…第３導体パターン
Ｌ２２…第４導体パターン
ＭＣ１…第１整合回路
ＭＣ２…第２整合回路
ＭＣ３…第３整合回路
ＭＣ４…第４整合回路
ＭＣ５Ａ，ＭＣ５Ｂ，ＭＣ５Ｃ…整合回路
ＭＳ１…第１主面
ＭＳ２…第２主面
ＮＧＡ…ＧＮＤ抜きエリア
ＯＥ１，ＯＥ２…開放端
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域
Ｓ１…第１面
Ｓ２…第２面
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２…絶縁基材
ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３…シールドケース
Ｔ１…第１端
Ｔ２…第２端
Ｔ３…第３端
Ｔ４…第４端
Ｖ１，Ｖ２…層間接続導体
１…給電回路
１０…第１放射素子
２０…第２放射素子
３０…結合素子
３１…位相調整回路
３２…スイッチ
４１…回路基板
４２…絶縁カバー
５１…筐体グランド
１０１～１０５…アンテナ装置
１１１，１１２…アンテナ装置
２０１…電子機器

Claims (15)

1. 互いに対向する第１主面及び第２主面を有する回路基板と、開放端を有する第１放射素子と、開放端を有する第２放射素子と、前記第１放射素子及び前記第２放射素子に接続されて前記第１放射素子と前記第２放射素子とを電磁界結合させる結合素子と、前記第１放射素子に対する給電回路の接続部と、を備え、電子機器の筐体内に設けられるアンテナ装置において、
   前記回路基板に配置され、それぞれ前記第１主面に平行な面状導体部を有する複数の実装部品を備え、
   前記第１放射素子、前記第２放射素子及び前記複数の実装部品は、前記回路基板の前記第１主面側に位置し、
   前記第１放射素子は、前記回路基板の平面視で前記複数の実装部品同士の間である第１領域に重なる部分を有し、
   前記回路基板の前記第１主面を前記実装部品と共に被覆する絶縁カバーを備え、
   前記第１放射素子及び前記第２放射素子が前記絶縁カバー上に形成された、
   アンテナ装置。
2. 前記結合素子は前記回路基板に実装され、
   前記実装部品は前記回路基板に形成された回路形成部を覆うシールドケースである、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１放射素子の前記開放端は前記第１領域に重なる、
   請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２放射素子は、前記回路基板の平面視で前記複数の実装部品のうち前記第１領域を形成する実装部品同士とは異なる実装部品同士の間である第２領域に重なる部分を有する、
   請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記第２放射素子の前記開放端は前記第２領域に重なる、
   請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１放射素子の、前記結合素子の接続位置から当該第１放射素子の前記開放端への延伸方向と、前記第２放射素子の、前記結合素子の接続位置から当該第２放射素子の前記開放端への延伸方向とは異なる、
   請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記第１放射素子の前記結合素子の接続位置から当該第１放射素子の前記開放端への延伸方向と、前記第２放射素子の前記結合素子の接続位置から当該第２放射素子の前記開放端への延伸方向とが成す角度は９０度以上である、
   請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記平面視で、前記第１放射素子の全体は前記第１領域に重なり、前記第２放射素子の少なくとも一部は前記実装部品に重なる、
   請求項１から７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記第１放射素子及び前記第２放射素子は互いに並走する部分を有し、前記第１放射素子の前記並走部分の長さ割合は１／２以下であり、前記第２放射素子の前記並走部分の長さ割合は１／２以下である、
   請求項１から８のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. 前記結合素子と前記第１放射素子との間、前記結合素子と前記第２放射素子との間、または前記結合素子とグランドとの間に接続された付加回路を備える、
    請求項１から９のいずれかに記載のアンテナ装置。
11. 前記第１放射素子又は前記第２放射素子に接続される複数の整合回路と、これら整合回路を選択するスイッチとを備える、
    請求項１から１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
12. 前記第１放射素子は、前記結合素子の接続点から前記開放端までの間に給電回路の接続点が設けられた逆Ｆアンテナである、
    請求項１から１１のいずれかに記載のアンテナ装置。
13. 前記結合素子は、第１端及び第２端を有する第１コイルと、第３端及び第４端を有する第２コイルとを備え、前記第１コイルの第１端と前記第２コイルの第３端とが逆極性となる関係で磁界結合し、
    前記第１放射素子は給電回路が前記結合素子の前記第１コイルを介して又は直接に接続される給電放射素子であり、
    前記第２放射素子は前記結合素子の前記第２コイルが接続される無給電放射素子であり、
    前記第１放射素子の共振周波数は前記第２放射素子の共振周波数より高い、
    請求項１から１２のいずれかに記載のアンテナ装置。
14. 前記結合素子は、第１端及び第２端を有する第１コイルと、第３端及び第４端を有する第２コイルとを備え、前記第１コイルの第１端と前記第２コイルの第３端とが同極性となる関係で磁界結合し、
    前記第１放射素子は給電回路が前記結合素子の前記第１コイルを介して又は直接に接続される給電放射素子であり、
    前記第２放射素子は前記結合素子の前記第２コイルが接続される無給電放射素子であり、
    前記第１放射素子の共振周波数は前記第２放射素子の共振周波数より低い、
    請求項１から１２のいずれかに記載のアンテナ装置。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載のアンテナ装置と、前記結合素子を介して又は直接に前記アンテナ装置に給電する給電回路及び前記アンテナ装置を収める前記筐体と、を備える、電子機器。

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