JP7533777B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

アンテナ装置の使用可能な周波数帯域を広帯域化するため、又は複数の周波数帯域に対応するために、直接的又は間接的に結合する２つの放射素子を備えるアンテナ装置が用いられている。また、給電を行う一方の放射素子と、給電を行わない他方の放射素子とをトランスで結合させて、使用可能周波数帯域を広帯域化したアンテナ装置が国際公開第２０１９／２０８２９７号（特許文献１）に示されている。

国際公開第２０１９／２０８２９７号

特許文献１では、給電を行う一方の放射素子と、給電を行わない他方の放射素子とが共に線状アンテナで形成され、当該線状アンテナが形成される領域はＧＮＤ電極を設けない領域である。しかし、ＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）や第５世代移動通信システム（５Ｇ）が進展するに従い、アンテナ装置は、設ける線状アンテナの本数が増え、線状アンテナを設ける領域がＧＮＤ電極を設けない領域に収まらず、ＧＮＤ電極の上にも線状アンテナが配置される場合がある。

ＧＮＤ電極の上に線状アンテナが配置されると線状アンテナに近接するＧＮＤ電極に影像電流が流れるので、当該影像電流により線状アンテナからの放射がキャンセルされアンテナ特性が大きく劣化することになる。

そこで、本開示の目的は、ＧＮＤ電極を設けない領域を考慮することなく、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができるアンテナ装置を提供することである。

本開示の一形態に係るアンテナ装置は、第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の信号を処理する給電回路と、第１の方向に対して第１周波数帯で共振し、第２の方向に対して第２周波数帯で共振することが可能なパッチ型の第１放射素子と、第３周波数帯で共振する第２放射素子と、給電回路と第１放射素子との間に接続される第１コイルと、第２放射素子に接続され、第１コイルに対して磁界結合される第２コイルと、を備え、第１周波数帯の中心周波数を第１中心周波数とし、第２周波数帯の中心周波数を第２中心周波数とし、第３周波数帯の中心周波数を第３中心周波数とするとき、第１中心周波数と第３中心周波数の差の絶対値は、第２中心周波数と第３中心周波数の差の絶対値よりも小さい。

本開示の別の一形態に係るアンテナ装置は、第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の信号を処理する給電回路と、第１の方向に対して第１周波数帯で共振し、第２の方向に対して第２周波数帯で共振することが可能なパッチ型の第１放射素子と、第３周波数帯で共振する第２放射素子と、給電回路と第１放射素子との間に接続される第１コイルと、第２放射素子に接続され、第１コイルに対して磁界結合される第２コイルと、を備え、第１放射素子は第１周波数帯の共振状態において、第１縁端と、第１縁端に対向する第２縁端とで生じる電界の極性が逆となり、第２放射素子は、第２縁端に比べて第１縁端に近接し、第３周波数の共振状態において第２放射素子に生じる電界の極性は第１放射素子の第１縁端に生じる電界の極性と同じである。

本開示の一形態によれば、パッチ型の第１放射素子に接続される第１コイルと第２放射素子に接続される第２コイルとを磁界結合するので、ＧＮＤ電極を設けない領域を考慮することなく、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の平面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の回路図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の反射係数の周波数特性を示す図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の放射効率を示す図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の電界分布を示す図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す概略図である。 第１コイルに生じる磁界の方向と、第２コイルに生じる磁界の方向とが異なる場合について説明するための図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置の平面図である。 実施の形態２に係る別のアンテナ装置の平面図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の平面図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の放射効率を示す図である。 実施の形態３に係る別のアンテナ装置の平面図である。 実施の形態３に係る別のアンテナ装置の放射効率を示す図である。 実施の形態３に係るさらに別のアンテナ装置の平面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置の平面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置の放射効率を示す図である。

以下に、本開示に係るアンテナ装置について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

＜実施の形態１＞
まず、実施の形態１に係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の平面図である。図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の回路図である。ここで、図１の左右方向をＸ方向、図１の上下方向をＹ方向とする。

アンテナ装置１００は、第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の電波を送受信するように構成されている。もちろん、他の態様としてアンテナ装置１００は、送信と受信の何れか一方のみに利用されてもよい。なお、第１周波数帯の中心周波数を第１中心周波数とし、第２周波数帯の中心周波数を第２中心周波数とし、第３周波数帯の中心周波数を第３中心周波数とする。

図１に示すようにアンテナ装置１００は、パッチアンテナ１０、アンテナ２０、支持板３０、アンテナ結合素子４０を備えている。なお、支持板３０に対してパッチアンテナ１０が設けられている側を、アンテナ装置１００の表側とし、支持板３０に対してパッチアンテナ１０が設けられていない側を、アンテナ装置１００の裏側として説明する。

アンテナ装置１００では、線状のアンテナではなく、パッチアンテナ１０を採用することで、ＧＮＤ電極の上側にアンテナが配置されても、当該ＧＮＤ電極の影響が少なく高いアンテナ特性を実現することができる。つまり、アンテナ装置１００は、パッチアンテナ１０を採用することで、ＧＮＤ電極を設けない領域を考慮することなくアンテナを配置することができる。アンテナ装置１００は、さらに、パッチアンテナ１０と、アンテナ２０とをアンテナ結合素子４０で磁界結合することで、単一のパッチアンテナのみでは狭い周波帯域を広帯域化している。

パッチアンテナ１０は、支持板３０の表側に形成された矩形状の導体パターンである。パッチアンテナ１０は、Ｘ方向（第１の方向）に対して第１周波数帯で共振し、Ｙ方向（第２の方向）に対して第２周波数帯で共振することが可能なパッチ型の放射素子（第１放射素子）である。すなわち、第１周波数帯で共振する第１辺がＬ、第２周波数帯で共振する第２辺がＷである。

パッチアンテナ１０は、Ｘ方向に長い矩形状である。パッチアンテナ１０の短辺Ｌに形成されるスリットＳ１（第１スリット）は、パッチアンテナ１０の長辺Ｗに形成されるスリットＳ２（第２スリット）より長い。つまり、スリットＳ１を含めた短辺Ｌの外形の長さは、スリットＳ２を含めた長辺Ｗの外形の長さより長い。

アンテナ２０は、支持板３０の表側に形成された線状の導体パターンである。アンテナ２０は、第３周波数帯で共振する放射素子（第２放射素子）である。

支持板３０は、例えば樹脂など、所定の比誘電率を有する誘電体である。支持板３０の裏側には、図示していないが銅などの導体を素材とする板状の導体部材があり、ＧＮＤ電極を構成している。ＧＮＤ電極は、例えば、プリント基板の裏面に電気メッキ等によって形成される。

パッチアンテナ１０とアンテナ２０とは、アンテナ結合素子４０に接続されている。アンテナ結合素子４０とパッチアンテナ１０との接続点が、接続点１２（第１接続点）であり、アンテナ結合素子４０とアンテナ２０との接続点が、接続点２２（第２接続点）である。接続点１２は、パッチアンテナ１０と重なる位置に設けられ、接続点２２は、アンテナ２０のうちパッチアンテナ１０の長辺Ｗに近い領域に設けられている。アンテナ結合素子４０は、支持板３０の裏側にあるプリント基板に設けられ、アンテナ結合素子４０が設けられるプリント基板の領域には、ＧＮＤ電極が形成されていない。

図２に示すアンテナ装置１００の回路図では、パッチアンテナ１０が給電回路５０と接続して給電素子を構成し、アンテナ２０は給電回路５０と接続せずに無給電素子を構成している。パッチアンテナ１０とアンテナ２０とは、アンテナ結合素子４０により磁界結合している。アンテナ結合素子４０は、互いに磁界結合する第１コイルＬ１および第２コイルＬ２を含む。なお、アンテナ結合素子４０は、互いに磁界結合だけでなく、電界結合を含めた電磁界結合をしてもよい。アンテナ結合素子４０は、例えば、セラミック多層基板で構成した直方体状のチップ部品である。第１コイルＬ１から接続点１２の方向へ流れる電流によって第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２から接続点２２の方向へ流れる電流によって第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とは同じである。図２中のドットマークはこの関係を示す。

給電回路５０は、第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の信号を含む通信周波数帯の通信信号を入出力する。

図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の反射係数の周波数特性を示す図である。図３において、横軸は周波数、縦軸は反射係数である。図４は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の放射効率を示す図である。図４において、横軸は周波数、縦軸は放射効率（＝放射される電力／アンテナに対して出力される電力）である。ここで、反射係数Ｒはアンテナ装置１００の反射係数である。放射効率Ｇはアンテナ装置１００の放射効率である。また、反射係数Ｒｓは比較例のアンテナ装置の反射係数である。放射効率Ｇｓは比較例のアンテナ装置の放射効率である。比較例のアンテナ装置は、パッチアンテナ１０のみのアンテナ装置である。

図３および図４において、第１共振周波数ｆ１は第１コイルＬ１を含むパッチアンテナ１０の低い側の共振周波数であり、第２共振周波数ｆ２は第１コイルＬ１を含むパッチアンテナ１０の高い側の共振周波数である。第３共振周波数ｆ３は第２コイルＬ２を含むアンテナ２０の共振周波数である。図３および図４から分かるように、パッチアンテナ１０の第１共振周波数ｆ１の近くにアンテナ２０の第３共振周波数ｆ３が重ね合わすことで、第１共振周波数ｆ１および第３共振周波数ｆ３を含む周波数帯Ｆが使用可能な周波数帯域として広帯域化される。つまり、図４に示すように、放射効率Ｇは、第３共振周波数ｆ３付近の放射効率が放射効率Ｇｓに比べて持ち上げられたグラフとなる。なお、本実施形態では、第１周波数帯と第３周波数帯は３．３～３．８ＧＨｚ（ｎ７８帯）と同一であり、第１中心周波数および第３中心周波数は３．５５ＧＨｚである。また、第２周波数帯は４．４～５．０ＧＨｚ（ｎ７９帯）であり、第２中心周波数は４．７ＧＨｚである。

次に、パッチアンテナ１０に対するアンテナ２０の配置と、アンテナ装置１００の電界分布との関係を説明する。図５は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の電界分布を示す図である。図５（ａ）は、第３共振周波数ｆ３におけるアンテナ装置１００の電界分布を示している。第３共振周波数ｆ３におけるアンテナ装置１００は、アンテナ２０の接続点２２から、接続点２２と反対側のアンテナ２０の開放端の方向に流れる電流が支配的になり、アンテナ装置１００の裏側に向く電界Ｅ３がアンテナ２０に生じる。なお、アンテナ２０に流れる電流は、接続点２２と開放端との間にλ／４の電流振幅を持つ。なお、λは、共振周波数の電波の波長である。

パッチアンテナ１０には、Ｙ方向の電流が流れ、スリットＳ１を跨ぐ方向の中心軸Ｉを挟んで接続点１２側にアンテナ装置１００の裏側に向く電界Ｅ１が生じ、接続点１２の反対側にアンテナ装置１００の表側に向く電界Ｅ２が生じる。

アンテナ装置１００では、図５（ａ）に示すようにパッチアンテナ１０の長辺Ｗ側にアンテナ２０を配置し、アンテナ２０の開放端を長辺Ｗから遠ざけることで、パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の電界Ｅ３への影響を軽減している。

図５（ｂ）は、第１共振周波数ｆ１におけるアンテナ装置１００の電界分布を示している。第１共振周波数ｆ１におけるアンテナ装置１００は、パッチアンテナ１０のＹ方向に流れる電流が支配的になり、中心軸Ｉを挟んで接続点１２側にアンテナ装置１００の裏側に向く電界Ｅ１が生じ、接続点１２の反対側にアンテナ装置１００の表側に向く電界Ｅ２が生じる。なお、パッチアンテナ１０に流れる電流は、一方の長辺Ｗから他方の長辺Ｗまでの間にλ／２の電流振幅を持つ。

図５（ｃ）は、第２共振周波数ｆ２におけるアンテナ装置１００の電界分布を示している。第２共振周波数ｆ２におけるアンテナ装置１００は、パッチアンテナ１０のＸ方向に流れる電流が支配的になり、スリットＳ２を跨ぐ方向の中心軸Ｊを挟んで接続点１２側にアンテナ装置１００の裏側に向く電界Ｅ１が生じ、接続点１２の反対側にアンテナ装置１００の表側に向く電界Ｅ２が生じる。なお、パッチアンテナ１０に流れる電流は、一方の短辺Ｌから他方の短辺Ｌまでの間にλ／２の電流振幅を持つ。

パッチアンテナ１０と第１コイルＬ１との接続点１２は、パッチアンテナ１０の中心軸Ｊに対して一方の方向にずれた位置に設けられることが好ましい。これは、パッチアンテナ１０と第１コイルＬ１とのインピーダンス整合を取るためである。もちろん、パッチアンテナ１０と第１コイルＬ１とのインピーダンス整合が別の手段で取れるのであれば、中心軸Ｊ上に接続点１２を設けてもよい。

このようにアンテナ装置１００は、第１共振周波数ｆ１と第３共振周波数ｆ３の差の絶対値が、第２共振周波数ｆ２と第３共振周波数ｆ３の差の絶対値よりも小さい。また、第１中心周波数の３．５５ＧＨｚと第３中心周波数の３．５５ＧＨｚとの差の絶対値は０であり、第２中心周波数の４．７ＧＨｚと第３中心周波数の３．５５ＧＨｚとの差の絶対値１．１５ＧＨｚよりも小さい。つまり、アンテナ２０の第３中心周波数が、パッチアンテナ１０の第１中心周波数に近くなるようなアンテナ２０の形状を選択する。さらに、アンテナ装置１００では、アンテナ２０が、第１中心周波数に対して共振するパッチアンテナ１０の短辺Ｌより、第２中心周波数に対して共振するパッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接して配置する。

このように、パッチアンテナ１０の長辺Ｗ側にアンテナ２０の配置することで、第３共振周波数ｆ３では、アンテナ２０に生じる電界と、アンテナ２０に近い側のパッチアンテナ１０に生じる電界とが同じ極性となる。図６は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成を示す概略図である。図６に示すアンテナ装置１００では、パッチアンテナ１０の第１縁端に生じる電界Ｅ１と、パッチアンテナ１０の第２縁端とに生じる電界Ｅ２とが逆の極性となることを模式的に示している。そして、アンテナ２０は、図６に示すように、第３共振周波数ｆ３においてパッチアンテナ１０に生じる電界Ｅ３の極性と同じ極性となるパッチアンテナ１０の第１縁端に近接して配置される。このように、アンテナ装置１００は、パッチアンテナ１０に対して磁界結合させたアンテナ２０の配置を工夫することで、第１共振周波数ｆ１および第３共振周波数ｆ３を含む周波数帯Ｆを使用可能な周波数帯域として広帯域化することができる。

次に、アンテナ結合素子４０を構成する第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とが同じ場合と異なる場合とで、広帯域化する周波数帯が変化することについて説明する。図２では、アンテナ結合素子４０を構成する第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とが同じ場合が示されている。図２の場合、アンテナ２０の第３共振周波数ｆ３は、パッチアンテナ１０の第１共振周波数ｆ１に対して周波数の低い側に重ね合わされることになる。つまり、アンテナ結合素子４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とがトランスを構成し、その極性が減極性となるので第１共振周波数ｆ１に対して周波数の低い側に第３共振周波数ｆ３が重ね合わされる。

一方、アンテナ結合素子を構成する第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とが異なる場合について説明する。図７は、第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とが異なる場合について説明するための図である。図７（ａ）は、第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とが異なるアンテナ結合素子４０ａを設けたアンテナ装置１００の回路図である。なお、アンテナ結合素子４０ａ以外の構成は、図２に示したアンテナ装置１００の回路図と同じであるため、同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図７（ａ）のように、アンテナ結合素子４０ａを構成する第１コイルＬ１に生じる磁界の方向と、第２コイルＬ２に生じる磁界の方向とが異なる場合、アンテナ２０の第３共振周波数ｆ３は、パッチアンテナ１０の第１共振周波数ｆ１に対して周波数の高い側に重ね合わされることになる。つまり、アンテナ結合素子４０ａの第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とがトランスを構成し、その極性が加極性となり減極性に対して電界の位相が反転するので第１共振周波数ｆ１に対して周波数の高い側に第３共振周波数ｆ３が重ね合わされる。

図７（ｂ）は、アンテナ装置１００の放射効率を示す図である。図７（ｂ）において、横軸は周波数、縦軸は放射効率である。ここで、放射効率Ｇは減極性のアンテナ結合素子４０ａを有するアンテナ装置１００の放射効率である。放射効率Ｇａは加極性のアンテナ結合素子４０ａを有するアンテナ装置１００の放射効率である。図７（ｂ）から分かるように、加極性のアンテナ結合素子４０ａを有するアンテナ装置１００の放射効率Ｇａは、第３共振周波数ｆ３ａが第１共振周波数ｆ１に対して周波数の高い側にある。

このように、アンテナ装置１００では、アンテナ結合素子の極性を変えることで、使用可能な周波数帯域を調整することができる。

以上のように、実施の形態１に係るアンテナ装置１００では、第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の信号を処理する給電回路５０と、第１の方向に対して第１周波数帯で共振し、第２の方向に対して第２周波数帯で共振することが可能なパッチアンテナ１０と、第３周波数帯で共振するアンテナ２０と、給電回路５０とパッチアンテナ１０との間に接続される第１コイルＬ１と、アンテナ２０に接続され、第１コイルＬ１に対して磁界結合される第２コイルＬ２と、を備える。第１周波数帯の中心周波数を第１共振周波数ｆ１とし、第２周波数帯の中心周波数を第２共振周波数ｆ２とし、第３周波数帯の中心周波数を第３共振周波数ｆ３とする。第１共振周波数ｆ１と第３共振周波数ｆ３の差の絶対値は、第２共振周波数ｆ２と第３共振周波数ｆ３の差の絶対値よりも小さい。また、第１中心周波数の３．５５ＧＨｚと第３中心周波数の３．５５ＧＨｚとの差の絶対値は０であり、第２中心周波数の４．７ＧＨｚと第３中心周波数の３．５５ＧＨｚとの差の絶対値１．１５ＧＨｚよりも小さい。アンテナ２０は、第１周波数帯に対して共振するパッチアンテナ１０の短辺Ｌより、第２周波数帯に対して共振するパッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接して配置される。

これにより、実施の形態１に係るアンテナ装置１００は、パッチアンテナ１０に接続される第１コイルＬ１とアンテナ２０に接続される第２コイルＬ２とを磁界結合するので、ＧＮＤ電極を設けない領域を考慮することなく、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。

さらに、パッチアンテナ１０は、第１周波数帯の共振状態において、第１縁端と、第１縁端に対向する第２縁端とで生じる電界の極性が逆となり、アンテナ２０は、第２縁端に比べて第１縁端に近接し、第３周波数帯の共振状態においてアンテナ２０に生じる電界の極性はパッチアンテナ１０の第１縁端に生じる電界の極性と同じであることが好ましい。これにより、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。

また、パッチアンテナ１０は、短辺Ｌに対して長辺Ｗが長く、短辺Ｌに形成されるスリットＳ１は、長辺Ｗに形成されるスリットＳ２より長いことが好ましい。これにより、パッチアンテナ１０は、短辺Ｌにおいて第１周波数帯で共振し、長辺Ｗにおいて第２周波数帯で共振することが可能となる。

さらに、パッチアンテナ１０と第１コイルＬ１との接続点１２は、パッチアンテナ１０の中心軸Ｊに対して一方の方向にずれた位置に設けられることが好ましい。これにより、パッチアンテナ１０と第１コイルＬ１とのインピーダンス整合を取ることができる。

また、アンテナ２０と第２コイルＬ２との接続点２２は、アンテナ２０のうちのパッチアンテナ１０に近接する側に配置されることが好ましい。これにより、アンテナ２０と第２コイルＬ２とを接続する配線を短くすることができる。

さらに、接続点２２から最も遠いアンテナ２０の開放端は、接続点２２に比べてパッチアンテナ１０から離れた場所に配置されることが好ましい。これにより、パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の電界Ｅ３への影響を軽減できる。

また、パッチアンテナ１０は、第１縁端と、第１縁端に対向する第２縁端とで生じる電界の極性が逆となる。アンテナ２０は、第３周波数帯においてアンテナ２０に生じる電界の極性と同じ極性となるパッチアンテナ１０の第１縁端に近接して配置される（例えば、図５（ａ））ことが好ましい。これにより、パッチアンテナ１０に接続される第１コイルＬ１とアンテナ２０に接続される第２コイルＬ２とを磁界結合するので、ＧＮＤ電極を設けない領域を考慮することなく、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の短辺Ｌより、パッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接し、かつアンテナ２０の開放端が長辺Ｗから遠くに配置される構成について説明した。しかし、アンテナ装置は、これに限定されず、アンテナ２０の開放端が接続点２２と同じく長辺Ｗに近接して配置されてもよい。特に、パッチアンテナ１０の長辺Ｗ側のスペースを減らす必要がある場合に、アンテナ２０の開放端を長辺Ｗに近接させる構成は有効である。図８は、実施の形態２に係るアンテナ装置１００Ｄの平面図である。

アンテナ装置１００Ｄは、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の短辺Ｌより、パッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接し、かつパッチアンテナ１０の長辺Ｗに沿って設けられている。そのため、接続点２２に対して反対側にあるアンテナ２０の開放端は、接続点２２と同じく長辺Ｗに近接して配置される。図８に示すアンテナ装置１００Ｄは、アンテナ２０の配置以外、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

アンテナ２０は、図８に示すように開放端が図中右側に配置されている。そのため、アンテナ装置１００Ｄでは、図５（ａ）に示す電界Ｅ３が生じるアンテナ２０をパッチアンテナ１０の図中右側に設けることになるので、アンテナ２０に生じる電界Ｅ３が図５（ｃ）に示す電界Ｅ２が生じるパッチアンテナ１０の部分（中心軸Ｊの図中右側の部分）に近くになる。

そこで、図５（ｃ）に示す電界Ｅ２が生じるパッチアンテナ１０の部分からアンテナ２０を遠ざける方が好ましい。図９は、実施の形態２に係る別のアンテナ装置１００Ｅの平面図である。

アンテナ装置１００Ｅは、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の短辺Ｌより、パッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接し、かつパッチアンテナ１０の長辺Ｗに沿って設けられている。さらに、アンテナ２０は、図９に示すように開放端が図中左側に配置されている。そのため、アンテナ２０に生じる電界Ｅ３が図５（ｃ）に示す電界Ｅ２が生じるパッチアンテナ１０の部分から遠くなる。つまり、アンテナ２０に生じる電界Ｅ３と同じ極性の図５（ｃ）に示す電界Ｅ１が生じるパッチアンテナ１０の部分側にアンテナ２０の開放端を配置している。図９に示すアンテナ装置１００Ｅは、アンテナ２０の配置以外、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

以上のように、実施の形態２に係るアンテナ装置１００Ｄ，１００Ｅでは、接続点２２から最も遠いアンテナ２０の開放端が、パッチアンテナ１０に近接して配置される。これにより、実施の形態２に係るアンテナ装置１００Ｄ，１００Ｅでは、アンテナ２０の開放端が長辺Ｗから遠くに配置される場合に生じるデッドスペースを減らすことができる。

また、実施の形態２に係るアンテナ装置１００Ｅでは、アンテナ２０の開放端が、アンテナ２０の開放端に生じる電界の極性と同じ極性を持つパッチアンテナ１０の部分に近接して配置されることが好ましい。これにより、アンテナ２０に生じる電界の極性と同じ極性のパッチアンテナ１０の部分からの影響を低減できる。

＜実施の形態３＞
実施の形態１では、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の短辺Ｌより、パッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接して配置されるアンテナ装置１００について説明した。しかし、アンテナ装置は、これに限定されず、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の長辺Ｗより、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに近接して配置されてもよい。特に、パッチアンテナ１０のＹ軸方向のスペースを減らす必要がある場合に、アンテナ２０をパッチアンテナ１０の短辺Ｌ側に配置する構成が有効である。図１０は、実施の形態３に係るアンテナ装置１００Ａの平面図である。図１１は、実施の形態３に係るアンテナ装置１００Ａの放射効率を示す図である。

アンテナ装置１００Ａでは、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の長辺Ｗより、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに近接して配置されている。図１０に示すアンテナ装置１００Ａは、アンテナ２０の配置以外、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

アンテナ２０は、支持板３０の表側に形成された線状の導体パターンである。アンテナ結合素子４０とアンテナ２０との接続点２２は、パッチアンテナ１０の短辺Ｌ側に設けられている。また、アンテナ結合素子４０とパッチアンテナ１０との接続点１２が、中心軸Ｉの図中下側に設けられているので、接続点２２も中心軸Ｉの図中下側に設けられている。

また、アンテナ２０は、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに沿って設けられている。そのため、接続点２２に対して反対側にあるアンテナ２０の開放端は、接続点２２と同じく短辺Ｌに近接して配置される。

アンテナ装置１００Ａでは、図５（ａ）に示す電界Ｅ３が生じるアンテナ２０をパッチアンテナ１０の短辺Ｌに沿って設けることになるので、アンテナ２０に生じる電界Ｅ３がパッチアンテナ１０に生じる電界Ｅ２の近くになる。そのため、パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の電界Ｅ３への影響がアンテナ装置１００に比べて大きくなる。

パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の電界Ｅ３の影響が大きくなることで、図１１に示すように、アンテナ装置１００Ａの放射効率ＧＡにおける第３共振周波数ｆ３Ａがアンテナ装置１００の第３共振周波数ｆ３と比べて周波数の低い側にずれる。

次に、アンテナ２０をパッチアンテナ１０の短辺Ｌに設ける場合であっても、アンテナ２０の開放端を長辺Ｗから遠くに配置する構成について説明する。図１２は、実施の形態３に係る別のアンテナ装置１００Ｂの平面図である。図１３は、実施の形態３に係る別のアンテナ装置１００Ｂの放射効率を示す図である。

アンテナ装置１００Ｂは、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の長辺Ｗより、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに近接して配置されている。さらに、アンテナ２０は、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに対して直交する方向に設けられている。そのため、接続点２２に対して反対側にあるアンテナ２０の開放端は、接続点２２に比べて短辺Ｌから遠くに配置される。図１２に示すアンテナ装置１００Ｂは、アンテナ２０の配置以外、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

アンテナ装置１００Ｂでは、図５（ａ）に示す電界Ｅ３が生じるアンテナ２０をパッチアンテナ１０の短辺Ｌに対して直交する方向に設けることになるので、アンテナ２０の開放端側に生じる電界Ｅ３はパッチアンテナ１０に生じる電界Ｅ２から遠くになるが、アンテナ２０の接続点２２側に生じる電界Ｅ３はパッチアンテナ１０に生じる電界Ｅ２に近いままである。そのため、アンテナ装置１００Ｂは、パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の電界Ｅ３への影響がアンテナ装置１００Ａに比べて小さくなるが、アンテナ装置１００に比べて大きい。

パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の電界Ｅ３の影響が大きくなることで、図１３に示すように、アンテナ装置１００Ｂの放射効率ＧＢは、第３共振周波数ｆ３Ｂがアンテナ装置１００の第３共振周波数ｆ３と比べて周波数の低い側にずれる。

さらに、パッチアンテナ１０の電界Ｅ２に対するアンテナ２０の接続点２２側に生じる電界Ｅ３の影響を軽減するのであれば、アンテナ２０をパッチアンテナ１０の中心軸Ｉの図中下側に設けることが好ましい。図１４は、実施の形態３に係るさらに別のアンテナ装置１００Ｃの平面図である。

アンテナ装置１００Ｃは、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の中心軸Ｉの図中下側で、パッチアンテナ１０の長辺Ｗより、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに近接して配置されている。さらに、アンテナ２０は、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに対して直交する方向に設けられている。そのため、アンテナ２０の接続点２２は、パッチアンテナ１０の短辺Ｌにおいて、電界Ｅ２が生じるパッチアンテナ１０の部分から遠ざかる位置に配置される。図１４に示すアンテナ装置１００Ｃは、アンテナ２０の配置以外、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

以上のように、実施の形態３に係るアンテナ装置１００Ａ～１００Ｃでは、アンテナ２０が、パッチアンテナ１０の短辺Ｌに近接して配置されている。これにより、実施の形態３に係るアンテナ装置１００Ａ～１００Ｃでは、パッチアンテナ１０の長辺Ｗに近接してアンテナ２０を配置した場合に生じるデッドスペースを減らすことができる。

＜実施の形態４＞
実施の形態１では、スリットＳ１，Ｓ２が形成されたパッチアンテナ１０を備えるアンテナ装置１００の構成について説明した。しかし、アンテナ装置は、これに限定されず、スリットが形成されていないパッチアンテナを備える構成でもよい。図１５は、実施の形態４に係るアンテナ装置１００Ｆの平面図である。アンテナ装置１００Ｆは、スリットが形成されていないパッチアンテナ１０Ｆを備えている。図１５に示すアンテナ装置１００Ｆは、パッチアンテナ１０Ｆ以外、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

図１６は、実施の形態４に係るアンテナ装置１００Ｆの放射効率を示す図である。図１６において、横軸は周波数、縦軸は放射効率である。ここで、放射効率ＧＦはアンテナ装置１００Ｆの放射効率である。また、放射効率Ｇｔは比較例のアンテナ装置の放射効率である。比較例のアンテナ装置は、スリットが形成されていないパッチアンテナ１０Ｆのみのアンテナ装置である。図１６に示すように、放射効率ＧＦは、周波数の低い部分において放射効率が放射効率Ｇｔに比べて持ち上げられたグラフとなる。アンテナ装置１００Ｆは、スリットが形成されていないパッチアンテナ１０Ｆに接続される第１コイルＬ１と、アンテナ２０に接続される第２コイルＬ２とを磁界結合することでも、ＧＮＤ電極を設けない領域を考慮することなく、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。

＜変形例＞
本開示のアンテナ装置では、パッチアンテナ１０に対してアンテナ２０を直交に配置させる構成、またはパッチアンテナ１０に対してアンテナ２０を平行に配置させる構成について説明した。しかし、これに限られず、本開示のアンテナ装置は、パッチアンテナ１０に対してアンテナ２０を所定の角度で配置させる構成でもよい。

本開示のアンテナ装置では、短辺ＬにスリットＳ１が形成され、長辺ＷにスリットＳ２が形成される構成について説明した。しかし、これに限られず、本開示のアンテナ装置は、短辺ＬにスリットＳ１のみが形成される構成であっても、長辺ＷにスリットＳ２のみが形成される構成であってもよい。

前述に記載するすべての実施の形態に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示である。また、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を、別の実施の形態に適用してもよい。

今回開示された実施の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、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

１０，１０Ｆ パッチアンテナ、１２，２２ 接続点、２０ アンテナ、３０ 支持板、４０，４０ａ アンテナ結合素子、５０ 給電回路、１００，１００Ａ～１００Ｆ アンテナ装置。

Claims (10)

1. 第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の信号を処理する給電回路と、
   第１の方向に対して前記第１周波数帯で共振し、第２の方向に対して前記第２周波数帯で共振することが可能なパッチ型の第１放射素子と、
   前記第３周波数帯で共振する第２放射素子と、
   前記給電回路と前記第１放射素子との間に接続される第１コイルと、
   前記第２放射素子に接続され、前記第１コイルに対して磁界結合される第２コイルと、を備え、
   前記第１周波数帯の中心周波数を第１中心周波数とし、
   前記第２周波数帯の中心周波数を第２中心周波数とし、
   前記第３周波数帯の中心周波数を第３中心周波数とするとき、
   前記第１中心周波数と前記第３中心周波数の差の絶対値は、前記第２中心周波数と前記第３中心周波数の差の絶対値よりも小さい、アンテナ装置。
2. 前記第２放射素子は、前記第１周波数帯に対して共振する前記第１放射素子の第１辺より、前記第２周波数帯に対して共振する前記第１放射素子の第２辺に近接して配置される、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１放射素子は、前記第１周波数帯の共振状態において、第１縁端と、前記第１縁端に対向する第２縁端とで生じる電界の極性が逆となり、
   前記第２放射素子は、前記第２縁端に比べて前記第１縁端に近接し、
   第３周波数の共振状態において前記第２放射素子に生じる電界の極性は前記第１放射素子の前記第１縁端に生じる電界の極性と同じである、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１放射素子は、前記第１辺に対して前記第２辺が長く、
   前記第１辺に形成される第１スリットは、前記第２辺に形成される第２スリットより長い、請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１放射素子と前記第１コイルとの第１接続点は、前記第１放射素子の中心軸に対して一方の方向にずれた位置に設けられる、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第２放射素子と前記第２コイルとの第２接続点は、前記第２放射素子のうちの前記第１放射素子に近接する側に配置される、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記第２接続点から最も遠い前記第２放射素子の開放端は、前記第２接続点に比べて前記第１放射素子から離れた場所に配置される、請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記第２接続点から最も遠い前記第２放射素子の開放端は、前記第１放射素子に近接して配置される、請求項６に記載のアンテナ装置。
9. 前記第２放射素子の前記開放端は、前記第２放射素子の前記開放端に生じる電界の極性と同じ極性を持つ前記第１放射素子の部分に近接して配置される、請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 第１周波数帯、第２周波数帯および、第３周波数帯の信号を処理する給電回路と、
    第１の方向に対して前記第１周波数帯で共振し、第２の方向に対して前記第２周波数帯で共振することが可能なパッチ型の第１放射素子と、
    前記第３周波数帯で共振する第２放射素子と、
    前記給電回路と前記第１放射素子との間に接続される第１コイルと、
    前記第２放射素子に接続され、前記第１コイルに対して磁界結合される第２コイルと、を備え、
    前記第１放射素子は前記第１周波数帯の共振状態において、第１縁端と、前記第１縁端に対向する第２縁端とで生じる電界の極性が逆となり、
    前記第２放射素子は、前記第２縁端に比べて前記第１縁端に近接し、
    第３周波数の共振状態において前記第２放射素子に生じる電界の極性は前記第１放射素子の前記第１縁端に生じる電界の極性と同じである、アンテナ装置。

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