JPWO2002075853A1 - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
小型で、広帯域な周波数特性を有し移動体通信機器への搭載に適したアンテナ装置。このアンテナ装置は、板状放射素子（放射板）とそれに平行に対向する接地板を含む。さらに、給電部は、放射板の縁端部の略中央に位置し、高周波信号を供給する。短絡部は、給電部の近傍で、放射板と接地板とを短絡する。さらに、放射板上において、２つの共振器が、給電部と略対向する縁端部にスリット部を設けることにより、形成される。このスリット部の形状や寸法を調整することにより、またはスリット部にリアクタンス素子や導体板を装荷することにより、２つの共振器間の結合度が最適化される。こうして、適切な特性を有する小型・低背化アンテナが得られる。
Description
技術分野
本発明は、携帯電話などの移動体通信システムや近距離無線通信などに使用される表面実装型アンテナに関する。
背景技術
携帯電話などの移動体通信システムやなどの近距離無線通信システムには、専らＵＨＦ帯やマイクロ波帯の周波数が使用されている。これらに用いられる機器は、より広い周波数帯域をカバーし、小型軽量で持ち運びがし易く低価格なものが望ましい。
これらの機器に搭載されるアンテナも、広帯域・高利得・小型軽量・低価格なもの望ましい。
これらのアンテナの代表的な実用例として、従来、図２８に示すような板状逆Ｆ型アンテナと称するマイクロストリップ導体を用いたアンテナがある。
図２８に示したアンテナは、機器の回路基板に表面実装される低背型アンテナとしてよく知られている。
このアンテナでは、板状導体からなる放射素子１００（以下、板状の放射素子を放射板と称する）および接地板１０１が図２８のように適当な間隔をあけて平行に配置されている。
通常は、図２８に示すように接地板１０１の大きさは放射板１００の大きさより大きい。
高周波信号は、放射板１００の任意の縁端部に設けた点（以下、給電点と称する）に給電線１０２を介して給電される。
放射板１００上で給電点近傍にある点と接地板１０１を短絡板１０３により接続して高周波的に接地する。
逆Ｆ型という名称はこのアンテナを側面から見た形状に由来している。
このような構成の板状逆Ｆ型アンテナは、アンテナの放射素子が接地板１０１の片側の面に存在する。したがって、機器に内蔵する場合に放射素子が、機器の構成部品により遮蔽されることが余りない。よって、このアンテナは、回路基板に表面実装して機器に内蔵するのに適している。
しかしながら上記の構成のアンテナは、放射板１００と接地板１０１との間隔や、接地板１０１への放射板１００の投影面積が小さくなるとアンテナの周波数特性が狭帯域になる傾向にある。そこで、これらの寸法はある程度以上に小さくできない。したがって大幅な小型化・低背化が困難である。
発明の開示
本発明は、小型・低背を保持しつつ周波数特性の広帯域化を図ったアンテナを提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、
放射板と、
放射板と対向する接地板と、
放射板の側辺部または端部に設けた給電部と、
給電部の近傍と接地板を接続する短絡部とを含む。
さらに、給電部と略対向する側の側辺部または端部に、スリット部がを設けられる。このことにより、放射板に２つの共振器が形成される。
この２つの共振器間の結合度および給電部と短絡部の位置が調整される。
また、本発明は以下の態様を有する。
（１） スリット部を略Ｔ字状または舌片状に形成して各共振器の形状をＳＩＲ（Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）構造とすることにより、アンテナの小型化を図ることができる。
（２） スリット部の一部を連続的に長く形成することにより、アンテナを小型化することができる。
（３） 導電性を有する結合板を絶縁部材を介してスリット部をまたぐように設けることにより、２つの共振器間の結合度の調整範囲を広げることができる。
（４） スリット部の幅を部分的に変えることにより、２つの共振器間の結合度を調整することができる。
（５） 結合板の大きさを部分的に変えることにより、２つの共振器間の結合度を調整することができる。
（６） 誘電体または磁性体またはそれらの混合体の表面および裏面にそれぞれ放射板および接地板を形成することにより、アンテナの小型化および表面実装化ができる。
（７） 放射板と接地板との間の空間を空気にすることにより、アンテナの放射効率を高めることができる。
（８） スリット部を互いに独立に複数個形成することにより、アンテナの広帯域化および小型化ができる。
（９） ２つの共振器の一方または両方の一部と接地板との間にリアクタンス素子を付加または形成することにより、アンテナの放射抵抗の変化に柔軟に対応できる。
（１０） スリット部の一部にリアクタンス素子を付加または形成することにより、アンテナの広帯域化に必要な結合度を容易に得られるようにできる。
（１１） リアクタンス素子を結合板、または櫛の歯形状をしたエレメント、またはマイクロストリップ線路、またはチップコンデンサ、またはチップインダクタにて構成する。このことにより、アンテナの構造を簡略化することができるとともにアンテナの放射抵抗のより大きな変化に対応できる。
（１２） 結合板と２つの共振器の少なくとも一方を短絡することにより、共振器間の結合度の調整範囲を広げることができる。
（１３） 櫛の歯形状をしたエレメントをレーザーや研摩機を用いて変形して、エレメントの容量値を調整することにより、製造時のアンテナ特性のばらつきを抑えることができる。
（１４） スリット部を途中で略Ｔ字状に分岐し、さらに少なくとも一方の共振器上において、
高周波電界が支配的な領域に付加または形成される容量素子および高周波磁界が支配的な領域に付加または形成されるインダクタンス素子の少なくとも一方を備える。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１５） スリット部を途中で略Ｔ字状に分岐し、分岐されたそれぞれのスリットの少なくとも一方が放射板の側辺部近傍で略直角にかつスリット部の始点側に折り曲げる。さらに少なくとも一方の共振器上において、
高周波電界が支配的な領域に付加または形成される容量素子および高周波磁界が支配的な領域に付加または形成されるインダクタンス素子の少なくとも一方を備える。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１６） 放射板をスリット部の始点がある領域（第１領域）と短絡点または給電点がある領域（第２領域）に分ける。スリット部の終点が第２領域にある場合、第１領域および第２領域にそれぞれ容量素子およびインダクタンス素子を付加または形成する。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１７） 放射板をスリット部の始点がある領域（第１領域）と短絡点または給電点がある領域（第２領域）に分ける。スリット部を連続的に長く形成し第２領域を通ってその終点が第１領域にある場合、第２領域に容量素子を付加または形成する。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子の損失を小さくすることができる。
（１８） スリット部を途中で第１共振器側と第２共振器側に分岐させて、それぞれ第１スリットおよび第２スリットとする。かつ放射板をスリット部の始点がある領域（第１領域）と短絡点または給電点がある領域（第２領域）に分ける。第１スリットの終点が第２領域にある場合、第１共振器において、第１領域および第２領域にそれぞれ容量素子およびインダクタンス素子を付加または形成する。第２スリットが第２領域を通って終点が第１領域にある場合、第２共振器において第２領域に容量素子を付加または形成する。このことにより必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１９）スリット部の間および放射板と接地板との間の少なくとも一方に、容量素子およびインダクタンス素子の少なくとも一方を付加または形成する。このことにより、共振器の所望のインピーダンス特性および共振器間の所望の結合度を実現することができる。
（２０） 前記共振器の形状をメアンダ形状とすることにより、アンテナの小型化ができる。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるアンテナ装置を示す。
放射板１は、接地板２と適当な距離を隔てて対向して配置されている。放射板１の側辺部の略中央には給電部３が設けられて、高周波信号を放射板１に供給している。
一方、給電部３の近傍にその一端が接続され他端が接地板２に接続された短絡部４が設けられて、その位置において放射板１を短絡状態にしている。
さらに、放射板１の側辺部で給電部３と略対向する側に、スリット部７の始点が設けられる。このスリット部７により、放射板１が２つに分割されて共振器型放射素子（以下、単に共振器と称する）５および６を形成している。
以下、共振器５および６をそれぞれ第１および第２共振器と称する。
本実施例のアンテナ装置ではその設計をフィルタ回路設計とのアナロジーから行っている。
フィルタを構成する共振器は、電磁波を外部空間へ放射するアンテナの放射素子とは異なり、電磁波を外部空間へ放射しないように設計されるのが普通である。したがって、フィルタとアンテナとの完全な等価性は成立しないが、周波数特性などの傾向はかなり類似性があるのが一般的である。
つまり、アンテナの周波数特性を広帯域化するためにフィルタの周波数特性を広帯域化する手法を参考にしている。
図２２は、２段梯子型バンドパスフィルタの回路構成を示す。
ここでは、負荷抵抗１００２に対して、共振器１００１が直列に、共振器１０００が並列に接続されている。
図２３はそれを並列同調型ＢＰＦに等価変換した回路を示す。
両図において負荷抵抗１００２は、アンテナの放射抵抗に対応している。
図２３の並列同調型フィルタの利点は、その共振器を分布定数線路で構成した場合、その共振器長を４分の１波長にできるので、フィルタの寸法を小さくすることができることである。
フィルタの場合における１／４波長共振器と同じ形式の共振器をアンテナの放射素子とすることができれば、フィルタの通過帯域を広帯域化するのと同じ設計手法をアンテナの場合にも用いることができるだけでなく、アンテナの小型化をも実現することができる。
図２３における共振器１００６および１００７を、それぞれ仮想的にアンテナの放射素子とすれば、入力された信号は、本来それぞれの共振器から外部空間へ放射される。したがって、等価回路的にはそれぞれの共振器に放射抵抗が付加されることになる。
そこで、若干厳密性に欠けるが、これらの放射抵抗をまとめて図２３の負荷抵抗１００２に置き換える。
一方、図２３における共振器１００６および１００７は図１における第１共振器５および第２共振器６に対応する。
図２３のコンデンサ１００３は、図１のスリット部７によって共振器５と６を結合させるコンデンサに、図２３のコンデンサ１００４は、図１の給電部３および短絡部４との間の距離“ｄ”に関係する容量値をもつコンデンサに対応づけることができる。
なお、抵抗１００５は、アンテナに接続された信号源の内部抵抗をあらわす。
このようにして、本実施例のアンテナ装置を広帯域化するのにそれと類似した図２３のＢＰＦ回路を広帯域化する手法を用いる。
図２３におけるコンデンサ１００４は、その容量値を適切な値にすることにより、フィルタの入力インピーダンスを５０Ωに整合させることができる。
コンデンサ１００４の容量値に対応する給電部３と短絡部４との間の距離“ｄ”を変化させたときのアンテナの入力インピーダンスの周波数特性を測定した結果を図２４に示す。
図２４に示すように、入力インピーダンスの周波数特性はスミスチャート上で円の軌跡を描く。
この図から距離“ｄ”を小さくすることにより、この円は図２４の１０１０のように小さくなり、アンテナの入力インピーダンスは小さくなることが分かる。
逆に、距離“ｄ”を大きくすることにより、この円は図２４の１００９のように大きくなり、アンテナの入力インピーダンスは大きくなることが分かる。
つまり、距離“ｄ”を調節することによりアンテナの入力インピーダンスを５０Ωに近づけることが可能となる。
図２３におけるコンデンサ１００３はその容量値を適切な値にすることによりフィルタの通過帯域幅を広帯域化することができる。
コンデンサ１００３の容量値に対応するスリット部７の幅“ｗ”を変化させたときのアンテナの入力インピーダンスの周波数特性を測定した結果を図２５に示す。
アンテナの入力インピーダンスの周波数特性は、共振器５および６の形状・寸法を適当に定めた条件下で、スリット幅を適切な範囲で変化させたとき図２５に示したような複円の軌跡を描く。
これは、フィルタの共振器間の結合度を変化させたときに得られる周波数特性に類似している。
本実施例のアンテナの入力インピーダンスの周波数特性は、下記のとおりとなる。
図１における、スリット部７の幅を変化させると、図２５に示した破線の複円１０１０、１０１３のようにアンテナの入力インピーダンスの周波数特性の軌跡を変化させることができる。
このような特長を利用して図１のスリット部７の幅を最適化することにより、図２５における所望のＶＳＷＲの円１０１２（図２５においてはＶＳＷＲ＝３の円）内で最大のサイズとなるような入力インピーダンスの周波数特性の軌跡を実現することが可能となる。結果として、非常に広帯域な周波数特性を有するアンテナを設計することが可能となる。
なお、図２５におけるインピーダンス特性１０１１のような良好な状態を容易に実現するためには、図１における共振器５と６の共振周波数をほぼ同一となるように、つまり共振器５と６の形状はほぼ同一となるようにアンテナ形状の設計を行う。
図２（ａ）に従来例として説明した板状逆Ｆ型アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示し、図２（ｂ）に本実施例のアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す。
ＶＳＷＲ＜３を満たす周波数範囲をアンテナの帯域幅として定義すると、本実施例のアンテナ装置の帯域幅は従来例に比べ約３倍の帯域幅を有していることが分かる。
なお、本実施例のアンテナは、１つの帯域を有するアンテナであるが、共振器５と６の結合度を調整することにより２つの帯域を有するアンテナを設計することもできる。
（実施例２）
図３は本発明の実施例２によるアンテナ装置を示す。
スリット部７の形状を略Ｔ字状とすることにより、共振器５と６の形状が、図１に示したＵＩＲ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）形状からＳＩＲ（Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）形状へ変更されている。共振器の幅が一定なＵＩＲ形状の場合と比較して、共振器の幅を途中で変更したＳＩＲ形状の場合においては、共振器長を短くすることができる。結果として、アンテナサイズを縮小することが可能となる。実験による解析を行った結果、共振器形状をＳＩＲ形状とすることにより、アンテナサイズが約半分になることが確認された。
（実施例３）
図４は本発明の実施例３によるアンテナ装置を示す。
結合板８が、共振器５および６の上面にスリット部７をまたぐように配設されている。
ただし、結合板８とスリット部７との間には絶縁材料が介在している。本実施例では結合板８の配設位置を変えることにより共振器５と６間の結合度を調整することができる。
また、共振器５および６のうち少なくとも一方と結合板８との間隔を狭くすることにより、共振器５と６間の結合度を大きくすることができる。
このように結合板の配設位置または結合板と共振器との間隔を変えることにより、図２５におけるアンテナ入力インピーダンスの周波数特性を調整することが可能となる。
（実施例４）
図５は本発明の実施例４によるアンテナ装置を示す。
結合板８を放射板１と同一面上に配置することにより量産し易いアンテナ構成とすることができる。
また、図５のようにスリット部を延長してアンテナ装置の側面にも配置することによっても、共振器５と６間の結合度を調整することができる。
（実施例５）
図６は本発明の実施例５によるアンテナ装置を示す。
スリット部７の幅を部分的に変更することにより、共振器５と６間の結合度を変更することができる。
（実施例６）
図７は本発明の実施例６によるアンテナ装置を示す。
このアンテナ装置は、実施例３で配設した結合板８の形状を部分的に変更したものであり、共振器５と結合板８間の結合度を変更することができる。その結果、アンテナ装置の特性を調整することが可能となる。
（実施例７）
図８は本発明の実施例７によるアンテナ装置を示す。
スリット部７が、図８のように連続的に延長されて、共振器５と６の形状が舌片形状とされる。このことにより、共振器５と６それぞれの共振周波数を低く設計することができる。
その結果、アンテナを小型化することが可能となる。
図２６に示すアンテナ装置において、スリット部７の長さが両共振器上で等しい場合に、スリット部７の長さをΔＬｍｍ変更したときの共振周波数の変化を図２７に示す。
この図から、スリット部７の長さを１ｍｍ変化させたとき、アンテナの共振周波数が約７０ＭＨｚ変化することが分かる。
（実施例８）
図９（ａ）および図９（ｂ）は本発明の実施例８によるアンテナ装置を示す。
共振器５と６をメアンダ形状の導体板で構成することにより、各共振器の共振周波数を低く設計することが可能となる。結果としてアンテナの小型化を図ることができる。
なお、各共振器をヘリカル形状やスパイラル形状にしても同様の結果を得ることができる。
（実施例９）
図１０は本発明の実施例９によるアンテナ装置を示す。
放射板１上に、図のように２つのスリット部９および１０を設けることにより、３つの共振器５、６および１１を形成する。共振器間の結合度は、結合板８やスリット部９と１０の幅を変えて調整できる。
その結果、広帯域なアンテナ特性を得ることができる。
（実施例１０）
図１１は、本発明の実施例１０によるアンテナ装置を示す。
誘電体１２の上面に放射板１を下面に接地板２をそれぞれ形成する。誘電体の側面に線路３および短絡部とする線路４を形成し、これらを基板１５上に設けた給電用ランド１３および短絡用ランド１４にそれぞれ電気的に接続する。
ただし、接地板２と基板１５は接合されて高周波的に同電位にある。
このようにすれば、線路３も放射板１の一部であると見なすことができる。したがって、このアンテナ装置は、図１のアンテナと等価になるので、図１と同様のアンテナとして動作させることができる。
また、上述の形態で、誘電体１２を磁性体におきかえても、アンテナとして動作させることができる。
さらに、上述の形態で、誘電体１２を、誘電体と磁性体の混合体におきかえても、アンテナとして動作させることができる。
（実施例１１）
図１２は、本発明の実施例１１によるアンテナ装置を示す。
共振器５と６間の所望の結合度を、スリット部７の間隔を調整したり、第１のリアクタンス素子１６を付加したりして得ている。
このようにして、スリット部７の形状のみでは実現できないような結合度を実現することができる。
さらに、共振器５と接地板２との間に第２のリアクタンス素子１７を付加し、共振器６と接地板２との間に第３のリアクタンス素子１８を付加する。このことにより、各共振器の共振周波数ならびにＱ値を調整することもでき、広帯域なアンテナ特性を容易に実現することができる。
（実施例１２）
図１４は、本発明の実施例１２によるアンテナ装置を示す。
共振器５と６間の所望の結合度を第１の櫛の歯形状のコンデンサ２１を形成することにより得ている。
同様に、共振器５と接地板２の間に第２の櫛の歯形状のコンデンサ２２を形成し、共振器６と接地板２の間に第３の櫛の歯形状のコンデンサ２３を形成する。このことにより、広帯域なアンテナ特性を容易に実現することができる。
図１３に櫛の歯形状のコンデンサの一例を示す。
図１３における櫛の歯形状のコンデンサ２１の寸法、歯の長さｌ，歯と歯の間のギャップｓ，歯の幅ｗおよび誘電体１２の比誘電率により、櫛の歯形状のコンデンサの容量値が決定される。
なお、図１３に示した櫛の歯形状のコンデンサの櫛の歯は直線エレメントにより構成されているが、曲線または屈曲線により構成されても同様の効果が得られる。
歯の長さｌは、レーザーや研磨機などにより、調整できる。こうして、特性のばらつきの小さいアンテナが製造できる。
（実施例１３）
図１５は本発明の実施例１３によるアンテナ装置を示す。
このアンテナ装置においては、共振器５と６間の結合度は、第１のマイクロストリップライン２４の長さおよび幅を変更することにより調整される。共振器５の端部と接地板２との間に、第２のマイクロストリップライン２５が付加されることにより、共振器５のインピーダンス特性が調整される。それとともに、共振器６の端部に、先端開放のマイクロストリップライン（オープンスタブ）２６が付加される。その長さおよび幅を変更することにより、共振器６のインピーダンス特性が調整できる。結果として広帯域なアンテナ特性を有するアンテナ装置が容易に実現することができる。
（実施例１４）
図１６は本発明の実施例１４によるアンテナ装置を示す。
このアンテナ装置においては、共振器５と６の間にチップ部品２７が図のように実装される。このことにより、広帯域なアンテナ特性を実現するために、共振器間に非常に大きな素子値をもつリアクタンスの付加または形成が必要な場合にも対応が可能となる。
また、チップ部品の実装位置を変えることによっても、共振器間の結合度の調整が可能である。実際のアンテナ設計において、共振器間の所望の結合度を得るために、スリット部７の幅を調整するよりも、チップ部品のリアクタンス値および実装位置を変更して調整する方がより効率的であると同時に有効な方法である。
（実施例１５）
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、本発明の実施例１５によるアンテナ装置を示す。
ここでは、共振器５または共振器６の端部近傍と結合板８の一端を短絡することにより、共振器の実効長を長くすることができる。こうして、アンテナの小型化を図ることができる。
（実施例１６）
図１８は本発明の実施例１６によるアンテナ装置を示す。
ここでは、誘電体１２の表面に共振器５および６が配置される。さらに、誘電体の端面に共振器５および６の幅に比べて狭い線路幅を有する短絡部４を配置し、各共振器の端部と短絡部４の一端を接続する。これにより誘電体１２の端面をも共振器として、使用できることになる。こうして、共振器の実効長を長くすることができる。それとともに、短絡部４と共振器５および共振器６を構成する線路幅が異なることになり、共振器をＳＩＲ形状とすることができる。したがって、アンテナ装置を小型化することができる。
（実施例１７）
図１９は本発明の実施例１７によるアンテナ装置を示す。
ここでは、放射板に設けたスリット部７が途中でＴ字形状に分岐し、第１および第２スリットを形成する。第１および第２スリットのそれぞれが放射板端部近傍に終点３１および３２を有している。
スリット部７の始点２８と放射板上の給電点２９を結ぶ線分を直角に２等分する線分で、放射板を２つの領域に分け、始点２８および給電点２９が存在する領域をそれぞれ第１領域３３および第２領域３４とする。
また、短絡部は短絡点３０で、放射板２に接している。
図１９において、第１および第２スリットのそれぞれの終点３１および３２が第２領域３４に存在する場合、接地板２に対する放射板の高周波電位差は第１領域３３側の方が、第２領域３４側より大きい。したがって、この領域に容量素子３５を装荷することにより、より小さな容量値で所望のアンテナ特性が得られる。それとともに、放射板上の高周波電流値の大きい第２領域３４に、インダクタンス素子３６を装荷することにより、より小さなインダクタンス値で所望のアンテナ特性が得られる。
（実施例１８）
図２０は本発明の実施例１８によるアンテナ装置を示す。
ここでは、放射板に設けたスリット部が途中でＴ字形状に分岐し、第１および第２スリットを形成する。それぞれのスリットが、さらに放射板端部近傍で、図２０に示すように、略直角に折れ曲がり、終点３１および３２を有している。
スリット部の始点２８と放射板上の給電点２９を結ぶ線分を直角に２等分する線分で、放射板を２つの領域に分ける。
始点２８および給電点２９が存在する領域をそれぞれ第１領域３３および第２領域３４とする。
第１および第２スリットのそれぞれの終点３１および３２が第１領域に存在する場合、接地板２に対する放射板の高周波電位差は、第２領域３４側の方が、第１領域３３側より大きい。したがって、領域３４に容量素子３５を装荷することにより、より小さな容量値で所望のアンテナ特性を得ることができる。
（実施例１９）
図２１は本発明の実施例１９によるアンテナ装置を示す。
ここでは、放射板に設けたスリット部７が途中でＴ字形状に分岐し、第１および第２スリットを形成する。第１および第２スリットのそれぞれが終点３１および３２を有している。
ただし、それぞれのスリットの一方だけがさらに放射板端部近傍で、図２１に示すように、略直角に折れ曲がっている。
また、スリット部７の始点２８と放射板上の給電点２９を結ぶ線分を直角に２等分する線分で、放射板を２つの領域に分け、始点２８および給電点２９が存在する領域をそれぞれ第１領域３３および第２領域３４とする。
図２１において、第１スリットの終点３１が第１領域３３に存在するので、共振器５上で接地板２に対する高周波電位差が、より大きい第２領域３４に容量素子３５を装荷する。
一方、第２スリットの終点３２は第２領域３４に存在するので、第２領域３４における共振器６上の高周波電流値が、より大きい。したがって、第２領域３４にインダクタンス素子３６を装荷することにより、より小さな素子値を有するリアクタンス素子を用いて所望のアンテナ特性を得ることができる。
産業上の利用の可能性
本発明のアンテナ装置は、板状逆Ｆ型アンテナの放射素子にスリットを設けて２つの共振器型放射素子を形成している。
このスリット部によって放射素子を互いに結合させて、複共振状態を生起させアンテナの周波数特性の広帯域化を可能にしている。
このようにして、小型低背化かつ広帯域化アンテナ装置を実現できる。さらに、このアンテナ装置は、アンテナ特性を調整するための多様な構成を有する。したがって、このアンテナ装置は、各種通信機器に柔軟かつ迅速に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２（ａ）は、従来例のアンテナ装置の入力ＶＳＷＲの周波数特性である。
図２（ｂ）は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の入力ＶＳＷＲの周波数特性である。
図３は、本発明の実施例２におけるアンテナ装置の斜視図である。
図４は、本発明の実施例３におけるアンテナ装置の斜視図である。
図５は、本発明の実施例４におけるアンテナ装置の斜視図である。
図６は、本発明の実施例５におけるアンテナ装置の斜視図である。
図７は、本発明の実施例６におけるアンテナ装置の斜視図である。
図８は、本発明の実施例７におけるアンテナ装置の斜視図である。
図９（ａ）および図９（ｂ）は、本発明の実施例８におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１０は、本発明の実施例９におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１１は、本発明の実施例１０におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１２は、本発明の実施例１１におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１３は、櫛の歯形状をしたエレメントの外観図である。
図１４は、本発明の実施例１２におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１５は、本発明の実施例１３におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１６は、本発明の実施例１４におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、本発明の実施例１５におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１８は、本発明の実施例１６におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１９は、本発明の実施例１７におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２０は、本発明の実施例１８におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２１は、本発明の実施例１９におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２２は、２段梯子型バンドパスフィルタの回路図である。
図２３は、並列同調型の２段梯子型バンドパスフィルタの回路図である。
図２４は、短絡部と給電部間の距離を変化させたときのアンテナの入力インピーダンス特性を表す図である。
図２５は、共振器間の距離を変化させたときのアンテナの入力インピーダンス特性を表す図である。
図２６は、図２７に示した特性の測定に供した本発明のアンテナ装置の斜視図である。
図２７は、スリット部の長さを変化させたときの共振周波数の偏移を表す図である。
図２８は、従来例のアンテナ装置の斜視図である。
図面の参照符号の一覧表
１ 放射板
２ 接地板
３ 給電線
４ 短絡線
５ 共振器
６ 共振器
７ スリット部
８ 結合板
９ スリット部
１０ スリット部
１１ 共振器
１２ 誘電体
１３ 給電用ランド
１４ 短絡用ランド
１５ 基板
１６ 第１のリアクタンス素子
１７ 第２のリアクタンス素子
１８ 第３のリアクタンス素子
１９ 櫛の歯形状のエレメント
２０ 櫛の歯
２１ 第１の櫛の歯形状のエレメント
２２ 第２の櫛の歯形状のエレメント
２３ 第３の櫛の歯形状のエレメント
２４ 第１のマイクロストリップライン
２５ 第２のマイクロストリップライン
２６ 第３のマイクロストリップライン
２７ チップ部品
２８ スリット部の始点
２９ 給電部接続点
３０ 短絡部接続点
３１ スリット部の終点
３２ スリット部の終点
３３ 第１領域
３４ 第２領域
３５ 容量素子
３６ インダクタンス素子
１００ 放射板
１０１ 接地板
１０２ 給電線
１０００、１００６ 共振器
１００１、１００７ 共振器
１００２ 負荷抵抗
１００３ コンデンサ
１００４ コンデンサ
１００５ 信号源の内部抵抗
１００８〜１０１１ 入力インピーダンス特性の周波数特性
１０１２ ＶＳＷＲ＝３の円
本発明は、携帯電話などの移動体通信システムや近距離無線通信などに使用される表面実装型アンテナに関する。
背景技術
携帯電話などの移動体通信システムやなどの近距離無線通信システムには、専らＵＨＦ帯やマイクロ波帯の周波数が使用されている。これらに用いられる機器は、より広い周波数帯域をカバーし、小型軽量で持ち運びがし易く低価格なものが望ましい。
これらの機器に搭載されるアンテナも、広帯域・高利得・小型軽量・低価格なもの望ましい。
これらのアンテナの代表的な実用例として、従来、図２８に示すような板状逆Ｆ型アンテナと称するマイクロストリップ導体を用いたアンテナがある。
図２８に示したアンテナは、機器の回路基板に表面実装される低背型アンテナとしてよく知られている。
このアンテナでは、板状導体からなる放射素子１００（以下、板状の放射素子を放射板と称する）および接地板１０１が図２８のように適当な間隔をあけて平行に配置されている。
通常は、図２８に示すように接地板１０１の大きさは放射板１００の大きさより大きい。
高周波信号は、放射板１００の任意の縁端部に設けた点（以下、給電点と称する）に給電線１０２を介して給電される。
放射板１００上で給電点近傍にある点と接地板１０１を短絡板１０３により接続して高周波的に接地する。
逆Ｆ型という名称はこのアンテナを側面から見た形状に由来している。
このような構成の板状逆Ｆ型アンテナは、アンテナの放射素子が接地板１０１の片側の面に存在する。したがって、機器に内蔵する場合に放射素子が、機器の構成部品により遮蔽されることが余りない。よって、このアンテナは、回路基板に表面実装して機器に内蔵するのに適している。
しかしながら上記の構成のアンテナは、放射板１００と接地板１０１との間隔や、接地板１０１への放射板１００の投影面積が小さくなるとアンテナの周波数特性が狭帯域になる傾向にある。そこで、これらの寸法はある程度以上に小さくできない。したがって大幅な小型化・低背化が困難である。
発明の開示
本発明は、小型・低背を保持しつつ周波数特性の広帯域化を図ったアンテナを提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、
放射板と、
放射板と対向する接地板と、
放射板の側辺部または端部に設けた給電部と、
給電部の近傍と接地板を接続する短絡部とを含む。
さらに、給電部と略対向する側の側辺部または端部に、スリット部がを設けられる。このことにより、放射板に２つの共振器が形成される。
この２つの共振器間の結合度および給電部と短絡部の位置が調整される。
また、本発明は以下の態様を有する。
（１） スリット部を略Ｔ字状または舌片状に形成して各共振器の形状をＳＩＲ（Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）構造とすることにより、アンテナの小型化を図ることができる。
（２） スリット部の一部を連続的に長く形成することにより、アンテナを小型化することができる。
（３） 導電性を有する結合板を絶縁部材を介してスリット部をまたぐように設けることにより、２つの共振器間の結合度の調整範囲を広げることができる。
（４） スリット部の幅を部分的に変えることにより、２つの共振器間の結合度を調整することができる。
（５） 結合板の大きさを部分的に変えることにより、２つの共振器間の結合度を調整することができる。
（６） 誘電体または磁性体またはそれらの混合体の表面および裏面にそれぞれ放射板および接地板を形成することにより、アンテナの小型化および表面実装化ができる。
（７） 放射板と接地板との間の空間を空気にすることにより、アンテナの放射効率を高めることができる。
（８） スリット部を互いに独立に複数個形成することにより、アンテナの広帯域化および小型化ができる。
（９） ２つの共振器の一方または両方の一部と接地板との間にリアクタンス素子を付加または形成することにより、アンテナの放射抵抗の変化に柔軟に対応できる。
（１０） スリット部の一部にリアクタンス素子を付加または形成することにより、アンテナの広帯域化に必要な結合度を容易に得られるようにできる。
（１１） リアクタンス素子を結合板、または櫛の歯形状をしたエレメント、またはマイクロストリップ線路、またはチップコンデンサ、またはチップインダクタにて構成する。このことにより、アンテナの構造を簡略化することができるとともにアンテナの放射抵抗のより大きな変化に対応できる。
（１２） 結合板と２つの共振器の少なくとも一方を短絡することにより、共振器間の結合度の調整範囲を広げることができる。
（１３） 櫛の歯形状をしたエレメントをレーザーや研摩機を用いて変形して、エレメントの容量値を調整することにより、製造時のアンテナ特性のばらつきを抑えることができる。
（１４） スリット部を途中で略Ｔ字状に分岐し、さらに少なくとも一方の共振器上において、
高周波電界が支配的な領域に付加または形成される容量素子および高周波磁界が支配的な領域に付加または形成されるインダクタンス素子の少なくとも一方を備える。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１５） スリット部を途中で略Ｔ字状に分岐し、分岐されたそれぞれのスリットの少なくとも一方が放射板の側辺部近傍で略直角にかつスリット部の始点側に折り曲げる。さらに少なくとも一方の共振器上において、
高周波電界が支配的な領域に付加または形成される容量素子および高周波磁界が支配的な領域に付加または形成されるインダクタンス素子の少なくとも一方を備える。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１６） 放射板をスリット部の始点がある領域（第１領域）と短絡点または給電点がある領域（第２領域）に分ける。スリット部の終点が第２領域にある場合、第１領域および第２領域にそれぞれ容量素子およびインダクタンス素子を付加または形成する。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１７） 放射板をスリット部の始点がある領域（第１領域）と短絡点または給電点がある領域（第２領域）に分ける。スリット部を連続的に長く形成し第２領域を通ってその終点が第１領域にある場合、第２領域に容量素子を付加または形成する。このことにより、必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子の損失を小さくすることができる。
（１８） スリット部を途中で第１共振器側と第２共振器側に分岐させて、それぞれ第１スリットおよび第２スリットとする。かつ放射板をスリット部の始点がある領域（第１領域）と短絡点または給電点がある領域（第２領域）に分ける。第１スリットの終点が第２領域にある場合、第１共振器において、第１領域および第２領域にそれぞれ容量素子およびインダクタンス素子を付加または形成する。第２スリットが第２領域を通って終点が第１領域にある場合、第２共振器において第２領域に容量素子を付加または形成する。このことにより必要な素子値を小さくし素子サイズおよび素子での損失を小さくすることができる。
（１９）スリット部の間および放射板と接地板との間の少なくとも一方に、容量素子およびインダクタンス素子の少なくとも一方を付加または形成する。このことにより、共振器の所望のインピーダンス特性および共振器間の所望の結合度を実現することができる。
（２０） 前記共振器の形状をメアンダ形状とすることにより、アンテナの小型化ができる。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるアンテナ装置を示す。
放射板１は、接地板２と適当な距離を隔てて対向して配置されている。放射板１の側辺部の略中央には給電部３が設けられて、高周波信号を放射板１に供給している。
一方、給電部３の近傍にその一端が接続され他端が接地板２に接続された短絡部４が設けられて、その位置において放射板１を短絡状態にしている。
さらに、放射板１の側辺部で給電部３と略対向する側に、スリット部７の始点が設けられる。このスリット部７により、放射板１が２つに分割されて共振器型放射素子（以下、単に共振器と称する）５および６を形成している。
以下、共振器５および６をそれぞれ第１および第２共振器と称する。
本実施例のアンテナ装置ではその設計をフィルタ回路設計とのアナロジーから行っている。
フィルタを構成する共振器は、電磁波を外部空間へ放射するアンテナの放射素子とは異なり、電磁波を外部空間へ放射しないように設計されるのが普通である。したがって、フィルタとアンテナとの完全な等価性は成立しないが、周波数特性などの傾向はかなり類似性があるのが一般的である。
つまり、アンテナの周波数特性を広帯域化するためにフィルタの周波数特性を広帯域化する手法を参考にしている。
図２２は、２段梯子型バンドパスフィルタの回路構成を示す。
ここでは、負荷抵抗１００２に対して、共振器１００１が直列に、共振器１０００が並列に接続されている。
図２３はそれを並列同調型ＢＰＦに等価変換した回路を示す。
両図において負荷抵抗１００２は、アンテナの放射抵抗に対応している。
図２３の並列同調型フィルタの利点は、その共振器を分布定数線路で構成した場合、その共振器長を４分の１波長にできるので、フィルタの寸法を小さくすることができることである。
フィルタの場合における１／４波長共振器と同じ形式の共振器をアンテナの放射素子とすることができれば、フィルタの通過帯域を広帯域化するのと同じ設計手法をアンテナの場合にも用いることができるだけでなく、アンテナの小型化をも実現することができる。
図２３における共振器１００６および１００７を、それぞれ仮想的にアンテナの放射素子とすれば、入力された信号は、本来それぞれの共振器から外部空間へ放射される。したがって、等価回路的にはそれぞれの共振器に放射抵抗が付加されることになる。
そこで、若干厳密性に欠けるが、これらの放射抵抗をまとめて図２３の負荷抵抗１００２に置き換える。
一方、図２３における共振器１００６および１００７は図１における第１共振器５および第２共振器６に対応する。
図２３のコンデンサ１００３は、図１のスリット部７によって共振器５と６を結合させるコンデンサに、図２３のコンデンサ１００４は、図１の給電部３および短絡部４との間の距離“ｄ”に関係する容量値をもつコンデンサに対応づけることができる。
なお、抵抗１００５は、アンテナに接続された信号源の内部抵抗をあらわす。
このようにして、本実施例のアンテナ装置を広帯域化するのにそれと類似した図２３のＢＰＦ回路を広帯域化する手法を用いる。
図２３におけるコンデンサ１００４は、その容量値を適切な値にすることにより、フィルタの入力インピーダンスを５０Ωに整合させることができる。
コンデンサ１００４の容量値に対応する給電部３と短絡部４との間の距離“ｄ”を変化させたときのアンテナの入力インピーダンスの周波数特性を測定した結果を図２４に示す。
図２４に示すように、入力インピーダンスの周波数特性はスミスチャート上で円の軌跡を描く。
この図から距離“ｄ”を小さくすることにより、この円は図２４の１０１０のように小さくなり、アンテナの入力インピーダンスは小さくなることが分かる。
逆に、距離“ｄ”を大きくすることにより、この円は図２４の１００９のように大きくなり、アンテナの入力インピーダンスは大きくなることが分かる。
つまり、距離“ｄ”を調節することによりアンテナの入力インピーダンスを５０Ωに近づけることが可能となる。
図２３におけるコンデンサ１００３はその容量値を適切な値にすることによりフィルタの通過帯域幅を広帯域化することができる。
コンデンサ１００３の容量値に対応するスリット部７の幅“ｗ”を変化させたときのアンテナの入力インピーダンスの周波数特性を測定した結果を図２５に示す。
アンテナの入力インピーダンスの周波数特性は、共振器５および６の形状・寸法を適当に定めた条件下で、スリット幅を適切な範囲で変化させたとき図２５に示したような複円の軌跡を描く。
これは、フィルタの共振器間の結合度を変化させたときに得られる周波数特性に類似している。
本実施例のアンテナの入力インピーダンスの周波数特性は、下記のとおりとなる。
図１における、スリット部７の幅を変化させると、図２５に示した破線の複円１０１０、１０１３のようにアンテナの入力インピーダンスの周波数特性の軌跡を変化させることができる。
このような特長を利用して図１のスリット部７の幅を最適化することにより、図２５における所望のＶＳＷＲの円１０１２（図２５においてはＶＳＷＲ＝３の円）内で最大のサイズとなるような入力インピーダンスの周波数特性の軌跡を実現することが可能となる。結果として、非常に広帯域な周波数特性を有するアンテナを設計することが可能となる。
なお、図２５におけるインピーダンス特性１０１１のような良好な状態を容易に実現するためには、図１における共振器５と６の共振周波数をほぼ同一となるように、つまり共振器５と６の形状はほぼ同一となるようにアンテナ形状の設計を行う。
図２（ａ）に従来例として説明した板状逆Ｆ型アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示し、図２（ｂ）に本実施例のアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す。
ＶＳＷＲ＜３を満たす周波数範囲をアンテナの帯域幅として定義すると、本実施例のアンテナ装置の帯域幅は従来例に比べ約３倍の帯域幅を有していることが分かる。
なお、本実施例のアンテナは、１つの帯域を有するアンテナであるが、共振器５と６の結合度を調整することにより２つの帯域を有するアンテナを設計することもできる。
（実施例２）
図３は本発明の実施例２によるアンテナ装置を示す。
スリット部７の形状を略Ｔ字状とすることにより、共振器５と６の形状が、図１に示したＵＩＲ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）形状からＳＩＲ（Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）形状へ変更されている。共振器の幅が一定なＵＩＲ形状の場合と比較して、共振器の幅を途中で変更したＳＩＲ形状の場合においては、共振器長を短くすることができる。結果として、アンテナサイズを縮小することが可能となる。実験による解析を行った結果、共振器形状をＳＩＲ形状とすることにより、アンテナサイズが約半分になることが確認された。
（実施例３）
図４は本発明の実施例３によるアンテナ装置を示す。
結合板８が、共振器５および６の上面にスリット部７をまたぐように配設されている。
ただし、結合板８とスリット部７との間には絶縁材料が介在している。本実施例では結合板８の配設位置を変えることにより共振器５と６間の結合度を調整することができる。
また、共振器５および６のうち少なくとも一方と結合板８との間隔を狭くすることにより、共振器５と６間の結合度を大きくすることができる。
このように結合板の配設位置または結合板と共振器との間隔を変えることにより、図２５におけるアンテナ入力インピーダンスの周波数特性を調整することが可能となる。
（実施例４）
図５は本発明の実施例４によるアンテナ装置を示す。
結合板８を放射板１と同一面上に配置することにより量産し易いアンテナ構成とすることができる。
また、図５のようにスリット部を延長してアンテナ装置の側面にも配置することによっても、共振器５と６間の結合度を調整することができる。
（実施例５）
図６は本発明の実施例５によるアンテナ装置を示す。
スリット部７の幅を部分的に変更することにより、共振器５と６間の結合度を変更することができる。
（実施例６）
図７は本発明の実施例６によるアンテナ装置を示す。
このアンテナ装置は、実施例３で配設した結合板８の形状を部分的に変更したものであり、共振器５と結合板８間の結合度を変更することができる。その結果、アンテナ装置の特性を調整することが可能となる。
（実施例７）
図８は本発明の実施例７によるアンテナ装置を示す。
スリット部７が、図８のように連続的に延長されて、共振器５と６の形状が舌片形状とされる。このことにより、共振器５と６それぞれの共振周波数を低く設計することができる。
その結果、アンテナを小型化することが可能となる。
図２６に示すアンテナ装置において、スリット部７の長さが両共振器上で等しい場合に、スリット部７の長さをΔＬｍｍ変更したときの共振周波数の変化を図２７に示す。
この図から、スリット部７の長さを１ｍｍ変化させたとき、アンテナの共振周波数が約７０ＭＨｚ変化することが分かる。
（実施例８）
図９（ａ）および図９（ｂ）は本発明の実施例８によるアンテナ装置を示す。
共振器５と６をメアンダ形状の導体板で構成することにより、各共振器の共振周波数を低く設計することが可能となる。結果としてアンテナの小型化を図ることができる。
なお、各共振器をヘリカル形状やスパイラル形状にしても同様の結果を得ることができる。
（実施例９）
図１０は本発明の実施例９によるアンテナ装置を示す。
放射板１上に、図のように２つのスリット部９および１０を設けることにより、３つの共振器５、６および１１を形成する。共振器間の結合度は、結合板８やスリット部９と１０の幅を変えて調整できる。
その結果、広帯域なアンテナ特性を得ることができる。
（実施例１０）
図１１は、本発明の実施例１０によるアンテナ装置を示す。
誘電体１２の上面に放射板１を下面に接地板２をそれぞれ形成する。誘電体の側面に線路３および短絡部とする線路４を形成し、これらを基板１５上に設けた給電用ランド１３および短絡用ランド１４にそれぞれ電気的に接続する。
ただし、接地板２と基板１５は接合されて高周波的に同電位にある。
このようにすれば、線路３も放射板１の一部であると見なすことができる。したがって、このアンテナ装置は、図１のアンテナと等価になるので、図１と同様のアンテナとして動作させることができる。
また、上述の形態で、誘電体１２を磁性体におきかえても、アンテナとして動作させることができる。
さらに、上述の形態で、誘電体１２を、誘電体と磁性体の混合体におきかえても、アンテナとして動作させることができる。
（実施例１１）
図１２は、本発明の実施例１１によるアンテナ装置を示す。
共振器５と６間の所望の結合度を、スリット部７の間隔を調整したり、第１のリアクタンス素子１６を付加したりして得ている。
このようにして、スリット部７の形状のみでは実現できないような結合度を実現することができる。
さらに、共振器５と接地板２との間に第２のリアクタンス素子１７を付加し、共振器６と接地板２との間に第３のリアクタンス素子１８を付加する。このことにより、各共振器の共振周波数ならびにＱ値を調整することもでき、広帯域なアンテナ特性を容易に実現することができる。
（実施例１２）
図１４は、本発明の実施例１２によるアンテナ装置を示す。
共振器５と６間の所望の結合度を第１の櫛の歯形状のコンデンサ２１を形成することにより得ている。
同様に、共振器５と接地板２の間に第２の櫛の歯形状のコンデンサ２２を形成し、共振器６と接地板２の間に第３の櫛の歯形状のコンデンサ２３を形成する。このことにより、広帯域なアンテナ特性を容易に実現することができる。
図１３に櫛の歯形状のコンデンサの一例を示す。
図１３における櫛の歯形状のコンデンサ２１の寸法、歯の長さｌ，歯と歯の間のギャップｓ，歯の幅ｗおよび誘電体１２の比誘電率により、櫛の歯形状のコンデンサの容量値が決定される。
なお、図１３に示した櫛の歯形状のコンデンサの櫛の歯は直線エレメントにより構成されているが、曲線または屈曲線により構成されても同様の効果が得られる。
歯の長さｌは、レーザーや研磨機などにより、調整できる。こうして、特性のばらつきの小さいアンテナが製造できる。
（実施例１３）
図１５は本発明の実施例１３によるアンテナ装置を示す。
このアンテナ装置においては、共振器５と６間の結合度は、第１のマイクロストリップライン２４の長さおよび幅を変更することにより調整される。共振器５の端部と接地板２との間に、第２のマイクロストリップライン２５が付加されることにより、共振器５のインピーダンス特性が調整される。それとともに、共振器６の端部に、先端開放のマイクロストリップライン（オープンスタブ）２６が付加される。その長さおよび幅を変更することにより、共振器６のインピーダンス特性が調整できる。結果として広帯域なアンテナ特性を有するアンテナ装置が容易に実現することができる。
（実施例１４）
図１６は本発明の実施例１４によるアンテナ装置を示す。
このアンテナ装置においては、共振器５と６の間にチップ部品２７が図のように実装される。このことにより、広帯域なアンテナ特性を実現するために、共振器間に非常に大きな素子値をもつリアクタンスの付加または形成が必要な場合にも対応が可能となる。
また、チップ部品の実装位置を変えることによっても、共振器間の結合度の調整が可能である。実際のアンテナ設計において、共振器間の所望の結合度を得るために、スリット部７の幅を調整するよりも、チップ部品のリアクタンス値および実装位置を変更して調整する方がより効率的であると同時に有効な方法である。
（実施例１５）
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、本発明の実施例１５によるアンテナ装置を示す。
ここでは、共振器５または共振器６の端部近傍と結合板８の一端を短絡することにより、共振器の実効長を長くすることができる。こうして、アンテナの小型化を図ることができる。
（実施例１６）
図１８は本発明の実施例１６によるアンテナ装置を示す。
ここでは、誘電体１２の表面に共振器５および６が配置される。さらに、誘電体の端面に共振器５および６の幅に比べて狭い線路幅を有する短絡部４を配置し、各共振器の端部と短絡部４の一端を接続する。これにより誘電体１２の端面をも共振器として、使用できることになる。こうして、共振器の実効長を長くすることができる。それとともに、短絡部４と共振器５および共振器６を構成する線路幅が異なることになり、共振器をＳＩＲ形状とすることができる。したがって、アンテナ装置を小型化することができる。
（実施例１７）
図１９は本発明の実施例１７によるアンテナ装置を示す。
ここでは、放射板に設けたスリット部７が途中でＴ字形状に分岐し、第１および第２スリットを形成する。第１および第２スリットのそれぞれが放射板端部近傍に終点３１および３２を有している。
スリット部７の始点２８と放射板上の給電点２９を結ぶ線分を直角に２等分する線分で、放射板を２つの領域に分け、始点２８および給電点２９が存在する領域をそれぞれ第１領域３３および第２領域３４とする。
また、短絡部は短絡点３０で、放射板２に接している。
図１９において、第１および第２スリットのそれぞれの終点３１および３２が第２領域３４に存在する場合、接地板２に対する放射板の高周波電位差は第１領域３３側の方が、第２領域３４側より大きい。したがって、この領域に容量素子３５を装荷することにより、より小さな容量値で所望のアンテナ特性が得られる。それとともに、放射板上の高周波電流値の大きい第２領域３４に、インダクタンス素子３６を装荷することにより、より小さなインダクタンス値で所望のアンテナ特性が得られる。
（実施例１８）
図２０は本発明の実施例１８によるアンテナ装置を示す。
ここでは、放射板に設けたスリット部が途中でＴ字形状に分岐し、第１および第２スリットを形成する。それぞれのスリットが、さらに放射板端部近傍で、図２０に示すように、略直角に折れ曲がり、終点３１および３２を有している。
スリット部の始点２８と放射板上の給電点２９を結ぶ線分を直角に２等分する線分で、放射板を２つの領域に分ける。
始点２８および給電点２９が存在する領域をそれぞれ第１領域３３および第２領域３４とする。
第１および第２スリットのそれぞれの終点３１および３２が第１領域に存在する場合、接地板２に対する放射板の高周波電位差は、第２領域３４側の方が、第１領域３３側より大きい。したがって、領域３４に容量素子３５を装荷することにより、より小さな容量値で所望のアンテナ特性を得ることができる。
（実施例１９）
図２１は本発明の実施例１９によるアンテナ装置を示す。
ここでは、放射板に設けたスリット部７が途中でＴ字形状に分岐し、第１および第２スリットを形成する。第１および第２スリットのそれぞれが終点３１および３２を有している。
ただし、それぞれのスリットの一方だけがさらに放射板端部近傍で、図２１に示すように、略直角に折れ曲がっている。
また、スリット部７の始点２８と放射板上の給電点２９を結ぶ線分を直角に２等分する線分で、放射板を２つの領域に分け、始点２８および給電点２９が存在する領域をそれぞれ第１領域３３および第２領域３４とする。
図２１において、第１スリットの終点３１が第１領域３３に存在するので、共振器５上で接地板２に対する高周波電位差が、より大きい第２領域３４に容量素子３５を装荷する。
一方、第２スリットの終点３２は第２領域３４に存在するので、第２領域３４における共振器６上の高周波電流値が、より大きい。したがって、第２領域３４にインダクタンス素子３６を装荷することにより、より小さな素子値を有するリアクタンス素子を用いて所望のアンテナ特性を得ることができる。
産業上の利用の可能性
本発明のアンテナ装置は、板状逆Ｆ型アンテナの放射素子にスリットを設けて２つの共振器型放射素子を形成している。
このスリット部によって放射素子を互いに結合させて、複共振状態を生起させアンテナの周波数特性の広帯域化を可能にしている。
このようにして、小型低背化かつ広帯域化アンテナ装置を実現できる。さらに、このアンテナ装置は、アンテナ特性を調整するための多様な構成を有する。したがって、このアンテナ装置は、各種通信機器に柔軟かつ迅速に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２（ａ）は、従来例のアンテナ装置の入力ＶＳＷＲの周波数特性である。
図２（ｂ）は、本発明の実施例１におけるアンテナ装置の入力ＶＳＷＲの周波数特性である。
図３は、本発明の実施例２におけるアンテナ装置の斜視図である。
図４は、本発明の実施例３におけるアンテナ装置の斜視図である。
図５は、本発明の実施例４におけるアンテナ装置の斜視図である。
図６は、本発明の実施例５におけるアンテナ装置の斜視図である。
図７は、本発明の実施例６におけるアンテナ装置の斜視図である。
図８は、本発明の実施例７におけるアンテナ装置の斜視図である。
図９（ａ）および図９（ｂ）は、本発明の実施例８におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１０は、本発明の実施例９におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１１は、本発明の実施例１０におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１２は、本発明の実施例１１におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１３は、櫛の歯形状をしたエレメントの外観図である。
図１４は、本発明の実施例１２におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１５は、本発明の実施例１３におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１６は、本発明の実施例１４におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、本発明の実施例１５におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１８は、本発明の実施例１６におけるアンテナ装置の斜視図である。
図１９は、本発明の実施例１７におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２０は、本発明の実施例１８におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２１は、本発明の実施例１９におけるアンテナ装置の斜視図である。
図２２は、２段梯子型バンドパスフィルタの回路図である。
図２３は、並列同調型の２段梯子型バンドパスフィルタの回路図である。
図２４は、短絡部と給電部間の距離を変化させたときのアンテナの入力インピーダンス特性を表す図である。
図２５は、共振器間の距離を変化させたときのアンテナの入力インピーダンス特性を表す図である。
図２６は、図２７に示した特性の測定に供した本発明のアンテナ装置の斜視図である。
図２７は、スリット部の長さを変化させたときの共振周波数の偏移を表す図である。
図２８は、従来例のアンテナ装置の斜視図である。
図面の参照符号の一覧表
１ 放射板
２ 接地板
３ 給電線
４ 短絡線
５ 共振器
６ 共振器
７ スリット部
８ 結合板
９ スリット部
１０ スリット部
１１ 共振器
１２ 誘電体
１３ 給電用ランド
１４ 短絡用ランド
１５ 基板
１６ 第１のリアクタンス素子
１７ 第２のリアクタンス素子
１８ 第３のリアクタンス素子
１９ 櫛の歯形状のエレメント
２０ 櫛の歯
２１ 第１の櫛の歯形状のエレメント
２２ 第２の櫛の歯形状のエレメント
２３ 第３の櫛の歯形状のエレメント
２４ 第１のマイクロストリップライン
２５ 第２のマイクロストリップライン
２６ 第３のマイクロストリップライン
２７ チップ部品
２８ スリット部の始点
２９ 給電部接続点
３０ 短絡部接続点
３１ スリット部の終点
３２ スリット部の終点
３３ 第１領域
３４ 第２領域
３５ 容量素子
３６ インダクタンス素子
１００ 放射板
１０１ 接地板
１０２ 給電線
１０００、１００６ 共振器
１００１、１００７ 共振器
１００２ 負荷抵抗
１００３ コンデンサ
１００４ コンデンサ
１００５ 信号源の内部抵抗
１００８〜１０１１ 入力インピーダンス特性の周波数特性
１０１２ ＶＳＷＲ＝３の円
Claims (24)
- 放射板と、
前記放射板の側辺部または端部に設けられた給電部と、
前記放射板と対向して設けられた接地板と、
前記給電部の近傍にその一端が設けられ、他端が前記接地板に接続された短絡部と、
とを含み、
前記放射板上で、前記給電部と略対向する側の側辺部または端部にスリット部を設けることにより、前記放射板に、第１共振器と第２共振器と含む２つの共振器を形成する
アンテナ装置。 - スリット部が略Ｔ字状または舌片状に形成する
請求項１記載のアンテナ装置。 - 導電性の結合板が、前記放射板に近接して、絶縁部材を介して、前記スリット部をまたぐように設けられた
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部の幅を部分的に変えることにより、前記２つの共振器間の結合度が調整される
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記結合板の大きさを部分的に変えることにより、前記２つの共振器間の結合度が調整される
請求項３記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部の一部を連続的に長く形成することにより、前記共振器の共振周波数を下げる
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記放射板および前記接地板が、誘電体、磁性体、誘電体と磁性体の混合体とのうちのいずれかの表面に形成された
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記放射板と前記接地板との間に空間が存在する
請求項１記載のアンテナ装置。 - 放射板と、
前記放射板の側辺部または端部に設けられた給電部と、
前記放射板と対向して設けられた接地板と、
前記給電部の近傍にその一端が設けられ他端が前記接地板に接続された短絡部と、
を含み、
前記放射板上で、前記給電部と略対向する側の側辺部または端部に複数のスリット部を設けることにより、前記放射板に複数の共振器を形成する
アンテナ装置。 - 前記２つの共振器の少なくとも一方の共振器の一部分と前記接地板との間にリアクタンス素子を付加または形成した
請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部の一部分にリアクタンス素子を付加または形成した
請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記リアクタンス素子を結合板、櫛の歯形状のエレメント、マイクロストリップ線路、チップコンデンサ、チップインダクタの少なくとも一つにて構成した
請求項１０および請求項１１に記載のアンテナ装置。 - 前記結合板と、前記２つの共振器の少なくとも一方を短絡した請求項４に記載のアンテナ装置。
- 前記エレメントの櫛の歯形状を変えることにより、前記エレメントの容量値が調整される
請求項１２に記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部が途中で略Ｔ字状に分岐され、かつ前記２つの共振器の少なくとも一方の共振器上において、
高周波電界が支配的な領域に付加または形成される容量素子および
高周波磁界が支配的な領域に付加または形成されるインダクタンス素子
の少なくとも一つを含む
請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部が途中で略Ｔ字状に分岐され、分岐されたそれぞれのスリットの少なくとも一方が前記放射板の側辺部近傍で略直角にかつ前記スリット部の始点側に折り曲げられ、かつ前記２つの共振器の少なくとも一方の共振器上において、
高周波電界が支配的な領域に付加または形成される容量素子および
高周波磁界が支配的な領域に付加または形成されるインダクタンス素子
の少なくとも一つを含む
請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記放射板上において、前記短絡部を設けた点（短絡点）と前記スリット部の始点とを結んだ線分を略直角に２分する線分で、前記放射板を、前記始点がある領域（第１領域）と前記短絡点がある領域（第２領域）との２つの領域に分け、
前記スリット部の終点が前記第２領域にある場合、
前記第１領域に容量素子が付加または形成され、
前記第２領域にインダクタンス素子が付加または形成された
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記放射板上において、前記短絡部を設けた点（短絡点）と前記スリット部の始点とを結んだ線分を略直角に２分する線分で、前記放射板を、前記始点がある領域（第１領域）と前記短絡点がある領域（第２領域）との２つの領域に分け、
前記スリット部が、連続的に長く形成され、前記第２領域を通って、その終点が前記第１領域にある場合、
前記第２領域に、容量素子を付加または形成された
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記放射板上において、前記給電部を設けた点（給電点）と前記スリット部の始点とを結んだ線分を略直角に２分する線分で、前記放射板を、前記始点がある領域（第１領域）と前記給電点がある領域（第２領域）との２つの領域に分け、
前記スリット部の終点が前記第２領域にある場合、
前記第１領域に容量素子が付加または形成され、
前記第２領域にインダクタンス素子が付加または形成された
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記放射板上において、前記給電部を設けた点（給電点）と前記スリット部の始点とを結んだ線分を略直角に２分する線分で、前記放射板を、前記始点がある領域（第１領域）と前記給電点がある領域（第２領域）との２つの領域に分け、
前記スリット部を連続的に長く形成し、前記第１領域を通って、その終点が前記第１領域にある場合、
前記第２領域に容量素子が付加または形成された
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部を途中で前記第１共振器側と前記第２共振器側に分岐させて、それぞれ第１スリットおよび第２スリットとし、かつ前記放射板上において短絡部を設けた点（短絡点）と前記スリット部の始点とを結んだ線分を略直角に２分する線分で、前記放射板を、前記始点がある領域（第１領域）および前記短絡点のある領域（第２領域）との２つの領城に分け、
前記第１スリットの終点が第２領域にある場合、
前記第１共振器において、前記第１領域に容量素子が付加または形成され、第２領域にインダクタンス素子が付加または形成され、
前記第２スリットが第２領域を通って終点が第１領域にある場合、
前記第２共振器において、前記第２領域に容量素子が付加または形成された
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部を途中で前記第１共振器側と前記第２共振器側に分岐させて、それぞれ第１スリットおよび第２スリットとし、かつ前記放射板上において給電部を設けた点（給電点）と前記スリット部の始点とを結んだ線分を、略直角に２分する線分で、前記放射板を、前記始点がある領域（第１領域）および前記給電点のある領域（第２領域）との２つの領域に分け、
前記第１スリットの終点が前記第２領域にある場合、
前記第１共振器において、前記第１領域に容量素子が付加または形成され、前記第２領域にインダクタンス素子が付加または形成され、
前記第２スリットが前記第２領域を通ってその終点が前記第１領域にある場合、
前記第２共振器において、前記第２領域に容量素子が付加または形成される
請求項１記載のアンテナ装置。 - 前記スリット部の間および前記放射板と前記接地板との間の少なくとも一つに、容量素子およびインダクタンス素子の少なくとも一つが付加または形成された
請求項１５から請求項２２のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 前記共振器の形状をメアンダ形状とした
請求項１または請求項９に記載のアンテナ装置。
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