JPWO2008087780A1 - アンテナ装置及び無線通信機 - Google Patents

Abstract

各種システムに対応した多数のアンテナ部を近接させて狭い領域に実装しても干渉が生じず、しかも小型化と低コスト化が可能なアンテナ装置及び無線通信機を提供する。アンテナ装置１は、１つの誘電体基体２に実装したアンテナ部３〜５を備える。基本周波数の最も低いアンテナ部３を非グランド領域１０１の左端部に配置し、アンテナ部３の高調波の周波数に最も近い基本周波数を有したアンテナ部４を右端部に配置し、アンテナ部３の周波数とアンテナ部４の周波数との間の基本周波数を有したアンテナ部５をアンテナ部３，４間に配設した。そして、電流密度制御コイル６をアンテナ部３の放射電極３１と給電部３０との間に接続し、リアクタンス回路７を放射電極３１の途中に介設した。好ましくは、切り欠き部２０を、放射電極３１と放射電極４１との間、及び放射電極３１と放射電極５１との間に設ける。

Description

この発明は、周波数を調整可能なアンテナ装置に関するものであり、特に、マルチシステムに対応したアンテナ装置及び無線通信機に関する。

従来この種のアンテナ装置としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載された技術がある。
特許文献１に記載の技術は、モノポールアンテナ動作を行うループ形状の放射電極を有する周波数可変型アンテナであり、放射電極の途中に周波数可変回路を装荷している。これにより、外部から周波数可変回路に印加電圧を加えてそのリアクタンス成分を変化させることで、良好な利得を持ったまま、周波数を変えることができるようにしている。
一方、特許文献２に記載の技術は、アンテナ本体と、このアンテナ本体の根本に共振回路を形成する容量可変ダイオードとを備えるアンテナ装置であり、同調電圧によって容量可変ダイオードの静電容量を変化させることで、所望の周波数を得るようにしている。

ところで、最近の携帯電話の多機能化に伴い、周波数の異なる各種のシステムを同一基板に実装する必要が生じてきた。かかる多機能化に応えるには、各システムに対応した多数のアンテナ部を狭いアンテナ実装領域に近接させて実装する必要がある。
ところが、複数のアンテナ部を実装した際に、基本周波数の近いアンテナ部同士を近接させたり、他のアンテナ部とこのアンテナ部の高調波の周波数と近い基本周波数を有するアンテナ部とを近接させると、干渉が発生し、これらのアンテナ部の特性を劣化させる原因となる。
しかし、携帯電話の多機能化により、基板の大半がアンテナ部の放射電極以外の機能回路によって占められ、放射電極の実装領域が狭くなって来ているだけでなく、携帯電話自体の小型化も伴って、放射電極の実装領域は非常に狭くなってきている。
このように、各種システムのアンテナ部の放射電極を非常に狭い領域に実装しなければならない状況では、周波数の近いアンテナ部を近接して配しなければならない。
したがって、各種システムに対応した多数のアンテナ部を近接させて狭い領域に実装しても干渉が生じないアンテナ装置の出現が期待されてる。

国際公開第ＷＯ２００４／１０９８５０号パンフレット 特開２００２−２３２３１３号公報

しかし、上記した従来の技術では、上記期待に応えることができない。
すなわち、特許文献１に記載の周波数可変型アンテナでは、給電部から周波数可変回路までの放射電極部に生じる電流密度が非常に大きい。したがって、このようなアンテナを多数近接配置すると、基本周波数の近いアンテナ同士の根本に流れる電流によって、非常に強い磁界結合が生じ、これらのアンテナが干渉を起こす。この結果、アンテナ同士のアイソレーションが悪化し、アンテナ利得が劣化するという問題がある。
さらに、部品を基体の表面に実装して、周波数可変回路を構成するため、これらの部品が、基体表面に対して部品の厚みの分、飛び出した状態になり、携帯電話の厚さ方向の小型化を妨げてしまう。また、部品実装の強度面でも問題が生じる。

一方、特許文献２に記載のアンテナ装置では、アンテナ本体の根元では、基本波及び高調波どちらの電流密度も非常に大きい。したがって、根元整合回路のインダクタンスを大きくすることで、基本波と高調波を同時に変化させることができる。しかし、高調波の周波数は、その基本周波数を変化させると、その変化量の数倍という大きな倍率で変化する。このように、基本波と高調波を独立で制御することができないため、この高調波の周波数が、他のシステムの基本周波数と重なってしまい、相互干渉が生じるおそれがある。

以上から、特許文献１及び２の技術では、基本周波数同士の干渉や高調波の周波数と基本周波数との干渉を同時に解決することができず、これらのアンテナ装置を多数実装しても、上記期待に応えることができない。
さらに、これらの技術では、多数のアンテナ部を一箇所にまとめる際に、各アンテナ部の放射電極等を個別の基体に設けるため、放射電極等を各基体に形成するためのコストがアンテナ部の数だけ発生する。しかも、それぞれ個別に設計されたアンテナ部を一箇所に統合する場合には、設置される状況によって、その特性が変化するために、この特性変化に対応して各アンテナ部を合わせこむ作業が別に必要となり、作業が煩雑になる。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、各種システムに対応した多数のアンテナ部を近接させて狭い領域に実装しても干渉が生じず、しかも小型化と低コスト化が可能なアンテナ装置及び無線通信機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、給電部と放射電極とで成る複数のアンテナ部を、回路基板のアンテナ実装領域に設け、各アンテナ部の放射電極の全部又は一部を、誘電体基体上に形成したアンテナ装置であって、複数のアンテナ部のうち、基本周波数の最も低い第１のアンテナ部を、アンテナ実装領域の端部に配設し、この第１のアンテナ部の高調波の周波数に最も近い基本周波数を有した第２のアンテナ部を、第１のアンテナ部から他のアンテナ部に比べて最も遠くに配設し、１以上の他のアンテナ部を、第１及び第２のアンテナ部の間に並設し、放射電極上の電流密度を制御可能な電流密度制御回路を、第１のアンテナ部の放射電極と給電部との間に設けると共に、当該放射電極の電気長を変えて周波数を調整するためのリアクタンス回路を当該放射電極の途中に介設した構成とする。
かかる構成により、複数のアンテナ部を用いて異なるシステムの通信を行うことができる。具体的には、最も低い周波数では、第１のアンテナ部を用いて通信し、より高い周波数では、第２のアンテナ部を用いて通信することができ、その他の周波数では、１以上の他のアンテナ部を用いて通信することができる。
ところで、第１のアンテナ部を用いて通信している際、この第１のアンテナ部の基本周波数に近い基本周波数を有した他のアンテナの給電部が、第１のアンテナ部に近接していると、互いの放射電極の根本部分の電流密度が高いことから、当該電流による磁界結合が生じ、第１のアンテナ部及び当該第１のアンテナ部のアンテナ利得が劣化するおそれがある。
しかし、この発明では、電流密度制御回路を、第１のアンテナ部の放射電極と給電部との間に設けているので、この電流密度制御回路を用いて放射電極の電流密度を小さく抑えるように設定しておくことができる。この結果、第１のアンテナ部と近接する他のアンテナ部との磁界結合を防止することができる。したがって、第１のアンテナ部を、アンテナ実装領域の端部に配設し、その他のアンテナ部を第１のアンテナ部の給電部に近接させて配設することで、多数のアンテナ部を狭いアンテナ実装領域内に実装することができる。
また、第１のアンテナ部の基本周波数とは大きく異なるが、高調波の周波数に最も近い基本周波数を有した第２のアンテナ部では、第１のアンテナ部の高調波によって電界及び磁界結合を起こす可能性がある。したがって、第２のアンテナ部を第１のアンテナ部から他のアンテナ部に比べて最も遠くに配設している。しかしながら、アンテナ実装領域の大きさによっては、第１のアンテナ部と第２のアンテナ部との離反距離を十分取ることができず、第２のアンテナ部が第１のアンテナ部の高調波に電気結合するおそれがある。
しかし、この発明では、リアクタンス回路を第１のアンテナ部の放射電極の途中に介設しているので、このリアクタンス回路を用いて第１のアンテナ部の高調波の周波数が、第２のアンテナ部の基本周波数からずれるように設定しておくことができる。この結果、第１のアンテナ部と第２のアンテナ部との電気結合を防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、各アンテナ部の放射電極の全部又は一部を、１つの誘電体基体上に形成すると共に、第１のアンテナ部と第２のアンテナ部と１以上の他のアンテナ部とのいずれかの放射電極の間の誘電体基体の部位に、放射電極間の容量を低減させるための１以上の切り欠き部を設けた構成とする。
かかる構成により、各アンテナ部の放射電極の全部又は一部を、１つの誘電体基体上に形成するので、各アンテナ部の放射電極を個別の誘電体基体にそれぞれ形成する場合と比べて、製造コストを低減させることができる。しかも、各アンテナ部を合わせこむ作業も必要としないので、製造作業が容易である。また、切り欠き部を挟む放射電極間の容量が低減するために、これらの放射電極間の干渉が抑えられる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において、凹部を誘電体基体の表面に設け、リアクタンス回路を形成した基板を当該凹部内に嵌め込んだ構成とする。
かかる構成により、部品を別工程で基板に実装して、リアクタンス回路を形成し、この基板を誘電体基体の表面の凹部内に嵌め込むことで、リアクタンス回路を第１のアンテナ部の放射電極の途中に簡単に実装することができる。そして、かかる構成により、リアクタンス回路の部品が凹部内に隠れ、誘電体基体から突出することはない。また、誘電体基体の曲面に実装が可能となる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置において、電流密度制御回路は、給電部と放射電極との間に直列に接続された電流密度制御コイルである構成とした。
かかる構成により、簡単な構造で、基本周波数が近接する第１のアンテナ部と他のアンテナ部との磁界結合を防止することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置において、リアクタンス回路は、１以上のコンデンサと１以上のインダクタとを含む直列共振回路又は並列共振回路である構成とした。
かかる構成により、リアクタンス回路として直列共振回路又は並列共振回路を用いることで、特定の周波数に対し、第１のアンテナ部の放射電極に大きなインピーダンスを付加することができる。これにより、第１のアンテナ部が発生する高調波の周波数を効果的に制御することができる。

請求項６の発明は、請求項５に記載のアンテナ装置において、リアクタンス回路の１以上のコンデンサのいずれか又は全部を容量可変素子で置き換え、この容量可変素子のその容量値を制御電圧で変化させることで、リアクタンス回路のリアクタンス値を変化可能である構成とした。
かかる構成により、リアクタンス回路を凹部に実装後、制御電圧を容量可変素子に印加することで、第１のアンテナ部の放射電極の電気長を任意に変化させることができる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置において、１以上の分岐放射電極を、リアクタンス回路を介して第１のアンテナ部の放射電極から分岐させ、これら１以上の分岐放射電極の全部又は一部を誘電体基体上に配設した構成とする。
かかる構成により、第１のアンテナ部の複共振化が可能となり、一つの給電部から得られる基本周波数の数が増える。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１のアンテナ部の放射電極の部位であって且つリアクタンス回路からアンテナ先端部側の放射電極の部位又は１以上の分岐放射電極のいずれかを、誘電体基体の露出面に配し、当該放射電極の部位又は分岐放射電極を凹部の底から当該露出面に至る導電路を介してリアクタンス回路に電気的に接続した構成とする。
かかる構成により、第１のアンテナ部の放射電極の一部や分岐放射電極を、放射電極が配されている面とは異なる露出面に配することができる。

請求項９の発明に係る無線通信機は、請求項１ないし請求項８のいずれかのアンテナ装置を備えた構成とする。

以上詳しく説明したように、この発明のアンテナ装置によれば、第１のアンテナ部の基本周波数と近接する基本周波数を有する他のアンテナ部に対しては、電流密度制御回路により、第１のアンテナ部の放射電極の電流密度を抑えて磁界結合を防止することができ、また、第１のアンテナ部の高調波の周波数と近接する基本周波数を有する第２のアンテナ部に対しては、第１のアンテナ部から最も遠くに配設すると共にリアクタンス回路により干渉を防止することができるので、多数のアンテナ部を狭いアンテナ実装領域に高密度で実装することができ、この結果、アンテナ装置の高密度化及び小型化を図ることができるという優れた効果がある。

また、請求項２の発明によれば、各アンテナ部の放射電極の全部又は一部を、１つの誘電体基体上に形成するので、製造コストを低減させることができ、しかも、製造作業も容易となる。さらに、切り欠き部により、放射電極間の干渉をより効果的に抑えることができる。

また、請求項３の発明によれば、部品を直接誘電体基体の表面に実装する場合と異なり、誘電体基体の表面が湾曲している場合でも、リアクタンス回路の基板を容易に実装することができる。しかも、部品が誘電体基体から突出することもないので、リアクタンス回路の実装に制限されることなく、誘電体基体を端末の形状にマッチした形状に形成して、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

また、請求項４の発明によれば、簡単な構造で、第１のアンテナ部の基本周波数が近接する他のアンテナ部との磁界結合を防止することができる。

また、請求項５の発明によれば、第１のアンテナ部が発生する高調波の周波数を効果的に制御することができる。

また、請求項６の発明によれば、制御電圧を容量可変素子に印加することで、第１のアンテナ部の放射電極の電気長を任意に変化させることができるので、アンテナ装置の小型化に伴う帯域幅の減少をこのリアクタンス回路によって補うことができ、この結果、広い帯域幅を有した小型なアンテナ装置を提供することができる。

また、請求項７の発明によれば、第１のアンテナ部の複共振化が可能となるので、放射電極数に比べて給電部の数が少なくなる。この結果、給電部配置の間隔を大きくすることができ、放射素子間結合を小さくすることができる。さらに、複共振化によって第１のアンテナ部の帯域幅を広げることができるので、小型で且つ広帯域のアンテナ装置を提供することができる。

また、請求項８の発明によれば、第１のアンテナ部の放射電極の一部や分岐放射電極を、放射電極が配されている面とは異なる任意の露出面に配することができるので、分岐放射電極等の配置に自由度が増し、アンテナ装置の更なる小型化を図ることができると共に、アンテナ効率の向上やアンテナ部間干渉の改善を図ることができる。

また、請求項９の発明によれば、マルチシステムの通信が可能な小型で且つ高密度の無線通信機を提供することができる。

この発明の第１実施例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。 アンテナ装置の平面図である。 図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。 この実施例のリアクタンス回路の回路図である。 電流密度制御コイルやリアクタンス回路が存在しない状態におけるアンテナ部のリターンロスを示す線図である。 電流密度制御コイルで調整した状態におけるアンテナ部のリターンロスを示す線図である。 電流密度制御コイルとリアクタンス回路とで調整した状態におけるアンテナ部のリターンロスを示す線図である。 アンテナ部の基本周波数における電流密度分布を示す概略図である。 電流密度制御コイルで調整した場合の電流密度分布を示す概略図である。 高調波による干渉現象を説明するための概略図である。 第１実施例に適用されるリアクタンス回路の一変形例を示す回路図である。 並列共振回路による高調波の変化を説明するための線図である。 この発明の第２実施例に係るアンテナ装置を示す平面図である。 この実施例のリアクタンス回路の回路図である。 この実施例のアンテナ装置における各アンテナ部のリターンロスを示す線図である。 第２実施例に適用されるリアクタンス回路の一変形例を示す回路図である。 この発明の第３実施例に係るアンテナ装置を示す平面図である。 アンテナ装置の部分拡大断面図である。 この発明の第４実施例に係るアンテナ装置を示す平面図である。 この実施例のリアクタンス回路の回路図である。 第４実施例に適用されたリアクタンス回路による周波数変化を示す線図である。

符号の説明

１…アンテナ装置、 ２…誘電体基体、 ３〜５…アンテナ部、 ６…電流密度制御コイル、 ７，７′…リアクタンス回路、 ２０…切り欠き部、 ２１…正面、 ２２…上面、 ２３…傾斜面、 ２４，２５…露出面、 ２９…凹部、 ３０，４０，５０…給電部、 ３１，３２，４１，５１…放射電極、 ３１ａ…根本側放射電極部、 ３１ｂ…先端側放射電極部、 ３２ａ…分岐放射電極、 ６０…直流電源、 ７０…誘電体基板、 ７１…コンデンサ、 ７１′…容量可変コンデンサ、 ７２…インダクタ、 ７３…抵抗、 １００…回路基板、 １０１…非グランド領域、 １０２…グランド領域、 Ｖc…制御電圧。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るアンテナ装置を示す斜視図であり、図２は、アンテナ装置の平面図であり、図３は、図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。

図１に示すように、この実施例のアンテナ装置１は、携帯電話やＰＣカード等の無線通信機に設けられるマルチシステムのアンテナ装置であり、この無線通信機に収納される回路基板１００上に実装される。
具体的には、１つの誘電体基体２を回路基板１００のアンテナ実装領域としての非グランド領域１０１に設け、３つのアンテナ部３〜５をこの誘電体基体２に実装することで、アンテナ装置１を構成している。

誘電体基体２は、誘電体材料を一体成型して形成したもので、先端部側（図１の上側）に寄った状態で、非グランド領域１０１上に載置固定されている。
具体的には、誘電体基体２は、垂直な正面２１と、水平の上面２２と、上面２２と連続した状態で先端部側に下降する傾斜面２３とを有し、切り欠き部２０が上面２２と傾斜面２３との境に設けられている。

アンテナ部３は、３つのアンテナ部のうち、基本周波数の最も低い第１のアンテナ部としてのアンテナ部であり、この実施例では、基本周波数４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚを帯域とする地上デジタルテレビ用のアンテナを適用した。
このアンテナ部３は、図１及び図２に示すように、給電部３０と放射電極３１とを備え、非グランド領域１０１の左端部に位置する。
具体的には、電流密度制御回路としての電流密度制御コイル６を、放射電極３１の付け根と給電部３０との間に直列に接続し、接地された整合回路並列コイル６１を、この電流密度制御コイル６と給電部３０との間に接続した。電流密度制御コイル６は、放射電極３１の付け根から後述するリアクタンス回路７との間の電流密度を小さく抑えるためのコイルである。
放射電極３１は、その大半部が誘電体基体２に形成されている。具体的には、放射電極３１は、誘電体基体２の正面２１から上面２２に至り、切り欠き部２０内を通って傾斜面２３迄延出している。そして、放射電極３１は、傾斜面２３に至ると、右側に折れ曲がり、その後、傾斜面２３の右縁に沿って下降し、下りきったところで、傾斜面２３の先端縁に沿って左側に延出し、その先端部を傾斜面２３の先端側左隅に位置させている。

このような放射電極３１の途中に、リアクタンス回路７が介設されている。このリアクタンス回路７は、放射電極３１の電気長を変えて、アンテナ部３の周波数を調整するための回路である。
図４は、この実施例のリアクタンス回路７の回路図である。
図４に示すように、この実施例の適用されるリアクタンス回路７は、コンデンサ７１とインダクタ７２との直列共振回路である。
そして、リアクタンス回路７は、図２及び図３に示すように、誘電体基板７０上に形成され、誘電体基体２の傾斜面２３に設けられた凹部２９内に嵌め込まれている。具体的には、凹部２９は、放射電極３１上であって、アンテナ部３の高調波の２回目の電流密度最大点の近くに形成されている。このため、図２に示すように、放射電極３１は、凹部２９によって根本側放射電極部３１ａと先端側放射電極部３１ｂとに分けられる。そして、リアクタンス回路７が形成された誘電体基板７０が凹部２９内に嵌め込まれ、コンデンサ７１の開放端部（図４の左端部）が根本側放射電極部３１ａに接続されると共に、インダクタ７２の開放端部（図４の右端部）が先端側放射電極部３１ｂに接続されて、根本側放射電極部３１ａと先端側放射電極部３１ｂとが、リアクタンス回路７を通じて電気的に接続されている。

この実施例では、上記のように、別工程で形成されたリアクタンス回路７の誘電体基板７０を誘電体基体２の凹部２９内に嵌め込む構成として、リアクタンス回路７の実装の容易化を図っている。したがって、リアクタンス回路７の部品であるコンデンサ７１やインダクタ７２が凹部２９内に隠れ、誘電体基体２から突出することはない。この結果、図１や図３に示すように、リアクタンス回路７の実装に制限されることなく、誘電体基体２の形状を設定することができる。この実施例では、誘電体基体２の上面部分を、水平な上面２２と下降した傾斜面２３とで成る折り曲げ面で形成し、アンテナ装置１の小型化を図っている。

図１に示すアンテナ部４は、上記アンテナ部３の高調波の周波数に最も近い基本周波数を有した第２のアンテナ部としてのアンテナ部であり、この実施例では、基本周波数約１５７５ＭＨｚを帯域とするＧＰＳ（Global Positioning System）通信用のアンテナを適用した。
このアンテナ部４は、図１及び図２に示すように、給電部４０と放射電極４１とを備え、非グランド領域１０１の右端部に位置する。すなわち、アンテナ部３の高調波による干渉を回避するため、アンテナ部３から最も遠くの位置に配設した。
このアンテナ部４は、非グランド領域１０１に強い容量をもって終端される磁界放射型アンテナであり、放射電極４１の先端が非グランド領域１０１に接地され、給電部４０からの電力を容量部４２を介して入力するようになっている。かかる磁界放射型アンテナは、近接する他のアンテナとの結合が小さく、このアンテナ部４のように、他のアンテナ部から遠くに離すことで、さらに結合を抑えることができる。
このようなアンテナ部４の放射電極４１も、その大半部が誘電体基体２に形成されている。具体的には、給電部４０に電気的に接続された電極部４３が誘電体基体２の上面２２の右隅部に形成されている。そして、放射電極４１が、その基部を電極部４３と対向させた状態で、上面２２の先端部側に延出し、右隅で左に折れ曲がった後、手前に戻る。そして、放射電極４１は、正面２１を下降する。かかる放射電極４１の先端部が非グランド領域１０１上に形成された導体パターン１１０を通じてグランド領域１０２に電気的に接続されている。

アンテナ部５は、上記アンテナ部３とアンテナ部４との周波数の間に基本周波数を有した他のアンテナ部としてのアンテナ部であり、この実施例では、基本周波数の帯域を８４３ＭＨｚ〜８７５ＭＨｚとし、高調波の周波数の帯域を２．１１５ＧＨｚ〜２．１３０ＧＨｚとする２共振のＥＶＤＯ（Evolution Data Only）通信用のアンテナを適用した。
このアンテナ部５は、図１及び図２に示すように、給電部５０と放射電極５１とを備え、非グランド領域１０１の左寄りに位置する。すなわち、アンテナ部３とアンテナ部４との間に配設されている。
このようなアンテナ部５の放射電極５１も、その大半部が誘電体基体２に形成されている。具体的には、放射電極５１は、給電部５０に接続され且つ正面２１の下端に位置する根本から正面２１を上昇し、上面２２を先端側に直進した後、切り欠き部２０の手前でコの字状を描くように曲がっている。

上記のような３つのアンテナ部３〜５の放射電極３１〜５１は、切り欠き部２０によって、容量性を低減されている。
具体的には、図２に示すように、放射電極３１の根本側放射電極部３１ａと放射電極５１との間の容量が切り欠き部２０の左側部によって低減され、先端側放射電極部３１ｂと放射電極４１との間の容量が切り欠き部２０の右側部によって低減されている。
この実施例では、適用していないが、図２の二点鎖線で示すように、切り欠き部２０′を、電気的結合が強い放射電極４１の根本と放射電極５１の根本の間に設けることで、アンテナ部３，５間の干渉防止効果をさらに高めることができる。

上記のように、この実施例では、アンテナ部３〜５の放射電極３１，４１，５１の大半部を、１つの誘電体基体２上に形成した構成として、製造コストの低減化と製造作業の容易化とを図っている。

次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図５は、電流密度制御コイル６やリアクタンス回路７が存在しない状態におけるアンテナ部のリターンロスを示す線図であり、図６は、電流密度制御コイル６で調整した状態におけるアンテナ部のリターンロスを示す線図であり、図７は、電流密度制御コイル６とリアクタンス回路７とで調整した状態におけるアンテナ部のリターンロスを示す線図である。

アンテナ部３の放射電極３１に接続される電流密度制御コイル６やリアクタンス回路７が存在しない場合には、図５に示すように、アンテナ部３を、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの帯域内の基本周波数ｆ１（リターンロス曲線Ｓ１）で使用することができ、また、アンテナ部４を、約１５７５ＭＨｚの基本周波数ｆ３（リターンロス曲線Ｓ２）で使用することができる。さらに、アンテナ部５を、８４３ＭＨｚ〜８７５ＭＨｚの帯域の周波数ｆ２（リターンロス曲線Ｓ３１）と、２．１１５ＧＨｚ〜２．１３０ＧＨｚの帯域の周波数ｆ５（リターンロス曲線Ｓ３２）とで使用することができる。
すなわち、この実施例のアンテナ装置１を備えた携帯電話等の通信機器を使用すれば、地上デジタルテレビとＧＰＳ通信とＥＶＤＯ通信とを同時に実行することができる。

ところで、図５に示すように、アンテナ部３の基本周波数ｆ１とアンテナ部５の周波数ｆ２とは近接している。かかる状態では、アンテナ部３，５が電気的に強く結合し、アンテナ利得が劣化するおそれがある。
図８は、アンテナ部３とアンテナ部５の基本周波数における電流密度分布を示す概略図であり、図９は、電流密度制御コイル６で調整した場合の電流密度分布を示す概略図である。
すなわち、図８に示すように、基本周波数同士が近いアンテナ部３，５は、共に電流密度Ｉ３，Ｉ５の分布が似通った高い分布状態を示す。特に、放射電極３１，５１の根本部分（放射電極３１，５１のうち、主に誘電体基体２の正面２１に形成された部分）の電流密度Ｉ３，Ｉ５が高いことから、これらの部分を流れる電流によって放射電極３１，５１間に磁界結合が生じる。
しかし、この実施例のアンテナ装置１では、図１及び図２に示すように、電流密度制御コイル６をアンテナ部３の放射電極３１に設けている。したがって、この電流密度制御コイル６のインダクタンス値を放射電極３１の電流密度を小さく抑えるように設定しておくことができる。
これにより、図９に示すように、放射電極３１の電流密度Ｉ３がアンテナ部５の放射電極５１の電流密度Ｉ５よりも小さくなり、放射電極３１，５１間の磁界結合が防止される。

ところで、図５に示すように、アンテナ部３には、基本周波数ｆ１の３倍の周波数ｆ４を有する高調波（リターンロス曲線Ｓ１３）が発生し、この高調波の周波数ｆ４に最も近い基本周波数ｆ３を有するアンテナ部４に干渉するおそれがある。
図１０は、高調波による干渉現象を説明するための概略図である。
すなわち、図１０に示すように、アンテナ部３の高調波による電流密度Ｉ３は大きく、高調波の周波数ｆ４の電流密度Ｉ３とアンテナ部４の基本周波数ｆ３の電流密度Ｉ４とによる磁界結合は、大きい。さらに、二点鎖線で示すように、放射電極３１には、高調波の電界Ｅ３が生じるため、高調波の電界最大点Ｐが放射電極３１の根本に生じる。したがって、アンテナ部３，４が近接していると、放射電極３１，４１の根本において、高調波の電界Ｅ３とアンテナ部４の電界Ｅ４との結合が大きくなる。しかし、この実施例では、アンテナ部４の配置位置をアンテナ部３から最も遠くに離しているので、かかる電界及び磁界による影響が抑えられている。
しかしながら、アンテナ実装領域である非グランド領域１０１が非常に狭い場合には、アンテナ部４をアンテナ部３からいくら遠くに離しても、アンテナ部３の高調波の影響がアンテナ部４に及ぶおそれがある。
したがって、かかる場合には、アンテナ部３の高調波の周波数ｆ４をアンテナ部４の基本周波数ｆ３からずらす必要がある。
この実施例では、電流密度制御コイル６を装荷して、基本周波数ｆ１を少量変化させることができるようにした。したがって、これに伴って、周波数ｆ４も基本周波数ｆ３からずれる。
しかしながら、周波数ｆ４は、基本周波数ｆ１の移動量の３倍という大きな倍率で移動する。このため、電流密度制御コイル６によって、基本周波数ｆ１を下げると、図６の破線で示すように、高調波の周波数ｆ４が、周波数ｆ２に近い周波数ｆ４′に近接し、干渉を起こすおそれがある。かといって、電流密度制御コイル６が、周波数ｆ４が周波数ｆ２に近接しない程度の移動量をもたらす大きさでは、給電部の電流密度を小さくすることができないため、アンテナ部３とアンテナ部５との磁界結合を回避することができない。すなわち、電流密度制御コイル６のみでは、アンテナ部３の基本周波数ｆ１と周波数ｆ４とを同時に所望の値に移動させることができない。
しかし、この実施例では、リアクタンス回路７をアンテナ部３の放射電極３１の中途に介設しているので、このリアクタンス回路７を所望リアクタンス値に設定して、高調波の周波数ｆ４の移動量を調整することができる。
具体的には、リアクタンス回路７をコンデンサ７１とインダクタ７２との直列共振回路にすることで、各周波数に個別のリアクタンスを設けることができ、高調波の周波数ｆ４を、低い方に所望量だけずらすことができる。これにより、図７に示すように、アンテナ部３の基本周波数ｆ１をアンテナ部５の周波数ｆ２から十分ずらし、高調波の周波数ｆ４をアンテナ部５の周波数ｆ２から十分離れ、しかも、アンテナ部５の周波数ｆ２と近接しない周波数ｆ４′に移動させることができる。この結果、アンテナ部３の高調波による干渉をほぼ完全に回避することができる。

以上のように、この実施例のアンテナ装置によれば、３つのアンテナ部３〜５を狭いアンテナ実装領域内に互いに干渉させることなく、高密度で実装することができるので、アンテナ装置１の高密度化及び小型化を図ることができる。

なお、この実施例では、リアクタンス回路７として、図４に示したように、コンデンサ７１とインダクタ７２との直列共振回路を適用した。しかし、図１１に示すように、コンデンサ７１とインダクタ７２との並列共振回路をリアクタンス回路７として適用することができる。
この実施例で適用した直列共振回路は、図７に示すように、リアクタンスの増加によって、アンテナ部３の高調波の周波数ｆ４を周波数の低い方にずらすことができる。これに対して、並列共振回路は、図１２に示すように、リアクタンスの増加によって、アンテナ部３の高調波の周波数ｆ４を主に周波数の高い方にずらすことができる。したがって、リアクタンス回路７としては、アンテナ装置１の複数のアンテナ部の配置状況に合わせて、直列共振回路又は並列共振回路のいずれかをリアクタンス回路７として適用することができる。
また、リアクタンス回路７としては、１以上のコンデンサと１以上のインダクタとを含む直列共振回路又は並列共振回路であれば良く、１つの直列共振回路や１つの並列共振回路に限定するものではない。図４に示した直列共振回路や図１１に示す並列共振回路を組み合わせたリアクタンス回路も適用することができる。

次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１３は、この発明の第２実施例に係るアンテナ装置を示す平面図であり、図１４は、この実施例のリアクタンス回路７の回路図である。
この実施例のアンテナ装置は、分岐放射電極３２ａをアンテナ部３に追加した点が、上記第１実施例と異なる。
具体的には、図１３に示すように、水平な１本の分岐放射電極３２ａを誘電体基体２の傾斜面２３に形成し、この分岐放射電極３２ａをリアクタンス回路７に接続した。そして、リアクタンス回路７を、この分岐放射電極３２ａを放射電極３１の根本側放射電極部３１ａに接続することができる構造にした。
具体的には、図１４に示すように、コンデンサ７１とインダクタ７２とでなる２つの直列共振回路を互いに逆向きにして接続し、これら２つの直列共振回路の接続点に同構造の直列共振回路を接続して、リアクタンス回路７を構成した。そして、根本側放射電極部３１ａ，先端側放射電極部３１ｂ，分岐放射電極３２ａを３つの開放端部ａ，ｂ，ｃにそれぞれ接続した。
すなわち、図１３に示すように、元の放射電極３１の他に、根本側放射電極部３１ａと分岐放射電極３２ａとで成る放射電極３２を給電部３０に接続して、二共振のアンテナ部３を構成した。

図１５は、この実施例のアンテナ装置における各アンテナ部のリターンロスを示す線図である。
図１５に示すように、アンテナ部３の二共振化によって、基本周波数ｆ１（リターンロス曲線Ｓ１）の他に、基本周波数ｆ１とアンテナ部４の基本周波数ｆ３の間の周波数ｆ１２（リターンロス曲線Ｓ１２）を得ることができる。
このため、アンテナ部３の帯域幅を広げることができるので、広帯域のアンテナ装置を実現することができる。アンテナ部を小型にすると、帯域幅が狭くなる欠点があるが、この実施例のように、アンテナ部の帯域を広くすることで、かかる欠点を補うことができる。

なお、この実施例では、リアクタンス回路７として、図１４に示したように、コンデンサ７１とインダクタ７２との直列共振回路を適用した。しかし、図１６に示すように、コンデンサ７１とインダクタ７２で成る３つの並列共振回路を、リアクタンス回路７として適用することで、リアクタンス回路７のリアクタンス値の変化量を大きくすることができる。
勿論、リアクタンス回路７としては、１以上のコンデンサと１以上のインダクタとを含む直列共振回路又は並列共振回路であれば良いので、図１４に示した直列共振回路や図１６に示す並列共振回路を組み合わせたリアクタンス回路も適用することができる。
その他の構成，作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１７は、この発明の第３実施例に係るアンテナ装置を示す平面図であり、図１８は、アンテナ装置の部分拡大断面図である。
この実施例は、分岐放射電極３２ａを誘電体基体２の傾斜面２３でなく、他の任意の露出面に配置した点が、上記第２実施例と異なる。
具体的には、図１７及び図１８に示すように、分岐放射電極３２ａを誘電体基体２の露出面であってアンテナ部３〜５の放射電極３１，４１，５１が配置されていない露出面２４に水平に配設した。そして、導電路１２１をリアクタンス回路７の開放端部ｃ（図１６参照）に接続し、この導電路１２１を凹部２９の底から切り欠き部２０の内面である露出面２４まで延出して、分岐放射電極３２ａの端部に接続した。
このように、分岐放射電極３２ａを放射電極３１，４１，５１が配されていない面に配することで、分岐放射電極３２ａの配置に自由度が増す。

なお、この実施例では、分岐放射電極３２ａを誘電体基体２の露出面２４に配する例を示したが、図１８の破線で示すように、分岐放射電極３２ａを、露出面２４と対面した露出面２５に配して、導電路１２２でリアクタンス回路７に接続することもできる。
また、露出面に配する放射電極は、分岐放射電極３２ａだけでなく、先端側放射電極部３１ｂ等も任意の露出面に配することができる。
さらに、放射電極４１からの分岐放射電極を多数設けて、これらを露出面２４，２５に配して、多共振で小型のアンテナ装置を実現することができる。
その他の構成，作用及び効果は、上記第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。

次に、この発明の第４実施例について説明する。
図１９は、この発明の第４実施例に係るアンテナ装置を示す平面図であり、図２０は、この実施例のリアクタンス回路７の回路図である。
この実施例は、リアクタンス回路に容量可変素子を用いた点が、上記第２実施例と異なる。
すなわち、図１９に示すように、容量可変素子を用いたリアクタンス回路７′を凹部２９内に嵌め込んで、２共振構造とすると共に、制御電圧Ｖcにより、リアクタンス回路７′のリアクタンス値を変化させて、各共振の周波数を事後的に変化させることができるようにした。
具体的には、図１４に示したリアクタンス回路７において、コンデンサ７１の全部を、容量可変素子である容量可変コンデンサ７１′（バリキャップ）に置き換えて、図２０に示すリアクタンス回路７′を構成し、制御電圧Ｖc用の直流電源６０を、高周波カット用の抵抗７３を介して、３つのインダクタ７２の接続点ｄに接続した。なお、符号７４は、高周波通過用のコンデンサである。

第２実施例のアンテナ装置と同様に、この実施例においても、リアクタンス回路７′を介して、根本側放射電極部３１ａと先端側放射電極部３１ｂと給電部３０とで成るアンテナ部による共振と、根本側放射電極部３１ａと分岐放射電極３２ａと給電部３０とで成るアンテナ部による共振との２共振のアンテナが構成されている。

これにより、所定電圧値の制御電圧Ｖcを直流電源６０からリアクタンス回路７′の容量可変コンデンサ７１′に印加することで、容量可変コンデンサ７１′の容量値を変化させ、根本側放射電極部３１ａと先端側放射電極部３１ｂとで成る放射電極３１と、根本側放射電極部３１ａと分岐放射電極３２ａとでなる放射電極３２との電気長をそれぞれ変化させることができる。
図２１は、リアクタンス回路７′による周波数変化を示す線図である。
上記のように、制御電圧Ｖcを用いて、リアクタンス回路７′のリアクタンス値を変化させ、放射電極３１と放射電極３２との電気長を変化させることで、図２１の破線で示すように、二共振の基本周波数ｆ１（リターンロス曲線Ｓ１）と周波数ｆ１２（リターンロス曲線Ｓ１２）をそれぞれ基本周波数ｆ１′と周波数ｆ１２′とに移動させることができる。

このように、この実施例のアンテナ装置によれば、上記第２実施例のアンテナ装置と異なり、リアクタンス回路７′を凹部２９に取り付け後においても、事後的に周波数を変化させることができるので、各製品に対応した個別の調整が可能となる。また、二共振の基本周波数ｆ１及び周波数ｆ２を変化させることができるので、第２実施例のアンテナ装置よりもさらに広い帯域幅を確保することができる。

なお、この実施例では、リアクタンス回路７′を容量可変コンデンサ７１′とインダクタ７２との直列共振回路を３つ使用して構成したが、容量可変コンデンサ７１′とインダクタ７２との並列共振回路を３つ使用して構成することもできる。また、直列共振回路と並列共振回路の組み合わせによってリアクタンス回路７′を構成することもできる。
また、リアクタンス回路の１以上のコンデンサのいずれかを容量可変コンデンサ７１′等の容量可変素子で置き換えることで、リアクタンス回路のリアクタンス値を制御電圧によって変化させることができるので、例えば、図１４に示したコンデンサ７１の全部を容量可変コンデンサ７１′に置き換えるのではなく、１つ又は２つのコンデンサ７１を容量可変コンデンサ７１′に置き換えることもできる。また、容量可変素子として、容量可変コンデンサ７１′を適用したが、その他に、容量可変ダイオード（バラクダ），MEMS(micro electro mechanical systems）、BST（Barium-Strontium-Titanate：強誘電体材料）等も適用することができる。すなわち、直流制御電圧で容量値を制御できる素子であれば、どのような素子でも適用することができる。
さらに、この実施例においても、第３実施例のような変形が可能であることは勿論である。
その他の構成，作用及び効果は、上記第１ないし第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例やその変形例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記各実施例では、アンテナ実装領域を非グランド領域１０１として、誘電体基体２をこの非グランド領域１０１に実装した。しかし、アンテナ実装領域は、非グランド領域のみを指すものでなく、グランド領域１０２を含む全ての実装領域である。したがって、非グランド領域１０１の裏面側やグランド領域１０２に、各システムのアンテナ部を配設した発明も、この発明の範囲に含まれる。
また、上記各実施例では、アンテナ部３〜５の放射電極３１，４１，５１や分岐放射電極３２ａの大半部を誘電体基体２上に形成した例を示したが、アンテナ部３〜５の放射電極３１，４１，５１や分岐放射電極３２ａの一部が誘電体基体２上に形成され、大半が非グランド領域１０１等にパターン形成されたアンテナ装置の発明も、この発明の範囲内に含まれる。
また、上記各実施例では、放射電極３１等を１つの誘電体基体２上に形成した例を示したが、複数の誘電体基体にそれぞれのアンテナ部の放射電極を形成した発明を、この発明の範囲から除外する意ではない。
また、上記各実施例では、３つのアンテナ部３〜５を実装した例を示したが、４以上のシステムに対応した４つ以上のアンテナ部を実装したアンテナ装置の発明も、この発明の範囲内に含まれる。
また、上記各実施例では、電流密度制御回路として、電流密度制御コイル６を適用した例を示したが、アンテナ部３の電流密度を制御可能な全ての回路を適用することができる。
また、上記各実施例では、第２のアンテナ部であるアンテナ部４として、磁界放射型アンテナを例示したが、これに限定されるものではなく、アンテナ部４として、モノポール型アンテナ等全てのアンテナを適用することができる。
また、上記第２ないし第４実施例では、１本の分岐放射電極３２ａを追加した例を示したが、分岐放射電極の本数に限定がないことは勿論である。

Claims (9)

1. 給電部と放射電極とで成る複数のアンテナ部を、回路基板のアンテナ実装領域に設け、各アンテナ部の上記放射電極の全部又は一部を、誘電体基体上に形成したアンテナ装置であって、
   上記複数のアンテナ部のうち、基本周波数の最も低い第１のアンテナ部を、アンテナ実装領域の端部に配設し、
   この第１のアンテナ部の高調波の周波数に最も近い基本周波数を有した第２のアンテナ部を、上記第１のアンテナ部から他のアンテナ部に比べて最も遠くに配設し、
   １以上の上記他のアンテナ部を、上記第１及び第２のアンテナ部の間に並設し、
   放射電極上の電流密度を制御可能な電流密度制御回路を、上記第１のアンテナ部の放射電極と給電部との間に設けると共に、当該放射電極の電気長を変えて周波数を調整するためのリアクタンス回路を当該放射電極の途中に介設した、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 各アンテナ部の上記放射電極の全部又は一部を、１つの誘電体基体上に形成すると共に、上記第１のアンテナ部と第２のアンテナ部と１以上の他のアンテナ部とのいずれかの放射電極の間の誘電体基体の部位に、放射電極間の容量を低減させるための１以上の切り欠き部を設けた、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 凹部を上記誘電体基体の表面に設け、上記リアクタンス回路を形成した基板を当該凹部内に嵌め込んだ、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 上記電流密度制御回路は、上記給電部と放射電極との間に直列に接続された電流密度制御コイルである、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 上記リアクタンス回路は、１以上のコンデンサと１以上のインダクタとを含む直列共振回路又は並列共振回路である、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 上記リアクタンス回路の１以上のコンデンサのいずれか又は全部を容量可変素子で置き換え、この容量可変素子のその容量値を制御電圧で変化させ、リアクタンス回路のリアクタンス値を変化させることで、放射電極の電気長を変化させるようにした、
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. １以上の分岐放射電極を、上記リアクタンス回路を介して上記第１のアンテナ部の放射電極から分岐させ、これら１以上の分岐放射電極の全部又は一部を誘電体基体上に配設した、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 上記第１のアンテナ部の放射電極の部位であって且つ上記リアクタンス回路からアンテナ先端部側の放射電極の部位又は上記１以上の分岐放射電極のいずれかを、上記誘電体基体の露出面に配し、当該放射電極の部位又は分岐放射電極を上記凹部の底から当該露出面に至る導電路を介して上記リアクタンス回路に電気的に接続した、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかのアンテナ装置を備えた、
   ことを特徴とする無線通信機。
   

Images