JPWO2013145623A1 - アンテナ装置およびそれを搭載した携帯無線機器 - Google Patents

Abstract

本発明のアンテナ装置は、基板と、基板の一方の面に配置された導体と、基板上に配置された２つのアンテナと、２つのアンテナの間に開放端を有するように導体に形成された切り欠き部と、基板の他方の面上の切り欠き部と対向する部位を跨ぐように形成されたスタブと、導体とスタブを導通するビアと、を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、複数のアンテナ間の電磁的な結合を低減する構造を有するアンテナ装置およびそれを搭載した携帯無線機器に関する。特に小型の携帯無線機器向けに好適な低結合構造を有するアンテナ装置に関する。

近年、携帯電話、スマートフォンなどの携帯無線機器向けに、小型のアンテナが開発されている。また、様々な無線通信方式の進展に伴い、複数のアンテナを一つの携帯型無線機器に搭載することが求められている。

そのため、複数のアンテナを一つの携帯型無線機器に搭載するために、アンテナ間の結合度を低減させる技術が開発されている。

特許文献１では、図１０のように、グランドパターンに切り欠き部を設けることによって、アンテナ間の結合度を低減できる小型の一体型平板多素子アンテナが開示されている。

特許文献１の一体型平板多素子アンテナは、切り欠き部２ｂを有するグランドパターン２と、切り欠き部２ｂに対して左右対称に配置された第１の放射素子３および第２の放射素子４を有する。第１および第２の放射素子３、４は、放射電界が最も高い位置３ａ、３ｂの距離が最大となるように配置されている。

特許文献１の一体型平板多素子アンテナ１では、切り欠き部２ｂの開放端をアンテナ動作周波数帯において高インピーダンス状態となるように切り欠き部の長さを調整することにより、グランドパターン２に流れるアンテナ電流を遮断し、アンテナ間の電磁的な結合を低減させる。アンテナ間の切り欠き部の長さは、おおよそ使用周波数の１／４波長程度が必要となる。例えば、８００ＭＨｚの場合、切り欠き部の長さは約９０ｍｍとなる。

また、特許文献１の切り欠き部２ｂの開放端にキャパシタを配置することによって、切り欠き部を小型化することも可能である。

さらに、特許文献２では、図１１のように、切り欠き部の代わりにスタブを設けることによって、アンテナ間の結合度を低減できるアンテナ装置５が開示されている。

特許文献２のアンテナ装置５は、誘電体からなる基板６と、基板６の一方の面に形成された銅層７と、２つのアンテナ素子として第１のアンテナ素子８ａおよび第２のアンテナ素子８ｂと、２つのスタブとして第１のスタブ９ａおよび第２のスタブ９ｂを有する。２つのスタブは、ミアンダ形状をしている導電性の配線パターンであって、高周波回路における分布定数線路となる。

特許文献２のアンテナ装置５では、スタブの幅を細くすることによって、スタブの面積を増やすことなしにスタブ長を長くすることができる。そのため、スタブの面積を増やさずに、容量を増大することができる。

特開２００７−１３６４３号公報 特開２０１１−１７６５６０号公報

特許文献１の一体型平板多素子アンテナにおいては、アンテナ間の結合度を低減するために、切り欠き部を長くする必要がある。そのため、実装スペースに制約の大きい携帯無線機器に適用するには、使用する周波数帯によっては、切り欠き部が大きすぎるという課題がある。

また、容量を付加する目的で切り欠き部にキャパシタを配置する場合、チップコンデンサのような小型のキャパシタを用いると、自身の容量値のばらつきにより、アンテナ間の結合度がばらつくという課題がある。特許文献２のアンテナ装置では、スタブを銅層と同一面上に形成する必要があるため、アンテナ装置を実装する面積が限られている場合、スタブを配置する面積が小さくなる。また、スタブの幅を細くし、スタブを長くすることによって、容量を大きくすることはできるが、スタブの幅を細くすると、パターンエッジ形状の影響によるアイソレーション特性の変動が大きくなるという課題がある。

本発明は、小型の携帯無線機器に搭載する複数のアンテナ間の電磁的結合を低減する低結合構造を有し、小型であり、一定のアンテナ結合度を有するアンテナ装置を提供することを目的とするものである。

本発明のアンテナ装置は、基板と、基板の一方の面に配置された導体と、基板上に配置された複数のアンテナと、複数のアンテナの間に開放端を有するように導体に形成された切り欠き部と、基板の他方の面上の切り欠き部と対向する部位を跨ぐように形成されたスタブと、導体とスタブを導通するビアと、を備える。

本発明のアンテナ装置は、切り欠き部を小さくしても、スタブを配置する面積を大きくでき、大きな容量を付加することができる。そのため、アンテナ装置を小型化することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図１Ａに示した本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置をＡ−Ａ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナインピーダンス特性のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図３Ａに示した本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置をＢ−Ｂ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図４Ａに示した本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置をＣ−Ｃ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図５Ａに示した本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置をＤ−Ｄ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図６Ａに示した本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置をＥ−Ｅ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図７Ａに示した本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置をＦ−Ｆ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置において導体が配置された面を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置においてスタブが配置された面を示す図である。 図８Ａに示した本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置をＧ−Ｇ’で切断した際の断面を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る携帯無線機器を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る携帯無線機器を図９Ａで示した面に対して反対側の面からみた図である。 特許文献１のアンテナの構成を示す図である。 特許文献２のアンテナ装置の構成を示す図である。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

〔第１の実施形態〕図１Ａ〜Ｃは、本発明の第１の実施形態のアンテナ装置１０を示す図である。なお、図１Ａは後述する導体１３が配置された面であり、図１Ｂは後述するスタブ１８が配置された面である。また、図１Ｃは、図１ＡのＡ−Ａ’における断面図である。

〔構造の説明〕図１Ａ〜Ｃに示した本発明の第１の実施形態のアンテナ装置１０は、基板１４と、基板１４のいずれか一方の面に配置された導体１３を備えている。基板１４には、誘電体基板を用いることが好ましい。導体１３は、導電性のよい材料から構成され、例えば銅などの金属材料が適している。導体１３は、基板１４の一方の面の全面を被覆していてもよいし、一部を被覆していなくても良い。ただし、導体１３はグランドパターンとなるため、基板１４の一方の面のほぼ全面を被覆していることが好ましい。なお、後述の切り欠き部１５が形成された基板１４面上は、導体１３に被覆されていない。

基板１４には、２つのアンテナ１１ａ、１１ｂが配置されている。

アンテナ形状は、例えば、逆Ｌアンテナ形状や逆Ｆ型アンテナ形状を用いることができる。なお、アンテナ形状は、アンテナ装置を実装する携帯無線機器の形状や大きさに応じて変更可能であり、逆Ｌアンテナや逆Ｆアンテナに限定するわけではない。また、アンテナ１１ａとアンテナ１１ｂは、全く同一の形状でなくてもよい。

アンテナ１１ａ、１１ｂと基板１４の接続部には、給電点を有する給電部１２ａ、１２ｂが設けられている。なお、給電部１２ａおよび給電部１２ｂの形状などについては、特に限定しない。

導体１３には、導体１３の端に開放端を有する切り欠き部１５が設けられている。切り欠き部１５は、アンテナ装置１０が動作する周波数のなかで最も低い周波数に相当する波長λの１／４以下の長さとする。切り欠き部１５の開放端は、基板１４の端に位置することが好ましい。

切り欠き部１５の反対側の基板１４の面には、スタブ１８が配置されている。第１の実施形態のスタブ１８は、先端開放型スタブである。

スタブ１８は、切り欠き部１５を跨ぐように配置されている。スタブ１８は、切り欠き部１５の開放端近傍に配置される。スタブ１８は、Ｌ＜λ／４となるような長さＬを有する。

本発明の実施形態に係るスタブ１８は、導体１３が設けられた面とは反対側の基板１４上に設けられている。また、スタブ１８は、基板１４の主面を垂直上方から見た際に、スタブ１８の全体が裏面の導体１３が形成する面内に収まるように配置される。

スタブ１８は、基板１４の孔を貫通して形成された導電性のビア１６によって、導体１３と電気的に接続されている。

本発明の実施形態に係るビア１６は、スタブ１８が有する端部のうち、切り欠き部１５の開放端に近い端部近傍に形成する。

このように、本発明の実施形態のアンテナ装置では、スタブを導体とは異なる面上に配置させるため、アンテナ装置の実装面積を小さくすることができる。

〔作用の説明〕本実施形態のように、切り欠き部１５の小型化を図るために、切り欠き部１５の長さをλ／４より短くすると、切り欠き部１５の開放端において、高インピーダンスを示す周波数はアンテナ装置１０の動作周波数よりも高域側にシフトしてしまう。一方、アンテナ装置１０の動作周波数においては、切り欠き部１５の開放端では誘導性を示すようになり、インピーダンスが低下することでアンテナ電流が流れてしまう。そのため、所望のアンテナ間のアイソレーションが得られなくなる。

開放端における高インピーダンスを実現する手段としては、開放端に並列にキャパシタンスを追加し、使用する周波数帯で並列共振を起こさせるように容量値を調整する方法がある。本発明の実施形態に係るアンテナ装置では、切り欠き部１５の開放端にスタブ１８を設け、その長さを変えることによって、容量値を調整する。スタブ１８を配置する位置については、アンテナ装置１０の動作周波数における切り欠き部１５の電界分布が大きくなる位置が好ましい。アンテナ動作周波数における切り欠き部１５の電界分布は、切り欠き部１５の開放端で電界が腹となり、短絡端側の電界が節となるような定在波分布を有する。そのため、この場合のスタブ１８の最適な配置位置は、切り欠き部１５の開放端となる。

図１Ａ〜Ｃの本実施形態のアンテナ装置１０において、切り欠き部１５の開放端に配置したスタブ１８の長さＬを、Ｌ＜λ／４（動作周波数に相当する波長をλとする）となるようにすると、切り欠き部１５の開放端にキャパシタンスを装荷したことと等価となる。その結果、切り欠き部１５の長さをλ／４より短くすることにより高域側にシフトしていたアンテナ装置１０のアイソレーション周波数を低域側に戻すことが可能となり、アンテナ装置１０の動作周波数にアイソレーション周波数を合わせることが可能となる。すなわち、λ／４以下の長さの切り欠き部であっても、アンテナ装置１０の動作周波数において、その開放端を高インピーダンスとし、所望のアンテナ間のアイソレーションを得ることが可能となる。

このとき、スタブ１８で作り出されるキャパシタンスの値は、スタブ１８の長さＬによって決定される。また、スタブ１８で作り出されるキャパシタンスの値は、誘電体基板の厚さ、誘電体の比誘電率による影響は少ない。

また、スタブ１８を形成する導体パターンは、通常のプリント基板製造プロセスで実現可能である。そのため、スタブ１８の長さのばらつきを非常に小さく抑えることができる。すなわち、スタブ１８で作り出されるキャパシタンスのばらつきを抑え、アンテナ装置１０のアイソレーション周波数を高精度に実現できる。

〔動作の説明〕図２には、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置１０のアンテナインピーダンス特性のシミュレーション結果を示した。

以下において、図２を参照して、シミュレーション結果を説明する。なお、図２は、Ｓパラメータのうち、パラメータＳ１１とパラメータＳ２１に関するシミュレーション結果である。なお、Ｓパラメータは、ネットワークアナライザーで測定することもできる。パラメータＳ１１は、反射係数または整合に関するパラメータである。また、パラメータＳ２１は、結合またはアイソレーションに関するパラメータである。

本実施形態に係るアンテナ装置としては、切り欠き部の長さを４ｍｍとし、切り欠き部の開放端に先端開放型スタブを装荷した場合の２つのアンテナ間のインピーダンス特性の計算結果を示す。

比較としては、切り欠き部の長さを９ｍｍとし、スタブを装荷しない一般的な低結合構造のアンテナ装置におけるインピーダンス特性の計算結果を合わせて示す。

両者を比較した結果、アンテナ動作周波数（約２．４ＧＨｚ）において、アンテナ間の結合度合を示すＳ２１の値は、ほぼ同程度となることがわかる。また、Ｓ１１もほぼ同程度となる。

すなわち、本実施形態のアンテナ装置では、スタブを設けていないアンテナ装置と比べて切り欠き部を短くしても同程度の結合度が得られる。このように、一般的な低結合構造のアンテナ装置と比較して、本発明の実施形態のアンテナ装置は、切り欠き部の長さを短くできるため、小型化が図れている。

〔効果の説明〕以上のように、本発明の第１の実施形態のアンテナ装置を用いれば、２つのアンテナ間の電磁的結合を低減する小型の低結合構造を得ることができる。また、アンテナが複数ある場合、それぞれのアンテナ間に切り欠き部およびスタブを本実施形態と同様に形成することによって、同様の効果を得ることができる。

すなわち、本発明の実施形態に係るアンテナ装置においては、スタブを裏面に設けることによって、スタブを配置するための面積を大きくすることができる。そのため、付加する容量を大きくできるため、スタブのパターン幅や位置精度に対してそれほど高い要求がなくなり、通常のパターンプロセスで容易にスタブを製造可能となる。

また、本実施形態のアンテナ装置では、スタブによって付加する容量値を大きくできるため、スタブを有さないアンテナ装置と比較して、切り欠き部の長さを短くすることができる。さらに、スタブと切り欠き部を併設することによって、切り欠き部の幅を狭くできる。そのため、アンテナ間の距離を近づけることが可能となる。

すなわち、本実施形態のアンテナ装置は、一般的な低結合構造のアンテナ装置と比較して、小型化が可能となる。

〔第２の実施形態〕図３Ａ〜Ｃは、本発明の第２の実施形態のアンテナ装置２０を示す図である。なお、図３Ａは後述する導体２３が配置された面であり、図３Ｂは後述するスタブ２８が配置された面である。また、図３Ｃは、図３ＡのＢ−Ｂ’における断面図である。

〔構造の説明〕図３Ａ〜Ｃに示した第２の実施形態に係るアンテナ装置２０は、切り欠き部の開放端に配置したスタブの構造が、先端短絡型であり、スタブの長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２（動作周波数に相当する波長をλとする）とした点が、第１の実施形態と異なる構成である。

本発明の第２の実施形態のアンテナ装置２０は、基板２４と、基板２４のいずれか一方の面に配置された導体２３を備えている。なお、基板２４と導体２３は、第１の実施形態と同様の構成とする。

基板２４には、２つのアンテナ２１ａ、２１ｂが配置されている。アンテナ２１ａ、２１ｂと基板２４の接続部には、給電点を有する給電部２２ａ、２２ｂが設けられている。なお、給電部２２ａおよび給電部２２ｂの形状などについては、特に限定しない。また、アンテナ形状等は、第１の実施形態と同様の構成とする。

導体２３には、導体２３の端に開放端を有する切り欠き部２５が設けられている。切り欠き部２５は、第１の実施形態と同様の構成とする。

切り欠き部２５の反対側の基板２４の面には、スタブ２８が配置されている。第２の実施形態のスタブ２８は、先端短絡型スタブである。

スタブ２８は、切り欠き部２５を跨ぐように配置されている。スタブ２８は、切り欠き部２５の開放端近傍に配置される。スタブ２８は、λ／４＜Ｌ＜λ／２となるような長さＬを有する。なお、スタブの配置に関しては、第１の実施形態と同様とする。

スタブ２８は、基板２４の孔を貫通して形成された２つの導電性のビア２６ａ、２６ｂによって、導体２３と電気的に接続されている。

〔作用・効果の説明〕本実施形態のように、切り欠き部２５の小型化を図るために、切り欠き部２５の長さをλ／４より短くすると、切り欠き部２５の開放端において、高インピーダンスを示す周波数はアンテナ装置２０の動作周波数よりも高域側にシフトしてしまう。一方、アンテナ装置２０の動作周波数においては、切り欠き部２５の開放端では誘導性を示すようになり、インピーダンスが低下することでアンテナ電流が流れてしまい、所望のアンテナ間のアイソレーションが得られなくなる。

開放端における高インピーダンスを実現する手段としては、開放端に並列にキャパシタンスを追加し、使用する周波数帯で並列共振を起こさせるように容量値を調整する方法がある。本発明の実施形態に係るアンテナ装置では、切り欠き部２５の開放端にスタブ２８を設け、その長さを変えることによって、容量値を調整する。

図３Ａ〜Ｃに示した本発明の第２の実施形態のアンテナ装置２０において、切り欠き部２５の開放端に配置したスタブ２８の長さＬを、λ／４＜Ｌ＜λ／２（動作周波数に相当する波長をλとする）となるようにすると、切り欠き部２５の開放端にキャパシタンスを装荷したことと等価となる。その結果、アンテナ装置２０のアイソレーション周波数が低域側にシフトする。すなわち、切り欠き部の長さがλ／４以下であっても、アンテナ装置２０の動作周波数において、その開放端を高インピーダンスとし、所望のアンテナ間のアイソレーションを得ることが可能となる。

このとき、スタブ２８で作り出されるキャパシタンスの値は、スタブの長さＬによって決定され、誘電体基板の厚さ、誘電体の比誘電率による影響は少ない。

また、スタブ２８を形成する導体パターンは、通常のプリント基板製造プロセスで実現可能である。そのため、スタブ２８の長さのばらつきを非常に小さく抑えることができる。すなわち、スタブ２８で作り出されるキャパシタンスのばらつきを抑え、アンテナ装置２０のアイソレーション周波数を高精度に実現できる。

以上のように、本発明の第２の実施形態のアンテナ装置を用いれば、第１の実施形態と同様に、複数のアンテナ間の電磁的結合を低減する低結合構造を得ることができる。そのため、本実施形態のアンテナ装置は、一般的な低結合構造のアンテナ装置と比較して、小型化が可能となる。

〔第３の実施形態〕図４Ａ〜Ｃは、本発明の第３の実施形態のアンテナ装置３０を示す図である。なお、図４Ａは後述する導体３３が配置された面であり、図４Ｂは後述するスタブが配置された面である。また、図４Ｃは、図４ＡのＣ−Ｃ’における断面図である。

図４Ａ〜Ｃに示した第３の実施形態に係るアンテナ装置３０は、切り欠き部の開放端に配置した先端開放型の第１のスタブに加えて、さらに先端開放型の第２のスタブを追加して配置した点が、第１の実施形態と異なる構成である。

本発明の第３の実施形態のアンテナ装置３０は、基板３４と、基板３４のいずれか一方の面に配置された導体３３を備えている。なお、基板３４と導体３３は、第１の実施形態と同様の構成とする。

基板３４には、２つのアンテナ３１ａ、３１ｂが配置されている。アンテナ形状等は、第１の実施形態と同様の構成とする。なお、２つのアンテナ３１ａ、３１ｂは、その長さがｍ／４波長相当（ｍは奇数）の周波数で共振を生じ、アンテナとして動作する。

アンテナ３１ａ、３１ｂと基板３４の接続部には、給電点を有する給電部３２ａ、３２ｂが設けられている。なお、給電部３２ａおよび給電部３２ｂの形状などについては、特に限定しない。

導体３３には、導体３３の端に開放端を有する切り欠き部３５が設けられている。切り欠き部３５は、第１の実施形態と同様の構成とする。

切り欠き部３５の反対側の基板３４の面には、第１のスタブ３８ａおよび第２のスタブ３８ｂが配置されている。第３の実施形態の第１および第２のスタブ３８ａ、３８ｂは、第１の実施形態と同様に先端開放型スタブである。

第１および第２のスタブ３８ａ、３８ｂは、切り欠き部３５を跨ぐように配置されている。第１のスタブ３８ａは、切り欠き部３５の開放端近傍に配置される。また、第２のスタブ３８ｂは、アンテナ３１ａ、３１ｂの長さを３／４λ’とした時、切り欠き部３５の開放端から１／２λ’だけ離れた位置に配置される。第１および第２のスタブ３８ａ、３８ｂは、Ｌ＜λ／４となるような長さＬを有する。なお、スタブは第一の実施形態と同様に、切り欠き部を跨ぐ様に配置される。

第１のスタブ３８ａは、基板３４の孔を貫通して形成された導電性の第１のビア３６ａによって、導体３３と電気的に接続されている。同様に、第２のスタブ３８ｂは、第２のビア３６ｂによって、導体３３と電気的に接続されている。なお、ビアは、スタブが有する端部のうち、切り欠き部の開放端に近い端部近傍に形成する。

アンテナ３１ａ、３１ｂがその長さがｍ／４波長（ｍ＝１とｍ＝３）に相当する２つの周波数で動作する場合、それぞれの動作周波数において、アンテナ３１ａ、３１ｂ間の結合を低減するような構造が求められる。

低域側のアンテナ動作周波数における切り欠き部３５の電界分布は、切り欠き部３５の開放端で電界が腹となり、短絡端側の電界が節となるような定在波分布を有する。

一方、高域側のアンテナ動作周波数における電界分布は、切り欠き部３５の開放端および切り欠き部３５の開放端から１／２λ’だけ離れた位置の電界が腹となる。よって、切り欠き部３５の開放端から１／４λ’および３／４λ’だけ離れた位置の電界が節となるような定在波分布を有する。

ここで、第３の実施形態のアンテナ装置３０では、定在波分布が腹となる切り欠き部３５の開放端および切り欠き部３５の開放端から１／２λ’だけ離れた位置に、それぞれ第１および第２のスタブ３８ａ、３８ｂを配置する。

開放端に配置した第１のスタブ３８ａの長さの調節により、低域側、高域側の両方のアンテナ動作周波数が変化する。それに対して、第２のスタブ３８ｂの長さを調節することにより、高域側のアンテナ動作周波数のみが変化する。

したがって、第３の実施形態のアンテナ３１ａ、３１ｂ間の低結合を実現させる周波数の調整方法は、以下の通りとなる。

まず、切り欠き部３５の開放端に配置した第１のスタブ３８ａの長さの制御により、アンテナ装置３０の低域側のアイソレーション周波数を、低域側のアンテナ動作周波数に調整する。次に、切り欠き部３５の開放端から１／４波長だけ離れた位置に配置した第２のスタブ３８ｂの長さを制御することにより、アンテナ装置３０の高域側のアイソレーション周波数を高域側のアンテナ動作周波数に調整する。

第３の実施形態のような構成とすることにより、アンテナ間の切り欠き部の本数は１本のままで、寸法も変えずに、複数の周波数でアンテナ間の結合を低減させることが可能となる。そのため、実質的な低結合構造を有するアンテナ装置の小型化を実現できる。

〔第４の実施形態〕図５Ａ〜Ｃは、本発明の第４の実施形態のアンテナ装置４０を示す図である。なお、図５Ａは後述する導体４３が配置された面であり、図５Ｂは後述するスタブが配置された面である。また、図５Ｃは、図５ＡのＤ−Ｄ’における断面図である。

図５Ａ〜Ｃに示した第４の実施形態に示すアンテナ装置４０は、切り欠き部に配置した２つのスタブの構造が、先端短絡型であり、スタブの長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２（使用周波数に相当する波長をλとする）となるようにした点が、第３の実施形態と異なる構成である。なお、スタブは第一の実施形態と同様に、切り欠き部を跨ぐ様に配置される。

本発明の第４の実施形態のアンテナ装置４０は、基板４４と、基板４４のいずれか一方の面に配置された導体４３を備えている。なお、基板４４と導体４３は、第１の実施形態と同様の構成とする。

基板４４には、２つのアンテナ４１ａ、４１ｂが配置されている。アンテナ形状等は、第３の実施形態と同様の構成とする。２つのアンテナ４１ａ、４１ｂは、その長さがｍ／４波長相当（ｍは奇数）の周波数で共振を生じ、アンテナとして動作する。

アンテナ４１ａ、４１ｂと基板４４の接続部には、給電点を有する給電部４２ａ、４２ｂが設けられている。なお、給電部４２ａおよび給電部４２ｂの形状などについては、特に限定しない。

導体４３には、導体４３の端に開放端を有する切り欠き部４５が設けられている。切り欠き部４５は、第１の実施形態と同様の構成とする。

切り欠き部４５の反対側の基板４４の面には、第１のスタブ４８ａおよび第２のスタブ４８ｂが配置されている。第４の実施形態の第１および第２のスタブ４８ａ、４８ｂは、第２の実施形態と同様に先端短絡型スタブである。

第１および第２のスタブ４８ａ、４８ｂは、切り欠き部４５を跨ぐように配置されている。第１のスタブ４８ａは、切り欠き部４５の開放端近傍に配置される。また、第２のスタブ４８ｂは、切り欠き部４５の開放端からλ／２だけ離れた位置に配置される。第１および第２のスタブ４８ａ、４８ｂは、λ／４＜Ｌ＜λ／２となるような長さＬを有する。

第１のスタブ４８ａは、基板４４の孔を貫通して形成された導電性の第１のビア４６ａによって、導体４３と電気的に接続されている。同様に、第２のスタブ４８ｂは、第２のビア４６ｂによって、導体４３と電気的に接続されている。

アンテナ４１ａ、４１ｂがその長さがｍ／４波長（ｍ＝１とｍ＝３）に相当する２つの周波数で動作する場合、それぞれの動作周波数において、アンテナ４１ａ、４１ｂ間の結合を低減するような構造が求められる。

低域側のアンテナ動作周波数における切り欠き部４５の電界分布は、切り欠き部４５の開放端で電界が腹となり、短絡端側の電界が節となるような定在波分布を有する。

一方、高域側のアンテナ動作周波数における電界分布は、切り欠き部４５の開放端および切り欠き部４５の開放端からλ／２だけ離れた位置の電界が腹となる。よって、切り欠き部４５の開放端から１／４波長および３／４波長だけ離れた位置の電界が節となるような定在波分布を有する。

ここで、第４の実施形態のアンテナ装置４０では、定在波分布が腹となる切り欠き部４５の開放端および切り欠き部４５の開放端からλ／２だけ離れた位置に、それぞれ第１および第２のスタブ４８ａ、４８ｂを配置する。

開放端に配置した第１のスタブ４８ａの長さの調節により、低域側、高域側の両方のアンテナ動作周波数が変化する。それに対して、第２のスタブ４８ｂの長さを調節することにより、高域側のアンテナ動作周波数のみが変化する。

したがって、第４の実施形態のアンテナ４１ａ、４１ｂ間の低結合を実現させる周波数の調整方法は、以下の通りとなる。

まず、切り欠き部４５の開放端に配置した第１のスタブ４８ａの長さの制御により、アンテナ装置４０の低域側のアイソレーション周波数を、低域側のアンテナ動作周波数に調整する。次に、切り欠き部４５の開放端から１／４波長だけ離れた位置に配置した第２のスタブ４８ｂの長さを制御することにより、アンテナ装置４０の高域側のアイソレーション周波数を高域側のアンテナ動作周波数に調整する。

第４の実施形態のような構成とすることにより、第３の実施形態と同様に、切り欠き部の本数は１本のままで、寸法も変えずに複数の周波数でアンテナ間の結合を低減させることが可能となる。そのため、実質的にアンテナ装置の小型化を実現できる。

なお、第３および第４の実施形態では、スタブの数を２つとした形態について説明した。しかしながら、本発明の実施形態に係るアンテナ装置に装荷するスタブは、２つに限るわけではなく、３つ以上で構成してもよい。複数のスタブを配置する場合、スタブは、切り欠き部の開放端からアンテナ装置として動作する周波数それぞれに対してｎ／４波長（ｎは偶数）分だけ離れた位置に配置する。

〔第５の実施形態〕図６Ａ〜Ｃには、本発明の第５の実施形態のアンテナ装置５０を示した。なお、図６Ａは後述する導体５３が配置された面であり、図６Ｂは後述するスタブが配置された面である。また、図６Ｃは、図６ＡのＥ−Ｅ’における断面図である。

図６Ａ〜Ｃに示した第５の実施形態に係るアンテナ装置５０は、２つのビアを切り欠き部の両側にそれぞれ配置して、切り欠き部を跨ぐ様にスタブを配置する点が、第３の実施形態と異なる。

本発明の第５の実施形態のアンテナ装置５０は、基板５４と、基板５４のいずれか一方の面に配置された導体５３を備えている。なお、基板５４と導体５３は、第１の実施形態と同様の構成とする。

基板５４には、２つのアンテナ５１ａ、５１ｂが配置されている。アンテナ形状等は、第３の実施形態と同様の構成とする。なお、２つのアンテナ５１ａ、５１ｂは、その長さがｍ／４波長相当（ｍは奇数）の周波数で共振を生じ、アンテナとして動作する。

アンテナ５１ａ、５１ｂと基板５４の接続部には、給電点を有する給電部５２ａ、５２ｂが設けられている。なお、給電部５２ａおよび給電部５２ｂの形状などについては、特に限定しない。

導体５３には、導体５３の端に開放端を有する切り欠き部５５が設けられている。切り欠き部５５は、第１の実施形態と同様の構成とする。

切り欠き部５５の反対側の基板５４の面には、第１のスタブ５８ａおよび第２のスタブ５８ｂが配置されている。第５の実施形態の第１および第２のスタブ５８ａ、５８ｂは、第３の実施形態と同様に先端開放型スタブである。なお、スタブは第一の実施形態と同様に、切り欠き部を跨ぐ様に配置される。また、第５の実施形態においては、先端短絡型スタブであってもよい。

第１および第２のスタブ５８ａ、５８ｂは、切り欠き部５５を跨ぐように配置されている。第１のスタブ５８ａは、切り欠き部５５の開放端近傍に配置される。また、第２のスタブ５８ｂは、切り欠き部５５の開放端からλ／２だけ離れた位置に配置される。第１および第２のスタブ５８ａ、５８ｂは、Ｌ＜λ／４となるような長さＬを有する。なお、第１および第２のスタブ５８ａ、５８ｂが先端短絡型スタブである場合、長さＬはλ／４＜Ｌ＜λ／２となるようにする。

第１のスタブ５８ａは、基板５４の孔を貫通して形成された導電性の第１のビア５６ａによって、導体５３と電気的に接続されている。同様に、第２のスタブ５８ｂは、第２のビア５６ｂによって、導体５３と電気的に接続されている。なお、ビアは、スタブが有する端部のうち、切り欠き部の開放端に近い端部近傍に形成する。

第５の実施形態においては、第１のビア５６ａと第２のビア５６ｂは、切り欠き部５５に対して反対側に配置される。

第５の実施形態のアンテナ装置５０においても、第３または第４の実施形態のアンテナ装置３０、４０と同様の作用・効果を得ることができる。

すなわち、第５の実施形態のように、複数のビアを切り欠き部に対して異なる側に配置しても、第３の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

また、これまで説明してきた第１〜第５の実施形態のアンテナ装置において、スタブは細長い直線形状を有するとしてきた。しかしながら、本発明のアンテナ装置は、先端開放型スタブの長さＬがＬ＜λ／４の範囲内であればどのような形状であっても良い。また、先端短絡型スタブではスタブの長さＬがλ／４＜Ｌ＜λ／２の範囲内であればどのような形状であっても良い。

以下に、直線状ではないスタブを有する実施形態のアンテナ装置について説明する。

〔第６の実施形態〕図７Ａ〜Ｃは、本発明の第６の実施形態のアンテナ装置６０を示す図である。なお、図７Ａは後述する導体６３が配置された面であり、図７Ｂは後述するスタブ６８が配置された面である。また、図７Ｃは、図７ＡのＦ−Ｆ’における断面図である。

図７Ａ〜Ｃに示した第６の実施形態に係るアンテナ装置６０は、切り欠き部の開放端に配置したスタブの形状が、ミアンダ形状である点が、第１の実施形態と異なる構成である。

本発明の第６の実施形態のアンテナ装置６０は、基板６４と、基板６４のいずれか一方の面に配置された導体６３を備えている。なお、基板６４と導体６３は、第１の実施形態と同様の構成とする。

基板６４には、２つのアンテナ６１ａ、６１ｂが配置されている。アンテナ形状等は、第１の実施形態と同様の構成とする。

アンテナ６１ａ、６１ｂと基板６４の接続部には、給電点を有する給電部６２ａ、６２ｂが設けられている。なお、給電部６２ａおよび給電部６２ｂの形状などについては、特に限定しない。

導体６３には、導体６３の端に開放端を有する切り欠き部６５が設けられている。切り欠き部６５は、第１の実施形態と同様の構成とする。

切り欠き部６５の反対側の基板６４の面には、スタブ６８が配置されている。第６の実施形態のスタブ６８は、先端開放型スタブである。なお、スタブは第一の実施形態と同様に、切り欠き部を跨ぐ様に配置される。

スタブ６８は、切り欠き部６５を跨ぐように配置されている。スタブ６８は、切り欠き部６５の開放端近傍に配置される。スタブ６８は、Ｌ＜λ／４となるような長さＬを有する。

スタブ６８は、基板６４の孔を貫通して形成された導電性のビア６６によって、導体６３と電気的に接続されている。なお、ビア６６は、スタブ６８が有する端部のうち、切り欠き部６５の開放端に近い端部近傍に形成する。

第６の実施形態のアンテナ装置６０においても、第１の実施形態のアンテナ装置１０と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、スタブ６８を先端短絡型とする場合は、スタブの全長をλ／４＜Ｌ＜λ／２の範囲に設定し、スタブ６８の先端近傍にも別のビアを設ければよい。

すなわち、第６の実施形態のように、スタブをミアンダ形状としても、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

〔第７の実施形態〕図８Ａ〜Ｃは、本発明の第７の実施形態のアンテナ装置７０を示す図である。なお、図８Ａは後述する導体７３が配置された面であり、図８Ｂは後述するスタブ７８が配置された面である。また、図８Ｃは、図８ＡのＧ−Ｇ’における断面図である。

図８Ａ〜Ｃに示した第７の実施形態に係るアンテナ装置７０は、切り欠き部の開放端に配置したスタブの形状が、螺旋形状（渦巻き形状）である点が、第１の実施形態と異なる構成である。

本発明の第７の実施形態のアンテナ装置７０は、基板７４と、基板７４のいずれか一方の面に配置された導体７３を備えている。なお、基板７４と導体７３は、第１の実施形態と同様の構成とする。

基板７４には、２つのアンテナ７１ａ、７１ｂが配置されている。アンテナ形状等は、第１の実施形態と同様の構成とする。

アンテナ７１ａ、７１ｂと基板７４の接続部には、給電点を有する給電部７２ａ、７２ｂが設けられている。なお、給電部７２ａおよび給電部７２ｂの形状などについては、特に限定しない。

導体７３には、導体７３の端に開放端を有する切り欠き部７５が設けられている。切り欠き部７５は、第１の実施形態と同様の構成とする。

切り欠き部７５の反対側の基板７４の面には、スタブ７８が配置されている。第７の実施形態のスタブ７８は、先端開放型スタブである。

スタブ７８は、切り欠き部７５を跨ぐように配置されている。スタブ７８は、切り欠き部７５の開放端近傍に配置される。スタブ７８は、Ｌ＜λ／４となるような長さＬを有する。

スタブ７８は、基板７４の孔を貫通して形成された導電性のビア７６によって、導体７３と電気的に接続されている。なお、ビア７６は、スタブ７８が有する端部のうち、切り欠き部７５の開放端に近い端部近傍に形成する。

第７の実施形態のアンテナ装置７０においても、第１の実施形態のアンテナ装置１０と同様の作用・効果を得ることができる。なお、スタブ７８を先端短絡型とする場合は、スタブの全長をλ／４＜Ｌ＜λ／２の範囲に設定し、スタブ７８の先端近傍にも別のビアを設ければよい。

すなわち、第７の実施形態のように、スタブを螺旋形状（渦巻き形状）としても、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

以上の第６および第７の実施形態のように、スタブの形状を直線状とは異なる形状とすることもできる。第６および第７の実施形態のスタブは規則性を持っていたが、例えば、不規則に蛇行した形状とすることも可能である。

〔第８の実施形態〕図９Ａは、本発明の第１〜第８の実施形態に係るアンテナ装置８０を搭載した、第９の実施形態の携帯無線機器を示す図である。図９Ｂには、第９の実施形態の携帯無線装置を、図９Ａに示した面とは反対側の面からみた図を示した。

図９Ａ及びＢに示した第８の実施形態の携帯無線機器８１は、筐体８２と、表示部８３と、入力部８４を有する。また、携帯無線機器８１には、アンテナ装置８０が備えられている。なお、アンテナ装置８０は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置であればよい。また、表示部８３および入力部８４は、使用用途に応じて省略可能である。

本実施形態の携帯無線機器８１は、筐体８２内部にアンテナ装置８０を内蔵している。なお、図９Ｂにおいて、アンテナ装置８０は、筐体８２を透過して見えるように描いているが、実際には筐体８２の内部にあるものとする。ただし、アンテナ装置８０を筐体８２の外面部に設置する構成としてもよい。また、アンテナ装置８０のアンテナのみを、筐体８２の外部に設けてもよい。

本実施形態の携帯無線機器８１は、図示しない送受信回路、制御回路を備えており、アンテナを介して電波の送受信が可能となる。

本実施形態の携帯無線機器８１においては、グランドパターンに対して切り欠き部を小さくすることができ、また、スタブで作り出されるキャパシタンスのばらつきを抑え、アンテナ装置８０のアイソレーション周波数を高精度に実現できるため、信頼性が高くなる。さらに、スタブは導線パターンとして形成することができるため、複数の周波数帯の電波を送受信することに適している。

なお、本実施形態の携帯無線機器は、図９Ａ及びＢのような形態に限定するわけではなく、ノートパソコンに用いる無線ＬＡＮカードや、環境センサデバイスなどの送受信装置などの小型無線装置にも適用することができる。すなわち、本実施形態の携帯無線機器は、小型の無線装置に適用でき、必ずしも常に携帯する機器である必要はない。

以上説明してきたように、本発明の実施形態に係るアンテナ装置は、スタブを用いて容量を付加し、切り欠き部を小さくすることによって、低結合構造と小型化の両立を実現するものである。装荷するスタブの容量値は、スタブ長で制御できる。そのため、基板（誘電体基板）の厚さや比誘電率のばらつきによる低結合構造を有するアンテナ装置のアイソレーション周波数への影響を少なくできる。

また、アンテナ装置の小型化のために、チップコンデンサを用いる必要がない。そのため、部品レス化による低コスト化が図れる。

さらに、本発明のアンテナ装置は、通常のプリント基板の製造プロセスを用いることができる。そのため、スタブ寸法を高精度に実現でき、所望のアイソレーション周波数を非常に少ないばらつき範囲で高精度に実現できる。

また、スタブを複数用いて、適切な位置に配置することで、ひとつの切り欠き部で複共振化を実現、アンテナの実質的な小型化が実現できる。また、各スタブ長を各々制御することで、アンテナ間の低結合を実現したい複数のアイソレーション周波数を独立に調整できるため、アンテナ装置の設計が容易となる。

すなわち、本発明のアンテナ装置は、切り欠き部を小さくしても、スタブを配置する面積を大きくでき、大きな容量を付加することができる。そのため、アンテナ装置を小型化することができる。また、スタブの幅を小さくしなくても複数のアンテナ間の結合度を低減することができるため、アイソレーション特性の変動を小さく抑えることができ、一定のアンテナ結合度を有するアンテナ装置とすることができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
基板と、
前記基板の一方の面に配置された導体と、
前記基板上に配置された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの間に開放端を有するように前記導体に形成された切り欠き部と、
前記基板の他方の面上の前記切り欠き部と対向する部位を跨ぐように形成されたスタブと、
前記導体と前記スタブを導通するビアと、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
（付記２）
前記切り欠き部の長さは、前記アンテナの共振周波数の中で最も低い周波数の１／４波長よりも短いことを特徴とする付記１に記載のアンテナ装置。
（付記３）
前記スタブは、前記開放端に配置されたことを特徴とする付記１または２に記載のアンテナ装置。
（付記４）
前記スタブは、先端開放型であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
（付記５）
前記スタブの長さは、前記アンテナ装置の動作周波数の１／４波長よりも短いことを特徴とする付記４に記載のアンテナ装置。
（付記６）
前記スタブは、先端短絡型であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
（付記７）
前記スタブの長さは、前記アンテナの共振周波数の１／４波長より長く、１／２波長より短いことを特徴とする付記６に記載のアンテナ装置。
（付記８）
前記アンテナの複数の共振周波数に対応して、前記スタブが複数配置されたことを特徴とする付記１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
（付記９）
複数の前記スタブがそれぞれ、前記開放端から、前記アンテナの複数の共振周波数に対して、それぞれの１／４波長の偶数倍離れた位置に配置されたことを特徴とする付記８に記載のアンテナ装置。
（付記１０）
前記スタブの形状が直線状であることを特徴とする付記１乃至９に記載のアンテナ装置。
（付記１１）
前記スタブの形状がミランダ形状であることを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
（付記１２）
前記スタブの形状が螺旋形状であることを特徴とする付記１乃至９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
（付記１３）
３つ以上のアンテナを有することを特徴とする付記１乃至１２のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
（付記１４）
付記１乃至１３のいずれか一項に記載のアンテナ装置を搭載した無線装置。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明してきたが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、当業者であれば、上述の実施形態および実施例の説明を読めば、これらの実施形態および実施例に含まれる内容と等価な構成要素や技術による数多くの変更および置換が容易であるが、このような変更および置換は、本願発明のスコープに属する。

この出願は、２０１２年３月２８日に出願された日本出願特願２０１２−７３６６４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 一体型平板多素子アンテナ
２ グランドパターン
２ｂ 切り欠き部
３ 第１の放射素子
４ 第２の放射素子
５ アンテナ装置
６ 基板
７ 銅層
８ａ 第１のアンテナ素子
８ｂ 第２のアンテナ素子
９ａ 第１のスタブ
９ｂ 第２のスタブ
１０ アンテナ装置
１１ａ、１１ｂ アンテナ
１２ａ、１２ｂ 給電部
１３ 導体
１４ 基板
１５ 切り欠き部
１６ ビア
１８ スタブ
３０ アンテナ装置
３１ａ、３１ｂ アンテナ
３３ 導体
３４ 基板
３５ 切り欠き部
３６ａ 第１のビア
３６ｂ 第２のビア
３８ａ 第１のスタブ
３８ｂ 第２のスタブ
８０ アンテナ装置
８１ 携帯無線機器
８２ 筐体
８３ 表示部
８４ 入力部

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の一方の面に配置された導体と、
   前記基板上に配置された複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナの間に開放端を有するように前記導体に形成された切り欠き部と、
   前記基板の他方の面上の前記切り欠き部と対向する部位に形成されたスタブと、
   前記導体と前記スタブを導通するビアと、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記切り欠き部の長さは、前記アンテナの共振周波数の中で最も低い周波数の１／４波長よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記スタブは、前記開放端に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記スタブは、先端開放型であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記スタブの長さは、前記アンテナ装置の動作周波数の１／４波長よりも短いことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記スタブは、先端短絡型であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記スタブの長さは、前記アンテナの共振周波数の１／４波長より長く、１／２波長より短いことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記アンテナの複数の共振周波数に対応して、前記スタブが複数配置されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
9. 複数の前記スタブがそれぞれ、前記開放端から、前記アンテナの複数の共振周波数に対して、それぞれの１／４波長の偶数倍離れた位置に配置されたことを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアンテナ装置を搭載した無線装置。

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