JPWO2020217708A1 - アンテナ結合回路、アンテナ結合素子及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ結合回路（１０）は、第１コイル（Ｌ１）、第２コイル（Ｌ２）及び第３コイル（Ｌ３）を備える。第１コイル（Ｌ１）の第２端（Ｔ１２）と第２コイル（Ｌ２）の第１端（Ｔ２１）とが接続され、第１コイル（Ｌ１）の第１端（Ｔ１１）から第２端（Ｔ１２）までの巻回方向と、第２コイル（Ｌ２）の第１端（Ｔ２１）から第２端（Ｔ２２）までの巻回方向とは同方向であり、第２コイル（Ｌ２）は第１コイル（Ｌ１）及び第３コイル（Ｌ３）と磁界結合し、第１コイル（Ｌ１）の第１端（Ｔ１１）を給電端とし、第２コイル（Ｌ２）の第１端（Ｔ２１）を給電放射素子接続端とし、第２コイル（Ｌ２）の第２端（Ｔ２２）を接地端とし、第３コイル（Ｌ３）の第１端（Ｔ３１）を無給電放射素子接続端とし、第３コイル（Ｌ３）の第２端（Ｔ３２）を接地端とする。

Description

本発明は、アンテナ装置の広帯域化に適するアンテナ結合回路、それを備えるアンテナ結合素子及びアンテナ装置に関する。

例えば携帯電話の通信用アンテナとしては、０．７ＧＨｚ以上２．７ＧＨｚ以下のような広帯域をカバーする必要がある。このような広帯域に対応するためには、アンテナの共振周波数を、使用周波数帯域に応じてスイッチでシフトさせることが従来一般的であった。

しかし、複数の周波数帯域を同時に利用することで伝送レートを高めるキャリアアグリゲーションに用いるためには、広帯域を同時にカバーできるアンテナが求められる。

このような要求に応じて、給電放射素子にトランスと無給電素子とを追加して、アンテナを複共振化することで広帯域を得る技術が特許文献１に示されている。

特許第５５０５５６１号公報

特許文献１に記載のアンテナ装置は、給電放射素子に対してトランスの第１コイルを介して給電回路が接続され、無給電放射素子に対してトランスの第２コイルが接続される。このような構成によって、給電放射素子と無給電放射素子との複共振化によって広帯域化が図られる。

しかし、給電放射素子及び無給電放射素子のインピーダンスの周波数依存性が大きい場合に、複共振回路全体で良好なマッチングを得ることが難しいという課題があった。

本発明の目的は、広帯域に亘ってインピーダンス整合を保ちつつ、給電放射素子と無給電放射素子との複共振による広帯域化を有効にした、アンテナ結合回路、アンテナ結合素子、及びそのアンテナ結合素子を備えるアンテナ装置を提供することにある。

（Ａ）本開示の一例としてのアンテナ結合回路は、
第１端及び第２端を有する第１コイル、第１端及び第２端を有する第２コイル、及び第１端及び第２端を有する第３コイルを備え、
前記第１コイルの第２端と前記第２コイルの第１端とが接続され、
前記第１コイルの第１端から第２端までの巻回方向と、前記第２コイルの第１端から第２端までの巻回方向とは同方向であり、
前記第２コイルは前記第１コイル及び前記第３コイルと磁界結合し、
前記第１コイルの第１端を給電端とし、
前記第２コイルの第１端を給電放射素子接続端とし、
前記第２コイルの第２端を接地端とし、
前記第３コイルの第１端を無給電放射素子接続端とし、
前記第３コイルの第２端を接地端とする。

（Ｂ）本開示の一例としてのアンテナ結合素子は、
複数の絶縁基材の積層体に導体パターンが形成されて、前記アンテナ結合回路が構成されたチップ部品であり、
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルはそれらの巻回軸が一致する、又は平行関係にある、コイル導体パターンで構成され、
前記積層体の外面に、
前記第１コイルの第１端が接続された給電端子と、
前記第２コイルの第１端が接続された給電放射素子接続端子と、
前記第３コイルの第１端が接続された無給電放射素子接続端子と、
前記第２コイルの第２端及び前記第３コイルの第２端が接続されたグランド端子と、
を備える。

（Ｃ）本開示の一例としてのアンテナ装置は、
前記アンテナ結合回路と、前記給電放射素子接続端に接続された給電放射素子と、前記無給電放射素子接続端に接続された無給電放射素子と、を備える。

本発明のアンテナ結合回路によれば、給電放射素子と無給電放射素子との結合によって、アンテナが複共振化し、第１コイルと第２コイルとでオートトランスが構成され、このオートトランスによるインピーダンス変換によって、複共振する共振回路が広帯域に亘ってインピーダンス整合される。

本発明のアンテナ結合素子によれば、給電回路と給電放射素子及び無給電放射素子との間に、この単一のアンテナ結合素子を設けるだけで、広帯域に亘ってインピーダンス整合を保ちつつ、給電放射素子と無給電放射素子との複共振による広帯域化が有効になる。

本発明のアンテナ装置によれば、広帯域に亘ってインピーダンス整合が保たれ、給電放射素子と無給電放射素子との複共振による広帯域化がなされる。

図１（Ａ）は、第１の実施形態に係るアンテナ結合回路１０、それを備えるアンテナ装置２０１及び通信装置３０１の主要部の構成を示す回路図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した通信装置３０１のうち、アンテナ結合回路１０部分を等価回路で表した回路図である。 図２は、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とで構成されるトランスの等価回路図である。 図３（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナ装置２０１の、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１（給電端）から視たアンテナ装置２０１の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図３（Ｂ）は、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１（給電端）から視たアンテナ装置２０１のインピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した図である。 図４（Ａ）は比較例としてのアンテナ装置の回路図であり、図４（Ｂ）は給電回路９から給電放射素子１１を視た反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図４（Ｃ）は、給電回路９から給電放射素子１１を視たインピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した図である。 図５（Ａ）は、第１コイルＬａ、第２コイルＬｂで構成されるトランス、給電放射素子１１及び無給電放射素子１２を備えるアンテナ装置の回路図であり、図５（Ｂ）は、給電回路９から視たアンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図５（Ｃ）は、給電回路９から視た、アンテナ装置のインピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した図である。 図６は第２の実施形態に係るアンテナ結合素子１０１の構造を示す斜視図である。 図７は、図６に示す積層体１の中間層１Ｃの導体パターンを示す斜視図である。 図８は、積層体１を構成する複数の絶縁基材に形成されている導体パターンを示す分解平面図である。 図９は、コイル導体パターンのコイル開口径の違いについて示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るアンテナ結合素子１０１、及びそれを備えるアンテナ装置２０１の構成を示す回路図である。 図１１（Ａ）はアンテナ結合素子１０１と、その第４端子Ｔ４からグランドへの接続経路とを含む部分の回路図である。図１１（Ｂ）は第２コイルＬ２と第３コイルＬ３とによるトランスを等価回路に置き換えた回路図である。 図１２は、第３の実施形態に係るアンテナ結合素子における複数の絶縁基材に形成されている導体パターンを示す分解平面図である。 図１３は、第３の実施形態に係るアンテナ結合素子１０２、及びそれを備えるアンテナ装置２０２の構成を示す回路図である。 図１４は、図５（Ｃ）に示したインピーダンス軌跡について、スミスチャート上での領域を示す図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

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。すなわち送受の関係が逆であっても、同様の作用効果を奏する。

《第１の実施形態》
図１（Ａ）は、第１の実施形態に係るアンテナ結合回路１０、それを備えるアンテナ装置２０１及び通信装置３０１の主要部の構成を示す回路図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した通信装置３０１のうち、アンテナ結合回路１０部分を等価回路で表した回路図である。

通信装置３０１は給電回路９及びアンテナ装置２０１を備える。アンテナ装置２０１は、アンテナ結合回路１０、給電放射素子１１及び無給電放射素子１２を備える。

給電放射素子１１及び無給電放射素子１２はいずれも例えばモノポールアンテナである。給電放射素子１１、無給電放射素子１２それぞれの基本共振（基本波）で７００ＭＨｚから９６０ＭＨｚまでのローバンドの周波数帯をカバーする。１７１０ＭＨｚから２．７ＧＨｚのミドルバンド及びハイバンドの周波数帯は、給電放射素子１１、無給電放射素子１２それぞれの高次共振（高調波）でカバーする。

例えば、給電放射素子１１側の基本共振周波数でローバンドの高周波数側をカバーし、無給電放射素子１２側の基本共振周波数でローバンドの低周波数側をカバーする。例えば、給電放射素子１１の基本共振周波数は、ローバンド（例えば７００ＭＨｚから９６０ＭＨｚ）のうち、例えば９００ＭＨｚである。また、無給電放射素子１２の基本共振周波数は例えば８００ＭＨｚである。

上記関係は逆でも可能であり、給電放射素子１１の基本共振周波数でローバンドの低周波数側をカバーし、無給電放射素子１２の基本周波数でローバンドの高周波数側をカバーしてもよい。

給電回路９は通信回路の高周波回路部であり、例えば０．７ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚの通信周波数帯を扱う。

アンテナ結合回路１０は、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３を備える。第１コイルＬ１の第２端Ｔ１２と第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１とは接続され、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１から第２端Ｔ１２までの巻回方向と、第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１から第２端Ｔ２２までの巻回方向とは同方向である。図１（Ａ）中、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に付したドットマークは第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との巻回方向を示している。

第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とは互いに磁界結合する。図１（Ａ）中のｋ１は、この第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との結合と、その係数を表している。

第２コイルＬ２は第３コイルＬ３と磁界結合する。図１（Ａ）中、第３コイルＬ３に付したドットマークは第２コイルＬ２に対する第３コイルＬ３の巻回方向を示している。また、図１（Ａ）中のｋ２は、第２コイルＬ２と第３コイルＬ３との結合と、その係数を表している。また、図１（Ａ）中のｋ３は、第１コイルＬ１と第３コイルＬ３との結合と、その係数を表している。

第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１は給電端であり、この給電端に給電回路９が接続されている。第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１は給電放射素子接続端であり、この給電放射素子接続端に給電放射素子１１が接続されている。第２コイルＬ２の第２端Ｔ２２は接地端であり、この接地端は回路のグランドに接続されている。第３コイルＬ３の第１端Ｔ３１は無給電放射素子接続端であり、この無給電放射素子接続端に無給電放射素子１２が接続されている。第３コイルＬ３の第２端Ｔ３２は接地端であり、この接地端は回路のグランドに接続されている。

上記構成により、図１（Ｂ）に示すように、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との結合によって生じる相互インダクタンスＭが、第１コイルＬ１の自己インダクタンス及び第２コイルＬ２の自己インダクタンスにそれぞれ直列的に付加されることになり、その分、第１コイルＬ１の自己インダクタンスを小さくできる。また、上記相互インダクタンスの付加により、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とによるトランスのインピーダンス変換比を大きくできる。なお、図１（Ｂ）では、第３コイルＬ３と第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２との結合による相互インダクタンスについては分離して図示していない。

上記インピーダンス変換比は、第１コイルＬ１の自己インダクタンスをL1、第２コイルＬ２の自己インダクタンスをL2、相互インダクタンスをM、でそれぞれ表すと、
（L1+M+L2+M）：（-M+L2+M）
＝（L1+L2+2M）：L2
の関係であり、大きなインピーダンス変換比が得られる。

そのため、コイル導体パターンの線長を短くでき、そのことによって、コイル導体パターンによる抵抗成分による挿入損失を低減しつつインピーダンス整合を図ることができる。

図２は、上記第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とで構成されるトランスを、理想トランスを含む等価回路で表したものである。このように、トランスは、理想トランスＴ、並列寄生成分ＬＥ及び直列寄生成分ＬＬで表すことができる。理想トランスＴのインピーダンス変換比はｎ：１である。直列寄生成分ＬＬのインダクタンスは、
LL＝｛（1-k1²）L1・L2｝／（L1+L2+2M）
である。また、並列寄生成分ＬＥのインダクタンスは、
LE＝L1+L2+2M
である。

第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との結合係数ｋ１は、後に示すように大きくできるので、直列寄生成分の影響を低減できる。一方、並列寄生成分ＬＥは、高い周波数帯域に比べて低い周波数帯域でシャント接続のインダクタとして効果的に作用する。このことにより、低い周波数帯域では並列寄生成分ＬＥで高いインピーダンスに変換され、理想トランスＴでさらに高いインピーダンスに変換される。一方、高い周波数帯域では主に理想トランスＴだけで所定の高いインピーダンスに変換される。

給電放射素子１１は、例えばローバンドの周波数帯でインピーダンスの実部は１０Ω程度であり、ハイバンドの周波数帯でインピーダンスの実部は１９Ω程度である。この場合、理想トランスＴのインピーダンス変換比を１９：５０とすることで、ハイバンドでは、給電放射素子１１は５０Ωの給電回路とインピーダンス整合する。また、ローバンドでは、並列寄生成分ＬＥで１０Ωから１９Ωに整合し、さらに理想トランスＴで５０Ωに変換される。

なお、図１（Ａ）において、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１（給電端）は、給電回路９に直接的に接続されずに、他の回路や素子を介して間接的に接続されてもよい。また、第１コイルＬ１の第２端Ｔ２２（接地端）は直接的に回路のグランドに接続されずに、他の回路や素子を介して間接的に回路のグランドに接続されてもよい。同様に、第３コイルＬ３の第２端Ｔ３２（接地端）は直接的に回路のグランドに接続されずに、他の回路や素子を介して間接的に回路のグランドに接続されてもよい。

図３（Ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置２０１の、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１（給電端）から視たアンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図３（Ｂ）は、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１（給電端）から視たアンテナ装置のインピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した図である。

図３（Ａ）に表れているように、本実施形態のアンテナ装置２０１において、ローバンドの高周波数側の基本共振の周波数ｆ１は９００ＭＨｚであり、ローバンドの低周波数側の基本共振の周波数ｆ２は８００ＭＨｚである。周波数ｆ１の共振は、主として給電放射素子１１及び第２コイルＬ２によって生じ、周波数ｆ２の共振は、主として無給電放射素子１２及び第３コイルＬ３によって生じる。なお、既に述べたとおり、周波数ｆ１の共振が、主として無給電放射素子１２及び第３コイルＬ３によって生じ、周波数ｆ２の共振が、主として給電放射素子１１及び第２コイルＬ２によって生じるように構成してもよい。

図３（Ｂ）は７００ＭHzから９６０ＭHzまでの範囲で周波数をスイープしたときのインピーダンス軌跡である。

本実施形態によれば、反射係数Ｓ１１が上記周波数ｆ１，ｆ２で同程度に小さくなって、広帯域に亘ってインピーダンス整合が保たれ、給電放射素子と無給電放射素子との複共振による広帯域化がなされる。

次に、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）を参照して、上記アンテナ結合回路１０の作用について示す。

図４（Ａ）は比較例としてのアンテナ装置の回路図であり、図４（Ｂ）は給電回路９から給電放射素子１１を視た反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図４（Ｃ）は、給電回路９から給電放射素子１１を視たインピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した図である。給電放射素子１１は、そのインピーダンスの虚部（ｊＸ）が０となる周波数ｆ１で共振するが、この例では、給電放射素子１１のサイズが小さく、インピーダンス整合が不十分である。

図５（Ａ）は、第１コイルＬａ、第２コイルＬｂで構成されるトランス、給電放射素子１１及び無給電放射素子１２を備えるアンテナ装置の回路図であり、図５（Ｂ）は、給電回路９から視たアンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示す図である。図５（Ｃ）は、給電回路９から視た、アンテナ装置のインピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した図である。このようにトランスと無給電放射素子１２を設けることにより、無給電放射素子１２及び第２コイルＬｂによる共振回路は周波数ｆ２で共振する。しかし、周波数ｆ１近傍でのインピーダンス整合が不十分である。

従来技術によれば、上記インピーダンス整合を改善するために、シャント接続のリアクタンス素子を設けることとなる。ここで、図１４は、図５（Ｃ）に示したインピーダンス軌跡について、スミスチャート上での領域を示す図である。領域Ｒｎは上記周波数ｆ２近傍でのインピーダンスである。領域Ｒｏは上記周波数ｆ１近傍でのインピーダンスであり、領域Ｒｐは周波数ｆ１より高い周波数帯でのインピーダンスである。

領域Ｒｎはスミスチャートの第３象限（インピーダンスの実部が１以下、虚部が負の象限）にあるので、インダクタをシャントに接続すれば、インピーダンス軌跡を矢印Ａ１に沿って移動させることでインピーダンス整合が図れる。しかし、領域Ｒｏはスミスチャートの左端（インピーダンスの実部が略０、虚部が略０の領域）にあるので、リアクタンス素子をシャント接続しても、インピーダンス整合が図れない。また、領域Ｒｐはスミスチャートの第２象限（インピーダンスの実部が１以下、虚部が正の象限）にあるので、キャパシタをシャントに接続すれば、インピーダンス軌跡を矢印Ａ２に沿って移動させることができるが、給電放射素子１１及び第２コイルＬ２による回路の高調波共振の周波数（例えば基本共振周波数が１／４波長共振であるときの３／４波長共振等）が大きく移動してしまい、高周波数数域ではやはりインピーダンスが不整合となる。

一方、本実施形態によれば、既に図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示したように、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２で構成されるオートトランスによってインピーダンス変換が行われるので、給電放射素子１１及び第２コイルＬ２による回路のインピーダンスに整合する。つまり、図５（Ｂ）に示したインピーダンス軌跡が縮小化され、かつ右方向（インピーダンスの実部が高まる方向）にシフトして、周波数ｆ１，ｆ２で共にインピーダンス整合する。その結果、広帯域に亘ってインピーダンス整合が保たれ、給電放射素子と無給電放射素子との複共振による広帯域化がなされる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態ではアンテナ結合素子について例示する。図６は第２の実施形態に係るアンテナ結合素子１０１の構造を示す斜視図である。このアンテナ結合素子１０１には、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したアンテナ結合回路１０が構成されている。アンテナ結合素子１０１は、絶縁基材の積層体１の内外に導体パターンが形成されることで構成される。

積層体１の外面には、給電放射素子接続端子としての第１端子Ｔ１、給電端子としての第２端子Ｔ２、無給電放射素子接続端子としての第３端子Ｔ３、グランド端子としての第４端子Ｔ４がそれぞれ形成されている。

上記積層体１を構成する多数の絶縁基材のうち、中間層１Ｃに、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３の導体パターンが形成されている。

図７は上記中間層１Ｃの導体パターンを示す斜視図である。この図７においては、厚み方向に拡大して表している。図８は、積層体１を構成する複数の絶縁基材に形成されている導体パターンを示す分解平面図である。

図８において、絶縁基材Ｓｂは最下層の絶縁基材、絶縁基材Ｓｔは最上層の絶縁基材であり、絶縁基材Ｓ１〜Ｓ１０は上記中間層１Ｃの絶縁基材である。絶縁基材Ｓｂと絶縁基材Ｓ１との間、及び絶縁基材Ｓｔと絶縁基材Ｓ１０との間には、導体パターンが形成されていない複数の絶縁基材が設けられている。

図８において、絶縁基材Ｓｂの下面には第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３及び第４端子Ｔ４の導体パターンがそれぞれ形成されている。同様に、絶縁基材Ｓｔの上面には第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３及び第４端子Ｔ４の導体パターンがそれぞれ形成されている。図８において、破線は層間接続導体を概念的に示している。絶縁基材Ｓ１，Ｓ２にはコイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２が形成されている。このコイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２は第１コイルＬ１を構成する。絶縁基材Ｓ２〜Ｓ７にはコイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２６が形成されている。このコイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２６は第２コイルＬ２を構成する。絶縁基材Ｓ８〜Ｓ１０にはコイル導体パターンＬ３１〜Ｌ３３が形成されている。このコイル導体パターンＬ３１〜Ｌ３３は第３コイルＬ３を構成する。

図７、図８に示すように、第１コイルＬ１を構成するコイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２、第２コイルＬ２を構成するコイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２６、及び第３コイルＬ３を構成するコイル導体パターンＬ３１〜Ｌ３３は、巻回軸方向（Ｚ軸に平行な方向）から視て、全周に亘って重なる。つまり、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３のコイル巻回軸は同方向又は共通である。そのため、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３は、それらが互いに磁界結合する。言い換えると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３のコイル開口を通る磁束は共有されて、各コイル間の結合係数は高い。

また、第２コイルＬ２を構成するコイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２６は、第１コイルＬ１を構成するコイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２と、第３コイルＬ３を構成するコイル導体パターンＬ３１〜Ｌ３３との間に配置されている。そのため、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との結合係数を効果的に高めることができる。このことにより、図１に示した結合係数ｋ３よりもｋ１を大きくできる。結合係数ｋ１が１に近づく程、直列寄生成分（図２中のＬＬのインダクタンス）が０に近づくので、そのことによって、整合についての周波数依存性を抑えることができ、広帯域に亘って整合させることができる。

また、第２コイルＬ２の巻回数は約５ターン、第１コイルＬ１の巻回数は約１．５ターン、第３コイルＬ３の巻回数は約２．５ターンである。つまり、第２コイルＬ２の巻回数は第１コイルＬ１や第３コイルＬ３の巻回数より多い。

ここで、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との相互インダクタンスをＭ、電流をｉでそれぞれ表すと、無給電放射素子１２を駆動するために重要なのは、トランスの誘導起電力（＝２πｆＭｉ）である。つまり、第１コイルＬ１を構成するコイル導体パターン及び第２コイルＬ２を構成するコイル導体パターンの巻回数を多くすればよい。ただし、第１コイルＬ１は線路に対して直列に入るので、第１コイルＬ１の自己インダクタンスは給電放射素子１１の共振周波数に大きな影響を与える。本実施形態では、給電放射素子１１に接続される第２コイルＬ２を構成するコイル導体パターンの巻回数が、第１コイルＬ１を構成するコイル導体パターンの巻回数より多いので、給電放射素子１１の共振周波数に与える影響を抑えつつ、誘導起電力を大きくできる。

また、第２コイルＬ２の巻回数が第１コイルＬ１や第３コイルＬ３の巻回数より多いことによって、第１コイルＬ１と第３コイルＬ３との層間距離を大きくでき、そのことで、上記結合係数ｋ３よりもｋ１を容易に大きくできる。

図１０は、第２の実施形態に係るアンテナ結合素子１０１、及びそれを備えるアンテナ装置２０１の構成を示す回路図である。このアンテナ装置２０１の回路構成は、図１に示したアンテナ装置２０１と同じである。

図８において、絶縁基材Ｓ１に形成されている導体パターンＥ１１は第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１に相当する。この導体パターンＥ１１は積層体１に形成されている第２端子Ｔ２に導通する。絶縁基材Ｓ２に形成されている導体パターンＥ１２１は、第１コイルＬ１の第２端Ｔ１２、かつ第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１に相当する。この導体パターンＥ１２１は積層体１に形成されている第１端子Ｔ１に導通する。絶縁基材Ｓ７に形成されている導体パターンＥ２２は第２コイルＬ２の第２端Ｔ２２に相当する。この導体パターンＥ２２は積層体１に形成されている第４端子Ｔ４に導通する。絶縁基材Ｓ８に形成されている導体パターンＥ３２は第３コイルＬ３の第２端Ｔ３２に相当する。この導体パターンＥ３２も積層体１に形成されている第４端子Ｔ４に導通する。絶縁基材Ｓ１０に形成されている導体パターンＥ３１は第３コイルＬ３の第１端Ｔ３１に相当する。この導体パターンＥ３１は積層体１に形成されている第３端子Ｔ３に導通する。

第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１から第２端Ｔ１２までの巻回方向と、第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１から第２端Ｔ２２までの巻回方向とは同方向（図８に示す向きで左回り）である。また、本実施形態では、第３コイルＬ３の第１端Ｔ３１から第２端Ｔ３２までの巻回方向（図８に示す向きで右回り）と、第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１から第２端Ｔ２２までの巻回方向（図８に示す向きで左回り）とは逆方向である。同様に、第３コイルＬ３の第１端Ｔ３１から第２端Ｔ３２までの巻回方向と、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１から第２端Ｔ１２までの巻回方向とは逆方向である。図１０においてドットマークは、各コイルの巻回方向を示している。

図７、図８に示した構成によって、図１０に示した回路のアンテナ結合素子１０１が得られる。

本実施形態では、第２コイルＬ２を構成するコイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２６は、第１コイルＬ１を構成するコイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２と、第３コイルＬ３を構成するコイル導体パターンＬ３１〜Ｌ３３との間に配置されているので、第１コイルＬ１と第３コイルＬ３との間に生じる不要な寄生容量が小さい。そのため、その寄生容量と第１コイルＬ１や第３コイルＬ３とで構成される寄生共振回路の自己共振による悪影響が少ない。

なお、図８に示した例では、絶縁基材Ｓ１〜Ｓ１０にそれぞれ形成されているコイル導体パターンのコイル開口径は積層位置に応じて交互に異なる。図８に示したコイル導体パターンＬ１１，Ｌ２２，Ｌ２４，Ｌ２６，Ｌ３２は、コイル開口の径が大きい大径コイル導体パターンであり、コイル導体パターンＬ１２，Ｌ２３，Ｌ２５，Ｌ３１，Ｌ３３は、コイル開口の径が小さい小径コイル導体パターンである。

図９は、上記コイル導体パターンのコイル開口径の違いについて示す図である。図９において、パターンＬＢは上記大径コイルの集合的形状を示し、パターンＬＳは上記小径コイルの集合的形状を示す。各絶縁基材に対して垂直方向に視て、大径コイルパターンＬＢの内周は小径コイルパターンＬＳの外周と内周との間に重なる。また、小径コイルパターンＬＳの外周は大径コイルパターンＬＢの外周と内周との間に重なる。このようなコイル導体パターンの形状及び配置を、径方向についての「チドリ配置」と表現することができる。上記重なりの幅は積みずれの最大幅であることが好ましく、線幅は積みずれの最大幅の２倍であることが好ましい。例えば、積みずれの最大幅が３５μｍである場合、各コイル導体パターンの線幅を７０μｍとし、大径コイルパターンＬＢと小径コイルパターンＬＳとを線幅方向で３５μｍだけ重ねることが好ましい。

このように、積みずれの最大幅がある前提で、その２倍を大径コイルパターンＬＢ及び小径コイルパターンＬＳの線幅とすれば、大径コイルパターンＬＢと小径コイルパターンＬＳとの積みずれが最大になったとしても、大径コイルパターンＬＢと小径コイルパターンＬＳとが重なる関係が維持される。

このようなコイル導体パターンの形状・サイズによって、絶縁基材の積みずれや絶縁基材に対するコイル導体パターンの形成位置ずれがあっても、大径コイルのコイル開口と小径コイルのコイル開口との重なり面積（小径コイルパターンＬＳの内周に形成されるコイル開口）は一定に保てるので、上記ずれに対する電気的特性のばらつきを抑制できる。

図１１（Ａ）はアンテナ結合素子１０１と、その第４端子Ｔ４からグランドへの接続経路とを含む部分の回路図である。図１１（Ｂ）は第２コイルＬ２と第３コイルＬ３とによるトランスを等価回路に置き換えた回路図である。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）において、インダクタンスＬｐは、アンテナ結合素子１０１の第４端子Ｔ４から回路のグランドまでの接続経路に生じる寄生インダクタンスである。第２コイルＬ２と第３コイルＬ３とは逆極性で結合しているので、図１１（Ｂ）に示すように、負の相互インダクタンス（−Ｍ）が生じる。この負のインダクタンスは寄生インダクタンスＬｐに直列接続されるので、寄生インダクタンスＬｐの存在による影響は抑制される。

既に述べたとおり、第２コイルＬ２を構成するコイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２６は、第１コイルＬ１を構成するコイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２と、第３コイルＬ３を構成するコイル導体パターンＬ３１〜Ｌ３３との間に配置されているため、第２コイルＬ２と第３コイルＬ３との結合係数も効果的に高めることができる。また、第２コイルＬ２の巻回数が第１コイルＬ１や第３コイルＬ３の巻回数より多いことによって、第１コイルＬ１と第３コイルＬ３との層間距離を大きくできる。これらのことにより、図１に示した結合係数ｋ３よりも結合係数ｋ２を大きくできる。結合係数ｋ２が大きい程、上記負のインダクタンス（−Ｍ）の絶対値が大きくなるので、上記寄生インダクタンスＬｐの抑制効果が高まる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に対する第３コイルＬ３の結合の極性が第２の実施形態で示した例とは異なるアンテナ結合素子の例を示す。

図１２は、第３の実施形態に係るアンテナ結合素子における複数の絶縁基材に形成されている導体パターンを示す分解平面図である。積層体の基本構成は第２の実施形態で示したとおりである。

図８に示した例とは、絶縁基材Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０に形成されているコイル導体パターンＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３の形状が異なる。本実施形態のアンテナ結合素子のコイル導体パターンＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３は、図８に示したコイル導体パターンＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３とは、左右方向（Ｘ軸に平行な方向）に反転させた関係にある。

図１３は、本実施形態に係るアンテナ結合素子１０２、及びそれを備えるアンテナ装置２０２の構成を示す回路図である。このアンテナ装置２０２が備える第３コイルＬ３の巻回方向は、アンテナ装置２０１が備える第３コイルＬ３の巻回方向とは逆方向であるので、第３コイルＬ３の第１端Ｔ３１から第２端Ｔ３２までの巻回方向（図１２に示す向きで左回り）と、第２コイルＬ２の第１端Ｔ２１から第２端Ｔ２２までの巻回方向（図１２に示す向きで左回り）とは同方向である。同様に、第３コイルＬ３の第１端Ｔ３１から第２端Ｔ３２までの巻回方向と、第１コイルＬ１の第１端Ｔ１１から第２端Ｔ１２までの巻回方向とは同方向である。図１３においてドットマークは、各コイルの巻回方向を示している。

アンテナ装置２０１は磁界結合と電界結合を強め合うようになっているが、このように、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に対する第３コイルＬ３の結合の極性を同じにすることで、無給電放射素子１２に誘起される電流の極性（位相）を変えることができ、無給電放射素子１２の結合の強さを変更できる。例えば、給電放射素子１１と無給電放射素子１２とは、両者の位置関係や延伸する方向等によって、互いの結合関係が様々である。その結合には強弱がある。この結合の関係を考慮して、無給電放射素子１２に誘起される電流の極性（位相）を適宜設定する。例えば、結合が強すぎると、インピーダンスの軌跡が大きくなり、無給電放射素子が受け持つ周波数帯域でのインピーダンスが整合しにくい状態となる。その場合に、上記極性を逆にすることによって、インピーダンスを容易に整合させることができる。

具体的な例として、モノポールアンテナの場合、無給電放射素子を設けることで、給電放射素子と無給電放射素子との結合が生じる。その結合には強弱がある。その結合とスミスチャート上でのインピーダンスの軌跡の大きさ（無給電放射素子による円の大きさ）は関係している。結合が大きい場合、スミスチャート上のインピーダンスの軌跡の無給電放射素子による円がｊＸ＝０を超えてしまう。その場合には、シャント接続のインダクタでは整合させにくい。インピーダンスが、スミスチャートの第１象限（インピーダンスの実部が１以上、虚部が正の象限）又は第２象限（インピーダンスの実部が１以下、虚部が正の象限）にある場合、インダクタをシャント接続しても、インピーダンスは５０Ω（スミスチャートの中心）から離れしまう。このような場合は、結合の大きさを弱めてスミスチャート上の第３象限（インピーダンスの実部が１以下、虚部が負の象限）又は第４象限（インピーダンスの実部が１以上、虚部が負の象限）にインピーダンスを定めたい場合がある。その一つの方法が上記結合の極性を反転させる方法である。極性を逆にすることによって、磁界結合が変更され、電流の向きが変わって電界結合が弱まり、結果として無給電放射素子の結合を弱めることができ、その結果、インピーダンスの軌跡が小さくなり、整合しやすいインピーダンスにすることができる。

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。

Ｅ１１，Ｅ１２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２…導体パターン
Ｌ１…第１コイル
Ｌ２…第２コイル
Ｌ３…第３コイル
Ｌ１１，Ｌ１２…コイル導体パターン
Ｌ２１〜Ｌ２６…コイル導体パターン
Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３…コイル導体パターン
Ｌａ…第１コイル
Ｌｂ…第２コイル
ＬＢ…大径コイルパターン
ＬＳ…小径コイルパターン
ＬＥ…並列寄生成分
ＬＬ…直列寄生成分
Ｌｐ…寄生インダクタンス
Ｍ…相互インダクタンス
Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐ…領域
Ｓ１〜Ｓ１０…絶縁基材
Ｓｂ，Ｓｔ…絶縁基材
Ｔ…理想トランス
Ｔ１…第１端子
Ｔ２…第２端子
Ｔ３…第３端子
Ｔ４…第４端子
Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１…第１端
Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２…第２端
１…積層体
１Ｃ…中間層
９…給電回路
１０…アンテナ結合回路
１１…給電放射素子
１２…無給電放射素子
１０１，１０２…アンテナ結合素子
２０１，２０２…アンテナ装置
３０１…通信装置

Claims (9)

1. 第１端及び第２端を有する第１コイル、第１端及び第２端を有する第２コイル、及び第１端及び第２端を有する第３コイルを備え、
   前記第１コイルの第２端と前記第２コイルの第１端とが接続され、
   前記第１コイルの第１端から第２端までの巻回方向と、前記第２コイルの第１端から第２端までの巻回方向とは同方向であり、
   前記第２コイルは前記第１コイル及び前記第３コイルと磁界結合し、
   前記第１コイルの第１端を給電端とし、
   前記第２コイルの第１端を給電放射素子接続端とし、
   前記第２コイルの第２端を接地端とし、
   前記第３コイルの第１端を無給電放射素子接続端とし、
   前記第３コイルの第２端を接地端とする、
   アンテナ結合回路。
2. 前記第３コイルの第１端から第２端までの巻回方向は、前記第２コイルの第１端から第２端までの巻回方向とは逆方向である、
   請求項１に記載のアンテナ結合回路。
3. 前記第３コイルの第１端から第２端までの巻回方向と、前記第２コイルの第１端から第２端までの巻回方向とは同方向である、
   請求項１に記載のアンテナ結合回路。
4. 前記第２コイルと前記第３コイルとの結合係数は、前記第１コイルと前記第３コイルとの結合係数より大きい、
   請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ結合回路。
5. 複数の絶縁基材の積層体に導体パターンが形成されて、請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ結合回路が構成されたチップ部品であり、
   前記第１コイル、前記第２コイル及び前記第３コイルはそれらの巻回軸が一致する、又は平行関係にある、コイル導体パターンで構成され、
   前記積層体の外面に、
   前記第１コイルの第１端が接続された給電端子と、
   前記第２コイルの第１端が接続された給電放射素子接続端子と、
   前記第３コイルの第１端が接続された無給電放射素子接続端子と、
   前記第２コイルの第２端及び前記第３コイルの第２端が接続されたグランド端子と、
   を備える、アンテナ結合素子。
6. 前記第１コイルを構成するコイル導体パターン、前記第２コイルを構成するコイル導体パターン及び前記第３コイルを構成するコイル導体パターンは、前記巻回軸方向から視て、全周に亘って重なる、
   請求項５に記載のアンテナ結合素子。
7. 前記第２コイルを構成するコイル導体パターンは、前記第１コイルを構成するコイル導体パターンと、前記第３コイルを構成するコイル導体パターンとの間に配置された、
   請求項５又は６に記載のアンテナ結合素子。
8. 前記第２コイルを構成するコイル導体パターンの巻回数は、前記第１コイルを構成するコイル導体パターンの巻回数、及び前記第３コイルを構成するコイル導体パターンの巻回数より多い、
   請求項５から７のいずれかに記載のアンテナ結合素子。
9. 請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ結合回路と、前記給電放射素子接続端に接続された給電放射素子と、前記無給電放射素子接続端に接続された無給電放射素子と、を備えた、
   アンテナ装置。

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