WO2021090499A1 - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents

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WO2021090499A1
WO2021090499A1 PCT/JP2019/043983 JP2019043983W WO2021090499A1 WO 2021090499 A1 WO2021090499 A1 WO 2021090499A1 JP 2019043983 W JP2019043983 W JP 2019043983W WO 2021090499 A1 WO2021090499 A1 WO 2021090499A1
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conductor element
antenna device
antenna
conductor
feeding point
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French (fr)
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泰光 伴
貴裕 篠島
聡史 ▲崎▼田
学 吉川
洋平 古賀
旅人 殿岡
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Ｆｃｎｔ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device and a wireless communication device.
  • the addition of the resonable frequency was realized by adding the non-feeding element.
  • a non-feeding element is added each time a resonable frequency is added, it becomes difficult to miniaturize the antenna device and also to miniaturize the wireless communication device on which the antenna device is mounted.
  • One aspect of the disclosed technology is to provide a smaller antenna device that supports a plurality of frequencies and a wireless communication device that implements the antenna device.
  • This antenna device has a feeding point, a grounded ground substrate, and a plate-shaped first conductor element having one end electrically connected to the grounded region of the grounded substrate and parallel to the grounded substrate.
  • a plate-shaped third conductor element whose one end is electrically connected to the feeding point and is arranged side by side with the plate-shaped second conductor element parallel to the ground substrate and the second conductor element through a gap.
  • a connecting portion for electrically connecting the other end of the first conductor element and the third conductor element, and the gap is formed from the feeding point via the second conductor element and the third conductor element.
  • the second conductor element and the third conductor element are capacitively coupled to a radio wave having a length four times as long as the path length leading to.
  • the disclosed technology is smaller and can handle multiple frequencies.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an antenna device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a first diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a second diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a third diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a fourth diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the reflection coefficient of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration in which the antenna device according to the embodiment is mounted on a smartphone.
  • FIG. 8 is a first diagram showing an example of the configuration of the antenna device mounted on the smartphone according to the mounting example.
  • FIG. 9 is a second diagram showing an example of the configuration of the antenna device mounted on the smartphone according to the mounting example.
  • FIG. 10 is a third diagram showing an example of the configuration of the antenna device mounted on the smartphone according to the mounting example.
  • FIG. 11 is a fourth diagram showing an example of the configuration of the antenna device mounted on the smartphone according to the mounting example.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the reflection coefficient of the antenna device in the mounting example.
  • FIG. 13 is a diagram showing another example of mounting the antenna according to the embodiment on a smartphone.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a matching circuit inserted in the gap of the antenna device.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating parameters used in the simulation.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the result of the simulation.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating parameters used in the simulation.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 18 is a first diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 19 is a second diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 20 is a third diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 21 is a fourth diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 22 is a fifth diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 23 is a diagram showing an example of the antenna device according to the second modification.
  • FIG. 24 is a diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the second modification.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a configuration in which a chip component is arranged between the second conductor element and the third conductor element in the second modification.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of the antenna device according to the third modification.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a state in which the second conductor element and the third conductor element are removed in the antenna device according to the third modification.
  • FIG. 28 is a diagram illustrating the radiation efficiency of the antenna device in the open state and the short-circuited state of each chip component interposed between the first conductor element and the ground substrate in the third modification.
  • the antenna device is With a ground board that has a feeding point and is grounded, A plate-shaped first conductor element having one end electrically connected to the grounded region of the ground substrate and parallel to the ground substrate. A plate-shaped second conductor element whose one end is electrically connected to the feeding point and is parallel to the ground substrate. A plate-shaped third conductor element arranged side by side with the second conductor element through a gap, A connecting portion for electrically connecting the other end of the first conductor element and the third conductor element is provided. The gap is formed between the second conductor element and the third conductor element with respect to a radio wave having a wavelength four times the path length from the feeding point to the third conductor element via the second conductor element. Capacitively couple with.
  • the ground substrate to the first conductor
  • the first radio wave whose one wavelength is four times the path length from the element to the third conductor element, it operates as a monopole antenna from the ground substrate to the third conductor element via the first conductor element. can do.
  • the antenna device can operate as a monopole antenna for the second radio wave from the feeding point to the third conductor element via the second conductor element.
  • the antenna device according to the embodiment is a monopole antenna from the feeding point to the second conductor element for a third radio wave having a wavelength four times the path length from the feeding point to the second conductor element. Can operate as.
  • the antenna device has a feeding point for a fourth radio wave having a path length of one wavelength from the feeding point to the ground substrate via the second conductor element, the third conductor element, and the first conductor element. It can operate as a loop antenna that reaches the ground substrate via the second conductor element, the third conductor element, and the first conductor element.
  • the antenna device according to the present embodiment has two non-feeding elements, a second conductor element and a third conductor element, it can resonate with radio waves having four frequencies from the first radio wave to the fourth radio wave. That is, since the antenna device according to the embodiment can operate at a frequency larger than the number of the provided non-feeding elements, the antenna device can be easily miniaturized while supporting a plurality of frequencies.
  • the antenna device may have the following features.
  • the feeding point is provided on one surface of the ground substrate, and the first conductor element is electrically connected to the other surface of the ground substrate.
  • the first conductor element is arranged on the other surface side of the ground substrate, and the second conductor element and the third conductor element are arranged on one surface side of the ground substrate. can do.
  • the antenna device may have the following features.
  • the second conductor element and the third conductor are provided with respect to a radio wave having a wavelength four times the path length from the feeding point to the third conductor element via the second conductor element.
  • a matching circuit for capacitively coupling the elements is provided.
  • the matching circuit it is possible to suppress a decrease in sensitivity of the antenna device when the antenna device is mounted on a wireless communication device such as a smartphone.
  • the matching circuit may be a parallel circuit of a capacitor and an inductor, or may include a chip component.
  • the present embodiment may be a wireless communication device on which the above-mentioned antenna device is mounted.
  • the wireless communication device is, for example, a smartphone, a feature phone, a tablet computer, a wearable computer, or the like.
  • the first conductor element may be formed in a part of a metal exterior frame surrounding the side surface of the wireless communication device. By forming the first conductor element in a part of the outer frame, the wireless communication device can be further miniaturized.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an antenna device according to an embodiment.
  • the antenna device 1 exemplified in FIG. 1 includes a first conductor element 11, a second conductor element 12, a third conductor element 13, a ground substrate 2, a first connecting conductor 31, and a second connecting conductor 32.
  • the first conductor element 11 side is the lower side
  • the second conductor element 12 side is the upper side
  • the right direction is the right side toward FIG. 1
  • the left direction is the left side toward FIG.
  • the ground substrate 2 is formed in a plate shape.
  • the front surface 21 and the back surface 22 of the ground substrate 2 are grounded.
  • a feeding point 221 is provided on the back surface 22 of the plate-shaped ground substrate 2.
  • the first conductor element 11 is an element in which a conductor such as metal is formed in a plate shape and is arranged on the surface 21 side of the ground substrate 2.
  • the first conductor element 11 is parallel to the ground substrate 2.
  • One end 111 of the first conductor element 11 is electrically connected to the surface 21 of the ground substrate 2 via the first connecting conductor 31.
  • the second conductor element 12 is an element in which a conductor such as metal is formed in a plate shape and is arranged on the back surface 22 side of the ground substrate 2.
  • the second conductor element 12 is parallel to the ground substrate 2. That is, in the example of FIG. 1, the first conductor element 11 and the second conductor element 12 are parallel to each other.
  • One end 121 of the second conductor element 12 is electrically connected to a feeding point 221 provided on the back surface 22 of the ground substrate 2.
  • the third conductor element 13 is an element in which a conductor such as metal is formed in a plate shape and is arranged on the back surface 22 side of the ground substrate 2.
  • the third conductor element 13 is parallel to the ground substrate 2. That is, in the example of FIG. 1, the first conductor element 11 and the third conductor element 13 are parallel to each other. Further, the central axis in the longitudinal direction of the third conductor element 13 and the central axis in the longitudinal direction of the second conductor element 12 substantially coincide with each other.
  • a gap 4 is formed between one end 131 of the third conductor element 13 and the other end 122 of the second conductor element 12.
  • the third conductor element 13 is electrically connected to the other end 112 of the first conductor element 11 via the second connecting conductor 32 at the connecting portion 133 between one end 131 and the other end 132.
  • the third conductor element 13 projects further to the right from the connecting portion 133, but the third conductor element 13 does not have to project further to the right from the connecting portion 133. That is, in the third conductor element 13, the connecting portion 133 may coincide with the other end 132 of the third conductor element 13.
  • the distance of the gap 4 (the distance between the other end 122 of the second conductor element 12 and one end 131 of the third conductor element 13) is the length from the feeding point 221 to the other end 122 of the second conductor element 12. This is the distance that insulates the second conductor element 12 and the third conductor element 13 for a radio wave having a wavelength four times as long as the length. Further, the distance of the gap 4 is the second conductor for a radio wave having a wavelength four times the length from the feeding point 221 through the second conductor element 12 to the other end 132 of the third conductor element 13. This is the distance at which the element 12 and the third conductor element 13 are capacitively coupled.
  • FIG. 2 illustrates a state in which the antenna 101 resonates.
  • the antenna 101 includes a first connecting conductor 31, a first conductor element 11, a second connecting conductor 32, and a connecting portion 133 to the other end 132 of the third conductor element 13. That is, the antenna 101 has a length from the first connecting conductor 31, the first conductor element 11, the second connecting conductor 32, and the connecting portion 133 to the other end 132 of the third conductor element 13 (as the dotted arrow L1 in FIG. 2). It resonates with the first radio wave having a wavelength four times as long as that of the example). In other words, the antenna 101 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the first radio wave.
  • FIG. 3 illustrates a state in which the antenna 102 resonates.
  • the antenna 102 includes a feeding point 221 and a second conductor element 12 and a third conductor element 13.
  • the distance of the gap 4 is four times the length from the feeding point 221 through the second conductor element 12 to the other end 132 of the third conductor element 13 (exemplified as the dotted arrow L2 in FIG. 3).
  • the antenna 102 resonates with a second radio wave having a wavelength four times the length from the feeding point 221 to the other end 132 of the third conductor element 13 via the second conductor element 12.
  • the antenna 102 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the second radio wave.
  • FIG. 4 illustrates a state in which the antenna 103 resonates.
  • the antenna 103 includes a feeding point 221 and a second conductor element 12.
  • the distance of the gap 4 is relative to a radio wave having a wavelength four times the length from the feeding point 221 to the other end 122 of the second conductor element 12 (exemplified as the dotted arrow L3 in FIG. 4).
  • the length is such that the second conductor element 12 and the third conductor element 13 are insulated from each other. Therefore, the antenna 103 resonates with a third radio wave having a wavelength four times as long as the length from the feeding point 221 to the other end 122 of the second conductor element 12.
  • the antenna 103 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the third radio wave.
  • FIG. 5 illustrates a state in which the antenna 104 resonates.
  • the antenna 104 includes a feeding point 221, a second conductor element 12, a connection portion 133 from one end 131 of the third conductor element 13, a second connecting conductor 32, a first conductor element 11, and a first connecting conductor 31.
  • the gap 4 is the second for radio waves having a wavelength that is four times or more the length from the feeding point 221 through the second conductor element 12 to the other end 132 of the third conductor element 13. This is the distance at which the conductor element 12 and the third conductor element 13 are capacitively coupled.
  • the antenna 104 is grounded from the feeding point 221 through the second conductor element 12, one end 131 of the third conductor element 13, the connecting portion 133, the second connecting conductor 32, the first conductor element 11, and the first connecting conductor 31. It resonates with a fourth radio wave having a wavelength reaching the surface 21 of the substrate 2 (exemplified as the dotted arrow L4 in FIG. 5).
  • the position where the arrows of the dotted arrow L4 face each other (for example, the gap 4) is the node of the waveform that resonates in the antenna 104 (the position where the current is weak), and the intermediate portion between the nodes (for example, the feeding point 221) is the antenna 104. It becomes the antinode of the waveform that resonates at (the position where a strong current is generated).
  • the antenna 104 is a loop antenna that resonates at one wavelength of the fourth radio wave.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the reflection coefficient of the antenna device according to the embodiment.
  • the vertical axis illustrates the reflectance coefficient (
  • the antenna device 1 exhibits suitable antenna performance at the frequency f1 of the first radio wave, the frequency f2 of the second radio wave, the frequency f3 of the third radio wave, and the frequency f4 of the third radio wave. Can be understood.
  • a gap 4 is provided between the second conductor element 12 and the third conductor element 13.
  • the distance of the gap 4 is four times the antenna length of the antenna 102 by insulating the second conductor element 12 and the third conductor element 13 for radio waves whose wavelength is four times the antenna length of the antenna 103.
  • the distance between the second conductor element 12 and the third conductor element 13 is set to be capacitively coupled to the radio wave having the length of the antenna.
  • the antenna device 1 having such a configuration can resonate with respect to four frequencies of a first radio wave, a second radio wave, a third radio wave, and a fourth radio wave.
  • the number of non-feeding elements is increased each time the resonable frequency is increased. Therefore, in order to enable resonance at four frequencies, for example, one feeding element and three non-feeding elements are provided. become.
  • one feeding element (second conductor element 12) and two non-feeding elements (first conductor element 11, third conductor element 13) can resonate at four frequencies. That is, according to the present embodiment, it is possible to realize an antenna device capable of resonating with a larger number of frequencies with a smaller number of elements than before. That is, the antenna device 1 according to the present embodiment can realize an antenna that is smaller and can resonate with a plurality of frequencies.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration in which the antenna device according to the embodiment is mounted on a smartphone.
  • FIG. 7 illustrates a state in which the cover on the front side of the smartphone 500 is opened.
  • the smartphone 500 is formed in a plate shape and has a predetermined thickness.
  • a metal frame 51 surrounds the side surface of the smartphone 500 formed in a plate shape.
  • a base substrate 3 on which various electronic components are mounted is provided in the region surrounded by the metal frame 51.
  • the side surface of the base substrate 3 facing the metal frame 51 is, for example, grounded.
  • the smartphone 500 is a portable wireless communication device equipped with a Central Processing Unit (CPU), a memory, and the like.
  • the antenna device 1 is provided, for example, in the region surrounded by the ellipse R1.
  • 8 to 11 are views showing an example of the configuration of the antenna device mounted on the smartphone according to the mounting example.
  • FIG. 8 illustrates a state in which the cover on the front side of the smartphone 500 is opened.
  • FIG. 9 illustrates a state in which the second conductor element 12, the third conductor element 13, and the substrate 53 for Laser Direct Structuring (LDS) are removed.
  • 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • a part of the metal frame 51 is used as the first conductor element 11.
  • a region used as the first conductor element 11 and another region are insulated from each other by, for example, providing a slit 51a.
  • the second conductor element 12 and the third conductor element 13 are formed in a thin plate shape by LDS on the LDS substrate 53. Further, as illustrated in FIG. 9, a feeding point 221 is provided on the ground substrate 2.
  • the ground substrate 2 is provided on, for example, the base substrate 3.
  • the ground board 2 is grounded by being electrically connected to the base board 3.
  • the ground substrate 2 and the base substrate 3 may be formed integrally or as separate members as long as they share the grounding.
  • the LDS substrate 53 is provided separately from the ground substrate 2 and the base substrate 3 in parallel with the ground substrate 2.
  • the second connecting conductor 32 and the third conductor element 13 are connected via a via 54 provided on the LDS substrate 53.
  • the first conductor element 11, the second conductor element 12, and the third conductor element 13 are arranged side by side in the left-right direction. ..
  • the smartphone 500 by using the metal frame 51 as the first conductor element 11, the number of parts of the antenna device 1 in the smartphone 500 can be reduced.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the reflection coefficient of the antenna device in the mounting example.
  • the vertical axis illustrates the reflectance coefficient (
  • the antenna device 1 mounted on the smartphone 500 1.5 GHz (triangular number 1 in the figure), 2.4 GHz (triangular number 2 in the figure), 3.5 GHz (triangular number in the figure). It can be understood that the antenna performance is suitable at the numbers 3) and 5.5 GHz (triangular number 4 in the figure).
  • FIG. 13 is a diagram showing another example of mounting the antenna according to the embodiment on a smartphone.
  • FIG. 13 is an example of a configuration of another example in which the antenna according to the embodiment is mounted on the smartphone as viewed from the ⁇ Y direction.
  • the second conductor element 12 is provided on the front surface side (+ Z side) of the smartphone 500
  • the first conductor element 11 is provided on the rear surface side ( ⁇ Z side). That is, the first conductor element 11, the second conductor element 12, and the third conductor element 13 are arranged in the thickness direction.
  • the antenna device 1 can be housed in the metal frame 51 of the smartphone 500.
  • ⁇ Matching circuit> When the antenna device 1 is mounted on the smartphone 500, for example, a screw hole is provided in the third conductor element 13 in order to fix the antenna device 1 in the smartphone 500, and the antenna device 1 is fixed to the smartphone 500 by screws. .. If the screw holes are provided, it is considered that the sensitivity of the antenna device 1 is lowered. Therefore, it is examined to suppress the decrease in the sensitivity of the antenna device 1 by providing the matching circuit in the gap 4 between the second conductor element 12 and the third conductor element 13.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a matching circuit inserted in the gap of the antenna device.
  • the matching circuit 800 illustrated in FIG. 14 has one end connected to the other end 122 of the second conductor element 12 and the other end connected to one end 131 of the third conductor element 13.
  • the capacitor C0, the parallel circuit including the inductor L1 and the capacitor C1, the inductor L2 and the capacitor C2 are arranged in this order from the other end 122 side of the second conductor element 12 toward one end 131 of the third conductor element 13.
  • a parallel circuit, including, is connected in series.
  • a copper plate having a length and width of 150 mm is used as the ground substrate 2.
  • the length of the second conductor element 12 is 10 mm
  • the length of the third conductor element 13 is 30 mm.
  • the distance between the second conductor element 12 and the first conductor element 11 and the distance between the third conductor element 13 and the first conductor element 11 are 5 mm.
  • the distance of the gap 4 between the second conductor element 12 and the third conductor element 13 was changed, and the capacitance of the capacitors C0, C1 and C2 of the matching circuit 800 and the inductance of the inductors L1 and L2 were changed. ..
  • FIG. 15 is a diagram illustrating parameters used in the simulation.
  • “gap” indicates the distance (unit: mm) of the gap 4.
  • “C0” indicates the capacitance (unit: pF) of the capacitor C0.
  • “L1” indicates the inductance (unit: nH) of the inductor L1.
  • “C1” indicates the capacitance (unit: pF) of the capacitor C1.
  • “L2” indicates the inductance of the inductor L2 (unit: nH).
  • “C2” indicates the capacitance (unit: pF) of the capacitor C2.
  • the "number” is a number that uniquely identifies each set of parameters.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the result of the simulation.
  • FIG. 16 illustrates the total efficiency of the antenna device 1 when the combination of the parameters No. 1 to No. 5 illustrated in FIG. 15 is applied.
  • the vertical axis of FIG. 16 shows the total efficiency (dB), and the horizontal axis shows the frequency (GHz).
  • LTE Long Term Evolution
  • 5th generation for example, millimeter wave
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 17 is a side view of the antenna device 1a according to the first modification.
  • the antenna device 1a is different from the antenna device 1 according to the embodiment in that the ground substrate 2 includes the ground substrate 2a and the ground portion 2b, and the first conductor element 11 is grounded by the connecting conductor 31a and the ground portion 2b. Is different.
  • the ground substrate 2a is a substrate parallel to the first conductor element 11, the second conductor element 12, and the third conductor element 13.
  • the ground substrate 2a is formed into, for example, a square having a length and width of 200 mm.
  • the first conductor element 11 is arranged on the front surface 21 side of the ground substrate 2, and the second conductor element 12 and the third conductor element 13 are arranged on the back surface 22 side.
  • all of the first conductor element 11, the second conductor element 12, and the third conductor element 13 are arranged on the surface 21a side of the ground substrate 2a.
  • a columnar ground portion 2b is erected on the surface 21a of the ground substrate 2a.
  • a feeding point 221 is provided at the tip of the ground portion 2b.
  • the first conductor element 11 is grounded by being electrically connected to the side surface of the ground portion 2b. Further, the first conductor element 11 is electrically connected to the surface 21 of the ground substrate 2a by the connecting conductor 31a at the connecting portion 113 located between one end 111 and the other end 112 of the first conductor element 11. But it is grounded.
  • FIG. 18 to 22 are diagrams schematically showing the resonance state of the antenna device according to the first modification.
  • FIG. 18 illustrates a state in which the antenna 201 resonates.
  • the antenna 201 includes the first conductor element 11, the second connecting conductor 32, and the connecting portion 133 to the other end 132 of the third conductor element 13. That is, the antenna 201 is four times the length (exemplified as the dotted arrow L11 in FIG. 18) of the third conductor element 13 through the first conductor element 11, the second connecting conductor 32, and the connecting portion 133 to the other end 132 of the third conductor element 13. It resonates with the first radio wave whose wavelength is the length.
  • the antenna 201 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the first radio wave.
  • FIG. 19 illustrates a state in which the antenna 202 resonates.
  • the antenna 202 includes a feeding point 221 and a second conductor element 12 and a third conductor element 13.
  • the wavelength of the antenna 202 is four times the length from the feeding point 221 to the other end 132 of the third conductor element 13 via the second conductor element 12 (exemplified as the dotted arrow L12 in FIG. 19). Resonates with two radio waves.
  • the antenna 202 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the second radio wave.
  • FIG. 20 illustrates a state in which the antenna 203 resonates.
  • the antenna 203 includes a feeding point 221 and a second conductor element 12.
  • the distance of the gap 4 is relative to a radio wave having a wavelength four times the length from the feeding point 221 to the other end 122 of the second conductor element 12 (exemplified as the dotted arrow L13 in FIG. 20).
  • the length is such that the second conductor element 12 and the third conductor element 13 are insulated from each other. Therefore, the antenna 203 resonates with a third radio wave having a wavelength four times as long as the length from the feeding point 221 to the other end 122 of the second conductor element 12.
  • the antenna 203 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the third radio wave.
  • FIG. 21 illustrates a state in which the antenna 204 resonates.
  • the antenna 204 includes a feeding point 221, a second conductor element 12, one end 131 of the third conductor element 13, a connecting portion 133, a second connecting conductor 32, a first conductor element 11, and a ground portion 2b.
  • the antenna 204 returns from the feeding point 221 to the feeding point 221 from one end 131 of the second conductor element 12 and the third conductor element 13 through the connecting portion 133, the second connecting conductor 32, the first conductor element 11 and the ground portion 2b.
  • It resonates with a fourth radio wave having a length (exemplified as a dotted arrow L14 in FIG. 21) as a wavelength.
  • the positions of the nodes and antinodes of the waveform that resonate with the antenna 104 are the same as those of the antenna 104 illustrated in FIG.
  • the antenna 204 is a loop antenna that resonates at one wavelength of the fourth radio wave.
  • FIG. 22 illustrates a state in which the antenna 205 resonates.
  • the antenna 205 includes a connecting conductor 31a and a connecting portion 113 to the other end 112 of the first conductor element 11. Therefore, the antenna 205 resonates with a fifth radio wave having a wavelength of the length reaching the other end 112 of the first conductor element 11 through the connecting conductor 31a and the connecting portion 113 (exemplified as the dotted arrow L15 in FIG. 22).
  • the antenna 205 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the fifth radio wave.
  • the first conductor element 11 is grounded by the ground portion 2b and the connecting conductor 31a, so that the fifth radio wave can also resonate.
  • FIG. 23 is a diagram showing an example of the antenna device according to the second modification.
  • the antenna device 1b according to the second modification is different from the antenna device 1 according to the embodiment in that the connecting conductor 32 is connected not to the middle portion of the third conductor element 13 but to the end portion on the other end 132 side.
  • FIG. 24 is a diagram schematically showing a resonance state of the antenna device according to the second modification.
  • FIG. 24 illustrates a state in which the antenna 301 resonates.
  • the antenna 201 includes a first connecting conductor 31, a first conductor element 11, and a second connecting conductor 32. That is, the antenna 301 has a length from the first connecting conductor 31, the first conductor element 11, the second connecting conductor 32, and the connecting portion 133 to the other end 132 of the third conductor element 13 (as the dotted arrow L21 in FIG. 24). It resonates with the eleventh radio wave having a wavelength four times as long as that of the example). In other words, the antenna 201 is a monopole antenna that resonates at a quarter wavelength of the eleventh radio wave.
  • the length of the dotted arrow L21 is shorter than that of the dotted arrow L1. That is, the eleventh radio wave in which the antenna 301 of the antenna device 1b according to the second modification resonates has a shorter wavelength than the first radio wave in which the antenna 101 of the antenna device 1 according to the embodiment resonates.
  • the configuration of the antenna device 1b is the same as that of the antenna device 1 according to the embodiment, except that the connecting conductor 32 is connected to the other end 132 side of the third conductor element 13. Therefore, the antenna device 1b can also resonate with respect to the second radio wave, the third radio wave, and the fourth radio wave.
  • the first conductor element 11 can use a part of the metal frame 51 of the smartphone 500 as in the above mounting example.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a configuration in which a chip component is arranged between the second conductor element and the third conductor element in the second modification.
  • the chip component 41 is, for example, a chip resistor or a chip capacitor. As illustrated in FIG. 25, a chip component 41 such as a chip resistor or a chip capacitor may be inserted into the gap 4.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of the antenna device according to the third modification.
  • the antenna device 1c according to the third modification is provided in the region surrounded by the ellipse R1 of the smartphone 500 illustrated in FIG. 7, similarly to the above mounting example.
  • FIG. 26 is an example of an enlarged view of the region surrounded by the ellipse R1 of FIG.
  • the antenna device 1c uses a part of the metal frame 51 as the first conductor element 11.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a state in which the second conductor element and the third conductor element are removed in the antenna device according to the third modification.
  • the first conductor element 11 is grounded by being electrically connected to the side surface of the ground substrate 2 by the first connecting conductor 31 and the chip component 41a at one end on the 111 side. Will be done. Further, the first conductor element 11 is grounded by being electrically connected to the side surface of the ground substrate 2 by the first connecting conductor 31a and the chip component 41b on the other end 112 side of the first connecting conductor 31. ..
  • FIG. 28 is a diagram illustrating the radiation efficiency of the antenna device in the open state and the short-circuited state of each chip component interposed between the first conductor element and the ground in the third modification.
  • the vertical axis represents radiation efficiency (dB) and the horizontal axis represents frequency (GHz).
  • dB radiation efficiency
  • GHz frequency
  • a indicates a chip component 41a
  • b indicates a chip component 41b.
  • the frequency of the radio wave that resonates the antenna device 1c can be changed by appropriately selecting open or short circuit for each of the chip components 41a and 41b.

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Abstract

より小型で複数の周波数に対応するアンテナ装置および当該アンテナ装置を実装した無線通信装置を提供する。本アンテナ装置は、給電点を有し、接地されたグランド基板と、一端が前記グランド基板の接地された領域と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第１導体素子と、一端が前記給電点と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第２導体素子と、隙間を介して前記第２導体素子と並んで配置される、板状の第３導体素子と、前記第１導体素子の他端と前記第３導体素子とを電気的に接続する接続部と、を備え、前記隙間は、前記給電点から前記第２導体素子を経て前記第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする電波に対して前記第２導体素子と前記第３導体素子とを容量結合させる。

Description

アンテナ装置および無線通信装置
　本発明は、アンテナ装置および無線通信装置に関する。
　複数の周波数に共振可能なアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１－３参照）。
特開２００９－１１１９９９号公報 特開２０１８－１４８５３３号公報 特表２００８－５０３９７２号公報
　アンテナ装置において、共振可能な周波数の追加は無給電素子を追加することで実現していた。しかしながら、共振可能な周波数を追加するたびに無給電素子を追加してしまうと、アンテナ装置の小型化が困難になるとともに、当該アンテナ装置を実装する無線通信装置の小型化も困難となる。
　開示の技術の１つの側面は、より小型で複数の周波数に対応するアンテナ装置および当該アンテナ装置を実装した無線通信装置を提供することを目的とする。
　開示の技術の１つの側面は、次のようなアンテナ装置によって例示される。本アンテナ装置は、給電点を有し、接地されたグランド基板と、一端が前記グランド基板の接地された領域と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第１導体素子と、一端が前記給電点と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第２導体素子と、隙間を介して前記第２導体素子と並んで配置される、板状の第３導体素子と、前記第１導体素子の他端と前記第３導体素子とを電気的に接続する接続部と、を備え、前記隙間は、前記給電点から前記第２導体素子を経て前記第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする電波に対して前記第２導体素子と前記第３導体素子とを容量結合させる。
　開示の技術は、より小型で複数の周波数に対応することができる。
図１は、実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第１の図である。 図３は、実施形態に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第２の図である。 図４は、実施形態に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第３の図である。 図５は、実施形態に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第４の図である。 図６は、実施形態に係るアンテナ装置の反射係数を例示する図である。 図７は、実施形態に係るアンテナ装置をスマートフォンに実装する構成を例示する図である。 図８は、実装例に係るスマートフォンが実装したアンテナ装置の構成の一例を示す第１の図である。 図９は、実装例に係るスマートフォンが実装したアンテナ装置の構成の一例を示す第２の図である。 図１０は、実装例に係るスマートフォンが実装したアンテナ装置の構成の一例を示す第３の図である。 図１１は、実装例に係るスマートフォンが実装したアンテナ装置の構成の一例を示す第４の図である。 図１２は、実装例におけるアンテナ装置の反射係数を例示する図である。 図１３は、実施形態に係るアンテナをスマートフォンに実装する他の例を示す図である。 図１４は、アンテナ装置の隙間に挿入した整合回路の一例を示す図である。 図１５は、シミュレーションに用いたパラメータを例示する図である。 図１６は、シミュレーションの結果を例示する図である。 図１７は、第１変形例に係るアンテナ装置の一例を示す図である。 図１８は、第１変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第１の図である。 図１９は、第１変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第２の図である。 図２０は、第１変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第３の図である。 図２１は、第１変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第４の図である。 図２２は、第１変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す第５の図である。 図２３は、第２変形例に係るアンテナ装置の一例を示す図である。 図２４は、第２変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す図である。 図２５は、第２変形例において、第２導体素子と第３導体素子との間にチップ部品を配置した構成の一例を示す図である。 図２６は、第３変形例に係るアンテナ装置の一例を示す図である。 図２７は、第３変形例に係るアンテナ装置において、第２導体素子と第３導体素子とを外した状態を例示する図である。 図２８は、第３変形例において、第１導体素子とグランド基板との間に介在するそれぞれのチップ部品をオープンにした状態と短絡させた状態におけるアンテナ装置の放射効率を例示する図である。
　＜実施形態＞
　以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態の構成は例示であり、開示の技術は実施形態の構成に限定されない。実施形態に係るアンテナ装置は、
　給電点を有し、接地されたグランド基板と、
　一端が前記グランド基板の接地された領域と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第１導体素子と、
　一端が前記給電点と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第２導体素子と、
　隙間を介して前記第２導体素子と並んで配置される、板状の第３導体素子と、
　前記第１導体素子の他端と前記第３導体素子とを電気的に接続する接続部と、を備え、
　前記隙間は、前記給電点から前記第２導体素子を経て前記第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする電波に対して前記第２導体素子と前記第３導体素子とを容量結合させる。
　実施形態に係るアンテナ装置では、第１導体素子とグランド基板とが電気的に接続され、第１導体素子と第３導体素子とが電気的に接続されていることから、グランド基板から第１導体素子を経て第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする第１電波に対しては、グランド基板から第１導体素子を経て第３導体素子に至るモノポールアンテナとして動作することができる。
　さらに、実施形態に係るアンテナ装置では、第２導体素子と第３導体素子との間に隙間を設ける。隙間の距離は、給電点から第２導体素子を経て第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする第２電波に対して第２導体素子と第３導体素子とを容量結合させるものである。そのため、実施形態に係るアンテナ装置は、第２電波に対しては、給電点から第２導体素子を経て第３導体素子に至るモノポールアンテナとして動作することができる。実施形態に係るアンテナ装置は、給電点から第２導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする第３電波に対しては、給電点から第２導体素子に至るモノポールアンテナとして動作することができる。
　さらに、実施形態に係るアンテナ装置は、給電点から第２導体素子、第３導体素子および第１導体素子を経てグランド基板に至る経路長を１波長とする第４電波に対しては、給電点から第２導体素子、第３導体素子および第１導体素子を経てグランド基板に至るループアンテナとして動作することができる。本実施形態に係るアンテナ装置は、第２導体素子と第３導体素子の２つの無給電素子を有するところ、第１電波から第４電波の４つの周波数の電波に共振可能となる。すなわち、実施形態に係るアンテナ装置は、備えた無給電素子の数よりも多くの周波数で動作可能となるため、複数の周波数に対応しつつアンテナ装置の小型化が容易となる。
　実施形態に係るアンテナ装置は、次の特徴を備えてもよい。前記給電点は、前記グランド基板の一方の面に設けられ、前記第１導体素子は、前記グランド基板の他方の面と電気的に接続する。このような特徴を備えることで、本アンテナ装置は、グランド基板の他方の面側に第１導体素子を配置し、グランド基板の一方の面側に第２導体素子と第３導体素子とを配置することができる。
　実施形態に係るアンテナ装置は、次の特徴を備えてもよい。前記隙間には、前記給電点から前記第２導体素子を経て前記第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする電波に対して前記第２導体素子と前記第３導体素子とを容量結合させる整合回路が設けられる。整合回路を用いることで、アンテナ装置をスマートフォン等の無線通信装置に実装する際のアンテナ装置の感度低下を抑制することができる。また、整合回路はコンデンサとインダクタの並列回路であってもよく、チップ部品を含んでもよい。
　本実施形態は、上記したアンテナ装置を実装した無線通信装置であってもよい。無線通信装置は、例えば、スマートフォン、フィーチャーフォン、タブレット型コンピュータ、ウェアラブルコンピュータ等である。また、前記第１導体素子は、無線通信装置の側面を囲む金属製の外装フレームの一部の領域で形成されてもよい。外装フレームの一部の領域で第１導体素子を形成することで、無線通信装置をより小型化することができる。
　以下、図面を参照して、実施形態についてさらに説明する。図１は、実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す図である。図１に例示されるアンテナ装置１は、第１導体素子１１、第２導体素子１２、第３導体素子１３、グランド基板２、第１接続導体３１、第２接続導体３２を含む。以下、本明細書において、第１導体素子１１側を下、第２導体素子１２側を上、図１に向かって右方向を右、図１に向かって左方向を左とする。
　グランド基板２は、板状に形成される。グランド基板２の表面２１および裏面２２は接地される。板状に形成されたグランド基板２の裏面２２には、給電点２２１が設けられる。
　第１導体素子１１は、金属等の導体を板状に形成し、グランド基板２の表面２１側に配置される素子である。第１導体素子１１は、グランド基板２に対して平行である。第１導体素子１１の一端１１１は第１接続導体３１を介して、グランド基板２の表面２１と電気的に接続される。
　第２導体素子１２は、金属等の導体を板状に形成し、グランド基板２の裏面２２側に配置される素子である。第２導体素子１２は、グランド基板２に対して平行である。すなわち、図１の例では、第１導体素子１１と第２導体素子１２とは平行である。第２導体素子１２の一端１２１は、グランド基板２の裏面２２に設けられた給電点２２１と電気的に接続される。
　第３導体素子１３は、金属等の導体を板状に形成し、グランド基板２の裏面２２側に配置される素子である。第３導体素子１３は、グランド基板２に対して平行である。すなわち、図１の例では、第１導体素子１１と第３導体素子１３とは平行である。また、第３導体素子１３の長手方向の中心軸と、第２導体素子１２の長手方向の中心軸とは略一致する。第３導体素子１３の一端１３１と第２導体素子１２の他端１２２との間には、隙間４が形成される。第３導体素子１３は、一端１３１と他端１３２との間の接続部分１３３において、第２接続導体３２を介して、第１導体素子１１の他端１１２と電気的に接続される。図１では、第３導体素子１３は接続部分１３３からさらに右方向に突出しているが、第３導体素子１３は接続部分１３３からさらに右方向に突出しなくともよい。すなわち、第３導体素子１３において、接続部分１３３が第３導体素子１３の他端１３２と一致してもよい。
　ここで、隙間４の距離（第２導体素子１２の他端１２２と第３導体素子１３の一端１３１との間の距離）は、給電点２２１から第２導体素子１２の他端１２２までの長さの４倍の長さを波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを絶縁する距離である。また、隙間４の距離は、給電点２２１から第２導体素子１２を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さの４倍の長さを波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを容量結合させる距離である。
　図２から図５は、実施形態に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す図である。図２では、アンテナ１０１が共振する状態が例示される。アンテナ１０１は、第１接続導体３１、第１導体素子１１、第２接続導体３２および第３導体素子１３における接続部分１３３から他端１３２までを含む。すなわち、アンテナ１０１は、第１接続導体３１、第１導体素子１１、第２接続導体３２および接続部分１３３を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さ（図２において点線矢印Ｌ１として例示）の４倍の長さを波長とする第１電波で共振する。換言すれば、アンテナ１０１は、第１電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　図３では、アンテナ１０２が共振する状態が例示される。アンテナ１０２は、給電点２２１、第２導体素子１２および第３導体素子１３を含む。ここで、隙間４の距離は、給電点２２１から第２導体素子１２を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さ（図３において、点線矢印Ｌ２として例示）の４倍の長さ以上を波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを容量結合させる距離である。そのため、アンテナ１０２は、給電点２２１から、第２導体素子１２を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さの４倍の長さを波長とする第２電波で共振する。換言すれば、アンテナ１０２は、第２電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　図４では、アンテナ１０３が共振する状態が例示される。アンテナ１０３は、給電点２２１および第２導体素子１２を含む。ここで、隙間４の距離は、給電点２２１から第２導体素子１２の他端１２２までの長さ（図４において、点線矢印Ｌ３として例示）の４倍の長さを波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを絶縁する長さである。そのため、アンテナ１０３は、給電点２２１から第２導体素子１２の他端１２２に至る長さの４倍の長さを波長とする第３電波で共振する。換言すれば、アンテナ１０３は、第３電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　図５では、アンテナ１０４が共振する状態が例示される。アンテナ１０４は、給電点２２１、第２導体素子１２、第３導体素子１３の一端１３１から接続部分１３３、第２接続導体３２、第１導体素子１１および第１接続導体３１を含む。隙間４は、上記の通り、給電点２２１から第２導体素子１２を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さの４倍の長さ以上の波長の電波に対しては、第２導体素子１２と第３導体素子１３とを容量結合させる距離である。そのため、アンテナ１０４は、給電点２２１から、第２導体素子１２、第３導体素子１３の一端１３１から接続部分１３３、第２接続導体３２、第１導体素子１１および第１接続導体３１を経てグランド基板２の表面２１に至る長さ（図５において、点線矢印Ｌ４として例示）を波長とする第４電波で共振する。ここで、点線矢印Ｌ４の矢印が向かい合う位置（例えば、隙間４）がアンテナ１０４において共振する波形の節（電流の弱い位置）となり、節と節の中間部分（例えば、給電点２２１）がアンテナ１０４において共振する波形の腹（強い電流が生じる位置）となる。換言すれば、アンテナ１０４は、第４電波の１波長で共振するループアンテナである。
　図６は、実施形態に係るアンテナ装置の反射係数を例示する図である。図６では、縦軸が反射係数（｜Ｓ１、１｜）を例示し、横軸が周波数を例示する。図６に例示するように、アンテナ装置１では、第１電波の周波数ｆ１、第２電波の周波数ｆ２、第３電波の周波数ｆ３、第３電波の周波数ｆ４において、好適なアンテナ性能を発揮することが理解できる。
　＜実施形態の作用効果＞
　実施形態に係るアンテナ装置１では、第２導体素子１２と第３導体素子１３との間に隙間４を設ける。隙間４の距離は、アンテナ１０３のアンテナ長の４倍の長さを波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを絶縁し、アンテナ１０２のアンテナ長の４倍の長さを波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを容量結合させる距離に設定される。このような構成を有するアンテナ装置１は、第１電波、第２電波、第３電波および第４電波の４つの周波数に対して共振可能となる。従来のアンテナ装置では、共振可能な周波数を増やすごとに無給電素子を増やすことになるため、４つの周波数に共振可能とするには、例えば、１つの給電素子と３つの無給電素子を設けることになる。本実施形態によれば、１つの給電素子（第２導体素子１２）と２つの無給電素子（第１導体素子１１、第３導体素子１３）で４つの周波数に共振可能とすることができる。すなわち、本実施形態によれば、従来よりも少ない素子数でより多くの周波数に対して共振可能なアンテナ装置を実現することができる。すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置１は、より小型で複数の周波数に共振可能なアンテナを実現することができる。
　＜実装例＞
　実施形態に係るアンテナ装置１は、様々な機器に搭載可能である。図７は、実施形態に係るアンテナ装置をスマートフォンに実装する構成を例示する図である。図７では、スマートフォン５００の前面側のカバーを開けた状態が例示される。スマートフォン５００は板状に形成され、所定の厚みを有する。板状に形成されるスマートフォン５００の側面は、金属フレーム５１が囲んでいる。金属フレーム５１に囲まれる領域内には、各種の電子部品を実装するベース基板３が設けられる。ベース基板３の金属フレーム５１と面する側面は、例えば、接地されている。
　スマートフォン５００は、Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）やメモリ等を備える可搬型の無線通信装置である。スマートフォン５００では、アンテナ装置１は、例えば、楕円Ｒ１で囲まれる領域内に設けられる。図８から図１１は、実装例に係るスマートフォンが実装したアンテナ装置の構成の一例を示す図である。図８はスマートフォン５００の前面側のカバーを開けた状態が例示される。図９は、第２導体素子１２、第３導体素子１３および、Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ（ＬＤＳ）用基板５３を取り外した状態が例示される。図１０は図８のＡ－Ａ線断面図であり、図１１は図８のＢ－Ｂ線断面図である。
　図８に例示するように、スマートフォン５００に実装されたアンテナ装置１では、第１導体素子１１として金属フレーム５１の一部の領域が用いられる。金属フレーム５１において、第１導体素子１１として用いる領域と他の領域との間は、例えば、スリット５１ａが設けられることで、互いに絶縁される。第２導体素子１２と第３導体素子１３は、ＬＤＳ用基板５３上にＬＤＳによって薄い板状に形成されている。また、図９に例示するように、グランド基板２上には給電点２２１が設けられる。
　図１０に例示するように、グランド基板２は、例えば、ベース基板３上に設けられる。グランド基板２は、ベース基板３と電気的に接続されることで接地される。グランド基板２とベース基板３は、接地を共有していれば、一体として形成されてもよいし、別部材として形成されてもよい。ＬＤＳ用基板５３は、グランド基板２とベース基板３とは別に、グランド基板２に対して平行に設けられる。
　図１１に例示するように、第２接続導体３２と第３導体素子１３とは、ＬＤＳ用基板５３に設けられたビア５４を介して接続される。金属フレーム５１の一部の領域を第１導体素子１１として利用するため、図８では、第１導体素子１１と第２導体素子１２や第３導体素子１３とは、左右方向に並べて配置される。スマートフォン５００では、第１導体素子１１として、金属フレーム５１が用いることで、スマートフォン５００におけるアンテナ装置１の部品点数を削減することができる。
　図１２は、実装例におけるアンテナ装置の反射係数を例示する図である。図１２では、縦軸が反射係数（｜Ｓ１、１｜）を例示し、横軸が周波数を例示する。図１２に例示するように、スマートフォン５００に実装したアンテナ装置１では、１．５ＧＨｚ（図中、三角数字１）、２．４ＧＨｚ（図中、三角数字２）、３．５ＧＨｚ（図中、三角数字３）、５．５ＧＨｚ（図中、三角数字４）において、好適なアンテナ性能を発揮することが理解できる。
　なお、上記実装例では、スマートフォン５００の側面を囲む金属フレーム５１を第１導体素子１１としても利用したが、スマートフォン５００にアンテナ装置１を実装する際には、金属フレーム５１をアンテナとして利用しなくともよい。図１３は、実施形態に係るアンテナをスマートフォンに実装する他の例を示す図である。図１３は、実施形態に係るアンテナをスマートフォンに実装する他の例の構成を－Ｙ方向から見た図の一例である。図１３では、スマートフォン５００の前面側（＋Ｚ側）に第２導体素子１２が設けられ、後面側（－Ｚ側）に第１導体素子１１が設けられる。すなわち、第１導体素子１１と第２導体素子１２や第３導体素子１３とは、厚み方向に並べられている。このような構成とすることで、スマートフォン５００の金属フレーム５１内にアンテナ装置１を収容することができる。
　＜整合回路＞
　アンテナ装置１をスマートフォン５００に実装する場合、アンテナ装置１をスマートフォン５００内に固定するために、例えば、第３導体素子１３にねじ穴が設けられ、ねじによってアンテナ装置１がスマートフォン５００に固定される。ねじ穴が設けられると、アンテナ装置１の感度が低下することが考えられる。そこで、第２導体素子１２と第３導体素子１３との間の隙間４に整合回路を設けることで、アンテナ装置１の感度の低下を抑制することについて検討する。
　図１４は、アンテナ装置の隙間に挿入した整合回路の一例を示す図である。図１４に例示される整合回路８００は、一端が第２導体素子１２の他端１２２に接続され、他端が第３導体素子１３の一端１３１に接続される。整合回路８００では、第２導体素子１２の他端１２２側から第３導体素子１３の一端１３１に向かって順に、コンデンサＣ０、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とを含む並列回路、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とを含む並列回路、が直列に接続される。
　整合回路８００の効果を検証するため、シミュレーションを行ったので説明する。本シミュレーションでは、縦横それぞれ１５０ｍｍの銅板をグランド基板２として使用する。第２導体素子１２の長さを１０ｍｍ、第３導体素子１３の長さを３０ｍｍとする。第２導体素子１２と第１導体素子１１との距離、および、第３導体素子１３と第１導体素子１１との距離を、５ｍｍとする。第２導体素子１２と第３導体素子１３との間の隙間４の距離を変化させるとともに、整合回路８００のコンデンサＣ０、Ｃ１、Ｃ２の静電容量や、インダクタＬ１、Ｌ２のインダクタンスを変化させた。
　図１５は、シミュレーションに用いたパラメータを例示する図である。図１５において、「隙間」は隙間４の距離（単位はｍｍ）を示す。「Ｃ０」は、コンデンサＣ０の静電容量（単位はｐＦ）を示す。「Ｌ１」は、インダクタＬ１のインダクタンス（単位はｎＨ）を示す。「Ｃ１」」は、コンデンサＣ１の静電容量（単位はｐＦ）を示す。「Ｌ２」は、インダクタＬ２のインダクタンス（単位はｎＨ）を示す。「Ｃ２」は、コンデンサＣ２の静電容量（単位はｐＦ）を示す。「番号」は、各パラメータの組を一意に識別する番号である。
　図１６は、シミュレーションの結果を例示する図である。図１６は、図１５に例示した番号１から番号５までの各パラメータの組み合わせを適用した場合について、アンテナ装置１のトータル効率を例示する。図１６の縦軸はトータル効率（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。無線通信における（ＬＴＥ）や第５世代（例えば、ミリ波）で使用される周波数１．５ＧＨｚ、２．４ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ、５．５ＧＨｚの各周波数について図１６で例示されるトータル効率を確認すると、番号５のパラメータの組み合わせを採用することで、ねじ穴を設けない場合に近いトータル効率をアンテナ装置１が発揮できることが理解できる。
　＜第１変形例＞
　実施形態に係るアンテナ装置１は、様々に変形することができる。図１７は、第１変形例に係るアンテナ装置の一例を示す図である。図１７は、第１変形例に係るアンテナ装置１ａを側面から見た図となっている。アンテナ装置１ａは、グランド基板２が、グランド基板２ａとグランド部２ｂとを含み、第１導体素子１１が接続導体３１ａとグランド部２ｂとで接地される点で、実施形態に係るアンテナ装置１とは異なる。
　グランド基板２ａは、第１導体素子１１、第２導体素子１２および第３導体素子１３と平行な基板である。グランド基板２ａは、例えば、縦横２００ｍｍの正方形に形成される。実施形態に係るアンテナ装置１では、グランド基板２の表面２１側に第１導体素子１１が配置され、裏面２２側に第２導体素子１２と第３導体素子１３とが配置された。第１変形例に係るアンテナ装置１ａでは、第１導体素子１１、第２導体素子１２および第３導体素子１３のいずれもが、グランド基板２ａの表面２１ａ側に配置される。
　グランド基板２ａの表面２１ａには、柱状のグランド部２ｂが立設される。グランド部２ｂの先端には、給電点２２１が設けられる。アンテナ装置１ａでは、第１導体素子１１は、グランド部２ｂの側面と電気的に接続されることで、接地される。また、第１導体素子１１は、第１導体素子１１の一端１１１と他端１１２との間に位置する接続部分１１３において、接続導体３１ａによってグランド基板２ａの表面２１と電気的に接続されることでも、接地される。
　図１８から図２２は、第１変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す図である。図１８では、アンテナ２０１が共振する状態が例示される。アンテナ２０１は、第１導体素子１１、第２接続導体３２および第３導体素子１３における接続部分１３３から他端１３２までを含む。すなわち、アンテナ２０１は、第１導体素子１１、第２接続導体３２および接続部分１３３を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さ（図１８において点線矢印Ｌ１１として例示）の４倍の長さを波長とする第１電波で共振する。換言すれば、アンテナ２０１は、第１電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　図１９では、アンテナ２０２が共振する状態が例示される。アンテナ２０２は、給電点２２１、第２導体素子１２および第３導体素子１３を含む。アンテナ２０２は、給電点２２１から、第２導体素子１２を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さ（図１９において点線矢印Ｌ１２として例示）の４倍の長さを波長とする第２電波で共振する。換言すれば、アンテナ２０２は、第２電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　図２０では、アンテナ２０３が共振する状態が例示される。アンテナ２０３は、給電点２２１および第２導体素子１２を含む。ここで、隙間４の距離は、給電点２２１から第２導体素子１２の他端１２２までの長さ（図２０において、点線矢印Ｌ１３として例示）の４倍の長さを波長とする電波に対しては第２導体素子１２と第３導体素子１３とを絶縁する長さである。そのため、アンテナ２０３は、給電点２２１から第２導体素子１２の他端１２２に至る長さの４倍の長さを波長とする第３電波で共振する。換言すれば、アンテナ２０３は、第３電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　図２１では、アンテナ２０４が共振する状態が例示される。アンテナ２０４は、給電点２２１、第２導体素子１２、第３導体素子１３の一端１３１から接続部分１３３、第２接続導体３２、第１導体素子１１およびグランド部２ｂを含む。アンテナ２０４は、給電点２２１から、第２導体素子１２、第３導体素子１３の一端１３１から接続部分１３３、第２接続導体３２、第１導体素子１１およびグランド部２ｂを経て給電点２２１に戻る長さ（図２１において、点線矢印Ｌ１４として例示）を波長とする第４電波で共振する。アンテナ１０４において共振する波形の節や腹の位置は、図５に例示するアンテナ１０４と同様である。換言すれば、アンテナ２０４は、第４電波の１波長で共振するループアンテナである。
　図２２では、アンテナ２０５が共振する状態が例示される。アンテナ２０５は、接続導体３１ａおよび第１導体素子１１における接続部分１１３から他端１１２までを含む。そのため、アンテナ２０５は、接続導体３１ａ、接続部分１１３を経て第１導体素子１１の他端１１２に至る長さ（図２２において、点線矢印Ｌ１５として例示）を波長とする第５電波で共振する。換言すれば、アンテナ２０５は、第５電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。
　第１変形例では、第１導体素子１１をグランド部２ｂおよび接続導体３１ａで接地することで、第５電波についても共振可能とすることができる。
　＜第２変形例＞
　図２３は、第２変形例に係るアンテナ装置の一例を示す図である。第２変形例に係るアンテナ装置１ｂは、接続導体３２が第３導体素子１３の途中部分ではなく他端１３２側の端部に接続される点で、実施形態に係るアンテナ装置１とは異なる。
　図２４は、第２変形例に係るアンテナ装置の共振状態を模式的に示す図である。図２４は、アンテナ３０１が共振する状態が例示される。アンテナ２０１は、第１接続導体３１、第１導体素子１１、第２接続導体３２までを含む。すなわち、アンテナ３０１は、第１接続導体３１、第１導体素子１１、第２接続導体３２および接続部分１３３を経て第３導体素子１３の他端１３２までの長さ（図２４において点線矢印Ｌ２１として例示）の４倍の長さを波長とする第１１電波で共振する。換言すれば、アンテナ２０１は、第１１電波の１／４波長で共振するモノポールアンテナである。なお、第２変形例では、上記の通り、接続導体３２が第３導体素子１３の他端１３２側の端部に接続されることから、点線矢印Ｌ２１の長さは点線矢印Ｌ１よりも短い。すなわち、第２変形例に係るアンテナ装置１ｂのアンテナ３０１が共振する第１１電波は、実施形態に係るアンテナ装置１のアンテナ１０１が共振する第１電波よりも短波長となる。
　なお、アンテナ装置１ｂの構成は、接続導体３２が第３導体素子１３の他端１３２側の端部に接続される点を除いて実施形態に係るアンテナ装置１と同様である。そのため、アンテナ装置１ｂは、第２電波、第３電波および第４電波についても共振可能である。第２変形例に係るアンテナ装置１ｂにおいて、上記実装例のように、第１導体素子１１をスマートフォン５００の金属フレーム５１の一部の領域を用いることもできる。
　図２５は、第２変形例において、第２導体素子と第３導体素子との間にチップ部品を配置した構成の一例を示す図である。チップ部品４１は、例えば、チップ抵抗やチップコンデンサである。図２５に例示されるように、隙間４にチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品４１を挿入してもよい。
　＜第３変形例＞
　図２６は、第３変形例に係るアンテナ装置の一例を示す図である。第３変形例に係るアンテナ装置１ｃは、上記実装例と同様に、図７に例示されるスマートフォン５００の楕円Ｒ１で囲まれる領域内に設けられる。図２６は、図７の楕円Ｒ１で囲まれる領域の拡大図の一例である。アンテナ装置１ｃは、金属フレーム５１の一部の領域を第１導体素子１１として用いる。
　図２７は、第３変形例に係るアンテナ装置において、第２導体素子と第３導体素子とを外した状態を例示する図である。図２７を参照すると理解できるように、第１導体素子１１は、一端１１１側の端部において、第１接続導体３１およびチップ部品４１ａによってグランド基板２の側面と電気的に接続されることで接地される。また、第１導体素子１１は、第１接続導体３１よりも他端１１２側において、第１接続導体３１ａとチップ部品４１ｂによってグランド基板２の側面と電気的に接続されることで、接地される。
　図２８は、第３変形例において、第１導体素子とグランドとの間に介在するそれぞれのチップ部品をオープンにした状態と短絡させた状態におけるアンテナ装置の放射効率を例示する図である。図２８において、縦軸は放射効率（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）を例示する。また、図２８の凡例において、「ａ」はチップ部品４１ａを示し、「ｂ」はチップ部品４１ｂを示す。図２８を参照すると理解できるように、チップ部品４１ａ、４１ｂのそれぞれについてオープン、短絡を適宜選択することで、アンテナ装置１ｃを共振させる電波の周波数を変更することができる。
　以上説明した実施形態や変形例は適宜組み合わせることができる。
　１、１ａ、１ｂ、１ｃ・・・アンテナ装置
　２・・・グランド基板
　２１１・・・給電点
　３・・・ベース基板
　１１・・・第１導体素子
　１２・・・第２導体素子
　１３・・・第３導体素子
　４・・・隙間
　４１、４１ａ、４１ｂ・・・チップ部品
　１０１、１０２、１０３、１０４、２０１、２０２，２０３、２０４、２０５・・・アンテナ
　５００・・・スマートフォン
　５１・・・金属フレーム
　８００・・・整合回路

Claims (7)

  1. 　給電点を有し、接地されたグランド基板と、
    　一端が前記グランド基板の接地された領域と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第１導体素子と、
    　一端が前記給電点と電気的に接続し、前記グランド基板と平行な板状の第２導体素子と、
    　隙間を介して前記第２導体素子と並んで配置される、板状の第３導体素子と、
    　前記第１導体素子の他端と前記第３導体素子とを電気的に接続する接続部と、を備え、
    　前記隙間は、前記給電点から前記第２導体素子を経て前記第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする電波に対して前記第２導体素子と前記第３導体素子とを容量結合させる、
    　アンテナ装置。
  2. 　前記給電点は、前記グランド基板の一方の面に設けられ、
    　前記第１導体素子は、前記グランド基板の他方の面と電気的に接続する、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記隙間には、前記給電点から前記第２導体素子を経て前記第３導体素子に至る経路長の４倍の長さを１波長とする電波に対して前記第２導体素子と前記第３導体素子とを容量結合させる整合回路が設けられる、
    　請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記整合回路は、コンデンサとインダクタの並列回路を含む、
    　請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記整合回路は、チップ部品を含む、
    　請求項３または４に記載のアンテナ装置。
  6. 　請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を実装した、
    　無線通信装置。
  7. 　前記無線通信装置の側面は金属製の外装フレームによって囲まれており、
    　前記第１導体素子は、前記外装フレームの一部の領域で形成される、
    　請求項６に記載の無線通信装置。
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