特許 5711318 アンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5711318

(24)【登録日】2015年3月13日

(45)【発行日】2015年4月30日

(54)【発明の名称】アンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/28 20060101AFI20150409BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20150409BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20150409BHJP

【ＦＩ】

   H01Q21/28

   H01Q1/52

   H01Q1/38

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-162455(P2013-162455)

(22)【出願日】2013年8月5日

(65)【公開番号】特開2015-33049(P2015-33049A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2014年7月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513197840

【氏名又は名称】ティーディーケイ大連電子有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(74)【代理人】

【識別番号】100130982

【弁理士】

【氏名又は名称】黒瀬 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100127199

【弁理士】

【氏名又は名称】三谷 拓也

(72)【発明者】

【氏名】後藤 哲三

(72)【発明者】

【氏名】歌川 尚明

(72)【発明者】

【氏名】鄭 永帥

【審査官】 麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１９９５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３９１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５６５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１２９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１００１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４６５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６８２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ２１／２８

Ｈ０１Ｑ １／３８

Ｈ０１Ｑ １／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容量結合素子と、
前記容量結合素子が実装されたプリント基板とを備え、
前記容量結合素子は、
誘電体からなる基体と、
前記基体の内部に設けられた第１及び第２キャパシタとを含み、
前記プリント基板は、
当該プリント基板の一方の主面に設けられ、前記容量結合素子が実装されるグランドクリアランス領域と、
グランドパターンが含まれる主回路領域と、
前記グランドクリアランス領域内に設けられた第１乃至第３ストリップパターンと、
前記主回路領域から前記グランドクリアランス領域内に引き込まれた第１及び第２給電ラインとを有し、
前記第１ストリップパターンの一端は前記容量結合素子内の前記第１キャパシタの一端に接続され、前記第１ストリップパターンの他端は前記容量結合素子との接続点から第１の方向に延びて前記第１給電ラインに接続され、
前記第２ストリップパターンの一端は前記容量結合素子内の前記第２キャパシタの一端に接続され、前記第２ストリップパターンの他端は前記容量結合素子との接続点から前記第１の方向と逆方向である第２の方向に延びて前記第２給電ラインに接続され、
前記第３ストリップパターンの一端は前記容量結合素子内の前記第１キャパシタの他端及び前記第２キャパシタの他端の両方に接続され、前記第３ストリップパターンの他端は前記容量結合素子との接続点から前記第１及び第２の方向と交差する第３の方向に延びて前記グランドパターンに接続され、
前記容量結合素子は、前記グランドクリアランス領域の前記第１及び第２の方向と平行な方向の中央部よりも前記第１の方向にオフセットされて配置されており、
前記第１ストリップパターンの長さは第２ストリップパターンよりも短いことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

前記グランドクリアランス領域は、前記プリント基板のエッジに接する略矩形状の領域であって、
前記プリント基板の前記エッジと一致する第１エッジラインと、
前記第１エッジラインと直交し互いに平行な第２及び第３エッジラインと、
前記第１エッジラインと平行な第４エッジラインとを有し、
前記第２及び第３エッジラインは、前記容量結合素子から見て前記第１及び第２の方向にそれぞれ位置し、
前記第１給電ラインは、前記第２エッジライン側から前記グランドクリアランス領域内に引き込まれており、
前記第２給電ラインは、前記第３エッジライン側から前記グランドクリアランス領域内に引き込まれている、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記容量結合素子から前記第１エッジラインまでの距離は、前記容量結合素子から前記第４エッジラインまでの距離よりも短く、
前記第１及び第２ストリップパターンから前記第１エッジラインまでの距離は、前記第１及び第２ストリップパターンから前記第４エッジラインまでの距離よりも短い、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１ストリップパターンの前記他端は、第１周波数調整素子を介して前記第１給電ラインに接続されており、
前記第２ストリップパターンの前記他端は、第２周波数調整素子を介して前記第２給電ラインに接続されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記容量結合素子は、第３キャパシタを含み、
前記第３キャパシタの一端は前記第１キャパシタの前記一端に接続されており、前記第３キャパシタの他端は前記第２キャパシタの前記一端に接続されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記プリント基板の他方の主面に設けられた第４及び第５ストリップパターンをさらに備え、
前記第４ストリップパターンは平面視にて前記第１ストリップパターンと重なり合いながら前記第１の方向に延在しており、
前記第５ストリップパターンは平面視にて前記第２ストリップパターンと重なり合いながら前記第２の方向に延在しており、
前記第１ストリップパターンは、前記プリント基板を貫通する第１スルーホール導体を介して前記第４ストリップパターンに接続されており、
前記第２ストリップパターンは、前記プリント基板を貫通する第２スルーホール導体を介して前記第５ストリップパターンに接続されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置に接続された無線回路部と、前記無線回路部を制御する通信制御部とを備え、
前記無線回路部及び前記通信制御部は、前記プリント基板の前記主回路領域に設けられていることを特徴とする無線通信機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器に関し、特に、デュアルバンドアンテナの構造に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンに代表される携帯無線端末は、通話回線への接続に用いられる基本通信機能のほか、ＧＰＳ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ブルートゥース、ＮＦＣ等の様々な通信機能を有している。これらの通信機能を限られたスペース内に効率よく実装するためにはデュアルバンドアンテナが有効である。デュアルバンドアンテナにおいて２つの給電点を互いに近づけて配置すると相互干渉が起こり、アンテナ特性が劣化することが知られている。そのため、デュアルバンドアンテナでは相互干渉によるアンテナ特性の劣化を防止する必要があり、例えば特許文献１、２に記載のアンテナは、２次共振モードを利用することによって上記問題を解決している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−９０９１６号公報

【特許文献2】特許第４９７３７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、２次共振モードを利用する従来のアンテナでは、１次共振モードのみを利用するアンテナよりもそのサイズが大きくなってしまうという問題がある。誘電体ブロックの表面に形成される放射パターンに折り返しパターンを採用したりしてその長さを稼ぐことでアンテナサイズを小さくすることも可能であるが、このようにするとアンテナの放射特性が劣化してしまうということから、他の方法による改善が望まれている。

【0005】

したがって、本発明の目的は、２つのアンテナ間の相互干渉を抑えつつ個々のアンテナに対する所望の特性を確保することが可能なアンテナ装置を提供することにある。

【0006】

また、本発明の他の目的は、そのようなアンテナ装置を用いた無線通信機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、容量結合素子と、前記容量結合素子が実装されたプリント基板とを備え、前記容量結合素子は、誘電体からなる基体と、前記基体の内部に設けられた第１及び第２キャパシタとを含み、前記プリント基板は、当該プリント基板の一方の主面に設けられ、前記容量結合素子が実装されるグランドクリアランス領域と、グランドパターンが含まれる主回路領域と、前記グランドクリアランス領域内に設けられた第１乃至第３ストリップパターンと、前記主回路領域から前記グランドクリアランス領域内に引き込まれた第１及び第２給電ラインとを有し、 前記第１ストリップパターンの一端は前記容量結合素子内の前記第１キャパシタの一端に接続され、前記第１ストリップパターンの他端は前記容量結合素子との接続点から第１の方向に延びて前記第１給電ラインに接続され、前記第２ストリップパターンの一端は前記容量結合素子内の前記第２キャパシタの一端に接続され、前記第２ストリップパターンの他端は前記容量結合素子との接続点から前記第１の方向と逆方向である第２の方向に延びて前記第２給電ラインに接続され、前記第３ストリップパターンの一端は前記容量結合素子内の前記第１キャパシタの他端及び前記第２キャパシタの他端の両方に接続され、前記第３ストリップパターンの他端は前記容量結合素子との接続点から前記第１及び第２の方向と交差する第３の方向に延びて前記グランドパターンに接続され、前記容量結合素子は、前記グランドクリアランス領域の前記第１の方向と平行な方向の中央部よりも前記第１及び第２の方向にオフセットされて配置されており、前記第１ストリップパターンの長さは第２ストリップパターンよりも短いことを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、第１ストリップパターン、容量結合素子及び第３ストリップパターンがグランドパターンと協働して高周波側のアンテナとして動作し、第２ストリップパターン、容量結合素子及び第３ストリップパターンがグランドパターンと協働して低周波側のアンテナとして動作するので、デュアルバンドアンテナを構成することができる。さらに、グランドクリアランス領域内に２つのアンテナを近接して設ける場合でも、共振周波数が近い２つのアンテナ間の相互干渉を抑えつつ個々のアンテナに対する所望の特性を確保することできる。したがって、小型でありながらアイソレーションが良く、放射効率が高いデュアルバンドアンテナを実現することができる。

【0009】

本発明において、前記グランドクリアランス領域は、前記プリント基板のエッジに接する略矩形状の領域であって、前記プリント基板の前記エッジと一致する第１エッジラインと、前記第１エッジラインと直交し互いに平行な第２及び第３エッジラインと、前記第１エッジラインと平行な第４エッジラインとを有し、前記第２及び第３エッジラインは、前記容量結合素子から見て前記第１及び第２の方向にそれぞれ位置し、前記第１給電ラインは、前記第２エッジライン側から前記グランドクリアランス領域内に引き込まれており、前記第２給電ラインは、前記第３エッジライン側から前記グランドクリアランス領域内に引き込まれていることが好ましい。この場合において、前記容量結合素子から前記第１エッジラインまでの距離は、前記容量結合素子から前記第４エッジラインまでの距離よりも短く、前記第１及び第２ストリップパターンから前記第１エッジラインまでの距離は、前記第１及び第２ストリップパターンから前記第４エッジラインまでの距離よりも短いことが好ましい。この構成によれば、プリント基板の主回路領域に設けられた回路や部品の影響をできるだけ抑えてアンテナの特性を向上させることができる。

【0010】

本発明において、前記第１ストリップパターンの前記他端は、第１周波数調整素子を介して前記第１給電ラインに接続されており、前記第２ストリップパターンの前記他端は、第２周波数調整素子を介して前記第２給電ラインに接続されていることが好ましい。この構成によれば、高周波側のアンテナ及び低周波側のアンテナの各々の共振周波数をより正確に調整することができる。

【0011】

本発明において、前記容量結合素子は、第３キャパシタを含み、前記第３キャパシタの一端は前記第１キャパシタの前記一端に接続されており、前記第３キャパシタの他端は前記第２キャパシタの前記一端に接続されていることが好ましい。この構成によれば、高周波側のアンテナ及び低周波側のアンテナのインピーダンスマッチングをより正確に調整することができ、これにより両アンテナの相互干渉を抑えることができる。

【0012】

本発明によるアンテナ装置は、前記プリント基板の他方の主面に設けられた第４及び第５ストリップパターンをさらに備え、前記第４ストリップパターンは平面視にて前記第１ストリップパターンと重なり合いながら前記第１の方向に延在しており、前記第５ストリップパターンは平面視にて前記第２ストリップパターンと重なり合いながら前記第２の方向に延在しており、前記第１ストリップパターンは、前記プリント基板を貫通する第１スルーホール導体を介して前記第４ストリップパターンに接続されており、前記第２ストリップパターンは、前記プリント基板を貫通する第２スルーホール導体を介して前記第５ストリップパターンに接続されていることが好ましい。この構成によれば、第１及び第２ストリップパターンの見かけ上の体積をさらに大きくすることができ、アンテナの放射効率を高めることができる。

【0013】

さらに、本発明による無線通信機器は、上述した本発明によるアンテナ装置と、前記アンテナ装置に接続された無線回路部と、前記無線回路部を制御する通信制御部とを備え、前記無線回路部及び前記通信制御部は、前記プリント基板の前記主回路領域に設けられていることを特徴とする。本発明によれば、デュアルバンドアンテナを有する小型で高性能な無線通信機器を提供することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、２つのアンテナ間の相互干渉を抑えつつ個々のアンテナに対する所望の特性を確保することが可能なアンテナ装置を提供することができる。また、本発明によれば、そのようなアンテナ装置を用いた小型で高性能な無線通信機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１の構成を示す略斜視図である。

【図2】図２は、本実施形態によるアンテナ装置の構成を拡大して示す略斜視図である。

【図3】図３は、容量結合素子１０の構成の一例を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装された状態を示すものである。

【図4】図４は、図３に示す容量結合素子１０の三面図である。

【図5】図５は、アンテナ装置１の等価回路図である。

【図6】図６は、容量結合素子１０の構成の一例を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装された状態を示すものである。

【図7】図７は、図６に示す容量結合素子１０の三面図である。

【図8】図８は、アンテナ装置１のＳパラメータ特性を示すグラフである。

【図9】図９は、本実施形態によるアンテナ装置１の放射効率をシングルバンドアンテナ構造と比較して示すグラフである。

【図10】図１０は、容量結合素子１０の実装位置をグランドクリアランス領域２０Ａの長手方向に変化させたときのアンテナ装置１の特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１の構成を示す略斜視図である。また、図２は、本実施形態によるアンテナ装置の構成を拡大して示す略斜視図である。

【0018】

図１及び図２に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１は、容量結合素子１０と、容量結合素子１０が実装されたプリント基板２０とを備えている。容量結合素子１０はプリント基板２０の一方の主面に設けられたグランドクリアランス領域２０Ａ内に実装されており、グランドクリアランス領域２０Ａ内に設けられた第１〜第３ストリップパターン２１〜２３に接続されている。

【0019】

グランドクリアランス領域２０Ａは、アンテナの構成要素以外の要素、特にグランドパターンが実質的に排除された領域であり、その外周はプリント基板２０のエッジ又はプリント基板２０上のグランドパターンに囲まれている。本実施形態によるグランドクリアランス領域２０Ａは、一辺がプリント基板２０のエッジ２０ｅに接し、他の三辺がプリント基板２０上のグランドパターン２４のエッジラインに囲まれた略矩形状の領域である。詳細には、グランドクリアランス領域２０Ａは、プリント基板２０のエッジ２０ｅと一致する第１エッジラインＥＬ１と、第１エッジラインＥＬ１と直交し互いに平行な第２及び第３エッジラインＥＬ２，ＥＬ３と、第１エッジラインＥＬ１と平行な第４エッジラインＥＬ４とを有している。図２において第２及び第３エッジラインＥＬ２，ＥＬ３は容量結合素子１０の左側及び右側にそれぞれ位置している。

【0020】

プリント基板２０の主面のうち破線で示すグランドクリアランス領域２０Ａの外側の領域は、無線通信機器を構成するために必要な回路又は部品が実装された主回路領域２０Ｂであり、主回路領域２０Ｂ内の任意の位置にはグランドパターン２４が設けられている。グランドパターンのレイアウトは無線通信機器の回路設計によって様々であるが、通常はプリント基板２０の広い範囲に形成される。詳細は後述するが、本実施形態によるアンテナ装置１は、容量結合素子１０のみでアンテナ動作を行うというよりむしろ、プリント基板２０上のグランドパターン２４と協働してアンテナ動作を行うものである。

【0021】

グランドクリアランス領域２０Ａは、プリント基板２０の一方の主面のみならず他方の主面にも設けられており、多層基板の場合には内層にも設けられている。すなわち、プリント基板の一方の主面に現れたグランドクリアランス領域２０Ａの直下には、アンテナの構成要素以外の要素（特にグランドパターン）が排除された空間が広がっている。このように、グランドクリアランス領域２０Ａを空間的に確保することで、アンテナ特性の安定化を図ることができ、アンテナの放射効率を高めることができる。

【0022】

容量結合素子１０は少なくとも２つのキャパシタを内蔵する表面実装型チップ部品であり、上述したプリント基板２０のエッジ２０ｅと一致するグランドクリアランス領域２０Ａの第１エッジラインＥＬ１にできるだけ近接した位置に設けられている。すなわち、容量結合素子１０から第１エッジラインＥＬ１までの距離Ｄ１は容量結合素子１０から第４エッジラインＥＬ４までの距離Ｄ２よりも短い。容量結合素子１０をプリント基板２０のエッジ２０ｅに近接させた場合、容量結合素子１０から見て約半分の空間は基板材料（導体パターン）が存在しない開放空間（自由空間）であることから、アンテナの放射効率を高めることができる。

【0023】

容量結合素子１０は、略矩形状のグランドクリアランス領域２０Ａの長手方向の中間位置よりも第２エッジラインＥＬ２側に寄った位置に設けられている。容量結合素子１０から第２エッジラインＥＬ２までの距離Ｄ３は容量結合素子１０から第３エッジラインＥＬ３までの距離Ｄ４よりも短い。これは後述するように、第１及び第２ストリップパターン２１，２２の長さを互いに異ならせるためであり、共振周波数が異なる２つのアンテナを有するデュアルバンドアンテナを実現するためである。

【0024】

グランドクリアランス領域２０Ａには第１〜第３ストリップパターン２１〜２３が設けられており、第１〜第３ストリップパターン２１〜２３の一端はいずれも容量結合素子１０に接続されている。第１及び第２ストリップパターン２１，２２は直線パターンであることが好ましく、その幅は同一であることが好ましい。第３ストリップパターン２３も直線パターンであることが好ましい。第３ストリップパターン２３の幅は第１及び第２ストリップパターン２１，２２と同一であることが好ましいが、必要に応じて異ならせもかまわない。

【0025】

第１ストリップパターン２１の一端は容量結合素子１０に接続されており、他端は容量結合素子１０との接続点からグランドクリアランス領域２０Ａの第２エッジラインＥＬ２に向かってほぼ真っ直ぐに延びてその延長線上に位置する第１給電ライン２９に接続されている。第１給電ライン２９は、第２エッジラインＥＬ２側からグランドクリアランス領域２０Ａ内に引き込まれており、第１ストリップパターン２１の他端は、第１周波数調整素子３１及び第１給電ライン２９を介して第１給電点３３に接続されている。さらに第１給電ライン２９には第１インピーダンス調整素子３５が並列接続されている。

【0026】

第２ストリップパターン２２の一端は容量結合素子１０に接続されており、他端は容量結合素子１０との接続点からグランドクリアランス領域２０Ａの反対側の第３エッジラインＥＬ３に向かってほぼ真っ直ぐに延びてその延長線上に位置する第２給電ライン３０に接続されている。第２給電ライン３０は、第３エッジラインＥＬ３側からグランドクリアランス領域２０Ａ内に引き込まれおり、第２ストリップパターン２２の他端は、第２周波数調整素子３２及び第２給電ライン３０を介して第２給電点３４に接続されている。さらに第２給電ライン３０には第２インピーダンス調整素子３６が並列接続されている。

【0027】

本実施形態において、プリント基板２０のエッジ２０ｅから見た容量結合素子１０の実装位置は、第１及び第２ストリップパターン２１，２２の位置よりも基板の内側にセットバックされている。換言すると、第１及び第２ストリップパターン２１，２２は容量結合素子１０よりもプリント基板２０のエッジ２０ｅの近くに配置され、当該エッジ２０ｅと平行に延設されている。容量結合素子１０はプリント基板２０のエッジ２０ｅのできるだけ近くに実装されることが好ましいが、実装の精度を考慮するとエッジ２０ｅの非常に近くに実装することが難しい。一方、導体パターンのレイアウトの自由度及び加工精度は表面実装部品よりも高いので、プリント基板２０のエッジ２０ｅに近づけることは可能である。そこで本実施形態では、第１及び第２ストリップパターン２１，２２及び容量結合素子１０を一直線上に配置するのではなく、第１及び第２ストリップパターン２１，２２の位置を容量結合素子１０よりもエッジ２０ｅ寄りに設定することで放射効率の向上を図っている。

【0028】

第３ストリップパターン２３の一端は容量結合素子１０に接続されており、第３ストリップパターン２３の他端は容量結合素子１０との接続点からグランドクリアランス領域２０Ａの第４エッジラインＥＬ４に向かって真っ直ぐに延びてグランドパターン２４に接続されている。第３ストリップパターン２３は直線パターンである必要はなく、例えばＬ字パターンであってもよい。第３ストリップパターン２３は第１及び第２ストリップパターン２１，２２と直交する方向に延設されていることが好ましいが、少なくとも交差する関係を有していればよい。

【0029】

プリント基板２０の他方の主面のグランドクリアランス領域２０Ａ内には第４及び第５ストリップパターン２５，２６が設けられている。第４ストリップパターン２５は第１ストリップパターン２１の裏打ちパターンであり、第１ストリップパターン２１と実質的に同一の形状を有し、平面視にて第１ストリップパターン２１と重なり合っている。そして第４ストリップパターン２５はプリント基板２０を貫通する複数のスルーホール導体２７を介して第１ストリップパターン２１に接続されている。第５ストリップパターン２６は第２ストリップパターン２２の裏打ちパターンであり、第２ストリップパターン２２と実質的に同一の形状を有し、平面視にて第２ストリップパターン２２と重なり合っている。そして第５ストリップパターン２６はプリント基板２０を貫通する複数のスルーホール導体２８を介して第２ストリップパターン２２に接続されている。この構成によれば、グランドクリアランス領域２０Ａを有効に利用して第１及び第２ストリップパターン２１，２２の見かけ上の体積をさらに大きくすることができ、アンテナの放射効率を高めることができる。

【0030】

上記のように、グランドクリアランス領域２０Ａ内の容量結合素子１０の配置は第２エッジラインＥＬ２側にオフセットされているので、第１ストリップパターン２１の長さは第２ストリップパターン２２よりも短い。第１及び第２ストリップパターン２１，２２は第３ストリップパターン２３及びグランドクリアランス領域２０Ａの周囲のグランドパターン２４とともにデュアルバンドアンテナの放射電極として機能するので、第１ストリップパターン２１によって構成されるアンテナの共振周波数は相対的に高くなり、第２ストリップパターン２２によって構成されるアンテナの共振周波数は相対的に低くなる。

【0031】

第１給電ライン３１から供給される電流は、第１ストリップパターン２１、第３ストリップパターン２３及びグランドパターン２４の第４エッジラインＥＬ４及び第２エッジラインＥＬ２によって囲まれたループを流れ、これにより高周波側のアンテナによる電磁波が放射される。また、第２給電ライン３２から供給される電流は、第２ストリップパターン２２、第３ストリップパターン２３及びグランドパターン２４の第４エッジラインＥＬ４及び第３エッジラインＥＬ３によって囲まれたループを流れ、これにより低周波側のアンテナによる電磁波が放射される。どちらの場合も、ループサイズが大きいほど放射効率が高くなる。

【0032】

本実施形態においては、高周波側アンテナを構成する第１ストリップパターン２１と、低周波側アンテナを構成する第２ストリップパターン２２とが第３ストリップパターン２３を共有しており、そのために容量結合素子１０を用いている。第３ストリップパターン２３を高周波側アンテナと低周波側アンテナに対して別々に用意し、それぞれを独立したＬ字パターンのアンテナとして構成し、容量結合素子１０を省略した場合、グランドクリアランス領域２０Ａ内に電流が多く分布してしまい、基板の内側へ電流が流れてしまうのでアンテナの効率が低下する傾向がある。しかし、容量結合素子をＴ字パターンの接点に配置する事でグランドクリアランス領域内での電流の集中を抑制することができ、アンテナの放射効率を高めることができる。

【0033】

以下、プリント基板２０上の導体パターンを使用して電磁場を形成する理由について詳細に説明する。

【0034】

例えば、ブルートゥース用アンテナの場合、共振周波数ｆ＝２．４４２ＧＨｚ（真空中の波長λ＝１２２．７７ｍｍ）、必要とされる比帯域幅ＢＷは３．４％である。ここで、２．００×１．２５×１．００ｍｍの基体を用いて、基体の長手方向をアンテナ長Ｌａとし、Ｌａ＝２ｍｍのブルートゥース用アンテナを構成する場合、アンテナ長の波長比（ａ）は、ａ＝２πＬａ／λ＝０．１０２３となる。また、放射効率（η）を０．５（η＝０．５、放射効率５０％）とするとき、Ｑファクタ（Ｑ）は、Ｑ＝η（１＋３ａ^２）／ａ^３（１＋ａ^２）＝４７６.８３６５となる。さらに、ＶＳＷＲ（Ｓ）を２（Ｓ＝２）とするとき、帯域幅（ＢＷ）は、ＢＷ＝（ｓ−１）×１００／（√ｓ×Ｑ）［％］として求められ、ＢＷ＝０．１％となる。つまり、アンテナ長Ｌａ＝２とした場合には、上記帯域幅３．４％を満足することができない。

【0035】

このように、アンテナ長Ｌａがλ／２πよりも小さい超小型チップアンテナにおいては、上記の式より得られるアンテナ特性以上のものを容量結合素子単体で得ることは理論上不可能である。そのため、超小型チップアンテナの場合にはプリント基板２０上の導体パターンに流れる電流を利用して、アンテナを効率良く動作させることが極めて重要となる。

【0036】

図３は、容量結合素子１０の構成の一例を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装された状態を示すものである。また、図４は、図３に示す容量結合素子１０の三面図である。

【0037】

図３及び図４に示すように、容量結合素子１０は、略直方体の誘電体からなる基体１１と、基体１１の内部に形成された複数の電極層（電極パターン）によって構成されている。基体１１は複数の誘電体シートの積層体からなることが好ましい。なお、容量結合素子１０の上下方向はプリント基板２０への実装状態に基づいて定義され、基体１１の底面は実装時にプリント基板２０に接する面である。

【0038】

基体１１の材料は特に限定されないが、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic：低温焼成セラミック）を用いることが特に好ましい。ＬＴＣＣは１０００℃以下での低温焼成が可能であるため、電気抵抗が低く高周波特性に優れたＡｇ、Ｃｕ等の低融点金属材料を内部電極として使用でき、これにより抵抗損失の少ない電極パターンを実現できる。また、電極パターンを多層構造の内層に形成できるので、ＬＣ回路の小型化、高機能化が可能である。加えて、異なる比誘電率の誘電体シートを積層し、同時焼成できるといった特徴もある。基体１１の誘電率は、内蔵されるキャパシタが所定のキャパシタンスとなるようにする必要がある。基体１１の誘電率が高いほど大きなキャパシタンスを持たせることができる。

【0039】

基体１１の底面には第１〜第３端子電極１２ａ〜１２ｃが設けられている。第１及び第３端子電極１２ａ，１２ｃは、基体１１の底面の長手方向の両端に設けられており、底面の短辺に接して形成されている。第２端子電極１２ｂは、第１端子電極１２ａと第３端子電極１２ｃとの間に設けられている。本実施形態において、第２の端子電極１２ｂは複数の電極に分割されている。第１〜第３端子電極１２ａ〜１２ｃの平面レイアウトは底面の長手方向および幅方向の両方に対して線対称な関係を有している。

【0040】

基体１１の内部に形成された電極層は、基体１１の内層の最下層（第１層）に位置する第１〜第３平板電極１３ａ〜１３ｃと、内層の中間層（第２層）に位置する第４、第５平板電極１４ａ、１４ｂと、内層の最上層（第３層）に位置する第６平板電極１５とを含む。これらの電極層は、基体１１の高さ方向の略中間位置に形成され、その上層と下層に設けられる誘電体層にはある程度の厚みを与えることが好ましい。この構成によれば、容量結合素子内のキャパシタのキャパシタンスがプリント基板上の導体パターンの影響を受け難くなるので、キャパシタンスの値を安定化させることができる。

【0041】

第１平板電極１３ａは第１端子電極１２ａの上方に位置し、第１ビアホール導体１６ａを介して第１端子電極１２ａに接続されている。第２平板電極１３ｂは第２端子電極１２ｂの上方に位置し、複数の第２ビアホール導体１６ｂを介して第２端子電極１２ｂに接続されている。第３平板電極１３ｃは第３端子電極１２ｃの上方に位置し、第３ビアホール導体１６ｃを介して第３端子電極１２ｃに接続されている。

【0042】

第４平板電極１４ａは、基体１１の長手方向の一端側から中央部に向かって延びる帯状のパターンであり、その一端部は第４ビアホール導体１７ａを介して第１平板電極１３ａに接続されており、他端部は第２平板電極１３ｂと平面視にて重なりを有している。これにより、第４平板電極１４ａと第２平板電極１３ｂからなる一対の平行平板電極は第１キャパシタＣ１を構成している。

【0043】

第５平板電極１４ｂは、基体１１の長手方向の他端側から中央部に向かって延びる帯状のパターンであり、その一端部は第５ビアホール導体１７ｂを介して第３平板電極１３ｃに接続されており、他端部は第２平板電極１３ｂと平面視にて重なりを有している。これにより、第５平板電極１４ｂと第２平板電極１３ｂからなる一対の平行平板電極は第２キャパシタＣ２を構成している。

【0044】

第６平板電極１５の平面形状はＨ形であり、第４平板電極１４ａと平行な線パターンからなる第１電極部１５ａと、第４平板電極１４ａと平行な線パターンからなる第２電極部１５ｂと、第１及び第２電極部１５ａ，１５ｂの各々の長手方向の中央部どうしを連結する第３電極部１５ｃとを有している。そして第４平板電極１４ａの他端部は第６平板電極１５の第１電極部と平面視にて重なりを有しており、第５平板電極１４ｂの他端部も第６平板電極１５の第２電極部と平面視にて重なりを有している。これにより、第４平板電極１５と第６平板電極１５との間にキャパシタＣ３１が形成され、第５平板電極１４ｂと第６平板電極１５との間にキャパシタＣ３２が形成され、２つのキャパシタＣ３１，Ｃ３２の直列接続からなる第３キャパシタＣ３が構成されている。すなわち、第４平板電極１４ａと第５平板電極１４ｂは第３キャパシタＣ３を構成している。

【0045】

本実施形態において、第６平板電極１５の第３電極部１５ｃは第１及び第２電極部１５ａ，１５ｂと直交する細い線パターンであり、最下層の第２平板電極１３ｂと重なる面積は非常に小さい。したがって、第６平板電極１５と第２平板電極１３ｂとの間に発生する浮遊容量を小さくすることができ、アンテナ特性を向上させることができる。

【0046】

図５は、アンテナ装置１の等価回路図である。

【0047】

図５に示すように、アンテナ装置１は、３つのキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３がΔ結線された回路の各端子に第１、第２、第３ストリップパターン２１，２２，２３の一端がそれぞれ接続された構成を有している。第１ストリップパターン２１の一端は、２つのキャパシタＣ１，Ｃ３の連結点である容量結合素子１０の第１端子電極１２ａに接続されており、第２ストリップパターン２２の一端は、２つのキャパシタＣ２，Ｃ３の連結点である容量結合素子１０の第３端子電極１２ｃに接続されている。さらに、第３ストリップパターン２３の一端は、キャパシタＣ２，Ｃ３の連結点である容量結合素子１０の第２端子電極１２ｂに接続されている。

【0048】

第１ストリップパターン２１の他端は第１周波数調整素子３１であるキャパシタＣ４を介して第１給電点３３（第１給電ライン２９）に接続されており、第２ストリップパターン２２の他端は第２周波数調整素子３２であるキャパシタＣ５を介して第２給電点３４（第２給電ライン３０）に接続されている。さらに、第３ストリップパターン２３の他端は接地されている。

【0049】

本実施形態においては、第１ストリップパターン２１、容量結合素子１０及び第３ストリップパターン２３がグランドクリアランス領域２０Ａの周囲のグランドパターン２４と協働して高周波側のアンテナとして動作する。また、第２ストリップパターン２２、容量結合素子１０及び第３ストリップパターン２３がグランドクリアランス領域２０Ａの周囲のグランドパターン２４と協働して低周波側のアンテナとして動作する。したがって、デュアルバンドアンテナを実現することができる。さらに、共振周波数が近い２つのアンテナがグランドクリアランス領域２０Ａ内において隣接して配置されているにも拘わらず、２つのアンテナ間の相互干渉を抑えることができ、個々のアンテナに対する所望の特性を確保することできる。したがって、小型でありながらアイソレーションが良く、放射効率が高いデュアルバンドアンテナを実現することができる。

【0050】

図６は、容量結合素子１０の構成の他の例を示す略斜視図であって、プリント基板２０上に実装された状態を示すものである。また、図７は、図６に示す容量結合素子１０の三面図である。

【0051】

図６及び図７に示すように、この容量結合素子１０の特徴は、キャパシタＣ１のキャパシタンスがキャパシタＣ２に比べて非常に小さく、さらにキャパシタＣ３が省略されている点にある。そのため、第４平板電極１４ａは、基体１１の長手方向の一端側から中央部に向かって延びる帯状のパターンではなく、第２平板電極１３ｂと平面視にて重なりを有していない。そのため、第４平板電極１４ａと第２平板電極１３ｂからなる一対の平行平板電極は構成されず、第１キャパシタＣ１のキャパシタンスは非常に小さい。

【0052】

一方、第５平板電極１４ｂは、基体１１の長手方向の他端側から中央部に向かって延びる帯状のパターンであり、その幅は非常に広い。第５平板電極１４ｂの一端部は第５ビアホール導体１７ｂを介して第４平板電極１４ａに接続されており、他端部は第２平板電極１３ｂと平面視にて重なりを有している。第５平板電極１４ｂの幅は図３、図４に示したものよりも広いので、両者が重なり合う面積も広く、第２キャパシタＣ２のキャパシタンスも大きくなる。

【0053】

さらに、本実施形態において第４及び第５平板電極１４ａ，１４ｂと重なり合うフローティング電極（第６平板電極１５）は存在せず、第７平板電極１８ａは第４ビアホール導体１７ａを介して第４平板電極１４ａに接続されているだけであり、また第８平板電極１８ｂは第５ビアホール導体１７ｂを介して第５平板電極１４ｂに接続されているだけである。したがって、第３キャパシタＣ３は存在しない。

【0054】

このような容量結合素子１０は、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）の低周波側（２．４５ＧＨｚ）のアンテナと高周波側（５．２ＧＨｚ）のアンテナのように、２つのアンテナの共振周波数が十分に（例えば２倍以上）離れているマルチバンドアンテナを構成する場合に好ましく用いることができる。このような条件では、マッチング調整においてキャパシタＣ１のキャパシタンスが小さいほうが良く、キャパシタＣ３も必要としないからである。このように、本発明によるアンテナ装置１は、容量結合素子１０のキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３のキャパシタンスを適宜設定することにより、２つのアンテナの共振周波数に合わせたマッチングを容易に行うことができる。

【0055】

図８は、アンテナ装置１のＳパラメータ特性を示すグラフであって、横軸は周波数、縦軸はＳパラメータの値（ｄＢ）をそれぞれ示している。

【0056】

図８において実線で示すように、アンテナ装置１のＳ１１特性（反射損失）は、周波数が約１．５７ＧＨｚのときに利得が最小（約―１６ｄＢ）となる１つのピークを有し、また点線で示すように、Ｓ２２特性（反射損失）は、周波数が約２．４５ＧＨｚのときに利得が最小（約−１１ｄＢ）となる１つのピークを有する。そして破線で示すように、アンテナ装置１のＳ２１特性（挿入損失）は、周波数が約１．５７ＧＨｚのときと約２．４５ＧＨｚのときに利得が最大（約−１８ｄＢ）となる２つのピークを有する。このようにアンテナ装置１のＳ２１特性は−１５ｄＢ以下となり、良好なアイソレーションが得られることが分かる。

【0057】

図９は、本実施形態によるアンテナ装置１の放射効率をシングルバンドアンテナ構造と比較して示すグラフであって、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は利得（ｄＢ）をそれぞれ示している。ここで、シングルバンドアンテナ構造は、第１給電ライン２９に接続された第１ストリップパターン２１、容量結合素子１０、第３ストリップパターン２３からなる高周波側のアンテナを第１の比較例とし、第２給電ライン３０に接続された第２ストリップパターン２２、容量結合素子１０、第３ストリップパターン２３からなる低周波側のアンテナを第２の比較例としている。

【0058】

図９に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１は、約１．５７ＧＨｚにおいて−３．５ｄＢの利得が得られ（実線の太線）、また約２．４５ＧＨｚにおいても−３．５ｄＢの利得が得られる（破線の太線）。

【0059】

これに対し、比較例１による高周波シングルバンドアンテナは、約２．４５ＧＨｚにおいても−３．５ｄＢの利得が得られ（点線の細線）、比較例２による低周波シングルバンドアンテナは、約１．５７ＧＨｚにおいて−３．５ｄＢの利得が得られる（破線の細線）。すなわち、デュアルバンドアンテナである本実施形態によるアンテナ装置１の放射効率は、シングルバンドアンテナ構造と同等であり、良好な放射効率を有することが分かる。

【0060】

図１０は、容量結合素子１０の実装位置をグランドクリアランス領域２０Ａの長手方向に変化させたときのアンテナ装置１の特性を示すグラフであり、特に（ａ）はＳパラメータのＳ１１特性、（ｂ）はＶＳＷＲ特性をそれぞれ示すグラフである。ここで、容量結合素子の位置は、グランドクリアランス領域２０Ａの長手方向の中央部を基準位置とし、この基準位置に対するオフセット量として示した。すなわち、図１０（ａ）及び（ｂ）における"０ｍｍ"，"２ｍｍ"，"４ｍｍ"とは、図１０（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、容量結合素子のオフセット量が０ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍである場合をそれぞれ示している。そして容量結合素子１０の実装位置の変化に合わせて第１及び第２ストリップパターンの長さ２１，２２も変化し、図１０（ｃ）において第１及び第２ストリップパターンの長さ２１，２２の長さは等しく、図１０（ｄ）において第１ストリップパターン２１は第２ストリップパターン２２よりも４ｍｍ短く、図１０（ｅ）において第１ストリップパターン２１は第２ストリップパターン２２よりも８ｍｍ短い。

【0061】

図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、オフセット量が０ｍｍのレイアウトを有するアンテナ装置（図１０（ｃ））のＳ１１特性及びＶＳＷＲ特性は、１．６７ＧＨｚと１．６９ＧＨｚにそれぞれピークを持ち、２つのアンテナの共振周波数はほとんど同じになる。この結果は第１及び第２ストリップパターン２１，２２の長さが同じであることによる。

【0062】

またオフセット量が２ｍｍのレイアウトを有するアンテナ装置（図１０（ｄ））のＳ１１特性及びＶＳＷＲ特性は、１．４９ＧＨｚと１．９６ＧＨｚにそれぞれピークを持ち、２つのアンテナの共振周波数の差は大きくなる。この共振周波数の差異は、第１及び第２ストリップパターン２１，２２の長さの違いが反映された結果である。

【0063】

さらにオフセット量が４ｍｍのレイアウトを有するアンテナ装置（図１０（ｅ））のＳ１１特性及びＶＳＷＲ特性は、１．４２ＧＨｚと２．５ＧＨｚにそれぞれピークを持ち、２つのアンテナの共振周波数の差はさらに大きくなる。なお２．４７ＧＨｚのピークは低域側の共振周波数１．４２ＧＨｚの高調波が現れたものである。この共振周波数の差異も、第１及び第２ストリップパターン２１，２２の長さの違いが反映された結果である。

【0064】

このように、本実施形態によるアンテナ装置１は、容量結合素子１０の実装位置とそれに伴う第１および第２ストリップパターン２１，２２の長さを調整することにより、２つのアンテナの共振周波数を容易に調整することができる。

【0065】

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１は、共振点が近い２つの容量結合素子を近づけて設けた場合であっても相互干渉を抑制し、個々の容量結合素子の放射特性の劣化を防止することができる。したがって、小型でありながらアイソレーションが良く、放射効率が高いデュアルバンドアンテナを実現することができる。

【0066】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0067】

例えば、上記実施形態においては、図３及び図４に示した容量結合素子１０の構造並びに図６及び図７に示した容量結合素子１０の構造を例に挙げたが、容量結合素子１０の構造は特に限定されず、種々の構造を採用することが可能である。また、第４及び第５ストリップパターン２５，２６は必須でなく、省略することも可能である。

【符号の説明】

【0068】

１ アンテナ装置
１０ 容量結合素子
１１ 基体
１２ａ 第１端子電極
１２ｂ 第２端子電極
１２ｃ 第３端子電極
１３ａ 第１平板電極
１３ｂ 第２平板電極
１３ｃ 第３平板電極
１４ａ 第４平板電極
１４ｂ 第５平板電極
１５ 第６平板電極
１５ａ 第６平板電極の第１電極部
１５ｂ 第６平板電極の第２電極部
１５ｃ 第６平板電極の第３電極部
１６ａ 第１ビアホール導体
１６ｂ 第２ビアホール導体
１６ｃ 第３ビアホール導体
１７ａ 第４ビアホール導体
１７ｂ 第５ビアホール導体
１８ａ 第７平板電極
１８ｂ 第８平板電極
２０ プリント基板
２０Ａ グランドクリアランス領域
２０Ｂ 主回路領域
２０ｅ プリント基板のエッジ
２１ 第１ストリップパターン
２２ 第２ストリップパターン
２３ 第３ストリップパターン
２４ グランドパターン
２５ 第４ストリップパターン
２６ 第５ストリップパターン
２７ 第１スルーホール導体
２８ 第２スルーホール導体
２９ 第１給電ライン
３０ 第２給電ライン
３１ 第１周波数調整素子
３２ 第２周波数調整素子
３３ 第１給電点
３４ 第２給電点
３５ 第１インピーダンス調整素子
３６ 第２インピーダンス調整素子
Ｃ１ 第１キャパシタ
Ｃ２ 第２キャパシタ
Ｃ３ 第３キャパシタ
Ｃ３１ キャパシタ
Ｃ３２ キャパシタ
Ｃ４ 第４キャパシタ
Ｃ５ 第５キャパシタ
ＥＬ１ 第１エッジライン
ＥＬ２ 第２エッジライン
ＥＬ３ 第３エッジライン
ＥＬ４ 第４エッジライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図10】

【図8】

【図9】