知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】5950051
(24)【登録日】2016年6月17日
(45)【発行日】2016年7月13日
(54)【発明の名称】インピーダンス変換回路、アンテナ装置および無線通信装置
(51)【国際特許分類】
H03H 7/38 20060101AFI20160630BHJP
H01Q 1/50 20060101ALI20160630BHJP
【ＦＩ】
H03H7/38
H01Q1/50
【請求項の数】12
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2015-535347(P2015-535347)
(86)(22)【出願日】2014年6月5日
(86)【国際出願番号】JP2014064908
(87)【国際公開番号】WO2015033632
(87)【国際公開日】20150312
【審査請求日】2015年11月2日
(31)【優先権主張番号】特願2013-184176(P2013-184176)
(32)【優先日】2013年9月5日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2013-223464(P2013-223464)
(32)【優先日】2013年10月28日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000970
【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】手島 祐一郎
(72)【発明者】
【氏名】石塚 健一
【審査官】
佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２００８／０２１８２９０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１２／１６５１４９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｑ １／５０
Ｈ０３Ｈ ７／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
給電部側に接続される第１ポートとアンテナ側に接続される第２ポートとの間に接続された第１インダクタと、グランドに接続される第３ポートと前記第２ポートとの間に接続された第２インダクタとを備え、第１インダクタと第２インダクタとが結合するオートトランス回路と、
前記オートトランス回路の第１ポートに第１端が接続された第１移相器と、
前記第１移相器の第２端と前記給電部との間に直列接続されたインダクタと、
前記インダクタに対して直列で、且つ、前記第１移相器の第２端と前記給電部との間に直列接続されたキャパシタと、
を備え、
前記インダクタと前記キャパシタとの間に第２移相器が接続されたことを特徴とするインピーダンス変換回路。
前記オートトランス回路の第１ポートに第１端が接続された第１移相器と、
前記第１移相器の第２端と前記給電部との間に直列接続されたインダクタと、
前記インダクタに対して直列で、且つ、前記第１移相器の第２端と前記給電部との間に直列接続されたキャパシタと、
を備え、
前記インダクタと前記キャパシタとの間に第２移相器が接続されたことを特徴とするインピーダンス変換回路。
【請求項2】
極座標における反射係数の実数部が正で虚数部が正の領域を第１象限、前記反射係数の実数部が負で虚数部が正の領域を第２象限、前記反射係数の実数部が負で虚数部が負の領域を第３象限、前記反射係数の実数部が正で虚数部が負の領域を第４象限と表すとき、
前記オートトランス回路は、前記第１ポートから前記第２ポート側を見た反射係数の、周波数スイープすることによって得られる軌跡のうち、ローバンドでの軌跡である第１軌跡の中心を、第１象限または第２象限に移動させ、且つ、ハイバンドでの軌跡である第２軌跡の中心を第１象限または第４象限に移動させ、
前記第１移相器は、前記第１軌跡の中心が第１象限にあり、且つ前記第２軌跡の中心が第４象限にあるように回転させ、
前記キャパシタは、前記第１軌跡の中心を前記極座標の中心へ近づけ、
前記インダクタは、前記第２軌跡の中心を前記極座標の中心へ近づける、
請求項１に記載のインピーダンス変換回路。
前記オートトランス回路は、前記第１ポートから前記第２ポート側を見た反射係数の、周波数スイープすることによって得られる軌跡のうち、ローバンドでの軌跡である第１軌跡の中心を、第１象限または第２象限に移動させ、且つ、ハイバンドでの軌跡である第２軌跡の中心を第１象限または第４象限に移動させ、
前記第１移相器は、前記第１軌跡の中心が第１象限にあり、且つ前記第２軌跡の中心が第４象限にあるように回転させ、
前記キャパシタは、前記第１軌跡の中心を前記極座標の中心へ近づけ、
前記インダクタは、前記第２軌跡の中心を前記極座標の中心へ近づける、
請求項１に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項3】
前記第１軌跡の中心は、この第１軌跡について、反射係数の実数部の最大値と最小値との平均値を実数部、虚数部の最大値と最小値との平均値を虚数部とする極座標上の位置であり、前記第２軌跡の中心は、この第２軌跡について、反射係数の実数部の最大値と最小値との平均値を実数部、虚数部の最大値と最小値との平均値を虚数部とする極座標上の位置である、請求項２に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項4】
前記第１軌跡の中心は、ローバンドの下限周波数での反射係数と上限周波数での反射係数との極座標上の中間点であり、前記第２軌跡の中心は、ハイバンドの下限周波数での反射係数と上限周波数での反射係数との極座標上の中間点である、請求項２に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項5】
前記第１軌跡の中心は、前記ローバンドでの軌跡を等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値に相当する位置であり、前記第２軌跡の中心は、前記ハイバンドでの軌跡を等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値に相当する位置である、請求項２に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項6】
前記オートトランス回路による、前記第１軌跡の移動および前記第２軌跡の移動は、前記オートトランス回路の、等価回路上で並列に発生するインダクタンスおよび直列に発生するインダクタンスにより生じさせる、請求項２〜５のいずれかに記載のインピーダンス変換回路。
【請求項7】
前記インダクタは前記給電部側に接続され、前記キャパシタは前記第１移相器側に接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載のインピーダンス変換回路。
【請求項8】
前記インダクタは前記第１移相器側に接続され、前記キャパシタは前記給電部側に接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載のインピーダンス変換回路。
【請求項9】
前記第２移相器は伝送線路である、請求項１〜８のいずれかに記載のインピーダンス変換回路。
【請求項10】
前記第１移相器は伝送線路である、請求項１〜９のいずれかに記載のインピーダンス変換回路。
【請求項11】
請求項１〜１０のいずれかに記載のインピーダンス変換回路と、当該インピーダンス変換回路の前記オートトランス回路の前記第２ポートに接続されたアンテナとを備えたアンテナ装置。
【請求項12】
請求項１〜１０のいずれかに記載のインピーダンス変換回路と、当該インピーダンス変換回路の前記オートトランス回路の前記第２ポートに接続されたアンテナと、前記給電部である通信回路とを備えた無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はアンテナ整合回路等に適用するインピーダンス変換回路、それを備えたアンテナ装置および無線通信装置に関するものである。【背景技術】
【0002】
近年の携帯電話に用いられる周波数帯は非常に広帯域であり、例えばペンタバンド対応のセルラー端末であれば、ローバンド(例えば824〜960MHｚ)とハイバンド(例えば1710〜2170MHｚ)との両方に対応することが求められる。そのため、一つのアンテナでローバンドとハイバンドとに対応させるために、アンテナは周波数帯域に応じて異なる動作モードが割り当てられる。通常は、基本波モードでローバンドに対応し、高調波モードでハイバンドに対応するように設計されている。そして、アンテナの入力インピーダンスは、そのモード（共振点）に応じて異なる。【0003】
一方、アンテナには一般的に例えば特許文献１に示すような整合回路が用いられ、各整合素子にはチップコンデンサやチップインダクタが用いられる。【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平９−３０７３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１に示されるような、チップコンデンサやチップインダクタを用いた整合回路においては、周波数の異なる通信システム（特に周波数の離れた通信システム）に対してそれぞれ最適なマッチングを得ることは困難である。また、インピーダンスを大きく動かす場合は、大きな素子値のチップ素子を用いる必要があるため、チップ素子で生じる損失の影響で通信特性が劣化する問題がある。【0006】
そこで、本発明の目的は、使用周波数の離れた通信システムにおいてそれぞれ最適なアンテナマッチングが得られるインピーダンス変換回路、それを備えたアンテナ装置および無線通信装置を提供することにある。【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のインピーダンス変換回路は次のように構成される。【0008】
給電部側に接続される第１ポートとアンテナ側に接続される第２ポートとの間に接続された第１インダクタと、グランドに接続される第３ポートと前記第２ポートとの間に接続された第２インダクタとを備え、第１インダクタと第２インダクタとが結合するオートトランス回路と、前記オートトランス回路の第１ポートに第１端が接続された第１移相器と、
前記第１移相器の第２端と前記給電部との間に直列接続されたインダクタと、
前記インダクタに対して直列で、且つ、前記第１移相器の第２端と前記給電部との間に直列接続されたキャパシタと、
を備えたことを特徴とする。
【0009】
上記構成により、オートトランス回路によりスミスチャート上のインピーダンス軌跡の範囲が小さくなって、第１移相器による位相回転量が少なくて済む。【0010】
また、極座標における反射係数（複素反射係数ρ）の実数部が正で虚数部が正の領域を第１象限、前記反射係数の実数部が負で虚数部が正の領域を第２象限、前記反射係数の実数部が負で虚数部が負の領域を第３象限、前記反射係数の実数部が正で虚数部が負の領域を第４象限と表すとき、前記オートトランス回路は、前記第１ポートから前記第２ポート側を見た反射係数の、周波数スイープすることによって得られる軌跡のうち、ローバンドでの軌跡である第１軌跡の中心を、第１象限または第２象限に移動させ、且つ、ハイバンドでの軌跡である第２軌跡の中心を第１象限または第４象限に移動させ、
第１移相器は、前記第１軌跡の中心が第１象限にあり、且つ前記第２軌跡の中心が第４象限にあるように回転させ、
前記キャパシタは、前記第１軌跡の中心を前記極座標の中心へ近づけ、
前記インダクタは、前記第２軌跡の中心を前記極座標の中心へ近づける構成であることが好ましい。
【0011】
上記構成により、オートトランス回路によるスミスチャート上のインピーダンス軌跡は第１移相器による少ない位相回転後に比較的小さな値のインダクタおよびキャパシタで整合をとることができる。【0012】
前記第１軌跡の中心は、この第１軌跡について、反射係数の実数部の最大値と最小値との平均値を実数部、虚数部の最大値と最小値との平均値を虚数部とする極座標上の位置であり、前記第２軌跡の中心は、この第２軌跡について、反射係数の実数部の最大値と最小値との平均値を実数部、虚数部の最大値と最小値との平均値を虚数部とする極座標上の位置であることが好ましい。【0013】
上記構成により、前記ローバンドでの軌跡が円状であるとき、第１軌跡の代表位置を的確に捉えることができる。また、前記ハイバンドでの軌跡が円状であるとき、第２軌跡の代表位置を的確に捉えることができる。【0014】
前記第１軌跡の中心は、ローバンドの下限周波数での反射係数と上限周波数での反射係数との極座標上の中間点であり、前記第２軌跡の中心は、ハイバンドの下限周波数での反射係数と上限周波数での反射係数との極座標上の中間点であることが好ましい。【0015】
上記構成により、前記ローバンドでの軌跡が円の所定周長に満たないとき（例えば周長の１／２に満たないとき）、第１軌跡の代表位置を的確に捉えることができ、前記ハイバンドでの軌跡が円の所定周長に満たないとき、第２軌跡の代表位置を的確に捉えることができる。【0016】
また、前記第１軌跡の中心は、前記ローバンドでの軌跡を等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値に相当する位置であり、前記第２軌跡の中心は、前記ハイバンドでの軌跡を等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値に相当する位置であることが好ましい。【0017】
上記構成により、第１軌跡および第２軌跡の代表位置をより的確に捉えることができる。【0018】
前記オートトランス回路による、前記第１軌跡の移動および前記第２軌跡の移動は、前記オートトランス回路の、等価回路上で並列に発生するインダクタンスおよび直列に発生するインダクタンスにより生じさせるものであることが好ましい。【0019】
上記構成により、オートトランス回路のインピーダンス変換の周波数特性を利用して、少ない素子数でインピーダンス変換回路を構成できる。【0020】
前記インダクタと前記キャパシタとの間に第２移相器が接続されてもよい。これにより、上記インダクタまたはキャパシタによるインピーダンス整合をより効果的に行える。【0021】
前記第２移相器は伝送線路で構成されることが好ましい。これにより、第２移相器の周波数特性を軽減することができる。【0022】
前記第１移相器は伝送線路で構成されることが好ましい。これにより、第１移相器の周波数特性を軽減することができる。【0023】
本発明のアンテナ装置は、上記インピーダンス変換回路と、当該インピーダンス変換回路のオートトランス回路の第２ポートに接続されたアンテナとを備える。この構成により、広帯域に亘ってインピーダンス整合する、小型で高利得なアンテナ装置が得られる。【0024】
本発明の無線通信装置は、上記インピーダンス変換回路と、当該インピーダンス変換回路の前記オートトランス回路の第２ポートに接続されたアンテナと、前記給電部である通信回路とを備える。この構成により、アンテナ部が小型化されたマルチバンドの無線通信装置が得られる。【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、オートトランス回路により、スミスチャート上のインピーダンス軌跡の範囲が小さくなって、第１移相器による位相回転量が少なくて済むので、小型に構成できる。また、付加するリアクタンス素子の素子値も小さくて済むので、低損失化が図れる。【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
《第１の実施形態》本発明の第１の実施形態について示す前に、伝送線路とリアクタンス素子とでインピーダンス整合をとるインピーダンス整合回路を比較例として示す。図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１９Ａ、図１９Ｂは、いずれも比較例に係る図である。
【0028】
まず、周波数スイープすることによって得られる反射係数の極座標における軌跡の位置を表現するために、象限を定義する。図１４Ａに複素反射係数ρの極座標およびその４つの象限を示す。ここで、横軸ｕの値は反射係数の実数部の値、縦軸ｖの値は反射係数の虚数部の値である。複素反射係数ρはこの極座標上のある点としてプロットできる。反射係数の絶対値（中心０，０からの半径）Γは反射係数の大きさ、横軸ｕからの角度φが反射信号の位相角である。このような極座標上の反射係数の実数部が正で虚数部が正の領域を第１象限、極座標上の反射係数の実数部が負で虚数部が正の領域を第２象限、極座標上の反射係数の実数部が負で虚数部が負の領域を第３象限、極座標上の反射係数の実数部が正で虚数部が負の領域を第４象限と表す。【0029】
図１４Ｂは上記複素反射係数に対応するインピーダンスをスミスチャート上に表した図である。極座標上で反射係数を表す点ρ(u+jv)は、スミスチャート上でのインピーダンスを表す点ｚ(r+jx)である。すなわち、極座標上の反射係数を表す点の位置とスミスチャート上のインピーダンスを表す点の位置は対応していて、周波数スイープしたときの極座標上の反射係数の軌跡はスミスチャート上のインピーダンスの軌跡でもある。なお、図１４Ｂには、回路にリアクタンス素子を接続したときのインピーダンスの変化についても表している。例えば、インピーダンスが第１象限の中央あたりにあるとき、キャパシタを直列に接続することにより、インピーダンスはスミスチャートの中心に近づく。また、インピーダンスが第２象限の中央あたりにあるとき、キャパシタを並列に接続することにより、インピーダンスはスミスチャートの中心に近づく。また、インピーダンスが第３象限の中央あたりにあるとき、インダクタを並列接続することにより、インピーダンスはスミスチャートの中心に近づき、インピーダンスが第４象限の中央あたりにあるとき、インダクタを直列に接続することにより、インピーダンスはスミスチャートの中心に近づく。【0030】
本実施形態および比較例において、ローバンドは８２４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、ハイバンドは１．７１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚである。【0031】
図１６Ａは、インピーダンス整合回路を設けない場合の回路図、図１６Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図１６Ｂにおいて、マーカーm11はローバンドの中心周波数、m21はハイバンドの中心周波数にそれぞれ対応する。以降に示す他の図についても同じである。【0032】
図１７Ａは、信号線に対して並列接続のインダクタ４５を設けた状態の回路図、図１７Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。信号線に対して並列接続のインダクタ４５の作用により、インピーダンス軌跡は第２象限へ移動する。【0033】
図１８Ａは伝送線路による移相器４４を付加した状態の回路図、図１８Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図１７Ｂから図１８Ｂへの変化に表れているように、移相器４４により、インピーダンス軌跡はスミスチャートの中心を中心として右回りに回転する。図１７Ｂに表れているように、位相回転前のインピーダンス軌跡は第２象限にあるので、必要な位相回転量は大きい。ここで、１ＧＨｚで５２°回転させようとすると、300mm（@1GHzの波長） × 0.67（基板の比誘電率） × 52/360（角度）
≒29mm
であるので、約30mmもの長い伝送線路が必要である。
【0034】
なお上記係数0.67は、比誘電率が３程度の基板の実効比誘電率による波長短縮効果による値である。【0035】
また、伝送線路の電気長は周波数に比例するので、ローバンドの位相回転量を適正にすると、ハイバンドの位相は回りすぎる。【0036】
図１９Ａは信号線に対して直列接続のインダクタ４３および信号線に対して直列接続のキャパシタ４１をさらに付加した状態の回路図、図１９Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図１８Ｂに示した状態から、信号線に対して直列接続のインダクタおよび信号線に対して直列接続のキャパシタでインピーダンス軌跡を移動させた場合、例えばローバンドを適正にするとハイバンドの整合が難しくなる。【0037】
次に、本発明の第１の実施形態に係るインピーダンス変換回路について示す。【0038】
図１は本発明の第１の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０１を備えたアンテナ装置２０１の回路図である。アンテナ装置２０１はインピーダンス変換回路１０１とアンテナ素子１０とで構成され、このアンテナ装置２０１に給電回路３０が接続される。【0039】
アンテナ素子１０は、ローバンドでは基本波（１／４波長）モードで共振し、ハイバンドでは高調波（例えば３／４波長）モードで共振する広帯域アンテナである。このアンテナ素子１０の給電端にインピーダンス変換回路１０１が接続される。すなわちインピーダンス変換回路１０１の給電ポートＰｆに給電回路３０が接続され、アンテナポートＰａにアンテナ素子１０が接続される。また、グランドポートＰｇはグランドに接続される。【0040】
インピーダンス変換回路１０１は、オートトランス回路２５、移相器２４、インダクタ２３、およびキャパシタ２１を備えている。【0041】
図２は上記オートトランス回路２５の回路図である。オートトランス回路２５は、給電部側に接続される第１ポートＰ１とアンテナ側に接続される第２ポートＰ２との間に接続された第１インダクタＬ１と、グランドに接続される第３ポートＰ３と第２ポートＰ２との間に接続された第２インダクタＬ２とを備えている。第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２とは結合する。【0042】
図１に示したように、オートトランス回路２５の第１ポートＰ１に移相器２４の第１端が接続されていて、移相器２４の第２端にインダクタ２３が直列に接続されている。そしてインダクタ２３と給電ポートＰｆとの間にキャパシタ２１が直列に接続されている。【0043】
移相器２４は、例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路のような所定の電気長を有する高周波伝送線路であって、インピーダンス変換回路を一体化してなる積層体に組み込まれていてもよいが、その調整のしやすさの点で、積層体を実装するための回路基板に形成されていることが好ましい。【0044】
図３は、図１に示したインピーダンス変換回路１０１の給電ポートＰｆからアンテナ側を見たインピーダンスの軌跡をスミスチャート上に示す図である。ここで、周波数スイープ範囲は700MHz〜2.3GHzである。各マーカーと周波数との関係は次のとおりである。【0045】
m10：824MHzm11：892MHz
m12：960MHz
m20：1.71GHz
m21：1.94GHz
m22：2.17GHz
上述のとおり、マーカーm11はローバンドの中心周波数、m21はハイバンドの中心周波数にそれぞれ対応する。
【0046】
次に、インピーダンス変換回路１０１の各素子の作用について順に示す。【0047】
図４Ａは、インピーダンス変換回路１０１を設けない場合の回路図、図４Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図４Ａ、図４Ｂは、比較例として示した図１６Ａ、図１６Ｂと同じである。【0048】
図５Ａは、オートトランス回路２５を設けた状態の回路図、図５Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図５Ｃおよび図５Ｄは、いずれも第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１と第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２を示す図である。【0049】
図５Ｂにおいて、マーカーm10からm12までの軌跡がローバンドでの軌跡（以降、「第１軌跡」）である。また、マーカーm20からm22までの軌跡がハイバンドでの軌跡（以降、「第２軌跡」）である。図５Ｂに表れているように、アンテナ素子１０はローバンドとハイバンドで、１／４波長の奇数倍で共振するので、第１軌跡Ｔ１は円Ｃ１に沿って、第２軌跡Ｔ２は円Ｃ２に沿って、それぞれほぼ円弧を描く。【0050】
オートトランス回路２５は、給電ポートＰｆから見たインピーダンスが高くなるようにインピーダンス比を定めるものであり、図４Ｂから図５Ｂへの変化で示すように、スミスチャート上のインピーダンス軌跡の範囲が縮小化されるとともに、右方へシフトされる。但し、後に述べるように、オートトランス回路２５は理想トランスではなく、インピーダンス変換比に周波数特性をもっている。そのため、図５Ｂにおいて第１軌跡Ｔ１の中心を第１象限または第２象限に移動させ、且つ第２軌跡Ｔ２の中心を第１象限または第４象限に移動させる。【0051】
第１軌跡Ｔ１の中心および第２軌跡Ｔ２の中心は、次に示すように幾つかの方法で定義できる。【0052】
図５Ｃに示す例では、第１軌跡Ｔ１について、反射係数の実数部の最大値と最小値との平均値を第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１の実数部とし、第１軌跡Ｔ１について、虚数部の最大値と最小値との平均値を第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１の虚数部とする。このようにして求めた中心ＣＰ１を第１軌跡Ｔ１の代表位置として扱う。第１軌跡Ｔ１に外接する長方形Ｒ１の中心が第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１に相当する。同様に、第２軌跡Ｔ２について、反射係数の実数部の最大値と最小値との平均値を第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２の実数部とし、第２軌跡Ｔ２について、虚数部の最大値と最小値との平均値を第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２の虚数部とする。このようにして求めた中心ＣＰ２を第２軌跡Ｔ２の代表位置として扱う。第２軌跡Ｔ２に外接する長方形Ｒ２の中心が第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２に相当する。【0053】
図５Ｄに示す例では、第１軌跡の下限周波数（マーカーm10）での反射係数と上限周波数（マーカーm12）での反射係数との極座標上の中間点ＣＰ１を第１軌跡の位置（代表位置）として扱う。同様に、第２軌跡の下限周波数（マーカーm20）での反射係数と上限周波数（マーカーm22）での反射係数との極座標上の中間点ＣＰ２を第２軌跡の位置（代表位置）として扱う。【0054】
ローバンドでの軌跡（第１軌跡）の中心およびハイバンドでの軌跡（第２軌跡）の中心の更なる他の定義については後に示す。【0055】
図６Ａは移相器２４を付加した状態の回路図、図６Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図６Ｃおよび図６Ｄは、いずれも第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１と第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２を示す図である。【0056】
移相器２４は本発明に係る「第１移相器」に相当し、この例では基準インピーダンス（５０Ω）の伝送線路である。図５Ｂから図６Ｂへの変化に表れているように、移相器２４により、第１軌跡Ｔ１および第２軌跡Ｔ２はスミスチャートの中心を中心として右回りに回転する。そして、この回転によって、第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１が第１象限にあり、第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２が第４象限にあるようにする。【0057】
図５Ｂに示した状態で、マーカーm11で示すローバンドの中心周波数はスミスチャートの中心付近にあるので、移相器２４による位相回転は特にハイバンドに作用する（第２軌跡Ｔ２参照）。【0058】
例えば、移相器２４として、１ＧＨｚのときに１５°回転させる伝送線路を付加すると、第１軌跡Ｔ１は１５°も回転しないので、中心ＣＰ１は第１象限にとどまり、第２軌跡Ｔ２は１５°以上回転して、中心ＣＰ２は第４象限の中央まで移動する。【0059】
300mm（@1GHzの波長） × 0.67（基板の比誘電率） × 15/360（角度）≒8.4mm
であるので、移相器２４としての伝送線路の線路長は約10mm未満で済む。
【0060】
図７Ａは信号線に対して直列接続のインダクタ２３および信号線に対して直列接続のキャパシタ２１をさらに付加した状態の回路図、図７Ｂは、給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図７Ｃおよび図７Ｄは、いずれも第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１と第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２を示す図である。【0061】
図７Ａは図１に示したアンテナ装置２０１に相当する。信号線に対して直列接続のインダクタ２３は、第４象限にあるインピーダンスを図１４Ｂに示したように、スミスチャートの中心方向へ移動させる。直列接続インダクタのリアクタンスは２πｆＬであるので、インダクタ２３によるインピーダンス軌跡の移動量はローバンドよりも周波数の高いハイバンドに対して効果的に作用する。また、信号線に対して直列接続のキャパシタ２１は、第１象限にあるインピーダンスを図１４Ｂに示したように、スミスチャートの中心方向へ移動させる。直列接続キャパシタのリアクタンスは１／２πｆＣであるので、キャパシタ２１によるインピーダンス軌跡の移動量はハイバンドよりも周波数の低いローバンドに関して効果的に作用する。その結果、図６Ｂから図７Ｂへの変化に表れているように、図６Ｂに示した、第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２はスミスチャートの中心ｏ方向へ移動し、第１軌跡Ｔ１の中心もスミスチャートの中心ｏ方向へ移動する。【0063】
図８は上記オートトランス回路２５の等価回路図である。オートトランス回路２５の等価回路は、図８に示すように、変圧比ｎ：１の理想トランス（破線部）、並列に接続されたインダクタンスＬｍおよび直列に接続されたインダクタンスＬｋで表される。ここで、第１インダクタＬ１インダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、結合係数をｋで表すと、インダクタンスＬｍの値はL1+L2+2Mである。また、インダクタンスＬｋの値は{(1-k2)*L1*L2}/(L1+L2+2M)である。したがって、結合係数ｋが１である場合、等価回路では理想トランス部のみとなって、インピーダンス変換比に周波数依存性は表れない。上記結合係数ｋが１より小さいと、寄生成分であるインダクタンスＬｋが生じて周波数依存性が現れる。またインダクタンスＬｍについては、Ｌ１とＬ２のインダクタンス値が小さいために高周波トランスにおいて影響が大きくなる（無視できなくなる）。そこで、次に述べるように、オートトランス回路２５は、トランスによるインピーダンス変換を行うとともに、上記寄生成分を利用して、ローバンドとハイバンドとで、インピーダンス軌跡の移動の態様を変える。【0064】
図８に示したインダクタンスＬｍは並列接続されているインダクタであるので、ローバンドで有効に作用する。すなわち、図５Ｂにおいて第１軌跡Ｔ１に示すように、信号線に対して並列接続のインダクタの作用で、第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１は第１象限に移動する。また、図８に示したインダクタンスＬｋは直列接続されているインダクタであるので、ハイバンドで有効に作用する。すなわち、図５Ｂにおいて第２軌跡Ｔ２に示すように、信号線に対して直列接続のインダクタの作用で、第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２は第４象限に移動する。【0065】
ここで、比較例として、理想トランスを用いたインピーダンス変換について、図１５Ａ、図１５Ｂを基に示す。図１５Ａは理想トランス３５をアンテナ素子１０と給電回路３０との間に接続した例、図１５Ｂはその場合の給電ポートＰｆからアンテナ素子１０側を見たインピーダンスの軌跡を示す図である。図４Ｂから図１５Ｂへの変化で示すように、スミスチャート上のインピーダンス軌跡の範囲が縮小化されるとともに、右方へシフトされる。しかし、ローバンドとハイバンドの両方についてインピーダンス変換比が同じであるため、両方のインピーダンス軌跡がスミスチャートの第１象限と第４象限に亘る範囲に位置することになる。そのため、図１５Ａに示した回路に伝送線路による移相器を付加してもローバンドとハイバンドの両方を整合させることは困難である。【0066】
比較例の図１９Ｂに示した各マーカーと周波数の関係は、本実施形態で図３に示した各マーカーと周波数との関係と同じである。両図を対比すれば明らかなように、比較例の場合、ローバンドとハイバンドの一方を重視すると、他方の整合が悪化するが、本実施形態によれば、ローバンド、ハイバンド共に良好な整合が得られる。【0067】
次に、上記オートトランス回路２５の具体的な構成例を示す。図９はオートトランス回路２５の各種導体パターンの斜視図である。これらの導体パターンが形成されている誘電体の基材層は除いて描いている。図１０はオートトランス回路２５の、積層素体内における１次コイルおよび２次コイルの配置関係を考慮して表した回路図である。【0068】
図９および図１０において、導体パターンＬ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｃ，Ｌ１Ｄは第１インダクタ（図２に示したＬ１）に相当し、導体パターンＬ２Ａ，Ｌ２Ｂは第２インダクタ（図２に示したＬ２）に相当する。【0069】
図９に表れているように、導体パターンＬ１Ａ，Ｌ１Ｂによる第１ループ状導体ＬＰ１、導体パターンＬ１Ｃ，Ｌ１Ｄによる第２ループ状導体ＬＰ２、導体パターンＬ２Ａによる第３ループ状導体ＬＰ３、導体パターンＬ２Ｂによる第４ループ状導体ＬＰ４、がそれぞれ形成されている。各層の導体パターンはビア導体により層間接続されている。【0070】
最下層の基材層の下面には第１ポート（給電ポート）Ｐ１、第２ポート（アンテナポート）Ｐ２、第３ポート（グランドポート）Ｐ３に相当する端子およびその他の実装用端子（空き端子ＮＣ）が形成されている。これらの端子は最下層の基材層の下面に形成されている。【0071】
第１インダクタＬ１は第１ループ状導体ＬＰ１および第２ループ状導体ＬＰ２で構成されている。第２インダクタＬ２は第３ループ状導体ＬＰ３および第４ループ状導体ＬＰ４で構成されている。【0072】
第１ループ状導体ＬＰ１および第２ループ状導体ＬＰ２は第３ループ状導体ＬＰ３と第４ループ状導体ＬＰ４との間に層方向に挟み込まれている。【0073】
第１ループ状導体ＬＰ１の一部である導体パターンＬ１Ｂおよび第２ループ状導体ＬＰ２の一部である導体パターンＬ１Ｃは並列接続されている。そして、第１ループ状導体ＬＰ１の残余部である導体パターンＬ１Ａおよび第２ループ状導体ＬＰ２の残余部である導体パターンＬ１Ｄが前記並列回路に対してそれぞれ直列接続されている。【0074】
導体パターンＬ２Ａによる第３ループ状導体ＬＰ３および導体パターンＬ２Ｂによる第４ループ状導体ＬＰ４は直列接続されている。【0075】
図１０に示すように、導体パターンＬ１ＡとＬ１Ｄとの強い磁界結合（自己誘導ＳＩ）および導体パターンＬ１ＢとＬ１Ｃとの強い磁界結合（自己誘導ＳＩ）により、第１インダクタＬ１の大きなインダクタンス値を得ている。これにより、コイル長あたりのインダクタンスは大きく、第１インダクタＬ１のＱ値が向上するので損失が低減される。【0076】
また、導体パターンＬ１Ａ，Ｌ１Ｂと導体パターンＬ２Ｂとの磁界結合（相互誘導ＭＩ）および導体パターンＬ１Ｃ，Ｌ１Ｄと導体パターンＬ２Ａとの磁界結合（相互誘導ＭＩ）により、第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２との結合係数を高めている。【0077】
このような構造にすることによって、省スペースでループ導体の開口面積を維持しながら（結合係数が高い状態を維持したまま）、インダクタンス値を任意に変更することができる。【0078】
図１１Ａは、上記アンテナ装置を備えた携帯電話端末等の無線通信装置の構成を示す図である。この図１１Ａでは、無線通信装置の筐体内の主要部についてのみ表している。筐体内にアンテナ素子１０および回路基板が設けられていて、回路基板にはグランド導体ＧＮＤが形成されていて、インピーダンス変換回路１０１および給電回路３０が設けられている。ローバンドにおいてアンテナ素子１０の長い部分で１／４波長共振する。ハイバンドにおいては、アンテナ素子１０の短い部分で１／４波長共振、またはアンテナ素子１０の全体で３／４波長共振する。【0079】
なお、アンテナ素子１０としてはこのようなＴ分岐型のアンテナ素子以外に、モノポールアンテナや逆Ｆ型アンテナであってもよい。いずれの場合も、一般的に、基本波モードでローバンドに対応させ、高調波モードでハイバンドに対応させればよい。【0080】
図１１Ｂは無線通信装置の回路のブロック図である。インピーダンス変換回路１０１にはフロントエンド回路３０１が接続されている。フロントエンド回路３０１は、ローバンドの受信信号出力部、ハイバンドの受信信号出力部、ローバンドの送信信号入力部、およびハイバンドの送信信号入力部を備えている。フロントエンド回路３０１の受信信号出力部から出力される受信信号は、ローバンド用およびハイバンド用のローノイズアンプＬＮＡで増幅され、デュアルフィルタである受信信号フィルタ３０２を通過して受信回路３０４へ入力される。送信回路３０５の出力信号は、デュアルフィルタである送信信号フィルタ３０３を通過し、ローバンド用およびハイバンド用のパワーアンプＰＡで増幅され、フロントエンド回路３０１の送信信号入力部に入力される。【0081】
《第２の実施形態》図１２Ａは第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０２Ａを備えたアンテナ装置２０２Ａの回路図である。図１２Ｂは第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０２Ｂを備えたアンテナ装置２０２Ｂの回路図である。アンテナ装置２０２Ａはインピーダンス変換回路１０２Ａとアンテナ素子１０とで構成され、このアンテナ装置２０２Ａに給電回路３０が接続される。同様に、アンテナ装置２０２Ｂはインピーダンス変換回路１０２Ｂとアンテナ素子１０とで構成され、このアンテナ装置２０２Ｂに給電回路３０が接続される。
【0082】
図１２Ａ、図１２Ｂに示すインピーダンス変換回路１０２Ａ，１０２Ｂと図１に示したインピーダンス変換回路１０１との違いは、インダクタ２３とキャパシタ２１との間に移相器２２を備えている点である。移相器２２は本発明に係る「第２移相器」に相当し、この例では基準インピーダンス（５０Ω）の伝送線路である。また、インピーダンス変換回路１０２Ａと１０２Ｂとの違いは、第１移相器２４側にインダクタ２３を接続しているか、キャパシタ２１を接続しているかである。【0083】
図１２Ａに示すインピーダンス変換回路１０２Ａの場合の第２移相器２２の作用は次のとおりである。【0085】
次に、図１２Ａに示す第２移相器２２を付加すると、インピーダンス軌跡は右回りに回転するが、このとき、上記第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２はすでにスミスチャートの中心付近にあるので、第２移相器２２の影響を殆ど受けない。【0086】
次に、図１２Ａに示すキャパシタ２１を付加すると、第１軌跡Ｔ１の中心はスミスチャートの中心付近へ移動する。【0087】
このように、第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２がすでにスミスチャートの中心付近にある状態（ハイバンドが整合している状態）で、第２移相器２２によって位相回転すると、ローバンドの整合をより正確に行い易くなる。【0088】
図１２Ｂに示すインピーダンス変換回路１０２Ｂの場合の第２移相器２２の作用は次のとおりである。【0090】
次に、図１２Ｂに示す第２移相器２２を付加すると、インピーダンス軌跡は右回りに回転するが、このとき、上記第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１はすでにスミスチャートの中心付近にあるので、第２移相器２２の影響を殆ど受けない。【0091】
次に、図１２Ｂに示すインダクタ２３を付加すると、第２軌跡Ｔ２の中心ＣＰ２はスミスチャートの中心付近へ移動する。【0092】
このように、第１軌跡Ｔ１の中心ＣＰ１はすでにスミスチャートの中心付近にある状態（ローバンドが整合している状態）で第２移相器２２によって位相回転すると、ハイバンドの整合をより正確に行い易くなる。【0093】
図１３は、回路基板に設けられた、第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路の構成を示す図である。回路基板の上面には、上面側グランド電極ＧＮＤ、ストリップラインＳＬ２２，ＳＬ２４等が形成されていて、回路基板の下面には下面側グランド電極が形成されている。この下面側グランド電極、上面側グランド電極ＧＮＤおよびストリップラインＳＬ２４とで、グラウンデッドコプレーナ線路による第１移相器２４が構成されている。同様に、下面側グランド電極、上面側グランド電極ＧＮＤおよびストリップラインＳＬ２２とで、グラウンデッドコプレーナ線路による第２移相器２２が構成されている。さらに、回路基板には、給電回路が接続される線路（グラウンデッドコプレーナ線路）２６が構成されている。【0094】
また、回路基板の上面に、オートトランス回路２５の接続部とアンテナ接続部との間にストリップラインＳＬ１０が形成されている。このストリップラインＳＬ１０と下面のグランド電極とでマイクロストリップ線路が構成されている。アンテナ接続部は例えばピン端子であり、アンテナ素子の所定位置に当接する。【0095】
回路基板の上面には、オートトランス回路２５、およびチップ部品Ｘａ，Ｘｂを実装するパターン（ランド）が形成されている。オートトランス回路２５は４端子のチップ部品であり、図９に示した第３ポート（グランドポート）Ｐ３が回路基板上のグランド電極ＧＮＤに接続されていて、第１ポートＰ１がストリップラインＳＬ２４に接続されていて、第２ポートＰ２がストリップラインＳＬ１０に接続されている。【0096】
図１２Ａに示したインピーダンス変換回路１０２Ａを構成する場合、チップ部品Ｘａはチップキャパシタ（２１）であり、チップ部品Ｘｂはチップインダクタ（２３）である。図１２Ｂに示したインピーダンス変換回路１０２Ｂを構成する場合、チップ部品Ｘａはチップインダクタ（２３）であり、チップ部品Ｘｂはチップキャパシタ（２１）である。【0097】
以上、各実施形態で示したように、オートトランス回路２５を用いることで、伝送線路の長さは10mm弱で済み、この程度であれば実際の携帯電話で用いられる基板にも形成可能である。また、特性インピーダンス50Ωの伝送線路をマッチング部品として活用することができるので、部品点数や基板エリアの削減が可能となる。【0098】
《他の実施形態》以上に示した実施形態以外に、インピーダンス変換回路の構成としてその他の種々の構成を採ることができる。例えば、以上に示した各実施形態では、移相器を伝送線路で構成した例を示したが、上記移相器をディレイラインで構成してもよい。
【0099】
また、ローバンドでの軌跡（第１軌跡）の中心およびハイバンドでの軌跡（第２軌跡）の中心は上記定義以外にも種々の定義を採ることができる。例えば、ある周波数範囲に亘ってスイープして得られるインピーダンス軌跡のうち、所定周波数範囲について、等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値を、その周波数範囲でのインピーダンス軌跡の中心点（代表点）として扱ってもよい。ローバンドであれば、第１軌跡の等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値が第１軌跡の中心点（代表点）であり、ハイバンドであれば、第２軌跡の等周波数間隔で求めた、各周波数における反射係数の平均値が第２軌跡の中心点（代表点）である。【0100】
また、第１軌跡Ｔ１の重心を第１軌跡の中心と定義し、第２軌跡Ｔ２の重心を第２軌跡の中心と定義してもよい。【0101】
また、第１軌跡Ｔ１の各点から或る点までの距離（座標上の距離）を求めたとして、それらの距離の和が最小になるような或る点の位置を、インピーダンス軌跡の中心と定義してもよい。【0102】
また、例えば図２０に示すように、円弧状の軌跡Ｔ１が沿う円Ｃ１の中心ＣＰ１を軌跡Ｔ１の中心と定義してもよい。【0103】
また、ローバンドやハイバンド等の所定周波数範囲での軌跡が円（環）の１周以上に亘る範囲にあるときに、その円の中心を軌跡の中心と定義してもよい。【符号の説明】
【0104】
Ｔ１…第１軌跡Ｔ２…第２軌跡
Ｃ１，Ｃ２…円
ＣＰ１…第１軌跡の中心
ＣＰ２…第２軌跡の中心
Ｌ１…第１インダクタ
Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｃ，Ｌ１Ｄ…導体パターン
Ｌ２…第２インダクタ
Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ…導体パターン
Ｌｍ，Ｌｋ…インダクタンス
ＬＰ１…第１ループ状導体
ＬＰ２…第２ループ状導体
ＬＰ３…第３ループ状導体
ＬＰ４…第４ループ状導体
Ｐ１…第１ポート
Ｐ２…第２ポート
Ｐ３…第３ポート
Ｐａ…アンテナポート
Ｐｆ…給電ポート
Ｐｇ…グランドポート
Ｔ１…第１軌跡
Ｔ２…第２軌跡
１０…アンテナ素子
２１…キャパシタ
２２…第２移相器
２３…インダクタ
２４…第１移相器
２５…オートトランス回路
３０…給電回路
３５…理想トランス
４１…キャパシタ
４３，４５…インダクタ
４４…移相器
１０１…インピーダンス変換回路
１０２Ａ，１０２Ｂ…インピーダンス変換回路
２０１…アンテナ装置
２０２Ａ，２０２Ｂ…アンテナ装置