特許 6233319 マルチバンドアンテナ及び無線装置

(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】6233319

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】マルチバンドアンテナ及び無線装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 5/10 20150101AFI20171113BHJP

   H01Q 9/42 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01Q5/10

   H01Q9/42

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-554565(P2014-554565)

(86)(22)【出願日】2013年12月26日

(86)【国際出願番号】JP2013084964

(87)【国際公開番号】WO2014104228

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2016年7月25日

(31)【優先権主張番号】特願2012-289053(P2012-289053)

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】旭硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】園田 龍太

(72)【発明者】

【氏名】井川 耕司

(72)【発明者】

【氏名】佐山 稔貴

【審査官】 佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２７８２１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ５／００− ９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給電点に接続される給電素子と、
前記給電素子に離れて配置され、前記給電素子と電磁界結合することにより給電され、放射導体として機能する放射素子と、
グランドプレーンと、
前記放射素子に近接し、リアクタンス素子を介して前記グランドプレーンに接続される無給電素子とを備え、
前記リアクタンス素子は、前記放射素子の共振モードの共振周波数以外の周波数でマルチバンドアンテナを整合させるリアクタンスを有し、
前記給電素子を共振させることで前記電磁界結合を実現していることを特徴とするマルチバンドアンテナ。

【請求項2】

前記リアクタンス素子は、前記放射素子の基本モードの共振周波数と２次モードの共振周波数との間の周波数でマルチバンドアンテナを整合させるリアクタンスを有する、請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項3】

前記リアクタンスは、８ｎＨ以上１００ｎＨ以下である、請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項4】

前記放射素子の基本モードの共振周波数における真空中の波長をλ_０として、
前記無給電素子と前記放射素子との最短距離が、０．２×λ_０以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項5】

前記無給電素子は、前記グランドプレーンから離れる方向に延伸する部分と、前記放射素子と平面視において重複する部分とを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項6】

前記放射素子の基本モードの共振周波数における真空中の波長をλ_０とし、前記放射素子が設けられる環境の波長短縮率をｋ_２とし、前記環境上での波長をλ_ｇ２＝λ_０・ｋ_２として、
前記放射素子の物理的な長さが、前記放射素子の共振の基本モードがダイポールモードである場合、（１／４）・λ_ｇ２以上（５／８）・λ_ｇ２以下であり、前記放射素子の共振の基本モードがループモードである場合、（７／８）・λ_ｇ２以上（９／８）・λ_ｇ２以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項7】

前記給電素子の共振の基本モードを与える電気長をＬｅ２１、前記放射素子の共振の基本モードを与える電気長をＬｅ２２、前記放射素子の基本モードの共振周波数における前記給電素子または前記放射素子上での波長をλとして、Ｌｅ２１が、（３／８）・λ以下であり、かつ、Ｌｅ２２が、前記放射素子の共振の基本モードがダイポールモードである場合、（３／８）・λ以上（５／８）・λ以下であり、前記放射素子の共振の基本モードがループモードである場合、（７／８）・λ以上（９／８）・λ以下である請求項１から６のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項8】

前記放射素子の基本モードの共振周波数における真空中の波長をλ_０とし、
前記給電素子と前記放射素子との最短距離が、０．２×λ_０以下である、請求項１から７のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項9】

前記給電素子が前記放射素子に給電する給電部は、前記放射素子の基本モードの共振周波数における最も低いインピーダンスになる部分以外に位置する、請求項１から８のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項10】

前記給電素子が前記放射素子に給電する給電部は、前記放射素子の基本モードの共振周波数における最も低いインピーダンスになる部分から前記放射素子の全長の１／８以上の距離を離した部位に位置する、請求項１から９のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項11】

前記給電素子と前記放射素子とが最短距離で並走する距離は、前記放射素子の長さの３／８以下である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項12】

前記給電素子は、前記グランドプレーンから離れる方向に延伸し、
前記放射素子は、前記グランドプレーンの縁部に沿った部位を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナ。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか一項に記載のマルチバンドアンテナを備える無線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基本モードの共振周波数の整数倍で放射素子が共振することを利用するマルチバンドアンテナ及び無線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１，２には、基本モードの共振周波数の整数倍で放射素子が共振する高次モードを利用するマルチバンドアンテナが提案されている。一方、特許文献３には、高次モードを利用するマルチバンドアンテナにおいて、各共振モードの共振周波数における帯域幅をそれぞれ独立に調整する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００９−５１０９０１号公報

【特許文献2】特表２００９−５３８０４９号公報

【特許文献3】特表２００９−５１０９００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、高次モードを利用する従来のマルチバンドアンテナでは、元々の各共振モードの共振特性に与える影響を抑えたまま、それらの共振モードにおけるそれぞれの共振周波数の間に新たな共振特性を付加することは難しかった。本発明は、元々の各共振モードの共振特性に与える影響を抑えたまま、新たな共振特性を付加することができる、マルチバンドアンテナ及び無線装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明は、
給電点に接続される給電素子と、
前記給電素子に離れて配置され、前記給電素子と電磁界結合することにより給電され、放射導体として機能する放射素子と、
グランドプレーンと、
前記放射素子に近接し、リアクタンス素子を介して前記グランドプレーンに接続される無給電素子とを備え、
前記リアクタンス素子は、前記放射素子の共振モードの共振周波数以外の周波数でマルチバンドアンテナを整合させるリアクタンスを有し、
前記給電素子を共振させることで前記電磁界結合を実現しているマルチバンドアンテナ及び無線装置を提供するものである。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、元々の各共振モードの共振特性に与える影響を抑えたまま、新たな共振特性を付加することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態のマルチバンドアンテナの解析モデルの斜視図

【図2】一実施形態のマルチバンドアンテナの各構成の位置関係を模式的に示した図

【図3】リアクタンス素子がインダクタンス素子のみ有するときのマルチバンドアンテナのＳ１１特性図（Ｌ５＝３．９５ｍｍ，インダクタンス＝１０〜８０ｎＨ）

【図4】リアクタンス素子がインダクタンス素子のみ有するときのマルチバンドアンテナのＳ１１特性図（Ｌ５＝５．９５ｍｍ，インダクタンス＝８〜８０ｎＨ）

【図5】リアクタンス素子がインダクタンス素子のみ有するときのマルチバンドアンテナのＳ１１特性図（Ｌ５＝１０．９５ｍｍ，インダクタンス＝６〜１００ｎＨ）

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本発明の一実施形態であるマルチバンドアンテナ１の動作を解析するためのコンピュータ上のシミュレーションモデルを示した斜視図である。電磁界シミュレータとして、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）を使用した。マルチバンドアンテナ１は、給電素子２１と、放射素子２２と、グランドプレーン４２と、無給電素子２３とを備えた、高次モードを利用するマルチバンドアンテナである。

【0009】

給電素子２１は、給電点４４に接続され、放射素子２２に対して給電可能な線状導体である。図１には、樹脂基板４３の表面に形成された給電素子２１の端部２１ａがマイクロストリップライン４０のストリップ導体４１に接続され、マイクロストリップライン４０のストリップ導体４１を介して給電点４４に接続される形態が例示されている。

【0010】

マイクロストリップライン４０は、樹脂基板４３を有し、樹脂基板４３の一方の表面にグランドプレーン４２が配置され、樹脂基板４３のもう一方の反対側の表面に線状のストリップ導体４１が配置されている。樹脂基板４３は、例えば、ストリップ導体４１に給電点４４を介して接続される給電回路（例えば、ＩＣチップ等の集積回路）が実装される基板を想定している。図１には、ＸＹ平面内に延在する方形状の樹脂基板４３及びグランドプレーン４２が例示されている。図１の場合、給電素子２１は、ストリップ導体４１と同じ表面に配置され、給電素子２１とストリップ導体４１との境界は、グランドプレーン４２の縁部４２ａである。

【0011】

図１には、グランドプレーン４２の縁部４２ａに対して直角且つＹ軸に平行な方向に延在する直線状導体と、Ｘ軸に平行な縁部４２ａに並走して延在する直線状導体とによって、Ｌ字状に形成された給電素子２１が例示されている。図１の場合、給電素子２１は、端部２１ａを起点にＹ軸方向に延伸してからＸ軸方向に折り曲げられ、Ｘ軸方向への延伸の端部２１ｂまで延伸している。

【0012】

放射素子２２は、給電素子２１を介して給電されるアンテナとして機能するアンテナ導体である。図１には、Ｘ軸に平行な方向に縁部４２ａに並走するように端部２２ａから端部２２ｂまで延在する直線状導体を有する放射素子２２が例示されている。給電素子２１は、グランドプレーン４２から離れる方向に延伸し、放射素子２２は、グランドプレーン４２の縁部４２ａ又は縁部４２ｂに沿った部位を有するような配置が好ましい。このような配置にすることにより、例えばマルチバンドアンテナ１の指向性を容易に制御することが可能となる。

【0013】

放射素子２２は、給電素子２１から所定の間隔離れて配置され、給電素子２１と電磁界結合する線状導体である。放射素子２２は、給電部２５で給電素子２１を介して電磁界結合によって非接触で給電される。このように給電されることによって、放射素子２２は、アンテナの放射導体として機能する。図１に示すように、放射素子２２が２点間を結ぶ線状導体である場合、半波長ダイポールアンテナと同様の共振電流（分布）が放射素子２２上に形成される。すなわち、放射素子２２は、所定の周波数の半波長で共振するダイポールアンテナとして機能（以下、ダイポールモードという）する。また、図示しないが、放射素子は線状導体で四角形を形成するようなループ状導体であってもよい。放射素子がループ状導体である場合、ループアンテナと同様の共振電流（分布）が放射素子上に形成される。すなわち、放射素子は、所定の周波数の１波長で共振するループアンテナとして機能（以下、ループモードという）する。

【0014】

電磁界結合とは、電磁界の共鳴現象を利用した結合であり、例えば非特許文献（Ａ.Ｋｕｒｓ, ｅｔ ａｌ,“Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｖｉａ Ｓｔｒｏｎｇｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ,”Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｘｐｒｅｓｓ, Ｖｏｌ.３１７, Ｎｏ.５８３４, ｐｐ.８３−８６, Ｊｕｌ. ２００７）に開示されている。電磁界結合は、電磁界共振結合又は電磁界共鳴結合とも称され、同じ周波数で共振する共振器同士を近接させ、一方の共振器を共振させると、共振器間に作られるニアフィールド（非放射界領域）での結合を介して、他方の共振器にエネルギーを伝送する技術である。また、電磁界結合とは、静電容量結合や電磁誘導による結合を除いた高周波における電界及び磁界による結合を意味する。なお、ここでの「静電容量結合や電磁誘導による結合を除いた」とは、これらの結合が全くなくなることを意味するのではなく、影響を及ぼさない程度に小さいことを意味する。給電素子２１と放射素子２２との間の媒体は、空気でもよいし、ガラスや樹脂材等の誘電体でもよい。なお、給電素子２１と放射素子２２との間には、グランドプレーンやディスプレイ等の導電性材料を配置しないことが好ましい。

【0015】

給電素子２１と放射素子２２を電磁界結合させることによって、衝撃に対して強い構造が得られる。すなわち、電磁界結合の利用によって、給電素子２１と放射素子２２を物理的に接触させることなく、給電素子２１を用いて放射素子２２に給電できるため、物理的な接触が必要な接触給電方式に比べて、衝撃に対して強い構造が得られる。

【0016】

また、電磁界結合で給電する場合の方が、静電容量結合で給電する場合に比べて、給電素子２１と放射素子２２の離間距離（結合距離）の変化に対して、動作周波数におけるマルチバンドアンテナ１の動作利得（アンテナ利得）は低下しにくい。ここで、動作利得とは、アンテナの放射効率×リターンロスで算出される量であり、入力電力に対するアンテナの効率として定義される量である。したがって、給電素子２１と放射素子２２を電磁界結合させることで、給電素子２１と放射素子２２の配置位置を決める自由度を高めることができ、位置ロバスト性も高めることができる。なお、位置ロバスト性が高いとは、給電素子２１及び放射素子２２の配置位置等がずれても、マルチバンドアンテナ１の動作利得に与える影響が低いことを意味する。また、給電素子２１と放射素子２２の配置位置を決める自由度が高いため、マルチバンドアンテナ１の設置に必要なスペースを容易に縮小できる点で有利である。また、電磁界結合の利用によって、容量板などの余計な部品を構成してなくても、給電素子２１を用いて放射素子２２に給電できるため、静電容量結合で給電する場合に比べて、簡易な構成での給電が可能である。

【0017】

また、給電素子２１が放射素子２２に給電する部位である給電部２５は、図１の場合、放射素子２２の一方の端部２２ａと他方の端部２２ｂとの間の中央部２６以外の部位（中央部２６と端部２２ａ又は端部２２ｂとの間の部位）に位置している。このように、給電部２５を放射素子２２の基本モードの共振周波数における最も低いインピーダンスになる部分（この場合、中央部２６）以外の放射素子２２の部位に位置させることによって、マルチバンドアンテナ１のインピーダンスマッチングを容易に取ることができる。給電部２５は、放射素子２２と給電素子２１とが最近接する放射素子２２の導体部分のうち給電素子２１の端部２１ａに最も近い部分で定義される部位である。

【0018】

放射素子２２のインピーダンスは、ダイポールモードの場合、放射素子２２の中央部２６から端部２２ａ又は端部２２ｂの方に離れるにつれて高くなる。電磁界結合における高インピーダンスでの結合の場合、給電素子２１と放射素子２２間のインピーダンスが多少変化しても一定以上の高インピーダンスで結合していればインピーダンスマッチングに対する影響は小さい。よって、マッチングを容易に取るために、放射素子２２の給電部２５は、放射素子２２の高インピーダンスの部分に位置することが好ましい。

【0019】

例えば、マルチバンドアンテナ１のインピーダンスマッチングを容易に取るために、給電部２５は、放射素子２２の基本モードの共振周波数における最も低いインピーダンスになる部分（この場合、中央部２６）から放射素子２２の全長の１／８以上（好ましくは、１／６以上、さらに好ましくは、１／４以上）の距離を離した部位に位置するとよい。図１の場合、放射素子２２の全長は、Ｌ７に相当し、給電部２５は、中央部２６に対して端部２２ａ側に位置している。

【0020】

図２は、マルチバンドアンテナ１の各構成のＺ軸方向の位置関係を模式的に示した図である。放射素子２２は、例えば図２に示されるように、樹脂基板４３から距離Ｈ２離れて樹脂基板４３に対向する樹脂基板４５に設けられている。放射素子２２は、図２では樹脂基板４５の給電素子２１に対向する側の表面に配置されているが、樹脂基板４３に配置されてもよいし、樹脂基板４５の給電素子２１に対向する側とは反対側の表面に配置されてもよいし、樹脂基板４５の側面に配置されてもよい。

【0021】

なお、図面を見えやすくするため、図１では樹脂基板４５の図示が省略され、図２ではストリップ導体４１の図示が省略されている。

【0022】

無給電素子２３は、放射素子２２に近接し、図１に示されるリアクタンス素子２４を介してグランドプレーン４２に接続される線状導体である。図１の場合、無給電素子２３は、端部２３ａを起点にＹ軸方向に延伸してからＸ軸方向に折り曲げられ、Ｘ軸方向への延伸の端部２３ｂまで延伸している。無給電素子２３は、図２では樹脂基板４３のグランドプレーン４２と同一平面上にあるが、給電素子２１と同一平面上にあってもよい。後者の場合、グランドプレーン４２とは例えばビアを介して接続される。また、樹脂基板４３が多層基板で構成される場合には、内層に構成されてもよい。

【0023】

無給電素子２３は、放射素子２２と高周波的に結合可能な距離離れて配置されている。無給電素子２３と放射素子２２との高周波的な結合は、静電容量結合でもよいし、電磁気的な結合でもよいし、電磁界結合でもよい。例えば、放射素子２２の基本モードの共振周波数における真空中の波長をλ_０として、無給電素子２３と放射素子２２との最短距離が、０．２×λ_０以下であることが、安定的な高周波的結合の観点で好ましい。また、無給電素子２３は、グランドプレーン４２から離れる方向に延伸する部分と、放射素子２２と平面視において重複する部分とを有することによって同様の効果が得られる。

【0024】

なお、無給電素子２３と放射素子２２との最短距離とは、無給電素子２３と放射素子２２において、最も近接している部位間の直線距離である。また、無給電素子２３と放射素子２２は、Ｚ軸方向から見たときに、両者が高周波的な結合をしていれば、交差しても交差しなくてもよいし、その交差角度も任意の角度でよい。

【0025】

リアクタンス素子２４は、放射素子２２の共振モードの共振周波数以外の周波数でマルチバンドアンテナ１を整合させるリアクタンスを有している。例えば、リアクタンス素子２４は、放射素子２２の互いに最も近い２つの共振モードの共振周波数の間の周波数で、マルチバンドアンテナ１を共振させ、マルチバンドアンテナ１をインピーダンス整合させるリアクタンスを有している。放射素子２２の互いに最も近い２つの共振モードの共振周波数の間の周波数とは、例えば、基本モードの共振周波数と２次モードの共振周波数（基本モードの共振周波数の２倍の周波数）との間の周波数である。

【0026】

マルチバンドアンテナ１では、給電素子２１、放射素子２２、無給電素子２３、リアクタンス素子２４及びグランドプレーン４２を含んで構成されたループＲに電流が流れることが考えられる。給電素子２１、放射素子２２、無給電素子２３、リアクタンス素子２４及びグランドプレーン４２の順番でループＲが形成されるように、給電素子２１、放射素子２２、無給電素子２３、リアクタンス素子２４及びグランドプレーン４２は配置されている。図１に示したループＲは、電流が流れる経路の一例である。リアクタンス素子２４の所定のリアクタンスにより、放射素子２２の２つの共振モードの周波数の間の周波数でループＲを共振させていると考えられる。具体的なリアクタンスは、共振モードの共振周波数によって変わるものであるが、例えば、１ＧＨｚから２ＧＨｚの間で共振させる場合には、８ｎＨ以上１００ｎＨ以下であることが好ましい。

【0027】

マルチバンドアンテナ１は、このようなリアクタンスを有するリアクタンス素子２４を介してグランドプレーン４２に接続された無給電素子２３を、給電素子２１と電磁界結合する放射素子２２に近接配置する構成を有している。このような構成を有することにより、放射素子２２の元々の各共振モードの共振特性に与える影響を抑えたまま、放射素子２２の基本モードと２次モードの間の周波数で共振する新たな共振特性をマルチバンドアンテナ１に付加することができる。

【0028】

リアクタンス素子２４は、無給電素子２３とグランドプレーン４２との間のギャップに装荷された素子である。リアクタンス素子２４の個数は一つでも複数でもよい。また、リアクタンス素子２４は、インダクタンス素子のみを有する素子でもよいし、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子の両方を有する素子でもよい。また、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子は、互いに直列に接続されてもよいし、互いに並列に接続されてもよい。リアクタンス素子２４に構成されるキャパシタンス素子は、例えば、マルチバンドアンテナ１と、給電素子２１に給電点４４を介して接続される給電回路とのマッチングの調整に使用可能である。

【0029】

また、リアクタンス素子２４として可変リアクタンス素子を使用することにより、共振周波数やインピーダンス整合の調整を電気的に行うことができる。

【0030】

給電素子２１の共振の基本モードを与える電気長をＬｅ２１、放射素子２２の共振の基本モードを与える電気長をＬｅ２２、放射素子２２の基本モードの共振周波数ｆにおける給電素子２１または放射素子２２上での波長をλとして、Ｌｅ２１が、（３／８）・λ以下であり、かつ、Ｌｅ２２が、放射素子２２の共振の基本モードがダイポールモードである場合、（３／８）・λ以上（５／８）・λ以下であり、放射素子２２の共振の基本モードがループモードである場合、（７／８）・λ以上（９／８）・λ以下であることが好ましい。

【0031】

前記Ｌｅ２１は、縁部４２ａが放射素子２２に沿うようにグランドプレーン４２が形成され、給電素子２１は、縁部４２ａとの相互作用により、給電素子２１とグランドプレーン上に、共振電流（分布）を形成することができ、放射素子２２と共鳴して電磁界結合する。そのため、給電素子２１の電気長Ｌｅ２１の下限値は特になく、給電素子２１が放射素子２２と物理的に電磁界結合できる程度の長さであればよい。また、電磁界結合が実現しているとは整合が取れているということを意味している。また、この場合、給電素子２１が放射素子２２の共振周波数に合わせて電気長を設計する必要がなく、給電素子２１を放射導体として自由に設計することが可能になるため、マルチバンドアンテナ１の多周波化を容易に実現できる。なお、放射素子２２に沿うグランドプレーン４２の縁部４２ａは、給電素子２１の電気長と合計して設計周波数（共振周波数ｆ）の（１／４）・λ以上の長さであることがよい。

【0032】

なお給電素子２１の物理的な長さＬ２１は、整合回路などを含んでいない場合、放射素子の基本モードの共振周波数における真空中の電波の波長をλ_０として、実装される環境による波長短縮効果の短縮率をｋ_１としたとき、λ_ｇ１＝λ_０・ｋ_１によって決定される。ここでｋ_１は、給電素子２１の環境の実効比誘電率（ε_ｒ１）および実効比透磁率（μ_ｒ１）などの給電素子が設けられた誘電体基材等の媒質（環境）の比誘電率、比透磁率、および厚み、共振周波数などから算出される値である。すなわち、Ｌ２１は、（３／８）・λ_ｇ１以下である。なお、短縮率は上記の物性から算出してもよいし、実測により求めても良い。例えば、短縮率を測定したい環境に設置された対象となる素子の共振周波数を測定し、任意の周波数ごとの短縮率が既知である環境において同じ素子の共振周波数を測定し、これらの共振周波数の差から短縮率を算出してもよい。

【0033】

給電素子２１の物理的な長さＬ２１は、Ｌｅ２１を与える物理的な長さであり、その他の要素を含まない理想的な場合、Ｌｅ２１と等しい。給電素子２１が、整合回路などを含む場合、Ｌ２１は、ゼロを超え、Ｌｅ２１以下が好ましい。Ｌ２１はインダクタ等の整合回路を利用することにより短く（サイズを小さく）することが可能である。

【0034】

また、前記Ｌｅ２２は、放射素子の共振の基本モードがダイポールモード（放射素子の両端が開放端であるような線状の導体）である場合、（３／８）・λ以上（５／８）・λ以下が好ましく、（７／１６）・λ以上（９／１６）・λ以下がより好ましく、（１５／３２）・λ以上（１７／３２）・λ以下が特に好ましい。また、高次モードを考慮すると、前記Ｌｅ２２は、（３／８）・λ・ｍ以上（５／８）・λ・ｍ以下が好ましく、（７／１６）・λ・ｍ以上（９／１６）・λ・ｍ以下がより好ましく、（１５／３２）・λ・ｍ以上（１７／３２）・λ・ｍ以下が特に好ましい。ただし、ｍは高次モードのモード数であり、自然数である。ｍは１〜５の整数が好ましく、１〜３の整数が特に好ましい。ｍ＝１の場合は基本モードである。Ｌｅ２２がこの範囲内であれば、放射素子２２が充分に放射導体として機能し、マルチバンドアンテナ１の効率が良く好ましい。

【0035】

また同様に、放射素子の共振の基本モードがループモード（放射素子がループ状の導体）である場合、前記Ｌｅ２２は、（７／８）・λ以上（９／８）・λ以下が好ましく、（１５／１６）・λ以上（１７／１６）・λ以下がより好ましく、（３１／３２）・λ以上（３３／３２）・λ以下が特に好ましい。また、高次モードについては、前記Ｌｅ２２は、（７／８）・λ・ｍ以上（９／８）・λ・ｍ以下が好ましく、（１５／１６）・λ・ｍ以上（１７／１６）・λ・ｍ以下がより好ましく、（３１／３２）・λ・ｍ以上（３３／３２）・λ・ｍ以下が特に好ましい。

【0036】

なお放射素子２２の物理的な長さＬ２２は、放射素子の基本モードの共振周波数における真空中の電波の波長をλ_０として、実装される環境による短縮効果の短縮率をｋ_２としたとき、λ_ｇ２＝λ_０・ｋ_２によって決定される。ここでｋ_２は、放射素子２２の環境の実効比誘電率（ε_ｒ２）および実効比透磁率（μ_ｒ２）などの放射素子が設けられた誘電体基材等の媒質（環境）の比誘電率、比透磁率、および厚み、共振周波数などから算出される値である。すなわち、Ｌ２２は、放射素子の共振の基本モードがダイポールモードである場合、（１／２）・λ_ｇ２であることが理想的である。放射素子２２の長さＬ２２は、好ましくは、（１／４）・λ_ｇ２以上（５／８）・λ_ｇ２以下であり、さらに好ましくは、（３／８）・λ_ｇ２以上である。ループモードである場合、（７／８）・λ_ｇ２以上（９／８）・λ_ｇ２以下である。放射素子２２の物理的な長さＬ２２は、Ｌｅ２２を与える物理的な長さであり、その他の要素を含まない理想的な場合、Ｌｅ２２と等しい。Ｌ２２は、インダクタ等の整合回路を利用することにより短くしたとしても、ゼロを超え、Ｌｅ２２以下が好ましく、Ｌｅ２２の０．４倍以上１倍以下が特に好ましい。放射素子２２の長さＬ２２をこのような長さに調整することによって、放射素子２２の動作利得を向上させる点で有利である。

【0037】

例えば、誘電体基材として比誘電率＝３．４、ｔａｎδ＝０．００３、基板厚０．８ｍｍであるＢＴレジン（登録商標）ＣＣＬ−ＨＬ８７０（Ｍ）（三菱ガス化学製）を使用した場合のＬ２１の長さは、設計周波数を３．５ＧＨｚとしたときに、２０ｍｍであり、Ｌ２２の長さは、設計周波数を２．２ＧＨｚとしたときに、３４ｍｍである。

【0038】

また、放射素子２２の基本モードの共振周波数ｆにおける真空中の電波波長をλ_０とし、給電素子２１と放射素子２２との最短距離Ｄ１（＞０）は、０．２×λ_０以下（より好ましくは、０．１×λ_０以下、更に好ましくは、０．０５×λ_０以下）であると好適である。給電素子２１と放射素子２２をこのような最短距離Ｄ１だけ離して配置することによって、マルチバンドアンテナ１の動作利得を向上させる点で有利である。

【0039】

なお、最短距離Ｄ１とは、給電素子２１と放射素子２２において、最も近接している部位間の直線距離である。また、給電素子２１と放射素子２２は、Ｚ軸方向から見たときに、両者が電磁界結合していれば、交差しても交差しなくてもよいし、その交差角度も任意の角度でよい。

【0040】

また、給電素子２１と放射素子２２とが最短距離ｘで並走する距離は、放射素子２２の物理的な長さの３／８以下であることが好ましい。より好ましくは、１／４以下、更に好ましくは、１／８以下である。最短距離ｘとなる位置は給電素子２１と放射素子２２との結合が強い部位であり、最短距離ｘで並走する距離が長いと、放射素子２２のインピーダンスが高い部分と低い部分の両方と強く結合することになるため、インピーダンスマッチングが取れない場合がある。よって、放射素子２２のインピーダンスの変化が少ない部位のみと強く結合するために最短距離ｘで並走する距離は短い方がインピーダンスマッチングの点で有利である。

【0041】

また、放射素子２２の基本モードの共振周波数ｆにおける真空中の波長をλ_０とし、放射素子２２が設けられる誘電体基材の波長短縮率をｋとし、その誘電体基材上での波長を＝ｋ・λ_０として、

【0042】

また、マルチバンドアンテナ１は、無線装置（例えば、人が携帯可能な通信端末等の無線通信装置）に搭載される。無線装置の具体例として、情報端末機、携帯電話、スマートフォン、パソコン、ゲーム機、テレビ、音楽や映像のプレーヤーなどの電子機器が挙げられる。

【0043】

例えば図２において、マルチバンドアンテナ１がディスプレイを有する無線通信装置に搭載される場合、樹脂基板４５は、例えば、ディスプレイの画像表示面を全面的に覆うカバーガラスであってもよいし、樹脂基板４３が固定される筐体（特には、表蓋、裏蓋、側壁など）であってもよい。カバーガラスは、ディスプレイに表示される画像を透明又はユーザが視認可能な程度に半透明な誘電体基板であって、ディスプレイの上に積層配置された平板状の部材である。

【0044】

放射素子２２がカバーガラスの表面に設けられる場合、放射素子２２は、銅や銀などの導体ペーストをカバーガラスの表面に塗って焼成して形成されるとよい。このときの導体ペーストとして、カバーガラスに利用される化学強化ガラスの強化が鈍らない程度の温度で焼成できる低温焼成可能な導体ペーストを利用するとよい。また、酸化による導体の劣化を防ぐために、メッキなどを施してもよい。また、配線などを隠す目的でカバーガラスの周縁に黒色隠蔽膜が形成されている場合、放射素子２２が黒色隠蔽膜上に形成されてもよい。

【0045】

放射素子２２の形状に関して、カバーガラスに放射素子２２を形成する場合、その形状は線状導体が好ましい。一方、放射素子２２を筐体に形成する場合は、放射素子２２を配置する場所は特に限定されず、また形状に関しても、線状導体でもよく、ループ状導体でもよく、パッチ状導体でもよい。パッチ状導体は、形状は特に限定されなく、略正方形、略長方形、略円形、略楕円形等のあらゆる形状の平面構造を用いることができる。

【0046】

また、給電素子２１、放射素子２２及び無給電素子２３、並びにグランドプレーン４２のＺ軸に平行な高さ方向における各位置は、互いに異なっていてもよい。また、給電素子２１、放射素子２２及び無給電素子２３、並びにグランドプレーン４２の高さ方向の各位置が全て又は一部のみが同じでもよい。

【0047】

また、一つの給電素子２１で複数の放射素子に給電してもよい。複数の放射素子を利用することにより、マルチバンド化、ワイドバンド化、指向性制御等の実施が容易となる。また、複数のマルチバンドアンテナ１が一つの無線装置に搭載されてもよい。

【0048】

図１，２で示した形態のマルチバンドアンテナ１をシミュレーション解析したときのＳ１１特性（図３，図４，図５）について説明する。Ｓ１１特性とは、高周波電子部品等の特性の一種であり、本明細書においては周波数に対する反射損失（リターンロス）で表す。電磁界シミュレータとして、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）を使用した。放射素子２２の基本モードの共振周波数を１ＧＨｚ付近に設定した。

【0049】

このときの図１，２で示した各寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１：１４０
Ｌ２：３０
Ｌ３：５．９５
Ｌ４：０．１
Ｌ５：３．９５（図３），５．９５（図４），１０．９５（図５）
Ｌ６：１５．９５
Ｌ７：９５
Ｌ８：４０
Ｌ９：１２０
Ｈ１：０．８
Ｈ２：１．７２
Ｈ３：１．０
とした。グランドプレーン４２、給電素子２１、放射素子２２及び無給電素子２３において、Ｚ軸方向の厚さ（高さ）は０．０１８ｍｍとした。また、ストリップ導体４１、給電素子２１、放射素子２２及び無給電素子２３のＸ方向又はＹ方向の幅は、１．９ｍｍとした。また、樹脂基板４３は、比誘電率ε_ｒ＝３．４、ｔａｎδ＝０．００１５に設定し、樹脂基板４５は、比誘電率ε_ｒ＝８．９２６、ｔａｎδ＝０．０００３２６に設定した。

【0050】

図３，図４，図５は、リアクタンス素子２４がインダクタンス素子のみ有するときのマルチバンドアンテナ１のＳ１１特性図である。図３は、Ｌ５を３．９５ｍｍに設定したマルチバンドアンテナ１において、インダクタンス素子のインダクタンスを１０〜８０ｎＨ変化させたときのＳ１１特性図である。図４は、Ｌ５を５．９５ｍｍに設定したマルチバンドアンテナ１において、インダクタンス素子のインダクタンスを８〜８０ｎＨ変化させたときのＳ１１特性図である。図５は、Ｌ５を１０．９５ｍｍに設定したマルチバンドアンテナ１において、インダクタンス素子のインダクタンスを６〜１００ｎＨ変化させたときのＳ１１特性図である。Ｌ５は、無給電素子２３と放射素子２２とが平面視において重複する部分のＸ軸方向の長さである。

【0051】

図３〜５に示されるように、基本モードの共振周波数が１ＧＨｚ付近に現れ、２次モードの共振周波数が２ＧＨｚ付近に現れている。

【0052】

図３の場合、インダクタンス素子のインダクタンスを１２〜６０ｎＨに設定することによって、元々の基本モードと２次モードのそれぞれの共振周波数を変化させずに、それらの共振周波数以外の周波数帯で新たな共振周波数（以下、「付加共振周波数」という）が付加されている。また、図３の場合、インダクタンス素子のインダクタンスを１２〜４０ｎＨに設定することによって、元々の基本モードと２次モードのそれぞれの共振周波数を変化させずに、元々の基本モードと２次モードとの間に新たな共振周波数（以下、「中間共振周波数」という）が付加されている。

【0053】

図４の場合、インダクタンス素子のインダクタンスを１０〜６０ｎＨに設定することによって、元々の基本モードと２次モードのそれぞれの共振周波数を変化させずに、付加共振周波数が付加されている。また、図４の場合、インダクタンス素子のインダクタンスを１０〜４０ｎＨに設定することによって、元々の基本モードと２次モードのそれぞれの共振周波数を変化させずに、中間共振周波数が付加されている。

【0054】

図５の場合、インダクタンス素子のインダクタンスを８〜１００ｎＨに設定することによって、元々の基本モードと２次モードのそれぞれの共振周波数を変化させずに、付加共振周波数が付加されている。また、図５の場合、インダクタンス素子のインダクタンスを８〜３０ｎＨに設定することによって、元々の基本モードと２次モードのそれぞれの共振周波数を変化させずに、中間共振周波数が付加されている。

【0055】

このように、インダクタンス素子のインダクタンスを調整することによって、付加共振周波数（又は、中間共振周波数）を制御でき、そのインダクタンスを大きくするにつれて、付加共振周波数（又は、中間共振周波数）を低周波側に順次移動させることができる。

【0056】

以上、マルチバンドアンテナを実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

【0057】

例えば、図１に例示した給電素子２１、放射素子２２及び無給電素子２３は、直線的に延びる線状導体であるが、曲がった導体部位を含む線状導体でもよい。例えば、Ｌ字状の導体部位を含むものでもよいし、メアンダ形状の導体部位を含むものでもよい。また、給電素子２１、放射素子２２及び無給電素子２３は、途中で分岐した導体部位を含む線状導体でもよい。

【0058】

また、給電素子２１に、スタブを設けてもよいし、整合回路を設けてもよい。これにより、給電素子２１が基板に占める面積を減らすことができる。

【0059】

また、給電素子２１が接続される伝送線路は、マイクロストリップラインに限られない。例えば、ストリップライン、グランドプレーン付きコプレーナウェーブガイド（導体面とは反対側の表面にグランドプレーンが配置されたコプレーナウェーブガイド）などが挙げられる。給電素子２１と給電点４４は、これらの異なる複数の種類の伝送線路を介して接続されてもよい。

【0060】

本国際出願は、２０１２年１２月２８日に出願した日本国特許出願第２０１２−２８９０５３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１２−２８９０５３号の全内容を本国際出願に援用する。

【符号の説明】

【0061】

１ マルチバンドアンテナ
２１ 給電素子
２２ 放射素子
２３ 無給電素子
２４ リアクタンス素子
２５ 給電部
２６ 中央部
４０ マイクロストリップライン
４１ ストリップ導体
４２ グランドプレーン
４２ａ，４２ｂ 縁部
４３ 樹脂基板
４４ 給電点
４５ 樹脂基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】