(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、通信機器において、アンテナの共振周波数を複共振化するためには、放射電極と誘電体ブロックとを備えたアンテナ装置が提案されている。
例えば、特許文献1では、絶縁性の基板本体と、基板本体にそれぞれ金属箔でパターン形成されたグランド面と、第1エレメント、第2エレメントおよび第3エレメントとを備えたアンテナ装置が記載されている。
【0003】
このアンテナ装置では、第1エレメントが、グランド面側に配した基端に給電点が設けられていると共にグランド面から離間する方向に延びる第1延在部と、第1延在部の先端からグランド面に沿った方向に延びる第2延在部とを有し、第2エレメントが、第1延在部から離間する方向に第1エレメントの基端から延びる第3延在部と、第3延在部の先端から第1延在部に沿ってグランド面から離間する方向に延びる第4延在部とを有し、第3エレメントが、第1エレメントの基端から延びて先端が給電点から離間した位置でグランド面に接続されている。
また、第3エレメントには、受動素子が接続されており、この受動素子によってインピーダンスが調整可能となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献1に記載の従来技術では、例えば2.4GHz帯と5GHz帯とのデュアルバンドの複共振化を行った場合、第3エレメントの受動素子でインピーダンス調整を行うと、2.4GHz帯と5GHz帯との両方ともインピーダンスが変化してしまい、周波数帯毎にインピーダンスを個別調整することが困難であった。このため、従来では、両方の共振周波数をベストに調整することが難しく、どちらかの共振周波数を優先させるか、2つの共振のベターな点に調整している。特に、小型の電子機器などにおいては、アンテナ装置に他の電子部品などが近接することが多く、その影響によってずれた入力特性を、受動素子を用いて調整するが、一方の共振周波数だけが大きく特性変化してしまった場合などは、デュアルバンドの調整が困難であった。
【0006】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、複共振化した各共振周波数のインピーダンスの個別調整が可能なアンテナ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】
【0007】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係るアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、前記基板本体にそれぞれ金属箔でパターン形成されたグランド面と、第1エレメント、第2エレメント、第3エレメント及び第4エレメントとを備え、前記第1エレメントが、前記グランド面側に配した基端に給電点が設けられていると共に前記グランド面から離間する方向に延びる第1延在部と、前記第1延在部の先端から延びる第2延在部と、前記第2延在部の先端から前記グランド面から離間する方向に延びる第3延在部と、前記第3延在部の先端から前記グランド面に沿った方向に延びる第4延在部とを有し、前記第2エレメントが、前記第2延在部から離間する方向に前記第1延在部の先端部から延びる第5延在部と、前記第5延在部の先端から前記第3延在部に沿って前記グランド面から離間する方向に延びる第6延在部とを有し、前記第3エレメントが、前記第1延在部の基端部から延びて先端が前記給電点から離間した位置で前記グランド面に接続され、前記第4エレメントが、前記第2延在部の先端から延びて先端が前記給電点から離間した位置で前記グランド面に接続され、前記第4延在部に第1受動素子が接続され、さらに前記第4エレメントに第2受動素子が接続されていると共に、前記第2延在部に第3受動素子が接続されていることを特徴とする。
【0008】
このアンテナ装置では、第4延在部に第1受動素子が接続され、第4エレメントに第2受動素子が接続されていると共に、第2延在部に第3受動素子が接続されているので、第1エレメントを主として生じる共振周波数よりも第2エレメントを主として生じる共振周波数に対して高いインピーダンスを有する第3受動素子を採用することで、第2エレメントを主として生じる共振周波数の高周波電流が第4エレメントを介してグランド面に流れることを、第3受動素子で抑制することができる。例えば、第3受動素子をインダクタとすることで、第3受動素子がチョークコイルとして働き、第2エレメントを主として生じる共振周波数の高周波電流が、給電点から第2延在部及び第4エレメントを介してグランド面に流れてしまうことを抑制できる。このように一方の共振周波数の高周波電流を第2延在部の第3受動素子で止めることで、第2受動素子で第1エレメントを主として生じる共振周波数のインピーダンスを個別に調整可能となると共に、第2エレメントを主として生じる共振周波数の高周波電流は、第6延在部と第3延在部との間で生じる結合容量を介して第4延在部にも流れるため、第2エレメントを主として生じる共振周波数のインピーダンスを第4延在部の第1受動素子によって個別に調整することが可能になる。
【0009】
第2の発明に係るアンテナ装置は、第1の発明において、前記第3エレメントに第4受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第3エレメントに第4受動素子が接続されているので、第4受動素子により、第1エレメントを主として生じる共振周波数と第2エレメントを主として生じる共振周波数との両方についてインピーダンスを調整することができる。
【0010】
第3の発明に係るアンテナ装置は、第1又は第2の発明において、前記第2エレメントに第5受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第2エレメントに第5受動素子が接続されているので、第5受動素子によっても、第2エレメントを主として生じる共振周波数を調整することできる。
【0011】
第4の発明に係るアンテナ装置は、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記第3延在部に第6受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第3延在部に第6受動素子が接続されているので、第6受動素子によっても、第1エレメントを主として生じる共振周波数を調整することできる。
【0012】
第5の発明に係るアンテナ装置は、第1から第4の発明のいずれかにおいて、前記第4延在部に、誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子によってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化と、浮遊容量の増大とが可能になり、複共振化の調整が容易になると共に小型化とアンテナ特性の向上とを図ることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明のアンテナ装置によれば、第4延在部に第1受動素子が接続され、第4エレメントに第2受動素子が接続されていると共に、第2延在部に第3受動素子が接続されているので、第2エレメントを主として生じる共振周波数の高周波電流が第4エレメントを介してグランド面に流れることを、第3受動素子で抑制することができる。これによって、第1受動素子で第2エレメントを主として生じる共振周波数のインピーダンスを個別に調整可能になると共に、第2受動素子で第1エレメントを主として生じる共振周波数のインピーダンスを個別に調整可能となる。
したがって、本発明のアンテナ装置は、特に小型の電子機器に搭載される場合であって、電子部品などが近接している場合でも、各共振周波数の個別調整が容易になり、省スペース化と配線および設置の自由度の向上とを図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態を、
図1から
図4を参照しながら説明する。
【0016】
本実施形態におけるアンテナ装置1は、
図1及び
図2に示すように、絶縁性の基板本体2と、基板本体2にそれぞれ金属箔でパターン形成されたグランド面GNDと、第1エレメント3、第2エレメント4、第3エレメント5及び第4エレメント6とを備えている。 上記第1エレメント3は、グランド面GND側に配した基端に給電点FPが設けられていると共にグランド面GNDから離間する方向に延びる第1延在部E1と、第1延在部E1の先端からグランド面GND(対向するグランド面GNDの端辺)に沿った方向に延びる第2延在部E2と、第2延在部E2の先端から前記グランド面から離間する方向に延びる第3延在部E3と、第3延在部E3の先端からグランド面GNDに沿った方向に延びる第4延在部E4とを有している。
【0017】
上記第2エレメント4は、第2延在部E2から離間する方向に第1延在部E1の先端部から延びる第5延在部E5と、第5延在部E5の先端から第3延在部E3に沿ってグランド面GNDから離間する方向に延びる第6延在部E6とを有している。
上記第3エレメント5は、第1延在部E1の基端部から延びて先端が給電点FPから離間した位置でグランド面GNDに接続されている。
なお、グランド面GNDには、RF回路部品等の実装領域が設けられる。
【0018】
上記第4エレメント6は、第2延在部E2の先端から延びて先端が給電点FPから離間した位置でグランド面GNDに接続されている。
すなわち、第4エレメント6は、給電点FP及び第1延在部E1に対して第3エレメント5と反対側に配されている。
【0019】
上記第4延在部E4には、第1受動素子P1が接続され、さらに第4エレメント6には、第2受動素子P2が接続されていると共に、第2延在部E2には、第3受動素子P3が接続されている。なお、第1延在部E1と第3延在部E3との間隔が狭い場合、第3受動素子P3自体が第2延在部E2となる。
また、第3エレメント5には、第4受動素子P4が接続され、第2エレメント4には、第5受動素子P5が接続されている。
さらに、第3延在部E3には、第6受動素子P6が接続されている。
【0020】
上記第4延在部E4には、誘電体アンテナのアンテナ素子ATが接続されている。なお、第4延在部E4は、第6延在部E6から離間する方向に延びており、その先端部にアンテナ素子ATが接続されている。
上記第5延在部E5は、第2延在部E2から離間する方向に延びているが、本実施形態では、第1延在部E1に対して斜めかつグランド面GNDから離間する方向に延びている。
【0021】
上記基板本体2は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。
上記給電点FPは、同軸ケーブル等の給電手段を介して高周波回路(図示略)の給電点に接続される。この給電手段としては、同軸ケーブル、レセプタクル等のコネクタ、接点が板バネ形状を有する接続構造、接点がピンプローブ形状またはピン形状を有する接続構造、ハンダ付け用のランドを用いた接続構造等の種々の構造が採用可能である。
例えば、給電手段として同軸ケーブルを採用する場合、グランド面GNDの基端側に同軸ケーブルのグランド線が接続されると共に、同軸ケーブルの芯線が給電点FPに接続される。
【0022】
上記アンテナ素子ATは、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば
図3に示すように、セラミックス等の誘電体121の表面にAg等の導体パターン122が形成されたチップアンテナである。この導体パターン122の両端部が、実装用に第4延在部E4の分断された部分の対向端に接続されることで、アンテナ素子ATが第4延在部E4の一部とされる。
このアンテナ素子ATは、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン等が異なる素子を選択しても構わない。また、所望の周波数によっては、アンテナ素子ATに使用している誘電体121を、磁性体、若しくは誘電体と磁性体とを混合した複合材料としても構わない。
【0023】
また、アンテナ素子ATは、インダクタンス成分のみではなく、容量成分も内在し、インピーダンスが決定される。なお、アンテナ素子ATのインピーダンスは、使用周波数に対して高インピーダンスに設定されることが望ましい。
すなわち、使用周波数、使用する誘電体材料から、アンテナ素子サイズが選定される。また、アンテナ要求性能(アンテナ利得、帯域幅など)により、導体パターン122の巻き数、パターン幅等の最適化を行う。例えば、
図3に示すアンテナ素子ATでは、導体パターン122の巻き数によるインピーダンス値、導体パターン122の線間幅による容量値等の設定を行うことで、使用周波数に対するインピーダンスの最適化を行う。
【0024】
上記第1受動素子P1〜第6受動素子P6は、例えばインダクタ、コンデンサまたは抵抗が採用される。
特に、第3受動素子P3としては、第1エレメント3を主として生じる共振周波数よりも第2エレメント4を主として生じる共振周波数に対して高いインピーダンスを有する受動素子を採用する。例えば、第3受動素子P3をチョークコイルとして機能させるため、上記インピーダンスを有するインダクタを第3受動素子P3として採用する。また、第3受動素子P3は、複数の受動素子を接続して構成した回路を採用しても構わない。
【0025】
上記第1エレメント3と第2エレメント4とは、互いの間の浮遊容量と、グランド面GNDとの間の浮遊容量とを発生可能に、互いに間隔を空けて延在している。
例えば、
図2に示すように、第6延在部E6と第3延在部E3との間の浮遊容量C1と、第4延在部E4及びアンテナ素子ATとグランド面GNDとの間の浮遊容量C2とが発生可能である。
【0026】
次に、本実施形態のアンテナ装置1における共振周波数について、
図5を参照して説明する。
【0027】
本実施形態のアンテナ装置1では、
図5に示すように、第1の共振周波数f1および第2の共振周波数f2の2つに複共振化される。
上記第1の共振周波数f1は、2つの共振周波数のうち低い周波数帯(例えば、2.4GHz帯)のものであり、主に、アンテナ素子ATを含む第1エレメント3と、第6受動素子P6と、浮遊容量C2とで決定される。
上記第2の共振周波数f2は、2つの共振周波数のうち高い周波数帯(例えば、5GHz帯)のものであり、主に、第2エレメント4と、第5受動素子P5と、浮遊容量C1とで決定される。
【0028】
また、第1の共振周波数f1におけるインピーダンスは、第2受動素子P2及び第4受動素子P4と、浮遊容量C2とで決定される。さらに、第2の共振周波数f2におけるインピーダンスは、第1受動素子P1と、浮遊容量C1とで決定される。
また、各共振周波数に対して、第4受動素子P4を用いて、第3エレメント5を介してグランド面GND側に流れる高周波電流の流れをコントロールすることで、インピーダンス調整を行う。
なお、第3受動素子P3は、上述したように第2の共振周波数f2の高周波電流に対してチョークコイルとして働く。
【0029】
したがって、第1の共振周波数f1は、主に
図2中の破線A1で囲まれた部分で調整される。
また、第2の共振周波数f2は、主に
図2中の一点鎖線A2で囲まれた部分で調整される。
【0030】
このアンテナ装置1では、第3受動素子P3が第1の共振周波数f1でローインピーダンスとなると共に、第2の共振周波数f2でハイインピーダンスとなるように設計されており、第1の共振周波数f1と第2の共振周波数f2とを電気的に分離している。したがって、
図4の(a)に示す二点鎖線の矢印のように第1の共振周波数f1(2.4GHz帯)で流れる高周波電流と、
図4の(b)に示す二点鎖線の矢印のように第2の共振周波数f2(5GHz帯)で流れる高周波電流とでは、その流れが異なる。
【0031】
また、第1エレメント3の第3延在部E3と第2エレメント4の第6延在部E6との間に結合容量C1が発生することで、結合によって第2の共振周波数f2の高周波電流が第4延在部E4のアンテナ素子ATにも流れる。そのため、アンテナ素子ATの手前に接続されている第1受動素子P1によって第4延在部E4に流れる第2の共振周波数f2の高周波電流の大きさを調整することが可能になる。
【0032】
このように本実施形態のアンテナ装置1では、第4延在部E4に第1受動素子P1が接続され、第4エレメント6に第2受動素子P2が接続されていると共に、第2延在部E2に第3受動素子P3が接続されているので、第1エレメント3を主として生じる第1の共振周波数f1よりも第2エレメント4を主として生じる第2の共振周波数f2に対して高いインピーダンスを有する第3受動素子P3を採用することで、第2の共振周波数f2の高周波電流が第4エレメント6からグランド面GNDに流れることを、第3受動素子P3で抑制することができる。
【0033】
このように第2の共振周波数f2の高周波電流を第2延在部E2の第3受動素子P3で止めることで、第2受動素子P2で第1の共振周波数f1のインピーダンスを個別に調整可能となると共に、第2の共振周波数f2の高周波電流は、第6延在部E6と第3延在部E3との間で生じる結合容量C1を介して第4延在部E4にも流れるため、第2の共振周波数f2のインピーダンスを第4延在部E4の第1受動素子P1によって個別に調整することが可能になる。
【0034】
また、第3エレメント5に第4受動素子P4が接続されているので、第4受動素子P4により、第1の共振周波数f1と第2の共振周波数f2との両方についてインピーダンスを調整することができる。
また、第2エレメント4に第5受動素子P5が接続されているので、第5受動素子P5によっても、第2の共振周波数f2を調整することできる。
さらに、第3延在部E3に第6受動素子P6が接続されているので、第6受動素子P6によっても、第1の共振周波数f1を調整することできる。
【0035】
また、第4延在部E4に、誘電体アンテナのアンテナ素子ATが接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子ATによってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化と、浮遊容量の増大とが可能になり、複共振化の調整が容易になると共に小型化とアンテナ特性の向上とを図ることができる。
【実施例】
【0036】
次に、本実施形態のアンテナ装置を実際に作製した実施例において、入力特性と放射特性とについて測定した結果を、
図5及び
図6を参照して説明する。
【0037】
実施例の各受動素子は、第1受動素子P1:1.0nH、第2受動素子P2:12.0nH、第3受動素子P3:8.0nH、第4受動素子P4:3.5nH、第5受動素子P5:2.0nH、第6受動素子P6:3.0nHのいずれもインダクタを使用した。
なお、比較のため、特許文献1に記載の従来例についても同様に測定した結果を、
図5及び
図6に示す。
図5及び
図6に示すように、本発明の実施例は、従来例よりも良好な結果が得られている。また、本発明の実施例について放射パターンも測定したが、従来例と同様であり、差がほとんど見られなかった。
【0038】
また、本発明の実施例について、2.4GHz帯動作時の高周波電流の電流分布と、5GHz帯動作時の高周波電流の電流分布とについてシミュレーションした結果を、
図7の(a)(b)に示す。
図7の(a)に示すように、2.4GHz帯動作時では、主に第1エレメント3に高周波電流が集中して流れている。また、
図7の(b)に示すように、5GHz帯動作時では、主に第2エレメント4に高周波電流が集中して流れているが、第4エレメント6を介してグランド面GND側には流れが生じておらず、第3受動素子P3が電流を阻止していることがわかる。また、結合容量C1を介して第2エレメント4から第4延在部E4側のアンテナ素子ATにも5GHz帯の高周波電流が流れていることがわかる。
【0039】
なお、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【0040】
例えば、上記実施形態では、第4延在部にアンテナ素子を設けたが、第6延在部にもアンテナ素子を設けても構わない。この場合、第6延在部のアンテナ素子により、第2エレメントの長さを短縮することができ、アンテナ占有面積が狭い場合などに好適である。
また、基板サイズに余裕がある場合には、上記エレメントの一部を線状若しくは板状の金属を折り返した形状のパターンに置き換えても構わない。また、同一の基板本体の表裏面に対してスルーホールを用いて、螺旋状などの形状に旋回させたパターンにしても構わない。
【0041】
上記実施形態では、第3受動素子としてチョークコイルとなるインダクタを採用したが、インダクタとコンデンサとのLC並列共振回路を第3受動素子として採用しても構わない。この場合も、LC並列共振回路を構成する第3受動素子が、第2の共振周波数f2に対してハイインピーダンスとなるように設計することで、インダクタと同様に高周波電流の透過を抑制することができる。
また、上記実施形態は、第2延在部が第1延在部の先端からグランド面(対向するグランド面の端辺)に沿った方向に延びているが、他の方向に延在しても構わない。例えば、第2延在部が、第1延在部と同じ方向に延在してもよい。