特許 6791465 アンテナ装置

(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】6791465

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 5/378 20150101AFI20201116BHJP

   H01Q 5/10 20150101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01Q5/378

   H01Q5/10

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-546179(P2020-546179)

(86)(22)【出願日】2019年8月9日

(86)【国際出願番号】JP2019031612

(87)【国際公開番号】WO2020090184

(87)【国際公開日】20200507

【審査請求日】2020年9月3日

(31)【優先権主張番号】特願2018-204976(P2018-204976)

(32)【優先日】2018年10月31日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2019-40356(P2019-40356)

(32)【優先日】2019年3月6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】田邊 冬夢

【審査官】 福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／１０１２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３６５６２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０１３４３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ５／３７８

Ｈ０１Ｑ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給電回路が接続される第１放射素子と、第２放射素子と、１次コイル及び２次コイルを有する積層構造の結合素子と、を備え、
前記第１放射素子は、第１共振周波数及び前記第１共振周波数よりも高い周波数である第２共振周波数を有し、
前記第２放射素子は、前記第２共振周波数よりも前記第１共振周波数に近い共振周波数を有し、
前記１次コイルは複数の１次コイル導体パターンを含み、
前記２次コイルは複数の２次コイル導体パターンを含み、
前記１次コイル及び前記２次コイルの積層方向から視て、前記１次コイルと前記２次コイルとは重なり、
前記１次コイルと前記２次コイルとは磁界結合し、
前記１次コイルの一端は前記第１放射素子に接続され、
前記２次コイルは前記第２放射素子とグランドとの間に接続され、
前記２次コイルの巻回数は前記１次コイルの巻回数より多く、
前記複数の２次コイル導体パターンは、平面視で、内縁同士の位置及び外縁同士の位置の少なくとも一方が異なる複数の導体パターンを含む、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記１次コイル及び前記２次コイルは、前記給電回路から前記第１放射素子に向かって電流が流れるときに前記１次コイルに生じる磁束の向きと、前記グランドから前記第２放射素子に向かって電流が流れるときに前記２次コイルに生じる磁束の向きとが互いに逆となるように巻回されている、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記複数の１次コイル導体パターンの内縁は平面視でほぼ重なる、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記複数の２次コイル導体パターンのうち、積層方向に隣接する二つの２次コイル導体パターンの内縁同士の位置又は外縁同士の位置の少なくとも一方は、平面視で互いに異なる、
請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記複数の１次コイル導体パターンの内縁は、前記複数の２次コイル導体パターンのうち、当該複数の２次コイル導体パターンが共有する巻回軸に最も近い２次コイル導体パターンの内縁から、前記巻回軸から最も遠い２次コイル導体パターンの内縁までの範囲に収まる、
請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記複数の１次コイル導体パターンは、前記２次コイル導体パターンと最近接する第１最近接コイル導体パターンを含み、
前記複数の２次コイル導体パターンは、前記１次コイル導体パターンと最近接する第２最近接コイル導体パターンを含み、
前記積層方向から視て、前記第１最近接コイル導体パターンと前記第２最近接コイル導体パターンとが重なる面積は、前記複数の１次コイル導体パターンのうち前記第１最近接コイル導体パターン以外の導体パターンと前記第２最近接コイル導体パターンとが重なる面積よりも小さい、
請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第１最近接コイル導体パターンの内縁は、前記第２最近接コイル導体パターンの内縁とほぼ重なる、請求項６に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広周波数帯域又は複数の周波数帯域に対応するアンテナ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

携帯電話におけるデータ通信用のアンテナでは、例えば0.7GHz〜3.6GHzのような広帯域に亘って所定の利得を確保する必要がある。従来は、アンテナの共振周波数を選択的に変化させる付加回路を設け、この付加回路のスイッチを切り替えることによって、使用周波数帯域に対応させることが一般的であった。

【0003】

しかし、複数の周波数帯域を同時に利用することで伝送レートを高めるキャリアアグリゲーションに対応させるために、広帯域を同時にカバーできるアンテナが求められるようになった。このような要求に対応して、給電放射素子にトランスと無給電放射素子とを追加してアンテナを複共振化することで広帯域化したアンテナ装置が特許文献１に示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５５０５５６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のアンテナ装置のように、給電放射素子にトランスと無給電放射素子とを追加したアンテナ装置では、給電放射素子は給電回路から直接的に給電されるので、無給電放射素子に比べて起電力が周波数に依存しにくい。ここで、トランスの２次コイルの起電力をＶ、１次コイルの電流をＩ１、トランスの相互インダクタンスをＭ、周波数をｆで表し、２次コイル電流を０とすると、Ｖ＝２πｆＭ・Ｉ１ の関係が成り立つ。つまり、周波数ｆが低いローバンドでは、上記起電力Ｖが低下する。したがって、ハイバンドと同程度の利得を得るためには、相互インダクタンスＭを大きくして、トランスの２次側の起電力を高めなければならない。

【0006】

ここで、トランスの１次コイルの自己インダクタンスをＬ１、２次コイルの自己インダクタンスをＬ２、相互インダクタンスをＭ、１次コイルと２次コイルとの結合係数をｋで表すと、Ｍ＝ｋ√（Ｌ１・Ｌ２）の関係にある。

【0007】

トランスの１次コイルを用いて給電回路と給電放射素子とが既にマッチングしている状態で、無給電放射素子による広帯域化が可能となるので、給電放射素子及びそれに接続されるトランスの１次コイルの構成は変更しない方が好ましい。また、結合係数ｋを高めることは製造上困難である。したがって、相互インダクタンスＭを高めるためには、トランスの２次コイルの巻回数を１次コイルの巻回数よりも多くすればよいが、その結果、２次コイルに生じる寄生容量が増加するため、トランスの自己共振周波数が低くなってしまう。

【0008】

そこで、本発明の目的は、給電放射素子及び無給電放射素子を備える、広周波帯域又は複数の周波数帯域に対応するアンテナの利得及びその周波数帯域が確保されたアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一例としてのアンテナ装置は、
給電回路が接続される第１放射素子と、第２放射素子と、１次コイル及び２次コイルを有する積層構造の結合素子と、を備え、
前記第１放射素子は、第１共振周波数及び前記第１共振周波数よりも高い周波数である第２共振周波数を有し、
前記第２放射素子は、前記第２共振周波数よりも前記第１共振周波数に近い共振周波数を有し、
前記１次コイルは複数の１次コイル導体パターンを含み、
前記２次コイルは複数の２次コイル導体パターンを含み、
前記１次コイル及び前記２次コイルの積層方向から視て、前記１次コイルと前記２次コイルとは重なり、
前記１次コイルと前記２次コイルとは磁界結合し、
前記１次コイルの一端は前記第１放射素子に接続され、
前記２次コイルは前記第２放射素子とグランドとの間に接続され、
前記２次コイルの巻回数は前記１次コイルの巻回数より多く、
前記複数の２次コイル導体パターンは、平面視で、内縁同士の位置及び外縁同士の位置の少なくとも一方が異なる複数の導体パターンを含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、給電放射素子及び無給電放射素子を備える、広周波帯域又は複数の周波数帯域に対応するアンテナの利得及びその周波数帯域が確保されたアンテナ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の回路図である。

【図2】図２は結合素子２の斜視図である。

【図3】図３は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１が備える結合素子２を構成する多層基板の各層の平面図である。

【図4】図４は、図３に示す導体パターンとは異なる導体パターンを有する、結合素子２を構成する多層基板の各層の平面図である。

【図5】図５は、図３に示す導体パターンとは異なる導体パターンを有する、結合素子２を構成する多層基板の各層の平面図である。

【図6】図６は結合素子２の等価回路図である。

【図7】図７（Ａ）は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の反射損失の周波数特性を示す図である。図７（Ｂ）は比較例としてのアンテナ装置の反射損失の周波数特性を示す図である。

【図8】図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置が備える結合素子に関する図であり、結合素子を構成する多層基板の各層の平面図である。

【図9】図９は、図８に示す導体パターンとは異なる導体パターンを有する、結合素子を構成する多層基板の各層の平面図である。

【図10】図１０は、図８に示す導体パターンとは異なる導体パターンを有する、結合素子を構成する多層基板の各層の平面図である。

【図11】図１１は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０２Ａの回路図である。

【図12】図１２は第３の実施形態に係る別のアンテナ装置１０２Ｂの回路図である。

【図13】図１３は第３の実施形態に係る更に別のアンテナ装置１０２Ｃの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

まず、本発明に係るアンテナ装置の幾つかの態様について記載する。

【0013】

本発明に係る第１の態様のアンテナ装置は、課題を解決する手段で記述したとおりであり、給電回路が接続される第１放射素子と、第２放射素子と、１次コイル及び２次コイルを有する積層構造の結合素子と、を備え、
前記第１放射素子は、第１共振周波数及び前記第１共振周波数よりも高い周波数である第２共振周波数を有し、
前記第２放射素子は、前記第２共振周波数よりも前記第１共振周波数に近い共振周波数を有し、
前記１次コイルは複数の１次コイル導体パターンを含み、
前記２次コイルは複数の２次コイル導体パターンを含み、
前記１次コイル及び前記２次コイルの積層方向から視て、前記１次コイルと前記２次コイルとは重なり、
前記１次コイルと前記２次コイルとは磁界結合し、
前記１次コイルの一端は前記第１放射素子に接続され、
前記２次コイルは前記第２放射素子とグランドとの間に接続され、
前記２次コイルの巻回数は前記１次コイルの巻回数より多く、
前記複数の２次コイル導体パターンは、平面視で、内縁同士の位置及び外縁同士の位置の少なくとも一方が異なる複数の導体パターンを含む。

【0014】

上記構成によれば、第１放射素子の第１共振周波数付近が、第２放射素子の共振周波数特性によって、高利得化され、広帯域化される。また、２次コイル導体パターン同士の間に生じる寄生容量が抑制され、結合素子の自己共振周波数が高まる。

【0015】

したがって、第２放射素子に対する起電力が確保され、ローバンド側の利得が充分に高められる。また、結合素子の自己共振周波数が高まることによって、この自己共振周波数が使用周波数帯域外となって、自己共振による放射阻害が防止される。

【0016】

本発明に係る第２の態様のアンテナ装置では、前記１次コイル及び前記２次コイルは、前記給電回路から前記第１放射素子に向かって電流が流れるときに前記１次コイルに生じる磁束の向きと、前記グランドから前記第２放射素子に向かって電流が流れるときに前記２次コイルに生じる磁束の向きとが互いに逆となるように巻回されている。この構成によれば、第１放射素子と第２放射素子が実質的に同方向に延びる部分がある場合であっても、２つの素子から発生される磁束は強め合う方向に１次コイル及び２次コイルが巻回されているため、放射効率の低下が抑制される。このような構造による効果は、特に、放射素子が相対的に長くなるローバンド用のアンテナ装置において顕著である。

【0017】

本発明に係る第３の態様のアンテナ装置では、前記複数の１次コイル導体パターンの内縁は平面視でほぼ重なる。この構造によれば、１次コイルと２次コイルとの結合係数を効果的に高めることができる。

【0018】

本発明に係る第４の態様のアンテナ装置では、前記複数の２次コイル導体パターンのうち、積層方向に隣接する二つの２次コイル導体パターンの内縁同士の位置又は外縁同士の位置の少なくとも一方は、平面視で互いに異なる。この構造によれば、２次コイル導体パターン同士の寄生容量が効果的に抑制される。また、副次的な効果として、積層体である結合素子において積みずれが抑制される。

【0019】

本発明に係る第５の態様のアンテナ装置では、前記複数の１次コイル導体パターンの内縁は、前記複数の２次コイル導体パターンのうち、当該複数の２次コイル導体パターンが共有する巻回軸に最も近い２次コイル導体パターンの内縁から、前記巻回軸から最も遠い２次コイル導体パターンの内縁までの範囲に収まる。この構造によれば、１次コイルと２次コイルとの結合係数を大きく低下させることなく、所定の結合係数を維持できる。

【0020】

本発明に係る第６の態様のアンテナ装置では、前記複数の１次コイル導体パターンは、前記２次コイル導体パターンと最近接する第１最近接コイル導体パターンを含み、前記複数の２次コイル導体パターンは、前記１次コイル導体パターンと最近接する第２最近接コイル導体パターンを含み、前記積層方向から視て、前記第１最近接コイル導体パターンと前記第２最近接コイル導体パターンとが重なる面積は、前記複数の１次コイル導体パターンのうち前記第１最近接コイル導体パターン以外の導体パターンと前記第２最近接コイル導体パターンとが重なる面積よりも小さい。この構造によれば、１次コイルと２次コイルとの間の寄生容量も抑制されて、結合素子の自己共振周波数が更に高められる。その結果、自己共振による放射阻害が効果的に防止される。

【0021】

本発明に係る第７の態様のアンテナ装置では、上記第５の態様において、前記第１最近接コイル導体パターンの内縁は、前記第２最近接コイル導体パターンの内縁とほぼ重なる。この構造によれば、磁束が通過するコイル開口が揃い、１次コイルと２次コイルの結合が強まる。

【0022】

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【0023】

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の回路図である。このアンテナ装置１０１は、第１放射素子１０、第２放射素子２０及び結合素子２を備える。結合素子２は、互いに磁界結合する１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２で構成されている。第１放射素子１０の給電端には結合素子２の１次コイルＬ１の一端が接続されている。１次コイルＬ１の他端とグランドとの間には給電回路１が接続される。つまり、第１放射素子１０の給電端には結合素子２の１次コイルＬ１を介して給電回路１が接続される。

【0024】

第２放射素子２０の一端は結合素子２の２次コイルＬ２の一端に接続されていて、２次コイルＬ２の他端はグランドに接続されている。

【0025】

本実施形態のアンテナ装置１０１において、第１放射素子１０は給電放射素子であり、第２放射素子２０は無給電放射素子である。第１放射素子１０は第１共振周波数と、第１共振周波数より高い周波数である第２共振周波数とを有している。第２放射素子２０は、第２共振周波数よりも第１共振周波数に近い共振周波数を有している。なお、第１放射素子１０が有する共振周波数は第１放射素子１０と結合素子２の１次コイルＬ１とのそれぞれのインダクタンス値によって定められる。また、第２放射素子２０が有する共振周波数は第２放射素子２０と２次コイルＬ２とのそれぞれのインダクタンス値によって定められる。さらに、第１放射素子１０と第２放射素子２０とが有する共振周波数は、結合素子２の磁界結合（電界結合を含んでいてもよい。）によって、相互に変化する場合がある。本願明細書における「共振周波数」にはそのような変化も含まれている。

【0026】

第１放射素子１０は結合素子２の１次コイルＬ１を介して給電回路１によって直接的に給電され、第２放射素子２０は結合素子２を介して給電回路１によって間接的に給電される。また、第２放射素子２０は場合によって、第１放射素子１０に対して電界結合、磁界結合、又は電界結合及び磁界結合、によっても給電される。

【0027】

図２は結合素子２の斜視図であり、図３は結合素子２を構成する多層基板の各層の平面図である。

【0028】

結合素子２は回路基板に実装される直方体状のチップ部品である。図２においては、結合素子２の外形を二点鎖線で表している。結合素子２の外面には、給電回路接続端子ＰＦ、給電放射素子接続端子ＰＡ、グランド端子ＰＧ、及び無給電放射素子接続端子ＰＳが形成されている。また、結合素子２は第１面ＭＳ１と当該第１面とは反対側の面である第２面ＭＳ２とを備える。本実施形態では、第１面ＭＳ１が実装面であり、この面が回路基板に対向する。

【0029】

図３は、図２における中央の層ＭＬを構成する複数の絶縁基材について表している。絶縁基板Ｓ１１，Ｓ１２には、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２がそれぞれ形成されている。絶縁基板Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４には、２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４がそれぞれ形成されている。

【0030】

１次コイル導体パターンＬ１１と１次コイル導体パターンＬ１２とは層間接続導体Ｖ１を介して接続されている。２次コイル導体パターンＬ２１と２次コイル導体パターンＬ２２とは層間接続導体Ｖ２を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２２と２次コイル導体パターンＬ２３とは層間接続導体Ｖ３を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２３と２次コイル導体パターンＬ２４とは層間接続導体Ｖ４を介して接続されている。

【0031】

１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２及び層間接続導体Ｖ１によって１次コイルＬ１が構成されていて、２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４及び層間接続導体Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって２次コイルＬ２が構成されている。

【0032】

１次コイル導体パターンＬ１１の一端は給電回路接続端子ＰＦに接続されていて、１次コイル導体パターンＬ１２の一端は給電放射素子接続端子ＰＡに接続されている。また、２次コイル導体パターンＬ２１の一端は無給電放射素子接続端子ＰＳに接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２４の一端はグランド端子ＰＧに接続されている。

【0033】

１次コイルＬ１は、給電回路接続端子ＰＦから給電放射素子接続端子ＰＡまで約１．５ターンのコイルである。１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２は線幅の全幅に亘って、平面視で互いに重なる。つまり、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２は互いの内縁がほぼ重なる。ただし、製造精度による位置の違いは「ほぼ重なる」に含まれる。

【0034】

２次コイルＬ２は、無給電放射素子接続端子ＰＳからグランド端子ＰＧまで約３．５ターンのコイルである。２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３の内縁はそれぞれ互いにほぼ等しい小径コイル導体パターンであり、２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４の内縁はそれぞれ互いにほぼ等しい大径コイル導体パターンである。小径コイル導体パターンは、大径コイル導体パターンよりも平均コイル径が小さく、小径コイル導体パターンの内縁は、大径コイル導体パターンの内縁よりも内側にある。つまり、２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４は、互いに内縁が異なる複数の導体パターンを含む。

【0035】

図３に示す例では、小径のコイル２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３の内縁は、平面視で大径のコイル２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４と重ならない。また、小径の２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３の外縁は、平面視で大径の２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４と重なる。

【0036】

１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２の外縁は、平面視で、２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３の外縁にほぼ重なり、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２の内縁は平面視で、２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４の内縁にほぼ重なる。つまり、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２の内縁及び外縁が２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４のいずれの内縁及び外縁とも大きく異なっているわけではない。ただし、小径の２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３と大径の２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４とが、平面視で重なる部分に１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２も重なることは必須ではない。

【0037】

図３において、１次コイル導体パターンＬ１２は２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４と最近接する導体パターンであり、本発明に係る「第１最近接コイル導体パターン」に相当する。また、２次コイル導体パターンＬ２１は１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２と最近接する導体パターンであり、本発明に係る「第２最近接コイル導体パターン」に相当する。

【0038】

次に、結合素子２を構成する多層基板の各層に形成される導体パターンの別の例について示す。図４及び図５は、いずれも結合素子２の多層基板の各層の平面図である。図４及び図５に示す導体パターンは、図３に示した導体パターンとは部分的に異なる。

【0039】

１次コイル導体パターンＬ１１と１次コイル導体パターンＬ１２とは層間接続導体Ｖ１を介して接続されている。２次コイル導体パターンＬ２１と２次コイル導体パターンＬ２２とは層間接続導体Ｖ２を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２２と２次コイル導体パターンＬ２３とは層間接続導体Ｖ３を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２３と２次コイル導体パターンＬ２４とは層間接続導体Ｖ４を介して接続されている。１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２及び層間接続導体Ｖ１によって１次コイルＬ１が構成されていて、２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４及び層間接続導体Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって２次コイルＬ２が構成されている。１次コイル導体パターンＬ１１の一端は給電回路接続端子ＰＦに接続されていて、１次コイル導体パターンＬ１２の一端は給電放射素子接続端子ＰＡに接続されている。また、２次コイル導体パターンＬ２１の一端は無給電放射素子接続端子ＰＳに接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２４の一端はグランド端子ＰＧに接続されている。

【0040】

図４に示した例、図５に示した例のいずれにおいても、図３に示した例とは異なり、給電回路接続端子ＰＦから給電放射素子接続端子ＰＡの方向に電流が流れた時に１次コイルＬ１に生じる磁界の向きと、グランド端子ＰＧから無給電放射素子接続端子ＰＳの方向に電流が流れた時に２次コイルＬ２に生じる磁界の向きとが互いに逆になるように、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２が巻回されている。この構造によって、例えば、第１放射素子１０と第２放射素子２０とが実質的に同方向に延びる部分があっても、この２つの素子から発生される磁束は強めあう方向に１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２が巻回されているため、放射効率の低下が抑制される。このような構造による効果は、特に、放射素子が相対的に長くなるローバンド用のアンテナ装置において顕著である。

【0041】

図６は結合素子２の等価回路図である。図６において寄生容量Ｃ１２は１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間の寄生容量、寄生容量Ｃ２は２次コイルＬ２に生じる寄生容量である。図３に示した構造によれば、積層方向に隣接する導体パターン同士の対向面積が小さくので、２次コイル導体パターン同士の寄生容量Ｃ２が効果的に抑制される。また、第１最近接コイル導体パターンである１次コイル導体パターンＬ１２と、第２最近接コイル導体パターンである２次コイル導体パターンＬ２１との対向面積が小さいので、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間の寄生容量Ｃ１２も抑制される。

【0042】

なお、１次コイルの巻回数は少ないので、１次コイルＬ１に生じる寄生容量は２次コイルＬ２に生じる寄生容量Ｃ２に比べて無視できる程度に小さい。特に、図３、図４及び図５においては、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２は２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４に比べ、線幅が細く、層数が少ない（２層）。このような特徴からも、１次コイルＬ１に生じる寄生容量は２次コイルＬ２に生じる寄生容量Ｃ２に比べて無視できる程度に小さいといえる。

【0043】

以上に示した構造の結合素子２は、２次コイルの巻回数が１次コイルよりも多いため、第１放射素子１０が有する低い共振周波数側においても高利得化及び広帯域化を可能とする。具体的には、第２放射素子２０に対する起電力が確保され、低い共振周波数であっても利得を充分に高めることができる。また、結合素子２の不要な結合容量を抑制できるため、結合素子２の自己共振周波数が高まる。このことにより、以下に示すように、自己共振による放射阻害が防止される。

【0044】

図７（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置１０１の反射損失の周波数特性を示す図である。図７（Ｂ）は比較例としてのアンテナ装置の反射損失の周波数特性を示す図である。この比較例のアンテナ装置は、図３に示した２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４の全ての内縁及び外縁が１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２の内縁及び外縁のそれぞれに重なる結合素子を備えるアンテナ装置である。

【0045】

図７（Ａ）、図７（Ｂ）において、実線は第１放射素子１０単体での反射係数（共振特性）であり、破線は結合素子２を含む第２放射素子２０の反射係数（共振特性）である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）においては、隣接する二つの二点鎖線の間は図示を省略している。周波数f1Lは第１放射素子１０の基本共振（１／４波長共振）の周波数、周波数f1Hは第１放射素子１０の高次共振（例えば３／４波長共振）周波数である。また、周波数f2Lは結合素子２を含む第２放射素子２０の基本共振（１／４波長共振）の周波数、周波数SRは結合素子２の自己共振周波数である。この自己共振は放射には寄与しないばかりか、第１放射素子１０によるハイバンドＨＢの放射を阻害する。図７（Ｂ）において、自己共振周波数の帯域ＳＢはハイバンドＨＢ内での放射を阻害する周波数帯域を表している。

【0046】

本実施形態のアンテナ装置１０１は、第１放射素子１０の基本共振周波数f1Lと第２放射素子２０の基本共振周波数f2LとでローバンドＬＢをカバーし、第１放射素子１０の高次共振周波数f1HでハイバンドＨＢをカバーする。さらに第２放射素子２０の高次共振周波数でハイバンドＨＢをカバーしてもよい。この例では、ローバンドＬＢは0.70GHz〜0.96GHzの周波数帯であり、ハイバンドＨＢは例えば0.96GHz〜3.6GHzの周波数帯である。

【0047】

結合素子２の自己共振周波数は、結合素子２の寄生容量の影響を大きく受ける。図７（Ａ）に示す本実施形態のアンテナ装置１０１では、図７（Ｂ）と比較すれば明らかなように、結合素子２の自己共振周波数SRはハイバンドＨＢの使用周波数帯外にまでシフトしている。これに伴って、第１放射素子１０の高次共振周波数f1HによるハイバンドＨＢの放射が上記自己共振によって阻害されることなく、所定の利得が確保される。

【0048】

なお、図３、図４及び図５では、小径の２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３と大径の２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４とが平面視で部分的に重なる例を示した。また、小径の２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３と大径の２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４とが交互に積層された例を示した。このような構造によれば、絶縁基板Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４の積みずれに対するコイル導体パターンの重なり量のばらつきが少ない。つまり、製造時の位置合わせや寸法精度に起因する、２次コイルの寄生容量のばらつきが少ない。したがって、電気的特性のばらつきが抑制される。

【0049】

２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４のパターンは、２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３の内縁及び外縁と２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４の内縁及び外縁とのそれぞれの平面視での距離の差を大きくして、２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３と２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４とが平面視で重ならない関係であってもよい。この構造であれば、２次コイルの寄生容量を効果的に抑制できる。

【0050】

また、図３、図４及び図５では、小径のコイル導体パターンと大径のコイル導体パターンとが交互に積層された例を示したが、小径のコイル導体パターン同士が積層方向で隣接していてもよい。同様に、大径のコイル導体パターン同士が積層方向で隣接していてもよい。

【0051】

また、図３、図４及び図５では、２次コイルが、小径の２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２３と大径の２次コイル導体パターンＬ２２，Ｌ２４とで構成される例を示したが、複数の２次コイル導体が共有する巻回軸からの距離が異なる内縁及び外縁を有する２次コイル導体が３種以上あってもよい。

【0052】

また、第２最近接コイル導体パターンの内縁が１次コイル導体パターンの内縁とほぼ重なると、磁束が通過するコイル開口が揃い、１次コイルと２次コイルの結合が強まるため、好ましい。

【0053】

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１最近接コイル導体パターンが第１の実施形態で示した第１最近接コイル導体パターンとは異なるアンテナ装置について示す。

【0054】

図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置が備える結合素子に関する図であり、結合素子を構成する多層基板の各層の平面図である。

【0055】

絶縁基板Ｓ１１，Ｓ１２には、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２がそれぞれ形成されている。絶縁基板Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４には、２次コイル導体パターンＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４がそれぞれ形成されている。

【0056】

１次コイル導体パターンＬ１１と１次コイル導体パターンＬ１２とは層間接続導体Ｖ１を介して接続されている。２次コイル導体パターンＬ２１と２次コイル導体パターンＬ２２とは層間接続導体Ｖ２を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２２と２次コイル導体パターンＬ２３とは層間接続導体Ｖ３を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２３と２次コイル導体パターンＬ２４とは層間接続導体Ｖ４を介して接続されている。

【0057】

１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２及び層間接続導体Ｖ１によって１次コイルＬ１が構成されていて、２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４及び層間接続導体Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって２次コイルＬ２が構成されている。

【0058】

次に、第２の実施形態に係る結合素子を構成する多層基板の各層に形成される導体パターンの別の例について示す。図９及び図１０は、いずれも第２の実施形態に係る結合素子の多層基板の各層の平面図である。図９及び図１０に示す導体パターンは、図８に示した導体パターンとは部分的に異なる。

【0059】

１次コイル導体パターンＬ１１と１次コイル導体パターンＬ１２とは層間接続導体Ｖ１を介して接続されている。２次コイル導体パターンＬ２１と２次コイル導体パターンＬ２２とは層間接続導体Ｖ２を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２２と２次コイル導体パターンＬ２３とは層間接続導体Ｖ３を介して接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２３と２次コイル導体パターンＬ２４とは層間接続導体Ｖ４を介して接続されている。１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２及び層間接続導体Ｖ１によって１次コイルＬ１が構成されていて、２次コイル導体パターンＬ２１〜Ｌ２４及び層間接続導体Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって２次コイルＬ２が構成されている。１次コイル導体パターンＬ１１の一端は給電回路接続端子ＰＦに接続されていて、１次コイル導体パターンＬ１２の一端は給電放射素子接続端子ＰＡに接続されている。また、２次コイル導体パターンＬ２１の一端は無給電放射素子接続端子ＰＳに接続されていて、２次コイル導体パターンＬ２４の一端はグランド端子ＰＧに接続されている。

【0060】

図９に示した例、図１０に示した例のいずれにおいても、図８に示した例とは異なり、給電回路接続端子ＰＦから給電放射素子接続端子ＰＡの方向に電流が流れた時に１次コイルＬ１に生じる磁界の向きと、グランド端子ＰＧから無給電放射素子接続端子ＰＳの方向に電流が流れた時に２次コイルＬ２に生じる磁界の向きとが互いに逆になるように、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２が巻回されている。この構造によって、例えば、第１放射素子１０と第２放射素子２０とが実質的に同方向に延びる部分があっても、この２つの素子から発生される磁束は強めあう方向に１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２が巻回されているため、放射効率の低下が抑制される。このような構造による効果は、特に、放射素子が相対的に長くなるローバンド用のアンテナ装置において顕著である。

【0061】

図３、図４及び図５に示した例とは、１次コイル導体パターンＬ１１，Ｌ１２の形状がそれぞれ異なる。図３、図４及び図５に示した例では、第１最近接導体パターンである１次コイル導体パターンＬ１２が約１ターンであったのに対し、図８、図９及び図１０に示す例では、第１最近接導体パターンである１次コイル導体パターンＬ１２が約１／２ターンである。そのため、図３、図４及び図５に示した例に比べて、１次コイル導体パターンＬ１２と２次コイル導体パターンＬ２１（第２最近接導体パターン）との対向面積は小さい。そのため、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間の寄生容量も抑制されて、結合素子の自己共振周波数が更に高められる。その結果、放射阻害が防止され、アンテナ装置の通信帯域の広帯域化に有利となる。

【0062】

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第１放射素子及び第２放射素子の構造が第１の実施形態で示したものとは異なるアンテナ装置の例を示す。

【0063】

図１１は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０２Ａの回路図である。アンテナ装置１０２Ａは、逆Ｆアンテナ又はＰＩＦＡ構造の第１放射素子１０と逆Ｌアンテナ構造の第２放射素子２０とを備える。第１放射素子１０の接地端には結合素子２の給電放射素子接続端子ＰＡが接続されている。また、第１放射素子１０の給電端とグランドとの間に給電回路１が接続されている。第２放射素子２０の給電端には無給電放射素子接続端子ＰＳが接続されている。結合素子２のグランド端子ＰＧはグランドに接続されている。

【0064】

アンテナ装置１０２Ａの第１放射素子１０は逆Ｆアンテナ又はＰＩＦＡ（Planar Inverted-F Antenna）として作用する。第２放射素子２０は結合素子２を介して給電回路１によって間接的に給電される。また、第２放射素子２０は第１放射素子１０と電界結合又は磁界結合することによっても給電される。

【0065】

図１２は第３の実施形態に係る別のアンテナ装置１０２Ｂの回路図である。アンテナ装置１０２Ｂは、逆Ｆアンテナ又はＰＩＦＡ構造の第１放射素子１０と逆Ｌアンテナ構造の第２放射素子２０とを備える。図１１に示した例とは、第１放射素子１０の給電端及び接地端の位置が異なる。第１放射素子１０の給電端には結合素子２の給電放射素子接続端子ＰＡが接続されている。結合素子２の給電回路接続端子ＰＦとグランドとの間に給電回路１が接続されている。第１放射素子１０の接地端はグランドに接続されている。第２放射素子２０の給電端には無給電放射素子接続端子ＰＳが接続されている。結合素子２のグランド端子ＰＧはグランドに接続されている。

【0066】

アンテナ装置１０２Ｂの第１放射素子１０は逆Ｆアンテナ又はＰＩＦＡとして作用する。第２放射素子２０は結合素子２を介して給電回路１によって間接的に給電される。また、第２放射素子２０は第１放射素子１０と電界結合又は磁界結合することによっても給電される。

【0067】

図１３は第３の実施形態に係る更に別のアンテナ装置１０２Ｃの回路図である。アンテナ装置１０２Ｃは、モノポール型の第１放射素子１０と、逆Ｆアンテナ又はＰＩＦＡ構造の第２放射素子２０とを備える。第１放射素子１０の給電端には結合素子２の給電放射素子接続端子ＰＡが接続されている。結合素子２の給電回路接続端子ＰＦとグランドとの間に給電回路１が接続されている。第２放射素子２０の給電端には結合素子２の無給電放射素子接続端子ＰＳが接続されている。第２放射素子２０の接地端はグランドに接続されている。

【0068】

以上例示したように、第１放射素子及び第２放射素子は、逆Ｆアンテナ、ＰＩＦＡ、逆Ｌアンテナ等であってもよい。これらの場合でも、第１放射素子１０及び第２放射素子２０の基本共振モード及び高次共振モードを利用したマルチバンドのアンテナ装置が構成され、ハイバンドが効果的に広帯域化される。

【0069】

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

【0070】

例えば、図７（Ａ）では、第１放射素子１０の基本共振周波数f1Lと第２放射素子２０の基本共振周波数f2Lとでローバンドをカバーし、第１放射素子１０の高次共振周波数f1Hでハイバンドをカバーする例を示したが、ローバンドからハイバンドに亘るフルバンドをカバーする放射素子として、第１放射素子１０及び第２放射素子２０を用いてもよい。

【符号の説明】

【0071】

Ｃ２，Ｃ１２…寄生容量
Ｌ１…１次コイル
Ｌ２…２次コイル
Ｌ１１，Ｌ１２…１次コイル導体パターン
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４…２次コイル導体パターン
ＭＬ…層
ＭＳ１…第１面
ＭＳ２…第２面
ＰＡ…給電放射素子接続端子
ＰＦ…給電回路接続端子
ＰＧ…グランド端子
ＰＳ…無給電放射素子接続端子
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４…絶縁基板
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…層間接続導体
１…給電回路
２…結合素子
１０…第１放射素子
２０…第２放射素子
１０１，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ…アンテナ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】