特許 7568122 アンテナ装置、および通信端末装置

(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】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】アンテナ装置、および通信端末装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/50 20060101AFI20241008BHJP

   H03H 7/38 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/50

H03H7/38 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023545151

(86)(22)【出願日】2022-07-21

(86)【国際出願番号】 JP2022028381

(87)【国際公開番号】W WO2023032511

(87)【国際公開日】2023-03-09

【審査請求日】2024-01-15

(31)【優先権主張番号】P 2021144106

(32)【優先日】2021-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021173126

(32)【優先日】2021-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】那須 貴文

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／２１９１６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１０１２８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０５３８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１５３６５４（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】

第１アンテナと第２アンテナとを備えるアンテナ装置であって、
前記第１アンテナは、
高周波信号を供給する給電回路に接続される第１放射素子と、
前記第１放射素子と前記給電回路との間に接続される第１コイルと、を含み、
前記第２アンテナは、
前記第１コイルに対して磁気結合する第２コイルと、
前記第２コイルに接続される第２放射素子と、を含み、
前記第１アンテナのインピーダンスは、前記第２アンテナの基本波の共振周波数において、５０Ωより大きい、アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１アンテナの基本波の共振周波数は、前記第２アンテナの高調波の共振周波数より低い、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記第２放射素子の長さは、前記第１放射素子の長さより長い、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

第１アンテナと第２アンテナとを備えるアンテナ装置であって、
前記第１アンテナは、
高周波信号を供給する給電回路に接続される第１放射素子と、
前記第１放射素子と前記給電回路との間に接続される第１コイルと、を含み、
前記第２アンテナは、
前記第１コイルに対して磁気結合する第２コイルと、
前記第２コイルに接続される第２放射素子と、を含み、
前記給電回路からみた前記第１アンテナの反射係数の位相が、前記第２アンテナの基本波の共振周波数において、９０度以下もしくは２７０度以上である、アンテナ装置。

【請求項5】

前記第１コイルと前記給電回路との間に接続される第１インピーダンス整合素子をさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記第２コイルと前記第２放射素子との間に接続される第２インピーダンス整合素子をさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第１コイルに並列接続されるコンデンサをさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記第１放射素子と前記第２放射素子とは、同一基板上に形成されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記第２放射素子と前記給電回路が第１基板上にあり、前記第１放射素子は第２基板上に形成されている請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

前記給電回路と前記第１放射素子の間はケーブルで接続されており、ケーブルが接続されている前記第１基板上に第３インピーダンス整合素子を、さらに備える請求項９に記載のアンテナ装置。

【請求項11】

前記給電回路と、
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の前記アンテナ装置と、を備える、通信端末装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ装置、および通信端末装置の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、複数の周波数帯域で動作させる通信端末装置が開発されている。当該通信端末装置に用いられるアンテナ装置は、使用可能な周波数帯域を広帯域化する必要があり直接的又は間接的に結合する２つのアンテナを備えている。給電するアンテナと無給電のアンテナとの２つのアンテナを結合させ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】

【0003】

【文献】国際公開第２０１９／０１６１２０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に示すアンテナ装置において、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）で使用されるＬｏｗ－Ｂａｎｄ（０．７～０．９６ＧＨｚ）で用いる場合、共振周波数がそれ程高くないため十分なアンテナの長さ（放射素子の長さ）を確保することができる。

【0005】

しかし、アンテナの長さは、共振周波数が高くなるほど短くなる。そのため、例えば、第５世代移動通信システム（５Ｇ）で使用する周波数帯域（３．３～５．０ＧＨｚ）に用いる場合、アンテナ装置では、無給電のアンテナの長さが短くなり、十分な放射効率が得られないことがあった。

【0006】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は使用する周波数帯域を広帯域化しつつ、十分な放射効率が得られるアンテナ装置、および通信端末装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従うアンテナ装置は、第１アンテナと第２アンテナとを備えるアンテナ装置である。第１アンテナは、高周波信号を供給する給電回路に接続される第１放射素子と、第１アンテナと給電回路との間に接続される第１コイルと、を含む。第２アンテナは、第１コイルに対して磁気結合する第２コイルと、第２コイルに接続される第２放射素子と、を含む。第１アンテナのインピーダンスは、第２アンテナの基本波の共振周波数において、５０Ωより大きい。

【0008】

本開示に従う通信端末装置は、給電回路と、上記のアンテナ装置と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によるアンテナ装置においては、第１アンテナのインピーダンスが、第２アンテナの基本波の共振周波数において、５０Ωより大きいので、使用する周波数帯域を広帯域化することができるとともに、十分な放射効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態におけるアンテナ装置の回路図である。

【図2】実施の形態における通信端末装置を示す概略図である。

【図3】実施の形態における第１アンテナのインピーダンスを測定する場合の構成を示す概略図である。

【図4】実施の形態における第２アンテナのインピーダンスを測定する場合の構成を示す概略図である。

【図5】実施の形態におけるアンテナ装置の反射係数の周波数特性を示す図である。

【図6】実施の形態におけるアンテナ装置の放射効率を説明するための図である。

【図7】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第１状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。

【図8】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第１状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。

【図9】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第２状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。

【図10】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第２状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。

【図11】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第３状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。

【図12】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第３状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。

【図13】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第４状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。

【図14】実施の形態におけるアンテナ装置のインピーダンスを第４状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。

【図15】変形例１におけるアンテナ装置の回路図である。

【図16】変形例２におけるアンテナ装置の回路図である。

【図17】変形例３におけるアンテナ装置の回路図である。

【図18】変形例４におけるアンテナ装置の回路図である。

【図19】変形例５におけるアンテナ装置の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0012】

［実施の形態］
図１は、実施の形態におけるアンテナ装置１００の回路図である。アンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを備える。第１アンテナＡＮＴ１は、給電回路３０に接続される第１放射素子１１と、第１放射素子１１と給電回路との間に接続される第１コイルＬ１と、を含む。第２アンテナＡＮＴ２は、第１コイルＬ１に対して磁気結合する第２コイルＬ２と、第２コイルＬ２に接続される第２放射素子１２と、を含む。そのため、第１アンテナＡＮＴ１は、給電回路３０により給電される給電アンテナで、第２アンテナＡＮＴ２は、給電回路３０と接続されておらず、給電回路３０により給電されない無給電アンテナである。

【0013】

給電される第１アンテナＡＮＴ１には、直列に接続されるコンデンサ１３と、一端が接続されるコイル１４とが設けてある。コイル１４の他端は、ＧＮＤに接続されている。コンデンサ１３およびコイル１４はＬＣ回路を構成し、第１アンテナＡＮＴ１のフィルタ回路として機能している。なお、第１アンテナＡＮＴ１においてフィルタ回路が不要であれば、コンデンサ１３およびコイル１４を設ける必要はない。

【0014】

アンテナ装置１００では、使用可能な周波数帯域を広帯域化するために第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とで磁気結合している。つまり、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とは、アンテナ結合素子２０を構成している。

【0015】

アンテナ結合素子２０は、電子機器内の回路基板に実装される、直方体状のチップ部品である。例えば、アンテナ結合素子２０を樹脂多層基板で構成する場合、アンテナ結合素子２０は、絶縁基材に液晶ポリマー（ＬＣＰ［Liquid Crystal Polymer］）シートを用いて、銅箔で第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の導体パターンをパターンニングした各々の絶縁基材を積層することで構成される。また、例えば、アンテナ結合素子２０をセラミック多層基板で構成する場合、アンテナ結合素子２０は、絶縁基材に低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ［Low Temperature Co-fired Ceramics］）を用いて、銅ペーストを印刷形成して第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の導体パターンをパターンニングした各々の絶縁基材を積層することで構成される。さらに、アンテナ結合素子２０は、セラミック多層基板に限らず、例えば、ガラスを主成分とした絶縁ペーストのスクリーン印刷による塗布を繰り返すことで形成してもよい。このように、アンテナ結合素子２０は、絶縁基材が非磁性体であることにより（磁性体フェライトではないので）、所定インダクタンス、所定結合係数のトランスとして用いることができる。

【0016】

このように、アンテナ装置１００は、二つの放射素子（第１放射素子１１および第２放射素子１２）を、アンテナ結合素子２０を接続することで、広帯域をカバーすることができる。ところが、例えば、第５世代移動通信システム（５Ｇ）で使用する周波数帯域（３．３～５．０ＧＨｚ）や５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮなどの周波数帯域をアンテナ装置１００でカバーする場合、第２アンテナＡＮＴ２を高い共振周波数で共振させる必要があり、第２放射素子１２の長さが短くなる。しかし、第２放射素子１２の長さが短くなると、十分な放射効率が得られない場合があった。

【0017】

そこで、第２アンテナＡＮＴ２を基本波の共振周波数で共振させるのではなく高調波の共振周波数で共振させることで、第２放射素子１２の長さを長くすることができる。つまり、第２アンテナＡＮＴ２で共振させたい共振周波数が例えば４．４ＧＨｚである場合に、４．４ＧＨｚの基本波で第２アンテナＡＮＴ２を共振させる場合、第２放射素子１２の長さは短くなる。しかし、４．４ＧＨｚの３倍高調波で第２アンテナＡＮＴ２を共振させる場合、基本波の共振周波数は１．４ＧＨｚとなる。第２放射素子１２の長さを１．４ＧＨｚの基本波の共振周波数で規定することで、４．４ＧＨｚの基本波の共振周波数で規定した場合に比べ、放射素子の長さを長くすることができる。アンテナ装置１００では、第２アンテナＡＮＴ２を高調波の共振周波数で共振させることで第２放射素子１２の長さを長くして、十分な放射効率を得ることができる。

【0018】

具体的に、第１放射素子１１および第２放射素子１２の長さについて説明する。図２は、実施の形態における通信端末装置を示す概略図である。図２に示す通信端末装置は、ｎ７８（３．３－３．８ＧＨｚ）を含む帯域およびｎ７９（４．４－４．９ＧＨｚ）を含む帯域で通信が可能な携帯端末２００である。そのため、携帯端末２００は、ｎ７８を含む帯域で励起される第１アンテナＡＮＴ１と、ｎ７９を含む帯域で励起される第２アンテナＡＮＴ２とを含むアンテナ装置１００が設けてある。なお、携帯端末２００は、例えば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどである。

【0019】

アンテナ装置１００は、第１放射素子１１および第２放射素子１２がパターニングされた基板２１０の裏側にアンテナ結合素子２０が設けてあり、第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを結合している。また、第１アンテナＡＮＴ１は、図示していないが配線で給電回路３０に対して電気的に接続されているが、第２アンテナＡＮＴ２は、給電回路３０に対して電気的に接続されていない。

【0020】

図２に示すように、第１放射素子１１はアンテナ結合素子２０から図中左方向に延びる線状の導体パターンで構成されている。また、第２放射素子１２は、アンテナ結合素子２０から図中右方向に延び、途中で図中左方向へ折り返す線状の導体パターンで構成されている。第１放射素子１１および第２放射素子１２はいずれもモノポールアンテナとして作用する。

【0021】

第１アンテナＡＮＴ１はｎ７８を含む帯域で励起され、第２アンテナＡＮＴ２はｎ７９含む帯域で励起されるので、ともに基本波の共振周波数で共振させるのであれば放射素子の長さは、第２放射素子１２より第１放射素子１１の方が長くなる。しかし、第２アンテナＡＮＴ２は、３倍高調波の共振周波数で共振させるため、図２に示すように放射素子の長さは、第１放射素子１１より第２放射素子１２の方が長くなっている。

【0022】

第２アンテナＡＮＴ２を高調波の共振周波数で共振させる場合であっても、第２アンテナＡＮＴ２は、基本波の共振周波数で共振される。アンテナ装置１００が対象としている周波数帯域に第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数が含まれていない場合、第２アンテナＡＮＴ２が基本波の共振周波数で共振すると、アンテナ装置１００としては、対象としている周波数帯域以外の妨害波を受信することになり通信性能が劣化する。

【0023】

そこで、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数で共振しないようにインピーダンスの調整を行っている。具体的に、アンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスが、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において、例えば５０Ωより大きくなるように調整する。５０Ωという数字は一般的なアンテナ設計でも用いられる基準値であり、これよりインピーダンスが大きい場合は、回路に流れる電流値が減少する。また、一般的なアンテナ設計においては、給電回路３０の入力側のインピーダンスも５０Ω近傍に相当する。したがって、「対象のインピーダンスが５０Ωより大きい」場合は、「対象のインピーダンスが給電回路３０の入力側のインピーダンスより大きい」場合に相当する。また、本明細書において、インピーダンスの大きさの比較は、インピーダンスの実部と虚部を加味した絶対値で比較する。

【0024】

ここで、図３は、実施の形態における第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスを測定する場合の構成を示す概略図である。第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスの測定は、図３のように、給電回路３０の代わりに第１コイルＬ１に対してネットワークアナライザ５０を測定ケーブル５１で繋ぎ、第１測定状態にして行う。このとき、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が一体的に素子に形成され分離が難しい場合、第２コイルＬ２から第２放射素子１２およびＧＮＤを外して第２コイルＬ２の両端をオープンにする。第１測定状態にして、第１コイルＬ１と測定ケーブル５１と接続点を測定点ｔ１としてネットワークアナライザ５０で、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスの周波数特性を測定する。なお、測定ケーブル５１の長さによる位相シフトについては、トランスの一次側である第１コイルＬ１との接続点であらかじめ校正しておく。

【0025】

また、図４は、実施の形態における第２アンテナＡＮＴ２のインピーダンスを測定する場合の構成を示す概略図である。第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数の測定は、図４のように、ＧＮＤに接続する代わりに第２コイルＬ２に対してネットワークアナライザ５０を測定ケーブル５２で繋ぎ、第２測定状態にして行う。このとき、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が一体的に素子に形成され分離が難しい場合、第１コイルＬ１から第１放射素子１１および給電回路３０を外して第１コイルＬ１の両端をオープンにする。第２測定状態にして、第２コイルＬ２と測定ケーブル５２と接続点を測定点ｔ２としてネットワークアナライザ５０で、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の周波数特性を測定する。この測定により、無給電素子の共振周波数を特定できる。なお、測定ケーブル５２の長さによる位相シフトについては、トランスの二次側である第２コイルＬ２との接続点であらかじめ校正しておく。上記第１および第２測定状態での測定により、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数における、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスを特定することができる。

【0026】

アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスが５０Ωより大きいことで、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において、第１コイルＬ１（トランスの一次側）に流れる電流が減少する。そのため、第２コイルＬ２（トランスの二次側）に生じる誘導起電力も減少し、第２アンテナＡＮＴ２自体は基本波の共振周波数で共振しても、アンテナ装置１００全体としては、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数で共振しなくなる。

【0027】

図５は、実施の形態におけるアンテナ装置１００の反射係数の周波数特性を示す図である。図５において、横軸は周波数、縦軸は反射係数である。ここで、反射係数Ａは図１において給電回路３０からアンテナ結合素子２０側を見た（つまりアンテナ装置１００の）反射係数である。また、反射係数Ｂは図１において第１コイルＬ１から第１放射素子１１側を見た（つまり、第１アンテナＡＮＴ１の）反射係数である。

【0028】

反射係数Ａにおいて、ｎ７８を含む帯域で第１アンテナＡＮＴ１の基本波の共振周波数（第１コイルＬ１と第１放射素子１１とによる共振周波数）で共振が生じ、ｎ７９を含む帯域で第２アンテナＡＮＴ２による３倍高調波の共振周波数（例えば、４．８ＧＨｚ）で共振が生じている。一方、反射係数Ｂにおいて、ｎ７８を含む帯域で第１アンテナＡＮＴ１の基本波の共振周波数で共振が生じている。つまり、アンテナ装置１００では、アンテナ結合素子２０で第２アンテナＡＮＴ２を第１アンテナＡＮＴ１に結合させることで、ｎ７９を含む帯域まで広帯域化することができる。なお、アンテナ装置１００は前述のようにインピーダンスの調整を行うことで、反射係数Ａにおいて、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数（例えば、１．５ＧＨｚ）で共振が観測されていない。つまり、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において動作しない。

【0029】

図６は、実施の形態におけるアンテナ装置１００の放射効率を説明するための図である。図６において、横軸は周波数、縦軸は放射効率である。図６において、特性Ｃは第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波の共振周波数で共振させた場合のアンテナ装置１００の放射効率の周波数特性であり、特性Ｄは第２アンテナＡＮＴ２を基本波の共振周波数で共振させた場合のアンテナ装置の放射効率の周波数特性である。第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波の共振周波数で共振させた場合の方が、第２放射素子１２の長さを長くすることができるので、アンテナ装置１００は、特性Ｃが示すようにｎ７９を含む帯域で放射効率が向上している。

【0030】

次に、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数においてアンテナ装置１００を動作させないインピーダンスの調整について説明する。図７は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第１状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。図８は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第１状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。

【0031】

図７に示すスミスチャートは、図１に示すアンテナ装置１００の第１コイルＬ１と第１放射素子１１との間に移相器（図示せず）を設けて第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスを第１状態に調整した場合を図示している。ここで、第１状態とは、移相器により、第１測定状態で給電回路３０から見込む、第１アンテナＡＮＴ１の反射係数の位相が１８０度付近である状態である。反射係数の位相とは、スミスチャートにおいて中心から右側のＸ軸を起点として、反時計回りに、対象周波数の点と中心とを結んだ線とのなす角度である。

【0032】

同様に、図９は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第２状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。図１０は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第２状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。ここで、第２状態とは、移相器により、第１測定状態で給電回路３０から見込む、第１アンテナＡＮＴ１の反射係数の位相が９０度付近にある状態である。また、電圧と電流の位相差は９０度付近にある状態でもある。

【0033】

図１１は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第３状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。図１２は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第３状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。ここで、第３状態とは、移相器により、第１測定状態で給電回路３０から見込む、第１アンテナＡＮＴ１の反射係数の位相が０（ゼロ）度付近にある状態である。また、電圧と電流の位相差は１８０度付近にある状態でもある。

【0034】

図１３は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第４状態に調整した場合のスミスチャートを示す図である。図１４は、実施の形態におけるアンテナ装置１００のインピーダンスを第４状態に調整した場合のアンテナ特性を説明するための図である。ここで、第４状態とは、移相器により、第１測定状態で給電回路３０から見込む、第１アンテナＡＮＴ１の反射係数の位相が－９０度付近にある状態である。また、電圧と電流の位相差は－９０度付近にある状態でもある。

【0035】

なお、図７～図１４では、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスとアンテナ装置１００の特性との関係を説明するために、アンテナ装置１００に移相器を設けて、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスを変化させている。しかし、実施の形態におけるアンテナ装置１００には必ずしも移相器を設ける必要はない。つまり、実施の形態におけるアンテナ装置１００では、第２放射素子１２の基本波の共振周波数において動作しないように回路構成でインピーダンスを調整すれば移相器を設けなくても良い。

【0036】

第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数における、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスの変化を表１に示す。表１では、反射係数の位相（差）を１８０度、９０度、０度、－９０度と変化させた場合の第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスの変化を示している。なお、表１では、Ｒｅ｛Ｚ｝がインピーダンスの実部を、Ｉｍ｛Ｚ｝がインピーダンスの虚部をそれぞれ示している。また、表１では、給電回路３０の入力側のインピーダンスがいずれも５０．０Ωである。インピーダンスの大きさの比較は、インピーダンスの実部と虚部を加味した絶対値で比較する。

【0037】

【表1】

【0038】

図７（ａ），図９（ａ），図１１（ａ），図１３（ａ）は、第２アンテナＡＮＴ２を結合させない第１アンテナＡＮＴ１単体を第１放射素子１１側から見たインピーダンスをスミスチャート上に軌跡として表した図である。マークｍ１は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数における第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスを示している。図７（ａ），図９（ａ），図１１（ａ），図１３（ａ）に示すように、反射係数の位相差が１８０度、９０度、０度、－９０度と変化させるに従い、マークｍ１が時計回りに移動している。図７（ａ），図９（ａ），図１１（ａ），図１３（ａ）に示すスミスチャートは、５０Ωで正規化されているため、反射係数の位相差９０度以下、－９０度以上で第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスが５０Ωより大きくなる。すなわち、スミスチャートで対象周波数における点が右半分に存在する場合は第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスが５０Ωより大きくなる。

【0039】

図７（ｂ），図９（ｂ），図１１（ｂ），図１３（ｂ）は、第２アンテナＡＮＴ２を結合させたアンテナ装置１００全体を給電回路３０側から見たインピーダンスをスミスチャート上に軌跡として表した図である。マークｍ２は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数におけるアンテナ装置１００全体のインピーダンスを示している。図７（ｂ），図９（ｂ），図１１（ｂ），図１３（ｂ）に示すように、反射係数の位相差が１８０度、９０度、０度、－９０度と変化させるに従い、マークｍ２が時計回りに移動している。図７（ｂ），図９（ｂ），図１１（ｂ），図１３（ｂ）に示すスミスチャートは、５０Ωで正規化されているため、位相差９０度以下、２７０度以上でアンテナ装置１００全体のインピーダンスが５０Ωより大きくなる。すなわち、スミスチャートで対象周波数における点が右半分に存在する場合は、アンテナ装置１００全体のインピーダンスが５０Ωより大きくなる。

【0040】

図８（ａ），図１０（ａ），図１２（ａ），図１４（ａ）は、反射係数の位相差を１８０度、９０度、０度、－９０度と変化させた場合のアンテナ装置１００の反射係数の周波数特性を示す図である。図８（ａ），図１０（ａ），図１２（ａ），図１４（ａ）において、横軸は周波数、縦軸は反射係数である。マークｍ３は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数におけるアンテナ装置１００の反射係数のピークを示している。マークｍ３に示す反射係数のピークは、位相差が１８０度、９０度、０度と変化するに従い小さくなり、位相差が０度、－９０度と変化するに従い大きくなる。

【0041】

図８（ｂ），図１０（ｂ），図１２（ｂ），図１４（ｂ）は、反射係数の位相差を１８０度、９０度、０度、－９０度と変化させた場合のアンテナ装置１００に流れる電流量の周波数特性を示す図である。図８（ｂ），図１０（ｂ），図１２（ｂ），図１４（ｂ）において、横軸は周波数、縦軸は電流量である。特性Ｅは第１アンテナＡＮＴ１に流れる電流量の周波数特性であり、特性Ｆは第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量の周波数特性であり、特性Ｇはアンテナ装置１００全体に流れる電流量の周波数特性である。マークｍ４は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数における第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量を示している。破線で囲まれている範囲が第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数の範囲である。マークｍ５は、第２アンテナＡＮＴ２の３倍高調波の共振周波数における第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量を示している。マークｍ４，ｍ５に示す第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量は、位相差が１８０度、９０度、０度と変化するに従い小さくなり、位相差が０度、－９０度と変化するに従い大きくなる。特に、反射係数の位相差が０（ゼロ）度の場合にマークｍ４に示す第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量は略０（ゼロ）となっている。

【0042】

反射係数の位相差が１８０度、９０度、０度と変化するに従い、図８（ｂ），図１０（ｂ），図１２（ｂ）に示すように第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量（マークｍ４）は小さくなっている。逆に、アンテナ装置１００全体のインピーダンス（マークｍ２）は、図７（ｂ），図９（ｂ），図１１（ｂ）に示すように位相差が１８０度、９０度、０度と変化するに従い大きくなっている。つまり、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数においてインピーダンスを大きくすることで第１コイルＬ１（トランスの一次側）に流れる電流が減少するので、第２コイルＬ２（トランスの二次側）に生じる誘導起電力も減少している。

【0043】

反射係数の位相差が１８０度、９０度、０度と変化するに従い、図８（ｂ），図１０（ｂ），図１２（ｂ）に示すように第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量（マークｍ４）が小さくなることで、図８（ａ），図１０（ａ），図１２（ａ）に示す反射係数のピーク（マークｍ３）が小さくなっている。つまり、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において第２コイルＬ２（トランスの二次側）に生じる誘導起電力が減少したことで、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数で共振しなくなる。

【0044】

一方、反射係数の位相差が１８０度、９０度、０度と変化するに従い、図８（ｂ），図１０（ｂ），図１２（ｂ）に示すように第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量（マークｍ５）も小さくなっているが、マークｍ４のように電流量が略０（ゼロ）となることはない。そのため、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の３倍高調波の共振周波数において第２コイルＬ２（トランスの二次側）に生じる誘導起電力も減少するが、第２アンテナＡＮＴ２の３倍高調波の共振周波数で共振することになる。

【0045】

前述のように、アンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスが、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において５０Ωより大きくなるように調整する。つまり、アンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスが、スミスチャートの右半面（位相差９０度以下、２７０度以上）に位置するように調整する。これによって、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数で共振し難くして、通信性能を向上させることができる。

【0046】

以上のように、実施の形態に係るアンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを備える。第１アンテナＡＮＴ１は、高周波信号を供給する給電回路３０に接続される第１放射素子１１と、第１放射素子１１と給電回路３０との間に接続される第１コイルＬ１と、を含む。第２アンテナＡＮＴ２は、第１コイルＬ１に対して磁気結合する第２コイルＬ２と、第２コイルＬ２に接続される第２放射素子１２と、を含む。第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスは、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において、５０Ωより大きい。

【0047】

これにより、実施の形態に係るアンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスを調整することで、使用する周波数帯域を広帯域化することができるとともに、十分な放射効率が得られる。

【0048】

第１アンテナＡＮＴ１の基本波の共振周波数は、第２アンテナＡＮＴ２の高調波の共振周波数より低いことが好ましい。これにより、使用する周波数帯域を広帯域化することができる。

【0049】

第２放射素子１２の長さは、第１放射素子１１の長さより長いことが好ましい。これにより、第２アンテナＡＮＴ２の放射効率を向上させることができる。

【0050】

携帯端末２００（通信端末装置）は、給電回路３０と、上記のアンテナ装置１００と、を備える。これにより、携帯端末２００は、広帯域で安定した通信が可能となる。

【0051】

［変形例１］
図１５は、変形例１におけるアンテナ装置１００Ａの回路図である。なお、図１５に示すアンテナ装置１００Ａにおいて、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

【0052】

アンテナ装置１００Ａは、第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを備える。第１アンテナＡＮＴ１は、給電回路３０に接続される第１放射素子１１と、第１放射素子１１と給電回路との間に接続される第１コイルＬ１と、を含む。第２アンテナＡＮＴ２は、第１コイルＬ１に対して磁気結合する第２コイルＬ２と、第２コイルＬ２に接続される第２放射素子１２と、を含む。さらに、アンテナ装置１００Ａは、第２コイルＬ２と第２放射素子１２との間にインピーダンス整合素子１６が接続されている。

【0053】

インピーダンス整合素子１６を第２アンテナＡＮＴ２に設けることで、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数においてインピーダンスを大きくすることができる。インピーダンス整合素子１６によりインピーダンスを大きくすることで、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量をより小さくすることができる。

【0054】

以上のように変形例１に係るアンテナ装置１００Ａは、第２コイルＬ２と第２放射素子１２との間に接続されるインピーダンス整合素子１６（第２インピーダンス整合素子）をさらに備える。これにより、変形例１に係るアンテナ装置１００Ａは、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量をより小さくすることができる。

【0055】

［変形例２］
図１６は、変形例２におけるアンテナ装置１００Ｂの回路図である。なお、図１６に示すアンテナ装置１００Ｂにおいて、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

【0056】

アンテナ装置１００Ｂは、第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを備える。第１アンテナＡＮＴ１は、給電回路３０に接続される第１放射素子１１と、第１放射素子１１と給電回路との間に接続される第１コイルＬ１と、を含む。第２アンテナＡＮＴ２は、第１コイルＬ１に対して磁気結合する第２コイルＬ２と、第２コイルＬ２に接続される第２放射素子１２と、を含む。さらに、アンテナ装置１００Ｂは、第１コイルＬ１と第１放射素子１１との間にインピーダンス整合素子１７が接続されている。

【0057】

インピーダンス整合素子１７を第１アンテナＡＮＴ１に設けることで、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において第１コイルＬ１（トランス一次側）に流れる電流を分流させることができる、インピーダンス整合素子１７により第１コイルＬ１（トランス一次側）に流れる電流を分流させることで、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量をより小さくすることができる。このとき、インピーダンス整合素子１７は第１アンテナＡＮＴ１の一部であり、第１アンテナＡＮＴ１のインピーダンスの測定はインピーダンス整合素子１７も含めた状態を対象として測定する。

【0058】

以上のように変形例２に係るアンテナ装置１００Ｂは、第１コイルＬ１と給電回路３０との間に接続されるインピーダンス整合素子１７（第１インピーダンス整合素子）をさらに備える。これにより、変形例２に係るアンテナ装置１００Ｂは、第２アンテナＡＮＴ２の基本波の共振周波数において第２アンテナＡＮＴ２に流れる電流量をより小さくすることができる。

【0059】

［変形例３］
図１７は、変形例３におけるアンテナ装置１００Ｃの回路図である。なお、図１７に示すアンテナ装置１００Ｃにおいて、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

【0060】

アンテナ装置１００Ｃは、第１アンテナＡＮＴ１と第２アンテナＡＮＴ２とを備える。第１アンテナＡＮＴ１は、給電回路３０に接続される第１放射素子１１と、第１放射素子１１と給電回路との間に接続される第１コイルＬ１と、を含む。第２アンテナＡＮＴ２は、第１コイルＬ１に対して磁気結合する第２コイルＬ２と、第２コイルＬ２に接続される第２放射素子１２と、を含む。さらに、アンテナ装置１００Ｃは、第１コイルＬ１に対してコンデンサ１８を並列に接続している。

【0061】

コンデンサ１８を第１コイルＬ１に対して並列に接続することで、第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波の共振周波数で共振させる場合に、５倍高調波以上の共振周波数の信号をトランス（第１コイルＬ１）に経由させずにバイパスすることができる。これにより、第２アンテナＡＮＴ２において、不要な５倍高調波以上の共振周波数で共振しないようにすることができる。

【0062】

以上のように変形例３に係るアンテナ装置１００Ｃは、第１コイルＬ１に並列接続されるコンデンサ１８をさらに備える。これにより、変形例３に係るアンテナ装置１００Ｃは、第２アンテナＡＮＴ２において、不要な５倍高調波以上の共振周波数で共振しないようにすることができる。

【0063】

［変形例４］
図１８は、変形例４におけるアンテナ装置１００Ｄの回路図である。なお、図１８に示すアンテナ装置１００Ｄにおいて、図１に示すアンテナ装置１００と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

【0064】

アンテナ装置１００Ｄでは、第１放射素子１１と第２放射素子１２とが同じ基板に形成されておらず、第２放射素子１２を設けたメイン基板６０とは別のサブ基板７０に第１放射素子１１を形成してある。メイン基板６０には、第１放射素子１１と接続される給電回路３０と、第１放射素子１１と給電回路との間に接続される第１コイルＬ１と、第１コイルＬ１に対して磁気結合する第２コイルＬ２と、第２コイルＬ２に接続される第２放射素子１２とが形成されている。なお、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とは、アンテナ結合素子２０を構成している。

【0065】

サブ基板７０に形成されている第１放射素子１１と、メイン基板６０に形成されている第１コイルＬ１とは、同軸ケーブル８０で接続されている。第１放射素子１１をサブ基板７０に形成し、同軸ケーブル８０を介してメイン基板６０と接続することで、第１放射素子１１の配置の自由度が増す。一方、メイン基板６０には、無給電素子である第２放射素子１２が形成されているので、第２放射素子１２は、第２コイルＬ２から長い伝送線路を経ることなくから電波を放射することができる。そのため、第２放射素子１２において伝送ロスを低減できる。

【0066】

メイン基板６０とサブ基板７０とを接続する伝送線路は、同軸ケーブル８０に限定されず、プリント基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）、メトロサーク（登録商標）などで構成してもよい。メトロサーク（登録商標）とは、液晶ポリマー（ＬＣＰ：Liquid Crystal Polymer）のシートを複数積層した樹脂多層基板である。

【0067】

以上のように変形例４に係るアンテナ装置１００Ｄは、第１放射素子１１と第１コイルＬ１とを同軸ケーブル８０で接続し、第１放射素子１１をサブ基板７０に形成することができる。なお、メイン基板６０およびサブ基板７０は、一例であり第１放射素子１１を形成する基板と第２放射素子１２を形成する基板とが異なる基板であればよい。

【0068】

［変形例５］
図１９は、変形例５におけるアンテナ装置１００Ｅの回路図である。なお、図１９に示すアンテナ装置１００Ｅにおいて、図１に示すアンテナ装置１００および図１８に示すアンテナ装置１００Ｄと同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

【0069】

アンテナ装置１００Ｅでは、第１コイルＬ１と同軸ケーブル８０の接続点との間にインピーダンス整合素子１９を接続する。インピーダンス整合素子１９（第３インピーダンス整合素子）を第１コイルＬ１と同軸ケーブル８０の接続点との間に設けることで、メイン基板６０の回路と同軸ケーブル８０との間でインピーダンスを整合させることができ、長い伝送線路である同軸ケーブル８０における伝送ロスを軽減することができる。

【0070】

［その他の変形例］
（１） 前述の実施の形態に係るアンテナ装置１００では、第１アンテナＡＮＴ１を基本波の共振周波数で共振させ、第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波の共振周波数で共振させると説明した。しかし、これに限定されず、アンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１を３倍高調波の共振周波数で共振させ、第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波の共振周波数で共振させてもよい。なお、第１アンテナＡＮＴ１を３倍高調波の共振周波数で共振させる場合、第１アンテナＡＮＴ１を基本波の共振周波数でも共振させてもよい。これにより、アンテナ装置１００は、第１アンテナＡＮＴ１の基本波の共振周波数を含む周波数帯も使用することが可能となる。

【0071】

（２） 前述の実施の形態に係るアンテナ装置１００では、第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波の共振周波数で共振させると説明した。しかし、これに限定されず、アンテナ装置１００は、第２アンテナＡＮＴ２を３倍高調波以外の共振周波数で共振させてもよい。放射素子の長さは、共振周波数が低いなるほど長くなる。そのため、３倍より大きい高調波の共振周波数で第２アンテナＡＮＴ２を共振させれば、基本波の共振周波数がより低くなるので、第２放射素子１２の長さをより長くすることが可能となる。

【0072】

（３） 前述の実施の形態に係るアンテナ装置１００では、ｎ７８を含む帯域で励起する第１アンテナＡＮＴ１に対して、より高い周波数のｎ７９含む帯域で第２アンテナＡＮＴ２を励起するように構成している。しかし、これに限定されず、アンテナ装置１００は、ｎ７８を含む帯域で励起する第１アンテナＡＮＴ１に対して、より低い周波数の帯域で第２アンテナＡＮＴ２を励起するように構成してもよい。また、アンテナ結合素子２０は、加極性であっても減極性であってもよい。

【0073】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0074】

１１ 第１アンテナ、１２ 第２アンテナ、１３，１８ コンデンサ、１４ コイル、１６，１７，１９ インピーダンス整合素子、２０ アンテナ結合素子、３０ 給電回路、６０ メイン基板、７０ サブ基板、８０ 同軸ケーブル、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ アンテナ装置、２００ 携帯端末。

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】