アンテナおよび無線通信装置
【課題】広範囲の周波数でのチューニングを容易にする。
【解決手段】アンテナ１０は、アーム部１２（第１のアーム部）、アーム部１３（第２のアーム部）および可変インピーダンス部１４を有する。アーム部１２は、給電部１１に端部が接続される。アーム部１３は、アーム部１２の端でない位置に端部が接続され、グラウンド２０に他の端部が接地される。可変インピーダンス部１４は、アーム部１２の他の端部とグラウンド２０との間に設けられ、インピーダンスを変更可能である。
【解決手段】アンテナ１０は、アーム部１２（第１のアーム部）、アーム部１３（第２のアーム部）および可変インピーダンス部１４を有する。アーム部１２は、給電部１１に端部が接続される。アーム部１３は、アーム部１２の端でない位置に端部が接続され、グラウンド２０に他の端部が接地される。可変インピーダンス部１４は、アーム部１２の他の端部とグラウンド２０との間に設けられ、インピーダンスを変更可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話システムや無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信システムが広く利用されている。無線通信に関する標準化団体では、通信速度や通信容量を更に向上させるべく、次世代の無線通信規格について活発な議論が行われている。例えば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、いわゆるＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥ−Ａ（Advanced）と呼ばれる無線通信規格について議論が行われている。
【０００３】
このような無線通信システムには、無線通信に用いる周波数帯域の広帯域化が進められているものがある。また、複数の周波数帯域を用いた通信（マルチバンド通信）を行うものもある。例えば、次世代の無線通信規格では、６００ＭＨｚ〜６ＧＨｚなどの広い周波数帯域が使用される可能性がある。その場合、規格に適合する無線通信装置は、そのような広い周波数帯域に適応可能なアンテナを備えることになる。一方で、携帯電話機などの携帯型の無線通信装置は、小型化や軽量化が求められることがある。
【０００４】
なお、無線通信に用いるアンテナに関して、消費電力や漏洩電界を抑制し、ＩＣ（Integrated Circuit）搭載媒体との通信範囲を拡張し、通信精度を向上させるゲートアンテナ装置が提案されている。このゲートアンテナ装置は、信号電流が供給される給電ループアンテナと、供給されない無給電ループアンテナとを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグが読み取り可能となる領域の形状を容易に設定できるＲＦＩＤタグ読取システムが提案されている。このＲＦＩＤタグ読取システムは、読取装置と給電線で接続された第１のアンテナと、第１のアンテナの放射方向に正対するように配置された第２のアンテナと、第２のアンテナと給電線で接続された第３のアンテナとを有する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０２１０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１２３２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本出願人は、モノポールアンテナとループアンテナとを組み合わせた、動作周波数を調整可能なアンテナについて、特許出願（特願２００９−８２７７０）を行っている。しかし、この特許出願に記載されたアンテナは、動作周波数のチューニング、特に低周波数側のチューニングについて、改善の余地がある。電気的ループが形成されている部分の回路は、高周波数側でのチューニングを容易にしているが、低周波数側でも所望の動作周波数に容易にチューニングできるようになることが好ましい。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、広範囲の周波数でのチューニングを容易にするアンテナおよび無線通信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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１のアーム部と第２のアーム部と可変インピーダンス部とを有するアンテナが提供される。第１のアーム部は、給電部に端部が接続される。第２のアーム部は、第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地される。可変インピーダンス部は、第１のアーム部の他の端部とグラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能である。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、第１のアーム部と第２のアーム部と可変インピーダンス部とを有する無線通信装置が提供される。第１のアーム部は、給電部に端部が接続される。第２のアーム部は、第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地される。可変インピーダンス部は、第１のアーム部の他の端部とグラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能である。第１のアーム部、第２のアーム部、可変インピーダンス部およびグラウンドは、基板の同一面に形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
上記アンテナおよび無線通信装置によれば、広範囲の周波数でのチューニングが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態のアンテナを示す図である。
【図２】第２の実施の形態の無線通信装置を示す図である。
【図３】第２の実施の形態のアンテナ部を示す図である。
【図４】周波数と反射損失との関係を示す図である。
【図５】折り曲げられたアーム部の動作例を示す図である。
【図６】折り曲げられたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。
【図７】折り曲げられ短絡されたアーム部の動作例を示す図である。
【図８】折り曲げられ短絡されたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。
【図９】一端が開放された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。
【図１０】一端が開放された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。
【図１１】一端が短絡された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。
【図１２】一端が短絡された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。
【図１３】アンテナ部の反射損失の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態のアンテナを示す図である。アンテナ１０は、給電部１１、アーム部１２（第１のアーム部）、アーム部１３（第２のアーム部）および可変インピーダンス部１４を有する。
【００１４】
給電部１１は、送信部（図示せず）の電力をアーム部１２，１３に供給すると共に、アーム部１２，１３で電波を補足することで生じた電力を受信部（図示せず）に伝達する。給電部１１は、アンテナフィーダとも呼ばれ得る。給電部１１は、グラウンド２０に接地される。給電部１１とグラウンド２０との間に他の回路が挿入されてもよい。また、給電部１１に、インピーダンス整合を取るための整合回路が接続されてもよい。
【００１５】
アーム部１２は、１つの端部が給電部１１に接続され、他の端部が可変インピーダンス部１４に接続された導電体である。図１の例では、アーム部１２は、グラウンド２０の端辺と垂直又は略垂直である２つの短辺と、グラウンド２０の端辺と平行又は略平行である１つの長辺とを有している。すなわち、給電部１１から可変インピーダンス部１４までの間に、２つの直角又は略直角な屈折点を有している。ただし、アーム部１２の形状はこれに限定されるものではない。
【００１６】
アーム部１３は、１つの端部がアーム部１２の途中（端でない位置）に接続され、他の端部がグラウンド２０に接地された導電体である。図１の例では、アーム部１２のうち給電部１１側の短辺の途中に、アーム部１３の１つの端部が接続されている。また、アーム部１３は、グラウンド２０の端辺と平行又は略平行である１つの長辺と、グラウンド２０の端辺と垂直又は略垂直である１つの短辺とを有している。すなわち、アーム部１２との分岐点からグラウンド２０との接地点までの間に、１つの直角又は略直角な屈折点を有している。ただし、アーム部１３の形状はこれに限定されるものではない。
【００１７】
このように、アーム部１２の一部区間、アーム部１３およびグラウンド２０によって、電気的ループが形成される。アーム部１３の端部とグラウンド２０との間に、他の回路が挿入されてもよい。例えば、アーム部１３の端部の接地点を、複数の接地点の候補の中から選択するスイッチバンク部を設けることが考えられる。その場合、スイッチを切り替えることで、ループ長を可変にでき、電気的ループに起因する共振周波数を可変にできる。
【００１８】
なお、アーム部１２のグラウンド２０からの高さ（例えば、アーム部１２の長辺とグラウンド２０の端辺との距離）を、アーム部１３のグラウンド２０からの高さ（例えば、アーム部１３の長辺とグラウンド２０の端辺との距離）より大きく設定してもよい。また、グラウンド２０上で、給電部１１と可変インピーダンス部１４との距離を、給電部１１とアーム部１３の接地点との距離より大きく設定してもよい。例えば、給電部１１と可変インピーダンス部１４との間に、アーム部１３の接地点を設けることが考えられる。これにより、アンテナ１０の小型化を図ることができる。
【００１９】
可変インピーダンス部１４は、アーム部１２の給電部１１に接続されていない側の端部とグラウンド２０との間に設けられる。可変インピーダンス部１４は、インピーダンスを変更可能である。可変インピーダンス部１４は、例えば、ＬＣ共振回路（ＬＣタンクとも呼ばれ得る）として実現できる。その場合、可変容量ダイオードなど、静電容量を変更できる可変キャパシタが含まれ得る。静電容量を変更することで、インピーダンスを可変にでき、電気的ループに起因する共振周波数と異なる他の共振周波数を可変にできる。ただし、インピーダンスを変更できるものであればよく、ＬＣ共振回路に限定されない。
【００２０】
このようなアンテナ１０によれば、アーム部１３とグラウンド２０との間に形成される電気的ループが、ループアンテナとして機能する。よって、ループ長に応じた共振周波数で、アーム部１３の表面に大きな電流が流れる。アーム部１３にスイッチバンク部を接続した場合、スイッチを切り替えることで、共振周波数を可変にできる。
【００２１】
一方、アーム部１２，１３の組み合わせが、逆Ｆ型アンテナとしても機能する。すなわち、アーム部１２が逆Ｆ型アンテナの放射部として機能し、アーム部１３が逆Ｆ型アンテナの短絡部として機能する。よって、電気的ループに起因する共振周波数とは異なる共振周波数で、アーム部１２，１３の表面に大きな電流が流れる。その際、可変インピーダンス部１４がインピーダンスを調整することで、共振周波数を可変にできる。この共振周波数は、電気的ループに起因する共振周波数とは別個にチューニング可能であり、広範囲の周波数でのチューニングが容易となる。すなわち、広帯域用アンテナとして好適である。
【００２２】
例えば、図１に示した形状の場合、アーム部１３によって実現されるループアンテナは比較的高周波数で共振し、アーム部１２，１３によって実現される逆Ｆ型アンテナは比較的低周波数で共振する。よって、可変インピーダンス部１４は、高周波数側の共振周波数とは別個に、低周波数側の共振周波数をチューニングできることになる。
【００２３】
なお、アンテナ１０は、受信用アンテナ、送信用アンテナ、送信・受信兼用のアンテナの何れとしても使用可能である。アンテナ１０は、無線端末装置に搭載できる。特に、アンテナ１０は小型化が容易であるため、携帯電話機や携帯端末装置などの無線端末装置に好適である。例えば、ＬＴＥやＬＴＥ−Ａの規格に適合する無線通信装置に搭載可能である。その場合、アーム部１２，１３のアーム長を調整することで、６００ＭＨｚ〜６ＧＨｚの広周波数帯域に適応することもできる。また、ソフトウェア無線（ＳＤＲ：Software Defined Radio）、すなわち、制御ソフトウェアを変更することによって無線通信方式を切り替えることが可能な無線通信を実現することも容易である。
【００２４】
以下に説明する第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係るアンテナ１０を、無線通信装置に適用した例について説明する。ただし、アンテナ１０は、前述の通り、図１に示した具体的形状や第２の実施の形態で説明する具体的形状に限定されるものではない。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の無線通信装置を示す図である。無線通信装置１００は、アンテナ部１１０およびグラウンド１２０を有する。アンテナ部１１０は、送信・受信兼用であり、高周波エネルギーを電波として空間に放射すると共に、空間の電波を補足して高周波エネルギーに変換する。グラウンド１２０は、アース電位に設定され、アンテナ部１１０に接続されている。
【００２６】
なお、アンテナ部１１０およびグラウンド１２０は共に、無線通信装置１００が備えるプリント基板の１つの面上に形成することができる。これにより、プリント基板の他の面上にはアンテナ部１１０の部材を設置しなくてよく、プリント基板の面上の領域を有効活用できる。従って、無線通信装置１００の小型化を図ることが容易となる。
【００２７】
図３は、第２の実施の形態のアンテナ部を示す図である。アンテナ部１１０は、給電部１１１、整合回路１１２、外側アーム部（Outer Arm）１１３、内側アーム部（Inner Arm）１１４、ＬＣ共振回路１１５およびスイッチバンク部１１６を有する。アンテナ部１１０のこれら部材は、プリント基板の１つの面上に一層で形成することができる。
【００２８】
給電部１１１は、送信部（図示せず）の電力を外側アーム部１１３および内側アーム部１１４に供給すると共に、外側アーム部１１３および内側アーム部１１４で電波を補足することで生じた電力を受信部（図示せず）に伝達する。給電部１１１は、グラウンド１２０に接地される。給電部１１１は、第１の実施の形態の給電部１１の一例と見なせる。
【００２９】
整合回路１１２は、外側アーム部１１３および内側アーム部１１４と給電部１１１との間でインピーダンス整合を取る回路である。整合回路１１２は、給電部１１１に接続されている。整合回路１１２は、例えば、可変容量ダイオードなどの可変キャパシタを含むＬＣ共振回路によって実現することが可能である。
【００３０】
外側アーム部１１３は、１つの端部が給電部１１１に接続され、他の端部がＬＣ共振回路１１５に接続された導電体である。外側アーム部１１３は、グラウンド１２０の端辺と垂直な２つの短辺と、グラウンド１２０の端辺と平行な長辺とを有する。整合回路１１２からＬＣ共振回路１１５までの間に２つの直角な屈折点がある。外側アーム部１１３は、第１の実施の形態のアーム部１２（第１のアーム部）の一例と見なせる。
【００３１】
内側アーム部１１４は、１つの端部が外側アーム部１１３の給電部１１１側短辺の途中に接続され、他の端部がスイッチバンク部１１６を介してグラウンド１２０に接地された伝導体である。内側アーム部１１４は、グラウンド１２０の端辺と垂直な短辺と、グラウンド１２０の端辺と平行な長辺とを有する。外側アーム部１１３との分岐点からスイッチバンク部１１６までの間に１つの直角な屈折点がある。内側アーム部１１４は、第１の実施の形態のアーム部１３（第２のアーム部）の一例と見なせる。
【００３２】
ここで、内側アーム部１１４の長辺は、外側アーム部１１３の給電部１１１側短辺から外側アーム部１１３の長辺と同じ方向に伸びている。内側アーム部１１４のグラウンド１２０への接地点は、給電部１１１とＬＣ共振回路１１５との間に設けられている。これにより、アンテナ部１１０の小型化が容易となる。
【００３３】
また、外側アーム部１１３の長辺の長さをＬａ２、グラウンド１２０の端辺から長辺までの距離をＬｆ２とすると、外側アーム部１１３のアーム長はＬ２＝Ｌａ２＋２×Ｌｆ２と定義できる。また、内側アーム部１１４の長辺の長さをＬａ１（Ｌａ１＜Ｌａ２）、グラウンド１２０の端辺から長辺までの距離をＬｆ１（Ｌｆ１＜Ｌｆ２）とすると、内側アーム部１１４およびグラウンド１２０によって形成される電気的ループの最大ループ長はＬ１＝２×Ｌａ１＋２×Ｌｆ１と定義できる。
【００３４】
ＬＣ共振回路１１５は、インピーダンスを変更可能な回路であり、外側アーム部１１３の給電部１１１に接続されていない側の端部とグラウンド１２０との間に設けられる。ＬＣ共振回路１１５には、例えば、可変容量ダイオードなどの可変キャパシタが含まれる。静電容量を変更することで、インピーダンスを調整できる。直列接続の複数のキャパシタが含まれてもよい。ＬＣ共振回路１１５は、第１の実施の形態の可変インピーダンス部１４の一例と見なせる。
【００３５】
スイッチバンク部１１６は、接地点を切り替え可能な回路であり、内側アーム部１１４の外側アーム部１１３に接続されていない側の端部とグラウンド１２０との間に設けられる。スイッチバンク部１１６は、グラウンド１２０上の互いに異なる位置に接続された、キャパシタ付きの複数のスイッチを含む。各スイッチは、独立にＯＮ／ＯＦＦが可能である。図３の例では、５つのスイッチを含んでいるが、スイッチの数は変更可能である。
【００３６】
何れか１つのスイッチがＯＮになると、内側アーム部１１４がキャパシタを介してグラウンド１２０に接地し、内側アーム部１１４とグラウンド１２０との間に電気的ループが形成される。この電気的ループのループ長は、ＯＮにするスイッチによって異なる。給電部１１１から最も遠いスイッチをＯＮにすると、ループ長は最大ループ長Ｌ１になる。他のスイッチをＯＮにすると、ループ長はＬ１より小さくなる。ただし、スイッチバンク部１１６は、接地点を切り替え可能であればよく、図３に示した構成に限定されない。
【００３７】
ここで、内側アーム部１１４とグラウンド１２０との間に形成される電気的ループが、ループアンテナとして機能する。よって、ループ長に応じた共振周波数（高周波数側の共振周波数）で、内側アーム部１１４の表面に大きな電流が生じる。高周波数側の共振周波数は、スイッチバンク部１１６のスイッチ操作によって変更できる。
【００３８】
一方、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の組み合わせが、逆Ｆ型アンテナとして機能する。よって、電気的ループに起因する共振周波数とは異なる共振周波数（低周波数側の共振周波数）で、外側アーム部１１３および内側アーム部１１４の表面に大きな電流が生じる。低周波数側の共振周波数は、ＬＣ共振回路１１５の静電容量の操作によって変更できる。
【００３９】
このように、アンテナ部１１０は、低周波数側と高周波数側の２つの共振周波数を有しており、両者は別個にチューニングが可能である。ここで、外側アーム部１１３はＬＣ共振回路１１５によって短絡されており、外側アーム部１１３とグラウンド１２０との間にも電気的ループが形成されているようにも見える。しかし、その内側にループ長の小さい電気的ループが形成されているため、外側アーム部１１３はループアンテナとして機能しない。すなわち、内側アーム部１１４の存在によって、外側アーム部１１３がループアンテナとして機能することが阻害されている。
【００４０】
なお、外側アーム部１１３のアーム長Ｌ２と、電気的ループの最大ループ長Ｌ１とは、低周波数側および高周波数側それぞれの所望の共振周波数を考慮して調整すればよい。外側アーム部１１３はモノポールアンテナとしての性質を有することから、低周波数側の共振波長をλ２とすると、Ｌ２〜λ２÷４の関係が成立する（「〜」は近似の意味）。一方、高周波数側の共振波長をλ１とすると、Ｌ１〜λ１の関係が成立する。
【００４１】
図４は、周波数と反射損失との関係を示す図である。前述の通り、アンテナ部１１０では、スイッチバンク部１１６の操作により、高周波数側の共振周波数のチューニングが可能である。また、ＬＣ共振回路１１５の操作により、低周波数側の共振周波数のチューニングが可能である。図４の例は、高周波数側および低周波数側それぞれについて、５通り（併せて１０個）の共振周波数を切り替える場合を示している。高品質な無線通信のためには、所望の周波数で反射損失（リターンロス）が閾値以下であることが好ましい。
【００４２】
高周波数側の共振周波数の特定方法は以下の通りである。まず、スイッチバンク部１１６の複数のスイッチのうち、給電部１１１から最も遠いスイッチをＯＮにし他のスイッチをＯＦＦにする場合を考える。このとき、ループ長が最大になるため、高周波数側の中で最も低い周波数ｆUsで共振する。すなわち、最初に最小の共振周波数ｆUsが決まる。そして、ＯＮにするスイッチを給電部１１１に近い側に順次切り替えていくと、ｆUsより高い共振周波数が順次決まる。給電部１１１に最も近いスイッチをＯＮにしたとき、ループ長が最小になるため、高周波数側の中で最も高い周波数ｆUeで共振する。
【００４３】
一方、低周波数側の共振周波数の特定方法は以下の通りである。まず、ＬＣ共振回路１１５が存在しない場合、すなわち、外側アーム部１１３の給電部１１１に接続されていない側の端部が開放されている場合を考える。このとき、低周波数側の範囲で中心の周波数ｆLrで共振する。すなわち、最初に中心の共振周波数ｆLrが決まる。そして、ＬＣ共振回路１１５によりインピーダンスを順次増減させると、ｆLrより高い共振周波数および低い共振周波数が順次決まる。このようにして、低周波数側の中で最も高い共振周波数ｆLeおよび最も低い共振周波数ｆLsが決まる。
【００４４】
次に、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の動作の具体例を説明する。まず、外側アーム部１１３単独の動作について説明する。その次に、外側アーム部１１３がＬＣ共振回路１１５によって短絡されない場合の、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の動作について説明する。最後に、外側アーム部１１３がＬＣ共振回路１１５によって短絡された場合の、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の動作について説明する。
【００４５】
図５は、折り曲げられたアーム部の動作例を示す図である。図５に示すように、外側アーム部１１３単独で使用する場合を考えると、外側アーム部１１３は折り曲げられたモノポールアンテナ（逆Ｌ型アンテナ）として機能する。すなわち、共振周波数で、給電部１１１側の短辺、長辺の給電部１１１寄り、および、グラウンド１２０の給電部１１１付近に、比較的大きな電流が流れる。また、開放端側の短辺、長辺の開放端寄り、および、グラウンド１２０の給電部１１１から少し離れた箇所に、中程度の電流が流れる。
【００４６】
図６は、折り曲げられたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。このグラフは、図５に示した形状のアンテナについてシミュレーションを行った結果を示している。ここでは、アーム長のパラメータを、Ｌ２＝Ｌａ２＋２×Ｌｆ２＝５４ｍｍとしている。図６に示すように、低周波数側の共振周波数（グラフ中の矢印で指し示された周波数）が検出されている。このときの共振波長は、アーム長の４倍程度（約２１６ｍｍ）である。
【００４７】
図７は、折り曲げられ短絡されたアーム部の動作例を示す図である。図７に示すアンテナは、外側アーム部１１３の給電部１１１に接続されていない側の端部が短絡されている点で、図５のものと異なる。
【００４８】
この場合、外側アーム部１１３はループアンテナとして機能する。すなわち、共振周波数で、２つの短辺、長辺の屈折点付近、グラウンド１２０の給電部１１１付近、および、グラウンド１２０の短絡点付近に、比較的大きな電流が流れる。また、長辺の屈折点から少し離れた箇所、グラウンド１２０の給電部１１１から少し離れた箇所、および、グラウンド１２０の短絡点から少し離れた箇所に、中程度の電流が流れる。なお、電流の大小は図７の中での相対レベルであり、図５と比較可能な絶対レベルではない。
【００４９】
図８は、折り曲げられ短絡されたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。このグラフは、図７に示した形状のアンテナについてシミュレーションを行った結果を示している。ここでは、ループ長のパラメータを、２×Ｌａ２＋２×Ｌｆ２＝９４ｍｍとしている。図８に示すように、１つの共振周波数（グラフ中の矢印で指し示された周波数）が検出されている。このときの共振波長は、ループ長と同程度（約９４ｍｍ）である。
【００５０】
図９は、一端が開放された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。図９に示すように、外側アーム部１１３の端部を電気的に短絡しないアンテナ部１１０を考えると、低周波数（例えば、０．９６ＧＨｚ）では、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４との組み合わせが、逆Ｆ型アンテナとして機能する。
【００５１】
すなわち、低周波数側の共振周波数で、外側アーム部１１３の給電部１１１側の短辺、外側アーム部１１３の長辺の給電部１１１寄り、および、内側アーム部１１４の給電部１１１寄りに、比較的大きな電流が流れる。また、外側アーム部１１３の開放端側の短辺、外側アーム部１１３の長辺の開放端寄り、内側アーム部１１４のスイッチバンク部１１６寄り、グラウンド１２０の給電部１１１付近、および、グラウンド１２０のＯＮであるスイッチ付近に、中程度の電流が流れる。
【００５２】
なお、図９の例では、スイッチバンク部１１６の複数のスイッチのうち、給電部１１１から最も遠いスイッチをＯＮにしている。また、スイッチの数を図３の例とは変更している（１０個のスイッチを設けている）。また、電流の大小は図９の中での相対レベルであり、図５，７と比較可能な絶対レベルではない。
【００５３】
図１０は、一端が開放された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。アンテナの形状は図９に示したものと同じである。図１０に示すように、高周波数（例えば、２．２６ＧＨｚ）では、内側アーム部１１４が、ループアンテナとして機能する。内側アーム部１１４の存在により、外側アーム部１１３の長辺には小さな電流しか流れない。
【００５４】
すなわち、高周波数側の共振周波数で、外側アーム部１１３の給電部１１１から内側アーム部１１４との分岐点までの区間、内側アーム部１１４の給電部１１１寄り、および、内側アーム部１１４のＯＮであるスイッチ付近に、比較的大きな電流が流れる。また、内側アーム部１１４の中央付近、グラウンド１２０の給電部１１１付近、および、グラウンド１２０のＯＮであるスイッチ付近に、中程度の電流が流れる。なお、電流の大小は図１０の中での相対レベルであり、図５，７，９と比較可能な絶対レベルではない。
【００５５】
図１１は、一端が短絡された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。図１１に示すように、外側アーム部１１３の端部をＬＣ共振回路１１５によって電気的に短絡したアンテナ部１１０を考えると、低周波数（例えば、０．９６ＧＨｚ）では、図９と同様に、アンテナ部１１０が逆Ｆ型アンテナとして機能する。すなわち、低周波数側の共振周波数で、図９に示した箇所と同様の箇所に、比較的大きな電流および中程度の電流が流れる。加えて、外側アーム部１１３の短絡点付近に、比較的大きな電流が流れ、グラウンド１２０の短絡点付近に、中程度の電流が流れる。なお、電流の大小は図１１の中での相対レベルであり、図５，７，９，１０と比較可能な絶対レベルではない。
【００５６】
図１２は、一端が短絡された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。図１２に示すように、外側アーム部１１３の端部をＬＣ共振回路１１５によって電気的に短絡したアンテナ部１１０を考えると、高周波数（例えば、２．２６ＧＨｚ）では、図１０と同様に、アンテナ部１１０がループアンテナとして機能する。すなわち、高周波数側の共振周波数で、図１０に示した箇所と同様の箇所に、比較的大きな電流および中程度の電流が流れる。なお、内側アーム部１１４の存在により、外側アーム部１１３がループアンテナとして機能することが阻害されている。なお、電流の大小は図１２の中での相対レベルであり、図５，７，９〜１１と比較可能な絶対レベルではない。
【００５７】
このように、アンテナ部１１０は、外側アーム部１１３がＬＣ共振回路１１５によって短絡されている場合でも、短絡されていない場合と同様に、低周波数では逆Ｆ型アンテナとして機能し、高周波数ではループアンテナとして機能する。そして、低周波数側の共振周波数は、ＬＣ共振回路１１５によってチューニングすることができる。
【００５８】
図１３は、アンテナ部の反射損失の例を示すグラフである。このグラフは、図１１，１２に示した形状のアンテナについてシミュレーションを行った結果を示している。前述の通り、アンテナ部１１０は、例えば、０．９６ＧＨｚと２．２６ＧＨｚの２つの共振周波数を実現することができる。低周波数側の共振周波数である０．９６Ｈｚは、ＬＣ共振回路１１５の操作によってシフト可能である。高周波数側の共振周波数である２．２６ＧＨｚは、スイッチバンク部１１６の操作によってシフト可能である。低周波数側と高周波数側のチューニングは別個に行うことができる。
【００５９】
このような第２の実施の形態によれば、内側アーム部１１４によって形成される電気的ループが、高周波数帯において、ループアンテナとして機能する。スイッチバンク部１１６のスイッチを切り替えることで、ループ長を変更でき、高周波数側の共振周波数を変更できる。また、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の組み合わせが、低周波数帯において、逆Ｆ型アンテナとして機能する。ＬＣ共振回路１１５でインピーダンスを変更することで、高周波数側の共振周波数とは別個に、低周波数側の共振周波数を変更できる。
【００６０】
また、アンテナ部１１０は、プリント基板の１つの面上に一層で形成することが可能である。よって、プリント基板の面上の領域を有効活用でき、無線通信装置１００を小型化・軽量化することが容易となる。このように、無線通信装置１００は、広帯域の無線通信を行う無線端末装置として特に好適である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ アンテナ
１１ 給電部
１２，１３ アーム部
１４ 可変インピーダンス部
２０ グラウンド
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話システムや無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信システムが広く利用されている。無線通信に関する標準化団体では、通信速度や通信容量を更に向上させるべく、次世代の無線通信規格について活発な議論が行われている。例えば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、いわゆるＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥ−Ａ（Advanced）と呼ばれる無線通信規格について議論が行われている。
【０００３】
このような無線通信システムには、無線通信に用いる周波数帯域の広帯域化が進められているものがある。また、複数の周波数帯域を用いた通信（マルチバンド通信）を行うものもある。例えば、次世代の無線通信規格では、６００ＭＨｚ〜６ＧＨｚなどの広い周波数帯域が使用される可能性がある。その場合、規格に適合する無線通信装置は、そのような広い周波数帯域に適応可能なアンテナを備えることになる。一方で、携帯電話機などの携帯型の無線通信装置は、小型化や軽量化が求められることがある。
【０００４】
なお、無線通信に用いるアンテナに関して、消費電力や漏洩電界を抑制し、ＩＣ（Integrated Circuit）搭載媒体との通信範囲を拡張し、通信精度を向上させるゲートアンテナ装置が提案されている。このゲートアンテナ装置は、信号電流が供給される給電ループアンテナと、供給されない無給電ループアンテナとを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグが読み取り可能となる領域の形状を容易に設定できるＲＦＩＤタグ読取システムが提案されている。このＲＦＩＤタグ読取システムは、読取装置と給電線で接続された第１のアンテナと、第１のアンテナの放射方向に正対するように配置された第２のアンテナと、第２のアンテナと給電線で接続された第３のアンテナとを有する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０２１０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１２３２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本出願人は、モノポールアンテナとループアンテナとを組み合わせた、動作周波数を調整可能なアンテナについて、特許出願（特願２００９−８２７７０）を行っている。しかし、この特許出願に記載されたアンテナは、動作周波数のチューニング、特に低周波数側のチューニングについて、改善の余地がある。電気的ループが形成されている部分の回路は、高周波数側でのチューニングを容易にしているが、低周波数側でも所望の動作周波数に容易にチューニングできるようになることが好ましい。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、広範囲の周波数でのチューニングを容易にするアンテナおよび無線通信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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１のアーム部と第２のアーム部と可変インピーダンス部とを有するアンテナが提供される。第１のアーム部は、給電部に端部が接続される。第２のアーム部は、第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地される。可変インピーダンス部は、第１のアーム部の他の端部とグラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能である。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、第１のアーム部と第２のアーム部と可変インピーダンス部とを有する無線通信装置が提供される。第１のアーム部は、給電部に端部が接続される。第２のアーム部は、第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地される。可変インピーダンス部は、第１のアーム部の他の端部とグラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能である。第１のアーム部、第２のアーム部、可変インピーダンス部およびグラウンドは、基板の同一面に形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
上記アンテナおよび無線通信装置によれば、広範囲の周波数でのチューニングが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態のアンテナを示す図である。
【図２】第２の実施の形態の無線通信装置を示す図である。
【図３】第２の実施の形態のアンテナ部を示す図である。
【図４】周波数と反射損失との関係を示す図である。
【図５】折り曲げられたアーム部の動作例を示す図である。
【図６】折り曲げられたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。
【図７】折り曲げられ短絡されたアーム部の動作例を示す図である。
【図８】折り曲げられ短絡されたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。
【図９】一端が開放された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。
【図１０】一端が開放された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。
【図１１】一端が短絡された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。
【図１２】一端が短絡された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。
【図１３】アンテナ部の反射損失の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態のアンテナを示す図である。アンテナ１０は、給電部１１、アーム部１２（第１のアーム部）、アーム部１３（第２のアーム部）および可変インピーダンス部１４を有する。
【００１４】
給電部１１は、送信部（図示せず）の電力をアーム部１２，１３に供給すると共に、アーム部１２，１３で電波を補足することで生じた電力を受信部（図示せず）に伝達する。給電部１１は、アンテナフィーダとも呼ばれ得る。給電部１１は、グラウンド２０に接地される。給電部１１とグラウンド２０との間に他の回路が挿入されてもよい。また、給電部１１に、インピーダンス整合を取るための整合回路が接続されてもよい。
【００１５】
アーム部１２は、１つの端部が給電部１１に接続され、他の端部が可変インピーダンス部１４に接続された導電体である。図１の例では、アーム部１２は、グラウンド２０の端辺と垂直又は略垂直である２つの短辺と、グラウンド２０の端辺と平行又は略平行である１つの長辺とを有している。すなわち、給電部１１から可変インピーダンス部１４までの間に、２つの直角又は略直角な屈折点を有している。ただし、アーム部１２の形状はこれに限定されるものではない。
【００１６】
アーム部１３は、１つの端部がアーム部１２の途中（端でない位置）に接続され、他の端部がグラウンド２０に接地された導電体である。図１の例では、アーム部１２のうち給電部１１側の短辺の途中に、アーム部１３の１つの端部が接続されている。また、アーム部１３は、グラウンド２０の端辺と平行又は略平行である１つの長辺と、グラウンド２０の端辺と垂直又は略垂直である１つの短辺とを有している。すなわち、アーム部１２との分岐点からグラウンド２０との接地点までの間に、１つの直角又は略直角な屈折点を有している。ただし、アーム部１３の形状はこれに限定されるものではない。
【００１７】
このように、アーム部１２の一部区間、アーム部１３およびグラウンド２０によって、電気的ループが形成される。アーム部１３の端部とグラウンド２０との間に、他の回路が挿入されてもよい。例えば、アーム部１３の端部の接地点を、複数の接地点の候補の中から選択するスイッチバンク部を設けることが考えられる。その場合、スイッチを切り替えることで、ループ長を可変にでき、電気的ループに起因する共振周波数を可変にできる。
【００１８】
なお、アーム部１２のグラウンド２０からの高さ（例えば、アーム部１２の長辺とグラウンド２０の端辺との距離）を、アーム部１３のグラウンド２０からの高さ（例えば、アーム部１３の長辺とグラウンド２０の端辺との距離）より大きく設定してもよい。また、グラウンド２０上で、給電部１１と可変インピーダンス部１４との距離を、給電部１１とアーム部１３の接地点との距離より大きく設定してもよい。例えば、給電部１１と可変インピーダンス部１４との間に、アーム部１３の接地点を設けることが考えられる。これにより、アンテナ１０の小型化を図ることができる。
【００１９】
可変インピーダンス部１４は、アーム部１２の給電部１１に接続されていない側の端部とグラウンド２０との間に設けられる。可変インピーダンス部１４は、インピーダンスを変更可能である。可変インピーダンス部１４は、例えば、ＬＣ共振回路（ＬＣタンクとも呼ばれ得る）として実現できる。その場合、可変容量ダイオードなど、静電容量を変更できる可変キャパシタが含まれ得る。静電容量を変更することで、インピーダンスを可変にでき、電気的ループに起因する共振周波数と異なる他の共振周波数を可変にできる。ただし、インピーダンスを変更できるものであればよく、ＬＣ共振回路に限定されない。
【００２０】
このようなアンテナ１０によれば、アーム部１３とグラウンド２０との間に形成される電気的ループが、ループアンテナとして機能する。よって、ループ長に応じた共振周波数で、アーム部１３の表面に大きな電流が流れる。アーム部１３にスイッチバンク部を接続した場合、スイッチを切り替えることで、共振周波数を可変にできる。
【００２１】
一方、アーム部１２，１３の組み合わせが、逆Ｆ型アンテナとしても機能する。すなわち、アーム部１２が逆Ｆ型アンテナの放射部として機能し、アーム部１３が逆Ｆ型アンテナの短絡部として機能する。よって、電気的ループに起因する共振周波数とは異なる共振周波数で、アーム部１２，１３の表面に大きな電流が流れる。その際、可変インピーダンス部１４がインピーダンスを調整することで、共振周波数を可変にできる。この共振周波数は、電気的ループに起因する共振周波数とは別個にチューニング可能であり、広範囲の周波数でのチューニングが容易となる。すなわち、広帯域用アンテナとして好適である。
【００２２】
例えば、図１に示した形状の場合、アーム部１３によって実現されるループアンテナは比較的高周波数で共振し、アーム部１２，１３によって実現される逆Ｆ型アンテナは比較的低周波数で共振する。よって、可変インピーダンス部１４は、高周波数側の共振周波数とは別個に、低周波数側の共振周波数をチューニングできることになる。
【００２３】
なお、アンテナ１０は、受信用アンテナ、送信用アンテナ、送信・受信兼用のアンテナの何れとしても使用可能である。アンテナ１０は、無線端末装置に搭載できる。特に、アンテナ１０は小型化が容易であるため、携帯電話機や携帯端末装置などの無線端末装置に好適である。例えば、ＬＴＥやＬＴＥ−Ａの規格に適合する無線通信装置に搭載可能である。その場合、アーム部１２，１３のアーム長を調整することで、６００ＭＨｚ〜６ＧＨｚの広周波数帯域に適応することもできる。また、ソフトウェア無線（ＳＤＲ：Software Defined Radio）、すなわち、制御ソフトウェアを変更することによって無線通信方式を切り替えることが可能な無線通信を実現することも容易である。
【００２４】
以下に説明する第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係るアンテナ１０を、無線通信装置に適用した例について説明する。ただし、アンテナ１０は、前述の通り、図１に示した具体的形状や第２の実施の形態で説明する具体的形状に限定されるものではない。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の無線通信装置を示す図である。無線通信装置１００は、アンテナ部１１０およびグラウンド１２０を有する。アンテナ部１１０は、送信・受信兼用であり、高周波エネルギーを電波として空間に放射すると共に、空間の電波を補足して高周波エネルギーに変換する。グラウンド１２０は、アース電位に設定され、アンテナ部１１０に接続されている。
【００２６】
なお、アンテナ部１１０およびグラウンド１２０は共に、無線通信装置１００が備えるプリント基板の１つの面上に形成することができる。これにより、プリント基板の他の面上にはアンテナ部１１０の部材を設置しなくてよく、プリント基板の面上の領域を有効活用できる。従って、無線通信装置１００の小型化を図ることが容易となる。
【００２７】
図３は、第２の実施の形態のアンテナ部を示す図である。アンテナ部１１０は、給電部１１１、整合回路１１２、外側アーム部（Outer Arm）１１３、内側アーム部（Inner Arm）１１４、ＬＣ共振回路１１５およびスイッチバンク部１１６を有する。アンテナ部１１０のこれら部材は、プリント基板の１つの面上に一層で形成することができる。
【００２８】
給電部１１１は、送信部（図示せず）の電力を外側アーム部１１３および内側アーム部１１４に供給すると共に、外側アーム部１１３および内側アーム部１１４で電波を補足することで生じた電力を受信部（図示せず）に伝達する。給電部１１１は、グラウンド１２０に接地される。給電部１１１は、第１の実施の形態の給電部１１の一例と見なせる。
【００２９】
整合回路１１２は、外側アーム部１１３および内側アーム部１１４と給電部１１１との間でインピーダンス整合を取る回路である。整合回路１１２は、給電部１１１に接続されている。整合回路１１２は、例えば、可変容量ダイオードなどの可変キャパシタを含むＬＣ共振回路によって実現することが可能である。
【００３０】
外側アーム部１１３は、１つの端部が給電部１１１に接続され、他の端部がＬＣ共振回路１１５に接続された導電体である。外側アーム部１１３は、グラウンド１２０の端辺と垂直な２つの短辺と、グラウンド１２０の端辺と平行な長辺とを有する。整合回路１１２からＬＣ共振回路１１５までの間に２つの直角な屈折点がある。外側アーム部１１３は、第１の実施の形態のアーム部１２（第１のアーム部）の一例と見なせる。
【００３１】
内側アーム部１１４は、１つの端部が外側アーム部１１３の給電部１１１側短辺の途中に接続され、他の端部がスイッチバンク部１１６を介してグラウンド１２０に接地された伝導体である。内側アーム部１１４は、グラウンド１２０の端辺と垂直な短辺と、グラウンド１２０の端辺と平行な長辺とを有する。外側アーム部１１３との分岐点からスイッチバンク部１１６までの間に１つの直角な屈折点がある。内側アーム部１１４は、第１の実施の形態のアーム部１３（第２のアーム部）の一例と見なせる。
【００３２】
ここで、内側アーム部１１４の長辺は、外側アーム部１１３の給電部１１１側短辺から外側アーム部１１３の長辺と同じ方向に伸びている。内側アーム部１１４のグラウンド１２０への接地点は、給電部１１１とＬＣ共振回路１１５との間に設けられている。これにより、アンテナ部１１０の小型化が容易となる。
【００３３】
また、外側アーム部１１３の長辺の長さをＬａ２、グラウンド１２０の端辺から長辺までの距離をＬｆ２とすると、外側アーム部１１３のアーム長はＬ２＝Ｌａ２＋２×Ｌｆ２と定義できる。また、内側アーム部１１４の長辺の長さをＬａ１（Ｌａ１＜Ｌａ２）、グラウンド１２０の端辺から長辺までの距離をＬｆ１（Ｌｆ１＜Ｌｆ２）とすると、内側アーム部１１４およびグラウンド１２０によって形成される電気的ループの最大ループ長はＬ１＝２×Ｌａ１＋２×Ｌｆ１と定義できる。
【００３４】
ＬＣ共振回路１１５は、インピーダンスを変更可能な回路であり、外側アーム部１１３の給電部１１１に接続されていない側の端部とグラウンド１２０との間に設けられる。ＬＣ共振回路１１５には、例えば、可変容量ダイオードなどの可変キャパシタが含まれる。静電容量を変更することで、インピーダンスを調整できる。直列接続の複数のキャパシタが含まれてもよい。ＬＣ共振回路１１５は、第１の実施の形態の可変インピーダンス部１４の一例と見なせる。
【００３５】
スイッチバンク部１１６は、接地点を切り替え可能な回路であり、内側アーム部１１４の外側アーム部１１３に接続されていない側の端部とグラウンド１２０との間に設けられる。スイッチバンク部１１６は、グラウンド１２０上の互いに異なる位置に接続された、キャパシタ付きの複数のスイッチを含む。各スイッチは、独立にＯＮ／ＯＦＦが可能である。図３の例では、５つのスイッチを含んでいるが、スイッチの数は変更可能である。
【００３６】
何れか１つのスイッチがＯＮになると、内側アーム部１１４がキャパシタを介してグラウンド１２０に接地し、内側アーム部１１４とグラウンド１２０との間に電気的ループが形成される。この電気的ループのループ長は、ＯＮにするスイッチによって異なる。給電部１１１から最も遠いスイッチをＯＮにすると、ループ長は最大ループ長Ｌ１になる。他のスイッチをＯＮにすると、ループ長はＬ１より小さくなる。ただし、スイッチバンク部１１６は、接地点を切り替え可能であればよく、図３に示した構成に限定されない。
【００３７】
ここで、内側アーム部１１４とグラウンド１２０との間に形成される電気的ループが、ループアンテナとして機能する。よって、ループ長に応じた共振周波数（高周波数側の共振周波数）で、内側アーム部１１４の表面に大きな電流が生じる。高周波数側の共振周波数は、スイッチバンク部１１６のスイッチ操作によって変更できる。
【００３８】
一方、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の組み合わせが、逆Ｆ型アンテナとして機能する。よって、電気的ループに起因する共振周波数とは異なる共振周波数（低周波数側の共振周波数）で、外側アーム部１１３および内側アーム部１１４の表面に大きな電流が生じる。低周波数側の共振周波数は、ＬＣ共振回路１１５の静電容量の操作によって変更できる。
【００３９】
このように、アンテナ部１１０は、低周波数側と高周波数側の２つの共振周波数を有しており、両者は別個にチューニングが可能である。ここで、外側アーム部１１３はＬＣ共振回路１１５によって短絡されており、外側アーム部１１３とグラウンド１２０との間にも電気的ループが形成されているようにも見える。しかし、その内側にループ長の小さい電気的ループが形成されているため、外側アーム部１１３はループアンテナとして機能しない。すなわち、内側アーム部１１４の存在によって、外側アーム部１１３がループアンテナとして機能することが阻害されている。
【００４０】
なお、外側アーム部１１３のアーム長Ｌ２と、電気的ループの最大ループ長Ｌ１とは、低周波数側および高周波数側それぞれの所望の共振周波数を考慮して調整すればよい。外側アーム部１１３はモノポールアンテナとしての性質を有することから、低周波数側の共振波長をλ２とすると、Ｌ２〜λ２÷４の関係が成立する（「〜」は近似の意味）。一方、高周波数側の共振波長をλ１とすると、Ｌ１〜λ１の関係が成立する。
【００４１】
図４は、周波数と反射損失との関係を示す図である。前述の通り、アンテナ部１１０では、スイッチバンク部１１６の操作により、高周波数側の共振周波数のチューニングが可能である。また、ＬＣ共振回路１１５の操作により、低周波数側の共振周波数のチューニングが可能である。図４の例は、高周波数側および低周波数側それぞれについて、５通り（併せて１０個）の共振周波数を切り替える場合を示している。高品質な無線通信のためには、所望の周波数で反射損失（リターンロス）が閾値以下であることが好ましい。
【００４２】
高周波数側の共振周波数の特定方法は以下の通りである。まず、スイッチバンク部１１６の複数のスイッチのうち、給電部１１１から最も遠いスイッチをＯＮにし他のスイッチをＯＦＦにする場合を考える。このとき、ループ長が最大になるため、高周波数側の中で最も低い周波数ｆUsで共振する。すなわち、最初に最小の共振周波数ｆUsが決まる。そして、ＯＮにするスイッチを給電部１１１に近い側に順次切り替えていくと、ｆUsより高い共振周波数が順次決まる。給電部１１１に最も近いスイッチをＯＮにしたとき、ループ長が最小になるため、高周波数側の中で最も高い周波数ｆUeで共振する。
【００４３】
一方、低周波数側の共振周波数の特定方法は以下の通りである。まず、ＬＣ共振回路１１５が存在しない場合、すなわち、外側アーム部１１３の給電部１１１に接続されていない側の端部が開放されている場合を考える。このとき、低周波数側の範囲で中心の周波数ｆLrで共振する。すなわち、最初に中心の共振周波数ｆLrが決まる。そして、ＬＣ共振回路１１５によりインピーダンスを順次増減させると、ｆLrより高い共振周波数および低い共振周波数が順次決まる。このようにして、低周波数側の中で最も高い共振周波数ｆLeおよび最も低い共振周波数ｆLsが決まる。
【００４４】
次に、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の動作の具体例を説明する。まず、外側アーム部１１３単独の動作について説明する。その次に、外側アーム部１１３がＬＣ共振回路１１５によって短絡されない場合の、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の動作について説明する。最後に、外側アーム部１１３がＬＣ共振回路１１５によって短絡された場合の、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の動作について説明する。
【００４５】
図５は、折り曲げられたアーム部の動作例を示す図である。図５に示すように、外側アーム部１１３単独で使用する場合を考えると、外側アーム部１１３は折り曲げられたモノポールアンテナ（逆Ｌ型アンテナ）として機能する。すなわち、共振周波数で、給電部１１１側の短辺、長辺の給電部１１１寄り、および、グラウンド１２０の給電部１１１付近に、比較的大きな電流が流れる。また、開放端側の短辺、長辺の開放端寄り、および、グラウンド１２０の給電部１１１から少し離れた箇所に、中程度の電流が流れる。
【００４６】
図６は、折り曲げられたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。このグラフは、図５に示した形状のアンテナについてシミュレーションを行った結果を示している。ここでは、アーム長のパラメータを、Ｌ２＝Ｌａ２＋２×Ｌｆ２＝５４ｍｍとしている。図６に示すように、低周波数側の共振周波数（グラフ中の矢印で指し示された周波数）が検出されている。このときの共振波長は、アーム長の４倍程度（約２１６ｍｍ）である。
【００４７】
図７は、折り曲げられ短絡されたアーム部の動作例を示す図である。図７に示すアンテナは、外側アーム部１１３の給電部１１１に接続されていない側の端部が短絡されている点で、図５のものと異なる。
【００４８】
この場合、外側アーム部１１３はループアンテナとして機能する。すなわち、共振周波数で、２つの短辺、長辺の屈折点付近、グラウンド１２０の給電部１１１付近、および、グラウンド１２０の短絡点付近に、比較的大きな電流が流れる。また、長辺の屈折点から少し離れた箇所、グラウンド１２０の給電部１１１から少し離れた箇所、および、グラウンド１２０の短絡点から少し離れた箇所に、中程度の電流が流れる。なお、電流の大小は図７の中での相対レベルであり、図５と比較可能な絶対レベルではない。
【００４９】
図８は、折り曲げられ短絡されたアーム部の反射損失の例を示すグラフである。このグラフは、図７に示した形状のアンテナについてシミュレーションを行った結果を示している。ここでは、ループ長のパラメータを、２×Ｌａ２＋２×Ｌｆ２＝９４ｍｍとしている。図８に示すように、１つの共振周波数（グラフ中の矢印で指し示された周波数）が検出されている。このときの共振波長は、ループ長と同程度（約９４ｍｍ）である。
【００５０】
図９は、一端が開放された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。図９に示すように、外側アーム部１１３の端部を電気的に短絡しないアンテナ部１１０を考えると、低周波数（例えば、０．９６ＧＨｚ）では、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４との組み合わせが、逆Ｆ型アンテナとして機能する。
【００５１】
すなわち、低周波数側の共振周波数で、外側アーム部１１３の給電部１１１側の短辺、外側アーム部１１３の長辺の給電部１１１寄り、および、内側アーム部１１４の給電部１１１寄りに、比較的大きな電流が流れる。また、外側アーム部１１３の開放端側の短辺、外側アーム部１１３の長辺の開放端寄り、内側アーム部１１４のスイッチバンク部１１６寄り、グラウンド１２０の給電部１１１付近、および、グラウンド１２０のＯＮであるスイッチ付近に、中程度の電流が流れる。
【００５２】
なお、図９の例では、スイッチバンク部１１６の複数のスイッチのうち、給電部１１１から最も遠いスイッチをＯＮにしている。また、スイッチの数を図３の例とは変更している（１０個のスイッチを設けている）。また、電流の大小は図９の中での相対レベルであり、図５，７と比較可能な絶対レベルではない。
【００５３】
図１０は、一端が開放された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。アンテナの形状は図９に示したものと同じである。図１０に示すように、高周波数（例えば、２．２６ＧＨｚ）では、内側アーム部１１４が、ループアンテナとして機能する。内側アーム部１１４の存在により、外側アーム部１１３の長辺には小さな電流しか流れない。
【００５４】
すなわち、高周波数側の共振周波数で、外側アーム部１１３の給電部１１１から内側アーム部１１４との分岐点までの区間、内側アーム部１１４の給電部１１１寄り、および、内側アーム部１１４のＯＮであるスイッチ付近に、比較的大きな電流が流れる。また、内側アーム部１１４の中央付近、グラウンド１２０の給電部１１１付近、および、グラウンド１２０のＯＮであるスイッチ付近に、中程度の電流が流れる。なお、電流の大小は図１０の中での相対レベルであり、図５，７，９と比較可能な絶対レベルではない。
【００５５】
図１１は、一端が短絡された状態での表面電流（低周波数）の例を示す図である。図１１に示すように、外側アーム部１１３の端部をＬＣ共振回路１１５によって電気的に短絡したアンテナ部１１０を考えると、低周波数（例えば、０．９６ＧＨｚ）では、図９と同様に、アンテナ部１１０が逆Ｆ型アンテナとして機能する。すなわち、低周波数側の共振周波数で、図９に示した箇所と同様の箇所に、比較的大きな電流および中程度の電流が流れる。加えて、外側アーム部１１３の短絡点付近に、比較的大きな電流が流れ、グラウンド１２０の短絡点付近に、中程度の電流が流れる。なお、電流の大小は図１１の中での相対レベルであり、図５，７，９，１０と比較可能な絶対レベルではない。
【００５６】
図１２は、一端が短絡された状態での表面電流（高周波数）の例を示す図である。図１２に示すように、外側アーム部１１３の端部をＬＣ共振回路１１５によって電気的に短絡したアンテナ部１１０を考えると、高周波数（例えば、２．２６ＧＨｚ）では、図１０と同様に、アンテナ部１１０がループアンテナとして機能する。すなわち、高周波数側の共振周波数で、図１０に示した箇所と同様の箇所に、比較的大きな電流および中程度の電流が流れる。なお、内側アーム部１１４の存在により、外側アーム部１１３がループアンテナとして機能することが阻害されている。なお、電流の大小は図１２の中での相対レベルであり、図５，７，９〜１１と比較可能な絶対レベルではない。
【００５７】
このように、アンテナ部１１０は、外側アーム部１１３がＬＣ共振回路１１５によって短絡されている場合でも、短絡されていない場合と同様に、低周波数では逆Ｆ型アンテナとして機能し、高周波数ではループアンテナとして機能する。そして、低周波数側の共振周波数は、ＬＣ共振回路１１５によってチューニングすることができる。
【００５８】
図１３は、アンテナ部の反射損失の例を示すグラフである。このグラフは、図１１，１２に示した形状のアンテナについてシミュレーションを行った結果を示している。前述の通り、アンテナ部１１０は、例えば、０．９６ＧＨｚと２．２６ＧＨｚの２つの共振周波数を実現することができる。低周波数側の共振周波数である０．９６Ｈｚは、ＬＣ共振回路１１５の操作によってシフト可能である。高周波数側の共振周波数である２．２６ＧＨｚは、スイッチバンク部１１６の操作によってシフト可能である。低周波数側と高周波数側のチューニングは別個に行うことができる。
【００５９】
このような第２の実施の形態によれば、内側アーム部１１４によって形成される電気的ループが、高周波数帯において、ループアンテナとして機能する。スイッチバンク部１１６のスイッチを切り替えることで、ループ長を変更でき、高周波数側の共振周波数を変更できる。また、外側アーム部１１３と内側アーム部１１４の組み合わせが、低周波数帯において、逆Ｆ型アンテナとして機能する。ＬＣ共振回路１１５でインピーダンスを変更することで、高周波数側の共振周波数とは別個に、低周波数側の共振周波数を変更できる。
【００６０】
また、アンテナ部１１０は、プリント基板の１つの面上に一層で形成することが可能である。よって、プリント基板の面上の領域を有効活用でき、無線通信装置１００を小型化・軽量化することが容易となる。このように、無線通信装置１００は、広帯域の無線通信を行う無線端末装置として特に好適である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ アンテナ
１１ 給電部
１２，１３ アーム部
１４ 可変インピーダンス部
２０ グラウンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部に端部が接続された第１のアーム部と、
前記第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地された第２のアーム部と、
前記第１のアーム部の前記端部と異なる他の端部と前記グラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能な可変インピーダンス部と、
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第２のアーム部の前記他の端部と前記グラウンドとの間に設けられ、前記第２のアーム部の前記他の端部の接地点を、複数の接地点の候補の中から選択するスイッチバンク部を更に有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１のアーム部は、前記給電部と前記可変インピーダンス部との間に、２つの屈折点を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記グラウンド上で、前記給電部と前記可変インピーダンス部との間の距離は、前記給電部と前記第２のアーム部の前記他の端部の接地点との間の距離より大きいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１のアーム部の前記グラウンドからの高さは、前記第２のアーム部の前記グラウンドからの高さより大きいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記可変インピーダンス部は、可変キャパシタを含む共振回路であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
給電部に端部が接続された第１のアーム部と、
前記第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地された第２のアーム部と、
前記第１のアーム部の前記端部と異なる他の端部と前記グラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能な可変インピーダンス部と、を有し、
前記第１のアーム部、前記第２のアーム部、前記可変インピーダンス部および前記グラウンドは、基板の同一面に形成されている、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１】
給電部に端部が接続された第１のアーム部と、
前記第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地された第２のアーム部と、
前記第１のアーム部の前記端部と異なる他の端部と前記グラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能な可変インピーダンス部と、
を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第２のアーム部の前記他の端部と前記グラウンドとの間に設けられ、前記第２のアーム部の前記他の端部の接地点を、複数の接地点の候補の中から選択するスイッチバンク部を更に有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１のアーム部は、前記給電部と前記可変インピーダンス部との間に、２つの屈折点を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記グラウンド上で、前記給電部と前記可変インピーダンス部との間の距離は、前記給電部と前記第２のアーム部の前記他の端部の接地点との間の距離より大きいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１のアーム部の前記グラウンドからの高さは、前記第２のアーム部の前記グラウンドからの高さより大きいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記可変インピーダンス部は、可変キャパシタを含む共振回路であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
給電部に端部が接続された第１のアーム部と、
前記第１のアーム部の端でない位置に端部が接続され、グラウンドに他の端部が接地された第２のアーム部と、
前記第１のアーム部の前記端部と異なる他の端部と前記グラウンドとの間に設けられ、インピーダンスを変更可能な可変インピーダンス部と、を有し、
前記第１のアーム部、前記第２のアーム部、前記可変インピーダンス部および前記グラウンドは、基板の同一面に形成されている、
ことを特徴とする無線通信装置。
【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】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１１４６４３（Ｐ２０１１−１１４６４３Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９９３４（Ｐ２００９−２６９９３４）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「立体構造新機能集積回路（ドリームチップ）技術開発／複数周波数対応通信三次元デバイス技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「立体構造新機能集積回路（ドリームチップ）技術開発／複数周波数対応通信三次元デバイス技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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