説明

アンテナ装置

【課題】複数の帯域に対して適正なインピーダンス整合が図られたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】給電点と接続される主アンテナ素子と、前記主アンテナ素子と所定の間隔を空けて配置される、前記給電点との接点を有しない少なくとも1つの寄生アンテナ素子とを含み、前記寄生アンテナ素子は前記主アンテナ素子よりも小さいサイズを有し、前記主アンテナ素子及び前記寄生アンテナ素子の夫々は、直角に曲がった少なくとも一つのコーナーを有する平板状に形成されているアンテナ装置である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
無線通信用デバイスは、例えば、無線通信機能を有する電子機器である。具体的には、携帯電話, スマートフォン,PDA(Personal Digital Assistant),PC(Personal Computer),GPS(Global Positioning System)端末のような無線端末や、無線通信用カード(例えばPCMCIAカード)のような無線通信アプリケーション機器を含むことができる。
【0003】
近年、無線通信用デバイスの分野では、複数の無線周波数帯を使用するマルチバンド無線通信用デバイスがある。無線通信用デバイス、特に無線端末の設計は年々複雑さを増し、デバイス内に配置されるアンテナエレメントは可能な限り小さく且つ軽量にすることが望まれている。
【0004】
本願に関連する先行技術文献として以下の特許文献1から3がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平10−51223号公報
【特許文献2】国際公開WO2007/043150号公報
【特許文献3】特表2002−504770号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
無線通信用デバイス内の限られた空間内では、地板に実装された高周波回路(RF回路)と内部アンテナとが接近した状態で配置される。このため、RF回路と内部アンテナとの効率的なインピーダンスマッチングが行われることが望まれる。
【0007】
本発明の態様の一つの目的は、複数の帯域に対して適正なインピーダンス整合を図ることが可能な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】
【0008】
本発明の態様の一つは、給電点と接続される主アンテナ素子と、
前記主アンテナ素子と所定の間隔を空けて配置される、前記給電点との接点を有しない少なくとも1つの寄生アンテナ素子とを含み、
前記寄生アンテナ素子は前記主アンテナ素子よりも小さいサイズを有し、
前記主アンテナ素子及び前記寄生アンテナ素子の夫々は、直角に曲がった少なくとも一つのコーナーを有する平板状に形成されている、アンテナ装置である。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様によれば、複数の帯域に対して適正なインピーダンス整合が可能なアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、実施形態1に係るアンテナ装置の構成例を示す。
【図2】図2は、図1に示したアンテナ装置のSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。
【図3】図3は、図1に示したアンテナ装置のインピーダンスチャートである。
【図4】図4は、図1に示したアンテナ装置の1.8GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図5】図5は、図1に示したアンテナ装置の2.4GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図6】図6は、実施形態2に係るアンテナ装置の構成例を示す。
【図7】図7は、図6に示したアンテナ装置のSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。
【図8】図8は、図6に示したアンテナ装置の1.7GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図9】図9は、図6に示したアンテナ装置の2.0GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図10】図10は、図6に示したアンテナ装置の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図11】図11は、実施形態3に係るアンテナ装置の構成例を示す。
【図12】図12は、図11に示したアンテナ装置のSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。
【図13】図13は、図11に示したアンテナ装置の1.8GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図14】図14は、図11に示したアンテナ装置の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図15】図15は、実施形態4に係るアンテナ装置の構成例を示す。
【図16】図16は、図15に示したアンテナ装置のSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。
【図17】図17は、図15に示したアンテナ装置の1.8GHz帯に係る放射パターンを示す。
【図18】図18は、図15に示したアンテナ装置の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。下記の実施形態の構成は例示であり、本発明は、実施形態の構成に限定されない。
【0012】
〔実施形態1〕
図1は、実施形態1に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。図1において、アンテナ装置1は、1.8GHz帯及び2.45GHz帯での使用が想定されたマルチバンドモノポールアンテナ(Multiband Coupled Monopole Antenna)である。
【0013】
アンテナ装置1は、アンテナ装置1と給電点2を介して接続されるRF回路(図示せず)などが搭載された基板3の端部から基板3の平面方向に延出する状態で設けられている。アンテナ装置1は、夫々L字形の平板状に形成された主アンテナ素子4と、主アンテナ素子4と所定の間隔(距離)を空けて配置された寄生アンテナ素子5とを有している。
【0014】
主アンテナ素子4は、一端が基板3に設けられた給電点2に接続された帯状の第1の部分4aと、第1の部分4aの他端から、当該第1の部分の延出方向と直交する方向に延びる第2の部分4bとを有し、第1の部分4aと第2の部分4bとが交わる部分が直角に曲がったコーナー4cを形成している。
【0015】
寄生アンテナ素子5は、給電線を有しない(給電点との接点を有しない)無給電アンテ
ナ素子である。寄生アンテナ素子5は、主アンテナ素子4より小さいサイズを有し、主アンテナ素子4のコーナー4cの内側に配置されている。寄生アンテナ素子5は、主アンテナ素子4の第1の部分4aと平行に配置された第1の部分5aと、第2の部分4bと平行に配置され、第1の部分5aと直交する第2の部分5bとを有している。そして、第1の部分5aと第2の部分5bとが交わる部分が直角に曲がったコーナー5cを形成している。
【0016】
寄生アンテナ素子5は、主アンテナ素子4と同一平面上に、所定のギャップ(間隔)Dを設けて配置されている。主アンテナ素子4と寄生アンテナ素子5との間隔Dを調整することで、適正なインピーダンス整合を図ることができる。
【0017】
なお、図示はしないが、1.8GHz帯の放射時において、表面電流密度の最も高い領域が主アンテナ素子4のみに生じるようになっている。一方、2.45GHz帯の放射時には、表面電流密度の最も高い領域が寄生アンテナ素子5のみに表れるようになっており、表面電流密度の最も高い部分は、寄生アンテナ素子5の第2の部分5bに表れる。
【0018】
主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5の第1の部分4a,5a並びに第2の部分4b,5bの一部は、基板3を両側から挟む基材6a,6bによって封止されており、第2の部分4b,5bの残りの部分も、基材6a,6bと接合又は一体形成された基材7a,7bに6aで封止されている。基材6a,6b及び基材7a,7bは、同一の誘電体を用いて形成される。
【0019】
図2は、アンテナ装置1のシミュレーションによるSパラメータを示すグラフである。図2のグラフは、縦軸がSパラメータ(S1、1:反射ロス)で、横軸が周波数である。図2に示すグラフAが、図1に示したアンテナ装置1を用いた場合のSパラメータを示す。図2に示すグラフBは、比較例として、主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5を直線状に形成した場合のシミュレーションにおけるSパラメータを示す。また、図3は、実施形態1及び比較例のインピーダンスを示すインピーダンスチャートである。
【0020】
シミュレーションの実施にあたり、実施形態1の主アンテナ素子4の延出方向の長さ(第1の部分4a及びコーナー4cの長さ)L1は、16mmに設定し、延出方向と直交する方向の長さ(コーナー4c及び第2の部分4bの長さ)は30mmに設定した。一方、寄生アンテナ素子のコーナー5c及び第2の部分5bの長さは、24.25mmに設定した。主アンテナ素子4と寄生アンテナ素子5とは0.5mmのギャップを設けて配置されている設定とした。基材6a,6b及び7a,7bは、厚さ2mm,比誘電率4.2の誘電体を用いる設定とした。当該設定は例示であり、主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5の寸法は適宜設定可能である。
【0021】
図2のグラフAによれば、実施形態1のアンテナ装置1は、1.8GHz帯と、2.43GHzにおいて、Sパラメータの振幅(反射ロス)が小さくなっており、これらの二つの帯域で、比較例(グラフB)よりも適正な効率(感度)が得られることが分かる。また、図3に示すように、実施形態1に係るインピーダンスAは、比較例に係るインピーダンスBよりも正規化インピーダンス1(50Ω)に近づいており(図3の1、2を参照)、適正なインピーダンス整合が図られていることが分かる。
【0022】
主アンテナ素子4は1.8GHzの放射に使用され、寄生アンテナ素子5は2.45GHzの放射に使用される。図4は、実施形態1のアンテナ装置1の1.8GHz帯に係る放射パターンを示し、図5は、実施形態1のアンテナ装置1の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【0023】
実施形態1によれば、主アンテナ素子4及び寄生アンテナ5がL字形に形成されており、且つ寄生アンテナ5が主アンテナ素子4のコーナー4cの内側に配置されているので、各アンテナ素子4,5を直線状に形成する場合に比べてアンテナ素子の専有面積を小さくすることができる。すなわち、アンテナの小型化を図ることができる。一方で、アンテナ装置1は、1.8GHz帯と2.45GHz帯について適正なインピーダンス整合が図られており、これによって複数の帯域について適正な放射効率を有するマルチバンドアンテナとして使用することができる。
【0024】
なお、図1の例では、寄生アンテナ素子5は主アンテナ素子4のコーナー4cの内側に配置されているが、当該コーナー4cの外側において、主アンテナ素子4に沿って配置されるようにしても良い(図6の寄生アンテナ8参照)。
【0025】
〔実施形態2〕
次に、本発明の実施形態2について説明する。実施形態2は、実施形態1との共通点を有するので、主として相違点について説明し、共通点については説明を省略する。実施形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付してある。
【0026】
図6は、実施形態2に係るアンテナ装置の構成例を示す。図6に示すように、実施形態2のアンテナ装置1Aは、主アンテナ素子4と、二つの寄生アンテナ素子5及び8とを有している。主アンテナ素子4と、寄生アンテナ素子5及び寄生アンテナ素子8との夫々はL字形に形成されている。主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5に係る構成は、実施形態1とほぼ同様である。
【0027】
寄生アンテナ8は、主アンテナ4の第1の部分4aに沿って平行に配置された第1の部分8aと、主アンテナ4の第2の部分4bに沿って平行に配置された第2の部分8bとを有し、第1の部分8aと第2の部分8bとが交わる部分が直角に曲がったコーナー8cを形成している。寄生アンテナ8は、主アンテナ4と同一平面上に、主アンテナ4のコーナーの外側に、主アンテナ素子4と寄生アンテナ素子5との距離Dに相当する所定のギャップ(間隔)を設けて配置されている。
【0028】
図7は、図6に示したアンテナ装置1AのシミュレーションによるSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。図7のグラフの縦軸は反射ロスで横軸は周波数である。シミュレーションの実施にあたり、実施形態2に係る主アンテナ素子4は実施形態1と同一のサイズ(長さL1,L2)を有する設定とした。寄生アンテナ素子5の長さL3は、実施形態1より短い23.5mmに設定した。また、寄生アンテナ素子8の第2の部分8b及びコーナー8cの長さL4は、30.25mmに設定した。他の条件は実施形態1と同様に設定した。当該設定は例示であり、主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5の寸法は適宜設定可能である。
【0029】
図7に示すように、実施形態2に係るアンテナ装置1Aによると、1.7GHz帯、2GHz帯、及び2.45GHz帯について振幅(反射ロス)が小さいことが分かる。従って、実施形態2に係るアンテナ装置1Aは、1.7GHz、2GHz、及び2.45GHzの3つの帯域について適正なインピーダンス整合が図られたマルチバンドアンテナであることが分かる。
【0030】
主アンテナ素子4は、1.7GHzの放射に使用され、寄生アンテナ素子5は、2.45GHzの放射に使用され、寄生アンテナ素子8は、2.0GHzの放射に使用される。図8は、図6に示したアンテナ装置の1.7GHz帯に係る放射パターンを示す。図9は、図6に示したアンテナ装置の2.0GHz帯に係る放射パターンを示す。図10は、図6に示したアンテナ装置の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【0031】
実施形態2によれば、寄生アンテナ素子8が加わることで、専有面積は実施形態1より大きくなるものの、寄生アンテナ素子8は主アンテナ素子4とコーナー同士(4c、8c)を一致させて主アンテナ素子4の近傍に配置されるので、アンテナ装置1Aの大型化が抑えられている。最小限のサイズの拡張で、3つの帯域について適正なインピーダンス整合が図られ、且つ適正な放射効率を有するマルチバンドアンテナを得ることができる。
【0032】
〔実施形態3〕
次に、本発明の実施形態3について説明する。実施形態3は、実施形態1との共通点を有するので、主として相違点について説明し、共通点については説明を省略する。実施形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付してある。
【0033】
図11は、実施形態3に係るアンテナ装置1Bの構成例を示す。図11に示すように、実施形態2のアンテナ装置1Bは、主アンテナ素子4と、寄生アンテナ素子5とを有している。但し、寄生アンテナ素子5は、実施形態1と異なり、主アンテナ素子4とアンテナ平面方向と直交する方向にギャップ(間隔)D1を設けて平行に配置されている。主アンテナ素子4と寄生アンテナ素子5とは、コーナー4c,5c同士を一致させて、各第1及び第2の部分が同一方向に延出する状態で配置されている。図11では、主アンテナ素子4が基材6a,6b,7a,7bで挟まれており、寄生アンテナ5は、基材7a,7bと、図示しない基材7a,7bに対応する他の基材に挟まれて配置される。このように実施形態3では、例として、三層の基材でアンテナ素子が基材内部に収容された状態となる。
【0034】
図12は、図11に示したアンテナ装置のSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。図12のグラフの縦軸は反射ロスで横軸は周波数である。シミュレーションの実施にあたり、実施形態3に係る主アンテナ素子4は、高さ方向の長さL1を16mmとし、水平方向の長さL2を28mmに設定した。また、寄生アンテナ5の水平方向の長さL3は、25.5mmに設定した。そして、主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5は、基材6a,6b,7a,7bに相当する基材内に封止されている設定とした。当該設定は例示であり、主アンテナ素子4及び寄生アンテナ素子5の寸法は適宜設定可能である。
【0035】
図12に示すように、実施形態3に係るアンテナ装置1Bによると、1.8GHz帯、及び2.45GHz帯について振幅(反射ロス)が小さいことが分かる。従って、実施形態3に係るアンテナ装置1Bは、1.8GHz及び2.45GHzの2つの帯域について適正なインピーダンス整合が図られたマルチバンドアンテナであることが分かる。
【0036】
主アンテナ素子4は、1.8GHzの放射に使用され、寄生アンテナ素子5は、2.45GHzの放射に使用される。図13は、図11に示したアンテナ装置の1.8GHz帯に係る放射パターンを示す。図14は、図11に示したアンテナ装置の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【0037】
実施形態3にアンテナ装置1Bのように、主アンテナ素子4に対する寄生アンテナ素子5の位置を、同一平面から平行状態に変更されても、実施形態1と同様に、1.8GHz及び2.45GHzについて適正なインピーダンス整合が図られたマルチバンドアンテナを得ることができる。
【0038】
なお、主アンテナ素子4の両側に複数の寄生アンテナ5を配置して、三つの帯域について良好な放射効率を有するマルチバンドアンテナ装置を得ることも可能である。
【0039】
〔実施形態4〕
次に、本発明の実施形態4について説明する。実施形態4は、実施形態1との共通点を
有するので、主として相違点について説明し、共通点については説明を省略する。実施形態1と共通する構成要素については、同一の符号を付してある。
【0040】
図15は、実施形態4に係るアンテナ装置の構成例を示す。図15に示すように、実施形態4に係るアンテナ装置1Cは、夫々クランク状に形成された主アンテナ素子4Aと、寄生アンテナ素子5Aとを備える。
【0041】
主アンテナ素子4Aは、直角に曲がったコーナー4cを形成する第1の部分4a及び第2の部分4bを有し、さらに、第2の部分4bに対してコーナー4cと逆方向に直角に曲がる第2コーナー4eを形成する第3の部分4dを備えている。
【0042】
寄生アンテナ素子5Aは、主アンテナ素子4Aと同一平面上に配置され、主アンテナ素子4と同様に、直角に曲がったコーナー5cを形成する第1の部分5a及び第2の部分5bを有し、さらに、第2の部分5bに対してコーナー5cと逆方向に直角に曲がる第2コーナー5eを形成する第3の部分5dを備えている。
【0043】
寄生アンテナ素子5Aは、コーナー5cをコーナー4cと一致させ、且つ第2コーナー5eを第2コーナー4eと一致させた状態で、且つ第1の部分、第2の部分、及び第3の部分が夫々平行となる状態で、主アンテナ素子4に沿って、所定のギャップ(間隔)Dを設けて配置されている。さらに、図15の例では、第3の部分4d及び5dは、基材7a,7bと同一の誘電体を用いた基材9a,9bに挟まれて、当該基材内に収容されている。
【0044】
図16は、図15に示したアンテナ装置のSパラメータ(散乱パラメータ)を示すグラフである。図16のグラフは、縦軸が反射ロスで横軸が周波数である。図16には、実施形態4に係るアンテナ装置1CのSパラメータ(反射ロス)を示すグラフCと、比較例として実施形態1に係るアンテナ装置1のSパラメータ(反射ロス)を示すグラフAとが示されている。
【0045】
グラフCとグラフAとの対比において、それぞれ1.8GHz及び2.45GHzに対して良好な反射ロスを有する。また、アンテナ装置1Cは、1.8GHzについて、アンテナ装置1より小さい反射ロスを有する。このように、実施形態4に係るアンテナ装置1Cは、1.8GHz及び2.45GHzの2つの帯域について適正なインピーダンス整合が図られたマルチバンドアンテナであることが分かる。
【0046】
主アンテナ素子4は、1.8GHzの放射に使用され、寄生アンテナ素子5は、2.45GHzの放射に使用される。図17は、図15に示したアンテナ装置の1.8GHz帯に係る放射パターンを示す。図18は、図15に示したアンテナ装置の2.45GHz帯に係る放射パターンを示す。
【0047】
実施形態4によれば、主アンテナ素子4、寄生アンテナ素子5が二つのコーナーを有するクランク状に形成されている場合でも、二つの帯域について適正なインピーダンス整合の図られたマルチバンドアンテナとして使用することができる。
【0048】
なお、実施形態4では、寄生アンテナ素子5は、主アンテナ素子の内側に配置されていたが、外側に配置されていても良い。また、主アンテナ素子4と同一平面上に、実施形態2のように、二つのクランク状の寄生アンテナを設けることもできる。
【0049】
また、寄生アンテナ素子5を主アンテナ素子に対して平行に配置することもできる。さらに、主アンテナ素子4Aの両側に、クランク状の寄生アンテナ素子を配置することもで
きる。さらに、二以上の寄生アンテナ素子を用意し、一つは主アンテナ素子と同一平面上に配置し、他の一つは主アンテナ素子と平行に配置することも可能である。このとき、一方の寄生アンテナがL字形で、他方の寄生アンテナがクランク状であっても良い。以上のような、実施形態1から4の構成要素の組み合わせは、本発明の目的を逸脱しない範囲で可能であり、上述した組み合わせは、本発明の態様に含まれる。
【符号の説明】
【0050】
1,1A,1B,1C・・・アンテナ装置
2・・・給電点
3・・・基板
4,4A・・・主アンテナ素子
4a,5a,8a・・・第1の部分
4b,5b,8b・・・第2の部分
4c,5c,8c・・・コーナー
5,5A,8・・・寄生アンテナ素子
6a,6b,7a,7b,9a,9b・・・基材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
給電点と接続される主アンテナ素子と、
前記主アンテナ素子と所定の間隔を空けて配置される、前記給電点との接点を有しない少なくとも1つの寄生アンテナ素子とを含み、
前記寄生アンテナ素子は前記主アンテナ素子よりも小さいサイズを有し、
前記主アンテナ素子及び前記寄生アンテナ素子の夫々は、直角に曲がった少なくとも一つのコーナーを有する平板状に形成されている
アンテナ装置。
【請求項2】
前記主アンテナ素子と前記寄生アンテナ素子とが同一平面上に配置されている
請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記主アンテナ素子と前記寄生アンテナ素子との夫々がL字形に形成され、
前記寄生アンテナ素子は、前記主アンテナ素子の前記コーナーの内側又は外側に、前記主アンテナ素子に沿って配置されている
請求項2に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
二つの前記寄生アンテナ素子を有し、
前記主アンテナ素子及び前記寄生アンテナ素子の夫々がL字形に形成され、
前記寄生アンテナ素子の一方が、前記主アンテナ素子の前記コーナーの内側に、前記主アンテナ素子に沿って配置されており、
前記寄生アンテナ素子の他方が、前記主アンテナ素子の前記コーナーの外側に、前記主アンテナ素子に沿って配置されている
請求項2に記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記主アンテナ素子と前記寄生アンテナ素子とが平行に配置されている
請求項2に記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記主アンテナ素子と前記寄生アンテナ素子との夫々がL字形に形成され、
前記主アンテナ素子と前記寄生アンテナ素子とは、コーナー同士を一致させた状態で平行配置されている
請求項5に記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記主アンテナ素子と前記寄生アンテナ素子との夫々が前記コーナーと逆方向に直角に曲がる第2のコーナーを有するクランク状に形成され、
前記寄生アンテナ素子は、前記主アンテナ素子の前記コーナーの内側に、前記主アンテナ素子に沿って配置されている
請求項2に記載のアンテナ装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate

【図15】
image rotate

【図16】
image rotate

【図17】
image rotate

【図18】
image rotate


【公開番号】特開2011−239287(P2011−239287A)
【公開日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−110313(P2010−110313)
【出願日】平成22年5月12日(2010.5.12)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】