アンテナ装置
【課題】回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化の少ないアンテナ装置を提供する。
【解決手段】第１のアンテナ素子１５を第１，第２の分岐素子１５Ａ，１５Ｂの分岐構造とし、第２のアンテナ素子１６を第３，第４の分岐素子１６Ａ，１６Ｂの分岐構造とし、第１，２のアンテナ素子１５，１６の間に周波数の増加に対してサセプタンスが増加する低結合回路１７を設ける。また、第１，２のアンテナ素子１５，１６は、第１，２の周波数間と、第２，３の周波数間にアドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、第１，３の分岐素子１５Ａ，１６Ａは、第１，２の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であり、第２，４の分岐素子１５Ｂ，１６Ｂは、第２，３の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１とする。
【解決手段】第１のアンテナ素子１５を第１，第２の分岐素子１５Ａ，１５Ｂの分岐構造とし、第２のアンテナ素子１６を第３，第４の分岐素子１６Ａ，１６Ｂの分岐構造とし、第１，２のアンテナ素子１５，１６の間に周波数の増加に対してサセプタンスが増加する低結合回路１７を設ける。また、第１，２のアンテナ素子１５，１６は、第１，２の周波数間と、第２，３の周波数間にアドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、第１，３の分岐素子１５Ａ，１６Ａは、第１，２の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であり、第２，４の分岐素子１５Ｂ，１６Ｂは、第２，３の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチバンド対応の携帯端末に用いて好適なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯端末では、大容量のデータ伝送方式に対応するため、複数のアンテナ素子の使用が検討されている。現セルラ方式のみでも、８００ＭＨｚ、１．５ＧＨｚ、１．７ＧＨｚ、２．０ＧＨｚが使用されていることもあって、マルチバンドに対応できるアンテナの開発が望まれている。小型の携帯端末に複数のアンテナ素子を搭載する場合、アンテナ素子間の結合劣化が生じないように、アンテナ素子間で高いアイソレーションを確保する必要がある。特に、アンテナ素子間の結合劣化が生じないような対策を施しても、携帯端末を手で保持したときに（すなわち手保持状態にあるときに）アンテナ効率が劣化するようでは意味を成さないため、そのような場合でもアンテナ効率の劣化が少ない低結合方式が求められる。
【０００３】
特許文献１には、２つのアンテナ素子の間にフィルタ等の接合素子を介挿して低結合化する技術が開示されている。また、非特許文献１には、１つの共振周波数を持つ２素子モノポールアンテナに２個の集中定数を設けて、最大２周波数で低結合化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２６５１４６号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】信学技報，vol.110, no.347, AP2010-118, pp.1-5 「近接配置した２素子低結合アンテナのアンテナ効率改善」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１で開示された技術では、１周波数でしか低結合化することができず、多周波数に対応させるようにすると、（１）スイッチやフィルタの追加による回路規模の増大、（２）切替方式の場合、多周波数の同時使用ができない、という課題があり、さらに、手保持状態など、低結合化時にアンテナの周辺に障害物があった場合のアンテナ効率への影響が考慮されていない。
【０００７】
また、上述した非特許文献１で開示された技術では、２周波数で低結合化ができるものの、３周波数に対応させる場合、スイッチ等の切替手段で低結合化回路を切替える必要があり、回路規模が増大するという課題がある。
【０００８】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化の少ない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】
【０００９】
本発明のアンテナ装置は、グランドパターンを有する回路基板と、導電性金属で構成され、第１の分岐素子と、前記第１の分岐素子より電気長の短い第２の分岐素子を有する第１のアンテナ素子と、導電性金属で構成され、第３の分岐素子と、前記第３の分岐素子より電気長の短い第４の分岐素子を有する第２のアンテナ素子と、を備え、前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、前記回路基板のグランドパターンと所定の間隔を隔てて互いに近接して配置されるとともに、前記回路基板に配置される第１の給電部及び第２の給電部に第１の整合部及び第２の整合部を介してそれぞれ電気的に接続され、前記第１のアンテナ素子の一部と前記第２のアンテナ素子の一部、又は前記第１の整合部と前記第２の整合部、又は前記第１の給電部と前記第２の給電部を電気的に接続する複数の所望周波数に対応した低結合回路を有し、前記複数の所望周波数を低周波から高周波へ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とした場合、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間と、前記第２の周波数と前記第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、前記第１の分岐素子と前記第３の分岐素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であり、前記第２の分岐素子と前記第４の分岐素子は、前記第２の周波数と前記第３の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１である。
【００１０】
上記構成によれば、第１，第２のアンテナ素子のそれぞれを分岐形状とするとともに、第１，第２のアンテナ素子を近接配置して、これらのアンテナ素子間又は給電点間に、周波数の増加に対してサセプタンスが増加する構成の低結合回路を設けたので、少ない部品数で低結合周波数を３周波数に拡張させることができる。従来の分岐のない１共振アンテナ素子では、１個の集中定数で２周波数が限界であったが、本発明では３周波数に対応させることができる。
【００１１】
また、上記構成によれば、スイッチ等で回路定数を切替えることがないので、全周波数の同時使用が可能である。
また、上記構成によれば、第１，第２の給電部における電流ピークが低結合回路部分に分散するので、ピークＳＡＲ（Specific Absorption Rate、比吸収率）を低減できる。
また、上記構成によれば、低結合回路をアンテナ系中心に配置することで、周囲の影響を受け難くできる。
【００１２】
上記構成において、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の実部が−３０ｍＳ以上、＋３０ｍＳ以下の範囲にあり、かつ、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部が、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数の順に増加する。
【００１３】
上記構成によれば、３周波数で低結合化することができる。
【００１４】
上記構成において、前記低結合回路は、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部と同値となるサセプタンス値を有し、前記第１の給電部と前記第２の給電部間での電磁的結合を低減する機能を有する。
【００１５】
上記構成によれば、３周波数で低結合化することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子において、誘電体又は磁性体を装荷すること、素子端部又は内部にインダクタを挿入すること、メアンダ形状にすることのうち少なくともいずれか一手法を用いる。
【００１７】
上記構成によれば、第１，第２のアンテナ素子の小型化を図ることができる。
【００１８】
上記構成において、前記低結合回路は、インダクタ単体、キャパシタ単体、インダクタとキャパシタの並列回路、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタ、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタ、インダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続のうちいずれか一回路構成により実現する。
【００１９】
上記構成によれば、周波数に対してサセプタンスを増加させることができる。また、低結合回路は最低１個の部品で構成できるので、低結合回路を設けることによるコスト上昇を最小限に抑えることができる。
【００２０】
本発明の携帯無線機は、前記アンテナ装置を搭載した。
【００２１】
上記構成によれば、３周波数に対応できる携帯無線機を実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す概略構成図
【図２】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタ単体とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図３】図１のアンテナ装置に用いられるキャパシタ単体とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図４】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図５】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタとした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図６】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタとした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図７】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図８】図１のアンテナ装置において、図４の低結合回路を用いた場合のアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図
【図９】図８におけるアドミタンスをＳパラメータで表した周波数特性を示す図
【図１０】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子の等価回路及びインダクタとキャパシタの並列回路とした低結合回路の具体例を示す図
【図１１】図１０の具体例におけるＳパラメータの周波数特性を示す図
【図１２】図１０の具体例におけるアンテナ効率の周波数特性を示す図
【図１３】図１のアンテナ装置の電流分布を示す図
【図１４】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子に誘電体（又は磁性体）を配置した例を示す図
【図１５】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子の第１，第３の分岐素子のそれぞれの素子中にインダクタを介在させた例を示す図
【図１６】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子の第１，第３の分岐素子のそれぞれをメアンダ形状にした例を示す図
【図１７】図１のアンテナ装置の変形例（１）の概観を示す斜視図
【図１８】図１７の変形例（１）の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図
【図１９】図１７の変形例（１）の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図
【図２０】図１７の変形例（１）におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図
【図２１】図１のアンテナ装置の変形例（２）の概観を示す斜視図
【図２２】図２１の変形例（２）の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図
【図２３】図２１の変形例（２）の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図
【図２４】図２１の変形例（２）におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す概略構成図である。同図において、本実施の形態のアンテナ装置１は、グランドパターン（図示略）を有し、第１，第２の無線回路部１１，１２が設けられた回路基板１０と、分岐構造の第１のアンテナ素子１５と、分岐構造の第２のアンテナ素子１６と、第１のアンテナ素子１５と第２のアンテナ素子１６との間に設けられた低結合回路１７と、第１，第２の整合部１８，１９と、第１，２の給電部２０，２１とを備える。
【００２６】
第１のアンテナ素子１５は、導電性金属で構成され、第１の分岐素子１５Ａと第１の分岐素子１５Ａより電気長の短い第２の分岐素子１５Ｂとを有する。第２のアンテナ素子１６は、導電性金属で構成され、第３の分岐素子１６Ａと、第３の分岐素子１６Ａより電気長の短い第４の分岐素子１６Ｂとを有する。第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６は、回路基板１０のグランドパターン（図示略）と所定の間隔を隔てて互いに近接して配置されるとともに、回路基板１０に配置された第１の給電部２０及び第２の給電部２１に第１の整合部１８及び第２の整合部１９を介してそれぞれ電気的に接続される。低結合回路１７は、複数の所望周波数に対応し、第１のアンテナ素子１５の基端部（一部）と第２のアンテナ素子１６の基端部（一部）を電気的に接続する。
【００２７】
第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６は、複数の所望周波数を低周波から高周波へ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とした場合に、第１の周波数と第２の周波数間と、第２の周波数と第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有する。第１の分岐素子１５Ａと第３の分岐素子１６Ａは、第１の周波数と第２の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１となっており、第２の分岐素子１５Ｂと第４の分岐素子１６Ｂは、第２の周波数と第３の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１となっている。
【００２８】
低結合回路１７は、周波数増加に対しサセプタンスが増加する回路である。低結合回路１７は、例えば、インダクタ単体、キャパシタ単体、インダクタとキャパシタの並列回路、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタ、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタ、インダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続のうちいずれか一回路構成により実現される。
【００２９】
図２〜図７は、前記各回路構成における低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を示す図である。すなわち、図２はインダクタ単体としたときのサセプタンスの周波数特性、図３はキャパシタ単体としたときのサセプタンスの周波数特性、図４はインダクタとキャパシタの並列回路としたときのサセプタンスの周波数特性、図５はインダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタとしたときのサセプタンスの周波数特性、図６はインダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタとしたときのサセプタンスの周波数特性、図７はインダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続としたときのサセプタンスの周波数特性である。低結合回路１７は、最低１個の部品（インダクタ単体又はキャパシタ単体）で構成できるので、これを設けることによるコスト上昇を最小限に抑えることができる。なお、低結合回路１７は、第１の整合部１８と第２の整合部１９の間、又は、第１の給電部２０と第２の給電部２１の間を電気的に接続するようにしても構わない。
【００３０】
図８は、図４に示す回路構成の低結合回路１７を用いた場合のアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路１７のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図である。同図において、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ（Ｙ１２））の周波数特性を１点鎖線で示しており、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部（Ｉｍ（Ｙ１２））の周波数特性を２点鎖線で示している。また、低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を実線で示している。この場合、前述した図４と同じ特性となる。所望の周波数において、アドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、且つアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）＝低結合回路１７のサセプタンス値と同じになる値を満たす条件のときに低結合化が可能となる。図８に示す例では、９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚのときに前記条件を満たす。
【００３１】
図９は、図８におけるアドミタンスをＳパラメータで表した周波数特性を示す図である。同図において、整合を表すＳパラメータ（Ｓ１１）の周波数特性を１点鎖線で示しており、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性を２点鎖線で示している。９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚの３周波数のそれぞれに対して低結合がなされているのが分かる。
【００３２】
アドミタンス行列のＹ１２の２共振以上を発生させるためにはアンテナ素子単体では実現できないが、アンテナ素子を分岐構造とすることで、Ｙ１２の２共振以上を発生させることが可能となる。そのようなことから、本実施の形態のアンテナ装置１では、第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６のそれぞれを分岐構造としている。本実施の形態のアンテナ装置１では、３周波数で低結合化するために以下のようにしている。
【００３３】
（１）低周波数から、低結合化する所望の周波数を第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とし、アンテナ素子単体で、第１の周波数と第２の周波数間にＹ１２の第１の共振を有し、また第２の周波数と第３の周波数間にＹ１２の第２の共振を有する。
（２）（１）の２共振を得るため、第１のアンテナ素子１５と第２のアンテナ素子１６のそれぞれに２つの分岐素子を設け、第１の分岐素子１５Ａと第３の分岐素子１６Ａは低周波側の共振を得るため、共振の電気長の略１／４波長とし、第２の分岐素子１５Ｂと第４の分岐素子１６Ｂは高周波側の共振を得るため、共振の電気長の略１／４波長とする。
【００３４】
（３）第１〜第３の周波数で、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）が、−３０ｍＳ＜Ｒｅ（Ｙ１２）＜＋３０ｍＳであること。
（４）第１〜第３の周波数の低周波から順に、アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）が増加すること。
（５）インダクタ、キャパシタ、その組合せを用いた低結合回路１７を、第１のアンテナ素子１５と第２のアンテナ素子１６の間に配置し、第１〜第３の周波数でアンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）と同値となる低結合回路のサセプタンス値を得る。
【００３５】
図１０は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の等価回路及びインダクタとキャパシタの並列回路とした低結合回路１７の具体例を示す図である。同図に示すように、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の各々は、２つのインダクタ（５．６ｎＨ，５．１ｎＨ）と１つのキャパシタ（２．４ｐＦ）が直列接続されるとともに、直列接続された２つのインダクタの共通接続部分とグランドとの間にキャパシタ（０．６ｐＦ）が接続され、さらに、直列接続されたインダクタとキャパシタの共通接続部分とグランドとの間にインダクタ（８．２ｎＨ）が接続された構成となっている。インダクタとキャパシタが並列接続された構成の低結合回路１７のインダクタは２２ｎＨ、キャパシタは０．５ｐＦである。
【００３６】
図１１は、図１０の具体例におけるＳパラメータの周波数特性を示す図である。同図において、整合を表すＳパラメータ（Ｓ１１）の周波数特性を１点鎖線で示しており、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性を２点鎖線で示している。低結合回路１７と第１，第２の整合部１８，１９の使用により、９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚの３周波数でＳ１１及びＳ１２を−１０ｄＢ以下にすることが可能となる。
【００３７】
図１２は、図１０の具体例におけるアンテナ効率の周波数特性を示す図である。同図において、低結合回路１７と第１，第２の整合部１８，１９を使用したときのアンテナ効率を実線で示しており、第１，第２の整合部１８，１９のみのときのアンテナ効率を点線で示している。低結合回路１７を使用せず、第１，第２の整合部１８，１９のみを使用した場合と比較して、９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚの３周波数においてアンテナ効率が向上しているのが分かる。すなわち、９００ＭＨｚでは３．９ｄＢ、１７００ＭＨｚでは０．７ｄＢ、２６００ＭＨｚでは１．８ｄＢ向上している。
【００３８】
図１３は、本実施の形態のアンテナ装置１の電流分布を示す図である。同図の（ａ）は低結合回路１７が有る場合の電流分布、同図の（ｂ）は低結合回路１７が無い場合の電流分布である。低結合回路１７が有る場合、低結合回路１７にも電流が流れる。低結合回路１７が無い場合、第１，第２の給電部２０，２１に電流が集中するが、低結合回路１７が有ると低結合回路１７にも電流が流れる。すなわち、第１，第２の給電部２０，２１に集中していた電流が第１，第２の給電部２０，２１と低結合回路１７に分散されるので、低結合回路１７にも電流が流れる。低結合回路１７にも電流が流れることでＳＡＲピーク値が低減し、アンテナ装置１を用いた携帯端末（図示略）を手で保持したときのアンテナ効率劣化を低く抑えることができるようになる。また、図１３に示すように、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の近傍に障害物３０が近接しても、電流のピークが中央の低結合回路１７にもあるため、低結合対策を行っていない場合より、整合のずれ、アンテナ効率劣化が少ない。
【００３９】
図１４〜図１６は、本実施の形態のアンテナ装置１のアンテナ素子の小型化手法を示す図である。図１４は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６に誘電体（又は磁性体）４０を配置した例を示す図である。誘電体（又は磁性体）４０を配置することで、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の物理長を短くできる。なお、電気長は変わらず略１／４λのままである。図１５は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の第１，第３の分岐素子１５Ａ、１６Ａのそれぞれの素子中にインダクタ４１を介在させた例を示す図である。図１６は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の第１，第３の分岐素子１５Ａ、１６Ａのそれぞれをメアンダ形状にした例を示す図である。なお、図１４〜図１６に示す各手法を組み合わせることも勿論可能である。
【００４０】
このように本実施の形態のアンテナ装置１によれば、第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれを分岐構造とするとともに、第１，第２のアンテナ素子１５，１６を近接配置して、これらのアンテナ素子１５，１６間に、周波数の増加に対してサセプタンスが増加する構成の低結合回路１７を設け、さらに、第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６は、第１の周波数と第２の周波数間と、第２の周波数と第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、第１の分岐素子１５Ａと第３の分岐素子１６Ａは、第１の周波数と第２の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１とし、第２の分岐素子１５Ｂと第４の分岐素子１６Ｂは、第２の周波数と第３の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１としたので、少ない部品数で低結合周波数を３周波数に拡張させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態のアンテナ装置１によれば、スイッチ等で回路定数を切替えることがないので、全周波数の同時使用が可能である。また、第１，第２の給電部２０，２１における電流ピークを低結合回路１７部分に分散させることができるので、ピークＳＡＲを低減できる。また、低結合回路１７をアンテナ系中心に配置したので、周囲の影響を受け難くできる。
【００４２】
次に、本実施の形態のアンテナ装置１の変形例を挙げる。
（変形例１）
図１７は、図１のアンテナ装置１の変形例（１）のアンテナ装置２の概観を示す斜視図である。また、図１８は、図１７の変形例（１）のアンテナ装置２の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図である。また、図１９は、図１７の変形例（１）のアンテナ装置２の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図である。なお、図１７〜図１９において、形状が異なるものの、図１のアンテナ装置１と共通する働きを持つ部分には同一の符号を付けている。
【００４３】
変形例（１）のアンテナ装置２は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれを断面略Ｌ字状の折返し構造としたしたものである。折返し構造の第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれにスリット１５Ｃ，１６Ｃを形成して２分岐素子と等価にしている。また、２分岐素子と等価とした一方にスリット１５Ｃ，１６Ｃよりも短いスリット１５Ｄ，１６Ｄを形成して電気長を長くしている。すなわち、第１の分岐素子１５Ａに対応する部分に、スリット１５Ｃよりも短いスリット１５Ｄを形成して電気長を長くしている。同様に、第３の分岐素子１６Ａに対応する部分に、スリット１６Ｃよりも短いスリット１６Ｄを形成して電気長を長くしている。
【００４４】
図２０は、変形例（１）のアンテナ装置２におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路１７のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図である。同図において、低結合回路１７には、図４に示すインダクタとキャパシタを並列接続した回路構成のものを用いている。図８と同様に、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ（Ｙ１２））の周波数特性を１点鎖線で示しており、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部（Ｉｍ（Ｙ１２））の周波数特性を２点鎖線で示している。また、低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を実線で示している。所望の周波数において、アドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、且つアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）＝低結合回路１７のサセプタンス値と同じになる値を満たす条件のときに低結合化が可能となる。変形例（１）のアンテナ装置２では、８２４ＭＨｚ、１４６０ＭＨｚ、２１００ＭＨｚのときに前記条件を満たしている。
【００４５】
（変形例２）
図２１は、図１のアンテナ装置１の変形例（２）のアンテナ装置３の概観を示す斜視図である。また、図２２は、図２１の変形例（２）のアンテナ装置３の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図である。また、図２３は、図２１の変形例（２）のアンテナ装置３の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図である。なお、図２１〜図２３において、形状が異なるものの、図１のアンテナ装置１と共通する働きを持つ部分には同一の符号を付けている。
【００４６】
変形例（２）のアンテナ装置３は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれを断面略コ字状の折返し構造とするとともに、第２，第４の分岐素子としてモノポール素子１５Ｂ，１６Ｂを追加することで、２分岐素子と等価にしている。第２，第４の分岐素子であるモノポール素子１５Ｂ，１６Ｂは、第１，第３の分岐素子１５Ａ，１６Ａから離間した位置に形成される。この場合の離間距離は、変形例（１）のアンテナ装置２におけるスリット１５Ｃ，１６Ｃと同程度である。第１，第３の分岐素子１５Ａ，１６Ａには、変形例（１）のアンテナ装置２と同程度のスリット１５Ｄ，１６Ｄが形成されており、電気長を長くしている。
【００４７】
図２４は、変形例（２）のアンテナ装置３におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路１７のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図である。同図において、低結合回路１７には、図５に示すインダクタとキャパシタの並列回路にインダクタを直列接続した回路構成のものを用いている。図８と同様に、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ（Ｙ１２））の周波数特性を１点鎖線で示しており、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部（Ｉｍ（Ｙ１２））の周波数特性を２点鎖線で示している。また、低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を実線で示している。所望の周波数において、アドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、且つアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）＝低結合回路１７のサセプタンス値と同じになる値を満たす条件のときに低結合化が可能となる。変形例（２）のアンテナ装置３では、８４０ＭＨｚ、１５５０ＭＨｚ、２１００ＭＨｚのときに前記条件を満たしている。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化が少ないといった効果を有し、携帯端末などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，２，３ アンテナ装置
１０ 回路基板
１１ 第１無線回路部
１２ 第２無線回路部
１５ 第１のアンテナ素子
１５Ａ 第１の分岐素子
１５Ｂ 第２の分岐素子（モノポール素子）
１５Ｃ，１５Ｄ スリット
１６ 第２のアンテナ素子
１６Ａ 第３の分岐素子
１６Ｂ 第４の分岐素子（モノポール素子）
１６Ｃ，１６Ｄ スリット
１７ 低結合回路
１８ 第１の整合部
１９ 第２の整合部
２０ 第１の給電部
２１ 第２の給電部
３０ 障害物
４０ 誘電体
４１ インダクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチバンド対応の携帯端末に用いて好適なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯端末では、大容量のデータ伝送方式に対応するため、複数のアンテナ素子の使用が検討されている。現セルラ方式のみでも、８００ＭＨｚ、１．５ＧＨｚ、１．７ＧＨｚ、２．０ＧＨｚが使用されていることもあって、マルチバンドに対応できるアンテナの開発が望まれている。小型の携帯端末に複数のアンテナ素子を搭載する場合、アンテナ素子間の結合劣化が生じないように、アンテナ素子間で高いアイソレーションを確保する必要がある。特に、アンテナ素子間の結合劣化が生じないような対策を施しても、携帯端末を手で保持したときに（すなわち手保持状態にあるときに）アンテナ効率が劣化するようでは意味を成さないため、そのような場合でもアンテナ効率の劣化が少ない低結合方式が求められる。
【０００３】
特許文献１には、２つのアンテナ素子の間にフィルタ等の接合素子を介挿して低結合化する技術が開示されている。また、非特許文献１には、１つの共振周波数を持つ２素子モノポールアンテナに２個の集中定数を設けて、最大２周波数で低結合化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２６５１４６号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】信学技報，vol.110, no.347, AP2010-118, pp.1-5 「近接配置した２素子低結合アンテナのアンテナ効率改善」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１で開示された技術では、１周波数でしか低結合化することができず、多周波数に対応させるようにすると、（１）スイッチやフィルタの追加による回路規模の増大、（２）切替方式の場合、多周波数の同時使用ができない、という課題があり、さらに、手保持状態など、低結合化時にアンテナの周辺に障害物があった場合のアンテナ効率への影響が考慮されていない。
【０００７】
また、上述した非特許文献１で開示された技術では、２周波数で低結合化ができるものの、３周波数に対応させる場合、スイッチ等の切替手段で低結合化回路を切替える必要があり、回路規模が増大するという課題がある。
【０００８】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化の少ない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】
【０００９】
本発明のアンテナ装置は、グランドパターンを有する回路基板と、導電性金属で構成され、第１の分岐素子と、前記第１の分岐素子より電気長の短い第２の分岐素子を有する第１のアンテナ素子と、導電性金属で構成され、第３の分岐素子と、前記第３の分岐素子より電気長の短い第４の分岐素子を有する第２のアンテナ素子と、を備え、前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、前記回路基板のグランドパターンと所定の間隔を隔てて互いに近接して配置されるとともに、前記回路基板に配置される第１の給電部及び第２の給電部に第１の整合部及び第２の整合部を介してそれぞれ電気的に接続され、前記第１のアンテナ素子の一部と前記第２のアンテナ素子の一部、又は前記第１の整合部と前記第２の整合部、又は前記第１の給電部と前記第２の給電部を電気的に接続する複数の所望周波数に対応した低結合回路を有し、前記複数の所望周波数を低周波から高周波へ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とした場合、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間と、前記第２の周波数と前記第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、前記第１の分岐素子と前記第３の分岐素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であり、前記第２の分岐素子と前記第４の分岐素子は、前記第２の周波数と前記第３の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１である。
【００１０】
上記構成によれば、第１，第２のアンテナ素子のそれぞれを分岐形状とするとともに、第１，第２のアンテナ素子を近接配置して、これらのアンテナ素子間又は給電点間に、周波数の増加に対してサセプタンスが増加する構成の低結合回路を設けたので、少ない部品数で低結合周波数を３周波数に拡張させることができる。従来の分岐のない１共振アンテナ素子では、１個の集中定数で２周波数が限界であったが、本発明では３周波数に対応させることができる。
【００１１】
また、上記構成によれば、スイッチ等で回路定数を切替えることがないので、全周波数の同時使用が可能である。
また、上記構成によれば、第１，第２の給電部における電流ピークが低結合回路部分に分散するので、ピークＳＡＲ（Specific Absorption Rate、比吸収率）を低減できる。
また、上記構成によれば、低結合回路をアンテナ系中心に配置することで、周囲の影響を受け難くできる。
【００１２】
上記構成において、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の実部が−３０ｍＳ以上、＋３０ｍＳ以下の範囲にあり、かつ、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部が、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数の順に増加する。
【００１３】
上記構成によれば、３周波数で低結合化することができる。
【００１４】
上記構成において、前記低結合回路は、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部と同値となるサセプタンス値を有し、前記第１の給電部と前記第２の給電部間での電磁的結合を低減する機能を有する。
【００１５】
上記構成によれば、３周波数で低結合化することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子において、誘電体又は磁性体を装荷すること、素子端部又は内部にインダクタを挿入すること、メアンダ形状にすることのうち少なくともいずれか一手法を用いる。
【００１７】
上記構成によれば、第１，第２のアンテナ素子の小型化を図ることができる。
【００１８】
上記構成において、前記低結合回路は、インダクタ単体、キャパシタ単体、インダクタとキャパシタの並列回路、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタ、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタ、インダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続のうちいずれか一回路構成により実現する。
【００１９】
上記構成によれば、周波数に対してサセプタンスを増加させることができる。また、低結合回路は最低１個の部品で構成できるので、低結合回路を設けることによるコスト上昇を最小限に抑えることができる。
【００２０】
本発明の携帯無線機は、前記アンテナ装置を搭載した。
【００２１】
上記構成によれば、３周波数に対応できる携帯無線機を実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す概略構成図
【図２】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタ単体とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図３】図１のアンテナ装置に用いられるキャパシタ単体とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図４】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図５】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタとした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図６】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタとした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図７】図１のアンテナ装置に用いられるインダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続とした低結合化回路のサセプタンスの周波数特性を示す図
【図８】図１のアンテナ装置において、図４の低結合回路を用いた場合のアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図
【図９】図８におけるアドミタンスをＳパラメータで表した周波数特性を示す図
【図１０】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子の等価回路及びインダクタとキャパシタの並列回路とした低結合回路の具体例を示す図
【図１１】図１０の具体例におけるＳパラメータの周波数特性を示す図
【図１２】図１０の具体例におけるアンテナ効率の周波数特性を示す図
【図１３】図１のアンテナ装置の電流分布を示す図
【図１４】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子に誘電体（又は磁性体）を配置した例を示す図
【図１５】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子の第１，第３の分岐素子のそれぞれの素子中にインダクタを介在させた例を示す図
【図１６】図１のアンテナ装置の第１，第２のアンテナ素子の第１，第３の分岐素子のそれぞれをメアンダ形状にした例を示す図
【図１７】図１のアンテナ装置の変形例（１）の概観を示す斜視図
【図１８】図１７の変形例（１）の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図
【図１９】図１７の変形例（１）の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図
【図２０】図１７の変形例（１）におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図
【図２１】図１のアンテナ装置の変形例（２）の概観を示す斜視図
【図２２】図２１の変形例（２）の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図
【図２３】図２１の変形例（２）の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図
【図２４】図２１の変形例（２）におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す概略構成図である。同図において、本実施の形態のアンテナ装置１は、グランドパターン（図示略）を有し、第１，第２の無線回路部１１，１２が設けられた回路基板１０と、分岐構造の第１のアンテナ素子１５と、分岐構造の第２のアンテナ素子１６と、第１のアンテナ素子１５と第２のアンテナ素子１６との間に設けられた低結合回路１７と、第１，第２の整合部１８，１９と、第１，２の給電部２０，２１とを備える。
【００２６】
第１のアンテナ素子１５は、導電性金属で構成され、第１の分岐素子１５Ａと第１の分岐素子１５Ａより電気長の短い第２の分岐素子１５Ｂとを有する。第２のアンテナ素子１６は、導電性金属で構成され、第３の分岐素子１６Ａと、第３の分岐素子１６Ａより電気長の短い第４の分岐素子１６Ｂとを有する。第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６は、回路基板１０のグランドパターン（図示略）と所定の間隔を隔てて互いに近接して配置されるとともに、回路基板１０に配置された第１の給電部２０及び第２の給電部２１に第１の整合部１８及び第２の整合部１９を介してそれぞれ電気的に接続される。低結合回路１７は、複数の所望周波数に対応し、第１のアンテナ素子１５の基端部（一部）と第２のアンテナ素子１６の基端部（一部）を電気的に接続する。
【００２７】
第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６は、複数の所望周波数を低周波から高周波へ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とした場合に、第１の周波数と第２の周波数間と、第２の周波数と第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有する。第１の分岐素子１５Ａと第３の分岐素子１６Ａは、第１の周波数と第２の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１となっており、第２の分岐素子１５Ｂと第４の分岐素子１６Ｂは、第２の周波数と第３の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１となっている。
【００２８】
低結合回路１７は、周波数増加に対しサセプタンスが増加する回路である。低結合回路１７は、例えば、インダクタ単体、キャパシタ単体、インダクタとキャパシタの並列回路、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタ、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタ、インダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続のうちいずれか一回路構成により実現される。
【００２９】
図２〜図７は、前記各回路構成における低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を示す図である。すなわち、図２はインダクタ単体としたときのサセプタンスの周波数特性、図３はキャパシタ単体としたときのサセプタンスの周波数特性、図４はインダクタとキャパシタの並列回路としたときのサセプタンスの周波数特性、図５はインダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタとしたときのサセプタンスの周波数特性、図６はインダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタとしたときのサセプタンスの周波数特性、図７はインダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続としたときのサセプタンスの周波数特性である。低結合回路１７は、最低１個の部品（インダクタ単体又はキャパシタ単体）で構成できるので、これを設けることによるコスト上昇を最小限に抑えることができる。なお、低結合回路１７は、第１の整合部１８と第２の整合部１９の間、又は、第１の給電部２０と第２の給電部２１の間を電気的に接続するようにしても構わない。
【００３０】
図８は、図４に示す回路構成の低結合回路１７を用いた場合のアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路１７のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図である。同図において、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ（Ｙ１２））の周波数特性を１点鎖線で示しており、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部（Ｉｍ（Ｙ１２））の周波数特性を２点鎖線で示している。また、低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を実線で示している。この場合、前述した図４と同じ特性となる。所望の周波数において、アドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、且つアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）＝低結合回路１７のサセプタンス値と同じになる値を満たす条件のときに低結合化が可能となる。図８に示す例では、９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚのときに前記条件を満たす。
【００３１】
図９は、図８におけるアドミタンスをＳパラメータで表した周波数特性を示す図である。同図において、整合を表すＳパラメータ（Ｓ１１）の周波数特性を１点鎖線で示しており、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性を２点鎖線で示している。９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚの３周波数のそれぞれに対して低結合がなされているのが分かる。
【００３２】
アドミタンス行列のＹ１２の２共振以上を発生させるためにはアンテナ素子単体では実現できないが、アンテナ素子を分岐構造とすることで、Ｙ１２の２共振以上を発生させることが可能となる。そのようなことから、本実施の形態のアンテナ装置１では、第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６のそれぞれを分岐構造としている。本実施の形態のアンテナ装置１では、３周波数で低結合化するために以下のようにしている。
【００３３】
（１）低周波数から、低結合化する所望の周波数を第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とし、アンテナ素子単体で、第１の周波数と第２の周波数間にＹ１２の第１の共振を有し、また第２の周波数と第３の周波数間にＹ１２の第２の共振を有する。
（２）（１）の２共振を得るため、第１のアンテナ素子１５と第２のアンテナ素子１６のそれぞれに２つの分岐素子を設け、第１の分岐素子１５Ａと第３の分岐素子１６Ａは低周波側の共振を得るため、共振の電気長の略１／４波長とし、第２の分岐素子１５Ｂと第４の分岐素子１６Ｂは高周波側の共振を得るため、共振の電気長の略１／４波長とする。
【００３４】
（３）第１〜第３の周波数で、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）が、−３０ｍＳ＜Ｒｅ（Ｙ１２）＜＋３０ｍＳであること。
（４）第１〜第３の周波数の低周波から順に、アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）が増加すること。
（５）インダクタ、キャパシタ、その組合せを用いた低結合回路１７を、第１のアンテナ素子１５と第２のアンテナ素子１６の間に配置し、第１〜第３の周波数でアンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）と同値となる低結合回路のサセプタンス値を得る。
【００３５】
図１０は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の等価回路及びインダクタとキャパシタの並列回路とした低結合回路１７の具体例を示す図である。同図に示すように、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の各々は、２つのインダクタ（５．６ｎＨ，５．１ｎＨ）と１つのキャパシタ（２．４ｐＦ）が直列接続されるとともに、直列接続された２つのインダクタの共通接続部分とグランドとの間にキャパシタ（０．６ｐＦ）が接続され、さらに、直列接続されたインダクタとキャパシタの共通接続部分とグランドとの間にインダクタ（８．２ｎＨ）が接続された構成となっている。インダクタとキャパシタが並列接続された構成の低結合回路１７のインダクタは２２ｎＨ、キャパシタは０．５ｐＦである。
【００３６】
図１１は、図１０の具体例におけるＳパラメータの周波数特性を示す図である。同図において、整合を表すＳパラメータ（Ｓ１１）の周波数特性を１点鎖線で示しており、結合を表すＳパラメータ（Ｓ１２）の周波数特性を２点鎖線で示している。低結合回路１７と第１，第２の整合部１８，１９の使用により、９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚの３周波数でＳ１１及びＳ１２を−１０ｄＢ以下にすることが可能となる。
【００３７】
図１２は、図１０の具体例におけるアンテナ効率の周波数特性を示す図である。同図において、低結合回路１７と第１，第２の整合部１８，１９を使用したときのアンテナ効率を実線で示しており、第１，第２の整合部１８，１９のみのときのアンテナ効率を点線で示している。低結合回路１７を使用せず、第１，第２の整合部１８，１９のみを使用した場合と比較して、９００ＭＨｚ、１７００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚの３周波数においてアンテナ効率が向上しているのが分かる。すなわち、９００ＭＨｚでは３．９ｄＢ、１７００ＭＨｚでは０．７ｄＢ、２６００ＭＨｚでは１．８ｄＢ向上している。
【００３８】
図１３は、本実施の形態のアンテナ装置１の電流分布を示す図である。同図の（ａ）は低結合回路１７が有る場合の電流分布、同図の（ｂ）は低結合回路１７が無い場合の電流分布である。低結合回路１７が有る場合、低結合回路１７にも電流が流れる。低結合回路１７が無い場合、第１，第２の給電部２０，２１に電流が集中するが、低結合回路１７が有ると低結合回路１７にも電流が流れる。すなわち、第１，第２の給電部２０，２１に集中していた電流が第１，第２の給電部２０，２１と低結合回路１７に分散されるので、低結合回路１７にも電流が流れる。低結合回路１７にも電流が流れることでＳＡＲピーク値が低減し、アンテナ装置１を用いた携帯端末（図示略）を手で保持したときのアンテナ効率劣化を低く抑えることができるようになる。また、図１３に示すように、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の近傍に障害物３０が近接しても、電流のピークが中央の低結合回路１７にもあるため、低結合対策を行っていない場合より、整合のずれ、アンテナ効率劣化が少ない。
【００３９】
図１４〜図１６は、本実施の形態のアンテナ装置１のアンテナ素子の小型化手法を示す図である。図１４は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６に誘電体（又は磁性体）４０を配置した例を示す図である。誘電体（又は磁性体）４０を配置することで、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の物理長を短くできる。なお、電気長は変わらず略１／４λのままである。図１５は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の第１，第３の分岐素子１５Ａ、１６Ａのそれぞれの素子中にインダクタ４１を介在させた例を示す図である。図１６は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６の第１，第３の分岐素子１５Ａ、１６Ａのそれぞれをメアンダ形状にした例を示す図である。なお、図１４〜図１６に示す各手法を組み合わせることも勿論可能である。
【００４０】
このように本実施の形態のアンテナ装置１によれば、第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれを分岐構造とするとともに、第１，第２のアンテナ素子１５，１６を近接配置して、これらのアンテナ素子１５，１６間に、周波数の増加に対してサセプタンスが増加する構成の低結合回路１７を設け、さらに、第１のアンテナ素子１５及び第２のアンテナ素子１６は、第１の周波数と第２の周波数間と、第２の周波数と第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、第１の分岐素子１５Ａと第３の分岐素子１６Ａは、第１の周波数と第２の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１とし、第２の分岐素子１５Ｂと第４の分岐素子１６Ｂは、第２の周波数と第３の周波数間のアドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１としたので、少ない部品数で低結合周波数を３周波数に拡張させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態のアンテナ装置１によれば、スイッチ等で回路定数を切替えることがないので、全周波数の同時使用が可能である。また、第１，第２の給電部２０，２１における電流ピークを低結合回路１７部分に分散させることができるので、ピークＳＡＲを低減できる。また、低結合回路１７をアンテナ系中心に配置したので、周囲の影響を受け難くできる。
【００４２】
次に、本実施の形態のアンテナ装置１の変形例を挙げる。
（変形例１）
図１７は、図１のアンテナ装置１の変形例（１）のアンテナ装置２の概観を示す斜視図である。また、図１８は、図１７の変形例（１）のアンテナ装置２の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図である。また、図１９は、図１７の変形例（１）のアンテナ装置２の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図である。なお、図１７〜図１９において、形状が異なるものの、図１のアンテナ装置１と共通する働きを持つ部分には同一の符号を付けている。
【００４３】
変形例（１）のアンテナ装置２は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれを断面略Ｌ字状の折返し構造としたしたものである。折返し構造の第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれにスリット１５Ｃ，１６Ｃを形成して２分岐素子と等価にしている。また、２分岐素子と等価とした一方にスリット１５Ｃ，１６Ｃよりも短いスリット１５Ｄ，１６Ｄを形成して電気長を長くしている。すなわち、第１の分岐素子１５Ａに対応する部分に、スリット１５Ｃよりも短いスリット１５Ｄを形成して電気長を長くしている。同様に、第３の分岐素子１６Ａに対応する部分に、スリット１６Ｃよりも短いスリット１６Ｄを形成して電気長を長くしている。
【００４４】
図２０は、変形例（１）のアンテナ装置２におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路１７のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図である。同図において、低結合回路１７には、図４に示すインダクタとキャパシタを並列接続した回路構成のものを用いている。図８と同様に、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ（Ｙ１２））の周波数特性を１点鎖線で示しており、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部（Ｉｍ（Ｙ１２））の周波数特性を２点鎖線で示している。また、低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を実線で示している。所望の周波数において、アドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、且つアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）＝低結合回路１７のサセプタンス値と同じになる値を満たす条件のときに低結合化が可能となる。変形例（１）のアンテナ装置２では、８２４ＭＨｚ、１４６０ＭＨｚ、２１００ＭＨｚのときに前記条件を満たしている。
【００４５】
（変形例２）
図２１は、図１のアンテナ装置１の変形例（２）のアンテナ装置３の概観を示す斜視図である。また、図２２は、図２１の変形例（２）のアンテナ装置３の第１，第２のアンテナ素子を示す展開図である。また、図２３は、図２１の変形例（２）のアンテナ装置３の第１，第２のアンテナ素子を示す斜視図である。なお、図２１〜図２３において、形状が異なるものの、図１のアンテナ装置１と共通する働きを持つ部分には同一の符号を付けている。
【００４６】
変形例（２）のアンテナ装置３は、第１，第２のアンテナ素子１５，１６のそれぞれを断面略コ字状の折返し構造とするとともに、第２，第４の分岐素子としてモノポール素子１５Ｂ，１６Ｂを追加することで、２分岐素子と等価にしている。第２，第４の分岐素子であるモノポール素子１５Ｂ，１６Ｂは、第１，第３の分岐素子１５Ａ，１６Ａから離間した位置に形成される。この場合の離間距離は、変形例（１）のアンテナ装置２におけるスリット１５Ｃ，１６Ｃと同程度である。第１，第３の分岐素子１５Ａ，１６Ａには、変形例（１）のアンテナ装置２と同程度のスリット１５Ｄ，１６Ｄが形成されており、電気長を長くしている。
【００４７】
図２４は、変形例（２）のアンテナ装置３におけるアンテナ素子単体のアドミタンスと低結合回路１７のサセプタンスそれぞれの周波数特性を示す図である。同図において、低結合回路１７には、図５に示すインダクタとキャパシタの並列回路にインダクタを直列接続した回路構成のものを用いている。図８と同様に、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の実部（Ｒｅ（Ｙ１２））の周波数特性を１点鎖線で示しており、アンテナ素子単体のアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部（Ｉｍ（Ｙ１２））の周波数特性を２点鎖線で示している。また、低結合回路１７のサセプタンスの周波数特性を実線で示している。所望の周波数において、アドミタンス行列のＹ１２成分の実部Ｒｅ（Ｙ１２）≒０、且つアドミタンス行列のＹ１２成分の虚部Ｉｍ（Ｙ１２）＝低結合回路１７のサセプタンス値と同じになる値を満たす条件のときに低結合化が可能となる。変形例（２）のアンテナ装置３では、８４０ＭＨｚ、１５５０ＭＨｚ、２１００ＭＨｚのときに前記条件を満たしている。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、回路規模が増大することなく３周波数に対応でき、しかも障害物によるアンテナ効率劣化が少ないといった効果を有し、携帯端末などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，２，３ アンテナ装置
１０ 回路基板
１１ 第１無線回路部
１２ 第２無線回路部
１５ 第１のアンテナ素子
１５Ａ 第１の分岐素子
１５Ｂ 第２の分岐素子（モノポール素子）
１５Ｃ，１５Ｄ スリット
１６ 第２のアンテナ素子
１６Ａ 第３の分岐素子
１６Ｂ 第４の分岐素子（モノポール素子）
１６Ｃ，１６Ｄ スリット
１７ 低結合回路
１８ 第１の整合部
１９ 第２の整合部
２０ 第１の給電部
２１ 第２の給電部
３０ 障害物
４０ 誘電体
４１ インダクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドパターンを有する回路基板と、
導電性金属で構成され、第１の分岐素子と、前記第１の分岐素子より電気長の短い第２の分岐素子を有する第１のアンテナ素子と、
導電性金属で構成され、第３の分岐素子と、前記第３の分岐素子より電気長の短い第４の分岐素子を有する第２のアンテナ素子と、を備え、
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、前記回路基板のグランドパターンと所定の間隔を隔てて互いに近接して配置されるとともに、前記回路基板に配置される第１の給電部及び第２の給電部に第１の整合部及び第２の整合部を介してそれぞれ電気的に接続され、
前記第１のアンテナ素子の一部と前記第２のアンテナ素子の一部、又は前記第１の整合部と前記第２の整合部、又は前記第１の給電部と前記第２の給電部を電気的に接続する複数の所望周波数に対応した低結合回路を有し、
前記複数の所望周波数を低周波から高周波へ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とした場合、
前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間と、前記第２の周波数と前記第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、
前記第１の分岐素子と前記第３の分岐素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であり、
前記第２の分岐素子と前記第４の分岐素子は、前記第２の周波数と前記第３の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の実部が−３０ｍＳ以上、＋３０ｍＳ以下の範囲にあり、
かつ、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部が、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数の順に増加することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記低結合回路は、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部と同値となるサセプタンス値を有し、
前記第１の給電部と前記第２の給電部間での電磁的結合を低減する機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子において、誘電体又は磁性体を装荷すること、素子端部又は内部にインダクタを挿入すること、メアンダ形状にすることのうち少なくともいずれか一手法を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記低結合回路は、インダクタ単体、キャパシタ単体、インダクタとキャパシタの並列回路、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタ、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタ、インダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続のうちいずれか一回路構成により実現することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を搭載した携帯無線機。
【請求項１】
グランドパターンを有する回路基板と、
導電性金属で構成され、第１の分岐素子と、前記第１の分岐素子より電気長の短い第２の分岐素子を有する第１のアンテナ素子と、
導電性金属で構成され、第３の分岐素子と、前記第３の分岐素子より電気長の短い第４の分岐素子を有する第２のアンテナ素子と、を備え、
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子は、前記回路基板のグランドパターンと所定の間隔を隔てて互いに近接して配置されるとともに、前記回路基板に配置される第１の給電部及び第２の給電部に第１の整合部及び第２の整合部を介してそれぞれ電気的に接続され、
前記第１のアンテナ素子の一部と前記第２のアンテナ素子の一部、又は前記第１の整合部と前記第２の整合部、又は前記第１の給電部と前記第２の給電部を電気的に接続する複数の所望周波数に対応した低結合回路を有し、
前記複数の所望周波数を低周波から高周波へ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数とした場合、
前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間と、前記第２の周波数と前記第３の周波数間に、アドミタンス行列のＹ１２成分の共振を有し、
前記第１の分岐素子と前記第３の分岐素子は、前記第１の周波数と前記第２の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であり、
前記第２の分岐素子と前記第４の分岐素子は、前記第２の周波数と前記第３の周波数間の前記アドミタンス行列のＹ１２成分の共振電気長に対して略４分の１であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の実部が−３０ｍＳ以上、＋３０ｍＳ以下の範囲にあり、
かつ、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部が、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数の順に増加することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記低結合回路は、前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数で、前記アドミタンス行列のＹ１２成分の虚部と同値となるサセプタンス値を有し、
前記第１の給電部と前記第２の給電部間での電磁的結合を低減する機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子において、誘電体又は磁性体を装荷すること、素子端部又は内部にインダクタを挿入すること、メアンダ形状にすることのうち少なくともいずれか一手法を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記低結合回路は、インダクタ単体、キャパシタ単体、インダクタとキャパシタの並列回路、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のインダクタ、インダクタとキャパシタの並列回路と直列のキャパシタ、インダクタとキャパシタの並列回路２つの直列接続のうちいずれか一回路構成により実現することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置を搭載した携帯無線機。
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−２４４３９０（Ｐ２０１２−２４４３９０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２２７４（Ｐ２０１１−１１２２７４）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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