マルチバンドアンテナ及び携帯型の通信機器
本発明は、マルチバンド対応が可能な小型のマルチバンドアンテナを提供することを目的とするものである。複数の周波数帯の高周波信号を放射可能なメインエレメント１０と、メインエレメント１０と異なる周波数に共振可能な１つ以上のサブエレメント２０と、サブエレメントの基端部と接地導体とを導通又は非導通にするためのスイッチ機構４０とを備えてマルチバンドアンテナを構成する。スイッチ機構４０によりサブエレメント２０と接地導体とが導通しているときは、サブエレメント２０がメインエレメント１０に対する無給電誘導素子として作用して当該サブエレメント２０の先端部とメインエレメント１０の開放端部とが高周波結合した先端短絡アンテナとなり、他方、サブエレメント２０と接地導体とが非導通のときは、サブエレメント２０がメインエレメント１０に対する無給電反射素子として作用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、例えば、音、画像（静止画、動画）、データなどの複数のメディアに対応可能な携帯電話無線機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の携帯型の通信機器及びそれに内蔵されるマルチバンドアンテナに関する。
発明の背景
携帯電話無線機等に代表される携帯型の通信機器の進歩は目覚ましいものがある。最近は、これらの通信機器においても、単なる通話のみならず、データ通信ないし画像通信を含めたマルチメディア化の傾向がある。このような傾向に呼応して、携帯電話無線機又は移動通信機器のアンテナに対しても、小型で、かつ、複数の周波数帯（バンド）において通信可能なマルチバンドアンテナが要望されている。
従来のこの種のマルチバンドアンテナとしては、例えば、特開平１１−１３６０２５号公報に記載されたアンテナ装置（従来例１）、特開平１０−２０９７３３号公報に記載されたアンテナ装置（従来例２）、特開平１１−６８４５６号公報に記載されたアンテナ装置（従来例３）、特開２００２−３３５１１７号公報に記載されたアンテナ装置（従来例４）、特開２００３−１２４７３０号公報に記載されたアンテナ装置（従来例５）がある。
従来例１に記載されているアンテナ装置は、直方体状の基体の一方主面全面に形成されたグランド電極と、基体の他方主面上で一端が開放端で他端がグランド端（グランド電極に接続）となる放射電極と、放射電極の開放端に第１のギャップを介して近接して形成された給電電極と、放射電極の開放端に第２のギャップを介して近接して形成された１つ以上の制御電極と、制御電極とグランド電極との間を接続／非接続にするためのスイッチとを備え、このスイッチをオン−オフして全体の静電容量の大きさを変化させることにより、放射電極の共振周波数を切り換えて使用できるようにしたものである。
従来例２に記載されているアンテナ装置は、従来例１のようなグランド電極、放射電極、給電電極のほか、放射電極と連続して一体に形成された１つ以上の補助放射電極と、この補助放射電極とグランド電極との間を高周波的な接続／非接続にするためのスイッチを備え、このスイッチをオン−オフして放射電極のグランド部分のインダクタンス成分を変化させることにより、放射電極の共振周波数を切り換えて使用できるようにしたものである。
従来例３に記載されているアンテナ装置は、直方体状の基体の表面に、従来例１のようなグランド電極、放射電極、給電電極を備えたものにおいて、基体の表面上に、周波数切換手段（半導体スイッチ）を設け、この周波数切換手段を動作させてインダクタンス成分又は静電容量成分を変化させることにより、放射電極の共振周波数を切り換えるようにしたものである。
従来例４に記載されているアンテナ装置は、接地導体部を有する実装基板上に直方体状の基体を実装し、この基体の表面に、一端が開放端で他端がグランド端となる放射電極とアンテナ側制御用電極（従来例１の制御電極に相当）とを設けるとともに、実装基板上に、グランドから浮いた状態の基板側制御用電極と、この基板側制御用電極を接地導体部に高周波的に接続するための共振周波数調整手段（インダクタンス成分と静電容量成分の少なくとも一方をもつ半田ブリッジ、ストリップ等）とを設け、この共振周波数調整手段のインピーダンスを変えることにより、放射電極の共振周波数を可変にしたものである。
従来例５に記載されているアンテナ装置は、それぞれ、その一端が開放端で、二分岐された一方の他端がグランド端、他方の他端が給電端となる２種類のアンテナエレメント（上述の放射電極に相当）と、各々のアンテナエレメントと実装基板の接地導体部とを導通／非導通にするための２種類のスイッチとを備え、これらのスイッチの一方と他方とを相互排反的にオン−オフにすることにより、装置全体の共振周波数を切り換えるようにしたものである。
上記の各従来例のアンテナ装置のほか、放射電極であるアンテナエレメントを複数回折り曲げ、この折り曲げたアンテナエレメントの長さ及び間隔を調整することによって、複数の共振周波数を持たせた折り返し式のアンテナ等も存在する。
近年の移動通信機器に搭載されるマルチバンドアンテナには、ＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）９００（８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）（１７１０ＭＨｚ〜１８５０ＭＨｚ）、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ１９００（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）（１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）のような複数のバンドを複合的に使用できるものが望まれている。
従来例１〜従来例４のアンテナ装置は、それぞれ、表面実装型アンテナを主たる構成要素として含むため、非常に小型であり、携帯電話無線機、あるいは、移動通信機器に内蔵する場合に好都合となる。しかし、このようなアンテナ装置では、サイズが固定の放射電極のインダクタンス成分、静電容量成分を変えることによって共振周波数を切り換える構成のため、上記のバンドの数が２〜４程度までは容易に対応が可能であるが、バンド数がそれ以上になると、共振周波数の調整が非常に困難になるという問題がある。また、バンド数の増加に伴うアンテナ利得の低下、共振周波数の帯域幅の狭帯域化も問題となる。
従来例５のアンテナ装置では、バンド数の増加には対応が可能であるが、２種類のアンテナエレメントを実質的に同一平面に配する必要があるなどの制約があり、さらに、各アンテナエレメントが特殊かつ複雑な形状になるため、アンテナエレメント用の面積を十分に確保しなければならず、小型化が困難であるという問題があった。
この発明は、このような問題を解決するために、マルチバンド対応が可能な小型の広帯域マルチバンドアンテナ及び通信機器を提供することを、その課題とする。
【発明の開示】
本発明が提供するマルチバンドアンテナは、開放端部と給電端部とを有し、前記給電端部に給電された複数の周波数帯の高周波信号を放射可能なメインエレメントと；その先端部が前記メインエレメントの開放端部と所定間隔だけ離して配設され、前記メインエレメントと異なる周波数に共振可能な１つ以上のサブエレメントと；前記サブエレメントの基端部と所定部位に配された接地導体とを導通又は非導通にするためのスイッチ機構とを有しており；前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが導通している第１状態のときに前記前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電誘導素子として作用して当該サブエレメントの先端部と前記メインエレメントの開放端部とが高周波結合した先端短絡アンテナとなり、他方、前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが非導通となる第２状態のときに前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電反射素子として作用するものである。
このように、メインエレメントと異なる周波数に共振可能なサブエレメントを、無給電誘導素子と無給電反射素子とに切り換え可能にすることで、エレメント数を増加させることなく、より多くの共振周波数をもつことができ、小型でありながら、広帯域に対応可能なマルチバンドアンテナを実現することができる。
前記スイッチ機構は、具体的には、サブエレメントの基端部と接地導体との間に挿入接続され、外部より入力される制御信号の信号レベルによってスイッチング動作を行う半導体スイッチング素子を、前記導通又は非導通を切り換えるための構成要素として含んで構成される。このように半導体スイッチング素子によってスイッチ機構を構成することで、第１状態と第２状態とを容易に切り換えることができる。
好ましくは、前記メインエレメントの電気的面積が、すべての前記サブエレメントの電気的面積の和に対して略３〜略１８倍の値とする。これにより、マルチバンドアンテナの電気的面積がメインエレメントの電気的面積と実質的に同じになり、サブエレメントを設けることによる放射特性に与える影響を緩和することができる。
前記メインエレメントは、例えば、逆Ｌ状、逆Ｆ状、メアンダ状又は板状の導電性薄板で成形されており、前記サブエレメントは、例えば、前記メインエレメントに対して所定の位置関係をもつように成形されたストリップ状の導電性部材で成形される。
複数の周波数を矛盾なく放射可能にする観点からは、その一端部が前記接地導体に接続され、その他端部が前記メインエレメントに対して略平行の自由端となるインピーダンス調整用エレメントをさらに備えるようにするのが好ましい。
通信機器への実装をより容易にする観点からは、通信機器に装着可能な基体を備えてマルチバンドアンテナを構成することが好ましい。この基体の一部には、前記接地導体、所定の高周波信号の送受信を行う高周波送受信回路と接続するための給電用端子、及び、外部から入力されるスイッチ機構の制御のための制御信号が入力される制御端子が形成されており、前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記接地導体に対して所定の位置関係を維持して前記基体に取り付けられており、前記メインエレメントの給電端部は前記給電用端子に接続されており、前記半導体スイッチング素子には、前記制御端子を通じて入力される前記制御信号が供給されるように構成される。
複数の周波数を使用するときの便宜を考慮して、前記給電端部と前記給電用端子との間に、誘導性素子と容量性素子との組合せからなるインピーダンス整合回路が介在するように構成してもよい。同様に、前記スイッチ機構が半導体スイッチング素子であるときに、その半導体スイッチング素子と前記制御端子との間に、前記制御端子を高周波的に遮断し、かつ直流的には導通させるためのインピーダンス調整回路が介在するように構成してもよい。
上記のように、基体を設ける場合において、前記基体には、それぞれ他方のものと対向する一対の主面部、一対の側端部及び一対の短端部を有する誘電体から成るエレメント取付基体が固定されるようにする。前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記エレメント取付基体に、その形状に沿って取り付けられる。
この場合、前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、それぞれ、前記エレメント取付基体の一つの主面部に形成されており、かつ、当該主面部が前記接地導体の表面部と同一平面上に存するようにする。あるいは、前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部を経由して他方の側端部に至り、当該側端部において前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している構造にする。あるいは、前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部上で前記接地導体と略水平の方向に曲折し、当該主面部上で、前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している構造にする。
本発明のマルチバンドアンテナにおいて、前記メインエレメントと前記サブエレメントとがそれぞれ一つであり、第１設定周波数の波長がλｆ１、第２設定周波数の波長がλｆ２、第３設定周波数の波長がλｆ３、第４設定周波数の波長がλｆ４、第５設定周波数の波長がλｆ５、である場合、前記メインエレメントのエレメント長は、略λｆ２／４かつ略３λｆ５／４であり、前記サブエレメントのエレメント長は、略ｎλｆ３／２であり、前記第１状態のときの前記先端短絡アンテナのエレメント長が略λｆ１／２かつ略λｆ４とする。
前記第１使用周波数帯が及び前記第２使用周波数帯は、実質的には８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ又は８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚであり、前記第３使用周波数帯、前記第４使用周波数帯及び前記第５使用周波数帯が、実質的に１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ及び１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚである。
一般的には、エレメント長については、マルチバンドアンテナの共振周波数が、使用周波数帯域内に実質的に入るように設計することが、実用上は重要なので、メインエレメントのエレメント長は、例えば、使用周波数帯域内に設定した設定周波数の波長をλとすると、略（２ｎ＋１）λ／４（但し、ｎは０，１，２，・・・）又は略ｎλ／２（但し、ｎは１，２，・・・）、サブエレメントのエレメント長は、略ｎλ／２（但し、ｎは１，２，・・・）、メインエレメントとサブエレメントとで先端短絡アンテナとして動作するときの合計のエレメント長は、略ｎλ／２（但し、ｎは１，２，・・・）となるように設計する。この関係は、一つのメインエレメントに対してサブエレメントが複数の場合も同様の関係となる。
本発明の通信機器は、上述したマルチバンドアンテナを筐体内に収容してなり、使用周波数帯の切換を前記制御信号の信号レベルの切換によって行うように構成されている、携帯型の通信機器である。
本発明によれば、高感度で小型、マルチバンド化に対応したアンテナを備えた携帯電話無線機等の携帯型の通信機器を提供できるため、これらの機器の用途を大幅に拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のマルチバンドアンテナの構成図である。
図２（ａ）は第１状態時、メインエレメントとサブエレメントとの協働により先端短絡アンテナとして動作するときの原理説明図であり、図２（ｂ）は第２状態時、サブアンテナが無給電反射素子として動作するときの原理説明図である。
図３は、図１に示したマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ−周波数特性図である。
図４（ａ）〜（ｃ）は、各エレメントの形状のバリエーションを示した図である。
図５（ａ）は、コプレーナ構造の放射パターンであり、図５（ｂ）は、オーバーレイ構造の放射パターンを示した図である。
図６は、平面コプレーナ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図７は、立体コプレーナ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図８は、平面オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図９は、立体オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、マルチバンドアンテナを携帯無線電話機に搭載した状態を示すための説明図である。
図１１は、サブエレメントを複数設けたマルチバンドアンテナの構成図である。
図１２は、図１１のマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ−周波数特性図である。
図１３（ａ）は、スイッチ機構と接地導体との間に容量性素子を挿入した状態を示した図であり、図１３（ｂ）は、誘導性素子を挿入した状態を示した図である。
図１４は、図１３の場合のＶＳＷＲ−周波数特性図である。
図１５（ａ）は、携帯電話無線機用の基体の正面図であり、図１５（ｂ）はその側面図である。
図１６は、本発明の実施例によるマルチバンドアンテナの構成図である。
図１７（ａ）は、設定バンド、設定周波数、及びエレメント長の関係を示した図表であり、図１７（ｂ）は制御信号の電圧値と設定バンドの関係を示した図表である。
図１８（ａ）は、ＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００におけるＶＳＷＲ特性であり、図１８（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおけるＶＳＷＲ特性である。
図１９（ａ）は、ＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００における利得特性であり、図１９（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣＳ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおける利得特性である。
図２０は、ＡＭＰＳ及びＧＳＭ１８００のときの対接地導体間隔とアンテナ利得との関係図である。
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照して、本発明のマルチバンドアンテナの基本的な構成例を説明する。
本発明のマルチバンドアンテナは、図１に示されるように、メインエレメント１０とサブエレメント２０とのセットを含んで構成される。メインエレメント１０は、例えば逆Ｌ状に成形された導電性薄板から成り、その電気的面積は、マルチバンドアンテナとしての全体の電気的面積を実質的にカバーする面積になるように成形されている。
このメインエレメント１０の両端部のうち、一方端は開放端部１１、他方端は給電端部１２である。給電端部１２には、図示しない高周波送受信回路が接続される給電用端子３０が設けられている。送信時には、高周波送受信回路からこの給電用端子３０に所定電力値の高周波信号が供給され、マルチバンドアンテナが送信用アンテナとして動作できるようになる。
サブエレメント２０は、電気的面積がメインエレメント１０の電気的面積よりも十分に小さくなるように、例えば棒状あるいはストリップ状の導電性部材から成る。導電性部材の略中央部は、例えばメアンダ状に成形されている。サブエレメント２０の先端部２１は、メインエレメント１０の開放端部１１と間隔ｄ１だけ離して配設されている。
サブエレメント２０の略中央部は、メインエレメント１０の給電端部に近い部分に対して間隔ｄ２でほぼ対向している。
なお、以後の説明において、サブエレメント２０の先端部２１という場合、図１に示されているような最先端断面部のほか、最先端から一定長の側面部も含むものとする（これについては、後述する）。また、間隔ｄ１は、固定的に設計してもよいが、アンテナ製造後に任意に調整できるようにしてもよい。後者の場合は、例えば、メインエレメント１０の開放端部１１とサブエレメント２０の先端部２１の一方又は双方を変位させるか、あるいは、サブエレメント２０の先端部２１付近の長さをカットすることによって、それを実現する。間隔ｄ２についても同様である。
サブエレメント２０の基端部２２には、スイッチ機構４０が設けられている。
スイッチ機構４０は、制御端子４１に入力される制御信号により、所定部位に配されている接地導体５０とサブエレメント２０の基端部２２との導通／非導通を切り換えるものである。スイッチ機構４０には、その入出力間をメカニカルに導通（オン）／非導通（オフ）にするスイッチのほか、制御信号の信号レベルに応じて入出力間を実質的に導通（オン）／非導通（オフ）にする半導体スイッチング素子を用いることができる。
半導体スイッチング素子としては、例えば、汎用のショットキーダイオードを用いることができるが、アイソレーションを重視する場合はＰＩＮダイオード、低電流動作を重視する場合はＦＥＴスイッチ又はＩＣスイッチ、強電界・低ひずみを重視する場合はＭＥＭＳスイッチ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微細な電気回路と機械的構造を一体化したもの）を用いることができる。制御信号は、図示しないインターフェース装置から制御端子４１を通じて入力される本発明の通信機器のバンド選択のための電圧信号であり、例えば、０〜３Ｖの電圧信号を用いることができる。
スイッチ機構４０により基端部２２と接地導体５０とが導通している状態を「第１状態」、両者が非導通の状態を「第２状態」とする。
第１状態のときは、サブエレメント２０の基端部２２が接地されるので、サブエレメント２０がメインエレメント１０に対する無給電誘導素子として作用し、当該サブエレメント２０とメインエレメント１０とが高周波結合して、先端短絡（ループ）アンテナとして動作する。つまり、本例では、図２（ａ）に示されるように、サブエレメント２０の共振がメインエレメント１０に誘導されてメインエレメント１０の全体とサブエレメント２０の全体とが誘導結合（磁界結合）するとともに、メインエレメント１０の開放端部１１とサブエレメント２０の先端部２１とが容量結合（電界結合）した一つのループアンテナとして動作する。このように、第１状態のときには、メインエレメント１０とサブエレメント２０とが２種類の結合状態をとるように動作するため、複数の共振周波数を持つことができる。
他方、第２状態のときは、サブエレメント２０の基端部２２が開放されるので、図２（ｂ）に示されるように、サブエレメント２０がメインエレメント１０に対して電気的影響を与えない極小の無給電反射素子として作用する。
＜各エレメントのサイズ、配置等＞
ここで、メインエレメント１０とサブエレメント２０のサイズ（エレメント長、電気的面積等）、配置（間隔ｄ１，ｄ２、メインエレメント１０の水平部と接地導体との間隔（対接地導体間隔）等）の好ましい例について説明する。
エレメント長については、マルチバンドアンテナとしての共振周波数が、すべて使用周波数帯域内に実質的に入るように設計することが、実用上は重要である。
そのため、図１に例示した構成によるメインエレメント１０のエレメント長は、例えば、使用周波数帯域内に任意に設定した第２設定周波数ｆ２の波長をλｆ２、第５設定周波数の波長をλｆ５とすると、略（２ｎ＋１）λｆ２，ｆ５／４（但し、ｎは０，１，２，・・・）となるように設計するのが好ましい。「ｎ」の値は、サブエレメント２０の数及び設定周波数の数に応じて異なる。例えば、サブエレメント２０の数が図１のように一つで、設定周波数を第１〜第５設定周波数とする場合、第２設定周波数ｆ２ではλｆ２／４で、第５設定周波数では略３λｆ５／４となる。
サブエレメント２０のエレメント長は、例えば、使用周波数帯域内に設定した第３設定周波数ｆ３の波長をλｆ３とすると、略ｎλｆ３／２（但し、ｎは０，１，２，・・・）となるように設計するのが好ましい。
また、第１状態のとき、つまり、メインエレメント１０とサブエレメント２０とで先端短絡アンテナとして動作するときの合計のエレメント長（間隔ｄ１を含む）は、例えば、使用周波数帯域内に設定した第１設定周波数ｆ１の波長をλｆ１、第４設定周波数ｆ４の波長をλｆ４とすると、略ｎλｆ１，ｆ４／２（但し、ｎは１，２，・・・）となるように設計するのが好ましい。すなわち、第１設定周波数のときは略λ／２で、第４設定周波数のときは略λｆ４となる。
この場合、ｆ１及びｆ４は、メインエレメント１０とサブエレメント２０の容量結合による共振周波数、ｆ３は上述した２つのエレメント間の誘導結合による共振周波数であり、ｆ２及びｆ５は、サブエレメント２０が無給電反射素子として作用するときのメインエレメント１０の共振周波数である。
「略」は、アンテナのＶＳＷＲを向上させるために、多少の微調整が入ることを意味している。例えば、第１状態のときのマルチバンドアンテナの共振周波数は、間隔ｄ１を広くするほど高く、間隔ｄ１を狭くするほど低くなるように変化する。また、第１状態のときのメインエレメント１０とサブエレメント２０との誘導結合による共振周波数の帯域幅は、間隔ｄ２を狭くするほど広く、広くするほど狭くなる。さらに、サブエレメント２０の基端部２２が開放のときと短絡のときとでアンテナインピーダンスも変化する。そのため、給電時（アンテナ共振時）のＶＳＷＲの値を計測しながら、その値が最適になるように、各エレメント長ないしその配置（間隔ｄ１，ｄ２）を調整する結果、上述した各エレメント長も、実際には、多少変化することになる。
メインエレメント１０とサブエレメント２０の電気的面積の比率もまた、アンテナ共振時のＶＳＷＲの値が最適になるように設計する。そのためには、サブエレメント２０を設けることによってマルチバンドアンテナ全体で使用可能な周波数帯域を狭くすることなく、かつ放射特性等に大きな影響を与えないように成形する必要がある。発明者らの実験によれば、メインエレメント１０に対するサブエレメント２０の面積比率が、ほぼ、略３：１から略１８：１の範囲内に収めることで、実用上支障のない放射特性等が得られることが確認されている。この範囲内であれば、マルチバンドアンテナの電気的面積が、ほぼメインエレメント１０の電気的面積となるため、サブエレメント２０の数を複数に増やしても、共振周波数の狭帯域を最小限にすることができるのである。また、サブエレメント２０の電気的面積が小さいことから、マルチバンドアンテナとしての全体のサイズも小型にすることができる。
間隔ｄ１は誘導結合、間隔ｄ２は容量結合の強度を定める。そのため、使用する周波数を含むバンドでのＶＳＷＲを見ながら決定していく必要がある。対接地導体間隔は、それを狭くしていくと、放射特性が低下するためにアンテナ利得が下がる。そこで、性能上、問題のない値となる間隔を決定していく必要がある。
＜ＶＳＷＲ特性＞
図３は、図１に例示された構成のマルチバンドアンテナによるＶＳＷＲと設定周波数との関係を示している。図３に示されるように、この例のマルチバンドアンテナでは、エレメント長に応じて、少なくとも５つの共振周波数を持つことができるし、共振周波数の調整も、スイッチ機構４０への制御信号の入力だけで行うことができる。このように、本発明によれば、マルチバンドに対応する小型かつ広帯域で共振周波数の調整が容易なマルチバンドアンテナを得ることができる。
＜エレメント形状の他の例＞
メインエレメント１０とサブエレメント２０の各々の形状は、必ずしも、図１に示した例に限定されず、用途に応じて、種々の形状のものを用いることができる。
例えば、図４（ａ）の例では、サブエレメント２０は図１に示したものと同じであるが、逆Ｆ状の導電性薄板からなるメインエレメント１０ａを採用し、このメインエレメント１０ａのうち、開放端部以外の二つの端部の一つを給電端部、他の一つを接地端部としている。メインエレメント１０ａをこのような形状にすると、電気的面積及び特性を確保しつつマルチバンドアンテナのサイズを図１に示したものよりもさらに小型にすることができる。
図４（ｂ）の例では、サブエレメント２０は図１に示したものと同じであるが、メアンダ状の導電性薄板から成るメインエレメント１０ｂを採用している。メアンダ状にするとエレメント長を短くすることができるので、マルチバンドアンテナのサイズの小型化に寄与することができる。
図４（ｃ）の例では、メアンダ成形がなされていないサブエレメント２０ａと矩形状の導電性薄板からなるメインエレメント１０ｃとを採用している。このような形状にすることで、成形のコストがかからない分安価にすることができ、また、放射効率の高いマルチバンドアンテナを容易に実現することができる。
＜アンテナ取付構造と放射パターン＞
本発明のマルチバンドアンテナは、用途に応じて、コプレーナ（Ｃｏｐｌａｎａｒ）構造とオーバーレイ（Ｏｖｅｒｌａｙ）構造のいずれの構造をも採用することができる。
図５（ａ）はコプレーナ構造を採用する場合の基本的なアンテナ取付構造と、そのときの高周波信号の放射パターンを示している。コプレーナ構造では、接地導体Ｅに対してマルチバンドアンテナ１が略平行に設けられるので、放射パターンは、マルチバンドアンテナ１の表方向の第１覆域パターン（ＦＲＯＮＴ）Ｐ１１と裏方向の第２覆域パターン（ＢＡＣＫ）Ｐ１２とが、ほぼ対称的となる。
これに対して、オーバーレイ構造では、図５（ｂ）に示されるようにマルチバンドアンテナ１が接地導体Ｅに積層されたものとなるため、放射パターンは、接地導体Ｅに遮られる分、上記の第１覆域パターンＰ１１に対して第２覆域パターンＰ１２が、相対的に縮小されたものとなる。
＜マルチバンドアンテナの実装例＞
次に、本発明のマルチバンドアンテナの実装例を具体的に説明する。
本発明のマルチバンドアンテナには、コプレーナ構造／オーバーレイ構造とも、平面構成のものと、立体構成のものとがある。以下、これらの具体例を説明する。
［平面コプレーナ構造］
平面コプレーナ構造のマルチバンドアンテナは、例えば、図６に示すように、誘電体基体Ｋ１の全面又は表裏面部の一方の主表面を導体で覆うことにより構成された接地導体Ｅ１と、例えばＦＲ−４誘電体からなるエレメント取付基体Ｄ１とを同じ平面上で接合して構成される。１枚の誘電体基体の一部のみを導体で覆って接地導体Ｅ１とし、残部をエレメント取付基体Ｄ１とすることもできる。
エレメント取付基体Ｄ１の主表面には、逆Ｌ型のメインエレメント１０１及びメアンダ成形されたサブエレメント２０１がそれぞれ蒸着あるいは接着等によって固定されている。メインエレメント１０１の開放端部とサブエレメント２０１の先端部とは一定間隔（ｄ１）離して対向している。エレメント取付基体Ｄ１の主表面のうち、メインエレメント１０１の給電端付近には、その給電端部に接続された給電用端子３０１が設けられており、さらに、サブエレメント２０２の基端部付近に、スイッチ機構４０１と制御端子４１１とが設けられている。スイッチ機構４０１は、サブエレメント２０２の基端部と接地導体Ｅ１とを結ぶ導電性部材の間に介在しており、スイッチ機構４０１がオンのときには、サブエレメント２０１と接地導体Ｅ１とが導通するようになっている。図示しない高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０１に結合され、また、図示しない通信機器の制御装置側のコネクタが制御端子４１１に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
［立体コプレーナ構造］
立体コプレーナ構造のマルチバンドアンテナは、例えば、図７に示すように、誘電体基体Ｋ２の一部を導体で覆うことにより構成された接地導体Ｅ２と、誘電体基体Ｋ２のうち、導体が形成されていない部位に、例えばＦＲ−４誘電体からなるエレメント取付基体Ｄ２を積層して構成される。エレメント取付基体Ｄ２は、例えば、面積の広い表裏一対の主表面部、一対の側端部、一対の端部を有する直方体状に成形されたものである。なお、このエレメント取付基体Ｄ２の形状は、マルチバンドアンテナが搭載される通信機器の筐体形状に応じて任意に変形することができる。
逆Ｌ状のメインエレメント１０２及びメアンダ状のサブエレメント２０２は、それぞれ、エレメント取付基体Ｄ２の接地導体Ｅ２に隣接する側の側端部から表側の主表面部を介して他方の側端部に延在している。メインエレメント１０２の開放端部とサブエレメント２０２の先端部とは一定間隔（ｄ１）離して対向している。サブエレメント２０２の基端部は、スイッチ機構４０２及び取付金具４２２を介して接地導体Ｅ２と導通している。メインエレメント１０２の給電端部と導通する給電用端子３０２及びスイッチ機構４０２に制御信号を供給するための制御端子４１２は、誘電体基体Ｋ２の所定部位に設けられている。図示しない高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０２に結合され、また、図示しない通信機器の制御装置側のコネクタが制御端子４１２に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
［平面オーバレイ構造］
平面オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナとしては、例えば、図８に示すような公知の板状逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ）をメインエレメント１０３として用いることができる。
すなわち、例えば、誘電体基体Ｋ３の全体を覆うことにより構成された接地導体Ｅ３の所定部位に、逆Ｆ型に成形されたメインエレメント１０３を、その給電端部が給電用端子３０３から垂直方向に延びるように設ける。また、メアンダ状のサブエレメント２０３の先端部を逆Ｆ型のメインエレメント１０３の開放端部と所定間隔離して配するとともにその基端部寄りを、スイッチ機構４０３を介して接地導体Ｅ３に対して垂直方向に延びるように設ける。逆Ｆ型のメインエレメント１０３の他の接地端部１０３ａは接地導体Ｅ３に接合させる。制御端子４１３は、接地導体Ｅ３の所定部位に設けられる。
図示しない通信機器の高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０３に結合され、また、図示しない制御装置側のコネクタが制御端子４１３に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
［立体オーバーレイ構造］
立体オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナは、例えば、図９に示すように、誘電体基体Ｋ４の主表面部の全面を導体で覆うことにより構成された接地導体Ｅ４上に、例えばＦＲ−４誘電体からなるエレメント取付基体Ｄ４を積層して構成される。エレメント取付基体Ｄ４は、例えば、面積の広い表裏一対の主表面部、一対の側端部、一対の端部を有する直方体状に成形されたものである。
逆Ｌ状のメインエレメント１０４及びメアンダ状のサブエレメント２０４は、それぞれ、エレメント取付基体Ｄ４の接地導体Ｅ４に隣接する側の側端部から表側の主表面部にかけて延在している。メインエレメント１０４の開放端部とサブエレメント２０４の先端部とは一定間隔（ｄ１）離して対向している。サブエレメント２０４の基端部は、スイッチ機構４０４及び取付金具４２４を介して接地導体Ｅ４と導通している。メインエレメント１０４の給電端部と導通する給電用端子３０４及びスイッチ機構４０４に制御信号を供給するための制御端子４１４は、誘電体基体Ｋ４の所定部位に設けられている。
図示しない高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０４に結合され、また、図示しない通信機器の制御装置側のコネクタが制御端子４１４に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
なお、接地導体Ｅ１〜Ｅ４の大きさ、及び、接地導体Ｅ１〜Ｅ４と各メインエレメント１０１〜１０４との距離、間隔が大きくなるほどアンテナインピーダンスが低下して放射効率が低くくなり、帯域幅も狭くなる傾向がある。そのため、本例では、使用する周波数帯域において十分な性能が確保されるように、接地導体Ｅ１〜Ｅ４の面積並びにメインエレメント１０１〜１０４に対する接地導体Ｅ１〜Ｅ４の距離、間隔を設定している。
＜マルチバンドアンテナが搭載される通信機器＞
本発明のマルチバンドアンテナは、音、画像（静止画、動画）、データなどの複数のメディアに対応可能な携帯電話無線機、ＰＤＡ等の移動可能な携帯型の通信機器に搭載されて使用されるのに適している。例えば、携帯電話無線機に搭載する場合は、図１０に斜線で示したように、マルチバンドアンテナを取り付けて使用することが可能である。図１０（ａ）は、携帯電話無線機の操作部の背面側に接地導体、操作部の端部にマルチバンドアンテナ１ａを取り付けた例である。また、図１０（ｂ）は、携帯電話無線機の表示部の背面側に接地導体、表示部の先端部にマルチバンドアンテナ１ｂを取り付けた例である。図１０（ｃ）は操作部の背面側に接地導体、背面端部にマルチバンドアンテナ１ｃを取り付けた例である。筐体内部に収容（内蔵）する構成であってもよい。
通信機器には、使用周波数帯の切換を行うため、上述したとおり所要の信号レベルを有する制御信号を発生させる制御装置が設けられている。
なお、マルチバンドアンテナは、求められる性能に応じて、適宜、交換して使用することも可能である。この場合は、通信機器の上記の部位に、それぞれ、マルチバンドアンテナを離脱自在に装着するための機構を設けるとともに、メインエレメントおよびサブエレメントの一方又は両方の側では、上記機構に適合する装着機構を形成するようにする。
＜マルチバンドアンテナの他の実施形態＞
次に、本発明のマルチバンドアンテナの他の実施形態を説明する。
図１１は、図１に示したマルチバンドアンテナの変形例として、サブエレメントを複数使用したときの構成図である。このような形態のマルチバンドアンテナは、１つのメインエレメント（例えば逆Ｌ型エレメント）１０と、それぞれ、先端部がメインエレメント１０の開放端部と間隔ｄ１で対向する２つのサブエレメント２０ａ，２０ｂとを備えて構成される。これらのサブエレメント２０ａ，２０ｂの電気的面積の和は、メインエレメント１０の電気的面積に対して実質的に無視できる面積とすることは、上述したとおりである。
メインエレメント１０の給電端部には給電用端子３０が設けられる。サブエレメント２０ａの基端部と接地導体５０との間には、制御端子４１ａに供給される制御信号によって導通／非導通が切り換えられるスイッチ機構４０ａが設けられる。サブエレメント２０ｂも同様に、その基端部と接地導体５０との間に、制御端子４１ｂに供給される制御信号によって導通／非導通が切り換えられるスイッチ機構４０ｂが設けられる。
図１１に示した構成のマルチバンドアンテナにおいて、各エレメント長の関係は、図１に示したものとほぼ同じとなる。
すなわち、メインエレメント１０のみで略（２ｎ＋１）λｆ３，ｆ８／４（但し、ｎ＝０，１，２，・・・）、メインエレメント１０とサブエレメント２０ａとで先端短絡アンテナとして動作するときで略ｎλｆ１，ｆ５／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）、メインエレメント１０とサブエレメント２０ｂとで先端短絡アンテナとして動作するときで略ｎλｆ２，ｆ７／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）、サブエレメント２０ａのみで略ｎλｆ４／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）、サブエレメント２０ｂのみで略ｎλｆ６／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）となる。
ｆ１、ｆ２、ｆ５、ｆ７が容量結合による共振周波数、ｆ４、ｆ６が誘導結合による共振周波数、ｆ３、ｆ８は、サブエレメント２０ａ，２０ｂが無給電反射素子として作用するときの設定周波数である。
このように構成されるマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ−設定周波数特性は、制御端子４１ａ，４１ｂに入力する制御信号の信号レベルを調整することで、図１２のように、ｆ１〜ｆ８の８つの共振周波数を持つものとなり、更なるマルチバントに対応することができる。
［各種調整回路］
例えば、図１に示した構成のマルチバンドアンテナにおいて、スイッチ機構４０と接地導体５０との間に、容量性素子又は誘導性素子を挿入して、共振周波数を変化させることができる。例えば、図１３（ａ）は容量性素子６１を挿入した例、同（ｂ）は誘導性素子を挿入した例である。サブエレメント２０のエレメント長が、図１３（ａ）の場合は見かけ上短縮され、同（ｂ）の場合は見かけ上延長されるため、アンテナの共振周波数は、図１４のように変化する。このようにして、共振周波数の微調を行うことができる。
また、このほかに、メインエレメント１０の給電端部と給電用端子３０との間に、誘導性素子と容量性素子との並列回路又は直並列回路からなるインピーダンス整合回路を挿入したり、制御端子４１からスイッチ機構４０に直接制御信号を供給するのではなく電流調整用の抵抗器を介在させたり、使用周波数帯に対して高インピーダンスになるような誘導性素子を介してスイッチ機構４０に制御信号を供給するようにしてもよい。
また、インピーダンス調整用に、メインエレメント１０とある間隔をおいてほぼ平行で、その一端が接地導体５０にほぼ垂直に接合された調整用エレメントを備えるようにしてもよい。
【実施例】
次に、本発明のマルチバンドアンテナの実施例を説明する。
ここでは、携帯電話無線機への搭載に適した平面コプレーナ構造のマルチバンドアンテナの例を示す。図１５は、このマルチバンドアンテナを実装するための基体の構造及びサイズを説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
この基体は、縱９６ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み１．０ｍｍのＦＲ−４誘電体基体のうち、縦８０ｍｍの部分を接地導体Ｅ０、残部の縦１６ｍｍの部分をエレメント取付基体Ｄ０として用いている。
エレメント取付基体Ｄ０には、図１６に示すように、エレメント長が長さＡ＋長さＢの逆Ｌ型のメインエレメント１０、（電気的な）エレメント長が長さＣ、メアンダサイズが長さＤのメアンダ型のサブエレメント２０のほか、サブエレメント２０の基端部と接地導体５０との間にＰＩＮダイオードＰＤ１を介在させている。
また、長さＥの調整用エレメント８０、インピーダンス整合回路が設けられている。調整用エレメント８０及びインピーダンス整合回路は、設定周波数及び使用周波数帯の数によりアンテナのインピーダンス整合が必要になることから設けられる。インピーダンス整合回路としては、例えば、図１６のように、コイルＬ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１との直並列回路を採用することができる。給電用端子３０と給電端部との間には上記コイルＬ３が介在している。調整用エレメント８０は、メインエレメント１０と間隔ｄ３をおいて、ほぼ平行で、一端が接地導体Ｅ０とほぼ垂直に設けられる。
なお、前述のように、メインエレメント１０の開放端部とサブエレメント２０の先端部との間隔はｄ１、サブエレメント２０とメインエレメント１０の間隔はｄ２である。
ＰＩＮダイオードＰＤ１には、コイルＬ１及び抵抗器Ｒ１を介して制御端子４３から使用目的に応じた信号レベルの制御信号が入力されるようになっている。抵抗器Ｒ１は電流調整用のものであり、コイルＬ１は、上述したように、制御端子４３が、使用周波数帯に対して高インピーダンスになるように、つまり使用周波数帯に対して高周波的に無視できるようにするためのものである。このようにして、制御端子４３が存在することの特性に与える影響を抑制している。ＰＩＮダイオードＰＤ１に供給される制御信号の電圧は０〜３Ｖ、消費電流は３．０ｍＡとして、０Ｖ（オフ）−３Ｖ（オン）と電圧を変化させることで、周波数帯域（バンド）の切替を行うことができる。
この実施例において設定可能なバンドは、ＡＭＰＳ（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）、ＧＳＭ９００（８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）、ＤＣＳ（１７１０ＭＨｚ〜１８５０ＭＨｚ）、ＰＣＳ１９００（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）及び、ＵＭＴＳ（１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）とし、図１７（ａ）に示す設定バンド、設定周波数、エレメント長、及び、図１７（ｂ）に示す値の制御信号で切換動作させる。
これらの図表によれば、エレメント長は、例えば、メインエレメント１０のエレメント長をＧＳＭ９００バンド内の設定周波数の略λ／４、及び、ＵＭＴＳバンド内の設定周波数の略３λ／４とし、サブエレメント２０のエレメント長を、ＧＳＭ１８００、及び、ＤＣＳバンド内の設定周波数の略λ／２に設定している。
このように構成されるマルチバンドアンテナにおいて、制御信号を０［Ｖ］と３［Ｖ］に切り換えた場合のＶＳＷＲ特性は、図１８のようになる。図１８（ａ）はＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００におけるＶＳＷＲ特性、同（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣＳ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおけるＶＳＷＲ特性である。
また、制御信号を０［Ｖ］と３［Ｖ］に切り換えた場合の利得特性は、図１９のようになる。図１９（ａ）はＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００における利得特性、同（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣＳ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおける利得特性である。
それぞれ、各バンド選択時においても使用に十分可能な値となっている。これらの特性を考慮して、図１６に示した各定数は、例えば、以下のようにする。
ｄ１：０．８ｍｍ、ｄ２：２８ｍｍ、ｄ３：１．０ｍｍ、Ｐ１：１．０ｍｍ、Ａ：３８．０ｍｍ、Ｂ：１６．０ｍｍ、Ｃ：１４．０ｍｍ、Ｄ：６．０ｍｍ、Ｅ：６．０ｍｍ、Ｌ１：１００ｎＨ、Ｌ２：１０ｎＨ、Ｌ３：６．８ｎＨ、Ｃ１：０．７５ｐＦ、Ｒ１：１．０ｋΩ。
また、メインエレメント１０の水平部と接地導体との間隔（対接地導体間隔）とアンテナ利得との関係は、図２０のようになる。図２０は、ＡＭＰＳ及びＧＳＭ１８００のときの例である。この特性図から、この実施例では、性能上、問題のない値となる間隔１２ｍｍに設定した。
このように、本発明の実施形態及びそれを具体化した実施例によれば、メインエレメントと異なる周波数に共振可能なサブエレメントを、無給電誘導素子と無給電反射素子とに切り換え可能になるので、エレメント数を増加させることなく、より多くの共振周波数を持つことができ、小型でありながら、広帯域に対応可能なマルチバンドアンテナを容易に実現することができる。
なお、上記の実施形態及び実施例に示した各エレメントの形状、サイズを表す数値、配置等は例示であって、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨でないことは、勿論である。
【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】
【技術分野】
本発明は、例えば、音、画像（静止画、動画）、データなどの複数のメディアに対応可能な携帯電話無線機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の携帯型の通信機器及びそれに内蔵されるマルチバンドアンテナに関する。
発明の背景
携帯電話無線機等に代表される携帯型の通信機器の進歩は目覚ましいものがある。最近は、これらの通信機器においても、単なる通話のみならず、データ通信ないし画像通信を含めたマルチメディア化の傾向がある。このような傾向に呼応して、携帯電話無線機又は移動通信機器のアンテナに対しても、小型で、かつ、複数の周波数帯（バンド）において通信可能なマルチバンドアンテナが要望されている。
従来のこの種のマルチバンドアンテナとしては、例えば、特開平１１−１３６０２５号公報に記載されたアンテナ装置（従来例１）、特開平１０−２０９７３３号公報に記載されたアンテナ装置（従来例２）、特開平１１−６８４５６号公報に記載されたアンテナ装置（従来例３）、特開２００２−３３５１１７号公報に記載されたアンテナ装置（従来例４）、特開２００３−１２４７３０号公報に記載されたアンテナ装置（従来例５）がある。
従来例１に記載されているアンテナ装置は、直方体状の基体の一方主面全面に形成されたグランド電極と、基体の他方主面上で一端が開放端で他端がグランド端（グランド電極に接続）となる放射電極と、放射電極の開放端に第１のギャップを介して近接して形成された給電電極と、放射電極の開放端に第２のギャップを介して近接して形成された１つ以上の制御電極と、制御電極とグランド電極との間を接続／非接続にするためのスイッチとを備え、このスイッチをオン−オフして全体の静電容量の大きさを変化させることにより、放射電極の共振周波数を切り換えて使用できるようにしたものである。
従来例２に記載されているアンテナ装置は、従来例１のようなグランド電極、放射電極、給電電極のほか、放射電極と連続して一体に形成された１つ以上の補助放射電極と、この補助放射電極とグランド電極との間を高周波的な接続／非接続にするためのスイッチを備え、このスイッチをオン−オフして放射電極のグランド部分のインダクタンス成分を変化させることにより、放射電極の共振周波数を切り換えて使用できるようにしたものである。
従来例３に記載されているアンテナ装置は、直方体状の基体の表面に、従来例１のようなグランド電極、放射電極、給電電極を備えたものにおいて、基体の表面上に、周波数切換手段（半導体スイッチ）を設け、この周波数切換手段を動作させてインダクタンス成分又は静電容量成分を変化させることにより、放射電極の共振周波数を切り換えるようにしたものである。
従来例４に記載されているアンテナ装置は、接地導体部を有する実装基板上に直方体状の基体を実装し、この基体の表面に、一端が開放端で他端がグランド端となる放射電極とアンテナ側制御用電極（従来例１の制御電極に相当）とを設けるとともに、実装基板上に、グランドから浮いた状態の基板側制御用電極と、この基板側制御用電極を接地導体部に高周波的に接続するための共振周波数調整手段（インダクタンス成分と静電容量成分の少なくとも一方をもつ半田ブリッジ、ストリップ等）とを設け、この共振周波数調整手段のインピーダンスを変えることにより、放射電極の共振周波数を可変にしたものである。
従来例５に記載されているアンテナ装置は、それぞれ、その一端が開放端で、二分岐された一方の他端がグランド端、他方の他端が給電端となる２種類のアンテナエレメント（上述の放射電極に相当）と、各々のアンテナエレメントと実装基板の接地導体部とを導通／非導通にするための２種類のスイッチとを備え、これらのスイッチの一方と他方とを相互排反的にオン−オフにすることにより、装置全体の共振周波数を切り換えるようにしたものである。
上記の各従来例のアンテナ装置のほか、放射電極であるアンテナエレメントを複数回折り曲げ、この折り曲げたアンテナエレメントの長さ及び間隔を調整することによって、複数の共振周波数を持たせた折り返し式のアンテナ等も存在する。
近年の移動通信機器に搭載されるマルチバンドアンテナには、ＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）９００（８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）（１７１０ＭＨｚ〜１８５０ＭＨｚ）、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ１９００（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）（１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）のような複数のバンドを複合的に使用できるものが望まれている。
従来例１〜従来例４のアンテナ装置は、それぞれ、表面実装型アンテナを主たる構成要素として含むため、非常に小型であり、携帯電話無線機、あるいは、移動通信機器に内蔵する場合に好都合となる。しかし、このようなアンテナ装置では、サイズが固定の放射電極のインダクタンス成分、静電容量成分を変えることによって共振周波数を切り換える構成のため、上記のバンドの数が２〜４程度までは容易に対応が可能であるが、バンド数がそれ以上になると、共振周波数の調整が非常に困難になるという問題がある。また、バンド数の増加に伴うアンテナ利得の低下、共振周波数の帯域幅の狭帯域化も問題となる。
従来例５のアンテナ装置では、バンド数の増加には対応が可能であるが、２種類のアンテナエレメントを実質的に同一平面に配する必要があるなどの制約があり、さらに、各アンテナエレメントが特殊かつ複雑な形状になるため、アンテナエレメント用の面積を十分に確保しなければならず、小型化が困難であるという問題があった。
この発明は、このような問題を解決するために、マルチバンド対応が可能な小型の広帯域マルチバンドアンテナ及び通信機器を提供することを、その課題とする。
【発明の開示】
本発明が提供するマルチバンドアンテナは、開放端部と給電端部とを有し、前記給電端部に給電された複数の周波数帯の高周波信号を放射可能なメインエレメントと；その先端部が前記メインエレメントの開放端部と所定間隔だけ離して配設され、前記メインエレメントと異なる周波数に共振可能な１つ以上のサブエレメントと；前記サブエレメントの基端部と所定部位に配された接地導体とを導通又は非導通にするためのスイッチ機構とを有しており；前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが導通している第１状態のときに前記前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電誘導素子として作用して当該サブエレメントの先端部と前記メインエレメントの開放端部とが高周波結合した先端短絡アンテナとなり、他方、前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが非導通となる第２状態のときに前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電反射素子として作用するものである。
このように、メインエレメントと異なる周波数に共振可能なサブエレメントを、無給電誘導素子と無給電反射素子とに切り換え可能にすることで、エレメント数を増加させることなく、より多くの共振周波数をもつことができ、小型でありながら、広帯域に対応可能なマルチバンドアンテナを実現することができる。
前記スイッチ機構は、具体的には、サブエレメントの基端部と接地導体との間に挿入接続され、外部より入力される制御信号の信号レベルによってスイッチング動作を行う半導体スイッチング素子を、前記導通又は非導通を切り換えるための構成要素として含んで構成される。このように半導体スイッチング素子によってスイッチ機構を構成することで、第１状態と第２状態とを容易に切り換えることができる。
好ましくは、前記メインエレメントの電気的面積が、すべての前記サブエレメントの電気的面積の和に対して略３〜略１８倍の値とする。これにより、マルチバンドアンテナの電気的面積がメインエレメントの電気的面積と実質的に同じになり、サブエレメントを設けることによる放射特性に与える影響を緩和することができる。
前記メインエレメントは、例えば、逆Ｌ状、逆Ｆ状、メアンダ状又は板状の導電性薄板で成形されており、前記サブエレメントは、例えば、前記メインエレメントに対して所定の位置関係をもつように成形されたストリップ状の導電性部材で成形される。
複数の周波数を矛盾なく放射可能にする観点からは、その一端部が前記接地導体に接続され、その他端部が前記メインエレメントに対して略平行の自由端となるインピーダンス調整用エレメントをさらに備えるようにするのが好ましい。
通信機器への実装をより容易にする観点からは、通信機器に装着可能な基体を備えてマルチバンドアンテナを構成することが好ましい。この基体の一部には、前記接地導体、所定の高周波信号の送受信を行う高周波送受信回路と接続するための給電用端子、及び、外部から入力されるスイッチ機構の制御のための制御信号が入力される制御端子が形成されており、前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記接地導体に対して所定の位置関係を維持して前記基体に取り付けられており、前記メインエレメントの給電端部は前記給電用端子に接続されており、前記半導体スイッチング素子には、前記制御端子を通じて入力される前記制御信号が供給されるように構成される。
複数の周波数を使用するときの便宜を考慮して、前記給電端部と前記給電用端子との間に、誘導性素子と容量性素子との組合せからなるインピーダンス整合回路が介在するように構成してもよい。同様に、前記スイッチ機構が半導体スイッチング素子であるときに、その半導体スイッチング素子と前記制御端子との間に、前記制御端子を高周波的に遮断し、かつ直流的には導通させるためのインピーダンス調整回路が介在するように構成してもよい。
上記のように、基体を設ける場合において、前記基体には、それぞれ他方のものと対向する一対の主面部、一対の側端部及び一対の短端部を有する誘電体から成るエレメント取付基体が固定されるようにする。前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記エレメント取付基体に、その形状に沿って取り付けられる。
この場合、前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、それぞれ、前記エレメント取付基体の一つの主面部に形成されており、かつ、当該主面部が前記接地導体の表面部と同一平面上に存するようにする。あるいは、前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部を経由して他方の側端部に至り、当該側端部において前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している構造にする。あるいは、前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部上で前記接地導体と略水平の方向に曲折し、当該主面部上で、前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している構造にする。
本発明のマルチバンドアンテナにおいて、前記メインエレメントと前記サブエレメントとがそれぞれ一つであり、第１設定周波数の波長がλｆ１、第２設定周波数の波長がλｆ２、第３設定周波数の波長がλｆ３、第４設定周波数の波長がλｆ４、第５設定周波数の波長がλｆ５、である場合、前記メインエレメントのエレメント長は、略λｆ２／４かつ略３λｆ５／４であり、前記サブエレメントのエレメント長は、略ｎλｆ３／２であり、前記第１状態のときの前記先端短絡アンテナのエレメント長が略λｆ１／２かつ略λｆ４とする。
前記第１使用周波数帯が及び前記第２使用周波数帯は、実質的には８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ又は８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚであり、前記第３使用周波数帯、前記第４使用周波数帯及び前記第５使用周波数帯が、実質的に１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ及び１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚである。
一般的には、エレメント長については、マルチバンドアンテナの共振周波数が、使用周波数帯域内に実質的に入るように設計することが、実用上は重要なので、メインエレメントのエレメント長は、例えば、使用周波数帯域内に設定した設定周波数の波長をλとすると、略（２ｎ＋１）λ／４（但し、ｎは０，１，２，・・・）又は略ｎλ／２（但し、ｎは１，２，・・・）、サブエレメントのエレメント長は、略ｎλ／２（但し、ｎは１，２，・・・）、メインエレメントとサブエレメントとで先端短絡アンテナとして動作するときの合計のエレメント長は、略ｎλ／２（但し、ｎは１，２，・・・）となるように設計する。この関係は、一つのメインエレメントに対してサブエレメントが複数の場合も同様の関係となる。
本発明の通信機器は、上述したマルチバンドアンテナを筐体内に収容してなり、使用周波数帯の切換を前記制御信号の信号レベルの切換によって行うように構成されている、携帯型の通信機器である。
本発明によれば、高感度で小型、マルチバンド化に対応したアンテナを備えた携帯電話無線機等の携帯型の通信機器を提供できるため、これらの機器の用途を大幅に拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のマルチバンドアンテナの構成図である。
図２（ａ）は第１状態時、メインエレメントとサブエレメントとの協働により先端短絡アンテナとして動作するときの原理説明図であり、図２（ｂ）は第２状態時、サブアンテナが無給電反射素子として動作するときの原理説明図である。
図３は、図１に示したマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ−周波数特性図である。
図４（ａ）〜（ｃ）は、各エレメントの形状のバリエーションを示した図である。
図５（ａ）は、コプレーナ構造の放射パターンであり、図５（ｂ）は、オーバーレイ構造の放射パターンを示した図である。
図６は、平面コプレーナ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図７は、立体コプレーナ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図８は、平面オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図９は、立体オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナの実装状態説明図である。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、マルチバンドアンテナを携帯無線電話機に搭載した状態を示すための説明図である。
図１１は、サブエレメントを複数設けたマルチバンドアンテナの構成図である。
図１２は、図１１のマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ−周波数特性図である。
図１３（ａ）は、スイッチ機構と接地導体との間に容量性素子を挿入した状態を示した図であり、図１３（ｂ）は、誘導性素子を挿入した状態を示した図である。
図１４は、図１３の場合のＶＳＷＲ−周波数特性図である。
図１５（ａ）は、携帯電話無線機用の基体の正面図であり、図１５（ｂ）はその側面図である。
図１６は、本発明の実施例によるマルチバンドアンテナの構成図である。
図１７（ａ）は、設定バンド、設定周波数、及びエレメント長の関係を示した図表であり、図１７（ｂ）は制御信号の電圧値と設定バンドの関係を示した図表である。
図１８（ａ）は、ＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００におけるＶＳＷＲ特性であり、図１８（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおけるＶＳＷＲ特性である。
図１９（ａ）は、ＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００における利得特性であり、図１９（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣＳ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおける利得特性である。
図２０は、ＡＭＰＳ及びＧＳＭ１８００のときの対接地導体間隔とアンテナ利得との関係図である。
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照して、本発明のマルチバンドアンテナの基本的な構成例を説明する。
本発明のマルチバンドアンテナは、図１に示されるように、メインエレメント１０とサブエレメント２０とのセットを含んで構成される。メインエレメント１０は、例えば逆Ｌ状に成形された導電性薄板から成り、その電気的面積は、マルチバンドアンテナとしての全体の電気的面積を実質的にカバーする面積になるように成形されている。
このメインエレメント１０の両端部のうち、一方端は開放端部１１、他方端は給電端部１２である。給電端部１２には、図示しない高周波送受信回路が接続される給電用端子３０が設けられている。送信時には、高周波送受信回路からこの給電用端子３０に所定電力値の高周波信号が供給され、マルチバンドアンテナが送信用アンテナとして動作できるようになる。
サブエレメント２０は、電気的面積がメインエレメント１０の電気的面積よりも十分に小さくなるように、例えば棒状あるいはストリップ状の導電性部材から成る。導電性部材の略中央部は、例えばメアンダ状に成形されている。サブエレメント２０の先端部２１は、メインエレメント１０の開放端部１１と間隔ｄ１だけ離して配設されている。
サブエレメント２０の略中央部は、メインエレメント１０の給電端部に近い部分に対して間隔ｄ２でほぼ対向している。
なお、以後の説明において、サブエレメント２０の先端部２１という場合、図１に示されているような最先端断面部のほか、最先端から一定長の側面部も含むものとする（これについては、後述する）。また、間隔ｄ１は、固定的に設計してもよいが、アンテナ製造後に任意に調整できるようにしてもよい。後者の場合は、例えば、メインエレメント１０の開放端部１１とサブエレメント２０の先端部２１の一方又は双方を変位させるか、あるいは、サブエレメント２０の先端部２１付近の長さをカットすることによって、それを実現する。間隔ｄ２についても同様である。
サブエレメント２０の基端部２２には、スイッチ機構４０が設けられている。
スイッチ機構４０は、制御端子４１に入力される制御信号により、所定部位に配されている接地導体５０とサブエレメント２０の基端部２２との導通／非導通を切り換えるものである。スイッチ機構４０には、その入出力間をメカニカルに導通（オン）／非導通（オフ）にするスイッチのほか、制御信号の信号レベルに応じて入出力間を実質的に導通（オン）／非導通（オフ）にする半導体スイッチング素子を用いることができる。
半導体スイッチング素子としては、例えば、汎用のショットキーダイオードを用いることができるが、アイソレーションを重視する場合はＰＩＮダイオード、低電流動作を重視する場合はＦＥＴスイッチ又はＩＣスイッチ、強電界・低ひずみを重視する場合はＭＥＭＳスイッチ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微細な電気回路と機械的構造を一体化したもの）を用いることができる。制御信号は、図示しないインターフェース装置から制御端子４１を通じて入力される本発明の通信機器のバンド選択のための電圧信号であり、例えば、０〜３Ｖの電圧信号を用いることができる。
スイッチ機構４０により基端部２２と接地導体５０とが導通している状態を「第１状態」、両者が非導通の状態を「第２状態」とする。
第１状態のときは、サブエレメント２０の基端部２２が接地されるので、サブエレメント２０がメインエレメント１０に対する無給電誘導素子として作用し、当該サブエレメント２０とメインエレメント１０とが高周波結合して、先端短絡（ループ）アンテナとして動作する。つまり、本例では、図２（ａ）に示されるように、サブエレメント２０の共振がメインエレメント１０に誘導されてメインエレメント１０の全体とサブエレメント２０の全体とが誘導結合（磁界結合）するとともに、メインエレメント１０の開放端部１１とサブエレメント２０の先端部２１とが容量結合（電界結合）した一つのループアンテナとして動作する。このように、第１状態のときには、メインエレメント１０とサブエレメント２０とが２種類の結合状態をとるように動作するため、複数の共振周波数を持つことができる。
他方、第２状態のときは、サブエレメント２０の基端部２２が開放されるので、図２（ｂ）に示されるように、サブエレメント２０がメインエレメント１０に対して電気的影響を与えない極小の無給電反射素子として作用する。
＜各エレメントのサイズ、配置等＞
ここで、メインエレメント１０とサブエレメント２０のサイズ（エレメント長、電気的面積等）、配置（間隔ｄ１，ｄ２、メインエレメント１０の水平部と接地導体との間隔（対接地導体間隔）等）の好ましい例について説明する。
エレメント長については、マルチバンドアンテナとしての共振周波数が、すべて使用周波数帯域内に実質的に入るように設計することが、実用上は重要である。
そのため、図１に例示した構成によるメインエレメント１０のエレメント長は、例えば、使用周波数帯域内に任意に設定した第２設定周波数ｆ２の波長をλｆ２、第５設定周波数の波長をλｆ５とすると、略（２ｎ＋１）λｆ２，ｆ５／４（但し、ｎは０，１，２，・・・）となるように設計するのが好ましい。「ｎ」の値は、サブエレメント２０の数及び設定周波数の数に応じて異なる。例えば、サブエレメント２０の数が図１のように一つで、設定周波数を第１〜第５設定周波数とする場合、第２設定周波数ｆ２ではλｆ２／４で、第５設定周波数では略３λｆ５／４となる。
サブエレメント２０のエレメント長は、例えば、使用周波数帯域内に設定した第３設定周波数ｆ３の波長をλｆ３とすると、略ｎλｆ３／２（但し、ｎは０，１，２，・・・）となるように設計するのが好ましい。
また、第１状態のとき、つまり、メインエレメント１０とサブエレメント２０とで先端短絡アンテナとして動作するときの合計のエレメント長（間隔ｄ１を含む）は、例えば、使用周波数帯域内に設定した第１設定周波数ｆ１の波長をλｆ１、第４設定周波数ｆ４の波長をλｆ４とすると、略ｎλｆ１，ｆ４／２（但し、ｎは１，２，・・・）となるように設計するのが好ましい。すなわち、第１設定周波数のときは略λ／２で、第４設定周波数のときは略λｆ４となる。
この場合、ｆ１及びｆ４は、メインエレメント１０とサブエレメント２０の容量結合による共振周波数、ｆ３は上述した２つのエレメント間の誘導結合による共振周波数であり、ｆ２及びｆ５は、サブエレメント２０が無給電反射素子として作用するときのメインエレメント１０の共振周波数である。
「略」は、アンテナのＶＳＷＲを向上させるために、多少の微調整が入ることを意味している。例えば、第１状態のときのマルチバンドアンテナの共振周波数は、間隔ｄ１を広くするほど高く、間隔ｄ１を狭くするほど低くなるように変化する。また、第１状態のときのメインエレメント１０とサブエレメント２０との誘導結合による共振周波数の帯域幅は、間隔ｄ２を狭くするほど広く、広くするほど狭くなる。さらに、サブエレメント２０の基端部２２が開放のときと短絡のときとでアンテナインピーダンスも変化する。そのため、給電時（アンテナ共振時）のＶＳＷＲの値を計測しながら、その値が最適になるように、各エレメント長ないしその配置（間隔ｄ１，ｄ２）を調整する結果、上述した各エレメント長も、実際には、多少変化することになる。
メインエレメント１０とサブエレメント２０の電気的面積の比率もまた、アンテナ共振時のＶＳＷＲの値が最適になるように設計する。そのためには、サブエレメント２０を設けることによってマルチバンドアンテナ全体で使用可能な周波数帯域を狭くすることなく、かつ放射特性等に大きな影響を与えないように成形する必要がある。発明者らの実験によれば、メインエレメント１０に対するサブエレメント２０の面積比率が、ほぼ、略３：１から略１８：１の範囲内に収めることで、実用上支障のない放射特性等が得られることが確認されている。この範囲内であれば、マルチバンドアンテナの電気的面積が、ほぼメインエレメント１０の電気的面積となるため、サブエレメント２０の数を複数に増やしても、共振周波数の狭帯域を最小限にすることができるのである。また、サブエレメント２０の電気的面積が小さいことから、マルチバンドアンテナとしての全体のサイズも小型にすることができる。
間隔ｄ１は誘導結合、間隔ｄ２は容量結合の強度を定める。そのため、使用する周波数を含むバンドでのＶＳＷＲを見ながら決定していく必要がある。対接地導体間隔は、それを狭くしていくと、放射特性が低下するためにアンテナ利得が下がる。そこで、性能上、問題のない値となる間隔を決定していく必要がある。
＜ＶＳＷＲ特性＞
図３は、図１に例示された構成のマルチバンドアンテナによるＶＳＷＲと設定周波数との関係を示している。図３に示されるように、この例のマルチバンドアンテナでは、エレメント長に応じて、少なくとも５つの共振周波数を持つことができるし、共振周波数の調整も、スイッチ機構４０への制御信号の入力だけで行うことができる。このように、本発明によれば、マルチバンドに対応する小型かつ広帯域で共振周波数の調整が容易なマルチバンドアンテナを得ることができる。
＜エレメント形状の他の例＞
メインエレメント１０とサブエレメント２０の各々の形状は、必ずしも、図１に示した例に限定されず、用途に応じて、種々の形状のものを用いることができる。
例えば、図４（ａ）の例では、サブエレメント２０は図１に示したものと同じであるが、逆Ｆ状の導電性薄板からなるメインエレメント１０ａを採用し、このメインエレメント１０ａのうち、開放端部以外の二つの端部の一つを給電端部、他の一つを接地端部としている。メインエレメント１０ａをこのような形状にすると、電気的面積及び特性を確保しつつマルチバンドアンテナのサイズを図１に示したものよりもさらに小型にすることができる。
図４（ｂ）の例では、サブエレメント２０は図１に示したものと同じであるが、メアンダ状の導電性薄板から成るメインエレメント１０ｂを採用している。メアンダ状にするとエレメント長を短くすることができるので、マルチバンドアンテナのサイズの小型化に寄与することができる。
図４（ｃ）の例では、メアンダ成形がなされていないサブエレメント２０ａと矩形状の導電性薄板からなるメインエレメント１０ｃとを採用している。このような形状にすることで、成形のコストがかからない分安価にすることができ、また、放射効率の高いマルチバンドアンテナを容易に実現することができる。
＜アンテナ取付構造と放射パターン＞
本発明のマルチバンドアンテナは、用途に応じて、コプレーナ（Ｃｏｐｌａｎａｒ）構造とオーバーレイ（Ｏｖｅｒｌａｙ）構造のいずれの構造をも採用することができる。
図５（ａ）はコプレーナ構造を採用する場合の基本的なアンテナ取付構造と、そのときの高周波信号の放射パターンを示している。コプレーナ構造では、接地導体Ｅに対してマルチバンドアンテナ１が略平行に設けられるので、放射パターンは、マルチバンドアンテナ１の表方向の第１覆域パターン（ＦＲＯＮＴ）Ｐ１１と裏方向の第２覆域パターン（ＢＡＣＫ）Ｐ１２とが、ほぼ対称的となる。
これに対して、オーバーレイ構造では、図５（ｂ）に示されるようにマルチバンドアンテナ１が接地導体Ｅに積層されたものとなるため、放射パターンは、接地導体Ｅに遮られる分、上記の第１覆域パターンＰ１１に対して第２覆域パターンＰ１２が、相対的に縮小されたものとなる。
＜マルチバンドアンテナの実装例＞
次に、本発明のマルチバンドアンテナの実装例を具体的に説明する。
本発明のマルチバンドアンテナには、コプレーナ構造／オーバーレイ構造とも、平面構成のものと、立体構成のものとがある。以下、これらの具体例を説明する。
［平面コプレーナ構造］
平面コプレーナ構造のマルチバンドアンテナは、例えば、図６に示すように、誘電体基体Ｋ１の全面又は表裏面部の一方の主表面を導体で覆うことにより構成された接地導体Ｅ１と、例えばＦＲ−４誘電体からなるエレメント取付基体Ｄ１とを同じ平面上で接合して構成される。１枚の誘電体基体の一部のみを導体で覆って接地導体Ｅ１とし、残部をエレメント取付基体Ｄ１とすることもできる。
エレメント取付基体Ｄ１の主表面には、逆Ｌ型のメインエレメント１０１及びメアンダ成形されたサブエレメント２０１がそれぞれ蒸着あるいは接着等によって固定されている。メインエレメント１０１の開放端部とサブエレメント２０１の先端部とは一定間隔（ｄ１）離して対向している。エレメント取付基体Ｄ１の主表面のうち、メインエレメント１０１の給電端付近には、その給電端部に接続された給電用端子３０１が設けられており、さらに、サブエレメント２０２の基端部付近に、スイッチ機構４０１と制御端子４１１とが設けられている。スイッチ機構４０１は、サブエレメント２０２の基端部と接地導体Ｅ１とを結ぶ導電性部材の間に介在しており、スイッチ機構４０１がオンのときには、サブエレメント２０１と接地導体Ｅ１とが導通するようになっている。図示しない高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０１に結合され、また、図示しない通信機器の制御装置側のコネクタが制御端子４１１に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
［立体コプレーナ構造］
立体コプレーナ構造のマルチバンドアンテナは、例えば、図７に示すように、誘電体基体Ｋ２の一部を導体で覆うことにより構成された接地導体Ｅ２と、誘電体基体Ｋ２のうち、導体が形成されていない部位に、例えばＦＲ−４誘電体からなるエレメント取付基体Ｄ２を積層して構成される。エレメント取付基体Ｄ２は、例えば、面積の広い表裏一対の主表面部、一対の側端部、一対の端部を有する直方体状に成形されたものである。なお、このエレメント取付基体Ｄ２の形状は、マルチバンドアンテナが搭載される通信機器の筐体形状に応じて任意に変形することができる。
逆Ｌ状のメインエレメント１０２及びメアンダ状のサブエレメント２０２は、それぞれ、エレメント取付基体Ｄ２の接地導体Ｅ２に隣接する側の側端部から表側の主表面部を介して他方の側端部に延在している。メインエレメント１０２の開放端部とサブエレメント２０２の先端部とは一定間隔（ｄ１）離して対向している。サブエレメント２０２の基端部は、スイッチ機構４０２及び取付金具４２２を介して接地導体Ｅ２と導通している。メインエレメント１０２の給電端部と導通する給電用端子３０２及びスイッチ機構４０２に制御信号を供給するための制御端子４１２は、誘電体基体Ｋ２の所定部位に設けられている。図示しない高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０２に結合され、また、図示しない通信機器の制御装置側のコネクタが制御端子４１２に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
［平面オーバレイ構造］
平面オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナとしては、例えば、図８に示すような公知の板状逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ）をメインエレメント１０３として用いることができる。
すなわち、例えば、誘電体基体Ｋ３の全体を覆うことにより構成された接地導体Ｅ３の所定部位に、逆Ｆ型に成形されたメインエレメント１０３を、その給電端部が給電用端子３０３から垂直方向に延びるように設ける。また、メアンダ状のサブエレメント２０３の先端部を逆Ｆ型のメインエレメント１０３の開放端部と所定間隔離して配するとともにその基端部寄りを、スイッチ機構４０３を介して接地導体Ｅ３に対して垂直方向に延びるように設ける。逆Ｆ型のメインエレメント１０３の他の接地端部１０３ａは接地導体Ｅ３に接合させる。制御端子４１３は、接地導体Ｅ３の所定部位に設けられる。
図示しない通信機器の高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０３に結合され、また、図示しない制御装置側のコネクタが制御端子４１３に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
［立体オーバーレイ構造］
立体オーバーレイ構造のマルチバンドアンテナは、例えば、図９に示すように、誘電体基体Ｋ４の主表面部の全面を導体で覆うことにより構成された接地導体Ｅ４上に、例えばＦＲ−４誘電体からなるエレメント取付基体Ｄ４を積層して構成される。エレメント取付基体Ｄ４は、例えば、面積の広い表裏一対の主表面部、一対の側端部、一対の端部を有する直方体状に成形されたものである。
逆Ｌ状のメインエレメント１０４及びメアンダ状のサブエレメント２０４は、それぞれ、エレメント取付基体Ｄ４の接地導体Ｅ４に隣接する側の側端部から表側の主表面部にかけて延在している。メインエレメント１０４の開放端部とサブエレメント２０４の先端部とは一定間隔（ｄ１）離して対向している。サブエレメント２０４の基端部は、スイッチ機構４０４及び取付金具４２４を介して接地導体Ｅ４と導通している。メインエレメント１０４の給電端部と導通する給電用端子３０４及びスイッチ機構４０４に制御信号を供給するための制御端子４１４は、誘電体基体Ｋ４の所定部位に設けられている。
図示しない高周波送受信回路側のコネクタが給電用端子３０４に結合され、また、図示しない通信機器の制御装置側のコネクタが制御端子４１４に結合されることにより、マルチバンドアンテナとして動作可能な状態となる。
なお、接地導体Ｅ１〜Ｅ４の大きさ、及び、接地導体Ｅ１〜Ｅ４と各メインエレメント１０１〜１０４との距離、間隔が大きくなるほどアンテナインピーダンスが低下して放射効率が低くくなり、帯域幅も狭くなる傾向がある。そのため、本例では、使用する周波数帯域において十分な性能が確保されるように、接地導体Ｅ１〜Ｅ４の面積並びにメインエレメント１０１〜１０４に対する接地導体Ｅ１〜Ｅ４の距離、間隔を設定している。
＜マルチバンドアンテナが搭載される通信機器＞
本発明のマルチバンドアンテナは、音、画像（静止画、動画）、データなどの複数のメディアに対応可能な携帯電話無線機、ＰＤＡ等の移動可能な携帯型の通信機器に搭載されて使用されるのに適している。例えば、携帯電話無線機に搭載する場合は、図１０に斜線で示したように、マルチバンドアンテナを取り付けて使用することが可能である。図１０（ａ）は、携帯電話無線機の操作部の背面側に接地導体、操作部の端部にマルチバンドアンテナ１ａを取り付けた例である。また、図１０（ｂ）は、携帯電話無線機の表示部の背面側に接地導体、表示部の先端部にマルチバンドアンテナ１ｂを取り付けた例である。図１０（ｃ）は操作部の背面側に接地導体、背面端部にマルチバンドアンテナ１ｃを取り付けた例である。筐体内部に収容（内蔵）する構成であってもよい。
通信機器には、使用周波数帯の切換を行うため、上述したとおり所要の信号レベルを有する制御信号を発生させる制御装置が設けられている。
なお、マルチバンドアンテナは、求められる性能に応じて、適宜、交換して使用することも可能である。この場合は、通信機器の上記の部位に、それぞれ、マルチバンドアンテナを離脱自在に装着するための機構を設けるとともに、メインエレメントおよびサブエレメントの一方又は両方の側では、上記機構に適合する装着機構を形成するようにする。
＜マルチバンドアンテナの他の実施形態＞
次に、本発明のマルチバンドアンテナの他の実施形態を説明する。
図１１は、図１に示したマルチバンドアンテナの変形例として、サブエレメントを複数使用したときの構成図である。このような形態のマルチバンドアンテナは、１つのメインエレメント（例えば逆Ｌ型エレメント）１０と、それぞれ、先端部がメインエレメント１０の開放端部と間隔ｄ１で対向する２つのサブエレメント２０ａ，２０ｂとを備えて構成される。これらのサブエレメント２０ａ，２０ｂの電気的面積の和は、メインエレメント１０の電気的面積に対して実質的に無視できる面積とすることは、上述したとおりである。
メインエレメント１０の給電端部には給電用端子３０が設けられる。サブエレメント２０ａの基端部と接地導体５０との間には、制御端子４１ａに供給される制御信号によって導通／非導通が切り換えられるスイッチ機構４０ａが設けられる。サブエレメント２０ｂも同様に、その基端部と接地導体５０との間に、制御端子４１ｂに供給される制御信号によって導通／非導通が切り換えられるスイッチ機構４０ｂが設けられる。
図１１に示した構成のマルチバンドアンテナにおいて、各エレメント長の関係は、図１に示したものとほぼ同じとなる。
すなわち、メインエレメント１０のみで略（２ｎ＋１）λｆ３，ｆ８／４（但し、ｎ＝０，１，２，・・・）、メインエレメント１０とサブエレメント２０ａとで先端短絡アンテナとして動作するときで略ｎλｆ１，ｆ５／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）、メインエレメント１０とサブエレメント２０ｂとで先端短絡アンテナとして動作するときで略ｎλｆ２，ｆ７／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）、サブエレメント２０ａのみで略ｎλｆ４／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）、サブエレメント２０ｂのみで略ｎλｆ６／２（但し、ｎ＝１，２，・・・）となる。
ｆ１、ｆ２、ｆ５、ｆ７が容量結合による共振周波数、ｆ４、ｆ６が誘導結合による共振周波数、ｆ３、ｆ８は、サブエレメント２０ａ，２０ｂが無給電反射素子として作用するときの設定周波数である。
このように構成されるマルチバンドアンテナのＶＳＷＲ−設定周波数特性は、制御端子４１ａ，４１ｂに入力する制御信号の信号レベルを調整することで、図１２のように、ｆ１〜ｆ８の８つの共振周波数を持つものとなり、更なるマルチバントに対応することができる。
［各種調整回路］
例えば、図１に示した構成のマルチバンドアンテナにおいて、スイッチ機構４０と接地導体５０との間に、容量性素子又は誘導性素子を挿入して、共振周波数を変化させることができる。例えば、図１３（ａ）は容量性素子６１を挿入した例、同（ｂ）は誘導性素子を挿入した例である。サブエレメント２０のエレメント長が、図１３（ａ）の場合は見かけ上短縮され、同（ｂ）の場合は見かけ上延長されるため、アンテナの共振周波数は、図１４のように変化する。このようにして、共振周波数の微調を行うことができる。
また、このほかに、メインエレメント１０の給電端部と給電用端子３０との間に、誘導性素子と容量性素子との並列回路又は直並列回路からなるインピーダンス整合回路を挿入したり、制御端子４１からスイッチ機構４０に直接制御信号を供給するのではなく電流調整用の抵抗器を介在させたり、使用周波数帯に対して高インピーダンスになるような誘導性素子を介してスイッチ機構４０に制御信号を供給するようにしてもよい。
また、インピーダンス調整用に、メインエレメント１０とある間隔をおいてほぼ平行で、その一端が接地導体５０にほぼ垂直に接合された調整用エレメントを備えるようにしてもよい。
【実施例】
次に、本発明のマルチバンドアンテナの実施例を説明する。
ここでは、携帯電話無線機への搭載に適した平面コプレーナ構造のマルチバンドアンテナの例を示す。図１５は、このマルチバンドアンテナを実装するための基体の構造及びサイズを説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
この基体は、縱９６ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み１．０ｍｍのＦＲ−４誘電体基体のうち、縦８０ｍｍの部分を接地導体Ｅ０、残部の縦１６ｍｍの部分をエレメント取付基体Ｄ０として用いている。
エレメント取付基体Ｄ０には、図１６に示すように、エレメント長が長さＡ＋長さＢの逆Ｌ型のメインエレメント１０、（電気的な）エレメント長が長さＣ、メアンダサイズが長さＤのメアンダ型のサブエレメント２０のほか、サブエレメント２０の基端部と接地導体５０との間にＰＩＮダイオードＰＤ１を介在させている。
また、長さＥの調整用エレメント８０、インピーダンス整合回路が設けられている。調整用エレメント８０及びインピーダンス整合回路は、設定周波数及び使用周波数帯の数によりアンテナのインピーダンス整合が必要になることから設けられる。インピーダンス整合回路としては、例えば、図１６のように、コイルＬ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１との直並列回路を採用することができる。給電用端子３０と給電端部との間には上記コイルＬ３が介在している。調整用エレメント８０は、メインエレメント１０と間隔ｄ３をおいて、ほぼ平行で、一端が接地導体Ｅ０とほぼ垂直に設けられる。
なお、前述のように、メインエレメント１０の開放端部とサブエレメント２０の先端部との間隔はｄ１、サブエレメント２０とメインエレメント１０の間隔はｄ２である。
ＰＩＮダイオードＰＤ１には、コイルＬ１及び抵抗器Ｒ１を介して制御端子４３から使用目的に応じた信号レベルの制御信号が入力されるようになっている。抵抗器Ｒ１は電流調整用のものであり、コイルＬ１は、上述したように、制御端子４３が、使用周波数帯に対して高インピーダンスになるように、つまり使用周波数帯に対して高周波的に無視できるようにするためのものである。このようにして、制御端子４３が存在することの特性に与える影響を抑制している。ＰＩＮダイオードＰＤ１に供給される制御信号の電圧は０〜３Ｖ、消費電流は３．０ｍＡとして、０Ｖ（オフ）−３Ｖ（オン）と電圧を変化させることで、周波数帯域（バンド）の切替を行うことができる。
この実施例において設定可能なバンドは、ＡＭＰＳ（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）、ＧＳＭ９００（８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）、ＧＳＭ１８００（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）、ＤＣＳ（１７１０ＭＨｚ〜１８５０ＭＨｚ）、ＰＣＳ１９００（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）及び、ＵＭＴＳ（１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）とし、図１７（ａ）に示す設定バンド、設定周波数、エレメント長、及び、図１７（ｂ）に示す値の制御信号で切換動作させる。
これらの図表によれば、エレメント長は、例えば、メインエレメント１０のエレメント長をＧＳＭ９００バンド内の設定周波数の略λ／４、及び、ＵＭＴＳバンド内の設定周波数の略３λ／４とし、サブエレメント２０のエレメント長を、ＧＳＭ１８００、及び、ＤＣＳバンド内の設定周波数の略λ／２に設定している。
このように構成されるマルチバンドアンテナにおいて、制御信号を０［Ｖ］と３［Ｖ］に切り換えた場合のＶＳＷＲ特性は、図１８のようになる。図１８（ａ）はＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００におけるＶＳＷＲ特性、同（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣＳ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおけるＶＳＷＲ特性である。
また、制御信号を０［Ｖ］と３［Ｖ］に切り換えた場合の利得特性は、図１９のようになる。図１９（ａ）はＡＭＰＳ、ＧＳＭ９００における利得特性、同（ｂ）はＧＳＭ１８００、ＤＣＳ、ＰＣＳ１９００、ＵＭＴＳにおける利得特性である。
それぞれ、各バンド選択時においても使用に十分可能な値となっている。これらの特性を考慮して、図１６に示した各定数は、例えば、以下のようにする。
ｄ１：０．８ｍｍ、ｄ２：２８ｍｍ、ｄ３：１．０ｍｍ、Ｐ１：１．０ｍｍ、Ａ：３８．０ｍｍ、Ｂ：１６．０ｍｍ、Ｃ：１４．０ｍｍ、Ｄ：６．０ｍｍ、Ｅ：６．０ｍｍ、Ｌ１：１００ｎＨ、Ｌ２：１０ｎＨ、Ｌ３：６．８ｎＨ、Ｃ１：０．７５ｐＦ、Ｒ１：１．０ｋΩ。
また、メインエレメント１０の水平部と接地導体との間隔（対接地導体間隔）とアンテナ利得との関係は、図２０のようになる。図２０は、ＡＭＰＳ及びＧＳＭ１８００のときの例である。この特性図から、この実施例では、性能上、問題のない値となる間隔１２ｍｍに設定した。
このように、本発明の実施形態及びそれを具体化した実施例によれば、メインエレメントと異なる周波数に共振可能なサブエレメントを、無給電誘導素子と無給電反射素子とに切り換え可能になるので、エレメント数を増加させることなく、より多くの共振周波数を持つことができ、小型でありながら、広帯域に対応可能なマルチバンドアンテナを容易に実現することができる。
なお、上記の実施形態及び実施例に示した各エレメントの形状、サイズを表す数値、配置等は例示であって、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨でないことは、勿論である。
【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】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端部と給電端部とを有し、前記給電端部に給電された複数の周波数帯の高周波信号を放射可能なメインエレメントと；
その先端部が前記メインエレメントの開放端部と所定間隔だけ離して配設され、前記メインエレメントと異なる周波数に共振可能な１つ以上のサブエレメントと；
前記サブエレメントの基端部と所定部位に配された接地導体とを導通又は非導通にするためのスイッチ機構とを有しており；
前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが導通している第１状態のときに前記前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電誘導素子として作用して当該サブエレメントの先端部と前記メインエレメントの開放端部とが高周波結合した先端短絡アンテナとなり、他方、前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが非導通となる第２状態のときに前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電反射素子として作用する；
マルチバンドアンテナ。
【請求項２】
前記スイッチ機構は、前記サブエレメントの基端部と前記接地導体との間に挿入接続され、外部より入力される制御信号の信号レベルによってスイッチング動作を行う半導体スイッチング素子を、前記導通又は非導通を切り換えるための構成要素として含む、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項３】
前記メインエレメントの電気的面積が、すべての前記サブエレメントの電気的面積の和に対して略３〜略１８倍である、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項４】
前記メインエレメントが、逆Ｌ状、逆Ｆ状、メアンダ状又は板状の導電性薄板で成形されており、前記サブエレメントが、前記メインエレメントに対して所定の位置関係をもつように成形されたストリップ状の導電性部材で成形されている、
請求の範囲第３項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項５】
その一端部が前記接地導体に接続され、その他端部が前記メインエレメントに対して略平行の自由端となるインピーダンス調整用エレメントをさらに備える、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項６】
通信機器に装着可能な基体を備えており、
この基体の一部には、前記接地導体、所定の高周波信号の送受信を行う高周波送受信回路と接続するための給電用端子、及び、前記制御信号が入力される制御端子が形成されており、
前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記接地導体に対して所定の位置関係を維持して前記基体に取り付けられており、
前記メインエレメントの給電端部は前記給電用端子に接続されており、
前記半導体スイッチング素子には、前記制御端子を通じて入力される前記制御信号が供給されるように構成されている、
請求の範囲第２項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項７】
前記給電端部と前記給電用端子との間に、誘導性素子と容量性素子との組合せからなるインピーダンス整合回路が介在する、
請求の範囲第６項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項８】
前記半導体スイッチング素子と前記制御端子との間に、前記制御端子を高周波的に遮断し、かつ直流的には導通させるためのインピーダンス調整回路が介在する、
請求の範囲第６項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項９】
前記基体には、それぞれ他方のものと対向する一対の主面部、一対の側端部及び一対の短端部を有する誘電体から成るエレメント取付基体が固定されており、
前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記エレメント取付基体に、その形状に沿って取り付けられている、
請求の範囲第６項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１０】
前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一つの主面部に形成されており、かつ、当該主面部が前記接地導体の表面部と同一平面上に存する、
請求の範囲９項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１１】
前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の−方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部を経由して他方の側端部に至り、当該側端部において前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している、
請求の範囲第９項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１２】
前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部上で前記接地導体と略水平の方向に曲折し、当該主面部上で、前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している、
請求の範囲第９項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１３】
前記メインエレメントと前記サブエレメントとがそれぞれ一つであり、第１設定周波数の波長がλｆ１、第２設定周波数の波長がλｆ２、第３設定周波数の波長がλｆ３、第４設定周波数の波長がλｆ４、第５設定周波数の波長がλｆ５、である場合、
前記メインエレメントのエレメント長は、略λｆ２／４かつ略３λｆ５／４であり、
前記サブエレメントのエレメント長は、略λｆ３／２であり、
前記第１状態のときの前記先端短絡アンテナのエレメント長が略λｆ１／２かつ略λｆ４である、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１４】
前記第１使用周波数帯が及び前記第２使用周波数帯が実質的に８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ又は８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚであり、前記第３使用周波数帯、前記第４使用周波数帯及び前記第５使用周波数帯が、実質的に１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ及び１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚである、
請求の範囲第１３項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１５】
請求の範囲第１項乃至請求の範囲第１４項のいずれかに記載されたマルチバンドアンテナを筐体内に収容してなり、
使用周波数帯の切換を前記制御信号の信号レベルの切換によって行うように構成されている、
携帯型の通信機器。
【請求項１】
開放端部と給電端部とを有し、前記給電端部に給電された複数の周波数帯の高周波信号を放射可能なメインエレメントと；
その先端部が前記メインエレメントの開放端部と所定間隔だけ離して配設され、前記メインエレメントと異なる周波数に共振可能な１つ以上のサブエレメントと；
前記サブエレメントの基端部と所定部位に配された接地導体とを導通又は非導通にするためのスイッチ機構とを有しており；
前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが導通している第１状態のときに前記前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電誘導素子として作用して当該サブエレメントの先端部と前記メインエレメントの開放端部とが高周波結合した先端短絡アンテナとなり、他方、前記スイッチ機構により前記基端部と前記接地導体とが非導通となる第２状態のときに前記サブエレメントが前記メインエレメントに対する無給電反射素子として作用する；
マルチバンドアンテナ。
【請求項２】
前記スイッチ機構は、前記サブエレメントの基端部と前記接地導体との間に挿入接続され、外部より入力される制御信号の信号レベルによってスイッチング動作を行う半導体スイッチング素子を、前記導通又は非導通を切り換えるための構成要素として含む、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項３】
前記メインエレメントの電気的面積が、すべての前記サブエレメントの電気的面積の和に対して略３〜略１８倍である、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項４】
前記メインエレメントが、逆Ｌ状、逆Ｆ状、メアンダ状又は板状の導電性薄板で成形されており、前記サブエレメントが、前記メインエレメントに対して所定の位置関係をもつように成形されたストリップ状の導電性部材で成形されている、
請求の範囲第３項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項５】
その一端部が前記接地導体に接続され、その他端部が前記メインエレメントに対して略平行の自由端となるインピーダンス調整用エレメントをさらに備える、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項６】
通信機器に装着可能な基体を備えており、
この基体の一部には、前記接地導体、所定の高周波信号の送受信を行う高周波送受信回路と接続するための給電用端子、及び、前記制御信号が入力される制御端子が形成されており、
前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記接地導体に対して所定の位置関係を維持して前記基体に取り付けられており、
前記メインエレメントの給電端部は前記給電用端子に接続されており、
前記半導体スイッチング素子には、前記制御端子を通じて入力される前記制御信号が供給されるように構成されている、
請求の範囲第２項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項７】
前記給電端部と前記給電用端子との間に、誘導性素子と容量性素子との組合せからなるインピーダンス整合回路が介在する、
請求の範囲第６項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項８】
前記半導体スイッチング素子と前記制御端子との間に、前記制御端子を高周波的に遮断し、かつ直流的には導通させるためのインピーダンス調整回路が介在する、
請求の範囲第６項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項９】
前記基体には、それぞれ他方のものと対向する一対の主面部、一対の側端部及び一対の短端部を有する誘電体から成るエレメント取付基体が固定されており、
前記メインエレメント及び前記サブエレメントは、前記エレメント取付基体に、その形状に沿って取り付けられている、
請求の範囲第６項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１０】
前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一つの主面部に形成されており、かつ、当該主面部が前記接地導体の表面部と同一平面上に存する、
請求の範囲９項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１１】
前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の−方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部を経由して他方の側端部に至り、当該側端部において前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している、
請求の範囲第９項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１２】
前記メインエレメント及び前記サブエレメントが、それぞれ、前記エレメント取付基体の一方の側端部に沿って前記接地導体と略垂直の方向に延び、さらに当該エレメント取付基体の一つの主面部上で前記接地導体と略水平の方向に曲折し、当該主面部上で、前記メインエレメントの開放端部と前記サブエレメントの先端部とが所定の間隔で対向している、
請求の範囲第９項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１３】
前記メインエレメントと前記サブエレメントとがそれぞれ一つであり、第１設定周波数の波長がλｆ１、第２設定周波数の波長がλｆ２、第３設定周波数の波長がλｆ３、第４設定周波数の波長がλｆ４、第５設定周波数の波長がλｆ５、である場合、
前記メインエレメントのエレメント長は、略λｆ２／４かつ略３λｆ５／４であり、
前記サブエレメントのエレメント長は、略λｆ３／２であり、
前記第１状態のときの前記先端短絡アンテナのエレメント長が略λｆ１／２かつ略λｆ４である、
請求の範囲第１項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１４】
前記第１使用周波数帯が及び前記第２使用周波数帯が実質的に８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ又は８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚであり、前記第３使用周波数帯、前記第４使用周波数帯及び前記第５使用周波数帯が、実質的に１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ、１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ及び１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚである、
請求の範囲第１３項記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１５】
請求の範囲第１項乃至請求の範囲第１４項のいずれかに記載されたマルチバンドアンテナを筐体内に収容してなり、
使用周波数帯の切換を前記制御信号の信号レベルの切換によって行うように構成されている、
携帯型の通信機器。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６９４３９
【国際公開日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【発行日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１７１３０（Ｐ２００５−５１７１３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０００７１７
【国際出願日】平成１７年１月１４日（２００５．１．１４）
【出願人】（０００００６７５８）株式会社ヨコオ (158)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【発行日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０００７１７
【国際出願日】平成１７年１月１４日（２００５．１．１４）
【出願人】（０００００６７５８）株式会社ヨコオ (158)
【Ｆターム（参考）】
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