多共振アンテナ装置とこのアンテナ装置を備えた電子機器
【課題】小型化と広帯域化の両立を図り、かつ並列共振を抑制して放射効率を高める。
【解決手段】実施形態の多共振アンテナ装置は、モノポール素子により構成される第１のアンテナ素子と、この第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなる第２のアンテナ素子と、折り返しモノポール素子により構成される第３のアンテナ素子とを備える。第１及び第２のアンテナ素子はそれぞれ素子長が第１及び第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定される。第３のアンテナ素子は電気長が上記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定される。また、第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、第２のアンテナ素子の先端部が最も突出する。第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とは相互に近接配置される。
【解決手段】実施形態の多共振アンテナ装置は、モノポール素子により構成される第１のアンテナ素子と、この第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなる第２のアンテナ素子と、折り返しモノポール素子により構成される第３のアンテナ素子とを備える。第１及び第２のアンテナ素子はそれぞれ素子長が第１及び第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定される。第３のアンテナ素子は電気長が上記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定される。また、第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、第２のアンテナ素子の先端部が最も突出する。第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とは相互に近接配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、多共振型のアンテナ装置とこのアンテナ装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やスマートホン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）に代表される携帯端末機器では、小型軽量化の観点から筐体のさらなる軽薄短小化が求められており、それに伴いアンテナ装置についても小型化が望まれている。また、最近では１台の携帯端末機器で異なる周波数帯を使用する複数の無線システムと通信できるようにすることが要求されている。
【０００３】
そこで従来では、例えば特許文献１に示すように給電点側を板状に形成したモノポール素子と無給電素子とを組み合わせることで多共振化を図ったアンテナ装置や、特許文献２に示すようにモノポール素子と折り返しモノポール素子とを組み合わせ、さらにこれらのモノポール素子に対し反対向きに無給電素子を設けた多共振アンテナ装置が提案されている。また、特許文献３に例示するように給電点に対し逆台形状をなすアンテナ板を設け、このアンテナ板の短辺及び側辺を放射素子として複数の共振周波数を生成するアンテナ装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８２６０８号公報
【特許文献２】特許第３７７５７９５号公報
【特許文献３】特開２００６−３３０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来提案されているアンテナ装置には以下のような課題があった。
すなわち、特許文献１に記載されたアンテナ装置は、低背化しようとするとモノポール素子と接地パターンとの間の距離が近づくため給電点におけるアンテナインピーダンスが低下してしまう。また、無給電素子の共振周波数によっては、モノポール素子によって生成される２つの共振周波数間に並列共振が起こり、放射効率の劣化を生じる。
【０００６】
特許文献２に記載されたアンテナ装置は、折り返しモノポール素子により最も低い共振周波数を生成させるように構成されている。このため、折り返しモノポール素子の素子長が長くなり、結果としてアンテナ装置が大型化する。また、モノポール素子及び折り返しモノポール素子に対する無給電素子の影響が小さく、連続的な広帯域化を実現することが困難である。
【０００７】
特許文献３に記載されたアンテナ装置は、逆台形状をなすアンテナ素子板を設置するために大きな面積が必要となる。このため、アンテナ装置の小型化が困難である。また、アンテナ素子を独立して設ける一般的な多共振アンテナと比較すると共振周波数における放射効率が低い。
【０００８】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、小型化と広帯域化の両立を可能とし、さらに並列共振の影響を低減して放射効率を高めることが可能な多共振アンテナ装置とこのアンテナ装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の多共振アンテナ装置は、モノポール素子により構成される第１のアンテナ素子と、この第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなる第２のアンテナ素子と、折り返しモノポール素子により構成される第３のアンテナ素子とを備える。そして、第１のアンテナ素子は、素子長が第１の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定される。第２のアンテナ素子は、素子長が第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定される。第３のアンテナ素子は、給電部から折り返し部の他端を経て接地部に至る電気長が上記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定される。また、上記第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、かつ当該第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とが相互に近接配置され、さらに上記第１のアンテナ素子の先端部は上記第２のアンテナ素子の先端部及び上記第３のアンテナ素子の折り返し部よりも突出するように設定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図。
【図２】図１に示したアンテナ装置の具体的構成を示す図。
【図３】図２に示したアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性をモノポールアンテナの場合と対比して示す図。
【図４】図２に示したアンテナ装置においてモノポール素子と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図５】図４に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図６】図２に示したアンテナ装置において給電点と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図７】図６に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図８】第２の実施形態に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図。
【図９】図８に示したアンテナ装置の具体的構成を示す図。
【図１０】図９に示したアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性をモノポールアンテナの場合と対比して示す図。
【図１１】図８に示したアンテナ装置においてモノポール素子と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図１２】図１１に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図１３】図８に示したアンテナ装置において給電点と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図１４】図１３に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図１５】第３の実施形態に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図。
【図１６】図１５に示したアンテナ装置の具体的構成を示す図。
【図１７】図１６に示したアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性をモノポールアンテナのＶＳＷＲ周波数特性と対比して示す図。
【図１８】図１６に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を、スタブがない場合と対比して示す図。
【図１９】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１を示す図。
【図２０】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例２を示す図。
【図２１】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例３を示す図。
【図２２】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例４を示す図。
【図２３】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例５を示す図。
【図２４】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例６を示す図。
【図２５】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例７を示す図。
【図２６】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例８を示す図。
【図２７】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例９を示す図。
【図２８】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１０を示す図。
【図２９】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１１を示す図。
【図３０】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１２を示す図。
【図３１】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１３を示す図。
【図３２】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１４を示す図。
【図３３】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１５を示す図。
【図３４】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１６を示す図。
【図３５】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１７を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る多共振アンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。この電子機器は、無線インタフェースを備えたノート型のパーソナル・コンピュータやテレビジョン受信機からなり、図示しない筐体内には印刷配線基板１が収容される。なお、電子機器は、ノート型のパーソナル・コンピュータやテレビジョン受信機以外に、携帯電話機やスマートホン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子書籍端末等の携帯端末であってもよい。
【００１２】
上記印刷配線基板１は、接地パターン部１ｂと、接地パターンが形成されていない誘電体部１ａとを有し、この誘電体部１ａには多共振アンテナ装置６Ａが設けられる。なお、印刷配線基板１の裏面側には、携帯端末を構成するために必要な複数の回路モジュールが実装される。回路モジュールの中には無線ユニット２が含まれる。無線ユニット２は、通信対象となる無線システムに割り当てられたチャネル周波数を用いて無線信号を送受信する機能を有する。また、上記誘電体部１ａには給電端子４及び接地端子５が設けられ、給電端子４には給電パターン２ａを介して上記無線ユニット２が接続される。
【００１３】
ところで、上記多共振アンテナ装置６Ａは次のように構成される。
すなわち、この多共振アンテナ装置６Ａは、第１のアンテナ素子としてのモノポール素子６１と、第２のアンテナ素子として無給電素子６２と、第３のアンテナ素子としての折り返しモノポール素子６３とを備えている。
【００１４】
モノポール素子６１は、一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなる。このモノポール素子６１の素子長は、第１の共振周波数ｆ１に対応する波長の１／４の長さに設定されている。
【００１５】
無給電素子６２は、一端が接地端子５に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなり、上記モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置に配置される。この無給電素子６２の素子長は、上記第１の共振周波数ｆ１より高周波数に設定された第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４の長さに設定されている。
【００１６】
折り返しモノポール素子６３は、全体を二分する位置でヘアピン状に折曲形成された形状を有し、その一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が上記接地端子５に接続された導電パターンからなる。この折り返しモノポール素子６３の形成位置は、上記モノポール素子６１の形成位置と接地パターン１ｂとの間になるように設定されている。また、折り返しモノポール素子６３の素子長は、上記給電端子４から折り返し位置を経て接地端子５に至る電気長が、上記第１及び第２の共振周波数ｆ１，ｆ２より高周波数に設定された第３の共振周波数ｆ３に対応する波長の１／２に設定されている。
すなわち、第１の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ａは、第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係が、ｆ３＞ｆ２＞ｆ１となるように構成されている。
【００１７】
このような構成であるから、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３が折り返しモノポール素子６３により生成される。そして、この折り返しモノポール素子６３により生成される第３の共振周波数と、モノポール素子６１により生成される最も低い第１の共振周波数ｆ１との間に生じる並列共振の影響が、無給電素子６２の作用により抑圧され、これにより第１の共振周波数ｆ１から第３の共振周波数ｆ３にかけて共振周波数の範囲を広帯域化することが可能となる。
【００１８】
例えば、いまモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図２に示すように設定し、この状態で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）周波数特性を測定すると、図３の黒四角でプロットした特性が得られた。なお、同図においてダイヤ印でプロットした特性は、モノポール素子のみにより生成される共振周波数を表すＶＳＷＲ周波数特性を示す。このＶＳＷＲ周波数特性から明らかなように、第１の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ａによれば３．３GHz 〜７．２GHzという広帯域に渡って連続的に良好なＶＳＷＲ周波数特性が得られる。この結果、例えばWiMAX（登録商標）が使用する代表的な帯域を１個のアンテナ装置６Ａでカバーすることが可能となる。
【００１９】
上記モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘには、適正範囲がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図４に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｘを７mm、１０mm、１２mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図５に示すようになる。
【００２０】
この測定結果から明らかなように、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘを小さくするに従いアンテナインピーダンスは低くなる。そして、間隔Ｘ＝１０mm以下であれば無給電素子６２による並列共振の抑圧効果が期待できる。換言すれば、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／６以下になるように設定するとよい。
【００２１】
また、上記無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙにも、適正範囲がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図６に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｙを１２mm、１５mm、１８mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図７に示すようになる。
【００２２】
この測定結果から明らかなように、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙを小さくするに従いアンテナインピーダンスは低くなる。そして、間隔Ｙ＝１８mm以下であれば無給電素子６２による並列共振の抑圧効果が期待できる。換言すれば、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４以下になるように設定するとよい。
【００２３】
以上詳述したように第１の実施形態では、モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置（Ｘ≦λ／６及びＹ≦λ／４）に無給電素子６２を配置すると共に、上記モノポール素子６１と接地パターン１ｂとの間に折り返しモノポール素子６３を配置し、かつこれらのモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３がそれぞれ生成する第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係がｆ３＞ｆ２＞ｆ１となるように、上記各素子６１、６２、６３の素子長を設定するようにしている。
【００２４】
したがって、第１の共振周波数ｆ１から第３の共振周波数ｆ３に渡り共振周波数の範囲を広帯域化することが可能となる。また、折り返しモノポール素子６３により最も高い共振周波数ｆ３を生成するようにしており、かついずれの素子６１、６２、６３も同一方向に折曲形成されている。このため、全体としてアンテナ装置の設置面積を小型化することができる。
【００２５】
［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る多共振アンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。なお、同図において前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第２の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ｂも、第１の実施形態と同様に第１のアンテナ素子としてのモノポール素子６１と、第２のアンテナ素子として無給電素子６２と、第３のアンテナ素子としての折り返しモノポール素子６３とを備えている。
【００２６】
モノポール素子６１は、一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなる。無給電素子６２は、一端が接地端子５に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなり、上記モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置に配置される。折り返しモノポール素子６３は、全体を二分する位置でヘアピン状に折曲形成された形状をなす。そして、その一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が上記接地端子５に接続された導電パターンからなり、上記モノポール素子６１の形成位置と接地パターン１ｂとの間に形成される。
【００２７】
ところで、折り返しモノポール素子６３の素子長は、上記給電端子４から折り返し位置を経て接地端子５に至る電気長が、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３に対応する波長の１／２に設定されている。モノポール素子６１の素子長は、上記第３の共振周波数ｆ３より低い第１の共振周波数ｆ１に対応する波長の１／４の長さに設定されている。無給電素子６２の素子長は、上記第３及び第１の各共振周波数ｆ３，ｆ１より低い第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４の長さに設定されている。
すなわち、第２の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ｂは、第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係が、ｆ３＞ｆ１＞ｆ２となるように構成されている。
【００２８】
このような構成であるから、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３が折り返しモノポール素子６３により生成され、さらにモノポール素子６１により生成される第１の共振周波数ｆ１より低い帯域に、無給電素子６２により第２の共振周波数ｆ２が生成される。
【００２９】
例えば、いまモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図９に示すように設定し、この状態で放射効率の周波数特性とＶＳＷＲ周波数特性を測定すると、それぞれ図１０（ａ），（ｂ）に示すような特性が得られた。これらの特性から明らかなように、モノポール素子６１及び折り返しモノポール素子６３によりそれぞれ５．７GHz及び７．４GHzにおいて共振周波数が生成され、かつ無給電素子６２により上記モノポール素子６１により生成される共振周波数ｆ１より低い４．５GHzにおいて共振周波数が生成される。しかも、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の相対的な位置関係により、第２の共振周波数ｆ２から第１の共振周波数ｆ１にかけて連続的な共振帯域を生成することができる。
【００３０】
上記無給電素子６２に効果的に共振周波数を生成させるには、上記モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘを適切な範囲に設定する必要がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図１１に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｘを１３mm、１９mm、２５mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図１２に示すようになる。
【００３１】
この測定結果から明らかなように、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘを小さくするに従いアンテナインピーダンスは低くなる。そして、間隔Ｘ＝１９mm以下であれば無給電素子６２により共振周波数ｆ２が生成される。換言すれば、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４以下になるように設定するとよい。
【００３２】
また、上記無給電素子６２に効果的に第２の共振周波数ｆ２を生成させるには、上記無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙについても、適正な範囲に設定する必要がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図１３に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｙを１５mm、１８mm、２５mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図１４に示すようになる。
【００３３】
この測定結果から明らかなように、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔がＹ＝１５mmまでならば、無給電素子６２による効果が期待できる。換言すれば、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４以下になるように設定するとよい。
【００３４】
以上詳述したように第２の実施形態では、モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置（Ｘ≦λ／４及びＹ≦λ／４）に無給電素子６２を配置すると共に、上記モノポール素子６１と接地パターン１ｂとの間に折り返しモノポール素子６３を配置し、かつこれらのモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３がそれぞれ生成する第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係がｆ３＞ｆ１＞ｆ２となるように、上記各素子６１、６２、６３の素子長を設定するようにしている。
【００３５】
したがって、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３が折り返しモノポール素子６３により生成される。さらに、モノポール素子６１により生成される第１の共振周波数ｆ１より低い帯域に無給電素子６２により第２の共振周波数ｆ２が生成され、この第２の共振周波数ｆ２から第１の共振周波数ｆ１までの帯域を連続的な共振帯域にすることが可能となる。また、折り返しモノポール素子６３により最も高い共振周波数ｆ３を生成するようにしており、かついずれの素子６１、６２、６３も同一方向に折曲形成されている。このため、全体としてアンテナ装置の設置面積を小型化することができる。
【００３６】
［第３の実施形態］
図１５は、第３の実施形態に係る多共振アンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。なお、同図において前記図１及び図８と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第３の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ｃは、第１のアンテナ素子としてのモノポール素子６１と、第２のアンテナ素子として無給電素子６２と、第３のアンテナ素子としての折り返しモノポール素子６３に加え、スタブ６４を備えている。このスタブ６４は、折り返しモノポール素子６３の折り返し位置から接地端子５に至る復路の任意の位置と、接地端子５との間に接続される。
【００３７】
なお、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３が生成する第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係がｆ３＞ｆ１＞ｆ２となるように、各素子６１、６２、６３の素子長が設定されている点は前記第２の実施形態と同じである。
【００３８】
このような構成であるから、折り返しモノポール素子６３においては、給電端子４から折り返し位置を経て接地端子５に至る経路と、給電端子４から折り返し位置及びスタブ６４を経て接地端子５に至る経路にそれぞれ電流が流れ、これらの経路によりそれぞれ共振周波数が生成される。
【００３９】
例えば、いまモノポール素子６１、無給電素子６２、折り返しモノポール素子６３及びスタブ６４の素子長と配置間隔を図１６に示すように設定し、この状態で放射効率の周波数特性とＶＳＷＲ周波数特性を測定すると、それぞれ図１７（ａ），（ｂ）に示すような特性が得られた。また、同一の条件で、スタブ６４を設けたとき設けていないときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図１８に示すようになる。
【００４０】
これらの特性から明らかなように、モノポール素子６１及び折り返しモノポール素子６３によりそれぞれ４．５GHz及び６．５GHzにおいて共振周波数が生成される。また、無給電素子６２により上記モノポール素子６１により生成される共振周波数ｆ１より低い２．５GHzにおいて共振周波数が生成され、さらに上記スタブ６４により上記第３の共振周波数ｆ３より高い７．７GHzにおいて共振周波数が生成される。しかも、スタブ６４の設置位置を適切に設定することで、第３の共振周波数ｆ３である６．５GHzから上記７．７GHzにかけて連続的な共振帯域を生成することができる。
【００４１】
以上詳述したように第３の実施形態によれば、折り返しモノポール素子６３の折り返し位置から接地端子５に至る復路の任意の位置と接地端子５との間にスタブ６４を接続したことにより、共振周波数を増やして折り返しモノポール素子６３による第３の共振周波数帯域を広帯域化することが可能となる。
【００４２】
［その他の実施形態］
（実施例１）
他の実施形態の実施例１に係る多共振アンテナ装置は、図１９に示すようにモノポール素子６１ａの先端部をクランク状に折り曲げて設置したものである。このように構成すると、例えば印刷配線基板の空スペースの関係でモノポール素子を直線状に配置できない場合でも配置することが可能となる。
【００４３】
（実施例２）
他の実施形態の実施例２に係る多共振アンテナ装置は、図２０に示すようにモノポール素子６１ｂの先端部をＬ字型に折り曲げて設置したものである。このように構成することにより、アンテナ装置の設置スペースを縮小することができる。
【００４４】
（実施例３）
他の実施形態の実施例３に係る多共振アンテナ装置は、図２１に示すようにモノポール素子６１ｃの先端部をメアンダ形状に折り曲げて設置したものである。このように構成することにより、モノポール素子の素子長が長い場合でも、少ない実装面積にアンテナ装置を配置することが可能となる。
【００４５】
（実施例４）
他の実施形態の実施例４に係る多共振アンテナ装置は、図２２に示すように折り返しモノポール素子６３ａの先端部を開放（オープン）したものである。このようにすることで折り返しモノポール素子の設置スペースを縮小することが可能である。
【００４６】
（実施例５）
他の実施形態の実施例５に係る多共振アンテナ装置は、図２３に示すように折り返しモノポール素子６３ｂの先端部を折り曲げて設置したものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子の素子長が長い場合でも、少ない実装面積にアンテナ装置を配置することが可能となる。
【００４７】
（実施例６）
他の実施形態の実施例６に係る多共振アンテナ装置は、図２４に示すように折り返しモノポール素子６３の給電端子４から折り返し位置までの往路部と、折り返し位置から接地端子までの復路部との間にスタブ６５を設けたものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子６３の共振周波数の帯域を拡げることが可能となる。
【００４８】
（実施例７）
他の実施形態の実施例７に係る多共振アンテナ装置は、図２５に示すように無給電素子６２ａの先端部を折り曲げて設置したものである。このように構成することにより無給電素子の設置スペースを縮小することが可能となる。
【００４９】
（実施例８）
他の実施形態の実施例８に係る多共振アンテナ装置は、図２６に示すように無給電素子６２ｂの先端部をメアンダ形状に折り曲げて設置したものである。このように構成することにより無給電素子の素子長が長い場合でも、少ない実装面積にアンテナ装置を配置することが可能となる。
【００５０】
（実施例９）
他の実施形態の実施例９に係る多共振アンテナ装置は、図２７に示すようにモノポール素子６１ａの先端部をクランク状に折り曲げて設置すると共に、折り返しモノポール素子６３に線状パターンからなるスタブ６４を設けたものである。
【００５１】
（実施例１０）
他の実施形態の実施例１０に係る多共振アンテナ装置は、図２８に示すようにモノポール素子６１ａの先端部をクランク状に折り曲げて設置すると共に、折り返しモノポール素子６３に板状パターンからなるスタブ６４ａを設けたものである。
【００５２】
（実施例１１）
他の実施形態の実施例１１に係る多共振アンテナ装置は、図２９に示すように折り返しモノポール素子６３に複数のスタブ６４，６４ｃを設けたものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子６３の共振周波数の帯域をさらに拡げることが可能となる。
【００５３】
（実施例１２）
他の実施形態の実施例１２に係る多共振アンテナ装置は、図３０に示すように折り返しモノポール素子６３に所定の幅を有する板状のパターンからなるスタブ６４ａを設けたものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子６３の共振周波数をさらに拡げることが可能となる。
【００５４】
（実施例１３）
他の実施形態の実施例１３に係る多共振アンテナ装置は、図３１に示すように折り返しモノポール素子６３ｃを図中のＹ方向、例えば印刷配線基板１の表面側から裏面側へ折り返して設置したものである。このように構成すると、例えば印刷配線基板１の表面側に空きスペースがない場合でも、折り返しモノポール素子を設置することが可能となる。
【００５５】
（実施例１４）
他の実施形態の実施例１４に係る多共振アンテナ装置は、図３２（ａ），（ｂ）に示すようにモノポール素子６１及び無給電素子６２を図中のＸＹ面に折り曲げて設置すると共に、折り返しモノポール素子６３を図中Ｚ方向に折り返して設置したものである。このように構成することにより、例えばアンテナ装置の各素子６１，６２，６３を筐体の角面等に三次元的に設置することが可能となり、これにより筐体内のデットスペースを利用してアンテナ装置を設置することが可能となる。
【００５６】
（実施例１５）
他の実施形態の実施例１５に係る多共振アンテナ装置は、図３３（ａ），（ｂ）に示すようにモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３を図中のＸＹ面に折り曲げて設置したものである。このように構成することによっても、例えばアンテナ装置の各素子６１，６２，６３を三次元的に設置することが可能となり、これにより筐体内のデットスペースを利用してアンテナ装置を設置することが可能となる。特に、折り返しモノポール素子６３ｄをモノポール素子６１側に折り返すことにより、アンテナ装置のＹ方向の設置スペースをさらに縮小することができる。
【００５７】
（実施例１６）
図３４は、他の実施形態の実施例１６に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。このアンテナ装置は、印刷配線基板１の接地パターン１ｂの一部を延長し、この延長部位１ｃに無給電素子６２の基端部を接地端子５を介して設置するように構成したものである。このように構成すると、無給電素子６２の素子長が短い場合でも、モノポール素子６１の外側に配置することが可能となる。
【００５８】
（実施例１７）
図３５は、他の実施形態の実施例１７に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。このアンテナ装置は、図３４に示したアンテナ装置をさらに改良したもので、折り返しモノポール素子６３ｅの給電端子４から折り返し位置までの往路部分をクランク状に折曲形成したものである。このように構成すると、折り返しモノポール素子６３ｅにより生成される共振周波数を図３４に示した場合に比べ低くすることが可能となる。
【００５９】
（実施例１８）
また、前記第１の実施形態では無給電素子６２をモノポール素子６１と同一の方向に折り曲げて設置したが、モノポール素子６１の折り曲げ方向とは反対の方向に折り曲げて設置するように構成してもよい。このようにすると、アンテナ装置の幅方向の設置スペースは増えるが、アンテナ装置の高さ方向のスペースを減らす（低背化）ことが可能となる。
その他、モノポール素子、無給電素子及び折り返しモノポール素子の形状や設置位置、サイズ、電子機器の種類や構成等についても、種々変形して実施可能である。
【００６０】
以上、いくつかの実施形態、実施例及び変形例を説明したが、これらの実施形態、実施例及び変形例はいずれも例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態、実施例及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態、実施例及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１…印刷配線基板、１ａ…誘電体部、１ｂ…接地パターン部、１ｃ…接地パターン突出部、２…無線ユニット、３…給電パターン、４…給電端子、５…接地端子、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ…アンテナ装置、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…モノポール素子、６２，６２ａ，６２ｂ…無給電素子、６３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅ…折り返しモノポール素子、６４，６４ａ，６４ｂ…スタブ。
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、多共振型のアンテナ装置とこのアンテナ装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やスマートホン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）に代表される携帯端末機器では、小型軽量化の観点から筐体のさらなる軽薄短小化が求められており、それに伴いアンテナ装置についても小型化が望まれている。また、最近では１台の携帯端末機器で異なる周波数帯を使用する複数の無線システムと通信できるようにすることが要求されている。
【０００３】
そこで従来では、例えば特許文献１に示すように給電点側を板状に形成したモノポール素子と無給電素子とを組み合わせることで多共振化を図ったアンテナ装置や、特許文献２に示すようにモノポール素子と折り返しモノポール素子とを組み合わせ、さらにこれらのモノポール素子に対し反対向きに無給電素子を設けた多共振アンテナ装置が提案されている。また、特許文献３に例示するように給電点に対し逆台形状をなすアンテナ板を設け、このアンテナ板の短辺及び側辺を放射素子として複数の共振周波数を生成するアンテナ装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８２６０８号公報
【特許文献２】特許第３７７５７９５号公報
【特許文献３】特開２００６−３３０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来提案されているアンテナ装置には以下のような課題があった。
すなわち、特許文献１に記載されたアンテナ装置は、低背化しようとするとモノポール素子と接地パターンとの間の距離が近づくため給電点におけるアンテナインピーダンスが低下してしまう。また、無給電素子の共振周波数によっては、モノポール素子によって生成される２つの共振周波数間に並列共振が起こり、放射効率の劣化を生じる。
【０００６】
特許文献２に記載されたアンテナ装置は、折り返しモノポール素子により最も低い共振周波数を生成させるように構成されている。このため、折り返しモノポール素子の素子長が長くなり、結果としてアンテナ装置が大型化する。また、モノポール素子及び折り返しモノポール素子に対する無給電素子の影響が小さく、連続的な広帯域化を実現することが困難である。
【０００７】
特許文献３に記載されたアンテナ装置は、逆台形状をなすアンテナ素子板を設置するために大きな面積が必要となる。このため、アンテナ装置の小型化が困難である。また、アンテナ素子を独立して設ける一般的な多共振アンテナと比較すると共振周波数における放射効率が低い。
【０００８】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、小型化と広帯域化の両立を可能とし、さらに並列共振の影響を低減して放射効率を高めることが可能な多共振アンテナ装置とこのアンテナ装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の多共振アンテナ装置は、モノポール素子により構成される第１のアンテナ素子と、この第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなる第２のアンテナ素子と、折り返しモノポール素子により構成される第３のアンテナ素子とを備える。そして、第１のアンテナ素子は、素子長が第１の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定される。第２のアンテナ素子は、素子長が第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定される。第３のアンテナ素子は、給電部から折り返し部の他端を経て接地部に至る電気長が上記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定される。また、上記第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、かつ当該第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とが相互に近接配置され、さらに上記第１のアンテナ素子の先端部は上記第２のアンテナ素子の先端部及び上記第３のアンテナ素子の折り返し部よりも突出するように設定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図。
【図２】図１に示したアンテナ装置の具体的構成を示す図。
【図３】図２に示したアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性をモノポールアンテナの場合と対比して示す図。
【図４】図２に示したアンテナ装置においてモノポール素子と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図５】図４に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図６】図２に示したアンテナ装置において給電点と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図７】図６に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図８】第２の実施形態に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図。
【図９】図８に示したアンテナ装置の具体的構成を示す図。
【図１０】図９に示したアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性をモノポールアンテナの場合と対比して示す図。
【図１１】図８に示したアンテナ装置においてモノポール素子と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図１２】図１１に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図１３】図８に示したアンテナ装置において給電点と無給電素子との間の最適間隔を求める際に使用する図。
【図１４】図１３に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を示す図。
【図１５】第３の実施形態に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図。
【図１６】図１５に示したアンテナ装置の具体的構成を示す図。
【図１７】図１６に示したアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性をモノポールアンテナのＶＳＷＲ周波数特性と対比して示す図。
【図１８】図１６に示したアンテナ装置の給電点におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を、スタブがない場合と対比して示す図。
【図１９】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１を示す図。
【図２０】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例２を示す図。
【図２１】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例３を示す図。
【図２２】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例４を示す図。
【図２３】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例５を示す図。
【図２４】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例６を示す図。
【図２５】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例７を示す図。
【図２６】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例８を示す図。
【図２７】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例９を示す図。
【図２８】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１０を示す図。
【図２９】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１１を示す図。
【図３０】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１２を示す図。
【図３１】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１３を示す図。
【図３２】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１４を示す図。
【図３３】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１５を示す図。
【図３４】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１６を示す図。
【図３５】他の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１７を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る多共振アンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。この電子機器は、無線インタフェースを備えたノート型のパーソナル・コンピュータやテレビジョン受信機からなり、図示しない筐体内には印刷配線基板１が収容される。なお、電子機器は、ノート型のパーソナル・コンピュータやテレビジョン受信機以外に、携帯電話機やスマートホン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子書籍端末等の携帯端末であってもよい。
【００１２】
上記印刷配線基板１は、接地パターン部１ｂと、接地パターンが形成されていない誘電体部１ａとを有し、この誘電体部１ａには多共振アンテナ装置６Ａが設けられる。なお、印刷配線基板１の裏面側には、携帯端末を構成するために必要な複数の回路モジュールが実装される。回路モジュールの中には無線ユニット２が含まれる。無線ユニット２は、通信対象となる無線システムに割り当てられたチャネル周波数を用いて無線信号を送受信する機能を有する。また、上記誘電体部１ａには給電端子４及び接地端子５が設けられ、給電端子４には給電パターン２ａを介して上記無線ユニット２が接続される。
【００１３】
ところで、上記多共振アンテナ装置６Ａは次のように構成される。
すなわち、この多共振アンテナ装置６Ａは、第１のアンテナ素子としてのモノポール素子６１と、第２のアンテナ素子として無給電素子６２と、第３のアンテナ素子としての折り返しモノポール素子６３とを備えている。
【００１４】
モノポール素子６１は、一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなる。このモノポール素子６１の素子長は、第１の共振周波数ｆ１に対応する波長の１／４の長さに設定されている。
【００１５】
無給電素子６２は、一端が接地端子５に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなり、上記モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置に配置される。この無給電素子６２の素子長は、上記第１の共振周波数ｆ１より高周波数に設定された第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４の長さに設定されている。
【００１６】
折り返しモノポール素子６３は、全体を二分する位置でヘアピン状に折曲形成された形状を有し、その一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が上記接地端子５に接続された導電パターンからなる。この折り返しモノポール素子６３の形成位置は、上記モノポール素子６１の形成位置と接地パターン１ｂとの間になるように設定されている。また、折り返しモノポール素子６３の素子長は、上記給電端子４から折り返し位置を経て接地端子５に至る電気長が、上記第１及び第２の共振周波数ｆ１，ｆ２より高周波数に設定された第３の共振周波数ｆ３に対応する波長の１／２に設定されている。
すなわち、第１の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ａは、第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係が、ｆ３＞ｆ２＞ｆ１となるように構成されている。
【００１７】
このような構成であるから、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３が折り返しモノポール素子６３により生成される。そして、この折り返しモノポール素子６３により生成される第３の共振周波数と、モノポール素子６１により生成される最も低い第１の共振周波数ｆ１との間に生じる並列共振の影響が、無給電素子６２の作用により抑圧され、これにより第１の共振周波数ｆ１から第３の共振周波数ｆ３にかけて共振周波数の範囲を広帯域化することが可能となる。
【００１８】
例えば、いまモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図２に示すように設定し、この状態で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）周波数特性を測定すると、図３の黒四角でプロットした特性が得られた。なお、同図においてダイヤ印でプロットした特性は、モノポール素子のみにより生成される共振周波数を表すＶＳＷＲ周波数特性を示す。このＶＳＷＲ周波数特性から明らかなように、第１の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ａによれば３．３GHz 〜７．２GHzという広帯域に渡って連続的に良好なＶＳＷＲ周波数特性が得られる。この結果、例えばWiMAX（登録商標）が使用する代表的な帯域を１個のアンテナ装置６Ａでカバーすることが可能となる。
【００１９】
上記モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘには、適正範囲がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図４に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｘを７mm、１０mm、１２mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図５に示すようになる。
【００２０】
この測定結果から明らかなように、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘを小さくするに従いアンテナインピーダンスは低くなる。そして、間隔Ｘ＝１０mm以下であれば無給電素子６２による並列共振の抑圧効果が期待できる。換言すれば、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／６以下になるように設定するとよい。
【００２１】
また、上記無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙにも、適正範囲がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図６に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｙを１２mm、１５mm、１８mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図７に示すようになる。
【００２２】
この測定結果から明らかなように、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙを小さくするに従いアンテナインピーダンスは低くなる。そして、間隔Ｙ＝１８mm以下であれば無給電素子６２による並列共振の抑圧効果が期待できる。換言すれば、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４以下になるように設定するとよい。
【００２３】
以上詳述したように第１の実施形態では、モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置（Ｘ≦λ／６及びＹ≦λ／４）に無給電素子６２を配置すると共に、上記モノポール素子６１と接地パターン１ｂとの間に折り返しモノポール素子６３を配置し、かつこれらのモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３がそれぞれ生成する第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係がｆ３＞ｆ２＞ｆ１となるように、上記各素子６１、６２、６３の素子長を設定するようにしている。
【００２４】
したがって、第１の共振周波数ｆ１から第３の共振周波数ｆ３に渡り共振周波数の範囲を広帯域化することが可能となる。また、折り返しモノポール素子６３により最も高い共振周波数ｆ３を生成するようにしており、かついずれの素子６１、６２、６３も同一方向に折曲形成されている。このため、全体としてアンテナ装置の設置面積を小型化することができる。
【００２５】
［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る多共振アンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。なお、同図において前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第２の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ｂも、第１の実施形態と同様に第１のアンテナ素子としてのモノポール素子６１と、第２のアンテナ素子として無給電素子６２と、第３のアンテナ素子としての折り返しモノポール素子６３とを備えている。
【００２６】
モノポール素子６１は、一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなる。無給電素子６２は、一端が接地端子５に接続されると共に他端が開放されたＬ字型をなす導電パターンからなり、上記モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置に配置される。折り返しモノポール素子６３は、全体を二分する位置でヘアピン状に折曲形成された形状をなす。そして、その一端が上記給電端子４に接続されると共に他端が上記接地端子５に接続された導電パターンからなり、上記モノポール素子６１の形成位置と接地パターン１ｂとの間に形成される。
【００２７】
ところで、折り返しモノポール素子６３の素子長は、上記給電端子４から折り返し位置を経て接地端子５に至る電気長が、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３に対応する波長の１／２に設定されている。モノポール素子６１の素子長は、上記第３の共振周波数ｆ３より低い第１の共振周波数ｆ１に対応する波長の１／４の長さに設定されている。無給電素子６２の素子長は、上記第３及び第１の各共振周波数ｆ３，ｆ１より低い第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４の長さに設定されている。
すなわち、第２の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ｂは、第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係が、ｆ３＞ｆ１＞ｆ２となるように構成されている。
【００２８】
このような構成であるから、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３が折り返しモノポール素子６３により生成され、さらにモノポール素子６１により生成される第１の共振周波数ｆ１より低い帯域に、無給電素子６２により第２の共振周波数ｆ２が生成される。
【００２９】
例えば、いまモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図９に示すように設定し、この状態で放射効率の周波数特性とＶＳＷＲ周波数特性を測定すると、それぞれ図１０（ａ），（ｂ）に示すような特性が得られた。これらの特性から明らかなように、モノポール素子６１及び折り返しモノポール素子６３によりそれぞれ５．７GHz及び７．４GHzにおいて共振周波数が生成され、かつ無給電素子６２により上記モノポール素子６１により生成される共振周波数ｆ１より低い４．５GHzにおいて共振周波数が生成される。しかも、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の相対的な位置関係により、第２の共振周波数ｆ２から第１の共振周波数ｆ１にかけて連続的な共振帯域を生成することができる。
【００３０】
上記無給電素子６２に効果的に共振周波数を生成させるには、上記モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘを適切な範囲に設定する必要がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図１１に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｘを１３mm、１９mm、２５mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図１２に示すようになる。
【００３１】
この測定結果から明らかなように、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘを小さくするに従いアンテナインピーダンスは低くなる。そして、間隔Ｘ＝１９mm以下であれば無給電素子６２により共振周波数ｆ２が生成される。換言すれば、モノポール素子６１と無給電素子６２との間の素子の間隔Ｘは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４以下になるように設定するとよい。
【００３２】
また、上記無給電素子６２に効果的に第２の共振周波数ｆ２を生成させるには、上記無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙについても、適正な範囲に設定する必要がある。例えば、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３の素子長と配置間隔を図１３に示すように設定し、この状態で上記間隔Ｙを１５mm、１８mm、２５mmに変化させたときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図１４に示すようになる。
【００３３】
この測定結果から明らかなように、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔がＹ＝１５mmまでならば、無給電素子６２による効果が期待できる。換言すれば、無給電素子６２の接地点とモノポール素子６１の給電点との間の間隔Ｙは、第２の共振周波数ｆ２に対応する波長の１／４以下になるように設定するとよい。
【００３４】
以上詳述したように第２の実施形態では、モノポール素子６１の外側でかつ当該モノポール素子６１に対し電流結合が可能な位置（Ｘ≦λ／４及びＹ≦λ／４）に無給電素子６２を配置すると共に、上記モノポール素子６１と接地パターン１ｂとの間に折り返しモノポール素子６３を配置し、かつこれらのモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３がそれぞれ生成する第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係がｆ３＞ｆ１＞ｆ２となるように、上記各素子６１、６２、６３の素子長を設定するようにしている。
【００３５】
したがって、ターゲットとする３つの共振周波数のうち最も高い第３の共振周波数ｆ３が折り返しモノポール素子６３により生成される。さらに、モノポール素子６１により生成される第１の共振周波数ｆ１より低い帯域に無給電素子６２により第２の共振周波数ｆ２が生成され、この第２の共振周波数ｆ２から第１の共振周波数ｆ１までの帯域を連続的な共振帯域にすることが可能となる。また、折り返しモノポール素子６３により最も高い共振周波数ｆ３を生成するようにしており、かついずれの素子６１、６２、６３も同一方向に折曲形成されている。このため、全体としてアンテナ装置の設置面積を小型化することができる。
【００３６】
［第３の実施形態］
図１５は、第３の実施形態に係る多共振アンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。なお、同図において前記図１及び図８と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第３の実施形態に係る多共振アンテナ装置６Ｃは、第１のアンテナ素子としてのモノポール素子６１と、第２のアンテナ素子として無給電素子６２と、第３のアンテナ素子としての折り返しモノポール素子６３に加え、スタブ６４を備えている。このスタブ６４は、折り返しモノポール素子６３の折り返し位置から接地端子５に至る復路の任意の位置と、接地端子５との間に接続される。
【００３７】
なお、モノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３が生成する第１、第２及び第３の共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の関係がｆ３＞ｆ１＞ｆ２となるように、各素子６１、６２、６３の素子長が設定されている点は前記第２の実施形態と同じである。
【００３８】
このような構成であるから、折り返しモノポール素子６３においては、給電端子４から折り返し位置を経て接地端子５に至る経路と、給電端子４から折り返し位置及びスタブ６４を経て接地端子５に至る経路にそれぞれ電流が流れ、これらの経路によりそれぞれ共振周波数が生成される。
【００３９】
例えば、いまモノポール素子６１、無給電素子６２、折り返しモノポール素子６３及びスタブ６４の素子長と配置間隔を図１６に示すように設定し、この状態で放射効率の周波数特性とＶＳＷＲ周波数特性を測定すると、それぞれ図１７（ａ），（ｂ）に示すような特性が得られた。また、同一の条件で、スタブ６４を設けたとき設けていないときの給電端子４におけるアンテナインピーダンスの周波数特性を測定すると、図１８に示すようになる。
【００４０】
これらの特性から明らかなように、モノポール素子６１及び折り返しモノポール素子６３によりそれぞれ４．５GHz及び６．５GHzにおいて共振周波数が生成される。また、無給電素子６２により上記モノポール素子６１により生成される共振周波数ｆ１より低い２．５GHzにおいて共振周波数が生成され、さらに上記スタブ６４により上記第３の共振周波数ｆ３より高い７．７GHzにおいて共振周波数が生成される。しかも、スタブ６４の設置位置を適切に設定することで、第３の共振周波数ｆ３である６．５GHzから上記７．７GHzにかけて連続的な共振帯域を生成することができる。
【００４１】
以上詳述したように第３の実施形態によれば、折り返しモノポール素子６３の折り返し位置から接地端子５に至る復路の任意の位置と接地端子５との間にスタブ６４を接続したことにより、共振周波数を増やして折り返しモノポール素子６３による第３の共振周波数帯域を広帯域化することが可能となる。
【００４２】
［その他の実施形態］
（実施例１）
他の実施形態の実施例１に係る多共振アンテナ装置は、図１９に示すようにモノポール素子６１ａの先端部をクランク状に折り曲げて設置したものである。このように構成すると、例えば印刷配線基板の空スペースの関係でモノポール素子を直線状に配置できない場合でも配置することが可能となる。
【００４３】
（実施例２）
他の実施形態の実施例２に係る多共振アンテナ装置は、図２０に示すようにモノポール素子６１ｂの先端部をＬ字型に折り曲げて設置したものである。このように構成することにより、アンテナ装置の設置スペースを縮小することができる。
【００４４】
（実施例３）
他の実施形態の実施例３に係る多共振アンテナ装置は、図２１に示すようにモノポール素子６１ｃの先端部をメアンダ形状に折り曲げて設置したものである。このように構成することにより、モノポール素子の素子長が長い場合でも、少ない実装面積にアンテナ装置を配置することが可能となる。
【００４５】
（実施例４）
他の実施形態の実施例４に係る多共振アンテナ装置は、図２２に示すように折り返しモノポール素子６３ａの先端部を開放（オープン）したものである。このようにすることで折り返しモノポール素子の設置スペースを縮小することが可能である。
【００４６】
（実施例５）
他の実施形態の実施例５に係る多共振アンテナ装置は、図２３に示すように折り返しモノポール素子６３ｂの先端部を折り曲げて設置したものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子の素子長が長い場合でも、少ない実装面積にアンテナ装置を配置することが可能となる。
【００４７】
（実施例６）
他の実施形態の実施例６に係る多共振アンテナ装置は、図２４に示すように折り返しモノポール素子６３の給電端子４から折り返し位置までの往路部と、折り返し位置から接地端子までの復路部との間にスタブ６５を設けたものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子６３の共振周波数の帯域を拡げることが可能となる。
【００４８】
（実施例７）
他の実施形態の実施例７に係る多共振アンテナ装置は、図２５に示すように無給電素子６２ａの先端部を折り曲げて設置したものである。このように構成することにより無給電素子の設置スペースを縮小することが可能となる。
【００４９】
（実施例８）
他の実施形態の実施例８に係る多共振アンテナ装置は、図２６に示すように無給電素子６２ｂの先端部をメアンダ形状に折り曲げて設置したものである。このように構成することにより無給電素子の素子長が長い場合でも、少ない実装面積にアンテナ装置を配置することが可能となる。
【００５０】
（実施例９）
他の実施形態の実施例９に係る多共振アンテナ装置は、図２７に示すようにモノポール素子６１ａの先端部をクランク状に折り曲げて設置すると共に、折り返しモノポール素子６３に線状パターンからなるスタブ６４を設けたものである。
【００５１】
（実施例１０）
他の実施形態の実施例１０に係る多共振アンテナ装置は、図２８に示すようにモノポール素子６１ａの先端部をクランク状に折り曲げて設置すると共に、折り返しモノポール素子６３に板状パターンからなるスタブ６４ａを設けたものである。
【００５２】
（実施例１１）
他の実施形態の実施例１１に係る多共振アンテナ装置は、図２９に示すように折り返しモノポール素子６３に複数のスタブ６４，６４ｃを設けたものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子６３の共振周波数の帯域をさらに拡げることが可能となる。
【００５３】
（実施例１２）
他の実施形態の実施例１２に係る多共振アンテナ装置は、図３０に示すように折り返しモノポール素子６３に所定の幅を有する板状のパターンからなるスタブ６４ａを設けたものである。このように構成することにより、折り返しモノポール素子６３の共振周波数をさらに拡げることが可能となる。
【００５４】
（実施例１３）
他の実施形態の実施例１３に係る多共振アンテナ装置は、図３１に示すように折り返しモノポール素子６３ｃを図中のＹ方向、例えば印刷配線基板１の表面側から裏面側へ折り返して設置したものである。このように構成すると、例えば印刷配線基板１の表面側に空きスペースがない場合でも、折り返しモノポール素子を設置することが可能となる。
【００５５】
（実施例１４）
他の実施形態の実施例１４に係る多共振アンテナ装置は、図３２（ａ），（ｂ）に示すようにモノポール素子６１及び無給電素子６２を図中のＸＹ面に折り曲げて設置すると共に、折り返しモノポール素子６３を図中Ｚ方向に折り返して設置したものである。このように構成することにより、例えばアンテナ装置の各素子６１，６２，６３を筐体の角面等に三次元的に設置することが可能となり、これにより筐体内のデットスペースを利用してアンテナ装置を設置することが可能となる。
【００５６】
（実施例１５）
他の実施形態の実施例１５に係る多共振アンテナ装置は、図３３（ａ），（ｂ）に示すようにモノポール素子６１、無給電素子６２及び折り返しモノポール素子６３を図中のＸＹ面に折り曲げて設置したものである。このように構成することによっても、例えばアンテナ装置の各素子６１，６２，６３を三次元的に設置することが可能となり、これにより筐体内のデットスペースを利用してアンテナ装置を設置することが可能となる。特に、折り返しモノポール素子６３ｄをモノポール素子６１側に折り返すことにより、アンテナ装置のＹ方向の設置スペースをさらに縮小することができる。
【００５７】
（実施例１６）
図３４は、他の実施形態の実施例１６に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。このアンテナ装置は、印刷配線基板１の接地パターン１ｂの一部を延長し、この延長部位１ｃに無給電素子６２の基端部を接地端子５を介して設置するように構成したものである。このように構成すると、無給電素子６２の素子長が短い場合でも、モノポール素子６１の外側に配置することが可能となる。
【００５８】
（実施例１７）
図３５は、他の実施形態の実施例１７に係るアンテナ装置を備えた電子機器の要部構成を示す図である。このアンテナ装置は、図３４に示したアンテナ装置をさらに改良したもので、折り返しモノポール素子６３ｅの給電端子４から折り返し位置までの往路部分をクランク状に折曲形成したものである。このように構成すると、折り返しモノポール素子６３ｅにより生成される共振周波数を図３４に示した場合に比べ低くすることが可能となる。
【００５９】
（実施例１８）
また、前記第１の実施形態では無給電素子６２をモノポール素子６１と同一の方向に折り曲げて設置したが、モノポール素子６１の折り曲げ方向とは反対の方向に折り曲げて設置するように構成してもよい。このようにすると、アンテナ装置の幅方向の設置スペースは増えるが、アンテナ装置の高さ方向のスペースを減らす（低背化）ことが可能となる。
その他、モノポール素子、無給電素子及び折り返しモノポール素子の形状や設置位置、サイズ、電子機器の種類や構成等についても、種々変形して実施可能である。
【００６０】
以上、いくつかの実施形態、実施例及び変形例を説明したが、これらの実施形態、実施例及び変形例はいずれも例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態、実施例及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態、実施例及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１…印刷配線基板、１ａ…誘電体部、１ｂ…接地パターン部、１ｃ…接地パターン突出部、２…無線ユニット、３…給電パターン、４…給電端子、５…接地端子、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ…アンテナ装置、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…モノポール素子、６２，６２ａ，６２ｂ…無給電素子、６３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅ…折り返しモノポール素子、６４，６４ａ，６４ｂ…スタブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が給電部に接続されると共に他端が開放されたモノポール素子により構成され、素子長が第１の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第１のアンテナ素子と、
一端が接地部に接続されると共に他端が開放されかつ前記第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなり、素子長が第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第２のアンテナ素子と、
一端が前記給電部に接続されると共に他端が前記接地部に接続された折り返しモノポール素子により構成され、前記給電部から折り返し部の他端を経て接地部に至る電気長が前記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定された第３のアンテナ素子と
を具備し、
前記第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、かつ当該第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とが相互に近接配置され、さらに前記第１のアンテナ素子の先端部は前記第２のアンテナ素子の先端部及び前記第３のアンテナ素子の折り返し部よりも突出するように設定された多共振アンテナ装置。
【請求項２】
前記第２のアンテナ素子は、その素子長が前記第３の共振周波数より低周波数でかつ前記第１の共振周波数より高周波数に設定された第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定されてなる請求項１記載の多共振アンテナ装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、それぞれの素子間の配置間隔が前記第２の共振周波数に対応する波長の１／６以下になるように配置されてなる請求項２記載の多共振アンテナ装置。
【請求項４】
前記第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の給電部から第２のアンテナ素子の接地部までの距離が前記第２の共振周波数に対応する波長の１／４以下になるように配置されてなる請求項２記載の多共振アンテナ装置。
【請求項５】
前記第３のアンテナ素子の折り返し他端から当該第３のアンテナ素子の接地部に至る復路部と接地部との間にスタブを設けてなる請求項１記載の多共振アンテナ装置。
【請求項６】
無線信号を送受信する無線回路と、
前記無線回路に対し給電部及び接地部を介して接続される多共振アンテナ装置と
を具備し、
前記多共振アンテナ装置は、
一端が前記給電部に接続されると共に他端が開放されたモノポール素子により構成され、素子長が第１の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第１のアンテナ素子と、
一端が前記接地部に接続されると共に他端が開放端されかつ前記第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなり、素子長が第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第２のアンテナ素子と、
一端が前記給電部に接続されると共に他端が前記接地部に接続された折り返しモノポール素子により構成され、前記給電部から折り返し部の他端を経て接地部に至る電気長が前記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定された第３のアンテナ素子と
を備え、
前記第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、かつ当該第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とが相互に近接配置され、さらに前記第１のアンテナ素子の先端部は前記第２のアンテナ素子の先端部及び前記第３のアンテナ素子の折り返し部よりも突出するように設定された電子機器。
【請求項１】
一端が給電部に接続されると共に他端が開放されたモノポール素子により構成され、素子長が第１の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第１のアンテナ素子と、
一端が接地部に接続されると共に他端が開放されかつ前記第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなり、素子長が第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第２のアンテナ素子と、
一端が前記給電部に接続されると共に他端が前記接地部に接続された折り返しモノポール素子により構成され、前記給電部から折り返し部の他端を経て接地部に至る電気長が前記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定された第３のアンテナ素子と
を具備し、
前記第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、かつ当該第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とが相互に近接配置され、さらに前記第１のアンテナ素子の先端部は前記第２のアンテナ素子の先端部及び前記第３のアンテナ素子の折り返し部よりも突出するように設定された多共振アンテナ装置。
【請求項２】
前記第２のアンテナ素子は、その素子長が前記第３の共振周波数より低周波数でかつ前記第１の共振周波数より高周波数に設定された第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定されてなる請求項１記載の多共振アンテナ装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のアンテナ素子は、それぞれの素子間の配置間隔が前記第２の共振周波数に対応する波長の１／６以下になるように配置されてなる請求項２記載の多共振アンテナ装置。
【請求項４】
前記第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の給電部から第２のアンテナ素子の接地部までの距離が前記第２の共振周波数に対応する波長の１／４以下になるように配置されてなる請求項２記載の多共振アンテナ装置。
【請求項５】
前記第３のアンテナ素子の折り返し他端から当該第３のアンテナ素子の接地部に至る復路部と接地部との間にスタブを設けてなる請求項１記載の多共振アンテナ装置。
【請求項６】
無線信号を送受信する無線回路と、
前記無線回路に対し給電部及び接地部を介して接続される多共振アンテナ装置と
を具備し、
前記多共振アンテナ装置は、
一端が前記給電部に接続されると共に他端が開放されたモノポール素子により構成され、素子長が第１の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第１のアンテナ素子と、
一端が前記接地部に接続されると共に他端が開放端されかつ前記第１のアンテナ素子に対し電流結合が可能な位置に配置される無給電素子からなり、素子長が第２の共振周波数に対応する波長の略１／４の長さに設定された第２のアンテナ素子と、
一端が前記給電部に接続されると共に他端が前記接地部に接続された折り返しモノポール素子により構成され、前記給電部から折り返し部の他端を経て接地部に至る電気長が前記第１及び第２の共振周波数より高周波数に設定された第３の共振周波数に対応する波長の略１／２に設定された第３のアンテナ素子と
を備え、
前記第１、第２及び第３のアンテナ素子は途中で同一方向に折曲形成され、かつ当該第２のアンテナ素子の先端部と第３のアンテナ素子の折り返し部とが相互に近接配置され、さらに前記第１のアンテナ素子の先端部は前記第２のアンテナ素子の先端部及び前記第３のアンテナ素子の折り返し部よりも突出するように設定された電子機器。
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１３−５９１０８（Ｐ２０１３−５９１０８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５５６１５（Ｐ２０１２−２５５６１５）
【出願日】平成２４年１１月２１日（２０１２．１１．２１）
【分割の表示】特願２０１１−１９８８１（Ｐ２０１１−１９８８１）の分割
【原出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２１日（２０１２．１１．２１）
【分割の表示】特願２０１１−１９８８１（Ｐ２０１１−１９８８１）の分割
【原出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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