平面アンテナ
【課題】より広い周波数帯で動作可能な小型の平面アンテナを提供すること。
【解決手段】低周波帯放射素子１１０は、第１の方向に延伸する第１の延伸部１１２と、第１の延伸部１１２の終端部から、第１の方向に略直交する第２の方向に延伸する第２の延伸部１１４と、第２の延伸部１１４の終端部から、第１の方向とは反対の第３の方向に延伸する第３の延伸部１１６とを有し、第２の延伸部１１４の幅は、他の延伸部よりも広い。
【解決手段】低周波帯放射素子１１０は、第１の方向に延伸する第１の延伸部１１２と、第１の延伸部１１２の終端部から、第１の方向に略直交する第２の方向に延伸する第２の延伸部１１４と、第２の延伸部１１４の終端部から、第１の方向とは反対の第３の方向に延伸する第３の延伸部１１６とを有し、第２の延伸部１１４の幅は、他の延伸部よりも広い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信のための平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の通信端末が急速に普及しており、通信端末における通信機能の多様化等の理由から、複数の周波数帯で動作する通信端末が求められている。このような要求に応じて、従来、通信端末に搭載されることを目的とした、複数の周波数帯での動作が可能な様々なアンテナが考案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、モノポールアンテナによる動作帯域を広帯域化するための２つの放射素子、および使用する周波数帯に応じてこれら放射素子の容量性結合を制御する構成を備えたマルチバンドアンテナが開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、モノポールアンテナの広帯域化を図るために放射素子以外に無給電電極を装荷しかつその電極と放射素子間の距離を最適化したマルチバンドアンテナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５１０９００号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年においては、携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯がさらに多様化しており、それに伴い、通信端末においては、動作帯域を広帯域化および複数化することが要求されてきている。それだけでなく、通信端末本体が小型化してきているため、その構成部品も小型化せざるを得ない。
【０００７】
また、上述したように動作帯域を広帯域化および複数化するためには、アンテナのサイズを大型化する必要があり、このようなアンテナの大型化は、小型の通信端末に搭載できなくなったり、コストが増加したりする等の問題が生じる要因となっている。
【０００８】
例えば、上記特許文献２に開示されているマルチバンドアンテナは、使用する周波数帯を切り換えるためのスイッチや周波数選択回路等が設けられている。また、上記特許文献２には、無給電電極が放射素子以外にグラウンドから延伸していることが記載されている。
【０００９】
このように、従来のアンテナは、動作帯域を広帯域化および複数化する等の目的のために、追加の構成要素を使用したり、少なくとも一部のサイズを大きくしたりする必要があるので、必然的に、その全体のサイズが大型なものとなる。換言すると、従来のアンテナでは、そのサイズを大型化せずには、動作帯域を広帯域化および複数化することができない。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より広い周波数帯で動作することができる小型の平面アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る平面アンテナは、地板と、放射素子とを備えた平面アンテナであって、前記放射素子は、給電点から前記地板の外縁に沿って第１の方向に延伸する第１の延伸部と、前記第１の延伸部の終端部から、前記第１の方向に略直交する第２の方向に延伸する第２の延伸部と、前記第２の延伸部の終端部から、前記第１の方向とは反対の第３の方向に延伸する第３の延伸部とを有し、前記第２の延伸部の幅は、前記第１の延伸部の幅および前記第３の延伸部の幅よりも広いことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第２の延伸部の幅を広くすることにより、動作帯域の帯域幅を拡大することができる。特に、第２の延伸部の幅を１５ｍｍ以上とすることにより、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯のＶＳＷＲを３．５よりも小さくし、この周波数帯を動作帯域とすることができる。これにより、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯に含まれる、第３世代の携帯電話向けの各無線通信規格（ＧＳＭ、Ｅ−ＧＭＳ９００等）の周波数帯、および第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格（ＬＴＥ等）の周波数帯の各々で動作することができる。
【００１３】
上記平面アンテナにおいて、前記第３の延伸部の長さをＬとし、前記第２の延伸部の幅をＷとする場合、Ｗ／Ｌが、０．１８以上０．２４以下に設定されていることが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、特に、Ｗ／Ｌを０．１８以上０．２４以下とすることにより、動作帯域の中心周波数のシフトを±１０％以内に抑え、かつ７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を動作帯域とするために必要な比帯域幅である、３２％以上の比帯域幅を得ることができる。
【００１５】
上記平面アンテナにおいて、前記地板は、前記放射素子と対向する部分に切り欠き部を有することが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、放射素子と地板とが互いに離間し、これらが必要以上に容量性結合をしてしまうことを防止することができる。この結果、インピーダンス整合を十分に取ることができる。
【００１７】
上記平面アンテナにおいて、前記切り欠き部は、前記地板の前記切り欠き部における外縁が円弧状をなしていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、切り欠き部の外縁の形状を円弧状とすることにより、動作帯域の帯域幅をより拡大することができる。
【００１９】
上記平面アンテナにおいて、前記地板の前記切り欠き部における外縁と前記放射素子の対向する外縁との最大間隔をｄとし、動作帯域の中心波長をλcとする場合、ｄ／λcが、０．０５〜０．４に設定されていることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、平面アンテナの種類、構造、形状、および寸法等問わず、ｄ／λcが、０．０５〜０．４に設定されていることにより、広い比帯域幅を得ることができる。すなわち、少なくともｄ／λcを０．０５〜０．４とすれば、平面アンテナの種類、構造、形状、または寸法等の少なくともいずれか一つが異なる、様々な平面アンテナにおいて、動作帯域の帯域幅を拡大することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る平面アンテナによれば、放射素子の外形寸法に影響しない第２の延伸部の幅を広くすることによって、動作帯域を広帯域化することができる。特に、上記第２の延伸部の幅の拡大は、平面アンテナの外径寸法を大型化することなく実現できるので、本発明を採用することにより、より広い周波数帯で動作することができる小型の平面アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図２】比較用に用いた平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図３】図１に示した平面アンテナおよび図２に示した比較用の平面アンテナの各々のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図４】図１に示した平面アンテナおよび図２に示した比較用の平面アンテナの各々の、入力インピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】図１に示した平面アンテナおよび図２に示した比較用の平面アンテナの各々の、入力インピーダンス特性を示すグラフである。
【図６】図１に示した平面アンテナにおいて、第２の延伸の幅Ｗとして様々な寸法を適用した場合について、その各々のＶＳＷＲ特性を示したグラフである。
【図７】図１に示した平面アンテナにおいて、第２の延伸部の幅Ｗとして様々な寸法を適用した場合について、その各々の低周波数帯側の動作帯域を示した表である。
【図８】図１に示した平面アンテナにおけるＷ／Ｌ比と比帯域幅との関係を示したグラフである。
【図９】図１に示した平面アンテナにおけるＷ／Ｌ比と動作帯域の中心周波数との関係を示したグラフである。
【図１０】本実施形態の平面アンテナおよび比較用に用いた平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図１１】図１０に示した平面アンテナの各々のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図１２】試験用に用いた平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図１３】図１２に示した平面アンテナの各々の、規格化距離と動作帯域幅との関係を示すグラフである。
【図１４】本実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す表である。
【図１５】本実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る実施形態について、図面を参照して以下に説明する。
【００２４】
（平面アンテナ１００の概要）
まず、実施形態に係る平面アンテナ１００の概要について説明する。図１は、実施形態に係る平面アンテナ１００の構成を示す正面図である。
【００２５】
この平面アンテナ１００は、高周波数帯と低周波数帯との双方の無線通信機能を有する携帯電話機等の通信端末において、これらの機能を実現するために搭載されるいわゆる平面逆Ｆ型アンテナである。
【００２６】
この平面アンテナ１００は、２つの放射素子を備えており、マルチバンドでの動作が可能となっている。
【００２７】
特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、低周波数帯に関しては、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ帯）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００２８】
さらに、本実施形態の平面アンテナ１００は、高周波数帯に関しては、１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、ＧＰＳの周波数帯（１５５０ＭＨｚ）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００２９】
本実施形態の平面アンテナ１００は、このように複数かつ広帯域の周波数帯での動作が可能であるにも関わらず、その寸法は、横８３ｍｍ、縦６４ｍｍ、厚さ（ｔ）０．２５ｍｍとなっており、非常に小型かつ薄型なものとなっている。特に、この平面アンテナ１００は、薄膜状の各構成要素が同一平面上に形成されているので、このように非常に薄型にすることが可能となっている。
【００３０】
（平面アンテナ１００の構成）
以下、図１を参照して、実施形態に係る平面アンテナ１００の構成について具体的に説明する。なお、本明細書の説明における「横」、「右」、「左」、「上」、および「下」等の方向を示す各表現は、図１に示したとおりに、平面アンテナ１００のｘ−ｙ平面を正面視したときの方向を示すものである。例えば、左右方向（横方向）は、図１に示すｘ方向に対応し、上下方向（縦方向）は、図１に示すｙ方向に対応する。
【００３１】
図１に示すように、この平面アンテナ１００は、グラウンド板（地板）１０２、短絡部１０４、給電部１０６、低周波帯放射素子１１０、および高周波帯放射素子１２０を備えている。
【００３２】
これら各構成要素は、薄膜状かつ導電性を有する第１の部材から形成されており、薄膜状の第２の部材（図示を省略する）によってその両面から挟み込まれることによって、平面アンテナ１００を構成している。特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、上記第１の部材の一例として銅箔を採用しており、上記第２の部材の一例として誘電率がおよそ３のポリイミドフィルムを採用している。もちろん、同様の機能を実現することができるのであれば、これらの部材に他のどのような素材を用いてもよい。
【００３３】
（グラウンド板１０２）
グラウンド板１０２は、概ね横長の長方形状を有している。特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、グラウンド板１０２の右上角部に切り欠き部１０２Ａを有している。そして、この切り欠き部１０２Ａは、円弧状の外縁を有する。切り欠き部とは、“矩形状のグラウンド板の角が切り欠かれたような形状をなしている”という意味であり、その形成方法を切り欠く方法に限定するものではない。
【００３４】
（給電部１０６）
給電部１０６は、低周波帯放射素子１１０および高周波帯放射素子１２０に対して給電線からの給電をおこなうために設けられている。具体的には、給電部１０６は、給電点１０６Ａおよび給電点１０６Ｂを有しており、これらを含む近傍の領域一帯を、給電部１０６と呼ぶ。
【００３５】
給電点１０６Ｂは、グラウンド板１０２の横方向おいては、その中央付近に設けられており、グラウンド板１０２の縦方向においては、その上端部近傍に設けられている。一方、給電点１０６Ａは、グラウンド板１０２の上方に位置する、短絡部１０４、低周波帯放射素子１１０、および高周波帯放射素子１２０が一体的に形成されている部材において、給電点１０６Ｂと対向する位置に設けられている。
【００３６】
給電点１０６Ａからは、以下に説明するとおり、低周波帯放射素子１１０および高周波帯放射素子１２０が延伸している。そして、給電点１０６Ａには、給電線の一方の導線（例えば、同軸ケーブルの内側導体）が半田付け等によって接続される。さらに、給電点１０６Ｂには、給電線の他方の導線（例えば、同軸ケーブルの外側導体）が半田付け等によって接続される。
【００３７】
（短絡部１０４）
短絡部１０４は、グラウンド板１０２と給電部１０６とを短絡し、平面アンテナ１００の入力インピーダンスを変更（すなわち、リアクタンス成分をキャンセル）することにより、インピーダンス整合を容易に取ることを可能とするためのものである。具体的には、短絡部１０４は、グラウンド板１０２の左上角部から、上方向に略直線状に延伸した後に右方向に折れ曲がり、さらに、グラウンド板１０２の上辺と沿って、給電部１０６まで略直線状に延伸している。
【００３８】
（低周波帯放射素子１１０）
低周波帯放射素子１１０は、主に低周波数帯で動作することを目的とした放射素子である。特に、本実施形態の低周波帯放射素子１１０は、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ帯）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００３９】
具体的には、低周波帯放射素子１１０は、第１の延伸部１１２、第２の延伸部１１４、および第３の延伸部１１６を有している。
【００４０】
第１の延伸部１１２は、給電部１０６から、グラウンド１０２の上辺（外縁）に沿って右方向（第１の方向）に略直線状に延伸する部分である。
【００４１】
第２の延伸部１１４は、第１の延伸部１１２の右端部（終端部）から上方向（第２の方向）に略直線状に延伸する部分である。この第２の延伸部は、低周波帯放射素子１１０の延伸する方向を右方向から左方向へ折り返す、折り返し部として機能する。
【００４２】
第３の延伸部１１６は、第２の延伸部の上端部（終端部）から左方向（第３の方向）に略直線状に延伸する部分である。
【００４３】
このように、低周波帯放射素子１１０は、第１の延伸部１１２によって給電部１０６から右方向に延伸した後に、第２の延伸部１１４によって上方向および左方向に折れ曲がり、さらに第３の延伸部１１６によって左方向に延伸することにより、いわゆる折り返し構造（横Ｕ字状）を成している。
【００４４】
これにより、限られたスペース内で、低周波数帯での動作に必要な低周波帯放射素子１１０の長さ（概ね、波長λの１／４の長さ）を稼ぐことが可能となっている。また、２つの放射素子間の電磁結合により、高周波帯における動作帯域を所望の周波数帯へシフトすることが可能となっている。
【００４５】
（高周波帯放射素子１２０）
高周波帯放射素子１２０は、主に高周波数帯で動作することを目的とした放射素子である。特に、本実施形態の高周波帯放射素子１２０は、１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、ＧＰＳの周波数帯（１５５０ＭＨｚ）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００４６】
この高周波帯放射素子１２０は、低周波帯放射素子１１０の第３の延伸部１１６と、短絡部１０４の横方向に延伸する部分との間において、これらと略平行に、給電部１０６から左方向に略直線状に延伸している。
【００４７】
この高周波帯放射素子１２０は、低周波帯放射素子１１０のような折り返し部を有しておらず、低周波帯放射素子１１０よりもその長さが短い。この長さは、上記高周波帯での動作に必要な長さ（概ね、波長λの１／４）となっている。
【００４８】
（各構成要素の寸法）
本実施形態の平面アンテナ１００が備える上記各構成要素の寸法は以下のとおりである。
【００４９】
グラウンド板１０２は、概ね長方形状をなしており、その寸法は、縦４８ｍｍ、横８０ｍｍとなっている。
【００５０】
短絡部１０４は、所望の周波数でインピーダンス整合させるべく、横方向に直線状に延伸している部分の長さが４５ｍｍとなっている。
【００５１】
低周波帯放射素子１１０において、第１の延伸部１１２は、長さが３６ｍｍ、幅が６ｍｍとなっている。また、第２の延伸部１１４は、長さが１２ｍｍ、幅が１５ｍｍとなっている。そして、第３の延伸部１１６は、長さが８３ｍｍ、幅が４ｍｍとなっている。これにより、低周波帯放射素子１１０は、第３世代および第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ帯）での動作に対応すべく、その最大長が１３１ｍｍとなっている。
【００５２】
高周波帯放射素子１２０は、ＧＳＭ、ＰＣＳ、ＵＭＴＳ等の周波数帯（１５５０〜２２００ＭＨｚ）での動作に対応すべく、長さが２８ｍｍ、幅が１．５ｍｍとなっている。
【００５３】
上記において、低周波帯放射素子１１０の第１の延伸部１１２は、その長さが３６ｍｍであると説明したが、これは第２の延伸部１１４の幅１５ｍｍ分を含めた寸法であり、これを含めないのであれば、言うまでも無く、第１の延伸部１１２は、その長さが２１ｍｍとなる。
【００５４】
同様に、第３の延伸部１１６は、その長さが８３ｍｍであるが、第２の延伸部１１４の幅１５ｍｍ分を含めた寸法であり、これを含めないのであれば、第３の延伸部１１６は、言うまでも無く、その長さが６８ｍｍとなる。
【００５５】
（形状および寸法の工夫）
ここで、本実施形態の平面アンテナ１００は、複数かつ広帯域の周波数帯での動作を実現することを主目的として、その形状および寸法について、以下のような工夫をさらに施している。
【００５６】
（１）低周波帯放射素子１１０が有する第２の延伸部１１４の幅Ｗが、低周波帯放射素子１１０が有する他の延伸部の幅よりも広くなっている。具体的には、第２の延伸部１１４の幅Ｗは、第１の延伸部１１２の幅（６ｍｍ）および第３の延伸部の幅（４ｍｍ）よりも広い、１５ｍｍとなっている。
【００５７】
（２）グラウンド板１０２において、低周波帯放射素子１１０に対向する角部である右上角部に切り欠き部１０２Ａを有する。
【００５８】
（平面アンテナ１００の特性）
ここで、図２〜５を参照して、本実施形態に係る平面アンテナ１００の特性について説明する。ここでは、試験的に、図１に示した平面アンテナ１００に加え、この平面アンテナ１００とは一部の形状が異なる比較用の平面アンテナ３０２，３０４をそれぞれ用意した。そして、これらの平面アンテナを用いて、形状や寸法の違いにより、特性がどのように変化するかを観察した。
【００５９】
図２は、比較用に用いた平面アンテナ３０２，３０４の構成を示す正面図である。図２（ａ）に示すように、平面アンテナ３０２は、第２の延伸部１１４に相当する部分の幅Ｗが１５ｍｍから２ｍｍへと変更されている点で、本実施形態に係る平面アンテナ１００と相違し、その他の点については本実施形態に係る平面アンテナ１００と同一である。一方、図２（ｂ）に示すように、平面アンテナ３０４は、グラウンド板の右上角部に切り欠き部が設けられていない点で、本実施形態に係る平面アンテナ１００と相違し、その他の点については本実施形態に係る平面アンテナ１００と同一である。
【００６０】
図３は、図１に示した平面アンテナ１００および図２に示した比較用の平面アンテナ３０２，３０４の各々のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）特性を示すグラフである。
【００６１】
図４および図５は、図１に示した平面アンテナ１００および図２に示した比較用の平面アンテナ３０２，３０４の各々の、入力インピーダンス特性を示すグラフである。
【００６２】
特に、図４は、低周波数帯における入力インピーダンス特性を示し、図５は、高周波数帯における入力インピーダンス特性を示す。
【００６３】
また、図４（ａ）および図５（ａ）は、入力インピーダンス特性のうちの抵抗成分Ｒｉｎを示し、また、図４（ｂ）および図５（ｂ）は、入力インピーダンス特性のうちのリアクタンス成分Ｘｉｎを示す。
【００６４】
図３〜５に示す周波数帯のうち、特に、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯は、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする周波数帯である。これらの周波数帯が動作帯域となるためには、ＶＳＷＲが所定の上限値よりも低くなる必要がある。本実施形態では、この上限値として「３．５」を用いている。すなわち、本実施形態の平面アンテナ１００は、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯の各々が動作帯域となるように、これらの周波数帯のＶＳＷＲが３．５以下となることが要求されている。
【００６５】
これに応じて、本実施形態の平面アンテナ１００は、図３に示すように、比較的その帯域幅が広い、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯の全域、および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯の全域において、ＶＳＷＲが３．５よりも低く、すなわち、これらの各周波数帯が動作帯域となっている。
【００６６】
これにより、この平面アンテナ１００は、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯としては、ＧＳＭ方式の周波数帯（８６０ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式の周波数帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ（Personal Communication Service）方式の周波数帯（１８５９ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ帯）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）方式の周波数帯（１９００ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ帯）の各々を、動作帯域としてカバーすることが可能となっている。さらに、この平面アンテナ１００は、第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ）、およびＧＰＳの周波数帯（１５５０ＭＨｚ）の各々についても、動作帯域としてカバーすることが可能となっている。
【００６７】
一方、図３〜５によれば、比較用の平面アンテナ３０２は、本実施形態の平面アンテナ１００に比べ、特に低周波数側において、動作帯域の帯域幅が極端に狭くなっていることが分かる。
【００６８】
また、図３〜５によれば、比較用の平面アンテナ３０４は、本実施形態の平面アンテナ１００に比べ、動作帯域が、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする周波数帯よりも大きく高周波数側にシフトしていることが分かる。これは、平面アンテナ３０４が、本実施形態の平面アンテナ１００のような切り欠き部をグラウンド板に有してなく、グラウンド板が必要以上に容量性結合してしまった結果、図４，５に示すように、リアクタンス成分Ｘｉｎが大きくなり、インピーダンス整合が十分に取れなくなってしまったためである。
【００６９】
図６は、図１に示した平面アンテナ１００において、第２の延伸部１１４の幅Ｗとして様々な寸法を適用した場合について、その各々のＶＳＷＲ特性を示したグラフである。
【００７０】
図６に示す例では、第２の延伸部１１４の幅Ｗとして、１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、および２０ｍｍを適用した場合のそれぞれについての、５００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ帯、特に、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示している。
【００７１】
図６に示すように、第２の延伸部１１４の幅Ｗとして、１ｍｍ、５ｍｍ、および１０ｍｍを適用した場合は、いずれも、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯のうちの多くの帯域においてＶＳＷＲが３．５よりも大きくなっている。
【００７２】
一方、平面アンテナ１００の幅Ｗとして、１５ｍｍ、および２０ｍｍを適用した場合は、いずれも、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯の全域において、ＶＳＷＲが３．５よりも低くなっている。
【００７３】
このことから、第２の延伸部１１４の幅Ｗをより広くするほど、動作帯域の帯域幅がより広くなることが分かる。特に、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍ以上とすることで、所望の低周波数帯（７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）の全域を動作帯域とすることができることが分かる。
【００７４】
（幅Ｗの規定および切り欠き部による効果）
以上説明したように、本実施形態の平面アンテナ１００は、低周波帯放射素子１１０が有する第２の延伸部１１４の幅Ｗを、低周波帯放射素子１１０が有する他の延伸部の幅よりも広くし、特に、この幅Ｗを１５ｍｍとした。これにより、その帯域幅が比較的広い７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を、動作帯域とすることが可能となっている。
【００７５】
また、本実施形態の平面アンテナ１００は、低周波帯放射素子１１０とグラウンド板１０２とを離間させるべく、グラウンド板１０２の右上角部を切り欠いた。これにより、放射素子とグラウンド板１０２とが必要以上に容量性結合してしまうことを防止し、特に高周波数帯において、インピーダンス整合を十分に取ることができ、結果的に、その帯域幅が比較的広い１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯を、さらに動作帯域とすることが可能となっている。
【００７６】
これにより、本実施形態の平面アンテナ１００は、今後、需要の増加が見込まれる、第３世代（ＧＳＭ、ＤＣＳ、Ｅ−ＧＭＳ９００、ＧＳＭ１８００、ＰＣＳ１９００、等）、第３．９世代（ＬＴＥ等）、およびＧＰＳ等の様々な通信規格での動作をカバーすることが可能となっている。
【００７７】
特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、第２の延伸部１１４の幅Ｗを拡大し、グラウンド板１０２に切り欠き部１０２Ａを設けることによって、上記各周波数帯の動作帯域化を実現している。これにより、放射素子の数を増やしたり、追加の構成要素（例えば、使用する周波数帯を切り換えるためのスイッチや制御回路）を設けたり、上記幅Ｗ以外のサイズを大きくしたりする必要がないため、その外径寸法を大型化することなく、上記各周波数帯の動作帯域化を実現することができる。
【００７８】
（Ｗ／Ｌ比の規定）
上記のとおり、本実施形態の平面アンテナ１００は、第２の延伸部１１４の幅Ｗと、グラウンド板１０２の右上角部に切り欠き部１０２Ａを設けることとが、それぞれ規定されている。本実施形態の平面アンテナ１００は、さらに、動作帯域の帯域幅の拡大と、その中心周波数のシフトの抑制を目的として、低周波帯放射素子１１０の第３の延伸部１１６の長さＬと、第２の延伸部１１４の幅Ｗとの比率（以下、「Ｗ／Ｌ比」と示す）が規定されている。
【００７９】
図１に示したとおり、本実施形態の平面アンテナ１００は、第３の延伸部の長さＬが８３ｍｍとなっており、第２の延伸部１１４の幅Ｗが１５ｍｍとなっている。したがって、本実施形態の平面アンテナ１００は、Ｗ／Ｌ比がおよそ０．１８となっている。
【００８０】
（Ｗ／Ｌ比の規定による効果）
図７は、図１に示した平面アンテナ１００におけるＷ／Ｌ比と比帯域幅との関係を示したグラフである。図７において、Ｌ、Ｗ、Ｗ／Ｌ、ｆｂｗ、ｆｃ／ｆｃ０は、それぞれ、第３の延伸部１１６の長さ、第２の延伸部１１４の幅、Ｗ／Ｌ比、比帯域幅、中心周波数のシフトの割合を示す。
【００８１】
図８は、図１に示した平面アンテナ１００におけるＷ／Ｌ比と比帯域幅との関係を示したグラフである。図８において、縦軸は比帯域幅を示し、横軸はＷ／Ｌ比を示す。
【００８２】
図９は、図１に示した平面アンテナ１００におけるＷ／Ｌ比と動作帯域の中心周波数との関係を示したグラフである。図９において、縦軸は中心周波数のシフトの割合を示し、横軸はＷ／Ｌ比を示す。
【００８３】
ここでは、試験的に、図１に示した平面アンテナ１００に対し、第２の延伸部１１４の幅Ｗのみを、変化させることによりＷ／Ｌ比を変化させ、比帯域幅および動作帯域の中心周波数のシフトの割合がどのように変化するかを観察した。図７、図８、および図９は、その結果を示すものである。比帯域幅は、以下数式（１）によって求められる。動作帯域の中心周波数のシフトの割合は、以下数式（２）によって求められる。
【００８４】
比帯域幅＝（（動作帯域の上限周波数）−（動作帯域の下限周波数）／動作帯域の中心周波数）・・・（１）
あるＷ／Ｌ比の中心周波数のシフトの割合＝（あるＷ／Ｌ比の動作帯域の中心周波数）／（所望の動作帯域の中心周波数）・・・（２）
図７および図８によれば、Ｗ／Ｌ比が大きくなるほど、比帯域幅が広がることが分かる。すなわち、第３の延伸部１１６の長さＬを変えずに、第２の延伸部１１４の幅Ｗを広くするほど、比帯域幅が広がるということになる。
【００８５】
例えば、本実施形態の平面アンテナ１００（Ｗ／Ｌ比：およそ０．１８）は、動作帯域の上限周波数が「９９０（ＭＨｚ）」であり、動作帯域の下限周波数が「７００（ＭＨｚ）」であり、動作帯域の中心周波数（ｆｃ）が「８４５（ＭＨｚ）」である。したがって、上記数式（１）より、その比帯域幅は、およそ「０．３４」すなわち３４％となる。
【００８６】
すなわち、本実施形態の平面アンテナ１００は、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍとし、Ｗ／Ｌ比をおよそ０．１８としたことによって、７００ＭＨｚ〜９９０ＭＨｚ帯を動作帯域とし、３４％という非常に大きな比帯域幅が得られているのである。
【００８７】
一方、図９によれば、基準の中心周波数（ｆｃ０）を、ＬＴＥおよびＧＳＭの周波数帯（７０４ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）の中心周波数である「８３７（ＭＨｚ）」とした場合、Ｗ／Ｌ比が概ね０．１２〜０．２９であれば、基準の中心周波数からのシフトの割合が±１０％以内に収まることが分かる。
【００８８】
例えば、本実施形態の平面アンテナ１００は、Ｗ／Ｌ比をおよそ０．１８としたことによって、動作帯域の中心周波数が８４５ＭＨｚである、７００ＭＨｚ〜９９０ＭＨｚ帯を動作帯域化することが可能となっている。
【００８９】
ここで、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍから増加または減少した場合であっても、Ｗ／Ｌ比が概ね０．１２〜０．２９の範囲内であれば、基準の中心周波数からのシフトの割合を±１０％以内に収めることができる。
【００９０】
但し、Ｗ／Ｌ比が小さくなるほど比帯域幅が狭くなることが図８から分かるので、比帯域幅を減らしたくない場合は、Ｗ／Ｌ比が概ね０．１８〜０．２９の範囲内となるように、第２の延伸部１１４の幅Ｗの増加のみを認めることが好ましい。
【００９１】
例えば、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍから２０ｍｍへ変更し、Ｗ／Ｌ比が０．１８から０．２４へ変更された場合、動作帯域の中心周波数は８４５ＭＨｚから８３０ＭＨｚへ変更されるだけであり、中心周波数のシフトがほとんど発生しないうえに、比帯域幅は、６６０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ帯と広くなるので、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を確実に動作帯域とすることができる。
【００９２】
したがって、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を確実に動作帯域とすることを望むのであれば、このように、Ｗ／Ｌ比を概ね０．１８以上０．２４以下の範囲内とすればよい。
【００９３】
（切り欠き部の形状および寸法の変形例）
実施形態の平面アンテナ１００においては、グラウンド板１０２の右上角部を円弧状に切り欠くこととしたが、他の形状に切り欠くようにしてもよい。以下、切り欠き部の形状および寸法を異ならせる変形例について説明する。
【００９４】
ここでは、試験的に、図１に示した平面アンテナ１００に加え、切り欠き部の形状および寸法が異なる比較用の平面アンテナ１００４，１００６，１００８をそれぞれ用意した。そして、これらの平面アンテナを用いて、切り欠き部の形状および寸法の違いにより、特性がどのように変化するかを観察した。
【００９５】
図１０は、本実施形態の平面アンテナ１００、および比較用に用いた平面アンテナ１００４，１００６，１００８の構成を示す正面図である。平面アンテナ１００４，１００６，１００８のそれぞれに関し、切り欠き部以外の形状および寸法は、本実施形態の平面アンテナ１００と同一である。
【００９６】
平面アンテナ１００，１００４，１００６，１００８は、いずれも、給電部よりも右側（低周波帯放射素子１１０が設けられている側）に切り欠き部が設けられている。そして、いずれの切り欠き部も、給電部から右側に離れるにしたがって、その外縁と低周波帯放射素子１１０の外縁との間隔が離間する形状を有している。
【００９７】
特に、平面アンテナ１００，１００２，１００４は、切り欠き部の外縁の形状が円弧状となっており、平面アンテナ１００６は、切り欠き部の外縁の形状が直線状となっている。
【００９８】
グラウンド板１０２と低周波帯放射素子１１０との最大間隔（具体的には、グラウンド板１０２の切り欠き部の外縁の下端部と、低周波帯放射素子１１０の対向する外縁との最大間隔）をｄとすると、この最大間隔ｄは、各平面アンテナで異なっている。具体的には、各平面アンテナの最大間隔ｄを大きい順に示すと、平面アンテナ１００、平面アンテナ１００６、平面アンテナ１００４、平面アンテナ１００２となる。
【００９９】
図１１は、図１０に示した平面アンテナの各々のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【０１００】
ここで、本実施形態の平面アンテナ１００が目的としている低周波数帯（７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）、高周波数帯（１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯）について着目すると、本実施形態の平面アンテナ１００においては、これらの周波数帯のＶＳＷＲが３．５以下となっているのはもちろんであるが、他の平面アンテナ１００２，１００４，１００６のいずれにおいても、これらの周波数帯のＶＳＷＲが３．５以下となっている。
【０１０１】
このような結果から、上記各周波数帯に関していえば、いずれの平面アンテナにおいても、これらの周波数帯を動作帯域とするために、最大間隔ｄとして適切な値が設定されているといえる。また、切り欠き部の外縁の形状が直線状となっている平面アンテナ１００６についても、これらの周波数帯を動作帯域とすることができていることから、切り欠き部の形状を円弧状にしなくとも、最大間隔ｄを適切な値にさえすれば、これらの周波数帯を動作帯域とすることができるといえる。
【０１０２】
一方、所望の高周波数帯（１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯）よりもさらに高周波数側の２２００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ帯について着目すると、切り欠き部を円弧状とした平面アンテナ１００，１００２，１００４においては、ＶＳＷＲが概ね３．５以下となっている。しかしながら、切り欠き部を直線状とした平面アンテナ１００６においては、ＶＳＷＲが３．５よりも大きくなっている。
【０１０３】
このことから、将来的に２２００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ帯についても動作帯域とすることが望まれるような場合は、切り欠き部を円弧状とすることが好ましいといえる。すなわち、単に切り欠き部を設けるだけではなく、本実施形態の平面アンテナ１００のように、切り欠き部を円弧状とすることによって、動作帯域の帯域幅を、さらに拡大することできるといえる。
【０１０４】
（他の種類のアンテナへの適用例）
実施形態では、本発明を適用する平面アンテナ１００として逆Ｆ型アンテナを用いたが、本発明は、逆Ｆ型アンテナへの適用に限らない。以下、本発明を逆Ｆ型アンテナ以外のアンテナに適用した場合の適用例について説明する。
【０１０５】
ここでは、試験用の平面アンテナ１２０２，１２０４，１２０６，１２０８，１２１０をそれぞれ用意した。そして、これらの平面アンテナを用いて、アンテナの種類、寸法、および切り欠き部の形状の違いにより、特性がどのように変化するかを観察した。
【０１０６】
図１２は、試験用に用いた平面アンテナ１２０２，１２０４，１２０６，１２０８，１２１０の構成を示す正面図である。図１２（ａ）に示す平面アンテナ１２０２は、いわゆる逆Ｆ型アンテナであり、本実施形態の平面アンテナ１００と概ね同様の形状および寸法を有している。一方、図１２（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示す平面アンテナ１２０４，１２０６，１２０８，１２１０は、いわゆるモノポールアンテナであり、それぞれ、寸法および／または切り欠き部の形状が異なる。
【０１０７】
平面アンテナ１２０２，１２０４，１２０６，１２０８，１２１０は、いずれも、給電部よりも右側に切り欠き部が設けられている。各々の切り欠き部は、給電部から右側に離れていくにしたがって、低周波帯放射素子１１０とグラウンド板１０２との間隔が広がっていく形状、または、低周波帯放射素子１１０とグラウンド板１０２との間隔が広がったまま一定の間隔を保つ形状を有している。
【０１０８】
例えば、平面アンテナ１２０２は、放射素子の横幅が８５ｍｍ、グラウンド板の横幅が８３ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状が円弧状となっている。
【０１０９】
また、平面アンテナ１２０４は、放射素子の横幅およびグラウンド板の横幅がともに４５ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状が右下がりの斜め直線状となっており、切り欠き部によって切り欠かれた部分（すなわち、隙間部分）が略直角三角形状となっている。
【０１１０】
また、平面アンテナ１２０６は、放射素子の横幅およびグラウンド板の横幅がともに８５ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状がＬ字状となっており、切り欠き部によって切り欠かれた部分（すなわち、隙間部分）の形状が略横長の長方形状となっている。
【０１１１】
また、平面アンテナ１２０８は、放射素子の横幅およびグラウンド板の横幅がともに４５ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状がＬ字状となっており、切り欠き部によって切り欠かれた部分（すなわち、隙間部分）が略正方形状となっている。
【０１１２】
また、平面アンテナ１２１０は、放射素子の横幅が８５ｍｍ、グラウンド板の横幅が８３ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状が円弧状となっている。
【０１１３】
図１３は、図１２に示した平面アンテナの各々の、規格化距離と比帯域幅との関係を示すグラフである。規格化距離とは、ｄ／λcによって求められる値であり、ｄは、切り欠き部の外縁と放射素子の対向する外縁との最大間隔を示し、λcは、これによって得られる動作帯域の中心波長を示す。例えば、本実施形態では、ＶＳＷＲが３．５よりも低い周波数帯を動作帯域としているから、λcは、ＶＳＷＲが３．５よりも低い周波数帯の中心波長となる。動作帯域とするＶＳＷＲの上限値は、「３．５」に限らず、当然、平面アンテナの仕様等によって異なる。したがって、λcは、ＶＳＷＲが３．５よりも低い周波数帯の中心波長以外にもなり得る。例えば、動作帯域とするＶＳＷＲの上限値が「３．０」の場合、λcは、ＶＳＷＲが３．０よりも低い周波数帯の中心波長となり、動作帯域とするＶＳＷＲの上限値が「２．５」の場合、λcは、ＶＳＷＲが２．５よりも低い周波数帯の中心波長となる。
【０１１４】
図１３によれば、図１２に示したいずれの平面アンテナにおいても、規格化距離０．０５〜０．４において、比帯域幅として概ね１５％以上が得られていることが分かる。
【０１１５】
すなわち、本実施形態の平面アンテナ１００は、平面アンテナの種類、各部の形状、および寸法などを変更したとしても、規格化距離が０．０５〜０．４となるように上記最大間隔ｄを規定すれば、この変更の影響を大きく受けることなく、上記したように比較的広い比帯域幅を得られることができるということである。
【０１１６】
図１４は、本実施形態に係る平面アンテナ１００の放射指向性を示す表である。図１５は、本実施形態に係る平面アンテナ１００の放射指向性を示すグラフである。
【０１１７】
図１４および図１５のうち、（ａ）は、８２４ＭＨｚにおけるｘ−ｙ平面の放射指向性を示す。また、（ｂ）は、１５７５．４ＭＨｚにおけるｘ−ｙ平面の放射指向性を示す。また、（ｃ）は、２１１０ＭＨｚにおけるｘ−ｙ平面の放射指向性を示す。特に、（ａ）〜（ｃ）において、破線はｘ−ｙ平面がなす角度方向φの電界成分Ｅφを表し、実線はｚ−ｘ平面もしくはｙ−ｚ平面がなす角度方向θの電界成分ＥΘを表し、点線はＥφ，Ｅθ両成分の合成した電界（合成成分）を表す。
【０１１８】
図１４および図１５によれば、本実施形態の平面アンテナ１００は、例えば、８２４ＭＨｚにおいては、上記合成成分において、最低でおよそ「−４．１０（ｄｂｉ）」、最高でおよそ「２．０２（ｄｂｉ）」の利得を得られることが分かる。
【０１１９】
また、１５７５．４ＭＨｚにおいては、上記合成成分において、最低でおよそ「−１３．００（ｄｂｉ）」、最高でおよそ「２．０４（ｄｂｉ）」の利得を得られることが分かる。
【０１２０】
また、２１１０ＭＨｚにおいては、上記合成成分において、最低でおよそ「−７．３６（ｄｂｉ）」、最高でおよそ「１．３５（ｄｂｉ）」の利得を得られることが分かる。
【０１２１】
このように、図１４および図１５によれば、本実施形態の平面アンテナ１００は、８２４ＭＨｚ、１５７５．４ＭＨｚ、および２１１０ＭＨｚの各々の無線通信規格において、無指向に動作し、かつ十分な利得を得られることが分かる。
【０１２２】
（補足説明）
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２３】
実施形態では、本発明を、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯の各々を目的の周波数帯とする平面アンテナ１００に適用する例を説明した。そして、実施形態では、これらの周波数帯を動作帯域とするために、平面アンテナ１００において、第２の延伸部１１４の幅Ｗ、切り欠き部１０２Ａの形状、Ｗ／Ｌ比、規格化距離等を規定する例を説明した。
【０１２４】
本発明は、目的とする周波数帯が実施形態と異なる平面アンテナに対しても適用することができる。この場合、必要に応じて、上記パラメータのうちの少なくともいずれか一つを適切に変更することによって、目的とする周波数帯を動作帯域とするとよい。
【０１２５】
また、本発明は、アンテナの種類、構造、形状、寸法等が実施形態と異なる平面アンテナに対しても適用することができる。
【０１２６】
例えば、実施形態では、本発明を逆Ｆ型アンテナに適用する例を説明したが、これに限らず、本発明は、少なくとも折り返し構造を有する放射素子を備えた平面アンテナであれば、モノポールアンテナ等、様々な平面アンテナに適用することができる。
【０１２７】
また、実施形態では、本発明を２つの放射素子を備えた平面アンテナに適用する例を説明したが、これに限らず、本発明は、少なくとも折り返し構造を有する放射素子を含む１つ以上の放射素子を備えた平面アンテナであれば、様々な平面アンテナに適用することができる。
【０１２８】
いずれの場合も、必要に応じて、上記パラメータのうちの少なくともいずれか一つを適切に変更することによって、動作帯域を広帯域化しつつ、目的とする周波数帯を動作帯域とするとよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明に係る平面アンテナは、当該平面アンテナを介して無線通信をおこなう各種通信端末に利用可能であり、特に、利用可能な周波数帯が広帯域化しており、かつ小型化が要求される携帯電話機等の通信端末への利用が適している。
【符号の説明】
【０１３０】
１００ 平面アンテナ
１０２ グラウンド板（地板）
１０２Ａ 切り欠き部
１０４ 短絡部
１０６ 給電部
１０６Ａ 給電点
１０６Ｂ 給電点
１１０ 低周波帯放射素子
１１２ 第１の延伸部
１１４ 第２の延伸部
１１６ 第３の延伸部
１２０ 高周波帯放射素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信のための平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の通信端末が急速に普及しており、通信端末における通信機能の多様化等の理由から、複数の周波数帯で動作する通信端末が求められている。このような要求に応じて、従来、通信端末に搭載されることを目的とした、複数の周波数帯での動作が可能な様々なアンテナが考案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、モノポールアンテナによる動作帯域を広帯域化するための２つの放射素子、および使用する周波数帯に応じてこれら放射素子の容量性結合を制御する構成を備えたマルチバンドアンテナが開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、モノポールアンテナの広帯域化を図るために放射素子以外に無給電電極を装荷しかつその電極と放射素子間の距離を最適化したマルチバンドアンテナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５１０９００号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年においては、携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯がさらに多様化しており、それに伴い、通信端末においては、動作帯域を広帯域化および複数化することが要求されてきている。それだけでなく、通信端末本体が小型化してきているため、その構成部品も小型化せざるを得ない。
【０００７】
また、上述したように動作帯域を広帯域化および複数化するためには、アンテナのサイズを大型化する必要があり、このようなアンテナの大型化は、小型の通信端末に搭載できなくなったり、コストが増加したりする等の問題が生じる要因となっている。
【０００８】
例えば、上記特許文献２に開示されているマルチバンドアンテナは、使用する周波数帯を切り換えるためのスイッチや周波数選択回路等が設けられている。また、上記特許文献２には、無給電電極が放射素子以外にグラウンドから延伸していることが記載されている。
【０００９】
このように、従来のアンテナは、動作帯域を広帯域化および複数化する等の目的のために、追加の構成要素を使用したり、少なくとも一部のサイズを大きくしたりする必要があるので、必然的に、その全体のサイズが大型なものとなる。換言すると、従来のアンテナでは、そのサイズを大型化せずには、動作帯域を広帯域化および複数化することができない。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より広い周波数帯で動作することができる小型の平面アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る平面アンテナは、地板と、放射素子とを備えた平面アンテナであって、前記放射素子は、給電点から前記地板の外縁に沿って第１の方向に延伸する第１の延伸部と、前記第１の延伸部の終端部から、前記第１の方向に略直交する第２の方向に延伸する第２の延伸部と、前記第２の延伸部の終端部から、前記第１の方向とは反対の第３の方向に延伸する第３の延伸部とを有し、前記第２の延伸部の幅は、前記第１の延伸部の幅および前記第３の延伸部の幅よりも広いことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第２の延伸部の幅を広くすることにより、動作帯域の帯域幅を拡大することができる。特に、第２の延伸部の幅を１５ｍｍ以上とすることにより、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯のＶＳＷＲを３．５よりも小さくし、この周波数帯を動作帯域とすることができる。これにより、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯に含まれる、第３世代の携帯電話向けの各無線通信規格（ＧＳＭ、Ｅ−ＧＭＳ９００等）の周波数帯、および第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格（ＬＴＥ等）の周波数帯の各々で動作することができる。
【００１３】
上記平面アンテナにおいて、前記第３の延伸部の長さをＬとし、前記第２の延伸部の幅をＷとする場合、Ｗ／Ｌが、０．１８以上０．２４以下に設定されていることが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、特に、Ｗ／Ｌを０．１８以上０．２４以下とすることにより、動作帯域の中心周波数のシフトを±１０％以内に抑え、かつ７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を動作帯域とするために必要な比帯域幅である、３２％以上の比帯域幅を得ることができる。
【００１５】
上記平面アンテナにおいて、前記地板は、前記放射素子と対向する部分に切り欠き部を有することが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、放射素子と地板とが互いに離間し、これらが必要以上に容量性結合をしてしまうことを防止することができる。この結果、インピーダンス整合を十分に取ることができる。
【００１７】
上記平面アンテナにおいて、前記切り欠き部は、前記地板の前記切り欠き部における外縁が円弧状をなしていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、切り欠き部の外縁の形状を円弧状とすることにより、動作帯域の帯域幅をより拡大することができる。
【００１９】
上記平面アンテナにおいて、前記地板の前記切り欠き部における外縁と前記放射素子の対向する外縁との最大間隔をｄとし、動作帯域の中心波長をλcとする場合、ｄ／λcが、０．０５〜０．４に設定されていることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、平面アンテナの種類、構造、形状、および寸法等問わず、ｄ／λcが、０．０５〜０．４に設定されていることにより、広い比帯域幅を得ることができる。すなわち、少なくともｄ／λcを０．０５〜０．４とすれば、平面アンテナの種類、構造、形状、または寸法等の少なくともいずれか一つが異なる、様々な平面アンテナにおいて、動作帯域の帯域幅を拡大することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る平面アンテナによれば、放射素子の外形寸法に影響しない第２の延伸部の幅を広くすることによって、動作帯域を広帯域化することができる。特に、上記第２の延伸部の幅の拡大は、平面アンテナの外径寸法を大型化することなく実現できるので、本発明を採用することにより、より広い周波数帯で動作することができる小型の平面アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図２】比較用に用いた平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図３】図１に示した平面アンテナおよび図２に示した比較用の平面アンテナの各々のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図４】図１に示した平面アンテナおよび図２に示した比較用の平面アンテナの各々の、入力インピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】図１に示した平面アンテナおよび図２に示した比較用の平面アンテナの各々の、入力インピーダンス特性を示すグラフである。
【図６】図１に示した平面アンテナにおいて、第２の延伸の幅Ｗとして様々な寸法を適用した場合について、その各々のＶＳＷＲ特性を示したグラフである。
【図７】図１に示した平面アンテナにおいて、第２の延伸部の幅Ｗとして様々な寸法を適用した場合について、その各々の低周波数帯側の動作帯域を示した表である。
【図８】図１に示した平面アンテナにおけるＷ／Ｌ比と比帯域幅との関係を示したグラフである。
【図９】図１に示した平面アンテナにおけるＷ／Ｌ比と動作帯域の中心周波数との関係を示したグラフである。
【図１０】本実施形態の平面アンテナおよび比較用に用いた平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図１１】図１０に示した平面アンテナの各々のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図１２】試験用に用いた平面アンテナの構成を示す正面図である。
【図１３】図１２に示した平面アンテナの各々の、規格化距離と動作帯域幅との関係を示すグラフである。
【図１４】本実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示す表である。
【図１５】本実施形態に係る平面アンテナの放射指向性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る実施形態について、図面を参照して以下に説明する。
【００２４】
（平面アンテナ１００の概要）
まず、実施形態に係る平面アンテナ１００の概要について説明する。図１は、実施形態に係る平面アンテナ１００の構成を示す正面図である。
【００２５】
この平面アンテナ１００は、高周波数帯と低周波数帯との双方の無線通信機能を有する携帯電話機等の通信端末において、これらの機能を実現するために搭載されるいわゆる平面逆Ｆ型アンテナである。
【００２６】
この平面アンテナ１００は、２つの放射素子を備えており、マルチバンドでの動作が可能となっている。
【００２７】
特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、低周波数帯に関しては、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ帯）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００２８】
さらに、本実施形態の平面アンテナ１００は、高周波数帯に関しては、１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、ＧＰＳの周波数帯（１５５０ＭＨｚ）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００２９】
本実施形態の平面アンテナ１００は、このように複数かつ広帯域の周波数帯での動作が可能であるにも関わらず、その寸法は、横８３ｍｍ、縦６４ｍｍ、厚さ（ｔ）０．２５ｍｍとなっており、非常に小型かつ薄型なものとなっている。特に、この平面アンテナ１００は、薄膜状の各構成要素が同一平面上に形成されているので、このように非常に薄型にすることが可能となっている。
【００３０】
（平面アンテナ１００の構成）
以下、図１を参照して、実施形態に係る平面アンテナ１００の構成について具体的に説明する。なお、本明細書の説明における「横」、「右」、「左」、「上」、および「下」等の方向を示す各表現は、図１に示したとおりに、平面アンテナ１００のｘ−ｙ平面を正面視したときの方向を示すものである。例えば、左右方向（横方向）は、図１に示すｘ方向に対応し、上下方向（縦方向）は、図１に示すｙ方向に対応する。
【００３１】
図１に示すように、この平面アンテナ１００は、グラウンド板（地板）１０２、短絡部１０４、給電部１０６、低周波帯放射素子１１０、および高周波帯放射素子１２０を備えている。
【００３２】
これら各構成要素は、薄膜状かつ導電性を有する第１の部材から形成されており、薄膜状の第２の部材（図示を省略する）によってその両面から挟み込まれることによって、平面アンテナ１００を構成している。特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、上記第１の部材の一例として銅箔を採用しており、上記第２の部材の一例として誘電率がおよそ３のポリイミドフィルムを採用している。もちろん、同様の機能を実現することができるのであれば、これらの部材に他のどのような素材を用いてもよい。
【００３３】
（グラウンド板１０２）
グラウンド板１０２は、概ね横長の長方形状を有している。特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、グラウンド板１０２の右上角部に切り欠き部１０２Ａを有している。そして、この切り欠き部１０２Ａは、円弧状の外縁を有する。切り欠き部とは、“矩形状のグラウンド板の角が切り欠かれたような形状をなしている”という意味であり、その形成方法を切り欠く方法に限定するものではない。
【００３４】
（給電部１０６）
給電部１０６は、低周波帯放射素子１１０および高周波帯放射素子１２０に対して給電線からの給電をおこなうために設けられている。具体的には、給電部１０６は、給電点１０６Ａおよび給電点１０６Ｂを有しており、これらを含む近傍の領域一帯を、給電部１０６と呼ぶ。
【００３５】
給電点１０６Ｂは、グラウンド板１０２の横方向おいては、その中央付近に設けられており、グラウンド板１０２の縦方向においては、その上端部近傍に設けられている。一方、給電点１０６Ａは、グラウンド板１０２の上方に位置する、短絡部１０４、低周波帯放射素子１１０、および高周波帯放射素子１２０が一体的に形成されている部材において、給電点１０６Ｂと対向する位置に設けられている。
【００３６】
給電点１０６Ａからは、以下に説明するとおり、低周波帯放射素子１１０および高周波帯放射素子１２０が延伸している。そして、給電点１０６Ａには、給電線の一方の導線（例えば、同軸ケーブルの内側導体）が半田付け等によって接続される。さらに、給電点１０６Ｂには、給電線の他方の導線（例えば、同軸ケーブルの外側導体）が半田付け等によって接続される。
【００３７】
（短絡部１０４）
短絡部１０４は、グラウンド板１０２と給電部１０６とを短絡し、平面アンテナ１００の入力インピーダンスを変更（すなわち、リアクタンス成分をキャンセル）することにより、インピーダンス整合を容易に取ることを可能とするためのものである。具体的には、短絡部１０４は、グラウンド板１０２の左上角部から、上方向に略直線状に延伸した後に右方向に折れ曲がり、さらに、グラウンド板１０２の上辺と沿って、給電部１０６まで略直線状に延伸している。
【００３８】
（低周波帯放射素子１１０）
低周波帯放射素子１１０は、主に低周波数帯で動作することを目的とした放射素子である。特に、本実施形態の低周波帯放射素子１１０は、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ帯）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００３９】
具体的には、低周波帯放射素子１１０は、第１の延伸部１１２、第２の延伸部１１４、および第３の延伸部１１６を有している。
【００４０】
第１の延伸部１１２は、給電部１０６から、グラウンド１０２の上辺（外縁）に沿って右方向（第１の方向）に略直線状に延伸する部分である。
【００４１】
第２の延伸部１１４は、第１の延伸部１１２の右端部（終端部）から上方向（第２の方向）に略直線状に延伸する部分である。この第２の延伸部は、低周波帯放射素子１１０の延伸する方向を右方向から左方向へ折り返す、折り返し部として機能する。
【００４２】
第３の延伸部１１６は、第２の延伸部の上端部（終端部）から左方向（第３の方向）に略直線状に延伸する部分である。
【００４３】
このように、低周波帯放射素子１１０は、第１の延伸部１１２によって給電部１０６から右方向に延伸した後に、第２の延伸部１１４によって上方向および左方向に折れ曲がり、さらに第３の延伸部１１６によって左方向に延伸することにより、いわゆる折り返し構造（横Ｕ字状）を成している。
【００４４】
これにより、限られたスペース内で、低周波数帯での動作に必要な低周波帯放射素子１１０の長さ（概ね、波長λの１／４の長さ）を稼ぐことが可能となっている。また、２つの放射素子間の電磁結合により、高周波帯における動作帯域を所望の周波数帯へシフトすることが可能となっている。
【００４５】
（高周波帯放射素子１２０）
高周波帯放射素子１２０は、主に高周波数帯で動作することを目的とした放射素子である。特に、本実施形態の高周波帯放射素子１２０は、１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯での動作をカバーしており、この周波数帯に含まれる、例えば、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の各周波数帯、ＧＰＳの周波数帯（１５５０ＭＨｚ）等の、各々の無線通信規格の周波数帯での動作が可能となっている。
【００４６】
この高周波帯放射素子１２０は、低周波帯放射素子１１０の第３の延伸部１１６と、短絡部１０４の横方向に延伸する部分との間において、これらと略平行に、給電部１０６から左方向に略直線状に延伸している。
【００４７】
この高周波帯放射素子１２０は、低周波帯放射素子１１０のような折り返し部を有しておらず、低周波帯放射素子１１０よりもその長さが短い。この長さは、上記高周波帯での動作に必要な長さ（概ね、波長λの１／４）となっている。
【００４８】
（各構成要素の寸法）
本実施形態の平面アンテナ１００が備える上記各構成要素の寸法は以下のとおりである。
【００４９】
グラウンド板１０２は、概ね長方形状をなしており、その寸法は、縦４８ｍｍ、横８０ｍｍとなっている。
【００５０】
短絡部１０４は、所望の周波数でインピーダンス整合させるべく、横方向に直線状に延伸している部分の長さが４５ｍｍとなっている。
【００５１】
低周波帯放射素子１１０において、第１の延伸部１１２は、長さが３６ｍｍ、幅が６ｍｍとなっている。また、第２の延伸部１１４は、長さが１２ｍｍ、幅が１５ｍｍとなっている。そして、第３の延伸部１１６は、長さが８３ｍｍ、幅が４ｍｍとなっている。これにより、低周波帯放射素子１１０は、第３世代および第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ帯）での動作に対応すべく、その最大長が１３１ｍｍとなっている。
【００５２】
高周波帯放射素子１２０は、ＧＳＭ、ＰＣＳ、ＵＭＴＳ等の周波数帯（１５５０〜２２００ＭＨｚ）での動作に対応すべく、長さが２８ｍｍ、幅が１．５ｍｍとなっている。
【００５３】
上記において、低周波帯放射素子１１０の第１の延伸部１１２は、その長さが３６ｍｍであると説明したが、これは第２の延伸部１１４の幅１５ｍｍ分を含めた寸法であり、これを含めないのであれば、言うまでも無く、第１の延伸部１１２は、その長さが２１ｍｍとなる。
【００５４】
同様に、第３の延伸部１１６は、その長さが８３ｍｍであるが、第２の延伸部１１４の幅１５ｍｍ分を含めた寸法であり、これを含めないのであれば、第３の延伸部１１６は、言うまでも無く、その長さが６８ｍｍとなる。
【００５５】
（形状および寸法の工夫）
ここで、本実施形態の平面アンテナ１００は、複数かつ広帯域の周波数帯での動作を実現することを主目的として、その形状および寸法について、以下のような工夫をさらに施している。
【００５６】
（１）低周波帯放射素子１１０が有する第２の延伸部１１４の幅Ｗが、低周波帯放射素子１１０が有する他の延伸部の幅よりも広くなっている。具体的には、第２の延伸部１１４の幅Ｗは、第１の延伸部１１２の幅（６ｍｍ）および第３の延伸部の幅（４ｍｍ）よりも広い、１５ｍｍとなっている。
【００５７】
（２）グラウンド板１０２において、低周波帯放射素子１１０に対向する角部である右上角部に切り欠き部１０２Ａを有する。
【００５８】
（平面アンテナ１００の特性）
ここで、図２〜５を参照して、本実施形態に係る平面アンテナ１００の特性について説明する。ここでは、試験的に、図１に示した平面アンテナ１００に加え、この平面アンテナ１００とは一部の形状が異なる比較用の平面アンテナ３０２，３０４をそれぞれ用意した。そして、これらの平面アンテナを用いて、形状や寸法の違いにより、特性がどのように変化するかを観察した。
【００５９】
図２は、比較用に用いた平面アンテナ３０２，３０４の構成を示す正面図である。図２（ａ）に示すように、平面アンテナ３０２は、第２の延伸部１１４に相当する部分の幅Ｗが１５ｍｍから２ｍｍへと変更されている点で、本実施形態に係る平面アンテナ１００と相違し、その他の点については本実施形態に係る平面アンテナ１００と同一である。一方、図２（ｂ）に示すように、平面アンテナ３０４は、グラウンド板の右上角部に切り欠き部が設けられていない点で、本実施形態に係る平面アンテナ１００と相違し、その他の点については本実施形態に係る平面アンテナ１００と同一である。
【００６０】
図３は、図１に示した平面アンテナ１００および図２に示した比較用の平面アンテナ３０２，３０４の各々のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）特性を示すグラフである。
【００６１】
図４および図５は、図１に示した平面アンテナ１００および図２に示した比較用の平面アンテナ３０２，３０４の各々の、入力インピーダンス特性を示すグラフである。
【００６２】
特に、図４は、低周波数帯における入力インピーダンス特性を示し、図５は、高周波数帯における入力インピーダンス特性を示す。
【００６３】
また、図４（ａ）および図５（ａ）は、入力インピーダンス特性のうちの抵抗成分Ｒｉｎを示し、また、図４（ｂ）および図５（ｂ）は、入力インピーダンス特性のうちのリアクタンス成分Ｘｉｎを示す。
【００６４】
図３〜５に示す周波数帯のうち、特に、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯は、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする周波数帯である。これらの周波数帯が動作帯域となるためには、ＶＳＷＲが所定の上限値よりも低くなる必要がある。本実施形態では、この上限値として「３．５」を用いている。すなわち、本実施形態の平面アンテナ１００は、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯の各々が動作帯域となるように、これらの周波数帯のＶＳＷＲが３．５以下となることが要求されている。
【００６５】
これに応じて、本実施形態の平面アンテナ１００は、図３に示すように、比較的その帯域幅が広い、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯の全域、および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯の全域において、ＶＳＷＲが３．５よりも低く、すなわち、これらの各周波数帯が動作帯域となっている。
【００６６】
これにより、この平面アンテナ１００は、第３世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯としては、ＧＳＭ方式の周波数帯（８６０ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式の周波数帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ（Personal Communication Service）方式の周波数帯（１８５９ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ帯）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）方式の周波数帯（１９００ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ帯）の各々を、動作帯域としてカバーすることが可能となっている。さらに、この平面アンテナ１００は、第３．９世代の携帯電話向けの無線通信規格の周波数帯（７０４〜７７７ＭＨｚ）、およびＧＰＳの周波数帯（１５５０ＭＨｚ）の各々についても、動作帯域としてカバーすることが可能となっている。
【００６７】
一方、図３〜５によれば、比較用の平面アンテナ３０２は、本実施形態の平面アンテナ１００に比べ、特に低周波数側において、動作帯域の帯域幅が極端に狭くなっていることが分かる。
【００６８】
また、図３〜５によれば、比較用の平面アンテナ３０４は、本実施形態の平面アンテナ１００に比べ、動作帯域が、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする周波数帯よりも大きく高周波数側にシフトしていることが分かる。これは、平面アンテナ３０４が、本実施形態の平面アンテナ１００のような切り欠き部をグラウンド板に有してなく、グラウンド板が必要以上に容量性結合してしまった結果、図４，５に示すように、リアクタンス成分Ｘｉｎが大きくなり、インピーダンス整合が十分に取れなくなってしまったためである。
【００６９】
図６は、図１に示した平面アンテナ１００において、第２の延伸部１１４の幅Ｗとして様々な寸法を適用した場合について、その各々のＶＳＷＲ特性を示したグラフである。
【００７０】
図６に示す例では、第２の延伸部１１４の幅Ｗとして、１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、および２０ｍｍを適用した場合のそれぞれについての、５００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ帯、特に、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示している。
【００７１】
図６に示すように、第２の延伸部１１４の幅Ｗとして、１ｍｍ、５ｍｍ、および１０ｍｍを適用した場合は、いずれも、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯のうちの多くの帯域においてＶＳＷＲが３．５よりも大きくなっている。
【００７２】
一方、平面アンテナ１００の幅Ｗとして、１５ｍｍ、および２０ｍｍを適用した場合は、いずれも、本実施形態の平面アンテナ１００が目的とする７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯の全域において、ＶＳＷＲが３．５よりも低くなっている。
【００７３】
このことから、第２の延伸部１１４の幅Ｗをより広くするほど、動作帯域の帯域幅がより広くなることが分かる。特に、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍ以上とすることで、所望の低周波数帯（７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）の全域を動作帯域とすることができることが分かる。
【００７４】
（幅Ｗの規定および切り欠き部による効果）
以上説明したように、本実施形態の平面アンテナ１００は、低周波帯放射素子１１０が有する第２の延伸部１１４の幅Ｗを、低周波帯放射素子１１０が有する他の延伸部の幅よりも広くし、特に、この幅Ｗを１５ｍｍとした。これにより、その帯域幅が比較的広い７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を、動作帯域とすることが可能となっている。
【００７５】
また、本実施形態の平面アンテナ１００は、低周波帯放射素子１１０とグラウンド板１０２とを離間させるべく、グラウンド板１０２の右上角部を切り欠いた。これにより、放射素子とグラウンド板１０２とが必要以上に容量性結合してしまうことを防止し、特に高周波数帯において、インピーダンス整合を十分に取ることができ、結果的に、その帯域幅が比較的広い１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯を、さらに動作帯域とすることが可能となっている。
【００７６】
これにより、本実施形態の平面アンテナ１００は、今後、需要の増加が見込まれる、第３世代（ＧＳＭ、ＤＣＳ、Ｅ−ＧＭＳ９００、ＧＳＭ１８００、ＰＣＳ１９００、等）、第３．９世代（ＬＴＥ等）、およびＧＰＳ等の様々な通信規格での動作をカバーすることが可能となっている。
【００７７】
特に、本実施形態の平面アンテナ１００は、第２の延伸部１１４の幅Ｗを拡大し、グラウンド板１０２に切り欠き部１０２Ａを設けることによって、上記各周波数帯の動作帯域化を実現している。これにより、放射素子の数を増やしたり、追加の構成要素（例えば、使用する周波数帯を切り換えるためのスイッチや制御回路）を設けたり、上記幅Ｗ以外のサイズを大きくしたりする必要がないため、その外径寸法を大型化することなく、上記各周波数帯の動作帯域化を実現することができる。
【００７８】
（Ｗ／Ｌ比の規定）
上記のとおり、本実施形態の平面アンテナ１００は、第２の延伸部１１４の幅Ｗと、グラウンド板１０２の右上角部に切り欠き部１０２Ａを設けることとが、それぞれ規定されている。本実施形態の平面アンテナ１００は、さらに、動作帯域の帯域幅の拡大と、その中心周波数のシフトの抑制を目的として、低周波帯放射素子１１０の第３の延伸部１１６の長さＬと、第２の延伸部１１４の幅Ｗとの比率（以下、「Ｗ／Ｌ比」と示す）が規定されている。
【００７９】
図１に示したとおり、本実施形態の平面アンテナ１００は、第３の延伸部の長さＬが８３ｍｍとなっており、第２の延伸部１１４の幅Ｗが１５ｍｍとなっている。したがって、本実施形態の平面アンテナ１００は、Ｗ／Ｌ比がおよそ０．１８となっている。
【００８０】
（Ｗ／Ｌ比の規定による効果）
図７は、図１に示した平面アンテナ１００におけるＷ／Ｌ比と比帯域幅との関係を示したグラフである。図７において、Ｌ、Ｗ、Ｗ／Ｌ、ｆｂｗ、ｆｃ／ｆｃ０は、それぞれ、第３の延伸部１１６の長さ、第２の延伸部１１４の幅、Ｗ／Ｌ比、比帯域幅、中心周波数のシフトの割合を示す。
【００８１】
図８は、図１に示した平面アンテナ１００におけるＷ／Ｌ比と比帯域幅との関係を示したグラフである。図８において、縦軸は比帯域幅を示し、横軸はＷ／Ｌ比を示す。
【００８２】
図９は、図１に示した平面アンテナ１００におけるＷ／Ｌ比と動作帯域の中心周波数との関係を示したグラフである。図９において、縦軸は中心周波数のシフトの割合を示し、横軸はＷ／Ｌ比を示す。
【００８３】
ここでは、試験的に、図１に示した平面アンテナ１００に対し、第２の延伸部１１４の幅Ｗのみを、変化させることによりＷ／Ｌ比を変化させ、比帯域幅および動作帯域の中心周波数のシフトの割合がどのように変化するかを観察した。図７、図８、および図９は、その結果を示すものである。比帯域幅は、以下数式（１）によって求められる。動作帯域の中心周波数のシフトの割合は、以下数式（２）によって求められる。
【００８４】
比帯域幅＝（（動作帯域の上限周波数）−（動作帯域の下限周波数）／動作帯域の中心周波数）・・・（１）
あるＷ／Ｌ比の中心周波数のシフトの割合＝（あるＷ／Ｌ比の動作帯域の中心周波数）／（所望の動作帯域の中心周波数）・・・（２）
図７および図８によれば、Ｗ／Ｌ比が大きくなるほど、比帯域幅が広がることが分かる。すなわち、第３の延伸部１１６の長さＬを変えずに、第２の延伸部１１４の幅Ｗを広くするほど、比帯域幅が広がるということになる。
【００８５】
例えば、本実施形態の平面アンテナ１００（Ｗ／Ｌ比：およそ０．１８）は、動作帯域の上限周波数が「９９０（ＭＨｚ）」であり、動作帯域の下限周波数が「７００（ＭＨｚ）」であり、動作帯域の中心周波数（ｆｃ）が「８４５（ＭＨｚ）」である。したがって、上記数式（１）より、その比帯域幅は、およそ「０．３４」すなわち３４％となる。
【００８６】
すなわち、本実施形態の平面アンテナ１００は、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍとし、Ｗ／Ｌ比をおよそ０．１８としたことによって、７００ＭＨｚ〜９９０ＭＨｚ帯を動作帯域とし、３４％という非常に大きな比帯域幅が得られているのである。
【００８７】
一方、図９によれば、基準の中心周波数（ｆｃ０）を、ＬＴＥおよびＧＳＭの周波数帯（７０４ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）の中心周波数である「８３７（ＭＨｚ）」とした場合、Ｗ／Ｌ比が概ね０．１２〜０．２９であれば、基準の中心周波数からのシフトの割合が±１０％以内に収まることが分かる。
【００８８】
例えば、本実施形態の平面アンテナ１００は、Ｗ／Ｌ比をおよそ０．１８としたことによって、動作帯域の中心周波数が８４５ＭＨｚである、７００ＭＨｚ〜９９０ＭＨｚ帯を動作帯域化することが可能となっている。
【００８９】
ここで、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍから増加または減少した場合であっても、Ｗ／Ｌ比が概ね０．１２〜０．２９の範囲内であれば、基準の中心周波数からのシフトの割合を±１０％以内に収めることができる。
【００９０】
但し、Ｗ／Ｌ比が小さくなるほど比帯域幅が狭くなることが図８から分かるので、比帯域幅を減らしたくない場合は、Ｗ／Ｌ比が概ね０．１８〜０．２９の範囲内となるように、第２の延伸部１１４の幅Ｗの増加のみを認めることが好ましい。
【００９１】
例えば、第２の延伸部１１４の幅Ｗを１５ｍｍから２０ｍｍへ変更し、Ｗ／Ｌ比が０．１８から０．２４へ変更された場合、動作帯域の中心周波数は８４５ＭＨｚから８３０ＭＨｚへ変更されるだけであり、中心周波数のシフトがほとんど発生しないうえに、比帯域幅は、６６０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ帯と広くなるので、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を確実に動作帯域とすることができる。
【００９２】
したがって、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯を確実に動作帯域とすることを望むのであれば、このように、Ｗ／Ｌ比を概ね０．１８以上０．２４以下の範囲内とすればよい。
【００９３】
（切り欠き部の形状および寸法の変形例）
実施形態の平面アンテナ１００においては、グラウンド板１０２の右上角部を円弧状に切り欠くこととしたが、他の形状に切り欠くようにしてもよい。以下、切り欠き部の形状および寸法を異ならせる変形例について説明する。
【００９４】
ここでは、試験的に、図１に示した平面アンテナ１００に加え、切り欠き部の形状および寸法が異なる比較用の平面アンテナ１００４，１００６，１００８をそれぞれ用意した。そして、これらの平面アンテナを用いて、切り欠き部の形状および寸法の違いにより、特性がどのように変化するかを観察した。
【００９５】
図１０は、本実施形態の平面アンテナ１００、および比較用に用いた平面アンテナ１００４，１００６，１００８の構成を示す正面図である。平面アンテナ１００４，１００６，１００８のそれぞれに関し、切り欠き部以外の形状および寸法は、本実施形態の平面アンテナ１００と同一である。
【００９６】
平面アンテナ１００，１００４，１００６，１００８は、いずれも、給電部よりも右側（低周波帯放射素子１１０が設けられている側）に切り欠き部が設けられている。そして、いずれの切り欠き部も、給電部から右側に離れるにしたがって、その外縁と低周波帯放射素子１１０の外縁との間隔が離間する形状を有している。
【００９７】
特に、平面アンテナ１００，１００２，１００４は、切り欠き部の外縁の形状が円弧状となっており、平面アンテナ１００６は、切り欠き部の外縁の形状が直線状となっている。
【００９８】
グラウンド板１０２と低周波帯放射素子１１０との最大間隔（具体的には、グラウンド板１０２の切り欠き部の外縁の下端部と、低周波帯放射素子１１０の対向する外縁との最大間隔）をｄとすると、この最大間隔ｄは、各平面アンテナで異なっている。具体的には、各平面アンテナの最大間隔ｄを大きい順に示すと、平面アンテナ１００、平面アンテナ１００６、平面アンテナ１００４、平面アンテナ１００２となる。
【００９９】
図１１は、図１０に示した平面アンテナの各々のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【０１００】
ここで、本実施形態の平面アンテナ１００が目的としている低周波数帯（７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯）、高周波数帯（１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯）について着目すると、本実施形態の平面アンテナ１００においては、これらの周波数帯のＶＳＷＲが３．５以下となっているのはもちろんであるが、他の平面アンテナ１００２，１００４，１００６のいずれにおいても、これらの周波数帯のＶＳＷＲが３．５以下となっている。
【０１０１】
このような結果から、上記各周波数帯に関していえば、いずれの平面アンテナにおいても、これらの周波数帯を動作帯域とするために、最大間隔ｄとして適切な値が設定されているといえる。また、切り欠き部の外縁の形状が直線状となっている平面アンテナ１００６についても、これらの周波数帯を動作帯域とすることができていることから、切り欠き部の形状を円弧状にしなくとも、最大間隔ｄを適切な値にさえすれば、これらの周波数帯を動作帯域とすることができるといえる。
【０１０２】
一方、所望の高周波数帯（１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯）よりもさらに高周波数側の２２００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ帯について着目すると、切り欠き部を円弧状とした平面アンテナ１００，１００２，１００４においては、ＶＳＷＲが概ね３．５以下となっている。しかしながら、切り欠き部を直線状とした平面アンテナ１００６においては、ＶＳＷＲが３．５よりも大きくなっている。
【０１０３】
このことから、将来的に２２００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ帯についても動作帯域とすることが望まれるような場合は、切り欠き部を円弧状とすることが好ましいといえる。すなわち、単に切り欠き部を設けるだけではなく、本実施形態の平面アンテナ１００のように、切り欠き部を円弧状とすることによって、動作帯域の帯域幅を、さらに拡大することできるといえる。
【０１０４】
（他の種類のアンテナへの適用例）
実施形態では、本発明を適用する平面アンテナ１００として逆Ｆ型アンテナを用いたが、本発明は、逆Ｆ型アンテナへの適用に限らない。以下、本発明を逆Ｆ型アンテナ以外のアンテナに適用した場合の適用例について説明する。
【０１０５】
ここでは、試験用の平面アンテナ１２０２，１２０４，１２０６，１２０８，１２１０をそれぞれ用意した。そして、これらの平面アンテナを用いて、アンテナの種類、寸法、および切り欠き部の形状の違いにより、特性がどのように変化するかを観察した。
【０１０６】
図１２は、試験用に用いた平面アンテナ１２０２，１２０４，１２０６，１２０８，１２１０の構成を示す正面図である。図１２（ａ）に示す平面アンテナ１２０２は、いわゆる逆Ｆ型アンテナであり、本実施形態の平面アンテナ１００と概ね同様の形状および寸法を有している。一方、図１２（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示す平面アンテナ１２０４，１２０６，１２０８，１２１０は、いわゆるモノポールアンテナであり、それぞれ、寸法および／または切り欠き部の形状が異なる。
【０１０７】
平面アンテナ１２０２，１２０４，１２０６，１２０８，１２１０は、いずれも、給電部よりも右側に切り欠き部が設けられている。各々の切り欠き部は、給電部から右側に離れていくにしたがって、低周波帯放射素子１１０とグラウンド板１０２との間隔が広がっていく形状、または、低周波帯放射素子１１０とグラウンド板１０２との間隔が広がったまま一定の間隔を保つ形状を有している。
【０１０８】
例えば、平面アンテナ１２０２は、放射素子の横幅が８５ｍｍ、グラウンド板の横幅が８３ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状が円弧状となっている。
【０１０９】
また、平面アンテナ１２０４は、放射素子の横幅およびグラウンド板の横幅がともに４５ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状が右下がりの斜め直線状となっており、切り欠き部によって切り欠かれた部分（すなわち、隙間部分）が略直角三角形状となっている。
【０１１０】
また、平面アンテナ１２０６は、放射素子の横幅およびグラウンド板の横幅がともに８５ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状がＬ字状となっており、切り欠き部によって切り欠かれた部分（すなわち、隙間部分）の形状が略横長の長方形状となっている。
【０１１１】
また、平面アンテナ１２０８は、放射素子の横幅およびグラウンド板の横幅がともに４５ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状がＬ字状となっており、切り欠き部によって切り欠かれた部分（すなわち、隙間部分）が略正方形状となっている。
【０１１２】
また、平面アンテナ１２１０は、放射素子の横幅が８５ｍｍ、グラウンド板の横幅が８３ｍｍとなっている。そして、切り欠き部の外縁の形状が円弧状となっている。
【０１１３】
図１３は、図１２に示した平面アンテナの各々の、規格化距離と比帯域幅との関係を示すグラフである。規格化距離とは、ｄ／λcによって求められる値であり、ｄは、切り欠き部の外縁と放射素子の対向する外縁との最大間隔を示し、λcは、これによって得られる動作帯域の中心波長を示す。例えば、本実施形態では、ＶＳＷＲが３．５よりも低い周波数帯を動作帯域としているから、λcは、ＶＳＷＲが３．５よりも低い周波数帯の中心波長となる。動作帯域とするＶＳＷＲの上限値は、「３．５」に限らず、当然、平面アンテナの仕様等によって異なる。したがって、λcは、ＶＳＷＲが３．５よりも低い周波数帯の中心波長以外にもなり得る。例えば、動作帯域とするＶＳＷＲの上限値が「３．０」の場合、λcは、ＶＳＷＲが３．０よりも低い周波数帯の中心波長となり、動作帯域とするＶＳＷＲの上限値が「２．５」の場合、λcは、ＶＳＷＲが２．５よりも低い周波数帯の中心波長となる。
【０１１４】
図１３によれば、図１２に示したいずれの平面アンテナにおいても、規格化距離０．０５〜０．４において、比帯域幅として概ね１５％以上が得られていることが分かる。
【０１１５】
すなわち、本実施形態の平面アンテナ１００は、平面アンテナの種類、各部の形状、および寸法などを変更したとしても、規格化距離が０．０５〜０．４となるように上記最大間隔ｄを規定すれば、この変更の影響を大きく受けることなく、上記したように比較的広い比帯域幅を得られることができるということである。
【０１１６】
図１４は、本実施形態に係る平面アンテナ１００の放射指向性を示す表である。図１５は、本実施形態に係る平面アンテナ１００の放射指向性を示すグラフである。
【０１１７】
図１４および図１５のうち、（ａ）は、８２４ＭＨｚにおけるｘ−ｙ平面の放射指向性を示す。また、（ｂ）は、１５７５．４ＭＨｚにおけるｘ−ｙ平面の放射指向性を示す。また、（ｃ）は、２１１０ＭＨｚにおけるｘ−ｙ平面の放射指向性を示す。特に、（ａ）〜（ｃ）において、破線はｘ−ｙ平面がなす角度方向φの電界成分Ｅφを表し、実線はｚ−ｘ平面もしくはｙ−ｚ平面がなす角度方向θの電界成分ＥΘを表し、点線はＥφ，Ｅθ両成分の合成した電界（合成成分）を表す。
【０１１８】
図１４および図１５によれば、本実施形態の平面アンテナ１００は、例えば、８２４ＭＨｚにおいては、上記合成成分において、最低でおよそ「−４．１０（ｄｂｉ）」、最高でおよそ「２．０２（ｄｂｉ）」の利得を得られることが分かる。
【０１１９】
また、１５７５．４ＭＨｚにおいては、上記合成成分において、最低でおよそ「−１３．００（ｄｂｉ）」、最高でおよそ「２．０４（ｄｂｉ）」の利得を得られることが分かる。
【０１２０】
また、２１１０ＭＨｚにおいては、上記合成成分において、最低でおよそ「−７．３６（ｄｂｉ）」、最高でおよそ「１．３５（ｄｂｉ）」の利得を得られることが分かる。
【０１２１】
このように、図１４および図１５によれば、本実施形態の平面アンテナ１００は、８２４ＭＨｚ、１５７５．４ＭＨｚ、および２１１０ＭＨｚの各々の無線通信規格において、無指向に動作し、かつ十分な利得を得られることが分かる。
【０１２２】
（補足説明）
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２３】
実施形態では、本発明を、７００ＭＨｚ〜９７０ＭＨｚ帯および１５００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ帯の各々を目的の周波数帯とする平面アンテナ１００に適用する例を説明した。そして、実施形態では、これらの周波数帯を動作帯域とするために、平面アンテナ１００において、第２の延伸部１１４の幅Ｗ、切り欠き部１０２Ａの形状、Ｗ／Ｌ比、規格化距離等を規定する例を説明した。
【０１２４】
本発明は、目的とする周波数帯が実施形態と異なる平面アンテナに対しても適用することができる。この場合、必要に応じて、上記パラメータのうちの少なくともいずれか一つを適切に変更することによって、目的とする周波数帯を動作帯域とするとよい。
【０１２５】
また、本発明は、アンテナの種類、構造、形状、寸法等が実施形態と異なる平面アンテナに対しても適用することができる。
【０１２６】
例えば、実施形態では、本発明を逆Ｆ型アンテナに適用する例を説明したが、これに限らず、本発明は、少なくとも折り返し構造を有する放射素子を備えた平面アンテナであれば、モノポールアンテナ等、様々な平面アンテナに適用することができる。
【０１２７】
また、実施形態では、本発明を２つの放射素子を備えた平面アンテナに適用する例を説明したが、これに限らず、本発明は、少なくとも折り返し構造を有する放射素子を含む１つ以上の放射素子を備えた平面アンテナであれば、様々な平面アンテナに適用することができる。
【０１２８】
いずれの場合も、必要に応じて、上記パラメータのうちの少なくともいずれか一つを適切に変更することによって、動作帯域を広帯域化しつつ、目的とする周波数帯を動作帯域とするとよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明に係る平面アンテナは、当該平面アンテナを介して無線通信をおこなう各種通信端末に利用可能であり、特に、利用可能な周波数帯が広帯域化しており、かつ小型化が要求される携帯電話機等の通信端末への利用が適している。
【符号の説明】
【０１３０】
１００ 平面アンテナ
１０２ グラウンド板（地板）
１０２Ａ 切り欠き部
１０４ 短絡部
１０６ 給電部
１０６Ａ 給電点
１０６Ｂ 給電点
１１０ 低周波帯放射素子
１１２ 第１の延伸部
１１４ 第２の延伸部
１１６ 第３の延伸部
１２０ 高周波帯放射素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地板と、放射素子とを備えた平面アンテナであって、
前記放射素子は、
給電点から前記地板の外縁に沿って第１の方向に延伸する第１の延伸部と、
前記第１の延伸部の終端部から、前記第１の方向に略直交する第２の方向に延伸する第２の延伸部と、
前記第２の延伸部の終端部から、前記第１の方向とは反対の第３の方向に延伸する第３の延伸部と
を有し、
前記第２の延伸部の幅は、
前記第１の延伸部の幅および前記第３の延伸部の幅よりも広い
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記第３の延伸部の長さをＬとし、前記第２の延伸部の幅をＷとする場合、Ｗ／Ｌが、０．１８以上０．２４以下に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記地板は、前記放射素子と対向する部分に切り欠き部を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記切り欠き部は、前記地板の前記切り欠き部における外縁が円弧状をなしている
ことを特徴とする請求項３に記載の平面アンテナ。
【請求項５】
前記地板の前記切り欠き部における外縁と前記放射素子の対向する外縁との最大間隔をｄとし、動作帯域の中心波長をλcとする場合、ｄ／λcが、０．０５以上０．４以下に設定されている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の平面アンテナ。
【請求項１】
地板と、放射素子とを備えた平面アンテナであって、
前記放射素子は、
給電点から前記地板の外縁に沿って第１の方向に延伸する第１の延伸部と、
前記第１の延伸部の終端部から、前記第１の方向に略直交する第２の方向に延伸する第２の延伸部と、
前記第２の延伸部の終端部から、前記第１の方向とは反対の第３の方向に延伸する第３の延伸部と
を有し、
前記第２の延伸部の幅は、
前記第１の延伸部の幅および前記第３の延伸部の幅よりも広い
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記第３の延伸部の長さをＬとし、前記第２の延伸部の幅をＷとする場合、Ｗ／Ｌが、０．１８以上０．２４以下に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記地板は、前記放射素子と対向する部分に切り欠き部を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記切り欠き部は、前記地板の前記切り欠き部における外縁が円弧状をなしている
ことを特徴とする請求項３に記載の平面アンテナ。
【請求項５】
前記地板の前記切り欠き部における外縁と前記放射素子の対向する外縁との最大間隔をｄとし、動作帯域の中心波長をλcとする場合、ｄ／λcが、０．０５以上０．４以下に設定されている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の平面アンテナ。
【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】
【公開番号】特開２０１３−４６３９４（Ｐ２０１３−４６３９４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５２４６（Ｐ２０１１−１８５２４６）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]