(57)【要約】【課題】装置の大型化を抑制しながら、通信に利用できる周波数の数を増やすことができないという問題を解決するアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ素子２は、アンテナ素子１と互いに高周波的に結合可能である。また、切替回路３および４は、アンテナ素子２の予め定められた複数の切替箇所のそれぞれについて、短絡状態および開放状態を切り替える。【選択図】図１
2010028521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電素子と、
前記給電素子と高周波的に結合することが可能な無給電素子と、
前記給電素子および前記無給電素子の電気影像を生成する基板と、
前記無給電素子の予め定められた複数の切替箇所のそれぞれについて、該切替箇所と前記基板とを短絡した短絡状態と、該切替箇所を開放した開放状態とを切り替える切替手段と、を含むアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記切替手段は、前記複数の切替箇所のそれぞれについて、前記短絡状態と、前記開放状態と、該切替箇所と容量性素子または誘導性素子とを短絡した接続状態とを切り替える、アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電素子と無給電素子とを用いてマルチバンドを実現するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体無線端末などの無線端末において、複数の周波数帯から通信に利用する周波数帯を状況に応じて切り替えるマルチバンド方式への対応が進んでいる。例えば、無線端末は、屋内外などの状況に応じて、通信に利用する周波数帯を切り替える。
【０００３】
無線端末のアンテナとして、例えば、線状のアンテナ素子を用いる場合、そのアンテナ素子の長さ応じた周波数帯の単共振アンテナを実現することができる。したがって、マルチバンドに対応した無線通信機を構成するためには、アンテナ素子の数を増やしたり、アンテナ素子を途中から分岐させたりする必要があった。
【０００４】
しかしながら、アンテナ素子の数を増やしたり、アンテナ素子を途中から分岐させたりすると、装置が大型化する。このため、無線通信機の小型化とマルチバンド化とを両立することが困難であった。
【０００５】
特許文献１には、装置の大型化を抑制しながら、マルチバンドを実現することが可能なマルチバンドアンテナが記載されている。
【０００６】
このマルチバンドアンテナは、アンテナ素子として、メインエレメントとサブエレメントとを有する。メインエレメントは、給電素子であり、サブエレメントは、無給電素子である。また、サブエレメントは、そのサブエレメントの基端部と接地導体とを、導通または非導通にするためのスイッチを有する。
【０００７】
サブエレメントが接地導体と導通している第一状態では、サブエレメントとメインエレメントとが高周波的に結合し、サブエレメントが接地導体と非導通になっている第二状態では、サブエレメントがメインエレメントに対して電気的な影響を及ぼさない素子として作用する。
【０００８】
これにより、このマルチバンドアンテナでは、サブエレメントが接地導体と導通している第一状態と、サブエレメントが接地導体と非導通になっている第二状態とのそれぞれにおいて、互いに異なる周波数帯を通信に利用することが可能になる。
【０００９】
よって、アンテナ素子の数を増やさなくても、マルチバンドを実現することが可能になるので、装置の大型化を抑制することが可能になる。
【特許文献１】再特ＷＯ２００５／０６９４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載のマルチバンドアンテナにおいて、サブエレメントの状態は、第一状態と第二状態との２つの状態しかない。また、サブエレメントをサブエレメントとメインエレメントとが高周波的に結合する第一状態の場合、３つの周波数帯しか通信に利用することができない。
【００１１】
このため、一つの無給電素子では、通信に利用できる周波数帯の数が限られる。通信に利用できる周波数帯の数を増やすために、サブエレメントの数を増やすことも考えられるが、サブエレメントの数を増やすと装置が大型化する。
【００１２】
このため、装置の大型化を抑制しながら、通信に利用できる周波数帯の数を増やすことができないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上記の課題である、装置の大型化を抑制しながら、通信に利用できる周波数帯の数を増やすことができないという問題を解決するアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるアンテナ装置は、給電素子と、前記給電素子と高周波的に結合することが可能な無給電素子と、前記給電素子および前記無給電素子の電気影像を生成する基板と、前記無給電素子の予め定められた複数の切替箇所のそれぞれについて、該切替箇所と前記基板とを短絡した短絡状態と、該切替箇所を開放した開放状態とを切り替える切替手段と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、装置の大型化を抑制しながら、通信に利用できる周波数帯の数を増やすことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第一の実施形態のアンテナ装置の構成を示した模式図である。
【００１８】
図１において、アンテナ装置１００は、アンテナ素子１および２と、基板１０とを含む。また、基板１０は、切替回路３および４と、制御線５および６と、信号線７と、無線回路８と、給電部９とを備える。なお、アンテナ装置１００は、例えば、移動体無線端末の筺体内部に設けられる。
【００１９】
アンテナ素子１は、給電部９と接続された、Ｌ字型の線状の給電素子である。また、アンテナ素子１の端部のうちの一方は信号線７と接続され、他方は開放されている。
【００２０】
アンテナ素子２は、半ループ状（具体的には、コ字型の線状）の無給電素子である。アンテナ素子２は、アンテナ素子１と互いに高周波的に結合することが可能なように、アンテナ素子１から所定間隔だけ離れた位置に設けられる。本実施形態では、アンテナ素子２の折り曲げられた箇所のうちの一方が、アンテナ素子１の開放された方の端部から所定間隔だけ離れた位置に設けられる。
【００２１】
切替回路３および４は、アンテナ素子２の予め定められた複数の切替箇所のそれぞれについて、その切替箇所を基板１０と短絡した短絡状態と、その切り替え箇所を開放した開放状態のどちらか一方に切り替える。本実施形態では、切替箇所は、アンテナ素子２の端部２ａおよび２ｂである。
【００２２】
切替回路３は、アンテナ素子２の端部２ａと基板１０との間に設けられ、切替回路４は、アンテナ素子２の端部２ｂと基板１０との間に設けられる。切替回路３は、アンテナ素子２の端部２ａを基板１０と短絡した短絡状態と、その端部２ａを開放した開放状態のどちらか一方に切り替える。また、切替回路４は、アンテナ素子２の端部２ｂを基板１０と短絡した短絡状態と、その端部２ｂを開放した開放状態のどちらか一方に切り替える。なお、基板１０は、ＧＮＤ素子（接地素子）として機能する。
【００２３】
また、切替回路３は、制御線５と接続され、切替回路４は、制御線６と接続される。
【００２４】
無線回路８は、制御線５および６と、信号線７とに接続される。
【００２５】
無線回路８は、信号線７を介してアンテナ素子１とＲＦ信号を送受信する。
【００２６】
また、無線回路８は、切替制御回路８ａを含む。切替制御回路８ａは、無線回路８が送受信するＲＦ信号に応じて、制御線５および６を介して切替回路３および４を制御して、アンテナ素子２の各端部の状態を個別に切り替える。本実施形態では、切替制御回路８ａは、アンテナ素子２の端部２ａおよび２ｂのどちらか一方を短絡状態にし、他方を開放状態にする。
【００２７】
給電部９は、アンテナ素子１に給電する。
【００２８】
基板１０は、アンテナ素子１および２の電気影像を基板１０内に生成できるように、アンテナ素子１および２の面積に比べて大きな面積を有する。これにより、アンテナ素子１および２と、基板１０とは、アンテナ素子２の端部２ａおよび２ｂの状態の組み合わせに応じて、互いに電気長が異なる複数のループ状のアンテナ素子として機能することが可能になる。
【００２９】
上記の構成により、アンテナ装置１００は、端部２ａおよび２ｂの状態の組み合わせに応じて決定されるアンテナ状態ごとに、互いに異なる複数の共振周波数を有する。
【００３０】
また、アンテナ装置１００は、アンテナ状態ごとに、アンテナ素子２がアンテナ素子１の寄生素子として機能する寄生モードと、アンテナ素子１および２がループ状のアンテナ素子として機能するループモードとの２つのモードを有する。そして、アンテナ装置１００は、それらのモードごとに、互いに異なる複数の共振周波数を有する。
【００３１】
本実施形態では、アンテナ状態には、端部２ａが開放状態で端部２ｂが短絡状態であるアンテナ状態と、端部２ａが短絡状態で端部２ｂが開放状態であるアンテナ状態と、の２つのアンテナ状態がある。また、アンテナ状態ごとに２つのモードがある。したがって、アンテナ装置１００は、４つの共振周波数を有する。
【００３２】
アンテナ装置は、これらの共振周波数を有し、所定の帯域幅を有する周波数帯を通信に利用することができるので、これらの周波数帯を必要に応じて切り替えることにより、マルチバンドに対応することができる。
【００３３】
以下、アンテナ装置１００の動作について説明する。
【００３４】
図２は、アンテナ装置１００の入力特性を示した説明図である。なお、図２において、横軸は、周波数[ＧＨｚ]を示し、アンテナ装置１００のＲＦ信号の入力レベル[ｄＢ]を示す。
【００３５】
図２では、アンテナ装置１００の入力特性１０１および１０２が示されている。入力特性１０１は、切替回路３が制御するアンテナ素子２の端部２ａが開放状態であり、切替回路３が制御するアンテナ素子２の端部２ｂが短絡状態であるときのアンテナ装置１００の入力特性を示す。入力特性１０２は、切替回路３が制御するアンテナ素子２の端部２ａが短絡状態であり、切替回路３が制御するアンテナ素子２の端部２ｂが開放状態であるときのアンテナ装置１００の入力特性を示す。
【００３６】
アンテナ装置１００は、入力特性１０１において受信感度が局所的に良い２つの共振周波数ＡおよびＤと、入力特性１０２において受信感度が局所的に良い共振周波数ＢおよびＣとを有する周波数帯を通信に利用することができる。
【００３７】
このとき、共振周波数ＡおよびＢに対応するモードがループモードであり、共振周波数ＣおよびＤに対応するモードが寄生モードである。
【００３８】
図３は、共振周波数ＡないしＤを有する周波数帯で通信を行う場合におけるアンテナ素子１および２に流れる電流の向きを示した説明図である。なお、図３では、電流の向きを矢印で示している。
【００３９】
アンテナ素子１内の電流は、全ての共振周波数において、給電部９から、アンテナ素子の解放された端部に流れる。なお、給電部９からの給電点は、信号線７に接続された端部の近傍にあるとしている。
【００４０】
アンテナ素子２内の電流は、ループモード（共振周波数ＡおよびＢ）では、開放状態の端部から短絡状態の端部への向きに電流が流れる。また、共振周波数Ａに対応するループモードでは、ループアンテナの電気長が長くなり、共振周波数Ｂに対応するループモードでは、ループアンテナの電気長が短くなる。
【００４１】
また、アンテナ素子２では、電流は、寄生モードに対応する共振周波数ＣおよびＤにおいて、短絡状態の端部から開放状態の端部への向きに電流が流れる。このため、アンテナ素子２がアンテナ素子１の寄生素子として作用する。
【００４２】
なお、切替制御回路８ａは、アンテナ素子２の端部のどちらか一方を短絡状態にし、他方を開放状態にしていたが、アンテナ素子２の端部の両方を同時に開放状態にしてもよい。この場合、アンテナ素子２は、アンテナ素子１に電気的な影響を与えない素子として作用する。
【００４３】
次に効果を説明する。
【００４４】
本実施形態では、アンテナ素子２は、アンテナ素子１と互いに高周波的に結合可能である。また、切替回路３および４は、アンテナ素子２の予め定められた複数の切替箇所のそれぞれについて、短絡状態および開放状態を切り替える。
【００４５】
この場合、一つの無給電素子と給電素子とが高周波的に結合する場合、短絡状態および開放状態のそれぞれについて、２つの共振周波数を有するので、少なくとも４つの周波数帯を通信に利用することが可能になる。よって、従来技術のアンテナ装置と比べて、一つの無給電素子で通信に利用可能な周波数の数を増やすことが可能になる。したがって、装置の大型化を抑制しながら、通信に利用できる周波数の数を増やすことが可能になる。
【００４６】
また、アンテナ素子２の端部２ａおよび２ｂの状態の組み合わせに応じて、互いに電気長が異なる複数のループ状のアンテナ素子として機能することが可能になる。このため、アンテナ素子の電気長を大きく変化させることが可能になるので、アンテナ装置１００の周波数特性を大きく変化させることが可能になる。したがって、アンテナ装置の大型化を抑制しながら、広い周波数範囲をカバーするマルチバンドに対応することが可能になる。
【００４７】
さらに、無線回路８に複数の給電素子を接続しなくてもよくなるため、無線回路８の入出力が複雑になることを抑制することが可能になる。
【００４８】
次に第二の実施形態について説明する。
【００４９】
アンテナ素子２の端部２ａおよび２ｂの状態には、第一の実施形態では、短絡状態と開放状態の２つの状態しかなかったが、本実施形態では、３以上の状態がある。
【００５０】
図４は、本実施形態のアンテナ装置を示した模式図である。図４において、アンテナ装置１００は、図１で示した構成に加え、変更素子１１および１２をさらに含む。
【００５１】
変更素子１１および１２は、アンテナ装置１００の周波数特性を生成するための素子であり、容量性素子または誘導性素子である。なお、アンテナ装置１００は、切替箇所ごとに、互いに容量またはインダクタンスが異なる複数の変更素子を有していてもよい。
【００５２】
切替回路３は、アンテナ素子２の端部２ａを、開放情報と、短絡状態と、その端部２ａを変更素子と短絡した接続状態とのいずれかに切り替える。また、切替回路４は、アンテナ素子２の端部２ｂを、開放情報と、短絡状態と、その端部２ｂを変更素子と短絡した接続状態とのいずれかに切り替える。
【００５３】
次に効果を説明する。
【００５４】
本実施形態では、切替箇所の状態には、接続状態がさらにある。この場合、１つの切替箇所に対して３以上の状態を生成することが可能になるので、装置の大型化を抑制しながら、通信に利用できる周波数帯の数をより増やすことが可能になる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
【００５６】
第一の実施形態では、給電素子がＬ字型の線状のアンテナ素子１であり、無給電素子はコ字型の線状のアンテナ素子であったが、給電素子および無給電素子は、これらの形状に限らず適宜変更可能である。
【００５７】
例えば、給電素子および無給電素子は、図５で示したメアンダ状のアンテナ素子でもよい。この場合、切替箇所は、メアンダ状の無給電素子の２つの端部となる。
【００５８】
また、給電素子および無給電素子は、図６Ａおよび図６Ｂで示した板状のアンテナ素子でもよい。
【００５９】
図６Ａでは、アンテナ装置の板状素子（給電）５１および線状素子５２が示されている。板状素子（給電）５１は、板状の給電素子である。また、線状素子５２は、コ字型の線状の無給電素子である。
【００６０】
また、図６Ｂでは、アンテナ装置の板状素子（無給電）５３と、線状素子５４とが示されている。板状素子（無給電）５３は、板状の無給電素子である。また、線状素子５４は、Ｌ字型の線状の給電素子である。この場合、切替箇所は、板状素子（無給電）５３の任意の箇所でよい。
【００６１】
また、給電素子および無給電素子は、図６Ａおよび図６Ｂで示した板状素子（給電）５１および板状素子（無給電）５３を、図７で示したようなスロットアンテナ素子としてもよい。
【００６２】
さらに、給電素子および無給電素子は、図８Ａおよび図８Ｂで示したループ状のアンテナ素子でもよい。
【００６３】
図８Ａでは、アンテナ装置のループ素子（給電）６１と、線状素子６２とが示されている。ループ素子（給電）６１は、開ループ状の給電素子である。線状素子６２は、コ字型の線状の無給電素子である。
【００６４】
図８Ｂでは、アンテナ装置のループ素子（無給電）６３と、線状素子６４とが示されている。ループ素子（無給電）６３は、開ループ状の無給電素子である。線状素子６４は、Ｌ字型の線状の給電素子である。この場合、切替箇所は、開ループ状のループ素子（無給電）６３の２つの端部である。
【００６５】
また、無給電素子は、図９で示したように３つ以上の端点を有していてもよい。
【００６６】
図９では、アンテナ装置の給電素子７１と、無給電素子７２と、切替回路７３と、を含む。
【００６７】
給電素子７１は、Ｌ字型の線状のアンテナ素子である。無給電素子７２は、複数の半ループ状のアンテナ素子を繋げた多重半ループ状のアンテナ素子である。このため、無給電素子７２は、３以上の端部を有する。
【００６８】
切替回路７３は、無給電素子７２の端部ごとに設けられ、その端部の状態を切り替える。
【００６９】
この場合、一つの無給電素子でより多くのアンテナ状態を生成することが可能になるので、通信に利用できる周波数帯の数をより増やすことが可能になる。
【００７０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【００７１】
例えば、アンテナ装置は、携帯無線機に限らず一般的な無線端末に設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第一の実施形態のアンテナ装置の構成を示した模式図である。
【図２】アンテナ装置の入力特性を示した説明図である。
【図３】アンテナ素子に流れる電流の向きを示した説明図である。
【図４】本発明の第二の実施形態のアンテナ装置の構成を示した模式図である。
【図５】メアンダ状のアンテナ素子を示した模式図である。
【図６Ａ】板状の給電素子を示した模式図である。
【図６Ｂ】板状の無給電素子を示した模式図である。
【図７】スロット状のアンテナ素子を示した模式図である。
【図８Ａ】ループ状の給電素子を示した模式図である。
【図８Ｂ】ループ状の無給電素子を示した模式図である。
【図９】切替箇所が３以上の無給電素子を示した模式図である。
【符号の説明】
【００７３】
１、２      アンテナ素子
３、４      切替回路
５、６      制御線
７          信号線
８          無線回路
８ａ        切替制御回路
９          給電部
１０        基板
１１、１２  変更素子
【図１】
2010028521.tif 000003
【図２】
2010028521.tif 000004
【図３】
2010028521.tif 000005
【図４】
2010028521.tif 000006
【図５】
2010028521.tif 000007
【図６Ａ】
2010028521.tif 000008
【図６Ｂ】
2010028521.tif 000009
【図７】
2010028521.tif 000010
【図８Ａ】
2010028521.tif 000011
【図８Ｂ】
2010028521.tif 000012
【図９】
2010028521.tif 000013