(57)【要約】  アンテナ装置（１０）は、放射素子（１０１）および内部グランド（１０３）を有するアンテナ（１００）と、内側導体（２０４）が放射素子（１０１）に接続され、外側導体（２０３）が内部グランド（１０３）に接続された同軸ケーブル（２００）と、同軸ケーブル（２００）の外側導体（２０３）と接続された外部グランド（５００）と、を備えている。
2013047034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射素子および内部グランドを有するアンテナと、
内側導体が前記放射素子に接続され、外側導体が前記内部グランドに接続された同軸ケーブルと、
前記同軸ケーブルの外側導体と接続された外部グランドと、を備えている、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナは、前記放射素子と前記内部グランドとを短絡する短絡部をさらに有する逆Ｆ型アンテナである、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記放射素子は、前記同軸ケーブルの内側導体が接続された給電部から前記同軸ケーブルの引き出し方向と反対方向に伸びる第１の直線部と、第１の折り返し部を介して前記第１の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第２の直線部であって、前記第１の折り返し部から前記引き出し方向に伸びる第２の直線部とからなり、
前記短絡部は、前記給電部から前記引き出し方向と反対方向に伸びる第３の直線部と、第２の折り返し部を介して前記第３の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第４の直線部であって、前記第２の折り返し部から前記引き出し方向に伸び、前記第２の折り返し部と反対側の端部が前記内部グランドに接続された第４の直線部とからなる、ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナは、前記放射素子と接続され、かつ、前記同軸ケーブルの外側導体と容量結合したインダクタンス整合パターンをさらに有している、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記インダクタンス整合パターンの幅が、当該インダクタンス整合パターン上に配置される前記同軸ケーブルの幅以上に広く設定されている、
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記放射素子の先端部と、前記インダクタンス整合パターンの先端部とが、並設されている、
ことを特徴とする請求項４または５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記同軸ケーブルの外側導体が前記外部グランドに接続される接続位置が前記アンテナを動作させる動作帯域に応じて設定されている、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記同軸ケーブルの外側導体が前記内部グランドに接続される接続点から、前記同軸ケーブルの外側導体が前記外部グランドに接続される接続点までの長さが、前記アンテナの動作帯域の波長の１／４以内の長さに設定されている、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
放射素子および内部グランドを有するアンテナを無線装置に実装する実装方法であって、
同軸ケーブルの内側導体を前記放射素子に接続し、前記同軸ケーブルの外側導体を前記内部グランドに接続する第１の接続工程と、
前記同軸ケーブルの外側導体を前記無線装置が備える外部グランドに接続する第２の接続工程と、を含んでいる、
ことを特徴とする実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信のためのアンテナ装置に関する。また、アンテナを無線装置に実装する実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の小型無線装置が急速に普及しており、このような無線装置に搭載するアンテナとして、小型かつ広帯域なアンテナが求められている。このような要求を満たし得るアンテナとして、モノポール型アンテナが挙げられる。【０００３】
モノポール型アンテナは、同軸ケーブルの内部導体に接続される放射素子と、同軸ケーブルの外部導体に接続されるグランド（「地板」と呼ばれることもある）とを有するアンテナである。特に、モノポール型アンテナのうち、放射素子とグランドを短絡する短絡部を有するものは、逆Ｆ型アンテナと呼ばれている。このようなモノポール型アンテナは、放射素子の全長を動作波長の１／４程度にすることができるので、同じ帯域で動作するダイポールアンテナ（放射素子の全長を動作波長の１／２程度にする必要がある）と比べて小型化に有利である。【０００４】
動作帯域を犠牲にすることなく、モノポール型アンテナのさらなる小型化を図るための技術としては、例えば、特許文献１〜２に記載のものが知られている。特許文献１には、放射素子（エレメント部分）を折り返すことによって、放射素子をコンパクトにした逆Ｆ型アンテナが開示されている。また、特許文献２には、グランド（第２の導体）に切り欠きを設けることによって、地板の面積を小さくした逆Ｆ型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】日本国公開特許公報「特開２００９−５５２９９号公報（２００９年３月１２日公開）」
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開２００７−１６６１２７号公報（２００７年６月２８日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の逆Ｆ型アンテナは、非常に広い面積のグランド（ＧＮＤ部分）を有している。このように、従来のモノポール型アンテナ（逆Ｆ型アンテナを含む）は、非常に広い面積（理想的には無限大）のグランドを要し、このためにアンテナを小型化することが困難であるという問題を抱えていた。【０００７】
これに対して、特許文献２に記載の逆Ｆ型アンテナは、グランド（第２の導体）に切り欠きを形成することによって、グランドを従来よりも小型化することに成功している。しかしながら、グランドの面積は、依然、放射素子（第１の導体）の面積よりも広く、グランドの存在がアンテナを小型化するうえでの足枷となっていた。【０００８】
アンテナを小型化できないと、そのアンテナが実装される無線装置に、そのアンテナを収めるためのスペースを多く確保する必要が生じる。このため、アンテナを小型化できないという問題は、そのアンテナが実装される無線装置のデザインにも影響を及ぼすこととなる。【０００９】
特に、スマートフォンや電子書籍端末などの無線装置においては、表示パネルが大型化してきており、これに伴って、アンテナを収めるために利用される表示パネル周辺のスペースが狭くなってきている。アンテナを設置するために、このスペースを拡大することは、デザイン上好ましくない。このため、このような狭いスペースにも設置できるように、アンテナのさらなる小型化が求められている。【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、動作帯域を犠牲にすることなく、従来よりも狭いスペースに設置することのできるアンテナ装置を実現することにある。
【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、本発明に係るアンテナ装置は、放射素子および内部グランドを有するアンテナと、内側導体が前記放射素子に接続され、外側導体が前記内部グランドに接続された同軸ケーブルと、前記同軸ケーブルの外側導体と接続された外部グランドと、を備えている、ことを特徴とする。【００１２】
上記構成によれば、内部グランドと外部グランドとの双方がモノポール型アンテナ（逆Ｆ型アンテナを含む）に必須の構成要素であるグランド（地板）として機能する。このため、例えば、上記アンテナ装置を搭載する無線装置が元々備えている基板を外部グランドとして利用することによって、モノポール型アンテナとしての機能を阻害することなく、内部グランドの面積を小さくすることができる。これにより、従来よりも実装面積の小さいアンテナを実現することができる。【００１３】
また、本発明に係る実装方法は、放射素子および内部グランドを有するアンテナを無線装置に実装する実装方法であって、同軸ケーブルの内側導体を前記放射素子に接続し、前記同軸ケーブルの外側導体を前記内部グランドに接続する第１の接続工程と、前記同軸ケーブルの外側導体を前記無線装置が備える外部グランドに接続する第２の接続工程と、を含んでいる、ことを特徴とする。【００１４】
上記実装方法によれば、内部グランドと外部グランドとの双方をモノポール型アンテナ（逆Ｆ型アンテナを含む）に必須の構成要素であるグランド（地板）として機能させることができる。このため、例えば、上記無線装置が元々備えている基板を外部グランドとして利用することによって、モノポール型アンテナとしての機能を阻害することなく、上記無線装置に実装するアンテナの内部グランドの面積を小さくすることができる。これにより、従来よりも実装面積の小さいアンテナを、上記無線装置に実装することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るアンテナ装置および実装方法によれば、内部グランドと外部グランドとの双方をグランドとして機能させる構成を採用しているので、モノポール型アンテナとしての機能を阻害することなく、内部グランドの面積を極小化することができる。すなわち、本発明を採用することにより、動作帯域を犠牲にすることなく、従来よりも狭いスペースに設置することのできるアンテナ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る同軸ケーブルの構成を示す図である。
【図３】実施形態に係るアンテナの構成を示す図である。
【図４】図３に示したアンテナのＡ−Ａ断面図である。
【図５】実施形態に係るアンテナ装置の設置例を示す断面図である。
【図６】実施形態に係るアンテナ装置の放射特性を示すグラフである。
【図７】実施形態に係るアンテナ装置における、同軸ケーブルのケーブル長と放射特性との関係を示すグラフである。
【図８】実施形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図９】実施形態に係るアンテナ装置における、露出部の位置と、同軸ケーブルのケーブル長と、放射特性との関係を示すグラフである。
【図１０】アンテナ装置の構成を概略的に示したものである。
【図１１】短絡部を１つ設けた場合のアンテナの入力インピーダンスを示すグラフである。
【図１２】短絡部を２つ設けた場合のアンテナの入力インピーダンスを示すグラフである。
【図１３】アンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（アンテナ装置１０の概要）
まず、図１を参照して、実施形態に係るアンテナ装置１０の概要について説明する。図１は、実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、アンテナ装置１０は、アンテナ１００および同軸ケーブル２００を備えて構成されている。アンテナ１００は、後述するように、単一の平面内に形成された逆Ｆ型アンテナである。
【００２０】
このアンテナ装置１０は、スマートフォン、携帯電話機、電子書籍端末、ノートパソコン、ＰＤＡ等の各種無線装置に搭載され、データ通信、通話、ＧＰＳ等の無線通信機能を実現するために利用される。
【００２１】
（同軸ケーブル２００の構成）
次に、図２を参照して、実施形態に係る同軸ケーブル２００の構成について具体的に説明する。図２は、実施形態に係る同軸ケーブル２００の構成を示す図である。
【００２２】
図２に示すように、同軸ケーブル２００は、その断面の内側から外側に向かって順に、内側導体２０４、絶縁体２０５、外側導体２０３、外皮２０２を備えて構成されている。
【００２３】
内側導体２０４は、アンテナ１００の一方の給電点Ｐ（図３参照）に対して半田付けや溶接などによって電気的に接続される。また、外側導体２０３は、アンテナ１００の他方の給電点Ｑ（図３参照）に対して半田付けや溶接などによって電気的に接続される。
【００２４】
絶縁体２０５は、内側導体２０４と外側導体２０３とを電気的に隔離するためのものである。外皮２０２は、外側導体２０３を保護するとともに、外側導体２０３を外部から電気的に隔離するためのものである。このため、外皮２０２には、絶縁体が用いられている。
【００２５】
（露出部２０１）
同軸ケーブル２００は、露出部２０１をさらに備える。この露出部２０１は、同軸ケーブル２００の先端からある程度の間隔を有して離間した位置において、部分的に外皮２０２が剥かれている部分であって、同軸ケーブル２００の外側導体２０３を露出させ、当該外側導体２０３を外部に設けられたグランド（図５に示す例では、基板５００）に電気的に接続させるための部分である。この接続により、アンテナ１００は、基板５００を外部グランドとして利用することができるようになっている。
【００２６】
同軸ケーブル２００は、アンテナ１００から、外部グランドとして機能する基板５００（図５参照）の表面上を通って、図示を省略するＲＦモジュールまで延伸している。すなわち、同軸ケーブル２００の一部区間は、基板５００の表面上に配置される。露出部２０１は、この一部区間に設けられており、これにより、同軸ケーブル２００の外側導体２０３を、基板５００に電気的に接続することができるようになっている。
【００２７】
なお、同軸ケーブル２００における露出部２０１の位置によって、アンテナ１００と同軸ケーブル２００との容量結合における容量が変化し、これによりアンテナ１００と同軸ケーブル２００との間に生じるインダクタンスの共振点も変化する。このため、露出部２０１の位置は、所望する動作帯域によって適切に設定されることとなる。
【００２８】
（アンテナ１００の構成）
次に、図３および図４を参照して、実施形態に係るアンテナ１００の構成について具体的に説明する。図３は、実施形態に係るアンテナ１００の構成を示す正面図である。図４は、図３に示したアンテナ１００のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
図３に示すように、アンテナ１００は、放射素子１０１、インダクタンスマッチング部１０２、内部グランド１０３、給電部１０４、短絡部１０５、および誘電体基板１０６を備えて構成されている。
【００３０】
放射素子１０１、インダクタンスマッチング部１０２、内部グランド１０３、給電部１０４、および短絡部１０５（以下、まとめて「薄膜導体部１１０」と示す。）は、薄膜状かつ導電性を有するアルミニウムや銅などの部材に対してプレス加工やエッチング等を施すことによって、一体的に形成されている。
【００３１】
薄膜導体部１１０は、誘電体基板１０６の表面上に重畳されて設けられている。そして、薄膜導体部１１０は、誘電体基板１０６に接着されている。誘電体基板１０６は、薄膜状のポリイミドフィルム等の部材によって形成されている。
【００３２】
（薄膜導体部１１０の具体的な形状）
薄膜導体部１１０の平面上の概ね中央の位置には、給電部１０４が設けられている。給電部１０４からは、同軸ケーブル２００が引き出される方向とは反対の方向（図３におけるｘ軸正方向）に、放射素子１０１と短絡部１０５とが、互いに略平行かつ略直線状に引き出されている。
【００３３】
放射素子１０１は、所定の動作帯域（例えば、Ｗｉ−Ｆｉの周波数帯である２４１２ＭＨｚ〜２４８２ＭＨｚ帯）で動作することを目的とした放射素子である。このため、放射素子１０１は、所定の動作帯域での動作に必要な長さ（概ね、波長λの１／４の長さ）を有している。
【００３４】
すなわち、アンテナ１００の動作帯域は、放射素子１０１の長さによっても決定付けられる。例えば、アンテナ１００の動作帯域を低周波側へシフトさせたい場合は、放射素子１０１をより長く調整することで、これを実現することができる。反対に、アンテナ１００の動作帯域を高周波側へシフトさせたい場合は、放射素子１０１をより短く調整することで、これを実現することができる。
【００３５】
この場合、アンテナ１００の共振点と短絡部１０５の共振点とが重なりあうように、短絡部１０５の長さも合わせて調整することが好ましい。その理由は、アンテナ１００の動作帯域は、短絡部１０５の長さによっても決定付けられるため、一方の長さのみ調整してしまうと、アンテナ１００の共振点と短絡部１０５の共振点とが互いにずれてしまい、動作帯域が狭くなる場合があるからである。
【００３６】
短絡部１０５は、給電部１０４と内部グランド１０３とを短絡し、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、特に高周波帯域において、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。
【００３７】
特に、動作帯域の拡大および放射効率の向上を目的として、短絡部１０５の長さ（すなわち、給電部１０４と内部グランド１０３との間の長さ）は、放射素子１０１と同様に、所定の動作帯域での動作に必要な長さ（概ね、波長λの１／４の長さ）に設定されている。
【００３８】
放射素子１０１は、給電部１０４から同軸ケーブル２００の引き出し方向と反対方向（図３におけるｘ軸正方向）に延伸する直線部１０１ａ（第１の直線部）と、折り返し部１０１ｂ（第１の折り返し部）を介して直線部１０１ａの端部（給電部１０４とは反対側の端部）に接続され、同軸ケーブル２００の引き出し方向（図３におけるｘ軸負方向）に延伸する直線部１０１ｃ（第２の直線部）とを有している。また、短絡部１０５は、給電部１０４から同軸ケーブル２００の引き出し方向と反対方向（図３におけるｘ軸正方向）に延伸する直線部１０５ａ（第３の直線部）と、折り返し部１０５ｂ（第２の折り返し部）を介して直線部１０５ａの端部（給電部１０４とは反対側の端部）に接続され、同軸ケーブル２００の引き出し方向（図３におけるｘ軸負方向）に延伸する直線部１０５ｃ（第４の直線部）とを有している。
【００３９】
すなわち、放射素子１０１および短絡部１０５の各々は、折り返し構造を有しており、いわゆるメアンダ形状を成している。特に、短絡部１０５は、給電点Ｐを含む給電部１０４と給電点Ｑを含む内部グランド１０３とを短絡しており、これにより、インピーダンスマッチングのためのループ形状を成している。
【００４０】
本実施形態に係るアンテナ１００において注目すべきは、内部グランド１０３が微小な導体片により構成されている点である。より具体的に言うと、内部グランド１０３が、一辺の長さが同軸ケーブル２００の直径と同程度の長方形状の導体片により構成されている点である。内部グランド１０３をこのような微小な導体片によって構成し得るのは、同軸ケーブル２００の外側導体２０３と電気的に接続している基板５００がグランドとしての機能を担っているためである。
【００４１】
（インダクタンスマッチング部１０２）
インダクタンスマッチング部１０２は、アンテナ１００と同軸ケーブル２００とを容量結合するためのものである。アンテナ装置１０は、この容量結合により、アンテナと同軸ケーブルとの間にインダクタンスを生じさせ、その共振点による共振を利用することで、動作帯域の拡大および放射特性の改善を図ることが可能となっている。
【００４２】
具体的には、インダクタンスマッチング部１０２は、直線部１０２ａと、パターン１０２ｂとを有している。直線部１０２ａは、給電部１０４から同軸ケーブル２００の引き出し方向に延伸している。パターン１０２ｂは、直線部１０２ａに接続された長方形状であって、同軸ケーブル２００と重なり合うように配置されている。同軸ケーブル２００がこのパターン１０２ｂ上に配置されることにより、同軸ケーブル２００とアンテナ１００とが容量結合される。
【００４３】
なお、図１に示す例のように、パターン１０２ｂの幅は、パターン１０２ｂ上に配置される同軸ケーブル２００の幅（直径）以上に広く設定されていることが好ましい。また、図１および図５に示す例のように、パターン１０２ｂおよび放射素子１０１の各々の先端位置（すなわち、同軸ケーブル２００が延伸する方向（図５におけるｘ軸負方向）における端部の位置）は、互いに並設されていることが好ましい。
【００４４】
（誘電体被覆膜１０７）
また、図４に示すように、アンテナ１００は、さらに、誘電体被覆膜１０７を備えている。誘電体被覆膜１０７には、誘電体基板１０６と同様に、薄膜状のポリイミドフィルム等の部材が用いられている。この誘電体被覆膜１０７は、薄膜導体部１１０を覆うように、薄膜導体部１１０の表面上に重畳されて設けられている。そして、誘電体被覆膜１０７は、薄膜導体部１１０および誘電体基板１０６に接着されている。これにより、アンテナ１００は、薄膜導体部１１０が、誘電体基板１０６と誘電体被覆膜１０７とによって、その両面から挟み込まれた構成となっている。
【００４５】
誘電体被覆膜１０７において、給電部１０４に対応する位置には、同軸ケーブル２００の内側導体２０４を給電部１０４に電気的に接続させるための開口部１０７ａが形成されている。また、誘電体被覆膜１０７において、内部グランド１０３に対応する位置には、同軸ケーブル２００の外側導体２０３を内部グランド１０３に電気的に接続させるための開口部１０７ｂが形成されている。
【００４６】
（無線装置への実装方法）
次に、図５を参照して、アンテナ装置１０の無線装置への実装方法を説明する。図５は、実施形態に係るアンテナ装置１０の実装例を示す断面図である。図５に示す例では、アンテナ装置１０は、無線装置を構成する筐体４００の内部に設けられている。
【００４７】
具体的には、筐体４００の内側には、基板５００が設けられている。筐体４００と基板５００とは密着しており、電気的にも接続されている。アンテナ装置１０のうち、アンテナ１００は、筐体４００の内側の表面上に配置されており、同軸ケーブル２００は、この基板５００の表面上に配置されている。
【００４８】
同軸ケーブル２００は、アンテナ１００と図示を省略するＲＦモジュールとの間に配置され、一端がアンテナ１００（内部グランド１０３および給電部１０４）に接続され、他端がＲＦモジュールに接続される。このとき、図１および図５に示すように、同軸ケーブル２００のアンテナ１００側の部分は、給電部１０４から、短絡部１０５が延伸する方向とは反対の方向（図５におけるｘ軸負方向）に直線状に延伸し、かつ放射素子１０１および短絡部１０５の各々と互いに略平行となるように、基板５００の表面上に配置される。このような配置とする理由は、同軸ケーブル２００と短絡部１０５（インピーダンスマッチングパターン）とが互いに干渉し、アンテナ装置１０の特性が不安定になってしまうことを回避するためである。
【００４９】
特に、同軸ケーブル２００の一部の区間である第１の区間は、インダクタンスマッチング部１０２の終端部に形成されているパターン１０２ｂの表面上に設置される。これにより、同軸ケーブル２００とアンテナ１００とが容量結合される。
【００５０】
また、同軸ケーブル２００の、上記第１の区間よりもＲＦモジュール側の区間である第２の区間は、基板５００の表面上に設置される。この第２の区間には、露出部２０１が設けられており、この露出部２０１によって、同軸ケーブル２００の外側導体２０３が、基板５００に対して電気的に接続される。この電気的な接続により、アンテナ１００は、基板５００を外部グランドとして利用することが可能となる。
【００５１】
同軸ケーブル２００は、このように配置された状態で、インダクタンスマッチング部１０２および基板５００の表面上に対して、接着等の固定方法により固定される。そして、基板５００には、露出部２０１が電気的に接続される。また、給電部１０４には、同軸ケーブル２００の内側導体２０４が、半田付けや溶接などによって電気的に接続された状態で固着される。さらに、内部グランド１０３には、同軸ケーブル２００の外側導体２０３が、半田付けや溶接等によって電気的に接続された状態で固着される。
【００５２】
（アンテナ装置１０の特性）
ここで、図６および図７を参照して、実施形態に係るアンテナ装置１０の特性について説明する。
【００５３】
図６は、実施形態に係るアンテナ装置１０の放射特性を示すグラフである。ここでは、アンテナ装置１０の利得およびＶＳＷＲ特性を測定した。
【００５４】
この測定結果によれば、本実施形態のアンテナ装置１０は、２４１２ＭＨｚ〜２４８２ＭＨｚ帯を、動作帯域として得られていることが分かる。また、本実施形態のアンテナ１００は、上記動作帯域の中心周波数において、無指向に動作し、かつ十分な利得を得られていることが分かる。
【００５５】
図７は、実施形態に係るアンテナ装置１０における、同軸ケーブル２００のケーブル長と放射特性との関係を示すグラフである。ここでは、同軸ケーブル２００のケーブル長を４０ｍｍ、９０ｍｍ、１５０ｍｍとした場合のそれぞれについて、放射特性を測定した。
【００５６】
この測定結果によれば、同軸ケーブル２００のケーブル長を上記のいずれとした場合であっても、動作帯域（２４１２ＭＨｚ〜２４８２ＭＨｚ帯）の各周波数において、同様の利得が得られている。このことから、同軸ケーブル２００のケーブル長は、アンテナ装置１０の放射特性に影響を及ぼさないことが分かる。すなわち、本実施形態のアンテナ装置１０は、その設計時に同軸ケーブル２００のケーブル長を考慮しなくてもよく、設計自由度が高いものとなっている。
【００５７】
図８は、実施形態に係るアンテナ装置１０のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。ここでは、内部グランド１０３から露出部２０１までの距離を１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、２０ｍｍとした場合のそれぞれについて、ＶＳＷＲ特性を測定した。
【００５８】
この測定結果によれば、上記距離を長くするほど（すなわち、露出部２０１を内部グランド１０３から離間させるほど）、動作帯域を低周波側にシフトできることが分かる。すなわち、本実施形態のアンテナ装置１０は、上記距離を調整することによって、容易に所望の帯域を動作帯域とすることができるのである。
【００５９】
また、この測定結果によれば、２．４ＧＨｚ帯（２４１２ＭＨｚ〜２４８２ＭＨｚ）を動作帯域とする場合、内部グランド１０３から露出部２０１までの距離を１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下としたとき、良好なＶＳＷＲ特性を得られる（ＶＳＷＲ値が３以下となる）ことが分かる。一般化して言えば、λを動作波長とする場合、内部グランド１０３から露出部２０１までの距離をλ／１０以上λ／７以下としたときに、良好なＶＳＷＲ特性を得られることが分かる。２．４ＧＨｚに対応する波長λ2.4Gは１２５ｍｍであり、１２ｍｍ≒λ2.4G／１０、１８ｍｍ≒λ2.4G／７であるからである。
【００６０】
また、この測定結果によれば、上記距離をアンテナ装置１０の動作帯域の波長の１／４以内とすることにより、この動作帯域において、よりよいＶＳＷＲ特性が得られることが分かる。
【００６１】
図９は、実施形態に係るアンテナ装置１０における、露出部２０１の位置と、同軸ケーブル２００のケーブル長と、放射特性との関係を示すグラフである。ここでは、（１）内部グランド１０３から露出部２０１までの距離を１４ｍｍとし、同軸ケーブル２００のケーブル長を１００ｍｍとした場合、（２）内部グランド１０３から露出部２０１までの距離を１６ｍｍとし、同軸ケーブル２００のケーブル長を１００ｍｍとした場合、および（３）内部グランド１０３から露出部２０１までの距離を１６ｍｍとし、同軸ケーブル２００のケーブル長を１５０ｍｍとした場合、のそれぞれについて、放射特性を測定した。
【００６２】
この測定結果によれば、上記（１）〜（３）のいずれの場合であっても、動作帯域（２４１２ＭＨｚ〜２４８２ＭＨｚ帯）の各周波数において、同様の利得が得られている。このことから、露出部２０１の位置および同軸ケーブル２００のケーブル長は、アンテナ装置１０によって得られる利得に殆ど影響を及ぼさないことが分かる。すなわち、本実施形態のアンテナ装置１０は、露出部２０１の位置が所望の周波数帯を動作帯域とすることができる範囲内に設定されていれば、これ以外に露出部２０１の位置および同軸ケーブル２００のケーブル長を考慮しなくてもよく、設計自由度が高いものとなっている。
【００６３】
図１０は、アンテナ装置１０の構成を概略的に示したものである。図１０に示すアンテナ８００は、その構成が、実質的にアンテナ装置１０と等価である。
【００６４】
図１０に示すアンテナ８００において、放射素子８０１は、放射素子１０１に相当するものであり、グランド８０３は、内部グランド１０３および基板（外部グランド）５００に相当するものであり、給電部８０４は給電部１０４に相当するものである。放射素子８０１とグランド８０３とを短絡する経路８０５は、短絡部１０５に相当するものであり、放射素子８０１から容量Ｃに到る経路８０２は、インダクタンスマッチング部１０２に相当する。そして、容量Ｃは、インダクタンスマッチング部１０２と同軸ケーブル２００の外側導体２０３との間の容量、すなわち、インダクタンスマッチング部１０２と基板５００との間の容量に相当するものである。
【００６５】
したがって、経路８０２の有無のそれぞれについて、アンテナ８００の放射特性を測定することにより、インダクタンスマッチング部１０２の有無のそれぞれについて、アンテナ装置１０の放射特性を測定した場合と、同様の結果が得られるということになる。
【００６６】
図１１〜図１３は、アンテナ８００の放射特性を示すグラフである。特に、図１１は、短絡部を１つ（経路８０５のみ）設けた場合のアンテナ８００の入力インピーダンスを示すグラフである。また、図１２は、短絡部を２つ（経路８０５および経路８０２）設けた場合のアンテナ８００の入力インピーダンスを示すグラフである。そして、図１３は、アンテナ８００のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【００６７】
図１１および図１２に示す測定結果から、短絡部を１つ設けた場合、共振点が１つ発生し、短絡部を２つ設けた場合、共振点が２つ発生することが分かる。これにより、図１３に示すように、短絡部を１つ設けた場合と２つ設けた場合とで、アンテナ８００の動作帯域に変化が生じることが分かる。そして、短絡部を２つ設けた場合、各短絡部の寸法等を変更するなどして、各共振点を適切に調整することにより、動作帯域を拡大できることが分かる。
【００６８】
これらの測定結果により、アンテナ装置１０において、短絡部１０５のみならず、必要に応じてインダクタンスマッチング部１０２をさらに設けることで、動作帯域をより拡大できることが証明された。
【００６９】
（効果）
以上説明したとおり、本実施形態のアンテナ装置１０においては、同軸ケーブル２００の外側導体２０３を基板５００と接続させることによって、当該基板５００をアンテナ１００の外部グランドとして利用する構成を採用している。
【００７０】
これにより、本実施形態のアンテナ装置１０においては、逆Ｆ型アンテナとしての動作を阻害することなく、同軸ケーブル２００の外側導体２０３に直結された内部グランド１０３を極小化することができる。
【００７１】
よって、本実施形態のアンテナ装置１０は、実装対象の通信端末の狭い設置スペースにも容易に設置することができ、その設置スペースを拡大する必要がないため、通信端末のデザインにも影響を及ぼすことがない。
【００７２】
また、本実施形態のアンテナ装置１０は、インダクタンスマッチング部１０２によって、放射素子１０１と同軸ケーブル２００の外側導体２０３とを容量結合する構成を採用している。これにより、インダクタンスを生じさせ、このインダクタンスを利用することで、アンテナ１００の動作帯域を拡大するとともに、アンテナ１００に十分なＶＳＷＲ特性をもたらすことができる。
【００７３】
また、本実施形態のアンテナ装置１０は、内部グランド１０３からの露出部２０１の位置によって、アンテナ１００の動作帯域が決定付けられる構成となっている。このため、内部グランド１０３からの露出部２０１の位置を適切に調整することで、所望の動作帯域を容易に得ることができる。
【００７４】
なお、本実施形態のアンテナ装置１０は、従来のアンテナ装置からの追加の構成部品は必要なく、比較的簡単な構成となっているため、コストを増加させることなく、上記した様々な効果を得ることができる。
【００７５】
また、本実施形態のアンテナ装置１０は、プリント基板、金属製の筐体、金属部品、電子部品等、従来では放射の妨げとなっていた部材から離間させることなく、実装対象の通信端末内に配置することもできる。アンテナ装置１０は、このように配置した場合であっても、内部グランド１０３からの露出部２０１の位置を適切に調整することで、放射特性の低下を抑制することができる。このことからも、本実施形態のアンテナ装置１０は、通信端末の狭い設置スペースにも容易に設置することができ、その設置スペースを拡大する必要がないため、通信端末のデザインにも影響を及ぼすことがない。
〔まとめ〕
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置は、放射素子および内部グランドを有するアンテナと、内側導体が前記放射素子に接続され、外側導体が前記内部グランドに接続された同軸ケーブルと、前記同軸ケーブルの外側導体と接続された外部グランドと、を備えている、ことを特徴とする。
【００７６】
上記構成によれば、内部グランドと外部グランドとの双方がモノポール型アンテナ（逆Ｆ型アンテナを含む）に必須の構成要素であるグランド（地板）として機能する。このため、例えば、上記アンテナ装置を搭載する無線装置が元々備えている基板を外部グランドとして利用することによって、モノポール型アンテナとしての機能を阻害することなく、内部グランドの面積を小さくすることができる。これにより、従来よりも実装面積の小さいアンテナを実現することができる。
【００７７】
上記アンテナ装置において、前記アンテナは、前記放射素子と前記内部グランドとを短絡する短絡部をさらに有する逆Ｆ型アンテナである、ことが好ましい。
【００７８】
上記構成によれば、同軸ケーブルとのインピーダンス整合を容易に図ることができる。
【００７９】
上記アンテナ装置において、前記放射素子は、前記同軸ケーブルの内側導体が接続された給電部から前記同軸ケーブルの引き出し方向と反対方向に伸びる第１の直線部と、第１の折り返し部を介して前記第１の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第２の直線部であって、前記第１の折り返し部から前記引き出し方向に伸びる第２の直線部とからなり、前記短絡部は、前記給電部から前記引き出し方向と反対方向に伸びる第３の直線部と、第２の折り返し部を介して前記第３の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第４の直線部であって、前記第２の折り返し部から前記引き出し方向に伸び、前記第２の折り返し部と反対側の端部が前記内部グランドに接続された第４の直線部とからなる、ことが好ましい。
【００８０】
上記構成によれば、アンテナの構成をよりコンパクトにすることができる。これにより、より実装面積の小さいアンテナを実現することができる。
【００８１】
上記アンテナ装置において、前記アンテナは、前記放射素子と接続され、かつ、前記同軸ケーブルの外側導体と容量結合したインダクタンス整合パターンをさらに有している、ことが好ましい。
【００８２】
上記構成によれば、同軸ケーブルとの容量結合により、アンテナと同軸ケーブルとの間にインダクタンスを生じさせ、その共振点による共振を利用することで、動作帯域の拡大および放射特性の改善を図ることができる。
【００８３】
上記アンテナ装置において、前記インダクタンス整合パターンの幅が、当該インダクタンス整合パターン上に配置される前記同軸ケーブルの幅以上に広く設定されている、ことが好ましい。
【００８４】
上記構成によれば、同軸ケーブルとのインダクタンス整合を容易に図ることができる。
【００８５】
上記アンテナ装置において、前記放射素子の先端部と、前記インダクタンス整合パターンの先端部とが、並設されている、ことが好ましい。
【００８６】
上記構成によれば、放射素子の先端部の位置と、インダクタンス整合パターンの先端部の位置とが略同位置となるので、アンテナの放射効率を高めることができる。
【００８７】
上記アンテナ装置において、前記同軸ケーブルの外側導体が前記外部グランドに接続される接続位置が前記アンテナを動作させる動作帯域に応じて設定されている、ことが好ましい。
【００８８】
上記構成によれば、上記接続位置を調整するだけといった簡単な作業により、所望の動作帯域を容易に得ることができる。また、アンテナの構成を変更することなく、アンテナの利用目的に応じた動作帯域を得ることができるので、アンテナの汎用性を高めることもできる。
【００８９】
上記アンテナ装置において、前記同軸ケーブルの外側導体が前記内部グランドに接続される接続点から、前記同軸ケーブルの外側導体が前記外部グランドに接続される接続点までの長さが、前記アンテナの動作帯域の波長の１／４以内の長さに設定されている、ことが好ましい。
【００９０】
上記構成によれば、上記接続点間の距離を、所望の動作帯域の波長の１／４以内の長さに設定することにより、この動作帯域において、よりよいＶＳＷＲ特性が得られる。
【００９１】
また、本実施形態に係る実装方法は、放射素子および内部グランドを有するアンテナを無線装置に実装する実装方法であって、同軸ケーブルの内側導体を前記放射素子に接続し、前記同軸ケーブルの外側導体を前記内部グランドに接続する第１の接続工程と、前記同軸ケーブルの外側導体を前記無線装置が備える外部グランドに接続する第２の接続工程と、を含んでいる、ことを特徴とする。
【００９２】
上記実装方法によれば、内部グランドと外部グランドとの双方をモノポール型アンテナ（逆Ｆ型アンテナを含む）に必須の構成要素であるグランド（地板）として機能させることができる。このため、例えば、上記無線装置が元々備えている基板を外部グランドとして利用することによって、モノポール型アンテナとしての機能を阻害することなく、上記無線装置に実装するアンテナの内部グランドの面積を小さくすることができる。これにより、従来よりも実装面積の小さいアンテナを、上記無線装置に実装することができる。
【００９３】
〔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。
【００９４】
例えば、アンテナの種類、構造、形状、寸法、動作帯域等を、上述した実施形態と異ならせることによっ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。
【００９５】
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、モノポールアンテナ等、様々なアンテナに適用することができる。
【００９６】
また、実施形態では、本発明を１つの放射素子を備えた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、２つ以上の放射素子を備えたアンテナ（例えば、低周波用の放射素子と、高周波用の放射素子とを備えたアンテナ）にも適用することができる。
【００９７】
いずれの場合も、必要に応じて、各部（例えば、放射素子、内部グランド、給電部、短絡部、同軸ケーブル、導体）の形状、寸法、位置、配置、材質等を適切に変更することによって、実施形態のアンテナ装置１０と同様に、アンテナのサイズを大型化することなく、動作帯域を広帯域化し、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】
【００９８】
本発明に係るアンテナ装置および実装方法は、アンテナ装置を利用して無線通信をおこなう各種無線装置に利用可能であり、特に、動作帯域が広帯域化してきており、かつ小型化やデザイン性が要求されるスマートフォン、携帯電話機、電子書籍端末等の無線装置への利用に適している。
【符号の説明】
【００９９】
１０          アンテナ装置
１００        アンテナ
１０１        放射素子
１０２        インダクタンスマッチング部（インダクタンス整合パターン）
１０３        内部グランド
１０４        給電部
１０５        短絡部
１０６        誘電体基板
２００        同軸ケーブル
２０１        露出部
２０２        外皮
２０３        外側導体
２０４        内側導体
２０５        絶縁体
４００        筐体
５００        基板（外部グランド）
【図１】
2013047034.tif 000003
【図２】
2013047034.tif 000004
【図３】
2013047034.tif 000005
【図４】
2013047034.tif 000006
【図５】
2013047034.tif 000007
【図６】
2013047034.tif 000008
【図７】
2013047034.tif 000009
【図８】
2013047034.tif 000010
【図９】
2013047034.tif 000011
【図１０】
2013047034.tif 000012
【図１１】
2013047034.tif 000013
【図１２】
2013047034.tif 000014
【図１３】
2013047034.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射素子および内部グランドを有するアンテナと、
内側導体が前記放射素子に接続され、外側導体が前記内部グランドに接続された同軸ケーブルと、
前記同軸ケーブルの外側導体と接続された外部グランドと、を備え、
前記アンテナは、前記放射素子と前記内部グランドとを短絡する短絡部をさらに有する逆Ｆ型アンテナであり、
前記放射素子は、前記同軸ケーブルの内側導体が接続された給電部から前記同軸ケーブルの引き出し方向と反対方向に伸びる第１の直線部と、第１の折り返し部を介して前記第１の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第２の直線部であって、前記第１の折り返し部から前記引き出し方向に伸びる第２の直線部とからなり、
前記短絡部は、前記給電部から前記引き出し方向と反対方向に伸びる第３の直線部と、第２の折り返し部を介して前記第３の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第４の直線部であって、前記第２の折り返し部から前記引き出し方向に伸び、前記第２の折り返し部と反対側の端部が前記内部グランドに接続された第４の直線部とからなる、ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナは、前記放射素子と接続され、かつ、前記同軸ケーブルの外側導体と容量結合したインダクタンス整合パターンをさらに有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記インダクタンス整合パターンの幅が、当該インダクタンス整合パターン上に配置される前記同軸ケーブルの幅以上に広く設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記放射素子の先端部と、前記インダクタンス整合パターンの先端部とが、並設されている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記同軸ケーブルの外側導体が前記外部グランドに接続される接続位置が前記アンテナを動作させる動作帯域に応じて設定されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記同軸ケーブルの外側導体が前記内部グランドに接続される接続点から、前記同軸ケーブルの外側導体が前記外部グランドに接続される接続点までの長さが、前記アンテナの動作帯域の波長の１／４以内の長さに設定されている、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
放射素子および内部グランドを有し、前記放射素子と前記内部グランドとを短絡する短絡部をさらに有する逆Ｆ型アンテナを無線装置に実装する実装方法であって、
同軸ケーブルの内側導体を前記放射素子に接続し、前記同軸ケーブルの外側導体を前記内部グランドに接続する第１の接続工程と、
前記同軸ケーブルの外側導体を前記無線装置が備える外部グランドに接続する第２の接続工程と、を含み、
前記放射素子は、前記同軸ケーブルの内側導体が接続された給電部から前記同軸ケーブルの引き出し方向と反対方向に伸びる第１の直線部と、第１の折り返し部を介して前記第１の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第２の直線部であって、前記第１の折り返し部から前記引き出し方向に伸びる第２の直線部とからなり、
前記短絡部は、前記給電部から前記引き出し方向と反対方向に伸びる第３の直線部と、第２の折り返し部を介して前記第３の直線部の前記給電部側とは反対側の端部に接続された第４の直線部であって、前記第２の折り返し部から前記引き出し方向に伸び、前記第２の折り返し部と反対側の端部が前記内部グランドに接続された第４の直線部とからなる、
ことを特徴とする実装方法。
【国際調査報告】
2013047034.tif 000016
2013047034.tif 000017
2013047034.tif 000018
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