(57)【要約】【課題】  平面型アンテナをより小さく、かつより広帯域に設計することが可能なアンテナの構造を提供する。【解決手段】  アンテナ装置１において、誘電体基板２の表面に、異なる共振周波数を有する平面状のアンテナ素子３，４がそれぞれインピーダンス調整用の伝送線路５，６で給電部７にて結合される構造を形成する。また、誘電体基板２の裏面に地導体板８を形成し、アンテナ素子３，４のそれぞれの第２素子部３２，４２をその端部でスルーホール２ａを介して地導体板８と短絡させる。このようなアンテナ装置１では、小面積でもパッチアンテナと同等の放射効率を得ることができる。また、異なる共振周波数のアンテナ素子３，４を伝送線路５，６で結合することにより、各々のアンテナ素子３，４が相互に影響を受けることなく独立して動作する。【選択図】  図１
2006287452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
該誘電体基板の一方の面に形成される地導体板と、
各々異なる共振周波数を有し、前記誘電体基板の他方の面に形成されるとともに、一端部で前記地導体板に短絡する一対の平面状のアンテナ素子と、
各アンテナ素子に給電するための給電部と、
前記アンテナ素子について各々設けられ、各アンテナ素子に接合される端部が各アンテナ素子の入力インピーダンスに整合するとともに、前記給電部にて給電される端部が前記給電部のインピーダンスに整合するようにインピーダンスを変換する一対の伝送線路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】
前記アンテナ素子の外周部分に高周波電流が流れる電流経路の距離を長くする形状に形成された電流経路調整部を有す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】
前記アンテナ素子は、前記誘電体基板の長手方向に延びる矩形状に形成された矩形部を有す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４】
中心周波数が２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
金属筐体を有する電子機器において、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置が前記金属筐体に実装されていることを特徴とする電子機器。
【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素子を備えた平面型のアンテナ装置およびそれを実装する電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面型のアンテナにおいて、アンテナを設置する構造物やアンテナに近接する構造物の素材が高誘電率素材であったり、金属性素材であったりする場合、アンテナ特性が著しく劣化してアンテナとして機能しなくなる。このため、アンテナ特性が、アンテナが設置される構造物またはアンテナに近接する構造物の影響を受けない薄型構造の平面アンテナが実用化されている。
【０００３】
これは、地導体板上に誘電体が形成された誘電体基板上にアンテナ素子を配置したアンテナであり、パッチアンテナと呼ばれている。パッチアンテナの形状としては、正方形、矩形、円形が主に挙げられる。正方形または矩形のパッチアンテナでは、一対の辺の長さは、使用する周波数の波長の１／２または１／４の長さに誘電体基板の実効誘電率の平方根をとり、その逆数である波長短縮率を乗じた長さになる。１／２波長のパッチアンテナの場合は、その波長の方向の中点以外の任意の点に給電する。一方、１／４波長のパッチアンテナの場合は、その波長方向の片端を地導体板に短絡され、波長方向の任意の点に給電する構造となっている。
【０００４】
パッチアンテナの入力インピーダンスは、給電する位置によって異なるので、所望の入力インピーダンスが得られる位置に給電する。円形のパッチアンテナの場合、円形の面積は使用する周波数の波長に１．８４を乗じた値に、誘電体基板の実効誘電率の平方根をとり、その逆数を乗じた値が円形のパッチアンテナ素子の面積となる。円形のパッチアンテナの場合は、円の中心を地導体板に短絡し、中心以外の任意の位置に給電する。円形のパッチアンテナも入力インピーダンスが給電する位置によって異なるので、所望のインピーダンスが得られる位置に給電する。
【０００５】
このように、パッチアンテナの形状寸法は、使用する周波数と誘電体基板の実効誘電率で定まる。アンテナの重要な特性として帯域幅があるが、パッチアンテナの場合は、誘電体基板の厚さおよび誘電率で帯域幅が定まる。誘電体が薄いほど、また、誘電率が大きいほど帯域幅が狭くなる。一般的に、パッチアンテナは帯域幅が狭く、使用する周波数の１〜２％以下となる場合がある。
【０００６】
パッチアンテナ素子を用いたアンテナ装置としては、例えば、特許文献１に挙げられるような構成がある。
【０００７】
特許文献１に開示されたアンテナ装置は、裏面に矩形状の地導体板が形成された誘電体基板上に地導体板に対して短絡された短絡辺を有する一対のアンテナ素子を片側短絡パッチアンテナとして設けた構造を有している。このようなアンテナ装置では、２つのアンテナ素子間の給電電力のバランスや位相差の変化の周波数特性を改善する構造を採用している。
【特許文献１】特開平８−３２１７１８号公報（１９９６年１２月３日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、地導体板上に形成された誘電体基板上にアンテナ素子を配置した平面アンテナを構成したアンテナ装置では、誘電体基板の誘電率と使用する周波数とでアンテナの大きさや帯域幅が定まってしまう。このため、アンテナの大きさや帯域幅については設定の自由度が大幅に制限されることになる。例えば、アンテナを利用する電子機器の形状や構造によっては、パッチアンテナは大きすぎて利用できない場合がある。
【０００９】
これに対し、逆Ｆアンテナは、パッチアンテナと同様に、電子機器などの金属筐体（金属構造体）の表面に実装可能なアンテナであるが、パッチアンテナと異なり、小型で広帯域を確保することができる。しかしながら、逆Ｆアンテナは、構造上、高さ（厚さ）を低く（薄く）することができないので、金属構造体表面に実装すると、金属構造体表面の外観を損ねるなどの不都合が生じる。
【００１０】
パッチアンテナは、逆Ｆアンテナに比べて薄型に形成することができるが、アンテナ素子の一辺が１／４波長に波長短縮率を乗じた長さを必要とし、逆Ｆアンテナの５倍以上の大きな面積が必要となる。例えば、比誘電率６．９１で厚さ１．８ｍｍのガラス板を誘電体基板として用いたパッチアンテナでは、無線ＬＡＮ（IEEE802.11b/g ）２．４５ＧＨｚで定義されている周波数帯域をカバーすることができない。この無線規格で使用するアンテナには、最低で１００ＭＨｚの帯域幅が必要である。
【００１１】
また、特許文献１のアンテナ装置では、２つのアンテナ素子が同じ周波数特性を有するために、広帯域を実現しようとするものの、無線ＬＡＮなどの多チャンネルに対応しうる広帯域を実現するには不十分であった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、平面型アンテナをより小さく、かつより広帯域に設計することが可能なアンテナの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板と、該誘電体基板の一方の面に形成される地導体板と、各々異なる共振周波数を有し、前記誘電体基板の他方の面に形成されるとともに、一端部で前記地導体板に短絡する一対の平面状のアンテナ素子と、各アンテナ素子に給電するための給電部と、前記アンテナ素子について各々設けられ、各アンテナ素子に接合される端部が各アンテナ素子の入力インピーダンスに整合するとともに、前記給電部にて給電される端部が前記給電部のインピーダンスに整合するようにインピーダンスを変換する一対の伝送線路とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成では、両アンテナ素子が誘電体基板と地導体板とでパッチアンテナを形成するとともに、一端部で地導体板に短絡することにより、両アンテナ素子が地導体板とで逆Ｆアンテナを形成する。これにより、小面積でもパッチアンテナと同等の放射効率が得られるアンテナを実現することができる。また、異なる共振周波数の一対のアンテナ素子を各伝送線路で結合することにより、各々のアンテナ素子が相互に影響を受けることなく独立して動作する。
【００１５】
前記アンテナ装置は、前記アンテナ素子の外周部分に高周波電流が流れる電流経路の距離を長くする形状に形成された電流経路調整部を有することが好ましい。高周波電流は、表皮効果によって導体の中央部分を流れずに端縁部を流れるので、電流経路調整部によって高周波電流が流れる電流経路を長くすることにより、アンテナ素子の共振周波数を調整することができる。電流経路調整部としては、例えば、突起や切欠き（凹部）が好適である。このような突起や切欠きはアンテナ素子に比べて小さく形成されるので、突起や切欠きの長さを変化させることにより、アンテナ素子の長さを変化させることによるよりも共振周波数の調整を細かく微妙に行うことができる。
【００１６】
前記アンテナ装置において、前記アンテナ素子は、前記誘電体基板の長手方向に延びる矩形状に形成された矩形部を有することが好ましい。これにより、アンテナ素子が誘電体基板の幅方向に占める面積が小さくなり、誘電体基板の幅を狭めることができる。これにより、アンテナ装置全体の幅が狭まり、アンテナ装置の狭い箇所への実装を容易にすることができる。
【００１７】
前記アンテナ装置は、中心周波数が２．４５ＧＨｚであることが好ましい。これにより、無線ＬＡＮなどの規格に対応できる小型かつ広帯域のアンテナ装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の電子機器は、金属筐体を有する電子機器において、前記のいずれかのアンテナ装置が前記金属筐体に実装されていることを特徴としている。
【００１９】
これにより、アンテナ装置は、裏面が地導体板であるため、金属筐体に実装されても支障なく動作する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る表示装置は、以上のように、誘電体基板の表面に、異なる共振周波数の一対のアンテナ素子がそれぞれインピーダンス調整用の伝送線路で給電部にて結合される構造が形成され、誘電体基板の裏面に地導体板が形成されるとともに、両アンテナ素子のそれぞれの一端部で地導体板と短絡している。これにより、パッチアンテナでは実現し得なかった面積の縮小化および周波数の広帯域化を併せて実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図１ないし図１５に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１は、長方形の誘電体基板２の表面に、それぞれ平面導体からなるアンテナ素子３，４と、伝送線路５，６と、給電部７とを有し、裏面の全面に一様に形成された平面導体からなる地導体板８（グランドプレーン）を有している。アンテナ素子３，４、伝送線路５，６、給電部７および地導体板８は、銅箔などの導体薄板によって形成されている。
【００２３】
誘電体基板２は、エポキシ樹脂などによって形成されている。誘電体基板２の長辺は、使用周波数の波長に対して０．７波長〜０．８波長程度の長さを有し、誘電体基板２の短辺は、使用周波数の波長に対して０．０９波長〜０．１３波長程度の長さを有している。
【００２４】
アンテナ素子３，４は、誘電体基板２の両端部付近に配されており、それぞれ、誘電体基板２のほぼ中央部に設けられた給電部７と伝送線路５，６を介して接続されている。給電部７は、誘電体基板２の一方の長辺Ｓ側から誘電体基板２の幅方向の中央部付近まで幅方向に延びるように形成されている。この給電部７は、上記長辺Ｓ側の端部が給電される給電端部であり、ここに設けられた給電点７ａに図示しない同軸ケーブルが接続される。
【００２５】
伝送線路５は、給電部７における接続端部（給電端部の反対側）とアンテナ部３とを接続する。伝送線路６は、給電部７における接続端部とアンテナ部４とを接続する。伝送線路５，６は、アンテナ素子３，４に接合される端部が各アンテナ素子３，４の入力インピーダンスに整合するとともに、給電部７にて給電される給電点７ａ（給電端部）が給電部７のインピーダンスに整合するようにインピーダンスを変換する。
【００２６】
アンテナ部３は、第１素子部３１と、第２素子部３２とを有している。一方、アンテナ部４は、第１素子部４１と、第２素子部４２とを有している。
【００２７】
第１素子部３１は、誘電体基板２の長手方向に長い長方形に形成されている。第２素子部３２は、第１素子部３１における長辺Ｓ側の端縁から長辺Ｓに向けて突出するように長方形に形成されており、その端部が長辺Ｓ付近まで達している。誘電体基板２には、第２素子部３２の端縁付近にこの端縁に沿うように一列に形成された複数のスルーホール２ａが形成されている。第２素子部３２は、そのスルーホール２ａを介して地導体板２と電気的に接続されている。
【００２８】
第１素子部４１は、誘電体基板２の長手方向に長い長方形に形成されている。第２素子部４２は、第１素子部４１における長辺Ｓ側の端縁から長辺Ｓに向けて突出するように長方形に形成されており、その端部が長辺Ｓ付近まで達している。誘電体基板２には、第２素子部４２の端縁付近にこの端縁に沿うように一列に形成された複数のスルーホール２ｂが形成されている。第２素子部４２は、そのスルーホール２ｂを介して地導体板２と電気的に接続されている。
【００２９】
アンテナ素子３，４は、それぞれの共振周波数が異なるように外形寸法が異なっている。一般に、パッチアンテナのような平面アンテナは、外形寸法によって共振周波数が異なる。このようなアンテナ部３，４では、第１素子部３１，４１の長さを異ならせることにより共振周波数を異ならせることができる。
【００３０】
具体的には、図２（ａ）に示すように、アンテナ素子３においては、第１および第２素子部３１，３２が連続する端縁部の長さと第１素子部３１の長い方の長辺の長さとの和をＬ１とし、第２素子部３２における誘電体基板２の幅方向の長さと第１素子部３１の短い方の長辺の長さとの和をＬ２とすると、アンテナ素子３の送受信電波の波長λ１は、
（Ｌ１＋Ｌ２）／２＝λ１／４
と表される。
【００３１】
一方、図２（ｂ）に示すように、アンテナ素子４においては、第１および第２素子部４１，４２が連続する端縁部の長さと第１素子部４１の長い方の長辺の長さとの和をＬ３とし、第２素子部４２における誘電体基板２の幅方向の長さと第１素子部４１の短い方の長辺の長さとの和をＬ４とすると、アンテナ素子４の送受信電波の波長λ２は、
（Ｌ３＋Ｌ４）／２＝λ２／４
と表される。
【００３２】
ところが、一般には、アンテナ素子における面積の大きい部分の寸法を変えると、周波数が大きく変わることが知られている。このため、アンテナ装置１では、アンテナ素子３，４がそれぞれ周波数調整タブ３１ａ，４１ａ（電流経路調整部）を有している。
【００３３】
周波数調整タブ３１ａは、第１素子部３１における伝送線路５が接続される端縁と向かい合う端縁に設けられており、第１素子部３１の長手方向に突出するように、第１素子部３１に比べて十分小さい方形に形成されている。一方、周波数調整タブ４１ａは、第１素子部４１における伝送線路５が接続される端縁と向かい合う端縁に設けられており、第１素子部４１の長手方向に突出するように、第１素子部４１に比べて十分小さい方形に形成されている。
【００３４】
周波数調整タブ３１ａ，４１ａは、それぞれ第１素子部３１，４１に比べて十分小さく形成されるので、その寸法を異ならせることで、第１素子部３１，４１の寸法を異ならせるよりも周波数の変化を小さくすることができる。例えば、第１素子部３１，４１の長さを１ｍｍ変えると、共振周波数が１００ＭＨｚ変わるのに対し、周波数調整タブ３１ａ，４１ａの長さ（第１素子部３１，４１の長手方向の寸法）を１ｍｍ変えると、共振周波数が１００／６ＭＨｚ（約１７ＭＨｚ）変わるというように、共振周波数の変化量が１／６になる。そこで、周波数調整タブ３１ａを周波数調整タブ４１ａより長く形成することで、アンテナ素子３の共振周波数をアンテナ素子４の共振周波数よりも小さく設定することができる。このように周波数調整タブ３１ａ，４１ａは、共振周波数の微調整を可能としている。したがって、例えば、１００ＭＨｚオーダーの設定を第１素子部３１，４１の長さを変えることで行い、１０ＭＨｚオーダーの微調整を周波数調整タブ３１ａ，４１ａで行うというような設定が可能となる。
【００３５】
なお、アンテナ素子３，４の共振周波数は、アンテナ素子３，４そのものの大きさだけでなく、誘電体基板２を形成する誘電体材料の比誘電率や誘電体基板２の厚さによっても異なる。例えば誘電体の比誘電率が大きいと、この誘電体に密着した導体（アンテナ素子）の見かけ上の波長が短くなって、波長短縮効果が得られるので、導体の大きさを小さくできる。また、誘電体基板２の厚さが小さすぎるとと、共振できなくなる。
【００３６】
アンテナ素子３，４の共振周波数の微調整は、周波数調整タブ３１ａ，４１ａ以外の手段によっても実現可能である。例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１素子部３１，４１の一方の長辺側の端縁部に切欠き３１ｂ，４１ｂ（電流経路調整部）を形成しても、周波数調整タブ３１ａ，４１ａと同様な効果を得ることができる。これは、高周波電流が導体の中央部分を流れずに端縁部を流れる表皮効果を利用しており、切欠き３１ｂ，４１ｂによって高周波電流の流れる距離を調整することで、共振周波数を変えている。周波数調整タブ３１ａ，４１ａも、同様の原理によって共振周波数を設定する機能を有する。切欠き３１ａが切欠き４１ａよりも長く（幅を広く）形成されることによって、アンテナ素子３の共振周波数がアンテナ素子４の共振周波数よりも低く設定される。つまり、周波数調整タブ３１ａ，４１ａも切欠き３１ｂ，４１ｂも、高周波電流が流れる電流経路の長さ（距離）をこれらが設けられていない状態から長くすることにより共振周波数を変えることができる。
【００３７】
また、切欠き３１ｂ，４１ｂが設けられる位置に周波数調整タブ３１ａ，４１ａのような突起状の部分を設けて共振周波数を設定することが考えられる。しかし、このような突起においては、幅が狭いと、高周波電流がその突起の端縁部を流れずに根元の部分を流れてしまうので、突起の幅を広くすることが好ましい。これに対し、切欠き３１ｂ，４１ｂにおいては、それぞれの両端間で高周波電流が飛び越えて流れることはなく、端縁部を流れるので、上記の突起のような不都合は生じない。
【００３８】
アンテナ素子３，４は、一つの周波数に対して異なる入力インピーダンスを示す。一般に、アンテナの入力インピーダンスをＺａとし、１／４波長伝送線路の特性インピーダンスをＺｏとし、１／４波長伝送線路の入力入力インピーダンスをＺｉｎとすると、次式
Ｚｉｎ＝Ｚｏ2 ／Ｚａ
のようにインピーダンスを変換することができる。
【００３９】
そこで、１／４波長伝送線路であり、マイクロストリップライン分波器として機能する伝送線路５，６の入力インピーダンスをそれぞれＺ１，Ｚ２とすると、伝送線路５，６を給電部７で結合したときの合成インピーダンスＺは、次式
Ｚ＝√（Ｚ１-2＋Ｚ２-2）-1
のように表される。給電点７ａにおける入力インピーダンス（アンテナ装置１の入力インピーダンス）は、一般に５０Ωが用いられているので、上式でＺ＝５０Ωとなるように伝送線路５，６の幅や長さを適宜設定することにより、入力インピーダンスＺ１，Ｚ２をそれぞれ設定する。
【００４０】
続いて、上記のように構成されるアンテナ装置１の特性について説明する。
【００４１】
以降に説明するアンテナ特性の予測に供されるアンテナ装置１は、図４ないし図７に示すように、各部の寸法等が定められている。
【００４２】
まず、誘電体基板２は、比誘電率４．７のガラスエポキシによって形成されており、図４に示すように、長さ：８０ｍｍ、幅：１６ｍｍ、厚さ：２ｍｍに設定されている。また、その他の各部の寸法は、第１素子部３１，４１の長さ：１４．５ｍｍ、第１素子部３１，４１の幅：６ｍｍ、第２素子部３２，４２の長さ：３ｍｍ、第２素子部３２，４２の幅：６ｍｍ、周波数調整タブ３１ａの長さ：２ｍｍ、周波数調整タブ４１ａの長さ：１ｍｍ、周波数調整タブ３１ａ，４１ａの幅：１ｍｍ、伝送線路５，６の長さ：１６．５ｍｍ、伝送線路５，６の幅：１ｍｍ、給電部７の長さ：２ｍｍ（先端部まで含めると２．５ｍｍ）、給電部７の幅：３．５ｍｍに設定されている。さらに他の寸法は、同図に示す通りである。
【００４３】
また、図５に示すように、第２素子部３２に開口するスルーホール２ａの直径は０．５ｍｍに設定され、その開口部周囲に設けられる第２素子部３２のランド３２ａの外径は０．７５ｍｍに設定されている。また、図６に示すように、給電部７の給電点７ａに設けられる誘電体基板２を貫通するスルーホール２ｃの直径は０．５ｍｍに設定され、その開口部周囲に設けられる給電部７のランド７ｂの外径は０．７５ｍｍに設定されている。さらに、図７に示すように、誘電体基板２には、地導体板８側におけるスルーホール２ｃの周囲に、同軸ケーブルのコネクタ（Telegartner社のＭＭＣＸ型コネクタ：品番J01341A0081）が接合されるための孔２ｄが形成されており、この孔２ｄの直径が２．５ｍｍに設定されている。また、孔２ｄの周囲の方形をなす所定範囲（図中破線で示す範囲）は、７ｍｍ×５．２５ｍｍの大きさのコネクタ半田付け用ランドが形成されている。このコネクタ半田付け用ランドの内側端部とスルーホール２ｃの中心との間の距離は３．５ｍｍに設定されている。
【００４４】
上記のアンテナ装置１について、モーメント法による電磁界シミュレータを用いてシミュレーションした結果、良好なアンテナ特性が予測された。
【００４５】
図８のスミスチャートに示すように、無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）の規格に適合する２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ間におけるアンテナ装置１の入力インピーダンスの軌跡が中心の水平線を２回横切っている。これから、アンテナ装置１の共振点が２つあることがわかる。
【００４６】
また、図９の電圧定在波比（ＶＳＷＲ；Voltage Standing Wave Ratio）の特性に示すように、実用可能なＶＳＷＲ≦３の範囲での周波数範囲が上記の周波数帯域の幅（１００ＭＨｚ）を含んでいることがわかる。ＶＳＷＲが３以下の帯域幅（１００ＭＨｚ）は、中心周波数２．４５ＧＨｚに対して４．１％確保できることになる。一般的なパッチアンテナの中心周波数に対して１〜２％の帯域幅であることから、アンテナ装置１は、その２倍以上の帯域幅を確保できることが予測される。
【００４７】
図１０に、ＳパラメータのＳ１１特性の予測結果を示す。この特性は、帯域内で反射ロスが少なくなる点が周波数軸上に２箇所ある、すなわち共振周波数が２つあることを示している。また、図１１にアンテナ装置１の指向特性を示す。この図から、アンテナ素子３，４が面している方向には指向性がなく、アンテナ装置１がほぼ一様な特性を示すことが予測される。
【００４８】
上記のアンテナ装置１を実際に作製してベクトルネットワークアナライザで特性を測定した結果、３以下のＶＳＷＲでの帯域幅が１００ＭＨｚを確保できることが確認された。
【００４９】
ここで、比較例として２４．５ＧＨｚを共振周波数とするようにして作製した他のアンテナの特性をシミュレーションした結果について説明する。
【００５０】
まず、２３ｍｍ×２３ｍｍのパッチ素子を有するパッチアンテナを上記のシミュレーションと同様にしてシミュレーションした結果、ＶＳＷＲが３以下の帯域幅として３５ＭＨｚしか得られなかった。また、７２ｍｍ×２３ｍｍの長方形のパッチ素子を有するパッチアンテナについても同様にシミュレーションした結果、ＶＳＷＲが３以下の帯域幅として９５ＭＨｚが得られた。しかしながら、このパッチアンテナは図４に示すアンテナ装置１よりも面積が大きい。
【００５１】
また、本アンテナ装置１と類似する構成のアンテナについてもシミュレーションを試みた。このアンテナは、アンテナ素子３と同様なアンテナ素子と、伝送線路５と同様なインピーダンス調整用のマイクロストリップラインとが３２ｍｍ×１２ｍｍのガラス基板（厚さ１．８ｍｍ）の表面に形成され、裏面には地導体板が全面に形成されている。このアンテナに対して、マイクロストリップラインの端部を給電点として動作する状態をアンテナ素子の形状（寸法）を種々変えながらシミュレーションした結果、ＶＳＷＲが３以下の帯域幅として３０ＭＨｚしか得られなかった。このアンテナは、２３ｍｍ×２３ｍｍのパッチ素子を有するパッチアンテナに比べて面積を小さくしながら、ほぼ同等の帯域幅を実現することができるが、アンテナ装置１が実現する帯域幅を得るには不十分である。
【００５２】
以上のように、本実施形態のアンテナ装置１は、誘電体基板２の表面に、異なる共振周波数（中心周波数）を有する平面状のアンテナ素子３，４がそれぞれインピーダンス調整用の伝送線路５，６で給電部７にて結合される構造が形成され、誘電体基板２の裏面に地導体板８が形成されるとともに、アンテナ素子３，４のそれぞれの第２素子部３２，４２がその端部で地導体板８と短絡している。このような構造のアンテナ装置１では、アンテナ素子３，４における第１素子部３１，４１が誘電体基板２と地導体板８とでパッチアンテナが形成されるとともに、第２素子部３２，４２と地導体板８とで逆Ｆアンテナが形成される。これにより、小面積でもパッチアンテナと同等の放射効率を得ることができる。また、異なる共振周波数のアンテナ素子３，４を伝送線路５，６で結合することにより、各々のアンテナ素子３，４が相互に影響を受けることなく独立して動作する。なお、２つの共振周波数の中間の周波数では、アンテナ素子３，４がほぼ同程度に動作する。したがって、パッチアンテナでは実現し得なかった面積の縮小化および周波数の広帯域化を併せて実現することができる。
【００５３】
また、第１素子部３１，４１が誘電体基板２の長手方向に長い長方形として形成されているので、図１に示すように、アンテナ装置１（誘電体基板２）の幅を狭くすることができる。これにより、アンテナ装置１は、電子機器に実装される領域が狭くても、十分実装が可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態では、アンテナ素子３，４が逆Ｌ字形状（第１素子部３１，４１と第２素子部３２，４２とが垂直をなす形状）に形成される例について説明したが、アンテナ素子３，４の形状はこれに限定されない。例えば、第１素子部３１，４１と第２素子部３２，４２とが誘電体基板２の幅方向に延びる長方形をなす形状であってもよい。ただし、このような構造では誘電体基板２の幅が大きくなるため、より狭い箇所にアンテナ装置１を実装する場合には、図１に示す構造が好ましい。
【００５５】
続いて、本発明の他の実施形態について説明する。
【００５６】
図１２に示すアンテナ装置１１は、アンテナ素子３，４の構成がアンテナ装置１と一部異なることと、誘電体基板２がガラスによって形成されていること、誘電体基板２にスルーホールが形成されていないこと以外は、アンテナ装置１と同様に構成されている。アンテナ装置１１におけるアンテナ素子３は、第１素子部３１と、第２素子部３３とを有しており、アンテナ素子４は、第１素子部４１と、第２素子部４３とを有している。
【００５７】
第２素子部３３は、前述の第２素子部３２と異なり、端部が誘電体基板２の長辺Ｓに延びているが、さらに誘電体基板２の側端面に沿うように折り曲げられて誘電体基板２の裏面側まで達する短絡部３３ａを有することにより、地導体板８に接続されている。第２素子部４３も、前述の第２素子部４２と異なり、端部が誘電体基板２の長辺Ｓに延びているが、さらに誘電体基板２の側端面に沿うように折り曲げられて誘電体基板２の裏面側まで達する短絡部４３ａを有することにより、地導体板８に接続されている。
【００５８】
このように構成されるアンテナ装置１１も、前述のアンテナ装置１と同様、アンテナ特性をシミュレーションした結果、無線ＬＡＮやBluetooth の規格に適合する周波数帯域幅を確保することができる。
【００５９】
このシミュレーションで用いたアンテナ装置１１は、図１３に示すように、誘電体基板２としてガラス（比誘電率６．９１）を用いており、この誘電体基板２を表示装置のガラス基板として共通して用いるように構成されている。また、各部の寸法は、誘電体基板２の外径：１２８ｍｍ×１２８ｍｍ、誘電体基板２の厚さ：１．８ｍｍ、第１素子部３１，４１の長さ：１１．２５ｍｍ、第１素子部３１，４１の幅：６ｍｍ、第２素子部３２，４２の長さ：３ｍｍ、第２素子部３２，４２の幅：６ｍｍ、周波数調整タブ３１ａの長さ：１．７５ｍｍ、周波数調整タブ４１ａの長さ：０．５ｍｍ、周波数調整タブ３１ａ，４１ａの幅：１ｍｍ、伝送線路５，６の長さ：１４．７５ｍｍ、伝送線路５，６の幅：０．５ｍｍ、給電部７の長さ：２ｍｍ、給電部７の幅：２ｍｍに設定されている。さらに他の寸法は、同図に示す通りである。
【００６０】
引き続いて、上記のアンテナ装置１，１１が電子機器に実装された実施形態について説明する。
【００６１】
本実施形態では、アンテナ装置１，１１は、図１４に示すように、プログラマブル表示器２１にアンテナ装置２５として実装されている。プログラマブル表示器２１は、その外観構造が、後背部分の筐体２２と、前面部分の支持部２２ａおよびタッチパネル２４とによって構成されている。タッチパネル２４の背面側にはディスプレイパネル２３が設けられている。アンテナ装置２５は、タッチパネル２４に接するように支持部２２ａに実装されている。ディスプレイパネル２３は、液晶パネル、ＥＬ（Electro Luminescence）パネル、プラズマディスプレイパネルなどの平板型表示パネルである。
【００６２】
また、プログラマブル表示器２１の前面は、支持部２２ａとタッチパネル２４とがオーバーレイ２６が貼り付けられて覆われている。オーバーレイ２６は、タッチパネル２４自体を保護するだけでなく、水、油、粉塵などがタッチパネル２４と支持部２２ａとの間から内部に侵入することを防止するための（防塵・防滴用）保護シートの役割を果たす。オーバーレイ２６は、樹脂フィルム（例えばポリエステルフィルム）によって形成されており、操作部４ａとほぼ等しい形状の透明な透過部２６ａと、その周囲に形成される非透明な額縁部２６ｂとからなる。額縁部２６ｂは、支持部２２ａの前面とタッチパネルの周縁部（額縁部）の前面とを覆う大きさに形成されている。
【００６３】
図１５は、図１４のＡ−Ａ線矢視断面構造を示している。この図１５に示すように、筐体２２は、全体を金属で形成されており、前面側の端部に支持部２２ａと保持部２２ｂとを有している。支持部２２ａは、筐体２２の側壁の外面と内面の両側に形成され、その側壁に対してほぼ垂直に張り出している。一方、保持部２２ｂは、同側壁の内面に形成され、その側壁に対してほぼ垂直に張り出している。また、保持部２２ｂは、その前面側でタッチパネル２４を保持するように、支持部２２ａより筐体２２の背面壁寄りに位置している。タッチパネル２４は、その額縁部が粘着材で保持部２２ｂの前面部に取り付けられることによって保持部２２ｂに保持されている。また、ディスプレイパネル２３は、その周縁部が粘着材で保持部２２ｂの後背部に取り付けられることによって保持部２２ｂに保持されている。
【００６４】
アンテナ装置２５は、支持部２２ａの全面に形成された凹部２２ｃに嵌め込まれるように実装されている。また、支持部２２ａには、図示しないが、アンテナ装置２５と筐体２２の内部に設けられた送受信回路とを接続する同軸ケーブルを挿通させるための孔が形成されている。
【００６５】
このように形成されるプログラマブル表示器２１において、アンテナ装置２５は、裏面がグランドプレーンであるため、金属筐体である筐体２２に実装されても支障なく動作する。また、アンテナ装置２５の幅が狭いため、支持部２２のような幅の狭い領域にもアンテナ装置２５を十分実装することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、アンテナ装置１，１１を実装する電子機器としてプログラマブル表示器２１について説明したが、金属筐体を有し、無線通信機能を有する電子機器であれば、アンテナ装置１，１１を実装する電子機器としては、プログラマブル表示器２１以外の電子機器であってもよい。
【００６７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明のアンテナ装置は、誘電体基板の一方の面に地導体板が形成され、他方の面に共振周波数が異なる一対のアンテナ素子が形成され、両アンテナがインピーダンス調整用の伝送線路で結合されており、両アンテナ素子の一端部で地導体板に短絡している構成を有することにより、小型かつ広帯域を実現することができ、広帯域が要求される無線ＬＡＮなどの通信方式で通信を行う電子機器に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態を示すアンテナ装置の構造を示す斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は上記アンテナ装置における２つのアンテナ素子の外径寸法を示す平面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は上記アンテナ装置における切欠きを有する２つのアンテナ素子の構造を示す平面図である。
【図４】アンテナ特性の予測のためのシミュレーションに供される上記アンテナ装置の各部の寸法が明記された平面図である。
【図５】図４の平面図における上記アンテナ素子の一部を拡大した平面図である。
【図６】図４の平面図における上記アンテナ素子の他の一部を拡大した平面図である。
【図７】アンテナ特性の予測のためのシミュレーションに供される上記アンテナ装置の地導体板側の各部の寸法が明記された拡大平面図である。
【図８】上記シミュレーションの結果として得られたスミスチャートである。
【図９】上記シミュレーションの結果として得られたＶＳＷＲを示すグラフである。
【図１０】上記シミュレーションの結果として得られたＳ１１特性を示すグラフである。
【図１１】上記シミュレーションの結果として得られた上記アンテナ装置の指向性を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態を示す他のアンテナ装置の構造を示す斜視図である。
【図１３】アンテナ特性の予測のためのシミュレーションに供される図１２のアンテナ装置の各部の寸法が明記された平面図である。
【図１４】本発明の実施形態を示すプログラマブル表示器の外観構成を示す分解斜視図である。
【図１５】上記プログラマブル表示器の要部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１１      アンテナ装置
２            地導体板
２ａ          スルーホール
３，４        アンテナ素子
５，６        伝送線路
７            給電部
７ａ          給電点
８            地導体板
２１            プログラマブル表示器（電子機器）
２２            筐体（金属筐体）
２２ａ          支持部
２５            アンテナ装置
３１，４１      第１素子部
３１ａ，４１ａ  周波数調整タブ（電流経路調整部）
３１ｂ，４１ｂ  切欠き（電流経路調整部）
３３，４３      第２素子部
３３ａ，４３ａ  短絡部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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