(57)【要約】【課題】専有体積を小さくすることができ、且つアンテナ特性を変更可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】外形状が矩形の渦巻き状に形成されたアンテナ素子と、前記アンテナ素子に設けられた１以上のスイッチとを含むアンテナ装置である。【選択図】図２Ａ
2011239302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形状が矩形の渦巻き状に形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に設けられた１以上のスイッチと
を含むアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ素子は、前記矩形の頂点の一つに位置する一端と、前記アンテナ素子の中央部に位置する他端とを有し、
前記アンテナ素子の一端が、直線状の基板の外縁に対し、該一端を頂点とする前記矩形の二辺に位置する前記アンテナ素子の各部分と前記直線とが夫々角度θを有するように前記基板に取り付けられる
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記θが３０°から６０°である
請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記１以上のスイッチは、個別にオン／オフ操作可能な複数のスイッチを含む
請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記１以上のスイッチにオン／オフ信号を供給する配線をさらに備え、
前記配線は、前記アンテナ素子がなす直線部分と直交する方向に配線される
請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信用デバイスは、例えば、無線通信機能を有する電子機器である。具体的には、携帯電話, スマートフォン，ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）,ＰＣ（Personal Computer）,ＧＰＳ（Global Positioning System）端末のような無線端末や、無線通信用カード（例えばＰＣＭＣＩＡカード）のような無線通信アプリケーション機器を含むことができる。
【０００３】
近年、無線通信用デバイスの分野では、複数の無線周波数帯を使用するマルチバンド又はワイドバンド無線通信用デバイスがある。このような無線通信用デバイス、特に無線端末の設計は年々複雑さを増し、デバイス内に配置されるアンテナエレメントは可能な限り小さくすることが望まれている。
【０００４】
本願に関連する先行技術文献として以下の特許文献１から３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の態様の一つの目的は、専有体積を小さくすることができ、且つアンテナ特性を変更可能なアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様の一つは、
外形状が矩形の渦巻き状に形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に設けられた１以上のスイッチと
を含むアンテナ装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、専有体積を小さくすることができ、且つアンテナ特性を変更可能なアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るアンテナ装置とアンテナ装置が取り付けられた基板の構成例を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示したアンテナ装置の平面を模式的に示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示したアンテナ装置の側面を模式的に示す。
【図３】図３は、アンテナ装置の他の実施形態を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、スイッチ及びバイアス線を有しないアンテナ装置の電流密度分布を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施形態１に係るアンテナ装置の電流密度分布を示す図である。
【図５】図５は、アンテナ装置１のインピーダンス整合が図られていない状態における、０．５ＧＨｚから６ＧＨｚの信号に対するＳパラメータ（反射ロス）のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態１に係るアンテナ装置のインピーダンス整合を図った場合における０．５ＧＨｚから６ＧＨｚまでのＳパラメータ（反射ロス）のシミュレーション結果を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａにおける０．５Ｈｚから１．１ＧＨｚの部分を拡大して示す図である。
【図７】図７は、スイッチＳＷの状態を一定にした状態で、図２Ａに示したアンテナ素子と基板のなす角度θ（アンテナ素子の外形）を変えた場合における反射ロスのシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。下記の実施形態の構成は例示であり、本発明は、実施形態の構成に限定されない。
【００１１】
図１は、アンテナ装置を有する無線通信デバイスの外観構成を示す図であり、図２Ａは、図１に示したアンテナ装置を平面視した図であり、図２Ｂは、図１に示したアンテナ装置を側面視した図である。
【００１２】
図１に示すように、アンテナ装置１は、基板２の一方向（図１では基板長手方向）の端部から基板２の平面方向に設けられた平面モノポールアンテナであり、適宜の比誘電率を有する基材４内に収容されている。アンテナ装置１が基板２の平面方向と同一方向に設けられることで、基板２に搭載される電子回路からの影響（ノイズ混入など）が低減されるようにしている。
【００１３】
図２Ａ，図２Ｂ及び図３に示すように、アンテナ装置１は、アンテナ素子５と、このアンテナ素子５に設けられた複数の（図１〜３の例では４つ）スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４（以下、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４をまとめて指す場合には、「スイッチＳＷ」と表記）と、スイッチＳＷの駆動用の直流（ＤＣ）を供給するバイアス線６（配線）とを備えている。
【００１４】
図２Ａに示すように、アンテナ素子５は、全体として、帯状のアンテナ導体が菱形の渦巻き状に巻かれた平面形状を有し、図２Ｂに示すように菱形渦巻きは同一平面に配置されている。なお、図２Ｂでは、バイアス線６の図示は省略されている。菱形の渦巻きは、複数の直線部分（アンテナアーム）５ａ〜５ｉからなり、直線部分５ａの次の直線部分５ｂから５ｉの夫々が図中の左方向に所定の角度を以て折れ曲がるようにして、帯状のアンテナ導体が２回巻かれた状態の菱形の渦巻きが形成されている。各直線部分５ａ〜５ｉは、夫々接触しないように所定の距離が設けられており、直線部分５ｉの端部はアンテナ素子５の中央部に位置している。
【００１５】
直線部分５ａの一端は、給電点７を介して基板２に搭載された図示しないインピーダンスマッチング回路を介してＲＦ回路に接続されている。アンテナ素子５の基板２と向かう側の外縁をなす直線部分５ａ，５ｄが延びる方向（図２Ａ中の、直線部分５ａの延伸方向（右側斜め方向）と、直線部分５ｄの延伸方向（左側斜め方向））は、基板２の端部をなす平面（直線）に対して夫々所定の角度θを有するように配置される。
【００１６】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、図２Ａ中右側（直線部分５ａ側）の角度θをなす直線部分５ａの延伸方向の直線に対して平行な直線上において、アンテナ導体５の直線部分５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈの中間に挿入されている。各スイッチＳＷは、半導体スイッチであり、バイアス６から供給される直流を受けてオンとなる。スイッチＳＷ１〜
ＳＷ４のオンにより、アンテナ素子５（アンテナアーム）の長さが変更される。
【００１７】
バイアス線６は、図２Ａにおいて、アンテナ素子５の裏側に配置されており、スイッチＳＷが挿入された直線部分５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈと夫々直交する方向に配線された第１の部分６ａと、第１の部分６ａのほぼ中点から第１の部分６ａと直交する方向において基板２側に延びる第２の部分６ｂと、第２の部分６ｂの端部と基板２とを結ぶ第３の部分６ｃとからなり、第３の部分６ａと直線部分５ａがなす角度は（９０°−θ）となっている。このように、平面視においてバイアス線６がアンテナ素子５と重なる部分は、アンテナ素子５の各直線部分と直交する方向に配線されている。このようにして、バイアス線６を流れる電流がノイズとして混入しないようにされている。
【００１８】
図３は、他の実施形態におけるアンテナ素子５を示す。図２Ａ，図２Ｂに示す例では、アンテナ素子５は、基板２の厚み部分の所定位置から立設されるように設けられているが、図３の例では、直線部分５ａに帯状の給電線７Ａが一体に形成されており、給電線７Ａが基板２の一方の平面上に取り付けられている。
【００１９】
バイアス線６は、各スイッチＳＷに接続されるオン信号（直流）の供給線と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４間で共通なグラウンド線とを有しており、バイアス線６は、基板２に設けられたスイッチＳＷの制御回路（図示せず）と接続されている。制御回路による制御によって、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は個別にオン／オフ可能となっている。
【００２０】
図４Ａ及び図４Ｂは、１．５ＧＨｚの高周波の放射時におけるアンテナ素子の表面電流密度分布を示す図であり、図４Ａはバイアス線６及びスイッチＳＷが設けられていないアンテナ素子の表面電流密度分布のシミュレーション結果を示し、図４Ｂは、バイアス線６及びスイッチＳＷが設けられた実施形態１に係るアンテナ素子５の表面電流密度分布のシミュレーション結果を示す。図４Ｂの例では、スイッチＳＷは総てオンになっている。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、図４Ｂに示すアンテナ素子の方が図４Ａに示す電流密度より高い部分が多く、実施形態１に係るアンテナ装置１は、良好な放射特性を有することが分かる。
【００２１】
図５は、アンテナ装置１のインピーダンス整合が図られていない状態における、０．５ＧＨｚから６ＧＨｚの信号に対するＳパラメータ（反射ロス）のシミュレーション結果を示すグラフである。図５には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の総てがオフの場合と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の総てがオンの場合と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンでスイッチＳＷ４がオフの場合と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンでスイッチＳＷ３，ＳＷ４がオフの場合と、スイッチＳＷ１がオンでスイッチＳＷ２〜ＳＷ４がオフの場合とにおける反射ロスが示されている。
【００２２】
図６Ａは、実施形態１に係るアンテナ装置１のインピーダンス整合を図った場合における０．５ＧＨｚから６ＧＨｚまでのＳパラメータ（反射ロス）のシミュレーション結果を示す図であり、図６Ｂは、０．５Ｈｚから１．１ＧＨｚの部分（図６Ａの部分Ａ）を拡大して示す図である。シミュレーションにおいて、インピーダンス整合は、コイル（Ｌ）及びコンデンサ（Ｃ）を組み合わせた整合回路を適用しており、Ｌ＝１〜１０ｎＨ，Ｃ＝０．２５〜６ｐＦの範囲内で設定した。
【００２３】
図６Ａ，図６Ｂにおいて、スイッチポジション１は、スイッチＳＷ１がオンで、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４がオフの場合を示す。スイッチポジション２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンで、スイッチＳＷ３，ＳＷ４がオフの場合を示す。スイッチポジション３は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンで、スイッチＳＷ４がオフの場合を示す。スイッチポジション４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオンの場合を示す。
【００２４】
図６Ａに示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷのオンの制御により、０．５〜６ＧＨｚに亘って反射ロスの小さい領域が形成されており、これらの帯域に対して好適に使用できるワイドバンドアンテナが得られることが分かる。また、図６Ｂに示すように、例えば、０．６２〜０．６５ＧＨｚ，０．６８〜０．７３ＧＨｚ，０．８８〜１．０３ＧＨｚの各範囲について反射ロスが小さい領域が得られることが分かる。これによって、０．６〜１．１の範囲においても、アンテナ装置１を使用できることが分かる。
【００２５】
図７は、スイッチＳＷの状態を一定にした状態で、アンテナ素子５と基板２のなす角度θ（図２Ａ参照）を変えた場合における反射ロスのシミュレーション結果を示す。図７に示すように、θが３０°，４０°，４５°，５０°及び６０°について計測されている。図７の例では、図２Ａにおける右側のθと左側のθとが同一である場合の例である。なお、θ＝３０°のとき、アンテナ素子５がなす菱形の図２Ａ中水平方向の内角角度θ２（図２Ａ参照）は６０°であり、θ＝４０°の時、当該内角θ２は８０°、θ＝４５°のときθ２＝９０°となり、θ５０°のときθ２＝１００°となり、θ＝６０°のときθ＝１２０°となる。θ＝４５°のとき、アンテナ素子５の外形は正方形となる。
【００２６】
図７の結果より、θ＝３０〜６０°の夫々において、アンテナ装置１として使用可能な反射ロスが得られたことが分かる。とくに、θ＝４５°のときに反射ロスが最も低くなり、アンテナ素子５の外形として、θ＝４５°、すなわち正方形であることが好ましいことが分かる。また、θ＝５０°及び６０°については、アンテナ素子５の高さ方向（図２Ａの上下方向）の長さが長くなり、アンテナ装置１の専有体積が大きくなる（基板２と合わせた長手方向長さが長くなる）ので、θ＝４５°が、反射ロス及びアンテナ素子のサイズの観点から、当該結果内で最も良いことが分かる。
【００２７】
実施形態によれば、菱形（正方形）の渦巻き状のアンテナ素子５に複数のスイッチＳＷ１からＳＷ４を設け、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン／オフ操作で、アンテナ素子のアンテナ長が変化し、その結果異なるアンテナ特性（反射ロス特性）を有する状態となる。すなわち、アンテナ特性を再構成可能なアンテナ装置となっている。このため、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン／オフ操作で、所望の帯域で反射ロスの少ないアンテナを得ることができる。反射ロスの少ない領域は、０．６〜６ＧＨｚの広帯域に亘っているので、アンテナ装置１は、当該広帯域に適用可能なワイドバンドアンテナとして使用することができる。
【００２８】
また、アンテナ素子５の外形を菱形（正方形）とすることで、アンテナ装置１の専有体積の小型化を図る一方で、所望のアンテナ長が得られるようにしている。なお、アンテナ素子５の外形は、所望の反射ロス特性が得られる限り、平行四辺形又は長方形を含む矩形とすることが可能である。また、基板２に対する取り付け角度θについて、給電点７を中心とした右側のθの値と左側のθ（図２Ａ）の値が異なっていても良い。また、バイアス線６の配線状態についても、所望の反射ロス特性が得られる限り、適宜変更可能である。また、アンテナ装置１は、基板２に対して同一平面で取り付けられているが、アンテナ装置１の基板２に対する取り付け角度は適宜設定可能である。
【符号の説明】
【００２９】
ＳＷ１〜ＳＷ４・・・スイッチ
１・・・アンテナ装置
２・・・基板
４・・・基材
５・・・アンテナ素子
５ａ〜５ｉ・・・直線部分（アンテナアーム）
６・・・バイアス線
７・・・給電点
７Ａ・・・給電線
【図１】
2011239302.tif 000003
【図２Ａ】
2011239302.tif 000004
【図２Ｂ】
2011239302.tif 000005
【図３】
2011239302.tif 000006
【図４Ａ】
2011239302.tif 000007
【図４Ｂ】
2011239302.tif 000008
【図５】
2011239302.tif 000009
【図６Ａ】
2011239302.tif 000010
【図６Ｂ】
2011239302.tif 000011
【図７】
2011239302.tif 000012