(57)【要約】【課題】放射効率の低下を抑えると共に、本体の小型化に貢献できる広帯域アンテナ装置を提供する。【解決手段】給電点４と、給電点４に一端が接続された、第１周波数帯域に対応した第１アンテナ素子１と、給電点４に一端が接続されていると共に、第１周波数帯域より周波数の高い第２周波数帯域に対応した第２アンテナ素子２とを、備えた広帯域アンテナ装置１００であって、第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２とは、それぞれ開放端部１ｃ、２ｃを有し、第１アンテナ素子１が第２アンテナ素子２の側に湾曲するように設けられ、第１アンテナ素子１の開放端部１ｃを含む領域が第２アンテナ素子２の開放端部２ｃを含む領域と対向するアンテナ対向部３を有するように構成され、第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２とが、所定の角度で折り曲げられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電点と、前記給電点に一端が接続された、第１周波数帯域に対応した第１アンテナ素子と、前記給電点に一端が接続されていると共に、前記第１周波数帯域より周波数の高い第２周波数帯域に対応した第２アンテナ素子とを、備えた広帯域アンテナ装置であって、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とは、それぞれ開放端部を有し、
前記第１アンテナ素子が前記第２アンテナ素子の側に湾曲するように設けられ、前記第１アンテナ素子の開放端部を含む領域が前記第２アンテナ素子の開放端部を含む領域と対向するアンテナ対向部を有するように構成され、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とが、所定の角度で折り曲げられていることを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ対向部が、前記第１アンテナ素子又は前記第２アンテナ素子の延伸する方向に対して斜め方向に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ装置。
【請求項３】
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とが、前記第１アンテナ素子の開放端部及び前記第２アンテナ素子の開放端部の近傍で折り曲げられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の広帯域アンテナ装置。
【請求項４】
前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子それぞれの一端が接続されている接続点と前記給電点との間に同調可能な整合回路が接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の広帯域アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ通信用の広帯域アンテナ装置に係り、特にマルチバンド対応の広帯域アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信ネットワークにおいては、周波数利用効率の向上、データレートの向上を目的として、ＬＴＥ（Long  Term  Evolution）システムが世界中で実用化されている。このようなＬＴＥシステムにおいては、互いに異なる複数の周波数帯域を用いてデータの送受信を行なうことが決められている。
【０００３】
ところで、ＬＴＥシステムでは世界中で統一した規格を採用することが検討されているが、ＬＴＥシステムで利用可能となる周波数帯域は各国毎に異なっている。図９に、各国における周波数帯域の割り当て例を示す。図９に示すようにＬＴＥシステムで適用される周波数帯域は全世界で０．６９９ＧＨｚから２．６９ＧＨｚまでとなっている。図９の中で、ＵＬは上りリンクにおける割り当て周波数帯域、ＤＬは下りリンクにおける割り当て周波数帯域を示している。尚、本明細書内では、これらの周波数帯域の内、０．６９９ＧＨｚ〜０．９６ＧＨｚを第１周波数帯域、１．７ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚを第２周波数帯域、２．５ＧＨｚ〜２．６９ＧＨｚを第３周波数帯域としている。
【０００４】
このように、ＬＴＥシステムで適用される周波数帯域は全ての国に共通しているわけではなく、各携帯電話サービス運営者は、自国の周波数割り当てに基づいてシステムの運営を行っている。したがって、一つの端末を複数の国において利用しようとする場合には、各国で適用される周波数帯域、即ちマルチバンドに対応した広帯域アンテナ装置が必要となってくる。また、スマートフォン等の最近の携帯通信機器においては本体の小型化に伴い、広帯域アンテナ装置の更なる小型化が要求されるようになって来ている。
【０００５】
そこで、このような要求に対し、特許文献１による広帯域アンテナ装置のような、マルチバンド対応の広帯域アンテナ装置が提案されている。
【０００６】
ここで、特許文献１による広帯域アンテナ装置について、図１０を用いて説明する。
【０００７】
広帯域アンテナ装置９５０では、絶縁樹脂製の基部９０１に、第１素子９１１と第２素子９１２を固定すると共に、ＦＰＣ（Flexible  Printed  Circuit）からなる絶縁基板９３０の信号線９３５に近接的に位置する短絡素子９５５を備えている。そして、携帯電話（図示せず）に広帯域アンテナ装置９５０を搭載した状態で、上記短絡素子９５５をグランドに落とすことにより、上記短絡素子９５５の作用で信号線９３５の一部の不要共振を打ち消して、放射効率の低下が抑えられるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１６６４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の広帯域アンテナ装置９５０では、短絡素子９５５を設けることにより、放射効率の低下を抑えることができる。しかしながら、低い周波数帯域用の第２素子９１２及び、短絡素子９５５を、基部９０１の長手方向に向かって延出させているため、基部９０１の長手方向の長さを長くせざるを得なかった。そのため、広帯域アンテナ装置９５０の小型化を妨げる結果となっていた。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、放射効率の低下を抑えると共に、本体の小型化に貢献できる広帯域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】
【００１１】
この課題を解決するために、本発明の広帯域アンテナ装置は、給電点と、前記給電点に一端が接続された、第１周波数帯域に対応した第１アンテナ素子と、前記給電点に一端が接続されていると共に、前記第１周波数帯域より周波数の高い第２周波数帯域に対応した第２アンテナ素子とを、備えた広帯域アンテナ装置であって、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とは、それぞれ開放端部を有し、前記第１アンテナ素子が前記第２アンテナ素子の側に湾曲するように設けられ、前記第１アンテナ素子の開放端部を含む領域が前記第２アンテナ素子の開放端部を含む領域と対向するアンテナ対向部を有するように構成され、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とが、所定の角度で折り曲げられているという特徴を有する。
【００１２】
このように構成された広帯域アンテナ装置では、第１アンテナ素子で電界強度が最も強い第１アンテナ素子の開放端部を含む領域と第２アンテナ素子で電界強度が最も強い第２アンテナ素子の開放端部を含む領域とを対向させるアンテナ対向部を有するように構成したので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子それぞれのインピーダンスマッチングを効率良く行なうことができる。また、  前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とを、所定の角度で折り曲げて対向させたので、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子を平面的に対向させた時に比べて、互いをより強く結合させることができる。その結果、第２アンテナ素子の一部が第１アンテナ素子の一部として動作することになるため、実質的に第１アンテナ素子のアンテナ長が長くなったと考えることができる。そのため、第１アンテナ素子のアンテナ共振周波数を更に下にシフトさせることができる。その結果、放射効率の低下を抑えた広帯域アンテナ装置の小型化に貢献できる。
【００１３】
また、上記の構成において、前記アンテナ対向部が、前記第１アンテナ素子又は前記第２アンテナ素子の延伸する方向に対して斜め方向に設けられているという特徴を有する。
【００１４】
このように構成された広帯域アンテナ装置では、アンテナ対向部をより長く形成させることができるので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とを、より強く結合させることができる。
【００１５】
また、上記の構成において、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とが、前記第１アンテナ素子の開放端部及び前記第２アンテナ素子の開放端部の近傍で折り曲げられているという特徴を有する。
【００１６】
このように構成された広帯域アンテナ装置では、第１アンテナ素子において電界強度が最も強い第１アンテナ素子の開放端部と第２アンテナ素子との間、及び第２アンテナ素子において電界強度が最も強い第２アンテナ素子の開放端部と第１アンテナ素子との間を介して対向するので、互いをより強く結合させることができる。
【００１７】
また、上記の構成において、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子それぞれの一端が接続されている接続点と前記給電点との間に同調可能な整合回路が接続されているという特徴を有する。
【００１８】
このように構成された広帯域アンテナ装置では、同調可能な整合回路によって容易にインピーダンスマッチングを行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の広帯域アンテナ装置は、第１アンテナ素子で電界強度が最も強い第１アンテナ素子の開放端部を含む領域と第２アンテナ素子で電界強度が最も強い第２アンテナ素子の開放端部を含む領域とを対向させるアンテナ対向部を有するように構成したので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子それぞれのインピーダンスマッチングを効率良く行なうことができる。また、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とを、所定の角度で折り曲げて対向させたので、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子を平面的に対向させた時に比べて、互いをより強く結合させることができる。その結果、第２アンテナ素子の一部が第１アンテナ素子の一部として動作することになるため、実質的に第１アンテナ素子のアンテナ長が長くなったと考えることができる。そのため、第１アンテナ素子のアンテナ共振周波数を更に下にシフトさせることができる。その結果、放射効率の低下を抑えた広帯域アンテナ装置の小型化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る広帯域アンテナ装置の斜視図である。
【図２】第１周波数帯域、第２周波数帯域、第３周波数帯域の各周波数帯域の関係を示す図である。
【図３】広帯域アンテナ装置の組み立て前の展開図である。
【図４】広帯域アンテナ装置の平面図と側面図である。
【図５】折り曲げによる周波数シフトの効果を示す説明図である。
【図６】広帯域アンテナ装置の、整合回路無しの場合のＶＳＷＲ（voltage  standing  wave  ratio）の周波数特性を示すグラフである。
【図７】整合回路の構成を示す回路図である。
【図８】広帯域アンテナ装置の、整合回路有りの場合のＶＳＷＲと放射効率の周波数特性を示すグラフである。
【図９】ＬＴＥシステムの各国の周波数帯域割り当て例を示す図である。
【図１０】従来例に係る広帯域アンテナ装置の平面図である。
【図１１】本発明の変形例に係る広帯域アンテナ装置の斜視図である。
【図１２】本発明の変形例に係る広帯域アンテナ装置の組み立て前の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本明細書では、特に断りの無い限り、各図面のＸ１側を右側、Ｘ２側を左側、Ｙ１側を奥側、Ｙ２側を手前側、Ｚ１側を上側、Ｚ２側を下側として説明する。
【００２２】
[実施形態]
図１は、本発明の実施形態に係る広帯域アンテナ装置１００の斜視図である。図２は、ＬＴＥシステムにおける第１周波数帯域、第２周波数帯域、第３周波数帯域の各周波数帯域の関係を示す図である。図３は、広帯域アンテナ装置１００の組み立て前の展開図であり、図４は、広帯域アンテナ装置１００の平面図と側面図である。また、図５は、折り曲げによる周波数シフトの効果を示す説明図である。
【００２３】
前述したように、全世界のＬＴＥシステムの信号を送受信するためには、広帯域アンテナ装置の送受信周波数帯域として約７００ＭＨｚから約２．７ＧＨｚまで送受信できる必要があるが、従来、このような広い帯域に対応することは困難であった。特に、小型化が要求されるスマートフォン等の最近の携帯通信機器内に、アンテナ長の長い７００ＭＨｚ対応のアンテナ素子を収納することは非常に困難であった。従って、このような広帯域アンテナ装置には、低い周波数に対応するアンテナ素子のアンテナ共振周波数を更に下にシフトさせるための工夫が必要であった。本発明は、放射効率を下げずに低い周波数まで対応可能とした広帯域アンテナ装置を提案するためのものである。
【００２４】
図１に示すように、実施形態に係る広帯域アンテナ装置１００は、配線基板６上において、給電点４と、整合回路５と、整合回路５を介して給電点４に一端が接続された第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２とを、備えている。配線基板６上には、グランドパターン６ａが形成されているが、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２は、配線基板６上のグランドパターン６ａが形成されていない領域に設けられている。整合回路５は、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２それぞれの一端が接続されている接続点１２と給電点４との間に、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２と給電点４とを整合するために接続されている。尚、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２は、それぞれ開放端部１ｃ及び開放端部２ｃを有したモノポールアンテナである。
【００２５】
第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２は金属製の導体からなる。この金属製の導体は、フレキシブルフィルム基板等の絶縁基板上に、金属箔パターンによって形成されたものでも良いし、絶縁基板を使用せず、金属板を切り抜いて構成されたものであっても良い。尚、広帯域アンテナ装置１００においては、金属板を用いて構成されている。
【００２６】
図２に、図９で示したＬＴＥシステムにおいて使用される第１周波数帯域、第２周波数帯域、第３周波数帯域の各周波数帯域の関係を示している。第１周波数帯域は、０．６９９ＧＨｚ〜０．９６ＧＨｚ、第２周波数帯域は、１．７ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚ、第３周波数帯域は、２．５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚとなっている。
【００２７】
図２に示す０．６９９ＧＨｚから０．９６ＧＨｚの周波数帯域、即ち第１周波数帯域に対応して第１アンテナ素子１が使用され、１．７ＧＨｚから２．２ＧＨｚの周波数帯域、即ち第２周波数帯域に対応して第２アンテナ素子２が使用される。第１アンテナ素子１のアンテナ長は、第１周波数帯域に対応した長さに設定される。具体的には、第１周波数帯域の略中央の周波数の波長の約１／４に設定される。また、第２アンテナ素子２のアンテナ長は、第１周波数帯域より周波数の高い第２周波数帯域に対応した長さに設定される。具体的には、第２周波数帯域のほぼ中央の周波数の波長の約１／４に設定される。
【００２８】
しかしながら、本発明の実施形態に係る広帯域アンテナ装置１００は、小型化された携帯端末機器内で使用されるため、その与えられた占有面積は非常に狭い。そのため、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の平面上に構成するだけではなく、Ｚ１−Ｚ２方向にもその素子を延伸させ、立体的に構成することによりアンテナ長を稼いで、アンテナ共振周波数を下げている。しかし、それでも必要なアンテナ長を得るには充分ではなく、特に、０．６９９ＧＨｚ〜０．９６ＧＨｚの第１周波数帯域用の第１アンテナ素子１のアンテナに対しては、アンテナ共振周波数をより下へシフトさせるための他の方策が必要であった。
【００２９】
そのための方策の１つとして、広帯域アンテナ装置１００では、第１アンテナ素子１の開放端部１ｃを含む領域と、第２アンテナ素子２の開放端部２ｃを含む領域と、が対向するアンテナ対向部３を設けるようにした。
【００３０】
上記方策を行うための具体的方法を図３に示す。まず、広帯域アンテナ装置１００を組み上げる前の平板状の金属板を用意し、所望の形状になるように切り抜いて、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を形成させる。尚、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２は、それらの給電点４側における接続点１２で接続されている。
【００３１】
第２アンテナ素子２は、第１アンテナ素子１との接続点１２から比較的幅の狭い金属板からなる幅狭部２ａをＹ１方向に延伸させ、その後、幅狭部２ａをＸ２方向に一回屈曲させ、その先に幅広の領域を持つ幅広部２ｂを形成させる。幅広部２ｂの一端には、開放端部２ｃが形成されている。幅広部２ｂは、その左側（Ｘ２側）へ行くに従って、Ｙ１−Ｙ２方向の幅が広くなっており、その部分とグランドパターン６ａ間にキャパシタンス成分を持つように構成されていて、それによって第２アンテナ素子２によるアンテナ共振周波数を下げることができる。第１アンテナ素子１は、同じく接続点１２から比較的幅の狭い金属板からなる幅狭部１ａをＹ１方向に延伸させ、次に第２アンテナ素子２の側に湾曲させて第２アンテナ素子２を包むように延伸させる。即ち、第１アンテナ素子１の幅狭部１ａを複数回屈曲させる。その後、その先に幅広の領域を持つ幅広部１ｂを形成させる。第１アンテナ素子１の幅広部１ｂは、その先端が更に第２アンテナ素子２側（Ｙ１方向）に伸びており、その先端部に開放端部１ｃが形成されている。
【００３２】
この結果、第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２との間に、第１アンテナ素子１の開放端部１ｃから第２アンテナ素子２の開放端部２ｃの方向に向けて、アンテナ対向部３が形成される。言い換えれば、アンテナ対向部３は、第１アンテナ素子１又は第２アンテナ素子２の延伸する方向、即ちＹ１−Ｙ２方向又はＸ１−Ｘ２方向に対して斜め方向に設けられる。
【００３３】
一般的な広帯域アンテナ装置においては、アンテナ素子の開放端において最も電界強度が強くなり、アンテナ素子の開放端とグランドとの間のキャパシタンス成分がアンテナ素子の他の部分とグランドとの間のキャパシタンス成分に比較して最大となる。また、２個のアンテナ素子の開放端を含む領域が互いに対向している場合、それぞれの開放端間におけるキャパシタンス成分が、他の部分の導体間に比較して最大となる。アンテナ素子の導体同士を近接させることにより、それぞれのインピーダンスマッチングを行なうことが可能となるが、その導体同士がそれぞれの開放端を含めば、効率良くインピーダンスマッチングを行なうことができる。広帯域アンテナ装置１００では、アンテナ対向部３を設けることによって第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２とを効率よくインピーダンスマッチングさせることができる。その結果、広帯域アンテナ装置１００全体の寸法を小さくしても、放射効率の低下を抑えることができる。
【００３４】
更に、アンテナ共振周波数をより下へシフトさせるための次の方策として、広帯域アンテナ装置１００では、第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２とを、所定の角度をなして折り曲げると共に、それぞれを平面上で対向させるのではなく、第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２との間の空間を介して立体的に対向させるように構成した。
【００３５】
広帯域アンテナ装置１００は、図３及び図４に示すように、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を、折り曲げ線２１に沿って複数回折り曲げることにより、図１に示すような立体的な構成にすることができる。尚、図１及び図４では、全ての折り曲げ角度を９０°とした時の例を示しているが、折り曲げ角度は９０°以外の角度であっても良い。
【００３６】
金属板を折り曲げる最初の工程では、図３及び図４に示すように、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板の幅狭部１ａ及び幅狭部２ａを、接続点１２に近い第１折り曲げ線２１ａに沿ってＺ１方向に折り曲げ、図１に示す広帯域アンテナ装置１００のＹ２側の脚部７を形成させる。次に、第２折り曲げ線２１ｂに沿って幅狭部１ａ及び幅狭部２ａをＹ１方向に折り曲げ、広帯域アンテナ装置１００の天面部８を形成させる。そして次に、第３折り曲げ線２１ｃに沿ってＺ２方向に折り曲げ、Ｙ１側の脚部７を形成させる。この時、第３折り曲げ線２１ｃが第１アンテナ素子１の開放端部１ｃの近傍を通るため、第１アンテナ素子１の開放端部１ｃがＹ１側の脚部７と同一面になるように形成される。また同時に、第３折り曲げ線２１ｃが第２アンテナ素子２の開放端部２ｃの近傍を通るため、第２アンテナ素子２の開放端部２ｃが天面部８と同一面になるように形成される。最後に、第４折り曲げ線２１ｄに沿って幅狭部１ａの２箇所をＹ２方向に折り曲げ、広帯域アンテナ装置１００の底部９を形成させる。このようにして、広帯域アンテナ装置１００を立体的に構成させることができる。
【００３７】
広帯域アンテナ装置１００は、このように、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を折り曲げることによって図１に示すような構造にすることができる。それと共に、電界強度の強い開放端部１ｃを含む第１アンテナ素子１の幅広部１ｂと、電界強度の強い開放端部２ｃを含む第２アンテナ素子２の幅広部２ｂとを、立体的に対向させることができる。このように、立体的に対向させることによって、これらを平面的に対抗させた時に比べて、互いをより強く結合させることができる。その結果、第２アンテナ素子２の一部が第１アンテナ素子１の一部として動作することになるため、実質的に第１アンテナ素子１のアンテナ長が長くなったと考えることができる。そのため、第１アンテナ素子１のアンテナ共振周波数を、放射効率を低下させずに更に下にシフトさせることができる。
【００３８】
広帯域アンテナ装置１００における折り曲げによる周波数シフトの効果を、図５を用いて確認する。図５（ａ）は、広帯域アンテナ装置１００を右側（Ｘ１側）の方向から左側（Ｘ２側）の方向に向けて見た場合の、折り曲げ角度θに対する広帯域アンテナ装置１００の形態を模式的に示している。また、図５（ｂ）は、第１周波数帯域におけるアンテナ共振周波数のシフト量を示すグラフである。この中で、第１アンテナ素子１のみでアンテナ装置を構成した場合をイニシャル値として、折り曲げ角度θを０°から１２０°まで変えた時の、イニシャル値に対するアンテナ共振周波数のシフト量を表している。
【００３９】
図５（ｂ）から分かるように、折り曲げ角度θ＝０°、即ち第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を折り曲げない場合、第１アンテナ素子１のみでアンテナ装置を構成した場合に対してシフト量は４０ＭＨｚである。このように、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を折り曲げない場合においても、開放端部１ｃを含む幅広部１ｂと開放端部２ｃを含む幅広部２ｂとを対向させることで第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２とを結合させることができ、その結果アンテナ共振周波数を低い方にシフトさせることができる。
【００４０】
図５（ｂ）から分かるように、折り曲げ角度θを大きくするに従ってシフト量が大きくなっていくことがわかる。折り曲げ角度θ＝６０°の時シフト量は６０ＭＨｚを超えており、折り曲げ角度θ＝９０°、即ち第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を垂直に折り曲げた場合、シフト量は９０ＭＨｚとなっている。また、折り曲げ角度θ＝１２０°とした時、即ち図１における脚部７側のアンテナ素子が天面部８の下側まで来るように折り曲げた場合、シフト量は更に大きくなり、１４５ＭＨｚとなっている。このように、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を折り曲げた場合においては、折り曲げない場合に比べて、アンテナ共振周波数を更に低い方にシフトさせることができることが分かる。尚、折り曲げ角度θを１２０°以上にした場合、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２それぞれのアンテナ電流が相殺される可能性があり、放射効率が下がる可能性があるため、これ以上大きくすることは好ましくない。
【００４１】
このように、第１アンテナ素子１と第２アンテナ素子２とを、折り曲げて対向させることにより、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を平面的に対向させた時に比べて、互いをより強く結合させることができる。その結果、特に、周波数の低い第１周波数帯域においては、第２アンテナ素子２の一部が第１アンテナ素子１の一部として動作することになるため、実質的に第１アンテナ素子１のアンテナ長が長くなったと考えることができる。そのため、第１アンテナ素子１のアンテナ共振周波数を更に下にシフトさせることができる。その結果、放射効率の低下を抑えた広帯域アンテナ装置１００の小型化に貢献できる。
【００４２】
ところで、第１アンテナ素子１は、０．６９９ＧＨｚから０．９６ＧＨｚの周波数帯域、即ち第１周波数帯域に対応するだけではなく、他の周波数帯域にも対応させるように、そのアンテナ長が設定されている。
【００４３】
第１アンテナ素子１は、０．６９９ＧＨｚから０．９６ＧＨｚの周波数帯域、即ち第１周波数帯域を送受信できるように、第１周波数帯域の中の所定周波数を設定し、第１アンテナ素子１のアンテナ長を、その所定周波数の波長の１／４に設定されている。ここで、上記第１周波数帯域の中の所定周波数は、第１周波数帯域の中のほぼ中央の周波数に設定されることが好ましい。それと同時に、第１アンテナ素子１のアンテナ長は、第１周波数帯域の約３倍の周波数帯域に当たる２．５ＧＨｚから２．７ＧＨｚの周波数帯域、即ち第３周波数帯域を送受信できるように設定されている。言い換えれば、第１アンテナ素子１のアンテナ長は、第３周波数帯域の中の所定周波数の波長の３／４に設定されている。ここで、上記第３周波数帯域の中の所定周波数は、上記第１周波数帯域の中の所定周波数の約３倍の周波数に相当する。
【００４４】
従って、第１アンテナ素子１のアンテナ長は、第１周波数帯域を送受信できるように設定されていると同時に、第１周波数帯域の約３倍の周波数に当たる第３周波数帯域をも送受信できるように設定されていることになる。そのため、周波数の大きく異なる２つの周波数帯域の送受信を、１つの素子だけで対応させることができる。従って、マルチバンドの広帯域アンテナ装置１００の小型化に貢献することができる。
【００４５】
次に、広帯域アンテナ装置１００の整合回路５の有り又は無しの場合の性能特性について、図６乃至図８を用いて確認する。尚、これらのデータは、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２を構成する金属板を９０°に折り曲げて、図１に示す状態とした時のデータである。図６は、整合回路５無しの場合のＶＳＷＲ（voltage  standing  wave  ratio）の周波数特性を示すグラフである。図７は、整合回路５の構成を示す回路図である。また、図８は、図８（ａ）が整合回路５無しの場合に対する、有りの場合のＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフであり、図８（ｂ）が整合回路５無しの場合に対する、有りの場合の放射効率の周波数特性を示すグラフである。ＶＳＷＲは、インピーダンスマッチングの度合いを示しており、１に近いほど特性が良いことを表している。また、放射効率は、アンテナ損失の少なさを示しており、０ｄＢに近いほど特性が良いことを表している。
【００４６】
図６に示すように、１．７ＧＨｚから２．２ＧＨｚの第２周波数帯域おいてＶＳＷＲは、約４以下のほぼ良好な特性を示している。しかし、０．６９９ＧＨｚから０．９６ＧＨｚの第１周波数帯域、及び２．５ＧＨｚから２．７ＧＨｚの第３周波数帯域においてＶＳＷＲは、それぞれ最悪で１０以上の数値を示している。第１周波数帯域における共振周波数は、１０００ＭＨｚあたりまで低域へシフトさせることができているが、第１周波数帯域におけるＶＳＷＲの値は、満足できるものではない。第３周波数帯域においても同様である。一般的に、ＶＳＷＲの値は４以下が適切であり、好ましくは３以下が望ましい。
【００４７】
広帯域アンテナ装置１００では、第１周波数帯域内及び第３周波数帯域内におけるＶＳＷＲの値を改善するため、第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２それぞれの一端が接続されている接続点１２と給電点４との間に、同調可能な整合回路５を接続した。
【００４８】
整合回路５の構成を図７に示す。整合回路５は、給電点４と第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２との間に接続されており、可変可能な静電容量値Ｃｓを有する可変容量素子５ａと固定のインダクタンス値Ｌｓを有するインダクタ５ｂとの直列接続回路によって構成されている。整合回路５では、送受信する信号の周波数に合わせて可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓを可変させ、周波数同調を行うように構成されている。周波数同調を行うことにより給電点４と第１アンテナ素子１及び第２アンテナ素子２との間のインピ−ダンスマッチングを行うことができる。尚、整合回路５については、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
図８（ａ）に示すＶＳＷＲの周波数特性は、図７に示すインダクタ５ｂのインダクタンス値Ｌｓを一定にし、可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓを大、中、小の３種類の値に可変した場合の特性である。尚、図８（ａ）において、実線で示したグラフが整合回路５有りの場合であり、破線で示したグラフが整合回路５無しの場合である。図８（ａ）に示すように、可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓを可変し周波数同調を行った場合、それぞれの周波数においてＶＳＷＲの値が約３以下に改善されていることがわかる。尚、図８（ａ）では、可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓを３種類の値に設定した時の特性を示したが、可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓの値はリニアに可変できるため、第１周波数帯域内の送受信周波数毎に最適のＶＳＷＲとすることができる。
【００５０】
図８（ｂ）に示す放射効率の周波数特性も、図７に示すインダクタ５ｂのインダクタンス値Ｌｓを一定にし、可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓを大、中、小の３種類の値に可変した場合の特性である。尚、図８（ｂ）において、実線で示したグラフが整合回路５有りの場合であり、破線で示したグラフが整合回路５無しの場合である。放射効率の周波数特性も、周波数同調を行った場合、それぞれの周波数において、整合回路無しの場合に比べて、その値が改善されていることがわかる。尚、図８（ｂ）においても、可変容量素子５ａの静電容量値Ｃｓの値はリニアに可変できるため、第１周波数帯域内の周波数において最適の放射効率とすることができる。
【００５１】
尚、図８では、整合回路５による第１周波数帯域内の周波数特性の改善について示したが、第２周波数帯域内の周波数特性、及び第３周波数帯域内の周波数特性についても同様に改善することができる。
【００５２】
本発明の広帯域アンテナ装置１００については、ＬＴＥシステムで使用されることを前提に述べてきたが、ＬＴＥシステム以外の、例えば既存の２Ｇや３Ｇ（Ｗ−ＣＤＭＡ，ＣＤＭＡ２０００など）等のデータ通信システムにも適用できることは勿論である。
【００５３】
図９の周波数帯域の割り当て例の中のＪａｐａｎの欄において、Ｂａｎｄ１１（ＵＬ１４２７．９−１４４７．９ＭＨｚ、ＵＬ１４７５．９−１４９５．９ＭＨｚ）が示されている。しかし、本発明の実施形態である広帯域アンテナ装置１００の第１周波数帯域乃至第３周波数帯域には、図２に示されているように、このＢａｎｄ１１が含まれていない。  現時点において、このＢａｎｄ１１は実用化されていないため、本発明の広帯域アンテナ装置１００の周波数帯域には含めていないが、今後実用化される可能性はある。今後、実用化された場合、本発明を応用することにより、このＢａｎｄ１１も送受信できるように構成することは十分可能である。
【００５４】
以上説明したように、本発明の広帯域アンテナ装置は、第１アンテナ素子で電界強度が最も強い第１アンテナ素子の開放端部を含む領域と第２アンテナ素子で電界強度が最も強い第２アンテナ素子の開放端部を含む領域とを対向させるアンテナ対向部を有するように構成したので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子それぞれのインピーダンスマッチングを効率良く行なうことができる。また、  前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とを、所定の角度で折り曲げて対向させたので、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子を平面的に対向させた時に比べて、互いをより強く結合させることができる。その結果、第２アンテナ素子の一部が第１アンテナ素子の一部として動作することになるため、実質的に第１アンテナ素子のアンテナ長が長くなったと考えることができる。そのため、第１アンテナ素子のアンテナ共振周波数を更に下にシフトさせることができる。その結果、放射効率の低下を抑えた広帯域アンテナ装置の小型化に貢献できる。
【００５５】
以上のように、本発明の実施形態に係る広帯域アンテナ装置について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば図１１、図１２のように、第５折り曲げ線２１ｅに沿って、第１アンテナ素子１の幅広部１ｂをＺ２方向に折り曲げてもよい。これにより、第１アンテナ素子１で形成される立体の体積を小さくすることができるため、広帯域アンテナ装置１００をさらに小型化することができる。またアンテナ対向部３の形状は直線に限定されず、曲線でも扇形でもかまわない。
【符号の説明】
【００５６】
１        第１アンテナ素子
１ａ      幅狭部
１ｂ      幅広部
１ｃ      開放端部
２        第２アンテナ素子
２ａ      幅狭部
２ｂ      幅広部
２ｃ      開放端部
３        アンテナ対向部
４        給電点
５        整合回路
５ａ      可変容量素子
５ｂ      インダクタ
６        配線基板
６ａ      グランドパターン
７        脚部
８        天面部
９        底部
１２      接続点
１００    広帯域アンテナ装置
【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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