(57)【要約】【課題】  複数の周波数帯で動作する小型のマルチバンドアンテナを実現すること。【解決手段】  マルチバンドアンテナは、給電部に接続される第１の導体と、第１の導体から第１の所定距離だけ離して配置される面状の導体であって、第１の導体と電磁的に結合する第２の導体と、第２の導体から第２の所定距離だけ離して配置される面状の導体であって、第２の導体と電磁的に結合する第３の導体と、第２の導体および第３の導体と接続される第４の導体と、第２の導体および第３の導体と第４の導体とをそれぞれ接続する導通部と、を有する。導通部は、導通部が第２の導体もしくは第３の導体の面に接続される場合の接続部分の面積が第２の導体もしくは第３の導体の面積より小さく、又は、導通部が第２の導体もしくは第３の導体の辺に接続される場合の接続部分の長さが第２の導体もしくは第３の導体の短辺の長さより短く構成される。【選択図】  図１
2015177454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部に接続される第１の導体と、
前記第１の導体から第１の所定距離だけ離して配置される面状の導体であって、当該第１の導体と電磁的に結合する第２の導体と、
前記第２の導体から第２の所定距離だけ離して配置される面状の導体であって、当該第２の導体と電磁的に結合する第３の導体と、
前記第２の導体および前記第３の導体と接続される第４の導体と、
前記第２の導体および前記第３の導体と前記第４の導体とをそれぞれ接続する導通部と、
を有し、
前記導通部は、当該導通部が前記第２の導体もしくは前記第３の導体の面に接続される場合の接続部分の面積が当該第２の導体もしくは当該第３の導体の面積より小さく、又は、当該導通部が前記第２の導体もしくは前記第３の導体の辺に接続される場合の接続部分の長さが当該第２の導体もしくは当該第３の導体の短辺の長さより短い、
ことを特徴とするマルチバンドアンテナ。
【請求項２】
前記第２の導体と前記第４の導体、および前記第３の導体と前記第４の導体の少なくともいずれかは、前記マルチバンドアンテナが形成される基板の表面と裏面とにおいて、互いに対向する位置に配置され、
前記導通部は、前記基板を貫いて、互いに対向する位置に配置された前記第２の導体と前記第４の導体、および前記第３の導体と前記第４の導体の少なくともいずれかを接続する導体である、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項３】
前記第２の導体と前記第４の導体、および前記第３の導体と前記第４の導体の少なくともいずれかは、前記マルチバンドアンテナが形成される基板の表面と裏面とにおいて、互いに対向しない位置に配置され、
前記導通部は、前記基板を貫く導体の部分と、互いに対向しない位置に配置された前記第２の導体と前記第４の導体、および前記第３の導体と前記第４の導体の少なくともいずれかを電気的に接続する導体の部分とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項４】
前記第２の導体において生じるインダクタンス成分および前記第１の導体と前記第２の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯と、前記第２の導体と前記第４の導体とを接続する前記導通部において生じるインダクタンス成分および前記第２の導体と前記第４の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯とのいずれかを動作周波数帯の１つとする、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項５】
前記第３の導体において生じるインダクタンス成分および前記第１の導体と前記第２の導体との電磁的な結合ならびに前記第２の導体と前記第３の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯と、前記第３の導体と前記第４の導体とを接続する前記導通部において生じるインダクタンス成分および前記第３の導体と前記第４の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯とのいずれかを動作周波数帯の１つとする、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項６】
前記第３の導体は、さらに、前記第１の導体と電磁的に結合する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項７】
前記第２の導体において生じるインダクタンス成分および前記第１の導体と前記第２の導体との電磁的な結合、前記第２の導体と前記第３の導体との電磁的な結合、ならびに前記第１の導体と前記第３の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯と、前記第２の導体と前記第４の導体とを接続する前記導通部において生じるインダクタンス成分および前記第２の導体と前記第４の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯とのいずれかを動作周波数帯の１つとする、
ことを特徴とする請求項６に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項８】
前記第３の導体において生じるインダクタンス成分および前記第１の導体と前記第２の導体との電磁的な結合、前記第２の導体と前記第３の導体との電磁的な結合、ならびに前記第１の導体と前記第３の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯と、前記第３の導体と前記第４の導体とを接続する前記導通部において生じるインダクタンス成分および前記第３の導体と前記第４の導体との電磁的な結合によって生じるキャパシタンス成分によって定まる周波数帯とのいずれかを動作周波数帯の１つとする、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項９】
前記第３の導体は、前記第３の導体と前記第１の導体との電磁的な結合の強さは、前記第２の導体と前記第１の導体との電磁的な結合の強さよりも弱くなるように構成される、
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１０】
前記第４の導体は、グランド導体である、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項１１】
複数の前記第３の導体を有する、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数帯域で動作するマルチバンドアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な電子機器に無線通信機能が搭載されている。また、１つの電子機器において複数の無線通信の規格に対応することが要求されることも増えてきており、電子機器内に実装されるアンテナも、それぞれの規格に対応した複数の周波数帯で動作することが求められている。これに対して、複数の動作周波数帯域において所定の動作帯域幅を有するマルチバンドアンテナを用いることで、１つのアンテナで複数の周波数帯に対応することが可能である。例えば、特許文献１には、無給電素子を付加した構成の、２つの周波数帯で動作するデュアルバンドアンテナが記載されている。
【０００３】
また、電子機器は小形化が求められており、これに伴って、電子機器の部品であるアンテナの小形化もまた要求されている。これに対して、近年、アンテナエレメント長が波長に依存せず、小型化が可能なメタマテリアルアンテナが提案されている（特許文献２参照）。メタマテリアルアンテナは、電磁界の動作を表現する際、電界、磁界、波数ベクトルが右手系を成す従来のアンテナとは異なる構造をとる。具体的には、メタマテリアルアンテナは、従来のアンテナの所定の箇所にキャパシタンス成分やインダクタンス成分を付加することで、電界、磁界、波数ベクトルが左手系となることを活用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３００２５号公報
【特許文献２】特表２０１０−５０２１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、提案されているアンテナは、複数の周波数帯で動作しながら小型であるという要件を満足するものではなかった。本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数の周波数帯で動作しながら小型のマルチバンドアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明によるマルチバンドアンテナは、給電点に接続される第１の導体と、前記第１の導体から第１の所定距離だけ離して配置される面状の導体であって、当該第１の導体と電磁的に結合する第２の導体と、前記第２の導体から第２の所定距離だけ離して配置される面状の導体であって、当該第２の導体と電磁的に結合する第３の導体と、前記第２の導体および前記第３の導体と接続される第４の導体と、前記第２の導体および前記第３の導体と前記第４の導体とをそれぞれ接続する導通部と、を有し、前記導通部は、当該導通部が前記第２の導体もしくは前記第３の導体の面に接続される場合の接続部分の面積が当該第２の導体もしくは当該第３の導体の面積より小さく、又は、当該導通部が前記第２の導体もしくは前記第３の導体の辺に接続される場合の接続部分の長さが当該第２の導体もしくは当該第３の導体の短辺の長さより短い、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の周波数帯で動作しながら小型のマルチバンドアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１におけるマルチバンドアンテナの構成例を示す図。
【図２】図１のマルチバンドアンテナの断面図。
【図３】ＣＲＬＨ伝送線路の構成図。
【図４】図３のＣＲＬＨ伝送線路の断面図。
【図５】図４のＣＲＬＨ伝送線路の構成セルの等価回路図。
【図６】ＣＲＬＨ伝送線路の分散特性を示す図。
【図７】図１のマルチバンドアンテナの等価回路図。
【図８】図１のマルチバンドアンテナの単位セルの分散特性を示す図。
【図９】図１のマルチバンドアンテナの反射特性を示す図。
【図１０】実施形態１におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【図１１】図１０のマルチバンドアンテナの断面図。
【図１２】実施形態１におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【図１３】図１２のマルチバンドアンテナの断面図。
【図１４】実施形態１におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【図１５】図１４のマルチバンドアンテナの断面図。
【図１６】実施形態１におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【図１７】実施形態２におけるマルチバンドアンテナの構成例を示す図。
【図１８】図１７のマルチバンドアンテナの断面図。
【図１９】図１７のマルチバンドアンテナの等価回路図
【図２０】図１７のマルチバンドアンテナの反射特性図
【図２１】実施形態２におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【図２２】図２１のマルチバンドアンテナの断面図。
【図２３】実施形態２におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【図２４】図２３のマルチバンドアンテナの断面図。
【図２５】実施形態２におけるマルチバンドアンテナの他の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本実施形態に係るＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）上を示す図である。図１（ａ）は表面図、図１（ｂ）は裏面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’における断面図を示す。
【００１１】
図１及び図２において、点で塗られた領域（１００）は誘電体で構成されるアンテナ基板を示し、灰色で塗り潰された領域は銅箔パターンを示す。また、図１及び図２において、１０１はグランド導体、１０２は表面のグランド導体と裏面のグランド導体とを基盤を貫いて導通するグランドビア、１０３は給電部である。また、１０４は給電線路であり、給電部１０３からの高周波の交流信号を入力する導体である。図示していないが、給電線路１０４は、ＩＣチップの高周波信号出力と、基板の信号線や同軸ケーブルで接続される。１０５は、給電線路１０４と第１の所定距離だけ離れて配置され、給電線路１０４と電磁的に結合する第１の導体パッチである。なお、第１の導体パッチ１０５は、図１に示すように、面状の形状を有する導体である。１０６は第１の導体パッチ１０５と裏面のグランド導体１０１とを基盤を貫いて導通する第１のビアである。また、１０７は、第１の導体パッチ１０５と第２の所定距離だけ離れて配置され、第１の導体パッチ１０５と電磁的に結合する第２の導体パッチである。第２の導体パッチ１０７も、図１に示すように、面状の形状を有する。１０８は第２の導体パッチ１０７と裏面のグランド導体１０１とを基盤を貫いて導通する第２のビアである。なお、第１の所定距離と第２の所定距離とは、同じであってもよいし、異なってもよい。また、導体パッチの面に接続されるビアは、例えば、その接続部分の面積が、パッチアンテナの面積より小さく形成される。また、第２の導体パッチ１０７は、給電線路１０４と電磁的に結合してもよいが、その場合、その電磁的な結合の強さが第１の導体パッチ１０５と給電線路１０４との電磁的な結合の強さよりも十分に弱くなるように構成されるものとする。
【００１２】
以下では、まず、図３〜図６を用いて、図１における１０１〜１０６で構成されるマルチバンドアンテナの動作について説明する。
【００１３】
図３は、ＣＲＬＨ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔ  Ｒｉｇｈｔ／Ｌｅｆｔ  Ｈａｎｄｅｄ）と呼ばれる従来の伝送線路基板の構成を示している。図３の伝送線路基板は、右手系線路であるマイクロストリップ線路に、左手系の構造として信号線路間にギャップ、信号線路とグランド導体との間にビアを挿入して構成されている。なお、図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、表面図と裏面図とを示している。図４は、図３のＡ−Ａ’における断面図である。
【００１４】
図３及び図４において、３０１はグランド導体であり、３０２は表面のグランド導体と裏面のグランド導体とを導通する導通ビアである。３０３は給電部、３０４は給電部に接続された導体、そして、３０５は導体パッチである。マイクロストリップ線路は３０１〜３０５のみで構成され、導体パッチ３０５が、図３及び図４に示されたＹ方向において繰り返し配置される構造となっている。図３及び図４に示す伝送線路基板は、ＣＲＬＨ伝送線路の構成をとるために、導体パッチ３０５の間にギャップ３０６、信号線路と裏面グランドとの間に導通ビア３０７を設けた構造になっている。ここで、３０８は単位セルと呼ばれ、単位セルが周期的に配列されることでＣＲＬＨが構成される。３０８のＣＲＬＨ単位セルの等価回路図を図５に示す。
【００１５】
図５において、５０１はＣＲＬＨの単位セルであり、ＣＲＬＨの伝送線路はこの単位セルが連続的にカスケード接続により構成される。ＣＲＬＨ単位セルの等価回路５０１は、右手系素子と左手系素子との混合回路である。この回路のうち、右手系素子は直列誘導性成分（ＬR）５０２と並列容量性成分（ＣR）５０３である。これらは、それぞれ、図３におけるパッチ３０５のＹ方向のインダクタ成分と、パッチ３０５と裏面グランド３０１とで構成されるキャパシタ成分とに対応する。また、左手系素子は、直列容量性成分（ＣL）５０４と並列誘導性成分（ＬL）５０５である。これらは、それぞれ、図３における複数の導体パッチ３０５の間のギャップ３０６によるキャパシタ成分と、導体パッチ３０５と裏面グランドとを導通するビア３０７のインダクタ成分とに対応する。
【００１６】
ここで、図３のようなＣＲＬＨ伝送線路の動作を、電磁波の伝搬を表す伝搬定数γと伝搬定数の虚数部である位相定数βとを用いて説明する。位相定数βは、伝搬定数γの虚数成分であり、伝搬定数γは等価回路における直列インピーダンスＺと並列アドミタンスＹとの積の平方根によって表される。すなわち、
2015177454.tif 000003
である。
【００１７】
よって、純粋な右手系の位相定数は、
2015177454.tif 000004
のように、周波数に比例する。また、純粋な左手系の位相定数は、
2015177454.tif 000005
のように、負の値となり、周波数に反比例する。したがって、ＣＲＬＨの位相定数は、
2015177454.tif 000006
で表される。
【００１８】
位相定数βの周波数特性は分散特性と呼ばれる。式（２）〜式（４）における分散特性を図６に示す。図６では、位相定数６０１を横軸、周波数６０２を縦軸にとっている。純粋な右手系の場合、分散特性は、式（２）で表され、６０３に示されるように、位相定数６０１と周波数６０２とが比例関係となる。一方、純粋な左手系の場合、分散特性は、式（３）で表され、６０４に示されるように、位相定数６０１と周波数６０２とが反比例関係となる。そして、ＣＲＬＨの分散特性は、式（４）で表され、６０５に示されるように、低周波では左手系の特性、高周波では右手系の特性となる。６０６は、式（４）におけるβ＝０に対応する点であり、その周波数は、
2015177454.tif 000007
で表される。これは、図５の等価回路図における、直列、並列の共振角周波数に対応する。
【００１９】
位相定数β＝０の共振角周波数６０６では、波長が無限大になり、アンテナの長さによらず、共振することとなる。末端が開放の場合、共振角周波数６０６のうち、低域側においてアンテナとして動作し、末端が短絡の場合、高域側でアンテナとして動作する。
【００２０】
続いて、本実施形態に係るマルチバンドアンテナの動作について、ここまでに説明したＣＲＬＨ伝送路の動作と同様に、構造の等価回路を示して説明する。
【００２１】
図７は、図１及び図２で示した本実施形態におけるアンテナの等価回路図である。図７において、グランド７０１及び給電部７０２は、それぞれ、図１及び図２におけるグランド導体１０１及び給電部１０３に対応する。
【００２２】
直列キャパシタ７０３は、図１及び図２における給電線路１０４と第１の導体パッチ１０５との間を第１の所定距離だけ離間させて配置したことによって生じる容量成分を表している。直列インダクタ７０４は、第１の導体パッチ１０５のＹ方向の長さにより生じる誘導成分を表している。並列キャパシタ７０５は、第１の導体パッチ１０５とグランド導体１０１との間に生じる容量成分であり、並列インダクタ７０６は第１のビア１０６のＺ方向の長さにより生じる誘導成分である。
【００２３】
直列キャパシタ７０７は第１の導体パッチ１０５と第２の導体パッチ１０７との間を第２の所定距離だけ離間させて配置したことによって生じる容量成分であり、直列キャパシタ７０３とカスケード接続される。直列インダクタ７０８は、第２の導体パッチ１０７による誘導成分である。並列キャパシタ７０９は、第２の導体パッチ１０７とグランド導体１０１との間に生じる容量成分であり、並列インダクタ７１０は、第２のビア１０８のＺ方向の長さにより生じる誘導成分である。
【００２４】
図７から分かるように、直列キャパシタ７０３、直列インダクタ７０４、並列キャパシタ７０５、並列インダクタ７０６、及びグランド７０１で構成される第１の回路が、図５における単位セルと同様にＣＲＬＨ回路構成となっている。また、直列キャパシタ７０３並びに７０７、直列インダクタ７０８、並列キャパシタ７０９、並列インダクタ７１０、及びグランド７０１で構成される第２の回路も、図５における単位セル同様に、ＣＲＬＨ回路構成である。このＣＲＬＨ構成の第１の回路、第２の回路に給電部７０２を設けることにより、図１に示すＰＣＢは、マルチバンドアンテナとして動作することとなる。
【００２５】
図８は、図１及び図２に示したマルチバンドアンテナの電磁界シミュレーションによる単位セルの位相定数の周波数特性の一例を示す図である。シミュレーションにおいては、第１の導体パッチ１０５の一辺の長さを１０ｍｍ、導体パッチ間のギャップを０．２ｍｍ、第１のビアの半径を０．２ｍｍとし、誘電体は、一般的なプリント基板の定数を使用した。図８において、８０１は、空気中を伝搬する電磁波の分散特性である。８０２、８０３は、本モデルにおける分散特性であり、８０２は左手系の特性、８０３は右手系の特性を示している。なお、８０２と８０１の交点より大きく、８０３と８０１の交点より小さい位相角（−３０度〜４０度）の範囲では、シミュレーションで正確に解析できないため、位相角が０となる共振点については、８０２及び８０３の特性から推定した。この推定線を８０４に示す。推定した共振周波数８０５は、およそ３ＧＨｚ及び４．２ＧＨｚ付近である。ここで、本モデルは末端が開放のため、低域である３ＧＨｚで共振すると考えられる。
【００２６】
本モデルを図１及び図２の第１の導体パッチ１０５と第１のビア１０６に適用し、さらに、第２の導体パッチ１０７及び第２のビア１０８を追加したモデルにおいて、電磁界シミュレーションにより解析した散乱行列Ｓ１１の周波数特性を図９に示す。シミュレーションにおいては、第２の導体パッチ１０７の第１の導体パッチ１０５と対向する辺を１０ｍｍ、他辺を１ｍｍとした。また、第１の導体パッチ１０５と給電線路１０４とのギャップを０．１ｍｍ、第１の導体パッチ１０５と第２の導体パッチ１０７とのギャップを０．１ｍｍ、第２のビア１０８の半径を０．１ｍｍとした。図９から、図１のマルチバンドアンテナは、２．７ＧＨｚと４．８ＧＨｚにおいて共振することが分かった。ここで、低域の共振は、第１の導体パッチ１０５及び第１のビア１０６による共振であり、図７における等価回路の第１の回路における共振である。また、高域の共振は、第１の導体パッチ１０５、第２の導体パッチ１０７、及び第２のビア１０８による共振であり、図７の第２の回路における共振である。
【００２７】
ここで、２．７ＧＨｚ帯の半波長は５５．６ｍｍであり、４．８ＧＨｚの半波長は３１．３ｍｍである。これに対して、本実施形態に係るマルチバンドアンテナは、例えば、図１のＸ方向において、１０ｍｍ（第１の導体パッチの幅）＋０．１ｍｍ（ギャップ）＋１ｍｍ（第２の導体パッチの幅）＝１１．１ｍｍ程度の大きさとなる。したがって、本実施形態に係るマルチバンドアンテナは、小型かつ複数の動作周波数帯を有するマルチバンドアンテナとなっていることが分かった。
【００２８】
なお、本実施形態におけるマルチバンドアンテナは、図１及び図２のような構成をとる必要はない。例えば、図１０のような構成により、マルチバンドアンテナを実現してもよい。図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態に係るマルチバンドアンテナ構成の別の例における、表面図及び裏面図である。また図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１０のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面図である。この例では、裏面のグランド導体が、Ｙ方向において、表面のグランド導体と同じ長さを有する。そして、導体パッチは、ビア１００６及び１００９と裏面のグランド導体１００１との間の導体部分１００７及び１０１０と、基板を貫くビア１００６及び１００９の部分とからなる導通部により、電気的にグランド導体１００１と接続される。他の構成は、図１及び図２と同様であるため、説明を省略する。
【００２９】
本実施形態おけるマルチバンドアンテナのさらに他の構成を図１２に示す。図１２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、マルチバンドアンテナが形成される基板の表面図及び裏面図を示している。また、図１３は、図１２のマルチバンドアンテナのＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’における断面図を示す。この例では、給電部に接続される給電線路はＴ字型でなく、１２０４のようなＬ字型に形成される。なお、給電線路は長方形に形成されてもよい。第１の導体パッチは、図１２のようにグランド１２０１と給電線路１２０４とに挟まれる構造にしてもよい。なお、他の構成は、図１０及び図１１と同様であるため、説明を省略する。
【００３０】
本実施形態おけるマルチバンドアンテナのさらに他の構成を図１４に示す。図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、マルチバンドアンテナが形成される基板の表面図及び裏面図を示している。また、図１５は、図１４のマルチバンドアンテナのＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’及びＣ−Ｃ’における断面図を示す。この例では、給電線路１４０４と第１の導体パッチ１４０５との間に生じるキャパシタンス、及び第１の導体パッチ１４０５と第２の導体パッチ１４０８との間のキャパシタンスが、基板両面で実現されている。すなわち、基板の表面に形成された給電線路１４０４と、基板の裏面に形成された第１の導体パッチ１４０５とが、互いに基盤を挟んで対向する位置に配置されて電磁的に結合し、その位置関係によってキャパシタンスが生じる。そして、第１の導体パッチ１４０５と、基板の表面に形成された第２の導体パッチ１４０８とが、その少なくとも一部において、互いに基盤を挟んで対向する位置に配置されて電磁的に結合し、その位置関係によってキャパシタンスが生じる。このような構成により、アンテナのサイズをさらに縮小することが可能となる。なお、他の構成は、図１０及び図１１と同様であるため、説明を省略する。
【００３１】
上述の例では、導体パッチと、グランド導体に接続される導通部とが、それぞれ基板の反対側の面に配置される例を示しているが、これらは同じ面に配置されてもよい。すなわち、導体パッチと導通部とを接続するビアを設けず、導体パッチの一辺と導通部とが直接接続され、導通部がグランドと繋がれてもよい。また、ＰＣＢは片面銅箔の電子回路基板でもよい。このようなマルチバンドアンテナの構成例を、図１６に示す。図１６（ａ）及び（ｂ）は、マルチバンドアンテナが形成される基板の表面図及び裏面図をそれぞれ示す。図１及び図２における第１のビア１０６、第２のビア１０８が、それぞれ、導体１６０５及び１６０７に対応し、第１の導体パッチ１６０４及び第２の導体パッチ１６０６と、表面に形成されたグランド１６０１とを導通する導通部となる。なお、このとき、導体パッチの一辺に接続される導通部は、例えば、その接続部分における長さが、導体パッチの短辺の長さより短く形成される。また、図１６では、２つの導体パッチとグランド導体とをそれぞれ導通する２つの導通部が共に基板の表面に形成される例を示したが、いずれか一方のみが表面に形成され、他方は図１のように裏面に形成されてもよい。このように、基板の表面と裏面とを活用することにより、自由度の高いアンテナ設計が可能となる。
【００３２】
図７の等価回路における直列キャパシタ７０３及び７０７に対応する第１の導体パッチ１０５と給電線路１０４とが対向する辺と、第１の導体パッチ１０５と第２の導体パッチ１０７とが対向する辺は、直線形状である必要はない。例えば、図１６の第１の導体パッチ１６０４と第２の導体パッチ１６０６のように、互いに入れ子の構造としてもよい。
【００３３】
また、第１の導体パッチ１０５および第２の導体パッチ１０７は正方形である必要はなく、長方形や台形などの形状でもよい。また、第１のビア、第２のビア、第１の導通部、第２の導通部の形状や太さを変えてもよい。また、図１６の第２の導通部１６０７のように、導通部の形状を蛇行させたり、太さを変えたりすることにより、等価回路における並列インダクタを変更してもよい。第２の導体パッチ、第２のビア、及び第２の導通部の組は１つに限らず、複数設けてもよい。
【００３４】
このように、本実施形態に係るマルチバンドアンテナによれば、小型かつ複数の動作周波数帯を有するマルチバンドアンテナを実現することができる。さらに、本実施形態に係るマルチバンドアンテナは、給電線路、導体パッチ、導通部及びグランド導体の位置関係と形状とを変化させることができるため、キャパシタンスとインダクタンスとを変動させることができ、様々な周波数帯域に対応することができる。
【００３５】
＜＜実施形態２＞＞
上述の実施形態では、第２の導体パッチは主として第１の導体パッチとのみ電磁的に結合する例について説明した。本実施形態では、第２の導体パッチが、給電線路にも電磁的に結合する場合について説明する。図１７に、本実施形態におけるマルチバンドアンテナが実装されたＰＣＢの例を示す。また、図１８に、図１７のＰＣＢのＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’における断面図を示す。
【００３６】
図１９は、本実施形態におけるアンテナの等価回路図である。図１７のマルチバンドアンテナでは、給電線路１７０４と第１の導体パッチ１７０５との間の容量成分、給電線路１７０４と第２の導体パッチ１７０７との間の容量成分、第１の導体パッチ１７０５と第２の導体パッチ１７０７との間の容量成分が存在する。そして、これらの容量成分は、図１７のマルチバンドアンテナにおいてデルタ接続された状態となる。図１９では、このデルタ接続をスター接続に変換するΔ−Ｙ変換を施した後の回路として、それぞれスター接続された直列キャパシタ１９０３、１９０７、及び１９１１を用いて、等価回路図を示している。なお、これらのキャパシタの容量は、上述の３つの容量成分に基づいて算出することができる。
【００３７】
図１９から、実施形態１と同様に、この等価回路の上半分の第１の回路と、下半分の第２の回路とが、それぞれ図２の単位セルの等価回路に相当することが分かる。そして、直列キャパシタ１９０３、１９０７、及び１９１１の容量は、給電線路と第１の導体パッチ及び第２の導体パッチとの間のキャパシタンス成分、及び第１の導体パッチと第２の導体パッチとの間のキャパシタンス成分によって定まる。したがって、第１の回路の直列共振周波数は、第１の導体パッチのインダクタンス成分と、給電線路と第１の導体パッチ及び第２の導体パッチとの間のキャパシタンス成分、及び第１の導体パッチと第２の導体パッチとの間のキャパシタンス成分によって定まる。同様に、第２の回路の直列共振周波数は、第２の導体パッチのインダクタンス成分と、給電線路と第１の導体パッチ及び第２の導体パッチとの間のキャパシタンス成分、及び第１の導体パッチと第２の導体パッチとの間のキャパシタンス成分によって定まる。なお、並列共振周波数については、実施形態１と同様である。
【００３８】
図１７及び図１８に示したマルチバンドアンテナのモデルについて、電磁界シミュレーションによりそのＳ１１の周波数特性を解析した結果を、図２０に示す。シミュレーションでは、第１の導体パッチ１７０５を一辺の長さが１０ｍｍの正方形とし、第２の導体パッチ１７０７を一辺の長さが８ｍｍの正方形とした。また、給電線路１７０４と第１の導体パッチ１７０５及び第２の導体パッチ１７０７との間隔を、それぞれ０．１ｍｍ及び０．２ｍｍとし、第１の導体パッチ１７０５と第２の導体パッチ１７０７との間隔を０．１ｍｍとした。さらに、第１のビア１７０６及び第２のビア１７０８の半径を、それぞれ０．２ｍｍ及び０．１ｍｍとし、誘電体は一般的なプリント基板の定数を使用した。図２０に示すように、３．３ＧＨｚ及び６．５ＧＨｚ付近で、本モデルが共振してことがわかる。第１の導体パッチ１７０５、第１のビア１７０６は図７と同寸法であるが、第１の導体パッチ１７０５と第２の導体パッチ１７０７との間の電磁的な結合があるため、共振周波数は３ＧＨｚからずれている。なお、４．５ＧＨｚ付近に共振周波数が存在するが、これは給電線路１７０４の従来の右手系のアンテナの共振である。
【００３９】
このように、本実施形態のアンテナも、マルチバンドアンテナとして動作することが分かった。なお、この場合も、アンテナのサイズは、１８．１ｍｍ程度となり、共振周波数の半波長と比べて十分に小さい。したがって、本実施形態のマルチバンドアンテナは、小型で複数の動作周波数帯を有することが分かる。
【００４０】
本実施形態における構成は図１７及び図１８に示す構成に限られるものではない。例えば、図２１及び図２２に示すような形状の、裏面グランド導体を有するように構成してもよい。すなわち、図２１のように、裏面グランド導体を、Ｙ方向において、表面グランド導体と対向する位置に配置し、第１のビア２１０６及び第２のビア２１０９と、裏面グランド導体２１０１とを電気的に接続する導通部２１０７及び２１１０を設けてもよい。なお、図２２は、図２１のＰＣＢのＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’における断面図を示している。
【００４１】
また、図２３に示すように、第１の導体パッチ２３０５及び第２の導体パッチ２３０８が、Ｙ方向において、給電線路２３０４とグランド２３０１との間に挟まれた構成をとってもよい。なお、図２４には、図２３のＰＣＢのＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’における断面図を示している。また、ＰＣＢは、片面銅箔の電子回路基板でもよい。その一例を図２５に示す。図１７及び図１８における第１のビア１７０６及び第２のビア１７０８が、それぞれ、導体２５０５及び２５０７に対応する。そして、これらの導体２５０５及び２５０７は、第１の導体パッチ２５０４及び第２の導体パッチ２５０６と表面のグランド導体２５０１とを導通する。
【００４２】
第１の導体パッチと給電線路の対辺は、容量成分を得るために、くし状、入れ子状など、他の形状としてもよい。給電線路と第２の導体パッチとの対辺についても同様である。第１のビア、第２のビア、及び導通部の形状や太さは変えられてもよい。これらは、図１６の導通部１６０７のように蛇行させるなど、形状を変更し、又は太さを変えることなどによって、図１９の等価回路における並列インダクタ１９０６及び１９１０の値を変更してもよい。また、第２の導体パッチ、第２のビア、及びその対応する導通部は、１つに限らず複数設けてもよい。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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