(57)【要約】    アンテナ（１０）は、アンテナ給電点（２）に接続される第１放射エレメント（３）と第２放射エレメント（４）、第１放射エレメント（３）の端部でない位置に一端が接続された第１分岐部（５ａ）、第２放射エレメント（４）の端部でない位置に一端が接続された第２分岐部（５ｂ）、及び第１放射エレメント（３）の一部と第２放射エレメント（４）の一部とを接続する接続エレメント（７）を備え、第１分岐部（５ａ）の他端と第２分岐部（５ｂ）の他端とが互いに対向して容量部を形成し、容量部は、接続エレメント（７）、第１放射エレメント（３）、及び第２放射エレメント（４）で囲まれる領域の外側に位置し、第１放射エレメント（３）の一部、第２放射エレメント（４）の一部、第１分岐部（５ａ）、第２分岐部（５ｂ）、及び容量部が、スプリットリング共振器（８）を形成している。
2014132519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成している、
アンテナ。
【請求項２】
前記容量部はインターデジタル形状である、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記接続エレメントは線状である、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記切り欠き部の形状は長方形である、
請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備えるプリント基板。
【請求項８】
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備える無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型のアンテナ、当該アンテナを有するプリント基板及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信機能を有した電子装置（無線通信装置）においては、装置全体の小型化が常に要求されている。また、複数のアンテナを同時に利用して大容量化を実現するＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）通信方式の普及に伴い、無線通信装置に搭載されるアンテナ数は増加する傾向にある。これらの理由から、無線通信装置に搭載されるアンテナには、小型化と低コスト化を同時に実現することが強く望まれている。【０００３】
小型の無線通信装置には、指向性が小さく広い方向に電波を放射することができるダイポールアンテナや、モノポールアンテナ、および、これらの変形である逆Ｌアンテナなどが用いられることが一般的である。しかし、これらのアンテナは原理上、波長の１／２乃至１／４程度の大きさを必要とするため、小型化が困難であった。また、アンテナと給電線とのインピーダンス整合のために、整合回路を必要とするため、製造コストが増加する課題があった。【０００４】
特許文献１には、ダイポールアンテナに、一部が磁性材料で形成された無給電素子を追加することでアンテナを小型化する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術は、磁性材料によってアンテナ近傍の磁力線の分布を制御することで、整合回路を用いることなくアンテナの小型化とインピーダンス整合を可能としている。また、非特許文献１には、スプリットリング共振器と呼ばれる共振器構造をモノポールアンテナの近傍に配置することで実効的な透磁率を大きくし、モノポールアンテナを小型化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２２８７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"Electrically small split ring resonator antennas," Journal of Applied Physics, 101, 083104 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低コストなアンテナは、プリント基板上に形成した銅箔パターンで形成される場合が多い。特許文献１に開示されたアンテナは、磁性材料を用いる必要があるため、プリント基板の一般的な製造プロセスでは製造できず、製造コストが増大する問題がある。また、非特許文献１に開示されたアンテナは、モノポールアンテナとは別体に設けたスプリットリング共振器をグランドプレーンに対して垂直に配置する必要がある。グランドプレーンに対して垂直に配置するスプリットリング共振器は、通常のプリント基板製造プロセスでグランドプレーンと一体に製造できない。このため、製造コストが増大する問題がある。【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされた。本発明の目的の一例は、小型であり、低コストに製造可能なアンテナ、並びにこのアンテナを備えたプリント基板及び無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成している、
アンテナが提供される。【００１０】
本発明によれば、
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備えるプリント基板が提供される。【００１１】
本発明によれば、
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備える無線通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型であり、低コストに製造可能なアンテナ、並びにこのアンテナを備えたプリント基板及び無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１４】
【図１】第一の実施形態によるアンテナの構成を示す上面図である。
【図２】図１の点線Ａにおけるアンテナの断面図である。
【図３】第一の実施形態によるスプリットリング共振器の等価回路を示す図である。
【図４】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第一の実施形態によるアンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートである。
【図５】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第一の実施形態によるアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図６】４０ｍｍの長さを持つ、従来のダイポールアンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートである。
【図７】４０ｍｍの長さを持つ、従来のダイポールアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図８】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図９】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１０】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１１】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１２】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１３】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１４】第二の実施形態によるアンテナの構成を示す上面図である。
【図１５】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第二の実施形態によるアンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートである。
【図１６】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第二の実施形態によるアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図１７】第二の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１８】第二の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１９】第二の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態によるアンテナ１０を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、第一の実施形態によるアンテナ１０の構成を示す上面図である。また、図２は、図１の点線Ａにおけるアンテナ１０の断面図である。第一の実施形態に係るアンテナ１０は、プリント基板１の表層に形成されており、アンテナ給電点２と、第１放射エレメント３と、第２放射エレメント４とを備える。アンテナ給電点２は、２つの端子（＋端子、−端子）を備える。第１放射エレメント３は、アンテナ給電点２の＋端子と接続された線状の導体パターンである。第２放射エレメント４は、アンテナ給電点２の−端子と接続された線状の導体パターンである。アンテナ給電点２は、図示せぬ無線回路からの無線信号を伝送する伝送線と接続されており、無線回路からの無線信号をアンテナ１０に入力することができる。
【００１８】
また、第一の実施形態によるアンテナ１０は、導体パターンである第１分岐部５ａおよび第２分岐部５ｂを備える。第１分岐部５ａの一端は第１放射エレメント３の端部でない位置に接続されている、また、第２分岐部５ｂの一端は第２放射エレメント４の端部でない位置に接続されている。第１分岐部５ａの他端と、第２分岐部５ｂの他端は、互いに対向してスプリット６を形成している。第１分岐部５ａ、第２分岐部５ｂ、スプリット６、および第１放射エレメント３の一部と第２放射エレメント４の一部は、Ｃ字状のスプリットリング共振器８を形成している。
【００１９】
さらに、第一の実施形態によるアンテナ１０は、線状の導体パターンである接続エレメント７を備える。接続エレメント７の一端は、第１放射エレメント３の一部に接続されている。また、接続エレメント７の他端は、第２放射エレメント４の一部に接続されている。また、接続エレメント７は、当該接続エレメント７と第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とで囲まれる領域の内部にスプリット６が含まれないように、第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とを電気的に接続している。
【００２０】
本実施形態によるアンテナ１０は、プリント基板１の表層に銅箔で形成した上記の導体パターンで構成されるため、プリント基板１として安価な単層基板を用いることで低コストに製造することができる。ただし、本実施形態によるアンテナ１０は、必ずしも単層基板を用いる必要はなく、例えば多層基板の任意の層に構成することも当然考えられる。また、低コストに製造可能であれば、導体パターンは板金などで形成されてもよい。また、導体パターンは、導電性を有してさえいれば、銅箔の他、多種多様な素材で形成してもよい。さらに、導体パターンとして用いられる素材は、各々が同一の素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。
【００２１】
以下に、本実施形態によるアンテナ１０の動作を説明する。
【００２２】
図３は、第一の実施形態によるスプリットリング共振器８の等価回路を示す図である。図３（ａ）は本実施形態によるアンテナ１０における給電点およびスプリットリング共振器８の部分を抜き出したものであり、図３（ｂ）は、当該部分に対応する等価回路を示す。アンテナ給電点２から給電された電流は、スプリットリング共振器８をリング状に流れてインダクタンスを生じさせる。また、スプリット６で対向する導体パターン間にはキャパシタンスが生じる。これらのインダクタンスとキャパシタンスは直列に接続されているため、スプリットリング共振器８は、ＬＣ直列共振回路を形成しており、共振周波数付近で空間に電磁波を放射するアンテナとして動作する。
【００２３】
ダイポールアンテナに代表される一般のアンテナでは、アンテナ全体が共振を担っているため、アンテナ全体の長さを動作周波数における電磁波の波長の１／２程度より小さくすることが困難であった。
【００２４】
一方、本実施形態によるアンテナ１０の動作周波数は、スプリットリング共振器８のリング長を長くしてインダクタンスを増加させる、もしくはスプリット６の対向する導体パターンの間隔を小さくしてキャパシタンスを増加させることで、容易に共振周波数を低周波化することが可能である。とくに、スプリット６のキャパシタンスを増加させる方法は、スプリット６に電界が集中するため損失が大きくなる一方で、全体のサイズを大きくすることなく動作周波数を低周波化できるため、電磁波の波長に比べて小さいアンテナを実現することができる。
【００２５】
しかし、スプリットリング共振器８に流れる電流だけでは、実用的な放射効率を実現できない。そこで、本実施形態によるアンテナ１０は、スプリットリング共振器８に流れる電流の一部を第１放射エレメント３および第２放射エレメント４に誘導することで大幅に放射効率を向上させている。本実施形態によるアンテナ１０の放射効率は、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の長さを長くすることで向上させることができる。
【００２６】
また、本実施形態によるアンテナ１０は、接続エレメント７と第１放射エレメント３および第２放射エレメント４との接続位置を変更することによって、容易にアンテナ給電点２から見たアンテナのインピーダンスを制御することができる。ここで、アンテナのインピーダンスを制御する場合、接続エレメント７と第１放射エレメント３との接続位置は、図１と異なり、第１放射エレメント３の開放端と、第１分岐部５ａと第１放射エレメント３との接続位置との間とすることもできる。また、同様に、接続エレメント７と第２放射エレメント４との接続位置は、図１と異なり、第２放射エレメント４の開放端と、第２分岐部５ｂと第２放射エレメント４との接続位置との間とすることもできる。これにより、本実施形態によるアンテナ１０は、インピーダンス整合回路を用いることなく、伝送線の特性インピーダンスとアンテナのインピーダンスを整合させ、効率よくアンテナに給電することが可能となる。
【００２７】
例えば２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第一の実施形態によるアンテナ１０のインピーダンス特性を表すスミスチャートを図４に、リターンロス特性を図５に示す。このとき、第１放射エレメント３の先端から第２放射エレメント４の先端までの長さは４０ｍｍとした。図４のスミスチャートを見れば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮで用いられる２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの帯域で、インピーダンス曲線が中心付近を通っており、良好にインピーダンスが整合している。また同様に、図５のリターンロス特性を見れば、対応する周波数帯で反射が小さくなっており、良好にインピーダンスが整合していることがわかる。一方、従来の例として、同じ４０ｍｍの長さを持つダイポールアンテナのスミスチャートを図６に、リターンロス特性を図７に示す。図６、図７を見れば、同じ長さを持つにも関わらず、共振周波数は３０００ＭＨｚ以上にあり、無線ＬＡＮで用いられる２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの帯域では−２ｄＢ程度のリターンロスしか得られていない。これは、ダイポールアンテナの長さが波長の１／２より短いためであり、無線ＬＡＮの帯域で用いるにはより長いエレメントが必要となることがわかる。
【００２８】
以上、本実施形態によるアンテナ１０は、従来のアンテナに比べてアンテナのサイズを小型化することができる。また、本実施形態によるアンテナ１０は、所定のインピーダンス整合回路を挿入する必要がなく、プリント基板の一般的な製造プロセスで製造することができる。したがって、本実施形態によれば、小型でありながら低コストに製造可能なアンテナを提供することができる。
【００２９】
上述したようなアンテナ１０は、通信機能を備えた無線通信装置に少なくとも一つ備えることができる。このような無線通信装置は、アンテナ１０の小型化を図ることができるので、装置全体を小型化することが可能となる。
【００３０】
ところで、上述した第一の実施形態で示した構成は一例に過ぎず、例えば以下に示すような態様であっても構わない。なお、以下の説明で用いる図８乃至図１３は、第一の実施形態によるアンテナ１０の他の構成を示す上面図である。
【００３１】
図１では、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４が線状の場合を例に示したが、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、必ずしも線状でなくてもよい。例えば、図８に示すように、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、折れ線状であってもよい。また例えば、図９に示すように、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、第１分岐部５ａおよび第２分岐部５ｂが接続されている側に幅を広げた形状であってもよい。また例えば、図１０に示すように、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、接続エレメント７が接続されている側にさらに幅を広げた形状であってもよい。図８、図９、図１０の場合も、図１と同様に、第１分岐部５ａ、第２分岐部５ｂ、スプリット６、および第１放射エレメント３の一部と第２放射エレメント４の一部がスプリットリング共振器８を形成しており、スプリットリング共振器８の共振周波数においてアンテナとして動作する。
【００３２】
また図１では、アンテナ給電点２が、アンテナ１０の中央に設けられた場合を例に示したが、アンテナ給電点２は必ずしもアンテナ１０の中央に設けられる必要はない。例えば図１１に示すように、中央よりも第２分岐部５ｂに寄った位置に配置されてもよい。この場合、接続エレメント７は、アンテナ給電点２の位置に対応して、中央よりも第２分岐部５ｂ側に寄った位置に接続される。また、図示しないが、アンテナ給電点２は、中央よりも第１分岐部５ａに寄った位置に配置されていてもよい。この場合、接続エレメント７は、アンテナ給電点２の位置に対応して、中央よりも第１分岐部５ａ側に寄った位置に接続される。
【００３３】
また図１では、スプリット６が、第１分岐部５ａと第２分岐部５ｂの端部同士が単に近接して構成される場合を例に示したが、スプリット６は第１分岐部５ａと第２分岐部５ｂの端部間にキャパシタンスが形成されればどのような構成であってもよい。例えばスプリット６は、図１２に示すように、櫛歯状になった第１分岐部５ａの端部と第２分岐部５ｂの端部が、互いにかみ合うように配置されたインターデジタル形状であってもよい。この場合、サイズを大きくすることなくスプリット６におけるキャパシタンスを増加させることができるため、アンテナ１０をより小型に構成することが可能となる。
【００３４】
また、図１では、スプリット６が、アンテナ１０の中央に設けられた場合を例に示したが、スプリット６は必ずしもアンテナ１０の中央に設けられる必要はない。例えば図１３に示すように、スプリット６は、中央よりも第１分岐部５ａに寄った位置に設けられてもよい。
【００３５】
さらに図１では、第１放射エレメント３、第２放射エレメント４、および第１分岐部５ａ、第２分岐部５ｂが、プリント基板１の同一の層に形成された場合を例に示したが、これらの導体パターンの一部が、他と異なる層に形成されているような構成を考えることもできる。例えば、接続エレメント７がプリント基板１の裏面に形成されているような構成であってもよい。この場合、接続エレメント７は、プリント基板１に形成された導体ビアによって第１放射エレメント３および第２放射エレメント４と接続される。
【００３６】
＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態によるアンテナ２０を、図面を参照して説明する。第二の実施形態は以下の点を除いて第一の実施形態によるアンテナ１０と同様である。なお、第一の実施形態によるアンテナ１０と共通する構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３７】
第一の実施形態では、接続エレメント７の形状が、細長い線状である場合を例に示したが、接続エレメント７は、一端が第１放射エレメント３の一部に接続され、他端が第２放射エレメント４の一部に接続され、接続エレメント７と第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とで囲まれる領域の内部にスプリット６を含まないように、第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とを電気的に接続していれば、どのような形状であってもよい。
【００３８】
図１４は、第二の実施形態によるアンテナ２０の構成を示す上面図である。図１４に示すアンテナ２０は、第一の実施形態の図８のアンテナを基本として、接続エレメント７の代わりに、グランドプレーン２１を備える。グランドプレーン２１は、プリント基板１上に形成されたプレーン形状の導体であり、少なくとも一つの辺に切り欠き部２２を備える。図１４では、長方形の切り欠き部２２を例示しているが、切り欠き部２２の形状はこれに限定されない。例えば、切り欠き部２２の形状は、円弧状や、長方形以外の多角形といった形状であってもよい。グランドプレーン２１の切り欠き部２２を備える辺であって、切り欠き部２２とは異なる位置には、第１放射エレメント３が接続されている。また、グランドプレーン２１の切り欠き部２２を備える辺であって、切り欠き部２２に対して第１放射エレメント３が接続されている位置と反対側の位置には、第２放射エレメント４が接続されている。アンテナ給電点２は、切り欠き部２２の内部に配置されており、スプリット６はアンテナ給電点２に対してグランドプレーン２１と反対側に配置される。
【００３９】
以上のように構成することで、グランドプレーン２１は、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とで囲まれる領域の内部にスプリット６を含まないように、第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とを電気的に接続している。このため、本実施形態におけるグランドプレーン２１は、第一の実施形態における接続エレメント７と全く同様に動作する。また、本実施形態におけるアンテナ２０は、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３および第２放射エレメント４との接続位置を変更することによって、容易にアンテナ給電点２から見たアンテナのインピーダンスを制御することができる。これにより、インピーダンス整合回路を用いることなく、伝送線の特性インピーダンスとアンテナのインピーダンスを整合させ、効率よくアンテナに給電することが可能となる。
【００４０】
グランドプレーン２１は、図示せぬＬＳＩ（Large Scale Integration）やＩＣ（Integrated Circuit）等の部品に接続され、グランド電位を与えることができるし、他の電源電位を与えることもできる。また、図１４では、グランドプレーン２１の領域に部品や配線が配置されていない場合を例に示したが、グランドプレーン２１の領域にＬＳＩ、ＩＣ等の部品や配線が配置されていてもよい。例えば、アンテナ給電点２に接続されるＲＦ（Radio Frequency）回路を、プリント基板１の一部領域上に設けるような構成をとることもできる。
【００４１】
２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第二の実施形態によるアンテナ２０のインピーダンス特性を表すスミスチャートを図１５に、リターンロス特性を図１６に示す。このとき、第１放射エレメント３の先端から第２放射エレメント４の先端までの長さは４０ｍｍとした。図１５のスミスチャートを見れば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮで用いられる２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの帯域で、インピーダンス曲線が中心付近を通っており、良好にインピーダンスが整合している。また同様に、図１６のリターンロス特性を見れば、対応する周波数帯で反射が小さくなっており、良好にインピーダンスが整合していることがわかる。
【００４２】
以上、本実施形態によるアンテナ２０は、第一の実施形態によるアンテナ１０と同様に、従来のアンテナに比べてアンテナのサイズを小型化することができる。また、所定のインピーダンス整合回路を挿入する必要がなく、プリント基板の一般的な製造プロセスで製造することができる。したがって、本実施形態によっても、小型でありながら低コストに製造可能なアンテナを提供することができる。
【００４３】
上述したようなアンテナ２０は、通信機能を備えた無線通信装置に少なくとも一つ備えることができる。このような無線通信装置は、アンテナ２０の小型化を図ることができるので、装置全体を小型化することが可能となる。
【００４４】
ところで、上述した第二の実施形態で示した構成は一例に過ぎず、例えば以下に示すような態様であっても構わない。なお、以下の説明で用いる図１７乃至図１９は、第二の実施形態によるアンテナ２０の他の構成を示す上面図である。
【００４５】
図１７に示すアンテナ２０は、図１４を基本とし、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されている。また、グランドプレーン２１と第２放射エレメント４とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されている。このような構成をとることで、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４は、グランドプレーン２１とほぼ一体の導体パターンとして形成することができ、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４のより近くに部品や配線を配置することが可能となる。
【００４６】
また、図１８に示すアンテナ２０は、図１１を基本とし、他の構成は図１４と同様である。この場合も、図１４のアンテナ２０と同様に、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３および第２放射エレメント４との接続位置を変更することによって、容易にアンテナ給電点２から見たアンテナのインピーダンスを制御することができる。これにより、インピーダンス整合回路を用いることなく、伝送線の特性インピーダンスとアンテナのインピーダンスを整合させ、効率よくアンテナに給電することが可能となる。
【００４７】
また、図１９に示すアンテナ２０は、図１８を基本とし、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されている。このような構成をとることで、第１放射エレメント３は、グランドプレーン２１とほぼ一体の導体パターンとして形成することができ、より第１放射エレメント３の近くに部品や配線を配置することが可能となる。また、図示しないが、グランドプレーン２１と第２放射エレメント４とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されていてもよい。このような構成をとることで、第２放射エレメント４は、グランドプレーン２１とほぼ一体の導体パターンとして形成することができ、より第２放射エレメント４の近くに部品や配線を配置することが可能となる。
【００４８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
【００４９】
以下、参考形態の例を付記する。
１．
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成している、
アンテナ。
２．
前記容量部はインターデジタル形状である、
１．に記載のアンテナ。
３．
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
１．または２．に記載のアンテナ。
４．
前記接続エレメントは線状である、
１．から３．のいずれか一つに記載のアンテナ。
５．
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
１．から３．のいずれか一つに記載のアンテナ。
６．
前記切り欠き部の形状は長方形である、
５．に記載のアンテナ。
７．
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備えるプリント基板。
８．
前記容量部はインターデジタル形状である、
７．に記載のプリント基板。
９．
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
７．または８．に記載のプリント基板。
１０．
前記接続エレメントは線状である、
７．から１０．のいずれか一つに記載のプリント基板。
１１．
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
７．から１０．のいずれか一つに記載のプリント基板。
１２．
前記切り欠き部の形状は長方形である、
１１．に記載のプリント基板。
１３．
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備える無線通信装置。
１４．
前記容量部はインターデジタル形状である、
１３．に記載の無線通信装置。
１５．
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
１３．または１４．に記載の無線通信装置。
１６．
前記接続エレメントは線状である、
１３．から１５．のいずれか一つに記載の無線通信装置。
１７．
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
１３．から１５．のいずれか一つに記載の無線通信装置。
１８．
前記切り欠き部の形状は長方形である、
１７．に記載の無線通信装置。
【００５０】
この出願は、２０１３年２月２６日に出願された日本出願特願２０１３−０３５５３９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2014132519.tif 000003
【図２】
2014132519.tif 000004
【図３】
2014132519.tif 000005
【図４】
2014132519.tif 000006
【図５】
2014132519.tif 000007
【図６】
2014132519.tif 000008
【図７】
2014132519.tif 000009
【図８】
2014132519.tif 000010
【図９】
2014132519.tif 000011
【図１０】
2014132519.tif 000012
【図１１】
2014132519.tif 000013
【図１２】
2014132519.tif 000014
【図１３】
2014132519.tif 000015
【図１４】
2014132519.tif 000016
【図１５】
2014132519.tif 000017
【図１６】
2014132519.tif 000018
【図１７】
2014132519.tif 000019
【図１８】
2014132519.tif 000020
【図１９】
2014132519.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月24日(2015.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型のアンテナ、当該アンテナを有するプリント基板及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信機能を有した電子装置（無線通信装置）においては、装置全体の小型化が常に要求されている。また、複数のアンテナを同時に利用して大容量化を実現するＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）通信方式の普及に伴い、無線通信装置に搭載されるアンテナ数は増加する傾向にある。これらの理由から、無線通信装置に搭載されるアンテナには、小型化と低コスト化を同時に実現することが強く望まれている。
【０００３】
小型の無線通信装置には、指向性が小さく広い方向に電波を放射することができるダイポールアンテナや、モノポールアンテナ、および、これらの変形である逆Ｌアンテナなどが用いられることが一般的である。しかし、これらのアンテナは原理上、波長の１／２乃至１／４程度の大きさを必要とするため、小型化が困難であった。また、アンテナと給電線とのインピーダンス整合のために、整合回路を必要とするため、製造コストが増加する課題があった。
【０００４】
特許文献１には、ダイポールアンテナに、一部が磁性材料で形成された無給電素子を追加することでアンテナを小型化する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術は、磁性材料によってアンテナ近傍の磁力線の分布を制御することで、整合回路を用いることなくアンテナの小型化とインピーダンス整合を可能としている。また、非特許文献１には、スプリットリング共振器と呼ばれる共振器構造をモノポールアンテナの近傍に配置することで実効的な透磁率を大きくし、モノポールアンテナを小型化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２２８７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"Electrically small split ring resonator antennas," Journal of Applied Physics, 101, 083104 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低コストなアンテナは、プリント基板上に形成した銅箔パターンで形成される場合が多い。特許文献１に開示されたアンテナは、磁性材料を用いる必要があるため、プリント基板の一般的な製造プロセスでは製造できず、製造コストが増大する問題がある。また、非特許文献１に開示されたアンテナは、モノポールアンテナとは別体に設けたスプリットリング共振器をグランドプレーンに対して垂直に配置する必要がある。グランドプレーンに対して垂直に配置するスプリットリング共振器は、通常のプリント基板製造プロセスでグランドプレーンと一体に製造できない。このため、製造コストが増大する問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされた。本発明の目的の一例は、小型であり、低コストに製造可能なアンテナ、並びにこのアンテナを備えたプリント基板及び無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成している、
アンテナが提供される。
【００１０】
本発明によれば、
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備えるプリント基板が提供される。
【００１１】
本発明によれば、
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備える無線通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型であり、低コストに製造可能なアンテナ、並びにこのアンテナを備えたプリント基板及び無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００１４】
【図１】第一の実施形態によるアンテナの構成を示す上面図である。
【図２】図１の点線Ａにおけるアンテナの断面図である。
【図３】第一の実施形態によるスプリットリング共振器の等価回路を示す図である。
【図４】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第一の実施形態によるアンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートである。
【図５】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第一の実施形態によるアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図６】４０ｍｍの長さを持つ、既知のダイポールアンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートである。
【図７】４０ｍｍの長さを持つ、既知のダイポールアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図８】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図９】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１０】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１１】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１２】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１３】第一の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１４】第二の実施形態によるアンテナの構成を示す上面図である。
【図１５】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第二の実施形態によるアンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートである。
【図１６】２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第二の実施形態によるアンテナのリターンロス特性を示す図である。
【図１７】第二の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１８】第二の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【図１９】第二の実施形態によるアンテナの他の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態によるアンテナ１０を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、第一の実施形態によるアンテナ１０の構成を示す上面図である。また、図２は、図１の点線Ａにおけるアンテナ１０の断面図である。第一の実施形態に係るアンテナ１０は、プリント基板１の表層に形成されており、アンテナ給電点２と、第１放射エレメント３と、第２放射エレメント４とを備える。アンテナ給電点２は、２つの端子（＋端子、−端子）を備える。第１放射エレメント３は、アンテナ給電点２の＋端子と接続された線状の導体パターンである。第２放射エレメント４は、アンテナ給電点２の−端子と接続された線状の導体パターンである。アンテナ給電点２は、図示せぬ無線回路からの無線信号を伝送する伝送線と接続されており、無線回路からの無線信号をアンテナ１０に入力することができる。
【００１８】
また、第一の実施形態によるアンテナ１０は、導体パターンである第１分岐部５ａおよび第２分岐部５ｂを備える。第１分岐部５ａの一端は第１放射エレメント３の端部でない位置に接続されている、また、第２分岐部５ｂの一端は第２放射エレメント４の端部でない位置に接続されている。第１分岐部５ａの他端と、第２分岐部５ｂの他端は、互いに対向してスプリット６を形成している。第１分岐部５ａ、第２分岐部５ｂ、スプリット６、および第１放射エレメント３の一部と第２放射エレメント４の一部は、Ｃ字状のスプリットリング共振器８を形成している。
【００１９】
さらに、第一の実施形態によるアンテナ１０は、線状の導体パターンである接続エレメント７を備える。接続エレメント７の一端は、第１放射エレメント３の一部に接続されている。また、接続エレメント７の他端は、第２放射エレメント４の一部に接続されている。また、接続エレメント７は、当該接続エレメント７と第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とで囲まれる領域の内部にスプリット６が含まれないように、第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とを電気的に接続している。
【００２０】
本実施形態によるアンテナ１０は、プリント基板１の表層に銅箔で形成した上記の導体パターンで構成されるため、プリント基板１として安価な単層基板を用いることで低コストに製造することができる。ただし、本実施形態によるアンテナ１０は、必ずしも単層基板を用いる必要はなく、例えば多層基板の任意の層に構成することも当然考えられる。また、低コストに製造可能であれば、導体パターンは板金などで形成されてもよい。また、導体パターンは、導電性を有してさえいれば、銅箔の他、多種多様な素材で形成してもよい。さらに、導体パターンとして用いられる素材は、各々が同一の素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。
【００２１】
以下に、本実施形態によるアンテナ１０の動作を説明する。
【００２２】
図３は、第一の実施形態によるスプリットリング共振器８の等価回路を示す図である。図３（ａ）は本実施形態によるアンテナ１０における給電点およびスプリットリング共振器８の部分を抜き出したものであり、図３（ｂ）は、当該部分に対応する等価回路を示す。アンテナ給電点２から給電された電流は、スプリットリング共振器８をリング状に流れてインダクタンスを生じさせる。また、スプリット６で対向する導体パターン間にはキャパシタンスが生じる。これらのインダクタンスとキャパシタンスは直列に接続されているため、スプリットリング共振器８は、ＬＣ直列共振回路を形成しており、共振周波数付近で空間に電磁波を放射するアンテナとして動作する。
【００２３】
ダイポールアンテナに代表される一般のアンテナでは、アンテナ全体が共振を担っているため、アンテナ全体の長さを動作周波数における電磁波の波長の１／２程度より小さくすることが困難であった。
【００２４】
一方、本実施形態によるアンテナ１０の動作周波数は、スプリットリング共振器８のリング長を長くしてインダクタンスを増加させる、もしくはスプリット６の対向する導体パターンの間隔を小さくしてキャパシタンスを増加させることで、容易に共振周波数を低周波化することが可能である。とくに、スプリット６のキャパシタンスを増加させる方法は、スプリット６に電界が集中するため損失が大きくなる一方で、全体のサイズを大きくすることなく動作周波数を低周波化できるため、電磁波の波長に比べて小さいアンテナを実現することができる。
【００２５】
しかし、スプリットリング共振器８に流れる電流だけでは、実用的な放射効率を実現できない。そこで、本実施形態によるアンテナ１０は、スプリットリング共振器８に流れる電流の一部を第１放射エレメント３および第２放射エレメント４に誘導することで大幅に放射効率を向上させている。本実施形態によるアンテナ１０の放射効率は、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の長さを長くすることで向上させることができる。
【００２６】
また、本実施形態によるアンテナ１０は、接続エレメント７と第１放射エレメント３および第２放射エレメント４との接続位置を変更することによって、容易にアンテナ給電点２から見たアンテナのインピーダンスを制御することができる。ここで、アンテナのインピーダンスを制御する場合、接続エレメント７と第１放射エレメント３との接続位置は、図１と異なり、第１放射エレメント３の開放端と、第１分岐部５ａと第１放射エレメント３との接続位置との間とすることもできる。また、同様に、接続エレメント７と第２放射エレメント４との接続位置は、図１と異なり、第２放射エレメント４の開放端と、第２分岐部５ｂと第２放射エレメント４との接続位置との間とすることもできる。これにより、本実施形態によるアンテナ１０は、インピーダンス整合回路を用いることなく、伝送線の特性インピーダンスとアンテナのインピーダンスを整合させ、効率よくアンテナに給電することが可能となる。
【００２７】
例えば２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第一の実施形態によるアンテナ１０のインピーダンス特性を表すスミスチャートを図４に、リターンロス特性を図５に示す。このとき、第１放射エレメント３の先端から第２放射エレメント４の先端までの長さは４０ｍｍとした。図４のスミスチャートを見れば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮで用いられる２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの帯域で、インピーダンス曲線が中心付近を通っており、良好にインピーダンスが整合している。また同様に、図５のリターンロス特性を見れば、対応する周波数帯で反射が小さくなっており、良好にインピーダンスが整合していることがわかる。一方、既知の例として、同じ４０ｍｍの長さを持つダイポールアンテナのスミスチャートを図６に、リターンロス特性を図７に示す。図６、図７を見れば、同じ長さを持つにも関わらず、共振周波数は３０００ＭＨｚ以上にあり、無線ＬＡＮで用いられる２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの帯域では−２ｄＢ程度のリターンロスしか得られていない。これは、ダイポールアンテナの長さが波長の１／２より短いためであり、無線ＬＡＮの帯域で用いるにはより長いエレメントが必要となることがわかる。
【００２８】
以上、本実施形態によるアンテナ１０は、既知のアンテナに比べてアンテナのサイズを小型化することができる。また、本実施形態によるアンテナ１０は、所定のインピーダンス整合回路を挿入する必要がなく、プリント基板の一般的な製造プロセスで製造することができる。したがって、本実施形態によれば、小型でありながら低コストに製造可能なアンテナを提供することができる。
【００２９】
上述したようなアンテナ１０は、通信機能を備えた無線通信装置に少なくとも一つ備えることができる。このような無線通信装置は、アンテナ１０の小型化を図ることができるので、装置全体を小型化することが可能となる。
【００３０】
ところで、上述した第一の実施形態で示した構成は一例に過ぎず、例えば以下に示すような態様であっても構わない。なお、以下の説明で用いる図８乃至図１３は、第一の実施形態によるアンテナ１０の他の構成を示す上面図である。
【００３１】
図１では、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４が線状の場合を例に示したが、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、必ずしも線状でなくてもよい。例えば、図８に示すように、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、折れ線状であってもよい。また例えば、図９に示すように、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、第１分岐部５ａおよび第２分岐部５ｂが接続されている側に幅を広げた形状であってもよい。また例えば、図１０に示すように、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４の形状は、接続エレメント７が接続されている側にさらに幅を広げた形状であってもよい。図８、図９、図１０の場合も、図１と同様に、第１分岐部５ａ、第２分岐部５ｂ、スプリット６、および第１放射エレメント３の一部と第２放射エレメント４の一部がスプリットリング共振器８を形成しており、スプリットリング共振器８の共振周波数においてアンテナとして動作する。
【００３２】
また図１では、アンテナ給電点２が、アンテナ１０の中央に設けられた場合を例に示したが、アンテナ給電点２は必ずしもアンテナ１０の中央に設けられる必要はない。例えば図１１に示すように、中央よりも第２分岐部５ｂに寄った位置に配置されてもよい。この場合、接続エレメント７は、アンテナ給電点２の位置に対応して、中央よりも第２分岐部５ｂ側に寄った位置に接続される。また、図示しないが、アンテナ給電点２は、中央よりも第１分岐部５ａに寄った位置に配置されていてもよい。この場合、接続エレメント７は、アンテナ給電点２の位置に対応して、中央よりも第１分岐部５ａ側に寄った位置に接続される。
【００３３】
また図１では、スプリット６が、第１分岐部５ａと第２分岐部５ｂの端部同士が単に近接して構成される場合を例に示したが、スプリット６は第１分岐部５ａと第２分岐部５ｂの端部間にキャパシタンスが形成されればどのような構成であってもよい。例えばスプリット６は、図１２に示すように、櫛歯状になった第１分岐部５ａの端部と第２分岐部５ｂの端部が、互いにかみ合うように配置されたインターデジタル形状であってもよい。この場合、サイズを大きくすることなくスプリット６におけるキャパシタンスを増加させることができるため、アンテナ１０をより小型に構成することが可能となる。
【００３４】
また、図１では、スプリット６が、アンテナ１０の中央に設けられた場合を例に示したが、スプリット６は必ずしもアンテナ１０の中央に設けられる必要はない。例えば図１３に示すように、スプリット６は、中央よりも第１分岐部５ａに寄った位置に設けられてもよい。
【００３５】
さらに図１では、第１放射エレメント３、第２放射エレメント４、および第１分岐部５ａ、第２分岐部５ｂが、プリント基板１の同一の層に形成された場合を例に示したが、これらの導体パターンの一部が、他と異なる層に形成されているような構成を考えることもできる。例えば、接続エレメント７がプリント基板１の裏面に形成されているような構成であってもよい。この場合、接続エレメント７は、プリント基板１に形成された導体ビアによって第１放射エレメント３および第２放射エレメント４と接続される。
【００３６】
＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態によるアンテナ２０を、図面を参照して説明する。第二の実施形態は以下の点を除いて第一の実施形態によるアンテナ１０と同様である。なお、第一の実施形態によるアンテナ１０と共通する構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３７】
第一の実施形態では、接続エレメント７の形状が、細長い線状である場合を例に示したが、接続エレメント７は、一端が第１放射エレメント３の一部に接続され、他端が第２放射エレメント４の一部に接続され、接続エレメント７と第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とで囲まれる領域の内部にスプリット６を含まないように、第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とを電気的に接続していれば、どのような形状であってもよい。
【００３８】
図１４は、第二の実施形態によるアンテナ２０の構成を示す上面図である。図１４に示すアンテナ２０は、第一の実施形態の図８のアンテナを基本として、接続エレメント７の代わりに、グランドプレーン２１を備える。グランドプレーン２１は、プリント基板１上に形成されたプレーン形状の導体であり、少なくとも一つの辺に切り欠き部２２を備える。図１４では、長方形の切り欠き部２２を例示しているが、切り欠き部２２の形状はこれに限定されない。例えば、切り欠き部２２の形状は、円弧状や、長方形以外の多角形といった形状であってもよい。グランドプレーン２１の切り欠き部２２を備える辺であって、切り欠き部２２とは異なる位置には、第１放射エレメント３が接続されている。また、グランドプレーン２１の切り欠き部２２を備える辺であって、切り欠き部２２に対して第１放射エレメント３が接続されている位置と反対側の位置には、第２放射エレメント４が接続されている。アンテナ給電点２は、切り欠き部２２の内部に配置されており、スプリット６はアンテナ給電点２に対してグランドプレーン２１と反対側に配置される。
【００３９】
以上のように構成することで、グランドプレーン２１は、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とで囲まれる領域の内部にスプリット６を含まないように、第１放射エレメント３と第２放射エレメント４とを電気的に接続している。このため、本実施形態におけるグランドプレーン２１は、第一の実施形態における接続エレメント７と全く同様に動作する。また、本実施形態におけるアンテナ２０は、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３および第２放射エレメント４との接続位置を変更することによって、容易にアンテナ給電点２から見たアンテナのインピーダンスを制御することができる。これにより、インピーダンス整合回路を用いることなく、伝送線の特性インピーダンスとアンテナのインピーダンスを整合させ、効率よくアンテナに給電することが可能となる。
【００４０】
グランドプレーン２１は、図示せぬＬＳＩ（Large Scale Integration）やＩＣ（Integrated Circuit）等の部品に接続され、グランド電位を与えることができるし、他の電源電位を与えることもできる。また、図１４では、グランドプレーン２１の領域に部品や配線が配置されていない場合を例に示したが、グランドプレーン２１の領域にＬＳＩ、ＩＣ等の部品や配線が配置されていてもよい。例えば、アンテナ給電点２に接続されるＲＦ（Radio Frequency）回路を、プリント基板１の一部領域上に設けるような構成をとることもできる。
【００４１】
２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮを想定した場合の、第二の実施形態によるアンテナ２０のインピーダンス特性を表すスミスチャートを図１５に、リターンロス特性を図１６に示す。このとき、第１放射エレメント３の先端から第２放射エレメント４の先端までの長さは４０ｍｍとした。図１５のスミスチャートを見れば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮで用いられる２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの帯域で、インピーダンス曲線が中心付近を通っており、良好にインピーダンスが整合している。また同様に、図１６のリターンロス特性を見れば、対応する周波数帯で反射が小さくなっており、良好にインピーダンスが整合していることがわかる。
【００４２】
以上、本実施形態によるアンテナ２０は、第一の実施形態によるアンテナ１０と同様に、既知のアンテナに比べてアンテナのサイズを小型化することができる。また、所定のインピーダンス整合回路を挿入する必要がなく、プリント基板の一般的な製造プロセスで製造することができる。したがって、本実施形態によっても、小型でありながら低コストに製造可能なアンテナを提供することができる。
【００４３】
上述したようなアンテナ２０は、通信機能を備えた無線通信装置に少なくとも一つ備えることができる。このような無線通信装置は、アンテナ２０の小型化を図ることができるので、装置全体を小型化することが可能となる。
【００４４】
ところで、上述した第二の実施形態で示した構成は一例に過ぎず、例えば以下に示すような態様であっても構わない。なお、以下の説明で用いる図１７乃至図１９は、第二の実施形態によるアンテナ２０の他の構成を示す上面図である。
【００４５】
図１７に示すアンテナ２０は、図１４を基本とし、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されている。また、グランドプレーン２１と第２放射エレメント４とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されている。このような構成をとることで、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４は、グランドプレーン２１とほぼ一体の導体パターンとして形成することができ、第１放射エレメント３および第２放射エレメント４のより近くに部品や配線を配置することが可能となる。
【００４６】
また、図１８に示すアンテナ２０は、図１１を基本とし、他の構成は図１４と同様である。この場合も、図１４のアンテナ２０と同様に、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３および第２放射エレメント４との接続位置を変更することによって、容易にアンテナ給電点２から見たアンテナのインピーダンスを制御することができる。これにより、インピーダンス整合回路を用いることなく、伝送線の特性インピーダンスとアンテナのインピーダンスを整合させ、効率よくアンテナに給電することが可能となる。
【００４７】
また、図１９に示すアンテナ２０は、図１８を基本とし、グランドプレーン２１と第１放射エレメント３とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されている。このような構成をとることで、第１放射エレメント３は、グランドプレーン２１とほぼ一体の導体パターンとして形成することができ、より第１放射エレメント３の近くに部品や配線を配置することが可能となる。また、図示しないが、グランドプレーン２１と第２放射エレメント４とが、グランドプレーン２１の切り欠き部を有する辺だけでなく、切り欠き部２２の内側においても接続されていてもよい。このような構成をとることで、第２放射エレメント４は、グランドプレーン２１とほぼ一体の導体パターンとして形成することができ、より第２放射エレメント４の近くに部品や配線を配置することが可能となる。
【００４８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
【００４９】
以下、参考形態の例を付記する。
１．
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成している、
アンテナ。
２．
前記容量部はインターデジタル形状である、
１．に記載のアンテナ。
３．
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
１．または２．に記載のアンテナ。
４．
前記接続エレメントは線状である、
１．から３．のいずれか一つに記載のアンテナ。
５．
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
１．から３．のいずれか一つに記載のアンテナ。
６．
前記切り欠き部の形状は長方形である、
５．に記載のアンテナ。
７．
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備えるプリント基板。
８．
前記容量部はインターデジタル形状である、
７．に記載のプリント基板。
９．
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
７．または８．に記載のプリント基板。
１０．
前記接続エレメントは線状である、
７．から１０．のいずれか一つに記載のプリント基板。
１１．
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
７．から１０．のいずれか一つに記載のプリント基板。
１２．
前記切り欠き部の形状は長方形である、
１１．に記載のプリント基板。
１３．
第１の端子と第２の端子を備えたアンテナ給電点と、
前記第１の端子と接続された導電性の第１放射エレメントと、
前記第２の端子と接続された導電性の第２放射エレメントと、
前記第１放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第１分岐部と、
前記第２放射エレメントの端部でない位置に一端が接続された導電性の第２分岐部と、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、を接続する導電性の接続エレメントとを備え、
前記第１分岐部の他端と前記第２分岐部の他端とが、互いに対向して容量部を形成しており、
前記容量部は、前記接続エレメントと、前記第１放射エレメントと、前記第２放射エレメントとで囲まれる領域の外側に位置しており、
前記第１放射エレメントの一部と、前記第２放射エレメントの一部と、前記第１分岐部と、前記第２分岐部と、前記容量部とが、スプリットリング共振器を形成しているアンテナを、少なくとも一つ備える無線通信装置。
１４．
前記容量部はインターデジタル形状である、
１３．に記載の無線通信装置。
１５．
前記第１及び第２放射エレメントは線状である、
１３．または１４．に記載の無線通信装置。
１６．
前記接続エレメントは線状である、
１３．から１５．のいずれか一つに記載の無線通信装置。
１７．
前記接続エレメントは、直線状に形成された辺を、少なくともその外周の一部に有する導電性プレーンであり、前記辺には切り欠き部が備えられており、前記切り欠き部を挟んだ両側には、前記第１放射エレメントと前記第２放射エレメントがそれぞれ接続されており、前記アンテナ給電点が前記切り欠き部の内部に配置されている、
１３．から１５．のいずれか一つに記載の無線通信装置。
１８．
前記切り欠き部の形状は長方形である、
１７．に記載の無線通信装置。
【００５０】
この出願は、２０１３年２月２６日に出願された日本出願特願２０１３−０３５５３９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５１】
１    プリント基板
２    アンテナ給電点
３    第１放射エレメント
４    第２放射エレメント
５ａ  第１分岐部
５ｂ  第２分岐部
６    スプリット
７    接続エレメント
８    スプリットリング共振器
１０  アンテナ
２０  アンテナ
２１  グランドプレーン
２２  切り欠き部
【国際調査報告】
2014132519.tif 000022
2014132519.tif 000023
2014132519.tif 000024