(57)【要約】【課題】効率良く送受信可能な複数の周波数帯域の中間の周波数帯域にもアンテナ装置を整合させること。【解決手段】スイッチ１５０ａは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ａとを接続状態とすることにより、給電素子１３１及び給電線路１３０の有効な電気長を変化させ、アンテナ装置１００を主に１．７ＧＨｚ帯の周波数帯域と整合させる。スイッチ１５０ｂは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ｂとを接続状態とすることにより、給電素子１３２及び給電線路１３０の有効な電気長を変化させ、アンテナ装置１００を主に８００ＭＨｚ帯の周波数帯域と整合させる。スイッチ１７０は、無給電素子１４０とグラウンド層１２０とを接続状態とすることにより、アンテナ装置１００を主に１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域と整合させる。【選択図】図１
2012109875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数帯域で共振する長さの給電素子と、
一端が接地され、他端が前記給電素子に接続されて前記給電素子に給電する給電点を形成する分布定数の給電線路と、
一端が接地され、他端が前記給電線路の前記給電点から所定距離離れた位置に接続されるリアクタンス素子と、
前記給電線路と前記リアクタンス素子の間に配置され、前記給電線路と前記リアクタンス素子の接続の有無を切り替える第１スイッチと、
前記給電素子に隣接して配置され、前記給電素子が共振する周波数帯域とは異なる周波数帯域で共振する長さの無給電素子と、
前記無給電素子の接地の有無を切り替える第２スイッチと、
を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板の一面の一部の範囲に形成される接地電圧のグラウンド部と、をさらに有し、
前記給電線路及び前記リアクタンス素子は、一端が前記グラウンド部に接続されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記給電素子は、
前記基板の前記グラウンド部から最も離れた一辺において、前記基板の面に対して垂直に立ち上がる部分を有することを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記給電素子は、
前記基板の面に対して垂直に立ち上がる第１面状部と、
前記第１面状部の先端から延設され、前記基板の面に対して平行な第２面状部と、
を有することを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１面状部は、
前記基板の面から離れるほど幅が狭くなる略台形状であることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記給電素子は、
細長形状の導体を同一平面内で折り返して形成された延長部を前記基板の面に対して垂直に配置して形成されることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１スイッチは、
前記基板の前記グラウンド部が形成される範囲内の裏側に配置されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第２スイッチは、
前記基板の前記グラウンド部が形成される範囲内の裏側に配置されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記無給電素子は、
少なくとも一部が前記給電点に接近して配置されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記無給電素子は、
前記給電素子が共振する周波数帯域よりも狭帯域の周波数帯域で共振し、前記給電素子よりも前記グラウンド部に接近して配置されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
請求項１記載のアンテナ装置と、
第１の周波数帯域の信号を送受信する場合に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを非接続状態とし、第２の周波数帯域の信号を送受信する場合に前記第１スイッチのみを接続状態とし、第３の周波数帯域の信号を送受信する場合に前記第２スイッチのみを接続状態とする制御部と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、互いに異なる複数の周波数帯域の電波を送受信可能なマルチバンドアンテナが注目されている。具体的には、現在、世界各国の無線通信システムでは、例えば８００ＭＨｚ（メガヘルツ）帯、１．７ＧＨｚ（ギガヘルツ）帯、２ＧＨｚ帯などの異なる周波数帯域が用いられているため、それぞれの周波数帯域で整合可能なマルチバンドアンテナが検討されている。
【０００３】
通常、このようなマルチバンドアンテナは、複数の周波数帯域の電波それぞれに対して共振するアンテナ素子を備えており、いずれかの周波数帯域の電波を送受信する際には、この周波数帯域に対応するアンテナ素子が共振する。したがって、整合させる周波数帯域を増やす場合には、アンテナ素子の数が増加する傾向があり、マルチバンドアンテナが大型化してしまう。そこで、アンテナ素子の形状を様々に工夫することにより、マルチバンドアンテナの小形化が図られている。
【０００４】
また、アンテナ素子にスイッチを接続し、例えば１つのアンテナ素子への給電の有無を切り替える構成とすることにより、複数の周波数帯域に整合させつつ、マルチバンドアンテナを小形化することが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４９３２５号公報
【特許文献２】特開２００８−６７０５２号公報
【特許文献３】特開平９−３３１２０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Luyi  Liu  et  al.,  "Electrically  Small  Antenna  Tuning  Techniques",  2009  Loughborough  Antennas  &  Propagation  Conference,  2009
【非特許文献２】H.  Rhyu  et  al.,  "Multi-band  hybrid  antenna  for  ultra-thin  mobile  phone  applications",  Electronics  Letters  16th  July  2009  Vol.45  No.15,  pp.773-774,  2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、無線通信システムに関する標準化団体である３ＧＰＰ（Third  Generation  Partnership  Project）では、新たな規格としてＬＴＥ（Long  Term  Evolution）の整備が進められている。ＬＴＥが実施されると、従来使用されている８００ＭＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯などの周波数帯域に加えて、１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域が使用されると考えられる。
【０００８】
しかしながら、１．５ＧＨｚ帯は、従来使用されている８００ＭＨｚ帯と１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯との中間の周波数帯域に当たり、この周波数帯域の電波を高効率で送受信するのが困難であるという問題がある。具体的に、例えば図１３に示すように、８００ＭＨｚ帯の周波数帯域１０と１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の周波数帯域２０とにおける反射損失が低いマルチバンドアンテナを考える。
【０００９】
このマルチバンドアンテナは、反射損失が低い周波数帯域１０、２０の電波を効率良く送受信可能であるとともに、これらの周波数帯域の中間の１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域においては反射損失が高くなっている。すなわち、従来の周波数帯域１０、２０で共振するアンテナ素子にとって、１．５ＧＨｚ帯は反共振周波数帯域であるため、たとえ１．５ＧＨｚ帯の電波と整合可能なアンテナ素子を追加したとしても、他のアンテナ素子による反射損失が高く効率が悪い。したがって、単に１．５ＧＨｚ帯で共振するアンテナ素子を追加するのみでは、高効率なマルチバンドアンテナは得られない。
【００１０】
同様に、例えば２．５ＧＨｚ以上の周波数帯域にも、従来の８００ＭＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯に共振するアンテナ素子にとっての反共振周波数帯域があり、このような周波数帯域にも整合するマルチバンドアンテナを得るのは容易ではない。
【００１１】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、効率良く送受信可能な複数の周波数帯域の中間の周波数帯域にも整合させることができるアンテナ装置及び無線通信装置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】
【００１２】
本願が開示するアンテナ装置は、１つの態様において、所定の周波数帯域で共振する長さの給電素子と、一端が接地され、他端が前記給電素子に接続されて前記給電素子に給電する給電点を形成する分布定数の給電線路と、一端が接地され、他端が前記給電線路の前記給電点から所定距離離れた位置に接続されるリアクタンス素子と、前記給電線路と前記リアクタンス素子の間に配置され、前記給電線路と前記リアクタンス素子の接続の有無を切り替える第１スイッチと、前記給電素子に隣接して配置され、前記給電素子が共振する周波数帯域とは異なる周波数帯域で共振する長さの無給電素子と、前記無給電素子の接地の有無を切り替える第２スイッチと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本願が開示するアンテナ装置及び無線通信装置の１つの態様によれば、効率良く送受信可能な複数の周波数帯域の中間の周波数帯域にも整合させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、一実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、一実施の形態に係るアンテナ素子の形状を示す図である。
【図３】図３は、一実施の形態に係るアンテナ素子の具体例を示す図である。
【図４】図４は、一実施の形態に係るアンテナ装置の等価回路を示す図である。
【図５】図５は、一実施の形態に係るアンテナ装置の動作モードを示す図である。
【図６】図６は、動作モード１におけるＳ11パラメータの具体例を示す図である。
【図７】図７は、動作モード２を説明する図である。
【図８】図８は、動作モード２におけるＳ11パラメータの具体例を示す図である。
【図９】図９は、動作モード３を説明する図である。
【図１０】図１０は、動作モード３におけるＳ11パラメータの具体例を示す図である。
【図１１】図１１は、動作モード４におけるＳ11パラメータの具体例を示す図である。
【図１２】図１２は、一実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、マルチバンドアンテナの反射損失の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本願が開示するアンテナ装置及び無線通信装置の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す斜視図である。図１に示すアンテナ装置１００は、主に基板１１０、グラウンド層１２０、給電線路１３０、給電素子１３１、１３２、無給電素子１４０、スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、インダクタンス素子１６０ａ、１６０ｂ及びスイッチ１７０を有している。
【００１７】
基板１１０は、例えばガラスエポキシ、セラミック又はフェライトなどの誘電体又は磁性体からなる板状の部材である。基板１１０の一方の面には、給電線路１３０、給電素子１３１、１３２、無給電素子１４０、スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、インダクタンス素子１６０ａ、１６０ｂ及びスイッチ１７０が配置される。また、基板１１０の他方の面には、グラウンド層１２０が形成される。
【００１８】
グラウンド層１２０は、接地電圧を有する例えば銅などの導体からなり、図１では図示されていない基板１１０の奥側の面に形成されている。ただし、グラウンド層１２０は、基板１１０の面全体に形成されるのではなく、図１に示すように、基板１１０の一端部を除く範囲に形成されている。すなわち、基板１１０の一端部を除く範囲に、例えば厚さ０．０３５ｍｍ程度の銅箔を貼付することにより、グラウンド層１２０が形成されている。
【００１９】
給電線路１３０は、例えばマイクロストリップライン、ストリップライン又はコプレーナラインなどを備えた分布定数線路であり、給電素子１３１、１３２に給電する。給電線路１３０の一端１３０ａは、図示しないスルーホールを介して基板１１０を貫通し、グラウンド層１２０に接続されている。また、グラウンド層１２０が形成される範囲の端部においては、給電素子１３１、１３２に給電する給電点１３０ｂが形成される。
【００２０】
給電素子１３１、１３２は、給電線路１３０に接続するＴ型モノポールアンテナを構成しており、それぞれ図１で図示された基板１１０の手前側の面に対して垂直に立ち上がって形成される。給電素子１３１は、１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の比較的高周波の帯域で共振する。一方、給電素子１３２は、８００ＭＨｚ帯の比較的低周波の帯域で共振する。なお、給電素子１３１、１３２の具体的な形状に関しては、後に詳述する。
【００２１】
無給電素子１４０は、給電線路１３０及び給電素子１３１、１３２に隣接して設けられた逆Ｌ字状の素子であり、一端１４０ａが図示しないスルーホールを介して基板１１０を貫通し、グラウンド層１２０に接続されている。そして、点１４０ｂ付近において、無給電素子１４０は給電点１３０ｂに接近しており、電磁結合可能となっている。無給電素子１４０は、給電素子１３１、１３２が共振する周波数帯域の中間の周波数帯域に相当する１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する。また、無給電素子１４０の一端１４０ａ近傍には、スイッチ１７０が設けられている。なお、無給電素子１４０の具体的な形状に関しては、後に詳述する。
【００２２】
給電素子１３１、１３２及び無給電素子１４０は、導体である金属板などを成形して形成することも可能であるし、基板１１０又はフィルムなどに金属のパターンを印刷して形成することも可能である。
【００２３】
スイッチ１５０ａは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ａとの接続の有無を切り替える。すなわち、スイッチ１５０ａは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ａとの間に配置される。なお、スイッチ１５０ａは、基板１１０のグラウンド層１２０が形成される範囲内に配置されており、給電線路１３０の例えば給電点１３０ｂから２．８ｍｍ離れた位置に接続される。そして、スイッチ１５０ａは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ａとを接続状態とすることにより、給電素子１３１及び給電線路１３０の有効な電気長を変化させ、アンテナ装置１００を主に１．７ＧＨｚ帯の周波数帯域と整合させる。
【００２４】
スイッチ１５０ｂは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ｂとの接続の有無を切り替える。すなわち、スイッチ１５０ｂは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ｂとの間に配置される。なお、スイッチ１５０ｂは、基板１１０のグラウンド層１２０が形成される範囲内に配置されており、給電線路１３０の例えば給電点１３０ｂから４．０ｍｍ離れた位置に接続される。そして、スイッチ１５０ｂは、給電線路１３０とインダクタンス素子１６０ｂとを接続状態とすることにより、給電素子１３２及び給電線路１３０の有効な電気長を変化させ、アンテナ装置１００を主に８００ＭＨｚ帯の周波数帯域と整合させる。
【００２５】
スイッチ１５０ａ、１５０ｂは、基板１１０のグラウンド層１２０が形成される範囲内に配置されるため、これらのスイッチの接続及び非接続を制御する制御線に流れる電流が給電素子１３１、１３２及び無給電素子１４０に与える影響を低減することができる。なお、スイッチ１５０ａ、１５０ｂとしては、例えばＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）を用いたスイッチやＰＩＮダイオードなどを用いることが可能である。
【００２６】
インダクタンス素子１６０ａは、例えばコイルなどの誘導性素子であり、一端がスイッチ１５０ａに接続されるとともに、他端が図示しないスルーホールを介して基板１１０を貫通し、グラウンド層１２０に接続されている。インダクタンス素子１６０ａのインダクタンスを例えば５ｎＨ（ナノヘンリー）とすることにより、スイッチ１５０ａが接続状態となった場合に、アンテナ装置１００を主に１．７ＧＨｚ帯の周波数帯域と整合させることができる。
【００２７】
インダクタンス素子１６０ｂは、例えばコイルなどの誘導性素子であり、一端がスイッチ１５０ｂに接続されるとともに、他端が図示しないスルーホールを介して基板１１０を貫通し、グラウンド層１２０に接続されている。インダクタンス素子１６０ｂのインダクタンスを例えば８ｎＨとすることにより、スイッチ１５０ｂが接続状態となった場合に、アンテナ装置１００を主に８００ＭＨｚ帯の周波数帯域と整合させることができる。
【００２８】
スイッチ１７０は、無給電素子１４０の一端１４０ａ近傍に設けられ、無給電素子１４０とグラウンド層１２０との接続の有無を切り替える。すなわち、スイッチ１７０は、接続状態となった場合に、無給電素子１４０を接地させる。そして、スイッチ１７０は、無給電素子１４０とグラウンド層１２０とを接続状態とすることにより、アンテナ装置１００を主に１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域と整合させる。なお、スイッチ１７０は、基板１１０のグラウンド層１２０が形成される範囲内に配置されている。
【００２９】
スイッチ１７０は、基板１１０のグラウンド層１２０が形成される範囲内に配置されるため、スイッチ１７０の接続及び非接続を制御する制御線に流れる電流が給電素子１３１、１３２及び無給電素子１４０に与える影響を低減することができる。なお、スイッチ１７０としては、スイッチ１５０ａ、１５０ｂと同様に、例えばＭＥＭＳを用いたスイッチやＰＩＮダイオードなどを用いることが可能である。
【００３０】
次に、図２及び図３を参照して、本実施の形態に係る給電素子１３１、１３２及び無給電素子１４０の形状について具体的に説明する。
【００３１】
図２は、本実施の形態に係るアンテナ素子の形状を示す図である。図２に示すように、給電素子１３１、１３２は、いずれも給電点１３０ｂに接続するとともに、給電点１３０ｂを通過する線を境界にして分かれており、基板１１０のグラウンド層１２０から最も離れた一辺に形成されている。給電素子１３１は、基板１１０の面に対して垂直に立ち上がる第１面状部１３１ａと基板１１０の面に対向する第２面状部１３１ｂを有している。また、給電素子１３２は、基板１１０の面に対して垂直に立ち上がる面内に細長形状の金属板を折り返して形成されている。
【００３２】
一方、無給電素子１４０は、給電素子１３１、１３２よりもグラウンド層１２０に近い位置に配置されており、基板１１０の面上に逆Ｌ字状の金属板を配置して形成されている。本実施の形態においては、無給電素子１４０の一部が給電点１３０ｂに接近しているため、無給電素子１４０と給電点１３０ｂが電磁結合して無給電素子１４０に流れる電流が大きくなり、アンテナ装置１００の整合状態が良好となる。
【００３３】
図３は、図２のＡ及びＢの方向から本実施の形態に係るアンテナ素子を見た図である。すなわち、図３上図は、図２のＡの方向から給電素子１３１、１３２を見た図であり、図３下図は、図２のＢの方向から給電素子１３１及び無給電素子１４０を見た図である。
【００３４】
図３上図に示すように、給電素子１３１の第１面状部１３１ａは、略台形状になっている。具体的には、第１面状部１３１ａは、基板１１０側の辺の長さが例えば１５ｍｍであり、この辺と平行な辺の長さが例えば１０ｍｍであり、高さが１０ｍｍの略台形状を有している。このため、第１面状部１３１ａの給電素子１３２側には斜辺１３１ｃが形成されている。このように第１面状部１３１ａを先細りのテーパー状にすることにより、給電素子１３１が共振する１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯での広帯域化を図るとともに、給電素子１３２との距離を確保して互いの影響を低減している。
【００３５】
第１面状部１３１ａの基板１１０から離れた辺には、図３下図に示すように、第２面状部１３１ｂが接続している。第２面状部１３１ｂは、例えば幅１０ｍｍ及び高さ４ｍｍの長方形形状を有している。このように、第２面状部１３１ｂを第１面状部１３１ａの先端から折り返して形成し、限られた空間内で必要な素子長を確保することにより、アンテナ装置１００の小形化を図ると同時に１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の周波数帯域と整合させることが可能となる。
【００３６】
また、図３上図に示すように、給電素子１３２は、例えば２ｍｍ幅の細長形状の金属板を折り返して形成されている。具体的には、給電素子１３２は、基板１１０の面に沿って例えば３５ｍｍ延伸された第１延長部１３２ａ、基板１１０の面から垂直に立ち上がる第２延長部１３２ｂ、基板１１０の面に平行に折り返される第３延長部１３２ｃを有している。このように第１延長部１３２ａ、第２延長部１３２ｂ及び第３延長部１３２ｃを形成し、限られた空間内で比較的長い素子長を確保することにより、アンテナ装置１００の小形化を図ると同時に８００ＭＨｚ帯の周波数帯域と整合させることが可能となる。
【００３７】
一方、図３下図に示すように、無給電素子１４０は、例えば１ｍｍ幅の細長形状の金属板が逆Ｌ字状に成形されたアンテナ素子である。無給電素子１４０のグラウンド層１２０から最も離れた部分は、グラウンド層１２０から例えば８ｍｍ離れているが、給電素子１３１、１３２は、さらにグラウンド層１２０から離れている。このため、給電素子１３１、１３２によって整合がとられる周波数帯域を広帯域化することができる。反対に、無給電素子１４０によって整合がとられる周波数帯域は、給電素子１３１、１３２によって整合がとられる周波数帯域よりも狭帯域となるが、後述するように、無給電素子１４０がカバーする周波数帯域は比較的狭帯域であるため問題はない。
【００３８】
また、無給電素子１４０の一部は、点１４０ｂ付近において、例えば１ｍｍの間隔にまで給電点１３０ｂと接近している。このため、無給電素子１４０と給電点１３０ｂが電磁結合して無給電素子１４０に流れる電流が大きくなり、アンテナ装置１００の整合状態が良好となる。
【００３９】
次いで、上記のように構成されたアンテナ装置１００の動作について説明する。図４は、本実施の形態に係るアンテナ装置１００の等価回路を示す図である。すなわち、図４に示すように、一端が接地された給電線路１３０の他端には給電素子１３１、１３２が接続されており、給電線路１３０の中央にはスイッチ１５０ａ、１５０ｂを介してインダクタンス素子１６０ａ、１６０ｂが接続されている。これらのインダクタンス素子１６０ａ、１６０ｂの一端も接地されている。そして、給電素子１３１、１３２に隣接して無給電素子１４０が配置されており、無給電素子１４０の一端は、スイッチ１７０を介して接地されている。
【００４０】
本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１７０の接続状態を切り替えることにより、給電素子１３１、１３２及び無給電素子１４０の３つのアンテナ素子で４つの周波数帯域と整合することが可能である。具体的には、アンテナ装置１００は、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の４つの周波数帯域と整合し、これらの周波数帯域の電波を送受信することができる。これらの周波数帯域は、図５に示す４つのバンドに対応している。
【００４１】
そこで、以下では、図５に示す４つのバンドのそれぞれに対応するアンテナ装置１００の動作モードについて説明する。図５に示す４つのバンドのうち、バンド１は、８００ＭＨｚ帯のバンドであり、例えばＦＯＭＡ（登録商標）プラス、ＧＳＭ（Global  System  for  Mobile  Communications）８００及びＧＳＭ９００などの通信方式を採用する無線通信システムで使用される。同様に、バンド２は、１．５ＧＨｚ帯のバンドであり、例えばＬＴＥを採用する無線通信システムで使用される予定である。バンド３、４もそれぞれＦＯＭＡ、ＧＳＭ１８００及びＧＳＭ１９００などの通信方式を採用する無線通信システムで使用される。
【００４２】
図５に示すバンド１〜４の中心周波数は、それぞれ８８３ＭＨｚ、１４７９．４ＭＨｚ、１７９５ＭＨｚ及び２００８．８ＭＨｚとなっており、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯に対応している。なお、バンド２の帯域は６３ＭＨｚであり、他のバンド１、３、４に比べて狭帯域になっている。本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、これらのバンド１〜４それぞれに対応する動作モードを有している。
【００４３】
動作モード１は、すべてのスイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１７０を非接続状態とする動作モードである。このとき、グラウンド層１２０が形成される範囲の給電線路１３０は、電波の位相回転に寄与しないことから、給電点１３０ｂから給電素子１３１の先端までが１つのアンテナ素子となる。そして、このアンテナ素子の長さがバンド４と共振する長さになっているため、動作モード１ではバンド４との整合がとられる。具体的には、給電点１３０ｂから給電素子１３１の第２面状部１３１ｂの先端までの全体の長さがバンド４の２ＧＨｚ帯の電波と共振する長さとなっている。このため、動作モード１では、給電点１３０ｂから給電素子１３１の先端までがバンド４と共振して電流が発生し、バンド４の電波の送受信が可能となる。
【００４４】
動作モード１におけるＳ11パラメータの具体例を図６に示す。なお、Ｓ11パラメータは、アンテナ装置１００の整合状態を示すパラメータであり、アンテナ装置１００は、Ｓ11パラメータが概ね−６ｄＢ以下の周波数帯域において良好な整合状態となる。図６から明らかなように、動作モード１では、バンド４の下限周波数Ｌ4（１８５０ＭＨｚ）から上限周波数Ｈ4（２１６７．６ＭＨｚ）までの区間においてＳ11パラメータが−６ｄＢ以下であり、バンド４に対して良好に整合がとられている。
【００４５】
さらに、動作モード１では、バンド４以外のバンド１〜３において比較的Ｓ11パラメータが大きく、バンド１〜３に対しては整合がとられない。このため、例えばバンド４の電波を受信する場合などには、バンド１〜３の受信レベルが小さく、バンド１〜３の受信レベルを抑圧するためのフィルタなどが不要となる。結果として、アンテナ装置１００を備えた無線通信装置の製造コストを低減することができる。
【００４６】
次に、動作モード２は、スイッチ１５０ａのみを接続状態とする動作モードである。このとき、給電素子１３１に加えて、給電点１３０ｂから給電線路１３０のスイッチ１５０ａが接続された位置までが電波の位相回転に寄与することになり、図７に示す破線で囲んだ部分が１つのアンテナ素子となる。そして、このアンテナ素子の長さがバンド３と共振する長さになっているため、動作モード２ではバンド３との整合がとられる。具体的には、給電線路１３０のスイッチ１５０ａが接続された位置から給電素子１３１の第２面状部１３１ｂの先端までの全体の長さがバンド３の１．７ＧＨｚ帯の電波と共振する長さとなっている。このため、動作モード２では、給電線路１３０のスイッチ１５０ａが接続された位置から給電素子１３１の第２面状部１３１ｂの先端までがバンド３と共振して電流が発生し、バンド３の電波の送受信が可能となる。換言すれば、動作モード２では、動作モード１と比べてアンテナ素子の電気長が長くなり、共振周波数が低周波方向にシフトすることから、バンド４よりも低周波のバンド３との整合がとられる。
【００４７】
ここで、動作モード２では、スイッチ１５０ａが接続状態となり、給電線路１３０とグラウンド層１２０がインダクタンス素子１６０ａを介して接続されるため、整合状態を良好に保つことができる。この点について、簡単に説明しておく。
【００４８】
一般に、周波数ｆ0におけるアンテナインピーダンスＺLは、次式（１）によって表される。
ＺL＝Ｒf0＋jＸf0  ・・・（１）
【００４９】
ただし、Ｒf0はインピーダンスＺLの実数成分に相当し、Ｘf0はインピーダンスＺLの虚数成分に相当する。このとき、以下の式（２）によって表される長さｌの線路を給電点に接続し、波源からみたアンテナインピーダンスＺLの位相を回転させる場合を考える。
【数１】
2012109875.tif 000003
【００５０】
なお、上式（２）において、Ｚ0は線路の基準インピーダンスであり、βは位相定数である。このような長さｌの線路によって波源からみたアンテナインピーダンスＺLの位相が変化し、アンテナの整合状態が変化する。そこで、給電点に接続された線路を含む全体のアドミッタンスの虚数部をＢとして、このＢを打ち消す大きさのインダクタンスを有するインダクタンス素子を線路に接続することにより、アンテナの整合状態を変化させずに、共振周波数をシフトさせることができる。すなわち、次式（３）によって表される大きさのインダクタンスＬindを有するインダクタンス素子を線路に接続すれば良い。
【数２】
2012109875.tif 000004
【００５１】
本実施の形態に係る動作モード２では、給電点１３０ｂから給電線路１３０のスイッチ１５０ａが接続される位置までの長さが２．８ｍｍであることから、上式（２）の長さｌが２．８ｍｍである。この場合の上式（３）のインダクタンスＬindは５ｎＨであることから、インダクタンス素子１６０ａのインダクタンスは５ｎＨとなっている。そして、スイッチ１５０ａの接続位置及びインダクタンス素子１６０ａのインダクタンスを上記のように設定することにより、動作モード２では、バンド３に対する整合状態を良好に保つことができる。
【００５２】
動作モード２におけるＳ11パラメータの具体例を図８に示す。図８から明らかなように、動作モード２では、バンド３の下限周波数Ｌ3（１７１０ＭＨｚ）から上限周波数Ｈ3（１８８０ＭＨｚ）までの区間においてＳ11パラメータが−６ｄＢ以下であり、バンド３に対して良好に整合がとられている。
【００５３】
さらに、動作モード２では、バンド３以外のバンド１、２、４において比較的Ｓ11パラメータが大きく、バンド１、２、４に対しては整合がとられない。このため、例えばバンド３の電波を受信する場合などには、バンド１、２、４の受信レベルが小さく、バンド１、２、４の受信レベルを抑圧するためのフィルタなどが不要となる。結果として、アンテナ装置１００を備えた無線通信装置の製造コストを低減することができる。
【００５４】
次に、動作モード３は、スイッチ１５０ｂのみを接続状態とする動作モードである。このとき、給電素子１３２に加えて、給電点１３０ｂから給電線路１３０のスイッチ１５０ｂが接続された位置までが電波の位相回転に寄与することになり、図９に示す破線で囲んだ部分が１つのアンテナ素子となる。そして、このアンテナ素子の長さがバンド１と共振する長さになっているため、動作モード３ではバンド１との整合がとられる。具体的には、給電線路１３０のスイッチ１５０ｂが接続された位置から給電素子１３２の第３延長部１３２ｃの先端までの全体の長さがバンド１の８００ＭＨｚ帯の電波と共振する長さとなっている。このため、動作モード３では、給電線路１３０のスイッチ１５０ｂが接続された位置から給電素子１３２の第３延長部１３２ｃの先端までがバンド１と共振して電流が発生し、バンド１の電波の送受信が可能となる。換言すれば、動作モード３では、動作モード１、２と比べてアンテナ素子の電気長が長くなり、共振周波数が低周波方向にシフトすることから、バンド３、４よりも低周波のバンド１との整合がとられる。
【００５５】
ここで、動作モード３では、スイッチ１５０ｂが接続状態となり、給電線路１３０とグラウンド層１２０がインダクタンス素子１６０ｂを介して接続されるため、整合状態を良好に保つことができる。すなわち、上述した動作モード２と同様に、給電線路１３０のスイッチ１５０ｂが接続される位置とインダクタンス素子１６０ｂのインダクタンスとの関係を適切に設定することにより、整合状態を良好に保ったまま共振周波数を変化させることができる。
【００５６】
本実施の形態に係る動作モード３では、給電点１３０ｂから給電線路１３０のスイッチ１５０ｂが接続される位置までの長さが４．０ｍｍであることから、上式（２）の長さｌが４．０ｍｍである。この場合の上式（３）のインダクタンスＬindは８ｎＨであることから、インダクタンス素子１６０ｂのインダクタンスは８ｎＨとなっている。そして、スイッチ１５０ｂの接続位置及びインダクタンス素子１６０ｂのインダクタンスを上記のように設定することにより、動作モード３では、バンド１に対する整合状態を良好に保つことができる。
【００５７】
動作モード３におけるＳ11パラメータの具体例を図１０に示す。図１０から明らかなように、動作モード３では、バンド１の下限周波数Ｌ1（８０６ＭＨｚ）から上限周波数Ｈ1（９６０ＭＨｚ）までの区間においてＳ11パラメータが−６ｄＢ以下であり、バンド１に対して良好に整合がとられている。
【００５８】
さらに、動作モード３では、バンド１以外のバンド２〜４において比較的Ｓ11パラメータが大きく、バンド２〜４に対しては整合がとられない。このため、例えばバンド１の電波を受信する場合などには、バンド２〜４の受信レベルが小さく、バンド２〜４の受信レベルを抑圧するためのフィルタなどが不要となる。結果として、アンテナ装置１００を備えた無線通信装置の製造コストを低減することができる。
【００５９】
次に、動作モード４は、スイッチ１７０のみを接続状態とする動作モードである。このとき、無給電素子１４０がスイッチ１７０を介してグラウンド層１２０に接続され、アンテナ素子として動作する。そして、無給電素子１４０の長さがバンド２と共振する長さであるため、動作モード２ではバンド２との整合がとられる。また、無給電素子１４０の一部が給電点１３０ｂに接近しているため、バンド２との整合時には、電磁結合により電流量が増大する。結果として、無給電素子１４０が単独で配置される場合よりも、バンド２に対する感度が向上する。
【００６０】
動作モード４におけるＳ11パラメータの具体例を図１１に示す。図１１から明らかなように、動作モード４では、バンド２の下限周波数Ｌ2（１４４７．９ＭＨｚ）から上限周波数Ｈ2（１５１０．９ＭＨｚ）までの区間においてＳ11パラメータが−６ｄＢ以下であり、バンド２に対して良好に整合がとられている。
【００６１】
このように、スイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１７０の接続及び非接続を切り替えることにより、アンテナ装置１００の動作モード１〜４を実現することができ、アンテナ装置１００をそれぞれの動作モードに対応するバンド１〜４に整合させることができる。すなわち、８００ＭＨｚ帯と１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯との中間の周波数帯域に相当する１．５ＧＨｚ帯にもアンテナ装置１００を整合させることができ、効率良く送受信可能な複数の周波数帯域の中間の周波数帯域にも整合させることができる。
【００６２】
ところで、本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、例えば携帯電話機等の無線通信装置に実装することが可能である。図１２は、アンテナ装置１００を備えた無線通信装置２００の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、無線通信装置２００は、アンテナ装置１００、無線処理部２１０、制御部２２０及びメモリ２３０を有している。
【００６３】
無線処理部２１０は、アンテナ装置１００によって送受信される信号に対する無線処理を施す。具体的には、無線処理部２１０は、例えばアンテナ装置１００によって受信された信号をダウンコンバートしたり、制御部２２０から出力される信号をアンテナ装置１００からの送信用にアップコンバートしたりする。
【００６４】
制御部２２０は、無線通信装置２００による通信処理を統括制御する。具体的には、制御部２２０は、例えば無線処理部２１０によって無線処理された受信信号を復号したり、所望の信号を符号化して無線処理部２１０へ出力したりする。また、制御部２２０は、アンテナ装置１００のスイッチ１５０ａ、１５０ｂ、１７０の接続及び非接続を切り替え、アンテナ装置１００を上述した動作モード１〜４のいずれかに設定する。
【００６５】
すなわち、制御部２２０は、例えば無線通信装置２００が属する無線通信システムがバンド１の電波が使用される無線通信システムであることを検出すると、スイッチ１５０ｂのみを接続状態として、アンテナ装置１００を動作モード３に設定する。同様に、制御部２２０は、無線通信装置２００が属する無線通信システムがバンド４の電波が使用される無線通信システムであることを検出すると、すべてのスイッチを非接続状態として、アンテナ装置１００を動作モード１に設定する。なお、動作モードの設定は、無線通信システムにおいて使用されている周波数帯域の自動検出により自動的に行われても良く、ユーザの操作に従って手動で行われても良い。
【００６６】
メモリ２３０は、制御部２２０によって実行される処理の際に必要となる情報を記憶する。具体的には、メモリ２３０は、例えば無線通信システムで使用される周波数帯域と動作モードとの対応関係などの情報を記憶している。
【００６７】
このように、無線通信装置２００は、アンテナ装置１００を備えており、使用される周波数帯域に応じて動作モード１〜４を切り替えるため、異なる複数の無線通信システムにおいて通信をすることができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、給電素子に給電する給電線路にスイッチを介してインダクタンス素子を接続し、給電素子に隣接して無給電素子を配置するとともに、スイッチを介して無給電素子を接地する。このため、スイッチの切り替えによって給電素子を複数の周波数帯域に共振させることができるとともに、これらの周波数帯域の中間の周波数帯域には接地された無給電素子を共振させることができる。結果として、給電素子によって効率良く送受信可能な複数の周波数帯域の中間の周波数帯域にもアンテナ装置を整合させることができる。
【００６９】
なお、上記一実施の形態においては、給電線路１３０にスイッチ１５０ａ、１５０ｂを介してインダクタンス素子１６０ａ、１６０ｂを接続するものとしたが、インダクタンス素子の代わりに例えばコンデンサ等のキャパシタンス素子を用いることも可能である。すなわち、スイッチ１５０ａ、１５０ｂが接続状態となった場合に、整合の状態を良好に保つようにリアクタンスを変化させるリアクタンス素子であれば、様々なリアクタンス素子を用いることができる。
【００７０】
また、上記一実施の形態においては、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の４つの周波数帯域に対して整合をとることができるアンテナ装置１００について説明したが、周波数帯域はこれらの４つに限定されない。すなわち、アンテナ装置が例えば現在使用されている周波数帯域に加えて、より高周波な周波数帯域に対して整合をとる場合にも、上記一実施の形態と同様に、給電素子に隣接させて無給電素子を接地可能に配置する構成とすることができる。
【００７１】
以上の各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００７２】
（付記１）所定の周波数帯域で共振する長さの給電素子と、
一端が接地され、他端が前記給電素子に接続されて前記給電素子に給電する給電点を形成する分布定数の給電線路と、
一端が接地され、他端が前記給電線路の前記給電点から所定距離離れた位置に接続されるリアクタンス素子と、
前記給電線路と前記リアクタンス素子の間に配置され、前記給電線路と前記リアクタンス素子の接続の有無を切り替える第１スイッチと、
前記給電素子に隣接して配置され、前記給電素子が共振する周波数帯域とは異なる周波数帯域で共振する長さの無給電素子と、
前記無給電素子の接地の有無を切り替える第２スイッチと、
を有することを特徴とするアンテナ装置。
【００７３】
（付記２）基板と、
前記基板の一面の一部の範囲に形成される接地電圧のグラウンド部と、をさらに有し、
前記給電線路及び前記リアクタンス素子は、一端が前記グラウンド部に接続されることを特徴とする付記１記載のアンテナ装置。
【００７４】
（付記３）前記給電素子は、
前記基板の前記グラウンド部から最も離れた一辺において、前記基板の面に対して垂直に立ち上がる部分を有することを特徴とする付記２記載のアンテナ装置。
【００７５】
（付記４）前記給電素子は、
前記基板の面に対して垂直に立ち上がる第１面状部と、
前記第１面状部の先端から延設され、前記基板の面に対して平行な第２面状部と、
を有することを特徴とする付記３記載のアンテナ装置。
【００７６】
（付記５）前記第１面状部は、
前記基板の面から離れるほど幅が狭くなる略台形状であることを特徴とする付記４記載のアンテナ装置。
【００７７】
（付記６）前記給電素子は、
細長形状の導体を同一平面内で折り返して形成された延長部を前記基板の面に対して垂直に配置して形成されることを特徴とする付記３記載のアンテナ装置。
【００７８】
（付記７）前記第１スイッチは、
前記基板の前記グラウンド部が形成される範囲内の裏側に配置されることを特徴とする付記２記載のアンテナ装置。
【００７９】
（付記８）前記第２スイッチは、
前記基板の前記グラウンド部が形成される範囲内の裏側に配置されることを特徴とする付記２記載のアンテナ装置。
【００８０】
（付記９）前記無給電素子は、
少なくとも一部が前記給電点に接近して配置されることを特徴とする付記１記載のアンテナ装置。
【００８１】
（付記１０）前記無給電素子は、
前記給電素子が共振する周波数帯域よりも狭帯域の周波数帯域で共振し、前記給電素子よりも前記グラウンド部に接近して配置されることを特徴とする付記２記載のアンテナ装置。
【００８２】
（付記１１）前記第１スイッチは、
前記給電素子が共振する周波数帯域を低くする場合に、前記給電線路と前記リアクタンス素子とを非接続状態から接続状態に切り替えることを特徴とする付記１記載のアンテナ装置。
【００８３】
（付記１２）前記第２スイッチは、
前記第１スイッチが前記給電線路と前記リアクタンス素子とを非接続状態としている際に、前記無給電素子を接地させることを特徴とする付記１記載のアンテナ装置。
【００８４】
（付記１３）付記１記載のアンテナ装置と、
第１の周波数帯域の信号を送受信する場合に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを非接続状態とし、第２の周波数帯域の信号を送受信する場合に前記第１スイッチのみを接続状態とし、第３の周波数帯域の信号を送受信する場合に前記第２スイッチのみを接続状態とする制御部と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【符号の説明】
【００８５】
１００  アンテナ装置
１１０  基板
１２０  グラウンド層
１３０  給電線路
１３０ｂ  給電点
１３１、１３２  給電素子
１３１ａ  第１面状部
１３１ｂ  第２面状部
１３１ｃ  斜辺
１３２ａ  第１延長部
１３２ｂ  第２延長部
１３２ｃ  第３延長部
１４０  無給電素子
１５０ａ、１５０ｂ、１７０  スイッチ
１６０ａ、１６０ｂ  インダクタンス素子
２００  無線通信装置
２１０  無線処理部
２２０  制御部
２３０  メモリ
【図１】
2012109875.tif 000005
【図２】
2012109875.tif 000006
【図３】
2012109875.tif 000007
【図４】
2012109875.tif 000008
【図５】
2012109875.tif 000009
【図６】
2012109875.tif 000010
【図７】
2012109875.tif 000011
【図８】
2012109875.tif 000012
【図９】
2012109875.tif 000013
【図１０】
2012109875.tif 000014
【図１１】
2012109875.tif 000015
【図１２】
2012109875.tif 000016
【図１３】
2012109875.tif 000017