(57)【要約】【課題】小型化及び構造の簡易化を図ることができるアンテナ装置を提供すること。【解決手段】アンテナ装置１００は、アンテナ基材１０と、ＦＰＣ２０と、チップコンデンサ３０とを備え、ＦＰＣ２０には、アンテナ基材１０の表面１１側に形成された折り返しモノポールアンテナ素子１及び接地線路２８と、アンテナ基材１０の裏面１２側に形成されたモノポールアンテナ素子２とが形成され、折り返しモノポールアンテナ素子１は、アンテナ基材１０の長手方向に沿って延びる信号線路２６を有し、チップコンデンサ３０は、信号線路２６と接地線路２８との間に設けられた構成を有する。【選択図】図１
2013162216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有する誘電体と、
前記第１の面に設けられた折り返しモノポールアンテナ素子と、
前記折り返しモノポールアンテナ素子が設けられた領域を前記第２の面に投影した領域とは異なる前記第２の面の領域に設けられたモノポールアンテナ素子と、
前記折り返しモノポールアンテナ素子及び前記モノポールアンテナ素子に対して高周波信号を入出力する入出力電極と、
接地される接地電極と、
を備え、
前記折り返しモノポールアンテナ素子は、
前記入出力電極に一方端が接続された信号線路と、
前記信号線路の他方端を折り返して前記接地電極に接続する接地線路と、
前記信号線路と前記接地線路との間に設けられた静電容量素子と、
を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記モノポールアンテナ素子は、前記入出力電極に対して、遠い側の端部から近い側の端部に向かうに従って素子幅が広くなっていることを特徴とする請求項１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、例えば、携帯型電話機に搭載され、互いに異なる複数の周波数信号を送受信するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信によって提供されるサービスの多様化に伴い、複数の周波数帯域の信号を扱える、いわゆるマルチバンドのアンテナが要求されている。この種のアンテナ装置としては、例えば、特許文献１に記載されたアンテナ構造が知られている。
【０００３】
特許文献１記載のものは、給電放射電極と、この給電放射電極の少なくとも高次共振周波数帯で複共振状態を作り出す無給電放射電極とが形成されている基体が回路基板のグランド領域に搭載され、給電放射電極の高次モード零電圧領域に静電容量素子を装荷する容量装荷手段が設けられている。容量装荷手段は、切り替え手段を介して回路基板のグランド電極に接続されている。
【０００４】
この構成により、特許文献１記載のものは、切り替え手段のオン・オフの切り替えによって、給電放射電極の高次モード零電圧領域への容量装荷のオン・オフが切り替え制御されて基本共振周波数が切り替わるので、給電放射電極の高次共振周波数帯における広帯域化を図ることができ、マルチバンド化が図れるようになっている。
【０００５】
一方、互いに異なる複数の周波数信号を送受信するためには、アンテナ装置と送受信回路との間でインピーダンス整合を図る必要がある。この種の装置としては、例えば、特許文献２に記載された２周波整合回路が知られている。
【０００６】
特許文献２記載のものは、直列共振回路で表現される負荷に対して、直列共振回路及び並列共振回路を併用して３つの整合回路を形成するよう構成されている。この構成により、特許文献２記載のものは、第１及び第２の周波数のそれぞれの帯域内における反射係数の大きさを等リップル特性になるよう定めることができるようになり、その結果、それぞれの周波数の帯域全体に渡り、反射波の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０５２３５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４２２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載のものは、切り替え手段のオン・オフの切り替えによって高次モード零電圧領域への容量装荷のオン・オフを切り替え、給電放射電極の基本共振周波数帯の基本共振周波数を切り替える構成となっているので、構造が複雑化するという課題があった。
【０００９】
また、特許文献２記載のものは、直列共振回路と並列共振回路とで３つの整合回路を形成し、２つの周波数に対し反射波の発生を抑制することはできるが、回路構成が複雑で回路規模が大型化するという課題があった。また、特許文献２記載のものは、３つ以上の周波数に対応させようとすると、さらに、回路構成が複雑化し、かつ回路規模が大型化するため、マルチバンド対応のアンテナ装置として携帯型電話機等には搭載が困難であるという課題があった。
【００１０】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、小型化及び構造の簡易化を図ることができるマルチバンド対応のアンテナ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】
【００１１】
本発明のアンテナ装置は、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有する誘電体と、前記第１の面に設けられた折り返しモノポールアンテナ素子と、前記折り返しモノポールアンテナ素子が設けられた領域を前記第２の面に投影した領域とは異なる前記第２の面の領域に設けられたモノポールアンテナ素子と、前記折り返しモノポールアンテナ素子及び前記モノポールアンテナ素子に対して高周波信号を入出力する入出力電極と、接地される接地電極と、を備え、前記折り返しモノポールアンテナ素子は、前記入出力電極に一方端が接続された信号線路と、前記信号線路の他方端を折り返して前記接地電極に接続する接地線路と、前記信号線路と前記接地線路との間に設けられた静電容量素子と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、小型化及び構造の簡易化を図ることができるという効果を有するマルチバンド対応のアンテナ装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るアンテナ装置の一実施形態における基本構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るアンテナ装置の一実施形態における変形例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るアンテナ装置の一実施形態における変形例のＦＰＣ展開図である。
【図４】本発明に係るアンテナ装置の一実施形態における変形例の実施例を示す図である。
【図５】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、チップコンデンサを折り返しモノポールアンテナ素子に取り付けていない場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、１ｐＦのチップコンデンサを折り返しモノポールアンテナ素子に取り付けた場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図７】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、２ｐＦのチップコンデンサを折り返しモノポールアンテナ素子に取り付けた場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図８】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、３ｐＦのチップコンデンサを折り返しモノポールアンテナ素子に取り付けた場合のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
（基本構成）
まず、本発明に係るアンテナ装置の基本構成について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置１００は、折り返しモノポールアンテナ素子１と、モノポールアンテナ素子２と、を備えている。ここで、図１（ａ）は折り返しモノポールアンテナ素子１が上側になるよう示した斜視図であり、図１（ｂ）はモノポールアンテナ素子２が上側になるよう示した斜視図である。
【００１７】
折り返しモノポールアンテナ素子１及びモノポールアンテナ素子２は、アンテナ基材１０に設けられたフレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」という。）２０に形成されている。なお、ＦＰＣ２０を用いないで、例えば、メッキにより、折り返しモノポールアンテナ素子１及びモノポールアンテナ素子２をアンテナ基材１０に形成する構成としてもよい。
【００１８】
アンテナ基材１０は、表面１１、裏面１２及び側面１３を有する。このアンテナ基材１０は、アンテナ装置１００の小型化を図るため、誘電率が比較的高い材料により形成されるのが好ましい。
【００１９】
ＦＰＣ２０は、アンテナ基材１０の表面１１、裏面１２及び側面１３にそれぞれ貼付された表面部２１、裏面部２２及び側面部２３を有する。
【００２０】
ＦＰＣ２０の側面部２３には、給電電極２４及び接地電極２５が形成されている。給電電極２４は、本発明に係る入出力電極を構成する。
【００２１】
折り返しモノポールアンテナ素子１は、給電電極２４に一方端が接続され、アンテナ基材１０の長手方向に沿って延びる信号線路２６と、信号線路２６の他方端を折り返し部２７で折り返して、信号線路２６と平行に延びて接地電極２５に接続する接地線路２８と、信号線路２６と接地線路２８との間に設けられたチップコンデンサ３０と、を備えている。
【００２２】
この折り返しモノポールアンテナ素子１は、長手方向の長さが、例えば、送受信対象である第１及び第２の周波数信号に対して、第１の周波数信号の約１／４波長と、第２の周波数信号の約３／４波長になるよう設定してある。すなわち、折り返しモノポールアンテナ素子１は、互いに異なる２つの共振周波数を有する。この共振周波数は、後述するように、チップコンデンサ３０の静電容量や取り付け位置により設定される。ここで、チップコンデンサ３０は、本発明に係る静電容量素子を構成する。
【００２３】
モノポールアンテナ素子２は、折り返しモノポールアンテナ素子１が設けられたＦＰＣ２０の表面部２１上の領域をＦＰＣ２０の裏面部２２に投影した領域とは異なる裏面部２２の領域に設けられた信号線路２９により形成されている。ここで、ＦＰＣ２０の表面部２１及び裏面部２２は、それぞれ、本発明に係る第１及び第２の面を構成する。
【００２４】
このモノポールアンテナ素子２は、信号線路２９の長さが、例えば、送受信対象である第３の周波数信号の約１／４波長になるよう設定してある。すなわち、モノポールアンテナ素子２は、１つの共振周波数を有する。この共振周波数は、後述するように、チップコンデンサ３０の静電容量や取り付け位置により設定される。
【００２５】
以上のように、アンテナ装置１００は、２つの共振周波数を有する折り返しモノポールアンテナ素子１と、１つの共振周波数を有するモノポールアンテナ素子２と、を備え、３つの周波数帯の信号を送受信できる構成を有する。
【００２６】
（変形例）
図２は、前述のアンテナ装置１００の基本構成に対して、信号線路の形状を変更したアンテナ装置２００を示す図である。図３は、この変形例におけるＦＰＣを展開した形状を示している。
【００２７】
図２及び図３に示すように、アンテナ装置２００は、折り返しモノポールアンテナ素子３と、モノポールアンテナ素子４と、を備えている。折り返しモノポールアンテナ素子３とモノポールアンテナ素子４との間の、ＦＰＣ４０の側面部４３には、給電電極４４及び接地電極４５が形成されている。
【００２８】
折り返しモノポールアンテナ素子３は、ＦＰＣ４０の表面部４１に形成されている。折り返しモノポールアンテナ素子３は、給電電極４４に一方端が接続され、アンテナ基材１０の長手方向に沿って延びる信号線路４６と、信号線路４６の他方端を折り返し部４７で折り返して、信号線路４６の外形に沿いながら延びて接地電極４５に接続する接地線路４８と、信号線路４６と接地線路４８との間に設けられたチップコンデンサ３０と、を備えている。
【００２９】
信号線路４６の幅（図中縦方向）は、給電電極４４側よりも折り返し部４７側の方が広く形成されている。この信号線路４６の形状は、送受信する周波数に基づいて定められる。
【００３０】
モノポールアンテナ素子４は、ＦＰＣ４０の裏面部４２に形成され、折り返しモノポールアンテナ素子３の形成領域に対向しない領域に設けられている。
【００３１】
モノポールアンテナ素子４は、信号線路４９を有している。信号線路４９は、給電電極４４に対して遠い側の端部４９ａ及び近い側の端部４９ｂを有している。信号線路４９は三角形状で形成され、信号線路４９のパタン幅（素子幅）は、遠い側の端部４９ａから近い側の端部４９ｂに向かうに従って広くなっている。この形状は、Ｑ値を低減させて広帯域化を図るための形状であり、折り返しモノポールアンテナ素子３とは異なる周波数帯域の信号を送受信するためのものである。
【００３２】
（実施例）
次に、本実施形態における具体的な実施例について説明する。
【００３３】
図４は、前述の変形例の構成に基づいて、試作したアンテナ装置２００の主要寸法を示している。試作品の外形寸法は、携帯型電話機に内蔵するための要求寸法により決定した寸法であり、長さ５０ｍｍ、幅９．６ｍｍ、高さ５ｍｍ程度である。また、試作品のアンテナ素子の各寸法は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）と呼ばれる通信規格に基づいたものである。
【００３４】
ＬＴＥ規格は、携帯端末等の通信規格として日本、米国、欧州等、全世界で採用され、又は採用が予定されている。ＬＴＥ規格における周波数は、大別すると、７００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯、２．６ＧＨｚ帯の４バンドである。したがって、この４バンドの周波数帯をカバーでき、携帯端末等に内蔵できれば、全世界対応可能なＬＴＥ規格の携帯端末用のアンテナ装置が得られる。
【００３５】
アンテナ装置２００の小型化を図るため、アンテナ基材１０の材料として誘電率が７程度の高誘電率液晶ポリマを採用した。
【００３６】
前述の４バンド対応とするため、アンテナ装置２００の表面側及び裏面側のアンテナ素子で２バンドずつ対応できる構成を計算機シミュレーションにより検討した。具体的には、表面側の折り返しモノポールアンテナ素子３は７００ＭＨｚ帯（６９８ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）及び２．６ＧＨｚ帯（２５００ＭＨｚ〜２６９０ＭＨｚ）の周波数信号を、裏面側のモノポールアンテナ素子４は１．５ＧＨｚ帯（１４２７ＭＨｚ〜１５１１ＭＨｚ）及び２ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）の周波数信号をそれぞれ送受信できるよう、構成を種々検討した。
【００３７】
その結果、図４に示した折り返しモノポールアンテナ素子３及びモノポールアンテナ素子４の形状が得られた。この形状でのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）特性を図５に示す。ただし、図５は、チップコンデンサ３０を取り付けていない状態（以下「初期状態」という。）でのＶＳＷＲ特性である。
【００３８】
図５に示した初期状態では、７００ＭＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯において、ＶＳＷＲ特性の実用的な値である３以下の特性が得られている。しかしながら、１．５ＧＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯では実用的なＶＳＷＲ特性が得られなかった。
【００３９】
そこで、発明者は、さらなる検討を重ねた結果、チップコンデンサ３０を折り返しモノポールアンテナ素子３に取り付ければ、初期状態での特性が改善できることを見出した。
【００４０】
具体的には、発明者は、図４に示した左位置、中央位置及び右位置にチップコンデンサ３０を取り付けた際のＶＳＷＲ特性を確認した。ここで、チップコンデンサ３０が取り付けられるのは、左位置、中央位置及び右位置における信号線路４６と接地線路４８との間である。
【００４１】
まず、１ｐＦ（ピコファラッド）のチップコンデンサ３０を取り付けた結果、図６に示すＶＳＷＲ特性が得られた。
【００４２】
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、１ｐＦのチップコンデンサ３０を左位置、中央位置及び右位置に取り付けた場合のＶＳＷＲ特性を示している。図６（ａ）に示したように、１ｐＦのチップコンデンサ３０を左位置に取り付けた場合は、４つ全ての周波数帯において実用的なＶＳＷＲ特性が得られた。なお、以下に説明する図では、この左位置に取り付けた場合のＶＳＷＲ特性を点線で示し、比較可能にしている。
【００４３】
図６（ｂ）は、１ｐＦのチップコンデンサ３０を中央位置に取り付けた場合、７００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯において実用的な特性が得られることを示している。
【００４４】
図６（ｃ）は、１ｐＦのチップコンデンサ３０を右位置に取り付けた場合、７００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯において実用的な特性が得られることを示している。
【００４５】
次に、２ｐＦのチップコンデンサ３０を取り付けた結果、図７に示すＶＳＷＲ特性が得られた。
【００４６】
図７（ａ）は、２ｐＦのチップコンデンサ３０を左位置に取り付けた場合、７００ＭＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯では実用的な特性が得られるが、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯では実用的な特性が得られないことを示している。
【００４７】
図７（ｂ）は、２ｐＦのチップコンデンサ３０を中央位置に取り付けた場合、７００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯において実用的な特性が得られることを示している。
【００４８】
図７（ｃ）は、２ｐＦのチップコンデンサ３０を右位置に取り付けた場合、７００ＭＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯において実用的な特性が得られることを示している。
【００４９】
次に、３ｐＦのチップコンデンサ３０を取り付けた結果、図８に示すＶＳＷＲ特性が得られた。
【００５０】
図８（ａ）は、３ｐＦのチップコンデンサ３０を左位置に取り付けた場合、７００ＭＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯では実用的な特性が得られるが、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯では実用的な特性が得られないことを示している。
【００５１】
図８（ｂ）は、３ｐＦのチップコンデンサ３０を中央位置に取り付けた場合、２ＧＨｚ帯のみにおいて実用的な特性が得られることを示している。
【００５２】
図８（ｃ）は、３ｐＦのチップコンデンサ３０を右位置に取り付けた場合、１．５ＧＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯において実用的な特性が得られることを示している。
【００５３】
以上の結果より、図６（ａ）に示した、１ｐＦのチップコンデンサ３０を左位置に取り付けた構成が最も好ましく、この構成により、アンテナ装置２００は、携帯端末等に搭載可能で、しかもＬＴＥ規格に関し全世界対応が実現できることがわかった。
【００５４】
また、前述のように、チップコンデンサ３０を折り返しモノポールアンテナ素子３に取り付けると、７００ＭＨｚ帯の特性は取り付け位置や静電容量に左右されにくく、それより高周波側での特性が変化している。そこで、７００ＭＨｚ帯とそれ以上の周波数帯とを組み合わせる構成とすることもできる。例えば、図６（ｂ）に示した構成では、７００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の３バンド対応のアンテナ装置が得られる。また、図７（ａ）に示した構成では、７００ＭＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯の２バンド対応のアンテナ装置が得られる。
【００５５】
一方、図８（ｃ）に示した構成とすれば、１．５ＧＨｚ帯及び２．６ＧＨｚ帯の２バンド対応のアンテナ装置を得ることもできる。
【００５６】
すなわち、本実施形態におけるアンテナ装置２００によれば、送受信する周波数に基づいてチップコンデンサ３０の取り付け位置及び静電容量を設定し、チップコンデンサ３０を折り返しモノポールアンテナ素子３に取り付けるという簡単な構成で、整合回路を必要とせず、携帯端末等に搭載でき、マルチバンドに対応可能な小型のアンテナ装置が実現できる。
【００５７】
なお、チップコンデンサ３０の取り付け位置としては、図４に示した左位置、中央位置及び右位置に限定されず、送受信する周波数に基づいて、折り返しモノポールアンテナ素子３の信号線路４６と接地線路４８との間の任意の位置に設けることができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態におけるアンテナ装置２００は、所定の静電容量を有するチップコンデンサ３０を折り返しモノポールアンテナ素子３の所定位置に取り付けることにより、マルチバンドに対応可能となり、小型化及び構造の簡易化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、小型化及び構造の簡易化を図ることができるという効果を有し、携帯型電話機等に搭載され、互いに異なる複数の周波数信号を送受信するマルチバンド対応可能なアンテナ装置として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１、３  折り返しモノポールアンテナ素子
２、４  モノポールアンテナ素子
１０  アンテナ基材（誘電体）
１１  アンテナ基材の表面（第１の面）
１２  アンテナ基材の裏面（第２の面）
１３  アンテナ基材の側面
２０、４０  ＦＰＣ
２１、４１  ＦＰＣの表面部
２２、４２  ＦＰＣの裏面部
２３、４３  ＦＰＣの側面部
２４、４４  給電電極（入出力電極）
２５、４５  接地電極
２６、２９、４６、４９  信号線路
２７、４７  折り返し部
２８、４８  接地線路
３０  チップコンデンサ（静電容量素子）
４９ａ  信号線路の遠い側の端部
４９ｂ  信号線路の近い側の端部
１００、２００  アンテナ装置
【図１】
2013162216.tif 000003
【図２】
2013162216.tif 000004
【図３】
2013162216.tif 000005
【図４】
2013162216.tif 000006
【図５】
2013162216.tif 000007
【図６】
2013162216.tif 000008
【図７】
2013162216.tif 000009
【図８】
2013162216.tif 000010