(57)【要約】【課題】アンテナを小型化できること。【解決手段】アンテナ１００は、コイル状に巻回されたエレメント１０１と、リング状に形成され、リングの一部に所定間隔のスリット１０２ｂを有してエレメント１０１の内部空間に配置され、エレメント１０１との間に所定の容量を有するスプリットリング共振器１０２と、を備える。エレメント１０１とスプリットリング共振器１０２との間には、所定の誘電率を有する基材が設けられる。基材としては、例えば、多層のプリント基板を用いることができる。【選択図】図２
2016082361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状に巻回されたエレメントと、
リング状に形成され、前記リングの一部に所定間隔のスリットを有して前記エレメントの内部空間に配置され、前記エレメントとの間に所定の容量を有するスプリットリング共振器と、
を備えたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記エレメントと前記スプリットリング共振器との間に所定の誘電率を有する基材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記基材は、多層のプリント基板であり、
前記コイル状のエレメントは、前記プリント基板の上部層と下部層にそれぞれ形成した導電体パターンと、前記上部層および前記下部層の導電体パターンの端部を接続するビアと、からなり、
前記スプリットリング共振器は、前記プリント基板の中間層に形成した導電体パターンからなることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記スプリットリング共振器は、前記プリント基板の複数の中間層にそれぞれ形成した導電体パターンからなることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記プリント基板上に形成された前記エレメントおよび前記スプリットリング共振器の前記導電体パターンの長さに基づき所定の共振周波数を得ることを特徴とする請求項３または４に記載のアンテナ。
【請求項６】
所定の電子回路が搭載される多層のプリント基板の一部の領域に、複数の層を用いて前記エレメントと前記スプリットリング共振器を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記基材の部分を空気層とし、
前記エレメントおよび前記スプリットリング共振器を導線で形成し、前記エレメント内部空間に前記スプリットリング共振器の一部を保持する固定部材を設けたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記基材上に前記スプリットリング共振器の導電体パターンが形成され、
前記基材上に所定の誘電率を有する外皮で覆われた導線からなる前記エレメントをコイル状に巻回してなることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項９】
無線通信装置のアンテナ端子に外部接続可能なことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のアンテナ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載されたアンテナと、前記アンテナを介して無線通信可能な無線通信回路と、を備えた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、無線通信用のアンテナおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話端末等の無線通信装置に設けられる無線通信用のアンテナは、所定の受信感度と小型化が求められている。例えば、携帯電話網を用いた通信では、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）の方式により複数のアンテナを使用する。これにより、無線通信装置内部のスペースが限られるため、アンテナの小型化が求められている。
【０００３】
アンテナの小型化技術として、右手−左手系複合線路（ＣＲＬＨ−ＴＬ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｉｇｈｔ  ａｎｄ  Ｌｅｆｔ  Ｈａｎｄｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ）構造のメタマテリアルアンテナがある。例えば、パッチと、スプリットリング共振器（ＳＲＲ：Ｓｐｌｉｔ  Ｒｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）構造の磁気誘電体の基板とを用いたアンテナが開示されている。また、開口部を有する導電性部材が形成された誘電体を逆Ｌ型アンテナの側部に配置して、共振周波数を調整するアンテナが開示されている（例えば、下記特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５２５７２１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０３６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、例えば、マルチメディア放送（ＭＭ）や地上デジタル放送（ＤＴＶ）の２００ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの周波数（波長）に適合するアンテナを小型化することができなかった。例えば、ＭＭやＤＴＶをアンテナをロッドアンテナで構成した場合には６０ｍｍ〜１２０ｍｍの長さが必要となる。また、従来のＳＲＲ構造では容量成分が小さいため、携帯電話網の使用周波数に対して低周波なＭＭやＤＴＶ等のアンテナでは、ＳＲＲが６００ｍｍ〜７００ｍｍ程度の大きさが必要となり小型化できない。
【０００６】
一つの側面では、本発明は、アンテナを小型化できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの案では、アンテナは、コイル状に巻回されたエレメントと、リング状に形成され、前記リングの一部に所定間隔のスリットを有して前記エレメントの内部空間に配置され、前記エレメントとの間に所定の容量を有するスプリットリング共振器と、を備えたことを要件とする。
【発明の効果】
【０００８】
一つの実施の形態によれば、アンテナを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態にかかるアンテナの構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態にかかるアンテナを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である。
【図４】図４は、実施の形態にかかるアンテナの各層間の電気的接続状態を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態にかかるアンテナの各部の寸法例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態にかかるアンテナの等価回路を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態にかかるアンテナのＳＲＲによる磁気壁の作用を説明する図である。
【図８】図８は、ＳＲＲを設けない場合の磁気作用を説明する図である。
【図９】図９は、実施の形態にかかるＳＲＲのモデルを示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態にかかるＣＲＬＨのモデル例と特性を示す図表である。
【図１１】図１１は、実施の形態にかかるアンテナの周波数特性を示す図表である。
【図１２】図１２は、実施の形態にかかるサイズ別の周波数特性を示す図表である。
【図１３】図１３は、実施の形態にかかるアンテナを無線通信装置に搭載した状態を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態にかかるアンテナの他の構成例を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、実施の形態にかかるアンテナを無線通信装置に外付けした状態を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態にかかるアンテナを無線通信装置に外付けした状態の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態にかかるアンテナの構成例を示す斜視図、図２は、図１の部分拡大斜視図である。図中、Ｘは長さ方向、Ｙは幅方向、Ｚは高さ方向とする。
【００１１】
このアンテナ１００は、コイル状に巻回されたアンテナ（エレメント）１０１と、エレメント１０１の内部に配置された環状（リング状）のＳＲＲ１０２と、を有する。エレメント１０１は、図示の例では矩形状に巻回された構成であるが、他に円形状や多角形状としてもよく所定径（内径）を有する。エレメント１０１の一端１０１Ａはアンテナの入力端子であり、他端１０１Ｂは自由端として開放されている。
【００１２】
図１の矩形状のエレメント１０１は、上部エレメント１０１ａと下部エレメント１０１ｂと、一対の側部エレメント１０１ｃ，１０１ｄにより接続して構成したものである。一部の接続構成を説明すると、図２に示した上部エレメント１０１ａの一端部１０１ａａは、側部エレメント１０１ｃを介して下部エレメント１０１ｂの一端部１０１ｂａに接続される。また、上部エレメント１０１ａの他端部１０１ａｂは、側部エレメント１０１ｄを介して下部エレメント１０１ｂの他端部１０１ｂｂに接続される。
【００１３】
そして、上部エレメント１０１ａ〜側部エレメント１０１ｃ〜下部エレメント１０１ｂ〜側部エレメント１０１ｄ〜上部エレメント１０１ａへの接続、が繰り返されることで、１本の所定長を有するコイル状のエレメント１０１が形成されることになる。なお、１本の導体をコイル状に巻回させてエレメント１０１を構成することもできる。
【００１４】
ＳＲＲ１０２は、エレメント１０１内部に配置され、エレメント１０１に電気的に接触しないよう配置される。ＳＲＲ１０２自体は、直接外部に接地等はされていない。このＳＲＲ１０２は、エレメント１０１と同等の長さを有し、上面からみて環状（リング状）に形成され、エレメント１０１の長さ方向Ｘの一端部１０２ａには、リングの一部を所定間隔離すスリット１０２ｂが形成されている。
【００１５】
エレメント１０１およびＳＲＲ１０２は、導電性を有する金属等の材質からなる。エレメント１０１とＳＲＲ１０２との間には、所定の誘電率を有する基材を設ける。基材としては、所定の誘電率を有するガラスエポキシ樹脂等のプリント基板や、テフロン（登録商標）などを用いることができ、基材を充填する方法により形成してもよい。このほか、基材を設ける領域の大部分を空気層とすることもできる（詳細は後述するが、一部にＳＲＲ１０２の固定部材を設ける）。
【００１６】
図３は、実施の形態にかかるアンテナを多層のプリント基板を用いて形成した場合の各層の配線パターンを示す平面図である。図３を用いてエレメント１０１と、ＳＲＲ１０２を多層のプリント基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）を用いて形成する構成例について説明する。
【００１７】
図３に示す例では、多層のプリント基板のうち３層の各層にそれぞれ所定の導電体パターンを形成することでアンテナ１００を形成できる。なお、図３においてプリント基板そのものは記載していない。プリント基板は、例えばガラスエポキシ（ＦＲ４）の材質を用いる。
【００１８】
プリント基板の第１層（上部層）３０１には、図２に示した上部エレメント１０１ａの導電体パターンを形成する。図示のように、上部エレメント１０１ａは、長さ方向Ｘに所定角度傾斜する複数の導電体パターンからなる。上部エレメント１０１ａの全体の長さはＬ、幅はＷ１である。
【００１９】
プリント基板の第２層（中間層）３０２には、図１に示したＳＲＲ１０２の導電体パターンを形成する。図示のように、ＳＲＲ１０２は、平面でみて長さ方向Ｘに向けて中央が開口された矩形の環状に形成され、長さ方向Ｘの一端部１０２ａにスリット１０２ｂが形成されている。ＳＲＲ１０２の幅方向Ｙの大きさＷ２は、上部エレメント１０１ａの幅Ｗ１よりも小さい。
【００２０】
プリント基板の第３層（下部層）３０３には、図２に示した下部エレメント１０１ｂの導電体パターンを形成する。図示のように、下部エレメント１０１ｂは、長さ方向Ｘに所定角度傾斜する複数の導電体パターンからなる。下部エレメント１０１ｂの傾斜方向は、上部エレメント１０１ａの傾斜方向と逆方向である。下部エレメント１０１ｂの各部の寸法は、上部エレメント１０１ａと同様であり、全体の長さはＬ、幅はＷ１である。
【００２１】
そして、第１層３０１の上部エレメント１０１ａの一端部１０１ａａは、図２に記載した側部エレメント１０１ｃを介して第３層３０３の下部エレメント１０１ｂの一端部１０１ｂａに接続される。この側部エレメント１０１ｃは、第１層３０１から第３層３０３間に設けたスルーホール（ビア）で形成される。同様に、第１層３０１の上部エレメント１０１ａの他端部１０１ａｂは、側部エレメント１０１ｄを介して第３層３０３の下部エレメント１０１ｂの他端部１０１ｂｂに接続される。この側部エレメント１０１ｄについても、第１層３０１から第３層３０３間に設けたビアで形成される。
【００２２】
下部エレメント１０１ｂの傾斜方向は、上部エレメント１０１ａの傾斜方向と逆方向である。そして、平面でみて同一位置上の上部エレメント１０１ａと下部エレメント１０１ｂとを多層のプリント基板のビアを介して層間で電気的に接続する。これにより、図１等に示したコイル状に巻回された所定長のエレメント１０１を多層のプリント基板上で形成することができる。
【００２３】
図４は、実施の形態にかかるアンテナの各層間の電気的接続状態を示す図である。第１層３０１および第３層３０３には複数の導電体パターンが形成され、これら各導電体パターンは長さ方向Ｘに対しそれぞれ分割されたインダクタンス成分Ｌを有する。また、第２層３０２のＳＲＲ１０２は、長さ方向Ｘで所定のインダクタンス成分Ｌを有する。そして、第１層３０１と第３層３０３の導電体パターンは、中間の第２層３０２に対して、長さ方向Ｘの各形成位置で多層のプリント基板が有する所定の容量（キャパシタンス成分）Ｃで接続される。図中ｄは、多層のプリント基板の厚さである。
【００２４】
図５は、実施の形態にかかるアンテナの各部の寸法例を示す図である。（ａ）は第１層３０１、（ｂ）は第２層３０２、（ｃ）は第３層３０３上の導電体パターンである。（ａ），（ｃ）に示すように、上部エレメント１０１ａと下部エレメント１０１ｂ上での導電体パターンが形成される幅Ｗ１＝４ｍｍ、長さＬ＝５０ｍｍ、厚さＨ＝０．４ｍｍである。また、導電体パターンの幅Ｌ１＝０．４ｍｍ、間隔Ｌ２＝０．４ｍｍ、巻回されたエレメント１０１全長（コイル長）＝４５０ｍｍである。このように、実施の形態では、プリント基板上の長さＬ＝５０、幅Ｗ１＝４ｍｍの領域を用いてコイル長４５０ｍｍの長さを得ることができる。
【００２５】
また、（ｂ）に示すように、ＳＲＲ１０２は幅Ｗ２＝３ｍｍ、導電体パターンの幅Ｗ３＝１ｍｍ、ＳＲＲ１０２の全長（リング長）１００ｍｍ、スリット１０２ｂの間隔Ｇ＝０．１ｍｍである。長さＬは、上部エレメント１０１ａおよび下部エレメント１０１ｂと同じく５０ｍｍである。また、プリント基板特性は、３相基板、基板厚ｄ＝０．４ｍｍ（図４参照）、誘電率＝３．９５、Ｔａｎδ＝０．０１２、導電体パターンの材質＝Ｃｕ５．８ｅ７ｓ／ｍ、導体厚さ＝０．０１８ｍｍ、ビア直径＝０．０６ｍｍである。
【００２６】
図６は、実施の形態にかかるアンテナの等価回路を示す図である。アンテナの一端（入力端子）１０１Ａの第１層３０１と自由端１０１Ｂの第３層３０３間には、上部エレメント１０１ａと下部エレメント１０１ｂが有するインダクタンス成分Ｌと、容量Ｃとの並列回路が形成される。入力端子１０１Ａと自由端１０１Ｂ間には、ビアのインダクタンス成分Ｌが直接接続され、第１層３０１と第３層３０３のそれぞれの並列回路間には、ＳＲＲ１０２の導電体パターンによるインダクタンス成分Ｌとスリット１０２ｂによる容量Ｃの並列回路が接続される。
【００２７】
上記寸法例（図５参照）で第１層３０１と第３層３０３の導電体パターンを形成し、これらの層間をビア接続することにより、コイル状に巻回されたアンテナ（エレメント）１０１が形成される。また、第１層３０１と第３層３０３との間の第２層３０２にＳＲＲ１０２を形成する。そして、右手左手系媒体（ＣＲＬＨ）の原理をＳＲＲ１０２を用いて実現する。図６に示したＳＲＲ１０２が形成するインダクタンス成分Ｌと容量Ｃの並列回路は、上部エレメント１０１ａおよび下部エレメント１０１ｂに対する磁気壁として機能する。
【００２８】
図７は、実施の形態にかかるアンテナのＳＲＲによる磁気壁の作用を説明する図である。図７に示した第１層３０１の上部エレメント１０１ａと第３層３０３の下部エレメント１０１ｂとの間の距離は、薄い基板厚ｄ（０．４ｍｍ）程度である。実施の形態のアンテナでは、薄いプリント基板のため上部エレメント１０１ａと下部エレメント１０１ｂとが近づいて配置されることになる。
【００２９】
ここで、実施の形態では、上部エレメント１０１ａと下部エレメント１０１ｂとの間にＳＲＲ１０２を設けた構成であるため、図中矢印で示すように、上部エレメント１０１ａおよび下部エレメント１０１ｂの磁束は、ＳＲＲ１０２に沿って流れる。これにより、エレメント１０１に磁界を生じさせることができ、エレメント１０１に電流を流すことができる。
【００３０】
図８は、ＳＲＲを設けない場合の磁気作用を説明する図である。図８は、図７と対比してＳＲＲ１０２を設けていない点が異なる。このように、薄いプリント基板でエレメント１０１を形成し、ＳＲＲ１０２を設けない場合、上部エレメント１０１ａの磁束と、下部エレメント１０１ｂの磁束とが衝突し、打ち消し合うため、エレメント１０１に電流が流れない。
【００３１】
上記のように、実施の形態では、プリント基板等を用いて第１層３０１の上部エレメント１０１ａと第３層３０３の下部エレメント１０１ｂとが近接する場合、ＳＲＲ１０２を設けて、磁束が打ち消し合う現象を遮断している。
【００３２】
コイル状のアンテナ１００の共振周波数は、ＳＲＲ１０２のインダクタンス成分Ｌ、容量Ｃの定数を変更することにより制御できる。ＳＲＲ１０２が磁気壁となるため、上部エレメント１０１ａの磁束と、下部エレメント１０１ｂの磁束とを分離する。これにより、薄厚のプリント基板上の導電体パターンでエレメント１０１を形成した場合でも、上下からの磁束が打ち消し合う作用を減衰でき、エレメント１０１のインダクタンス量が変化しない効果が得られる。
【００３３】
上記のように、ＳＲＲ１０２としては、ＣＲＬＨの原理に沿った基礎的な一重（１層）ＳＲＲ１０２を用いており、ＳＲＲ１０２はプリント基板の第２層３０２に導電体パターンを形成するだけで簡単に形成できる。そして、第１層３０１と第３層３０３の上下層のエレメント１０１およびビアで囲んだコイル状のアンテナ１００の第２層３０２にＳＲＲ１０２を設けることにより、アンテナ１００を小型化しつつ、送受信感度を向上できるようになる。
【００３４】
また、ＳＲＲ１０２を二重（２層）に形成することにより、さらに容量成分Ｃを大きくでき、さらにアンテナ１００を小型化できるようになる。ＳＲＲ１０２は、多層のプリント基板のエレメント１０１を形成した上部層および下部層の間に位置する中間層に設ければよい。例えば、４層のプリント基板を用い、第１層（上部層）と第４層（下部層）を用いてエレメント１０１を形成し、これら第１層と第４層の間に位置する第２層および第３層（中間層）にそれぞれＳＲＲ１０２を形成してもよい。
【００３５】
図９は、実施の形態にかかるＳＲＲのモデルを示す図である。ＳＲＲ１０２は、図９に示すように、プリント基板９０１上に導体（導電体パターン）をリング状に形成し、スリット１０２ｂで分割することで略Ｃ字型に形成される。リング状の導電体パターンは、インダクタンス成分Ｌを有し、スリット１０２ｂ部分は、間隔Ｇに応じた所定の容量成分Ｃを有する。図中ｄは、基板幅であり、正方形の基板例を示している。
【００３６】
このＳＲＲ１０２のリング（導電体パターンの面）に垂直な磁場成分が入射すると、リング上に入射磁場を打ち消す反抗磁場を作り、誘導電流が電磁誘導の原理に従い誘起され、スリット１０２ｂにより電流が遮断される。スリット１０２ｂの幅により電荷が蓄積され、この容量が逆方向の電流となりＬＣ共振器の閉回路が構成される。アンテナ１００の共振周波数ｆ０は、エレメント１０１およびＳＲＲ１０２のインダクタンス成分Ｌ（エレメント１０１のコイル長とＳＲＲ１０２の全長）および容量Ｃ（エレメント１０１とＳＲＲ１０２間の容量）に基づく基本的な下記式（１）で定まる。ｆ０を上記ＭＭやＤＴＶの所望周波数に設定する。
【００３７】
ｆ０＝１／２π√ＣＬ  …（１）
【００３８】
ＳＲＲ１０２の逆誘導電流により、反抗磁場で透磁率μが変化し、ＳＲＲ１０２の入射電磁波がＳＲＲ１０２に共鳴し吸収される。吸収される作用は透磁率μを変化させる効果になる。よって、磁場吸収作用は透磁率μを負にさせる効果となり、メタマテリアルの定義となる屈折率ｎが負になることを満足することになり、ＳＲＲ１０２はメタマテリアル構造となる。
【００３９】
ＳＲＲ１０２の関係式
誘電率εと透磁率μについて  誘電率ε＝ｎ／ｚ、透磁率μ＝ｎｚ
屈折率ｎとインピーダンスｚについて
【００４０】
【数１】
2016082361.tif 000003
【００４１】
Ｓ11はメタマテリアル（ＳＲＲ１０２）に平面波照射時の反射係数、Ｓ21は透過係数
【００４２】
定数ｋ、ｄについて  ｋ＝２πｆ／Ｃ、ｄ＝ＳＲＲ１０２の基板幅
【００４３】
図１０は、実施の形態にかかるＣＲＬＨのモデル例と特性を示す図表である。ＣＲＬＨ線路は、理想左手系線路の直列容量と直列インダクタンスの回路と、並列インダクタンスと並列キャパシタンスを挿入した単位素子モデルで表される。ＣＲＬＨでは、回路区間の長さΔｚは格子定数ａの単位素子の区間として取り扱う。
【００４４】
分散特性に示すωは角振動数、βは位相定数（波数）である。ＣＲＬＨ線路はΔｚが有限地の周期構造として取り扱われ伝搬波の周期性を有し、低周波側に左手系伝送帯域をもち、高周波側に右手系伝送帯域をもつ線路である。ＣＲＬＨ線路は、周波数によって特性が変化し、低周波数側〜高周波数側につれて順に、ハイパスカットオフ、左手系伝搬帯域、バンドギャップ、右手系伝搬帯域、ローパスカットオフの特性を有する。ローパスカットオフとハイパスカットオフは、単位素子が有限であることから生じる。周期構造をもつ１次元のＣＲＬＨ線路の遮断波数はπ／ａであり、ブラッグ反射の条件に相当する。
【００４５】
位相速度（ｖp）、群速度（ｖg）、特性インピーダンスについて、βの絶対値が小さい場合には均質媒質近似が成り立ち、実効的な誘電率や透磁率を定義できるが、βの絶対値が大きい場合、波はブロッホ波としての効果が大きくなるため、周期構造として取り扱う。この周期構造の場合、線路の特性インピーダンスは一義的に決まらないが周期構造中のブロッホ波に対するインピーダンスＺBは、図示のように算出される。ＺL＝（ＬL／ＣL）1/2である。
【００４６】
図１１は、実施の形態にかかるアンテナの周波数特性を示す図表である。横軸は周波数、縦軸は電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）である。図示のように、上記寸法例（エレメント１０１のコイル長＝４５０ｍｍ）によれば、ＭＭの周波数帯に適合する２１１ＭＨｚ付近に共振周波数を有するアンテナ１００を得ることができる。
【００４７】
図１２は、実施の形態にかかるサイズ別の周波数特性を示す図表である。横軸は周波数、縦軸は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）である。エレメント１０１のコイル長を４５０ｍｍ（図１１参照）〜９０ｍｍ間で変更したときの各コイル長での共振周波数を示す。
【００４８】
コイル長が４５０ｍｍのとき最も低い共振周波数ｆ０＝２１１ＭＨｚとなり、コイル長が３６０ｍｍではｆ０＝２６３ＭＨｚ、コイル長が１８０ｍｍではｆ０＝３４０ＭＨｚ、コイル長が９０ｍｍではｆ０＝４３０ＭＨｚ付近となる。このように、コイル長を短くするほどｆ０が高周波側に移動する。すなわち、所望するｆ０に適合するエレメント１０１のコイル長を設定すれば任意のｆ０を得ることができる。このコイル長は、プリント基板上でのエレメント１０１の長さＬを変更して得ることができる。
【００４９】
図１３は、実施の形態にかかるアンテナを無線通信装置に搭載した状態を示す図である。無線通信装置は、例えばスマートフォンであり、筐体１３００内部に多層のプリント基板１３０１が設けられる。多層のプリント基板１３０１は、例えば１０層を有し、無線通信回路（不図示）が搭載される。そして、この多層のプリント基板１３０１の上部位置には、上記のアンテナ１００が設けられる。
【００５０】
このアンテナ１００は、例えば、上述したＭＭ用のアンテナとして用いられる。そして、アンテナ１００は、多層のプリント基板１３０１のうち３層（図３に示す第１層３０１〜第３層３０３）を用いて、上部エレメント１０１ａと、ＳＲＲ１０２と、下部エレメント１０１ｂとを設ける。アンテナ１００は、上記寸法例では、長さＬ＝５０ｍｍ、幅Ｗ１＝４ｍｍと小型に形成することができ、多層のプリント基板１３０１上での搭載スペースをとらない。また、アンテナ１００が小型であるため、多層のプリント基板１３０１上には、使用する周波数帯域（例えばＤＴＶ）に適合したサイズのアンテナ１００をさらに設けることもできる。
【００５１】
図１４は、実施の形態にかかるアンテナの他の構成例を示す斜視図である。図示の例では、基材１４０１として多層のテフロンを用いた構成例である。この図１４に示した例では、図１と比べて側部エレメント１０１ｃ，１０１ｄ（ビアに相当）する部分の高さを小さくしている。このように、コイル状のエレメント１０１は、共振周波数ｆ０に対応した所定のコイル長とすればよく、高さや幅、長さを任意に変更することができる。
【００５２】
さらに、基材１４０１自体を設けずに基材１４０１の部分を空気層とすることもできる。空気層とした場合、エレメント１０１を構成する上部エレメント１０１ａ、下部エレメント１０１ｂ、側部エレメント１０１ｃ，１０１ｄが自立可能な導体（導線）等で構成する。また、ＳＲＲ１０２についても導体（導線）等で構成し、このＳＲＲ１０２がエレメント１０１が形成する内部空間に位置するよう、例えばエレメント１０１の両端等の一部に絶縁性の充填剤等の固定部材を設けてＳＲＲ１０２で支持する。
【００５３】
図１５は、実施の形態にかかるアンテナを無線通信装置に外付けした状態を示す図である。アンテナ１００は、例えば、無線通信装置の筐体１３００外部に外付けすることもできる。図示の例では、アンテナ１００をＲＦ同軸ケーブル１５０１を介して筐体１３００のアンテナ端子に接続した構成例である。このように、アンテナ１００を外付けの構成とすることにより、任意の場所にアンテナ１００を設置できるとともに受信感度を向上できる。このほか、スマートフォンが基本通信機能に必要なアンテナだけを内蔵し、ＭＭやＤＴＶのアプリケーション動作用のアンテナ１００を外付けする構成例にも対応できるようになる。
【００５４】
図１６は、実施の形態にかかるアンテナを無線通信装置に外付けした状態の他の例を示す図である。図示の例では、アンテナ１００を筐体１３００の上部位置に設けた構成例である。図示のアンテナ１００は、ＳＲＲ１０２を棒状の基板上に形成する。そして、ＳＲＲ１０２の基板に対し、金属の導体（導線）を用いてエレメント１０１をコイル状に巻回する。アンテナ１００（エレメント１０１）の断面は、例えば円形状とすることができる。エレメント１０１である金属導体は所定の誘電率を有する外皮で覆い、ＳＲＲ１０２と電気的に絶縁する。
【００５５】
このアンテナ１００は、筐体１３００に対して固定、あるいはアンテナ端子を介して着脱可能とすることができる。例えばＭＭやＤＴＶのアプリケーション動作時にのみ筐体１３００にアンテナ１００を取り付けて使用することができる。なお、アンテナ１００は、無線通信装置の筐体１３００内部に設けておき（図１３参照）、さらに他の周波数帯等のアンテナ１００を外付け接続する構成とすることもできる。
【００５６】
以上説明した実施の形態によれば、コイル状のエレメントの内部空間にＣＲＬＨの原理を用いたＳＲＲを設けたアンテナの構造とした。ＳＲＲは、リング状に形成されて所定のインダクタンスを有し、一端に形成したスリットにより所定の容量を有する。ＳＲＲに対してエレメントからの磁束が入射すると、ＳＲＲのリング上に入射磁場を打ち消す反抗磁場を作り、誘導電流が電磁誘導の原理に従い誘起され、スリットにより電流が遮断される。スリットの間隔で電荷が蓄積され、この容量により逆方向の電流となりＬＣ共振器の閉回路を構成する。逆誘導電流により、反抗磁場で透磁率が変化しＳＲＲの入射電磁波がＳＲＲに共鳴し吸収される。吸収される作用は透磁率を変化させる効果になる。磁場吸収作用は透磁率が負になる効果となり、メタマテリアルの定義となる屈折率が負になり、ＳＲＲはメタマテリアル構造となる。このＳＲＲは、エレメントに流れる電流により発生する磁束を分離する磁気壁として作用する。
【００５７】
例えば、多層のプリント基板の第１層と第３層にエレメントの導電体パターンを形成し、第１層と第３層のエレメント間をビア接続して所定のコイル長を小さなスペースで形成でき、中間の第２層にＳＲＲを形成できる。このように、薄厚のプリント基板上の導電体パターンでアンテナのエレメントを形成しても、ＳＲＲが上下層からの磁束による磁力を打ち消す作用を減衰させることができ、エレメントのインダクタンス量を変化させない効果を有する。また、多層のプリント基板を用いることで、小型ながら受信感度の向上を図ることができ、また、安価にアンテナを形成できる。
【００５８】
また、アンテナの共振周波数は、エレメントおよびＳＲＲのインダクタンス成分Ｌ（エレメントのコイル長とＳＲＲの全長）および容量Ｃ（エレメントとＳＲＲ間の容量）に基づき定まる。これらエレメントおよびＳＲＲが同一のプリント基板上に形成されるため、エレメントのコイル長をプリント基板上に形成した導電体パターンの領域（長さと幅）を変更させることで任意の共振周波数を簡単に得ることができる。特に、ＭＭやＤＴＶの比較的低周波数用のアンテナをプリント基板上の少ないスペースに設けることができるようになる。
【００５９】
そして、実施の形態の無線通信装置は、スマートフォンや携帯電話端末などの通信機器、コンピュータ装置などの各種無線通信装置に適用することができる。この無線通信装置に比較的低周波数のアンテナを設ける場合でも、小型化により機器内部にアンテナを設けることができるようになる。これにより、無線通信装置が通信周波数帯域に合わせて多数のアンテナを内蔵する構成でも、さらにＭＭやＤＴＶ等の低周波帯域のアンテナを機器内部に複数設けることができるようになる。
【００６０】
また、実施の形態のアンテナを無線通信装置の外部に外付けする構造とした場合であっても、アンテナ自体が小型化できるため、取り扱いを容易にできる。また外付けにより設置場所を任意にでき、通信性能も向上できるようになる。
【００６１】
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００６２】
（付記１）コイル状に巻回されたエレメントと、
リング状に形成され、前記リングの一部に所定間隔のスリットを有して前記エレメントの内部空間に配置され、前記エレメントとの間に所定の容量を有するスプリットリング共振器と、
を備えたことを特徴とするアンテナ。
【００６３】
（付記２）前記エレメントと前記スプリットリング共振器との間に所定の誘電率を有する基材を設けたことを特徴とする付記１に記載のアンテナ。
【００６４】
（付記３）前記基材は、多層のプリント基板であり、
前記コイル状のエレメントは、前記プリント基板の上部層と下部層にそれぞれ形成した導電体パターンと、前記上部層および前記下部層の導電体パターンの端部を接続するビアと、からなり、
前記スプリットリング共振器は、前記プリント基板の中間層に形成した導電体パターンからなることを特徴とする付記２に記載のアンテナ。
【００６５】
（付記４）前記スプリットリング共振器は、前記プリント基板の複数の中間層にそれぞれ形成した導電体パターンからなることを特徴とする付記３に記載のアンテナ。
【００６６】
（付記５）前記プリント基板上に形成された前記エレメントおよび前記スプリットリング共振器の前記導電体パターンの長さに基づき所定の共振周波数を得ることを特徴とする付記３または４に記載のアンテナ。
【００６７】
（付記６）所定の電子回路が搭載される多層のプリント基板の一部の領域に、複数の層を用いて前記エレメントと前記スプリットリング共振器を設けたことを特徴とする付記３〜５のいずれか一つに記載のアンテナ。
【００６８】
（付記７）前記基材を多層のテフロンで形成したことを特徴とする付記２〜６のいずれか一つに記載のアンテナ。
【００６９】
（付記８）前記基材の部分を空気層とし、
前記エレメントおよび前記スプリットリング共振器を導線で形成し、前記エレメント内部空間に前記スプリットリング共振器の一部を保持する固定部材を設けたことを特徴とする付記２に記載のアンテナ。
【００７０】
（付記９）前記基材上に前記スプリットリング共振器の導電体パターンが形成され、
前記基材上に所定の誘電率を有する外皮で覆われた導線からなる前記エレメントをコイル状に巻回してなることを特徴とする付記２に記載のアンテナ。
【００７１】
（付記１０）無線通信装置のアンテナ端子に外部接続可能なことを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載のアンテナ。
【００７２】
（付記１１）付記１〜１０のいずれか一つに記載されたアンテナと、前記アンテナを介して無線通信可能な無線通信回路と、を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【符号の説明】
【００７３】
１００  アンテナ
１０１  エレメント
１０１Ａ  一端（入力端子）
１０１ａ  上部エレメント
１０１ｂ  下部エレメント
１０１ｃ，１０１ｄ  側部エレメント
１０２  スプリットリング共振器（ＳＲＲ）
１０２ｂ  スリット
３０１  第１層
３０２  第２層
３０３  第３層
【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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