JP2012114579A - アンテナ装置及びその周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の共振周波数の独立した調整が容易であり、小型で高性能な複共振アンテナを提供する。
【解決手段】アンテナ装置１００は、直方体状の誘電体からなる基体１１と、基体１１の長手方向と直交する第１の側面１１ｅに形成された給電導体１２と、基体１１の上面１１ａ、第２の側面１１ｆ、及び底面１１ｂにかけて連続的に形成された１本の帯状導体パターンからなる放射導体１３と、基体１１の底面１１ｂであって給電導体１２と接続されるように第１の側面１１ｅ寄りに形成された第１の端子電極１４とを備えている。放射導体１３は折り返し構造の帯状導体パターンであり、その全長はλ／４（λは基本波の波長）と実質的に等しい。放射導体１３は、基体１１の底面１１ｂにおいて所定幅のギャップを介して第１の端子電極１４と近接して対向配置された第１の折り返し部を有し、その形成位置は、２倍波の波形と３倍波の波形との交点の位置を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置及びその周波数調整方法に関し、特に、表面実装型の複共振アンテナの構造に関するものである。

近年、携帯電話等の無線携帯端末にはＧＰＳ（Global Positioning System）、ブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮ等の機能が搭載されており、通信の多機能化が進んでいる。このような携帯電話の多機能化に伴い、複共振アンテナの必要性が高まっている。一般に、複共振アンテナではアンテナ長が異なる複数の放射導体を用いてデュアルバンド若しくはマルチバンドを構成することができる。例えば、特許文献１には、３つの共振を得るために、３つの放射導体を用いている。しかしながら、このような構成ではアンテナサイズが大きくなるだけでなく、放射導体が相互に干渉し合い、放射効率が低下してしまうという問題がある。そのため、一本の放射導体パターンを用いて複共振アンテナを実現する試みがなされている。

例えば、特許文献２及び３には、一本の帯状導体パターンを用いて多共振を実現する複共振アンテナが提案されている。特許文献２では、放射線路であるループ状線路が折り返し部を有しており、ループ状線路の一端が給電点と接続され、他端が開放端である構成を有している。そして、線路の開放端は給電点から折り返し部までの線路との間で誘電体を介して対向配置されており、これにより容量結合部が形成されており、第１〜第３の周波数で共振するように構成されている。

また、特許文献３では、共振コンダクタ・トラック構造と呼ばれるミアンダ形状もしくはヘリカル形状のインダクタパターンを直列に挿入し、その形状を変更することで共振周波数を制御している。しかしながら、これらの形状のインダクタパターンを設けることは放射損失を増大させ、放射効率の低下をもたらす。また、先端の容量成分とインダクタ成分で制御できる周波数は２周波程度であり、さらなる多共振化は難しい。３共振を実現するために、ラインを一本増やす方法も示されているが、この場合は、特許文献２の場合と同様、放射効率が低下し、アンテナの占有面積が増大することになる。

特開２０１０−７４４８９号公報 特開２００９−１１１９９９号公報 特開２００２−１６４７２９号公報

しかしながら、特許文献２の複共振アンテナは、放射線路を一回だけ折り返した構造であるため、アンテナのサイズが大きく、共振数も少ないという問題がある。特許文献２の図１５では、共振数を増やすためにラインを一本増やす方法も示されているが、この場合は放射効率が低下し、アンテナの占有面積が増大することになる。

また、特許文献３ではインダクタパターンを用いているので、経路損失が増大して放射効率が低下するという問題がある。また、先端の容量成分とインダクタ成分で制御できる周波数は２周波程度であり、さらなる多共振化は難しい。３共振を実現するためにラインを一本増やす方法も示されているが、この場合は、特許文献２の場合と同様、放射効率が低下し、アンテナの占有面積が増大することになる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、周波数調整が容易であり、小型で高性能な複共振アンテナを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、略直方体状の誘電体からなる基体と、前記基体の長手方向と直交する第１の側面に形成された給電導体と、前記基体の上面、前記第１の側面と対向する第２の側面、及び底面にかけて連続的に形成された１本の帯状導体パターンからなる放射導体と、前記基体の底面であって、前記給電導体と接続されるように前記第１の側面寄りに形成された第１の端子電極とを備え、前記放射導体は、折り返し構造の帯状導体パターンであり、前記基体の底面において所定幅のギャップを介して前記第１の端子電極と近接して対向配置された第１の折り返し部を有することを特徴とする。

本発明において、前記放射導体の全長がλ／４（λは基本波の波長）と実質的に等しく、前記折り返し部の形成位置は、前記基本波に対する２倍波の電流分布波形と３倍波の電流分布波形との交点の位置を含むことが好ましい。この構成によれば、２倍波の電流分布波形と３倍波の波形との交点付近に相当する放射導体の折り返し部を給電点と電磁界結合しているので、折り返し部と第１の端子電極との間のギャップの幅を変更することで２倍波の周波数を実質的に独立して調整することができる。また、折り返し部の導体幅を変更することで３倍波の周波数を実質的に独立して調整することができる。

本発明において、前記放射導体は、前記基体の上面に形成され前記基体の長手方向に延びる第１及び第２の直線パターンと、前記基体の底面に形成され前記基体の長手方向に延びる第３及び第４の直線パターンと、前記第１の直線パターンの一端と前記第３の直線パターンの一端とを接続する第５の直線パターンと、前記第２の直線パターンの一端と前記第４の直線パターンの一端とを接続する第６の直線パターンと、前記第３の直線パターンと前記第４の直線パターンの他端とを接続する第７の直線パターンとを備え、前記第７の直線パターンによって前記第１の折り返し部が構成されており、前記第５の直線パターンによって前記第２の折り返し部が構成されており、前記第６の直線パターンによって前記第３の折り返し部が構成されていることが好ましい。

この構成によれば、１本の帯状導体パターンを３回折り返した構造からなる放射導体を構成することができ、特に、２倍波の電流分布波形と３倍波の波形との交点付近に相当する第７の直線パターンを給電点と電磁界結合させているので、第７の直線パターンと第１の端子電極との間のギャップの幅を変更することで２倍波の周波数を実質的に独立して調整することができる。また、第７の直線パターンの導体幅を変更することで３倍波の周波数を実質的に独立して調整することができる。

本発明において、前記給電導体と給電ラインとの間に直列挿入されたチップインダクタをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、４共振アンテナを実現することができ、チップインダクタのインダクタンスを変更することで４倍波の共振周波数を容易に調整することができる。

また、上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置は、アンテナ素子と、前記アンテナ素子が実装されるプリント基板とを備え、前記アンテナ素子は、略直方体状の誘電体からなる基体と、前記基体の長手方向と直交する第１の側面に形成された給電導体と、前記基体の上面、前記第１の側面と対向する第２の側面、及び底面にかけて連続的に形成された１本の帯状導体パターンからなる放射導体と、前記基体の底面であって前記給電導体と接続されるように前記第１の側面寄りに形成された第１の端子電極とを備え、前記放射導体は、折り返し構造の帯状導体パターンであり、前記基体の底面において所定幅のギャップを介して前記第１の端子電極と近接して対向配置された第１の折り返し部を有し、前記プリント基板の表面には、前記アンテナ素子が実装されるアンテナ実装領域が設けられており、前記プリント基板の裏面であって前記アンテナ素子の直下には、フローティングパターンが設けられていることを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置の周波数調整方法は、前記第１の折り返し部と前記前記第１の端子電極との間のギャップの幅を変更することにより、前記基本波に対する２倍波の共振周波数を調整することを特徴とする。

さらにまた、本発明によるアンテナ装置の周波数調整方法は、前記第１の折り返し部の導体幅を変更することにより、基本波に対する３倍波の共振周波数を調整することを特徴とする。

本発明によれば、個々の共振周波数の独立した調整が容易であり、小型で高性能な複共振アンテナを提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。 図２は、図１に示したアンテナ素子１０の展開図である。 図３は、アンテナ素子１０が実装されるプリント基板２０上のパターンレイアウトを透過的に示す略斜視図である。 図４は、放射導体１３上の電流分布を説明するためのグラフである。 図５は、図１に示したアンテナ装置１００の等価回路図である。 図６は、図１に示したアンテナ装置１００の放射効率の周波数特性を示すグラフである。 図７は、放射導体の先端と給電導体との間のギャップの幅が異なる２種類のアンテナ装置の放射効率の周波数特性を示すグラフである。 図８は、折り返し部を構成する第７の直線パターンと第１の端子電極との間のギャップの幅アンテナ装置の放射効率の周波数特性を示すグラフである。 図９は、折り返し部を構成する第７の直線パターンの幅が異なる２種類のアンテナ装置の放射効率の周波数特性を示すグラフである。 図１０は、チップインダクタのインダクタンスが異なる２種類のアンテナ装置の放射効率の周波数特性を示すグラフである。 図１１は、基本波の変化量が１０ＭＨｚとなるようにアンテナ素子の各パラメータを独立して変化させたときの２倍波、３倍波及び４倍波の変化量を示す表である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す略斜視図である。また、図２は、図１に示したアンテナ素子１０の展開図である。

図１及び図２に示すように、このアンテナ装置１００は、アンテナ素子１０と、アンテナ素子１０が実装されたプリント基板２０とを備えている。本実施形態によるアンテナ素子１０は表面実装型の複共振アンテナであり、プリント基板２０の一方の主面（表面）２０ａに形成されたアンテナ実装領域２３に内に実装されている。

アンテナ素子１０は、誘電体からなる基体１１と、基体１１に形成された複数の導体パターンによって構成されている。基体１１は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を幅方向、Ｚ方向を高さ方向とする直方体形状を有している。このうち、基体１１の上面１１ａ、底面１１ｂ及び２つの側面１１ｃ，１１ｄはＹ方向と平行な面であり、側面１１ｅ，１１ｆはＹ方向と直交する面であり、底面１１ｂはプリント基板２０に対する搭載面である。なお、アンテナ素子１０の上下方向はアンテナ素子１０のプリント基板２０上への実装状態に基づいて定められ、アンテナ素子１０の実装時にはその底面１１ｂがプリント基板２０の表面に接触している。

基体１１の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｂａ−Ｎｄ−Ｔｉ系材料（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率４３〜４６）、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系材料（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系材料（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率１９〜２１）、サファイヤ（比誘電率９〜１０）、アルミナセラミックス（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミックス（比誘電率４〜６）などを用いることができる。基体１１は、型枠を用いてこれらの材料粉を焼成することによって作製される。

誘電体材料は、目的とする周波数に応じて適宜選択すればよい。比誘電率ε_ｒが大きくなるほど大きな波長短縮効果が得られるので、放射導体の長さをより短くできるが、放射効率が低下するため、必ずしも比誘電率ε_ｒが大きければよいというわけではなく、適切な値が存在する。したがって、例えば、目的とする周波数が２．４ＧＨｚである場合、比誘電率ε_ｒが５〜４０程度の材料を用いることが好ましい。これによれば、十分な放射効率を確保しつつ基体の小型化を図ることができる。比誘電率ε_ｒが５〜４０程度である材料としては、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを好ましく挙げることができる。Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックとしては、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２を含有するＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックを用いることが特に好ましい。

アンテナ素子１０の導体パターンは、基体１１の側面１１ｅに形成された給電導体１２と、基体１１の上面１１ａ、側面１１ｆ、及び底面１１ｂにかけて形成された放射導体１３と、基体１１の底面１１ｂに形成された端子電極１４，１５ａ，１５ｂを備えている。これらの導体パターンは、電極用ペースト材をスクリーン印刷や転写などの方法によって塗布した後、所定の温度条件下で焼き付けを行うことによって形成できる。電極用ペースト材としては、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などを用いることができる。導体パターンは、この他にメッキやスパッタなどでも形成することが可能である。

放射導体１３は、基体１１の上面１１ａに形成された第１及び第２の直線パターン１３ａ，１３ｂと、基体１１の底面１１ｂに形成された第３及び第４の直線パターン１３ｃ，１３ｄと、第１の直線パターン１３ａの一端と第３の直線パターン１３ｃの一端とを接続する第５の直線パターン１３ｅと、第２の直線パターン１３ｂの一端と第４の直線パターン１３ｄの一端とを接続する第６の直線パターン１３ｆと、第３の直線パターン１３ｃの他端と第４の直線パターン１３ｄの他端とを接続する第７の直線パターン１３ｇとを備えている。

第１の直線パターン１３ａは、基体１１の上面１１ａの長手方向と平行な二辺のうち、側面１１ｃ寄りの一辺に沿って設けられており、その一端は第５の直線パターン１３ｅに接続されており、その他端は給電導体１２に接続されている。また、第２の直線パターン１３ｂは、基体１１の上面１１ａの長手方向と平行な二辺のうち、側面１１ｃと対向する側面１１ｄ寄りの一辺に沿って設けられており、その一端は第６の直線パターン１３ｆに接続されており、その他端は給電導体１２との近接位置において開放されている。そのため、第１及び第２の直線パターン１３ａ，１３ｂは互いに平行なパターンであり、第２の直線パターン１３ｂの他端は幅Ｗ１のギャップを介して給電導体１２と容量結合している。

第１及び第２の直線パターン１３ａ，１３ｂと同様、第３及び第４の直線パターン１３ｃ，１３ｄもまた互いに平行なパターンである。第３の直線パターン１３ｃは、基体１１の底面１１ｂの長手方向と平行な二辺のうち、側面１１ｃ寄りの一辺に沿って設けられており、その一端は第５の直線パターン１３ｅに接続されており、その他端は第７の直線パターン１３ｇに接続されている。また、第４の直線パターン１３ｄは、基体１１の上面の長手方向と平行な二辺のうち、側面１１ｃと対向する側面１１ｄ寄りの一辺に沿って設けられており、その一端は第６の直線パターン１３ｆに接続されており、その他端は第７の直線パターン１３ｇに接続されている。

第７の直線パターン１３ｇは第３の直線パターン１３ｃと第４の直線パターン１３ｄの他端同士を連結しており、これにより放射導体１３の第１の折り返し部が構成されている。第５の直線パターン１３ｅは、第１の直線パターン１３ａと第３の直線パターン１３ｃの一端同士を連結しており、これにより放射導体１３の第２の折り返し部が構成されている。また、第６の直線パターン１３ｆは、第２の直線パターン１３ｂと第４の直線パターン１３ｄの一端同士を連結しており、これにより放射導体１３の第３の折り返し部が構成されている。以上の構成により、基体１１の表面には、第１の直線パターン１３ａ、第５の直線パターン、第３の直線パターン、第７の直線パターン、第４の直線パターン、第６の直線パターン、第２の直線パターンが順に接続され、３つの折り返し部を有する一本の帯状パターンが形成されている。

本実施形態において、第１の端子電極１４は独立したパターンであるが、第２及び第３の端子電極１５ａ、１５ｂは第３及び第４の直線パターン１３ｃ，１３ｄとそれぞれ重なるパターンであるため、第２の端子電極１５ａと第３の直線パターン１３ｃは一体化されており、第３の端子電極１５ｂと第３の直線パターン１３ｄは一体化されている。よって、第３の直線パターン１３ｃの幅は第２の端子電極１５ａの形成位置にて少し広くなっており、第４の直線パターン１３ｄの幅も第３の端子電極１５ｂの形成位置にて少し広くなっている。

上記のように、放射導体１３は折り返し構造の帯状導体パターンであり、基体１１の底面１１ｂに設けられた第１の折り返し部は第１の端子電極１４と近接しており、所定幅のギャップを介して第１の端子電極１４と対向配置されている。詳細は後述するが、本実施形態によるアンテナ装置１００は、放射導体１３の第１の折り返し部が２倍波と３倍波の電流分布波形との交点付近に位置しており、この部分が給電点と電磁界結合している。そのため、２倍波及び３倍波の共振周波数を大きく変化させることができ、周波数調整が容易となる。２倍波の周波数調整は、第１の折り返し部と第１の端子電極１４との間のギャップの幅Ｗ２を変更することにより調整することができる。また、３倍波の周波数調整は、第１の折り返し部を構成する第７の直線パターン１３ｇの幅Ｗ３を変更することにより調整することができる。

図３は、アンテナ素子１０が実装されるプリント基板２０上のパターンレイアウトを透過的に示す略斜視図である。

図３に示すように、プリント基板２０はＦＲ４（ガラスエポキシ）等の絶縁基板２１の表裏面に導体パターンが形成されたものである。プリント基板２０の表面２０ａには、各種回路のための実装部品、配線、グランドパターン等が排除された領域であるアンテナ実装領域２３が設けられている。アンテナ実装領域２３は、アンテナ素子１０よりも少し広い矩形領域である。本実施形態によるアンテナ実装領域はプリント基板２０のコーナー部に設けられており、二辺がプリント基板２０のエッジ２０ｅに接している。アンテナ実装領域２３をプリント基板２０のコーナー部に設けた場合には、アンテナ素子１０から見て二方向はプリント基板（導体パターン）の存在しない自由空間であることから、アンテナの放射効率を高めることができる。

アンテナ実装領域２３内には３つのランド２４〜２６が設けられている。ランド２４〜２６にはアンテナ素子１０の端子電極１４〜１６がそれぞれ接続される。ランド２４はチップインダクタ２７を介して給電ライン２８に接続されているが、ランド２５，２６はフローティングパターンである。ランド２５，２６は、アンテナ素子１０の端部を半田付けによって機械的に固定するために設けられている。

プリント基板２０の裏面２０ｂには、表面２０ａ側のアンテナ実装領域２３と平面視にて実質的に同一形状の絶縁領域であるグランドクリアランス領域２９が設けられている。グランドクリアランス領域２９には各種実装部品が実装されず、配線やグランドパターンも設けられていないが、本実施形態においては、グランドクリアランス領域２９には、実装されるアンテナ素子１０とほぼ同じサイズのフローティングパターンである放射抑制パターン３０が形成されている。この放射抑制パターン３０は、プリント基板２０の裏面側の導体パターンや実装部品の影響を抑えるために設けられている。放射導体１３は基体１１の上面１１ａや側面１１ｆのみならず底面１１ｂにまで形成されており、この部分はプリント基板２０に直接接触しているため、プリント基板２０の裏面側の構成の影響を受けやすい。そこで、放射抑制パターン３０を設けてプリント基板２０の裏面側の影響を抑制している。

図１に示したように、プリント基板２０上にアンテナ素子１０を実装すると、放射導体１３の一端は給電導体１２、ランド２４及びチップインダクタ２７を介して給電ライン２８に接続される。放射導体１３には給電ライン２８から給電電流が供給され、給電電流は放射導体１３から放射される。

図４は、放射導体１３上の電流分布を説明するためのグラフであり、横軸は給電点からの距離、縦軸は電流の振幅を示している。

図４に示すように、基本波ＷＡ１の波長λに対してアンテナ長がλ／４であるとき、２倍波及び３倍波の波形はそれぞれＷＡ２、ＷＡ３のようになる。すなわち、２倍波ＷＡ２のピークはλ／８の位置にあり、３倍波ＷＡ３のピークはλ／６の位置にある。このような２倍波や３倍波がほぼピークとなる領域、すなわち２倍波と３倍波の波形の交点付近を給電点付近と結合させることにより。２倍波及び３倍波の周波数を調整することが可能となる。２倍波と３倍波のピーク位置は若干異なるが、第１の折り返し部の幅と位置を変更することによって、それらを独立に調整することが可能である。

図５は、アンテナ装置１００の等価回路図である。

図５に示すように、プリント基板２０上のアンテナ素子１０は、インダクタＬ１〜Ｌ３と、キャパシタＣ１〜Ｃ３とを備えている。また、アンテナ素子１０の給電点Ｐは、プリント基板２０上のチップインダクタ２７によるインダクタＬ４を介して給電ライン２８に接続されている。インダクタＬ１は、放射導体１３の第１の直線パターン１３ａ、第５の直線パターン１３ｅ及び第３の直線パターン１３ｃによって構成され、インダクタＬ２は、第７の直線パターン１３ｇによる第１の折り返し部によって構成され、インダクタＬ３は、第２の直線パターン１３ｂ、第６の直線パターン１３ｆ及び第４の直線パターン１３ｄによって構成されている。そのため、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３は直列に接続されている。

また、キャパシタＣ１は、第２の直線パターン１３ｂの他端（放射導体１３の先端）と給電導体１２との間のギャップによる容量成分であり、キャパシタＣ２は、第７の直線パターン１３ｇと第１の端子電極１４との間のギャップによる容量成分であり、キャパシタＣ３は、第７の直線パターン１３ｇの線幅に起因する容量成分である。

インダクタＬ１及びキャパシタＣ１は基本波の共振周波数に寄与し、インダクタＬ２及びキャパシタＣ２は２倍波の共振周波数に寄与し、インダクタＬ３及びキャパシタＣ３は３倍波の共振周波数に寄与する。そのため、キャパシタＣ２の容量を変更することで２倍波の共振周波数を独立して調整することができ、キャパシタＣ３の容量を変更することで３倍波の共振周波数を独立して調整することができる。

さらにインダクタＬ４は４倍波の周波数調整に寄与する。４共振アンテナを構成したい場合にはインダクタＬ４を給電点Ｐと給電ライン２８との間に直列に挿入することで実現できる。インダクタＬ４も２倍波や３倍波の周波数に影響を与えるが、その影響は非常に小さい。したがって、インダクタＬ４を実装したとしても、２倍波や３倍波の共振周波数を容易に制御することができる。なお、４共振アンテナを構成する場合には、インダクタＬ４の値を最初に設定した後、２倍波及び３倍波のためのキャパシタＣ１、Ｃ２の値を調整することが好ましい。

一本のアンテナ導体パターンを用いて複共振特性を実現するためには、２倍波、３倍波等の高調波を利用することが有効である。しかし、目的とする複共振周波数が必ずしも２倍波、３倍波であるとは限らないので、複共振周波数を調整しなければならない。また、低周波から高周波までの広い周波数範囲内に複数の共振点を有する複共振アンテナを１チップ上に構成するためには、アンテナの帯状導体パターンを折り返し構造としなければならない。本実施形態のような折り返し構造とした場合には、第１の折り返し部が給電点に近づくが、この部分はアンテナの複共振特性に対する影響が大きい。本発明では、第１の折り返し部の位置や形状を調整することにより、所望の複共振特性を得ることを可能としたものである。

図６は、アンテナ装置１００の放射効率の周波数特性を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は放射効率（ｄＢ）を示している。

図６に示すように、アンテナ装置１００は、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、２．１ＧＨｚ帯、及び２．５ＧＨｚ帯にそれぞれ共振のピークを有する複共振アンテナである。この場合、８００ＭＨｚ帯が基本波、１．５ＧＨｚ帯が２倍波、２．１ＧＨｚ帯が３倍波、２．５ＧＨｚ帯が４倍波に対応している。８００ＭＨｚ帯の基本波に対して、２倍波の理論的な周波数は１．６ＧＨｚ帯、３倍波の理論的な周波数は２．４ＧＨｚ帯となるべきところであるが、２倍波の電流分布波形と３倍波の電流分布波形との交点付近に放射導体１３の折り返し部を設け、この折り返し部と給電点とを結合させているので、折り返し部の位置や形状を変更することで２倍波又は３倍波の周波数を大きく変化させることができ、２倍波又は３倍波の周波数を容易に調整することができる。

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１００は、１本の帯状導体パターンを３回折り返した構造からなる放射導体によって複共振アンテナが構成されており、特に、２倍波の電流分布波形と３倍波の波形との交点付近に相当する放射導体１３の第１の折り返し部を給電点と電磁界結合させているので、折り返し部と第１の端子電極１４との間のギャップの幅Ｗ２を変更することで２倍波の周波数を実質的に独立して調整することができる。また、折り返し部の導体幅Ｗ３を変更することで３倍波の周波数を実質的に独立して調整することができる。さらに、給電ライン２８上に周波数調整素子としてのチップインダクタ２７を直列挿入することで、４倍波に対応する共振周波数を生成することができ、４共振アンテナを実現することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されることは言うまでもない。

（実施例１）
図１に示す構造を有するアンテナ装置を用意した。アンテナ素子１０のチップサイズは１５×４×２ｍｍとし、基体１１の材料には誘電率３７の材料を用いた。放射導体１３の第１及び第２の直線パターン１３ａ，１３ｂの幅は１ｍｍ、第３及び第４の直線パターン１３ｃ、１３ｄの幅は１．２ｍｍ、第５及び第６の直線パターン１３ｅ，１３ｆの幅は１．５ｍｍ、第７の直線パターン１３ｇの幅は１．２ｍｍとした。このとき、放射導体１３の先端と給電導体１２との間のギャップの幅Ｗ１は１１．６ｍｍと１１．４ｍｍの２種類とした。その後、アンテナの放射効率の周波数特性を求めた。その結果を図７に示す。同図において"base"はＷ１＝１１．６ｍｍのグラフ、"先端変更"はＷ１＝１１．４ｍｍのグラフをそれぞれ示している。また"SPEC"はアンテナが満たすべきスペックを示しており、放射効率のグラフはこの矩形ラインと交差しないことが望ましい。

図７に示すように、放射導体１３の先端を給電導体１２に近づけ、ギャップの幅Ｗ１を１１．６ｍｍから１１．４ｍｍに変化させた場合には、基本波から４倍波までのすべての共振周波数のピークが低域側にシフトしたが、特に、基本波のシフト量が大きいことが分かった。

（実施例２）
放射導体１３の先端と給電導体１２との間のギャップの幅を１１．６ｍｍに固定し、第１の折り返し部を構成する第７の直線パターン１３ｇと第１の端子電極１４との間のギャップの幅Ｗ２を１．８ｍｍと１．４ｍｍの２種類とした点以外は実施例１と同一構造を有するアンテナ装置を用意した。そして、上記実施例１と同一の条件下でこれらのアンテナ装置の放射効率の周波数特性を求めた。その結果を図８に示す。同図において"base"はＷ２＝１．８ｍｍのグラフ、"間隔変更"はＷ２＝１．４ｍｍのグラフをそれぞれ示している。また"SPEC"はアンテナが満たすべきスペックを示している。

図８に示すように、第７の直線パターン１３ｇを第１の端子電極１４に近づけ、ギャップの幅Ｗ２を１．８ｍｍから１．４ｍｍに変化させた場合には、基本波から４倍波までのすべての共振周波数のピークが低域側にシフトしたが、特に、２倍波のシフト量が大きいことが分かった。

（実施例３）
放射導体１３の先端と給電導体１２との間のギャップの幅を１１．６ｍｍに固定し、第１の折り返し部を構成する第７の直線パターン１３ｇの幅Ｗ３を１．２ｍｍと１．８ｍｍの２種類とした点以外は実施例１と同一構造を有するアンテナ装置を用意した。そして、上記実施例１と同一の条件下でこれらのアンテナ装置の放射効率の周波数特性を求めた。その結果を図９に示す。同図において"base"はＷ３＝１．２ｍｍのグラフ、"間隔変更"はＷ３＝１．８ｍｍのグラフをそれぞれ示している。また"SPEC"はアンテナが満たすべきスペックを示している。

図９に示すように、放射導体１３の第１の折り返し部の幅Ｗ３を広くした場合には、基本波から４倍波までのすべての共振周波数のピークが低域側にシフトしたが、特に、３倍波及び４倍波の周波数のシフト量が大きいことが分かった。

（実施例４）
放射導体１３の先端と給電導体１２との間のギャップの幅を１１．６ｍｍに固定し、チップインダクタ２７からなるインダクタＬ４の値を４．５ｎＨと５．５ｎＨの２種類とした点以外は実施例１と同一構造を有するアンテナ装置を用意した。そして、上記実施例１と同一の条件下でこれらのアンテナ装置の放射効率の周波数特性を求めた。その結果を図１０に示す。同図において"base"はＬ４＝４．５ｎＨのグラフ、"インダクタンス値変更"はＬ４＝５．５ｎＨのグラフをそれぞれ示している。また"SPEC"はアンテナが満たすべきスペックを示している。

図１０に示すように、チップインダクタ２７からなるインダクタＬ４の値を大きくし、４．５ｎＨから５．５ｎＨに変化させた場合には、基本波の周波数は殆ど変化せず、２倍波及び３倍波の周波数は僅かに低下したが、それらに比べて４倍波の周波数の低下が非常に大きいことが分かった。

（実施例５）
実施例１で示した放射導体１３の先端と給電導体１２との間のギャップの幅Ｗ１、実施例２で示した第１の折り返し部を構成する第７の直線パターン１３ｇと第１の端子電極１４との間のギャップの幅Ｗ２、実施例３で示した第７の直線パターン１３ｇの幅Ｗ１、チップインダクタ２７からなるインダクタＬ４をそれぞれ独立のパラメータとし、各パラメータを動かして基本波を１０ＭＨｚ変化させた場合における２倍波、３倍波、４倍波の変化量を求めた。その結果を図１１に示す。

図１１に示すように、放射導体１３の先端と給電導体１２との間のギャップの幅Ｗ１を変化させた場合、基本波の共振周波数を１０ＭＨｚの変化させた場合の各高調波の変化を見てみると、２倍波の変化は０ＭＨｚ、３倍波の変化は６ＭＨｚ、４倍波の変化は６ＭＨｚとなり、基本波の変化が最も大きいことが分かった。また、第７の直線パターン１３ｇと第１の端子電極１４との間のギャップの幅Ｗ２を変化させた場合、同様にして見てみると、２倍波の変化は２８４ＭＨｚ、３倍波の変化は１９ＭＨｚ、４倍波の変化は２５ＭＨｚとなり、２倍波の変化が最も大きいことが分かった。また、第７の直線パターン１３ｇの幅Ｗ１を変化させた場合、同様にして見てみると、２倍波の変化は１ＭＨｚ、３倍波の変化は１８ＭＨｚ、４倍波の変化は１９ＭＨｚとなり、４倍波の変化が最も大きく、３倍波の変化もこれと同じ位であることが分かった。さらに、チップインダクタ２７からなるインダクタＬ４の値を変化させた場合、同様にして見てみると、２倍波の変化は５５ＭＨｚ、３倍波の変化は１９２ＭＨｚ、４倍波の変化は７１１ＭＨｚとなり、基本波の変化が最も大きいことが分かった。

１０ アンテナ素子
１１ 基体
１１ａ 基体の上面
１１ｂ 基体の底面
１１ｃ，１１ｄ 基体の側面
１１ｅ，１１ｆ 基体の側面
１２ 給電導体
１３ 放射導体
１３ａ 第１の直線パターン
１３ｂ 第２の直線パターン
１３ｃ 第３の直線パターン
１３ｄ 第４の直線パターン
１３ｅ 第５の直線パターン
１３ｆ 第６の直線パターン
１３ｇ 第７の直線パターン
１４ 第１の端子電極
１５ａ 第２の端子電極
１５ｂ 第３の端子電極
２０ プリント基板
２０ａ プリント基板の表面
２０ｂ プリント基板の裏面
２０ｅ プリント基板のエッジ
２１ 絶縁基板
２３ アンテナ実装領域
２４ 第１のランド
２５ 第２のランド
２６ 第３のランド
２７ チップインダクタ
２８ 給電ライン
２９ グランドクリアランス領域
３０ 放射抑制パターン
１００ アンテナ装置
Ｃ１-Ｃ３ キャパシタ
Ｌ１-Ｌ４ インダクタ
Ｐ 給電点
ＷＡ１ 基本波
ＷＡ２ ２倍波
ＷＡ３ ３倍波

Claims (7)

1. 略直方体状の誘電体からなる基体と、
   前記基体の長手方向と直交する第１の側面に形成された給電導体と、
   前記基体の上面、前記第１の側面と対向する第２の側面、及び底面にかけて連続的に形成された１本の帯状導体パターンからなる放射導体と、
   前記基体の底面であって、前記給電導体と接続されるように前記第１の側面寄りに形成された第１の端子電極とを備え、
   前記放射導体は、折り返し構造の帯状導体パターンであり、前記基体の底面において所定幅のギャップを介して前記第１の端子電極と近接して対向配置された第１の折り返し部を有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記放射導体の全長がλ／４（λは基本波の波長）と実質的に等しく、
   前記折り返し部の形成位置は、前記基本波に対する２倍波の電流分布波形と３倍波の電流分布波形との交点の位置を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記放射導体は、
   前記基体の上面に形成され前記基体の長手方向に延びる第１及び第２の直線パターンと、
   前記基体の底面に形成され前記基体の長手方向に延びる第３及び第４の直線パターンと、
   前記第１の直線パターンの一端と前記第３の直線パターンの一端とを接続する第５の直線パターンと、
   前記第２の直線パターンの一端と前記第４の直線パターンの一端とを接続する第６の直線パターンと、
   前記第３の直線パターンと前記第４の直線パターンの他端とを接続する第７の直線パターンとを備え、
   前記第７の直線パターンによって前記第１の折り返し部が構成されており、
   前記第５の直線パターンによって前記第２の折り返し部が構成されており、
   前記第６の直線パターンによって前記第３の折り返し部が構成され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。
4. 前記給電導体と給電ラインとの間に直列挿入されたチップインダクタをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
5. アンテナ素子と、前記アンテナ素子が実装されるプリント基板とを備え、
   前記アンテナ素子は、略直方体状の誘電体からなる基体と、前記基体の長手方向と直交する第１の側面に形成された給電導体と、前記基体の上面、前記第１の側面と対向する第２の側面、及び底面にかけて連続的に形成された１本の帯状導体パターンからなる放射導体と、前記基体の底面であって前記給電導体と接続されるように前記第１の側面寄りに形成された第１の端子電極とを備え、前記放射導体は、折り返し構造の帯状導体パターンであり、前記基体の底面において所定幅のギャップを介して前記第１の端子電極と近接して対向配置された第１の折り返し部を有し、
   前記プリント基板の表面には、前記アンテナ素子が実装されるアンテナ実装領域が設けられており、前記プリント基板の裏面であって前記アンテナ素子の直下には、フローティングパターンが設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置の周波数調整方法であって、
   前記第１の折り返し部と前記前記第１の端子電極との間のギャップの幅を変更することにより、前記基本波に対する２倍波の共振周波数を調整することを特徴とするアンテナ装置の周波数調整方法。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置の周波数調整方法であって、
   前記第１の折り返し部の導体幅を変更することにより、基本波に対する３倍波の共振周波数を調整することを特徴とするアンテナ装置の周波数調整方法。

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