JP2009077028A - アンテナ装置、および、通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数帯域の広いアンテナを提供することができる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】アンテナ装置は、給電素子と無給電素子とを備える。ここで、給電素子は、給電部と、一端が給電部に接続された線状の整合素子と、整合素子の他端に接続されるとともに他端から遠いほど幅が広くなる部分を含む拡張平板部と、を含む。無給電素子は、拡張平板部とほぼ平行に配置された無給電平板部を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナ装置に関するものである。

携帯電話や無線ネットワーク端末等の無線通信機器が広く普及している。このような無線通信機器のために、種々のアンテナが提案されている。例えば、平板状の放射電極に整合素子を追加したアンテナが提案されている。

特開２００７−８８６２８号公報

近年、広い周波数帯域を利用する無線通信方式が提案されている。このような通信方式としては、例えば、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）やＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）が挙げられる。このような通信方式を利用するために、周波数帯域の広いアンテナを提供する技術が望まれていた。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、周波数帯域の広いアンテナを提供することができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］アンテナ装置であって、給電部と、一端が前記給電部に接続された線状の整合素子と、前記整合素子の他端に接続されるとともに前記他端から遠いほど幅が広くなる部分を含む拡張平板部と、を含む給電素子と、前記拡張平板部とほぼ平行に配置された第１無給電平板部を含む第１無給電素子と、を備える、アンテナ装置。

この構成によれば、給電素子と無給電素子との間の電磁的な相互作用によって、周波数帯域の広いアンテナを提供することができる。

［適用例２］適用例１に記載のアンテナ装置であって、さらに、前記拡張平板部とほぼ平行に配置された第２無給電平板部を含む第２無給電素子を含み、前記拡張平板部は、前記第１無給電平板部と前記第２無給電平板部との間に配置されている、アンテナ装置。

この構成によれば、第１無給電素子と第２無給電素子との２つの素子のそれぞれと、給電素子との間の電磁的な相互作用によって、周波数帯域を更に拡張することができる。

［適用例３］適用例２に記載のアンテナ装置であって、前記拡張平板部と前記第１無給電平板部との間の間隔と、前記拡張平板部と前記第２無給電平板部との間の間隔とは、それぞれ、２０μｍ以上３０μｍ以下の値に設定されている、アンテナ装置。

この構成によれば、電圧定在波比が高くなることを抑制できる。

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のアンテナ装置であって、さらに、誘電体または磁性体で構成された素子基材を備え、前記拡張平板部と前記無給電平板部とのそれぞれは、前記素子基材の表面または内部に設けられている、アンテナ装置。

この構成によれば、アンテナ装置の小型化することができる。

［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のアンテナ装置であって、さらに、基板を備え、前記給電素子と前記無給電素子とは前記基板に設けられ、前記基板の一部の領域であるグランド領域には、前記基板の表面あるいは内部にグランド導電パターンが設けられ、前記給電素子と前記無給電素子とは、前記基板の厚さ方向に沿って見たときに、前記グランド領域と重ならない位置に配置されている、アンテナ装置。

この構成によれば、給電素子と無給電素子とを利用した無線通信が、グランド導電パターンによって遮られることを抑制できる。

［適用例６］適用例５に記載のアンテナ装置と、前記グランド領域に設けられるとともに前記アンテナ装置に接続される信号処理回路と、を備える、通信装置。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、アンテナ装置、そのアンテナ装置とそのアンテナに接続された信号処理回路とを備える通信装置、等の形態で実現することができる。

次に、この発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置構成：
図１、図２は、本発明の一実施例としてのアンテナ装置１０の説明図である。図１はアンテナ装置１０の斜視図であり、図２はアンテナ装置１０の上面図である。このアンテナ装置１０は、平板形状の誘電体基板９００と、その基板９００の上面に固定されたチップアンテナ１００とを備えている。このアンテナ装置１０は、図示しないケース内に収納され、無線通信装置を構成する。この無線通信装置は、ＵＷＢの通信方式に従って、図示しない他の無線通信装置との間でデータ通信を行う。本実施例では、データ通信には、３〜５ＧＨｚの周波数帯が利用される。

誘電体基板９００としては、矩形の基板を加工したものが利用されている。ｘ方向は、この矩形の短辺と平行な方向を示し、ｙ方向は矩形の長辺と平行な方向を示し、ｚ方向は厚さ方向を示している。本実施例では、短辺の長さＸｂは２０ｍｍであり、長辺の長さＹｂは４５ｍｍであり、厚さＴｂは１ｍｍである。また、この誘電体基板９００の比誘電率は４．６である。なお、誘電体基板９００の上面は＋ｚ側の表面である。

誘電体基板９００の上面には、グランド導電パターン４００が形成されている。このグランド導電パターン４００は、基板９００を横切る仮想的な直線Ｌｎｇによって区切られる２つの領域の内の一方の領域（−ｙ側の領域）を占めている。本実施例では、この直線Ｌｎｇは、ｘ方向と平行である。また、基板９００の−ｙ側の端からこの直線Ｌｎｇまでの距離Ｙｇは３４ｍｍである。以下、誘電体基板９００におけるグランド導電パターン４００が形成された領域を「グランド領域ＧＡ」とも呼ぶ。このグランド領域ＧＡには、フィルタ、アンプ、ミキサ等の電子部品を利用した信号処理回路ＳＣが実装される。すなわち、グランド領域ＧＡは、信号処理回路の実装用領域として利用される。なお、グランド導電パターン４００は、銅や銀等の導電体の薄膜で形成されている。また、グランド導電パターン４００は、誘電体基板９００の表面の代わりに、誘電体基板９００の内部に形成されてもよい。また、アンテナ装置１０と信号処理回路ＳＣとの全体は、無線通信装置として利用される。

誘電体基板９００の上面の＋ｙ側には、固定パッド７８０と給電パッド７９０とが形成されている。これらのパッド７８０、７９０には、アンテナ１００（図１）の側面に設けられた端子１８０が、固定される。固定には、ハンダ付けや銀ロウ付け等の、導電性の固定方法が利用される。なお、これらのパッド７８０、７９０も、グランド導電パターン４００と同様に、導電体の薄膜で形成されている。このようなパッドは「ランド」とも呼ばれている。

次に、基板９００に固定された状態のアンテナ１００について説明する。図２に示すように、ｚ方向に沿って見たアンテナ１００の形状は矩形状である。短辺はｘ方向と平行であり、短辺の長さＸａは４ｍｍである。長辺はｙ方向と平行であり、長辺の長さＹａは８ｍｍである。基板９００の＋ｘ側の端からアンテナ１００の＋ｘ側の端までのｘ方向に沿った距離Ｘ１は２．５ｍｍである。基板９００の＋ｙ側の端からアンテナ１００の＋ｙ側の端までのｙ方向に沿った距離Ｙ１は１ｍｍである。直線Ｌｎｇからアンテナ１００の−ｙ側の端までのｙ方向に沿った距離Ｙ２は２ｍｍである。

また、アンテナ１００の＋ｘ側には、アンテナ１００から＋ｘ側に突出する３つの固定パッド７８０が配置されている。３つの固定パッド７８０は、アンテナ１００の−ｙ側の端部と中央部と＋ｙ側の端部とに、それぞれ配置されている。固定パッド７８０の約１／３の部分はアンテナ１００の後ろに隠れ、約２／３の部分はアンテナ１００の外に現れている。現れている部分の形状は、１ｍｍ（ｘ方向）＊１ｍｍ（ｙ方向）の矩形状である。隠れている部分の形状は、０．５ｍｍ（ｘ方向）＊０．８ｍｍ（ｙ方向）の矩形状である。ｘ方向に沿って見たときに、隠れている部分の中心は、現れている部分の中心と同じである。アンテナ１００の−ｘ側にも、中央部と＋ｙ側の端部とのそれぞれに、同様の固定パッド７８０が配置されている。

また、アンテナ１００の−ｘ側の、−ｙ側の端部には、給電パッド７９０が配置されている。この給電パッド７９０も、アンテナ１００の後ろに隠れた部分と、アンテナ１００の外に現れた部分とを有している。隠れた部分の形状は、０．５ｍｍ（ｘ方向）＊１ｍｍ（ｙ方向）の矩形状である。現れている部分は、ｙ方向に沿って延びる線状線路である。この線状線路の幅は２ｍｍであり、また、この線状線路は、アンテナ１００の近傍からグランド導電パターン４００の中まで延びている（直線Ｌｎｇの＋ｙ側から−ｙ側まで）。グランド導電パターン４００には、給電パッド７９０を囲む窪みが形成されている。なお、給電パッド７９０の形状は、Ｌ字形状である。

後述するように、給電パッド７９０は、アンテナ１００の給電素子と電気的に接続される。そして、この給電パッド７９０には給電ラインＦＬが接続される。この給電ラインＦＬによって、アンテナ１００と信号処理回路ＳＣとが接続される。給電ラインＦＬとしては、同軸ケーブルやマイクロストリップライン等の種々の給電ラインを採用可能である。

給電パッド７９０の直線Ｌｎｇよりも−ｙ側の部分は、グランド導電パターン４００に囲まれているので、アンテナ素子としては機能せずに給電ラインとして機能する。一方、給電パッド７９０の直線Ｌｎｇよりも＋ｙ側の部分は、アンテナ素子として機能する。このように、給電パッド７９０の直線Ｌｎｇと交差する位置が、給電点となる。

図３は、アンテナ１００の分解斜視図である。図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、アンテナ１００を誘電体基板９００（図１、図２）に固定した状態におけるｘ、ｙ、ｚ方向（図１、図２）を、それぞれ示している。

図３に示すように、アンテナ１００は、第１誘電層１４１と、第１無給電導体部１３１と、第２誘電層１４２と、給電導体部１１０と、第３誘電層１４３と、第２無給電導体部１３２と、第４誘電層１４４とが、ｚ方向に沿ってこの順番に積層された構造を有している。各誘電層１４１〜１４４は、ホウケイ酸ガラス系セラミックの矩形シートであり、長辺の長さＹａと短辺の長さＸａとは、各誘電層１４１〜１４４に共通である。各誘電層１４１〜１４４の比誘電率は、本実施例では７．５である。また、３つの導体部１１０、１３１、１３２は、銀や銅等の導電体の薄膜であり、互いに平行に配置されている。

図４は、アンテナ１００の側面図である。この側面図は、−ｙ側から＋ｙ側に向かって見た側面図である。アンテナ１００の厚さＴａは０．８ｍｍである。給電導体部１１０の厚さ方向（ｚ方向）の位置は、アンテナ１００の中央である。図中の距離ｄは、給電導体部１１０と第１無給電導体部１３１との間の間隔を示している。給電導体部１１０と第２無給電導体部１３２との間の間隔も同じ値ｄに設定されている。本実施例では、距離ｄは、２５μｍである。

以上説明したような積層アンテナの製造方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、最初に、セラミックグリーンシートの表面に、導電材料を用いたスクリーン印刷によって、第２無給電導体部１３２の導電パターンを形成する。次に、導電パターンが形成された表面の上に、別のセラミックグリーンシートを積層することによって、３層の積層体を形成する。このように、セラミックグリーンシートの表面に対する導体部の印刷と、別のセラミックグリーンシートの積層とを繰り返すことによって、図３に示す７層の積層体を形成する。そして、この積層体の焼成によって、アンテナ１００を形成する。なお、セラミックグリーンシートとしては、種々のシートを採用可能である。例えば、ホウケイ酸ガラスとアルミナとアクリル樹脂とを含むスラリーからドクターブレード法によって形成されたシートを採用可能である。また、導電材料としては、種々の材料を採用可能である。例えば、銀や金等の導電体とアクリル樹脂とを含む混合物を採用可能である。

図５は、給電導体部１１０の上面図である。図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、アンテナ１００を誘電体基板９００（図１）に固定した状態におけるｘ、ｙ、ｚ方向（図１、図２）を、それぞれ示している。図５（Ａ）は、給電導体部１１０の全体を示し、図５（Ｂ）は、給電導体部１１０の−ｙ側の端部の拡大図を示している。

給電導体部１１０のパターン形状は、誘電層１４１よりも一回り小さい矩形ＲＡに、この矩形ＲＡの左辺Ｓ１から＋ｘ方向へ向かうＶ字形の切込１１６ｔと、この切込１１６ｔから＋ｘ方向へ延びるスリット１１６ｓと、矩形の開口１１８とを設けて得られる形状と、ほぼ同じである。本実施例では、この仮想的な矩形ＲＡは、誘電層１４１の四辺のそれぞれを０．１５ｍｍだけ内側に移動させて得られる矩形と同じである。また、図中の４つの矢印Ｓ１〜Ｓ４は、この矩形ＲＡの４つの辺をそれぞれ示している。各矢印は、辺に沿った方向を示している。例えば、辺Ｓ１は、ｙ方向に平行な−ｘ側の辺を示している。

また、このパターン形状（矩形ＲＡ）の−ｘ側の辺Ｓ１には、３つの突出部Ｐ１〜Ｐ３が設けられている。また、＋ｘ側の辺Ｓ２には、３つの突出部Ｐ４〜Ｐ６が設けられている。これら６つの突出部Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれは、アンテナ１００の側面に設けられた端子１８０（図１）に電気的に接続される。端子１８０は、各突出部Ｐ１〜Ｐ６の近傍に、１つずつ設けられている。すなわち、アンテナ１００の−ｘ側の側面には、−ｙ側の端部と中央部と＋ｙ側の端部とに、ｚ方向に延びるライン状の端子１８０が、それぞれ設けられている。アンテナ１００の＋ｘ側の側面についても同様である。そして、これらの端子１８０は、パッド７８０、７９０に固定される（電気的に接続される）。これらの結果、本実施例では、給電パッド７９０の直線Ｌｎｇよりも＋ｙ側の部分と、固定パッド７８０と、端子１８０と、給電導体部１１０との全体が、給電素子として機能する。

なお、このような端子１８０（図１）は、いわゆるキャスタレーションによって形成可能である。本実施例では、各端子１８０の幅は０．３ｍｍである。また、各突出部Ｐ１〜Ｐ６（図５）は、矩形ＲＡの外側に０．０７５ｍｍだけ突出している。辺Ｓ１、Ｓ２の中央部に配置された突出部Ｐ２、Ｐ５と、給電パッド７９０に接続される突出部Ｐ１との幅は０．６ｍｍである。また、他の突出部Ｐ３、Ｐ４、Ｐ６の幅は０．６５ｍｍである。

給電導体部１１０は、大きく３つの導体部１１１、１１２、１１３に分けられる。図５（Ａ）では、各導体部１１１、１１２、１１３は、互いに異なる種類のハッチングによって示されている。ただし、各導体部１１１、１１２、１１３は、同一材料で連続した領域として形成されている。

第１導体部１１１は、図５（Ａ）、５（Ｂ）における給電導体部１１０の左下のコーナーｃｎ１を形成するＬ字形の線状導体部である。第１導体部１１１は、第１直線部１１１Ｌ１と第２直線部１１１Ｌ２とを有している。第１直線部１１１Ｌ１は、コーナーｃｎ１から＋ｙ方向に延びて端１１１ｅ１に至る。この第１直線部１１１Ｌ１の幅ＸＬ１ｓは０．３ｍｍである。また、第１誘電層１４１の−ｙ側の辺（以下、「底辺１４１Ｂ」とも呼ぶ）から端１１１ｅ１までのｙ方向に沿った距離ＹＬ１は０．７５ｍｍである。

第１直線部１１１Ｌ１は、第１突出部Ｐ１を含んでいる。この第１突出部Ｐ１は、図１のアンテナ１００の裏側に隠れている端子１８０を介して給電パッド７９０（図１、図２）に接続される。

一方、第２直線部１１１Ｌ２は、コーナーｃｎ１から＋ｘ方向に延びて端１１１ｅ２に至る。この第２端１１１ｅ２は、給電導体部１１０の−ｙ側の辺Ｓ４の途中に位置している。この第２端１１１ｅ２から第１誘電層１４１の＋ｘ側の辺（以下「右辺１４１Ｒ」とも呼ぶ）までのｘ方向に沿った距離Ｘｃは０．８５ｍｍである。また、右辺１４１Ｒから第２直線部１１１Ｌ２の−ｘ側の端部までの距離ＸＬは３．６２５ｍｍである。また、第２直線部１１１Ｌ２の幅ＷＬは０．１５ｍｍである。

後述するように、この第２直線部１１１Ｌ２の長さを調整することによって、アンテナ１００のＶＳＷＲ（電圧定在波比）を調整することができる。すなわち、第２直線部１１１Ｌ２は、特許請求の範囲における「整合素子」に相当する。また、給電パッド７９０の直線Ｌｎｇよりも＋ｙ側の部分（図１、図２）と、給電パッド７９０に接続された端子１８０と、第１直線部１１１Ｌ１と、の全体は、「給電部」に相当する。

第２導体部１１２は、給電導体部１１０を横切る直線１１２Ｕ（図５（Ｂ））から辺Ｓ４までの導体部の内の第１導体部１１１（１１１Ｌ１、１１１Ｌ２）を除く残りの部分である。この第２導体部１１２は、辺Ｓ４と第１ライン１１２Ｕとの間の第２ライン１１２Ｄによって、２つの部分１１２ｐ１、１１２ｐ２に分けられる。なお、これらのライン１１２Ｕ、１１２Ｄは、いずれも、ｘ方向と平行である。

第１部分１１２ｐ１は、図５（Ａ）、５（Ｂ）における給電導体部１１０の右下のコーナーｃｎ２を形成する矩形状の導体部である。この第１部分１１２ｐ１の−ｘ側の端部には、第２直線部１１１Ｌ２の第２端１１１ｅ２が接続されている。これらの導体部１１１Ｌ２、１１２ｐ１は、辺Ｓ４を形成する。

第１部分１１２ｐ１の＋ｙ側には、第２部分１１２ｐ２が接続されている。第２部分１１２ｐ２は、略台形状の導体部である。この第２部分１１２ｐ２の輪郭は、２つのライン１１２Ｄ、１１２Ｕと、切込１１６ｔの輪郭の一部である第３ライン１１２Ｓと、給電導体部１１０の＋ｘ側の輪郭の一部分と、を含んでいる。

第２ライン１１２Ｄは、第１部分１１２ｐ１を超えて−ｘ方向に延び、第１頂点１１２ｖ１に至る。この第１頂点１１２ｖ１と右辺１４１Ｒとの間のｘ方向に沿った距離Ｘｓは２．４５ｍｍである。

第１頂点１１２ｖ１からは、辺Ｓ１の途中に位置する第２頂点１１２ｖ２まで、第３ライン１１２Ｓが延びている。第２頂点１１２ｖ２は、第１頂点１１２ｖ１から見て、左上の方向に位置している（−ｘ方向、＋ｙ方向）。この第２頂点１１２ｖ２から底辺１４１Ｂまでのｙ方向に沿った距離Ｙｔは、０．９６ｍｍである。

第２頂点１１２ｖ２からは、辺Ｓ２まで、第１ライン１１２Ｕが延びている。

第２部分１１２ｐ２と第１導体部１１１（直線部１１１Ｌ１、１１１Ｌ２）との間には、スリット１１６ｓと切込１１６ｔとが形成されている。スリット１１６ｓは、第２直線部１１１Ｌ２と第２ライン１１２Ｄとの間の切れ目である。また、スリット１１６ｓは、第１部分１１２ｐ１の−ｘ側に形成されている。このスリット１１６ｓの幅Ｗｓは０．１５ｍｍである、切込１１６ｔは、第３ライン１１２Ｓと第１導体部１１１（１１１Ｌ１、１１１Ｌ２）に囲まれている。

第３導体部１１３は、給電導体部１１０の残りの部分である。この第３導体部１１３は、第２導体部１１２の＋ｙ側に位置する略矩形の導体部である。この第３導体部１１３の端部（例えば、＋ｙ側の端部）は、給電導体部１１０の開放端として機能する。この第３導体部１１３の内には、矩形状の開口１１８が設けられている。開口１１８を設けることによって、第２誘電層１４２（図３）が第３誘電層１４３と接する領域の面積が増大する。その結果、第２誘電層１４２が第３誘電層１４３から剥がれることが抑制される。

なお、この開口１１８の形状は、ｘ方向と平行な２辺と、ｙ方向と平行な２辺とに囲まれる矩形状である。この開口１１８のｘ方向の長さＸｈｓは、２．８５ｍｍであり、ｙ方向の長さＹｈｓは５．５ｍｍである。そして、右辺１４１Ｒから開口１１８の−ｘ側の端までのｘ方向に沿った距離Ｘｈは３．４２５ｍｍであり、底辺１４１Ｂから開口１１８の−ｙ側の端までのｙ方向に沿った距離Ｙｈは１．８５ｍｍである。

ところで、第２部分１１２ｐ２の幅（ｘ方向の長さ）は、第１部分１１２ｐ１から遠いほど広い。すなわち、第２導体部１１２の幅は、第２端１１１ｅ２から遠いほど広いということができる。このように、第２導体部１１２は、特許請求の範囲における「拡張平板部」に相当する。

このように第２端１１１ｅ２から徐々に幅が広くなる第２導体部１１２を設ける理由は、アンテナ１００の周波数帯域を拡張するためである。給電側から開放端側に向かって幅が広がる第２導体部１１２を利用することによって、電流は、長さの異なる複数の通り道を流れることが可能である。換言すれば、給電導体部１１０の見かけ上の長さは、互いに異なる複数の長さを含む、と言うこともできる。この結果、給電導体部１１０（アンテナ１００）の周波数帯域を拡張することができる。ここで、導体部の幅の変化が大きいほど、周波数帯域も広くなる傾向にある。ただし、幅の変化が大きいほど、アンテナの大きさが大きくなる傾向にある。そこで、望ましい周波数帯域と望ましいアンテナの大きさとを考慮して、第２導体部１１２（拡張平板部）の形状を実験的に決定することが好ましい。

なお、切込１１６ｔとスリット１１６ｓとは、第１導体部１１１（１１１Ｌ１、１１１Ｌ２）と第２導体部１１２とによって囲まれている。換言すれば、図５の実施例では、矩形ＲＡに切込１１６ｔとスリット１１６ｓとを設けるだけで、整合素子（第２直線部１１１Ｌ２）と拡張平板部（第２導体部１１２）との両方が形成される。

図６は、無給電導体部１３１、１３２の上面図である。図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、アンテナ１００を誘電体基板９００（図１）に固定した状態におけるｘ、ｙ、ｚ方向（図１、図２）を、それぞれ示している。上面から見た２つの無給電導体部１３１、１３２の形状は、同じである。

無給電導体部１３１、１３２の形状は、誘電層１４１よりも一回り小さい矩形状である。ｘ方向の長さＸｐｓは３ｍｍであり、ｙ方向の長さＹｐｓは７ｍｍである。また、底辺１４１Ｂから無給電導体部１３１、１３２の−ｙ側の端までのｙ方向に沿った距離Ｙｐは０．３ｍｍである。第１誘電層１４１の−ｘ側の辺（以下「左辺１４１Ｌ」とも呼ぶ）から無給電導体部１３１、１３２の−ｘ側の端までのｘ方向に沿った距離Ｘｐは０．５ｍｍである。このように、各無給電導体部１３１、１３２は、誘電体に覆われており、給電パッド７９０（図１、図２）から絶縁されている。このように、無給電導体部１３１、１３２は、それぞれ、無給電素子として機能する。なお、各無給電導体部１３１、１３２は、さらに、グランド導電パターン４００と固定パッド７８０とからも絶縁されている。

ｚ方向に沿って見た場合には、無給電導体部１３１、１３２は、給電導体部１１０と重なっている。特に、第２導体部１１２（拡張平板部）の一部と無給電導体部１３１、１３２の一部とが重なっている。これは、無給電導体部１３１、１３２と、給電導体部１１０との間の電磁的な相互作用を利用するためである（詳細は後述）。

Ａ２．ＶＳＷＲ特性：
図７は、アンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示すグラフである。横軸は周波数ｆｒｅｑ（ＧＨｚ）を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。第１グラフＶＥは、アンテナ装置１０の特性を示している。比較グラフＶＣは、比較例のアンテナ装置の特性を示している。この比較例は、アンテナ１００から２枚の無給電導体部１３１、１３２を省略したものである（他の構成は、アンテナ装置１０と同じ）。これらのグラフＶＥ、ＶＣは、いずれもシミュレーションによる計算値を示している。このシミュレーションは、図１〜図６に示す構成に基づいて行われている。

比較グラフＶＣが示すように、比較例は３．５ＧＨｚ周辺において良好なＶＳＷＲを示している。これは、無給電導体部１３１、１３２を利用せずに得られる特性である。

第１グラフＶＥが示すように、第１実施例のアンテナ装置１０は、３．５ＧＨｚ帯に加えて、５ＧＨｚ周辺においても良好なＶＳＷＲを示している。これは、無給電導体部１３１、１３２を追加することによって得られる特性である（図３）。

ここで、「ＶＳＷＲ＜２．０」を満たす周波数の上限を比較する。
比較例−約４．１ＧＨｚ：
第１実施例−約５．１ＧＨｚ：

このように、無給電導体部１３１、１３２を追加することによって、ＶＳＷＲが小さい周波数帯域を大幅に広げることができる。特に、第１実施例では、高域側のＶＳＷＲが大幅に低減されるので、３．５ＧＨｚ帯に加えて、５ＧＨｚ帯でも通信を良好に行うことが可能である。

このような周波数帯域の拡張は、給電導体部１１０（図３）と無給電導体部１３１、１３２との間の電磁的な相互採用に起因する。特に、本実施例のように大幅に周波数帯域を拡張可能な理由は、アンテナ１００が、無給電導体部１３１、１３２による共振によって複共振アンテナとして動作しているからであると推定される。

なお、「ＶＳＷＲ＜２．０」を満たす周波数帯域は、反射特性が特に良好な帯域を示しているので、このような周波数帯域を利用して通信を行うことが好ましい。ただし、ＶＳＷＲが２よりも大きくてもよい。一般には、ＶＳＷＲが３．０より小さいことが好ましく、ＶＳＷＲが２．５より小さいことが特に好ましく、ＶＳＷＲが２．０より小さいことが最も好ましい。本実施例では、３〜５ＧＨｚの全範囲において、ＶＳＷＲが３．０より小さな値に維持されている（図７：グラフＶＥ）。

Ａ３．整合素子の長さとＶＳＷＲとの関係：
図８（Ａ）は、整合素子（第２直線部１１１Ｌ２）の長さＳＬを示す概略図である。図８（Ａ）には、給電導体部１１０の−ｙ側の一部分が示されている。本実施例では、スリット１１６ｓの長さを調整することによって、第２直線部１１１Ｌ２の長さＳＬを調整することができる。スリット１１６ｓの＋ｘ側の端ＳＥを＋ｘ側にシフトさせることによって、第２端１１１ｅ２を＋ｘ側にシフトさせることができる（長さＳＬが長くなる）。逆に、端ＳＥを−ｘ側にシフトさせることによって、第２端１１１ｅ２を−ｘ側にシフトさせることができる（長さＳＬが短くなる）。なお、第１実施例のアンテナ装置１０では、長さＳＬは２．７７５ｍｍである。

図８（Ｂ）は、整合素子（図８（Ａ）：第２直線部１１１Ｌ２）の長さＳＬとＶＳＷＲとの関係を示すグラフである。横軸は周波数ｆｒｅｑ（ＧＨｚ）を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。図８（Ｂ）には３つのグラフＶＥ、ＶＥＳ、ＶＥＬが示されている。第１グラフＶＥは、図７に示す第１グラフＶＥと同じである。第２グラフＶＥＳは、第１グラフＶＥと比べて長さＳＬが０．５ｍｍだけ短い場合のグラフである。第３グラフＶＥＬは、第１グラフＶＥと比べて長さＳＬが０．５ｍｍだけ長い場合のグラフである。これらのグラフＶＥ、ＶＥＳ、ＶＥＬは、いずれもシミュレーションによる計算値を示している。シミュレーションに用いたアンテナ装置の構成は、長さＳＬが異なる点以外は、図１〜図６に示すアンテナ装置１０と同じである。

図示するように、長さＳＬを変えることによって、ＶＳＷＲが変化する。すなわち、整合素子（第２直線部１１１Ｌ２）の長さＳＬを調整することによって、ＶＳＷＲを調整することができる。また、本実施例では、スリット１１６ｓの長さを調整するだけで、長さＳＬを調整することができる。このように、ＶＳＷＲの調整を容易に行うことができる。

Ａ４．給電導体部と無給電導体部との間の距離とＶＳＷＲとの関係：
図９は、給電導体部１１０と無給電導体部１３１、１３２との間の距離ｄ（図４）と、ＶＳＷＲとの関係を示すグラフである。横軸は周波数ｆｒｅｑ（ＧＨｚ）を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。図９の下部のグラフは、一部の周波数範囲の拡大図を示している。図中には、５つのグラフＶＥｄ１０、ＶＥｄ２０、ＶＥｄ２５、ＶＥｄ３０、ＶＥｄ４０が示されている。グラフに付された符号のうちの「ｄ」に続く数字は、距離ｄを表している（単位はμｍ）。例えば、第１グラフＶＥｄ２５は、距離ｄが２５μｍの場合のＶＳＷＲを示し、第２グラフＶＥｄ１０は、距離ｄが１０μｍの場合のＶＳＷＲを示している。なお、第１グラフＶＥｄ２５は、図７に示す第１グラフＶＥと同じである。また、これらのグラフＶＥｄ１０〜ＶＥｄ４０は、いずれもシミュレーションによる計算値を示している。シミュレーションに用いたアンテナ装置の構成は、距離ｄが異なる点以外は、図１〜図６に示すアンテナ装置１０と同じである。

図示するように、距離ｄを変えることによって、高い周波数帯（４〜５ＧＨｚ）のＶＳＷＲが変化する。ここで、距離ｄが２０μｍ〜３０μｍの範囲内の場合には、ＶＳＷＲは２．０以下に維持される（グラフＶＥｄ２０、ＶＥｄ２５、ＶＥｄ３０）。

距離ｄが４０μｍの場合には、４．７ＧＨｚ周辺でＶＳＷＲが２よりも大きくなる（グラフＶＥｄ４０）。この理由は、以下のように推定される。距離ｄが過剰に長い場合には、給電導体部１１０と無給電導体部１３１、１３２との間の電磁的な相互作用が過剰に弱くなる。従って、給電導体部１１０と無給電導体部１３１、１３２とを利用する共振によって低いＶＳＷＲが実現される第１の周波数範囲（４．７〜５ＧＨｚ）が、給電導体部１１０のみによって低いＶＳＷＲが実現される第２の周波数範囲（３〜４ＧＨｚ）から遠くなる。その結果、これらの周波数範囲の間に、ＶＳＷＲの大きな周波数範囲が生じると推定される。そこで、距離ｄを３０μｍ以下にすれば、これらの周波数範囲の間にＶＳＷＲの大きな周波数範囲が生じることを抑制できる。

また、距離ｄが１０μｍの場合には、約４．９ＧＨｚ以上の周波数においてＶＳＷＲが２よりも大きくなる（グラフＶＥｄ１０）。この理由は、以下のように推定される。距離ｄが過剰に短い場合には、給電導体部１１０と無給電導体部１３１、１３２との間の電磁的な相互作用が過剰に強くなる。従って、給電導体部１１０と無給電導体部１３１、１３２とによって得られる低ＶＳＷＲ周波数範囲（第１周波数範囲）が、給電導体部１１０のみによって得られる低ＶＳＷＲ周波数範囲（第２周波数範囲）に近くなる。その結果、ＶＳＷＲの良好な周波数範囲が狭くなると推定される。そこで、距離ｄを２０μｍ以上にすれば、ＶＳＷＲの良好な周波数範囲が狭くなることを抑制できる。

以上のように、距離ｄを、２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲内の値に設定することが好ましい。こうすれば、ＶＳＷＲが高くなることを抑制できる。具体的には、所望の周波数範囲の途中にＶＳＷＲの大きな周波数範囲が生じることを抑制し、そして、ＶＳＷＲの良好な周波数範囲が狭くなることを抑制できる。

Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例におけるアンテナ装置のＶＳＷＲを示すグラフである。横軸は周波数ｆｒｅｑ（ＧＨｚ）を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。図１０には、４つのグラフＶＣ、ＶＥ、ＶＵ、ＶＤが示されている。比較グラフＶＣと第１グラフＶＥとは、図７に示す比較グラフＶＣと第１グラフＶＥと、それぞれ、同じである。第２グラフＶＵは、アンテナ１００（図３）から第２無給電導体部１３２を省略して得られるアンテナ装置の特性を示している（他の構成は、アンテナ装置１０と同じ）。第３グラフＶＤは、アンテナ１００から第１無給電導体部１３１を省略して得られるアンテナ装置の特性を示している（他の構成は、アンテナ装置１０と同じ）。このように、第２グラフＶＵと第３グラフＶＤとは、無給電導体部の数が１つである場合の特性を示している。これらのグラフＶＵ、ＶＤは、いずれもシミュレーションによる計算値を示している。シミュレーションに用いたアンテナ装置の構成は、無給電導体部１３１、１３２の有無が異なる点以外は、図１〜図６に示すアンテナ装置１０と同じである。

図示するように、無給電導体部の数が１つである場合には（ＶＵ、ＶＤ）、無給電導体部の数が２つである場合と比べて（ＶＥ）、高い周波数帯（４〜５ＧＨｚ）でのＶＳＷＲが大きくなる。ただし、いずれの場合も、無給電導体部を利用することによって、３〜５ＧＨｚの全範囲においてＶＳＷＲは３．０より小さな値に維持されている（グラフＶＥ、ＶＵ、ＶＤ）。

このように、１つの無給電導体部を利用することによって、ＶＳＷＲの良好な周波数範囲を拡張することができる。そして、給電導体部１１０を挟む２つの無給電導体部１３１、１３２を利用することによって、さらに良好なＶＳＷＲを実現することができる（すなわち、周波数帯域を更に拡張することができる）。

Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

変形例１：
上述の各実施例において、給電素子の構成としては、種々のモノポールアンテナの構成を採用可能である。例えば、線状の整合素子が、曲がっていても良く、アンテナ１００の側面に形成されていてもよい。また、給電素子が、ミアンダ形状を形成する線状の導体部を含んでも良い。また、開口１１８が省略されてもよい。また、拡張平板部の形状としては、台形状に限らず、整合素子の他端から遠いほど幅が広くなる部分を含む種々の形状を採用可能である。例えば、扇形に広がる形状を採用してもよい。また、誘電体基板９００上の固定パッド７８０が、給電素子（給電導体部１１０）から絶縁されていてもよい。ただし、上述の実施例のように固定パッド７８０を給電素子の一部として利用すれば、より低い周波数でのＶＳＷＲを低減できる（すなわち、アンテナを小型化できる）。

いずれの場合も、給電素子の構成としては、給電部と、一端が給電部に接続された線状の整合素子と、整合素子の他端に接続されるとともに他端から遠いほど幅が広くなる部分を含む拡張平板部と、を含む種々の構成を採用可能である。ここで、図５に示す給電導体部１１０のように、矩形の一部を切り欠くことによって整合素子と拡張平板部との両方を形成することが好ましい。

また、無給電素子の構成としても、種々の構成を採用可能である。例えば、無給電素子の形状としては、矩形に限らず、種々の形状を採用可能である。例えば、種々の多角形（例えば、三角形や五角形）を採用してもよい。また、給電素子の代わりに無給電素子が固定パッド７８０に接続されてもよい。この場合には、固定パッド７８０も無給電素子の一部として機能する。また、上述の各実施例では、無給電素子（無給電導体部１３１、１３２）が、グランド導電パターン４００から絶縁されているが、無給電素子がグランド導電パターン４００に電気的に接続されても良い。

いずれの場合も、無給電素子の構成としては、給電素子の拡張平板部とほぼ平行に配置された平板部を含む種々の構成を採用可能である。ここで、拡張平板部と垂直な方向に沿って見たときに、拡張平板部の少なくとも一部と、無給電素子の平板部の少なくとも一部とが重なっていることが好ましい。こうすれば、給電素子と無給電素子との間の電磁的相互作用を強くすることができる。その結果、給電素子と無給電素子とを利用した複共振による周波数帯の拡張が可能となる。

変形例２：
上述の各実施例において、アンテナ装置が良好な特性を示す周波数帯としては、３〜５ＧＨｚに限らず、種々の周波数帯を採用可能である。また、アンテナ装置の形状と寸法（例えば、給電素子と無給電素子とのそれぞれの形状と寸法）は、所望の周波数帯に適合するように実験的に決定すればよい。ここで、２つの無給電素子を有するアンテナ装置においては、第１無給電素子の形状と寸法との少なくとも一部が、第２無給電素子と異なっていても良い。また、第１無給電素子の平板部と給電素子の拡張平板部との距離（第１距離）が、第２無給電素子の平板部と給電素子の拡張平板部との距離（第２距離）と異なっていても良い。この場合も、第１距離と第２距離とのそれぞれが、２０μｍ以上３０μｍ以下の値に設定されることが好ましい。こうすれば、給電素子と無給電素子との間の電磁的相互作用が過剰に強くなることと、その相互作用が過剰に弱くなることとを防止できる。ただし、第１距離と第２距離とがほぼ同じであることが好ましい。こうすれば、２つの無給電素子が給電素子を挟んで対称に配置されるので、給電素子から第１無給電素子へ向かう方向と、給電素子から第２無給電素子へ向かう方向との間の放射特性の差が過剰に大きくなることを抑制できる。いずれの場合も、３〜５ＧＨｚの少なくとも一部の周波数範囲を含む周波数帯を採用すれば、上述の各実施例のアンテナ装置に基づいて、容易に、アンテナ装置の構成を決定できる。

変形例３：
上述の各実施例において、給電素子の拡張平板部が誘電体または磁性体の表面または内部に設けられていることが好ましい。こうすれば、給電素子を小型化することができる。ここで、拡張平板部の一部が、誘電体または磁性体で構成された素子基材の表面に形成され、拡張平板部の残りの部分が、その素子基材の内部に形成されてもよい。また、給電素子の全体が、その素子基材の表面または内部に設けられていることは特に好ましい。以上の説明は、無給電素子の平板部と無給電素子の全体とについても同様である。ここで、２つの無給電素子を利用する場合には、２つの無給電平板部の両方が、素子基材の表面または内部に設けられていることが好ましく、２つの無給電素子の両方の全体が、素子基材の表面または内部に設けられていることが特に好ましい。

なお、誘電体としては、種々の材料を採用可能である。例えば、ホウケイ酸ガラス系セラミックやガラスエポキシ等を採用可能である。また、誘電体の比誘電率は、望ましい周波数帯での通信が可能なように実験的に決定すればよい。これらは、誘電体基板９００についても同様である。

また、磁性体としては、種々の材料を採用可能である。例えば、フェライトやＹＩＧ（イットリウム・アイアン・ガーネット）を採用可能である。また、磁性体の比透磁率は、望ましい周波数帯での通信が可能なように実験的に決定すればよい。

変形例４：
上述の各実施例では、給電素子の一部を有する別の部材（チップアンテナ１００）を誘電体基板９００に固定することによって、給電素子の全体が形成されている。この代わりに、給電素子の全体が誘電体基板９００の表面または内部に形成されてもよい。一般には、給電素子が基板に設けられていれることが好ましい。ここで、「素子が基板に設けられる」とは、以下の３つの構成を含む広い概念を意味している。
（１）素子の全体が基板の表面または内部に形成される。
（２）素子の一部が基板の表面または内部に形成され、そして、素子の残りの部分を有する別部材が基板に固定される。
（３）素子の全体を有する別部材が基板に固定される。
以上の説明は、無給電素子についても、同じである。このように、アンテナ素子（給電素子と無給電素子とを含む）を基板に設ければ、アンテナ素子の保持が容易である。ここで、２つの無給電素子を利用する場合には、２つの無給電素子の両方が基板に設けられることが好ましい。

ここで、基板の一部の領域であるグランド領域に、基板の表面あるいは内部にグランド導電パターンを設けてもよい。このように、アンテナ素子に加えてグランド導電パターンを基板に設ければ、アンテナ素子（モノポールアンテナ）の特性を向上させることができる。また、グランド領域に信号処理回路を設けることが可能であるので、無線通信装置の小型化が可能である。ここで、基板の厚さ方向に沿って見たときに、グランド領域と重ならない位置に給電素子と無給電素子とが配置されていることが好ましい。２つの無給電素子を利用する場合には、２つの無給電素子のそれぞれが、グランド領域と重ならない位置に配置されていることが好ましい。こうすれば、給電素子と無給電素子を利用した無線通信が、グランド導電パターンによって遮られることを抑制できる。なお、アンテナ素子が設けられている基板から、グランド導電パターンが省略されてもよい。また、信号処理回路が実装された基板とは別の基板に、アンテナ素子が設けられても良い。

アンテナ装置１０の斜視図である。 アンテナ装置１０の上面図である。 アンテナ１００の分解斜視図である。 アンテナ１００の側面図である。 給電導体部１１０の上面図である。 無給電導体部１３１、１３２の上面図である。 アンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示すグラフである。 整合素子の長さとＶＳＷＲとの関係を示す説明図である。 給電導体部と無給電導体部との間の距離とＶＳＷＲとの関係を示すグラフである。 第２実施例におけるアンテナ装置のＶＳＷＲを示すグラフである。

符号の説明

１０…アンテナ装置
１００…チップアンテナ
１１０…給電導体部
１１１…第１導体部
１１１Ｌ１…第１直線部
１１１Ｌ２…第２直線部
１１２…第２導体部
１１２Ｕ…第１ライン
１１２Ｄ…第２ライン
１１２Ｓ…第３ライン
１１２ｐ１…第１部分
１１２ｐ２…第２部分
１１２ｖ１…第１頂点
１１２ｖ２…第２頂点
１１３…第３導体部
１１６ｓ…スリット
１１６ｔ…切込
１１８…開口
１３１…第１無給電導体部
１３２…第２無給電導体部
１４１…第１誘電層
１４２…第２誘電層
１４３…第３誘電層
１４４…第４誘電層
１８０…端子
４００…グランド導電パターン
７８０…固定パッド
７９０…給電パッド
９００…誘電体基板
Ｐ１〜Ｐ６…突出部
ＧＡ…グランド領域
ＳＣ…信号処理回路
ＦＬ…給電ライン

Claims (6)

1. アンテナ装置であって、
   給電部と、一端が前記給電部に接続された線状の整合素子と、前記整合素子の他端に接続されるとともに前記他端から遠いほど幅が広くなる部分を含む拡張平板部と、を含む給電素子と、
   前記拡張平板部とほぼ平行に配置された第１無給電平板部を含む第１無給電素子と、
   を備える、アンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、さらに、
   前記拡張平板部とほぼ平行に配置された第２無給電平板部を含む第２無給電素子を含み、
   前記拡張平板部は、前記第１無給電平板部と前記第２無給電平板部との間に配置されている、
   アンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置であって、
   前記拡張平板部と前記第１無給電平板部との間の間隔と、前記拡張平板部と前記第２無給電平板部との間の間隔とは、それぞれ、２０μｍ以上３０μｍ以下の値に設定されている、アンテナ装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置であって、さらに、
   誘電体または磁性体で構成された素子基材を備え、
   前記拡張平板部と前記無給電平板部とのそれぞれは、前記素子基材の表面または内部に設けられている、
   アンテナ装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置であって、さらに、
   基板を備え、
   前記給電素子と前記無給電素子とは前記基板に設けられ、
   前記基板の一部の領域であるグランド領域には、前記基板の表面あるいは内部にグランド導電パターンが設けられ、
   前記給電素子と前記無給電素子とは、前記基板の厚さ方向に沿って見たときに、前記グランド領域と重ならない位置に配置されている、
   アンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置と、
   前記グランド領域に設けられるとともに前記アンテナ装置に接続される信号処理回路と、
   を備える、通信装置。

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