JP2012085215A - アンテナ装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置の小形化及び広帯域化を図る。
【解決手段】アンテナ装置は、導電パターンで形成された第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１の地線４、第１のグランド素子８ａ、および第２のグランド素子８ｂを備えている。第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とは、第１のスルーホール５によって電気的に接続されているとともに、一部が基板１を挟んで重畳して容量的に結合し、第１の容量結合部１１を形成している。このような構成により、板金などの追加素子を必要とせず、基板１と導電パターンのみでアンテナを形成できるため、低コストで実現することができる。また、基板１の第１面１ａ及び第２面１ｂには導電パターンが形成されているのみで、基板１の平面から大きく突出する部材を備えていないため、アンテナ装置を低背化及び小形化することができる。
【選択図】図１

Description

本願は、アンテナ装置、およびそれを備えた電子機器に関する。

近年では携帯電話や無線ＬＡＮが一般に普及し、さまざまなサービスが展開されており、今後ますます利便性の高い無線サービスの提供が進むことが予想される。

これら通信容量や通信速度の向上に対応するため、新しい通信方式ＬＴＥ（Long term Evolution）の導入が検討されている。ＬＴＥは従来の広域無線システムＷＣＤＭＡ方式（WCDMA：Wideband Code Division Multiple Access）と共用で運用される見込みで、従来のＷＷＡＮ（Wireless Wide Area Network）運用周波数帯に追加して無線通信に有利なＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯、例えば７０４〜７４６ＭＨｚ、７４６〜７８７ＭＨｚ、１４２７．９〜１５００．９ＭＨｚ、２．３〜２．４ＧＨｚ、２．５〜２．６９ＧＨｚなどの新たな周波数割り当てが各国で予定されている。

上記の周波数に複数対応した通信モジュールおよびアンテナを搭載することにより無線装置を各国で利用できる国際ローミングに対応し、また各国への個別設計を省くことができる利点があるため、アンテナの広帯域、マルチバンド化への要求が高まっている。

アンテナを広帯域化及びマルチバンド化する技術として、アンテナ装置に備わるアンテナ素子に折り返し部を設けて、その折り返し部の先端に容量結合を備える技術がある。特許文献１は、一端が給電部と接続され他端が開放端である放射線路を、途中に折り返し部を有するループ線路となしたアンテナであって、線路の一部が誘電体を介して対向配置された容量結合部を備える構成を開示している。

特開２００９−１１１９９９号公報

しかしながら特許文献１に開示されている構成は、金属素子を用いた立体構造により容量結合部を形成しているため、金属素子を取り付ける量産や組み立て作業によるばらつきが発生しやすく、アンテナ自体も容量結合部を構成する厚み分だけ高さが増大し大型化してしまう。

本願が開示するアンテナ装置は、基板と、前記基板の任意の面に形成され、接地電位となるグランド素子と、前記基板の任意の面に形成される第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子に給電する給電部と、前記基板における前記第１のアンテナ素子が形成されている面と異なる面に形成される第２のアンテナ素子と、前記グランド素子から延伸する第１の地線と、前記基板を貫通するように形成され、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを電気的に接続する第１の層間接続部と、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが前記基板を挟んで重畳または近接し、容量的に結合する第１の容量結合部と、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子と前記層間接続部と第１の容量結合部により電気的に構成されるループ構造を備え、前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、前記グランド素子、前記第１の地線は、前記基板の任意の面に導電パターンで形成されている。

本願の開示によれば、一般的な誘電体基板のみでアンテナ素子を設計できるため容量値のばらつきを抑制し量産、実装面での利便性が高く、送受信可能な無線信号の広帯域化と、アンテナ装置の小形化とを両立することができる。

実施の形態にかかるアンテナ装置の斜視図 実施の形態にかかるアンテナ装置の平面図 図２におけるＺ−Ｚ部の断面図 防水部材を備えたアンテナ装置の断面図 金属筐体に固定されたアンテナ装置の断面図 アンテナ装置の変形例を示す斜視図 アンテナ装置を備えた複合基板の斜視図 実施例１のアンテナ装置の模式図 実施例１のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例１のアンテナ装置の模式図 実施例１のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例２のアンテナ装置の斜視図 実施例２のアンテナ装置における第１のスルーホールの平面図 実施例２のアンテナ装置の模式図 実施例２のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例４のアンテナ装置の斜視図 実施例４のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例４のアンテナ装置の模式図 実施例４のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例５のアンテナ装置の斜視図 図１４ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図 実施例５のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例６のアンテナ装置の斜視図 実施例６のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例６のアンテナ装置の変形例を示す斜視図 実施例７のアンテナ装置の斜視図 実施例７のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例３のアンテナ装置の斜視図 実施例３のアンテナ装置の周波数特性を示す特性図 実施例８のアンテナ装置の平面図 実施例９のアンテナ装置の平面図

（実施の形態）
図１は、本実施の形態にかかるアンテナ装置の斜視図である。図２は、図１に示すアンテナ装置の平面図である。図３は、図２におけるＺ−Ｚ部の断面図である。以下、本実施の形態のアンテナ装置の基本構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態のアンテナ装置は、基板１、第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１の地線４、第１のスルーホール５、第２のスルーホール６、給電部７、第１のグランド素子８ａ、第２のグランド素子８ｂ、および容量結合部１１を備えている。

基板１は、略平板状の誘電体基板で構成されている。基板１は、一定の誘電率を持つ絶縁体（ガラスエポキシ基板、コンポジット基板、ハロゲンフリー基板、ポリ四フッ化エチレン樹脂基板など）を含む一般的な回路基板を用いることができる。代表的なＦＲ４基板では比誘電率は４．５〜５．０（１ＭＨｚ）、誘電正接は０．０２程度である。基板１は、少なくとも２面に導体をパターニングすることができる配線面を有する。また、基板１は、誘電率が高いほど波長短縮効果が大きくアンテナを小形化できるのに対し、帯域は狭くなる特徴を持つが、一般的な基板を用いて構成できるため小形化と広帯域化を両立する最適な基板厚と誘電率の組み合わせを容易に選択できる。また、基板１は、少なくとも２つの配線面を持つ両面基板、多層基板、ビルドアップ基板などで基板厚（例えば０．１ｍｍ以上）（１０^-1ｍｍオーダーよりも大）にて用途に合わせて構成できる。また、基板１は、多層基板の場合、任意の２層を選択して本実施の形態にかかるアンテナ素子等を配置することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、基板１は、ソルダーレジスト（Solder Resist）などの保護剤で覆われても良い。

第１のアンテナ素子３は、基板１の第１面１ａに形成されている導電パターンである。第２のアンテナ素子２は、基板１の第２面１ｂに形成されている導電パターンである。第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とは、基板１を挟んで一部が対向（重畳または近接）している。第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子３とは、第１のスルーホール５を介して電気的に接続されている。第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２は、例えば金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などの導体で形成することができる。

第１の地線４は、基板１の第１面１ａに形成されている導電パターンである。第１の地線４は、第１のグランド素子８ａまたは第２のグランド素子８ｂに一体的に形成されている。第１の地線４は、例えば金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などの導体で形成することができる。

第１のスルーホール５及び第２のスルーホール６は、基板１において第１面１ａから第２面１ｂまで貫通形成された貫通孔と、その貫通孔の内側に形成された導体部とからなる。導体部は、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）を貫通孔壁面にメッキして適用することができる。第１のスルーホール５は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子を基板上の異なる層に配置することで容量結合部１１を構成するために設けるもので、その位置を限定するものではない。実施の形態では図１及び図２に示すように１本としたが、複数本形成してもよい。第２のスルーホール６は、本実施の形態では図１及び図２に示す本数に限定されるものではない。なお、第１のスルーホール５及び第２のスルーホール６は、基板１を多層基板で構成した場合、目的の層間だけを接続するＩＶＨ（Interstitial Via Hole）としてブラインドビア（Blind Via）やベリードビア（Buried Via）で構成できる。また、本実施の形態では、第１のスルーホール５及び第２のスルーホール径を０．４ｍｍで配置した。

給電部７は、第２のアンテナ素子２に電流を供給する。給電部７への給電は、例えば同軸ケーブルを用いることができる。

第１のグランド素子８ａは、基板１の第１面１ａに形成された接地電位の導電パターンである。第１のグランド素子８ａは、導電パターンで形成された第１の地線４に一体形成されている。すなわち、第１のグランド素子８ａと第１の地線４とは、一つの導電パターンで形成されている。第２のグランド素子８ｂは、基板１の第２面１ｂに形成された接地電位の導電パターンである。第１のグランド素子８ａと第２のグランド素子８ｂとは、基板１を挟んで対向し、所望の周波数にて共通ＧＮＤとして動作するよう複数の第２のスルーホール６を介して電気的に接続されている。なお、本実施の形態において、第１の地線４は第１のグランド素子８ａと一つの導電パターンで形成されているが、同電位である第２のグランド素子８ｂと一体形成してもよい。

図２及び図３に示すように、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とで、第１の容量結合部１１を形成している。第１の容量結合部１１は、第１のアンテナ素子３の一部と第２のアンテナ素子２の一部とが基板１の厚み方向において重畳して容量的に結合している部分である。なお、第１の容量結合部１１は、必ずしも第１のアンテナ素子３の一部と第２のアンテナ素子２の一部とが基板１の厚み方向において完全に重畳している必要はなく、高周波領域における電磁界の影響を受ける程度に十分近接して、例えば、第１のアンテナ素子３が第２のアンテナ素子２の平行な面内から僅かに外れた位置に配置されていても、本実施の形態における第１の容量結合部１１を形成することができる。

なお、本明細書では、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが基板１を介して重畳している状態を「重畳」と称する。また、本明細書では、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが重畳せず高周波的に容量結合している状態を、基本的に「近接」と称するが、「重畳」と称する場合がある。すなわち、本明細書における「重畳」は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが重畳していない状態を含む広義な意味とする。また、アンテナ素子以外の素子についても、上記「重畳」の定義を適用する。

このように本実施の形態のアンテナ装置は、第１のスルーホール５と第１の容量結合部１１を備えたことにより、第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１のスルーホール５、および第１の容量結合部１１で電気的に構成されるループ構造を実現している。

なお、第１の容量結合部１１における第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２との重畳長Ｒ１または重畳面積を調整することにより、アンテナのインピーダンス整合を行うことができる。第１の容量結合部１１における容量値は、第１の容量結合部１１における第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２との重畳長Ｒ１または重畳面積（図２に示す重畳長Ｒ１×重畳幅Ｖ１）を調整することにより、数十ｐＦ程度の範囲で大小調整をすることが可能である。

本実施の形態のアンテナ装置は、板金などの追加素子を必要とせず、基板１と導電パターンのみでアンテナを形成できるため、低コストで実現することができる。

また、基板１の第１面１ａ及び第２面１ｂには導電パターンが形成されているのみで、基板１の平面から大きく突出する部材を備えていないため、アンテナ装置を低背化及び小形化することができる。アンテナ装置を低背化及び小形化することにより、アンテナ装置を備えた通信モジュールや電子機器を小形化することができる。

また、第１の容量結合部１１及び１２の重畳長Ｒ１を調整することによりインピーダンス整合を行うことができるため、チップ定数など整合回路部品を必要とせず、低コストに実現することができる。

また、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２の重畳領域によるキャパシタンス成分と、第１のスルーホール５の位置や数を指定し効果的に配置することでアンテナ素子のインダクタ成分を調整することにより、アンテナ装置の広帯域化が可能となる。なお、第１のスルーホール５の配置とアンテナ装置の広帯域化との関係については、実施例に基づき後述する。

また、本実施の形態によれば、アンテナ素子に調整可能な容量成分とインダクタ成分を組み込んで備えることでアンテナインピーダンスを制御し、マルチバンド、広帯域アンテナの設計、実現に対し有効である。

また、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２への給電は、第１のグランド素子８ａ及び第２のグランド素子８ｂを利用してマイクロストリップ線路などの高周波線路の配線により、同一基板上に構成した高周波回路から直接給電できる。このような構成とすることにより、無線装置の高周波回路とアンテナ素子とを同一基板上に一体形成することができ、アンテナ装置及び通信モジュールの小形化が可能であるとともに、実装する際の作業性を向上することができる。

なお、アンテナ装置への給電は、同軸ケーブルなど外部から給電ラインを用いることができる。図４は、同軸ケーブルを給電ラインとして接続したアンテナ装置の側面図である。なお、図４は、各構成を明瞭に図示するために、防水部材３７と半田３８にのみドットハッチングを付した。図４に示すように、基板１に形成された給電部７には、同軸ケーブル３６の芯線３６ａが半田３８で電気的に接続されている。また、基板１に形成された第１のグランド素子８ａには、同軸ケーブル３６のメッシュ銅線３６ｂが半田３８で電気的に接続されている。これにより、同軸ケーブル３６をアンテナ装置に機械的に固定することができるとともに電気的に接続することができる。また、図４に示すように、給電部７を保護素材３７で覆うことにより、アンテナ装置に対する同軸ケーブル３６の取付け強度を向上することができるとともに、給電部分を非導通で構成できる。これにより、ソルダーレジストで覆われた基板アンテナ素子と組み合わせることで無線部のフロントエンドを全て非導通で設計可能になり、アンテナ部が浸水にも耐えられる完全防水構造を実現できる。なお、保護素材３７は、樹脂、接着剤、防水シート等の素材で形成することができる。

また、基板１は、ネジによる螺結、バネによる押圧支持などにより、機械的に電子機器の筐体等に固定することができる。また、ネジによる螺結により基板１を金属筐体に固定する場合は、金属筐体面と基板１の第１のグランド素子８ａまたは第２のグランド素子８ｂが接する位置に配置して電子機器の金属筐体に螺合させることにより、第１のグランド素子８ａ及び第２のグランド素子８ｂと金属筐体とを電気的に接続することができる。

図５は、アンテナ装置３０をネジ３２で金属筐体３１に固定した状態の一例を示す断面図である。図５に示すように、アンテナ装置３０は、少なくともアンテナ素子が配されている部分を金属筐体３１から離間させることが、アンテナの送受信特性上、好ましい。図５に示す構成では、金属筐体３１における段差部にアンテナ装置３０を固定することにより、アンテナ装置３０と金属筐体３１との間に間隙Ｈを形成することができる。このように、アンテナ装置３０をネジ３２で金属筐体３１に螺結することで、金属筐体３１に加わる振動や熱などに対し、十分な耐性を得ることができる。

また、バネによる押圧支持により基板１を金属筐体に固定する場合は、バネを金属等の導体で形成し、バネを金属筐体に固定し、バネを弾性変形させた状態で第１のグランド素子８ａまたは第２のグランド素子８ｂに押し当てることにより、第１のグランド素子８ａ及び第２のグランド素子８ｂと金属筐体とを電気的に接続することができる。

なお、電子機器の筐体を樹脂で形成する場合には、所望の周波数に対して一定（一辺が１／４λ程度以上）の面積を有する導電性シートなどを筐体に配置し、上記ネジによる螺結またはバネによる押圧支持により第１のグランド素子８ａまたは第２のグランド素子８ｂと導電性シートとを電気的に接続することが好ましい。このような構成とすることにより、アンテナ装置は、確実に電気的に接地することができ、金属筐体に固定した場合と同等の送受信特性を得ることができる。

また、アンテナ装置は、搭載無線機器のメイン基板もしくは通信モジュールと一体で形成し、アンテナ装置に備わる第１のグランド素子８ａまたは第２のグランド素子８ｂとメイン基板等に形成されているグランド素子とを共通化することも可能である。

また、第１の地線４は、略線状で第１のアンテナ素子３と平行して配線しても良く、電気長、インピーダンスの調整手段として途中に切り欠きやメアンダ構造を用いても構わない。

また、基板１は、本実施の形態では略平板状としたが、他の形状であっても構わない。図６は、一部を湾曲形状としたアンテナ装置の斜視図である。アンテナ装置の形状は、取り付け空間や機構条件により屈曲、湾曲した形状でも直方形状と同等の性能を得ることができ、設計自由度が高い。図６に示すアンテナ装置は、基板２１の一部に湾曲部２１ｃを備えている。湾曲部２１ｃには、第１のアンテナ素子２３が形成されている。第２のアンテナ素子２２は、基板２１の第２面２１ｂに形成されている。地線２４は、基板２１の第１面２１ａに形成されている。スルーホール２５及び２６は、基板２１の第１面２１ａから第２面２１ｂまで貫通して形成された貫通孔の内部に導電パターンが形成されて構成されている。スルーホール２５は、第１のアンテナ素子２３と第２のアンテナ素子２２とを電気的に接続している。スルーホール２６は、地線２４とグランド素子２８とを電気的に接続している。給電部２７は、第２のアンテナ素子２２に電流を供給している。容量結合部２９は、第１のアンテナ素子２３と第２のアンテナ素子２２とが基板２１を挟んで対向している部分である。容量結合部２９において、第１のアンテナ素子２２と第２のアンテナ素子２３とが容量的に結合している。

また、本実施の形態では、アンテナとしての機能を有するアンテナ装置について説明したが、アンテナ素子と他の回路とを一つの基板に実装してもよい。図７は、アンテナ素子と回路部とを備えた基板の斜視図である。図７に示す基板４１は、アンテナ素子部４２、回路部４３、給電部４７、孔部４４及び４５を備えている。アンテナ素子部４２は、例えば図１に示すような第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２等を備えている。回路部４３は、アンテナ素子部４２に電気的に接続されている。回路部４３は、例えば送信回路や受信回路を備えている。孔部４４及び４５は、ネジ４６を挿通可能である。ネジ４６は、孔部４４及び４５を挿通して筐体（不図示）等に形成されたネジ穴に螺合させることにより、基板４１を筐体に固定することができる。図７に示すように、一つの基板４１にアンテナ素子部４２と回路部４３とを備えることにより、部品点数を削減し、コストダウンを図ることができる。また、基板の製造が容易になる。また、図７に示す構成において、アンテナ素子部４２のグランド素子（例えば図１に示す第１のグランド素子８ａ）または回路部４３のグランド素子（不図示）を電気的に接続し、少なくともいずれか一方のグランド素子を金属筐体（例えば図６参照）に接するように金属筐体に固定することによって、容易に基板４１を接地することができる。

また、アンテナ装置における第１の共振周波数は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とを合わせた素子全長Ｌ１と素子幅Ｗ１（図２参照）とに依存するため、素子全長Ｌ１と素子幅Ｗ１とを調整することより第１の共振周波数を制御することができる。第２の共振周波数は、主に電気的に構成されるループ構造部分（第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１のスルーホール５、第１の容量結合部１１）の長さ寸法Ｌ２及び幅寸法Ｗ２（図２参照）と、第１の容量結合部１１における容量値の調整により制御することができる。

また、第１の容量結合部１１（Ｃ成分）の容量値と、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２（Ｌ成分）のインダクタンス値とを調整することにより、セラミックコンデンサなど集中定数を用いた整合回路を搭載しない場合でも所望の周波数の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を調整できる。なお、容量値とインダクタンス値とＶＳＷＲとの関係については後述する。

また、電気的に構成されるループ構造部分（第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１のスルーホール５、第１の容量結合部１１）の幅寸法Ｗ２は、０．５ｍｍ（第２の共振周波数の２．５×１０^-3λ）程度まで小さくても第２の共振を得ることができる。

このとき、ループ構造部分の主構造は第２のアンテナ素子２、もしくは第２のアンテナ素子２と第１のアンテナ素子３とスルーホール５を合わせて構成したアンテナ素子端部の折り返し形状と、第１の容量結合部１１の組み合わせから成っている。

また、主に第１の共振と第３の共振を含めたインピーダンスは、第１の地線４と第１のアンテナ素子３の素子全長と素子幅に加え、第２の容量結合部１２における容量値とによっても調整することができる。また、容量結合部１２は図中のアンテナ給電点付近の一部で構成することに限定するものではなく、地線の長さや配置により第１のアンテナ素子もしくは第２のアンテナ素子の一部で部分的に設けても構わない。

上記第１の共振と第３の共振を含めたインピーダンス調整と、第２の共振を含むインピーダンス調整とは、互いに独立して調整することができ、所望のマルチバンド帯域のインピーダンス整合を実現することができる。なお、インピーダンスの調整方法については後述する。

また、本実施の形態では、図１及び図２に示すように基板端部側を折り返す形状としたことにより、第１の共振領域の電気長を長くすることができる。つまり、第１のアンテナ素子３を折り返さない構成と比較して、素子長Ｌ１（図２参照）を短縮することができる。また、電気的に構成されるループ構造を搭載することにより第２の共振周波数を追加しても第１の共振帯域幅への影響は小さいため、マルチバンド特性と広帯域特性の両立ができる。なお、ループ構造を形成するアンテナ素子先端の折り返し形状と周波数帯域との関係については後述する。

また、本実施の形態では、アンテナ装置を備える電子機器としてラップトップ型パーソナルコンピューターを挙げたが、少なくとも無線通信が可能な電子機器であればよい。そのような電子機器としては、例えば携帯電話端末、家庭用ゲーム機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などがある。

以下、本実施の形態にかかるアンテナ装置の実施例について説明する。

（実施例１）
図８Ａは、実施例１にかかるアンテナ装置の模式図である。図８Ｂは、実施例１にかかるアンテナ装置において、気的に構成されるループ構造を備えたアンテナ装置の周波数特性と、ループ構造を備えないアンテナ装置の周波数特性とを示す特性図である。以下、アンテナ構成と評価結果を用いて代表的な特徴を示す。

なお、図８Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。また、図８Ａにおいて、符号ｆ１は、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２の長辺方向に流れる電流の分布を示している。符号ｆ２は、第１のアンテナ素子３の長辺方向に流れる電流の分布を示している。符号ｆ３は、第１の地線４の長辺方向に流れる電流の分布を示している。

実施例１にかかるアンテナ装置は、ＦＲ４両面基板とし、基板概寸Ｌ×Ｗ×Ｄ＝７１．０×７．０×０．８（単位：ｍｍ）、素子概寸Ｌ×Ｗ×Ｄ＝５１．０×６．０×０．８（単位：ｍｍ）とした。アンテナ装置を搭載する機器は、一部が金属筐体（例えば少なくとも一部がマグネシウムで形成された筐体）で覆われたラップトップ型パーソナルコンピューターとした。アンテナ装置は、金属筐体の一部に第１のグランド素子８ａまたは第２のグランド素子８ｂが接するようにピンで固定した。アンテナ装置の固定状態は、例えば図５に示すような状態とし、アンテナ装置と金属筐体との間隔（図５に示す高さＨ）は約９ｍｍとした。

第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とは、アンテナ装置の端部近傍において第１のスルーホール５を介して電気的に接続されている。また、第１のアンテナ素子３は、長手方向の端部において、ＦＲ４基板の絶縁体（比誘電率ε０≒４）を挟んで第２のアンテナ素子２に対向している（第１の容量結合部１１）。第１の容量結合部１１における第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２との重畳領域は、長さ寸法Ｌ１１が０．５ｍｍ、幅寸法Ｗ１１が３．０ｍｍとした。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを介して接続して反射特性を評価し、結果を図８Ｂに示す。図８Ｂに示すように、実施例１におけるアンテナ装置は、全体長で共振する第１の共振周波数ｆ１（８００ＭＨｚ帯）、電気的に構成されるループ構造で共振する第２の共振周波数ｆ２（１．８ＧＨｚ帯）、第１の地線４で共振する第３の共振周波数ｆ３（２．３ＧＨｚ帯）の３つの動作モードからなる。第２の共振周波数ｆ２と第３の共振周波数ｆ３による共振を隣接した周波数に設定し、２共振特性により広帯域化を図ることができる。

図８Ｂを用いて反射特性（比定在波比：ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio））により特性の変化を示す。ループ構造を構成するアンテナ素子端部の折り返し形状と第１の容量結合部１１をそれぞれ備えない場合、ループ構造による共振周波数ｆ２が無いだけでなく、第１の地線による共振周波数ｆ３のインピーダンス特性も十分整合できておらず、Ｈｉｇｈ＿ｂａｎｄ（２ＧＨｚ帯）で課題がある。対して、ループ構造を備えた場合、ループ構造による共振により周波数ｆ２が追加されるだけでなく、第１の地線との組み合わせにより共振周波数ｆ３の整合も改善され、Ｈｉｇｈ＿ｂａｎｄで広帯域なアンテナ特性を実現できている。これは、比較的低いアンテナＱ値（クオリティファクタ）の直列共振による第３の共振周波数ｆ３を有する第１の地線と、比較的高いアンテナＱ値の並列共振による第２の共振周波数ｆ２を有するループ構造とを組み合わせて搭載した効果である。

このとき、図８Ａに示す電流波形のように、第２の共振周波数ｆ２と第３の共振周波数ｆ３の電流分布のピーク（ｆ２ｐ、ｆ３ｐ）がアンテナ装置の両端に離れて位置する動作となり、隣接した周波数で動作する第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数f２それぞれの周波数間で反射特性が悪化（***振が発生）しにくい特徴を有する。これにより、第２と第３の共振周波数の間（ｆ３−ｆ２）までの広帯域化を図ることができる。

これら特徴により、チップ定数等の整合回路を用いることなく、アンテナ装置内で広帯域なアンテナ整合を確保することができる。なお、本実施例では、チップ定数等の整合回路を不要としているが、整合回路を備えてもアンテナ整合を行うことができる。

図９Ａは、実施例１にかかるアンテナ装置のループ構造の等価回路を示している。図９Ｂは、第１の容量結合部１１における第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２との重畳長を変化させた場合の周波数特性を示す特性図であり、これらを用いて特徴を示す。

回路図Ｅは、第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１のスルーホール５、および第１の容量結合部１１で構成される第２の共振周波数を制御するループ構造部分における等価回路である。

図９Ｂでは、第１の容量結合部１１における重畳長ｄを−３．０ｍｍ、−０．５ｍｍ、＋０．５ｍｍ、＋３．０ｍｍにしたときの周波数特性を示している。上記重畳長ｄの正号は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが重畳している場合を示す。上記重畳長ｄの負号は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが重畳していない場合を示す。

図９Ｂに示すように、第１の容量結合部１１における重畳長ｄが−３ｍｍ（すなわちアンテナ素子が重畳していない状態）の場合は、主に第３の共振周波数ｆ３で動作する１つの共振がみえるのみで、その比帯域は中心周波数２．３ＧＨｚに対し２１％（ＶＳＷＲ＜３）である。これに対し、重畳長ｄを−０．５ｍｍ、０．５ｍｍ、３ｍｍと素子間で容量値を持つ程度とした場合は、第２の共振周波数ｆ２が顕在化し第３の共振周波数ｆ３と合わせてＨｉｇｈ＿ｂａｎｄの比帯域は４２％、５３％、７６％（ＶＳＷＲ＜３）と容量結合部１１の容量値の変化に伴う共振周波数ｆ２の移動と共に拡大する。このように、２つの共振周波数間の反射特性が悪化しにくいことで広帯域化を実現している。

また、図９Ａにおける図Ｅは、容量結合部１１の容量値（Ｃ）、折り返し形状のインダクタンス値（Ｌ）、放射抵抗値（Ｒｒ）、損失抵抗値（Ｒｌ）で構成される第２の並列共振周波数ｆ２の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を制御するアンテナ等価回路を図示している。

ここで、ループ構造による共振周波数ｆ２は第１の容量結合部１１で容量値（Ｃ）を制御することで周波数を低く調整できる。そのため、通常は低い周波数に対応するために電気長を確保するためアンテナ素子の伸張が必要になるのに対し、容量値の調整により低い周波数に対応できるためアンテナスペースを拡大することなく対応できる。したがって、アンテナ素子構造で周波数整合を行い広帯域特性が得られ、かつ省スペースに設計可能なアンテナとして有用である。

また、第２の共振周波数ｆ２は第２のアンテナ素子２、もしくは第２のアンテナ素子２と第１のアンテナ素子３とスルーホール５を合わせて構成したアンテナ素子端部の折り返し形状（Ｌ２）と容量結合部１１で制御され、第３の共振周波数ｆ３は第１の地線４近傍において制御される。すなわち、第２の共振周波数ｆ２及び第３の共振周波数ｆ３は、それぞれアンテナ装置内の互いに離間した部分（両端）で動作する構成であるため、互いに特性上の影響を受けにくく、それぞれ独立して制御できるためアンテナ調整が容易である。

これは、今後のＬＴＥなど含む無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ：Wireless Wide Area Network）で割り当てが予定される各周波数バンドの一例として（１４２７．９〜２．６９０ＭＨｚ）比帯域≒６１％に十分対応可能な特性である。

（実施例２）
図１０Ａは、実施例２のアンテナ装置の斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すアンテナ装置の第１のアンテナ素子３におけるスルーホール近傍の拡大平面図である。図１０Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、第１のスルーホール５は、基板１の厚さ方向に形成されたビア径φの貫通孔と、貫通孔の内壁に施された金（Ａｕ）などの導体部とからなる。第１のスルーホール５は、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２の重畳領域にアンテナ装置の長手方向に沿って連続的に複数配置されている。第１のスルーホール５は、図１０Ｂに示すように隣り合うスルーホール間に端面間隔ｄ２を空けて配置されている。第１のスルーホール５は、第１の共振周波数ｆ１に対しλ／２０程度の間隔で効果を発揮するが、第２の共振周波数ｆ２、第３の共振周波数ｆ３に対し不要なロスや共振が発生しないよう数ＧＨｚを対象とする場合には端面間隔ｄ２を２〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、端面間隔ｄ２の寸法は一例であり、２〜５ｍｍの数値範囲から外れる寸法にしたとしても、本実施例と同様の効果が得られる場合がある。

第１のスルーホール５は、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２における、基板１の外縁寄りに配置することが好ましい。なお、第１のスルーホール５は、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２が基板１の誘電体基板を介して重なる重畳領域における幅方向中央近傍に配置しても構わない。ただし、アンテナ装置において第１のスルーホール５の近傍は、高周波的に第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とは立体的に連続した素子となるため、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように基板１の外縁に近い部分に備えることでより広帯域化が図れる。これは、高周波の表皮効果により第１の共振周波数ｆ１の電流及び電界が主に給電部７から第２のアンテナ素子２の縁に沿って集中して現れるため、本実施例のように基板１の外縁に近い位置に第１のスルーホール５を略線状で連続的に配置することで、第２のアンテナ素子２から第１のスルーホール５を通して第１のアンテナ素子３に電流が流れやすくなるからである。

また、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２の重畳領域は、スルーホール５により電位的に接続されているが、高周波領域で分布定数として動作するため容量成分も備えており、重畳領域を拡大することにより容量成分の割合を調整することができる。つまり、それぞれ対向する２面で構成される重畳領域と接続される層間接続手段とを組み合わせた分布定数をアンテナ素子中に持たせることで広帯域化を図っている。

なお、第１のスルーホール５はアンテナ素子全長部の先端部、特にループ構造の一部を成す第２のアンテナ素子２、もしくは第２のアンテナ素子２と第１のアンテナ素子３とスルーホール５を合わせて構成したアンテナ素子端部の折り返し形状のうち、給電点に接する側の１辺（図１０Ａのスルーホール５の領域）を含むことが望ましい。

なお、本実施例では、図１０Ａに示すように８本の第１のスルーホール５を備えたが、この本数は一例であり限定するものではない。

また、本実施例では、図１０Ａに示すようにアンテナ装置の長手方向に沿って直線状に並べて配置したが、曲線状に並べて配置してもよいし、千鳥状に配置してもよい。

図１１Ａは、実施例２のアンテナ装置の模式図である。図１１Ｂは、第１のスルーホール５を備えたアンテナ装置と、第１のスルーホール５を備えていないアンテナ装置とにおける周波数特性を示す特性図である。

なお、図１１Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。また、図１１Ａにおいて、符号ｆ１は、第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子２の長辺方向に流れる電流の分布を示している。符号ｆ２は、第１のアンテナ素子３の長辺方向に流れる電流の分布を示している。符号ｆ３は、第１の地線４の長辺方向に流れる電流の分布を示している。回路図Ｅは、第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子２、第１のスルーホール５で構成される第１の共振周波数を制御するアンテナ素子全長部の等価回路である。

本実施の形態のアンテナ装置のように、第１のスルーホール５を連続的に複数備えることにより、アンテナ装置のＱ値を小さくし、広帯域化が図れる。

具体的には、Ｑ値は、
Ｑ＝１／Ｒｉｎ×√（Ｌ／Ｃ）
の数式に基づき算出することができる。また、図１１Ａにおける図Ｅは、アンテナ素子全長で動作するキャパシタンス（Ｃ）、インダクタンス（Ｌ）、放射抵抗値（Ｒｒ）、損失抵抗値（Ｒｌ）で構成される第１の直列共振周波数ｆ１の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を制御するアンテナ等価回路を図示している。

ここで、アンテナ素子中で構成されるキャパシタンス（Ｃ）は、容量結合部１１の容量値に加え、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子が誘電体基板を介して対向する重畳領域（面積）を広く持つことで増加する。また、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子が誘電体を介して対向する重畳領域をスルーホール５で接続的に複数（第１の動作周波数に対し十分狭い間隔）備えることで放射素子であるアンテナ素子断面が立体的（エの字、コの字）に構成され表面積が増加してアンテナ素子中で構成されるインダクタンス（Ｌ）は相対的に低下する。つまり、前記Ｑ値導出の式に割り当てるとキャパシタンス（Ｃ）とインダクタンス（Ｌ）は、それぞれアンテナ装置のＱ値を小さくするように制御しており、アンテナの広帯域化に繋がる。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを接続して反射評価を実施した。評価の結果は図１１Ｂに示す通りである。図１１Ｂに示すように、アンテナ装置に第１のスルーホール５を備え誘電体を内包した立体構造とすることでＱ値を低く調整することができ、低周波数帯域（第１の共振周波数ｆ１を含む帯域）の帯域幅を拡大することができる。

なお、第１のスルーホール５は、ビア径を大きくするとともにビア間隔を狭めることにより、高い周波数でも対応することができる。例えば、ビア径φ＝０．４ｍｍ、ビア間隔ｄ２＝１．６ｍｍ程度にすることにより、Ｌｏｗ＿Ｂａｎｄ（７００〜９００ＭＨｚ帯）での帯域拡大が可能となるとともに、３．０ＧＨｚ帯までの周波数範囲で大きなロスなく所望の特性が得られる。上記寸法の第１のスルーホール５を備えることで、Ｌｏｗ＿Ｂａｎｄで比帯域を３０％から４１％（ＶＳＷＲ＜３．５）に向上することができた。

本実施例によれば、今後のＬＴＥなど含む無線広域ネットワーク周波数帯域であるＬｏｗ＿Ｂａｎｄ（比帯域≒３１％）と、Ｈｉｇｈ＿ｂａｎｄ（比帯域≒６０％）とを同時に実現できる。

なお、第１のスルーホール５によるインダクタンス（Ｌ）が変化することで、第１の共振周波数ｆ１の帯域を拡大することができると共に、折り返し部から見たＬ値も変化し第２の共振周波数ｆ２に影響を与える可能性がある。その場合は、第１の容量結合部１１における重畳長（重畳面積）を任意の値に調整することにより、第２の共振周波数ｆ２への影響を調整することができる。したがって、Ｈｉｇｈ＿ｂａｎｄ帯域幅には影響を与えず、Ｈｉｇｈ＿ｂａｎｄとＬｏｗ＿ｂａｎｄと同時に実現できる。

（実施例３）
図１８Ａは、実施例３のアンテナ装置の斜視図である。図１８Ｂは、分岐素子を備えた場合と備えない場合の周波数特性を示す特性図である。なお、図１８Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。図１８Ａに示すアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置における第１の地線４をアンテナ装置の先端近傍まで延伸した構成である。

図１８Ａにおいて、第３の地線３４は、基板１の第２面１ｂに形成されている。第３の地線３４は、基板１の長手方向における一方の端部近傍から他方の端部近傍まで形成されている。第３の地線３４は、一方の端部が第２のグランド素子８ｂに一体的に形成されている。第３の地線３４は、他方の端部が、基板１を挟んで第１のアンテナ素子３に重畳し、第５の容量結合部１９を形成している。第５の容量結合部１９において、第３の地線３４と第２のアンテナ素子２とは容量的に結合している。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを接続してアンテナの反射特性を評価した。結果は図１８Ｂに示す通りである。図１８Ｂに示すように、第５の容量結合部１９を備えることにより、第１の共振周波数ｆ１に隣接して第５の共振周波数ｆ５に相当する共振点を発生させることができる。したがって、７００〜９００ＭＨｚ帯を広帯域化することができる。

地線は、給電部に隣接せず、一定の間隔が空いたグランド素子から延伸することが望ましい。本実施例の第３の地線３４のグランドとの接続部は、給電部７に近接または重畳せず、一定の間隔が空いた第２のグランド素子８ｂから延伸した構成とする。さらに、本実施例の第３の地線３４は、その長手方向の長さを第２のアンテナ素子２の長手方向の長さよりも十数％程度長く形成しているため、図１８Ｂに示すように第２のアンテナ素子２の全長において得られる第１の共振周波数ｆ１に隣接した第５の共振周波数ｆ５で共振させることができる。したがって、図１９Ｂに示すように７００〜９００ＭＨｚ帯を広帯域化することができる。

第５の容量結合部１９は、第２のアンテナ素子２の長手方向における給電点に対する対角に位置する先端部（Ａ点）を含む１端で構成することが望ましく、その結合部１９の容量値により第１の共振、第５の共振インピーダンスを制御することができる。

なお、第５の容量結合部１９における第１のアンテナ素子３と第３の地線３４と平行して近接する辺の長さや重畳面積を調整することにより、７００〜９００ＭＨｚ帯の放射インピーダンスを制御することができる。一般的に、Ｌｏｗ＿Ｂａｎｄ（７００〜９００ＭＨｚ帯）を広帯域化する場合、金属筐体などの影響で放射インピーダンスが低くなり易く反射特性（ＶＳＷＲ）が悪化することが課題となるが、第５の容量結合部１９における重畳面積を調整することにより放射インピーダンスが増加し反射特性の改善と広帯域化を同時に実現することができる（図１８Ｂ）。また、第５の容量結合部１９を備えることで、地線を介した共振は、主に第１のアンテナ素子３または第２のアンテナ素子２と、第３の地線３４で囲まれるループ構造を形成する。そこで高周波電流は、ループ構造の内側を中心に流れやすくなり、給電点７側のアンテナ素子と比較して第３の地線３４の基板外側は筐体グランドに近接した場合の影響を受けにくい動作となる。したがって、アンテナ実装空間の小形化に対しても効果がある。

また、第１の共振周波数ｆ１及び第５の共振周波数ｆ５は、ループ構造による第２の共振周波数ｆ２に対し特に影響を及ぼすことなく共存して動作することができる。

（実施例４）
図１２Ａは、実施例４のアンテナ装置の斜視図である。図１２Ａに示すアンテナ装置は、逆Ｆ型アンテナ構造を有する。図１２Ｂは、図１２Ａに示すアンテナ装置の第１の容量結合部１１の重畳長ｄを＋３ｍｍ、＋０．５ｍｍ、−０．５ｍｍ、−３ｍｍにしたときの周波数特性を示す特性図である。上記重畳長ｄの正号は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが重畳している場合を示す。上記重畳長ｄの負号は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子２とが重畳していない場合を示す。なお、図１２Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

図１２Ａに示すアンテナ装置は、第１のアンテナ素子３の一部に短絡ピン３ａを備えている。短絡ピン３ａは、第１のアンテナ素子３を第２のグランド素子８ｂに電気的に接続（短絡）している。短絡ピン３ａは、基板１を挟んで第１の地線４に重畳している（第２の容量結合部１２）。第２の容量結合部１２における短絡ピン３ａと第１の地線４とは、容量的に結合している。なお、短絡ピン３ａは、一部に切り欠きやメアンダ構造を備えても良い。

一般的に逆Ｆアンテナ構造は、短絡ピン３ａの長さ、第１のアンテナ素子３との接続位置の調整などによりインピーダンス調整が可能であり、アンテナ素子に金属筐体などのグランドが近接した場合においても第１の共振周波数ｆ１が得やすい特徴を持つ。

実施例５の構造により、モノポールアンテナと比較して低背（アンテナ設置高さを低く）で、筐体のグランドに近い位置にアンテナ装置を配置可能である。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを接続して反射評価を実施した。評価の結果は図１２Ｂに示す通りである。図１２Ｂに示すように、第１の容量結合部１１における重畳長ｄが−３ｍｍ（すなわちアンテナ素子が重畳していない状態）場合は、主に第３の共振周波数ｆ３で動作する１つの共振がみえるのみで、その比帯域は中心周波数２．３ＧＨｚに対し９．６％（ＶＳＷＲ＜３）である。これに対し、重畳長ｄを−０．５ｍｍ、０．５ｍｍ、３ｍｍと素子間で容量値を持つ程度とした場合は、第２の共振周波数ｆ２が顕在化し第３の共振周波数ｆ３と合わせてＨｉｇｈ＿ｂａｎｄの比帯域は２２％、２９％、４９％（ＶＳＷＲ＜３）と容量結合部１１の容量値の変化に伴う共振周波数ｆ２の移動と共に拡大する。このように、２つの共振周波数間の反射特性が悪化しにくいことでＨｉｇｈ＿ｂａｎｄの広帯域化を実現している。

図１３Ａは、実施例３のアンテナ装置の模式図である。図１３Ｂは、第２の容量結合部１２を備えた場合と備えない場合の周波数特性を示す。なお、図１３Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

図１３Ａに示すように、実施例３のアンテナ装置は、第１のアンテナ素子３に、第２のグランド素子８ｂ側へ折り返して形成された短絡ピン３ａを備えている。短絡ピン３ａは、第２のグランド素子８ｂに電気的に接続されているか、第２のグランド素子８ｂに一体形成されている。短絡ピン３ａは、基板１を挟んで第１の地線４に重畳している。短絡ピン３ａと第１の地線４とは、容量的に結合し、第２の容量結合部１２を形成している。なお、図１３Ａに示す短絡ピン３ａはメアンダ構造としているが、この形状は一例である。

また、図１３Ａにおける図Ｅは、容量結合部１２の容量値（Ｃ２）、第１の地線インダクタンス値（Ｌ）、放射抵抗値（Ｒｒ）、損失抵抗値（Ｒｌ）で構成される第３の並列共振周波数ｆ３の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を制御するアンテナ等価回路を図示している。

第１の地線４は、基板１を挟んで対向する短絡ピン３ａまたは第２のアンテナ素子２との間に形成される第２の容量結合部１２により決まる容量値Ｃ２を用いた並列共振で動作する。つまり、第１の地線と短絡ピン３ａが誘電体を介した領域で並列共振する動作により直列共振よりも比較的高いアンテナＱ値を持つため、金属筐体などのグランドが近接した場合においても第３の共振周波数ｆ３が得やすい特徴を持つ。

また、第２の共振周波数ｆ２は、第１の地線４の地線長Ｌと、第２の容量結合部１２における容量値とにより調整される。第２の容量結合部１２の容量値は、第１の地線４と短絡ピン３ａとの重畳面積に基づく値であり、これを備えない場合には周波数ｆ３での並列共振動作は顕在化しない。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを接続して反射評価を実施した。評価の結果は図１３Ｂに示す通りである。図１３Ｂに示すように、折り返し形状を有しない逆Ｆアンテナ構造と第１の地線４のみで折り返し形状を備えない場合、アンテナ装置は、第１の地線４により得られる第３の共振周波数ｆ３のインピーダンスが低く、十分な反射特性（ＶＳＷＲ＜３）が得られにくい。

一方、第１の実施例と同様、比較的高いアンテナＱ値の並列共振による第２の共振周波数ｆ２を有するループ構造とを組み合わせて用いることでＶＳＷＲ特性が改善し、それぞれ隣接した周波数に調整することにより所望のインピーダンスに整合させることができ、広帯域特性を得ることができる。

第１のアンテナ素子への逆Ｆ給電による共振（第１の共振）、ループ構造による並列共振（第２の共振）、地線４と短絡ピン３ａによる並列共振（第３の共振）とのそれぞれアンテナＱ値が高く動作する組み合わせは、アンテナ素子と金属筐体などのグランドが近接してインピーダンスが低下するアンテナ条件の厳しい場合における帯域確保に有効である。

（実施例５）
図１４Ａは、実施例５のアンテナ装置の斜視図である。図１４Ｂは、図１４ＡにおけるＺ−Ｚ部の断面図である。図１４Ｃは、地線とグランド素子とをスルーホールで接続した場合と接続していない場合の周波数特性を示す特性図である。なお、図１４Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置は、図１等に示すアンテナ装置に短絡ピン３ａ、第３のスルーホール１３、第２の地線１４を追加した構成である。

第２の地線１４は、基板１の第２面１ｂにおいて、短絡ピン３ａに対して離間した位置に配されている。第２の地線１４は、第２のグランド素子８ｂから延伸して設けられている。第１の地線４と短絡ピン３ａとは、容量的に結合している。第２の地線１４は、第３のスルーホール１３を介して第１の地線４に電気的に接続されている。

アンテナ素子の小形化要求に対して、素子幅など空間が少なく地線の幅が十分確保できない場合、地線による共振が狭帯域となる課題が生じる。このとき、地線幅を拡大してインダクタンス（Ｌ）を小さくしようとしても、基板幅の制約により給電点に近接してしまうことで、第１の共振周波数ｆ１などその他帯域に悪影響が生じる。

本実施例のアンテナ装置は、短絡ピン３ａと第１の地線４とを容量結合させて、インピーダンスを調整している。また、第１の地線４と第２の地線１４は、基板１における短絡ピン３ａが配された面と近接して配置してもお互いにほとんど影響しないことから、第３のスルーホール１３で第１の地線４と導通させることにより、第１の地線４のインダクタンス（Ｌ）を小さくし第３の共振周波数ｆ３の帯域を広げることができる。

第１の地線４と第２の地線１４との重畳部、さらに基板１の厚さ分の長さが放射素子として利用できる。

また、第２の実施例と同様、誘電体を介して対向して面する第１の地線４と第２の地線１４間のキャパシタンス（Ｃ）が増加することにより、アンテナ装置のＱ値は小さくするように制御され、前記インダクタンス（Ｌ）と合わせてアンテナの広帯域化に繋がる（図１４Ｃ）。

また、第１の地線４と第２の地線１４は、グランド素子からＬ字に屈曲した給電部７側部分に第３のスルーホール１３を配置することが望ましい。このとき、第３のスルーホール１３の間隔は、数ＧＨｚを対象とする場合には例えば２〜５ｍｍ程度とすることにより、十分ロスなく動作する。

（実施例６）
図１５Ａは、実施例６のアンテナ装置の斜視図である。図１５Ｂは、第１のアンテナ素子３の先端が分岐している構造と分岐していない構造とにおける周波数特性を示す特性図である。なお、図１５Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。

図１５Ａに示すように、本実施例のアンテナ装置は、第２のアンテナ素子２の先端が少なくとも２つに分岐し、第１の折り返し形状部２ａと第２の折り返し形状部２ｂとを備えている。第１の折り返し部２ａは、その先端が基板１を挟んで第２のアンテナ素子２に重畳し、第１の容量結合部１１を形成している。第２の折り返し部２ｂは、その先端が基板１を挟んで第２のアンテナ素子２に重畳し、第３の容量結合部１５を形成している。第１の折り返し部２ａと第２の折り返し部２ｂとは、本実施例では互いに平行に形成されている。

なお、第１の折り返し部２ａと第２の折り返し部２ｂとの素子間は、第２の共振周波数の２．５×１０^-3λ程度であることが望ましい。

また、第１の折り返し部２ａ及び第２の折り返し部２ｂは、互いに同一方向へ延伸されているが、必ずしも同一方向へ延伸させる必要はなく、相反する方向など互いに異なる方向へ延伸させても構わない。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを接続して反射評価を実施した。評価の結果は図１５Ｂに示す通りである。図１５Ｂに示すように、第１の折り返し素子２ａ及び第２の折り返し素子２ｂの素子長と、第１の容量結合部１１及び第３の容量結合部１５における容量値を調整することにより、共振周波数ｆ２−１、ｆ２−２をそれぞれ個別に設定でき、第１の共振周波数ｆ１及び第３の共振周波数ｆ３に影響を与えることなく共存が可能である。

また、第１の折り返し部２ａの先端に第１の容量結合部１１と、第２の折り返し素子２ｂの先端に第３の容量結合部１５は、比較的高いアンテナＱ値で鋭い共振特性を持つため、お互い離れた周波数に対し個別にマルチバンドアンテナ調整が可能であり有用である。

なお、図１６に示すように、図１５Ａに示すアンテナ装置に短絡ピン３ａを追加してもよい。このように、短絡ピン３ａを備えた逆Ｆ給電構造と、先端折り返し形状、第１の地線４とを組み合わせることにより、金属筐体などのグランドに近接した場合においても放射抵抗を得やすく、それぞれ隣接した周波数に調整することにより所望の特性インピーダンスに整合させることで、広帯域特性を得ることができる。

（実施例７）
図１７Ａは、実施例７のアンテナ装置の斜視図である。図１７Ｂは、分岐素子を備えた場合と備えない場合の周波数特性を示す特性図である。なお、図１７Ａにおいて、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。図１７Ａに示すアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置に分岐素子１７を追加した構成である。なお、図１７Ｂでは、第２の容量結合部１２を備えないが、第１の実施形態と同様、第１のアンテナ素子３と第１の地線の配置によって構成することにより、それぞれのインピーダンスを調整することができる。

分岐素子１７は、基板１の第１面１ａに形成されている。分岐素子１７は、第２のアンテナ素子２等と同様に、金（Ａｕ）などの金属導体で形成することができる。分岐素子１７は、一方の端部が第４のスルーホール１８を介して第１のアンテナ素子３に電気的に接続されている。分岐素子１７は、長手方向の中央付近が、基板１を挟んで第２のアンテナ素子２に重畳し、第４の容量結合部１６を形成している。第４の容量結合部１６において、第１のアンテナ素子３と分岐素子１７とは、容量的に結合している。第４の容量結合部１６の容量は、第２のアンテナ素子２と分岐素子１７の重畳面積に基づく値である。分岐素子１７は、図１７Ｂに示す第４の共振周波数ｆ４で共振する。

なお、分岐素子１７は、本実施例では基板１の第１面１ａに形成したが、第２のアンテナ素子２が形成されている面（本実施例では基板１の第２面１ｂ）に形成してもよい。

また、分岐素子１７は、本実施例では第１のアンテナ素子３に重畳する位置に設けたが、第２のアンテナ素子２に重畳しない位置に設けてもよい。その場合は、例えば給電部７に隣接した位置でのみ分岐素子１７と第２のアンテナ素子２とを重畳させ、スルーホールにより電気的に接続する構成とすることができる。つまり、図１７Ａに示す第４の容量結合部１６は必須ではない。なお、第４の容量結合部１６は、分岐素子１７にて動作するアンテナの容量成分として、第４の共振周波数ｆ４を制御することができる。つまり、容量成分を用いてアンテナのインピーダンス調整ができるため、チップ定数など用いることなくアンテナ整合を行うには有効である。

上記構成のアンテナ装置に同軸ケーブルを接続して反射評価を実施した。評価の結果は図１７Ｂに示す通りである。図１７Ｂに示すように、分岐素子１７を備えることにより、約１．３ＧＨｚ付近（第４の共振周波数ｆ４）に共振点を設けることができる。

（実施例８）
図１９は、実施例８のアンテナ装置の斜視図である。なお、図１９において、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。図１９に示すアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置における第１のスルーホール５の位置と、第１の容量結合部１１の位置とを変更した構成である。このような構成であっても、Ｌｏｗ＿Ｂａｎｄにおいて広帯域化が図れる。

（実施例９）
図２０は、実施例９のアンテナ装置の斜視図である。なお、図２０において、図１等に示すアンテナ装置の構成要素と同様の構成要素については、同一符号を付与して詳細な説明は省略する。図２０に示すアンテナ装置は、図１に示すアンテナ装置における第１のスルーホール５の位置とを変更した構成である。このような構成であっても、低周波側において広帯域化が図れる。

なお、本実施の形態における基板１は、基板の一例である。本実施の形態における第１のアンテナ素子３は、第１のアンテナ素子の一例である。本実施の形態における第２のアンテナ素子２は、第２のアンテナ素子の一例である。本実施の形態における第１の第１の地線４は、第１の地線の一例である。本実施の形態における第２の地線１４は、第２の地線の一例である。本実施の形態における第３の地線３４は、第３の地線の一例である。本実施の形態における第１のスルーホール５は、第１の層間接続部の一例である。本実施の形態における給電部７は、給電部の一例である。本実施の形態における第１のグランド素子８ａ及び第２のグランド素子８ｂは、グランド素子の一例である。本実施の形態における短絡ピン３ａは、短絡部の一例である。本実施の形態における第１の容量結合部１１は、第１の容量結合部の一例である。本実施の形態における第２の容量結合部１２は、第２の容量結合部の一例である。本実施の形態における第３のスルーホール１３は、第２の層間接続部の一例である。本実施の形態における第４のスルーホール１８は、第３の層間接続部の一例である。本実施の形態における分岐素子１７は、分岐素子の一例である。

本願は、無線通信が可能なアンテナに有用である。

１ 基板
２ 第２のアンテナ素子
３ 第１のアンテナ素子
３ａ 短絡ピン
４ 第１の地線
５ 第１のスルーホール
６ 第２のスルーホール
７ 給電部
８ａ 第１のグランド素子
８ｂ 第２のグランド素子
１１ 第１の容量結合部
１２ 第２の容量結合部
１３ 第３のスルーホール
１４ 第２の地線
１５ 第３の容量結合部
１６ 第４の容量結合部
１７ 分岐素子
１８ 第４のスルーホール
１９ 第５の容量結合部
３４ 第３の地線

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板の任意の面に形成され、接地電位となるグランド素子と、
   前記基板の任意の面に形成される第１のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子に給電する給電部と、
   前記基板における前記第１のアンテナ素子が形成されている面と異なる面に形成される第２のアンテナ素子と、
   前記グランド素子から延伸する第１の地線と、
   前記基板を貫通するように形成され、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを電気的に接続する第１の層間接続部と、
   前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが前記基板を挟んで重畳または近接し、容量的に結合する第１の容量結合部と
   前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子と前記層間接続部と第１の容量結合部により電気的に構成されるループ構造を備え、
   前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、前記グランド素子、前記第１の地線は、前記基板の任意の面に導電パターンで形成されている、アンテナ装置。
2. 前記第１の層間接続部は、
   前記ループ構造を構成する前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが基板を介して対向する面である重畳領域にて、連続的に複数形成されている、請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第１の地線は、
   前記第１のアンテナ素子の素子長及び前記第２のアンテナ素子の素子長よりも長い素子長を有し、
   一方の端部が前記グランド素子から延伸し、
   他方の端部が前記基板を挟んで前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子に重畳または近接する、請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. 前記第１のアンテナ素子は、前記グランド素子に電気的に接続される短絡部を備え、
   前記短絡部と前記第１の地線とが前記基板を挟んで重畳または近接する第２の容量結合部をさらに備える、請求項１または２記載のアンテナ装置。
5. 前記基板において前記第１の地線が形成されている面と異なる面に形成されている第２の地線と、
   前記第１の地線と前記第２の地線とが基板を介して対向する面である重畳領域にて、前記基板を貫通するように形成され電気的に接続している第２の層間接続部とを備えた、請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記第１のアンテナ素子は、
   一方の端部が前記第１の層間接続部に電気的に接続され、
   他方の端部が複数の導電パターンに分岐し、前記基板を挟んで前記第２のアンテナ素子に重畳または近接している、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記基板を貫通するように形成されている第３の層間接続部と、
   前記第３の層間接続部に電気的に接続されている分岐素子とを備え、
   前記第３の層間接続部は、前記第２のアンテナ素子における前記給電部の近傍に電気的に接続されている、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のアンテナ装置と、
   少なくとも一部に導電部を有する筐体とを備え、
   前記アンテナ装置は、前記グランド素子が前記筐体における導電部に電気的に接続するように、前記筐体の任意の位置に固定されている、電子機器。

Images