JP2014138289A - アンテナ装置及びアンテナ装置用整合回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 カバーすることができる周波数帯の組み合わせの自由度を高めることが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 低周波放射素子及び高周波放射素子、相互に離れた相対的に低い周波数帯及び相対的に高い周波数帯で、それぞれ動作するように構成されている。送受信回路と分岐点との間に整合回路が挿入されている。分岐点と高周波放射素子との間に高周波可変リアクタンス回路が挿入されている。分岐点と低周波放射素子との間に低周波可変リアクタンス回路が挿入されている。高周波可変リアクタンス回路と低周波可変リアクタンス回路とは、相互に独立にリアクタンスを調整することができるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相互に異なる周波数で動作する２つの放射素子を持つアンテナ装置、及びそのアンテナ装置に適用可能な整合回路モジュールに関する。

近年、低周波数帯（０．８ＧＨｚ〜０．９ＧＨｚ）用の放射素子と、高周波数帯（１．７ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚ）用の放射素子とを備えた携帯電話が一般的になりつつある。１本の線路から２つの放射素子に分岐する分岐点と、送受信回路との間に、可変整合回路を挿入したアンテナ装置が公知である（例えば、特許文献１）。一方の放射素子は、基本周波数帯に対応し、他方の放射素子は、高次周波数帯に対応する。

可変整合回路は、第１整合回路と、第１整合回路に直列に接続された可変容量素子を含む。第１整合回路は、接地されたインダクタンス素子と、それに並列接続されたキャパシタンス素子とを含む。可変整合回路の可変容量素子のキャパシタンスを変化させても、高次周波数帯における共振周波数に大きな影響を与えることなく、容易に基本周波数帯における共振周波数を調整することができる。

特開２０１０−８１３７０号公報

次世代移動体通信システムに、キャリアアグリゲーション技術が導入される予定である。キャリアアグリゲーション技術とは、分散した複数の周波数帯の搬送波を束ねて、１つの広帯域チャネルを構成する技術である。

日本において、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯の組み合わせとして、１．５ＧＨｚ帯と２．０ＧＨｚ帯との組み合わせ、０．８ＧＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯との組み合わせ、０．９ＧＨｚ帯と２．０ＧＨｚ帯との組み合わせが挙げられる。米国においては、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯の組み合わせとして、０．７ＧＨｚ帯と、１．７ＧＨｚ帯〜２．０ＧＨｚ帯と組み合わせが挙げられる。本明細書において、０．８ＧＨｚ帯〜０．９ＧＨｚ帯を低周波数帯といい、１．５ＧＨｚ帯を中間周波数帯といい、１．７ＧＨｚ帯〜２．０ＧＨｚ帯を高周波数帯という場合がある。ただし、低周波数帯、中間周波数帯、高周波数帯の帯域が、具体的なこれらの帯域に限定されるわけではない。また、より高い周波数帯の利用も検討されている。

低周波数帯用及び高周波数帯用の２本の放射素子を有する従来のアンテナ装置では、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯のすべての組み合わせを同時にカバーすることは困難である。周波数帯のすべての組み合わせをカバーするためには、例えば、それぞれの周波数帯に適合した電気長を有する３個以上の放射素子を準備しなければならないであろう。

本発明の目的は、カバーすることができる周波数帯の組み合わせの自由度を高めることが可能なアンテナ装置、及びそのアンテナ装置に搭載可能な整合回路モジュールを提供することである。

本発明の一観点によると、
相互に離れた相対的に低い周波数帯及び相対的に高い周波数帯で、それぞれ動作するように構成された低周波放射素子及び高周波放射素子と、
送受信回路と、
前記送受信回路と分岐点との間に挿入された整合回路と、
前記分岐点と前記高周波放射素子との間に挿入された高周波可変リアクタンス回路と、
前記分岐点と前記低周波放射素子との間に挿入された低周波可変リアクタンス回路と
を有し、
前記高周波可変リアクタンス回路と前記低周波可変リアクタンス回路とは、相互に独立にリアクタンスを調整することができるように構成されているアンテナ装置が提供される。

高周波可変リアクタンス回路と低周波可変リアクタンス回路とのリアクタンスを独立に調整することにより、アンテナ装置がカバーする周波数帯の組み合わせの自由度を高めることができる。

前記送受信回路は、相対的に低い低周波数帯及び相対的に高い高周波数帯を束ねるキャリアアグリゲーション機能を持つ構成としてもよい。前記送受信回路から前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子に給電した場合において、前記高周波放射素子からのリターンロスが、前記高周波数帯で極小値を示し、前記低周波放射素子からのリターンロスが、前記低周波数帯で極小値を示すように、前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路のリアクタンスを設定可能である。

アンテナ装置がカバーする周波数帯の組み合わせの自由度が高いため、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯の組み合わせの自由度も高くなる。

前記整合回路は、前記低周波数帯または前記高周波数帯において複共振する共振回路を含む構成としてもよい。

複共振を生じさせることにより、動作周波数帯の帯域幅を広げることができる。

前記送受信回路は、前記高周波数帯及び前記低周波数帯のいずれとも異なる第三の周波数帯で信号の送受信を行う機能を持つ構成としてもよい。前記送受信回路から前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子に給電した場合において、前記低周波放射素子及び前記高周波放射素子の少なくとも一方からのリターンロスが、前記第三の周波数帯で極小値を示すように、前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路のリアクタンスを設定可能である。

アンテナ装置がカバーする周波数帯の組み合わせの自由度を高めることができるため、低周波放射素子または高周波放射素子は、第三の周波数帯にも適用することが可能である。

前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路の少なくとも一方は、インダクタンスが挿入された状態、キャパシタンスが挿入された状態、並列共振回路をはじめとするインダクタンスとキャパシタンスとの組み合わせ回路が挿入された状態、及びスルー状態から選択された少なくとも２つの状態を切り換えるスイッチを含む構成としてもよい。

スイッチでリアクタンスを切り替えることにより、大きなリアクタンス変化、及び多彩
なリアクタンス変化を実現することが可能である。

前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路は、基板グランド導体から外れた位置に配置される構成としてもよい。

高周波可変リアクタンス回路及び低周波可変リアクタンス回路のストレー容量を低減させることができる。これにより、リアクタンスの取り得る値の制約が軽減される。

前記高周波可変リアクタンス回路、前記低周波可変リアクタンス回路、及び前記整合回路は、整合回路モジュールを構成している。

モジュール化することにより、整合回路モジュールを種々のアンテナ装置に容易に搭載することが可能になる。

前記整合回路モジュールは、前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子にそれぞれ接触する２つの接触端子を含む。２つの前記接触端子は、それぞれ弾性力によって前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子と接触した状態を維持している。

低周波放射素子及び高周波放射素子を、整合回路モジュールに対して容易に着脱することができる。

本発明の他の観点によると、
送受信回路に接続される整合回路と、
異なる放射素子に接続される２つの接触端子と、
前記整合回路と一方の前記接触端子との間に挿入された低周波可変リアクタンス回路と、
前記整合回路と他方の前記接触端子との間に挿入された高周波可変リアクタンス回路とを有し、前記低周波可変リアクタンス回路及び前記高周波可変リアクタンス回路は、相互に独立に、リアクタンスを変化させることが可能であるアンテナ装置用整合回路モジュールが提供される。

前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路の少なくとも一方は、インダクタンスが挿入された状態、キャパシタンスが挿入された状態、並列共振回路をはじめとするインダクタンスとキャパシタンスとの組み合わせ回路が挿入された状態、及びスルー状態から選択された少なくとも２つの状態を切り換えるスイッチを含む。２つの前記接触端子は、それぞれ弾性力によって放射素子と接触した状態を維持する。

高周波可変リアクタンス回路と低周波可変リアクタンス回路とのリアクタンスを独立に調整することにより、アンテナ装置がカバーする周波数帯の組み合わせの自由度を高めることができる。

図１は、実施例１によるアンテナ装置の概略図である。 図２は、実施例１によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図３は、実施例２によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図４は、実施例３によるアンテナ装置の概略図である。 図５は、実施例３によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図６は、実施例３によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図７は、実施例４によるアンテナ装置の概略図である。 図８は、実施例４によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図９は、実施例５によるアンテナ装置の概略図である。 図１０は、実施例５によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図１１は、実施例６によるアンテナ装置の概略図である。 図１２は、実施例６によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図１３は、実施例７によるアンテナ装置の概略図である。 図１４は、実施例７によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示すグラフである。 図１５は、実施例８によるアンテナ装置の概略図である。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、実施例９によるアンテナ装置の可変リアクタンス回路の等価回路図である。 図１７Ａ〜図１７Ｃは、実施例１０によるアンテナ装置の概略図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、実施例１０によるアンテナ装置に用いられる整合回路モジュールの斜視図である。

［実施例１］
図１に、実施例１によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例１によるアンテナ装置は、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０を含む。高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０は、相互に離れた周波数帯で動作するように構成されている。すなわち、高周波放射素子２０の動作周波数帯が、低周波放射素子３０の動作周波数帯より高い。例えば、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０は、モノポールアンテナであり、両者の電気長が異なっている。高周波放射素子２０の電気長が、低周波放射素子３０の電気長より短い。高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０に対応して、グランド導体４５が配置されている。

送受信回路４２から出力された高周波信号が、分岐点４０で分岐される。分岐後の高周波信号が、それぞれ高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０に供給される。送受信回路４２と分岐点４０との間に、整合回路４１が挿入されている。分岐点４０と高周波放射素子２０との間に、高周波可変リアクタンス回路２１が挿入されている。分岐点４０と低周波放射素子３０との間に、低周波可変リアクタンス回路３１が挿入されている。整合回路４１、高周波可変リアクタンス回路２１、及び低周波可変リアクタンス回路３１は、グランド導体４５の上に配置されている。高周波可変リアクタンス回路２１と低周波可変リアクタンス回路３１とは、相互に独立にリアクタンスを調整することができるように構成されている。実施例１では、整合回路４１が、１０ｎＨのシャントインダクタンスで構成される。

図２に、実施例１によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示す。低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ、及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨを、それぞれ１２ｎＨ及び１．５ｎＨとした場合（状態１）、それぞれ１．０ｐＦ及び２．７ｎＨとした場合（状態２）、それぞれ１５ｎＨ及び６．８ｎＨとした場合（状態３）について、リターンロスを求めた。実施例１によるアンテナ装置は、状態１、状態２、及び状態３のいずれかの状態に設定することができる。

アンテナ装置が状態１に設定されているとき、低周波数帯（０．９ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２．０ＧＨｚ帯）とでリターンロスが極小値を示す。低周波数帯の極小値は、低周波放射素子３０（図１）の共振に起因し、高周波数帯の極小値は、高周波放射素子２０（図１）の共振に起因する。状態１に設定されたアンテナ装置は、低周波数帯と高周波数帯とを束ねたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用可能である。

アンテナ装置が状態２に設定されているとき、中間周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２．０ＧＨｚ帯）とでリターンロスが極小値を示す。これは、低周波可変リアクタンス回路３１を容量性としたことにより、低周波放射素子３０の共振周波数が高くなったためである。状態２に設定されたアンテナ装置は、中間周波数帯と高周波数帯とを束ねたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用可能である。

アンテナ装置が状態３に設定されているとき、低周波数帯（０．８ＧＨｚ帯）と中間周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）とでリターンロスが極小値を示す。これは、高周波可変リアクタンス回路２１のインダクタンスを、状態１のときのインダクタンスより大きくしたことにより、高周波放射素子２０の共振周波数が低下したことに起因する。状態３に設定されたアンテナ装置は、低周波数帯と中間周波数帯とを束ねたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用可能である。

送受信回路４２は、低周波数帯と高周波数帯との組み合わせ、中間周波数帯と高周波数帯との組み合わせ、及び低周波数帯と中間周波数帯との組み合わせの少なくとも１つの組み合わせに対応するキャリアアグリゲーション機能を有する。

実施例１では、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１の少なくとも一方のリアクタンスを調整することにより、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯の組み合わせを変えることができる。具体的には、低周波数帯、中間周波数帯、及び高周波数帯から選択した２つの周波数帯を、キャリアアグリゲーションの対象とすることができる。低周波数帯、中間周波数帯、及び高周波数帯に対応して、３つの放射素子を準備するケースも考えられる。これに対し、実施例１では、２つの放射素子のみで、３つの周波数帯から、キャリアアグリゲーションの対象とする２つの周波数帯を任意に選択することが可能である。高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスを独立に変化させることができるため、キャリアアグリゲーションの対象として選択する周波数帯の組み合わせの自由度を高めることができる。

実施例１によるアンテナ装置は、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯の組み合わせの自由度が高いため、動作周波数帯の異なる種々の移動無線端末に適用することが可能である。送受信回路４２は、周波数帯のすべての組み合わせに対応したキャリアアグリゲーション機能を有する構成としてもよいし、一部の組み合わせに対応したキャリアアグリゲーション機能を有する構成としてもよい。

さらに、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスを調整することによって、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０の実効電気長を独立して変化させることができる。このため、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０の電気長の設計の自由度が高い。

［実施例２］
図３に、実施例２によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示す。実施例２によるアンテナ装置の回路構成は、実施例１によるアンテナ装置の回路構成（図１）と同一である。実施例２では、実施例１で説明した状態１と、実施例２で新たに設定
される状態４との切り換えが行われる。状態４においては、低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ、及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨが、それぞれ２２ｎＨ、及び１．５ｎＨに設定される。

状態４に設定されたアンテナ装置の低周波可変リアクタンス回路３１のインダクタンスが、状態１に設定されたアンテナ装置の低周波可変リアクタンス回路３１のインダクタンスより大きい。これにより、状態４のときの低周波放射素子３０（図１）の共振周波数が、状態１のときの共振周波数より低くなる。

実施例２によるアンテナ装置は、低周波数帯と高周波数帯とを組み合わせたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信と、低周波数帯及び高周波数帯のいずれとも異なる第三の周波数帯（０．７ＧＨｚ帯）を単独利用した通信との両方に対応することができる。

［実施例３］
図４に、実施例３によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例１では、整合回路４１（図１）が、シャントインダクタンスで構成されていた。実施例３では、整合回路４１が、直列キャパシタンスと、２本のシャントインダクタンスからなるπ型回路で構成されている。その他の構成は、実施例１によるアンテナ装置の構成と同一である。

一例として、整合回路４１を構成する直列キャパシタンスは２．７５ｐＦである。送受信回路４２側のシャントインダクタンスは１８ｎＨであり、放射素子側のシャントインダクタンスは８．２ｎＨである。整合回路４１は、低周波放射素子３０に複共振を生じさせる。

図５に、実施例３によるアンテナ装置のリターンロスのシミュレーション結果を示す。実施例３によるアンテナ装置においては、状態１ａ、状態５、及び状態６の切り換えが行われる。状態１ａにおいては、低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ、及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨが、それぞれ１２ｎＨ及び１．５ｎＨに設定される。このリアクタンスは、実施例１の状態１のリアクタンスと同一である。実施例１の状態１のリターンロス（図２）と、実施例３の状態１ａのリターンロス（図５）とを比較すると、低周波数帯において、実施例３のリターンロスの谷が、実施例１のリターンロスの谷よりブロードになっていることがわかる。これは、整合回路４１により、低周波放射素子３０に複共振を生じさせていることに起因する。このように、低周波放射素子３０において複共振を生じさせることにより、低周波数帯における動作周波数帯域を広くすることができる。

状態５においては、低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ、及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨが、それぞれ１２ｎＨ及び１．５ｐＦに設定される。状態６においては、低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ、及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨが、それぞれ１２ｎＨ及び０．３ｐＦに設定される。

状態５及び状態６では、高周波可変リアクタンス回路２１を容量性にしたため、高周波放射素子２０（図４）の実効電気長が短くなり、共振周波数が高くなる。このため、リターンロスが極小値を示す高周波数帯が、２．０ＧＨｚ帯から、２．６ＧＨｚ帯及び３．５ＧＨｚ帯まで高くなっている。なお、２．４ＧＨｚの近傍に現れているピークは、低周波放射素子３０の高次モードの共振に起因する。

実施例３によるアンテナ装置は、状態１ａ、状態５、及び状態６を切り換えることにより、低周波数帯（０．９ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２．０ＧＨｚ帯）とを組み合わせたキ
ャリアアグリゲーションによる広帯域通信、低周波数帯及び高周波数帯のいずれとも異なる第三の周波数帯（２．６ＧＨｚ帯または３．５ＧＨｚ）を利用した通信に対応することができる。

図６に、実施例３によるアンテナ装置の状態５及び状態７のリターンロスのシミュレーション結果を示す。状態７においては、低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ、及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨが、共に１．５ｐＦに設定される。状態７では、低周波可変リアクタンス回路３１を容量性としたことにより、低周波放射素子３０の共振に起因するピークが、状態５のときのピークより高周波側に移動している。

状態５のとき、低周波放射素子３０の高次モードの共振に起因するピークＰ５が、高周波放射素子２０の共振に起因するピークの近傍に現れている。低周波放射素子３０の高次モードの***振点が、高周波放射素子２０の動作周波数帯域である２．６ＧＨｚ帯におけるアンテナ特性に悪影響を与える場合がある。

状態７においては、低周波放射素子３０の共振周波数を高く設定しているため、高次モードの共振周波数も高くなる。これにより、低周波放射素子３０の高次モードの共振に起因するピークＰ８を、高周波放射素子２０の動作周波数帯（２．６ＧＨｚ帯）から遠ざけることができる。このため、高周波放射素子２０の動作周波数帯におけるアンテナ特性が、低周波放射素子３０の高次共振モードの影響を受けにくくなる。その結果、高周波放射素子２０の動作周波数帯において、状態７のリターンロスが状態５のリターンロスより低下している。高周波放射素子２０の動作周波数帯を調整するときに、他方の低周波放射素子３０に対応する低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬを調整することにより、高周波数帯において良好なアンテナ特性を得ることができる。

［実施例４］
図７に、実施例４によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例１では、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１が、直列インダクタンスまたは直列キャパシタンスで構成されていた。実施例４では、低周波可変リアクタンス回路３１が、インダクタンスとキャパシタンスとの並列共振回路を含む。この並列共振回路が、低周波放射素子３０に直列に挿入される。低周波可変リアクタンス回路３１の並列共振回路を構成するインダクタンス及びキャパシタンスは、それぞれ８．２ｎＨ及び０．６ｐＦである。

さらに、低周波可変リアクタンス回路３１は、並列共振回路をバイパスするためのスイッチを含む。このスイッチのオンオフにより、スルー状態（状態８）と、低周波放射素子３０に並列共振回路が挿入された状態（状態９）との切り換えを行うことができる。状態８では、低周波可変リアクタンス回路３１のインピーダンスが０Ωになる。その他の構成は、実施例１によるアンテナ装置の構成と同一である。

状態８及び状態９のいずれにおいても、高周波可変リアクタンス回路２１は、スルー状態、すなわちインピーダンス０Ωの状態である。整合回路４１は、８．２ｎＨのシャントインダクタンスで構成される。

図８に、実施例４によるアンテナ装置の状態８及び状態９のときのリターンロスのシミュレーション結果を示す。状態８においては、低周波放射素子３０の共振に起因して、０．８ＧＨｚ帯でリターンロスが極小値を示し、高周波放射素子２０の共振に起因して、１．８ＧＨｚ帯でリターンロスが極小値を示す。状態９においては、低周波可変リアクタンス回路３１に並列共振回路が挿入されることにより、低周波放射素子３０の共振が分離す
る。これにより、０．７ＧＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯とで、リターンロスが極小値を示す。

実施例４によるアンテナ装置は、状態８のとき、０．８ＧＨｚ帯と１．８ＧＨｚ帯とを組み合わせたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用可能である。また、状態９のときには、中間周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２．０ＧＨｚ帯）とを組み合わせたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用可能である。さらに、状態９のときには、０．７ＧＨｚ帯を利用した通信も可能である。

実施例４のように、低周波可変リアクタンス回路３１を、リアクタンスとキャパシタンスとの並列共振回路を含む構成とすることにより、より多彩な周波数帯の組み合わせが可能になる。なお、高周波可変リアクタンス回路２１を、リアクタンスとキャパシタンスとの並列共振回路を含む構成としてもよい。さらに、並列共振回路に限らず、より一般的に、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１の少なくとも一方を、リアクタンスとキャパシタンスとを組み合わせた組み合わせ回路としてもよい。

［実施例５］
図９に、実施例５によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例４では、高周波可変リアクタンス回路２１がスルー状態にされていた。実施例５では、高周波可変リアクタンス回路２１が、３．３ｎＨの直列インダクタンスと、バイパス用のスイッチとで構成される。その他の構成は、実施例４によるアンテナ装置（図７）の構成と同一である。

高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１を、共にスルー状態にすると、実施例４の状態８と同一の状態が実現される。実施例５によるアンテナ装置は、さらに状態１０に設定することが可能である。状態１０では、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１のスイッチが、共にオフにされる。これにより、高周波放射素子２０に対して、３．３ｎＨのインダクタンスが直列に挿入され、低周波放射素子３０に対して、並列共振回路が直列に挿入される。並列共振回路の回路定数は、実施例４の低周波可変リアクタンス回路３１の並列共振回路の回路定数と同一である。

図１０に、実施例５によるアンテナ装置が状態８及び状態１０のときのリターンロスのシミュレーション結果を示す。状態１０においては、実施例４の状態９（図８）と同様に、低周波放射素子３０の共振が分離して、０．７ＧＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯とで、リターンロスが極小値を示す。さらに、高周波放射素子２０に直列リアクタンスが挿入されることにより、共振周波数が低下する。これにより、低周波放射素子３０の分離した一方の共振と、高周波放射素子２０の共振とが、１．５ＧＨｚ帯で重なる。

実施例５においては、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０の両方を、低周波数帯及び高周波数帯のいずれとも異なる第三の周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）の通信に利用することができる。利得の改善に有利な場合は、この状態１０を積極的に利用してもよい。

［実施例６］
図１１に、実施例６によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例６によるアンテナ装置の整合回路４１は、実施例３によるアンテナ装置の整合回路４１（図４）と同様に、２つのシャントインダクタンスと、１つの直列キャパシタンスからなるπ型回路を含む。送受信回路４２側のシャントインダクタンスは１２ｎＨであり、放射素子側のシャントインダクタンスは５．６ｎＨである。直列キャパシタンスは３．５ｐＦである。この整合回路４１と低周波放射素子３０とで、複共振が生じる。

実施例６においては、低周波可変リアクタンス回路３１及び高周波可変リアクタンス回
路２１のリアクタンスを切り換えることにより、状態１ｂ、状態１１、状態１２、及び状態１３が実現される。状態１ｂでは、低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬ及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスＸＨが、それぞれ１４ｎＨ及び１．５ｎＨに設定される。状態１１では、リアクタンスＸＬ及びリアクタンスＸＨが、それぞれ１．５ｐＦ及び２．７ｎＨに設定される。状態１２では、リアクタンスＸＬ及びリアクタンスＸＨが、それぞれ１４ｎＨ及び８．２ｎＨに設定される。状態１３では、リアクタンスＸＬ及びリアクタンスＸＨが、それぞれ２０ｎＨ及び１．５ｎＨに設定される。

図１２に、実施例６によるアンテナ装置の状態１ｂ、状態１１、状態１２及び状態１３のときのリターンロスのシミュレーション結果を示す。状態１ｂに設定されたアンテナ装置は、低周波数帯（０．８ＧＨｚ〜０．９ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２．０ＧＨｚ帯）とを組み合わせたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用することが可能である。状態１１に設定されたアンテナ装置は、中間周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）と高周波数帯とを組み合わせたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用することが可能である。状態１２に設定されたアンテナ装置は、低周波数帯（０．８ＧＨｚ〜０．９ＧＨｚ帯）と中間周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）とを組み合わせたキャリアアグリゲーションによる広帯域通信に適用することが可能である。低周波数帯で複共振が生じているため、実施例１の状態１（図２）に比べて、低周波数帯の帯域幅が広がっている。

このように、低周波可変リアクタンス回路３１及び高周波可変リアクタンス回路２１のリアクタンスを独立に調整することにより、実施例６によるアンテナ装置は、実施例１と同様に、所望の周波数帯を束ねたキャリアアグリゲーションに対応することが可能である。

状態１３に設定された低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬは、状態１ｂ及び状態１２の低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスＸＬより大きい。これにより、リターンロスが極小値を示す周波数帯が、０．８ＧＨｚ〜０．９ＧＨｚ帯から、０．７ＧＨｚ帯に低下している。低周波放射素子３０において複共振が生じるため、０．７ＧＨｚ帯においても、実施例２の状態４（図３）に比べて、広い帯域幅を確保することができる。

［実施例７］
図１３に、実施例７によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例７においては、整合回路４１のリアクタンスが可変である。例えば、整合回路４１が、リアクタンス可変のシャントインダクタンスで構成される。より具体的には、シャントインダクタンスは、８．２ｎＨの２つのインダクタンスが並列に接続された構成を有する。一方のインダクタンスには、スイッチが直列に接続されている。整合回路４１のシャントインダクタンスＸＭは、スイッチがオフのとき８．２ｎＨとなり、スイッチがオンのとき４．１ｎＨとなる。

低周波可変リアクタンス回路３１及び高周波可変リアクタンス回路２１の構成は、実施例４による低周波可変リアクタンス回路３１及び高周波可変リアクタンス回路２１の構成（図７）と同一である。

実施例７においては、整合回路４１のリアクタンスを切り換えることにより、状態８及び状態１４が実現される。状態８及び状態１４のいずれにおいても、低周波可変リアクタンス回路３１及び高周波可変リアクタンス回路２１がスルー状態に設定されている。状態８では、整合回路４１のシャントインダクタンスが８．２ｎＨに設定され、状態１４では、整合回路４１のシャントインダクタンスが４．１ｎＨに設定される。

図１４に、実施例７によるアンテナ装置の状態８及び状態１４のときのリターンロスの
シミュレーション結果を示す。実施例７の状態８は、実施例４の状態８（図８）と同一である。状態１４においては、状態８に比べて、２．６ＧＨｚ帯におけるリターンロスが低くなっている。このように、整合回路４１のリアクタンスを調整することにより、キャリアアグリゲーションの対象となる周波数帯（０．９ＧＨｚ帯及び２．０ＧＨｚ帯）以外の周波数帯（２．６ＧＨｚ帯）でもマッチングの最適化を図ることが可能である。

［実施例８］
図１５に、実施例８によるアンテナ装置の概略図を示す。実施例１〜実施例７では、高周波可変リアクタンス回路２１、低周波可変リアクタンス回路３１、及び整合回路４１が、グランド導体４５の上（平面視において、グランド導体４５と重なる位置）に配置されていた。実施例８では、整合回路４１は、グランド導体４５の上に配置されているが、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１は、グランド導体４５から外れた位置（平面視において重ならない位置）に配置されている。

実施例８では、高周波可変リアクタンス回路２１とグランド導体４５との間、及び低周波可変リアクタンス回路３１とグランド導体４５との間のストレー容量が小さくなる。これにより、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスの値に対する制約が軽減される。これにより、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１のリアクタンスを、広い範囲内で変化させることが可能になる。

［実施例９］
実施例９では、実施例１〜実施例７によるアンテナ装置に用いられている高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１の回路構成が具体化される。

図１６Ａに、実施例９による可変リアクタンス回路５０の等価回路図を示す。可変リアクタンス回路５０は、実施例１〜実施例７によるアンテナ装置に用いられている高周波可変リアクタンス回路２１または低周波可変リアクタンス回路３１に相当する。分岐点４０（例えば図１）と放射素子５１との間に、可変リアクタンス回路５０が挿入されている。放射素子５１が、実施例１〜実施例７によるアンテナ装置の高周波放射素子２０または低周波放射素子３０（例えば図１）に相当する。

分岐点４０と放射素子５１との間に、相互に並列に接続された複数のリアクタンス素子５２が挿入されている。リアクタンス素子５２ごとに、単極単投（ｓｐｓｔ）スイッチ５３が直列に接続されている。リアクタンス素子５２として、インダクタンス、キャパシタンス、インダクタンスとキャパシタンスとの組み合わせ回路（例えば並列共振回路）、スルー線路等が用いられる。単極単投スイッチ５３のオンオフにより、可変リアクタンス回路５０のリアクタンスを変化させることができる。図１６Ｂに示すように、単極単投スイッチ５３に代えて、単極多投（ｓｐｍｔ）スイッチ５４を用いてもよい。

可変リアクタンス回路５０の複数のリアクタンス素子５２を、単極単投スイッチ５３または単極多投スイッチ５４で切り替えることにより、大きなリアクタンス変化を実現することができる。さらに、リアクタンスの設計の自由度が高くなる。

［実施例１０］
図１７Ａ〜図１７Ｃに、実施例１０によるアンテナ装置の概略図を示す。図１７Ａに示した構成例においては、高周波可変リアクタンス回路２１、低周波可変リアクタンス回路３１、分岐点４０、及び整合回路４１が、１つの整合回路モジュール６０により実現されている。図１７Ｂに示した構成例においては、高周波可変リアクタンス回路２１及び低周波可変リアクタンス回路３１が、１つの整合回路モジュール６０により実現されている。
図１７Ｃに示した構成例においては、高周波可変リアクタンス回路２１、低周波可変リアクタンス回路３１、及び分岐点４０が、１つの整合回路モジュール６０により実現されている。

図１８Ａに、整合回路モジュール６０の斜視図を示す。実装基板６１に、複数の高周波電子部品６２が実装されている。高周波電子部品６２には、例えば実施例１〜実施例９によるアンテナ装置の高周波可変リアクタンス回路２１、低周波可変リアクタンス回路３１、整合回路４１を構成するリアクタンス素子、単極単投スイッチ５３（図１６Ａ）、及び単極多投スイッチ（図１６Ｂ）が含まれる。

実装基板６１に、２つの接触端子６３が実装されている。２つの接触端子６３は、それぞれ高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０に接触する。接触端子６３は、例えば板バネで構成される。板バネの弾性力によって、接触端子６３と高周波放射素子２０との電気的接触、及び接触端子６３と低周波放射素子３０との電気的接触が維持される。

図１８Ｂに、整合回路モジュール６０の他の構成例を示す。図１８Ｂに示した構成例では、接触端子６３が、実装基板６１に対して昇降する可動ピンを含む。高周波放射素子２０または低周波放射素子３０を可動ピンの先端に接触させて、可動ピンを押し下げると、コイルばね等の弾性部材の復元力によって、高周波放射素子２０または低周波放射素子３０と可動ピンとの電気的な接触が維持される。

実施例１０においては、整合回路モジュール６０を、種々のアンテナ装置に容易に搭載することができる。また、整合回路モジュール６０に、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０と接続するための接触端子６３を設けているため、高周波放射素子２０及び低周波放射素子３０を整合回路モジュール６０に対して容易に着脱することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 高周波放射素子
２１ 高周波可変リアクタンス回路
３０ 低周波放射素子
３１ 低周波可変リアクタンス回路
４０ 分岐点
４１ 整合回路
４２ 送受信回路
４５ グランド導体
５０ 可変リアクタンス回路
５１ 放射素子
５２ リアクタンス素子
５３ 単極単投（ｓｐｓｔ）スイッチ
５４ 単極多投（ｓｐｍｔ）スイッチ
６０ 整合回路モジュール
６１ 実装基板
６２ 高周波電子部品
６３ 接触端子

Claims (12)

1. 相互に離れた相対的に低い周波数帯及び相対的に高い周波数帯で、それぞれ動作するように構成された低周波放射素子及び高周波放射素子と、
   送受信回路と、
   前記送受信回路と分岐点との間に挿入された整合回路と、
   前記分岐点と前記高周波放射素子との間に挿入された高周波可変リアクタンス回路と、
   前記分岐点と前記低周波放射素子との間に挿入された低周波可変リアクタンス回路と
   を有し、
   前記高周波可変リアクタンス回路と前記低周波可変リアクタンス回路とは、相互に独立にリアクタンスを調整することができるように構成されているアンテナ装置。
2. 前記送受信回路は、相対的に低い低周波数帯及び相対的に高い高周波数帯を束ねるキャリアアグリゲーション機能を持ち、
   前記送受信回路から前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子に給電した場合において、前記高周波放射素子からのリターンロスが、前記高周波数帯で極小値を示し、前記低周波放射素子からのリターンロスが、前記低周波数帯で極小値を示すように、前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路のリアクタンスを設定可能である請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記整合回路は、前記低周波数帯または前記高周波数帯において複共振する共振回路を含む請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記送受信回路は、前記高周波数帯及び前記低周波数帯のいずれとも異なる第三の周波数帯で信号の送受信を行う機能を持ち、
   前記送受信回路から前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子に給電した場合において、前記低周波放射素子及び前記高周波放射素子の少なくとも一方からのリターンロスが、前記第三の周波数帯で極小値を示すように、前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路のリアクタンスを設定可能である請求項２または３に記載のアンテナ装置。
5. 前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路の少なくとも一方は、インダクタンスが挿入された状態、キャパシタンスが挿入された状態、インダクタンスとキャパシタンスとの組み合わせ回路が挿入された状態、及びスルー状態から選択された少なくとも２つの状態を切り換えるスイッチを含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. さらに、基板グランド導体を有し、
   前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路は、前記基板グランド導体から外れた位置に配置されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記高周波可変リアクタンス回路、前記低周波可変リアクタンス回路、及び前記整合回路は、整合回路モジュールを構成している請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記整合回路モジュールは、前記高周波放射素子及び前記低周波放射素子にそれぞれ接触する２つの接触端子を含む請求項７に記載のアンテナ装置。
9. ２つの前記接触端子は、それぞれ弾性力によって前記高周波放射素子及び前記低周波放
   射素子と接触した状態を維持している請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 送受信回路に接続される整合回路と、
    異なる放射素子に接続される２つの接触端子と、
    前記整合回路と一方の前記接触端子との間に挿入された低周波可変リアクタンス回路と、
    前記整合回路と他方の前記接触端子との間に挿入された高周波可変リアクタンス回路とを有し、前記低周波可変リアクタンス回路及び前記高周波可変リアクタンス回路は、相互に独立に、リアクタンスを変化させることが可能であるアンテナ装置用整合回路モジュール。
11. 前記高周波可変リアクタンス回路及び前記低周波可変リアクタンス回路の少なくとも一方は、インダクタンスが挿入された状態、キャパシタンスが挿入された状態、インダクタンスとキャパシタンスとの組み合わせ回路が挿入された状態、及びスルー状態から選択された少なくとも２つの状態を切り換えるスイッチを含む請求項１０に記載のアンテナ装置用整合回路モジュール。
12. ２つの前記接触端子は、それぞれ弾性力によって放射素子と接触した状態を維持している請求項１０または１１に記載のアンテナ装置用整合回路モジュール。

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