JP5498533B2 - ANTENNA DEVICE AND RADIO DEVICE - Google Patents
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Description
この発明の実施形態は、アンテナ装置及び無線装置に係り、特に複数の周波数帯において使用することのできるアンテナ装置及び該アンテナ装置を備えた無線装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an antenna device and a wireless device, and more particularly, to an antenna device that can be used in a plurality of frequency bands and a wireless device including the antenna device.
携帯電話機や無線機能を備えたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等において多用途・多機能化が進み、これらの機器に使用されるアンテナ装置の多共振化（多周波化）や広帯域化が求められている。このような要請に応えるため、多共振化（多周波化）又は広帯域化を図ったアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。
As mobile phones and personal computers (PCs) equipped with wireless functions have become more versatile and multi-functional, antenna devices used in these devices are required to have multiple resonances (multi-frequency) and a wider band. . In order to meet such a demand, an antenna device that is designed to be multi-resonant (multi-frequency) or wide-band (for example, see
上記の特許文献１に記載された多周波化アンテナ（マルチバンドアンテナ）は、給電線路と短絡線路と第１の開放線路とからなる逆Ｆ型アンテナの構成において、給電線路に対して第１の開放線路と反対側に略矩形状の第２の開放線路を設けたものである。上記の構成によって、例えば２．４ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯及び５．２ＧＨｚ帯における共振特性を得られるというシミュレーションの結果が記載されている。
The multi-frequency antenna (multi-band antenna) described in
上記の特許文献２は、印刷基板の表面に導体パターンとして形成された逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナ及びグランドパターンからなるパターンアンテナを開示している。給電されて励振される逆Ｆ型アンテナと、該逆Ｆ型アンテナを囲むように配設された無給電素子として励振される逆Ｌ型アンテナの共振周波数をそれぞれの素子長によって選ぶことにより、少なくとも２周波化を図ることが記載されている。
上記の特許文献１に開示されたマルチバンドアンテナについては、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）に適用する実施例が説明されている。給電線路に対して第１の開放線路と反対側に略矩形状の第２の開放線路を設けるという構成から、第１の開放線路と第２の開放線路を合わせて並列共振を生じることがあり、当該マルチバンドアンテナを例えば携帯電話等のより低い周波数帯に適用した場合にその近傍の広帯域性を損なう可能性がある。
As for the multiband antenna disclosed in the above-mentioned
上記の特許文献２に開示されたパターンアンテナは、無給電素子が逆Ｆ型アンテナを囲むように配設され、素子長が短い方の逆Ｆ型アンテナの開放端までの全素子長にわたって無給電素子と近接する位置関係をとるものと解される（明細書の段落「００３５」参照。）。ところが給電される素子と無給電素子をこのような位置関係におくと、電圧結合と電流結合の効果が相殺するように作用して、無給電素子を所望の周波数で励振することを難しくする場合がある。これを避けるために例えば両素子の開放端側を離間させるように配設すると、該アンテナを内蔵する無線装置の低姿勢化を妨げる可能性がある。
In the pattern antenna disclosed in
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、並列共振や低姿勢化を妨げる要因の発生を回避しながら、アンテナ装置を多共振化できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to make it possible to make an antenna device have multiple resonances while avoiding the occurrence of factors that hinder parallel resonance and low profile.
実施形態によれば、アンテナ装置は、基板に設けられた接地導体と、第１の部分素子と第２の部分素子からなるアンテナ素子と、前記接地導体に接続された接地端と開放された開放端からなる無給電素子とを具備し、前記第１の部分素子は面形状であって、交差する第１の辺と第２の辺を有し、前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有し、前記第２の部分素子は前記第２の辺の少なくとも一部分において前記第１の部分素子から分岐し、 前記無給電素子の接地端は前記給電箇所に対して前記第１の部分素子と同じ側に位置し、前記無給電素子の開放端は前記第２の部分素子の先端の近傍に位置する。 According to the embodiment, an antenna device includes a ground conductor provided on a substrate, an antenna element including a first partial element and a second partial element, and a ground end connected to the ground conductor and an open opening. A parasitic element having an end, and the first partial element has a planar shape and has a first side and a second side intersecting, and the second side of the first side The second subelement is branched from the first subelement in at least a part of the second side, and the grounding end of the parasitic element is the power supply. It is located on the same side as the first partial element with respect to the location, and the open end of the parasitic element is located in the vicinity of the tip of the second partial element .
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
なお、以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直（鉛直）をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直（鉛直）を意味するものとする。また、各図の間で共通の符号は、同一の構成を表すものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In addition, when referring to the following figures, up, down, left, right, horizontal, vertical (vertical) means up, down, left, right, horizontal, vertical (vertical) on the paper on which the figure is represented, unless otherwise specified. To do. Moreover, the code | symbol common between each figure shall represent the same structure.
以下、図１ないし図２１を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係るアンテナ装置１の構成を表す図である。アンテナ装置１は、図示しない無線装置に内蔵されて用いられる。該無線装置は、図１に示した基板２を有している。アンテナ装置１は、基板２の接地導体３と、その近傍に配設されたアンテナ素子（後述する複数の部分素子からなる。）を有する。当該アンテナ素子は、接地導体３に設けられた給電線４を介して、図示しない無線回路に接続される。基板２は、フレキシブルな材質で構成される場合もある。
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an
アンテナ装置１に含まれる上記のアンテナ素子は、例えば図１において破線の楕円で囲まれた範囲の、基板２の導体パターンにより形成される。なお上記のアンテナ素子は、接地導体３の近傍にあるならば基板２の導体パターンでなくてもよい。給電線４は例えば同軸ケーブルであるが、他の種類の線材を用いてもよく、基板２の導体パターンによるコプレナー線路としてもよい。
The antenna element included in the
次に図２を参照して、アンテナ装置１の主要な部分の構成を詳しく説明する。図２は、図１に示したアンテナ装置１の主要な部分の構成と形状を表す図である。アンテナ装置１に含まれる上記のアンテナ素子は、給電線４に接続される給電箇所１０を含む第１部分素子１１と、第１部分素子１１から分岐した第２部分素子１２と、無給電素子２０を有する。
Next, with reference to FIG. 2, the structure of the main part of the
第１部分素子１１は、接地導体３の端辺に対向する下側の辺（下辺）１３と、接地導体３の端辺に交差する向きの左側の辺（左辺）１４を含む周縁を有する面をなしている。給電箇所１０は、第１部分素子１１の下辺１３の左側の一端（左端）の近傍に位置している。
The first
第２部分素子１２は、第１部分素子１１の左辺１４の給電箇所１０から遠い側の一端（上端）である分岐箇所１５において、第１部分素子１１から分岐している。第２部分素子１２は分岐箇所１５から左向きに、すなわち給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右側の一端（右端）１６への向きと略逆向きに形成されている。第２部分素子１２の先端１７は、開放されている。
The second
無給電素子２０は、一端が第１部分素子１１の下辺１３の右端１６の近傍において接地導体３に接続された接地端２１である。無給電素子２０の他端は、第２部分素子１２の先端１７の近傍において開放された開放端２２である。
The
図３ないし図５を参照して、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの高周波電流の経路のうちの３通りについて説明する。図３ないし図５の各々には、アンテナ装置１のアンテナ素子の形状を再掲している（接地導体３の図示は省略する。）。
With reference to FIGS. 3 to 5, three types of high-frequency current paths when the
図３は、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６を経て右側の辺の上端までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。図３に表した経路に沿って高周波電流が分布することにより、アンテナ装置１を当該経路長が４分の１波長に相当する周波数（値をＦ３とする。）において共振させることができる。
FIG. 3 shows the distribution path of the high-frequency current from the
図４は、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの給電箇所１０から分岐箇所１５を経て第２部分素子１２の先端１７までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。図４に表した経路に沿って高周波電流が分布することにより、アンテナ装置１を当該経路長が４分の１波長に相当する周波数（値をＦ４とする。）において共振させることができる。
FIG. 4 shows a distribution path of the high-frequency current from the
図５は、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたときの無給電素子２０における開放端２２から接地端２１までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。無給電素子２０は、開放端２１において近接する第２部分素子１２の先端１７に電圧結合し、図５に表した経路に沿って高周波電流が分布する。その結果、アンテナ装置１を当該経路長が４分の１波長に相当する周波数（値をＦ５とする。）において共振させることができる。
FIG. 5 shows a distribution path of the high-frequency current from the
以上に説明したようなアンテナ装置１の構成、形状によれば、図３ないし図５の各々に表した高周波電流が分布する経路は互いに重複しないので、１つの経路長を変えて対応する共振周波数を変えたとしても、他の共振周波数に対する影響が小さい。すなわち、上記の各経路長によって定まる共振周波数の設定の独立性が高いという特徴がある。
According to the configuration and shape of the
上記の各経路長のうち、一例として図５に表した無給電素子２０に沿うものが最長であるとすると、共振周波数Ｆ３、Ｆ４及びＦ５のうちＦ５が最も低い。Ｆ５相当の周波数を無給電素子以外の構成により実現するには、第１部分素子１１のいずれかの箇所から先端開放の素子をさらに分岐させ、給電箇所１０から当該先端までの経路長を周波数Ｆ５の４分の１波長相当とすることが考えられる。
Of the above path lengths, assuming that the one along the
しかし、上述したようにさらに素子を分岐させた場合には、当該さらに分岐させた素子の先端から第２部分素子１２の先端１７までの間で周波数Ｆ５とＦ４の中間の周波数において並列共振を生じ、広帯域化を妨げる可能性がある。アンテナ装置１は、最も低い周波数を無給電素子２０の共振点に設定することによって、そのような問題を回避することができる。また、Ｆ５の３倍波の共振を利用して少なくともＦ４より高い共振周波数（＝Ｆ５×３）を設定し、高周波数域における広帯域化を図ることも可能である。このような広帯域特性の面での実施例１の効果については、後で図６ないし図１２を参照して具体的に説明する。
However, when the element is further branched as described above, parallel resonance occurs at a frequency intermediate between the frequencies F5 and F4 between the tip of the further branched element and the
無給電素子２０の開放端２２は、上述したように第２部分素子１２の先端１７の近傍に設けられ、アンテナ装置１が給電箇所１０において給電されたとき先端１７に電圧結合する。電圧結合を確実にするために、開放端２２と先端１７の距離をある程度以下にすることが必要である。この条件は、開放端２２と先端１７の距離がアンテナ装置１を内蔵する無線装置の筐体の厚み方向に位置する場合、筐体の低姿勢化に寄与するという派生的な効果をもたらす。上記の開放端２２と先端１７の距離に関する条件については、後で図１３ないし図１５を参照して具体的に説明する。
The
図３に表した高周波電流の分布経路の一部が接地導体３の端辺に対向することから、第１部分素子１１の下辺１３と接地導体３の端辺の間隔は周波数Ｆ３の近傍の特性に影響することが考えられる。上記の第１部分素子１１の下辺１３と接地導体３の端辺の間隔に関する条件については、後で図１６ないし図１８を参照して具体的に説明する。
Since a part of the high-frequency current distribution path shown in FIG. 3 faces the end of the
無給電素子２０の接地端２１は、上述したように第１部分素子１１の下辺１３の右端１６の近傍に設けられる。接地端２１を給電箇所１０からある程度以上離隔することにより、上記の電圧結合に対して相殺的に作用する場合がある電流結合を抑制することが好ましい。上記の接地端２１と給電箇所１０の距離に関する条件については、後で図１９ないし図２１を参照して具体的に説明する。
The grounding
図６は、アンテナ装置１の広帯域特性をシミュレーションにより評価するためのモデル（以下、モデル１という。）の形状と寸法を表す図である。図６は、図２に表したのと同じアンテナ装置１の構成及び形状の各部にモデルの条件として与えた寸法（単位はミリメートル（ｍｍ））を記入したものである。図６に表した符号１０ないし１２及び２０は図２と共通であるが、図２に表したその他の符号は図６では煩雑を避けるため省略するものとし、図２を適宜参照する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the shape and dimensions of a model (hereinafter referred to as model 1) for evaluating the broadband characteristics of the
図６において、モデル１の第１部分素子１１は接地導体３の端辺から１ｍｍ隔てて配設され、給電箇所１０から下辺１３の右端１６までの長さは６．５ｍｍである。また、接地導体３の端辺から左辺１４の上端に当る分岐箇所１５までの長さは６．５ｍｍである。第２部分素子１２の長さは図６には示していないが、次の段落で述べるように２６ｍｍである。
In FIG. 6, the first
無給電素子２０の接地端２１は給電箇所１０から１０ｍｍ隔てて配設され、開放端２２は接地導体３の端辺から８ｍｍ隔てて配設される。無給電素子２０は横置きの逆Ｌ字型をなし、Ｌ字の水平、垂直の部分は対向する第１部分素子１１の上側の端辺（又は第２部分素子１２）、対向する第１部分素子１１の右側の端辺にそれぞれ１．５ｍｍ、３．５ｍｍの間隔を隔てて平行とする。Ｌ字の屈曲箇所から開放端２２までの長さは３６ｍｍとし、開放端２２は第２部分素子１２の先端１６と水平方向に揃うように位置する。したがって、第２部分素子１２の長さは３６ｍｍから給電箇所１０と接地端２１の間隔１０ｍｍを差し引いた２６ｍｍである。
The grounding
以上説明したモデル１の各部の寸法は、およそ１．５ＧＨｚから２．７ＧＨｚにわたる帯域と、およそ５ＧＨｚから８ＧＨｚにわたる帯域をカバーするように設定したものである。およそ１．５ＧＨｚから２．７ＧＨｚにわたる帯域は、全地球航法システム（ＧＰＳ）、第３世代携帯電話（ＵＨＦ帯を除く。）、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）と呼ばれる高速無線通信等に利用される。およそ５ＧＨｚから８ＧＨｚにわたる帯域は、無線ＬＡＮ、超広帯域無線（ＵＷＢ）等に利用される。
The dimensions of each part of the
図７は、特性比較の対象とするためアンテナ装置１から無給電素子２０を取り去って構成したアンテナ装置１Ａのモデル（以下、モデル１Ａという。）の形状と寸法を表す図である。図７に示した構成を表す符号１０ないし１２及び他の各部を表す図示されない符号は、便宜上アンテナ装置１と共通とする。第１部分素子１１及び第２部分素子１２の形状、寸法及び接地導体３との位置関係は、図６を参照して説明したのと同じであるから説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram showing the shape and dimensions of a model (hereinafter referred to as
図８は、アンテナ装置１から第１部分素子１１を取り去ると共に、第２部分素子１２に代えて給電箇所１０まで逆Ｌ字型をなして延伸された逆Ｌ字型素子１２Ｂを設けたアンテナ装置１Bのモデル（以下、モデル１Ｂという。）の形状と寸法を表す図である。その他の図８に示した構成を表す符号２０及び他の各部を表す図示されない符号は、便宜上アンテナ装置１と共通とする。逆L字型素子１２Ｂはアンテナ装置１の第１部分素子１１の左辺１４に相当する部分と第２部分素子１２を合わせたものであり、それらと無給電素子２０の形状、寸法及び接地導体３との位置関係は、図６を参照して説明したのと同じであるから説明を省略する。
FIG. 8 shows an antenna apparatus in which the first
図９は、図６ないし図８にそれぞれ表したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性（１．２ないし３ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 9 shows the frequency characteristics of the voltage standing wave ratio (VSWR) at the
図１０は、図６ないし図８にそれぞれ表したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（１．２ないし３ＧＨｚの範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 10 is a diagram illustrating the frequency characteristics (range of 1.2 to 3 GHz) of the imaginary part of the antenna impedance at the feeding points 10 of the
図１０の曲線がゼロ値を横切るか又は接近する箇所と図９の曲線が極小となる箇所はほぼ一致しており、それらの箇所に対応する周波数が各モデルの共振周波数である。周波数の低い方から、初めにモデル１及び１Ｂが１．７ＧＨｚ付近に共振周波数を有する。この周波数は、モデル１、１Ｂが共通に有する無給電素子２０の共振周波数であって、図５を参照して説明した周波数Ｆ５に相当する。
The location where the curve in FIG. 10 crosses or approaches the zero value and the location where the curve in FIG. 9 becomes the minimum are almost the same, and the frequency corresponding to these locations is the resonance frequency of each model. From the lower frequency, the
次に、モデル１、１Ａ及び１Ｂが２．３ＧＨｚ付近に共振周波数を有する。この周波数は、各モデルに共通の給電箇所１０から第２部分素子１２の先端１６までの線路（モデル１Ｂにおいては逆L字型素子１２Ｂ）の共振周波数であって、図４を参照して説明した周波数Ｆ４に相当する。
Next,
上記のモデル１が１．７ＧＨｚ付近に有する共振周波数を無給電素子ではなく第１部分素子１１から分岐する別の部分素子によって実現しようとすると、前述した並列共振の効果により１．７ＧＨｚと２．３ＧＨｚの間の周波数においてインピーダンスが上昇しＶＳＷＲが劣化する可能性がある。モデル１は無給電素子２０を用いているから並列共振を生じないので、当該周波数域で目立ったＶＳＷＲの劣化を見ることなく広帯域性が保たれている。
If the
図１１は、上述したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（３ないし８ＧＨｚの範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 11 is a diagram illustrating the frequency characteristics (range of 3 to 8 GHz) of the VSWR at the
図１２は、上述したモデル１、１A及び１Ｂの給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（３ないし８ＧＨｚの範囲）を表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル１、１A及び１Ｂそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 12 is a diagram illustrating the frequency characteristics (range of 3 to 8 GHz) of the imaginary part of the antenna impedance at the
図１２の曲線がゼロ値を横切るか又は接近する箇所と図１１の曲線が極小となる箇所はほぼ一致しており、それらの箇所に対応する周波数が各モデルの共振周波数である。モデル１は５ＧＨｚ付近に共振周波数を有し、この値は無給電素子２０における基本波（１．７ＧＨｚ付近）の３倍波に相当する。モデル１の無給電素子２０は、このような３倍波の周波数を利用してアンテナ装置１の広帯域化に寄与することができる。
The location where the curve of FIG. 12 crosses or approaches the zero value and the location where the curve of FIG. 11 becomes the minimum are substantially coincident, and the frequency corresponding to these locations is the resonance frequency of each model. The
上記の無給電素子２０における３倍波は、近接して配置され比較的近くに共振周波数を有する第１部分素子１１を通じて励振されると考えられる。そのため、第１部分素子１１を持たないモデル１Ｂの場合は、無給電素子２０を有していても上記の３倍波の共振が見られない。
It is considered that the third harmonic wave in the
次に、モデル１、１Ａ及び１Ｂが６．５ないし７ＧＨｚ付近に共振周波数を有する。この周波数は、各モデルに共通の給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６を経て右側の辺の上端までの経路長により定まる共振周波数であって、図３を参照して説明した周波数Ｆ３に相当する。この共振周波数により、アンテナ装置１に５ＧＨｚ帯よりさらに高い周波数帯までの広帯域性を持たせることができる。
Next,
図１３は、第２部分素子１２の先端１７と無給電素子２０の開放端２２の距離がアンテナ装置１の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図６と同様に表す図である。
当該モデルは、給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６までの長さを８．５ｍｍとし、かつ、横置きの逆Ｌ字型をなす無給電素子２０の水平部分と該水平部分に平行な第１部分素子１１の上側の端辺又は第２部分素子１２との間隔（したがって、先端１７と無給電素子２０の開放端２２の距離）をパラメータ“ｄ”とする他は、図６に表したモデル１と同じである。
FIG. 13 shows the shape and dimensions of a model for evaluating the influence of the distance between the
In the model, the length from the
図１４は、図１３に表したモデルのパラメータｄの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（１．２ないし３ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｄの値を２、３、４又は５ｍｍとしたとき得られた特性を表す。
FIG. 14 is a diagram in which the value of the parameter d of the model shown in FIG. 13 is given in the range of 2 to 5 mm, and the VSWR frequency characteristic (range of 1.2 to 3 GHz) at the
図１５は、図１３に表したモデルのパラメータｄの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（１．２ないし３ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｄの値を２、３、４又は５ｍｍとしたとき得られた特性を表す。
15 gives the value of the parameter d of the model shown in FIG. 13 in the range of 2 to 5 mm, and obtains the frequency characteristic (1.2 to 3 GHz range) of the imaginary part of the antenna impedance at the
図１４及び図１５を参照すると、周波数１．５ないし１．６ＧＨｚの近傍で共振特性を得るためにはｄの値が５ｍｍ以下（周波数Ｆ５＝１．５GHｚの４０分の１波長相当）であることが必要で、さらには３ｍｍ以下であることが好ましい。 Referring to FIGS. 14 and 15, in order to obtain resonance characteristics in the vicinity of a frequency of 1.5 to 1.6 GHz, the value of d is 5 mm or less (frequency F5 = 1.5 GHz corresponding to 1/40 wavelength). It is necessary that it is 3 mm or less.
図１６は、第１部分素子１１の下辺１３と接地導体３の端辺の間隔がアンテナ装置１の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図６と同様に表す図である。
当該モデルは、給電箇所１０から第１部分素子１１の下辺１３の右端１６までの長さを８．５ｍｍとし、かつ、上記の接地端２１と右端１６の距離をパラメータ“ｇ”とする他は、図６に表したモデル１と同じである。前述した周波数Ｆ３の当該モデルにおける値は、例えばｇ＝２．５ｍｍと仮定すると６ＧＨｚである。
FIG. 16 shows the shape and dimensions of a model for evaluating the influence of the distance between the
The model is that the length from the
図１７は、図１６に表したモデルのパラメータｇの値を１ないし４ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（３ないし８ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｇの値を１、２、３又は４ｍｍとしたとき得られた特性を表す。
FIG. 17 is a diagram in which the value of the parameter g of the model shown in FIG. 16 is given in the range of 1 to 4 mm, and the frequency characteristic of VSWR (the range of 3 to 8 GHz) at the
図１７を参照すると、ｇの値が３ｍｍ以上のときには周波数５ＧＨｚの前後と７ＧＨｚ以上の帯域においてＶＳＷＲの値が４を超え、高周波数域における広帯域化の点で好ましくない。したがって、ｇの値を３ｍｍ（周波数Ｆ３＝６ＧＨｚとしたときの２０分の１波長相当）以下とすることが適切である。 Referring to FIG. 17, when the value of g is 3 mm or more, the value of VSWR exceeds 4 in the frequency band around 5 GHz and in the band of 7 GHz or more, which is not preferable in terms of widening the band in the high frequency range. Accordingly, it is appropriate to set the value of g to 3 mm (corresponding to 1/20 wavelength when the frequency F3 = 6 GHz) or less.
図１８は、図１６に表したモデルにおいてｇの値を１ないし３ｍｍの範囲で与えたときの周波数３ないし８ＧＨｚにおけるスミス線図である。このようなｇの値の範囲では共振点において整合の条件に比較的近いインピーダンス特性を得られることが分かる。また、ｇの値を大きくすることでスミスチャートの軌跡が右側に、ｇの値を小さくすることでスミスチャートの軌跡が左側に移動することから、ｇの値を調整することで、３ないし８ＧＨｚの帯域におけるインピーダンスを調整できることがわかる。 FIG. 18 is a Smith diagram at a frequency of 3 to 8 GHz when the value of g is given in the range of 1 to 3 mm in the model shown in FIG. It can be seen that impedance characteristics that are relatively close to the matching condition can be obtained at the resonance point in the range of the value of g. Also, by increasing the value of g, the Smith chart trajectory moves to the right, and by decreasing the value of g, the Smith chart trajectory moves to the left. By adjusting the value of g, 3 to 8 GHz It can be seen that the impedance in the band can be adjusted.
図１９は、無給電素子２０の接地端２１と給電箇所１０の距離がアンテナ装置１の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図６と同様に表す図である。
当該モデルの第１部分素子１１は接地導体３の端辺から１ｍｍ隔てて配設され、給電箇所１０から下辺１３の右端１６までの長さは後述するパラメータ“ｓ”の値によって決まる。接地導体３の端辺から左辺１４の上端に当る分岐箇所１５までの長さは６．５ｍｍである。
FIG. 19 is a diagram showing the shape and dimensions of a model for evaluating the influence of the distance between the
The first
無給電素子２０の接地端２１は給電箇所１０からパラメータ“ｓ”で表す距離を隔てて配設され、開放端２２は接地導体３の端辺から７．５ｍｍ隔てて配設される。無給電素子２０は横置きの逆Ｌ字型をなし、Ｌ字の水平、垂直の部分は対向する第１部分素子１１の上側の端辺又は第２部分素子１２にそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍの間隔を隔てて平行とする。Ｌ字の屈曲箇所から開放端２２までの長さは３６ｍｍとし、開放端２２は第２部分素子１２の先端１６と水平方向に揃うように位置する。
The grounding
図２０は、図１９に表したモデルのパラメータｓの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるＶＳＷＲの周波数特性（１．２ないし２．４ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｓの値を５、４、３又は２ｍｍとしたとき得られた特性を表す。 FIG. 20 is a diagram in which the value of the parameter s of the model shown in FIG. 19 is given in the range of 2 to 5 mm, and the frequency characteristic of the VSWR at the power supply point 10 (range of 1.2 to 2.4 GHz) is obtained by simulation. It is. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents VSWR. Curves composed of a solid line, a broken line, a dotted line, and an alternate long and short dash line represent characteristics obtained when the value of s is 5, 4, 3 or 2 mm, respectively.
図２０は、図１９に表したモデルのパラメータｓの値を２ないし５ｍｍの範囲で与え、給電箇所１０におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性（１．２ないし２．４ＧＨｚの範囲）をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれｓの値を５、４、３又は２ｍｍとしたとき得られた特性を表す。
FIG. 20 gives the value of the parameter s of the model shown in FIG. 19 in the range of 2 to 5 mm, and simulates the frequency characteristics (1.2 to 2.4 GHz range) of the imaginary part of the antenna impedance at the
図２０及び図２１を参照すると、周波数１．５ないし１．６ＧＨｚの近傍で共振特性を得るためにはｓの値が２ｍｍ（周波数Ｆ５＝１．５GHｚの１００分の１波長相当）以上であることが必要である。 20 and 21, in order to obtain resonance characteristics in the vicinity of a frequency of 1.5 to 1.6 GHz, the value of s is 2 mm (corresponding to 1/100 wavelength of frequency F5 = 1.5 GHz) or more. It is necessary.
なお、実施例１に対して、無給電素子２０の開放端２２が第２部分素子１２の少なくとも一部（先端１７を除く）の近傍において開放された変形例を考えることができる。このような変形例についても、無給電素子２０を第２部分素子１２に対して電圧結合させることができれば、以上に述べた実施例１についての説明が当てはまる。
In contrast to the first embodiment, a modification in which the
本発明の実施例１によれば、第１部分素子、第２部分素子及び無給電素子を有するアンテナ装置を構成し、各部の形状、寸法及び位置関係を選ぶことにより、例えば１．５ないし２．７ＧＨｚ帯及び５ないし８ＧＨｚ帯のような広帯域にわたる特性を実現することができる。 According to the first embodiment of the present invention, an antenna device having a first partial element, a second partial element, and a parasitic element is configured, and by selecting the shape, size, and positional relationship of each part, for example, 1.5 to 2 Characteristics over a wide band such as 7 GHz band and 5 to 8 GHz band can be realized.
以下、図２２ないし図４１を参照して、本発明の実施例２を説明する。実施例２は、実施例１に係るアンテナ装置１の各部の構成の複数の変形例からなる。以下、各変形例に対応する図面を参照して説明する。なお説明の便宜上、各変形例の主な構成は実施例１の対応する構成と同じ符号を付して、接地導体３、給電箇所１０、第１部分素子１１、第２部分素子１２、無給電素子２０のように表す。
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The second embodiment includes a plurality of modifications of the configuration of each part of the
図２２に係る変形例は、実施例１に係るアンテナ装置１に付加的無給電素子４０をさらに追加したものである。付加的無給電素子４０は一端が給電箇所１０の近傍において接地され、他端が開放されている。付加的無給電素子４０は第１部分素子１１の左辺の部分に電流結合し、全長によって定まる共振周波数を有する。図２２に係る変形例は、付加的無給電素子４０を設けることによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりもさらに多共振化を図ることができる。
The modification according to FIG. 22 is obtained by further adding an additional
図２３に係る変形例は、無給電素子２０の全長を実施例１に係るアンテナ装置１の場合より伸ばして、先端を含む部分をメアンダ形に形成したものである。図２３に係る変形例は、無給電素子２０の全長を伸ばすことによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりも低周波数域に共振点を持つことができる。
In the modification according to FIG. 23, the entire length of the
図２４に係る変形例は、無給電素子２０を折り返して先端を接地したものである。図２４に係る変形例は、無給電素子２０を折り返しモノポール型アンテナのように構成することによって、低周波数域におけるアンテナインピーダンスを高める等の折り返しモノポール的な特徴を持たせることができる。
In the modification according to FIG. 24, the
図２５に係る変形例は、無給電素子２０の接地端から遠くない箇所を接地したものである。図２５に係る変形例は、無給電素子２０を逆F型アンテナのように構成することによって、低周波数域におけるアンテナインピーダンスの整合を改善する等の逆F型アンテナ的な特徴を持たせることができる。また、図２６に係る変形例は図２４及び図２５にそれぞれ係る変形例の折衷例で、折り返しモノポール型と逆Ｆ型の中間的な特徴を持ち得る構成である。
In the modification according to FIG. 25, a portion not far from the ground end of the
図２７又は図２８に係る変形例は、無給電素子２０の接地端から遠くない箇所を幅広に形成したものである。図２６又は図２７に表したように形成された無給電素子２０も、接地端から開放端までの経路長によって定まる共振周波数を有する。
In the modification according to FIG. 27 or FIG. 28, a portion not far from the ground end of the
図２９に係る変形例は、第２部分素子１２の全長を実施例１に係るアンテナ装置１の場合より伸ばして先端を含む部分をメアンダ形に形成することにより、第２部分素子１２の長さによって定まる共振周波数を実施例１に係るアンテナ装置１の場合よりも低周波数域側に移すことができる。
In the modification according to FIG. 29, the length of the
図３０に係る変形例は、第２部分素子１２を折り返して先端を接地したものである。図３０に係る変形例は、第２部分素子１２を折り返しモノポール型アンテナのように構成することによって、第２部分素子１２の長さによって定まる共振周波数におけるアンテナインピーダンスを高める等の折り返しモノポール的な特徴を持たせることができる。また、図３１に係る変形例は、図３０に係る変形例の第２部分素子１２の折り返し箇所の前後を短絡し、第１部分素子１１に対してスタブとして作用するように構成したものである。
In the modification according to FIG. 30, the second
図３２に係る変形例は、第２部分素子１２の第１部分素子１１から分岐した箇所から遠くない箇所を接地したものである。図３２に係る変形例は、無給電素子２０を逆Ｆ型アンテナのように構成することによって、第２部分素子１２の長さによって定まる共振周波数におけるアンテナインピーダンスの整合を改善する等の逆Ｆ型アンテナ的な特徴を持たせることができる。図３３に係る変形例は図３０及び図３２にそれぞれ係る変形例の折衷例で、折り返しモノポール型と逆Ｆ型の中間的な特徴を持ち得る構成である。
In the modification according to FIG. 32, a portion not far from the portion branched from the first
図３４に係る変形例は、図２９に係る変形例の第２部分素子１２と給電箇所１０の間を幅広に形成したものである。図３５に係る変形例は、第１部分素子１１を周縁部分だけで構成したものである。図３６、図３７又は図３８に係る変形例は、第１部分素子１１の形状を変形したものである。これらの変形例によっても、アンテナ装置１と同等の効果を得ることができる。
The modification according to FIG. 34 is formed by widening the space between the second
図３９又は図４０に係る変形例は、実施例１に係るアンテナ装置１に第３部分素子１３をさらに追加したものである。第３部分素子１３は第１部分素子１１の周縁の１箇所から分岐し、先端が開放されている。図３９又は図４０に係る変形例は、第３部分素子１３を設けることによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりもさらに多共振化を図ることができる。
The modification according to FIG. 39 or FIG. 40 is obtained by further adding the
図４１に係る変形例は、無給電素子２０の全長を実施例１に係るアンテナ装置１の場合より伸ばして、接地端に近い部分をメアンダ形に形成したものである。図４１に係る変形例は、無給電素子２０の全長を伸ばすことによって、実施例１に係るアンテナ装置１よりも低周波数域に共振点を持つことができる。
In the modification according to FIG. 41, the total length of the
以上に述べた変形例のほかにも、さまざまな変形例を考えることができる。また、以上に述べた変形例のうちからいくつかを組み合わせることによっても、他の変形例を構成することができる。また、一部に集中定数素子を装荷する等の変形も考えられる。 In addition to the modifications described above, various modifications can be considered. Further, another modification can be configured by combining some of the modifications described above. Further, a modification such as loading a lumped constant element in a part can be considered.
本発明の実施例２によれば、アンテナ装置の部分素子又は無給電素子の変形、追加又は組合せ等により実施例１に係るアンテナ装置と同等の効果を得ることができ、さらなる多共振化等の付加的効果を得ることもできる。 According to the second embodiment of the present invention, an effect equivalent to that of the antenna device according to the first embodiment can be obtained by modification, addition, or combination of a partial element or a parasitic element of the antenna device. Additional effects can also be obtained.
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
なお、以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 基板に設けられた接地導体と、前記接地導体の端辺に対向する第１の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第２の辺を含む周縁を有して面をなし、前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第１の部分素子と、前記第２の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第１の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第１の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第２の部分素子と、一端が前記第１の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなし、他端が前記第２の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
In addition, the invention described in the initial claims of the present application will be appended below.
[1] A surface having a peripheral surface including a ground conductor provided on the substrate, a first side facing the end side of the ground conductor, and a second side facing the end side of the ground conductor. None, the first partial element having a feeding point in the vicinity of one end of the first side close to the second side, and in the vicinity of one end of the second side far from the feeding point A second partial element branched from the first partial element and formed in a direction substantially opposite to the direction from the feeding point to the other end of the first side and having an open end; A parasitic element having a grounding end connected to the grounding conductor in the vicinity of the other end of the first side and an open end in which the other end is open in the vicinity of at least a part of the second partial element; An antenna device comprising:
［２］ 前記無給電素子の開放端は、前記第２の部分素子の少なくとも一部から前記無給電素子の共振周波数の４０分の１波長相当以下の距離をおいて配設されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
[2] The open end of the parasitic element is disposed at a distance equal to or less than 1/4 wavelength of a resonance frequency of the parasitic element from at least a part of the second partial element. The antenna device according to
［３］ 前記第２の部分素子の少なくとも一部は、前記第２の部分素子の開放された先端であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
[3] The antenna device according to
［４］ 前記無給電素子の接地端は、前記給電箇所から前記無給電素子の共振周波数の１００分の１波長相当以上の距離をおいて前記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。 [4] The grounding end of the parasitic element is connected to the grounding conductor at a distance equivalent to 1/100 wavelength or more of the resonance frequency of the parasitic element from the feeding point. The antenna device according to 1.
［５］ 前記第１の部分素子は、前記第１の辺と前記接地導体の端辺の間隔が前記給電箇所から前記第１の辺の他端までの距離を含む経路長によって定まる共振周波数の２０分の１波長相当以下であるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
[5] The first subelement has a resonance frequency determined by a path length including a distance from the feeding point to the other end of the first side so that an interval between the first side and the end side of the ground conductor is included. The antenna device according to
［６］ 一端が前記給電箇所の近傍において前記接地導体に接続され、他端が開放されてなる付加的無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
[6] The antenna device according to
［７］ 接地導体が設けられた基板と、
前記接地導体の端辺に対向する第１の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第２の辺を含む周縁を有して面をなすと共に前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第１の部分素子と、前記第２の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第１の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第１の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第２の部分素子と、一端が前記第１の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなすと共に他端が前記第２の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを有してなるアンテナとを備えたことを特徴とする無線装置。
[7] a substrate provided with a ground conductor;
The second side of the first side has a peripheral edge including a first side opposite to the end side of the ground conductor and a second side facing the end side of the ground conductor. A first partial element having a feeding point in the vicinity of one end on the side close to the side; and a branching from the first partial element in the vicinity of the one end on the second side far from the feeding point and the feeding point A second partial element formed in a direction substantially opposite to the direction from the first side to the other end of the first side and having an open end, and the grounding in the vicinity of the other end of the first side. An antenna having a grounding end connected to a conductor and a parasitic element having an open end that is open in the vicinity of at least a part of the second partial element. A wireless device.
［８］ 前記アンテナは、前記無給電素子の開放端が前記第２の部分素子の少なくとも一部から前記無給電素子の共振周波数の４０分の１波長相当以下の距離をおいて配設されたことを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
[8] In the antenna, the open end of the parasitic element is disposed at a distance equal to or less than a quarter wavelength of the resonance frequency of the parasitic element from at least a part of the second partial element. The wireless device according to
［９］ 前記第２の部分素子の少なくとも一部は、前記第２の部分素子の開放された先端であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の無線装置。
[9] The wireless device according to
［１０］ 前記アンテナは、前記無給電素子の接地端が前記給電箇所から前記無給電素子の共振周波数の１００分の１波長相当以上の距離をおいて前記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
[10] The antenna is characterized in that the grounding end of the parasitic element is connected to the grounding conductor at a distance equivalent to 1/100 wavelength or more of the resonance frequency of the parasitic element from the feeding point. The wireless device according to
［１１］ 前記アンテナは、前記第１の辺と前記接地導体の端辺の間隔が前記給電箇所から前記第１の辺の他端までの距離を含む経路長によって定まる共振周波数の２０分の１波長相当以下であるように前記第１の部分素子が配設されたことを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
[11] In the antenna, the distance between the first side and the end of the ground conductor is 1/20 of the resonance frequency determined by the path length including the distance from the feeding point to the other end of the first side. The radio apparatus according to
［１２］ 前記アンテナは、一端が前記給電箇所の近傍において前記接地導体に接続され、他端が開放されてなる付加的無給電素子をさらに有してなることを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
[12] The antenna according to
１…アンテナ装置、２…基板、３…接地導体、４…給電線、１０…給電箇所、１１…第１部分素子、１２…第２部分素子、１３…下辺、１４…左辺、１５…分岐箇所、１６…右端、１７…先端、２０…無給電素子、２１…接地端、２２…開放端。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
第１の部分素子と第２の部分素子からなるアンテナ素子と、
前記接地導体に接続された接地端と開放された開放端からなる無給電素子とを具備し、
前記第１の部分素子は面形状であって、交差する第１の辺と第２の辺を有し、前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有し、
前記第２の部分素子は前記第２の辺の少なくとも一部分において前記第１の部分素子から分岐し、
前記無給電素子の接地端は前記給電箇所に対して前記第１の部分素子と同じ側に位置し、
前記無給電素子の開放端は前記第２の部分素子の先端の近傍に位置するアンテナ装置。 A ground conductor provided on the substrate;
An antenna element comprising a first partial element and a second partial element;
A parasitic element including a ground end connected to the ground conductor and an open open end ;
The first partial element has a planar shape, has a first side and a second side that intersect each other, and a feeding point is located near one end of the first side closer to the second side. Have
The second subelement branches from the first subelement in at least a portion of the second side;
The grounding end of the parasitic element is located on the same side as the first partial element with respect to the feeding point,
An antenna device in which an open end of the parasitic element is positioned in the vicinity of a tip of the second partial element .
アンテナと
を具備し、
前記アンテナは、
第１の部分素子と第２の部分素子からなるアンテナ素子と、
前記接地導体に接続された接地端と開放された開放端からなる無給電素子とを具備し、
前記第１の部分素子は面形状であって、交差する第１の辺と第２の辺を有し、前記第１の辺の前記第２の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有し、
前記第２の部分素子は前記第２の辺の少なくとも一部分において前記第１の部分素子から分岐し、
前記無給電素子の接地端は前記給電箇所に対して前記第１の部分素子と同じ側に位置し、
前記無給電素子の開放端は前記第２の部分素子の先端の近傍に位置する無線装置。 A substrate provided with a ground conductor;
An antenna,
The antenna is
An antenna element comprising a first partial element and a second partial element;
A parasitic element including a ground end connected to the ground conductor and an open open end ;
The first partial element has a planar shape, has a first side and a second side that intersect each other, and a feeding point is located near one end of the first side closer to the second side. Have
The second subelement branches from the first subelement in at least a portion of the second side;
The grounding end of the parasitic element is located on the same side as the first partial element with respect to the feeding point,
A wireless device in which an open end of the parasitic element is located near a tip of the second partial element .
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