JP5507935B2 - アンテナ構造および無線通信装置およびアンテナ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに異なる複数の周波数帯域での無線通信が可能なアンテナ構造および無線通信装置およびアンテナ制御方法に関するものである。

図１１には、アンテナ構造の一例が模式的に示されている（特許文献１参照）。このアンテナ構造１００は、第１アンテナエレメント１０１と、第２アンテナエレメント１０２と、第１遮断手段１０３と、第２遮断手段１０４とを備えている。

このアンテナ構造１００において、第１アンテナエレメント１０１と第２アンテナエレメント１０２の一端側同士は接続されている。当該第１アンテナエレメント１０１と第２アンテナエレメント１０２との接続部Ｘは、整合回路１０５を通して、無線通信装置の無線回路（給電点）１０６に電気的に接続される。第１アンテナエレメント１０１は、所定の第１周波数帯域で共振し、この共振により、第１周波数帯域の電波の送受信が可能となっている。つまり、当該第１アンテナエレメント１０１は、無線回路１０６と導通状態であるときに、無線回路１０６から第１周波数帯域の電流が供給されると、その給電によって共振して第１周波数帯域の電波を無線送信する。また、第１周波数帯域の電波が到来すると、第１アンテナエレメント１０１が共振して電波を受信し、当該受信信号は無線回路１０６に伝達される。

第２アンテナエレメント１０２は、第１周波数帯域よりも高い所定の第２周波数帯域で共振し、この共振により、第２周波数帯域の電波の送受信が可能となっている。つまり、第２アンテナエレメント１０２は、第１アンテナエレメント１０１と共振の周波数は異なるものの、第１アンテナエレメント１０１と同様に動作して、第２周波数帯域の電波の送受信を行う。

第１遮断手段１０３は、無線回路１０６と第１アンテナエレメント１０１との間の導通を遮断する機能を備えている。第２遮断手段１０４は、無線回路１０６と第２アンテナエレメント１０２との間の導通を遮断する機能を備えている。これら第１遮断手段１０３と第２遮断手段１０４の各動作は、無線通信装置の制御回路（図示せず）によって次のように制御される。

すなわち、無線通信装置が第１周波数帯域での無線通信を行う場合には、制御回路によって、第２遮断手段１０４が導通遮断動作を行い、第１遮断手段１０３は導通遮断の動作を行わない。このため、第１アンテナエレメント１０１と無線回路１０６は導通状態であるから、第１アンテナエレメント１０１は無線通信可能な状態となる。これに対して、第２アンテナエレメント１０２と無線回路１０６は導通遮断状態であるから、第２アンテナエレメント１０２は無線通信できない状態となる。

また、無線通信装置が第２周波数帯域での無線通信を行う場合には、制御回路によって、第１遮断手段１０３が導通遮断動作を行い、第２遮断手段１０４は導通遮断動作を行わない。このため、第２アンテナエレメント１０２と無線回路１０６は導通状態であるから、第２アンテナエレメント１０２は無線通信可能な状態となる。これに対して、第１アンテナエレメント１０１と無線回路１０６は導通遮断状態であるから、第１アンテナエレメント１０１は無線通信できない状態となる。

上記のように、アンテナ構造１００では、第１周波数帯域と第２周波数帯域の２つの周波数帯域での無線通信が可能であり、第１遮断手段１０３と第２遮断手段１０４の各動作によって、無線通信の周波数帯域が切り換わる。

特開２００６−３１１２４６号公報

ところで、携帯型電話機の無線通信の周波数帯域として、例えば８００ＭHz帯や２ＧHz帯等の複数の周波数帯域が設定されているが、携帯型電話機の回線数拡大等のために、さらに携帯型電話機のための周波数帯域を増やそうとする動きがある。このような動きに伴って、より多くの周波数帯域の無線通信に対応可能なアンテナが要求されるようになってきている。特許文献１には、３つの周波数帯域の無線通信に対応できるアンテナ構造も提案されている。図１２に示されるように、その提案のアンテナ構造１１０は、図１１に示すアンテナ構造１００を応用したものである。つまり、アンテナ構造１１０は、アンテナ構造１００の構成に加えて、さらに、第３アンテナエレメント１１１および第３遮断手段１１２を備えている。第３アンテナエレメント１１１の一端側は前記接続部Ｘに接続され、第１や第２のアンテナエレメント１０１，１０２と同様に、整合回路１０５を通して無線回路１０６に電気的に接続される。当該第３アンテナエレメント１１１は、所定の第３周波数帯域で共振し、当該第３周波数帯域の電波の送受信が可能なものである。第３遮断手段１１２は、第３アンテナエレメント１１１と無線回路１０６との間の導通を遮断する機能を備えている。

この提案のアンテナ構造１１０においては、３つの周波数帯域での無線通信が可能である。しかしながら、この提案のアンテナ構造１１０では、上記のように、アンテナ構造１００の構成に加えて、さらに、第３アンテナエレメント１１１が設けられている。アンテナエレメントは、対応する周波数帯域の電波波長に応じた長さを持つものであり、遮断手段１０３等の回路部品に比べると、大型なものである。このため、アンテナ構造１１０は、アンテナ構造１００に比べて、第３アンテナエレメント１１１を設けなければならない分、かなり大型化してしまう。

上記のように、特許文献１の構成では、無線通信が可能な周波数帯域を増加しようとすると、その増加する周波数帯域の数分、アンテナエレメントを増設しなければならず、大型化が避けられないという問題がある。携帯型電話機等の無線通信装置は小型化の傾向にあり、アンテナに対して小型化の要求があることから、アンテナ構造の大型化は好ましくない。

本発明は上記課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の目的は、大型化することなく、無線通信に対応できる周波数帯域の増加が容易なアンテナ構造および無線通信装置およびアンテナ制御方法を提供することにある。

本発明のアンテナ構造は、
所定の第１周波数帯域で共振する第１アンテナエレメントと、
前記第１周波数帯域とは異なる所定の第２周波数帯域で共振する第２アンテナエレメントと、
前記第１アンテナエレメントにおける所定の分岐部に接続し前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域とは異なる所定の第３周波数帯域の電流を前記分岐部からグラウンドに導く短絡部と
を備え、さらに、
前記第１アンテナエレメントの所定の開放端と前記分岐部との間の部分領域と、前記第２アンテナエレメントとは隣接配置され、
前記第２アンテナエレメントから前記第１アンテナエレメントの前記部分領域に、前記第３周波数帯域の電流が、電磁結合によって、伝達され、当該第３周波数帯域の電流は、さらに、前記第１アンテナエレメントの前記部分領域を通って前記短絡部に通電し、当該電流通電によって前記第２アンテナエレメントおよび前記第１アンテナエレメントの前記部分領域および前記短絡部が前記第３周波数帯域で共振して一つのアンテナとして機能する。

本発明の無線通信装置は、上記アンテナ構造を備えている。

本発明のアンテナ制御方法は、
所定の第１周波数帯域で共振する第１アンテナエレメントと、前記第１周波数帯域とは異なる所定の第２周波数帯域で共振する第２アンテナエレメントと、前記第１アンテナエレメントにおける所定の分岐部に接続し前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域とは異なる所定の第３周波数帯域の電流を前記分岐部からグラウンドに導く短絡部とを備え、さらに、前記第２アンテナエレメントから、前記第１アンテナエレメントの所定の開放端と前記分岐部との間の部分領域に、電磁結合によって、前記第３周波数帯域の電流が伝達される構成を備えたアンテナ構造に、前記第１周波数帯域での無線通信を行わせる場合には、前記第１アンテナエレメントに、前記第１周波数帯域の電流を供給し、
前記アンテナ構造に前記第２周波数帯域での無線通信を行わせる場合には、前記第２アンテナエレメントに、前記第２周波数帯域の電流を供給し、
前記アンテナ構造に前記第３周波数帯域での無線通信を行わせる場合には、前記第３周波数帯域の電流を第２アンテナエレメントに供給し、当該電流を、当該第２アンテナエレメントから、電磁結合によって、前記第１アンテナエレメントの前記部分領域に伝達させ、さらに、前記第１アンテナエレメントの前記分岐部から前記短絡部に通電させ、前記第２アンテナエレメントおよび前記第１アンテナエレメントの前記部分領域および前記短絡部を前記第３周波数帯域で共振させて一つのアンテナとして機能させる。

本発明によれば、アンテナ構造を大型化することなく、無線通信に対応できる周波数帯域の増加が容易となる。

第１実施形態を説明するための図である。 第２実施形態のアンテナ構造を説明するための図である。 第２実施形態のアンテナ構造が組み込まれる無線通信装置の一例を表したモデル図である。 第２実施形態のアンテナ構造で用いられる共振回路の一例を説明するための図である。 第２実施形態のアンテナ構造のインピーダンス特性およびリターンロス特性を表した図である。 リターンロスと損失との関係を表したグラフである。 第２実施形態のアンテナ構造と比較するためのアンテナ構造のインピーダンス特性およびリターンロス特性を表した図である。 第３実施形態のアンテナ構造を説明するための図である。 第３実施形態のアンテナ構造に用いられるスイッチ回路の構成例を表した図である。 その他の実施形態を説明するための図である。 特許文献１に示されているアンテナ構造の一つを説明するための図である。 特許文献１に示されている別のアンテナ構造を説明するための図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）には、第１実施形態のアンテナ構造が模式的に示されている。このアンテナ構造１は、第１アンテナエレメント２と、第２アンテナエレメント３と、短絡部４とを備えている。第１アンテナエレメント２は、所定の第１周波数帯域で共振するものである。第２アンテナエレメント３は、第１周波数帯域とは異なる所定の第２周波数帯域で共振するものである。短絡部４は、第１アンテナエレメント２の所定の分岐部５に接続されている。当該短絡部４は、第１周波数帯域および第２周波数帯域とは異なる所定の第３周波数帯域の電流を分岐部５からグラウンドＧに導く機能を備えている。

さらに、このアンテナ構造１では、第１アンテナエレメント２の所定の開放端６と分岐部５との間の部分領域７と、第２アンテナエレメント３とは隣接配置されている。これにより、アンテナ構造１は、第２アンテナエレメント３から第１アンテナエレメント２の部分領域７に、電磁結合によって、第３周波数帯域の電流Ｉが伝達される構成を備えている。さらに、その第３周波数帯域の電流Ｉは、第１アンテナエレメント２の部分領域７から分岐部５を通って短絡部４に通電する。この電流Ｉの通電によって、第２アンテナエレメント３と第１アンテナエレメント２の部分領域７と短絡部４は、第３周波数帯域で共振して一つのアンテナとして機能する。

このような第１実施形態のアンテナ構造１を利用して無線通信を行う場合には、次のような制御が行われる。例えば、第１周波数帯域での無線通信を行いたい場合には、第１周波数帯域の電流を第１アンテナエレメント２に供給する。これにより、第１アンテナエレメント２が第１周波数帯域で共振し、当該共振によって、第１周波数帯域での無線通信が行われる。第２周波数帯域での無線通信を行いたい場合には、第２周波数帯域の電流を第２アンテナエレメント３に供給する。これにより、第２アンテナエレメント３が第２周波数帯域で共振し、当該共振によって、第２周波数帯域での無線通信が行われる。さらに、第３周波数帯域での無線通信を行いたい場合には、第３周波数帯域の電流Ｉを第２アンテナエレメント３に供給する。その第３周波数帯域の電流Ｉは、第２アンテナエレメント３だけでなく、電磁結合によって、第１アンテナエレメント２の部分領域７にも通電し、さらに、短絡部４にも通電する。これにより、第２アンテナエレメント３および第１アンテナエレメント２の部分領域７および短絡部４が第３周波数帯域で共振し、この共振によって第３周波数帯域での無線通信が行われる。

この第１実施形態のアンテナ構造１では、上記のように、２つのアンテナエレメント２，３のそれぞれが単独で共振動作を行って、それぞれが、互いに異なる周波数帯域での無線通信を行うことができる。さらに、それに加えて、第２アンテナエレメント３と、第１アンテナエレメント２の部分領域７と、短絡部４とが第３周波数帯域で一つのアンテナのように共振して、第３周波数帯域での無線通信を行うこともできる。このように、このアンテナ構造１においては、各アンテナエレメント２，３の単独の共振だけでなく、アンテナエレメント２，３が共に関与する共振を行わせることができるので、アンテナエレメントを増加することなく、無線通信が可能な周波数帯域を増加できる。換言すれば、この第１実施形態のアンテナ構造１は、大型化することなく、無線通信が可能な周波数帯域を増加することが容易にできるものである。

上記のようなアンテナ構造１は、図１（ｂ）に示されるように、無線通信装置１０に組み込まれる。その無線通信装置１０は、アンテナ構造１を組み込むことによって、アンテナエレメントの設置スペースを大幅に拡大することなく、無線通信の周波数帯域を増加させることができる。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態を説明する。

図２に示されるように、この第２実施形態のアンテナ構造２０は、第１アンテナエレメント２１と、第２アンテナエレメント２２と、短絡部２３と、インピーダンス整合回路２４とを備えている。この第２実施形態では、当該アンテナ構造２０は、例えば図３に示されるような折り畳み式（クラムシェル型）携帯型電話機１１に組み込まれ、電波の送受信を行う。

なお、ここで、図３の携帯型電話機１１について簡単に説明する。携帯型電話機１１は、第１筐体１２と、第２筐体１３と、ヒンジ部１４とを備えている。第１筐体１２には、液晶画面等の画面表示手段１５が設けられている。第２筐体１３には、数字キーや決定キーを含む操作部１６が設けられている。さらに、第２筐体１３には、回路基板１７が内蔵されている。例えば、その回路基板１７には、無線通信を行うための無線回路（給電点）や、電気的にグラウンドとして機能するグラウンドパターンや、携帯型電話機１１の動作制御を行う制御回路等が形成されている。ヒンジ部１４は、第１筐体１２と第２筐体１３を、当該ヒンジ部１４を中心にして回転変位が自在な状態で連結する構成を備えている。

第２実施形態のアンテナ構造２０において、第１アンテナエレメント２１は、所定の第１周波数帯域（例えば８００ＭHz帯）で共振する構成を備えている。すなわち、第１アンテナエレメント２１の一端側Ｑ₂₁は給電端であり、他端側Ｋ₂₁は開放端となっている。第１アンテナエレメント２１の給電端Ｑ₂₁は、インピーダンス整合回路２４を通して、携帯型電話機１１の無線回路１８に電気的に接続される。第１アンテナエレメント２１の給電端Ｑ₂₁から開放端Ｋ₂₁までの物理的な長さは、当該第１アンテナエレメント２１が第１周波数帯域で共振するための予め求まる電気的な長さ（電気長）に基づいて設定されている。

この第２実施形態では、第１アンテナエレメント２１には、後述する分岐アンテナエレメント３１が接続されている。

第２アンテナエレメント２２は、所定の第２周波数帯域で共振する構成を備えている。この第２実施形態では、第２周波数帯域は第１周波数帯域よりも高い周波数帯域であり、例えば２ＧHz帯である。

第２アンテナエレメント２２の一端側Ｑ₂₂は給電端であり、他端側Ｋ₂₂は開放端となっている。第２アンテナエレメント２２の給電端Ｑ₂₂は、インピーダンス整合回路２４を通して、携帯型電話機１１の無線回路１８に電気的に接続される。第２アンテナエレメント２２の給電端Ｑ₂₂から開放端Ｋ₂₂までの物理的な長さは、当該第２アンテナエレメント２２が第２周波数帯域で共振するための予め求まる電気的な長さ（電気長）に基づいて設定されている。

この第２実施形態では、第２アンテナエレメント２２の開放端Ｋ₂₂は、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁と向き合うように配置されている。

上記のような第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２と分岐アンテナエレメント３１は、例えば、プラスチック樹脂２９の内部に固められた状態で、携帯型電話機１１のヒンジ部１４の内部に配置される。

インピーダンス整合回路２４は、共通インピーダンス整合回路２５と、ローバンド用インピーダンス整合回路２６と、ハイバンド用インピーダンス整合回路２７とを備えている。このインピーダンス整合回路２４は、例えば、携帯型電話機１１の回路基板１７に搭載されている。

共通インピーダンス整合回路２５には、携帯型電話機１１の無線回路１８が電気的に接続されると共に、第１と第２の各アンテナエレメント２１，２２が、それぞれ、インピーダンス整合回路２６，２７を通して、電気的に共通に接続されている。当該共通インピーダンス整合回路２５は、その無線回路１８と、アンテナエレメント２１，２２側とをインピーダンス整合するための回路構成を備えている。そのインピーダンス整合のための回路構成には、様々な構成があり、ここでは、それら回路構成の何れを採用してもよく、その説明は省略する。

ローバンド用インピーダンス整合回路２６は、第１アンテナエレメント２１の給電端Ｑ₂₁と共通インピーダンス回路２５を電気的に接続させるために第１アンテナエレメント専用に設けられた導通経路上に設けられている。当該ローバンド用インピーダンス整合回路２６は、第１アンテナエレメント２１の電気長を調整する機能を備えた回路である。すなわち、第１アンテナエレメント２１は、第１周波数帯域で共振するために求められた設定の電気長を持つことが好ましいが、様々な要因からその設定の電気長を精度良く持てない場合が多い。このようなことから、この第２実施形態では、ローバンド用インピーダンス整合回路２６によって、無線回路１８側から見た第１アンテナエレメント２１の電気長が上記設定の電気長となるように電気長の調整を行っている。ローバンド用インピーダンス整合回路２６には、次のような回路構成がある。例えば、電気長を長くする方向に調整したい場合には、ローバンド用インピーダンス整合回路２６として、コイルが設けられる。また、電気長を短くする方向に調整したい場合には、ローバンド用インピーダンス整合回路２６として、コンデンサが設けられる。この第２実施形態では、前記第１アンテナエレメント専用の導通経路と、ローバンド用インピーダンス整合回路２６とによって、第１アンテナエレメント用インピーダンス整合部が構成されている。

ハイバンド用インピーダンス整合回路２７は、第２アンテナエレメント２２の給電端Ｑ₂₂と共通インピーダンス回路２５を電気的に接続させるために第２アンテナエレメント専用に設けられた導通経路上に設けられている。当該ハイバンド用インピーダンス整合回路２７は、第２アンテナエレメント２２の電気長を調整する機能を備えた回路である。すなわち、当該ハイバンド用インピーダンス整合回路２７は、無線回路１８側から見た第２アンテナエレメント２２の電気長が、第２共振周波数で共振するために求められた設定の電気長となるように電気長の調整を行う回路である。前記ローバンド用インピーダンス整合回路２６と同様に、例えば、電気長を長くする方向に調整したい場合には、ハイバンド用インピーダンス整合回路２７として、コイルが設けられる。また、電気長を短くする方向に調整したい場合には、ハイバンド用インピーダンス整合回路２７として、コンデンサが設けられる。この第２実施形態では、上記第２アンテナエレメント専用の導通経路と、ハイバンド用インピーダンス整合回路２７とによって、第２アンテナエレメント用インピーダンス整合部が構成されている。

この第２実施形態では、インピーダンス整合回路２６，２７によって、第１と第２の各アンテナエレメント２１，２２の電気長をそれぞれ個別に調整できる。このように、各アンテナエレメント２１，２２の電気長をそれぞれ個別に調整できるようにしたので、次のような効果を得ることができる。すなわち、第１や第２のアンテナエレメント２１，２２の電気長を調整したい場合には、第１や第２のアンテナエレメント２１，２２の給電端から開放端までの物理的な長さを調整することによって、電気長を調整することが考えられる。しかしながら、様々な要因によって、電気長調整のためにアンテナエレメントの物理的な長さを変更することが難しい場合が多い。このような場合には、集中定数を利用した電気的な電気長調整を行う。第１と第２のアンテナエレメント２１，２２が共通の無線回路１８に接続されている場合に、インピーダンス整合回路２６，２７が設けられていないと仮定する。この場合に、電気長調整のための集中定数を共通インピーダンス整合回路２５に設けると、次のような問題が生じる。つまり、第１アンテナエレメント２１が設定の電気長を持つことができるように共通インピーダンス整合回路２５の前記集中定数を設定すると、その集中定数のために、第２アンテナエレメント２２の電気長が設定の電気長からずれてしまう。反対に、第２アンテナエレメント２２が設定の電気長を持つことができるように共通インピーダンス整合回路２５の前記集中定数を設定すると、その集中定数のために、第１アンテナエレメント２１の電気長が設定の電気長からずれてしまう。このように、共通インピーダンス整合回路２５の前記集中定数を利用した電気長調整では、アンテナエレメント２１，２２のうちの一方の電気長調整のために、他方側の電気長も変動し当該電気長が設定の電気長からずれてしまうという問題が生じる。これに対し、この第２実施形態では、前述したように、アンテナエレメント２１，２２の電気長を個別に調整できる構成を備えたので、そのような問題の発生を回避できる。これにより、各アンテナエレメント２１，２２の両方に、精度良く設定の電気長を持たせることが容易となる。すなわち、第１アンテナエレメント２１は、第１周波数帯域で共振するための設定の電気長を精度良く持つことができ、第２アンテナエレメント２２も、第２周波数帯域で共振するための設定の電気長を精度良く持つことができる。

短絡部２３は、第１アンテナエレメント２１において後述のように位置が定められる分岐部３３に接続し所定の第３周波数帯域の電流を分岐部３３からグラウンドに導く機能を備えている。この第２実施形態では、第３周波数帯域は、第１周波数帯域よりも高く、かつ、第２周波数帯域よりも低い周波数帯域である。例えば、第３周波数帯域は、１．５ＧHz帯である。

この第２実施形態では、短絡部２３は、分岐アンテナエレメント３１と、インピーダンス整合回路３２とを備えている。分岐アンテナエレメント３１は、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３と、インピーダンス整合回路３２とを接続するためのものである。

インピーダンス整合回路３２は、例えば、携帯型電話機１１の回路基板１７に設けられ、当該回路基板１７のグラウンドパターンＧに電気的に接続される。当該インピーダンス整合回路３２は、この第２実施形態では、共振回路により構成されている。当該共振回路は、分岐部３３からインピーダンス整合回路３２側を見たときに、第１周波数帯域では開放（オープン）に見え、第３周波数帯域では短絡（ショート）に見えるように回路が構成されている。図４（ａ）には、その共振回路の回路構成の一例が示されている。図４（ａ）の共振回路３２ａは、コンデンサ３５とコイル３６の並列共振回路３８に、コイル３７が直列接続されている回路構成を備えている。この共振回路３２ａでは、並列共振回路３８のコンデンサ３５とコイル３６は、第１周波数帯域（８００ＭHz帯）で並列共振して開放（オープン）に見えるように回路定数が設定されている。また、コイル３７は、当該コイル３７と並列共振回路３８が、第３周波数帯域（１．５ＧHz帯）で直列共振して短絡（ショート）に見えるように回路定数が設定されている。このため、共振回路３２ａは、図４（ｂ）の実線Ａに示されるようなインピーダンス特性を持つことができる。すなわち、図４（ｂ）の実線Ａは、共振回路３２ａのインピーダンスが、８３０ＭHzから２．１７ＧHzまでの周波数変化によって、どのように変化するかをスミスチャートを利用して表したものである。当該実線Ａは、点ａ₁（８３０ＭHzに対応）から、スミスチャートの最外円に沿って伸び、点ａ₂（１．５ＧHzに対応）を通り、点ａ₃（２．１７ＧHzに対応）に至っている。当該実線Ａのインピーダンス特性に示されるように、共振回路３２ａは、第１周波数帯域（８００ＭHz帯）で開放（オープン）となり、第３周波数帯域（１．５ＧHz帯）で短絡（ショート）となることができる。

短絡部２３は、上記のようなインピーダンス整合回路３２を備えているので、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３を流れる電流が第３周波数帯域（１．５ＧHz帯）の電流Ｉ₃である場合には、当該電流Ｉ₃は分岐部３３から短絡部２３に通電する。これに対して、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３を流れる電流が第１周波数帯域（８００ＭHz）の電流である場合には、その電流にとっては短絡部２３は見えないために、その電流は、短絡部２３に通電しない。

この第２実施形態のアンテナ構造２０では、前述の如く、第１と第２のアンテナエレメント２１，２２の開放端Ｋ₂₁，Ｋ₂₂同士が向き合って近接配置されている。これにより、第２アンテナエレメント２２に供給された第３周波数帯域の電流Ｉ₃は、電磁結合によって、第２アンテナエレメント２２の開放端Ｋ₂₂から第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁に伝達される。その第３周波数帯域の電流Ｉ₃は、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁から分岐部３３に向けて通電し、前述したように、分岐部３３から短絡部２３に通電する。このような、第２アンテナエレメント２２と、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁から分岐部３３までの部分領域と、短絡部２３との第３周波数帯域の電流Ｉ₃の通電によって、第３周波数帯域の共振が起こるように、分岐部３３の位置が設定されている。

なお、この第２実施形態では、第１と第２のアンテナエレメント２１，２２の開放端Ｋ₂₁，Ｋ₂₂同士が向き合って配置され、当該開放端Ｋ₂₁，Ｋ₂₂間の電磁結合を利用して第３周波数帯域の電流Ｉ₃を伝達している。開放端Ｋ₂₁，Ｋ₂₂はアンテナエレメント中における電界分布が最も大きい部分であることから、当該開放端Ｋ₂₁，Ｋ₂₂を利用して電流Ｉ₃の伝達を行うことによって、損失を抑制できる。

また、この第２実施形態では、短絡部２３はインピーダンス整合回路（共振回路）３２を含む構成とした。このため、共振回路３２を適宜設定するだけで、短絡部２３への第３周波数帯域の電流Ｉ₃の導通と、短絡部２３における第１周波数帯域の電流の導通遮断とが達成できる。

この第２実施形態のアンテナ構造２０は上記のような構成を備えているので、携帯型電話機１１は、アンテナ構造２０を利用して次のように無線通信を行うことができる。例えば、第１周波数帯域で無線通信を行いたい場合には、携帯型電話機１１は、制御回路１９によって、無線回路１８からアンテナ構造２０に出力する無線通信のための電流を第１周波数帯域の電流とする。これにより、その第１周波数帯域の電流は、無線回路１８から共通インピーダンス整合回路２５とローバンド用インピーダンス整合回路２６を通って第１アンテナエレメント２１の給電部Ｑ₂₁に至る。そして、前述したように、第１周波数帯域の電流にとっては、短絡部２３は無いと等価な状態であるから、第１周波数帯域の電流は、第１アンテナエレメント２１の給電部Ｑ₂₁から開放端Ｋ₂₁に向けて通電する。これにより、第１アンテナエレメント２１は、第１周波数帯域で共振し、当該第１周波数帯域の電波を通信する。

第２周波数帯域で無線通信を行いたい場合には、携帯型電話機１１は、制御回路１９によって、無線回路１８からアンテナ構造２０に出力される無線通信のための電流を第２周波数帯域の電流とする。この第２周波数帯域の電流は、無線回路１８から共通インピーダンス整合回路２５とハイバンド用インピーダンス整合回路２７を通って第２アンテナエレメント２２の給電部Ｑ₂₂に至る。そして、この第２周波数帯域の電流は、第２アンテナエレメント２２の給電部Ｑ₂₂から開放端Ｋ₂₂に向けて通電する。これにより、第２アンテナエレメント２２は、第２周波数帯域で共振し、当該第２周波数帯域の電波を通信する。

第３周波数帯域で無線通信を行いたい場合には、携帯型電話機１１は、制御回路１９によって、無線回路１８からアンテナ構造２０に出力される無線通信のための電流を第３周波数帯域の電流Ｉ₃とする。この第３周波数帯域の電流Ｉ₃は、無線回路１８から共通インピーダンス整合回路２５とハイバンド用インピーダンス整合回路２７を通って第２アンテナエレメント２２の給電部Ｑ₂₂に至る。そして、この第３周波数帯域の電流Ｉ₃は、第２アンテナエレメント２２の給電部Ｑ₂₂から開放端Ｋ₂₂に向けて通電した後に、前述したように、電磁結合によって、第１アンテナエレメント２２の開放端Ｋ₂₁に伝達される。そして、さらに、第３周波数帯域の電流Ｉ₃は、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３から短絡部２３に通電する。これにより、第２アンテナエレメント２２と、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁から分岐部３３までの部分領域と、短絡部２３とが、一つのアンテナエレメントのように振る舞って、第３周波数帯域で共振し、第３周波数帯域の電波を通信する。

この第２実施形態のアンテナ構造２０においては、上記したように、アンテナエレメント２１，２２がそれぞれ単独で共振動作するだけでなく、アンテナエレメント２１，２２の組み合わせによって、さらに別の共振動作をも可能にした。このため、アンテナエレメントを増加することなく、無線通信に対応可能な周波数帯域を増加させることができる。このことは、実験により確認されている。すなわち、その実験では、短絡部２３が省略されている以外はアンテナ構造２０と同様の構成を持つアンテナ構造（比較例）と、第２実施形態のアンテナ構造２０とのそれぞれのインピーダンス特性およびリターンロス特性を調べた。

実験により得られたアンテナ構造２０のインピーダンス特性は、図５（ａ）のスミスチャート中の実線Ｂで表した。また、リターンロス特性に関しては、図５（ｂ）のグラフ中の実線Ｃで表した。なお、図５（ａ）の図中の点ｂ₁〜点ｂ₁₀は、それぞれ、図５（ｂ）のグラフの横軸に示される点ｂ₁〜点ｂ₁₀の周波数に対応したインピーダンスを示している。

図５（ｂ）のリターンロス特性を見ると、アンテナ構造２０では、３つの共振が見られる。つまり、第１アンテナエレメント２１の第１周波数帯域の共振動作に基づいた８００ＭHz帯の共振が見られる。また、第２アンテナエレメント２２の第２周波数帯域の共振動作に基づいた２ＧHz帯の共振も見られる。さらに、第１及び第２のアンテナエレメント２１，２２が共に関与した第３周波数帯域の共振動作に基づいた１．５ＧHz帯の共振が見られる。

ところで、携帯型電話機の無線通信のための周波数帯域として、図５（ｂ）中に示される周波数帯域Ｓ_A（８００ＭHz帯）、周波数帯域Ｓ_C（１.７ＧHz帯）、周波数帯域Ｓ_D（２ＧHz帯）が設定されている。さらに、前述したように、周波数帯域Ｓ_B（１.５ＧHz帯）をも追加しようとする動きがある。また、図６に示されるような、アンテナ構造のリターンロスと、無線通信状態に悪影響を与える損失との間の関係に基づいて、所定の良好な無線通信を得るためには、リターンロスが−５dB以下であることが好ましいとされている。

図５（ｂ）のリターンロス特性を見ると、アンテナ構造２０では、携帯型電話機のための４つの周波数帯域Ｓ_A〜Ｓ_Dの何れにおいても、リターンロスが−５dB以下となっており、無線通信に対応可能となっている。

前記実験により得られた比較例のインピーダンス特性は、図７（ａ）のスミスチャート中に実線Ｄで表した。比較例のリターンロス特性に関しては、図７（ｂ）のグラフ中に実線Ｅで表した。図７（ａ）、（ｂ）の図中の点ｂ₁〜点ｂ₁₀は、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）に示される点ｂ₁〜点ｂ₁₀と同様である。

比較例においては、図７（ｂ）のリターンロス特性を見ると、２つの共振が見られる。つまり、比較例では、第１アンテナエレメント２１の第１周波数帯域の共振動作に基づいた共振と、第２アンテナエレメント２２の第２周波数帯域の共振動作に基づいた共振とが見られる。

この比較例の図７（ｂ）のリターンロス特性と、第２実施形態のアンテナ構造２０の図５（ｂ）のリターンロス特性とを比較すると、アンテナ構造２０は、比較例に比べて、共振が増加していることが分かる。さらに、これにより、アンテナ構造２０は、比較例に比べて、リターンロスが−５dB以下である無線通信に対応できる周波数領域が拡大していることが分かる。このため、比較例では、周波数帯域Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_Dに対応できるが周波数帯域Ｓ_Bに対応できないのに対し、アンテナ構造２０は、周波数帯域Ｓ_A〜Ｓ_Dの全てに対応可能である。すなわち、アンテナ構造２０は、アンテナエレメントを増加することなく、無線通信に対応可能な周波数帯域を増加できることが実験により確認できた。

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態を説明する。

この第３実施形態では、第２実施形態に示した短絡部２３のインピーダンス整合回路３２に代えて、短絡部２３には、図８に示すように、スイッチ回路４０が設けられている。それ以外の第３実施形態の構成は、第２実施形態と同様である。この第３実施形態では、第２実施形態の説明と重複する部分の説明は省略する。

スイッチ回路４０は、第３周波数帯域の電流Ｉ₃を短絡部２３に通電させるべく導通状態（オン状態）となり、それ以外の場合には遮断状態（オフ状態）となるように、スイッチング動作が携帯型電話機１１の制御回路１９によって制御される。図９（ａ）、（ｂ）には、スイッチ回路４０の具体的な回路構成例が示されている。

図９（ａ）のスイッチ回路４０（４０ａ）は、ダイオードを利用したものである。すなわち、スイッチ回路４０ａは、ｐｉｎ（p-intrinsic-n）ダイオード４２と、コイル４３と、抵抗部４４とを備えている。ｐｉｎダイオード４２のカソード側はグラウンドパターンＧに電気的に接続され、ｐｉｎダイオード４２のアノード側は分岐アンテナエレメント３１を通して第１アンテナエレメント２１の分岐部３３に電気的に接続される。さらに、ｐｉｎダイオード４２のアノード側には、コイル４３と抵抗部４４の直列接続回路の一端側が接続されている。このコイル４３と抵抗部４４の直列接続回路の他端側は制御回路１９に接続される。

コイル４３は、高周波カットのために設けられるものであり、当該コイル４３によって、アンテナ側から制御回路１９を見えなくし、制御回路１９の影響がアンテナに及ばないようにしている。抵抗部４４は、制御回路１９からｐｉｎダイオード４２に供給される電流値がｐｉｎダイオード４２に適したものとなるように電流制限を行うものである。

このスイッチ回路４０ａには、制御回路１９から、例えば、電圧値ゼロのロー信号と、ゼロよりも大きい所定の電圧値を持つハイ信号とのうちの何れかが加えられる。制御回路１９からスイッチ回路４０ａにロー信号が出力されている場合には、ｐｉｎダイオード４２の印加電圧はほぼゼロであり、ｐｉｎダイオード４２はオフ状態となる。この場合には、そのオフ状態のｐｉｎダイオード４２によって、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３とグラウンドパターンＧとの間は導通遮断状態となる。これに対して、制御回路１９からスイッチ回路４０ａにハイ信号が出力されている場合には、ｐｉｎダイオード４２の印加電圧がｐｉｎダイオード４２の順方向降下電圧となり、ｐｉｎダイオード４２はオン状態となる。この場合には、そのオン状態のｐｉｎダイオード４２によって、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３とグラウンドパターンＧとの間は導通状態となり、分岐部３３はグラウンドパターンＧに短絡する。

図９（ｂ）のスイッチ回路４０（４０ｂ）は、トランジスタを利用したものである。すなわち、スイッチ回路４０ｂは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ（Field-effect-transistor））４６と、コイル４７とを備えている。ＦＥＴ４６のソース側はグラウンドパターンＧに接続され、ＦＥＴ４６のドレイン側は分岐アンテナエレメント３１を通して第１アンテナエレメント２１の分岐部３３に電気的に接続される。ＦＥＴ４６のゲート側にはコイル４７の一端側が接続され、コイル４７の他端側は制御回路１９に接続される。

コイル４７は、スイッチ回路４０ａのコイル４３と同様に、高周波カットのために設けられるものであり、当該コイル４７によって、アンテナ側から制御回路１９を見えなくし、制御回路１９の影響がアンテナに及ばないようにしている。

このスイッチ回路４０ｂに関しても、スイッチ回路４０ａと同様に、制御回路１９から出力される信号に基づいて、スイッチング動作が制御される。すなわち、制御回路１９からスイッチ回路４０ｂにロー信号が出力されている場合には、ＦＥＴ４６は、ソース−ドレイン間に電流が通電しないオフ状態となる。この場合には、そのオフ状態のＦＥＴ４６によって、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３とグラウンドパターンＧとの間は導通遮断状態となる。これに対して、制御回路１９からスイッチ回路４０ｂにハイ信号が出力されている場合には、ＦＥＴ４６は、ソース−ドレイン間に電流が通電するオン状態となる。この場合には、そのオン状態のＦＥＴ４６によって、第１アンテナエレメント２１の分岐部３３とグラウンドパターンＧとの間は導通状態となり、分岐部３３はグラウンドパターンＧに短絡する。

この第３実施形態のアンテナ構造は、前述したようにスイッチ回路４０（４０ａ，４０ｂ）がオン状態となるように制御されることによって、第２実施形態と同様に、アンテナエレメント２１，２２が共に関与する第３周波数帯域での共振動作を行う。これにより、この第３実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、２つのアンテナエレメント２１，２２がそれぞれ単独で共振するだけの場合に比べて、アンテナエレメントの数を増加することなく、無線通信のための周波数帯域を増加することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第３の各実施形態では、第１アンテナエレメント２，２１には、短絡部４，２３が一つ接続されていた。これに対して、例えば、図１０に示されるように、第１アンテナエレメント２１には、互いに異なる複数箇所に短絡部２３ａ，２３ｂ，２３ｃを接続してもよい。この場合には、図１０の構成を含むアンテナ構造５０は、第１〜第３の周波数帯域に加えて、さらに、第４周波数帯域および第５周波数帯域で共振することが可能となる。例えば、アンテナ構造５０は、第１アンテナエレメント２１による第１周波数帯域（例えば８００ＭHz帯）と、第２アンテナエレメント２２による第２周波数帯域（例えば２．４ＧHz帯）で共振する。さらに、アンテナ構造５０は、第２アンテナエレメント２２と、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁から分岐部３３ｂまでの部分領域と、短絡部２３ｂとによる第３周波数帯域（例えば１．５ＧHz帯）で共振する。さらに、アンテナ構造５０は、第２アンテナエレメント２２と、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁から分岐部３３ａまでの部分領域と、短絡部２３ａとによる第４周波数帯域（例えば２ＧHz帯）で共振する。さらに、アンテナ構造５０は、第２アンテナエレメント２２と、第１アンテナエレメント２１の開放端Ｋ₂₁から分岐部３３ｃまでの部分領域と、短絡部２３ｃとによる第５周波数帯域（例えば１．２ＧHz帯）で共振する。このような場合には、共振の周波数帯域間の間隔が狭くなり、これにより、インピーダンス整合回路を利用した周波数分離が難しくなる場合がある。このような場合には、短絡部２３には第３実施形態に示したようなスイッチ回路４０を設けることが好ましい。

さらに、第２や第３の実施形態では、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２と分岐エレメント３１は、プラスチック樹脂２９の内部に固められている状態で、携帯型電話機１１のヒンジ部１４の内部に収容されていた。これに代えて、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２と分岐エレメント３１は、例えばセラミックス等の誘電体基体に設けられてもよい。その誘電体基体は、例えば回路基板１７に実装される。さらに、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２と分岐エレメント３１は、回路基板１７に直接的に設けてもよい。このように、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２と分岐エレメント３１が無線通信装置に組み込まれる態様は、第２や第３の実施形態に限定されるものではない。

さらに、第１アンテナエレメント２１や第２アンテナエレメント２２の形状は、図２の形状に限定されるものではなく、例えばメアンダ状等の他の形状であってもよい。

さらに、第２や第３の実施形態では、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２は、開放端同士Ｋ₂₁，Ｋ₂₂が向き合って配置されていた。これに代えて、第１アンテナエレメント２１および第２アンテナエレメント２２の配置態様は、アンテナ間の干渉の問題や、第３周波数帯域等の電流伝達の効率や、アンテナ設置スペースの大きさ等を考慮して、他の適宜な配置態様を採り得る。

さらに、第２や第３の実施形態では、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２は、共通の無線回路１８に電気的に接続されていた。これに対して、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２は、それぞれ、別々の無線回路に接続されていてもよい。この場合には、例えば、第１アンテナエレメント２１に接続される無線回路は、所定の第１周波数帯域（例えば８００ＭHz帯）の電流の給電源となる。また、第２アンテナエレメント２２に接続される無線回路は、所定の第２周波数帯域（例えば２ＧHz帯）および所定の第３周波数帯域（例えば１．５ＧHz帯）の電流の給電源となる。それ以外の構成は、第２や第３の実施形態と同様な構成となり、このような場合にも、第２や第３の実施形態と同様の効果、つまり、アンテナエレメントを増加することなく、無線通信に対応可能な周波数帯域を増加できるという効果を得ることができる。なお、各アンテナエレメントが別々の無線回路に接続される場合には、共通インピーダンス整合回路は省略される。

さらに、第２や第３の実施形態では、アンテナ構造２０が組み込まれる無線通信装置の一例として、携帯型電話機１１を示したが、本発明のアンテナ構造を備えた無線通信装置は、携帯型電話機１１に限定されるものではない。例えば、本発明のアンテナ構造を備えた無線通信装置のその他の例としては、折り畳み式以外の形態の携帯型電話機や、ＰＤＡ（Personal-Digital-Assistant）等の携帯情報端末や、設置タイプの無線通信装置などがある。

１，２０，５０ アンテナ構造
２，２１ 第１アンテナエレメント
３，２２ 第２アンテナエレメント
４，２３ 短絡部
５，３３ 分岐部
３２ インピーダンス整合回路
４０ スイッチ回路

Claims (9)

1. 電流が供給される給電端を通って第１周波数帯域の電流が供給されることにより前記第１周波数帯域で共振する第１アンテナエレメントと、
   電流が供給される給電端を通って前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域の電流が供給されることにより前記第２周波数帯域で共振する第２アンテナエレメントと、
   前記第１アンテナエレメントにおける所定の分岐部に接続し前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域とは異なる第３周波数帯域の電流を前記分岐部からグラウンドに導く短絡部と
   を備え、さらに、
   前記第１アンテナエレメントの電気的な開放端と前記分岐部との間の部分領域と、前記第２アンテナエレメントとは隣接配置され、
   前記第２アンテナエレメントの前記給電端に供給される前記第３周波数帯域の電流は、前記第２アンテナエレメントを通り、当該第２アンテナエレメントから電磁結合によって前記第１アンテナエレメントの前記部分領域に伝達され、さらに、前記第１アンテナエレメントの前記部分領域を通って前記短絡部に通電し、当該電流通電によって前記第２アンテナエレメントおよび前記第１アンテナエレメントの前記部分領域および前記短絡部が前記第３周波数帯域で共振して一つのアンテナとして機能するアンテナ構造。
2. 前記短絡部は、前記第１アンテナエレメントの前記分岐部から前記短絡部側を見たときに、前記第３周波数帯域の電流に対してはショートとなり、前記第１周波数帯域の電流に対してはオープンとなるインピーダンス整合回路を含んでいる請求項１記載のアンテナ構造。
3. 前記短絡部は、前記第１アンテナエレメントの前記分岐部と前記グラウンドとの導通と導通遮断とを切り換えるスイッチ回路を含んでいる請求項１記載のアンテナ構造。
4. 前記第１周波数帯域と前記第２周波数帯域と前記第３周波数帯域の各電流を給電する給電源に電気的に接続する共通インピーダンス整合回路と、
   前記共通インピーダンス整合回路と前記第１アンテナエレメントとを電気的に接続すると共に、第１アンテナエレメントの電気長を調整する第１アンテナエレメント用インピーダンス整合部と、
   前記共通インピーダンス整合回路と前記第２アンテナエレメントとを電気的に接続すると共に、第２アンテナエレメントの電気長を調整する第２アンテナエレメント用インピーダンス整合部と
   を、さらに、備えている請求項１又は請求項２又は請求項３記載のアンテナ構造。
5. 前記第２周波数帯域は、前記第１周波数帯域よりも高く、
   前記第３周波数帯域は、前記第１周波数帯域よりも高く、かつ、前記第２周端数帯域よりも低い請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載のアンテナ構造。
6. 前記第１アンテナエレメントの前記開放端と、前記第２アンテナエレメントの所定の開放端とが向き合って配置されている請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載のアンテナ構造。
7. 前記第１アンテナエレメントには、さらに、所定の周波数帯域の電流をグラウンドに導く短絡部が前記短絡部とは別に少なくとも１つ接続されている請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載のアンテナ構造。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載のアンテナ構造を備えている無線通信装置。
9. 電流が供給される給電端を通って第１周波数帯域の電流が供給されることにより前記第１周波数帯域で共振する第１アンテナエレメントと、電流が供給される給電端を通って前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域の電流が供給されることにより前記第２周波数帯域で共振する第２アンテナエレメントと、前記第１アンテナエレメントにおける所定の分岐部に接続し前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域とは異なる第３周波数帯域の電流を前記分岐部からグラウンドに導く短絡部とを備え、さらに、前記第２アンテナエレメントから、前記第１アンテナエレメントの電気的な開放端と前記分岐部との間の部分領域に、電磁結合によって、前記第３周波数帯域の電流が伝達される構成を備えたアンテナ構造に、前記第１周波数帯域での無線通信を行わせる場合には、前記第１アンテナエレメントの前記給電端に、前記第１周波数帯域の電流を供給し、
   前記アンテナ構造に前記第２周波数帯域での無線通信を行わせる場合には、前記第２アンテナエレメントの前記給電端に、前記第２周波数帯域の電流を供給し、
   前記アンテナ構造に前記第３周波数帯域での無線通信を行わせる場合には、前記第３周波数帯域の電流を第２アンテナエレメントの前記給電端に供給することにより、前記第３周波数帯域の電流を、前記第２アンテナエレメントを通し当該第２アンテナエレメントから、電磁結合によって、前記第１アンテナエレメントの前記部分領域に伝達させ、さらに、前記第１アンテナエレメントの前記分岐部から前記短絡部に通電させ、前記第２アンテナエレメントおよび前記第１アンテナエレメントの前記部分領域および前記短絡部を前記第３周波数帯域で共振させて一つのアンテナとして機能させるアンテナ制御方法。
   
   

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