JP2012129856A - アンテナ及びそれを備えた無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低背で小型であり、従来のアンテナと同等の周波数帯域に対応可能なアンテナ及びそれを備えた無線装置を提供する。
【解決手段】電磁波信号を送受信するアンテナ素子部２と、接地されるグラウンド導体３と、を備え、アンテナ素子部２は、平行に配置された２つの導体４，５と、２つの導体４，５のうち一方の導体４とグラウンド導体３との間に設けられ、給電系に接続される給電部６と、２つの導体４，５のうち他方の導体５とグラウンド導体３とを電気的に接続する短絡部７と、２つの導体４，５同士を電気的に接続する導体接続部８と、を有し、２つの導体４，５間の距離が、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノート型パーソナルコンピュータ、ＵＭＰＣ（ウルトラモバイルパーソナルコンピュータ）、ネットブック、携帯電話、ＰＮＤ（パーソナルナビゲーションデバイス）、センサネットワーク端末等に搭載され、電磁波信号の送受信を行うアンテナ及びそれを備えた無線装置に関するものである。

ＷＷＡＮ（Wireless Wide Area Network）、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、ＷｉＭａｘ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、Ｂｌｕｅ Ｔｏｏｔｈ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等の無線システムに適応が可能であり、かつこれらシステムに対応するノート型パーソナルコンピュータ、ＵＭＰＣ、ネットブック、携帯電話、ＰＮＤ、センサネットワーク等の無線通信端末（無線装置）に内蔵され、無線通信に利用されるアンテナとして、平面多重アンテナが提案されている（例えば特許文献１参照）。

平面多重アンテナは、小型であり無線通信端末への内蔵に適しており、かつ通信に使用される複数の周波数帯域において動作が可能である。

従来用いられている平面多重アンテナの一例を図２３に示す。

図２３に示すように、平面多重アンテナ２３１は、電磁波信号を送受信するアンテナ素子部２３２と、接地されるグラウンド導体２３３と、給電系に接続される給電部２３４と、を備えており、アンテナ素子部２３２は、複数の矩形導体（平面視で長方形状の導体）を組み合わせた構造となっている。

特許第３６９０３７５号公報

昨今、前述のような無線通信端末は、携帯しやすいように小型であり、かつ、凹凸の無い外形形状であることが求められる。また、無線通信端末に搭載されるアンテナは、アンテナ放射特性を良好に保つため無線通信端末のなかでも自由空間に近い場所、すなわち筺体の壁に近い場所に配置されることが多く、アンテナの大きさが無線通信端末の外形形状に与える影響は大きい。

しかしながら、従来の平面多重アンテナ２３１では、アンテナ素子部２３２が複数の矩形導体からなり、その矩形導体群がグラウンド導体２３３に対し重なる構造となっているため、アンテナの高さ、つまりグラウンド導体２３３の上端からグラウンド導体２３３から最も離れたアンテナ素子部２３２の最上端までの距離が、比較的大きくなってしまう。

アンテナの高さが大きくなると、無線通信端末の外形の凹凸が大きくなり、携帯しにくくなるという問題が生じる。また、無線通信端末の外形を滑らかにしようとすると、無線通信端末が大型化してしまうという問題が生じる。

他方、アンテナ素子部２３２をグラウンド導体２３３に近づけ、アンテナの高さを小さくすると、アンテナとして動作する周波数帯域が減少し、希望する周波数帯域に対応できなくなるという別の問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低背で小型であり、従来のアンテナと同等の周波数帯域に対応可能なアンテナ及びそれを備えた無線装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、電磁波信号を送受信するアンテナ素子部と、接地されるグラウンド導体と、を備え、前記アンテナ素子部は、平行に配置された２つの導体と、前記２つの導体のうち一方の導体と前記グラウンド導体との間に設けられ、給電系に接続される給電部と、前記２つの導体のうち他方の導体と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、前記２つの導体同士を電気的に接続する導体接続部と、を有し、前記２つの導体間の距離が、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下であるアンテナである。

前記一方の導体は、プリント基板の一方の面に形成された導体パタンからなり、前記他方の導体は、前記プリント基板の他方の面に形成された導体パタンからなり、前記導体接続部は、前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体からなってもよい。

前記２つの導体のそれぞれは、導体板からなり、前記導体接続部は、前記導体板同士を電気的に接続する線状導体からなってもよい。

前記給電部に、第２のアンテナ素子部となる第２の導体を並列接続してもよい。

前記給電部を共通とし、前記２つの導体の寸法あるいは形状が異なる複数の前記アンテナ素子部を備えてもよい。

前記給電部には、同軸ケーブルを用いて給電がなされてもよい。

また、本発明は、アンテナを備え、電磁波信号により情報を伝達する無線装置であって、前記アンテナは、電磁波信号を送受信するアンテナ素子部と、接地されるグラウンド導体と、を備え、前記アンテナ素子部は、平行に配置された２つの導体と、前記２つの導体のうち一方の導体と前記グラウンド導体との間に設けられ、給電系に接続される給電部と、前記２つの導体のうち他方の導体と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、前記２つの導体同士を電気的に接続する導体接続部と、を有し、前記２つの導体間の距離が、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下である無線装置である。

前記一方の導体は、プリント基板の一方の面に形成された導体パタンからなり、前記他方の導体は、前記プリント基板の他方の面に形成された導体パタンからなり、前記導体接続部は、前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体からなってもよい。

前記２つの導体のそれぞれは、導体板からなり、前記導体接続部は、前記導体板同士を電気的に接続する線状導体からなってもよい。

前記給電部に、第２のアンテナ素子部となる第２の導体を並列接続してもよい。

前記給電部を共通とし、前記２つの導体の寸法あるいは形状が異なる複数の前記アンテナ素子部を備えてもよい。

前記給電部には、同軸ケーブルを用いて給電がなされてもよい。

本発明によれば、低背で小型であり、従来のアンテナと同等の周波数帯域に対応可能なアンテナ及びそれを備えた無線装置を提供できる。

本発明のアンテナの概念を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側から見た平面図、（ｂ）はプリント基板の裏面を表面側から透視した平面図である。 図２のアンテナの入力アドミタンス−周波数特性の一例を示すグラフ図である。 図２のアンテナの比較対象となる先端開放アンテナをプリント基板の表面側から見た平面図である。 図４の先端開放アンテナの入力アドミタンス−周波数特性の一例を示すグラフ図である。 図２のアンテナの比較対象となる先端短絡アンテナをプリント基板の表面側から見た平面図である。 図６の先端短絡アンテナの入力アドミタンス−周波数特性の一例を示すグラフ図である。 図２のアンテナにおいて、プリント基板の基板厚を１ｍｍとしたときの入力アドミタンス−周波数特性を示すグラフ図である。 図２のアンテナにおいて、プリント基板の基板厚を３ｍｍとしたときの入力アドミタンス−周波数特性を示すグラフ図である。 図２のアンテナにおいて、プリント基板の基板厚を５ｍｍとしたときの入力アドミタンス−周波数特性を示すグラフ図である。 図２のアンテナにおいて、プリント基板の基板厚を１０ｍｍとしたときの入力アドミタンス−周波数特性を示すグラフ図である。 図２のアンテナにおいて、基板厚と第１、第２の直列共振周波数との関係を示すグラフ図である。 図２のアンテナにおいて、基板厚と第１、第２の直列共振周波数の中心周波数における入力コンダクタンスとの関係を示すグラフ図である。 本発明の第１の実施の形態の一変形例に係るアンテナを示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側から見た平面図、（ｂ）はプリント基板の裏面を表面側から透視した平面図である。 本発明の第１の実施の形態の一変形例に係るアンテナを示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側から見た平面図、（ｂ）はプリント基板の裏面を表面側から透視した平面図である。 （ａ），（ｂ）は、図１５のアンテナの寸法の一例を示す図である。 図１５のアンテナを無線機器の基板を模したガラスエポキシプリント基板に搭載したときの平面図である。 図１５のアンテナのリターンロス−周波数特性を示すグラフ図である。 図１５のアンテナの入力アドミタンス−周波数特性を示すグラフ図である。 図１５のアンテナの放射効率−周波数特性を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側から見た平面図、（ｂ）はプリント基板の裏面を表面側から透視した平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）はプリント基板の表面側から見た平面図、（ｂ）はプリント基板の裏面を表面側から透視した平面図である。 従来の平面多重アンテナの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

なお、本明細書において、“電気的に接続する”とは、接続する両端において、対象とする周波数の電気信号の電圧と電流の比（インピーダンス）の変化が略零であるように接続することを表す。

図１は、本発明のアンテナの概念を説明する図である。

図１に示すように、本発明のアンテナ１は、電磁波信号を送受信するアンテナ素子部２と、接地されるグラウンド導体３と、を備え、アンテナ素子部２は、平行に配置された２つの導体４、５と、２つの導体４，５のうち一方の導体４とグラウンド導体３との間に設けられ給電系に接続される給電部６と、２つの導体４，５のうち他方の導体５とグラウンド導体３とを電気的に接続する短絡部７と、２つの導体４，５同士を電気的に接続する導体接続部８と、を有しており、２つの導体４，５間の距離が、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下であることを特徴としている。

ここで、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数とは、アンテナ素子部２にて送受信可能な電磁波信号のうち最小の周波数であり、例えば、リターンロスが−６ｄＢより小さい帯域に含まれる最も小さい周波数のことをいう。

所謂逆Ｌアンテナ（あるいは先端開放アンテナ）の様な、導体とグラウンドから構成され、導体の一点とグラウンド間に給電される従来のアンテナでは、給電部からみた入力イミタンスの周波数特性において、最も周波数の小さい直列共振周波数をｆｏとすると、２ｆｏより小さい周波数帯域には、他に直列共振周波数は存在しない。また、この様な従来のアンテナでは、整合回路が必要な場合もあるが、直列共振周波数ｆｏ近傍で給電系との整合状態が比較的良好であり、この帯域においてアンテナとして動作する。なお、直列共振周波数とは、入力アドミタンスの実数成分である入力コンダクタンスが極大値となる周波数のことである。

これに対して、本発明のアンテナ１では、給電部６からみた入力イミタンスの周波数特性において、最も周波数の小さい直列共振周波数をｆｏ’とすると、２ｆｏ’より小さい周波数にもう一つの直列共振周波数ｆｏ’’を有している。アンテナ１は、従来のアンテナと同様に、直列共振周波数ｆｏ’およびｆｏ’’近傍において給電系との整合状態が比較的良好であり、これらの帯域においてアンテナ動作が可能である。また、直列共振周波数ｆｏ’とｆｏ’’は、導体形状（導体４，５間の距離や導体４，５の形状、導体接続部８の位置等）に依存しており、調整が可能である。

本発明のアンテナ１では、導体形状を適宜調整するにより、直列共振周波数ｆｏ’とｆｏ’’の値を適宜に選択し、直列共振周波数ｆｏ’近傍でアンテナ動作が可能である帯域（動作帯域という）と、直列共振周波数ｆｏ’’近傍の動作帯域とを合わせる（つまり、隣り合う動作帯域同士を重なり合わせる）ことで、従来のアンテナより大きい動作帯域を実現する。直列共振周波数ｆｏ’とｆｏ’’の差は、導体４，５間の距離に依存し、広帯域なアンテナを実現するには、導体４，５間の距離を、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下とする必要があることが、実験結果からわかっている（詳細は後述する）。

一般に、アンテナ高さとアンテナとして動作が可能な周波数帯域は正の相関を持つ。よって、アンテナとして動作が可能な周波数帯域が広くなれば、アンテナ高さを小さくしても十分な動作帯域を確保することが可能となり、アンテナの小型化が可能となる。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るアンテナを図２を用いて説明する。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１の実施の形態に係るアンテナ２１は、両面に配線パタンを形成可能な２層のプリント基板２２を用い、プリント基板２２の一方の面（第１層、以下表面という）Ｓに一方の導体４となる導体パタンとグラウンド導体３となる導体パタンとを形成し、プリント基板２２の他方の面（第２層、以下裏面という）Ｒに他方の導体５を形成したものである。なお、図２（ｂ）は、プリント基板２２の裏面を、プリント基板２２の表面側から透視した平面図である。

プリント基板２２としては、例えば、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）ガラスエポキシプリント基板を用いるとよい。

一方の導体４となる導体パタン（以下、単に一方の導体４という）は、平面視で長方形状に形成され、その長手方向の一端（図２（ａ）における左側の端部）とグラウンド導体３となる導体パタン（以下、単にグラウンド導体３という）との間に、給電部６が設けられる。給電部６には、図示しない同軸ケーブルを用いて給電がなされる。なお、第１の実施の形態では、グラウンド導体３を平面視で矩形状に形成しており、一方の導体４は、その長手方向が矩形状のグラウンド導体３の一辺に沿うように、グラウンド導体３に対して離間して形成されている。

他方の導体５となる導体パタン（以下、単に他方の導体５という）は、一方の導体４と同じ長方形状に形成され、プリント基板２を挟んで一方の導体４と対向するように形成される。なお、ここでは、一方の導体４と他方の導体５とを同じ形状としているが、一方の導体４と他方の導体５とは同じ形状でなくともよく、長さや幅など寸法、形状が異なっていてもよい。

他方の導体５の一端（図２（ｂ）における左側の端部）には、短絡部７となる導体パタン（以下、単に短絡部７という）が形成される。短絡部７は、他方の導体５の一端から、他方の導体５の長手方向と垂直方向（図２（ｂ）における下方）に延びるように形成される。他方の導体５と短絡部７とは一体に形成され、全体としてＬ字状（時計回りに９０°回転させたＬ字状）に形成される。短絡部７の先端部にはスルーホール２３が形成され、このスルーホール２３（スルーホール２３の内部に形成された導体）を介して、短絡部７とグラウンド導体３とが、電気的に接続されている。

また、一方の導体２と他方の導体３とは、スルーホール２４（スルーホール２４の内部に形成された導体）を介して電気的に接続される。つまり、第１の実施の形態では、導体接続部８は、プリント基板２２に形成されたスルーホール２４の内部に形成された導体からなる。

アンテナ２１では、２つの導体４，５間の距離は、プリント基板２２の基板厚で調整できる。つまり、プリント基板２２の基板厚は、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下とされる。

次に、入力イミタンスの周波数特性および直列共振周波数と、アンテナ構造の関係についてより詳細に説明する。ここでは、説明を容易とするため、本発明のアンテナ２１の入力アドミタンス−周波数特性と、従来のアンテナの入力アドミタンス−周波数特性とを比較する。

図２のアンテナ２１において、給電部６からアンテナ方向を見た入力アドミタンス−周波数特性の一例を図３に示す。図３における実線は、入力アドミタンスの実数成分であるコンダクタンスＧを表し、破線は虚数成分であるサセプタンスＢを表す。この入力アドミタンス−周波数特性において、入力アドミタンス周波数成分のコンダクタンスＧが極大値となる周波数が直列共振周波数である。

本発明の比較対象となる従来のアンテナとして、図４に示す先端開放アンテナ４１の入力アドミタンス−周波数特性の一例を図５に、図６に示す先端短絡アンテナ６１の入力アドミタンス−周波数特性の一例を図７に示す。

図４の先端開放アンテナ４１は、プリント基板４２の表面Ｓに形成された矩形導体（平面視で長方形状の導体パタン）４３とグラウンド導体４４とからなり、矩形導体４３の一端とグラウンド導体４４との間に給電部４５を設け、矩形導体４３の他端を開放した構造となっている。

図６の先端短絡アンテナ６１は、プリント基板６２の表面Ｓに形成された矩形導体（平面視で長方形状の導体パタン）６３とグラウンド導体６４とからなり、矩形導体６３の一端とグラウンド導体６４との間に給電部６５を設け、矩形導体６３の他端とグラウンド導体６４との間に両者を短絡する短絡部６６を設けた構造となっている。

一般に、通信端末に搭載されるアンテナシステムの特性インピーダンスは５０＋ｊ０［Ω］であり、特性アドミタンスはこの逆数の０．０２＋ｊ０［Ｓ］となる。このため、アンテナ１，４１，６１の入力アドミタンスが０．０２＋ｊ０［Ｓ］であるときに、アンテナシステムの給電系と完全整合となり、最も効率よく電磁波信号の送受信が可能となる。

図３，５，７に示すように、アンテナ１，４１，６１では、直列共振周波数（コンダクタンスＧが極大値となる周波数）の近傍で、コンダクタンスＧが０．０２［Ｓ］となっている。図３，５，７では、コンダクタンスＧが０．０２［Ｓ］となる周波数においてサセプタンスＢは零となっていないが、整合回路を追加することにより、サセプタンスＢの値を零に近づけることができ、給電系との良好な整合条件を実現することが可能である。例えば、先端開放アンテナ４１では、先端開放された矩形導体４３と並列に短絡線路（ショートスタブ）を追加して逆Ｆアンテナとすること等で、サセプタンスＢを零に調整し、給電系との良好な整合条件を実現することが可能である。

この様に、アンテナ１，４１，６１では、直列共振周波数の近傍、より詳細にはコンダクタンスＧが０．０２［Ｓ］となる周波数の近傍では、給電系との整合条件が良好となっている。

図４の先端開放アンテナ４１では、図５に示すように、直列共振周波数の値は小さい方から、約０．８５ＧＨｚ、約２．５ＧＨｚ、・・・である。一般的に、先端開放型のアンテナでは、直列共振周波数は周波数に対して周期的に生じ、最も小さい直列共振周波数以外の直列共振周波数は、最小の直列共振周波数の３ｎ倍（ｎ＝１、２、３・・・）となる。

また、図６の先端短絡アンテナ６１では、図７に示すように、直列共振周波数の値は小さい方から、約１．８ＧＨｚ、約３．５５ＧＨｚ、・・・である。一般的に、先端短絡型のアンテナでは、この様に、直列共振周波数は周波数に対して周期的に生じ、最も小さい直列共振周波数以外の直列共振周波数は、最小の直列共振周波数の２ｎ倍（ｎ＝１、２、３・・・）となる。

これに対して、第１の実施の形態に係るアンテナ２１では、図３に示すように、直列共振周波数は小さい方から、０．９３ＧＨｚ、１．１８ＧＨｚ、・・・であり、上述の先端開放アンテナ４１や先端短絡アンテナ６１と異なり、最小の直列共振周波数と隣り合う直列共振周波数の差が、最小の直列共振周波数より小さくなっている。換言すれば、アンテナ２１では、先端開放アンテナ４１や先端短絡アンテナ６１と比較して、最小の直列共振周波数（以下、第１の直列共振周波数という）と、その最小の直列共振周波数の次に小さい直列共振周波数（以下、第２の直列共振周波数という）との差が小さくなっている。

また、図３の入力アドミタンス−周波数特性をより詳細に検討すると、アンテナ２１では、第２の直列共振周波数の２ｎ倍の周波数に直列共振周波数が生じていることがわかる。さらに、図３では縮尺の関係上見えにくいが、第１の直列共振周波数の３ｎ倍の周波数にも直列共振周波数が生じている。つまり、アンテナ２１では、アンテナ素子部２が、先端短絡型と先端開放型の両方の特徴を兼ね備えており、その結果、第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数との差が小さくなっていると考えられる。

アンテナ２１の先端開放型としての動作（すなわち第１の直列共振周波数）は、給電部６から導体４，５の他端までの長さに影響され、先端短絡型としての動作（すなわち第２の直列共振周波数）は、給電部６からスルーホール２４までの長さに影響されることが、実験結果からわかっている。したがって、これらの長さを適宜調整することで、第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数との差を調整することが可能である。なお、導体４，５の長さを変更すると動作帯域が変わってしまうので、スルーホール２４の配置位置によって第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数との差を調整するとよい。

この様に、第１の実施の形態に係るアンテア２１は、２つの直列共振周波数をより小さい周波数帯域内に配置することが可能であり、それら直列共振周波数の間隔を適宜に調整し、整合状態が良好な２つの周波数帯域を近づけることにより、１つの、より帯域が大きい、整合状態が良好な周波数帯域とすることが可能である。

次に、２つの導体４，５間の距離を、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下とする理由について説明する。

プリント基板２２としてＦＲ４ガラスエポキシプリント基板を用い、プリント基板２２の基板厚を１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍとして、図２のアンテナ２１と同じ構造のアンテナを作製し、各アンテナの入力アドミタンスの測定を行った。作製した各アンテナの入力アドミタンス−周波数特性の測定結果を図８〜１１にそれぞれ示す。

また、測定した図８〜１１の入力アドミタンス−周波数特性より、各アンテナの第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数を求め、基板厚と第１、第２の直列共振周波数との関係を求めた。結果を図１２に示す。

さらに、図８〜１１の入力アドミタンス−周波数特性より、第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数の中心周波数（第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数を足して２で割った周波数）における入力コンダクタンスＧの値を求め、基板厚と第１、第２の直列共振周波数の中心周波数における入力コンダクタンスＧとの関係を求めた。結果を図１３に示す。

図１３に示すように、基板厚が大きくなるほど、第１、第２の直列共振周波数の中心周波数における入力コンダクタンスＧが小さくなっており、基板厚と第１、第２の直列共振周波数の中心周波数における入力コンダクタンスＧとは、負の相関関係にあることがわかる。

本発明では、上述のように、第１の直列共振周波数近傍の動作帯域と、第２の直列共振周波数近傍の動作帯域とを重ね合わせることにより、従来のアンテナより大きい動作帯域を実現する。したがって、第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数の間の周波数において、給電系との良好な整合条件を実現する必要がある。具体的には、例えば、アンテナのリターンロスが−６ｄＢより小さい整合条件を実現するには、少なくとも、入力コンダクタンスＧが１／１５０≒０．００６７［Ｓ］より大きい必要がある。

図１３より、第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数の中心周波数の入力コンダクタンスＧを０．００６７［Ｓ］より大きくし、給電系との良好な整合条件を実現するためには、少なくとも、基板厚は３ｍｍより小さい必要があることがわかる。

基板厚３ｍｍのアンテナでは、図１２より、最も小さい直列共振周波数である第１の直列共振周波数は、７９０ＭＨｚである。本発明のアンテナは、第１の直列共振周波数近傍において給電系との整合条件が良好であるから、第１の直列共振周波数より小さい周波数でもアンテナとして動作する。つまり、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数は７９０ＭＨｚ（波長は約０．３８ｍ）よりも小さい。したがって、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長は、少なくとも０．３８ｍより大きくなる。

以上の結果をまとめると、図２のアンテナ２１において、第１、第２の直列共振周波数近傍の動作帯域を重ね合わせて広帯域なアンテナを実現するためには、プリント基板２２の基板厚、すなわち導体４，５間の距離を、少なくとも３ｍｍより小さくする必要がある。また、このときアンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長は、少なくとも０．３８ｍより大きくなる。

アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長は０．３８ｍより大きく、かつ、広帯域なアンテナを実現するには２つの導体４，５間の距離を３ｍｍより小さくする必要があることから、導体４，５間の距離をアンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下とする必要がある。

次に、第１の実施の形態の変形例を説明する。

図１４（ａ），（ｂ）に示すアンテナ１４１は、図２のアンテナ２１において、一方の導体４とグラウンド導体３との間に、整合調整のための短絡線路（ショートスタブ）１４１を設けたものである。短絡線路１４２は線状の導体パタンからなり、その一端が一方の導体４と電気的に接続され、他端がグラウンド導体３と電気的に接続される。

短絡線路１４２は、入力アドミタンスの入力サセプタンスＢを調整し、整合改善を図るためのものであり、給電部６に対して並列に接続される。よって、整合状況によっては、図２のアンテナ２１のように短絡線路１４２を省略することも可能である。また、整合状況によっては、短絡線路１４２に代えて開放線路（オープンスタブ）を設けてもよい。

図１５（ａ），（ｂ）に示すアンテナ１５１は、各導体パタンのレイアウトが若干異なるものの、基本的には図１４のアンテナ１４１と同じものである。

アンテナ１５１では、グラウンド導体３をプリント基板２２の裏面Ｒ側に形成すると共に、グラウンド導体３と離間させて給電パタン１５２を形成し、グラウンド導体３と給電パタン１５２との間に給電部６を設けている。給電パタン１５２は、スルーホール１５３を介して、プリント基板２２の表面Ｓ側に形成された一方の導体４と電気的に接続されている。また、アンテナ１５１では、グラウンド導体３をプリント基板２２の裏面Ｒ側に形成したため、短絡線路１４２とグラウンド導体３とを、スルーホール１５４を介して電気的に接続するようにしている。

プリント基板２２として、両面に厚さ３６μｍの銅箔（導体パタン）を形成し、かつ総厚が１ｍｍであるガラスエポキシプリント基板を用いて、図１５のアンテナ１５１を作製し、リターンロスと入力アドミタンス、放射効率の測定を行った。作製したアンテナ１５１の寸法は、図１６に示す通りである。

リターンロスと入力アドミタンス、放射効率の測定を行う際には、図１７に示すように、アンテナ１５１が搭載される無線機器の基板を模した、片面銅箔で総厚が１ｍｍであるガラスエポキシプリント基板１７１を用意し、このガラスエポキシプリント基板１７１の銅箔１７２とアンテナ１５１のグラウンド導体３とを、銅箔テープ１７３により電気的に接続し、給電部６に同軸ケーブル１７４で給電して測定を行った。ガラスエポキシプリント基板１７１の寸法は２２５ｍｍ×２０５ｍｍとし、２０５ｍｍの一片の中心に位置するように、作製したアンテナ１５１を配置した。リターンロスの測定結果を図１８に、入力アドミタンスの測定結果を図１９に、放射効率の測定結果を図２０に示す。

図１８に示すように、作製したアンテナ１５１は、リターンロスが−６ｄＢより小さい帯域幅が約２７０ＭＨｚ（７１０〜９８０ＭＨｚ）であり、この帯域において給電系の整合が良好であることがわかる。

また、図１９に示すように、作製したアンテナ１５１は、最も周波数の低い直列共振周波数（第１の直列共振周波数）の２倍よりも小さい周波数帯域に、もう一つの直列共振周波数（第２の直列共振周波数）が存在しており、本発明のアンテナの特徴を有していることがわかる。

さらに、図２０より、周波数が７００〜９６０ＭＨｚにおいて放射効率が−４ｄＢ以上であり、この帯域においてアンテナとして動作していることがわかる。また、作製したアンテナ１５１の動作帯域を比帯域で表すと約３２％であり、小型アンテナとしては非常に広い動作帯域を実現できていることがわかる。

次に、第１の実施の形態の作用を説明する。

第１の実施の形態に係るアンテナ２１，１４１，１５１では、アンテナ素子部２を、平行に配置された２つの導体４、５と、２つの導体４，５のうち一方の導体４とグラウンド導体３との間に設けられ給電系に接続される給電部６と、２つの導体４，５のうち他方の導体５とグラウンド導体３とを電気的に接続する短絡部７と、２つの導体４，５同士を電気的に接続する導体接続部８と、で構成し、２つの導体４，５間の距離を、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下としている。

これにより、先端短絡型と先端開放型の両方の特徴を兼ね備えたアンテナ素子部２を実現でき、最も周波数の小さい直列共振周波数（第１の直列共振周波数）近傍の動作帯域と、２番目に小さい直列共振周波数（第２の直列共振周波数）近傍の動作帯域とを重ね合わせて、従来のアンテナより大きい動作帯域を実現することが可能になる。つまり、本発明によれば、従来のアンテナと同程度のサイズであれば、従来のアンテナよりも動作帯域が広いアンテナ２１，１４１，１５１を実現できる。

したがって、導体４，５とグラウンド導体３との距離を近付けてアンテナの高さを低くして動作帯域が減少したとしても、従来のアンテナと同程度の十分な動作帯域を確保することが可能となり、低背で小型であり、従来のアンテナと同等の周波数帯域に対応可能なアンテナ２１，１４１，１５１を実現できる。

このように、本発明によれば、従来のアンテナと比較して小型であり、特に、アンテナの高さ、つまりグラウンド導体３の上端からグラウンド導体３から最も離れたアンテナ素子部２の最上端までの距離を小さくすることが可能である。上述のように、無線装置にアンテナを搭載する際には、一般的に、良好なアンテナ特性を保つために、無線装置のなかでも筺体の壁に近い場所にアンテナを配置する。よって、低背で小型な本発明のアンテナ２１，１４１，１５１を用いることで、無線装置の外形の凹凸を少なくすることが可能であり、より収納が容易であり、より小型な無線装置の実現が可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図２１を用いて説明する。

図２１（ａ），（ｂ）に示すアンテナ２１１は、基本的に図１４のアンテナ１４１と同じ構成であり、給電部６に、第２のアンテナ素子部２１２となる第２の導体２１３を並列接続したものである。

第２の導体２１３は、プリント基板２２の表面Ｓ側に形成された平面視で長方形状の導体パタンからなり、その一端が、一方の導体４と給電部６が電気的に接続される部分に電気的に接続され、他端は開放されている。このアンテナ２１１では、一方の導体４と第２の導体２１３とをひと繋がりの長方形状の導体パタンで形成している。

アンテナ２１１では、第２のアンテナ素子部２１２が先端開放型のアンテナとして動作することになる。なお、ここでは、第２の導体パタン２１３を先端開放としているが、先端短絡としてもよい。また、第２の導体パタン２１３とグラウンド導体３とを電気的に接続する短絡線路を設けてもよい。

第２の実施の形態に係るアンテナ２１１によれば、第２の導体パタン２１３の寸法を適宜選択することによって、第２のアンテナ素子部２１２をアンテナ素子部２と別の帯域で動作させることが可能であり、複数の帯域でのアンテナ動作が可能になる。したがって、第２の実施の形態によれば、複数のシステムに対応が可能なアンテナ２１１を実現できる。

ここでは、第２の導体パタン２１３を１つ設ける場合を説明したが、同様に複数の第２の導体パタンを並列接続することにより、より多くの帯域でのアンテナ動作を可能とし、より多くのシステムに対応が可能なアンテナを実現できる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を図２２を用いて説明する。

図２２（ａ），（ｂ）に示すアンテナ２２１は、基本的に図１４のアンテナ１４１と同じ構成であり、アンテナ素子部２に加えて、さらに、アンテナ素子部２の２つの導体４，５とは寸法あるいは形状が異なる導体２２３，２２４を有するアンテナ素子部２２２を並列接続したものである。

アンテナ素子部２２２は、アンテナ素子部２と給電部６及び短絡部７を共通として設けられる。つまり、２つのアンテナ素子部２，２２２は、給電部６に対して並列に接続されている。

アンテナ素子部２２２の一方の導体２２３は、プリント基板２２の表面Ｓ側に形成された平面視で長方形状の導体パタンからなり、その一端が、アンテナ素子部２の一方の導体４と給電部６が電気的に接続される部分に電気的に接続され、他端は開放されている。アンテナ２２１では、両アンテナ素子部２，２２２の一方の導体４，２２３同士をひと繋がりの長方形状の導体パタンで形成している。

アンテナ素子部２２２の他方の導体２２４は、プリント基板２２の裏面Ｒ側に形成された平面視で長方形状の導体パタンからなり、その一端が、アンテナ素子部２の他方の導体５と短絡部７が電気的に接続される部分に電気的に接続され、他端は開放されている。アンテナ２２１では、両アンテナ素子部２，２２２の他方の導体５，２２４同士をひと繋がりの導体パタンで形成している。

アンテナ素子部２２２の一方の導体２２３と他方の導体２２４とは、スルーホール２２５を介して電気的に接続される。スルーホール２２５の位置は、アンテナ素子部２２２の第１の直列共振周波数と第２の直列共振周波数との差を小さくし、動作帯域が広くなるよう適宜設定するとよい。なお、図２２では図示していないが、アンテナ素子部２と同様に、アンテナ素子部２２２にも整合調整のための短絡線路を設けるようにしてもよい。

アンテナ２２１では、アンテナ素子部２２２の導体２２３，２２４を、アンテナ素子部２の導体４，５よりも短くしており、導体の長さ（寸法）を異ならせている。これにより、アンテナ素子部２，２２２の動作帯域を異ならせ、複数の帯域でのアンテナ動作を可能とし、複数のシステムに対応が可能なアンテナ２２１を実現できる。

ここでは、２つのアンテナ素子部２，２２２を並列接続する場合を説明したが、同様に３つ以上のアンテナ素子部を並列接続することにより、より多くの帯域でのアンテナ動作を可能とし、より多くのシステムに対応が可能なアンテナを実現できる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、プリント基板２２の表裏面に形成した導体パタンにより各導体を構成したが、これに限らず、銅板などの導体板を用いて各導体を構成するようにしてもよい。この場合、アンテナ素子部２の２つの導体４，５を、平行に配置された２枚の導体板で構成し、導体接続部８を、導体板同士を電気的に接続する線状導体で構成するとよい。

また、上記実施の形態では、アンテナ素子部２の２つの導体４，５を平行としているが、導体４，５は厳密に平行である必要はなく、多少のずれがあったとしても、当然に本発明の権利範囲に含まれる。

１ アンテナ
２ アンテナ素子部
３ グラウンド導体
４，５ 導体
６ 給電部
７ 短絡部
８ 導体接続部

Claims (12)

1. 電磁波信号を送受信するアンテナ素子部と、接地されるグラウンド導体と、を備え、
   前記アンテナ素子部は、
   平行に配置された２つの導体と、
   前記２つの導体のうち一方の導体と前記グラウンド導体との間に設けられ、給電系に接続される給電部と、
   前記２つの導体のうち他方の導体と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、
   前記２つの導体同士を電気的に接続する導体接続部と、を有し、
   前記２つの導体間の距離が、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下である
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 前記一方の導体は、プリント基板の一方の面に形成された導体パタンからなり、
   前記他方の導体は、前記プリント基板の他方の面に形成された導体パタンからなり、
   前記導体接続部は、前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体からなる
   請求項１記載のアンテナ。
3. 前記２つの導体のそれぞれは、導体板からなり、
   前記導体接続部は、前記導体板同士を電気的に接続する線状導体からなる
   請求項１記載のアンテナ。
4. 前記給電部に、第２のアンテナ素子部となる第２の導体を並列接続した請求項１〜３いずれかに記載のアンテナ。
5. 前記給電部を共通とし、前記２つの導体の寸法あるいは形状が異なる複数の前記アンテナ素子部を備えた請求項１〜３いずれかに記載のアンテナ。
6. 前記給電部には、同軸ケーブルを用いて給電がなされる請求項１〜５いずれかに記載のアンテナ。
7. アンテナを備え、電磁波信号により情報を伝達する無線装置であって、
   前記アンテナは、
   電磁波信号を送受信するアンテナ素子部と、接地されるグラウンド導体と、を備え、
   前記アンテナ素子部は、
   平行に配置された２つの導体と、
   前記２つの導体のうち一方の導体と前記グラウンド導体との間に設けられ、給電系に接続される給電部と、
   前記２つの導体のうち他方の導体と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、
   前記２つの導体同士を電気的に接続する導体接続部と、を有し、
   前記２つの導体間の距離が、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長の１／１００以下である
   ことを特徴とする無線装置。
8. 前記一方の導体は、プリント基板の一方の面に形成された導体パタンからなり、
   前記他方の導体は、前記プリント基板の他方の面に形成された導体パタンからなり、
   前記導体接続部は、前記プリント基板に形成されたスルーホールの内部に形成された導体からなる
   請求項７記載の無線装置。
9. 前記２つの導体のそれぞれは、導体板からなり、
   前記導体接続部は、前記導体板同士を電気的に接続する線状導体からなる
   請求項７記載の無線装置。
10. 前記給電部に、第２のアンテナ素子部となる第２の導体を並列接続した請求項７〜９いずれかに記載の無線装置。
11. 前記給電部を共通とし、前記２つの導体の寸法あるいは形状が異なる複数の前記アンテナ素子部を備えた請求項７〜９いずれかに記載の無線装置。
12. 前記給電部には、同軸ケーブルを用いて給電がなされる請求項７〜１１いずれかに記載の無線装置。