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JP2014239539A - 電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】周波数帯の異なる複数のシステムで兼用できる小型のアンテナ装置を提供する。
【解決手段】基板１０の非グランド領域ＮＧＺに、コ字状の放射素子２１が形成されている。放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間には、第２周波数帯（ＨＦ帯）で等価的にショート状態になるインダクタＬ１（第１リアクタンス素子）が接続されている。放射素子２１の第１端とグランド導体１１との間には、第１周波数帯（ＵＨＦ帯）で等価的にショート状態になるキャパシタＣ１（第２リアクタンス素子）が接続されている。ＵＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１が電界放射に寄与する逆Ｆ型アンテナとして作用する。ＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１によるループが磁界放射に寄与するループアンテナとして作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は周波数帯の異なる通信信号を用いる通信システムで兼用されるアンテナ装置およびそのアンテナ装置を備える電子機器に関する。
近年の高機能化に伴い、通話用のアンテナだけではなく、ＧＰＳ、無線ＬＡＮ、地デジ放送など様々な通信（放送）システムのためのアンテナが内蔵されるようになってきている。
周波数帯の異なる通信信号を用いる通信システムで兼用されるアンテナ装置については例えば特許文献１に示されている。
特開２００７−１９４９９５号公報
一方、携帯電話端末など、小型の通信端末装置は、その小型化、薄型化にともなう機械的強度の劣化に対応するため、これまで樹脂で作られていた筐体の全面に金属メッキをするなど、筺体の「金属化」が進められている。但し、金属化した筺体の内側にアンテナを内蔵すると、アンテナから出力される信号が金属によって遮蔽されるため、通信できなくなる問題がある。そのため、一般的には、筺体の一部を非金属化して、その付近にアンテナを実装する構造が採られる。
しかし、最近では、ＮＦＣ(Near Field Communication)などのＨＦ帯ＲＦＩＤシステムが内蔵されることも増えてきている。このＨＦ帯ＲＦＩＤシステムで使われるアンテナコイルをも前記非金属部に配置させるとなると、アンテナに必要なスペースの確保が非常に困難になる。
すなわち、複数の周波数帯域を適用するアンテナを如何に構成するか、如何に組み込むか、が課題であった。
上述の事情は、通信用や放送受信用のアンテナに限らず、電力伝送用のアンテナ（送受電部）を備える電子機器にも同様で当てはまる。
本発明の目的は、周波数帯の異なる複数のシステムで兼用できる小型のアンテナ装置およびそれを備える電子機器を提供することにある。
本発明のアンテナ装置は次のように構成される。
（１） 電界型アンテナの放射素子と、前記放射素子に対向配置されたグランド導体と、を備え、
前記放射素子と前記グランド導体との間に少なくとも一つの第１リアクタンス素子が接続されていて、前記放射素子、前記第１リアクタンス素子および前記グランド導体によってループ部が構成され、
前記放射素子は第１周波数帯用の電界型アンテナ素子であり、
前記ループ部は、前記第１周波数帯よりも低い第２周波数帯用のアンテナ素子であり、
前記第１リアクタンス素子は、インピーダンスが、前記第１周波数帯に比べて前記第２周波数帯でショート状態に近づき、前記第２周波数帯に比べて前記第１周波数帯でオープン状態に近づく素子であり、
前記第１リアクタンス素子は、前記放射素子を構成する線路の端部と前記グランド導体とを接続する位置に設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、放射素子は第１周波数帯（例えばＵＨＦ帯）においては本来の電界放射素子として作用し、第２周波数帯（例えばＨＦ帯）においては、前記放射素子の全部または一部がループ部の一部として兼用されて放射素子として作用する。そのため、第１の周波数帯を用いるシステムと第２の周波数帯を用いるシステムとで兼用でき、アンテナ装置の小型化が図れる。また、第１リアクタンス素子は第１周波数帯でのアンテナ動作に影響を与えず、且つ前記ループ部を第２周波数でのアンテナとして作用させることができる。
（２）前記第１リアクタンス素子は前記第１周波数帯で容量性、前記第２周波数帯で誘導性となるインダクタであることが好ましい。この構成によって、第１リアクタンス素子は第１周波数帯（ＵＨＦ帯）の使用周波数で共振回路のキャパシタンスとして利用でき、第２の周波数帯（ＨＦ帯）では共振回路のインダクタンスとして利用できる。
（３）前記第１リアクタンス素子、前記放射素子および前記グランド導体とともに直列接続される第２リアクタンス素子を備え、
前記第２リアクタンス素子は、インピーダンスが、第１周波数帯に比べて第２周波数帯でオープン状態に近づき、第２周波数帯に比べて第１周波数帯でショート状態に近づく素子（キャパシタ）であることが好ましい。
上記構成によって、第２リアクタンス素子は、第１周波数帯（例えばＵＨＦ帯）の使用周波数で接地端として利用でき、第１周波数帯において前記放射素子を一端接地の放射素子として用いることができる。
（４）上記（３）において、第２リアクタンス素子は前記第１周波数帯で誘導性、前記第２周波数帯で容量性となるキャパシタであることが好ましい。この構成によって、このキャパシタを第２周波数帯（例えばＨＦ）での共振回路のキャパシタンスとして利用でき、その共振回路の共振周波数を定めることができる。また、前記キャパシタと前記放射素子との間（第２リアクタンス素子の両端）を第２周波数帯通信信号の給電部として利用できる。
（５）前記第１リアクタンス素子（インダクタ）、前記第２リアクタンス素子（キャパシタ）、および前記第２リアクタンス素子の両端に前記第２周波数帯の通信信号を給電する給電回路は１つの高周波モジュールとして構成されていることが好ましい。この構成により、実装すべき部品点数が削減され、且つ放射素子の構造が簡素化できる。
（６）前記放射素子に対する前記第１周波数帯の通信信号の給電点に接続され（前記第１周波数帯の通信信号の給電回路との間に接続され）、前記第１周波数帯に比べて前記第２周波数帯で高インピーダンスとなる第３リアクタンス素子を備えることが好ましい。この構成により、第１周波数帯の通信信号の給電回路と第１周波数帯の通信信号の給電点との間に第３のリアクタンス素子が接続され、この第３のリアクタンス素子が第２周波数帯の信号についてのデカップリング用の素子として作用する。そのため、第２周波数帯の通信時に第１周波数帯の給電回路が悪影響を与えることがない。
（７）前記第２周波数帯の通信信号の給電回路が接続され、前記ループと磁界結合する給電コイルを備えることが必要に応じて好ましい。この構成によって、放射素子に直接給電する回路が不要となり、給電構造および給電回路の構成が簡易化できる。また、給電コイルがＲＦＩＤアンテナとして作用する場合に、前記ループ部をＲＦＩＤアンテナの共振ブースターとして用いることができる。
（８）例えば、前記放射素子はセルラー通信用のアンテナであり、前記ループ部はＨＦ帯ＲＦＩＤシステム用のアンテナである。
（９）前記第１リアクタンス素子は、複数のリアクタンス素子が直列接続されて構成されていることが好ましい。この構成によって、複数のリアクタンス素子それぞれは寄生成分によって自己共振する場合でも、それぞれの共振周波数でオープン状態となる。そのため、それらの共振周波数において放射素子はアンテナとして作用するので広帯域化できる。
（１０）本発明の電子機器は、上記（１）に示したアンテナ装置、このアンテナ装置に対する第１周波数帯の通信信号を給電する第１給電回路および第２周波数帯の通信信号または電力を給電する第２給電回路を備える。
本発明によれば、放射素子を第１周波数帯においては電界放射素子として、第２周波数帯においては磁界放射素子として作用するため、第１の周波数帯を用いる通信システムと第２の周波数帯を用いる通信システムとで兼用でき、アンテナ装置の小型化が図れる。
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の主要部の平面図である。 図２は２つの周波数帯におけるアンテナ装置１０１の等価回路図である。 図３は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の集中定数素子による等価回路図である。 図４は第２給電回路３２の入出力部にローパスフィルタＬＰＦを設けた場合の等価回路図である。 図５は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の主要部の平面図である。 図６は第２の実施形態のアンテナ装置のＨＦ帯での等価回路図である。 図７は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の主要部の平面図である。 図８は２つの周波数帯における、第３の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図である。 図９は第４の実施形態に係るアンテナ装置の、特に放射素子２１の構造を示す図である。 図１０は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の主要部の平面図である。 図１１は第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の主要部の平面図である。 図１２は給電コイル３３と放射素子２１との磁界結合の様子を示す図である。 図１３は第６の実施形態に係るアンテナ装置のＨＦ帯での等価回路図である。 図１４は第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の主要部の平面図である。 図１５は２つの周波数帯における、第７の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路図である。 図１６は第８の実施形態に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置２０１の、下部筐体を取り外した状態での平面図である。 図１７は第９の実施形態に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置２０２の、下部筐体を取り外した状態での平面図である。 図１８は第１０の実施形態に係る通信端末装置２０３の、下部筐体を取り外した状態での平面図である。 図１９は第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の主要部の平面図である。 図２０は、給電回路から見た第１リアクタンス素子の挿入損失（Ｓ２１）の周波数特性を示す図である。
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の主要部の平面図である。このアンテナ装置１０１は基板１０に構成されている。基板１０にはグランド導体１１の形成領域と、グランド導体が形成されていない非グランド領域ＮＧＺとを備えている。非グランド領域ＮＧＺには、コ字状の放射素子２１が形成されている。すなわち、この放射素子２１はグランド導体１１の端辺に対して平行な部分とその平行部分からグランド導体方向へ延びる部分とで構成されている。放射素子２１の第１端とグランド導体１１との間にはチップキャパシタ（コンデンサ）Ｃ１が実装されていて電気的に接続されている。また、放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１が実装されていて電気的に接続されている。インダクタＬ１は、本発明に係る第１リアクタンス素子、キャパシタＣ１は本発明に係る第２リアクタンス素子に相当する。
基板１０には、ＵＨＦ帯（第１周波数帯）用ＩＣによる第１給電回路３１およびＨＦ帯（第２周波数帯）ＲＦＩＤ用ＩＣによる第２給電回路３２がそれぞれ設けられている。
第１給電回路３１の入出力部はキャパシタＣ３を介して放射素子２１の所定の給電点に接続されている。また、第２給電回路３２の入出力部はキャパシタＣ２を介して放射素子２１の第１端付近に接続されている。
図２は２つの周波数帯におけるアンテナ装置１０１の等価回路図である。図２において等価回路ＥＣ１１，ＥＣ１２はＵＨＦ帯での等価回路図、等価回路ＥＣ２０はＨＦ帯での等価回路図である。
図１に示したキャパシタＣ１は、ＵＨＦ帯では低インピーダンスで等価的にショート状態となるので、図２の等価回路ＥＣ１１において接地端ＳＰで示すとおり、放射素子２１の第１端はグランド導体１１に接地される。また、図１に示したインダクタＬ１は、ＵＨＦ帯では高インピーダンスで等価的にオープン状態となるので、図２の等価回路ＥＣ１１において開放端ＯＰで示すとおり、放射素子２１の第２端は開放される。キャパシタＣ１はＵＨＦ帯では素子の誘導性リアクタンスが支配的となるので、図２の等価回路ＥＣ１２に示すように等価的なインダクタＬｅを介して接地されているように表すこともできる。また、インダクタＬ１は、ＵＨＦ帯では素子の容量性リアクタンスが支配的となるので、図２の等価回路ＥＣ１２に示すように、放射素子２１の開放端と接地との間に等価的なキャパシタＣｅが接続されているように表すこともできる。
第１給電回路３１は放射素子２１上の所定の給電点に電圧給電する。ＵＨＦ帯では、放射素子２１の開放端が電界強度最大、接地端ＳＰが電流強度最大となるように共振する。換言すると、ＵＨＦ帯で共振するように、放射素子２１の長さ、等価的インダクタＬｅおよびキャパシタＣｅの値などが定められている。但し、この放射素子２１は７００ＭＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯域のうちローバンドでは基本波モードで共振し、ハイバンドでは高次モードで共振する。このようにして、ＵＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１が電界放射に寄与する逆Ｆ型アンテナとして作用する。なお、ここでは逆Ｆ型アンテナを例示しているが、モノポールアンテナなどにも同様に適用できる。また、板状逆Ｆアンテナ（PIFA）等のパッチアンテナでも同様に適用できる。
一方、ＨＦ帯では、図２の等価回路ＥＣ２０に示すように、放射素子２１、この放射素子２１に対向するグランド導体１１の端辺およびインダクタＬ１によるインダクタンスとキャパシタＣ１のキャパシタンスとでＬＣ共振回路が構成される。第２給電回路３２はキャパシタＣ２を介してキャパシタＣ１の両端に第２周波数の通信信号を給電する。
上記ＬＣ共振回路はＨＦ帯で共振し、放射素子２１およびグランド導体１１の端辺に共振電流が流れる。換言すると、ＨＦ帯で共振するように、放射素子２１の長さ、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１の値などが定められている。このようにして、ＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１によるループ部が磁界放射に寄与するループアンテナとして作用する。
図１に示したキャパシタＣ３は、ＨＦ帯（第２周波数帯）では高インピーダンスとなって、第１給電回路３１が等価的に接続されていない状態となるので、第１給電回路３１はＨＦ帯の通信に影響を与えない。また、ＵＨＦ帯（第１周波数帯）では、放射素子２１の第１端は等価的に接地されているか、低インダクタンスを介して接地されているので、第２給電回路３２にＵＨＦ帯の通信信号が流れることがなく、第２給電回路３２はＵＨＦ帯の通信に影響を与えない。
このようにして、アンテナ装置１０１はＵＨＦ帯（第１周波数帯）を用いる通信用アンテナおよびＨＦ帯（第２周波数帯）を用いる通信用アンテナとして作用する。
図３は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の集中定数素子による等価回路図である。図３において等価回路ＥＣ１はＵＨＦ帯での等価回路図、等価回路ＥＣ２はＨＦ帯での等価回路図である。図３において、放射素子２１をインダクタＬ２１Ａ，Ｌ２１Ｂで表し、グランド導体１１をインダクタＬ１１で表している。
図３に示すように、ＵＨＦ帯では等価回路ＥＣ１において矢印で示す電流が流れて、逆Ｆ型アンテナとして作用する。ＨＦ帯では、等価回路ＥＣ２において矢印で示す電流が流れて、ループアンテナとして作用する。
図４は第２給電回路３２の入出力部にローパスフィルタＬＰＦを設けた場合の等価回路図である。図４の例では、ＲＦＩＤ用ＩＣで構成される給電回路３２とキャパシタＣ２との間にインダクタＬ４およびキャパシタＣ４によるローパスフィルタＬＰＦが設けられている。その他の構成は図３の等価回路ＥＣ１に示したとおりである。ローパスフィルタＬＰＦはＲＦＩＤ用ＩＣから出力される高周波のノイズ成分を除去する。これによりＵＨＦ帯を用いる通信およびＨＦ帯を用いる通信に与えるノイズ成分の影響を抑制する。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では第２給電回路がアンテナに平衡給電する例について示す。
図５は第２の実施形態に係るアンテナ装置１０２の主要部の平面図である。このアンテナ装置１０２は基板１０に構成されている。基板１０にはグランド導体１１の形成領域と、グランド導体が形成されていない非グランド領域ＮＧＺとを備えている。非グランド領域ＮＧＺには、コ字状の放射素子２１が形成されている。放射素子２１の第１端とグランド導体１１との間には複数のチップ部品および第２給電回路３２を含む回路が構成されている。放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１が接続されている。その他の構成は図１に示したものと同様である。
図６は第２の実施形態のアンテナ装置１０２のＨＦ帯での等価回路図である。図６において放射素子２１をインダクタＬ２１で表し、グランド導体１１をインダクタＬ１１で表している。これらのインダクタＬ２１，Ｌ１１，Ｌ１およびキャパシタＣ１Ａ，Ｃ１ＢによってＬＣ共振回路が構成される。
第２給電回路３２とキャパシタＣ２Ａ，Ｃ２Ｂとの間にはインダクタＬ４Ａ，Ｌ４ＢおよびキャパシタＣ４Ａ，Ｃ４Ｂによるローパスフィルタが構成されている。第２給電回路３２は上記ローパスフィルタおよびキャパシタＣ２Ａ，Ｃ２Ｂを介してキャパシタＣ１Ａ，Ｃ１Ｂの両端に第２周波数の通信信号を平衡給電する。このように平衡給電回路を適用することもできる。
《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係るアンテナ装置１０３の主要部の平面図である。このアンテナ装置１０３は基板１０に構成されている。基板１０にはグランド導体１１の形成領域と、グランド導体が形成されていない非グランド領域ＮＧＺとを備えている。非グランド領域ＮＧＺには、コ字状の放射素子２１が形成されている。放射素子２１の第１端はグランド導体１１に直接接地されている。放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１およびチップキャパシタＣ１が直列に接続されている。
基板１０には、ＵＨＦ帯用ＩＣによる第１給電回路３１およびＨＦ帯ＲＦＩＤ用ＩＣによる第２給電回路３２がそれぞれ設けられている。
第１給電回路３１の入出力部はキャパシタＣ３を介して放射素子２１の所定の給電点に接続されている。また、第２給電回路３２の入出力部はキャパシタＣ２を介して、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続部に接続されている。
上記インダクタＬ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および第２給電回路３２は１つのＲＦモジュール４１として構成されていて、このＲＦモジュール４１が基板１０に実装されている。
図８は２つの周波数帯におけるアンテナ装置１０３の等価回路図である。図８において等価回路ＥＣ１１，ＥＣ１２はＵＨＦ帯での等価回路図、等価回路ＥＣ２０はＨＦ帯での等価回路図である。
図７に示したキャパシタＣ１は、ＵＨＦ帯では低インピーダンスで等価的にショート状態となるが、図７に示したインダクタＬ１はＵＨＦ帯では高インピーダンスで等価的にオープン状態となる。そのため、図８の等価回路ＥＣ１１において開放端ＯＰで示すとおり、放射素子２１の第２端は開放される。ＵＨＦ帯におけるキャパシタＣ１およびインダクタＬ１のキャパシタンス成分を等価的なキャパシタＣｅで表せば、図８の等価回路ＥＣ１２に示すように、放射素子２１の開放端と接地との間に等価的なキャパシタＣｅが接続されているように表すこともできる。
第１給電回路３１は放射素子２１上の所定の給電点に電圧給電する。ＵＨＦ帯では、放射素子２１の開放端が電界強度最大、接地端ＳＰが電流強度最大となるように共振する。換言すると、ＵＨＦ帯で共振するように、放射素子２１の長さ、等価的キャパシタＣｅの値などが定められている。このようにして、ＵＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１が電界放射に寄与する逆Ｆ型アンテナとして作用する。
一方、ＨＦ帯では、図８の等価回路ＥＣ２０に示すように、放射素子２１、この放射素子２１に対向するグランド導体１１の端辺およびインダクタＬ１によるインダクタンスとキャパシタＣ１のキャパシタンスとでＬＣ共振回路が構成される。第２給電回路３２はキャパシタＣ２を介してキャパシタＣ１の両端に第２周波数の通信信号を給電する。
上記ＬＣ共振回路はＨＦ帯で共振し、放射素子２１およびグランド導体１１の端辺に共振電流が流れる。換言すると、ＨＦ帯で共振するように、放射素子２１の長さ、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１の値などが定められている。このようにして、ＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１によるループ部が磁界放射に寄与するループアンテナとして作用する。
図７に示したキャパシタＣ３は、ＨＦ帯（第２周波数帯）では高インピーダンスとなって、第１給電回路３１が等価的に接続されていない状態となるので、第１給電回路３１はＨＦ帯の通信に影響を与えない。また、ＵＨＦ帯（第１周波数帯）では、放射素子２１の第１端は等価的に接地されているか、低インダクタンスを介して接地されているので、第２給電回路３２にＵＨＦ帯の通信信号が流れることがなく、第２給電回路３２はＵＨＦ帯の通信に影響を与えない。
このようにして、アンテナ装置１０３はＵＨＦ帯（第１周波数帯）を用いる通信用アンテナおよびＨＦ帯（第２周波数帯）を用いる通信用アンテナとして作用する。
《第４の実施形態》
図９は第４の実施形態に係るアンテナ装置の、特に放射素子２１の構造を示す図である。
第１〜第３の実施形態では、基板に導体パターンによる放射素子を設けた例を示したが、図９に示すように、放射素子２１は金属板で構成してもよい。また、放射素子２１およびグランド導体によって形成されるループ部のループ面はグランド導体１１の面内に無くてもよく、平行でなくてもよい。図９に示すようにループ面はグランド導体１１の面に対して垂直であってもよい。
グランド導体１１についても、基板に導体パターンで形成されている必要はなく、例えば金属板で構成されていてもよい。さらには金属化筐体をグランド導体の一部として利用してもよい。
図９の例では、放射素子２１の第１端２１Ｅ１、第２端２１Ｅ２とグランド導体１１との間にそれぞれ間隙が設けられている。この部分に、例えば図１に示したチップキャパシタＣ１やチップインダクタＬ１を設けてもよい。
また、図９の例では、グランド導体１１から電気的に分離された電極１２にスプリングピン等による給電ピンＦＰが突設されていて、この給電ピンＦＰが放射素子２１の所定位置に当接して給電される。
《第５の実施形態》
図１０は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の主要部の平面図である。基板１０の非グランド領域ＮＧＺには、Ｃ字状の放射素子２１が形成されている。この放射素子２１のうちグランド導体１１の端辺と対向する部分の一方端ＦＰ２とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１およびチップキャパシタＣ１が直列に接続されている。
基板１０には、ＵＨＦ帯用ＩＣによる第１給電回路３１およびＨＦ帯ＲＦＩＤ用ＩＣによる第２給電回路３２がそれぞれ設けられている。
第１給電回路３１の入出力部はキャパシタＣ３を介して放射素子２１の所定の給電点ＦＰ１に接続されている。また、第２給電回路３２の入出力部はキャパシタＣ２を介して、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続部に接続されている。
上記インダクタＬ１、キャパシタＣ１，Ｃ２および第２給電回路３２は１つのＲＦモジュール４１として構成されていて、このＲＦモジュール４１が基板１０に実装されている。
放射素子２１の上記給電点ＦＰ１から第１端２１Ｅ１までの線路長と、給電点ＦＰ１から第２端２１Ｅ２までの線路長は異なる。この放射素子２１は７００ＭＨｚ〜２．４ＧＨｚの周波数帯域のうちローバンドとハイバンドの２つの周波数帯で共振する。放射素子２１の第１端２１Ｅ１と第２端２１Ｅ２との間に生じる容量によっても上記２つの共振周波数は調整される。
放射素子２１のうち、ＵＨＦ帯の給電点ＦＰ１とモジュール４１の接続点ＦＰ２との間の部分がＨＦ帯用アンテナのループの一部を構成する。
《第６の実施形態》
図１１は第６の実施形態に係るアンテナ装置１０６の主要部の平面図である。基板１０の非グランド領域ＮＧＺには、コ字状の放射素子２１が形成されている。放射素子２１の第１端とグランド導体１１との間にはチップキャパシタＣ１が接続されていて、放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１が接続されている。
基板１０には、ＵＨＦ帯用ＩＣによる第１給電回路３１およびＨＦ帯ＲＦＩＤ用ＩＣによる第２給電回路３２がそれぞれ設けられている。
第１給電回路３１の入出力部はキャパシタＣ３を介して放射素子２１の所定の給電点に接続されている。給電回路３２は平衡入出力型のＲＦＩＤ用ＩＣであり、その入出力部にキャパシタを介して給電コイル３３が接続されている。この給電コイル３３はフェライトコアにコイルが巻回されたフェライトチップアンテナである。給電コイル３３は、そのコイル軸が放射素子２１側を向くように配置されている。給電回路３２、キャパシタおよび給電コイル３３はモジュール化し、それを基板１０に実装するようにしてもよい。
ＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１の端辺、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１によってＬＣ共振ループが構成される。給電コイル３３はこのループと磁界結合する。
図１２は給電コイル３３と放射素子２１との磁界結合の様子を示す図である。給電コイル３３はグランド導体１１の縁に配置されていて、給電コイル３３を通る磁束はグランド導体１１を避けるように周回するので、この磁束は基板１０の非グランド領域ＮＧＺの形成されている放射素子２１と鎖交しやすい。
図１３はアンテナ装置１０６のＨＦ帯での等価回路図である。図１３において、放射素子２１をインダクタＬ２１で表し、グランド導体１１の端辺をインダクタＬ１１で表している。給電コイル３３にはキャパシタＣ１Ａ，Ｃ１Ｂの直列回路が接続されていて、ＬＣ共振回路が構成されている。第２給電回路３２はキャパシタＣ２Ａ，Ｃ２Ｂを介してこのＬＣ共振回路にＨＦ帯の通信信号を給電する。
放射素子２１およびグランド導体１１の端辺、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１によるＬＣ共振ループがブースタアンテナ５１として作用する。
なお、図７に示したように、放射素子２１の第１端を接地し、第２端にインダクタおよびキャパシタを配置してもよいし、第２端を接地し、第１端にインダクタおよびキャパシタを配置してもよい。
この実施形態では、放射素子２１にＨＦ帯の給電回路を直接接続しないので、給電コイル３３の実装位置の自由度が高く、また基板１０に形成するパターンも簡素化できる。
《第７の実施形態》
図１４は第７の実施形態に係るアンテナ装置１０７の主要部の平面図である。基板１０の非グランド領域ＮＧＺには、コ字状の放射素子２１が形成されている。放射素子２１の第１端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１が接続されていて、放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ２が接続されている。
基板１０には、ＵＨＦ帯用ＩＣによる第１給電回路３１およびＨＦ帯ＲＦＩＤ用ＩＣによる第２給電回路３２がそれぞれ設けられている。
第１給電回路３１の入出力部はキャパシタＣ３を介して放射素子２１の所定の給電点に接続されている。給電回路３２の入出力部にキャパシタを介して給電コイル３３が接続されている。この給電コイル３３はフェライトコアにコイルが巻回されたフェライトチップアンテナであり、そのコイル軸が放射素子２１側を向くように配置されている。
図１５は２つの周波数帯におけるアンテナ装置１０７の等価回路図である。図１５において等価回路ＥＣ１はＵＨＦ帯での等価回路図、等価回路ＥＣ２はＨＦ帯での等価回路図である。ＵＨＦ帯においては、インダクタＬ１，Ｌ２は高インピーダンスとなるので、放射素子２１の両端は等価的に開放され、ＵＨＦ帯の電界放射アンテナとして作用する。
放射素子２１にＨＦ帯の給電回路を直接接続しない場合には、この例のように、放射素子２１の両端を、インダクタを介してグランド導体１１に接地してもよい。そのことで、ＨＦ帯において、放射素子２１およびグランド導体１１の端辺、およびインダクタＬ１，Ｌ２によってループ部が構成される。給電コイル３３はこのループ部と磁界結合する。このことで、前記ループ部はブースタアンテナとして作用する。
《第８の実施形態》
図１６は第８の実施形態に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置２０１の、下部筐体を取り外した状態での平面図である。この通信端末装置２０１は本発明の「電子機器」の一実施形態である。通信端末装置２０１の筐体は大部分が金属化筐体部９０で構成され、両端部の非金属領域９１，９２に成型金属板による放射素子２１，２０がそれぞれ配置されている。金属化筐体部９０にはバッテリーパック５２が収められている。基板１０には給電回路３０、第１給電回路３１、第２給電回路３２、チップキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３、チップインダクタＬ１、カメラモジュール５３等が実装されている。金属化筐体部９０は基板１０のグランドと電気的に接続されている。放射素子２１に対するこれらの各素子の接続関係は図１に示したものと同じである。
ＵＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１が電界放射に寄与する逆Ｆ型アンテナとして作用する。ＨＦ帯では、放射素子２１および金属化筐体部９０の端辺によるループが磁界放射に寄与するループアンテナとして作用する。
なお、図１６に示した例では、放射素子２０はセルラー通信用メインアンテナとして用い、放射素子２１は（ＵＨＦ帯において）セルラー通信用サブアンテナとして用いている。
《第９の実施形態》
図１７は第９の実施形態に係るアンテナ装置を備えた通信端末装置２０２の、下部筐体を取り外した状態での平面図である。この通信端末装置２０２は本発明の「電子機器」の一実施形態である。通信端末装置２０２の筐体は大部分が金属化筐体部９０で構成され、両端部の非金属領域９１，９２に成型金属板による放射素子２１，２０がそれぞれ配置されている。金属化筐体部９０にはバッテリーパック５２が収められている。この通信端末装置２０２の基板１０には、給電回路３０、第１給電回路３１、チップキャパシタＣ３、ＲＦモジュール４１、カメラモジュール５３等が実装されている。金属化筐体部９０は基板１０のグランドと電気的に接続されている。放射素子２１に対するこれらの各素子の接続関係は図７に示したものと同じである。
ＵＨＦ帯では、放射素子２１およびグランド導体１１が電界放射に寄与する逆Ｆ型アンテナとして作用する。ＨＦ帯では、放射素子２１および金属化筐体部９０の端辺によるループが磁界放射に寄与するループアンテナとして作用する。
《第１０の実施形態》
第１０の実施形態は２つの放射素子を含むループをＨＦ帯用のループアンテナとして利用する例である。
図１８は第１０の実施形態に係る通信端末装置２０３の、下部筐体を取り外した状態での平面図である。この通信端末装置２０３の筐体は大部分が金属化筐体部９０で構成され、両端部の非金属領域９１，９２に成型金属板による放射素子２１，２０がそれぞれ配置されている。筐体内には、給電回路３０、第１給電回路３１、第２給電回路３２、チップキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３、チップインダクタＬ１等が設けられている。図１８においては基板の図示は省略している。
放射素子２１の第１端と金属化筐体部９０との間はキャパシタＣ１で接続されている。放射素子２１の第２端と放射素子２０の第１端とはインダクタや線路を介して接続されている。放射素子２０の第２端と金属化筐体部９０との間はインダクタＬ１で接続されている。このように、放射素子２０，２１、金属化筐体部９０、上記インダクタおよび線路によってループが構成され、このループとキャパシタＣ１とでＬＣ共振回路が構成されている。第２給電回路３２はキャパシタＣ２を介して上記ＬＣ共振回路に給電する。第１給電回路３１はキャパシタＣ３を介して放射素子２１の給電点へ給電する。同様に、給電回路３０はキャパシタを介して放射素子２０の給電点へ給電する。
このようにして、ループ径（ループ長）の大きなＨＦ帯用ループアンテナが構成できる。
《第１１の実施形態》
放射素子とグランド導体との間に接続される第１リアクタンス素子は、理想的には自己共振しない素子であるか、自己共振周波数が非常に高いことが好ましい。しかし、現実のリアクタンス素子は寄生成分を含むことにより、自己共振してしまう。本実施形態は、第１リアクタンス素子の自己共振周波数が使用周波数帯域内にある場合に、所定周波数で自己共振するリアクタンス素子を組み合わせることで、自己共振が問題にならないようにした例を示すものである。
図１９は第１１の実施形態に係るアンテナ装置１１１の主要部の平面図である。このアンテナ装置１１１は基板１０に構成されている。基板１０にはグランド導体１１の形成領域と、グランド導体１１が形成されていない非グランド領域ＮＧＺとを備えている。非グランド領域ＮＧＺには、コ字状の放射素子２１が形成されている。すなわち、この放射素子２１はグランド導体１１の端辺に対して平行な部分とその平行部分からグランド導体方向へ延びる部分とで構成されている。放射素子２１の第１端とグランド導体１１との間にはチップキャパシタ（コンデンサ）Ｃ１が実装されていて電気的に接続されている。また、放射素子２１の第２端とグランド導体１１との間にはチップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃが実装されていて電気的に接続されている。チップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃは、本発明に係る第１リアクタンス素子、キャパシタＣ１は本発明に係る第２リアクタンス素子に相当する。
第１の実施形態で図１に示したアンテナ装置１０１と異なり、第１リアクタンス素子を複数のリアクタンス素子の直列回路で構成している。この例では、第１リアクタンス素子を３つのチップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃの直列回路で構成している。その他は第１の実施形態で示したアンテナ装置１０１と同様である。
図２０は、第１給電回路３１から見た第１リアクタンス素子の挿入損失（Ｓ２１）の周波数特性を示す図である。図２０に表れている800MHz帯、2GHz帯、5GHz帯の挿入損失の谷は、上記３つのインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃによって生じたものである。すなわち、チップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃは、それぞれの寄生成分である容量がインダクタに並列接続された回路と見なすことができる。この例では、チップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃそれぞれの自己共振周波数は、800MHz，2GHz，5GHzである。したがって、チップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃはそれぞれの自己共振周波数で高インピーダンス（等価的にオープン状態）になる。そのため、それぞれの周波数帯において放射素子２１の第２端（第１リアクタンス素子であるチップインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃが設けられている側）は等価的に開放となる。その結果、図２０に表れているように、ＵＨＦ帯（第１周波数帯）において、それぞれの周波数帯で第１リアクタンス素子は放射素子のアンテナとしての機能を阻害することがなく、放射素子２１が広帯域でアンテナとして作用する。
このように、それぞれの自己共振周波数が異なる複数のチップインダクタの直列回路を第１リアクタンス素子として設けることにより、ＵＨＦ帯（第１周波数帯）において、アンテナとして作用する周波数帯を広げることができる。
なお、図１９に示した例では、３つのチップインダクタを設けたが、少なくとも所定周波数で自己共振するリアクタンス素子であれば、その素子数は２つでもよいし、４つ以上でもよい。また、リアクタンス素子としてはチップインダクタに限らず、所定周波数で自己共振するリアクタンス素子であれば、同様に適用できる。
なお、以上に示した各実施形態では、ＵＨＦ帯用アンテナとＨＦ帯用アンテナとで兼用するアンテナ装置を示したが、本発明はこの周波数帯に限られるものでないことは言うまでもない。例えば５ＧＨｚ帯のＷ−ＬＡＮ、ＦＭ放送やＡＭ放送の受信用アンテナ等、ＵＨＦやＨＦ以外の周波数帯域に適用することもできる。
また、特に、放射素子、リアクタンス素子およびグランド導体によって構成されるループ部は、通信用に限らず磁界共鳴型ワイヤレスチャージャー用の電力伝送用のアンテナに適用することもできる。
Ｃ１…キャパシタ（第２リアクタンス素子）
Ｃ３…キャパシタ（第３リアクタンス素子）
ＦＰ…給電ピン
Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ…インダクタ（第１リアクタンス素子）
ＬＰＦ…ローパスフィルタ
ＮＧＺ…非グランド領域
ＯＰ…開放端
ＳＰ…接地端
１０…基板
１１…グランド導体
１２…電極
２０，２１…放射素子
３０…給電回路
３１…第１給電回路
３２…第２給電回路
３３…給電コイル
４１…ＲＦモジュール
５１…ブースタアンテナ
５３…カメラモジュール
９０…金属化筐体部
９１，９２…非金属領域
１０１〜１０７，１１１…アンテナ装置
２０１〜２０３…通信端末装置
本発明は周波数帯の異なる通信信号を用いる通信システムで兼用されるアンテナ装置を備える電子機器に関する。
本発明の目的は、周波数帯の異なる複数のシステムで兼用できる小型のアンテナ装置を備える電子機器を提供することにある。
本発明の電子機器は次のように構成される。
（１）アンテナ装置と、このアンテナ装置に第１周波数帯の通信信号を給電する第１給電回路と、前記アンテナ装置に前記第１周波数帯よりも低い第２周波数帯の通信信号を給電する第２給電回路と、を備えた電子機器において、
前記アンテナ装置は、電界型アンテナの放射素子と、前記放射素子に対向配置されたグランド導体と、を備え、
前記放射素子と前記グランド導体との間に少なくとも一つの第１リアクタンス素子が接続されていて、前記放射素子、前記第１リアクタンス素子および前記グランド導体によって磁界型アンテナのループ部が構成され、
前記放射素子は前記第１周波数帯用のアンテナ素子であり、前記ループ部は前記第２周波数帯用のアンテナ素子であり、
前記第２周波数帯用のアンテナ素子として作用する前記放射素子の全部が、前記第１周波数帯用のアンテナ素子として利用されることを特徴とする。
上記構成によれば、放射素子は第１周波数帯（例えばＵＨＦ帯）においては本来の電界放射素子として作用し、第２周波数帯（例えばＨＦ帯）においては、前記放射素子がループ部の一部として兼用される。そのため、第１の周波数帯を用いるシステムと第２の周波数帯を用いるシステムとで兼用でき、アンテナ装置の小型化が図れる。また、第１リアクタンス素子は第１周波数帯でのアンテナ動作に影響を与えず、且つ前記ループ部を第２周波数でのアンテナとして作用させることができる。
（２）アンテナ装置と、このアンテナ装置に第１周波数帯の通信信号を給電する第１給電回路と、前記アンテナ装置に前記第１周波数帯よりも低い第２周波数帯の通信信号を給電する第２給電回路と、を備えた電子機器において、
前記アンテナ装置は、電界型アンテナの放射素子と、前記放射素子に対向配置されたグランド導体と、を備え、
前記放射素子と前記グランド導体との間に少なくとも一つの第１リアクタンス素子が接続されていて、前記放射素子、前記第１リアクタンス素子および前記グランド導体によって磁界型アンテナのループ部が構成され、
前記放射素子は前記第１周波数帯用のアンテナ素子であり、前記ループ部は前記第２周波数帯用のアンテナ素子であり、
前記放射素子は一端および他端を有し、前記第１リアクタンス素子は前記放射素子の前記一端に接続されることを特徴とする。
（３）前記第１給電回路は前記放射素子の第１端と第２端との間の所定の給電点に接続され、前記第２給電回路は前記第１端付近に接続されることが好ましい。
（４）前記放射素子はコ字状であることが好ましい。
（５）前記グランド導体を平面視して、前記放射素子は前記グランド導体に重ならないことが好ましい。
（６）前記電子機器は筺体を備え、前記放射素子は前記筺体の端部に配置されることが好ましい。
（７）前記第１リアクタンス素子および前記第２給電回路は、前記放射素子と前記グランド導体との間に接続され、前記第１リアクタンス素子および前記第２給電回路は１つの高周波モジュールに含まれることが好ましい。この構成により、実装すべき部品点数が削減され、且つ放射素子の構造が簡素化できる。
（８）前記第２給電回路に接続され、前記磁界型アンテナのループ部と磁界結合する給電コイルを必要に応じて備えることが好ましい。この構成によって、放射素子に直接給電する回路が不要となり、給電構造および給電回路の構成が簡易化できる。また、給電コイルがＲＦＩＤアンテナとして作用する場合に、前記ループ部をＲＦＩＤアンテナの共振ブースターとして用いることができる。
（９）例えば前記放射素子はセルラー通信用のアンテナであり、前記磁界型アンテナのループ部はＨＦ帯ＲＦＩＤシステム用のアンテナである。
本発明によれば、放射素子を第１周波数帯においては電界放射素子として、第２周波数帯においては磁界放射素子として作用するため、第１の周波数帯を用いる通信システムと第２の周波数帯を用いる通信システムとで兼用でき、小型の電子機器が構成される。

Claims (10)

  1. 電界型アンテナの放射素子と、前記放射素子に対向配置されたグランド導体と、を備え、
    前記放射素子と前記グランド導体との間に少なくとも一つの第１リアクタンス素子が接続されていて、前記放射素子、前記第１リアクタンス素子および前記グランド導体によってループ部が構成され、
    前記放射素子は第１周波数帯用の電界型アンテナ素子であり、
    前記ループ部は、前記第１周波数帯よりも低い第２周波数帯用のアンテナ素子であり、
    前記第１リアクタンス素子は、インピーダンスが、前記第１周波数帯に比べて前記第２周波数帯でショート状態に近づき、前記第２周波数帯に比べて前記第１周波数帯でオープン状態に近づく素子であり、
    前記第１リアクタンス素子は、前記放射素子を構成する線路の端部と前記グランド導体とを接続する位置に設けられている、
    アンテナ装置。
  2. 請求項１に記載のアンテナ装置であって、
    前記第１リアクタンス素子は、前記第１周波数帯で容量性、前記第２周波数帯で誘導性となるインダクタである、
    アンテナ装置。
  3. 請求項１または２に記載のアンテナ装置であって、
    前記アンテナ装置は、前記第１リアクタンス素子、前記放射素子および前記グランド導体とともに直列接続される第２リアクタンス素子を備え、
    前記第２リアクタンス素子は、インピーダンスが、第１周波数帯に比べて第２周波数帯でオープン状態に近づき、第２周波数帯に比べて第１周波数帯でショート状態に近づく素子である、
    アンテナ装置。
  4. 請求項３に記載のアンテナ装置であって、
    前記第２リアクタンス素子は前記第１周波数帯で誘導性、前記第２周波数帯で容量性となるキャパシタである、
    アンテナ装置。
  5. 請求項３または４に記載のアンテナ装置であって、
    前記第１リアクタンス素子と、前記第２リアクタンス素子と、前記第２リアクタンス素子の両端に前記第２周波数帯の通信信号を給電する給電回路とが１つの高周波モジュールとして構成されている、
    アンテナ装置。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記アンテナ装置は、
    前記放射素子に対する前記第１周波数帯の通信信号の給電点に接続され、前記第１周波数帯に比べて前記第２周波数帯で高インピーダンスとなる第３リアクタンス素子を備えた、
    アンテナ装置。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記第２周波数帯の通信信号の給電回路が接続され、前記ループ部と磁界結合する給電コイルを備えた、
    アンテナ装置。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記放射素子はセルラー通信用のアンテナであり、
    前記ループ部はＨＦ帯ＲＦＩＤシステム用のアンテナである、
    アンテナ装置。
  9. 請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置であって、
    前記第１リアクタンス素子は、複数のリアクタンス素子が直列接続されて構成される、
    アンテナ装置。
  10. アンテナ装置と、このアンテナ装置に第１周波数帯の通信信号を給電する第１給電回路と、前記アンテナ装置に第２周波数帯の通信信号または電力を給電する第２給電回路と、を備えた電子機器であり、
    前記アンテナ装置は、
    電界型アンテナの放射素子と、前記放射素子に対向配置されたグランド導体と、を備え、
    前記放射素子と前記グランド導体との間に少なくとも一つの第１リアクタンス素子が接続されていて、前記放射素子、前記第１リアクタンス素子および前記グランド導体によってループ部が構成され、
    前記放射素子は第１周波数帯用の電界型アンテナ素子であり、
    前記ループ部は、前記第１周波数帯よりも低い第２周波数帯用のアンテナ素子であり、
    前記第１リアクタンス素子は、インピーダンスが、前記第１周波数帯に比べて前記第２周波数帯でショート状態に近づき、前記第２周波数帯に比べて前記第１周波数帯でオープン状態に近づく素子であり、
    前記第１リアクタンス素子は、前記放射素子を構成する線路の端部と前記グランド導体とを接続するように設けられている、
    電子機器。
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