JP5510836B2 - アンテナ及びそれを備えた無線装置 - Google Patents

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（ノートＰＣ）、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）。

この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１７に示す。

図１７に示すように、平面多重アンテナ１７１は、電磁波信号を送受信するアンテナ素子部１７２と、接地されるグラウンド導体１７３と、給電系に接続される給電部１７４と、を備えており、アンテナ素子部１７２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。

平面多重アンテナ１７１を無線通信端末に搭載する際は、例えば、平面多重アンテナ１７１と高周波信号の送受を行う無線通信モジュールとが、同軸ケーブルやプリント基板に形成されるマイクロストリップ線路などを介して接続される。

特許第３６９０３７５号公報

昨今、ノートＰＣやタブレットＰＣ、電子書籍等の小型の無線通信端末では、主に上述のＷＬＡＮやＷＷＡＮ、ＷｉＭａｘ等の無線通信規格を用いた無線通信システムを使って、画像、映像や音楽等の情報を送受する。このような無線通信端末には、各規格に対応するアンテナが搭載されており、このアンテナから送受される電磁波を介して情報の送受信を行うことになる。

ところで、このような無線通信端末は年々の普及率増加とともに低価格化が進んでおり、内蔵するアンテナに対しても価格低減の要求がある。

従来の平面多重アンテナ１７１は、上述の無線通信規格に対応が可能であり、かつ小型であることから、小型の無線通信端末への搭載に適しているといえる。しかしながら、価格低減を実現するためには、導体板の板厚を低減したり、導体板の材料を変更する等しなければならず、これらを最適化しようにも、アンテナ性能を所望の値に保つために必要な導体板の板厚、および材料はある程度決まっているため、価格低減には限りがあるという問題がある。

また昨今、上述のような無線通信端末は、携帯しやすいように小型化が求められ、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、アンテナの大きさ等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１７１では、アンテナ素子部１７２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１７３に対し図示上下方向に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１７３の上端からグラウンド導体１７３から最も離れたアンテナ素子部１７２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１７２の矩形導体群をグラウンド導体１７３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。

さらに、従来の平面多重アンテナ１７１では、電磁波信号を送受信するアンテナ素子部１７２の形状が固定されているため、アンテナ配置部の設計自由度が低いという問題もある。

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であり、安価で、かつアンテナ配置部の設計自由度が高い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、中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブルと、前記中心導体と前記外部導体のうち一方の一端部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、前記中心導体と前記外部導体のうち他方の一端部と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、前記中心導体の他端部と前記外部導体の他端部とを電気的に接続する導体接続部と、を有し、前記同軸ケーブルは、その全長が最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下であり、かつ、前記中心導体と前記外部導体間の距離が、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。

前記給電部を共通とし、前記同軸ケーブルの寸法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、第２のアンテナ素子部となる導体を並列接続してもよい。

前記給電部には、給電用同軸ケーブルを用いて給電がなされ、前記アンテナ素子部の前記同軸ケーブルと、前記給電用同軸ケーブルとを、１本の共通の同軸ケーブルで構成してもよい。

前記短絡部は、接着剤の塗布された導体箔からなってもよい。

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、中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブルと、前記中心導体と前記外部導体のうち一方の一端部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、前記中心導体と前記外部導体のうち他方の一端部と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、前記中心導体の他端部と前記外部導体の他端部とを電気的に接続する導体接続部と、を有し、前記同軸ケーブルは、その全長が最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下であり、かつ、前記中心導体と前記外部導体間の距離が、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。

前記給電部を共通とし、前記同軸ケーブルの寸法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、第２のアンテナ素子部となる導体を並列接続してもよい。

前記給電部には、給電用同軸ケーブルを用いて給電がなされ、前記アンテナ素子部の前記同軸ケーブルと、前記給電用同軸ケーブルとを、１本の共通の同軸ケーブルで構成してもよい。

前記短絡部は、接着剤の塗布された導体箔からなってもよい。

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であり、安価で、かつアンテナ配置部の設計自由度が高いアンテナ及びそれを備えた無線装置を提供できる。

第１の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給電用同軸ケーブルを接続したときの概略構成図、（ｃ）は給電用同軸ケーブルを接続したときの平面図である。 図１のアンテナに用いる同軸ケーブルの横断面図である。 図１のアンテナの寸法の一例を示す図である。 図１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１のアンテナの比較対象となる先端開放アンテナの平面図である。 図５の先端開放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１のアンテナの比較対象となる先端短絡アンテナの平面図である。 図７の先端短絡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１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１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。 図１のアンテナの作用効果を説明する図である。 第１の実施の形態に係るアンテナの変形例を示す図であり、給電用同軸ケーブルを接続したときの平面図である。 第２の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給電用同軸ケーブルを接続したときの平面図である。 第３の実施の形態に係るアンテナの概略構成図である。 第４の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給電用同軸ケーブルを接続したときの概略構成図である。 第５の実施の形態に係るアンテナの概略構成図である。 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。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るアンテナを示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は給電用同軸ケーブルを接続したときの概略構成図、（ｃ）は給電用同軸ケーブルを接続したときの平面図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、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、中心導体（心線）４と外部導体６とを有する同軸ケーブル８と、外部導体６の一端部とグラウンド導体３との間に設けられ、給電系に接続される給電部１０と、中心導体４の一端部とグラウンド導体３とを電気的に接続する短絡部１１と、中心導体４の他端部と外部導体６の他端部とを電気的に接続する導体接続部１２と、を有し、同軸ケーブル８は、その全長が最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下であり、かつ、中心導体４と外部導体６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。また、最小の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（直列共振周波数）のうち最小の周波数のことである。

同軸ケーブル８は、図１および２に示すように、中心導体４の外周に、絶縁体５、外部導体６、ジャケット７を順次形成したものである。同軸ケーブル８の両端部は段剥きされており、外部導体６よりも中心導体４の方が長くなっている。上述のように、同軸ケーブル８としては、中心導体４と外部導体６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以下であるものを用いる必要がある。ここでは、同軸ケーブル８として、外径数ｍｍ程度の汎用の細径同軸ケーブルを用いた。なお、詳細は後述するが、アンテナ配置部の設計自由度を向上させるため、同軸ケーブル８には柔軟性に優れたものを用いることが望ましい。

アンテナ１では、外部導体６および外部導体６の外部にある中心導体４は、主として放射素子として動作し、外部導体６の内部にある中心導体４は、主としてアンテナ整合回路として動作することになる。

一般的に、アンテナでは、電磁波の送受信効率を高めるために、給電系（後述する給電用同軸ケーブル１３、無線通信モジュール９）との良好な整合条件を実現する必要があるが、本発明のアンテナ１では、実験結果から、入力アドミタンスにおける直列共振周波数近傍において給電系との整合状態が良好であることが確認できている。また、同軸ケーブル８の全長は入力アドミタンスにおける最小の直列共振周波数に対応する波長の１／４程度であり、同軸ケーブル８の全長が入力アドミタンスにおける最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２より小さくなることが確認できている。これらの詳細については後述する。

アンテナ１では、同軸ケーブル８とグラウンド導体３との距離、および、同軸ケーブル８における中心導体４と外部導体６間の距離（中心導体４と外部導体６の径の比）などの同軸ケーブル８の寸法を適宜変化させることにより、入力アドミタンスの調整が可能であり、所望の帯域で給電系と良好な整合条件を実現させ、アンテナ動作させることが可能である。

ここで、アンテナ１を小型化できる理由について説明しておく。

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と、その次に小さい直列共振周波数との差が、数ＧＨｚと大きい。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。

これに対して、本発明のアンテナ１では、給電部１０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ｆｏ’と、その次に小さい直列共振周波数ｆｏ’’との差が、従来のアンテナと比較して小さい。アンテナ１は、従来のアンテナと同様に、直列共振周波数近傍ｆｏ’，ｆｏ’’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’，ｆｏ’’は、同軸ケーブル８の寸法等（中心導体４と外部導体６間の距離や、導体接続部１２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、同軸ケーブル８の寸法等を適宜調整するにより、直列共振周波数ｆｏ’，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、中心導体４と外部導体６間の距離に依存し、広帯域なアンテナを実現するには、中心導体４と外部導体６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。

図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、本実施の形態では、給電部１０には、給電用同軸ケーブル１３を用いて給電がなされる。給電用同軸ケーブル１３は、中心導体１４の外周に、絶縁体１５、外部導体１６、ジャケット１７を順次形成したものであり、同軸ケーブル８と同じものを用いてもよいし、同軸ケーブル８と寸法等が異なるものを用いてもよい。

給電用同軸ケーブル１３の一端は無線装置の無線通信モジュール９に接続され、給電用ケーブル１３の中心導体１４の他端は同軸ケーブル８の外部導体６の一端に、給電用ケーブル１３の外部導体１６の他端は同軸ケーブル８の中心導体４の一端に、それぞれ半田付けにより電気的に接続される。図１（ｃ）における符号Ｓは、半田付け部を表している。図１（ｃ）に示すように、本実施の形態では、導体接続部１２は、中心導体４と外部導体６を接続する半田付け部Ｓからなる。

また、本実施の形態では、短絡部１１として、接着剤の塗布された導体箔（導体テープ）１８を用いる。

アンテナ１では、導体箔１８を用いて、給電用同軸ケーブル１３の外部導体１６の他端部をグラウンド導体３に接続するように構成している。具体的には、給電用同軸ケーブル１３の他端部においてジャケット１７を削除し、これにより露出した外部導体１６とグラウンド導体３の両者に、一方の面に接着材が塗布された導体箔１８を接着固定し、給電用同軸ケーブル１３の外部導体１６とグラウンド導体３とを電気的に接続するようにした。

このように、アンテナ１では、同軸ケーブル８の中心導体４を、給電用同軸ケーブル１３の外部導体１６と、接着材が塗布された導体箔１８とを介して、グラウンド導体３に電気的に接続するようにしたが、これに限らず、導体箔１８を同軸ケーブル８の中心導体４に直接接着するようにして、同軸ケーブル８の中心導体４を、給電用同軸ケーブル１３の外部導体１６を介さずに、グラウンド導体３に電気的に接続するようにしてもよい。

グラウンド導体３としては、アンテナ１を搭載する無線装置のケースの一部や、回路基板を搭載するプリント基板のグラウンド部などを用いてもよい。その場合、グラウンド導体３として用いる導体（ケースの一部やプリント基板のグラウンド部など）に、導体箔１８を直接接着するようにすればよい。

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１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１のアンテナ１を作製し、入力アドミタンスの測定を行った。作製したアンテナ１の寸法は、図３に示す通りであり（図３では各部の寸法をｍｍで示している）、グラウンド導体３としては単層導体のガラスエポキシプリント基板（ガラスエポキシ基板の片面にグラウンド導体３となる導体パターンを形成したもの）を用い、導体箔１８としてはアルミニウムテープを用いた。また、同軸ケーブル８としては、中心導体４の外径が０．３ｍｍ、絶縁体５の外径が０．９ｍｍ、外部導体６の外径が１．１ｍｍ、ジャケット７の外径が１．４ｍｍのものを用いた。中心導体４と外部導体６間の距離は０．６ｍｍである。

給電部１０からアンテナ方向を見た入力アドミタンス−周波数特性の測定結果を図４に示す。図４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５に示す先端開放アンテナ５１の入力アドミタンス−周波数特性の一例を図６に、図７に示す先端短絡アンテナ７１の入力アドミタンス−周波数特性の一例を図８に示す。

図５の先端開放アンテナ５１は、プリント基板５２の表面に形成された矩形導体（平面視で長方形状の導体パタン）５３とグラウンド導体５４とからなり、矩形導体５３の一端とグラウンド導体５４との間に給電部５５を設け、矩形導体５３の他端を開放した構造となっている。

図７の先端短絡アンテナ７１は、プリント基板７２の表面に形成された矩形導体（平面視で長方形状の導体パタン）７３とグラウンド導体７４とからなり、矩形導体７３の一端とグラウンド導体７４との間に給電部７５を設け、矩形導体７３の他端とグラウンド導体７４との間に両者を短絡する短絡部７６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１，５１，７１の入力アドミタンスが０．０２＋ｊ０［Ｓ］であるときに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４，６，８に示すように、アンテナ１，５１，７１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４，６，８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５１では、先端開放された矩形導体５３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１，５１，７１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５の先端開放アンテナ５１では、図６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。先端開放アンテナ５１における最小の直列共振周波数と隣り合う直列共振周波数の差は、約１．６５ＧＨｚである。

また、図７の先端短絡アンテナ７１では、図８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。先端短絡アンテナ７１における最小の直列共振周波数と隣り合う直列共振周波数の差は、約１．７５ＧＨｚである。

これに対して、第１の実施の形態に係るアンテナ１では、図４に示すように、直列共振周波数は小さい方から、約８００ＭＨｚ、約１．６ＧＨｚ、・・・であり、上述の先端開放アンテナ５１や先端短絡アンテナ７１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、約８００ＭＨｚと小さくなっている。このように、アンテナ１では、先端開放アンテナ５１や先端短絡アンテナ７１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４では示されていないが、アンテナ１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、第１の直列共振周波数の３ｎ倍の周波数に直列共振周波数が生じており、かつ、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。つまり、アンテナ１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１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１０から中心導体４の他端までの長さ（両導体４，６のうち長い方の長さ）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１０から導体接続部１２（半田付け部Ｓ）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、中心導体４の長さ（両導体４，６のうち長い方の長さ）を変更すると動作帯域が変わってしまうので、導体接続部１２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。

このように、第１の実施の形態に係るアンテナ１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。

また、上述のように、アンテナ１の最小の直列共振周波数は約８００ＭＨｚであり、この周波数での波長の１／２は約１８７ｍｍとなる。これに対して、図３で示したように、同軸ケーブル８の全長は７３ｍｍであり、同軸ケーブル８の全長が最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下となることがわかる。

また、上述のように、アンテナ１は、最小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、最小の直列共振周波数である約８００ＭＨｚよりも小さい周波数で動作する。つまり、アンテナ動作する周波数のうち最小の周波数に対応する波長は、少なくとも３７４ｍｍより大きくなる。上述のように、中心導体４と外部導体６間の距離は０．６ｍｍであるから、中心導体４と外部導体６間の距離は、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以下となることが分かる。

さらに、図３の寸法で作製したアンテナ１のリターンロスと放射効率の測定を行った。リターンロスの測定結果を図９に、放射効率の測定結果を図１０に示す。

図９に示すように、作製したアンテナ１は、リターンロスが−６ｄＢより小さい帯域幅が約１４０ＭＨｚ（約７６０ＭＨｚ〜約９００ＭＨｚ）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。

さらに、図１０より、周波数が約７５０ＭＨｚ〜約９００ＭＨｚにおいて放射効率が−３ｄＢ以上であり、この近傍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。

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１では、アンテナ素子部２を、中心導体４と外部導体６とを有する同軸ケーブル８と、外部導体６の一端部とグラウンド導体３との間に設けられ、給電系に接続される給電部１０と、中心導体４の一端部とグラウンド導体３とを電気的に接続する短絡部１１と、中心導体４の他端部と外部導体６の他端部とを電気的に接続する導体接続部１２とで構成し、同軸ケーブル８を、最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下の長さに形成すると共に、中心導体４と外部導体６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１を実現できる。

したがって、同軸ケーブル８（中心導体４および外部導体６）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１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１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。

さらに、アンテナ１では、アンテナ素子部２に汎用の同軸ケーブル２を用いているため、従来のアンテナと比較して安価である。

さらにまた、アンテナ１では、アンテナ素子部２に同軸ケーブル２を用いているため、図１１に示すように、アンテナ素子部２を自由に湾曲させることができ、複雑なスペースへもアンテナ１を配置することが可能となる。よって、アンテナ１を搭載する無線装置のアンテナ配置部の設計自由度を向上させることができる。

すなわち、本発明によれば、従来のアンテナと同等の周波数帯域に対応可能であり、かつ安価であり、かつアンテナ配置部の設計自由度が高く、かつノートＰＣ、ＵＭＰＣ、ネットブック、タブレットＰＣ、携帯電話、ＰＮＤ、電子書籍などの無線端末への搭載が可能なアンテナ１を実現できる。

［第１の実施の形態の変形例］
図１２に示すアンテナ１２１は、図１（ｃ）のアンテナ１において、短絡部１１を構成する導体箔１８を拡大してＬ字形状に形成し、導体箔１８の一部をグラウンド導体３として用いるようにしたものである。

図１のアンテナ１では、アンテナ素子部２とは別の導体をグラウンド導体３として利用する必要があるが、アンテナ１を配置する近傍にグラウンド導体３となる導体（無線装置のケースの一部やプリント基板のグラウンド部など）がない場合には、所望のアンテナ入力インピーダンスを得ることができなくなり、アンテナ１と給電系との整合状態が劣化し、アンテナとしての機能が低下するおそれがある。

アンテナ１２１によれば、適当な寸法のＬ字形状の導体箔１８を用いることにより、この導体箔１８をグラウンド導体３として動作させることが可能となり、アンテナ１２１を配置する近傍にグラウンド導体３となる導体がないような場合であっても、所望のアンテナ入力インピーダンスを得ることができ、アンテナ１２１と給電系との整合状態を改善することが可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図１３を用いて説明する。

図１３（ａ），（ｂ）に示すアンテナ１３１は、図１のアンテナ１において、アンテナ素子部２に加えて、さらに、アンテナ素子部２の同軸ケーブル８（中心導体４、外部導体６）とは寸法が異なる同軸ケーブル１３３を有するアンテナ素子部１３２を並列接続したものである。

２つのアンテナ素子部２，１３２は、給電部１０及び短絡部１１を共通として設けられる。つまり、２つのアンテナ素子部２，１３２は、給電部１０に対して並列に接続されている。

ここでは、アンテナ素子部１３２の同軸ケーブル１３３として、アンテナ素子部２の同軸ケーブル８と同じものを用い、かつ、同軸ケーブル１３３の方が同軸ケーブル８よりも短くなるように形成した。両同軸ケーブル８，１３３の中心導体４は、半田付けにより給電用同軸ケーブル１３の外部導体１６に電気的に接続され、両同軸ケーブル８，１３３の外部導体６は、半田付けにより給電用同軸ケーブル１３の中心導体１４に電気的に接続される。また、同軸ケーブル１３３の中心導体４と外部導体６の他端部同士は、半田付けにより電気的に接続され、導体接続部１２が形成されている。

アンテナ１３１では、アンテナ素子部１３２の同軸ケーブル１３３を、アンテナ素子部２の同軸ケーブル８よりも短くしており、中心導体４および外部導体６の長さ（寸法）を異ならせているため、アンテナ素子部２，１３２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となる。

また、２つのアンテナ素子部２，１３２が適度に近い帯域でアンテナ動作するように同軸ケーブル８，１３３の長さを選択することにより、２つのアンテナ素子部２，１３２の動作帯域を重なり合わせ、より広帯域なアンテナ１３１を実現することも可能である。

ここでは、２つのアンテナ素子部２，１３２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（あるいはより広帯域）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１４を用いて説明する。

図１４に示すアンテナ１４１は、図１のアンテナ１において、給電部１０に、第２のアンテナ素子部１４２となる導体１４３を並列接続したものである。

ここでは、導体１４３として平面視で長方形状の導体板を用いるが、これに限らず、プリント基板に形成された導体パタンを用いてもよい。導体１４３の一端は、外部導体６と給電部１０と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１４１では、第２のアンテナ素子部１４２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、導体１４３を先端開放としているが、先端短絡としてもよい。また、給電系との整合状態を改善するために、導体１４３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。

アンテナ１４１によれば、導体１４３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１４２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、上述の第２の実施の形態と同様に、複数のシステムに対応が可能なアンテナ１４１を実現できる。また、２つのアンテナ素子部２，１４２が適度に近い帯域でアンテナ動作するよう構成することで、より広帯域なアンテナ１４１を実現できる。

さらには、複数の導体を並列接続することにより、より多くの帯域（あるいはより広帯域）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４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を図１５を用いて説明する。

図１５（ａ）に示すように、アンテナ１５１は、図１のアンテナ１において、中心導体４の一端部とグラウンド導体３との間に給電を行うようにし、外部導体６の一端部とグラウンド導体３とを電気的に接続するよう構成したものであり、つまり、アンテナ１の給電部１０と短絡部１１とを入れ替えたものである。

アンテナ１５１によれば、上述の第１の実施の形態と同様の作用効果が得られ、さらに、アンテナ素子部２の同軸ケーブル８と、給電用同軸ケーブル１３とを、１本の共通の同軸ケーブルで構成することが可能になる。

具体的には、図１５（ｂ）に示すように、共通の同軸ケーブル１５２の一端を無線装置の無線通信モジュール９に接続し、同軸ケーブル１５２の中心導体４と外部導体６の他端部同士を電気的に接続して導体接続部１２を形成し、かつ、同軸ケーブル１５２の途中においてジャケット７を除去して露出させた外部導体６と、グラウンド導体３とを、導体箔１８により接続して短絡部１１を形成する。このように構成することにより、短絡部１１より他端側の同軸ケーブル１５２がアンテナ素子部２の同軸ケーブル８、短絡部１１より一端側の同軸ケーブル１５２が給電用同軸ケーブル１３として動作することになる。

アンテナ素子部２の同軸ケーブル８と、給電用同軸ケーブル１３とを、１本の共通の同軸ケーブル１５２で構成することで、給電用同軸ケーブル１３を接続する手間が省け、アンテナ１５１の価格をさらに低減することが可能となる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態を図１６を用いて説明する。

図１６に示すアンテナ１６１は、図１５のアンテナ１５１において、アンテナ素子部２に加えて、さらに、アンテナ素子部２の同軸ケーブル８（中心導体４、外部導体６）とは寸法が異なる同軸ケーブル１６３を有するアンテナ素子部１６２を並列接続したものである。図１６では、２つのアンテナ素子部２，１６２を並列接続する場合を示しているが、３つ以上のアンテナ素子部を並列接続することも勿論可能である。

アンテナ１６１によれば、上述の第２の実施の形態と同様に、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１６１を実現できる。また、２つのアンテナ素子部２，１６２が適度に近い帯域でアンテナ動作するように構成することで、より広帯域なアンテナ１６１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、給電部１０に給電用同軸ケーブル１３を用いて給電を行う場合を説明したが、これに限らず、例えば、マイクロストリップ線路等のプリント基板に形成された伝送線路によって給電するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では言及しなかったが、給電系との整合状態を改善するために、同軸ケーブル８の外部導体６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ることも勿論可能である。

１ アンテナ
２ アンテナ素子部
３ グラウンド導体
４ 中心導体
６ 外部導体
８ 同軸ケーブル
１０ 給電部
１１ 短絡部
１２ 導体接続部

Claims (10)

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、
   中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブルと、
   前記中心導体と前記外部導体のうち一方の一端部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、
   前記中心導体と前記外部導体のうち他方の一端部と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、
   前記中心導体の他端部と前記外部導体の他端部とを電気的に接続する導体接続部と、を有し、
   前記同軸ケーブルは、その全長が最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下であり、かつ、前記中心導体と前記外部導体間の距離が、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. 前記給電部を共通とし、前記同軸ケーブルの寸法が異なる複数の前記アンテナ素子部を備えた請求項１記載のアンテナ。
3. 前記給電部に、第２のアンテナ素子部となる導体を並列接続した請求項１記載のアンテナ。
4. 前記給電部には、給電用同軸ケーブルを用いて給電がなされ、
   前記アンテナ素子部の前記同軸ケーブルと、前記給電用同軸ケーブルとを、１本の共通の同軸ケーブルで構成した請求項１記載のアンテナ。
5. 前記短絡部は、接着剤の塗布された導体箔からなる請求項１〜４いずれかに記載のアンテナ。
6. 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、
   中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブルと、
   前記中心導体と前記外部導体のうち一方の一端部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、
   前記中心導体と前記外部導体のうち他方の一端部と前記グラウンド導体とを電気的に接続する短絡部と、
   前記中心導体の他端部と前記外部導体の他端部とを電気的に接続する導体接続部と、を有し、
   前記同軸ケーブルは、その全長が最小の直列共振周波数に対応する波長の１／２以下であり、かつ、前記中心導体と前記外部導体間の距離が、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。
7. 前記給電部を共通とし、前記同軸ケーブルの寸法が異なる複数の前記アンテナ素子部を備えた請求項６記載の無線装置。
8. 前記給電部に、第２のアンテナ素子部となる導体を並列接続した請求項６記載の無線装置。
9. 前記給電部には、給電用同軸ケーブルを用いて給電がなされ、
   前記アンテナ素子部の前記同軸ケーブルと、前記給電用同軸ケーブルとを、１本の共通の同軸ケーブルで構成した請求項６記載の無線装置。
10. 前記短絡部は、接着剤の塗布された導体箔からなる請求項６〜９いずれかに記載の無線装置。