JP6548271B2

JP6548271B2 - アンテナ装置および無線機器

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Publication number: JP6548271B2
Application number: JP2017019912A
Authority: JP
Inventors: 辰也松浦
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: JP2018129595A

Description

本発明は、スプリットリング共振器アンテナを有し、小型化と配置の自由度との双方を実現するようにしたアンテナ装置および無線機器に関する。

近年の無線機器においては小型化の進展速度が著しく、無線機器内部のプリント基板も高密度実装となり、無線機器に搭載するアンテナについても、より柔軟に種々の位置に柔軟に配置することができ、かつ、さらなる小型化の確保が強く望まれるようになってきている。

以下に、本発明のアンテナ装置に関連する現状の技術について、図面を参照して説明する。図１３は、本発明に関連する現状の技術におけるアンテナ装置の構成例を示す概要図であり、プリント基板等のＧＮＤ（Ground：アース）板の内部に配置することが可能なスロットアンテナの基本形態を示している。つまり、図１３に示すアンテナ装置１００においては、ＧＮＤ板１１の内部にスロットアンテナ１２が配置された構成となっている。

図１４は、図１３に示したアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の部分を拡大した拡大図である。図１４の拡大図においては、図１３にて説明したように、ＧＮＤ板１１の内部にスロットアンテナ１２が配置され、該スロットアンテナ１２の一辺に接続された給電導体１３を介して給電部１４からの交流電力を給電するという構成となっている。

ここで、スロットアンテナ１２は、長辺方向を約λ／２（λ：アンテナ装置１００の動作周波数における電磁波の波長を表す）の長さとし、短辺方向は長辺方向の長さと比べて十分に短くした直径からなる開口部を有する形状である、給電部１４から給電導体１３を介してスロットアンテナ１２に交流電力を給電すると、スロットアンテナ１２の長辺方向に磁流が発生し、該磁流を波源として電磁波を放射することによって、所望の周波数でスロットアンテナ１２を動作させることができる。

次に、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄの各放射パターン図を参照して、図１３および図１４に示したアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の放射パターンについて説明する。図１５の各図は、図１３および図１４のアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の放射パターンを示す放射パターン図である。

まず、図１５Ａは、図１３および図１４のアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の放射パターンの測定平面を示すために設定した座標軸を示す説明図であり、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄの各放射パターンの測定平面が、どの平面であるかを示している。図１５Ａに示すように、図１４のアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の長辺方向と平行し、かつ、給電導体１３の長辺方向と直交する方向がＸ軸であり、スロットアンテナ１２の長辺方向と給電導体１３の長辺方向との双方と直交する方向がＹ軸であり、スロットアンテナ１２の長辺方向と直交し、かつ、給電導体１３の長辺方向と平行する方向がＺ軸である。

言い換えると、図１４のアンテナ装置１００のＧＮＤ板１１と平行する平面がＸＺ面であり、図１４のアンテナ装置１００のＧＮＤ板１１と直交し、かつ、スロットアンテナ１２の長辺方向と平行する方向になる平面がＸＹ面であり、図１４のアンテナ装置１００のＧＮＤ板１１と直交し、かつ、スロットアンテナ１２の長辺方向と直交する方向になる平面がＹＺ面である。

図１５Ｂは、図１５Ａに示すＸ軸とＺ軸とからなるＸＺ面内における図１３および図１４のアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の放射パターンを示す放射パターン図である。また、図１５Ｃは、図１５Ａに示すＹ軸とＺ軸とからなるＹＺ面内における図１３および図１４のアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の放射パターンを示す放射パターン図である。また、図１５Ｄは、図１５Ａに示すＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ面内における図１３および図１４のアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の放射パターンを示す放射パターン図である。

なお、放射パターン図とは、或る平面内において３６０°全方向にアンテナがどれだけのエネルギーを放射するかを示すものであり、該放射パターン図においてプロットされた放射パターンに関して、中心からの距離が長く、大きいパターンになるほど、エネルギーの放射量が大きく、アンテナの性能が高いことを示している。また、放射する電磁波の電界が振動する方向を偏波面と言う。そして、電界が大地面に対して水平方向に振動する電磁波を水平偏波と言い、一方、電界が大地面に対して垂直方向に振動する電磁波を垂直偏波と言う。一般に、アンテナから放射される電磁波は、水平偏波と垂直偏波とに分解して表される。

スロットアンテナ１２を用いるアンテナ装置１００の場合は、図１４に示したように、ＧＮＤ板１１の内部の任意の領域を開口することによって、アンテナとして動作させるので、自由な位置にアンテナを配置することができるものの、スロットアンテナ１２の長辺方向の長さをλ／２にすることが必要であるため、スロットアンテナ１２の長辺方向に大きな配置領域を必要とするという問題点がある。

かくのごときスロットアンテナ１２における問題点を解決するための小型アンテナとして、例えば、特許文献１の特許第６０２０４５１号公報「アンテナ装置および電子装置」にも記載されているように、環状（ループ状）の導体の一部を切断した略Ｃ字型の形状をなすスプリットリング共振器（Split＿Ring Resonator：以降、「ＳＲＲ共振器」と表現することもある）をアンテナに利用したスプリットリング共振器アンテナ（以降、「ＳＲＲアンテナ」と表現することもある）が搭載されたアンテナ装置が開発されている。

前記特許文献１に記載の技術においては、誘電体層を挟んで対向する第１の導体層と第２の導体層それぞれが略Ｃ字状に連続する第１スプリットリング部および第２スプリットリング部を有し、該第１スプリットリング部および該第２スプリットリング部を導体ビアで接続することによって、スプリットリング共振器自体をアンテナ放射体となすものであり、アンテナを低コストで形成することができ、かつ、図１３に示したスロットアンテナ１２に比し、アンテナの大幅な小型化を図ることができる。

図１６は、本発明に関連する現状の技術におけるＳＲＲアンテナを用いたアンテナ装置の基本形態を示す概念図である。図１６のアンテナ装置２００に示すように、ＳＲＲアンテナ（スプリットリング共振器アンテナ）は、図１３に示したアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２の場合と同様、プリント基板等のＧＮＤ板２１の一部を開口した構造からなるが、図１３の場合とは異なり、アンテナの長辺方向にλ／２の長さの大きな領域を確保する必要がないので、ＳＲＲアンテナは、前述したように、小型化を図ることができる。

つまり、図１６に示すように、ＳＲＲアンテナとして動作するアンテナ装置２００は、小型化が可能であり、ＧＮＤ板２１とスプリットリング共振器２２と給電部２３とを備え、スプリットリング共振器２２をＧＮＤ板２１の外周部の一辺に接するように配置した構成になっている。

図１７は、図１６に示したアンテナ装置２００のスプリットリング共振器２２の部分を拡大した拡大図である。図１７に示すように、スプリットリング共振器２２は、ＧＮＤ板２１の外周部の一辺に接するように配置された開口部２２１内に配置される。また、給電部２３には給電導体２２２が接続され、給電部２３から交流電力がスプリットリング共振器２２に対して給電される。さらに、開口部２２１にスプリット部を形成するとともに、開口部２２１の側面を形成する一辺を給電導体２２２に接続するように、第１の導体２２３がＧＮＤ板２１の外周部に接するように配置される。また、第１の導体２２３との間で開口部２２１にスプリット部を形成するために、ＧＮＤ板２１の外周部に接するように配置されている開口部２２１の他方の側面を形成する一辺と接続するように、第２の導体２２４が配置された構成となっている。

さらに、第１の導体２２３と第２の導体２２４とが互いに最も接近する部分に、それぞれ、第１のスプリット部導体２２５と第２のスプリット部導体２２６とが開口部２２１の外周部と直角になるように接続されて、第１のスプリット部導体２２５と第２のスプリット部導体２２６が互いに対向してスプリット部を形成している。

図１８は、図１６および図１７に示したアンテナ装置２００（ＳＲＲアンテナ）の動作周波数における電流の流れを模式的に表わした図であり、矢印付きの太い破線は電流の流れを示している。スプリットリング共振器２２は、図１８に矢印付きの太い破線で示す電流の経路が示すように、給電部２３と、給電導体２２２と、第１の導体２２３の一部と、第２の導体２２４と、第２の導体２２４と開口部２２１との接続部から給電部２３までをつなぐ開口部２２１の外周部の一部とによって等価的に構成されるコイル部分と、第１のスプリット部導体２２５と第２のスプリット部導体２２６とが形成するスプリット部によって等価的に構成されるコンデンサ部分とでもって、直列共振回路を構成している。

ＳＲＲアンテナの動作周波数は、該直列共振回路の共振周波数によって決定される。そこで、ＳＲＲアンテナであるはアンテナ装置２００、スプリットリング共振器２２の周辺のＧＮＤ板２１を流れる高周波電流を波源として、該共振周波数と同じ周波数の電磁波を放射することになる。

特許第６０２０４５１号公報

近年の無線機器においては、前述したように、小型化の勢いは著しく、内部に実装するプリント基板も高密度実装が進み、内蔵するアンテナ装置についても、より柔軟に種々の位置に配置することができ、かつ、できる限り小型化を図ることへの強い要望がある。

しかしながら、本発明に関連する現状の技術におけるアンテナ装置においては、前述した図１６や図１７に記載のようなＳＲＲアンテナを適用したアンテナ装置であっても、かかる要望に応えることができていないという、解決するべき課題がある。すなわち、例えば、図１７に示したＳＲＲアンテナの場合、スプリット部を形成するためには、ＧＮＤ板２１の外周側の一辺に接するようにスプリットリング共振器２２を配置することが必要であり、アンテナの配置位置の自由度が制限されてしまうので、種々の位置に柔軟に配置できようにするという課題を解決することができない。

（本発明の目的）
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、アンテナの小型化と配置の自由度との双方を実現することが可能なアンテナ装置および無線機器を提供することを、その目的としている

前述の課題を解決するため、本発明によるアンテナ装置および無線機器は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）本発明によるアンテナ装置は、
ＧＮＤ板の内部に配置した開口部と、前記開口部の一辺に接続され、交流電力が給電される給電導体とを有し、無線信号を送受信するアンテナ装置において、
第１のスプリット部導体と第２のスプリット部導体とを前記開口部の内部において互いに対向する位置に配置してスプリット部を形成し、前記第１のスプリット部導体に接続した第３のスプリット部導体と前記第２のスプリット部導体に接続した第４のスプリット部導体とを、前記開口部の互いに対向する二辺にそれぞれ接続することにより並列スプリットリング共振器を構成し、該並列スプリットリング共振器でもってアンテナを形成した
ことを特徴とする。

（２）本発明によるアンテナ装置は、
ＧＮＤ板の内部に配置した開口部と、前記開口部の一辺に接続され、交流電力が給電される給電導体とを有し、無線信号を送受信するアンテナ装置において、
前記開口部の内部において前記給電導体と対向する位置に第１のスプリット部導体を配置して、スプリット部を形成し、前記第１のスプリット部導体に接続した第３のスプリット部導体を前記開口部の一辺に接続して並列スプリットリング共振器を構成し、該並列スプリットリング共振器でもってアンテナを形成した
ことを特徴とする。

（３）本発明による無線機器は、無線信号を送受信するアンテナ装置を備えた無線機器において、前記アンテナ装置が、前記（１）または（２）に記載のアンテナ装置であることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置および無線機器によれば、以下のような効果を奏することができる。

すなわち、本発明においては、プリント基板等のＧＮＤ板（アース板）の内部に並列スプリットリング共振器を配置してＳＲＲアンテナ（スプリットリング共振器アンテナ）として動作するように構成しているので、本発明に関連する現状の技術におけるスロットアンテナと比較して、小型化を図ることができ、さらに、本発明に関連する現状の技術におけるＳＲＲアンテナと比較して、配置の自由度を向上させ、自由な領域に配置することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す概念図である。本発明の第１の実施形態として図１に示したアンテナ装置の並列スプリットリング共振器の部分を拡大した拡大図である。本発明の第１の実施形態として図１に示したアンテナ装置と本発明に関連する現状の技術の一つとして図１３に示すスロットアンテナを用いたアンテナ装置とのサイズを模式的に比較した模式図である。本発明の第１の実施形態として図１、図２に示したアンテナ装置のＳＲＲアンテナの動作周波数における電流の流れを模式的に表わした模式図である。図１、図２に示した並列スプリットリング共振器の等価回路を示す回路図である。図１、図２に示したアンテナ装置のＳＲＲアンテナのインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。図１、図２に示したアンテナ装置のＳＲＲアンテナのリターンロス特性の一例を示す特性図である。図１および図２のアンテナ装置のＳＲＲアンテナの放射パターンの測定平面を示すために設定した座標軸を示す説明図である。図８Ａに示すＸ軸とＺ軸とからなるＸＺ面内における図１および図２のアンテナ装置のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。図８Ａに示すＹ軸とＺ軸とからなるＹＺ面内における図１および図２のアンテナ装置のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。図８Ａに示すＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ面内における図１および図２のアンテナ装置のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の並列スプリットリング共振器の部分を拡大した拡大図である。本発明の第２の実施形態として図９に示したアンテナ装置のＳＲＲアンテナの動作周波数における電流の流れを模式的に表わした模式図である。図９に示したアンテナ装置のＳＲＲアンテナのインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。図９に示したアンテナ装置のＳＲＲアンテナのリターンロス特性の一例を示す特性図である。本発明に関連する現状の技術におけるアンテナ装置の構成例を示す概要図である。図１３に示したアンテナ装置のスロットアンテナの部分を拡大した拡大図である。図１３および図１４のアンテナ装置のスロットアンテナの放射パターンの測定平面を示すために設定した座標軸を示す説明図である。図１５Ａに示すＸ軸とＺ軸とからなるＸＺ面内における図１３および図１４のアンテナ装置のスロットアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。図１５Ａに示すＹ軸とＺ軸とからなるＹＺ面内における図１３および図１４のアンテナ装置のスロットアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。図１５Ａに示すＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ面内における図１３および図１４のアンテナ装置のスロットアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。本発明に関連する現状の技術におけるＳＲＲアンテナを用いたアンテナ装置の基本形態を示す概念図である。図１６に示したアンテナ装置のスプリットリング共振器の部分を拡大した拡大図である。図１６および図１７に示したアンテナ装置（ＳＲＲアンテナ）の動作周波数における電流の流れを模式的に表わした模式図である。

以下、本発明によるアンテナ装置および無線機器の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明によるアンテナ装置について説明するが、無線信号を送受信するアンテナ装置を備えた可搬型の無線機器に、本発明によるアンテナ装置を搭載するようにしても良いことは言うまでもない。また、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、
プリント基板等のＧＮＤ（Ground：アース）板の内部に配置された開口部と、
前記開口部の一辺に接続されて、交流電力を給電する給電導体と、
前記開口部の内部に互いに対向するように配置した２本の導体によって形成されるスプリット(またはスリット）部と、
前記スプリット部を形成する２本の前記導体と前記開口部の互いに対向する二辺とをそれぞれ接続する導体と、
を少なくとも備えて構成していることを主要な特徴している。而して、前記ＧＮＤ板の外周部のいずれの辺とも接していない前記ＧＮＤ板の内部に開口部を配置しても、ＳＲＲアンテナとして動作することが可能であるので、アンテナの配置の自由度と小型化との双方を実現することが可能になる。

［第１の実施形態］
次に、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態の構成例）
まず、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す概念図であり、プリント基板等のＧＮＤ（Ground：アース）板の内部にスプリットリング共振器アンテナ（ＳＲＲアンテナ）を配置した場合の基本形態を示している。

図１に示すアンテナ装置１０においては、ＧＮＤ板１の外周部のいずれの辺にも接しないように、ＧＮＤ板１の内部に開口部２を配置し、該開口部２の内部に並列スプリットリング共振器６を形成した構成になっている。

並列スプリットリング共振器６は、開口部２の内部にスプリット部導体３を配置してスプリット部を形成し、開口部２の一辺に接続された給電導体４を介して給電部５からの交流電力を給電することによって構成される。ここで、開口部２の内部に配置するスプリット部導体３は、詳細は後述するが、開口部２の内部に互いに対向するように配置した２本の導体と、該２本の導体と開口部２の互いに対向する二辺とをそれぞれ接続する導体とによって構成される。そして、互いに対向するように配置した２本の前記導体によって、スプリット(またはスリット）部が形成される。

つまり、図１に示すアンテナ装置１０は、本発明に関連する現状の技術として図１６に示したアンテナ装置２００（ＳＲＲアンテナ：スプリットリング共振器アンテナ）からの主な変更点として、ＧＮＤ板１の外周部のいずれの辺にも接しないように、ＧＮＤ板１の内部に開口部２を配置したこと、ＧＮＤ板１の内部に配置した開口部２の互いに対向する二辺にスプリット部を形成するためのスプリット部導体３を接続していること、開口部２の一辺に給電導体４を接続して給電部５からの交流電力を給電していること、そして、２つの直列共振回路を並列に接続した並列スプリットリング共振器６を構成していること、が挙げられる。

図２は、本発明の第１の実施形態として図１に示したアンテナ装置１０の並列スプリットリング共振器６の部分を拡大した拡大図である。図２の拡大図においては、図１にて説明したように、ＧＮＤ板１の内部に設けた開口部２内に並列スプリットリング共振器６が配置され、該開口部２の一辺に接続された給電導体４を介して給電部５からの交流電力を給電するという構成となっている。

ＧＮＤ板１の内部に設けた開口部２の内部には、スプリット部を形成するためのスプリット部導体３として、第１のスプリット部導体３１、第２のスプリット部導体３２、第３のスプリット部導体３３、第４のスプリット部導体３４の４本の導体が配置されている。第１のスプリット部導体３１と第２のスプリット部導体３２とは、開口部２内で互いに対向するように配置される。また、第３のスプリット部導体３３は、第１のスプリット部導体３１と開口部２の一辺とを接続するように配置される。また、第４のスプリット部導体３４は、第２のスプリット部導体３２と開口部２の他の一辺（すなわち、第３のスプリット部導体３３が接続された開口部２の一辺と対向する位置にある一辺）とを接続するように配置される。

なお、給電導体４は、第３のスプリット部導体３３および第４のスプリット部導体３４と平行に配置され、給電導体４の一端は、第３のスプリット部導体３３の一端が接続されている開口部２の一辺に接続されている。給電導体４の他端は、給電部５に接続され、給電部５から交流電力を給電される。

図３は、本発明の第１の実施形態として図１に示したアンテナ装置１０と本発明に関連する現状の技術の一つとして図１３に示すスロットアンテナを用いたアンテナ装置１００とのサイズを模式的に比較した模式図である。図３に示すように、並列スプリットリング共振器６からなるＳＲＲアンテナを用いる図１に示すアンテナ装置１０は、スロットアンテナ１２を用いる図１３に示すアンテナ装置１００と比較して、アンテナの長辺方向の長さが大幅に縮小されていることが概念的に理解することができる。

（第１の実施形態の動作の説明）
次に、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置として図１、図２に示したアンテナ装置１０の動作例について、その一例を、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第１の実施形態として図１、図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの動作周波数における電流の流れを模式的に表わした模式図であり、矢印付きの太い破線は電流の流れを示している。

ＳＲＲアンテナを構成する並列スプリットリング共振器６においては、給電部５から供給される電力により、図４に矢印付きの太い破線で示す電流の経路が示すように、給電導体４と、開口部２の外周部の一部と、第３のスプリット部導体３３と、第１のスプリット部導体３１と、第２のスプリット部導体３２と、第４のスプリット部導体３４と、前述の開口部２の外周部の一部に対向する位置にある開口部２の外周部の一部とによって構成されるループ状の第１の経路に第１の電流Ｉ_１が流れる。同様に、第３のスプリット部導体３３と、第１のスプリット部導体３１と、第２のスプリット部導体３２と、第４のスプリット部導体３４と、給電導体４とは反対側になる開口部２の外周部の一部とによって構成されるループ状の第２の経路にも第２の電流Ｉ_２が流れる。そして、並列スプリットリング共振器６は、第１の経路を流れる第１の電流Ｉ_１と第２の経路を流れる第２の電流Ｉ_２とを波源として電磁波を放射することになる。

ここで、第１の電流Ｉ_１が流れる第１の経路によって等価的に構成される第１のコイル部分Ｌ１と、第２の電流Ｉ_２が流れる第２の経路によって等価的に構成される第２のコイル部分Ｌ２と、第１のスプリット部導体３１と第２のスプリット部導体３２とによって等価的に構成されるコンデンサ部分Ｃとは、図５に示すように、等価的に、２つの直列共振回路を並列に接続した共振回路を形成していることになる。図５は、図１、図２に示した並列スプリットリング共振器６の等価回路を示す回路図である。

したがって、図１、図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの動作周波数は、等価的に２つの直列共振回路を並列に接続して構成される前記共振回路の共振周波数によって決定され、該共振周波数と同じ周波数の電磁波を放射することになる。

なお、図４において、第１の電流Ｉ_１が流れる第１の経路および第２の電流Ｉ_２が流れる第２の経路のいずれか一方または双方の長さを変更することによって、それぞれに等価的に構成される第１のコイル部分Ｌ１および第２のコイル部分Ｌ２のいずれか一方または双方のインダクタンスを変化させることが可能であり、而して、前記共振周波数（すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数）を適切な周波数に調整することが可能である。あるいは、開口部２の大きさを変えることによって、第１の電流Ｉ_１が流れる第１の経路および第２の電流Ｉ_２が流れる第２の経路の長さを変更させて、それぞれに等価的に構成される第１のコイル部分Ｌ１および第２のコイル部分Ｌ２のインダクタンスを変化させることが可能であり、而して、前記共振周波数（すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数）を適切な周波数に調整することが可能である。

同様に、第１のスプリット部導体３１および第２のスプリット部導体３２のいずれか一方または双方の長さを変えることによって、等価的に構成されるコンデンサ部分Ｃのキャパシタンスを変化させることが可能であり、而して、前記共振周波数（すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数）を適切な周波数に調整することが可能である。さらには、第１のスプリット部導体３１と第２のスプリット部導体３２との間の間隔を変えることによって、等価的に構成されるコンデンサ部分Ｃのキャパシタンスを変化させることも可能であり、而して、前記共振周波数（すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数）を適切な周波数に調整することが可能である。

また、開口部２の外周部のうち、給電導体４と開口部２との接続点から見てスプリット部導体３と開口部２との接続点とは反対側に位置する給電導体４側の開口部２の外周部の一部によって構成されるループ状の第３の経路（すなわち、第１の電流Ｉ_１と第２の電流Ｉ_２とのいずれも流れていない経路)は、等価的に、給電導体４を短絡することになる。かかる給電導体４側の開口部２の外周部の一部と給電導体４とからなるループ状の第３の経路は、図１、図２に示したＳＲＲアンテナの共振周波数におけるインピーダンスの軌跡を、基準抵抗値５０Ωに近付けるインピーダンス整合素子の働きをしている。したがって、該第３の経路のループの長さを調整することにより、該共振周波数（すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数）におけるＳＲＲアンテナの入力インピーダンスを基準抵抗値５０Ωに近付けるように調整することが可能である。

次に、図１、図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナが、良好なアンテナ特性を備えていることを、図６および図７の特性図を参照して説明する。図６は、図１、図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナのインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。また、図７は、図１、図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナのリターンロス特性の一例を示す特性図である。図６には、スミスチャートを用いて周波数に対するインピーダンスの軌跡が太線で表示されている。図６において、この太線が示すインピーダンスの軌跡が、スミスチャートの中心に最接近する点または中心を通る水平線と交差する点が、図１、図２の並列スプリットリング共振器６の共振周波数すなわちＳＲＲアンテナの動作周波数におけるインピーダンスを示している。図６に示すように、図１、図２のアンテナ装置１０（ＳＲＲアンテナ）は、共振周波数におけるインピーダンスが、アンテナの基準抵抗値５０Ωにかなり近づいている特性を有していることが分かる。

また、図７のリターンロス特性図は、図６のスミスチャートに示すインピーダンス特性と全く同じ測定をしていて、単に、チャート（図表）が異なるだけである。リターンロス特性図においては、共振周波数におけるインピーダンスが、基準抵抗値の５０Ωに近ければ近いほど、共振周波数におけるリターンロスの値が小さな値になるように表現される。つまり、図６のスミスチャートにおいて共振周波数におけるインピーダンスの軌跡が中心に近ければ近いほど、図７のリターンロス特性図のリターンロスの値が小さくなり、リターンロスの値が小さい値になればなる程、アンテナ特性が良好になることを意味している。

なお、図７のリターンロス特性図において、リターンロスの値が谷になる部分に当たる周波数を、アンテナの共振周波数と呼び、アンテナとして動作している周波数（動作周波数）を示している。アンテナとして良好に動作するためには、一般的に、アンテナが動作する周波数（動作周波数）において、リターンロスの値が−５ｄＢ以下であることが望ましいとされている。図７のリターンロス特性図に矢印で示すように、図１、図２のアンテナ装置１０（ＳＲＲアンテナ）は、共振周波数（すなわちアンテナの動作周波数）において、リターンロスの値が、−５ｄＢよりも遥かに小さい値になっており、良好なアンテナとして動作することが分かる。

次に、図８Ａ、の各放射パターン図を参照して、図１および図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの放射パターンについて説明する。図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄの各図は、図１および図２のアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。

まず、図８Ａは、図１および図２のアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの放射パターンの測定平面を示すために設定した座標軸を示す説明図であり、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄの各放射パターンの測定平面が、どの平面であるかを示している。図８Ａに示すように、図１のアンテナ装置１０のスプリット部導体３が形成するスプリット部の長辺方向と平行し、かつ、給電導体４の長辺方向と直交する方向がＸ軸であり、スプリット部導体３が形成するスプリット部の長辺方向と給電導体４の長辺方向との双方と直交する方向がＹ軸であり、スプリット部導体３が形成するスプリット部の長辺方向と直交し、かつ、給電導体４の長辺方向と平行する方向がＺ軸である。

言い換えると、図１のアンテナ装置１０のＧＮＤ板１と平行する平面がＸＺ面であり、図１のアンテナ装置１０のＧＮＤ板１と直交し、かつ、給電導体４の長辺方向と直交する方向になる平面がＸＹ面であり、図１４のアンテナ装置１０のＧＮＤ板１１と直交し、かつ、給電導体４の長辺方向と平行する方向になる平面がＹＺ面である。

図８Ｂは、図８Ａに示すＸ軸とＺ軸とからなるＸＺ面内における図１および図２のアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。また、図８Ｃは、図８Ａに示すＹ軸とＺ軸とからなるＹＺ面内における図１および図２のアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。また、図８Ｄは、図８Ａに示すＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ面内における図１および図２のアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナの放射パターンを示す放射パターン図である。

図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄそれぞれに示す放射パターンの大きさからも明らかなように、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置として図１および図２に示したアンテナ装置１０のＳＲＲアンテナは、本発明に関連する現状の技術として図１３に示したアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２と比較して、アンテナ性能を落とすことなく小型化を実現することが可能であることが分かる。さらには、前述したように、ＧＮＤ板１の内部の任意の領域に任意の大きさで配置することを可能にした構成としているので、本発明に関連する現状の技術として図１６および図１７に示したアンテナ装置２００のＳＲＲアンテナと比較して、アンテナ装置の配置の自由度を向上させることもできる。

（第１の実施形態の効果の説明）
以上に詳細に説明したように、本発明の第１の実施形態のアンテナ装置１０は、ＧＮＤ板１の内部に並列スプリットリング共振器６を配置して構成しているので、本発明に関連する現状の技術におけるスロットアンテナ例えば図１３、図１４に示すアンテナ装置１００のスロットアンテナ１２と比較して、小型化を図ることができ、さらに、本発明に関連する現状の技術におけるＳＲＲアンテナ例えば図１６、図１７に示すアンテナ装置２００のＳＲＲアンテナと比較して、自由な領域に配置することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。

図９は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の並列スプリットリング共振器の部分を拡大した拡大図である。第２の実施形態として図９に示すアンテナ装置１０Ａの並列スプリットリング共振器６Ａと、第１の実施形態として図２に示したアンテナ装置１０の並列スプリットリング共振器６との相違点は、次の点にある。

すなわち、図９に示すアンテナ装置１０Ａの並列スプリットリング共振器６Ａにおいては、まず、給電導体４Ａを第１のスプリット部導体３１と平行に配置し、第１のスプリット部導体３１と給電導体４とを対向させる構成としていることである。そして、次の相違点は、図９に示すアンテナ装置１０Ａの並列スプリットリング共振器６Ａにおいては、給電導体４Ａと第１のスプリット部導体３１とによって等価的にコンデンサ部分を構成することになるので、図２の並列スプリットリング共振器６において備えられていた第２のスプリット部導体３２と第４のスプリット部導体３４とを削除した構成としていることである。

図１０は、本発明の第２の実施形態として図９に示したアンテナ装置１０ＡのＳＲＲアンテナの動作周波数における電流の流れを模式的に表わした模式図であり、矢印付きの太い破線は電流の流れを示している。

ＳＲＲアンテナを構成する並列スプリットリング共振器６Ａにおいては、給電部５から供給される電力により、図１０に矢印付きの太い破線で示す電流が流れる経路が示すように、給電導体４Ａの給電部５側の一部と、第１のスプリット部導体３１と、第３のスプリット部導体３３と、給電部５側の開口部２の外周部の一部とによって構成されるループ状の第１の経路に第１の電流Ｉ_１が流れる。同様に、第１のスプリット部導体３１と、第３のスプリット部導体３３と、給電部５とは反対側の開口部２の外周部の一部と、給電部５とは反対側の給電導体４Ａの一部とによって構成されるループ状の第２の経路に第２の電流Ｉ_２が流れる。そして、第１の実施形態のアンテナ装置１０の場合と同様に、第１の経路を流れる第１の電流Ｉ_１と第２の経路を流れる第２の電流Ｉ_２とを波源として電磁波を放射することになる。

なお、図９に示す並列スプリットリング共振器６Ａにおいても、第１の経路や第２の経路のいずれか一方または双方の長さの変更、または、第１のスプリット部導体３１の長さの変更、第１のスプリット部導体３１と給電導体４Ａとの間の間隔の変更、のいずれか１ないし複数を行うことにより、並列スプリットリング共振器６Ａの共振周波数（ＳＲＲアンテナの動作周波数）を変更して、適切な周波数に調整することが可能である。また、給電導体４Ａと該給電導体４Ａ側の開口部２の外周部の一部とによって構成されるループ状の第３の経路（すなわち、第１の電流Ｉ_１と第２の電流Ｉ_２とのいずれも流れていない経路)の長さを調整することによって、ＳＲＲアンテナの入力インピーダンスを調整することも可能である。

次に、図９に示したアンテナ装置１０ＡのＳＲＲアンテナが、良好なアンテナ特性を備えていることを、図１１および図１２の特性図を参照して説明する。図１１は、図９に示したアンテナ装置１０ＡのＳＲＲアンテナのインピーダンス特性の一例を示すスミスチャートである。また、図１２は、図９に示したアンテナ装置１０ＡのＳＲＲアンテナのリターンロス特性の一例を示す特性図である。図１１のスミスチャートに示すように、図９のアンテナ装置１０Ａ（ＳＲＲアンテナ）は、共振周波数におけるインピーダンスが、アンテナの基準抵抗値５０Ωにかなり近づいている特性を有していることが分かる。また、図１２のリターンロス特性図に矢印で示すように、図９のアンテナ装置１０Ａ（ＳＲＲアンテナ）は、共振周波数（すなわちアンテナの動作周波数）において、リターンロスの値が、−５ｄＢ以下の小さい値になっており、良好なアンテナとして動作することが分かる。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

１ＧＮＤ板
２開口部
３スプリット部導体
４給電導体
４Ａ給電導体
５給電部
６並列スプリットリング共振器
６Ａ並列スプリットリング共振器
１０アンテナ装置
１０Ａアンテナ装置
１１ＧＮＤ板
１２スロットアンテナ
１３給電導体
１４給電部
２１ＧＮＤ板
２２スプリットリング共振器
２３給電部
３１第１のスプリット部導体
３２第２のスプリット部導体
３３第３のスプリット部導体
３４第４のスプリット部導体
１００アンテナ装置
２００アンテナ装置
２２１開口部
２２２給電導体
２２３第１の導体
２２４第２の導体
２２５第１のスプリット部導体
２２６第２のスプリット部導体

Claims

ＧＮＤ板の内部に配置した開口部と、前記開口部の一辺に接続され、交流電力が給電される給電導体とを有し、無線信号を送受信するアンテナ装置において、
第１のスプリット部導体と第２のスプリット部導体とを前記開口部の内部において互いに対向する位置に配置してスプリット部を形成し、前記第１のスプリット部導体に接続した第３のスプリット部導体と前記第２のスプリット部導体に接続した第４のスプリット部導体とを、前記開口部の互いに対向する二辺にそれぞれ接続することにより並列スプリットリング共振器を構成し、該並列スプリットリング共振器でもってアンテナを形成した
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記給電導体と前記開口部の外周部の一部と前記第３のスプリット部導体と前記第１のスプリット部導体と前記第２のスプリット部導体と前記第４のスプリット部導体と前記開口部の外周部の前記一部に対向する位置にある前記開口部の外周部の一部とが順にループ状に配置されてなる第１の経路
および
前記第３のスプリット部導体と前記第１のスプリット部導体と前記第２のスプリット部導体と前記第４のスプリット部導体と前記給電導体とは反対側になる前記開口部の外周部の一部とが順にループ状に配置されてなる第２の経路
のいずれか一方または双方の長さを変更することにより、アンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１のスプリット部導体および前記第２のスプリット部導体の一方または双方の長さの変更、前記第１のスプリット部導体と前記第２のスプリット部導体との間の間隔の変更、のうちいずれか１ないし複数の変更を行うことにより、アンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記開口部の大きさを変更することにより、アンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記給電導体と該給電導体側の前記開口部の外周部の一部とによって構成されるループ状の第３の経路の長さを変更することにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のアンテナ装置。
ＧＮＤ板の内部に配置した開口部と、前記開口部の一辺に接続され、交流電力が給電される給電導体とを有し、無線信号を送受信するアンテナ装置において、
前記開口部の内部において前記給電導体と対向する位置に第１のスプリット部導体を配置して、スプリット部を形成し、前記第１のスプリット部導体に接続した第３のスプリット部導体を前記開口部の一辺に接続して並列スプリットリング共振器を構成し、該並列スプリットリング共振器でもってアンテナを形成した
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記給電導体を介して給電する給電部側に位置する前記給電導体の一部と前記第１のスプリット部導体と前記第３のスプリット部導体と前記給電部側の前記開口部の外周部の一部とによって構成されるループ状の第１の経路
および、
前記第１のスプリット部導体と前記第３のスプリット部導体と、前記給電部とは反対側の前記開口部の外周部の一部と前記給電部とは反対側の前記給電導体の一部とによって構成されるループ状の第２の経路
のいずれか一方または双方の長さを変更することにより、アンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
前記第１のスプリット部導体の長さの変更、前記第１のスプリット部導体と前記給電導体との間の間隔の変更、のいずれか一方または双方の変更を行うことにより、アンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項６または７に記載のアンテナ装置。
前記給電導体と、前記開口部の外周部の一部とにより構成されるループ状の第３の経路の長さを調整することにより、アンテナの動作周波数を調整することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のアンテナ装置。
無線信号を送受信するアンテナ装置を備えた無線機器において、前記アンテナ装置が、請求項１ないし８のいずれかに記載のアンテナ装置であることを特徴とする無線機器。