JP6874368B2

JP6874368B2 - 電子機器

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Publication number: JP6874368B2
Application number: JP2016256728A
Authority: JP
Inventors: 洋平古賀; 尚志山ヶ城; 甲斐　学; 学甲斐; 星野　光晴; 光晴星野; 雅朋森
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP2018110297A; US10454176B2; US20180183149A1

Description

本発明は、アンテナ装置、及び、電子機器に関する。

従来より、基板に設けられたＧＳＭ（登録商標）帯域に対応するチップ型アンテナである第１のアンテナ、ＤＣＳ帯域及びＰＣＳ帯域に対応するパターンアンテナである第２のアンテナ、ＵＭＴＳ帯域に対応する積層アンテナである第３のアンテナを含むアンテナ装置がある。第２のアンテナは、第１のアンテナと給電ポートから延びた線路を経て設けられ、第２のアンテナは、基板上で第３のアンテナとギャップＧを介して配置され、アンテナスイッチを設けることなく容量結合されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２８１９９０号公報

ところで、従来のアンテナ装置では、第２のアンテナは、インピーダンス整合を取るために第３のアンテナと容量結合されており、アンテナ装置としての効率（特に放射効率）を改善するために設けられているものではない。

そこで、効率を改善したアンテナ装置、及び、電子機器を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の電子機器は、筐体と、前記筐体に配設されるアンテナ装置とを含み、前記アンテナ装置は、端辺を有するグランドプレーンと、第１給電点を有し、第１周波数で通信するモノポール型の第１アンテナエレメントと、第２給電点を有し、前記端辺から離間する方向に前記第２給電点から伸延し、第２周波数で通信するモノポール型の第２アンテナエレメントと、前記第２アンテナエレメントの途中から分岐する分岐エレメントとを含み、前記第２アンテナエレメントと前記分岐エレメントとは、Ｔ字型に分岐したＴ字型アンテナエレメントであり、前記第２アンテナエレメント及び前記分岐エレメントは、前記筐体の内壁に取り付けられており、前記第１アンテナエレメントは、前記第２アンテナエレメント及び前記分岐エレメントよりも前記グランドプレーンの近くに設けられており、前記第１アンテナエレメントの先端は、前記第２アンテナエレメントの先端よりも前記グランドプレーンの近くに配置され、前記第１給電点と前記第２給電点との間隔は、前記第１周波数における第１波長の電気長の０．２５倍から０．７倍の長さであり、前記第２アンテナエレメントの長さは、前記第１波長の電気長の０．１５倍から０．５５倍の長さである。

効率を改善したアンテナ装置、及び、電子機器を提供することができる。

実施の形態のアンテナ装置を含むタブレットコンピュータ５００の正面側を示す斜視図である。タブレットコンピュータ５００の配線基板５０５を示す図である。実施の形態のアンテナ装置１００を示す平面図である。図３におけるＡ−Ａ矢視断面を示す図である。シミュレーションモデル１００Ａを示す図である。放射素子１１０と放射素子１２０との距離Ｘに対する、放射素子１１０の放射効率の特性を示す図である。シミュレーションモデル１００Ｂ及び１００Ｃを示す図である。シミュレーションモデル１００Ｂ及び１００Ｃを示す図である。シミュレーションモデル１００Ｂ及び１００Ｃにおける、放射素子１１０と放射素子１２０との距離Ｘに対する、放射素子１１０の放射効率の特性を示す図である。図５に示すシミュレーションモデル１００Ａにおいて放射素子１２０の長さを変化させた場合の放射効率の増加分の変化を示す図である。シミュレーションモデル１００Ａの電流密度のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明のアンテナ装置、及び、電子機器を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のアンテナ装置を含むタブレットコンピュータ５００の正面側を示す斜視図である。タブレットコンピュータ５００は、実施の形態のアンテナ装置を含む電子機器の一例である。

タブレットコンピュータ５００の筐体５００Ａには、正面側にタッチパネル５０１及びディスプレイパネル５０２が配設され、タッチパネル５０１の下側には、ホームボタン５０３とスイッチ５０４が配設される。タッチパネル５０１は、ディスプレイパネル５０２の表面側に設けられている。

なお、実施の形態のアンテナ装置を含む電子機器は、タブレットコンピュータ５００に限られず、スマートフォン端末機、携帯電話端末機、又はゲーム機等であってもよい。

図２は、タブレットコンピュータ５００の配線基板５０５を示す図である。

配線基板５０５は、筐体５００Ａ（図１参照）の内部に配設される。配線基板５０５には、ＤＵＰ(Duplexer)５１０、ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)／ＰＡ(Power Amplifier)５２０、変調／復調器５３０、及びＣＰＵ(Central Processing Unit：中央演算処理装置)チップ５４０が実装される。

また、配線基板５０５のＤＵＰ５１０、ＬＮＡ／ＰＡ５２０、変調／復調器５３０、及びＣＰＵチップ５４０が実装される面とは反対側の面には、実施の形態のアンテナ装置１００が配設される。アンテナ装置１００の詳細な構成については後述するため、図２では、アンテナ装置１００の位置を破線で示す。

ＤＵＰ５１０、ＬＮＡ／ＰＡ５２０、変調／復調器５３０、及びＣＰＵチップ５４０は、配線５６５を介して接続されている。

ＤＵＰ５１０は、配線５６０と図示しないビアとを介してアンテナ装置１００に接続されており、送信又は受信の切り替えを行う。ＤＵＰ５１０は、フィルタとしての機能を有するため、アンテナ装置１００が複数の周波数の信号を受信した場合に、それぞれの周波数の信号を内部で分離することができる。

ＬＮＡ／ＰＡ５２０は、送信波及び受信波の電力の増幅を行う。変調／復調器５３０は、送信波の変調と受信波の復調を行う。ＣＰＵチップ５４０は、タブレットコンピュータ５００の通信処理を行う通信用プロセッサとしての機能と、アプリケーションプログラムを実行するアプリケーションプロセッサとしての機能とを有する。なお、ＣＰＵチップ５４０は、送信するデータ又は受信したデータ等を格納する内部メモリを有する。

なお、配線５６０、５６５は、例えば、配線基板５０５の表面の銅箔をパターニングすることによって形成される。また、図２では図示を省くが、アンテナ装置１００とＤＵＰ５１０との間には、インピーダンス特性を調整するための整合回路が設けられる。

図３は、実施の形態のアンテナ装置１００を示す平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ矢視断面を示す図である。アンテナ装置１００は、例えば、タブレットコンピュータ５００（図１参照）のスイッチ５０４の近くに位置するように配設される。

アンテナ装置１００は、グランドプレーン２０、放射素子１１０、及び放射素子１２０を含む。以下では、直交座標系であるＸＹＺ座標系を用いて説明する。

アンテナ装置１００は、一例として、タブレットコンピュータ５００（図２参照）の筐体５００Ａの内部に含まれる金属板１０に取り付けられている。

金属板１０は、グランドプレーン２０よりも厚い金属板であり、接地電位に保持される。金属板１０は、例えば、タブレットコンピュータ５００のディスプレイパネル５０２（図１参照）の表示面とは反対側に設けられる板金である。この場合、金属板１０は、ディスプレイパネル５０２を補強するために設けられている。金属板１０は、図２に示す配線基板５０５の裏側に設けられている。

金属板１０には、電子機器の機能を実現するために必要なＣＰＵ(Central Processing Unit)チップ、メモリ、又はその他の電子部品が接続されていてもよい。なお、金属板１０は、このようなものに限られず、上述したような電子機器に含まれている金属板であればよい。電子機器は、ディスプレイパネルを含まなくてもよい。

グランドプレーン２０は、金属板１０のＸ軸に平行な辺Ｌ１に接続される金属層であり、接地電位に保持される。グランドプレーン２０は、頂点２１、２２、２３、２４を有する矩形状のグランド部２０Ａと、頂点２２と頂点２３を結ぶ辺Ｌ２からＹ軸正方向にＬ字型に突出するグランド部２０Ｂとを有する金属層である。

グランド部２０Ｂは、辺Ｌ２からＹ軸正方向に突出し、折り曲げ部２５でＸ軸負方向に折り曲げられ、先端２６まで伸延している。なお、グランドプレーン２０は、頂点２１及び２２よりもさらにＸ軸負方向に伸延していてもよく、頂点２３及び２４よりもさらにＸ軸正方向に伸延していてもよい。

頂点２１と頂点２４を結ぶ辺Ｌ１と、頂点２２と頂点２３を結ぶ辺Ｌ２とは、ともにＸ軸に平行である。頂点２１と頂点２２を結ぶ辺と、頂点２４と頂点２３を結ぶ辺とは、ともにＹ軸に平行である。辺Ｌ２は、辺Ｌ１の対辺であり、グランドプレーン２０の端辺である。

グランドプレーン２０は、アンテナ装置１００のグランドプレーンとして機能する。グランドプレーン２０は、例えば、筐体５００Ａの内側の面に形成されるめっき層である。めっき層は、例えば、銅めっき又はその他の金属製のめっきで作製することができる。また、グランドプレーン２０は、配線基板５０５の表面に貼り付けられる金属箔によって実現されてもよい。

放射素子１１０は、グランドプレーン２０のグランド部２０ＡのＺ軸正方向側に、樹脂製のスペーサ３０を介して搭載されている。放射素子１１０は、給電点１１１と先端１１２とを有する直線状の金属導体であり、グランドプレーン２０と同様に、銅めっき又はその他の金属製のめっきで作製することができる。また、放射素子１１０は、線状の銅箔であってもよい。

放射素子１１０は、モノポール型の第１アンテナエレメントの一例である。放射素子１１０は、平面視で辺Ｌ２に沿って伸延しており、両端に給電点１１１と先端１１２を有する。先端１１２は、平面視で頂点２１と同じ位置にある。なお、給電点１１１は、第１給電点の一例である。

放射素子１１０の給電点１１１から先端１１２までのグランドプレーン２０に対する高さ（Ｚ軸方向の距離）は一定である。放射素子１１０は、一例として、給電点１１１が同軸ケーブルの芯線に接続され、平面視で給電点１１１の真下（Ｚ軸負方向側）にあるグランドプレーン２０の点（給電点１１１に対応するグランドプレーン２０の点）が同軸ケーブルのシールド線に接続されることによって給電される。

放射素子１１０の通信周波数はｆ１であり、放射素子１１０の長さ（給電点１１１から先端１１２までの長さ）は、通信周波数ｆ１における波長λ_１の電気長の四半波長（λ_１／４）に設定される。このため、放射素子１１０は、グランドプレーン２０と共同してモノポールアンテナとして機能する。

放射素子１１０は、放射素子１２０よりもグランドプレーン２０に近接して配置されている。給電点１１１は、放射素子１２０の給電点１２１よりもグランドプレーン２０の近くに配置される。また、先端１１２は、放射素子１２０の先端１２２よりもグランドプレーン２０の近くに配置される。なお、給電点１２１は、第２給電点の一例である。

放射素子１１０は、放射素子１２０に比べてグランドプレーン２０に近いため、放射素子１２０よりもグランドプレーン２０との結合が強く、単独での放射効率が低いが、放射素子１１０自身が放射することに加えて、放射素子１２０を介して放射することにより、通信周波数ｆ１での放射効率を確保する。このような放射素子１１０の原理については後述する。

スペーサ３０は、平面視で放射素子１１０と略等しいサイズを有する薄板状の樹脂製の部材であり、放射素子１１０を配置するために設けられている。スペーサ３０は、例えば筐体５００Ａと同様の材料で作製することができ、グランドプレーン２０のグランド部２０ＡのＺ軸正方向側に貼り付けられ、スペーサ３０のＺ軸正方向側には放射素子１１０が配設される。

なお、ここでは、スペーサ３０を用いて放射素子１１０をグランドプレーン２０のＺ軸正方向側に配置する形態について説明するが、スペーサ３０を用いずに、筐体５００Ａの内壁からＺ軸負方向に突出する突出部を設け、突出部の先端に放射素子１１０を設けてもよい。

放射素子１２０は、筐体５００Ａの内壁に取り付けられている。放射素子１２０は、給電点１２１、先端１２２、及び分岐端１２３を有するＴ字型の放射素子であり、グランドプレーン２０、放射素子１１０と同様に、銅めっき又はその他の金属製のめっきで作製することができる。また、放射素子１１０は、Ｔ字型の銅箔であってもよく、この場合は筐体５００Ａの内壁に貼り付ければよい。

給電点１２１は、平面視で、グランドプレーン２０の先端２６と同じ位置に配置される。給電部１２１は、平面視で先端２６のＹ軸方向の幅方向における略中央に位置する。

放射素子１２０は、給電点１２１からＹ軸正方向に伸延し、折り曲げ部１２４でＸ軸負方向に折り曲げられ、先端１２２まで伸延している。放射素子１２０のうち給電点１２１から折り曲げ部１２４を経て先端１２２まで伸延する部分（以下、放射部１２０Ａと称す）は、モノポール型の第２アンテナエレメントの一例である。

また、放射素子１２０は、折り曲げ部１２４からＸ軸正方向に分岐し、分岐端１２３まで伸延する区間を有する。この区間は、分岐エレメントの一例である。放射素子１２０のうち給電点１２１から折り曲げ部１２４を経て分岐端１２３まで伸延する部分を放射部１２０Ｂと称す。

放射素子１２０の給電点１２１から先端１２２までの区間のグランドプレーン２０に対する高さ（Ｚ軸方向の距離）と、折り曲げ部１２４から分岐端１２３までの区間のグランドプレーン２０に対する高さ（Ｚ軸方向の距離）とは一定であり、放射素子１１０よりも高い位置に配置されている。

放射素子１２０は、一例として、給電点１２１が同軸ケーブルの芯線に接続され、平面視で給電点１２１の真下（Ｚ軸負方向側）にあるグランドプレーン２０の点（給電点１２１に対応するグランドプレーン２０の点であり、先端２６のＹ軸方向の幅方向における略中央の点）が同軸ケーブルのシールド線に接続されることによって給電される。

放射部１２０Ａの通信周波数はｆ２であり、放射部１２０Ａの長さ（給電点１２１から先端１２２までの長さ）は、通信周波数ｆ２における波長λ_２の電気長の四半波長（λ_２／４）に設定される。このため、放射部１２０Ａは、グランドプレーン２０と共同してモノポールアンテナとして機能する。放射部１２０Ａの長さは放射素子１１０の長さよりも長いため、通信周波数ｆ２は通信周波数ｆ１よりも低い。

また、放射部１２０Ｂの通信周波数はｆ３であり、放射部１２０Ｂの長さ（給電点１２１から分岐端１２３までの長さ）は、通信周波数ｆ３における波長λ３の電気長の四半波長に設定される。このため、放射部１２０Ｂは、グランドプレーン２０と共同してモノポールアンテナとして機能する。放射部１２０Ｂの長さは放射素子１１０及び放射部１２０Ａの長さよりも長いため、通信周波数ｆ３は通信周波数ｆ１及びｆ２よりも低い。

放射素子１２０は、放射素子１１０よりもグランドプレーン２０から離間して配置されている。給電点１２１は、放射素子１１０の給電点１１１よりもグランドプレーン２０から離れた位置（遠く）に配置される。また、先端１２２は、放射素子１１０の先端１１２よりもグランドプレーン２０から離れた位置（遠く）に配置され、分岐端１２３は、放射素子１１０の先端１１２よりもグランドプレーン２０から離れた位置（遠く）に配置される。

放射素子１２０は、放射素子１１０よりもグランドプレーン２０から離れているため、放射素子１１０よりもグランドプレーン２０との結合が弱く、単独での放射効率が高い。放射素子１２０は、通信周波数ｆ２及びｆ３で自身が放射することに加えて、放射素子１１０の放射を補助する。このような放射素子１２０の原理については後述する。

図５は、シミュレーションモデル１００Ａを示す図である。シミュレーションモデル１００Ａは、図３及び図４に示すアンテナ装置１００のシミュレーションモデルである。

シミュレーションモデル１００Ａは、グランドプレーン２０のグランド部２０Ｂ（図３参照）を無くして、給電点１２１を辺Ｌ２上に位置させるとともに、放射素子１２０をＹ軸正方向に伸延する直線状のアンテナエレメントにしたものである。シミュレーションモデル１００Ａでは、放射素子１２０は、給電点１２１と先端１２２とを両端とする、電気長がλ_２／４のモノポール型のエレメントである。

給電点１１１及び１２１のグランドプレーン２０との位置関係は、図３及び図４に示すものと同様である。なお、グランドプレーン２０は、放射素子１１０の先端１１２よりもＸ軸負方向にさらに伸延している。

このようなシミュレーションモデル１００Ａにおいて、放射素子１１０をＸ軸方向に移動させて放射素子１２０に対する放射素子１１０の位置を変化させながら、放射素子１１０のみに給電を行ったところ、図６に示す結果を得た。なお、放射素子１２０の給電点１２１は、５０Ω抵抗器で終端した。

図６は、放射素子１１０と放射素子１２０との距離Ｘに対する、放射素子１１０の放射効率の特性を示す図である。距離Ｘは、より具体的には、放射素子１１０の給電点１１１と放射素子１２０の給電点１２１との間の距離である。

図６において、横軸は、距離Ｘを波長λ_１で規格化（除算）した数値を表す。例えば、横軸の値が０．３である場合には、距離Ｘは０．３×λ_１（０．３λ_１）である。また、縦軸は、放射素子１１０のみに給電を行った場合の放射素子１１０の放射効率（ｄＢ）を示す。

図６において、距離Ｘが０．０７λ_１の場合は、放射素子１１０の給電点１１１と放射素子１２０の給電点１２１とが最も近い場合であり、距離Ｘが０．６６λ_１の場合は、放射素子１１０の給電点１１１と放射素子１２０の給電点１２１とが最も離れている場合である。

距離Ｘを大きくして行くと、放射効率は約−１０．５ｄＢから上昇し、距離Ｘが０．３３λ_１のときに最大値である約−６．５ｄＢになり、さらに距離Ｘが増大すると、距離Ｘが約０．６λ_１以上では放射効率は、−７．５ｄＢで略一定になった。また、図６には、距離Ｘが０．６６λ_１よりも長いときの放射効率を示さないが、距離Ｘが０．６０λ_１から０．６６λ_１のときと同様の傾向を確認することができた。

このように、放射素子１１０と放射素子１２０が近いと、放射素子１１０の放射効率は低くなり、放射素子１１０と放射素子１２０を離して行くと、放射素子１１０の放射効率は増大し、距離Ｘが約０．３λ_１〜約０．４λ_１のときに放射効率が高くなることが分かった。

放射素子１１０と放射素子１２０が近いときに放射素子１１０の放射効率が低くなるのは、給電されている放射素子１１０の近くに、金属（放射素子１２０）が配置され、放射素子１１０と放射素子１２０の結合が強すぎたからと考えられる。

また、距離Ｘが０．６６λ_１以上の場合に放射効率が略一定になっているのは、距離Ｘが０．６６λ_１以上では、放射素子１１０と放射素子１２０の結合は無視できる程度になり、放射素子１１０の放射に放射素子１２０が影響しなくなるからと考えられる。換言すれば、距離Ｘが０．６６λ_１以上の場合には、放射素子１２０が存在せずに、放射素子１１０が単独で存在して放射していることと等価であると考えられる。

ところで、距離Ｘが約０．２５λ_１のときの放射効率は、距離Ｘが０．６６λ_１以上の場合の放射効率と略同一の値であり、距離Ｘが約０．２５λ_１から約０．６６λ_１までの場合の放射効率は、距離Ｘが０．６６λ_１以上の場合の放射効率以上の値を示している。

これは、放射素子１１０と放射素子１２０が適度に結合した状態で、放射素子１１０が放射する電波が放射素子１２０によって再放射されているためと考えられる。

ここで、放射素子１２０が存在せずに、放射素子１１０が単独で存在して放射している場合のトータル効率Ｅ１は、次式（１）で求められる。放射素子１１０が単独で存在している場合には、トータル効率は、放射素子１１０の放射効率から反射損を減算して求められる。

トータル効率Ｅ１＝放射効率−反射損（１）
これを具体的に求めると、トータル効率Ｅ１＝−７．２７１３８−０．１９８７１＝−７．４７００９ｄＢとなる。

また、放射素子１１０及び１２０の２本が存在し、距離Ｘが０．３３λ_１である場合のトータル効率Ｅ２は、次式（２）で求められる。放射素子１１０及び１２０の２本が存在し、放射素子１１０のみが放射している場合には、トータル効率Ｅ２は、放射素子１１０の放射効率から反射損と結合損を減算して求められる。結合損は、放射素子１１０及び１２０が電磁界結合することによって生じる損失である。

トータル効率Ｅ２＝放射効率−反射損−結合損（２）
これを具体的に求めると、トータル効率Ｅ２＝−６．７５１０３−０．１８３０４−０．０８１３１＝−７．０１５３８ｄＢとなる。これは、トータル効率Ｅ１（−７．４７００９ｄＢ）よりも低く、約０．４ｄＢほど良好な値である。なお、距離Ｘを０．３３λ_１に設定した場合には、給電点１１１にインダクタを直列に挿入（装荷）し、コンデンサを並列に接続（装荷）している。

ここで、放射素子１１０が単独で存在して放射している場合の反射損は０．１９８７１であり、放射素子１１０及び１２０の２本が存在して放射素子１１０のみが放射している場合の反射損は０．１８３０４である。これは、放射素子１１０から見ると、放射素子１２０が存在しても存在しなくても、インピーダンスの値が殆ど変わらないことを意味する。インピーダンスが整合されていれば、反射損はもっと低下するはずである。

そして、放射素子１１０に加えて放射素子１２０が存在することにより、放射素子１１０を単独で用いる場合よりも放射効率が−７．２７１３８から−６．７５１０３に上昇している。

このように、放射素子１２０を用いても反射損が同様の値であり、放射効率が改善されていることから、放射素子１１０が放射する電波が放射素子１２０によって再放射されていると考えられる。距離Ｘが約０．２５λ_１から約０．６６λ_１までの場合の放射効率は、距離Ｘが０．６６λ_１以上の場合の放射効率以上の値を示しており、放射素子１１０の放射を放射素子１２０が補助していると考えられる。

図７及び図８は、シミュレーションモデル１００Ｂ及び１００Ｃを示す図である。

図７に示すシミュレーションモデル１００Ｂは、図５に示すシミュレーションモデル１００Ａの放射素子１１０の先端１１２のＸ軸負方向側に、グランドプレーン２０の端辺Ｌ２に接続される直方体状の金属部材２７を追加したシミュレーションモデルである。このようなシミュレーションモデル１００Ｂにおいて、距離Ｘを図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように変化させる。

また、図８に示すシミュレーションモデル１００Ｃは、図５に示すシミュレーションモデル１００Ａの放射素子１１０の先端１１２のＸ軸負方向側に、グランドプレーン２０の端辺Ｌ２に接続されるグランドエレメント２８を追加したシミュレーションモデルである。

グランドエレメント２８は、グランドプレーン２０と等しい厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を有し、グランドプレーン２０と一体的に形成されている。換言すれば、放射素子１１０及び１２０が存在する部分だけ、グランドプレーンが矩形状に切り欠かれている構成である。

このようなシミュレーションモデル１００Ｃにおいて、距離Ｘを図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように変化させる。

図９は、シミュレーションモデル１００Ｂ及び１００Ｃにおける、放射素子１１０と放射素子１２０との距離Ｘに対する、放射素子１１０の放射効率の特性を示す図である。

図９に示すように、シミュレーションモデル１００Ｂ及び１００Ｃにおいて距離Ｘを０．１λ_１から増大させて行くと、放射素子１１０の放射効率は増大し、シミュレーションモデル１００Ｂの放射素子１１０の放射効率は距離Ｘが約０．４３λ_１のときに最大値（約−６．２ｄＢ）を取り、距離Ｘが約０．７λ_１以上において放射効率は略飽和した。

また、シミュレーションモデル１００Ｃの放射素子１１０の放射効率は距離Ｘが約０．４λ_１のときに最大値（約−６．６ｄＢ）を取り、距離Ｘが約０．７λ_１以上において放射効率は略飽和した。

以上のように、金属部材２７を追加したシミュレーションモデル１００Ｂと、グランドエレメント２８を追加したシミュレーションモデル１００Ｃとでは、最大値を得る距離Ｘは多少異なり、最大値も多少異なるが、図６に示す特性と同様の傾向が得られた。

具体的には、シミュレーションモデル１００Ｂでは、距離Ｘが約０．３２λ_１から約０．７５λ_１までの場合の放射効率は、距離Ｘが約０．７５λ_１より長い場合の放射効率以上の値が得られた。また、シミュレーションモデル１００Ｃでは、距離Ｘが約０．２５λ_１から約０．６３λ_１までの場合の放射効率は、距離Ｘが約０．６３λ_１より長い場合の放射効率以上の値が得られた。距離Ｘが約０．７５λ_１より長い場合と、距離Ｘが約０．６３λ_１より長い場合とは、放射素子１１０を単独で用いる場合と等価である。

以上、図６及び図９の結果から、距離Ｘが約０．２５λ_１から約０．７λ_１までの場合の放射効率は、放射素子１１０を単独で用いる場合の放射効率以上の値が得られると言える。

図１０は、図５に示すシミュレーションモデル１００Ａにおいて放射素子１２０の長さを変化させた場合の放射効率の増加分の変化を示す図である。図１０は、放射素子１２０は給電せず５０Ω抵抗器で終端とし、放射素子１１０のみに給電した場合のシミュレーション結果である。

ここで、図１０の横軸に示す放射素子１２０の長さとは、図５に示す放射素子１２０の給電点１２１から先端１１２までの長さである。ここでは、長さＹ２と称す。なお、長さＹ２は、波長λ_１で規格化（除算）した数値で表す。また、縦軸は、放射素子１１０のみに給電を行った場合の放射素子１１０の放射効率（ｄＢ）を増加分として示す。増加分とは、放射素子１１０を単独で（放射素子１２０が存在しない状態で）放射させた場合の放射効率に対して増加する分である。

図１０に示すように、長さＹ２が０．１５λ_１未満では増加分はマイナスの値であるが、長さＹ２が０．１５λ_１から０．５５λ_１までは増加分はプラスの値になっている。また、長さＹ２が０．６λ_１以上では、増加分はマイナスの値である。

以上より、放射素子１２０の長さを通信周波数ｆ１の波長λ_１の０．１５倍から０．５５倍になるように設定すれば、放射素子１１０の放射は放射素子１２０によって補助され、放射素子１１０の放射効率が改善されることが分かった。

図１１は、シミュレーションモデル１００Ａの電流密度のシミュレーション結果を示す図である。図１１のシミュレーション結果は、電磁界シミュレーションにおいて、放射素子１１０のみに給電を行い、放射素子１２０の給電点１２１を５０Ω抵抗器で終端した状態で得たものである。図１１において、電流密度（Ａ／ｍ）が高いところほど黒く（濃く）示し、電流密度が低いところほど白く（薄く）示す。

図１１に示すように、放射素子１１０のみに給電を行った状態で、放射素子１１０及びその周辺のみならず、放射素子１２０にも電流が流れていることが分かる。特に、放射素子１２０の給電点１２１の色は濃くなっており、モノポールアンテナとして機能する放射素子１２０の給電点１２１における電流密度が高く、放射素子１１０のみに給電を行っている状態で、放射素子１２０も放射していることが分かる。

すなわち、放射素子１１０と放射素子１２０が適度に結合した状態で、放射素子１１０が放射する電波が放射素子１２０によって再放射されていることを確認することができた。

以上より、放射素子１１０と放射素子１２０が次のような条件を満たすと、放射素子１１０が放射する電波を放射素子１２０が再放射することにより、放射素子１１０を単独で用いる場合に比べて、トータル効率を増大させることができる。

まず、前提条件として、放射素子１１０の先端１１２は、放射素子１２０の先端１２２よりもグランドプレーン２０の近くに配置される。すなわち、放射素子１１０とグランドプレーン２０の結合は、放射素子１２０とグランドプレーン２０の結合よりも強い。

そして、放射素子１１０の給電点１１１と放射素子１２０の給電点１２１との間の距離Ｘは、０．２５λ_１〜約０．７λ_１である。この条件は、図６及び図９から導き出されるものである。

さらに、放射素子１２０の長さＹ２は、０．１５λ_１〜約０．５５λ_１である。この条件は、図１０から導き出されるものである。

このような条件を満たす場合に、図１１で確認できるように、放射素子１１０が放射する電波を放射素子１２０が再放射することにより、放射素子１１０を単独で用いる場合に比べて、トータル効率を増大させることができる。

従って、実施の形態によれば、効率を改善したアンテナ装置１００、及び、電子機器５００を提供することができる。図３及び図４に示すアンテナ装置１００は、３つの通信周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３で通信可能なマルチバンドタイプのアンテナ装置である。なお、通信周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は、例えば、ｆ１が２．４ＧＨｚ、ｆ２が２ＧＨｚ、ｆ３が８００ＭＨｚである。

アンテナ装置１００では、放射素子１２０を用いても放射素子１１０を単独で用いる場合と反射損が同様の値であり、かつ、放射効率が改善されることから、トータル効率を改善することができる。

また、放射素子１１０は、グランドプレーン２０の近傍でグランドプレーン２０の表面に沿って超低姿勢で配置されているので、小型化が可能である。

また、以上では、放射素子１１０よりも放射部１２０Ａの長さが長く、通信周波数ｆ２がｆ１よりも低い形態について説明したが、この逆であってもよい。同様に、放射部１２０Ａの長さは、放射部１２０Ｂの長さよりも長くてもよく、この場合には、通信周波数ｆ２は、ｆ３よりも低くなる。

また、図３には、放射素子１２０がＴ字型である形態を示したが、放射素子１２０は、図５に示すように分岐していない線状のアンテナエレメントであってもよく、図５に示す放射素子１２０を折り曲げたアンテナエレメントであってもよい。また、放射素子１２０には、複数の分岐エレメントが接続されていてもよい。このような場合には、通信周波数の数を４つ以上に増やすことが可能である。また、放射素子１２０が筐体５００Ａの内側にある形態を示したが、筐体５００Ａの外側にあってもよい。

また、放射素子１１０に分岐エレメントが接続されていてもよい。このような場合には、放射素子１１０の方で、通信周波数の数を増やすことができる。

また、以上では、給電点１１１が放射素子１１０の一端にあり、グランドプレーン２０の近傍に位置する形態について説明したが、給電点１１１は放射素子１１０の端部に位置していなくてもよく、グランドプレーン２０の近傍に位置していなくてもよい。例えば、放射素子１１０が逆Ｕ字型に折り曲げられた形状を有し、給電点１１１が折り曲げ部に位置し、両端が放射素子１２０の先端よりもグランドプレーン２０に近い位置に配置されていてもよい。この場合には、放射素子１１０は、グランドプレーン２０の端辺Ｌ２に沿って配置されないことになる。

また、以上では、給電点１２１が放射素子１２０の一端にあり、グランドプレーン２０の近傍に位置する形態について説明したが、給電点１２１は放射素子１２０の端部に位置していなくてもよく、グランドプレーン２０の近傍に位置していなくてもよい。放射素子１２０は、先端１２２が放射素子１１０の先端１１２よりもグランドプレーン２０の遠くに位置していればよい。

また、給電点１１１にインダクタを直列に挿入（装荷）し、コンデンサを並列に接続（装荷）することに加えて、もしくは、この代わりに、給電点１２１にインダクタを直列に挿入（装荷）し、コンデンサを並列に接続（装荷）してもよい。装荷するのは、インダクタ又はコンデンサの一方のみであってもよい。

また、放射素子１１０は、波長λ_１の電気長の四半波長（λ_１／４）よりも短くてもよい。例えば、給電点１１１にインダクタを直列に挿入（装荷）し、コンデンサを並列に接続（装荷）することにより、λ_１／４よりも短く（例えばλ_１／１０程度に）することができる。このような場合には、放射素子１１０をさらに小型化することができる。

また、放射素子１１０及び１２０は、メアンダ形状やスパイラル形状のように折り曲げた形状であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置、及び、電子機器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
端辺を有するグランドプレーンと、
第１給電点を有し、第１周波数で通信するモノポール型の第１アンテナエレメントと、
第２給電点を有し、前記端辺から離間する方向に前記第２給電点から伸延し、第２周波数で通信するモノポール型の第２アンテナエレメントと
を含み、
前記第１アンテナエレメントの先端は、前記第２アンテナエレメントの先端よりも前記グランドプレーンの近くに配置され、
前記第１給電点と前記第２給電点との間隔は、前記第１周波数における第１波長の電気長の０．２５倍から０．７倍の長さであり、
前記第２アンテナエレメントの長さは、前記第１波長の電気長の０．１５倍から０．５５倍の長さである、アンテナ装置。
（付記２）
前記第２アンテナエレメントの先端と前記グランドプレーンとの間の間隔は、前記第１アンテナエレメントの先端と前記グランドプレーンとの間の間隔よりも広い、付記１記載のアンテナ装置。
（付記３）
前記第２給電点と前記グランドプレーンとの間の間隔は、前記第１給電点と前記グランドプレーンとの間の間隔よりも広い、付記１又は２記載のアンテナ装置。
（付記４）
前記第２アンテナエレメントの途中から分岐する分岐エレメントをさらに含み、
前記第２アンテナエレメントと前記分岐エレメントとは、Ｔ字型に分岐したＴ字型アンテナエレメントである、付記１乃至３のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記５）
前記グランドプレーンは基板に設けられており、前記第２アンテナエレメントは、前記基板を含む筐体によって保持される、付記１乃至４のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記６）
前記第１給電点又は前記第２給電点に装荷され、前記第１アンテナエレメント又は前記第２アンテナエレメントのインピーダンス整合を取る、インダクタ又はコンデンサをさらに含む、付記１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。
（付記７）
筐体と、
前記筐体の内部に配設されるアンテナ装置と
を含み、
前記アンテナ装置は、
端辺を有するグランドプレーンと、
前記端辺の近傍に位置する第１給電点を有し、前記端辺に沿って配置され、第１周波数で通信するモノポール型の第１アンテナエレメントと、
前記端辺の近傍に位置する第２給電点を有し、前記端辺から離間する方向に前記第２給電点から伸延し、第２周波数で通信するモノポール型の第２アンテナエレメントと
を含み、
前記第１給電点と前記第２給電点との間隔は、前記第１周波数における第１波長の電気長の０．２５倍から０．７倍の長さであり、
前記第２アンテナエレメントの長さは、前記第１波長の電気長の０．１５倍から０．５５倍の長さである、電子機器。

１０金属板
２０グランドプレーン
２０Ａ、２０Ｂグランド部
３０スペーサ
１００アンテナ装置
１００Ａシミュレーションモデル
１１０放射素子
１１１給電点
１１２先端
１２０放射素子
１２０Ａ、１２０Ｂ放射部
１２１給電点
１２２先端
１２３分岐端
１２４折り曲げ部

Claims

筐体と、
前記筐体に配設されるアンテナ装置と
を含み、
前記アンテナ装置は、
端辺を有するグランドプレーンと、
第１給電点を有し、第１周波数で通信するモノポール型の第１アンテナエレメントと、
第２給電点を有し、前記端辺から離間する方向に前記第２給電点から伸延し、第２周波数で通信するモノポール型の第２アンテナエレメントと、
前記第２アンテナエレメントの途中から分岐し、第３周波数で通信する分岐エレメントと
を含み、
前記第２アンテナエレメントと前記分岐エレメントとは、Ｔ字型に分岐したＴ字型アンテナエレメントであり、
前記第２アンテナエレメント及び前記分岐エレメントは、前記筐体の内壁に取り付けられており、
前記第１アンテナエレメントは、前記第２アンテナエレメント及び前記分岐エレメントよりも前記グランドプレーンの近くに設けられており、
前記第１アンテナエレメントの先端は、前記第２アンテナエレメントの先端よりも前記グランドプレーンの近くに配置され、
前記第１給電点と前記第２給電点との間隔は、前記第１周波数における第１波長の電気長の０．２５倍から０．７倍の長さであり、
前記第２アンテナエレメントの長さは、前記第１波長の電気長の０．１５倍から０．５５倍の長さである、電子機器。
前記第２アンテナエレメントの先端と前記グランドプレーンとの間の間隔は、前記第１アンテナエレメントの先端と前記グランドプレーンとの間の間隔よりも広い、請求項１記載の電子機器。
前記第２給電点と前記グランドプレーンとの間の間隔は、前記第１給電点と前記グランドプレーンとの間の間隔よりも広い、請求項１又は２記載の電子機器。
前記グランドプレーンは基板に設けられており、前記第２アンテナエレメントは、前記基板を含む筐体によって保持される、請求項１乃至３のいずれか一項記載の電子機器。