JP2004112397A - 多周波共用アンテナ、及びマルチバンド送受信機 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続し、また、アンテナ共用器を不用とすることにより小型化する。
【解決手段】複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナであって、一つの給電線１４の給電端１５と共振周波数を異にする複数のアンテナ部１２ａ，１２ｂとの間を各マイクロストリップ線１３ａ，１３ｂで直接接続し、このマイクロストリップ線にフィルタの機能を持たせることにより、アンテナ部とフィルタとを一体に形成する。マイクロストリップ線１３ａ，１３ｂのインピーダンスは、第１にマイクロストリップ線の線路長を調整することで設定することができ、第２にマイクロストリップ線に複数のスタブを設けることで設定することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナであって、一つの給電線１４の給電端１５と共振周波数を異にする複数のアンテナ部１２ａ，１２ｂとの間を各マイクロストリップ線１３ａ，１３ｂで直接接続し、このマイクロストリップ線にフィルタの機能を持たせることにより、アンテナ部とフィルタとを一体に形成する。マイクロストリップ線１３ａ，１３ｂのインピーダンスは、第１にマイクロストリップ線の線路長を調整することで設定することができ、第２にマイクロストリップ線に複数のスタブを設けることで設定することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機器に関し、複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナ及びマルチバンド送受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種の無線ネットワークが構築され、各種の情報のリアルタイムで収集することが可能となり、様々な用途への適用が検討され、実現されている。例えば、車両状況の監視や車両の運行管理、遠隔地や工場内等の所定領域内における情報収集、あるいは、インターネットを介して行うデータベース検索による情報収集等があり、専用の無線ネットワーク、あるいは、汎用に設置された無線ネットワークを介して行われている。
【０００３】
これらの無線ネットワークは、干渉をさけるために、それぞれ使用する周波数帯域が定められている。そのため、所望の無線ネットワークを利用するには、その無線ネットワークに設定された周波数帯域の信号を受信する必要がある。
【０００４】
そのため、一つの無線ネットワークに限らず、種々の無線ネットワークを利用して情報収集を行うには、それぞれの無線ネットワークに設定された周波数帯域の信号を全て受信できるマルチバンド送受信機が必要となる。
【０００５】
このような要求を満たす最も単純な構成は、例えば、マルチバンド受信機の場合には、各周波数に対応した受信手段をそれぞれ用意するものである。図１１は、各周波数に対応して複数の受信機手段を設けることによりマルチバンドを受信する構成例を示している。
【０００６】
周波数ｆａを受信する受信機は、例えば、周波数ｆａに対応したアンテナ２ａ及びＲＦフィルタ２１ａに続いて、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３，ミキサ４，中間周波数帯のＩＦフィルタ７及びミキサ８，低帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）９，可動出力増幅器１０，Ａ／Ｄ変換器５，デジタルシグナルプロセッサ６等の構成を備える。また、周波数ｆｂを受信する受信機についても、周波数ｆｂに対応したアンテナ２ｂ及びＲＦフィルタ２１ｂの他に、周波数ｆａの受信機と同様に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３からデジタルシグナルプロセッサ６の構成を備えている。なお、デジタルシグナルプロセッサ６は、取得したデータに所定のデータ処理を行うことにより、信号を取り出すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１において破線で囲んだ部分は、各周波数に対して共通に使用することができる構成部分である。マルチバンド受信機は、この複数の周波数に対して共通な構成部分を共用することにより構成することができる。この共用化により構成されるマルチバンド受信機において、アンテナ及びＲＦフィルタは各周波数に対応してそれぞれ備える必要がある。なお、マルチバンド送信機においても同様である。
【０００８】
マルチバンドの送受信機においては、小型化は一つの求められる課題である。そのため、マルチバンド送受信機を小型化するにはアンテナ及びＲＦフィルタを小型化する必要がある。
【０００９】
ここで、このアンテナ及びＲＦフィルタを小型化する手法として、図１２に示される構成が考えられる。
【００１０】
図１２に示す構成例は、アンテナとして周波数を共用する広帯域アンテナ２０を用いることにより、アンテナ及びＲＦフィルタの部分を小型化しようとするものである。この構成によれば、広帯域アンテナを採用することにより、各周波数に対応して要したアンテナを減少させることができるが、広帯域アンテナは小型化が困難であって大型となるため、小型化には不適である。
【００１１】
また、広帯域アンテナでは、アンテナによる影響の調整が難しいという問題がある。したがって、図１２に示す構成例は、マルチバンドの送受信機の小型化には適していない。
【００１２】
一方、図１３に示す構成例は、アンテナを各受信周波数に対応した分割アンテナ（２ａ〜２ｃ）で構成し、複数の周波数信号を合成，分配することにより、アンテナ及びＲＦフィルタの部分を小型化しようとするものである。
【００１３】
この構成によれば、図１２に示す構成例のような周波数共用アンテナを用いることによる問題はないが、以下のような問題がある。
【００１４】
図１３において、分割したアンテナ（２ａ〜２ｃ）に対してそれぞれＲＦフィルタ（２１ａ〜２１ｃ）が必要であり、さらに、このＲＦフィルタ（２１ａ〜２１ｃ）と信号処理側との間に、複数の周波数信号を結合するための結合器あるいは分配器２２を設ける必要がある。このフィルタと結合，分配器とからなるアンテナ共用器は、複数のアンテナを共用するために必要な構成要素であるが、この構成要素のために小型化に限界があるという問題がある。また、このアンテナ共用器のために、アンテナの構成が複雑になるという問題もある。
【００１５】
したがって、マルチバンドに対応するアンテナにおいて、複数の異なる周波数のアンテナを接続する際に要しているアンテナ共用器を不用とする構成が求められる。
【００１６】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続することができる周波数共用アンテナを構成すること、及びアンテナ共用器を不用とすることにより小型化することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナにおいて、アンテナ部とフィルタとを一体で形成することにより、アンテナ共用器を用いることなく複数の異なる周波数のアンテナ部を接続する。アンテナ共用器を不要とすることにより、多周波数共用アンテナを小型化する。
【００１９】
本発明は、複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナであって、一つの給電線の給電端と共振周波数を異にする複数のアンテナ部との間を各マイクロストリップ線で直接接続し、このマイクロストリップ線にフィルタの機能を持たせることにより、アンテナ部とフィルタとを一体に形成する。
【００２０】
このマイクロストリップ線は、給電端からそのアンテナ部側を見たインピーダンスを、各アンテナ部の共振周波数に応じた値とすることによりフィルタの機能を持たせる。マイクロストリップ線が接続されるアンテナ部の共振周波数においては、このアンテナ部のインピーダンスに整合した値とし、一方、このマイクロストリップ線が接続されていない他のアンテナ部の共振周波数においては、インピーダンスを増大させる。
【００２１】
これにより、給電端から見たアンテナ側では、アンテナとフィルタとが一体で形成され、かつ、各アンテナ部はそのアンテナ部の共振周波数ではインピーダンス整合され、他のアンテナ部の共振周波数に対しては大きなインピーダンスとすることができる。他のアンテナ部の共振周波数に対するインピーダンスを、実質的に無限大と見なせる大きさに増大することにより、他のアンテナ部の共振周波数においてはアンテナ部は開放された状態と等価とすることができる。
【００２２】
なお、増大させるインピーダンスは、実質的に無限大と見なせる大きさであって、必ずしも無限大である必要はなく、反射信号が所定率を越える大きさのインピーダンスであればよい。
【００２３】
したがって、給電端からアンテナに向けて供給された複数の周波数信号は、マイクロストリップ線のインピーダンスにより形成されるフィルタ機能により、各アンテナ部の共振周波数の信号のみ該当するアンテナ部に給電される。
【００２４】
マイクロストリップ線のインピーダンスは、第１にマイクロストリップ線の線路長を調整することで設定することができ、第２にマイクロストリップ線に複数のスタブを設けることで設定することができる。
【００２５】
調整するマイクロストリップ線の線路長は、給電端とアンテナ部の端部との間の線路長である。
【００２６】
スタブは、スタブの取り付け位置やスタブの太さやスタブ間隔を変えることにより、インピーダンスを調整することができる。スタブ間隔としては、スタブ間の間隔、スタブとアンテナ部の端部との間の間隔、スタブと給電端との間の間隔がある。また、スタブの長さは、そのスタブが設けられたマイクロストリップ線に接続されるアンテナ部の共振周波数の半波長の長さである。
【００２７】
スタブの位置を固定した状態において、スタブ間隔によりマイクロストリップ線のインピーダンスを調整する場合には、マイクロストリップ線に設けるスタブの個数は、少なくとも全アンテナ部の個数ｎから１を引いた（ｎ−１）個の個数とする。全アンテナ部の個数ｎは、多周波数共用アンテナが有する複数の異なる共振周波数の個数に対応しており、一アンテナ部側に接続するマイクロストリップ線において残りの（ｎ−１）個の個数の共振周波数を調整するには、少なくとも（ｎ−１）個のパラメータを調整する必要があり、（ｎ−１）個以上の個数のスタブを要する。なお、スタブの取り付け位置もパラメータとして調整する場合には、スタブの個数は（ｎ−１）個以上である必要はない。
【００２８】
さらに、本発明の多周波共用アンテナを備えたマルチバンド送受信機とすることができ、多周波共用アンテナを備えることにより、マルチバン送受信機を小型化とすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。図１〜図５を用いて本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態について説明し、図６〜図１０を用いて本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態について説明する。
【００３０】
本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態は、アンテナ部とフィルタとの一体形成において、マイクロストリップ線の長さによりインピーダンスを調整し、アンテナ部に供給する周波数信号の選別を行う形態である。
【００３１】
図１は本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態を説明するための概略図である。図１において、多周波数共用アンテナ１Ａは、周波数を異にする複数のアンテナ部１２ａ，１２ｂと、アンテナ部に電力を供給する一つの給電線１４と、給電線１４の一端である給電端１５とアンテナ部１２ａ，１２ｂとの間を直接接続するマイクロストリップ線１３ａ，１３ｂを備える。
【００３２】
ここで、アンテナ部１２ａと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ａの線路長をＬａとし、アンテナ部１２Ｂと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３Ｂの線路長をＬｂとする。
【００３３】
この線路長Ｌａは給電端１５からアンテナ部１２ａ側を見たインピーダンスを調整し、この線路長Ｌｂは給電端１５からアンテナ部１２ｂ側を見たインピーダンスを調整する。
【００３４】
この線路長Ｌａ及び線路長Ｌｂの調整は、アンテナ部１２ａの共振周波数をｆａとしアンテナ部１２ｂの共振周波数をｆａと異なるｆｂとしたとき、給電端１５からアンテナ部１２ａ側を見たインピーダンスを、周波数ｆａに対してはアンテナ部１２ａ側のインピーダンスと整合させ、周波数ｆｂに対しては十分に大きなインピーダンスとする。また、同様に、線路長の調整は、給電端１５からアンテナ部１２ｂ側を見たインピーダンスを、周波数ｆａに対しては十分に大きなインピーダンスとし、周波数ｆｂに対してはアンテナ部１２ｂ側のインピーダンスと整合させる。
【００３５】
この線路長の調整により、インピーダンスの給電線１４から給電端１５に周波数ｆａ，ｆｂの信号が供給されると、マイクロストリップ線１３ａに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆａの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｂの信号は反射されて導入が抑えられる。また、同様に、マイクロストリップ線１３ｂに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｂの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆａの信号は反射されて導入が抑えられる。したがって、給電線１４から供給された周波数ｆａ，ｆｂの信号は、アンテナ部１２ａとアンテナ部１２ｂにそれぞれ選別されて給電される。
【００３６】
なお、アンテナ部１２ａ，１２ｂ、マイクロストリップ線１３、及び給電線１４は、基板１１上に形成することができる。
【００３７】
次に、マイクロストリップ線の線路長の調整について説明する。図２，３は、アンテナ部の共振周波数の整合条件を説明するためのアンテナ部の構成図、反射損失特性を示す図である。
【００３８】
図２において、各アンテナ部は、アンテナ部分１２の構成を定めるパラメータとして、高さＨ、幅Ｗ、インピーダンス整合用のスリットの切り込み長さｌ，及び切り込み幅ｄを備える。なお、ここで、基板１１の厚さをｈ、誘電率をεｒとし、給電線１３が接続されている。
【００３９】
これらのパラメータは、アンテナ部分が求める共振周波数ｆに対して、例えば、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｅｔｈｏｄ）法により求めることができる。なお、ＦＤＴＤ法は、マクスウェルの方程式を時間、空間で差分化し、解析空間の電磁界をリープフロッグアルゴリズムを用いて時間的に更新し、出力点の時間応答を得る方法である。
【００４０】
例えば、１．５ＧＨｚ用及び２ＧＨｚ用のアンテナ部の各パラメータをＦＤＴＤ法により求めると、共振周波数が１．５１ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが５２．５６ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１９．９４ｍｍの値が得られ、また、共振周波数が１．９７ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが４０．１１ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１４．５９ｍｍが得られる。なお、ここでは、切り込み幅ｄを給電線の幅ｄと同一幅の３．６５ｍｍとし、基板の厚さｈを１．６０ｍｍとし、誘電率εｒを３．４５としている。図３は、この解析で得られる各アンテナ部の反射損失の周波数特性を示している。
【００４１】
この求めたアンテナ部において、アンテナ部分に接続する給電線の線路長Ｌを調整することにより、給電端からみたインピーダンスを周波数毎に設定することができ、一方のアンテナ部において、そのアンテナ部の周波数信号ではインピーダンス整合し、他方のアンテナ部の周波数信号では大きなインピーダンスとすることができる。インピーダンスが大きい場合には反射損失が大きくなり、実質的に開放と見なせる程度の反射損失を生じることで、他方のアンテナ部の周波数信号の導入を抑制することができる。
【００４２】
この給電線の線路長Ｌの調整によって、一方の周波数においてインピーダンス整合し、他方の周波数において実質的に開放とすることができる状態は、例えば、スミスチャートで確認することができる。
【００４３】
図４は、給電線の線路長Ｌの調整によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。このスミスチャートにおいて、外周円の左端部及び右端部は、それぞれインピーダンス０及び無限大を表し、円の中心はインピーダンス整合を表している。
【００４４】
図４（ａ）は、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部に対して給電線の線路長Ｌを８８．７ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。給電線の線路長Ｌを８８．７ｍｍとすることにより、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．５１ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．９７ＧＨｚでは無限大のインピーダンスとなる。
【００４５】
また、図４（ｂ）は、２ＧＨｚ用のアンテナ部に対して給電線の線路長Ｌを７１．１ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。給電線の線路長Ｌを７１．１ｍｍとすることにより、２ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．９７ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．５ＧＨｚでは無限大のインピーダンスとなる。
【００４６】
上記で得られたアンテナ部１２ａ，１２ｂに、線路長Ｌａ，Ｌｂのマイクロストリップ線１３ａ，１３ｂを、給電線１４の給電端１５に直接接続することで、図１に示す多周波共用アンテナ１Ａを構成することができる。
【００４７】
図５は、アンテナ部１２ａ，１２ｂの単独による反射損失の周波数特性、アンテナ部１２ａ，１２ｂをマイクロストリップ線１３ａ，１３ｂで結合した後の反射損失の周波数特性を示している。
【００４８】
図５中の▲１▼は１．５ＧＨｚ用のアンテナ部１２ａの単独による反射損失の周波数特性であり、▲２▼は２ＧＨｚ用のアンテナ部１２ｂの単独による反射損失の周波数特性であり、▲３▼は結合後の反射損失の周波数特性である。図５の反射損失の周波数特性から、共振周波数が異なる二つのアンテナ部の結合において、線路長を調整したマイクロストリップ線で直接接続する構成とすることで、互いのアンテナ部の影響を受けることなく給電を行うことができる。
【００４９】
本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態は、アンテナ部とフィルタとの一体形成において、マイクロストリップ線に設けたスタブによりインピーダンスを調整し、アンテナ部に供給する周波数信号の選別を行う形態である。
【００５０】
図６は本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態を説明するための概略図である。図６において、多周波数共用アンテナ１Ｂは、周波数を異にする複数のアンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅと、アンテナ部に電力を供給する一つに給電線１４と、給電線１４の一端である給電端１５とアンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅとの間を直接接続するマイクロストリップ線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅを備える。
【００５１】
ここで、アンテナ部１２ｃと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ｃにスタブ１６ｃ−１，１６ｃ−２を設け、アンテナ部１２ｄと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ｄにスタブ１６ｄ−１，１６ｄ−２，１６ｄ−３を設け、アンテナ部１２ｅと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ｅにスタブ１６ｅ−１，１６ｅ−２，１６ｅ−３を設ける。このスタブ１６ｃ−１，１６ｃ−２は、給電端１５からアンテナ部１２ｃ側を見たインピーダンスを調整し、スタブ１６ｄ−１，１６ｄ−２，１６ｄ−３は、給電端１５からアンテナ部１２ｄ側を見たインピーダンスを調整し、スタブ１６ｅ１，１６ｅ−２，１６ｅ−３は、給電端１５からアンテナ部１２ｅ側を見たインピーダンスを調整する。
【００５２】
このスタブ１６（１６ｃ〜１６ｅ）による調整は、アンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの共振周波数をそれぞれｆｃ，ｆｄ，ｆｅとし、各共振周波数の周波数を異ならせたとき、給電端１５からアンテナ部１２ｃ側を見たインピーダンスを、周波数ｆｃに対してはアンテナ部１２ｃ側のインピーダンスと整合させ、周波数ｆｄ，ｆｅに対しては十分に大きなインピーダンスとする。また、同様に、給電端１５からアンテナ部１２ｄ側を見たインピーダンスを、周波数ｆｃ、ｆｅに対しては十分に大きなインピーダンスとし、周波数ｆｄに対してはアンテナ部１２ｂ側のインピーダンスと整合させ、給電端１５からアンテナ部１２ｅ側を見たインピーダンスを、周波数ｆｃ、ｆｄに対しては十分に大きなインピーダンスとし、周波数ｆｅに対してはアンテナ部１２ｅ側のインピーダンスと整合させる。
【００５３】
このスタブにより、インピーダンスの給電線１４から給電端１５に周波数ｆｃ，ｆｄ，ｆｅの信号が供給されると、マイクロストリップ線１３ｃに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｃの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｄ，ｆｅの信号は反射されて導入が抑えられる。また、同様に、マイクロストリップ線１３ｄに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｄの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｃ，ｆｅの信号は反射されて導入が抑えられ、マイクロストリップ線１３ｅに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｅの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｃ，ｆｄの信号は反射されて導入が抑えられる。したがって、給電線１４から供給された周波数ｆｃ，ｆｄ，ｆｅの信号は、アンテナ部１２ｃ，アンテナ部１２ｄ，アンテナ部１２ｅにそれぞれ選別されて給電される。
【００５４】
なお、アンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ、マイクロストリップ線１３、及び給電線１４は、基板上に形成することができる。
【００５５】
次に、マイクロストリップ線に設けるスタブについて説明する。図２に示したアンテナ部の構成図において、例えば、１．５ＧＨｚ用、１．７５ＧＨｚ用、及び２ＧＨｚ用のアンテナ部の各パラメータをＦＤＴＤ法により求めると、共振周波数が１．５１ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが５２．７８ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが２０．０２ｍｍの値が得られ、また、共振周波数が１．７５ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが４５．５０ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１７．２９ｍｍが得られ、共振周波数が１．９７ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが４０．０４ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１４．５６ｍｍが得られる。なお、ここでは、切り込み幅ｄを給電線の幅ｄと同一幅の３．６５ｍｍとし、基板の厚さｈを１．６０ｍｍとし、誘電率εｒを３．４５としている。
【００５６】
図７は、この解析で得られる各アンテナ部の反射損失の周波数特性を示している。
この求めたアンテナ部において、アンテナ部分に接続するマイクロストリップ線１３に設けるスタブ１６を調整することにより、給電端からみたインピーダンスを周波数毎に設定することができ、一方のアンテナ部において、そのアンテナ部の周波数信号ではインピーダンス整合し、他方のアンテナ部の周波数信号では大きなインピーダンスとすることができる。インピーダンスが大きい場合には反射損失が大きくなり、実質的に開放と見なせる程度の反射損失を生じることで、他方のアンテナ部の周波数信号の導入を抑制することができる。
【００５７】
図８は、スタブの一例を示している。図８（ａ）は、２つのスタブを設けた構成例であり、アンテナ部１２から距離Ｌ１の位置にスタブ１６−１を設け、スタブ１６−１から距離Ｌ２の位置にスタブ１６−２を設け、スタブ１６−２から給電端１５までの距離をＬ３としている。
【００５８】
また、図８（ｂ）は、３つのスタブを設けた構成例であり、アンテナ部１２から距離Ｌ１の位置にスタブ１６−１を設け、スタブ１６−１から距離Ｌ２の位置にスタブ１６−２を設け、スタブ１６−２から距離Ｌ３の位置にスタブ１６−３を設け、スタブ１６−３から給電端１５までの距離をＬ４としている。
【００５９】
給電端１５からアンテナ部１２側を見たインピーダンスは、各位スタブの太さｗと間隔Ｌ１〜Ｌ３，Ｌ４を変えることにより調整することができる。なお、各スタブ１６の長さは、そのスタブが設けられているアンテナ部の共振周波数によで定まる波長の半波長分の長さとする。
【００６０】
各マイクロストリップ線に設けるスタブの個数は、少なくとも全アンテナ部の個数ｎから１を引いた（ｎ−１）個の個数とする。全アンテナ部の個数ｎは、多周波数共用アンテナが有する複数の異なる共振周波数の個数に対応しており、一アンテナ部側に接続するマイクロストリップ線において残りの（ｎ−１）個の個数の共振周波数を調整するには、少なくとも（ｎ−１）個のパラメータを調整する必要がある。そこで、（ｎ−１）個以上の個数のスタブを設ける。なお、（ｎ−１）個以上のスタブを設けることにより設計の自由度を増すことができる。例えば、共振周波数の個数が３の場合には、少なくとも２個のスタブを設ける。
【００６１】
このスタブの装荷によって、一方の周波数においてインピーダンス整合し、他方の周波数において実質的に開放とすることができる状態は、例えば、スミスチャートで確認することができる。
【００６２】
図９は、スタブの装荷によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。このスミスチャートにおいて、外周円の左端部及び右端部は、それぞれインピーダンス０及び無限大を表し、円の中心はインピーダンス整合を表している。
【００６３】
図９（ａ）は、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部に対して３つのスタブを、Ｌ１の距離を３３．４８ｍｍ、Ｌ２の距離を３７．８８ｍｍ、Ｌ３の距離を４０．２８ｍｍ、Ｌ４の距離を２８．８８ｍｍとし、スタブの幅ｗを５．４６ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。このスタブを装荷することにより、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．５１ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．７４ＧＨｚ及び１．９７ＧＨｚではほぼ無限大のインピーダンスとなる。
【００６４】
また、図９（ｂ）は、１．７５ＧＨｚ用のアンテナ部に対して３つのスタブを、Ｌ１の距離を２２．４５ｍｍ、Ｌ２の距離を２３．６５ｍｍ、Ｌ３の距離を２０．２５ｍｍ、Ｌ４の距離を１５．３５ｍｍとし、スタブの幅ｗを３．６４ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。このスタブを装荷することにより、１．７５ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．７４ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．５１ＧＨｚ及び１．９７ＧＨｚではほぼ無限大のインピーダンスとなる。
【００６５】
また、図９（ｃ）は、２ＧＨｚ用のアンテナ部に対して３つのスタブを、Ｌ１の距離を２０．７２ｍｍ、Ｌ２の距離を３５．２２ｍｍ、Ｌ３の距離を３４．７２ｍｍ、Ｌ４の距離を２４．８２ｍｍとし、スタブの幅ｗを５．４６ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。このスタブを装荷することにより、２ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．９７ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．５１ＧＨｚ及び１．７４ＧＨｚではほぼ無限大のインピーダンスとなる。
【００６６】
上記で得られたアンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅに、マイクロストリップ線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅを、給電線１４の給電端１５に直接接続し、各マイクロストリップ線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅにスタブを設けることで、図６に示すような多周波共用アンテナ１Ｂを構成することができる。なお、図６の多周波共用アンテナ１Ｂにおいて、アンテナ１２ｃのマイクロストリップ線に設けられるスタブは２本の例を示している。
【００６７】
なお、２周波数共用アンテナは、図１で示したように、マイクロストリップ線の長さを調整する構成の他、スタブを用いた構成とすることもできる。図１０は、スタブを備えた２周波数共用アンテナの構成例である。アンテナ部１２ｆは、給電端１５に接続された長さＬｆのマイクロストリップ線１３ｆに、スタブ１６ｆ−１，１６ｆ−１が設けられ、また、アンテナ部１２ｇは、給電端１５に接続された長さＬｇのマイクロストリップ線１３ｇに、スタブ１６ｇ−１，１６ｇ−１が設けられる。ここで、マイクロストリップ線１３ｆ、１３ｇは同じ長さとすることができる。
【００６８】
本発明の多周波共用アンテナによれば、マイクロストリップ線の長さ調整、あるいはスタブを設けることにより、アンテナ共用器と同等の機能を奏することができるため、アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続することができる。
【００６９】
さらに、本発明は、本発明の多周波共用アンテナを備えるマルチバンド送受信機を構成することができ、多周波共用アンテナを用いることにより小型化することができる。
【００７０】
なお、上記説明では、本発明の多周波共用アンテナを備える装置として、主に送信機を用いて説明しているが、受信機についても同様に適用することができ、また、送信機能及び受信機能の両機能を備える送受信機に適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多周波共用アンテナによれば、アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続することができる。また、アンテナ共用器を不用とすることにより小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態を説明するための概略図である。
【図２】本発明のアンテナ部の共振周波数の整合条件を説明するためのアンテナ部の構成図である。
【図３】本発明のアンテナ部の共振周波数の整合条件を説明するための反射損失特性を示す図である。
【図４】本発明給電線の線路長Ｌの調整によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。
【図５】アンテナ部による反射損失の周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態を説明するための概略図である。
【図７】アンテナ部の反射損失の周波数特性を示す図である。
【図８】本発明のスタブの一例を示す図である。
【図９】本発明のスタブの装荷によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。
【図１０】本発明のスタブを備えた２周波数共用アンテナの構成例を示す図である。
【図１１】複数の受信機手段によるマルチバンド受信の構成例を示す図である。
【図１２】アンテナ及びＲＦフィルタを小型化する手法を説明するための構成図である。
【図１３】アンテナ及びＲＦフィルタを小型化する手法を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ…多周波数共用アンテナ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ…アンテナ
３…低雑音増幅器（ＬＮＡ）
４…ミキサ
５…Ａ／Ｄ変換器
６…デジタルシグナルプロセッサ
７…ＩＦフィルタ
８…ミキサ
９…低帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１０…可動出力増幅器
１１…基板
１２，１２ａ〜１２ｇ…アンテナ部
１３，１３ａ〜１３ｇ…マイクロストリップ線
１４…給電線
１５…給電端
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…ＲＦフィルタ
２２…分配器
２３…アンテナ共用器
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機器に関し、複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナ及びマルチバンド送受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種の無線ネットワークが構築され、各種の情報のリアルタイムで収集することが可能となり、様々な用途への適用が検討され、実現されている。例えば、車両状況の監視や車両の運行管理、遠隔地や工場内等の所定領域内における情報収集、あるいは、インターネットを介して行うデータベース検索による情報収集等があり、専用の無線ネットワーク、あるいは、汎用に設置された無線ネットワークを介して行われている。
【０００３】
これらの無線ネットワークは、干渉をさけるために、それぞれ使用する周波数帯域が定められている。そのため、所望の無線ネットワークを利用するには、その無線ネットワークに設定された周波数帯域の信号を受信する必要がある。
【０００４】
そのため、一つの無線ネットワークに限らず、種々の無線ネットワークを利用して情報収集を行うには、それぞれの無線ネットワークに設定された周波数帯域の信号を全て受信できるマルチバンド送受信機が必要となる。
【０００５】
このような要求を満たす最も単純な構成は、例えば、マルチバンド受信機の場合には、各周波数に対応した受信手段をそれぞれ用意するものである。図１１は、各周波数に対応して複数の受信機手段を設けることによりマルチバンドを受信する構成例を示している。
【０００６】
周波数ｆａを受信する受信機は、例えば、周波数ｆａに対応したアンテナ２ａ及びＲＦフィルタ２１ａに続いて、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３，ミキサ４，中間周波数帯のＩＦフィルタ７及びミキサ８，低帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）９，可動出力増幅器１０，Ａ／Ｄ変換器５，デジタルシグナルプロセッサ６等の構成を備える。また、周波数ｆｂを受信する受信機についても、周波数ｆｂに対応したアンテナ２ｂ及びＲＦフィルタ２１ｂの他に、周波数ｆａの受信機と同様に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３からデジタルシグナルプロセッサ６の構成を備えている。なお、デジタルシグナルプロセッサ６は、取得したデータに所定のデータ処理を行うことにより、信号を取り出すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１において破線で囲んだ部分は、各周波数に対して共通に使用することができる構成部分である。マルチバンド受信機は、この複数の周波数に対して共通な構成部分を共用することにより構成することができる。この共用化により構成されるマルチバンド受信機において、アンテナ及びＲＦフィルタは各周波数に対応してそれぞれ備える必要がある。なお、マルチバンド送信機においても同様である。
【０００８】
マルチバンドの送受信機においては、小型化は一つの求められる課題である。そのため、マルチバンド送受信機を小型化するにはアンテナ及びＲＦフィルタを小型化する必要がある。
【０００９】
ここで、このアンテナ及びＲＦフィルタを小型化する手法として、図１２に示される構成が考えられる。
【００１０】
図１２に示す構成例は、アンテナとして周波数を共用する広帯域アンテナ２０を用いることにより、アンテナ及びＲＦフィルタの部分を小型化しようとするものである。この構成によれば、広帯域アンテナを採用することにより、各周波数に対応して要したアンテナを減少させることができるが、広帯域アンテナは小型化が困難であって大型となるため、小型化には不適である。
【００１１】
また、広帯域アンテナでは、アンテナによる影響の調整が難しいという問題がある。したがって、図１２に示す構成例は、マルチバンドの送受信機の小型化には適していない。
【００１２】
一方、図１３に示す構成例は、アンテナを各受信周波数に対応した分割アンテナ（２ａ〜２ｃ）で構成し、複数の周波数信号を合成，分配することにより、アンテナ及びＲＦフィルタの部分を小型化しようとするものである。
【００１３】
この構成によれば、図１２に示す構成例のような周波数共用アンテナを用いることによる問題はないが、以下のような問題がある。
【００１４】
図１３において、分割したアンテナ（２ａ〜２ｃ）に対してそれぞれＲＦフィルタ（２１ａ〜２１ｃ）が必要であり、さらに、このＲＦフィルタ（２１ａ〜２１ｃ）と信号処理側との間に、複数の周波数信号を結合するための結合器あるいは分配器２２を設ける必要がある。このフィルタと結合，分配器とからなるアンテナ共用器は、複数のアンテナを共用するために必要な構成要素であるが、この構成要素のために小型化に限界があるという問題がある。また、このアンテナ共用器のために、アンテナの構成が複雑になるという問題もある。
【００１５】
したがって、マルチバンドに対応するアンテナにおいて、複数の異なる周波数のアンテナを接続する際に要しているアンテナ共用器を不用とする構成が求められる。
【００１６】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続することができる周波数共用アンテナを構成すること、及びアンテナ共用器を不用とすることにより小型化することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナにおいて、アンテナ部とフィルタとを一体で形成することにより、アンテナ共用器を用いることなく複数の異なる周波数のアンテナ部を接続する。アンテナ共用器を不要とすることにより、多周波数共用アンテナを小型化する。
【００１９】
本発明は、複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナであって、一つの給電線の給電端と共振周波数を異にする複数のアンテナ部との間を各マイクロストリップ線で直接接続し、このマイクロストリップ線にフィルタの機能を持たせることにより、アンテナ部とフィルタとを一体に形成する。
【００２０】
このマイクロストリップ線は、給電端からそのアンテナ部側を見たインピーダンスを、各アンテナ部の共振周波数に応じた値とすることによりフィルタの機能を持たせる。マイクロストリップ線が接続されるアンテナ部の共振周波数においては、このアンテナ部のインピーダンスに整合した値とし、一方、このマイクロストリップ線が接続されていない他のアンテナ部の共振周波数においては、インピーダンスを増大させる。
【００２１】
これにより、給電端から見たアンテナ側では、アンテナとフィルタとが一体で形成され、かつ、各アンテナ部はそのアンテナ部の共振周波数ではインピーダンス整合され、他のアンテナ部の共振周波数に対しては大きなインピーダンスとすることができる。他のアンテナ部の共振周波数に対するインピーダンスを、実質的に無限大と見なせる大きさに増大することにより、他のアンテナ部の共振周波数においてはアンテナ部は開放された状態と等価とすることができる。
【００２２】
なお、増大させるインピーダンスは、実質的に無限大と見なせる大きさであって、必ずしも無限大である必要はなく、反射信号が所定率を越える大きさのインピーダンスであればよい。
【００２３】
したがって、給電端からアンテナに向けて供給された複数の周波数信号は、マイクロストリップ線のインピーダンスにより形成されるフィルタ機能により、各アンテナ部の共振周波数の信号のみ該当するアンテナ部に給電される。
【００２４】
マイクロストリップ線のインピーダンスは、第１にマイクロストリップ線の線路長を調整することで設定することができ、第２にマイクロストリップ線に複数のスタブを設けることで設定することができる。
【００２５】
調整するマイクロストリップ線の線路長は、給電端とアンテナ部の端部との間の線路長である。
【００２６】
スタブは、スタブの取り付け位置やスタブの太さやスタブ間隔を変えることにより、インピーダンスを調整することができる。スタブ間隔としては、スタブ間の間隔、スタブとアンテナ部の端部との間の間隔、スタブと給電端との間の間隔がある。また、スタブの長さは、そのスタブが設けられたマイクロストリップ線に接続されるアンテナ部の共振周波数の半波長の長さである。
【００２７】
スタブの位置を固定した状態において、スタブ間隔によりマイクロストリップ線のインピーダンスを調整する場合には、マイクロストリップ線に設けるスタブの個数は、少なくとも全アンテナ部の個数ｎから１を引いた（ｎ−１）個の個数とする。全アンテナ部の個数ｎは、多周波数共用アンテナが有する複数の異なる共振周波数の個数に対応しており、一アンテナ部側に接続するマイクロストリップ線において残りの（ｎ−１）個の個数の共振周波数を調整するには、少なくとも（ｎ−１）個のパラメータを調整する必要があり、（ｎ−１）個以上の個数のスタブを要する。なお、スタブの取り付け位置もパラメータとして調整する場合には、スタブの個数は（ｎ−１）個以上である必要はない。
【００２８】
さらに、本発明の多周波共用アンテナを備えたマルチバンド送受信機とすることができ、多周波共用アンテナを備えることにより、マルチバン送受信機を小型化とすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。図１〜図５を用いて本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態について説明し、図６〜図１０を用いて本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態について説明する。
【００３０】
本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態は、アンテナ部とフィルタとの一体形成において、マイクロストリップ線の長さによりインピーダンスを調整し、アンテナ部に供給する周波数信号の選別を行う形態である。
【００３１】
図１は本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態を説明するための概略図である。図１において、多周波数共用アンテナ１Ａは、周波数を異にする複数のアンテナ部１２ａ，１２ｂと、アンテナ部に電力を供給する一つの給電線１４と、給電線１４の一端である給電端１５とアンテナ部１２ａ，１２ｂとの間を直接接続するマイクロストリップ線１３ａ，１３ｂを備える。
【００３２】
ここで、アンテナ部１２ａと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ａの線路長をＬａとし、アンテナ部１２Ｂと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３Ｂの線路長をＬｂとする。
【００３３】
この線路長Ｌａは給電端１５からアンテナ部１２ａ側を見たインピーダンスを調整し、この線路長Ｌｂは給電端１５からアンテナ部１２ｂ側を見たインピーダンスを調整する。
【００３４】
この線路長Ｌａ及び線路長Ｌｂの調整は、アンテナ部１２ａの共振周波数をｆａとしアンテナ部１２ｂの共振周波数をｆａと異なるｆｂとしたとき、給電端１５からアンテナ部１２ａ側を見たインピーダンスを、周波数ｆａに対してはアンテナ部１２ａ側のインピーダンスと整合させ、周波数ｆｂに対しては十分に大きなインピーダンスとする。また、同様に、線路長の調整は、給電端１５からアンテナ部１２ｂ側を見たインピーダンスを、周波数ｆａに対しては十分に大きなインピーダンスとし、周波数ｆｂに対してはアンテナ部１２ｂ側のインピーダンスと整合させる。
【００３５】
この線路長の調整により、インピーダンスの給電線１４から給電端１５に周波数ｆａ，ｆｂの信号が供給されると、マイクロストリップ線１３ａに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆａの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｂの信号は反射されて導入が抑えられる。また、同様に、マイクロストリップ線１３ｂに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｂの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆａの信号は反射されて導入が抑えられる。したがって、給電線１４から供給された周波数ｆａ，ｆｂの信号は、アンテナ部１２ａとアンテナ部１２ｂにそれぞれ選別されて給電される。
【００３６】
なお、アンテナ部１２ａ，１２ｂ、マイクロストリップ線１３、及び給電線１４は、基板１１上に形成することができる。
【００３７】
次に、マイクロストリップ線の線路長の調整について説明する。図２，３は、アンテナ部の共振周波数の整合条件を説明するためのアンテナ部の構成図、反射損失特性を示す図である。
【００３８】
図２において、各アンテナ部は、アンテナ部分１２の構成を定めるパラメータとして、高さＨ、幅Ｗ、インピーダンス整合用のスリットの切り込み長さｌ，及び切り込み幅ｄを備える。なお、ここで、基板１１の厚さをｈ、誘電率をεｒとし、給電線１３が接続されている。
【００３９】
これらのパラメータは、アンテナ部分が求める共振周波数ｆに対して、例えば、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｅｔｈｏｄ）法により求めることができる。なお、ＦＤＴＤ法は、マクスウェルの方程式を時間、空間で差分化し、解析空間の電磁界をリープフロッグアルゴリズムを用いて時間的に更新し、出力点の時間応答を得る方法である。
【００４０】
例えば、１．５ＧＨｚ用及び２ＧＨｚ用のアンテナ部の各パラメータをＦＤＴＤ法により求めると、共振周波数が１．５１ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが５２．５６ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１９．９４ｍｍの値が得られ、また、共振周波数が１．９７ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが４０．１１ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１４．５９ｍｍが得られる。なお、ここでは、切り込み幅ｄを給電線の幅ｄと同一幅の３．６５ｍｍとし、基板の厚さｈを１．６０ｍｍとし、誘電率εｒを３．４５としている。図３は、この解析で得られる各アンテナ部の反射損失の周波数特性を示している。
【００４１】
この求めたアンテナ部において、アンテナ部分に接続する給電線の線路長Ｌを調整することにより、給電端からみたインピーダンスを周波数毎に設定することができ、一方のアンテナ部において、そのアンテナ部の周波数信号ではインピーダンス整合し、他方のアンテナ部の周波数信号では大きなインピーダンスとすることができる。インピーダンスが大きい場合には反射損失が大きくなり、実質的に開放と見なせる程度の反射損失を生じることで、他方のアンテナ部の周波数信号の導入を抑制することができる。
【００４２】
この給電線の線路長Ｌの調整によって、一方の周波数においてインピーダンス整合し、他方の周波数において実質的に開放とすることができる状態は、例えば、スミスチャートで確認することができる。
【００４３】
図４は、給電線の線路長Ｌの調整によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。このスミスチャートにおいて、外周円の左端部及び右端部は、それぞれインピーダンス０及び無限大を表し、円の中心はインピーダンス整合を表している。
【００４４】
図４（ａ）は、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部に対して給電線の線路長Ｌを８８．７ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。給電線の線路長Ｌを８８．７ｍｍとすることにより、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．５１ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．９７ＧＨｚでは無限大のインピーダンスとなる。
【００４５】
また、図４（ｂ）は、２ＧＨｚ用のアンテナ部に対して給電線の線路長Ｌを７１．１ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。給電線の線路長Ｌを７１．１ｍｍとすることにより、２ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．９７ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．５ＧＨｚでは無限大のインピーダンスとなる。
【００４６】
上記で得られたアンテナ部１２ａ，１２ｂに、線路長Ｌａ，Ｌｂのマイクロストリップ線１３ａ，１３ｂを、給電線１４の給電端１５に直接接続することで、図１に示す多周波共用アンテナ１Ａを構成することができる。
【００４７】
図５は、アンテナ部１２ａ，１２ｂの単独による反射損失の周波数特性、アンテナ部１２ａ，１２ｂをマイクロストリップ線１３ａ，１３ｂで結合した後の反射損失の周波数特性を示している。
【００４８】
図５中の▲１▼は１．５ＧＨｚ用のアンテナ部１２ａの単独による反射損失の周波数特性であり、▲２▼は２ＧＨｚ用のアンテナ部１２ｂの単独による反射損失の周波数特性であり、▲３▼は結合後の反射損失の周波数特性である。図５の反射損失の周波数特性から、共振周波数が異なる二つのアンテナ部の結合において、線路長を調整したマイクロストリップ線で直接接続する構成とすることで、互いのアンテナ部の影響を受けることなく給電を行うことができる。
【００４９】
本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態は、アンテナ部とフィルタとの一体形成において、マイクロストリップ線に設けたスタブによりインピーダンスを調整し、アンテナ部に供給する周波数信号の選別を行う形態である。
【００５０】
図６は本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態を説明するための概略図である。図６において、多周波数共用アンテナ１Ｂは、周波数を異にする複数のアンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅと、アンテナ部に電力を供給する一つに給電線１４と、給電線１４の一端である給電端１５とアンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅとの間を直接接続するマイクロストリップ線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅを備える。
【００５１】
ここで、アンテナ部１２ｃと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ｃにスタブ１６ｃ−１，１６ｃ−２を設け、アンテナ部１２ｄと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ｄにスタブ１６ｄ−１，１６ｄ−２，１６ｄ−３を設け、アンテナ部１２ｅと給電端１５との間を接続するマイクロストリップ線１３ｅにスタブ１６ｅ−１，１６ｅ−２，１６ｅ−３を設ける。このスタブ１６ｃ−１，１６ｃ−２は、給電端１５からアンテナ部１２ｃ側を見たインピーダンスを調整し、スタブ１６ｄ−１，１６ｄ−２，１６ｄ−３は、給電端１５からアンテナ部１２ｄ側を見たインピーダンスを調整し、スタブ１６ｅ１，１６ｅ−２，１６ｅ−３は、給電端１５からアンテナ部１２ｅ側を見たインピーダンスを調整する。
【００５２】
このスタブ１６（１６ｃ〜１６ｅ）による調整は、アンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの共振周波数をそれぞれｆｃ，ｆｄ，ｆｅとし、各共振周波数の周波数を異ならせたとき、給電端１５からアンテナ部１２ｃ側を見たインピーダンスを、周波数ｆｃに対してはアンテナ部１２ｃ側のインピーダンスと整合させ、周波数ｆｄ，ｆｅに対しては十分に大きなインピーダンスとする。また、同様に、給電端１５からアンテナ部１２ｄ側を見たインピーダンスを、周波数ｆｃ、ｆｅに対しては十分に大きなインピーダンスとし、周波数ｆｄに対してはアンテナ部１２ｂ側のインピーダンスと整合させ、給電端１５からアンテナ部１２ｅ側を見たインピーダンスを、周波数ｆｃ、ｆｄに対しては十分に大きなインピーダンスとし、周波数ｆｅに対してはアンテナ部１２ｅ側のインピーダンスと整合させる。
【００５３】
このスタブにより、インピーダンスの給電線１４から給電端１５に周波数ｆｃ，ｆｄ，ｆｅの信号が供給されると、マイクロストリップ線１３ｃに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｃの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｄ，ｆｅの信号は反射されて導入が抑えられる。また、同様に、マイクロストリップ線１３ｄに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｄの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｃ，ｆｅの信号は反射されて導入が抑えられ、マイクロストリップ線１３ｅに対しては、インピーダンス整合された周波数ｆｅの信号は導入されるが、インピーダンスが大の周波数ｆｃ，ｆｄの信号は反射されて導入が抑えられる。したがって、給電線１４から供給された周波数ｆｃ，ｆｄ，ｆｅの信号は、アンテナ部１２ｃ，アンテナ部１２ｄ，アンテナ部１２ｅにそれぞれ選別されて給電される。
【００５４】
なお、アンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ、マイクロストリップ線１３、及び給電線１４は、基板上に形成することができる。
【００５５】
次に、マイクロストリップ線に設けるスタブについて説明する。図２に示したアンテナ部の構成図において、例えば、１．５ＧＨｚ用、１．７５ＧＨｚ用、及び２ＧＨｚ用のアンテナ部の各パラメータをＦＤＴＤ法により求めると、共振周波数が１．５１ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが５２．７８ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが２０．０２ｍｍの値が得られ、また、共振周波数が１．７５ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが４５．５０ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１７．２９ｍｍが得られ、共振周波数が１．９７ＧＨｚで、高さＨ及び幅Ｗが４０．０４ｍｍ、スリットの切り込み長さｌが１４．５６ｍｍが得られる。なお、ここでは、切り込み幅ｄを給電線の幅ｄと同一幅の３．６５ｍｍとし、基板の厚さｈを１．６０ｍｍとし、誘電率εｒを３．４５としている。
【００５６】
図７は、この解析で得られる各アンテナ部の反射損失の周波数特性を示している。
この求めたアンテナ部において、アンテナ部分に接続するマイクロストリップ線１３に設けるスタブ１６を調整することにより、給電端からみたインピーダンスを周波数毎に設定することができ、一方のアンテナ部において、そのアンテナ部の周波数信号ではインピーダンス整合し、他方のアンテナ部の周波数信号では大きなインピーダンスとすることができる。インピーダンスが大きい場合には反射損失が大きくなり、実質的に開放と見なせる程度の反射損失を生じることで、他方のアンテナ部の周波数信号の導入を抑制することができる。
【００５７】
図８は、スタブの一例を示している。図８（ａ）は、２つのスタブを設けた構成例であり、アンテナ部１２から距離Ｌ１の位置にスタブ１６−１を設け、スタブ１６−１から距離Ｌ２の位置にスタブ１６−２を設け、スタブ１６−２から給電端１５までの距離をＬ３としている。
【００５８】
また、図８（ｂ）は、３つのスタブを設けた構成例であり、アンテナ部１２から距離Ｌ１の位置にスタブ１６−１を設け、スタブ１６−１から距離Ｌ２の位置にスタブ１６−２を設け、スタブ１６−２から距離Ｌ３の位置にスタブ１６−３を設け、スタブ１６−３から給電端１５までの距離をＬ４としている。
【００５９】
給電端１５からアンテナ部１２側を見たインピーダンスは、各位スタブの太さｗと間隔Ｌ１〜Ｌ３，Ｌ４を変えることにより調整することができる。なお、各スタブ１６の長さは、そのスタブが設けられているアンテナ部の共振周波数によで定まる波長の半波長分の長さとする。
【００６０】
各マイクロストリップ線に設けるスタブの個数は、少なくとも全アンテナ部の個数ｎから１を引いた（ｎ−１）個の個数とする。全アンテナ部の個数ｎは、多周波数共用アンテナが有する複数の異なる共振周波数の個数に対応しており、一アンテナ部側に接続するマイクロストリップ線において残りの（ｎ−１）個の個数の共振周波数を調整するには、少なくとも（ｎ−１）個のパラメータを調整する必要がある。そこで、（ｎ−１）個以上の個数のスタブを設ける。なお、（ｎ−１）個以上のスタブを設けることにより設計の自由度を増すことができる。例えば、共振周波数の個数が３の場合には、少なくとも２個のスタブを設ける。
【００６１】
このスタブの装荷によって、一方の周波数においてインピーダンス整合し、他方の周波数において実質的に開放とすることができる状態は、例えば、スミスチャートで確認することができる。
【００６２】
図９は、スタブの装荷によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。このスミスチャートにおいて、外周円の左端部及び右端部は、それぞれインピーダンス０及び無限大を表し、円の中心はインピーダンス整合を表している。
【００６３】
図９（ａ）は、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部に対して３つのスタブを、Ｌ１の距離を３３．４８ｍｍ、Ｌ２の距離を３７．８８ｍｍ、Ｌ３の距離を４０．２８ｍｍ、Ｌ４の距離を２８．８８ｍｍとし、スタブの幅ｗを５．４６ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。このスタブを装荷することにより、１．５ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．５１ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．７４ＧＨｚ及び１．９７ＧＨｚではほぼ無限大のインピーダンスとなる。
【００６４】
また、図９（ｂ）は、１．７５ＧＨｚ用のアンテナ部に対して３つのスタブを、Ｌ１の距離を２２．４５ｍｍ、Ｌ２の距離を２３．６５ｍｍ、Ｌ３の距離を２０．２５ｍｍ、Ｌ４の距離を１５．３５ｍｍとし、スタブの幅ｗを３．６４ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。このスタブを装荷することにより、１．７５ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．７４ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．５１ＧＨｚ及び１．９７ＧＨｚではほぼ無限大のインピーダンスとなる。
【００６５】
また、図９（ｃ）は、２ＧＨｚ用のアンテナ部に対して３つのスタブを、Ｌ１の距離を２０．７２ｍｍ、Ｌ２の距離を３５．２２ｍｍ、Ｌ３の距離を３４．７２ｍｍ、Ｌ４の距離を２４．８２ｍｍとし、スタブの幅ｗを５．４６ｍｍとした場合のインピーダンスの軌跡を示している。このスタブを装荷することにより、２ＧＨｚ用のアンテナ部の周波数として設定された１．９７ＧＨｚの周波数ではインピーダンスが整合され、他方のアンテナ部の周波数１．５１ＧＨｚ及び１．７４ＧＨｚではほぼ無限大のインピーダンスとなる。
【００６６】
上記で得られたアンテナ部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅに、マイクロストリップ線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅを、給電線１４の給電端１５に直接接続し、各マイクロストリップ線１３ｃ，１３ｄ，１３ｅにスタブを設けることで、図６に示すような多周波共用アンテナ１Ｂを構成することができる。なお、図６の多周波共用アンテナ１Ｂにおいて、アンテナ１２ｃのマイクロストリップ線に設けられるスタブは２本の例を示している。
【００６７】
なお、２周波数共用アンテナは、図１で示したように、マイクロストリップ線の長さを調整する構成の他、スタブを用いた構成とすることもできる。図１０は、スタブを備えた２周波数共用アンテナの構成例である。アンテナ部１２ｆは、給電端１５に接続された長さＬｆのマイクロストリップ線１３ｆに、スタブ１６ｆ−１，１６ｆ−１が設けられ、また、アンテナ部１２ｇは、給電端１５に接続された長さＬｇのマイクロストリップ線１３ｇに、スタブ１６ｇ−１，１６ｇ−１が設けられる。ここで、マイクロストリップ線１３ｆ、１３ｇは同じ長さとすることができる。
【００６８】
本発明の多周波共用アンテナによれば、マイクロストリップ線の長さ調整、あるいはスタブを設けることにより、アンテナ共用器と同等の機能を奏することができるため、アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続することができる。
【００６９】
さらに、本発明は、本発明の多周波共用アンテナを備えるマルチバンド送受信機を構成することができ、多周波共用アンテナを用いることにより小型化することができる。
【００７０】
なお、上記説明では、本発明の多周波共用アンテナを備える装置として、主に送信機を用いて説明しているが、受信機についても同様に適用することができ、また、送信機能及び受信機能の両機能を備える送受信機に適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多周波共用アンテナによれば、アンテナ共用器を用いることなく、複数の異なる周波数のアンテナを接続することができる。また、アンテナ共用器を不用とすることにより小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多周波数共用アンテナの第１の形態を説明するための概略図である。
【図２】本発明のアンテナ部の共振周波数の整合条件を説明するためのアンテナ部の構成図である。
【図３】本発明のアンテナ部の共振周波数の整合条件を説明するための反射損失特性を示す図である。
【図４】本発明給電線の線路長Ｌの調整によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。
【図５】アンテナ部による反射損失の周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の多周波数共用アンテナの第２の形態を説明するための概略図である。
【図７】アンテナ部の反射損失の周波数特性を示す図である。
【図８】本発明のスタブの一例を示す図である。
【図９】本発明のスタブの装荷によるインピーダンスの変化を示すスミスチャートである。
【図１０】本発明のスタブを備えた２周波数共用アンテナの構成例を示す図である。
【図１１】複数の受信機手段によるマルチバンド受信の構成例を示す図である。
【図１２】アンテナ及びＲＦフィルタを小型化する手法を説明するための構成図である。
【図１３】アンテナ及びＲＦフィルタを小型化する手法を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ…多周波数共用アンテナ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ…アンテナ
３…低雑音増幅器（ＬＮＡ）
４…ミキサ
５…Ａ／Ｄ変換器
６…デジタルシグナルプロセッサ
７…ＩＦフィルタ
８…ミキサ
９…低帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１０…可動出力増幅器
１１…基板
１２，１２ａ〜１２ｇ…アンテナ部
１３，１３ａ〜１３ｇ…マイクロストリップ線
１４…給電線
１５…給電端
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…ＲＦフィルタ
２２…分配器
２３…アンテナ共用器
Claims (7)
- 複数の異なる共振周波数を有する多周波数共用アンテナであって、
一つの給電線の給電端と共振周波数を異にする複数のアンテナ部との間を各マイクロストリップ線で直接接続し、
当該マイクロストリップ線は、当該マイクロストリップ線に接続されるアンテナ部の共振周波数において、給電端から当該アンテナ部側を見たインピーダンスを当該アンテナ部のインピーダンスに整合させると共に、他のアンテナ部の共振周波数において、給電端から当該アンテナ部側を見たインピーダンスを増大させることを特徴とする、多周波共用アンテナ。 - 前記マイクロストリップ線は、前記インピーダンスを満足する線路長さを備えることを特徴とする、請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
- 前記マイクロストリップ線は、前記インピーダンスを満足する複数のスタブを備えることを特徴とする、請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
- 前記スタブは、スタブの太さ、及び／又は、スタブ間の間隔、スタブとアンテナ部との間の間隔、スタブと給電端との間の間隔の少なくとも何れか一つの間隔を、インピーダンス調整のパラメータとして備えることを特徴とする、請求項３に記載の多周波共用アンテナ。
- 前記スタブの長さは、当該スタブが設けられたマイクロストリップ線に接続されるアンテナ部の共振周波数の半波長の長さであることを特徴とする、請求項３、又は４に記載の多周波共用アンテナ。
- 各マイクロストリップ線に設けるスタブの個数は、少なくとも全アンテナ部の個数から１を引いた個数であることを特徴とする、請求項３乃至５の何れか一つに記載の多周波共用アンテナ。
- 請求項１乃至６の何れか一つに記載の多周波共用アンテナを備えることを特徴とするマルチバンド送受信機。
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