JP2004180034A

JP2004180034A - Diversity antenna

Info

Publication number: JP2004180034A
Application number: JP2002344686A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Sugimoto; 好正杉本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diversity antenna of a low height for a wide band. <P>SOLUTION: The diversity antenna is provided with a first dielectric 11, a first antenna element 1 which is arranged on the upper face of the first dielectric 11 and is constituted of a first micro strip radiation conductor 12 having a shrinking separation element s, and a second antenna element 2 which has the same shape as the first antenna element 1 and is spaced from the first antenna element 1 in the direction of rotating the first antenna element 1 at 90°. Since the second antenna element 2 has the same shape as the first antenna element 1 and is arranged in the direction of rotating the first antenna element 1 at 90°, the planes of polarization in respective frequency bands are orthogonal in each antenna element to prevent unevenness of planes of polarization in respective frequency bands, and a wide-band radio wave having all planes of polarization can be transmitted and received in a frequency band formed by synthesis of a first frequency band and a second frequency band because frequency bands can be adjusted by adjusting the size of the shrinking separation elements. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用されるダイバーシティアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用される、従来のダイバーシティアンテナとしてパッチアンテナや板状逆Ｆアンテナを用いたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。その構造の一例を、図８に斜視図で示す。図８において、１０１は、第１の誘電体１１１と、第１の誘電体１１１の上面に配されたマイクロストリップ型で直線偏波構造の第１の放射導体１１２より構成される第１のアンテナ素子、１０２は、第１のアンテナ素子１０１と同一形状で、第１のアンテナ素子１０１と同じ向きに配された第２のアンテナ素子、１３１は第１および第２のアンテナ素子１０１・１０２を実装するプリント回路基板である。
【０００３】
この従来のダイバーシティアンテナでは、ほぼ同一特性のアンテナを、間隔を隔てて２個配置することで、空間ダイバーシティの効果を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１４８４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１１９２３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のダイバーシティアンテナにおいては、周波数帯域幅を広げるためには第１および第２の誘電体１１１・１２１の厚みを厚くする必要があり、広帯域化と低背化の両立が困難であるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、低背で広帯域なダイバーシティアンテナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のダイバーシティアンテナは、第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面とが直交しており、第１の周波帯の高域側と第２の周波帯の低域側とが重なっているアンテナ素子を２つ、その第１の周波帯の偏波面同士および第２の周波帯の偏波面同士を直交させて、所定の間隔を隔てて配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第１のダイバーシティアンテナによれば、第１の周波帯と第２の周波帯を有するアンテナ素子を用いるので、第１の周波帯と第２の周波帯の周波数間隔を調整することで、第１の周波帯と第２の周波帯が合成されて形成される周波帯の帯域幅を変えることができて広帯域な周波数特性を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の第１のダイバーシティアンテナによれば、第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面とが直交している２つのアンテナ素子を、第１の周波帯の偏波面同士および第２の周波帯の偏波面同士を直交させて配置するので、第１の周波帯と第２の周波帯が合成されて形成される周波帯における偏波面の偏りを防ぐことができ、この合成されて形成される周波帯における第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００１０】
本発明の第２のダイバーシティアンテナは、誘電体から成る基体の上面に配された、縮退分離素子を有するマイクロストリップ型の第１の放射導体より構成される第１のアンテナ素子と、この第１の放射導体と略同一形状の第２の放射導体を平面内で９０°回転させ、第１のアンテナ素子と所定の間隔を隔てて配された第２のアンテナ素子とを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、第１および第２の放射導体を、縮退分離素子を有するマイクロストリップ型の構造としているので、縮退分離素子によって互いに直交する、第１の周波帯と第２の周波帯の電界モードが生じる。その縮退分離素子の大きさを調整することで第１の周波帯と第２の周波帯の周波数間隔が調整され、結果として第１の周波帯と第２の周波帯が合成されて形成される周波帯の帯域幅が広帯域な周波数特性のアンテナを得ることができる。
【００１２】
また、本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、第２の放射導体を、第１の放射導体と略同一形状で、第１の放射導体と平面内で９０°回転させた向きに配しているので、第１および第２のアンテナ素子で第１の周波帯同士・第２の周波帯同士における偏波面が直交する。したがって、第１の周波帯と第２の周波帯が合成されて形成される周波帯における偏波面の偏りを防ぐことができ、結果としてこの合成されて形成される周波帯で第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダイバーシティアンテナを図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例を示す斜視図である。図１において、１・２は第１および第２のアンテナ素子であり、所定の間隔、たとえば第１の周波帯の下限周波数の信号の波長の略１／４以上略１／２以下の間隔を隔てて配されている。１２Ｌ・２２Ｌは第１の周波帯の放射または受信に寄与する部分、１４Ｌ・２４Ｌは第１の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｌ・２２Ｌと電気的に接続し第１の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｌ・２２Ｌに給電を行うための給電電極、１２Ｈ・２２Ｈは第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分、１４Ｈ・２４Ｈは第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｈ・２２Ｈと電気的に接続し第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｈ・２２Ｈに給電を行うための給電電極、１５・２５は第１の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｌ・２２Ｌおよび第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｈ・２２Ｈ双方の端部と電気的に接続する接地電極である。３１は第１および第２のアンテナ素子１・２を実装するプリント回路基板であり、給電電極１４Ｌ・１４Ｈ・２４Ｌ・２４Ｈおよび接地電極１５・２５の一端はそれぞれプリント回路基板の信号線路（図示せず）およびグランド電極（図示せず）に電気的に接続される。
【００１５】
ここで第１の周波帯の高域側と第２の周波帯の低域側とは重なっていることから、この二つの周波帯が合成されて形成される第１の周波帯と第２の周波帯で挟まれる周波帯を含めた周波帯の部分で本発明のダイバーシティアンテナは感度を持つこととなる。すなわち、第１の周波帯または第２の周波帯に加えて、その間の周波帯にも感度を持つアンテナとして動作させることができる。
【００１６】
図１のように構成された本発明の第１のダイバーシティアンテナによれば、第１の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｌ・２２Ｌと第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｈ・２２Ｈを有するアンテナ素子を用いるので、たとえば第１の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｌ・２２Ｌの長さを長くし、第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分１２Ｈ・２２Ｈの長さを短くすると、第１の周波帯は低周波側に遷移し、第２の周波帯は高周波側に遷移するので、第１の周波帯の高域側と第２の周波帯の低域側が重なった状態で第１の周波帯と第２の周波帯のそれぞれの周波帯の周波数間隔を広く調整することができて、広帯域な周波数特性を得ることができる。
【００１７】
また、図１のように構成された本発明の第１のダイバーシティアンテナによれば、第１および第２のアンテナ素子１・２それぞれの第１の周波帯および第２の周波帯の放射または受信に寄与する部分同士、すなわち１２Ｌと２２Ｌおよび１２Ｈと２２Ｈを直交させて配置するので、第１の周波帯および第２の周波帯の双方において偏波面によらず電波を放射または受信することができる。
【００１８】
第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面の間における偏波に対しては、放射または受信される電波の偏波面は第１および第２の周波帯における電界モードの重ね合わせによって生成されるものとなり、第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面の間における偏波に対しても、偏波面によらず電波を放射または受信することができる。
【００１９】
従って、第１の周波帯と第２の周波帯とが合成されて形成される周波帯における偏波面の偏りを防ぐことができ、この合成されて形成される周波帯で第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００２０】
図２は本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例を示す斜視図および上面図である。図２において、１は第１のアンテナ素子であり、２は第１のアンテナ素子１と略同一形状で、第１のアンテナ素子１を平面内で９０°回転させた向きに、所定の間隔、たとえば第１の周波帯の下限周波数の信号の波長の略１／４以上略１／２以下の間隔を隔てて配された第２のアンテナ素子である。第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２は平行な面内で９０°回転させた向きの位置関係にあればよく、必ずしも同一平面上になくてもよい。１１および２１はそれぞれ第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２を構成する誘電体、１２と２２は誘電体１１・２１の上面に構成されたマイクロストリップ型の放射導体、ｓは縮退分離素子であり、対向する２角を切り欠いたり、小形状のものを付加したりして形成されるものである。３１は第１および第２のアンテナ素子１・２を実装するプリント回路基板である。
【００２１】
次に、図４は本発明の第２のダイバーシティアンテナの電界モードを説明する図である。実線の矢印は第１の周波帯の電界モード、破線の矢印は第２の周波帯の電界モードを表し、矢印の方向はそれぞれのモードの電界の方向を示す。またΔは縮退分離素子ｓの切り欠きの深さを示す。
【００２２】
図２のように構成された本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、第１および第２の放射導体１２・２２を、対向する２つの角を切り欠く縮退分離素子ｓを有するマイクロストリップ型の構造としているので、縮退分離素子ｓによって互いに直交する第１の周波帯の電界モード（図４に実線の矢印で示す）と第２の周波帯の電界モード（図４に破線の矢印で示す）が生じる。縮退分離素子ｓの大きさを調整することで第１の周波帯と第２の周波帯の励振周波数が調整され、第１の周波帯と第２の周波帯の励振周波数の差を大きくすることによって広帯域な周波数特性を得ることができる。たとえば、縮退分離素子ｓの大きさを大きく、すなわち、切り欠きの深さΔを大きくすると、第２の周波帯の周波数が高くなり、その結果、本発明の第１のダイバーシティアンテナと同様に第１の周波帯と第２の周波帯が合成されて形成される帯域の幅が増し、広帯域特性を得ることができる。
【００２３】
すなわち、放射導体がマイクロストリップ型のアンテナにおける、従来の一般的に知られている広帯域化の手法としての誘電体の厚みを厚くするといった方法に対して、誘電体の厚みを厚くすることなく広帯域なアンテナを提供することができ、低背化にも対応することができるものとなる。
【００２４】
また、このように構成された本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、第２のアンテナ素子２を、第１のアンテナ素子１と同形状で、第１のアンテナ素子１を平行面または同一平面内で９０°回転させた向きに配しているので、第１の周波帯においては第１および第２のアンテナ素子１・２それぞれに生じる電界モード（図６に実線の矢印で示す）が互いに直交し、第２の周波帯においても第１および第２のアンテナ素子１・２それぞれに生じる電界モード（図６に破線の矢印で示す）が互いに直交する。すなわち、第１の周波帯・第２の周波帯の各周波帯において、電界モード、言い換えると偏波面が各アンテナ素子で直交するので、第１の周波帯および第２の周波帯の双方において偏波面によらず電波を放射または受信することができる。
【００２５】
また、第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面の間における偏波に対しては、放射または受信される電波の偏波面は第１および第２の周波帯における電界モードの重ね合わせによって生成されるものとなり、第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面の間における偏波に対しても、偏波面によらず電波を放射または受信することができる。
【００２６】
従って、第１の周波帯と第２の周波帯とが合成されて形成される周波帯における偏波面の偏りを防ぐことができ、この合成されて形成される周波帯で第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００２７】
本発明のダイバーシティアンテナを形成するに当たり、第１および第２の誘電体１１・２１、第１および第２の放射導体１２・２２には、周知の高周波用配線基板に使用される種々の材料・形態のものと同様のものを使用することができる。
【００２８】
第１および第２の誘電体１１・２１としては、例えばアルミナセラミックス・ムライトセラミックス等のセラミック材料やガラスセラミックス等の無機系材料、あるいは四フッ化エチレン−エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）・四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）・四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂・ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。これらの材料による第１および第２の誘電体１１・２１の形状や寸法（厚みや幅・長さ）は、使用される周波数や用途等に応じて設定される。
【００２９】
第１および第２の放射導体１２・２２は、高周波信号伝送用の金属材料の導体層、例えばＣｕ層・Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｃｒ−Ｃｕ合金層・Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｔａ_２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等を用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅等も、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００３０】
本発明のダイバーシティアンテナの作製方法としては、例えば第１および第２の誘電体１１・２１がガラスセラミックスから成る場合であれば、まず第１および第２の誘電体１１・２１となるガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体が配設される貫通孔を形成した後、スクリーン印刷法によりＣｕ等の導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、第１および第２の放射導体１２・２２となる導体層のパターンおよび必要に応じてその他の所定の伝送線路パターンを印刷塗布する。次に、８５０〜１０００℃で焼成を行ない、最後に各導体層の表面にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００３１】
図３は図２に示す本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態についての、一方のアンテナ素子における反射特性を示す線図である。図３において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸はＶＳＷＲであり、特性曲線は反射特性、すなわちＶＳＷＲの周波数特性を示している。この線図に示す反射特性は、電磁界シミュレーションを用いて得たものである。この結果より、ＶＳＷＲが２以下の帯域幅は２１７ＭＨｚであることがわかる。なお、図３に示す反射特性を得た本発明の第２のダイバーシティアンテナのアンテナ素子においては、誘電体１１の厚み：Ｈを１．５ｍｍとした。
【００３２】
これに対し、従来のダイバーシティアンテナでこのような広帯域を達成するのは困難であった。
【００３３】
図９は図８に示す従来のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例についての、一方のアンテナ素子における反射特性を示す線図である。図９においても、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸はＶＳＷＲであり、特性曲線は反射特性、すなわちＶＳＷＲの周波数特性を示している。この線図に示す反射特性は、図３に示した結果を得るのに使用したものと同一の電磁界シミュレーションを用いて得たものである。この結果より、ＶＳＷＲが２以下の帯域幅は７４ＭＨｚであることが分かる。なお、図９に示す反射特性を得た従来のダイバーシティアンテナのアンテナ素子においては、誘電体１１１の厚み：Ｈを１．５ｍｍとし、誘電体材料および放射導体の材料は、上記本発明の第２のダイバーシティアンテナと同一である。
【００３４】
以上より、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯域幅に関しては、図３の結果を得た本発明の第２のダイバーシティアンテナでは２１７ＭＨｚであるのに対して、図９の結果を得るのに用いた従来のダイバーシティアンテナでは７４ＭＨｚであり、本発明の第２のダイバーシティアンテナの方が広帯域であることが分かる。また、誘電体の厚みに関しては、図３の結果を得た本発明の第２のダイバーシティアンテナでは１．５ｍｍであるのに対して、図９の結果を得るのに用いた従来のダイバーシティアンテナも１．５ｍｍであり、本発明の第２のダイバーシティアンテナと従来のダイバーシティアンテナは同じ厚みである。すなわち、図２に示す本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、厚みを厚くすることなく広帯域なアンテナを提供することができ、従って、アンテナの低背化にも対応できるものであることが分かる。
【００３５】
図５は図２に示す本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態についての、一方のアンテナ素子における放射特性を示す線図である。図５において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は正面方向、すなわち図２に示すＺ方向の利得（単位：ｄＢｉ）であり、曲線は放射特性、すなわち正面方向利得の周波数特性を示すものである。
【００３６】
図５は、図４に示す単独のアンテナ素子についてφ＝４５°およびφ＝−４５°の偏波面における正面方向利得とを示すものである。この線図に示す放射特性は、図３に示す反射特性を得るのに用いた電磁界シミュレーションと同一のものを用いて得たものである。この結果より、第１の周波帯、すなわち低周波数側においてはφ＝４５°の偏波面における正面方向利得のみが高利得であり、一方第２の周波帯、すなわち高周波数側においてはφ＝−４５°の偏波面における正面方向利得のみが高利得であるといったように各周波帯において利得の高い偏波面に偏りがある。すなわち各周波帯において偏波面に偏りが生じている。
【００３７】
一方、図７は図２に示す本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態についての、第１および第２のアンテナ素子１・２双方を足し合わせた放射特性、すなわちダイバーシティアンテナとして動作させた場合の放射特性を示す線図である。図７においても、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は正面方向、すなわち図２に示すＺ方向の利得（単位：ｄＢｉ）である。特性曲線は放射特性、すなわち正面方向利得の周波数特性であり、図５の場合と同様にφ＝４５°およびφ＝−４５°の偏波面における正面方向利得とを前述と同一の電磁界シミュレーションを用いて得たものである。また、アンテナ素子の形状および材料は図５に示す放射特性を得るのに用いたものと同一である。
【００３８】
この結果より、本発明の第２のダイバーシティアンテナにおいては、図５のアンテナ素子が１素子の場合に見られた各周波帯における偏波面の偏りが生じていないことが分かる。したがって各周波帯で第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００３９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各アンテナ素子に放射導体を複数個配してもよく、そのような構成にすると、各放射導体で共振を起こさせて、多周波共用特性を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の第１のダイバーシティアンテナによれば、第１の周波帯の偏波面と第２の周波帯の偏波面とが直交しており、第１の周波帯の高域側と第２の周波帯の低域側とが重なっているアンテナ素子を２つ、その第１の周波帯の偏波面同士および第２の周波帯の偏波面同士を直交させて、所定の間隔を隔てて配置したことから、第１の周波帯と第２の周波帯を有するアンテナ素子を用いるので、第１の周波帯と第２の周波帯の周波数間隔を調整することで、広帯域な周波数特性を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の第１のダイバーシティアンテナによれば、２つのアンテナ素子を、第１の周波帯の偏波面同士および第２の周波帯の偏波面同士を直交させて配置したことにより、各周波帯における偏波面の偏りを防ぐことができ、この合成されて形成される周波帯における第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００４２】
本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、誘電体から成る基体の上面に配された、縮退分離素子を有するマイクロストリップ型の第１の放射導体より構成される第１のアンテナ素子と、この第１の放射導体と略同一形状の第２の放射導体を平面内で９０°回転させ、第１のアンテナ素子と所定の間隔を隔てて配された第２のアンテナ素子とを具備することから、第１および第２の放射導体を、縮退分離素子を有するマイクロストリップ型の構造としているので、縮退分離素子によって互いに直交する、第１の周波帯と第２の周波帯の電界モードが生じ、その縮退分離素子の大きさを調整することで第１の周波帯と第２の周波帯の周波数間隔が調整されることから、広帯域な周波数特性のアンテナを得ることができる。すなわち、放射導体がマイクロストリップ型のアンテナにおける、従来の一般的に知られている広帯域化の手法としての誘電体の厚みを厚くするといった方法に対して、誘電体の厚みを厚くすることなく広帯域なアンテナを提供することができ、低背化にも対応することができるものとなる。
【００４３】
また、本発明の第２のダイバーシティアンテナによれば、第２の放射導体を、第１の放射導体と略同一形状で、第１の放射導体と平面内で９０°回転させた向きに配しているので、各周波帯における偏波面が第１および第２のアンテナ素子で直交し、各周波帯における偏波面の偏りを防ぐことができ、結果として第１の周波帯と第２の周波帯が合成されて形成される周波帯で第１の周波帯と第２の周波帯のおのおのの偏波面の間にあるあらゆる偏波面を有する電波を送受信することができる。
【００４４】
以上により、本発明によれば、低背で広帯域なダイバーシティアンテナを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２のダイバーシティアンテナの反射特性を示す特性曲線図である。
【図４】本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例の一方のアンテナ素子の電界モードを説明する平面図である。
【図５】本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例の一方のアンテナ素子の放射特性を示す特性曲線図である。
【図６】本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例の電界モードを説明する平面図である。
【図７】本発明の第２のダイバーシティアンテナの実施の形態の一例の放射特性を示す特性曲線図である。
【図８】従来のダイバーシティアンテナの例を示す斜視図である。
【図９】従来のダイバーシティアンテナの例の反射特性を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１・・・第１のアンテナ素子
２・・・第２のアンテナ素子
１１・・・第１の誘電体
２１・・・第２の誘電体
１２・・・第１の放射導体
２２・・・第２の放射導体
ｓ・・・縮退分離素子
１２Ｌ，２２Ｌ・・・第１の周波帯の放射に寄与する部分
１２Ｈ，２２Ｈ・・・第２の周波帯の放射に寄与する部分
１４Ｈ，１４Ｌ・・・給電電極
２４Ｈ，２４Ｌ・・・給電電極
１５，２５・・・接地電極
３１・・・プリント回路基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a diversity antenna used in a wireless communication device such as a mobile phone and a wireless LAN, and other various communication devices.
[0002]
[Prior art]
For example, a conventional diversity antenna that uses a patch antenna or a plate-shaped inverted-F antenna, which is used in a wireless communication device such as a mobile phone and a wireless LAN, and various other communication devices, is known (for example, Patent Document 1). 1, see Patent Document 2). FIG. 8 is a perspective view showing an example of the structure. In FIG. 8, reference numeral 101 denotes a first antenna composed of a first dielectric 111 and a first radiation conductor 112 having a microstrip linear polarization structure disposed on the upper surface of the first dielectric 111. An element 102 has the same shape as the first antenna element 101 and a second antenna element arranged in the same direction as the first antenna element 101, and 131 has the first and second antenna elements 101 and 102 mounted thereon. Printed circuit board.
[0003]
In this conventional diversity antenna, the effect of space diversity can be obtained by arranging two antennas having substantially the same characteristics at an interval.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-114848 A [Patent Document 2]
JP 2001-119238 A [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional diversity antenna, it is necessary to increase the thickness of the first and second dielectrics 111 and 121 in order to widen the frequency bandwidth, and it is difficult to achieve both a wide band and a low profile. There was a problem that.
[0006]
The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a low-profile, wide-band diversity antenna.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the first diversity antenna according to the present invention, the polarization plane of the first frequency band and the polarization plane of the second frequency band are orthogonal to each other, and the high frequency side of the first frequency band and the second frequency band have the same frequency. The antenna device is characterized in that two antenna elements overlapping with the low-frequency side are arranged at predetermined intervals so that the polarization planes of the first frequency band and the polarization planes of the second frequency band are orthogonal to each other. It is assumed that.
[0008]
According to the first diversity antenna of the present invention, since the antenna element having the first frequency band and the second frequency band is used, by adjusting the frequency interval between the first frequency band and the second frequency band. In addition, the bandwidth of a frequency band formed by combining the first frequency band and the second frequency band can be changed, so that a wide frequency characteristic can be obtained.
[0009]
Further, according to the first diversity antenna of the present invention, two antenna elements whose polarization planes of the first frequency band and the polarization plane of the second frequency band are orthogonal to each other are connected to the polarization element of the first frequency band. Since the wavefronts and the polarization planes of the second frequency band are arranged orthogonal to each other, it is possible to prevent the polarization plane from being biased in the frequency band formed by combining the first and second frequency bands. It is possible to transmit and receive radio waves having any polarization plane between the respective polarization planes of the first and second frequency bands in the synthesized and formed frequency band.
[0010]
A second diversity antenna according to the present invention includes a first antenna element formed of a microstrip-type first radiation conductor having a degenerate separation element and disposed on an upper surface of a base made of a dielectric; A second radiation conductor having substantially the same shape as that of the first radiation element is rotated by 90 ° in a plane, and a first antenna element and a second antenna element arranged at a predetermined interval are provided. Is what you do.
[0011]
According to the second diversity antenna of the present invention, the first and second radiating conductors have a microstrip structure having a degenerate separation element. An electric field mode of the second frequency band occurs. By adjusting the size of the degenerate separation element, the frequency interval between the first frequency band and the second frequency band is adjusted, and as a result, the first frequency band and the second frequency band are synthesized and formed. An antenna having a frequency characteristic with a wide frequency band can be obtained.
[0012]
Further, according to the second diversity antenna of the present invention, the second radiating conductor is arranged in substantially the same shape as the first radiating conductor and in a direction rotated by 90 ° in the plane with the first radiating conductor. Therefore, the polarization planes of the first and second antenna elements are orthogonal to each other in the first and second frequency bands. Therefore, it is possible to prevent the polarization plane from being biased in the frequency band formed by combining the first and second frequency bands, and as a result, the first frequency band is formed by the combined frequency band. And the second waveband can transmit and receive radio waves having any polarization plane between the respective polarization planes.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a diversity antenna according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of the first diversity antenna of the present invention. In FIG. 1, reference numerals 1 and 2 denote first and second antenna elements. They are spaced apart. 12L and 22L are portions that contribute to radiation or reception of the first frequency band, and 14L and 24L are electrically connected to portions 12L and 22L that contribute to radiation or reception of the first frequency band and are connected to the first frequency band. Feeding electrodes for feeding the portions 12L and 22L that contribute to radiation or reception, 12H and 22H are portions that contribute to radiation or reception in the second frequency band, and 14H and 24H are radiation or reception in the second frequency band. A power supply electrode for electrically connecting to the portions 12H and 22H contributing to the radiation and supplying power to the portions 12H and 22H contributing to radiation or reception in the second frequency band; A ground electrode electrically connected to both ends of the portions 12L and 22L contributing to reception and the portions 12H and 22H contributing to radiation or reception of the second frequency band. Reference numeral 31 denotes a printed circuit board on which the first and second antenna elements 1 and 2 are mounted. One end of each of the power supply electrodes 14L, 14H, 24L and 24H and the ground electrodes 15 and 25 is a signal line (shown in the drawing) of the printed circuit board. ) And a ground electrode (not shown).
[0015]
Here, since the high frequency side of the first frequency band and the low frequency side of the second frequency band overlap, the first frequency band and the second frequency band formed by combining the two frequency bands are formed. The diversity antenna of the present invention has sensitivity in a part of the frequency band including the frequency band sandwiched between the frequency bands. That is, the antenna can be operated as an antenna having sensitivity in the first and second frequency bands as well as in the intermediate frequency band.
[0016]
According to the first diversity antenna of the present invention configured as shown in FIG. 1, the portions 12L and 22L that contribute to radiation or reception of the first frequency band and the portions that contribute to radiation or reception of the second frequency band Since the antenna element having 12H · 22H is used, for example, the length of the portion 12L · 22L contributing to radiation or reception in the first frequency band is increased, and the portion 12H · 22 contributing to radiation or reception in the second frequency band. When the length of 22H is shortened, the first frequency band transitions to the low frequency side and the second frequency band transitions to the high frequency side, so that the high frequency side of the first frequency band and the second frequency band In a state where the low frequency side is overlapped, the frequency interval between the first frequency band and the second frequency band can be adjusted widely, and wide frequency characteristics can be obtained.
[0017]
Further, according to the first diversity antenna of the present invention configured as shown in FIG. 1, the first and second antenna elements 1 and 2 emit or receive the first and second frequency bands, respectively. Are arranged orthogonally to each other, that is, 12L and 22L and 12H and 22H can be radiated or received regardless of the plane of polarization in both the first frequency band and the second frequency band. .
[0018]
For the polarization between the polarization plane of the first frequency band and the polarization plane of the second frequency band, the polarization plane of the radiated or received radio wave is the superposition of the electric field modes in the first and second frequency bands. It is generated by the combination, and can radiate or receive radio waves regardless of the polarization plane, even for the polarization between the polarization plane of the first frequency band and the polarization plane of the second frequency band.
[0019]
Therefore, it is possible to prevent the polarization plane from being biased in a frequency band formed by combining the first frequency band and the second frequency band. Radio waves having any polarization plane between the respective polarization planes of the second waveband can be transmitted and received.
[0020]
FIG. 2 is a perspective view and a top view showing an example of an embodiment of the second diversity antenna of the present invention. In FIG. 2, 1 is a first antenna element, 2 is substantially the same shape as the first antenna element 1, and has a predetermined interval in a direction in which the first antenna element 1 is rotated by 90 ° in a plane. For example, the second antenna element is disposed at an interval of approximately １／ to １／ of the wavelength of the signal having the lower limit frequency of the first frequency band. The first antenna element 1 and the second antenna element 2 need only be in a positional relationship of being rotated by 90 ° in a parallel plane, and need not necessarily be on the same plane. 11 and 21 are dielectrics constituting the first antenna element 1 and the second antenna element 2, respectively, 12 and 22 are microstrip-type radiation conductors formed on the upper surfaces of the dielectrics 11 and 21, and s is degenerate separation. The element is formed by cutting out two opposing corners or adding a small one. Reference numeral 31 denotes a printed circuit board on which the first and second antenna elements 1 and 2 are mounted.
[0021]
Next, FIG. 4 is a diagram illustrating an electric field mode of the second diversity antenna according to the present invention. The solid arrow represents the electric field mode of the first frequency band, the broken arrow represents the electric field mode of the second frequency band, and the direction of the arrow indicates the direction of the electric field in each mode. Δ indicates the depth of the notch of the degenerate separation element s.
[0022]
According to the second diversity antenna of the present invention configured as shown in FIG. 2, the first and second radiating conductors 12 and 22 are formed of a microstrip type having a degenerate separation element s having two opposing corners cut away. Therefore, the electric field mode of the first frequency band (indicated by a solid arrow in FIG. 4) and the electric field mode of the second frequency band (indicated by the broken arrow in FIG. 4) are orthogonal to each other by the degenerate separation element s. ) Occurs. By adjusting the size of the degenerate separation element s, the excitation frequencies of the first frequency band and the second frequency band are adjusted, and the difference between the excitation frequencies of the first frequency band and the second frequency band is increased. Thus, a wide frequency characteristic can be obtained. For example, if the size of the degenerate separation element s is increased, that is, if the depth Δ of the notch is increased, the frequency of the second frequency band is increased, and as a result, like the first diversity antenna of the present invention, the second frequency band is increased. The width of the band formed by combining the first frequency band and the second frequency band is increased, and broadband characteristics can be obtained.
[0023]
In other words, the radiation conductor is a microstrip type antenna, and the band width is increased without increasing the thickness of the dielectric as compared with the conventional method of increasing the thickness of the dielectric which is generally known as a method of broadening the band. Therefore, it is possible to provide a simple antenna and to cope with a reduction in height.
[0024]
According to the second diversity antenna of the present invention thus configured, the second antenna element 2 has the same shape as the first antenna element 1 and the first antenna element 1 has a parallel plane or the same shape. In the first frequency band, electric field modes (indicated by solid arrows in FIG. 6) generated in the first and second antenna elements 1 and 2 are arranged in a direction rotated by 90 ° in a plane. Electric field modes (indicated by broken arrows in FIG. 6) generated in the first and second antenna elements 1 and 2 are also orthogonal to each other in the second frequency band. In other words, in each of the first and second frequency bands, the electric field mode, in other words, the plane of polarization is orthogonal to each antenna element, so that the polarization is both in the first and second frequency bands. Radio waves can be emitted or received regardless of the wavefront.
[0025]
Further, for the polarization between the polarization plane of the first frequency band and the polarization plane of the second frequency band, the polarization plane of the radiated or received radio wave is the electric field mode in the first and second frequency bands. Are generated by the superposition of the above, and it is possible to radiate or receive radio waves regardless of the polarization plane, even for the polarization between the polarization plane of the first frequency band and the polarization plane of the second frequency band. it can.
[0026]
Therefore, it is possible to prevent the polarization plane from being biased in a frequency band formed by combining the first frequency band and the second frequency band. Radio waves having any polarization plane between the respective polarization planes of the second waveband can be transmitted and received.
[0027]
In forming the diversity antenna of the present invention, the first and second dielectrics 11 and 21 and the first and second radiating conductors 12 and 22 include various materials used for a known high-frequency wiring board. The same thing as a form can be used.
[0028]
Examples of the first and second dielectrics 11 and 21 include ceramic materials such as alumina ceramics and mullite ceramics, inorganic materials such as glass ceramics, and ethylene-tetrafluoroethylene-ethylene resin (polytetrafluoroethylene; PTFE). Ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer resin (tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin; ETFE) / tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer resin (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer resin; PFA), etc. And resin-based materials such as glass epoxy resin and polyimide. The shapes and dimensions (thickness, width and length) of the first and second dielectrics 11 and 21 made of these materials are set according to the frequency used, the application, and the like.
[0029]
The first and second radiating conductors 12 and 22 are formed by depositing a Ni plating layer and an Au plating layer on a conductor layer of a metal material for transmitting a high-frequency signal, for example, a Cu layer and a metallized layer of Mo-Mn. Ni plating layer and Au plating layer deposited on W metallized layer Cr-Cu alloy layer Ni plating layer and Au plating layer deposited on Cr-Cu alloy layer Ta ₂ N A Ni-Cr alloy layer and an Au plating layer deposited on a layer; a Pt layer and an Au plating layer deposited on a Ti layer; or a Pt layer and an Au plating layer on a Ni-Cr alloy layer Is formed by a thick-film printing method, various thin-film forming methods, a plating method, or the like. The thickness, width, and the like are also set according to the frequency, use, and the like of the transmitted high-frequency signal.
[0030]
As a method of manufacturing the diversity antenna of the present invention, for example, when the first and second dielectrics 11 and 21 are made of glass ceramics, first, the first and second dielectrics 11 and 21 are made of glass ceramics. After preparing a green sheet and performing a predetermined punching process on the green sheet to form a through hole in which a through conductor is provided, the through hole is filled with a conductive paste such as Cu by a screen printing method, and the first and second pastes are formed. The pattern of the conductor layer to be the second radiation conductors 12 and 22 and other predetermined transmission line patterns are printed and applied as necessary. Next, baking is performed at 850 to 1000 ° C., and finally, the surface of each conductor layer is subjected to Ni plating and Au plating.
[0031]
FIG. 3 is a diagram showing reflection characteristics of one antenna element in the second embodiment of the diversity antenna according to the present invention shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents frequency (unit: GHz) and the vertical axis represents VSWR, and the characteristic curve represents the reflection characteristic, that is, the frequency characteristic of VSWR. The reflection characteristics shown in this diagram are obtained by using an electromagnetic field simulation. From this result, it can be seen that the bandwidth where VSWR is 2 or less is 217 MHz. In the antenna element of the second diversity antenna of the present invention having the reflection characteristics shown in FIG. 3, the thickness H of the dielectric 11 was set to 1.5 mm.
[0032]
On the other hand, it has been difficult to achieve such a wide band with a conventional diversity antenna.
[0033]
FIG. 9 is a diagram showing a reflection characteristic of one antenna element in an example of the embodiment of the conventional diversity antenna shown in FIG. In FIG. 9 as well, the horizontal axis is frequency (unit: GHz) and the vertical axis is VSWR, and the characteristic curve shows the reflection characteristic, that is, the frequency characteristic of VSWR. The reflection characteristics shown in this diagram were obtained using the same electromagnetic field simulation as used to obtain the results shown in FIG. From this result, it can be seen that the bandwidth where VSWR is 2 or less is 74 MHz. In the antenna element of the conventional diversity antenna having the reflection characteristics shown in FIG. 9, the thickness H of the dielectric 111 is set to 1.5 mm, and the dielectric material and the radiation conductor are the same as those of the second embodiment of the present invention. This is the same as the diversity antenna.
[0034]
As described above, the frequency bandwidth of VSWR of 2 or less is 217 MHz in the second diversity antenna of the present invention which obtained the result of FIG. 3, whereas the conventional bandwidth used to obtain the result of FIG. It is 74 MHz for the diversity antenna, and it can be seen that the second diversity antenna of the present invention has a wider band. Further, the thickness of the dielectric is 1.5 mm in the second diversity antenna of the present invention which obtained the result of FIG. 3, whereas the conventional diversity antenna used to obtain the result of FIG. 1.5 mm, and the second diversity antenna of the present invention and the conventional diversity antenna have the same thickness. That is, according to the second diversity antenna of the present invention shown in FIG. 2, it is possible to provide a broadband antenna without increasing the thickness, and therefore, it is possible to cope with a reduction in the height of the antenna. I understand.
[0035]
FIG. 5 is a diagram showing radiation characteristics of one antenna element in the second embodiment of the diversity antenna according to the present invention shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents frequency (unit: GHz), the vertical axis represents gain in the front direction, ie, the Z direction shown in FIG. 2 (unit: dBi), and the curve represents radiation characteristics, that is, frequency characteristics of the front direction gain. It is shown.
[0036]
FIG. 5 shows the gain in the front direction on the plane of polarization of φ = 45 ° and φ = −45 ° for the single antenna element shown in FIG. 4. The radiation characteristics shown in this diagram were obtained using the same electromagnetic field simulation used to obtain the reflection characteristics shown in FIG. From this result, in the first frequency band, that is, on the low frequency side, only the frontal gain on the polarization plane of φ = 45 ° is high gain, while in the second frequency band, that is, on the high frequency side, φ = − The polarization plane having a high gain in each frequency band has a bias such that only the frontal gain at the 45 ° polarization plane is high. That is, the polarization plane is biased in each frequency band.
[0037]
On the other hand, FIG. 7 shows a radiation characteristic obtained by adding both the first and second antenna elements 1 and 2 in the embodiment of the second diversity antenna of the present invention shown in FIG. 2, that is, the antenna is operated as a diversity antenna. FIG. 9 is a diagram illustrating radiation characteristics in the case. Also in FIG. 7, the horizontal axis represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents gain (unit: dBi) in the front direction, that is, the Z direction shown in FIG. The characteristic curve is the radiation characteristic, that is, the frequency characteristic of the frontal gain. Similar to the case of FIG. 5, the frontal gain on the polarization plane of φ = 45 ° and φ = −45 ° is obtained by performing the same electromagnetic field simulation as described above. It was obtained using: The shape and material of the antenna element are the same as those used to obtain the radiation characteristics shown in FIG.
[0038]
From this result, it can be seen that, in the second diversity antenna of the present invention, the polarization plane does not deviate in each frequency band as seen when one antenna element in FIG. 5 is used. Therefore, it is possible to transmit and receive radio waves having any polarization plane between the polarization planes of the first and second frequency bands in each frequency band.
[0039]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. For example, a plurality of radiation conductors may be arranged in each antenna element. With such a configuration, resonance occurs in each radiation conductor, and multi-frequency shared characteristics can be obtained.
[0040]
【The invention's effect】
According to the first diversity antenna of the present invention, the polarization plane of the first frequency band is orthogonal to the polarization plane of the second frequency band, and the high frequency side of the first frequency band and the second frequency band Two antenna elements overlapping the lower band side of the band, and the polarization planes of the first and second wavebands are orthogonal to each other, and are arranged at predetermined intervals. Therefore, since the antenna element having the first and second frequency bands is used, a wide-band frequency characteristic can be obtained by adjusting the frequency interval between the first and second frequency bands. .
[0041]
According to the first diversity antenna of the present invention, the two antenna elements are arranged such that the polarization planes of the first frequency band and the polarization planes of the second frequency band are orthogonal to each other. The polarization of the polarization plane in the band can be prevented, and radio waves having any polarization plane between the respective polarization planes of the first and second frequency bands in the synthesized and formed frequency band can be transmitted and received. can do.
[0042]
According to the second diversity antenna of the present invention, the first antenna element composed of the microstrip-type first radiation conductor having the degenerate separation element disposed on the upper surface of the dielectric base, Since the second radiation conductor having substantially the same shape as the first radiation conductor is rotated by 90 ° in a plane, and the first radiation element is provided with the second antenna element arranged at a predetermined distance from the first radiation element Since the first and second radiating conductors have a microstrip structure having a degenerate separation element, the degenerate separation element generates an electric field mode in a first frequency band and a second frequency band orthogonal to each other, By adjusting the size of the degenerate separation element, the frequency interval between the first frequency band and the second frequency band is adjusted, so that an antenna having a wide frequency characteristic can be obtained. In other words, in a microstrip antenna in which the radiation conductor is a microstrip type antenna, a broader band width without increasing the thickness of the dielectric is used in contrast to a conventional method of increasing the thickness of the dielectric as a generally known method of broadening the band. Therefore, it is possible to provide a simple antenna and to cope with a reduction in height.
[0043]
Further, according to the second diversity antenna of the present invention, the second radiating conductor is arranged in substantially the same shape as the first radiating conductor and in a direction rotated by 90 ° in the plane with the first radiating conductor. Therefore, the polarization planes in each frequency band are orthogonal to each other at the first and second antenna elements, and the polarization planes in each frequency band can be prevented from being deflected. As a result, the first frequency band and the second frequency band Can transmit and receive radio waves having any polarization plane between the respective polarization planes of the first and second wavebands in the waveband formed by combining.
[0044]
As described above, according to the present invention, a low-profile and wide-band diversity antenna can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a first diversity antenna of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of an embodiment of a second diversity antenna according to the present invention.
FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing a reflection characteristic of a second diversity antenna according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view illustrating an electric field mode of one antenna element of an example of a second diversity antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing a radiation characteristic of one antenna element of an example of the embodiment of the second diversity antenna of the present invention.
FIG. 6 is a plan view illustrating an electric field mode of an example of an embodiment of the second diversity antenna according to the present invention.
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing a radiation characteristic of an example of the embodiment of the second diversity antenna of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional diversity antenna.
FIG. 9 is a characteristic curve diagram showing reflection characteristics of an example of a conventional diversity antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st antenna element 2 ... 2nd antenna element 11 ... 1st dielectric 21 ... 2nd dielectric 12 ... 1st radiation conductor 22 ... 1st 2 radiation conductors s... Degenerate separation elements 12L and 22L... Parts that contribute to radiation in the first frequency band 12H and 22H... Parts 14H and 14L that contribute to radiation in the second frequency band. Power supply electrodes 24H and 24L Power supply electrodes 15 and 25 Ground electrode 31 Printed circuit board

Claims

The plane of polarization of the first band is orthogonal to the plane of polarization of the second band, and the high side of the first band and the low side of the second band overlap. A diversity antenna, wherein two antenna elements are arranged at predetermined intervals so that the polarization planes of the first frequency band and the polarization planes of the second frequency band are orthogonal to each other.

A first antenna element including a microstrip-type first radiation conductor having a degenerate separation element disposed on an upper surface of a dielectric substrate, and a second antenna element having substantially the same shape as the first radiation conductor; A diversity antenna comprising: a first antenna element and a second antenna element disposed at a predetermined distance from each other by rotating the radiation conductor by 90 ° in a plane.