JP2007013643A - 一体型平板多素子アンテナ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・薄型化された一つのパッケージから成るアンテナで、放射素子間の干渉を低減して各放射素子を独立動作させる。
【解決手段】端部２ａに切り欠き部２ｂが形成されたグランド・パターン２と、切り欠き部２ｂの一方の側に配置され給電部５を備える第１の放射素子３と、切り欠き部２ｂの他方の側に配置され給電部５を備える第２の放射素子４とを有する。第１の放射素子３及び第２の放射素子４は例えば逆Ｆ型アンテナが使用され、第１の放射素子３と第２の放射素子４はそれぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大となるように切り欠き部２ｂに対して対称に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一周波数帯に適応する複数の放射素子を備えた一体型平板アンテナに関し、さらに詳細には複数のアンテナ素子間の相互干渉を抑制した一体型平板アンテナに関する。

無線ＬＡＮの通信速度を増大するための伝送技術の一つとして、ＭＩＭＯ／ＳＤＭ（Multiple Input Multiple Output/Space Division Multiplexing）やＭＩＭＯ／ＳＭ（Multiple Input Multiple Output/Spatial Multiplexing）などのＭＩＭＯ通信方式が有力視されている。同通信方式では、送信アンテナおよび受信アンテナを複数装備し、各送信アンテナにそれぞれ同一周波数帯域のチャネルを構成してそれぞれのチャネルに異なる信号系列を同時に送信することにより、周波数帯域を拡大することなく伝送速度を増加させることができる。よって、周波数帯域を拡大しないでも、送信アンテナの数が増えた分だけ送信信号系列を増加させることができ周波数の利用効率と無線伝送速度の向上を図ることができる。特許文献１には、プリント回路基板に対称に第１の板状逆Ｆアンテナと第２の板状逆Ｆアンテナを設けたアンテナ装置が記載されている。

特開２００１−１１９２３８号公報

上記のとおりＭＩＭＯ通信方式を実現するためには、一つの通信機器が複数の広帯域アンテナを備えている必要があるが、アンテナを複数設ける場合はアンテナ同士の干渉を防ぐためにアンテナ間の間隔を十分に確保する必要がある。ＭＩＭＯ通信方式では、ｎ本のアンテナがそれぞれ独立した周波数チャネルを形成していれば、１チャネル当たりのデータ転送速度をＡ（ｂｐｓ）としたときアンテナ全体のデータ転送速度Ｔ（ｂｐｓ）はｎＡ（ｂｐｓ）となる。しかし、アンテナ同士が干渉しているときのデータ転送速度ＴはＴ＜ｎＡとなる。

近年、移動用情報端末機器が普及して携帯型パーソナル・コンピュータ、ＰＤＡ、または携帯電話などでも高速な伝送速度が求められているが、これらの小型の情報端末装置ではアンテナ間の干渉を抑制するだけの十分なアンテナ間距離を確保することが困難であった。さらに小型情報端末に使用するアンテナは、できるだけ小型にする必要がある。また、スペース上の制約を克服してＭＩＭＯ通信方式に対応可能なアンテナを小型情報端末に実装するためには、一つのパッケージに複数の放射素子を形成した一体型多素子アンテナにしたほうが都合がよい。

そこで本発明の目的は、放射素子間の干渉を低減した小型の一体型平板多素子アンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、ＭＩＭＯ通信方式に対応した一体型多素子アンテナを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのようなアンテナを採用した無線ＬＡＮカードおよび電子機器を提供することにある。

本発明の原理は、一つのパッケージに複数の放射素子と、アンテナの一部であるグランド・パターンを形成させ、この放射素子間に位置するグランド・パターンに切り欠き部を設けることで、放射素子の互いの電磁的な相互作用を減少させて放射素子間の結合度（以下、「アンテナ素子間の結合度」という。）を低減し、複数の放射素子の特性を分離することにある。通常、独立した複数のアンテナ間の結合度を低減するには、アンテナ間の距離を十分にとる必要がある。しかし、本発明のようにグランド・パターンに切り欠き部を設けた場合には、放射素子を近接させてもアンテナ間の結合度を低減することができる。このような切り欠き部は、平板状にグランド・プレーンがあり、そのグランド・プレーンから放射素子が延びているようなアンテナであれば、どのようなアンテナにも適用することができる。ここで、アンテナ素子間の結合度とは、複数のアンテナ素子の互いの電磁的な相互作用によって、各アンテナ素子の電力利得が低下してしまうことを示す電波の伝達係数に相当し、アンテナ素子間の結合度が低いほど、各アンテナは独立して動作がしやすくなる。このアンテナ素子間の結合度は電磁気学においてはＳ２１と称している。

なお、アンテナ素子間の結合の度合いを相関係数という尺度で評価することもできる。相関係数は、直接波のないレイリー・フェージング環境で、各周波数チャネルの放射素子の電界強度を測定して計算する。この相関係数には絶対的な基準値はないが、小さい方が転送レートを上げることができる。また、相関係数は同一環境においた各放射素子が受信する信号の類似性を表わす。相関係数とアンテナ素子間の結合度は物理的な意味は異なるが、アンテナ素子間の結合度の低い放射素子は相関係数も低くなる傾向にあるので、ＭＩＭＯ通信方式に適している。

本発明の第１の態様は、端部に切り欠き部が形成されたグランド・パターンと、切り欠き部の一方の側に配置され給電部を備える第１の放射素子と、切り欠き部の他方の側に配置され給電部を備える第２の放射素子とを有するものである。

また、本発明の第２の態様は、グランド・パターンと、グランド・パターンの端部に設けられ給電部を備える第１の放射素子と、グランド・パターンの端部に第１の放射素子に隣接して設けられ給電部を備える第２の放射素子と、グランド・パターンの端部に第２の放射素子に隣接して設けられ給電部を備える第３の放射素子とを有し、第１の放射素子と第２の放射素子との間においてグランド・パターンの端部に第１の切り欠き部が形成されたものである。

また、本発明の第３の態様は、グランド・パターンと、グランド・パターンの端部に相互に隣接して配置されそれぞれ給電部を備えるｎ個の放射素子と、ｎ個の放射素子のそれぞれの間においてグランド・パターンの端部にｎ−１個の切り欠き部を形成したものである。

この各態様においては、小型・薄型化された一つのパッケージから成るアンテナで、放射素子間の干渉を低減して各放射素子を独立動作させることができる。したがって、アンテナの実装スペースの省スペース化を図ることができる。また、部品点数を削減できることから、部品管理の手間や実装の手間を省くことができるので、歩留まりを向上させることができ、また、コストを低く押えることができる。

本発明により、放射素子間の干渉を低減した小型化の一体型平板多素子アンテナを提供することができた。さらに本発明により、ＭＩＭＯ通信方式に対応した一体型平板多素子アンテナを提供することができた。さらに本発明により、そのようなアンテナを採用した無線ＬＡＮカードおよび電子機器を提供することができた。

以下、本発明の一体型平板多素子アンテナを実施するための最良の形態例について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一体型平板多素子アンテナによる最良な実施の一形態を示す概略構成図である。

本発明の好ましい実施の一形態としての一体型平板多素子アンテナは図１に示すように、グランド・パターン２、第１の放射素子３及び第２の放射素子４を有するものである。グランド・パターン２は、例えば矩形状に形成され、一側面側の端部２ａに切り欠き部２ｂが形成されている。この切り欠き部２ｂの一方の側に第１の放射素子３が配置され、他方の側に第２の放射素子４が配置されている。具体的には、第１の放射素子３と第２の放射素子４はグランド・パターン２の一側面側の端部２ａに形成され、第１の放射素子３と第２の放射素子４との間に切り欠き部２ｂが位置している。このようにグランド・パターン２に切り欠き部２ｂを設けることにより、アンテナ素子間の結合度を低減させることができるので、２つの放射素子のアンテナ特性を分離することができる。なお、グランド・パターン２は全体として平坦である必要はなく、実装スペースの関係で折れ曲がっていてもアンテナ特性は変化しない。

この一体型平板多素子アンテナ１は、給電部５が各放射素子３、４に備えられ、この各給電部５、５に対応する接地部６、６がグランド・パターン２に備えられている。給電部５は給電ケーブルとなる同軸ケーブル７の内部導体となる線芯７ａに接続され、接地部６は同軸ケーブル７の外部導体となる編組線７ｂに接続されている。この給電部５の位置および接地部６との間の距離によってインピーダンス調整を行なっている。

また、この一体型平板多素子アンテナ１の第１の放射素子３と第２の放射素子４は、例えば同一の周波数帯に適応するように構成する。このように第１の放射素子３と第２の放射素子４を同一の周波数帯に適応させることで、各放射素子にそれぞれ同一周波数帯域のチャネルを構成してそれぞれのチャネルに異なる信号系列を同時に送信することにより、周波数帯域を拡大することなく伝送速度を増加させることができる。したがって、ＭＩＭＯ通信方式に適用させることができる。このような周波数帯として、無線ＬＡＮで使用されている２．４ＧＨｚ帯が好適である。通信局による無線局の免許を取得することなく利用することができからである。周波数帯が２．４ＧＨｚの場合、第１の放射素子３と第２の放射素子４は２．４ＧＨｚ帯の周波数に対して１／４波長で共振するように構成させる。なお、周波数帯は２．４ＧＨｚに限らず、無線ＬＡＮで使用されている５ＧＨｚ帯、あるいは他の周波数帯でもよい。

また、第１の放射素子３と第２の放射素子４は、異なる周波数帯に適用するように構成してもよい。例えば、第１の放射素子３と第２の放射素子４をそれぞれ２つの周波数帯に適応させる。この２つの周波数帯を２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯にすることで、無線ＬＡＮに適用できる。

このような第１の放射素子３と第２の放射素子４は、それぞれ放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大になるように配置するとよい。このように配置することで、第１の放射素子３と第２の放射素子４の放射指向性を異なる方向に設定することができるので、アンテナの相関係数を小さくすることができる。このアンテナの相関係数が小さい方が、チャネルが独立することになるので、ＭＩＭＯ通信方式に対応させることができる。なお、アンテナの相関係数が高いと、２つのチャネルは同一信号を受信していることになるので、ＭＩＭＯ通信方式では転送レートの向上が難しくなる。したがって、第１の放射素子３と第２の放射素子４は、異なる方向に指向性を選択的に設定し空間に電波の異なる伝搬経路を形成できるように構成することが好ましく、例えば第１の放射素子３と第２の放射素子４は、それぞれ放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大になるように切り欠き部２ｂに対して対称に配置するとよい。ここで、第１の放射素子３と第２の放射素子４を切り欠き部２ｂに対して対称に配置するとは、同一材料、同一形状の放射素子であり、結果として単独の特性インピーダンスが等しくなるアンテナをいう。

なお、非対称の場合は、アンテナ素子間の結合度は小さくなり良好であるが、一方の指向特性が低下する。ＭＩＭＯ通信方式で転送レートを上げるには、２つの放射素子間の指向性を変えて電波の異なる伝搬経路を形成する必要があるので、２つの放射素子の指向特性が重なるような非対称配置は望ましくない。また、第１の放射素子３と第２の放射素子４は、それぞれ放射電界が最も高い位置が内向きになるように内向き対称にすると、放射電界が最も高い部分が接近してアンテナ素子間の結合度大きくなるので望ましくない。

さらに、第１の放射素子３と第２の放射素子４の共振周波数の波長がλ（ＧＨｚ）で切り欠き部２ｂの深さがＬ（ｍｍ）のときに、Ｌ／λが０．１以上０．３以下になるように設定するとよい。Ｌ／λが０．１以上０．３以下の場合、切り欠き部がない場合に比べてアンテナ素子間の結合度を低減することができる。

このように構成された一体型平板多素子アンテナ１は、例えばグランド・パターン２と第１の放射素子３と第２の放射素子４とが誘電体上に形成されている。このように誘電体上にアンテナを形成することで、平板状の薄いアンテナにすることができる。また、一体型平板多素子アンテナ１は、グランド・パターン２と第１の放射素子３と第２の放射素子４とがフレキシブル・プリント回路基板の導体層をエッチングして形成するようにしてもよい。このようにフレキシブル・プリント回路基板の導体層にアンテナを形成することでアンテナ自体に柔軟性をもたせることができるので、携帯型パーソナル・コンピュータ、ＰＤＡ、または携帯電話などの小型の情報端末装置に組み込み易くなる。

このような一体型平板多素子アンテナ１の第１の放射素子３と第２の放射素子４は、逆Ｆ型アンテナ、ミアンダ・アンテナ、モノポール・アンテナなどが好適である。図２（ａ）は逆Ｆ型アンテナの構成を示す図で、図２（ｂ）はミアンダ・アンテナの構成を示す図である。図３は複合アンテナの構成を示す図である。

図２（ａ）に示す逆Ｆ型アンテナ８は、１／４波長モノポール・アンテナを低姿勢化するために先端から所定位置までを折り曲げてＬ型にし、この際、給電ピン８ａの位置を変えてインピーダンス整合を取るように設計されたものをいう。この逆Ｆ型アンテナ８の先端部８ｂは、放射電界が最も高い位置である。したがって、この逆Ｆ型アンテナを一体型平板多素子アンテナ１の第１の放射素子３と第２の放射素子４に適用した場合には、先端部８ｂが外向きになるように対称配置される。

また、図２（ｂ）に示すミアンダ・アンテナ９は、コの字形、逆コの字形で左右交互に折れ曲がったジグザグ状のミアンダ構造から形成されている。

さらに、一体型平板多素子アンテナ１の第１の放射素子３と第２の放射素子４は図３に示すように、ループ・アンテナ１０′とモノポール・アンテナ１０″がそれぞれ一体化された複合アンテナ１０でもよい。この複合アンテナ１０は特殊なミアンダ構造とも考えられ、ループ・アンテナ１０′で高周波数に対応させ、モノポール・アンテナ１０″で低周波数に対応させることができるので、例えば、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯という２つの周波数帯に適応させることができる。

なお、図３に示す複合アンテナ１０は第１の放射素子３と第２の放射素子４の何れにおいても、ループ・アンテナ１０′が矩形状に形成され、モノポール・アンテナ１０″がＬ形に折れ曲がった形状に形成されている。また、モノポール・アンテナ１０″の先端部１０ａは放射電界が最も高い位置になるので、第１の放射素子３と第２の放射素子４はこの先端部１０ａが外向きになるように対称配置されている。さらに、第１の放射素子３と第２の放射素子４は、それぞれグランド・パターン２の切り欠き部２ｂ側に位置するループ・アンテナ１０′の一辺１０ｂに給電部５が備えられ、この各給電部５、５に対応する接地部６、６がグランド・パターン２に備えられている。給電部５は給電ケーブルとなる同軸ケーブル７の内部導体となる線芯７ａに接続され、接地部６は同軸ケーブル７の外部導体となる編組線７ｂに接続されている。

このような複合アンテナを有する一体型平板多素子アンテナ１は、モノポール・アンテナ１０″を２．４ＧＨｚ帯に対して１／４λで共振させ、ループ・アンテナ１０′を５ＧＨｚ帯に対して１／２λで共振するように設計することができるので、第１の放射素子３と第２の放射素子４をそれぞれ縦１０ｍｍ、横２１ｍｍのスペース内に収まるように構成し、グランド・パターン２を縦２０ｍｍ、横４５ｍｍの矩形状に構成することができる。このような大きさに構成できるのは、第１の放射素子３と第２の放射素子４の間のグランド・パターン２に、切り欠き部２ｂが形成されているので、第１の放射素子３と第２の放射素子４を近接して設けることができるからである。したがって、従来手法ではアンテナの小型ＷＦＦ（Wireless Form Factor）規格に１素子のアンテナしか適合させることができなかったが、本発明により２素子のアンテナを適合させることが可能になる。

次に、本発明の一体型平板多素子アンテナを実施するための他の最良の一形態について図面を参照して説明する。図４はそれぞれ本発明の一体型平板多素子アンテナによる他の最良な実施の一形態を示す説明図で、（ａ）は放射素子が３素子の場合、（ｂ）は放射素子が４素子の場合である。なお、（ａ）、（ｂ）においては図面の全体に亘って同一の構成要素には同一の参照番号を付することにする。

上述した一体型平板多素子アンテナ１は、端部２ａに切り欠き部２ｂが形成されたグランド・パターン２と、切り欠き部２ｂの一方の側に配置され給電部５を備える第１の放射素子３と、切り欠き部２ｂの他方の側に配置され給電部５を備える第２の放射素子４とを有していた。しかし、本発明の実施形態はこれに限らず、図４（ａ）に示すように、グランド・パターン１２と、グランド・パターン１２の端部１２ａに設けられ給電部１６を備える第１の放射素子１３と、グランド・パターン１２の端部１２ａに第１の放射素子１３に隣接して設けられ給電部１６を備える第２の放射素子１４と、グランド・パターン１２の端部１２ａに第２の放射素子１４に隣接して設けられ給電部１６を備える第３の放射素子１５とを有した一体型平板多素子アンテナ１１でもよい。この一体型平板多素子アンテナ１１も上述した一体型平板多素子アンテナ１と同様に、各給電部１６、１６、１６に対応する接地部１７、１７、１７がグランド・パターン１２に備えられている。給電部１６は給電ケーブルとなる同軸ケーブル７の内部導体となる線芯７ａに接続され、接地部１７は同軸ケーブル７の外部導体となる編組線７ｂに接続されている。

この一体型平板多素子アンテナ１１は第１の放射素子１３と第２の放射素子１４との間においてグランド・パターン１２の端部１２ａに第１の切り欠き部１２ｂが形成されている。したがって、第１の放射素子１３と第２の放射素子１４は第１の切り欠き部１２ｂで特性を分離できる。また、第２の放射素子１４と第３の放射素子１５との間においてもグランド・パターン１２の端部１２ａに第２の切り欠き部１２ｃを形成することで、第２の放射素子１４と第３の放射素子１５は第２の切り欠き部１２ｃでアンテナ特性を分離できる。

また、第１の放射素子１３と第２の放射素子１４は、それぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大になるように第１の切り欠き部１２ｂに対して対称に配置することで、アンテナの相関係数を小さくすることができる。

また、この一体型平板多素子アンテナ１１の第１の放射素子１３と第２の放射素子１４を同一の周波数帯に適応することで、ＭＩＭＯ通信方式に対応させることが可能になる。また、第１の放射素子１３と第２の放射素子１４を異なる周波数帯に適用するようにしてもよい。

さらに、第１の放射素子１３と第２の放射素子１４の共振周波数の波長がλで第１の切り欠き部１２ｂの深さがＬのときに、Ｌ／λが０．１以上０．３以下になるように設定することで、切り欠き部がない場合に比べてアンテナ素子間の結合度を低減することができる。

図４（ｂ）には、図４（ａ）の第１の放射素子１３、第２の放射素子１４及び第３の放射素子１５と共に、グランド・パターン１２の端部１２ａに第３の放射素子１５に隣接して設けられ給電部１６を備える第４の放射素子２２を備えた一体型平板多素子アンテナ２１が記載されている。この第３の放射素子１５と第４の放射素子２２との間においてグランド・パターン１２の端部１２ａに第３の切り欠き部１２ｄが形成されている。したがって、第３の放射素子１５と第４の放射素子２２は第３の切り欠き部１２ｄでアンテナ特性を分離できる。なお、給電部１６は給電ケーブルとなる同軸ケーブル７の内部導体となる線芯７ａに接続され、接地部１７は同軸ケーブル７の外部導体となる編組線７ｂに接続されている。

このような一体型平板多素子アンテナ２１は、第３の放射素子１５と第４の放射素子２２はそれぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大になるように第３の切り欠き部１２ｄに対して対称に配置することで、アンテナの相関係数を小さくすることができる。

また、この一体型平板多素子アンテナ２１の第１の放射素子１３、第２の放射素子１４、第３の放射素子１５及び第４の放射素子２２を同一の周波数帯に適応させることで、ＭＩＭＯ通信方式に対応させることが可能になる。なお、第１の放射素子１３、第２の放射素子１４、第３の放射素子１５及び第４の放射素子２２をそれぞれ異なる周波数帯に適用するようにしてもよい。

さらに、第１の放射素子１３、第２の放射素子１４、第３の放射素子１５及び第４の放射素子２２の共振周波数のうち相関を低減させたい周波数帯域の波長がλで各切り欠き部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの深さがそれぞれＬのときに、Ｌ／λが０．１以上０．３以下になるように設定することで、切り欠き部がない場合に比べてアンテナ素子間の結合度を低減することができる。

この第１の放射素子１３、第２の放射素子１４、第３の放射素子１５及び第４の放射素子２２に上述したような複合アンテナを使用した場合、図５に示すように、何れの放射素子もループ・アンテナ１０′が略矩形状に形成され、モノポール・アンテナ１０″が折れ曲がった形状に形成されている。また、モノポール・アンテナ１０″の先端部１０ａは放射電界が最も高い位置になるので、第１の放射素子１３のモノポール・アンテナ１０″と第４の放射素子２２のモノポール・アンテナ１０″、及び第２の放射素子１４のモノポール・アンテナ１０″と第３の放射素子１５のモノポール・アンテナ１０″はそれぞれ先端部１０ａが外向きになるように対称配置されている。なお、第１の放射素子１３のループ・アンテナ１０′と第２の放射素子１４のループ・アンテナ１０′とは、それぞれ電磁的な相互作用を回避できるように窪ませている。第３の放射素子１５のループ・アンテナ１０′と第４の放射素子２２のループ・アンテナ１０′も同様の加工が施されている。また、第１の放射素子１３のモノポール・アンテナ１０″と第２の放射素子１４のモノポール・アンテナ１０″とは、それぞれ電磁的な相互作用を回避できるような形状に加工されている。第３の放射素子１５のモノポール・アンテナ１０″と第４の放射素子２２のモノポール・アンテナ１０″も同様の加工が施されている。

さらに、第１の放射素子１３はグランド・パターン１２の第１の切り欠き部１２ｂ側に位置するループ・アンテナ１０′の一辺に給電部１６が備えられ、第４の放射素子２２はグランド・パターン１２の第３の切り欠き部１２ｄ側に位置するループ・アンテナ１０′の一辺に給電部１６が備えられ、第２の放射素子１４と第３の放射素子１５は、それぞれグランド・パターン１２の第２の切り欠き部１２ｃ側に位置するループ・アンテナ１０′の一辺に給電部１６が備えられている。各給電部１６、１６、１６、１６に対応する接地部１７、１７、１７、１７がグランド・パターン１２に備えられている。給電部１６は給電ケーブルとなる同軸ケーブル７の内部導体となる線芯７ａに接続され、接地部１７は同軸ケーブル７の外部導体となる編組線７ｂに接続されている。

このような複合アンテナを有する一体型平板多素子アンテナ２１は、モノポール・アンテナ１０″を２．４ＧＨｚ帯に対して１／４λで共振させ、ループ・アンテナ１０′を５ＧＨｚ帯に対して１／２λで共振するように設計することができるので、第１の放射素子１３と第２の放射素子１４、及び第３の放射素子１５と第４の放射素子２２をそれぞれ縦１２ｍｍ、横２１ｍｍのスペース内に収まるように構成し、グランド・パターン１２を縦２０ｍｍ、横４５ｍｍの矩形状に構成することができる。即ち、各放射素子間のグランド・パターン１２に、切り欠き部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成されているので、各放射素子を近接して設けることができるからである。したがって、４素子のアンテナをアンテナの小型ＷＦＦ規格に適合させることが可能になる。

このように構成された一体型平板多素子アンテナ１、１１、２１は、複数の放射素子を有していても実装スペースの省スペース化を図ることができる大きさに形成されているので、無線ＬＡＮカードに適用させることができる。図６は無線ＬＡＮカードの回路構成図である。

図６に示す無線ＬＡＮカード３０は、接続端子３１に接続されたホスト・インターフェース回路３２と、ホスト・インターフェース回路３２に接続された信号処理部３３と、信号処理部３３に接続されたアンテナ・インターフェース回路３４と、アンテナ・インターフェース回路３４に接続された一体型平板多素子アンテナ１（１１、２１）とを備えている。また、信号処理部３３はＭＩＭＯ信号処理回路３３ａを備えている。このＭＩＭＯ信号処理回路３３ａを信号処理部３３に備えることで、ＭＩＭＯ通信方式に対応させることができる。また、信号処理部３３はダイバーシティ信号処理回路３３ｂを備えてもよい。このダイバーシティ信号処理回路３３ｂを信号処理部３３に備えることで、ダイバーシティ通信方式に対応させることができる。なお、このようにダイバーシティ通信方式に対応させることができるのは、一体型平板多素子アンテナ１（１１、２１）がアンテナ素子間の結合度を低減させることができるからである。

このように構成された無線ＬＡＮカード３０は、例えばノート型パーソナル・コンピュータのＰＣカードスロットに差し込んで使用する。この無線ＬＡＮカード３０の一体型平板多素子アンテナ１（１１、２１）は、アンテナ素子間の結合度が低く、而も異なる方向に指向性を選択的に設定していることから空間に電波の異なる伝搬経路を形成することができるので、高速な伝送速度で信号を送受信できる。したがって、ＭＩＭＯ通信方式、ダイバーシティ通信方式の何れの通信方式にも対応させることができる。

また、一体型平板多素子アンテナ１、１１、２１はノート型パーソナル・コンピュータなどの無線機器に適用させることもできる。図７はノート型パーソナル・コンピュータの通信部の回路構成図である。

図７に示す無線機器４０は、制御回路４１と、制御回路４１に接続された送受信機４２と、送受信機４２に接続された一体型平板多素子アンテナ１（１１、２１）とを備えている。送受信機４２はＭＩＭＯ信号処理回路４２ａを備えている。また、送受信機４２はダイバーシティ信号処理回路４２ｂを備えてもよい。

このように構成された無線機器４０がノート型パーソナル・コンピュータの場合、一体型平板多素子アンテナ１（１１、２１）は、複数の放射素子を有していても実装スペースの省スペース化を図ることができる大きさに形成されているので、液晶パネルに設けられ限られた実装スペースに無理なく配置することができる。

次に、本実施の形態にかかる一体型平板多素子アンテナの切り欠き部による効果を確認するために、図８に示すようなグランド・パターン２、第１の放射素子３及び第２の放射素子４を有する一体型平板多素子アンテナ１を使用して実験を行なった。第１の放射素子３及び第２の放射素子４は逆Ｆ型アンテナを適用し、それぞれの放射電界が最も高い位置３ａ、４ａの離隔距離が最大となるように切り欠き部２ｂに対して対称に配置させた。この逆Ｆ型アンテナは共振周波数の波長λの１／４で共振するように設計されている。

実験内容は、切り欠き部２ｂの幅Ｗを１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、９ｍｍと変更してアンテナ素子間の結合度（Ｓ２１）を調べた。このアンテナ素子間の結合度（Ｓ２１）は、第１の放射素子３から放射した電力がどれくらい第２の放射素子４に伝送されるかを測定した。具体的には電磁界シミュレータで数値解析を行なっている。

実験結果を図９のグラフに示す。グラフの横軸には切り欠き部２ｂの深さＬ（ｍｍ）をアンテナ共振周波数における波長λ（ｍｍ）で規格化したＬ／λを、縦軸に切り欠き部有りのときのアンテナ素子間の結合度から切り欠き部無しのときのアンテナ素子間の結合度を減算した値をそれぞれ表わした。規格化に使用した波長に対応する周波数は無線ＬＡＮの各帯域（２、４ＧＨｚ、５ＧＨｚ）のおよその中心周波数、２．４５ＧＨｚ、５．４５ＧＨｚである。

このグラフにおいて、規格化に使用した波長に対応する周波数が２．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが１ｍｍの場合が特性曲線（１）、規格化に使用した波長に対応する周波数が２．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが３ｍｍの場合が特性曲線（２）、規格化に使用した波長に対応する周波数が２．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが５ｍｍの場合が特性曲線（３）、規格化に使用した波長に対応する周波数が２．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが９ｍｍの場合が特性曲線（４）である。また、規格化に使用した波長に対応する周波数が５．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが１ｍｍの場合が特性曲線（５）、規格化に使用した波長に対応する周波数が５．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが３ｍｍの場合が特性曲線（６）、規格化に使用した波長に対応する周波数が５．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが５ｍｍの場合が特性曲線（７）、規格化に使用した波長に対応する周波数が５．４５ＧＨｚで切り欠き部２ｂの幅Ｗが９ｍｍの場合が特性曲線（８）である。

図９のグラフに示すように、特性曲線（１）〜（８）のすべてにおいて、Ｌ／λが０．１以上で０．３以下でアンテナ素子間の結合度（Ｓ２１）が低減することが確認できた。特に、Ｌ／λが０．１７以上で０．２２以下でアンテナ素子間の結合度（Ｓ２１）が顕著に低減することがわかった。なお、切り欠き部２ｂの幅Ｗが１ｍｍから９ｍｍでは、アンテナ素子間の結合度（Ｓ２１）の観点からは大きな変化は見られず、幅の影響が少ないことがわかった。

なお、上述した実施形態においては、放射素子が２素子、３素子又は４素子の一体型平板多素子アンテナを例示していたが、これに限らず、グランド・パターンと、グランド・パターンの端部に相互に隣接して配置されそれぞれ給電部を備えるｎ個の放射素子と、ｎ個の放射素子のそれぞれの間においてグランド・パターンの端部にｎ−１個の切り欠き部を形成した一体型平板多素子アンテナでもよい。即ち、放射素子のそれぞれの間においてグランド・パターンの端部に切り欠き部が形成され、アンテナ素子間の結合度（Ｓ２１）を低減できれば、放射素子の数は限定することはない。また、一対となる隣接した放射素子同士は、それぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大になるように切り欠き部に対して対称に配置することで、アンテナの相関係数を小さくすることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

本発明の実施の形態にかかる一体型平板素子アンテナを示す概略構成図である。 本発明の実施の形態にかかる第１の放射素子及び第２の放射素子の具体例を示す構成図で、（ａ）は逆Ｆ型アンテナの図、（ｂ）はミアンダ・アンテナの図である。 本発明の実施の形態にかかる第１の放射素子及び第２の放射素子の具体例である複合アンテナを示す構成図である。 本発明の実施の他の形態にかかる一体型平板素子アンテナを示す概略構成図で、（ａ）は放射素子が３素子の図、（ｂ）は放射素子が４素子の図である。 本発明の実施の他の形態にかかる第１の放射素子、第２の放射素子、第３の放射素子及び第４の放射素子にそれぞれ複合アンテナを使用した一体型平板素子アンテナを示す構成図である。 本発明の一体型平板多素子アンテナを適用した無線ＬＡＮカードを示す回路構成図である。 本発明の一体型平板多素子アンテナを適用した無線機器を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態にかかる第１の放射素子及び第２の放射素子に逆Ｆ型アンテナを適用した一体型平板素子アンテナを示す斜視図である。 図８の一体型平板素子アンテナを用いて実験した結果であるＬ／λとアンテナ素子間の結合度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１……一体型平板他素子アンテナ
２……グランド・パターン
２ａ……端部
２ｂ……切り欠き部
３……第１の放射素子
４……第２の放射素子
５……給電部

８……逆Ｆ型アンテナ
９……ミアンダ・アンテナ
１０……複合アンテナ
１０′……ループ・アンテナ
１０″……モノポール・アンテナ

１１、２１……一体型平板他素子アンテナ
１２……グランド・パターン
１２ａ……端部
１２ｂ……第１の切り欠き部
１２ｃ……第２の切り欠き部
１２ｄ……第３の切り欠き部
１３……第１の放射素子
１４……第２の放射素子
１５……第３の放射素子
１６……給電部
２２……第４の放射素子

３０……無線ＬＡＮカード
３２……ホスト・インターフェース回路
３３……信号処理部
３３ａ……ＭＩＭＯ信号処理回路
３３ｂ……ダイバーシティ信号処理回路
３４……アンテナ・インターフェース回路

４０……無線機器
４１……制御回路
４２……送受信回路
４２ａ……ＭＩＭＯ信号処理回路
４２ｂ……ダイバーシティ信号処理回路

Claims (28)

1. 端部に切り欠き部が形成されたグランド・パターンと、
   前記切り欠き部の一方の側に配置され給電部を備える第１の放射素子と、
   前記切り欠き部の他方の側に配置され給電部を備える第２の放射素子と
   を有する一体型平板多素子アンテナ。
2. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は、同一の周波数帯に適応する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
3. 前記周波数帯が２．４ＧＨｚ帯であり、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は２．４ＧＨｚ帯の周波数に対して１／４波長で共振する請求項２記載の一体型平板多素子アンテナ。
4. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は、異なる周波数帯に適応する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
5. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子がそれぞれ２つの周波数帯に適応する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
6. 前記２つの周波数帯が２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯である請求項５記載の一体型平板多素子アンテナ。
7. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子が逆Ｆ型アンテナを構成する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
8. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子がミアンダ・アンテナを構成する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
9. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子がモノポール・アンテナを構成する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
10. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子が、ループ・アンテナとモノポール・アンテナがそれぞれ一体化された複合アンテナを構成する請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
11. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は、それぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大となるように配置された請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
12. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は前記切り欠き部に対して対称に配置されている請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
13. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子の共振周波数の波長がλで前記切り欠き部の深さがＬのとき、Ｌ／λが０．１以上で０．３以下である請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
14. 前記グランド・パターンと前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが誘電体上に形成されている請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
15. 前記グランド・パターンと前記第１の放射素子と前記第２の放射素子がフレキシブル・プリント回路基板の導体層をエッチングして形成された請求項１記載の一体型平板多素子アンテナ。
16. グランド・パターンと、
    前記グランド・パターンの端部に設けられ給電部を備える第１の放射素子と、
    前記グランド・パターンの端部に前記第１の放射素子に隣接して設けられ給電部を備える第２の放射素子と、
    前記グランド・パターンの端部に前記第２の放射素子に隣接して設けられ給電部を備える第３の放射素子とを有し、
    前記第１の放射素子と前記第２の放射素子との間において前記グランド・パターンの端部に第１の切り欠き部が形成された一体型平板多素子アンテナ。
17. 前記第２の放射素子と前記第３の放射素子との間において前記グランド・パターンの端部に第２の切り欠き部が形成された請求項１６記載の一体型平板多素子アンテナ。
18. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子はそれぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大となるように前記第１の切り欠き部に対して対称に配置された請求項１６記載の一体型平板多素子アンテナ。
19. 前記グランド・パターンの端部に前記第３の放射素子に隣接して設けられ給電部を備える第４の放射素子を備え、前記第３の放射素子と前記第４の放射素子との間において前記グランド・パターンの端部に第３の切り欠き部が形成された請求項１６記載の一体型平板多素子アンテナ。
20. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子はそれぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大となるように前記第１の切り欠き部に対して対称に配置され前記第３の放射素子と前記第４の放射素子はそれぞれの放射電界が最も高い位置の離隔距離が最大となるように前記第３の切り欠き部に対して対称に配置された請求項１９記載の一体型平板多素子アンテナ。
21. 前記第１の放射素子、前記第２の放射素子、前記第３の放射素子、及び前記第４の放射素子は同一の周波数帯に適応する請求項１９記載の一体型平板多素子アンテナ。
22. 前記第１の放射素子、前記第２の放射素子、前記第３の放射素子、及び前記第４の放射素子の共振周波数のうち相関を低減させたい周波数帯域の波長がλで前記第１の切り欠き部、前記第２の切り欠き部、及び前記第３の切り欠き部の深さがＬのとき、Ｌ／λが０．１以上で０．３以下である請求項１９記載の一体型平板多素子アンテナ。
23. グランド・パターンと、
    前記グランド・パターンの端部に相互に隣接して配置されそれぞれ給電部を備えるｎ個の放射素子と、
    前記ｎ個の放射素子のそれぞれの間において前記グランド・パターンの端部にｎ−１個の切り欠き部を形成した一体型平板多素子アンテナ。
24. ホスト・インターフェース回路と、
    前記ホスト・インターフェース回路に接続された信号処理部と、
    前記信号処理部に接続されたアンテナ・インターフェース回路と、
    前記アンテナ・インターフェース回路に接続された一体型平板多素子アンテナを含み、
    前記一体型平板多素子アンテナが請求項１乃至請求項２３のいずれか１つに記載された一体型多素子アンテナである無線ＬＡＮカード。
25. ＭＩＭＯ信号処理回路を備える請求項２４記載の無線ＬＡＮカード。
26. 送受信機と、
    前記送受信機に接続された一体型平板多素子アンテナとを備える電子機器であって、
    前記一体型平板多素子アンテナが請求項１乃至請求項２３のいずれか１つに記載された一体型多素子アンテナである電子機器。
27. 前記送受信機がＭＩＭＯ信号処理回路を備える請求項２６記載の電子機器。
28. 前記送受信機がダイバーシティ信号処理回路を備える請求項２６記載の電子機器。
    
    
    

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