JP2009100444A - Ｍｉｍｏアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】相互の干渉を減少させたＭＩＭＯアンテナ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の一実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置は、接地面と、一端には給電部が形成され、かつ他端は前記接地面にそれぞれ接続された少なくとも一対のアンテナ素子と、各対のアンテナ素子を互いに接続する接続部と、を含む。これにより、ＭＩＭＯアンテナ装置の相互干渉を最小化しつつ小型端末の空間を効率的に使用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＩＭＯアンテナ装置に関し、より詳細には、一対のアンテナ素子が直接接続され、相互干渉を低下させるＭＩＭＯアンテナ装置に関する。

近年、無線移動通信技術を利用した高品質のマルチメディアサービスの要求に応じて、より多くのデータをより迅速かつ低エラー率で伝送するための次世代の無線伝送技術が要求されている。

これにより提案されたものの一つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）アンテナが挙げられる。ＭＩＭＯアンテナは複数個のアンテナ素子を特殊な構造に配列して多重入出力の動作を行ない、特定の範囲でデータの伝送速度を向上させることや特定のデータの伝送速度に対してシステムの範囲を増加させることができる。
このようなＭＩＭＯアンテナは、移動通信端末及び中継器などに幅広く使用することができる次世代の移動通信技術であり、データ通信の拡大などにより限界状況に至った移動通信において、伝送量の限界を克服できる次世代技術として注目されている。

一般に、ＭＩＭＯアンテナを実現するためには、同一の性能を有する複数個のアンテナ素子を使用する。しかし、制限された空間内に複数個のアンテナ素子を配列する場合、アンテナ素子間の電気的な距離はかなり制限される。これにより、アンテナ素子間の電流及び放射による干渉が発生する。
アンテナ素子間での電流及び放射による干渉を解消するために、従来では、ＭＩＭＯアンテナを実現する際に、素子との間で適当な間隔を置いて素子間の干渉を抑制し、或はスリットのような干渉を抑制するための付加装置を設けて干渉を抑制する方法を使用していた。

しかし、アンテナ素子間で適当な間隔を置いて配列する方法の場合には、アンテナ素子が配置された間隔に応じて効果的にアンテナ素子間の干渉を抑制するには多少困難な問題点がある。
また、アンテナ素子間で適当な間隔を置いて配列する方法および干渉を抑制するために付加装置を設ける方法ともに、移動通信端末のように制限された空間内ではアンテナ端のサイズを増加させる問題点がある。
韓国特許出願公開第２００５−０１１２２７２号明細書

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたもので、本発明の目的は、アンテナ素子間の相互干渉を低下するための別の装置なしに、一対のアンテナ素子を直接接続して相互干渉を低下させることで、性能を向上させることができるＭＩＭＯアンテナ装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯアンテナ装置は、接地面と、一端には給電部が形成され、かつ他端は前記接地面にそれぞれ接続された少なくとも一対のアンテナ素子と、各対のアンテナ素子を互いに接続する接続部と、を含む。
好ましくは、各対のアンテナ素子と接続部とは、一体に形成することができる。
また好ましくは、接続部は、各対のアンテナ素子を互いに直角を成すように接続することができる。
また好ましくは、接地面は、基板の上部に配置され、各対のアンテナ素子は、基板の上部に接地面の各コーナーと対応するように配置することができる。
また好ましくは、各対のアンテナ素子は、ストリップ状のボディが中間部分にて折り曲げられ、ループ状を形成することができる。
また好ましくは、各対のアンテナ素子のうちの一つに給電されるように給電部の給電をスイッチングする少なくとも一つのスイッチング部を更に含むことができる。

本発明の様々な実施態様にかかるＭＩＭＯアンテナ装置は、アンテナ素子間での相互の干渉を低下するための別の装置なしに相互の干渉を低下させることができる。

以下、添付の図面を参照し、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の構造を示す図である。
同図に示すように、本ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔ）アンテナ装置は、基板１００、接地面２００、及び少なくとも一つのアンテナ部３００を含む。
基板１００の上部に基板１００より小サイズの接地面２００が配置される。また、基板１００の上部に接地面２００が配置されていない部分には、接地面２００のコーナーに対応する位置にアンテナ部３００が配置される。

アンテナ部３００は、一対のアンテナ素子３１０，３２０および一対のアンテナ素子３１０，３２０を接続する接続部３３０を含む。アンテナ部３００は、相互に直接接続される一対のアンテナ素子３１０，３２０を含み、基板１００上に少なくとも一つ以上を配置することができる。
本実施形態においては、説明の便宜上、一対のアンテナ素子３１０，３２０のうち、図面上において水平方向に配置されたアンテナ素子を第１のアンテナ素子３１０とし、垂直方向に配置されたアンテナ素子を第２のアンテナ素子３２０とする。

第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０の一端にはそれぞれ給電のための給電部（Ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）３１２，３２２が形成され、他端はそれぞれ接地面２００に接続される。第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０は、ストリップ状のボディが中間部分にて折り曲げられ、２つのストリップが平行をなすループ状であっても良い。第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０のボディは「逆コ字」状であっても良いが、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０が接地面２００と接続されることによりループ状を形成する。

第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０の全長は、使用周波数に対して１波長の長さを有する。本実施形態において、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０のボディが中間部分にて折り曲げられてループ状を形成することにより、制限された空間内でアンテナ素子の長さを更に大きくすることができる。
第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０の一端にそれぞれ形成される給電部３１２，３２２は、接地面２００に向かう方向に突設することができ、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０の他端も接地面２００に向かう方向に突出して接地面２００に接続される。

接続部３３０は、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０の給電部３１２，３２２が形成された一端が互いに隣接し、所定の角度をなすように第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０を接続する。第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０と接続部３３０とは一体に形成することができる。
更に、接続部３３０は、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０が直角をなすように接続することが好ましい。すなわち、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０は、９０度をなすように配置された状態で接続部３３０により接続される。ここで、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０がなす角度は、必ずしも９０度に限定されるものではなく、変形が可能である。しかし、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０が直角をなす時、相互の干渉を最も効果的に低下させることができる。

接続部３３０を介して接続された第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０は、接地面２００のコーナーに対応するように配置される。より具体的には、接地面２００の何れか一つのコーナーを形成する二辺とそれぞれ平行をなすように第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０が配置される。すなわち、一つのアンテナ部３００が接地面２００の何れか一つのコーナーを取り囲む形で配置される。
図１では一つのアンテナ部３００が設けられたことを例として挙げているが、長方形の基板１００及び接地面２００にアンテナ部３００が設けられる場合、４つのコーナーに４つのアンテナ部３００を設けることができる。

第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０に同時に給電が行なわれる場合、一つのアンテナ素子３１０又は３２０の電界が最高となる地点で他のアンテナ素子３１０又は３２０の電界は最小となる。従って、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０は電気的に分離されているように動作することができ、相互に干渉が生じない。
図１においては、アンテナ部３００が基板１００の上部に接地面２００と平行に配置されていることを例示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。一例として、アンテナ部３００は、接地面２００のコーナー上に配置することもできる。
第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０は同時に給電が行なわれても良い。或は、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０のうち何れか一つにのみ選択的に給電が行なわれても良い。

第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０に同時に給電が行なわれた場合の電界分布を見ると、第１のアンテナ素子３１０の電界が最大である場合、第２のアンテナ素子３２０の電界は最小となる。また、第２のアンテナ素子３２０の電界が最大である場合、第１のアンテナ素子３１０の電界は最小となる。これにより、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０間の結合が最小となる。
また、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０には電界分布が形成されるが、接地面２００には電界分布が形成されない。これは、接地面２００のサイズの変化にアンテナの特性が影響を受けないということを意味する。すなわち、ＭＩＭＯアンテナ装置が適用される端末の種類に応じて、自由に接地面２００の形態を容易に変更できるという利点を有する。

アンテナ部３００のうち一つのアンテナ素子３１０又は３２０にのみ給電が行なわれた場合の電界分布を見ると、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０ともに電界分布が形成される。但し、給電が行なわれた一つのアンテナ素子３１０又は３２０に先に電界分布が表れ、９０度の位相差をもって他のアンテナ素子３１０又は３２０に電界分布が表れる。

図２Ａ及び図２Ｂは、アンテナ部の放射パターンを示す図である。
図２Ａは、第１のアンテナ素子３１０の給電部３１２を介してのみ給電が行なわれた場合の放射パターンを示す。図示のように、第１のアンテナ素子３１０の放射パターンはｘ軸方向に形成される。
図２Ｂは、第２のアンテナ素子３２０の給電部３２２を介してのみ給電が行なわれた場合の放射パターンを示す。図示のように、第２のアンテナ素子３２０の放射パターンはｙ軸方向に形成される。

このように、第１のアンテナ素子３１０の放射パターンと第２のアンテナ素子３２０の放射パターンとが互いに反対方向に形成されることが分る。一般に、ＭＩＭＯアンテナシステムにおいて各アンテナ素子は放射パターンが結合して相互に干渉を起こす。しかし、本実施形態では、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０が相互に直角方向の放射パターンを表すため、放射パターンによる結合が最小化される。

本発明の一実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の周波数応答特性を示すために、Ｓ−パラメータを測定することができる。このとき使用されるＳ−パラメータを見ると、Ｓ１１は入出力ポートが１の場合の反射ロス（ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）を意味するもので、第１のアンテナ素子３１０の反射特性を示す。同様に、Ｓ２２は入出力ポートが２の場合の反射ロスを意味するもので、第２のアンテナ素子３２０の反射特性を示す。Ｓ１２及びＳ２１はポート相互間での結合を意味する。ここで、Ｓ２１の場合、２番ポートで信号を入力した場合に１番ポートで測定された信号量であって、どの程度の信号が１番のポートに入力されたかを示す量である。一般に、手動素子の場合、Ｓ１２及びＳ２１は同一の値を有し、ＭＩＭＯアンテナの場合、Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ１２、Ｓ２１が共振周波数において低いほど良い特性を有する。

本発明の一実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の相互干渉状態を把握するために、本ＭＩＭＯアンテナ装置の相関係数（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を放射パターンとＳ−パラメータを利用してそれぞれ導出することができる。
アンテナの中心周波数帯域で放射パターン及びＳ−パラメータを利用して導出した相関係数は、それぞれ０に近似した値を示す。すなわち、第１及び第２のアンテナ素子３１０，３２０間での相互干渉がほとんど生じないという意味である。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の別の実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の構造を示す図である。
図３Ａは、本ＭＩＭＯアンテナ装置に２つのアンテナ部３００を配置した例を示す。基板１００及び接地面２００の上部の両コーナーにそれぞれアンテナ部３００を配置している。これにより、２つのアンテナ部３００は互いに対称的に配置される。
本実施形態においては、説明の便宜上、図面の左側から順番に１番アンテナ素子＃１、２番アンテナ素子＃２、３番アンテナ素子＃３、および４番アンテナ素子＃４と称する。

ＭＩＭＯアンテナ装置には２つのアンテナ部３００、すなわち４つのアンテナ素子＃１〜＃４をすべて動作させることが一般であるが、一対のアンテナ素子３１０，３２０のうち一つに給電が行なわれるように給電部３１２，３２２の給電をスイッチングするスイッチング部４００を備えることにより、４つのアンテナ素子＃１〜＃４のうち２つのアンテナ素子が動作するように構成することができる。
この時、一番目のアンテナ部３００のうち強い電界強度を表す一つのアンテナ素子＃１又は＃２、および二番目のアンテナ部３００のうち強い電界強度を表す一つのアンテナ素子＃３又は＃４が動作するように構成することが好ましい。

図３Ｂは、本ＭＩＭＯアンテナ装置に４つのアンテナ部３００を配置した例を示す。基板１００及び接地面２００は長方形で計４つのコーナーが存在するため、最大４つのアンテナ部３００を配置できる。
前述したように、ＭＩＭＯアンテナ装置ではすべてのアンテナ素子を動作させることが一般であるが、４つのアンテナ部３００、すなわち８つのアンテナ素子の中からそれぞれ選択された４つのアンテナ素子が動作するように構成することができる。
すなわち、一番目のアンテナ部３００のうち強い電界強度を表す一つのアンテナ素子、二番目のアンテナ部３００のうち強い電界強度を表す一つのアンテナ素子、三番目のアンテナ部３００のうち強い電界強度を表す一つのアンテナ素子、四番目のアンテナ部３００のうち強い電界強度を表す一つのアンテナ素子が動作するように構成することが好ましい。図３Ｂにはスイッチング部４００を図示していないが、図３Ａに示すように、スイッチング部４００を備えることができる。

図３Ａに示された２つのアンテナ部３００は２−ＭＩＭＯで動作することができる。１番と３番のアンテナ素子（＃１及び＃３）、１番と４番のアンテナ素子（＃１及び＃４）、２番と３番のアンテナ素子（＃２及び＃３）、及び２番と４番のアンテナ素子（＃２及び＃４）の組み合せで使用可能である。図３Ｂのように４つのアンテナ部３００を構成した場合、４−ＭＩＭＯで動作することができる。この場合、各アンテナ部３００はＭＩＭＯダイバーシティアンテナとして活用可能である。

以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰もが多様な変形実施が可能であることは勿論のことであり、該変更した技術は特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属するものである。

本発明の一実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の構造を示す図である。 アンテナ部の放射パターンを示す図である。 アンテナ部の放射パターンを示す図である。 本発明の別の実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の構造を示す図である。 本発明の別の実施形態にかかるＭＩＭＯアンテナ装置の構造を示す図である。

符号の説明

１００ 基板
２００ 接地面
３００ アンテナ部
３１０、３２０ アンテナ素子
３１２、３２２ 給電部
３３０ 接続部

Claims (36)

1. 一端には給電部が形成され、かつ他端は接地面にそれぞれ接続された複数のアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子を互いに接続する接続部と、
   を含むことを特徴とするＭＩＭＯアンテナ装置。
2. 前記アンテナ素子と前記接続部とは、一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
3. 前記接続部は、前記アンテナ素子を互いに直角を成すように接続することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
4. 前記接地面は、基板の上部に設けられ、
   前記複数のアンテナ素子は、前記基板の上部の前記接地面のコーナーまたは前記基板のコーナーに配置されることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
5. 前記アンテナ素子のうちの少なくとも一つは、ストリップ状のボディが折り曲げられ、ループ状を形成することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
6. 前記アンテナ素子のうちの一つに給電がなされるように、前記給電部の給電をスイッチングするスイッチング部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
7. 前記給電部は、前記アンテナ素子のぞれぞれの一端に形成され、
   前記アンテナ素子のそれぞれの他端は、接地面に接続されることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
8. 前記アンテナ素子のそれぞれに同時に給電がなされたり、前記アンテナ素子のうちの一つに選択的に給電がなされたりするようにする少なくとも一つのスイッチング部を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のＭＩＭＯアンテナ装置。
9. 一端には前記給電部が形成され、かつ他端は接地面に接続される複数のアンテナ素子及び前記アンテナ素子を接続する前記接続部を含む第１アンテナユニットと、
   一端には給電部が形成され、かつ他端は前記接地面または他の接地面に接続される複数のアンテナ素子及び前記アンテナ素子を接続する接続部を含む第２アンテナユニットと、
   を含むことを特徴とするＭＩＭＯアンテナ装置。
10. 請求項１のＭＩＭＯアンテナを含むことを特徴とする通信装置。
11. 無線通信信号を送受信するアンテナにおいて、
    接地面に接続されたアンテナ素子と、
    前記アンテナ素子に接続された複数の給電部と、
    を含むことを特徴とするアンテナ。
12. 前記アンテナ素子は、接地面の形態に対応するか、または接地面が設けられる基板の形態に対応するように設けられることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
13. 前記アンテナ素子は、
    前記接地面に対応する水平方向に配置される第１アンテナ素子と、
    前記第１アンテナ素子に対して垂直方向に配置される第２アンテナ素子と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ。
14. 前記アンテナ素子は、第１及び／又は第２アンテナ素子の長さが前記接地面と対向する第１及び第２アンテナ素子を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
15. 前記アンテナ素子は、互いに異なる電界または互いに異なる位相の電界を有するように独立に動作する第１及び第２アンテナ素子を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
16. 接続部を更に含み、
    前記アンテナ素子は、前記接続部によって接続される第１及び第２アンテナ素子を含み、
    前記第１及び第２アンテナ素子のそれぞれは、前記給電部のうちの対応する一つに接続されることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
17. 前記第１及び第２アンテナ及び前記接続部は、一体に形成されることを特徴とする請求項１６に記載のアンテナ。
18. 前記第１及び第２アンテナのうちの少なくとも一つは、折り曲げられたストリップに形成されることを特徴とする請求項１６に記載のアンテナ。
19. 前記アンテナ素子は、前記接地面に接続され、前記給電部に同時に給電がなされるか、前記給電部のうちの一つに給電がなされるかに応じて互いに異なる電界または互いに異なる位相の電界を持つ部分を有するように動作することを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
20. 前記アンテナ素子は、互いに垂直の方向に対応される放射パターンを提供するように配置される第１及び第２アンテナ素子を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
21. 前記アンテナは、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）アンテナであることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
22. 前記アンテナは、
    接地面に接続される前記アンテナ素子及び前記アンテナ素子に接続された複数の給電部を含む第１アンテナユニットと、
    接地面または他の接地面に接続されるアンテナ素子及び前記アンテナ素子に接続された複数の給電部を含む第２アンテナユニットと、
    を含み、
    前記第１アンテナユニットは、接地面の形態または前記接地面が設けられる基板の形態に対応するように設けられることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ。
23. 請求項１１に記載のアンテナを含む通信装置。
24. 接地面に接続される前記アンテナ素子及び前記アンテナ素子に接続される複数の給電部を含む第１アンテナユニットと、
    接地面または他の接地面に接続されるアンテナ素子及び前記アンテナ素子に接続される複数の給電部を含む第２アンテナユニットと、
    を含むことを特徴とするアンテナシステム。
25. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のうちの少なくとも一つは、右側コーナーに配置される第１及び第２アンテナ素子を含むことを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
26. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のうちの少なくとも一つは、接地面の形態または前記接地面が設けられる基板の形態に対応するように配置されることを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
27. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のうちの少なくとも一つは、互いに異なる電界または互いに異なる位相の電界を有するように独立に動作することを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
28. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のうちの少なくとも一つは、前記対応する給電部に同時に給電がなされるか、前記対応する給電部のうちの一つに給電がなされるかに応じて互いに異なる電界または互いに異なる位相の電界を持つ部分を有するように独立に動作することを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
29. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のうちの少なくとも一つは、前記対応する給電部のそれぞれに接続される第１及び第２アンテナ素子を含むことを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
30. 前記第１及び第２アンテナ素子は、接続部によって接続され、
    前記第１及び第２アンテナ素子及び前記接続部は、一体に形成されることを特徴とする請求項２９に記載のアンテナシステム。
31. 前記第１及び第２アンテナ素子のうちの少なくとも一つは、折り曲げられたストリップに形成されることを特徴とする請求項２９に記載のアンテナシステム。
32. 前記アンテナシステムは、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）アンテナシステムであることを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
33. 前記第１及び第２アンテナユニットの給電部に給電を制御する少なくとも一つのスイッチング部を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載のアンテナシステム。
34. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のそれぞれは、互いに異なる電界または互いに異なる位相の電界を有するように動作する第１及び第２アンテナ素子を含むことを特徴とする請求項３３に記載のアンテナシステム。
35. 前記第１及び第２アンテナユニットのアンテナ素子のそれぞれは、第１及び第２アンテナ素子を含み、
    前記少なくとも一つのスイッチング部は、前記第１及び第２アンテナユニットの前記第１及び第２アンテナ素子のうちの少なくとも一つを選択的に動作するように給電を制御することを特徴とする請求項３３に記載のアンテナシステム。
36. 請求項２４に記載のアンテナシステムを含む通信装置。