JP2013223125A - マルチアンテナ及び電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率なマルチアンテナの提供。
【解決手段】無給電素子１４は目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされ、第１及び第２の給電素子１５、１６は目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。第１の給電素子１５は、第１の結合導体部１５ａと、第１の結合導体部１５ａと連続形状の第１の接続導体部１５ｂとを有する。第２の給電素子１６は、第２の結合導体部１６ａと、第２の結合導体部１６ａと連続形状の第２の接続導体部１６ｂとを有する。第１の結合導体部１５ａは、無給電素子１４と平行になるように近接して配置される。第２の結合導体部１６ａは、無給電素子１４と平行になるように近接して配置される。第１の接続導体部１５ｂと第２の接続導体部１６ｂとは、平行になるように近接して配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線ルータや携帯電話などに用いられるマルチアンテナ及び電子装置に関する。

携帯電話を用いてインターネットなどにアクセスするデータ通信のニーズが急速に増加している。また、近年は携帯電話以外の家電製品にも無線通信システムを備えたものが普及してきた。特に、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））や無線ＬＡＮを備えた機器が普及している。

従来から複数のアンテナを用いて良好な通信感度を得て高速な伝送を行う方法として、ダイバーシティアンテナが用いられている。これは複数のアンテナの中から出力の大きいアンテナの信号を自動的に選択するものである。これにより、１本のアンテナのみを用いる場合より良好な通信が可能となり、より高速なデータ伝送を実現できるようになった。

最近、ダイバーシティアンテナとは別に、さらに高速な通信を行うために変調方式ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信システムが急速に普及してきた。このＭＩＭＯ技術は、送信側と受信側との双方に複数のアンテナを備え、空間多重化した伝送路を実現することにより、伝送容量の大容量化を図り、通信速度の向上が図られている。MIMO技術が用いられる通信規格としては例えば下記のようなものがある。
・無線LANにおいてはIEEE802.11g規格が策定され、これに則った無線LANルータ等の機器が普及している。
・携帯電話においてはLTE(Long Term Evolution)規格による高速データ伝送が可能な携帯電話が普及し始めている。

・今日までインターネット接続は各家庭、企業などへサーバから通信回線（電線や光ケーブル）を敷設し接続していたが、これを無線化する規格としてWiMAX (IEEE802.16e)が策定されている。これにより人口の少ない地域などへのインターネット接続インフラの提供が容易となる。また、近年は移動体向けとしても用いられるようになってきている。

ダイバーシティアンテナやMIMOといった複数のアンテナを用いる無線技術が普及する中で、携帯端末用のアンテナには、占有面積が小さくできるだけ高いアイソレーションを有し、且つ高効率であることが求められている。

特許文献１には、絶縁基板の一方の面にモノポールタイプの無給電素子を配置し、他方の面に２つのモノポールタイプのアンテナ素子を離間して配置し、これらのアンテナ素子の間に各モノポールに対する接地パターンを配置したアンテナ装置が開示されている。

このアンテナ装置では、２つのアンテナ素子間に接地パターンを配置することで、２つのアンテナに相互に逆向きの指向性を持たせることで、アイソレーションを良化させている。

特許文献２には、２つのモノポールタイプのアンテナ素子間に、これらの素子に流れる電流の向きと反対方向に容量結合に係る電流が流れるように無給電素子を配置したマルチアンテナ装置が開示されている。

このマルチアンテナ装置では、上記構成の無給電素子が介在することでアンテナ素子間の素子への相互結合を小さくすることで、アイソレーションを良化させている。

特開２０１１−７７６０８号公報 特開２０１１−１０９５４７号公報

いずれにしても特許文献１や特許文献２に開示された技術は、アンテナ素子間は相互結合するので、その分は損失となる。
また、特許文献１や特許文献２に開示された技術は、いずれもアンテナ素子間に接地パターンや無給電素子を介在させる必要があるので、スペースロスがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率なマルチアンテナ及び電子装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマルチアンテナは、無給電素子と、第１の給電素子と、第２の給電素子とを有する。
上記無給電素子は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。
第１及び第２の給電素子は、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、無給電素子と容量結合する。
本発明の他の形態に係るマルチアンテナは、第１の無給電素子と、第２の無給電素子と、第１の給電素子と、第２の給電素子とを有する。
上記第１の無給電素子は、第１の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。
上記第２の無給電素子は、第２の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。

上記第１及び第２の給電素子は、上記第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、それぞれが上記記第１及び第２の無給電素子と容量結合することが可能とされている。
本発明の一形態に係る電子装置は、マルチアンテナと、高周波回路とを有する。

上記マルチアンテナは、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、上記無給電素子と容量結合する第１及び第２の給電素子とを有する。
上記高周波回路は、上記第１及び第２の給電素子に接続されている。

本発明によれば、第１及び第２の給電素子が目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされているので、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率となる。

本発明の第１の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。 比較のためのアンテナの構成を示す平面図である。 図１に示したマルチアンテナにおけるＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果である。 図１に示したマルチアンテナにおけるアイソレーションのシミュレーション結果である。 図２に示したアンテナにおけるＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果である。 図２に示したアンテナにおけるアイソレーションのシミュレーションした結果である。 図１に示したマルチアンテナにおける指向性のシミュレーション結果（第１の給電素子）である。 図１に示したマルチアンテナにおける指向性のシミュレーション結果（第２の給電素子）である。 図１に示したＡを変えた場合のＶＳＷＲ特性の相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＡを変えた場合におけるインピーダンス変化の方向の相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＡを変えた場合におけるアイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＢを変えた場合におけるＶＳＷＲ特性の相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＢを変えた場合におけるインピーダンス変化の方向の相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＢを変えた場合におけるアイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣを変えた場合におけるＶＳＷＲ特性の相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣを変えた場合におけるインピーダンス変化の方向の相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣを変えた場合におけるアイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣをさらに変えた場合におけるＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣをさらに変えた場合におけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣをさらに変えた場合におけるＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣをさらに変えた場合におけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣをさらに変えた場合におけるＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果を示している。 図１に示したＣをさらに変えた場合におけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。 本発明に係る多層化したマルチアンテナの一例の示す平面図である。 図２４Ａの背面図である。 本発明に係る多層化したマルチアンテナの他の例の示す平面図である。 図２５Ａの背面図である。 本発明に係る多層化したマルチアンテナのさらに別の例の示す平面図である。 図２６Ａの背面図である。 図２６Ａの内層を示す断面図である。 図２５Ａ、図２５Ｂに示したアンテナにおけるＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果である。 図２５Ａ、図２５Ｂに示したアンテナにおけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。 本発明の第２の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。 図３０に示したマルチアンテナの背面図である。 本発明の一形態に係る電子装置の構成を示すブロックである。 本発明の変形例に係るマルチアンテナの平面図である。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマルチアンテナは、無給電素子と、第１の給電素子と、第２の給電素子とを有する。
上記無給電素子は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。
第１及び第２の給電素子は、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、無給電素子と容量結合する。

本発明の一形態に係るマルチアンテナでは、第１及び第２の給電素子が上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされていることから、一方の給電素子から放射された電波によって他方の給電素子が励振することはない。従って、他方の給電素子の存在が一方の給電素子にとっては見て損失となる対象ではなくなり、高いアイソレーションを確保できる。また、第１の給電素子と第２の給電素子との間の間隔とアイソレーションとは無関係となるので、例えば第１の給電素子と第２の給電素子とを近接配置することが可能となる。従って、本形態に係るマルチアンテナでは、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できる。

上記マルチアンテナでは、上記無給電素子は、非接地型であり、上記第１の給電素子は、上記無給電素子と容量結合する第１の結合導体部と、上記第１の結合導体部と第１の給電点とを接続する第１の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有し、上記第２の給電素子は、上記第１の接続導体の容量結合とは異なる位置で、上記無給電素子と容量結合する第２の結合導体部と、上記第１の接続導体部と近接するように配置され、上記第２の結合導体部と第２の給電点とを接続する第２の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有することが好ましい形態である。

本形態では、無給電素子を非接地型とすることで、接地パターンとは無関係になり、設計の自由度が高まる。すなわち、無給電素子が接地型であると、無給電素子と接地パターンとを接続するための配線パターンやスルーホールなどの線路を無給電素子と接地パターンとの間で引き回す必要があるため、この線路による規制を受けて給電素子などの配線の設計の自由度が低くなる。これに対して、無給電素子が非接地型であれば、これらの線路は不要となり、設計の自由度が高まることになる。また、本形態では、第１の接続導体部と第２の接続導体部とが近接するように配置されているので、これらの給電点を近接した位置に配置することが可能となる。従って、例えばダイバーシティ用のスイッチ素子と各給電点とを結ぶ配線を短くでき、これらの配線から各種回路へノイズが回り込むことが少なくなる。

上記マルチアンテナでは、上記無給電素子は、線状導体であり、上記第１及び第２の給電素子は、上記第１の結合導体部が上記無給電素子の中央部で上記第１の接続導体部と接続され、上記中央部から上記無給電素子の第１の端部に向けて上記無給電素子と平行になるように配置され、上記第２の結合導体部が上記中央部で上記第２の接続導体部と接続され、上記中央部から上記無給電素子の第２の端部に向けて上記無給電素子と平行になるように配置され、上記第１の接続導体部と第２の接続導体部とが平行になるように近接して配置され、上記角度を有していることが好ましい形態である。

本形態では、無給電素子を線状導体とし、第１及び第２の結合導体部を無給電素子と平行となるように配置することで、これらが実装される矩形の基板の一辺に沿った縁部の限られた領域にこれらの要素の全部或いは大部分を配置することができる。また、第１の結合導体部と第２の結合導体部とを無給電素子の中央部から両端部にそれぞれ向けて配置することで、左右対称の構造とすることができ、各給電素子に対する性能の把握が容易となる。

上記マルチアンテナでは、上記無給電素子を実装する矩形の基板を有し、上記無給電素子は、上記中央部が上記矩形の基板の第１の角部に位置し、上記基板の第１の辺及び上記第１の辺と直交する第２の辺に沿って平行になるように配置され、上記第１の接続導体部は、上記第１の辺に沿って平行になるように配置され、上記第２の接続導体部は、上記第２の辺に沿って平行になるように配置されることが好ましい形態である。

本形態では、基板の角部に集約的にマルチアンテナを配置することで、省スペース化を図ることができる。また、第１の給電素子と第２の給電素子とが直交する偏波面を有することになることから、偏波ダイバーシティもしくは偏波ＭＩＭＯの効果を得ることができる。

本発明の他の形態に係るマルチアンテナは、第１の無給電素子と、第２の無給電素子と、第１の給電素子と、第２の給電素子とを有し、上記第１の無給電素子は、第１の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされ、上記第２の無給電素子は、第２の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。

上記第１及び第２の給電素子は、上記第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、それぞれが上記記第１及び第２の無給電素子と容量結合することが可能とされている。
この形態に係るマルチアンテナでは、デュアルバンドに亘りスペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できる。

上記マルチアンテナでは、第１の面に上記第１の無給電素子並びに上記第１及び第２の給電素子を実装し、第２の面に上記第２の無給電素子を実装する基板を有することが好ましい形態である。
本形態では、デュアルバンドのマルチアンテナを高いアイソレーションを確保でき、しかもスペース効率よく配置することができる。
本発明の一形態に係る電子装置は、マルチアンテナと、高周波回路とを有する。

上記マルチアンテナは、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、上記無給電素子と容量結合する第１及び第２の給電素子とを有する。
上記高周波回路は、上記第１及び第２の給電素子に接続されている。

本発明の一形態に係る電子装置では、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できるマルチアンテナを有することから、装置の小型化が可能となり、送受信性能も高いものとなる。
［第１の実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマルチアンテナを示す平面図である。

図１に示すように、このマルチアンテナ１０は、基板１１を有する。基板１１は、矩形であり、第１の面にアンテナ配置領域１２と接地パターン配置領域１３とを有する。アンテナ配置領域１２には、無給電素子１４と、第１の給電素子１５と、第２の給電素子１６とが配置されている。接地パターン配置領域１３には、接地パターン１７と、スイッチ素子１８とが配置されている。

無給電素子１４は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、無給電素子１４は、目的周波数帯域の波長λとしたとき、（１／２）・λの電気長とされた素子である。例えば、目的周波数帯域が２．４５ＧＨｚ帯であるときは、無給電素子１４の長さは４４ｍｍとなる。ただし、電気長のパラメータとなる短縮率は諸条件により異なるものとなるから、電気長は一義的に定まるものではない。この無給電素子１４は、基板１１の一辺の縁に沿って配置されている。本発明では、このように基板上に形成された平面型のアンテナであっても実質的には線状素子として機能することから、このような形態も線状素子と呼ぶ。

第１の給電素子１５及び第２の給電素子１６も線状素子である。第１の給電素子１５は、第１の結合導体部１５ａと、第１の結合導体部１５ａと例えば９０°の角度を有する連続形状の第１の接続導体部１５ｂとを有する。第２の給電素子１６は、第２の結合導体部１６ａと、第２の結合導体部１６ａと例えば９０°の角度を有する連続形状の第２の接続導体部１６ｂとを有する。第１及び第２の接続導体部１５ｂ、１６ｂの端部には、それぞれ給電点１５ｃ、１６ｃが設けられている。

第１の結合導体部１５ａは、無給電素子１４の中央部１４ａで第１の接続導体部１５ｂと接続され、無給電素子１４の中央部１４ａから無給電素子１４の第１の端部１４ｂに向けて無給電素子１４と平行になるように近接して配置される。第２の結合導体部１６ａは、無給電素子１４の中央部１４ａで第２の接続導体部１６ｂと接続され、無給電素子１４の中央部１４ａから無給電素子１４の第２の端部１４ｃに向けて無給電素子１４と平行になるように近接して配置される。第１の接続導体部１５ｂと第２の接続導体部１６ｂとは、平行になるように近接して配置される。

第１の結合導体部１５ａ及び第２の結合導体部１６ａは、無給電素子１４と容量結合するための主要部を構成する。第１及び第２の接続導体部１５ｂ、１６ｂは、それぞれ給電点１５ｃ、１６ｃと第１の結合導体部１５ａ及び第２の結合導体部１６ａとの間の給電線路を主として構成する。第１及び第２の給電素子１５、１６は、第１の結合導体部１５ａ及び第２の結合導体部１６ａを主として無給電素子１４と容量結合するが、目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。より具体的には、第１の結合導体部１５ａの長さをＢ、第１の接続導体部１５ｂの長さをＦとしたとき、Ｂ＋Ｆの長さが（１／４）・λの電気長よりも短くされている。第２の給電素子１６ついても同様である。例えば、目的周波数帯域が２．４５ＧＨｚ帯であるときは、第１の給電素子１５及び第２の給電素子１６の長さは２２ｍｍよりも短く、１８ｍｍとなる。

接地パターン配置領域１３に配置された接地パターン１７は、マルチアンテナ１０に対するグランドとして機能する。また、スイッチ素子１８は、第１の給電素子１５と第２の給電素子１６とのいずれか一方を選択するための素子であり、例えばこのスイッチ素子１８によってダイバーシティの機能を実現することができる。図１においては、スイッチ素子１８は模式的に表現している。本実施形態に係るマルチアンテナ１０はこのスイッチ素子１８を除けば例えばエッチングによって簡単に製造することができる。
本実施形態に係るマルチアンテナ１０では、高いアイソレーションを確保することができ、且つ高効率である。
図２は比較のために共振モードとなる電気長（（１／４）・λ）とした逆Ｆアンテナ２０１、２０２を本形態と同様に配置したアンテナ２００を示している。

本実施形態に係るマルチアンテナ１０のＶＳＷＲ特性及びアイソレーションのシミュレーション結果をそれぞれ図３及び図４に示す。ここで、Ａ＝４４ｍｍ、Ｂ＝４．５ｍｍ、Ｃ＝１１ｍｍとした。また、図２に示したアンテナ２００のＶＳＷＲ特性及びアイソレーションのシミュレーション結果をそれぞれ図５及び図６に示す。いずれのアンテナも２．４５ＧＨｚ帯に合わせて調整した無線ＬＡＮルータ用のアンテナとしている。

図３及び図４から分かるように、本実施形態に係るマルチアンテナ１０はＶＳＷＲ特性が良好であり、しかも、無線ＬＡＮの帯域である２．４〜２．５全域にわたり低い値となっている。また、アイソレーションは前記周波数で１２ｄＢ確保されている。一方、図５及び図６から分かるように、比較としてのアンテナ２００はＶＳＷＲ特性が良好であるが、低い帯域は狭く、また、アイソレーションも３．６ｄＢと悪化しており、損失が増大しアンテナの放射効率が低下する結果となる。

次に、本実施形態に係るマルチアンテナ１０の指向性のシミュレーション結果を図７及び図８に示す。図７は第１に給電素子１５に給電し、第２の給電素子１６には給電しない場合のマルチアンテナ１０の指向性を示している。また、図８は第２の給電素子１６に給電し、第1の給電素子１５に給電した場合のマルチアンテナ１０の指向性を示している。これらの図から分かるようにマルチアンテナ１０は指向性を十分に有することから指向性ダイバーシティアンテナとして用いることができる。

本発明者の考察によれば、マルチアンテナ１０において上記のパラメータＡ、Ｂ、Ｃを変化させることで、共振周波数だけでなく、インピーダンスやアイソレーションも調整することができる。これにより、アンテナを設計する上の自由度が高まり、ニーズに応じて様々な性能のアンテナを提供できるようになる。

図９〜図１１は、Ａを変えた場合のＶＳＷＲ特性、インピーダンス変化の方向、アイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。図１２〜図１４は、Ｂを変えた場合のＶＳＷＲ特性、インピーダンス変化の方向、アイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。図１５〜図１７は、Ｃを変えた場合のＶＳＷＲ特性、インピーダンス変化の方向、アイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。

これらの結果から分かるように、Ａはアンテナ共振周波数を決定する。従って、アイソレーションの良好な周波数もこれによって決定される。また、Ｂ及びＣによってインピーダンスが変化する。従って、ＢやＣを適宜選択することによってインピーダンス整合が不要なアンテナを構成することも可能である。

さらに、本発明者は、Ｃについてパラメータとしての意味を考察した。図１８及び図１９はＣ＝１．５ｍｍ、Ａ＝４２．０ｍｍ、Ｂ＝１２．０ｍｍｍとしたときのＶＳＷＲ特性、アイソレーションのシミュレーション結果を示している。図２０及び図２１はＣ＝４．０ｍｍ、Ａ＝４３．０ｍｍ、Ｂ＝１０．３ｍｍｍとしたときのＶＳＷＲ特性、アイソレーションのシミュレーション結果を示している。図２２及び図２３はＣ＝９．０ｍｍ、Ａ＝４８．０ｍｍ、Ｂ＝１４．５ｍｍｍとしたときのＶＳＷＲ特性、アイソレーションのシミュレーション結果を示している。

これらの結果より、いずれにおいても２．４〜２．５ＧＨｚの範囲においてＶＳＷＲ＜３以下となっており、インピーダンス整合がよく取れていることが分かる。

Ｃ＝１．５ｍｍ及びＣ＝４．０ｍｍでは、２．４〜２．５ＧＨｚの範囲でのアイソレーションが１０ｄＢ以上確保できており、またピークが明確に存在するので、アイソレーションの最良点を２．４５ＧＨｚに持ってくる設計が可能である。なお、１０ｄＢ以上のアイソレーションを確保できれば、アンテナの放射効率へ与える悪影響は無視できるほど小さい。

Ｃ＝９．０ｍｍでは、帯域の下端においてアイソレーションが１０ｄＢ以下となっており、やや悪化していることが分かる（図２３参照）。Ｃ＝１．５ｍｍ及びＣ＝４．０ｍｍの場合とは異なりアイソレーションに傾きが生じ、２．４５ＧＨｚ帯にアイソレーションのピークを持たせる設計は困難である。また、２．４５ＧＨｚにおけるアイソレーションを良化するためにＡ寸法も増大させており、省スペース化の観点からも望ましくない。

従って、本実施形態に係るマルチアンテナ１０においては、接続部間距離Ｃを必要以上に大きくすることは得策ではなく、むしろ適宜小さくする方が好ましいことが分かる。すなわち、公知のこれまでのアンテナとは異なり、素子間の間隔とアイソレーションとが比例する関係にはなく、むしろ逆傾向であることが分かる。よって、本実施形態に係るマルチアンテナ１０では、限られた小さなスペースで高いアイソレーションを確保することができる。

上記のマルチアンテナ１０は、基板１１の同一の面に各素子を配置したが、グランド面が両面にあっても片面のみにあっても同等な性能のアンテナを構成できる。また、無給電素子、給電素子も表面、裏面、内層のいずれに配置しても問題はない。さらに、途中でビアホール導体を介して層を変更するように構成しても構わない。

例えば、図２４Ａ、Ｂに示すマルチアンテナ２０のように、基板２１の表面２１ａに第１及び第２の給電素子１５、１６並びに接地パターン１７を設け、基板２１の裏面２１ｂに無給電素子１４及び接地パターン１７を設けても構わない。また、図２５Ａ、Ｂに示すマルチアンテナ３０のように、表面３１ａに接地パターンを設けてあれば、基板３１の裏面３１ｂに接地パターンを設けなくてもよい。さらに、図２６Ａ、Ｂ、Ｃに示すマルチアンテナ４０のように、基板４１の表裏面４１ａ、４１ｂの他に内層４１ｃを設け、表面４１ａに第１及び第２の給電素子１５、１６並びに接地パターン１７を設け、内層４１ｃに無給電素子１４を設け、裏面４１ｂに接地パターン１７を設けても構わない。

図２７及び図２８は上記図２５に示したマルチアンテナ３０のＶＳＷＲ特性及びアイソレーションを示している。これらの図に示すように、同一面に各素子を配置した場合と同等の性能が得られることが分かる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
図２９は本発明の第２の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。

図２９に示すように、マルチアンテナ５０は、矩形の基板５１を有する。基板５１は、第１の面にアンテナ配置領域５２と接地パターン配置領域５３とを有する。アンテナ配置領域５２には、無給電素子５４と、第１の給電素子５５と、第２の給電素子５６とが配置されている。接地パターン配置領域５３には、接地パターン５７が配置されている。ここではスイッチ素子は例えば接地パターン配置領域５３に配置されるが、図示を省略する。

無給電素子５４は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、無給電素子５４は、目的周波数帯域の波長λとしたとき、（１／２）・λの電気長とされた素子である。無給電素子５４は、無給電素子５４の中央部５４ａが矩形の基板５１の第１の角部５１ａに位置し、基板５１の第１の辺５１ｂ及び第１の辺５１ｂと直交する第２の辺５１ｃに沿って平行になるようにこれらの辺５１ｂ、５１ｃの縁に沿って配置されている。

第１の給電素子５５及び第２の給電素子５６も線状素子である。第１の給電素子５５は、第１の結合導体部５５ａと、第１の結合導体部５５ａと例えば４５°の角度を有する連続形状の第１の接続導体部５５ｂとを有する。第２の給電素子５６は、第２の結合導体部５６ａと、第２の結合導体部５６ａと例えば４５°の角度を有する連続形状の第２の接続導体部５６ｂとを有する。第１及び第２の接続導体部５５ｂ、５６ｂの端部には、それぞれ給電点５５ｃ、５６ｃが設けられている。

第１の結合導体部５５ａは、無給電素子５４の中央部５４ａで第１の接続導体部５５ｂと接続され、無給電素子５４の中央部５４ａから無給電素子５４の第１の端部５４ｂに向けて無給電素子５４と平行になるように近接して配置される。すなわち、第１の結合導体部５５ａは、基板５１の第１の辺５１ｂと平行となっている。第２の結合導体部５６ａは、無給電素子５４の中央部５４ａで第２の接続導体部５６ｂと接続され、無給電素子５４の中央部５４ａから無給電素子５４の第２の端部５４ｃに向けて無給電素子５４と平行になるように近接して配置される。すなわち、第２の結合導体部５６ａは、基板５１の第２の辺５１ｃと平行となっている。第１の接続導体部５５ｂと第２の接続導体部５６ｂとは、平行になるように近接して配置される。

第１の結合導体部５５ａ及び第２の結合導体部５６ａは、無給電素子５４と容量結合するための主要部を構成する。第１及び第２の接続導体部５５ｂ、５６ｂは、それぞれ給電点５５ｃ、５６ｃと第１の結合導体部５５ａ及び第２の結合導体部５６ａとの間の給電線路を主として構成する。第１及び第２の給電素子５５、５６は、第１の結合導体部５５ａ及び第２の結合導体部５６ａを主として無給電素子５４と容量結合するが、目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。

本実施形態に係るマルチアンテナ５０では、これまでに説明した作用効果の他に、基板５１の角部５１ａに集約的にマルチアンテナ５０を配置することで、省スペース化を図ることができる。また、第１の給電素子５５と第２の給電素子５６とが直交する偏波面を有することになることから、偏波ダイバーシティの効果を得ることができる。
なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様にマルチアンテナを多層化することができる。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
図３０は本発明の第３の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。図３１はその背面図である。

図３０及び図３１に示すように、マルチアンテナ６０は、矩形の基板６１を有する。基板６１の第１の面６１ａ及び第２の面６１は、それぞれアンテナ配置領域６２ａ、６２ｂ及び接地パターン配置領域６３ａ、６３ｂを有する。

基板６１の第１の面６１ａのアンテナ配置領域６２ａには、第１の無給電素子６４ａと、第１の給電素子６５と、第２の給電素子６６とが配置されている。接地パターン配置領域６３ａには、接地パターン６７ａが配置されている。ここではダイバーシティのためのスイッチ素子は例えば接地パターン配置領域６３ａに配置されるが、図示を省略する。

基板６１の第２の面６１ｂのアンテナ配置領域６２ｂには、第２の無給電素子６４ｂが配置されている。接地パターン配置領域６３ｂには、接地パターン６７ｂが配置されている。

第１の無給電素子６４ａは、第１の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、第１の無給電素子６４ａは、第１の目的周波数帯域の波長λとしたとき、（１／２）・λ_１の電気長とされた素子である。例えば、第１の目的周波数帯域は２．４５ＧＨｚ帯とされている。第１の無給電素子６４ａは、矩形の基板６１の一辺に沿って配置され基板６１の２つの角部において隣接する辺に沿うように９０°折り曲げられている。つまり、このように折り曲げることで、基板６１の幅を（１／２）・λ_１の電気長よりも狭くすることができる。

第２の無給電素子６４ｂは、第２の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、無給電素子６４ｂは、第２の目的周波数帯域の波長λ_２としたとき、（１／２）・λ_２の電気長とされた素子である。例えば、第２の目的周波数帯域は５ＧＨｚ帯とされている。第２の無給電素子６４ｂは、矩形の基板６１の対向する２辺にそれぞれコの字状となるように各辺に沿って２つ配置されている。コの字状とすることで、基板６１の長さを短くできる。そして、第１及び第２の無給電素子６４ａ、６４ｂを上記の形状とすることで基板６１の面積を小さくすることができる。

第１の給電素子６５及び第２の給電素子６６も線状素子である。第１の給電素子６５は、第１の結合導体部６５ａと、第１の結合導体部６５ａと例えば９０°の角度を有する連続形状の第１の接続導体部６５ｂとを有する。第２の給電素子６６は、第２の結合導体部６６ａと、第２の結合導体部６６ａと例えば９０°の角度を有する連続形状の第２の接続導体部６６ｂとを有する。第１及び第２の接続導体部６５ｂ、６６ｂの端部には、それぞれ給電点６５ｃ、６６ｃが設けられている。

第１の結合導体部６５ａは、第１の無給電素子６４ａと容量結合するための第１の帯域用の導体部６５ａａと、第２の無給電素子６４ｂと容量結合するための第２の帯域用の導体部６５ａｂとを有する。第１の帯域用の導体部６５ａａ及び第２の帯域用の導体部６５ａｂは第１の接続導体部６５ｂを共用する。

第２の結合導体部６６ａは、第１の無給電素子６４ａと容量結合するための第１の帯域用の導体部６６ａａと、第２の無給電素子６４ｂと容量結合するための第２の帯域用の導体部６６ａｂとを有する。第１の帯域用の導体部６６ａａ及び第２の帯域用の導体部６６ａｂは第２の接続導体部６６ｂを共用する。
なお、第２の帯域用の導体部６５ａｂ、６６ａｂは折り返し部分を有する。

第１の帯域用の導体部６５ａａ、６６ａａは、第１の無給電素子６４ａと容量結合するための主要部を構成する。第２の帯域用の導体部６５ａｂ、６６ａｂは、第２の無給電素子６４ｂと容量結合するための主要部を構成する。第１及び第２の給電素子６５、６６は、第１の結合導体部６５ａ及び第２の結合導体部６６ａを主として第１及び第２の無給電素子６４ａ、６４ｂと容量結合するが、それぞれが第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。

具体的には、第１の帯域用の導体部６５ａａ、６６ａａと第１又は第２の接続導体部６５ｂ、６６ｂとによる電気長が、第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない長さとされている。また、第２の帯域用の導体部６５ａｂ、６６ａｂと第１又は第２の接続導体部６５ｂ、６６ｂとによる電気長が、第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない長さとされている。
ここで、共振モードとはならない長さの電気長とは、例えば（１／４）・λの整数倍に相当しない電気長のことである。

このように構成されたマルチアンテナ６０では、第１及び第２の給電素子６５、６６が第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされていることから、一方の給電素子から放射されたいずれのバンドの電波によっても他方の給電素子が励振することはない。従って、いずれのバンドにおいても他方の給電素子の存在が一方の給電素子にとっては見て損失となる対象ではなくなり、高いアイソレーションを確保できる。また、第１の給電素子６５と第２の給電素子６６との間の間隔とアイソレーションとは無関係となるので、例えば第１の給電素子６５と第２の給電素子６６とを近接配置することが可能となる。従って、本形態に係るマルチアンテナでは、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できる。

ここで、本実施形態に係るマルチアンテナ６０を電子装置としての２．４ＧＨｚ／５ＧＨｚ帯デュアルバンド無線ＬＡＮブロードバンドルータに適用した例を図３２に示す。

図３２示すようにこの電子装置１００は、マルチアンテナ６０に高周波回路１１０を接続して構成される。高周波回路１１０は、送受切替スイッチ１１１とトランシーバＩＣ１１２とを有する。受信側の経路としては、送受切替スイッチ１１１からの信号が受信用ダイプレクサ１１３、２．４ＧＨｚ受信用低雑音アンプ１１４又は５ＧＨｚ受信用低雑音アンプ１１５を通りトランシーバＩＣ１１２に入力される。送信側の経路としては、トランシーバＩＣ１１２からの信号が２．４ＧＨｚ送信用アンプ１１６又は５ＧＨｚ送信用アンプ１１７、送信用ダイプレクサ１１８を通り送受切替スイッチ１１１に入力される。なお、マルチアンテナ６０はダイバーシティ用スイッチを含むが、図示を省略している。

以上の電子装置では、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できるデユアルタイプのマルチアンテナ６０を有することから、装置の小型化が可能となり、送受信性能も高いものとなる。
［その他］

本発明の上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内でさまざまに変形して実施することが可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

例えば、上記の実施形態では、無給電素子を（１／２）・λの電気長である場合につき説明したが、例えば図３３に示すように、無給電素子７４を接地型の（１／４）・λのモノポールタイプとしてマルチアンテナ７０を構成してもよい。なお、図３において、７１は基板、７５は第１の給電素子、７６は第２の給電素子、７７は接地パターン、７５ｃ及び７６ｃは給電点を示している。

上記の実施形態では、ダイバーシティアンテナに本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明のマルチアンテナはＭＩＭＯなど他のシステムに適用することは勿論可能である。

１０ マルチアンテナ
１１ 基板
１４ 無給電素子
１５ 第１の給電素子
１５ａ 第１の結合導体部
１５ｂ 第１の接続導体部
１５ｃ 給電点
１６ 第２の給電素子
１６ａ 第２の結合導体部
１６ｂ 第２の接続導体部
１６ｃ 給電点
１７ 接地パターン

無給電素子１４は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。ここでは無線ＬＡＮに用いられる２．４５ＧＨｚを例に説明する。無給電素子１４は、目的周波数帯域の波長λとしたとき、（１／２）・λの電気長とされた素子である。目的周波数帯域が２．４５ＧＨｚ帯であるときは、無給電素子１４の長さは４４ｍｍとなる。ただし、電気長のパラメータとなる短縮率は諸条件により異なるものとなるから、電気長は一義的に定まるものではない。この無給電素子１４は、基板１１の一辺の縁に沿って配置されている。本発明では、このように基板上に形成された平面型のアンテナであっても実質的には線状素子として機能することから、このような形態も線状素子と呼ぶ。

本実施形態に係るマルチアンテナ１０のＶＳＷＲ特性及びアイソレーションのシミュレーション結果をそれぞれ図３及び図４に示す。ここで、Ａ＝４４．０ｍｍ、Ｂ＝１１．０ｍｍ、Ｃ＝４．５ｍｍとした。また、図２に示したアンテナ２００のＶＳＷＲ特性及びアイソレーションのシミュレーション結果をそれぞれ図５及び図６に示す。いずれのアンテナも２．４５ＧＨｚ帯に合わせて調整した無線ＬＡＮルータ用のアンテナとしている。

次に、本実施形態に係るマルチアンテナ１０の指向性のシミュレーション結果を図７及び図８に示す。図７は第１に給電素子１５に給電し、第２の給電素子１６には給電しない場合のマルチアンテナ１０の指向性を示している。また、図８は第２の給電素子１６に給電し、第1の給電素子１５に給電しない場合のマルチアンテナ１０の指向性を示している。これらの図から分かるようにマルチアンテナ１０は指向性を十分に有することから指向性ダイバーシティアンテナとして用いることができる。

Ｃ＝９．０ｍｍでは、帯域の低域端においてアイソレーションが１０ｄＢ以下となっており、やや悪化していることが分かる（図２３参照）。Ｃ＝１．５ｍｍ及びＣ＝４．０ｍｍの場合とは異なりアイソレーションに傾きが生じ、２．４５ＧＨｚ帯にアイソレーションのピークを持たせる設計は困難である。また、２．４５ＧＨｚにおけるアイソレーションを良化するためにＡ寸法も増大させており、省スペース化の観点からも望ましくない。

第１の結合導体部５５ａは、無給電素子５４の中央部５４ａに相当する近傍で第１の接続導体部５５ｂと一体に接続形成されており、無給電素子５４の中央部５４ａから無給電素子５４の第１の端部５４ｂに向けて無給電素子５４と平行になるように近接して配置される。すなわち、第１の結合導体部５５ａは、基板５１の第１の辺５１ｂと平行となっている。第２の結合導体部５６ａは、無給電素子５４の中央部５４ａに相当する近傍で第２の接続導体部５６ｂと一体に接続形成されており、無給電素子５４の中央部５４ａから無給電素子５４の第２の端部５４ｃに向けて無給電素子５４と平行になるように近接して配置される。すなわち、第２の結合導体部５６ａは、基板５１の第２の辺５１ｃと平行となっている。第１の接続導体部５５ｂと第２の接続導体部５６ｂとは、平行になるように近接して配置される。

第１の無給電素子６４ａは、第１の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。ここでは無線ＬＡＮに用いられる２．４５／５ＧＨｚの２つの周波数帯に対応する場合を例に説明する。第１の無給電素子６４ａは、第１の目的周波数帯域の波長λとしたとき、（１／２）・λ１の電気長とされた素子である。例えば、第１の目的周波数帯域は２．４５ＧＨｚ帯とされている。第１の無給電素子６４ａは、矩形の基板６１の一辺に沿って配置され基板６１の２つの角部において隣接する辺に沿うように９０°折り曲げられている。つまり、このように折り曲げることで、基板６１の幅を（１／２）・λ１の電気長よりも狭くすることができる。

上記の実施形態では、無線ＬＡＮ用ダイバーシティアンテナに本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明のマルチアンテナはＭＩＭＯなど複数のアンテナを利用する他のシステムに適用することは勿論可能である。例えば、無線ＬＡＮ２．４５／５ＧＨｚ帯に限らず携帯電話等他の周波数を用いるシステムに対しても利用できる。その場合、アンテナ各部の寸法をその波長に合わせて調整し、同様の動作をさせることができるものは当然のことである。

Claims (7)

1. 目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、
   前記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、前記無給電素子と容量結合する第１及び第２の給電素子と
   を具備するマルチアンテナ。
2. 請求項１に記載のマルチアンテナであって、
   前記無給電素子は、非接地型であり、
   前記第１の給電素子は、前記無給電素子と容量結合する第１の結合導体部と、前記第１の結合導体部と第１の給電点とを接続する第１の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有し、
   前記第２の給電素子は、前記第１の接続導体の容量結合とは異なる位置で、前記無給電素子と容量結合する第２の結合導体部と、前記第１の接続導体部と近接するように配置され、前記第２の結合導体部と第２の給電点とを接続する第２の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有する
   マルチアンテナ。
3. 請求項２に記載のマルチアンテナであって、
   前記無給電素子は、線状導体であり、
   前記第１及び第２の給電素子は、前記第１の結合導体部が前記無給電素子の中央部で前記第１の接続導体部と接続され、前記中央部から前記無給電素子の第１の端部に向けて前記無給電素子と平行になるように配置され、前記第２の結合導体部が前記中央部で前記第２の接続導体部と接続され、前記中央部から前記無給電素子の第２の端部に向けて前記無給電素子と平行になるように配置され、前記第１の接続導体部と第２の接続導体部とが平行になるように近接して配置され、前記角度を有している
   マルチアンテナ。
4. 請求項３に記載のマルチアンテナであって、
   前記無給電素子を実装する矩形の基板を有し、
   前記無給電素子は、前記中央部が前記矩形の基板の第１の角部に位置し、前記基板の第１の辺及び前記第１の辺と直交する第２の辺に沿って平行になるように配置され、
   前記第１の接続導体部は、前記第１の辺に沿って平行になるように配置され、
   前記第２の接続導体部は、前記第２の辺に沿って平行になるように配置された
   マルチアンテナ。
5. 第１の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた第１の無給電素子と、
   第２の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた第２の無給電素子と、
   前記第１及び第２の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、それぞれが前記第１及び第２の無給電素子と容量結合することが可能な第１及び第２の給電素子と
   を具備するマルチアンテナ。
6. 請求項５に記載のマルチアンテナであって、さらに、
   第１の面に前記第１の無給電素子並びに前記第１及び第２の給電素子を実装し、第２の面に前記第２の無給電素子を実装する基板
   を具備するマルチアンテナ。
7. 目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、前記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、前記無給電素子と容量結合する第１及び第２の給電素子とを有するマルチアンテナと、
   前記第１及び第２の給電素子に接続された高周波回路と
   を具備する電子装置。

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