JP2014086949A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの専有面積を小さくし、回路基板上のレイアウトの制約を緩和することのできるアンテナ装置を得る。
【解決手段】アンテナグランド１と第１のアンテナ２および第２のアンテナ３との間に第１の給電点４と第２の給電点５とによって電圧が印加される。アンテナグランド１の第１の給電点４と第２の給電点５との間にはスリット６が設けられていると共に、スリット６と電磁結合する並列共振器７が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、小形アンテナがグランド上に配置される場合において、アンテナ間の相互結合を低減することのできるアンテナ装置に関する。

マルチパス環境下における干渉波の影響抑圧、通信の高速化や大容量化のため、無線通信装置にダイバーシチ機能を持たせることが有効である。ダイバーシチの方式には、空間ダイバーシチ、偏波ダイバーシチ、パターンダイバーシチなどがあり、互いのアンテナの相関を小さくすることでダイバーシチ効果を得ることができる。アンテナの間隔を大きくすることによりアンテナの相関を小さくすることができるが、近年の無線通信装置では小型化が強く望まれており、十分なアンテナ間隔を確保できないことが多い。

これに対し、例えば、特許文献１に記載されたアンテナ装置では、接地導体上の２本のアンテナ素子間に電磁結合調整のためのスリットを備えることで、スリット長が約１／４波長に相当する周波数において２本のアンテナ間結合係数を低減されることが示されている。アンテナ間結合係数を低減させることにより、２本のアンテナ間の相関が小さくなりダイバーシチ効果を得ることができる。

特開２００８−１６７４２１号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載のアンテナ装置ではスリットの共振を用いてアンテナ間の結合を低減させているため、動作周波数の波長に対して約１／４波長となるようにスリット長を選ぶ必要がある。このため、アンテナの占有面積が大きくなり、波長に対して小さい基板に実装する場合には回路基板上のレイアウトに制約を生じるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アンテナの専有面積を小さくし、回路基板上のレイアウトの制約を緩和することのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、２つ以上の導体と、導体のそれぞれと地導体との間に電圧を印加する２つ以上の給電点と、地導体上の給電点の間に設けられた少なくとも１つのスリットと、スリットと電磁結合する並列共振回路とを備えたものである。

この発明のアンテナ装置は、地導体上の給電点の間に設けられたスリットに対し、スリットと電磁結合する並列共振回路を設けたので、アンテナの専有面積を小さくすることができ、回路基板上のレイアウトの制約を緩和することができる。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の並列共振器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置のスリットを示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置のスリットと並列共振器の等価回路図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の特性を従来と比較して示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置のスリットを示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１に示すアンテナ装置は、アンテナグランド（地導体）１、第１のアンテナ（導体）２、第２のアンテナ（導体）３、第１の給電点４、第２の給電点５、スリット６、並列共振器（並列共振回路）７を備えている。アンテナグランド１は、アンテナ装置において、接地電位である導体である。第１のアンテナ２および第２のアンテナ３は所望の周波数で共振するように長さが調節された導体である。第１のアンテナ２には第１の給電点４においてアンテナグランド１との間に高周波電圧が印加される。第２のアンテナ４には第２の給電点５においてアンテナグランド１との間に高周波電圧が印加される。スリット６はアンテナグランド１に形成された細長い溝であり、第１の給電点４と第２の給電点５の間に設けられる。並列共振器７はスリット６と磁界結合するように、スリット６の開放端付近に配置され、また、基板上に設けたアンテナグランド１の対向面側、即ち、基板を介してスリット６に対向する位置に並列共振器７が設けられる。

並列共振器７はインダクタンス要素とキャパシタンス要素を含む回路である。並列共振器７は例えば図２（ａ）に示すように一部が切り離されたループ状導体８により構成される。ループ状導体を複数組み合わせて図２（ｂ）のようにスプリットリング共振器として構成しても良い。また、図２（ｃ）のようにループ状導体８の切り離された部分にチップキャパシタ９を装荷しても良い。インダクタンス要素とキャパシタンス要素を含み、スリット６と磁界結合するように構成されていれば任意の形状を選択できる。

次に、スリットによる電流抑圧の効果を説明する。図３は、図１のスリット６を拡大して示した図である。スリット６は図３の点Ｂにおいて短絡された伝送線路と見なすことができる。従って、点Ａから点Ｂを見たインピーダンスＺ_ＡＢは

と表される。ここでＺ_０はスリット６による伝送線路の特性インピーダンス、Ｌ_ｓはスリット６の長さ、λは波長である。式（１）から明らかなように、Ｌ_ｓが次式を満足するとき点Ａから点Ｂを見たインピーダンスＺ_ＡＢは無限大となる。

従って、式（２）を満足するようにスリット６の長さを選べば、第１のアンテナ２と第２のアンテナ３の間を流れる電流を遮断できる。その結果、第１のアンテナ２と第２のアンテナ３間の結合係数を小さくすることができる。

一方、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置では、スリット６に磁界結合する並列共振器７をスリット６に対して配置している。この動作は、図４に示す等価回路図によって説明できる。図４において、回路１０はインダクタンス成分Ｌ１とキャパシタンス成分Ｃ１を要素とする並列共振回路であり、スリット６と等価である。並列共振器７がない場合の並列共振回路１０の共振周波数に対する波長は、Ｌ_ｓの４倍（Ｌ_ｓ＝λ／４）に対応し、電流を遮断できる周波数に概ね等しい。

回路１１はインダクタンス成分Ｌ２とキャパシタンス成分Ｃ２からなる並列共振回路であり、並列共振器７と等価である。並列共振器７はスリット６に磁界結合させているので、図４ではインダクタンス成分Ｌ１とインダクタンス成分Ｌ２が結合した回路で表している。並列共振回路１０と並列共振回路１１が結合している状態での共振周波数は、並列共振器７単体での共振周波数より低くなる。従って、電流を遮断できる周波数を低くすることができるため、所望周波数における電流抑圧に必要なスリット長を短縮することができる。

次に、数値計算を用いて、この発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の動作をシミュレーションした結果を示す。図５は図１に示したアンテナ装置における、第１のアンテナ２と第２のアンテナ３間の結合量（Ｓ_２１）の周波数特性を表すグラフである。実施の形態１の効果を明確にするため、比較として並列共振器７を用いない場合の特性も合わせて記載する。図５の特性Ａは、実施の形態１に係るアンテナ装置において、Ｌ_ｓを２６．５ｍｍとした場合のアンテナ間結合量、図５の特性Ｂは並列共振器７を用いずにＬ_ｓを２６．５ｍｍとした場合のアンテナ間結合量、図５の特性Ｃは並列共振器７を用いずにＬ_ｓを３５．５ｍｍとした場合のアンテナ結合量である。図５から、並列共振器７を用いずにスリット長Ｌｓを小さくすると電流を遮断してアンテナ間結合量を低減できる周波数が高周波側にシフトし、所望周波数で十分なアンテナ間結合量の低減ができないことがわかる。並列共振器を用いずに所望周波数でアンテナ間結合量を低減するにはＬｓを３５．５ｍｍとする必要がある。この例においては、Ｌｓを３５．５ｍｍから２６．５ｍｍまで短縮することができ、アンテナ構造を約７５％にまで小形化できることが確認できる。

以上説明したように、実施の形態１に係るアンテナ装置では、２本のアンテナ間の結合量を低減するスリット６に並列共振器７を磁界結合させることによりスリット６の共振周波数を低減させることができる。これにより所望周波数に対するスリット長を短縮することができるので、アンテナ占有面積を小さくしながらアンテナ間の相関が小さいアンテナ装置を得ることができる。

なお、図１における第１のアンテナ２および第２のアンテナ３は適当な幅を有する直線状の導体で示されているが、この発明における第１のアンテナ２および第２のアンテナ３の形状は直線状に限定されない。所望の周波数において共振し、アンテナグランド１との間に高周波電圧が印加されるように構成されていれば、任意の形状を選ぶことができる。また、アンテナの本数も２本だけに限定されるものではなく、３本以上であってもよい。

また、図１におけるスリット６はアンテナグランド１に切れ込みを入れることで構成されているが、スリット６の形状はこれに限定されるものではない。前述の式（１）（２）を満足するような伝送線路と等価な動作をする形状であれば良い。例えば図６に示すようにアンテナグランド１に細線導体を近接配置し、その一端をアンテナグランド１に接続してスリット６としても良い。

また、並列共振器７とスリット６の位置関係は設計に応じて自由に選択することが可能であるが、スリット６に生じる磁界が最大となる開放端付近に配置するのが望ましい。さらに、上記例では、スリット６と並列共振器７とは第１の給電点４と第２の給電点５との間に１組だけとしたが、複数組を設けてもよい。

以上説明したように、実施の形態１のアンテナ装置によれば、地導体と、２つ以上の導体と、導体のそれぞれと地導体との間に電圧を印加する２つ以上の給電点と、地導体上の給電点の間に設けられた少なくとも１つのスリットと、スリットと電磁結合する並列共振回路とを備えたので、アンテナの専有面積を小さくすることができ、回路基板上のレイアウトの制約を緩和することができる。

また、実施の形態１のアンテナ装置によれば、並列共振回路は一部が切り離されたリング状導体と、リング状導体の切り離された部分に接続されたキャパシタンス要素からなるようにしたので、スリットと電磁結合する並列共振器を容易に得ることができる。

また、実施の形態１のアンテナ装置によれば、並列共振回路をスプリットリング共振器としたので、スリットと電磁結合する並列共振器を容易に得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では２本のアンテナ間に電流を抑圧するスリットを設けて結合量を低減させたが、スリットをアンテナの給電点近傍に配置することで地導体上へ流れる電流を抑圧し、地導体の影響を低減するアンテナ装置を得ることができる。

図７はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を示す構成図である。図７において、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号で表し、その説明を省略する。実施の形態１との相違点は、スリット６Ａを第１の給電点４に、スリット６Ｂを第２の給電点５に近接配置させている点である。すなわち、各給電点４、５のそれぞれに近接させてスリット６Ａ、６Ｂを形成している。また、各スリット６Ａ、６Ｂに対しては、実施の形態１と同様に、それぞれ並列共振器７Ａ、７Ｂが設けられている。これ以外は実施の形態１と同様である。

このような構成とすることで、第１の給電点４および第２の給電点５において第１のアンテナ２および第２のアンテナ３に高周波電圧が印加された場合に生じる地導体１への電流は、スリット６Ａやスリット６Ｂによって抑圧される。その結果、地導体１を流れる電流がアンテナ特性に及ぼす影響を低減できる。これにより地導体１の大きさによって放射特性が変化することを防ぐことができ、外乱の影響を受けにくいアンテナ装置を得ることができる。

なお、図７では２本のアンテナが地導体１上に設けられているが、アンテナの数はこれに限定されるものではなく、１本の場合でも３本以上の場合でも同様の効果を得ることができる。このような場合、スリット６と並列共振器７とは、それぞれの給電点に近接して設置される。

以上説明したように、実施の形態２のアンテナ装置によれば、地導体と、少なくとも１つの導体と、少なくとも１つの導体と地導体との間に電圧を印加する少なくとも１つの給電点と、地導体に設けられた少なくとも１つのスリットと、スリットと電磁結合する並列共振回路とを備え、スリットは給電点に近接して配置されるようにしたので、実施の形態１の効果に加えて、外乱の影響を受けにくいアンテナ装置を得ることができる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係るアンテナ装置のスリット６を示す図である。他の構成要素は実施の形態１または実施の形態２と同様であるため、ここでの説明は省略する。
図８において、スリット６は、図示しない基板を介して並列共振器７と対向させる部分において微小な導体片１２を含んでいる。導体片１２はスリット６の長辺のそれぞれの端から交互に突出するように構成されている。なお、図８中では並列共振器７の図示は省略している。

このような構成とすることで、導体片１２はキャパシタンス要素として動作し、図３に示した等価回路のキャパシタンス成分Ｃ１を大きくさせる作用がある。従って、スリット６と等価である並列共振回路１０の共振周波数を低くすることができる。これにより、更にスリット長を短縮することができ、アンテナの占有面積を削減することができる。

なお、上記例では、導体片１２の設置位置を並列共振器７の対向部分（スリット６における開口端付近）としたが、スリット６におけるキャパシタンス要素として動作する位置であれば他の位置に設置するようにしてもよい。

以上説明したように、実施の形態３のアンテナ装置によれば、スリットの長辺に交互に微小な導体群を配列させたので、更にスリット長を短縮することができ、アンテナの占有面積を更に削減することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ アンテナグランド（地導体）、２ 第１のアンテナ、３ 第２のアンテナ、４ 第１の給電点、５ 第２の給電点、６，６Ａ，６Ｂ スリット、７，７Ａ，７Ｂ 並列共振器、８ ループ状導体、９ チップキャパシタ、１０，１１ 並列共振器回路、１２ 導体片。

Claims (5)

1. 地導体と、
   ２つ以上の導体と、
   前記導体のそれぞれと前記地導体との間に電圧を印加する２つ以上の給電点と、
   前記地導体上の前記給電点の間に設けられた少なくとも１つのスリットと、
   前記スリットと電磁結合する並列共振回路とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 地導体と、
   少なくとも１つの導体と、
   前記少なくとも１つの導体と前記地導体との間に電圧を印加する少なくとも１つの給電点と、
   前記地導体に設けられた少なくとも１つのスリットと、
   前記スリットと電磁結合する並列共振回路とを備え、
   前記スリットは前記給電点に近接して配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
3. 並列共振回路は一部が切り離されたリング状導体と、前記リング状導体の切り離された部分に接続されたキャパシタンス要素からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
4. 並列共振回路はスプリットリング共振器であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
5. スリットの長辺に交互に微小な導体群を配列させたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。

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