JP2017228860A

JP2017228860A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2017228860A
Application number: JP2016122160A
Authority: JP
Inventors: 博育田山; Hiroiku Tayama; 官　寧; Yasushi Kan; 寧官
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-28

Abstract

【課題】アンテナ装置が備える２つのアンテナにおけるアイソレーション特性を高めること。
【解決手段】アンテナ装置（１）は、表面にグランド層（４０）が形成された基板（５０）と、基板（５０）上に起立した第１のアンテナ（１０）と、基板（５０）上に起立し、第１のアンテナ（１０）と共通の動作帯域を有する第２のアンテナ（２０）と、基板（５０）上に起立し、グランド層（４０）と短絡された遮蔽板（３０）であって、第１のアンテナ（１０）と第２のアンテナ（２０）との間に配置された遮蔽板（３０）と、を備えており、第１のアンテナ（１０）と第２のアンテナ（２０）との間隔は、動作帯域の下限周波数に対応する実効波長の８分１以上８分３以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを備えたアンテナ装置に関する。

近年、移動通信の普及に伴い、移動体（例えば自動車など）に移動通信用の送受信両用のアンテナ装置が搭載されることが増えている。送受信両用のアンテナ装置は、共通する動作帯域を有する２つのアンテナを備えている。このようなアンテナ装置は、自動車の見栄えをよくするとともに、移動体の空気抵抗を増大させないために、例えばシャークフィンと呼ばれる背びれ状のハウジングなどに収容される。

この背びれ状のハウジングは、自動車のルーフに搭載されるため、搭載可能な位置が限定されている。そのため、背びれ状のハウジングに対しては、コンパクト化の強い要望が寄せられる。それにともない、ハウジングに収容可能なアンテナであって、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）用の周波数帯域において動作可能なアンテナ装置に対しても、コンパクト化の強い要望が寄せられる。

特許文献１には、背びれ状のハウジング（シャークフィンアンテナハウジング）の内部に収容可能なアンテナであって、２つのアンテナ（平衡アンテナ及び非平衡アンテナ）を備えたアンテナ装置（車両用再構成可能ＭＩＭＯＳＡアンテナ）が記載されている。

特表２０１６−５０４７９９号公報（２０１６年２月１２日公開）

ところで、送受信両用のアンテナ装置においては、共通の又は重複する周波数帯域で動作する送信用のアンテナと受信用のアンテナとを、ひとつの筐体内に収容する必要が生じる。このようなアンテナ装置において筐体のコンパクト化を進めると、送信用のアンテナと受信用のアンテナとが近接して配置されることになる。

しかしながら、共通の又は重複する周波数帯域で動作する送信用のアンテナと受信用のアンテナとを近接させて配置させた場合、送信用のアンテナが放射した電磁波の影響を受信用のアンテナが受けてしまい、基地局との通信に支障をきたすという課題があった。受信用のアンテナが正しく基地局と通信するためには、送信用のアンテナが放射した電磁波の影響を受信用のアンテナが受けないように互いのアンテナを電気的に孤立させることが求められる。換言すれば、これら２つのアンテナにおけるアイソレーション特性を高めることが求められる。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、共通する動作帯域を有する２つのアンテナを備えたアンテナ装置において、これら２つのアンテナにおけるアイソレーション特性を高めることである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアンテナ装置は、表面にグランド層が形成された基板と、前記基板上に起立し、前記グランド層と短絡された放射素子と、前記グランド層から絶縁された放射素子とを含む第１のアンテナと、前記基板上に起立し、前記グランド層と短絡された放射素子と、前記グランド層から絶縁された放射素子とを含む第２のアンテナであって、前記第１のアンテナと共通の動作帯域を有する第２のアンテナと、前記基板上に起立し、前記グランド層と短絡された遮蔽板であって、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間に配置された遮蔽板と、を備えており、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔は、前記動作帯域の下限周波数に対応する実効波長の８分１以上８分３以下である。

遮蔽板は、第１のアンテナと第２のアンテナとの間に形成される電界を遮ることができる。すなわち、遮蔽板は、第１のアンテナと第２のアンテナとを電磁気的に隔離することができる。したがって、本アンテナ装置は、同じ動作帯域を有する第１のアンテナと第２のアンテナとを至近距離に配置しているにも関わらず、一方のアンテナから送信した電磁波を、他方のアンテナが強い強度のまま受信してしまうことを防止できる。したがって、本アンテナ装置は、第１のアンテナと第２のアンテナとにおけるアイソレーション特性を高めることができる。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、前記グランド層は、前記第１のアンテナの根元を取り囲む第１の部分と、前記第２のアンテナの根元を取り囲む第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との双方に接続されたブリッジ部とにより構成されており、前記ブリッジ部は、前記第１のアンテナの根元と第２のアンテナの根元とを通る直線を避けて配線されている、ことが好ましい。

第１の部分と第２の部分とを接続するブリッジ部は、アイソレーション特性を高め得る。しかし、ブリッジ部が第１のアンテナの根元と第２のアンテナの根元とを通る直線を含んで配線されている場合、ブリッジ部は、アイソレーション特性を低下させる。上記の構成によれば、ブリッジ部は、アイソレーション特性を低下させることなく第１の部分と第２の部分とを接続する。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、前記動作帯域には、通信に用いない不使用周波数が含まれており、前記グランド層の前記第１の部分は、前記第１のアンテナの前記根元から前記不使用周波数に対応する実効波長の４分の１以上８分３以下の範囲内で前記第２のアンテナの前記根元に向かって延伸しており、前記遮蔽板は、その根元が当該第１の部分の先端付近に接続されている、ことが好ましい。

第１の部分及び第２の部分に短絡された遮蔽板を第１のアンテナと第２のアンテナとの間に起立させるために、第１の部分は、第１のアンテナの根元から第２のアンテナの根元に向かって延伸されている。

グランド層の一部を構成する第１の部分は、第１のアンテナ及び第２のアンテナの各々のグランド層と短絡された放射素子と短絡されている。したがって、第１の部分は、一種の放射素子として機能し得る。

上記の構成によれば、第１の部分が放射素子として機能する場合であっても、その延伸された部分の長さは、動作帯域内の不使用周波数の実効波長に相当するため、不使用周波数以外の動作帯域に対して悪影響を及ぼさない。したがって、不使用周波数を除く動作帯域におけるアイソレーション特性を悪化させることなく、遮蔽板を第１のアンテナと第２のアンテナとの間に設けることができる。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、前記グランド層の前記第２の部分は、前記第２のアンテナの前記根元からの距離が前記動作帯域の上限周波数に対応する実効波長の４分の１以上８分３以下となる範囲に形成されている、ことが好ましい。

グランド層の一部を構成する第２の部分は、第１のアンテナと第２のアンテナとのアイソレーション特性を高める要因の一つである。その一方、第１の部分と同じように、第２の部分は、グランド層の一部を構成するために一種の放射素子として機能し得る。

上記の構成によれば、第２の部分が放射素子として機能する場合であっても、第２の部分は、動作帯域の上限周波数よりも高い周波数の電磁波のみを放射する。なぜなら、第２の部分は、動作帯域の上限周波数に対応する実効波長以下となる範囲に形成されているためである。したがって、このように構成された第２の部分は、動作帯域におけるアイソレーション特性を悪化させない。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、前記グランド層に短絡された放射素子として、前記グランド層から絶縁された放射素子よりも電気長が短い２つの放射素子であって、当該グランド層から絶縁された放射素子を挟み込むように配置された２つの放射素子を備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、第１のアンテナ及び第２のアンテナは、サイズがコンパクトで、且つ、動作帯域が従来のアンテナより広いアンテナを提供することができる。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、第１の給電線を構成する一方の導体を前記第１のアンテナの前記グランド層から絶縁された放射素子に接続すると共に、前記第１の給電線を構成する他方の導体を前記第１のアンテナの前記グランド層に短絡された放射素子に接続するための第１のコネクタと、第２の給電線を構成する一方の導体を前記第２のアンテナの前記グランド層から絶縁された放射素子に接続すると共に、前記第２の給電線を構成する他方の導体を前記第２のアンテナの前記グランド層に短絡された放射素子に接続するための第２のコネクタとを、更に備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、第１の給電線の延伸方向に対してグランド層から絶縁された放射素子の長手方向を沿わせるように配置する場合に、第１のアンテナと第１の給電線とを第１のコネクタを介して容易に接続することができる。第２のアンテナについても同様である。したがって、アンテナ装置に対して、第１及び第２の給電線を接続することを容易にすることができる。

本発明は、共通する動作帯域を有する２つのアンテナを備えたアンテナ装置において、互いのアンテナにおけるアイソレーション特性を高めることができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示したアンテナ装置の断面図である。図１に示したアンテナ装置が備えているグランド層の平面図である。本発明の第１の実施例であるアンテナ装置が備えている第１，第２のアンテナの平面図である。第１の実施例であるアンテナ装置の利得及びＶＳＷＲを測定するときに用いた構成の斜視図である。（ａ）及び（ｂ）の各々は、それぞれ、第１の実施例であるアンテナ装置が備えている第１，第２のアンテナの利得とＶＳＷＲとを示すグラフである。第１の実施例であるアンテナ装置及び比較例であるアンテナ装置のアイソレーション特性を示すグラフである。第２〜第５の実施例であるアンテナ装置のアイソレーション特性を示すグラフである。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１について、図１〜図２を参照して説明する。図１の（ａ）は、アンテナ装置１は、の斜視図である。図１の（ｂ）は、アンテナ装置１の断面の一部を拡大した断面図である。具体的には、アンテナ１０の根元付近の断面を拡大した断面図である。図２は、アンテナ装置１が備えているグランド層４０の平面図である。なお、図２には、基板５０を仮想線（二点鎖線）を用いて図示している。

図１の（ａ）に示すように、アンテナ装置１は、第１のアンテナであるアンテナ１０と、第２のアンテナであるアンテナ２０と、遮蔽板３０と、表面にグランド層４０が形成された基板５０と、ベースブロック６０を備えている。

（アンテナ１０）
図１の（ａ）に示すように、アンテナ１０は、放射素子１１と、放射素子１２と、放射素子１３と、誘電体基板１４と、第１のコネクタであるコネクタ１５とにより構成されている。放射素子１１〜１３の各々は、金属（例えば銅）製の導体箔を後述する形状に成形したものである。放射素子１１〜１３の各々は、誘電体基板１４の一方の表面に形成されている。

図１の（ａ）に示すように、アンテナ１０は、放射素子１１と、放射素子１２と、放射素子１３と、誘電体基板１４と、コネクタ１５とを備えている。放射素子１１〜１３の各々は、金属（例えば銅）製の導体箔を所望の形状に成形することによって得られる。放射素子１１〜１３の各々は、誘電体基板１４の一方の表面に形成されている。放射素子１２及び放射素子１３は、放射素子１１を挟み込むように配置されている。

放射素子１１は、低周波側の周波数帯域を動作帯域とする放射素子である。放射素子１１の電気長は、第１の共振点である６９８ＭＨｚの電磁波に対応するように定められている。放射素子１１の電気長は、放射素子１１の一端と他端との距離を、放射素子１１の中心軸に沿って図った長さに対応する。

放射素子１２，１３の各々は、高周波側の周波数帯域を動作帯域とする放射素子である。放射素子１２の電気長は、第２の共振点である１４２０ＭＨｚの電磁波に対応するように定められている。放射素子１３の電気長は、第３の共振点である２０００ＭＨｚの電磁波に対応するように定められている。したがって、放射素子１２の電気長、及び、放射素子１３の電気長は、放射素子１１の電気長よりも短い。放射素子１２及び１３の各々の電気長は、それぞれ、放射素子１２の放射素子１１に対向する側と反対側の外縁及び放射素子１３の放射素子１１に対向する側と反対側の外縁の長さに対応する。アンテナ１０は、６９８ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の周波数帯域、いわゆるＬＴＥ用の周波数帯域を動作帯域とするように設計されている。したがって、アンテナ１０の動作帯域は、下限周波数ｆ１が６９８ＭＨｚであり、上限周波数ｆ２が２６９０ＭＨｚである動作帯域である。なお、本明細書では、上記動作帯域のうち６９８ＭＨｚ以上９６０ＭＨｚ以下の周波数帯域を重視する。動作帯域のうち低周波側の周波数帯域におけるアイソレーション特性は、アンテナ装置１の動作に大きな影響を与えるためである。

このように、放射素子１２，１３は、放射素子１１を挟み込むように配置されている。したがって、アンテナ１０は、従来のアンテナと同程度にコンパクトである。

放射素子１２，１３の各々の電気長は、放射素子１１の電気長よりも短い。すなわち、アンテナ１０は、放射素子１１の電気長に対応する第１の共振点と、第２及び第３の放射素子の各々の電気長にそれぞれ対応する第２及び第３の共振点とを有する。第１の共振点を６９８ＭＨｚに設定し、第２の共振点を１４２０ＭＨｚに設定し、第３の共振点を２０００ＭＨｚに設定することによって、アンテナ１０は、所望の周波数帯域である６９８ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の周波数帯域を動作帯域にし得る。

更に、アンテナ１０において、放射素子１２，１３の各々は、放射素子１１を挟み込むように配置されている。この構成によれば、放射素子１１と放射素子１２との間に生じる容量の値、及び、放射素子１１と放射素子１３との間に生じる容量の値を容易に制御できる。したがって、所望の周波数帯域のうち特定の帯域においてＶＳＷＲが低下すること防止し、ＶＳＷＲの谷間が生じることを防止することができる。したがって、アンテナ１０は、所望の周波数帯域であるＬＴＥ用の周波数帯域を動作帯域にすることができる。

以上のように、アンテナ１０は、サイズがコンパクトで、且つ、動作帯域が従来のアンテナより広いアンテナを提供することができる。

コネクタ１５は、アンテナ１０と、同軸ケーブル（図１に不図示）とを接続する。同軸ケーブルは、請求の範囲に記載の給電線の一例である。同軸ケーブルは、内側導体、外側導体、及び、内側導体と外側導体とを絶縁する絶縁層と、外側導体の外側を覆う被覆層とにより構成されている。内側導体及び外側導体の各々は、それぞれ、請求の範囲に記載の一方の導体及び他方の導体に対応する。

コネクタ１５は、中心導体、外側導体、及び、中心導体と外側導体とを絶縁する絶縁体により構成されている。図１の（ｂ）に示すように、コネクタ１５の中心導体は、同軸ケーブルの内側導体を放射素子１１の一端（図１においては下端）に電気的に接続する。コネクタ１５の外部導体は、同軸ケーブルの外側導体を放射素子１２の一端（図１においては下端）及び放射素子１３の一端（図１においては下端）の両方に電気的に接続する。したがって、放射素子１２及び放射素子１３は、コネクタ１５の外側導体を介して短絡されている。また、放射素子１１は、放射素子１２，１３から絶縁されている。

上記の構成によれば、同軸ケーブルの延伸方向に対して放射素子１１の長手方向を沿わせるように配置する場合に、容易にアンテナ１０と同軸ケーブルとをコネクタ１５を介して接続することができる。放射素子１１と、放射素子１１を挟み込むように配置された放射素子１２，１３との配置が、同軸ケーブルの内側導体と、内側導体を取り囲むように配置された外側導体との配置に対応するためである。

（アンテナ２０）
アンテナ２０は、上述したアンテナ１０と同様の構成を有する。すなわち、アンテナ２０は、放射素子２１と、放射素子２２と、放射素子２３と、誘電体基板２４と、コネクタ２５とを備えている。放射素子２１〜２３は、放射素子１１〜１３と同様に構成されており、誘電体基板２４は、誘電体基板１４と同様に構成されており、コネクタ２５（請求の範囲に記載の第２のコネクタ）は、コネクタ１５と同様に構成されている。したがって、放射素子２１は、グランド層４０から絶縁されており、放射素子２２，２３は、グランド層と短絡されている。また、アンテナ２０は、基板５０の表面上に起立している。

以上のように、アンテナ２０は、アンテナ１０と同様の構成を有するため、アンテナ１０と共通の動作帯域を有する。したがって、アンテナ装置１の動作帯域は、ＬＴＥ用の周波数帯域である。すなわち、アンテナ装置１の動作帯域の、下限周波数ｆ１は６９８ＭＨｚであり、上限周波数ｆ２は２６９０ＭＨｚである。

（グランド層４０）
グランド層４０は、導電体（本実施形態においては銅）によって構成されている。グランド４０は、基板５０の表面に貼り付けられた導体板であってもよいし、基板５０の表面に形成された導体膜であってもよい。表面にグランド層４０が形成された基板５０は、プリント回路基板の一態様である。したがって、プリント回路基板の分野で用いられるパターニング技術を適用することにより、グランド層４０は、容易に任意の形状にパターニング可能である。グランド層の形状については、後述する。

図１の（ｂ）に示すように、グランド層４０の、アンテナ１０の根元（放射素子１１の一端）に対応する位置には、開口４０ａが設けられている。

同様に、グランド層４０の、アンテナ２０の根元（放射素子２１の一端（下端））に対応する位置には、開口が設けられている。この構成によれば、放射素子２１の一端と、コネクタ２５の中心導体とを接続することができる。

（基板５０）
基板５０は、長円形状（オーバル形状）に成形された誘電体によって構成されている。基板５０を構成する材料は、例えば、ポリイミドフィルムのような柔軟性を有する材料（剛性が低い材料）であってもよいし、ガラスエポキシ樹脂のような剛性が高い材料であってもよい。

図１の（ｂ）に示すように、基板５０の、アンテナ１０の根元（放射素子１１の一端）に対応する位置には、開口５０ａが設けられている。開口４０ａの直径及び開口５０ａの直径は、コネクタ１５の外径よりも大きい。

以上のように、グランド層４０の、アンテナ１０の根元に対応する位置に開口４０ａが設けられており、且つ、基板５０の、アンテナ１０の根元に対応する位置に開口５０ａが設けられていることによって、開口４０ａ及び開口５０ａを貫通するようにコネクタ１５を配置することができる。したがって、コネクタ１５は、放射素子１１の一端と、コネクタ１５の中心導体とを接続することができる。

さらに、コネクタ１５の外部導体は、基板５０の表面に形成されたグランド層４０と短絡されている。したがって、放射素子１２，１３は、コネクタ１５の外部導体に短絡されるとともにグランド層４０に短絡されている。

なお、本実施形態では、放射素子１２，１３と、コネクタ１５の外部導体と、グランド層４０とを短絡する方法として半田付けを用いている。すなわち、放射素子１２，１３と、コネクタ１５の外部導体と、グランド層４０とは、半田を介して短絡されている。

この半田は、表面にグランド層４０が形成された基板５０の表面に対して、アンテナ１０を起立した状態で固定する固定部材でもある。すなわち、アンテナ１０は、基板５０の表面上に起立している。

同様に、グランド層４０及び基板５０の各々の、アンテナ２０の根元に対応する位置には、それぞれ、開口が設けられている。この構成によれば、アンテナ１０の場合と同様に、アンテナ２０を基板５０の表面上に、起立した状態で固定することができる。

（ベースブロック６０）
ベースブロック６０は、長円形状（オーバル形状）に形成された高い剛性を有する材料によって構成されている。ベースブロック６０を構成する材料は、例えばガラスエポキシ樹脂や、ＡＢＳ樹脂や、アクリル樹脂などに代表される樹脂材料であることが好ましい。

ベースブロック６０の表面には、上述した基板５０の裏面（グランド層が設けられている側と逆側の表面）が、例えば樹脂製の接着剤を用いて接合されている。

ベースブロック６０の、アンテナ１０の根元に対応する位置には、開口６０ａが設けられている。開口６０ａの直径は、アンテナ１０に接続される同軸ケーブルの一端に設けられたコネクタ（コネクタ１５と対をなす他方のコネクタ）の外形よりも大きい。この構成によれば、開口６０ａの内部に上記他方のコネクタの少なくとも一部を収容することができる。

ベースブロック６０の厚さは、任意である。しかし、上記他方のコネクタの全体を開口６０ａの内部に収容するために、ベースブロック６０の厚さは、上記他方のコネクタの長さより厚いことが好ましい。また、その表面に接続された基板５０がしならないように、十分な合成を有する厚みであることが好ましい。

このように構成されたアンテナ装置１において、（１）基板５０の表面内において、基板５０及びベースブロック６０の長軸に沿った方向であって、アンテナ２０からアンテナ１０へ向かう方向をｙ軸正方向と規定し、（２）基板５０の表面内において、ｙ軸に直交する方向であって、基板１４の、放射素子１１〜１３が形成されている側の表面から、放射素子１１〜１３が形成されていない側の表面（裏面）へ向かう方向をｘ軸正方向と規定し、（３）ｘｙ平面に直交する方向であって、基板５０からグランド層４０へ向かう方向をｚ軸正方向と規定する。

また、以下において、ｚ軸正方向が天頂方向に沿うようにアンテナ１０を空間中に配置したものとして説明する。しかし、アンテナ１０を運用する場合にアンテナ１０を配置する方向は、これに限定されるものではなく、任意に定めることができる。

（アンテナ及び遮蔽板の配置）
図１の（ａ）に示すように、アンテナ１０の誘電体基板１４及びアンテナ２０の誘電体基板２４の各々は、それぞれ、その表面がｙｚ平面に沿うように配置されている。また、図２に示すように、誘電体基板１４及び誘電体基板２４の各々は、長円形状である基板５０の長軸上に一列に配列している。

また、誘電体基板１４及び誘電体基板２４の各々の表面は、基板５０及びグランド層４０の表面に対して直行している。

したがって、放射素子１１〜１３及び放射素子２１〜２３の各々は、ｙｚ平面に沿った同一平面上に配置されている。換言すれば、アンテナ１０をｙ軸負方向へ並進させた位置にアンテナ２０は、配置されている。

アンテナ１０とアンテナ２０とは同様に構成されているため、基板１４と基板２４とは合同である。したがって、アンテナ１０とアンテナ２０との間隔ＬＧＡＰは、基板１４のｙ軸負方向側の外縁と、基板２４のｙ軸正方向側の外縁との間隔をｙ軸方向に沿って測った場合の長さである（図１参照）。

アンテナ装置１において、間隔ＬＧＡＰは、動作帯域の下限周波数ｆ１に対応する実効波長λｇ１の８分１以上８分３以下となるように定められている。ｆ１＝６９８ＭＨｚなので、真空中における波長λ０は、λ０＝４３０ｍｍである。誘電体基板１４の比誘電率ε０がε０＝４．４であり、且つ、誘電体基板１４の厚さが１．６ｍｍである場合、実効波長λｇ１は、λｇ１＝２１５ｍｍであり、実効波長λｇ１の４分の１の長さである４分の１実効長は、５３．８ｍｍである。したがって、アンテナ装置１において、間隔ＬＧＡＰは、５３．８ｍｍ以上８０．６ｍｍ以下となるように定められている。

そのうえで、アンテナ１０とアンテナ２０との間には、導電体（例えば銅）製の遮蔽板３０が配置されている。遮蔽板３０は、基板５０上に起立しており、且つ、その一端（下端）がグランド層４０に接続されている。すなわち、遮蔽板３０は、グランド層４０に短絡されている。遮蔽板３０の根元（下端）は、グランド層４０の表面に対して、半田付けされている。

本実施形態において、遮蔽板３０とｘｙ平面とのなす角は、基板１４のｙ軸負方向側の外縁とｘｙ平面とのなす角、及び、基板２４のｙ軸正方向側の外縁とｘｙ平面とのなす角と略等しくなるように構成されていることが好ましい。ここで、略等しいとは、製造上の誤差を含む。

遮蔽板３０は、アンテナ１０とアンテナ２０との間に形成される電界を遮ることができる。すなわち、遮蔽板３０は、アンテナ１０とアンテナ２０との各々を電磁気的に隔離することができる。したがって、アンテナ装置１は、同じ動作帯域を有するアンテナ１０とアンテナ２０とを至近距離に配置しているにも関わらず、一方のアンテナ（例えばアンテナ１０）から送信した電磁波を、他方のアンテナ（例えばアンテナ２０）が強い強度のまま受信してしまうことを防止できる。

なお、本実施形態において、遮蔽板３０の一端は、基板５０の長軸と交わるように配置されている。しかし、遮蔽板３０の一端は、基板５０の長軸と交わらないように、当該長軸のｘ軸正方向側又はｘ軸負方向側にずらして配置されていてもよい。

（グランド層４０のパターン）
図２に示すように、グランド層４０は、第１の部分４１と、第２の部分４２と、ブリッジ部４３とにより構成されている。

第１の部分４１は、アンテナ１０の根元（すなわち、放射素子１１の一端に対応する開口４０ａ，５０ａ部分）を取り囲み、アンテナ１０の根元からアンテナ２０の根元（すなわち、放射素子２１の一端に対応する開口部分）へ向かう方向（ｙ軸負方向）に延伸されている。

第２の部分４２は、第２のアンテナ２０の根元を取り囲み、アンテナ２０の根元からアンテナ１０の根元へ向かう方向（ｙ軸正方向）に延伸されている。

ブリッジ部４３は、第１のアンテナ１０の根元と第２のアンテナ２０の根元とを通る直線（基板５０の長軸と一致する直線）を避けて配線されている。本実施形態において、ブリッジ部４３は、ｙ軸方向に沿った方向に延伸された帯状導体であり、基板５０の長軸をｘ軸負方向側に避けて配線されている。

第１の部分４１と第２の部分４２とを接続するブリッジ部４３は、アイソレーション特性を高め得る。しかし、ブリッジ部４３がアンテナ１０の根元とアンテナ２０の根元とを通る直線（基板５０の長軸に一致する直線）の上に配線されている場合、ブリッジ部４３は、アイソレーション特性を低下させる。上記の構成によれば、ブリッジ部４３は、アイソレーション特性を低下させることなく第１の部分４１と第２の部分４２とを接続する。

また、グランド層４０の第１の部分４１は、アンテナ１０の根元からアンテナ２０の根元に向かって、所定の長さである長さＬ１だけ延伸されていることが好ましい。更に、遮蔽板３０は、その根元が第１の部分４１の先端付近（第１の部分４１のｙ軸負方向側の外縁付近）に接続されている、ことが好ましい。ここで、第１の部分４１の先端付近とは、第１の部分４１の先端（第１の部分４１のｙ軸負方向側の外縁）からの距離が第１の部分４１の根元から第１の部分４１の先端までの距離であるＬ１に比べて十分に小さい領域のことを指す。

また、長さＬ１は、ＬＴＥ用の通信に用いない不使用周波数ｆ３に対応する実効波長λｇ３の４分の１以上８分の３以下の範囲内であることが好ましい。

なお、不使用周波数ｆ３は、ＬＴＥ用の通信に用いない周波数帯域である不使用周波数帯に含まれている周波数である。ＬＴＥ用の周波数帯域における代表的な不使用周波数帯は、１０００ＭＨｚ以上１４００ＭＨｚ以下である。ｆ３＝１０００ＭＨｚである場合の実効周波数λｇ３は、λｇ３＝１５０ｍｍであり、ｆ３＝１４００ＭＨｚである場合の実効周波数λｇ３は、λｇ３＝１０７ｍｍである。したがって、長さＬ１は２６．８ｍｍ以上５６．３ｍｍ以下であることが好ましい。

第１の部分４１及び第２の部分４２に短絡された遮蔽板３０をアンテナ１０とアンテナ２０との間に起立させるために、第１の部分４１は、アンテナ１０の根元からアンテナ２０の根元に向かって延伸されている。

グランド層４０の一部を構成する第１の部分４１は、アンテナ１０の放射素子１２，１３、及び、アンテナ２０の放射素子２２，２３と短絡されている。したがって、第１の部分４１は、一種の放射素子として機能し得る。

上記の構成によれば、第１の部分４１が放射素子として機能する場合であっても、その延伸された部分の長さＬ１は、動作帯域内の不使用周波数ｆ３の実効波長λｇ３に相当するため、不使用周波数ｆ３を除いた動作帯域に対して悪影響を及ぼさない。したがって、このように構成された第１の部分４１は、不使用周波数ｆ３を除く動作帯域におけるアイソレーション特性を悪化させることなく、遮蔽板を第１のアンテナと第２のアンテナとの間に設けることができる。

また、グランド層４０の第２の部分４２は、アンテナ２０の根元からの距離が動作帯域の上限周波数ｆ２に対応する実効波長λｇ２の４分の１以上８分の３以下となる範囲に形成されている、ことが好ましい。なお、上限周波数ｆ２である２６９０ＭＨｚに対応する実効波長λｇ２は、λｇ２＝５５．５ｍｍである。したがって、第２の部分４２は、アンテナ２０の根元から１３．７５ｍｍ以上２０．８ｍｍ以下となる範囲に形成されていることが好ましい。

グランド層４０の一部を構成する第２の部分４２は、アンテナ１０とアンテナ２０とのアイソレーション特性を高める要因の一つである。その一方、第１の部分４１と同様に、第２の部分４２は、グランド層４０の一部を構成するために一種の放射素子として機能し得る。

上記の構成によれば、第２の部分４２が放射素子として機能する場合であっても、第２の部分４２は、動作帯域の上限周波数ｆ２よりも高い周波数の電磁波のみを放射する。なぜなら、第２の部分４２は、動作帯域の上限周波数ｆ２に対応する実効波長λｇ２以下となる範囲に形成されているためである。したがって、このように構成された第２の部分４２は、動作帯域におけるアイソレーション特性を悪化させない。

〔第１の実施例〕
図３は、図１に示したアンテナ装置１の第１の実施例が備えているアンテナ１０，２０の平面図である。図３においては、コネクタ１５，２５を省略し図示していない。ここでは、アンテナ１０を例にして説明する。本実施例のアンテナ１０が備えている放射素子１１，１２，１３の各々は、図３に示した形状にパターニングされている。本実施例のアンテナ１０において、放射素子１１の中心軸（放射素子１１の首部の中心軸）と放射素子１１の他端（上端）とのなす角は、７０°である。すなわち、上記中心軸と上記他端の法線とのなす角（以下においてアンテナ１０の傾斜角と称する）は、２０°である。また、誘電体基板１４の比誘電率は、４．４である。

上述したように、アンテナ２０は、アンテナ１０と同様に構成されている。

本変形例のアンテナ装置１は、各パラメータの値を以下とおり定めることによって得られた。

間隔Ｌｇａｐ＝７０ｍｍ
長さＬ１＝４３ｍｍ
λｇ２＝１９ｍｍ
７０ｍｍという間隔Ｌｇａｐは、ＬＴＥ用の周波数帯域の下限周波数ｆ１に対応する実効波長λｇ１の３２．６％に相当する。

本実施例のアンテナ装置１を用いて、利得及びＶＳＷＲ、並びに、アンテナ１０とアンテナ２０とにおけるアイソレーション特性を測定した。図４は、この測定を実施するときに用いた構成の斜視図である。

図４に示すように、アンテナ装置１は、アルミニウム合金製の円盤１００の中心に配置されている。円盤１００の直径は、５００ｍｍである。ここでは、アンテナ装置１を自動車のルーフ上に搭載することを想定しており、円盤１００は、自動車のルーフを模している。なお、円盤１００の中心付近には、アンテナ１０のコネクタ１５に接続する同軸ケーブル、及び、アンテナ２０のコネクタ２５に接続する同軸ケーブルを通すための貫通孔が設けられている。

アンテナ１０のコネクタ１５及びアンテナ２０のコネクタ２５には、実施する測定の種類に応じて送信回路又は受信回路が、同軸ケーブルを介して接続される。

（利得及びＶＳＷＲ）
図５の（ａ）及び（ｂ）の各々は、それぞれ、本実施例のアンテナ装置１が備えているアンテナ１０及び２０の利得とＶＳＷＲとを示すグラフである。

図５の（ａ）に示した利得を参照すれば、本実施例のアンテナ装置１に搭載されたアンテナ１０は、９００ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の幅広い周波数帯域において、−２ｄＢｉ以下の良好な利得を示すことがわかった。また、図５の（ａ）に示したＶＳＷＲを参照すれば、８００ＭＨｚ以上１４５０ＭＨｚ以下の周波数帯域、及び、１６５０ＭＨｚ以上２８００ＭＨｚ以下の周波数帯域という幅広い周波数帯域において、本実施例のアンテナ１０は、２以下の良好なＶＳＷＲを示すことが分かった。

１４５０ＭＨｚを上回り、１６５０ＭＨｚを下回る周波数帯域において、本実施例のアンテナ１０のＶＳＷＲは、２を上回る。しかし、この周波数帯域は、ＬＴＥ用の周波数帯域における不使用帯域である。

図５の（ｂ）に示した利得を参照すれば、本実施例のアンテナ装置１に搭載されたアンテナ２０は、９００ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の幅広い周波数帯域において、−２ｄＢｉ以下の良好な利得を示すことがわかった。また、図５の（ｂ）に示したＶＳＷＲを参照すれば、１６００ＭＨｚ以上２６００ＭＨｚ以下の周波数帯域において、本実施例のアンテナ２０は、２以下の良好なＶＳＷＲを示すことが分かった。

１４５０ＭＨｚを下回る周波数帯域において、本実施例のアンテナ２０のＶＳＷＲは、２を上回る。しかし、７００ＭＨｚ以上１３５０ＭＨｚ以下の周波数帯域において、本実施例のアンテナ２０は、３以下のＶＳＷＲを示した。ＶＳＷＲが２には達しないものの、ＶＳＷＲが３以下であればＬＴＥ用のアンテナとして用いることができる。

１３５０ＭＨｚを上回り１４２０ＭＨｚを下回る周波数帯域において、本実施例のアンテナ２０のＶＳＷＲは、３を上回る。しかし、この周波数帯域は、ＬＴＥ用の周波数帯域における不使用帯域である。

アンテナ１０，２０では、上述したように放射素子１１，１２，１３の外縁の形状を定めることにより、−２ｄＢｉ以下の利得と３以下のＶＳＷＲとを幅広い周波数帯域において実現することができた。また、ＶＳＷＲが３を上回る周波数帯域がわずかに生じる場合であっても、その周波数帯域を不使用帯域内に設定することができた。したがって、ＶＳＷＲが３を上回る周波数帯域は、アンテナ１０，２０をＬＴＥ用のアンテナとして用いる場合に問題とならない。このように、アンテナ１０，２０は、ＬＴＥ用のアンテナとして好適に用いることができる。

（アイソレーション特性）
図６は、本実施例のアンテナ装置１におけるアイソレーション特性（Ｓ１２の周波数依存性）を示すグラフである。図６には、本発明の比較例であるアンテナ装置におけるアイソレーション特性を併せて示している。比較例のアンテナ装置は、本実施例のアンテナ装置１から遮蔽板３０を省略することによって得られた。図６では、本実施例のアンテナ装置１におけるアイソレーション特性を実線で示し、比較例のアンテナ装置のアイソレーション特性を破線で示した。

ＬＴＥ用の、送受信両用のアンテナ装置においては、低周波側の周波数帯域（６９８ＭＨｚ以上９６０ＭＨｚ以下の周波数帯域）におけるアイソレーション特性が重視され、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域におけるアイソレーション特性が特に重視される。これは、アンテナ１０とアンテナ２０との間に生じる混信は、ＬＴＥ用の周波数帯域の低周波側の帯域においてアイソレーションが不足していることの影響をより強く受けるためである。

そこで、アンテナ装置１においても、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域におけるアイソレーション特性を特に重視する。図６においては、６９８ＭＨｚ及び９６０ＭＨｚに相当する位置を一点鎖線にて示している。

ＬＴＥ用のアンテナにおいては、アイソレーション特性は、−２０ｄＢｉ以下であることが好ましいとされており、−２２．５ｄＢｉ以下であることがより好ましいとされている。そこで、本明細書では、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域において、アイソレーション特性が−２２．５ｄＢｉ以下であるアンテナ装置のことを良好なアンテナ装置と判定する。

図６を参照すれば、本実施例のアンテナ装置１は、１６００ＭＨｚ以上１８００ＭＨｚ以下の波長帯域を除いて、比較例のアンテナ装置よりもアイソレーション特性を高めることができた。すなわち、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域においても、アンテナ装置１は、アイソレーション特性を高めることができた。

以上のように、アンテナ装置１は、良好なアンテナ装置である。

（第２の変化例）
図１に示したアンテナ装置１の第２の実施例におけるアイソレーション特性を図７に示す。第２の実施例であるアンテナ装置１の各々は、第１の実施例であるアンテナ装置１において、それぞれ、間隔Ｌｇａｐを８０ｍｍと変化させることによって得られる。

上述したように、ＬＴＥ用のアンテナ装置においては低周波側の周波数帯域におけるアイソレーション特性が重視されるため、図７には、６００ＭＨｚ以上１２００ＭＨｚ以下の周波数帯域を示した。ここでは、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域に着目する。なお、図７においては、６９８ＭＨｚ、８７０ＭＨｚ、及び９６０ＭＨｚに相当する位置を一点鎖線にて示している。

図７を参照すれば、間隔Ｌｇａｐが８０ｍｍである第２の実施例のアンテナ装置１は、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域において、−２２．５ｄＢｉ以下のアイソレーション特性を示すことが分かった。第２の実施例のアンテナ装置１は、第１の実施例のアンテナ装置１と比較して、６９８ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域におけるアイソレーション特性が低下するものの、８００ＭＨｚを上回る全ての周波数帯域においてアイソレーション特性が向上することが分かった。

（第１及び第２の比較例）
図７には、アンテナ装置１の第１及び第２の比較例であるアンテナ装置のアイソレーション特性もプロットしてある。第１及び第２の比較例のアンテナ装置は、第１の実施例であるアンテナ装置１において、それぞれ、間隔Ｌｇａｐを９０ｍｍ及び１００ｍｍと変化させることによって得られる。

第１及び第２の比較例のアンテナ装置は、８４０ＭＨｚ以上の周波数帯域において、第２の実施例のアンテナ装置より良好なアイソレーション特性を示すものの、７００ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下の周波数帯域の一部において−２２．５ｄＢｉを上回ることが分かった。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１アンテナ装置
１０アンテナ（第１のアンテナ）
１１，１２，１３放射素子（第１〜第３の放射素子）
１４誘電体基板
１５コネクタ
２０アンテナ（第２のアンテナ）
２１，２２，２３放射素子（第１〜第３の放射素子）
２４誘電体基板
２５コネクタ
３０遮蔽板
４０グランド層
４１第１の部分
４２第２の部分
４３ブリッジ部
５０基板
６０ベースブロック

Claims

表面にグランド層が形成された基板と、
前記基板上に起立し、前記グランド層と短絡された放射素子と、前記グランド層から絶縁された放射素子とを含む第１のアンテナと、
前記基板上に起立し、前記グランド層と短絡された放射素子と、前記グランド層から絶縁された放射素子とを含む第２のアンテナであって、前記第１のアンテナと共通の動作帯域を有する第２のアンテナと、
前記基板上に起立し、前記グランド層と短絡された遮蔽板であって、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間に配置された遮蔽板と、を備えており、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとの間隔は、前記動作帯域の下限周波数に対応する実効波長の８分１以上８分３以下である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記グランド層は、前記第１のアンテナの根元を取り囲む第１の部分と、前記第２のアンテナの根元を取り囲む第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との双方に接続されたブリッジ部とにより構成されており、前記ブリッジ部は、前記第１のアンテナの根元と第２のアンテナの根元とを通る直線を避けて配線されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記動作帯域には、通信に用いない不使用周波数が含まれており、
前記グランド層の前記第１の部分は、前記第１のアンテナの前記根元から前記不使用周波数に対応する実効波長の４分の１以上８分３以下の範囲内で前記第２のアンテナの前記根元に向かって延伸しており、前記遮蔽板は、その根元が当該第１の部分の先端付近に接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
前記グランド層の前記第２の部分は、前記第２のアンテナの前記根元からの距離が前記動作帯域の上限周波数に対応する実効波長の４分の１以上８分３以下となる範囲に形成されている、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、前記グランド層に短絡された放射素子として、前記グランド層から絶縁された放射素子よりも電気長が短い２つの放射素子であって、当該グランド層から絶縁された放射素子を挟み込むように配置された２つの放射素子を備えている、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
第１の給電線を構成する一方の導体を前記第１のアンテナの前記グランド層から絶縁された放射素子に接続すると共に、前記第１の給電線を構成する他方の導体を前記第１のアンテナの前記グランド層に短絡された放射素子に接続するための第１のコネクタと、
第２の給電線を構成する一方の導体を前記第２のアンテナの前記グランド層から絶縁された放射素子に接続すると共に、前記第２の給電線を構成する他方の導体を前記第２のアンテナの前記グランド層に短絡された放射素子に接続するための第２のコネクタとを、更に備えている、
ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。