JP2019050641A - Planar antenna and reduction method of coupling between antenna elements - Google Patents

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Abstract

To provide a planar antenna capable of reducing coupling between antennas in the same frequency band without increasing an area of a planar antenna.SOLUTION: A planar antenna includes: a plurality of antenna elements connected with a ground in a DC manner and radiating an electromagnetic wave in the same frequency band; a general-purpose bus antenna element provided between the respective antenna elements.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、平面アンテナ及びアンテナエレメント間の結合低減方法に関する。   The present invention relates to a method for reducing coupling between a planar antenna and an antenna element.

近年、周波数の利用効率を向上させるためにMultiple Input Multiple Output(MIMO)方式が利用されている。このMIMO方式によって通信する端末は、複数のアンテナを備えており、端末と基地局との間で複数のチャネルを同時に用いて通信することができる。
しかし、端末が複数のアンテナを備えていると、アンテナ間の結合により、受信性能が低下するという問題がある。例えば、2個のアンテナを備えている端末の場合、一方のアンテナから送信された信号を他方のアンテナが受信してしまうことにより、他方のアンテナの受信性能が低下することがある。すなわち、アンテナ間に結合が生じることにより、アンテナ間の相関が高くなり、MIMO方式における通信のスループットの低下を招く恐れがある。
In recent years, Multiple Input Multiple Output (MIMO) has been used to improve frequency utilization efficiency. A terminal that communicates according to this MIMO scheme is equipped with a plurality of antennas, and can communicate simultaneously using a plurality of channels between the terminal and the base station.
However, if the terminal has a plurality of antennas, there is a problem that the coupling between the antennas degrades the reception performance. For example, in the case of a terminal provided with two antennas, when the other antenna receives a signal transmitted from one antenna, the reception performance of the other antenna may be degraded. That is, the coupling between the antennas causes the correlation between the antennas to be high, which may lower the throughput of communication in the MIMO system.

上述した理由により、MIMO方式における複数のアンテナ間の結合が低いほど、すなわちアンテナ間の相関が「0」に近い方が好ましい。
また、グランド励振型のアンテナは低姿勢でありながら、高いアンテナゲインを確保することが可能である。一方、このグランド励振型のアンテナはグランドを介してアンテナ間の結合が生じやすいという欠点を有している。
For the reasons described above, it is preferable that the lower the coupling between the multiple antennas in the MIMO scheme, that is, the closer the correlation between the antennas is to "0".
In addition, it is possible to secure high antenna gain while the ground excitation type antenna has a low attitude. On the other hand, this ground excitation type antenna has a disadvantage that coupling between the antennas is likely to occur through the ground.

このため、メタマテリアル構造の一種であるスプリットリングリゾネータ(SRR;Split-ring resonator)をアンテナ間に設けることにより、アンテナ間の結合を抑制する構成がある(例えば、非特許文献1参照)。
また、メタマテリアル構造として、マッシュルーム構造を用いた電磁バンドギャップ構造をアンテナ間に設けて、アンテナ間の結合を抑制する構成がある(例えば、非特許文献2参照)。
すなわち、上記メタマテリアル構造により、電磁波のエネルギーを吸収することで、アンテナ間において一方から他方への電磁波の伝搬を抑制し、アンテナ間における結合を低減させることができる。
For this reason, there is a configuration in which coupling between the antennas is suppressed by providing a split-ring resonator (SRR; Split-ring resonator), which is a type of metamaterial structure, between the antennas (see, for example, Non-Patent Document 1).
Further, as a metamaterial structure, there is a configuration in which an electromagnetic band gap structure using a mushroom structure is provided between the antennas to suppress coupling between the antennas (for example, see Non-Patent Document 2).
That is, by absorbing the energy of the electromagnetic wave by the metamaterial structure, the propagation of the electromagnetic wave from one to the other can be suppressed between the antennas, and coupling between the antennas can be reduced.

Dimitra A. Ketzaki, Traianos V. Yioultsis; Metamaterial-Based Design of Planer Compact MIMO Monopoles,IEEE Trans. Antennas Propagation, Vol.61, No.5, pp.2758-2766, May 2013.Dimitra A. Ketzaki, Traianos V. Yioultsis; Metamaterial-Based Design of Planer Compact MIMO Monopoles, IEEE Trans. Antennas Propagation, Vol. 61, No. 5, pp. 2758-2766, May 2013. 伊藤淳、道下尚文、森下久;マッシュルーム構造を用いた逆Fアンテナ間の相互結合抑制法、電子情報通信学会論文誌.B、通信 J92-B、No.6、pp.930-937、2009Ito Atsushi, Michishita Naofumi, Morishita Hisashi; Mutual coupling suppression method between inverted F antennas using mushroom structure, Transactions of IEICE. B, Communication J92-B, No. 6, pp. 930-937, 2009

しかしながら、上述した電磁バンドギャップ構造などのメタマテリアル構造を用いた場合、メタマテリアル構造の複数個のセルをアンテナ間に周期的に配置する必要がある。このため、メタマテリアル構造の配置面積の増加により、アンテナ基板の面積が増大してしまう。そのため、1枚の誘電体基板上に複数のアンテナを形成し、アンテナを小さくするという本来の目的が達成できなくなる。
また、メタマテリアル構造の設計は、共振周波数の調整などの複雑な作業が必要となり、かつ電磁界シミュレータなどのツールを用いた設計が必要となり、処理工程に時間がかかる。
However, when using a metamaterial structure such as the electromagnetic band gap structure described above, it is necessary to periodically arrange a plurality of cells of the metamaterial structure between antennas. For this reason, the area of an antenna substrate will increase by the increase in the arrangement area of a metamaterial structure. Therefore, it is impossible to achieve the original purpose of forming a plurality of antennas on one dielectric substrate and reducing the size of the antenna.
In addition, the design of the metamaterial structure requires complicated operations such as adjustment of the resonance frequency, and the design using a tool such as an electromagnetic field simulator is required, which requires a long processing time.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、平面アンテナの面積を増大させずに同一周波数帯のアンテナ間の結合を低減できる平面アンテナ及びアンテナエレメント間の結合低減方法を提供する。   The present invention has been made in view of these circumstances, and provides a planar antenna and a method of reducing coupling between antenna elements that can reduce coupling between antennas of the same frequency band without increasing the area of the planar antenna.

上述した課題を解決するために、本発明の平面アンテナは、グランドに直流的に接続された、同一の周波数帯で電磁波を放射する複数のアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントの各々の間に設けられた無給電アンテナエレメントとを備えることを特徴とする。   In order to solve the problems described above, the planar antenna of the present invention is provided between a plurality of antenna elements connected in a direct current manner to the ground and emitting electromagnetic waves in the same frequency band, and each of the antenna elements. And a parasitic antenna element.

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントが前記周波数帯に対して誘導性リアクタンスを有する長さであり、このリアクタンス値と、前記アンテナエレメントとの間の間隙により形成されるギャップ容量の容量値とによる共振周波数が前記周波数帯であることを特徴とする。   The planar antenna of the present invention is a length of the parasitic antenna element having an inductive reactance with respect to the frequency band, and a capacitance of a gap capacitance formed by the reactance value and a gap between the antenna element. It is characterized in that a resonant frequency based on the value is the frequency band.

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントが、前記アンテナエレメントの放射する電波の周波数帯で共振することにより、前記アンテナエレメントの各々の間における前記グランドを介して伝搬する電磁波のエネルギーを低減することを特徴とする。   In the planar antenna according to the present invention, the energy of the electromagnetic wave propagating through the ground between each of the antenna elements is reduced by the resonance of the parasitic antenna element in the frequency band of the radio wave emitted by the antenna element. It is characterized by

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントを、前記アンテナエレメントの前記周波数帯に対して誘導性リアクタンスとなる長さで形成することで、前記アンテナエレメントの前記周波数帯に対応した共振器とすることを特徴とする。   In the planar antenna according to the present invention, a resonator corresponding to the frequency band of the antenna element is formed by forming the parasitic antenna element with a length that is an inductive reactance with respect to the frequency band of the antenna element. It is characterized by

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントが、L字形状に形成されていることを特徴とする。   The planar antenna of the present invention is characterized in that the parasitic antenna element is formed in an L shape.

本発明の平面アンテナは、前記L字形状の無給電アンテナエレメントにおいて、前記アンテナエレメントの各々の間に配置される一のパターン部分の幅より、当該一のパターンと直角に形成される他のパターン部分の幅が細いことを特徴とする。   In the planar antenna according to the present invention, in the L-shaped parasitic antenna element, another pattern is formed at a right angle to the one pattern than the width of the one pattern portion disposed between each of the antenna elements. It is characterized in that the width of the part is narrow.

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントの長さが、前記周波数帯の波長λに対して、λ/4からλ/2であることを特徴とする。   The planar antenna according to the present invention is characterized in that the length of the parasitic antenna element is λ / 4 to λ / 2 with respect to the wavelength λ of the frequency band.

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントが、前記アンテナエレメントの外周部分に沿って形成されていることを特徴とする。   The planar antenna of the present invention is characterized in that the parasitic antenna element is formed along the outer peripheral portion of the antenna element.

本発明の平面アンテナは、前記無給電アンテナエレメントが、複数のサブ無給電アンテナエレメントに分離して設けられ、当該サブ無給電アンテナエレメントの各々がギャップ容量で結合していることを特徴とする。   The planar antenna according to the present invention is characterized in that the parasitic antenna elements are provided separately to a plurality of sub parasitic antenna elements, and each of the sub parasitic antenna elements is coupled by a gap capacitance.

本発明のアンテナエレメント間の結合低減方法は、グランドに直流的に接続された複数のアンテナエレメントからなる平面アンテナにおいて、同一の周波数帯で電磁波を放射する前記アンテナエレメントの各々の間における結合低減方法であり、前記アンテナエレメントの各々の間に無給電アンテナエレメントを配置し、当該無給電アンテナエレメントにより、前記アンテナエレメントの各々の間の結合を低減させることを特徴とする。   The method for reducing coupling between antenna elements of the present invention is a method for reducing coupling between each of the antenna elements that radiates an electromagnetic wave in the same frequency band in a planar antenna consisting of a plurality of antenna elements connected DC to ground. A parasitic antenna element is disposed between each of the antenna elements, and the parasitic antenna element reduces coupling between each of the antenna elements.

以上説明したように、本発明によれば、アンテナ間に無給電アンテナエレメントを介挿する簡易な構成を用いることで、平面アンテナの面積を増大させずに、グランドに接続されたパターンを励振するアンテナから、隣接するアンテナに対してグランドを介して伝搬する電磁波のエネルギーを低減させることができる。このため、電磁波の伝搬をメタマテリアル構造を用いて抑制するよりも簡易に、隣接するアンテナ間の結合を低減することが可能となる。   As described above, according to the present invention, by using a simple configuration in which a parasitic antenna element is inserted between antennas, a pattern connected to the ground is excited without increasing the area of the planar antenna. The energy of electromagnetic waves propagating from the antenna to the adjacent antenna via the ground can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the coupling between the adjacent antennas more easily than suppressing the propagation of the electromagnetic wave using the metamaterial structure.

本発明の本実施形態による誘電基板上にMIMOアンテナとして形成した平面アンテナの構成例を示す平面図である。It is a top view showing an example of composition of a plane antenna formed as a MIMO antenna on a dielectric substrate by this embodiment of the present invention. 図1における誘電体基板3の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the dielectric substrate 3 in FIG. 図1におけるアンテナエレメント14とアンテナエレメント14に対して設けられた寄生モノポールアンテナ15の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the parasitic monopole antenna 15 provided with respect to the antenna element 14 and the antenna element 14 in FIG. 図1におけるアンテナエレメント11とアンテナエレメント11に対して設けられた寄生モノポールアンテナ21の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the parasitic monopole antenna 21 provided with respect to the antenna element 11 and the antenna element 11 in FIG. 寄生モノポールアンテナを設けた場合の効果を示す電磁界シミュレーションの結果を表す図である。It is a figure showing the result of electromagnetic field simulation which shows the effect at the time of providing a parasitic monopole antenna. 寄生モノポールアンテナを設けた場合の効果を示す電磁界シミュレーションの結果を表す図である。It is a figure showing the result of electromagnetic field simulation which shows the effect at the time of providing a parasitic monopole antenna. 2.4GHzの周波数帯域に対応するアンテナエレメント12、14及び16の各々の結合のレベルを示す図である。Fig. 6 shows the level of coupling of each of the antenna elements 12, 14 and 16 corresponding to the 2.4 GHz frequency band. 5GHzの周波数帯域に対応するアンテナエレメント11、13及び15の各々の結合のレベルを示す図である。It is a figure which shows the level of each coupling | bonding of antenna element 11, 13 and 15 corresponding to the 5 GHz frequency band. MIMOアンテナにおける各アンテナエレメント間の相関の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of the correlation between each antenna element in a MIMO antenna. 本実施形態における周波数帯域が2.4GHzのアンテナエレメントの放射特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation characteristic of the antenna element whose frequency band in this embodiment is 2.4 GHz. 本実施形態における周波数帯域が5GHzのアンテナエレメントの放射特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation characteristic of the antenna element whose frequency band in this embodiment is 5 GHz. 本発明の平面アンテナにおいて無給電アンテナによるアンテナエレメント間の結合低減の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of coupling reduction between antenna elements by a parasitic antenna in a plane antenna of the present invention.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の本実施形態による誘電基板上にMIMOアンテナとして形成した平面アンテナの構成例を示す平面図である。この図1は、後述する本発明における平面アンテナ(MIMOアンテナ)の基本構成の概念図である図12の構成を、以下に示す実施形態に対応させてより具体化したものである。
平面アンテナ1は、誘電体基板3上に形成されているアンテナエレメント11、アンテナエレメント12、アンテナエレメント13、アンテナエレメント14、アンテナエレメント15及びアンテナエレメント16の各々の6個のアンテナエレメントを備えている。
アンテナエレメント11、アンテナエレメント13及びアンテナエレメント15の各々は、5GHz帯のMIMOアンテナである。また、アンテナエレメント12、アンテナエレメント14及びアンテナエレメント16の各々は、2.4GHz帯のMIMOアンテナである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of a planar antenna formed as a MIMO antenna on a dielectric substrate according to the present embodiment of the present invention. This FIG. 1 is a more specific example of the configuration of FIG. 12, which is a conceptual diagram of the basic configuration of a planar antenna (MIMO antenna) in the present invention described later, corresponding to the embodiment shown below.
The planar antenna 1 includes six antenna elements: an antenna element 11 formed on a dielectric substrate 3, an antenna element 12, an antenna element 13, an antenna element 14, an antenna element 15, and an antenna element 16. .
Each of antenna element 11, antenna element 13 and antenna element 15 is a 5 GHz band MIMO antenna. Each of the antenna element 12, the antenna element 14 and the antenna element 16 is a 2.4 GHz band MIMO antenna.

本実施形態においては、後述するように、アンテナエレメント間における電磁波の伝搬を抑制するため同一の周波数帯のアンテナエレメント(アンテナエレメント11、アンテナエレメント13、アンテナエレメント15の5GHz帯のアンテナエレメント、あるいはアンテナエレメント12、アンテナエレメント14、アンテナエレメント16の2.4GHz帯のアンテナエレメント)である隣接するアンテナエレメント間に無給電アンテナエレメントが設けられている。
この無給電アンテナエレメントは、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナなどのいずれを用いても良い。すなわち、アンテナエレメントと無給電アンテナエレメントとの容量結合におけるギャップ容量の容量値と無給電アンテナの誘導性リアクタンスとによる共振周波数が、アンテナエレメントの周波数帯域となる形状に構成されていれば、どのような種類あるいは形状の無給電アンテナエレメントを用いても良い。本実施形態においては、この無給電アンテナエレメントの一例として、以下に示すようにモノポールアンテナ(寄生モノポールアンテナ)を用いている。
In the present embodiment, as described later, antenna elements of the same frequency band (the antenna element 11, the antenna element 13, the antenna element of the 5 GHz band of the antenna element 15, or an antenna for suppressing propagation of electromagnetic waves between the antenna elements A parasitic antenna element is provided between adjacent antenna elements which are the antenna elements of the element 12, the antenna element 14 and the 2.4 GHz band of the antenna element 16.
The parasitic antenna element may be any of a monopole antenna, a dipole antenna, and the like. That is, if the resonant frequency by the capacitance value of the gap capacitance in capacitive coupling between the antenna element and the parasitic antenna element and the inductive reactance of the parasitic antenna is configured to be the frequency band of the antenna element, A parasitic antenna element of any type or shape may be used. In the present embodiment, a monopole antenna (parasitic monopole antenna) is used as an example of the parasitic antenna element as described below.

アンテナエレメント11とアンテナエレメント13との間には、寄生モノポールアンテナ21が設けられている。この寄生モノポールアンテナ21は、アンテナエレメント11及びアンテナエレメント13の間における電磁波の伝搬を抑制し、アンテナエレメント11とアンテナエレメント13との結合を低減させる。
アンテナエレメント13とアンテナエレメント15との間には、寄生モノポールアンテナ23が設けられている。この寄生モノポールアンテナ23は、アンテナエレメント13からアンテナエレメント15への電磁波の伝搬を抑制し、アンテナエレメント13とアンテナエレメント15との結合を低減させる。
アンテナエレメント13とアンテナエレメント15との間には、寄生モノポールアンテナ25が設けられている。この寄生モノポールアンテナ25は、アンテナエレメント15からアンテナエレメント13への電磁波の伝搬を抑制し、アンテナエレメント13とアンテナエレメント15との結合を低減させる。ここで、寄生モノポールアンテナ23と寄生モノポールアンテナ25は、アンテナエレメント13とアンテナエレメント15との間に設けられる場合を例示している。アンテナエレメント13と寄生モノポールアンテナ23との距離は、アンテナエレメント13と寄生モノポールアンテナ25との距離よりも短い。また、アンテナエレメント15と寄生モノポールアンテナ25との距離は、アンテナエレメント15と寄生モノポールアンテナ23との距離よりも短い。
A parasitic monopole antenna 21 is provided between the antenna element 11 and the antenna element 13. The parasitic monopole antenna 21 suppresses the propagation of electromagnetic waves between the antenna element 11 and the antenna element 13, and reduces the coupling between the antenna element 11 and the antenna element 13.
A parasitic monopole antenna 23 is provided between the antenna element 13 and the antenna element 15. The parasitic monopole antenna 23 suppresses the propagation of an electromagnetic wave from the antenna element 13 to the antenna element 15 and reduces the coupling between the antenna element 13 and the antenna element 15.
A parasitic monopole antenna 25 is provided between the antenna element 13 and the antenna element 15. The parasitic monopole antenna 25 suppresses the propagation of an electromagnetic wave from the antenna element 15 to the antenna element 13 and reduces the coupling between the antenna element 13 and the antenna element 15. Here, the case where the parasitic monopole antenna 23 and the parasitic monopole antenna 25 are provided between the antenna element 13 and the antenna element 15 is illustrated. The distance between the antenna element 13 and the parasitic monopole antenna 23 is shorter than the distance between the antenna element 13 and the parasitic monopole antenna 25. Further, the distance between the antenna element 15 and the parasitic monopole antenna 25 is shorter than the distance between the antenna element 15 and the parasitic monopole antenna 23.

また、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14との間には、寄生モノポールアンテナ22が設けられている。この寄生モノポールアンテナ22は、アンテナエレメント12からアンテナエレメント14への電磁波の伝搬を抑制し、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14との結合を低減させる。
また、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14との間には、寄生モノポールアンテナ24が設けられている。この寄生モノポールアンテナ24は、アンテナエレメント14からアンテナエレメント12への電磁波の伝搬を抑制し、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14との結合を低減させる。
アンテナエレメント12とアンテナエレメント16との間には、寄生モノポールアンテナ26が設けられている。この寄生モノポールアンテナ26は、アンテナエレメント12及びアンテナエレメント16間における電磁波の伝搬を抑制し、アンテナエレメント12とアンテナエレメント16との結合を低減させる。ここで、寄生モノポールアンテナ24と寄生モノポールアンテナ22は、アンテナエレメント14とアンテナエレメント12との間に設けられる場合を例示している。アンテナエレメント14と寄生モノポールアンテナ24との距離は、アンテナエレメント14と寄生モノポールアンテナ22との距離よりも短い。また、アンテナエレメント12と寄生モノポールアンテナ22との距離は、アンテナエレメント12と寄生モノポールアンテナ24との距離よりも短い。
In addition, a parasitic monopole antenna 22 is provided between the antenna element 12 and the antenna element 14. The parasitic monopole antenna 22 suppresses the propagation of electromagnetic waves from the antenna element 12 to the antenna element 14 and reduces the coupling between the antenna element 12 and the antenna element 14.
In addition, a parasitic monopole antenna 24 is provided between the antenna element 12 and the antenna element 14. The parasitic monopole antenna 24 suppresses the propagation of electromagnetic waves from the antenna element 14 to the antenna element 12 and reduces the coupling between the antenna element 12 and the antenna element 14.
A parasitic monopole antenna 26 is provided between the antenna element 12 and the antenna element 16. The parasitic monopole antenna 26 suppresses the propagation of electromagnetic waves between the antenna element 12 and the antenna element 16 and reduces the coupling between the antenna element 12 and the antenna element 16. Here, the case where the parasitic monopole antenna 24 and the parasitic monopole antenna 22 are provided between the antenna element 14 and the antenna element 12 is illustrated. The distance between the antenna element 14 and the parasitic monopole antenna 24 is shorter than the distance between the antenna element 14 and the parasitic monopole antenna 22. Further, the distance between the antenna element 12 and the parasitic monopole antenna 22 is shorter than the distance between the antenna element 12 and the parasitic monopole antenna 24.

図1においては、周波数帯域2.4GHzに対し、3×3のMIMOに対応して3個のアンテナエレメントが設けられている。同様に、周波数帯域5GHzに対し、3×3のMIMOに対応して3個のアンテナエレメントが設けられている。しかしながら、周波数帯域2.4GHz及び周波数帯域2.4GHzの各々において、2×2のMIMOに対応して2個のアンテナエレメントが設けられている構成でも良い。
また、周波数帯域2.4GHzのアンテナエレメントが1個、周波数帯域5GHzのアンテナエレメントが1個である1×1の場合、上述した寄生モノポールアンテナによる同一周波数の2個のアンテナエレメント間の減結合を行う必要がない。この場合、1×1の場合において、寄生モノポールアンテナは、誘電体基板3におけるグランド(図2におけるレイヤー33)での電磁波の伝搬による高周波電流の広がりを抑制する働きをする。
In FIG. 1, three antenna elements are provided corresponding to 3 × 3 MIMO for a frequency band of 2.4 GHz. Similarly, for the 5 GHz frequency band, three antenna elements are provided corresponding to 3 × 3 MIMO. However, two antenna elements may be provided corresponding to 2 × 2 MIMO in each of the frequency band 2.4 GHz and the frequency band 2.4 GHz.
Furthermore, in the case of 1 × 1 where one antenna element with a frequency band of 2.4 GHz and one antenna element with a frequency band of 5 GHz are present, decoupling between two antenna elements of the same frequency due to the parasitic monopole antenna described above There is no need to do. In this case, in the case of 1 × 1, the parasitic monopole antenna functions to suppress the spread of the high frequency current due to the propagation of the electromagnetic wave at the ground (layer 33 in FIG. 2) in the dielectric substrate 3.

図2は、図1における誘電体基板3の断面構造を示す図である。本実施形態における誘電体基板3は、レイヤー31、レイヤー32、レイヤー33、補強誘電体層34及びコア基板35を備えている。すなわち、コア基板35の表面には、例えば、厚さ35μmの銅箔からなるレイヤー32が形成されている。コア基板35の裏面には、例えば、厚さ35μmの銅箔からなるレイヤー33が形成されている。レイヤー32の表面には、プレプレグとしての補強誘電体層34が形成されている。補強誘電体層34の表面には、例えば、厚さ35μmの銅箔からなるレイヤー31が形成されている。また、補強誘電体層34は、例えば、比誘電率が4.3であり、厚さが0.2mmである。コア基板35は、例えば、比誘電率が4.3であり、厚さが0.4mmである。   FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of dielectric substrate 3 in FIG. The dielectric substrate 3 in the present embodiment includes a layer 31, a layer 32, a layer 33, a reinforcing dielectric layer 34, and a core substrate 35. That is, on the surface of the core substrate 35, for example, a layer 32 made of copper foil and having a thickness of 35 μm is formed. On the back surface of the core substrate 35, for example, a layer 33 made of copper foil and having a thickness of 35 μm is formed. On the surface of the layer 32, a reinforced dielectric layer 34 as a prepreg is formed. On the surface of the reinforcing dielectric layer 34, for example, a layer 31 made of copper foil and having a thickness of 35 μm is formed. The reinforcing dielectric layer 34 has, for example, a relative dielectric constant of 4.3 and a thickness of 0.2 mm. The core substrate 35 has, for example, a relative dielectric constant of 4.3 and a thickness of 0.4 mm.

レイヤー33の裏面には、さらに他の層が追加されていても良い。本実施形態においては、レイヤー33を基準プレーン、すなわちグランドプレーンとして、アンテナエレメント11からアンテナエレメント16の各々を、レイヤー31の銅箔をパターンニングして形成している。アンテナエレメント11からアンテナエレメント16の各々に対しては、電磁波を放射するための給電を、レイヤー31から行っている。また、レイヤー32の銅箔は全面において除去してある。   Another layer may be further added to the back surface of the layer 33. In the present embodiment, each of the antenna elements 11 to 16 is formed by patterning the copper foil of the layer 31 with the layer 33 as a reference plane, that is, a ground plane. From the antenna element 11 to each of the antenna elements 16, feeding for radiating electromagnetic waves is performed from the layer 31. In addition, the copper foil of the layer 32 is removed on the entire surface.

図3は、図1におけるアンテナエレメント14とアンテナエレメント14に対して設けられた寄生モノポールアンテナ24の構成例を示す図である。図3において、図1に示すアンテナエレメント12、アンテナエレメント14、アンテナエレメント16の3個はほぼ同様の構成である。このため、これらから構成されるMIMOアンテナから、代表としてアンテナエレメント14の構成を図3を用いて説明する。
アンテナエレメント14は、電磁界を放射するメインエレメント(領域Aの部分)の外寸が34.5mm(図1のY軸方向)×11mm(図1のX軸方向)である。
アンテナエレメント14は、給電点141から給電パターン143を介して、エレメントパターン142R及びエレメントパターン142Lに対して接続されている。また、エレメントパターン142Rは、一方の端部が給電パターン143と接続されており、他の端部がエレメントパターン142RCの一方の端部に接続されている。
FIG. 3 is a view showing a configuration example of the antenna element 14 and the parasitic monopole antenna 24 provided for the antenna element 14 in FIG. In FIG. 3, the three elements of antenna element 12, antenna element 14 and antenna element 16 shown in FIG. 1 have substantially the same configuration. Therefore, the configuration of the antenna element 14 will be described from FIG.
The antenna element 14 has an outer dimension of 34.5 mm (Y-axis direction in FIG. 1) × 11 mm (X-axis direction in FIG. 1) of the main element (area A part) that emits an electromagnetic field.
The antenna element 14 is connected to the element pattern 142R and the element pattern 142L from the feeding point 141 via the feeding pattern 143. Further, one end of the element pattern 142R is connected to the feed pattern 143, and the other end is connected to one end of the element pattern 142RC.

エレメントパターン142Lは、一方の端部が給電パターン143と接続されており、他の端部がエレメントパターン142LCの一方の端部に接続されている。エレメントパターン142RC及びエレメントパターン142LCの各々は、ビアホール144により、図2におけるレイヤー33に接続されている。ビアホール144は、エレメントパターン142RCの一方の端部から他方の端部にわたって、略等間隔に複数設けられる。また、ビアホール144は、同様にエレメントパターン142LCの一方の端部から他方の端部にわたって、略等間隔に複数設けられる。グラウンドパッド140は、ビアホール145によりレイヤー33に接続されている。このグラウンドパッド140は、給電点141の近傍に設けられている。   One end of the element pattern 142L is connected to the feed pattern 143, and the other end is connected to one end of the element pattern 142LC. Each of the element pattern 142RC and the element pattern 142LC is connected to the layer 33 in FIG. A plurality of via holes 144 are provided at substantially equal intervals from one end to the other end of the element pattern 142RC. Similarly, a plurality of via holes 144 are provided at substantially equal intervals from one end of the element pattern 142LC to the other end. The ground pad 140 is connected to the layer 33 by a via hole 145. The ground pad 140 is provided in the vicinity of the feeding point 141.

寄生モノポールアンテナ24は、アンテナエレメント14の周波数帯域である2.4GHzを共振周波数とする共振器である。
このため、寄生モノポールアンテナ24は、特性が誘導性リアクタンスとなる長さに形成される必要がある。このため、アンテナエレメント14の波長がλとすると、寄生モノポールアンテナ24の長さは、λ/4より長くλ/2より短くする必要がある。本実施形態においては、λ/4の1.3倍から1.5倍の長さとし、約λ/3としている。寄生モノポールアンテナ24は、上述したように特性が誘導性リアクタンスとなる長さであれば、屈曲した形状でもよい。
The parasitic monopole antenna 24 is a resonator having a resonance frequency of 2.4 GHz which is a frequency band of the antenna element 14.
For this reason, the parasitic monopole antenna 24 needs to be formed to a length such that the characteristic becomes inductive reactance. Therefore, when the wavelength of the antenna element 14 is λ L , the length of the parasitic monopole antenna 24 needs to be longer than λ L / 4 and shorter than λ L / 2. In this embodiment, the length is 1.3 times to 1.5 times λ L / 4, and is approximately λ L / 3. The parasitic monopole antenna 24 may have a bent shape as long as the characteristic is an inductive reactance as described above.

図3において、アンテナエレメント24は、屈曲した位置を基準として、アンテナエレメント241とアンテナエレメント242とを含んで構成されている。アンテナエレメント14の周波数帯域が2.4GHzであり、波長短縮率を70%とするとλ=85.4mmである。このため、寄生モノポールアンテナ24の長さは、アンテナパターン241の長さ16mmと、アンテナパターン242の長さ13.5mmを加算した長さである29.5mmである。このアンテナパターン241及びアンテナパターン242を加算した長さである29.5mmは、約λ/2.9に対応する。 In FIG. 3, the antenna element 24 is configured to include an antenna element 241 and an antenna element 242 on the basis of the bent position. Assuming that the frequency band of the antenna element 14 is 2.4 GHz and the wavelength reduction ratio is 70%, λ L is 85.4 mm. Therefore, the length of the parasitic monopole antenna 24 is 29.5 mm, which is the sum of the length 16 mm of the antenna pattern 241 and the length 13.5 mm of the antenna pattern 242. The length 29.5 mm obtained by adding the antenna pattern 241 and the antenna pattern 242 corresponds to about λ L /2.9.

また、寄生モノポールアンテナ24は、アンテナエレメント14の近傍において、同一の周波数帯域の他のアンテナエレメント(図1におけるアンテナエレメント12)の間に設けられている。また、寄生モノポールアンテナ24は、L字形状をしており、アンテナパターン242に対してアンテナパターン241が直角に接続されている。アンテナパターン241は幅が0.5mmであり、アンテナパターン242は幅が1mmである。
寄生モノポールアンテナ24におけるアンテナパターン241は、長辺がアンテナエレメント142LCの長辺と平行となるように設けられている。アンテナパターン241とアンテナエレメント142LCとの間隙の距離は、λ/40以下の数値で設定される。
Further, the parasitic monopole antenna 24 is provided in the vicinity of the antenna element 14 between other antenna elements (the antenna element 12 in FIG. 1) of the same frequency band. The parasitic monopole antenna 24 is L-shaped, and the antenna pattern 241 is connected to the antenna pattern 242 at a right angle. The antenna pattern 241 has a width of 0.5 mm, and the antenna pattern 242 has a width of 1 mm.
The antenna pattern 241 in the parasitic monopole antenna 24 is provided such that the long side is parallel to the long side of the antenna element 142LC. The distance of the gap between the antenna pattern 241 and the antenna element 142LC is set by a numerical value of λ L / 40 or less.

例えば、図3におけるアンテナパターン241とアンテナエレメント142LCとの間隙の距離は、約λ/60(実際にはλ/57)の1.5mmとしている。この間隙の距離は、アンテナパターン241とアンテナパターン142LCとの間で、容量結合が十分とれる距離で設定される。すなわち、アンテナパターン241とアンテナパターン142LCとは、容量結合により交流的に接続されている。そして、この間隙の容量結合におけるギャップ容量の容量値と寄生モノポールアンテナ24の誘導性リアクタンスとによる共振周波数が、アンテナエレメント14の周波数帯域となる数値に設定される。 For example, the distance between the antenna pattern 241 and the antenna element 142LC in FIG. 3 is 1.5 mm, which is about λ L / 60 (actually λ L / 57). The distance of this gap is set between the antenna pattern 241 and the antenna pattern 142LC such that sufficient capacitive coupling can be obtained. That is, the antenna pattern 241 and the antenna pattern 142LC are AC-connected by capacitive coupling. Then, the resonant frequency by the capacitance value of the gap capacitance in the capacitive coupling of the gap and the inductive reactance of the parasitic monopole antenna 24 is set to a numerical value that is the frequency band of the antenna element 14.

アンテナパターン241は、エレメントパターン142Lと対向する辺に対して平行に配置されている。また、アンテナパターン241及びアンテナパターン242の各々は、所定の幅に設定されるが、例えば図2のレイヤー33に対する容量結合を低くするため、幅を細く設定している。一方、アンテナパターン241は幅が1.0mmであり、アンテナパターン242は幅が0.5mmである。   The antenna pattern 241 is disposed in parallel to the side facing the element pattern 142L. Further, each of the antenna pattern 241 and the antenna pattern 242 is set to a predetermined width, but the width is set to be narrow in order to reduce, for example, the capacitive coupling to the layer 33 in FIG. On the other hand, the antenna pattern 241 has a width of 1.0 mm, and the antenna pattern 242 has a width of 0.5 mm.

図4は、図1におけるアンテナエレメント11とアンテナエレメント11に対して設けられた寄生モノポールアンテナ21の構成例を示す図である。図4において、図1に示すアンテナエレメント11、アンテナエレメント13、アンテナエレメント15の3個はほぼ同様の構成である。このため、これらから構成されるMIMOアンテナから、代表としてアンテナエレメント11の構成を説明する。
アンテナエレメント11は、電磁界を放射するメインエレメント(領域Bの部分)の外寸が16mm(図1のY軸方向)×11mm(図1のX軸方向)である。
FIG. 4 is a view showing a configuration example of the antenna element 11 and the parasitic monopole antenna 21 provided for the antenna element 11 in FIG. In FIG. 4, the three elements of antenna element 11, antenna element 13 and antenna element 15 shown in FIG. 1 have substantially the same configuration. For this reason, the configuration of the antenna element 11 will be described as a representative of the MIMO antenna configured from these.
The antenna element 11 has an outer dimension of 16 mm (Y-axis direction in FIG. 1) × 11 mm (X-axis direction in FIG. 1) of the main element (area B part) that emits an electromagnetic field.

アンテナエレメント11は、給電点111から給電パターン113を介して、エレメントパターン112R及びエレメントパターン112Lに対して接続されている。また、エレメントパターン112Rは、一方の端部が給電パターン113と接続されており、他の端部がエレメントパターン112RPの一方の端部に接続されている。エレメントパターン112RPは、他方の端部がエレメントパターン112RCの一方の端部に接続されている。エレメントパターン112RCは、エレメントパターン112RPに対して直角に接続されている。   The antenna element 11 is connected to the element pattern 112R and the element pattern 112L from the feeding point 111 via the feeding pattern 113. Further, one end of the element pattern 112R is connected to the feed pattern 113, and the other end is connected to one end of the element pattern 112RP. The other end of the element pattern 112RP is connected to one end of the element pattern 112RC. The element pattern 112RC is connected to the element pattern 112RP at a right angle.

また、エレメントパターン112Lは、一方の端部が給電パターン113と接続されており、他の端部がエレメントパターン112LPの一方の端部に接続されている。エレメントパターン112LPは、他方の端部がエレメントパターン112LCに接続されている。エレメントパターン112LCは、エレメントパターン112LPに対して直角に接続されている。また、エレメントパターン112RC及びエレメントパターン112LCの各々は、ビアホール114により、図2におけるレイヤー33に接続されている。ビアホール114は、エレメントパターン112RCの一方の端部から他方の端部にわたって、略等間隔に複数設けられる。また、ビアホール144は、同様にエレメントパターン112LCの一方の端部から他方の端部にわたって、略等間隔に複数設けられる。グラウンドパッド110は、ビアホール115によりレイヤー33に接続されている。このグラウンドパッド110は給電点111の近傍に設けられている。   Further, one end of the element pattern 112L is connected to the feed pattern 113, and the other end is connected to one end of the element pattern 112LP. The other end of the element pattern 112LP is connected to the element pattern 112LC. The element pattern 112LC is connected at a right angle to the element pattern 112LP. Further, each of the element pattern 112 RC and the element pattern 112 LC is connected to the layer 33 in FIG. 2 by the via hole 114. The plurality of via holes 114 are provided at substantially equal intervals from one end to the other end of the element pattern 112 RC. Similarly, a plurality of via holes 144 are provided at substantially equal intervals from one end of the element pattern 112LC to the other end. The ground pad 110 is connected to the layer 33 by a via hole 115. The ground pad 110 is provided in the vicinity of the feeding point 111.

寄生モノポールアンテナ21は、アンテナエレメント11の周波数帯域である5GHzを共振周波数とする共振器である。
このため、寄生モノポールアンテナ21は、特性が誘導性リアクタンスとなる長さに形成される必要がある。このため、アンテナエレメント11の波長がλとすると、寄生モノポールアンテナ21の長さは、λ/4より長くλ/2より短くする必要がある。本実施形態においては、λ/4の1.3倍から1.5倍の長さとし、約λ/2.8としている。寄生モノポールアンテナ21は、上述したように特性が誘導性リアクタンスとなる長さであれば、屈曲した形状でもよい。
The parasitic monopole antenna 21 is a resonator having a resonance frequency of 5 GHz which is a frequency band of the antenna element 11.
For this reason, the parasitic monopole antenna 21 needs to be formed to a length such that the characteristic becomes inductive reactance. Therefore, assuming that the wavelength of the antenna element 11 is λ H , the length of the parasitic monopole antenna 21 needs to be longer than λ H / 4 and shorter than λ H / 2. In this embodiment, the length is 1.3 times to 1.5 times λ H / 4, and is approximately λ H /2.8. The parasitic monopole antenna 21 may have a bent shape as long as the characteristic is an inductive reactance as described above.

図4において、アンテナエレメント24は、屈曲した位置を基準として、アンテナエレメント241とアンテナエレメント242とを含んで構成されている。アンテナエレメント11の周波数帯域が5GHzであり、波長短縮率を70%とするとλ=38.5mmである。このため、寄生モノポールアンテナ21の長さは、アンテナパターン211の長さ7mmと、アンテナパターン212の長さ7mmを加算した長さである14mmである。このアンテナパターン211及びアンテナパターン212を加算した長さである14mmは、約λ/2.8に対応する。 In FIG. 4, the antenna element 24 is configured to include an antenna element 241 and an antenna element 242 on the basis of the bent position. Assuming that the frequency band of the antenna element 11 is 5 GHz and the wavelength reduction rate is 70%, λ H = 38.5 mm. Therefore, the length of the parasitic monopole antenna 21 is 14 mm, which is the sum of the length 7 mm of the antenna pattern 211 and the length 7 mm of the antenna pattern 212. A length of 14 mm obtained by adding the antenna pattern 211 and the antenna pattern 212 corresponds to about λ H /2.8.

また、寄生モノポールアンテナ21は、アンテナエレメント11の近傍において、同一の周波数帯域の他のアンテナエレメント(図1におけるアンテナエレメント13)の間に設けられている。また、寄生モノポールアンテナ21は、L字形状をしており、アンテナパターン211に対してアンテナパターン212が直角に接続されている。例えば、アンテナパターン211は幅が0.5mmであり、アンテナパターン212は幅が1mmである。   Further, the parasitic monopole antenna 21 is provided in the vicinity of the antenna element 11 between other antenna elements (the antenna element 13 in FIG. 1) of the same frequency band. The parasitic monopole antenna 21 is L-shaped, and the antenna pattern 212 is connected to the antenna pattern 211 at a right angle. For example, the antenna pattern 211 has a width of 0.5 mm, and the antenna pattern 212 has a width of 1 mm.

寄生モノポールアンテナ21におけるアンテナパターン212は、長辺がエレメントパターン112LPの長辺と平行となるように設けられている。寄生モノポールアンテナ21におけるアンテナパターン211は、長辺がエレメントパターン112LCの長辺と平行となるように設けられている。アンテナパターン211とエレメントパターン112LCとの間隙の距離は、λ/40以下で設定される。 The antenna pattern 212 in the parasitic monopole antenna 21 is provided such that the long side is parallel to the long side of the element pattern 112LP. The antenna pattern 211 in the parasitic monopole antenna 21 is provided such that the long side is parallel to the long side of the element pattern 112LC. The distance of the gap between the antenna pattern 211 and the element pattern 112 LC is set to λ L / 40 or less.

例えば、図4におけるアンテナパターン211とエレメントパターン112LCとの間隙の距離は、約λ/60(図4においてはλ/77)の0.5mmとしている。この間隙の距離は、アンテナパターン211とエレメントパターン112LCとの間で、容量結合が十分とれる距離で設定される。アンテナパターン211とエレメントパターン112LCとは、容量結合により交流的に接続されている。そして、この間隙の容量結合におけるギャップ容量の容量値と寄生モノポールアンテナ21の誘導性リアクタンスとによる共振周波数が、アンテナエレメント11の周波数帯域となる数値に設定される。
また、アンテナパターン211及びアンテナパターン212の各々は、所定の幅に設定されるが、例えば図2のレイヤー33に対する容量結合を低くするため、幅を細く設定している。一方、アンテナパターン212は幅が1.0mmであり、アンテナパターン211は幅が0.5mmである。
For example, the distance between the antenna pattern 211 and the element pattern 112LC in FIG. 4 is 0.5 mm, which is about λ H / 60 (λ H / 77 in FIG. 4). The distance of this gap is set between the antenna pattern 211 and the element pattern 112 LC so that sufficient capacitive coupling can be obtained. The antenna pattern 211 and the element pattern 112 LC are AC-connected by capacitive coupling. Then, the resonant frequency by the capacitance value of the gap capacitance in the capacitive coupling of the gap and the inductive reactance of the parasitic monopole antenna 21 is set to a numerical value that is the frequency band of the antenna element 11.
Further, each of the antenna pattern 211 and the antenna pattern 212 is set to have a predetermined width, but the width is set to be narrow in order to reduce, for example, the capacitive coupling to the layer 33 in FIG. On the other hand, the antenna pattern 212 has a width of 1.0 mm, and the antenna pattern 211 has a width of 0.5 mm.

図5は、寄生モノポールアンテナを設けた場合の効果を示す電磁界シミュレーションの結果を表す図である。図5は2.4GHzの周波数帯におけるアンテナエレメント12が励振して電磁波を放射した場合に、アンテナエレメント12がアンテナエレメント14に対して与える影響を示している。図5において、領域の明るさが励振した際の電流密度分布の強度を示しており、他のアンテナエレメントの電磁波により共振した場合にも電流密度分布が高くなり明るさが増大する。したがって、励振していないアンテナエレメントの領域が明るければ明るいほど、他の励振したアンテナエレメントが放射し、グランド(図2におけるレイヤー33)を伝搬する電磁波により共振している程度が大きい。   FIG. 5 is a diagram showing the result of electromagnetic field simulation showing the effect in the case of providing a parasitic monopole antenna. FIG. 5 shows the influence of the antenna element 12 on the antenna element 14 when the antenna element 12 in the 2.4 GHz frequency band is excited to emit an electromagnetic wave. FIG. 5 shows the intensity of the current density distribution when the brightness of the region is excited, and the current density distribution is increased and the brightness is increased also when resonated by the electromagnetic waves of other antenna elements. Therefore, the brighter the area of the unexcited antenna element, the greater the extent to which the other excited antenna elements radiate and resonate with the electromagnetic waves propagating on the ground (layer 33 in FIG. 2).

図5(a)は、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14と間に寄生モノポールアンテナ22を設けない場合の電磁界シミュレーションの結果を示している。
この図5(a)において、アンテナエレメント14近傍の領域が他の同一周波数帯のアンテナエレメント16近傍の領域に比較して明るい部分が多い。これにより、アンテナエレメント12の電磁波がレイヤー33を介してアンテナエレメント14に対して伝搬し、アンテナエレメント14がアンテナエレメント12の放射した電磁波に共振していることが判る。
FIG. 5A shows the result of electromagnetic field simulation in the case where the parasitic monopole antenna 22 is not provided between the antenna element 12 and the antenna element 14.
In FIG. 5A, the area near the antenna element 14 is brighter than the area near the antenna element 16 of the other same frequency band. Thereby, it can be seen that the electromagnetic wave of the antenna element 12 propagates to the antenna element 14 via the layer 33, and the antenna element 14 resonates with the electromagnetic wave emitted by the antenna element 12.

一方、図5(b)は、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14と間に寄生モノポールアンテナ22を設けた場合の電磁界シミュレーションの結果を示している。
この図5(b)において、アンテナエレメント14近傍の領域が図5(a)のアンテナエレメント14近傍の領域に比較して明るい部分が少ない。これにより、寄生モノポールアンテナ22がアンテナエレメント12の放射する電磁波のグランド(図2のレイヤー33)を介してのアンテナエレメント14に対する伝搬を抑制していることが判る。すなわち、アンテナエレメント14がアンテナエレメント12の放射した電磁波に共振していないことが判る。
また、図5(b)において、寄生モノポールアンテナ22近傍の領域は、非常に明るい状態となっており、アンテナエレメント12が放射する電磁波に対して共振し、効率的にグランド(図2のレイヤー33)を伝搬する電磁破のエネルギーを吸収していることが判る。
On the other hand, FIG. 5B shows the result of electromagnetic field simulation in the case where the parasitic monopole antenna 22 is provided between the antenna element 12 and the antenna element 14.
In FIG. 5B, the area near the antenna element 14 is less bright than the area near the antenna element 14 of FIG. 5A. Thus, it can be seen that the parasitic monopole antenna 22 suppresses the propagation of the electromagnetic wave emitted by the antenna element 12 to the antenna element 14 via the ground (layer 33 in FIG. 2). That is, it can be seen that the antenna element 14 does not resonate with the electromagnetic wave emitted by the antenna element 12.
Further, in FIG. 5B, the region near the parasitic monopole antenna 22 is in a very bright state, resonates with the electromagnetic wave emitted by the antenna element 12, and the ground efficiently (layer of FIG. 2). It can be seen that the energy of the electromagnetic wave propagating in 33) is absorbed.

図6は、寄生モノポールアンテナを設けた場合の効果を示す電磁界シミュレーションの結果を表す図である。図6は5GHzの周波数帯におけるアンテナエレメント13が励振して電磁波を放射した場合に、アンテナエレメント13がアンテナエレメント15に対して与える影響を示している。図6においても図5と同様に、領域の明るさが励振した際の電流密度分布の強度を示しており、他のアンテナエレメントの電磁波により共振した場合にも電流密度分布が高くなり明るさが増大する。したがって、励振していないアンテナエレメントの領域が明るければ明るいほど、他の励振したアンテナエレメントが放射し、グランド(図2のレイヤー33)を伝搬する電磁波により共振している程度が大きい。   FIG. 6 is a diagram showing the result of electromagnetic field simulation showing the effect when a parasitic monopole antenna is provided. FIG. 6 shows the influence of the antenna element 13 on the antenna element 15 when the antenna element 13 in the 5 GHz frequency band is excited to emit an electromagnetic wave. Also in FIG. 6, similarly to FIG. 5, the intensity of the current density distribution when the brightness of the region is excited is shown, and the current density distribution becomes high even when resonated by the electromagnetic waves of other antenna elements, and the brightness is Increase. Therefore, the brighter the area of the unexcited antenna element, the greater the extent to which the other excited antenna elements radiate and resonate with the electromagnetic waves propagating through the ground (layer 33 in FIG. 2).

図6(a)は、アンテナエレメント13とアンテナエレメント15と間に寄生モノポールアンテナ23を設けない場合の電磁界シミュレーションの結果を示している。
この図6(a)において、アンテナエレメント15近傍の領域が他の同一周波数帯のアンテナエレメント11近傍の領域に比較して明るい部分が多い。これにより、アンテナエレメント13の電磁波がレイヤー33を介してアンテナエレメント15に対して伝搬し、アンテナエレメント15がアンテナエレメント13の放射した電磁波に共振していることが判る。
FIG. 6A shows the result of electromagnetic field simulation in the case where the parasitic monopole antenna 23 is not provided between the antenna element 13 and the antenna element 15.
In FIG. 6A, the area near the antenna element 15 is brighter than the area near the antenna element 11 of the other same frequency band. Thereby, it can be seen that the electromagnetic wave of the antenna element 13 propagates to the antenna element 15 through the layer 33, and the antenna element 15 resonates with the electromagnetic wave emitted by the antenna element 13.

一方、図6(b)は、アンテナエレメント13とアンテナエレメント15と間に寄生モノポールアンテナ23を設けた場合の電磁界シミュレーションの結果を示している。
この図6(b)において、アンテナエレメント15近傍の領域が図6(a)のアンテナエレメント15近傍の領域に比較して明るい部分が少ない。これにより、寄生モノポールアンテナ23がアンテナエレメント13の放射する電磁波のレイヤー33を介してのアンテナエレメント15に対する伝搬を抑制していることが判る。すなわち、アンテナエレメント15がアンテナエレメント13の放射した電磁波に共振していないことが判る。
また、図6(b)において、寄生モノポールアンテナ23近傍の領域は、非常に明るい状態となっており、図5(b)の場合と同様に、アンテナエレメント13が放射する電磁波に対して共振し、効率的にグランド(図2のレイヤー33)を伝搬する電磁破のエネルギーを吸収していることが判る。
On the other hand, FIG. 6B shows the result of the electromagnetic field simulation in the case of providing the parasitic monopole antenna 23 between the antenna element 13 and the antenna element 15.
In FIG. 6B, the area near the antenna element 15 is less bright than the area near the antenna element 15 of FIG. Thus, it can be seen that the parasitic monopole antenna 23 suppresses the propagation of the electromagnetic wave emitted by the antenna element 13 to the antenna element 15 through the layer 33. That is, it can be seen that the antenna element 15 does not resonate with the electromagnetic wave emitted by the antenna element 13.
Further, in FIG. 6B, the region in the vicinity of the parasitic monopole antenna 23 is in a very bright state, and as in the case of FIG. 5B, resonance occurs with the electromagnetic wave emitted by the antenna element 13. It can be seen that the energy of electromagnetic breakdown propagating efficiently through the ground (layer 33 in FIG. 2) is absorbed.

図7は、2.4GHzの周波数帯域に対応するアンテナエレメント12、14及び16の各々の結合のレベルを示す図である。この図7において、|S42|は、アンテナエレメント12とアンテナエレメント14との結合の度合いを示すレベル(以下、結合レベルとする)を示している。また、|S62|は、アンテナエレメント12とアンテナエレメント16との結合レベルを示している。|S64|は、アンテナエレメント14とアンテナエレメント16との結合レベルを示している。
図7(a)は、アンテナエレメント12、14及び16の各々の間に寄生モノポールアンテナを配置していない場合におけるアンテナエレメント12、14及び16それぞれの結合のレベルを示している。この図7(a)において、横軸は周波数を示し、縦軸は結合レベル(dB)を示している。|S42|は実線で示され、|S62|は破線で示され、|S64|は点線で示されている。
周波数が2.4GHz近傍において、|S42|、|S62|及び|S64|の各々の結合レベルが−20dBより大きいことが判る。特に、|S42|の結合レベルは、−14dB程度と高い。これは、アンテナエレメント12及び14間の距離が、アンテナエレメント12及び16の間の距離、及びアンテナエレメント14及び16の間の距離より近いため、伝搬する電磁波のエネルギーが強いためである。
FIG. 7 illustrates the level of coupling of each of the antenna elements 12, 14 and 16 corresponding to the 2.4 GHz frequency band. In FIG. 7, | S 42 | indicates a level indicating the degree of coupling between the antenna element 12 and the antenna element 14 (hereinafter referred to as “coupling level”). In addition, | S 62 | indicates the coupling level of the antenna element 12 and the antenna element 16. | S 64 | indicates the coupling level of the antenna element 14 and the antenna element 16.
FIG. 7A shows the level of coupling of each of the antenna elements 12, 14 and 16 when no parasitic monopole antenna is disposed between each of the antenna elements 12, 14 and 16. FIG. In FIG. 7A, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents coupling level (dB). | S 42 | is shown in solid lines, | S 62 | is shown in broken lines, | S 64 | is indicated by a dotted line.
It can be seen that the coupling level of each of | S 42 |, | S 62 | and | S 64 | is greater than −20 dB near a frequency of 2.4 GHz. In particular, the coupling level of | S42 | is as high as -14 dB. This is because the distance between the antenna elements 12 and 14 is closer than the distance between the antenna elements 12 and 16 and the distance between the antenna elements 14 and 16, so the energy of the propagating electromagnetic wave is strong.

図7(b)は、アンテナエレメント12、14及び16の各々の間に寄生モノポールアンテナを配置した場合におけるアンテナエレメント12、14及び16それぞれの結合のレベルを示している。この図7(b)において、横軸は周波数を示し、縦軸は結合レベル(dB)を示している。|S42|は実線で示され、|S62|は破線で示され、|S64|は点線で示されている。
周波数が2.4GHz近傍において、|S42|、|S62|及び|S64|の各々の結合レベルが−22dBより小さいことが判る。特に、|S42|の結合レベルは、図7(a)の−14dB程度から、−25dBと大きく低下していることが判る。他の|S62|及び|S64|についても、図7(a)の場合に比較して結合レベルが低下していることがわかる。これにより、アンテナエレメント12、14及び16の各々の間に寄生モノポールアンテナを配置することで、アンテナエレメント12、14及び16それぞれの結合レベルを低下させていることが判る。
FIG. 7 (b) shows the level of coupling of each of the antenna elements 12, 14 and 16 when a parasitic monopole antenna is disposed between each of the antenna elements 12, 14 and 16. In FIG. 7 (b), the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents coupling level (dB). | S 42 | is shown in solid lines, | S 62 | is shown in broken lines, | S 64 | is indicated by a dotted line.
It can be seen that the coupling level of each of | S 42 |, | S 62 | and | S 64 | is smaller than −22 dB near a frequency of 2.4 GHz. In particular, it can be seen that the coupling level of | S 42 | is greatly reduced to −25 dB from about −14 dB in FIG. 7A. Also for the other | S 62 | and | S 64 |, it can be seen that the binding level is lowered as compared with the case of FIG. 7 (a). Thus, it can be seen that by arranging parasitic monopole antennas between each of the antenna elements 12, 14 and 16, the coupling level of each of the antenna elements 12, 14 and 16 is reduced.

図8は、5GHzの周波数帯域に対応するアンテナエレメント11、13及び15の各々の結合のレベルを示す図である。この図8において、|S31|は、アンテナエレメント11とアンテナエレメント13との結合の度合いを示すレベル(以下、結合レベルとする)を示している。また、|S51|は、アンテナエレメント11とアンテナエレメント15との結合レベルを示している。|S53|は、アンテナエレメント13とアンテナエレメント15との結合レベルを示している。|S31|は実線で示され、|S51|は破線で示され、|S53|は点線で示されている。
図8(a)は、アンテナエレメント11、13及び15の各々の間に寄生モノポールアンテナを配置していない場合におけるアンテナエレメント11、13及び15それぞれの結合のレベルを示している。この図8(a)において、横軸は周波数を示し、縦軸は結合レベル(dB)を示している。
周波数が5GHz近傍において、|S53|の結合レベルが−8.5dB程度であることが判る。これは、アンテナエレメント13及び15間の距離が、アンテナエレメント11及び13の間の距離、及びアンテナエレメント11及び15の間の距離より近いため、伝搬する電磁波のエネルギーが強いためである。
FIG. 8 is a diagram showing the level of coupling of each of the antenna elements 11, 13 and 15 corresponding to the 5 GHz frequency band. In FIG. 8, | S 31 | indicates a level (hereinafter referred to as a coupling level) indicating the degree of coupling between the antenna element 11 and the antenna element 13. Further, | S 51 | represents the coupling level of the antenna element 11 and the antenna element 15. | S 53 | indicates the coupling level of the antenna element 13 and the antenna element 15. | S 31 | is shown in solid lines, | S 51 | is shown in broken lines, | S 53 | is indicated by a dotted line.
FIG. 8A shows the level of coupling of each of the antenna elements 11, 13 and 15 when no parasitic monopole antenna is disposed between each of the antenna elements 11, 13 and 15. FIG. In FIG. 8A, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents coupling level (dB).
It can be seen that the coupling level of | S 53 | is approximately −8.5 dB near a frequency of 5 GHz. This is because the distance between the antenna elements 13 and 15 is closer than the distance between the antenna elements 11 and 13 and the distance between the antenna elements 11 and 15, so the energy of the propagating electromagnetic wave is strong.

図8(b)は、アンテナエレメント11、13及び15の各々の間に寄生モノポールアンテナを配置した場合におけるアンテナエレメント11、13及び15それぞれの結合のレベルを示している。この図8(b)において、横軸は周波数を示し、縦軸は結合レベル(dB)を示している。|S31|は実線で示され、|S51|は破線で示され、|S53|は点線で示されている。
周波数が5GHz近傍において、|S31|及び|S51|の各々の結合レベルが図8(a)の場合とほぼ変化していないことが判る。また、|S53|の結合レベルは、図8(a)の−10dB程度から、最も低い値である−22dB程度まで低下しており、結合レベルが約13.5dB改善されていることが判る。これにより、アンテナエレメント11、13及び15の各々の間に寄生モノポールアンテナを配置することで、アンテナエレメント11、13及び15それぞれの結合レベルを低下させていることが判る。
FIG. 8 (b) shows the level of coupling of each of the antenna elements 11, 13 and 15 when a parasitic monopole antenna is disposed between each of the antenna elements 11, 13 and 15. In FIG. 8 (b), the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents coupling level (dB). | S 31 | is shown in solid lines, | S 51 | is shown in broken lines, | S 53 | is indicated by a dotted line.
It can be seen that the coupling level of each of | S 31 | and | S 51 | is almost unchanged from that in the case of FIG. 8A in the vicinity of the frequency of 5 GHz. Also, the coupling level of | S 53 | is reduced from about −10 dB in FIG. 8A to about −22 dB, which is the lowest value, and it can be seen that the coupling level is improved by about 13.5 dB. . Thus, it can be seen that by arranging parasitic monopole antennas between each of the antenna elements 11, 13 and 15, the coupling level of each of the antenna elements 11, 13 and 15 is reduced.

図9は、MIMOアンテナにおける各アンテナエレメント間の相関の大きさを示す図である。MIMOアンテナにおける各アンテナエレメント間の相関を表す方法として、以下の(1)式で表される包絡線相関係数が知られている。包絡線相関係数が高いほど、アンテナエレメント間の相関が高いことを示す。この図9において、「without PM」は寄生モノポールアンテナが相関を見ているアンテナエレメント間に設けられていない場合の周波数と包絡線相関係数との関係を示す曲線を示している。また、「with PM」は寄生モノポールアンテナが相関を見ているアンテナエレメント間に設けられている場合の包絡線相関係数との関係を示す曲線を示している。
以下の(1)式において、|ρij|は包絡線相関係数である。Siiは、アンテナエレメントiの入力インピーダンスを示している。Sijはアンテナエレメントjからアンテナエレメントiに対する結合度を示している。また、*は共役複素数を意味している。
FIG. 9 is a diagram showing the magnitude of the correlation between each antenna element in the MIMO antenna. An envelope correlation coefficient represented by the following equation (1) is known as a method of representing the correlation between antenna elements in a MIMO antenna. The higher the envelope correlation coefficient, the higher the correlation between the antenna elements. In FIG. 9, “without PM” indicates a curve indicating the relationship between the frequency and the envelope correlation coefficient when parasitic monopole antennas are not provided between the antenna elements that are being correlated. Also, “with PM” indicates a curve showing the relationship with the envelope correlation coefficient when the parasitic monopole antenna is provided between the antenna elements that are looking at correlation.
In the following equation (1), | ρ ij | is an envelope correlation coefficient. S ii indicates the input impedance of the antenna element i. S ij indicates the degree of coupling from antenna element j to antenna element i. Also, * means conjugate complex number.

図9(a)は、2.4GHzの周波数帯域のアンテナエレメント12、14及び16の各々の間の包絡線相関係数|ρij|を示している。図9(a)において、横軸が周波数を示し、縦軸が包絡線相関係数を示している。
|ρ42|は、アンテナエレメント12からアンテナエレメント14への相関を示す包絡線相関係数を示している。|ρ62|は、アンテナエレメント12からアンテナエレメント16への相関を示す包絡線相関係数を示している。|ρ64|は、アンテナエレメント14からアンテナエレメント16への相関を示す包絡線相関係数を示している。|ρ42|は実線で示され、|ρ62|は破線で示され、|ρ64|は点線で示されている。
FIG. 9 (a) shows the envelope correlation coefficient | | ij | between each of the antenna elements 12, 14 and 16 in the 2.4 GHz frequency band. In FIG. 9A, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the envelope correlation coefficient.
| Ρ 42 | represents an envelope correlation coefficient indicating the correlation from the antenna element 12 to the antenna element 14. | Ρ 62 | indicates an envelope correlation coefficient indicating a correlation from the antenna element 12 to the antenna element 16. | Ρ 64 | indicates an envelope correlation coefficient indicating a correlation from the antenna element 14 to the antenna element 16. | [Rho 42 | is shown in solid lines, | ρ 62 | is shown in broken lines, | ρ 64 | is indicated by a dotted line.

また、アンテナエレメント間に寄生モノポールアンテナが設けられていない場合を細い線、アンテナエレメント間に寄生モノポールアンテナが設けられている場合を太い線で示している。
2.4GHzの周波数帯において、|ρ42|、|ρ62|及び|ρ64|の各々が、アンテナエレメント間に寄生モノポールアンテナを設けることにより、低下して0に近くなることが判る。
Also, thin lines show cases where parasitic monopole antennas are not provided between antenna elements, and thick lines show cases where parasitic monopole antennas are provided between antenna elements.
In the 2.4 GHz frequency band, it can be seen that each of | ρ 42 |, | ρ 62 | and | ρ 64 | is lowered to near zero by providing a parasitic monopole antenna between the antenna elements.

図9(b)は、5GHzの周波数帯域のアンテナエレメント11、13及び15の各々の間の包絡線相関係数|ρij|を示している。図9(b)において、横軸が周波数を示し、縦軸が包絡線相関係数を示している。
|ρ31|は、アンテナエレメント11からアンテナエレメント13への相関を示す包絡線相関係数を示している。|ρ51|は、アンテナエレメント11からアンテナエレメント15への相関を示す包絡線相関係数を示している。|ρ53|は、アンテナエレメント13からアンテナエレメント15への相関を示す包絡線相関係数を示している。|ρ31|は実線で示され、|ρ51|は破線で示され、|ρ53|は点線で示されている。
FIG. 9 (b) shows the envelope correlation coefficient | ρ ij | between each of the antenna elements 11, 13 and 15 in the 5 GHz frequency band. In FIG. 9B, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the envelope correlation coefficient.
| Ρ 31 | indicates an envelope correlation coefficient indicating the correlation from the antenna element 11 to the antenna element 13. | Ρ 51 | indicates an envelope correlation coefficient indicating a correlation from the antenna element 11 to the antenna element 15. | Ρ 53 | indicates an envelope correlation coefficient indicating a correlation from the antenna element 13 to the antenna element 15. | [Rho 31 | is shown in solid lines, | ρ 51 | is shown in broken lines, | ρ 53 | is indicated by a dotted line.

また、アンテナエレメント間に寄生モノポールアンテナが設けられていない場合を細い線で示し、アンテナエレメント間に寄生モノポールアンテナが設けられている場合を太い線で示している。
5GHzの周波数帯において、|ρ31|及び|ρ51|の各々はそれほど変化はしていない。しかしながら、アンテナエレメント13及びアンテナエレメント15の間に寄生モノポールアンテナ23を設けることにより、|ρ53|については大幅に低下し、大きな改善が見られる。
Also, thin lines indicate cases where parasitic monopole antennas are not provided between antenna elements, and thick lines indicate cases where parasitic monopole antennas are provided between antenna elements.
In the 5 GHz frequency band, each of | ρ 31 | and | ρ 51 | does not change so much. However, by providing the parasitic monopole antenna 23 between the antenna element 13 and the antenna element 15, the | ρ 53 | is greatly reduced and a great improvement can be seen.

図10は、本実施形態における周波数帯域が2.4GHzのアンテナエレメントの放射特性を示す図である。この図10は、XZ平面における放射指向性特性を示しており、動径がアンテナエレメントのゲインを示し、角度が放射方向を示している。
図10(a)は、アンテナエレメント14の放射指向性特性を示している。図10(b)は、アンテナエレメント12の放射指向性特性を示している。図10(c)は、アンテナエレメント16の放射指向性特性を示している。
アンテナエレメントによって、最大ゲインとなる平面が異なるが、それぞれのアンテナエレメントの最大ゲインは約2dBiである。このため、本実施形態における2.4GHzのアンテナエレメント12、14及び16の各々は、図9(a)の包絡線相関係数の数値を含めて、MIMO性能を発揮するための十分な特性を有したアンテナエレメント・アレイを構成している。
FIG. 10 is a diagram showing the radiation characteristic of the antenna element whose frequency band is 2.4 GHz in the present embodiment. FIG. 10 shows the radiation directivity characteristic in the XZ plane, where the radius indicates the gain of the antenna element and the angle indicates the radiation direction.
FIG. 10A shows the radiation directivity characteristic of the antenna element 14. FIG. 10 (b) shows the radiation directivity characteristic of the antenna element 12. FIG. 10C shows the radiation directivity characteristic of the antenna element 16.
Although the plane that provides the maximum gain differs depending on the antenna element, the maximum gain of each antenna element is about 2 dBi. For this reason, each of the 2.4 GHz antenna elements 12, 14 and 16 in the present embodiment includes sufficient characteristics for achieving MIMO performance, including the values of the envelope correlation coefficient in FIG. 9 (a). It comprises the antenna element array which it had.

図11は、本実施形態における周波数帯域が5GHzのアンテナエレメントの放射特性を示す図である。この図11は、図10と同様に、XZ平面における放射指向性特性を示しており、動径がアンテナエレメントのゲインを示し、角度が放射方向を示している。
図11(a)は、アンテナエレメント11の放射指向性特性を示している。図11(b)は、アンテナエレメント13の放射指向性特性を示している。図11(c)は、アンテナエレメント15の放射指向性特性を示している。
図10の場合と同様に、アンテナエレメントによって、最大ゲインとなる平面が異なるが、それぞれのアンテナエレメントの最大ゲインは約2dBiである。このため、本実施形態における5GHzのアンテナエレメント11、13及び15の各々は、図9(b)の包絡線相関係数の数値を含めて、MIMO性能を発揮するための十分な特性を有したアンテナエレメント・アレイを構成している。
FIG. 11 is a diagram showing the radiation characteristics of the antenna element whose frequency band is 5 GHz in the present embodiment. Similar to FIG. 10, FIG. 11 shows the radiation directivity characteristic in the XZ plane, where the radius of the radius indicates the gain of the antenna element, and the angle indicates the radiation direction.
FIG. 11A shows the radiation directivity characteristic of the antenna element 11. FIG. 11 (b) shows the radiation directivity characteristic of the antenna element 13. FIG. 11 (c) shows the radiation directivity characteristic of the antenna element 15.
As in the case of FIG. 10, although the plane of maximum gain differs depending on the antenna element, the maximum gain of each antenna element is about 2 dBi. For this reason, each of the antenna elements 11, 13 and 15 of 5 GHz in the present embodiment has sufficient characteristics for exerting MIMO performance including the numerical value of the envelope correlation coefficient of FIG. 9 (b). An antenna element array is configured.

上述したように、本実施形態は、アンテナエレメント間に寄生モノポールアンテナを介挿している。これにより、本実施形態によれば、グランドに接続されたパターンを励振するアンテナエレメントから、隣接する他のアンテナエレメントに対してグランドを介して伝搬する電磁波のエネルギーを低減させ、アンテナエレメント間の結合低減を行うことができる。また、本実施形態によれば、メタマテリアルを用いてアンテナエレメント間における電磁波のエネルギーを低減する構成に比較し、設計が簡単であり、かつ共振周波数に対応した波長の調整及びアンテナエレメントに対する減結合の周波数の修正が容易な寄生モノポールアンテナを用いることにより、隣接するアンテナ間の結合を簡易に低減することが可能となる。また、本実施形態によれば、メタマテリアルに比較して、寄生モノポールアンテナの面積が小さいため、余分な占有面積を取ることなく、MIMOアンテナの形成する面積が大型化することは無い。   As described above, in the present embodiment, a parasitic monopole antenna is inserted between antenna elements. Thereby, according to the present embodiment, the energy of the electromagnetic wave propagating through the ground from the antenna element exciting the pattern connected to the ground to the other adjacent antenna element is reduced, and the coupling between the antenna elements is performed. A reduction can be made. Moreover, according to the present embodiment, the design is simpler and the adjustment of the wavelength corresponding to the resonance frequency and the decoupling to the antenna element are simpler than the configuration in which the energy of the electromagnetic wave between the antenna elements is reduced using the metamaterial. By using a parasitic monopole antenna whose frequency is easily corrected, it is possible to easily reduce coupling between adjacent antennas. Further, according to the present embodiment, since the area of the parasitic monopole antenna is smaller than that of the metamaterial, the area formed by the MIMO antenna does not increase without taking an extra occupied area.

また、本実施形態における寄生モノポールアンテナは、複数のサブ寄生モノポールアンテナに分離して設けてもよい。隣接するサブ寄生モノポールアンテナ同士は、サブ寄生モノポールアンテナ間のギャップ容量で結合(容量結合)させ、高周波的に十分な電気長を有するエレメントとする。
また、本実施形態におけるアンテナエレメントは、SRR(Split Ring Resonator)に変更しても良い。すなわち、本発明は、グラウンドを高周波電流の帰路及び放射エレメントの一部として利用するタイプのアンテナ、すなわちグラウンドに電磁波が伝搬しやすい構造の同一周波数帯のアンテナ間の結合低減に対して適用が可能である。
また、本実施形態において、無給電アンテナエレメント(寄生モノポールアンテナ)がL字形状である場合について説明したが、直線状あるいは曲線状の形状として形成されていても良い。
また、本実施形態において、無給電アンテナエレメント(寄生モノポールアンテナ)は、アンテナエレメントの外周部分におけるエレメントパターンに沿って形成されていれば良い。また、無給電アンテナエレメント(寄生モノポールアンテナ)が直線状である場合には、アンテナエレメントに対して平行になるように配置することもできる。
Also, the parasitic monopole antenna in the present embodiment may be provided separately to a plurality of sub-parasitic monopole antennas. Adjacent sub-parasitic monopole antennas are coupled (capacitively coupled) by the gap capacitance between the sub-parasitic monopole antennas to form an element having an electrical length sufficient for high frequency.
In addition, the antenna element in the present embodiment may be changed to SRR (Split Ring Resonator). That is, the present invention can be applied to a type of antenna that uses ground as a part of high frequency current return and radiation element, that is, to reduce coupling between antennas of the same frequency band having a structure that electromagnetic waves easily propagate to ground. It is.
Moreover, in this embodiment, although the case where a parasitic antenna element (parasitic monopole antenna) was L-shaped was demonstrated, you may form as a linear or curvilinear shape.
In the present embodiment, the parasitic antenna element (parasitic monopole antenna) may be formed along the element pattern in the outer peripheral portion of the antenna element. In addition, when the parasitic antenna element (parasitic monopole antenna) is linear, it may be disposed parallel to the antenna element.

図12は、本発明の平面アンテナにおいて無給電アンテナによるアンテナエレメント間の結合低減の概念を示す図である。この図12は、誘電体基板3(誘電体基板)の表面3S(誘電体基板の一方の面)に形成されたアンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)から構成される平面アンテナを、平面視において示している。誘電体基板3(誘電体基板)の表面3S(誘電体基板の一方の面)上にはエレメントパターン(エレメントパターン)からなるアンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々が形成されている。アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々は、それぞれグランドに直流的に接続されている(接続箇所は不図示)。また、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々は、励振することにより同一の周波数帯の電磁波を放射する。   FIG. 12 is a view showing a concept of coupling reduction between antenna elements by a parasitic antenna in the planar antenna of the present invention. FIG. 12 shows a planar antenna configured of an antenna element 101 and an antenna element 102 (a plurality of antenna elements) formed on the surface 3S (one surface of the dielectric substrate) of the dielectric substrate 3 (dielectric substrate). , In a plan view. Each of an antenna element 101 and an antenna element 102 (a plurality of antenna elements) including an element pattern (element pattern) is formed on the surface 3S (one surface of the dielectric substrate) of the dielectric substrate 3 (dielectric substrate) ing. Each of the antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements) is connected to the ground in a direct-current manner (connection point not shown). In addition, each of the antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements) emits an electromagnetic wave of the same frequency band by excitation.

アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々の間には、誘電体基板3の表面3S上において、無給電アンテナエレメント103(無給電アンテナエレメント)が形成されている。無給電アンテナエレメント103(無給電アンテナエレメント)は、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)のいずれかあるいは双方と容量結合により交流的に接続されている。
ここで、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々のいずれかあるいは双方と無給電アンテナエレメント103(無給電アンテナエレメント)との容量結合におけるギャップ容量の容量値と無給電アンテナエレメント103(無給電アンテナエレメント)の誘導性リアクタンスとによる共振周波数が、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々の放射する電磁波の周波数帯となる形状に無給電アンテナエレメント103(無給電アンテナエレメント)が構成されている。
A parasitic antenna element 103 (a parasitic antenna element) is formed on the surface 3S of the dielectric substrate 3 between each of the antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements). The parasitic antenna element 103 (paramagnetic antenna element) is AC-connected to one or both of the antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements) by capacitive coupling.
Here, the capacitance value of the gap capacitance and the parasitic antenna element in the capacitive coupling between the parasitic antenna element 103 (parasitic antenna element) and either or both of the antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements) It is assumed that the resonant frequency due to the inductive reactance of 103 (a parasitic antenna element) is a frequency band of the electromagnetic wave emitted by each of the antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements). A feeding antenna element is configured.

これにより、無給電アンテナエレメント103(無給電アンテナエレメント)が、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント101(複数のアンテナエレメント)のいずれかあるいは双方が放射した電磁波に共振することで、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)の各々が直流的に接続されているグランドのレイヤー(不図示)を伝搬する電磁破のエネルギーを効率的に吸収し、アンテナエレメント101及びアンテナエレメント102(複数のアンテナエレメント)間における同一周波数帯の電磁波の結合を低減させている。   As a result, the non-feeding antenna element 103 (non-feeding antenna element) resonates with the electromagnetic wave radiated by either or both of the antenna element 101 and the antenna element 101 (plural antenna elements), whereby the antenna element 101 and the antenna element The antenna element 101 and the antenna element 102 (a plurality of antenna elements) efficiently absorb the energy of an electromagnetic breakdown propagating through a ground layer (not shown) to which each of the plurality 102 (a plurality of antenna elements) is connected in a DC manner. Coupling of electromagnetic waves in the same frequency band).

以下に、本発明の他の構成について記載する。
本発明の他の構成は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面上に設けられており、グランドに直流的に接続されたエレメントパターンから形成され、同一の周波数帯で電磁波を前記エレメントパターンを励振させて放射する複数のアンテナエレメントと、前記アンテナエレメント間に設けられ、前記エレメントパターンに対して容量結合で交流的に接続されているパターンである無給電アンテナエレメントとを備えることを特徴とする。
また、本発明の他の構成は、誘電体基板の一方の面上に設けられており、グランドに直流的に接続されたエレメントパターンから形成された平面アンテナにおいて、同一の周波数帯で電磁波を前記エレメントパターンを励振させて放射する複数のアンテナエレメント間における結合低減方法であり、前記エレメントパターンに対して容量結合で交流的に接続されているパターンである無給電アンテナエレメントを配置し、当該無給電アンテナエレメントにより、アンテナエレメント間の結合を低減させる。
Hereinafter, other configurations of the present invention will be described.
Another configuration of the present invention is a dielectric substrate and an element pattern provided on one surface of the dielectric substrate and connected to a ground in a direct-current manner, and electromagnetic waves are transmitted in the same frequency band It comprises: a plurality of antenna elements for exciting and radiating an element pattern; and a parasitic antenna element which is a pattern which is provided between the antenna elements and is AC connected to the element pattern in a capacitive coupling manner. It features.
Further, according to another structure of the present invention, in a planar antenna provided on one surface of a dielectric substrate and formed from an element pattern connected in a direct current manner to the ground, the electromagnetic waves are transmitted in the same frequency band. A method for reducing coupling between a plurality of antenna elements that excites and radiates an element pattern, and arranges a parasitic antenna element that is a pattern that is AC connected to the element pattern in a capacitive coupling manner, The antenna elements reduce the coupling between the antenna elements.

1…平面アンテナ 3…誘電体基板 11,12,13,14,15,16…アンテナエレメント 21,22,23,24,25,26…寄生モノポールアンテナ 31,32,33…レイヤー 34…補強誘電体層 35…コア基板 110,140…グラウンドパッド 111,141…給電点 112R,112L,112LC,112LP,112RC,112RP,142L,142R,142LC,142RC…エレメントパターン 113,143…給電パターン 211,212,241,242…アンテナパターン   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... planar antenna 3 ... dielectric substrate 11, 12, 13, 14, 15, 16 ... antenna element 21, 22, 23, 24, 25, 26 ... parasitic monopole antenna 31, 32, 33 ... layer 34 ... reinforcement dielectric Body layer 35: Core substrate 110, 140: Ground pad 111, 141: Feed point 112R, 112L, 112LC, 112LP, 112RC, 112RP, 142L, 142R, 142LC, 142RC ... Element pattern 113, 143: Feed pattern 211, 212, 241, 242 ... antenna pattern

Claims (10)

グランドに直流的に接続された、同一の周波数帯で電磁波を放射する複数のアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの各々の間に設けられた無給電アンテナエレメントと
を備えることを特徴とする平面アンテナ。
A plurality of antenna elements connected in a direct current manner to the ground and emitting electromagnetic waves in the same frequency band;
A planar antenna comprising: parasitic antenna elements provided between each of the antenna elements.
前記無給電アンテナエレメントが前記周波数帯に対して誘導性リアクタンスを有する長さであり、このリアクタンス値と、前記アンテナエレメントとの間の間隙により形成されるギャップ容量の容量値とによる共振周波数が前記周波数帯である
ことを特徴とする請求項1に記載の平面アンテナ。
The resonant antenna element has a length having an inductive reactance with respect to the frequency band, and a resonant frequency by the reactance value and a capacitance value of a gap capacitance formed by a gap between the antenna elements is It is a frequency band. The flat antenna according to claim 1 characterized by things.
前記無給電アンテナエレメントが、前記アンテナエレメントの放射する電波の周波数帯で共振することにより、前記アンテナエレメントの各々の間における前記グランドを介して伝搬する電磁波のエネルギーを低減する
ことを特徴とする請求項2に記載の平面アンテナ。
The parasitic antenna element resonates in a frequency band of a radio wave emitted by the antenna element to reduce energy of an electromagnetic wave propagating through the ground between each of the antenna elements. The planar antenna according to Item 2.
前記無給電アンテナエレメントを、前記アンテナエレメントの前記周波数帯に対して誘導性リアクタンスとなる長さで形成することで、前記アンテナエレメントの前記周波数帯に対応した共振器とする
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の平面アンテナ。
By forming the parasitic antenna element with a length to be an inductive reactance with respect to the frequency band of the antenna element, a resonator corresponding to the frequency band of the antenna element is characterized. The planar antenna according to claim 2 or claim 3.
前記無給電アンテナエレメントが、L字形状に形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
The planar antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the parasitic antenna element is formed in an L shape.
前記L字形状の無給電アンテナエレメントにおいて、前記アンテナエレメントの各々の間に配置される一のパターン部分の幅より、当該一のパターンと直角に形成される他のパターン部分の幅が細いこと
を特徴とする請求項5に記載の平面アンテナ。
In the L-shaped parasitic antenna element, the width of the other pattern portion formed perpendicular to the one pattern is narrower than the width of the one pattern portion disposed between each of the antenna elements. The planar antenna according to claim 5, characterized in that:
前記無給電アンテナエレメントの長さが、前記周波数帯の波長λに対して、λ/4からλ/2である
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
The plane according to any one of claims 1 to 6, wherein the length of the parasitic antenna element is λ / 4 to λ / 2 with respect to the wavelength λ of the frequency band. antenna.
前記無給電アンテナエレメントが、前記アンテナエレメントの外周部分に沿って形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
The planar antenna according to any one of claims 1 to 6, wherein the parasitic antenna element is formed along an outer peripheral portion of the antenna element.
前記無給電アンテナエレメントが、
複数のサブ無給電アンテナエレメントに分離して設けられ、当該サブ無給電アンテナエレメントの各々がギャップ容量で結合している
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
The parasitic antenna element is
9. The plurality of sub parasitic antenna elements are provided separately, and each of the sub parasitic antenna elements is coupled by a gap capacitance. Flat antenna.
グランドに直流的に接続された複数のアンテナエレメントからなる平面アンテナにおいて、同一の周波数帯で電磁波を放射する前記アンテナエレメントの各々の間における結合低減方法であり、
前記アンテナエレメントの各々の間に無給電アンテナエレメントを配置し、当該無給電アンテナエレメントにより、前記アンテナエレメントの各々の間の結合を低減させる
ことを特徴とするアンテナエレメント間の結合低減方法。
A planar antenna comprising a plurality of antenna elements connected in a direct current manner to a ground, wherein the method of reducing coupling between each of the antenna elements that radiates an electromagnetic wave in the same frequency band,
A method of reducing coupling between antenna elements, comprising: arranging parasitic antenna elements between each of the antenna elements; and reducing coupling between each of the antenna elements by the parasitic antenna elements.
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