JP2019205028A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなアンテナ装置において、複数のアンテナが近接する場合には、電磁的にアンテナの相互結合が発生してしまう。使用されないアンテナと使用されるアンテナの相互結合が発生すると、使用されるアンテナが単独で形成するはずの指向性とは異なる指向性を持つことになる。
特許文献1には、2つのアンテナにそれぞれ接続された2つのスイッチによって、使用されるアンテナを切り替える技術が開示されている。ここでは、使用されるアンテナは1つのスイッチにより無線機の回路に接続される。一方、使用されないアンテナは、アースされたインピーダンス素子に他のスイッチによって接続され、相互結合の影響を排除しようとする。
本実施形態では、アンテナ装置は2つのアンテナを有する。但し、本実施形態の2つのアンテナは、配列された多数のアンテナの2つと考えてよく、図示された2つのアンテナ以外のアンテナに同様の改良を施してよい。アンテナ装置は、送信アンテナ装置として使用してもよいし、受信アンテナ装置として使用してもよい。
図1は、第1実施形態に係るアンテナ装置の概略図である。アンテナ装置は、2つのアンテナ1,2と、アンテナ1,2にそれぞれ接続された2つのRFスイッチ3,4と、回路部5と、回路部5に接続されておりRFスイッチ3または4に選択的に接続されるRFスイッチ6とを有する。アンテナ1,2は、それぞれ異なる指向性を有する。アンテナ1,2は、電磁気的な結合によって相互のアンテナ特性に影響を与える距離に近接して配置されている。
RFスイッチ3の第2の接点bと、RFスイッチ4の第2の接点cは、RF線路10を介して、インピーダンス素子(例えば、抵抗器)11の一端に接続されており、インピーダンス素子11の他端はグランドに接続されている。インピーダンス素子11のインピーダンス値(例えば、抵抗値)は、0Ω以上、50Ω以下であることが好ましい。RF線路7,8,9,10の各々のインピーダンス値は、例えば50Ωである。尚、インピーダンス素子11はインピーダンス装置の一例である。
回路部5は、RFスイッチ3,4,6の各々の切り替え制御を行うことにより、アンテナ1または2を選択的に使用する。回路部5は、RFスイッチ3,4,6の制御入力端C1,C2にそれぞれ供給される複数の制御信号を供給する。これにより、回路部5は、使用されるアンテナ1または2に接続されたRFスイッチ3または4の第1の接点aと、当該RFスイッチの2つの第2の接点b,cのうちRFスイッチ6に接続された第2の接点bまたはcとを接続する。同時に、回路部5は、RFスイッチ6の第3の接点aと、RFスイッチ6の2つの第4の接点b,cのうち使用されるアンテナ1または2に接続されたRFスイッチ3または4に接続された第4の接点b,cとを接続する。同時に、回路部5は、使用されないアンテナに接続されたRFスイッチ3または4の第1の接点aと、当該RFスイッチの2つの第2の接点b,cのうちインピーダンス素子11に接続された第2の接点bまたはcとを接続する。
このようにアンテナ2が使用される場合、使用されないアンテナ1は、RFスイッチ3の接点a,b、RF線路10、インピーダンス素子11を介して、グランドに接続される。したがって、アンテナ1は、低インピーダンスで終端される。アンテナ1,2は、電磁気的な結合によって相互のアンテナ特性に影響を与えるよう近接しているが、相互結合の影響は小さい。また、相互結合の影響を事前に把握することによって、アンテナ2の使用時の指向性はあらかじめ予測して設定しておくことができる。
このようにアンテナ1が使用される場合、使用されないアンテナ2は、RFスイッチ3の接点a,c、RF線路10、インピーダンス素子11を介して、グランドに接続される。したがって、アンテナ2は、低インピーダンスで終端される。アンテナ1,2は、電磁気的な結合によって相互のアンテナ特性に影響を与える距離に近接しているが、相互結合の影響は小さい。また、相互結合の影響を事前に把握することによって、アンテナ1の使用時の指向性はあらかじめ予測して設定しておくことができる。
回路部5は、上記のようにRFスイッチ3,4,6を制御して、使用されるアンテナを切り替える。回路部5は、使用されるアンテナをアンテナ1,2から時分割で順次選択してもよい。
第1実施形態においては、RFスイッチ3の第2の接点bおよびRFスイッチ4の第2の接点cは、共通のインピーダンス素子11を介してグランドに接続されている。しかし、図4に示すように、RFスイッチ3,4の各々に個別のインピーダンス素子を接続してもよい。
図5の例では、RFスイッチ3の第2の接点bおよびRFスイッチ4の第2の接点cは、共通のインピーダンス装置30を介してグランドに接続されている。但し、RFスイッチ3,4の各々に個別のインピーダンス装置を接続してもよい。
本実施形態では、アンテナ装置は4つのアンテナを有する。但し、本実施形態の4つのアンテナは、配列された多数のアンテナの4つと考えてよく、図示された4つのアンテナ以外のアンテナに同様の改良を施してよい。アンテナ装置は、送信アンテナ装置として使用してもよいし、受信アンテナ装置として使用してもよい。
図6は、第2実施形態に係るアンテナ装置の概略図である。アンテナ装置は、4つのアンテナ41,42,43,44と、アンテナ41,42,43,44にそれぞれ接続された2つのRFスイッチ45,46,47,48とを有する。また、アンテナ装置は、回路部49と、回路部49に接続されておりRFスイッチ45,46,47,48のいずれかに選択的に接続されるRFスイッチ50とを有する。アンテナ41,42,43,44は、それぞれ異なる指向性を有する。アンテナ41,42,43,44は、電磁気的な結合によって相互のアンテナ特性に影響を与える距離に近接して配置されている。
回路部49は、RFスイッチ45〜48,50の各々の切り替え制御を行うことにより、アンテナ41〜44のいずれか1つを選択的に使用する。回路部49は、RFスイッチ45〜48,50の制御入力端C1,C2にそれぞれ供給される複数の制御信号を供給する。これにより、回路部49は、RFスイッチ45〜48のうち使用されるアンテナに接続されたRFスイッチの第1の接点aと、当該RFスイッチの4つの第2の接点b〜eのうちRFスイッチ50に接続された1つの第2の接点とを接続する。同時に、回路部49は、RFスイッチ50の第3の接点aと、RFスイッチ50の4つの第4の接点b〜eのうち使用されるアンテナに接続されたRFスイッチに接続された第4の接点とを接続する。同時に、回路部49は、使用されない3つのアンテナに接続された3つのRFスイッチの各々の第1の接点aと、当該RFスイッチの4つの第2の接点b〜eのうちインピーダンス素子57,59,61または63に接続された第2の接点とを接続する。
回路部49は、上記のようにRFスイッチ45〜48,50を制御して、使用されるアンテナを切り替える。回路部49は、使用されるアンテナをアンテナ41,2から時分割で順次選択してもよい。
第2実施形態においては、RFスイッチ45〜48の各々に1つのインピーダンス素子が接続されている。しかし、すべてのRFスイッチ45〜48の第2の接点b〜eのうちRFスイッチ50に接続されない第2の接点をすべて、1つの共通のインピーダンス素子に接続してもよい。あるいは、これらの第2の接点を複数の個別のインピーダンス素子に接続してもよい。
第2実施形態において、2つの制御用信号線で伝送される2つの制御信号により、各RFスイッチが切り替えられる。但し、1つの制御用信号線で伝送される1つの制御信号によって各RFスイッチを切り替えて、上記と同等の効果を達成してもよい。
本実施形態は、第2実施形態の修正であって、ここではRFスイッチ45〜48の接点が相互に接続されている。本実施形態の4つのアンテナは、配列された多数のアンテナの4つと考えてよく、図示された4つのアンテナ以外のアンテナに同様の改良を施してよい。アンテナ装置は、送信アンテナ装置として使用してもよいし、受信アンテナ装置として使用してもよい。
図8は、第3実施形態に係るアンテナ装置の概略図である。図7と共通する構成要素を示すために同一の符号が使用されている。
本実施形態では、RFスイッチ45〜48の各々において、第2の接点b〜eの1つがRFスイッチ50に接続され、第2の接点b〜eの他の1つがインピーダンス素子を介してグランドに接続されている。また、第2の接点b〜eのうちRFスイッチ50にもインピーダンス素子にも接続されていない第2の接点が、他のRFスイッチ45〜48の第2の接点b〜eのうちRFスイッチ50にもインピーダンス素子にも接続されていない第2の接点に接続されている。
回路部49は、RFスイッチ45〜48,50の各々の切り替え制御を行うことにより、アンテナ41〜44のいずれか1つを選択的に使用する。回路部49は、RFスイッチ45〜48,50の制御入力端C1,C2にそれぞれ供給される複数の制御信号を供給する。これにより、回路部49は、RFスイッチ45〜48のうち使用されるアンテナに接続されたRFスイッチの第1の接点aと、当該RFスイッチの4つの第2の接点b〜eのうちRFスイッチ50に接続された1つの第2の接点とを接続する。同時に、回路部49は、RFスイッチ50の第3の接点aと、RFスイッチ50の4つの第4の接点b〜eのうち使用されるアンテナに接続されたRFスイッチに接続された第4の接点とを接続する。
このようにアンテナ44が使用される場合、アンテナ41に対応するRFスイッチ45では、接点aが接点bに接続されて、アンテナ41がインピーダンス素子57を介してグランドに接続される。アンテナ42に対応するRFスイッチ46では、接点aが接点bに接続され、アンテナ43に対応するRFスイッチ47では、接点aが接点bに接続されるので、使用されないアンテナ42,43がRF線路67を介して接続される。アンテナ41〜44は、電磁気的な結合によって相互のアンテナ特性に影響を与えるように近接しているので、使用されないアンテナ42,43は、使用されるアンテナ44の無給電素子として動作する。したがって、使用されるアンテナ44の指向性は、低インピーダンスで終端したアンテナ41と、無給電素子であるアンテナ42,43に影響される。このような相互結合の影響を事前に把握することによって、アンテナ44の使用時の指向性はあらかじめ予測して設定しておくことができる。
このようにアンテナ43が使用される場合、アンテナ44に対応するRFスイッチ48では、接点aが接点cに接続されて、アンテナ44がインピーダンス素子63を介してグランドに接続される。アンテナ41に対応するRFスイッチ45では、接点aが接点cに接続され、アンテナ42に対応するRFスイッチ46では、接点aが接点cに接続されるので、使用されないアンテナ41,42がRF線路66を介して接続される。使用されないアンテナ41,42は、使用されるアンテナ43の無給電素子として動作する。したがって、使用されるアンテナ43の指向性は、低インピーダンスで終端したアンテナ44と、無給電素子であるアンテナ41,42に影響される。このような相互結合の影響を事前に把握することによって、アンテナ43の使用時の指向性はあらかじめ予測して設定しておくことができる。
このようにアンテナ42が使用される場合、アンテナ43に対応するRFスイッチ47では、接点aが接点dに接続されて、アンテナ43がインピーダンス素子61を介してグランドに接続される。アンテナ41に対応するRFスイッチ45では、接点aが接点dに接続され、アンテナ44に対応するRFスイッチ48では、接点aが接点dに接続されるので、使用されないアンテナ41,44がRF線路69を介して接続される。使用されないアンテナ41,44は、使用されるアンテナ42の無給電素子として動作する。したがって、使用されるアンテナ42の指向性は、低インピーダンスで終端したアンテナ43と、無給電素子であるアンテナ41,44に影響される。このような相互結合の影響を事前に把握することによって、アンテナ42の使用時の指向性はあらかじめ予測して設定しておくことができる。
このようにアンテナ41が使用される場合、アンテナ42に対応するRFスイッチ46では、接点aが接点eに接続されて、アンテナ42がインピーダンス素子59を介してグランドに接続される。アンテナ43に対応するRFスイッチ47では、接点aが接点eに接続され、アンテナ44に対応するRFスイッチ48では、接点aが接点eに接続されるので、使用されないアンテナ43,44がRF線路68を介して接続される。使用されないアンテナ43,44は、使用されるアンテナ41の無給電素子として動作する。したがって、使用されるアンテナ41の指向性は、低インピーダンスで終端したアンテナ42と、無給電素子であるアンテナ43,44に影響される。このような相互結合の影響を事前に把握することによって、アンテナ41の使用時の指向性はあらかじめ予測して設定しておくことができる。
回路部49は、上記のようにRFスイッチ45〜48,50を制御して、使用されるアンテナを切り替える。回路部49は、使用されるアンテナをアンテナ41,2から時分割で順次選択してもよい。
第3実施形態においても第2実施形態の変形例が利用可能である。
図9は、第2実施形態または第3実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ41〜44をアンテナ基板71に実装した例を示す平面図である。
第1実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ1,2も平面アンテナとしてアンテナ基板に実装してよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。例えば、RF信号を送信または受信する回路部5とは別の制御回路を用いて、RFスイッチを切り替えてもよい。アンテナの数は、上記の実施形態に限定されず、3でもよいし5以上でもよい。尚、上述の各実施形態で用いられるアンテナは、アンテナ装置の使用用途に応じて任意の周波数(2.4GHz帯域や5GHz帯域等)において共振するアンテナである。
3,4,6,45,46,47,48,50 RFスイッチ
8,9,52,53,54,55 RF線路
11,22,24,57,59,61,63 インピーダンス素子
30 インピーダンス装置
5,49 回路部
a,b,c,d,e 接点
Claims (10)
- 複数のアンテナと、
各々が第1の接点と複数の第2の接点を有しており、前記第1の接点が前記複数のアンテナのいずれかに接続された複数の第1のスイッチと、
前記複数のアンテナのいずれかを使用して高周波信号を送信または受信する通信回路と、
第3の接点と複数の第4の接点を有しており、前記通信回路に前記第3の接点が接続された第2のスイッチと、
各信号線路がいずれかの前記第1のスイッチの前記第2の接点のいずれかと、前記第2のスイッチの前記複数の第4の接点のいずれかを接続する、複数の信号線路と、
前記複数の第2の接点のうち前記第2のスイッチに接続されていない第2の接点に接続された一端と、グランドに接続された他端とを有する少なくとも1つのインピーダンス装置と、
前記複数のアンテナのうち高周波信号の送信または受信に使用されるアンテナに接続された第1のスイッチの前記第1の接点と、当該第1のスイッチの前記複数の第2の接点のうち前記第2のスイッチに接続された第2の接点とを接続し、前記第2のスイッチの前記第3の接点と、当該第2のスイッチの前記複数の第4の接点のうち前記使用されるアンテナに接続された第1のスイッチに接続された第4の接点とを接続する制御手段と、
を有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記制御手段は、高周波信号の送信または受信に使用されないアンテナに接続された第1のスイッチの前記第1の接点と、当該第1のスイッチの前記複数の第2の接点のうち前記インピーダンス装置に接続された第2の接点とを接続する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記制御手段は、前記使用されるアンテナを前記複数のアンテナから時分割で順次選択する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。 - 前記インピーダンス装置は、一つのインピーダンス素子から構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記インピーダンス装置は、異なるインピーダンス値を有する複数のインピーダンス素子と、第3のスイッチとを有し、
前記第3のスイッチは、第5の接点と複数の第6の接点を有しており、前記第5の接点は、前記複数の第2の接点のうち前記第2のスイッチに接続されていない第2の接点に接続され、前記複数の第6の接点は、それぞれ前記複数のインピーダンス素子に接続され、
前記複数のインピーダンス素子は、それぞれグランドに接続されている、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 - 少なくとも3つのアンテナを備え、
各第1のスイッチは、少なくとも3つの第2の接点を有し、
前記第2のスイッチは、少なくとも3つの第4の接点を有し、
各第1のスイッチにおいて、前記第2のスイッチにも前記インピーダンス装置にも接続されていない第2の接点が、他の第1のスイッチにおいて、前記第2のスイッチにも前記インピーダンス装置にも接続されていない第2の接点に接続されている、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 - 前記複数の第1のスイッチの各々は制御入力端を有し、前記第2のスイッチは制御入力端を有し、
前記制御手段は、前記複数の第1のスイッチの前記制御入力端と、前記第2のスイッチの前記制御入力端に制御信号を供給することにより、前記使用されるアンテナに接続された第1のスイッチの前記第1の接点と所望の第2の接点とを接続し、前記第2のスイッチの前記第3の接点と所望の第4の接点とを接続する、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 - 前記複数の第1のスイッチの各々は複数の制御入力端を有し、前記第2のスイッチは複数の制御入力端を有し、
前記制御手段は、前記複数の第1のスイッチの前記複数の制御入力端に可変レベルの複数の制御信号を供給し、前記第2のスイッチの前記複数の制御入力端に可変レベルの複数の制御信号を供給し、
前記複数の第1のスイッチの各々は、当該第1のスイッチの前記複数の制御入力端に供給された複数の制御信号のレベルの組合せに応じて、当該第1のスイッチにおいて前記第1の接点に接続する第2の接点を選択し、
前記第2のスイッチは、前記第2のスイッチの前記複数の制御入力端に供給された複数の制御信号のレベルの組合せに応じて、前記第2のスイッチにおいて前記第1の接点に接続する第2の接点を選択する、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 - 前記複数の第1のスイッチの各々は制御入力端を有し、前記第2のスイッチは制御入力端を有し、前記第3のスイッチは、制御入力端を有し、
前記制御手段は、前記複数の第1のスイッチの前記制御入力端と、前記第2のスイッチの前記制御入力端と、前記第3のスイッチの前記制御入力端に制御信号を供給することにより、前記使用されるアンテナに接続された第1のスイッチの前記第1の接点と所望の第2の接点とを接続し、前記第2のスイッチの前記第3の接点と所望の第4の接点とを接続し、前記第3のスイッチの前記第5の接点と所望の第6の接点とを接続する、
ことを特徴とする請求項5に記載のアンテナ装置。 - 前記複数のアンテナは、基板に実装された平面アンテナであり、
隣接する前記アンテナの間隔は、前記アンテナで送信または受信される電波の波長の1/4より小さい、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
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