JP4437167B2 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として携帯電話などの移動体通信用のアンテナ装置と、それを備えた無線通信装置に関する。

携帯電話機等の移動体通信無線装置の小型化、薄型化が急速に進んでいる。また、携帯無線通信装置は、従来の電話機として使用されるのみならず、電子メールの送受信やＷＷＷ（ワールドワイドウェブ）によるウェブページの閲覧などを行うデータ端末機に変貌を遂げている。取り扱う情報も従来の音声や文字情報から写真や動画像へと大容量化を遂げており、通信品質のさらなる向上が求められている。また、携帯無線通信装置は、電話としての音声通話、ウェブページの閲覧のためのデータ通信、テレビジョン放送の視聴など、さまざまなアプリケーションに対処することが求められている。このような状況にあって、それぞれのアプリケーションに係る無線通信を行うために、幅広い周波数で動作できるアンテナ装置が必要である。

従来、広い周波数帯域をカバーしかつ共振周波数を調整するアンテナ装置として、例えば、特許文献１記載のように、アンテナ素子部にスリットを設けて共振周波数を調整するアンテナ装置や、特許文献２記載のように、スリットにトラップ回路を設けたノッチアンテナがあった。

特許文献１のアンテナ装置は、板状放射素子（放射板）とそれに平行に対向する接地板を含み、さらに、放射板の縁端部の略中央に位置して高周波信号を供給する給電部と、給電部の近傍で放射板と接地板とを短絡する短絡部と、放射板上において給電部と略対向する縁端部にスリット部を設けることによりそれぞれ形成された２つの共振器とを含んで構成される。このスリット部の形状や寸法を調整することにより、又はスリット部にリアクタンス素子や導体板を装荷することにより、２つの共振器間の結合度が最適化される。こうして、適切な特性を有する小型・低背化アンテナが得られる。

特許文献２のノッチアンテナは、低い通信周波数帯で共振すべき時には、トラップ回路の位置においてスリットを高周波的に開状態とすることができると共に、高い通信周波数帯で共振すべき時には、トラップ回路の位置においてスリットを高周波的に閉状態にすることができ、かくして共振すべき通信周波数帯に応じてノッチアンテナの共振長を適宜変更することができる。

国際出願の国際公開ＷＯ２００２／０７５８５３号。 特開２００４−３２３０３号公報。

最近になって、通信容量を増大させて高速通信を実現するために、複数のチャンネルの無線信号を空間分割多重により同時に送受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を採用したアンテナ装置が登場している。ＭＩＭＯ通信を実行するアンテナ装置は、空間分割多重を実現するために、指向性又は偏波特性などを相違させることにより、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行する必要がある。

特許文献１及び２の構成では、共振周波数を変えることができるものの、給電部が１つだけであるので、ＭＩＭＯ通信、ダイバーシチ方式を用いた通信、またアダプティブアレーに利用できないという課題を有していた。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、簡単な構成でありながら、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行することができるアンテナ装置、及びそのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係るアンテナ装置は、アンテナ素子上の所定の各位置にそれぞれ設けられた第１及び第２の給電ポートを備え、
上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電ポートにそれぞれ対応した第１及び第２のアンテナ部として同時に動作するように、上記第１及び第２の給電ポートを介してそれぞれ同時に励振され、
上記アンテナ装置は、
上記第１及び第２の給電ポートの間に設けられ、上記アンテナ素子の共振周波数を変化させるとともに、所定のアイソレーション周波数において上記第１及び第２の給電ポートの間に所定のアイソレーションを生成する電磁結合調整手段と、
上記アンテナ素子の動作周波数を、上記変化された共振周波数から上記アイソレーション周波数にシフトさせるインピーダンス整合手段とを備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記電磁結合調整手段は、上記アンテナ素子に設けられた少なくとも１つのスリットであることを特徴とする。

また、上記アンテナ装置は、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を備えたダイポールアンテナとして構成され、
上記第１の給電ポートは、上記第１及び第２のアンテナ素子が対向した第１の位置において設けられ、
上記第２の給電ポートは、上記第１の位置とは異なる位置であって、上記第１及び第２のアンテナ素子が対向した第２の位置において設けられ、
上記電磁結合調整手段は、上記第１及び第２のアンテナ素子の少なくとも１つに設けられた少なくとも１つのスリットであることを特徴とする。

さらに、上記アンテナ装置は、上記スリットのうちの少なくとも１つにおいて、当該スリットに沿って当該スリットの開口部から所定距離の位置に設けられたトラップ回路をさらに備え、上記トラップ回路は、所定の第１の周波数では開放となって上記スリット全体を共振させ、上記第１の周波数から離隔した周波数では上記スリットの開口部から上記トラップ回路までの区間のみを共振させることを特徴とする。

またさらに、上記アンテナ装置は、上記スリットのうちの少なくとも１つに設けられ、上記共振周波数及び上記アイソレーション周波数を変化させるリアクタンス素子をさらに備えたことを特徴とする。

また、上記アンテナ装置は、
上記スリットのうちの少なくとも１つに設けられた可変リアクタンス素子と、
上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより上記共振周波数及び上記アイソレーション周波数を変化させる制御手段とをさらに備えたことを特徴とする。

さらに、上記アンテナ装置において、上記電磁結合調整手段は、上記アンテナ素子に設けられた少なくとも１つのスロットであることを特徴とする。

またさらに、上記アンテナ装置において、上記アンテナ素子は、接地導体上に板状逆Ｆアンテナ素子として構成されたことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る無線通信装置は、複数の無線信号を送受信する無線通信装置において、本発明の第１の態様に係るアンテナ装置を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係るアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置によれば、所定の動作周波数においてアンテナ素子を共振させるとともに給電ポート間のアイソレーションを高く確保することができ、低結合で動作するＭＩＭＯアンテナ装置を実現することができる。複数の給電ポートをもつアンテナ素子にスリットを設けることで、アンテナ素子の共振周波数を変化させる。また、スリットは、２つの給電ポート間のアイソレーションを高くする役目も果たす。

複数の給電ポートを同時に用いて通信するためには、動作させようとする所定の周波数においてアンテナが共振し、かつ、給電ポート間のアイソレーションが高くなければならない。本発明のアンテナ装置及びそれを備えた無線通信装置は、共振周波数とアイソレーションが高くなる周波数を同一周波数に調整するために、各給電ポートに接続された整合回路を備えて構成される。本発明によれば、アンテナ素子の動作周波数を調整することができ、その動作周波数において２つの給電ポート間のアイソレーションを高くすることができるので、複数の無線信号の送受信を同時に実行可能な無線通信装置を提供することができる。

本発明によれば、アンテナ素子数は１つのままでありながら、当該アンテナ素子を複数のアンテナ部として動作させることができ、それとともに、複数のアンテナ部の間のアイソレーションを確保することができる。アイソレーションを確保してＭＩＭＯアンテナ装置の複数のアンテナ部を互いに低結合にすることにより、各アンテナ部を用いて、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。また、アンテナ素子の動作周波数を調整することができ、周波数の異なるアプリケーションにも対応することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第９の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係るアンテナ装置のアンテナ素子１の構成を示す図である。 図１０ＡのスリットＳ１の等価回路を示す図である。 図１０Ａのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１に対する共振周波数の特性を示すグラフである。 本発明の実施例２に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図１２のアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図１２のアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図１２のアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１に対する周波数の特性を示すグラフである。 本発明の実施例３に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２の有無と周波数とに対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２の有無と周波数とに対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２がない場合のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。 図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２を設けた場合のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。 本発明の実施例４に係るアンテナ装置のアンテナ素子１の構成を示す図である。 図２０ＡのスリットＳ１及びリアクタンス素子１５の等価回路を示す図である。 図２０Ａのアンテナ素子に係るリアクタンス素子１５と周波数特性との関係を示すグラフである。 図２０Ａのアンテナ素子に係るスリットＳ１の長さＤ１とリアクタンス素子１５のリアクタンス値とに対する共振周波数の特性を示すグラフである。 本発明の実施例５に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が０．５ｐＦであるときのリアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が０．５ｐＦであるときのリアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が０．５ｐＦであるときのリアクタンス素子１５の位置に対する周波数の特性を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が１０ｐＦであるときのリアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が１０ｐＦであるときのリアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が１０ｐＦであるときのリアクタンス素子１５の位置に対する周波数の特性を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が４．７ｎＨであるときのリアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が４．７ｎＨであるときのリアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が４．７ｎＨであるときのリアクタンス素子１５の位置に対する周波数の特性を示すグラフである。 本発明の実施例６に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図３３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値と周波数とに対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図３３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値と周波数とに対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図３３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値に対する周波数の特性を示すグラフである。 本発明の実施例７に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図３７Ａのアンテナ装置の側面図である。 図３７Ａ及び図３７Ｂのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフである。 図３７Ａ及び図３７Ｂのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。 図３７Ａ及び図３７Ｂのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１に対する周波数の特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。

第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、異なる２つの給電点１ａ，１ｂを備えた長方形形状のアンテナ素子１を備え、給電点１ａを介してアンテナ素子１を第１のアンテナ部として励振させると同時に、給電点１ｂを介してアンテナ素子１を第２のアンテナ部として励振させることにより、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させる。

通常、単一のアンテナ素子に複数の給電ポート（又は給電点）を設けた場合、給電ポート間のアイソレーションを確保することができず、異なるアンテナ部間の電磁結合が高くなるので、信号間の相関が高くなってしまう。従って、例えば受信時には、各給電ポートから同一の受信信号が出力される。このような場合、ダイバーシチやＭＩＭＯの良好な特性を得ることが出来ない。本実施形態では、アンテナ素子１の給電点１ａ，１ｂ間にスリットＳ１を備え、スリットＳ１の長さによってアンテナ素子１の共振周波数を調整するとともに、さらに、給電点１ａ，１ｂ間にアイソレーションを確保できる周波数を調整することを特徴とする。

図１において、アンテナ装置は、長方形形状の導体板にてなるアンテナ素子１と、長方形形状の導体板にてなる接地導体２とを備え、アンテナ素子１と接地導体２とは、それぞれの一辺を対向させて、所定距離だけ離隔して並置されている。アンテナ素子１及び接地導体２の互いに対向した一対の辺の両端において、給電ポートがそれぞれ設けられる。一方の給電ポートは、アンテナ素子１上において、接地導体２に対向した辺の一端（図１ではアンテナ素子１の左下の端部）に設けられた給電点１ａと、接地導体２上において、アンテナ素子１に対向した辺の一端（図１では接地導体２の左上の端部）に設けられた接続点２ａとを含む。他方の給電ポートは、アンテナ素子１上において、接地導体２に対向した辺の他端（図１ではアンテナ素子１の右下の端部）に設けられた給電点１ｂと、接地導体２上において、アンテナ素子１に対向した辺の他端（図１では接地導体２の右上の端部）に設けられた接続点２ｂとを含む。アンテナ素子１はさらに、２つの給電ポート間、すなわち給電点１ａ，１ｂ間に、アンテナ部間の電磁結合を調整し、給電ポート間の所定のアイソレーションを確保するためのスリットＳ１を備える。スリットＳ１は所定幅及び長さを有し、その一端は給電点１ａ，１ｂ間の辺に開口部を有することにより開放端として構成される。給電点１ａ及び接続点２ａは、信号線Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ（以下、総称して給電線Ｆ３で表す。）を介してインピーダンス整合回路１１（以下、整合回路１１という。）に接続され、整合回路１１は給電線Ｆ１を介してＭＩＭＯ通信回路１０に接続される。同様に、給電点１ｂ及び接続点２ｂは、信号線Ｆ４ａ，Ｆ４ｂ（以下、総称して給電線Ｆ４で表す。）を介してインピーダンス整合回路１２（以下、整合回路１２という。）に接続され、整合回路１２は給電線Ｆ２を介してＭＩＭＯ通信回路１０に接続される。給電線Ｆ１，Ｆ２は、例えば、５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブルにてそれぞれ構成される。同様に、給電線Ｆ３，Ｆ４は、例えば、５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブルにてそれぞれ構成され、この場合、各信号線Ｆ３ａ，Ｆ４ａは同軸ケーブルの内部導体としてアンテナ素子１と整合回路１１，１２とをそれぞれ接続し、各信号線Ｆ３ｂ，Ｆ４ｂは同軸ケーブルの外部導体として接地導体２と整合回路１１，１２とをそれぞれ接続する。それに代わって、給電線Ｆ３，Ｆ４はそれぞれ、平衡給電線路として構成されてもよい。また、ＭＩＭＯ通信回路１０は、ＭＩＭＯ通信方式に係る複数のチャンネル（本実施形態では２チャンネル）の無線信号をアンテナ素子１により送受信させる。本実施形態では、以上の構成を備えたことにより、一方の給電ポート（すなわち給電点１ａ）を介してアンテナ素子１を第１のアンテナ部として励振させると同時に、他方の給電ポート（すなわち給電点１ｂ）を介してアンテナ素子１を第２のアンテナ部として励振させることにより、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させることができる。

アンテナ素子１にスリットＳ１を設けることによる効果は、以下の通りである。スリットＳ１を設けることにより、アンテナ素子１自体の共振周波数は低下する。さらに、スリットＳ１は、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１を参照して後述するように、スリットＳ１の長さに応じて共振器として動作する。スリットＳ１はアンテナ素子１自体と電磁的に結合するので、アンテナ素子１の共振周波数は、スリットＳ１を持たない場合と比較して、スリットＳ１の共振条件の周波数に従って変化している。スリットＳ１を設けることにより、アンテナ素子１の共振周波数が変化するとともに、所定の周波数において給電ポート間のアイソレーションを高くすることができる。スリットＳ１を設けたことによりアイソレーションを高く確保できる周波数（以下、アイソレーション周波数という。）は、一般には、アンテナ素子１の共振周波数とは一致しない。従って、本実施形態では、アンテナ素子１の動作周波数（すなわち所望信号を送受信する周波数）を、スリットＳ１により変化された共振周波数からアイソレーション周波数にシフトさせるために、各給電ポートとＭＩＭＯ通信回路１０との間に整合回路１１，１２を設けている。整合回路１１を設けたことにより、ＭＩＭＯ通信回路１０側の端子（すなわち給電線Ｆ１に接続された側の端子）において、当該端子からアンテナ素子１をみたときのインピーダンスは、当該端子からＭＩＭＯ通信回路１０を見たときのインピーダンス（すなわち給電線Ｆ１の５０Ωの特性インピーダンス）に一致する。同様に、整合回路１２を設けたことにより、ＭＩＭＯ通信回路１０側の端子（すなわち給電線Ｆ２に接続された側の端子）において、当該端子からアンテナ素子１をみたときのインピーダンスは、当該端子からＭＩＭＯ通信回路１０を見たときのインピーダンス（すなわち給電線Ｆ２の５０Ωの特性インピーダンス）に一致する。整合回路１１，１２を設けることは、共振周波数とアイソレーション周波数との両方に影響するが、主に、共振周波数を変化させるように寄与する。本実施形態では、以上の構成を備えたことにより、所望の動作周波数においてアンテナ素子１を共振させるとともに給電ポート間のアイソレーションを高く確保することができ、低結合で動作するＭＩＭＯアンテナ装置を実現することができる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

なお、図１に例示するように接地導体２がアンテナ素子１と同じような大きさの場合には、このアンテナ装置は、アンテナ素子１及び接地導体２からなるダイポールアンテナとみなすことができる。接地導体２は、一方の給電ポート（すなわち接続点２ａ）を介して第３のアンテナ部として励振されると同時に、他方の給電ポート（すなわち接続点２ｂ）を介して第４のアンテナ部として励振され、これにより、接地導体２もまた２つのアンテナ部として動作する。このとき、接地導体２には、スリットＳ１のイメージ（鏡像）が形成されるので、第３及び第４のアンテナ部に関しても、給電ポート間のアイソレーションを確保することができる。以上の構成を備えたことにより、一方の給電ポートを介して第１及び第３のアンテナ部を第１のダイポールアンテナ部として励振させると同時に、他方の給電ポートを介して第２及び第４のアンテナ部を第２のダイポールアンテナ部として励振させることにより、単一のダイポールアンテナ（すなわちアンテナ素子１及び接地導体２）を２つのダイポールアンテナ部として動作させることができる。本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のダイポールアンテナを２つのダイポールアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第２の実施形態．
図２は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、複数の異なる周波数でアイソレーションを確保するように、複数の異なるスリットＳ１，Ｓ２を備えたことを特徴とする。

図２において、本実施形態のアンテナ装置は、図１の構成に加えて、アンテナ素子１上の２つの給電ポート間、すなわち給電点１ａ，１ｂ間に、給電ポート間の所定のアイソレーションを確保するように電磁結合調整のためのスリットＳ２をさらに備える。スリットＳ２は、スリットＳ１と同様に、所定幅及び長さを有し、その一端は給電点１ａ，１ｂ間の辺に開口部を有することにより開放端として構成される。ただし、スリットＳ２は、例えばその長さをスリットＳ１とは相違させることにより、スリットＳ１を設けたことによってアンテナ素子１が共振する周波数とは異なる周波数においてアンテナ素子１を共振させるとともに、スリットＳ１とは異なる周波数において給電ポート間のアイソレーションを確保するように構成される。本実施形態では、給電ポート間に２つのスリットＳ１，Ｓ２を備えたことにより、異なる２つのアイソレーション周波数を実現することができる。本実施形態のアンテナ装置はさらに、第１の実施形態における整合回路１１，１２及びＭＩＭＯ通信回路１０に代えて、動作周波数を調整可能な整合回路１１Ａ，１２Ａ及びＭＩＭＯ通信回路１０Ａを備えるとともに、これらの動作周波数を調整するコントローラ１３を備えて構成される。コントローラ１３は、整合回路１１Ａ，１２Ａの動作周波数を調整することにより、アンテナ素子１の動作周波数を２つのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせる。

このように、本実施形態では、複数のスリットＳ１，Ｓ２を備え、それぞれのスリットＳ１，Ｓ２の長さを別々に設定することにより、それぞれ異なる共振周波数を実現できるとともに、それぞれ異なるアイソレーション周波数を実現することができる。言い換えると、スリットＳ１，Ｓ２はそれぞれの異なる周波数でアンテナ素子１と電磁的に結合するので、アンテナ素子１の共振周波数は複数個になり、アイソレーション周波数もまた複数個になり、アンテナ素子１の動作周波数をこれらのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせることにより、アンテナ装置の多周波化が可能になる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第３の実施形態．
図３は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子１上のスリットＳ１に加えて、接地導体２上のスリットＳ３を備えたことを特徴とする。第１の実施形態においてはアンテナ素子１の側にスリットＳ１を設けたが、前述のように接地導体２がアンテナ素子１と同じような大きさの場合にはこのアンテナ装置はダイポールアンテナとなるので、接地導体２の側にさらにスリットを設けても同様の周波数調整の効果を得ることができる。

図３において、アンテナ素子１は、第１の実施形態の場合と同様に給電点１ａ，１ｂ間にスリットＳ１を備える。また、接地導体２は、２つの給電ポート間、すなわち接続点２ａ，２ｂ間に、給電ポート間の所定のアイソレーションを確保するように電磁結合調整のためのスリットＳ３を備える。スリットＳ３は所定幅及び長さを有し、その一端は接続点２ａ，２ｂ間の辺に開口部を有することにより開放端として構成される。好ましくは、スリットＳ３は、例えばその長さをスリットＳ１とは相違させることにより、スリットＳ１を設けたことによってアンテナ素子１及び接地導体２が共振する周波数とは異なる周波数においてアンテナ素子１及び接地導体２を共振させるとともに、スリットＳ１とは異なる周波数において給電ポート間のアイソレーションを確保するように構成される。本実施形態では、給電ポート間に２つのスリットＳ１，Ｓ３を備えたことにより、異なる２つのアイソレーション周波数を実現することができる。また、給電線Ｆ３，Ｆ４はそれぞれ、平衡給電線路として構成される。本実施形態のアンテナ装置はさらに、第２の実施形態と同様に、動作周波数を調整可能な整合回路１１Ａ，１２Ａ及びＭＩＭＯ通信回路１０Ａと、これらの動作周波数を調整するコントローラ１３とを備えて構成される。コントローラ１３は、整合回路１１Ａ，１２Ａの動作周波数を調整することにより、アンテナ素子１及び接地導体２の動作周波数を２つのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせる。

このように、本実施形態では、複数のスリットＳ１，Ｓ３を備え、それぞれのスリットＳ１，Ｓ３の長さを別々に設定することにより、それぞれ異なる共振周波数を実現できるとともに、それぞれ異なるアイソレーション周波数を実現することができる。言い換えると、スリットＳ１，Ｓ３はそれぞれの異なる周波数でアンテナ素子１及び接地導体２と電磁的に結合するので、アンテナ素子１及び接地導体２の共振周波数は複数個になり、アイソレーション周波数もまた複数個になり、アンテナ素子１及び接地導体２の動作周波数をこれらのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせることにより、アンテナ装置の多周波化が可能になる。

本実施形態では、スリットＳ１，Ｓ３を互いに異なる長さになるように構成することに代えて、スリットＳ１，Ｓ３を等長に構成することにより単一のアイソレーション周波数を実現してもよい。この場合、整合回路１１Ａ，１２Ａ及びＭＩＭＯ通信回路１０Ａに代えて、第１の実施形態と同様に固定された動作周波数を有する整合回路１１，１２及びＭＩＭＯ通信回路１０を備え、コントローラ１３を省くことができる。この場合さらに、給電線Ｆ３，Ｆ４が平衡給電線路であるので、アンテナ装置は、アンテナ素子１上にスリットＳ１を設けることなく、接地導体２上のスリットＳ３のみを備えるように構成されてもよい。これにより、アンテナ装置の構成上の自由度を増大させることができる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第４の実施形態．
図４は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置のように、第２及び第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を組み合わせてもよい。

図４において、アンテナ素子１は、第２の実施形態の場合と同様に給電点１ａ，１ｂ間にスリットＳ１，Ｓ２を備え、接地導体２は、第３の実施形態の場合と同様に接続点２ａ，２ｂ間にスリットＳ３を備える。好ましくは、スリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、例えばその長さを互いに相違させることにより、互いに異なる共振周波数を実現するとともに、互いに異なる周波数において給電ポート間のアイソレーションを確保するように構成される。本実施形態では、給電ポート間に３つのスリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３を備えたことにより、異なる３つのアイソレーション周波数を実現することができる。また、給電線Ｆ３，Ｆ４はそれぞれ、平衡給電線路として構成される。コントローラ１３は、整合回路１１Ａ，１２Ａの動作周波数を調整することにより、アンテナ素子１及び接地導体２の動作周波数を３つのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせる。

このように、本実施形態では、複数のスリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３を備え、それぞれのスリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の長さを別々に設定することにより、それぞれ異なる共振周波数を実現できるとともに、それぞれ異なるアイソレーション周波数を実現することができる。言い換えると、スリットＳ１，Ｓ２，Ｓ３はそれぞれの異なる周波数でアンテナ素子１及び接地導体２と電磁的に結合するので、アンテナ素子１及び接地導体２の共振周波数は複数個になり、アイソレーション周波数もまた複数個になり、アンテナ素子１及び接地導体２の動作周波数をこれらのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせることにより、アンテナ装置の多周波化が可能になる。

スリットの配置は第１乃至第４の実施形態について説明したものに限定されず、アンテナ素子１と接地導体２との少なくとも一方に少なくとも１つのスリットを備えた構成を用いることができる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第５の実施形態．
図５は、本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保するために、第２の実施形態のようにアンテナ素子１上に複数のスリットＳ１，Ｓ２を設けることに代えて、トラップ回路１４を備えた単一のスリットＳ１を設けたことを特徴とする。

図５において、本実施形態のアンテナ装置は、スリットＳ１に沿ってスリットＳ１の開口部から所定距離の位置にトラップ回路１４を備える。トラップ回路１４は、並列接続されたインダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）を備えて構成され、並列ＬＣの共振周波数のみにおいて開放となる。従って、トラップ回路１４は、この周波数ではスリットＳ１全体を共振させ、この周波数から離隔した他の周波数ではスリットＳ１の開口部からトラップ回路１４までの区間のみを共振させる。このように、スリットＳ１は周波数に応じて実効長が変化するので、本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子１の動作周波数を変化させてスリットＳ１の実効長を変化させることにより、互いに異なる共振周波数を実現するとともに、互いに異なる周波数において給電ポート間のアイソレーションを確保するように構成される。本実施形態では、アンテナ素子１の動作周波数を変化させてスリットＳ１の実効長を変化させることにより、異なる２つのアイソレーション周波数を実現することができる。コントローラ１３は、整合回路１１Ａ，１２Ａ及びＭＩＭＯ通信回路１０Ａの動作周波数を調整することにより、アンテナ素子１の動作周波数を２つのアイソレーション周波数のいずれかに選択的にシフトさせる。本実施形態では、以上の構成により、アンテナ装置の多周波化が可能になる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第６の実施形態．
図６は、本発明の第６の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子１の共振周波数とアイソレーションを確保できる周波数とを調整するために、第１の実施形態のようにスリットＳ１の長さを変化させるだけでなく、スリットＳ１に沿った所定の位置にリアクタンス素子１５を設けたことを特徴とする。

図６において、本実施形態のアンテナ装置は、図１の構成に加えて、スリットＳ１に沿ってスリットＳ１の開口部から所定距離の位置にリアクタンス素子１５を備える。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１を参照して後述するように、アンテナ素子１の共振周波数とアイソレーションを確保できる周波数とは、スリットＳ１の長さに依存して変化するので、スリットＳ１の長さはこれらの周波数を調整するように決定される。本実施形態ではさらに、これらの周波数を調整するために、スリットＳ１に沿った所定の位置に、所定のリアクタンス値を有するリアクタンス素子１５（すなわちキャパシタ又はインダクタ）を設ける。また、これらの周波数は、リアクタンス素子１５がスリットＳ１に設けられる位置にも依存して変化するので、リアクタンス素子１５の位置はこれらの周波数を調整するように決定される。周波数の調整量（推移量）は、リアクタンス素子１５がスリットＳ１の開口部に設けられたときに最大になる。このことから、リアクタンス素子１５のリアクタンス値を決定した後に、その実装位置をずらすことによって、アンテナ素子１の共振周波数とアイソレーションを確保できる周波数とを微調整することが可能である。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第７の実施形態．
図７は、本発明の第７の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、第６の実施形態のリアクタンス素子１５に代えて、コントローラ１３Ａの制御下でリアクタンス値が変化する可変リアクタンス素子１５Ａを備えたことを特徴とする。これにより、本実施形態のアンテナ装置は、第２の実施形態のようにアンテナ素子１上に複数のスリットＳ１，Ｓ２を設けることなく、可変リアクタンス素子１５Ａを備えた単一のスリットＳ１を設けることにより、複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保することができる。

図７において、本実施形態のアンテナ装置は、スリットＳ１に沿ってスリットＳ１の開口部から所定距離の位置に可変リアクタンス素子１５Ａを備える。可変リアクタンス素子１５Ａには、容量性のリアクタンス素子として例えばバラクタダイオードなどの可変容量素子を用いることができ、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値は、コントローラ１３Ａから印加される制御電圧に従って変化する。本実施形態のアンテナ装置は、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値を変化させることにより、アンテナ素子１の異なる共振周波数を実現するとともに、異なる周波数において給電ポート間のアイソレーションを確保するように構成される。コントローラ１３Ａは、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値を変化させるとともに、整合回路１１Ａ，１２Ａ及びＭＩＭＯ通信回路１０Ａの動作周波数を調整することにより、アンテナ素子１の動作周波数を、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値によって決まるアイソレーション周波数にシフトさせる。本実施形態では、以上の構成により、アンテナ装置の多周波化が可能になる。

本実施形態では、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値を適応的に変化させて、使用するアプリケーションに応じてアンテナ素子１の動作周波数を変化させることができる。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら複数のアイソレーション周波数で給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

第８の実施形態．
図８は、本発明の第８の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のスリットＳ１に代えて、アンテナ素子１の辺に開口部を持たないスロットＳ４を備えたことを特徴とする。このような構成によっても、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。スロットの個数は１つに限らず、アンテナ素子１及び接地導体２の少なくとも一方に、２つ以上のスロットを設けてもよい。給電線Ｆ３，Ｆ４がそれぞれ平衡給電線路である場合には、第３の実施形態と同様に、アンテナ素子１上にスロットＳ４を設けることなく、接地導体２上にのみスロットを備えるように構成されてもよい。本実施形態の構成によれば、アンテナ装置の構成上の自由度を増大させることができる。

第９の実施形態．
図９は、本発明の第９の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態のアンテナ装置は、第１乃至第８の実施形態のようなダイポールアンテナの構成に代えて、板状逆Ｆ型アンテナ装置として構成されたことを特徴とする。

図９において、アンテナ装置は、長方形形状の導体板にてなるアンテナ素子１と、長方形形状の導体板にてなる接地導体２とを備え、アンテナ素子１と接地導体２とは、互いに重なり合うように、所定距離だけ離隔して平行に設けられる。アンテナ素子１の一辺と接地導体２の一辺とは、互いに近接して設けられ、直線状の接続導体３ａ，３ｂによって互いに機械的かつ電気的に接続される。アンテナ素子１において、接続導体３ａ，３ｂが接続された辺と、その対辺との間に延在するように、所定幅及び長さを有するスリットＳ１が設けられる。スリットＳ１の一端は、接続導体３ａ，３ｂが接続された辺の対辺のほぼ中央部に開口部を有することにより開放端として構成される。アンテナ素子１上において、スリットＳ１をはさんでその両側に、給電点１ａ，１ｂが設けられ、給電点１ａ，１ｂにはそれぞれ、接地導体２の裏側から接地導体２を貫通して給電線Ｆ３，Ｆ４が接続される。給電線Ｆ３，Ｆ４は例えば同軸ケーブルであり、その内部導体である信号線Ｆ３ａ，Ｆ４ａはそれぞれ給電点１ａ，１ｂに接続され、その外部導体である信号線Ｆ３ｂ，Ｆ４ｂはそれぞれ接続点１ｂ，２ｂにおいて接地導体２に接続される。さらに、給電線Ｆ３，Ｆ４はそれぞれ、第１の実施形態と同様に、整合回路１１，１２及び給電線Ｆ１，Ｆ２を介してＭＩＭＯ通信回路１０に接続される。本実施形態では、以上の構成を備えたことにより、一方の給電点１ａを介してアンテナ素子１を第１のアンテナ部として励振させると同時に、他方の給電点１ｂを介してアンテナ素子１を第２のアンテナ部として励振させることにより、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させることができる。変形例として、アンテナ素子１と接地導体２を複数の接続導体３ａ，３ｂによって接続することに代えて、単一の導体板によって接続してもよい。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１を２つのアンテナ部として動作させるとき、簡単な構成でありながら給電ポート間のアイソレーションを確保することができ、複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

以下の実施例１〜７において、実施形態のアンテナ装置を銅板スリットアンテナ装置としてモデル化したときのシミュレーション結果について説明する。

図１０Ａは本発明の実施例１に係るアンテナ装置のアンテナ素子１の構成を示す図であり、図１０Ｂは図１０ＡのスリットＳ１の等価回路を示す図である。本実施例のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、スリットＳ１の長さＤ１を可変にし、長さＤ１に対する共振周波数の特性を示す。スリットＳ１の幅は１ｍｍであるとし、この値は実施例２〜７のシミュレーションでも同じである。

共振周波数を調整する際には、スリットＳ１を伝送線路にみたてて、スリットＳ１の共振器として考える。図１０ＡのスリットＳ１は、長さＤ１と、所定の特性インピーダンスＺ_０と、所定の伝搬定数βとを有する。波長λを有する無線信号が給電される。図１０Ｂに示すスリットＳ１の両端Ａ，Ｂのうち、上端Ａは短絡端であり、下端Ｂは開放端であり、Ａ端からみた入力インピーダンスＺ_ｉｎは、Ｂ端が開放であるので、次式で表される。

ここで、Ａ端は短絡端であるので、図１０Ｂの等価回路の共振条件は、Ａ端から見た入力インピーダンスＺ_ｉｎが０になることである。すなわち、共振するのは式（１）のｔａｎ（β・Ｄ１）が無限大のときであるので、β・Ｄ１＝π／２のとき、すなわちβ＝２π／λよりＤ１＝λ／４のときに、入力インピーダンスＺ_ｉｎは０になる。光速をｃ［ｍ／ｓ］で表し、スリット長さＤ１をメートルを単位として表するとき、共振周波数ｆ［Ｈｚ］とスリットＳ１の長さＤ１との関係は、次式で表される。

図１１は、図１０Ａのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１に対する共振周波数ｆの特性を示すグラフである。Ｂ端が開放されている条件下では、スリットＳ１の長さＤ１を９０ｍｍまで長くしたとき、すなわちアンテナ素子１がスリットＳ１の左側のアンテナ部と右側のアンテナ部とに完全に分離されたとき、共振周波数ｆは０．８４ＧＨｚまで下がる。

前述のように、スリットＳ１はアンテナ素子１自体と電磁的に結合するので、アンテナ素子１の共振周波数は、スリットＳ１を持たない場合と比較して、スリットＳ１の共振条件の周波数に従って変化している。ただし、スリットＳ１の共振条件の周波数がアンテナ素子１自体の共振周波数と大きくずれている場合には、結合度が小さく、アンテナ素子１の共振周波数の変化が小さくなる。図１１によれば、スリットＳ１が長くなるとスリットＳ１の共振条件の周波数が低くなり、短くなると共振条件の周波数は高くなるので、スリットＳ１の長さＤ１によりアンテナ素子１の共振周波数を調整することができる。

図１２は、本発明の実施例２に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施例のアンテナ装置もまた、実施例１のアンテナ装置と同様に、第１の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、スリットＳ１の長さＤ１に依存して、アンテナ素子１の共振周波数と、アイソレーション周波数とが変化することを示す。

図１２において、アンテナ素子１及び接地導体２はそれぞれ、４５×９０ｍｍの大きさを有する片面銅張基板を用いて作成された。アンテナ素子１の幅方向の中央からは、幅１ｍｍにわたって完全に導体が除去され、この導体が除去された部分に銅テープを貼り付けることにより、所望の長さＤ１を有するスリットＳ１を形成した。スリットＳ１の長さＤ１を調節することにより、アンテナ装置の周波数特性の変化を調べた。また、アンテナ装置の２つの給電ポート（すなわち、給電点１ａ及び接続点２ａからなる給電ポートと、給電点１ｂ及び接続点２ｂからなる給電ポート）にはそれぞれ、長さ５０ｍｍを有するセミリジッドケーブルを給電線Ｆ３，Ｆ４として接続した。各セミリジッドケーブルの内部導体は、長さ５ｍｍにわたって、アンテナ素子１を構成する基板にハンダ付けされ、各セミリジッドケーブルの外部導体は、長さ４０ｍｍにわたって、接地導体２を構成する基板にハンダ付けされた。さらに、給電線Ｆ３，Ｆ４はそれぞれ、図１２ではＰ１，Ｐ２として概略的に示した信号源に接続した。

次に、図１３及び図１４を参照して、スリットＳ１の長さＤ１を変化させたときに２つの給電ポートに係るＳパラメータＳ１１，Ｓ２１の周波数特性がどのように変化するかを示す。図１３は、図１２のアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図１４は、図１２のアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する通過係数（すなわち給電ポート間のアイソレーションの特性）のパラメータＳ２１を示すグラフである。図１２のアンテナ装置は対称構造を有するので、パラメータＳ１２はＳ２１と同じであり、パラメータＳ２２はＳ１１と同じである。図１３及び図１４より、スリットＳ１の長さＤ１を変えることにより、アンテナ素子１の共振周波数及びアイソレーション周波数が変化していることがわかる。

次に、スリットＳ１の長さＤ１（単位：ｍｍ）を変化させたときにおけるアンテナ素子１の共振周波数（単位：ＧＨｚ）の変化とアイソレーション周波数（単位：ＧＨｚ）の変化との関係を、以下の表に示す。

上の表１の関係を、図１５のグラフにも示す。図１５は、図１２のアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１に対する周波数の特性を示すグラフである。表１及び図１５によれば、スリットＳ１が長くなるにつれて、アンテナ素子１の共振周波数及びアイソレーション周波数が低くなることがわかる。パラメータＳ２１に関しては、給電点１ａから給電点１ｂまでの迂回経路が長くなったことが原因でアイソレーション周波数が下がったと考えられる。周波数が推移する範囲は、パラメータＳ１１に関しては９６０ＭＨｚ〜２．６ＧＨｚとなり、パラメータＳ２１に関しては７３０ＭＨｚ〜２．７ＧＨｚとなった。

図１６は、本発明の実施例３に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施例のアンテナ装置もまた、実施例１のアンテナ装置と同様に、第１の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、所定の周波数においてアンテナ素子１を共振させるとともに給電ポート間のアイソレーションを高く確保することを目的としてアンテナ装置に整合回路１１，１２を設け、整合回路１１，１２を設けたことによる効果を示す。

図１６において、アンテナ素子１及び接地導体２は、実施例２の場合（図１２参照）と同様に構成され、スリットＳ１の長さは３０ｍｍに固定される。さらに、給電線Ｆ３，Ｆ４上には整合回路１１，１２が挿入される。詳しくは、整合回路１１，１２は、給電線Ｆ３の信号線Ｆ３ａ上に３．３ｎＨのインダクタ１１ａが直列に挿入され、給電線Ｆ４の信号線Ｆ４ａ上に３．３ｎＨのインダクタ１２ａが直列に挿入されるように構成される。

図１７は、図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２の有無と周波数とに対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図１８は、図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２の有無と周波数とに対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。図１９Ａは図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２がない場合のインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図１９Ｂは図１６のアンテナ装置に係る整合回路１１，１２を設けた場合のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。ここで、図１９Ａ及び図１９Ｂは、給電点１ａの側の給電ポートにおけるインピーダンス特性を示す。図１７によれば、整合回路１１，１２がない場合のアンテナ素子１の共振周波数は２．０８ＧＨｚであり、図１８によれば、整合回路１１，１２がない場合のアイソレーション周波数は１．９９ＧＨｚであることがわかる。整合回路１１，１２の定数（すなわち、３．３ｎＨのインダクタンス）は、整合回路１１，１２を設けた場合のアンテナ素子１の共振周波数を、整合回路１１，１２がない場合のアイソレーション周波数１．９９ＧＨにシフトさせて一致させるように設定されたものである。図１７及び図１８によれば、アンテナ素子１の共振周波数は、整合回路１１，１２を設けたことにより変化するが、アイソレーション周波数は整合回路１１，１２の有無によってほとんど変化していないことがわかる。図１７からわかるように、整合回路１１，１２が内場合には共振周波数のずれが９０ＭＨｚあったものが、整合回路１１，１２を設けたことにより１０ＭＨｚにおさまった。整合回路１１，１２を設けたとき、パラメータＳ１１，Ｓ２１の両方が−２０ｄＢ以下となるのは１．９６〜２．００ＧＨｚの範囲においてであって、４０ＭＨｚの帯域を確保できる。また、整合回路１１，１２を設けたとき、パラメータＳ１１，Ｓ２１の両方が−１０ｄＢ以下となるのは１．８７〜２．０９ＧＨｚの範囲においてであって、２２０ＭＨｚの帯域を確保できている。

本実施例のシミュレーションによれば、アンテナ装置に整合回路１１，１２を設けたことにより、所定の周波数においてアンテナ素子１を共振させるとともに給電ポート間のアイソレーションを高く確保できることがわかる。

図２０Ａは本発明の実施例４に係るアンテナ装置のアンテナ素子１の構成を示す図であり、図２０Ｂは図２０ＡのスリットＳ１及びリアクタンス素子１５の等価回路を示す図である。図２１は、図２０Ａのアンテナ素子に係るリアクタンス素子１５と周波数特性との関係を示すグラフである。図２２は、図２０Ａのアンテナ素子に係るスリットＳ１の長さＤ１とリアクタンス素子１５のリアクタンス値とに対する共振周波数の特性を示すグラフである。本実施例のアンテナ装置は、第６の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、スリットＳ１の長さＤ１と、リアクタンス素子１５のリアクタンス値とを可変にし、これらのパラメータに対する共振周波数の特性を示す。

図２０Ａにおいて、アンテナ装置は実施例１のアンテナ装置（図１０Ａ参照）と同様の構成を備え、さらに、スリットＳ１の開口部に所定のリアクタンス値を有するリアクタンス素子を備えて構成される。スリットＳ１は、長さＤ１と、所定の特性インピーダンスＺ_０と、所定の伝搬定数βとを有する。リアクタンス素子１５は、所定の負荷インピーダンスＺ_Ｌを有する。波長λを有する無線信号が給電される。まず、スリットＳ１の長さＤ１を３０ｍｍに固定したときの、リアクタンス値と共振周波数の関係について検討する。図２０Ａに示すスリットＳ１の両端Ａ，Ｂのうち、上端Ａは短絡端であり、下端Ｂは開放端であり、Ａ端からみた入力インピーダンスＺ_ｉｎは、Ｂ端が開放であるので、次式で表される。

ここで、Ａ端は短絡端であるので、図２０Ｂの等価回路の共振条件は、Ａ端から見た入力インピーダンスＺ_ｉｎが０になること、すなわち、式（３）右辺の分数式の分子が０になることである。
Ｚ_Ｌ＋ｊＺ_０ｔａｎ（β・Ｄ１）＝０ （４）
よって、共振条件は、式（４）から次式のように変形される。
ｔａｎ（β・Ｄ１）＝−Ｚ_Ｌ／ｊＺ_０ （５）

ここで、式（５）の左辺を関数ｙ_１として、図２１のグラフにプロットした。
ｙ_１＝ｔａｎ（β・Ｄ１） （６）

また、図２０Ａのリアクタンス素子１５として容量Ｃを有するキャパシタを用いたときは、負荷インピーダンスＺ_Ｌ＝１／ｊωＣとなり、式（５）の右辺を関数ｙ_２とすると次式のように表される。

図２１には、所定の容量値Ｃ１を有するキャパシタを用いたときと、Ｃ１よりも大きな容量値Ｃ２を有するキャパシタを用いたときのｙ_２をプロットした。

また、図２０Ａのリアクタンス素子１５としてインダクタンスＬを有するインダクタを用いたときは、負荷インピーダンスＺ_Ｌ＝ｊωＬとなり、式（５）の右辺を関数ｙ_３とすると次式のように表される。

図２１には、所定のインダクタンスＬ１を有するインダクタを用いたときと、Ｌ１よりも大きなインダクタンスＬ２を有するインダクタを用いたときのｙ_３をプロットした。

スリットＳ１の開口部が開放されているときには、負荷インピーダンスＺ_Ｌ＝∞となり、式（５）の右辺を関数ｙ_４とすると次式のように表される。
ｙ_４＝−∞ （９）

スリットＳ１の共振条件が満たされる場合、すなわち式（５）が成り立つ場合は、図２１において、ｙ_１と、ｙ_２又はｙ_３との交点で表される。本実施例では例示的に、共振条件が満たされる場合のうちのごく一部を、交点Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５として示す。リアクタンス素子１５が容量性であるとき、容量Ｃが大きくなると、共振条件は交点Ｑ２から交点Ｑ３に向かうように変化し、横軸における交点の座標、すなわち共振周波数が下がる。また、リアクタンス素子１５が誘導性であるとき、インダクタンスＬが小さくなると、共振条件は交点Ｑ５から交点Ｑ４に向かうように変化し、共振周波数が増大する。負荷インピーダンスＺ_Ｌが∞である場合、共振条件はスリットＳ１の長さＤ１で決まり、β・Ｄ１＝π／２をみたす周波数のときに共振する。図２１では、これを点Ｑ１で表す。

次に、スリットＳ１の長さＤ１＝３０ｍｍであり、特性インピーダンスＺ_０＝１３９Ωであるときの、リアクタンス素子１５のリアクタンス値に対する共振周波数（単位：ＧＨｚ）の変化を、以下の表に示す。ここで、リアクタンス値は、所定の容量である場合、所定のインダクタンスである場合、又は何も負荷されていない場合のいずれかになる。

上の表２によれば、共振周波数は、リアクタンス値に応じて０．３〜４．２ＧＨｚまで変化していることがわかる。スリットＳ１の開口部にキャパシタを装荷したときには共振周波数が低下し、インダクタを装荷したときには共振周波数が増大する。特に、スリットの開口部が開放されている場合には共振周波数２．５ＧＨｚであったものが、２０ｐＦのキャパシタを用いたときには０．３ＧＨｚに変化し、２．７ｎＨのインダクタを用いたときには４．２ＧＨｚにまで変化している。このことから、容量性のリアクタンス素子１５を装荷することで共振周波数を低くすることができ、アンテナの小型化に寄与する。

また、図２２に、スリットＳ１の長さＤ１が３０ｍｍ以外の場合も含む、スリットＳ１の長さＤ１と、リアクタンス素子１５のリアクタンス値とに対する共振周波数の特性を示す。スリットＳ１の長さＤ１が短いほうが、リアクタンス値による共振周波数の可変幅が大きいことがわかる。

図２３は、本発明の実施例５に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施例のアンテナ装置もまた、実施例４のアンテナ装置と同様に、第６の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、スリットＳ１の開口からのリアクタンス素子１５の距離Ｄ２に依存して、アンテナ素子１の共振周波数と、アイソレーション周波数とが変化することを示す。

図２３において、アンテナ素子１及び接地導体２は、実施例２の場合（図１２参照）と同様に構成され、スリットＳ１の長さは３０ｍｍに固定される。さらに、スリットＳ１の開口部から所定距離Ｄ２の位置に、リアクタンス素子１５を備える。このリアクタンス素子１５を設ける位置（すなわち開口部からの距離Ｄ２）を変化させたときの、アンテナ装置の周波数特性の変化を調べた。

図２４乃至図２６に、図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が０．５ｐＦであるときのシミュレーション結果を示す。図２４は、リアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図２５は、リアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。図２６は、リアクタンス素子１５の位置に対する周波数の特性を示すグラフであり、リアクタンス素子１５の位置を変化させたときの、アンテナ素子１の共振周波数（すなわちＳ１１）の変化とアイソレーション周波数（すなわちＳ２１）の変化との関係を示す。

図２７乃至図２９に、図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が１０ｐＦであるときのシミュレーション結果を示す。図２７は、リアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図２８は、リアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。図２９は、リアクタンス素子１５の位置に対する周波数の特性を示すグラフであり、リアクタンス素子１５の位置を変化させたときの、アンテナ素子１の共振周波数の変化とアイソレーション周波数の変化との関係を示す。

図３０乃至図３２に、図２３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値が４．７ｎＨであるときのシミュレーション結果を示す。図３０は、リアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図３１は、リアクタンス素子１５の位置及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。図３２は、リアクタンス素子１５の位置に対する周波数の特性を示すグラフであり、リアクタンス素子１５の位置を変化させたときの、アンテナ素子１の共振周波数の変化とアイソレーション周波数の変化との関係を示す。

図２４乃至図３２を参照すると、リアクタンス素子１５を設ける位置に応じて、アンテナ素子１の共振周波数及びアイソレーション周波数が変化することがわかる。０．５ｐＦの容量を有する容量性のリアクタンス素子１５を用いた場合には、変動幅はＳ１１で１．５〜１．９ＧＨｚであり、Ｓ２１で１．４〜１．８ＧＨｚであり、４００ＭＨｚにわたる周波数シフトが生じていることがわかる。１０ｐＦの容量を有する容量性のリアクタンス素子１５を用いた場合と、４．５ｎＨのインダクタンスを有する誘導性のリアクタンス素子１５を用いた場合には、Ｓ１１とＳ２１の共振周波数の変化はほぼ同じであり、１０ｐＦのときは０．４〜１．３ＧＨｚの９００ＭＨｚにわたる周波数シフトが生じ、４．５ｎＨのときは２．８〜２．０ＧＨｚの８００ＭＨｚにわたる周波数シフトが生じていることがわかる。リアクタンス素子１５としてキャパシタを用いた場合には、スリットＳ１の開口からのリアクタンス素子１５の距離Ｄ２を大きくすると共振周波数が上がり、一方、リアクタンス素子１５としてインダクタを用いた場合には、距離Ｄ２を大きくすると共振周波数が下がる傾向があることがわかった。

図３３は、本発明の実施例６に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施例のアンテナ装置は、第７の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値に依存して、アンテナ素子１の共振周波数と、アイソレーション周波数とが変化することを示す。

図３３において、アンテナ素子１及び接地導体２は、実施例５の場合（図２３参照）と同様に構成され、可変リアクタンス素子１５ＡはスリットＳ１の開口から１５ｍｍの位置に固定される。図７のコントローラ１３Ａ等の構成要素は、図示を省略した。

図３４は、図３３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値と周波数とに対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図３５は、図３３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値と周波数とに対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。図３４によれば、可変リアクタンス素子１５Ａが容量性であるとき、容量Ｃが大きくなるにつれて共振周波数が低くなり、可変リアクタンス素子１５Ａが誘導性であるとき、インダクタンスＬが小さくなるにつれて共振周波数が高くなることがわかる。また、図３５によれば、アイソレーション周波数は共振周波数と同様に変化し、６００ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚの範囲にわたって変化していることがわかる。図３４及び図３５に係るシミュレーションで用いたリアクタンス値の下限は１０ｐＦであり、上限は４．７ｎＨであった。リアクタンス値を変化させる範囲をさらに大きくすれば、より広帯域な周波数シフトが可能であると期待される。

次に、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値を変化させたときにおけるアンテナ素子１の共振周波数（単位：ＧＨｚ）の変化とアイソレーション周波数（単位：ＧＨｚ）の変化との関係を、以下の表に示す。

上の表３の関係を、図３６のグラフにも示す。図３６は、図３３のアンテナ装置に係る可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値に対する周波数の特性を示すグラフである。表３及び図３６によれば、本実施例のアンテナ装置の構成において可変リアクタンス素子１５Ａがない場合には、Ｓ１１とＳ２１ではリアクタンス値の変化に対する周波数の変化の割合が異なるが、可変リアクタンス素子１５Ａのリアクタンス値により周波数シフトさせた場合には、Ｓ１１とＳ２１の周波数の差が小さくなることがわかる。

図３７Ａは、本発明の実施例７に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、図３７Ｂはその側面図である。本実施例のアンテナ装置は、第９の実施形態のアンテナ装置に対応する。本実施例のシミュレーションでは、スリットＳ１の長さＤ１に依存して、アンテナ素子１の共振周波数と、アイソレーション周波数とが変化することを示す。

図３７Ａ及び図３７Ｂにおいて、アンテナ装置は第９の実施形態の場合（図９参照）と同様に構成された。本実施例では、スリットＳ１の効果を大きくするために、給電点１ａ，１ｂの位置を他の実施例に比べて−Ｚ方向に移動した。

図３８は、図３７Ａ及び図３７Ｂのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する反射係数のパラメータＳ１１を示すグラフであり、図３９は、図３７Ａ及び図３７Ｂのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１及び周波数に対する通過係数のパラメータＳ２１を示すグラフである。

次に、スリットＳ１の長さＤ１（単位：ｍｍ）を変化させたときにおけるアンテナ素子１の共振周波数（単位：ＧＨｚ）の変化とアイソレーション周波数（単位：ＧＨｚ）の変化との関係を、以下の表に示す。

上の表１の関係を、図４０のグラフにも示す。図４０は、図３７Ａ及び図３７Ｂのアンテナ装置に係るスリットＳ１の長さＤ１に対する周波数の特性を示すグラフである。表４及び図４０より、共振周波数は１．１９ＧＨｚ〜２．４７８ＧＨｚの範囲にわたって変化し、アイソレーション周波数は０．９８９ＧＨｚ〜２．５７３ＧＨｚの範囲にわたって変化することがわかる。スリットＳ１の長さＤ１＝４０ｍｍのときに、帯域１．３９９〜１．５２５［ＧＨｚ］の範囲においてＳ１１とＳ２１が−１０ｄＢ以下になり、帯域幅は０．１２５［ＧＨｚ］である。

変形例．
アンテナ素子１及び接地導体２の形状は、長方形に限定されるものではなく、例えば他の多角形、円形、楕円形などであってもよい。また、各実施形態を組み合わせたアンテナ装置を構成することも可能であり、例えば、第５の実施形態のトラップ回路１４を、第２乃至第４の実施形態のアンテナ装置のいずれかにおける少なくとも１つのスリットに設けてもよい。また、例えば、第６の実施形態のリアクタンス素子１５又は第７の実施形態の可変リアクタンス素子１５Ａを、第２乃至第４の実施形態のアンテナ装置のいずれかにおける少なくとも１つのスリットに設けてもよい。この場合、複数の共振周波数を、スリット長、リアクタンス素子のリアクタンス値、リアクタンス素子の実装位置によって調整することが可能となり、周波数調整の自由度があがる。さらに、ＭＩＭＯ通信回路１０，１０Ａに代えて、独立した２つの無線信号の変復調を実行する無線通信回路を設けてもよく、この場合、本実施形態のアンテナ装置は複数のアプリケーションに係る無線通信を同時に実行したり、複数の周波数帯での無線通信を同時に実行したりすることが可能になる。

本発明のアンテナ装置及びそれを用いた無線装置によれば、例えば携帯電話機として実装することができ、あるいは無線ＬＡＮ用の装置として実装することもできる。このアンテナ装置は、例えばＭＩＭＯ通信を行うための無線通信装置に搭載することができるが、ＭＩＭＯに限らず、複数のアプリケーションのための通信を同時に実行可能（マルチアプリケーション）な無線通信装置に搭載することも可能である。

１…アンテナ素子、
１ａ，１ｂ…給電点、
２ａ，２ｂ…接続点、
２…接地導体、
３ａ，３ｂ…接続導体、
１０，１０Ａ…ＭＩＭＯ通信回路、
１１，１２，１１Ａ，１２Ａ…インピーダンス整合回路、
１１ａ，１２ａ…インダクタ、
１３，１３Ａ…コントローラ、
１４…トラップ回路、
１５…リアクタンス素子、
１５Ａ…可変リアクタンス素子、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…スリット、
Ｓ４…スロット、
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４…給電線、
Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ，Ｆ４ａ，Ｆ４ｂ…信号線、
Ｐ１，Ｐ２…信号源。

Claims (9)

1. アンテナ素子上の所定の各位置にそれぞれ設けられた第１及び第２の給電ポートを備えたアンテナ装置において、
   上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電ポートにそれぞれ対応した第１及び第２のアンテナ部として同時に動作するように、上記第１及び第２の給電ポートを介してそれぞれ同時に励振され、
   上記アンテナ装置は、
   上記第１及び第２の給電ポートの間に設けられ、上記アンテナ素子の共振周波数を変化させるとともに、所定のアイソレーション周波数において上記第１及び第２の給電ポートの間に所定のアイソレーションを生成する電磁結合調整手段と、
   上記アンテナ素子の動作周波数を、上記変化された共振周波数から上記アイソレーション周波数にシフトさせるインピーダンス整合手段とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記電磁結合調整手段は、上記アンテナ素子に設けられた少なくとも１つのスリットであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記アンテナ装置は、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を備えたダイポールアンテナとして構成され、
   上記第１の給電ポートは、上記第１及び第２のアンテナ素子が対向した第１の位置において設けられ、
   上記第２の給電ポートは、上記第１の位置とは異なる位置であって、上記第１及び第２のアンテナ素子が対向した第２の位置において設けられ、
   上記電磁結合調整手段は、上記第１及び第２のアンテナ素子の少なくとも１つに設けられた少なくとも１つのスリットであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 上記アンテナ装置は、上記スリットのうちの少なくとも１つにおいて、当該スリットに沿って当該スリットの開口部から所定距離の位置に設けられたトラップ回路をさらに備え、上記トラップ回路は、所定の第１の周波数では開放となって上記スリット全体を共振させ、上記第１の周波数から離隔した周波数では上記スリットの開口部から上記トラップ回路までの区間のみを共振させることを特徴とする請求項２又は３記載のアンテナ装置。
5. 上記スリットのうちの少なくとも１つに設けられ、上記共振周波数及び上記アイソレーション周波数を変化させるリアクタンス素子をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のアンテナ装置。
6. 上記スリットのうちの少なくとも１つに設けられた可変リアクタンス素子と、
   上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより上記共振周波数及び上記アイソレーション周波数を変化させる制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のアンテナ装置。
7. 上記電磁結合調整手段は、上記アンテナ素子に設けられた少なくとも１つのスロットであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
8. 上記アンテナ素子は、接地導体上に板状逆Ｆアンテナ素子として構成されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
9. 複数の無線信号を送受信する無線通信装置において、請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。

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