JP5478226B2

JP5478226B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP5478226B2
Application number: JP2009276880A
Authority: JP
Inventors: 勉満井
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: JP2011120107A; KR20110063280A

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、モノポールアンテナの先端部にトップローディング電極板を備えるアンテナ装置に関する。

モノポールアンテナ装置は、高さが１／４波長以上必要であり、例えば、２．６ＧＨｚの周波数に適用する場合、高さは約３０ｍｍとなり、サイズが大きく、低姿勢化の要求に対応できない。そこで、モノポールアンテナ装置を低姿勢化したものとしてトップローディングモノポールアンテナ装置がある。このトップローディング型モノポールアンテナ装置として、例えば、図１７に示すようなものがある。図１７に示すトップローディング型モノポールアンテナ装置１０は、トップローディング電極１（以下、電極１という）と、電極１と対向して設けられ、かつ、中心に給電用同軸ケーブル４から円形平板形状の接地導体５と、電極１の中心と給電点（図示せず）とを電気的に接続する線状素子３と、電極１の中心と異なる電極１上の点と接地導体５を電気的に接続する短絡導体２と、を備えて構成される。ここで、給電用同軸ケーブル４の中心導体は給電点に接続され、給電用同軸ケーブル４の接地導体は接地導体５に接続される。

このトップローディング型モノポールアンテナ装置１０は、モノポールアンテナ装置の上部に円形平板形状の電極１を接続して構成したものである。円形平板形状の電極１を用いることで、２．６ＧＨｚの周波数に適用した場合は、例えば、高さを１０ｍｍ、０．０８７λに低姿勢化することが可能になる。

また、モノポールアンテナ装置を低姿勢化するものとして、例えば、特許文献１に記載されたアンテナ装置がある。このアンテナ装置では、導体板と対向して配置され、導体板に部分的に短絡される放射素子を備え、給電点から放射素子へは拡幅した形状として、広帯域化し、高さを０．０６２５λと低姿勢化している。このアンテナ装置では、放射素子を短絡するショートピンが設けられており、ショートピンは給電点を中心とする円周上に等間隔に２本以上設けられている。

さらに、他のモノポールアンテナ装置を低姿勢化するものとして、特許文献２に記載されたアンテナ装置がある。このアンテナ装置では、Ｍ型アンテナを基本構造として用いて、特許文献２内の図１に示すように、接地板１０に対向して平面外形が正方形の放射電極部２２が配設されている。放射電極部２２の正方形の平面外形の略中央部に給電ピン１４が電気的に接続され、放射電極部２２の正方形の平面外形の対向する２辺の略中間位置に放射電極２２と接地板１０を電気的に短絡させるショートピン１６が配設されている。このアンテナ装置は、図中にａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅとして示す各部の長さを基に、（ａ＋ｂ＋２×ｃ＋ｄ＋ｅ）の長さを全長とする電流経路でλ／２の同相モードで共振する。この構成により、放射電極部２２の高さと平面形状を大きくすることなく共振周波数を低くしている。

特開２００８−２１９８５３号公報特開２００７−２２１７７４号公報

特許文献１に記載されたアンテナ装置では、給電点を中心とする円周上に等間隔に短絡板を配置している。この場合、より低姿勢化するためにトップローディング電極と接地導体との間隔を短くすると、短絡板の本数を増やし、トップローディング電極を大きくする必要がある。これは小型化の観点から望ましくない。

また、トップローディング電極を方形形状とした場合、円周上に等間隔に短絡板を配置することに従って方形のエッジに短絡板を配置し、トップローディング電極と接地導体との間隔を０．０５λ以下にしようとすると、入力インピーダンスが低下し、給電用同軸ケーブルとアンテナ間の整合がとれないという問題があった。

また、特許文献２に記載されたアンテナ装置では、図Ｂに示した構成により、放射電極部２２の高さと平面形状を大きくすることなく共振周波数を低くするとしているが、この構成条件でシミュレーションしたところ、放射電極部２２の正方形の一辺の寸法は１２４ｍｍと大きくなり、高さも０．０７４λに設定しなければインピーダンス整合がとれなかった。また、高さを０．０４３λに設定してシミュレーションした場合は、十分なインピーダンス整合がとれなかった。

本発明は上記の課題に鑑み、トップローディング型電極を備えるモノポールアンテナ装置のインピーダンス整合を維持し、低姿勢化と小型化を実現するアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置は、接地導体板と、前記接地導体板と対向して配置される矩形状のトップローディング電極板と、前記トップローディング電極板の略中央部に電気的に接続されるモノポールアンテナと、前記トップローディング電極板の複数の辺の各略中央部に配置されて前記トップローディング電極板と前記接地導体板との間を電気的に短絡する複数の短絡導体と、を備えることを特徴とする。このアンテナ装置によれば、入力インピーダンスの整合を維持しながら、低姿勢化と小型化が可能になる。

また、前記複数の短絡導体の本数は３本であり、前記トップローディング電極板の３辺の各略中央部に配置してもよい。このアンテナ装置によれば、複雑な構造を用いることなく、良好な放射特性を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置は、接地導体板と、矩形状のトップローディング電極板と、前記トップローディング電極板の略中央部に電気的に接続されるモノポールアンテナと、前記トップローディング電極板の複数の辺の各略中央部に配置されて前記トップローディング電極板と前記接地導体板との間を電気的に短絡する複数の短絡導体と、を有するアンテナ部と、前記接地導体板上に配置されて複数の前記アンテナ部を有するアレイアンテナと、を備えることを特徴とする。このアンテナ装置によれば、入力インピーダンスの整合を維持しながら、アレイアンテナの低姿勢化と小型化が可能になる。

また、前記アレイアンテナは、前記複数のアンテナ部を前記短絡導体が配置されている辺を互いに向かい合わせて配置してもよい。このアンテナ装置によれば、アレイアンテナのカップリング特性を改善できる。

また、前記複数のアンテナ部の間に複数の誘電体を配置してもよい。このアンテナ装置によれば、

本発明によれば、入力インピーダンスの整合を維持しながら、トップローディング電極板を備えるモノポールアンテナの低姿勢化と小型化を実現するアンテナ装置を提供することができる。

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斜視図である。図１のアンテナ装置の高さＨを０．０６１λに設定し、エッジ短絡と中央短絡で短絡導体の数を変更した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化を示したグラフである。図１のアンテナ装置の高さＨを０．０４３λに設定し、エッジ短絡と中央短絡で短絡導体の数を変更した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化を示したグラフである。図１のアンテナ装置１００の高さＨを０．０６１λと０．０４３λに設定し、エッジ短絡と中央短絡で短絡導体の数を変更した場合のＶＳＷＲの変化を示したグラフである。図１のアンテナ装置の高さＨを０．０６１λと０．０４３λに設定し、エッジ短絡と中央短絡で短絡導体の数を変更した場合のトップローディング電極板の一辺の長さＷ１［λ］の変化を示したグラフである。図１の短絡導体の幅Ｗ２［λ］を変化させた場合の共振周波数ｆｃの変化とＶＳＷＲが２以下の周波数帯域幅ＢＷの変化とを示すグラフである。第１の実施形態に係るアンテナ装置と従来のトップローディング電極板を有するアンテナ装置の水平面の放射パターンを比較したグラフである。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斜視図である。図８のアンテナ装置の４つのアンテナ部間におけるＸ方向とＹ方向と対角方向の各カップリング特性について周波数を可変して測定したグラフである。第２の実施形態に係る比較例のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１０のアンテナ装置の４つのアンテナ部間におけるＸ方向とＹ方向と対角方向の各カップリング特性について周波数を可変して測定したグラフである。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斜視図である。図１２に示したアンテナ装置と図８に示したアンテナ装置を中心周波数が２．６ＧＨｚに設定して動作させた場合の各ＶＳＷＲ特性を示すグラフである。第３の実施形態に係る比較例のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１４に示したアンテナ装置と図１０に示したアンテナ装置を中心周波数が２．６ＧＨｚに設定して動作させた場合の各ＶＳＷＲ特性を示すグラフである。本発明の他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。従来のトップローディング型モノポールアンテナ装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態のアンテナ装置１００について、図１〜図７を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す斜視図である。図１において、アンテナ装置１００は、接地導体板１０１と、モノポールアンテナ１０２と、複数の短絡導体１０３ａ〜１０３ｃと、トップローディング電極板１０４と、給電部１０５と、を備える。

接地導体板１０１は、例えば、矩形状の導体板で形成される。接地導体板１０１の略中央部上には、長さを短くした（例えば、０．１λ以下）モノポールアンテナ１０２が配置されている。モノポールアンテナ１０２の下端部には、給電部１０５が電気的に接続されている。本実施形態では、モノポールアンテナ１０２の高さＨは、例えば、０．０４３λに設定している。なお、λはアンテナ装置１００を動作させる所望の周波数の波長を示す。

給電部１０５は、例えば、給電用同軸ケーブルが用いられ、その中心導体が接地導体板１０１と絶縁された状態でモノポールアンテナ１０２の下端部に電気的に接続される。

トップローディング電極板１０４は、例えば、矩形状の導体板で形成され、その略中央部がモノポールアンテナ１０２の上端部に電気的に接続されている。本実施形態では、トップローディング電極板１０４は、例えば、一辺の長さＷ１が０．２７３λの正方形状平板としている。

短絡導体１０３ａ〜１０３ｃは、トップローディング電極板１０４の三辺の各中央部に配置されている。短絡導体１０３ａ〜１０３ｃは、トップローディング電極板１０４と接地導体板１０１を電気的に短絡させる。本実施形態では、短絡導体１０３ａ〜１０３ｃの幅Ｗ２は、例えば、０．００８７λに設定している。

例えば、中心周波数が２．６ＧＨｚの場合、トップローディング電極板１０４の一辺の長さＷ１は３１．５ｍｍ、短絡導体１０３ａ〜１０３ｃの幅Ｗ２は１ｍｍ、高さＨは５ｍｍである。なお、図１において、モノポールアンテナ１０２と、短絡導体１０３ａ〜１０３ｃと、トップローディング電極板１０４と、給電部１０５と、を含む構成は、アンテナ部１１０とする。

次に、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の動作特性について、図２〜図７に示す各グラフを参照して説明する。なお、図２〜図７に示す各グラフは、アンテナ装置１００の中心周波数を２．６ＧＨｚに設定して動作させる場合の特性を示す。

図２は、アンテナ装置１００の高さＨを０．０６１λに設定し、短絡導体の数を変更した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化を示したグラフである。この図２では、短絡導体の数を１本から４本に変更し、短絡導体の配置位置をトップローディング電極板１０４の各辺の端部（図中に“Ｅ”で示す）と各辺の中央部（図中に“Ｃ”で示す）に配置した場合の各入力インピーダンスＺｉｎの変化を、実数部Ｅ＿Ｒｅ，Ｃ＿Ｒｅと虚数部Ｅ＿Ｉｍ，Ｃ＿Ｉｍに分けて示している。以下では、短絡導体をトップローディング電極板１０４の各辺の端部に配置したものを「エッジ短絡」と呼び、短絡導体をトップローディング電極板１０４の各辺の中央部に配置したものを「中央短絡」と呼ぶことにする。図２において、エッジ短絡した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化Ｅ＿Ｒｅ，Ｅ＿Ｉｍは○及び点線で示し、中央短絡した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化Ｃ＿Ｒｅ，Ｃ＿Ｉｍは●及び実線で示している。

ここで、アンテナ装置１００の入力インピーダンスＺｉｎを５０Ωに整合させる条件を図２に示すグラフから抽出する。エッジ短絡した場合にＥ＿Ｒｅ及びＥ＿Ｉｍを含む入力インピーダンスＺｉｎが５０Ωと整合が取れる短絡導体の本数は４本の時である。このエッジ短絡において短絡導体の本数を４本とした時のトップローディング電極板１０４の一辺の長さＷ１は０．３１２λである。また、中央短絡した場合にＣ＿Ｒｅ及びＣ＿Ｉｍを含む入力インピーダンスＺｉｎが５０Ωと整合が取れる短絡導体の本数は２本及び３本の時である。この中央短絡において短絡導体の本数を２本とした時のトップローディング電極板１０４の一辺の長さＷ１は０．２２λである。したがって、図２では、アンテナ装置１００の高さＨを０．０６１λに設定し、中央短絡を適用することにより、トップローディング電極板１０４の大きさを小型化でき、短絡導体の本数も減らせることが判明した。

図３は、アンテナ装置１００の高さＨを０．０４３λとして低姿勢に設定し、短絡導体の数を変更した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化を示したグラフである。この図３では、短絡導体の数を１本から４本に変更し、エッジ短絡（図中に“Ｅ”で示す）と中央短絡（図中に“Ｃ”で示す）した場合の各入力インピーダンスＺｉｎの変化を、実数部Ｅ＿Ｒｅ，Ｃ＿Ｒｅと虚数部Ｅ＿Ｉｍ，Ｃ＿Ｉｍに分けて示している。図３において、エッジ短絡した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化Ｅ＿Ｒｅ，Ｅ＿Ｉｍは○及び点線で示し、中央短絡した場合の入力インピーダンスＺｉｎの変化Ｃ＿Ｒｅ，Ｃ＿Ｉｍは●及び実線で示している。

図４は、アンテナ装置１００の高さＨを０．０６１λと０．０４３λに設定し、短絡導体の数を変更した場合のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の変化を示したグラフである。この図４では、短絡導体の数を１本から４本に変更し、エッジ短絡において高さＨを０．０４３λとした場合のＶＳＷＲの変化を△と点線で示し、エッジ短絡において高さＨを０．０６１λとした場合のＶＳＷＲの変化を○と点線で示し、中部短絡において高さＨを０．０４３λとした場合のＶＳＷＲの変化を●と実線で示し、中部短絡において高さＨを０．０６１λとした場合のＶＳＷＲの変化を■と実線で示している。アンテナ装置１００は、ＶＳＷＲ＜２で使用することが望ましい。

ここで、アンテナ装置１００の入力インピーダンスＺｉｎを５０Ωに整合させる条件を図３及び図４に示す各グラフから抽出する。エッジ短絡した場合にＥ＿Ｒｅ及びＥ＿Ｉｍを含む入力インピーダンスＺｉｎは４０Ωより高くならず、ＶＳＷＲも２以下の周波数帯域幅を確保することはできない。また、中央短絡した場合にＣ＿Ｒｅ及びＣ＿Ｉｍを含む入力インピーダンスＺｉｎが５０Ωと整合が取れる短絡導体の本数は３本及び４本の時であり、ＶＳＷＲも２以下の周波数帯域幅を確保することができる。したがって、アンテナ装置１００の高さＨを０．０４３λとして低姿勢に設定した場合も、エッジ短絡より中央短絡の方が良好な特性が得られることが判明した。

図５は、アンテナ装置１００の高さＨを０．０６１λと０．０４３λに設定し、短絡導体の数を変更した場合のトップローディング電極板１０４の一辺の長さＷ１［λ］の変化を示したグラフである。この図５では、短絡導体の数を１本から４本に変更し、エッジ短絡において高さＨを０．０４３λとした場合のＷ１の変化を▲と点線で示し、エッジ短絡において高さＨを０．０６１λとした場合のＷ１の変化を○と一点鎖線で示し、中部短絡において高さＨを０．０４３λとした場合のＷ１の変化を●と実線で示し、中部短絡において高さＨを０．０６１λとした場合のＷ１の変化を□と二点鎖線で示している。

図５を参照すると、エッジ短絡では高さＨを０．０６１λと０．０４３λで各々短絡導体の本数を増加させた場合、各本数におけるＷ１は殆ど同一の値であり、中央短絡では高さＨを０．０６１λと０．０４３λで各々短絡導体の本数を増加させた場合、各本数におけるＷ１の増加は０．０５λ程度である。このことから、中央短絡を採用したアンテナ装置１００では、短絡導体の本数を３本と少なくし、高さＨを０．０４３λに低姿勢化しても、５０Ωに対する入力インピーダンスＺｉｎの整合が取れることから、小型化に有利である。これに対して、エッジ短絡を採用したアンテナ装置では、短絡導体の本数を３本と少なくし、高さＨを０．０４３λに低姿勢化した場合、ＶＳＷＲも２以下の周波数帯域幅を確保できず、５０Ωに対する入力インピーダンスＺｉｎの整合も取れない。なお、エッジ短絡を採用したアンテナ装置では、高さＨを０．０６１λに設定し、短絡導体の本数を４本にすれば、ＶＳＷＲも２以下の周波数帯域幅を確保でき、５０Ωに対する入力インピーダンスＺｉｎの整合も取れるが、中央短絡を採用したアンテナ装置１００に比べて、高さＨが高くなり、トップローディング電極板１０４の一辺の長さＷ１も大きくなるため、低姿勢化と小型化には不利である。

図６は、短絡導体の幅Ｗ２［λ］を変化させた場合の共振周波数ｆｃの変化とＶＳＷＲが２以下の周波数帯域幅ＢＷの変化とを示すグラフである。このグラフにおいて、短絡導体の幅Ｗ２［λ］を０．００５λから０．０２６λまで変化させても、共振周波数ｆｃの変化は少なく、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯域幅ＢＷの変化も少ない。このため、図１に示した接地導体１３０ａ〜１３０ｃの取り付け方法の自由度が大きいことが判明した。

図７は、本第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と従来のトップローディング電極板を有するアンテナ装置の水平面の放射パターンを示したグラフである。このグラフによれば、アンテナ装置１００の放射パターンは無指向性であることが判明した。

以上のように、本第１の実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、正方形状平板のトップローディング電極板１０４の三辺の中央部に短絡導体１０３ａ〜１０３ｃを配置する中央短絡を採用することにより、水平面の放射パターンが無指向性の特性が得られる構成を複雑な構造をとらずに、低姿勢化して小型化することが可能になる。このアンテナ装置１００を小型の無線通信基地局に適用することにより、デザインの自由度を高めることができるとともに開発コストを低減することが可能になる。

（第２の実施形態）
本発明に係る第２の実施形態のアンテナ装置について、図８〜図１１を参照して説明する。本第２の実施形態では、第１の実施形態に示したアンテナ部１１０を利用して、接地導体板の上面に複数のアンテナ部１１０を配置するアレイアンテナを構成する例について説明する。図８及び図９では、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄを短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺を互いに向かい合わせて配置した構成例と、そのカップリング特性を示し、図１０及び図１１では、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄを短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置されていない辺を互いに向かい合わせて配置した構成例と、そのカップリング特性を比較例として示す。

図８は、第２の実施形態に係る誘電体を配置しないアンテナ装置２００の概略構成を示す斜視図である。なお、図８において、図１に示したアンテナ装置１００と同一の構成部分には同一符号を付しており、その構成説明は省略する。

図８において、アンテナ装置２００は、接地導体板２０１の上面に４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄを配置している。アンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは、図１に示したアンテナ部１１０と同様の構成を有する。これら４つのアンテナ部１１０は、アレイアンテナ２０２を構成する。４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは、短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺が互いに向かい合わせて配置されている。すなわち、図８では、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｂは図中に示すＸ方向で短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺が互いに向かい合わせて配置され、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｃは図中に示すＹ方向で短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺が互いに向かい合わせて配置され、アンテナ部１１０Ｃとアンテナ部１１０Ｄは図中に示すＸ方向で短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺が互いに向かい合わせて配置され、アンテナ部１１０Ｂとアンテナ部１１０Ｄは図中に示すＹ方向で短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺が互いに向かい合わせて配置されている。アンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは、それぞれ、モノポールアンテナ１０２の下端部（図示せず）に給電ポート（図示せず）が設けられている。アンテナ部１１０Ａの給電ポートはＰｏｒｔ１、アンテナ部１１０Ｂの給電ポートはＰｏｒｔ２、アンテナ部１１０Ｃの給電ポートはＰｏｒｔ３、アンテナ部１１０Ｄの給電ポートはＰｏｒｔ４とする。

次に、アンテナ装置２００のカップリング特性について図９を参照して説明する。図９は、アンテナ装置２００の４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄ間におけるＸ方向とＹ方向と対角方向の各カップリング特性について周波数を可変してシミュレーションした結果を示すグラフである。

図９に示すように、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｂとの間、及びアンテナ部１１０Ｃとアンテナ部１１０Ｄとの間の各Ｘ方向（Ｐｏｒｔ２−Ｐｏｒｔ１，Ｐｏｒｔ４−Ｐｏｒｔ３）のカップリング特性と、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｃとの間、及びアンテナ部１１０Ｂとアンテナ部１１０Ｄとの間の各Ｙ方向（Ｐｏｒｔ４−Ｐｏｒｔ２，Ｐｏｒｔ３−Ｐｏｒｔ１）のカップリング特性は、同様のカップリング特性を示す。また、図９に示すように、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｄとの間、及びアンテナ部１１０Ｂとアンテナ部１１０Ｃとの間の各対角方向（Ｐｏｒｔ３−Ｐｏｒｔ２，Ｐｏｒｔ４−Ｐｏｒｔ１）のカップリング特性は、Ｘ方向及びＹ方向の各カップリング特性に比べて低くなる。

（比較例）
次に、図８に示したアンテナ装置２００に対する比較例について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、図８に示したアンテナ装置２００のカップリング特性と比較するためのアンテナ装置３００の概略構成を示す斜視図である。なお、図１０において、図１に示したアンテナ装置１００と同一の構成部分には同一符号を付しており、その構成説明は省略する。

図１０に示すアンテナ装置３００の構成において、図８に示したアンテナ装置２００の構成と異なる点は、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置されていない辺が互いに向かい合わせて配置されていることであり、各構成部分は図８に示したアンテナ装置２００と同様である。４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは、アレイアンテナ３０２を構成する。

次に、アンテナ装置３００のカップリング特性について図１１を参照して説明する。図１１は、アンテナ装置３００の４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄ間におけるＸ方向とＹ方向と対角方向の各カップリング特性について周波数を可変して測定したグラフである。図１１に示すＸ方向とＹ方向と対角方向の各カップリング特性は、図９に示したＸ方向とＹ方向と対角方向と同様の方向でシミュレーションした結果である。

図９に示したアンテナ装置２００のカップリング特性と、図１１に示したアンテナ装置３００のカップリング特性を比較すると、Ｘ方向とＹ方向と対角方向の各カップリング特性は、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄを短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された部分を互いに向かい合わせて配置した構成した図９に示したアンテナ装置２００の方が良好であることが判明した。

したがって、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄを用いてアレイアンテナを構成する場合、短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺を互いに向かい合わせて配置することにより、カップリング特性を低減することができる。また、本第２の実施形態に係るアンテナ装置２００では、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは図１に示したアンテナ部１１０と同様の構成であるため、入力インピーダンスの整合を維持しながらアレイアンテナの低姿勢化と小型化が可能である。これにより、アンテナ装置２００は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）やビームホーミング等の性能を向上させることが可能になる。また、アンテナ装置２００をＭＩＭＯ等の基地局に適用することにより、小型化の促進やデザインの自由度の向上等に寄与することができる。

（第３の実施形態）
本発明に係る第３の実施形態のアンテナ装置について、図１２〜図１５を参照して説明する。第２の実施形態に示した４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄの間に誘電体を配置する構成例について説明する。なお、図１２において、図１及び図８に示したアンテナ装置と同一の構成部分には同一符号を付しており、その構成説明は省略する。

図１２に示すアンテナ装置４００の構成において、図８に示したアンテナ装置２００の構成と異なる点は、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｂとの間に誘電体４０３を配置し、アンテナ部１１０Ｃとアンテナ部１１０Ｄとの間に誘電体４０４を配置したことであり、各構成部分は図８に示したアンテナ装置２００と同様である。４つのアンテナ部１１０１１０Ａ〜１１０Ｄは、アレイアンテナ４０２を構成する。

次に、アンテナ装置４００のＶＳＷＲ特性について図１３を参照して説明する。図１３は、図１２に示したアンテナ装置４００と図８に示したアンテナ装置２００を、中心周波数が２．６ＧＨｚに設定して動作させた場合の各ＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

図１３を参照すると、２．６ＧＨｚにおけるＶＳＷＲは、誘電体を配置していないアンテナ装置２００が１．２程度であり、誘電体４０３，４０４を配置したアンテナ装置４００が１．２程度である。このことから、アンテナ装置２００とアンテナ装置４００の各ＶＳＷＲ特性は同等であることが判明した。すなわち、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺を互いに向かい合わせて配置した場合、アンテナ装置４００のように誘電体４０３，４０４を配置してもＶＳＷＲ特性に対する影響は殆どなく、良好なＶＳＷＲ特性が維持されることが判明した。

（比較例）
次に、図１２に示したアンテナ装置４００に対する比較例について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、図１３に示したアンテナ装置４００のＶＳＷＲ特性と比較するためのアンテナ装置５００の概略構成を示す斜視図である。なお、図１４において、図１及び図８に示したアンテナ装置と同一の構成部分には同一符号を付しており、その構成説明は省略する。

図１４に示すアンテナ装置５００の構成において、図１２に示したアンテナ装置４００の構成と異なる点は、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置されていない辺が互いに向かい合わせて配置されていることであり、各構成部分は図１２に示したアンテナ装置４００と同様である。４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは、アレイアンテナ５０２を構成する。

次に、アンテナ装置５００のＶＳＷＲ特性について図１５を参照して説明する。図１５は、図１４に示したアンテナ装置５００と図１０に示したアンテナ装置３００を、中心周波数が２．６ＧＨｚに設定して動作させた場合の各ＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

図１５を参照すると、２．６ＧＨｚにおけるＶＳＷＲは、誘電体を配置していないアンテナ装置３００が１．２程度であり、誘電体４０３，４０４を配置したアンテナ装置５００が１．４程度である。このことから、誘電体４０３，４０４を配置したアンテナ装置５００は、アンテナ装置２００に比べてＶＳＷＲ特性が劣化することが判明した。

以上のことから、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｂとの間に誘電体４０３を配置し、アンテナ部１１０Ｃとアンテナ部１１０Ｄとの間に誘電体４０４を配置し、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置された辺を互いに向かい合わせて配置した場合は、誘電体を配置しないアンテナ装置２００のＶＳＷＲ特性と比べて変化は殆どなく良好であることが判明した。また、アンテナ部１１０Ａとアンテナ部１１０Ｂとの間に誘電体４０３を配置し、アンテナ部１１０Ｃとアンテナ部１１０Ｄとの間に誘電体４０４を配置し、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置されていない辺を互いに向かい合わせて配置した場合は、誘電体を配置しないアンテナ装置３００のＶＳＷＲ特性と比べて劣化することが判明した。

したがって、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄを用いてアレイアンテナを構成する場合、アンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄの間に誘電体を配置する場合も、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは短絡導体１０３ａ〜１０３ｃが配置されている辺を互いに向かい合わせて配置した方がＶＳＷＲ特性は良好である。これにより、アンテナ装置４００は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）やビームホーミング等の性能を向上させることが可能になる。また、本第３の実施形態に係るアンテナ装置４００では、４つのアンテナ部１１０Ａ〜１１０Ｄは図１に示したアンテナ部１１０と同様の構成であるため、入力インピーダンスの整合を維持しながらアレイアンテナの低姿勢化と小型化が可能である。アンテナ装置４００をＭＩＭＯ等の基地局に適用することにより、小型化の促進やデザインの自由度の向上等に寄与することができる。

なお、図１に示したアンテナ装置１００においてトップローディング電極板１０４の形状は矩形状とした場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、図１６に示すアンテナ装置６００のようにトップローディング電極板６０４の形状を変更してもよい。このトップローディング電極板６０４は、隣り合う短絡導体１０３ａ〜１０３ｃを直線で結んだ辺より飛び出した部分を有している。このアンテナ装置６００では、トップローディング電極板６０４以外の構成部分は、図１に示したアンテナ装置２００と同様であるため同一符号を付している。また、第１〜第３の実施形態においてアンテナ装置１００，２００，４００に示したモノポールアンテナ１０２の高さＨ、トップローディング電極板１０４の一辺の長さＷ１、短絡導体１０３ａ〜１０３ｃの幅Ｗ２は、周波数が２．６ＧＨｚで使用する場合の例を示したものであり、これらの寸法は使用する周波数に応じて適宜変更してもよい。

１００，２００，３００，４００，５００，６００…アンテナ装置、１０１，２０１…接地導体板、１０２…モノポールアンテナ、１０３ａ〜１０３ｃ…短絡導体、１０４，６０４…トップローディング電極板、１０５…給電部、１１０，１１０Ａ〜１１０Ｄ…アンテナ部、２０２，３０２，４０２，５０２…アレイアンテナ。

Claims

接地導体板と、
前記接地導体板と対向して配置される矩形状のトップローディング電極板と、
前記トップローディング電極板の略中央部に電気的に接続されるモノポールアンテナと、
前記トップローディング電極板の複数の辺の各略中央部に配置されて前記トップローディング電極板と前記接地導体板との間を電気的に短絡する複数の短絡導体と、
を備え、
前記複数の短絡導体の本数は３本であり、前記トップローディング電極板の３辺の各略中央部に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
接地導体板と、
矩形状のトップローディング電極板と、前記トップローディング電極板の略中央部に電気的に接続されるモノポールアンテナと、前記トップローディング電極板の複数の辺の各略中央部に配置されて前記トップローディング電極板と前記接地導体板との間を電気的に短絡する複数の短絡導体と、を有するアンテナ部と、
前記接地導体板上に配置されて複数の前記アンテナ部を有するアレイアンテナと、
を備え、
前記複数の短絡導体の本数は３本であり、前記トップローディング電極板の３辺の各略中央部に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
前記アレイアンテナは、前記複数のアンテナ部を前記短絡導体が配置されている辺を互いに向かい合わせて配置していることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
前記複数のアンテナ部の間に複数の誘電体を配置していることを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。