JP5708475B2

JP5708475B2 - マルチアンテナ装置および通信機器

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Publication number: JP5708475B2
Application number: JP2011282843A
Authority: JP
Inventors: 若林　尚之; 尚之若林
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: KR20130079236A; US20130162496A1; EP2610964A1; JP2013135258A; EP2610964B1; US9077081B2

Description

この発明は、マルチアンテナ装置および通信機器に関し、特に、複数のアンテナ素子を備えたマルチアンテナ装置および通信機器に関する。

従来、複数のアンテナ素子を備えたマルチアンテナ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、対応する電波の波長λの１／２の距離を隔てて配置された２つのアンテナ素子と、２つのアンテナ素子間の相互結合を抑制するために２つのアンテナ素子の間に配置された隔離素子からなる隔離部（無給電素子）とを備えるＭＩＭＯアレーアンテナ（マルチアンテナ装置）が開示されている。隔離素子は、波長λの１／４の長さを有するとともに、２つのアンテナ素子が互いに対向する方向に延びるように形成されている。

特許第４２６７００３号公報

しかしながら、上記特許文献１のＭＩＭＯアレーアンテナ（マルチアンテナ装置）では、隔離素子からなる隔離部（無給電素子）を設けることによってアンテナ素子間の相互結合を抑制可能である一方、２つのアンテナ素子の間において、波長λの１／４の長さを有する隔離素子を２つのアンテナ素子が互いに対向する方向に延びるように配置する必要があるので、２つのアンテナ素子間の距離を十分に小さくすることが困難であるという不都合がある。このため、ＭＩＭＯアレーアンテナ（マルチアンテナ装置）の小型化を図ることが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、より小型化を図ることが可能なマルチアンテナ装置、および、そのようなマルチアンテナ装置を備える通信機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本願発明者が鋭意検討した結果、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子を、給電素子と結合するとともに一方端部が接地された第１部分と、給電素子と結合するとともに一方端部が接地された第２部分と、一方端部が直列に接続されたインダクタンスを有する部材を介して接地されるとともに他方端部が第１部分および第２部分のそれぞれの他方端部に接続された第３部分とを含むように構成することによって、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、より小型化を図ることができることを見い出した。

すなわち、この発明の第１の局面によるマルチアンテナ装置は、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子からなる給電素子と、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子とを備え、無給電素子は、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含み、第３部分は、第１部分および第２部分に接続され、第１部分、第２部分および第３部分のうちの１つは、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されている。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置では、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子を、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含むとともに、第３部分は、第１部分および第２部分に接続されるように構成することによって、第１部分、第２部分および第３部分を含む無給電素子を第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とが互いに対向する方向に延びるように形成することなく、アンテナ素子間の相互結合を小さくすることができる。これにより、アンテナ素子間の相互結合を小さくするためにアンテナ素子間の距離を大きくする必要がないとともに、無給電素子を第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とが互いに対向する方向に延びるように形成する場合とは異なり、アンテナ素子間の距離をより小さくすることができる。したがって、このマルチアンテナ装置では、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、より小型化を図ることができる。また、マルチアンテナ装置を、第１部分、第２部分および第３部分のうちの１つが、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されるように構成することにより、平面視において、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分を互いにより近づけるかまたは重なるように配置することができるので、平面視において、無給電素子をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置のさらなる小型化を図ることができる。

また、無給電素子を、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含むとともに、第３部分は、第１部分および第２部分に接続されるように構成するように、無給電素子を構成することによって、アンテナ素子間の相互結合を効果的に小さくすることが可能な周波数（共振周波数）の調整を、無給電素子の各部の長さを調整するだけで容易に行うことができるので、マルチアンテナ装置の設計の簡素化を図ることができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子の第１部分は、第２部分および第３部分よりも第１アンテナ素子側に配置され、無給電素子の第２部分は、第１部分および第３部分よりも第２アンテナ素子側に配置されている。このように構成すれば、無給電素子の第１部分を第１アンテナ素子に確実に結合させることができるとともに、第２部分を第２アンテナ素子に確実に結合させることができるので、より確実に、アンテナ素子間の相互結合を小さくしてアンテナ素子間の距離を小さくすることができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、第３部分は、直列に接続されたインダクタを介して接地されている。このように構成すれば、インダクタンスの大きさを容易に調整可能なインダクタを用いて、マルチアンテナ装置の設計をより簡素化することができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分のうちの１つは、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されている。このように構成すれば、平面視において、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分を互いにより近づけるかまたは重なるように配置することができるので、平面視において、無給電素子をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置のさらなる小型化を図ることができる。

この場合、好ましくは、無給電素子の第３部分は、第１部分および第２部分の両方と異なる面内に配置されている。このように構成すれば、平面視において、無給電素子の第３部分を第１部分および第２部分の両方により近づけるかまたは重なるように配置することができるので、容易に、無給電素子をより小さいスペースに配置することができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、それぞれ、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子が出力する電波の波長λの略１／４の電気長を有する。このように構成すれば、第１部分、第２部分および第３部分を含む無給電素子を、対応する周波数の近傍で共振させることができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、第１アンテナ素子に対して高周波電力を供給する第１給電点、および、第２アンテナ素子に対して高周波電力を供給する第２給電点と、第１アンテナ素子と第１給電点との間に配置され、高周波電力の所定の周波数において、インピーダンス整合を図るための第１整合回路と、第２アンテナ素子と第２給電点との間に配置され、高周波電力の所定の周波数において、インピーダンス整合を図るための第２整合回路とをさらに備える。このように構成すれば、所定の周波数において、アンテナ素子間の相互結合を小さくすることができるとともにインピーダンス整合が図られるので、アンテナ素子を介して伝達されるエネルギの伝達損失を軽減することができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、互いに、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子が出力する電波の波長λの略１／１０の電気長よりも小さい距離を隔てて離間するように配置されている。このように構成すれば、第１部分、第２部分および第３部分を互いにより近い距離で離間して配置することができるので、無給電素子をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置のさらなる小型化を図ることができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、互いに略平行に配置されている。このように構成すれば、第１部分、第２部分および第３部分を互いに沿うように配置してより近づけることができるので、無給電素子をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置のさらなる小型化を図ることができる。

この場合、好ましくは、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子が互いに対向する方向と略直交する方向に直線状に延びるように形成されている。このように構成すれば、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子が互いに対向する方向において、無給電素子の幅をより小さくすることができるので、アンテナ素子間の距離をさらに小さくすることができる。

上記第１の局面によるマルチアンテナ装置において、好ましくは、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子は、モノポールアンテナを含む。このように構成すれば、ダイポールアンテナに比べて小型のモノポールアンテナを用いたマルチアンテナ装置をより小型化することができる。

この発明の第２の局面による通信機器は、マルチアンテナ装置を備える通信機器であって、マルチアンテナ装置は、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子からなる給電素子と、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子とを備え、無給電素子は、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含み、第３部分は、第１部分および第２部分に接続され、第１部分、第２部分および第３部分のうちの１つは、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されている。

この発明の第２の局面による通信機器では、上記のように、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子を、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含むとともに、第３部分は、第１部分および第２部分に接続されるように構成することによって、第１部分、第２部分および第３部分を含む無給電素子を第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とが互いに対向する方向に延びるように形成することなく、アンテナ素子間の相互結合を小さくすることができる。これにより、アンテナ素子間の相互結合を小さくするためにアンテナ素子間の距離を大きくする必要がないとともに、無給電素子を第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とが互いに対向する方向に延びるように形成する場合とは異なり、アンテナ素子間の距離をより小さくすることができる。したがって、この通信機器のマルチアンテナ装置では、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、より小型化を図ることができる。また、そのようなマルチアンテナ装置を備えた通信機器自体の小型化も図ることができる。特に、携帯電話ように小型化が望まれる通信機器において本発明はより有効である。また、マルチアンテナ装置を、第１部分、第２部分および第３部分のうちの１つが、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されるように構成することにより、平面視において、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分を互いにより近づけるかまたは重なるように配置することができるので、平面視において、無給電素子をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置のさらなる小型化を図ることができる。これにより、マルチアンテナ装置を備えた通信機器自体のさらなる小型化を図ることができる。

また、給電素子と結合するとともに一方端部が接地された第１部分と、給電素子と結合するとともに一方端部が接地された第２部分と、一方端部が直列に接続されたインダクタンスを有する部材を介して接地されるとともに他方端部が第１部分および第２部分のそれぞれの他方端部に接続された第３部分とを含むように無給電素子を構成することによって、アンテナ素子間の相互結合を効果的に小さくすることが可能な周波数の調整を、無給電素子の各部の長さを調整するだけで容易に行うことができるので、マルチアンテナ装置の設計の簡素化を図ることができる。

本発明によれば、上記のように、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、マルチアンテナ装置のより小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態による携帯電話機の全体構成を示した斜視図である。本発明の一実施形態による携帯電話機のマルチアンテナ装置を示した斜視図である。本発明の一実施形態による携帯電話機のマルチアンテナ装置の基板の表側を示した平面図である。本発明の一実施形態による携帯電話機のマルチアンテナ装置の基板の裏側を示した平面図である。本発明の一実施形態による携帯電話機のマルチアンテナ装置に用いられるπ型の整合回路を示した概略図である。比較例によるマルチアンテナ装置を示した平面図である。比較例によるマルチアンテナ装置のシミュレーションにおけるＳパラメータの特性を示した図である。本発明の一実施形態に対応するマルチアンテナ装置のシミュレーションにおけるＳパラメータの特性を示した図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＴ型の整合回路の概略図である。本発明の一実施形態の変形例に用いられるＬ型の整合回路の概略図である。本発明の一実施形態の第１変形例によるマルチアンテナ装置を示した平面図である。本発明の一実施形態の第２変形例によるマルチアンテナ装置を示した平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による携帯電話機１００の構成について説明する。なお、携帯電話機１００は、本発明の「通信機器」の一例である。

本発明の一実施形態による携帯電話機１００は、図１に示すように、正面から見て、略長方形形状を有している。また、携帯電話機１００は、表示画面部１と、番号ボタンなどからなる操作部２と、マイク３と、スピーカ４とを備えている。また、携帯電話機１００の筐体内部には、マルチアンテナ装置１０が設けられている。

マルチアンテナ装置１０は、複数のアンテナ素子を用いて所定の周波数において多重の入出力が可能なＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信用に構成されている。また、マルチアンテナ装置１０は、２．５ＧＨｚ帯の高速無線通信ネットワークのＷｉＭＡＸ（ＷｏｒｌｄｗｉｄｅｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｃｃｅｓｓ）に対応している。

具体的には、マルチアンテナ装置１０は、図２〜図４に示すように、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２からなる給電素子１１と、２つのアンテナ素子１１１および１１２の間に配置される無給電素子１２と、接地面１３とを含んでいる。さらに、マルチアンテナ装置１０は、第１アンテナ素子１１１に高周波電力を供給するための第１給電点１４と、第２アンテナ素子１１２に高周波電力を供給するための第２給電点１５と、インピーダンス整合を図るための第１整合回路１６および第２整合回路１７とを含んでいる。

第１アンテナ素子１１１は、無給電素子１２のＸ１方向側に配置されるとともに、第２アンテナ素子１１２は、無給電素子１２のＸ２方向側に配置されている。また、第１アンテナ素子１１１（第２アンテナ素子１１２）は、薄板形状を有し、図示しない基板の表側（Ｚ１方向側）の表面上に設けられている。また、図３および図４に示すように、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２は、第１給電点１４と第２給電点１５とを結ぶ直線に垂直で、かつ、第１給電点１４および第２給電点１５の間の中点を通る基準直線に対して互いに線対称の形状に形成されている。また、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２は、互いに対向する方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向に延びる直線形状を有している。また、第１アンテナ素子１１１（第２アンテナ素子１１２）は、マルチアンテナ装置１０が対応する２．５ＧＨｚの波長λの約１／４の電気長を有するモノポールアンテナである。また、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２は、互いの離間距離Ｄがλ／４未満になるように配置されている。なお、電気長とは、真空中の１波長ではなく、アンテナを構成する導体上を進む信号の１波長を基準とした長さである。また、第１アンテナ素子１１１（第２アンテナ素子１１２）は、Ｙ１方向側の端部が開放されているとともに、Ｙ２方向側の端部が第１給電点１４（第２給電点１５）を介して接地面１３に接地されている。

無給電素子１２は、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２を流れる電流に起因して２．５ＧＨｚ帯に対応する周波数（２．５ＧＨｚ近傍の周波数）で共振するように構成されている。また、無給電素子１２は、給電素子１１と結合する第１部分１２１と、給電素子１１と結合する第２部分１２２と、平面視において第１部分１２１および第２部分１２２の間に配置された第３部分１２３とを有している。なお、本実施形態において、結合とは、静電結合および磁界結合の両方の結合を含む概念の電磁界結合である。

また、第１部分１２１および第２部分１２２は、それぞれ、Ｙ２方向側の端部が接地面１３に接地されている。また、第１部分１２１および第２部分１２２は、それぞれ、Ｙ１方向側の端部が接続部１２４を介して第３部分１２３のＹ１方向側の端部に接続されている。第３部分１２３は、Ｙ２方向側の端部が直列に接続されたインダクタ１２５を介して接地面１３に接地されている。なお、２．５ＧＨｚ帯に対応する本実施形態のマルチアンテナ装置１０においては、インダクタ１２５は、約１０ｎＨ（ヘンリー）のインダクタンスを有している。また、インダクタ１２５は、本発明の「部材」の一例である。また、第１部分１２１は、第２部分１２２および第３部分１２３よりも第１アンテナ素子１１１側（Ｘ１方向側）に配置されている。第２部分１２２は、第１部分１２１および第３部分１２３よりも第２アンテナ素子１１２側（Ｘ２方向側）に配置されている。また、平面視において、第１部分１２１および第２部分１２２は、それぞれ、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２に対向するように配置されている。

また、第１部分１２１および第２部分１２２は、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２と同様に、図示しない基板の表側（Ｚ１方向側）の表面上に設けられている。また、第３部分１２３は、第１部分１２１および第２部分１２２とは異なり、基板の裏側（Ｚ２方向側）の表面上に設けられている。すなわち、第１部分１２１および第２部分１２２と第３部分１２３とは、それぞれのＹ１方向側の端部において接続部１２４を介して基板の表裏に跨って接続されている。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３は、それぞれ、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２が互いに対向する方向に直交するＹ方向に延びる直線形状を有している。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３は、それぞれ、約λ／４の電気長Ｌを有している。また、無給電素子１２は、接地面１３が配置される側とは反対側（Ｙ１方向側）の端部から接地面１３までのＹ方向の距離が、給電素子１１のＹ１方向側の端部から接地面１３までのＹ方向の距離と略同じになるように形成されている。これにより、給電素子１１および無給電素子１２の両方を配置するためにＹ方向のスペースを広げる必要がないので、マルチアンテナ装置１０の小型化を図ることができる。

また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３は、互いにＸ方向に隣接して平行に配置されている。詳細には、図３および図４に示すように、平面視において、第１部分１２１のＸ２方向側の縁部と第３部分１２３のＸ１方向側の縁部とが同一直線上で重なるように配置されるとともに、第３部分１２３のＸ２方向側の縁部と第２部分１２２のＸ１方向側の縁部とが同一直線上で重なるように配置されている。すなわち、平面視において、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３は、互いに重なっていない。そして、第１部分１２１と第２部分１２２とは、Ｘ方向において第３部分１２３のＸ方向の幅分（たとえば、１ｍｍ）だけ離間している。また、第１部分１２１および第２部分１２２と、第３部分１２３とは、それぞれ、Ｙ方向において基板のＺ方向の厚み分（たとえば、１ｍｍ）だけ離間している。なお、本実施形態では、第３部分１２３のＸ方向の幅および基板のＺ方向の厚みは、それぞれ、マルチアンテナ装置１０が対応する２．５ＧＨｚの波長λの約１／１０の電気長よりも小さい。したがって、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３は、互いに約λ／１０の電気長よりも小さい距離を隔てて離間するように配置されている。

第１給電点１４（第２給電点１５）は、第１アンテナ素子１１１（第２アンテナ素子１１２）のＹ２方向側の端部に配置されている。また、第１給電点１４（第２給電点１５）は、第１アンテナ素子１１１（第２アンテナ素子１１２）と図示しない給電線とを接続している。

第１整合回路１６（第２整合回路１７）は、第１アンテナ素子１１１（第２アンテナ素子１１２）と第１給電点１４（第２給電点１５）との間に配置されている。また、第１整合回路１６（第２整合回路１７）は、マルチアンテナ装置１０が対応する２．５ＧＨｚにおいて、インピーダンス整合を図るように構成されている。具体的には、図５に示すように、第１整合回路１６（第２整合回路１７）は、インダクタ（コイル）およびキャパシタ（コンデンサ）により構成されたπ型回路（πマッチ）により構成されている。

本実施形態では、第１アンテナ素子１１１と第２アンテナ素子１１２との間に配置される無給電素子１２を、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第１部分１２１と、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第２部分１２２と、一方端部が直列に接続されたインダクタ１２５を介して接地されるとともに他方端部が第１部分１２１および第２部分１２２のそれぞれの他方端部に接続された第３部分１２３とを含むように構成することによって、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を含む無給電素子１２を第１アンテナ素子１１１と第２アンテナ素子１１２とが互いに対向する方向に延びるように形成することなく、アンテナ素子間の相互結合を小さくすることができる。これにより、アンテナ素子間の相互結合を小さくするためにアンテナ素子間の距離を大きくする必要がないとともに、無給電素子１２を第１アンテナ素子１１１と第２アンテナ素子１１２とが互いに対向する方向に延びるように形成する場合とは異なり、アンテナ素子間の距離をより小さくすることができる。したがって、この携帯電話機１００のマルチアンテナ装置１０では、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、より小型化を図ることができる。また、そのようなマルチアンテナ装置１０を備えた携帯電話機１００自体の小型化も図ることができる。特に、本実施形態の携帯電話機１００のように小型化が望まれる通信機器において本発明はより有効である。

また、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第１部分１２１と、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第２部分１２２と、一方端部が直列に接続されたインダクタ１２５を介して接地されるとともに他方端部が第１部分１２１および第２部分１２２のそれぞれの他方端部に接続された第３部分１２３とを含むように無給電素子１２を構成することによって、アンテナ素子間の相互結合を効果的に小さくすることが可能な周波数の調整を、無給電素子１２の各部（第１部分１２１、第２部分１２２、第３部分１２３）の長さを調整するだけで容易に行うことができるので、マルチアンテナ装置１０の設計の簡素化を図ることができる。

以上のように、本願発明者は、第１アンテナ素子１１１と第２アンテナ素子１１２との間に配置される無給電素子１２を、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第１部分１２１と、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第２部分１２２と、一方端部が直列に接続されたインダクタ１２５を介して接地されるとともに他方端部が第１部分１２１および第２部分１２２のそれぞれの他方端部に接続された第３部分１２３とを含むように構成することによって、アンテナ素子間の相互結合を小さくしながら、より小型化を図ることができることを見い出した。

また、本実施形態では、無給電素子１２の第１部分１２１を、第２部分１２２および第３部分１２３よりも第１アンテナ素子１１１側（Ｘ１方向側）に配置し、無給電素子１２の第２部分１２２を、第１部分１２１および第３部分１２３よりも第２アンテナ素子１１２側（Ｘ２方向側）に配置する。これにより、無給電素子１２の第１部分１２１を第１アンテナ素子１１１に確実に結合させることができるとともに、第２部分１２２を第２アンテナ素子１１２に確実に結合させることができるので、より確実に、アンテナ素子間の相互結合を小さくしてアンテナ素子間の距離を小さくすることができる。

また、本実施形態では、無給電素子１２の第３部分１２３を、第１部分１２１および第２部分１２２の両方と異なる面内（基板の裏側の表面）に配置する。これにより、平面視において、無給電素子１２の第３部分１２３を第１部分１２１および第２部分１２２の両方により近づけるかまたは重なるように配置することができるので、無給電素子１２をより小さいスペースに配置することができる。

また、本実施形態では、無給電素子１２の第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を、それぞれ、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２が出力する電波の波長λの略１／４の電気長を有するように構成する。これにより、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を含む無給電素子１２を、対応する周波数（２．５ＧＨｚ）の近傍で共振させることができる。

また、本実施形態では、第１アンテナ素子１１１と第１給電点１４との間に、高周波電力の所定の周波数（２．５ＧＨｚ）においてインピーダンス整合を図るための第１整合回路１６を設けるとともに、第２アンテナ素子１１２と第２給電点１５との間に、高周波電力の所定の周波数（２．５ＧＨｚ）においてインピーダンス整合を図るための第２整合回路１７を設ける。これにより、所定の周波数において、アンテナ素子間の相互結合を小さくすることができるとともにインピーダンス整合が図られるので、アンテナ素子に伝達されるエネルギの伝達損失を軽減することができる。

また、本実施形態では、無給電素子１２の第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を、互いに、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２が出力する電波の波長λの略１／１０の電気長よりも小さい距離を隔てて離間するように配置する。これにより、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を互いにより近い距離で離間して配置することができるので、無給電素子１２をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置１０のさらなる小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、無給電素子１２の第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を互いに平行に配置する。これにより、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を互いに沿うように配置してより近づけることができるので、無給電素子１２をより小さいスペースに配置することができる。その結果、マルチアンテナ装置１０のさらなる小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、無給電素子１２の第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２が互いに対向する方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に直線状に延びるように形成する。これにより、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２が互いに対向する方向（Ｘ方向）において、無給電素子１２の幅をより小さくすることができるので、アンテナ素子間の距離をさらに小さくすることができる。

次に、本実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、図２〜図４に示した本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０と、図６に示した比較例によるマルチアンテナ装置１１０とを比較した。また、図２〜図４に示した本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０において、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３のそれぞれの電気長Ｌを、Ｌ＝２３ｍｍにした場合と、Ｌ＝２４ｍｍにした場合と、Ｌ＝２５ｍｍにした場合と、Ｌ＝２７ｍｍにした場合とについてシミュレーションを行った。

本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０では、離間距離Ｄがλ／４未満の１１ｍｍになるように第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２を配置した。また、このシミュレーションでは、第１アンテナ素子１１１、第２アンテナ素子１１２および無給電素子１２を厚さ１ｍｍのガラスエポキシ基板上に配置し、その基板を真空中に設ける構成にした。また、第１アンテナ素子１１１、第２アンテナ素子１１２および無給電素子１２は共に厚さ０ｍｍの導体で構成した。なお、本実施形態のマルチアンテナ装置１０は、上記のように、２．５ＧＨｚに対応し、２．５ＧＨｚに対応する波長λは１２０ｍｍである。

図６に示すように、比較例によるマルチアンテナ装置１１０では、無給電素子１２を設ける本実施形態によるマルチアンテナ装置１０とは異なり、２つのアンテナ素子１１１および１１２の間に無給電素子を設けない構成にした。また、比較例によるマルチアンテナ装置１１０の他の構成は、本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０と同様である。

図７および図８を参照して、比較例によるマルチアンテナ装置１１０および本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０のＳパラメータの特性について説明する。

まず、比較例によるマルチアンテナ装置１１０では、図７に示すように、本実施形態のマルチアンテナ装置１０が対応する２．５ＧＨｚにおいて、Ｓ１２が約−７ｄＢであった。これに対して、本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０では、図８に示すように、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２４ｍｍとした場合に、Ｓ１１およびＳ１２が共に小さくなる周波数（約２．６５ＧＨｚ）において、Ｓ１２が約−３４ｄＢであった。

この結果、比較例によるマルチアンテナ装置１１０よりも本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０の方が、２つのアンテナ素子間の相互結合の強さ（大きさ）を意味するＳ１２の値が小さいので、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３を有する無給電素子１２を設けることによってアンテナ素子間の相互結合を小さくすることができることを確認した。なお、Ｓ１２の値が−１０ｄＢ以下であれば、アンテナ素子間の相互結合は微小であると考えられる。

これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０では、第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２において、他方のアンテナ素子を流れる電流に起因する直接的な結合と無給電素子１２を流れる電流に起因する間接的な結合とが生じることによって、アンテナ素子間の相互結合が打ち消される。

また、比較例によるマルチアンテナ装置１１０では、図７に示すように、約２．５ＧＨｚにおいて、Ｓ１１が約−１５ｄＢであった。これに対して、本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０では、図８に示すように、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２４ｍｍとした場合に、Ｓ１１およびＳ１２が共に小さくなる周波数（約２．６５ＧＨｚ）において、Ｓ１１が約−２０ｄＢであった。

この結果、比較例によるマルチアンテナ装置１１０よりも本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０は、アンテナ素子の反射係数を意味するＳ１１の値が小さいので、アンテナ素子から効率よく電波を出力することができることが判明した。

次に、図８を参照して、本実施形態に対応するマルチアンテナ装置１０において、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長Ｌを変化させた場合について説明する。第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２３ｍｍとした場合、約２．８ＧＨｚにおいて、Ｓ１２が約−２６ｄＢであった。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２４ｍｍとした場合、約２．６ＧＨｚにおいて、Ｓ１２が約−３４ｄＢであった。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２５ｍｍとした場合、上記のとおり、約２．５ＧＨｚにおいて、Ｓ１２が約−４４ｄＢであった。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２７ｍｍとした場合、約２．３ＧＨｚにおいて、Ｓ１２が約−４５ｄＢであった。

また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２３ｍｍとした場合、約２．７５ＧＨｚにおいて、Ｓ１１が約−１５ｄＢであった。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２４ｍｍとした場合、約２．６８ＧＨｚにおいて、Ｓ１１が約−１８ｄＢであった。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２５ｍｍとした場合、約２．６５ＧＨｚにおいて、Ｓ１１が約−２３ｄＢであった。また、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長ＬをそれぞれＬ＝２７ｍｍとした場合、約２．６５ＧＨｚにおいて、Ｓ１１が約−３０ｄＢであった。

この結果、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長Ｌを、Ｌ＝２３ｍｍ、Ｌ＝２４ｍｍ、Ｌ＝２５ｍｍ、Ｌ＝２７ｍｍと変化させた場合に、Ｓ１１の値が局所的に小さくなる周波数はほとんど変化しない（約２．６５ＧＨｚ〜約２．７５ＧＨｚ）一方、Ｓ１２の値が局所的に小さくなる周波数は大きく変化する（約２．３ＧＨｚ〜約２．８ＧＨｚ）ということが判明した。これにより、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第１部分１２１と、給電素子１１と結合するとともに一方端部が接地された第２部分１２２と、一方端部が直列に接続されたインダクタンスを有する部材（インダクタ１２５）を介して接地されるとともに他方端部が第１部分１２１および第２部分１２２のそれぞれの他方端部に接続された第３部分１２３とを含むように無給電素子１２を構成することにより、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長Ｌを変化させた場合に、Ｓ１１の値が局所的に小さくなる周波数をほとんど変化させることなく、Ｓ１２の値が局所的に小さくなる周波数を大きく変化させることができるので、第１部分１２１、第２部分１２２および第３部分１２３の電気長Ｌを調整する（変化させる）だけでアンテナ素子間の相互結合を効果的に小さくすることが可能な周波数（共振周波数）の調整を容易に行うことができる、ということを確認することができた。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明のマルチアンテナ装置を備える通信機器の一例として、携帯電話機を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、マルチアンテナ装置を備えるＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）やノートパソコン、ＳＴＢ（セットトップボックス）など携帯電話機以外の通信機器にも適用可能である。

また、上記実施形態では、本発明のマルチアンテナ装置の一例として、ＭＩＭＯ通信用のマルチアンテナ装置を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ダイバシティなどＭＩＭＯ以外の形式に対応するマルチアンテナ装置であってもよい。

また、上記実施形態では、マルチアンテナ装置を２．５ＧＨｚ帯のＷｉＭＡＸに対応するように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、２．５ＧＨｚ帯以外の周波数に対応するように構成してもよいし、ＧＳＭ（登録商標）や３ＧなどＷｉＭＡＸ以外の形式に対応するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の第１アンテナ素子（第２アンテナ素子）の一例として、モノポールアンテナからなる第１アンテナ素子（第２アンテナ素子）を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ダイポールアンテナなどモノポールアンテナ以外の第１アンテナ素子（第２アンテナ素子）であってもよい。

また、上記実施形態では、無給電素子の第３部分を、第１部分および第２部分の両方と異なる面内（基板の裏側の表面）に配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１部分、第２部分および第３部分のいずれかが、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されていればよい。また、本発明では、図１１に示すように、無給電素子１２ａの第１部分１２１ａ、第２部分１２２ａおよび第３部分１２３ａの全てを同一面に配置してもよい。この場合、第１部分１２１ａ、第２部分１２２ａおよび第３部分１２３ａが配置される面と同一面に第１アンテナ素子１１１および第２アンテナ素子１１２を配置してもよい。これにより、給電素子と無給電素子とが共通の面内に配置されるので、給電素子および無給電素子を配置するための面を複数設ける必要がない。

また、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分を設ける面は、基板の表側の表面または裏側の表面に限らず、基板の内部の面（中間層の表面）であってもよい。

また、上記実施形態では、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分を、それぞれ、直線状に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１２に示すように、第１アンテナ素子１１１a、第２アンテナ素子１１２a、無給電素子の第１部分１２１ｂ、第２部分１２２ｂおよび第３部分１２３ｂを、それぞれ、複数の位置で屈曲または湾曲したミアンダ形状に形成してもよい。また、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分のうちの一部のみを、複数の位置で屈曲または湾曲したミアンダ形状に形成してもよい。この際、第１給電点１４および第２給電点１５の間の中点を通る基準直線に対して、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とが互いに線対称の形状であり、第１部分と第２部分とが互いに線対称の形状であることが好ましい。

また、上記実施形態では、本発明のインダクタンスを有する部材の一例として、インダクタを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、インダクタンスを有していれば、たとえば、基板に設けられたパターンによりインダクタンスを有する部材を構成するなど、インダクタ以外の部材であってもよい。

また、上記実施形態では、平面視において、第１部分、第２部分および第３部分が互いに重ならないように配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、平面視において、第１部分、第２部分および第３部分を互いに重なるように配置してもよい。この場合、第１部分を第２部分および第３部分よりも第１アンテナ素子側に配置するとともに、第２部分を第１部分および第３部分よりも第２アンテナ素子側に配置することが好ましい。

また、上記実施形態では、本発明の第１整合回路（第２整合回路）の一例として、インダクタ（コイル）およびキャパシタ（コンデンサ）により構成されたπ型回路（πマッチ）を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図９に示すようなインダクタ（コイル）およびキャパシタ（コンデンサ）により構成されたＴ型回路（Ｔマッチ）や、図１０に示すようなインダクタ（コイル）およびキャパシタ（コンデンサ）により構成されたＬ型回路（Ｌマッチ）など、π型回路以外の整合回路であってもよい。また、π型回路やＴ型回路、Ｌ型回路などを、インダクタ（コイル）またはキャパシタ（コンデンサ）の一方のみにより構成してもよい。

１０マルチアンテナ装置
１１給電素子
１２無給電素子
１４第１給電点
１５第２給電点
１６第１整合回路
１７第２整合回路
１００携帯電話機（通信機器）
１１１、１１１ａ第１アンテナ素子
１１２、１１２ａ第２アンテナ素子
１２１、１２１ａ、１２１ｂ第１部分
１２２、１２２ａ、１２２ｂ第２部分
１２３、１２３ａ、１２３ｂ第３部分
１２５インダクタ（部材）

Claims

第１アンテナ素子および第２アンテナ素子からなる給電素子と、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子とを備え、
前記無給電素子は、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含み、
前記第３部分は、前記第１部分および前記第２部分に接続され、
前記第１部分、前記第２部分および前記第３部分のうちの１つは、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されている、マルチアンテナ装置。
前記無給電素子の第１部分は、前記第２部分および前記第３部分よりも前記第１アンテナ素子側に配置され、
前記無給電素子の第２部分は、前記第１部分および前記第３部分よりも前記第２アンテナ素子側に配置されている、請求項１に記載のマルチアンテナ装置。
前記第３部分は、直列に接続されたインダクタを介して接地されている、請求項１または２に記載のマルチアンテナ装置。
前記第１部分および前記第２部分は、それぞれ複数の位置で屈曲または湾曲した形状に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
前記無給電素子の第３部分は、前記第１部分および前記第２部分の両方と異なる面内に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
前記無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、それぞれ、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子が出力する電波の波長λの略１／４の電気長を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
前記第１アンテナ素子に対して高周波電力を供給する第１給電点、および、前記第２アンテナ素子に対して高周波電力を供給する第２給電点と、
前記第１アンテナ素子と前記第１給電点との間に配置され、高周波電力の所定の周波数において、インピーダンス整合を図るための第１整合回路と、
前記第２アンテナ素子と前記第２給電点との間に配置され、高周波電力の所定の周波数において、インピーダンス整合を図るための第２整合回路とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
前記無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、互いに、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子が出力する電波の波長λの略１／１０の電気長よりも小さい距離を隔てて離間するように配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
前記無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、互いに略平行に配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
前記無給電素子の第１部分、第２部分および第３部分は、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子が互いに対向する方向と略直交する方向に直線状に延びるように形成されている、請求項９に記載のマルチアンテナ装置。
前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、モノポールアンテナを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマルチアンテナ装置。
マルチアンテナ装置を備える通信機器であって、
前記マルチアンテナ装置は、
第１アンテナ素子および第２アンテナ素子からなる給電素子と、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間に配置される無給電素子とを備え、
前記無給電素子は、それぞれが接地された第１部分、第２部分および第３部分を含み、
前記第３部分は、前記第１部分および前記第２部分に接続され、
前記第１部分、前記第２部分および前記第３部分のうちの１つは、少なくとも他の１つとは異なる面内に配置されている、通信機器。