JP5715071B2 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として携帯電話機などの移動体無線通信装置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。

携帯電話機等の携帯無線通信装置の小型化、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。このような状況にあって、指向性を切り換えることが可能なアンテナ装置が提案されている。

特許文献１においては、長方形形状の導電性の基板と、前記基板上に誘電体を介して設けられた平板状のアンテナとを備えたアンテナ装置が開示され、このアンテナ装置は、アンテナを所定方向に励振することにより基板上の一方の対角線方向に電流を流れさせるとともに、アンテナを異なる方向に励振することにより基板上の他方の対角線方向に電流を流れさせることを特徴とする。このように、特許文献１のアンテナ装置では、基板上を流れる電流の方向を変えることによって、アンテナ装置の指向性及び偏波方向を変更することができる。

特許文献２においては、第１筐体と第２筐体とをヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折り畳み式携帯無線機であって、前記第１筐体内の第１の面側に前記第１筐体の長さ方向に沿って配置された第１板状導体と、前記第１筐体内の第１の面と向かい合う第２の面側に前記第１筐体の長さ方向に沿って配置された第２及び第３板状導体と、前記第１板状導体に給電するとともに、前記第１板状導体を給電する位相に対して異なる位相で前記第２又は第３板状導体に選択的に給電する給電手段とを具備した携帯無線機が開示されている。特許文献２の携帯無線機では、受信レベルの低下に応答して第２及び第３板状導体を切り換えることにより、通信性能を向上させることができる。

特許文献３においては、ダイポールアンテナと、ダイポールアンテナを構成する２つのアンテナ素子のうちの一方にそれぞれ接続された２つの給電手段とを備えた携帯無線機が開示されている。

特許文献４及び５においては、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の給電点を備えたアンテナ装置において、アンテナ素子は、第１及び第２の給電点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、第１及び第２の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、アンテナ素子は、第１及び第２のアンテナ部の間の所定のアイソレーションを生成するための電磁結合調整手段を第１及び第２の給電点の間にさらに備えたアンテナ装置が開示されている。特許文献４及び５のアンテナ装置では、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。

国際出願の国際公開ＷＯ０２／３９５４４号。 特開２００５−１３０２１６号公報。 国際出願の国際公開ＷＯ０１／９７３２５号。 国際出願の国際公開ＷＯ２００９／１３０８８７号。 特開２００８−１６７４２１号。

近年、携帯電話機によるデータ伝送を高速化するニーズが高まり、次世代携帯電話規格である３Ｇ−ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が検討されてきた。３Ｇ−ＬＴＥでは、無線伝送の高速化を実現するための新技術として、複数のアンテナを用いて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（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術の採用が決定している。

ＭＩＭＯ通信では、送信機側と受信機側でそれぞれ複数のアンテナを備え、空間的にデータストリームを多重化することで伝送速度の高速化を可能にする。ＭＩＭＯ通信では、複数のアンテナを同一の周波数で同時に動作させるので、小型の携帯電話機内に複数のアンテナを近接して実装する状況下ではアンテナ間の電磁結合が非常に強くなる。アンテナ間の電磁結合が強くなるとアンテナの放射効率が劣化し、それに伴い、受信電波が弱くなり伝送速度の低下を招く。そのため、複数のアンテナが近接して配置されていても低結合であるアレーアンテナが必要である。また、ＭＩＭＯ通信では、空間分割多重を実現するために、アンテナ毎に指向性又は偏波特性などを相違させることにより、送受信される複数の無線信号を互いに低相関にする必要がある。

特許文献１のアンテナ装置は、異なる指向性になるように切り換えることはできても、異なる指向性の状態を同時に実現することはできない。特許文献２の携帯無線機は、複数のアンテナ素子（板状導体）を必要とするために構造が複雑化し、さらに特許文献１のアンテナ装置と同様に、異なる指向性になるように切り換えることはできても、異なる指向性の状態を同時に実現することはできない。特許文献３の携帯無線機は、指向性を切り換えることができず、また異なる指向性の状態を同時に実現することもできない。特許文献４及び５のアンテナ装置は、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信するものの、異なる指向性の状態を同時に実現することはできない。

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を異なる放射特性で同時に送受信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の給電点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の給電点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の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、
上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電点を互いに分離するように所定の第１の方向に延在する第１の部分と、上記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する第２の部分とを含むスリットを備え、
上記スリットは、
所定のアイソレーション周波数において共振して上記第１及び第２の給電点の間にアイソレーションを生成するとともに、
上記スリットの周囲に所定の電流経路を形成し、
上記第１の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布は、上記第２の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布とは異なり、これらの互いに異なる電流分布により互いに異なる放射特性をもたらすように構成されたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記スリットの第１の部分は、その一端に開口を有し、その他端で上記スリットの第２の部分に連結され、
上記スリットの第２の部分は少なくとも２つの閉端を有し、
上記アンテナ装置の動作波長λ及び整数ｎ１，ｎ２に対して、上記スリットの周囲の電流経路は、
上記スリットの開口の上記第１の給電点側から上記少なくとも２つの閉端のうちの第１の閉端までの電流経路の電気長が（１／４＋（ｎ１）／２）λであり、上記第１の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布が、上記第１の閉端において電流の腹を有し、
上記スリットの開口の上記第２の給電点側から上記少なくとも２つの閉端のうちの第２の閉端までの電流経路の電気長が（１／４＋（ｎ２）／２）λであり、上記第２の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布が、上記第２の閉端において電流の腹を有するように形成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記第１の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布は、上記第２の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布に対して実質的に反転した電流分布を有することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記スリットは、上記スリットの第１の部分を通る軸に対して対称であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記スリットはＴ字形状を有することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記スリットはＹ字形状を有することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記スリットは、上記スリットの第１の部分を通る軸に対して非対称であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記スリットはＬ字形状を有することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記スリットは、上記アイソレーション周波数を調整する手段を備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記アイソレーション周波数を調整する手段はリアクタンス素子であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記アイソレーション周波数を調整する手段は可変容量素子であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記アイソレーション周波数を調整する手段は、それぞれ異なるリアクタンス値を有する複数のリアクタンス素子と、上記複数のリアクタンス素子のいずれかを選択的に接続するスイッチ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、
上記スリットは、上記スリットに沿って上記スリットの開口から所定距離の位置に設けられたフィルタ手段であって、第１の周波数では開放になり、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数では短絡になるフィルタ手段を備え、
上記フィルタ手段は、
上記第１の周波数では、上記スリットの全体を共振させて上記第１及び第２の給電点の間にアイソレーションを生成するとともに、上記スリットの周囲に上記フィルタ手段により短絡されない電流経路を形成させ、
上記第２の周波数では、上記スリットの開口から上記フィルタ手段までの部分のみを共振させて上記第１及び第２の給電点の間にアイソレーションを生成するとともに、上記スリットの周囲に上記フィルタ手段により短絡された電流経路を形成させることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記フィルタ手段は、第１のインダクタ及び第１のキャパシタの直列共振回路と、第２のインダクタ及び第２のキャパシタの並列共振回路とを直列接続して構成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記フィルタ手段は、インダクタ及び第１のキャパシタの直列共振回路と、第２のキャパシタとを並列接続して構成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記フィルタ手段は帯域通過フィルタであることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記フィルタ手段は高域通過フィルタであることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記フィルタ手段は低域通過フィルタであることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記フィルタ手段はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造方法により形成されたフィルタであることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記アンテナ素子の共振周波数を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を備えたことを特徴とする。

本発明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無線通信装置によれば、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を異なる放射特性で同時に送受信可能なアンテナ装置及び無線通信装置を提供することができる。

本発明によれば、アンテナ素子数を１つに削減しながら、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。本発明における最大の効果として、複数の給電点を介して１つのアンテナ素子を同時に励振させて複数のアンテナ部として動作させても、アンテナ部の間のアイソレーションが確保されること、及び、各アンテナ部により送受信される無線信号間の相関を低くできることがある。

本発明によれば、アンテナ装置にスリットを備えたことにより、所定周波数において給電点間にアイソレーションをもたらし、さらに、スリットの周囲に所定の電流経路を形成することを特徴とする。一方の給電点を介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布は、他方の給電点を介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布とは異なる。本発明によれば、給電点毎に異なる電流分布を生成することにより、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。

本発明によれば、単一のアンテナ素子を備えたアンテナ装置において、ＭＩＭＯ通信方式に係る複数のチャンネルの無線信号を送受信すること、複数のアプリケーションに係る無線通信を同時に実行すること、又は複数の周波数帯での無線通信を同時に実行することなどが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１の構成を示すブロック図である。 図１のアンテナ素子１０２上のスリットＳ１を説明するための図である。 図２のスリットＳ１の周囲の電流経路を示す図である。 図３の電流経路に沿った電流振幅を示す図である。 図１のアンテナ装置１０１の方位角に対する位相特性を示す図である。 アンテナ素子１０２にスリットを設けることの効果を説明するための概略図である。 図６のスリットの等価回路を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置１０１の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ素子１０２の構成を示すブロック図である。 アンテナ素子１０２のスリットにリアクタンス素子１２１を設けることの効果を説明するための概略図である。 図１２のスリットの等価回路を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１の構成を示すブロック図である。 図１４のアイソレーション周波数調整回路１３１の第１の実装例を示す回路図である。 図１４のアイソレーション周波数調整回路１３１の第２の実装例を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１の構成を示すブロック図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第１の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第２の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第３の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第４の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第５の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第６の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第７の実装例を示す回路図である。 図１７のフィルタ回路１４１の第８の実装例を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。 本発明の実施例に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。 図２９のアンテナ装置１０１の給電点１０４ａ，１０４ｂ間の通過係数及び反射係数のパラメータＳ２１，Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。 図２９のアンテナ装置１０１の方位角に対する位相特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。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の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１の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１０１は、異なる２つの給電点１０４ａ，１０４ｂを備えた長方形形状のアンテナ素子１０２を備え、給電点１０４ａを介してアンテナ素子１０２を第１のアンテナ部として励振させると同時に、給電点１０４ｂを介してアンテナ素子１０２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１０２を２つのアンテナ部として動作させる。

本実施形態のアンテナ装置１０１はさらに、スリットＳ１を備えたことにより、所定周波数において給電点１０４ａ，１０４ｂ間にアイソレーションをもたらし、さらに、スリットＳ１の周囲に所定の電流経路を形成することを特徴とする。この電流経路は、電流経路上の電流分布に応じてある平面内（図１の場合ではＸＹ面内）の放射特性が変化するように、所定方向の広がり（図１の場合では±Ｙ方向に互いに離れた部分）を含む。一方の給電点１０４ａを介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布は、他方の給電点１０４ｂを介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布とは異なる。本実施形態のアンテナ装置１０１によれば、給電点毎に異なる電流分布を生成することにより、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。

図１において、アンテナ装置１０１は、長方形形状の導体板にてなるアンテナ素子１０２と、長方形形状の導体板にてなる接地導体１０３とを備え、アンテナ素子１０２と接地導体１０３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１０２の一辺と接地導体１０３の一辺とは、互いに近接して設けられ、直線状の接続導体１０６，１０７によって互いに機械的かつ電気的に接続される。さらに、アンテナ素子１０２上の所定位置に給電点１０４ａ，１０４ｂが設けられ、給電点１０４ａ，１０４ｂを互いに分離するようにスリットＳ１が設けられる。スリットＳ１は、接続導体１０６，１０７が接続された辺とその対辺との間に延在し、給電点１０４ａ，１０４ｂを互いに分離する第１の部分（図１ではＺ軸方向に延在する部分；図２では符号Ｓ１ａで示す部分）と、第１の部分とは異なる方向に延在する第２の部分（図１ではＹ軸方向に延在する部分；図２では符号Ｓ１ｂで示す部分）とを含む。スリットＳ１の第１の部分の下端は、接続導体１０６，１０７が接続された辺の対辺のほぼ中央部に開口を有することにより開放端として構成され、スリットＳ１の第２の部分の両端は、閉端として構成される。給電点１０４ａ，１０４ｂにはそれぞれ、接地導体１０３の裏側から接地導体１０３を貫通して給電線Ｆ１，Ｆ２が接続される。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であり、その内部導体である信号線Ｆ１ａ，Ｆ２ａはそれぞれ給電点１０４ａ，１０４ｂに接続され、その外部導体である信号線Ｆ１ｂ，Ｆ２ｂはそれぞれ接続点１０５ａ，１０５ｂにおいて接地導体１０３に接続される。給電点１０４ａ及び接続点１０５ａは、アンテナ装置１０１の一方の給電ポートとして働き、給電点１０４ｂ及び接続点１０５ｂは、アンテナ装置１０１のもう１つの給電ポートとして働く。図１に示すように、アンテナ装置１０１は板状逆Ｆ型アンテナ装置として構成される。前述のように、給電点１０４ａを介してアンテナ素子１０２を第１のアンテナ部として励振させると同時に、給電点１０４ｂを介してアンテナ素子１０２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１０２を２つのアンテナ部として動作させることができる。

給電線Ｆ１は、インピーダンス整合回路（以下、整合回路という。）１１２ａを介してスイッチ１１３ａに接続され、給電線Ｆ２は、整合回路１１２ｂを介してスイッチ１１３ｂに接続される。スイッチ１１３ａ，１１３ｂは、コントローラ１１９の制御に従って、アンテナ素子１０２を直接に変復調回路１１８に接続した状態と、振幅及び位相制御回路１１４を介してアンテナ素子１０２を変復調回路１１８に接続した状態とのいずれかに切り換える。アンテナ素子１０２が直接に変復調回路１１８に接続されているとき、変復調回路１１８はＭＩＭＯ変復調回路として動作し、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装置１０１により送受信させる。変復調回路１１８は、ＭＩＭＯ変復調に代えて、独立した２つの無線信号の変復調を実行してもよく、この場合、本実施形態の無線通信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。一方、アンテナ素子１０２が振幅及び位相制御回路１１４を介して変復調回路１１８に接続されているとき、振幅及び位相制御回路１１４は、適応制御回路１１７の制御に従って、送受信される無線信号に対する適応制御を実行する。ここで、振幅及び位相制御回路１１４は、振幅調整器１１５ａ，１１５ｂと、移相器１１６ａ，１１６ｂとを備えて構成される。受信時において、受信されてスイッチ１１３ａ，１１３ｂを介してそれぞれ伝送された信号は、振幅及び位相制御回路１１４にそれぞれ入力されるとともに、適応制御回路１１７にそれぞれ入力される。適応制御回路１１７は、好ましくは最大比合成を実行するために、入力された受信信号に基づいてその振幅変化量及び移相量を決定し、スイッチ１１３ａを介して伝送された信号の振幅及び位相を振幅調整器１１５ａ及び移相器１１６ａにより変化させ、スイッチ１１３ｂを介して伝送された信号の振幅及び位相を振幅調整器１１５ｂ及び移相器１１６ｂにより変化させる。振幅及び位相を変化させた後の各受信信号は、互いに合成されて変復調回路１１８に入力される。送信時には、適応制御回路１１７は、所望方向にビームを向けるために、コントローラ１１９の制御に従って送信信号の振幅変化量及び移相量を決定し、この決定結果に従って、振幅及び位相制御回路１１４に送信信号の振幅及び位相を変化させる。変復調回路１１８は、送受信する信号のさらなる処理のために、無線信号処理回路１１１の外部における他の回路（図示せず。）に接続される。コントローラ１１９は、ＭＩＭＯ通信方式を用いるか、それとも適応制御を用いるかに応じて、スイッチ１１３ａ，１１３ｂ、適応制御回路１１７及び変復調回路１１８の動作を制御する。

図２は、図１のアンテナ素子１０２上のスリットＳ１を説明するための図である。電流経路の電気長Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３（すなわちスリットＳ１の寸法）は、一方の給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ１の閉端Ｂ１，Ｂ２のうちの一方の近傍に電流の腹を形成し、他方の給電点１０４ｂを介して励振することによって、閉端Ｂ１，Ｂ２のうちの他方の近傍に電流の腹を形成するように決定される。詳しくは、送受信する電波の波長λ及び所定の整数ｎ１，ｎ２に対して、電気長Ｄ１は（１／４＋（ｎ１）／２）λにされ、電気長Ｄ２は（１／４＋（ｎ２）／２）λにされる。このとき、給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ１の開口Ａの近傍（給電点１０４ａ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ１の近傍に電流の腹を形成する一方、給電点１０４ｂを介して励振することによって、スリットＳ１の開口Ａの近傍（給電点１０４ｂ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ２の近傍に電流の腹を形成する。さらに、電気長Ｄ３は、好ましくはλ／２、又はその奇数倍の長さにされる。それに代わって、電気長Ｄ１＋Ｄ３が（１／４＋（ｎ１）／２）λにされ、電気長Ｄ２＋Ｄ３が（１／４＋（ｎ２）／２）λにされてもよい。このとき、給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ１の開口Ａの近傍（給電点１０４ａ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ２の近傍に電流の腹を形成する一方、給電点１０４ｂを介して励振することによって、スリットＳ１の開口Ａの近傍（給電点１０４ｂ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ１の近傍に電流の腹を形成する。

スリットＳ１の形状及び給電点１０４ａ，１０４ｂの位置は、好ましくは、給電点１０４ａ，１０４ｂ間の中心線に対して対称に構成される。図２に示す実施例では、スリットＳ１はＴ字形に構成される。

図３は、図２のスリットＳ１の周囲の電流経路を示す図である。図３に示すように、給電点１０４ａを介して励振することにより電流Ｉ１（実線）が流れ、給電点１０４ｂを介して励振することにより電流Ｉ２（破線）が流れる。前述のように、電流Ｉ１の腹がスリットＳ１の閉端Ｂ１，Ｂ２のうちの一方の近傍に形成され、電流Ｉ２の腹が閉端Ｂ１，Ｂ２のうちの他方の近傍に形成されるが、このとき、好ましくはさらに、閉端Ｂ１の近傍の領域２０１において、電流Ｉ１，Ｉ２が互いに逆行し、閉端Ｂ２の近傍の領域２０２において、電流Ｉ１，Ｉ２が互いに逆行する。図４は、この場合の、図３の電流経路に沿った電流振幅を示す図である。電流Ｉ１の電流分布は、電流Ｉ２の電流分布に対して実質的に反転した電流分布を有する。このように、電流Ｉ１の電流分布は電流Ｉ２の電流分布とは異なり、異なる電流分布を生成することにより、異なる放射特性を実現することができる。

図５は、図１のアンテナ装置１０１の方位角に対する位相特性を示す図である。図５は、図３の電流Ｉ１から生じる放射（実線）と、図３の電流Ｉ２から生じる放射（破線）とについて、水平面（ＸＹ面）の方位角φに対する垂直偏波成分の位相特性を示す。方位角φは、図１の＋Ｘ方向から＋Ｙ方向へ回転する向きに定義する。各閉端Ｂ１，Ｂ２の近傍の領域２０１，２０２の電流を特に考慮して、領域２０１において、電流Ｉ１が上向きに流れ、電流Ｉ２が下向きに流れ、領域２０２において、電流Ｉ１が下向きに流れ、電流Ｉ２が上向きに流れている場合を考える。垂直偏波成分の位相は、領域２０１の電流から生じる放射の位相と領域２０２の電流から生じる放射の位相との合成位相になるので、受信アンテナ（図示せず。）が＋Ｘ方向（φ＝０度）に位置するとき、電流Ｉ１から生じる放射についても、電流Ｉ２から生じる放射についても、その位相は０度になる。受信アンテナの位置が＋Ｘ方向（φ＝０度）から方位角φの正の方向に移動すると、受信アンテナは閉端Ｂ１よりも閉端Ｂ２に近づき、領域２０１の電流から生じる放射よりも領域２０２の電流から生じる放射の寄与が大きくなるように変化するので、この変化に応じた位相回転が合成位相に含まれる。そのため、方位角φに対する位相特性は正弦波形状になり、受信アンテナから閉端Ｂ１，Ｂ２への距離の差が最も大きくなる方位角φ＝９０度及び２７０度が、位相特性の腹になる。前述のように電流Ｉ１，Ｉ２は互いに逆行しているので、電流Ｉ１から生じる放射と電流Ｉ２から生じる放射の各位相特性は、方位角φで１８０度のずれを有する。このように、給電点１０４ａを介して励振した場合と、給電点１０４ｂを介して励振した場合とで、方位角φに対する位相特性の振るまいが異なると、各給電点１０４ａ，１０４ｂに対応する無線信号間の相関を低くすることができる。電流Ｉ１，Ｉ２の腹が形成されるスリットＳ１の閉端Ｂ１，Ｂ２間の距離が大きいほど、相関を下げる効果が大きい。

図６及び図７を参照して、アンテナ素子１０２に例示的なスリットを設けることによりアイソレーションを生成する原理について説明する。図６は、アンテナ素子１０２にスリットを設けることの効果を説明するための概略図であり、図７は、図６のスリットの等価回路を示す図である。図６において、給電点（図示せず。）間のアイソレーションを高くするために、アンテナ素子１０２は、開口Ａから閉端Ｂまでの長さｄを有するスリットを備えた。説明の簡単化のために、Ｔ字形ではなく直線状のスリットを用いる。給電点を介してアンテナ素子１０２を励振させるとき、このスリットも共振する。給電点間の電流Ｉはスリットに沿って流れるので、図７のような等価回路で表現できる。スリットの開口Ａからみた入力インピーダンスをＺｉｎとすると、入力インピーダンスＺｉｎは、次式により求めることができる。
［数１］
Ｚｉｎ＝ｊ・Ｚ０・ｔａｎ（β・ｄ）
ここで、Ｚ０は伝送線路の特性インピーダンスであり、βは位相定数（β＝２π／λ）であり、λは波長である。数１において入力インピーダンスＺｉｎが無限大になるとき、給電点間の電流が小さくなる。この条件を満たすのはｄ＝λ／４の場合であり、このときの波長λに対応する周波数において、給電点間の高いアイソレーションを確保することができる。

アンテナ素子１０２の共振周波数と高い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。詳しくは、スリットＳ１を設けることにより、アンテナ素子１０２自体の共振周波数は低下する。さらに、スリットＳ１は、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１０２自体と電磁的に結合するので、アンテナ素子１０２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１０２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高いアイソレーションを確保できる周波数は、一般には、アンテナ素子１０２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１０２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整合回路１１２ａ，１１２ｂを設けている。整合回路１１２ａ，１１２ｂ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。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、アンテナ素子１０２において、給電点１０４ａ，１０４ｂ間にアイソレーションをもたらすとともに、周囲に所定の電流経路を形成するスリットＳ１を備え、各給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することによって電流経路上に給電点毎に異なる電流分布を生成し、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。従って、本実施形態のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１は、簡単な構成でありながら、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる

アンテナ素子１０２及び接地導体１０３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、アンテナ素子１０２及び接地導体１０３は、互いに完全に重なりあった構成でなくてもよく、少なくとも部分的に重なりあった構成、又は後述のようにダイポールアンテナの構成を有していてもよい。給電点１０４ａ，１０４ｂの位置を変化させ、また、接続導体１０６，１０７の位置を変化させることで、アンテナ装置１０１の共振周波数を調整することができる。また、アンテナ素子１０２と接地導体１０３を複数の接続導体１０６，１０７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。

図８は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。スリットの形状は、Ｔ字型に限定されるものではなく、例えばＹ字型のスリットＳ２であってもよい。スリットの周囲の電流経路上の電流分布に応じてある平面内（図１の場合と同様にＸＹ面内）の放射特性が変化するように、電流経路が所定方向（図１の場合と同様にＹ軸方向）の広がりを含んでいればよい。電流経路の電気長Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３（すなわちスリットＳ２の寸法）は、一方の給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ２の閉端Ｂ１１，Ｂ１２のうちの一方の近傍に電流の腹を形成し、他方の給電点１０４ｂを介して励振することによって、閉端Ｂ１１，Ｂ１２のうちの他方の近傍に電流の腹を形成するように決定される。詳しくは、送受信する電波の波長λ及び所定の整数ｎ１，ｎ２に対して、電気長Ｄ１１は（１／４＋（ｎ１）／２）λにされ、電気長Ｄ１２は（１／４＋（ｎ２）／２）λにされる。さらに、電気長Ｄ１３は、好ましくはλ／２、又はその奇数倍の長さにされる。それに代わって、電気長Ｄ１１＋Ｄ１３が（１／４＋（ｎ１）／２）λにされ、電気長Ｄ１２＋Ｄ１３が（１／４＋（ｎ２）／２）λにされてもよい。スリットＳ２が以上のように構成されたことにより、一方の給電点１０４ａを介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布は、他方の給電点１０４ｂを介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布とは異なる。本変形例のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１によれば、給電点毎に異なる電流分布を生成することにより、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。従って、本変形例のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１は、簡単な構成でありながら、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる

図９は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。スリットの形状は、図１及び図８のように対称構成に限定されるものではなく、非対称構成を有していてもよい。電流経路の電気長Ｄ２１，Ｄ２２（すなわちスリットＳ３の寸法）は、給電点１０４ａ，１０４ｂのうちの一方を介して励振することによって、スリットＳ３の閉端Ｂ２１の近傍に電流の腹を形成するように決定される。詳しくは、送受信する電波の波長λ及び所定の整数ｎに対して、電気長Ｄ２１，Ｄ２２の一方のみが（１／４＋ｎ／２）λにされる。スリットＳ３が以上のように構成されたことにより、一方の給電点１０４ａを介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布は、他方の給電点１０４ｂを介して励振することによって生成される電流経路上の電流分布とは異なる。本変形例のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１によれば、給電点毎に異なる電流分布を生成することにより、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。本変形例のように非対称構成のスリットを用いることにより、対称構成のスリットを用いた場合よりも、各給電点を介して励振したときの電流分布を大きく相違させることができる。ただし、アンテナ装置１０１のインピーダンスを整合させる観点からは、対称構成のスリットを用いたほうが好ましい。以上説明したように、本変形例のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１は、簡単な構成でありながら、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる

図１０は、本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置１０１の構成を示す図である。本変形例のアンテナ装置１０１は、図１のような逆Ｆ型アンテナ装置の構成に代えて、ダイポールアンテナ装置として構成されたことを特徴とする。

図１０のアンテナ装置１０１は、長方形形状の導体板にてなるアンテナ素子１０２と、長方形形状の導体板にてなる接地導体１０３とを備え、アンテナ素子１０２と接地導体１０３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１０２及び接地導体１０３の互いに対向した一対の辺において、２つの給電ポートが設けられる。一方の給電ポートは、アンテナ素子１０２上において、接地導体１０３に対向した辺に設けられた給電点１０４ａと、接地導体１０３上において、アンテナ素子１０２に対向した辺に設けられた接続点１０５ａとを含む。他方の給電ポートも同様に、アンテナ素子１０２上において、接地導体１０３に対向した辺に設けられた給電点１０４ｂと、接地導体１０３上において、アンテナ素子１０２に対向した辺に設けられた接続点１０５ｂとを含む。アンテナ素子１０２はさらに、２つの給電ポート間、すなわち給電点１０４ａ，１０４ｂ間に、図１の場合と同様のスリットＳ１を備える。スリットＳ１の一端は、給電点１０４ａ，１０４ｂ間の辺に開口を有することにより開放端として構成される。給電点１０４ａ及び接続点１０５ａは、給電線Ｆ１を介して整合回路１１２ａに接続される。同様に、給電点１０４ｂ及び接続点１０５ｂは、給電線Ｆ２を介して整合回路１１２ｂ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てもよく、それに代わって、給電線Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ、平衡給電線路として構成されてもよい。本変形例では、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１０４ａ）を介してアンテナ素子１０２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１０４ｂ）を介してアンテナ素子１０２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１０２を２つのアンテナ部として動作させることができる。

なお、図１０に例示するように接地導体１０３がアンテナ素子１０２と同じような大きさの場合には、このアンテナ装置１０１は、アンテナ素子１０２及び接地導体１０３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１０３は、一方の給電ポート（すなわち接続点１０５ａ）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１０５ｂ）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１０３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１０３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、給電ポート間の高い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１０２及び接地導体１０３）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。本変形例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高い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。

図１０のアンテナ装置１０１において、スリットは、アンテナ素子１０２の側に設けることに代えて、接地導体１０３の側に設けてもよい。それに代わって、スリットは、アンテナ素子１０２と接地導体１０３の両方に設けてもよい。また、図１の場合と同様のスリットＳ１に代えて、図８又は図９のスリットＳ２，Ｓ３を設けてもよい。

図１０のアンテナ装置１０１は、図１のアンテナ装置１０１と同様に、アンテナ素子１０２において、給電点１０４ａ，１０４ｂ間にアイソレーションをもたらすとともに、周囲に所定の電流経路を形成するスリットＳ１を備え、各給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することによって電流経路上に給電点毎に異なる電流分布を生成し、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。従って、本変形例のアンテナ装置１０１は、簡単な構成でありながら、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる

第２の実施形態．
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ素子１０２の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１０２の共振周波数と高い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、スリットＳ１に沿った所定の位置にリアクタンス素子１２１を設けたことを特徴とする。

図１１のアンテナ素子１０２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Ａから所定距離の位置（図１１では開口Ａの位置）にリアクタンス素子１２１を備える。図１２及び図１３を参照して後述するように、アンテナ素子１０２の共振周波数と高い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１２１（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１２１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１２１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１２１がスリットＳ１の開口Ａ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１２１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１０２の共振周波数と高い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。

図１２及び図１３を参照して、図６及び図７のアンテナ素子１０２にリアクタンス素子１２１を設けることにより、高いアイソレーションを確保できる周波数を調整する原理について説明する。図１２は、アンテナ素子１０２のスリットにリアクタンス素子１２１を設けることの効果を説明するための概略図であり、図１３は、図１２のスリットの等価回路を示す図である。図１２において、長さｄのスリットの開口Ａに、リアクタンス値Ｚｌｏａｄを有するリアクタンス素子１２１を装荷した。このときの等価回路は、図１３で表現できる。スリットの開口Ａからみた入力アドミタンスＹｉｎは、次式により求めることができる。
［数２］
Ｙｉｎ＝１／Ｚｌｏａｄ＋１／（ｊ・Ｚ０・ｔａｎ（β・ｄ））
数２において、入力インピーダンスＺｉｎが無限大になるとき、給電点（図示せず。）間の電流が小さくなる。すなわち、入力アドミタンスＹｉｎが０になることが、高いアイソレーションを確保できる条件である。リアクタンス素子１２１として容量Ｃを装荷した場合、リアクタンス値Ｚｌｏａｄは数３で表される。
［数３］
Ｚｌｏａｄ＝１／（ｊ・ω・Ｃ）
数３を数２に代入し、Ｙｉｎ＝０とすることにより、次式が得られる。
［数４］
ｔａｎ（β・ｄ）＝１／（ω・Ｃ・Ｚ０）
数４より、スリットの開口Ａに容量を装荷した場合において給電点間の高いアイソレーションを確保できる周波数を求めることができる。

リアクタンス素子１２１を設けるアンテナ装置は図１１に示した構成に限定されるものではなく、図８〜図１０のアンテナ素子１０２にリアクタンス素子を設けてもよい。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、アンテナ素子１０２において、給電点１０４ａ，１０４ｂ間にアイソレーションをもたらすとともに、周囲に所定の電流経路を形成するスリットＳ１を備え、各給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することによって電流経路上に給電点毎に異なる電流分布を生成し、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。さらに、本実施形態のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、リアクタンス素子１２１を備えたことにより、アンテナ素子１０２の共振周波数と高いアイソレーションを確保できる周波数とを調整することができる。従って、本実施形態のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１は、簡単な構成でありながら、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる

第３の実施形態．
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１の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１０１は、第２の実施形態のリアクタンス素子１２１に代えて、コントローラ１１９の制御下でリアクタンス値が変化するアイソレーション周波数調整回路１３１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１０１は、給電点１０４ａ，１０４ｂ間に高いアイソレーションを確保できる周波数を変化させることができる。

図１５は、図１４のアイソレーション周波数調整回路１３１の第１の実装例を示す回路図であり、図１６は、図１４のアイソレーション周波数調整回路１３１の第２の実装例を示す回路図である。アイソレーション周波数調整回路１３１としては、例えば、図１５に示すように、容量性の可変リアクタンス素子１３２（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る。可変リアクタンス素子１３２のリアクタンス値は、コントローラ１１９から印加される制御電圧に従って変化する。それに代わって、アイソレーション周波数調整回路１３１として、例えば、図１６に示すように、それぞれ異なるリアクタンス値を有する複数のリアクタンス素子１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄのいずれかを、コントローラ１１９の制御下でスイッチ１３３により選択的に用いる回路を用いてもよい。本実施形態のアンテナ装置１０１は、アイソレーション周波数調整回路１３１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１０２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点１０４ａ，１０４ｂ間の高い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１１９は、アイソレーション周波数調整回路１３１のリアクタンス値を変化させるとともに、整合回路１１２ａ，１１２ｂ及び変復調回路１１８の動作周波数を調整することにより、アンテナ素子１０２の動作周波数を、アイソレーション周波数調整回路１３１のリアクタンス値によって決まる、高いアイソレーションを確保できる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１０１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１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、アンテナ素子１０２において、給電点１０４ａ，１０４ｂ間にアイソレーションをもたらすとともに、周囲に所定の電流経路を形成するスリットＳ１を備え、各給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することによって電流経路上に給電点毎に異なる電流分布を生成し、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。さらに、本実施形態のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、アイソレーション周波数調整回路１３１を備えたことにより、給電点１０４ａ，１０４ｂ間に高いアイソレーションを確保できる周波数を変化させることができる。従って、本実施形態のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１は、簡単な構成でありながら、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる

第４の実施形態．
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る無線通信装置のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１の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１０１は、動作周波数に応じてスリットＳ１の周囲に異なる電流経路及び電流分布を形成することを特徴とする。これにより、本実施形態のアンテナ装置１０１は、複数の周波数のそれぞれにおいて、給電点１０４ａ，１０４ｂ間の高いアイソレーションを確保するとともに、互いに低相関である２つの無線信号を同時に送受信することを特徴とする。

図１７のアンテナ装置１０１は、第３の実施形態のアイソレーション周波数調整回路１３１に代えて、スリットＳ１に沿ってスリットＳ１の開口から所定距離の位置にフィルタ回路１４１を備える。フィルタ回路１４１は、所定の共振周波数のみにおいて開放になり、他の周波数では短絡になる。この共振周波数に一致する周波数（以下、低域側周波数という。）では、フィルタ回路１４１は開放になって、スリットＳ１の全体が共振するとともに、フィルタ回路１４１を通らない図３と同様の電流経路が形成される。この共振周波数よりも高い所定の周波数（以下、高域側周波数という。）では、フィルタ回路１４１は短絡になって、スリットＳ１の開口からフィルタ回路１４１までの区間のみが共振するとともに、開口（例えば給電点１０４ａ側）からフィルタ１４１に至り、フィルタ回路１４１を通って再び開口（例えば給電点１０４ｂ側）に戻る電流経路が形成される。このように、フィルタ回路１４１は、アンテナ装置１０１の動作周波数に応じて、共振するスリットＳ１の電気長（従って、アンテナ素子１０２の共振周波数及び高いアイソレーションを確保できる周波数）を変化させるとともに、スリットＳ１の周囲の電流経路及び電流分布を変化させる。整合回路１１２ａ，１１２ｂ及び変復調回路１１８の動作周波数は、コントローラ１１９の制御下で変化する。コントローラ１１９は、整合回路１１２ａ，１１２ｂ及び変復調回路１１８の動作周波数を調整することにより、アンテナ装置１０１の動作周波数を低域側周波数及び高域側周波数のいずれかに選択的にシフトさせる。

これにより、低域側周波数では、スリットＳ１の周囲に図３と同様の電流経路を形成し、各給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することによって電流経路上に給電点毎に異なる電流分布を生成し、給電点毎に異なる放射特性を実現することができる。なお、高域側周波数では、図３のようにスリットＳ１の閉端Ｂ１，Ｂ２の近傍の領域２０１，２０２を通過する電流経路を形成できないが、スリットＳ１の開口からフィルタ回路１４１までの区間のみを共振させることで、十分なアイソレーションを確保することができる。

図１８〜図２５は、図１７のフィルタ回路１４１の第１〜第８の実装例を示す回路図である。図１８及び図１９の実装例は、フィルタ回路１４１をトラップ回路として構成した場合を示す。図１８に示す回路は、インダクタＬ１及びキャパシタＣ１の直列回路と、インダクタＬ２及びキャパシタＣ２の並列回路とを直列に組み合わせたものである。インダクタＬ２及びキャパシタＣ２の並列回路の部分のインピーダンスは、共振周波数ｆ１＝１／（２π√（Ｌ２・Ｃ２））で無限大になるので、図１８のフィルタ回路１４１は、電気的には周波数ｆ１で開放になる。また、図１９に示すように、インダクタＬ１１及びキャパシタＣ１１の直列回路と、キャパシタＣ１２とを並列に組み合わせた回路を用いても、図１８の回路と同様の効果が得られる。また、図２０及び図２１の実装例は、フィルタ回路１４１を帯域通過フィルタとして構成した場合を示し、図２２及び図２３の実装例は、フィルタ回路１４１を高域通過フィルタとして構成した場合を示し、図２４及び図２５の実装例は、フィルタ回路１４１を低域通過フィルタとして構成した場合を示す。

また、フィルタ回路１４１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造方法により形成されたフィルタで構成されてもよい。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、スリットＳ１及びフィルタ回路１４１を備えたことにより、低域側周波数及び高域側周波数のそれぞれにおいて、給電点１０４ａ，１０４ｂ間の高いアイソレーションを確保するとともに、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる。

図２６は、本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。フィルタ回路は、図１７に示す位置に限定されるものではなく、例えば、図２６に示すように、閉端Ｂ１，Ｂ２に近接してフィルタ回路１４２，１４３をそれぞれ備えてもよい。電流経路及び電流分布を非対称にするために、フィルタ回路１４２，１４３のうちの一方のみを備えてもよい。

図２７は、本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。図２８は、本発明の第４の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ素子１０２の構成を示す図である。これらの変形例に係るアンテナ素子１０２では、アンテナ装置１０１の動作周波数に応じてスリットの周囲に異なる電流経路及び電流分布を形成するために、図１７及び図２６の場合のようにフィルタ回路を備えることに代えて、スリットの開口までの電流経路の電気長が異なる閉端をそれぞれ有する複数の分岐をスリットに備えたことを特徴とする。これにより、アンテナ装置１０１の動作周波数に応じて、スリットの開口から異なる閉端までの異なる電流経路及び電流分布を形成する。

図２７において、スリットＳ４は、接続導体１０６，１０７（図示せず。）が接続される辺と、その対辺との間に延在し、その後者の辺に開口Ａを有する第１の部分（図２７では上下方向に延在する部分）と、開口Ａから所定距離の位置において第１の部分の左右に設けられた第１及び第２の分岐と、第１及び第２の分岐よりも開口Ａから離れた位置において第１の部分の左右に設けられた第３及び第４の分岐とを含む。スリットＳ４の開口Ａから第１の分岐の閉端Ｂ３１までの電流経路の電気長を「Ｄ３１」で表し、スリットＳ４の開口Ａから第２の分岐の閉端Ｂ３２までの電流経路の電気長を「Ｄ３２」で表し、第１の分岐の閉端Ｂ３１から第３の分岐の閉端Ｂ３３までの電流経路の電気長を「Ｄ３３」で表し、第２の分岐の閉端Ｂ３２から第４の分岐の閉端Ｂ３４までの電流経路の電気長を「Ｄ３４」で表し、第３の分岐の閉端Ｂ３３から第４の分岐の閉端Ｂ３４までの電流経路の電気長を「Ｄ３５」で表す。電流経路の電気長Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４，Ｄ３５（すなわちスリットＳ４の寸法）は、所定の第１の周波数において一方の給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ４の閉端Ｂ３１，Ｂ３２，Ｂ３３，Ｂ３４のうちのいずれかの近傍に電流の腹を形成し、第１の周波数において他方の給電点１０４ｂを介して励振することによって、他のいずれかの閉端の近傍に電流の腹を形成し、同様に、異なる第２の周波数において給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することによって、他の２つの閉端の近傍に電流の腹を形成するように決定される。詳しくは、所定の第１の周波数（以下、低域側周波数という。）において送受信する電波の波長λ１及び所定の整数ｎ１，ｎ２に対して、電気長Ｄ３１＋Ｄ３３は（１／４＋（ｎ１）／２）λ１にされ、電気長Ｄ３２＋Ｄ３４は（１／４＋（ｎ２）／２）λ１にされる。このとき、給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ４の開口Ａの近傍（給電点１０４ａ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ３３の近傍に電流の腹を形成する一方、給電点１０４ｂを介して励振することによって、スリットＳ４の開口Ａの近傍（給電点１０４ｂ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ３４の近傍に電流の腹を形成する。さらに、電気長Ｄ３５は、好ましくはλ１／２、又はその奇数倍の長さにされる。低域側周波数では、代替として、電気長Ｄ３１＋Ｄ３３＋Ｄ３５が（１／４＋（ｎ１）／２）λ１にされ、電気長Ｄ３２＋Ｄ３４＋Ｄ３５が（１／４＋（ｎ２）／２）λ１にされてもよい。第１の周波数よりも高い所定の第２の周波数（以下、高域側周波数という。）において送受信する電波の波長λ２及び所定の整数ｎ３，ｎ４に対して、電気長Ｄ３１は（１／４＋（ｎ３）／２）λ２にされ、電気長Ｄ３２は（１／４＋（ｎ４）／２）λ２にされる。このとき、給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ４の開口Ａの近傍（給電点１０４ａ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ３１の近傍に電流の腹を形成する一方、給電点１０４ｂを介して励振することによって、スリットＳ４の開口Ａの近傍（給電点１０４ｂ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ３２の近傍に電流の腹を形成する。このように、スリットＳ４は、アンテナ装置１０１の動作周波数に応じて、スリットＳ４の開口Ａから異なる閉端までの異なる電流経路及び電流分布を形成する。

以上説明したように、本変形例のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、複数の分岐を含むスリットＳ４を備えたことにより、低域側周波数及び高域側周波数のそれぞれにおいて、給電点１０４ａ，１０４ｂ間の高いアイソレーションを確保するとともに、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる。

図２８において、スリットＳ５は、図２７のスリットＳ４の第１及び第２の分岐のうちの一方を除去した非対称な構成を有する。所定の第１の周波数（以下、低域側周波数という。）において送受信する電波の波長λ１及び所定の整数ｎ１に対して、電流経路の電気長Ｄ４１＋Ｄ４２は（１／４＋（ｎ１）／２）λ１にされる。このとき、給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ５の開口Ａの近傍（給電点１０４ａ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ４２の近傍に電流の腹を形成する。第１の周波数よりも高い所定の第２の周波数（以下、高域側周波数という。）において送受信する電波の波長λ２及び所定の整数ｎ２に対して、電流経路の電気長Ｄ４１は（１／４＋（ｎ２）／２）λ２にされる。このとき、給電点１０４ａを介して励振することによって、スリットＳ５の開口Ａの近傍（給電点１０４ａ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ４１の近傍に電流の腹を形成する。電流経路の電気長Ｄ４３もまた、所定の周波数において給電点１０４ｂを介して励振することによって、スリットＳ５の開口Ａの近傍（給電点１０４ｂ側）に電流の節を形成し、閉端Ｂ４３の近傍に電流の腹を形成するように決定される。このように、スリットＳ５は、アンテナ装置１０１の動作周波数に応じて、スリットＳ５の開口Ａから異なる閉端までの異なる電流経路及び電流分布を形成する。本変形例のように非対称構成のスリットを用いることにより、対称構成のスリットを用いた場合よりも、各給電点を介して励振したときの電流分布を大きく相違させることができる。

以上説明したように、本変形例のアンテナ素子１０２を備えたアンテナ装置１０１及び無線信号処理回路１１１によれば、複数の分岐を含むスリットＳ５を備えたことにより、低域側周波数及び高域側周波数のそれぞれにおいて、給電点１０４ａ，１０４ｂ間の高いアイソレーションを確保するとともに、互いに低相関である２つの無線信号を異なる放射特性で同時に送受信することができる。

図２７及び図２８のアンテナ素子１０２は、複数の周波数で動作させることに代えて、低域側周波数のみで動作させてもよい。この場合、図１の場合よりもスリットの開口から閉端までの電流経路の電気長が長くなるので、高いアイソレーションを確保できる周波数を低域側にシフトすることができ、アンテナ素子１０２の小型化をもたらすことができる。

以下、第２の実施形態のアンテナ装置１０１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実験結果について説明する。

図２９は、本発明の実施例に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。アンテナ素子１０２及び接地導体１０３は、片面銅張基板を用いて作成された。アンテナ素子１０２は１０×４５ｍｍのサイズを有し、接地導体１０３は４５×９０ｍｍのサイズを有し、アンテナ素子１０２は、接地導体１０３から＋Ｘ方向に５ｍｍの位置において、接地導体１０３に対して平行に配置した。アンテナ素子１０２及び接地導体１０３は、＋Ｚ側の辺の両端から１０ｍｍの位置で、接続導体１０６，１０７によって互いに機械的かつ電気的に接続した。アンテナ素子１０２のＹ軸方向の中央において幅１ｍｍを有して、−Ｚ側の辺から＋Ｚ方向に９ｍｍにわたって、Ｚ軸方向に平行なスリットＳ１の第１の部分を形成し、その下端を開口とする一方、その上端において、Ｙ軸方向に平行なスリットＳ１の第２の部分を＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に９．５ｍｍずつ形成した。スリットＳ１の開口に、０．１ｐＦの容量を有するリアクタンス素子１２１を実装した。給電点１０４ａ，１０４ｂは、Ｚ軸方向の中央において、−Ｙ側の辺から１０ｍｍの位置と、＋Ｙ側の辺から１０ｍｍの位置とにそれぞれ設けられた。

図３０は、図２９のアンテナ装置１０１の給電点１０４ａ，１０４ｂ間の通過係数及び反射係数のパラメータＳ２１，Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。図３１は、図２９のアンテナ装置１０１の方位角に対する位相特性を示す図である。図３０によれば、動作周波数が１７００ＭＨｚのとき（１／４波長が４．４ｃｍになるとき）に通過係数のパラメータＳ２１は−１３．７ｄＢになり、高いアイソレーションを確保できていることがわかる。図３１は、給電点１０４ａを介して励振することにより生じる放射（実線）と、給電点１０４ｂを介して励振することにより生じる放射（破線）とについて、水平面（ＸＹ面）の方位角φに対する垂直偏波成分の位相特性を示す。図３１によれば、方位角φ＝９０度及び２７０度において、これら２つの位相特性が反転していることがわかる。各給電点１０４ａ，１０４ｂを介して励振することにより生じる放射の、水平面（ＸＹ面）における複素垂直偏波成分の放射指向性から算出した相関係数は０．２になり、低い相関を実現することができた。

本発明のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置は、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。

１０１…アンテナ装置、
１０２…アンテナ素子、
１０３…接地導体、
１０４ａ，１０４ｂ…給電点、
１０５ａ，１０５ｂ…接続点、
１０６，１０７…接続導体、
１１１…無線信号処理回路、
１１２ａ，１１２ｂ…インピーダンス整合回路、
１１３ａ，１１３ｂ…スイッチ、
１１４…振幅及び位相制御回路、
１１５ａ，１１５ｂ…振幅調整器、
１１６ａ，１１６ｂ…移相器、
１１７…適応制御回路、
１１８…変復調回路、
１１９…コントローラ、
１２１…リアクタンス素子、
１３１…アイソレーション周波数調整回路、
１３２…可変リアクタンス素子、
１３３…スイッチ、、
１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄ…リアクタンス素子、
１４１，１４２，１４３…フィルタ回路、
Ｆ１，Ｆ２…給電線
Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ…信号線、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ４１，Ｃ５１，Ｃ５２，Ｃ６１，Ｃ６２，Ｃ７１…キャパシタ、
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１，Ｌ６１，Ｌ７１，Ｌ７２…インダクタ、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…スリット。

Claims (19)

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の給電点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の給電点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の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、
   上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電点を互いに分離するように所定の第１の方向に延在する第１の部分と、上記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する第２の部分とを含むスリットを備え、
   上記スリットは、
   所定のアイソレーション周波数において共振して上記第１及び第２の給電点の間にアイソレーションを生成するとともに、
   上記スリットの周囲に所定の電流経路を形成し、
   上記第１の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布は、上記第２の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布とは異なり、これらの互いに異なる電流分布により互いに異なる放射特性をもたらすように構成され、
   上記スリットの第１の部分は、その一端に開口を有し、その他端で上記スリットの第２の部分に連結され、
   上記スリットの第２の部分は少なくとも２つの閉端を有し、
   上記アンテナ装置の動作波長λ及び整数ｎ１，ｎ２に対して、上記スリットの周囲の電流経路は、
   上記スリットの開口の上記第１の給電点側から上記少なくとも２つの閉端のうちの第１の閉端までの電流経路の電気長が（１／４＋（ｎ１）／２）λであり、上記第１の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布が、上記第１の閉端において電流の腹を有し、
   上記スリットの開口の上記第２の給電点側から上記少なくとも２つの閉端のうちの第２の閉端までの電流経路の電気長が（１／４＋（ｎ２）／２）λであり、上記第２の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布が、上記第２の閉端において電流の腹を有するように形成されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記第１の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布は、上記第２の給電点を介して上記アンテナ素子を励振することにより上記電流経路上に生成される電流分布に対して実質的に反転した電流分布を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記スリットは、上記スリットの第１の部分を通る軸に対して対称であることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
4. 上記スリットはＴ字形状を有することを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
5. 上記スリットはＹ字形状を有することを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
6. 上記スリットは、上記スリットの第１の部分を通る軸に対して非対称であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
7. 上記スリットは、上記アイソレーション周波数を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
8. 上記アイソレーション周波数を調整する手段はリアクタンス素子であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
9. 上記アイソレーション周波数を調整する手段は可変容量素子であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
10. 上記アイソレーション周波数を調整する手段は、それぞれ異なるリアクタンス値を有する複数のリアクタンス素子と、上記複数のリアクタンス素子のいずれかを選択的に接続するスイッチとを備えたことを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
11. 上記スリットは、上記スリットに沿って上記スリットの開口から所定距離の位置に設けられたフィルタ手段であって、第１の周波数では開放になり、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数では短絡になるフィルタ手段を備え、
    上記フィルタ手段は、
    上記第１の周波数では、上記スリットの全体を共振させて上記第１及び第２の給電点の間にアイソレーションを生成するとともに、上記スリットの周囲に上記フィルタ手段により短絡されない電流経路を形成させ、
    上記第２の周波数では、上記スリットの開口から上記フィルタ手段までの部分のみを共振させて上記第１及び第２の給電点の間にアイソレーションを生成するとともに、上記スリットの周囲に上記フィルタ手段により短絡された電流経路を形成させることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
12. 上記フィルタ手段は、第１のインダクタ及び第１のキャパシタの直列共振回路と、第２のインダクタ及び第２のキャパシタの並列共振回路とを直列接続して構成されることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
13. 上記フィルタ手段は、インダクタ及び第１のキャパシタの直列共振回路と、第２のキャパシタとを並列接続して構成されることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
14. 上記フィルタ手段は帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
15. 上記フィルタ手段は高域通過フィルタであることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
16. 上記フィルタ手段は低域通過フィルタであることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
17. 上記フィルタ手段はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造方法により形成されたフィルタであることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
18. 上記アンテナ素子の共振周波数を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を備えたことを特徴とする請求項１〜１７のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
19. 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１〜１８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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