JP6656408B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、第１及び第２の放射導体を有するアンテナ装置に関するものである。

近年の無線通信装置は、マルチパスフェージングなどによる通信品質の低下を抑える対策、通信の高速化を図る対策、または、通信の大容量化を図る対策として、ダイバーシチ機能を有していることがある。
無線通信装置におけるダイバーシチ機能は、無線通信装置に複数のアンテナを搭載することで実現できる。
これら複数のアンテナ間のアイソレーションの確保は、ダイバーシチ機能によるダイバーシチの効果を高める。複数のアンテナ間のアイソレーションは、複数のアンテナの間隔を広げることで向上する。

一方、近年の無線通信装置は、小型化が強く望まれている。
例えば、特許文献１は、小型化と、高いダイバーシチ利得を得ることとを目的とした、アンテナ装置を開示している。
特許文献１に開示されたアンテナ装置では、半波長の折り返しダイポールアンテナと、４分の１波長のモノポールアンテナとが、互いのなす角が約９０度になるように配置されている。また、ダイポールアンテナとモノポールアンテナは、２つの給電点のうち、いずれか１つの給電点に交流電源が接続されると、残りの給電点の電流が最小になるように接続されている。
特許文献１に開示されたアンテナ装置では、ダイポールアンテナとモノポールアンテナが近接して配置されても、高いダイバーシチ利得が得られる。

特開２００５−３４７９５８号公報

特許文献１に開示されたような従来のアンテナ装置は、複数のアンテナとしてダイポールアンテナとモノポールアンテナの両方を実装する必要があるため、いずれか一方のアンテナのみを実装する場合と比べて、アンテナ実装面積が大きくなってしまうという課題があった。

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、ダイポールアンテナとモノポールアンテナを両方ともには実装することなく、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの動作を実現することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、第１の給電点と第２の給電点が設けられている地導体と、地導体と非接触の状態で、地導体の隣に配置され、第２の給電点と接続されている第１の線路導体と、地導体と非接触の状態で、地導体の隣に配置され、かつ、一部分が前記第１の線路導体と接続されている状態で、残りの部分がスリットを介して第１の線路導体の隣に配置され、第２の給電点と接続されている第２の線路導体と、第２の線路導体と非接触の状態で、第２の線路導体が存在している領域と一部分が重なるように配置されており、一端が第１の給電点と接続され、他端が第１の線路導体と接続されているストリップ線路と、一端が第１の線路導体と接続され、他端が開放されている第３の線路導体と、一端が第２の線路導体と接続され、他端が開放されている第４の線路導体とを備え、第３の線路導体及び第４の線路導体は、第３の線路導体及び第４の線路導体と地導体との間隔が動作周波数に対する波長の３０分の１以下であり、地導体の面に対して平行に配置されるようにしたものである。

この発明によれば、第１の給電点と第２の給電点とが設けられている地導体と、内導体の一端が第１の給電点と接続され、外導体の一端が第２の給電点と接続されている同軸線路と、一端が外導体の一端の位置又は外導体における両端の間の位置と接続され、他端が内導体の他端と接続されている接続導体と、一端が接続導体の他端と接続され、他端が開放されている第１の放射導体と、一端が外導体の他端と接続され、他端が開放されている第２の放射導体とを備えるように構成したので、ダイポールアンテナとモノポールアンテナを両方ともには実装することなく、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの動作を実現することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置における導体上の電流の流れを示す模式図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置における導体上の電流の流れを示す模式図である。 地導体１の主面がｘ−ｙ面であるとき、図１のアンテナ装置におけるｘ−ｙ面及びｚ−ｘ面の放射パターンを計算した結果を示す説明図である。 地導体１の主面がｘ−ｙ面であるとき、図１のアンテナ装置におけるｘ−ｙ面及びｚ−ｘ面の放射パターンを計算した結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。 図９Ａはこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の＋ｚ側の面を示す構成図、図９Ｂはこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の−ｚ側の面を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、地導体１は平面状の導体である。
地導体１の平面であるｘ−ｙ面には、第１の給電点２と第２の給電点３とが設けられている。
第１の給電点２は、交流電源が接続されると、地導体１と同軸線路４の内導体４ａとの間に交流電圧を印加する給電点である。
第２の給電点３は、交流電源が接続されると、地導体１と同軸線路４の外導体４ｂとの間に交流電圧を印加する給電点である。

同軸線路４は内導体４ａと外導体４ｂを有しており、内導体４ａの一部は外導体４ｂからはみ出している。
図１の例では、同軸線路４における内導体４ａの一端の位置及び外導体４ｂの一端の位置をいずれもＡ点で表し、同軸線路４における外導体４ｂの他端の位置をＢ点で表している。Ｂ点と後述するＣ点との間において、内導体４ａが外導体４ｂからはみ出している。
同軸線路４の内導体４ａは一端が第１の給電点２と電気的に接続され、他端が接続導体５の他端と電気的に接続されている。
同軸線路４の外導体４ｂは一端が第２の給電点３と電気的に接続され、他端が第２の放射導体７の一端と電気的に接続されている。

同軸線路４は折り曲げられた状態で配置されている。
図１の例では、同軸線路４は、接続導体５の一端が外導体４ｂと接続されている位置４ｃの付近と、位置４ｃよりも少し＋ｙ方向側の位置４ｄの付近とで折り曲げられている。以下、位置４ｃ，４ｄの付近で折り曲げられている地点を折り曲げ地点と称する。
同軸線路４における２つの折り曲げ地点のうち、位置４ｄの付近の折り曲げ地点（同軸線路４における外導体４ｂの他端から数えて１番目の折り曲げ地点）からＢ点に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している。
図１では、同軸線路４が２つの折り曲げ地点を有する例を示しているが、同軸線路４における外導体４ｂの他端から数えて１番目の折り曲げ地点からＢ点に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交していればよく、同軸線路４が有する折り曲げ地点の数が２つに限るものではない。このため、同軸線路４が、例えば、１つの折り曲げ地点を有するものであってもよいし、３つの折り曲げ地点を有するものであってもよい。
また、図１では、位置４ｄの付近の折り曲げ地点からＢ点に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している例を示しているが、概ね直交していればよく、完全な直交でなくてもよい。
また、図１の例では、同軸線路４の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね３０分の１の長さ（＝λ／３０）である。図１では、同軸線路４の線路長が概ねλ／３０である例を示しているが、同軸線路４の線路長は、λ／３０以下であればよい。

接続導体５は一端が同軸線路４における外導体４ｂの両端の間の位置４ｃに接続され、他端が同軸線路４における内導体４ａの他端と接続されている。
図１の例では、接続導体５の一端が外導体４ｂの両端の間の位置４ｃに接続されているが、接続導体５の一端は、外導体４ｂの一端の位置Ａに接続されるものであってもよい。
図１の例では、接続導体５における他端の位置をＣ点で表している。
接続導体５は折り曲げられた状態で配置されている。
図１の例では、接続導体５は、位置４ｃよりも少し−ｙ方向側の位置５ａの付近で折り曲げられている。以下、位置５ａの付近で折り曲げられている地点を折り曲げ地点（接続導体５の他端から数えて１番目の折り曲げ地点）と称する。
接続導体５における位置５ａの付近の折り曲げ地点からＣ点に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している。
図１では、接続導体５が１つの折り曲げ地点を有する例を示しているが、接続導体５の他端から数えて１番目の折り曲げ地点からＣ点に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交していればよく、接続導体５が有する折り曲げ地点の数が１つに限るものではない。このため、接続導体５が、例えば、２つの折り曲げ地点を有するものであってもよい。
また、図１では、位置５ａの付近の折り曲げ地点からＣ点に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している例を示しているが、概ね直交していればよく、完全な直交でなくてもよい。
また、図１の例では、接続導体５の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね３０分の１の長さ（＝λ／３０）である。図１では、接続導体５の線路長が概ねλ／３０である例を示しているが、接続導体５の線路長は、λ／３０以下であればよい。

第１の放射導体６は一端が接続導体５の他端と接続され、他端が開放されている放射導体である。
図１の例では、第１の放射導体６の一端から他端に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行となるように、第１の放射導体６が配置されている。また、第１の放射導体６と地導体１との間隔が概ねλ／３０となるように、第１の放射導体６が配置されている。
ただし、第１の放射導体６の一端から他端に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行であるものに限るものではなく、第１の放射導体６が地導体１と接触しない限りにおいては、地導体１のｘ−ｙ面に対して任意の角度θ_１となるように配置されるものであってもよい。
図１の例では、第１の放射導体６の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね４分の１の長さ（＝λ／４）である。

第２の放射導体７は一端が同軸線路４における外導体４ｂの他端と接続され、他端が開放されている第２の放射導体である。
図１の例では、第２の放射導体７の一端から他端に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行となるように、第２の放射導体７が配置されている。また、第２の放射導体７と地導体１の間隔が概ねλ／３０となるように、第２の放射導体７が配置されている。
ただし、第２の放射導体７の一端から他端に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行であるものに限るものではなく、第２の放射導体７が地導体１と接触しない限りにおいては、地導体１のｘ−ｙ面に対して任意の角度θ_２となるように配置されるものであってもよい。
なお、第１の放射導体６に係る地導体１のｘ−ｙ面に対する角度θ_１と、第２の放射導体７に係る地導体１のｘ−ｙ面に対する角度θ_２とは一致していてもよいし（θ_１＝θ_２）、一致していなくてもよい（θ_１≠θ_２）。
図１の例では、第２の放射導体７の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね４分の１の長さ（＝λ／４）である。

次に動作について説明する。
第１の給電点２に交流電源が接続された場合、地導体１と同軸線路４の内導体４ａとの間に交流電圧が印加される。
これにより、マイナスの電荷が地導体１に配され、プラスの電荷が同軸線路４の内導体４ａに配されるため、交流電源から出力された交流信号は、同軸線路４の内部を伝送される。
このとき、同軸線路４の内導体４ａが接続導体５を介して第１の放射導体６と接続され、同軸線路４の外導体４ｂが第２の放射導体７と接続されているため、第１の放射導体６と第２の放射導体７によって、ダイポールアンテナが構成される。

ここで、一般的には、地導体１と外導体４ｂが物理的に接続されていない場合、外導体４ｂに流れる電流が遮断されるため、同軸線路４の内部に交流信号が効率良く伝送されない。よって、ダイポールアンテナに交流信号が効率良く伝送されない。
しかし、この実施の形態１における図１のアンテナ装置では、地導体１と外導体４ｂが動作周波数で電気的に接続されており、ダイポールアンテナに交流信号が効率良く伝送される。
具体的には、以下の通りである。

同軸線路４の線路長及び接続導体５の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね３０分の１の長さ（＝λ／３０）であるため、動作周波数に対する波長λと比べて短い。
また、第１の放射導体６及び第２の放射導体７は、一端から他端に至る方向が地導体１のｘ−ｙ面に対して平行となるように配置されている。
このため、地導体１、同軸線路４の外導体４ｂ、接続導体５、第１の放射導体６及び第２の放射導体７によって、先端開放の伝送線路が形成される。
図１において、第１の放射導体６の他端である先端部Ｄが開放され、第２の放射導体７の他端である先端部Ｅが開放されているため、地導体１、同軸線路４の外導体４ｂ、接続導体５、第１の放射導体６及び第２の放射導体７によって形成される伝送線路は、先端開放の伝送線路である。

このとき、点Ａから先端開放の伝送線路の先端部Ｄ，Ｅを見たインピーダンスＺ_Ａは、以下の式（１）のように表される。
Ｚ_Ａ＝−ｊ×Ｚ_０×ｃｏｔ{（２π／λ）×Ｌ} （１）
式（１）において、
Ｚ_０は、地導体１、同軸線路４の外導体４ｂ、接続導体５、第１の放射導体６及び第２の放射導体７によって形成される伝送線路の特性インピーダンスである。
Ｌは、第１の放射導体６及び第２の放射導体７のそれぞれの線路長である。
λは、動作周波数に対する波長である。
ｊは、虚数単位である。

図１の例では、第１の放射導体６及び第２の放射導体７のそれぞれの線路長Ｌが概ねλ／４であるため、点Ａから先端部Ｄ，Ｅを見たインピーダンスＺ_Ａは数オーム程度の小さなインピーダンスになる。第１の放射導体６及び第２の放射導体７のそれぞれの線路長Ｌがλ／４であれば、インピーダンスＺ_Ａは０になる。
したがって、地導体１と同軸線路４の外導体４ｂとは、動作周波数でほぼ短絡状態になるため、高効率な交流信号の伝送が可能になる。

次に、第２の給電点３に交流電源が接続された場合、地導体１と同軸線路４の外導体４ｂとの間に交流電圧が印加される。
これにより、交流電源から出力された交流信号は、同軸線路４の外導体４ｂに到達する。
このとき、同軸線路４の外導体４ｂが接続導体５を介して第１の放射導体６と接続され、同軸線路４の外導体４ｂが第２の放射導体７と接続されているため、同軸線路４の外導体４ｂ、接続導体５、第１の放射導体６及び第２の放射導体７によって、Ｔ字型のモノポールアンテナが構成される。

ここで、一般的には、第１の給電点２と第２の給電点３とが近接して配置される場合、例えば、第１の給電点２が配置される位置と第２の給電点３が配置される位置との距離が、動作周波数に対する波長λと比べて短い場合、第１の給電点２と第２の給電点３とが電気的に結合される。このため、同軸線路４の外導体４ｂに交流信号が効率良く伝送されない。よって、モノポールアンテナに交流信号が効率良く伝送されない。
しかし、図１のアンテナ装置における第１の放射導体６及び第２の放射導体７は、それぞれ、地導体１との間隔が概ねλ／３０で、配置方向が地導体１と平行になるように配置されているため、低姿勢なモノポールアンテナが構成されている。つまり、第２の給電点３におけるモノポールアンテナの入力インピーダンスは非常に低い。
その結果、第１の給電点２から見たダイポールアンテナの入力インピーダンスと比べて、第２の給電点３におけるモノポールアンテナの入力インピーダンスが非常に低くなるため、第１の給電点２と第２の給電点３との間において、インピーダンスの不整合が生じる。
したがって、第１の給電点２と第２の給電点３との電気的な結合を抑制することができ、同軸線路４の外導体４ｂに交流信号が効率良く伝送される。

図２及び図３はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置における導体上の電流の流れを示す模式図である。
図２は第１の給電点２に交流電源が接続された場合の導体上の電流の流れを示しており、図３は第２の給電点３に交流電源が接続された場合の導体上の電流の流れを示している。
図２及び図３において、電流１１は第１の放射導体６を＋ｙ方向に流れている電流、電流１２は第２の放射導体７を＋ｙ方向に流れている電流である。
電流１３は接続導体５をｚ方向に流れている電流、電流１４は同軸線路４の外導体４ｂを＋ｚ方向に流れている電流である。
電流１５は第１の放射導体６をｙ方向に流れている電流、電流１６は第２の放射導体７を＋ｙ方向に流れている電流である。
電流１７は接続導体５を＋ｚ方向に流れている電流、電流１８は同軸線路４の外導体４ｂを＋ｚ方向に流れている電流である。

第１の給電点２に交流電源が接続された場合、電波の放射に寄与する電流は、図２に示すように、第１の放射導体６を＋ｙ方向に流れている電流１１と、第２の放射導体７を＋ｙ方向に流れている電流１２とである。
接続導体５をｚ方向に流れている電流１３と、同軸線路４の外導体４ｂを＋ｚ方向に流れている電流１４とは、互いに逆向きに流れているため、電流１３，１４は、電波の放射に寄与しない。

第２の給電点３に交流電源が接続された場合、電波の放射に寄与する電流は、図３に示すように、接続導体５を＋ｚ方向に流れている電流１７と、同軸線路４の外導体４ｂを＋ｚ方向に流れている電流１８とである。
第１の放射導体６をｙ方向に流れている電流１５と、第２の放射導体７を＋ｙ方向に流れている電流１６とは、互いに逆向きに流れているため、電流１５，１６は、電波の放射に寄与しない。

図４及び図５は地導体１の主面がｘ−ｙ面であるとき、図１のアンテナ装置におけるｘ−ｙ面及びｚ−ｘ面の放射パターンを計算した結果を示す説明図である。
図４は第１の給電点２に交流電源が接続された場合の放射パターンを示し、図５は第２の給電点３に交流電源が接続された場合の放射パターンを示している。
第１の給電点２に交流電源が接続された場合、地導体１が反射板として作用するダイポールアンテナが構成されるため、図４に示すように、ｚ−ｘ面において、偏波におけるＥ_θ成分とＥ_φ成分のうち、Ｅ_φ成分がｚ方向に指向性を有する放射パターンとなる。
第２の給電点３に交流電源が接続された場合、モノポールアンテナが構成されるため、図５に示すように、ｘ−ｙ面において、Ｅ_θ成分がほぼ無指向の放射パターンとなる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１の給電点２と第２の給電点３とが設けられている地導体１と、内導体４ａの一端が第１の給電点２と接続され、外導体４ｂの一端が第２の給電点３と接続されている同軸線路４と、一端が外導体４ｂの一端の位置又は外導体４ｂにおける両端の間の位置４ｃと接続され、他端が内導体４ａの他端と接続されている接続導体５と、一端が接続導体５の他端と接続され、他端が開放されている第１の放射導体６と、一端が外導体４ｂの他端と接続され、他端が開放されている第２の放射導体７とを備えるように構成したので、ダイポールアンテナとモノポールアンテナを両方ともには実装することなく、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの動作を実現することができる効果を奏する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、同軸線路４が２つの折り曲げ地点を有し、接続導体５が１つの折り曲げ地点を有している例を示しているが、この実施の形態２では、同軸線路４が３つの折り曲げ地点を有し、接続導体５が２つの折り曲げ地点を有している例を説明する。

図６はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
同軸線路４は、折り曲げられた状態で配置されている。
図６の例では、同軸線路４は、接続導体５の一端が外導体４ｂに接続されている位置４ｃの付近と、位置４ｃよりも＋ｙ方向側の位置４ｅの付近と、位置４ｅよりも＋ｚ方向側の位置４ｆの付近とで折り曲げられている。以下、位置４ｃ，４ｅ，４ｆの付近で折り曲げられている地点を折り曲げ地点と称する。

同軸線路４における位置４ｃの付近の折り曲げ地点（同軸線路４の一端から数えて１番目の折り曲げ地点）から、位置４ｅの付近の折り曲げ地点（同軸線路４の一端から数えて２番目の折り曲げ地点）に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行である。
また、同軸線路４における位置４ｅの付近の折り曲げ地点から、位置４ｆの付近の折り曲げ地点（同軸線路４の一端から数えて３番目の折り曲げ地点）に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している。
また、同軸線路４における位置４ｆの付近の折り曲げ地点からＢ点に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行である。
図６の例では、第１の給電点２から同軸線路４及び接続導体５を経由して、接続導体５と外導体４ｂが接続されている位置４ｃまでの長さ、即ち、第１の給電点２からＡ点、Ｂ点、Ｃ点を経由して、位置４ｃに至るまでの長さが、動作周波数に対する波長λの概ね４分の１の長さ（＝λ／４）である。

図６では、同軸線路４における位置４ｃの付近の折り曲げ地点から位置４ｅの付近の折り曲げ地点に至る方向と、同軸線路４における位置４ｆの付近の折り曲げ地点からＢ点に至る方向とが、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行である例を示しているが、概ね平行であればよく、完全な平行でなくてもよい。
また、図６では、同軸線路４における位置４ｅの付近の折り曲げ地点から位置４ｆの付近の折り曲げ地点に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している例を示しているが、概ね直交していればよく、完全な直交でなくてもよい。

接続導体５は、折り曲げられた状態で配置されている。
図６の例では、接続導体５は、位置４ｃよりも−ｙ方向側の位置５ａの付近と、位置５ａよりも＋ｚ方向側の位置５ｂの付近とで折り曲げられている。以下、位置５ａ，５ｂの付近で折り曲げられている地点を折り曲げ地点と称する。
接続導体５における位置４ｃから位置５ａの付近の折り曲げ地点（接続導体５の一端から数えて１番目の折り曲げ地点）に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行で、かつ、同軸線路４における位置４ｃの付近の折り曲げ地点から位置４ｅの付近の折り曲げ地点に至る方向と反対方向である。
また、接続導体５における位置５ａの付近の折り曲げ地点から、位置５ｂの付近の折り曲げ地点（接続導体５の一端から数えて２番目の折り曲げ地点）に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している。
また、接続導体５における位置５ｂの付近の折り曲げ地点からＣ点に至る方向は、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行で、かつ、同軸線路４における位置４ｆの付近の折り曲げ地点からＢ点に至る方向と反対方向である。

図６では、接続導体５における位置４ｃから位置５ａの付近の折り曲げ地点に至る方向と、接続導体５における位置５ｂの付近の折り曲げ地点からＣ点に至る方向とが、地導体１のｘ−ｙ面に対して平行である例を示しているが、概ね平行であればよく、完全な平行でなくてもよい。
また、図６では、接続導体５における位置５ａの付近の折り曲げ地点から位置５ｂの付近の折り曲げ地点に至る方向が、地導体１のｘ−ｙ面に対して直交している例を示しているが、概ね直交していればよく、完全な直交でなくてもよい。

次に動作について説明する。
一般的に、無線通信装置の筐体に内蔵されるアンテナは、アンテナ近傍の構造物の影響によって、入力インピーダンスが変化する。
このとき、第１の給電点２からアンテナ側を見た入力インピーダンスが低下した場合は、第１の給電点２のインピーダンスと第２の給電点３のインピーダンスとが整合して、第１の給電点２と第２の給電点３との間のアイソレーションが劣化することがある。

この実施の形態２では、第１の給電点２からＡ点、Ｂ点、Ｃ点を経由して、位置４ｃに至るまでの長さが、動作周波数に対する波長λの概ね４分の１の長さ（＝λ／４）であるため、第１の給電点２からアンテナ側を見た入力インピーダンスが無限大に近づくようになる。
その結果、第２の給電点３におけるモノポールアンテナの入力インピーダンスと比べて、第１の給電点２からアンテナ側を見た入力インピーダンスが高くなるため、第１の給電点２のインピーダンスと第２の給電点３のインピーダンスとの不整合が生じ、第１の給電点２と第２の給電点３との間のアイソレーションが確保される。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、アンテナ近傍の構造物の影響によって入力インピーダンスが変化する場合でも、第１の給電点２と第２の給電点３との間のアイソレーションが確保されるため、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの動作を実現することができる効果を奏する。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、アンテナ装置が同軸線路４を備えている例を示したが、アンテナ装置がストリップ線路２５を備えるものであってもよい。

図７はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。図７において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第１の線路導体２１は地導体１と非接触の状態で、地導体１の隣に配置され、第２の給電点３と電気的に接続されている線路導体である。
図７の例では、第１の線路導体２１は、地導体１との間にギャップ２３が設けられるように、地導体１と同じｘ−ｙ面上に配置された状態で、第２の給電点３と電気的に接続されている。
なお、第１の線路導体２１は、図１の接続導体５に相当する導体である。
図７の例では、ギャップ２３は、ｙ座標方向と平行であり、かつ、ｘ座標方向の幅が全て同一である。

第２の線路導体２２は地導体１と非接触の状態で、地導体１の隣に配置され、かつ、一部分が第１の線路導体２１と接続されている状態で、残りの部分がスリット２４を介して第１の線路導体２１の隣に配置され、第２の給電点３と接続されている線路導体である。
図７の例では、第２の線路導体２２は、地導体１との間にギャップ２３が設けられ、かつ、第１の線路導体２１との間にスリット２４が設けられるように、地導体１及び第１の線路導体２１と同じｘ−ｙ面上に配置された状態で、第２の給電点３と電気的に接続されている。
図７の例では、第２の線路導体２２は、第２の給電点３と接続されている付近において、第１の線路導体２１と接続されている。
なお、第２の線路導体２２は、図１の同軸線路４の外導体４ｂに相当する導体である。
図７の例では、スリット２４は、ｘ座標方向と平行であり、かつ、ｙ座標方向の幅が全て同一である。

ストリップ線路２５は第２の線路導体２２と非接触の状態で、第２の線路導体２２が存在している領域内のいずれかのｘｙ座標と一部分のｘｙ座標が重なるように配置されており、一端が第１の給電点２と接続され、他端が第１の線路導体２１と接続されている。
図７の例では、第１の給電点２は、−ｚ方向側の端部（図７では、下端）が地導体１と接続され、＋ｚ方向側の端部（図７では、上端）がストリップ線路２５の一端と接続されている。
ストリップ線路２５は、地導体１、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２のそれぞれと平行に配置されているが、地導体１、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２が配置されているｘ−ｙ面よりも、第１の給電点２のｚ方向の長さ分だけ、＋ｚ方向側に配置されている。

ストリップ線路２５は、３つの折り曲げ点Ａ，Ｂ，Ｃを有している。
図７の例では、第１の給電点２が設けられている位置のｙ座標と、スリット２４が設けられている位置のｙ座標とがほぼ同じであるため、ストリップ線路２５において、第１の給電点２と接続されている位置から折り曲げ点Ａまでの線路のｙ座標は、スリット２４のｙ座標とほぼ同じである。
ストリップ線路２５において、折り曲げ点Ａから折り曲げ点Ｂまでの線路は、全体に亘ってｘ座標がほぼ一定であり、第２の線路導体２２と非接触の状態で、第２の線路導体２２が存在している領域内のいずれかのｘｙ座標と一部分のｘｙ座標が重なるように配置されている。
ストリップ線路２５において、折り曲げ点Ｂから折り曲げ点Ｃまでの線路は、全体に亘ってｙ標がほぼ一定であり、第２の線路導体２２と非接触の状態で、第２の線路導体２２が存在している領域内のいずれかのｘｙ座標と各々の位置のｘｙ座標が重なるように配置されている。
ストリップ線路２５において、折り曲げ点ＣからＤ点までの線路は、全体に亘ってｘ標がほぼ一定であり、第２の線路導体２２と非接触の状態で、第２の線路導体２２が存在している領域内のいずれかのｘｙ座標と一部分のｘｙ座標が重なるように配置されている。
Ｄ点の位置はスリット２４のｙ座標よりも−ｙ方向の位置であるため、折り曲げ点ＣからＤ点までの線路は、スリット２４を跨いでいる。
また、Ｄ点の位置から第１の線路導体２１の位置まで導体が−ｚ方向に伸びており、ストリップ線路２５の他端が第１の線路導体２１と電気的に接続されている。
なお、ストリップ線路２５は、図１の同軸線路４の内導体４ａに相当する導体である。

第３の線路導体２６は一端が第１の線路導体２１と接続され、他端が開放されている線路導体である。
第３の線路導体２６は、地導体１、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２と同じｘ−ｙ面上に配置されており、図１の第１の放射導体６に相当する導体である。
図７の例では、第３の線路導体２６の一端から他端に至る方向が、地導体１のｙ−ｚ面に対して平行となるように、第３の線路導体２６が配置されている。また、第３の線路導体２６と地導体１との間隔が概ねλ／３０となるように、第３の線路導体２６が配置されている。
ただし、第３の線路導体２６の一端から他端に至る方向は、地導体１のｙ−ｚ面に対して平行であるものに限るものではなく、第３の線路導体２６が地導体１と接触しない限りにおいては、地導体１のｙ−ｚ面に対して任意の角度θ_１となるように配置されるものであってもよい。
図７の例では、第３の線路導体２６の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね４分の１の長さ（＝λ／４）である。

第４の線路導体２７は一端が第２の線路導体２２と接続され、他端が開放されている線路導体である。
第４の線路導体２７は、地導体１、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２と同じｘ−ｙ面上に配置されており、図１の第２の放射導体７に相当する導体である。
図７の例では、第４の線路導体２７の一端から他端に至る方向が、地導体１のｙ−ｚ面に対して平行となるように、第４の線路導体２７が配置されている。また、第４の線路導体２７と地導体１の間隔が概ねλ／３０となるように、第４の線路導体２７が配置されている。
ただし、第４の線路導体２７の一端から他端に至る方向は、地導体１のｙ−ｚ面に対して平行であるものに限るものではなく、第４の線路導体２７が地導体１と接触しない限りにおいては、地導体１のｙ−ｚ面に対して任意の角度θ_２となるように配置されるものであってもよい。
なお、第３の線路導体２６に係る地導体１のｙ−ｚ面に対する角度θ_１と、第４の線路導体２７に係る地導体１のｙ−ｚ面に対する角度θ_２とは一致していてもよいし（θ_１＝θ_２）、一致していなくてもよい（θ_１≠θ_２）。
図７の例では、第４の線路導体２７の線路長は、動作周波数に対する波長λの概ね４分の１の長さ（＝λ／４）である。
第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７からＴ字型の導体が形成されている。

次に動作について説明する。
第１の給電点２に交流電源が接続された場合、地導体１と第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２との間に交流電圧が印加される。
これにより、マイナスの電荷が地導体１に配され、プラスの電荷がストリップ線路２５に配されるため、交流電源から出力された交流信号は、地導体１から、ギャップ２３を跨いで、第２の線路導体２２側に伝送される。
このとき、ストリップ線路２５は、スリット２４の開放端Ｈを跨ぐように配置されており、ストリップ線路２５の他端が第１の線路導体２１と電気的に接続されている。
そして、第１の線路導体２１が第３の線路導体２６と接続され、第２の線路導体２２が第４の線路導体２７と接続されているため、第３の線路導体２６と第４の線路導体２７によって、ダイポールアンテナが構成される。

ここで、一般的には、地導体１と第２の線路導体２２が物理的に接続されていない場合、ストリップ線路２５を伝送線路として構成するためのグランド電流がギャップ２３で遮断されるため、ダイポールアンテナに交流信号が効率良く伝送されない。
しかし、この実施の形態３における図７のアンテナ装置では、地導体１と第２の線路導体２２が動作周波数で電気的に接続されており、ダイポールアンテナに交流信号が効率良く伝送される。
具体的には、以下の通りである。

この実施の形態３における図７のアンテナ装置は、地導体１と第１の線路導体２１が電気的に接続されており、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２のそれぞれの線路長が、動作周波数に対する波長λの概ね３０分の１の長さ（＝λ／３０）であるため、動作周波数に対する波長λと比べて短い。
また、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７は、一端から他端に至る方向が地導体１のｙ−ｚ面に対して平行となるように配置されている。
このため、地導体１、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７によって、先端開放の伝送線路が形成される。
図７において、第３の線路導体２６の他端である先端部Ｆが開放され、第４の線路導体２７の他端である先端部Ｇが開放されているため、地導体１、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７によって形成される伝送線路は、先端開放の伝送線路である。

このとき、ギャップ２３から先端開放の伝送線路の先端部Ｆ，Ｇを見たインピーダンスＺ_Ｂは、以下の式（２）のように表される。
Ｚ_Ｂ＝−ｊ×Ｚ_０×ｃｏｔ{（２π／λ）×Ｌ} （２）
式（２）において、
Ｚ_０は、地導体１、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７によって形成される伝送線路の特性インピーダンスである。
Ｌは、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７のそれぞれの線路長である。
λは、動作周波数に対する波長である。
ｊは、虚数単位である。

図７の例では、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７のそれぞれの線路長Ｌが概ねλ／４であるため、ギャップ２３から先端部Ｆ，Ｇを見たインピーダンスＺ_Ｂは数オーム程度の小さなインピーダンスになる。第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７のそれぞれの線路長Ｌがλ／４であれば、インピーダンスＺ_Ｂは０になる。
したがって、地導体１と第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２とは、動作周波数でほぼ短絡状態になるため、高効率な交流信号の伝送が可能になる。

次に、第２の給電点３に交流電源が接続された場合、地導体１と第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２との間に交流電圧が印加される。
これにより、交流電源から出力された交流信号は、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２に到達する。
このとき、第１の線路導体２１が第３の線路導体２６と接続され、第２の線路導体２２が第４の線路導体２７と接続されているため、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７によって、Ｔ字型のモノポールアンテナが構成される。

ここで、一般的には、第１の給電点２と第２の給電点３とが近接して配置される場合、例えば、第１の給電点２が配置される位置と第２の給電点３が配置される位置との距離が、動作周波数に対する波長λと比べて短い場合、第１の給電点２と第２の給電点３とが電気的に結合される。このため、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２に交流信号が効率良く伝送されない。よって、モノポールアンテナに交流信号が効率良く伝送されない。
しかし、図７のアンテナ装置における第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７は、それぞれ、地導体１との間隔が概ねλ／３０で、配置方向が地導体１と平行になるように配置されているため、低姿勢なモノポールアンテナが構成されている。つまり、第２の給電点３におけるモノポールアンテナの入力インピーダンスは非常に低い。
その結果、第１の給電点２から見たダイポールアンテナの入力インピーダンスと比べて、第２の給電点３におけるモノポールアンテナの入力インピーダンスが非常に低くなるため、第１の給電点２と第２の給電点３との間において、インピーダンスの不整合が生じる。
したがって、第１の給電点２と第２の給電点３との電気的な結合を抑制することができ、モノポールアンテナに交流信号が効率良く伝送される。
なお、ストリップ線路２５の線路幅を細くすることで、伝送線路の特性インピーダンスを高くすることが可能である。伝送線路の特性インピーダンスを高くすることで、モノポールアンテナとの結合をより下げることが可能である。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、第１の給電点２と第２の給電点３とが設けられている地導体１と、地導体１と非接触の状態で、地導体１の隣に配置され、第２の給電点３と接続されている第１の線路導体２１と、地導体１と非接触の状態で、地導体１の隣に配置され、かつ、一部分が第１の線路導体２１と接続されている状態で、残りの部分がスリット２４を介して第１の線路導体２１の隣に配置され、第２の給電点３と接続されている第２の線路導体２２と、第２の線路導体２２と非接触の状態で、第２の線路導体２２が存在している領域と一部が重なるように配置されており、一端が第１の給電点２と接続され、他端が第１の線路導体２１と接続されているストリップ線路２５と、一端が第１の線路導体２１と接続され、他端が開放されている第３の線路導体２６と、一端が第２の線路導体２２と接続され、他端が開放されている第４の線路導体２７とを備えるように構成したので、上記実施の形態１と同様に、ダイポールアンテナとモノポールアンテナを両方ともには実装することなく、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの動作を実現することができる効果を奏する。

この実施の形態３では、誘電体基板をエッチング加工することで、地導体１、ストリップ線路２５、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７を形成することが可能である。誘電体基板をエッチング加工することで、地導体１、ストリップ線路２５、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７を形成する場合、量産に適しているため、アンテナ装置のコストの低減を図ることができる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、第１の線路導体２１と第２の線路導体２２の向かい合っている面２１ａ，２２ａが、櫛状の溝が施されている凹凸面である例を説明する。

図８はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。図８において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第２の線路導体２２と向かい合っている第１の線路導体２１の面２１ａは、櫛状の溝が施されている凹凸面である。
第１の線路導体２１と向かい合っている第２の線路導体２２の面２２ａは、櫛状の溝が施されている凹凸面である。

次に動作について説明する。
第１の線路導体２１の面２１ａが凹凸面で、第２の線路導体２２の面２２ａが凹凸面である点以外は、上記実施の形態３と同様である。
一般的に、無線通信装置の筐体に内蔵されるアンテナは、アンテナ近傍の構造物の影響によって、入力インピーダンスが変化する。
このとき、ストリップ線路２５及び第２の線路導体２２によって形成される伝送線路の特性インピーダンスと、スリット２４の開放端Ｈから見たダイポールアンテナの入力インピーダンスとが大きく異なると、第１の給電点２から出力された交流信号がスリット２４の開放端Ｈ付近で反射して戻ってくる。
したがって、第１の給電点２からの交流信号の入射波と、スリット２４の開放端Ｈ付近で反射された交流信号の反射波とによって出来る定在波の腹が、第２の給電点３の近傍の位置で発生した場合、ストリップ線路２５と第２の給電点３が結合して、アイソレーションが劣化してしまうことがある。

この実施の形態４では、第１の線路導体２１の面２１ａが凹凸面で、第２の線路導体２２の面２２ａが凹凸面であり、凹凸面における凹凸の数及び凹凸面における溝の深さを変えることで、スリット２４の開放端Ｈから見たダイポールアンテナの入力インピーダンスを調整することが可能である。
スリット２４の開放端Ｈから見たダイポールアンテナの入力インピーダンスと、ストリップ線路２５及び第２の線路導体２２によって形成される伝送線路の特性インピーダンスとが同じになるように、凹凸面における凹凸の数及び凹凸面における溝の深さを変えることで、スリット２４の開放端Ｈ付近での反射無くして、アイソレーションの劣化を防止することができる。
スリット２４の開放端Ｈから見たダイポールアンテナの入力インピーダンスは、凹凸面における凹凸の数を増やした場合、あるいは、凹凸面における溝の深さを深くした場合、上昇する。
スリット２４の開放端Ｈから見たダイポールアンテナの入力インピーダンスは、凹凸面における凹凸の数を減らした場合、あるいは、凹凸面における溝の深さを浅くした場合、低下する。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、第１の線路導体２１と第２の線路導体２２の向かい合っている面２１ａ，２２ａが、櫛状の溝が施されている凹凸面であるように構成したので、アンテナ近傍の構造物の影響によって入力インピーダンスが変化する場合でも、第１の給電点２と第２の給電点３との間のアイソレーションが確保されるため、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの動作を実現することができる効果を奏する。

実施の形態５．
上記実施の形態３，４では、第３の線路導体２６と第４の線路導体２７とが同一直線上に配置されている例を示したが、この実施の形態５では、第３の線路導体２６と第４の線路導体２７とのなす角が９０度である例を説明する。

図９はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
特に図９Ａはアンテナ装置の＋ｚ側の面を示し、図９Ｂはアンテナ装置の−ｚ側の面を示している。
図９において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図９の例では、第３の線路導体２６と第４の線路導体２７とのなす角が９０度になるように、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７が配置されている。
図９では、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７の配置が図７のアンテナ装置に適用される例を示しているが、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７の配置が図８のアンテナ装置に適用されるものであってもよい。
また、図９では、第３の線路導体２６と第４の線路導体２７とのなす角が９０度である例を示しているが、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７が地導体１と接触しない限りにおいては、１８０度以下であれば、任意の角度でよい。

近年の無線通信装置は、小型化が強く望まれているため、動作周波数に対する波長λと比べて、サイズが小さい基板にアンテナを実装する必要性が高い。このため、一辺が半波長未満の方形基板等の基板にアンテナを実装することが望まれる。
このとき、放射素子となる第３の線路導体２６と第４の線路導体２７の線路長をそれぞれλ／４よりも短くすることで、一辺が半波長未満の方形基板に実装することが可能である。
ただし、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７の線路長をλ／４よりも短くすると、地導体１、第１の線路導体２１、第２の線路導体２２、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７によって形成される伝送線路の特性インピーダンスＺ_０が上昇する。このため、ダイポールアンテナへの伝送効率が低下して、アンテナ性能が劣化する。

この実施の形態５では、方形基板の四隅に、ストリップ線路２５、第１の線路導体２１及び第２の線路導体２２を配置して、第３の線路導体２６と第４の線路導体２７とのなす角が９０度になるように、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７を配置している。
これにより、第３の線路導体２６及び第４の線路導体２７の線路長が概ねλ／４であっても、一辺が半波長未満の方形基板にアンテナを実装することができる。
この結果、上記実施の形態１〜４と同様のアンテナ性能を得ながら、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、第１及び第２の放射導体を有するアンテナ装置に適している。

１ 地導体、２ 第１の給電点、３ 第２の給電点、４ 同軸線路、４ａ 内導体、４ｂ 外導体、４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ 位置、５ 接続導体、５ａ，５ｂ 位置、６ 第１の放射導体、７ 第２の放射導体、１１〜１８ 電流、２１ 第１の線路導体、２１ａ 第１の線路導体２１の面、２２ 第２の線路導体、２２ａ 第２の線路導体２２の面、２３ ギャップ、２４ スリット、２５ ストリップ線路、２６ 第３の線路導体、２７ 第４の線路導体。

Claims (3)

1. 第１の給電点と第２の給電点が設けられている地導体と、
   前記地導体と非接触の状態で、前記地導体の隣に配置され、前記第２の給電点と接続されている第１の線路導体と、
   前記地導体と非接触の状態で、前記地導体の隣に配置され、かつ、一部分が前記第１の線路導体と接続されている状態で、残りの部分がスリットを介して前記第１の線路導体の隣に配置され、前記第２の給電点と接続されている第２の線路導体と、
   前記第２の線路導体と非接触の状態で、前記第２の線路導体が存在している領域と一部分が重なるように配置されており、一端が前記第１の給電点と接続され、他端が前記第１の線路導体と接続されているストリップ線路と、
   一端が前記第１の線路導体と接続され、他端が開放されている第３の線路導体と、
   一端が前記第２の線路導体と接続され、他端が開放されている第４の線路導体と
   を備え、
   前記第３の線路導体及び前記第４の線路導体は、前記第３の線路導体及び前記第４の線路導体と前記地導体との間隔が動作周波数に対する波長の３０分の１以下であり、前記地導体の面に対して平行に配置されることを特徴とする
   アンテナ装置。
2. 前記第２の線路導体と向かい合う前記第１の線路導体の面が、櫛状の溝が施されている凹凸面であり、
   前記第１の線路導体と向かい合う前記第２の線路導体の面が、櫛状の溝が施されている凹凸面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. 前記第３の線路導体と前記第４の線路導体とのなす角が１８０度以下になるように、前記第３の線路導体及び前記第４の線路導体が配置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

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