JP7150201B1 - 減結合回路 - Google Patents

減結合回路 Download PDF

Info

Publication number
JP7150201B1
JP7150201B1 JP2021576572A JP2021576572A JP7150201B1 JP 7150201 B1 JP7150201 B1 JP 7150201B1 JP 2021576572 A JP2021576572 A JP 2021576572A JP 2021576572 A JP2021576572 A JP 2021576572A JP 7150201 B1 JP7150201 B1 JP 7150201B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
susceptance
transmission line
end connected
antenna element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021576572A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2022201414A1 (ja
JPWO2022201414A5 (ja
Inventor
研悟 西本
泰弘 西岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2022201414A1 publication Critical patent/JPWO2022201414A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7150201B1 publication Critical patent/JP7150201B1/ja
Publication of JPWO2022201414A5 publication Critical patent/JPWO2022201414A5/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H01Q5/371—Branching current paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、グランド導体と、第１のアンテナに第１の端が接続された第１の伝送線路と、第２のアンテナに第１の端が接続された第２の伝送線路と、第１の伝送線路の第２の端に第１の端が接続された第１のサセプタンス回路と、第２の伝送線路の第２の端に第１の端が接続され、第１のサセプタンス回路の第２の端に第２の端が接続された第２のサセプタンス回路と、第１のサセプタンス回路の第２の端に第１の端が接続され、グランド導体に第２の端が接続された第３のサセプタンス回路と、第１のサセプタンス回路の第１の端に接続された第１の入出力端子と、第２のサセプタンス回路の第１の端に接続された第２の入出力端子とを備える減結合回路。

Description

この発明は、無線通信装置等に搭載される複数のアンテナに接続される減結合回路に関するものである。
近年、無線通信システムの高速化や高品質化に伴って、ダイバーシチやＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）を適用するために、送受信に複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術への要求が高まっている。
また、高速化、高品質化や複数の無線通信システム搭載のために、無線通信装置を複数の周波数帯で動作させるニーズが高まっている。ダイバーシチやＭＩＭＯが効果を発揮するためには、複数のアンテナ間の結合をできる限り小さくし、アンテナ相関を低くする必要がある。
しかし、通信装置が小型な場合、複数のアンテナを搭載するための領域が限られ、それぞれのアンテナ間の距離を十分に確保できない。このため、アンテナ間結合が強くなり通信性能が劣化する。この問題に対して、アンテナに減結合回路を接続することにより、アンテナ間結合を低減させる方法がある。
特許文献１では、２素子アンテナの相互結合を低減する１周波数対応の減結合回路を、３個のサセプタンスで構成した例が示されている。
特許第５８７１６４７号
しかし、特許文献１の１周波数対応の減結合回路では、減結合回路から見て２素子アンテナと反対側に２つの整合回路が必要となる。任意のインピーダンスを１周波数で整合させるためには、整合回路を３個のサセプタンスから成るΠ型回路もしくは、Ｔ型回路とする必要がある。整合回路が２つあり、減結合回路の３個のサセプタンスと合わせて、９個のサセプタンスが必要となる。したがって、サセプタンスの数が増加し、回路損失が大きくなる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、サセプタンスの数が少なく回路損失を小さくでき、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約が小さい、１周波数または２周波数対応の減結合回路が得られることを目的とする。
この発明による減結合回路は、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、グランド導体と、第１のアンテナ素子に第１の端が接続された第１の伝送線路と、第２のアンテナ素子に第１の端が接続された第２の伝送線路と、第１の伝送線路の第２の端に第１の端が接続された第１のサセプタンス回路と、第２の伝送線路の第２の端に第１の端が接続され、第１のサセプタンス回路の第２の端に第２の端が接続された第２のサセプタンス回路と、第１のサセプタンス回路の第２の端に第１の端が接続され、グランド導体に第２の端が接続された第３のサセプタンス回路と、第１のサセプタンス回路の第１の端に接続された第１の入出力端子と、第２のサセプタンス回路の第１の端に接続された第２の入出力端子とを備え、第１のサセプタンス回路は、第１の並列共振回路であり、第２のサセプタンス回路は、第２の並列共振回路である。
本発明により、サセプタンスの数が少なく回路損失を小さくでき、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約が小さい、１周波数または２周波数対応の減結合回路を実現することが可能となる。
実施の形態１に係る減結合回路を示す図である。 電磁界シミュレーションを行った２素子アンテナの構成を示す図である。 減結合回路を適用した場合と適用しなかった場合のＳパラメータの計算結果である。 実施の形態２に係る減結合回路を示す図である。 １周波数における移相回路を示す図である。 ２周波共用移相回路の構成を示す図である。 共振回路７１～７９の構成を示す図である。 実施の形態３に係る減結合回路を示す図である。 実施の形態３に係る減結合回路のｆ２における等価回路である。 実施の形態３に係る減結合回路において直列共振回路とグランド導体を伝送線路で置き換えた場合を示す図である。 実施の形態４に係る減結合回路を示す図である。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る減結合回路を示す図である。
図２は、本実施の形態に係る減結合回路の効果を確認するために電磁界シミュレーションを行った２素子アンテナの構成を示す図である。
図３は、図２の２素子アンテナに実施の形態１に係る減結合回路を適用した場合と適用しなかった場合のＳパラメータの計算結果である。
図１において、本実施の形態に係る減結合回路には、アンテナ素子１、２と、サセプタンス（サセプタンス回路）１１～１３と、グランド導体１０１と、伝送線路３１、３２と、入出力端子５１、５２とが設けられている。
サセプタンス回路１１～１３は、サセプタンス素子で構成しても良いし、共振回路で構成してもよい。また、複数のサセプタンス素子で構成しても良い。本実施の形態では、サセプタンス１１～１３をサセプタンス素子で構成した場合について説明する。
伝送線路３１の一端（第１の端）は、アンテナ素子１に接続され、他端（第２の端）はサセプタンス１１の一端（第１の端）に接続される。
伝送線路３２の一端（第１の端）は、アンテナ素子２に接続され、他端（第２の端）はサセプタンス１２の一端（第１の端）に接続される。
サセプタンス１１の他端（第２の端）は、サセプタンス１２の他端（第２の端）と接続される。
サセプタンス１３の一端（第１の端）は、サセプタンス１１の他端（第２の端）に接続され、他端（第２の端）はグランド導体１０１に接続される。
入出力端子５１はサセプタンス１１の一端（第１の端）に接続され、入出力端子５２はサセプタンス１２の一端（第１の端）に接続される。
なお、参照面ｔ１、参照面ｔ２及び参照面ｔ３は、アンテナ側の２ポートのＳパラメータを観測する面を表している。
次に、本減結合回路の動作について説明する。
図１の参照面ｔ１、ｔ２からアンテナ素子１、２側を見たときの基準インピーダンスをＺ１とし、入出力端子５１、５２の基準インピーダンスをＺ０とする。なお、Ｚ０は通常５０Ωである。
参照面ｔ１からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の振幅をαとする。Ｚ１を

Figure 0007150201000001

として、参照面ｔ１におけるアンテナ素子１、２の反射が低減されるように、アンテナ素子１、２の形状を調整する。
アンテナ素子１、２の近傍にグランド導体１０１、金属や誘電体等がある場合には、それらの形状、配置を含めて調整する。なお、アンテナ素子１と伝送線路３１の間と、アンテナ素子２と伝送線路３２の間に、それぞれ整合回路を設置しても良い。
伝送線路３１、３２の特性インピーダンスをＺ１とする。また、伝送線路３１の長さをＬ１、伝送線路３２の長さをＬ２とする。
参照面ｔ２からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の位相が、±９０度になるように、長さＬ１、Ｌ２を決定する。
基準インピーダンスをＺ０として、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た２ポートのＳパラメータをＳｃとする。サセプタンス１１、１２の値Ｂ１を

Figure 0007150201000002

とし、サセプタンス１３の値Ｂ２を

Figure 0007150201000003

とすれば、すなわち、Ｂ２をＢ１の反数とすれば、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た時の反射｜ＳＣ１１｜、｜ＳＣ２２｜と、相互結合｜ＳＣ２１｜を低減できる。
このように、本発明の実施の形態１に係る減結合回路では、３個のサセプタンスのみで、１周波数において相互結合と反射の両方を低減することができる。また、アンテナ素子１、２への制約条件は、式（１）の基準インピーダンスでアンテナ素子１、２の反射を低減することのみであるので、非対称な２素子アンテナにも適用でき、２素子アンテナ構成への制約を小さくできる。すなわち、２素子アンテナのインピーダンスマトリクス（Ｓパラメータ）に対する制約を小さくできる。
実施の形態１に係る減結合回路の効果を確認するために、図２に示す２素子アンテナについて、電磁界シミュレーションを行った結果を示す。
図２において、λは、設計周波数ｆにおける自由空間波長である。アンテナ素子１、２は、誘電体基板６１（比誘電率７、誘電正接０．０１、厚み０．０１λ０）の上に形成したモノポール方式のアンテナであり、平面上のグランド導体１０１の上辺に近接させて配置している。
ここで、Ｚ０＝５０Ωとすると、アンテナ素子１、２の相互結合の振幅αが－５ｄＢとなり、Ｚ１が式（１）より２５Ωとなるように、２素子アンテナの寸法を調整している。
図３（ａ）に、基準インピーダンスをＺ１＝２５Ωとした時の図２のモデルのＳパラメータ計算結果を示す。なお、図２のモデルは面対称のため、アンテナ素子１の反射Ｓ１１、アンテナ素子１、２の相互結合Ｓ２１だけを示し、アンテナ素子２の反射Ｓ２２は省略している。Ｓ２２はＳ１１と等しくなる。
図３（ａ）から、ｆ０において、反射Ｓ１１は－１８．５ｄＢと低減されているが、相互結合Ｓ２１は－５．０ｄＢと高いことが確認できる。
次に、図１の減結合回路において、参照面ｔ２からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の位相が±９０度になるように、伝送線路３１の長さＬ１、伝送線路３２の長さＬ２を調整し、電気長をｆにおいてＬ１＝Ｌ２＝２０度とする。なお、伝送線路３１、３２の特性インピーダンスはＺ１＝２５Ωである。そして、サセプタンス１１、１２の値Ｂ１とサセプタンス１３の値Ｂ２を式（２）、（３）から求める。
以上のように決めた図１の減結合回路を図２の２素子アンテナに適用した場合のＳパラメータ計算結果を図３（ｂ）に示す。
図３（ｂ）のＳパラメータでは、基準インピーダンスはＺ０＝５０Ωである。図３（ｂ）から、ｆ０において、反射Ｓ１１は－１５．２ｄＢ、相互結合Ｓ２１は－３８．０ｄＢとなり、反射と相互結合の両方が低減されていることを確認できる。
なお、図２は２素子アンテナの構成例であり、本実施の形態１の減結合回路は、式（１）の基準インピーダンスでアンテナ素子１、２の反射を低減できていれば、どのような形状の２素子アンテナに対しても適用できる。
以上のように、減結合回路を、アンテナ素子１、２と、サセプタンス１１～１３と、グランド導体１０１と、伝送線路３１、３２と、入出力端子５１、５２とから構成することで、サセプタンスの数が少なく、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約が小さい、１周波数において相互結合と反射の両方を低減できる減結合回路が得られるという効果を有する。
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に係る減結合回路を２周波数に拡張した場合について述べる。
図４は、本実施の形態に係る減結合回路を示す図である。なお、図１と同符号は、同一または相当部分を示している。
図４において、本実施の形態に係る減結合回路には、アンテナ素子１、２と、２周波共用移相回路６１と、共振回路７１～７３と、グランド導体１０１と、入出力端子５１、５２とが設けられている。
本実施の形態では、サセプタンス１１～１３を共振回路７１～７３で構成した場合について示している。
なお、２周波共用移相回路６１は図１の減結合回路における伝送路３１、３２と置き換えたものである。
２周波共用移相回路６１の一端（第１の端）は、アンテナ素子１に接続される。
共振回路７２の一端（第１の端）は、アンテナ素子２に接続される。
共振回路７１の一端（第１の端）は、２周波共用移相回路６１の他端（第２の端）に接続され、他端（第２の端）は共振回路７２の他端（第２の端）に接続される。
共振回路７３の一端（第１の端）は、共振回路７１の他端（第２の端）に接続され、他端（第２の端）はグランド導体１０１に接続される。
入出力端子５１は共振回路７１の一端（第１の端）に接続され、入出力端子５２は共振回路７２の一端（第１の端）に接続される。
２周波共用移相回路６１は、２周波数において通過位相を変化させる回路である。
図５に１周波数における移相回路を示す。
図５（ａ）は、３個のサセプタンス１４、１５、１６から成るΠ型回路により構成した移相回路である。
図５（ｂ）は、３個のサセプタンス１７、１８、１９から成るＴ型回路により構成した移相回路である。
図５（ａ）、（ｂ）どちらの移相回路においても、使用しているサセプタンスの値を調整することで、通過位相を遅らせる、あるいは進ませることができる。
図６に、２周波共用移相回路６１の構成を示す。
図６（ａ）は、図５（ａ）のサセプタンス１４、１５、１６を、それぞれ共振回路７４、７５、７６に置き換えたものである。
図６（ｂ）は、図５（ｂ）のサセプタンス１７、１８、１９を、それぞれ共振回路７７、７８、７９に置き換えたものである。
このようにサセプタンスを共振回路に置き換えることで、２周波数において、通過位相を遅らせる、あるいは進ませることができる。また、２周波数において、異なる通過位相を実現できる。
図７に、共振回路７１～７９の構成を示す。
図７（ａ）は、インダクタ８１とキャパシタ８２の直列共振回路の一例である。
図７（ｂ）は、インダクタ８１とキャパシタ８２の並列共振回路の一例である。
このようにすることで、２周波数において異なるサセプタンスを実現できる。
なお、市販されているインダクタのインダクタンス値は離散的であるため、インダクタ８１のインダクタンスを、それぞれ複数のインダクタ、キャパシタにより実現しても良い。同様に、市販されているキャパシタのキャパシタンス値は離散的であるため、キャパシタ８２のキャパシタンスを、それぞれ複数のインダクタ、キャパシタにより実現しても良い。
次に、本減結合回路の動作について説明する。本実施の形態では、アンテナ素子１、２の反射、相互結合を低減する周波数をｆ１（第１の周波数）、ｆ２（第２の周波数）とする。また、ｆ２はｆ１より高い周波数とする。
図４の参照面ｔ１、ｔ２からアンテナ素子１、２側を見たときの基準インピーダンスを、ｆ１、ｆ２においてそれぞれＺ１ｌ、Ｚ１ｈとする。入出力端子５１、５２のｆ１、ｆ２における基準インピーダンスをＺ０とする。Ｚ０は通常５０Ωである。
参照面ｔ１からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の振幅をｆ１、ｆ２においてそれぞれαｌ、αｈとする。Ｚ１ｌ、Ｚ１ｈを

Figure 0007150201000004

Figure 0007150201000005

として、参照面ｔ１におけるアンテナ素子１、２の反射がｆ１、ｆ２において低減されるように、アンテナ素子１、２の形状を調整する。
アンテナ素子１、２の近傍にグランド導体１０１や金属、誘電体がある場合には、それらの形状、配置を含めて調整する。なお、アンテナ素子１と２周波共用移相回路６１の間と、アンテナ素子２と共振回路７２の間に、それぞれ整合回路を設置しても良い。
ｆ１、ｆ２における基準インピーダンスをそれぞれＺ１ｌ、Ｚ１ｈとした場合に、参照面ｔ２からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の位相が、ｆ１、ｆ２において±９０度になるように、２周波共用移相回路６１の通過位相を調整する。
基準インピーダンスをＺ０として、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た２ポートのＳパラメータをＳＣとする。
共振回路７１のｆ１、ｆ２におけるサセプタンスをそれぞれＢ１ｌ、Ｂ１ｈとする。
共振回路７２のｆ１、ｆ２におけるサセプタンスをそれぞれＢ１ｌ、Ｂ１ｈとする。
また、共振回路７３のｆ１、ｆ２におけるサセプタンスをそれぞれＢ２ｌ、Ｂ２ｈとする。
Ｂ１ｌ、Ｂ１ｈ、Ｂ２ｌ、Ｂ２ｈを、

Figure 0007150201000006

Figure 0007150201000007

Figure 0007150201000008

Figure 0007150201000009

とすれば、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た時の反射｜ＳＣ１１｜、｜ＳＣ２２｜と、相互結合｜ＳＣ２１｜を、ｆ１、ｆ２において低減できる。
このように、本実施の形態に係る減結合回路では、アンテナ素子１、２への制約条件は、式（４）、式（５）の基準インピーダンスでアンテナ素子１、２の反射を低減することのみであるので、非対称な２素子アンテナにも適用でき、２素子アンテナ構成への制約を小さくできる。
以上のように、減結合回路を、アンテナ素子１、２と、２周波共用移相回路６１と、共振回路７１～７３と、グランド導体１０１と、入出力端子５１、５２とから構成することで、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約が小さい、２周波数において相互結合と反射の両方を低減できる減結合回路が得られるという効果を有する。
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１に係る減結合回路を２周波数に拡張し、更に構成を簡易化した場合について述べる。
図８は、本実施の形態に係る減結合回路を示す図である。
図８において、本実施の形態に係る減結合回路には、整合回路９１、整合回路９２と、サセプタンス１９、サセプタンス２０とが新たに設けられている。
整合回路９１は伝送線路３１の途中に、整合回路９２は伝送線路３２の途中に挿入している。また、サセプタンス１９、２０は、サセプタンス１３と置き換えた直列共振回路である。
図９は、図８の減結合回路のｆ２における等価回路である。
また、図１０は、図８の減結合回路において、サセプタンス１９、２０から成る直列共振回路とグランド導体１０１を、伝送線路３７で置き換えた図である。
図８の減結合回路では、図１の減結合回路において、伝送線路３１を伝送線路３３、３４に分割し、伝送線路３３、３４の間に整合回路９１が設置されている。
同様に伝送線路３２を伝送線路３５、３６に分割し、伝送線路３５、３６の間に整合回路９２が設置されている。
さらに、サセプタンス１３を、サセプタンス１９、２０から成る直列共振回路に置き換えている。
次に、本減結合回路の動作について説明する。
本実施の形態では、アンテナ素子１、２の反射、相互結合を低減する周波数をｆ１（第１の周波数）、ｆ２（第２の周波数）とする。また、ｆ２はｆ１より高い周波数とする。
図８の参照面ｔ１、ｔ２からアンテナ素子１、２側を見たときの基準インピーダンスをＺ１とする。入出力端子５１、５２の基準インピーダンスをＺ０とする。Ｚ０は通常５０Ωである。
参照面ｔ１からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の振幅をｆ１においてαｌとする。基準インピーダンスＺ１は、

Figure 0007150201000010

として、参照面ｔ１におけるアンテナ素子１、２の反射がｆ１において低減され、かつ、参照面ｔ１におけるアンテナ素子１、２の相互結合がｆ２において低減されるように、アンテナ素子１、２の形状を調整する。
アンテナ素子１、２の近傍にグランド導体１０１や金属、誘電体がある場合には、それらの形状、配置を含めて調整する。
伝送線路３１、３２の特性インピーダンスをＺ１とする。また、伝送線路３１の長さをＬ１、伝送線路３２の長さをＬ２とする。
参照面ｔ２からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の位相が、ｆ１において９０度になるように、長さＬ１、Ｌ２を決定する。
基準インピーダンスをＺ０として、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た２ポートのＳパラメータをＳＣとする。サセプタンス１１、１２の値Ｂ１を

Figure 0007150201000011

とする。また、サセプタンス１９、２０から成る直列共振回路は、ｆ１においてサセプタンスが

Figure 0007150201000012

となり、ｆ２において短絡（サセプタンスが無限大）となるように、決定する。すなわち、サセプタンス１９は、インダクタＬとして、

Figure 0007150201000013

とし、サセプタンス２０は、キャパシタＣとして、

Figure 0007150201000014

とする。
以上のようにすれば、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た時の反射｜ＳＣ１１｜、｜ＳＣ２２｜と、相互結合｜ＳＣ２１｜を、ｆ１において低減できる。また、サセプタンス１９、２０から成る直列共振回路はｆ２において短絡としているので、ｆ２においては、図８の減結合回路は図９のように見なすことができる。
すなわち、サセプタンス１９、２０を削除し、サセプタンス１１の他端（第２の端）にグランド導体１０１を接続し、サセプタンス１２の他端（第２の端）にグランド導体１０１を接続したと見なすことができる。
ｆ２においては、アンテナ素子１側の回路とアンテナ素子２側の回路が接続されていないので、図９の回路は相互結合に影響を与えず、相互結合はｆ２において低減されたままとなる。
なお、図８のサセプタンス１９、２０とグランド導体１０１を、図１０に示すように、伝送線路３７に置き換えても良い。伝送線路３７は、一端（第１の端）がサセプタンス１１の他端（第２の端）に接続されており、他端（第２の端）は開放されている。
伝送線路３７の電気長をｆ２で約０．２５波長とすれば、伝送線路３７の一端（第１の端）がｆ２でグランド導体１０１に接続されていると見なすことができる。また、伝送線路３７の一端（第１の端）から伝送線路３７側を見たサセプタンスがｆ１において式（１２）となるように、伝送線路３７の特性インピーダンスを決定する。
以上のようにすれば、図１０の減結合回路は、図８の減結合回路と同じ動作を実現できる。
更に、伝送線路３１の途中に整合回路９１を挿入し、伝送線路３２の途中に整合回路９２を挿入することにより、ｆ２において反射振幅を低減させる。
整合回路９１、９２の構成は、本実施の形態３で特定するものではないが、例えば、伝送線路３１、３２に直列に設置した、インダクタとキャパシタの直列共振回路が考えられる。また、伝送線路３１、３２に並列に設置した、インダクタとキャパシタの並列共振回路が考えられる。
前者の場合は、直列共振回路は、ｆ１において短絡となるようにし、ｆ１の特性に影響を与えないようにする。
後者の場合は、ｆ１において開放となるようにし、ｆ１の特性に影響を与えないようにする。整合回路９１の数は１個に限定するものではなく、伝送線路３１の途中に複数個を設置しても良い。同様に、整合回路９２の数は１個に限定するものではなく、伝送線路３２の途中に複数個を設置しても良い。
このように、本発明の実施の形態３に係る減結合回路では、アンテナ素子１、２への制約条件は、式（１０）の基準インピーダンスでｆ１においてアンテナ素子１、２の反射を低減し、ｆ２において相互結合を低減することなので、非対称な２素子アンテナにも適用でき、２素子アンテナ構成への制約を小さくできる。
以上のように、減結合回路を、アンテナ素子１、２と、サセプタンス１１、１２、１９、２０と、グランド導体１０１と、伝送線路３３、３４、３５、３６、３７と、整合回路９１、９２と、入出力端子５１、５２とから構成することで、サセプタンスの数が少なく、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約が小さい、２周波数において相互結合と反射の両方を低減できる減結合回路が得られるという効果を有する。
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１に係る減結合回路を２周波数に拡張し、構成を簡易化した場合について述べる。
図１１は、本実施の形態に係る減結合回路を示す図である。なお、図１と同符号は、同一または相当部分を示している。
図１１において、本実施の形態に係る減結合回路には、整合回路９１、整合回路９２と、サセプタンス２１、サセプタンス２２、サセプタンス２３、サセプタンス２４とが新たに設けられている。
なお、整合回路９１は図１における伝送線路３１の途中に、整合回路９２は伝送線路３２の途中に挿入している。また、サセプタンス２１、２２は、図１におけるサセプタンス１１と置き換えた並列共振回路（第１の並列共振回路）、サセプタンス２３、２４は、図１におけるサセプタンス１２と置き換えた並列共振回路（第２の並列共振回路）である。
図１１の減結合回路では、図１の減結合回路において、伝送線路３１を伝送線路３３、３４に分割し、伝送線路３３、３４の間に整合回路９１が設置されている。また、伝送線路３２を伝送線路３５、３６に分割し、伝送線路３５、３６の間に整合回路９２が設置されている。さらに、サセプタンス１１をサセプタンス２１、２２から成る第１の並列共振回路に置き換え、サセプタンス１２をサセプタンス２３、２４から成る第２の並列共振回路に置き換えている。
次に、本減結合回路の動作について説明する。
本実施の形態では、アンテナ素子１、２の反射、相互結合を低減する周波数をｆ１（第１の周波数）、ｆ２（第２の周波数）とする。また、ｆ２はｆ１より高い周波数とする。
図８の参照面ｔ１、ｔ２からアンテナ素子１、２側を見たときの基準インピーダンスをＺ１とする。
入出力端子５１、５２の基準インピーダンスをＺ０とする。なお、Ｚ０は通常５０Ωである。
参照面ｔ１からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の振幅をｆ１においてα１とする。

Figure 0007150201000015

として、参照面ｔ１におけるアンテナ素子１、２の反射がｆ１において低減され、かつ、参照面ｔ１におけるアンテナ素子１、２の相互結合がｆ２において低減されるように、アンテナ素子１、２の形状を調整する。アンテナ素子１、２の近傍にグランド導体１０１や金属、誘電体がある場合には、それらの形状、配置を含めて調整する。
伝送線路３１、３２の特性インピーダンスをＺ１とする。また、伝送線路３１の長さをＬ１、伝送線路３２の長さをＬ２とする。
参照面ｔ２からアンテナ素子１、２側を見た時のアンテナ素子１、２の相互結合の位相が、ｆ１において９０度になるように、長さＬ１、Ｌ２を決定する。
基準インピーダンスをＺ０として、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た２ポートのＳパラメータをＳＣとする。ここで、

Figure 0007150201000016

とする。サセプタンス２１、２２から成る第１の並列共振回路は、ｆ１においてサセプタンスが（１６）式となり、ｆ２において開放となるように、決定する。
同様に、サセプタンス２３、２４から成る第２の並列共振回路も、ｆ１においてサセプタンスが（１６）式となり、ｆ２において開放となるように、決定する。
すなわち、サセプタンス２１、２３は、インダクタＬとして、

Figure 0007150201000017

とし、サセプタンス２２、２４は、キャパシタＣとして、

Figure 0007150201000018

とする。また、サセプタンス１３の値Ｂ２を

Figure 0007150201000019

とする。
以上のようにすれば、参照面ｔ３からアンテナ素子１、２側を見た時の反射｜ＳＣ１１｜、｜ＳＣ２２｜と、相互結合｜ＳＣ２１｜を、ｆ１において低減できる。また、サセプタンス２１、２２から成る第１の並列共振回路と、サセプタンス２３、２４から成る第２の並列共振回路は、ｆ２において開放としている。したがって、図１１の減結合回路は、ｆ２においては、図１１でサセプタンス１３、２１～２４が無い回路と等価となるので、相互結合はｆ２において低減されたままとなる。
更に、伝送線路３１の途中に整合回路９１を挿入し、伝送線路３２の途中に整合回路９２を挿入することにより、ｆ２において反射振幅を低減させる。整合回路９１、９２の構成は、本実施の形態３で特定するものではないが、例えば、伝送線路３１、３２に直列に設置した、インダクタとキャパシタの直列共振回路が考えられる。また、伝送線路３１、３２に並列に設置した、インダクタとキャパシタの並列共振回路が考えられる。前者の場合は、直列共振回路は、ｆ１において短絡となるようにし、ｆ１の特性に影響を与えないようにする。後者の場合は、ｆ１において開放となるようにし、ｆ１の特性に影響を与えないようにする。整合回路９１の数は１個に限定するものではなく、伝送線路３１の途中に複数個を設置しても良い。同様に、整合回路９２の数は１個に限定するものではなく、伝送線路３２の途中に複数個を設置しても良い。また、整合回路９１、９２は必ずしも必須ではなく、整合回路９１、９２が無くともｆ２において反射振幅が低い場合には整合回路９１、９２を設置しなくとも良い。
このように、本発明の実施の形態３に係る減結合回路では、アンテナ素子１、２への制約条件は、式（１５）の基準インピーダンスでｆ１においてアンテナ素子１、２の反射を低減し、ｆ２において相互結合を低減することなので、非対称な２素子アンテナにも適用でき、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約を小さくできる。
以上のように、減結合回路を、アンテナ素子１、２と、サセプタンス１３、２１～２４と、グランド導体１０１と、伝送線路３３、３４、３５、３６と、整合回路９１、９２と、入出力端子５１、５２とから構成することで、サセプタンスの数が少なく、２素子アンテナのインピーダンスマトリクスに対する制約が小さい、２周波数において相互結合と反射の両方を低減できる減結合回路が得られるという効果を有する。
なお、サセプタンス１１～２４は、それぞれ１個のインダクタもしくはキャパシタとしても良いし、複数のインダクタとキャパシタを組み合わせて実現しても良い。
１、２ アンテナ素子、１１～２４ サセプタンス、３１～３７ 伝送線路、５１、５２ 入出力端子、６１ ２周波共用移相回路、７１～７９ 共振回路、８１ インダクタ、８２ キャパシタ、９１、９２ 整合回路、１０１ グランド導体。

Claims (11)

  1. 第１のアンテナ素子と、
    第２のアンテナ素子と、
    グランド導体と、
    前記第１のアンテナ素子に第１の端が接続された第１の伝送線路と、
    前記第２のアンテナ素子に第１の端が接続された第２の伝送線路と、
    前記第１の伝送線路の第２の端に第１の端が接続された第１のサセプタンス回路と、
    前記第２の伝送線路の第２の端に第１の端が接続され、前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第２の端が接続された第２のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第３のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第１の端に接続された第１の入出力端子と、
    前記第２のサセプタンス回路の第１の端に接続された第２の入出力端子と
    を備え、
    前記第１のサセプタンス回路は、第１の並列共振回路であり、
    前記第２のサセプタンス回路は、第２の並列共振回路であ る減結合回路。
  2. 第１のアンテナ素子と、
    第２のアンテナ素子と、
    グランド導体と、
    前記第１のアンテナ素子に第１の端が接続された２周波共用移相回路と、
    前記２周波共用移相回路の第２の端に第１の端が接続された第１のサセプタンス回路と、
    前記第２のアンテナ素子に第１の端が接続され、前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第２の端が接続された第２のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第３のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第１の端に接続された第１の入出力端子と、
    前記第２のサセプタンス回路の第１の端に接続された第２の入出力端子と
    を備える減結合回路。
  3. 前記第１のサセプタンス回路は第１の共振回路であり、
    前記第２のサセプタンス回路は第２の共振回路であり、
    前記第３のサセプタンス回路は第３の共振回路である
    請求項２に記載の減結合回路。
  4. 前記２周波共用移相回路は、
    前記第１のアンテナ素子に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第４の共振回路と、
    前記第４の共振回路の第１の端に第１の端が接続された第５の共振回路と、
    前記第５の共振回路の第２の端と前記第１のサセプタンス回路の第１の端に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第６の共振回路と
    を備える請求項３に記載の減結合回路。
  5. 前記２周波共用移相回路は、
    前記第１のアンテナ素子に第１の端が接続された第７の共振回路と、
    前記第７の共振回路の第１の端に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第８の共振回路と、
    前記第８の共振回路の第１の端に第１の端が接続され、前記第１のサセプタンス回路の第１の端に第２の端が接続された第９の共振回路と
    を備える請求項３に記載の減結合回路。
  6. 第１のアンテナ素子と、
    第２のアンテナ素子と、
    グランド導体と、
    前記第１のアンテナ素子に第１の端が接続された第１の伝送線路と、
    前記第２のアンテナ素子に第１の端が接続された第２の伝送線路と、
    前記第１の伝送線路の第２の端に第１の端が接続された第１のサセプタンス回路と、
    前記第２の伝送線路の第２の端に第１の端が接続され、前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第２の端が接続された第２のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第３のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第１の端に接続された第１の入出力端子と、
    前記第２のサセプタンス回路の第１の端に接続された第２の入出力端子と
    を備え、
    前記第１の伝送線路は第３の伝送線路と第４の伝送線路を直列に接続したものであり、
    前記第２の伝送線路は第５の伝送線路と第６の伝送線路を直列に接続したものであり、
    前記第３のサセプタンス回路は、直列共振回路であり、
    前記第３の伝送線路と前記第４の伝送線路との間に挿入された第１の整合回路と、
    前記第５の伝送線路と前記第６の伝送線路との間に挿入された第２の整合回路と
    を備える減結合回路。
  7. 第１のアンテナ素子と、
    第２のアンテナ素子と、
    グランド導体と、
    前記第１のアンテナ素子に第１の端が接続された第１の伝送線路と、
    前記第２のアンテナ素子に第１の端が接続された第２の伝送線路と、
    前記第１の伝送線路の第２の端に第１の端が接続された第１のサセプタンス回路と、
    前記第２の伝送線路の第２の端に第１の端が接続され、前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第２の端が接続された第２のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第２の端に第１の端が接続され、前記グランド導体に第２の端が接続された第３のサセプタンス回路と、
    前記第１のサセプタンス回路の第１の端に接続された第１の入出力端子と、
    前記第２のサセプタンス回路の第１の端に接続された第２の入出力端子と
    を備え、
    前記第１の伝送線路は第３の伝送線路と第４の伝送線路を直列に接続したものであり、
    前記第２の伝送線路は第５の伝送線路と第６の伝送線路を直列に接続したものであり、
    前記第３のサセプタンス回路は、第１の端が、前記第１のサセプタンス回路の第２の端と接続され、第２の端が開放された第７の伝送線路であり、
    前記第３の伝送線路と前記第４の伝送線路との間に挿入された第１の整合回路と、
    前記第５の伝送線路と前記第６の伝送線路との間に挿入された第２の整合回路と
    を備える減結合回路。
  8. 第１の周波数において、前記第１のサセプタンス回路のサセプタンスと前記第２のサセプタンス回路のサセプタンスが、前記第３のサセプタンス回路のサセプタンスの反数であり、
    第２の周波数において、前記第３のサセプタンス回路が短絡となる、
    請求項６または７に記載の減結合回路。
  9. 前記第１の伝送線路は第３の伝送線路と第４の伝送線路を直列に接続したものであり、
    前記第２の伝送線路は第５の伝送線路と第６の伝送線路を直列に接続したものであり、
    前記第３の伝送線路と前記第４の伝送線路との間に挿入された第１の整合回路と、
    前記第５の伝送線路と前記第６の伝送線路との間に挿入された第２の整合回路と
    を備える請求項１に記載の減結合回路。
  10. 第１の周波数と第２の周波数において、 前記第１のサセプタンス回路のサセプタンスと前記第２のサセプタンス回路のサセプタンスが、前記第３のサセプタンス回路のサセプタンスの反数である請求項２から５のいずれか一項に記載の減結合回路。
  11. 第１の周波数において、前記第１のサセプタンス回路のサセプタンスと前記第２のサセプタンス回路のサセプタンスが、前記第３のサセプタンス回路のサセプタンスの反数であり、
    第２の周波数において、前記第１のサセプタンス回路及び前記第２のサセプタンス回路が開放となる、
    請求項１または９に記載の減結合回路。
JP2021576572A 2021-03-25 2021-03-25 減結合回路 Active JP7150201B1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/012492 WO2022201414A1 (ja) 2021-03-25 2021-03-25 減結合回路

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPWO2022201414A1 JPWO2022201414A1 (ja) 2022-09-29
JP7150201B1 true JP7150201B1 (ja) 2022-10-07
JPWO2022201414A5 JPWO2022201414A5 (ja) 2023-02-20

Family

ID=83395450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021576572A Active JP7150201B1 (ja) 2021-03-25 2021-03-25 減結合回路

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230411846A1 (ja)
JP (1) JP7150201B1 (ja)
CN (1) CN117044038A (ja)
GB (1) GB2620040B (ja)
WO (1) WO2022201414A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014089530A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 Microsoft Corporation Reconfigurable multiband antenna decoupling networks
JP2017504274A (ja) * 2014-01-24 2017-02-02 ゼットティーイー コーポレーションＺｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ アンテナユニット及び端末
WO2020178897A1 (ja) * 2019-03-01 2020-09-10 三菱電機株式会社 アンテナ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014089530A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 Microsoft Corporation Reconfigurable multiband antenna decoupling networks
JP2017504274A (ja) * 2014-01-24 2017-02-02 ゼットティーイー コーポレーションＺｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ アンテナユニット及び端末
WO2020178897A1 (ja) * 2019-03-01 2020-09-10 三菱電機株式会社 アンテナ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LINSHENG LI, SATHYA VENKATASUBRAMANIAN, ANU LEHTOVUORI, CLEMENS ICHELN, MIKKO HEINO, KATSUYUKI HANED: "T-SHAPED DECOUPLING NETWORK FOR WIDEBAND ISOLATION IMPROVEMENT BETWEEN TWO STRONGLY COUPLED ANTENNAS", 2015 LOUGHBOROUGH ANTENNAS & PROPAGATION CONFERENCE (LAPC), JPN6021019756, 2015, GB, ISSN: 0004749342 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022201414A1 (ja) 2022-09-29
GB2620040A (en) 2023-12-27
GB2620040B (en) 2024-08-21
JPWO2022201414A1 (ja) 2022-09-29
CN117044038A (zh) 2023-11-10
US20230411846A1 (en) 2023-12-21
GB202314336D0 (en) 2023-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4437167B2 (ja) アンテナ装置及び無線通信装置
EP2610964B1 (en) Multi-antenna device and communication apparatus
US7701407B2 (en) Wide-band slot antenna apparatus with stop band
US7710338B2 (en) Slot antenna apparatus eliminating unstable radiation due to grounding structure
CN108039590B (zh) 双频双馈入天线结构
CN112997359A (zh) 一种天线阵列电磁去耦的方法及结构
US9407014B2 (en) Antenna device
JP6197793B2 (ja) アンテナ装置
JP4904196B2 (ja) 不平衡給電広帯域スロットアンテナ
US10284165B2 (en) Variable phase shifter, variable phase shift circuit, RF front-end circuit, and communication apparatus
CN109167144B (zh) 一种共轭匹配耦合抑制网络的微带电路实现方法
KR20080062587A (ko) 이중대역-ｃｒｌｈ 전송 선로를 이용한 전력 분배기 및전력 합성기
JPWO2008084801A1 (ja) 広帯域スロットアンテナ
WO2015052838A1 (ja) 減結合回路
CN104953216B (zh) 功率处理电路及多路放大电路
JP7150201B1 (ja) 減結合回路
JP7026869B2 (ja) 減結合回路
JP5694953B2 (ja) アンテナ装置及び無線通信装置
CN113270728B (zh) 一种用于多天线系统的可调谐去耦网络
WO2012004930A1 (ja) アンテナ装置及び無線通信装置
EP1936738A1 (en) A microstrip patch antenna
TWI836864B (zh) 複合式多天線裝置
KR20230171047A (ko) 전력 분배기/결합기
Zhurbenko et al. Impedance transformers
Li A parasitic decoupling technique for two antennas

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211223

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211223

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20211223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220412

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220608

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220830

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220927

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7150201

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150