JP7236673B2

JP7236673B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP7236673B2
Application number: JP2019061474A
Authority: JP
Inventors: 敏浩奥田; 晃一津村; 雄貴飯田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP2020162056A

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

従来、無線システムにおいて通信速度を向上させる技術の一つとして、複数のアンテナを用いて通信を行うＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）の技術が知られている。

例えば、特許文献１には、矩形の基板と、基板の１つの短辺に配置された２つの逆Ｆアンテナと、基板の両長辺にそれぞれ配置された２つのスリット型モノポールアンテナを備えたＭＩＭＯアンテナ装置が開示されている。

特開２０１０－１３０１１５号公報

しかしながら、特許文献１に示されるアンテナ装置では、同一の基板のグラウンド面に複数のアンテナが配置されるため、アンテナ間の相互結合によりアンテナ効率が低下し、相関係数を小さくできない可能性がある。

これを防止するため、例えば、基板を大きくすることが考えられるが、この場合はアンテナ装置が大きくなり、装置の小型化が困難となる。

本開示は、小型化を実現しつつ、アンテナ性能を高めることが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るアンテナ装置は、少なくとも１以上の平板状のエレメントを有する第１のアンテナと、少なくとも１以上の平板状のエレメントを有する第２のアンテナと、第１のアンテナが第１の給電点を介して接続され、かつ、第２のアンテナが第２の給電点を介して接続される地板と、を備え、第１のアンテナを構成するエレメントの平板面に対する第２のアンテナを構成するエレメントの平板面のなす角度は略直角であり、前記第１の給電点は、前記地板の第１の長辺に設けられ、前記第２の給電点は、前記地板の第２の長辺の角部または角部近傍に設けられ、前記第１の長辺における前記第１の給電点の位置は、前記第２の長辺における前記第２の給電点の位置よりも前記第１の長辺の中央側に設けられる。

本開示によれば、小型化を実現しつつ、アンテナ性能を高めることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

左右対称な構成を有するアンテナ装置の構成の一例を示す図左右対称ではない本実施の形態にかかるアンテナ装置の構成の一例を示す図本実施の形態にかかるアンテナ装置の平面図２つのアンテナ装置におけるアンテナ間の相関係数と電波の周波数との間の関係を示す図２つのアンテナ装置における第１のアンテナのアンテナ効率と電波の周波数との間の関係を示す図２つのアンテナ装置における第２のアンテナのアンテナ効率と電波の周波数との間の関係を示す図

以下に、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。

図１Ａは、左右対称な構成を有するアンテナ装置１の構成の一例を示す図、図１Ｂは、左右対称ではない本実施の形態にかかるアンテナ装置１０の構成の一例を示す図である。また、図２は、本実施の形態にかかるアンテナ装置１０の平面図である。

図１Ａに示すアンテナ装置１は、第１のアンテナ２、第２のアンテナ３、および、地板４を備える。

地板４は、略矩形状の形状を有しており、第１の長辺６ａ、第２の長辺６ｂ、第１の短辺７ａ、および、第２の短辺７ｂで囲まれている。

そして、第１のアンテナ２は、地板４の第１の長辺６ａの側に、第２のアンテナ３は、地板４の第２の長辺６ｂの側に設けられている。

また、第１のアンテナ２は、第１のエレメント２ａと第２のエレメント２ｂとを備える。第１のエレメント２ａは、第１の長辺６ａの第１の短辺７ａの側に設けられ、第２のエレメント２ｂは、第１の長辺６ａの第２の短辺７ｂの側に設けられる。

第１のエレメント２ａおよび第２のエレメント２ｂは、平板状のアンテナエレメントである。第１のエレメント２ａは、第１の短辺７ａの側にある端部が折れ曲がり、Ｌ字状となっている。また、第１のエレメント２ａと第２のエレメント２ｂとは同一平面上に配置されている。

また、第１のエレメント２ａと第２のエレメント２ｂとは、蛇行する導体部分を含む第１の接続部材４ａを介して接続されている。この導体部分は、第１のエレメント２ａと第２のエレメント２ｂとが位置する同一平面内で蛇行している。

そして、第１のアンテナ２に対する第１の給電点５ａは、第１の長辺６ａにおいて第１のエレメント２ａ、および、第２のエレメント２ｂとの間の位置に設けられている。

また、第２のアンテナ３は、第３のエレメント３ａと第４のエレメント３ｂとを備える。第３のエレメント３ａは、第２の長辺６ｂの第１の短辺７ａの側に設けられ、第４のエレメント３ｂは、第２の長辺６ｂの第２の短辺７ｂの側に設けられる。

第３のエレメント３ａおよび第４のエレメント３ｂは、平板状のアンテナエレメントである。第３のエレメント３ａは、第１の短辺７ａの側にある端部が折れ曲がり、Ｌ字状となっている。また、第３のエレメント３ａと第４のエレメント３ｂとは同一平面上に配置されている。

また、第３のエレメント３ａと第４のエレメント３ｂとは、蛇行する導体部分を含む第２の接続部材４ｂを介して接続されている。この導体部分は、第３のエレメント３ａと第４のエレメント３ｂとが位置する同一平面内で蛇行している。

そして、第２のアンテナ３に対する第２の給電点５ｂは、第２の長辺６ｂにおいて第３のエレメント３ａ、および、第４のエレメント３ｂとの間の位置に設けられている。

このアンテナ装置１は、地板４の中心線に関して左右対称となっている。

一方、図１Ｂおよび図２に示すアンテナ装置１０は、第１のアンテナ１１、第２のアンテナ１２、および、地板１３を備える。なお、図２では、地板１３の形状がわかるように、第２のアンテナ１２により隠れている部分が点線で示されている。

図１Ｂに示すアンテナ装置１０は、第１のアンテナ１１、第２のアンテナ１２、および、地板１３を備える。

地板１３は、略矩形状の形状を有しており、第１の長辺１６ａ、第２の長辺１６ｂ、第１の短辺１７ａ、および、第２の短辺１７ｂで囲まれている。

そして、第１のアンテナ１１は、地板１３の第１の長辺１６ａの側に、第２のアンテナ１２は、地板１３の第２の長辺１６ｂと第２の短辺１７ｂの側に設けられている。

また、第１のアンテナ１１は、第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとを備える。第１のエレメント１１ａは、第１の長辺１６ａの第１の短辺１７ａの側に設けられ、第２のエレメント１１ｂは、第１の長辺１６ａの第２の短辺１７ｂの側に設けられる。

第１のエレメント１１ａおよび第２のエレメント１１ｂは、平板状のアンテナエレメントである。第１のエレメント１１ａは、第１の短辺１７ａの側にある端部が折れ曲がり、Ｌ字状となっている。また、第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとは同一平面上に配置されている。

また、第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとは、蛇行する導体部分を含む第１の接続部材１４ａを介して接続されている。この導体部分は、第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとが位置する同一平面内で蛇行している。

そして、第１のアンテナ１１に対する第１の給電点１５ａは、第１の長辺１６ａにおいて第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとの間の位置に設けられている。

また、第２のアンテナ１２は、第３のエレメント１２ａと第４のエレメント１２ｂとを備える。第３のエレメント１２ａは、第２の長辺１６ｂの第２の短辺１７ｂの側に設けられ、第４のエレメント１２ｂは、第２の短辺１７ｂの側に設けられる。

第３のエレメント１２ａは、平板状のアンテナエレメントである。第３のエレメント１２ａは、第１のアンテナ１１の第１のエレメント１１ａ、および、第２のエレメント１１ｂの平板面と第３のエレメント１２ａの平板面との間のなす角度が直角になるように配置されている。

なお、必ずしも厳密に直角に配置されていなければ本発明の作用効果が得られないというものではなく、一定の誤差は許容され得ることは言うまでもない。すなわち、第１のエレメント１１ａ、および、第２のエレメント１１ｂの平板面と第３のエレメント１２ａの平板面との間のなす角度は略直角に設けられていればよい。

第４のエレメント１２ｂも、平板状のアンテナエレメントである。第４のエレメント１２ｂは、第１のアンテナ１１の第１のエレメント１１ａ、および、第２のエレメント１１ｂの平板面と第４のエレメント１２ｂの平板面との間のなす角度が直角になるように配置されている。

すなわち、第１のエレメント１１ａ、および、第２のエレメント１１ｂの平板面と第４のエレメント１２ｂの平板面との間のなす角度も厳密に直角に配置されている必要はなく、略直角に設けられていればよい。なお、以下で用いられる直角という表現についても同様である。

図１Ｂの例では、第３のエレメント１２ａは、第３のエレメント１２ａの平板面が地板１３と平行となっており、第４のエレメント１２ｂは、第１のエレメント１１ａ、第２のエレメント１１ｂ、地板１３、および、第３のエレメント１２ａの平板面と直角になるよう配置されている。

また、第３のエレメント１２ａと第４のエレメント１２ｂとは、蛇行する導体部分を含む第２の接続部材１４ｂを介して接続されている。この導体部分は、第１のエレメント１１ａおよび第２のエレメント１１ｂと平行で、第３のエレメント１２ａおよび第４のエレメント１２ｂと直交する平面内で蛇行している。

なお、これは、アンテナ装置の構成の一例であって、例えば、第１のアンテナ１１における第２のエレメント１１ｂを備えていない構成や第２のアンテナ１２における第４のエレメント１２ｂを備えていない構成であってもよい。

そして、第２のアンテナ１２に対する第２の給電点１５ｂは、地板１３の第２の長辺１６ｂにおいて第３のエレメント１２ａと第４のエレメント１２ｂとの間の位置に設けられている。

このアンテナ装置１０は、地板１３の中心線に関して左右対称となっていない。

一般的にアンテナ装置を大型化させることができればアンテナ性能を向上させることは容易だが、アンテナ装置１０をこのような構成とすることにより、図１Ａに示したアンテナ装置１と比べて、アンテナ装置１のサイズを維持したまま、アンテナ性能の性能を高めることが可能となる。以下に、本実施形態にかかるアンテナ装置１０のアンテナ性能について説明する。

図３は、２つのアンテナ装置１，１０におけるアンテナ間の相関係数と電波の周波数との間の関係を示す図である。図４は、２つのアンテナ装置１，１０における第１のアンテナのアンテナ効率と電波の周波数との間の関係を示す図である。図５は、２つのアンテナ装置１，１０における第２のアンテナのアンテナ効率と電波の周波数との間の関係を示す図である。

図３～図５において、記号Ａは、図１Ａに示したアンテナ装置１のシミュレーション結果を示しており、記号Ｂは、図１Ｂに示したアンテナ装置１０のシミュレーション結果を示している。

図３に示すように、７８８～８８０ＭＨｚの帯域では、アンテナ装置１の相関係数よりもアンテナ装置１０の相関係数が小さくなる。

また、図４に示すように、７８８～８８０ＭＨｚの帯域では、アンテナ装置１０の方がアンテナ装置１よりも第１のアンテナ２，１１のアンテナ効率はよくなるか、おおよそ同等となる。

さらに、図５に示すように、７８８～８８０ＭＨｚの帯域では、高い周波数領域においてアンテナ装置１０よりもアンテナ装置１の方が、第２のアンテナ３，１２のアンテナ効率がよくなるものの、低い周波数領域においてはアンテナ装置１０の方がアンテナ装置１よりも第２のアンテナ１２のアンテナ効率がよくなる。

このように、全体としてみれば、アンテナ装置１０の方がアンテナ装置１よりもアンテナ性能が高まっているといえる。

図１Ｂに示したアンテナ装置１０の性能が改善される理由は、第１のアンテナ１１の平板面に対する第２のアンテナ１２の平板面のなす角度が直角であることにより、アンテナ装置１０の電流分布および放射パターンの対称性が、図１Ａに示したような左右対称な構成を有するアンテナ装置１の電流分布および放射パターンの対称性よりも崩れるためである。

アンテナ装置１０をこのような構成とすることにより、図１Ａに示したアンテナ装置１よりも大きさが大きくなることを防ぎつつ、アンテナ性能を高めることができる。

なお、図２に示すように、地板１３が第２の長辺１６ｂが伸びる方向に凸部を備えており、第２の給電点１５ｂがその凸部に設けられることとしてもよい。これによりアンテナ性能をさらに向上させることができる。

また、図２に示した平面図おいて、地板１３と接続されている第３のエレメント１２ａの端部と反対側の端部は、地板１３が存在する領域と重なる位置にないように配置されている。

この端部が地板１３の存在する領域と重なると、地板１３に第３のエレメント１２ａに流れる電流と逆相の電流が生じ、アンテナ性能の向上を妨げることになる。

そのため、図２に示すように、第３のエレメント１２ａは、地板１３と接続されている端部と反対側の他方の端部が地板１３の存在する領域と重なる位置にないように設けるようにしてもよい。これにより、アンテナ性能をさらに向上させることができる。

さらに、図２に示すように、第２の給電点１５ｂは、地板１３の第２の長辺１６ｂの角部に設けられ、第１の長辺１６ａにおける第１の給電点１５ａの位置は、第２の長辺１６ｂにおける第２の給電点１５ｂの位置よりも第１の長辺１６ａの中央側に設けられることとしてもよい。

なお、第２の給電点１５ｂが設けられる位置は、必ずしも厳密に角部に配置されていなければ本発明の作用効果が得られないというものではなく、一定の誤差が許容されることは言うまでもない。すなわち、第２の給電点１５ｂは、地板１３の第２の長辺１６ｂの角部近傍に設けられていればよい。

ここで、例えば、第１の給電点１５ａと第２の給電点１５ｂとを地板１３の略対角上に配置した場合のシミュレーション結果において、第１のアンテナ１１のアンテナ効率が劣化することが判明している。この結果から、第１の給電点１５ａと第２の給電点１５ｂとを、その間の距離が所定の範囲内の位置関係となるように配置した場合に著しく性能が向上するといえる。

より具体的には、第１のアンテナ１１、および、第２のアンテナ１２が放射する周波数が７００ＭＨｚから９００ＭＨｚの電波の波長をλとしたとき、第１の給電点１５ａと第２の給電点１５ｂとの間の距離Ｄは、０．０７λ以上０．０９λ以下であることとしてもよい。

また、第１のアンテナ１１、および、第２のアンテナ１２が放射する周波数が７００ＭＨｚから９００ＭＨｚの電波の波長をλとしたとき、距離Ｄは、地板１３の矩形状の部分の長さＬの略０．４倍としてもよい。

また、第１のアンテナ１１、および、第２のアンテナ１２が放射する周波数が７００ＭＨｚから９００ＭＨｚの電波の波長をλとしたとき、距離Ｄは、地板１３の矩形状の部分の幅Ｗの略１．５倍としてもよい。

また、第１のアンテナ１１、および、第２のアンテナ１２が放射する周波数が７００ＭＨｚから９００ＭＨｚの電波の波長をλとしたとき、距離Ｄは、第２の短辺１７ｂから第１の給電点１５ａまでの距離Ｘの略２倍としてもよい。

これらのいずれかの構成を採用することにより、さらにアンテナ性能を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、アンテナ装置１０の第１のエレメント１１ａがＬ字状に折れ曲がっていることとしたが、第１のエレメント１１ａは折れ曲がりのない平板であってもよい。

また、第１のアンテナ１１は、第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとを備え、第２のアンテナ１２は、第３のエレメント１２ａと第４のエレメント１２ｂとを備えることとしたが、第２のエレメント１１ｂおよび第４のエレメント１２ｂはなくてもよい。

さらに、第１のエレメント１１ａと第２のエレメント１１ｂとは、蛇行する導体部分を含む第１の接続部材１４ａを介して接続されていることとしたが、蛇行する導体部分を含まなくともよい。

同様に、第３のエレメント１２ａと第４のエレメント１２ｂとは、蛇行する導体部分を含む第２の接続部材１４ｂを介して接続されていることとしたが、蛇行する導体部分を含まなくともよい。

また、第３のエレメント１２ａと第４のエレメント１２ｂとは、蛇行する導体部分を含む第２の接続部材１４ｂを介して接続されており、この導体部分が、第１のエレメント１１ａおよび第２のエレメント１１ｂと平行で、第３のエレメント１２ａおよび第４のエレメント１２ｂと直交する平面内で蛇行していることとしたが、第４のエレメント１２ｂと平行で、第１のエレメント１１ａ、第２のエレメント１１ｂ、および、第３のエレメント１２ａと直交する平面内で蛇行することとしてもよい。

本開示に係るアンテナ装置は、複数のアンテナを用いて通信を行うアンテナ装置に適用するのに好適である。

１，１０アンテナ装置
２，１１第１のアンテナ
２ａ，１１ａ第１のエレメント
２ｂ，１１ｂ第２のエレメント
３，１２第２のアンテナ
３ａ，１２ａ第３のエレメント
３ｂ，１２ｂ第４のエレメント
４，１３地板
５ａ，１５ａ第１の給電点
５ｂ，１５ｂ第２の給電点
６ａ，１６ａ第１の長辺
６ｂ，１６ｂ第２の長辺
７ａ，１７ａ第１の短辺
７ｂ，１７ｂ第２の短辺

Claims

少なくとも１以上の平板状のエレメントを有する第１のアンテナと、
少なくとも１以上の平板状のエレメントを有する第２のアンテナと、
前記第１のアンテナが第１の給電点を介して接続され、かつ、前記第２のアンテナが第２の給電点を介して接続される地板と、を備え、
前記第１のアンテナを構成するエレメントの平板面に対する前記第２のアンテナを構成するエレメントの平板面のなす角度は略直角であり、
前記第１の給電点は、前記地板の第１の長辺に設けられ、前記第２の給電点は、前記地板の第２の長辺の角部または角部近傍に設けられ、前記第１の長辺における前記第１の給電点の位置は、前記第２の長辺における前記第２の給電点の位置よりも前記第１の長辺の中央側に設けられることを特徴とするアンテナ装置。
前記第１のアンテナは、平板状の第１のエレメントと平板状の第２のエレメントとを備え、前記第２のアンテナは、平板状の第３のエレメントと平板状の第４のエレメントとを備え、前記第１のエレメントの平板面に対する前記第３のエレメントの平板面、および、前記第４のエレメントの平板面のなす角度は略直角であり、かつ、前記第２のエレメントの平板面に対する前記第３のエレメントの平板面、および、前記第４のエレメントの平板面のなす角度は略直角であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第３のエレメントは一方の端部において前記地板と接続され、前記第３のエレメントの他方の端部は、前記地板の存在する領域と重なる位置にないことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
前記地板は略矩形形状を有し、前記第１のアンテナに対する第１の給電点は、前記地板の第１の長辺において前記第１のエレメント、および、前記第２のエレメントとの間の位置に設けられ、前記第２のアンテナに対する第２の給電点は、前記地板の第２の長辺において前記第３のエレメント、および、前記第４のエレメントとの間の位置に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ装置。
前記地板は、前記第２の長辺が伸びる方向に凸部を備え、前記第２の給電点は、前記凸部に設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１の給電点と前記第２の給電点との間の距離は、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナが放射する電波の波長をλとしたとき、０．０７λ以上０．０９λ以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。