JPWO2012104941A1 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置は、それぞれ周を有する導体板にてなるアンテナ素子（Ａ１，Ａ２）を備える。各アンテナ素子（Ａ１，Ａ２）は、アンテナ装置の第１の位置（Ｐａ）と第２の位置（Ｐｂ）とを通る基準軸に沿って、第１の位置（Ｐａ）と第２の位置（Ｐｂ）との間の区間に近接するように設けられる。各アンテナ素子（Ａ１，Ａ２）は、当該アンテナ素子の周に沿って、基準軸に近接しかつ他のアンテナ素子に電磁的に結合した第１の部分と、基準軸から遠隔した第２の部分とを有する。各アンテナ素子（Ａ１，Ａ２）の第１の部分は、第１の位置の近傍において互いに最も近接し、第１の位置から第２の位置への方向に向かうにつれて各アンテナ素子（Ａ１，Ａ２）間の距離が次第に増大する形状を有する。アンテナ装置は、第１の位置（Ｐａ）の近傍において各アンテナ素子（Ａ１，Ａ２）にそれぞれ設けられた給電点（Ｐ１，Ｐ２）を備える。

Description

本発明は、主として携帯電話機などの移動体通信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ものである。

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、所定の周波数帯において電磁結合を低減し、高速無線通信が可能なアレーアンテナ装置や広い動作帯域幅を有する広帯域アンテナ装置が提案されている。

特許文献１は、複数のアンテナ素子と、それらを電気的に接続する連結素子を備えたマルチモードアンテナ装置を開示している。このマルチモードアンテナ装置は、アンテナ素子を流れる電流と、連結素子をバイパスして流れる電流により、上記複数のアンテナ素子間の電磁結合を特定周波数において低減することができ、複数の狭帯域無線信号を同時に送受信することができる。

特許文献２は、一端が放射開口部となるように放射導体の素子間距離が漸次拡大するテーパースロットアンテナを開示している。このテーパースロットアンテナは、広帯域にわたって放射導体が電磁結合するので、単一の広帯域信号を送受信することができる。

特許文献３は、テーパースロットアンテナを複数配置したことにより複数の広帯域無線信号を同時に送受信することができるアレーアンテナ装置を開示している。

米国特許出願公開２００８／０２５８９９１号明細書 特開２００９−００５０８６号明細書 米国特許第６５５２６９１号

Ｂｌａｎｃｈ， Ｓ． ； Ｒｏｍｅｕ， Ｊ． ； Ｃｏｒｂｅｌｌａ， Ｉ．， "Ｅｘａｃｔ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｉｎｐｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ" Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌｕｍｅ ３９， Ｉｓｓｕｅ ９， ｐｐ．７０５−７０７， Ｍａｙ ２００３

近年、携帯電話機によるデータ伝送の高速化のニーズが高まり、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サブストリーム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）アンテナ装置の採用が決定している。ＭＩＭＯアンテナ装置は、送信機側と受信機側で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することで伝送速度の高速化を可能にする。ＭＩＭＯアンテナ装置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、小型な携帯電話機内にアンテナが近接して実装され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する。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、複数のアンテナを近接配置した状態で低結合なアレーアンテナが必要となる。また、ＭＩＭＯアンテナ装置は、空間分割多重を実現するために、放射パターン又は偏波特性などを相違させることにより、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必要がある。さらに、通信の高速化のためアンテナの広帯域化技術が求められている。

特許文献１のアンテナ装置は、電磁結合の低減はできるが、アンテナ素子が線状構造であるので動作可能な周波数帯域が狭いという課題を有する。

特許文献２のアンテナ装置は、広帯域無線信号の送受信はできるが、給電点は１箇所であるので複数の広帯域無線信号の送受信を同時に実行することができないという課題を有する。

このため、特許文献３のように広帯域アンテナを複数配置するアレーアンテナ構成が考えられるが、設置面積が増大するので、携帯電話機などの小型の無線端末には不向きである。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、小型かつ簡単な構成でありながら、アンテナ素子間でアイソレーションを確保し、複数の広帯域無線信号を同時に送受信できるアンテナ装置を提供し、また、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。

本発明の第１の態様に係るアンテナ装置は、
それぞれ周を有する導体板にてなる少なくとも２つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、
上記各アンテナ素子は、上記アンテナ装置の第１の位置と第２の位置とを通る基準軸に沿って、上記第１の位置と上記第２の位置との間の区間に近接するように設けられ、
上記各アンテナ素子は、当該アンテナ素子の周に沿って、上記基準軸に近接しかつ他のアンテナ素子に電磁的に結合した第１の部分と、上記基準軸から遠隔した第２の部分とを有し、
上記各アンテナ素子の上記第１の部分は、上記第１の位置の近傍において互いに最も近接し、上記第１の位置から上記第２の位置への方向に向かうにつれて上記各アンテナ素子間の距離が次第に増大する形状を有し、
上記アンテナ装置は、上記第１の位置の近傍において上記各アンテナ素子にそれぞれ設けられた給電点を備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各給電点はそれぞれ上記基準軸に近接して設けられたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各給電点はそれぞれ上記基準軸から所定距離を有して設けられたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各アンテナ素子はそれぞれ、上記各給電点を介して励振することにより異なる無線信号を同時に送信又は受信することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各アンテナ素子は、上記基準軸に対して対称な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、上記各アンテナ素子は、上記基準軸に対して非対称な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、上記各アンテナ素子は、上記第１の部分においてスリットを有することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各アンテナ素子において、上記スリットは上記給電点に向かって延在する部分を有することを特徴とする。

上記アンテナ装置は、２つのアンテナ素子と、導体板にてなる接地導体とを備え、
上記２つのアンテナ素子は上記接地導体と同一平面内に設けられたことを特徴とする。

上記アンテナ装置は、
導体板にてなる接地導体と、
上記接地導体上に重なるように、上記接地導体から所定距離だけ離隔して平行に設けられた２つのアンテナ素子と、
上記２つのアンテナ素子を上記接地導体にそれぞれ接続する短絡導体とを備え、板状逆Ｆ型アンテナ装置として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、上記各アンテナ素子はダイポールアンテナであることを特徴とする。

上記アンテナ装置は導体板にてなる接地導体を備え、
上記各アンテナ素子は上記接地導体上に垂直に設けられたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各アンテナ素子は、少なくとも１カ所で折り曲げられていることを特徴とする。

上記アンテナ装置は、上記各アンテナ素子の上記第１の部分において上記各アンテナ素子を互いに接続するように設けられ、第１の周波数帯で上記各アンテナ素子間の電磁結合を調整する電磁結合調整素子をさらに備え、
上記電磁結合調整素子は、上記各アンテナ素子のうちの任意の一対の第１及び第２のアンテナ素子の間において、上記第１の周波数帯で上記第１のアンテナ素子の給電点に給電したときに上記第１及び第２のアンテナ素子間の電磁結合により上記第２のアンテナ素子に流れる電流を実質的に相殺する電流を流れさせる電流経路を形成することを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記電磁結合調整素子は、所定のサセプタンス値を有する複数の回路素子を含む低結合回路であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記電磁結合調整素子は複数の振幅調整器及び複数の移相器を含むことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記電磁結合調整素子は導電性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、上記導電性素子は、上記各アンテナ素子と一体的に形成されたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記電磁結合調整素子は、フィルタを含むことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記各アンテナ素子の上記第１の部分において上記各アンテナ素子を互いに接続するように設けられ、上記第１の周波数帯とは異なる周波数帯で上記各アンテナ素子間の電磁結合を調整する少なくとも１つの追加の電磁結合調整素子を備えたことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る無線通信装置によれば、第１の態様に係るアンテナ装置を備えたことを特徴とする。

本発明のアンテナ装置及び無線通信装置によれば、小型かつ簡単な構成でありながら、アンテナ素子間のアイソレーションを広帯域で確保することができる。さらに、アンテナ素子間の相関係数を低減し、互いに低相関である複数の広帯域無線信号を同時に送受信できる。

さらに、本発明のアンテナ装置及び無線通信装置によれば、テーパー形状のアンテナ素子とアンテナ素子間に設けられた電磁結合調整素子により電磁結合を低減し、アンテナ素子間のアイソレーションをさらに向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図１のアンテナ装置の電流経路を示す図である。 比較例に係るアンテナ装置の概略構成及び電流経路を示す図である。 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装置の概略構成及び電流経路を示す図である。 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装置の概略構成及び電流経路を示す図である。 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の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図１のアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を概略的に示すグラフである。 図１１のアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を概略的に示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の第１３の変形例に係るアンテナ装置の概略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装置の概略構成を示す図である。 図１９のアンテナ装置の電流経路を示す図である。 図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第１の実施例を等価的に示す回路図である。 図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第２の実施例を等価的に示す回路図である。 図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第３の実施例を等価的に示す回路図である。 図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第４の実施例を等価的に示す回路図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第４の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第５の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第６の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第７の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第８の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第９の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第１０の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図３４の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の第１の実施例を示す回路図である。 図３４の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の第２の実施例を示すグラフである。 図３４の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の第３の実施例を示すグラフである。 図３４の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の第４の実施例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の第１１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の第１２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 第１の比較例に係るアンテナ装置の概略構成を示す展開図である。 図４１のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図４１のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。 本発明の第１の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図４４のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図４４のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。 本発明の第２の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図４７のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図４７のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。 図４１、図４４、及び図４７のアンテナ装置の放射効率を示す表である。 本発明の第３の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図５１の電磁結合調整素子Ｄ１を等価的に示す回路図である。 図５１のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。 第２の比較例のアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図５４の電磁結合調整素子Ｄ１を等価的に示す回路図である。 図５４のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１１１，Ａ１１２間の電磁結合を示すグラフである。 図５１及び図５４のアンテナ装置の放射効率を示すグラフである。 図５１及び図５４のアンテナ装置の相関係数を示すグラフである。 本発明の第４の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。 図５９のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ５１を示すグラフである。

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の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施形態のアンテナ装置は、導体板にてなる接地導体Ｇ１と、それぞれ導体板にてなる２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２とを備えている。接地導体Ｇ１とアンテナ素子Ａ１，Ａ２は、例えば同一平面内に設けられる。各アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、アンテナ装置の第１の基準点Ｐａと第２の基準点Ｐｂとを通る仮想的な基準軸（図１において垂直な点線で示す）に沿って、第１の基準点Ｐａと第２の基準点Ｐｂとの間の区間に近接するように設けられる。アンテナ素子Ａ１，Ａ２のそれぞれは、当該アンテナ素子の周に沿って、基準軸に近接しかつ他方のアンテナ素子に電磁的に結合した第１の部分と、基準軸から遠隔した第２の部分とを有する。各アンテナ素子Ａ１，Ａ２の第１の部分は、第１の基準点Ｐａの近傍において互いに最も近接し、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向に向かうにつれてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が次第に増大する形状（テーパー形状）を有する。さらに、アンテナ装置は、第１の基準点Ｐａの近傍において各アンテナ素子Ａ１，Ａ２にそれぞれ設けられた給電点Ｐ１，Ｐ２を備える。給電点Ｐ１，Ｐ２は、好ましくは、それぞれ基準軸に近接して設けられる。接地導体Ｇ１とアンテナ素子Ａ１，Ａ２とが対向した部分において、給電点Ｐ１，Ｐ２を含む給電部が設けられる。給電部において、アンテナ素子Ａ１上の給電点Ｐ１と接地導体Ｇ１上の接地点Ｐ３とに第１の信号源Ｑ１が接続され、アンテナ素子Ａ２上の給電点Ｐ２と接地導体Ｇ１上の接地点Ｐ４とに第２の信号源Ｑ２が接続される。各アンテナ素子Ａ１，Ａ２はそれぞれ、各給電点Ｐ１，Ｐ２を介して励振することにより異なる無線信号（例えば、ＭＩＭＯ通信の複数のサブストリームの無線信号）を同時に送信（又は受信）することができる。

本実施形態のアンテナ装置によれば、アンテナ素子Ａ１，Ａ２が互いに近接していても、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間のアイソレーションを確保しながら動作することができる。アンテナ装置の放射方向は、例えば、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の互いに最も近接した部分からテーパーの開口に向かう方向（すなわち、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向）になる。

図２は、図１のアンテナ装置の電流経路を示す図である。アンテナ素子Ａ１，Ａ２の第１の部分（基準線に近接した部分）において、アンテナ素子Ａ１の給電点Ｐ１からアンテナ素子Ａ１の放射方向側の端点Ｐ５までの長さは、例えば、動作波長λについて約λ／４の長さに構成され、同様に、アンテナ素子Ａ２の給電点Ｐ２からアンテナ素子Ａ２の放射方向側の端点Ｐ６までの長さもまた、例えば、約λ／４の長さに構成される。図２の電流経路は、信号源Ｑ１のみを動作させ、信号源Ｑ２を動作させない（従って、図２では信号源Ｑ２を負荷として示す）場合を示す。給電点Ｐ１を介してアンテナ素子Ａ１を電圧Ｖ１で励振させると、アンテナ素子Ａ１の第１の部分（基準線に近接した部分）に電流Ｉ１が流れ、アンテナ素子Ａ１の第２の部分（基準線から遠隔した部分）に電流Ｉ３が流れる。その際、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間に電磁結合が生じ、給電点Ｐ２に逆起電力Ｖ２が生じる。そのため、アンテナ素子Ａ２にはアンテナ素子Ａ１の電流Ｉ１と逆相の電流Ｉ２が流れる。図１のアンテナ装置では、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向に向かうにつれてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が次第に増大することにより、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向に向かうにつれてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合が次第に低下する。このため、電流Ｉ１，Ｉ２は部分的に空間に放射されやすくなる。

図３は、比較例に係るアンテナ装置の概略構成及び電流経路を示す図である。図３のアンテナ装置は、それぞれ矩形形状の導体板にてなるアンテナ素子Ａ１０１，Ａ１０２を備え、アンテナ素子Ａ１０１，Ａ１０２は、その間に一定の距離を有して互いに近接している。図３のアンテナ装置において、給電点Ｐ１を介してアンテナ素子Ａ１を励振した場合、図２の場合と同様に、アンテナ素子Ａ１に電流Ｉ１，Ｉ３が流れ、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合によりアンテナ素子Ａ２に電流Ｉ２が流れる。このとき、電流Ｉ１，Ｉ２の強さは給電点Ｐ１，Ｐ２の付近で最大になる。電流Ｉ１，Ｉ２が互いに逆相でなければ放射に寄与するが、電流Ｉ１，Ｉ２は互いに逆相であるので相殺し、図３のアンテナ装置では良好な放射を実現することはできない。一方、図１のアンテナ装置では、前述のように、互いに逆相の電流Ｉ１，Ｉ２を発生させながら良好な放射を実現することができる。

なお、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２に流れる電流は互いに逆相であるので、本実施形態のアンテナ装置は、一種のテーパースロットアンテナ（例えば、特許文献２参照）のように動作し、テーパー開口部により広帯域の無線信号を効率よく送信あるいは受信することができる。

動作波長λについて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が少なくとも一部で例えばλ／２π以下になるとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間には強い電磁結合が生じる。さらに、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が少なくとも一部で例えばλ／１０以下になるとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間には非常に強い電磁結合が生じる。このように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２が互いに近接していても、本実施形態のアンテナ装置によれば、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間のアイソレーションを確保しながら動作することができる。

図１では、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の第１の部分においてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が次第に増大する部分を曲線状に示したが、この部分は直線であってもよく、又は、少なくとも部分的に曲線及び／又は直線を含んでもよい。また、図１では接地導体Ｇ１を長方形の導体板として示したが、接地導体Ｇ１は長方形に限定されるものではなく、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Ａ１，Ａ２と接地導体Ｇ１とは、同一平面内に設けなくてもよい。

図１及び他の各図では、アンテナ装置の放射方向を、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向と一致するように示したが、アンテナ装置の放射特性はこれに限定されるものではなく、他の放射方向を有してもよい。

図４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装置の概略構成及び電流経路を示す図であり、図５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装置の概略構成及び電流経路を示す図である。給電点Ｐ１，Ｐ２は、基準軸に近接するのではなく、それぞれ基準軸から所定距離を有して設けられてもよい。図１に示すように給電点Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ基準軸に近接して設けられている場合、電流Ｉ１，Ｉ２（図２参照）の位相がほぼ逆相になるので、アンテナ装置はテーパースロットアンテナと類似の動作モードで動作することができ、アイソレーションを確保しやすくなる。一方、図４は、給電点Ｐ１，Ｐ２が基準軸から図１の場合よりも大きな距離を有して設けられた場合を示し、図５は、給電点Ｐ１，Ｐ２が基準軸から図４の場合よりもさらに大きな距離を有して設けられた場合を示す。基準軸から給電点Ｐ１，Ｐ２までの距離が増大すると、電流Ｉ１，Ｉ２の位相が完全な逆相ではなくなるのでアイソレーションは低下するが、給電点Ｐ１，Ｐ２からアンテナ素子Ａ１，Ａ２の開放端Ｐ５，Ｐ６までの電流経路長が長くなるので、低い周波数帯でも整合がとりやすくなるという効果がある。言い換えれば、アンテナ装置が小型化される。基準軸から給電点Ｐ１，Ｐ２までの距離は、アイソレーションと整合とのトレードオフを考慮して、目標周波数において最適になるように設計することができる。

図６〜９は、本発明の第１の実施形態の第３〜第６の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図６のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａの第１の部分（基準線に近接した部分）においてアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａ間の距離が次第に増大する部分の長さが、図１のアンテナ装置の場合よりも短縮され、従って、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａ間の距離が図１のアンテナ装置の場合よりも急激に増大している。この結果、図６のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａの第１の部分においてアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａが互いに平行になる部分の長さが増大している。また、図７のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ｂ，Ａ２ｂの第１の部分においてアンテナ素子Ａ１ｂ，Ａ２ｂ間の距離が次第に増大する部分を直線状に構成している。また、図１のアンテナ装置では、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向に向かうにつれて各アンテナ素子Ａ１，Ａ２が急な角度で広がるように構成したが、図８のアンテナ装置では、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向に向かうにつれて各アンテナ素子Ａ１ｃ，Ａ２ｃがゆるやかに広がるように構成している。また、図９のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ｄ，Ａ２ｄを第２の基準点Ｐｂから第１の基準点Ｐａへの方向に延長し、さらに、アンテナ素子Ａ１ｄ，Ａ２ｄは、アンテナ素子Ａ１ｄ，Ａ２ｄ間の最も近接した部分から第１の基準点Ｐａの方向に向かうにつれてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が次第に増大する形状を有する。図９のアンテナ装置によれば、アンテナ素子Ａ１ｄ，Ａ２ｄを流れる電流の経路長を長くすることができ、より低い周波数での動作を実現できるという効果がある。図６〜図９のアンテナ装置でも、図１のアンテナ装置と同様の効果が得られる。

図１０は、本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図１０のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ｅ，Ａ２ｅの第１の部分（基準線に近接した部分）にスリットＮ１，Ｎ２を設けている。図１０のアンテナ装置によれば、アンテナ素子Ａ１ｅ，Ａ２ｅを流れる電流の経路長を長くすることができ、より低い周波数での動作を実現できるという効果がある。なお、アンテナ素子毎に複数個のスリット（コルゲートと呼ぶ）を設けてもよい。この場合、１つのスリットを備えたときよりも、動作周波数をさらに低くすることができる。

図１１は、本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図１２は、図１のアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を概略的に示すグラフであり、図１３は、図１１のアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を概略的に示すグラフである。図１１のアンテナ装置は、図１０のスリットＮ１，Ｎ２に代えて、給電点Ｐ１，Ｐ２に向かって延在する部分を有するスリットＮ３，Ｎ４をアンテナ素子Ａ１ｆ，Ａ２ｆの第１の部分（基準線に近接した部分）に備えている。スリットＮ３，Ｎ４のスリット長は、動作波長λに対してλ／４となるように構成される。前述のように、図１０のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ｅ，Ａ２ｅの第１の部分にスリットＮ１，Ｎ２を設けることでアンテナ素子Ａ１ｅ，Ａ２ｅを流れる電流の経路長を長くし、より低い周波数での動作を実現した。図１１のアンテナ装置によれば、スリットＮ３，Ｎ４のスリット長がλ／４となる周波数ｆ０において帯域阻止を実現し、不要輻射を抑圧できるという効果がある。

図６〜図１１の各アンテナ素子の形状を組み合わせてもよい。

図１４は、本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図１のアンテナ装置では、基準軸に対してアンテナ素子Ａ１，Ａ２が対称であるように示したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。図１４のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１ｇ，Ａ２ｇの形状が異なり、基準軸に対してアンテナ素子Ａ１ｇ，Ａ２ｇが非対称であるように構成される。このように２つのアンテナ素子Ａ１ｇ，Ａ２ｇを非対称にすることで各アンテナ素子Ａ１ｇ，Ａ２ｇの放射パターンを非対称にし、各アンテナ素子Ａ１ｇ，Ａ２ｇから送受信される無線信号間の相関を３次元的に低減することが可能となる。

図１５は、本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図１５のアンテナ装置は、板状逆Ｆ型アンテナ装置として構成されている。図１５のアンテナ装置において、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と接地導体Ｇ１とは、互いに重なりあうように、所定距離だけ離隔して平行に設けられる。さらに、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と接地導体Ｇ１との間に短絡導体３１，３２がそれぞれ接続されている。このように、図１５のアンテナ装置を板状逆Ｆ型アンテナ装置として構成することで、図１のアンテナ装置よりさらに小型化かつ低姿勢化することが可能となる。なお、短絡導体３１，３２はインピーダンス調整のために必要となるが、アンテナ装置の構成によっては不要となる場合もある。

図１６は、本発明の第１の実施形態の第１１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。接地導体は、図１のアンテナ装置のように単一の導体板により構成されることに限定されるものではない。図１６のアンテナ装置では、図１の接地導体Ｇ１に代えて、アンテナ素子Ａ１に対応する接地導体Ｇ２と、アンテナ素子Ａ２に対応する接地導体Ｇ３とを備え、アンテナ素子Ａ１及び接地導体Ｇ２からなるダイポールアンテナと、アンテナ素子Ａ２及び接地導体Ｇ３からなるダイポールアンテナとして構成されている。接地導体Ｇ２，Ｇ３は、それぞれ導体板にてなる。第１の基準点Ｐａと第２の基準点Ｐｂとを通る基準軸上において、第１の基準点Ｐａに対して、第２の基準点Ｐｂとは逆の側に第３の基準点Ｐｃをおく。各接地導体Ｇ２，Ｇ３は、基準軸に沿って、第１の基準点Ｐａと第３の基準点Ｐｃとの間の区間に近接するように設けられる。接地導体Ｇ２，Ｇ３のそれぞれは、当該接地導体の周に沿って、基準軸に近接しかつ他方の接地導体に電磁的に結合した第１の部分と、基準軸から遠隔した第２の部分とを有する。各接地導体Ｇ２，Ｇ３の第１の部分は、第１の基準点Ｐａの近傍において互いに最も近接し、第１の基準点Ｐａから第３の基準点Ｐｃへの方向に向かうにつれて接地導体Ｇ２，Ｇ３間の距離が次第に増大する形状（テーパー形状）を有する。図１６のアンテナ装置をダイポールモードで動作させることで、放射抵抗を増加させ、効率よく放射することが可能となる。なお、図１６のアンテナ装置では、基準軸に対して接地導体Ｇ２，Ｇ３が対称であるように示したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。

図１７は、本発明の第１の実施形態の第１２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本発明の実施形態は、以上説明したように２つのアンテナ素子を備えた構成に限定されるものではなく、３つ以上のアンテナ素子を備えてもよい。図１７のアンテナ装置は、４つのアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４を備えた場合を示す。図１７のアンテナ装置は、導体板にてなる接地導体Ｇ１と、接地導体Ｇ１上にそれぞれ垂直に設けられた導体板にてなるアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４とを備える。各アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４は、アンテナ装置の第１の基準点Ｐａと第２の基準点Ｐｂとを通る仮想的な基準軸（図１において垂直な点線で示す）に沿って、第１の基準点Ｐａと第２の基準点Ｐｂとの間の区間に近接するように設けられる。アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４のそれぞれは、当該アンテナ素子の周に沿って、基準軸に近接しかつ他のアンテナ素子に電磁的に結合した第１の部分と、基準軸から遠隔した第２の部分とを有する。各アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４の第１の部分は、第１の基準点Ｐａの近傍において互いに最も近接し、第１の基準点Ｐａから第２の基準点Ｐｂへの方向に向かうにつれてアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４間の距離が次第に増大する形状（テーパー形状）を有する。さらに、アンテナ装置は、第１の基準点Ｐａの近傍において各アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４にそれぞれ設けられた給電点（図示せず）を備える。給電点は、好ましくは、それぞれ基準軸に近接して設けられる。各アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４は、基準軸に沿って、好ましくは互いに９０度の角度を有して設けられる。本実施形態のアンテナ装置によれば、アンテナ素子数を増やすことで通信の高速化が可能となる。

図１８は、本発明の第１の実施形態の第１３の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図１８のアンテナ装置は、６つのアンテナ素子Ａ２１〜Ａ２６を備えた場合を示す。各アンテナ素子Ａ２１〜Ａ２６は、基準軸に沿って、好ましくは互いに６０度の角度を有して設けられる。

本実施形態のアンテナ装置は、２つ、４つ又は６つアンテナ素子を備えた構成に限定されるものではなく、他の個数のアンテナ素子を備えていてもよい。また、図１７〜図１８では、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４，Ａ２１〜Ａ２６の形状は、図１のアンテナ素子Ａ１，Ａ２と同様であるように示しているが、例えば図６〜図１０に示すもの等の他の形状を有するアンテナ素子を用いてもよい。

第２の実施形態．
図１９は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施形態のアンテナ装置は、図１のアンテナ装置の構成に加えて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の第１の部分（基準線に近接した部分）においてアンテナ素子Ａ１，Ａ２を互いに接続するように設けられ、所定の周波数帯でアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を調整する電磁結合調整素子Ｄ１を備える。電磁結合調整素子Ｄ１は、所定の周波数帯でアンテナ素子Ａ１上の給電点Ｐ１（又はアンテナ素子Ａ２上の給電点Ｐ２）に給電したときに，アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合によりアンテナ素子Ａ２（又はアンテナ素子Ａ１）に流れる電流を実質的に相殺する電流を流れさせる電流経路を形成する。この電磁結合調整素子Ｄ１を流れる電流により、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を低減することができる。本実施形態のアンテナ装置によれば、電磁結合調整素子Ｄ１を備えたことにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間のアイソレーションをさらに向上させることができる。

図２０は、図１９のアンテナ装置の電流経路を示す図である。図２０の電流経路は、信号源Ｑ１のみを動作させ、信号源Ｑ２を動作させない（従って、図２０では信号源Ｑ２を負荷として示す）場合を示す。給電点Ｐ１を電圧Ｖ１で励振させると、アンテナ素子Ａ１の第１の部分（基準線に近接した部分）に電流Ｉ１が流れ、アンテナ素子Ａ１の第２の部分（基準線から遠隔した部分）に電流Ｉ３が流れる。その際、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間に電磁結合が生じ、給電点Ｐ２に逆起電力Ｖ２が生じる。そのため、アンテナ素子Ａ２にはアンテナ素子Ａ１の電流Ｉ１と逆相の電流Ｉ２が流れる。電磁結合調整素子Ｄ１は、この電磁結合を打ち消すために、給電点Ｐ１から電磁結合調整素子Ｄ１を介して給電点Ｐ２に流れる電流Ｉｄ１＝−Ｉ２を生じさせるために設けられる。信号源Ｑ２のみを動作させ、信号源Ｑ１を動作させない場合も同様に、電磁結合調整素子Ｄ１は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を打ち消すために、給電点Ｐ２から電磁結合調整素子Ｄ１を介して給電点Ｐ１に流れる電流を生じさせる。また、両方の信号源Ｑ１，Ｑ２を動作させる場合も同様に、電磁結合調整素子Ｄ１は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を打ち消すための電流を生じさせる。

図２１〜図２４に、図１９の電磁結合調整素子Ｄ１のいくつかの実施例を示す。

図２１は、図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第１の実施例を等価的に示す回路図である。図２１の電磁結合調整素子Ｄ１は、複数のサセプタンス素子（所定のサセプタンス値ｂ１〜ｂ９を有する回路素子）１〜９から構成された低結合回路であり、小型化に適している。サセプタンス素子１〜９を望ましくは無損失のインダクタやキャパシタを用いて実装することにより、電磁結合調整素子Ｄ１を高効率化することができる。電磁結合調整素子Ｄ１は、この構成を備えたことにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を打ち消すための電流を生じさせる。なお、設計周波数においてサセプタンス値ｂ１〜ｂ９が実質的に０と見なせる場合は、サセプタンス素子１〜９に代えて回路を開にしてもよい。この場合、回路素子数を削減することで、アンテナ装置の製造コストを削減することができる。

図２２は、図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第２の実施例を等価的に示す回路図である。電磁結合調整素子Ｄ１は、サセプタンス素子１〜９から構成された低結合回路に限定されるものではなく、例えば図２２に示すように、振幅調整器１１，１３，１５及び移相器１２，１４，１６を用いた構成も可能である。例えば信号源Ｑ１を動作させた場合、給電点Ｐ１から給電点Ｐ２に至る電流経路は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を介する電流経路と、振幅調整器１５及び移相器１６を介する電流経路との２つを含む。これらの電流経路を流れる電流を互いに相殺させるためには、各振幅調整器１１，１３，１５の振幅Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と、各移相器１２，１４，１６の移相量φ１，φ２，φ３とを調整すればよい。その条件は、図２２の基準線ａ−ａ’より上におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の透過係数をＳ２１ａとし、図２２の基準線ｂ−ｂ’より上におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の透過係数をＳ２１ｂとし、振幅調整器１５及び移相器１６を通る給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数をＳ２１ｃとするとき、以下の手順で算出される。なお、以下の説明では、数式の後に記載した括弧の数字により各数式を参照する。

アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の透過係数Ｓ２１ａを、所定の振幅Ｍ及び所定の移相量φにより以下の式（１）で表す。

Ｓ２１ａ＝Ｍ×ｅｘｐ（ｊφ） （１）

また、各振幅調整器１１，１３，１５の振幅Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と、各移相器１２，１４，１６の移相量φ１，φ２，φ３とを調整することにより、透過係数Ｓ２１ｂ，Ｓ２１ｃが以下の式（２）及び式（３）で表されるものとする。

Ｓ２１ｂ
＝Ｓ２１ａ×Ｍ１×Ｍ２×ｅｘｐ（ｊ（φ１＋φ２））
＝Ｍ×Ｍ１×Ｍ２×ｅｘｐ（ｊ（φ＋φ１＋φ２）） （２）

Ｓ２１ｃ＝Ｍ３×ｅｘｐ（ｊφ３） （３）

このとき、給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数Ｓ２１をゼロにするには、以下の式（４）が成り立てばよい。

Ｓ２１＝Ｓ２１ｂ＋Ｓ２１ｃ＝０ （４）

上式から、振幅特性と位相特性に分けて条件を整理すると、以下の式（５）及び式（６）が得られる。

φ３＋π＝φ＋φ１＋φ２ （５）

Ｍ３＝Ｍ１×Ｍ２×Ｍ （６）

式（５）及び式（６）が成り立つとき、給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数Ｓ２１をゼロになる。式（５）及び式（６）が成り立つように電磁結合調整素子Ｄ１を構成することにより、電磁結合調整素子Ｄ１は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を打ち消すための電流を生じさせる。

図２３は、図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第３の実施例を等価的に示す回路図であり、図２４は、図１９の電磁結合調整素子Ｄ１の第４の実施例を等価的に示す回路図である。図２２の電磁結合調整素子Ｄ１を図２３のように簡単化してもよい。さらに、図２３の電磁結合調整素子Ｄ１と等価な回路を、図２３の振幅調整器１５及び移相器１６に代えて、図２４の導電性素子２１を用いて構成してもよい。図２４の電磁結合調整素子Ｄ１によれば、導電性素子２１の電気長ｄを変化させることで位相を変化させ、導電性素子２１の幅ｗを変化させることで振幅を変化させることが可能である。導電性素子２１を用いた構成は、すべてのアンテナ装置に適用できるわけではないものの、構造が単純であり製作が容易であるという効果がある。例えば、図５９に示すように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と導電性素子２１とを単一の導体板から一体的に形成してもよい。電磁結合調整素子Ｄ１は、この構成を備えたことにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を打ち消すための電流を生じさせる。

アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を打ち消すための電流を生じさせるために、図２１〜図２４の電磁結合調整素子Ｄ１の組み合わせて用いてもよい。

なお、本実施形態のアンテナ装置によれば、さらなる効果として、以下の式（７）で定義される相関係数ρ（非特許文献１参照）を低減することができる。

（７）

給電点Ｐ１，Ｐ２間の通過係数（Ｓ_２１，Ｓ_１２）を低減し、各給電点Ｐ１，Ｐ２における反射係数（Ｓ_１１，Ｓ_２２）を低減することにより、上式の分子は実質的に０に近づき、分母は実質的に１に近づき、相関係数ρが低減される。その結果、本実施形態のアンテナ装置は、互いに低相関である複数の広帯域無線信号を効率よく同時に送受信することができる。

図２５〜図３３は、本発明の第２の実施形態の第１〜第９の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図２５〜図３３のアンテナ装置は、図６〜図１１、図１４〜図１６のアンテナ装置に電磁結合調整素子Ｄ１を追加した構成を有する。これらの変形例のアンテナ装置によれば、電磁結合調整素子Ｄ１を備えたことにより、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間のアイソレーションを第１の実施形態の場合よりもさらに向上させることができる。

図３４は、本発明の第２の実施形態の第１０の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を調整する電磁結合調整素子は１つに限定されず、図３４のアンテナ装置は、図１９のアンテナ装置の構成に加えて、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を調整する追加の電磁結合調整素子Ｄ２をさらに備えている。電磁結合調整素子Ｄ２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の第１の部分（基準線に近接した部分）においてアンテナ素子Ａ１，Ａ２を互いに接続するように、電磁結合調整素子Ｄ１よりも給電点Ｐ１，Ｐ２から離れて設けられる。電磁結合調整素子Ｄ２は、電磁結合調整素子Ｄ１を通る電流経路が形成されるときの周波数帯よりも低い周波数帯でアンテナ素子Ａ１上の給電点Ｐ１（又はアンテナ素子Ａ２上の給電点Ｐ２）に給電したときに、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合によりアンテナ素子Ａ２（又はアンテナ素子Ａ１）に流れる電流を実質的に相殺する電流Ｉｄ２を流れさせる電流経路を形成する。従って、図３４のアンテナ装置は、複数の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２を備えたことにより、異なる周波数帯においてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電流経路を形成し、各電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２を流れる電流Ｉｄ１，Ｉｄ２により、異なる周波数帯においてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を低減すること（マルチバンド化）ができる。

図３５は、図３４の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の第１の実施例を示す回路図である。電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２として、例えば、インダクタＬとキャパシタＣを用いた共振回路を考える。この場合、電磁結合調整素子Ｄ１は、周波数ｆ１の電流を通し、周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２の電流を通さないように回路素子値を設定することで、周波数ｆ１の電流だけ選択して流すことが可能であり、電磁結合調整素子Ｄ２は、周波数ｆ２の電流を通し、周波数ｆ１の電流を通さないように回路素子値を設定することで、周波数ｆ２の電流だけ選択して流すことが可能である。

図３６〜図３８は、図３４の電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の第２の実施例を示すグラフである。電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２の実施例は図３５の回路に限られるものではなく、図３６〜図３８のグラフに示すように複数のフィルタを組み合わせてもよい。図３６は、電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２が帯域通過フィルタとして構成された場合を示し、電磁結合調整素子Ｄ１は、周波数ｆ１の電流を通過させて周波数ｆ２の電流を阻止し、電磁結合調整素子Ｄ２は、周波数ｆ２の電流を通過させて周波数ｆ１の電流を阻止する。図３７は、電磁結合調整素子Ｄ１，Ｄ２が帯域阻止フィルタとして構成された場合を示し、電磁結合調整素子Ｄ１は、周波数ｆ３の電流を阻止して、周波数ｆ３よりも高い周波数ｆ４の電流を通過させ、電磁結合調整素子Ｄ２は、周波数ｆ４の電流を阻止して、周波数ｆ３の電流を通過させる。図３８は、電磁結合調整素子Ｄ１が高域通過フィルタとして構成され、電磁結合調整素子Ｄ２が低域通過フィルタとして構成された場合を示し、電磁結合調整素子Ｄ１は、周波数ｆ６の電流を通過させ、周波数ｆ６よりも低い周波数ｆ５以下の電流を阻止し、電磁結合調整素子Ｄ２は、周波数ｆ５の電流を通過させて、周波数ｆ６以上の電流を阻止する。

電磁結合調整素子の個数は２つまでに限定されるものではなく、同様に３つ以上の電磁結合調整素子を備えてもよい。

図３９は、本発明の第２の実施形態の第１１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図３９のアンテナ装置は、図１７のアンテナ装置の構成に加えて、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４の第１の部分（基準線に近接した部分）においてアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４を互いに接続するように設けられ、所定の周波数帯でアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４間の電磁結合を調整する電磁結合調整素子Ｄ３を備える。電磁結合調整素子Ｄ３は、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４のうちの任意の一対の第１及び第２のアンテナ素子の間において、所定の周波数帯で第１のアンテナ素子の給電点に給電したときに第１及び第２のアンテナ素子間の電磁結合により第２のアンテナ素子に流れる電流を実質的に相殺する電流を流れさせる電流経路を形成する。この電磁結合調整素子Ｄ３を流れる電流により、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４間の電磁結合を低減することができる。図３９のアンテナ装置によれば、電磁結合調整素子Ｄ３を備えたことにより、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１４間のアイソレーションを図１７のアンテナ装置の場合よりもさらに向上させることができる。

図４０は、本発明の第２の実施形態の第１２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図４０のアンテナ装置は、図１８のアンテナ装置の構成に加えて、アンテナ素子Ａ２１〜Ａ２６の第１の部分（基準線に近接した部分）においてアンテナ素子Ａ２１〜Ａ２６を互いに接続するように設けられ、所定の周波数帯でアンテナ素子Ａ２１〜Ａ２６間の電磁結合を調整する電磁結合調整素子Ｄ４を備える。図４０のアンテナ装置によれば、電磁結合調整素子Ｄ４を備えたことにより、アンテナ素子Ａ２１〜Ａ２６間のアイソレーションを図１８のアンテナ装置の場合よりもさらに向上させることができる。

以上説明した各実施形態及び各変形例を組み合わせてもよい。

以下、図４１〜図５０を参照して、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果について説明する。

図４１は、第１の比較例に係るアンテナ装置の概略構成を示す展開図であり、図４２は、図４１のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図４１のアンテナ装置は、図３の比較例に係るアンテナ装置に対応する。本シミュレーションでは、図４１のアンテナ装置をアンテナ素子Ａ１０１，Ａ１０２上の点線において折り曲げ、図４２に示すように構成した。これにより、アンテナ装置を小型化することができる。図４３は、図４１のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。アイソレーションを確保するために、透過係数Ｓ２１は−１０ｄＢ以下になることが望ましい。図４３を参照すると、図４１のアンテナ装置では、透過係数Ｓ２１の十分な低減が達成されていないことがわかる。

図４４は、本発明の第１の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図であり、図４５は、図４４のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図４４のアンテナ装置は、図７のアンテナ装置に対応する。本シミュレーションでは、図４４のアンテナ装置をアンテナ素子Ａ１ｂ，Ａ２ｂ上の点線において折り曲げ、図４５に示すように構成した。図４６は、図４４のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。図４６を参照すると、図４４のアンテナ装置では、図４１のアンテナ装置に比べて、広帯域にわたって透過係数Ｓ２１を低減できていることがわかる。

図４７は、本発明の第２の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図であり、図４８は、図４７のアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図４７のアンテナ装置は、図１のアンテナ装置に対応する。本シミュレーションでは、図４７のアンテナ装置をアンテナ素子Ａ１，Ａ２上の点線において折り曲げ、図４８に示すように構成した。図４９は、図４７のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。図４８を参照すると、図４７のアンテナ装置もまた、図４１のアンテナ装置に比べて、広帯域にわたって透過係数Ｓ２１を低減できていることがわかる。さらに、図４７のアンテナ装置は、図４４のアンテナ装置に比べて、反射係数Ｓ１１も低減していることがわかる。これは、図４４のアンテナ装置ではアンテナ素子Ａ１ｂ，Ａ２ｂ間の距離が次第に増大する部分が直線状であったのに対して、図４４のアンテナ装置ではアンテナ素子Ａ１ｂ，Ａ２ｂ間の距離が次第に増大する部分が曲線状のテーパー形状になっていて、これにより、テーパースロットアンテナと同様の動作モードに近づくからであると考えられる。

図５０は、図４１、図４４、及び図４７のアンテナ装置の放射効率を示す表である。表１において、単位はｄＢである。第１の実施例（図４４）及び第２の実施例（図４７）における太線の欄は、第１の比較例（図４１）に比べて高い放射効率が得られた動作周波数を示している。表１に示す放射効率の計算結果によれば、本発明の実施例のアンテナ装置は、第１の比較例のアンテナ装置に比べて、広帯域にわたって放射効率を改善できていることがわかる。第１の実施例のアンテナ装置では、透過係数Ｓ２１の低減により放射効率が改善し、第２の実施例のアンテナ装置では、透過係数Ｓ２１及び反射係数Ｓ１１の低減により放射効率が改善した。

以上の結果より、本発明の実施例のアンテナ装置は、小型かつ簡単な構成でありながら、アンテナ素子間でアイソレーションを確保し、複数の広帯域無線信号を同時に送受信できる広帯域アンテナ装置として動作可能である。

以下、図５１〜図６０を参照して、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果について説明する。

図５１は、本発明の第３の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。図５１のアンテナ装置は、図１９のアンテナ装置に対応する。アンテナ素子Ａ１，Ａ２は２７×９０ｍｍの大きさであり、接地導体Ｇ１は５７×９０ｍｍの大きさであり、アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、接地導体Ｇ１と同一平面状において、接地導体Ｇ１から１ｍｍの間隔を空けて配置されている。アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が次第に増大するようなテーパー形状を有する。図５２は、図５１の電磁結合調整素子Ｄ１を等価的に示す回路図である。図５２の電磁結合調整素子Ｄ１は、１０００ＭＨｚにおいてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合が低減されるように設計した。

図５４は、第２の比較例のアンテナ装置の概略構成を示す図である。図５１のアンテナ装置が広帯域モデル（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｍｏｄｅｌ）であるのに対して、図５４のアンテナ装置は、特許文献１に示されているようなアンテナ素子を互いに平行に配置した狭帯域モデル（Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ Ｍｏｄｅｌ）である。アンテナ素子Ａ１１１，Ａ１１２は２×９０ｍｍの大きさであり、接地導体Ｇ１は５７×９０ｍｍの大きさであり、アンテナ素子Ａ１１１，Ａ１１２は、接地導体Ｇ１と同一平面状において、接地導体Ｇ１から１ｍｍの間隔を空けて配置されている。図５５は、図５４の電磁結合調整素子Ｄ１を等価的に示す回路図である。図５５の電磁結合調整素子Ｄ１は、１０００ＭＨｚにおいてアンテナ素子Ａ１１１，Ａ１１２間の電磁結合が低減されるように設計した。

図５３は、図５１のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフであり、図５６は、図５４のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１１１，Ａ１１２間の電磁結合を示すグラフである。図５３及び図５６のグラフは、周波数に対する給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数Ｓ２１を示す。第３の実施例（図５１）及び第２の比較例（図５４）のアンテナ装置から電磁結合調整素子Ｄ１を除去した場合には、いずれの結果でも、１０００ＭＨｚにおいて透過係数Ｓ２１が−５ｄＢ以上という高い値を示している。一方、電磁結合調整素子Ｄ１がある場合は、いずれの結果でも、１０００ＭＨｚにおいて透過係数Ｓ２１を−１０ｄＢ以下に低減できていることがわかる。ただし、透過係数Ｓ２１が−１０ｄＢ以下となる周波数帯域幅を比較すると、第２の比較例のアンテナ装置は６ＭＨｚであるのに対して、第３の実施例のアンテナ装置は２６０ＭＨｚ以上確保しており、第３の実施例のほうが４３倍広いことがわかる。

図５７は、図５１及び図５４のアンテナ装置の放射効率を示すグラフである。第３の実施例のアンテナ装置及び第２の比較例のアンテナ装置ともに、１０００ＭＨｚにおいて放射効率を最大化できていることがわかる。ただし、放射効率が３ｄＢ以上となる周波数帯域幅を比較すると、第２の比較例のアンテナ装置は６４ＭＨｚであるのに対して、第３の実施例のアンテナ装置は３３０Ｈｚであり、第３の実施例のほうが５倍広いことがわかる。

図５８は、図５１及び図５４のアンテナ装置の相関係数を示すグラフである。第３の実施例のアンテナ装置及び第２の比較例のアンテナ装置ともに、１０００ＭＨｚにおいて相関係数を最小化できていることがわかる。ただし、相関係数が０．６以下となる周波数帯域幅を比較すると、第２の比較例のアンテナ装置は１４ＭＨｚであるのに対して、第３の実施例のアンテナ装置は４００ＭＨｚであり、第３の実施例のほうが２９倍広いことがわかる。

なお、本実施例は１０００ＭＨｚにおいてアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合が低減されるように設計したが、これに限らず他の周波数でも適用可能である。

図５９は、本発明の第１の実施形態の第４の実施例に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。本実施例のアンテナ装置は、図２４の電磁結合調整素子Ｄ１の一例を含み、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び電磁結合調整素子Ｄ１を単一の導体板から一体的に形成している。図６０は、図５９のアンテナ装置の反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１を示すグラフである。反射係数Ｓ１１及び透過係数Ｓ２１ともに、２１００〜２３００ＭＨｚ付近で−１０ｄＢ以下に低減できていることがわかる。

以上説明したように、本発明のアンテナ装置は、小型かつ簡単な構成でありながら、アンテナ素子間でアイソレーションを確保し、複数の広帯域無線信号を同時に送受信できる広帯域アンテナ装置として動作可能である。

本発明のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置によれば、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通信を行うための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）なアダプティブアレーアンテナや最大比合成ダイバーシチアンテナ、フェーズドアレーアンテナといったアレーアンテナ装置に搭載することも可能である。

Ａ１，Ａ２，Ａ１ａ〜Ａ１ｇ，Ａ２ａ〜Ａ２ｇ，Ａ１１〜Ａ１４，Ａ２１〜Ａ２６…アンテナ素子、
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…接地導体、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…電磁結合調整素子、
Ｉ１，Ｉ３…アンテナ素子Ａ１の電流、
Ｉ２…アンテナ素子Ａ２の電流、
Ｉｄ１…電磁結合調整素子Ｄ１の電流、
Ｉｄ２…電磁結合調整素子Ｄ２の電流、
Ｎ１〜Ｎ４…スリット、
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ…基準点、
Ｐ１，Ｐ２…給電点、
Ｐ３，Ｐ４…接地点、
Ｐ５，Ｐ６…アンテナ素子Ａ１，Ａ２の放射方向側の端点、
Ｑ１，Ｑ２…信号源、
１〜９…サセプタンス素子、
１１，１３，１５…振幅調整器、
１２，１４，１６…移相器、
２１…導電性素子、
３１，３２…短絡導体。

Claims (21)

1. それぞれ周を有する導体板にてなる少なくとも２つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、
   上記各アンテナ素子は、上記アンテナ装置の第１の位置と第２の位置とを通る基準軸に沿って、上記第１の位置と上記第２の位置との間の区間に近接するように設けられ、
   上記各アンテナ素子は、当該アンテナ素子の周に沿って、上記基準軸に近接しかつ他のアンテナ素子に電磁的に結合した第１の部分と、上記基準軸から遠隔した第２の部分とを有し、
   上記各アンテナ素子の上記第１の部分は、上記第１の位置の近傍において互いに最も近接し、上記第１の位置から上記第２の位置への方向に向かうにつれて上記各アンテナ素子間の距離が次第に増大する形状を有し、
   上記アンテナ装置は、上記第１の位置の近傍において上記各アンテナ素子にそれぞれ設けられた給電点を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記各給電点はそれぞれ上記基準軸に近接して設けられたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記各給電点はそれぞれ上記基準軸から所定距離を有して設けられたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 上記各アンテナ素子はそれぞれ、上記各給電点を介して励振することにより異なる無線信号を同時に送信又は受信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
5. 上記各アンテナ素子は、上記基準軸に対して対称な形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
6. 上記各アンテナ素子は、上記基準軸に対して非対称な形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
7. 上記各アンテナ素子は、上記第１の部分においてスリットを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
8. 上記各アンテナ素子において、上記スリットは上記給電点に向かって延在する部分を有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
9. 上記アンテナ装置は、２つのアンテナ素子と、導体板にてなる接地導体とを備え、
   上記２つのアンテナ素子は上記接地導体と同一平面内に設けられたことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
10. 上記アンテナ装置は、
    導体板にてなる接地導体と、
    上記接地導体上に重なるように、上記接地導体から所定距離だけ離隔して平行に設けられた２つのアンテナ素子と、
    上記２つのアンテナ素子を上記接地導体にそれぞれ接続する短絡導体とを備え、板状逆Ｆ型アンテナ装置として構成されたことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
11. 上記各アンテナ素子はダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
12. 上記アンテナ装置は導体板にてなる接地導体を備え、
    上記各アンテナ素子は上記接地導体上に垂直に設けられたことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
13. 上記各アンテナ素子は、少なくとも１カ所で折り曲げられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
14. 上記アンテナ装置は、上記各アンテナ素子の上記第１の部分において上記各アンテナ素子を互いに接続するように設けられ、第１の周波数帯で上記各アンテナ素子間の電磁結合を調整する電磁結合調整素子をさらに備え、
    上記電磁結合調整素子は、上記各アンテナ素子のうちの任意の一対の第１及び第２のアンテナ素子の間において、上記第１の周波数帯で上記第１のアンテナ素子の給電点に給電したときに上記第１及び第２のアンテナ素子間の電磁結合により上記第２のアンテナ素子に流れる電流を実質的に相殺する電流を流れさせる電流経路を形成することを特徴とする請求項１〜１３のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
15. 上記電磁結合調整素子は、所定のサセプタンス値を有する複数の回路素子を含む低結合回路であることを特徴とする請求項１４記載のアンテナ装置。
16. 上記電磁結合調整素子は複数の振幅調整器及び複数の移相器を含むことを特徴とする請求項１４記載のアンテナ装置。
17. 上記電磁結合調整素子は導電性素子であることを特徴とする請求項１４記載のアンテナ装置。
18. 上記導電性素子は、上記各アンテナ素子と一体的に形成されたことを特徴とする請求項１７記載のアンテナ装置。
19. 上記電磁結合調整素子は、フィルタを含むことを特徴とする請求項１４記載のアンテナ装置。
20. 上記各アンテナ素子の上記第１の部分において上記各アンテナ素子を互いに接続するように設けられ、上記第１の周波数帯とは異なる周波数帯で上記各アンテナ素子間の電磁結合を調整する少なくとも１つの追加の電磁結合調整素子を備えたことを特徴とする請求項１４〜１９のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
21. 請求項１〜２０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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