JPWO2013102967A1 - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
第1の周波数f1で動作する第1無線回路2と、第1無線回路2に接続された第1給電部3と、第1給電部3に接続された第1整合回路部4と、第1給電部3から給電され、第2の周波数f2において電気長でλ/4となる第1エレメント51及び第3の周波数f3において電気長で3λ/4の第2エレメント52を持つ第1アンテナ素子5と、第1の周波数f1で動作する第2無線回路6と、第2無線回路6に接続された第2給電部7と、第2給電部7に接続された第2整合回路部8と、第2給電部7から給電され、第4の周波数f4において電気長でλ/4となる第3エレメント91及び第5の周波数f5において電気長で3λ/4の第4エレメント92を持つ第2アンテナ素子9と、を備え、f3<f1<f2、f5<f1<f4とした。
Description
本発明は、携帯無線端末に用いて好適なアンテナ装置に関する。
近年の携帯無線端末では、大容量のデータ伝送方式に対応するため、複数のアンテナ素子の使用が検討されている。複数のアンテナ素子を用いたMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信は通信容量を向上させる有効な手段である。
現行のセルラ方式のみでも、800MHz、1.5GHz、1.7GHz、2.0GHzの4つの周波数帯が使用されていることもあって、マルチバンドに対応できるアンテナ装置の開発が望まれている。
小型の携帯無線端末に複数のアンテナ素子を搭載する場合、アンテナ効率劣化の原因となるアンテナ素子間の結合が大きくならないように、アンテナ素子間で高いアイソレーションを確保する必要がある。特許文献1には、2つのアンテナ素子の間に接合素子を介挿して低結合化する技術が開示されている。また、特許文献2には、アンテナ間にスタブ素子を配置して、アンテナ間を近接配置できるようにした技術が開示されている。
しかしながら、上述したMIMO通信は通信容量を向上させる有効な手段であるものの、複数のアンテナ素子を用いて同一周波数で通信を行うため、アンテナ素子間の結合を低減させなければ、アンテナ効率の劣化や相関係数の上昇により、所望の通信容量を得ることができない。例えば、図30に示すように、2つのアンテナ素子100,101を近接配置した場合、アンテナ素子間の結合により、アンテナ素子100から放出されるエネルギーのうちの例えば40%が隣接するアンテナ素子101に吸収されることになる。アンテナ素子間の結合を低減することで、アンテナ素子100から80%のエネルギーを放出させることが可能となる。このようにアンテナ素子間の結合を低減することで、アンテナ効率を向上させることができる。そして、アンテナ効率を向上させることで通信容量の向上が図れる。2つのアンテナ素子におけるアンテナ素子間の相関係数は図31に示す式から導出できる。同図において、SパラメータのS12及びS21はそれぞれ結合を表す。この結合(S12とS21)が小さければ相関が低くなり、通信容量が向上する。
アンテナ素子間の結合を小さくする方法としては、(1)アンテナ素子間の距離を離す方法、(2)集中定数部品を用いてアンテナ素子間を接続する方法がある。しかしながら、(1)の方法では、小型の携帯無線端末の筐体内に収めることが困難である。(2)の方法では、結合を低減できるが、集中定数部品の抵抗分で損失が発生し、その分、アンテナ効率が劣化する。
上述した特許文献1に記載された技術では、アンテナ素子間に接合素子を介挿するので、その接合素子の持つ抵抗分でアンテナ効率が劣化する。また、上述した特許文献2に記載された技術では、複数のスタブ素子を用いていることもあって、コストが高くつき、さらにアンテナ素子間にスタブ素子を配置するスペースが必要となることから、装置の小型化が図れない。
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、複数のアンテナ素子におけるアンテナ素子間の結合を低減できるとともに、アンテナの効率向上、相関係数の低減が図れるアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、第1の周波数で動作する第1無線回路と、前記第1無線回路に接続された第1給電部と、前記第1給電部から給電される第1アンテナ素子と、前記第1の周波数で動作する第2無線回路と、前記第2無線回路に接続された第2給電部と、前記第2給電部から給電される第2アンテナ素子と、を備え、前記第1アンテナ素子は、第2の周波数において電気長でλ/4となる第1エレメントと、第3の周波数において電気長でλ/4または3λ/4の第2エレメントとからなり、前記第1エレメントと前記第2エレメントとは、前記第1給電部付近で電気的に接続され、前記第1給電部は、前記第2の周波数で整合させる第1整合回路部を介して前記第1アンテナ素子に接続され、前記第2の周波数は前記第1の周波数より高周波であり、かつ、前記第1の周波数は前記第3の周波数より高周波であり、前記第2アンテナ素子は、第4の周波数において電気長でλ/4となる第3エレメントと、第5の周波数において電気長でλ/4または3λ/4の第4エレメントとからなり、前記第3エレメントと前記第4エレメントとは、前記第2給電部付近で電気的に接続され、前記第2給電部は、前記第4の周波数で整合させる第2整合回路部を介して前記第2アンテナ素子に接続され、前記第4の周波数は前記第1の周波数より高周波であり、かつ、前記第1の周波数は前記第5の周波数より高周波である。
上記構成によれば、第1,第2アンテナ素子間の距離を離したり、集中定数部品(第1,第2アンテナ素子間の結合を低減させるための部品)を用いて第1,第2アンテナ素子間を接続したりしなくても、第1,第2アンテナ素子間を低結合化できる。また、第1,第2アンテナ素子間にスタブを配置することなく第1,第2アンテナ素子を近接配置することができ、スタブにかかる費用を低減できる。即ち、従来よりも低コスト、低損失で低結合化ができる。この結果、アンテナ効率の向上、相関係数の低減が図れる。
上記構成において、前記第2の周波数と前記第4の周波数とは等しく、かつ、前記第3の周波数と前記第5の周波数とは等しい。
本発明によれば、複数のアンテナ素子におけるアンテナ素子間の結合を低減できるとともに、アンテナの効率向上、相関係数の低減が図れる。
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図である。同図において、本実施の形態に係るアンテナ装置1は、第1の周波数f1で動作する第1無線回路2と、第1無線回路2に接続された第1給電部3と、第1給電部3に接続された第1整合回路部4と、第1整合回路部4を介して第1給電部3から給電され、長辺と短辺の長さの異なる分岐素子を持つ第1アンテナ素子5と、第1の周波数f1で動作する第2無線回路6と、第2無線回路6に接続された第2給電部7と、第2給電部7に接続された第2整合回路部8と、第2整合回路部8を介して第2給電部7から給電され、長辺と短辺の長さの異なる分岐素子を持つ第2アンテナ素子9と、を備える。
図1は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図である。同図において、本実施の形態に係るアンテナ装置1は、第1の周波数f1で動作する第1無線回路2と、第1無線回路2に接続された第1給電部3と、第1給電部3に接続された第1整合回路部4と、第1整合回路部4を介して第1給電部3から給電され、長辺と短辺の長さの異なる分岐素子を持つ第1アンテナ素子5と、第1の周波数f1で動作する第2無線回路6と、第2無線回路6に接続された第2給電部7と、第2給電部7に接続された第2整合回路部8と、第2整合回路部8を介して第2給電部7から給電され、長辺と短辺の長さの異なる分岐素子を持つ第2アンテナ素子9と、を備える。
第1アンテナ素子5は、第2の周波数f2において電気長でλ/4となる第1エレメント(短辺の分岐素子)51と、第3の周波数f3において電気長で3λ/4の第2エレメント(長辺の分岐素子)52とからなる。第1エレメント51と第2エレメント52とは、第1給電部3付近で電気的に接続される。第1給電部3は、第2の周波数f2で整合させる第1整合回路部4を介して第1アンテナ素子5に接続される。第2の周波数f2は、第1の周波数f1より高周波であり、かつ、第1の周波数f1は第3の周波数f3より高周波である。
第2アンテナ素子9は、第4の周波数f4において電気長でλ/4となる第3エレメント(短辺の分岐素子)91と、第5の周波数f5において電気長で3λ/4の第4エレメント(長辺の分岐素子)92とからなる。第3エレメント91と第4エレメント92とは、第2給電部7付近で電気的に接続される。第2給電部7は、第4の周波数f4で整合させる第2整合回路部8を介して第2アンテナ素子9に接続される。第4の周波数f4は、第1の周波数f1より高周波であり、かつ、第1の周波数f1は第5の周波数f5より高周波である。
本実施の形態に係るアンテナ装置1では、第1エレメント51と第3エレメント91の電気長を等しく、また第2エレメント52と第4エレメント92の電気長を等しくしており、この結果、第2の周波数f2と第4の周波数f4が等しく、かつ、第3の周波数f3と第5の周波数f5が等しくなっている。なお、第1エレメント51と第2エレメント52及び第3エレメント91と第4エレメント92それぞれを同じ電気長とすることも可能である。例えば、第1エレメント51と第2エレメント52の電気長をλ/4とし、第3エレメント91と第4エレメント92の電気長をλ/4としてもよい。
図2は、本実施の形態に係るアンテナ装置1の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、長方形板状の誘電体12とその右端部上下面それぞれに積層された金属板13とからなる基板14の表面側に第1,第2無線回路2,6及び第1,第2給電部3,7が実装されており、基板14の表面側で、誘電体12の露出部分に第1,第2アンテナ素子5,9がパターン形成されている。また、基板14の表面側で、第1,第2給電部3,7と第1,第2アンテナ素子5,9の基端部(2つのエレメントの接続部分を基端部と呼ぶ)との間に第1,第2整合回路部4,8が実装されている。
第1アンテナ素子5の第1エレメント51,第2エレメント52及び第2アンテナ素子9の第3エレメント91,第4エレメント92それぞれの長さを調整することで、所望周波数(即ち第1の周波数f1)の低周波数側と高周波数側に共振を発生する。
図3(a),(b)は、本実施の形態に係るアンテナ装置1の周波数特性を示す図である。図3の(a)は、アドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)の周波数特性(二点鎖線)と、アドミタンス行列のY12成分(mS)の虚部(Im)の周波数特性(実線)である。第1エレメント51の第2の周波数f2と第3エレメント91の第4の周波数f4が共に同じ値の共振周波数となる。また、第2エレメント52の第3の周波数f3と第4エレメント92の第5の周波数f5が共に同じ値の共振周波数となる。第1アンテナ素子5及び第2アンテナ素子9の各エレメント51,52,91,92の長さを微調整して、所望周波数で、−10mS≦Re(Y12)≦+10mS、かつ−5mS≦Im(Y12)≦+5mSとなるようにする。
図3の(b)は、結合を表すSパラメータ(S12)の周波数特性である。図3の(a)に示すように、アドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)が第1の周波数f1で略0(ゼロ)、かつ、アドミタンス行列のY12成分(mS)の虚部(Im)が第1の周波数f1で略0(ゼロ)になっている。即ち、本実施の形態に係るアンテナ装置1のようなアンテナ形状とすることで、第1の周波数f1でアドミタンス行列のY12成分(mS)の実部が略0(ゼロ)になり、かつ、アドミタンス行列のY12成分(mS)の虚部が略0(ゼロ)になる。
図4は、アドミタンス行列のY12成分の式を示す図である。同図に示す式において、αは振幅、φは位相、eは自然対数の底である。この式の四角の枠で囲んだ部分15を(Re(Y12)≒0)、かつ、(Im(Y12)≒0)にすることで、Y12=0となり、結果としてS12(結合)=0となる。本実施の形態に係るアンテナ装置1は、Re(Y12)≒0、かつ、(Im(Y12)≒0)を同時に満たすアンテナの形状を工夫することで実現している。
本実施の形態に係るアンテナ装置1の第1アンテナ素子5及び第2アンテナ素子9のそれぞれにおいて分岐エレメント長の差を大きくすることで、第1の周波数f1における広帯域化が可能となる。図5は、第1アンテナ素子5及び第2アンテナ素子9のそれぞれにおいて、分岐エレメント長の差を大きくした例の基本構成を示す模式図である。同図に示す例では、第1アンテナ素子5の第2エレメント52を長く、第1エレメント51を短くしてその差を大きくし、また第2アンテナ素子9の第3エレメント91を短く、第4エレメント92を長くしてその差を大きくしたものである。なお、図5の例では、縦方向の長さを短くして小型化を図るため、第2エレメント52と第4エレメント92それぞれの先端部分を内側に直角に曲げている。また、図5では、第1,第2無線回路2,6及び第1,第2整合回路部4,8は省略している。
図6(a),(b)は、第1アンテナ素子5及び第2アンテナ素子9のそれぞれにおいて、分岐エレメント長の差を大きくした場合の周波数特性を示す図である。図6の(a)は、アドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)の周波数特性(二点鎖線)と、アドミタンス行列のY12成分(mS)の虚部(Im)の周波数特性(実線)であり、図6の(b)は、結合を表すSパラメータ(S12)の周波数特性である。図6の(b)に示すように、第1の周波数f1で結合を表すSパラメータ(S12)が、前述した図3の(b)の場合と比べて広帯域化していることが分かる(広くなっているのが分かる)。
このように実施の形態1に係るアンテナ装置1によれば、第1アンテナ素子5を、第2の周波数f2において電気長でλ/4となる第1エレメント51と、第3の周波数f3において電気長で3λ/4の第2エレメント52の2分岐形状とし、第1エレメント51と第2エレメント52を第1給電部3付近で電気的に接続し、第1給電部3を、第2の周波数f2で整合させる第1整合回路部4を介して第1アンテナ素子5に接続し、第2の周波数f2を第1の周波数f1より高周波とし、かつ、第1の周波数f1を第3の周波数f3より高周波とし、第2アンテナ素子9を、第4の周波数f4において電気長でλ/4となる第3エレメント91と、第5の周波数f5において電気長で3λ/4の第4エレメント92の2分岐形状とし、第3エレメント91と第4エレメント92を第2給電部7付近で電気的に接続し、第2給電部7を、第4の周波数f4で整合させる第2整合回路部8を介して第2アンテナ素子9に接続し、第4の周波数f4を第1の周波数f1より高周波とし、かつ、第1の周波数f1を第5の周波数f5より高周波としたので、第1,第2アンテナ素子5,9間の距離を離したり、集中定数部品(第1,第2アンテナ素子5,9間の結合を低減させるための部品)を用いてアンテナ素子5,9間を接続したりせずとも、第1,第2アンテナ素子5,9間を低結合化できる。また、第1,第2アンテナ素子5,9間にスタブを配置することなく第1,第2アンテナ素子5,9を近接配置することができ、スタブにかかる費用を低減できる。即ち、従来よりも低コスト、低損失で低結合化ができる。この結果、アンテナ効率の向上、相関係数の低減が図れる。
なお、実施の形態1に係るアンテナ装置1では、第1,第2アンテナ素子5,9を基板14の長手方向に平行に配置し、第1エレメント51と第3エレメント91を同じ電気長とするとともに、第2エレメント52と第4エレメント92を同じ電気長としたが、このような分岐構造に限定されるものではなく、様々なパターンが考えられる。以下、パターンの異なる様々な変形例を挙げる。
(変形例1−1)
図7は、図1のアンテナ装置1の変形例1−1であるアンテナ装置20の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−1のアンテナ装置20は、第1,第2アンテナ素子5B,9Bを基板14の短手方向に向けて配置したものである。第1,第2アンテナ素子5B,9Bそれぞれの分岐構造は図1のアンテナ装置1と同様である。即ち、第1アンテナ素子5Bにおいては、第1エレメント51Bと第2エレメント52Bを有し、第2アンテナ素子9Bにおいては、第1エレメント91Bと第2エレメント92Bを有する。このような分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図7は、図1のアンテナ装置1の変形例1−1であるアンテナ装置20の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−1のアンテナ装置20は、第1,第2アンテナ素子5B,9Bを基板14の短手方向に向けて配置したものである。第1,第2アンテナ素子5B,9Bそれぞれの分岐構造は図1のアンテナ装置1と同様である。即ち、第1アンテナ素子5Bにおいては、第1エレメント51Bと第2エレメント52Bを有し、第2アンテナ素子9Bにおいては、第1エレメント91Bと第2エレメント92Bを有する。このような分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−2)
図8は、図1のアンテナ装置1の変形例1−2であるアンテナ装置21の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−2のアンテナ装置21は、長い方のエレメントを短い方のエレメントの途中から分岐させた構造を採っている。即ち、第1アンテナ素子5Cにおいては、第2エレメント52Cを第1エレメント51Cの途中から分岐させており、第2アンテナ素子9Cにおいては、第4エレメント92Cを第3エレメント91Cの途中から分岐させている。このような分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図8は、図1のアンテナ装置1の変形例1−2であるアンテナ装置21の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−2のアンテナ装置21は、長い方のエレメントを短い方のエレメントの途中から分岐させた構造を採っている。即ち、第1アンテナ素子5Cにおいては、第2エレメント52Cを第1エレメント51Cの途中から分岐させており、第2アンテナ素子9Cにおいては、第4エレメント92Cを第3エレメント91Cの途中から分岐させている。このような分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−3)
図9は、図1のアンテナ装置1の変形例1−3であるアンテナ装置22の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−3のアンテナ装置22は、第1,第2アンテナ素子5D,9Dを基板14の短手方向に向けて配置し、さらに、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)と同様に、長い方のエレメントを短い方のエレメントの途中から分岐させた構造を採っている。即ち、第1アンテナ素子5Dにおいては、第2エレメント52Dを第1エレメント51Dの途中から分岐させており、第2アンテナ素子9Dにおいては、第4エレメント92Dを第3エレメント91Dの途中から分岐させている。このような分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図9は、図1のアンテナ装置1の変形例1−3であるアンテナ装置22の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−3のアンテナ装置22は、第1,第2アンテナ素子5D,9Dを基板14の短手方向に向けて配置し、さらに、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)と同様に、長い方のエレメントを短い方のエレメントの途中から分岐させた構造を採っている。即ち、第1アンテナ素子5Dにおいては、第2エレメント52Dを第1エレメント51Dの途中から分岐させており、第2アンテナ素子9Dにおいては、第4エレメント92Dを第3エレメント91Dの途中から分岐させている。このような分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−4)
図10は、図1のアンテナ装置1の変形例1−4であるアンテナ装置23の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−4のアンテナ装置23は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第1アンテナ素子5を市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。第1アンテナ素子5をチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図10は、図1のアンテナ装置1の変形例1−4であるアンテナ装置23の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−4のアンテナ装置23は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第1アンテナ素子5を市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。第1アンテナ素子5をチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−5)
図11は、図1のアンテナ装置1の変形例1−5であるアンテナ装置24の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−5のアンテナ装置24は、前述した変形例1−1のアンテナ装置20(図7参照)の第1アンテナ素子5Bを市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。チップアンテナ16の配置方向は、第1アンテナ素子5Bの配置方向と同様に基板14の短手方向である。第1アンテナ素子5Bをチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図11は、図1のアンテナ装置1の変形例1−5であるアンテナ装置24の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−5のアンテナ装置24は、前述した変形例1−1のアンテナ装置20(図7参照)の第1アンテナ素子5Bを市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。チップアンテナ16の配置方向は、第1アンテナ素子5Bの配置方向と同様に基板14の短手方向である。第1アンテナ素子5Bをチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−6)
図12は、図1のアンテナ装置1の変形例1−6であるアンテナ装置25の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−6のアンテナ装置25は、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)の第1アンテナ素子5Cを市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。このチップアンテナ16の配置方向は、第1アンテナ素子5Cの配置方向と同様に基板14の長手方向である。第1アンテナ素子5Cをチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図12は、図1のアンテナ装置1の変形例1−6であるアンテナ装置25の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−6のアンテナ装置25は、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)の第1アンテナ素子5Cを市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。このチップアンテナ16の配置方向は、第1アンテナ素子5Cの配置方向と同様に基板14の長手方向である。第1アンテナ素子5Cをチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−7)
図13は、図1のアンテナ装置1の変形例1−7であるアンテナ装置26の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−7のアンテナ装置26は、前述した変形例1−3のアンテナ装置22(図9参照)の第1アンテナ素子5Dを市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。チップアンテナ16の配置方向は、第1アンテナ素子5Dの配置方向と同様に基板14の短手方向である。第1アンテナ素子5Dをチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
図13は、図1のアンテナ装置1の変形例1−7であるアンテナ装置26の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−7のアンテナ装置26は、前述した変形例1−3のアンテナ装置22(図9参照)の第1アンテナ素子5Dを市販のチップアンテナ16に置き換えたものである。チップアンテナ16の配置方向は、第1アンテナ素子5Dの配置方向と同様に基板14の短手方向である。第1アンテナ素子5Dをチップアンテナ16に置き換えても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−8)
図14は、図1のアンテナ装置1の変形例1−8であるアンテナ装置27の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−8のアンテナ装置27は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第2エレメント52及び第4エレメント92のそれぞれをメアンダ形状としたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5E”を、第1エレメントに対して“51E”を、第2エレメントに対して“52E”を、第2アンテナ素子に対して“9E”を、第3エレメントに対して“91E”を、第4エレメントに対して“92E”をそれぞれ付している。
図14は、図1のアンテナ装置1の変形例1−8であるアンテナ装置27の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−8のアンテナ装置27は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第2エレメント52及び第4エレメント92のそれぞれをメアンダ形状としたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5E”を、第1エレメントに対して“51E”を、第2エレメントに対して“52E”を、第2アンテナ素子に対して“9E”を、第3エレメントに対して“91E”を、第4エレメントに対して“92E”をそれぞれ付している。
この変形例1−8のアンテナ装置27では、第2エレメント52E及び第4エレメント92Eそれぞれの電気長を、アンテナ装置1の第2エレメント52及び第4エレメント92それぞれの電気長より長くしている。第2エレメント52E及び第4エレメント92Eのそれぞれをメアンダ形状としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−9)
図15は、図1のアンテナ装置1の変形例1−9であるアンテナ装置28の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−9のアンテナ装置28は、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)の第2エレメント52Cと第4エレメント92Cのそれぞれをメアンダ形状としたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5F”を、第1エレメントに対して“51F”を、第2エレメントに対して“52F”を、第2アンテナ素子に対して“9F”を、第3エレメントに対して“91F”を、第4エレメントに対して“92F”をそれぞれ付している。
図15は、図1のアンテナ装置1の変形例1−9であるアンテナ装置28の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−9のアンテナ装置28は、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)の第2エレメント52Cと第4エレメント92Cのそれぞれをメアンダ形状としたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5F”を、第1エレメントに対して“51F”を、第2エレメントに対して“52F”を、第2アンテナ素子に対して“9F”を、第3エレメントに対して“91F”を、第4エレメントに対して“92F”をそれぞれ付している。
この変形例1−9のアンテナ装置28では、第2エレメント52F及び第4エレメント92Fそれぞれの電気長を、アンテナ装置21の第2エレメント52C及び第4エレメント92Cそれぞれの電気長より長くしている。第2エレメント52F及び第4エレメント92Fのそれぞれをメアンダ形状としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
(変形例1−10)
図16は、図1のアンテナ装置1の変形例1−10であるアンテナ装置29の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−10のアンテナ装置29は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第1アンテナ素子5の長さを第2アンテナ素子9より短くして左右非対称にしたものである。即ち、第1アンテナ素子5の第1エレメント51の長さを第2アンテナ素子9の第3エレメント91の長さより短く、また第1アンテナ素子5の第2エレメント52の長さを第2アンテナ素子9の第4エレメント92の長さより短くしたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5G”を、第1エレメントに対して“51G”を、第2エレメントに対して“52G”をそれぞれ付している。
図16は、図1のアンテナ装置1の変形例1−10であるアンテナ装置29の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−10のアンテナ装置29は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第1アンテナ素子5の長さを第2アンテナ素子9より短くして左右非対称にしたものである。即ち、第1アンテナ素子5の第1エレメント51の長さを第2アンテナ素子9の第3エレメント91の長さより短く、また第1アンテナ素子5の第2エレメント52の長さを第2アンテナ素子9の第4エレメント92の長さより短くしたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5G”を、第1エレメントに対して“51G”を、第2エレメントに対して“52G”をそれぞれ付している。
第1エレメント51G、第2エレメント52G、第3エレメント91及び第4エレメント92それぞれの長さを変えることで、第2の周波数f2と第4の周波数f4が異なる値になり(f2≠f4)、また第3の周波数f3と第5の周波数f5も異なる値になる(f3≠f5)ので、共振点が4つになる。但し、第1の周波数f1に変化はない。第1エレメント51G、第2エレメント52G、第3エレメント91及び第4エレメント92それぞれの長さを変えることで共振点が4つになるが、得られる効果は図1のアンテナ装置1と同様である。
(変形例1−11)
図17は、図1のアンテナ装置1の変形例1−11であるアンテナ装置30の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−11のアンテナ装置30は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第2アンテナ素子9と、前述した変形例1−1であるアンテナ装置20(図7参照)の第1アンテナ素子5Bを組み合わせて、方向が異なる非対称にしたものである。即ち、第2アンテナ素子9を基板14の長手方向に向けて配置し、第1アンテナ素子5Bを基板14の短手方向に向けて配置したものである。この変形例1−11のアンテナ装置30も前述した変形例1−10のアンテナ装置29と同様に、第1エレメント51B、第2エレメント52B、第3エレメント91及び第4エレメント92それぞれの長さが異なるので、共振点が4つになる。但し、第1の周波数f1は変わらない。第1エレメント51B、第2エレメント52B、第3エレメント91及び第4エレメント92それぞれの長さを変えることで共振点が4つになるが、得られる効果は図1のアンテナ装置1と同様である。
図17は、図1のアンテナ装置1の変形例1−11であるアンテナ装置30の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−11のアンテナ装置30は、前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1(図2参照)の第2アンテナ素子9と、前述した変形例1−1であるアンテナ装置20(図7参照)の第1アンテナ素子5Bを組み合わせて、方向が異なる非対称にしたものである。即ち、第2アンテナ素子9を基板14の長手方向に向けて配置し、第1アンテナ素子5Bを基板14の短手方向に向けて配置したものである。この変形例1−11のアンテナ装置30も前述した変形例1−10のアンテナ装置29と同様に、第1エレメント51B、第2エレメント52B、第3エレメント91及び第4エレメント92それぞれの長さが異なるので、共振点が4つになる。但し、第1の周波数f1は変わらない。第1エレメント51B、第2エレメント52B、第3エレメント91及び第4エレメント92それぞれの長さを変えることで共振点が4つになるが、得られる効果は図1のアンテナ装置1と同様である。
(変形例1−12)
図18は、図1のアンテナ装置1の変形例1−12であるアンテナ装置31の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−12のアンテナ装置31は、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)の第1アンテナ素子5Cの長さを第2アンテナ素子9Cより短くして左右非対称にしたものである。即ち、第1アンテナ素子5Cの第1エレメント51Cの長さを第2アンテナ素子9Cの第3エレメント91Cの長さより短く、また第1アンテナ素子5Cの第2エレメント52Cの長さを第2アンテナ素子9Cの第4エレメント92Cの長さより短くしたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5H”を、第1エレメントに対して“51H”を、第2エレメントに対して“52H”をそれぞれ付している。
図18は、図1のアンテナ装置1の変形例1−12であるアンテナ装置31の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例1−12のアンテナ装置31は、前述した変形例1−2のアンテナ装置21(図8参照)の第1アンテナ素子5Cの長さを第2アンテナ素子9Cより短くして左右非対称にしたものである。即ち、第1アンテナ素子5Cの第1エレメント51Cの長さを第2アンテナ素子9Cの第3エレメント91Cの長さより短く、また第1アンテナ素子5Cの第2エレメント52Cの長さを第2アンテナ素子9Cの第4エレメント92Cの長さより短くしたものである。なお、同図において、第1アンテナ素子に対して“5H”を、第1エレメントに対して“51H”を、第2エレメントに対して“52H”をそれぞれ付している。
第1エレメント51H、第2エレメント52H、第3エレメント91C及び第4エレメント92Cそれぞれの長さを変えることで、第3の周波数f3と第5の周波数f5が異なる値になり(f3≠f5)、また第2の周波数f2と第4の周波数f4も異なる値になる(f2≠f4)ので、共振点が4つになる。但し、第1の周波数f1に変化はない。第1エレメント51H、第2エレメント52H、第3エレメント91C及び第4エレメント92Cそれぞれの長さを変えることで共振点が4つになるが、得られる効果は図1のアンテナ装置1と同様である。
(変形例1−13)
図19は、図1のアンテナ装置1の変形例1−13であるアンテナ装置32の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、アンテナ装置32は、前述した変形例1−2であるアンテナ装置21(図8参照)の第2アンテナ素子9Cと、前述した変形例1−3であるアンテナ装置22(図9参照)の第1アンテナ素子5Dを組み合わせて、方向が異なる非対称にしたものである。即ち、第2アンテナ素子9Cを基板14の長手方向に向けて配置し、第1アンテナ素子5Dを基板14の短手方向に向けて配置したものである。この変形例1−13のアンテナ装置32も前述した変形例1−10のアンテナ装置29(図16参照)と同様に、第1エレメント51D、第2エレメント52D、第3エレメント91C及び第4エレメント92Cそれぞれの長さが異なるので、共振点が4つになる。但し、第1の周波数f1に変化はない。第1エレメント51D、第2エレメント52D、第3エレメント91C及び第4エレメント92Cそれぞれの長さを変えることで共振点が4つになるが、得られる効果は図1のアンテナ装置1と同様である。
図19は、図1のアンテナ装置1の変形例1−13であるアンテナ装置32の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、アンテナ装置32は、前述した変形例1−2であるアンテナ装置21(図8参照)の第2アンテナ素子9Cと、前述した変形例1−3であるアンテナ装置22(図9参照)の第1アンテナ素子5Dを組み合わせて、方向が異なる非対称にしたものである。即ち、第2アンテナ素子9Cを基板14の長手方向に向けて配置し、第1アンテナ素子5Dを基板14の短手方向に向けて配置したものである。この変形例1−13のアンテナ装置32も前述した変形例1−10のアンテナ装置29(図16参照)と同様に、第1エレメント51D、第2エレメント52D、第3エレメント91C及び第4エレメント92Cそれぞれの長さが異なるので、共振点が4つになる。但し、第1の周波数f1に変化はない。第1エレメント51D、第2エレメント52D、第3エレメント91C及び第4エレメント92Cそれぞれの長さを変えることで共振点が4つになるが、得られる効果は図1のアンテナ装置1と同様である。
(実施の形態2)
図20は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図である。なお、同図では無線回路及び整合回路部を省略しているが、これらは前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1のものと同じものである。
図20は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の基本的な構成を示す模式図である。なお、同図では無線回路及び整合回路部を省略しているが、これらは前述した実施の形態1に係るアンテナ装置1のものと同じものである。
本実施の形態に係るアンテナ装置40は、3分岐構造の第1,第2アンテナ素子41,42を有する。第1アンテナ素子41は、第1エレメント410,第2エレメント411,第3エレメント412を有し、第2アンテナ素子42は、第4エレメント420,第5エレメント421,第6エレメント422を有している。各エレメントの長さの大小関係は、第1アンテナ素子41においては、第1エレメント410<第2エレメント411<第3エレメント412となっており、第2アンテナ素子42においては、第4エレメント420<第5エレメント421<第6エレメント422となっている。この場合、エレメントの長さの差を大きくすると広帯域になり、小さくすると狭帯域となる。本実施の形態に係るアンテナ装置40の場合、第1エレメント410と第2エレメント411及び第4エレメント420と第5エレメント421それぞれにおける長さの差を大きく、第2エレメント411と第3エレメント412及び第5エレメント421と第6エレメント422それぞれにおける長さの差を小さくしている。
図21は、本実施の形態に係るアンテナ装置40の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、基板14の金属板13側の表面上に第1,第2無線回路2,6及び第1,第2給電部3,7が実装されている。また、基板14を構成する誘電体12の表面上で、基板14の長手方向に向けて第1,第2アンテナ素子41,42がパターン形成されている。また、基板14の表面上で、第1,第2給電部3,7と第1,第2アンテナ素子41,42の基端部との間に第1,第2整合回路部4,8が実装されている。
図22(a),(b)は、本実施の形態に係るアンテナ装置40の周波数特性を示す図である。同図の(a)は、アドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)の周波数特性である。また、同図の(b)は、アドミタンス行列のY12成分(mS)の虚部(Im)の周波数特性である。また、図23は、図22の(a)の周波数特性と(b)の周波数特性を重ね合わせた図である。第1エレメント410の第2の周波数f2と第4エレメント420の第5の周波数f5が共に同じ値の共振周波数となり、また第2エレメント411の第3の周波数f3と第5エレメント421の第6の周波数f6が共に同じ値の共振周波数となり、また第3エレメント412の第4の周波数f4と第6エレメント422の第7の周波数f7が共に同じ値の共振周波数となる。
図24は、結合を表すSパラメータ(S12)の周波数特性を示す図である。図22の(a)又は図23に示すように、アドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)が第1の周波数f1(1.5GHz)と、2.5GHzの2つの周波数で略0(ゼロ、mS)となる。即ち、第1の周波数f1の1.5GHzと2.5GHzの2つの周波数でアドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)が略0(ゼロ)になる。また、図22の(b)又は図23に示すように、アンテナ形状のみでIm(Y12)=0が得られる。このように、3分岐構造とすることで、2つの周波数(1.5GHzと2.5GHz)の結合低減に対応することができる。
図24において、第2エレメント411と第3エレメント412及び第5エレメント421と第6エレメント422それぞれの長さの差を大きくすることで、1.5GHz帯を広帯域化でき、それぞれの長さの差を小さくすることで同帯域を狭帯域化できる。一方、第1エレメント410と第2エレメント411及び第4エレメント420と第5エレメント421それぞれの長さの差を大きくすることで、2.5GHz帯を広帯域化でき、それぞれの長さの差を小さくすることで同帯域を狭帯域化できる。図25(a),(b)は、アドミタンス行列のY12成分(mS)の実部(Re)と虚部(Im)の条件を示す図であり、(a)は実部(Re)の条件、(b)は虚部(Im)の条件である。同図に示すように、実部(Re)は、−10mS≦Re(Y12)≦+10mSを満たす必要があり、虚部(Im)は、−5mS≦Im(Y12)≦+5mSの条件を満たす必要がある。これらの条件を満たすことで、第1アンテナ素子41と第2アンテナ素子42の結合を低減できる。
このように、分岐数を増やすことで複数周波数での結合低減が可能となる。また、エレメント間の長さの差を調整することで、結合低減の周波数帯域を調整することができる。勿論分岐数を増やしても、前述した2分岐構造のアンテナ装置1と同様の効果は得られることは言うまでもない。
図26は、図21のアンテナ装置40の変形例2であるアンテナ装置43の具体的な構成を示す斜視図である。同図において、変形例2のアンテナ装置43は、第1アンテナ素子41Bにおいては、第1エレメント410Bの途中から第2エレメント411Bが分岐し、さらに第2エレメント411Bの途中から第3エレメント412Bが分岐した3分岐構造を採り、第2アンテナ素子42Bにおいては、第4エレメント420Bの途中から第5エレメント421Bが分岐し、さらに第5エレメント421Bの途中から第6エレメント422Bが分岐した3分岐構造を採る。このような3分岐構造としても図1のアンテナ装置1と同様の効果が得られる。
次に、本発明のアンテナ装置の応用例について説明する。
(応用例1)
図27は、実施の形態1に係るアンテナ装置1を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末60では、筐体上部の右角部に第1アンテナ素子5と第2アンテナ素子9を筐体短手方向に近接配置している。
(応用例1)
図27は、実施の形態1に係るアンテナ装置1を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末60では、筐体上部の右角部に第1アンテナ素子5と第2アンテナ素子9を筐体短手方向に近接配置している。
(応用例2)
図28は、変形例1−1のアンテナ装置20(図7参照)を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末61では、筐体上部の中央部に第1アンテナ素子5Bと第2アンテナ素子9Bを近接配置している。この場合、第1アンテナ素子5Bと第2アンテナ素子9Bは、互いに背を向ける方向で配置している。
図28は、変形例1−1のアンテナ装置20(図7参照)を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末61では、筐体上部の中央部に第1アンテナ素子5Bと第2アンテナ素子9Bを近接配置している。この場合、第1アンテナ素子5Bと第2アンテナ素子9Bは、互いに背を向ける方向で配置している。
(応用例3)
図29は、変形例1−1のアンテナ装置20(図7参照)の応用例を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末62は、変形例1−1のアンテナ装置20の第1アンテナ素子5B及び第2アンテナ素子9Bの配置方向を逆にしたものである。即ち、第1アンテナ素子5Bと第2アンテナ素子9Bが対向する方向にこれらを配置したものである。
図29は、変形例1−1のアンテナ装置20(図7参照)の応用例を用いた携帯無線端末の概観を示す斜視図である。同図に示す携帯無線端末62は、変形例1−1のアンテナ装置20の第1アンテナ素子5B及び第2アンテナ素子9Bの配置方向を逆にしたものである。即ち、第1アンテナ素子5Bと第2アンテナ素子9Bが対向する方向にこれらを配置したものである。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2012年1月6日出願の日本特許出願(特願2012−001309)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明は、複数のアンテナ素子におけるアンテナ素子間の結合を低減できるとともに、アンテナの効率向上、相関係数の低減が図れるといった効果を有し、複数のアンテナ素子を搭載する携帯無線端末などへの適用が可能である。
1,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,40,43 アンテナ装置
2 第1無線回路
3 第1給電部
4 第1整合回路部
5,5B,5C,5D,5E,5F,5G,5H,41,41B 第1アンテナ素子
6 第2無線回路
7 第2給電部
8 第2整合回路部
9,9B,9C,9D,9E,9F,42,42B 第2アンテナ素子
12 誘電体
13 金属板
14 基板
16 チップアンテナ
51,51B,51C,51D,51E,51F,51G,51H,410,410B 第1エレメント
52,52B,52C,52D,52E,52F,52G,52H,411,411B 第2エレメント
60,61,62 携帯無線端末
91,91B,91C,91D,91E,91F,412,412B 第3エレメント
92,92B,92C,92D,92E,92F,420,420B 第4エレメント
421,421B 第5エレメント
422,422B 第6エレメント
2 第1無線回路
3 第1給電部
4 第1整合回路部
5,5B,5C,5D,5E,5F,5G,5H,41,41B 第1アンテナ素子
6 第2無線回路
7 第2給電部
8 第2整合回路部
9,9B,9C,9D,9E,9F,42,42B 第2アンテナ素子
12 誘電体
13 金属板
14 基板
16 チップアンテナ
51,51B,51C,51D,51E,51F,51G,51H,410,410B 第1エレメント
52,52B,52C,52D,52E,52F,52G,52H,411,411B 第2エレメント
60,61,62 携帯無線端末
91,91B,91C,91D,91E,91F,412,412B 第3エレメント
92,92B,92C,92D,92E,92F,420,420B 第4エレメント
421,421B 第5エレメント
422,422B 第6エレメント
Claims (2)
- 第1の周波数で動作する第1無線回路と、
前記第1無線回路に接続された第1給電部と、
前記第1給電部から給電される第1アンテナ素子と、
前記第1の周波数で動作する第2無線回路と、
前記第2無線回路に接続された第2給電部と、
前記第2給電部から給電される第2アンテナ素子と、を備え、
前記第1アンテナ素子は、第2の周波数において電気長でλ/4となる第1エレメントと、第3の周波数において電気長でλ/4または3λ/4の第2エレメントとからなり、
前記第1エレメントと前記第2エレメントとは、前記第1給電部付近で電気的に接続され、
前記第1給電部は、前記第2の周波数で整合させる第1整合回路部を介して前記第1アンテナ素子に接続され、
前記第2の周波数は前記第1の周波数より高周波であり、かつ、前記第1の周波数は前記第3の周波数より高周波であり、
前記第2アンテナ素子は、第4の周波数において電気長でλ/4となる第3エレメントと、第5の周波数において電気長でλ/4または3λ/4の第4エレメントとからなり、
前記第3エレメントと前記第4エレメントとは、前記第2給電部付近で電気的に接続され、
前記第2給電部は、前記第4の周波数で整合させる第2整合回路部を介して前記第2アンテナ素子に接続され、
前記第4の周波数は前記第1の周波数より高周波であり、かつ、前記第1の周波数は前記第5の周波数より高周波であることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置であって、
前記第2の周波数と前記第4の周波数とは等しく、かつ、前記第3の周波数と前記第5の周波数とは等しいことを特徴とするアンテナ装置。
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