JPWO2018198981A1

JPWO2018198981A1 - アンテナ及びｍｉｍｏアンテナ

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Publication number: JPWO2018198981A1
Application number: JP2019514468A
Authority: JP
Inventors: 龍太園田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: US11095040B2; CN110574234A; CN110574234B; JP6927293B2; WO2018198981A1; US20200059009A1

Abstract

【課題】バランなしでも特定の方向に指向性が得られるアンテナの提供。【解決手段】グランドプレーンと、前記グランドプレーンを基準とする給電点に接続された第１の共振器と、前記第１の共振器によって電磁界結合又は磁界結合で非接触に給電される第２の共振器と、前記第１の共振器及び前記第２の共振器から離れて位置する少なくとも一つの導波器とを備え、前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する前記グランドプレーンを反射器として使用する、又は、前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する反射器を備えた、アンテナ。

Description

本発明は、アンテナ及びＭＩＭＯ（Multiple Input and Multiple Output）アンテナに関する。

従来、回路基板に対して平行な方向に指向性を有する平面八木宇田アンテナが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−２００７１９号公報

特許文献１に記載された技術では、平衡系のアンテナ部分と不平衡系の伝送線路との接続にバランが必要となる。しかしながら、バランを配置するスペースを必ずしも用意できない場合がある。

そこで、本開示では、バランなしでも特定の方向に指向性が得られるアンテナが提供される。

本開示の一態様では、
グランドプレーンと、
前記グランドプレーンを基準とする給電点に接続された第１の共振器と、
前記第１の共振器によって電磁界結合又は磁界結合で非接触に給電される第２の共振器と、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器から離れて位置する少なくとも一つの導波器とを備え、
前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する前記グランドプレーンを反射器として使用する、又は、前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する反射器を備えた、アンテナが提供される。

本開示によれば、バランなしでも特定の方向に指向性を得ることができる。本発明を携帯情報機器に適用することにより、機器のコンパクト化と共にアンテナの高性能化も図ることができる。そのため、機器の設計の自由度が上がり、デザイン性の向上も図れる。

本開示に係るアンテナの構成の一例を模式的に示す平面図である。本開示に係るアンテナの構成の一例を模式的に示す断面図である。本開示に係るアンテナの第１の実施例を模式的に示す平面図である。本開示に係るアンテナの第１の実施例を模式的に示す断面図である。本開示に係るアンテナの第１の実施例のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第１の実施例において、水平偏波のときの水平面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第１の実施例において、水平偏波のときの垂直面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第２の実施例を模式的に示す平面図である。本開示に係るアンテナの第２の実施例において、アンテナ間の相関係数を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第２の実施例のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第２の実施例において、水平偏波のときの水平面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第２の実施例において、水平偏波のときの垂直面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第３の実施例を模式的に示す斜視図である。本開示に係るアンテナの第３の実施例を模式的に示す平面図である。本開示に係るアンテナの第３の実施例を模式的に示す側面図である。本開示に係るアンテナの第３の実施例のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第３の実施例において、水平偏波のときの水平面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第３の実施例において、水平偏波のときの垂直面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第４の実施例を模式的に示す斜視図である。本開示に係るアンテナの第４の実施例を模式的に示す平面図である。本開示に係るアンテナの第４の実施例において、アンテナ間の相関係数を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第４の実施例のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第５の実施例を模式的に示す平面図である。本開示に係るアンテナの第５の実施例において、アンテナ間の相関係数を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。本開示に係るアンテナの第５の実施例のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。導波素子と放射素子と導体を挟んで積層した形態を模式的に示す図である。各素子の相対的な位置関係を調整することにより、主ビームの方向を制御できることを説明する図（その１）である。各素子の相対的な位置関係を調整することにより、主ビームの方向を制御できることを説明する図（その２）である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は、互いに直交する軸を表し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な方向を表す。

図１は、本開示に係るアンテナの構成の一例を模式的に示す平面図である。図２は、本開示に係るアンテナの構成の一例を模式的に示す断面図である。図１，２に示されるアンテナ２５は、無線通信機能を備えた電子機器に搭載される。電子機器は、アンテナ２５を用いて無線通信を行う。アンテナ２５が搭載される電子機器の具体例として、無線端末装置（携帯電話、スマートフォン、ＩｏＴ（Internet of Things）機器など）や、無線基地局などが挙げられる。

アンテナ２５は、例えば、第５世代移動通信システム（いわゆる、５Ｇ）、ブルートゥース（登録商標）等の無線通信規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ等の無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格に対応する。アンテナ２５は、例えば、周波数が３〜３０ＧＨｚのＳＨＦ（Super High Frequency）帯の電波や、周波数が３０〜３００ＧＨｚのＥＨＦ（Extremely High Frequency）帯の電波を送受可能に形成されている。アンテナ２５は、グランド１４を利用する不平衡な伝送線路の終端１２に接続される。

伝送線路の具体例として、マイクロストリップライン、ストリップライン、グランドプレーン付きコプレーナウェーブガイド（信号線の形成される導体面とは反対側の表面にグランドプレーンが配置されたコプレーナウェーブガイド）、コプレーナストリップラインなどが挙げられる。

アンテナ２５は、グランド１４と、給電素子２１と、放射素子２２とを備える。

グランド１４は、グランドプレーンの一例である。グランド外縁１４ａは、Ｘ軸方向に延在し、グランド１４の直線的な外縁の一例である。グランド１４は、Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面に平行に配置され、例えば、ＸＹ平面に平行な基板１３に形成されたグランドパターンである。

基板１３は、誘電体を主成分とする部材である。基板１３の具体例として、ＦＲ４（Flame Retardant Type４）基板が挙げられる。基板１３は、可撓性を有するフレキシブル基板でもよい。基板１３は、第１の基板表面と、第１の基板表面とは反対側の第２の基板表面とを有する。例えば、第１の基板表面には、電子回路が実装され、第２の基板表面には、グランド１４が形成されている。なお、グランド１４は、第１の基板表面に形成されていても、基板１３の内部に形成されていてもよい。

基板１３に実装される電子回路は、例えば、アンテナ２５を介して信号を受信する受信機能と、アンテナ２５を介して信号を送信する送信機能との少なくとも一方の機能を含む集積回路である。電子回路は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）チップによって実現される。受信機能と送信機能との少なくとも一方の機能を含む集積回路は、通信用ＩＣとも称される。

給電素子２１は、グランドプレーンを基準とする給電点に接続された第１の共振器の一例である。給電素子２１は、伝送線路の終端１２に接続されている。終端１２は、グランド１４をグランド基準とする給電点の一例である。

給電素子２１は、基板１３に配置されてもよいし、基板１３以外の箇所に配置されてもよい。給電素子２１が基板１３に配置されている場合、給電素子２１は、例えば、基板１３の第１の基板表面に形成された導体パターンである。

給電素子２１は、グランド１４から離れる方向に延伸し、グランド１４をグランド基準とする給電点（終端１２）に接続されている。給電素子２１は、放射素子２２に対して非接触で高周波的に結合して給電可能な線状導体である。図面には、グランド外縁１４ａに対して直角な方向に延在する直線状導体と、グランド外縁１４ａに並走して延在する直線状導体とによって、Ｌ字状に形成された給電素子２１が例示されている。図示の場合、給電素子２１は、終端１２を起点に端部２１ａから延伸してから曲折部２１ｃで折れ曲がり、先端部２１ｂまで延伸する。先端部２１ｂは、他の導体が接続されていない開放端である。給電素子２１は、Ｘ軸に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。図面には、Ｌ字状の給電素子２１が例示されているが、給電素子２１の形状は、直線状、メアンダ状、ループ状などの他の形状でもよい。

放射素子２２は、第１の共振器に近接する第２の共振器の一例である。放射素子２２は、例えば、給電素子２１から離れて配置され、給電素子２１が共振することにより放射導体として機能する。放射素子２２は、例えば、給電素子２１と電磁界結合又は磁界結合することにより非接触に給電されて放射導体として機能する。電磁界結合とは、電磁波による非接触結合を意味する。磁界結合とは、電磁結合又は電磁誘導による非接触結合を意味する。

すなわち、本発明では、非接触結合のうち、静電容量結合（単に、静電結合又は容量結合とも称す）は、除かれる。なぜなら、平板コンデンサ間の距離が変動すると静電容量値が変動する場合と同様に、２つの導体間に静電容量結合が発生すると、２つの導体間に形成される静電容量の値は、距離の変動により変動し、静電容量の値の変動により共振周波数も変動するからである。逆にいえば、電磁界結合していれば、距離の変動による共振周波数の変化は好ましくは１０％以内、より好ましくは５％以内、さらに好ましくは３％以内に抑えることができる。

また、２つの導体間に静電容量結合が発生すると、２つの導体間には変位電流が流れ（平板コンデンサ間に変位電流が流れるのと同じ）、２つの導体は、別々の共振器としてではなく、一体となって１つの共振器として作用するからである。

なお、静電容量結合を除くとは、静電容量結合が実質的な結合を支配する態様としては存在していないことを意味し、具体的には、２つの導体がそれぞれ別の共振器として働いている限りにおいて、静電容量結合のことは無視できるとの意味である。

放射素子２２は、Ｘ軸に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。例えば、放射素子２２は、Ｘ軸方向に平行なグランド外縁１４ａに沿うように延在する導体部分４１を有する。導体部分４１は、グランド外縁１４ａから離れて位置する。放射素子２２がグランド外縁１４ａに沿った導体部分４１を有することによって、例えば、アンテナ２５の指向性を容易に調整することが可能となる。

給電素子２１と放射素子２２は、例えば、互いに電磁界結合可能な距離で離れて配置されている。放射素子２２は、給電素子２１から給電を受ける給電部を有している。図面には、給電部として、導体部分４１が示されている。放射素子２２は、給電部で給電素子２１を介して電磁界結合によって非接触で給電される。このように給電されることによって、放射素子２２は、アンテナ２５の放射導体として機能する。

放射素子２２は、給電素子２１によって電磁界結合で非接触に給電されることにより、半波長ダイポールアンテナと同様の共振電流（一方の先端部２３と他方の先端部２４との間を定在波状に分布する電流）が放射素子２２上に流れる。すなわち、放射素子２２は、給電素子２１によって電磁界結合で非接触に給電されることにより、ダイポールアンテナとして機能する。

したがって、放射素子２２は給電素子２１によって電磁界結合で非接触で給電されるので、バランが無くてもアンテナ２５を不平衡の伝送線路に接続することができる。なお、放射素子２２が給電素子２１によって磁界結合で非接触で給電される形態でも同様に、バランが無くてもアンテナ２５を不平衡の伝送線路に接続することができる。また、アンテナの動作周波数が６ＧＨｚ以上と高周波化すると、通信用ＩＣとアンテナ間の伝送損失を低減するために、アンテナと通信用ＩＣを同一基板上に配置することが考えられる。このような場合、通信用ＩＣからの発熱を考慮したアンテナ基板材料の選定が必要になるが、本技術では、通信用ＩＣとアンテナを物理的に離して接続できるため、アンテナへの熱伝導を防ぐことができ、アンテナ基板（例えば、基材部３０）の選択肢を増やすことができる。例えば、耐熱性の低い樹脂などをアンテナ基板材料として使用できる。

放射素子２２は、誘電性の基材部３０に設けられている。基材部３０は、例えば、平面部を有する基板である。放射素子２２の一部又は全部は、基材部３０の表面に設けられてもよいし、基材部３０の内部に設けられてもよい。図示の形態では、放射素子２２は、基材部３０の内側表面（グランド１４に対向する表面）に配置されている。また、基材部３０は、低誘電損失材料であることが好ましい。このような構成にすることにより、アンテナ性能を向上させることができる。また、基板１３上にアンテナを形成する必要がないため、基板１３にＦＲ４などの汎用基板材料を利用することが可能となる。

アンテナ２５は、放射素子２２と、導波器５０と、反射器６０とによって構成された平面八木宇田アンテナを含む構成を有する。放射素子２２は、放射器（輻射器）として機能する。導波器５０及び反射器６０は、給電素子２１及び放射素子２２から離れて配置された導体エレメントである。

アンテナ２５は、放射素子２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１４に平行なＹ軸方向の正側）に位置する少なくとも一つの導波器５０を備える。導波器５０は、Ｘ軸に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。図面には、２つの導波器５１，５２が示されている。導波器５１，５２の各々の長さは、放射素子２２の長さよりも短い。導波器は、導波素子とも称する。

すなわち、放射素子２２、導波素子５１、５２の長さをそれぞれＬ_２２、Ｌ_５１、Ｌ_５２とする。Ｌ_５１は、Ｌ_２２の０．８〜０．９９倍とすることが好ましく、０．８５〜０．９５倍とすることがより好ましい。同様に、Ｌ_５２は、Ｌ_５１より短くすることが好ましく、Ｌ_５１の０．８〜０．９９倍とすることがより好ましく、０．８５〜０．９５倍とすることがさらに好ましい。図では、導波素子が２個の場合の例であるが、３個以上でもよく、その場合は、Ｌ_５１とＬ_５２のような関係を持ちながら、各々の導波素子の長さを漸減させることが好ましい。

また、放射素子２２と導波素子５１、５２とは、平行又は略平行に配置することが好ましく、その間隔（２素子間の最短の距離）ｄ_１、ｄ_２は、共振時の波長をλとすると、いずれも０．２〜０．３λとすることが好ましく、０．２３〜０．２７λとすることがより好ましい。

導波器５１，５２は、基材部３０に設けられ、図示の形態では、基材部３０の内側表面に配置されている。また、図示の形態では、導波器５１，５２は、放射素子２２と同一の表面に配置されている。

アンテナ２５は、放射素子２２に対して導波器５０とは反対側に位置する一つの反射器６０を備える。反射器６０は、Ｘ軸に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。図示の形態では、反射器６０は、放射素子２２及び給電素子２１に対して、導波器５０とは反対側に位置する。反射器６０が放射素子２２と給電素子２１との両方に対して導波器５０とは反対側に位置するので、反射器６０が給電素子２１に対して放射素子２２側に位置する形態に比べて、アンテナ２５の小型化が可能となる。反射器は、反射素子とも称する。

反射器６０の長さは、放射素子２２の長さよりも長い。反射器６０の長さをＬ_６０とすると、Ｌ_６０はＬ_２２の１．０１〜１．２倍とすることが好ましく、１．０５〜１．１５倍とすることがより好ましい。また、反射器６０と放射素子２２とは、平行又は略平行に配置することが好ましく、その間隔（２素子間の最短の距離）ｄ_３は、共振時の波長をλとすると、いずれも０．２〜０．３λとすることが好ましく、０．２３〜０．２７λとすることがより好ましい。

反射器６０は、基材部３０に設けられ、図示の形態では、基材部３０の内側表面に配置される。また、図示の形態では、反射器６０は、グランド１４に対向するように放射素子２２と同一の表面に配置されている。反射器６０がグランド１４に対向して配置されている。これにより、反射器６０がグランド１４に対向していない箇所に配置されている形態（例えば、反射器６０がグランド外縁１４ａに対して放射素子２２側に位置する形態）に比べて、アンテナ２５の小型化が可能となる。

このように、アンテナ２５は、放射素子２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１４に平行なＹ軸方向の正側）に位置する少なくとも一つの導波器５０と、放射素子２２に対して導波器５０とは反対側に位置する一つの反射器６０とを備える。これにより、放射素子２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１４に平行なＹ軸方向の正側）に指向性を有するアンテナ２５を実現することができる。特に、放射素子２２、導波器５０及び反射器６０は、それぞれ、グランド１４に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。したがって、放射素子２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１４に平行なＹ軸方向の正側）において、水平偏波のアンテナ利得を高めることができる。

図１，２において、アンテナ２５は、放射素子２２に対して導波器５０とは反対側に位置する反射器６０を備える。しかしながら、アンテナ２５は、放射素子２２に対して導波器５０とは反対側に位置するグランド１４を反射器として使用してもよい。グランド１４を反射器として使用する場合、図示の反射器６０は無くてもよい。この場合でも、放射素子２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１４に平行なＹ軸方向の正側）に指向性を有するアンテナ２５を実現することができる。また、放射素子２２および導波器５０は、給電素子２１と同一平面上にあってもよい。

別の態様としては、導波素子５０と放射素子２２とを導体３１（例えば、携帯機器の筐体など）を挟んで積層してもよい。概略図を図２６に示す。図２６では、導体３１の両面に導波器５０と放射素子２２を積層させたものである。なお、図２６は、導波素子５０が１個の例を示すが、導波素子５０の個数は、２個以上の複数としてもよい。その場合には導波素子間には誘電体を介在させることが好ましい。導波素子が複数の場合、その間隔は共振時の波長をλとするとき、０．２〜０．３λとすることが好ましく、０．２３〜０．２７λとすることがより好ましい。また、導波素子と反射素子と放射素子との長さの関係も図１と同様にすることが好ましい。

また、図２７に示すように、導波素子５０、放射素子２２及び反射素子（又は、グランド１４）を平行又は略平行に積層した状態で各素子の相対的な位置関係を調整することにより、指向性を制御することもできる。例えば、図２７のように、各素子のうち一の素子の長さ方向に対して垂直な方向Ｚ１に、各素子の中心を直線状に揃えると、主たる放射方向Ａ１は、その垂直な方向Ｚ１になる。一方、図２８のように、各素子のうち一の素子の長さ方向に対して垂直な方向Ｚ１から、各素子の中心を段階的に離れるようにすることにより、主たる放射方向Ａ１を、その段階的に離していく方向に傾けることができる。図２７の構成を有するアンテナと図２８の構成を有するアンテナとを併用することにより、全方位の方向に放射するアンテナを疑似的に形成できる。

＜第１の実施例＞
図３は、本開示に係るアンテナの第１の実施例を模式的に示す平面図である。図４は、本開示に係るアンテナの第１の実施例を模式的に示す断面図である。第１の実施例の構成のうち上述の構成と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図３，４において、アンテナ１２５は、アンテナ２５（図１参照）の一例である。アンテナ１２５は、グランド１１４と、給電素子１２１と、放射素子１２２と、導波器１５０と、反射器１６０とを備える。

グランド１１４は、グランド１４（図１参照）の一例である。グランド外縁１１４ａは、グランド１１４の直線的な外縁の一例である。グランド１１４は、例えば、ＸＹ平面に平行な基板１１３に形成されたグランドパターンである。基板１１３は、基板１３（図１参照）の一例である。給電素子１２１は、給電素子２１（図１参照）の一例である。給電素子１２１は、伝送線路の終端１１２に接続されている。終端１１２は、グランド１１４をグランド基準とする給電点の一例である。放射素子１２２は、放射素子２２（図１参照）の一例である。放射素子１２２は、給電素子１２１と電磁界結合することにより非接触に給電されて放射導体として機能する。導波器１５０は、導波器５０（図１参照）の一例である。図面には、２つの導波器１５１，１５２が示されている。反射器１６０は、反射器６０（図１参照）の一例である。

図５は、アンテナ１２５のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。電磁界シミュレーションとして、ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）が使用される。縦軸は、Ｓパラメータ（Scattering parameters）の反射係数Ｓ１１を示す。

Ｓ１１が極小値になる周波数が、インピーダンスマッチングをとることのできる周波数であり、この周波数をアンテナ１２５の動作周波数（共振周波数）とすることができる。図５に示されるように、アンテナ１２５によれば、２８ＧＨｚを含む帯域で、良好なインピーダンスマッチングが得られる。

図６は、アンテナ１２５において、水平偏波のときの水平面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図７は、アンテナ１２５において、水平偏波のときの垂直面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図６，７は、アンテナ１２５の基本モードの共振周波数ｆ（＝２８ＧＨｚ）における指向性利得を表す。

図６，７の解析時において、アンテナ１２５の放射素子１２２の一方の先端部（給電素子１２１が近接する側の先端部）を、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが交わる原点とする。φ（Phi）は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面内の任意の方向とＸ軸とがなす角度を表し、θ（Theta）は、φが指す方向とＺ軸とを含む平面内の任意の方向とＺ軸とがなす角度を表す。

図６，７に示されるように、放射素子１２２に対してＹ軸方向の正側に指向性を有するアンテナ１２５を実現することができる。したがって、グランド１１４が水平面に平行になるようにアンテナ１２５が配置されることにより、水平面に平行な方向（水平方向）においてＹ軸方向の正側の指向性が向上する。よって、Ｙ軸方向の正側から到来又はＹ軸方向の正側に放射する水平偏波のアンテナ利得（動作利得）を増大させることができる。

なお、図５〜７においてＳパラメータ及びアンテナ利得を解析した時において、図３，４に示された各部の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１：１０
Ｌ２：４
Ｌ３：１２
Ｌ４：３．６
Ｌ５：０．１２
Ｌ６：３．８
Ｌ７：４．２
Ｌ８：１．８８
Ｌ９：１．８８
Ｌ１０：５
Ｌ１１：１．８８
Ｌ１２：０．９４
Ｌ１３：１．０６
Ｌ１４：０．５６
Ｌ１５：０．１２
Ｌ１６：０．２５
Ｌ１７：０．０５
である。また、アンテナ１２５の各導体のＺ軸方向の厚さは、０．０１８μｍである。また、給電点（終端１１２）には、バランが接続されていない。

＜第２の実施例＞
図８は、本開示に係るアンテナの第２の実施例を模式的に示す平面図である。第２の実施例の構成のうち上述の構成と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図８において、アンテナ２２５は、給電点が互いに異なる複数のアンテナを備えるＭＩＭＯ（Multiple Input and Multiple Output）アンテナの一例である。アンテナ２２５は、２つのアンテナ１２５Ａ、１２５Ｂを有する。アンテナ１２５Ａ，１２５Ｂは、それぞれ、アンテナ１２５と同じ構成（図３，４参照）を有する。アンテナ１２５Ａ，１２５Ｂは、Ｘ軸方向に並べて配置され、グランド１１４を共用する。

図９は、アンテナ２２５において、アンテナ１２５Ａとアンテナ１２５Ｂとの間の相関係数を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図９に示されるように、相関係数は、アンテナ１２５Ａとアンテナ１２５Ｂの各々の共振周波数ｆ（＝２８ＧＨｚ）を含む帯域において所定値（例えば、０．３）以下の低い状態にある。したがって、アンテナ２２５を水平偏波用のＭＩＭＯアンテナとして機能させることができる。

図１０は、アンテナ２２５のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。電磁界シミュレーションとして、ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）が使用される。縦軸は、Ｓパラメータ（Scattering parameters）の反射係数Ｓ１１及び伝達係数Ｓ１２を示す。

反射係数Ｓ１１が極小値になる周波数が、インピーダンスマッチングをとることのできる周波数であり、この周波数をアンテナ１２５の動作周波数（共振周波数）とすることができる。また、伝達係数Ｓ１２が極小値になる周波数が、アンテナ間のアイソレーションを高くすることのできる周波数（言い換えれば、アンテナ間の相関係数を低くすることのできる周波数）である。

図１０において、反射係数Ｓ１１は、アンテナ１２５Ａの反射特性を表しており、伝達係数Ｓ１２は、アンテナ１２５Ｂからアンテナ１２５Ａへの伝達係数を表す。図１０に示されるように、アンテナ２２５の共振周波数２８ＧＨｚを含む帯域（例えば、２５〜３０ＧＨｚ）において、反射係数Ｓ１１及び伝達係数Ｓ１２が低く抑えられている。したがって、アンテナ２２５を、共振周波数２８ＧＨｚでアンテナ１２５Ａとアンテナ１２５Ｂとの間のアイソレーションを高くしたＭＩＭＯアンテナとして機能させることができる。

図１１は、アンテナ２２５において、水平偏波のときの水平面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図１２は、アンテナ２２５において、水平偏波のときの垂直面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図１１，１２は、アンテナ２２５の基本モードの共振周波数ｆ（＝２８ＧＨｚ）における指向性利得を表す。

図１１，１２の解析時において、アンテナ１２５Ａの放射素子１２２の一方の先端部と、アンテナ１２５Ｂの放射素子１２２の一方の先端部との中点を、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが交わる原点とする。両アンテナの各々の一方の先端部とは、給電素子１２１が近接する側の先端部を表す。φ（Phi）は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面内の任意の方向とＸ軸とがなす角度を表し、θ（Theta）は、φが指す方向とＺ軸とを含む平面内の任意の方向とＺ軸とがなす角度を表す。

図１１，１２に示されるように、２つの放射素子１２２に対してＹ軸方向の正側に指向性を有するアンテナ２２５を実現することができる。したがって、グランド１１４が水平面に平行になるようにアンテナ２２５が配置されることにより、水平面に平行な方向（水平方向）においてＹ軸方向の正側の指向性が向上する。よって、Ｙ軸方向の正側から到来又はＹ軸方向の正側に放射する水平偏波のアンテナ利得（動作利得）を増大させることができる。

なお、図９〜１２においてＳパラメータ及びアンテナ利得を解析した時において、図８に示された各部の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１：１０
Ｌ２：４
Ｌ３：１２
Ｌ２０：５．２
Ｌ２１：１．０８
である。それ以外の寸法については、第１の実施例と同じである。また、２つの給電点（終端１１２）には、バランが接続されていない。

＜第３の実施例＞
図１３は、本開示に係るアンテナの第３の実施例を模式的に示す斜視図である。図１４は、本開示に係るアンテナの第３の実施例を模式的に示す平面図である。図１５は、本開示に係るアンテナの第３の実施例を模式的に示す側面図である。第３の実施例の構成のうち上述の構成と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図１３〜１５において、アンテナ３２５は、アンテナ２５（図１参照）の一例である。アンテナ３２５は、グランド１１４と、給電素子３２１と、放射素子３２２と、導波器３５０と、反射器３６０とを備える。

グランド１１４は、グランド１４（図１参照）の一例である。グランド外縁１１４ａは、グランド１１４の直線的な外縁の一例である。グランド１１４は、例えば、ＸＹ平面に平行な基板１１３に形成されたグランドパターンである。基板１１３は、基板１３（図１参照）の一例である。給電素子３２１は、給電素子２１（図１参照）の一例である。給電素子３２１は、伝送線路の終端３１２に接続されている。終端３１２は、グランド１１４をグランド基準とする給電点の一例である。放射素子３２２は、放射素子２２（図１参照）の一例である。放射素子３２２は、給電素子３２１と電磁界結合することにより非接触に給電されて放射導体として機能する。導波器３５０は、導波器５０（図１参照）の一例である。図面には、１つの導波器３５０が示されている。反射器３６０は、反射器６０（図１参照）の一例である。

アンテナ３２５において、放射素子３２２、導波器３５０及び反射器３６０は、それぞれ、グランド１１４の法線方向に平行な方向成分を持つ導体部分３２２ｂ，３６０ｂ，３５０ｂを有する。これにより、放射素子２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１１４に平行なＹ軸方向の正側）において、垂直偏波のアンテナ利得を高めることができる。

図示の形態では、放射素子３２２、導波器３５０及び反射器３６０は、それぞれ、Ｕ字状（Ｊ字状を含む）の導体である。それぞれのＵ字状の開口部は、Ｙ軸方向の負側に向けて開口し、具体的には、放射素子３２２に対して反射器３６０が配置されている側に向けて開口している。

放射素子３２２は、Ｚ軸方向に対向する一対の導体部分３２２ａ，３２２ｃと、一対の導体部分３２２ａ，３２２ｃのＹ軸方向の正側の端部のそれぞれを接続する導体部分３２２ｂとを有する。一対の導体部分３２２ａ，３２２ｃは、Ｙ軸方向に延在し、導体部分３２２ｂは、Ｚ軸方向に延在する。

導波器３５０は、Ｚ軸方向に対向する一対の導体部分３５０ａ，３５０ｃと、一対の導体部分３５０ａ，３５０ｃのＹ軸方向の正側の端部のそれぞれを接続する導体部分３５０ｂとを有する。一対の導体部分３５０ａ，３５０ｃは、Ｙ軸方向に延在し、導体部分３５０ｂは、Ｚ軸方向に延在する。

反射器３６０は、Ｚ軸方向に対向する一対の導体部分３６０ａ，３６０ｃと、一対の導体部分３６０ａ，３６０ｃのＹ軸方向の正側の端部のそれぞれを接続する導体部分３６０ｂとを有する。一対の導体部分３６０ａ，３６０ｃは、Ｙ軸方向に延在し、導体部分３６０ｂは、Ｚ軸方向に延在する。

図１３〜１５において、アンテナ３２５は、放射素子３２２に対して導波器３５０とは反対側に位置する反射器３６０を備える。しかしながら、アンテナ３２５は、放射素子３２２に対して導波器３５０とは反対側に位置するグランド１１４を反射器として使用してもよい。グランド１１４を反射器として使用する場合、図示の反射器３６０は無くてもよい。この場合でも、放射素子３２２に対して特定の方向（図示の形態では、グランド１４に平行なＹ軸方向の正側）に指向性を有するアンテナ３２５を実現することができる。

図１６は、アンテナ３２５のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。電磁界シミュレーションとして、ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）が使用される。縦軸は、Ｓパラメータ（Scattering parameters）の反射係数Ｓ１１を示す。

Ｓ１１が極小値になる周波数が、インピーダンスマッチングをとることのできる周波数であり、この周波数をアンテナ３２５の動作周波数（共振周波数）とすることができる。図１６に示されるように、アンテナ３２５によれば、２８ＧＨｚを含む帯域で、良好なインピーダンスマッチングが得られる。

図１７は、アンテナ３２５において、垂直偏波のときの垂直面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図１８は、アンテナ１２５において、垂直偏波のときの水平面内の指向性を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図１７，１８は、アンテナ３２５の基本モードの共振周波数ｆ（＝２８ＧＨｚ）における指向性利得を表す。

図１７，１８の解析時において、放射素子３２２、導波器３５０及び反射器３６０を含むＹＺ平面とグランド外縁１１４ａとの交点を、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが交わる原点とする。φ（Phi）は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面内の任意の方向とＸ軸とがなす角度を表し、θ（Theta）は、φが指す方向とＺ軸とを含む平面内の任意の方向とＺ軸とがなす角度を表す。

図１７，１８に示されるように、放射素子３２２に対してＹ軸方向の正側に指向性を有するアンテナ３２５を実現することができる。したがって、グランド１１４が水平面に平行になるようにアンテナ３２５が配置されることにより、水平面に平行な方向（水平方向）においてＹ軸方向の正側の指向性が向上する。よって、Ｙ軸方向の正側から到来又はＹ軸方向の正側に放射する垂直偏波のアンテナ利得（動作利得）を増大させることができる。

なお、図１６〜１８においてＳパラメータ及びアンテナ利得を解析した時において、図１４，１５に示された各部の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１：１０
Ｌ２：４
Ｌ３：１２
Ｌ３０：０．５
Ｌ３１：０．１２
Ｌ３２：１
Ｌ３３：１．６１
Ｌ３４：０．８９
Ｌ３５：１．６１
Ｌ３６：０．８９
Ｌ３７：１．６１
Ｌ３８：１．６２
Ｌ３９：０．１９１
である。それ以外の寸法については、第１の実施例と同じである。また、給電点（終端３１２）には、バランが接続されていない。

＜第４の実施例＞
図１９は、本開示に係るアンテナの第４の実施例を模式的に示す斜視図である。図２０は、本開示に係るアンテナの第４の実施例を模式的に示す平面図である。第４の実施例の構成のうち上述の構成と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図１９，２０において、アンテナ４２５は、給電点が互いに異なる複数のアンテナを備えるＭＩＭＯアンテナの一例である。アンテナ４２５は、２つのアンテナ３２５Ａ、３２５Ｂを有する。アンテナ３２５Ａ，３２５Ｂは、それぞれ、アンテナ３２５と同じ構成（図１３〜１５参照）を有する。アンテナ３２５Ａ，３２５Ｂは、Ｘ軸方向に並べて配置され、グランド１１４を共用する。

図２１は、アンテナ４２５において、アンテナ４２５Ａとアンテナ４２５Ｂとの間の相関係数を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図２１に示されるように、相関係数は、アンテナ３２５Ａとアンテナ３２５Ｂの各々の共振周波数ｆ（＝２８ＧＨｚ）を含む帯域において所定値（例えば、０．３）以下の低い状態にある。したがって、アンテナ４２５を垂直偏波用のＭＩＭＯアンテナとして機能させることができる。

図２２は、アンテナ４２５のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。電磁界シミュレーションとして、ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）が使用される。縦軸は、Ｓパラメータ（Scattering parameters）の反射係数Ｓ１１及び伝達係数Ｓ１２を示す。

反射係数Ｓ１１が極小値になる周波数が、インピーダンスマッチングをとることのできる周波数であり、この周波数をアンテナ４２５の動作周波数（共振周波数）とすることができる。また、伝達係数Ｓ１２が極小値になる周波数が、アンテナ間のアイソレーションを高くすることのできる周波数（言い換えれば、アンテナ間の相関係数を低くすることのできる周波数）である。

図２２において、反射係数Ｓ１１は、アンテナ３２５Ａの反射特性を表しており、伝達係数Ｓ１２は、アンテナ３２５Ｂからアンテナ３２５Ａへの伝達係数を表す。図２２に示されるように、アンテナ４２５の共振周波数２８ＧＨｚを含む帯域（例えば、２５〜３０ＧＨｚ）において、反射係数Ｓ１１及び伝達係数Ｓ１２が低く抑えられている。したがって、アンテナ４２５を、共振周波数２８ＧＨｚでアンテナ３２５Ａとアンテナ３２５Ｂとの間のアイソレーションを高くしたＭＩＭＯアンテナとして機能させることができる。

なお、図２１，２２においてＳパラメータ及びアンテナ利得を解析した時において、図２０に示された各部の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１：１０
Ｌ２：４
Ｌ３：１２
Ｌ４０：２
Ｌ４１：１．３８
である。それ以外の寸法については、第１の実施例と同じである。また、２つの給電点（終端３１２）には、バランが接続されていない。

＜第５の実施例＞
図２３は、本開示に係るアンテナの第５の実施例を模式的に示す平面図である。第５の実施例の構成のうち上述の構成と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図２３において、アンテナ５２５は、給電点が互いに異なる複数のアンテナを備えるＭＩＭＯアンテナの一例である。アンテナ５２５は、２つのアンテナ１２５Ｃ、３２５Ｃを有する。アンテナ１２５Ｃは、アンテナ１２５と同じ構成（図３，４参照）を有する第１のアンテナの一例である。アンテナ３２５Ｃは、アンテナ３２５と同じ構成（図１３〜１５参照）を有する第２のアンテナの一例である。アンテナ１２５Ｃ，３２５Ｃは、Ｘ軸方向に並べて配置され、グランド１１４を共用する。

アンテナ１２５Ｃにおいて、放射素子１２２、導波器１５０及び反射器１６０は、それぞれ、グランド１１４に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。一方、アンテナ３２５Ｃにおいて、放射素子３２２、導波器３５０及び反射器３６０は、それぞれ、グランド１１４の法線方向に平行な方向成分を持つ導体部分を有する。

図２４は、アンテナ５２５において、アンテナ１２５Ｃとアンテナ３２５Ｃとの間の相関係数を解析したシミュレーション結果の一例を示す図である。図２４に示されるように、相関係数は、アンテナ１２５Ｃとアンテナ３２５Ｃの各々の共振周波数ｆ（＝２８ＧＨｚ）を含む帯域において所定値（例えば、０．３）以下の低い状態にある。したがって、アンテナ５２５を水平偏波用と垂直偏波用の両方に対応可能なＭＩＭＯアンテナとして機能させることができる。

図２５は、アンテナ５２５のリターンロス特性を解析したシミュレーションの一例を示す図である。電磁界シミュレーションとして、ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）が使用される。縦軸は、Ｓパラメータ（Scattering parameters）の反射係数Ｓ１１，Ｓ２２及び伝達係数Ｓ１２，Ｓ２１を示す。

反射係数Ｓ１１，Ｓ２２が極小値になる周波数が、インピーダンスマッチングをとることのできる周波数であり、この周波数をアンテナ４２５の動作周波数（共振周波数）とすることができる。また、伝達係数Ｓ１２，Ｓ２１が極小値になる周波数が、アンテナ間のアイソレーションを高くすることのできる周波数（言い換えれば、アンテナ間の相関係数を低くすることのできる周波数）である。

図２５において、反射係数Ｓ１１，Ｓ２２は、それぞれ、アンテナ１２５Ｃ，３２５Ｃの反射特性を表す。伝達係数Ｓ１２は、アンテナ３２５Ｃからアンテナ１２５Ｃへの伝達係数を表す。伝達係数Ｓ２１は、アンテナ１２５Ｃからアンテナ３２５Ｃへの伝達係数を表す。図２５に示されるように、アンテナ５２５の共振周波数２８ＧＨｚを含む帯域（例えば、２５〜３０ＧＨｚ）において、反射係数Ｓ１１，Ｓ２２及び伝達係数Ｓ１２，Ｓ２１が低く抑えられている。したがって、アンテナ５２５を、共振周波数２８ＧＨｚでアンテナ１２５Ｃとアンテナ３２５Ｃとの間のアイソレーションを高くしたＭＩＭＯアンテナとして機能させることができる。

なお、図２４，２５においてＳパラメータ及びアンテナ利得を解析した時において、図２３に示された各部の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１：１０
Ｌ２：４
Ｌ３：１２
Ｌ５０：１．３８
である。それ以外の寸法については、第１の実施例及び第３の実施例と同じである。また、２つの給電点（終端１１２，３１２）には、バランが接続されていない。

以上、アンテナ及びＭＩＭＯアンテナを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

本国際出願は、２０１７年４月２７日に出願した日本国特許出願第２０１７−０８８７８６号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７−０８８７８６号の全内容を本国際出願に援用する。

１２終端
１４，１１４グランド
２１，１２１給電素子
２２放射素子
２５，１２５，２２５，３２５，４２５，５２５アンテナ
３０基材部
３１導体
５０，１５０，３５０導波器
６０，１６０，３６０反射器

Claims

グランドプレーンと、
前記グランドプレーンを基準とする給電点に接続された第１の共振器と、
前記第１の共振器によって電磁界結合又は磁界結合で非接触に給電される第２の共振器と、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器から離れて位置する少なくとも一つの導波器とを備え、
前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する前記グランドプレーンを反射器として使用する、又は、前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する反射器を備えた、アンテナ。
前記反射器は、前記第１の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する、請求項１に記載のアンテナ。
前記反射器は、前記グランドプレーンに対向して配置された、請求項２に記載のアンテナ。
前記第２の共振器、前記導波器及び前記反射器は、それぞれ、前記グランドプレーンの法線方向に平行な方向成分を持つ導体部分を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
給電点が互いに異なる複数のアンテナを備え、
前記複数のアンテナは、それぞれ、
グランドプレーンを基準とする給電点に接続された第１の共振器と、
前記第１の共振器によって電磁界結合又は磁界結合で非接触に給電される第２の共振器と、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器から離れて位置する少なくとも一つの導波器とを備え、
前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する前記グランドプレーンを反射器として使用する、又は、前記第２の共振器に対して前記導波器とは反対側に位置する反射器を備えた、ＭＩＭＯアンテナ。
前記複数のアンテナは、第１のアンテナと第２のアンテナを含み、
前記第１のアンテナにおいて、前記第２の共振器、前記導波器及び前記反射器は、それぞれ、前記グランドプレーンに平行な方向成分を持つ導体部分を有し、
前記第２のアンテナにおいて、前記第２の共振器、前記導波器及び前記反射器は、それぞれ、前記グランドプレーンの法線方向に平行な方向成分を持つ導体部分を有する、請求項５に記載のＭＩＭＯアンテナ。