WO2004004068A1

WO2004004068A1 - アンテナ装置

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Publication number: WO2004004068A1
Application number: PCT/JP2003/008089
Authority: WO
Inventors: Susumu Fukushima; Takeo Yasuho
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-01-08
Also published as: CN100442598C; EP1437795A4; CN1579036A; EP1437795A1; US7057558B2; US20040246181A1

Abstract

２つ以上の給電ポートを有する小形アンテナ。放射体は、直径が略半波長の略円形又は、中心点を通る対角線の長さが略半波長の略正多角形の形状をした平面状導体からなる。グランド板は、それに対向配置される。給電ポートは、放射体上において、放射体の中心点を通り直交する２つの線分上にある給電点のそれぞれに接続される。このアンテナは、１基構成のアンテナとして使用されるだけでなく、給電ポート間のアイソレーションが確保された２基の独立したアンテナとしても使用される。こうして、小形の２基使用のアンテナ装置が得られる。その放射体が、縁のある帽子形状にされて、その山部の径が1/4波長となるようなStepped Impedance Resonator（ＳＩＲ）構造が形成され、放射体が短縮させられる。

Description

明細書技術分野

本発明は主として携帯端末などの移動体通信及び短距離通信などに使用されるアンテナ装置に関するものである。背景技術

従来、 1つの周波数を用いて複数の情報通信システムに対応できるァンテナ装置としては、図 1 9に示すような通信モジュールとともに用いられたものがあった。図 1 9において、通信モジュール 1 0 0は、短距離通信システム 1 0 3と Wide- Local Area Network (W- L AN) システム 1 04の両システムに対応している。このような通信モジュール 1 0 0を設計する上で考慮しなければならない点は、 2つのシステム 1 0 3及び 1 04がともに同一周波数帯、例えば 2.4GHz帯を使用しているという点とこれらのシステムが同時使用される点である。つまり、両方のシステムが同時に送信状態又は受信状態であることも、一方のシステムが送信状態で他方のシステムが受信状態であることもあり、後者の場合には一方のシステムの信号が他方のシステムにおいて妨害信号となり、その受信信号のビット誤り率（B ER) を大きく劣化させることがあった。

このような混信が起こらないように、従来は高周波フィルタをアンテナに直結して他方のシステムの信号を除去していたが、図 1 9の通信モジュール 1 0 0に関しては 2つのシステム 1 0 3及び 1 04が同一周波数帯を使用しているので、このような手段では他方のシステムの信号を除去することが不可能であった。したがって、通信モジュール 1 0 0 においては、それぞれのシステム 1 0 3及び 1 0 4に別々にアンテナ 1 0 1及び 1 0 2を設けることにより両システム間の信号の跳び込みを防止していた。つまり、 2つのアンテナ 1 0 1及び 1 0 2の配置のしかたを工夫することによりシステム間のアイソレーションを確保していた, 例えば、 2. 4GHz用ダイポールアンテナを 2基用いた場合の理論計算によれば、両アンテナ間のアイソレーションを 26dB確保するためには、両アンテナ間の間隔を 320 mm離す必要あるという結果が得られている。上記の構成では、 2つのアンテナ 1 0 1及び 1 0 2を物理的に離して配置する必要があるため、通信モジュール 1 0 0を搭載する筐体の寸法が必然的に大きくなつてしまう。また、アンテナ 1 0 1及び 1 0 2を 2基使用するのに伴い、アンテナ搭載位置を 2箇所確保する必要があるので、装置設計上の制約にもなつていた。さらに、アンテナ装置にかかるコストも 2倍必要であった。発明の開示

本発明は、 1つのアンテナに複数の給電ポ一トを設けて、各ポート間のアイソレーションが確保できる 1基構成の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、 2つ以上の給電ポートを設けるとともに、各給電ポートは、それ以外の給電ポートからの給電によって生起する放射体上の高周波電位が零となる領域に配設される。このような位置に各給電ポートが配設されることにより、各給電ポ一ト位置での電位が、他の給電ポートからの高周波信号により時間的に変動しない。そのため、他の給電ポートからの高周波信号の漏れ込みを低減することができる。

このアンテナ装置は、従来 2基必要であったアンテナが 1基で機能する。したがって、アンテナ装置の筐体内の必要なアンテナ設置スペースを半減させることができ、筐体の小型化を実現できるとともに、コスト削減を図ることができる。

本発明の形態においては、アンテナ装置は、直径が略半波長の略円形又は中^:、点を通る対角線の長さが略半波長の略正多角形又は辺長が略半波長の略四角形の平面状導体からなる放射体と、所定の距離を隔てて放射体と対向配置されたグランド板と、放射体上に 2つの給電点を定めてそれらの給電点にそれぞれ接続された給電ポ一トとを備える。ここで、放射体上にあるこれら 2つの給電点は、互いに他の給電ポートからの給電によって生起する高周波電位が零の領域にある。このような構成により、，給電ポ一ト間のアイソレーションを確保することができる。

本発明の別の形態として、放射体の中心点と 2つの給電点を通る直線を互いに直交するようにし、給電ポートを周辺部より内側に設けることもできる。こうして、各給電ポートを容易にインピーダンス整合させること Sできる。

本発明のさらなる形態として、放射体の中心に第 3の給電ポートを設けることもできる。こうして、 3つの互いにアイソレーションの確保された給電ポ一トを備えた小型アンテナ装置が実現できる。

本発明のさらなる形態として、 3つの給電ポー卜に対して使用される周波数を略同一周波数とすることもできる。こうして、放射体の中心点での電位が概ね零となるため、第 3の給電ポートとそれ以外の給電ポ —ト間のアイソレ一ションを大きく確保できる。

本発明のさらなる形態として、第 1及び第 2の給電ポートを放射体の外周部に設けることもできる。こうして、導体平板を打抜き加工して給電ポートの部位を略直角に折り曲げ、その部分をグランド板を形成する高周波基板上の給電ランドに直接実装できるので、低コストで簡易な製造法がとれる。

本発明のさらなる形態として、放射体とグランド板との距離を、少なくとも放射体の中央部において、他の部位より大きくなるように変形してできた山部と、それ以外の部分の谷部とで放射体を形成することもできる。また、グランド板の形状を同様に変形することもできる。こうすれば放射体が S t epped Impedance Res ona t or (S IR)構造となって、共振器長を短くすることができるため、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明のさらなる形態として、放射体又はグランド板の谷部が場所に応じて任意の幅を有し、かつ山部の天面が平坦となるように形成することができる。こうして、山部の天面の面積を広くとることができ、高い放射効率と広帯域特性を有したアンテナ装置を実現できる。

本発明のさらなる形態として放射体の周辺部の任意位置に任意の数の切欠部を設けることができる。こうすれば放射体の電気長を等価的に長くできるので、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明のさらなる形態として、放射体又はグランド板の谷部の幅を電気長で 1 /8波長とすることもできる。こうして、 1 /4波長共振器の中央点が谷部と山部の境界となるような S I R構造をとることになるので、放射体長を最短設計でき、アンテナ装置の更なる小型化を図ることができる。

本発明のさらなる形態として、放射体とグランド板の間に誘電体や、磁性体、または誘電体と磁性体の混成体などの電磁波媒体を設けることもできる。こうして、電磁波媒体の波長短縮効果により、

置の小型化を図ることができる。本発明のさらなる形態として、この電磁波媒体を多層化構造とし、少なくとも 1つの層の面上にインピーダンス整合回路を設けることができる。こうして、外部的に整合回路を接続する必要がなくなるため、実装面積の低減とコストの削減を図ることができる。

本発明のさらなる形態として、放射体上で放射体の中心に対して給電ポートと対称な位置に先端が開放状態の導電性エレメントを付カロすることもできる。こうして、放射体の電気長を等価的に長く設計できるため、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明のさらなる形態として、この導電性エレメントの先端咅 15を切断してその電気長を変化させて、給電ポート間のアイソレーションを調整することもできる。こうすれば筐体の影響を受けるアンテナ装置の特性を調整できるため、設計時に多様な筐体に迅速に対応できる。

本発明のさらなる形態として、この導電性ェレメントをミアンダ形状とすることもできる。また、この導電性エレメントに一端を接地したリアクタンス素子を接続することもできる。こうして、各給電ポートから見たアンテナ装置のインピ一ダンス特性の調整範囲を広げることができる。

本発明のさらなる形態として、給電ポートをミアンダ形状の導電性ェレメントにより構成することもできる。こうして、給電ポー卜も放射体の一部であるため、放射体の電気長を等価的に長くすることができ、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明のさらなる形態として、導電性エレメントをすベて同一形状としたり、そのリアクタンス値を同じにしたり、又はすベての給電ポートを同一形状にすることもできる。こうして、アンテナ装置が対称構造となるので、各給電ポート間のアイソレーションを大きくすることができる。

本発明のさらなる形態として、複数の給電ポートをダイパーシティ方式の通信システムにおけるアンテナの給電ポートとして使用することもできる。こうすればアンテナの数を複数から 1基に減らすことができ、低コストで小型なダイバーシティ方式のアンテナ装置を実現できる。本発明のさらなる形態として、 2つの給電ポートをダイバーシティ方式又は円偏波を用いた第 1の通信システムにおけるアンテナの給電ポートとして使用し、第 3の給電ポートを第 2の通信システムに使用することもできる。こうして、第 3の給電ポートを短距離通信システム用や、 Vehicle Information and Communication System(VICS)用に使用し、それ以外の給電ポートを IEEE802.11 bや Global Positioning System(GPS) 用の偏波ダイバ一シティアンテナとして使用することができる。したがって、携帯端末内部のアンテナ占有スペースを節約することができ、通信機器の小型化を図ることができる。図面の簡単な説明

図 1 (a)は、本発明の実施の形態 1におけるアンテナ装置の斜視図である。図 1 (b)は、本発明の実施の形態 1におけるアンテナ装置の上面図である。図 2は、本発明の実施の形態 2におけるアンテナ装置の上面図である。図 3 (a)は、本発明の実施の形態 3及び 1 3におけるアンテナ装置の上面図である。

図 3 (b)は、本発明の実施の形態 3におけるアンテナ装置の上面図である。図 4 (a)は、本発明の実施の形態 4におけるアンテナ装置の斜視図である。図 4 (b)は、本発明の実施の形態 4におけるアンテナ装置の断面図である。図 5 (a)は、本発明の実施の形態 5におけるアンテナ装置の斜視図である。図 5 (b)は、本発明の実施の形態 5におけるアンテナ装置の断面図である, 図 6 (a)は、本発明の実施の形態 6におけるアンテナ装置の斜視図である, 図 6 (b)は、本発明の実施の形態 6におけるアンテナ装置の斜視図である, 図 7 (a)は、本発明の実施の形態 7におけるアンテナ装置の斜視図である, 図 Ί (b)は、本発明の実施の形態 7におけるアンテナ装置の断面図である, 図 8 (a)は、本発明の実施の形態 8におけるアンテナ装置の斜視図である, 図 8 (b)は、本発明の実施の形態 8におけるアンテナ装置の上面図である, 図 9 (a)は、本発明の実施の形態 9におけるアンテナ装置の分解斜視図である。

図 9 (b)は、本発明の実施の形態 9におけるアンテナ装置の下面斜視図でめる。

図 1 0 (a)は、本発明の実施の形態 9におけるアンテナ装置の分解斜視図であ'る。 '

図 1 0 (b)は、本発明の実施の形態 9におけるアンテナ装置の下面図である。

図 1 1 (a)は、本発明の実施の形態 1 0におけるアンテナ装置の分解斜視図である。

図 1 1 (b)は、本発明の実施の形態 1 0におけるアンテナ装置の下面斜視図である。

図 1 2は、本発明の実施の形態 1 1におけるアンテナ装置の分解斜視図である。

図 1 3 (a)は、本発明の実施の形態 1 2におけるアンテナ装置の斜視図である

図 1 3 (b)は、本発明の実施の形態 1 2におけるアンテナ装置の断面図である。図 1 4は、本発明の実施の形態 1 2におけるアンテナ装置の応用例を示すブロック図である。

図 1 5は、本発明の実施の形態 1 3におけるアンテナ装置の斜視図である。

図 1 6は、本発明の実施の形態 1 3におけるアンテナ装置の応用例を示すブロック図である。

図 1 7は、本発明の実施の形態 1 4におけるアンテナ装置の斜視図である。

図 1 8は、本発明の実施の形態 1 5におけるアンテナ装置の斜視図である。

図 1 9は、従来のアンテナ装置の概要図である。発明を実施するための最良の形態

(実施の形態 1 )

図 1 (a)及び図 1 (b)は、本発明の実施の形態 1におけるアンテナ装置を示す。このアンテナ装置は図 1 (a)の斜視図に示すように、グランド板 4に対向配置された放射板 1においてその周辺部に複数の給電ポート 2及び 3を配設した構成となっている。放射板 1の形状は図 1 (b)に示すように直径が所定の周波数で 1/2波長の電気長となる円形であり、第 1 の給電ポート 2が給電点 5又は 7のいずれかに設けられ、第 2の給電ポート 3が給電点 6又は 8のいずれかに設けられている。

図 1 (a)及び図 1 (b)において、第 1の給電ポート 2が給電点 5に接続されており、給電ポート 2から所定の周波数の信号を入力した場合、放射板 1とグランド板 4は給電点 5から 7に至る両端開放 1 /2波長共振器として動作し、第 1の共振電流 9が放射板 1上に流れ、共振器の中央点 (給電点 5から 1/4波長の位置）において、高周波電位は零となる。つまり、放射板 1上の第 1の線分 1 1上において、電位が零となる。一方、給電点 6及び 8は高周波電位が零となる第 1の線分 1 1上にあるため、第 1の給電ポート 2から入力された所定の周波数の高周波信号は第 2の給電ポート 3には漏れない。

これと同様に、第 2の給電ポート 3が給電点 6に接続され、給電ポート 3から所定の周波数の信号を入力した場合、放射板 1とグランド板 4 は給電点 6から 8に至る両端開放 1/2波長共振器として動作し、第 2の共振電流 1 0が放射板 1上に流れ、共振器の中央点（給電点 6から 1/4波長の位置）において、高周波電位は零となる。つまり、放射板 1上の第 2の線分 1 2上において、電位が零となる。一方、給電点 5及び 7は高周波電位が零となる第 2の線分 1 2上にあるため、第 2の給電ポート 3から入力された所定の周波数の高阖波信号は第 1の給電ポート 2には漏れない。

上記のような特性を実現するため、給電点 5と 7を結ぶ線分と給電点 6と 8を結ぶ線分は、放射板 1の中心点において直交するように位置決めされている。

このようなアンテナ装置を使用することにより、 2基必要であったァンテナを 1基にすることができ、アンテナ装置のコスト低減を図ることができるとともに、通信機器の小型化を図ることができる。

以上の説明で、放射板 1の形状が、円形であるとして説明した。放射板の形状は、略円形であってもよい。

(実施の形態 2 )

図 2は本発明の実施の形態 2におけるアンテナ装置を示す。先の図 1 (b)に示すアンテナ装置では給電点の配設位置が放射板 1の外周部であつたのに対し、図 2に示すアンテナ装置では、給電点を放射板 1の外周部から適当な距離だけ内側に入った位置に配設している。このような構成にすれば、各給電点におけるインピーダンス整合を容易にとることができるという効果が得られる。ただし、各給電点は高周波電位が零となる第 1の線分 1 1と第 2の線分 1 2上に配設し、給電ポート間のアイソレーションの確保を図っている。

また、放射板 1の中心点に給電点 2 7が設けられ、第 3の給電ポートが給電点 2 7に結合されている。第 1及び第 2の給電ポートにそれぞれ繋がる給電点 5及び 6から放射板 1に入力された所定の周波数の信号は放射板 1の中心点を給電点 2 7とする第 3の給電ポートに漏れ込むことはないが、第 3の給電ポー卜から放射板 1に入力された所定の周波数の信号は、それぞれ給電点 5及ぴ 6を経て第 1及び第 2の給電ポートに漏れ込むため、第 3の給電ポートは送信ポ一トとしての使用はできず、受信ポートとしてのみ使用可能である。このように第 3の給電ポートを放射板 1の中心点に設けることにより、本実施の形態のアンテナ装置の応用範囲は広くなる。

また、上述の 3つの給電ポートに対して使用される周波数を略同一周波数としてもよい。このとき、放射体の中心点での電位が概ね零となる。そのため、第 3の給電ポートとそれ以外の給電ポート間のアイソレーションが大きく確保できる。

(実施の形態 3 )

図 3 (a)および図 3 (b)は本発明の実施の形態 3におけるアンテナ装置を示す。本実施の形態では放射板 1の形状を正方形としている。図 3 (a)は、放射板 1の辺長が半波長でかつ第 1及び第 2の給電ポートにそれぞれ繋がる給電点 5及び 6が正方形の中心点を通る辺に平行な線分上にある場合で、図 3 (b)は、放射板 1の対角線長が半波長でかつ第 1及び第 2の給電ポートにそれぞれ繋がる給電点 5及び 6が正方形の対角線上にある場合を示している。いずれも放射板 1の中心点を給電点 2 7とする第 3の給電ポートを設けている。本実施の形態のアンテナ装置は、いずれも放射板 1の形状が円形の場合である実施の形態 2とほぼ同様の効果が得られる。また上述の実施の形態 1から 3においては、放射板 1の形状が円形、正方形として説明した。放射体 1の形状は、略円形、略正方形、さらに略正多角形であってもよい。

(実施の形態 4 )

図 4 (a)及び図 4 (b)は、本発明の実施の形態 4におけるアンテナ装置を示す。

本実施の形態では、放射体 1が図 4 (a)及び図 4 ）に示すように縁のない帽子形状をなし、帽子形状の主部即ち山部が円錐形であり、グランド板 4と所定の距離を隔てて正立配置されている。円錐形の底面の直径は所定の周波数に対して電気長で 1/2波長で、山部の頂点は対応する底面上の位置で外周部より電気長で 1/4波長の距離にある。したがって、グランド板 4と放射板 1との距離は頂点で最も大きくなり、外周部で最も小さくなつている。また、実施の形態 1の図 1 (b)の場合と同様に、放射体 1の外周部に第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3を配設している。一般に、先端開放の 1/4波長共振器において、信号線とグランドの間隔が一定で特性インピーダンスがその途中で変化しない場合と、信号線とグランドの間隔が一定でなく特性インピーダンスをその開放端に向かつて高い値へ変化させた場合とを比較した場合、後者の方が共振器の長さを短縮できることは当業者によく知られている。 1/4波長共振器のこの性質を本実施の形態のアンテナ装置にも適用した。つまり、図 4 (b) の断面図より明らかなように、円錐状の放射板 1の頂点は 1 /4波長共振器における開放端（給電ポートが接続されていない方の端部）とみなすことができ、グランド板 4からの間隔が最も大きくその部分で特性インピ —ダンスが最も高くなる。

一方、給電ポートの接続される外周部においては、グランド板 4からの間隔が最も小さくその部分で特性ィンピ一ダンスが最も低くなる。

このように放射板 1の形状を円錐形にすることにより、放射体 1の底面の直径を小さくすることができアンテナ装置の小型化が図れる。 (実施の形態 5 )

図 5 (a)及び図 5 (b)は、本発明の実施の形態 5におけるアンテナ装置を示す。

本実施の形態では、縁のある帽子形状をした放射体 1はその谷部 2 9 の直径が所定の周波数に対して電気長で 1 /2波長である。谷部 2 9の幅は所定の周波数に対して電気長で 1/8波長である。一方、帽子形状の山部 2 8はその天面の直径が 1 /4波長で、その側面は図 5 (a)及び図 5 (b) に示すように谷部 2 9と垂直に繋がっている。放射体 1はこのような構成になっているので、谷部 2 9とグランド板 4との間隔は山部 2 8とグランド板 4との間隔よりも小さくなつている。

本実施の形態においても、実施の形態 4と同様に、放射体 1の谷部 2 9の外周部から適当な距離だけ内側に入った位置で特性インピーダンスを階段状に大きく変化させて 1/4波長共振器の共振器長を短くしているので、アンテナ装置の小型化を図ることができるのみならず、山部の天面を広くすることにより、高い放射効率と広帯域特性を実現することができる。この場合、谷部 2 9の外周部から内側に 1/8波長だけ入った位置で特性インピーダンスを変化させた場合が最も効果的である。

なお、放射体 1の中心点を谷部 2 9の外形図形の中心と定義すれば、放射体 1の中心点と給電ポート 2及び 3を結んだ線分はそれぞれ直交しており、かつ第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3はこれらの線分上にあるように配設されている。

(実施の形態 6 )

図 6 (a)及び図 6 (b)は、本発明の実施の形態 6におけるアンテナ装置を示す。図 6 (a)は放射体 1の谷部 2 9の外形が円形で、山部 2 8の外形が正四角形、図 6 (b)は放射体 1の谷部 2 9の外形が正四角形で、山部 2 8の外形が円形の場合をそれぞれ示している。いずれもグランド板 4と山部 2 8の天面との距離はグランド板 4と谷部 2 9との距離より大きくなつている。図 6 (a)及び図 6 (b)において、放射体 1の中心点を谷部 2 9の外形図形の中心と定義すれば、第 1の給電ポート 2と放射体 1の中心点を通る直線が放射体 1の対称軸になるように構成している。同様に第 2の給電ポート 3と放射板 1の中心点を通る直線も放射体 1 の対称軸になるように構成している。この構成により給電ポ一ト 2及び 3の間のアイソレーションが確保でき、実施の形態 5のアンテナ装置と同様の効果が得られる。 (実施の形態 7 )

図 7 (a)及び図 7 (b)は、本発明の実施の形態 7におけるアンテナ装置を示す。

本実施の形態では、正四角形状の放射板 1の周辺部の一部に図 7 (a) に示すような段差を形成して、谷部 2 9を形成する。一方、放射板 1 で谷部 2 9以外の部分は山部 1を形成することになる。図 7 (a)及び図 7 (b)に示すように谷部 2 9ではグランド板 4との間隔が小さく、山部 1 ではグランド板 4との間隔が大きくなる。また、谷部 2 9の外周部に第 1及び第 2の給電ポ一ト 2及び 3を放射板 1の中心点に対して互いに点対称となる位置に設ければ、実施の形態 5の帽子形状の放射体の変形と考えることができる。本実施の形態では、放射板 1の山部の天面の面積を広くとることができるので、高い放射効率と広帯域特性を有したアンテナ装置を実現でぎる。 (実施の形態 8 )

図 8 (a)及び図 8 (b)は、本発明の実施の形態 8におけるアンテナ装置を示す。

図 8 (a)及び図 8 (b)において、放射体 1は山部 2 8と谷部 2 9から形成され、グランド板 4に対向配置されている。また、放射体 1において、円形の谷部 2 9の直径が、電気長で 1/2波長である。この放射体 1において、その周辺部に切欠部 3 3が偶数個設けられている。

切欠部 3 3は、第 1の給電ポート 2に繋がる給電点 5と放射体 1の中心点を通る直線 1 2 2に対して、対称に配置されている。切欠部 3 3 は、第 2の給電ポート 3に繋がる給電点 6と放射体 1の中心点を通る直線 1 2 3に対しても、対称に配置されている。このような位置に切欠部 3 3が設けられることで、第 1の給電ポート 2と第 2の給電ポート 3との間のアイソレーションを確保することができる。

また、放射体 1の切欠部 3 3は、放射体の裨路幅が等価的に狭くなるように働く。したがって、切欠部 3 3は、その線路の特性インピーダンスを大きくさせる。そのため、放射体 1の実効長となる谷部 2 9の直径を小さくでき、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

(実施の形態 9 )

図 9 (a)、図 9 (b)、図 1 0 (a)及び図 1 0 (b)は本発明の実施の形態 9 におけるアンテナ装置を示す。図 6 (b)で示した帽子形状の放射体が、誘電体シートの積層体を使って、実現されている。図 9 (a)に示した分解斜視図において、放射体 1は、第 1層目の誘電体シート 4 7の表面に導電材料で形成した帽子形状の山部 2 8、側面部を形成するビアホール導体 3 5及び第 2層目の誘電体シート 4 8の表面に導電材料で形成した谷部 2 9とで形成される。ただし、ビアホール導体 3 5は山部 2 8の外周部と谷部 2 9の内周部を電気的に接続している。誘電体シート 4 7と 4 8の形状は正四角形で辺長は所定の周波数で半波長の電気長を有する。誘電体シート 4 7にはその中心点より電気長で半径が 1/8波長以内の領域に導電材料により山部 2 8を形成し、誘電体シート 4 8にはその中心点より電気長で半径が 1 /8波長以上の領域に導電材料により谷部 2 9を形成している。第 2層目の誘電体シート 4 8の側面には導電材料により第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3が形成される。また、放射体 1の中心点と給電ポート 2及び 3を結ぶ線分は互いに直交している。

なお、図 9 (b)は誘電体シート 4 8の裏面を示しており、給電ポート 2及び 3はグランド板 4と絶縁されている。同様に、図 1 0 (a)及び図 1 0 (b)に示したアンテナ装置は図 7 (a)で示した放射体を誘電体シ一ト 4 7及び 4 8の積層体を使って実現したものである。図 1 0 (a)に示した分解斜視図において、放射体 1は、第 1層目の誘電体シート 4 7の表面に導電材料で形成した山部 2 8、山部の側面を形成するビアホール導体 3 5及び第 2層目の誘電体シート 4 8の表面に導電材料で形成した谷部 2 9とで形成される。ただし、ビアホール導体 3 5は図 1 0 (a)のように山部 2 8の外周部と谷部 2 9の内側周辺部を電気的に接続している。第 2層目の誘電体シ一ト 4 8の側面には導電材料により第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3が形成され、放射体 1の中心点と給電ポ一ト 2及び 3を結ぶ線分は互いに直交している。図 1 0 (b)は誘電体シート 4 8の裏面を示しており、第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3はグランド板 4と絶縁されている。また、グランド板 4の形状が中心点に対して点対称となるように切欠部 4 4を設けることにより、リフロー工法などによってアンテナ装置を基板に実装する場合に、アンテナ装置の装着ずれを低減することができる。

なお、本実施の形態に使用した誘電体シートの代わりに磁性体シート又は誘電体と磁性体の混成体シ一トを、電磁波媒体として用いてもよい。

(実施の形態 1 0 )

図 1 1 (a)及び図 1 1 (b)は、本発明の実施の形態 1 0におけるアンテナ装置を示す。

本実施の形態では、放射体 1は、辺長が所定の周波数で半波長の電気長を有する正四角形状の誘電体シ一ト 4 7及び 4 8からなる。図 1 1 (a)に示すように、その第 1層目 4 7の表面にはその周辺部の一部を除外して導電材料により山部 2 8が形成され、第 2層目 4 8表面には山部 2 8に対応する部分を除いた部分に導電材料により谷部 2 9が形成され、さらに谷部 2 9の周辺部のうち内側周辺部と電気的に接続されるビアホ —ル導体 3 5が誘電体シート 4 7に形成される。こうすることにより、グランド板 4と放射板 1の間隔が大きい山部 2 8を広くすることができて、高い放射効率と広帯域特性を有したアンテナ装置を実現できる。また、第 3層目の誘電体シート 4 9の表面には導電材料により形成されたコンデンサ用電極 3 6が配置されており、谷部 2 9を対向電極としたコンデンサを放射体 1の直下に直列に設けることができる。さらに、第 4層目の誘電体シート 5 0の表面には導電材料により形成されたィンダクタ 3 7の一端とコンデンサ用電極 3 6とをビアホール導体 3 5にて電気的に接続し、ィンダクタ 3 7の他端を給電ポート 2及び 3に接続している。こうすることにより、谷部 2 9と各給電ポート 2及び 3との間に直列接続されたコンデンサとィンダクタからなるインピ一ダンス整合回路を形成できるので、インピーダンス整合回路を内蔵したアンテナ装置を実現できる。

図 1 1 (b)は誘電体シ一ト 5 0の裏面を示しており、第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3はグランド板 4と絶縁されている。なお、本実施の形態におけるィンピーダンス整合回路の代わりに、コンデンサとィンダクタの直列回路以外の回路構成でインピーダンス整合回路を実現してもよい。

なお、本実施の形態に使用した誘電体シートの代わりに磁性体シート又は誘電体と磁性体の混成体シートを、電磁波媒体として用いてもよい。

(実施の形態 1 1 )

図 1 2は本発明の実施の形態 1 1におけるアンテナ装置を示す。図 9 (a)及び図 9 (b)に示したアンテナ装置のグランド板 4の形状を一部変更し、更なる小型化を図ったものである。

図 1 2に示した分解斜視図において、放射体 1は第 1層目の誘電体シート 4 7の表面に導電材料により形成された帽子形状の山部 2 8と、山部の側面を形成するビアホール導体 3 5及び第 2層目の誘電体シート 4 8の表面に導電材料により形成された帽子形状の谷部 2 9とで構成されている。誘電体シート 4 7及び 4 8の形状は辺長が所定の周波数で半波長である正四角形である。第 1層目の誘電体シ一ト 4 7にはその中心点より電気長で半径 1/8波長以内の領域に山部 2 8があり、第 2層目の誘電体シート 4 8にはその中心点より電気長で半径 1/8波長以上の領域が谷部 2 9である。

一方、グランド板 4は第 3層目の誘電体シ一ト 4 9と第 4層目の誘電体、シート 5 0で形成されている。グランド板 4は、第 3層目の誘電体シート 4 9の表面に導電材料により形成された帽子形状の谷部 4 1と、第 4層目の誘電体シート 5 0の表面に導電材料により形成された帽子形状の山部 4 0と、第 3層目の誘電体シート 4 9に形成され山部 4 0の外周部と谷部 4 1の内周部を電気的に接続するビアホール導体 3 5とで構成されている。誘電体シート 4 9及び 5 0の形状も辺長が所定の周波数で半波長である正四角形である。第 4層目の誘電体シ一ト 5 0の中心点より電気長で半径 1/8波長以内の領域がグランド板における山部 4 0であり、第 3層目の誘電体シート 4 9の上面の中心点より電気長で半径 1/8波長以上の領域がグランド板 4における谷部 4 1となっている。

このようにすれば、互いに対向する山部 2 8と山部 4 0の間隔を大きくすることができ、各給電ポート 2及び 3と誘電体シ一ト 4 8の中心点を通る直線上における線路の特性インピーダンスの変化が実施の形態 5 よりも顕著になり、アンテナ装置のさらなる小型化を図ることができる。なお、放射体 1の中心点と給電ポート 2及び 3を結んだ線分はそれぞれ直交しており、かつ第 1及び第 2の給電ポ一ト 2及び 3はこれらの線分上にあるように配設されている。

(実施の形態 1 2 )

図 1 3 (a)及び図 1 3 (b)は、それぞれ本発明の実施の形態 1 2におけるアンテナ装置の斜視図及び断面図を示す。

本実施の形態では、帽子形状の放射体 1は直径が所定の周波数で 1 /4 波長の電気長である山部を有し、図 1 3 (a)及び図 1 3 (b)に示すようにグランド板 4に正立配置されている。放射体 1の外周部の任意の点を給電点とし所定の高周波信号を入力したとき、実施の形態 5と同様に放射体 1はその給電点と放射体 1の中心点を通る直線上に形成された半波長の先端開放共振器として動作し、放射体 1が帽子形状であり S I R構造を形成しているので、アンテナ装置の小型化が図られている。

また、第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3は、放射体 1の外周部に設けられ、各給電ポートと放射体 1の中心点を通る直線が互いに直交するような位置に配置されている。各給電ポートをこのような位置関係で配置することにより、各給電ポート間のアイソレーションが確保できる。

というのは第 1の給電ポ一ト 2より所定の高周波信号を入力した場合に放射体 1上に生起する高周波電位は、第 1の給電ポート 2と放射体 1 の中心点を通る直線と中心点において直交する直線上においては概ね零となるためである。第 2の給電ポート 3においても同様であるため、第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3は互いに影響を受けることがなくなる。このように互いに独立した 2つのポートを有するアンテナ装置 1 0 5 をダイバーシティ方式のアンテナ装置として使用した場合のブロック図を図 1 4に示す。第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3の受信信号レべルを包絡線検波して比較し、受信信号レベルの大きい方の給電ポートをスィツチにより選択し、 R F回路と電気的に接続する構成となっている。ダイバ一シティ方式のアンテナ装置をこのような構成で実現することにより、必要なアンテナ数を 2基から 1基に減らすことができるため、低コス卜で小型な携帯端末を実現できる。 (実施の形態 1 3 )

図 3 (a)、図 1 5及び図 1 6は、本発明の実施の形態 1 3におけるァンテナ装置を示す。図 3 (a)及び図 1 5は、それぞれ実施の形態 1 3におけるアンテナ装置 1 0 6の上面図及び斜視図を示す。

本実施の形態のアンテナ装置 1 0 6は、辺長が所定の周波数で半波長である正四角形の放射板 1とそれと対向配置されたグランド板 4により構成されている。図 3 (a)及び図 1 5において、第 1及び第 2の給電ポ一ト 2及び 3を放射板 1の中心点を通り辺に平行な直線上にそれぞれ酉己置することにより、各給電ポート間のアイソレーションを確保している。

また、第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3から所定の高周波信号を久力した場合に、放射板 1上に生起する高周波電位が概ね零となる放射板 1の中心点を給電点 2 7とする受信専用の給電ポート 2 4を配置する。このようなアンテナ装置を 2つの通信システム用アンテナとして使用した場合の一例を図 1 6に示す。この塲合、アンテナ装置 1 0 6の第 1及び第 2の給電ポ一ト 2及び 3をダイバ一シティ方式の第 1の通信システムの給電ポートとして使用し、給電ポート 2 4をテレビ放送や G P Sといった受信専用システムのための給電ポートとして使用できる。また、ここで、アンテナ装置 1 0 6の第 1及び第 2の給電ポート 2及び 3が、円偏波を用いた第 1の通信システムにおけるアンテナの給電ポートとして使用されてもよい。ここで、上述のように、給電ポート 2 4 は、テレビ放送や G P Sといった受信専用システムのための給電ポートとして使用できる。

(実施の形態 1 4 )

図 1 7は本発明の実施の形態 1 4におけるアンテナ装置を示す。

図 1 7において、グランド板 4に対向配置された放射体 1は、実施の形態 5と同様な帽子形状であって、放射体 1の外周部で放射体 1の中心点に対して給電点と対称な位置に、両端が開放状態のミアンダ形状の導電性エレメント 3 8の一端が接続され、各給電点と給電ポート 2及び 3 の間にも同じミアンダ形状の導電性エレメント 5 1が設けられた構成である。このようにすることにより、放射体 1の中心点と各給電ポート 2及び 3を通る直線方向の電気長を長く設計することができるのでアンテナ装置の共振周波数を下げることができ、アンテナ装置の小型化を図ることができる。また、ミアンダ形状の導電性エレメント 3 8の開放. 端の一部を切断することにより、アンテナ装置の給電ポート間のァイソレーションゃ各給電ポートのィンピーダンス整合の調整を行うこともできる。

上述のミアンダ形状の導電性エレメントは、リアクタンス素子として働ぐ。

導電性エレメントをすベて同一形状としたり、そのリアクタンス値をほぼ同じにしたり、又はすベての給電ポートを同一形状にすることもできる。こうして、アンテナ装置が対称構造となるので、各給電ポート間のアイソレーションを大きくすることができる。

(実施の形態 1 5 )

図 1 8は本発明の実施の形態 1 5によるアンテナ装置を示す。図 1 8において、直径が電気長で概ね半波長である円形の放射体 1上に設定した直交座標軸（X軸、 Y軸）上でかつ放射体 1の外周部に第 1及び第 2の給電ポ一ト 2及び 3が配設されている。さらに、これらの給電ポート 2及び 3は高周波基板 6 2上に設けられた第 1及び第 2の給電用ランド 6 3及び 6 4にそれぞれ電気的に接続され、インピーダンス整合回路 6 5を介して、それぞれ高周波回路に接続される。また、高周波基板 6 2の上面の大部分にはグランド板 4が形成され、放射体 1の中央部は図 1 8のようにドーム状になっている。したがって、放射体 1とグランド板 4との距離は、放射体 1の中央部がその周辺部よりも大きくなつている。このような構成にすることにより、実施の形態 5と同様の効果が得られ放射体 1の小型化を図ることができる。

さらに、このアンテナ装置は、給電ポートが放射体の外周部に設けられているため、導体平板を打抜き加工した後、放射体 1の中央部にプレス加工を施してドーム状に突出させるとともに、給電ポー卜の足を放射体 1に対して略直角に折り曲げるという簡単な工程で製造できる。したがって、低コストで高精度なアンテナ装置を実現することができる。産業上の利用可能性

以上のように本発明によれば、 1つのアンテナにアイソレーションの確保された複数の給電ポートを設け、 2つの独立したアン能させることができるので、従来 2基のアンテナが必要であったダイパ一シティ方式のアンテナや円偏波用アンテナを 1基構成で実現できる。

したがって、このようなアンテナ装置の小型化 .低価格化を図ることができる。

Claims

請求の範囲

1. 高周波用アンテナ装置であって、

( i ) 直径が略半波長の略円形、（i i )中心点を通る対角線の長さが略半波長の略正多角形及び（i i i )辺長が略半波長の略正四角形のいずれかの形状をした平面状導体からなる放射体と、

前記放射体と所定の距離を隔てて平行に配置したグランド板と、前記放射体上の第 1の給電点に結合された第 1の給電ポー卜と、前記放射体上の第 2の給電点に結合された第 1の給電ポートとを含み、

前記第 1の給電点は、前記第 2の給電ポートからの給電によって生起する高周波電位が零の領域にあり、かつ、

前記第 2の給電点は、前記第 1の給電ポートからの給電によって生起する高周波電位が零の領域にある

2. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

前記放射体の中心点と前記第 1の給電点を結ぶ線分と、前記放射体の中心点と前記第 2の給電点を結ぶ線分が互いに直交する

3. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

前記放射体の外周部において、前記第 1及び第 2の糸合電点と前記放射体の中心点を通る直線に対して対称となる位置に複数の切欠部を有する

4. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

前記放射体の中心点に第 3の給電ポートが結合する

5. 請求項 4記載のアンテナ装置であって、

前記第 1、第 2、第 3の給電ポートのそれぞれから給電される高周波信号の周波数が略同一である

6. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

前記第 1及び第 2の給電点が、前記放射体の外周部にある

7. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

前記放射体は、山部と谷部を有し、

前記山部において、前記放射体と前記グランド板との距離が、少なくとも前記放射体の中央部において、前記中央部以外の部位より大きくなるように、形成され、

前記谷部は、前記放射体の前記山部以外の部分である

8. 請求項 7記載のアンテナ装置であって、

前記山部の天面及び前記谷部は平坦で前記グランド板と平行である

9. 請求項 7記載のアンテナ装置であって、

前記谷部の外周部において、前記第 1の給電点と前記谷部の中心点を通る直線と前記第 2の給電点と前記谷部の中心点を通る直線のそれぞれに対して対称な位置に複数の切欠部が

設けられた

10. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

前記グランド板は、谷部と山部を有し、

前記グランド板の形状が、（ i ) 直径が略半波長の略円形、（i i ) 中心点を通る対角線の長さが略半波長の略正多角形及ぴ（i i i )辺長が略半波長の略正四角形のいずれかの形状であり、前記グランド板と前記放射体との距離が、少なくとも前記放射体の中央部に対向する前記グランド板の部位において、前記グランド板の他の部位における前記距離より大きくなるように、山部が形成され、前記谷部は、前記山部以外の部分であるアンテナ装置。

11. 請求項 1 0記載のアンテナ装置であって、

前記グランド板の山部の天面及び前記谷部が平坦で、前記放射体と平行である

12. 請求項 7から 1 1のいずれか 1項に記載のアンテナ装置であって、前記放射板の谷部の幅が略 1/8波長であり、前記山部の天面の直径、対角線長及び辺長のいずれかが略 1/4波長である

13. 請求項 1又は 7記載のアンテナ装置であって、

前記放射体と前記グランド板との間に、誘電体、磁性体及び誘電体と磁性体の混成体のいずれかからなる電磁波媒体が設けられた '

14. 請求項 1 3記載のアンテナ装置であって、

前記電磁波媒体は多層化構造を有し、前記多層の少なくとも 1つの層にィンピーダンス整合回路が設けられ、前記第 1及び第 2の給電ポー卜の少なくとも 1つに、前記インピーダンス整合回路が接続された

15. 請求項 1又は 7記載のアンテナ装置であって、

前記放射体上において、前記放射体の中心点に対して、前記第 1及び第 2の給電点と対称な位置に、先端を開放状態にした導電性ェレメン卜がを付加された

16. 請求項 1 5記載のアンテナ装置であって、

前記導電性エレメントの前記開放状態にした先端を切断してその電気長を変化させることにより、前記第 1及び第 2の給電ポート間のァィソレ一ションの大きさが調整される

1 7. 請求項 1 5記載のアンテナ装置であって、

前記導電性エレメントはミアンダ形状を有する

アンテナ装置。

1 8. 請求項 1 5記載のアンテナ装置であって、

前記開放状態にした先端と前記グランド板との間にリアクタンス素子が接続された

1 9. 請求項 1又は 1 5記載のアンテナ装置であって、

前記第 1の給電点と前記第 1の給電ポートの間及び前記第 2の給電点と前記第 2の給電ポートの間に、それぞれミアンダ形状の導電性ェレメン卜が接続された

アンテナ装置。

20. 請求項 1 6記載のアンテナ装置であって、

前記導電性エレメントのすべてを同一形状にした

21 . 請求項 1 8記載のアンテナ装置であって、

前記リアクタンス素子のリアクタンス値のすべてを略同一にした

2 2. 請求項 1記載のアンテナ装置であって、

第 1及び第 2の給電ポートの形状を略同一にした

ァンテナ装置。

2 3. 高周波用アンテナ装置であって、

( i ) 直径が略半波長の略円形、（i i )中心点を通る対角線の長さ力 s略半波長の略正四角形及び辺長が（i i i )略半波長の略正四角形のいずれかの形状をした平面状導体からなる放射体と、

前記放射体と所定の間隔を隔てて平行に配置されたグランド板と、前記放射体上の第 1の給電点に結合する第 1の給電ポートと、

前記放射体の中心点と前記第 1の給電点を通る線分に直交する線分上にある第 2の給電点に結合する第 2の給電ポートと

を含み、

前記第 1及び第 2の給電ポートが、ダイバーシティ方式の通信システムにおけるアンテナの給電ポートとして使用される

ァンテナ装置。

24. 請求項 2 3記載のアンテナ装置であって、

前記放射体の中心点に第 3の給電ポートが結合し、前記第 1、第 2 および第 3の給電ポートが、前記ダイバーシティ方式の通信システムにおけるアンテナのさらなる給電ポートとして使用される

ァンテナ装置。

25. 請求項 2 4記載のアンテナ装置であって、前記第 1及び第 2の給電ポートが、ダイバーシティ方式の第 1の通信システムにおけるアンテナの給電ポートとして使用され、前記第 3の給電ポートが第 2の通信システムに使用される

26. 請求項 2 4記載のアンテナ装置であって、

前記第 1及び第 2の給電ポートが、円偏波を用いた第 1の通信システムにおける円偏波の給電ポートとして使用され、前記第 3の給電ポー卜が前記第 2の通信システムに使用される

アンテナ装置。