WO2006025248A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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Osamu Shibata
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements
    • H01Q19/32—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements the primary active element being end-fed and elongated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
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    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/48—Combinations of two or more dipole type antennas
    • H01Q5/49—Combinations of two or more dipole type antennas with parasitic elements used for purposes other than for dual-band or multi-band, e.g. imbricated Yagi antennas

Definitions

  • the present invention relates to a directivity-controllable antenna device used in, for example, a wireless LAN.
  • ESPAR antennas have been developed as variable directional antennas, each including a plurality of parasitic elements each connected with a variable reactance circuit and a single feeding element. (For example, see Non-Patent Document 1 and Patent Documents:! To 3).
  • FIG. 7A is a perspective view of the main part of the antenna device
  • FIG. 7B is a side view of the main part.
  • This antenna device includes a grounded ground conductor 1, a feeding element 60 arranged at the center thereof, and a plurality of parasitic elements 61a to 6 If arranged around the feeding element 60.
  • the A variable reactance circuit using a varactor diode is provided between the plurality of parasitic elements 61a to 61f and the ground.
  • variable reactance circuits 62b and 62e are connected to parasitic elements 61b and 61e, respectively.
  • a feed circuit 30 is connected to the feed element 60.
  • the feeder circuit is connected to the feeder element 60.
  • the electromagnetic coupling between the central feeding element 60 and the surrounding parasitic elements 61a to 61f is actively used, and the radiation directivity (radiation) of the radio wave transmitted from the antenna device is used.
  • the pattern is determined by the state of these electromagnetic couplings. Therefore, when the reactance of the variable reactance circuit connected to the surrounding parasitic elements 61a to 61f changes, the electromagnetic coupling state changes, and the radiation directivity of the antenna device changes.
  • a feeding element 60 that is a monopole antenna is arranged at the center of a disk-shaped ground conductor 1 and is annularly spaced at a position approximately 1/4 wavelength away from it.
  • Parasitic elements 61a to 61f consisting of six monopole antennas are arranged at intervals, and variable reactance cycles
  • Non-Patent Document 1 Takashi Ohira, Satoshi Iigusa “Electronic Scanning Waveguide Array Antenna” IEICE Transactions C Vol.J87-C No.l January 2004 ppl2- 31
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-16427
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-24431
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-16432
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 9-139626
  • Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 to 3 are used only in a single frequency band, and a plurality of frequency bands are used simultaneously or in a switched manner. Is not supposed to be used for communication.
  • ESPAR antennas each acting as an ESPAR antenna in a single frequency band, are provided on a single ground conductor to be applied to a plurality of frequency bands.
  • ESPAR antennas change directivity due to electromagnetic coupling between a feed element (radiating element) and a parasitic element (waveguide element), so that feed elements that operate in multiple frequency bands and parasitic If the device is simply placed on the same ground conductor, the Radiation directivity in the wave number band is adversely affected by coupling with feed elements and non-feed elements used in other unintended frequency bands. Therefore, the desired radiation directivity cannot be obtained.
  • an object of the present invention is to provide an antenna device capable of directivity control in a plurality of frequency bands.
  • the antenna device of the present invention includes a first radio frequency signal that forms a first frequency band and a second radio frequency that forms a second frequency band that is higher than the first frequency band.
  • a feed element excited by a signal a first parasitic element for directivity control for a first radio frequency signal, a second parasitic element for directivity control for a second radio frequency signal,
  • the antenna device of the present invention has a first feed element excited by a first radio frequency signal forming a first frequency band, and a higher frequency range than the first frequency band.
  • a second parasitic element for directivity control with respect to a signal, a filter having one end connected to the first parasitic element, passing the first frequency band and blocking the second frequency band, and A first variable reactance circuit connected between the other end and the ground and a second variable reactance circuit connected between the second parasitic element and the ground are provided.
  • the antenna device of the present invention includes a plurality of first feed elements excited by a first radio frequency signal forming a first frequency band, and a higher frequency range than the first frequency band.
  • a second feed element excited by a second radio frequency signal in a second frequency band A second parasitic element for directivity control with respect to the line frequency signal, a variable reactance circuit connected between the second parasitic element and the ground, and one end connected to the first feeding element;
  • the radiation directivity (radiation pattern) for the first radio frequency signal is controlled by the feed element in accordance with the reactance control of the first variable reactance circuit.
  • the radiation directivity for the second radio frequency signal is controlled by the feeding element and the second parasitic element in accordance with the reactance control of the second variable reactance circuit.
  • the filter connected to the first parasitic element passes the first radio frequency signal and blocks the second radio frequency signal, the first parasitic element (element on the low frequency side)
  • the termination condition in the second radio frequency signal hardly changes, and the influence of the first parasitic element (element on the low frequency side) on the radiation directivity of the second radio frequency signal can be reduced.
  • the second parasitic element high frequency element
  • the electromagnetic field normally excited on the low frequency side is extremely small if it is structured to excite in the basic mode generally used.
  • the effect on the radiation directivity of the first radio frequency signal is small. As a result, the desired radiation directivity can be obtained for the first and second radio frequency signals.
  • the first radio frequency is provided by including the first power feeding element excited by the first radio frequency signal and the second power feeding element excited by the second radio frequency signal. This can be applied as-is when the feed circuit for the signal and the second radio frequency signal are independent.
  • the effects of the first and second parasitic elements, the first and second variable reactance circuits connected to them, and the filter are the same as in the case of (1) above.
  • the second feeding element, the second parasitic element, and the variable reactance circuit can control the radiation directivity with respect to the second radio frequency signal, and the plurality of first feeding elements and the ground can be controlled. Pass the first radio frequency signal and block the second radio frequency signal during A plurality of first feeding elements adversely affect the radiation directivity control of the second radio frequency signal by the variable reactance circuit connected to the second parasitic element. Don't give.
  • the first radio frequency signal acts as a diversity antenna by switching the switching circuit.
  • FIG. 1 is a perspective view and a side view of a main part of an antenna device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of a main part of an antenna device having another configuration according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view and a side view of a main part of an antenna device according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view and a side view of a main part of an antenna device according to a third embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of a main part of an antenna device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view and a side view of the main part of an antenna device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view and a side view of a main part of a conventional antenna device.
  • the antenna device has a first frequency band of 2.4 GHz band, a first radio frequency signal (IE EE802. Ib, g standard signal) and a second frequency band of 5.2 GHz band. This is applied to the radio frequency signal (IEEE802.11a).
  • FIG. 1A is a perspective view of the main part of the antenna device
  • FIG. 1B is a side view of the main part of the antenna device.
  • a feeding element 10 composed of a monopole antenna is disposed in the center of the grounded disc-shaped ground conductor 1.
  • the first parasitic elements 11a and l ib are arranged one by one on the left and right sides of the feeder element 10 in the figure. Further, around the feeding element 10, six second parasitic elements 21a to 21f are arranged in an annular shape.
  • the first parasitic elements 11a and l ib are arranged at positions away from both sides of the feeding element 10 by about 1/4 to 1/2 wavelength in the first frequency band (2.4 GHz band). ing. Also, the second parasitic elements 21a to 21f are arranged at intervals of 60 ° on the circumference separated from the feeding element 10 by about lZ4 to lZ 2 wavelengths in the second frequency band (5.2 GHz band). Yes.
  • a feeding circuit 30 that feeds power to the central feeding element 10 is provided below the feeding element 10 on the lower side of the ground conductor 1. Also, a filter that passes the first frequency band (2.4 GHz band) through each end of the first parasitic elements 11a and l ib and blocks the second frequency band (5.2 GHz band). 13a and 13b are connected. Further, first variable reactance circuits 12a and 12b are connected between the other ends of these finoletas 13a and 13b and the ground, respectively. In addition, a second variable reactance circuit is provided between each of the six second parasitic elements 21a to 21f and the ground.
  • the second variable reactance circuit is also the second variable reactance circuit. Only the second variable reactance circuits 22b and 22e connected between the parasitic elements 21b and 2le and the ground are shown.
  • the ground conductor 1 is a dielectric laminate such as FR-4 or Teflon (registered trademark) fiber. It is configured by forming a conductor film or a conductor layer on the upper surface or middle layer of the plate.
  • the first and second variable reactance circuits are composed of a variable capacitance element such as a varactor diode whose reactance changes depending on an applied voltage, and a circuit that applies a control voltage thereto.
  • the electrical length between the first parasitic elements 11a, l ib for low frequency and the filters 13a, 13b is the same as that of the first parasitic elements l la, l ib for low frequency.
  • the second radio frequency signal (5.2 GHz band IEEE802.11a standard signal)
  • Radiation directivity in the horizontal plane (plane direction of ground conductor 1)
  • the horizontal plane for the first radio frequency signal (2.4GHz band IEEE802.11b and g standard signals) Can control the radiation directivity.
  • a filter that passes the first frequency band and blocks the second frequency band between the first parasitic elements 11a, l ib for low frequency and the first variable reactance circuits 12a, 12b By providing 13a and 13b, even if the reactance of the first variable reactance circuits 12a and 12b is changed in order to control the radiation directivity for the first radio frequency signal, the second frequency band (5 (2 GHz band) has almost no effect on the electromagnetic coupling between the feed element 10 and the second parasitic elements 21a to 21f, and therefore does not adversely affect the radiation directivity for the second radio frequency signal. .
  • the second parasitic elements 21a to 21f for the high frequency side are not provided with a filter for blocking the first frequency band on the low frequency side, but the second parasitic element for the high frequency side is not provided.
  • the lengths of the parasitic elements 21a to 21f may be designed so that each of them is excited in the fundamental mode. For example, a monopole antenna with about 1/4 wavelength in the second frequency band (5.2 GHz band). With this configuration, these second parasitic elements 21a to 21f are Since the first radio frequency signal is hardly excited, the second parasitic elements 21a to 21f have almost no adverse effect on the radiation directivity with respect to the first radio frequency signal on the low frequency side.
  • the radiation directivity can be controlled independently for each of the first radio frequency signal and the second radio frequency signal.
  • the interval between the feeding element 10 and the parasitic elements l la, l ib, 21a to 21f is about 1 Z4 to 1/2 wavelength. It may be placed at any position within about one wavelength.
  • the number of parasitic elements is not limited to that shown in Fig. 1.
  • the variable reactance circuit is not limited to a circuit using a varactor diode, but may be a circuit for switching a fixed reactance with a switch or the like.
  • the filter may be a band-pass SAW filter, a low-pass filter composed of a chip inductor and a capacitance, or the like.
  • FIG. 2 shows an antenna device having a configuration different from that of FIG. 2A is a perspective view of the antenna device, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the central portion as viewed from the side.
  • the disk-shaped ground conductor 1 is used.
  • the disk-shaped portion la and the cylindrical portion (skirt) lb extending downward from the periphery thereof are formed. Therefore, ground conductor 1 is constructed. This is made by bending down the periphery of a disk-shaped ground conductor that is slightly larger than the area where the feed element 10, the first parasitic elements l la and l ib, and the second parasitic elements 21a to 21f are arranged. Equivalent to. Other configurations are the same as those shown in FIG.
  • the first and second radio frequency signals are fed to a single feeding element 10, but in the second embodiment, the first frequency band (2.4 GHz
  • a first feeding circuit 31 for the first feeding element 1 (/) and a second feeding circuit 32 for the second feeding element 20 are provided.
  • the first and second feed circuits 31 and 32 can be directly applied to independent circuits.
  • the filter 14 that passes the first frequency band and blocks the second frequency band between the first feeding element 10 'and the first feeding circuit 31. Is provided. Therefore, the radiation directivity with respect to the second radio frequency signal will not be adversely affected by whether the first radio frequency signal is fed by the first power feeding circuit 31 or not.
  • the second feeding element 20 is almost excited by the first feeding element 1 (/ in the low frequency side by determining its length and the like so as to be excited in the fundamental mode.
  • the radiation directivity of the first radio frequency signal is not affected by the presence of the second feed element 20 without any interference.
  • a filter 14 that passes the first frequency band and blocks the second frequency band is inserted between the first feeding circuit 31 and the first feeding element 1CT. Since the coupling between the first feeding element 1CT and the surrounding second parasitic element 21 is small, the radiation directivity for the second radio frequency signal is greatly affected by the feeding state of the first feeding circuit 31.
  • the filter 14 is not essential because it is not affected.
  • the feed element portion The structure of the first parasitic element is different from that of the antenna device according to the first embodiment.
  • a feeding element 10 of a monopole antenna is arranged at the center of a disk-shaped ground conductor 1, and four matching short-circuit posts 50 are arranged around the vicinity thereof.
  • One end of these matching short-circuit posts 50 (in the figure, three matching short-circuit bosses 50a, 50c, and 50d appear) are connected to the ground conductor 1.
  • six first parasitic elements 11a to 11lf are arranged in an annular shape. Pass the first frequency band (2.4 GHz band) to the end of each of these first parasitic elements lla to l lf and block the second frequency band (5.2 GHz band) A filter is connected.
  • a first variable reactance circuit is connected between the other end of these filters and the ground.
  • FIG. 4B only l ib and l ie are shown as the first parasitic elements in order to avoid complication of the figure, and accordingly, the inductors 13b and 13e are added to the parasitic elements l lb and l le. Further, the first variable reactance circuits 12b and 12e are respectively connected between the other ends of the filters 13b and 13e and the ground.
  • the other configurations in FIG. 4 are the same as those shown in FIG.
  • the feed element 10 is a monopole antenna that resonates in the first frequency band (2.4 GHz band), and the shorting post 50 for matching is used for matching adjustment in the second frequency band (5.2 GHz band). It is a short circuit post.
  • the first radio frequency signal IEEE802.11b, g signal
  • the second radio frequency signal IEEE802.Ua standard signal
  • the shorting post 50 for matching is excited by the signal, acting as a feeding element in the second frequency band.
  • power can be supplied in a state where the first and second radio frequency signals are matched.
  • the second radio frequency signal (5.2 GHz band
  • the radiation directivity in the horizontal plane (plane direction of ground conductor 1)
  • the first radio frequency signal (2.4 GHz band IEEE802.1 lb, g standard signal) in the horizontal plane is used. Radiation directivity can be controlled.
  • FIG. 5 is a perspective view of the main part of the antenna device.
  • a feeding element 10 ′ which is a helical antenna, is arranged in the center of the disk-shaped ground conductor 1.
  • the feed element 10 With such a structure, the feed element 10 'matches the first and second signals, even if the radio frequency signal is shifted. In this state, power can be supplied.
  • a similar effect can be obtained by arranging a meander-shaped feeding element in addition to such a helical antenna.
  • the structure of the feed element is not limited to the structure of FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4, and FIG. 5, but may be any other structure as long as it excites in a plurality of target frequency bands. It ’s okay.
  • (A) is a perspective view of the main part of the antenna device
  • (B) is a side view of the main part of the antenna device.
  • the first feeding elements 10 ′ a and 10′b are arranged at symmetrical positions around the center of the grounded ground conductor 1, respectively.
  • a second power feeding element 20 is arranged in the center of the disk-shaped ground conductor 1.
  • six second parasitic elements 21a to 21f are arranged in an annular shape at an equal angle.
  • the first feeding elements 10'a and 10'b include the first frequency band (2.
  • the antenna switching circuit 4 is connected through filters 13a and 13b that pass the 4GHz band) and block the second frequency band (5.2GHz band).
  • a first power supply circuit 31 is connected to the antenna switching circuit 4.
  • a second feeder circuit 32 is connected to the second feeder element 20.
  • a variable reactance circuit 22 is connected between the second parasitic elements 21a to 21f and the ground.
  • FIG. 6 (B) only the parasitic elements 21b and 21e are shown in order to avoid complication of the figure, and accordingly, the variable reactance circuit is also connected between the parasitic elements 21b and 21e and the ground. Only circuits 22b and 22e are shown.
  • the second radio frequency signal is fed from the second feeding circuit 32 and the radiation directivity can be controlled by reactance control of the second variable reactance circuit of the second parasitic elements 21a to 21f. it can.
  • the first power supply circuit 31 supplies the first radio frequency signal and acts as a switching diversity one antenna for the first radio frequency signal.
  • the first radio frequency signal can be received best based on, for example, FER (Flame Error Rate) or RSSI (Received Signal Strength Indicator) during reception. Switch the antenna switching circuit 4 so that
  • the first feeding elements 10'a and 10'b are provided with filters 13a and 13b that pass the first frequency band and block the second frequency band.
  • Frequency band Therefore, there is almost no electromagnetic coupling between the feed element 1 (/ a, ic b and the second parasitic elements 21a to 21f. Therefore, even if the antenna switching circuit 4 is switched, the second radio frequency The signal radiation directivity is not affected.
  • the antenna device has been described as acting mainly as a transmitting antenna. However, it is obvious that the antenna device acts similarly as a receiving antenna by the reversible theorem of the antenna. is there.

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Abstract

　第１・第２の無線周波数信号で励振される短絡ポスト（５０ａ）～（５０ｄ）を付加した給電素子（１０）、第１の無線周波数信号に対する指向性制御用の第１の無給電素子（１１ａ），（１１ｂ）、第２の無線周波数信号に対する指向性制御用の第２の無給電素子（２１ａ）～（２１ｆ）を設けるとともに、第２の無給電素子（２１）と接地との間に第２の可変リアクタンス回路（２２）を設け、第１の無給電素子（１１）に、第１の周波数帯域を通過させ第２の周波数帯域を阻止するフィルタ（１３）を接続し、このフィルタ（１３）と接地との間に第１の可変リアクタンス回路（１２）を設ける。これにより、第１・第２の無線周波数信号に対する指向性制御を独立して行えるようになる。

Description

明 細 書
アンテナ装置
技術分野
[0001] この発明は、例えば無線 LAN等に用いられる指向性の制御可能なアンテナ装置 に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、可変指向性アンテナとして、それぞれに可変リアクタンス回路を接続した複 数の無給電素子と単一の給電素子とを備えたエスパアンテナが開発されている。 （例 えば非特許文献 1 ,特許文献:!〜 3参照)。
[0003] ここで従来のエスパアンテナについて、図 7を参照して説明する。
図 7の（A)はアンテナ装置の主要部の斜視図、（B)は主要部の側面図である。この アンテナ装置は、接地された地導体 1と、その中央部に配置された給電素子 60と、 給電素子 60の周囲に配置された複数の無給電素子 61 a〜6 Ifとを備えてレ、る。これ らの複数の無給電素子 61a〜61fと接地との間には、バラクタダイオードによる可変リ ァクタンス回路が設けられている。図 7の（B)では、無給電素子 61b, 61eにそれぞれ 可変リアクタンス回路 62b， 62eを接続した様子を示している。給電素子 60には給電 回路 30が接続されている。
[0004] ここで、アンテナ装置から電波を送信する場合、すなわち給電素子 60に給電回路
30から給電を行う場合について考える。このような構成のアンテナ装置では、中央の 給電素子 60とその周辺の無給電素子 61a〜61fとの電磁結合を積極的に利用して いて、アンテナ装置から送信される電波の放射指向性 (放射パターン）は、これらの 電磁結合の状態で決定される。したがって、周辺の無給電素子 61a〜61fに接続さ れた可変リアクタンス回路のリアクタンスが変化すると、上記電磁結合の状態が変化 するため、アンテナ装置の放射指向性が変化する。
[0005] 例えば図 7に示したように、円盤状の地導体 1の中心にモノポールアンテナである 給電素子 60を配置し、そこから略 1/4波長離れた位置に、円環状に 60° 間隔で 6 つのモノポールアンテナからなる無給電素子 61a〜61fを配置し、可変リアクタンス回 路としてバラクタダイオードを用レ、、そのバラクタダイオードに印加する電圧を適切に 設定することによって、アンテナ装置の水平面内の放射指向性を制御できる。
[0006] 一方、多チャンネルのアンテナ装置において、異なる周波数で励振される素子アン テナが同一開口面上に配列されることによる、素子アンテナ相互の結合による影響を 低減するようにしたアンテナ装置が特許文献 4に示されている。
非特許文献 1 :大平孝，飯草恭ー 著 「電子走査導波器アレーアンテナ」電子情報 通信学会論文誌 C Vol.J87-C No.l 2004年 1月 ppl2- 31
特許文献 1 :特開 2002— 16427公報
特許文献 2：特開 2001— 24431公報
特許文献 3 :特開 2002— 16432公報
特許文献 4：特開平 9一 139626号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] ところで、同一目的の機器やシステムであっても複数の異なった周波数帯を使用す る場合がある。例えば無線 LANにおいて 5. 2GHz帯を使用する IEEE802.11aと、 2.
4GHz帯を使用する IEEE802.11b，gという規格がある力 この両方の周波数帯に対応 するアクセスポイントを設けるような場合に、単一のアンテナで上記 2つの周波数帯域 に対応するアンテナが必要となる。
[0008] ところが、非特許文献 1,特許文献 1〜3に示されているエスパアンテナでは、単一 の周波数帯でのみ使用するものであって、複数の周波数帯を同時にまたは切り替え て使用するような通信用途は想定されていない。
[0009] また、特許文献 4に示されているアンテナ装置では、エスパアンテナのような無給電 素子による積極的な指向性制御を複数の周波数帯で行うことはできない。
[0010] なお、それぞれ単一の周波数帯でエスパアンテナとして作用する複数のエスパアン テナを単一の地導体に設けることによって、複数の周波数帯に適用させることが考え られる。しかし、エスパアンテナは給電素子 (放射素子）と無給電素子 (導波素子）と の間の電磁結合により指向性が変化するものであるため、複数の周波数帯で動作す る給電素子および無給電素子を単純に同一の地導体上に配置すると、意図した周 波数帯での放射指向性が、他の意図しない周波数帯で用いる給電素子および無給 電素子との結合により悪影響を受けてしまう。そのため所望の放射指向性が得られな レ、。
[0011] また、異なった周波数帯の無線周波数信号の放射指向性を制御したり、ダイバシテ イアンテナの構成で給電位置を切り替えたりする場合にも上述と同様の問題が生じる
[0012] そこで、この発明の目的は、複数の周波数帯で指向性制御可能なアンテナ装置を 提供することにある。
課題を解決するための手段
[0013] (1)この発明のアンテナ装置は、第 1の周波数帯を成す第 1の無線周波数信号お よび第 1の周波数帯域より高域である第 2の周波数帯域を成す第 2の無線周波数信 号で励振される給電素子と、第 1の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 1の 無給電素子と、第 2の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 2の無給電素子と 、一端が第 1の無給電素子に接続され、第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の周波数 帯域を阻止するフィルタと、該フィルタの他端と接地との間に接続された第 1の可変リ ァクタンス回路と、第 2の無給電素子と接地との間に接続された第 2の可変リアクタン ス回路とを備えたことを特徴としてレ、る。
[0014] (2)また、この発明のアンテナ装置は、第 1の周波数帯を成す第 1の無線周波数信 号で励振される第 1の給電素子と、第 1の周波数帯域より高域である第 2の周波数帯 域を成す第 2の無線周波数信号で励振される第 2の給電素子と、第 1の無線周波数 信号に対する指向性制御用の第 1の無給電素子と、第 2の無線周波数信号に対する 指向性制御用の第 2の無給電素子と、一端が第 1の無給電素子に接続され、第 1の 周波数帯域を通過させ、第 2の周波数帯域を阻止するフィルタと、該フィルタの他端 と接地との間に接続された第 1の可変リアクタンス回路と、第 2の無給電素子と接地と の間に接続された第 2の可変リアクタンス回路とを備えたことを特徴としている。
[0015] (3)また、この発明のアンテナ装置は、第 1の周波数帯域を成す第 1の無線周波数 信号で励振される複数の第 1の給電素子と、第 1の周波数帯域より高域である第 2の 周波数帯域を成す第 2の無線周波数信号で励振される第 2の給電素子と、第 2の無 線周波数信号に対する指向性制御用の第 2の無給電素子と、第 2の無給電素子と接 地との間に接続された可変リアクタンス回路と、一端が第 1の給電素子に接続され、 第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の周波数帯域を阻止するフィルタと、該フィルタの 他端と第 1の無線周波数信号の給電回路との間に接続された切替回路とを備えたこ とを特徴としている。
発明の効果
[0016] (1)第 1周波数帯の第 1の無線周波数信号および第 1周波数帯より高域である第 2 周波数帯の第 2の無線周波数信号で励振される給電素子と、第 1の無給電素子とに よって、第 1の可変リアクタンス回路のリアクタンス制御に応じて、第 1の無線周波数 信号に対する放射指向性 (放射パターン)が制御される。また、上記給電素子と第 2 の無給電素子とによって、第 2の可変リアクタンス回路のリアクタンス制御に応じて、 第 2の無線周波数信号に対する放射指向性が制御される。その際、第 1の無給電素 子に接続されたフィルタは第 1の無線周波数信号を通過し、第 2の無線周波数信号 を阻止するので、第 1の無給電素子 (低周波数側の素子）の第 2の無線周波数信号 における終端条件がほとんど変化せず、第 1の無給電素子 (低周波数側の素子）が 第 2の無線周波数信号の放射指向性にあたえる影響を低減できる。一方、第 2の無 給電素子（高周波数側の素子）については、一般的に用レ、られる基本モードで励振 する構造とすれば、通常低周波数側で励振される電磁界は極めて小さいため、第 1 の無線周波数信号の放射指向性への影響は小さい。その結果、第 1 ·第 2の無線周 波数信号についてそれぞれ所望の放射指向性が得られる。
[0017] (2)第 1の無線周波数信号で励振される第 1の給電素子と、第 2の無線周波数信号 で励振される第 2の給電素子とを備えたことにより、第 1の無線周波数信号と第 2の無 線周波数信号のそれぞれの給電回路が独立している場合に、そのまま適用可能とな る。第 1 ·第 2の無給電素子と、それらに接続された第 1 ·第 2の可変リアクタンス回路お よびフィルタによる作用効果は上記（1)の場合と同様である。
[0018] (3)第 2の給電素子と第 2の無給電素子および可変リアクタンス回路によって、第 2 の無線周波数信号に対する放射指向性の制御が可能となり、複数の第 1の給電素子 と接地との間に第 1の無線周波数信号を通過させ、第 2の無線周波数信号を阻止す るフィルタが設けられているので、複数の第 1の給電素子が、第 2の無給電素子に接 続されている可変リアクタンス回路による第 2の無線周波数信号の放射指向性制御 に対して悪影響を与えない。そして、第 1の無線周波数信号に関しては、切替回路の 切り替えによって、ダイバシティアンテナとして作用する。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]第 1の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の斜視図および側面図である。
[図 2]第 1の実施形態に係る別の構成を有するアンテナ装置の主要部の斜視図およ び断面図である。
[図 3]第 2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の斜視図および側面図である。
[図 4]第 3の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の斜視図および側面図である。
[図 5]第 4の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の斜視図である。
[図 6]第 5の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の斜視図および側面図である。
[図 7]従来のアンテナ装置の主要部の斜視図および側面図である。
符号の説明
[0020] 1一地導体
10, 10 '—給電素子（第 1の給電素子）
11一第 1の無給電素子
12—第 1の可変リアクタンス回路
13 フィルタ
14 フィルタ
20—第 2の給電素子
21—第 2の無給電素子 (無給電素子）
22—第 2の可変リアクタンス回路（可変リアクタンス回路）
30 給電回路
31 第 1の給電回路
32—第 2の給電回路
4 アンテナ切替回路
50 -マッチング用短絡ポスト 60—給電素子
61—無給電素子
62—可変リアクタンス回路
発明を実施するための最良の形態
[0021] 第 1の実施形態に係るアンテナ装置について、図 1 ·図 2を参照して説明する。この アンテナ装置は、第 1の周波数帯域である 2. 4GHz帯の第 1の無線周波数信号 (IE EE802. l ib, g規格の信号）および第 2の周波数帯域である 5. 2GHz帯の第 2の無線 周波数信号 (IEEE802.11a)に適用するものである。
[0022] 図 1の（A)はアンテナ装置の主要部の斜視図、（B)は同アンテナ装置の主要部の 側面図である。接地された円盤状の地導体 1の中央部には、モノポールアンテナから なる給電素子 10を配置している。この給電素子 10の、図における左右にはそれぞれ 1つずつ第 1の無給電素子 11a, l ibを配置している。また、給電素子 10の周囲には 、円環状に 6つの第 2の無給電素子 21a〜21fを配置している。
[0023] この第 1の無給電素子 11a, l ibは、第 1の周波数帯（2· 4GHz帯）における約 1/ 4〜1/2波長だけ給電素子 10から両側に離れた位置に配置している。また、上記第 2の無給電素子 21a〜21fは、第 2の周波数帯（5. 2GHz帯）における約 lZ4〜lZ 2波長だけ給電素子 10から離れた円周上に 60° 間隔で配置している。
[0024] 地導体 1の下側の給電素子 10の下部には、図 1の（B)に示すように、中央の給電 素子 10に対して給電を行う給電回路 30を設けている。また、第 1の無給電素子 11a , l ibのそれぞれの端部に、第 1の周波数帯域（2. 4GHz帯）を通過させ、第 2の周 波数帯域（5. 2GHz帯）を阻止するフィルタ 13a, 13bを接続している。さらに、これら のフイノレタ 13a， 13bの他端と接地との間に第 1の可変リアクタンス回路 12a, 12bを それぞれ接続している。また、 6つの第 2の無給電素子 21a〜21fと接地との間には、 それぞれ第 2の可変リアクタンス回路を設けている。
[0025] なお、図 1の（B)では、図の煩雑化を避けるため、第 2の無給電素子として 21b，21 eのみを示し、それに伴って、第 2の可変リアクタンス回路も第 2の無給電素子 21b，2 leと接地との間に接続した第 2の可変リアクタンス回路 22b,22eのみを示している。
[0026] 上記地導体 1は、例えば FR— 4やテフロン (登録商標）ファイバなどの誘電体積層 板の上面または中層に導体膜や導体層を形成することによって構成している。また 上記第 1 ·第 2の可変リアクタンス回路は、バラクタダイオード等の、印加電圧によって リアクタンスが変化する可変容量素子と、それに対して制御電圧を印加する回路とか ら構成している。
[0027] 低周波用である第 1の無給電素子 11a, l ibとフィルタ 13a, 13bとの間の電気長は 、低周波用の第 1の無給電素子 l la， l ibが第 2の周波数帯（5. 2GHz帯)で励振し ないような適切な長さに設定する。これは、 5. 2GHz帯におけるフィルタの入力イン ピーダンスにもよる力 一般的には、第 1の無給電素子 l la， l ibに近接してフィルタ 13a, 13bを配置することが望ましい。
[0028] 以上のように構成したアンテナ装置の作用効果は次の通りである。
高周波数側である第 2の無給電素子 21a〜21fに接続した第 2の可変リアクタンス 回路 22のリアクタンスを制御することによって、第 2の無線周波数信号（5. 2GHz帯 の IEEE802.11a規格の信号）に対する水平面内（地導体 1の面方向）の放射指向性を 制御できる。同様に、低周波数側である第 1の可変リアクタンス回路 12a， 12bのリア クタンスを制御することによって、第 1の無線周波数信号（2. 4GHz帯の IEEE802.11b ，g規格の信号）に対する水平面内の放射指向性を制御できる。
[0029] 低周波用の第 1の無給電素子 11a, l ibと第 1の可変リアクタンス回路 12a, 12bと の間に、第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の周波数帯域を阻止するフィルタ 13a, 1 3bを設けたことにより、第 1の無線周波数信号に対する放射指向性の制御を行うため に第 1の可変リアクタンス回路 12a, 12bのリアクタンスを変化させても、第 2の周波数 帯域（5. 2GHz帯）については給電素子 10と第 2の無給電素子 21a〜21f間の電磁 結合にほとんど影響を与えないので、第 2の無線周波数信号に対して放射指向性に 悪影響を与えることが無い。
[0030] 一方、高周波数側用の第 2の無給電素子 21a〜21fには、低周波数側である第 1 の周波数帯域を阻止するフィルタを設けていないが、高周波数側用の第 2の無給電 素子 21a〜21fは、それぞれが基本モードで励振するように、それらの長さ等を設計 しておけばよい。例えば、第 2の周波数帯（5. 2GHz帯）における約 1/4波長のモノ ポールアンテナとする。この構成により、これらの第 2の無給電素子 21a〜21fは、第 1の無線周波数信号ではほとんど励振されないので、第 2の無給電素子 21a〜21f は、低周波数側である第 1の無線周波数信号に対する放射指向性にほとんど悪影響 を与えない。
[0031] したがって、第 1の無線周波数信号と第 2の無線周波数信号のそれぞれについて 独立に放射指向性を制御できる。
[0032] なお、図 1に示した例では、給電素子 10と無給電素子 l la， l ib, 21a〜21fとの 間隔を約 1 Z4〜 1 /2波長としたが、使用周波数帯にぉレ、て概ね 1波長程度以内の 任意の位置に配置しても良い。また、無給電素子の数についても図 1に示したものに 限られるものではなレ、。また、可変リアクタンス回路としては、バラクタダイオードを用 レ、たものに限定されず、その他に、固定のリアクタンスをスィッチ等で切り替える回路 であっても構わない。さらに、フィルタとしては、帯域通過形の SAWフィルタやチップ インダクタおよびキャパシタンスで構成される低域通過フィルタ等であっても良い。
[0033] 図 2は、図 1とは別の構成からなるアンテナ装置を示している。図 2の（A)はアンテ ナ装置の斜視図、（B)はその側面方向から見た中央部断面図である。
[0034] 図 1に示した例では円盤形状の地導体 1を用いたが、この図 2に示すアンテナ装置 では、円盤状部分 laとその周辺から下方へ伸びる円筒形状部分 (スカート） lbとによ つて地導体 1を構成している。これは、給電素子 10、第 1の無給電素子 l la， l ib, 第 2の無給電素子 21a〜21fの配置領域より一回り大きな円盤形状の地導体の周辺 部を下方へ折り曲げたものに相当する。その他の構成は図 1に示したものと同様であ る。
[0035] このように地導体 1の周辺部を給電素子や無給電素子の突出する方向とは逆方向 に伸ばしたことにより、全体のサイズを大型化することなぐ地導体 1の面積を広くした 場合とほぼ同様の効果が得られ、アンテナの指向性を向上させることができる。
[0036] 次に、第 2の実施形態に係るアンテナ装置について図 3を参照して説明する。
第 1の実施形態では、単一の給電素子 10に対して第 1 ·第 2の無線周波数信号を 給電するようにしたが、この第 2の実施形態では、第 1の周波数帯域（2. 4GHz帯）の 第 1の無線周波数信号 (IEEE802.11b,g規格の信号)で励振される第 1の給電素子 1 0' と、第 2の周波数帯域（5. 2GHz帯）の第 2の無線周波数信号 (IEEE802.11a規 格の信号)で励振される第 2の給電素子 20を個別に備えている。また、これに伴い、 第 1の給電素子 1(/ に対する第 1の給電回路 31と、第 2の給電素子 20に対する第 2 の給電回路 32を備えている。このように第 1 ·第 2の給電素子 10' , 20を分離したこ とによって、第 1,第 2の給電回路 31， 32が独立している回路に直接適用可能となる
[0037] また、この第 2の実施形態では、第 1の給電素子 10' と第 1の給電回路 31との間に 、第 1の周波数帯域を通過させ第 2の周波数帯域を阻止するフィルタ 14を設けてい る。そのため、第 1の給電回路 31による第 1の無線周波数信号の給電状態の有無な どによっても、第 2の無線周波数信号に対する放射指向性に悪影響を与えることはな レ、。
[0038] 逆に、第 2の給電素子 20は、基本モードで励振するように、その長さ等を定めること によって、低周波数側の第 1の給電素子 1(/ によってはほとんど励振されることが無 ぐ第 2の給電素子 20の存在によって、第 1の無線周波数信号の放射指向性が影響 を受けることはない。
[0039] なお、この例では、第 1の給電回路 31と第 1の給電素子 1CTとの間に、第 1の周波 数帯域を通過させ、第 2の周波数帯域阻止するフィルタ 14を挿入したが、第 1の給電 素子 1CTとその周囲の第 2の無給電素子 21との間の結合は小さいので、第 1の給電 回路 31の給電状態によって第 2の無線周波数信号に対する放射指向性が大きく影 響を受けることは無いので、上記フィルタ 14は必須ではない。
[0040] 次に、第 3の実施形態に係るアンテナ装置について図 4を参照して説明する。
第 1の実施形態では、第 1 ·第 2の無線周波数信号で励振される給電素子として単 一のモノポールアンテナを給電素子 10として設けた力 この第 3の実施形態では、そ の給電素子部分の構造と第 1の無給電素子の構成が第 1の実施形態に係るアンテ ナ装置とは異なる。
[0041] 図 4において円盤状の地導体 1の中央部にモノポールアンテナの給電素子 10を配 置するとともに、その近傍の周囲に 4つのマッチング用短絡ポスト 50を配置している。 これらのマッチング用短絡ポスト 50 (図では、そのうちの 3つのマッチング用短絡ボス ト 50a, 50c, 50d力表れてレ、る。）の一端は地導体 1に導通させている。 [0042] また、給電素子 10の周囲には、円環状に 6つの第 1の無給電素子 11a〜： l lfを配 置している。これらの第 1の無給電素子 l la〜l lfのそれぞれの端部に、第 1の周波 数帯域 (2. 4GHz帯)を通過させ、第 2の周波数帯域 (5. 2GHz帯)を阻止するフィ ルタを接続している。さらに、これらのフィルタの他端と接地との間に第 1の可変リアク タンス回路をそれぞれ接続している。図 4の（B)では、図の煩雑化を避けるため、第 1 の無給電素子として l ib, l ieのみを示し、それに伴って、無給電素子 l lb, l leにフ イノレタ 13b， 13eをそれぞれ接続し、さらに、これらのフィルタ 13b， 13eの他端と接地 との間に第 1の可変リアクタンス回路 12b, 12eをそれぞれ接続した状態を示している 。図 4のその他の構成は図 1に示したものと同様である。
[0043] 給電素子 10は第 1の周波数帯域（2. 4GHz帯）で共振するモノポールアンテナで あり、マッチング用短絡ポスト 50は第 2の周波数帯域（5. 2GHz帯）でのマッチング 調整用の短絡ポストである。給電回路 30から第 1の周波数帯域（2. 4GHz帯）の第 1 の無線周波数信号 (IEEE802.11b,gの信号）が給電されると、給電素子 10はその信 号によって励振される。また給電回路 30から第 2の周波数帯域（5. 2GHz帯）の第 2 の無線周波数信号 (IEEE802.Ua規格の信号）が給電されると、マッチング用短絡ポ スト 50は給電素子 10と結合して第 2の周波数帯域での給電素子として作用し、マツ チング用短絡ポスト 50がその信号で励振される。これにより、第 1 ·第 2のそれぞれの 無線周波数信号についてマッチングした状態で給電可能となる。
[0044] そして、高周波数側である第 2の無給電素子 21a〜21fに接続した第 2の可変リア クタンス回路 22のリアクタンスを制御することによって、第 2の無線周波数信号（5. 2 GHz帯の IEEE802.11a規格の信号）に対する水平面内（地導体 1の面方向）の放射 指向性を制御できる。同様に、低周波数側である第 1の可変リアクタンス回路 12のリ ァクタンスを制御することによって、第 1の無線周波数信号（2. 4GHz帯の IEEE802.1 lb，g規格の信号）に対する水平面内の放射指向性を制御できる。
[0045] 次に、第 4の実施形態に係るアンテナ装置について図 5を参照して説明する。
図 5はアンテナ装置の主要部の斜視図である。この例では、円盤状の地導体 1の中 央部にヘリカルアンテナである給電素子 10'を配置している。このような構造とすれ ば、給電素子 10'は上記第 1 ·第 2のレ、ずれの無線周波数信号にっレ、てもマッチング した状態で給電可能となる。このようなヘリカルアンテナ以外にメアンダ形状の給電 素子を配置しても同様の効果が得られる。
[0046] 給電素子の構造は、図 1 ,図 2,図 4,図 5の構造のみに限定されるものではなぐ 目 的とする複数の周波数帯で励振する構造であれば、他の構造であってもよレ、。
[0047] 次に、第 5の実施形態に係るアンテナ装置について図 6を参照して説明する。
(A)はアンテナ装置の主要部の斜視図、（B)は同アンテナ装置の主要部の側面図 である。接地された地導体 1の中央部を中心として対称位置に第 1の給電素子 10' a , 10'bをそれぞれ配置している。また、円盤状地導体 1の中央部には、第 2の給電素 子 20を配置している。この第 2の給電素子 20の周囲には、円環状に等角度で 6つの 第 2の無給電素子 21a〜21fを配置している。
[0048] 図 6の（B)に示すように、第 1の給電素子 10'a， 10'bには、第 1の周波数帯域（2.
4GHz帯）を通過させ、第 2の周波数帯域（5. 2GHz帯）を阻止するフィルタ 13a, 13 bを介してアンテナ切替回路 4を接続している。このアンテナ切替回路 4には第 1の給 電回路 31を接続している。第 2の給電素子 20には第 2の給電回路 32を接続してい る。また、第 2の無給電素子 21a〜21fと接地との間に可変リアクタンス回路 22を接続 してレ、る。図 6の（B)では図の煩雑化を避けるため、無給電素子として 21b,21eのみ を示し、それに伴って、可変リアクタンス回路も無給電素子 21b, 21eと接地との間に 接続した可変リアクタンス回路 22b,22eのみを示している。
[0049] 第 2の給電回路 32から第 2の無線周波数信号を給電し、それとともに第 2の無給電 素子 21a〜21fの第 2の可変リアクタンス回路のリアクタンス制御によって放射指向性 を制御することができる。
[0050] このような構成によって、第 1の給電回路 31によって第 1の無線周波数信号を給電 し、第 1の無線周波数信号に対する切替ダイバシティ一アンテナとして作用する。す なわち、例えば受信動作時の FER (Flame Error Rate：フレームエラーレート）や RSS I (Received SignalStrength Indicator :受信信号強度）等に基づいて、第 1の無線周波 数信号が最も良好に受信できる状態となるようにアンテナ切替回路 4を切り替える。
[0051] その際、第 1の給電素子 10' a, 10'bには、第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の 周波数帯域を阻止するフィルタ 13a， 13bを設けているので、第 2の周波数帯域につ いて給電素子 1(/ a, ic bと第 2の無給電素子 21a〜21fとの間の電磁結合はほ とんどない。そのため、アンテナ切替回路 4の切り替えがあっても第 2の無線周波数 信号の放射指向性が影響を受けることは無い。
なお、以上の各実施形態では、アンテナ装置を主として送信アンテナとして作用さ せる状態で説明したが、アンテナの可逆定理によって、これを受信アンテナとして作 用させる場合にも同様に作用することは明らかである。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の周波数帯域を成す第 1の無線周波数信号および第 1の周波数帯域より高域 である第 2の周波数帯域を成す第 2の無線周波数信号で励振される給電素子と、 第 1の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 1の無給電素子と、 第 2の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 2の無給電素子と、 一端が第 1の無給電素子に接続され、第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の周波数 帯域を阻止するフィルタと、
該フィルタの他端と接地との間に接続された第 1の可変リアクタンス回路と、 第 2の無給電素子と接地との間に接続された第 2の可変リアクタンス回路と、 を備えたアンテナ装置。
[2] 第 1の周波数帯域を成す第 1の無線周波数信号で励振される第 1の給電素子と、 第 1の周波数帯域より高域である第 2の周波数帯域を成す第 2の無線周波数信号 で励振される第 2の給電素子と、
第 1の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 1の無給電素子と、 第 2の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 2の無給電素子と、 一端が第 1の無給電素子に接続され、第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の周波数 帯域を阻止するフィルタと、
該フィルタの他端と接地との間に接続された第 1の可変リアクタンス回路と、 第 2の無給電素子と接地との間に接続された第 2の可変リアクタンス回路と、 を備えたアンテナ装置。
[3] 第 1の周波数帯域を成す第 1の無線周波数信号で励振される複数の第 1の給電素 子と、
第 1の周波数帯域より高域である第 2の周波数帯域を成す第 2の無線周波数信号 で励振される第 2の給電素子と、
第 2の無線周波数信号に対する指向性制御用の第 2の無給電素子と、 第 2の無給電素子と接地との間に接続された可変リアクタンス回路と、
一端が第 1の給電素子に接続され、第 1の周波数帯域を通過させ、第 2の周波数帯 域を阻止するフィルタと、 該フィルタの他端と第 1の無線周波数信号の給電回路との間に接続された切替回 路と、
を備えたアンテナ装置。
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