WO2012004930A1

WO2012004930A1 - アンテナ装置及び無線通信装置

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Publication number: WO2012004930A1
Application number: PCT/JP2011/003115
Authority: WO
Inventors: 悟天利; 山本　温; 坂田　勉
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-01-12
Also published as: EP2592692A1; US20120176276A1; JPWO2012004930A1; CN102484317A; EP2592692A4; JP5714507B2

Abstract

　アンテナ装置（１０１）は、アンテナ素子（１０２）の外周の所定区間にわたって接続された延長導体（１２１）と、アンテナ素子（１０２）上において給電点（１０６ａ，１０７ａ）間の部分を横切るように、アンテナ素子（１０２）から延長導体（１２１）にわたって延在し、延長導体（１２１）に開放端を有するスリット（１０５）とを備える。

Description

アンテナ装置及び無線通信装置

　本発明は、主として携帯電話機などの移動体通信用のアンテナ装置と、それを備えた無線通信装置に関する。

　携帯電話機等の移動体通信無線装置の小型化、薄型化が急速に進んでいる。また、携帯無線通信装置は、従来の電話機として使用されるのみならず、電子メールの送受信やＷＷＷ（ワールドワイドウェブ）によるウェブページの閲覧などを行うデータ端末機に変貌を遂げている。取り扱う情報も従来の音声や文字情報から写真や動画像へと大容量化を遂げており、通信品質のさらなる向上が求められている。また、携帯無線通信装置は、電話としての音声通話、ウェブページの閲覧のためのデータ通信、テレビジョン放送の視聴など、さまざまなアプリケーションに対処することが求められている。このような状況にあって、それぞれのアプリケーションに係る無線通信を行うために、幅広い周波数で動作できるアンテナ装置が必要である。

　従来、広い周波数帯域をカバーしかつ共振周波数を調整するアンテナ装置として、例えば、特許文献１記載のように、アンテナ素子部にスリットを設けて共振周波数を調整するアンテナ装置や、特許文献２記載のように、スリットにトラップ回路を設けたノッチアンテナがあった。

　特許文献１のアンテナ装置は、板状放射素子（放射板）とそれに平行に対向する接地板を含み、さらに、放射板の縁端部の略中央に位置して高周波信号を供給する給電部と、給電部の近傍で放射板と接地板とを短絡する短絡部と、放射板上において給電部と略対向する縁端部にスリット部を設けることによりそれぞれ形成された２つの共振器とを含んで構成される。このスリット部の形状や寸法を調整することにより、又はスリット部にリアクタンス素子や導体板を装荷することにより、２つの共振器間の結合度が最適化される。こうして、適切な特性を有する小型・低背化アンテナが得られる。

　特許文献２のノッチアンテナは、低い通信周波数帯で共振すべき時には、トラップ回路の位置においてスリットを高周波的に開状態とすることができると共に、高い通信周波数帯で共振すべき時には、トラップ回路の位置においてスリットを高周波的に閉状態にすることができ、かくして共振すべき通信周波数帯に応じてノッチアンテナの共振長を適宜変更することができる。

　また、特許文献３のアンテナ装置は、基板と、基板上に位置した平板型で製造された複数のアンテナ素子と、基板上において複数のアンテナ素子の間に位置し、所定の接地部に接地される少なくとも１つのアイソレーション素子とを含んで構成される。アンテナ素子の間に製造されたアイソレーション素子を用いてアンテナ素子間の相互干渉を防止することで、放射パターンの歪曲を防止する効果がある。また、アイソレーション素子を接地面に接地することで、寄生アンテナとして動作するようにし、出力の利得を上げられる効果がある。また、基板上に積層されたメタル膜を所定の形態にエッチングするだけで、アイソレーション素子及びアンテナ素子を製造できるので、製造方法が容易になり、基板上のメタル膜がアイソレーション素子を構成するようになり、ほぼ２次元に近い平板構造に製造できる効果がある。

国際出願の国際公開ＷＯ２００２／０７５８５３号。特開２００４－３２３０３号公報。特開２００７－９７１６７号公報。

　最近になって、通信容量を増大させて高速通信を実現するために、複数のチャンネルの無線信号を空間分割多重により同時に送受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ）技術を採用したアンテナ装置が登場している。ＭＩＭＯ通信を実行するアンテナ装置は、大きな通信容量を得るために、アンテナ素子間の干渉を防止して高いアイソレーションを実現することにより、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行する必要がある。

　また、ＭＩＭＯ通信では、例えば高速通信を行うために広い無線周波数帯域を使用することが必要とされる。例えば、無線ＬＡＮや３ＧＰＰのＬＴＥでは、動作帯域として２０ＭＨｚ以上の周波数帯域が使用され、第４世代携帯電話であるＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄでは、１００ＭＨｚもの周波数帯域を使用することが規定されている。また、ＭＩＭＯ無線通信は、主に２ＧＨｚ帯の無線周波数が使用されるが、アメリカにおける７００ＭＨｚ帯の使用や、日本において現在携帯電話で使用されている８００ＭＨｚ帯の使用の可能性も高い。７００ＭＨｚ帯では波長がおよそ４０ｃｍにも達するので、アンテナサイズも大きくなることが容易にわかる。さらに、ＭＩＭＯ通信装置では２つ以上のアンテナを設ける必要があるので、既存のアンテナをそのまま使用すると、２倍以上の体積を有することになる。しかしながら、携帯電話機は小型であることが望まれるので、ＭＩＭＯアンテナにはサイズ削減が今以上に望まれる。また、周波数が低くなると波長が長くなるので、アンテナ間の電気的距離（波長に対する距離）が近くなり、従って、アンテナ間の結合が強くなり、実質的に放射される電波の電力が小さくなるといった課題があった。このため、高いアイソレーションを有する小型アレーアンテナが強く望まれている。

　低い周波数帯で近くに配置されたアンテナ間のアイソレーションを高くするためには、従来技術としては、アンテナ素子のサイズを大きくしたり、アンテナ素子間の距離を大きくしたり、アイソレーションを高くするための大きな電磁結合調整手段を付加したりすることが知られているが、これらの技術のいずれもアンテナ装置のサイズを大きくするものである。携帯電話機内でアンテナ装置を実装できる容積は年々小さくなっているので、小型のアンテナ装置を用いながら低い周波数帯でアイソレーションを高くする必要がある。

　特許文献１及び２の構成では、共振周波数を変えることができるものの給電部が１つだけであるので、ＭＩＭＯ通信、ダイバーシチ方式を用いた通信、またアダプティブアレーに利用できないという課題を有していた。

　また、特許文献３の構成では、複数の給電部を有しているのでＭＩＭＯ通信、ダイバーシチ方式を用いた通信、またアダプティブアレーに利用できるものの、低い周波数で高いアイソレーションを実現できないことに加えて、アンテナ素子の間隔をλ／２とする必要があり、アンテナ装置のサイズが大きくなるという課題を有していた。

　本発明の目的は、以上の問題点を解決し、簡単かつ小型の構成でありながら、低い周波数帯において低結合なアレーアンテナを提供し、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行することができるアンテナ装置、及びそのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することにある。

　本発明の第１の態様に係るアンテナ装置によれば、
　板状のアンテナ素子上の所定の各位置にそれぞれ設けられた第１及び第２の給電点を備えたアンテナ装置において、
　上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電点にそれぞれ対応した第１及び第２のアンテナ部として同時に動作するように、上記第１及び第２の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、
　上記アンテナ装置はさらに、
　上記アンテナ素子の外周の所定区間にわたって接続された延長導体と、
　上記アンテナ素子上において上記第１及び第２の給電点間の部分を横切るように、上記アンテナ素子から上記延長導体にわたって延在し、上記延長導体に開放端を有するスリットとを備えたことを特徴とする。

　本発明の第２の態様に係るアンテナ装置によれば、
　板状のアンテナ素子上の所定の各位置にそれぞれ設けられた第１及び第２の給電点を備えたアンテナ装置において、
　上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電点にそれぞれ対応した第１及び第２のアンテナ部として同時に動作するように、上記第１及び第２の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、
　上記アンテナ装置はさらに、
　上記アンテナ素子の外周の所定区間にわたって接続された延長導体と、
　上記アンテナ素子上において上記第１及び第２の給電点間の部分を横切るように、上記アンテナ素子から上記延長導体にわたって延在するスロットとを備えたことを特徴とする。

　上記アンテナ装置において、上記アンテナ素子は、接地導体上に設けられ、少なくとも１つの接続導体を介して上記接地導体に接続されたことを特徴とする。

　本発明の第３の態様に係る無線通信装置によれば、複数の無線信号を送受信する無線通信装置において、第１又は第２の態様に係るアンテナ装置を備えたことを特徴とする。

　以上説明したように、本発明に係るアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置によれば、小型サイズを維持しつつ、低い動作周波数においてアンテナ素子を共振させるとともに、給電点間のアイソレーションを高く確保することができ、所望の動作周波数において低結合で動作するＭＩＭＯアンテナ装置を実現することができる。特に、スリットをその開放端の側に延長するようにアンテナ素子に延長導体を接続することで、アンテナ素子の共振周波数をさらに低下させる。スリットは、アンテナ素子の２つの給電点間のアイソレーションを高くする役目を果たすので、これにより、アンテナ装置の共振周波数のみならず、アイソレーションの高くなる周波数の低下も図れるという利点がある。さらに、スリットをその短絡端の側に延長するようにアンテナ素子に延長導体を接続することで、アイソレーションの高くなる周波数のみの低下を図ることができる。すなわち、この構成により、高いアイソレーションとなる周波数の調整が可能となるという利点がある。以上の構成は、アンテナ装置の小型化に繋がる。給電点間の干渉を防止して高いアイソレーションを実現することにより、複数のアンテナ部のそれぞれを高効率にする。

　複数の給電点を同時に用いて通信するためには、動作させようとする所定の周波数においてアンテナ素子が共振し、かつ、給電点間のアイソレーションが高くなければならない。本発明によれば、アンテナ素子を低い動作周波数で共振させ、動作周波数において２つの給電点間のアイソレーションを高くすることができ、ＭＩＭＯ無線信号の送受信を実行可能な小型の無線通信装置を提供することができる。

　本発明によれば、アンテナ素子数は１つのままでありながら、当該アンテナ素子を複数のアンテナ部として動作させることができ、それとともに、低い周波数帯において、複数のアンテナ部の間のアイソレーションを確保することができる。アイソレーションを確保してＭＩＭＯアンテナ装置の複数のアンテナ部を互いに低結合にすることにより、各アンテナ部を用いて、互いに低相関である複数の無線信号の送受信を同時に実行することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。図１のアンテナ装置１０１の実施例を示す正面図である。図１のアンテナ装置１０１の実施例を示す側面図である。図２ａ及び図２ｂのアンテナ装置１０１に係る反射係数のパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。図２ａ及び図２ｂのアンテナ装置１０１に係る通過係数のパラメータＳ２１の周波数特性を示すグラフである。図２ａ及び図２ｂのアンテナ装置１０１に係るスミスチャートである。本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置２０１を示す側面図である。本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置３０１を示す側面図である。本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置４０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置５０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。図９のアンテナ装置５０１の実施例を示す正面図である。図９のアンテナ装置５０１の実施例を示す側面図である。図９のアンテナ装置５０１の実施例を示す上面図である。図９のアンテナ装置５０１上の電流経路を示す図である。図１０ａ～図１０ｃのアンテナ装置５０１に係る反射係数のパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフである。図１０ａ～図１０ｃのアンテナ装置５０１に係る通過係数のパラメータＳ２１の周波数特性を示すグラフである。図１０ａ～図１０ｃのアンテナ装置５０１に係るスミスチャートである。本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置６０１を示す側面図である。本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置７０１を示す側面図である。本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置８０１を示す側面図である。本発明の第２の実施形態の第４の変形例に係るアンテナ装置９０１を示す側面図である。本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１１０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置１２０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置１３０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置１４０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。

　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。

第１の実施形態．
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置１０１は、異なる２つの給電点１０６ａ，１０７ａを備えた長方形形状のアンテナ素子１０２を備え、給電点１０６ａを介してアンテナ素子１０２を第１のアンテナ部として励振させると同時に、給電点１０７ａを介してアンテナ素子１０２を第２のアンテナ部として励振させることにより、単一のアンテナ素子１０２を２つのアンテナ部として動作させる。

　通常、単一のアンテナ素子に複数の給電ポート（又は給電点）を設けた場合、給電ポート間のアイソレーションを確保することができず、異なるアンテナ部間の電磁結合が高くなるので、信号間の相関が高くなってしまう。従って、例えば受信時には、各給電ポートから同一の受信信号が出力される。このような場合、ダイバーシチやＭＩＭＯの良好な特性を得ることができない。本実施形態では、アンテナ素子１０２の給電点１０６ａ，１０７ａ間にスリット１０５を備え、スリット１０５の長さによってアンテナ素子１０２の共振周波数を調整するとともに、さらに、給電点１０６ａ，１０７ａ間にアイソレーションを確保できる周波数を調整する。本実施形態ではさらに、アンテナ装置の共振長さを増大させるために、アンテナ素子１０２に接続された延長導体１２１ａ，１２１ｂ（以下、総称して符号「１２１」を用いる。）を備え、スリット１０５を、アンテナ素子１０２から延長導体１２１にわたって延在するように設け、延長導体１２１にスリットの開放端を備えたことを特徴とする。

　図１において、アンテナ装置１０１は、長方形形状の導体板にてなるアンテナ素子１０２と、長方形形状の導体板にてなる接地面としての接地導体１０３とを備え、アンテナ素子１０２と接地導体１０３とは、互いに重なり合うように、所定距離だけ離隔して平行に設けられる。アンテナ素子１０２上において、互いに所定距離を離隔して給電点１０６ａ，１０７ａが設けられる。さらに、アンテナ素子１０２上で、給電点１０６ａ，１０７ａとは異なる所定の接続点において、アンテナ素子１０２を接地導体１０３にそれぞれ機械的かつ電気的に接続する直線状の接続導体１０４ａ，１０４ｂが設けられる。本実施形態では、アンテナ素子１０２の一辺と接地導体１０３の一辺とが互いに近接して設けられ、接続導体１０４ａ，１０４ｂはこれらの辺を接続する位置に設けられるが、接続導体１０４ａ，１０４ｂの位置はこれに限定されるものではない。アンテナ素子１０２の外周の所定区間（図１の例では、接続導体１０４ａ，１０４ｂが接続された辺に対向する辺）にわたって、長方形形状の導体板にてなる延長導体１２１（すなわち延長導体１２１ａ，１２１ｂ）が機械的かつ電気的に接続される。アンテナ素子１０２上において給電点１０６ａ，１０７ａ間の部分を横切るように、アンテナ素子１０２から延長導体１２１にわたって延在するスリット１０５が設けられる（延長導体１２１において、スリット１０５は延長導体１２１ａ，１２１ｂの間を通る。）。スリット１０５は、アンテナ素子１０２上に短絡端を有し、延長導体１２１上に開放端を有する。本実施形態のアンテナ装置１０１では、アンテナ素子１０２に延長導体１２１を接続したことにより、アンテナ装置１０１の共振長さが増大され、さらに、スリット１０５が、その開放端の側に延長される。

　給電点１０６ａ，１０７ａにはそれぞれ、接地導体１０３の裏側から接地導体１０３を貫通して給電線Ｆ１，Ｆ３が接続される。給電線Ｆ１，Ｆ３は、例えば、５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブルであり、その内部導体である信号線Ｆ１ａ，Ｆ３ａはそれぞれ給電点１０６ａ，１０７ａに接続され、その外部導体である信号線Ｆ１ｂ，Ｆ３ｂはそれぞれ接続点１０６ｂ，１０７ｂにおいて接地導体１０３に接続される。給電点１０６ａ及び接続点１０６ｂは、アンテナ装置１０１の一方の給電ポートとして働き、給電点１０７ａ及び接続点１０７ｂは、アンテナ装置１０１のもう１つの給電ポートとして働く。さらに、給電線Ｆ１，Ｆ３はそれぞれ、インピーダンス整合回路（以下、整合回路という。）１１１，１１２にそれぞれ接続され、整合回路１１１，１１２は給電線Ｆ２，Ｆ４を介してＭＩＭＯ通信回路１１３にそれぞれ接続される。給電線Ｆ２，Ｆ４もまた、例えば、５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブルにてそれぞれ構成される。ＭＩＭＯ通信回路１１３は、ＭＩＭＯ通信方式に係る複数のチャンネル（本実施形態では２チャンネル）の無線信号をアンテナ素子１０２により送受信させる。

　図１に示すように、アンテナ装置１０１は、板状逆Ｆ型アンテナ装置として構成される。

　アンテナ素子１０２にスリット１０５を設けることによる効果は、以下の通りである。アンテナ素子１０２の共振周波数とアイソレーションを確保できる周波数（以下、アイソレーション周波数という。）とは、スリット１０５の長さに依存して変化するので、スリット１０５の長さはこれらの周波数を調整するように決定される。詳しくは、スリット１０５を設けることにより、アンテナ素子１０２自体の共振周波数は低下する。さらに、スリット１０５は、スリット１０５の長さに応じて共振器として動作する。スリット１０５はアンテナ素子１０２自体と電磁的に結合するので、アンテナ素子１０２の共振周波数は、スリット１０５を持たない場合と比較して、スリット１０５の共振条件の周波数に従って変化している。スリット１０５を設けることにより、アンテナ素子１０２の共振周波数が変化するとともに、所定の周波数において給電ポート間のアイソレーションを高くすることができる。スリット１０５を設けたことによりアイソレーションを高く確保できる周波数は、一般には、アンテナ素子１０２の共振周波数とは一致しない。従って、本実施形態では、アンテナ素子１０２の動作周波数（すなわち所望信号を送受信する周波数）を、スリット１０５により変化された共振周波数からアイソレーション周波数にシフトさせるために、各給電ポートとＭＩＭＯ通信回路１１３との間に整合回路１１１，１１２を設けている。整合回路１１１を設けたことにより、ＭＩＭＯ通信回路１１３側の端子（すなわち給電線Ｆ２に接続された側の端子）において、当該端子からアンテナ素子１０２をみたときのインピーダンスは、当該端子からＭＩＭＯ通信回路１１３を見たときのインピーダンス（すなわち給電線Ｆ２の５０Ωの特性インピーダンス）に一致する。同様に、整合回路１１２を設けたことにより、ＭＩＭＯ通信回路１１３側の端子（すなわち給電線Ｆ４に接続された側の端子）において、当該端子からアンテナ素子１０２をみたときのインピーダンスは、当該端子からＭＩＭＯ通信回路１１３を見たときのインピーダンス（すなわち給電線Ｆ４の５０Ωの特性インピーダンス）に一致する。整合回路１１１，１１２を設けることは、共振周波数とアイソレーション周波数との両方に影響するが、主に、共振周波数を変化させるように寄与する。

　アンテナ素子１０２に延長導体１２１を接続する効果は、以下のとおりである。アンテナ装置１０１の共振長さは、アンテナ素子１０１に延長導体１２１を接続したことにより増大する。すなわち、アンテナ装置１０１の動作周波数が低くなる。これにより、同じ動作周波数のアンテナ装置１０１を設計する場合に、アンテナサイズの削減を達成できるという利点がある。さらに、スリット１０５の長さを増大できるので、アイソレーション周波数を低くできるという効果もある。これにより、携帯電話機等の小型無線端末のような、アンテナサイズが制限され、その削減が強く求められる場合に、本発明のアンテナ装置は、最大外形寸法を維持しつつ、動作周波数とアイソレーション周波数との双方を低くできるという効果がある。

　図２ａは、図１のアンテナ装置１０１の実施例を示す正面図であり、図２ｂはその側面図を示す。アンテナ素子１０２の横方向の中央に、幅１ｍｍのスリット１０５を設けた。アンテナ装置１０１の動作特性は、延長導体１２１におけるスリット１０５の延長部分の長さａ（すなわち延長導体１２１の長さ）に依存して変化する。従って、延長導体１２１の効果を検証するために、延長部分の長さａを変化させたときの共振周波数及びアイソレーション周波数を調べた。図３は、図２ａ及び図２ｂのアンテナ装置１０１に係る反射係数のパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフであり、図４は、図２ａ及び図２ｂのアンテナ装置１０１に係る通過係数のパラメータＳ２１の周波数特性を示すグラフである。図５は、図２ａ及び図２ｂのアンテナ装置１０１に係るスミスチャートである。延長部分の長さａ＝０，２，４ｍｍに変化させた。図３～図５によれば、延長部分の長さａを大きくしていくと、共振周波数（Ｓ１１の極小点）とアイソレーション周波数（Ｓ２１の極小点）が低い周波数に移っていることが観測される。この場合、１００ＭＨｚから２００ＭＨｚの周波数変化を実現できた。

　アンテナ素子１０２及び接地導体１０３は、長方形形状に限定されず、所望の放射特性及び無線通信装置の筐体に応じて任意の形状を有してもよい。また、アンテナ素子１０２を接地導体１０３上に誘電体で支持してもよい。アンテナ素子１０２と接地導体１０３は、２つの接続導体１０４ａ，１０４ｂによって接続されることに限定されず、少なくとも１つの接続導体によって接続されてもよい。また、アンテナ素子１０２と接地導体１０３を複数の接続導体１０４ａ，１０４ｂによって接続することに代えて、単一の導体板によって接続してもよい。

　図６及び図７は、本発明の第１の実施形態の第１及び第２の変形例に係るアンテナ装置２０１，３０１を示す側面図である。延長導体１２１は、アンテナ装置の寸法を増大させないために、好ましくは、アンテナ素子１０２から接地導体１０３の方向に向かって折り曲げられる。折り曲げる方向は、図２ｂに示すようにアンテナ素子１０２に対して垂直方向だけに限定されず、図６及び図７に示すような方向であってもよい。図８は、本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係るアンテナ装置４０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置は、逆Ｆ型アンテナ装置に限定されず、接続導体１０４ａ，１０４ｂを持たない板状逆Ｌ型アンテナ装置として構成されてもよい。

　以上説明したように、第１の実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子１０２に接続された延長導体１２１と、アンテナ素子１０２から延長導体１２１にわたって延在するスリット１０５とを備えたことにより、アンテナ装置の動作周波数とアイソレーション周波数とを低くすることができ、アンテナサイズの削減を達成することができる。

第２の実施形態．
　図９は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置５０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態では、アンテナ素子１０２に延長導体１２１を接続したことにより、スリット１０５をその開放端の側に延長していたが、第２の実施形態では、アンテナ素子１０２に延長導体１２２を接続したことにより、スリットをその短絡端の側に延長する。

　図９において、アンテナ装置５０１は、第１の実施形態の場合と同様のアンテナ素子１０２、接地導体１０３及び給電点１０６ａ，１０７ａを備える。アンテナ素子１０２の外周の所定区間（図９では上辺）にわたって、長方形形状の導体板にてなる延長導体１２２が機械的かつ電気的に接続される。さらに、アンテナ素子１０２上で、延長導体１２２と給電点１０６ａ，１０７ａとの間の所定の接続点において、アンテナ素子１０２を接地導体１０３にそれぞれ機械的かつ電気的に接続する直線状の接続導体１０４ａ，１０４ｂが設けられる。アンテナ素子１０２上において、接続導体１０４ａ，１０４ｂの各接続点間の部分を横切り、給電点１０６ａ，１０７ａ間の部分を横切るように、延長導体１２２からアンテナ素子１０２にわたって延在するスリット１０５が設けられる。スリット１０５は、延長導体１２２上に短絡端を有し、アンテナ素子１０２上に開放端を有する。本実施形態のアンテナ装置５０１では、アンテナ素子１０２に延長導体１２２を接続したことにより、スリット１０５が、その短絡端の側に延長される。

　アンテナ素子１０２に延長導体１２２を接続する効果は、以下のとおりである。図１１は、図９のアンテナ装置５０１上の電流経路を示す図である。図９のように接続導体１０４ａ，１０４ｂ及びスリット１０５を設けたことにより、給電点１０６ａ，１０７ａから接続導体１０４ａ，１０４ｂへのインピーダンスは、給電点１０６ａ，１０７ａからスリット１０５の短絡端へのインピーダンスよりも低くなるので、アンテナ素子１０２上の電流は、スリット１０５の短絡端に向かってではなく、接続導体１０４ａ，１０４ｂを介して接地導体１０３に向かって流れる。このため、アンテナ装置５０１の入力インピーダンス及び共振長さは、延長導体１２２を設けたことによっては大きく変化せず、共振周波数の設計に大きく影響を与えることはない。一方、スリット１０５は延長導体１２２まで延在し、延長導体１２１におけるスリット１０５の延長部分は、アイソレーション周波数を低くするように寄与する。言い換えると、アンテナ素子１０２に延長導体１２２を接続することにより、アイソレーション周波数のみを変更でき、延長導体１２１におけるスリット１０５の延長部分の長さを調整することにより、アイソレーション周波数を微調整することができる。

　図１０ａは、図９のアンテナ装置５０１の実施例を示す正面図であり、図１０ｂはその側面図を示し、図１０ｃはその上面図を示す。アンテナ素子１０２の横方向の中央に、幅１ｍｍのスリット１０５を設けた。アンテナ装置５０１の動作特性は、延長導体１２２におけるスリット１０５の延長部分の長さｂに依存して変化する。従って、延長導体１２２の効果を検証するために、延長部分の長さｂを変化させたときの共振周波数及びアイソレーション周波数を調べた。図１２は、図１０ａ～図１０ｃのアンテナ装置５０１に係る反射係数のパラメータＳ１１の周波数特性を示すグラフであり、図１３は、図１０ａ～図１０ｃのアンテナ装置５０１に係る通過係数のパラメータＳ２１の周波数特性を示すグラフである。延長部分の長さｂ＝０，２，４ｍｍに変化させた。図１２～図１４によれば、延長部分の長さｂを大きくしていくと、共振周波数（Ｓ１１）はほとんど変化しないが、アイソレーション周波数（Ｓ２１の極小点）が低い周波数に移っていることが観測される。この場合、１００ＭＨｚから２００ＭＨｚの周波数変化を実現できた。図１４は、図１０ａ～図１０ｃのアンテナ装置５０１に係るスミスチャートである。図１４によれば、延長部分の長さｂが変化しても、インピーダンスが実質的に変化しないことがわかる。

　図１５～図１８は、本発明の第２の実施形態の第１～第４の変形例に係るアンテナ装置６０１，７０１，８０１，９０１を示す側面図である。延長導体１２２は、アンテナ装置の寸法を増大させないために、好ましくは、アンテナ素子１０２から接地導体１０３の方向に向かって折り曲げられる。折り曲げる方向は、図１０ｂに示すようにアンテナ素子１０２に対して垂直方向だけに限定されず、図１５に示すような方向であってもよい。また、アンテナ素子１０２における接続導体１０４ａ，１０４ｂの接続点と、アンテナ素子１０２に延長導体１２２が接続された位置とは、図９及び図１５のように互いに近接していなくてもよく、スリット１０５の短絡端が接続導体１０４ａ，１０４ｂよりも給電点１０６ａ，１０７ａから遠隔するような位置にあれば、例えば図１６～図１８のような位置であってもよい。

　以上説明したように、第２の実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子１０２に接続された延長導体１２２と、アンテナ素子１０２上において、接続導体１０４ａ，１０４ｂの各接続点間の部分を横切り、給電点１０６ａ，１０７ａ間の部分を横切るように、アンテナ素子１０２から延長導体１２２にわたって延在するスリット１０５とを備えたことにより、アンテナ装置のサイズを変化させることなく、簡単な構成でありながらアイソレーション周波数のみを調整することが可能になり、ＭＩＭＯアンテナ装置の設計上の自由度を高くできるという利点がある。本実施形態のアンテナ装置は、特に、アイソレーション周波数のみを低下させるという効果がある。これにより、ＭＩＭＯアンテナ装置のサイズを小型に維持しつつ、低い周波数においても良好なＭＩＭＯ無線通信を実現できるという特長がある。

第３の実施形態．
　図１９は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のアンテナ装置１００１は、第１及び第２の実施形態のアンテナ装置を組み合わせた構成を備えたことを特徴とする。

　図１９において、アンテナ装置１００１は、第１及び第２の実施形態の場合と同様のアンテナ素子１０２、接地導体１０３及び給電点１０６ａ，１０７ａを備える。アンテナ素子１０２の外周の所定区間（図１９では下辺）にわたって、延長導体１２１（すなわち延長導体１２１ａ，１２１ｂ）が機械的かつ電気的に接続される。アンテナ素子１０２の外周の別の区間（図１９では上辺）にわたって、延長導体１２２が機械的かつ電気的に接続される。さらに、アンテナ素子１０２上で、延長導体１２２と給電点１０６ａ，１０７ａとの間の所定の接続点において、アンテナ素子１０２を接地導体１０３にそれぞれ機械的かつ電気的に接続する直線状の接続導体１０４ａ，１０４ｂが設けられる。アンテナ素子１０２上において、接続導体１０４ａ，１０４ｂの各接続点間の部分を横切り、給電点１０６ａ，１０７ａ間の部分を横切るように、延長導体１２２からアンテナ素子１０２を通り延長導体１２１まで延在するスリット１０５が設けられる。スリット１０５は、延長導体１２２上に短絡端を有し、延長導体１２１上に開放端を有する。本実施形態のアンテナ装置１００１では、アンテナ素子１０２に延長導体１２１，１２２を接続したことにより、スリット１０５が、その開放端の側及び短絡端の側にそれぞれ延長される。

　第１の実施形態のように、接続導体１０４ａ，１０４ｂよりも給電点１０６ａ，１０７ａに近接した側でアンテナ素子１０２に延長導体１２１を接続したことにより、アンテナ装置１００１の動作周波数を低くすることができ、同じ動作周波数のアンテナ装置を設計する場合には、アンテナサイズの削減を達成できるという利点がある。さらに、第２の実施形態のように、給電点１０６ａ，１０７ａよりも接続導体１０４ａ，１０４ｂに近接した側でアンテナ素子１０２に延長導体１２２を接続したにより、延長導体１２２におけるスリット１０５の延長部分の長さｂによりアイソレーション周波数を調整できるという利点がある。従って、第３の実施形態のアンテナ装置１００１によれば、低い動作周波数のときに困難になるアンテナサイズの削減という課題と、波長に対する給電点間距離の近接化により生じるアイソレーションの低下という課題の両方を解決できるという利点がある。

　以上説明したように、第３の実施形態のアンテナ装置によれば、単一のアンテナ素子１０２を２つのアンテナ部として動作させ、簡単な構成でありながら低いアイソレーション周波数で給電点間のアイソレーションを確保することができ、移動体端末に必要不可欠となるＭＩＭＯアンテナ装置の小型化を実現することができる。

第４の実施形態．
　図２０～図２３は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１１０１，１２０１，１３０１，１４０１及びそれを用いた無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るアンテナ装置は、第１～第３の実施形態のようなスリットに代えてスロットを用いて構成されてもよい。

　図２０のアンテナ装置は、図１のスリット１０５に代えてスロット１３２を備え、図１の延長導体１２１に代えて延長導体１３１を備える。延長導体１３１は、スリット１０５の開放端に代えてスロット１３２の短絡端を有する。図２１のアンテナ装置は、図８のスリット１０５に代えてスロット１３２を備え、図８の延長導体１２１に代えて延長導体１３１を備える。図２２のアンテナ装置は、図９のスリット１０５に代えてスロット１３２を備え、図９の延長導体１２２に代えて延長導体１３３を備える。アンテナ素子１０２は、スリット１０５の開放端に代えてスロット１３２の短絡端を有する。図２３のアンテナ装置は、図１９のスリット１０５に代えてスロット１３２を備え、図１９の延長導体１２１に代えて延長導体１３１を備え、図１９の延長導体１２２に代えて延長導体１３３を備える。延長導体１３１は、スリット１０５の開放端に代えてスロット１３２の短絡端を有する。

　図２０～図２３のアンテナ装置１１０１，１２０１，１３０１，１４０１においても、第１～第３の実施形態と同様に、アイソレーション周波数の低下や、アンテナサイズの削減等の好ましい効果をもたらすことができる。

　本発明のアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置によれば、例えば携帯電話機として実装することができ、あるいは無線ＬＡＮ用の装置として実装することもできる。このアンテナ装置は、例えばＭＩＭＯ通信を行うための無線通信装置に搭載することができるが、ＭＩＭＯ通信に限らず、複数のアンテナを同時に使用する最大比合成ダイバーシチ、等位相合成ダイバーシチ及びアダプティブアレーといったアレーアンテナ装置や、これらのアレーアンテナ装置のいずれかを用いた無線通信装置に搭載することも可能である。

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１，１２０１，１３０１，１４０１…アンテナ装置、
１０２…アンテナ素子、
１０３…接地導体、
１０４ａ，１０４ｂ…接続導体、
１０５…スリット、
１０６ａ，１０７ａ…給電点、
１０６ｂ，１０７ｂ…接続点、
１１１，１１２…インピーダンス整合回路、
１１３…ＭＩＭＯ通信回路、
１２１ａ，１２１ｂ，１２２，１３１，１３３…延長導体、
１３２…スロット、
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４…給電線、
Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ…信号線。

Claims

　板状のアンテナ素子上の所定の各位置にそれぞれ設けられた第１及び第２の給電点を備えたアンテナ装置において、
　上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電点にそれぞれ対応した第１及び第２のアンテナ部として同時に動作するように、上記第１及び第２の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、
　上記アンテナ装置はさらに、
　上記アンテナ素子の外周の所定区間にわたって接続された延長導体と、
　上記アンテナ素子上において上記第１及び第２の給電点間の部分を横切るように、上記アンテナ素子から上記延長導体にわたって延在し、上記延長導体に開放端を有するスリットとを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
　板状のアンテナ素子上の所定の各位置にそれぞれ設けられた第１及び第２の給電点を備えたアンテナ装置において、
　上記アンテナ素子は、上記第１及び第２の給電点にそれぞれ対応した第１及び第２のアンテナ部として同時に動作するように、上記第１及び第２の給電点を介してそれぞれ同時に励振され、
　上記アンテナ装置はさらに、
　上記アンテナ素子の外周の所定区間にわたって接続された延長導体と、
　上記アンテナ素子上において上記第１及び第２の給電点間の部分を横切るように、上記アンテナ素子から上記延長導体にわたって延在するスロットとを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
　上記アンテナ素子は、接地導体上に設けられ、少なくとも１つの接続導体を介して上記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
　複数の無線信号を送受信する無線通信装置において、請求項１～３のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。