JP2005347958A - アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型化が可能で、高いダイバーシチ利得を得られるアンテナ装置の実現。
【解決手段】 アンテナ装置は、互いに近接配置されたダイポールアンテナ1およびモノポールアンテナ2を備えている。ダイポールアンテナ1は、ループ状線路4の対称軸上に給電点5が配置され、この給電点5からループ状線路4の両端部までの距離は動作周波数の1/4波長である。モノポールアンテナ2は、有限地板3上に給電点7を有する。モノポールアンテナ2を構成する線状線路は、地板3上の給電点7から地板3の法線方向に伸びており、ダイポールアンテナ1の線状線路4と接続点8で接続されている。ダイポールアンテナ1の対称軸上にモノポールアンテナ2を略直交する方向に近接配置するため、互いのアイソレーションを図ることができ、また大きく異なる2つの放射パターンを得ることができ、ダイバーシチ利得が高くなる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ダイポールアンテナとモノポールアンテナとを備えたアンテナ装置に関する。
従来、複数の無線部を有するマルチシステムに対応した無線機は、複数のアンテナを設けて、各無線部に対応したアンテナを選択して送受信を行っていた。また、複数のアンテナのうち、通信特性の良いアンテナを選択して送受信を行うダイバーシチ方式の無線機も存在する。
このように、無線機に複数のアンテナを設けた場合、複数のアンテナ間で干渉が生じ、これが原因で、通信特性が劣化する場合がある。これを解決する手段として、アンテナ間の電磁界的な結合を抑制する方法がいくつか提案されている。
例えば、アンテナの間にスリットを設けてアンテナ間の結合を抑制する方法が提案されている(特許文献1参照)。また、2つのアンテナの間に地板の出っ張りを設ける方法も提案されている(特許文献2参照)。さらに、アンテナを取り付ける地板を反射板として用いる方法も提案されている(特許文献3参照。)。
また複数のアンテナを同じ端末上に配置するためには、実装面積が必要になるため、これらのアンテナを一体化する方法が報告されている(例えば、特許文献4参照。)。
USP 6624789 Fig1 USP 5990838 Fig1 USP 6339404 Fig1 USP 6556173 Fig1
しかしながら、上述した従来のアンテナ装置では、アンテナは分離されて配置するため、アンテナを配置する実装面積が比較的大きくなるという問題がある。また上記した方法は、アンテナ間結合の抑制効果はあるものの、大きな改善効果を有するものではなかった。
またダイバーシチアンテナの場合、アンテナ結合を改善してもダイバーシチ利得を改善できるかどうかはケースバイケースであり、アンテナ結合の改善とダイバーシチ利得の改善を同時に実現することは難しいという問題があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化が可能で、高いダイバーシチ利得を得ることができるアンテナ装置を提供することにある。
本発明は、導電性材料からなる地板の端辺に略平行に近接配置され、所定の対称軸に対して対称的な形状のループ状線路を有し、前記対称軸上に第1の給電点を有するダイポールアンテナと、前記対称軸上に配置され、前記ダイポールアンテナに近接配置され、前記ダイポールアンテナに略直角に配置され、前記地板上に第2の給電点を有するモノポールアンテナと、を備える。
本発明によれば、小型化が可能で、高いダイバーシチ利得を得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
(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を示す図であり、図1(a)は斜視図、図1(b)は上面図、図1(c)は側面図である。
第1の実施形態のアンテナ装置は、互いに近接配置されたダイポールアンテナ1およびモノポールアンテナ2を備えている。図1のダイポールアンテナ1は、導電性材料からなる有限地板3の端辺に略平行に近接して配置されている。図1のダイポールアンテナ1は、折り返し構造の線状線路(ループ状線路)4で形成され、その周囲長は1波長である。ループ状線路4の対称軸上に給電点5が配置されており、この給電点5からループ状線路4の両端部までの距離はそれぞれ動作周波数の1/4波長である。このため、図1のダイポールアンテナ1は、半波長折り返しダイポールアンテナである。給電点5から下方に線状線路6が伸びており、その先端は地板3に接地されている。
ダイポールアンテナ1に近接配置されるモノポールアンテナ2は、有限地板3上に給電点7を有する。モノポールアンテナ2を構成する線状線路は、図1(a)に示すように、地板3上の給電点7から地板3の法線方向に伸びており、ダイポールアンテナ1の線状線路4と接続点8で接続されている。この接続点8は、図1(b)に示すようにダイポールアンテナ1の対称軸上にある。モノポールアンテナ2の給電点7からその先端までの長さは、動作周波数の1/4波長である。
両アンテナの給電点5,7には、不図示の給電線がそれぞれ接続され、これら給電線は不図示の無線機に接続されている。
図1のダイポールアンテナ1は、地板3に近接配置されているため、本来的には放射抵抗が低くなるが、折り返し構造のダイポールアンテナ1に特有のインピーダンスのステップアップ特性により、放射抵抗が高くなり、結果として整合を取ることができる。
また、図1のダイポールアンテナ1とモノポールアンテナ2は、互いに略直角に配置されるため、偏波(放射パターン)が直交し、放射による結合が小さくなる。
モノポールアンテナ2は、ダイポールアンテナ1の対称軸上に配置されているため、モノポールアンテナ2の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生する電流は、ダイポールアンテナ1の給電点5とモノポールアンテナ2との接続点8で最小になる。これは、ダイポールアンテナ1のループ状線路4は1/2波長の長さをもち、給電点7からその先端までは1/4波長の長さであるためである。
同様に、ダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、モノポールアンテナ2上に発生した電流は、モノポールアンテナ2の給電点7にて互いに打ち消し合って、この給電点7での電流は最小になる。
このように、図1のアンテナ装置では、2つの給電点5,7のいずれかに給電したときに、他方の給電点の電流は最小になるように設定される。これは、2つの給電点5,7間の電磁界的な結合が非常に小さいことを意味する。
結果として、本実施形態のダイポールアンテナ1とモノポールアンテナ2は、近接配置されて一部で接続されているにもかかわらず、高いアイソレーションが図られる。また、これらアンテナの放射パターンは大きく異なるため、ダイバーシチ利得が高くなる。
このように、第1の実施形態では、ダイポールアンテナ1の対称軸上にモノポールアンテナ2を略直交する方向に近接配置するため、互いのアイソレーションを図ることができ、また大きく異なる2つの放射パターンを得ることができ、ダイバーシチ利得が高くなる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、モノポールアンテナ2の構造が第1の実施形態とは異なっている。
図2は本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置を示す図であり、図2(a)は斜視図、図2(b)は上面図、図2(c)は側面図である。
図2では、図1と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。図2のアンテナ装置は、ダイポールアンテナ1および逆Fアンテナ11を備えている。この逆Fアンテナ11はモノポールアンテナの一種である。
図2の逆Fアンテナ11は、ダイポールアンテナ1の対称軸上に配置され、低姿勢化のために途中で折れ曲がっている。ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は、接続点8で接続されている。
逆Fアンテナ11の接続点8から先端側は、T字状線路12となっており、ダイポールアンテナ1と略同じ高さに配置されている。逆Fアンテナ11の接続点8から基端側は、地板3の方向に伸びる線状線路13となっており、この線状線路13は地板3上の給電点7に接続されている。また、逆Fアンテナ11は、接続点8から斜め下方に伸びる別の線状線路14を有し、この線状線路14は地板3に接地されている。逆Fアンテナ11の給電点7からT字状線路12の先端までの長さは、動作周波数の1/4波長である。
図2のダイポールアンテナ1は、基本的な構造は図1と同じであるが、ダイポールアンテナ1の給電点5には接地のための線状素子は接続されていない。
ダイポールアンテナ1の給電線は、不図示の同軸線を用いて、線状線路14とループ状線路4を介して給電点5に接続される。逆Fアンテナ11の給電線は、給電点7に接続される。いずれの給電線も地板3を介して不図示の無線機に接続されている。
図2のアンテナ装置では、逆Fアンテナ11の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生した電流は、図3(a)に示すように、ダイポールアンテナ1の給電点5と逆Fアンテナ11との接続点8で最小になる。また、ダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、逆Fアンテナ11上に発生した電流は、図3(b)に示すように、逆Fアンテナ11の給電点7で互いに打ち消し合って最小になる。
結果として、図2のアンテナ装置は、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11が近接配置されて、一部が接続されているにもかかわらず、高いアイソレーションが図られる。また、これらアンテナの放射パターンは大きく異なることから、ダイバーシチ利得が高くなる。
図4は図2のアンテナ装置の放射パターンのシミュレーション結果を示す図である。図4(a)はシミュレーションに用いた図2と同様の形状のアンテナ装置を示す図、図4(b)は逆Fアンテナ11の給電点7に給電を行った場合の放射パターンを示し、図4(c)はダイポールアンテナ1の給電点5に給電を行った場合の放射パターンを示している。
図4から明らかなように、逆Fアンテナ11の給電点7に給電を行った場合の放射パターンは、図4(b)に示すように、地板3と共平面の水平面内に無指向性であり、地板3の法線方向のパターンはヌルである。また、ダイポールアンテナ1の給電点5に給電を行った場合の放射パターンは、図4(c)に示すように、地板3の法線方向に指向性をもっているが、地板3と共平面の水平面内にはヌルである。
このように、第2の実施形態では、ダイポールアンテナ1の対称軸上に近接配置された逆Fアンテナ11を備えるため、一方の給電点から供給された電流が他方の給電点に流れないため、近接配置しているにもかかわらず、高いアイソレーションを図ることができる。また、両アンテナの放射パターンは大きく異なるため、ダイバーシチ利得が高くなる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第2の実施形態の変形例であり、逆Fアンテナ11をダイポールアンテナ1よりも下方に配置するものである。
図5は本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置を示す図であり、図5(a)は斜視図、図5(b)は上面図、図5(c)は側面図である。図5では、図2と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では、相違点を中心に説明する。
図5のアンテナ装置は、ダイポールアンテナ1と、逆Fアンテナ11とを備えている。ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は互いに近接配置されているが、互いに分離されている。逆Fアンテナ11は、ダイポールアンテナ1の対称軸の直下に配置され、ダイポールアンテナ1とは略直角に配置されている。逆Fアンテナ11は、途中で折れ曲がっており、折れ曲がった先端側のT字状線路12は、ダイポールアンテナ1と地板3の間に配置されている。ダイポールアンテナ1は、周囲長が1波長の半波長折り返しダイポールアンテナ1であり、逆Fアンテナ11は、図2と同様に、動作周波数の1/4波長の長さをもつ。
ダイポールアンテナ1の対称軸上には給電点5が設けられ、この給電点5から地板3に向かって線状素子6が伸びており、その先端は地板3に接地されている。この給電点5に接続される給電線は、線状素子6に沿って地板3を介して不図示の無線機に接続される。逆Fアンテナ11の給電点7に接続される給電線も、地板3を介して不図示の無線機に接続される。
図5のアンテナ装置では、逆Fアンテナ11の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生した電流は、図3(a)に示すように、ダイポールアンテナ1の給電点5で最小になる。また、ダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、逆Fアンテナ11上に発生した電流は、図3(b)に示すように、逆Fアンテナ11の給電点7で互いに打ち消し合って最小になる。
結果として、図5のアンテナ装置は、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は、高いアイソレーションが図られる。また、これらアンテナの放射パターンは大きく異なることから、ダイバーシチ利得が高くなる。
このように、第3の実施形態では、第2の実施形態と同様に、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11が互いに高いアイソレーションを図ることができる。また、両アンテナの放射パターンが大きく異なるため、ダイバーシチ利得が高くなる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11の形状が第2および第3の実施形態とは異なっている。
図6は本発明の第4の実施形態に係るアンテナ装置を示す図であり、図6(a)は斜視図、図6(b)は上面図、図6(c)は側面図である。図6では、図2と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では、相違点を中心に説明する。
図6のアンテナ装置は、互いに近接配置されるダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を備えている。ダイポールアンテナ1は、地板3の端辺に略平行に近接配置されている。逆Fアンテナ11は、ダイポールアンテナ1と地板3との間に配置されている。
ダイポールアンテナ1は、第1周波数の半波長の長さをもつ線状線路21と、逆Fアンテナ11の動作周波数である第2周波数の半波長の長さをもつループ状線路22とを有する。
逆Fアンテナ11は、メアンダ状線路23を有し、図6(c)に示すように、ダイポールアンテナ1の対称軸の直下に配置され、ダイポールアンテナ1とは略直角に配置されている。メアンダ状線路23は、地板3上の給電点に接続されるとともに、別の線状素子を介して地板3上に接地されている。
ダイポールアンテナ1の給電点5も対称軸上に配置されている。この給電点から地板3の方向に線状素子が伸びており、その先端は地板3に接地されている。
ダイポールアンテナ1は、第1周波数で動作する不図示の第1の無線機に接続され、逆Fアンテナ11は、第2周波数で動作する第2の無線機に接続されている。このように、図6のアンテナ装置は、マルチシステムに対応可能である。
図6のアンテナ装置では、逆Fアンテナ11の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生した電流は、図7(a)に示すように、ダイポールアンテナ1の給電点5で最小になる。また、ダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、逆Fアンテナ11上に発生した電流は、図7(b)に示すように、逆Fアンテナ11の給電点7で互いに打ち消し合って最小になる。
結果として、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は近接配置されているにもかかわらず、高いアイソレーションが図られる。また、これらアンテナの放射パターンは大きく異なることから、ダイバーシチ利得が高くなる。
このように、第4の実施形態では、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11が互いに異なる周波数の電波を送受することができ、マルチシステムに対応できるとともに、各アンテナが互いに高いアイソレーションを図れる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態は、地板3と同じ高さにダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を配置するものである。
図8は本発明の第5の実施形態に係るアンテナ装置を示す図であり、図8(a)は斜視図、図8(b)は上面図である。
図8のアンテナ装置は、近接配置されるダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を備えている。ダイポールアンテナ1は、地板3の端辺に略平行に配置されている。ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11はいずれも、地板3と略同じ高さに配置されている。ダイポールアンテナ1の周囲長は一波長であり、半波長の折り返しダイポールアンテナ1を構成している。
逆Fアンテナ11は、ダイポールアンテナ1の対称軸上に配置され、ダイポールアンテナ1と略直角に配置されている。ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は、接続点8で互いに接続されている。
ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は、例えば同じ導体板を用いて、エッチング等により加工されて形成される。すなわち、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11は、一体に形成可能である。
ダイポールアンテナ1の給電点5は、対称軸上に配置され、逆Fアンテナ11の給電点7は、同じく対称軸上の地板3の縁に配置されている。
ダイポールアンテナ1の給電点5には、図8(b)に示すように、給電を行う同軸線32の内導体が接続されている。この同軸線32は、ダイポールアンテナ1の折り返し線路を介して、地板3上のパッド33に接続されている。このパッド33は、マイクロストリップ線路を介して、地板3上に実装された無線モジュール34に接続されている。
逆Fアンテナ11の給電点7には、地板3上のマイクロストリップ線路が接続されており、この線路点7にて給電される。このマイクロストリップ線路は、同様に無線モジュール34に接続されている。逆Fアンテナ11の先端から給電点7までの長さは、動作周波数の約1/4波長である。
図8のアンテナ装置では、逆Fアンテナ11の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生した電流は、図3(a)に示すように、ダイポールアンテナ1の給電点5で最小になる。また、ダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、逆Fアンテナ11上に発生した電流は、図3(b)に示すように、逆Fアンテナ11の給電点7で互いに打ち消し合って最小になる。
結果として、図6のアンテナ装置は、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11が近接配置されて、一部が接続されているにもかかわらず、高いアイソレーションが図られている。また、これらアンテナの放射パターンは大きく異なることから、ダイバーシチ利得が高くなる。
このように、第5の実施形態では、互いに高いアイソレーションを図れるダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を実現でき、かつ両アンテナの放射パターンが大きく異なるため、ダイバーシチ利得が高くなる。また、第5の実施形態では、両アンテナが地板3と同じ高さに形成されるため、低姿勢化が可能となり、高さ制限の厳しい携帯電話等の小型無線機器にも採用可能である。さらに、アンテナと地板3を一体的に形成可能であるため、製造が容易であり、コスト削減を図れる。
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、第5の実施形態の変形例であり、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を組にして複数組設けるものである。
図9は本発明の第6の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図9のアンテナ装置は、図8と同様のダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11からなる組41,42を、地板3の直交する二辺にそれぞれ設置している。これにより、4素子のアンテナを構成している。
ダイポールアンテナ1は、アンテナ自体から電波を放射するため、地板3を介する結合が小さい。一方、逆Fアンテナ11は、地板3を用いて電波を放射するため、同じ地板3上に複数の逆Fアンテナ11を配置すると、地板3を介する結合が大きくなるとともに、放射特性が同じになる場合がある。
ところが、図9のように、直交する方向に逆Fアンテナ11を配置すると、地板3上での結合を抑制することができる。
また、これらアンテナ1,11を直交する方向にそれぞれ配置することで、各アンテナ1,11から地板3上に漏洩する電流も直交し、この漏洩電流による結合も小さくなる。したがって、2辺に沿って形成したアンテナ同士を比較的近接して配置することができる。
このように、第6の実施形態では、地板3の直交する2辺のそれぞれに、ダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を配置するため、各アンテナ同士のアイソレーションを図ることができ、かつ大きく異なる複数の放射パターンを得ることができ、通信性能に優れたアンテナ装置を実現できる。
(第7の実施形態)
第7の実施形態は、第2の実施形態と同様のダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11を2組備えたものである。
図10は本発明の第7の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図10のアンテナ装置は、図2と同様の構造のダイポールアンテナ1と逆Fアンテナ11からなる組43,44を2組備え、これらアンテナを地板3の対向する2辺に沿ってそれぞれ配置している。これにより、4素子のアンテナを構成している。
2組のアンテナは、地板3の対向する2辺に沿って配置されるため、各組のアンテナ間の距離が長くなり、スペースダイバーシチの効果が得られる。
このように、第7の実施形態では、2組のアンテナを比較的離して配置することで、互いに高いアイソレーションを図ることができ、通信性能の高いアンテナを実現できる。
本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は側面図。 本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は側面図。 図2のアンテナ装置において、(a)は逆Fアンテナ11の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生する電流分布を示す図、(b)はダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、逆Fアンテナ11上に発生する電流分布を示す図。 図2のアンテナ装置の放射パターンのシミュレーション結果を示す図。 本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は側面図。 本発明の第4の実施形態に係るアンテナ装置を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は側面図。 図6のアンテナ装置において、(a)は逆Fアンテナ11の給電点7から供給された電流により、ダイポールアンテナ1上に発生する電流分布を示す図、(b)はダイポールアンテナ1の給電点5から供給された電流により、逆Fアンテナ11上に発生する電流分布を示す図。 本発明の第5の実施形態に係るアンテナ装置を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は側面図。 本発明の第6の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図。 本発明の第7の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図。
符号の説明
1 ダイポールアンテナ
2 モノポールアンテナ
3 有限地板
4 ループ状線路
5,7 給電点
6 線状線路
8 接続点
11 逆アンテナ
12 T字状線路
13,14 線状線路

Claims (10)

  1. 導電性材料からなる地板の端辺に略平行に近接配置され、所定の対称軸に対して対称的な形状のループ状線路を有し、前記対称軸上に第1の給電点を有するダイポールアンテナと、
    前記対称軸上に配置され、前記ダイポールアンテナに近接配置され、前記ダイポールアンテナに略直角に配置され、前記地板上に第2の給電点を有するモノポールアンテナと、を備えることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記ダイポールアンテナは、前記第1の給電点からその両側に伸びる前記ループ状線路の先端までの長さが動作周波数の略1/4波長であり、
    前記モノポールアンテナは、前記第2の給電点からその先端までの長さが動作周波数の略1/4波長であることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記モノポールアンテナは、前記対称軸上で前記ダイポールアンテナに接続され前記ループ状線路と略同一高さに配置されるT字状線路を有する逆Fアンテナであることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。
  4. 前記モノポールアンテナは、前記対称軸の直上または直下に配置されるT字状線路を有する逆Fアンテナであることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。
  5. 前記モノポールアンテナは、前記対称軸の直上または直下に配置されるメアンダ状線路を有する逆Fアンテナであることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。
  6. 前記ダイポールアンテナの共振周波数と前記逆Fアンテナの共振周波数とは互いに相違することを特徴とする請求項5に記載のアンテナ装置。
  7. 前記ダイポールアンテナおよび前記モノポールアンテナが前記地板の対向する2辺に沿ってそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のアンテナ装置。
  8. 前記ダイポールアンテナおよび前記モノポールアンテナは、前記地板と同じ高さに形成されることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。
  9. 前記ダイポールアンテナおよび前記モノポールアンテナが前記地板の互いに直交する2辺に沿ってそれぞれ配置されることを特徴とする請求項8に記載のアンテナ装置。
  10. 前記ダイポールアンテナおよび前記モノポールアンテナは、前記地板と一体に形成されることを特徴とする請求項8または9に記載のアンテナ装置。
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