JP2013017008A - 無線通信装置 - Google Patents
無線通信装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013017008A JP2013017008A JP2011147918A JP2011147918A JP2013017008A JP 2013017008 A JP2013017008 A JP 2013017008A JP 2011147918 A JP2011147918 A JP 2011147918A JP 2011147918 A JP2011147918 A JP 2011147918A JP 2013017008 A JP2013017008 A JP 2013017008A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- sub
- antennas
- main
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Support Of Aerials (AREA)
- Transceivers (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
【課題】複数のアンテナを備える無線通信装置として、その小型化やデザインの自由度が妨げられないようにしたうえで、アンテナ間の相関係数を十分に小さくする。
【解決手段】携帯電話装置の筐体内の基板に対して、MIMO対応の2本のアンテナとしてメインアンテナとサブアンテナを設ける。サブアンテナは基板に溝部を形成したスロット型として構成し、メインアンテナは、サブアンテナのスロット型に対して自己補対関係となるように逆L型で構成する。
【選択図】図3
【解決手段】携帯電話装置の筐体内の基板に対して、MIMO対応の2本のアンテナとしてメインアンテナとサブアンテナを設ける。サブアンテナは基板に溝部を形成したスロット型として構成し、メインアンテナは、サブアンテナのスロット型に対して自己補対関係となるように逆L型で構成する。
【選択図】図3
Description
本発明は、無線により通信を行う無線通信装置に関する。
携帯無線端末の無線通信規格として、第3世代移動体通信システムの国際標準化団体である3GPP(3rd Generation Partnership Project)により規格化されたLTE(Long Term Evolution)が実用化されている状況にある。
LTEの規格では、無線通信技術としてMIMO(Multi-Input Multi-Output)が採用される。MIMOでは、送信機と受信機がそれぞれ複数の送信アンテナと受信アンテナを備える。送信機は、送信データを複数の信号(ストリーム)に分割し、これらの信号を、それぞれ、異なる送信アンテナから同時に送信する。受信機では、複数の受信アンテナにより受信された信号を分離して復元する。これにより、データレート(周波数利用効率)を高速化させることが可能となる。具体的に、送受信に使用するアンテナが1本の場合との比較として、送受信に使用するアンテナ数が2本であればデータレートは2倍となり、3本であればデータレートは3倍となる。
このため、LTEに対応する無線通信装置は、MIMOによる通信を行うために複数のアンテナを備える必要がある。そして、MIMOでは、複数のアンテナ間の相関係数が通信品質に影響を与えるので、相関係数についてはできるだけ小さいことが要求される。相関係数はアンテナ間の距離と関係するので、アンテナ間の距離をできるだけ離すことで相関係数を小さくできる。
その一方で、例えば携帯電話において顕著なように、無線通信装置は、小型化が推し進められている状況にある。このために、無線通信装置では、内蔵の複数のアンテナ間の距離を一定以上確保して相関関数を十分に低くすることが難しい。
そこで、MIMOに対応する無線通信装置として以下の構成が知られている。すなわち、第1の導体部(二つ折り携帯電話の上側筺体の地板)と接地導体部(二つ折り携帯電話の下側筺体の地板)で構成される筐体アンテナを備える。また、二つ折り携帯電話の上側筺体において、上記第1の導体部と第2の導体部と3つの短絡導体部で構成される枡型の1/2波長スロットアンテナを備えるというものである(例えば特許文献1参照)。この構造により、上記筐体アンテナと1/2波長スロットアンテナの放射指向性を異ならせ、アンテナ間の相互結合を小さくしようというものである。
しかし、上記特許文献1に記載の構造では、例えば二つ折り型の携帯電話における上側筺体と下側筐体の地板を用いて筐体アンテナを形成しているために、二つ折り型の携帯電話にしか適用することができない。現状の携帯電話には、二つ折り型だけではなく、タブレット型や、表示パネル部が本体に対してスライドするスライド型など、多様なデザインが採用されているが、上記の構造では、二つ折り型以外に適用することができない。
また、特許文献1における筐体アンテナは、上側筐体と下側筐体において、例えば90mm×45mmの導体部を設ける必要がある。また、1/2波長スロットアンテナも、上側筐体の導体部を共有する枡型として形成される。つまり、これらのアンテナは比較的大型である。このため、無線通信装置の小型化を妨げる場合があると考えられる。
そこでこの発明は、複数のアンテナを備える無線通信装置として、その小型化やデザインの自由度を妨げないようにしたうえで、アンテナ間の相関係数を十分に小さくすることを目的とする。
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、本発明の一態様による無線通信装置は、筐体内の所定の導体部分において溝部として形成されるスロット型の第1アンテナと、前記第1のアンテナに対して自己補対関係となる所定形状に形成された第2のアンテナとを備える。
本発明によれば、複数のアンテナを備える無線通信装置として、その小型化やデザインの自由度を妨げないようにしたうえで、アンテナ間の相関係数を十分に小さくすることが可能になるという効果が得られる。
図1(a)の斜視図は、本発明を実施するための形態(実施形態)としての無線通信装置である携帯電話100の外観例を示している。この図に示される携帯電話100は、いわゆるスマートフォンと称されるもので、その前面パネルにはタッチパネル101が配置される。タッチパネル101は、画像の表示と、表示画像に対する操作が行われる部位であり、例えば液晶ディスプレイパネルなどの表示デバイスと、操作が行われた位置検出を行う位置入力デバイスが組み合わされて成る。また、この携帯電話100の前面パネルにおいて、タッチパネル101の下側に、所定機能が割り当てられたボタン102a、102bおよび102cが配置される。
本実施形態の携帯電話100は例えばLTEに対応する無線通信機器とされ、これに応じて、MIMOに対応して複数のアンテナを備える。ここでは、携帯電話100は、2本のアンテナを内蔵するものとする。
図1(b)は、上記図1(a)に示した携帯電話100の筐体内において、MIMOに対応して設けられるアンテナの配置態様例を示している。この図においては、携帯電話100の筐体内に設けられる基板110が示されている。ここでの詳細な図示は省略しているが、基板110には、各種の部品が実装されている。
そのうえで、本実施形態では、MIMOに対応する2本のアンテナとして、メインアンテナ120(第1のアンテナ)とサブアンテナ130(第2のアンテナ)が備えられる。これらのメインアンテナ120とサブアンテナ130は、図示するように、基板110に対して取り付けられる。
本実施形態の携帯電話100は、受信についてのみMIMOに対応する通信を行い、送信についてはMIMOによる通信を行わないものとする。メインアンテナ120は、受信時においてMIMOに応じた2本の受信アンテナのうちの1本として使用されるとともに、送信時においては送信用アンテナとして使用される。サブアンテナ130は、受信時においてMIMOに応じた2本の受信アンテナのうちの1本として機能するもので、送信時においては使用されない。
この図に示すメインアンテナ120は逆L型としての構造を有し、基板110の下側に配置される。すなわち、メインアンテナ120は、携帯電話100の筐体内においてその下側に配置される。一方、サブアンテナ130は、スロットアンテナとしての構造を有し、基板110の上側に配置される。すなわち、サブアンテナ130は、携帯電話100の筐体内においてその上側に配置される。
なお、図1(b)に示すメインアンテナ120とサブアンテナ130の配置態様例は一例であり、他の配置態様とされてもよい。ただし、基板110は、携帯電話100の筐体の形状に応じて、上下方向が長手方向となっている。そこで、上側と下側とにそれぞれサブアンテナ130とメインアンテナ120を配置することで、携帯電話100の筐体内においてほぼ最大の距離を確保することが可能になる。本実施形態では、後述するようにメインアンテナ120とサブアンテナ130の構造関係により相関係数を低減させるものであるが、前提として、両者の距離が大きいほど相関係数を小さくするには有利である。また、メインアンテナ120を下側に配置することで、送信用アンテナが人体頭部から離れることになるためにSAR(Specific Absorption Rate)対策の点で有利となる。
図2は、携帯電話100において主として通信に対応する部位の構成例を示している。この図に示す携帯電話100は、メインアンテナ120、サブアンテナ130、受信部140、送信部150、コントローラ160、表示部170および操作部180を備える。
メインアンテナ120は、図1(b)にて説明したように、送信用アンテナおよびMIMOに対応した受信用アンテナの1つとして機能するアンテナである。サブアンテナ130は、上記メインアンテナ120とともに、MIMOに対応した受信用アンテナの1つとして機能するアンテナである。
受信部140は、MIMOに対応した受信信号処理を実行する。つまり、MIMOでは、送信側において、それぞれ異なる信号列(ストリーム)が複数の送信用アンテナから同時に送信される。このように送信された信号の電波は、携帯電話100のメインアンテナ120とサブアンテナ130にて受信される。受信部140は、受信された信号を入力して、送信アンテナから送信された電波の経路別のひずみを演算処理して、元の信号を復元する。
送信部150は、コントローラ160から受け渡された送信データについて変調、増幅などを行って送信信号を生成し、メインアンテナ120から電波として送出させる。
コントローラ160は、受信部140および送信部150の各動作を制御する。また、表示部170に対する表示制御および操作部180から入力される操作信号に応じた処理を実行する。このコントローラ160は、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などから成るコンピュータシステムとして構成することができる。
表示部170は、コントローラ160の表示制御に応じて画像を表示する部位であり、図1(a)との対応では、タッチパネル101における表示デバイスに相当する。操作部180は、携帯電話100に設けられる操作子および操作デバイスを一括して示したものである。図1(a)との対応では、操作部180は、ボタン102a、102b、102cおよびタッチパネル101における位置入力デバイスを含む。
上記図2の構成から理解されるように、携帯電話100において、メインアンテナ120はMIMOに対応する受信用アンテナとして機能するとともに、送信用アンテナとしても機能する。これに対して、サブアンテナ130はMIMOに対応する受信用アンテナとしてのみ機能する。
図3(a)および図3(b)は、先に図1(b)に示したメインアンテナ120とサブアンテナ130の部分をそれぞれ前面からみた状態により拡大して示している。まず、図3(a)に示されるメインアンテナ120は、基板110の下側において、所定の導体により逆L型に形成されている。また、このメインアンテナ120は、分岐点123にて2分岐されることにより第1エレメント121と第2エレメント122とを備える。
LTE規格においては、複数の所定の周波数帯域が規定されており、例えばキャリアなどによって異なる周波数帯域が採用される場合がある。本実施形態では、一例として2GHz帯域と800MHz帯域が採用されている場合を想定する。この場合において、第1エレメント121は例えばそのアンテナ長によって800MHzに対応し、第2エレメント122は、上記第1エレメント121より短く設定したアンテナ長によって、2GHzに対応するように形成されている。
図4は、メインアンテナ120のインピーダンス特性を示している。この図の特性において、矢印αおよび矢印βで指し示すように、メインアンテナ120は、800MHz近傍の周波数と2GHz近傍の周波数の2点においてインピーダンスの低下が顕著となっている。つまり、これらの2点において共振するようにされていることで、800MHz帯と2GHz帯の双方の周波数帯域に対応可能とされている。
例えば、メインアンテナ120について、LTEの規格のもとで携帯電話100が対応すべき1つの周波数帯域のみに対応した1つのアンテナエレメントのみを備えて構成することも可能である。しかし、図3(a)に示したように複数のアンテナエレメントを備えた構成としておけば、1つのメインアンテナ120としての部品により、例えば800MHzと2GHzのいずれの周波数帯域にも対応することが可能となる、これにより、例えば製造工程の簡易化や部品管理コストの低減が図られる。なお、メインアンテナ120について、例えば3以上に分岐させることで、3以上の異なる周波数帯域に対応するアンテナエレメントを備えた構成とすることも考えられる。
次に、図3(b)を参照してサブアンテナ130の構造について説明する。サブアンテナ130は、図示するように、基板110の上側において、その導体部分に溝部を形成したスロットアンテナとしての構造を有する。なお、この図のサブアンテナ130としての溝部は、図示するように、基板110に切れ込みを入れるようにして形成されている。
なお、このサブアンテナ130は、800MHz帯と2GHz帯のいずれか一方の周波数帯域に対応するように形成されている。このためには、サブアンテナ130としての溝部の長さLを、800MHz帯と2GHz帯のいずれかの波長に対応した寸法に形成するだけでよい。
上記のように、本実施形態では、メインアンテナ120は逆L型の構造とし、サブアンテナ130は溝部によるスロットアンテナの構造とされている。一般に、ダイポールアンテナとスロットアンテナは自己補対の関係にある。逆L型は、ダイポールアンテナから派生して構成したものとみることができるため、逆L型とスロットアンテナも自己補対関係にあることになる。
このようにメインアンテナ120とサブアンテナ130が自己補対の関係にあることで、両者の磁界および電界は互いに直交する関係となる。これにより、遠方界において求められる相関係数が低下することになる。
図5は、本実施形態との比較として、基板110に対して設けられるサブアンテナ130Aについても、メインアンテナ120と同様に逆L型としたアンテナ構成を示している。すなわち、図5は、メインアンテナ120とサブアンテナ130Aが自己補対関係ではないアンテナ構成の一例である。なお、メインアンテナ120については、図1(b)と同様である。また、サブアンテナ130Aは、基板110の上側において図1(b)のサブアンテナ130に近い位置に配置している。これにより、例えばメインアンテナ120との距離については、図1(b)と同等の条件としている。
図6は、図1(b)に示した本実施形態のアンテナ構成(サブアンテナ:スロット型)において求めた相関係数と、図5のアンテナ構成(サブアンテナ:逆L型)において求めた相関関数を示している。この図に示すように、図5のアンテナ構成では、相関係数が0.9に近い値であるのに対して、本実施形態のアンテナ構成では0.1未満となっている。このように、本実施形態では、メインアンテナ120とサブアンテナ130を自己補対関係の構造としていることにより、相関係数が大幅に低減されている。
例えば、携帯電話100では、小型化のためにメインアンテナ120とサブアンテナ130のグランドとしての導体が物理的に共通化されるような配線とする場合がある。一般に、このようなアンテナ間のグランドの共有は相関係数を高める要因となり得る。しかし、本実施形態では、上記のようにメインアンテナ120とサブアンテナ130を自己補対関係としているために、アンテナ間のグランドを共有していても十分に低い相関係数が得られている。
そして、上記のように相関係数が低減されるのは、自己補対関係であることにより、前述のようにメインアンテナ120とサブアンテナ130の磁界および電界の放射パタンが相互に直交することによる。この点について、図7および図8を参照して説明する。
まず、図7は、図5のアンテナ構成に対応した放射パタンを示している。図7(a)はメインアンテナ120の放射パタンを示し、図7(b)は、逆L型のサブアンテナ130Aの放射パタンを示している。なお、図7(a)と図7(b)の各図において、放射パタンA1とA2は主偏波についてのものであり、放射パタンB1とB2は、主偏波と直交する交差偏波についてのものである。
図7(a)と図7(b)を比較して分かるように、メインアンテナ120とサブアンテナ130Aの各主偏波の放射パタンA1、A2は、いずれも90°および270°の方向に対応する双指向性を有しており、また、放射レベルもほぼ同等となっている。
また、メインアンテナ120とサブアンテナ130Aの各交差偏波の放射パタンB1とB2についても、ともに無指向性とみてよい特性となっており、かつ、放射レベルもサブアンテナ130Aのほうが若干高いものの、双方とも−15dB前後で同等とみてよい特性となっている。
このように、図5に示すアンテナ構成におけるメインアンテナ120とサブアンテナ130Aの放射パタンは、主偏波と交差偏波のそれぞれについてほぼ同等となっている。つまり、両者の磁界および電界の特性は同等とみてよく、これにより相関係数は高くなる。
次に、図8は、本実施形態のアンテナ構成に対応した放射パタンを示している。図8(a)はメインアンテナ120の放射パタンを示し、図8(b)は、スロット型のサブアンテナ130の放射パタンを示している。
まず、図8(a)に示されるメインアンテナ120の主偏波の放射パタンA1は、90°および270°の方向に対応する双指向性を有し、最大で−5dB程度の比較的大きな放射レベルとなっている。また、同じ図8(a)に示されるメインアンテナ120の交差偏波の放射パタンB1は、最大で−20dB程度の放射レベルによる無指向性となっている。この場合、アンテナの特性としては、主偏波が支配的である。
これに対して、図8(b)に示されるスロット型のサブアンテナ130についての主偏波の放射パタンA2は、図8(a)の放射パタンA1と同じく90°および270°の方向に対応する双指向性ではある。しかし、その放射レベルは最大で−25dB程度と非常に小さくなっている。これに対して、交差偏波の放射パタンB2は−10dB程度であり、主偏波の放射パタンB1に対して相当に大きくなっている。つまり、アンテナの特性としては、交差偏波が支配的となる。
上記図8から分かるように、本実施形態のアンテナ構成では、メインアンテナ120は主偏波が支配的となる特性を有するのに対して、サブアンテナ130は交差偏波が支配的となる特性を有している。つまり、メインアンテナ120とサブアンテナ130の磁界および電界は互いに直交しているものであり、これにより、図6に示したように、相関係数の著しい低減が図られる。
そして、本実施形態において、上記のように相関係数を低減するにあたっては、逆L型のメインアンテナ120とスロット型のサブアンテナ130とを組み合わせて自己補対関係としている。逆L型は、例えば電波の波長に対してその形状サイズが小さいことが特徴であり、したがって、小型化に有利となっている。また、サブアンテナ130も、基板110の導体部分に対して溝部を形成するだけでよいものとなっている。
このように、本実施形態のアンテナ構成においては、メインアンテナ120とサブアンテナ130のいずれも小型であり、したがって、携帯電話100の小型化を妨げない。また、メインアンテナ120とサブアンテナ130が小型であることで、携帯電話100の形状のデザインについても制限が非常に少なく自由度が高い。これにより、携帯電話100の外形が、図1(a)に示した以外のタイプや形状(例えば折りたたみ(二つ折り)型やスライド型など)であっても広く適用することができる。
なお、メインアンテナ120としてのエレメントには、逆L型のほかに、逆F型としても同等の性能を得ることができ、同様に小型化を阻害しない。また、これらのほかにも、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナや、ミアンダライン状のアンテナなどを採用することも考えられる。
また、サブアンテナ130をスロット型とするにあたっては、溝部の形状について、図3(b)のように切り込みとして形成するほか、図示は省略するが、基板110の導体部分を長孔状にくり抜いた開口部として形成することも考えられる。
また、サブアンテナ130は、基板110以外の部位に形成することもできる。具体例として、携帯電話には、筐体の強度を確保するために基板以外の金属板などをケース内部に挿入する場合がある。このような金属板をグランドとして利用したうえで、この金属板に溝部を形成することによってもスロット型のサブアンテナ130を形成できる。
また、本実施形態のアンテナ構成は、携帯電話以外の無線通信装置にも適用が可能である。例えば、現在、スマートフォンよりもサイズが大きいタブレット型端末装置が普及している状況にある。このようなタブレット型端末装置に本実施の形態のアンテナ構成を適用することによっても、例えば、タブレット型端末装置の薄型化などに貢献できる。
また、これまでの実施形態においては、MIMOに対応して2本のアンテナを備える場合を前提に説明したが、3本以上のMIMO対応のアンテナを備える場合にも、本実施形態のアンテナ構成を適用できる。
100 携帯電話
101 タッチパネル
110 基板
120 メインアンテナ
121 第1エレメント
122 第2エレメント
123 分岐点
130 サブアンテナ
101 タッチパネル
110 基板
120 メインアンテナ
121 第1エレメント
122 第2エレメント
123 分岐点
130 サブアンテナ
Claims (4)
- 筐体内の所定の導体部分において溝部として形成されるスロット型の第1アンテナと、
前記第1のアンテナに対して自己補対関係となる所定形状に形成された第2のアンテナと
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記第2のアンテナは、逆L型または逆F型であることを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
- 前記第2のアンテナは、複数の周波数帯域ごとに対応する所定周波数に共振するように形成された前記逆L型または前記逆F型による複数のアンテナエレメントを備える
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。 - 前記第1のアンテナは、外部の複数の送信用アンテナから同時に送信された信号を受信するための複数の受信用アンテナの1つとして使用され、
前記第2のアンテナは、前記複数の受信用アンテナの1つとして使用されるとともに、本無線通信装置から送信すべき信号を送信するための送信用アンテナとして使用される
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線通信装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011147918A JP2013017008A (ja) | 2011-07-04 | 2011-07-04 | 無線通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011147918A JP2013017008A (ja) | 2011-07-04 | 2011-07-04 | 無線通信装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013017008A true JP2013017008A (ja) | 2013-01-24 |
Family
ID=47689251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011147918A Withdrawn JP2013017008A (ja) | 2011-07-04 | 2011-07-04 | 無線通信装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013017008A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015041837A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 独立行政法人情報通信研究機構 | 広帯域アンテナ |
-
2011
- 2011-07-04 JP JP2011147918A patent/JP2013017008A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015041837A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 独立行政法人情報通信研究機構 | 広帯域アンテナ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3531502B1 (en) | Communication terminal | |
US9577331B2 (en) | Wireless communication device | |
US20200052416A1 (en) | Antenna module and mobile terminal | |
US9634385B2 (en) | Antenna apparatus and terminal device | |
US8907853B2 (en) | Wireless electronic devices with multiple curved antennas along an end portion, and related antenna systems | |
US8390519B2 (en) | Dual-feed dual band antenna assembly and associated method | |
US9142879B2 (en) | Wireless electronic devices with a metal perimeter including a plurality of antennas | |
CN106935952B (zh) | 双极化天线和通信设备 | |
US10177463B2 (en) | Antenna system and electronic apparatus | |
CA2914269A1 (en) | Multiple-antenna system and mobile terminal | |
WO2021104228A1 (zh) | 天线单元和电子设备 | |
WO2012097623A2 (zh) | 一种天线和终端 | |
CN110829023B (zh) | 天线模组及终端 | |
CN105789828B (zh) | 天线及移动终端 | |
CN205509020U (zh) | 通信终端 | |
CN106848542B (zh) | 一种天线及移动终端 | |
US20190157751A1 (en) | Antenna and mobile terminal | |
US20150002349A1 (en) | Radio-Frequency Device and Wireless Communication Device for Enhancing Antenna Isolation | |
US11522270B2 (en) | Solution for beam tilting associated with dual-polarized mm-Wave antennas in 5G terminals | |
CN204905420U (zh) | 一种手机天线装置 | |
JP2013017008A (ja) | 無線通信装置 | |
CN112768934A (zh) | 一种基于电磁波模式变换消除同频干扰的天线及方法 | |
CN112751195A (zh) | 一种终端天线***及移动终端 | |
Wang | Overview of Future Antenna Design for Mobile Terminals | |
Zhao et al. | Antenna designs for mobile handsets with consideration of 3GPP requirements in FR2 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20141007 |