JP4267003B2 - 隔離素子を含む平板型ｍｉｍｏアレーアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ＭＩＭＯアレーアンテナに関する。

アンテナとは、電気的な信号を所定の電磁気波に切替えて自由空間に放射したり、逆に、電磁気波を受信して所定の電気的信号にする部品のことを意味する。アンテナが電磁気波を輻射あるいは検知できる有効領域の形態のことを一般的に放射パターン（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）ともいう。一方、複数のアンテナを特殊な構造で配列し、各アンテナの放射パターンおよび輻射電力を足し合わせる。これにより、全体の放射パターンの形態をシャープに製造でき、またアンテナの電磁気波が一層遠く広がるように施すことができる。かかる構造のアンテナをアレーアンテナ（ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ）という。アレーアンテナは多重の入出力動作を行なうＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムに用いられる。

一方、かかる配列アンテナでは複数のアンテナが使用されるので、アンテナ間に干渉が発生する場合が生じ、これによって、放射パターンが歪曲されたり、各アンテナ素子間の結合現象が生じる恐れがある。
これを防止するために、従来のＭＩＭＯアレーアンテナは、基板上に配列された各アンテナ素子との間で３次元構造の壁を立てて、各アンテナから放射される電磁気波が他のアンテナに伝播されることを遮断する。

しかし、アンテナ間に壁を設置することでアンテナ間の干渉は防止されるものの、アンテナを含むチップ全体の体積が増加してしまい、超小型電子装置にて使用し難い問題が挙げられる。さらに、アンテナ及び壁を備える電子装置の製造そのものが難しい問題もある。
そこで、本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、アンテナ間の干渉を防ぎ、容易に製造可能な電子装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための本願第１発明における平板型ＭＩＭＯアレーアンテナは、基板と、前記基板上に製造された複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子それぞれから放射された電磁気波が他アンテナ素子に及ぼす影響を相殺させる隔離部と、を含む。
本発明によると、隔離部を用いてアンテナ素子間の干渉を防止することによって、放射パターンの歪曲を防止し、出力利得を高めることができる。また、このような平板型ＭＩＭＯアレーアンテナは、ほとんど２次元に近い平板構造に製造できる。これによって、超小型ＭＩＭＯシステムにて使用できる。

なお、基板上で積層されたメタル膜を所定の形態でエッチングして隔離部およびアンテナ素子を製造する場合には、これらを容易に製造することができる。この場合には、基板上のメタル膜により隔離部を構成するので、ほぼ２次元に近い平板構造に製造でき、ＭＩＭＯシステムを小型化することができる。
本願第２発明は、第１発明において、前記複数のアンテナ素子それぞれを給電させる複数の給電部を更に含む。給電部に電力を供給することにより、各アンテナ素子から電波を出力することができる。

本願第３発明は、第２発明において、前記複数のアンテナ素子が、前記基板上に製造された第１アンテナ素子と、前記基板上で前記第１アンテナ素子と所定の距離離隔された位置に製造された第２アンテナ素子と、を含むことができる。
本願第４発明は、第３発明において、前記隔離部が、前記第１および第２アンテナ素子間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造を有する隔離素子を含むことが好ましい。

第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子感の中心を基準に対称に配置することで、いずれか１つのアンテナ素子に偏ってしまうのを阻止できる。よって、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の指向性が歪曲してしまうのを防止できる。
また、本願第５発明は、第４発明において、前記隔離素子が、前記第１および第２アンテナ素子とそれぞれ所定の距離離隔していることが好ましい。

本願第６発明は、第３発明において、前記隔離部が、前記基板上で前記第１および第２アンテナ素子間の空間に位置し、前記第１および第２アンテナ素子間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造を有し、所定の間隔だけ互いに離隔された複数の隔離素子を含むことができる。
本願第７発明は、第６発明において、前記複数の隔離素子が、前記第１および第２アンテナ素子それぞれの中心部間距離の１／２倍に当たる長さを有することが好ましい。

一方、本願第８発明の他の実施形態によると、前記複数のアンテナ素子が、前記基板上で製造された第１アンテナ素子と、前記基板上で前記第１アンテナ素子と所定のα距離だけ離隔した位置に製造された第２アンテナ素子と、前記基板上で、前記第１および第２アンテナ素子が配列された方向と垂直した方向に前記第２アンテナ素子と所定のβ距離だけ離隔した位置に製造された第３アンテナ素子と、前記基板上で、前記第１アンテナ素子と前記β距離だけ離隔し、前記第３アンテナ素子と前記α距離だけ離隔した位置に製造された第４アンテナ素子と、を含む。

本願第９発明は、第８発明において、前記隔離部が、前記第１および第２アンテナ素子それぞれから放射された電磁気波が相手側のアンテナ素子に及ぼす影響を相殺させる第１隔離部と、前記第３および第４アンテナ素子それぞれから放射された電磁気波が相手側のアンテナ素子に及ぼす影響を相殺させる第２隔離部と、前記第１および第４アンテナ素子それぞれから放射された電磁気波が相手側のアンテナ素子に及ぼす影響を相殺させる第３隔離部と、前記第２および第３アンテナ素子それぞれから放射された電磁気波が相手側のアンテナ素子に及ぼす影響を相殺させる第４隔離部と、を含む。

第１乃至第４アンテナ素子は、第１乃至第４隔離部により電気的に隔離される。よって、アンテナ素子どうしの干渉が最小化されて平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの出力特性を最大にすることができる。
本願第１０発明は、第９発明において、前記第１隔離部が、前記基板上で前記第１および第２アンテナ素子間に位置し、前記第１および第２アンテナ素子間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造を有し、所定の間隔だけ互いに離隔された複数の隔離素子を含むことが好ましい。

本願第１１発明は、第１０発明において、前記第２隔離部が、前記基板上で前記第３および第４アンテナ素子間に位置し、前記第３および第４アンテナ素子間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造を有し、所定の間隔だけ互いに離隔された複数の隔離素子を含む。
本願第１２発明は、第１１発明において、前記第３隔離部が、前記第１および第４アンテナ素子間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造である隔離素子を含むことができる。

本願第１３発明は、第１２発明において、前記第４隔離部が、前記第２および第３アンテナ素子間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造である隔離素子を含むことができる。

本発明によると、アンテナ間の干渉を防ぎ、容易に製造可能な電子装置を提供することを目的とする

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るＭＩＭＯアレーアンテナの構成を示す模式図である。同図におけるＭＩＭＯアレーアンテナは、基板１００上に平板型に製造される第１および第２アンテナ素子１１０、１２０、隔離部１３０、および２つの給電部１４１，１４２を有する。各第１又は第２アンテナ素子１１０、１２０のいずれかに指向してしまうのを阻止するため、この各給電部１４１，１４２には、それぞれ同程度の電力が供給される。

基板１００は、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）基板になり得る。これにより、ＰＣＢ基板の表面上のメタル膜を所定の形状で取除くことにより、アンテナ素子１１０，１２０、隔離部１３０を同時に製造できる。基板１００上に別の物質を積層する必要がなく、極めて薄いメタル膜がアンテナ素子１１０，１２０、および隔離部１３０を構成しているのでほとんど２次元に近い平板型で具現でき、これによってアンテナの体積が最小化に具現できる。この場合、アンテナ素子１１０、１２０それぞれの中心点間の距離ｌ（図１参照）は、本アンテナにて出力しようとする信号波長λの１／２に設定することが好ましい。

隔離部１３０は、アンテナ素子１１０，１２０との間の距離中、中心（図１中、ｌ／２の地点）を基準にして両側に対称構造をなしている第１および第２隔離素子１３１，１３２を含む。第１および第２隔離素子１３１，１３２はそれぞれアンテナ素子１１０，１２０間の空間で互いに所定距離ｂ離隔した状態で配置される。第１および第２隔離素子１３１，１３２はアンテナ素子１１０，１２０との間の距離中、中心を基準にして両側に対称の構造を有する。第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子感の中心を基準に対称に配置することで、いずれか１つのアンテナ素子に偏ってしまうのを阻止できる。よって、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の指向性が歪曲してしまうのを防止できる。

また、第１および第２隔離素子１３１，１３２の長さａは、それぞれ出力信号波長λの１／４に設定することが好ましい。つまり、アンテナ素子１１０、１２０の間隔ｌがλ／２であるので、第１および第２隔離素子１３１，１３２の長さａは、間隔ｌの１／２に設定するのが好ましい。
図１における第１および第２隔離素子１３１，１３２がそれぞれバー状で製造され、バーの長軸方向が両アンテナ素子１１０、１２０に向っている構造で配置されている。しかし、１つの隔離素子で具現することもできる。また、両側に対称の構造であれば、バー状でないその他の特殊な形態で具現することもできる。さらに、図１では隔離部１３０が２つの隔離素子１３１，１３２から具現された場合を図示しているが、隔離部１３０は１つあるいは３つ以上の隔離素子で具現されることもできる。この場合、各隔離素子も両アンテナ素子１１０，１２０間の距離中、中心を基準にして両側に対称の構造で製造されるべきである。隔離素子の個数によるリターンロス特性の違いは後述する。

一方、２つの給電部１４１，１４２はそれぞれアンテナ素子１１０，１２０を給電する役割を行なう。図１における給電部１４１，１４２は各アンテナ素子１１０，１２０の下部に所定の距離離隔された状態で製造される。給電部１４１，１４２のそれぞれは基板１００の下部に接続されて、外部電磁気エネルギーが供給される。これにより、供給された電磁気エネルギーはカップリングされて各アンテナ素子１１０，１２０に伝達される。これにより、各アンテナ素子１１０，１２０は電磁気波を放射する。

一方、第１および第２アンテナ素子１１０，１２０が相互間の放射領域内に位置すれば、第１および第２アンテナ素子１１０，１２０から放射される電磁気波は相手側のアンテナ素子にまで電波される。この場合、第１アンテナ素子１１０から放射される電磁気波は第２アンテナ素子１２０に伝播される前に第１および第２隔離素子１３１，１３２に伝播される。また、第２アンテナ素子１２０から放射される電磁気波も第１および第２隔離素子１３１，１３２に伝播される。これによって、第１および第２隔離素子１３１，１３２は、両アンテナ素子１１０，１２０から伝播される電磁気波を伝播方向の反対方向に反射させる。従って、第１および第２アンテナ素子１１０，１２０から伝播される電磁気波が相手側のアンテナ素子に及ぼす影響を相殺させる。結果的に、第１および第２アンテナ素子１１０，１２０は互い電気的に隔離される。

図２は、第１および第２隔離素子１３１，１３２の長さａによる周波数対比リターンロス（ｒｅｔｕｒｎ−Ｌｏｓｓ）特性を示す模式図である。図２は図１の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナで第１および第２アンテナ素子１１０，１２０の横側（ｘ方向）の長さを約７ｍｍ、縦側（ｙ方向）の長さを約１４．５ｍｍ程度にし、第１および第２アンテナ素子１１０，１２０それぞれの中心点との間の間隔ｌを３５ｍｍ程度にし、第１および第２隔離素子１３１，１３２それぞれの縦側（ｙ方向）の長さを約２．２ｍｍ、第１および第２隔離素子１３１，１３２間の間隔ｂを約１１．８ｍｍ程度で製造した状態で、第１および第２隔離素子１３１，１３２の長さａを変化させながら測定した周波数対比リターンロス特性を示すグラフである。

同図によると、入力反射係数を意味するＳパラメータであるＳ１１グラフは約４．３ＧＨｚから５．５ＧＨｚの間で最大限の電磁気波が外部に放射されることが分かる。なお、図１の構成を２ポート部品としてとらえ、第１アンテナ素子をポート１とし、第２アンテナ素子２２０をポート２とすると、Ｓ１１により、ポート１に波を入力した時に、反射してポート１にどの程度戻って来るかを表すことができる。また、Ｓ２１は、ポート１に波を入力した時にポート２にどの程度の電圧が伝わるかを示すものである。なお、アンテナで電波が放射されるなどすると電力が消費され、反射して戻る電力が減少すると、リターンロスが減少する。このリターンロスが小さいほど、アンテナとして優れていると判断できる。第１および第２隔離素子１３１，１３２の長さａを１６．０５ｍｍ、１６．５５ｍｍ、１７．０５ ｍｍ に変化させながらリターンロスの特性を調査すると、長さａが１６．５５ｍｍであるとき中心周波数（５．１５〜５．３５ＧＨｚ）を満たしていることが分かる。さらに、長さａが１６．５５ｍｍである時−４５ｄＢ程度のリターンロスを有することから、各アンテナ素子１１０、１２０間の干渉が最小化されて本平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの出力利得が最大になることが分かる。このように、図１の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナは隔離素子１３１，１３２の長さを調整することによって所望の周波数で共振が起こるよう調整できることから、アンテナの特性調整が容易である。

図３は第１および第２隔離素子１３１，１３２間の間隔ｂの変化による周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。同図における第１および第２隔離素子１３１，１３２の長さが１６．５５ｍｍであり、他の条件は図２と同一であって、間隔ｂを調整しながら測定したグラフである。図３では間隔ｂが約１１．８ｍｍ程度であるとき、中心周波数（５．１５〜５．３５ＧＨｚ）を満足していることが分かる。

一方、図４は本発明の他の実施形態に係る平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの構成を示す模式図である。同図によると、本平板型ＭＩＭＯアレーアンテナは、基板２００上に積層された第１および第２アンテナ素子２１０，２２０、隔離部２３０、第１および第２給電部２４１，２４２を含んでいる。
第１および第２アンテナ素子２１０，２２０が、図４のように縦に配列、つまり第１および第２アンテナ素子２１０，２２０の長辺方向に沿って配列された場合、第１および第２給電部２４１，２４２の配置位置のために、隔離部２３０を第１および第２アンテナ素子２１０、２２０との間に配置できない。即ち、図１のように隔離素子を配置したならば、両方向に対称されず、結果的には電磁気波の相殺が起こらない。

そこで、図４に示すように、第１および第２アンテナ素子２１０，２２０が縦に配列された場合、隔離部２３０は第１および第２アンテナ素子２１０，２２０それぞれと所定の距離だけ離隔されたところに配置される。この場合、第１および第２アンテナ素子２１０，２２０それぞれと隔離部２３０とは同じ距離ｄだけ離隔される。距離ｄはアンテナで出力したい信号波長λの１／４程度で設定することが好ましい。

隔離部２３０は１つの隔離素子で具現され、第１および第２アンテナ素子２１０、２２０間の距離のうち中心を基準にして両側に対称の構造を有する。前述したように、バー状でない特殊な形態で製造されることもできる。隔離部２３０の動作は図１に示す隔離部１３０と同一であるので、その詳説は省略する。
図５は図４の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて、各アンテナ素子２１０、２２０と隔離部２３０との間の間隔ｄが１５ｍｍであり、他の実験条件が図２と同一環境下にあるとすれば、隔離部２３０の長さｃを３７ｍｍ、３７．５ｍｍ、３８ｍｍに変更しながら測定した周波数対比リターンロス特性を示すグラフである。図５において、Ｓ１１グラフを参照すると、ほぼ４．３ＧＨｚから５．５ＧＨｚとの間の範囲内で電磁気波の最も多く放射されることが分かる。さらに、長さｃが３７．５ｍｍであるとき、アンテナの中心周波数（５．１５〜５．３５ＧＨｚ）を満足していることが分かる。また、長さｃが３７．５ｍｍであるとき、リターンロスが−４５ｄＢ程度と最も小さく、本平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの出力利得が最大になることが分かる。

図６は、図４の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて、隔離部２３０の長さｃを３７．５ｍｍとして、第１および第２アンテナ素子２１０，２２０と隔離部２３０との間の距離ｄを１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍに変化させながら測定した周波数対比リターンロス特性を示すグラフである。同図によると、距離ｄがほぼ１５ｍｍ程度であるとき、中心周波数を満足し、かつリターンロスが−４５ｄＢ程度と最小化されて、本平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの出力利得が最大になることが分かる。

図７Ａおよび図７Ｂはアレーアンテナと本発明に係る平板型ＭＩＭＯアレーアンテナのリターンロス特性を比較するための模式図である。図７Ａは従来のアレーアンテナの周波数対比リターンロス特性グラフであり、図７Ｂは本発明に係る平板型ＭＩＭＯアレーアンテナのリターンロス特性グラフである。なお、図１の構成を４ポート部品としてとらえ、第１アンテナ素子がポート１及びポート３に対応し、第２アンテナ素子２２０がポート２及びポート４に対応するとする。この場合、Ｓ３１により、ポート１に波を入力した時に、反射してポート３にどの程度戻って来るかを表すことができる。また、Ｓ４１は、ポート１に波を入力した時にポート４にどの程度の電圧が伝わるかを示すものである。Ｓ１１及びＳ２１の定義は前述の通りである。

各グラフのＳ２１グラフをみてみると、中心周波数でのリターンロス特性が−２３．２８１ｄＢから−３９．６７ｄＢに改善されたことが分かる。さらに、Ｓ３１グラフは中心周波数でのリターンロス特性が−２２．９８３ｄＢから−３０．３６９ｄＢに改善されたことが分かる。さらに、Ｓ４１グラフから分かるように、中心周波数でのリターンロス特性が−１５．１４５ｄＢから−３７．５４９ｄＢに改善されている。ここで、リターンロスの絶対値が大きいほど、リターンロスが小さく、優れたアンテナとして評価される。本発明の構成によるリターンロスは、従来の構成のものよりも小さく、アンテナとして優れている。

図８は周波数対比出力利得の変化を示すグラフである。同図によると、隔離部１３０、２３０が加えられない従来のアレーアンテナの出力利得グラフ（図８中、四角で表示）および本アレーアンテナの出力利得グラフ（図８中、菱形で表示）が図示されている。同図に示すように、離隔部１３０、２３０によってリターンロスが改善されるにつれ中心周波数（５．１５〜５．３５ＧＨｚ）での出力利得が増大されたことが分かる。

一方、図１および図４に図示された各実施形態ではアンテナ素子が２つである場合を示している。しかし、本発明の他の実施形態によると、アンテナ素子は２つ以上になる場合もある。
図９は本発明の他の実施形態であって、４つのアンテナ素子を使用する平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの構成を示す図面である。同図によると、本平板型ＭＩＭＯアレーアンテナは、第１アンテナ素子３１０、第２アンテナ素子３２０、第３アンテナ素子３３０、第４アンテナ素子３４０、第１隔離部３５０、第２隔離部３６０、第３隔離部３７０、第４隔離部３８０、第１給電部３９１、第２給電部３９２、第３給電部３９３、第４給電部３９４を含んでなる。

第１ないし第４アンテナ素子３１０ないし３４０はそれぞれ基板３００上に製造される。第１および第２アンテナ素子３１０，３２０との間の間隔をαとすれば、第３アンテナ素子３３０は第１および第２アンテナ素子３１０，３２０が配列された方向（図９中、ｘ方向）に垂直な方向（図９中、ｙ方向）に向って第２アンテナ素子３２０と所定間隔βだけ離隔されたところで製造される。また、第４アンテナ素子３４０は第１アンテナ素子３１０とβだけ離隔され、第３アンテナ素子３３０とαだけ離隔されたところで製造される。即ち、図９に示すように、第１ないし第４アンテナ素子３１０ないし３４０は所定サイズの四角形の各頂点の位置に製造される。

一方、第１ないし第４アンテナ素子３１０ないし３４０それぞれを給電させる第１ないし第４給電部３９１ないし３９４も基板３００上で製造される。この場合、第１ないし第４隔離部３５０ないし３８０の位置は第１ないし第４給電部３９１ないし３９４の位置に応じて決定される。
即ち、図９に示すように、第１ないし第４給電部３９１ないし３９４がそれぞれ対応するアンテナ素子３１０ないし３４０の下部に製造されれば、第１隔離部３５０は第１および第２アンテナ素子３１０、３２０との間に位置する。結果的に、第１隔離部３５０は第１および第２アンテナ素子３１０，３２０との間の干渉を防止する。

第２隔離部３６０は、第３および第４アンテナ素子３３０，３４０との間に位置し、第３および第４アンテナ素子３３０、３４０との間の干渉を防止する。第１および第２隔離部３５０，３６０はそれぞれ２つの隔離素子（３５１，３５２），（３６１，３６２）に具現できる。さらには、１つあるいは３つ以上で具現されることもできる。第１および第２隔離部３５０，３６０の構成および動作は図１に示す実施形態と同一であるので、詳説は省略する。

第３隔離部３７０は、第１および第４アンテナ素子３１０、３４０それぞれと所定の距離離隔された箇所に位置し、両アンテナ素子３１０、３４０間の干渉を防止する。第４隔離部３８０は第２および第３アンテナ素子３２０，３３０それぞれと所定の距離離隔された箇所に位置し、両アンテナ素子３２０、３３０間の干渉を防止する。
第３および第４隔離部３７０，３８０の構成および動作もやはり図４に示す実施形態と同一であるので、詳説は省略する。図９に図示された形態のように各隔離部３５０ないし３８０を配置すると、隔離部３５０は第１アンテナ素子３１０及び第２アンテナ素子３２０間の干渉を防止し、隔離部３６０は第３アンテナ素子３３０及び第４アンテナ素子３４０間の干渉を防止し、隔離部３７０は第１アンテナ素子３１０及び第４アンテナ素子３４０間の干渉を防止し、隔離部３８０は第２アンテナ素子３２０及び第３アンテナ素子３３０間の干渉を防止する。よって、アンテナ素子３１０ないし３４０間の干渉が防止されて、放射パターン歪曲や出力効率の低下などの問題が解決される。

図９において、参照符号ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉで表示された値は第１ないし第４アンテナ素子３１０ないし３４０の横・縦長さ、相互間の間隔α、βなどに応じて相対的に決定される。特に、ｆ、ｇ、ｈ、ｉで表示された値は図２，３，５，６に示すように、周波数対比リターンロス特性に基づいて決定され得る。
図１０は図９の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて、各アンテナ素子３１０ないし３４０との間で干渉が防止される現象を示す模式図である。図１０は５．２５ＧＨｚの中心周波数の帯域での動作を示す。図１０においてクロスハッチングが矢印方向に表示されるほど、電磁気波の影響をより受けることを意味する。また、図１０には、第１アンテナ素子３１０のみに給電した場合、第１及び第２アンテナ素子３１０、３２０のみに給電した場合、第１乃至第３アンテナ素子３１０〜３３０に給電した場合、第１乃至第４アンテナ素子３１０〜３４０のみに給電した場合のそれぞれの場合が図示されている。

まず、第１アンテナ素子３１０のみを給電した場合、第１アンテナ素子３１０の回りには電場が形成される。同図によると、第１隔離部３５０内の各隔離素子３５１、３５２、第３隔離部３７０、第２アンテナ素子３２０に至るまで電磁気波が伝播されて影響を受けていることが分かる。このような状態で、第１及び第２アンテナ素子３１０、３２０に給電されると、第１隔離部３５０内の各隔離素子３５１，３５２は電磁気波の影響をほとんど受けないようになる。これは第１隔離部３５０によって第１および第２アンテナ素子３１０，３２０との間の隔離が行なわれたことを意味する。

一方、第１および第２アンテナ素子３１０，３２０に給電が行なわれた状態で、第３アンテナ素子３３０まで給電されると、各アンテナ素子３１０ないし３４０、および各隔離部３５０、３６０、３７０、３８０までその影響が受けられる。このような状態で、第４アンテナ素子３４０にまで給電が行なわれると、図１０で示す通りに、各隔離部３５０乃至３８０全てが影響をほとんど受けていないことが分かる。これによって、各アンテナ素子３１０乃至３４０が互いに隔離されて干渉が防止され、指向性に優れるアレーアンテナを作成することができる。

図１１Ａ乃至図１１Ｄは、従来のＭＩＭＯアレーアンテナのように、隔離部を備えていないアンテナである場合の放射パターンを示す模式図である。ここで、Ｅφは水平偏波を示し、Ｅθは垂直偏波を示す。図１１Ａは、アンテナ素子３１０の放射パターンを示すグラフである。同図によると、第１アンテナ素子３１０の放射パターンが約３０°程度右側に歪曲されていることが分かる。また、第２ないし第４アンテナ素子３２０ないし３４０の放射パターンを示す図１１Ｂ乃至図１１Ｄグラフに示すように、各アンテナ素子３２０ないし３４０の放射パターンが０°を基準にして一方側に歪曲されていることが分かる。

図１２Ａ乃至図１２Ｄは、図９の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの放射パターンを示す模式図である。図１２Ａ乃至図１２Ｄでは、第１ないし第４アンテナ素子３１０ないし３４０それぞれの放射パターンを示すグラフが図示されている。図１２Ａ乃至図１２Ｄのグラフに示すように、全ての放射パターンがほぼ０°に向っている。即ち、隔離部３５０ないし３８０により各アンテナ素子３１０ないし３４０間の干渉が防止されて、放射パターンの歪曲が防止される。

図１３は図１の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて、隔離素子の個数変化による対比リターンロス特性を示すグラフである。同図によると、隔離素子が１つある場合（１ｕｎｉｔ）は周波数５．０８ＧＨｚにてリターンロスが−３５ｄＢ程度になる。一方、隔離素子が２つ、３つである場合（２ｕｎｉｔ、３ｕｎｉｔ）はリターンロスが-４５ｄＢ程度の高い値でほぼ同一になる。従って、２つのアンテナ素子との間には２つ以上の隔離素子を配置することが好ましい。

上述のように、隔離部を用いてアンテナ素子間の干渉を防止することによって、放射パターンの歪曲を防止し、出力利得を高めることができる。また、基板上で積層されたメタル膜を所定の形態でエッチングするだけで隔離部およびアンテナ素子を製造することができることから、製造方法が極めて容易になる。なによりも基板上のメタル膜が隔離部を構成するので、ほとんど２次元に近い平板構造に製造できる。これによって、超小型ＭＩＭＯシステムにて使用できる。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明の一実施の形態に係る平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの構成を示す模式図である。 図１の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて隔離素子の長手変化による周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。 図１の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて隔離素子間の間隔変化による周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。 本発明の他の実施形態にかかる平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの構成を示す模式図である。 図４の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて隔離素子の長手変化による周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。 図４の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて隔離素子およびアンテナ素子間の間隔変化による周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。 従来のＭＩＭＯアレーアンテナの周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。 本発明の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。 従来のＭＩＭＯアレーアンテナに対比される本平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの出力利得特性を示す模式図である。 本発明の更なる実施形態に係る平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの構成を示す模式図である。 図９の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて各アンテナ素子を給電させるときに発生する干渉程度を示す模式図である。 隔離部を備えていない従来のＭＩＭＯアレーアンテナの第１アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 隔離部を備えていない従来のＭＩＭＯアレーアンテナの第２アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 隔離部を備えていない従来のＭＩＭＯアレーアンテナの第３アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 隔離部を備えていない従来のＭＩＭＯアレーアンテナの第４アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 図９の本発明の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの第１アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 図９の本発明の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの第２アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 図９の本発明の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの第３アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 図９の本発明の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナの第４アンテナ素子の放射パターンを示す模式図である。 図１の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナにおいて隔離素子の個数変化による周波数対比リターンロス特性を示す模式図である。

符号の説明

１００，２００，３００ 基板
１１０，２１０，３１０ 第１アンテナ素子
１２０，２２０，３２０ 第２アンテナ素子
３３０ 第３アンテナ素子
３４０ 第４アンテナ素子
１３０，２３０ 隔離部
３５０ 第１隔離部
３６０ 第２隔離部
３７０ 第３隔離部
３８０ 第４隔離部
１４１，１４２，２４１，２４２，３９１，３９２，３９３，３９４給電部

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に所定の距離を隔てて形成された第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とを含む複数のアンテナ素子と、
   前記基板上で前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間に形成され、前記第１アンテナ素子から前記第２アンテナ素子に向かう方向に延びている棒状の隔離素子を複数含み、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との一方から放射された電磁波を前記隔離素子のそれぞれで反射して、反射波を前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との他方の位置で前記電磁波と相殺させる隔離部と、
   を含むことを特徴とする平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
2. 前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対して給電を行う複数の給電部を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
3. 前記複数の隔離素子のそれぞれが、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間の中心線から前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれに向かって同じ長さだけ延びていることを特徴とする、請求項１に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
4. 前記複数の隔離素子のそれぞれが前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間の中心線に対して対称であることを特徴とする、請求項３に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
5. 前記複数の隔離素子が所定の間隔で互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
6. 前記複数の隔離素子のそれぞれの長さが、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの中心部の間の距離の１／２倍に等しいことを特徴とする、請求項５に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
7. 基板と、
   前記基板上に形成された第１アンテナ素子と、
   前記第１アンテナ素子から第１方向で距離βを隔てた前記基板上の位置に形成された第４アンテナ素子と、
   前記第１方向に対して垂直な第２方向で前記第１アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれから所定の距離を隔てた前記基板上の位置に形成され、前記第１方向に延びている棒状の第１隔離素子を含み、前記第１アンテナ素子と前記第４アンテナ素子との一方から放射された電磁波を前記第１隔離素子で反射して、反射波を前記第１アンテナ素子と前記第４アンテナ素子との他方の位置で前記電磁波と相殺させる隔離部と、
   を含むことを特徴とする平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
8. 前記平板型ＭＩＭＯアレーアンテナが、前記第１アンテナ素子から前記第２方向とは逆の第３方向で距離αを隔てた前記基板上の位置に形成された第２アンテナ素子を更に含み、
   前記隔離部が、
   前記基板上で前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間に位置し、前記第３方向に延びている棒状の第２隔離素子を複数含み、
   前記複数の第２隔離素子のそれぞれが前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との間の中心線に対して対称であり、
   前記複数の第２隔離素子が所定の間隔で互いに平行に配置され、
   前記隔離部が前記複数の第２隔離素子により、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれから放射された電磁波を反射し、反射される前の電磁波と相殺させることを特徴とする、請求項７に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
9. 前記平板型ＭＩＭＯアレーアンテナが、前記第４アンテナ素子から前記第３方向で前記距離αを隔てた前記基板上の位置に形成された第３アンテナ素子を更に含み、
   前記隔離部が、
   前記基板上で前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子との間に位置し、前記第３方向に延びている棒状の第３隔離素子を複数含み、
   前記複数の第３隔離素子のそれぞれが前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子との間の中心線に対して対称であり、
   前記複数の第３隔離素子が所定の間隔で互いに平行に配置され、
   前記隔離部が前記複数の第３隔離素子により、前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれから放射された電磁波を反射し、反射される前の電磁波と相殺させることを特徴とする、請求項８に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
10. 前記第１隔離素子が、前記第１アンテナ素子と前記第４アンテナ素子との間の中心線に対して対称であることを特徴とする、請求項９に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
11. 前記隔離部が、前記第２アンテナ素子と前記第３アンテナ素子とのそれぞれから前記第３方向で所定の距離を隔てた前記基板上の位置に形成され、前記第１方向に延びている棒状の第４隔離素子を含み、
    前記第４隔離素子が、前記第２アンテナ素子と前記第３アンテナ素子との間の中心線に対して対称であり、
    前記隔離部が前記第４隔離素子により、前記第２アンテナ素子と前記第３アンテナ素子とのそれぞれから放射された電磁波を反射し、反射される前の電磁波と相殺させることを特徴とする、請求項１０に記載の平板型ＭＩＭＯアレーアンテナ。
    

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