JP5323271B2 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として携帯電話機などの移動体通信装置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ものである。

携帯電話機等の携帯無線通信装置の小型化及び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。さらに、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。

このような状況にあって、所定の周波数帯において電磁結合を低減し、高速無線通信が可能なアレーアンテナ装置が提案されている。

特許文献１によれば、チョークを用いたアレーアンテナ装置が開示され、チョークの効果によってアンテナ素子間の電磁結合を低減することができる。

一方、公知の技術として、ダイポールアンテナ（特許文献２）やスリーブアンテナ（非特許文献１）をエンドファイア配置あるいはブロードサイド配置にするアレーアンテナの構成法がある。

特開平０５−１４５３２４号公報。 特開２００６−２１７３０２号公報。

大島他、"空間相関とアレー素子間結合を考慮したMIMO伝送特性[I] : 放射パターン測定に基づくアレーアンテナ素子間結合特性"、電子情報通信学会技術研究報告、AP-107、pp.7-12、2007. Blanch, S. ; Romeu, J. ; Corbella, I., "Exact representation of antenna system diversity performance from input parameter description" Electronics Letters, Volume 39, Issue 9, pp.705-707, May 2003.

近年、携帯電話によるデータ伝送の高速化のニーズが高まり、次世代携帯電話規格である３Ｇ−ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が検討されてきた。３Ｇ−ＬＴＥでは、無線伝送の高速化を実現するための新技術として、複数のアンテナ素子を用いて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（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式の採用が決定している。ＭＩＭＯ方式では送信機側と受信機側でそれぞれ複数のアンテナ素子を使用し、空間的にデータストリームを多重することで伝送速度の高速化を可能にする。

しかしながら、ＭＩＭＯ方式では複数のアンテナ素子を同一の周波数で同時に動作させるので、小型の携帯電話機内に複数のアンテナ素子が近接して実装される状況下では、アンテナ素子間の電磁結合が非常に強くなる。アンテナ素子間の電磁結合が強くなるとアンテナ素子の放射効率が劣化する。それに伴い、受信電波が弱くなり伝送速度の低下を招く。そのため、複数のアンテナ素子を近接配置した状態で低結合なアレーアンテナが必要となる。

また、ＭＩＭＯ方式の通信を実行するアンテナ装置は、空間分割多重を実現するために、指向性又は偏波特性などを相違させることにより、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。

さらに、小型の無線端末装置への搭載を目的として、アンテナ素子の小型化が求められている。

特許文献１のアンテナ装置は、チョークを用いた電磁結合の低減はできるが、アンテナ素子を複数並べたことにより、アンテナ装置の設置面積が増大するという課題がある。

また、ダイポールアンテナ（特許文献２）やスリーブアンテナ（非特許文献１）をアレー構成にする方法もあるが、アンテナ素子間距離を小さくすると、アンテナ素子間の電磁結合は強くなる。よって高い放射効率を確保するためにはアンテナ素子間の距離を十分確保する必要があるという課題がある。

よって、携帯電話機など小型の無線端末装置などのように、設置面積が限られる場合には、従来技術のアンテナ装置は不向きである。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信できるアンテナ装置を提供し、また、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、
第１及び第２のアンテナ素子と、
信号線及び接地導体をそれぞれ有する第１及び第２の給電線路と、
上記第１のアンテナ素子の一端に設けられ、上記第１の給電線路の信号線に接続される第１の給電点と、
上記第２のアンテナ素子の一端に設けられ、上記第２の給電線路の信号線に接続される第２の給電点とを備えたアンテナ装置であって、
上記第１及び第２の給電線路は、上記第１及び第２の給電点から第１の方向にそれぞれ延在し、
上記第１のアンテナ素子は、上記第１の給電点から、上記第１の方向とは実質的に垂直な第２の方向に延在し、
上記第２のアンテナ素子は、上記第２の給電点から、上記第２の方向とは実質的に逆向きの第３の方向に延在し、
上記アンテナ装置はさらに、上記第１及び第２の給電点に近接した位置において上記第１及び第２の給電線路の接地導体に接続された一端をそれぞれ有し、上記第１及び第２の給電点に近接した位置から上記第１の方向にそれぞれ延在する少なくとも１つのスリーブ素子を備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１及び第２の給電線路を包囲する１つの筒状導体であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１の給電線路を包囲する１つの筒状導体である第１のスリーブ素子と、上記第２の給電線路を包囲する１つの筒状導体である第２のスリーブ素子とを含むことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記第１及び第２のスリーブ素子は互いに接していることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記第１及び第２のスリーブ素子は互いに離隔していることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記少なくとも１つのスリーブ素子は、少なくとも１つの線状導体であることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記第１及び第２の給電線路の接地導体は互いに接していることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記第１及び第２の給電線路は互いに離隔し、
上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１の給電線路に接続された少なくとも１つのスリーブ素子と、上記第２の給電線路に接続された少なくとも１つのスリーブ素子とを含むことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記第１及び第２の給電線路は、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路であり、
上記第１及び第２のアンテナ素子及び上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記誘電体基板上にパターン形成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記第１及び第２の給電線路は、誘電体基板上に形成されたコプレーナ線路であり、
上記第１及び第２のアンテナ素子及び上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記誘電体基板上にパターン形成されることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記第１及び第２のアンテナ素子及び上記少なくとも１つのスリーブ素子は第１の電気長を有し、
上記第１のアンテナ素子は、上記第１の給電点から上記第１の電気長とは異なる第２の電気長の位置に第１のトラップ回路を備え、
上記第２のアンテナ素子は、上記第２の給電点から上記第２の電気長の位置に第２のトラップ回路を備え、
上記少なくとも１つのスリーブ素子のそれぞれは、上記第１及び第２の給電線路の接地導体に接続された一端から上記第２の電気長の位置に第３のトラップ回路を備え、
上記第１、第２及び第３のトラップ回路のそれぞれは、第１の周波数において実質的に短絡し、上記第１の周波数よりも高い第２の周波数において実質的に開放となることを特徴とする。

上記アンテナ装置において、
上記第１及び第２のアンテナ素子は第１の電気長を有し、
上記アンテナ装置はさらに、上記第１の電気長とは異なる第２の電気長を有する第３及び第４のアンテナ素子を備え、
上記第３のアンテナ素子は、上記第１の給電点から、上記第１の方向とは実質的に垂直な第４の方向に延在し、
上記第４のアンテナ素子は、上記第２の給電点から、上記第４の方向とは実質的に逆向きの第５の方向に延在し、
上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１の電気長を有する第１のスリーブ素子と、上記第２の電気長を有する第２のスリーブ素子とを含むことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る無線通信装置は、本発明の第１の態様に係るアンテナ装置を備えたことを特徴とする。

本発明のアンテナ装置及び無線通信装置によれば、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、アンテナ素子間の電磁結合を低減し、各アンテナ素子により、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置の給電点Ｐ１，Ｐ２の付近を示す断面図であって、給電点Ｐ１，Ｐ２及び給電線路Ｌ１，Ｌ２を通るＸＺ面に平行な面における断面図である。 図１のアンテナ装置の断面図であって、スリーブ素子Ｓ０を通るＸＹ面に平行な面における断面図である。 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の概略構成を示す斜視図である。 図４のアンテナ装置の給電点Ｐ１，Ｐ２の付近を示す断面図であって、給電点Ｐ１，Ｐ２及び給電線路Ｌ１，Ｌ２を通るＸＺ面に平行な面における断面図である。 図４のアンテナ装置の断面図であって、スリーブ素子Ｓ１，Ｓ２を通るＸＹ面に平行な面における断面図である。 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の概略構成を示す斜視図である。 図７のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。 図１のアンテナ装置の比較例の電流分布を示す図である。 図１のアンテナ装置の電流分布を示す図である。 図１のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角がＸＺ面内で変化する場合を示す斜視図である。 図１１のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。 図１のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角がＸＹ面内で変化する場合を示す斜視図である。 図１３のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図２０のトラップ回路Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２を示す回路図である。 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の概略構成を示す斜視図である。 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の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例に係るアンテナ装置のＳパラメータを示すグラフである。 比較例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図２５のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。 図２５のアンテナ装置のＳパラメータを示すグラフである。 本発明の実施例及び比較例に係るアンテナ装置の放射効率を示すグラフである。 本発明の実施例及び比較例に係るアンテナ装置の相関係数を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。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の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１のアンテナ装置の給電点Ｐ１，Ｐ２の付近を示す断面図であって、給電点Ｐ１，Ｐ２及び給電線路Ｌ１，Ｌ２を通るＸＺ面に平行な面における断面図である。図３は、図１のアンテナ装置の断面図であって、スリーブ素子Ｓ０を通るＸＹ面に平行な面における断面図である。

本実施形態のアンテナ装置は、２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２と、信号線及び接地導体をそれぞれ有する２つの給電線路Ｌ１，Ｌ２と、アンテナ素子Ａ１の一端に設けられ、給電線路Ｌ１の信号線に電気的に接続される給電点Ｐ１と、アンテナ素子Ａ２の一端に設けられ、給電線路Ｌ２の信号線に電気的に接続される給電点Ｐ２とを備える。給電線路Ｌ１，Ｌ２は、給電点Ｐ１，Ｐ２から第１の方向（−Ｚ方向）にそれぞれ延在する。アンテナ素子Ａ１は、給電点Ｐ１から、第１の方向とは実質的に垂直な第２の方向（−Ｘ方向）に延在し、アンテナ素子Ａ２は、給電点Ｐ２から、第２の方向とは実質的に逆向きの第３の方向（＋Ｘ方向）に延在する。アンテナ装置はさらに、給電点Ｐ１，Ｐ２に近接した位置において給電線路Ｌ１，Ｌ２の接地導体に電気的に接続された一端をそれぞれ有し、給電点Ｐ１，Ｐ２に近接した位置から第１の方向にそれぞれ延在する少なくとも１つのスリーブ素子Ｓ０を備える。

本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２とスリーブ素子Ｓ０との開き角が直角となるように配置し、２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角を１８０度となるように配置することで、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合（又は給電点Ｐ１，Ｐ２間の電磁結合）を実質的にゼロにすることを特徴とする。

アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、例えば、動作波長λに対して電気長ｄ１＝ｄ２＝λ／４を有する線状導体により構成される。アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、線状導体に限定されるものではなく、板状導体（多角形、円形、楕円形など）により構成されてもよい。また、アンテナ素子Ａ１，Ａ２は、Ｚ軸に対して、又はＹＺ面に対して、非対称に構成されてもよい。

給電線路Ｌ１，Ｌ２は、図２及び図３に示すように、例えば、内部導体である信号線Ｌ１ａ，Ｌ２ａと、外部導体である接地導体Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂと、誘電体Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとを有する同軸ケーブルにより構成される。図２及び図３では、給電線路Ｌ１，Ｌ２の接地導体導体Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂが互いに接しているように示しているが、給電線路Ｌ１，Ｌ２は互いに離隔していてもよい。また、給電線路Ｌ１，Ｌ２は、同軸ケーブルに限らず、平行給電線路や、マイクロストリップ線路など平面型の給電線路であってもよい。

図１のアンテナ装置において、少なくとも１つのスリーブ素子Ｓ０は、給電線路Ｌ１，Ｌ２を包囲する１つの円筒状導体である。スリーブ素子Ｓ０は、動作波長λに対して電気長ｄ０＝λ／４を有する。スリーブ素子Ｓ０の一端は、給電点Ｐ１，Ｐ２に近接した位置において給電線路Ｌ１，Ｌ２の接地導体Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂに電気的に短絡され、スリーブ素子Ｓ０の他端は、電気的に開放されている。本実施形態のアンテナ装置は、このスリーブ素子Ｓ０を備えたことにより、給電線路Ｌ１，Ｌ２への漏洩電流を抑圧する。なお、スリーブ素子Ｓ０は円筒状導体に限られるものではなく、中抜きした四角柱や多角形柱でもよく、また、後述するように線状導体であってもよい。

本実施形態のアンテナ装置によれば、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を低減し、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２により、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信することができる。

図４は、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の概略構成を示す斜視図である。図５は、図４のアンテナ装置の給電点Ｐ１，Ｐ２の付近を示す断面図であって、給電点Ｐ１，Ｐ２及び給電線路Ｌ１，Ｌ２を通るＸＺ面に平行な面における断面図である。図６は、図４のアンテナ装置の断面図であって、スリーブ素子Ｓ１，Ｓ２を通るＸＹ面に平行な面における断面図である。本変形例のアンテナ装置は、給電線路Ｌ１，Ｌ２を包囲する１つのスリーブ素子Ｓ０に代えて、給電線路Ｌ１を包囲する円筒状導体であるスリーブ素子Ｓ１と、給電線路Ｌ２を包囲する円筒状導体であるスリーブ素子Ｓ２とを備えたことを特徴とする。２つのスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２の外周は、その長手方向（Ｚ軸の方向）に沿って互いに接した状態にあり、互いに電気的に接続されている。図１〜図３のアンテナ装置は、一体型のスリーブ素子Ｓ０を備えたことにより小型化をはかることができるが、本変形例のアンテナ装置は、給電線路Ｌ１，Ｌ２毎に別個のスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２を備えることにより、構成の自由度を向上させることができる。

図７は、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の概略構成を示す斜視図である。図４〜図６のアンテナ装置では、２つのスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２の外周は互いに接していたが、図７に示すように、２つのスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２は、その最近接部において所定距離ｄ３を有するように互いに離隔していてもよい。

図８は、図７のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。このグラフの横軸は、動作波長λで正規化されたスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２間の距離ｄ３を示し、縦軸は、給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数のパラメータＳ_２１で表されたアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示す。スリーブ素子Ｓ１，Ｓ２及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２の電気長は、ｄ０＝ｄ１＝ｄ２＝λ／４である。図８はこの条件下で電磁界解析した結果を示す。図８からわかるように、本変形例のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離ｄ３を０にした時でも電磁結合を十分低減することができる。

以下、図９〜図１４を参照して、本実施形態のアンテナ装置の動作原理について説明する。

図９は、図１のアンテナ装置の比較例の電流分布を示す図であり、図１０は、図１のアンテナ装置の電流分布を示す図である。図９及び図１０では、給電線路Ｌ１，Ｌ２を省略し、また、給電点Ｐ１，Ｐ２に代えて信号源Ｑ１，Ｑ２を示す。ただし、以下の説明では一方の信号源Ｑ１のみを動作させる場合を想定するので、他方の信号源Ｑ２は負荷として示す。図示の都合上、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０の導体部分をあえて太く示す。また、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０の上の電流を矢印で示し、矢印の太さにより電流の強さを表す。図９の比較例は、図１のアンテナ素子Ａ１，Ａ２が互いに平行に設けられ、それぞれ＋Ｚ方向に延在する場合（すなわち、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角が０度の場合）の電流分布を示す。この場合、信号源Ｑ１を動作させると、アンテナ素子Ａ１には、アンテナ素子Ａ２から遠隔した側の電流Ｉ１ａと、アンテナ素子Ａ２に近接した側の電流Ｉ１ｂが流れ、これらの電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂに応じて、アンテナ素子Ａ２には、アンテナ素子Ａ１から遠隔した側の電流Ｉ２ａと、アンテナ素子Ａ１に近接した側の電流Ｉ２ｂが流れる。スリーブ素子Ｓ０上においても電流Ｉ０ａ，Ｉ０ｂが流れる。電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂと、電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂとは、互いに逆相である。このとき、図９に示すように、電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂが信号源Ｑ２に流れるので、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合が増大し、放射効率が低下する。一方、図１０に示すように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角が１８０度の場合、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の距離が遠ざかることで、電流Ｉ１ｂ，Ｉ２ｂは小さくなり、その結果、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合が減少する。スリーブ素子Ｓ０とアンテナ素子Ａ１との距離が近づくことで、電流Ｉ０ａ，Ｉ１ａは互いに結合して強くなる。さらなる効果として、スリーブ素子Ｓ０とアンテナ素子Ａ２との距離が近づくことで、電流Ｉ２ａの流れる向きが逆転する。その結果、図１０に示すように、電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂは互いに逆相の電流となって打ち消しあうので、信号源Ｑ２に流れる電流は実質的にゼロとなり、従って、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合も実質的にゼロになる。

図１１は、図１のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角がＸＺ面内で変化する場合を示す斜視図であり、図１２は、図１１のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。このグラフの横軸は、０度から１８０度まで変化するＸＺ面内の開き角θ１を示し、縦軸は、給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数のパラメータＳ_２１で表されたアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示す。スリーブ素子Ｓ０及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２の電気長は、ｄ０＝ｄ１＝ｄ２＝λ／４である。図１２はこの条件下で電磁界解析した結果を示す。アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合は、好ましくは−１０ｄＢ以下である必要がある。図１２によれば、ＸＺ面内の開き角θ１が１６０度以上であるとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合は−１０ｄＢ以下になり、ＸＺ面内の開き角θ１が１８０度であるとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合がもっとも低くなることがわかる。

図１３は、図１のアンテナ装置のアンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角がＸＹ面内で変化する場合を示す斜視図である。スリーブ素子Ｓ０に対するアンテナ素子Ａ１，Ａ２の角度は９０度である。図１４は、図１３のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。このグラフの横軸は、０度から１８０度まで変化するＸＹ面内の開き角θ２を示し、縦軸は、給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数のパラメータＳ_２１で表されたアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示す。スリーブ素子Ｓ０及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２の電気長は、ｄ０＝ｄ１＝ｄ２＝λ／４である。図１４はこの条件下で電磁界解析した結果を示す。図１４によれば、ＸＹ面内の開き角θ２が１８０度であるとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合がもっとも低くなることがわかる。

以上の結果より、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を−１０ｄＢ以下に低減するには、好ましくは、θ１＝１８０度かつθ２＝１８０度にする必要がある。

なお、本実施形態のアンテナ装置によれば、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合のみならず、以下で定義される相関係数ρ（非特許文献２を参照）を低減することができる。

上式によれば、透過係数Ｓ_２１，Ｓ_１２を低減し、反射係数Ｓ_１１，Ｓ_２２を低減することで、上式の分子を実質的に０に近づけ、分母を実質的に１に近づけることができ、従って、相関係数ρを低減することができる。相関係数ρは０．６以下になることが好ましいが、本発明の実施形態に係るアンテナ装置によれば、後述するように、この値を達成可能である。その結果、本実施形態のアンテナ装置においては、互いに低相関である複数の無線信号を効率よく同時に送受信することができる。

第２の実施形態．
図１５は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。スリーブ素子は、図１等に示す円筒状導体に限定されるものではなく、少なくとも１つの線状導体であってもよい。本実施形態のアンテナ装置によっても、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を低減し、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２により、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信することができる。図１５に示すように、線状導体のスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２を用いることにより、特に、図１のスリーブ素子Ｓ０に比較してスリーブ素子Ｓ０の体積及び重量を低減してアンテナ装置を軽量化することができ、また、アンテナ装置を安価に作成可能であるという格別な効果が得られるものである。

図１５では、給電線路Ｌ１，Ｌ２の接地導体は互いに接しているように示しているが、この場合、２つのスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２に代えて単一のスリーブ素子を備えてもよい。また、３つ以上のスリーブ素子を備えてもよい。スリーブ素子を増やすと、給電線路Ｌ１，Ｌ２への漏洩電流をより良好に抑圧することができ、また、広帯域化に寄与する。

図１６は、本発明の第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１５では、給電線路Ｌ１，Ｌ２の接地導体は互いに接しているように示しているが、給電線路Ｌ１，Ｌ２は互いに離隔していてもよい。この場合、スリーブ素子は、給電線路Ｌ１に電気的に接続された少なくとも１つのスリーブ素子と、給電線路Ｌ２に電気的に接続された少なくとも１つのスリーブ素子とを含む。

第３の実施形態．
図１７は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子Ａ１，Ａ２と、スリーブ素子Ｓ１，Ｓ２と、給電線路とを誘電体基板の導体パターンにより構成したことを特徴とする。

本実施形態のアンテナ装置は、積層された誘電体基板Ｄ１，Ｄ２の間に形成された接地導体Ｇ０と、誘電体基板Ｄ１の上面（＋Ｚ側の面）に形成された信号線Ｌ１ａと、誘電体基板Ｄ２の下面（−Ｚ側の面）に形成された信号線Ｌ２ａとを備え、接地導体Ｇ０と信号線Ｌ１ａとは、マイクロストリップ線路である第１の給電線路を構成し、接地導体Ｇ０と信号線Ｌ２ａとは、マイクロストリップ線路である第２の給電線路を構成する。アンテナ装置はさらに、誘電体基板Ｄ１の上面に形成され、給電点Ｐ１において信号線Ｌ１ａに電気的に接続されたアンテナ素子Ａ１と、誘電体基板Ｄ２の下面に形成され、給電点Ｐ２において信号線Ｌ２ａに電気的に接続されたアンテナ素子Ａ２とを備える。アンテナ装置はさらに、誘電体基板Ｄ１，Ｄ２の間に形成され、接地導体Ｇ０に電気的に接続されたスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２を備える。

本実施形態のアンテナ装置によっても、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を低減し、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２により、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信することができる。本実施形態のアンテナ装置はさらに、誘電体基板の導体パターンにより平面的かつ一体的に構成することで、アンテナ装置の低姿勢化という格別な効果を得ることができる。

図１８は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。本変形例のアンテナ装置は、信号線Ｌ２ａを、図１７のように誘電体基板Ｄ２の下面ではなく誘電体基板Ｄ１の上面に形成したことを特徴とする。これにより、本変形例のアンテナ装置は、図１７の誘電体基板Ｄ２を除去して単一の誘電体基板Ｄ１を用いて構成することができ、アンテナ装置の構成を簡単化することができる。

図１９は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。本変形例のアンテナ装置は、コプレーナ線路として構成された給電線路を備えたことを特徴とする。本変形例のアンテナ装置は、誘電体基板Ｄ１の上面（＋Ｚ側の面）に形成された信号線Ｌ１ａ，Ｌ２ａと接地導体Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３とを備え、信号線Ｌ１ａ，Ｌ２ａは信号源Ｑ１，Ｑ２に接続され、接地導体Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は接地されている。信号線Ｌ１ａと接地導体Ｇ１，Ｇ２とは、コプレーナ線路である第１の給電線路を構成し、信号線Ｌ２ａと接地導体Ｇ１，Ｇ３とは、コプレーナ線路である第２の給電線路を構成する。アンテナ装置はさらに、誘電体基板Ｄ１の上面に形成され、給電点Ｐ１において信号線Ｌ１ａに電気的に接続されたアンテナ素子Ａ１と、誘電体基板Ｄ１の上面に形成され、給電点Ｐ２において信号線Ｌ２ａに電気的に接続されたアンテナ素子Ａ２とを備える。アンテナ装置はさらに、誘電体基板Ｄ１の上面に形成され、それぞれ接地導体Ｇ２，Ｇ３に電気的に接続されたスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２を備える。

本実施形態のアンテナ装置は、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路である給電線路を備えたものに限定されず、誘電体基板に形成された他のタイプの給電線路を備えてもよい。

図１８及び図１９のアンテナ装置は、誘電体基板の個数を図１７のアンテナ装置に比較して減らすことができるので、アンテナ装置の構成を簡単化することができる。一方、図１７のアンテナ装置は、信号線Ｌ１ａ，Ｌ２ａを接地導体Ｇ０に対して異なる面に設けることで、給電線路間の電磁結合を低減できるという効果がある。

第４の実施形態．
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ装置を異なる２つの周波数で共振させるための構成を備えたことを特徴とする。

図２０は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図２０のアンテナ装置は、図１のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０の長手方向の途中の位置にトラップ回路を備えたものに相当し、これにより、互いに異なる第１及び第２の周波数で共振する。図２０のアンテナ装置は、分割されたスリーブ素子Ｓ０ａ，Ｓ０ｂ（まとめてスリーブ素子Ｓ０と呼ぶ。）と、それらの間に設けられたトラップ回路Ｔ０と、分割されたアンテナ素子Ａ１ａ，Ａ１ｂ（まとめて、アンテナ素子Ａ１と呼ぶ。）と、それらの間に設けられたトラップ回路Ｔ１と、分割されたアンテナ素子Ａ２ａ，Ａ２ｂ（まとめて、アンテナ素子Ａ２と呼ぶ。）と、それらの間に設けられたトラップ回路Ｔ２とを備える。アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０は第１の電気長を有し、アンテナ素子Ａ１は、給電点Ｐ１から第１の電気長とは異なる第２の電気長の位置にトラップ回路Ｔ１を備え、アンテナ素子Ａ２は、給電点Ｐ２から第２の電気長の位置にトラップ回路Ｔ２を備え、スリーブ素子Ｓ０は、給電線路Ｌ１，Ｌ２の接地導体に接続された一端から第２の電気長の位置にトラップ回路Ｔ０を備える。図２０のアンテナ装置の他の部分の構成は、図１のアンテナ装置と同様である。

図２１は、図２０のトラップ回路Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２を示す回路図である。トラップ回路Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２は、キャパシタＣ及びインダクタＬを含む並列共振回路であり、所定の周波数ｆ１において実質的に短絡し、周波数ｆ１よりも高い所定の周波数ｆ２において実質的に開放となる。図２０のアンテナ装置が周波数ｆ１において動作するとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０の全体が共振し、一方、周波数ｆ２において動作するとき、アンテナ素子Ａ１ａ，Ａ２ａ及びスリーブ素子Ｓ０ａの部分のみが共振する。このように、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０のそれぞれは、単一の素子でありながら２つの共振する電気長を有し、アンテナ装置は、異なる２つの周波数で共振する。

本実施形態のアンテナ装置によっても、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を低減し、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２により、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信することができる。本実施形態のアンテナ装置はさらに、異なる２つの周波数で共振するマルチバンド動作を実現することができる。

図２２は、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の概略構成を示す斜視図である。本実施形態のトラップ回路を備えた構成は、図１のような円筒状導体であるスリーブ素子を備えたアンテナ装置だけではなく、図１５のような線状導体であるスリーブ素子を備えたアンテナ装置にも適用可能である。図２２のアンテナ装置は、図１５のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２の長手方向の途中の位置にトラップ回路を備えたものに相当し、これにより、互いに異なる第１及び第２の周波数で共振する。図２２のアンテナ装置は、分割されたスリーブ素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ（まとめてスリーブ素子Ｓ１と呼ぶ。）と、それらの間に設けられたトラップ回路Ｔ１１と、分割されたスリーブ素子Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ（まとめてスリーブ素子Ｓ２と呼ぶ。）と、それらの間に設けられたトラップ回路Ｔ１２とを備える。図２２のアンテナ装置の他の部分の構成は、図２０のアンテナ装置と同様である。

図２３は、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の概略構成を示す斜視図である。本実施形態のアンテナ装置において、マルチバンド動作を実現するための構成は、トラップ回路に限定されるものではなく、異なる電気長を有するアンテナ素子及びスリーブ素子を備えてもよい。図２３のアンテナ装置は、図１５のアンテナ装置にさらに追加のアンテナ素子Ａ３，Ａ４とスリーブ素子Ｓ３，Ｓ４とを備えたものに相当する。図２３のアンテナ装置において、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２は、所定の第１の電気長を有し、アンテナ素子Ａ３，Ａ４及びスリーブ素子Ｓ３，Ｓ４は、第１の電気長とは異なる所定の第２の電気長を有する。アンテナ素子Ａ３は、給電点Ｐ１から、給電線路Ｌ１，Ｌ２及びスリーブ素子Ｓ１〜Ｓ４が延在する第１の方向とは実質的に垂直な第４の方向に延在し、アンテナ素子Ａ４は、給電点Ｐ２から、第４の方向とは実質的に逆向きの第５の方向に延在する。図２３では、アンテナ素子Ａ３がアンテナ素子Ａ１と実質的に同じ方向に延在し、アンテナ素子Ａ４がアンテナ素子Ａ２と実質的に同じ方向に延在するように示しているが、このような方向に限定されるものではない。図２３のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２の電気長を、所定の周波数ｆ１で共振するように構成し、アンテナ素子Ａ３，Ａ４及びスリーブ素子Ｓ３，Ｓ４の電気長を、周波数ｆ１よりも高い所定の周波数ｆ２で共振するように構成することにより、異なる２つの周波数で共振するマルチバンド動作を実現することができる。この場合、各電気長を所望周波数の動作波長λに対してλ／４程度になるように設計すればよいので、製作が容易であるという特徴を有する。

なお、図２０のアンテナ装置は、図２２のアンテナ装置と比較して、給電線路Ｌ１，Ｌ２への漏洩電流が少なくなるという特徴を有する。

図２０〜図２３を参照して説明した第４の実施形態の各構成を組み合わせてもよい。例えば、図２２のトラップ回路Ｔ１，Ｔ２を含むアンテナ素子Ａ１，Ａ２と、図２３のスリーブ素子Ｓ１〜Ｓ４とを組み合わせてもよく、また、図２０のトラップ回路Ｔ０を含むスリーブ素子Ｓ０（又は図２２のトラップ回路Ｔ１１，Ｔ１２を含むスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２）と、図２３のアンテナ素子Ａ１〜Ａ４とを組み合わせてもよい。また、第４の実施形態の各構成と、図４、図７、図１７〜図１９等に示す他の実施形態の構成とを組み合わせてもよい。

以下、本発明の実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果について説明する。

図２４は、本発明の実施例に係るアンテナ装置のＳパラメータを示すグラフである。図１のアンテナ装置において、アンテナ素子Ａ１，Ａ２及びスリーブ素子Ｓ０の電気長をｄ０＝ｄ１＝ｄ２＝１００ｍｍとした。図２４のグラフは、周波数５００〜１０００ＭＨｚの範囲でＦＤＴＤ法を用いてトランジェント解析を行った結果を示す。この場合、短縮率を考慮すると、アンテナ装置は約７００ＭＨｚ付近で共振することになる。反射係数のパラメータＳ_１１及び透過係数のパラメータＳ_２１の両方とも、共振周波数７００ＭＨｚの付近で−１０ｄＢ以下であり、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合は十分に低いことがわかる。

図２５は、比較例に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。この比較例のアンテナ装置では、アンテナ素子Ａ１，Ａ２が互いに平行に設けられ、それぞれ＋Ｚ方向に延在している（すなわち、アンテナ素子Ａ１，Ａ２の開き角が０度である）。

図２６は、図２５のアンテナ装置におけるアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示すグラフである。このグラフの横軸は、動作波長λで正規化されたスリーブ素子Ｓ１，Ｓ２間の距離ｄ３を示し、縦軸は、給電点Ｐ１，Ｐ２間の透過係数のパラメータＳ_２１で表されたアンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合を示す。スリーブ素子Ｓ１，Ｓ２及びアンテナ素子Ａ１，Ａ２の電気長は、ｄ０＝ｄ１＝ｄ２＝１００ｍｍである。比較例のアンテナ装置では、スリーブ素子Ｓ１，Ｓ２間の距離ｄ３が小さいとき、アンテナ素子Ａ１，Ａ２間の電磁結合が大きいことがわかる。

図２７は、図２５のアンテナ装置のＳパラメータを示すグラフである。以下、図２７〜図２９にわたって、比較例のアンテナ装置は、図２５の距離ｄ３＝１０ｍｍであるものとする。シミュレーションの条件及び方法は図２４と同様に行った。この場合、短縮率を考慮すると、比較例のアンテナ装置は約７００ＭＨｚ付近で共振することになる。共振周波数７１０ＭＨｚで反射係数のパラメータＳ_１１が−１０ｄＢ以下となっているが、透過係数のパラメータＳ_２１が−５ｄＢ以上という高い値を示している。

以下、図２８及び図２９を参照して、実施例のアンテナ装置と比較例のアンテナ装置の放射効率及び相関係数を比較する。

図２８は、本発明の実施例及び比較例に係るアンテナ装置の放射効率を示すグラフである。このグラフは、放射効率の周波数特性を示す。ここで、放射効率は「１−Ｓ_１１ ^２−Ｓ_２１ ^２」より導出される。図２８のグラフは、周波数５００〜１０００ＭＨｚの範囲でＦＤＴＤ法を用いてトランジェント解析を行った結果を示す。比較例のアンテナ装置では電磁結合Ｓ_２１が大きいので、放射効率が周波数５００〜１０００ＭＨｚにわたって−４ｄＢ以下という低い値を示しているが、実施例のアンテナ装置では、３３０ＭＨｚの周波数帯域幅にわたって放射効率が−４ｄＢ以上という高い値を示していることがわかる。

図２９は、本発明の実施例及び比較例に係るアンテナ装置の相関係数を示すグラフである。図２９のグラフは、周波数５００〜１０００ＭＨｚの範囲でＦＤＴＤ法を用いてＳパラメータを求めて、数１を用いて相関係数ρを計算した結果である。図２９のグラフによれば、比較例のアンテナ装置では電磁結合が高いので、相関係数が０．８以上という高い値を示しているが、実施例のアンテナ装置では相関係数が０．６以下という低い値を示していることがわかる。

以上の結果より、本発明の実施形態に係るアンテナ装置では、給電点間の電磁結合を低減することができ、互いに低相関である複数の無線信号を同時に送受信することが可能となることがわかる。

なお、本実施例は７００ＭＨｚ付近で動作するように設計したが、アンテナ素子とスリーブ素子の電気長を変更することで、当該周波数に限らず、他の周波数でも適用可能である。

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方式の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方式に限らず、複数のアプリケーションのための通信を同時に実行可能（マルチアプリケーション）なアダプティブアレーアンテナや最大比合成ダイバーシチアンテナ、フェーズドアレーアンテナといったアレーアンテナ装置に搭載することも可能である。

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ１ａ，Ａ１ｂ，Ａ２ａ，Ａ２ｂ…アンテナ素子、
Ｄ１，Ｄ２…誘電体基板、
Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…接地導体、
Ｉ０ａ，Ｉ０ｂ，Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ２ａ、Ｉ２ｂ…電流、
Ｌ１，Ｌ２…給電線路、
Ｌ１ａ，Ｌ２ａ…信号線、
Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ…接地導体、
Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃ…誘電体、
Ｐ１，Ｐ２…給電点、
Ｑ１，Ｑ２…信号源、
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ０ａ，Ｓ０ｂ，Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ…スリーブ素子、
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１１，Ｔ１２…トラップ回路。

Claims (8)

1. 第１及び第２のアンテナ素子と、
   信号線及び接地導体をそれぞれ有する第１及び第２の給電線路と、
   上記第１のアンテナ素子の一端に設けられ、上記第１の給電線路の信号線に接続される第１の給電点と、
   上記第２のアンテナ素子の一端に設けられ、上記第２の給電線路の信号線に接続される第２の給電点とを備えたアンテナ装置であって、
   上記第１及び第２の給電線路は、上記第１及び第２の給電点から第１の方向にそれぞれ延在し、
   上記第１のアンテナ素子は、上記第１の給電点から、上記第１の方向とは実質的に垂直な第２の方向に延在し、
   上記第２のアンテナ素子は、上記第２の給電点から、上記第２の方向とは実質的に逆向きの第３の方向に延在し、
   上記アンテナ装置はさらに、上記第１及び第２の給電点に近接した位置において上記第１及び第２の給電線路の接地導体に接続された一端をそれぞれ有し、上記第１及び第２の給電点に近接した位置から上記第１の方向にそれぞれ延在する少なくとも１つのスリーブ素子を備え、
   上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１及び第２の給電線路を包囲する１つの筒状導体であることを特徴とするアンテナ装置。
2. 上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１の給電線路を包囲する１つの筒状導体である第１のスリーブ素子と、上記第２の給電線路を包囲する１つの筒状導体である第２のスリーブ素子とを含み、
   上記第１及び第２のスリーブ素子は互いに接していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記少なくとも１つのスリーブ素子は、少なくとも１つの線状導体であり、
   上記第１及び第２の給電線路の接地導体は互いに接していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 上記第１及び第２の給電線路は、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路であり、
   上記第１及び第２のアンテナ素子及び上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記誘電体基板上にパターン形成されることを特徴とする請求項１又は３記載のアンテナ装置。
5. 上記第１及び第２の給電線路は、誘電体基板上に形成されたコプレーナ線路であり、
   上記第１及び第２のアンテナ素子及び上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記誘電体基板上にパターン形成されることを特徴とする請求項１又は３記載のアンテナ装置。
6. 上記第１及び第２のアンテナ素子及び上記少なくとも１つのスリーブ素子は第１の電気長を有し、
   上記第１のアンテナ素子は、上記第１の給電点から上記第１の電気長とは異なる第２の電気長の位置に第１のトラップ回路を備え、
   上記第２のアンテナ素子は、上記第２の給電点から上記第２の電気長の位置に第２のトラップ回路を備え、
   上記少なくとも１つのスリーブ素子のそれぞれは、上記第１及び第２の給電線路の接地導体に接続された一端から上記第２の電気長の位置に第３のトラップ回路を備え、
   上記第１、第２及び第３のトラップ回路のそれぞれは、第１の周波数において実質的に短絡し、上記第１の周波数よりも高い第２の周波数において実質的に開放となることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
7. 上記第１及び第２のアンテナ素子は第１の電気長を有し、
   上記アンテナ装置はさらに、上記第１の電気長とは異なる第２の電気長を有する第３及び第４のアンテナ素子を備え、
   上記第３のアンテナ素子は、上記第１の給電点から、上記第１の方向とは実質的に垂直な第４の方向に延在し、
   上記第４のアンテナ素子は、上記第２の給電点から、上記第４の方向とは実質的に逆向きの第５の方向に延在し、
   上記少なくとも１つのスリーブ素子は、上記第１の電気長を有する第１のスリーブ素子と、上記第２の電気長を有する第２のスリーブ素子とを含むことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
8. 請求項１〜７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。

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