JP5900660B2 - Mimoアンテナおよび無線装置 - Google Patents
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Description
グランドプレーンと、
前記グランドプレーンの近傍に配置された複数のダイポールアンテナ素子とを有し、
前記複数のダイポールアンテナ素子は、それぞれ、
前記グランドプレーンの外縁部に沿った導体部分を有する放射素子と、
前記放射素子に給電する給電部と、
前記放射素子から離れて配置された給電素子とを備え、
前記給電素子が共振することにより、前記放射素子は、前記給電部で前記給電素子を介して非接触で給電され、放射導体として機能する、ことを特徴とするMIMOアンテナを提供するものである。
図1は、本発明の一実施形態であるMIMOアンテナ1の動作を解析するためのコンピュータ上のシミュレーションモデルを示した平面図である。電磁界シミュレータとして、Microwave Studio(登録商標)(CST社)を使用した。MIMOアンテナ1は、グランドプレーン70と、ダイポールアンテナ素子10と、ダイポールアンテナ素子20とを備えたマルチアンテナである。
図2は、本発明の他の実施形態であるMIMOアンテナ2の動作を解析するためのコンピュータ上のシミュレーションモデルを示した平面図である。電磁界シミュレータとして、Microwave Studio(登録商標)(CST社)を使用した。上述の実施形態と同様の構成につていの説明は省略又は簡略する。MIMOアンテナ2は、グランドプレーン70と、ダイポールアンテナ素子30と、ダイポールアンテナ素子40とを備えたマルチアンテナである。
本発明の実施形態に係るMIMOアンテナは、ダイポールアンテナ素子間の相関係数が低いため、ダイポールアンテナ素子とグランドプレーンの外縁部との距離を自由に設計でき、特にモノポールアンテナ素子の場合と比較してダイポールアンテナ素子とグランドプレーンの外縁部とを互いに近づけることが可能である。すなわち、ダイポールアンテナ素子の放射素子の設計周波数における真空中の波長をλ0とする場合、放射素子とグランドプレーンの外縁部との最短の距離D2(>0)は、0.05・λ0以下とすることが可能である。さらに、距離D2は、0.043・λ0以下とすることが可能である。さらに、距離D2は、0.034・λ0以下とすることが可能である。距離D2をこのような値に設定することにより、ダイポールアンテナ素子間の相関係数を低く保ったまま、ダイポールアンテナ素子の設置スペースを削減する点で有利である。例えば、設計周波数を2.5GHzに設定した場合、距離D2は、好ましくは6mm以下であり、さらに好ましくは、5mm以下である。さらに好ましくは、4mm以下である。
また、本発明の実施形態に係るMIMOアンテナは、複数のダイポールアンテナ素子を有するので、放射素子の基本モードと、その基本モードの共振周波数の整数倍で放射素子が共振する高次モードとを組み合わせたマルチバンド化が容易に可能となる。これに対し、複数のモノポールアンテナ素子を利用するMIMOアンテナは、高次モードの共振周波数が基本モードの共振周波数から離れすぎるため(2次モードの共振周波数は、基本モードの3倍)、マルチバンドに適用することが難しい。
ダイポールアンテナ素子とグランドプレーンとを近づけすぎると、放射素子とグランドプレーンとの結合により、放射素子の放射抵抗が低下し、MIMOアンテナのマッチングがとりにくい。しかしながら、本発明の実施形態に係るMIMOアンテナでは、給電部を、放射素子の中央部以外の部位(例えば、中央部よりもインピーダンスの高い部位)に配置しているので、MIMOアンテナのマッチングが容易になる。これにより、ダイポールアンテナ素子の放射素子とグランドプレーンとの外縁部との距離D2を容易に近づけることができるため、ダイポールアンテナ素子の設置スペースの縮小とMIMOアンテナのアンテナ利得の向上を両立させることができる。
本発明の実施形態に係るMIMOアンテナは、無線装置(例えば、人が携帯可能な通信端末等の無線通信装置)に搭載される。無線装置の具体例として、情報端末機、携帯電話、スマートフォン、パソコン、ゲーム機、テレビ、音楽や映像のプレーヤーなどの電子機器が挙げられる。
L11,L21:4
L12,L22:34
L13,L23:3.5
W11,W21:1.9
とした。
L31,L41:10.95
L32,L42:30
L33,L43:4.05
W31,W41:1.9
W32,W42:1.9
W33,W43:1
とした。
L51,L61:22.95(D1=1)
L51,L61:21.95(D1=2)
L51,L61:20.95(D1=3)
L51,L61:19.95(D1=4)
L51,L61:18.95(D1=5)
L51,L61:17.95(D1=6)
L52,L62:5
W51,W61:1.9
W52,W62:1.9
とした。
L11,L21:6.5
L12,L22:31.5
L3:2.1
W11,W21:1.9
とした。
L31,L41:10.95
L32,L42:30
L4:2.1
W31,W41:1.9
W32,W42:1.9
W33,W43:1
とした。
L51,L61:22.95(D1=1)
L51,L61:21.95(D1=2)
L51,L61:20.95(D1=3)
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L101:2.1
W51,W61:1.9
W52,W62:1.9
とした。
10,20,30,40 ダイポールアンテナ素子
11,21,31,41 放射素子
12,13,22,23 導体部分
14,15,24,25 端部
16,26,36,46 給電部
37,47 給電素子
38,48 給電点
39,49 端部
50,60 モノポールアンテナ素子
90 中央部
70 グランドプレーン
71,72 外縁部
73 角部
80,110 誘電体基板
Claims (16)
- グランドプレーンと、
前記グランドプレーンの近傍に配置された複数のダイポールアンテナ素子とを有し、
前記複数のダイポールアンテナ素子は、それぞれ、
前記グランドプレーンの外縁部に沿った導体部分を有する放射素子と、
前記放射素子に給電する給電部と、
前記放射素子から離れて配置された給電素子とを備え、
前記給電素子が共振することにより、前記放射素子は、前記給電部で前記給電素子を介して非接触で給電され、放射導体として機能する、ことを特徴とするMIMOアンテナ。 - グランドプレーンと、
前記グランドプレーンの近傍に配置された複数のダイポールアンテナ素子とを有し、
前記複数のダイポールアンテナ素子は、それぞれ、
前記グランドプレーンの外縁部に沿った導体部分を有する放射素子と、
前記放射素子に給電する給電部とを備え、
前記グランドプレーンは、少なくとも一つの角部と、前記角部から延伸する第1の外縁部と、前記第1の外縁部の延伸方向に直交するように前記角部から延伸する第2の外縁部と、を有し、
前記複数のダイポールアンテナ素子のうちの第1のダイポールアンテナ素子は、前記第1の外縁部に沿った導体部分を有し、
前記複数のダイポールアンテナ素子のうちの第2のダイポールアンテナ素子は、前記第2の外縁部に沿った導体部分を有し、
前記給電部は、前記放射素子の中央部以外の部位に位置する、ことを特徴とするMIMOアンテナ。 - 前記複数のダイポールアンテナ素子のそれぞれの前記放射素子は、互いに平行に延伸する導体部分を有する、請求項1に記載のMIMOアンテナ。
- 前記給電部は、前記放射素子の中央部以外の部位に位置する、請求項1または3に記載のMIMOアンテナ。
- 前記複数のダイポールアンテナ素子のそれぞれの前記給電部は、互いに近づく方向に前記放射素子の中央部からシフトした部位に位置する、請求項2又は4に記載のMIMOアンテナ。
- 前記給電部は、前記放射素子の中央部から該放射素子の全長の1/8以上の距離を離した部位に位置する、請求項2,4,5のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。
- 前記放射素子の設計周波数における真空中の波長をλ0とする場合、
前記放射素子と前記グランドプレーンとの距離は、0.05・λ0以下である、請求項1から6のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。 - 前記給電素子の共振の基本モードを与える電気長をLe37、前記放射素子の共振の基本モードを与える電気長をLe31、前記放射素子の基本モードの共振周波数における前記給電素子または前記放射素子上での波長をλとして、Le37が、(3/8)・λ以下であり、かつ、Le31が、(3/8)・λ以上(5/8)・λ以下である請求項1または3に記載のMIMOアンテナ。
- 前記放射素子の基本モードの共振周波数における真空中の波長をλ0とする場合、
前記給電素子と前記放射素子との最短距離が、0.2×λ0以下である、請求項1,3,8のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。 - 前記給電部は、前記放射素子の基本モードの共振周波数における最も低いインピーダンスになる部分以外に位置する、請求項1,3,8,9のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。
- 前記給電部は、前記放射素子の基本モードの共振周波数における最も低いインピーダンスになる部分から前記放射素子の全長の1/8以上の距離を離した部位に位置する、請求項1,3,8,9,10のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。
- 前記給電素子と前記放射素子とが最短距離で並走する距離は、前記放射素子の長さの3/8以下である、請求項1,3,8,9,10,11のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。
- 前記複数のダイポールアンテナ素子は、それぞれの放射素子の導体部分の延伸方向が直交するように延伸する、請求項1,3,8,9,10,11,12のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。
- 前記給電部は、前記放射素子の中央部より前記グランドプレーンの角部側に位置する、請求項2または13に記載のMIMOアンテナ。
- 前記放射素子は、前記給電素子の共振周波数と異なる共振周波数を有する、請求項1,3,8,9,10,11,12,13のいずれか一項に記載のMIMOアンテナ。
- 請求項1から15のいずれか一項に記載のMIMOアンテナを備える無線装置。
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