JPWO2017168826A1 - Antenna device - Google Patents
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Abstract
第１のスイッチ１３０が短絡された状態では、第１の入出力点１０４と第２の入出力点１１４に送信機または受信機を接続する事で第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０として動作し、第１のスイッチ１３０が解放された状態では、第３の入出力点１４１から見ると第１の逆Ｆアンテナ１００の素子と第２の逆Ｆアンテナ１１０の素子がダイポールアンテナ１５０の各素子として利用でき、第４の入出力点から見ると第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２をモノポールアンテナ素子として利用できるアンテナ装置。In a state where the first switch 130 is short-circuited, the first reverse F antenna 100 and the second reverse are connected by connecting a transmitter or a receiver to the first input / output point 104 and the second input / output point 114. When operating as the F antenna 110 and the first switch 130 is released, when viewed from the third input / output point 141, the elements of the first inverted F antenna 100 and the elements of the second inverted F antenna 110 are dipoles. An antenna device that can be used as each element of the antenna 150 and that can use the first short-circuit line 102 and the second short-circuit line 112 as monopole antenna elements when viewed from the fourth input / output point.
Description
この発明は、無線通信装置に用いられるアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device used in a wireless communication device.
マルチパスフェージングなどによる通信品質低下への対策、通信の高速化、大容量化のため、無線通信装置にダイバーシチ機能を持たせることが有効である。ダイバーシチの効果を向上させるためには、複数のアンテナ間の相関を低くする必要が有る。アンテナ相関はアンテナの放射パターンから計算され、両アンテナの放射パターンが似ていれば高く、異なっていれば低い値となる。アンテナ相関を低くするためには設置されているアンテナの間隔を大きくすることが一般的である。 It is effective to provide a wireless communication device with a diversity function in order to cope with communication quality degradation due to multipath fading and the like, and to increase communication speed and capacity. In order to improve the effect of diversity, it is necessary to lower the correlation between a plurality of antennas. The antenna correlation is calculated from the radiation pattern of the antenna, and is high if the radiation patterns of both antennas are similar, and is low if they are different. In order to lower the antenna correlation, it is common to increase the interval between installed antennas.
しかし、近年の無線通信装置は小型化が強く望まれており、複数のアンテナを必要とするダイバーシチと要求が相反する。また、アンテナを複数搭載できたとしても無線通信装置の小型化のためアンテナ間距離を十分に確保することができず、相関が上昇しダイバーシチの効果が十分得られない事が考えられる。 However, recent wireless communication devices are strongly desired to be miniaturized, and there is a conflict between diversity and requirements that require a plurality of antennas. Even if a plurality of antennas can be mounted, it is conceivable that the distance between the antennas cannot be sufficiently secured due to the miniaturization of the wireless communication device, and the correlation increases and the diversity effect cannot be sufficiently obtained.
更に小型通信装置に搭載される小形アンテナは、搭載される小型通信装置の金属構造物だけでなく装置の周囲に存在するあらゆる物体、例えば壁面、テーブル、人体などの影響を受け特性が変化することが広く知られている。そのため、設計時には、アンテナ間の相関が低くダイバーシチ機能が有効に働くアンテナ装置であっても、実利用環境においては周囲の環境の影響によってアンテナ相関を含むアンテナの特性が変化し、ダイバーシチ機能が有効に働かなくなる可能性がある。 Furthermore, the small antenna mounted on a small communication device changes its characteristics under the influence of not only the metal structure of the small communication device mounted, but also any object existing around the device, such as a wall surface, table, or human body. Is widely known. Therefore, even when an antenna device has low correlation between antennas and the diversity function is effective at the time of design, the antenna characteristics including antenna correlation change due to the influence of the surrounding environment in the actual usage environment, and the diversity function is effective. May stop working.
これらの問題に対し、ダイバーシチアンテナを省スペースに実装する方法が検討されている。例えば、特許文献１では、スイッチによってアンテナの給電点の位置を変更することで１つのアンテナ素子を２つのアンテナとして動作できるようにし、ダイバーシチの効果を得られるようにしたアンテナ装置が開示されている。
また、特許文献２では、１つの構造に給電点を複数設けることで２つのアンテナとして動作できるようにし、ダイバーシチの効果を得られるようにしたアンテナ装置が開示されている。For these problems, a method for mounting a diversity antenna in a space-saving manner has been studied. For example, Patent Document 1 discloses an antenna device in which one antenna element can be operated as two antennas by changing the position of the feeding point of the antenna using a switch, and a diversity effect can be obtained. .
Further,
従来のアンテナ装置は、以上のように構成されているので、２つのアンテナを省スペースに実装できダイバーシチアンテナとして利用できることが期待されているが、下記のような課題があった。
特許文献１の場合、半ループ形状の１／４波長モノポールのアンテナ素子の両端に何れかの端から給電するための連結スイッチを有している。そのため連結スイッチを切り替えることで給電点が変更されるが、いずれの端部から給電した場合でもアンテナは逆Ｌアンテナとして動作するものであり、放射パターンに大きな差は無い。そのため、スイッチの切り替え前後でのアンテナ相関は高く、ダイバーシチアンテナとしての効果は低いと考えられる。
また、特許文献２は、１つの構造に複数の給電点を設ける事でそれぞれ折り返しダイポールアンテナと逆Ｆアンテナとして動作させる方法が開示されている。この方法によると、折り返しダイポールアンテナと逆Ｆアンテナは放射パターンが全く異なっているためアンテナ間の相関は低くなると考えられ、ダイバーシチアンテナとしての効果は高くなる。しかしこの技術では、周囲環境によってアンテナ性能が変化しダイバーシチの効果が低下する課題は解決できていない。
特許文献２では１つの通信装置に前述のダイバーシチアンテナを２つ以上搭載する方法も開示されており、この場合２つのダイバーシチアンテナを搭載すれば４アンテナによるダイバーシチ機能を有することになるが、アンテナ素子を複数搭載する必要があるため実装に必要なスペースが大きくなると言う課題があった。Since the conventional antenna device is configured as described above, it is expected that the two antennas can be mounted in a space-saving manner and can be used as a diversity antenna. However, there are the following problems.
In the case of Patent Document 1, a connection switch for supplying power from either end is provided at both ends of a half-loop quarter-wave monopole antenna element. For this reason, the feeding point is changed by switching the connection switch, but the antenna operates as an inverted L antenna regardless of whether power is fed from either end, and there is no significant difference in the radiation pattern. For this reason, the antenna correlation before and after switching is high, and the effect as a diversity antenna is considered low.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、一つのアンテナ素子を相関が低い４つのアンテナで共用することで、小さな実装スペースしか必要とせず、かつ高いダイバーシチの効果が得られるアンテナ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By sharing one antenna element with four antennas having low correlation, only a small mounting space is required and an effect of high diversity is achieved. It aims at obtaining the antenna device obtained.
この発明に係るアンテナ装置は、地板と、第１のアンテナ素子と、第１のスイッチと、第１の端が前記第１のアンテナ素子と接続し、第２の端が前記第１のスイッチを介して前記地板と接続する第１の短絡線と、第１の端が前記第１のアンテナ素子と接続し、第２の端が第１の入出力部と接続する第１の給電線と、第２のアンテナ素子と、第１の端が前記第２のアンテナ素子と接続し、第２の端が前記第１の短絡線の第２の端と導体を介して接続する第２の短絡線と、第１の端が前記第２のアンテナ素子と接続し、第２の端が第２の入出力部と接続する第２の給電線と、前記導体に接続する第３の入出力部と、前記第１の短絡線の第１の端と前記第２の短絡線の第１の端と接続する第４の入出力部と、を有し、前記第１のアンテナ素子、前記第１の給電線、前記第１の短絡線、前記第１のスイッチ、前記第１の入出力部で第１の逆Ｆアンテナを構成し、前記第２のアンテナ素子、前記第２の給電線、前記第２の短絡線、前記導体、前記第２の入出力部で第２の逆Ｆアンテナを構成し、前記第１のアンテナ素子、前記第１の短絡線、前記第２のアンテナ素子、前記第２の短絡線、前記導体、前記第３の入出力部でモノポールアンテナを構成し、前記第１のアンテナ素子、前記第１の短絡線、前記第２のアンテナ素子、前記第２の短絡線、前記導体、前記第４の入出力部でダイポールアンテナを構成し、前記第１のスイッチを短絡した場合、前記第１の逆Ｆアンテナと前記第２の逆Ｆアンテナからなるダイバーシチアンテナを形成し、前記第１のスイッチを開放した場合、前記モノポールアンテナと前記ダイポールアンテナからなるダイバーシチアンテナを形成することを特徴とする。 The antenna device according to the present invention includes a ground plane, a first antenna element, a first switch, a first end connected to the first antenna element, and a second end connected to the first switch. A first short-circuit wire connected to the ground plane via a first end, a first end connected to the first antenna element, and a second end connected to the first input / output unit; A second antenna element, a first end connected to the second antenna element, and a second end connected to the second end of the first short-circuit line via a conductor A second feed line connecting the first end to the second antenna element, the second end connecting to the second input / output unit, and a third input / output unit connected to the conductor; A first input / output unit connected to a first end of the first short-circuit line and a first end of the second short-circuit line, and the first antenna element, 1 feed line, the first short-circuit line, the first switch, and the first input / output unit constitute a first inverted F antenna, the second antenna element, the second feed line, The second short-circuit line, the conductor, and the second input / output unit constitute a second inverted F antenna, and the first antenna element, the first short-circuit line, the second antenna element, A second pole, the conductor, and the third input / output unit constitute a monopole antenna, and the first antenna element, the first short line, the second antenna element, and the second short circuit. When a dipole antenna is formed by the line, the conductor, and the fourth input / output unit, and the first switch is short-circuited, a diversity antenna including the first inverted F antenna and the second inverted F antenna is formed. When the first switch is opened, the monoport And forming a diversity antenna consisting of antenna and the dipole antenna.
この発明によれば、まずスイッチが短絡された状態では、第１の高周波入出力ポートと第２の高周波入出力ポートに送信機または受信機を接続する事で第１の逆Ｆアンテナと第２の逆Ｆアンテナはそれぞれの逆Ｆアンテナとして動作する。このとき、両アンテナの相関が低くなるようにアンテナが設計されている。
またスイッチが解放された状態では、第３の高周波入出力ポートから見ると第１の逆Ｆアンテナの素子と第２の逆Ｆアンテナの素子がダイポールアンテナの各素子として利用でき、第４の高周波入出力ポートから見ると第１の逆Ｆアンテナの短絡線と第２の逆Ｆアンテナの短絡線をモノポールアンテナ素子として利用できる。
すなわち、スイッチを切り替えることで１つの構造を４つのアンテナとして利用でき、ダイバーシチの効果が高くなる。According to the present invention, when the switch is short-circuited first, the first inverted F antenna and the second high frequency input / output port are connected to the first high frequency input / output port by connecting the transmitter or the receiver to the second high frequency input / output port. Inverted F antennas of each operate as respective inverted F antennas. At this time, the antenna is designed so that the correlation between both antennas is low.
When the switch is released, when viewed from the third high-frequency input / output port, the first inverted F antenna element and the second inverted F antenna element can be used as each element of the dipole antenna, and the fourth high frequency input / output port can be used. When viewed from the input / output port, the short circuit line of the first inverted F antenna and the short circuit line of the second inverted F antenna can be used as the monopole antenna element.
That is, by switching the switch, one structure can be used as four antennas, and the diversity effect is enhanced.
実施の形態１．
本発明を適用したアンテナ装置を例にとり発明の効果を説明する。Embodiment 1 FIG.
The effects of the present invention will be described using an antenna device to which the present invention is applied as an example.
図１は、この発明のアンテナ装置を示す構成図である。図１において、実施の形態１に係るアンテナ装置には、第１の逆Ｆアンテナ１００、第２の逆Ｆアンテナ１１０、モノポールアンテナ１４０とダイポールアンテナ１５０が設けられている。
第１の逆Ｆアンテナ１００は、第１のアンテナ素子１０１と第１の短絡線１０２と第１の給電線１０３と第１の高周波入出力ポート（第１の入出力点）１０４から構成され、地板１６０と第１の短絡線１０２の間に短絡スイッチ１３０（第１のスイッチ）を有する。
第２の逆Ｆアンテナ１１０は、第２のアンテナ素子１１１と第２の短絡線１１２と第２の給電線１１３と第２の高周波入出力ポート（第２の入出力点）１１４から構成され、第２の短絡線１１２は導体１２１と導体１２２を介して短絡スイッチ１３０と第１の短絡線１０２との接点に接続する。
モノポールアンテナ１４０は、第１のアンテナ素子１０１と第１の短絡線１０２と導体１２０と第２の短絡線１１２と第２のアンテナ素子１１１から構成され、導体１２０と地板１６０の間に第３の高周波入出力ポート（第３の入出力点）１４１を有する。
ダイポールアンテナ１５０は、第１のアンテナ素子１０１と第１の短絡線１０２と導体１２０と第２の短絡線１１２と第２のアンテナ素子１１１から構成され、第１のアンテナ素子１０１と第１の短絡線１０２の接続点と第２のアンテナ素子１１１と第２の短絡線１１２の接続点との間に第４の高周波入出力ポート（第４の入出力点）１５１を有する。FIG. 1 is a block diagram showing an antenna device of the present invention. In FIG. 1, the antenna apparatus according to Embodiment 1 is provided with a first inverted
The first inverted
The second inverted
The
The
本アンテナ装置の動作を説明する。まず、短絡スイッチ１３０が短絡されている場合について説明する。なお、本実施の形態では、短絡スイッチとして高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）や高周波ダイオード（ＰＩＮダイオード）などの半導体素子を用いた高周波スイッチを用いた場合を念頭に説明する。この場合、第１のアンテナ素子１０１は、第１の短絡線１０２と短絡スイッチ１３０によって地板１６０に接続されるため、第１の高周波入出力ポート１０４に送受信機を接続する事で第１の逆Ｆアンテナ１００として動作する。
同時に、第２のアンテナ素子１１１は、第２の短絡線１１２と導体１２０、短絡スイッチ１３０によって地板１６０に接続されるため、第２の給電線１１３を介して第２の高周波入出力ポート１１４に送受信機を接続する事で、第２の逆Ｆアンテナ１１０として動作する。
典型的には、第１のアンテナ素子１０１の長さと第１の短絡線の長さを合わせた長さおよび、第２のアンテナ素子１１１の長さと第２の短絡線の長さを合計した長さは、いずれも波長の１／４の長さを持つアンテナ素子であるが、長さがそれ以外であっても本発明は実施可能であり、アンテナ性能を向上させるため長さを波長の１／４位が意図する事はアンテナ技術では一般的である。The operation of the antenna device will be described. First, the case where the shorting
At the same time, since the
Typically, the total length of the length of the
ここで、第１の逆Ｆアンテナと第２の逆Ｆアンテナの結合が小さい場合には、各アンテナは独立して動作可能であり、すなわちアンテナ相関が低くなる。従って、第１の逆Ｆアンテナと第２の逆Ｆアンテナの結合が小さくなるようにアンテナ装置を設計すれば、短絡スイッチ１３０を短絡した状態において第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０の２アンテナからなるダイバーシチアンテナが得られる。
例えば、第１の高周波入出力ポート１０４と第２の高周波入出力ポート１１４に接続した高周波入出力ポートに接続した受信機の受信レベルを比較し、受信レベルが高いほうのアンテナを送受信アンテナとして利用する選択ダイバーシチなどに利用できる。Here, when the coupling between the first inverted F antenna and the second inverted F antenna is small, each antenna can operate independently, that is, the antenna correlation becomes low. Therefore, if the antenna device is designed so that the coupling between the first inverted F antenna and the second inverted F antenna is reduced, the first
For example, the reception level of the receiver connected to the high frequency input / output port connected to the first high frequency input /
送信アンテナの例を用いて、結合について説明を行う。
第１の高周波入出力ポート１０４に波源を接続した場合、第１の逆Ｆアンテナ１００が動作し、空間に電磁波が放射される。放射された電磁波は遠方へ伝播していくが、一部は近接して存在する第２の逆Ｆアンテナ１１０に受信され、第２の高周波入出力ポート１１４に吸収される。これがアンテナ間の結合であり、アンテナ間の相関が劣化する要因と成る。The coupling will be described using an example of a transmission antenna.
When a wave source is connected to the first high-frequency input /
ここで、第１の短絡スイッチ１３０によって導体１２０は地板１６０と接続されるため、理想的には地板の一部と見なせる。第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０の間には、第１の短絡線１０２、第２の短絡線１１２、導体１２０で構成された凹型の構造が存在する。この構造はチョーク構造として動作し、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０間の結合を低減する効果が得られる。
チョーク構造は通常深さが波長の１／４の長さを持つ物が基本の形状として知られているが、第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２の長さが波長の１／４で無い場合でも同様の効果は得られる。第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２の長さが波長の１／４に近づくほど結合低減効果は大きくなり、すなわち第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０の相関は改善、つまりダイバーシチの効果が高くなる。Here, since the
The choke structure is generally known to have a basic depth of 1/4 of the wavelength, but the length of the first short-
次に、短絡スイッチ１３０が開放されている場合について説明する。この場合、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０は地板１６０と接続されていないため、逆Ｆアンテナとして動作する事はできない。
Next, a case where the short-
第３の高周波入出力ポート１４１に波源を接続した場合について述べる。
第３の高周波入出力ポート１４１は、導体１２０と地板１６０間に設けられた高周波入出力ポートであり、第３の高周波入出力ポート１４１に送受信機を接続する事で、第１のアンテナ素子１０１、第１の短絡線１０２、導体１２０、第２の短絡線１１２、第２のアンテナ素子１１１によってモノポールアンテナ１４０が得られる。
これらの導体（導体１２０、第１のアンテナ素子１０１、第１の短絡線１０２、第２のアンテナ素子１１１、第２の短絡線１１２）は、全て第３の高周波入出力ポート１４１の同極に接続されているため、導体上の高周波電流分布は全て同相となる。
すなわち、第３の高周波入出力ポート１４１に波源を接続した場合、第１のアンテナ素子１０１に流れる高周波電流から放射される電磁界と第２のアンテナ素子１１１に流れる高周波電流から放射される電磁波は逆位相となり弱めあう。
更に、導体１２０を第３の高周波入出力ポート１４１との接続点によって第１の導体部１２１と第２の導体部１２２に分割すると、第１の導体部１２１と第２の導体部１２２それぞれ流れる高周波電流から放射される電磁波も逆位相となり弱めあう。
従って、逆位相となる電磁波が完全に打ち消しあう場合を考えると、遠方への放射に寄与するのは第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２に分布する高周波電流だけであり、第３の高周波入出力ポートから見た場合には、第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２を導体としたモノポールアンテナが構成されている事に等しい。
この場合、モノポールアンテナ１４０から放射される電磁波は、第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２に分布する高周波電流から放射される垂直偏波が主偏波となる。A case where a wave source is connected to the third high-frequency input /
The third high-frequency input /
These conductors (
That is, when a wave source is connected to the third high-frequency input /
Further, when the
Accordingly, when considering the case where electromagnetic waves having opposite phases completely cancel each other, only the high-frequency current distributed in the first short-
In this case, the electromagnetic wave radiated from the
次に第４の高周波入出力ポート１５１に波源を接続した場合について述べる。
第４の高周波入出力ポート１５１に波源を接続した場合、第１のアンテナ素子１０１、第１の短絡線１０２、導体１２０、第２の短絡線１１２、第２のアンテナ素子１１１をアンテナ素子とするダイポールアンテナ１５０が得られる。
ダイポールアンテナ１５０において、短絡線１０２、導体１２０、短絡線１１２はダイポールアンテナの高周波入出力ポート両極を短絡するショートスタブとして動作しており、インピーダンス整合に資する。また第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２に分布する高周波電流から放射された電波は逆位相となるため弱めあい、第４の高周波入出力ポート１５１に接続された波源からの放射は第１のアンテナ素子１０１、導体１２０、第２のアンテナ素子１１１に分布する高周波電流から放射される水平偏波が主偏波となる。Next, a case where a wave source is connected to the fourth high-frequency input /
When a wave source is connected to the fourth high-frequency input /
In the
このように、図１のような位置関係にあるダイポールアンテナとモノポールアンテナは偏波が直交している。そのため、モノポールアンテナ１４０とダイポールアンテナ１５０は相関が小さく、ダイバーシチアンテナとして有効に動作する。これはダイバーシチの効果が高い、つまり、２つのアンテナがそれぞれ異なった送受信特性をもつため、アンテナが１つしかない場合と比較して通信のロバスト性が向上する事を示す。
Thus, the dipole antenna and the monopole antenna that are in the positional relationship as shown in FIG. 1 are orthogonally polarized. For this reason, the
以上で説明した通り、本アンテナ装置は、短絡スイッチ１３０の短絡および開放の２状態それぞれにおいて相関が低い２つのアンテナを得るものである。
As described above, this antenna device obtains two antennas having low correlation in each of the two states of short circuit and short circuit of the
次に、本アンテナ装置を、ダイバーシチ機能を有する通信端末に適用した場合の動作について説明する。なお、本実施の形態では、受信アンテナ装置を例にとり説明する。
ダイバーシチの方式が、複数のアンテナから最も受信電力が大きい、または信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が最も大きいアンテナを選択して利用する切り替え方式の場合、同時に利用されるアンテナは１つだけとなる。従って、以下のような動作が考えられる。
まずは、短絡スイッチ１３０を短絡し、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０の受信波を比較する。次に短絡スイッチ１３０を開放し、モノポールアンテナ１４０とダイポールアンテナ１５０の受信波を比較する。なお、本実施の形態では、短絡スィッチ１３０の短絡、開放の操作を行っているのは、図示していない制御装置が行うものとする。
短絡スイッチ１３０の各状態のうち、受信レベルが高いアンテナ同士を比較することで、４つのアンテナから最良の受信波を受信できるアンテナを選択する事ができる。従って、アンテナ装置の周囲環境の変化によってアンテナ性能が変化する性能劣化を軽減する事ができる。Next, an operation when this antenna apparatus is applied to a communication terminal having a diversity function will be described. In this embodiment, a description will be given by taking a receiving antenna device as an example.
If the diversity method is a switching method that selects and uses the antenna with the largest received power from multiple antennas or the largest signal-to-noise ratio (Signal to Noise ratio), only one antenna is used at a time. It becomes. Therefore, the following operations are possible.
First, the short-
By comparing antennas having a high reception level among the respective states of the short-
ダイバーシチの方式が、複数のアンテナで受信した信号を合成して受信する方式の場合、２つのアンテナが同時に利用される。従って、以下のような動作が考えられる。まず、短絡スイッチ１３０を短絡し、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０の受信波を合成した信号を受信する。
次に短絡スイッチ１３０を開放し、モノポールアンテナ１４０とダイポールアンテナ１５０の受信波を合成した信号を受信する。短絡スイッチ１３０の各状態の合成された受信信号同士を比較することで、２つのダイバーシチアンテナ装置のうち特性に優れた方を選択する事ができる。なお、短絡スイッチ１３０を先に短絡しても開放してもどちらでも良い。
従って、アンテナ装置の周囲環境の変化によってアンテナ性能が変化しダイバーシチ性能が劣化する場合であっても、短絡スイッチ１３０を切り替えることでもう一組のダイバーシチアンテナが得られるので、優れたほうを採用する事でダイバーシチ効果の劣化を軽減する事ができる。When the diversity method is a method of combining and receiving signals received by a plurality of antennas, two antennas are used simultaneously. Therefore, the following operations are possible. First, the short-
Next, the short-
Therefore, even if the antenna performance changes due to changes in the surrounding environment of the antenna device and the diversity performance deteriorates, another set of diversity antennas can be obtained by switching the short-
また、以上の説明では、本アンテナ装置がダイバーシチ機能の実現に有効である事を述べてきたが、アンテナ間の相関が低い事から、本アンテナ装置はＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）用のアンテナとしても利用できる事は明らかである。この場合、短絡スイッチ１３０の短絡状態と開放状態のそれぞれにおいてＭＩＭＯ用アンテナ装置として利用できるため、短絡スイッチ１３０の切り替えによってＭＩＭＯの性能が高いほうの状態を選択することにより、アンテナ装置の周囲環境の変化によってアンテナ性能が変化することによるＭＩＭＯの性能劣化を軽減する事ができる。
Further, in the above description, it has been described that the present antenna device is effective in realizing the diversity function. However, since the correlation between the antennas is low, the present antenna device is for MIMO (multiple-input and multiple-output). It is clear that it can also be used as an antenna. In this case, since it can be used as a MIMO antenna device in each of the short-circuited state and the open-circuited state of the short-
本実施の形態では、各高周波入出力ポートに接続される給電回路の構造に関しては特定して説明していないが、本発明の効果は特定の給電構造に限定されるものではない。
また、給電回路は、同軸ケーブルのような不平衡線路を介して接続しても良いし、ダイポールアンテナ１５０のような平衡系のアンテナの場合には、平行不平衡変換回路を介して給電することが広く行われるため、このように接続してもよい。
また、各高周波入出力ポート部にギャップを設け、各ギャップに近接して設けた伝送線路からの結合によって給電する結合給電方式も考えられる。給電方法に係わらず本発明を適用したアンテナ装置が実現できる。In the present embodiment, the structure of the power feeding circuit connected to each high-frequency input / output port is not specifically described, but the effect of the present invention is not limited to a specific power feeding structure.
The power feeding circuit may be connected via an unbalanced line such as a coaxial cable. In the case of a balanced antenna such as the
In addition, a coupling power feeding method in which a gap is provided in each high-frequency input / output port portion and power is fed by coupling from a transmission line provided close to each gap is also conceivable. An antenna device to which the present invention is applied can be realized regardless of the feeding method.
実施の形態２．
実施の形態１では、地板１６０と第１の短絡線１０２の間に短絡スイッチ１３０を設けたことにより、第１の逆Ｆアンテナと第２の逆Ｆアンテナが動作するモードとモノポールアンテナとダイポールアンテナが動作するモードを切り替えられるようにすることで、ダイバーシチの効果を高めた場合について説明した。
本実施の形態では、短絡スイッチを更に設けた場合について説明する。
図２は、本実施の形態に係るアンテナ装置の一例を示す構成図であり、図２において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施の形態に係るアンテナ装置は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、第１のアンテナ素子１０１と第１の給電線１０３との間に第３のスイッチ２０１を設け、第２のアンテナ素子１１１と第２の給電線１１３との間に第４のスイッチ２０２を設け、第１のアンテナ素子１０１と第４の高周波入出力ポート１５１の間に第５のスイッチ２０３を設け、第２の短絡線１１２と導体１２０の接続点と地板１６０の間に第２の短絡スイッチ１３１（第２のスイッチ）を設けた点が異なる。
In the first embodiment, by providing the short-
In this embodiment, a case where a short-circuit switch is further provided will be described.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the antenna device according to the present embodiment. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
The antenna device according to this embodiment has the same basic configuration as that of Embodiment 1, but a
本アンテナ装置の動作を説明する。
第１の短絡スイッチ１３０が短絡されている場合、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０に高周波入出力ポートを接続するため、第３のスイッチ２０１と第４のスイッチ２０２を短絡する。同時に、第５のスイッチ２０３は開放する。第２の短絡スイッチ１３１は短絡する。
こうすることで、第３の高周波入出力ポート１４１と第４の高周波入出力ポート１５１を第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０から切り離すまたは短絡する事ができるので、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０の性能が向上する。
例えば、本アンテナ装置を送信アンテナとして動作させる場合、第１の高周波入出力ポート１０４および第２の高周波入出力ポート１１４から給電した電力が、第３の高周波入出力ポート１４１と第４の高周波入出力ポート１５１に吸収される事を防ぐことができるので、給電した電力のうち遠方への放射に寄与する電力の割合を増やす事が可能となる。The operation of the antenna device will be described.
When the first short-
By doing so, the third high-frequency input /
For example, when this antenna apparatus is operated as a transmission antenna, the power supplied from the first high-frequency input /
第１の短絡スイッチ１３０が開放されている場合、第２の短絡スイッチ１３１、第３のスイッチ２０１、第４のスイッチ２０２は開放し、第５のスイッチ２０３は短絡する。
こうすることで、第１の高周波入出力ポート１０４と第２の高周波入出力ポート１１４をモノポールアンテナ１４０およびダイポールアンテナ１５０から切り離す事ができるので、モノポールアンテナ１４０およびダイポールアンテナ１５０の性能が向上する。
例えば、本アンテナ装置を送信アンテナとして動作させる場合、第３の高周波入出力ポート１４１および第４の高周波入出力ポート１５１から給電した電力が、第１の高周波入出力ポート１０４と第２の高周波入出力ポート１１４に吸収される事を防ぐことができるので、給電した電力のうち遠方への放射に寄与する電力の割合を増やす事が可能となる。When the first short-
By doing so, the first high frequency input /
For example, when this antenna apparatus is operated as a transmission antenna, the power supplied from the third high-frequency input /
以上のように、本実施の形態では、短絡スイッチ１３０の他に、短絡スイッチ１３１、スイッチ２０１、スイッチ２０２、スイッチ２０３を設けることにより、給電した電力のうち遠方への放射に寄与する電力の割合を増やすと言う効果を得ることが可能となった。
なお、本実施の形態では、２つの短絡スイッチと３つのスイッチを用いた構成を例に用いて説明したが、これらのスイッチを全て利用することは必須ではなく、一部のスイッチのみを配置した場合でも効果が得られる事は明らかである。またスイッチは先に述べた半導体で構成される電気的なスイッチであっても良いし、リレーや微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のような機械的なスイッチでもよい。As described above, in the present embodiment, by providing the short-
In the present embodiment, the configuration using two short-circuit switches and three switches has been described as an example. However, it is not essential to use all of these switches, and only some of the switches are arranged. It is clear that even if it is effective. The switch may be an electrical switch composed of the semiconductor described above, or may be a mechanical switch such as a relay or a micro electro mechanical system (MEMS).
また本実施の形態においては、図２にアンテナ装置の構成例を示したが、スイッチの位置はこれに限定される物ではない。すなわち、第３のスイッチ２０１は必ずしも第１の短絡線１０３の第１のアンテナ素子側の端部に配置する必要は無く、第１の短絡線１０３の第１の高周波入出力ポート１０４側の端部に配置しても良いし、短絡線１０３の途中に挿入しても良い。いずれも類似の効果が得られる。また第４のスイッチ２０２、第５のスイッチ２０３、第１の短絡スイッチ１３０、第２の短絡スイッチ１３１に関しても同様である。
In the present embodiment, the configuration example of the antenna device is shown in FIG. 2, but the position of the switch is not limited to this. In other words, the
実施の形態３．
実施の形態２では、短絡スイッチ１３０、短絡スイッチ１３１、スイッチ２０１、湿地２０２、スイッチ２０３を用いることにより、給電した電力のうち遠方への放射に寄与する電力の割合を増やす場合について説明した。
本実施の形態３では、これらのスイッチを集中定数素子（定数素子）に置き換えた場合について説明する。
図３は、本実施の形態に係るアンテナ装置の一例を示す構成図であり、図３において、図２と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施の形態に係るアンテナ装置は、実施の形態２と基本的な構成は同じであるが、第３のスイッチ２０１を第１の集中定数素子３０１で置き換え、第４のスイッチ２０２を第２の集中定数素子３０２で置き換え、第５のスイッチ２０３を第３の集中定数素子３０３で置き換え、第１の短絡スイッチ１３０を第４の集中定数素子３３０で置き換え、第２の短絡スイッチ２０２を第５の集中定数素子３３１で置き換えた点が異なる。Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, the case where the ratio of the power that contributes to the distant radiation is increased in the supplied power by using the short-
In the third embodiment, a case where these switches are replaced with lumped constant elements (constant elements) will be described.
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of the antenna device according to the present embodiment. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
The basic configuration of the antenna device according to this embodiment is the same as that of the second embodiment, but the
本アンテナ装置の動作を説明する。
第１の集中定数素子３０１は、第１のアンテナ素子１０１と第１の給電線１０３を接続するように設けられている。第２の集中定数素子３０２は第２のアンテナ素子１０２と第２の給電線１１３を接続するように設けられている。第３の集中定数素子３０３は第４の高周波入出力ポート１５１を第１の短絡線１０２に接続するように設けられている。第４の集中定数素子３３０は第１の短絡線１０２を地板１６０に短絡するように設けられている。第５の集中定数素子３３１は第２の短絡線１１２を地板１６０に短絡するように設けられている。The operation of the antenna device will be described.
The first lumped
各集中定数素子はジャンパ抵抗等、短絡できるものであれば何であってよい。先に述べたとおり、図３に示したように、本実施の形態に係るアンテナ装置は、図２に示した実施の形態２に係るアンテナ装置におけるスイッチを集中定数素子で置き換えたものである。
従って実施の形態２におけるスイッチの接続を本実施の形態における集中定数素子の接続に、実施の形態２におけるスイッチの開放を本実施の形態における集中定数素子の除去に置き換えることで、実施の形態２と同様の効果を得ることが出来る。Each lumped element may be anything such as a jumper resistor that can be short-circuited. As described above, as shown in FIG. 3, the antenna device according to the present embodiment is obtained by replacing the switch in the antenna device according to the second embodiment shown in FIG. 2 with a lumped element.
Accordingly, the connection of the switch in the second embodiment is replaced with the connection of the lumped constant element in the present embodiment, and the opening of the switch in the second embodiment is replaced with the removal of the lumped constant element in the present embodiment. The same effect as can be obtained.
なお、本実施の形態を適用することでスイッチの開放または短絡を動的に切り替えることはできなくなる。しかし、例えばさまざまな機器に内蔵される通信装置においては、内蔵される機器によってアンテナ性能、すなわち受信アンテナ装置であれば受信機に入力される信号レベルが最大となり、送信アンテナ装置であれば空間に放射される電力が最大となるダイバーシチアンテナが得られるスイッチの状態は異なるものの、時間によってアンテナ性能、特にここではアンテナ間の結合は変化しない。
また、機械的、電気的なスイッチは、いずれもジャンパ抵抗よりも高コストである。そのため、内蔵先ごとに最適なスイッチの状態を設計段階の事前評価によってあらかじめ特定しておき、スイッチの開放を集中定数素子の除去、スイッチの接続を集中定数素子の接続にそれぞれ置き換えて本アンテナを通信機器に内蔵することで、実施の形態２と同様の効果を得つつ通信装置の低コスト化を図ることが出来る。
また、実施の形態２において必要となるスイッチの制御線やバイアス線が必要なくなるため、アンテナ装置の構造が簡易化できるという効果を有する。It should be noted that by applying this embodiment, it becomes impossible to dynamically switch the open or short of the switch. However, for example, in communication devices built in various devices, the antenna performance by the built-in devices, that is, the signal level input to the receiver is maximized if it is a receiving antenna device, and in the space if it is a transmitting antenna device. Although the state of the switch from which the diversity antenna with the maximum radiated power is obtained is different, the antenna performance, particularly the coupling between the antennas does not change with time.
Also, both mechanical and electrical switches are more expensive than jumper resistors. For this reason, the optimal switch state for each built-in location is specified in advance by a preliminary evaluation at the design stage, and the switch is replaced by removing the lumped element and replacing the switch connection with the lumped element connection. By incorporating it in the communication device, it is possible to reduce the cost of the communication device while obtaining the same effect as in the second embodiment.
In addition, since the switch control lines and bias lines required in the second embodiment are not necessary, the antenna device structure can be simplified.
更に、機械的、電気的なスイッチも短絡時には完全な短絡とはならず、寄生抵抗を持つ事が知られており、アンテナとして動作させる場合には損失要因として振舞う。アンテナに供給される電力をＰとすると、アンテナを構成する導体のもつ抵抗成分Ｒｄ、電磁波の放射として消費される電力を表す等価的な抵抗Ｒｒ、スイッチの寄生抵抗Ｒｐ、アンテナの入力インピーダンスのリアクタンス成分Ｘ、高周波電流Ｉの関係は以下の式で表される。
Ｐ＝（Ｒｄ＋Ｒｒ＋Ｒｐ＋ｊＸ）ＩＩ＊
ここで、ｊは虚数単位、Ｉ＊は複素数Ｉの共役複素数である。この式から明らかな通り、アンテナに供給される電力Ｐが一定である場合、Ｒｐが大きいほど放射電力ＲｒＩＩ＊は小さくなる。Further, it is known that mechanical and electrical switches are not completely short-circuited when short-circuited, and have parasitic resistance, and behave as a loss factor when operated as an antenna. If the power supplied to the antenna is P, the resistance component Rd of the conductor constituting the antenna, the equivalent resistance Rr representing the power consumed as radiation of the electromagnetic wave, the parasitic resistance Rp of the switch, and the reactance of the input impedance of the antenna The relationship between the component X and the high frequency current I is expressed by the following equation.
P = (Rd + Rr + Rp + jX) II *
Here, j is an imaginary unit, and I * is a conjugate complex number of the complex number I. As is clear from this equation, when the power P supplied to the antenna is constant, the radiated power RrII * decreases as Rp increases.
本実施の形態では、スイッチのかわりに集中定数素子を用いており、そのジャンパ抵抗は例えば０．０５Ω等の極めて小さな寄生抵抗しか持たない。このため、その分電波の放射として利用される電力が大きくなり、放射される電波の強度が強くなるという効果を有する。 In this embodiment, a lumped constant element is used instead of a switch, and the jumper resistance has only a very small parasitic resistance such as 0.05Ω. For this reason, there is an effect that the power used for radio wave radiation is increased correspondingly, and the intensity of the radio wave emitted is increased.
また別の構成として、集中定数素子をキャパシタによって構成する方法も考えられる。キャパシタンスをＣ、高周波信号の周波数をｆとすると、キャパシタのリアクタンスＸＣは以下の式で計算される。
ＸＣ＝１／（２πｆＣ）As another configuration, a method in which the lumped constant element is configured by a capacitor is also conceivable. When the capacitance is C and the frequency of the high frequency signal is f, the reactance XC of the capacitor is calculated by the following equation.
XC = 1 / (2πfC)
例えば、高周波信号の周波数が１ＧＨｚの場合、２２０ｐＦの容量を持つキャパシタのリアクタンス値は０．７２Ωであり電気的にはほぼ短絡と見なす事ができるので、集中定数素子としてジャンパ抵抗を利用した場合と同様の効果を得ることが出来る。 For example, when the frequency of a high-frequency signal is 1 GHz, the reactance value of a capacitor having a capacity of 220 pF is 0.72Ω, which can be regarded as an electrical short circuit. Therefore, when a jumper resistor is used as a lumped constant element, Similar effects can be obtained.
実施の形態４．
実施の形態１から３では平面状の地板１６０上にアンテナ装置が設けられた場合について伸べてきた。本実施の形態４では、略垂直の角を持つ地板４００を用いてアンテナ装置を構成した場合について説明する。
図４は、本実施の形態に係るアンテナ装置の一例を示す構成図であり、図４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施の形態に係るアンテナ装置は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、地板１６０の代わりに、地板４００を有する点が異なる。
地板４００は、略垂直な角を持つ地板であって、地板４００には第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０が第１の短絡スイッチ１３０と導体１２０を介して接地されている。
第１の高周波入出力ポート１０４は、第１の給電線１０３と地板４００の間に設けられており、第２の高周波入出力ポート１１４は第２の給電線１１３と地板４００の間に設けられている。
地板４００は、第１のアンテナ素子１０１に沿った方向の辺４０１と、第２のアンテナ素子１１１に沿った方向の辺４０２とを持つ。
In the first to third embodiments, the case where the antenna device is provided on the
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the antenna device according to the present embodiment. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
The antenna device according to the present embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, except that a
The
The first high frequency input /
The
本アンテナ装置の動作を、送信アンテナを例にとり説明する。
まず、スイッチ１３０を短絡し第１の逆Ｆアンテナ１００および第２の逆Ｆアンテナ１１０が動作する状態について説明する。逆Ｆアンテナのように地板上に設けられるアンテナ（不平衡給電アンテナ）は、アンテナに給電する際に地板にも高周波電流（不平衡電流）が流れることが知られている。また特に小形アンテナでは、地板に流れる不平衡電流からの放射が無視出来ず、アンテナそのものに流れる高周波電流からの放射と同程度またはそれよりも大きくなる場合もあることが知られている。また、高周波電流は、表皮効果の影響により導体の端部に集中して流れることが知られている。
実施の形態１から３においては、第１の高周波入力ポートに給電した際に流れる不平衡電流と第２の高周波入力ポートに給電した際に流れる不平衡電流はどちらも地板１６０の端部を流れる。すなわち２つの不平衡電流は平行な関係にあり、不平衡電流から空間に放射される電磁波の偏波も平行である。（電流の流れる向き＝電磁波の偏波）The operation of this antenna apparatus will be described by taking a transmission antenna as an example.
First, a state where the
In the first to third embodiments, both the unbalanced current that flows when power is supplied to the first high-frequency input port and the unbalanced current that flows when power is supplied to the second high-frequency input port flow through the end portion of the
図４の第１の高周波入出力ポート１０４から給電した場合、不平衡電流は地板４００の辺４０１に集中して流れる。従って、第１の高周波入出力ポート１０４に給電した場合にアンテナ装置から放射される電磁波は、典型的には辺４０１に平行な偏波が主偏波となる。
一方、第２の高周波入出力ポート１１４から給電した場合、不平衡電流は地板４００の辺４０２に集中して流れる。従って、第２の高周波入出力ポート１１４に給電した場合にアンテナ装置から放射される電磁波は、典型的には辺４０２に平行な偏波が主偏波となる。When power is supplied from the first high-frequency input /
On the other hand, when power is supplied from the second high-frequency input /
辺４０１と辺４０２は略垂直であるため、第１の高周波入出力ポート１０４と第２の高周波入出力ポート１１４から給電した場合に不平衡電流によってアンテナ装置から放射される電界の振動方向も略垂直となり、偏波が直交していることになる。
一般的に、偏波が直交する場合、アンテナ間の相関は小さくなることが知られている。また、第１の給電線１０３と第２の給電線１１３は平行であるので、これらに分布する高周波電流からの放射は同じ偏波方向となってしまうものの、第１のアンテナ素子１０１と第２のアンテナ素子１１１は略直交しているため、これらに分布する高周波電流からの放射は偏波が直交している。すなわち本実施の形態のように、地板４００にアンテナ装置を設けることで、第１の逆Ｆアンテナ１００と第２の逆Ｆアンテナ１１０間の相関を小さくでき、これはすなわちダイバーシチの効果が大きいことを示す。Since the
In general, it is known that the correlation between antennas becomes small when the polarizations are orthogonal. In addition, since the
次に、スイッチ１３０を開放し、モノポールアンテナ１４０とダイポールアンテナ１５０が動作する場合について説明する。
まずは図５を用いてモノポールアンテナ１４０の動作を説明する。図５はモノポールアンテナとして動作している部分のみを取り出した図であり、導体に沿って描かれている破線矢印は高周波入出力ポートから給電した場合の電流の方向を示している。なお、Ｘ座標とＹ座標を図５のように定義する。
本実施の形態では、第１のアンテナ素子１００と第２のアンテナ素子１１０、第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２、辺４０１と辺４０２が対称形状であり、方向Ｘは第１および第２の短絡線に沿った方向である場合を仮定しているが、そうでない場合でも類似の効果が得られるのは明らかである。
また、第１のアンテナ素子１００と第２のアンテナ素子１１０は辺４０１と辺４０２に沿った方向でなくとも同様の効果が得られる。Next, a case where the
First, the operation of the
In the present embodiment, the
The
次に、各導体に分布する高周波電流から放射される電界の偏波方向を考える。第１の短絡線および第２の短絡線に流れる高周波電流からの放射は、Ｘ方向の偏波成分のみをもつ。両放射は、同相であるので強めあう。
第１のアンテナ素子に流れる高周波電流からの放射は、Ｘ方向とＹ方向両方の偏波成分をもつ。そして、第２のアンテナ素子に流れる高周波電流からの放射も、Ｘ方向とＹ方向両方の偏波成分をもつ。
ここで、第１のアンテナ素子からの放射のＸ成分と第２のアンテナ素子からの放射のＸ成分は、同相であるので強めあう。
その一方、第１のアンテナ素子からの放射のＹ成分と第２のアンテナ素子からの放射のＹ成分は、逆位相であるので打ち消しあう。
同様に辺４０１および辺４０２に流れる高周波電流からの放射は、Ｘ方向とＹ方向両方の偏波成分をもち、Ｘ方向成分は強めあい、Ｙ方向成分は打ち消しあう。
以上より、第３の高周波入出力ポート１４１から給電した場合のアンテナ装置からの放射電界はＸ方向成分しか持たない。Next, consider the polarization direction of the electric field radiated from the high-frequency current distributed in each conductor. The radiation from the high-frequency current flowing through the first short-circuit line and the second short-circuit line has only the polarization component in the X direction. Since both radiations are in phase, they will be strengthened.
Radiation from the high-frequency current flowing through the first antenna element has polarization components in both the X direction and the Y direction. The radiation from the high-frequency current flowing through the second antenna element also has polarization components in both the X direction and the Y direction.
Here, since the X component of the radiation from the first antenna element and the X component of the radiation from the second antenna element are in phase, they are strengthened.
On the other hand, since the Y component of the radiation from the first antenna element and the Y component of the radiation from the second antenna element have opposite phases, they cancel each other.
Similarly, the radiation from the high-frequency current flowing in the
As described above, the radiated electric field from the antenna device when power is supplied from the third high-frequency input /
次に、図６を用いてダイポールアンテナ１５０の動作を説明する。図６は、ダイポールアンテナとして動作している部分のみを取り出した図であり、図５と同様に座標と電流の方向を示している。
第１のアンテナ素子に流れる高周波電流からの放射は、Ｘ方向成分とＹ方向成分両方を持つ。そして、第２のアンテナ素子に流れる高周波電流からの放射も、Ｘ方向成分とＹ方向成分両方を持つ。
ここで、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は、第４の高周波入出力ポートのそれぞれの極に接続されている事を踏まえると、Ｘ成分同士は打ち消しあい、Ｙ成分同士は強めあう事が分かる。
以上より、第４の高周波入出力ポートから給電した場合のアンテナ装置からの放射電界はＹ方向成分しか持たない。Next, the operation of the
Radiation from the high-frequency current flowing through the first antenna element has both an X-direction component and a Y-direction component. The radiation from the high frequency current flowing through the second antenna element also has both an X direction component and a Y direction component.
Here, considering that the first antenna element and the second antenna element are connected to the respective poles of the fourth high-frequency input / output port, the X components cancel each other and the Y components strengthen each other. I understand that.
As described above, the radiated electric field from the antenna device when power is supplied from the fourth high-frequency input / output port has only the Y-direction component.
まとめると、短絡スイッチ１３０を開放し、第３の高周波入出力ポートから給電した場合の放射電界は、Ｘ成分のみをもち、第４の高周波入出力ポートから給電した場合の放射電界はＹ成分のみを持つ。
すなわち偏波が直交しているため、モノポールアンテナとダイポールアンテナ間の相関を小さくでき、ダイバーシチの効果を高められるという効果が得られる。In summary, the radiation field when the short-
That is, since the polarization is orthogonal, the correlation between the monopole antenna and the dipole antenna can be reduced, and the effect of enhancing the diversity can be obtained.
以上より、本実施の形態のように地板４００にアンテナ装置を設けることで、スイッチ１３０の状態が短絡、開放のいずれの場合でも、相関の低いアンテナをスイッチ１３０の短絡状態と開放状態で２つずつ得ることが出来、ダイバーシチの効果を向上させる事ができる。
また動作原理から明らかな通り、第１の逆Ｆアンテナ１００が設けられる地板４００の辺４０１と第２の逆Ｆアンテナ１１０が設けられる地板４００の辺４０２が、完全に垂直でない場合でも類似の効果が得られる。
例えば、辺が垂直から±１５度以内の偏差を持っている場合、偏波間の結合は、２０ｌｏｇ１０ｓｉｎ（１５°）＝−１１．７ｄＢ以下となり、十分な効果が得られる。As described above, by providing the antenna device on the
Further, as apparent from the operation principle, a similar effect is obtained even when the
For example, when the side has a deviation within ± 15 degrees from the vertical, the coupling between the polarized waves is 20 log 10 sin (15 °) = − 11.7 dB or less, and a sufficient effect is obtained.
実施の形態５．
実施の形態１から４では、第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２の形状が通常の場合について説明した。本実施の形態では、第１の短絡線１０２と第２の短絡線１１２を、少なくとも向かい合う一辺がメアンダ形状とした場合について説明する。
図７は、本実施の形態に係るアンテナ装置の一例を示す構成図であり、図７において、図１と同一符号は、同一または相当部分を示している。
本実施の形態に係るアンテナ装置は、実施の形態１と基本的に同じであるが、第１の短絡線１０２の代わりに短絡線の一辺だけがメアンダ形状である第３の短絡線５０１を、第２の短絡線１１２の代わりに短絡線の一辺だけがメアンダ形状である第４の短絡線５０２を設けた点が異なる。Embodiment 5. FIG.
In the first to fourth embodiments, the case where the shapes of the first short-
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an example of the antenna device according to the present embodiment. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
The antenna device according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but instead of the first short-
実施の形態１と同様、第３の短絡線５０１、導体１２０、第４の短絡線５０２で囲まれた凹型の構造は、チョーク構造として動作する。そしてチョークの深さが波長の１／４のときに最もチョークが効果的に動作し、アンテナ間の結合を低減できることが知られている。
実施の形態１の場合と違い、本実施の形態では、チョーク構造の壁面となる第３の短絡線５０１と第４の短絡線５０２がメアンダ形状となっているため、電気的にはチョークの深さが深くなっているように見える。
すなわち、第１の逆Ｆアンテナと第２の逆Ｆアンテナの高さが１／４波長よりも短い場合であっても、短絡線の部分を第３の短絡線５０１と第４の短絡線５０２とすることで結合低減効果が大きくなる。Similar to the first embodiment, the concave structure surrounded by the third short-
Unlike the case of the first embodiment, in the present embodiment, the third short-
That is, even if the heights of the first inverted F antenna and the second inverted F antenna are shorter than ¼ wavelength, the short-circuited portion is replaced with the third short-circuited
本発明は実施例を参照して説明されているが、当業者によって様々な変更がなされることが考えられ、本発明の観点から逸脱することなしに構成要素の配置や形状を変更したりすることも可能である。
例えば、第１のアンテナ素子１００、第２のアンテナ素子１１０の一部をメアンダ形状や渦巻き形状として小形化を実現する事や、アンテナ素子にリアクタンス素子を装荷しインピーダンス整合を改善することはアンテナ技術として一般的であり、容易に想定される変更である。またアンテナ素子を分岐させたり非励振素子を組み合わせたりする事でアンテナ装置を複数周波数に対応させる事、アンテナ装置を基板上に銅箔パターンで作製する事で小型化、低コスト化を実現する事なども当該分野で一般的な技術であり、適用が想定される。Although the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, various modifications may be made by those skilled in the art, and the arrangement and shape of the components may be changed without departing from the scope of the present invention. It is also possible.
For example, part of the
更に、本発明の観点は、ここで説明した様々な実施例を組み合わせること、本質的な観点から逸脱することなしに、本発明を適用するため変更させることも可能である。それゆえ、発明は開示した実施例に限定されず、発明は付加した請求項の観点内に落とし込むためのすべての実施例を含むものであることが意図されている。 Furthermore, aspects of the invention can be modified to apply the invention without departing from the essential aspects by combining the various embodiments described herein. Therefore, the invention is not limited to the disclosed embodiments, and the invention is intended to include all embodiments for fall within the scope of the appended claims.
また上記では説明を簡便にするため送信アンテナ装置または受信アンテナ装置を例にとり説明を行ったが、同様の効果はアンテナ装置の可逆性（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）により送信アンテナ装置と受信アンテナ装置いずれでも得られる。 Further, in the above description, the transmission antenna apparatus or the reception antenna apparatus has been described as an example for the sake of simplicity. However, the same effect can be obtained in both the transmission antenna apparatus and the reception antenna apparatus due to the reciprocity of the antenna apparatus.
実施の形態６．
実施の形態３では、短絡スイッチを集中定数素子（定数素子）に置き換えた場合について説明した。
本実施の形態６では、これらの集中定数素子を短絡する目的で使用するだけではなく、放射パターンの調整に使用した場合について説明する。
図８は、本実施の形態に係るアンテナ装置の一例を示す構成図であり、図８において、図３と同一符号は同一または相当部分を示している。Embodiment 6 FIG.
In the third embodiment, the case where the short-circuit switch is replaced with a lumped constant element (constant element) has been described.
In the sixth embodiment, a case will be described in which these lumped constant elements are used not only for the purpose of short-circuiting but also used for adjusting a radiation pattern.
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example of the antenna device according to the present embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or corresponding parts.
本実施の形態に係るアンテナ装置は、実施の形態３と基本的な構成は同じであるが、第１の集中定数素子３０１を第１の集中定数素子接続用端子７０１で置き換え、第２の集中定数素子３０２を第２の集中定数素子接続用端子７０２で置き換え、第３の集中定数素子３０３を第３の集中定数素子接続用端子７０３で置き換え、第４の集中定数素子３３０を第４の集中定数素子接続用端子７３０で置き換え、第５の集中定数素子３３１を第５の集中定数素子接続用端子７３１で置き換え、第５の短絡線６０１と第６の短絡線６０２を設け、第５の短絡線６０１と第６の短絡線６０２の間に第６の集中定数素子接続用端子７１０を設け、導体１２０と第３の高周波入出力ポート１４１の間に第７の集中定数素子接続用端子７１１を設けた点が異なる。
The antenna device according to the present embodiment has the same basic configuration as that of the third embodiment, but the first lumped
集中定数素子接続用端子は、集中定数素子を取り付けたり取り外したりすることを可能とするための端子であり、集中定数素子を嵌め込むための金具であったり、それぞれの端子に集中定数素子が固定できるようにした樹脂製の部品であったりしてもよい。また、金具や部品などを使わず、集中定数素子をはんだ付けしたり圧着したりするためのランドだけであってもよい。
つまり、実施の形態３で説明した、第１の集中定数素子３０１は第１の集中定数素子接続用端子７０１に、第２の集中定数素子３０２は第２の集中定数素子接続用端子７０２に、第３の集中定数素子３０３は第３の集中定数素子接続用端子７０３に、第４の集中定数素子３３０は第４の集中定数素子接続用端子７３０に、第５の集中定数素子３３１は第５の集中定数素子接続用端子７３１に取り付けたり、取り外したりすることが可能である。
なお、図示していないが、第６の集中定数素子は第６の集中定数素子接続用端子７１０に、第７の集中定数素子は第７の集中定数素子接続用端子７１１に取り付けたり、取り外したりすることが可能である。The lumped constant element connection terminal is a terminal that allows the lumped constant element to be attached or detached, and is a bracket for fitting the lumped constant element, or the lumped constant element is fixed to each terminal. It may be a resin part that can be made. Further, it is possible to use only a land for soldering or crimping the lumped element without using metal fittings or parts.
That is, the first lumped
Although not shown, the sixth lumped constant element is attached to or detached from the sixth lumped constant
第６の集中定数素子接続用端子７１０の一端は第５の短絡線６０１と接続するように設けられ、集中定数素子接続用端子７１０のもう一方の一端は第６の短絡線６０２と接続するように設けられている。
第５の短絡線６０１のもう一方の端（第６の集中定数素子接続用端子７１０と接続していない方の端）は第１の短絡線１０２と接続するように設けられ、第６の短絡線６０２のもう一方の端（第６の集中定数素子接続用端子７１０と接続していない方の端）は第２の短絡線１１２と接続するように設けられている。
第７の集中定数素子接続用端子７１１は導体１２０と第３の高周波入出力ポート１４１を接続するように設けられている。One end of the sixth lumped
The other end of the fifth short-circuit line 601 (the end not connected to the sixth lumped constant element connection terminal 710) is provided so as to be connected to the first short-
The seventh lumped
本アンテナ装置の動作を説明する。
まず、第１の集中定数素子接続用端子７０１に第１の集中定数素子３０１を、第２の集中定数素子接続用端子７０２に第２の集中定数素子３０２を接続し、第１の逆Ｆアンテナ１００および第２の逆Ｆアンテナ１１０が動作する状態について説明する。なお、第１の集中定数素子３０１および第２の集中定数素子３０２としてジャンパ抵抗等、短絡できるものであれば何でもよい。
また、第４の集中定数素子接続用端子７３０には第４の集中定数素子３３０が、第５の集中定数素子接続用端子７３１には第５の集中定数素子３３１が、第６の集中定数素子接続用端子７１０には第６の集中定数素子が接続されており、第３の集中定数素子接続用端子７０３および第７の集中定数素子接続用端子７１１には集中定数素子が接続されていないものとする。The operation of the antenna device will be described.
First, the first lumped
Further, the fourth lumped constant
実施の形態４で述べたとおり、地板上に設けられるアンテナは、地板上にも高周波電流が流れるため、アンテナと共に地板も放射に寄与している。また、典型的な具体例として、逆Ｆアンテナの場合、第１の短絡線１０２および第２の短絡線１１２から地導体にかけた短絡箇所に強い高周波電流が流れる。
実施の形態３の場合と違い、本実施の形態では、強い高周波電流が流れる短絡箇所に接続されている第４の集中定数素子３３０および第５の集中定数素子３３１を、ジャンパ抵抗等、短絡できるものではなく、インダクタもしくはキャパシタとする。このようにすることで、アンテナ上および地板上の電流分布を変更することができる。すなわち、電流分布を変更できるということは、放射パターンを所望の形状に調整することができる。
また、第１の短絡線１０２、導体１２０、第２の短絡線１１２で囲まれたチョーク構造として動作する凹型部分にも強い高周波電流が流れるため、第６の集中定数素子をインダクタもしくはキャパシタとすることで、アンテナ上および地板上の電流分布を変更することができる。As described in the fourth embodiment, in the antenna provided on the ground plane, a high-frequency current flows also on the ground plane, so that the ground plane as well as the antenna contributes to radiation. As a typical example, in the case of an inverted-F antenna, a strong high-frequency current flows through the first short-circuited
Unlike the case of the third embodiment, in the present embodiment, the fourth lumped
In addition, since a strong high-frequency current flows through a concave portion that operates as a choke structure surrounded by the first short-
ここで、第６の集中定数素子をインダクタもしくはキャパシタとすることでチョーク構造としての効果が薄れるため、アンテナ装置単体では、アンテナ間の結合が高くなる。しかし、本アンテナ装置の近傍に、金属体あるいは誘電体などの物体が近接した場合には、チョーク構造が無くても結合が低い場合がある。
例えば、第１の逆Ｆアンテナから放射された電磁波の一部は近接して存在する第２の逆Ｆアンテナ１１０に直接到達するが、金属体あるいは誘電体などの物体で反射して第２の逆Ｆアンテナ１１０に到達する電磁波もある。
これらの電磁波が逆位相で弱めあう場合、第２の高周波入出力ポート１１４に吸収される電磁波は低減される。つまり、チョーク構造が無くてもアンテナ間の結合が低くなる。
第６の集中定数素子をインダクタもしくはキャパシタとすることでアンテナ間の結合は高くなるが、その結合度合を見極めつつ第６の集中定数素子を調整することで、放射パターンを所望の形状に調整することができる。Here, since the effect of the choke structure is reduced by using the sixth lumped constant element as an inductor or a capacitor, the antenna device alone has high coupling between the antennas. However, when an object such as a metal or dielectric is in the vicinity of the antenna device, coupling may be low even without a choke structure.
For example, a part of the electromagnetic wave radiated from the first inverted F antenna directly reaches the second
When these electromagnetic waves weaken in the opposite phase, the electromagnetic waves absorbed by the second high frequency input /
Although the coupling between the antennas is increased by using the sixth lumped constant element as an inductor or a capacitor, the radiation pattern is adjusted to a desired shape by adjusting the sixth lumped constant element while determining the degree of coupling. be able to.
次に、第３の集中定数素子接続用端子７０３に第３の集中定数素子３０３を、第７の集中定数素子接続用端子７１１に第７の集中定数素子を接続し、モノポールアンテナ１４０とダイポールアンテナ１５０が動作する状態について説明する。なお、第７の集中定数素子としてジャンパ抵抗等、短絡できるものであれば何でもよい。
また、第４の集中定数素子接続用端子７３０には第４の集中定数素子３３０が、第５の集中定数素子接続用端子７３１には第５の集中定数素子３３１が接続されており、第１の集中定数素子接続用端子７０１、第２の集中定数素子接続用端子７０２および第６の集中定数素子接続用端子７１０には集中定数素子が接続されていないものとする。
まずはモノポールアンテナ１４０の動作を説明する。
実施の形態１での説明のとおり、第４の集中定数素子３３０および第５の集中定数素子３３１を開放とした場合、第１のアンテナ素子１０１に流れる高周波電流から放射される電磁界と第２のアンテナ素子１１１に流れる高周波電流から放射される電磁波は逆位相となり弱めあう。更に、第１の導体部１２１と第２の導体部１２２それぞれに流れる高周波電流から放射される電磁波も逆位相となり弱めあう。Next, the third lumped
The fourth lumped
First, the operation of the
As described in the first embodiment, when the fourth lumped
しかし、本実施の形態では、第４の集中定数素子３３０および第５の集中定数素子３３１を、インダクタもしくはキャパシタとすることで、各アンテナ素子上および各導体上の電流振幅を変更し、打ち消しあいを低減することが可能である。
従って、第１のアンテナ素子１０１と第２のアンテナ素子１１１と第１の導体部１２１と第２の導体部１２２からの放射も、遠方への放射に寄与することになり、すなわち放射パターンを所望の形状に調整することができる。
次に、ダイポールアンテナ１５０の動作を説明する。
典型的な例として、第４の高周波入出力ポート１５１から給電した場合、アンテナ素子１０１、第２のアンテナ素子１１１に分布する高周波電流は同振幅、同位相となり、第４の高周波入出力ポート１５１からアンテナ素子対して垂直方向への放射が最も強くなる。
しかし、本実施の形態では、第３の集中定数素子３０３を、インダクタもしくはキャパシタとすることで、アンテナ素子１０１に流れる高周波電流を変更し、各アンテナ素子に分布する高周波電流を非対称とすることが可能である。
従って、第１のアンテナ素子１０１、第２のアンテナ素子１１１から強く放射される方向を変えることになり、すなわち放射パターンを所望の形状に調整することができる。However, in the present embodiment, the fourth lumped
Therefore, the radiation from the
Next, the operation of the
As a typical example, when power is supplied from the fourth high-frequency input /
However, in the present embodiment, by using the third lumped
Therefore, the direction of strong radiation from the
以上より、本実施の形態のように各集中定数素子をインダクタもしくはキャパシタとすることで、アンテナ素子に流れる高周波電流の分布を調整し、放射パターンを所望の形状に改善することができる効果を得る。
なお、本実施の形態においては、図８にアンテナ装置の構成例を示したが、第１の集中定数素子接続用端子７０１および第２の集中定数素子接続用端子７０２の位置はこれに限定される物ではない。すなわち、第１の集中定数素子接続用端子７０１は必ずしも第１の短絡線１０３の第１のアンテナ素子側の端部に配置する必要は無く、第１の短絡線１０３の第１の高周波入出力ポート１０４側の端部に配置しても良いし、短絡線１０３の途中に挿入しても良い。いずれも類似の効果が得られる。また第２の集中定数素子接続用端子７０２に関しても同様である。As described above, by using each lumped constant element as an inductor or a capacitor as in the present embodiment, it is possible to adjust the distribution of the high-frequency current flowing in the antenna element and improve the radiation pattern to a desired shape. .
In this embodiment mode, the configuration example of the antenna device is shown in FIG. 8, but the positions of the first lumped constant
実施の形態７．
実施の形態６では、平面状の地板１６０上にアンテナ装置が設けられた場合について述べてきた。本実施の形態７では、略垂直の角を持つ地板６２０を用いてアンテナ装置を構成した場合について説明する。
図９は、本実施の形態に係るアンテナ装置の一例を示す構成図であり、図９において、図８と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施の形態に係るアンテナ装置は、実施の形態６と基本的な構成は同じであるが、地板１６０の代わりに、地板６２０を有する点が異なる。
地板６２０は、略垂直な角を持つ有限の大きさを有する地板（ここでは限定しないが、例えば方形等）である。Embodiment 7 FIG.
In the sixth embodiment, the case where the antenna device is provided on the
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of the antenna device according to the present embodiment. In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 8 indicate the same or corresponding parts.
The antenna device according to the present embodiment has the same basic configuration as that of the sixth embodiment, except that a
The
前述のように、近年の無線通信装置は小型化が強く望まれており、波長に比べて小さいサイズの地板（例えば、一辺が１／４波長程度）へアンテナ装置を構成する場合がある。このとき、実施の形態６の構成であっても、第１のアンテナ素子１０１および第２のアンテナ素子１１１を１／８波長程度に短くすることで構成は可能であるが、アンテナ素子が１／４波長より短い場合、一般的にアンテナ性能が劣化する。
As described above, there is a strong demand for downsizing of recent wireless communication devices, and the antenna device may be configured on a ground plane having a size smaller than the wavelength (for example, one side is about 1/4 wavelength). At this time, even with the configuration of the sixth embodiment, the
実施の形態６の場合と違い、本実施の形態では、地板６２０の角にアンテナ装置を構成しているため、地板６２０が波長に比べて小さいサイズ（例えば、一辺が１／４波長程度）であっても、アンテナ素子を短くする必要がない。つまり、アンテナ性能を劣化させることなく、アンテナ装置を構成することが可能である。
Unlike the case of the sixth embodiment, in this embodiment, since the antenna device is configured at the corner of the
一方、図１０のように、本アンテナ装置の近傍に、金属体あるいは誘電体などの物体が近接した場合には、アンテナ間の相関が低くダイバーシチ機能が有効に働く場合であっても、アンテナ周辺の構造物の影響により、所望の放射パターンが得られない場合がある。 例えば、アンテナ装置単体では水平面（ＸＹ面）の方向に高い利得を示していたとしても、近接する物体の影響でアンテナ上および地板上の電流分布が変わる、または近接する物体での反射散乱などの原因により、水平方向への放射が打ち消されることがある。
このような場合において、本実施の形態は有効であり、放射パターンを所望の状態に調整することで、水平方向への放射を改善させることが可能となる。On the other hand, as shown in FIG. 10, when an object such as a metal or dielectric is in the vicinity of the antenna device, even if the diversity function works effectively even if the diversity between the antennas is low, The desired radiation pattern may not be obtained due to the influence of the structure. For example, even if the antenna device alone shows a high gain in the direction of the horizontal plane (XY plane), the current distribution on the antenna and the ground plane changes due to the influence of an adjacent object, or reflection scattering on an adjacent object, etc. Due to the cause, horizontal radiation may be canceled out.
In such a case, the present embodiment is effective, and it is possible to improve the radiation in the horizontal direction by adjusting the radiation pattern to a desired state.
この実施の形態７の効果について、金属体あるいは誘電体などの物体が近接した場合の逆Ｆアンテナを例にとって考察する。図１０はＬ字型の装置６３０（金属体、誘電体、あるいは、金属体及び誘電体の双方から構成されている装置）の前方に本アンテナ装置を搭載した場合を想定した斜視図である。 The effect of the seventh embodiment will be considered by taking an inverted F antenna when an object such as a metal body or a dielectric is close to each other as an example. FIG. 10 is a perspective view assuming that the antenna device is mounted in front of an L-shaped device 630 (a metal body, a dielectric body, or an apparatus composed of both a metal body and a dielectric body).
本実施の形態では、第４の集中定数素子３３０、第５の集中定数素子３３１および第６の集中定数素子のインダクタもしくはキャパシタにおける調整方法について説明する。インダクタもしくはキャパシタを用いて偏角を調整し、アンテナ素子上および地板上の電流分布を変更する方法をとっている。
ここで、インダクタ、キャパシタを特性インピーダンス50Ωの給電系に接続した場合を考え、その反射係数から偏角を定義している。偏角をθとすると、反射係数の実部Ｒｅ(Γ)、虚部Ｉｍ(Γ)が以下の式から計算される。
Ｒｅ(Γ)＝ＣＯＳθ
Ｉｍ(Γ)＝ＳＩＮθ
また、特性インピーダンスを５０Ωとした場合、反射係数の実部Ｒｅ(Γ)、虚部Ｉｍ(Γ)から入力インピーダンスのリアクタンス成分Ｘが以下の式から求められる。
Ｘ＝（２×Ｉｍ(Γ)）／（（１−Ｒｅ(Γ)）２＋Ｉｍ(Γ) ２）×５０
偏角θが０〜１８０°の場合、入力インピーダンスのリアクタンス成分ＸからインダクタンスＬが以下の式で表される。
Ｌ＝Ｘ／（２πｆ）
偏角θが１８０〜３６０°の場合、入力インピーダンスのリアクタンス成分ＸからキャパシタンスＣが以下の式で表される。
Ｃ＝−１／（２πｆＸ）
例えば、高周波信号の周波数ｆが１ＧＨｚで偏角θが９０°の条件に調整する場合、８．２ｎＨのインダクタを用いることで、その条件を得ることができる。In the present embodiment, a method of adjusting the fourth lumped
Here, considering the case where an inductor and a capacitor are connected to a power supply system having a characteristic impedance of 50Ω, the deflection angle is defined from the reflection coefficient. When the declination is θ, the real part Re (Γ) and the imaginary part Im (Γ) of the reflection coefficient are calculated from the following equations.
Re (Γ) = COSθ
Im (Γ) = SINθ
When the characteristic impedance is 50Ω, the reactance component X of the input impedance can be obtained from the following equation from the real part Re (Γ) and the imaginary part Im (Γ) of the reflection coefficient.
X = (2 × Im (Γ)) / ((1-Re (Γ)) 2 + Im (Γ) 2 ) × 50
When the deflection angle θ is 0 to 180 °, the inductance L is expressed by the following equation from the reactance component X of the input impedance.
L = X / (2πf)
When the deflection angle θ is 180 to 360 °, the capacitance C is expressed by the following equation from the reactance component X of the input impedance.
C = −1 / (2πfX)
For example, when the frequency f of the high frequency signal is adjusted to 1 GHz and the deviation angle θ is 90 °, the condition can be obtained by using an 8.2 nH inductor.
図１１は第４の集中定数素子３３０、第５の集中定数素子３３１および第６の集中定数素子を調整した場合の条件の一例を示す説明図であり、図１２は第２の逆Ｆアンテナ１１０のＸＹ面における平均利得の測定結果を示す説明図である。
図１１では、第４の集中定数素子３３０が偏角１８０°で第５の集中定数素子３３１が偏角９０°で第６の集中定数素子が偏角０°の場合が条件１、第４の集中定数素子３３０が偏角１８０°で第５の集中定数素子３３１が偏角９０°で第６の集中定数素子が偏角９０°の場合が条件２、第４の集中定数素子３３０が偏角９０°で第５の集中定数素子３３１が偏角９０°で第６の集中定数素子が偏角９０°の場合が条件３、第４の集中定数素子３３０が偏角９０°で第５の集中定数素子３３１が偏角９０°で第６の集中定数素子が偏角１８０°の場合が条件４を示している。
条件１では、−４ｄＢ以下の平均利得を示している。しかしながら、集中定数素子の条件を変更することで性能は改善し、条件４においは条件１に比べて１．９ｄＢ程度上昇している。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of conditions when the fourth lumped
In FIG. 11, the fourth lumped
Condition 1 shows an average gain of −4 dB or less. However, the performance is improved by changing the condition of the lumped element, and in
以上の結果から明らかなように、本実施の形態のように各集中定数素子をインダクタもしくはキャパシタとすることで、アンテナ素子に流れる高周波電流の分布を調整し、放射パターンを所望の形状に改善することができる効果を得る。
なお、本実施の形態においては、図１０にアンテナ装置の構成例を示したが、近傍にある装置はL字型に限定される物ではない。
As is clear from the above results, by using each lumped constant element as an inductor or a capacitor as in this embodiment, the distribution of the high-frequency current flowing through the antenna element is adjusted, and the radiation pattern is improved to a desired shape. The effect that can be obtained.
In the present embodiment, the configuration example of the antenna device is shown in FIG. 10, but a device in the vicinity is not limited to the L-shape.
１００ 第１の逆Ｆアンテナ、１０１ 第１のアンテナ素子、１０２ 第１の短絡線、１０３ 第１の給電線、１０４ 第１の高周波入出力ポート（第１の入出力点）、１１０ 第２の逆Ｆアンテナ、１１１ 第２のアンテナ素子、１１２ 第２の短絡線、１１３ 第２の給電線、１１４ 第２の高周波入出力ポート（第２の入出力点）、１２０ 導体、１２１ 導体、１２２ 導体、１３０ 第１の短絡スイッチ（第１のスイッチ）、１３１ 第２の短絡スイッチ（第２のスイッチ）、１４０ モノポールアンテナ、１４１ 第３の高周波入出力ポート（第３の入出力点）、１５０ ダイポールアンテナ、１５１ 第４の高周波入出力ポート（第４の入出力点）、１６０ 地盤、２０１ 第３のスイッチ、２０２ 第４のスイッチ、２０３ 第５のスイッチ、３０１ 第１の集中定数素子、３０２ 第２の集中定数素子、３０３ 第３の集中定数素子、３３０ 第４の集中定数素子、３３１ 第５の集中定数素子、４００ 地盤、４０１ 辺、４０２ 辺、５０１ 第３の短絡線、５０２ 第４の短絡線、６０１ 第５の短絡線、６０２ 第６の短絡線、６２０ 地板、６３０ Ｌ字型の通信端末、７０１ 第１の集中定数素子接続用端子、７０２ 第２の集中定数素子接続用端子、７０３ 第３の集中定数素子接続用端子、７３０ 第４の集中定数素子接続用端子、７３１ 第５の集中定数素子接続用端子、７１０ 第６の集中定数素子接続用端子、７１１ 第７の集中定数素子接続用端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 1st inverted F antenna, 101 1st antenna element, 102 1st short circuit line, 103 1st electric power feeding line, 104 1st high frequency input / output port (1st input / output point), 110 2nd Inverted F antenna, 111 second antenna element, 112 second short-circuit line, 113 second feed line, 114 second high frequency input / output port (second input / output point), 120 conductor, 121 conductor, 122 conductor , 130 first short-circuit switch (first switch), 131 second short-circuit switch (second switch), 140 monopole antenna, 141 third high-frequency input / output port (third input / output point), 150 Dipole antenna, 151 4th high frequency input / output port (4th input / output point), 160 ground, 201 3rd switch, 202 4th switch, 203 5th switch , 301 first lumped constant element, 302 second lumped constant element, 303 third lumped constant element, 330 fourth lumped constant element, 331 fifth lumped constant element, 400 ground, 401 side, 402 side, 501 3rd short-circuit wire, 502 4th short-circuit wire, 601 5th short-circuit wire, 602 6th short-circuit wire, 620 ground plane, 630 L-shaped communication terminal, 701 1st lumped element connection terminal, 702 second lumped constant element connection terminal, 703 third lumped constant element connection terminal, 730 fourth lumped constant element connection terminal, 731 fifth lumped constant element connection terminal, 710 sixth lumped constant Element connection terminal, 711 Seventh lumped constant element connection terminal.
Claims (13)
第１のアンテナ素子と、
第１のスイッチと、
第１の端が前記第１のアンテナ素子と接続し、第２の端が前記第１のスイッチを介して前記地板と接続する第１の短絡線と、
第１の端が前記第１のアンテナ素子と接続し、第２の端が第１の入出力点と接続する第１の給電線と、
第２のアンテナ素子と、
第１の端が前記第２のアンテナ素子と接続し、第２の端が前記第１の短絡線の第２の端と導体を介して接続する第２の短絡線と、
第１の端が前記第２のアンテナ素子と接続し、第２の端が第２の入出力点と接続する第２の給電線と、
前記導体に接続する第３の入出力点と、
前記第１の短絡線の第１の端と前記第２の短絡線の第１の端と接続する第４の入出力点と、を有し、
前記第１のアンテナ素子、前記第１の給電線、前記第１の短絡線、前記第１のスイッチ、前記第１の入出力点で第１の逆Ｆアンテナを構成し、
前記第２のアンテナ素子、前記第２の給電線、前記第２の短絡線、前記導体、前記第２の入出力点で第２の逆Ｆアンテナを構成し、
前記第１のアンテナ素子、前記第１の短絡線、前記第２のアンテナ素子、前記第２の短絡線、前記導体、前記第３の入出力点でモノポールアンテナを構成し、
前記第１のアンテナ素子、前記第１の短絡線、前記第２のアンテナ素子、前記第２の短絡線、前記導体、前記第４の入出力点でダイポールアンテナを構成し、
前記第１のスイッチを短絡した場合、前記第１の逆Ｆアンテナと前記第２の逆Ｆアンテナからなるダイバーシチアンテナを形成し、
前記第１のスイッチを開放した場合、前記モノポールアンテナと前記ダイポールアンテナからなるダイバーシチアンテナを形成することを特徴とするアンテナ装置。With the main plate,
A first antenna element;
A first switch;
A first short-circuit line having a first end connected to the first antenna element and a second end connected to the ground plane via the first switch;
A first feed line having a first end connected to the first antenna element and a second end connected to a first input / output point;
A second antenna element;
A first short end connected to the second antenna element; a second end connected to a second end of the first shorted line via a conductor;
A second feed line having a first end connected to the second antenna element and a second end connected to a second input / output point;
A third input / output point connected to the conductor;
A fourth input / output point connected to the first end of the first short-circuit line and the first end of the second short-circuit line;
The first antenna element, the first feed line, the first short-circuit line, the first switch, and the first input / output point constitute a first inverted F antenna,
The second antenna element, the second feed line, the second short-circuit line, the conductor, and the second input / output point constitute a second inverted F antenna,
The first antenna element, the first short-circuit line, the second antenna element, the second short-circuit line, the conductor, and the third input / output point constitute a monopole antenna,
A dipole antenna is constituted by the first antenna element, the first short-circuit line, the second antenna element, the second short-circuit line, the conductor, and the fourth input / output point.
When the first switch is short-circuited, a diversity antenna composed of the first inverted F antenna and the second inverted F antenna is formed,
When the first switch is opened, a diversity antenna including the monopole antenna and the dipole antenna is formed.
第１のアンテナ素子と、
第１の集中定数素子接続用端子と、
第１の端が前記第１のアンテナ素子と接続し、第２の端が前記第１の集中定数素子接続用端子を介して前記地板と接続する第１の短絡線と、
第１の端が前記第１のアンテナ素子と接続し、第２の端が第１の入出力点と接続する第１の給電線と、
第２のアンテナ素子と、
第１の端が前記第２のアンテナ素子と接続し、第２の端が前記第１の短絡線の第２の端と導体を介して接続する第２の短絡線と、
第１の端が前記第２のアンテナ素子と接続し、第２の端が第２の入出力点と接続する第２の給電線と、
前記導体に接続する第３の入出力点と、
前記第１の短絡線の第１の端と前記第２の短絡線の第１の端と接続する第４の入出力点と、を有し、
前記第１のアンテナ素子、前記第１の給電線、前記第１の短絡線、前記第１の集中定数素子接続用端子、前記第１の入出力点で第１の逆Ｆアンテナを構成し、
前記第２のアンテナ素子、前記第２の給電線、前記第２の短絡線、前記導体、前記第２の入出力点で第２の逆Ｆアンテナを構成し、
前記第１のアンテナ素子、前記第１の短絡線、前記第２のアンテナ素子、前記第２の短絡線、前記導体、前記第３の入出力点でモノポールアンテナを構成し、
前記第１のアンテナ素子、前記第１の短絡線、前記第２のアンテナ素子、前記第２の短絡線、前記導体、前記第４の入出力点でダイポールアンテナを構成し、
前記第１の集中定数素子接続用端子に集中定数素子を接続しなかった場合、前記第１の逆Ｆアンテナと前記第２の逆Ｆアンテナからなるダイバーシチアンテナを形成し、
前記第１の集中定数素子接続用端子に集中定数素子を接続した場合、前記モノポールアンテナと前記ダイポールアンテナからなるダイバーシチアンテナを形成することを特徴とするアンテナ装置。With the main plate,
A first antenna element;
A first lumped element connection terminal;
A first short-circuit wire having a first end connected to the first antenna element and a second end connected to the ground plane via the first lumped element connection terminal;
A first feed line having a first end connected to the first antenna element and a second end connected to a first input / output point;
A second antenna element;
A first short end connected to the second antenna element; a second end connected to a second end of the first shorted line via a conductor;
A second feed line having a first end connected to the second antenna element and a second end connected to a second input / output point;
A third input / output point connected to the conductor;
A fourth input / output point connected to the first end of the first short-circuit line and the first end of the second short-circuit line;
The first antenna element, the first feed line, the first short-circuit line, the first lumped element connection terminal, and the first input / output point constitute a first inverted F antenna,
The second antenna element, the second feed line, the second short-circuit line, the conductor, and the second input / output point constitute a second inverted F antenna,
The first antenna element, the first short-circuit line, the second antenna element, the second short-circuit line, the conductor, and the third input / output point constitute a monopole antenna,
A dipole antenna is constituted by the first antenna element, the first short-circuit line, the second antenna element, the second short-circuit line, the conductor, and the fourth input / output point.
When a lumped constant element is not connected to the first lumped constant element connection terminal, a diversity antenna including the first inverted F antenna and the second inverted F antenna is formed.
An antenna device, wherein a diversity antenna comprising the monopole antenna and the dipole antenna is formed when a lumped constant element is connected to the first lumped constant element connection terminal.
第１の端が前記第１の短絡線と接続し、第２の端が前記第６の集中定数素子接続用端子の第１の端と接続する第５の短絡線と、
第１の端が前記第２の短絡線と接続し、第２の端が前記第６の集中定数素子接続用端子の第２の端と接続する第６の短絡線と、
第１の端が前記導体と接続し、第２の端が前記第３の入出力点と接続する第７の集中定数素子接続用端子とを有することを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。A sixth lumped element connection terminal;
A fifth short-circuit line having a first end connected to the first short-circuit line and a second end connected to the first end of the sixth lumped element connection terminal;
A sixth short-circuit line having a first end connected to the second short-circuit line and a second end connected to a second end of the sixth lumped element connection terminal;
11. The antenna according to claim 10, further comprising: a seventh lumped constant element connection terminal having a first end connected to the conductor and a second end connected to the third input / output point. apparatus.
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