JP2004104678A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体通信等の無線機に使用されるダイバーシティ方式のアンテナ装置に関して、アイソレーションの取れた２つ以上の給電ポートを１つのアンテナに設けることにより、２本以上のアンテナを１本のアンテナにて実現し、小型で低コストなダイバーシティ方式のアンテナ装置を実現することを目的とする。
【解決手段】グランド板２に対向して設けられた電気長が概ね１／２波長の直径を有する円状の放射板１が、その周辺部に第１の給電ポート３と第２の給電ポート４を有しており、それらの給電ポートは各給電ポートと放射板１の中点が直交する位置に設けられ、さらに、放射板１の周辺部から概ね１／８波長の領域における放射板１とグランド板２の間には第１の基体５が充填され、それ以外の領域には第２の基体６が充填され、第１の基体５の比透磁率を比誘電率で割った値は第２の基体６の比透磁率を比誘電率で割った値より小さくなるように基体の選択がなされる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として移動体通信等に使用されるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の情報通信システムが使用可能な通信モジュールを図１３に示す。図１３の通信モジュール１００は、アンテナ１０１を備えたＢｌｕｅｔｏｏｔｈシステム１０３とアンテナ１０２を備えたＷ−ＬＡＮシステム１０４の両方のシステムが使用可能なものである。このような通信モジュール１００を設計する上で注意しなければならない点は、両システム１０３，１０４ともに２．４ＧＨｚ帯を使用している点と両システム１０３，１０４が同時に使用される点である。つまり、一方のシステムが送信している時に他方のシステムが受信状態であることも考えられ、この場合、一方のシステムの信号が他方のシステムにおいて妨害ノイズとなり、ＢＥＲ（Ｂｉｔ　Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ：ビット誤り率）の著しい劣化を引き起こすこともありうる。
【０００３】
これを防ぐため、従来は、アンテナを２つ用意したり、２周波共用アンテナを用意し、図１３の通信モジュール１００においては、各システム１０３，１０４にそれぞれアンテナ１０１，１０２を具備させることにより両システム間の信号の飛込みを防止している。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１１４５８２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７７３３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の構成では、２つのアンテナ１０１，１０２を物理的に離して配置する必要があるため、通信モジュール１００が搭載される筐体のサイズは必然的に大きくなってしまう。また、アンテナ１０１，１０２を２本使用することより、アンテナ搭載位置を２箇所確保する必要があるとともに、アンテナ１０１，１０２の製造コストも２倍必要となる。
【０００７】
これらの課題を克服するために、本発明はこれまで２本必要であったアンテナを１つのアンテナにて実現するものであり、１つのアンテナに２つ以上の給電ポートを設け、各ポート間のアイソレーションが取れる構成の具現化を図ったアンテナ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は、２つ以上の給電ポートを設けるとともに、各給電ポートをそれ以外の給電ポートより給電された時に放射板上で常に零電位となる領域に設置されたことを特徴としている。このような位置に各給電ポートを配置することにより、各給電ポート位置での電位が他の給電ポートからの高周波信号により時間的に変動させられないため、他の給電ポートからの高周波信号の漏れ込みを低減することができ、このようなアンテナ装置を用いることにより、２本必要であったアンテナを１本にて具現化できるためコスト削減を図ることができるとともに、筐体に必要であったアンテナ設置スペースを半減させることができ、筐体の小型化を実現することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、グランド板とこのグランド板に対向して配置した放射板と、この放射板の形状が放射板の中点に対して点対称であるとともに、複数の給電ポートが放射板の任意の位置で放射板上に発生する電位零の領域に設けられ、放射板とグランド板の間に誘電体または磁性体または誘電体と磁性体の混合体から構成される基体が充填され、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において放射板の端部と放射板の中点の間の任意点において前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が変化し、前記直線上における放射板の端部に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値に比べて放射板の中点に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が大きく、この基体が放射板の中点に対して点対称となるように構成したアンテナ装置であり、給電ポート間のアイソレーションが確保できるとともに、放射板とグランド板を共振器として考えた時に、放射板とグランド板の間の基体の材質をその途中において変更することによりＳＩＲ構造（Ｓｔｅｐｐｅｄ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）とすることができ、共振器長を短くすることが可能となるため、結果として、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、グランド板と、このグランド板に対向して配置した放射板と、複数の給電ポートが放射板の任意の位置で放射板上に発生する電位零の領域に設けられ、その放射板の形状が各給電ポートと放射板を結ぶ直線に対し線対称となるとともに、放射板とグランド板の間に誘電体または磁性体または誘電体と磁性体の混合体から構成される基体が充填され、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において放射板の端部と放射板の中点の間の任意点において前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が変化し、前記直線上における放射板の端部に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値に比べて放射板の中点に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が大きく、この基体が各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線に対して線対称となるように構成したアンテナ装置であり、各給電ポートにおける放射板の共振周波数を異ならせることができるとともに、給電ポート間のアイソレーションが確保でき、また、放射板とグランド板の間の基体の材質をその途中において変更することによりＳＩＲ構造とすることができ、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、直径が電気長で概ね１／２波長の円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね１／２波長の正多角形状の放射板により構成されたアンテナ装置であり、小型形状であるとともに１つのアンテナ装置において給電ポート間のアイソレーションが確保された２つの給電ポートが具現化できる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、長軸および短軸のそれぞれの電気長が概ね所望周波数の１／２波長となる楕円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね１／２波長の正多角形以外の方形状の放射板により構成された請求項２に記載のアンテナ装置であり、１つのアンテナ装置においてアイソレーションが確保された共振周波数の異なる２つの給電ポート間を具現化することができる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の発明において、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部より電気長で概ね１／８波長の位置でグランド板と放射板の間の基体の比透磁率を比誘電率で割った値が大きくなるようにしたアンテナ装置であり、１／４波長共振器を最も短く設計したい場合の共振器形状である共振器の中点（端部より１／８波長の点）において特性インピーダンスを大きく変化させた形状をアンテナ装置に適用することにより、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、直径が電気長で概ね［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長の円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長の正多角形状の放射板により構成されたアンテナ装置であり、１つのアンテナ装置において給電ポート間のアイソレーションが確保された３つの給電ポートを具現化することができる。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、長軸および短軸のそれぞれの電気長が概ね所望周波数の［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長となる楕円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長の正多角形以外の方形状の放射板により構成されたアンテナ装置であり、放射板の形状を大きくすることにより、放射利得の向上を図ることができる。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の発明において、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部から電気長で概ね４×ｎ／８（ｎは０以上の整数）波長の位置から（１＋４×ｎ）／８（ｎは０以上の整数）までの領域の基体の比透磁率を比誘電率で割った値がそれ以外の領域の基体の比透磁率を比誘電率で割った値よりも小さくなるようにしたアンテナ装置であり、１／４波長共振器を最も短く設計したい場合の共振器形状である共振器の中点（端部より１／８波長の点）において特性インピーダンスを大きく変化させた形状を連続的につなぎ合わせた形状をアンテナ装置に適用することにより、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１７】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、放射板に第１の給電ポートおよび第２の給電ポートが設けられ、それぞれの給電ポート位置と放射板の中点とを結ぶ直線が相互に直交したアンテナ装置であり、第１の給電ポートに給電した場合、第１の給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線に対し、放射板の中点において直交する直線上において電位が０となり、第２の給電ポートに給電した場合も同様の現象が発生することから、それぞれの給電ポート位置と放射板の中点とを結ぶ直線が相互に直交するように各給電ポートを設置することにより、給電ポート間のアイソレーションを確保することが可能となる。
【００１８】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、放射板に第１の給電ポートおよび第２の給電ポートおよび第３の給電ポートが設けられ、それぞれの給電ポート位置と放射板の中点とを結ぶ直線が相互に６０度の角度をもって交差するアンテナ装置であり、このような給電ポートの位置関係においてのみ、放射板の周辺部に相互にアイソレーションの確保できた給電ポートを３つ設けることが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１および請求項２に記載の発明において、給電ポートを放射板の端部に設けたアンテナ装置であり、アンテナ装置の製造上、また基板への実装を考慮した場合においても、放射板の外周部へ給電ポートを設けた方が容易となる。
【００２０】
本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、放射板の端部の任意点と放射板の中点を結ぶ直線上に給電ポートを設けたアンテナ装置装置であり、給電部を放射板の周辺部より内側へ設けることにより、各給電ポートの整合を取ることが可能となる。
【００２１】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、給電ポートがギャップを介して放射板と接続されたアンテナ装置であり、ギャップの間隔を調整することにより整合回路を使用せずにアンテナ装置の整合を取ることができ、整合回路に要するコスト、実装スペースの削減が可能となる。
【００２２】
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、ギャップに面した部分の給電ポートと放射板の形状がインターディジタル構造としたアンテナ装置であり、ギャップに発生する容量値を大きくすることが可能となることから、インピーダンス整合の調整範囲を広げることが可能となる。
【００２３】
本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、放射板の中点に給電ポートを設けたアンテナ装置であり、各給電ポートを給電した場合でも放射板の中点においては常に電位が零となることより、放射板の中点に任意のインピーダンス素子を付加しても各給電ポートへの影響が無いことから、放射板の中点に新たな給電ポートを設けることが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、放射板の中点に設けられた給電ポートにおける放射板の共振周波数がその他の給電ポートにおける共振周波数と異なるように構成したアンテナ装置であり、放射板の中央部の給電ポートとその他の給電ポートの間のアイソレーション値を大きくすることができる。
【００２５】
本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部から放射板の中点までの間で放射板とグランド板の間隔が変化し、放射板の端部に比べ放射板の中点の放射板とグランド板の間隔を広くしたアンテナ装置であり、放射板とグランド板を共振器として考えた時に、放射板とグランド板の間隔をその途中において変更することにより共振器構造をＳＩＲ構造（Ｓｔｅｐｐｅｄ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）とすることができ、共振器長を短くすることが可能となるため、結果として、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００２６】
本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部から電気長で概ね１／８波長の点において放射板とグランド板の間隔を広くしたアンテナ装置であり、１／４波長共振器を最も短く設計したい場合の共振器形状である共振器の中点（端部より１／８波長の点）において特性インピーダンスを大きく変化させた形状をアンテナ装置に適用することにより、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００２７】
本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の断面が凸部形状のつながりで構成され、放射板の周辺部を凸部形状の谷部としたアンテナ装置であり、給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね１／２波長以上の放射板を用いることにより、高い放射利得と広帯域特性を実現することができる。
【００２８】
本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１８に記載の発明について、放射板の断面形状が電気長で概ね１／２波長の凸部形状のつながりで構成されたアンテナ装置であり、最も小型化することが可能な短絡端から１／８波長の点で特性インピーダンスが変化するＳＩＲ構成の１／４波長の共振器を短絡端において相互につなげた１／２波長の共振器をアンテナ装置に適用したものであり、小型化を図ることができる。
【００２９】
本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、グランド板の断面が凹部形状のつながりで構成され、放射板の周辺部に対向するグランド板部分が凹部形状の山部となるアンテナ装置であり、放射板とグランド板を共振器として考えた時に、放射板とグランド板の間隔をその途中において変更することにより共振器構造をＳＩＲ構造とすることができ、共振器長を短くすることが可能となるため、結果として、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００３０】
本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の発明において、放射板の断面形状が電気長で概ね１／２波長の凹部形状のつながりで構成されたアンテナ装置であり、１／４波長共振器を最も短く設計したい場合の共振器形状である共振器の中点（端部より１／８波長の点）において特性インピーダンスを大きく変化させた形状をアンテナ装置に適用することにより、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００３１】
本発明の請求項２３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、給電ポートと放射板の中点を結んだ線分に対して線対称となる放射板の周辺部の任意位置に任意の数のスリットを設けたアンテナ装置であり、スリットにより放射板の電気長を等価的に長く設定することが可能となり、結果として、アンテナ装置の小型化を実現することが可能となる。
【００３２】
本発明の請求項２４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、給電ポートを導電線路にて構成するとともに、導電線路をグランド板に対して任意の角度をもって形成したアンテナ装置であり、すべての給電ポートをグランド板に対して垂直に立ち上がった導電線路にて構成した場合に、給電ポート間において結合が発生する可能性があるため、これを防止するために各給電ポートを平行に設置せず、各給電ポート間のアイソレーションを高く設計することが可能なアンテナ装置を具現化できる。
【００３３】
本発明の請求項２５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、略円状の放射板の中点または略正多角形の放射板の対角線の交点を基準としたときの給電ポートの位置に対して対称となる位置に先端が開放状態のリアクタンス素子またはその開放端がグランド板に電気的に接続されたリアクタンス素子を付加したアンテナ装置であり、導電性エレメントによりアンテナ装置の電気長が等価的に長く設計できるため、結果として、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００３４】
本発明の請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の発明において、先端が開放状態のリアクタンス素子の先端部を切断することにより、ポート間のアイソレーションを調整したアンテナ装置であり、アンテナ装置を実装する筐体により変化するアンテナ装置の特性を先端が開放状態の導電性エレメントの長さを調節することにより調整できるため、さまざまな筐体に迅速に対応可能となる。
【００３５】
本発明の請求項２７に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、各給電ポートをダイバーシティ方式の通信に使用するアンテナ装置であり、ダイバーシティ方式の通信に使用されるアンテナの本数を２本から１本へ減らすことができるため、低コストで小型なダイバーシティ方式のアンテナ装置を実現することが可能となる。
【００３６】
本発明の請求項２８に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、各給電ポートを異なるシステムの通信に使用するアンテナ装置であり、各ポート間のアイソレーションが確保されていることからアンテナ直下にシステムごとの信号を分波する共用器を用意する必要がなく、共用器に必要となるコスト、実装スペースの削減が可能となるとともに、Ｗ−ＬＡＮとＢｌｕｅｔｏｏｔｈを同時に使用する携帯端末に対しては、両システムが同一周波数を使用していることよりフィルタ共用器では両システム信号を分けることが不可能であるため、アンテナ自体を２つ用意し、両アンテナ間のアイソレーションを確保するために両アンテナを一定間隔離して使用する必要が出てくるが、本発明のアンテナ装置を使用すれば、１つのアンテナ装置により具現化可能となるため、アンテナに必要となるコストが低減でき、また端末の小型化を実現することもできる。
【００３７】
本発明の請求項２９に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、第１の給電ポートを第１のシステムの通信に使用し、第２の給電ポートと第３の給電ポートを第２のシステムのダイバーシティ方式の通信に使用するアンテナ装置であり、ダイバーシティアンテナと共用器を一体化することが可能であり、携帯端末の小型化を実現することができる。
【００３８】
本発明の請求項３０に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置であり、第１の給電ポートを第１のシステムの通信に使用し、第２の給電ポートと第３の給電ポートを第２のシステムの送信用、受信用として使用するアンテナ装置であり、システムごとの信号を分波する共用器と送信、受信信号を分波する共用器を一体化することが可能であり、マルチファンクション対応の携帯端末の小型化を実現することが可能である。
【００３９】
（実施の形態１）
図１（ａ）および図１（ｂ）は本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置であり、図１（ａ）のアンテナ装置は、グランド板２に対向して配設された放射板１の周辺部に第１の給電ポート３と第２の給電ポート４を設けた複数給電ポートを有するアンテナ装置であり、放射板１とグランド板２の間には第１の基体５と第２の基体６を有している。そして各給電ポート３，４の位置と放射板１の中点を結ぶ線分の途中において第１の基体５から第２の基体６へと基体が変更される構成となっているとともに、第１の基体５の比透磁率を比誘電率で割った値は第２の基体６の比透磁率を比誘電率で割った値よりも小さくなるように基材を選択している。
【００４０】
図１（ａ）に示した２つの給電ポート３，４を有したアンテナ装置の放射板１のサイズと各給電ポート３，４の配設位置を図１（ｂ）に示す。放射板１の形状は直径が所望の周波数の１／２波長（電気長）となる円状であり、第１の給電ポート３および第２の給電ポート４が放射板１の周辺部に設けられる構成となっている。
【００４１】
第１の給電ポート３のみに所望の周波数の信号を入力した場合、放射板１とグランド板２が第１の給電ポート３と放射板１の中点を結んだ直線上における端部開放１／２波長共振器として動作し、第１の共振電流７が放射板１上に流れることとなる。また、端部開放１／２波長共振器の中点において、電位は零となる。つまり、放射板１上の第１の線分９上において、常に電位が零となる。この電位零となる第１の線分９上に第２の給電ポート４が位置するために、第１の給電ポート３より入力された所望周波数の高周波信号は第２の給電ポート４に漏れることは無い。
【００４２】
これと同様の原理で、第２の給電ポート４のみに所望の周波数の信号を入力した場合、第２の共振電流８が放射板１上に流れ放射板１上の第２の線分１０上において常に電位が零となるため、この線分上に位置する第１の給電ポート３へは第２の給電ポート４から入力された所望周波数の信号は漏れることは無いと言える。上記のような特性を実現するため、第１の給電ポート３と放射板１の中点を結ぶ直線と第２の給電ポート４と放射板１の中点を結ぶ直線は、放射板１の中点において直交するように各給電ポート位置は決められている。
【００４３】
また、第１の線分９および第２の線分１０上において、基体５，６の材料特性が変更されているため、放射板１とグランド板２を共振器として考えた時に、放射板１とグランド板２の間の基体５，６の材質をその途中において変更することによりＳＩＲ構造（Ｓｔｅｐｐｅｄ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）とすることができ、共振器長を短くすることが可能となるため、結果として、アンテナ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００４４】
（実施の形態２）
図２（ａ）および図２（ｂ）は本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置であり、図２（ａ）および（ｂ）のアンテナ装置は、実施の形態１の第１の基体５と第２の基体６が充填される領域の境界線１１を放射板１の周辺部から放射板１の中点の方向に電気長で概ね１／８波長内側へ入った点としたものである。
【００４５】
１／４波長共振器を最も短く設計したい場合の共振器形状である共振器の中点（端部より１／８波長の点）において特性インピーダンスを大きく変化させた形状をアンテナ装置に適用することにより、アンテナ装置の小型化を図ったものである。
【００４６】
（実施の形態３）
図３（ａ）および図３（ｂ）は本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置であり、図３（ａ）および（ｂ）のアンテナ装置は、実施の形態２の第１の線分９の長さを第２の線分１０の長さと異ならせたものである。これに併せて、基体５，６の境界線１１についても、第１の線分９および第２の線分１０上における放射板１の周辺部から電気長で概ね１／８波長の位置に存在することにより、放射板１の形状である楕円形状と相似形である楕円形状となる。放射板１の形状を楕円形とすることにより第１の給電ポート３と第２の給電ポート４の共振周波数を異ならせることが可能となる。
【００４７】
このアンテナ装置の使用例としては、第１の給電ポート３をＧＳＭシステムの送信用として、また第２の給電ポート４を受信用として用いることができ、両ポート間のアイソレーションがアンテナ装置自体で確保されているため、アンテナ装置の直下に共用器を配置する必要が無くなる。また、２つのシステムに対応したアンテナ装置として使用できるため、例えば、第１の給電ポート３をＷ−ＬＡＮ用として、また第２の給電ポート４をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ用として用いることが可能となる。
【００４８】
（実施の形態４）
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置であり、図４（ａ）の放射板１の斜視図において、グランド板２に対向して配設された放射板１の周辺部に第１の給電ポート３と第２の給電ポート４と第３の給電ポート１２を設けた複数給電ポートを有するアンテナ装置となっている。
【００４９】
図４（ａ）に示した３つの給電ポート３，４，１２を有したアンテナ装置の放射板１のサイズと各給電ポート３，４，１２の配設位置を図４（ｂ）に示す。放射板１の形状は直径が所望の周波数の１波長（電気長）となる円状であり、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線が放射板１の中点において互いに６０度の角度を持って交差するような位置に各給電ポート３，４，１２が配置されたアンテナ構成となっている。
【００５０】
第１の給電ポート３のみに所望の周波数の信号を入力した場合、放射板１とグランド板２が第１の給電ポート３と放射板１の中点を結んだ直線上における端部開放１波長共振器として動作し、第１の共振電流７が放射板１上を流れることとなる。端部開放１波長共振器の動作は、端部開放１／２波長共振器を２つ接続したものとして考えればよいため、第１の給電ポート３と放射板１の中点を結ぶ直線に対して、放射板１の周辺部から１／４波長の位置において直交する第３の線分１５および第４の線分１６上において電位が常にほぼ零となる。
【００５１】
同様の原理で、第２の給電ポート４のみに所望周波数の信号を入力した場合、第５の線分１７および第６の線分１８上において電位が常にほぼ零となり、第３の給電ポート１２のみに所望周波数の信号を入力した場合、第７の線分１９および第８の線分２０上において電位が常にほぼ零となる。それぞれの給電ポート位置が電位零となる線分上にあるため、他の給電ポートの入力信号が漏れ込むことはない。
【００５２】
また、放射板１の周辺部から電気長で概ね１／８波長の領域に充填される第１の基体５および放射板１の中央部から電気長で概ね半径１／８波長の領域に充填される第３の基体１３の比透磁率を比誘電率で割った値は、それ以外の領域に充填される第２の基体の比透磁率を比誘電率で割った値よりも小さくなるように基体材料が選択されている。これにより、最も小型化することが可能である先端より１／８波長の点で特性インピーダンスが変化されたＳＩＲ構成の１／４共振器を連結した構成となるため、結果として、アンテナ装置を小型化することが可能となる。
【００５３】
本発明のアンテナ装置の使用例としては、３つの給電ポート３，４，１２をすべてＷ−ＬＡＮの偏波ダイバーシティアンテナとして用いることもできるし、第１の給電ポート３をＷ−ＬＡＮ用のアンテナとし、第２の給電ポート４と第３の給電ポート１２をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ用の偏波ダイバーシティアンテナとして使用することができ、３本必要であったアンテナ装置を１本にて具現化することができることより、アンテナ装置に関わるコストの低減を図ることができるとともに通信機器の小型化を図ることが可能となる。
【００５４】
図４（ｃ）は、放射板１の形状を円状から正六角形状へ変更した場合を示しているが、円状および正六角形状の放射板１ともに、放射板１の中点に対して点対称であるため、どちらのアンテナ装置も同様の動作をする。但し、第１と第２の基体５，６の境界線１１および第２と第３の基体６，１３の境界線２１は、それぞれ放射板１の周辺部から電気長で１／８波長、３／８波長離れた場所となり、結果的に、放射板１の形状と相似な正六角形状となる。尚、本実施の形態４においては円状、正六角形状の放射板１にて説明を行ったが、放射板１の中点に対して点対称となる形状を有する放射板であれば、本発明と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００５５】
（実施の形態５）
図５（ａ）および図５（ｂ）は本発明の第５の実施の形態によるアンテナ装置であり、実施の形態２のアンテナ装置における各給電ポート３，４と放射板１の接続部分の形状を変更し、放射板１の中央部に第４の給電ポート２２を付加したものである。第１の給電ポート３と放射板１の間にギャップ２３を設け、このギャップ２３の間隔、幅を調整することにより第１の給電ポート３と放射板１のインピーダンス整合をとることが可能となる。また、第２の給電ポート４と放射板１の間をインターディジタル構造２４とすることにより、第２の給電ポート４と放射板１の間の容量値を大きく設定することが可能となり、第２の給電ポート４のインピーダンス調整の範囲を広げることができる。
【００５６】
第４の給電ポート２２は放射板１の中点に配設される。これは、放射板１の中点が第１の給電ポート３および第２の給電ポート４に給電したときにおいても常に電位が零となるためである。なぜなら、第１の給電ポート３のみに所望周波数信号を供給したときに放射板１上に発生する電位が常に零となる第１の線分９と、第２の給電ポート４のみに所望周波数信号を供給したときに放射板１上に発生する電位が常に零となる第２の線分１０が交差する点が放射板１の中点となるためである。
【００５７】
通常、第４の給電ポート２２の直下には放射板１との整合を取るための整合回路が必要となるため、放射板１とグランド板２の間に充填されている基体を積層構造とし、その整合回路を基体により具現化しても良い。
【００５８】
また、第４の給電ポート２２で使用する周波数は第１の給電ポート３および第２の給電ポート４で使用する周波数と異ならせた方が、それらの給電ポートとの間のアイソレーション値を大きくすることが可能となる。このような本アンテナ装置の特性を考慮した上で、本アンテナ装置の使用例としては、第１の給電ポート３と第２の給電ポート４をＷ−ＬＡＮの偏波ダイバーシティアンテナとして、第４の給電ポート２２をテレビ、ＧＰＳ、ＰＤＣ等の２．４ＧＨｚ帯以外の周波数を用いるシステム用のアンテナとして使用する場合が考えられる。
【００５９】
（実施の形態６）
図６（ａ）および図６（ｂ）は本発明の第６の実施の形態によるアンテナ装置であり、図６（ａ）において、対角線の電気長が概ね１／２波長である正四角形状の放射板１がグランド板２に対向して存在し、放射板１とグランド板２の間には第１の基体５と第２の基体６が充填されている。第１の基体５と第２の基体６の境界線１１は放射板１の周辺部から放射板１の中点へ向けて電気長で１／８波長内側へ入った所に存在し、第１の基体５の比透磁率を比誘電率で割った値は第２の基体６の比透磁率を比誘電率で割った値よりも小さくなるように基材の選択がされている。
【００６０】
第１の給電ポート３および第２の給電ポート４は、放射板１の周辺部ではなく、放射板１の内側に存在し、各給電ポート３，４と放射板１の中点を結ぶ第１の線分９および第２の線分１０が放射板１の中点において直交するように配置される。このように、各給電ポート３，４を第１の線分９または第２の線分１０上の任意位置に配設することにより、整合回路を用いることなく各給電ポートのインピーダンス整合をとることができる。
【００６１】
また、第１の線分９および第２の線分１０に対して放射板１の形状が線対称となるように、放射板１の周辺部にスリット２５を設けることにより、アンテナ装置の共振周波数を下げることができ、結果としてアンテナ装置を小型化することが可能となる。
【００６２】
本実施の形態６においては、四角形状の放射板１の周辺部にスリット２５を設けた場合を示したが、円状、正多角形状、方形状の放射板の場合にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６３】
（実施の形態７）
図７（ａ）と図７（ｂ）は本発明の第７の実施の形態によるアンテナ装置であり、同図７において、誘電体または磁性体または誘電体と磁性体の混合材料からなる円筒状の第２の基体６（直径が電気長で１／４波長）の周囲に第２の基体６と成分の異なるドーナツ状（直径が電気長で１／２波長）の第１の基体５が配置され、第１の基体５の上面部分および第１の基体５の上面より上方の第２の基体６の表面部分に放射板１を形成し、第１の給電ポート３と第２の給電ポート４が放射板１の周辺部に接続されるとともに、各給電ポート３，４と放射板１の中点を結ぶ直線が直交するような位置に各給電ポート３，４が接続されている。また、第１の基体５の比透磁率を比誘電率で割った値は第２の基体６の比透磁率を比誘電率で割った値よりも小さくなるように基材が選択されている。
【００６４】
これにより第２の基体６が充填されている領域の放射板１とグランド板２の間の特性インピーダンスは第１の基体５が充填されている領域よりも大きな特性インピーダンスを実現できる。更に、第２の基体６が存在する領域における放射板１とグランド板２の間隔は第１の基体５が存在する領域における放射板１とグランド板２の間隔よりも広いため、構造的にも第２の基体６が充填されている領域の特性インピーダンスを大きく設計することができる。
【００６５】
以上説明してきたように、放射板１の周辺部から電気長で１／８波長の点において材料的、構造的に特性インピーダンスを変化させることができるため、ＳＩＲ構造を材料、構造の両面にて具現化でき、アンテナ装置を小型化することができる。
【００６６】
（実施の形態８）
図８（ａ）および図８（ｂ）は本発明の第８の実施の形態によるアンテナ装置であり、実施の形態７における放射板１の外形の形状を円状から正四角形状へ変更したものである。これに従い、第２の基体６の形状についても１辺が電気長で１／４波長の底面を有する正四角柱となっている。放射板１の外形の形状が円状、正四角形状ともに各給電ポート３，４と第２の基体６の上面の中心点を結ぶ直線に対して線対称であるため、どちらも同様の特性を有する。
【００６７】
（実施の形態９）
図９は本発明の第９の実施の形態によるアンテナ装置であり、実施の形態７のアンテナ装置における第１の給電ポート３と第２の基体６の上面中点を結ぶ線分と第２の給電ポート４と第２の基体６の上面中点を結ぶ線分の長さを異ならせたアンテナ装置である。このような構成により、第１の給電ポート３と第２の給電ポート４の共振周波数の異なる小型なアンテナ装置を実現することが可能となる。
【００６８】
（実施の形態１０）
図１０（ａ）と図１０（ｂ）は本発明の第１０の実施の形態によるアンテナ装置であり、図１０（ａ）は図４（ａ）のアンテナ装置について、実施の形態８と同様に第２の基体６が充填されている領域における放射板１とグランド板２の間隔を広げたものである。このような構成によって、特性インピーダンスの変化をより大きくすることが可能となるため、小型なアンテナ装置を実現することができる。
【００６９】
また、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のアンテナ装置における各給電ポート３，４をグランド板２に対して直角に立ち上げず、任意の角度をもって形成したものである。このような構成を取ることにより、給電ポート３，４間の電磁結合を弱くすることが可能となり、給電ポート間のアイソレーション値を高く設計する事が可能となる。
【００７０】
（実施の形態１１）
図１１（ａ）と図１１（ｂ）は本発明の第１１の実施の形態によるアンテナ装置であり、実施の形態２に示したアンテナ装置において、第１の給電ポート３の位置の放射板１の中点に対して点対称となる放射板１の周辺部に第１のリアクタンス素子２６の一方先端を電気的に接続し、他方先端をグランド板２に電気的に接続するとともに、第２の給電ポート４の位置の放射板１の中点に対して点対称となる放射板１の周辺部に第２のリアクタンス素子２７を電気的に接続したものである。これらのリアクタンス素子により各給電ポート３，４に給電した場合の電気長を長くできることより、アンテナ装置の小型化を図ることが可能であり、またリアクタンス素子の形状を研磨して調整することにより、アンテナ装置のインピーダンスの調整を行うこともできる。
【００７１】
（実施の形態１２）
図１２（ａ）と図１２（ｂ）は本発明の第１２の実施の形態によるアンテナ装置であり、実施の形態７においては放射板１を凸形状の断面とすることにより放射板１とグランド板２の間の距離を広げたのに対して、本実施の形態１２ではグランド板２を凹形状の断面とすることにより放射板１とグランド板２の間の距離を広げたものである。どちらの構成を用いたとしても、ＳＩＲ構造を実現することが可能であるため、実施の形態７と同様にアンテナ装置を小型化できる効果を有する。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、１つのアンテナにアイソレーションの確保された２つ以上の給電ポートを設けることが可能となるとともに、このようなアンテナ装置の小型化を実現することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図２】（ａ）本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図３】（ａ）本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図４】（ａ）本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
（ｃ）本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図５】（ａ）本発明の第５の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第５の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図６】（ａ）本発明の第６の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第６の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図７】（ａ）本発明の第７の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第７の実施の形態によるアンテナ装置の側面図
【図８】（ａ）本発明の第８の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第８の実施の形態によるアンテナ装置の側面図
【図９】本発明の第９の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
【図１０】（ａ）本発明の第１０の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第１０の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
【図１１】（ａ）本発明の第１１の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第１１の実施の形態によるアンテナ装置の上面図
【図１２】（ａ）本発明の第１２の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
（ｂ）本発明の第１２の実施の形態によるアンテナ装置の側面図
【図１３】従来のアンテナ装置の概要図
【符号の説明】
１　放射板
２　グランド板
３　第１の給電ポート
４　第２の給電ポート
５　第１の基体
６　第２の基体
７　第１の共振電流
８　第２の共振電流
９　第１の線分
１０　第２の線分
１１　第１の基体と第２の基体の境界線
１２　第３の給電ポート
１３　第３の基体
１４　第３の共振電流
１５　第３の線分
１６　第４の線分
１７　第５の線分
１８　第６の線分
１９　第７の線分
２０　第８の線分
２１　第２の基体と第３の基体の境界線
２２　第４の給電ポート
２３　ギャップ
２４　インターディジタル構造
２５　スリット
２６　第１のリアクタンス素子
２７　第２のリアクタンス素子
１００　通信モジュール
１０１　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ用アンテナ
１０２　Ｗ−ＬＡＮ用アンテナ
１０３　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈシステム
１０４　Ｗ−ＬＡＮシステム

Claims (30)

1. グランド板とこのグランド板に対向して配置した放射板と、この放射板の形状が放射板の中点に対して点対称であるとともに複数の給電ポートが放射板の任意の位置で放射板上に発生する電位零の領域に設けられ、放射板とグランド板の間に誘電体または磁性体または誘電体と磁性体の混合体から構成される基体が充填され、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において放射板の端部と放射板の中点の間の任意点において前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が変化し、前記直線上における放射板の端部に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値に比べて放射板の中点に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が大きく、この基体が放射板の中点に対して点対称となるように構成したアンテナ装置。
2. グランド板とこのグランド板に対向して配置した放射板と、複数の給電ポートが放射板の任意の位置で放射板上に発生する電位零の領域に設けられ、その放射板の形状が各給電ポートと放射板を結ぶ直線に対し線対称となるとともに、放射板とグランド板の間に誘電体または磁性体または誘電体と磁性体の混合体から構成される基体が充填され、各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において放射板の端部と放射板の中点の間の任意点において前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が変化し、前記直線上における放射板の端部に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値に比べて放射板の中点に近い領域の前記基体の比透磁率を比誘電率で割った値が大きく、この基体が各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線に対して線対称となるように構成したアンテナ装置。
3. 直径が電気長で概ね１／２波長の円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね１／２波長の正多角形状の放射板により構成された請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 長軸および短軸のそれぞれの電気長が概ね所望周波数の１／２波長となる楕円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね１／２波長の正多角形以外の方形状の放射板により構成された請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部より電気長で概ね１／８波長の位置でグランド板と放射板の間の基体の比透磁率を比誘電率で割った値を大きくした請求項３または請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 直径が電気長で概ね［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長の円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長の正多角形状の放射板により構成された請求項１に記載のアンテナ装置。
7. 長軸および短軸のそれぞれの電気長が概ね所望周波数の［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長となる楕円形状の放射板または各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上における一方の放射板の端部から他方の放射板の端部までの電気長が概ね［１＋０．５×ｎ（ｎは０以上の整数）］波長の正多角形以外の方形状の放射板により構成された請求項２に記載のアンテナ装置。
8. 各給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部から電気長で概ね−１／８＋２×ｎ／４（ｎは０以上の整数）波長の位置から１／８＋２×ｎ／４（ｎは０以上の整数）までの領域の基体の比透磁率を比誘電率で割った値がそれ以外の領域の基体の比透磁率を比誘電率で割った値よりも小さくした請求項６または請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 放射板に第１の給電ポートおよび第２の給電ポートが設けられ、それぞれの給電ポート位置と放射板の中点とを結ぶ直線が相互に直交した請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
10. 放射板に第１の給電ポートおよび第２の給電ポートおよび第３の給電ポートが設けられ、それぞれの給電ポート位置と放射板の中点とを結ぶ直線が相互に６０度の角度をもって交差する請求項７に記載のアンテナ装置。
11. 給電ポートを放射板の端部に設けた請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
12. 放射板の端部の任意点と放射板の中点を結ぶ直線上に給電ポートを設けた請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
13. 給電ポートがギャップを介して放射板と接続された請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
14. ギャップに面した部分の給電ポートと放射板の形状をインターディジタル構造とした請求項１３に記載のアンテナ装置。
15. 放射板の中点に給電ポートを設けた請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
16. 放射板の中点に設けられた給電ポートにおける放射板の共振周波数がその他の給電ポートにおける共振周波数と異なるように構成した請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
17. 給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部から放射板の中点までの間で放射板とグランド板の間隔が変化し、放射板の端部に比べ放射板の中点の放射板とグランド板の間隔を広くした請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
18. 給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の端部から電気長で概ね１／８波長の点において放射板とグランド板の間隔が広くなるようにした請求項１７に記載のアンテナ装置。
19. 給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、放射板の断面が凸部形状のつながりで構成され、放射板の周辺部を凸部形状の谷部とした請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
20. 放射板の断面形状が電気長で概ね１／２波長の凸部形状のつながりで構成された請求項１８に記載のアンテナ装置。
21. 給電ポートと放射板の中点を結ぶ直線上において、グランド板の断面が凹部形状のつながりで構成され、放射板の周辺部に対向するグランド板部分が凹部形状の山部となる請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
22. 放射板の断面形状が電気長で概ね１／２波長の凹部形状のつながりで構成された請求項２１に記載のアンテナ装置。
23. 給電ポートと放射板の中点を結んだ線分に対して線対称となる放射板の周辺部の任意位置に任意の数のスリットを設けた請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
24. 給電ポートを導電線路にて構成するとともに、導電線路をグランド板に対して任意の角度をもって形成した請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
25. 略円状の放射板の中点または略正多角形の放射板の対角線の交点を基準としたときの給電ポートの位置に対して対称となる位置に先端が開放状態のリアクタンス素子またはその開放端がグランド板に電気的に接続されたリアクタンス素子を付加した請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
26. 先端が開放状態のリアクタンス素子の先端部を切断することによりポート間のアイソレーションを調整した請求項２５に記載のアンテナ装置。
27. 各給電ポートをダイバーシティ方式の通信に使用する請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
28. 各給電ポートを異なるシステムの通信に使用する請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
29. 第１の給電ポートを第１のシステムの通信に使用し、第２の給電ポートと第３の給電ポートを第２のシステムのダイバーシティ方式の通信に使用する請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
30. 第１の給電ポートを第１のシステムの通信に使用し、第２の給電ポートと第３の給電ポートを第２のシステムの送信用、受信用として使用する請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。

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