アンテナ装置並びに通信装置
【課題】比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成された、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、各アンテナ素子がそれぞれ別の伝送線路を介して接続されるハイブリッド回路からなり、ハイブリッド回路のいずれの入力ポートを励振するかに応じて、第２のアンテナ素子をハイブリッド回路に接続する伝送線路の遅延線路長を調整することにより、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は同相結合となり、広帯域な特性を得ることができ、低周波側又は高周波側で帯域が拡大する。
【解決手段】アンテナ装置は、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、各アンテナ素子がそれぞれ別の伝送線路を介して接続されるハイブリッド回路からなり、ハイブリッド回路のいずれの入力ポートを励振するかに応じて、第２のアンテナ素子をハイブリッド回路に接続する伝送線路の遅延線路長を調整することにより、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は同相結合となり、広帯域な特性を得ることができ、低周波側又は高周波側で帯域が拡大する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮシステムなどの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する通信装置に適用するアンテナ装置並びに通信装置に係り、特に、比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成されたアンテナ装置並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する無線伝送システムが各種普及している。例えば、２ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯などを使用する無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムや、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）や３Ｇ通信システムとして、７００ＭＨｚ帯から２ＧＨｚ帯を使用する携帯電話の通信システムが開発されている。このような帯域を使った無線通信装置が備えるアンテナ装置として、各種方式のものが開発され、実用化されている。
【０００３】
当業界では、複数のアンテナ素子を配置して、多重波によるフェージングを抑制するなどのダイバーシティ効果が得られることが広く知られている。例えば、電磁信号の送信／受信回路に給電ラインのネットワークにより接続されている第１及び第２の放射素子を少なくとも基板上に有する、放射ダイバーシティを伴う送信／受信アンテナにについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００４】
近年、無線伝送に比較的広い帯域を使用する無線伝送システムが増えてきている。これに伴って、数百ＭＨｚから数ＧＨｚなどの比較的高い周波数帯域用のアンテナにおいて、広い周波数範囲内で連続して利用できること、すなわち広帯域化が望まれている。
【０００５】
一般に、広帯域アンテナは、使用波長に比べて長く大きな構造になる。しかしながら、広帯域化が望まれるに反して、アンテナ自体は小型低背な構成が望まれている。勿論、上記のダイバーシティ効果を持つアンテナについても、簡単且つ小型な構成で、より良好なダイバーシティ特性を持ったアンテナが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５１４２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、無線ＬＡＮシステムなどの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する通信装置に好適に適用することができる、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成された、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
を具備するアンテナ装置である。
【００１０】
本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のアンテナ装置の第２の伝送線路は、前記ハイブリッド回路の各入力ポートを励振したそれぞれの場合において、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子が同相結合となるように、各入力ポートに対応した遅延線路長を含んでいる。そして、スイッチは、前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるようになっている。
【００１１】
本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のアンテナ装置は、スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、前記第１又は第２のアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となるように構成されている。
【００１２】
本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載のアンテナ装置は、スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、異なる周波数帯で放射する特性となるように構成されている。
【００１３】
また、本願の請求項５に記載の発明は、
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
前記第１並びに第２のアンテナ素子の無線送受信信号を処理する無線送受信回路と、
前記無線送受信回路の入出力ポートの切り換えと連動して、前記スイッチの切り換えを制御する制御部と、
を具備する通信装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、無線ＬＡＮシステムなどの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する通信装置に好適に適用することができる、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成された、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することができる。
【００１６】
本発明に係るアンテナ装置は、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とがそれぞれ別の伝送線路を介して接続されるハイブリッド回路で構成される。そして、ハイブリッド回路のいずれの入力ポートを励振するかに応じて、第２のアンテナ素子をハイブリッド回路に接続する伝送線路の遅延線路長を調整するように構成されている。伝送線路の遅延調整を行なうことにより、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は同相結合となるので、第１及び第２のアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となるという効果がある。また、ハイブリッド回路のいずれの入力ポートを励振するかに応じて、異なる周波数で放射する特性を得ることができる。
【００１７】
すなわち、本発明によれば、２つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置として、１つのアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となり、比較的簡単な構成で、中心周波数に対して低周波領域並びに高周波領域に広帯域特性を持つ、良好なアンテナ装置を得ることができる。また、そのアンテナ装置を備えた通信装置の無線通信特性を良好にすることができる。
【００１８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、アンテナ装置を備えた通信装置１０の構成例を示した図である。
【図２】図２は、９０度ハイブリッド回路１３の一構成例を示した図である。
【図３】図３は、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２の配置例を示した図である。
【図４】図４は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を説明するための図である。
【図５】図５は、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を説明するための図である。
【図６】図６は、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２からなるアンテナ装置の設計モデルを例示した図である。
【図７】図７は、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての電流分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図８】図８は、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての放射効率の結果を示した図である。
【図９】図９は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ１１特性）を示した図である。
【図１０】図１０は、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ１１特性）を示した図である。
【図１１】図１１は、通信装置の回路構成例を示した図である。
【図１２】図１２は、通信装置の他の回路構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１には、アンテナ装置を備えた通信装置１０の構成例を示している。通信装置１０に取り付けられたアンテナ装置は、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２を備えた結合アンテナである。第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２はともに、いわゆる逆Ｆ型モノポール・アンテナとして構成され、各アンテナ素子１１、１２は同じ長さの素子である。逆Ｆ型アンテナは、λ／４モノポール・アンテナの先端を折り曲げて低背化したアンテナであり、給電点位置付近に短絡部を設けて給電点とのインピーダンス整合が取られている。
【００２２】
第１のアンテナ素子１１の給電点１１ａは、伝送線路１５を介して９０度ハイブリッド回路１３の第３のポート１３ｃに接続され、第２アンテナ素子１２の給電点１２ａは、遅延線路長を調整可能な伝送線路１６を介して９０度ハイブリッド回路１３の第４のポート１３ｄに接続されている。また、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ及び第２のポート１３ｂのいずれか一方が励振する入力ポートとなり、他方は終端される。
【００２３】
図２には、９０度ハイブリッド回路１３の一構成例を示している。図示の９０度ハイブリッド回路１３は、配線基板上の導電体パターン１４で構成され、第１のポート１３ａと第２のポート１３ｂと第３のポート１３ｃと第４のポート１３ｄを備えている。通信装置１０の使用波長をλ0とすると、導電体パターン１４は、隣接するポート間を、それぞれ遅延線路長λ0／４の伝送路で接続するように形成されている。
【００２４】
第２アンテナ素子１２の給電点１２ａと９０度ハイブリッド回路１３の第４のポート１３ｄの間を接続する伝送線路１６は、遅延線路長を調整可能であり（前述）、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ又は第２のポート１３ｂのいずれの入力ポートを励振するかに応じて、遅延線路長を調整するようになっている。
【００２５】
図１に示す例では、伝送路線１６は、第１の遅延線路１６ａと、第２の遅延線路１６ｂと、単極双投（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ：ＳＰＤＴ）スイッチ１６ｃと、単極単投（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ１６ｄで構成される。第１の遅延線路１６ａの遅延線路長は、λ0／４である。また、第２の遅延線路１６ｂの遅延線路長は、λ0／２である。第１の遅延線路１６ａの一端は、９０度ハイブリッド回路１３の第４のポート１３ｄに接続され、他端は、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃに接続されている。ＳＰＤＴスイッチ１６ｃは、第１の遅延線路１６ａの他端を、第２のアンテナ素子１１ｂ（第１のポート）又は第２の遅延線路１６ｂの一端（第２のポート）のいずれか一方へ、接続を切り換える。また、第２の遅延線路１６ｂの他端は、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄを介して第２のアンテナ素子１１ｂに接続されている。
【００２６】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにする。この結果、伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａのみとなり、伝送線路１６全体での遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる。
【００２７】
また、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにする。この結果、伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａ及び第２の遅延線路１６ｂとなり、伝送線路１６全体での遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる。
【００２８】
但し、伝送線路１６は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａが励振されるときに遅延線路長がλ0／４、第２のポート１３ｂが励振されるときに遅延線路長が３λ0／４となるように、遅延線路長を調整可能であれば、図１に示した構成に限定されるものではない。
【００２９】
２つのアンテナ素子１１、１２は、所定の間隔をあけて、ほぼ直線状に並ぶように配置されている。図３には、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２の配置例を示している。同図に示すように、それぞれ逆Ｆ型モノポール・アンテナとして構成されたアンテナ素子１１、１２は、接地電位部であるグラウンド面１７上に、その表面からわずかに離間して、直線状に並ぶように配置されている。ここで、第１のアンテナ素子１１の給電点１１ａは、伝送線路１５に接続されている。給電点１１ａは、接続導体１１ｂを介してグラウンド面１７に短絡されている。また、第２のアンテナ素子１２の給電点１２ａは、伝送線路１６に接続されている。給電点１２ａは、接続導体１２ｂを介してグラウンド面１７に短絡されている。図３に示す例では、第１のアンテナ素子１１の先端と第２のアンテナ素子１２の先端を近接させ、第１のアンテナ素子１１の給電点１１ａと第２のアンテナ素子１２の給電点１２ａとを逆向きにしている。また、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２間のアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２とする。
【００３０】
図１に示した通信装置１０は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ及び第２のポート１３ｂのうちいずれの入力ポートを励振するかに応じて、伝送線路１６の遅延線路長を調整することで、結合アンテナの帯域を拡大する。結合アンテナの帯域を拡大する仕組みについて、図４並びに図５を参照しながら説明する。
【００３１】
図４には、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を図解している。
【００３２】
まず、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合の、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合について考察する。
【００３３】
第１のポート１３ａから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４であり、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第１のアンテナ素子１１経由での第１のポート１３ａから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、λ0／４＋λ0／２＝３λ0／４となる。
【００３４】
他方、第１のポート１３ａから第２のポート１３ｂ経由での伝送線路１６の根元までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長は、λ0／４＋λ0／４＝λ0／２である。また、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにする。この結果、このときの伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａのみとなり、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。したがって、第２のポート１３ｂ経由での第１のポート１３ａから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、３λ0／４となる。
【００３５】
よって、２つの経路のいずれも遅延線路長が３λ0／４と同相であるから、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合は同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００３６】
次いで、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合の、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合について考察する。
【００３７】
第１のポート１３ａから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４である。
【００３８】
他方、第１のポート１３ａから第２のポート１３ｂ経由での伝送線路１６の根元までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／２であり、このときの伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。また、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第２のアンテナ１２経由での第１のポート１３ａから第１のアンテナ素子１１先端までの総遅延線路長は、λ0／２＋λ0／４＋λ0／２＝５λ0／４となる。
【００３９】
よって、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合も同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００４０】
また、図５には、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を図解している。
【００４１】
まず、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合の、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合について考察する。
【００４２】
第２のポート１３ｂから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長は、λ0／４＋λ0／４＝λ0／２であり、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第１のアンテナ素子１１経由での第１のポート１３ａから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、λ0／２＋λ0／２＝４λ0／４となる。
【００４３】
他方、第２のポート１３ｂから伝送線路１６の根元までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４である。また、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにする。この結果、このときの伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａ及び第２の遅延線路１６ｂとなり、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。したがって、第２のポート１３ｂから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、λ0／４＋３λ0／４＝４λ0／４となる。
【００４４】
よって、２つの経路のいずれも遅延線路長が４λ0／４と同相であるから、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合は同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００４５】
次いで、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合の、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合について考察する。
【００４６】
第２のポート１３ｂから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長は、λ0／４＋λ0／４＝λ0／２である。
【００４７】
他方、第２のポート１３ｂから伝送線路１６の根元までのハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４であり、このときの伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。また、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第２のアンテナ１２経由での第１のポート１３ａから第１のアンテナ素子１１先端までの総遅延線路長は、λ0／４＋３λ0／４＋λ0／２＝３λ0／２となる。
【００４８】
よって、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合も同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００４９】
図６には、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２からなるアンテナ装置の設計モデルを例示している。例えば使用周波数帯域の中心が８００ＭＨｚになるように、基板の高さＨ、幅Ｗ、厚さＴ、逆Ｆ字の第１及び第２のアンテナ素子１１、１２の長さＬ、基板とアンテナ素子間の間隙Ｇ、アンテナ素子の径Ｄ、第１及び第２のアンテナ素子１１、１２の先端間の距離Ｌ１、アンテナ素子先端から給電点までの距離Ｌ２、給電点から短絡点までの距離Ｌ３の各パラメーターを決定するようにすればよい。
【００５０】
第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２間の間隔は、電磁界シミュレーションによって、それぞれの電流分布が最も強くなる部分の距離がλ0／２となるように配置を決定している。この配置条件は、図４及び図５におけるアンテナ結合距離Ｄ1に相当する。図７には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての電流分布のシミュレーション結果を示している。
【００５１】
図８には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての放射効率の結果を示している。但し、中心周波数を８００ＭＨｚとする。同図において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は放射効率［ｄＢ］であり、四角（■）でプロットした曲線は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したときのアンテナ装置の放射効率特性を示し、丸（●）でプロットした曲線は、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したときのアンテナ装置の放射効率特性を示している。また、参考として第の１アンテナ素子１１を単独で使用した場合のアンテナ装置の放射効率特性を、破線で示している。
【００５２】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。図８から、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２を備えたアンテナ装置は、第１のアンテナ素子単独での放射特性と比較して、放射効率の値が大きくなり、低周波側に帯域が拡大していることが分かる。
【００５３】
一方、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。図８から、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２を備えたアンテナ装置は、第１のアンテナ素子１１単独での放射特性と比較して、放射効率の値が大きくなり、高周波側に帯域が拡大していることが分かる。
【００５４】
要するに、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２を備えたアンテナ装置は、９０度ハイブリッド回路の第１のポート１３ａ並びに第２のポート１３ｂの各入力ポートを励振したときに、第１のアンテナ素子１１又は第２のアンテナ素子１２の一方のみを単独でのアンテナ特性よりも広帯域となる。また、９０度ハイブリッド回路の第１のポート１３ａ並びに第２のポート１３ｂのうちいずれの入力ポートを励振するかによって、低周波側又は高周波側で帯域が拡大し、異なる周波数で放射する特性を得ることができる。
【００５５】
図９には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについて、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ１１特性）［ｄＢ］を、実線で示している。また、参考として第の１アンテナ素子１１を単独で使用した場合のアンテナ装置のリターンロス特性を、破線で示している。
【００５６】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。同図から、中心である８００ＭＨｚから低域側のリターンロスの変化が緩やかであり、高域側の方で急峻にリターンロスが変化していることが分かる。すなわち、低域側の方がよりインピーダンス・マッチングがとれるため、図８に示したように放射効率が低域側に帯域拡大される。
【００５７】
また、図１０には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについて、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ２２特性）［ｄＢ］を、実線で示している。また、参考として第の１アンテナ素子１１を単独で使用した場合のアンテナ装置のリターンロス特性を、破線で示している。
【００５８】
９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。同図から、中心である８００ＭＨｚから高域側のリターンロスの変化が緩やかであり、低域側の方で急峻にリターンロスが変化していることが分かる。すなわち、高域側の方がよりインピーダンス・マッチングがとれるため、図８に示したように放射効率が高域側に帯域拡大される。
【００５９】
なお、アンテナの特性や実装状態（周辺のグラウンドや寄生部品など）によって、インピーダンス・マッチングの状態は変化する。したがって、その都度、線路長を微調整することによって、上述したような広帯域特性を得ることができる。
【００６０】
図１１には、通信装置の回路構成例を示している。ＲＦ信号処理制御部１８は、制御信号ＡをＸＳＰＤＴ（クロスＳＰＤＴ）スイッチ１９に出力して、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ及び第２のポート１３ｂのいずれか一方が励振するよう切り換えを行なう。また、ＲＦ信号処理制御部１８は、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃのポート切り替え及びＳＰＳＴスイッチ１６ｄのオン／オフをそれぞれ制御する制御信号Ｂ、Ｃを出力する。ＲＦ信号処理制御部１８は、アンテナ装置での無線送受信信号を処理するが、制御信号Ａの切り換えによって入出力ポートの切り換えを行なう。また、ＲＦ信号処理制御部１８は、下表に示すように、制御信号Ａの切り換えに連動して制御信号Ｂ、Ｃを切り換えることによって、無線送受信の入出力ポートの切り換えとリンクして、伝送線路１６の遅延線路長を切り換えることができる。
【００６１】
【表１】
【００６２】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振するとき、ＲＦ信号処理制御部１８は、制御信号Ａをローにするとともに、制御信号ＢでＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、制御信号ＣでＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにする。この結果、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。
【００６３】
また、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振するとき、ＲＦ信号処理制御部１８は、制御信号Ａをハイにするとともに、制御信号ＢでＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、制御信号ＣでＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにする。この結果、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。
【００６４】
また、図１２には、通信装置の他の回路構成例を示している。図１１との主な相違は、９０度ハイブリッド回路１３を１８０度ハイブリッド回路１３´に置き換えた点である。１８０度ハイブリッド回路１３´からの出力位相差が１８０度となり、９０度ハイブリッド回路１３の場合と比べて９０度だけ増える。すなわち、λ0／４分が増えるので、第１の遅延線路１６ａが不要となり、λ0／２分の遅延を与える第２の遅延線路１６ｂだけとなる。図１２に示した通信装置においても、ＲＦ信号処理制御は、上表に従って制御信号Ａ、Ｂ、Ｃを切り換えることで、励振ポートを切り換えることができ、従来（一方のアンテナ素子のみを使用する場合）に比較して動作周波数を拡大したアンテナを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００６６】
本発明に係るアンテナ装置は、２ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯などを使用する無線ＬＡＮシステム、ＬＴＥや３Ｇ通信システム、その他、比較的高い周波数帯域で広帯域を使用するさまざまな無線通信システムで使用される通信装置に適用することができる。
【００６７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【００６８】
１０…通信装置
１１…第１のアンテナ素子、１１ａ…給電点、１１ｂ…接続導体
１２…第２のアンテナ素子、１２ａ…給電点、１２ｂ…接続導体
１３…９０度ハイブリッド回路
１３´…１８０度ハイブリッド回路
１４…導電体パターン
１５…伝送線路
１６…伝送線路
１６ａ…第１の遅延線路、１６ｂ…ｑ第２の遅延線路
１６ｃ…ＳＰＤＴスイッチ、１６ｄ…ＳＰＳＴスイッチ
１７…グラウンド面
１８…ＲＦ信号処理制御部
１９…ＸＳＰＤＴスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮシステムなどの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する通信装置に適用するアンテナ装置並びに通信装置に係り、特に、比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成されたアンテナ装置並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する無線伝送システムが各種普及している。例えば、２ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯などを使用する無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムや、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）や３Ｇ通信システムとして、７００ＭＨｚ帯から２ＧＨｚ帯を使用する携帯電話の通信システムが開発されている。このような帯域を使った無線通信装置が備えるアンテナ装置として、各種方式のものが開発され、実用化されている。
【０００３】
当業界では、複数のアンテナ素子を配置して、多重波によるフェージングを抑制するなどのダイバーシティ効果が得られることが広く知られている。例えば、電磁信号の送信／受信回路に給電ラインのネットワークにより接続されている第１及び第２の放射素子を少なくとも基板上に有する、放射ダイバーシティを伴う送信／受信アンテナにについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００４】
近年、無線伝送に比較的広い帯域を使用する無線伝送システムが増えてきている。これに伴って、数百ＭＨｚから数ＧＨｚなどの比較的高い周波数帯域用のアンテナにおいて、広い周波数範囲内で連続して利用できること、すなわち広帯域化が望まれている。
【０００５】
一般に、広帯域アンテナは、使用波長に比べて長く大きな構造になる。しかしながら、広帯域化が望まれるに反して、アンテナ自体は小型低背な構成が望まれている。勿論、上記のダイバーシティ効果を持つアンテナについても、簡単且つ小型な構成で、より良好なダイバーシティ特性を持ったアンテナが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５１４２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、無線ＬＡＮシステムなどの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する通信装置に好適に適用することができる、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成された、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
を具備するアンテナ装置である。
【００１０】
本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のアンテナ装置の第２の伝送線路は、前記ハイブリッド回路の各入力ポートを励振したそれぞれの場合において、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子が同相結合となるように、各入力ポートに対応した遅延線路長を含んでいる。そして、スイッチは、前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるようになっている。
【００１１】
本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のアンテナ装置は、スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、前記第１又は第２のアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となるように構成されている。
【００１２】
本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載のアンテナ装置は、スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、異なる周波数帯で放射する特性となるように構成されている。
【００１３】
また、本願の請求項５に記載の発明は、
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
前記第１並びに第２のアンテナ素子の無線送受信信号を処理する無線送受信回路と、
前記無線送受信回路の入出力ポートの切り換えと連動して、前記スイッチの切り換えを制御する制御部と、
を具備する通信装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、無線ＬＡＮシステムなどの比較的高い周波数帯域を無線伝送に使用する通信装置に好適に適用することができる、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、比較的高い周波数帯域で広帯域化を実現するとともに、小型低背に構成された、優れたアンテナ装置並びに通信装置を提供することができる。
【００１６】
本発明に係るアンテナ装置は、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とがそれぞれ別の伝送線路を介して接続されるハイブリッド回路で構成される。そして、ハイブリッド回路のいずれの入力ポートを励振するかに応じて、第２のアンテナ素子をハイブリッド回路に接続する伝送線路の遅延線路長を調整するように構成されている。伝送線路の遅延調整を行なうことにより、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は同相結合となるので、第１及び第２のアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となるという効果がある。また、ハイブリッド回路のいずれの入力ポートを励振するかに応じて、異なる周波数で放射する特性を得ることができる。
【００１７】
すなわち、本発明によれば、２つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置として、１つのアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となり、比較的簡単な構成で、中心周波数に対して低周波領域並びに高周波領域に広帯域特性を持つ、良好なアンテナ装置を得ることができる。また、そのアンテナ装置を備えた通信装置の無線通信特性を良好にすることができる。
【００１８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、アンテナ装置を備えた通信装置１０の構成例を示した図である。
【図２】図２は、９０度ハイブリッド回路１３の一構成例を示した図である。
【図３】図３は、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２の配置例を示した図である。
【図４】図４は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を説明するための図である。
【図５】図５は、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を説明するための図である。
【図６】図６は、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２からなるアンテナ装置の設計モデルを例示した図である。
【図７】図７は、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての電流分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図８】図８は、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての放射効率の結果を示した図である。
【図９】図９は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ１１特性）を示した図である。
【図１０】図１０は、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ１１特性）を示した図である。
【図１１】図１１は、通信装置の回路構成例を示した図である。
【図１２】図１２は、通信装置の他の回路構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１には、アンテナ装置を備えた通信装置１０の構成例を示している。通信装置１０に取り付けられたアンテナ装置は、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２を備えた結合アンテナである。第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２はともに、いわゆる逆Ｆ型モノポール・アンテナとして構成され、各アンテナ素子１１、１２は同じ長さの素子である。逆Ｆ型アンテナは、λ／４モノポール・アンテナの先端を折り曲げて低背化したアンテナであり、給電点位置付近に短絡部を設けて給電点とのインピーダンス整合が取られている。
【００２２】
第１のアンテナ素子１１の給電点１１ａは、伝送線路１５を介して９０度ハイブリッド回路１３の第３のポート１３ｃに接続され、第２アンテナ素子１２の給電点１２ａは、遅延線路長を調整可能な伝送線路１６を介して９０度ハイブリッド回路１３の第４のポート１３ｄに接続されている。また、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ及び第２のポート１３ｂのいずれか一方が励振する入力ポートとなり、他方は終端される。
【００２３】
図２には、９０度ハイブリッド回路１３の一構成例を示している。図示の９０度ハイブリッド回路１３は、配線基板上の導電体パターン１４で構成され、第１のポート１３ａと第２のポート１３ｂと第３のポート１３ｃと第４のポート１３ｄを備えている。通信装置１０の使用波長をλ0とすると、導電体パターン１４は、隣接するポート間を、それぞれ遅延線路長λ0／４の伝送路で接続するように形成されている。
【００２４】
第２アンテナ素子１２の給電点１２ａと９０度ハイブリッド回路１３の第４のポート１３ｄの間を接続する伝送線路１６は、遅延線路長を調整可能であり（前述）、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ又は第２のポート１３ｂのいずれの入力ポートを励振するかに応じて、遅延線路長を調整するようになっている。
【００２５】
図１に示す例では、伝送路線１６は、第１の遅延線路１６ａと、第２の遅延線路１６ｂと、単極双投（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ：ＳＰＤＴ）スイッチ１６ｃと、単極単投（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ１６ｄで構成される。第１の遅延線路１６ａの遅延線路長は、λ0／４である。また、第２の遅延線路１６ｂの遅延線路長は、λ0／２である。第１の遅延線路１６ａの一端は、９０度ハイブリッド回路１３の第４のポート１３ｄに接続され、他端は、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃに接続されている。ＳＰＤＴスイッチ１６ｃは、第１の遅延線路１６ａの他端を、第２のアンテナ素子１１ｂ（第１のポート）又は第２の遅延線路１６ｂの一端（第２のポート）のいずれか一方へ、接続を切り換える。また、第２の遅延線路１６ｂの他端は、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄを介して第２のアンテナ素子１１ｂに接続されている。
【００２６】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにする。この結果、伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａのみとなり、伝送線路１６全体での遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる。
【００２７】
また、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにする。この結果、伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａ及び第２の遅延線路１６ｂとなり、伝送線路１６全体での遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる。
【００２８】
但し、伝送線路１６は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａが励振されるときに遅延線路長がλ0／４、第２のポート１３ｂが励振されるときに遅延線路長が３λ0／４となるように、遅延線路長を調整可能であれば、図１に示した構成に限定されるものではない。
【００２９】
２つのアンテナ素子１１、１２は、所定の間隔をあけて、ほぼ直線状に並ぶように配置されている。図３には、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２の配置例を示している。同図に示すように、それぞれ逆Ｆ型モノポール・アンテナとして構成されたアンテナ素子１１、１２は、接地電位部であるグラウンド面１７上に、その表面からわずかに離間して、直線状に並ぶように配置されている。ここで、第１のアンテナ素子１１の給電点１１ａは、伝送線路１５に接続されている。給電点１１ａは、接続導体１１ｂを介してグラウンド面１７に短絡されている。また、第２のアンテナ素子１２の給電点１２ａは、伝送線路１６に接続されている。給電点１２ａは、接続導体１２ｂを介してグラウンド面１７に短絡されている。図３に示す例では、第１のアンテナ素子１１の先端と第２のアンテナ素子１２の先端を近接させ、第１のアンテナ素子１１の給電点１１ａと第２のアンテナ素子１２の給電点１２ａとを逆向きにしている。また、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２間のアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２とする。
【００３０】
図１に示した通信装置１０は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ及び第２のポート１３ｂのうちいずれの入力ポートを励振するかに応じて、伝送線路１６の遅延線路長を調整することで、結合アンテナの帯域を拡大する。結合アンテナの帯域を拡大する仕組みについて、図４並びに図５を参照しながら説明する。
【００３１】
図４には、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を図解している。
【００３２】
まず、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合の、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合について考察する。
【００３３】
第１のポート１３ａから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４であり、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第１のアンテナ素子１１経由での第１のポート１３ａから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、λ0／４＋λ0／２＝３λ0／４となる。
【００３４】
他方、第１のポート１３ａから第２のポート１３ｂ経由での伝送線路１６の根元までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長は、λ0／４＋λ0／４＝λ0／２である。また、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにする。この結果、このときの伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａのみとなり、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。したがって、第２のポート１３ｂ経由での第１のポート１３ａから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、３λ0／４となる。
【００３５】
よって、２つの経路のいずれも遅延線路長が３λ0／４と同相であるから、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合は同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００３６】
次いで、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振する場合の、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合について考察する。
【００３７】
第１のポート１３ａから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４である。
【００３８】
他方、第１のポート１３ａから第２のポート１３ｂ経由での伝送線路１６の根元までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／２であり、このときの伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。また、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第２のアンテナ１２経由での第１のポート１３ａから第１のアンテナ素子１１先端までの総遅延線路長は、λ0／２＋λ0／４＋λ0／２＝５λ0／４となる。
【００３９】
よって、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合も同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００４０】
また、図５には、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合に結合アンテナの帯域が拡大する線路長を図解している。
【００４１】
まず、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合の、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合について考察する。
【００４２】
第２のポート１３ｂから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長は、λ0／４＋λ0／４＝λ0／２であり、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第１のアンテナ素子１１経由での第１のポート１３ａから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、λ0／２＋λ0／２＝４λ0／４となる。
【００４３】
他方、第２のポート１３ｂから伝送線路１６の根元までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４である。また、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂが励振される場合、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにする。この結果、このときの伝送線路１６の遅延要素は第１の遅延線路１６ａ及び第２の遅延線路１６ｂとなり、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。したがって、第２のポート１３ｂから第２のアンテナ素子１２先端までの総遅延線路長は、λ0／４＋３λ0／４＝４λ0／４となる。
【００４４】
よって、２つの経路のいずれも遅延線路長が４λ0／４と同相であるから、第１のアンテナ素子１１から第２のアンテナ素子１２の方向のアンテナ結合は同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００４５】
次いで、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振する場合の、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合について考察する。
【００４６】
第２のポート１３ｂから第３のポート１３ｃに接続された第１のアンテナ素子１１までの９０度ハイブリッド回路１３内での遅延線路長は、λ0／４＋λ0／４＝λ0／２である。
【００４７】
他方、第２のポート１３ｂから伝送線路１６の根元までのハイブリッド回路１３内での遅延線路長はλ0／４であり、このときの伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。また、結合アンテナのアンテナ結合距離Ｄ1は、λ0／２である。したがって、第２のアンテナ１２経由での第１のポート１３ａから第１のアンテナ素子１１先端までの総遅延線路長は、λ0／４＋３λ0／４＋λ0／２＝３λ0／２となる。
【００４８】
よって、第２のアンテナ素子１２から第１のアンテナ素子１１の方向のアンテナ結合も同相結合となり、図１に示したアンテナ装置の帯域が拡大する。
【００４９】
図６には、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２からなるアンテナ装置の設計モデルを例示している。例えば使用周波数帯域の中心が８００ＭＨｚになるように、基板の高さＨ、幅Ｗ、厚さＴ、逆Ｆ字の第１及び第２のアンテナ素子１１、１２の長さＬ、基板とアンテナ素子間の間隙Ｇ、アンテナ素子の径Ｄ、第１及び第２のアンテナ素子１１、１２の先端間の距離Ｌ１、アンテナ素子先端から給電点までの距離Ｌ２、給電点から短絡点までの距離Ｌ３の各パラメーターを決定するようにすればよい。
【００５０】
第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２間の間隔は、電磁界シミュレーションによって、それぞれの電流分布が最も強くなる部分の距離がλ0／２となるように配置を決定している。この配置条件は、図４及び図５におけるアンテナ結合距離Ｄ1に相当する。図７には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての電流分布のシミュレーション結果を示している。
【００５１】
図８には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについての放射効率の結果を示している。但し、中心周波数を８００ＭＨｚとする。同図において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は放射効率［ｄＢ］であり、四角（■）でプロットした曲線は、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したときのアンテナ装置の放射効率特性を示し、丸（●）でプロットした曲線は、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したときのアンテナ装置の放射効率特性を示している。また、参考として第の１アンテナ素子１１を単独で使用した場合のアンテナ装置の放射効率特性を、破線で示している。
【００５２】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。図８から、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２を備えたアンテナ装置は、第１のアンテナ素子単独での放射特性と比較して、放射効率の値が大きくなり、低周波側に帯域が拡大していることが分かる。
【００５３】
一方、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。図８から、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２を備えたアンテナ装置は、第１のアンテナ素子１１単独での放射特性と比較して、放射効率の値が大きくなり、高周波側に帯域が拡大していることが分かる。
【００５４】
要するに、第１のアンテナ素子１１及び第２のアンテナ素子１２を備えたアンテナ装置は、９０度ハイブリッド回路の第１のポート１３ａ並びに第２のポート１３ｂの各入力ポートを励振したときに、第１のアンテナ素子１１又は第２のアンテナ素子１２の一方のみを単独でのアンテナ特性よりも広帯域となる。また、９０度ハイブリッド回路の第１のポート１３ａ並びに第２のポート１３ｂのうちいずれの入力ポートを励振するかによって、低周波側又は高周波側で帯域が拡大し、異なる周波数で放射する特性を得ることができる。
【００５５】
図９には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについて、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ１１特性）［ｄＢ］を、実線で示している。また、参考として第の１アンテナ素子１１を単独で使用した場合のアンテナ装置のリターンロス特性を、破線で示している。
【００５６】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。同図から、中心である８００ＭＨｚから低域側のリターンロスの変化が緩やかであり、高域側の方で急峻にリターンロスが変化していることが分かる。すなわち、低域側の方がよりインピーダンス・マッチングがとれるため、図８に示したように放射効率が低域側に帯域拡大される。
【００５７】
また、図１０には、図６に示したアンテナ装置の設計モデルについて、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したときのアンテナ装置のリターンロス特性（Ｓ２２特性）［ｄＢ］を、実線で示している。また、参考として第の１アンテナ素子１１を単独で使用した場合のアンテナ装置のリターンロス特性を、破線で示している。
【００５８】
９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振したとき、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第２のポートに切り換え、且つ、ＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにするので、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。同図から、中心である８００ＭＨｚから高域側のリターンロスの変化が緩やかであり、低域側の方で急峻にリターンロスが変化していることが分かる。すなわち、高域側の方がよりインピーダンス・マッチングがとれるため、図８に示したように放射効率が高域側に帯域拡大される。
【００５９】
なお、アンテナの特性や実装状態（周辺のグラウンドや寄生部品など）によって、インピーダンス・マッチングの状態は変化する。したがって、その都度、線路長を微調整することによって、上述したような広帯域特性を得ることができる。
【００６０】
図１１には、通信装置の回路構成例を示している。ＲＦ信号処理制御部１８は、制御信号ＡをＸＳＰＤＴ（クロスＳＰＤＴ）スイッチ１９に出力して、９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａ及び第２のポート１３ｂのいずれか一方が励振するよう切り換えを行なう。また、ＲＦ信号処理制御部１８は、ＳＰＤＴスイッチ１６ｃのポート切り替え及びＳＰＳＴスイッチ１６ｄのオン／オフをそれぞれ制御する制御信号Ｂ、Ｃを出力する。ＲＦ信号処理制御部１８は、アンテナ装置での無線送受信信号を処理するが、制御信号Ａの切り換えによって入出力ポートの切り換えを行なう。また、ＲＦ信号処理制御部１８は、下表に示すように、制御信号Ａの切り換えに連動して制御信号Ｂ、Ｃを切り換えることによって、無線送受信の入出力ポートの切り換えとリンクして、伝送線路１６の遅延線路長を切り換えることができる。
【００６１】
【表１】
【００６２】
９０度ハイブリッド回路１３の第１のポート１３ａを励振するとき、ＲＦ信号処理制御部１８は、制御信号Ａをローにするとともに、制御信号ＢでＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、制御信号ＣでＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオフにする。この結果、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2はλ0／４となる（前述）。
【００６３】
また、９０度ハイブリッド回路１３の第２のポート１３ｂを励振するとき、ＲＦ信号処理制御部１８は、制御信号Ａをハイにするとともに、制御信号ＢでＳＰＤＴスイッチ１６ｃを第１のポートに切り換え、且つ、制御信号ＣでＳＰＳＴスイッチ１６ｄをオンにする。この結果、伝送線路１６の遅延線路長Ｄ2は３λ0／４となる（前述）。
【００６４】
また、図１２には、通信装置の他の回路構成例を示している。図１１との主な相違は、９０度ハイブリッド回路１３を１８０度ハイブリッド回路１３´に置き換えた点である。１８０度ハイブリッド回路１３´からの出力位相差が１８０度となり、９０度ハイブリッド回路１３の場合と比べて９０度だけ増える。すなわち、λ0／４分が増えるので、第１の遅延線路１６ａが不要となり、λ0／２分の遅延を与える第２の遅延線路１６ｂだけとなる。図１２に示した通信装置においても、ＲＦ信号処理制御は、上表に従って制御信号Ａ、Ｂ、Ｃを切り換えることで、励振ポートを切り換えることができ、従来（一方のアンテナ素子のみを使用する場合）に比較して動作周波数を拡大したアンテナを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００６６】
本発明に係るアンテナ装置は、２ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯などを使用する無線ＬＡＮシステム、ＬＴＥや３Ｇ通信システム、その他、比較的高い周波数帯域で広帯域を使用するさまざまな無線通信システムで使用される通信装置に適用することができる。
【００６７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【００６８】
１０…通信装置
１１…第１のアンテナ素子、１１ａ…給電点、１１ｂ…接続導体
１２…第２のアンテナ素子、１２ａ…給電点、１２ｂ…接続導体
１３…９０度ハイブリッド回路
１３´…１８０度ハイブリッド回路
１４…導電体パターン
１５…伝送線路
１６…伝送線路
１６ａ…第１の遅延線路、１６ｂ…ｑ第２の遅延線路
１６ｃ…ＳＰＤＴスイッチ、１６ｄ…ＳＰＳＴスイッチ
１７…グラウンド面
１８…ＲＦ信号処理制御部
１９…ＸＳＰＤＴスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
を具備するアンテナ装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド回路の各入力ポートを励振したそれぞれの場合において、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子が同相結合となるように、前記第２の伝送線路は各入力ポートに対応した遅延線路長を含み、
前記スイッチは、前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換える、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、前記第１又は第２のアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となる、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、異なる周波数帯で放射する特性となる、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
前記第１並びに第２のアンテナ素子の無線送受信信号を処理する無線送受信回路と、
前記無線送受信回路の入出力ポートの切り換えと連動して、前記スイッチの切り換えを制御する制御部と、
を具備する通信装置。
【請求項１】
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
を具備するアンテナ装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド回路の各入力ポートを励振したそれぞれの場合において、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子が同相結合となるように、前記第２の伝送線路は各入力ポートに対応した遅延線路長を含み、
前記スイッチは、前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換える、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、前記第１又は第２のアンテナ素子単独でのアンテナ特性よりも広帯域な特性となる、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記スイッチが前記ハイブリッド回路の励振する入力ポートに応じて前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えることにより、異なる周波数帯で放射する特性となる、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
第１のアンテナ素子と、
第２のアンテナ素子と、
第１の伝送線路を介して前記第１のアンテナ素子が接続されるとともに、第２の伝送線路を介して前記第２のアンテナ素子が接続され、いずれかの入力ポートが励振されるハイブリッド回路と、
前記第２の伝送線路の遅延線路長を切り換えるスイッチと、
前記第１並びに第２のアンテナ素子の無線送受信信号を処理する無線送受信回路と、
前記無線送受信回路の入出力ポートの切り換えと連動して、前記スイッチの切り換えを制御する制御部と、
を具備する通信装置。
【図１】
【図３】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図３】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６０９９８（Ｐ２０１２−１６０９９８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５１１（Ｐ２０１１−２０５１１）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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