(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する地導体と、
一端から他端に向かって、前記地導体の主面に外導体が接続された第１領域、前記地導体の主面と間隔を空けて主面に略平行に延びる第２領域、前記地導体の主面の上方に向かって延びる第３領域を順に含む同軸線路と、
動作周波数に対する波長λとしたとき、前記同軸線路の前記第２領域の前記第１領域側端から略λ／４の位置の外導体上に一端が接続された、前記地導体をグランドとする伝送線路と、
前記同軸線路の他端側から第３領域に沿って略平行に延び、一端が前記同軸線路の他端で内導体に接続され、他端が前記第３領域の外導体に接続された略λ／４の長さを有する接続導体と、
前記同軸線路の内導体と前記接続導体との接続位置近傍において一端が前記接続導体に接続され前記接続導体と角度を成して延びる第１の導体と、
前記同軸線路の内導体と前記接続導体との接続位置近傍において一端が前記同軸線路の他端の外導体に接続され前記同軸線路と角度を成しかつ前記第１の導体と反対側に延びる第２の導体と、
前記同軸線路に交流電圧を印加する第１の給電点と、
前記伝送線路に交流電圧を印加する第２の給電点と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
主面を有する地導体と、
２本の内導体の周囲を外導体で覆う平衡線路であって、一端から他端に向かって、前記地導体の主面に外導体の一部が接続された第１領域、前記地導体の主面と間隔を空けて主面に略平行に延びる第２領域、前記地導体の主面の上方に向かって延びる第３領域を順に含むものと、
動作周波数に対する波長λとしたとき、前記平衡線路の前記第２領域の前記第１領域側端から略λ／４の位置の外導体上に一端が接続された、前記地導体をグランドとする伝送線路と、
前記平衡線路の他端で前記２本の内導体の一方に一端が接続され前記平衡線路と角度を成して延びる第１の導体と、
前記平衡線路の一端で前記２本の内導体の他方に一端が接続され前記平衡線路と角度を成しかつ前記第１の導体と反対側に延びる第２の導体と、
前記平衡線路に交流電圧を印加する第１の給電点と、
前記伝送線路に交流電圧を印加する第２の給電点と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
主面を有する地導体と、
一端が前記地導体に接続され他端が前記地導体の主面の上方に向かって延びる線路導体と、
前記線路導体の他端から一端方向に向かって延びる第１のスリットと、
前記第１のスリットの一方側の前記線路導体の他端から前記線路導体と角度を成して延びる第１の導体と、
前記第１のスリットの他方側の前記線路導体の他端から前記線路導体と角度を成しかつ前記第１の導体と反対側に延びる第２の導体と、
前記地導体と前記線路導体の接続位置近傍において、前記地導体の端から内側に延びるように設けられた第２のスリットと、
前記第１のスリットの短絡端から、動作周波数に対する波長をλとしたときに略λ／４の位置の前記第１のスリットの開放端近傍に設けられ交流電圧を印加する第１の給電点と、
前記第２のスリットの短絡端から略λ／４の位置の前記第２のスリットの開放端近傍に設けられ交流電圧を印加する第２の給電点と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１のスリットは前記線路導体の一端から他端に延びる対称軸からずらして設けられていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
主面を有する地導体と、
一端が前記地導体に接続され他端が前記地導体の主面の上方に向かって延び、一端から他端に向かって幅が狭くなるテーパー状導体と、
前記テーパー状導体に略平行に配置され、一端から他端へ前記地導体の主面の上方に向かって延び一端から他端に向かって幅が一定な線状導体と、
前記テーパー状導体の他端から前記テーパー状導体と角度を成して延びる第１の導体と、
前記線状導体の他端から前記線状導体と角度を成しかつ前記第１の導体と反対側に延びる第２の導体と、
前記地導体をグランドとし、前記線状導体の一端に一端が接続された伝送線路と、
前記地導体と前記テーパー状導体の接続位置近傍において、前記地導体の端から内側に延びるように設けられたスリットと、
前記伝送線路に交流電圧を印加する第１の給電点と、
前記スリットの短絡端から、動作周波数に対する波長をλとしたときに略λ／４の位置の前記スリットの開放端近傍に設けられ前記スリットに交流電圧を印加する第２の給電点と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
前記接続導体と前記同軸線路の第３領域が前記地導体の主面に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記平衡線路の第３領域が前記地導体の主面に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記線路導体は前記地導体の主面に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記線状導体とテーパー状導体は前記地導体の主面に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記第１の導体と前記第２の導体は、物理的大きさまたは電気的特性が異なることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記第１の給電点と前記第２の給電点にそれぞれ、電圧を印加する時には電源、電圧を印加しない場合には所定値のリアクタンス素子を選択的に接続する切換手段を備えたされることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記第１の導体と前記第２の導体は、線形、メアンダ状に屈曲した構造、所定の幅を有する板状、円筒形状、円形状、円の一部の形状、のいずれか１つからなることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
アンテナ装置全体が誘電体基板で形成されていることを特徴とする請求項３，４，５，８，９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異なる放射パターンを有するアンテナを一体化して偏波ダイバシティを行うためのアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルチパスフェージング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シティ機能を持たせることが有効である。ダイバシティの方式には、空間ダイバシティ、偏波ダイバシティ、パターンダイバシティなどがあるが、複数のアンテナ間のアイソレーションを確保するため、アンテナ間隔を大きくすることが一般的である。しかし、近年の無線通信装置には小型化が強く望まれている。そのためアンテナ間距離を十分に確保することができず、アイソレーションが劣化してダイバシティ効果が得られなくなる。
【０００３】
これを解決する従来技術として、下記特許文献１に挙げる複合アンテナが知られている。下記特許文献１に記載の複合アンテナによれば、グランドに直交する不平衡アンテナを構成し、不平衡アンテナに対して対称な位置に平衡アンテナを構成してアンテナを一体化することにより、平衡アンテナと不平衡アンテナのそれぞれの給電点の電位変化を相互に抑制し、アイソレーションを確保することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／０５５２３２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、平衡アンテナに電力を供給する給電部の具体的な構造が開示されておらず、その実現方法に課題があった。また、平衡アンテナの構造を不平衡アンテナに対して対称な位置とした場合にアンテナ間のアイソレーションが確保されるため、外乱の影響等によりアンテナ上を流れる電流分布が非対称となった場合には平衡アンテナと不平衡アンテナのそれぞれの給電点に電位変化が生じ、アンテナ間のアイソレーションが劣化するという課題があった。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡易な方法で異なる偏波を有する２つのアンテナを一体化し、偏波ダイバシティを実現できる小型のアンテナ装置を得ることを目的とする。また、アンテナを無線通信装置の筐体に収納した場合でもアンテナ間のアイソレーションを確保することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、主面を有する地導体と、一端から他端に向かって、前記地導体の主面に外導体が接続された第１領域、前記地導体の主面と間隔を空けて主面に略平行に延びる第２領域、前記地導体の主面の上方に向かって延びる第３領域を順に含む同軸線路と、動作周波数に対する波長λとしたとき、前記同軸線路の前記第２領域の前記第１領域側端から略λ／４の位置の外導体上に一端が接続された、前記地導体をグランドとする伝送線路と、前記同軸線路の他端側から第３領域に沿って略平行に延び、一端が前記同軸線路の他端で内導体に接続され、他端が前記第３領域の外導体に接続された略λ／４の長さを有する接続導体と、前記同軸線路の内導体と前記接続導体との接続位置近傍において一端が前記接続導体に接続され前記接続導体と角度を成して延びる第１の導体と、前記同軸線路の内導体と前記接続導体との接続位置近傍において一端が前記同軸線路の他端の外導体に接続され前記同軸線路と角度を成しかつ前記第１の導体と反対側に延びる第２の導体と、前記同軸線路に交流電圧を印加する第１の給電点と、前記伝送線路に交流電圧を印加する第２の給電点と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置等にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、簡易な方法で異なる偏波を有する２つのアンテナを一体化し、偏波ダイバシティを実現できる小型のアンテナ装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のアンテナ装置の動作を模式的に示した図である。
【図３】図１のアンテナ装置の動作を模式的に示した図である。
【図４】図１のアンテナ装置を試作して測定した放射パターンを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図７】図６のアンテナ装置の動作を模式的に示した図である。
【図８】図６のアンテナ装置の動作を模式的に示した図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１４の切換手段の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明によるアンテナ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１においてアンテナ装置は、地導体１と、同軸線路２と、伝送線路３と、接続導体４と、第１の導体５と、第２の導体６とを備えている。
【００１２】
地導体１は有限の大きさからなる導体であり、例えば図１に示すように伝送線路を形成する主面を有する矩形形状を有している。同軸線路２は、点Ａにおいて地導体１と電気的に接続され、地導体１に対して略平行または平行に配置される部分を有する。伝送線路３は地導体１をグランドとして動作する伝送線路であり、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路などの平面回路が用いられる。また、同軸線路としても良い。その場合、同軸線路の外導体は地導体１に電気的に接続するのが望ましい。伝送線路３(同軸線路とした場合はその内導体)の一端は、点Ｂにおいて同軸線路２の外導体に電気的に接続されている。
【００１３】
すなわち同軸線路２は、一端の後述する第１の給電点７から地導体１の主面に外導体の一部が接続されているＡ点までの第１領域、Ａ点から屈曲して地導体１の主面と間隔を空けて主面に略平行または平行に延びるＢＣ点までの第２領域、ＢＣ点から地導体１の主面の上方(例えば主面に略垂直または垂直)に向かって延びる同軸線路２の他端になるＣ点までの第３領域を順に含む。
【００１４】
接続導体４は一端が点Ｃにおいて同軸線路２の他端の内導体に電気的に接続され、他端は接続点Ｄにおいて同軸線路２の外導体に電気的に接続された同軸線路２と略平行または平行な導体である。第１の導体５は、一端が点Ｃの近傍において接続導体４の一端と電気的に接続され接続導体４と角度を成して延びる導体である。第２の導体６は、一端が点Ｃの近傍において同軸線路２の他端でこれの外導体に電気的に接続され同軸線路２と角度を成しかつ第１の導体５と反対側に延びる導体である。同軸線路２の一端には交流電源で示された第１の給電点７を接続し、また伝送線路３の他端には交流電源で示された第２の給電点８を接続する。
【００１５】
次に、動作について説明する。第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、上記交流電源から出力された交流信号は、同軸線路２の内導体に(＋)(プラス)電荷、同軸線路２の外導体に(−)(マイナス)電荷を配して同軸線路２の内部を伝送して、点Ｃへ到達する。点Ｃの近傍では同軸線路２の内導体と第１の導体５が接続され、同軸線路２の外導体には第２の導体６が接続されているから、第１の導体５と第２の導体６によりダイポールアンテナが構成される。
【００１６】
ここで、ダイポールアンテナは平衡系のアンテナであるのに対し、同軸線路２は不平衡系の給電線路であるから、両者をそのまま接続した場合には同軸線路２の外導体の外側に不平衡電流が流れ、アンテナの性能に悪影響を及ぼす。
【００１７】
この発明の実施の形態１におけるアンテナ装置では、接続導体４を点Ｃにおいて同軸線路２の内導体と接続し、点Ｄにおいて同軸線路２の外導体と接続しているので、接続導体４と同軸線路２の外導体によって先端短絡の伝送線路が形成される。このとき、点Ｃから点Ｄを見たインピーダンスＺＣＤは、
【００１８】
ＺＣＤ＝ｊＺ０ａｔａｎ{(２π／λ)Ｌａ}          (１)
【００１９】
と表される。ここで
Ｚ０ａ：接続導体４と同軸線路２の外導体によって構成される伝送線路の特性インピーダンス
Ｌａ：点Ｃと点Ｄの間隔
λ：動作周波数に対する波長
である。式(１)から明らかなように、Ｌａが次式(２)を満足するとき点Ｃから点Ｄを見たインピーダンスＺＣＤは無限大となる。
【００２０】
Ｌａ＝{(２ｎ＋１)／４}λ      (ｎは０以上の整数)      (２)
【００２１】
従って、式(２)を満足するように点Ｃと点Ｄの間隔Ｌａを選べば、不平衡電流が同軸線路２の外導体を流れることを防ぐことができる。アンテナ装置を小型化するのであればＬａ＝λ／４またはＬａ≒λ／４となる。
【００２２】
一方、第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合、交流電源から出力される交流信号は同軸線路２の外導体に到達する。ここで、同軸線路２の外導体は点Ａにおいて地導体１と接続されており、同軸線路２と地導体１が略平行に配置されている部分によって先端短絡の伝送線路が形成される。このとき、点Ｂから点Ａを見たインピーダンスＺＢＡは、
【００２３】
ＺＢＡ＝ｊＺ０ｂｔａｎ{(２π／λ)Ｌｂ}          (３)
【００２４】
と表される。ここで
Ｚ０ｂ：同軸線路２の外導体と地導体１によって構成される伝送線路の特性インピーダンス、
Ｌｂ：点Ｂと点Ａの間隔
である。式(３)から明らかなように、Ｌｂが次式(４)を満足するとき点Ｂから点Ａを見たインピーダンスＺＢＡは無限大となる。
【００２５】
Ｌｂ＝{(２ｍ＋１)／４}λ      (ｍは０以上の整数)      (４)
【００２６】
従って、式(４)を満足するように点Ｂと点Ａの間隔を選べば(アンテナ装置を小型化するのであればＬｂ＝λ／４またはＬａ≒λ／４となる)、伝送線路３から伝送される交流信号(電流)は点Ａの方へは流れず、接続導体４と、同軸線路２の外導体の接続導体４と略平行な部分に電力が供給され、この部分(点Ｃと点Ｄ間)がモノポールアンテナとして動作する。
【００２７】
以上説明した動作を模式的に表したものを図２、図３に示す。図２は第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、図３は第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合を表している。図２において、９は第１の導体５および第２の導体６上を流れる電流である。図３において、１０は第１の導体５および第２の導体６上を流れる電流、１１は接続導体４および同軸線路２の外導体の接続導体４と略平行な部分を流れる電流である。なお、図２および図３において、電流９、１０、１１の向きは第１の給電点７、第２の給電点８に接続される交流電源から出力される交流信号の周波数に応じた周期によって交互に切り替わる。
【００２８】
第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、放射に寄与する電流は第１の導体５および第２の導体６上を流れる電流９である。一方、第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合、放射に寄与する電流は接続導体４および同軸線路２の外導体の接続導体４と略平行な部分を流れる電流１１である。第１の導体５および第２の導体６上を流れる電流１０は互いに逆向きに流れるため放射には寄与しない。
【００２９】
図４はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を試作し、図２に示したｘｚ面が地導体１の主面となるｘｙｚ座標のｚ−ｘ面およびｚ−ｙ面の放射パターンを測定した結果を示す図である。図４の(ａ)は第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、図４の(ｂ)は第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合の放射パターンを表している。
【００３０】
第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、放射に寄与する電流は電流９であるから、ｚ−ｘ面においてはＥθ成分が主偏波の８の字型のパターンとなる。ｚ-ｙ面においてはＥφ成分が主偏波のほぼ無指向のパターンとなる。一方、第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合、放射に寄与する電流は電流１１であるから、ｚ−ｘ面においてはＥφ成分が主偏波のほぼ無指向のパターンとなる。ｚ−ｙ面においてはＥθ成分が主偏波の８の字型のパターンとなる。
【００３１】
このように、第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合と第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合とで、放射される電波の偏波を切り替えることが可能となり、小型な偏波ダイバシティアンテナを得ることができる。
【００３２】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態１と相違する点は、同軸線路２および接続導体４の代わりに平衡線路１２が用いられている点である。なお、第１および第２の給電点７，８の交流電源の図示は省略されている(以下同様)。
【００３３】
図５に示す平衡線路１２は２本の内導体およびこれらの周囲を覆う外導体により構成されている。平衡線路１２の他端側において、内導体のうち一方は第１の導体５と電気的に接続され、他方の内導体は第２の導体６と電気的に接続されている。平衡線路１２の一部は地導体１と所定の距離を隔てて略平行または平行に配置され、平衡線路１２の外導体は接続点Ａにおいて地導体１と電気的に接続されている。さらに、接続点Ｂにおいて伝送線路３と平衡線路１２の外導体が電気的に接続されている。
【００３４】
すなわち平衡線路１２は、一端の第１の給電点７から地導体１の主面に外導体の一部が接続されているＡ点までの第１領域、Ａ点から屈曲して地導体１の主面と間隔を空けて主面に略平行または平行に延びるＢＣ点までの第２領域、ＢＣ点から地導体１の主面の上方(例えば主面に略垂直または垂直)に向かって延びる平衡線路１２の他端になるＣ点までの第３領域を順に含む。
【００３５】
平衡線路１２の第１の導体５、第２の導体６が接続されている他端側と反対側の一端側には、交流電源(図示せず)が接続される第１および第２の給電点７，８が設けられ、交流信号が印加される。これにより、第１の導体５と第２の導体６とでダイポールアンテナが形成される。ここで、ダイポールアンテナは平衡系のアンテナであるから、ダイポールアンテナに平衡線路を接続して給電した場合には給電線路の外導体には不平衡電流が流れない。従って、実施の形態２のアンテナ装置における平衡線路１２の外導体には不平衡電流は流れない。
【００３６】
このような構成としても、平衡線路１２と地導体１が略平行に配置されている部分によって先端短絡の伝送線路が形成され、伝送線路３を通じて平衡線路１２の外導体に給電される。従って実施の形態１で説明した動作と同様に平衡線路１２の点Ｃと点Ｂ間にモノポールアンテナが構成される。つまり、平衡線路１２に給電した場合と伝送線路３に給電した場合とで放射される電波の偏波を切り替えることが可能となり、小型な偏波ダイバシティアンテナを得ることができる。
【００３７】
実施の形態２のアンテナ装置では、平衡線路１２を用いて第１の導体５と第２の導体６からなるダイポールアンテナに給電することで、不平衡電流を防止するための構造を省略することができ、製造が容易となる。
【００３８】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図６においてアンテナ装置は、地導体１(ここでは例えば板状)と、Ｔ字型の導体１３と、第１のスリット１４と、第２のスリット１５と、第１の給電点７と、第２の給電点８とを備えている。
【００３９】
実施の形態１および実施の形態２との相違点は、接続導体４、第１および第２の導体５，６の代わりに略Ｔ字型またはＴ字型の導体１３を配置し、Ｔ字型の導体１３に第１のスリット１４、地導体１に第２のスリット１５を設けた点である。
【００４０】
Ｔ字型の導体１３は、一端が地導体１(主面または側面)に電気的に接続され他端が地導体１の主面の上方(例えば主面に略垂直または垂直)に向かって延びる線路導体１３ａと、線路導体１３ａの他端から一端側に向かって延び線路導体１３ａを２つに分割する第１のスリット１４と、第１のスリット１４で分割された一方側の線路導体１３ａの他端側から線路導体と角度を成して延びる第１の導体１３ｂと、第１のスリット１４で分割された他方側の線路導体１３ａの他端側から線路導体と角度を成しかつ第１の導体１３ｂと反対側に延びる第２の導体１３ｃを備える。
【００４１】
また、地導体１にはＴ字型の導体１３の下端(一端側)が電気的に接続された部分の近傍の端から内側に延びる第２のスリット１５が設けられている。第２のスリット１５は例えば、内側に第１の所定長延びさらに略直角に曲がって地導体１の縁と並行に第２の所定長延びるＬ字形状を有する。
【００４２】
第１の給電点７は第１のスリット１４の開放端近傍に設けられており、第２の給電点８は第２のスリット１５の開放端近傍に設けられている。
【００４３】
次に動作について説明する。第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、上記交流電源から出力された交流信号により、第１のスリット１４によって隔てられる線路導体１３ａの一方に(＋)(プラス)電荷、反対側に(−)(マイナス)電荷が誘起される。このとき、第１のスリット１４は第１の給電点７から見ると先端短絡の伝送線路として動作する。このとき、第１の給電点７からスリットの端(短絡端)を見たインピーダンスＺ７は、
【００４４】
Ｚ７＝ｊＺ０ｃｔａｎ{(２π／λ)Ｌｃ}          (５)
【００４５】
と表される。ここで
Ｚ０ｃ：第１のスリット１４による伝送線路の特性インピーダンス
Ｌｃ：第１の給電点７から第１のスリット１４の端(短絡端)までの距離
である。式(５)から明らかなように、Ｌｃが次式(６)を満足するとき第１の給電点７から第１のスリット１４の端(短絡端)を見たインピーダンスＺ７は無限大となる。
【００４６】
Ｌｃ＝{(２ｋ＋１)／４}λ      (ｋは０以上の整数)      (６)
【００４７】
従って、式(６)を満足するようにＬｃを選べば、線路導体１３ａに電流が流れることを防ぐことができ、第１および第２の導体１３ｂ，１３ｃに電流が流れる。
【００４８】
一方、第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合、上記交流電源から出力された交流信号により、第２のスリット１５によって隔てられる地導体１の一方に(＋)(プラス)電荷、反対側に(−)(マイナス)電荷が誘起される。従って、第２のスリット１５も第２の給電点８から見ると先端短絡の伝送線路として動作する。このとき、第２の給電点８からスリットの端(短絡端)を見たインピーダンスＺ８は、
【００４９】
Ｚ８＝ｊＺ０ｄｔａｎ{(２π／λ)Ｌｄ}          (７)
【００５０】
と表される。ここで
Ｚ０ｄ：第２のスリット１５による伝送線路の特性インピーダンス
Ｌｄ：第２の給電点８から第２のスリット１５の端(短絡端)までの距離
である。式(７)から明らかなように、Ｌｄが次式(８)を満足するとき第２の給電点８から第２のスリット１５の端(短絡端)を見たインピーダンスＺ８は無限大となる。
【００５１】
Ｌｄ＝{(２ｌ＋１)／４}λ      (ｌは０以上の整数)      (８)
【００５２】
第２のスリット１５は線路導体１３ａと地導体１が接続された部分に近接しているから、式(８)を満足するようにＬｄを選べば、第２の給電点８により誘起される電流は地導体１を流れずに線路導体１３ａを流れるようになる。
【００５３】
以上説明した動作を模式的に表したものを図７、図８に示す。図７は第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、図８は第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合を表している。図７において、１８は第１および第２の導体１３ｂ，１３ｃを流れる電流である。図８において、１９は第１および第２の導体１３ｂ，１３ｃを流れる電流、２０は線路導体１３ａを流れる電流である。なお、図７、図８において、電流１８，１９，２０の向きは第１の給電点７、第２の給電点８に接続される交流電源から出力される交流信号の周波数に応じた周期によって交互に切り替わる。
【００５４】
第１の給電点７に交流電源を接続して給電した場合、放射に寄与する電流は図７に示す電流１８である。従って、ｚ−ｘ面においてはＥθ成分が主偏波の８の字型のパターンとなる。ｚ-ｙ面においてはＥφ成分が主偏波のほぼ無指向のパターンとなる。一方、第２の給電点８に交流電源を接続して給電した場合、Ｔ字型の導体１３上を流れる電流は、線路導体１３ａを通って第１および第２の導体１３ｂ，１３ｃへ到達する。従って、第１および第２の導体１３ｂ，１３ｃを流れる電流は、図８に示すように第１のスリット１４の左右で互いに逆向きとなる。このため、電流１９は放射には寄与せず、線路導体１３ａを流れる電流２０が放射に寄与する。従って、ｚ−ｘ面においてはＥφ成分が主偏波のほぼ無指向のパターンとなり、ｚ−ｙ面においてはＥθ成分が主偏波の８の字型のパターンとなる。
【００５５】
このように実施の形態３のアンテナ装置においても、実施の形態１と同様に、第１の給電点７に給電した場合と第２の給電点８に給電した場合とで放射される電波の偏波を切り替えることが可能となり、小型な偏波ダイバシティアンテナを得ることができる。
【００５６】
ここで、誘電体基板を用いることによりエッチング加工によって誘電体基板上に地導体１、第２のスリット１５、Ｔ字型の導体１３および第１のスリット１４をそれぞれ構成することが可能である。このようにすることで、第１の給電点７において給電するための給電線路を地導体１およびＴ字型の導体１３をグランドとする伝送線路により構成することができる。また、エッチング加工により容易に量産が可能となり、低コスト化につながる。
【００５７】
なお、実施の形態３では第１のスリット１４によってテーパーバランのような不平衡−平衡変換線路を用いることも可能である。図９はテーパーバランとダイポールアンテナを組み合わせた構成の一例である。図９においてアンテナ装置は、地導体１と、スリット１５と、伝送線路４１と、第１の給電点７と、第２の給電点８と、基板２１とを備える。基板２１は有限の大きさを有する板状の基板であり、例えば図９に示すように略Ｔ字型またはＴ字型である。
【００５８】
基板２１は、互いに対向する一対の面の一方に、一端が地導体１(主面または側面)に電気的に接続され他端が地導体１の主面の上方(例えば主面に略垂直または垂直)に向かって延び、一端から他端に向かって幅が狭くなるテーパー状導体２３ｂと、このテーパー状導体２３ｂの他端からテーパー状導体と角度を成して延びる第１の導体２３ａが設けられ、他方にテーパー状導体２３ｂに略平行に配置され、一端から他端へ地導体１の主面の上方(例えば主面に略垂直または垂直)に向かって延び一端から他端に向かって幅が一定な線状導体２２ｂと、この線状導体２２ｂの他端から線状導体と角度を成しかつ第１の導体２３ａと反対側に延びる第２の導体２２ａが設けられている。
【００５９】
また地導体１には、地導体１をグランドとし、線状導体２２ｂの一端に一端が電気的に接続された伝送線路４１と、地導体１とテーパー状導体２３ｂの接続位置近傍において、地導体１の端から内側に延びるように設けられたスリット１５と、伝送線路４１に交流電圧を印加する第１の給電点７と、スリット１５の短絡端から、動作周波数に対する波長をλとしたときに略λ／４の位置のスリット１５の開放端近傍に設けられスリット１５に交流電圧を印加する第２の給電点８が設けられている。
伝送線路４１は実施の形態１の同軸線路２、実施の形態２の平行線路１２に相当し、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、同軸線路(同軸線路とした場合はその内導体を線状導体２２ｂに接続)で構成可能である。
【００６０】
第１の導体２３ａと第２の導体２２ａからなるダイポールアンテナを動作させる時には例えば実施の形態１，２のように第１の給電点７から給電を行い、テーパー状導体２３ｂをモノポールアンテナとして動作させる時には実施の形態３のように第２の給電点８から給電を行う。
基板２１において、テーパー状導体２３ｂの幅を徐々に変化させることでこの部分がテーパーバランとして動作する。従って第１の導体２３ａと第２の導体２２ａからなるダイポールアンテナに平衡給電することができ、不平衡電流が抑圧できる。
【００６１】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１０において、実施の形態３と相違する点は、Ｔ字型の導体１３の第１の導体１３ｂと第２の導体１３ｃが第１の給電点７に対して非対称となっている点である。
【００６２】
一般的に、無線通信装置の筐体に内蔵されるアンテナの場合、アンテナの近傍に他のモジュールや回路基板などの構造物が配置されることが多く、構造物(特に金属で構成されるもの)の影響によりアンテナの特性が変化する。このため、筐体に内蔵されるアンテナは周囲構造物を含めた設計を行い、周囲の影響を考慮してアンテナの形状を決定する必要がある。このとき、アンテナの形状を非対称にすることでアンテナ特性を改善することができる場合がある。
【００６３】
なお、図１０に示した第１の導体１３ｂと第２の導体１３ｃは第１のスリット１４に対しても物理的に非対称となっている。しかし、例えば図１１に示すように、第１の導体側を一部を切除して導体１３ｂａと導体１３ｂｂとし間に集中定数素子２４を挿入することによって電気長を非対称にすることでも同等の効果を得ることができる。集中定数素子２４は任意のリアクタンス(インダクタンスまたはキャパシタンス)を有する素子が用いられる。
【００６４】
以上のように、実施の形態４に係るアンテナ装置によれば、無線通信装置の筐体に内蔵しても良好な特性が得られるアンテナ装置を得ることができる。
【００６５】
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１２において実施の形態３と相違する点は、Ｔ字型の導体１３の第１のスリット１４がＴ字型の導体１３の非対称な位置に設けられている点である。
【００６６】
前述のように、無線通信装置の筐体に内蔵されるアンテナでは、アンテナの構造が対称であっても周囲構造の影響によりアンテナ上の電流分布は非対称となる場合がある。このとき、第１の給電点７と第２の給電点８の間の電気的なアイソレーションが劣化してしまう。
【００６７】
そこでこの発明の実施の形態５に係るアンテナ装置では、第１のスリット１４をＴ字型の導体１３の非対称な位置に設けることにより、この非対称性を打ち消してアイソレーションを改善することができる。また、非対称性を打ち消す別の手段として、図１３に示すようにＴ字型の導体１３の線路導体１３ａを地導体１に対して傾けることも有効である。傾ける方向、角度は得ようとする特性に従って選択する。
【００６８】
以上のように、実施の形態５に係るアンテナ装置によれば、無線通信装置の筐体に内蔵しても良好なアイソレーションを確保できる偏波ダイバシティアンテナを得ることができる。
【００６９】
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１４において実施の形態１と相違する点は、第１の給電点７と同軸線路２の間に第１のスイッチ２５が挿入され、第２の給電点８と伝送線路３の間に第２のスイッチ２６が挿入されている点である。第１のスイッチ２５には第１の給電点７と第１のリアクタンス素子２７が接続され、第２のスイッチ２６には第２の給電点８と第２のリアクタンス素子２８が接続されている。
【００７０】
２つのアンテナ間の放射パターンの一致度を表す相関係数は、使用していないアンテナの終端条件により変化する。つまり、適切なリアクタンス値を選択すれば２つのアンテナ間の放射パターン相関係数を小さくさせることができる。
【００７１】
実施の形態６のアンテナ装置では、使用していない側の給電点を任意のリアクタンス値を持つリアクタンス素子で終端することができるので、相関係数の小さな偏波ダイバシティアンテナを得ることができる。従って、ダイバシティ効果の高いアンテナ装置を得ることができる。
【００７２】
なお、図１４では第１のスイッチ２５と第２のスイッチ２６をそれぞれ同軸線路２、伝送線路３に接続して構成したが、このような構成に限定されるものではなく、それぞれの給電点をリアクタンス素子で終端できるような切換が可能であれば、任意の構成が適用できる。例えば図１５で示すように１つのスイッチ２９を用いて終端を切り換えることもできる。図１５において、図示のように共通の給電点３０が例えば伝送線路３に接続された点Ｆの端子に接続される場合には点Ｅの端子に第１のリアクタンス素子２７が接続され、給電点３０が例えば同軸線路２に接続された点Ｅの端子に接続される場合には点Ｆの端子に第２のリアクタンス素子２８が接続される。
【００７３】
なお、各実施の形態の第１の導体５，１３ｂ，１３ｂａ，１３ｂｂ，２３ａと第２の導体６，１３ｃ，２２ａの形状は、線状、メアンダ状に屈曲した構造、所定の幅を有する板状、円筒形状、円形状、円の一部の形状(扇形)など、所望の周波数で共振が得られれば任意の形状を選択できる。
【００７４】
また、実施の形態６の構成は実施の形態１の構成をもとにして説明したが、この構成に限定されるものではなく、実施の形態２〜５で説明した構成においても同様に適用可能で相当の効果を得ることができる。
さらにこの発明は上記の個々の実施の形態に限定されるものではく、これらの実施の形態の可能な組み合わせも全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１  地導体、２  同軸線路、３  伝送線路、４  接続導体、５，１３ｂ，１３ｂａ，１３ｂｂ，２３ａ  第１の導体、６，１３ｃ，２２ａ  第２の導体、７  第１の給電点、８  第２の給電点、１２  平行線路、１３  Ｔ字型の導体、１３ａ  線路導体、１４  第１のスリット、１５  第２のスリット、２１  Ｔ字型の基板、２２ｂ  線状導体、２３ｂ  テーパー状導体、２４  集中定数素子、２５  第１のスイッチ、２６  第２のスイッチ、２７  第１のリアクタンス素子、２８  第２のリアクタンス素子、２９  スイッチ、３０  給電点、４１  伝送線路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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