(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入出力端子に一端が接続された第１のサセプタンス回路と、
第２の入出力端子に一端が接続された第２のサセプタンス回路と、
前記第１のサセプタンス回路の他端と前記第２のサセプタンス回路の他端の間に接続された第３のサセプタンス回路と、
前記第１のサセプタンス回路の他端と前記第３のサセプタンス回路との接続点と第３の入出力端子との間に接続された第１の整合回路と、
前記第２のサセプタンス回路の他端と前記第３のサセプタンス回路との接続点と第４の入出力端子との間に接続された第２の整合回路と、
を備え、前記第１の入出力端子に接続された第１のアンテナと前記第２の入出力端子に接続された第２のアンテナとの結合量を低減させ、
前記第１および第２の入出力端子において前記第１および第２のアンテナ側を見た、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子の結合をＳa２１＝αｅｊφ、αをアンテナ間結合の振幅、φをアンテナ間結合の位相、Ｙ０を規格化アドミタンスとすると、
前記第１および第２のサセプタンス回路のサセプタンスを、
【数３】
0005871647.tif 000006
とし、前記第３のサセプタンス回路のサセプタンスを、
【数４】
0005871647.tif 000007
とした、
ことを特徴とする減結合回路。
【請求項２】
前記第１および第２の整合回路を、Π型回路またはＴ型回路としたとしたことを特徴とする請求項１に記載の減結合回路。
【請求項３】
第１の入出力端子に一端が接続された第１のサセプタンス回路と、
第２の入出力端子に一端が接続された第２のサセプタンス回路と、
前記第１のサセプタンス回路の他端と前記第２のサセプタンス回路の他端の間に接続された第３のサセプタンス回路と、
前記第１のサセプタンス回路の他端と前記第３のサセプタンス回路との接続点と第３の入出力端子との間に接続された第１の整合回路と、
前記第２のサセプタンス回路の他端と前記第３のサセプタンス回路との接続点と第４の入出力端子との間に接続された第２の整合回路と、さらに
前記第１の入出力端子と前記第１のサセプタンス回路の間に接続された第３の整合回路と第１の伝送線路の直列回路と、
前記第２の入出力端子と前記第２のサセプタンス回路の間に接続された第４の整合回路と第２の伝送線路の直列回路と、
を備え、前記第１の入出力端子に接続された第１のアンテナと前記第２の入出力端子に接続された第２のアンテナとの結合量を低減させ、
前記第３の整合回路と第１の伝送線路の直列回路と前記第１のサセプタンス回路の接続部と、前記第４の整合回路と第２の伝送線路の直列回路と前記第２のサセプタンス回路の接続部において、前記第１および第２のアンテナ側を見た場合の結合をＳa２１＝αｅｊφ、αをアンテナ間結合の振幅、φをアンテナ間結合の位相、Ｙ０を規格化アドミタンスとすると、
前記第１および第２のサセプタンス回路のサセプタンスを、
【数５】
0005871647.tif 000008
とし、前記第３のサセプタンス回路のサセプタンスを、
【数６】
0005871647.tif 000009
とした、
ことを特徴とする減結合回路。
【請求項４】
前記第１から第４までの整合回路を、Π型回路またはＴ型回路としたとしたことを特徴とする請求項３に記載の減結合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信装置等に搭載される複数のアンテナに接続される減結合回路に関し、特に、２本のアンテナ間の結合を低減する減結合回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムの高速化／高品質化に伴って、ダイバーシチやＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)を適用するために、送受信に複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術への要求が高まっている。ダイバーシチやＭＩＭＯが効果を発揮するためには、複数のアンテナ間の結合をできる限り小さくし、アンテナ相関を低くする必要がある。
【０００３】
しかし、一般に、小型の通信端末等の小さい領域に複数のアンテナを搭載する場合には、アンテナ間の距離を十分に確保できないため、アンテナ間結合が強くなり通信性能が劣化する。この問題に対して、アンテナに減結合回路を接続し、アンテナを介した結合を回路を介した結合で打ち消す方法が知られている。
【０００４】
例えば、減結合回路を２つの伝送線路と線路間を接続するリアクタンス素子で構成することにより、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであっても(どのような形状のアンテナに対しても)、アンテナ間の相互結合を低減できることが知られている(例えば下記非特許文献１参照)。また、減結合回路を１０個の集中定数素子により構成することで、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであっても、アンテナ間の相互結合を低減できることが知られている(例えば下記非特許文献２参照)。更に、２本のアンテナの形状を工夫し、アンテナ間を接続回路(リアクタンス回路)で接続することで、アンテナ間結合を低減する方法がある(例えば下記特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０５３１６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S.C. Chen, Y.S. Wang, and S.J. Chung著、”A decoupling technique for increasing the port isolation between two strongly coupled antennas”、IEEE Trans. Antennas Propag.、vol.56, no.12, pp.3650 - 3658、２００８年１２月
【非特許文献２】相澤和宏，本間尚樹著、”周波数が近接するアンテナ間の結合を抑制するマルチバンド減結合回路の提案”、2010信学総大, B-1-208、２０１０年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、非特許文献１の減結合回路では、伝送線路長をアンテナ間結合に応じて決定する必要があり、最大で伝送線路の長さが電気長で半波長必要となるので、回路が大型になるという課題があった。また、非特許文献２の減結合回路は、集中定数素子が１０個必要であり、かつ線路の交差構造が必要なため、回路が複雑になるという課題があった。更に、特許文献１の構造は、限定されたアンテナ形状に対してのみ結合を低減でき、アンテナ形状が変化した場合にアンテナ間に接続回路を設置しただけでは結合を低減できないという課題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、第１の入出力端子に一端が接続された第１のサセプタンス回路と、第２の入出力端子に一端が接続された第２のサセプタンス回路と、前記第１のサセプタンス回路の他端と前記第２のサセプタンス回路の他端の間に接続された第３のサセプタンス回路と、前記第１のサセプタンス回路の他端と前記第３のサセプタンス回路との接続点と第３の入出力端子との間に接続された第１の整合回路と、前記第２のサセプタンス回路の他端と前記第３のサセプタンス回路との接続点と第４の入出力端子との間に接続された第２の整合回路と、を備え、前記第１の入出力端子に接続された第１のアンテナと前記第２の入出力端子に接続された第２のアンテナとの結合量を低減させ、前記第１および第２の入出力端子において前記第１および第２のアンテナ側を見た、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子の結合をＳa２１＝αｅｊφ、αをアンテナ間結合の振幅、φをアンテナ間結合の位相、Ｙ０を規格化アドミタンスとすると、前記第１および第２のサセプタンス回路のサセプタンスを、
【数１】
0005871647.tif 000002
とし、前記第３のサセプタンス回路のサセプタンスを、
【数２】
0005871647.tif 000003
とした、ことを特徴とする減結合回路等にある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る減結合回路を示す図である。
【図２】図１の整合回路の構成例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る減結合回路を示す図である。
【図４】整合回路をΠ型回路で構成した場合の実施の形態２に係る減結合回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明による減結合回路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。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る減結合回路を示す図である。図２は図１の整合回路２０１、２０２の構成例を示す。
【００１４】
図１において減結合回路には、入出力端子１〜４と、サセプタンス素子１０１〜１０３と、接続部１１、１２と、整合回路２０１、２０２とが設けられている。また、減結合回路の入出力端子１には第１のアンテナ５１が接続され、入出力端子２には第２のアンテナ５２が接続される。
【００１５】
入出力端子１の第１のアンテナ５１と反対側にサセプタンス素子１０１の一端が接続され、入出力端子２の第２のアンテナ５２の反対側にサセプタンス素子１０２の一端が接続される。また、接続部１１に、サセプタンス素子１０１の他端と、整合回路２０１の一端と、サセプタンス素子１０３の一端とが接続される。接続部１２に、サセプタンス素子１０２の他端と、整合回路２０２の一端と、サセプタンス素子１０３の他端とが接続される。更に、整合回路２０１の他端は入出力端子３と接続され、整合回路２０２の他端は入出力端子４と接続される。
【００１６】
本減結合回路の動作について説明する。入出力端子１から第１のアンテナ５１に高周波信号を入力した場合の入出力端子１で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|Ｓa１１|を０(無反射)とする。入出力端子２から第２のアンテナ５２に高周波信号を入力した場合の入出力端子２で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|Ｓa２２|を０(無反射)とする。また、入出力端子１から第１のアンテナ５１に高周波信号を入力した場合の入出力端子２へのアンテナを介した結合(すなわち第１および第２の入出力端子１，２において第１および第２のアンテナ５１，５２側を見た、第１の入出力端子１と第２の入出力端子２の結合)をＳa２１＝αｅｊφとする。すなわち、αがアンテナ間結合の振幅を表し、φがアンテナ間結合の位相を表す。また、規格化アドミタンスをＹ０とする。
【００１７】
このとき、サセプタンス素子１０１、１０２のサセプタンスＢ１を、
【００１８】
【数１】
0005871647.tif 000004
【００１９】
とし、サセプタンス素子１０３のサセプタンスＢ２を、
【００２０】
【数２】
0005871647.tif 000005
【００２１】
とする。
【００２２】
式(１)と式(２)に従ってサセプタンス素子１０１，１０２，１０３のサセプタンスＢ１，Ｂ２、を設定すれば、図１の減結合回路の参照面Ａから上側を見たＳパラメータにおいて、結合の大きさを０とすることができる。
しかしながら、上記参照面Ａから上側を見たＳパラメータの反射振幅は０にはならない。そこで、整合回路２０１と整合回路２０２によりインピーダンス整合を取る。参照面Ａから上側を見たＳパラメータの結合量は０なので、整合回路２０１と整合回路２０２はそれぞれ独立に調整し整合を取ることが可能である。
【００２３】
以上により、入出力端子３から減結合回路に高周波信号を入力した場合の入出力端子３から入出力端子４へ伝送される高周波信号の大きさ、すなわち結合量|Ｓ４３|を低減でき、アンテナ間結合を低減することができる。また、入出力端子３から減結合回路に高周波信号を入力した場合の入出力端子３で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|Ｓ３３|を低減できる。更に、入出力端子４から減結合回路に高周波信号を入力した場合の入出力端子４で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|Ｓ４４|を低減できる。
【００２４】
図２は、整合回路２０１、２０２の構成例である。(ａ)は集中定数素子２１１、２１２、２１３より構成されたΠ型回路、(ｂ)は集中定数素子２１４、２１５、２１６より構成されたＴ型回路である。集中定数素子２１１〜２１６は、キャパシタまたはインダクタまたはジャンパー（０Ω）である。整合回路２０１、２０２をΠ型回路またはＴ型回路とすれば、いかなる反射振幅・位相も整合を取ることができる。なお、集中定数素子２１１、２１３、２１４は設置しないでオープンとする場合もありうる。
【００２５】
例えば、周波数を９００ＭＨｚとし、入出力端子１から第１のアンテナ５１に高周波信号を入力した場合の入出力端子２へのアンテナを介した結合Ｓa２１の振幅αを−６ｄＢ、位相φを−１５０度とする。また、|Ｓa１１|＝|Ｓa２２|＝０とする。このとき、上記式(１)よりサセプタンス素子１０１，１０２のサセプタンスＢ１を求めるとＢ１＝０．０３５[Ｓ](６．１３ｐＦ)となり、式(２)よりサセプタンス素子１０３のサセプタンスＢ２を求めるとＢ２＝０．０１２[Ｓ](２．１３ｐＦ)となる。このようにサセプタンス素子１０１，１０２，１０３のサセプタンスＢ１，Ｂ２、を設定すれば、参照面Ａから上側を見たＳパラメータの結合量を０とすることができる。
【００２６】
更に、整合回路２０１，２０２をそれぞれ図２の(ａ)のΠ型回路として、集中定数素子２１１，２１２，２１３をそれぞれ１８ｎＨ、８．２ｎＨ、集中定数素子無し(オープン)とする。このようにすれば、反射振幅|Ｓ３３|と|Ｓ４４|が−２０ｄＢとなり整合を取ることができる。結合量|Ｓ４３|は０となる。
【００２７】
なお、図１ではサセプタンス素子１０１〜１０３をそれぞれ１素子としているが、各サセプタンス素子のサセプタンスを複数の集中定数素子で構成してサセプタンス回路としてもよい。
【００２８】
また、第１の整合回路２０１、第２の整合回路２０２はΠ型回路とＴ型回路に限定するものではなく、種々の構成の整合回路が適用可能である。
【００２９】
サセプタンス素子１０１〜１０３のサセプタンスは式(１)、式(２)と全く同じである必要はなく、ほぼ等しければアンテナ間結合を低減することができる。
【００３０】
以上のように、減結合回路をサセプタンス素子１０１〜１０３と整合回路２０１、２０２で構成することにより、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路が得られるという効果を有する。
【００３１】
実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１に係る減結合回路の入出力端子１とサセプタンス素子１０１の間、および入出力端子２とサセプタンス素子１０２の間に整合回路と伝送線路をそれぞれに設置した場合の上記実施の形態１の効果を明らかにする。
【００３２】
図３はこの発明の実施の形態２に係る減結合回路を示す図である。また、図４は整合回路２０１〜２０４をΠ型回路で構成した場合の実施の形態２に係る減結合回路を示す図である。
【００３３】
図３において、実施の形態２に係る減結合回路では、実施の形態１に係る減結合回路の入出力端子１とサセプタンス素子１０１の間に整合回路２０３と伝送線路１５１が直列接続設置され、また入出力端子２とサセプタンス素子１０２の間に整合回路２０４と伝送線路１５２が直列接続設置されている。
【００３４】
入出力端子１の第１のアンテナ５１と反対側に整合回路２０３の一端が接続され、入出力端子２の第２のアンテナ５２の反対側に整合回路２０４の一端が接続される。また、整合回路２０３の他端は伝送線路１５１の一端と接続され、整合回路２０４の他端は伝送線路１５２の一端と接続される。更に、伝送線路１５１の他端はサセプタンス素子１０１の一端と接続され、伝送線路１５２の他端はサセプタンス素子１０２の一端と接続される。
【００３５】
実施の形態１に係る減結合回路では、アンテナの反射振幅|Ｓa１１|、|Ｓa２２|が十分小さい必要があるが、アンテナ形状によっては整合が取れていない場合がある。このように|Ｓa１１|、|Ｓa２２|が十分小さくない場合に、整合回路２０３を第１のアンテナ５１に接続し、整合回路２０４を第２のアンテナ５２に接続することにより、整合を取ることができる。
【００３６】
また、通常、アンテナ間結合を低減するため、あるいはレイアウトの都合により第１のアンテナ５１と第２のアンテナ５２はある間隔を空けて配置される。第１のアンテナ５１と第２のアンテナ５２の設置位置に応じて伝送線路１５１と伝送線路１５２の長さを決めれば、第１のアンテナ５１と第２のアンテナ５２の間にサセプタンス素子１０１〜１０３を設置することができ、アンテナ間結合を減結合回路により低減することができる。
【００３７】
整合回路２０３、２０４としては、例えば、図２に示したΠ型回路とＴ型回路が考えられるが、これに限定するものではなく、種々の構成の整合回路が考えられる。図４は、整合回路２０１〜２０４をすべてΠ型回路で構成した場合の実施の形態２に係る減結合回路を示す図である。図４において、２２１〜２３２は集中定数素子である。
【００３８】
図３の減結合回路の参照面Ｂから上側を見たＳパラメータにおいて結合の振幅をα、位相をφ、規格化アドミタンスをＹ０として、サセプタンス素子１０１、１０２のサセプタンスＢ１を上記式(１)、サセプタンス素子１０３のサセプタンスＢ2を上記式(２)により求めそれぞれサセプタンスＢ１，Ｂ２を設定すれば、アンテナ間結合を低減することができる。
【００３９】
以上のように、減結合回路をサセプタンス素子１０１〜１０３と整合回路２０１、２０２で構成し、更に、入出力端子１とサセプタンス素子１０１の間に整合回路２０３と伝送線路１５１を設置し、入出力端子２とサセプタンス素子１０２の間に整合回路２０４と伝送線路１５２を設置することで、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路が得られるという効果を有する。
【符号の説明】
【００４０】
１〜４  入出力端子、１１、１２  接続部、５１  第１のアンテナ、５２  第２のアンテナ、１０１〜１０３  サセプタンス素子、１５１、１５２  伝送線路、２０１〜２０４  整合回路、２１１〜２１６、２２１〜２３２  集中定数素子。
【図１】
0005871647.tif 000010
【図２】
0005871647.tif 000011
【図３】
0005871647.tif 000012
【図４】
0005871647.tif 000013