(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ長方形の基板と、
第１の給電点を有し、前記基板の第１の短辺の近傍に配置された第１のアンテナ部と、
第２の給電点を有し、前記基板の前記第１の短辺と対向する第２の短辺の近傍に配置された第２のアンテナ部と、
前記第２の給電点の近傍に配置された接地点に接地された無給電素子とを備え、
前記無給電素子は、
前記接地点に接続された第１の端部を有するとともに前記基板の第１の長辺に平行に伸びる第１の部分と、
前記第１の部分と平行に伸び、前記第１の部分とほぼ同じ長さを有する第２の部分とを有し、
前記第２の部分は、前記第１の部分の第２の端部に接続された第１の端部と、前記第１の給電点より前記第２の給電点に近くに位置する第２の端部とを有する
アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の給電点は、前記基板の第１の長辺と対向する第２の長辺の近傍に位置し、前記第２の給電点は前記基板の前記第１の長辺の近傍に位置する請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の給電点の近傍に配置された第２の接地点に接地された第２の無給電素子をさらに備えた請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第２の無給電素子は、
前記第２の接地点に接続された第１の端部を有するとともに前記基板の第２の長辺に平行に伸びる第１の部分と、
前記第１の部分とほぼ同じ長さを有するとともに前記第１の部分と平行に伸びる第２の部分を備え、
前記第２の部分は、前記第１の部分の第２の端部に接続された第１の端部と、前記第２の給電点より前記第１の給電点の近くに位置する第２の端部とを有する
請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた無線通信装置。
【請求項６】
前記基板は、
前記第１のアンテナ部が接続される第１の基板と、前記第２のアンテナ部が接続される第２の基板とに分割され、
前記第１および第２の基板と並行して配置され、グランドプレーンを提供する導体板をさらに備え、
前記無給電素子は前記導体板に対して接地される
請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
異なる集中定数の第１および第２の回路素子と、
前記無給電素子を選択的に前記第１および第２の回路素子のいずれかを介して接地するスイッチとをさらに備えた
請求項５または６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第１および第２のアンテナ部を選択的に第１の周波数帯と第２の周波数帯のいずれかで動作するよう切り替え制御する制御部をさらに備え、
前記制御部はいずれの周波数帯で動作するかに応じて前記スイッチを切り替え制御する
請求項７に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に（但し限定する意味ではなく）ＭＩＭＯ用アンテナ装置およびこれを採用した無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の高速なデータ通信仕様の一つとして、一部の通信事業者（オペレータ）によりＬＴＥ（Long Term Evolution）と呼ばれるサービスが開始されようとしている。アンテナとしての技術的な観点から見た場合にＬＴＥには以下のような特徴がある。
【０００３】
すなわち、ＬＴＥは、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output)と呼ばれる通信システムであって、送受信で複数のアンテナを使用することにより高速のデータ通信を実現している。ＭＩＭＯを採用した携帯端末では通常２つのアンテナを使用する。２つのアンテナ特性は理想的には同等であることが求められる。
【０００４】
アンテナ特性に関しては、アンテナの相関(Correlation) と呼ばれる指標がキーポイントとなる。アンテナの相関の数値（係数）が高い（すなわち相関度が高い）と通信速度が低下する。
【０００５】
現在、各国で予定されているＬＴＥサービスに使用される周波数帯は広範囲に及び、現在のセルラーシステムの低バンドおよび高バンドをともに広帯域化することが望まれている。
【０００６】
例えば、米国では７００ＭＨｚ帯にてサービスが開始される予定であるが、７００ＭＨｚ帯では相関を低くすることが著しく困難となる。この理由は、周波数が低くなると携帯端末の基板全体に高周波電流が流れるようになり、ダイポールと同様の動作モードになって、アンテナの指向性がアンテナのデザインにあまり依存しなくなるからである。よって、一方のアンテナのデザインを変更して指向性を変えることにより相関を改善しようとしても、所望の結果を得ることがなかなか困難である。
【０００７】
特許文献１には、相互結合の影響が小さい移動通信システムに適用可能なマルチアンテナが提案されている。このマルチアンテナは、回路基板上の複数の給電点にそれぞれ接続された複数の給電素子および任意の給電点の近傍において回路基板に接続した単数または複数の無給電素子を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、ＭＩＭＯを採用した携帯端末等の無線通信装置では、通常２つのアンテナのアンテナ特性は理想的には同等であることが求められる。しかし、上記従来技術のように無給電素子を給電素子近傍に接続すると、アンテナ効率に差分が発生する可能性がある。したがって、上記従来技術は、理想的に同じアンテナ効率のアンテナが好ましいＭＩＭＯには適さない。
【００１０】
このような背景において、発明者は、複数のアンテナについて相関の度合いが低くかつ均衡したアンテナ効率を有するアンテナ装置および無線通信装置の必要性を認識している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態によるアンテナ装置は、ほぼ長方形の基板と、第１の給電点を有し、前記基板の第１の短辺の近傍に配置された第１のアンテナ部と、第２の給電点を有し、前記基板の前記第１の短辺と対向する第２の短辺の近傍に配置された第２のアンテナ部と、前記第２の給電点の近傍に配置された接地点（ＧＮＤ点）に接地された無給電素子とを備え、前記無給電素子は、前記接地点に接続された第１の端部を有するとともに前記基板の第１の長辺に平行に伸びる第１の部分と、前記第１の部分と平行に伸び、前記第１の部分とほぼ同じ長さを有する第２の部分とを有し、前記第２の部分は、前記第１の部分の第２の端部に接続された第１の端部と、前記第１の給電点より前記第２の給電点に近くに位置する第２の端部とを有する。
【００１２】
前記第１および第２のアンテナ部は、好ましくは、ＭＩＭＯ伝送を行うための複数のアンテナ部を構成する。
【００１３】
前記所定距離は波長λの使用周波数に対して、例えば、ほぼ０．１λである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施の形態によれば、複数のアンテナについて相関の度合いが低くかつ比較的均衡したアンテナ効率を有する、ＭＩＭＯシステムに適したアンテナ装置、ひいてはこれを用いた無線通信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態が適用されるアンテナ装置の主要構成を示す図である。
【図２】図１のアンテナ装置の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の主要構成を示す図である。
【図４】図３に示したアンテナ装置構成における両アンテナの相関の周波数特性と、アンテナ効率の周波数特性を表したグラフである。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図３に示したアンテナ装置の複合効率（multiplexing efficiency）［ｄＢ］と、利得不均衡度［ｄＢ］の周波数特性を表した図である。
【図６】図３に示したアンテナ装置の変形例を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は、図６に示したアンテナ装置構成における両アンテナの相関の周波数特性と、アンテナ効率の周波数特性を表したグラフである。
【図８】図６に示したアンテナ装置において、第１および第２の接地点のそれぞれに介挿するインダクタを異ならせたアンテナ装置を示す図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図８の構成の相関、アンテナ効率、複合効率の周波数特性を表したグラフである。
【図１０】図３に示したアンテナ装置の変形例を示す図である。
【図１１】図６に示したアンテナ装置の変形例を示す図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、図１０，図１１に示したアンテナ装置についての相関とアンテナ効率の周波数特性を示したグラフである。
【図１３】（ａ）（ｂ）は、図１０，図１１に示したアンテナ装置についての複合効率と利得不均衡度の周波数特性を示したグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の主要構成を示した図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、図１４に示したアンテナ装置の動作を説明するための図である。
【図１６】第１および第２のアンテナ部のそれぞれの放射パターンの関係を説明するための図である。
【図１７】図１４に示した構成を有するアンテナ装置の低域（Low band）における周波数特性を示すグラフである。
【図１８】図１４に示した構成を有するアンテナ装置の高域（High band）における周波数特性を示すグラフである。
【図１９】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図１４に示した構成を有するアンテナ装置において、Ｓパラメータの周波数特性を表したグラフである。
【図２０】図１４に示した構成を有するアンテナ装置の相関の周波数特性を表したグラフである。
【図２１】好ましい所定距離の根拠について説明するための図である。
【図２２】図１０（および他の図）に示したアンテナ装置の変形例を示す図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）は、図２２に示したアンテナ装置についての相関とアンテナ効率の周波数特性を示したグラフである。
【図２４】図２２に示したアンテナ装置の変形例を示す図である。
【図２５】図２４に示したアンテナ装置の変形例を示す図である。
【図２６】無給電素子の接地条件を切り替えることができる構成を示す図である。
【図２７】無給電素子の構成例を示す図である。
【図２８】アンテナ装置を採用した無線通信装置の一実施形態の概略構成を表した断面図である。
【図２９】実施の形態のいずれかに係るアンテナ装置を内蔵した無線通信装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明が適用される無線通信装置のアンテナ装置の構成例およびその問題点を説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態が適用されるアンテナ装置の主要構成を示している。
【００１８】
アンテナ装置は、ＭＩＭＯ伝送を行うための複数のアンテナとして、第１の給電点１１を有する第１のアンテナ部１０（メインアンテナ）と、第２の給電点２１を有する第２のアンテナ部２０（サブアンテナ）とを有する。アンテナ部１０，２０は、それぞれ、ほぼ長方形状の基板３０の一方向（この場合、長手方向）の一端部および他端部に配置されている。給電点１１，２１は基板の互いに逆のサイドに配置されている。アンテナ部１０は複数のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂ等を有するマルチバンド対応となっている。アンテナ部２０も同様に複数のアンテナエレメント２２ａ，２２ｂ等を有するマルチバンド対応となっている。但し、本発明が適用されるアンテナ部は必ずしもマルチバンド対応でなくてもよく、シングルバンド対応であってもよい。基板３０には、各種の部品が搭載されるとともに、グランドプレーンを含む。
【００１９】
図１に示したような構成では、各アンテナ部がグランドプレーンと協働して図２（ａ）に示すようなダイポール（Dipole）アンテナと類似した放射パターン（radiation pattern）を有する。図２（ｂ）は第２のアンテナ部２０の３次元状の放射パターンを濃淡で表したものである。図の縦軸方向が無線通信装置の長手方向に沿っている。図２（ｃ）は同様に第１のアンテナ部１０の３次元状の放射パターンを濃淡で表したものである。
【００２０】
図２（ｂ）（ｃ）の放射パターンは、いずれも無線通信装置の長手方向軸を中心軸としたドーナツ形状を有する。その結果、両アンテナの相関が高く、ＭＩＭＯ用アンテナとしては適さない。
【００２１】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１００の主要構成を示している。この構成は図１に示した構成を基本としており、同様の構成要素には同じ参照番号を付してある。
【００２２】
アンテナ装置１００は、ＭＩＭＯ用の複数のアンテナとして、第１の給電点１１を有する第１のアンテナ部１０と、第２の給電点２１を有する第２のアンテナ部２０に加えて、無給電素子４０とを備える。第１の給電点１１は基板３０の一方の長辺寄りに配置され、第２の給電点２１は基板３０の他方の長辺寄りに配置されている。ここに「長辺寄り」とは、短辺方向の中点と短辺の一端の間の位置、典型的には長辺の近傍を意味する。無給電素子４０は、第１および第２のアンテナ部１０，２０のそれぞれの給電点１１，２１のいずれからも離間した接地点４１に接地される。このアンテナ装置１００は、アンテナ部１０とアンテナ部２０の間隔を８８ｃｍとし、基板３０の長辺に沿って、無給電素子４０のエレメントを配置している。無給電素子４０のエレメントはその一端を接地し、この接地点から基板３０の長辺に沿って伸びた後、平行に折り返す構成としている。また、無給電素子４０のエレメントは、平行に折り返した後、その他端が接地点４１付近に位置する構成としている。さらに、この接地点４１は、基板３０の他方の長辺付近で、第２の給電点２１に比較的近い位置に配置している。エレメントの折り畳み長さは５５ｍｍとしている。接地点４１は長手方向の中点位置（Ｙ＝０）から２つの異なる位置（ここでは−２７ｍｍと−３７ｍｍの位置）について、後述の特性を確認した。
【００２３】
図４（ａ）（ｂ）は、図３に示したアンテナ装置構成における両アンテナの相関の周波数特性と、アンテナ効率の周波数特性を表したグラフである。
【００２４】
図４（ａ）における横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は相関係数（０から１）を表している。波形ａは無給電素子（ｓｔｕｂ）が無い場合を表している。波形ｂ、ｃはそれぞれ無給電素子の接地点を二つの異なる点（ここでは中点から−２７ｍｍおよび−３７ｍｍ）とした場合を表している。この図から分かるように、無給電素子を用いた場合は、無給電素子なしの場合に比べて、両接地点ともに、７００ＭＨｚ帯において相関が低下（すなわち改善）していることが分かる。
【００２５】
図４（ｂ）における横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸はアンテナ効率［ｄＢ］を表している。波形ａは無給電素子（ｓｔｕｂ）が無い場合のメインアンテナ（アンテナ部１０）のアンテナ効率を表している。波形ｂは無給電素子（ｓｔｕｂ）が無い場合のサブアンテナ（アンテナ部２０）のアンテナ効率を表している。波形ｃは無給電素子の接地点を−２７ｍｍの位置としたメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｄは無給電素子の接地点を−２７ｍｍの位置としたサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｅは無給電素子の接地点を−３７ｍｍの位置としたメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｆは無給電素子の接地点を−３７ｍｍの位置としたサブアンテナのアンテナ効率を表している。これらのグラフから、アンテナ効率については無給電素子を用いた場合でも、接地点の位置によってアンテナ効率が良い場合と悪い場合とがありうることが分かる。
【００２６】
図５（ａ）（ｂ）はそれぞれ図３に示したアンテナ装置の複合効率（multiplexing efficiency）［ｄＢ］と、利得不均衡度［ｄＢ］の周波数特性を表している。複合効率（multiplexing efficiency）とは、送受信のアンテナ特性とアンテナ相関特性を総括的に評価する指標であり、次式で表される。
【００２７】
ηmux ＝√｛η1・η2（１−|γ|・|γ|）｝
ここに、ηmuxは複合効率を表し、η1，η2は第１および第２のアンテナのアンテナ効率、γは相関すなわち複素パターン相関（Patten complex correlation）を表す。
【００２８】
複合効率の物理的な意味は、相関が０かつアンテナ効率が１００％のメインアンテナとサブアンテナで受信したときのアンテナ利得からの相対的な劣化量を表すものである。複合効率が高い（０に近い）ほど好ましい。図５（ａ）において波形ａは無給電素子なしの場合を表している。波形ｂ，ｃはそれぞれ無給電素子の接地点を−２７ｍｍおよび−３７ｍｍの位置とした場合を表している。このグラフから、無給電素子を用いた場合、７００ＭＨｚ帯において複合効率が約２ｄＢ程度改善されていることが分かる。
【００２９】
但し、図５（ｂ）から分かるように、無給電素子を用いた場合には、メインアンテナとサブアンテナの利得の間で若干不均衡が見られる。
【００３０】
図６は、図３に示したアンテナ装置の変形例を示している。この構成では、図３における無給電素子４０に相当する第１の無給電素子４０ａに加えて、第２の無給電素子４０ｂを、基板３０の対向する辺に沿って設けている。無給電素子４０ｂは、無給電素子４０ａの接地点４１ａと逆側（回転対称）の接地点４１ｂで接地されている。無給電素子４０ａ、４０ｂの各エレメントは、図３における無給電素子４０と同様に、その一端を接地し、この接地点から基板３０の長辺に沿って伸びた後、平行に折り返し、その他端が接地点４１付近に位置する構成としている。また、接地点４１ａは基板３０の他方の長辺付近で第２の給電点２１により近い位置に、接地点４２ａは基板３０の一方の長辺付近で第１の給電点１１に比較的近い位置に配置している。
【００３１】
図７（ａ）（ｂ）は、図６に示したアンテナ装置構成における両アンテナの相関の周波数特性と、アンテナ効率の周波数特性を表したグラフである。
【００３２】
図７（ａ）における横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は相関係数（０から１）を表している。波形ａは無給電素子が無い場合を表している。波形ｂは接地点を−２７ｍｍとした単一の無給電素子を用いた場合を表している。波形ｃ，ｄは、接地点を−２７ｍｍとした二つの無給電素子を用いた場合を表している。波形ｃ，ｄの違いは、異なる集中定数の回路素子（この例では４ｎＨと５ｎＨのインダクタ）を介して無給電素子の接地を行ったことである。無給電素子の共振周波数はその電気長によって調整することができる。これに対して、無給電素子を集中定数のような回路素子を介して接地する構成により、集中定数を変更することによっても無給電素子の共振周波数を調整することができる。そのような回路素子を用いる構成の詳細については後述する。
【００３３】
この図から分かるように、無給電素子を用いた場合は、無給電素子なしの場合に比べて、波形ｂ〜ｄのいずれの場合も、７００ＭＨｚ帯において相関が低下（すなわち改善）していることが分かる。
【００３４】
図７（ｂ）における横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸はアンテナ効率［ｄＢ］を表している。波形ａは無給電素子が無い場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｂは無給電素子が無い場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｃは接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｄは接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を４ｎＨのインダクタを介して接地した場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｅは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を４ｎＨのインダクタを介して接地した場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｆは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を４ｎＨのインダクタを介して接地した場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｇは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を５ｎＨのインダクタを介して接地した場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｈは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を５ｎＨのインダクタを介して接地した場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。
【００３５】
これらのグラフから、アンテナ効率については無給電素子を用いた場合でも、無給電素子の個数および介挿するインダクタンス値によってアンテナ効率が良い場合と悪い場合とがありうることが分かる。よって、無給電素子の個数やインダクタンスの値を選択することにより、相関を低下させる周波数範囲をコントロールすることができる。
【００３６】
図８は、図６に示したアンテナ装置の構成において、接地点４１ａ，４１ｂのそれぞれに介挿するインダクタを異なるインダクタンス値Ｌｍ、Ｌｓと異ならせたものである。他の構成は図６と同じである。
【００３７】
図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に、それぞれ、図８の構成の相関、アンテナ効率、複合効率の周波数特性を表したグラフを示す。
【００３８】
図９（ａ）において、それぞれ、波形ａはＬｍ＝３．５ｎＨ、Ｌｓ＝５ｎＨとした場合、波形ｂはＬｍ＝３ｎＨ、Ｌｓ＝６ｎＨとした場合、波形ｃはＬｍ＝６ｎＨ、Ｌｓ＝３ｎＨとした場合を示している。いずれも、二つの無給電素子に付加する集中定数の値を異ならせることにより相関の度合いが低減される帯域が広帯域化していることが分かる。これは、両無給電素子の共振周波数がずれることに起因すると考えられる。
【００３９】
図９（ｂ）において、波形ａ，ｂは、それぞれ、Ｌｍ＝３．５ｎＨ、Ｌｓ＝５ｎＨとした場合のメインアンテナおよびサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｂ，ｃは、それぞれ、Ｌｍ＝３ｎＨ、Ｌｓ＝６ｎＨとした場合のメインアンテナおよびサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｅ，ｆは、それぞれ、Ｌｍ＝６ｎＨ、Ｌｓ＝３ｎＨとした場合のメインアンテナおよびサブアンテナのアンテナ効率を示している。このグラフから、７００ＭＨｚ帯におけるメインアンテナとサブアンテナのアンテナ効率はＬｍとＬｓの組み合わせによってかなりのばらつきがあることが分かる。
【００４０】
図９（ｃ）において、それぞれ、波形ａはＬｍ＝３．５ｎＨ、Ｌｓ＝５ｎＨとした場合、波形ｂはＬｍ＝３ｎＨ、Ｌｓ＝６ｎＨとした場合、波形ｃはＬｍ＝６ｎＨ、Ｌｓ＝３ｎＨとした場合、波形ｄは無給電素子がない場合を示している。このグラフから、複合効率については、７００ＭＨｚ帯においてＬｍとＬｓの組み合わせによらず、無給電素子が無い場合に比べて改善されていることが分かる。
【００４１】
図１０は、図３に示したアンテナ装置の変形例を示している。図３のアンテナ装置では無給電素子４０（およびその接地点４１）はアンテナ部２０の給電点２１の側に配置され、その接地点４１も給電点２１に比較的近い側に配置された。これに対して、図１０の構成では、無給電素子４０をアンテナ部２０の給電点２１と反対の側に配置した。接地点４１はアンテナ部１０の給電点１１からも十分に遠い位置にある。
【００４２】
図１１は、図６に示したアンテナ装置の変形例を示している。図６のアンテナ装置では無給電素子４０ａの接地点４１ａと、無給電素子４０ｂの接地点４１ｂとが、それぞれ、給電点１１，２１に近い側に配置されていた。これに対して、図１１のアンテナ装置では、無給電素子４０ａ，４０ｂの位置を入れ替えた。これにより、接地点４１ａ，４１ｂがいずれも給電点２１，１１からより遠くへ離れることになる。
【００４３】
図１２（ａ）（ｂ）は、図１０，図１１のアンテナ装置についての相関とアンテナ効率の周波数特性を示したグラフである。
【００４４】
図１２（ａ）において、波形ａは無給電素子が無い場合の相関を表している。波形ｂは接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を用いた場合（図１０）の相関を表している。波形ｃは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を用いた場合（図１１）の相関を表している。波形ｂ、ｃのいずれにおいても７００ＭＨｚ帯における相関係数が０．２〜０．２５程度改善されていることが分かる。
【００４５】
図１２（ｂ）において、波形ａは無給電素子が無い場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｂは無給電素子が無い場合のサブアンテナの効率を表している。波形ｃは接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｄは接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を用いた場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｅは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｆは無給電素子の接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を用いた場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。これらのグラフから、アンテナ効率については無給電素子を用いた場合でも、アンテナがメインかサブか、無給電素子の個数によってアンテナ効率が良い場合と悪い場合とがありうることが分かる。
【００４６】
図１３（ａ）（ｂ）は、図１０，図１１のアンテナ装置についての複合効率と利得不均衡度の周波数特性を示したグラフである。
【００４７】
図１３（ａ）において、波形ａは無給電素子が無い場合の複合効率を表している。波形ｂは接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を用いた場合の複合効率を表している。波形ｃは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を用いた場合の複合効率を表している。このグラフから、無給電素子が無い場合に比べて、単一でも複数でも無給電素子を設けた場合には複合効率が２〜３ｄＢ程度改善することが分かる。
【００４８】
図１３（ｂ）において、波形ａは無給電素子が無い場合の利得不均衡度を表している。波形ｂは、接地点を−２７ｍｍの位置とした単一の無給電素子を用いた場合の利得不均衡度を表している。波形ｃは接地点を−２７ｍｍの位置とした二つの無給電素子を用いた場合の利得不均衡度を表している。このグラフから、単一の無給電素子を用いるアンテナ装置（図１０）の利得不均衡度が大きいのに対して、二つの無給電素子を用いるアンテナ装置（図１１）では利得不均衡度が良好であることが分かる。
【００４９】
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の主要構成を示した図である。この第２の実施の形態は第１の実施の形態のアンテナ装置のアンテナ特性の改善を企図するものである。このアンテナ装置は、図３に示したアンテナ装置と同様、ＭＩＭＯ伝送を行うための複数のアンテナとして、第１の給電点１１を有する第１のアンテナ部（メインアンテナ）１０と、第２の給電点２１を有する第２のアンテナ部２０（サブアンテナ）とを有する。アンテナ部１０，２０はほぼ長方形状の基板３０の一方向（この場合、長手方向）の一端部および他端部に配置されている。この図では、便宜上、第１のアンテナ部１０と第２のアンテナ部２０の上下関係が上述した図３等と逆になっている。
【００５０】
第１の実施の形態と異なる点は、第１のアンテナ部１０と第２のアンテナ部２０のそれぞれの給電点１１，２１が基板３０の同じサイドに配置されていることである。また、無給電素子４０の接地点は給電点１１，２１が存在する基板３０のサイドと逆のサイドのほぼ中央に位置している。給電点１１から接地点４１までの距離ｄ１と、給電点２１から接地点４１までの距離ｄ２は、いずれも所定の距離（ここでは０．１λ）以上離れている。無給電素子４０は、上述したように、接地点４１において集中定数の回路素子を介して接地されてもよい。図１４における基板３０の中央付近の空白部はバッテリの収容部を表している。
【００５１】
図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１４に示したアンテナ装置の動作を説明するための図である。図１５（ａ）（ｂ）は、第２のアンテナ部２０（Ｐｏｒｔ２）に給電したときの電流分布と放射パターンを表したものである。図１５（ｃ）（ｄ）は、同様に、第１のアンテナ部１０（Ｐｏｒｔ１）に給電したときの電流分布と放射パターンを表したものである。図１５（ｂ）（ｄ）の放射パターンの表示形式は図２（ｂ）（ｃ）で説明したとおりである。
【００５２】
図１５（ａ）では給電されたアンテナ部２０側の近傍および無給電素子の近傍で電流密度が高いことが分かる。図１５（ｃ）では給電されたアンテナ部１０側の近傍および無給電素子の近傍で電流密度が高いことが分かる。図１５（ｂ）（ｄ）は、いずれもドーナツ状の放射パターンが見られるが、そのドーナツの中心軸は両者で逆側に傾斜していることが分かる。この点を次の図でさらに詳細に説明する。
【００５３】
図１６はアンテナ部１０，２０のそれぞれの放射パターンの関係を説明するための図である。アンテナ部１０により得られる放射パターン３３ａは、ドーナツ状の３次元の放射パターン３３をその中心軸３３ｂに沿って切断した断面に相当する。同様に、アンテナ部２０により得られる放射パターン３４ａは、ドーナツ状の３次元の放射パターン３４をその中心軸３４ｂに沿って切断した断面に相当する。図から分かるように、中心軸３３ｂと３４ｂとはアンテナ装置の長手方向を基準として逆側に傾斜している。図の例では、中心軸３３ｂと３４ｂとはほぼ直交している。中心軸３４ｂは給電点１１と接地点４１とを結ぶ直線の方向に相当する。同様に、中心軸３３ｂは給電点２１と接地点４１とを結ぶ直線の方向に相当する。したがって、両直線が直交するように、給電点１１，２１と接地点４１との位置関係を設定することにより、アンテナ部１０とアンテナ部２０の両放射パターン（指向性パターン）が直交する関係とすることが可能となる。これにより、両アンテナの相関の度合いを最大限に低減することができる。
【００５４】
図１７は、図１４に示した構成を有するアンテナ装置の低域（Low band）におけるメインアンテナ（ANT_bttm)とサブアンテナ（ANT_top）のアンテナ効率の周波数特性を示している。ここでは７００ＭＨｚから１ＧＨｚまでの周波数範囲を示している。
【００５５】
図１７における波形ａは７ｎＨのインダクタを介して無給電素子を接地した場合のアンテナ効率を表している。波形ｂはインダクタ等の回路素子を介挿することなく無給電素子を接地した場合のアンテナ効率を表している。波形ｃは無給電素子が無い場合のアンテナ効率を表している。
【００５６】
図１７（ａ）のグラフから、メインアンテナでは、７４０ＭＨｚ付近で波形ａに示されるようにインダクタを介して無給電素子を接地した場合のアンテナ効率が良好であることが分かる。この例では無給電素子がない場合に比べて約２ｄＢの改善が見られる。同様に、８８０ＭＨｚ付近で波形ｂに示されるようにインダクタ等の回路素子を介挿することなく無給電素子を接地した場合のアンテナ効率が良好であることが分かる。
【００５７】
図１７（ｂ）のグラフから、サブアンテナでは、７６０ＭＨｚ付近で波形ａに示されるようにインダクタを介して無給電素子を接地した場合のアンテナ効率が良好であることが分かる。また、８８０ＭＨｚ付近で波形ｂに示されるようにインダクタ等の回路素子を介挿することなく無給電素子を接地した場合のアンテナ効率が良好であることが分かる。
【００５８】
図１８は、図１４に示した構成を有するアンテナ装置の高域（High band）におけるメインアンテナ（ANT_bttm)とサブアンテナ（ANT_top）のアンテナ効率の周波数特性を示している。ここでは１．７ＧＨｚから２．２ＧＨｚまでの周波数範囲を示している。
【００５９】
図１８（ａ）のグラフから、メインアンテナでは、１．８ＧＨｚ付近から１．９ＧＨｚ付近までの範囲で波形ａ，ｂ，ｃのいずれの場合のアンテナ効率が良好であることが分かる。
【００６０】
図１８（ｂ）のグラフから、サブアンテナでは、１．７ＧＨｚ付近から１．９ＧＨｚ付近までの範囲で波形ａ，ｂに示されるようにインダクタを介してまたはインダクタ無しで無給電素子を接地した場合のアンテナ効率が無給電素子が無い場合に比べて良好であることが分かる。
【００６１】
図１７、図１８のグラフから、無給電素子を用いることによるアンテナ効率の改善は一定の条件付きで低域の方により効果があることが分かる。
【００６２】
図１９（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図１４に示した構成を有するアンテナ装置において、７ｎＨのインダクタを介して無給電素子を接地した場合およびインダクタを介さずに無給電素子を接地した場合のＳパラメータの周波数特性を表している。
【００６３】
Ｓ１，１はアンテナ部１０（Ｐｏｒｔ１）の反射特性を表し、ｓ２，２はアンテナ部２０（Ｐｏｒｔ２）の反射特性を表わす。Ｓ１，１とＳ２，２の波形の凹部の負側のピークは各アンテナ部の共振周波数を表している。
【００６４】
Ｓ１，２とＳ２，１は、アンテナ部１０（Ｐｏｒｔ１）とアンテナ部２０（Ｐｏｒｔ２）の相互の間の通過特性を表す。Ｓ１，２とＳ２，１は相対的に同じ値をとり、両波形は重なっている。Ｓ１，２とＳ２，１の値が小さいことは、両アンテナ間のアイソレーションが高いことを表し、これは相関の度合いが低いことを意味する。図１９（ｂ）に示すように、８８０ＭＨｚ付近でアイソレーションがピンポイントで大きく改善されていることが分かる。さらに、図１９（ａ）ではインダクタの介挿により、その周波数が７５０ＭＨｚ付近へ移動していることが分かる。このことから、挿入するインダクタの値によってアイソレーションを改善する周波数を調整可能であることが示唆される。
【００６５】
図２０は、図１４に示した構成を有するアンテナ装置の相関の周波数特性を表したグラフである。この例ではＬＴＥのＢ１３というバンドと、ｃｄｍａ２０００のＢＣ０というバンドの受信（Ｒｘ）に関する周波数特性を示している。
【００６６】
図２０において、波形ａは７ｎＨのインダクタを介して無給電素子を接地した場合の相関を表している。波形ｂはインダクタ等の回路素子を介挿することなく無給電素子を接地した場合の相関を表している。図において目標となる相関の値をＴｇで示してある。この相関がこのＴｇより低いことが望まれる。波形ｃは無給電素子が無い場合の相関を表している。図から分かるように、ＬＴＥ  Ｂ１３の帯域については、波形ａで示されるように、インダクタを介して無給電素子を接地した場合の相関が格段に良好であることが分かる。Ｃ２Ｋ  ＢＣ０の帯域については、波形ｂで示されるように、インダクタ等の回路素子を介挿することなく無給電素子を接地した場合の相関が格段に良好であることが分かる。
【００６７】
ここで、図２１により、上述した所定距離を０．１λ以上とすることの根拠について説明する。図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、図１４に示したアンテナ装置のアンテナ効率、相関係数、複合効率と、無給電素子からアンテナ給電点までの距離との関係を示している。この距離はサブアンテナの近傍から無給電素子を離していったときの距離であり、その単位は波長λである。これらのグラフは、アンテナ効率、相関係数、複合効率のいずれについても、波長が０．１λ以上である場合に良好であることを示している。特に、アンテナ効率と相関の効果を総合的に確認できる複合効率で評価すると、その値が目標（Ｔｇ：target）である−６ｄＢ以上になるのは距離が０．１λ以上離れた場合であることが分かる。
【００６８】
次に図２２に、図１０（および他の図）に示したアンテナ装置の変形例を示す。図１０では無給電素子４０が基板３０の側辺（長辺）に沿った方向に延びる構成とした。これに対して、図２２の構成では、接地点４１を基板３０の側辺上の中間点に位置させ、ここから基板３０の短辺に平行に延びて折り返すようにしている。「中間点」の座標（Ｙ）はＹ軸上の中央点が０で、アンテナ部１０側が正、アンテナ部２０側が負と設定している。
【００６９】
図２３（ａ）（ｂ）は、図２２に示したアンテナ装置についての相関とアンテナ効率の周波数特性を示したグラフである。
【００７０】
図２３（ａ）において、波形ａは無給電素子が無い場合の相関を表している。波形ｂは接地点をＹ＝０ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合の相関を表している。波形ｃは接地点をＹ＝＋２２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合の相関を表している。波形ｄは接地点をＹ＝−２２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合の相関を表している。波形ｅは接地点をＹ＝−３２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合の相関を表している。７００ＭＨｚ帯における相関は、接地点の位置によって改善の度合いは異なるが、無給電素子がある場合には無い場合に比べて相関が改善されていることが分かる。
【００７１】
図２３（ｂ）において、波形ａは無給電素子が無い場合のメインアンテナ（アンテナ部１０）のアンテナ効率を表している。波形ｂは無給電素子が無い場合のサブアンテナ（アンテナ部２０）のアンテナ効率を表している。波形ｃは接地点をＹ＝０ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｄは接地点をＹ＝０ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｅは接地点をＹ＝＋２２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｆは接地点をＹ＝＋２２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｇは接地点をＹ＝−２２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｈは接地点をＹ＝−２２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｉは接地点をＹ＝−３２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のメインアンテナのアンテナ効率を表している。波形ｊは接地点をＹ＝−３２ｍｍの位置とした無給電素子を用いた場合のサブアンテナのアンテナ効率を表している。
【００７２】
図２３（ｂ）のグラフから、各アンテナ部は、その給電点に対して無給電素子４０の接地点４１が近いほどアンテナ効率が劣化していることが分かる。
【００７３】
図２４は、図２２に示したアンテナ装置の変形例を示している。図２２ではアンテナ部１０とアンテナ部２０の給電点１１，２１はそれぞれ基板３０の逆サイドに位置した。これに対して、図２４に示す構成では、給電点１１，２１は基板３０の同じサイドに位置している。無給電素子４０の接地点４１も基板３０の同じサイドに位置している。図２４の構成のアンテナ装置の特性を表すグラフについては特に示さないが、上記知見から判断すると、両給電点１１，２１から接地点４１が均等に離れるＹ＝０ｍｍの位置の特性が良好であると推測される。
【００７４】
図２５は、図２４に示したアンテナ装置の変形例を示している。図２５の構成では無給電素子４０の接地点４１を給電点１１，２１に対して基板３０の逆サイドに位置させたものである。この構成は図１４に示したアンテナ装置の変形例と見ることもできる。すなわち、図１４のアンテナ装置の無給電素子４０の接地点４１を給電点１１，２１と逆のサイドに位置させたものである。この構成では給電点１１，２１と接地点４１の位置関係は図１４の場合と同じであり、図１４のアンテナ装置と同様のアンテナ特性が期待される。但し、無給電素子４０が基板３０のグランドプレーンからできるだけオフセットして外側に配置された図１４の構成の方が相関の観点では良好である。
【００７５】
上述したように、無給電素子を接地する際に使用帯域によって回路素子の介挿の有無や介挿する回路素子の値を変更すれば、使用帯域毎に良好な特性が得られる。そこで、図２６に示すように、無給電素子４０の接地条件を切り替えることができる構成を提供する。無給電素子４０の一端を、単極双投（ＳＰＤＴ：Single Pole Double Throw)型のアンテナスイッチ４３の単極側の端子に接続する。アンテナスイッチ４３の双投側の端子には、インダクタ、キャパシタ、抵抗等の集中定数の回路素子４４，４５を、接地との間に接続する。回路素子４４，４５の一方は抵抗値０の導線をも含みうる。アンテナスイッチ４３の切り替え制御は、アンテナ装置が搭載される無線通信装置の制御部２１０からの制御信号ＳＷＣＮＴＬに従って行われる。例えば、ＬＴＥと３Ｇ(Third Generation)の通信システムのいずれを使用するかに応じて、制御部２１０が制御信号ＳＷＣＮＴＬのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【００７６】
次に、図２７により、上述した無給電素子の構成例について説明する。無給電素子としては、図２７（ａ）に示すモノポール型、図２７（ｂ）に示す折り返しモノポール型の他、図２７（ｃ）に示すミアンダ型であってもよい。また、これらの２つを結合して２共振化したものも考えられる。例えば、図２７（ｄ）に示すようにミアンダとモノポールを並列に用いた複合型であってもよい。複合型の場合は、単一の無給電素子について、電気長の異なるエレメントを併用することができる。
【００７７】
図２８は、上述したいずれかのアンテナ装置を採用した無線通信装置の一実施形態の概略構成を表した断面図である。
【００７８】
上述した基板３０は、複数の部分に分割される場合がある。図２８の例では、基板はメインプリント回路基板５１とサブプリント回路基板５４とに分かれている。メインプリント回路基板５１にアンテナ部２０（サブアンテナ）が搭載され、サブプリント回路基板５４にアンテナ部１０（メインアンテナ）が搭載されている。メインプリント回路基板５１とサブプリント回路基板５４とは、ステンレス板（ＳＵＳ）５２のような導電板にコンタクトリーフ６２〜６５を介して支持される。このような導電板は、機械的な補強およびグランドプレーンを提供するために、通常、例えば無線通信装置のほぼ全長に亘って、筐体を構成するプラスチック部品内に埋め込まれ、または固定される形で設けられる。この例では、ステンレス板５２上のメインプリント回路基板５１とサブプリント回路基板５４と間にはバッテリ５３を収容する空間が設けられる。一般に無給電素子４０の接地は基板３０に対して行うことができるが、このような構成においては、バッテリ５３の近傍に設けられた無給電素子４０はコンタクトリーフ６１を介してステンレス板５２に接地される。勿論、この接地は上述した回路素子（およびスイッチ）を介して行ってもよい。なお、メインプリント回路基板５１とサブプリント回路基板５４との間は同軸ケーブル（図示せず）のような導線で相互に接続される。
【００７９】
図２９に、上記実施の形態のいずれかに係るアンテナ装置を内蔵した無線通信装置２００の構成例を示す。
【００８０】
無線通信装置２００は、制御部２１０、アンテナ装置２１１、通信部２１２、表示部２１３、操作部２１４、記憶部２１５、音声処理部２１６、スピーカ２１７、マイクロホン２１８を備える。制御部２１０は、バス２２０を介して各部と接続され、各部の制御および必要なデータ処理を行う部位であり、ＭＰＵ等のプロセッサを有する。通信部２１２は、アンテナ装置２１１を介して基地局等と電波による無線通信を行う部位である。アンテナ装置２１１は上述したようにＭＩＭＯ伝送を行うための複数のアンテナ部１０，２０を含む。アンテナ装置２１１が図２６で上述したアンテナスイッチ４３および回路素子４４，４５を含む場合、制御部２１０からアンテナ装置２１１へ制御信号ＳＷＣＮＴＬが供給される。
【００８１】
表示部２１３は、ユーザに対して表示インタフェースを提供する部位であり、表示画面上に情報を表示するＬＣＤ、有機ＥＬ等の表示デバイスを有する。操作部２１４は、ユーザに対して入力インタフェースを提供する部位であり、テンキーや各種制御キー等の入力装置を有する。記憶部２１５は、制御部２１０が実行するプログラムとしてＯＳおよび通信アプリケーション・プログラム等の各種アプリケーション・プログラム、および必要なデータを格納する部位であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを含む。音声処理部２１６は、受話音声、動画ファイルの音声、音楽データの処理を行う部位であり、コーデック等を有し、音声を出力するスピーカ２１７および送話音声等を集音するマイクロホン２１８が接続される。
【００８２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。すなわち、請求項または請求項と均等の範囲内にある限り、デザイン又はその他の要素によって種々の改変、組み合わせ、他の実施形態が生じうることは、当業者にとって当然のことと理解される。例えば、明細書および図面中に示した部品の定数や距離、周波数、寸法等の具体的な数値はあくまで説明のための例示であり、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００８３】
上述の本発明の実施の形態では、
ほぼ長方形の基板と、
第１の給電点を有し、前記基板の第１の短辺の近傍に配置された第１のアンテナ部と、
第２の給電点を有し、前記基板の前記第１の短辺と対向する第２の短辺の近傍に配置された第２のアンテナ部と、
前記第２の給電点の近傍に配置された接地点に接地された無給電素子とを備え、
前記無給電素子は、
前記接地点に接続された第１の端部を有するとともに前記基板の第１の長辺に平行に伸びる第１の部分と、
前記第１の部分と平行に伸び、前記第１の部分とほぼ同じ長さを有する第２の部分とを有し、
前記第２の部分は、前記第１の部分の第２の端部に接続された第１の端部と、前記第１の給電点より前記第２の給電点に近くに位置する第２の端部とを有する
アンテナ装置および無線通信装置、について説明している。
【００８４】
また、
前記第１および第２のアンテナ部はＭＩＭＯ伝送を行うための複数のアンテナ部を構成するアンテナ装置および無線通信装置、についても説明している。
【００８５】
前記所定距離は波長λの使用周波数に対してほぼ０．１λであるアンテナ装置、についても説明している。
【００８６】
また、
前記第１および第２のアンテナ部が搭載される基板を有し、
前記第１のアンテナ部は前記基板の一方向（たとえば長手方向）の一端部に配置され、前記第２のアンテナ部は前記基板の前記一方向の他端部に配置され、前記無給電素子は前記一端部と前記他端部との間に配置されるアンテナ装置および無線通信装置、についても説明している。
【００８７】
また、
異なる集中定数の第１および第２の回路素子と、
前記無給電素子を選択的に前記第１および第２の回路素子のいずれかを介して接地するスイッチとをさらに備えた無線通信装置、についても説明している。
【００８８】
また、
前記第１および第２のアンテナ部を選択的に第１の周波数帯と第２の周波数帯のいずれかで動作するよう切り替え制御する制御部をさらに備え、前記制御部はいずれの周波数帯で動作するかに応じて前記スイッチを切り替え制御する無線通信装置、についても説明している。
【００８９】
また、
前記少なくとも１個の無給電素子として、第１の無給電素子と第２の無給電素子とを備えた無線通信装置、についても説明している。
【００９１】
また、
前記基板は、
前記第１のアンテナ部が接続される第１の基板と、前記第２のアンテナ部が接続される第２の基板とに分割され、
前記第１および第２の基板と並行して配置され、グランドプレーンを提供する導体板をさらに備え、
前記無給電素子は前記導体板に対して接地される
無線通信装置、についても説明している。
【符号の説明】
【００９２】
１０，２０…アンテナ部、１１，２１…給電点、１２ａ，１２ｂ…アンテナエレメント、２２ａ，２２ｂ…アンテナエレメント、３０…基板、３３，３３ａ…放射パターン、３３ｂ…中心軸、３４，３４ａ…放射パターン、３４ｂ…中心軸、４０，４０ａ，４０ｂ…無給電素子、４１，４１ａ，４１ｂ…接地点、４３…アンテナスイッチ、４４，４５…回路素子、５１…メインプリント回路基板、５２…ステンレス板（ＳＵＳ）、５３…バッテリ、５４…サブプリント回路基板、６１，６２……コンタクトリーフ、１００…アンテナ装置、２００…無線通信装置、２１０…制御部、２１１…アンテナ装置、２１２…通信部
【図１】
0006004692.tif 000002
【図３】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２９】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２６】
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【図２８】
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