(57)【要約】アンテナ装置に結合される、異なる動作周波数を備える二つの簡単なアンテナを使用して、両方の動作周波数に対して指向性放射パターンが実現される。このことは、第一のアンテナが、第二のアンテナの動作周波数で第二のアンテナのための導波器としての役割を果たすと共に第二のアンテナが、第一のアンテナの動作周波数で第一のアンテナのための反射器としての役割を果たすようにアンテナを位置させることによって達成される。モノポールアンテナの場合、第一のアンテナは第二のアンテナよりも短くなり、それ故に導波器として動作し得る一方、第二のアンテナは第一のアンテナよりも長くなり、それ故に反射器としての役割を果たし得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の動作周波数を備える第一のアンテナ要素と、第二の動作周波数を備える第二のアンテナ要素とを有するアンテナ装置において、前記第一のアンテナ要素は前記第二のアンテナのための導波器であり、前記第二のアンテナは前記第一のアンテナのための反射器であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第一のアンテナ要素が、モノポールアンテナである請求項１に記載のアンテナ装置。  
【請求項３】
前記第二のアンテナ要素が、モノポールアンテナである請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第一のアンテナ要素が４分の１波長アンテナ要素であると共に前記第二のアンテナ要素が４分の１波長アンテナ要素である請求項２と組み合わされる場合の請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第一のアンテナ要素と前記第二のアンテナ要素との間の距離が、前記第一の動作周波数のほぼ４分の１波長になる請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４、又は５の何れか一項に記載のアンテナ装置を有するトランシーバ。
【請求項７】
この場合前記第一のアンテナ装置と同じ第二のアンテナ装置を有する請求項６に記載のトランシーバ。
【請求項８】
アンテナダイバーシチのために前記第一のアンテナ装置及び前記第二のアンテナ装置を使用するように構成される請求項７に記載のトランシーバ。
【請求項９】
ビーム偏向のために前記第一のアンテナ装置及び前記第二のアンテナ装置を使用するように構成される請求項７に記載のトランシーバ。
【請求項１０】
前記第一のアンテナ装置及び前記第二のアンテナ装置が、前記アンテナ要素は全て平面内にもたらされるように構成され、前記各々のアンテナ装置のアンテナ要素は、前記アンテナ装置における他のアンテナ要素と並列にもたらされ、前記第一のアンテナ装置は、前記第二のアンテナ装置に対して２０度と６０度との間の角度で位置される請求項６に記載のトランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の動作周波数を備える第一のアンテナ要素と第二の動作周波数を備える第二のアンテナ要素とを有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デュアル周波数動作のための受信器又は送信器が設計される場合、アンテナ装置の普通の選択肢として、第一の動作周波数に同調（チューニング）される第一のモノポールアンテナ（ｍｏｎｏ  ｐｏｌｅ  ａｎｔｅｎｎａ）及び第二の動作周波数に同調される第二のモノポールアンテナがあり、使用されるべきアンテナを選択することは、選択された動作周波数に依存している。他の動作周波数が選択される場合、関連するアンテナが選択され、送信及び受信は当該アンテナを通じて実現される。
【０００３】
モノポールアンテナは、それ自体の低コスト性のためにしばしば選択される。
【０００４】
この種のアンテナ装置に関連する問題は、現在の通信標準規格の場合、デュアル周波数動作と共に指向性（ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）が所望されていることにある。当該指向性により、各々の動作周波数に対する反射器（リフレクタ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ））及び／又は導波器（ダイレクタ（ｄｉｒｅｃｔｏｒ））と共に放射要素（ｒａｄｉａｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を有する指向性アンテナがもたらされ、それ故に多くのアンテナ要素を備えるアンテナ装置がもたらされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、より少ないアンテナ要素しか備えないマルチ周波数指向性アンテナ（ｍｕｌｔｉ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｎｔｅｎｎａ）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本目的は、本発明によるアンテナ装置が、第一のアンテナ要素は第二のアンテナのための導波器であり、第二のアンテナが第一のアンテナのための反射器であることを特徴とすることにより達成される。
【０００７】
より高い周波数で動作させられるアンテナは、より低い周波数で動作させられるアンテナよりも小さくなる。異なる動作周波数のために第二のアンテナの大きさは第一のアンテナの大きさと異なる。アンテナ装置が第一の動作周波数で動作させられる場合、第一のアンテナはアンテナ装置の放射要素としての役割を果たす一方、そのとき受動の第二のアンテナは、第一のアンテナと異なる自身の大きさのために、第一のアンテナのための反射器又は導波器の何れかとしての役割を果たす。指向性アンテナ装置はこのように実現される。
【０００８】
アンテナ装置が第二の動作周波数で動作させられる場合、第二のアンテナはアンテナ装置の放射要素としての役割を果たす一方、そのとき受動の第一のアンテナは、第一のアンテナと異なる自身の大きさのために、第二のアンテナのための反射器又は導波器の何れかとしての役割を果たす。異なる動作周波数のために第一のアンテナの大きさは第二のアンテナの大きさと異なる。
【０００９】
第一の動作周波数が第二の動作周波数よりも高くなる場合、第一のアンテナ要素は第二のアンテナ要素のための導波器として機能する一方、第二の要素は第一のアンテナ要素のための反射器として機能する。
【００１０】
本発明の更なる実施例は、第一のアンテナ要素がモノポールアンテナであることを特徴としている。モノポールは、アンテナにおける放射要素として、更に反射器又は導波器として機能し得るアンテナの非常に簡単な形態となり、それ故に本発明によるアンテナ装置における使用に特に適している。
【００１１】
更なる実施例は、第二のアンテナ要素がモノポールアンテナであることを特徴としている。モノポールは、アンテナにおける放射要素として、更に反射器又は導波器として機能し得るアンテナの非常に簡単な形態となり、それ故に本発明によるアンテナ装置における使用に特に適している。
【００１２】
更なる実施例は、第一のアンテナ要素が４分の１波長アンテナ要素（ｑｕａｔｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ａｎｔｅｎｎａ  ｅｌｅｍｅｎｔ）であると共に第二のアンテナ要素が４分の１波長アンテナ要素であることを特徴としている。４分の１波長モノポールは、モノポールの長さが動作周波数の４分の１波長となる動作周波数で効率的な放射器（ラジエータ（ｒａｄｉａｔｏｒ））となる。本発明において、複数のアンテナ要素が使用されている。４分の１波長アンテナ要素が使用される場合、小型のアンテナ装置が実現される。
【００１３】
更なる実施例は、第一のアンテナ要素と第二のアンテナ要素との間の距離が、第一及び第二の動作周波数の最高周波数のほぼ４分の１波長となることを特徴としている。
【００１４】
第一及び第二の動作周波数の最高周波数のほぼ４分の１波長の距離に二つのアンテナ要素を位置させることによって最適な反射及び指向が実現されることが分かっている。
【００１５】
請求項１、２、３、又は４に記載のアンテナ装置を有する、本発明によるデュアル周波数動作のためのトランシーバが、デュアル周波数動作に適している指向性アンテナを備えるトランシーバをもたらす。
【００１６】
トランシーバの更なる実施例は、トランシーバが、この場合第一のアンテナ装置と同じ第二のアンテナ装置を有することを特徴としている。第二の指向性アンテナ装置を含ませることにより、トランシーバはアンテナ装置の指向性をよりうまく利用し得る。デュアル周波数動作のための二つの指向性アンテナ装置をもたらすのに必要とされるアンテナ要素の低い数のために、トランシーバに二つのアンテナ装置を設けることが可能になる。
【００１７】
トランシーバの更なる実施例は、トランシーバが、アンテナダイバーシチ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）のために第一のアンテナ装置及び第二のアンテナ装置を使用するように構成されることを特徴としている。二つのアンテナ装置がトランシーバに対して利用可能tとなる場合、トランシーバは、より優れた送信及び受信を実現するためにアンテナダイバーシチを使用し得る。アンテナ装置は異なる方向に方向付けられると共に指向性送信及び受信特性を有するため、トランシーバは例えば、二つのアンテナ装置からもたらされる最も強い信号を選択することによって、及びそれ故に受信及び送信の特性を改善することによってアンテナダイバーシチを実現し得る。
【００１８】
トランシーバの更なる実施例は、トランシーバが、ビーム偏向（ビームステアリング（ｂｅａｍ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ））のために第一のアンテナ装置及び第二のアンテナ装置を使用するように構成されることを特徴としている。二つの指向性アンテナ装置がトランシーバで使用され得るので、アンテナ装置の小型の大きさ及び指向特性のために、送信及び受信を改善する目的でビーム偏向を使用することが可能となる。二つの指向性アンテナ装置を使用するビーム偏向のためのいかなる方法も、ビーム偏向を得るために使用され得る。
【００１９】
トランシーバの更なる実施例は、前記第一のアンテナ装置及び前記第二のアンテナ装置が、前記アンテナ要素は全て平面内にもたらされるように構成され、前記各々のアンテナ装置のアンテナ要素は、前記アンテナ装置における他のアンテナ要素と並列にもたらされ、前記第一のアンテナ装置は、前記第二のアンテナ装置に対して２０度と６０度との間の角度で位置されることを特徴としている。
【００２０】
アンテナ装置及びアンテナ要素をこの位置に位置させることによって、シータ成分（シータコンポーネント（ｔｈｅｔａ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ））、すなわちアンテナの水平偏波（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は水平平面内で方向付けられる。
【００２１】
要するに、アンテナ装置に結合される、異なる動作周波数を備える二つの簡単なアンテナを使用して、両方の動作周波数に対して指向性放射パターンが実現される。このことは、第一のアンテナが、第二のアンテナの動作周波数で第二のアンテナのための導波器としての役割を果たすと共に第二のアンテナが、第一のアンテナの動作周波数で第一のアンテナのための反射器としての役割を果たすようにアンテナを位置させることによって実現される。モノポールアンテナの場合、第一のアンテナは第二のアンテナよりも短くなり、それ故に導波器として動作し得る一方、第二のアンテナは第一のアンテナよりも長くなり、それ故に反射器としての役割を果たし得る。
【００２２】
本発明はこの場合図面に基づいて記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１乃至３において、第一のアンテナは短いモノポールアンテナとして記載される一方、第二のアンテナはより長いモノポールアンテナとして記載される。たとえ図が、普通物理的な大きさ（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）についての情報をもたらさない概略図として意図されるものであっても、アンテナ、すなわち他のアンテナよりも短いと共に短いアンテナの長さと同じくらいの互いの距離に位置されるある一つのアンテナが、通常の構成体と同様に記載される。図８においてアンテナ装置の物理的な装置が示されている。
【００２４】
図１ａは、二つのモノポールアンテナを有するアンテナ装置を有する通信局を示す。デュアル周波数動作を可能にするために、単一のデュアル周波数アンテナ又は二つの別個の単一の周波数アンテナの何れかが使用され得る。二つのアンテナが使用される場合、最も簡単な形態はモノポールアンテナとなる。図１ａにおいて、二つのモノポールアンテナ４及び５を備える通信局１が示されている。この場合、単一のトランシーバ２がアンテナ４及び５を通じて信号を送信及び受信するために使用されている。特定の周波数における動作が必要とされる場合、スイッチ３は適切なアンテナ４及び５をトランシーバ２に接続する。一つのアンテナが使用されているとき、他のアンテナは使用されていない。トランシーバ２は信号を処理する。当該トランシーバは入力部１１で受信されるデータを送信し、出力部１４において受信データを利用可能にする。
【００２５】
図１ｂは、二つのモノポールアンテナを有するアンテナ装置を有する通信デバイスの他の実現例を示す。この場合通信デバイス６は二つの周波数で同時に動作することが必要とされる。それ故にアンテナ９及び１０はそれぞれ別個のトランシーバ７及び８に対して専用となる。図１ｂにおいてアンテナ９はトランシーバ８に対して専用となり、アンテナ１０はトランシーバ７に対して専用となる。このため、スイッチは必要とされない。トランシーバ７及び８は入力部１３及び１２と出力部１６及び１５とを有する。
【００２６】
第一のアンテナ５が第二のアンテナ４の反射器又は導波器としての役割を果たすために、第一のアンテナ５は第二のアンテナ４からの特定の距離に位置されることが必要とされる。アンテナがそれぞれ４分の１波長アンテナとなるように寸法付けられる場合、より高い動作周波数を備えるアンテナの動作周波数の波長の４分の１に等しい距離は適切な距離であることが分かっている。すなわち、アンテナ４と５との間の距離は、ほぼ二つのアンテナ４及び５のより短いアンテナ５の長さになるべきである。
【００２７】
スイッチ３でアンテナ４及び５がスイッチされるとき、使用されていないアンテナは適切なインピダンスで終端（ｔｅｒｍｉｎａｔｅ）されることが可能であり、その結果使用されていないアンテナは、必要とされている導波器又は反射器としての役割を果たすことが保証されることに注意することも重要である。終端インピダンスはスイッチによってアンテナに接続され得る。終端インピダンスを変化させることによって、活性アンテナ（アクティブアンテナ（ａｃｔｉｖｅ  ａｎｔｅｎｎａ）の放射特性は変化させられ得る。
【００２８】
両方のアンテナが同時に動作させられている図１ｂにおいて、このことは異なる態様で実現される。両方のアンテナは異なる周波数で動作させられる。第一のアンテナが第一の周波数で動作させられるとき、当該第一の周波数は結局第二のアンテナの動作周波数にならない。それ故に自身の動作周波数においてアンテナに整合（マッチング）されているトランシーバによって駆動されている間、第二のアンテナが第一のアンテナの動作周波数において異なるインピダンスで終端されることを保証することが可能となる。同じことが第一のアンテナに適用される。第一のアンテナはトランシーバによって駆動され得る。この場合、トランシーバは第一のアンテナの動作周波数でアンテナに整合させられる一方、第二のアンテナの動作周波数における終端インピダンスは、第一のアンテナが第二のアンテナの動作周波数において反射器又は導波器としての役割を果たすことを保証するように選択され得る。このように通信デバイス６は両方の周波数で同時に動作し得ると共に、更なるアンテナ要素を用いることなく、ただ二つのモノポールアンテナで各々の周波数における指向性を実現し得る。
【００２９】
アンテナを提供するために例えばマイクロストリップ又はストリップライン技術のようないくつかの方法が使用され得る。
【００３０】
図２は、二つのモノポールアンテナをそれぞれ有する二つのアンテナ装置を有する通信デバイスを示す。通信デバイス２０は、最も優れた受信特性を得るためにアンテナダイバーシチを使用するトランシーバ２１を有する。スイッチ２３及び２４により、トランシーバは全部で四つのアンテナ２５、２６、２７、及び２８のうちの二つを選択し得る。第一のアンテナ２６と第四のアンテナ２８とは、同じ第一の動作周波数を有する一方、第二のアンテナ２５と第三のアンテナ２７とは、同じ第二の動作周波数を有する。第一のアンテナ２６と第二のアンテナ２５とは物理的に共にグループ化され、第三のアンテナ２７と第四のアンテナ２８とは物理的に共にグループ化される。第一のアンテナ２６は、第二のアンテナ２５よりも高い周波数で動作させられると共に、第二のアンテナよりも短い自身の長さ及び第二のアンテナに近い長さのために、第二のアンテナ２５のための導波器を形成する。第二のアンテナ２５は、第一のアンテナ２６よりも低い周波数で動作させられると共に、第一のアンテナ２６よりも長い自身の長さ及び第一のアンテナ２６に近い長さのために、第一のアンテナ２６のための反射器を形成する。第三のアンテナ２７と第四のアンテナ２８との組み合わせに対しても同じであり、第四のアンテナ２８は第三のアンテナ２７のための導波器としての役割を果たし、第三のアンテナ２７は第四のアンテナ２８のための反射器としての役割を果たす。
【００３１】
各々のアンテナ２５、２６、２７、及び２８の放射パターンは結果として指向性を有する。当該指向性はアンテナダイバーシチに不可欠となる。信号の同じ受信を行う二つのアンテナがダイバーシチのために使用される場合、アンテナダイバーシチを使用することは不可能となる。図２に示されている構成体、第一のアンテナ２６及び第二のアンテナ２５において、放射パターンにおけるメイン（主）ローブ（ｍａｉｎ  ｌｏｂｅ）は左側に向けられている一方、第三のアンテナ２７及び第四のアンテナ２８の放射パターンのメインローブは右側に向けられている。それ故にトランシーバ２１はスイッチ２３及び２４を使用して動作周波数に基づいて二つのアンテナ２５、２６、２７、及び２８を選択することが可能であり、それからアンテナダイバーシチのためによく知られている技術を使用して、より優れた受信特性を備えるアンテナを選択することが可能である。
【００３２】
アンテナダイバーシチに加えて、ビーム偏向に対して二つの指向性アンテナは有利となるため、図２に示されている構成体はビーム偏向用途のために使用されることも可能である。ビーム偏向のために必要とされる位相差（ｐｈａｓｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）は、通常の態様におけるトランシーバによって実現され得る。
【００３３】
図１ｂにおいて記載されているように、第一のアンテナ３４は第二のアンテナ３５のための導波器としての役割を果たし、第二のアンテナ３５は第一のアンテナ３４のための反射器としての役割を果たす。第四のアンテナ３３は第三のアンテナ３６のための導波器としての役割を果たし、第三のアンテナ３６は第四のアンテナ３３のための反射器としての役割を果たす。アンテナが図３に示されているように物理的に位置されている場合、第一のアンテナ３４及び第二のアンテナ３５の放射パターンのメインローブは左側に向けられ、第三のアンテナ３６及び第四のアンテナ３３の放射パターンのメインローブは右側に向けられている。これにより、アンテナダイバーシチに対して所望される信号受信における差がもたらされる。
【００３４】
図１ｂの記載において説明されているように、第一のトランシーバ３１は、自身が接続されているアンテナ３５及び３６にアンテナ３５及び３６の動作周波数で整合させられるが、接続されたアンテナ３５及び３６を、第二のトランシーバ３２に接続されるアンテナ３３及び３４のための反射器に変えるために、第二のトランシーバ３２の動作周波数で適切な終端インピダンスをもたらさなければならない。
【００３５】
逆に第二のトランシーバ３２は、自身が接続されているアンテナ３３及び３４にアンテナ３３及び３４の動作周波数で整合させられるが、接続されたアンテナ３３及び３４を、第一のトランシーバ３１に接続されるアンテナ３５及び３６のための導波器に変えるために、第一のトランシーバ３１の動作周波数で適切な終端インピダンスをもたらさなければならない。トランシーバ３１及び３２の動作周波数の外側の当該整合は、トランシーバのインピダンスを修正することによって、又はアンテナに接続されるインピダンス要素を加えることによって実現され得る。加えられたインピダンス要素はそれからトランシーバ３１及び３２の外側に位置される。
【００３６】
アンテナダイバーシチに加えて、ここでもビーム偏向に対して二つの指向性アンテナは有利となるため、図３に示されている構成体はビーム偏向用途のために使用されることも可能である。ビーム偏向のために必要とされる位相差は、通常の態様における各々のトランシーバによって実現され得る。
【００３７】
図４は、第二のアンテナ要素が反射器としての役割を果たすとき、アンテナ装置において第一の周波数で動作するアンテナの放射パターンを示している。理解され得るように、反射器により、通常のモノポールの全方向性（無指向性）放射パターン（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｎａｌ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎ）はメインローブ４０を備える方向パターンに変化させられ得る。
【００３８】
図５は、第一のアンテナ要素が導波器としての役割を果たすとき、アンテナ装置において第二の周波数で動作するアンテナの放射パターンを示している。理解され得るように、導波器により、通常のモノポールの全方向性放射パターンはメインローブ５０を備える方向パターンに変化させられ得る。
【００３９】
図６は、二つのアンテナ装置及びそれによってもたらされる、アンテナダイバーシチ及びビーム偏向のために使用され得る放射パターンを示す。異なる方向で各々示されている二つのアンテナ装置を使用することによって、アンテナパターンは、アンテナダイバーシチによって必要とされる受信における差をもたらす。アンテナパターンのメインローブがソース（ｓｏｕｒｃｅ）から離れて方向付けられるため信号は一つのアンテナ装置によって不十分（不完全）に受信されるとき、他のアンテナ装置のメインローブは、より有利に方向付けられる可能性が高くなる。
【００４０】
図７は、第一のアンテナ要素が放射要素としての役割を果たすときのアンテナ装置の立体（３Ｄ）放射パターンを示す。アンテナ装置の前後にグランド（アース）がされていないために、放射エネルギーの大部分は下側に方向付けられている。図６は、二つの主な放射方向を示している。ある一つの主な放射方向は、主にファイ成分（Ｐｈｉ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を有する左側上部に方向付けられ（垂直偏波）、他は、主にシータ成分（Ｔｈｅｔａ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を有する左側下部に方向付けられている（水平偏波）。
【００４１】
図８は、互いに角度を成して平面内に位置される二つのアンテナ装置８０及び８１を備えるトランシーバを示す。水平偏波は、アンテナ装置８０及び８１を傾けることによって水平平面内において方向付けられ得るので、水平偏波の主な放射方向は、図７に示されている構成体の場合のように水平平面にもたらされる。垂直偏波は、アンテナ装置８０及び８１を傾けることによって、図７に示されているように互いの方向に向かうばかりでなく互いの方向から離れて位置され得る。それ故にビームは下側に曲げられる。図８において理解され得るように、グランド平面８４がアンテナ８２及び８３の軸と垂直になる必要はないが、アンテナ８２及び８３の軸と同じ平面内に位置され得る。    
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】二つのモノポールアンテナを有するアンテナ装置を示す。
【図１ｂ】二つのモノポールアンテナを有する他のアンテナ装置を示す。
【図２】二つのモノポールアンテナをそれぞれ備える二つのアンテナ装置を有する通信デバイスを示す。
【図３】アンテナダイバーシチをしようする一方、二つの周波数で同時に動作させられる通信デバイスを示す。
【図４】第一のアンテナ要素が放射要素としての役割を果たす場合のアンテナ装置の放射パターンを示す。
【図５】第一のアンテナ要素が放射要素としての役割を果たす場合のアンテナ装置の放射パターンを示す。
【図６】二つのアンテナ装置及びそれによってもたらされる、アンテナダイバーシチ及びビーム偏向のために使用され得る放射パターンを示す。
【図７】第一のアンテナ要素が放射要素としての役割を果たす場合のアンテナ装置の立体（３Ｄ）放射パターンを示す。
【図８】互いに角度を成して平面内に位置される二つのアンテナ装置を備えるトランシーバを示す。
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005535209.tif 000006
【図５】
2005535209.tif 000007
【図６】
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【図８】
2005535209.tif 000009
【図７】
2005535209.tif 000010
【国際調査報告】
2005535209.tif 000011
2005535209.tif 000012
2005535209.tif 000013