(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信において、同時に同じ周波数帯域で使用される第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとを備えるアンテナ装置であって、
前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとは、Ｔ型エレメントが内部に形成されたループエレメントを少なくとも備えるホット素子とアース素子とを備えており、長軸がほぼ平行に配置された前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとがＶ字形に配置されて、前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子とがＶ字形に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
無線通信において、同時に同じ周波数帯域で使用される第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとを備えるアンテナ装置であって、
前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとは、Ｔ型エレメントが内部に形成されたループエレメントを少なくとも備えるホット素子とアース素子とを備えており、長軸がほぼ平行に配置された前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとがＶ字形に配置されて、前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子とがＶ字形に配置され、Ｖ字形に配置されている前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子との間に無給電素子が配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとが配置されるＶ字形の角度が、約７２°〜約１８０°とされることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
適用周波数の波長をλ’とした時に、Ｖ字形に配置されている前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとの間に配置される前記無給電素子が、前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとの開いた先端間を結ぶラインから約０．０６６λ’以内に配置され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５】
適用周波数の波長をλ’とし、前記無給電素子が形成されている無給電基板上の短縮された波長をλとした時に、Ｖ字形に配置されている前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとの間に配置される前記無給電素子の長さが、約０．４８λ〜約０．５９λとされ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６】
無線通信において、同時に同じ周波数帯域で使用される第１ダイポールアンテナないし第４ダイポールアンテナからなる４つのダイポールアンテナを備えるアンテナ装置であって、
前記第１ダイポールアンテナないし前記第４ダイポールアンテナとは、Ｔ型エレメントが内部に形成されたループエレメントを少なくとも備えるホット素子とアース素子とを備えており、長軸がほぼ平行に配置された前記第１ダイポールアンテナないし前記第４ダイポールアンテナがＷ字形に配置されて、前記第１ダイポールアンテナないし前記第４ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子がＷ字形に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
無線通信において、同時に同じ周波数帯域で使用される第１ダイポールアンテナないし第４ダイポールアンテナからなる４つのダイポールアンテナを備えるアンテナ装置であって、
前記第１ダイポールアンテナないし前記第４ダイポールアンテナとは、Ｔ型エレメントが内部に形成されたループエレメントを少なくとも備えるホット素子とアース素子とを備えており、長軸がほぼ平行に配置された前記第１ダイポールアンテナないし前記第４ダイポールアンテナが正方形の各辺に沿って配置されて、前記第１ダイポールアンテナないし前記第４ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子が正方形の各辺に沿って配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナを備え、特に、ＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）に適用して好適なアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において、送信機と受信機の双方で複数のアンテナを使い、通信品質を向上させることができるＭＩＭＯが知られている。ＭＩＭＯでは、帯域幅や送信出力を強化しなくともデータのスループットやリンクできる距離を改善することができることから、周波数帯域の利用効率が高く、リンクの信頼性または多様性を高めることができるため、無線通信業界で注目されている技術である。ＭＩＭＯは空間多重通信の一種であり、無線モジュールも多重化され、複数のアンテナが同時に使用されることから複数のアンテナを必要としている。
【０００３】
ＭＩＭＯに適用できる従来のアンテナ装置が特許文献１に記載されている。この従来のアンテナ装置では、配線パターン設計の自由度が低下するのを抑制しながら、アンテナ素子間の相互結合を小さくすることが可能なマルチアンテナ装置を提供するために、第１アンテナ素子および第２アンテナ素子と、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との間に配置される非接地の無給電素子とを備えている。この無給電素子は、第１アンテナ素子に対向して配置される第１対向部と、第２アンテナ素子に対向して配置される第２対向部と、第１対向部と第２対向部とを連結する連結部からなり、第１アンテナ素子との直接的な結合に起因して第２アンテナ素子に流れる電流の向きと、無給電素子の第２対向部の電流による間接的な結合に起因して第２アンテナ素子に流れる電流の向きとを反対方向にすることができる。これにより、直接的な結合に起因する電流と間接的な結合に起因する電流とが互いに相殺されるので、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子との相互結合を小さくすることができる。
【０００４】
また、ＭＩＭＯに適用できる従来のアンテナ装置が特許文献２に記載されている。この従来のアンテナ装置は、基板上に位置した複数のアンテナ素子と、基板上において複数のアンテナ素子の間に位置し、所定の接地部に接地されるアイソレーション素子とを備えている。そして、アイソレーション素子により複数のアンテナ素子から放射され、他のアンテナへ伝播される電磁波を互いに相殺させることができ、アンテナ素子間の干渉を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許５５３２８４７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＩＭＯに適用できるアンテナ装置には、アンテナを複数本搭載していても、設置場所の小スペース化、デザイン性におけるアンテナの小型化、アンテナ間の利得差及び指向性偏差の低減が求められている。しかしながら、従来のアンテナ装置では、アンテナの小型化、アンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するために、平均化利得における指向性を改善することについて、十分な達成を期待することができなかった。
【０００７】
また、ＭＩＭＯに適用できる従来のアンテナ装置が提案されている。この従来のアンテナ装置１００の構成を示す上面図を図２０に示す。
この図に示す従来のアンテナ装置１００は、第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０とを備え、第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０とは高周波特性の良好な絶縁性の第１基板１１１の表面１１０ａと第２基板１２１の表面１２０ａにそれぞれ形成されたダイポールアンテナから構成されている。この第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０とを距離Ｌ１０１を隔てて裏面１１０ｂ，１２０ｂ同士が対面するよう配置して、従来のアンテナ装置１００が構成されている。
【０００８】
第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０とは同じ構成とされており、例えば、後述する図２に示す第１アンテナ１０と同じ構成とすることができる。すなわち、第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０とのアンテナ基板１１１，１２１の表面１１０ａ，１２０ａにはホット素子とアース素子とからなるダイポールアンテナが形成されており、ダイポールアンテナにアンテナ基板１１１，１２１の裏面１１０ｂ，１２０ｂに形成された給電部から給電されている。それぞれの給電部には、給電用の同軸ケーブル１１９，１２９が接続されている。
【０００９】
従来のアンテナ装置１００の適用周波数を２０００ＭＨｚ、距離Ｌ１０１を１５ｍｍとして立設した時の、第１アンテナ１１０の水平面内の放射パターンを図２１（ａ）に、第２アンテナ１２０の水平面内の放射パターンを図２１（ｂ）に示す。また、第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図２２に、第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０との間のアイソレーションの周波数特性を図２３に示す。
図２１（ａ）を参照すると、−９０°〜０°〜９０°の方向において、利得が低下していることが分かる。また、第１アンテナ１１０の放射パターンでは偏差が６．１ｄＢ、−９０°〜０°〜９０°の方向において正規化した平均化利得が−４．９ｄＢ、第１アンテナ１１０と第２アンテナ１２０との利得差が４．８ｄＢとなっている。また、図２１（ｂ）を参照すると、−９０°〜１８０°〜９０°の方向において、利得が低下していることが分かる。また、第２アンテナ１２０の放射パターンでは偏差が６．９ｄＢとなっている。
【００１０】
また、図２２を参照すると、約８３０ＭＨｚ〜約１５１０ＭＨｚおよび約１７９０ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚにおいて３以下のＶＳＷＲが得られている。さらに、図２３を参照すると、約１９７０ＭＨｚ〜約２１３０ＭＨｚにおいて−１０ｄＢ以下のアイソレーションが得られている。
そして、従来のアンテナ装置１００の適用周波数を２０００ＭＨｚ、距離Ｌ１０１を８０ｍｍとすると、第１アンテナ１１０および第２アンテナ１１１の上記した各電気的特性が改善されるようになる。しかしながら、アンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するための、平均化利得における指向性の改善はされるものの、大型となりアンテナ装置を小型化することができないという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明は、アイソレーション特性を良好として、アンテナを小型化できると共にアンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するために、平均化利得における指向性を改善することができるアンテナ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、無線通信において、同時に同じ周波数帯域で使用される第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとを備えるアンテナ装置であって、前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとは、Ｔ型エレメントが内部に形成されたループエレメントを少なくとも備えるホット素子とアース素子とを備えており、長軸がほぼ平行に配置された前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとがＶ字形に配置されて、前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子とがＶ字形に配置されることを最も主要な特徴としている。
また、本発明のアンテナ装置は、無線通信において、同時に同じ周波数帯域で使用される第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとを備えるアンテナ装置であって、前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとは、Ｔ型エレメントが内部に形成されたループエレメントを少なくとも備えるホット素子とアース素子とを備えており、長軸がほぼ平行に配置された前記第１ダイポールアンテナと、前記第２ダイポールアンテナとがＶ字形に配置されて、前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子とがＶ字形に配置され、Ｖ字形に配置されている前記第１ダイポールアンテナおよび前記第２ダイポールアンテナにおける前記ホット素子と前記アース素子との間に無給電素子が配置されていることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアンテナ装置は、第１ダイポールアンテナと、第２ダイポールアンテナとをＶ字形に配置することにより、第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとのアイソレーションが良好となり、アンテナを小型化できると共にアンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するために、平均化利得における指向性を改善することができる。さらに、第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとの間に無給電素子を配置することにより、さらにアイソレーションが良好となり、アンテナを小型化できると共にアンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するために、平均化利得における指向性をより改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例のアンテナ装置の構成を示す上面図、正面図である。
【図２】本発明の第１実施例のアンテナ装置における第１アンテナを構成する第１基板の表面および裏面の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナの放射パターンを示す図である。
【図４】本発明の第１実施例のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナのアイソレーションの周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例のアンテナ装置の構成を示す上面図、正面図である。
【図７】本発明の第２実施例のアンテナ装置における無給電基板の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナの放射パターンを示す図である。
【図９】本発明の第２実施例のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナのアイソレーションの周波数特性を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例のアンテナ装置において、第１アンテナと第２アンテナとの角度に対する平均化利得、第１アンテナと第２アンテナと無給電基板との距離の偏差に対する平均化利得、無給電素子の長さに対する平均化利得を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例のアンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図１３】本発明の第４実施例のアンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図１４】本発明の第５実施例のアンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図１５】本発明の第６実施例のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第６実施例のアンテナ装置におけるカバーの構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第６実施例のアンテナ装置におけるベース部の構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第６実施例のアンテナ装置における基台の構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第６実施例のアンテナ装置の組立を示す斜視図である。
【図２０】従来のアンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図２１】従来のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナの放射パターンを示す図である。
【図２２】従来のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図２３】従来のアンテナ装置における第１アンテナと第２アンテナのアイソレーションの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１実施例のアンテナ装置１の構成を示す上面図を図１（ａ）に、第１実施例のアンテナ装置１の構成を示す正面図を図１（ｂ）に示す。
これらの図に示す本発明の第１実施例のアンテナ装置１は、２本のアンテナを備えＭＩＭＯに適用して好適な小型のアンテナ装置とされている。第１実施例のアンテナ装置１は、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とを備え、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とはテフロン基板やガラスエポキシ基板等の高周波特性の良好な絶縁性の第１基板１１の表面１０ａと第２基板２１の表面２０ａにそれぞれ形成されたダイポールアンテナから構成されている。この第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とは、ダイポールアンテナが形成されている第１基板１１と第２基板２１とのなす角度がθ１で対向してＶ字形になるように配置されている。角度θ１は、例えば９０°とされる。この場合、第１基板１１の裏面１０ｂと第２基板２１の裏面２０ｂとが角度θ１で対向しており、第１基板１１の表面１０ａと第２基板２１の表面２０ａとが極力離れるように配置される。第１基板１１の表面１０ａに形成されたダイポールアンテナは、ホット素子１２と表面アース素子１３から構成され、裏面１０ｂに配置された同軸ケーブル１９から給電される。また、第２基板２１の表面２０ａに形成されたダイポールアンテナは、ホット素子２２と表面アース素子２３からなり、裏面２０ｂに配置された同軸ケーブル２９から給電される。
【００１６】
第１基板１１と第２基板２１との構成は同じ構成とされていることから、第１基板１１のみの説明を以下に行うことで、第２基板２１の説明も行うこととする。第１基板１１の表面１０ａの構成を図２（ａ）に、裏面１０ｂの構成を図２（ｂ）に示す。
これらの図に示すように、第１基板１１は縦に細長い長方形とされており、表面１０ａの上半分にホット素子１２がエッチングや貼着等により形成されており、下半分に表面アース素子１３がエッチングや貼着等により形成されている。ホット素子１２は、第１基板１１のほぼ中央のスルーホール１２ａが形成されているホット側給電点から拡がるテーパ部を有しほぼ第１基板１１の上半分の周縁に沿って形成されている第１ループエレメントと、この第１ループエレメントの内部に形成されたＴ字状の第１Ｔ型エレメントとから構成されている。第１Ｔ型エレメントはホット側給電点から延伸された直線部と、直線部の先端に形成された直線部にほぼ直交する頭部とから構成されている。
また、表面アース素子１３はホット素子１２と類似した形状で線対称に形成されており、第１基板１１のほぼ中央のスルーホール１３ａが形成されているアース側給電点から拡がるテーパ部を有しほぼ第１基板１１の下半分の周縁に沿って形成されている第２ループエレメントと、この第２ループエレメントの内部に形成されたＴ字状の第２Ｔ型エレメントとから構成されている。第２Ｔ型エレメントは給電点から延伸された幅広の直線部と、直線部の先端に形成された直線部にほぼ直交する頭部とから構成されている。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、第１基板１１の裏面１０ｂには縦方向に細長く延伸され中途にスタブが形成された第１無給電素子１５と、縦方向に細長く形成された第２無給電素子１６とが、ほぼ一直線に並んでエッチングや貼着等により形成されている。第１無給電素子１５は、第１基板１１を挟んでホット素子１２に対面するよう配置されており、第２無給電素子１６は、第１基板１１を挟んで表面アース素子１３に対面するよう配置されている。また、第１基板１１の裏面１０ｂにおけるほぼ中央から下部に渡る左側に、第２無給電素子１６に一部が沿うように裏面アース素子１４がエッチングや貼着等により形成されている。さらに、裏面１０ｂの中央部には給電部１８がエッチングや貼着等により形成されており、給電部１８にはコ字状に屈曲されている給電パターンが形成され、この給電パターンの一端にホット素子１２のホット側給電点に形成されているスルーホール１２ａが接続されている。給電パターンの他端には、同軸ケーブル１９の中心導体１９ａがハンダ付けされ、給電パターンの中途にはスタブ１７が形成されている。さらに、表面アース素子１３のアース側給電点に形成されているスルーホール１３ａが、裏面アース素子１４に接続されている。この裏面アース素子１４には、同軸ケーブル１９の編組線１９ｃがハンダ付けされる。中心導体１９ａと編組線１９ｃとは、絶縁体１９ｂを介して同軸構造とされている。これにより、表面１０ａに形成されたホット素子１２と表面アース素子１３とから構成されるダイポールアンテナが、裏面１０ｂに配置された同軸ケーブル１９から給電部１８を介して給電されるようになる。
第２基板２１の表面２０ａおよび裏面２０ｂの構成も、上記した構成と同じになっており、表面２０ａに形成されたホット素子２２と表面アース素子２３とから構成されるダイポールアンテナが、裏面２０ｂに配置された同軸ケーブル２９から図示しない給電部を介して給電されるようになる。
【００１８】
第１実施例のアンテナ装置１の寸法の一例を説明する。この場合、第１基板１１および第２基板２１の厚みｔは約１．６ｍｍで比誘電率εｒが約４．６であり、第１基板１１および第２基板２１の面上の実効波長λは、次式（１）で表される。
λ＝λ’／√（（εｒ＋１）／２）                          （１）
（１）式において、λ’は適用周波数の自由空間の波長であり、実効波長λを算出すると約０．６λ’に短縮されることがわかる。
適用周波数を２０００ＭＨｚとした際に、角度θ１は約９０°、角度θ１でＶ字形に対向する図１（ａ）に示す第１基板１１および第２基板２１の下端間の間隔Ｌ１（両基板に形成されているダイポールアンテナの下端間の間隔になる）は、約０．１λ’（約１５ｍｍ）となる。また、図２（ａ）に示す第１アンテナ１０におけるホット素子１２および表面アース素子１３の幅Ｌ２は約０．３５６λ（約３２ｍｍ）、ホット素子１２の上端から表面アース素子１３の下端までの長さＬ３は約１．３２λ（約１１９ｍｍ）とされる。第２アンテナ２０における各寸法も第１アンテナ１０の上記寸法と同じとされている。なお、間隔Ｌ１は波長が短縮される基板上の長さでないことから自由空間の波長λ’で表している。
【００１９】
第１実施例のアンテナ装置１が立設されて配置され、上記寸法とされた時の第１アンテナ１０の水平面内の放射パターンを図３（ａ）に、第２アンテナ２０の水平面内の放射パターンを図３（ｂ）に示す。また、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図４に、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０との間のアイソレーションの周波数特性を図５に示す。
図３（ａ）を参照すると、第１アンテナ１０の放射パターンでは、９０°〜１８０°〜−９０°の方向において、良好な利得が得られており、−９０°〜０°〜９０°の方向において偏差が見られるが、従来のアンテナ装置１００に比べて＋９０°および−９０°の方向において、約２〜３ｄＢの改善が見られる。また、第１アンテナ１０の放射パターンでは偏差が６．０ｄＢ、−９０°〜０°〜９０°の方向において正規化した平均化利得が−４．５ｄＢ、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０との利得差が５．０ｄＢとなっている。また、図３（ｂ）を参照すると、第２アンテナ２０の放射パターンでは、−９０°〜０°〜９０°の方向において、良好な利得が得られており、−９０°〜０°〜９０°の方向において偏差が見られるが、従来のアンテナ装置１００に比べて＋９０°および−９０°の方向において、約２〜３ｄＢの改善が見られる。また、第２アンテナ２０の放射パターンでは偏差が７．０ｄＢとなっている。
【００２０】
また、図４を参照すると、約８００ＭＨｚ〜約２７００ＭＨｚの周波数帯域において３以下のＶＳＷＲが得られており、約８１０ＭＨｚ〜約１１４０ＭＨｚおよび約１８２０ＭＨｚ〜約２３６０ＭＨｚの周波数帯域において２．１以下のＶＳＷＲが得られている。さらに、図５を参照すると、７００ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚの広帯域の周波数帯域において−１０ｄＢ以下となるアイソレーションが得られており、約８５０ＭＨｚ〜約９６０ＭＨｚおよび約１３２０ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚの周波数帯域において−１２ｄＢ以下となるアイソレーションが得られている。
このように、第１実施例のアンテナ装置１は、従来のアンテナ装置１００に比べて、水平面内の放射パターンが改善されていると共に、ＶＳＷＲの周波数特性およびアイソレーションの周波数特性が格段に改善されていることがわかる。このため、第１実施例のアンテナ装置１は、アイソレーション特性を良好として、アンテナを小型化できると共にアンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するために、平均化利得における指向性を改善することができるようになる。
【００２１】
次に、本発明の第２実施例のアンテナ装置２について説明する。第２実施例のアンテナ装置２の構成を示す上面図を図６（ａ）に、第２実施例のアンテナ装置２の構成を示す正面図を図６（ｂ）に示す。
これらの図に示す本発明の第２実施例のアンテナ装置２は、２本のアンテナを備えＭＩＭＯに適用して好適な小型のアンテナ装置とされている。第２実施例のアンテナ装置２は、第１実施例のアンテナ装置１において、角度θ１でＶ字形に配置された第１アンテナ１０と第２アンテナ２０との間に無給電基板３０を配置した構成において異なり、他の構成は同じ構成とされていることから、異なる構成について説明するものとする。第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とは、第１基板１１の表面１０ａと第２基板２１の表面２０ａにそれぞれ形成されたダイポールアンテナから構成されている。この第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とは、ダイポールアンテナが形成されている第１基板１１と第２基板２１とのなす角度がθ１で対向してＶ字形になるように配置されている。角度θ１は、例えば９０°とされる。この場合、第１基板１１の裏面１０ｂと第２基板２１の裏面２０ｂとが角度θ１で対向しており、第１基板１１の表面１０ａと第２基板２１の表面２０ａとが極力離れるように配置される。第１基板１１の表面１０ａに形成されたダイポールアンテナは、ホット素子１２と表面アース素子１３から構成され、裏面１０ｂに配置された同軸ケーブル１９から給電される。また、第２基板２１の表面２０ａに形成されたダイポールアンテナは、ホット素子２２と表面アース素子２３からなり、裏面２０ｂに配置された同軸ケーブル２９から給電される。第１基板１１と第２基板２１との構成は上記説明したとおりであるので、その説明は省略する。
【００２２】
無給電基板３０の構成を図７に示す。図７（ａ）は、無給電基板３０の一面の構成を示す正面図であり、図７（ｂ）は無給電基板３０の他面の構成を示す正面図である。
これらの図に示すように、無給電基板３０は縦に細長い長方形状とされ、無給電基板３０の上部よりに長さＬ５の細長い長方形状の無給電素子３１ａ、３１ｂが一面および他面にそれぞれエッチングや貼着等により形成され、無給電素子３１ａ、３１ｂは無給電基板３０を挟んで重なるように形成されている。
【００２３】
第２実施例のアンテナ装置２の寸法の一例を説明する。この場合、無給電基板３０の比誘電率εｒは、第１基板１１および第２基板２１と同じで約４．６とされていることから、上記したように、第１基板１１および第２基板２１、無給電基板３０の面上の実効波長λは、約０．６λ’に短縮される。
適用周波数を２０００ＭＨｚとした際に、角度θ１は約９０°、角度θ１でＶ字形に対向する図６（ａ）に示す第１基板１１および第２基板２１の下端間の間隔Ｌ１（両基板に形成されているダイポールアンテナの下端間の間隔になる）は約０．１λ’（約１５ｍｍ）、第１基板１１および第２基板２１の上端間を結ぶライン（両基板に形成されているダイポールアンテナの上端間を結ぶラインになる）から無給電基板３０の中心までの距離Ｌ４は約０．０５λ’（約７．５ｍｍ）となる。また、第１アンテナ１０におけるホット素子１２および表面アース素子１３の幅Ｌ２は約０．３５６λ（約３２ｍｍ）、ホット素子１２の上端から表面アース素子１３の下端までの長さＬ３は約１．３２λ（約１１９ｍｍ）とされ、無給電基板３０に形成されている無給電素子３１ａ，３１ｂの長さＬ５は約０．４８λ（約４３ｍｍ）とされている。第２アンテナ２０における各寸法も第１アンテナ１０の上記寸法と同じとされている。なお、間隔Ｌ１と距離Ｌ４は波長が短縮される基板上の長さでないことから自由空間の波長λ’で表している。
【００２４】
第２実施例のアンテナ装置２が立設されて配置され、上記寸法とされた時の第２アンテナ１０の水平面内の放射パターンを図８（ａ）に、第２アンテナ２０の水平面内の放射パターンを図８（ｂ）に示す。また、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図９に、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０との間のアイソレーションの周波数特性を図１０に示す。
図８（ａ）を参照すると、第１アンテナ１０の放射パターンでは、９０°〜１８０°〜−９０°の方向において良好な利得が得られており、−９０°〜０°〜９０°の方向において、第１実施例のアンテナ装置１の第１アンテナ１０より利得が改善されていることが分かる。また、第１アンテナ１０の放射パターンでは偏差が５．９ｄＢ、−９０°〜０°〜９０°の方向において正規化した平均化利得が−３．１ｄＢ、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０との利得差が４．７ｄＢと向上している。また、図８（ｂ）を参照すると、第２アンテナ２０の放射パターンでは、−９０°〜０°〜９０°の方向において良好な利得が得られており、９０°〜１８０°〜−９０°の方向において、第１実施例のアンテナ装置１の第２アンテナ２０より利得が改善されていることが分かる。また、第２アンテナ２０の放射パターンでは偏差が６．９ｄＢとなっている。
【００２５】
また、図９を参照すると、約８００ＭＨｚ〜約２７００ＭＨｚの周波数帯域（約２３７０ＭＨｚ〜約２４１０ＭＨｚを除く）において３以下のＶＳＷＲが得られており、約８１０ＭＨｚ〜約１１４０ＭＨｚおよび約１８００ＭＨｚ〜約２３３０ＭＨｚ、約２５３０ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚの周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。さらに、図１０を参照すると、７００ＭＨｚ〜２７００ＭＨｚの広帯域の周波数帯域において−１０ｄＢ以下となるアイソレーションが得られており、約８６０ＭＨｚ〜約９６０ＭＨｚおよび約１６６０ＭＨｚ〜１８００ＭＨｚの周波数帯域において−１２ｄＢ以下となるアイソレーションが得られている。
このように、第２実施例のアンテナ装置２は、第１実施例のアンテナ装置１に比べて水平面内の放射パターンが改善されていると共に、ＶＳＷＲの周波数特性が改善されている。また、従来のアンテナ装置１００に比べて、水平面内の放射パターンが改善されていると共に、ＶＳＷＲの周波数特性およびアイソレーションの周波数特性が格段に改善されていることがわかる。このため、第２実施例のアンテナ装置２は、アイソレーション特性を良好として、アンテナを小型化できると共にアンテナ間の利得差及び指向性偏差を向上するために、平均化利得における指向性を改善することができるようになる。
【００２６】
第１実施例のアンテナ装置１および第２実施例のアンテナ装置２において、最適なアンテナ特性を得るためには、水平面内の放射パターンにおける＋６０°〜＋９０°の平均化利得が−４ｄＢ以上あればよい。この場合の放射パターンは、第１アンテナ１０の放射パターンでも第２アンテナ２０の放射パターンのいずれでも成立する。ここで、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とのなす角度θ１を３０°〜１８０°に変化した時の水平面内の放射パターンにおける＋６０°〜＋９０°の平均化利得を、図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）を参照すると角度θ１が約７２°以上となった時に平均化利得が−４ｄＢ以上となることが分かる。
また、第１基板１１および第２基板２１の上端間を結ぶライン（両基板に形成されているダイポールアンテナの上端間を結ぶラインになる）から無給電基板３０の中心までの距離Ｌ４における基準位置からの偏差に応じた水平面内の放射パターンにおける＋６０°〜＋９０°の平均化利得を、図１１（ｂ）に示す。この場合、基準位置は上記した距離Ｌ４の寸法である０．０５λ’であり、この基準位置から距離Ｌ４を−０．１５λ’〜０．１０λ’までの偏差で変化させている。図１１（ｂ）を参照すると距離Ｌ４が基準位置から約０．０６６λ’以下となった時に平均化利得が−４ｄＢ以上となることが分かる。なお、基準位置からの偏差が負の方向は第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とから無給電基板３０が遠ざかる方向であり、図１１（ｂ）は無給電基板３０の作用がなくても平均化利得が−４ｄＢ以上であることを示していることから、距離Ｌ４の偏差の下限はない。
さらに、無給電素子３１ａ、３１ｂの長さＬ５を０．００λ〜１．４０λに変化した時の水平面内の放射パターンにおける＋６０°〜＋９０°の平均化利得を、図１１（ｃ）に示す。図１１（ｃ）を参照すると長さＬ５が約０．４８λ〜約０．５９λとなった時に平均化利得が−４ｄＢ以上となることが分かる。
上記した平均化利得が-4ｄＢ以上となる角度θ１、距離Ｌ４および長さＬ５の範囲において、第１実施例のアンテナ装置１および第２実施例のアンテナ装置２はＭＩＭＯに適用して好適なアンテナ装置となる。
【００２７】
次に、本発明の第３実施例のアンテナ装置３の構成を示す上面図を図１２に示す。
この図に示す本発明の第３実施例のアンテナ装置３は、２本のアンテナを備えＭＩＭＯに適用して好適な小型のアンテナ装置とされている。第３実施例のアンテナ装置３は、第２実施例のアンテナ装置２において、角度θ１でＶ字形に配置された第１アンテナ１０の裏面１０ｂと第２アンテナ２０の表面２０ａとを対向させて配置した構成において異なっている。すなわち、第３実施例のアンテナ装置３は、第２基板２１の表面２０ａと裏面２０ｂとを逆にして配置して、角度θ１でＶ字形に配置された第１基板１１と第２基板２１との間に無給電素子を備える無給電基板３０を配置した構成とされており、他の構成は第２実施例のアンテナ装置２と同じ構成とされている。第３実施例のアンテナ装置３の寸法は、第２実施例のアンテナ装置２の寸法と同様とされて、電気的特性も同様となるので、その説明は省略する。
【００２８】
次に、本発明の第４実施例のアンテナ装置４の構成を示す上面図を図１３に示す。
この図に示す本発明の第４実施例のアンテナ装置４は、４本のアンテナを備えＭＩＭＯに適用した際に、より周波数帯域の利用効率を向上してスループットを向上することができる小型のアンテナ装置とされている。第４実施例のアンテナ装置４は、Ｗ字形に配置された第１アンテナ４１、第２アンテナ４２、第３アンテナ４４、第４アンテナ４７とを備えている。そして、角度θ１でＶ字形に配置された第１アンテナ４１の裏面４１ｂと第２アンテナ４２の裏面４２ｂとを対向させて配置して、角度θ１でＶ字形に配置された第１アンテナ４１と第２アンテナ４２との間に無給電素子を備える無給電基板４３を配置し、角度θ１で逆Ｖ字形に配置された第２アンテナ４２の表面４２ａと第３アンテナ４４の表面４４ａとを対向させて配置して、角度θ１で逆Ｖ字形に配置された第２アンテナ４２と第３アンテナ４４との間に無給電素子を備える無給電基板４５を配置し、角度θ１でＶ字形に配置された第３アンテナ４４の裏面４４ｂと第４アンテナ４７の裏面４７ｂとを対向させて配置して、角度θ１でＶ字形に配置された第３アンテナ４４と第４アンテナ４７との間に無給電素子を備える無給電基板４６を配置した構成とされている。第１アンテナ４１ないし第４アンテナ４７は、図２に示す第１アンテナ１０と同様の構成とされていると共に、無給電基板４３，４５，４６は図７に示す無給電基板３０と同様の構成とされており、その寸法も同様とされていることから、その説明は省略する。また、第１アンテナ４１ないし第４アンテナ４７の水平面内の放射パターン、ＶＳＷＲの周波数特性、アイソレーションの周波数特性は上記した第２実施例のアンテナ装置２における第１アンテナ１０あるいは第２アンテナ２０と同様とされていることから、その説明は省略する。
【００２９】
次に、本発明の第５実施例のアンテナ装置５の構成を示す上面図を図１４に示す。
この図に示す本発明の第５実施例のアンテナ装置５は、４本のアンテナを備えＭＩＭＯに適用した際に、より周波数帯域の利用効率を向上してスループットを向上することができる小型のアンテナ装置とされている。第５実施例のアンテナ装置５は、◇字形（ひし形）に配置された第１アンテナ５１、第２アンテナ５２、第３アンテナ５４、第４アンテナ５５とを備えている。そして、角度θ１で逆Ｖ字形に配置された第１アンテナ５１の裏面５１ｂと第２アンテナ５２の裏面５２ｂとを対向させて配置して、角度θ１で逆Ｖ字形に配置された第１アンテナ５１と第２アンテナ５２との間に無給電素子を備える無給電基板５３を配置している。また、角度θ１でＶ字形に配置された第３アンテナ５４の裏面５４ｂと第４アンテナ５５の裏面５５ｂとを対向させて配置して、角度θ１でＶ字形に配置された第３アンテナ５４と第４アンテナ５５との間に無給電素子を備える無給電基板５６を配置している。そして、逆Ｖ字形に配置された第１アンテナ５１と第２アンテナ５２とに対向するように、Ｖ字形に配置された第３アンテナ５４と第４アンテナ５５とを配置することにより、◇字形にアンテナが配置されたアンテナ装置５とされている。第１アンテナ５１ないし第４アンテナ５５は、図２に示す第１アンテナ１０と同様の構成とされていると共に、無給電基板５３，５６は図７に示す無給電基板３０と同様の構成とされており、その寸法も同様とされていることから、その説明は省略する。また、第１アンテナ５１ないし第４アンテナ５５の水平面内の放射パターン、ＶＳＷＲの周波数特性、アイソレーションの周波数特性は上記した第１アンテナ１０あるいは第２アンテナ２０と同様とされていることから、その説明は省略する。なお、◇字形に配置された第５実施例のアンテナ装置５は、９０°回転することで□字形（正方形）に配置されることから、正方形に配置することと同義になる。
【００３０】
次に、本発明の第６実施例のアンテナ装置６の構成を示す斜視図を図１５に、第６実施例のアンテナ装置６におけるカバー６０の構成を示す斜視図を図１６に、第６実施例のアンテナ装置６におけるベース部７０の構成を示す斜視図を図１７に、第６実施例のアンテナ装置６における基台８０の構成を示す斜視図を図１８に示す。
これらの図に示す本発明の第６実施例のアンテナ装置６は、第２実施例のアンテナ装置２をアンテナケースに収納した構成とされている。アンテナケースはベース部７０と、ベース部７０に嵌着されたカバー６０と、カバー６０が嵌着されたベース部７０が取り付けられる基台８０とから構成されている。ベース部７０、カバー６０、基台８０とは、電磁波に対して透明な素材とされる合成樹脂製とされている。カバー６０は、図１６に示すように断面が２つの斜辺と底辺とからなる２等辺三角形状とされ、その頂部に弧状の凹部が形成されている。カバー６０は、本体部６１と下部６２とから構成され、その内部は収納空間とされている。また、下部６２の周面には横方向に細長い矩形状の係合孔６２ａが２つの斜辺に一つづつと底辺に２つ図示していないが、合計４つ形成されている。
【００３１】
ベース部７０には、図１７に示すように第２実施例のアンテナ装置２が取り付けられている。すなわち、ベース部７０の嵌入部７３は断面が２つの斜辺と底辺とからなる２等辺三角形状とされ、その頂部に弧状の凹部が形成されている。嵌入部７３の周面には先端部が下に向かう斜面とされた横方向に細長く矩形状に突出している係合爪７１が２つの斜辺に一つづつと底辺に２つ図示していないが、合計４つ形成されている。４つの係合爪７１の形成位置は、カバー６０に形成された係合孔６２ａの形成位置と同じとされている。嵌入部７３の上面には、立設した所定高さの壁部からなり２つの斜辺と底辺とからなる２等辺三角形状とされ、その頂部が弧状の凹部とされた基板保持部７２が形成されている。基板保持部７２には、第１アンテナ１０の下部が嵌着される長孔とされる第１保持溝と、この第１保持溝と角度θ１でＶ字形に配置された第２アンテナ２０の下部が嵌着される長孔とされる第２保持溝と、角度θ１でＶ字形に形成された第１保持溝と第２保持溝との間に無給電基板３０の下部が嵌着される図示しない第３保持溝とが形成されている。図１７では、第１保持溝に第１アンテナ１０の下部が嵌着され、第２保持溝に第２アンテナ２０の下部が嵌着されると共に、第３保持溝に無給電基板３０の下部が嵌着されて、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とが角度θ１でＶ字形に配置され、その間に無給電基板３０が配置された第２実施例のアンテナ装置２の具体的構成が示されている。
【００３２】
基台８０は、矩形状の底面と、底面の３辺から立設された周壁部と、この周壁部の内側に形成され、底面上に立設した所定高さの壁部からなり２つの斜辺と底辺とからなる２等辺三角形状とされ、その頂部が弧状の凹部とされた立設部８１とから構成されている。周壁部は、矩形状に立設された背面側壁部と、背面側壁部にほぼ直交して両側に形成された側面側壁部からなり、側面側壁部は段差を持つ斜面とされて次第に高さが低く形成されている。背面側壁部と底面には、アンテナ装置６を垂直な面や水平な面に取り付けるためのネジ等を挿通する取付穴が複数形成されている。また、立設部８１は、ベース部７０の嵌入部７３の内側に形成されている２等辺三角形状の凹部とほぼ同じ形状とされている。
【００３３】
ここで、第６実施例のアンテナ装置６の組立を示す斜視図を図１９に示す。第６実施例のアンテナ装置６を組み立てるには、図１９に示すように、まず、第２実施例のアンテナ装置２が取り付けられているベース部７０の上からカバー６０を被せていく。そして、カバー６０の下部６２がベース部７０の嵌入部７３に嵌入されていくと、嵌入部７３の周面に形成されている４つの係合爪７１が、カバー６０の下部６２に形成されている４つの係合孔６２ａに嵌入されて、ベース部７０にカバー６０が固着されるようになる。この時に、ベース部７０に取り付けられている第２実施例のアンテナ装置２は、カバー６０の収納空間に収納されるようになる。次いで、カバー６０が固着されたベース部７０を、基台７０の上から取り付けていくと、ベース部７０の底面内側の凹部に基台７０の立設部８１が嵌合されていき、図１５に示すように第６実施例のアンテナ装置６が組み立てられる。
なお、ベース部７０には第２実施例のアンテナ装置２が取り付けられると説明したが、ベース部７０に第１実施例のアンテナ装置１を取り付けるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明した本発明にかかるアンテナ装置では、ダイポールアンテナを図２に示す構成のダイポールアンテナとしたが、これに限ることはなく通常に知られているダイポールアンテナとしてもよい。また、ダイポールアンテナを基板に形成するパターンは、図２に示す構成に限るものではなく、ダイポールアンテナとして機能する他のパターンとすることができる。さらに、同軸ケーブルは裏面に配置したが、表面に配置するようにしても良く、給電部の構成は図示する構成以外の知られている構成としても良い。
本発明にかかるアンテナ装置は、上記説明したように、同時に使用される第１ダイポールアンテナ（第１アンテナ）と第２ダイポールアンテナ（第２アンテナ）とがＶ字形に配置されていることを特徴としており、Ｖ字形に配置されている第１ダイポールアンテナと、第２ダイポールアンテナとの間に無給電素子を配置しても良いものである。そして、Ｖ字形の角度は約７２°〜約１８０°の範囲とすることができ、無給電素子は、第１ダイポールアンテナと第２ダイポールアンテナとの開いた先端間を結ぶラインから約０．０６６λ’以内に配置することができ、無給電素子の長さは、約０．４８λ〜約０．５９λとすることができる。ただし、適用周波数の波長がλ’とされ、無給電基板上の短縮された波長がλとされている。
【符号の説明】
【００３５】
１〜６  アンテナ装置、１０  第１アンテナ、１０ａ  表面、１０ｂ  裏面、１１  第１基板、１２  ホット素子、１２ａ  スルーホール、１３  表面アース素子、１３ａ  スルーホール、１４  裏面アース素子、１５  第１無給電素子、１６  第２無給電素子、１７  スタブ、１８  給電部、１９  同軸ケーブル、１９ａ  中心導体、１９ｂ  絶縁体、１９ｃ  編組線、２０  第２アンテナ、２０ａ  表面、２０ｂ  裏面、２１  第２基板、２２  ホット素子、２３  表面アース素子、２９  同軸ケーブル、３０  無給電基板、３１ａ  無給電素子、４１  第１アンテナ、４１ｂ  裏面、４２  第２アンテナ、４２ａ  表面、４２ｂ  裏面、４３  無給電基板、４４  第３アンテナ、４４ａ  表面、４４ｂ  裏面、４５  無給電基板、４６  無給電基板、４７  第４アンテナ、４７ｂ  裏面、５１  第１アンテナ、５１ｂ  裏面、５２  第２アンテナ、５２ｂ  裏面、５３  無給電基板、５４  第３アンテナ、５４ｂ  裏面、５５  第４アンテナ、５５ｂ  裏面、５６  無給電基板、６０  カバー、６１  本体部、６２  下部、６２ａ  係合孔、７０  ベース部、７０  基台、７１  係合爪、７２  基板保持部、７３  嵌入部、８０  基台、８１  立設部、１００  アンテナ装置、１１０  第１アンテナ、１１０ａ，１２０ａ  表面、１１０ｂ，２１０ｂ  裏面、１１１  第２アンテナ、１１１  第１基板、１１９，１２９  同軸ケーブル、１２０  第２アンテナ、１２１  第２基板
【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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【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２２】
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【図２３】
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