(57)【要約】【課題】低背化・小型化が容易で、低仰角方向のアンテナ利得の向上を図る。【解決手段】アンテナ素子３は折り返しモノポールアンテナと成す。つまり、折り返しモノポールアンテナ３の放射電極１８は、一端側１８ａが基板２側の信号線路５Ａ（５Ｂ）に接続する給電部と成し、この放射電極１８は、その給電部１８ａを起点として基板２から立ち上がった後に折り返して他端側１８ｂが基板２のグランド部Ｇに接地される態様と成している。この折り返しモノポールアンテナは低背化・小型化が容易で、低仰角方向のアンテナ利得が大きいものである。折り返しモノポールアンテナ３の合成電界を利用して無線通信を行うことで、１つのアンテナ素子だけで無線通信を行う場合よりも、通信感度良く、また、安定的に無線通信を行うことが可能となる。【選択図】        図１
2004336546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対を成すアンテナ素子が互いに間隔を介して基板上に配設され、それら対を成すアンテナ素子はそれぞれ別々の信号線路を介して共通の合成部に接続されており、それら信号線路のうちの一方には、当該信号線路に接続する一方側のアンテナ素子の信号位相を調整して対を成す各アンテナ素子の信号位相差を０°と１８０°の何れか一方に切り換える信号位相調整部が介設されており、対を成す各アンテナ素子の電界は空中で合成される構成と成し、信号位相調整部の切り換え動作に応じて、各アンテナ素子の合成電界の指向性が切り換わるダイバーシチアンテナ装置であって、アンテナ素子はアンテナ動作を行う放射電極を有し、この放射電極の一端側は基板側の信号線路に接続する給電部と成し、放射電極はその給電部を起点として基板から立ち上がった後に折り返して他端側が基板のグランド部に接地される態様と成して、アンテナ素子は折り返しモノポールアンテナであることを特徴とするダイバーシチアンテナ装置。
【請求項２】
互いに直交するｘ方向とｙ方向のうちのｘ方向に沿って対を成すアンテナ素子が間隔を介し基板上に配設されてｘ方向配列のアンテナ対が形成され、また、それら対を成すアンテナ素子のうちの一方と、この一方のアンテナ素子とｙ方向に間隔を介して基板上に配設された別のアンテナ素子とによってｙ方向配列のアンテナ対が形成されており、前記各アンテナ素子には、それぞれ、共通の合成部に接続するための別々の信号線路が接続されており、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子に接続している信号線路には信号の位相を調整する信号位相調整部が介設され、また、他の各アンテナ素子にそれぞれ接続している信号線路のうちの一方を合成部に切り換え接続させるための切り換え部が設けられており、前記信号位相調整部は、前記兼用のアンテナ素子の信号位相と、他のアンテナ素子の信号位相との位相差を１８０°に調整する構成と成し、切り換え部の切り換え動作によって合成部に切り換え接続されているアンテナ素子と、前記兼用のアンテナ素子とには互いに逆相の電界が励振して空中で合成される構成と成しており、切り換え部の切り換え動作に応じて、通信用として機能するアンテナ対が切り換わって、合成電界の指向性が切り換わるダイバーシチアンテナ装置であって、アンテナ素子はアンテナ動作を行う放射電極を有し、その放射電極の一端側は基板側の信号線路に接続する給電部と成し、放射電極はその給電部を起点として基板から立ち上がった後に折り返され他端側が基板のグランド部に接地されている態様と成して、アンテナ素子は折り返しモノポールアンテナであることを特徴とするダイバーシチアンテナ装置。
【請求項３】
切り換え部に接続している各信号線路は、切り換え部からアンテナ素子に至るまでの長さが等しいことを特徴とする請求項２記載のダイバーシチアンテナ装置。
【請求項４】
アンテナ素子は、放射電極が基体に形成されて成る表面実装型の折り返しモノポールアンテナであることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のダイバーシチアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４記載の何れか１つに記載のダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴とする通信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波（電界）の放射パターンの指向性を切り換えることができるダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図７（ａ）にはダイバーシティ制御が可能なアンテナ装置の一例が斜視図により示されている（例えば特許文献１参照）。このアンテナ装置３０では、ハイブリッド基板３１の表面側に２つのモノポールアンテナ素子３２，３３が、通信に使用する電波の波長λの３／４の間隔をもって配設されている。また、ハイブリッド基板３１の裏面側には、図７（ｂ）に示すような信号線路３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ）とスイッチ部３５が形成されている。スイッチ部３５には給電ケーブル３６が接続されている。
【０００３】
信号線路３４ａは矩形の９０°ハイブリッド線路である。信号線路３４ｂはその矩形の９０°ハイブリッド線路３４ａの角部ｂと、モノポールアンテナ３２の一端部３２ａとを接続する線路であり、信号線路３４ｃは、９０°ハイブリッド線路３４ａの角部ｃと、モノポールアンテナ３３の一端部３３ａとを接続する線路である。信号線路３４ｄ，３４ｅは９０°ハイブリッド線路３４ａの互いに異なる角部ｄ，ｅにそれぞれ接続して、９０°ハイブリッド線路３４ａとスイッチ部３５を接続している。
【０００４】
スイッチ部３５は、信号線路３４ｄ，３４ｅの何れか一方を給電ケーブル３６に切り換え接続させる構成を有する。このスイッチ部３５の切り換え動作は例えば通信機の制御装置により制御される。
【０００５】
このアンテナ装置３０では、給電ケーブル３６からスイッチ部３５と信号線路３４を介して各モノポールアンテナ３２，３３にそれぞれ至る信号経路が、スイッチ部３５の切り換え動作によって、切り換わる。この信号経路の切り換えによってモノポールアンテナ３２，３３から放射される電界の位相がそれぞれ変化する。このアンテナ装置３０では、モノポールアンテナ３２，３３から放射された電界が合成され当該合成電界により放射パターンの指向性が定まるものである。このため、スイッチ部３５の切り換え動作によってモノポールアンテナ３２，３３の電界の位相が切り換わると、モノポールアンテナ３２，３３の合成の電界による放射パターンが切り換わってアンテナ装置３０のアンテナ利得が良い方向（つまり、アンテナ指向性）が切り換わる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１１２６７７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７（ａ）に示されるような管状の導体から成るモノポールアンテナが設定周波数の電波の無線通信を良好に行うためには、そのモノポールアンテナは、通信に使用される電波の波長λの１／４程度の高さが必要である。このため、そのモノポールアンテナの低背化には限界があり、次に示すような問題が生じる。
【０００８】
例えば、パソコンのＰＣカードスロットに挿入装着してパソコンを無線通信によりＬＡＮに組み込むことを可能にするカード型の無線通信モジュールがある。この無線通信モジュールの無線通信相手は例えば無線ＬＡＮのアクセスポイント通信装置であり、当該無線通信モジュールの電波送信方向又は電波到来方向は、主に地面（基板面）に近い低仰角方向である。このため、無線通信モジュールに設ける無線通信用のアンテナには、低仰角方向のアンテナ利得が大きいことが要求される。
【０００９】
モノポールアンテナは低仰角方向のアンテナ利得が大きいことから、指向性の面においては無線通信モジュールのアンテナとして適したものであるが、前述したように、管状の導体から成るモノポールアンテナは嵩高であり、カード型の薄い無線通信モジュール内に収容することが難しいという問題がある。
【００１０】
そのモノポールアンテナよりも低背化が容易なアンテナとして、マイクロストリップパッチアンテナがある。このマイクロストリップパッチアンテナは、例えば誘電体基体の上面に放射電極である導体パターンが形成されているものである。当該マイクロストリップパッチアンテナの放射電極は天頂を向いているために、地面（基板面）に垂直な方向（天頂に向かう方向）のアンテナ利得が大きくて、低仰角方向のアンテナ利得が小さい。このため、マイクロストリップパッチアンテナは、低背化によりカード型の無線通信モジュールに内蔵することは容易であるが、無線通信モジュールで使用するアンテナとしてはアンテナ指向性の面で改良を要するものである。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、低背化が容易で、低仰角方向のアンテナ利得が大きいダイバーシチアンテナ装置およびそれを備えた通信機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明のダイバーシチアンテナ装置は、対を成すアンテナ素子が互いに間隔を介して基板上に配設され、それら対を成すアンテナ素子はそれぞれ別々の信号線路を介して共通の合成部に接続されており、それら信号線路のうちの一方には、当該信号線路に接続する一方側のアンテナ素子の信号位相を調整して対を成す各アンテナ素子の信号位相差を０°と１８０°の何れか一方に切り換える信号位相調整部が介設されており、対を成す各アンテナ素子の電界は空中で合成される構成と成し、信号位相調整部の切り換え動作に応じて、各アンテナ素子の合成電界の指向性が切り換わるダイバーシチアンテナ装置であって、アンテナ素子はアンテナ動作を行う放射電極を有し、この放射電極の一端側は基板側の信号線路に接続する給電部と成し、放射電極はその給電部を起点として基板から立ち上がった後に折り返して他端側が基板のグランド部に接地される態様と成して、アンテナ素子は折り返しモノポールアンテナであることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明のダイバーシチアンテナ装置は、互いに直交するｘ方向とｙ方向のうちのｘ方向に沿って対を成すアンテナ素子が間隔を介し基板上に配設されてｘ方向配列のアンテナ対が形成され、また、それら対を成すアンテナ素子のうちの一方と、この一方のアンテナ素子とｙ方向に間隔を介して基板上に配設された別のアンテナ素子とによってｙ方向配列のアンテナ対が形成されており、前記各アンテナ素子には、それぞれ、共通の合成部に接続するための別々の信号線路が接続されており、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子に接続している信号線路には信号の位相を調整する信号位相調整部が介設され、また、他の各アンテナ素子にそれぞれ接続している信号線路のうちの一方を合成部に切り換え接続させるための切り換え部が設けられており、前記信号位相調整部は、前記兼用のアンテナ素子の信号位相と、他のアンテナ素子の信号位相との位相差を１８０°に調整する構成と成し、切り換え部の切り換え動作によって合成部に切り換え接続されているアンテナ素子と、前記兼用のアンテナ素子とには互いに逆相の電界が励振して空中で合成される構成と成しており、切り換え部の切り換え動作に応じて、通信用として機能するアンテナ対が切り換わって、合成電界の指向性が切り換わるダイバーシチアンテナ装置であって、アンテナ素子はアンテナ動作を行う放射電極を有し、その放射電極の一端側は基板側の信号線路に接続する給電部と成し、放射電極はその給電部を起点として基板から立ち上がった後に折り返され他端側が基板のグランド部に接地されている態様と成して、アンテナ素子は折り返しモノポールアンテナであることも特徴としている。さらに、この発明の通信機は、この発明において特有な構成を持つダイバーシチアンテナ装置が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置は、図１（ａ）に示されるように基板（例えば通信機の回路基板）２に立設される一対のアンテナ素子３（３Ａ，３Ｂ）と、基板２に形成されている図１（ｂ）に示されるような回路１５とを有して構成されている。なお、回路１５は、アンテナ素子３が設けられている面と同じ基板面に形成してもよいし、そのアンテナ素子形成面とは反対側の基板面に形成してもよい。
【００１６】
この第１実施形態例では、アンテナ素子３（３Ａ，３Ｂ）は表面実装型の折り返しモノポールアンテナと成している。つまり、この表面実装型の折り返しモノポールアンテナ３（３Ａ，３Ｂ）は、導体パターンから成る線状（帯状）の放射電極１８が誘電体基体１９に形成されて成るものである。その放射電極１８は、誘電体基体１９の側面において、底側の端縁から上面側に向けて伸長形成された後に折り返されて底側の端縁に戻る形状に形成されている。この放射電極１８の一端側１８ａは基板２に接続し回路１５を介して通信機の通信用の高周波回路１０に接続する給電部と成している。また、放射電極１８の他端側１８ｂは、基板２に形成されたグランド部Ｇに接地されている。換言すれば、放射電極１８は、給電部１８ａを起点として誘電体基体１９の側面に沿って基板２から立ち上がった後に折り返されて他端側１８ｂが基板２のグランド部Ｇに接地されている。なお、図１（ａ）中の符号２０は、基板２の非グランド部に形成されて放射電極１８の給電部１８ａを回路１５に接続させるための給電ランドパターンを示している。
【００１７】
放射電極１８において、基板２との接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部までの長さ（高さ）Ｈは、その部分の電気長が無線通信に使用される電波の波長λの約１／４となる長さとなっている。つまり、放射電極１８は誘電体基体１９に形成され、その誘電体の影響や、端部がグランドに接地されていることや、給電部１８ａ側の放射電極部分と接地部１８ｂ側の放射電極部分とが並設され当該放射電極部分間に容量が発生すること等の要因によって、放射電極１８の電気的な長さ（電気長）は実効長よりも長くなっている。このため、電気長が無線通信に使用される電波の波長λの約１／４となる放射電極１８の実効長は、自由空間における無線通信用の電波の波長λの約１／４よりも短くなる。具体的には、例えば、自由空間内においては周波数５ＧＨｚの電波の波長λの１／４は約１５ｍｍであるが、電気長が周波数５ＧＨｚの電波の波長λの１／４となる放射電極１８の実効長は約８ｍｍである。ただし、誘電体基体１９の比誘電率が６．５であり、放射電極１８の電気幅は０．５ｍｍという条件の下での数値である。
【００１８】
なお、図１（ａ）の例では、放射電極１８は、誘電体基体１９の側面だけに形成されていたが、図２に示されるように放射電極１８は誘電体基体１９の側面だけでなく、一部が誘電体基体１９の上面に食み出し形成される場合もある。具体例を挙げると、例えば、比誘電率が６．５である誘電体基体１９に５ＧＨｚの共振周波数を持つ放射電極１８を形成しようとすると、その放射電極１８が回路１５側（接続端部のインピーダンスは５０Ω）と整合する電極幅は約０．５ｍｍであり、また、その放射電極１８における基板２との接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部分までの長さＨは約８ｍｍ必要である。このため、高さが９ｍｍの誘電体基体１９に、その放射電極１８を形成する場合には、放射電極１８の基板接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部分までの長さ寸法Ｈよりも誘電体基体１９の側面の高さ寸法の方が長いので、放射電極１８は、図１（ａ）のように誘電体基体１９の側面だけに形成されることになる。これに対して、放射電極１８を高さ６ｍｍの誘電体基体１９に形成する場合には、放射電極１８の基板接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部分までの長さ寸法Ｈは誘電体基体１９の側面の高さ寸法よりも長いので、放射電極１８は、図２の例のように、誘電体基体１９の側面から上面に食み出し形成されることになる。
【００１９】
ところで、表面実装型のモノポールアンテナの一つとして、図３のモデル図に示されるような表面実装型のモノポールアンテナ２５がある。この表面実装型のモノポールアンテナ２５は、誘電体基体２６に、モノポールアンテナとして機能する放射電極２７が形成されている態様を有し、その放射電極２７の一端側２７ａは給電部と成している。この表面実装型のモノポールアンテナ２５においては、放射電極２７の他端側２７ｂはグランドに接地されるのではなく、他端側２７ｂは開放端と成している。その放射電極２７の給電部２７ａから開放端２７ｂまでの実効長は、その部分の電気長が通信用の電波の波長λの約１／４となる長さとなっている。具体的には、例えば、比誘電率が６．５である誘電体基体２６に放射電極２７を形成する場合には、電気長が通信用の電波の波長λの１／４となる放射電極２７の実効長は、約１２ｍｍである。なお、この明細書では、便宜上、図３に示されるモノポールアンテナ２５を表面実装型λ／４モノポールアンテナと記す。
【００２０】
表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５においては、例えば、誘電体基体２６の比誘電率が６．５であり、放射電極２７が５ＧＨｚの共振周波数を持つという条件の下で、回路側と整合するための放射電極２７の電極幅は５〜６ｍｍである。これに対して、放射電極以外の構成が同じ条件で、折り返しモノポールアンテナ３（３Ａ，３Ｂ）が回路１５側と整合するための放射電極１８の電極幅は０．５ｍｍであり、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５の放射電極２７よりも格段に細くすることができる。
【００２１】
放射電極１８の電極幅を狭くすることにより、放射電極１８のインダクタンス成分を大きくすることができる。この電極幅が細いということと、給電部１８ａ側の放射電極部分とグランド接地部１８ｂ側の放射電極部分との間に容量が形成されていることと、端部がグランドに接地されていること等によって、放射電極１８は放射電極２７よりも電気長を長くすることができる。これにより、電気長が設定周波数を持つ電波の波長λの１／４となる放射電極１８の実効長は、放射電極２７よりも短くなる。具体的には、前述したように、電気長が周波数５ＧＨｚの電波の波長λの１／４となる表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５の放射電極２７の実効長は約１２ｍｍであるのに対して、電気長が周波数５ＧＨｚの電波の波長λの１／４となる折り返しモノポールアンテナ３の放射電極１８の実効長は約８ｍｍである。
【００２２】
このように、折り返しモノポールアンテナ３の放射電極１８は、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５の放射電極２７よりも、電気長が周波数５ＧＨｚの電波の波長λの１／４となる実効長を短くできる。つまり、折り返しモノポールアンテナ３における放射電極１８の基板接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部までの長さ寸法Ｈは、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５の放射電極２７の給電部２７ａから開放端２７ｂまでの長さ寸法よりも短くできる。これにより、折り返しモノポールアンテナ３は、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも低背化・小型化が容易である。
【００２３】
また、上記のように、折り返しモノポールアンテナ３における放射電極１８の基板接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部までの長さ寸法Ｈは、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５の放射電極２７の給電部２７ａから開放端２７ｂまでの長さ寸法よりも短くできるので、折り返しモノポールアンテナ３は次に示すような効果を得ることができる。
【００２４】
例えば、図２、図３に示されるように、放射電極１８，２７の一部が誘電体基体１９，２７の上面に食み出し形成される場合に、誘電体基体１９，２７の高さが等しければ、放射電極１８，２７の誘電体基体上面への食み出し寸法は、折り返しモノポールアンテナ３の方が表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも短くて済む。また、放射電極１８の電極幅は放射電極２７の電極幅よりも細い。これらのことから、折り返しモノポールアンテナ３は表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも誘電体基体上面に形成されている放射電極面積が少ない。その誘電体基体上面に形成されている放射電極は天頂側を向いているために天頂方向へのアンテナ利得を大きくし、その分、低仰角方向のアンテナ利得を低下させてしまうが、折り返しモノポールアンテナ３は表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも、誘電体基体上面に形成されている放射電極面積を少なくできるので、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも低仰角方向のアンテナ利得を向上させることができる。
【００２５】
このことは、本発明者の実験によって確認されている。その実験では、図２に示されるような折り返しモノポールアンテナ３と、図３に示されるような表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５とのそれぞれについて、アンテナ利得を測定した。また、この実験では、折り返しモノポールアンテナ３と表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５をそれぞれ構成する放射電極１８，２７は５ＧＨｚの共振周波数を持つように前記の如く形成されている。また、誘電体基体１９，２５は共に比誘電率が６．５であり、折り返しモノポールアンテナ３と表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５はそれぞれ５ｃｍ角の基板２の中央部に配置されている。
【００２６】
この実験結果が図４に表されている。この図４では、基板２の上方側からアンテナ３，２５を見た場合の垂直偏波のアンテナ利得（水平面アンテナ指向性）が表されている。なお、図４において、実線αが折り返しモノポールアンテナ３に関するものであり、点線βが表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５に関するものである。
【００２７】
この実験結果に示されるように、折り返しモノポールアンテナ３は、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも、ｙ方向（つまり、放射電極１８，２７の電極面に沿う方向であって、かつ、放射電極１８の基板接続部１８ａ，１８ｂから折り返し部に向かう方向（放射電極２７の給電部２７ａから開放端部２７ｂに向かう方向）に直交する方向）の低仰角方向のアンテナ利得が向上している。
【００２８】
このように、折り返しモノポールアンテナ３は、表面実装型λ／４モノポールアンテナ２５よりも低仰角方向のアンテナ利得を向上させることができる。
【００２９】
以上のように、折り返しモノポールアンテナ３は、低背化・小型化が容易で、しかも、低仰角方向のアンテナ利得に優れたものである。
【００３０】
この第１実施形態例では、上記のような折り返しモノポールアンテナであるアンテナ素子３Ａ，３Ｂは、図１（ａ）に示されるように、通信に使用する電波の波長λの約１／２の長さ間隔Ｄを介して、基板２上に配設されている。
【００３１】
この第１実施形態例では、アンテナ素子３Ａ，３Ｂに接続する回路１５は、合成部６と、アンテナ素子３Ａを合成部６に接続させるための信号線路５Ａと、アンテナ素子３Ｂを合成部６に接続させるための信号線路５Ｂと、それら信号線路５Ａ，５Ｂのうちの一方（図１（ｂ）の例では信号線路５Ｂ）に介設される信号位相調整部１３とを有して構成されている。
【００３２】
信号位相調整部１３は、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの信号の位相差を０°にするための０°側線路１３ａと、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの信号の位相差を１８０°にするための１８０°側線路１３ｂと、スイッチ部１４とを有して構成されている。そのスイッチ部１４は、０°側線路１３ａと１８０°側線路１３ｂとのうちの一方側を択一的に切り換えて信号線路５Ｂに接続させるためのものであり、このスイッチ部１４の切り換え動作は、通信機の例えば制御装置１１によって制御される。なお、もちろん、この信号位相調整部１３は、信号線路５Ｂに介設するのに代えて、信号線路５Ａに介設してもよいものである。
【００３３】
この第１実施形態例では、例えば、スイッチ部１４の切り換え動作によって、０°側線路１３ａが信号線路５Ｂに介設されている場合には、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの信号の位相差が０°であることから、アンテナ素子３Ａ，３Ｂには、それぞれ、同相の電界が励振される。アンテナ素子３Ａ，３Ｂの電界が空中で合成されてダイバーシチアンテナ装置１の放射パターンの指向性が定まる。アンテナ素子３Ａ，３Ｂの電界が同相である場合には、アンテナ素子３Ａ，３Ｂ間の領域で電界が強め合い、図１（ａ）に示すｘ方向のアンテナ利得が向上して、ダイバーシチアンテナ装置１はｘ方向に強い指向性を持つこととなる。すなわち、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの電界が同相である場合にはダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向方向はｘ方向となる。
【００３４】
また、信号位相調整部１３のスイッチ部１４の切り換え動作によって１８０°側線路１３ｂが信号線路５Ｂに介設されている場合には、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの信号の位相差が１８０°であることから、アンテナ素子３Ａ，３Ｂには、それぞれ、互いに逆相の電界が励振される。この場合には、アンテナ素子３Ａ，３Ｂ間の領域では電界が互いに打ち消し合い、また、その領域より図１（ａ）に示すｙ方向に外側の領域で、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの電界が強め合うため、ｙ方向のアンテナ利得が向上して、ダイバーシチアンテナ装置１はｙ方向に強い指向性を持つこととなる。すなわち、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの電界が互いに逆相である場合には、ダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向方向はｙ方向となる。
【００３５】
このように、この第１実施形態例では、信号位相調整部１３のスイッチ部１４の切り換え動作によって、アンテナ素子３Ａ，３Ｂの信号の位相差を切り換えてアンテナ素子３Ａ，３Ｂの励振状態を切り換えることで、ダイバーシチアンテナ装置１のアンテナ指向方向を互いに直交するｘ方向とｙ方向のうちの一方に切り換えることができる。
【００３６】
この第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１は上記のように構成されている。このダイバーシチアンテナ装置１は、様々な無線通信機に組み込むことが可能であり、何れの構成の無線通信機に組み込んでもよいが、ダイバーシチアンテナ装置１が組み込まれる通信機の例を挙げると、例えば、無線通信機能付きのパソコンや、カード型の無線通信モジュールや、無線ＬＡＮのアクセスポイント通信装置等がある。
【００３７】
なお、この第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１を組み込んだ通信機の制御装置には、ダイバーシチアンテナ装置１の信号位相調整部１３のスイッチ部１４の切り換え動作を制御するダイバーシチ制御部が設けられることになる。そのダイバーシチ制御部では、例えば次に示すようなダイバーシチ制御を行う。例えば、ダイバーシチ制御部は、アンテナ素子３Ａ，３Ｂが同相の励振状態であるときの無線通信の受信信号と、アンテナ素子３Ａ，３Ｂが逆相の励振状態であるときの無線通信の受信信号とを高周波回路１０を介し取り込み当該受信信号に基づいて、アンテナ素子３Ａ，３Ｂが同相の励振状態であるときの無線通信と、アンテナ素子３Ａ，３Ｂが逆相の励振状態であるときの無線通信とのうち、より良好に無線通信を行うことができるのはどちらであるかを選択する。そして、ダイバーシチ制御部は、アンテナ素子３Ａ，３Ｂが同相の励振状態であるときの無線通信を選択した場合にはスイッチ部１４を０°側線路１３ａ側に切り換え、アンテナ素子３Ａ，３Ｂが逆相の励振状態であるときの無線通信を選択した場合にはスイッチ部１４を１８０°側線路１３ｂ側に切り換える。
【００３８】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３９】
この第２実施形態例のダイバーシチアンテナ装置は、図５（ａ）に示されるように基板２に配置される複数のアンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃと、図５（ｂ）に示すような回路とを有して構成されている。
【００４０】
すなわち、この第２実施形態例では、アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃは何れも、第１実施形態例で述べた同じ折り返しモノポールアンテナにより構成されている。つまり、アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃは、導体パターンから成る放射電極１８が誘電体基体１９に形成された表面実装型のモノポールアンテナであり、その放射電極１８は、一端側の給電部１８ａを起点として基板２から立ち上がった後に折り返して他端側１８ｂが基板２のグランド部Ｇに接地されている。
【００４１】
これらアンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃのうちのアンテナ素子３ａ，３ｂは、図５（ａ）に示すｘ方向に間隔を介して配列配置されてｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成している。また、アンテナ素子３ａ，３ｃは、ｘ方向に直交するｙ方向に間隔を介して配列配置されてｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成している。この第２実施形態例では、アンテナ素子３ａはｘ方向配列のアンテナ対４ｘとｙ方向配列のアンテナ対４ｙに兼用のアンテナ素子と成している。また、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成しているアンテナ素子３ａ，３ｂ間の間隔と、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成しているアンテナ素子３ａ，３ｃ間の間隔とは等しく、その間隔は、通信用として設定された周波数帯の電波波長λの１／２、あるいは、ほぼλ／２となっている。つまり、アンテナ素子３ａは直角二等辺三角形の直角の角部に配置され、その直角二等辺三角形の残りの角部にそれぞれアンテナ素子３ｂ，３ｃが別々に配置されている。
【００４２】
そのように配置された各アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃには、図５（ｂ）に示すように、それぞれ別々の信号線路５ａ，５ｂ，５ｃの一端部が接続されている。信号線路５ａの他端部は合成部６に接続されており、この合成部６とアンテナ素子３ａを接続する信号線路５ａには信号位相調整部７が介設されている。また、信号線路５ｂ，５ｃの各他端部はそれぞれ切り換え部８に接続されている。さらに、その切り換え部８は信号線路５ｄによって合成部６に接続されている。この合成部６は例えば通信機に設けられている通信用の高周波回路１０に接続されている。
【００４３】
切り換え部８は、信号線路５ｂ，５ｃのうちの一方を合成部６に切り換え接続させる構成を有しており、ここでは、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチにより構成される。そのスイッチには様々な構成のものがあり、ここでは、何れの構成のスイッチをも採用してよいが、その一例を挙げると、例えば、通信用に設定されている周波数帯が５ＧＨｚのマイクロ波帯である場合には、ＧａＡｓ基板を利用したＭＭＩＣを利用したスイッチがある。この切り換え部８の切り換え動作は、例えば通信機の制御装置１１の後述するようなダイバーシチ制御動作によって制御される。
【００４４】
この第２実施形態例では、信号線路５ａ〜５ｄは同じ構成の線路である。また、アンテナ素子３ｂと切り換え部８間を接続している信号線路５ｂの長さと、アンテナ素子３ｃと切り換え部８間を接続している信号線路５ｃの長さとは等しくなっている。これにより、信号線路５ｂが持つインピーダンスと、信号線路５ｃが持つインピーダンスとは等しく、あるいは、ほぼ等しくなっている。
【００４５】
信号位相調整部７は、信号線路５ａを通電する信号の位相を調整するものであり、この第２実施形態例では、合成部６からアンテナ素子３ａに供給される送信用の信号と、合成部６から切り換え部８を介してアンテナ素子３ｂ，３ｃに供給される送信用の信号との位相差が１８０°となるように（逆相となるように）、また、対を成すアンテナ素子３ａ，３ｂ（アンテナ素子３ａ，３ｃ）で受信された受信信号が互いに逆相である場合にそれら逆相の信号が合成部６に入力する位置では同相となるように、信号の位相を調整する。
【００４６】
この信号位相調整部７によって、切り換え部８により合成部６に切り換え接続されているアンテナ素子３ｂ（あるいはアンテナ素子３ｃ）と、アンテナ素子３ａとには、互いに逆相の信号が合成部６側から供給されることとなる。これにより、アンテナ素子３ｂ（あるいはアンテナ素子３ｃ）と、アンテナ素子３ａとにはそれぞれ互いに逆相の電界が励振されて放射される。この逆相の電界が合成されてダイバーシチアンテナ装置１の電界放射パターンの指向性が定まる。
【００４７】
つまり、切り換え部８が信号線路５ｂ側に切り換えられてｘ方向配列のアンテナ対４ｘを構成するアンテナ素子３ａ，３ｂが互いに逆相の電界を発生させている場合には、アンテナ素子３ａ，３ｂ間の領域では、アンテナ素子３ａの電界と、アンテナ素子３ｂの電界とは互いに打ち消し合うのでアンテナ利得は小さくなる。これに対して、アンテナ素子３ａ，３ｂ間の領域よりもｘ方向に外側の領域で、アンテナ素子３ａから放射された電界と、アンテナ素子３ｂから放射された電界とは強め合って、アンテナ利得が向上する。よって、アンテナ素子３ａ，３ｂが互いに逆相の電界を発生させている場合には、ダイバーシチアンテナ装置１は、ｘ方向に強い指向性を持つこととなる。
【００４８】
また、切り換え部８が信号線路５ｃ側に切り換えられてｙ方向配列のアンテナ対４ｙを構成するアンテナ素子３ａ，３ｃが互いに逆相の電界を発生させている場合には、アンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域で、アンテナ素子３ａの電界と、アンテナ素子３ｃの電界とが互いに打ち消し合ってアンテナ利得が小さくなる。また、アンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域よりもｙ方向に外側の領域で、アンテナ素子３ａから放射された電界と、アンテナ素子３ｃから放射された電界とは強め合ってアンテナ利得が向上する。よって、アンテナ素子３ａ，３ｃが互いに逆相の電界を発生させている場合には、ダイバーシチアンテナ装置１はｙ方向に強い指向性を持つこととなる。
【００４９】
すなわち、このダイバーシチアンテナ装置１では、切り換え部８の切り換え動作によってアンテナ素子３ｂが合成部６に接続されている場合には、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘが通信用のアンテナ対として機能して、ｘ方向に強いアンテナ指向性を示す。また、切り換え部８の切り換え動作によってアンテナ素子３ｃが合成部６に接続されている場合には、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙが通信用のアンテナ対として機能して、ｙ方向に強いアンテナ指向性を示す。換言すれば、このダイバーシチアンテナ装置１では、切り換え部８の切り換え動作によって、アンテナ指向性を互いに直交するｘ方向とｙ方向の何れか一方に切り換えることができる。
【００５０】
なお、ここまでのアンテナ指向性に関する説明では、アンテナ素子３ａ，３ｂ，３ｃから電界が放射される送信の場合を例にして説明したが、受信のアンテナ指向性も同様である。例えば、アンテナ素子３ａ，３ｂの共振周波数を持つ電界がアンテナ素子３ａ，３ｂに到来すると、各アンテナ素子３ａ，３ｂはその電界を受信する。その電界が、例えば図５（ｂ）の点線αに示すようにｘ方向からアンテナ素子３ａ，３ｂのそれぞれに互いに逆向きに入射した場合には、各アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は互いに逆相となる。このようにアンテナ素子３ａ，３ｂの位置では、それらアンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は互いに逆相であるが、信号位相調整部７によって、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は同相となって合成部６に入力する。このため、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は合成部６で合成されて信号レベルは大きくなる。つまり、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘの受信に関して、ｘ方向のアンテナ利得は大きくなる。
【００５１】
これに対して、ｙ方向から図５（ｂ）の鎖線βに示すようにアンテナ素子３ａ，３ｂ間の領域を通って電界がアンテナ素子３ａ，３ｂにそれぞれ到来すると、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は同相となる。このようにアンテナ素子３ａ，３ｂの位置では、それらアンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号が同相であっても、信号位相調整部７によって、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は互いに逆相となって合成部６に入力するため、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信信号は合成部６で互いに打ち消し合ってしまう。これにより、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘの受信に関しては、ｙ方向のアンテナ利得は小さいものとなる。
【００５２】
よって、アンテナ素子３ａ，３ｂの受信に関しても、アンテナ素子３ａ，３ｂの送信と同様に、ｘ方向に強い指向性を持つこととなる。
【００５３】
また、アンテナ素子３ａ，３ｃの受信に関しては、ｘ方向からアンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域を通ってアンテナ素子３ａ，３ｃのそれぞれに当該アンテナ素子３ａ，３ｃの共振周波数を持つ電界が到来すると、アンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は同相となる。それらアンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は、信号位相調整部７によって互いに逆相の状態で合成部６に入力するので、当該アンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は合成部６で打ち消し合う。これに対して、アンテナ素子３ａ，３ｃ間の領域よりも外側の領域をｙ方向に沿って通って電界がアンテナ素子３ａ，３ｃに到来すると、アンテナ素子３ａの受信信号と、アンテナ素子３ｃの受信信号とは逆相となるが、当該アンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は、信号位相調整部７によって同相の状態で合成部６に入力するので、合成部６でアンテナ素子３ａ，３ｃの受信信号は強め合う。よって、アンテナ素子３ａ，３ｃの受信に関しても、アンテナ素子３ａ，３ｃの送信と同様に、ｙ方向に強い指向性を持つこととなる。すなわち、ダイバーシチアンテナ装置１の受信に関しても、切り換え部８の切り換え動作によって、互いに直交するｘ方向とｙ方向の一方にアンテナ指向性を切り換えることができる。
【００５４】
この第２実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１は上記のように構成されている。このダイバーシチアンテナ装置１は、例えば、無線通信機能付きのパソコンや、カード型の無線通信モジュールや、無線ＬＡＮのアクセスポイント通信装置等の様々な無線通信機に組み込むことが可能であり、組み込む無線通信機が限定されるものではない。
【００５５】
なお、この第２実施形態例のダイバーシチアンテナ装置１を組み込んだ通信機の制御装置には、ダイバーシチアンテナ装置１の切り換え部８の切り換え動作を制御するダイバーシチ制御部が設けられることとなる。そのダイバーシチ制御部では、例えば次に示すようなダイバーシチ制御を行う。例えば、ダイバーシチ制御部は、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘによる無線通信の受信信号と、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙによる無線通信の受信信号とを高周波回路１０を介し取り込み当該受信信号に基づいて、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘによる無線通信と、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙによる無線通信とのうち、より良好に無線通信を行うことができるのはどちらであるかを選択する。そして、ダイバーシチ制御部は、ｘ方向配列のアンテナ対４ｘによる無線通信を選択した場合には切り換え部８をｘ方向配列のアンテナ対４ｘ側に切り換え、ｙ方向配列のアンテナ対４ｙによる無線通信を選択した場合には切り換え部８をｘ方向配列のアンテナ対４ｙ側に切り換える。
【００５６】
なお、この発明は第１や第２の各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１と第２の各実施形態例では、アンテナ素子３（３Ａ，３Ｂ，３ａ，３ｂ，３ｃ）は放射電極１８が誘電体基体１９に形成されて成る表面実装型の折り返しモノポールアンテナであったが、例えば、図６に示されるように、アンテナ素子３は、帯状の金属板又は金属線から成る放射電極１７を有したものであってもよい。その放射電極１７の一端側１７ａは、基板２に接続して通信機の通信用の高周波回路１０に接続する給電部と成し、放射電極１７は、その給電部１７ａを起点として基板２から立ち上がり、給電部１７ａからの電気長が通信用の電波の波長λの約１／４となる部分で折り返され、他端側１７ｂが基板２に形成されたグランド部Ｇに接地されている。
【００５７】
また、第１と第２の各実施形態例では、アンテナ素子間の間隔はλ／２、あるいは、ほぼλ／２であったが、アンテナ素子間の間隔をそれよりも短くしてもよい。実施形態例のように、２つのアンテナ素子の電界を合成してアンテナ利得を向上させようとする場合には、それらアンテナ素子間の間隔はλ／２であることが望ましいとされているが、本発明者の実験では、アンテナ素子間の間隔をλ／２より短くしても、アンテナ利得を向上できるアンテナ素子間の間隔があることが確認されている。このことから、例えば、アンテナ素子間の間隔を、λ／２よりも短いがアンテナ利得向上を図ることができる間隔に設定することで、ダイバーシチアンテナ装置１の小型化を促進させてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
この発明によれば、複数のアンテナ素子の合成電界を利用するものであるので、一つのアンテナ素子だけの場合よりも、アンテナ利得を向上させることができる。また、モノポールアンテナはマイクロストリップパッチアンテナよりも低仰角方向のアンテナ利得を大きくできるものであり、特に、そのようなモノポールアンテナの中でも折り返しモノポールアンテナは、より一層低仰角方向のアンテナ利得を向上できるものである。また、その折り返しモノポールアンテナは低背化・小型化が容易である。本発明は、そのような折り返しモノポールアンテナを用いているので、低背化・小型化を促進できて低仰角方向のアンテナ利得に優れたダイバーシチアンテナ装置を提供することができる。
【００５９】
この発明のダイバーシチアンテナ装置を組み込んだ通信機にあっては、低背化・小型化が容易で、また、無線ＬＡＮ通信などの低仰角方向の無線通信を感度良く、また、安定的に行うことができる。さらに、低仰角方向のアンテナ利得を大きくできるので、低仰角方向の無線通信可能なエリアを拡大することができる。
【００６０】
放射電極が基体に形成されて成る表面実装型の折り返しモノポールアンテナを採用したものにあっては、基体の誘電率が関与して、折り返しモノポールアンテナの放射電極の電気長をより一層長くすることができるので、アンテナ素子のより一層の低背化・小型化を図ることができる。つまり、ダイバーシチアンテナ装置の低背化・小型化を図ることができる。
【００６１】
また、放射電極を基体の側面だけに形成する場合には、放射電極に関係無く基体の上面（底面）の大きさを設計することができるので、基体の上面（底面）を小さくすることができる。このため、その基体を基板に設置してアンテナ素子を基板に表面実装した際に、基板における基体の占有面積を小さくすることができる。これにより、例えば、アンテナ素子が通信機の回路基板に表面実装してダイバーシチアンテナ装置を構成する場合には、回路基板における基体の占有面積を削減することができるので、この発明のダイバーシチアンテナ装置が組み込まれる通信機の小型化を図ることができる。
【００６２】
ところで、本発明者の研究開発によれば、２つのアンテナ素子に互いに逆相の電界を励振させて当該逆相の電界の合成を利用することで、低仰角方向のアンテナ利得をより向上できることが分かってきた。そのように逆相の電界を合成させると、アンテナ素子が１つしか設けられていない場合よりもアンテナ利得を向上できる方向が生じると共に、アンテナ利得が小さくなってしまう方向が生じてしまう。このため、例えば２組のアンテナ対が設けられているものにあっては、それら２組のアンテナ対が、アンテナ利得の小さい方向を互いに補い合える構成とした。これにより、低仰角方向の全ての領域について良好な送受信が可能となる。
【００６３】
また、この発明では、ｘ方向配列のアンテナ対と、ｙ方向配列のアンテナ対とを設けている。例えば、それらｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対とをそれぞれ別々のアンテナ素子で形成する場合には、４個のアンテナ素子が必要であるが、この発明では、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対とに兼用のアンテナ素子を設けたので、それらｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対を形成するのに３個のアンテナ素子を設けるだけで済み、アンテナ素子の削減を図ることができる。
【００６４】
さらに、信号位相調整部を利用して、対を成すアンテナ素子に互いに逆相の電界を励振させるためには、対を成すアンテナ素子にそれぞれ接続されている信号線路のうちの一方に信号位相調整部を設ける必要がある。例えば、仮に、対を成すアンテナ素子のうち、切り換え部に接続されているアンテナ素子側の信号線路に信号位相調整部を設ける構成とする場合には、切り換え部に接続されているｘ方向配列のアンテナ対側の信号線路と、ｙ方向配列のアンテナ対側の信号線路との両方に信号位相調整部を設けなければならない。これに対して、この発明では、ｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子側の信号線路に信号位相調整部を設ける構成であるので、１つの信号位相調整部を設けるだけでよく、回路構成の簡略化を図ることができる。
【００６５】
その上、この発明では、そのようにｘ方向配列のアンテナ対とｙ方向配列のアンテナ対に兼用のアンテナ素子側の信号線路に信号位相調整部を設け、また、その兼用のアンテナ素子と対を成すアンテナ素子から合成部に至るまでの信号経路上に切り換え部を設ける構成とした。このため、例えば、信号位相調整部の電力損失と同程度の挿入損失を持つ例えばスイッチによって切り換え部を構成することによって、合成部から前記兼用のアンテナ素子に至るまでの電力損失と、合成部から切り換え部を通ってアンテナ素子に至るまでの電力損失とを同様にすることができる。このため、送信時に合成部から前記兼用のアンテナ素子に至る信号レベルと、合成部から切り換え部を通ってその兼用のアンテナ素子と対を成すアンテナ素子に至る信号レベルとをほぼ同じ大きさにすることができる。これにより、対を成す各アンテナ素子に励振される電界の振幅をほぼ等しくすることができる。このため、対を成すアンテナ素子の合成の電界によるダイバーシチアンテナ装置のアンテナ指向性の制御が容易となる。なお、また受信に関しても同様である。
【００６６】
したがって、低仰角方向のアンテナ指向性が強い上に、信号線路が短く部品点数が少なくて回路構成が簡単であり、また、電力損失を抑制できるダイバーシチアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置を説明するための図である。
【図２】表面実装型の折り返しモノポールアンテナのその他の形態例を説明するための図である。
【図３】表面実装型λ／４モノポールアンテナの一形態例を示すモデル図である。
【図４】図２と図３にそれぞれ示すモノポールアンテナのアンテナ利得の測定結果を表すグラフである。
【図５】第１実施形態例のダイバーシチアンテナ装置を説明するための図である。
【図６】折り返しモノポールアンテナのその他の形態例を示すモデル図である。
【図７】特許文献１に記載されているダイバーシチアンテナ装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１  ダイバーシチアンテナ装置
２  基板
３Ａ，３Ｂ，３ａ，３ｂ，３ｃ  アンテナ素子
４ｘ  ｘ方向配列のアンテナ対
４ｙ  ｙ方向配列のアンテナ対
５Ａ，５Ｂ，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  信号線路
６  合成部
７，１３  信号位相調整部
８  切り換え部
１８  放射電極
１９  誘電体基体
【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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