(57)【要約】【課題】主偏波を円偏波とし、かつ主放射方向及び偏波回転方向を容易かつ自在に変化させることができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】無線装置１にアンテナ素子２及びアンテナ素子３を設け、アンテナ素子２の回転面とアンテナ素子３の方向とのなす角度を略９０度に設定し、アンテナ素子２の長さＬ１を１／２波長より僅かに長く（約０．５３波長）、アンテナ素子３の長さＬ２を１／２波長より僅かに短く（約０４７波長）設定する。また、アンテナ素子２の方向をＸＺ面内において変化できるように、回転部４によってアンテナ素子２を無線装置１の回路基板５に対して回動自在に機械的に支持する。【選択図】  図１
2004229046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アンテナ素子と、第２アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子を回動可能に支持する回転部とを備え、
前記第１アンテナ素子の回転面と前記第２アンテナ素子の方向とのなす角度を略９０度に設定し、前記第１アンテナ素子又は前記第２アンテナ素子のいずれか一方のアンテナ素子の電気長を使用する周波数帯域の半波長より所定の長さだけ長く設定し、他方のアンテナ素子の電気長を前記半波長より所定の長さだけ短く設定したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
使用する周波数帯域の半波長よりも所定の長さだけ長い第１アンテナ素子と、前記半波長よりも所定の長さだけ短い第２アンテナ素子とを備え、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子の長さの和を略１波長とし、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とをそれぞれの一端が接近するように直交配置し、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との接近部に給電部を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１アンテナ素子を略０．５３波長、前記第２アンテナ素子を略０．４７波長の長さに設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線装置。
【請求項５】
前記第１アンテナ素子を装置筐体の外部に設け、前記第２アンテナ素子を装置筐体の内部に設けたことを特徴とする請求項４に記載の無線装置。
【請求項６】
前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子を有してなるＬ字型アンテナ系を複数系統備え、前記複数のＬ字型アンテナ系のうち通信性能が最も高いものを選択する選択手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノート型パーソナルコンピュータや携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等の携帯情報機器に装着して使用するカード型の無線装置に用いて好適なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアンテナ装置として、電気長が４分の１波長〜半波長程度のアンテナ素子の一端を無線装置の給電部に電気的に接触させ、この給電部の接点を回転の軸としてアンテナ素子の他端が円弧を描くように支持するように構成されたものがある（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。この構成によれば、アンテナ素子が収納された状態では無線装置との一体感が得られて外部への突起がなく、アンテナ素子を引き出した状態ではアンテナ素子がコンピュータ本体から離れるので、高いアンテナ性能が得られる。
【０００３】
一方、屋内における無線通信では、マルチパスが多い多重波伝搬環境であることと、無線装置を使用するユーザの利用形態が様々であるので、無線装置用アンテナの姿勢が一定ではないことから、円偏波アンテナが有効であることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
円偏波を放射できるようしたアンテナ装置の具体例として、直線偏波用のパッチ素子に２つの給電点を備え、ハイブリッドカップラ回路や４分の１波長オフセット回路によって給電するように構成されたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３９２１１号公報（段落００１４〜００２０、図１）
【特許文献２】
特開２０００−３０７３３１号公報（段落００７２〜００８１、図６）
【特許文献３】
特開２００１−２６７８３５号公報（段落００１３〜００１８、図１）
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス（２００２．９．９）Ｎｏ．８３０、ｐ．６３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線装置に用いられるアンテナ装置においては、次のような問題点がある。すなわち、特許文献１及び２で開示されたアンテナ装置では、主偏波成分が直線偏波であり、円偏波に対応できないことから、屋内無線通信環境における通信性能を高くできない。また、特許文献３で開示されたアンテナ装置では、円偏波を放射できるものの、アンテナの形状が方形状の薄板基板上にマイクロストリップ線路を形成した構造を採るので、形状が大きくなり、また主放射方向と偏波回転方向を容易に変化させることができない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、主偏波を円偏波とし、かつ主放射方向及び偏波回転方向を容易に変化させることが可能なアンテナ装置及び無線装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアンテナ装置は、第１アンテナ素子と、第２アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子を回動可能に支持する回転部とを備え、前記第１アンテナ素子の回転面と前記第２アンテナ素子の方向とのなす角度を略９０度に設定し、前記第１アンテナ素子又は前記第２アンテナ素子のいずれか一方のアンテナ素子の電気長を使用する周波数帯域の半波長より所定の長さだけ長く設定し、他方のアンテナ素子の電気長を前記半波長より所定の長さだけ短く設定したことを特徴とする。
【０００９】
この構成により、例えば第１アンテナ素子の長さを半波長より僅かに長く設定し、第２アンテナ素子の長さを半波長より僅かに短く設定することで、第１アンテナ素子の共振周波数は中心周波数に対して僅かに低くなり、第２アンテナ素子の共振周波数は中心周波数に対して僅かに高くなる。この結果、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子を中心周波数で励振した場合、これらのアンテナ素子においてそれぞれ分布するアンテナ電流の位相が略９０度異なることになる。これにより、第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子からは両アンテナ素子を含む面に垂直な方向に円偏波が放射されることになる。したがって、主偏波を円偏波とすることができる。そして、第１アンテナ素子を回動可能に支持することにより、主放射方向及び偏波回転方向を容易に変化させることができる。さらに第１アンテナ素子のみを可動させることから、平面的な広がりを少なくでき、無線装置への内蔵を容易に行うことが可能となる。
【００１０】
本発明に係るアンテナ装置は、使用する周波数帯域の半波長よりも所定の長さだけ長い第１アンテナ素子と、前記半波長よりも所定の長さだけ短い第２アンテナ素子とを備え、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子の長さの和を略１波長とし、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とをそれぞれの一端が接近するように直交配置し、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子との接近部に給電部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
この構成により、主偏波を円偏波とすることができ、また、簡単な平面構成で１点給電方式により円偏波放射が可能となる。このため、複雑な給電回路が不要となり、低コスト化が図れる。さらに、主放射方向及び偏波回転方向を容易に変化させることができ、また線状アンテナ素子の平面的な広がりを少なくできるので、無線装置への内蔵を容易に行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明のアンテナ装置の一態様として、前記第１アンテナ素子を略０．５３波長、前記第２アンテナ素子を略０．４７波長の長さに設定したものとする。
【００１３】
この構成により、主偏波を正確な円偏波とすることができるため、アンテナの放射効率をより良好に保つことができ、充分なアンテナ利得を得ることが可能となる。
【００１４】
本発明に係る無線装置は、上記いずれかに記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成により、円偏波の主放射方向及び偏波回転方向を容易に変化させることができるので、高い通信性能を得ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の無線装置の一態様として、前記第１アンテナ素子を装置筐体の外部に設け、前記第２アンテナ素子を装置筐体の内部に設けたものとする。
【００１７】
この構成により、円偏波の主放射方向及び偏波回転方向を容易に変化させることができるので、高い通信性能を得ることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の無線装置の一態様として、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子を有してなるＬ字型アンテナ系を複数系統備え、前記複数のＬ字型アンテナ系のうち通信性能が最も高いものを選択する選択手段を備えたものとする。
【００１９】
この構成により、複数のＬ字型アンテナ系のうち通信性能が最も高いものを選択することができ、さらに高い通信性能が得ることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線装置の構成を示す説明図である。
本実施形態の無線装置１は、その外形として、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと言う）５０のカードストロット５１に装着して使用できるカード型に構成したものである。図１においては、無線装置１がノートＰＣ５０のカードストロット５１に装着された状態を示している。
【００２１】
無線装置１は、２つのアンテナ素子２及び３と、アンテナ素子２を回動自在に装置本体に機械的に支持する回転部４と、回路基板５上にパターン形成された給電パターン６と、回転部４の回転軸と給電パターン６を電気的に接続する接続端子７と、回路基板５上に組み込まれた無線回路８と、回路基板５上に組み込まれた整合回路９とを備えている。
【００２２】
第１アンテナ素子に相当するアンテナ素子２は、長さＬ１、幅１ｍｍの導体板で形成され、回転部４によって回動軸を中心にＸＺ面において自在に回動させることができる。第２アンテナ素子に相当するアンテナ素子３は、回路基板５上に形成された長さＬ２、幅１ｍｍの銅箔パターンである。整合回路９は、アンテナ素子２及びアンテナ素子３の平衡インピーダンスを不平衡に変換するとともに、無線回路８のインピーダンス（一般には５０Ω）にインピーダンス変換して整合をとる機能を有する。
【００２３】
この無線装置１において、上記アンテナ素子２及び３、回転部４、給電パターン６、接続端子７及び整合回路９によりアンテナ装置１０を構成する。
【００２４】
次に、上記構成の無線装置１の動作周波数（送受信信号の周波数帯域）を例えば２ＧＨｚ（波長が１５０ｍｍ）に設定した場合の動作について説明する。
【００２５】
本実施形態では、アンテナ素子２の長さＬ１を１／２波長より僅かに長く、例えば約０．５３波長である７９．５ｍｍ程度に設定する。また、アンテナ素子３の長さＬ２を１／２波長より僅かに短く、例えば約０．４７波長である７０．５ｍｍ程度に設定する。アンテナ素子２及び３をこのような長さに設定することによって、アンテナ素子２の共振周波数は中心周波数２ＧＨｚに対して僅かに低くなり、アンテナ素子３の共振周波数は中心周波数２ＧＨｚに対して僅かに高くなる。この結果、整合回路９を介して両アンテナ素子２及び３を中心周波数２ＧＨｚで励振した場合、アンテナ素子２及び３によってそれぞれ分布するアンテナ電流（高周波電流）の位相が略９０度異なることになる。これにより、アンテナ素子２及び３からは両アンテナ素子を含む面に垂直な方向に円偏波が放射されることになる。
【００２６】
次に、図２〜図５を用いてアンテナ装置１０の放射特性を説明する。
図２は、アンテナ素子２をＺ方向に向けた状態を示している。この状態では、Ｘ方向に右旋円偏波の放射が得られ、−Ｘ方向に左旋円偏波の放射が得られる。
【００２７】
図３は、アンテナ素子２をＺ方向からＸ方向へ約４５度傾けた状態を示している。この状態では、斜め上方向に左旋円偏波の放射が得られ、斜め下方向に右旋円偏波の放射が得られる。
【００２８】
図４は、アンテナ素子２をＸ方向に向けた状態を示している。この状態では、Ｚ方向に左旋円偏波の放射が得られ、−Ｚ方向に右旋円偏波の放射が得られる。
【００２９】
図５は、アンテナ素子２をＺ方向から−Ｘ方向へ約７０度傾けた状態を示している。この状態では、斜め上方向に右旋円偏波の放射が得られる。この場合においては、−Ｚ側には無線装置１の筐体が存在するために、−Ｚ側への放射は低くなる。
【００３０】
屋内などのマルチパス波の影響が大きい多重波伝搬環境においては、壁面などからの反射により無線装置１に到来する電波の偏波方向にはバラツキが大きい。このような環境では、全方向の偏波成分に対して一様な利得を有する円偏波アンテナが有効であると考えられる。また、円偏波の回転方向（右旋又は左旋）も壁面などの反射により反転する。また、到来する電波の方向も一定ではないため、最も有効な到来波に指向性を向けることで通信性能を向上することができる。
【００３１】
このように、本実施形態では、アンテナ素子２の回転面とアンテナ素子３の方向とのなす角度を略９０度に設定し、アンテナ素子２の長さＬ１を１／２波長より僅かに長く、アンテナ素子３の長さＬ２を１／２波長より僅かに短く設定し、さらにアンテナ素子２の方向をＸＺ面内において変化できるように構成している。これによって、主偏波を円偏波とし、かつ主放射方向及び偏波回転方向を容易かつ自在に変化させることができる。ここで、アンテナ素子２を約０．５３波長、アンテナ素子３を約０．４７波長の長さに設定することで、主偏波を正確な円偏波とすることができるため、アンテナの放射効率をより良好に保つことができ、充分なアンテナ利得を得ることができる。
【００３２】
この場合、無線通信の性能（例えば、受信信号強度や信号誤り率など）が最も高くなるようにアンテナ素子２の方向を変化させれば、常に高い通信性能が得られることになる。また、１点給電方式により円偏波放射が可能となるため、複雑な給電回路が不要となり、低コスト化が図れる。また、アンテナ素子２のみを可動させることから、線状アンテナ素子の平面的な広がりを少なくでき、アンテナ装置１０の小型化を図ることができる。このため、無線装置１へのアンテナ装置１０の内蔵を容易に行うことができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、無線装置１の外部に突出するアンテナ素子２の長さＬ１を長く設定しているが、アンテナ素子３の長さＬ２との長短関係を逆転させた場合は、右旋と左旋の偏波方向が逆転することになるが、全体的な効果が同様である。
【００３４】
また、本実施形態で示したアンテナ素子２とアンテナ素子３の組み合わせによるアンテナ系を複数系統備え、これらのアンテナ系のうちで通信性能が最も高いものを選択手段によって選択切り換え可能とし、アンテナダイバーシチを実現することで、さらに高い通信性能が得られる。
【００３５】
また、本実施形態では、カード型の無線装置に適用した構成としているが、本発明は、カード型の無線装置に限らず、その他のあらゆる無線装置にも適用できることは言うまでもない。
【００３６】
次に、本実施形態に係るアンテナ装置１０の変形例について説明する。
（第１変形例）
図６は、第１変形例のアンテナ装置２０の構成を示す斜視図である。
【００３７】
図１に示したアンテナ装置１０では、アンテナ素子２をＸＺ面内において回転するように構成しているが、この第１変形例のアンテナ装置２０においては、図６に示すようにアンテナ素子２をＹＺ面内において回転するように構成し、かつアンテナ素子３をＸ方向に沿って配置するようにしている。
【００３８】
このような構成を採ることで、ＹＺ面内において主放射方向と偏波回転方向を自在に変化することができる。また、アンテナ素子２のアンテナ素子２の収納性を考えた場合、図１の構成よりも扱いやすいと考えられる。なお、アンテナ素子２をＹＺ面内において３６０度回転できるように構成すれば、主放射方向と偏波方向の変化範囲を拡大することができる。また、この第１変形例のアンテナ装置２０においても、アンテナ素子を複数組備えて通信性能が最も高いアンテナ系を選択手段によって選択切り換え可能とし、アンテナダイバーシチを実現することで、さらに高い通信性能が得られる。
【００３９】
（第２変形例）
図７は、第２変形例のアンテナ装置３０の基本構成を示す概略図である。
【００４０】
図７に示す第２変形例のアンテナ装置３０は、動作周波数（送受信信号の周波数帯域）を２．４ＧＨｚに設定した場合の構成を示したものである。この場合、アンテナ素子３１の長さは約６４ｍｍ（約０．５３波長）、アンテナ素子３２の長さは約５６ｍｍ（約０．４７波長）に設定される。そして、アンテナ素子３１とアンテナ素子３２の長さの和を約１波長としている。また、アンテナ素子３１とアンテナ素子３２それぞれの一端を近接させるとともに空間的に直交してＬ字形状に配置し、これらのアンテナ素子の近接部に給電部２２を設けている。
【００４１】
このアンテナ装置３０の動作は図１のアンテナ装置１０と同様であるため、同様な作用効果を得ることができる。なお、この第２変形例のアンテナ装置３０においても、アンテナ素子を複数組備えて通信性能が最も高いアンテナ系を選択手段によって選択切り換え可能とし、アンテナダイバーシチを実現することで、さらに高い通信性能が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、主偏波を円偏波とし、かつ主放射方向及び偏波回転方向を容易に変化させることが可能なアンテナ装置及び無線装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線装置の構成を示す斜視図
【図２】本実施形態の無線装置における回動可能なアンテナ素子を垂直に立てたときの放射特性の説明図
【図３】本実施形態の無線装置における回動可能なアンテナ素子を４５度に傾斜させたときの放射特性の説明図
【図４】本実施形態の無線装置における回動可能なアンテナ素子を９０度に傾斜させたときの放射特性の説明図
【図５】本実施形態の無線装置における回動可能なアンテナ素子を７０度に傾斜させたときの放射特性の説明図
【図６】本実施形態に係る無線装置のアンテナ装置の第１変形例を示す斜視図
【図７】本実施形態に係る無線装置のアンテナ装置の第２変形例を示す基概略構成図
【符号の説明】
１  無線装置
２、３、３１、３２  アンテナ素子
４  回転部
５  回路基板
６  給電パターン
７  接続端子
８  無線回路
９  整合回路
１０、２０、３０  アンテナ装置
３３  給電部
５０  ノートＰＣ
５１  カードストロット
【図１】
2004229046.tif 000003
【図２】
2004229046.tif 000004
【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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