(57)【要約】【課題】複数の周波数帯に対して円偏波アンテナの数を削減して装置の小型化を図ることができ、さらに同軸ケーブルの配線数や配線長を削減してノイズの抑制等を図る。【解決手段】第１の周波数帯を有する円偏波アンテナＡ１０１と、第２の周波数帯を有する円偏波アンテナＢ１０２と、共通の基板１０４とを具備し、基板１０４の表面と裏面に円偏波アンテナＡ１０１と円偏波アンテナＢ１０２を互いに背中合わせに配置した。また、円偏波アンテナＡ１０１で送受信される第１の周波数帯の高周波信号と円偏波アンテナＢ１０２で送受信される第２の周波数帯の高周波信号は、共通の周波数合成器１０３に接続され、共通の同軸ケーブル１０５を通して無線装置のアンテナコネクタに接続される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数帯で効率良く高周波信号を略半球面状に輻射する第１の円偏波アンテナと、
第２の周波数帯で効率良く高周波信号を略半球面状に輻射する第２の円偏波アンテナと、
前記第１の円偏波アンテナと前記第２の円偏波アンテナとを表裏両面に互いに逆向きに実装した基板と、
を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の円偏波アンテナと前記第２の円偏波アンテナが前記基板の表裏両面に形成した配線パターンに接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の円偏波アンテナと前記第２の円偏波アンテナがそれぞれ前記配線パターンを介して同軸ケーブルに接続され、前記同軸ケーブルを介して通信機器に接続されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の円偏波アンテナと前記第２の円偏波アンテナが前記配線パターンを介して共通の周波数合成器に接続されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１の円偏波アンテナと前記第２の円偏波アンテナが前記周波数合成器を介して共通の同軸ケーブルに接続され、前記同軸ケーブルを介して通信機器に接続されることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記周波数合成器が前記基板の一方の面に設けられ、前記基板の他方の面に配置された配線パターンが前記基板に形成されたスルーホールを通して一方の面側に導かれ、前記周波数合成器に接続されていることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの異なる周波数帯を用いた各種の無線通信装置に有効な円偏波型のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮを利用して、テレビ映像等のＡＶデータを無線伝送するシステムが実用化されている。
ところで、テレビ映像等のＡＶデータを問題なく視聴するためには、無線伝送における通信の誤り率を極力減らすことが必要となる。すなわち、ＡＶデータにおける通信の誤りは、画面上にブロックノイズまたは動画像の停止という明確な形で現れるため、インターネット等の一般的な無線データ伝送と比較して通信の誤りに対する要求は厳しいものとなる。
そこで、このようなＡＶデータを無線伝送する際に、円偏波アンテナを用いることで、通信の誤り率を抑制することができる。その理由は、円偏波アンテナがマルチパスによる干渉に強いことや、アンテナの姿勢に依存しないことが挙げられる。
【０００３】
ここで、円偏波がマルチパスによる干渉に強い理由を説明する。
まず、単一の直線偏波を用いた場合は、電波が障害物で反射して電波が弱め合うことにより、複数の不感点が存在する。
それに対して、円偏波を用いた場合、電波が障害物で反射したとき、偏波の回転方向が変わらずに進行方向が逆になる。つまり、進行方向を基準とすると、偏波の回転方向が逆になるため、反射波によるマルチパスの影響を受けにくくすることができる。したがって、直線偏波に比較して円偏波がマルチパスによる干渉に強いことになる。
また、円偏波がアンテナの姿勢に依存しない理由を説明する。
まず、単一の直線偏波を用いたとき、アンテナの姿勢が送信側と受信側で異なると、利得が低下してしまうため、通信の誤り率が大きくなる。
それに対して、円偏波アンテナを用いた場合、送信側と受信側のアンテナが電波の進行方向を中心に回転して向きが変わっても利得が変化しないため、アンテナの姿勢に対して通信の誤り率はほとんど変わらない。
【０００４】
一方、従来の円偏波アンテナとしては、例えば、２．４ＧＨｚ帯および５．２ＧＨｚ帯の単一周波数帯の円偏波アンテナは存在するが、デュアルバンドに対応した円偏波アンテナは存在しなかった。
そのため、デュアルバンド無線装置用の円偏波アンテナは、例えば図３に示すように、２本の独立した円偏波アンテナを用いる必要がある。
以下、図３に示す円偏波アンテナについて説明する。
図示の構成は、第１の周波数帯用の円偏波アンテナＡ３０１と、第２の周波数帯用の円偏波アンテナＢ３０２とを示している。
円偏波アンテナＡ３０１は、誘電体３０１ａ上に平面アンテナ３０１ｂを設けたものであり、配線パターンを形成した基板３０３に実装されている。そして、平面アンテナ３０１ｂは基板３０３の配線パターンを通して同軸ケーブル３０５に接続されている。
また、円偏波アンテナＢ３０２は、誘電体３０２ａ上に平面アンテナ３０２ｂを設けたものであり、配線パターンを形成した基板３０４に実装されている。そして、平面アンテナ３０２ｂは基板３０４の配線パターンを通して同軸ケーブル３０６に接続されている。
これらの円偏波アンテナＡ３０１、Ｂ３０２は、互いに異なるサイズに形成されて異なる周波数帯特性を有しており、それぞれ半球面状の放射パターンをもっているため、互いに逆向きの電波放射方向に配置して用いることができる。
【０００５】
さらに、デュアルバンド無線装置において、上述のような円偏波アンテナを用いてダイバーシティアンテナを実現するためには、２つの周波数帯毎に少なくとも２本ずつ、合計４本以上の独立したアンテナを無線装置に組み込まなければならなかった（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４３９９４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の円偏波アンテナでは、デュアルバンドに対応するために、単一周波数帯の２本のアンテナを組み合わせることが必要となり、さらに、ダイバーシティアンテナを実現するためには、単一周波数帯の４本のアンテナが必要となり、無線装置の小型化が困難となる欠点があった。
また、アンテナに接続される同軸ケーブルを無線装置に組み込むと、同軸ケーブルがアンテナの役割を果たし、無線装置や他の周辺機器にノイズを放射したり、無線装置や他の周辺機器からのノイズを拾う可能性がある。そのため、特にデュアルバンド無線装置においては、４本の同軸ケーブルが必要となるので、同軸ケーブルによるノイズの影響が大きくなるという欠点があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、複数の周波数帯に対して円偏波アンテナの数を削減して装置の小型化を図ることができ、さらに同軸ケーブルの配線数や配線長を削減してノイズの抑制等を図ることが可能なアンテナ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１の周波数帯で効率良く高周波信号を略半球面状に輻射する第１の円偏波アンテナと、第２の周波数帯で効率良く高周波信号を略半球面状に輻射する第２の円偏波アンテナと、前記第１の円偏波アンテナと前記第２の円偏波アンテナとを表裏両面に互いに逆向きに実装した基板とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のアンテナ装置では、共通の基板の表裏両面に周波数帯の異なる第１の円偏波アンテナと第２の円偏波アンテナとを設けたことにより、２つの円偏波アンテナを一体に組み合わせて２つの周波数帯のアンテナ装置を構成でき、複数の周波数帯に対して円偏波アンテナの数を削減して装置の小型化を図ることができる。
また、第１の円偏波アンテナと第２の円偏波アンテナを基板の配線パターンを介して共通の周波数合成器を介して共通の同軸ケーブルに接続する構成とすれば、同軸ケーブルの配線数や配線長を削減してノイズの抑制等を図ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるアンテナ装置の実施の形態例について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態例によるアンテナ装置の構成例を示す概略側面図である。
本例のアンテナ装置は、第１の周波数帯で効率良く高周波信号を略半球面状に輻射する円偏波アンテナＡ１０１と、第２の周波数帯で効率良く高周波信号を略半球面状に輻射する円偏波アンテナＢ１０２と、これらに共通の基板１０４とを具備し、基板１０４の表面と裏面に円偏波アンテナＡ１０１と円偏波アンテナＢ１０２を互いに背中合わせに配置したものである。
そして、円偏波アンテナＡ１０１と円偏波アンテナＢ１０２は、異なるサイズで異なる周波数帯を有し、それぞれ半球面状の放射パターンをもっており、矢印Ａ、矢印Ｂで示すように、互いに逆向きの電波放射方向で配置されている。
また、円偏波アンテナＡ１０１は、誘電体Ａ１１１上に平面アンテナＡ１１２を設けたものであり、配線パターン１０４Ａを形成した基板１０４の表面に実装され、平面アンテナＡ１１１に接続された配線パターン１０４Ａが基板１０４の下端部側に導かれ、この基板１０４に形成されたスルーホール１１３を通して基板１０４の裏面側に導かれ、裏面側の配線パターン１０４Ｂを通して周波数合成器（ダイプレクサ）１０３に接続されている。
また、円偏波アンテナＢ１０２は、誘電体Ｂ１１４上に平面アンテナＢ１１５を設けたものであり、配線パターン１０４Ｂを形成した基板１０４の裏面に実装され、平面アンテナＢ１１５に接続された配線パターン１０４Ｂが基板１０４の下端部側に導かれ、周波数合成器（ダイプレクサ）１０３に接続されている。
【００１２】
円偏波アンテナＡ１０１によって受信された第１の周波数帯の高周波信号と円偏波アンテナＢ１０２によって受信された第２の周波数帯の高周波信号は、周波数合成器１０３で合流し、同軸ケーブル１０５を通して後述する無線装置のアンテナコネクタに出力される。また、無線装置からの送信信号は、同軸ケーブル１０５を通して周波数合成器１０３で分岐され、第１の周波数帯の高周波信号が円偏波アンテナＡ１０１に出力され、第２の周波数帯の高周波信号が円偏波アンテナＢ１０２に出力される。
このように本例では、周波数合成器１０３を用いることにより、無線機器に接続される同軸ケーブル１０５を２本ではなく１本にすることが可能になる。
【００１３】
なお、この第１の実施の形態例では、２つの円偏波アンテナＡ１０１、Ｂ１０２による高周波信号を周波数合成器１０３によって合成、分離し、共通の同軸ケーブル１０５に対して入出力させる構成としたが、本発明は、このような周波数合成器を設けるのでなく、２つの円偏波アンテナ毎に個別に同軸ケーブルを設けるものも含むものである。
図２はこのように各円偏波アンテナ毎に個別に同軸ケーブルを設けた本発明の第２の実施の形態例によるアンテナ装置の構成例を示す概略側面図である。
図示のように、本例においても図１に示す例と同様に、共通の基板２０３の表裏両面に第１の周波数帯を有する円偏波アンテナＡ２０１と、第２の周波数帯を有する円偏波アンテナＢ２０２とを背中合わせに配置したものであるが、各円偏波アンテナＡ２０１、Ｂ２０２毎に同軸ケーブル２０４、２０５が設けられている。なお、各構成要素の詳細については上述した第１の実施の形態例（図１）と同様であるので説明は省略する。
このような構成では、同軸ケーブルが２本必要となるものの、周波数合成器が不要となって構成が簡単になり、さらに第１の実施の形態例と同様に、共通の基板２０３に円偏波アンテナＡ２０１、Ｂ２０２を搭載でき、装置の小型化を図ることができる。
【００１４】
次に、以上のような各実施の形態例を構成するアンテナ装置の詳細について説明する。
図４は図１に示すアンテナ装置における各円偏波アンテナの放射特性を模式的に示す説明図である。
図示のように、円偏波アンテナＡ１０１と円偏波アンテナＢ１０２は互いに異なる周波数帯の半球面状の放射特性４０１、４０２を有しているが、円偏波アンテナＡ１０１の放射方向Ａと円偏波アンテナＢ１０２の放射方向Ｂは逆方向に配置されている。
【００１５】
図５は図１に示すアンテナ装置に用いる円偏波アンテナと基板との接合構造を示す断面図である。
また、図６は図５に示すアンテナ装置の外観形状を示す図であり、図６（Ａ）は第１の円偏波アンテナＡ側を示し、図６（Ｂ）は第２の円偏波アンテナＢ側を示している。
図５に示すように、ここでは、４層基板５１８を用いた例を示しており、基板５１８は２層のグランド層Ａ５１６、Ｂ５１７の外側に、配線パターンを形成する導電パターン層Ａ５１４、Ｂ５１５を設けたものである。
また、同軸ケーブル５１２に接続された周波数合成器（ダイプレクサ）５１１は、平面アンテナＢ５０２側の９０°位相変換器Ｂ５１０と平面アンテナＡ５０１側の９０°位相変換器Ａ５０９に接続される。
また、平面アンテナＡ５０１は、誘電体Ａ５０３上に配置され、給電点Ａ５０５と給電点Ｂ５０６により、平面アンテナＡ５０１は給電されて円偏波を放射する。
また、平面アンテナＢ５０２も同様に、給電点Ｃ５０７と給電点Ｄ５０８により給電されて円偏波を放射する。
また、９０°位相変換器Ａ５０９は、スルーホール５１３を通り、周波数合成器５１１と接続される。
【００１６】
このように本例の円偏波アンテナでは、９０°位相変換器によって平面アンテナの２つの給電点の位相を９０°ずらすとともに、平面アンテナを正方形にすることにより、円偏波を放射させることが可能である。
また、平面アンテナを誘電体の上にのせることで、誘電体の中で波長短縮が起こり、平面アンテナを小さくすることができる。
また、第１の周波数帯（第１の円偏波アンテナＡ）より周波数が高い第２の周波数帯（第２の円偏波アンテナＢ）側に周波数合成器（ダイプレクサ）５１１を搭載している。この理由は、スペースの利用効率が良いこと、スルーホールで信号を他の層に落とすときに周波数の低い方を落とした方が信号の劣化が小さいことによるものである。
【００１７】
図７は本例で用いる周波数合成器（ダイプレクサ）の構成及び特性を示す説明図である。
図７（Ｂ）に示すように、この周波数合成器１０３は、第１周波数帯のローパスフィルタ（ＬＰＦ）７０１と第２周波数帯のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）７０２から構成されている。そして、ＬＰＦ７０１の端子Ａには円偏波アンテナＡ１０１が接続され、ＨＰＦ７０２の端子Ｂには円偏波アンテナＢ１０２が接続され、ＬＰＦ７０１とＨＰＦ７０２の共通端子Ｃには同軸ケーブル１０５が接続されている。
このような構成により、図７（Ｃ）に示すように、互いに周波数の異なる第１の周波数信号と第２の周波数信号が分離されて伝送される。
【００１８】
図８は本実施の形態例によるデュアルバンド円偏波アンテナ装置を組み込んだ無線装置システムの一例を示す説明図であり、図９は図８に示す無線装置システムの内部構成を示すブロック図である。
図８に示すように、この無線装置システムは、ソース８０１のデータをベース機器８０２からポータブル機器８０３へ無線伝送を行い、ポータブル機器８０３の液晶ディスプレイ８０８でソース８０１のデータを見ることができる。
上述のように円偏波アンテナは、半球面上の放射パターンを有しているため、無線で全球面を伝送するためには、２つの円偏波アンテナを用いてアンテナダイバーシティの構成を取らなくてはならない。
そこで、ポータブル機器８０３とベース機器８０４には、本例のアンテナ装置（すなわち、異なる周波数の２つの円偏波アンテナを表裏に背中合わせに配置したデュアルバンド円偏波アンテナ）がそれぞれ２つずつ内蔵されている。
そして、ポータブル機器８０３の２つのデュアルバンド円偏波アンテナ８０４、８０５の向きを互いに反対方向に配置することで、各周波数帯の放射パターンを球形に形成し、ベース機器８０２も同様に、２つのデュアルバンド円偏波アンテナ８０６、８０７の向きを互いに反対方向に配置することで、各周波数帯の放射パターンを球形に形成する。
このようにして各周波数帯の放射パターンをそれぞれ反対にすることで、球面上の放射パターンを形成している。
【００１９】
図９において、ソース８０１は、各種画像データの供給源であり、ＴＶ映像やビデオ映像やＤＶＤ映像を扱う映像機器、あるいはインターネット等のネットワークが考えられる。そして、ソース８０１は、それらの画像データを有線でベース機器８０２に供給する。
ポータブル機器８０３とベース機器８０２には、それぞれ切替スイッチ９１４、９１８と無線機器９１５、９１９が内蔵されている。切替スイッチ９１４、９１８は、ポータブル機器８０３とベース機器８０２の位置や電波妨害などの電波環境により、最適なアンテナを選択するためのアンテナ切替スイッチである。また、無線機器９１５、９１９は、第１の周波数帯と第２の周波数帯の無線データを送受信できる機能を有しており、それぞれ２つずつのデュアルバンド円偏波アンテナ８０４、８０５、８０６、８０７が接続されている。
なお、図９に示すデュアルバンド円偏波アンテナは、図１に示す構成例を用いたものであるが、同様に図２に示す構成例を用いてもよい。
【００２０】
図１０及び図１１は図８及び図９に示した無線装置システムにおけるアンテナ選択動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、図９に示したアンテナＡ〜Ｇの配置を参照して説明する。
まず、Ｓ１００１で動作を開始し、第２の周波数帯の通信準備を行う（Ｓ１００２）。ここでは、第２の周波数帯は第１の周波数帯と比較して、スループットが高い、妨害が少ない等の利点があるため、初期設定として第２の周波数帯の準備をするものである。
さらに、ここでは、アンテナの初期設定として、ポータブル機器８０３の切り替えスイッチ９１４で後方側のアンテナ（アンテナＢ）を選択し、ベース機器８０２の切り替えスイッチ９１８で前方側のアンテナ（アンテナＧ）を選択する（Ｓ１００３）。
【００２１】
次に、ポータブル機器８０３とベース機器８０２が通信可能であるかを調べる（Ｓ１００４）。そして、通信可能ならば、信号レベルが十分強いかを調べる（Ｓ１００５）。ここで信号レベルが十分強いならば、アンテナを固定して、そのまま通信を開始する（Ｓ１００６）。
また、信号レベルが十分強くないならば、ポータブル機器８０３とベース機器８０２のアンテナをそれぞれ切り替えて、信号レベルが強いアンテナの組み合わせを調べる。そして、信号レベルが強いアンテナの組み合わせがあれば、その組み合わせにアンテナを固定して、通信を開始する（Ｓ１０１０〜Ｓ１０１５）。また、信号レベが十分に強いアンテナの組み合わせがなければ、ポータブル機器８０３とベース機器８０２の距離が離れているため、通信できないとみなし、電波が減衰しにくいという特長をもつ第１の周波数帯の通信準備を行う（Ｓ１０１６）。
【００２２】
また、Ｓ１００４で、もし第２の周波数帯で通信可能でないならば、その周波数チャンネルに妨害があるかを調べる（Ｓ１００７）。
そして、妨害がなければ、ポータブル機器８０３とベース機器８０２のアンテナをそれぞれ切り替えて、信号レベルが強いアンテナの組み合わせを調べる（Ｓ１０１０〜Ｓ１０１５）。
また、もし、その周波数チャンネルに妨害があるならば、第２の周波数帯の全てのチャンネルに妨害があるかを調べる（Ｓ１００８）。
そして、全てのチャンネルに妨害があるならば、第１の周波数帯の通信準備をする（Ｓ１０１６）。ここでは、第１の周波数帯のアンテナの初期設定もポータブル機器８０３の切り替えスイッチ９１４を後方側のアンテナ（アンテナＤ）とし、ベース機器８０２の切り替えスイッチ９１８を前方側のアンテナ（アンテナＥ）とする（Ｓ１０１７）。そして、第１の周波数帯においても、第２の周波数帯のときと同じ制御を行い、アンテナを固定して通信を行う（Ｓ１０１８〜Ｓ１０２１、Ｓ１０２４〜Ｓ１０３１）。
【００２３】
また、第１の周波数帯の全ての周波数チャンネルに雑音がある場合は（Ｓ１０２２）、圏外表示を液晶ディスプレイに表示させ（Ｓ１０２３）、第２の周波数帯の通信準備をする（Ｓ１００２）。
また、第１の周波数帯のそのチャンネルに雑音がない場合（Ｓ１０２１）、ポータブル機器８０３とベース機器８０２のアンテナをそれぞれ変えても信号レベルが強いアンテナの組み合わせがなければ、ポータブル機器８０３とベース機器８０２の距離が十分遠いとみなして、圏外表示を液晶ディスプレイに出して、第２の周波数帯の通信準備をする（Ｓ１００２）。
【００２４】
なお、以上の例は、本発明のアンテナ装置をダイバーシティアンテナによる無線装置システムに適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、各種の無線装置のデュアルバンドアンテナ装置に広く適用できるものである。
特に本発明は、２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯を利用する無線ＬＡＮ装置の円偏波アンテナとして有効であるが、これに限定されないことはもちろんである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のアンテナ装置によれば、共通の基板の表裏両面に周波数帯の異なる第１の円偏波アンテナと第２の円偏波アンテナとを設けたことにより、２つの円偏波アンテナを一体に組み合わせて２つの周波数帯のアンテナ装置を構成でき、複数の周波数帯に対して円偏波アンテナの数を削減して装置の小型化を図ることができる効果がある。
また、第１の円偏波アンテナと第２の円偏波アンテナを基板の配線パターンを介して共通の周波数合成器を介して共通の同軸ケーブルに接続する構成とすれば、同軸ケーブルの配線数や配線長を削減してノイズの抑制やケーブル引き回しの容易化等を図ることが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例によるデュアルバンド円偏波アンテナ装置を示す側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例によるデュアルバンド円偏波アンテナ装置を示す側面図である。
【図３】従来のデュアルバンド円偏波アンテナ装置を示す構成図である。
【図４】図１及び図２に示すアンテナ装置の放射特性を示す説明図である。
【図５】図１に示すデュアルバンド円偏波アンテナ装置の詳細な構成を示す側断面図である。
【図６】図１に示すデュアルバンド円偏波アンテナ装置のアンテナ形状を示す正面図及び背面図である。
【図７】図１に示すデュアルバンド円偏波アンテナ装置に用いられる周波数合成器の構成及び特性を示す説明図である。
【図８】図１に示すデュアルバンド円偏波アンテナを組み込んだ無線装置システムの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す無線装置システムの回路構成を示すブロック図である。
【図１０】図８に示す無線装置システムの動作を示すフローチャートである。
【図１１】図８に示す無線装置システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１、２０１……第１の周波数帯の円偏波アンテナ装置Ａ、１０２、２０２……第２の周波数帯の円偏波アンテナ装置Ｂ、１０３……周波数合成器（ダイプレクサ）、１０４、２０３……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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