(57)【要約】【課題】本発明はアンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置に関し、所定の受信電力を確保できると共に、水平面で無指向性のアンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。【解決手段】接地導体３の上面にＭ字状の第１、第２のアンテナ素子１，２を互いに直交して配置して、この第１、第２のアンテナ素子１，２への給電を切替える切替え手段４と、この切替え手段４を制御する比較制御部５と、からアンテナ装置は構成されている。【選択図】図１
2005252927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の接地導体と、この接地導体の上面に配置され、同一の共振周波数に励振されるＭ字状の第１と第２のアンテナ素子と、この第１と第２のアンテナ素子にそれぞれ給電する第１と第２の給電部とからなり、上記第１のアンテナ素子は、中間部を第２の放射導体を介して上記第１の給電部に接続した第１の伝送導体を有し、その第１の伝送導体の各他端を第１、第３の放射導体を介して上記接地導体に夫々接続してなり、上記第２のアンテナ素子は、中間部を第４の放射導体を介して上記第２の給電部に接続した第２の伝送導体を有し、その第２の伝送導体の各他端を上記第３と第５の放射導体を介して上記接地導体に夫々接続して、上記第１と第２のアンテナ素子への給電を切替える切替え手段と、この切替え手段を制御する比較制御部と、から構成されたアンテナ装置。
【請求項２】
一端が接地導体に接続され、他端は第１から第５の放射導体又は第１、第２の伝送導体のいずれかに接続された少なくとも１つの整合導体を、さらに備えた請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
第１、第２の伝送導体のいずれかに対向して、一端が接地導体に接続され、他端は開放された少なくとも２つの指向性制御導体を、さらに備えた請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
第１、第２のアンテナ素子の少なくとも一部を含む空間を誘電体で充填した請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
誘電体の充填を、誘電体を有する誘電体基板に替え、上記誘電体基板の導体パターンにより接地導体と、第１と第２のアンテナ素子との少なくとも１つを形成した請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
第１と第２のアンテナ素子の伝送導体を、同一平面上に形成した請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項７】
接地導体を、円形とした請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１記載のアンテナ装置を用いた無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭内や事務所内などの構内でデータ通信を無線で行うアンテナ装置を備えたテレビやパソコンなどの無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、構内での通信装置は、その可搬性の容易さからアンテナ装置を備えた無線通信装置が増えて、その無線通信装置間でデータ通信を行う通信システムが多くなっている。
【０００３】
一般に構内の通信システムに使用されるアンテナ装置としては、モノポールアンテナと呼ばれる線状アンテナが主に使用される。
【０００４】
このモノポールアンテナは水平面無指向性のアンテナ装置であり、水平面において一様な受信電力の特性を有し、電波がどの方向から到来しても一様の強さで受信できるという利点はあるものの、例えばハイビジョンの映像信号など伝送容量が大きく高速伝送が要求される通信を行う場合には、モノポールアンテナでは十分な受信電力が確保できないという課題があった。
【０００５】
一方、十分な受信電力が確保できるように、アンテナ素子をＭ字状に形成したＭ型アンテナと称されるアンテナ装置は、強い指向性を有するため、水平面無指向性を要求される構内の通信システムには一般に使用されていない。
【０００６】
本発明のアンテナ装置は従来のモノポールアンテナの課題を解決するために、従来のＭ型アンテナを、強い指向性を生かしつつ、水平面無指向性を有するように改良した発明であるので、従来のアンテナ装置としてＭ型アンテナについて、図１０、１１を用いて説明する。
【０００７】
図１０は従来のアンテナ装置の斜視図、図１１は同指向特性図であり、同図において、１は平板状の接地導体１１の略中央上面に所定の空隙を有して対向して配置されたＭ字状のアンテナ素子である。
【０００８】
そして、アンテナ素子１は、一端を接地導体１１に接続された放射導体３と、中間部を給電部１２に接続された放射導体４と、他端を接地導体１１に接続された放射導体５と、を備えてアンテナ装置は構成されているものであった。
【０００９】
このアンテナ装置は、そのアンテナ素子のＭ字状の形状から特にＭ型アンテナと称されている。
【００１０】
以上の構成において、アンテナ装置の動作について説明する。
【００１１】
まず、給電部１２に信号源（図示せず）から動作周波数ｆ１が伝送されると、この周波数ｆ１はアンテナ素子１の放射導体４の給電点Ｐ１を介して、放射導体３，５に伝送される。
【００１２】
そして、アンテナ素子１において電波の励振は放射導体３，４，５で行われ周波数ｆ１が空中に放射されるものであった。
【００１３】
次に、上記アンテナ装置の指向特性は、図１０でＸ，Ｙ，Ｚ軸と定義すると、図１１に示すＸ−Ｙ（水平面）方向は、Ｙ軸の軸線を中心にして、Ｘ軸の左右２方向に対称な指向特性、つまり水平面の左右にほぼ等しい双指向特性が得られるものであった。
【００１４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００２−３５９５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来のＭ型アンテナは水平面の２方向に対して、強い指向性を持ち、指向性のある方向から電波が到来する場合には高い受信電力が確保できるが、指向性が弱い方向に対しては受信電力が低くなる。
【００１６】
ここで、水平面無指向性で高い受信電力を確保しようとして、上記従来のＭ型アンテナを２つ用い互いに直交させてアンテナ装置を構成しても、アンテナ装置全体の受信電力は２つのＭ型アンテナに受信電力が分配されてしまうため、所定の高い受信電力を確保するのは困難であるという課題があった。
【００１７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、所定の受信電力を確保できると共に、水平面無指向性のアンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１９】
本発明の請求項１に記載の発明は、Ｍ字状の第１と第２のアンテナ素子を互いに直交して配置して、この第１と第２のアンテナ素子への給電を切替える切替え手段と、この切替え手段を制御する比較制御部と、から構成したものであり、上記第１と第２のアンテナ素子による各受信電力を比較制御部で比較し、選択されたアンテナ素子へ給電を行うことによって、２つのアンテナ素子間での受信電力の分配が生じないため、所定の受信電力が確保できると共に、水平面無指向性のアンテナ装置を得ることができるという作用を有する。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、整合導体をさらに備え、上記整合導体で入力インピーダンスの整合を図ることができるという作用を有する。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、指向性制御導体をさらに備え、上記指向性制御導体で指向特性を変えることができるという作用を有する。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、アンテナ素子の少なくとも一部を含む空間を誘電体で充填したものであり、誘電体の誘電率により低背化を図ることができるという作用を有する。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、誘電体の充填を、誘電体を有する誘電体基板に替え、上記誘電体基板の導体パターンにより接地導体とアンテナ素子の少なくとも１つを形成できるため、製造が容易にできるという作用を有する。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも２つのアンテナ素子の伝送導体は同一平面上に形成されたものであり、アンテナ素子の高さが同じにできて、製造が容易にできるという作用を有する。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載の発明において、接地導体を円形としたものであり、円形の周縁部からの放射電波が均一にできるため、放射電波の損失を少なくできるという作用を有する。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置を用いた無線通信装置であり、送受信電力の高い無線通信装置を得ることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように本発明によれば、高い受信電力を確保できると共に、水平面無指向性のアンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置を得ることができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図９を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜７記載の発明について説明する。
【００３０】
図１は本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図であり、同図において、１は接地導体３の上面に略垂直に配置された第１のアンテナ素子、２は第１のアンテナ素子１に略直交して配置された第２のアンテナ素子である。
【００３１】
そして、第１のアンテナ素子１は、接地導体３に対向して第１の伝送導体８を備え、この第１の伝送導体８は、一端に接地導体３に接続された第１の放射導体１０と、中間部に第１の給電部６に接続された第２の放射導体１１と、他端に接地導体３と接続された第３の放射導体１２とを備えている。
【００３２】
さらに、第２のアンテナ素子２は、接地導体３に対向して第２の伝送導体９を備え、この第２の伝送導体９は、一端を上記第３の放射導体１２に接続され、中間部に第２の給電部７に接続された第４の放射導体１３と、他端に接地導体３と接続された第５の放射導体１４とを備えている。
【００３３】
さらに、第１、第２の給電部６，７への給電を切替える半導体などのスイッチング素子などからなる切替え手段４と、この切替え手段４を制御する比較制御部５により、アンテナ装置は構成されている。
【００３４】
以上の構成において、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２は、同一の共振周波数で動作し、図１に示したＸ，Ｙ，Ｚの軸方向で第１のアンテナ素子１はＹ軸方向に対してＸ軸方向より強く電波を送受信し、第２のアンテナ素子２はＸ軸方向に対してＹ軸方向より強く電波を送受信する。
【００３５】
つまり、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２は、互いに直交した方向に指向性を有している。
【００３６】
次に、電波の伝送方向がＹ軸方向（矢印）の場合について各部分の動作について説明する。
【００３７】
まず、切替え手段４は比較制御部５により制御されて、第１のアンテナ素子１の受信電力ｗ１を受信し、次に、第２のアンテナ素子２の受信電力ｗ２を受信する。
【００３８】
この切替え手段４の切替えにより得られた各受信電力ｗ１，ｗ２は、比較制御部５により比較される。
【００３９】
そして、比較制御部５は各受信電力ｗ１，ｗ２のいずれか大きい方を選択（この場合は、第１のアンテナ素子１）して、切替え手段を受信電力の大きい第１のアンテナ素子側に切替えて、以後の通信を行う。
【００４０】
なお、比較制御部５の配置は、切替え手段４より第１、第２のアンテナ素子１，２側にあっても良いし、図１に示したように、第１，第２のアンテナ素子１，２からみて切替え手段４より後に位置しても良く、いずれの配置であっても、アンテナ素子１，２の各受信電力の比較は可能である。
【００４１】
図２は本実施の形態の指向特性図であり、図２（ａ）はＸＹ面における指向特性で、点線は第１のアンテナ素子１の指向性５Ａ、実線は第２のアンテナ素子２の指向性５Ｂである。従来のモノポールアンテナとの比較のために、一点鎖線で従来のモノポールアンテナの指向性５Ｃを表している。
【００４２】
ここで、指向特性とは、電波の伝送方向とアンテナ装置の受信電力を受信利得に変換して表した特性である。
【００４３】
図２（ａ）に示すように、ＸＹ面における指向性５Ａ，５Ｂの最大利得はそれぞれ０ｄＢｄ程度あり、従来のモノポールアンテナの指向性５Ｃの−３ｄＢｄ程度の利得に対し、本発明のアンテナ装置は高い受信利得を有していることがわかる。
【００４４】
また、第１のアンテナ素子１の指向性５Ａと第２のアンテナ素子２の指向性５Ｂは互いに直交しており、２つのアンテナ素子１，２への給電を切替えることで、ＸＹ面の全ての電波の伝送方向に対し高い受信利得（受信電力）を得ることができる。
【００４５】
更に、図２（ｂ）はＸＺ面における第１のアンテナ素子１の指向性、図２（ｃ）はＹＺ面における第２のアンテナ素子２の指向性で、ＸＺ面、ＹＺ面ともに、従来のモノポールアンテナの受信利得に比べ、高い受信利得を有していることがわかる。
【００４６】
ここで、一般にアンテナ特性として、周波数に対するアンテナ装置のインピーダンスの比を表す電圧定在波比特性（以後、ＶＳＷＲと記載する）は、ＶＳＷＲ≦２以下が求められる。
【００４７】
本発明のアンテナ装置のＶＳＷＲは、例えば、無線ＬＡＭで使用する場合、ＶＳＷＲ≦２の周波数は、５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮで使用する５．１５〜５．２５ＧＨｚを有しており、本発明のアンテナ装置は、５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮに対して好適である。
【００４８】
図３は本実施の別形態のアンテナ装置の斜視図であり、３１は整合素子で、伝送導体８の略中央部の第２の放射導体１１の近傍に配置され、整合素子３１は一端が伝送導体８と電気的に接続され、他端が接地導体３と接続されている。
【００４９】
他の形態は、上記実施の形態１と同じにしてアンテナ装置は構成されている。
【００５０】
以上の構成において、整合素子３１は伝送導体８に流れる電流分布を変化させ、第１のアンテナ素子１の給電部６での入力インピーダンスを調整することができる。
【００５１】
ここで、好ましくは整合素子３１を伝送導体８の長手方向に移動させる機構を設ける。すなわち、アンテナ装置を組込んだ端末局が設置されるテーブルの材質が金属の場合、このテーブルの材質によりインピーダンスが若干ずれるため、整合素子３１を伝送導体９の長手方向で移動させることにより、入力インピーダンスを変化させ所望の入力インピーダンスに調整することが可能になる。
【００５２】
なお、整合素子３１を第１のアンテナ素子１に設けた場合について説明したが、整合素子３１は第２のアンテナ素子が有しても良いし、第１のアンテナ素子１および第２のアンテナ素子２の両方に有しても良い。
【００５３】
図４は本実施の更に別形態のアンテナ装置の斜視図であり、上記実施の形態１に対して、２つの指向性制御導体３２をさらに備えたもので、２つの直線導体の指向性制御導体３２は、第４の放射導体１３に対して対称に直立し、下端は接地導体３に接続され、上端は開放されている。
【００５４】
以上の構成において、指向性制御導体３２の長さを動作周波数の１／４波長よりも短く設定すると、第２のアンテナ素子２から放射される電波は、指向性制御導体３２の方向に引っ張られて双指向特性がより鋭く、強い指向性になる。
【００５５】
一方、指向性制御導体３２の長さを１／４波長よりも長く設定すると、第２のアンテナ素子２から放射される電波は、指向性制御導体３２の方向の一部が反射されて双指向特性がより幅広の、より無指向性になる。
【００５６】
すなわち、指向性制御導体３２は、アンテナ装置の指向特性を制御するように動作するものである。
【００５７】
なお、図４では、指向性制御導体３２を直線導体で構成したが、これを他の形状の導体、例えば、Ｔ字型やＬ字型に折れ曲がった導体で構成してもよい。
【００５８】
また、図４では、指向性制御導体３２を２つとして説明したが、２つに限定されることはなく３つ以上であってもよい。
【００５９】
これにより、指向特性をさらに大きく制御することが可能になる。
【００６０】
ここで、指向性制御導体３２を第３の放射導体１２に対して対称に４５度の角度を有して配置すると、図２（ａ）で方位角が４５°になるため、この方位角での指向性を強くすることができるため、従来のモノポールアンテナ５Ｃ相当の指向特性を得ることができる。
【００６１】
図５は本実施の更に別形態のアンテナ装置の斜視図であり、上記実施の形態１に対して、矩形形状の接地導体３に代えて、円形状の接地導体３３を備えたことを特徴としている。
【００６２】
なお、接地導体３３の形状は、円形状に限らず、例えば、所望の指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、多角形状、半円形状、楕円形状、曲面形状又はこれらの組み合わせ、もしくはその他の形状であってもよい。
【００６３】
一例として接地導体３３の外形を円形状などの曲線を有する形状とすることにより、接地導体３３の周縁部に角部がなくなり、周縁部からの放射電波が均一にできるため、放射電波の損失を少なくできるという特有の効果がある。
【００６４】
また、アンテナ装置の設置面が円形状の場合、アンテナ装置を回転させ取り付け方向を変化させることが可能で、電波の放射方向を調整することが可能になり、アンテナ装置の設置面形状に応じて最適な指向特性を獲得することができる。
【００６５】
図６は本実施の更に別形態のアンテナ装置の斜視図であり、第１の実施形態に比較して、第１のアンテナ素子１および第２のアンテナ素子２と導体地板３の間に誘電体４１を充填したことを特徴とする。
【００６６】
ここで、誘電体４１の誘電率をεｒとしたとき、誘電体４１を充填しないアンテナ装置の高さをＨとして、誘電体４１を用いた後のアンテナの高さＨ’は次式で表される。
【００６７】
［式２］Ｈ’＝Ｈ（εｒ）0.5
すなわち、誘電体４１により、第１のアンテナ素子１および第２のアンテナ素子２の高さを低背化することが可能になる。
【００６８】
図７は本実施の更に別形態のアンテナ装置の斜視図であり、第１の実施形態に比較して、誘電体４１の一例としてフェノールやエポキシなどの誘電体を有する誘電体基板の両面に銅箔を形成した両面銅箔基板を用いたものである。
【００６９】
そして、両面銅箔基板４１の銅箔をエッチング処理して伝送線路４２を作成する工程と、銅箔の両面を貫通する貫通穴に導電材を充填するなどして放射導体４３を形成する工程によりアンテナ装置の製造工程を簡略化することができる。
【００７０】
（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の請求項８記載の発明について説明する。
【００７１】
図８は本発明のアンテナ装置を内蔵した第２の実施形態の無線通信装置を示す斜視図であり、第１の実施の形態において説明した本発明のアンテナ装置６１を内蔵するパソコンなどの無線通信装置６２である。
【００７２】
一般に無線通信装置を端末局として、基地局である無線ＬＡＮ基地局との間で通信を行う場合、これら基地局および端末局は内部にアンテナ装置が２台設置され、２台のアンテナ装置をダイバーシチ制御して通信を行っている。
【００７３】
ここで、ダイバーシチ制御とは、空間的に離れた２台のアンテナ装置の受信電力を比較して、常に受信電力の高いアンテナ装置を送受信に用いるように制御するものである。
【００７４】
このように、従来の基地局や端末局は２台のアンテナ装置を必要としたが、本発明のアンテナ装置６１を使用することで１台のアンテナ装置で済むと共に、従来より高い送受信電力が確保できるため高速で大容量の通信が可能となる。
【００７５】
さらに、図９は本発明のアンテナ装置を内蔵した無線通信装置の一例としてのテレビなどの無線映像伝送端末６３を示す斜視図であり、無線映像伝送端末６３が受信した高周波信号は、無線映像伝送端末６３内の変復調装置（図示せず）によって、映像信号に変換されて、ディスプレイ６４に映像を写すものである。
【００７６】
ここで、映像信号としてハイビジョン映像など大容量の通信を行う場合、情報伝送速度を早くする必要が有るが、情報伝送速度を早くすると、電力の大きい高周波信号が必要となる。
【００７７】
これはすなわち、アンテナ装置として送受信電力が大きいアンテナ装置が必要となることを意味する。
【００７８】
本発明のアンテナは、指向性の鋭い２つの第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２を用い、かつ２つのアンテナ素子の選択制御を行って通信しているので、送受信電力を従来より大きくできるため、特に無線映像伝送端末６３に使用するアンテナ装置として好適である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明による、アンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置は、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子の給電を適選切替えることによって、所望の通信方向に対して高い利得を有し、無線ＬＡＮなどの屋内無線通信システム用のアンテナ装置及びこれを用いた無線通信装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図
【図２】（ａ）同水平面（ＸＹ面）の指向特性図、（ｂ）同垂直面（ＸＺ面）の指向特性図、（ｃ）同垂直面（ＹＺ面）の指向特性図
【図３】同別形態によるアンテナ装置の斜視図
【図４】同更に別形態によるアンテナ装置の斜視図
【図５】同更に別形態によるアンテナ装置の斜視図
【図６】同更に別形態によるアンテナ装置の斜視図
【図７】同更に別形態によるアンテナ装置の斜視図
【図８】本発明の第２の実施の形態による無線通信装置の斜視図
【図９】同別形態による無線通信装置の斜視図
【図１０】従来のアンテナ装置の斜視図
【図１１】同指向特性図
【符号の説明】
【００８１】
１  第１のアンテナ素子
２  第２のアンテナ素子
３  接地導体
４  切替え手段
５  比較制御部
６  第１の給電部
７  第２の給電部
８  第１の伝送導体
９  第２の伝送導体
１０  第１の放射導体
１１  第２の放射導体
１２  第３の放射導体
１３  第４の放射導体
１４  第５の放射導体
３１  整合素子
３２  指向性制御導体
３３  接地導体
４１  誘電体
４２  伝送線路
４３  放射導体
６１  アンテナ装置
６２，６３  無線通信装置
【図１】
2005252927.tif 000003
【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】
2005252927.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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