(57)【要約】【課題】  帯域幅が約７ＧＨｚで中心周波数が６．５ＧＨｚというＵＷＢのような広帯域の周波数範囲を扱う無線装置において使用するアンテナを小型化すること。【解決手段】  無線装置１で使用するアンテナを第１のアンテナ１０２と第２のアンテナ１０３の二つに分離し、さらに、一方のアンテナの動作周波数を、他方のアンテナの動作周波数のほぼ２倍に設定する。【選択図】  図１
2005101840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地板と、
前記地板上に配置された無線回路と、
前記無線回路に取り付けられた第１のアンテナと、
前記無線回路に取り付けられた第２のアンテナとにより構成され、
前記第１のアンテナの動作周波数は、前記第２のアンテナの動作周波数の略半分とし、取り扱う帯域幅と中心周波数とが近接していることを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナは、前記地板の辺の端部に設置され、前記第２のアンテナは前記地板の面上に設置されていることを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項３】
前記地板は第１の面と第１の面の裏面である第２の面とを備え、前記第１のアンテナは前記第１の面に、前記第２のアンテナは前記第２の面にそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項４】
前記第１のアンテナの動作周波数を３〜５ＧＨｚとし、前記第２のアンテナの動作周波数を６〜１０ＧＨｚとしたことを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項５】
前記第１のアンテナは板状モノポールアンテナであり、前記第２のアンテナはディスコーンアンテナであることを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、広帯域をカバーするアンテナを備えた無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）と呼ばれる広帯域な周波数を使って動作する無線装置の研究が盛んに行われている。この無線装置は、３〜１０ＧＨｚまでを用いて動作するが、この周波数帯を一つのアンテナでカバーしようとした場合、アンテナは非常に大きなものとなる。（例えば、特許文献１参照）
アンテナの大きさはアンテナの動作帯域のうちで一番低い周波数の波長で決定されるため、例えば、一つのディスコーンアンテナを用いた場合、上記の周波数をカバーするためには、少なくともアンテナ自体の体積が２０×２５×２５ｍｍ程度必要で、地板の大きさも５０×５０ｍｍ以上の大きさが必要となる。
【０００３】
この他にホーンアンテナや自己補対アンテナ、変形したダイポールアンテナなどで実現することも考えられるが、これらの場合も、使用帯域の一番低い周波数で決定されるため、ディスコーンアンテナを用いた場合とそれ程変わらない大きさとなる。したがって、広い周波数範囲を扱うＵＷＢ用の無線機を小型化して実装するには、アンテナの大きさがネックになる。
【特許文献１】米国特許第５７５４１４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにＵＷＢ用の無線装置を小型化しようとするとアンテナが大型化してしまうため、実装上問題が生じる。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＵＷＢのような広帯域の周波数を使って動作する無線装置において、使用するアンテナを小型化できる無線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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、地板と、前記地板上に配置された無線回路と、前記無線回路に取り付けられた第１のアンテナと、前記無線回路に取り付けられた第２のアンテナとにより構成され、前記第１のアンテナの動作周波数は、前記第２のアンテナの動作周波数の略半分とし、取り扱う帯域幅と中心周波数とが近接していることを特徴としている。
【０００７】
前記第１のアンテナは、前記地板の辺の端部に設置され、前記第２のアンテナは前記地板の面上に設置されていることを特徴としている。
【０００８】
また、前記地板は第１の面と第１の面の裏面である第２の面とを備え、前記第１のアンテナは前記第１の面に、前記第２のアンテナは前記第２の面にそれぞれ設置されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記第１のアンテナの動作周波数を３〜５ＧＨｚとし、前記第２のアンテナの動作周波数を６〜１０ＧＨｚとしたことを特徴としている。
【００１０】
また好ましくは、前記第１のアンテナは板状モノポールアンテナであり、前記第２のア
ンテナはディスコーンアンテナである。
【発明の効果】
【００１１】
ＵＷＢのような広帯域の周波数で動作する無線装置において使用するアンテナを小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例にかかる無線装置１の構成を示す模式図である。
【００１４】
無線装置１は、無線回路１０１、第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０３、地板１０４、給電線１０５、給電点１０６、１０７を含む。
【００１５】
この無線装置１は、帯域が３〜１０ＧＨｚという広い範囲を扱うＵＷＢ用の無線機を想定している。
【００１６】
無線回路１０１は、第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０３で受信した高周波信号を増幅したり、周波数変換したりする回路であり、地板１０４上に実装されている。
【００１７】
給電点１０６、１０７はそれぞれ、給電線１０６を介して第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０２それぞれに電力を供給する。
【００１８】
第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０３はそれぞれ地板１０４上に実装されている。第２のアンテナ１０３は、第１のアンテナ１０２に比べて動作周波数が高く設定してある。例えば、第１のアンテナ１０２は３〜５ＧＨｚ、第２のアンテナ１０３は６〜１０ＧＨｚで動作するように設計されている。ＵＷＢでは５〜６ＧＨｚの帯域は使用されないので、この帯域は二つのアンテナの動作周波数には含まれていない。
【００１９】
図１で示した各アンテナの具体的な形状を図２に示す。
【００２０】
第１のアンテナ１０２の種類は、板状のモノポールアンテナのような広帯域用のアンテナとして有用なアンテナを用いれば良い。ここでは、高さ２０ｍｍ幅１０ｍｍの大きさの板状モノポールアンテナを用いる。第２のアンテナ１０３を用いることで第１のアンテナが扱う帯域を３〜５ＧＨｚにしたので、一つのアンテナで３〜１０ＧＨｚを扱う場合と比べて体積が約三分の一程度になる。これは、帯域特性と体積が比例するからである。板状なので薄型化できるため占有体積も小さい。
【００２１】
一方、第２のアンテナ１０３の種類としては、同じく広帯域用のアンテナとして有用なディスコーンアンテナや板状モノポールアンテナを用いることが考えられる。例えば、ディスコーンアンテナで設計する場合、一つのアンテナで３〜１０ＧＨｚを扱う場合では一番低い周波数が３ＧＨｚだったのを、６ＧＨｚに上昇したため波長は半分になる。この場合アンテナ自体の体積は、一番低い周波数が３ＧＨｚの場合の約１／８で十分になる。ここでは径が１２ｍｍ、高さが１０ｍｍのディスコーンアンテナで第２のアンテナ１０３を実現している。
【００２２】
各アンテナの動作帯域を上記のように設定した場合、二つのアンテナ体積の総和は、一つのアンテナで３〜１０ＧＨｚを扱う場合と比べておよそ１／２程度にすることが可能となる。これら二つのアンテナは、隣接して配置することが可能なので、両方を合わせても
、一つのディスコーンアンテナで３〜１０ＧＨｚを扱う場合と比べて占有面積の削減が可能である。
【００２３】
第１のアンテナ１０２の動作周波数と第２のアンテナ１０３の動作周波数をどのように割り当てるか、すなわち、ＵＷＢが扱う帯域を二つのアンテナにどのように割り付けるかはいろいろな組合せが考えられるが、好ましい実施形態では、第２のアンテナ１０３の動作周波数が第１のアンテナ１０２の動作周波数のほぼ２倍となるように割当・分離することで、二つのアンテナ間の結合を抑制する働きが得られる。
【００２４】
一般に、アンテナの共振動作は、共振が発生した周波数のほぼ倍の周波数で反共振を生じることが知られている。この反共振はモノポールアンテナのインピーダンスを高くするため、高い周波数で動作する第２のアンテナ１０３から第１のアンテナ１０２を見た場合、第１のアンテナ１０２は高いインピーダンスに見える。この結果第２のアンテナ１０３から第１のアンテナ１０２へ漏洩する電流が抑制されるので、アンテナ間結合が抑制されるのである。結合が抑制されることから、もともとのアンテナ特性が保持されるので、整合特性に関わる問題も発生しない。
【００２５】
アンテナの帯域特性に合わせて、給電部を変更する必要がある。例えば、お互いのインピーダンスの周波数特性が完全に異なっている場合、図１に示すように同じ給電線１０５の先端を分離してアンテナを並列に配置すればよい。
【００２６】
各アンテナは互いに干渉を抑制するように動作周波数を設定して互いのインピーダンス特性が異なるようにしているが、無線機のシステム上の仕様によっては、この干渉抑制量が不足する場合がある。このような場合はフィルタを介して給電すればよい。フィルタは、高域透過型を給電点１０７近傍の給電線１０５上に配置し、低域透過型のフィルタを給電点１０６の部分に配置すればよい。もちろんこれらのフィルタの帯域特性と２つのアンテナの各々は一致させていることはいうまでもない。この２つのフィルタによって、アンテナの分離度が上昇し、お互いの干渉が抑制されることになる。アンテナ間の分離度は周波数特性を有している場合があり、周波数によって分離度が不足する。このような場合には、不足している周波数において分離度を上昇させる目的でどちらか一方のアンテナに帯域フィルタを入れれば良い場合があるのは言うまでもない。
【００２７】
なお、前述したように、５〜６ＧＨｚ帯は無線ＬＡＮの周波数帯に当たるため、ＵＷＢでは使用が見合わせられており、本発明で使用するアンテナもこの部分の周波数帯はカバーしていない。したがって、動作周波数を二つに分離することで、従来のように一つのアンテナで帯域全体をカバーする方式に比べて、無線ＬＡＮとの相互干渉を削減できる。例えば、一つのディスコーンアンテナを用いて３〜１０ＧＨｚまでをカバーするような広帯域性を実現しようとすると、無線ＬＡＮが放射した５〜６ＧＨｚの信号までも受信してしまうことになる。本発明の無線装置で使用するアンテナでは、５〜６ＧＨｚの周波数帯において、第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０２それぞれの性能が低下するため、不要な無線ＬＡＮの送信波を受信するレベルが小さくなり、無線ＬＡＮからの干渉を低下できる。
【００２８】
以上説明したように、本実施例では、帯域幅が約７ＧＨｚで中心周波数が６．５ＧＨｚというように、中心周波数が帯域幅に近接しているＵＷＢのような広帯域の周波数範囲を扱う無線機で使用するアンテナを二つに分離し、一方のアンテナの動作周波数を他方の動作周波数のほぼ２倍とすることで、２つのアンテナの体積合計を、１つのアンテナで構成した場合よりも小さくすることができる。かかる構成のアンテナはＵＷＢのような広帯域無線装置の小型実装化に好適である。
【実施例２】
【００２９】
図３は、本発明の第２の実施例にかかる無線装置２の構成を示す模式図である。
【００３０】
無線装置２は、無線回路２０１、第１のアンテナ２０２、第２のアンテナ２０３、地板２０４、給電線２０５、給電点２０６、２０７を含む。
【００３１】
無線装置２も無線装置１と同様ＵＷＢ無線機を想定しており、無線回路２０１、第１のアンテナ２０２、第２のアンテナ２０３、地板２０４、給電線２０５、給電点２０６、２０７のそれぞれは、図１に示した無線装置１の無線回路１０１、第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０３、地板１０４、給電線１０５、給電点１０６、１０７と同じ動作をする。第１のアンテナ２０２の動作周波数を第１の実施例と同様３〜５ＧＨｚ、第２のアンテナ２０３の動作周波数を６〜１０ＧＨｚと設定する。
【００３２】
本実施例では、第１のアンテナ２０２と第２のアンテナ２０３の配置位置を以下のようにする。すなわち、低い周波数を扱う第１のアンテナ２０２は地板２０４上の一辺の端部に配置する。高い周波数を扱う第２のアンテナ２０３は地板２０４面上に配置される。好ましくは、地板２０４の左右の辺から等距離にある箇所に配置する。第２のアンテナ２０３の給電点は地板２０４の外周から少なくとも四分の一波長離れていることが望ましい。
【００３３】
第１のアンテナ２０２を地板端部に配置することで、地板２０４からの放射による性能改善が期待できる。すなわち、地板２０４から放射を生じさせるとアンテナからの放射量が増加し、利得が向上する。この利得が向上した分、小型化による利得の劣化を補うことが可能となるので、地板２０４からの放射を用いると第１のアンテナの小型化が実現できる。
【００３４】
一方、第２のアンテナ２０３は、地板２０４からの放射が逆に放射特性の劣化に繋がることから、これを抑えるために地板２０４の左右の辺から等距離にある面上に配置する。
【００３５】
一般に周波数が高くなると電波の伝達距離は低下する。これは、伝播損失が周波数の２乗に比例して大きくなることと、周波数が高くなることで透過や散乱が生じにくくなることが主な原因である。つまり低い周波数の電波の方がいろいろな方向から電波が到来することを期待でき、高い周波数では、ひとつの方向から到来してくる場合が多くなることになる。
【００３６】
第１のアンテナ２０２は低い周波数を取り扱うため、上述した電波伝播の特徴から、いろいろな方向からの到来波を期待できる。これに対して、第２のアンテナ２０３では高い周波数を用いるため、ある一定方向からの到来波しか期待できない。したがって、第１のアンテナ２０２は、いろいろな方向からの到来波を期待できるので、放射パターンに多少のゆがみがあっても、利得を向上させたほうが性能的に有利であり、第２のアンテナ２０３は、ある一定方向からの到来波しか期待できないので、パターンのゆがみを少なくするほうが有利となる。
【００３７】
上述したように、地板２０４から放射を生じさせるとアンテナからの放射量が増加し、利得が向上するので、この利得が向上した分、小型化による利得の劣化を補うことが可能となるので、地板２０４からの放射を用いると第１のアンテナの小型化が実現できる。例えば、モノポールアンテナを小型化したアンテナの場合、地板中央に配置するよりも、端部に配置することで、帯域が倍程度にまで広がる。この場合、モノポールアンテナの帯域は、高さの二乗に比例するので、帯域が倍に広がった分、高さを約三分の二程度まで低くしても、中央配置した場合のアンテナと同じ帯域幅を実現することが可能となる。このように端部にアンテナを配置することは、アンテナの高さを低くすることができる。つまり
アンテナの小型化が実現される。
【００３８】
その一方で、地板からの放射は、アンテナの放射パターンにゆがみを生じさせる。これは放射パターンに指向性が生じることを意味し、従って、到来波の分布の仕方によっては受信電力が低下する場合が生じる。
【００３９】
以上のことから、周波数の高い第２のアンテナ２０３は、地板からの放射が小さくなるように基板の内側に配置し、周波数の低い第１のアンテナ２０２は端の方に配置する。これによって、第１のアンテナ２０２は、地板からの放射を利用して小型化でき、第２のアンテナ２０３は、放射パターンのゆがみの少ない、無指向性のパターンを実現することが可能となる。
【００４０】
このように、本実施例では、第１のアンテナ２０２を地板２０４の一辺の端部に配置し、第２のアンテナ２０３を地板の内側、好ましくは地板２０４の左右の辺から等距離にある面上に配置することで、第１の実施例で得られる効果に加えて、アンテナ性能を劣化させることなくアンテナのさらなる小型化が可能となるという効果が得られる。
【実施例３】
【００４１】
図４は、本発明の第３の実施例にかかる無線装置３の構成を示す模式図である。
【００４２】
無線装置３は、無線回路３０１、第１のアンテナ３０２、第２のアンテナ３０３、地板３０４、給電線３０５ａ，３０５ｂ、給電点３０６、３０７を含む。
【００４３】
無線装置３も無線装置１と同様ＵＷＢ無線機を想定しており、無線回路３０１、第１のアンテナ３０２、第２のアンテナ３０３、地板３０４、給電線３０５、給電点３０６、３０７のそれぞれは、図１に示した無線装置１の無線回路１０１、第１のアンテナ１０２、第２のアンテナ１０３、地板１０４、給電線１０５、給電点１０６、１０７と同じ動作をする。
【００４４】
第１のアンテナ３０２の動作周波数を第１の実施例と同様３〜５ＧＨｚ、第２のアンテナ３０３の動作周波数を６〜１０ＧＨｚと設定する。
【００４５】
図４に示すように、２つのアンテナ３０２と３０３は、地板３０４を介して表面と裏面に別々に配置されている。
【００４６】
地板を介することで、アンテナ間の距離はさらに遠ざかることになる。これによってアンテナ同士の電流の流入量が低下し、結果としてアンテナ間結合が抑制されることになるので、インピーダンス特性や放射特性の変化をさらに抑制できる。
【００４７】
二つのアンテナ３０２、３０３は、地板の一辺の端部ではなく内側に配置する。二つのアンテナを地板の端部に配置すると、地板上に大きな電流分布が生じ、これによってアンテナ間の結合が生じてしまう。これを抑制するためにアンテナ３０２、３０３を地板の内側に配置している。
【００４８】
さらに地板３０４の大きさを、一辺が動作周波数の半波長以上とすることで、アンテナ３０２と３０３の間の結合をさらに抑制できる。
【００４９】
本実施例では、アンテナの小型化という第１の実施例に加えて、アンテナ間結合をさらに抑制でき、アンテナ性能の変動によるアンテナ特性の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
【００５０】
以上、本発明にかかる幾つかの実施例を説明したが、本発明は上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の無線装置にかかる第１の実施例の構成を示す模式図。
【図２】本発明の無線装置にかかる第１の実施例の構成における第１のアンテナ、第２のアンテナの構成例を示す図。
【図３】本発明の無線装置にかかる第２の実施例の構成を示す模式図。
【図４】本発明の無線装置にかかる第３の実施例の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００５２】
１０１、２０１、３０１・・・無線回路
１０２、２０２、３０２・・・第１のアンテナ
１０３、２０３、３０３・・・第２のアンテナ
１０４、２０４、３０４・・・地板
１０５、２０５、３０５ａ、３０５ｂ・・・給電線
１０６、１０７、２０６、２０７、３０６、３０７・・・給電点
【図１】
2005101840.tif 000003
【図２】
2005101840.tif 000004
【図３】
2005101840.tif 000005
【図４】
2005101840.tif 000006