(57)【要約】【課題】複数のアンテナ素子に独立した指向性を持たせつつ、電磁結合および空間相関係数を低減する無線端末装置を開示すること。【解決手段】無線端末装置１００は、筐体１０１、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３、および反射板１０３を備える。反射板１０３は、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の間を遮る。アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３、および反射板１０３は、それぞれ筐体１０１の上面部に垂直に設置され、反射板１０３の高さはアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の長さより高い。アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３は、相互の距離が大きくなるように設置され、反射板１０３は、各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３との距離が均等で、かつ大きくなるように設置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の表面または内部に設置される複数のアンテナ素子と、
前記筐体の表面または内部に設置される反射板と、
を具備し、
前記反射板は、
前記複数のアンテナ素子の間を遮るように設置される、
無線端末装置。
【請求項２】
前記各アンテナ素子は、
相互の距離が長くなるように設置され、
前記反射板は、
前記各アンテナ素子との距離が均等で、かつ長くなるように設置される、
請求項１記載の無線端末装置。
【請求項３】
前記反射板は、
前記複数のアンテナ素子の間を、当該無線端末装置のユーザに近い方と、前記ユーザに遠い方とに遮り、
前記複数のアンテナ素子は、
前記ユーザに近い方よりも前記ユーザに遠い方により多く配分される、
請求項１記載の無線端末装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子は、
前記筐体の表面に垂直に設置される棒状のアンテナであり、
前記反射板は、
前記筐体の表面に垂直に接続され、一体成型される金属体であり、前記反射板の高さは前記各アンテナ素子の長さより高い、
請求項１記載の無線端末装置。
【請求項５】
前記アンテナ素子と前記反射板とは、誘電体または磁性体で隔てられる、
請求項１記載の無線端末装置。
【請求項６】
前記アンテナ素子と前記反射板との間の全部または一部は、誘電体または磁性体で充填される、
請求項１記載の無線端末装置。
【請求項７】
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の間を遮る反射板と、
を具備するアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチアンテナを用いて通信を行う無線端末装置およびアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等に代表される無線端末装置を含む無線通信システムにおいては、サービス形態が多様化し、音声データだけではなく、静止画像、動画像等の大容量データを伝送することが要求される。これに対して、高い周波数利用効率を実現する複数アンテナを用いるマルチアンテナ無線通信システムの研究が盛んに行われている。マルチアンテナ無線通信システムにおいてダイバーシチ受信またはアダプティブアレーアンテナの動作を行うために、無線端末装置に複数のアンテナ素子を搭載する必要がある。ただ、１つの無線端末装置に複数のアンテナ素子を搭載すると、各アンテナ素子間に独立した指向性を持つことが難しくなり、また各アンテナ素子間の電磁結合および空間相関係数が増加する。
【０００３】
従来、アンテナ素子に指向性を持たせる技術として、無線端末装置のアンテナ近傍に物体を配置し指向性を持たす方法がある。例えば、特許文献１に記載されている技術は、端末の無線部側とアンテナ放射素子とを隔てる反射板により、無線部側から不要輻射がアンテナ側に回り込むことを防止している。また例えば、特許文献２に記載されている技術は、アンテナの近傍に線状の反射素子を設けて、反射素子の位置を調整することでアンテナの放射パターンを変え、無線端末を保持する人による電磁波の影響を低減しつつ、アンテナの指向性を調整する。また例えば、特許文献３に記載されている技術は、携帯電話機のアンテナの後部左右に各々反射素子を設けて、この２つの反射素子の接地インピーダンスを制御することでアンテナの指向性を変化させる。
【特許文献１】特開２００１−３０８６２３号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】特開平６−２３２６２２号公報（第１−３頁、第５図）
【特許文献３】特開２００１−２９２０１７号公報（第１−３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、高い周波数利用効率を実現するために、ＭＩＭＯのような複数アンテナを用いるマルチアンテナ無線通信システムが普及されている一方、反射板を用いてアンテナ素子の指向性を形成する技術も従来技術として開示されている。マルチアンテナ無線通信システムにおいて、複数のアンテナ間の電磁結合および空間相関係数が増加するという問題があり、反射板を用いてアンテナ素子の指向性を形成する技術を上記マルチアンテナ無線通信システムに適用することを検討するが、特許文献１，２，３に開示した技術はシングルアンテナを想定したものであり、上記マルチアンテナ無線通信システムに適用することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数のアンテナ素子を備え、各アンテナ素子毎に独立した指向性を持たせつつ、各アンテナ素子間の電磁結合および空間相関係数の増加を抑えることができる無線端末装置およびアンテナ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】
本発明の無線端末装置は、携帯電話機として使用される無線端末装置であって、筐体と、前記筐体の表面または内部に設置される複数のアンテナ素子と、前記筐体の表面または内部に設置される反射板と、を具備し、前記反射板は、前記複数のアンテナ素子の間を遮るように設置される構成を採る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のアンテナ素子の間を遮る反射板を設けることにより、各アンテナ素子毎に独立した指向性を持たせつつ、各アンテナ素子間の電磁結合および空間相関係数の増加を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る、複数のアンテナ素子および反射板を備える携帯電話機１００を示す斜視図である。本実施の形態では、マルチ無線通信システムに使用される複数のアンテナ素子を備える無線端末装置として、３つのアンテナ素子を備える携帯電話機１００を例にとって説明する。
【００１０】
図１において、携帯電話機１００は、筐体１０１、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３、および反射板１０３を備える。アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３、および反射板１０３は、携帯電話機１００のアンテナ装置を構成する。
【００１１】
アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３は、棒状のアンテナであって、反射板１０３は、一体成型された折れ曲がりのある一枚の板から構成される。図１に示すように、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３、および反射板１０３は、それぞれ筐体１０１の上面部に垂直に設置される。アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と、反射板１０３とは平行関係にある。アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と、反射板１０３との間は、誘電体または磁性体で遮られる（図示せず）。
【００１２】
図２は、携帯電話機１００を鉛直上方から見た場合の平面図であり、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と反射板１０３との位置関係を示す図である。この図において、図面の下の方をユーザに近い方とする。なお、この図においては、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と反射板１０３との間が誘電体または磁性体１０４で遮られる態様を示す。
【００１３】
図２において、筐体１０１の輪郭は、破線の長方形で示される。また前述したように、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３は、筐体１０１の上面部に垂直に設置されるため、図２においては点で示される。前述したように反射板１０３は、筐体１０１の上面部に垂直する一体成型される金属体から構成されるため、図２においては連続する線で示される。誘電体または磁性体１０４は、筐体１０１の上面部に垂直する厚めの板状から構成され、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と反射板１０３とを隔てる。
【００１４】
アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の設置位置は次のようである。
【００１５】
アンテナ素子１０２−１，１０２−２は、筐体１０１の輪郭が形成する長方形の１つの長辺の２つの頂点に設置され、アンテナ素子１０２−３は、別の長辺の中心に設置される。このような設置方法は、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の相互の距離が最大となる設置方法である。
【００１６】
また、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３のうち、携帯電話機１００のユーザに近い方に１つ、ユーザから遠い方に２つ設置される。
【００１７】
反射板１０３の設置位置は次のようである。
【００１８】
反射板１０３は、アンテナ素子１０２−３が設置されている長辺の２つの頂点それぞれと、別の長辺の中心とを直線で結んで設置される。これは、反射板１０３と各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３それぞれとの距離が極力大きく、かつ均等になる設置方法である。実際においては、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と、反射板１０３と反射板との間に設置された誘電体または磁性体１０４の誘電率または透磁率を用いたシミュレーションによってアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と反射板１０３との距離、および筐体の大きさを調整する。反射板１０３は、アンテナ素子１０２−１，１０２−２と、アンテナ素子１０２−３との間を遮り、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３が放射する電波がカバーする空間を、アンテナ素子１０２−１，１０２−２をそれぞれ含む空間と、アンテナ素子１０２−３を含む空間との２つの空間に分ける。
【００１９】
次いで、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の長さ、および反射板１０３の高さについて説明する。
【００２０】
各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３がモノポールアンテナである場合、各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の長さは、通信を行う波長の１／４にする。例えばアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３が通信を行う周波数が５ＧＨｚである場合、波長は６０ｍｍとなり、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の長さはそれぞれ１５ｍｍとする。
【００２１】
反射板１０３の高さは、アンテナ素子１０２の長さを超えるようにする。例えば、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の長さを１５ｍｍとした場合、反射板１０３の高さは１５ｍｍ以上とする。
【００２２】
次に、上述した構成をとる携帯電話機１００のアンテナ装置の作用及び効果に付いて説明する。
【００２３】
反射板１０３は、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３が放射する電波がカバーする空間を、アンテナ素子１０２−１，１０２−２をそれぞれ含む空間と、アンテナ素子１０２−３を含む空間との２つの空間に分け、各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と反射板１０３とが形成する角度が異なるため、各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３それぞれの指向性を独立性を向上させ、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３間の電磁結合および空間相関係数を低減することができる。
【００２４】
また、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３と反射板の間は、誘電体または磁性体１０４が設置されるため、各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３間の電磁界的な距離を増加し、相互間の電磁結合および空間相関係数を低減することができる。
【００２５】
また、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３は、相互間の距離が最大となるように設置されるため、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３間の電磁結合および空間相関係数を低減することができる。
【００２６】
また、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３は、携帯電話機１００のユーザに近いほうに、より少なく設置され、反射板１０３の設置により、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の間が、当該無線端末装置のユーザに近い方と、前記ユーザに遠い方とに遮られ、ユーザに近い方よりもユーザから遠い方にアンテナ素子がより多く配分されるため、ユーザなどの外部要因によるアンテナ素子１０２−１，１０２−２への影響を抑えることができる。また、ユーザに近い方のアンテナ素子が人体に対する影響が大きいため、このような構成によれば、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３が全体として人体への影響を低減し、ＳＡＲ（Spacific Absorption Rate）を低減することができる。
【００２７】
また、反射板１０３は、一体成型の金属から構成され、高さがアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の長さより高く設けられ、底部は筐体１０１に接続されるため、各アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３が放射する電波の、反射板１０３の反対側への回り込みを低減することができ、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３の指向性の独立性を向上し、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３間の電磁結合および空間相関係数を低減することができる。また、反射板１０３は底部が筐体に１０１に接続されることにより、接地の機能をする。
【００２８】
図３〜図１３は、アンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４と反射板１０３との位置関係に関するバリエションを示す図である。図３〜図１０のすべてにおいて、（ａ）は携帯電話機１００が２つのアンテナ素子アンテナ素子１０２−１，１０２−２を備える場合を示し、（ｂ）は携帯電話機１００が３つのアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３を備える場合を示し、（ｃ）は携帯電話機１００が４つのアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４を備える場合を示す。なお、図１１〜図１３の各（ａ）〜（ｄ）は、携帯電話機１００が４つのアンテナ素子１０２−１，１０２−２，１０２−３，１０２−４を備える場合を示す。これらの図において、図面の下の方をユーザに近い方とする。
【００２９】
図３〜図６において、複数のアンテナ素子のうち２つは、筐体の上面部が形成する長方形の２つの短辺それぞれの中心に設けられ、残りのアンテナ素子は、筐体の上面部が形成する長方形の長辺と平行する２等分線上に、等距離で設置される。このようなアンテナ素子の設置位置によれば、各アンテナ素子から携帯電話機のユーザまでの距離は等しくなる。図３〜図６においては、携帯電話機のユーザがアンテナ装置に対する影響を低減するために、反射板の設置により複数のアンテナ素子をユーザに遠い方と携帯電話機のユーザに近い方とに遮って、携帯電話機のユーザに近い方よりも、携帯電話機のユーザに遠い方に、より多くのアンテナ素子が配分されるようにする。
【００３０】
図３において、反射板は、筐体が形成する長方形の長辺に従う１つ以上の平板と、短辺に平行する１つ以上の平板とから構成され、これらの平板は一体成型される。
【００３１】
図４において、隣り合う２つのアンテナ素子が四辺上に位置してある１つまたは複数の長方形の対角線に従って反射板を設置する。上記の１つまたは複数の長方形は、筐体の上面部が形成する長方形を等分させる長方形である。
【００３２】
図５において、反射板はサインカーブまたは２次曲線の形をとる。この図において、アンテナ素子から反射板間の距離は、反射板のどの部分を採ってもほぼ均等となる。
【００３３】
図６においては、反射板の製造時の形成処理の容易さを求め、図５に示す反射板を複数の平板にし、図５に示す反射板の効果を求め、複数の平板の底部が形成する形を折れ線にして図５に示す形に類似させている。ここでも、上記の複数の平板は一体成型される。
【００３４】
図７、図８、図９、および図１０は、図３、図４、図５、および図６に示す反射板と同様な反射板を備える。図７、図８、図９、および図１０は、複数のアンテナ素子のうち極力より多くのアンテナ素子を、携帯電話機の筐体の上面部が形成する長方形の頂点に設置する点で、図３、図４、図５、および図６と相違する。このように、アンテナ素子を筐体の輪郭に設置することにより、各アンテナ素子間の相互の距離、各アンテナ素子と反射板との距離がさらに大きくなる。
【００３５】
図１１、図１２、図１３は、アンテナ素子および反射板を設置する際、携帯電話機のユーザに近い方により少ないアンテナ素子を設置する態様を示す。
【００３６】
図１４は、図８（ｂ）、図７（ａ）、および図６（ｃ）に示すようにアンテナ素子および反射板を設置する場合に対応する斜視図である。この図において、各構成要素の示し方は図１と同様であり、ここでは詳細な説明を示す。
【００３７】
図１５は、図８（ｂ）示すようにアンテナ素子および反射板を設置する場合に対応する斜視図であり、筐体、アンテナ素子、および反射板の大きさの具体的な例を示す。この図において、筐体は、１２０ｍｍ×６０ｍｍ×２０ｍｍの直方体であり、アンテナ素子の長さＢは１５ｍｍであり、反射板の高さＡはアンテナ素子の長さＢより高い。反射板は、筐体の上面部が形成する長方形の１つの長辺の２つの頂点と、別の長辺の中心を結ぶため、反射板の長さは、３６ｍｍ×２＝７２ｍｍとなる。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、複数のアンテナ素子を備える携帯電話機において、各アンテナ素子がカバーする空間を区切る反射板を設けるため、各アンテナ素子に独立した指向性を持たせつつ、各アンテナ素子間の電磁結合および空間相関係数を低減させることができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、複数のアンテナ素子を備える携帯電話機に反射板を設け、携帯電話機のユーザに近い方により少ないアンテナ素子を設置するため、ユーザによる各アンテナ素子への影響を低減することができ、またアンテナ素子からユーザへの電波の放射を塞げ、ＳＡＲを低減することができる。
【００４０】
図１６は、図８（ｂ）に示すアンテナ素子１０２−１、１０２−２、１０２−３および反射板１０３の設置方法をシミュレーションした場合、得られる各アンテナ素子１０２−１、１０２−２、１０２−３の指向性を示す図である。上記シミュレーションに用いられる周波数は４ＧＨｚである。図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれアンテナ素子１０２−１、１０２−２、１０２−３が形成する指向性を示す。図示のように、各アンテナ素子１０２−１、１０２−２、１０２−３は独立した指向性を形成する。なお、図示のようにアンテナ素子１０２−１、１０２−２、１０２−３が指向する各エリアの総和は３６０°のほぼ全方位となる。アンテナ素子１０２−１とアンテナ素子１０２−２との間の空間相関係数は０．００７０６であり、アンテナ素子１０２−２とアンテナ素子１０２−３との間の空間相関係数は０．００１８０であり、アンテナ素子１０２−１とアンテナ素子１０２−３との間の空間相関係数は０．００１８０である。アンテナ素子１０２−１とアンテナ素子１０２−２との間の電磁結合係数は−２７．６２であり、アンテナ素子１０２−２とアンテナ素子１０２−３との間の電磁結合係数は−３６．０２であり、アンテナ素子１０２−１とアンテナ素子１０２−３との間の電磁結合係数は−３６．０２である。
【００４１】
図３〜図１０に示したすべての設置方法に対してシミュレーションを行った結果（図示せず）、何れの設置方法においても、各アンテナ素子は独立した指向性を形成し、各アンテナ素子間の電磁結合係数は−２０以下であり、空間相関係数は０．１以下である。すなわち、本実施の形態によれば、各アンテナ素子間の電磁結合係数および空間相関係数が低減する。
【００４２】
なお、本実施の形態では、アンテナ素子が棒状である場合を例にとって説明したが、アンテナ素子は棒状でなく、他の形状をとっても良く、誘電体チップアンテナ、ヘリカルアンテナ、線状逆Ｆアンテナ、面状逆Ｆアンテナ、スリープアンテナ、またはダイポールアンテナなどであっても良い。
【００４３】
また、本実施の形態では、アンテナ素子および反射板が無線端末装置の筐体の上面部に位置する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、アンテナ素子および反射板が無線端末装置の筐体の表明のどの部分、例えば下部に位置しても良い。
【００４４】
さらには、無線通信システムに使用される周波数が高まり続くとともに、無線端末装置に使用されるアンテナ素子の長さが小さくなるため、複数のアンテナ素子と反射板を無線端末装置の筐体の内部に搭載しても良い。かかる場合、本実施の形態でとった例のように、各アンテナ素子と反射板とを誘電体または磁性体で隔てても良いし、各アンテナ素子と反射板との間の全部または一部が誘電体または磁性体で充填されても良く、上記誘電体または磁性体の充填により、筐体としての強度を高める効果もある。また、各アンテナ素子と反射板との間は、何も充填されなくても良い。
【００４５】
本発明に係る無線端末装置およびアンテナ装置は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【００４６】
本発明に係るアンテナ装置は、マルチアンテナを用いる移動体通信システムにおける通信端末装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置および移動体通信システムを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る無線端末装置およびアンテナ装置は、マルチアンテナを用いる無線通信等の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る複数のアンテナ素子および反射板を備える携帯電話機を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態に係る携帯電話機を上から見た場合の平面図
【図３】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図４】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図５】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図６】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図７】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図８】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図９】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図１０】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図１１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図１２】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図１３】本発明の一実施の形態に係るアンテナ素子と反射板との位置関係に関するバリエションを示す図
【図１４】図８（ｂ）、図７（ａ）、および図６（ｃ）に示すようにアンテナ素子および反射板を設置する場合に対応する斜視図
【図１５】図８（ｂ）に示すようにアンテナ素子および反射板を設置する場合に対応する斜視図
【図１６】図８（ｂ）に示すアンテナ素子および反射板の設置方法をシミュレーションした場合、得られる各アンテナ素子の指向性を示す図
【符号の説明】
【００４９】
１０１  筐体
１０２−１、１０２−２、１０２−３  アンテナ素子
１０３  反射板
【図１】
2007251682.tif 000003
【図２】
2007251682.tif 000004
【図３】
2007251682.tif 000005
【図４】
2007251682.tif 000006
【図５】
2007251682.tif 000007
【図６】
2007251682.tif 000008
【図７】
2007251682.tif 000009
【図８】
2007251682.tif 000010
【図９】
2007251682.tif 000011
【図１０】
2007251682.tif 000012
【図１１】
2007251682.tif 000013
【図１２】
2007251682.tif 000014
【図１３】
2007251682.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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