JP2007300398A - マルチバンドアンテナおよびマルチバンドマルチアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数帯を使用するシステムに適用可能な携帯端末用のマルチバンドアンテナおよびマルチバンドマルチアンテナを提供する。
【解決手段】アンテナ装置に、単一の給電点を備えた回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され他端が前記放射素子上の給電点付近に配置されたｎ（ｎはｎ≧２の整数）個の分岐点に接続されたｎ個の分岐素子とを備え、前記放射素子および前記分岐素子の素子長は、各素子に対応する周波数帯において、０．２０波長以上、０．３０波長以下であり、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設けることにより達成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の周波数帯を使用する移動通信システム用のアンテナにかかり、特に小型な携帯端末に内蔵して使用されるマルチバンドアンテナおよびマルチバンドマルチアンテナに関する。

複数の周波数帯を使用する移動通信システムで利用可能な端末用のマルチバンドアンテナとしては、図１に示すようにトラップ回路付きホイップアンテナがある（例えば、特許文献１参照）。

トラップ回路付きホイップアンテナは、給電点２００を具備する回路基板２０１と、端末筐体の外部に突出するモノポール形状の放射素子２０２およびトラップ回路２０３から構成される。トラップ回路２０３は、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子で構成されており、複数の周波数帯で使用することが可能となる。

しかしながら、トラップ回路２０３を必要とするため、アンテナが太くなる、アンテナを製造する際に部品点数および製造工程が増加しコストがかかる、衝撃を受けた際に破損し易くなるという問題があった。

さらに、端末筐体に内蔵して使用可能なマルチバンドアンテナとして、二股分岐型の逆Ｆアンテナがある（例えば、特許文献２参照）。

二股分岐型の逆Ｆアンテナは、図２に示すように、給電点２１０を具備する回路基板２１１と、二股に分岐した放射素子２１２および放射素子２１２と回路基板２１１との接地点２１３から構成される。二股分岐型の逆Ｆアンテナは、二股に分岐した放射素子２１２により、ｆ１およびｆ２の２つの周波数帯で使用することが可能となる。

しかしながら、二股分岐型の逆Ｆアンテナは、３つの周波数帯で使用することはできず、また、逆Ｆアンテナを基本とするため、各周波数帯における帯域幅が狭く、通信を行う帯域内全ての周波数において十分な放射効率が得られないという問題がある。また、回路基板２１１に給電点２１０と接地点２１３の２つを設ける必要があるため、製造コストがかかるという問題があった。

また、端末用のダイバーシティ構成のアンテナとしてＰＤＣ方式の携帯端末では、図３に示すようにホイップ形状のアンテナと逆Ｆ形状のアンテナの２つ配置したものがある（例えば、非特許文献１参照）。

しかしながら、これは、ダイバーシティ効果のみを得るためのアンテナ構成であった。
特開２０００−３３２５１６号公報 特開２０００−３３７３６号公報 藤本京平他著、「図解 移動通信用アンテナシステム」、総合電子出版社、１９９６年１０月、ｐ．１５４、ｐ．１６４

しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。

次世代の移動通信システムでは、ダイバーシティ機能のみでなくビームフォーミング機能やＭＩＭＯ伝送機能を併用することが想定されている。このため、２ 以上のアンテナ構成について検討する必要がある。

例えば、ビームフォーミング、ダイバーシティ、ＭＩＭＯ伝送を行う移動通信システムで利用可能な端末用マルチアンテナとしては、図４に示すように携帯端末の端部に逆Ｌ形状の放射素子を複数配置する構成が考えられる。

これは、複数の給電点２３１および２３２を具備する回路基板２３０と、給電点２３１および２３２に接続された複数の放射素子２３３および２３４により構成される。このマルチアンテナ構成の場合、各アンテナは単一の周波数のみ使用可能であるため、複数の周波数帯においてビームフォーミング、ダイバーシティ、ＭＩＭＯ伝送を行うことはできず、複数の周波数帯での利得増大効果や伝送容量増大効果を得ることはできなかった。

また、各アンテナ間に生じる相互結合の影響が大きく各アンテナの性能劣化が生じるため、相互結合の影響の小さいアンテナが望まれていた。

そこで、本発明は、複数の周波数帯を使用するシステムに適用可能な携帯端末用のマルチバンドアンテナを提供することを課題とする。

また、本発明は、複数の周波数帯において利得向上効果、伝送容量増大効果を得ることが可能なマルチバンドマルチアンテナを提供することを他の課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のマルチバンドアンテナは、
単一の給電点を備えた回路基板；
一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子；
一端が開放され他端が前記放射素子上の給電点付近に配置されたｎ（ｎはｎ≧２の整数）個の分岐点に接続されたｎ個の分岐素子；
を備え、
前記放射素子および前記分岐素子の素子長は、各素子の周波数帯において、０．２０波長以上、０．３０波長以下であり、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設けることを特徴の１つとする。

このように構成することにより、複数の周波数帯で給電点におけるアンテナと給電回路のインピーダンスとを整合させることができる。

また、本発明のマルチバンドマルチアンテナは、上述したマルチバンドアンテナを複数備え、指向性を制御するビームフォーミングを行うビームフォーミング手段を備えることを特徴の１つとする。

このように構成することにより、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において指向性合成を行うことができる。

また、本発明のマルチバンドマルチアンテナは、上述したマルチバンドアンテナを複数備え、前記マルチバンドアンテナからの信号の合成を行うダイバーシティを行う手段を備えることを特徴の１つとする。

このように構成することにより、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において信号の合成を行うことができる。

また、本発明のマルチバンドマルチアンテナは、上述したマルチバンドアンテナを複数備え、空間的な物理チャネルの並列伝送により伝送容量を増大させるＭＩＭＯ伝送を行うＭＩＭＯ伝送手段を備えることを特徴の１つとする。

このように構成することにより、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯においてＭＩＭＯ伝送を行うことができる。

また、本発明のマルチバンドマルチアンテナは、上述したマルチバンドアンテナを複数備え、通信を行う周辺の伝搬環境に応じてビームフォーミング、ダイバーシティおよびＭＩＭＯ伝送のいずれか１つを切替えて使用する手段を備えることを特徴の１つとする。

このように構成することにより、ビームフォーミングによる利得の増大効果、ダイバーシティによる利得の増大効果、さらにＭＩＭＯ伝送による伝送容量の増大効果を得ることができる。

本発明の実施例によれば、複数の周波数帯を使用するシステムに適用可能な携帯端末用のマルチバンドアンテナを実現できる。

また、本発明の実施例によれば、複数の周波数帯において利得向上効果、伝送容量増大効果を得ることが可能なマルチバンドマルチアンテナを実現できる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

図５は、本発明の第１の実施例にかかるマルチバンドアンテナの基本構成を示す概略図である。なお、ここでは、一例として分岐素子の数ｎをｎ＝２とする場合について説明するが、ｎは、ｎ≧２の整数であり、ｎが３以上の場合でも適用できる。

本実施例にかかるマルチバンドアンテナは、単一の給電点１１を備える回路基板１０と、一端が開放され他端が前記給電点１１に接続された放射素子１２と、一端が開放され他端が前記放射素子１２上の給電点付近に配置された１番目の分岐点１３に接続された第１の分岐素子１４と、一端が開放され他端が前記放射素子１２上の給電点付近に配置された第２の分岐点１５に接続された第２の分岐素子１６とを備える。

放射素子１２は、第１の周波数帯ｆ１の波長で換算して約１／４波長の長さを有し、第１の分岐素子１４は第２の周波数帯ｆ２の波長で換算して約１／４波長の長さを有し、第２の分岐素子１６は第３の周波数帯ｆ３の波長で換算して約１／４波長の長さを有する。さらに、前記第２の分岐点１５を第１の分岐点１３と給電点１１との間に設けている。なお、第１、第２および第３の周波数帯ｆ１、ｆ２およびｆ３は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係にある。

また、分岐素子数がｎの場合には、放射素子は第１の周波数帯ｆ１の波長で換算して約１／４波長の長さを有し、分岐素子は第ｎの周波数帯ｆｎの波長で換算して約１／４波長の長さを有し、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設ける。

次に、本実施例にかかるマルチバンドアンテナの動作について説明する。図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、本実施例にかかるアンテナ上の電流分布のイメージを示す図である。図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃにおいて、電流分布を破線矢印で示す。

第１の周波数帯ｆ１では、図６Ａに示すように、給電点１１から放射素子１２の開放端の間に約１／４波長の電流が生じる。また、第２の周波数帯ｆ２では、図６Ｂに示すように、給電点１１から第１の分岐点１３を経由して第１の分岐素子１４の開放端までの間に約１／４波長の電流が生じる。さらに、第３の周波数帯ｆ３では、図６Ｃに示すように、給電点１１から第２の分岐点１５を経由して第２の分岐素子１６の開放端までの間に約１／４波長の電流が生じる。したがって、放射素子１２が接続された給電点１１では、第１の周波数帯、第２の周波数帯および第３の周波数帯において、アンテナと給電回路とのインピーダンスが整合し、３つの周波数帯において使用することが可能なマルチバンドアンテナとなる。

次に、本実施例にかかるマルチバンドアンテナの素子長について説明する。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、本実施例にかかるアンテナ上の素子長を示す図である。

第１の周波数帯ｆ１では、図７Ａに示すように、給電点１１から放射素子１２の開放端の間の長さが素子長Ｌ１となる。また、第２の周波数帯ｆ２では、図７Ｂに示すように、給電点１１から第１の分岐点１３を経由して第１の分岐素子１４の開放端までの間の長さが素子長Ｌ２となる。さらに、第３の周波数帯ｆ３では、図７Ｃに示すように、給電点１１から第２の分岐点１５を経由して第２の分岐素子１６の開放端までの間の長さが素子長Ｌ３となる。

図８に、本実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の素子長特性を示す。図８において、丸印は素子長Ｌ１に対応し、四角印は素子長Ｌ２に対応し、三角印は素子長Ｌ３に対応する。

アンテナ給電点におけるＶＳＷＲは、使用する周波数帯において低く抑える必要がある。例えば、ＶＳＷＲ＜３の効果を得るためには、各素子のそれぞれの周波数帯において、各素子長、すなわち放射素子長および分岐素子長を０．２０波長以上、０．３０波長以下に設定する必要がある。

次に、分岐点の位置について説明する。

図９Ａおよび図９Ｂに、本実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を数値計算により評価した例を示す。

図９Ａは、図５に示したように、第２の分岐点１５を第１の分岐点１３と給電点１１との間に設けた場合の結果を示す。図９Ｂは、図１０に示すように第２の分岐点１５を第１の分岐点１３と給電点１１との間に設けない場合の結果を示す。

アンテナ給電点におけるＶＳＷＲは、使用する周波数帯において低く抑える必要がある。図９Ｂに示すように、第２の分岐点１５を第１の分岐点１３と給電点１１との間に設けない場合には、ｆ１およびｆ２の２つの周波数帯においてのみＶＳＷＲは低い値となり、デュアルバンド対応となる。

これに対し、第２の分岐点１５を第１の分岐点１３と給電点１１との間に設けた場合には、図９Ａに示すように、ｆ１、ｆ２およびｆ３の３つの周波数帯においてＶＳＷＲを低く抑えることができ、アンテナはトリプルバンド（マルチバンド）対応となることが確認できる。

以上のように、本実施例にかかるマルチバンドアンテナは、図５に示すように、単一の給電点１１を備えた回路基板１０と、一端が開放され他端が前記給電点１１に接続された放射素子１２と、一端が開放され他端が前記放射素子１２上の給電点付近に配置されたｎ（ｎは、ｎ≧２の整数）個の分岐点に接続されたｎ個の分岐素子とを備え、前記放射素子および前記分岐素子の素子長は、各素子に対応する周波数帯において、０．２０波長以上、０．３０波長以下であり、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設ける。このようにすることにより、放射素子１２および分岐素子に、各周波数帯における約１／４波長の電流が生じ、複数の周波数帯で給電点におけるアンテナと給電回路のインピーダンスが整合する。その結果、複数の周波数帯で使用することが可能なマルチバンドアンテナを実現できる。

次に、本発明の第２の実施例にかかるマルチバンドアンテナについて説明する。

本実施例にかかるマルチバンドアンテナは、各分岐素子が平行に近接して配置される点以外は、上述した第１の実施例にかかるマルチバンドアンテナと同様の構成である。

ここで、各分岐素子を平行に近接して配置することの効果について説明する。なお、ここでは、一例として分岐素子の数ｎをｎ＝２とする場合について説明するが、ｎは、ｎ≧２の整数であり、ｎが３以上の場合でも適用できる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを平行に近接して配置しなかつた場合の給電点における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を数値計算により評価した例を示す。

図１１Ａは、図１２に示すように第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを直交させて配置した場合の結果を示す。図１１Ｂは、図１３に示すように第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを平行に逆方向に離して配置した場合の結果を示す。

図１１Ａおよび図１１Ｂより、第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを平行に近接して配置しない場合においても、第１の周波数帯ｆ１、第２の周波数帯ｆ２および第３の周波数帯ｆ３の３つの周波数帯においてＶＳＷＲが低下することがわかる。しかし、第１の分岐素子と第２の分岐素子とを平行に近接して配置した場合の給電点におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図９Ａと比較すると、第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを平行に近接して配置した場合には第３の周波数帯ｆ３におけるＶＳＷＲをさらに低く抑えることが可能となることがわかる。

例えば、ＶＳＷＲを３以下とするためには、第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを平行に近接して配置することが必要となる。第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とを平行に近接して配置することにより、第１の分岐素子１４と第２の分岐素子１６とが電磁的に結合し、第３の周波数帯ｆ３におけるＶＳＷＲを改善させることができる。

以上のように、本実施例にかかるアンテナ装置では、単一の給電点を備えた回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され他端が前記放射素子上の給電点付近に配置されたｎ（ｎは、ｎ≧２の整数）個の分岐点に接続されたｎ個の分岐素子とを備え、前記放射素子および前記分岐素子の素子長は、各素子に対応する周波数帯において、０．２０波長以上、０．３０波長以下であり、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設け、さらに、各分岐素子を平行に近接して配置する。このようにすることにより、各周波数帯で十分低いＶＳＷＲを有するマルチバンドアンテナを実現できる。

次に、本発明の第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナについて説明する。

図１４は、本実施例にかかるマルチバンドアンテナの基本構成を示す図である。

本実施例にかかるマルチバンドアンテナの構成は、図５を参照して説明した第１の実施例にかかるマルチバンドアンテナの構成と同様の構成である。

本実施例にかかるマルチバンドアンテナは、放射素子１２および分岐素子１６として折り曲げ構造の素子を具備している。なお、ここでは、一例として分岐素子の数ｎをｎ＝２とする場合について説明するが、ｎは、ｎ≧２の整数であり、ｎが３以上の場合でも適用できる。

また、本実施例では、放射素子１２は４回、第１の分岐素子１４および第２の分岐素子１６は、1回折り曲げられている場合について説明する。

図１５には、本実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点１１における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を数値計算により評価した結果を示す。

図１５によれば、放射素子１２を折り曲げない場合の結果を示す図９Ａと同様に、第１の周波数帯ｆ１、第２の周波数帯ｆ２および第３の周波数帯ｆ３の３つの周波数帯においてＶＳＷＲを低く抑えることができることがわかる。また、本実施例にかかるマルチバンドアンテナでは、３つの周波数帯においてＶＳＷＲを、３以下を満たすようにできる。

小型化・薄型化が進む携帯端末において、アンテナを内蔵して搭載する場合には、端末筐体から外部への突出を避けるため、また、端末内部でのその他の部品との干渉を避けるため、放射素子を折り曲げる必要性が生じる。

本実施例にかかるマルチバンドアンテナにおいては、放射素子を折り曲げた場合においても、折り曲げない場合と同様に複数の周波数帯において使用することが可能なマルチバンドアンテナを実現できる。

次に、本発明の第４の実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナについて説明する。

図１６は、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す図である。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、指向性の合成による利得の増大効果が得られるビームフォーミングに上述した実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用した例である。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、上述した第１から第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナのうちいずれか１つのマルチバンドアンテナを複数用いて構成され、指向性の合成を行うビームフォーミング回路を具備している。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、給電点１０１および１０２を備える回路基板１００と、給電点１０１および１０２と接続され、上述した第１ないし第３のうちいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナ１０３および１０４と、給電点１０１および１０２と接続され、マルチバンドアンテナ１０３および１０４の指向性を制御するビームフォーミングを行うビームフォーミング回路１０５とを備える。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、アンテナとして上述した第１ないし第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナにうちのいずれか１つを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において指向性合成を行うことができる。このため、複数の周波数帯において利得の増大効果を得ることができる。

ここで、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナを使用した場合の利得向上効果について示す。なお、ここでは、図１６に示すように回路基板の一主面の両端部、例えば上側両端部に、上述した第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナを２つ配置した場合について説明する。

図１７に、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの各周波数帯におけるビームフォーミングによる利得増大効果を示す。図１７は、各周波数帯におけるアンテナ１素子の場合の利得を０ｄＢとした場合のビームフォーミングによる利得増大効果を数値計算により評価した例を示す。図１７によれば、３つの周波数帯全てにおいて利得増大効果が得られることがわかる。また、周波数により利得増大効果に差異が生じているが、これは各周波数帯における放射指向性および偏波成分の影響である。本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおいては第１の周波数帯ｆ１において最も高い利得増大効果が得られている。

また、一般に、使用するアンテナ数を１素子から２素子とすることにより利得は３ｄＢ上昇するとされているが、実際には複数のアンテナを搭載した場合にはアンテナ素子間相互結合が生じ、その相互結合に起因した利得の低下が生じる。したがって、本実施例においても、理論値通りとなる３ｄＢの利得増大効果を得ることはできない。しかし、採用するアンテナ構成によって、上述の相互結合の影響により２素子の場合の利得が１素子の場合の利得を下回ることもあるのに対し、本実施例にかかるアンテナ装置においては３つの周波数帯全てにおいて１ｄＢ以上の利得増大効果が得られている。また、図４に示すようなシングルバンドアンテナを用いた場合には、単一の周波数帯でしかビームフォーミングによる利得増大効果は得られない。

以上説明したように、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、マルチアンテナを構成する各アンテナとして、複数の周波数帯で使用可能なマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも複数の周波数帯において指向性合成を行うことができ、複数の周波数帯において利得の増大効果を得ることができる。

また、ビームフォーミングを行うマルチアンテナの一例として、上述した第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナを用いた場合について説明したが、第１または第２の実施例にかかるマルチバンドアンテナを使用した場合においても同様の効果が得られる。

次に、本発明の第５の実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナについて説明する。図１８は、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す図である。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、信号の合成による利得の増大効果が得られるダイバーシティに、上述した実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用したものである。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、上述した第１ないし第３の実施例のいずれか１つアンテナを複数用いて構成され、信号の合成を行うダイバーシティ回路を具備している。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、給電点１０１および１０２を備える回路基板１００と、給電点１０１および１０２と接続され、上述した第１ないし第３のうちいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナ１０３および１０４と、給電点１０１および１０２と接続され、マルチバンドアンテナ１０３および１０４のからの信号の合成を行うダイバーシティ回路１１０とを備える。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、アンテナとして第１ないし第３のいずれか１つの実例例にかかるマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において信号の合成を行うことができる。したがって、複数の周波数帯において利得の増大効果を得ることができる。

ここで、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナを使用した場合のダイバーシティ効果について示す。なお、ここでは図１８に示すように回路基板１００の上側両端部に上述した第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナを２つ配置した構成を用いた場合について示す。

図１９に、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの各周波数帯における相関係数を数値計算により評価した例を示す。ダイバーシティ構成のアンテナについては、所望のダイバーシティ利得を得るためにアンテナ間の相関係数を０．５以下とする必要があることが知られている。図１９によれば、３つの周波数帯において０．３以下の十分低い相関係数が得られることがわかる。なお、図４を参照して説明したアンテナ構成を用いた場合には、単一の周波数帯でしかダイバーシティによる利得増大効果は得られない。

以上説明したように、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、マルチアンテナを構成する各アンテナとして複数の周波数帯で使用可能なマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において信号の合成を行うことができ、複数の周波数帯において利得の増大効果を得ることができる。

また、ダイバーシティを行うマルチアンテナの一例として、上述した第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用した場合について説明したが、第１または第２の実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用した場合においても同様の効果が得られる。

次に、本発明の第６の実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナについて説明する。図２０は、本発明の第６の実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す図である。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、空間的な物理チャネルの並列伝送により伝送容量を増大させるＭＩＭＯ伝送に本実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用したものである。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、上述した第１ないし第３のいずれか１つの実施例にかかるアンテナを複数用いて構成され、ＭＩＭＯ伝送に関する信号処理を行うＭＩＭＯ回路を具備している。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、給電点１０１および１０２を備える回路基板１００と、給電点１０１および１０２と接続され、上述した第１ないし第３のうちのいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナ１０３および１０４と、給電点１０１および１０２と接続され、マルチバンドアンテナ１０３および１０４のＭＩＭＯ伝送に関する信号処理を行うＭＩＭＯ回路１２０とを備える。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、アンテナとして第１ないし第３のいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において空間的な物理チャネルへの並列伝送を行うことができ、複数の周波数帯において伝送容量の増大効果を得ることができる。

ここで、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナを使用した場合の伝送容量増大効果について示す。なお、ここでは図２０に示すように回路基板の上側両端部に、上述した第３実施例にかかるマルチバンドアンテナを２つ配置した場合について示す。

図２１に、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの各周波数帯における伝送容量増大効果を示す。図２１は、各周波数帯でのシングルアンテナの場合の伝送容量を１とした場合の伝送容量増大効果を数値計算により評価した例である。図２１に示すように、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおいては３つの周波数帯において、伝送容量の増大効果が得られることがわかる。

なお、図４に示すようなアンテナ構成を適用した場合には、単一の周波数帯でしかＭＩＭＯ伝送による伝送容量増大効果は得られない。

以上説明したように、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、マルチアンテナを構成する各アンテナとして複数の周波数帯で使用可能なマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯においてＭＩＭＯ伝送を行うことができる。このため、複数の周波数帯において伝送容量の増大効果を得ることができる。

また、ＭＩＭＯ伝送を行うマルチアンテナの一例として、上述した第３の実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用した場合について説明したが、第１または第２の実施例にかかるマルチバンドアンテナを使用した場合においても同様の効果が得られる。

次に、本発明の第７の実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナについて説明する。

図２２は、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す図である。本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、ビームフォーミング、ダイバーシチおよびＭＩＭＯ伝送のうちのいずれか１つに、上述した本発明の実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用した例である。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、上述した第１ないし第３のうちいずれか１つの実施例にかかるアンテナを複数用いて構成され、ビームフォーミング、ダイバーシティおよびＭＩＭＯ伝送のうち、いずれか１つを行う切り替え手段としてのビームフォーミング・ダイバーシティ・ＭＩＭＯ回路を具備している。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、給電点１０１および１０２を備える回路基板１００と、給電点１０１および１０２と接続され、上述した第１ないし第３のうちいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナ１０３および１０４と、給電点１０１および１０２と接続され、マルチバンドアンテナ１０３および１０４のビームフォーミング、ダイバーシティおよびＭＩＭＯ伝送のうち、いずれか１つの制御を行うビームフォーミング・ダイバーシティ・ＭＩＭＯ回路１３０とを備える。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、アンテナとして第１ないし第３のいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において指向性の合成、信号の合成および空間的な物理チャネルの並列伝送を行うことができ、複数の周波数帯において利得の増大効果および伝送容量の増大効果を得ることができる。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、上述した第１ないし第３のうちいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナを適用して構成される。本実施例にかかるアンテナは、アンテナとして第１ないし第３のいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において使用することが可能となる。その結果、第４から第６の実施例において説明したように、ビームフォーミングによる利得の増大効果、ダイバーシティによる利得の増大効果、およびＭＩＭＯ伝送による伝送容量の増大効果を得ることができる。これらのマルチアンテナ機能を、通信を行う周辺の伝搬環境に応じて切替えて行うことで、複数の周波数帯において、環境によらない最適な信号伝送を常に行うことが可能となる。

次に、本発明の第８の実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナについて説明する。図２３には、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの構成を示す。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、第４ないし第７のいずれか１つの実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナを用いて構成され、搭載される複数のマルチバンドアンテナのうち、隣り合うアンテナを直交配置とする。

本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、アンテナとして第１ないし第３のうち、いずれか１つの実施例にかかるマルチバンドアンテナを使用しているため、同一のアンテナを用いながらも、複数の周波数帯において使用することが可能となる。さらに、搭載される複数のマルチバンドアンテナのうち、隣り合うアンテナを直交配置とすることで、アンテナ間に生じる相互結合を低減し、その相互結合に起因したビームフォーミング利得やダイバーシティ利得、伝送容量の低下を抑制することができる。

また、マルチアンテナを構成する各アンテナが異なる偏波成分を有するため、偏波ダイバーシティ効果を得ることが可能となる。

ここで、隣り合うアンテナを直交配置とすることの効果について説明する。

図２４に、各周波数帯における相互結合量を示す。図２４は、図２３に示すアンテナ直交配置の場合とアンテナ非直交配置の場合の相互結合量を数値計算により評価した例である。図２４より、隣り合うアンテナを直交配置とすることで、相互結合量は第１の周波数帯ｆ１において約２ｄＢ、第２の周波数帯ｆ２において約１ｄＢ改善することがわかる。なお、第３の周波数帯ｆ３において、直交配置とすることで相互結合量は上昇しているが、−１０ｄＢ以下の低い値であるため問題とならない。

図２５には、アンテナを直交配置とした場合の交差偏波識別度を示す。図２５は、アンテナ直交配置の場合のマルチアンテナを構成する各アンテナ（アンテナ＃１、アンテナ＃２）の交差偏波識別度を数値計算により評価した例である。図２５より、ｆ１からｆ３の各周波数帯において、アンテナ＃１とアンテナ＃２の交差偏波識別度に約１ｄＢ以上の差異があることがわかる。つまり、アンテナを直交配置とすることで各アンテナが異なる偏波成分を有するため、偏波ダイバーシティ効果を得ることができる。一方、アンテナを非直交配置とした場合には、アンテナ＃１とアンテナ＃２は等しくなるため、偏波ダイバーシティ効果は得られない。

以上説明したように、本実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナは、マルチアンテナを構成する各マルチバンドアンテナについて、隣り合うアンテナを直交配置としているため、相互結合を低減することができ、複数の周波数帯において、相互結合に起因したビームフォーミング利得、ダイバーシティ利得、伝送容量の低下を抑制することができる。また、偏波ダイバーシティ効果を得ることも可能となる。

本発明の実施例によれば、単一の給電点を備えた回路基板と、一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子と、一端が開放され他端が前記放射素子上の給電点付近に配置されたｎ（ｎは、ｎ≧２の整数）個の分岐点に接続されたｎ（ｎは、ｎ≧２）個の分岐素子とを備え、前記放射素子および前記分岐素子の素子長は、各素子に対応する周波数帯において、０．２０波長以上、０．３０波長以下であり、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設ける。

また、前記放射素子は第一の周波数帯ｆ１の波長で換算して約１／４波長の長さを有し、前記分岐素子は第ｎの周波数帯ｆ２の波長で換算して約１／４波長の長さを有し、前記ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設けるようにしてもよい。

このように構成することで、複数の周波数帯を使用するシステムに適用可能な携帯端末用のマルチバンドアンテナを提供することができる。また、複数の周波数帯において利得向上効果、伝送容量増大効果を得ることが可能なマルチバンドマルチアンテナを提供することができる。

本発明にかかるマルチバンドアンテナおよびマルチバンドマルチアンテナは、無線通信システムに適用できる。

端末用デュアルバンドホイップアンテナの基本構成を示す模式図である。 端末用内蔵型デュアルバンド逆Ｆアンテナの基本構成を示す模式図である。 端末用ダイバーシティアンテナの基本構成を示す模式図である。 端末用マルチアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナ上の電流分布のイメージを示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナ上の電流分布のイメージを示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナ上の電流分布のイメージを示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの素子長を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの素子長を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの素子長を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点における電圧定在波比の素子長特性を示す特性図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点における電圧定在波比の周波数特性を示す特性図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点における電圧定在波比の周波数特性を示す特性図である。 第２の接続点を給電点と第１の接続点との間に設けない場合のアンテナ構成を示す模式図である。 第２の放射素子と第３の放射素子とを平行に近接して配置しない場合の給電点における電圧定在波比の周波数特性を示す特性図である。 第２の放射素子と第３の放射素子とを平行に近接して配置しない場合の給電点における電圧定在波比の周波数特性を示す特性図である。 第２の放射素子と第３の放射素子とを平行に配置しない場合のアンテナ構成を示す模式図である。 第２の放射素子と第３の放射素子とを平行に配置しない場合のアンテナ構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドアンテナの給電点における電圧定在波比の周波数特性を示す特性図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおける各周波数帯におけるビームフォーミングによる利得増大効果を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおける各周波数帯における相関係数を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおける各周波数帯における伝送容量増大効果を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナの基本構成を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおけるアンテナ直交配置の場合とアンテナ非直交配置の場合の各周波数帯における相互結合量を示す特性図である。 本発明の一実施例にかかるマルチバンドマルチアンテナにおける各周波数帯における交差偏波識別度を示す説明図である。

符号の説明

１０、１００ 回路基板
１１、１０１、１０２ 給電点
１２ 放射素子
１３、１５ 分岐点
１４、１６ 分岐素子
１０３、１０４ マルチバンドアンテナ
１０５ ビームフォーミング回路
１１０ ダイバーシティ回路
１２０ ＭＩＭＯ回路
１３０ ビームフォーミング・ダイバーシティ・ＭＩＭＯ回路

Claims (8)

1. 単一の給電点を備えた回路基板；
   一端が開放され他端が前記給電点に接続された放射素子；
   一端が開放され他端が前記放射素子上の給電点付近に配置されたｎ（ｎはｎ≧２の整数）個の分岐点に接続されたｎ個の分岐素子；
   を備え、
   前記放射素子および前記分岐素子の素子長は、各素子に対応する周波数帯において、０．２０波長以上、０．３０波長以下であり、ｎ番目の分岐点をｎ−１番目の分岐点と給電点との間に設けることを特徴とするマルチバンドアンテナ。
2. 請求項１に記載のマルチバンドアンテナにおいて：
   各分岐素子を平行に近接して配置したことを特徴とするマルチバンドアンテナ。
3. 請求項１または２に記載のマルチバンドアンテナにおいて：
   前記放射素子および前記分岐素子として折り曲げ構造の素子を備えることを特徴とするマルチバンドアンテナ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナを複数備え、
   指向性を制御するビームフォーミングを行うビームフォーミング手段；
   を備えることを特徴とするマルチバンドマルチアンテナ。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナを複数備え、
   前記マルチバンドアンテナからの信号の合成を行うダイバーシティ手段；
   を備えることを特徴とするマルチバンドマルチアンテナ。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナを複数備え、
   空間的な物理チャネルの並列伝送により伝送容量を増大させるＭＩＭＯ伝送を行うＭＩＭＯ伝送手段；
   を備えることを特徴とするマルチバンドマルチアンテナ。
7. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマルチバンドアンテナを複数備え、
   通信を行う周辺の伝搬環境に応じてビームフォーミング、ダイバーシティおよびＭＩＭＯ伝送のいずれか１つを切替えて使用する切り替え手段；
   を備えることを特徴とするマルチバンドマルチアンテナ。
8. 請求項４ないし７のいずれか１項に記載のマルチバンドマルチアンテナにおいて：
   隣り合うアンテナを直交配置することを特徴とするマルチバンドマルチアンテナ。

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