JP2003304114A

JP2003304114A - 広帯域アンテナ装置

Info

Publication number: JP2003304114A
Application number: JP2002106418A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kuroda; 慎一黒田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】放射導体として平板状放射導体を用いた広帯
域アンテナ装置であって、より小型化が可能な広帯域ア
ンテナ装置を提供する。【解決手段】半円放射導体２ａと半円放射導体２ｂと
の間を導電率が概ね０.１以上１０.０以下の低導率電部
材３によって接続したり、また、複数の抵抗を並列的に
配置して多点接続したりすることにより円形平板状の放
射導体２を形成し、この放射導体２と導体地板１とを用
いて、低域周波数における給電部（給電点）への反射を
抑制し、良好な整合を維持できるようにして動作可能帯
域を広げた広帯域アンテナ装置を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、ＵＷＢ
（Ultra Wide Band）技術を利用したＢｒｏａｄｂａｎ
ｄ−ＰＡＮ（Personal Area Network）などの超広帯
域、かつ、小型なアンテナ装置が必要とされる通信シス
テムに用いられる広帯域アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＷＢ技術を利用したＢｒｏａｄｂａｎ
ｄ−ＰＡＮを実現するには、「超広帯域」かつ「小型」
なアンテナが必要とされる。この課題に対し、一つの解
を与えるものとして、「円形平板型モノポールアンテ
ナ」がある。

【０００３】モノポールアンテナの極一般的な構成法
は、使用波長程度の大きさを持つ平板導体をグラウンド
とし、このグラウンドの上に１／４波長程度の長さを持
つ線状導体を垂直に立て、これを放射素子とするもので
ある。グラウンドと放射素子の間には任意の空隙が設け
られ、この空隙間に給電する。このモノポールアンテナ
の動作可能帯域は、中心周波数に対して、せいぜい十数
％であって、このままではＵＷＢには不適である。

【０００４】そこで、放射導体として、円形平板を用い
ることが提案されている。放射導体の形状を円形平板に
すると、非常な広帯域特性を呈すためである。円形平板
を放射導体として用いたアンテナには、図５に示す円形
平板型モノポールアンテナがある。

【０００５】図５において、図５Ａは、円形平板型モノ
ポールアンテナの側面図であり、図５Ｂは、円形平板型
モノポールアンテナの上面図である。図５から分かるよ
うに、円形平板型モノポールアンテナは、円形平板であ
る放射導体２００を導体地板１００上に、空隙ｄを設け
るようにして、ほぼ垂直に配置して形成したものであ
る。図５において、符号１００ｆはグラウンド給電点、
符号２００ｆは、信号給電点を示している。

【０００６】この図５に示した円形平板型モノポールア
ンテナの動作可能帯域の下限は、直径が約１／４波長と
なる周波数で、上限はその数倍にまで達する。図６に、
放射導体２００の直径ｈが２５ｍｍ、導体地板１００と
放射導体２００との間の空隙ｄが１.３ｍｍ、正方形の
導体地板１００の一辺が５５ｍｍである図５に示した円
形平板型モノポールアンテナのＶＳＷＲ（Voltage Stan
ding Wave Ratio：電圧定在波比）特性の電磁界シミュ
レーション結果を示す。

【０００７】図６のＶＳＷＲ特性図から分かるように、
ほぼ３ＧＨｚから８ＧＨｚ以上の広範囲に渡って安定し
た特性を示しており、この広範囲な帯域で円形平板型モ
ノポールアンテナの使用が可能であることが確認でき
る。また、図５に示した円形平板型モノポールアンテナ
の放射指向性については、通常のモノポールアンテナと
同様に、水平面内無指向性となる。この円形平板型モノ
ポールアンテナは、ディスクモノポールアンテナとも呼
ばれている。

【０００８】図５に示した円形平板モノポールアンテナ
を低姿勢化したものに、図７に示す折り曲げ円形平板型
モノポールアンテナがある。図７において、図７Ａは、
この折り曲げ円形平板型モノポールアンテナのｘ−ｚ平
面側の側面図であり、図７Ｂは、この折り曲げ円形平板
型モノポールアンテナのｙ−ｚ平面側の側面図である。
また、図７Ｃは、この折り曲げ円形平板型モノポールア
ンテナの上面図である。

【０００９】図７から分かるように、折り曲げ円形平板
型モノポールアンテナは、円形平板の放射導体２００を
導体地板１００上に、空隙ｄを設けるようにして、ほぼ
垂直に配置し、その放射導体２００を半分に折り曲げる
ようにして形成したものである。これにより、図５に示
した円形平板モノポールアンテナよりも、放射導体の高
さを半分にしたアンテナが実現されている。なお、図７
において、符号１００ｆはグラウンド給電点、符号２０
０ｆは、信号給電点を示している。

【００１０】そして、この図７に示した折り曲げ円形平
板型モノポールアンテナのＶＳＷＲ特性は、依然として
通常のモノポールアンテナよりは広帯域であり、低姿勢
（低背位）な広帯域アンテナとして利用できるものであ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した円
形平板型モノポールアンテナ、折り曲げ円形平板型モノ
ポールアンテナは、ＵＷＢ技術を利用したＢｒｏａｄｂ
ａｎｄ−ＰＡＮシステムなどに利用可能な広帯域アンテ
ナ装置である。しかし、機器への実装を考えた場合に、
そのサイズがまだ大きい場合がある。

【００１２】このため、上述した従来の円形平板型モノ
ポールアンテナ、折り曲げ円形平板型モノポールアンテ
ナが持つ動作可能帯域を狭めることなく、さらに小型化
した広帯域アンテナ装置の提供が望まれている。

【００１３】以上のことにかんがみ、この発明は、放射
導体として平板状放射導体を用いた広帯域アンテナ装置
であって、より小型化が可能な広帯域アンテナ装置を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明の広帯域アンテナ装置は、平
面導体地板と、前記平面導体地板の面上に当該平面導体
地板と交差する方向に立てるように配置される平面放射
導体とを有する広帯域アンテナ装置であって、前記平面
放射導体は、前記平面導体地板の面上に立てられた状態
にあるときに、前記平面導体地板と交差する方向に並べ
て配置するようにされる複数の導体部分を有し、導電率
が概ね０.１以上１０.０以下となる低導電率部材によっ
て、前記複数の導体部分の間を接続して形成したもので
あることを特徴とする。

【００１５】この請求項１に記載の広帯域アンテナ装置
によれば、平面放射導体は複数の導体部分に分割するよ
うにされ、各導体部分間を導電率が概ね０.１以上１０.
０以下の低導率電部材によって接続することにより形成
される。この場合、平面放射導体の各導体部分は、平面
導体地板と交差する方向に並べて配置するようにされ
る。

【００１６】このように、平面放射導体を複数の導体部
分に分割するようにし、各導体部分間を低導電率部材に
よって接続した構成とすることにより、低域周波数にお
ける給電部（給電点）への反射を抑制し、良好な整合を
維持できるようにして動作可能帯域を広げることができ
るようにされる。これにより、同一周波数の使用を前提
とした場合に、さらに小型化した広帯域アンテナ装置を
実現することができるようにされる。

【００１７】また、請求項２に記載の発明は、平面導体
地板と、前記平面導体地板の面上に当該平面導体地板と
交差する方向に立てるように配置される平面放射導体と
を有する広帯域アンテナ装置であって、前記平面放射導
体は、前記平面導体地板の面上に立てられた状態にある
ときに、前記平面導体地板と交差する方向に並べて配置
するようにされる複数の導体部分を有し、前記複数の導
体部分の間を並列に設ける複数の抵抗によって多点接続
して形成したものであることを特徴とする。

【００１８】この請求項２に記載の広帯域アンテナ装置
によれば、平面放射導体は、複数の導体部分に分割する
ようにされ、各導体部分間を複数の抵抗素子を並列に並
べて多点接続することにより形成される。この場合、放
射導体の各導体部分は、平面導体地板と交差する方向に
並べて配置するようにされる。

【００１９】このように、平面放射導体を複数の導体部
分に分割するようにし、各導体部分間を複数の抵抗を並
列に用いて接続した構成とすることにより、低域周波数
における給電部（給電点）への反射を抑制し、良好な整
合を維持できるようにして動作可能帯域を広げることが
できるようにされる。これにより、同一周波数の使用を
前提とした場合に、さらに小型化した広帯域アンテナ装
置を実現することができるようにされる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、この発
明による広帯域アンテナ装置の一実施の形態について説
明する。放射導体の形状を円形平板状にする場合を例に
して説明する。

【００２１】［第１の実施の形態］（請求項１、図１、
図３）まず、この発明による広帯域アンテナ装置の第１の実施
の形態について説明する。図１は、この第１の実施の形
態の広帯域アンテナ装置の構成を説明するための図であ
る。図１において、図１Ａは、この第１の実施の形態の
広帯域アンテナ装置の側面図であり、図１Ｂは、この第
１の実施の形態の広帯域アンテナ装置の上面図である。

【００２２】図１Ａに示すように、この第１の実施の形
態の広帯域アンテナ装置は、平板状の導体地板１に対し
て、所定の空隙ｄを空けるようにして、直径ｈの円形平
板状の放射導体２を垂直に立てるように配置して構成し
たものである。図１Ａにおいて、符号１ｆはグラウンド
給電点、符号２ｆは信号給電点を示している。また、こ
の第１の実施の形態において、導体地板１は、図１Ｂに
示すように、１辺が長さｗｇである正方形の平板であ
る。

【００２３】そして、この第１の実施の形態の広帯域ア
ンテナ装置の放射導体２は、単なる円形平板の放射導体
ではなく、円形平板をほぼ半分に分割するようにして、
半円放射導体２ａ、２ｂを形成し、これら半円放射導体
２ａ、２ｂをそれぞれの弦側に低導電率部材３を介在さ
せて接続して円形平板状に形成したものである。

【００２４】そして、この放射導体２は、導体地板１上
に立てるように配置した場合に、半円放射導体２ａ、２
ｂが、導体地板１と交差する方向、図１の例の場合に
は、ｚ軸方向に、並ぶように配置され、半円放射導体２
ａ、２ｂの弦とｚ軸とが交差するように配置される。

【００２５】この実施の形態において、低導電率部材３
は、導電率σが、概ね０.１［／Ωｍ］以上１０.０［／
Ωｍ］以下となる誘電体や磁性体である、低導電率部材
３は、図１Ａに示したように、半円放射導体２ａと半円
放射導体２ｂとの間にほぼ隙間なく介在させるようにし
ている。この様に構成することで、低域周波数における
給電部（給電点）への反射波を抑制し、良好な整合を維
持することができるようになる。

【００２６】図３に、図１に示したこの第１の実施の形
態の広帯域アンテナ装置であって、放射導体２の直径ｈ
＝２５ｍｍ、空隙ｄ＝１.３ｍｍ、導体地板１の一辺の
長さｗｇ＝５５、低導電率部材３の導電率σ＝２とした
場合のＶＳＷＲ特性の電磁界シミュレーション結果を示
す。

【００２７】この第１の実施の形態の広帯域アンテナ装
置の図３に示したＶＳＷＲ特性と、この第１の実施の形
態の広帯域アンテナ装置と同じサイズの従来の円形平板
型アンテナの図６に示したＶＳＷＲ特性とを比較すると
明らかなように、従来の円形平板型アンテナの低域限界
周波数（ここでは、ＶＳＷＲが２以下となる最小周波数
として規定している）が２.７８ＧＨｚであるのに対
し、この第１の実施の形態の広帯域アンテナ装置の低域
限界周波数は２.５６ＧＨｚとなっており、動作可能帯
域が広がっていることが分かる。

【００２８】したがって、同一周波数での使用を前提と
すれば、この第１の実施の形態の広帯域アンテナ装置の
放射導体２の面積は、図５に示した従来の円形平板型ア
ンテナの放射導体２０の約８５％に縮小することができ
る。つまり、従来の円形平板型モノポールアンテナより
も、さらに小型化した広帯域アンテナ装置を実現するこ
とができる。

【００２９】なお、上述したように、この第１の実施の
形態においては、円形平板を概ね半分割とし、半円放射
導体２ａ、２ｂとしているが、基本的に他の比率で分割
しても良い。また、分割個数についても、２分割に限ら
ず、それ以上であっても良い。さらに、低導電率部材３
の導電率についても、２［／σｍ］に限るものではな
く、概ね０.１〜１０.０の範囲内であれば、この発明の
効果を享受できる。

【００３０】［第２の実施の形態］（請求項２、３、図
２、図４）次に、この発明による広帯域アンテナ装置の第２の実施
の形態について説明する。図２は、この第２の実施の形
態の広帯域アンテナ装置の構成を説明するための図であ
る。図２において、図２Ａは、この第２の実施の形態の
広帯域アンテナ装置の側面図であり、図２Ｂは、この第
２の実施の形態の広帯域アンテナ装置の上面図である。

【００３１】図２Ａに示すように、この第２の実施の形
態の広帯域アンテナ装置もまた、その基本的な構成は、
前述した第１の実施の形態の広帯域アンテナ装置の場合
と同様に、平板の導体地板１１に対して、所定の空隙ｄ
を空けるようにして、直径ｈの円形平板状の放射導体１
２を垂直に立てるように配置して構成したものである。

【００３２】図２Ａにおいて、符号１１ｆはグラウンド
給電点、符号１２ｆは信号給電点を示している。また、
この第２の実施の形態において、導体地板１１は、図２
Ｂに示すように、１辺が長さｗｇである正方形の平板で
ある。

【００３３】そして、この第２の実施の形態の広帯域ア
ンテナ装置の放射導体１２もまた、単なる円形平板の放
射導体ではなく、図２Ａに示すように、円形平板をｚ軸
方向に３対１の割合で２分割することにより、部分円状
放射導体１２ａ、１２ｂを形成し、これら部分円状放射
導体１２ａ、１２ｂのそれぞれを、その弦側に抵抗１３
ａ、１３ｂ、１３ｃを並列的に配置して多点接続するこ
とにより、ほぼ円形平板状に形成したものである。

【００３４】この第２の実施の形態においても、放射導
体１２は、導体地板１上に立てるように配置した場合
に、部分円状放射導体１２ａ、１２ｂが、導体地板１と
交差する方向に、図２の例の場合には、ｚ軸方向に、並
ぶように配置され、部分円状放射導体１２ａ、１２ｂの
弦とｚ軸とが交差するように配置される。

【００３５】このように、分割した部分円状放射導体同
士を複数の抵抗を用いて多点接続することによって、前
述した第１の実施の形態の広帯域アンテナ装置の場合と
同様に、低域周波数における給電部（給電点）への反射
波を抑制し、良好な整合を維持することができる。

【００３６】図４に、図２に示したこの第２の実施の形
態の広帯域アンテナ装置であって、放射導体２の直径ｈ
＝２５ｍｍ、空隙ｄ＝１.３ｍｍ、導体地板１の一辺の
長さｗｇ＝５５、中心部の抵抗１３ｂの抵抗値＝５０
Ω、端部の抵抗１３ａ、１３ｃの抵抗値＝１００Ωとし
た場合のＶＳＷＲ特性の電磁界シミュレーション結果を
示す。このように、中心部の抵抗の抵抗値を端部の抵抗
の抵抗値より小さく設定した方が、本発明の効果が顕著
となる。

【００３７】この第２の実施の形態の広帯域アンテナ装
置の図４に示したＶＳＷＲ特性と、この第２の実施の形
態の広帯域アンテナ装置と同じサイズの従来の円形平板
型アンテナの図６に示したＶＳＷＲ特性とを比較すると
明らかなように、ＶＳＷＲが２以下となる低域限界周波
数は、図５に示した従来の円形平板型モノポールアンテ
ナの２.７８ＧＨｚに比べて、この第２の実施の形態の
広帯域アンテナ装置の場合には、２.３２ＧＨｚまでに
低減している。

【００３８】したがって、同一周波数での使用を前提と
すれば、この第２の実施の形態の広帯域アンテナ装置の
放射導体１２の面積は、図５に示した従来の円形平板型
アンテナの放射導体２０の約７０％に縮小することがで
きる。つまり、従来の円形平板型モノポールアンテナよ
りも、さらに小型化した広帯域アンテナ装置を実現する
ことができる。

【００３９】なお、この第２の実施の形態においては、
図２Ａに示したように、放射導体１２を導体地板１１と
直交する方向（ｚ軸方向）に概ね３：１の比率にて分割
しているが、基本的に他の比率で分割しても良い。ま
た、分割個数についても、２分割に限らず、それ以上で
あっても良い。

【００４０】さらに、並列的に用いる抵抗の数も３つに
限るものではなく、２つ以上の適宜の数とすることがで
きる。また、抵抗値についても、上述した例の値に限る
ものではなく、例えば１０Ω〜１０００Ωの範囲で適宜
な値としても、この発明の効果を享受できる。また、並
列的に用いる複数の抵抗の抵抗値を全て同じにするよう
にしてもよい。

【００４１】なお、上述した第１、第２の実施の形態に
おいては、放射導体はいずれも円形平板状のものを用い
る場合を例にして説明した。しかし、放射導体の形状
は、円形平板状に限るものではない。放射導体の形状
は、例えば、円形平板に代えて矩形平板としても、この
発明の効果は得られる。つまり、放射導体の形状はどの
ような形状であってもよい。

【００４２】また、放射導体を折り曲げた構造にも、こ
の発明を適用することができる。この場合、低導電率部
材３、あるいは、並列的に用いる抵抗を設けるようにす
る位置は、特に限定するものではなく、どのような位置
に設けるようにしてもよい。

【００４３】また、放射導体２、１２は、導体地板１、
１１に対して垂直に立てるようにしたが、これに限るも
のではなく、導体地板と放射導体とが任意の角度を有す
るように、つまり導体地板と交差する任意の方向に放射
導体を立てるように配置するようにしてもよい。

【００４４】また、放射導体を導体地板と平行な方向で
分割するようにしたが、これに限るものではない。導体
地板と直交する方向と交差する任意の方向で分割するよ
うにしてもよいし、切断部分の形状が直線ではなく、曲
線や山型などの種々の形状となるように分割するように
してもよい。

【００４５】また、前述の実施の形態においては、円形
平板の放射導体を複数の部分に分割し、各分割部分を低
導電率部材で接続して所定の形状の放射導体を形成する
ものとして説明した。しかし、換言すれば、所定の形状
で所定の大きさの複数の部分放射導体を個々に形成し、
これを低導電率部材で接続して、所定の形状の放射導体
を形成するようにしてももちろんよい。

【００４６】また、平板放射導体を用いるモノポールア
ンテナとダイポールアンテナの双方に、この発明による
広帯域アンテナ装置を適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、平板放射導体を用
いた広帯域アンテナ装置の平板放射導体の面積を縮小す
ることができる。しいては、ＵＷＢ技術を利用したＢｒ
ｏａｄｂａｎｄ−ＰＡＮの実用化に際し、機器の小型化
を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による広帯域アンテナ装置の第１の実
施の形態の広帯域アンテナ装置を説明するための図であ
る。

【図２】この発明による広帯域アンテナ装置の第２の実
施の形態の広帯域アンテナ装置を説明するための図であ
る。

【図３】第１の実施の形態の広帯域アンテナ装置のＶＳ
ＷＲ特性のシミュレーション結果を示す図である。

【図４】図２の実施の形態の広帯域アンテナ装置のＶＳ
ＷＲ特性のシミュレーション結果を示す図である。

【図５】従来の広帯域アンテナ装置の一例の円形平板型
モノポールアンテナを説明するための図である。

【図６】図５に示した円形平板型モノポールアンテナの
ＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果を示す図である。

【図７】従来の広帯域アンテナ装置の一例である折り曲
げ円形平板モノポールアンテナを説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…導体地板、２…放射導体、２ａ、２ｂ…半円放射導
体、３…低導電率部材、１ｆ…グラウンド給電点、２ｆ
…信号給電点、１１…導体地板、１２…放射導体、１２
ａ、１２ｂ…部分円状放射導体、１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ…抵抗、１１ｆ…グラウンド給電点、１２ｆ…信号給
電点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面導体地板と、前記平面導体地板の面上
に当該平面導体地板と交差する方向に立てるように配置
される平面放射導体とを有する広帯域アンテナ装置であ
って、前記平面放射導体は、前記平面導体地板の面上に立てら
れた状態にあるときに、前記平面導体地板と交差する方
向に並べて配置するようにされる複数の導体部分を有
し、導電率が概ね０.１以上１０.０以下となる低導電率
部材によって、前記複数の導体部分の間を接続して形成
したものであることを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項２】平面導体地板と、前記平面導体地板の面上
に当該平面導体地板と交差する方向に立てるように配置
される平面放射導体とを有する広帯域アンテナ装置であ
って、前記平面放射導体は、前記平面導体地板の面上に立てら
れた状態にあるときに、前記平面導体地板と交差する方
向に並べて配置するようにされる複数の導体部分を有
し、前記複数の導体部分の間を並列に設ける複数の抵抗
によって多点接続して形成したものであることを特徴と
する広帯域アンテナ装置。
【請求項３】請求項２に記載の広帯域アンテナ装置であ
って、前記導体部分間に並列に設けられる複数の抵抗の抵抗値
は、前記平面放射導体の外側から内側に向かって小さく
することを特徴とする広帯域アンテナ装置。