JP2004328694A - アンテナ及び無線通信カード - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化が可能であり且つより広帯域化が可能な新規な形状のアンテナを提供する。
【解決手段】給電位置１ａにおいて給電されるアンテナ用エレメント１と、アンテナ用エレメント１と併置され、アンテナ用エレメント１の給電位置１ａに対して先細り形状（２ａ及び２ｂ）が形成されたグランドパターン２とを含む。このようにグランドパターン２に先細り形状を設けることにより、アンテナ用エレメント１との結合度合いを適切に調整することができ、広帯域化が可能となる。また、アンテナ用エレメント１とグランドパターン２が併置されるので、小型化も可能となる。なお、誘電体基板７にアンテナ用エレメント１が一体形成されれば、さらに小型化される。さらに、切欠部５が設けられているので、低周波域の特性が向上する。
【選択図】 図１
【解決手段】給電位置１ａにおいて給電されるアンテナ用エレメント１と、アンテナ用エレメント１と併置され、アンテナ用エレメント１の給電位置１ａに対して先細り形状（２ａ及び２ｂ）が形成されたグランドパターン２とを含む。このようにグランドパターン２に先細り形状を設けることにより、アンテナ用エレメント１との結合度合いを適切に調整することができ、広帯域化が可能となる。また、アンテナ用エレメント１とグランドパターン２が併置されるので、小型化も可能となる。なお、誘電体基板７にアンテナ用エレメント１が一体形成されれば、さらに小型化される。さらに、切欠部５が設けられているので、低周波域の特性が向上する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域アンテナ及び広帯域アンテナを用いた無線通信カードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開昭５７−１４２００３号公報には以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、図１６（ａ−１）及び（ａ−２）に示すように、円盤状の形状を有する平板である輻射素子１００１がアース板又は大地１００２に対して垂直に立設されたモノポールアンテナが開示されている。このモノポールアンテナにおいては、高周波電源１００４と輻射素子１００１とは給電線１００３で接続されており、輻射素子１００１の頂部が１／４波長の高さになるように構成されている。また、図１６（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示すように、上部周縁が所定の放物線に沿った形状を有する平板である輻射素子１００５がアース板又は大地１００２に対して垂直に立設されたモノポールアンテナも開示されている。さらに、図１６（ｃ）に示すように、図１６（ａ−１）及び（ａ−２）に示したモノポールアンテナの輻射素子１００１を２つ対称配置して構成されるダイポールアンテナも開示されている。また、図１６（ｄ）に示すように、図１６（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示したモノポールアンテナの輻射素子１００５を２つ対称配置して構成されるダイポールアンテナも開示されている。
【０００３】
また例えば特開昭５５−４１０９号公報には以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、図１６（ｅ）に示すように、シート状に形成された楕円形のアンテナ１００６が、反射面１００７に対して、その長軸が平行に位置するように垂直に立設されており、給電は同軸給電線１００８を通じて行われる。また、ダイポール式に構成した場合の例を図１６（ｆ）に示す。ダイポール式の場合には、シート状楕円形アンテナ１００６ａを、同一平面上に、且つそれらの短軸が同一直線上に位置するよう配置し、平衡給電線１００９を接続するために両者に若干の間隔が設けられている。
【０００４】
さらに「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会（以下非特許文献１と呼ぶ）には、図１６（ｇ）に示すようなモノポールアンテナが開示されている。図１６（ｇ）では、半円状のエレメント１０１０を、地板１０１１に対して垂直に立設し、エレメント１０１０の円弧において地板１０１１に最も近い点を給電部１０１２としている。非特許文献１には、円の半径がほぼ１／４波長となる周波数ｆＬが下限となることが示されている。また、非特許文献１には、図１６（ｈ）に示すように、図１６（ｇ）に示したエレメント１０１０に切り欠きを設けたエレメント１０１３を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も説明されている。この非特許文献１では図１６（ｇ）のモノポールアンテナと図１６（ｈ）のモノポールアンテナとはＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）特性はほとんど変わらないとしている。さらに非特許文献１では図１６（ｉ）に示すように、図１６（ｈ）のように切り欠きを設けたエレメントに、ｆＬ以下で共振するエレメント１０１４ａをメアンダモノポール構造として接続したエレメント１０１４を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も示されている。なおエレメント１０１４ａは、切り欠き部分に収まるように設置されている。エレメント１０１４ａのためｆＬより低い周波数で共振しているが、ＶＳＷＲ特性は悪い。なお、非特許文献１に関係して、「Ｂ−１３１ 円板モノポールアンテナの整合改善」本田聡、伊藤猷顯、関一、神保良夫，２−１３１，１９９２年電子情報通信学会春季大会（以下非特許文献２）、「広帯域円板モノポールアンテナについて」本田聡，伊藤猷顯，神保良夫，関一，テレビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５９， ｐｐ．２５−３０， １９９１．１０．２４（以下非特許文献３）にも円板モノポールアンテナについての記述がある。
【０００５】
以上説明したアンテナは、グランド面に対して様々な形状の平板導体を垂直に立設したモノポールアンテナ及び同一形状を有する平板導体を２つ用いる対称型ダイポールアンテナである。
【０００６】
また米国特許第６３５１２４６号公報（以下特許文献３と呼ぶ）には、図１７に示すような特殊な対称型ダイポールアンテナが示されている。すなわち、導体であるバランス・エレメント１１０１及び１１０２の間にグランド・エレメント１１０３が設けられ、バランス・エレメント１１０１及び１１０２の最下部の端子１１０４及び１１０５は、同軸ケーブル１１０６及び１１０７に接続されている。バランス・エレメント１１０１には、同軸ケーブル１１０６及び端子１１０４を介して、ネガティブ・ステップ電圧が供給される。一方、バランス・エレメント１１０２には、同軸ケーブル１１０７及び端子１１０５を介して、ポジティブ・ステップ電圧が供給される。このアンテナ１１００において、グランド・エレメント１１０３とバランス・エレメント１１０１又は１１０２の距離は、端子１１０４又は１１０５から外側方向に漸増するようになっているが、バランス・エレメント１１０１及び１１０２には上記のような異なる信号を入力しなければならず、且つ所望の特性を得るためには必ずバランス・エレメント１１０１及び１１０２並びにグランド・エレメント１１０３の３つのエレメントを用いなければならない。
【０００７】
また、特開平８−２１３８２０号公報（以下、特許文献４）に開示されている自動車電話用ガラスアンテナ装置を図１８に示す。図１８では、窓ガラス１０３２上に、扇形状の放射用パターン１０３３と矩形状の接地用パターン１０３４とが形成され、給電点Ａは同軸ケーブル１０３５の芯線１０３５ａに接続され、接地点Ｂは同軸ケーブル１０３５の外側導体１０３５ｂに接続される。この特許文献４では、放射用パターン１０３３の形状は、二等辺三角形でも多角形でもよいとされている。
【０００８】
さらに、米国特許公開公報２００２−１２２０１０Ａ１（以下特許文献５と呼ぶ）には、図１９に示すように、グランド・エレメント１０２１内部に、テーパー付きの空領域１０２３と、給電点１０２５に伝送線１０２４が接続された駆動エレメント１０２２とが設けられたアンテナ１０２０が開示されている。なお、駆動エレメント１０２２において給電点１０２５の反対側でグランド・エレメント１０２１と駆動エレメント１０２２の間隔が最大となり、給電点１０２５付近でその間隔は最小となっている。駆動エレメント１０２２の給電点１０２５の反対側には窪みが設けられているが、窪み自体がグランド・エレメント１０２１と対向しており、駆動エレメント１０２２とグランド・エレメント１０２１との間隔を調整する一つの手段となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５７−１４２００３号
【特許文献２】
特開昭５５−４１０９号
【特許文献３】
米国特許第６３５１２４６号
【特許文献４】
特開平８−２１３８２０号
【特許文献５】
米国特許公開公報２００２−１２２０１０Ａ１
【非特許文献１】
「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会
【非特許文献２】
「Ｂ−１３１ 円板モノポールアンテナの整合改善」本田聡、伊藤猷顯、関一、神保良夫，２−１３１，１９９２年電子情報通信学会春季大会
【非特許文献３】
「広帯域円板モノポールアンテナについて」本田聡，伊藤猷顯，神保良夫，関一，テレビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５９， ｐｐ．２５−３０， １９９１．１０．２４
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来から様々なアンテナが存在しているが、従来の垂直設置型モノポールアンテナではサイズが大きくなってしまい、放射導体とグランド面との距離を制御するのが困難であり、アンテナ特性の制御が難しくなるという問題がある。また、従来の対称型ダイポールアンテナも放射導体同士の距離は放射導体の形が同じであるため制御するのが困難であるためアンテナ特性の制御が難しくなるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献３の特殊な対称型ダイポールアンテナでは、多くのエレメントを用意し、エレメントに供給する信号についても２種類用意しなければならないと言う実装上の問題がある。また、グランド・エレメント１１０３はバランス・エレメント１１０１及び１１０２に対向しているが、バランス・エレメント１１０１及び１１０２に対向している辺は直線である。
【００１２】
また、特許文献４の自動車電話用ガラスアンテナ装置では、接地用パターン１０３４の外形を加工することについては示唆も記載もされていない。
【００１３】
また、特許文献５記載のアンテナは、小型化を指向しているが、グランド・エレメントの内側に駆動エレメントを設ける構造ではグランド・エレメントの分だけ小型化できない。また、グランド・エレメントの形状は駆動エレメントに対して先細り形状を有してはいない。
【００１４】
以上のような問題に鑑み、本発明の目的は、小型化が可能であり且つより広帯域化が可能な新規な形状のアンテナ及び当該アンテナを用いた無線通信カードを提供することである。
【００１５】
また本発明の他の目的は、小型化が可能であり且つアンテナ特性を制御し易くする新規な形状のアンテナ及び当該アンテナを用いた無線通信カードを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係るアンテナは、給電される面状のアンテナ用エレメントと、アンテナ用エレメントと併置されたグランドパターンとを具備し、グランドパターンを切り欠くことにより、アンテナ用エレメントとグランドパターンとの距離が連続的に変化する連続変化部が設けられたものである。
【００１７】
このように連続変化部を設けることにより、アンテナ用エレメントとの結合度合いを適切に調整することができ、広帯域化が可能となる。また、アンテナ用エレメントとグランドパターンが併置されるので、小型化も可能となる。
【００１８】
本発明の第２の態様に係るアンテナは、給電位置において給電されるアンテナ用エレメントと、アンテナ用エレメントと併置され、アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されたグランドパターンとを含む。
【００１９】
このようにグランドパターンに先細り形状を設けることにより、アンテナ用エレメントとの結合度合いを適切に調整することができ、広帯域化が可能となる。
【００２０】
また、上記先細り形状が、線分で構成される縁部と上に凸の曲線で構成される縁部と下に凸の曲線で構成される縁部とのうち少なくともいずれかにより構成されるようにしてもよい。アンテナ用エレメントの形状や所望の特性に応じて先細り形状を構成するためである。
【００２１】
さらに、上記先細り形状が、アンテナ用エレメントの給電位置を通る直線に対して左右対称であるような構成でもよい。さらに、上記先細り形状の先端に、アンテナ用エレメントの給電位置に給電を行うための部分を収容するための窪みを設けるようにしてもよい。
【００２２】
また、上記アンテナ用エレメントが誘電体基板上又は内部に形成され、グランドパターンが樹脂基板上又は内部に形成され、誘電体基板が樹脂基板上に載置されるようにしてもよい。アンテナ用エレメントを誘電体基板上又は内部に形成すると、アンテナの大きさをさらに小型化することができる。なお、アンテナ用エレメントを誘電体基板上又は内部に形成すると、グランドパターンとの結合が強くなるが、先細り形状を採用することによりグランドパターンとの結合度合いを調整することができ、広帯域化が実現できるようになる。
【００２３】
さらに、上記アンテナ用エレメントが、給電位置から最も遠い縁部分からグランドパターン側に切欠きが設けられているような構成であってもよい。アンテナ用エレメントを小型化する場合でも切欠きを設けることにより、アンテナ用エレメント上の電流路の長さを十分に確保して低周波側の帯域を伸ばすものである。
【００２４】
また、上記アンテナ用エレメントが、グランドパターンに対向する辺を底辺とし、当該底辺に対して垂直又は実質的に垂直に側辺が設けられ、上辺に切欠きが設けられた形状を有するようにしてもよい。アンテナ用エレメントについては低周波域の特性を確保するため小型化に限界があるが、上で述べた構成のアンテナ用エレメントを用いれば小型化且つ広帯域化が可能となる。なお、その際グランドパターンの先細り形状により、インピーダンス特性を全体的に向上させることができる。
【００２５】
さらに、上記樹脂基板の上端部には、アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板を載置するようにしてもよい。
【００２６】
また、上記樹脂基板の上端部には、アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板を載置し、グランドパターンを誘電体基板の左側及び右側のうち少なくともいずれかに伸びた領域を有するように形成してもよい。このような領域をグランドパターンに設けることにより低周波側の帯域を伸ばすことができるようになる。
【００２７】
さらに、上記樹脂基板の右上端部と左上端部のうち少なくともいずれかには、アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板を載置し、グランドパターンが誘電体基板が載置されるサイドとは反対サイドに伸びた領域を有するように形成してもよい。
【００２８】
本発明の第３の態様に係るアンテナは、アンテナ用エレメントが一体として形成された誘電体基板と、誘電体基板が設置され且つ当該誘電体基板と併置されるグランドパターンが形成された基板とを具備し、グランドパターンには、アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されており、アンテナ用エレメントには、給電位置から最も遠い縁部分から、併置される前記グランドパターン側に切欠きが設けられるものである。
【００２９】
また、誘電体基板が、基板の上端部に設置され、グランドパターンには、誘電体基板の左又は右のうち少なくともいずれかに伸びた領域が設けられるようにしてもよい。さらに、２つの誘電体基板が、基板の右上端部と左上端部に１／４波長離して配置され、グランドパターンには、２つの誘電体基板を分離するための領域が設けられるようにしてもよい。
【００３０】
本発明の第４の態様に係るアンテナは、アンテナ用エレメントが一体として形成された誘電体基板と、誘電体基板が設置され且つ当該誘電体基板と併置されるグランドパターンが形成された基板とを具備し、グランドパターンには、アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されており、アンテナ用エレメントには、給電位置から最も遠い縁部分から、併置されるグランドパターン側に切欠きが設けられるものである。
【００３１】
なお、グランドパターンとアンテナ用エレメント又は誘電体基板とは、非対向状態であり、互いの面が平行又は実質的に平行である、とも言える。また、グランドパターンとアンテナ用エレメント又は誘電体基板とは、完全には重なることなく、互いの面が平行又は実質的に平行であるとも言える。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を図１（ａ）及び（ｂ）に示す。第１の実施の形態に係るアンテナは、切欠部５を有する導体の平面エレメント１を内部に含み且つ誘電率約２０の誘電体基板７と、誘電体基板７にＬ１（＝１．０ｍｍ）の間隔をおいて併置され且つ誘電体基板７の給電点１ａに対して先細り形状が形成されたグランドパターン２と、例えばプリント基板（より具体的には例えば、ＦＲ−４、テフロン（登録商標）などを素材とする樹脂基板）である基板６と、平面エレメント１の給電点１ａに接続される高周波電源３とにより構成される。誘電体基板７のサイズは、およそ８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍとなっている。また、給電点１ａを通る直線４に対して平面エレメント１の底辺１ｂは垂直になっており、辺１ｃは直線４に平行になっている。平面エレメント１の底辺１ｂの角は隅切されており、辺１ｆが設けられ、底辺１ｂはこの辺１ｆを介して辺１ｃに接続している。また、平面エレメント１の天頂部１ｄには矩形の切欠部５が設けられている。切欠部５は、天頂部１ｄからグランドパターン２側に矩形に窪ませることにより形成されている。給電点１ａは底辺１ｂの中点に設けられている。
【００３３】
また、給電点１ａを通る直線４に対して平面エレメント１とグランドパターン２とは左右対称となっている。従って、切欠部５も左右対称となっている。また、平面エレメント１の底辺１ｂ上の点から直線４に平行にグランドパターン２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線４に対して左右対称となっている。
【００３４】
図１（ｂ）は側面図であり、基板６の上にグランドパターン２と、誘電体基板７とが設けられている。基板６とグランドパターン２が一体形成される場合もある。なお、本実施の形態では、誘電体基板７の内部に平面エレメント１が形成されている。すなわち、誘電体基板７は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の平面エレメント１も形成される。従って、実際は上から見ても図１（ａ）のようには見えない。誘電体基板７内部に平面エレメント１を構成すれば、露出させた場合に比して誘電体の効果が若干強くなるため小型化でき、さびなどに対する信頼性も増す。但し、誘電体基板７表面に平面エレメント１を形成するようにしてもよい。また、誘電率も変更することができ、単層、多層のいずれであってもよい。単層ならば基板６上に平面エレメント１を形成することになる。なお、本実施の形態において、誘電体基板７はグランドパターン２と平行又は実質的に平行に配置されている。この配置により、誘電体基板７の一層に含まれる平面エレメント１もグランドパターン２と平行又は実質的に平行になる。
【００３５】
このように平面エレメント１を誘電体基板７で覆うような形で形成すると、誘電体により平面エレメント１周辺の電磁界の様子が変化する。具体的には、誘電体の中の電界密度が増す効果と波長短縮効果が得られるため、平面エレメント１を小型化することができるようになる。また、これらの効果により電流路の打ち上げ角度が変化し、アンテナのインピーダンス等価回路における誘導成分Ｌ及び容量成分Ｃが変化する。即ち、インピーダンス特性に大きな影響が出てくる。このインピーダンス特性への影響を踏まえた上で所望の帯域で所望のインピーダンス特性を得るように平面エレメント１の形状及びグランドパターン２の形状の最適化を行う。
【００３６】
本実施の形態において、グランドパターン２の上縁部２ａ及び２ｂは、グランドパターン２の幅が２０ｍｍのところ、側端部において長さＬ２（＝２乃至３ｍｍ）だけ直線４との交点より下に下がっている。すなわち、グランドパターン２は平面エレメント１に対して上縁部２ａ及び２ｂからなる先細り形状を有している。平面エレメント１の底辺１ｂは直線４に対して垂直になっているので、平面エレメント１の底辺１ｂとグランドパターン２との距離は、側端部に向けて連続的且つ線形に増加する。すなわち、本実施の形態に係るアンテナには、平面エレメント１とグランドパターン２との距離が連続的に変化する連続変化部が設けられている。このような連続変化部を設けることにより、平面エレメント１とグランドパターン２との結合度合いを調整している。この結合度合いを調整することにより、特に高周波側の帯域を延ばす効果がある。
【００３７】
本実施の形態に係る平面エレメント１の形状は、より小型化を図ると共に、図２に示すように所望の周波数帯域（特に低周波域）を得るための電流路８を確保するため、矩形の切欠部５を有する形状となっている。この切欠部５の形状によってアンテナ特性を調整することができる。
【００３８】
なお、平面エレメント１は、従来技術と同様にモノポールアンテナの放射導体であるとも考えられる。一方で、本実施の形態におけるアンテナは、グランドパターン２も放射に寄与している部分もあるので、ダイポールアンテナであるとも言える。但し、ダイポールアンテナは通常同一形状を有する２つの放射導体を用いるため、本実施の形態におけるアンテナは、非対称型ダイポールアンテナとも呼べる。さらに、本実施の形態におけるアンテナは、進行波アンテナとも言える。このような考え方は以下で述べる全ての実施の形態に適用可能である。
【００３９】
［実施の形態２］
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナは、図３に示すように、平面エレメント１１を内部に含み且つ誘電率約２０の誘電体基板１７と、誘電体基板１７と併置され且つその上端部１２ａ及び１２ｂが上に凸の曲線であるグランドパターン１２と、例えばプリント基板である基板１６と、平面エレメント１１の給電点１１ａに接続される高周波電源１３とにより構成される。誘電体基板１７のサイズは、およそ８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍとなっている。また、給電点１１ａを通る直線１４に対して平面エレメント１１の底辺１１ｂは垂直になっており、当該底辺１１ｂに接続される辺１１ｃは直線１４に平行になっている。また、平面エレメント１１の天頂部１１ｄには切欠部１５が設けられている。切欠部１５は、天頂部１１ｄからグランドパターン１２側へ矩形に窪ませることにより形成されている。給電点１１ａは底辺１１ｂの中点に設けられている。なお、第１の実施の形態に係る誘電体基板７の平面エレメント１と本実施の形態に係る誘電体基板１７の平面エレメント１１との差は、底辺の隅切りの有無である。
【００４０】
平面エレメント１１とグランドパターン１２とは、給電点１１ａを通る直線１４に対して、左右対称となっている。また、平面エレメント１１の底辺１１ｂ上の点から直線１４に平行にグランドパターン１２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線１４に対して左右対称となっている。
【００４１】
グランドパターン１２の上縁部１２ａ及び１２ｂが上に凸の曲線（例えば円弧）となっているため、グランドパターン１２の側端部に向かって、平面エレメント１１とグランドパターン１２との距離は漸増してゆく。逆に言えば、鋭角ではないがグランドパターン１２には平面エレメント１１の給電点１１ａに対して先細り形状が形成されている。側面の構成については図１（ｂ）と同様である。
【００４２】
グランドパターン１２の上縁部１２ａ及び１２ｂの曲線についてはその曲率を調整することにより、所望の周波数帯において所望のインピーダンス特性を得るようにすることができる。
【００４３】
［実施の形態３］
本発明の第３の実施の形態に係るアンテナは、図４に示すように、第２の実施の形態と同じ形状の平面エレメント１１を含む誘電体基板１７と、当該誘電体基板１７に併置され且つその上縁部２２ａ及び２２ｂがそれぞれ下向きの飽和曲線となっているグランドパターン２２と、誘電体基板１７及びグランドパターン２２が設置される例えばプリント基板である基板２６と、平面エレメント１１の給電点１１ａと接続される高周波電源２３とから構成される。
【００４４】
平面エレメント１１とグランドパターン２２とは、給電点１１ａを通る直線２４に対して、左右対称となっている。また、平面エレメント１１の底辺１１ｂ上の点から直線２４に平行にグランドパターン２２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線２４に対して左右対称となっている。
【００４５】
グランドパターン２２の上縁部２２ａ及び２２ｂが、それぞれ直線２４との交点を起点とする下向きの飽和曲線、すなわち下に凸の曲線となっているため、平面エレメント１１とグランドパターン２２との距離は次第に所定の値に漸近するようになる。見方を変えれば、グランドパターン２２には、誘電体基板１７に対して先細り形状が形成されている。
【００４６】
グランドパターン２２の上縁部２２ａ及び２２ｂの曲線についてはその曲率を調整することにより、所望の周波数帯域において所定のインピーダンス特性を得るようにすることができる。
【００４７】
［実施の形態４］
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナのように、給電点１１ａを通る直線１４に対して左右対称にグランドパターン１２を形成できる場合は良いが、誘電体基板１７の実装位置が例えば基板１６の隅になってしまうと、グランドパターン１２を左右対称に形成できない場合もある。ここでは、このようにグランドパターンが左右対称にできない場合の最適化例を示す。図５（ａ）に示すように、誘電体基板１７を基板３６の左隅に配置しなければならない場合、グランドパターン３８は、誘電体基板１７の中心線３９から左部分の辺３８ａについては水平に、右部分の辺３８ｂについては傾斜を付けて、さらに辺３８ａからＬ３（＝３ｍｍ）下がった位置から右側の辺３８ｃについては水平になるような形状を有している。但し、グランドパターン３８には、誘電体基板１７に対しては先細り形状が形成されている。なお、グランドパターン３８の横幅Ｌ５は２０ｍｍで、右端の辺の長さＬ４は３５ｍｍである。また、誘電体基板１７のサイズは第２の実施の形態と同じで、８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍである。
【００４８】
このようなグランドパターン３８を形成することにより左右対称の構成とほぼ同様のインピーダンス特性を得ることができるようになった。
【００４９】
なお、比較の対象となるアンテナ構成を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の例では、誘電体基板１７は同じであり、グランドパターン３２の側端部の長さが３５ｍｍ（＝Ｌ４）で、横幅が２０ｍｍ（＝Ｌ５）となっている。また、グランドパターン３２の上縁部は最も高い部分から側端部までの高さが３ｍｍ（＝Ｌ３）になるように２本の線分で構成されており、先細り形状が形成されている。
【００５０】
図５（ａ）のアンテナのインピーダンス特性を図６に示す。図６のグラフは、縦軸がＶＳＷＲを、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示している。例えばＶＳＷＲが２．５以下となる周波数帯域は、およそ３ＧＨｚから７．８ＧＨｚとなり、広帯域化が実現されている。一方、図５（ｂ）のアンテナのインピーダンス特性を図７に示す。図７のグラフも、縦軸がＶＳＷＲを、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示している。例えばＶＳＷＲが２．５以下となる周波数帯域は、およそ３．１ＧＨｚから７．８ＧＨｚとなり、図６と図７ではほぼ同様のインピーダンス特性を得ることができるようになっている。
【００５１】
［実施の形態５］
本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの構成を図８に示す。本実施の形態では、矩形の導体平板であり且つ切欠部４５が設けられている平面エレメント４１を誘電率約２０の誘電体基板４６に形成した場合の例を説明する。本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント４１を内部に含み且つ外部電極４６ａが外部に設けられている誘電体基板４６と、図示しない高周波電源と接続して平面エレメント４１に給電し且つ誘電体基板４６の外部電極４６ａと接続するための給電部４８と、給電部４８を収容するための窪み４７を先端に有しており且つ平面エレメント４１の給電位置に対して先細り形状が形成されたグランドパターン４２とにより構成される。なお、誘電体基板４６は、例えばプリント基板である基板４９上に設置され、グランドパターン４２は当該基板４９の内部又は表面に形成される。
【００５２】
外部電極４６ａは、平面エレメント４１の突起部４１ａと接続しており、誘電体基板４６の裏面（点線部分）まで伸びている。給電部４８は、誘電体基板４６の側面端部及び裏面に設けられた外部電極４６ａと接触し、点線部分で重なっている。
【００５３】
平面エレメント４１には、外部電極４６ａと接続する突起部４１ａと、グランドパターン４２の辺４２ａ及び４２ｂに対向する辺４１ｂと、低周波用の電流路を確保するための腕部４１ｃと、天頂部４１ｄからグランドパターン４２方向に窪ませた矩形の切欠部４５とが設けられている。また、辺４１ｂと側辺部４１ｇとは隅切りにより設けられた辺４１ｈを介して接続している。なお、平面エレメント４１を含む誘電体基板４６は、グランドパターン４２に対して併置されている。
【００５４】
なお、本実施の形態では、誘電体基板４６の内部に平面エレメント４１が形成されている。すなわち、誘電体基板４６は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の平面エレメント４１も形成される。従って、実際は上から見ても図８のようには見えない。但し、誘電体基板４６表面に平面エレメント４１を形成するようにしてもよい。
【００５５】
グランドパターン４２において辺４２ａ及び４２ｂで構成され且つ先細り形状を有する先端には、給電部４８を収容するための窪み４７が設けられているため、平面エレメント４１に対向するグランドパターン２の縁部は、一直線になっておらず、２つの辺４２ａ及び４２ｂに分割されている。なお、給電位置となる給電部４８の中心を通る直線４４にて、本実施の形態に係るアンテナは左右対称となっている。矩形の切欠部４５及びグランドパターン４２の先細り形状部分も左右対称となっている。平面エレメント４１の辺４１ｂとグランドパターン４２の辺４２ａ及び４２ｂとの距離が、直線４４から離れるほど直線的に長くなるように辺４２ａ及び４２ｂには傾斜が設けられている。なお、側面の構成については、給電部４８及び外部電極４６ａの部分を除きほぼ図１（ｂ）と同じである。
【００５６】
図９に本実施の形態のアンテナのインピーダンス特性を示す。図９において、縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＧＨｚ）を表す。ＶＳＷＲが２．５以下の周波数帯域は、約３．１ＧＨｚから約７．６ＧＨｚとなっている。
【００５７】
［実施の形態６］
以下の実施の形態６乃至９では、グランド形状の最適化例及び無線通信カードへの適用例を示す。基本的には第５の実施の形態（図８）に示した誘電体基板４６及び平面エレメント４１並びにグランドパターン４２の形状を用いる。このような形状を採用することにより、約３ＧＨｚから１２ＧＨｚという超広帯域アンテナを実現することができる。特に、グランドパターン４２には平面エレメント４１の給電位置４１ａに対して先細り形状が形成されているので、平面エレメント４１とグランドパターン４２との結合度合いを調整することができ、結果として好ましいインピーダンス特性に得ることができるようになる。なお、図８に示した平面エレメント４１の底辺部分に設けられた辺４１ｈについては設けなくともよい。
【００５８】
本実施の形態では、ＰＣカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣＦ）カードなどの、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのスロットに挿入して用いる無線通信カードに適用する場合の例を図１０に示す。図１０には、第５の実施の形態に係る誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａに接続される高周波電源５３と、グランドパターン５２とを有するプリント基板５９が示されている。誘電体基板４６は、プリント基板５９の右又は左上端部に、グランドパターン５２に対してＬ７（＝１ｍｍ）離れて設置される。誘電体基板４６に対向する辺５２ａ及び５２ｂにより、給電位置４１ａに対して先細り形状が形成されている。給電位置４１ａに最も近い、グランドパターン５２の点とプリント基板５９の右側端部と辺５２ａとが交わる点の高さの差Ｌ８は、２乃至３ｍｍであるが、以下でインピーダンス特性を比較する際にはこの長さを変えた場合の特性を説明する。先細り形状は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺５２ｂは、長さＬ８の垂直の辺５２ｃと接続しており、当該辺５２ｃは水平の辺５２ｄに接続している。図１０では辺５２ｄは水平で、誘電体基板４６とグランドパターン５２はその領域が上下に分けられている。なお、長さＬ６は１０ｍｍである。
【００５９】
［実施の形態７］
本実施の形態に係る無線通信カードのプリント基板６６を図１１に示す。本実施の形態に係るプリント基板６６は、第５の実施の形態に係る誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａに接続される高周波電源６３と、グランドパターン６２とを有する。誘電体基板４６は、プリント基板６６の右上端部に、グランドパターン６２に対してＬ７（＝１ｍｍ）離れて設置される。誘電体基板４６に対向する辺６２ａ及び６２ｂにより、平面エレメント４１の給電位置４１ａに対して先細り形状が形成されている。グランドパターン６２と誘電体基板４６の最短距離はＬ７となる。給電位置４１ａに最も近い、グランドパターン６２の点とプリント基板６６の右側端部と辺６２ａとが交わる点の高さの差Ｌ８は２乃至３ｍｍである。辺６２ａ及び６２ｂにより構成される先細り形状は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺６２ｂは、長さＬ８の垂直の辺６２ｃと接続しており、当該辺６２ｃは水平の辺６２ｄに接続している。本実施の形態では、辺６２ｄはさらに垂直の辺６２ｅに接続している。これにより、グランドパターン６２は、辺６２ｅ、辺６２ｄ、辺６２ｃ、辺６２ｂ、及び辺６２ａにより誘電体基板４６を部分的に囲うように形成されている。すなわち、グランドパターン６２は、平面エレメント４１の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部４５を含む、平面エレメント４１の縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメント４１の、切欠部４５を含む上縁部及び右側縁部に対向するグランドパターン６２は設けられておらず、プリント基板６６のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。なお、Ｌ６は１０ｍｍである。また、図１１では、右上端に誘電体基板４６を配置する一例を示しているが、左上端に誘電体基板４６を配置するようにしても良い。その際には、誘電体基板４６の右側にグランドパターン６２の領域が伸びるようになる。
【００６０】
図１２にＬ８の長さによる差及び誘電体基板４６の左のグランド領域６２ｆの存在の有無の差によるインピーダンス特性の差を比較するための図を示す。図１２において、縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、一点鎖線はＬ８を３ｍｍでグランド領域６２ｆを設けた場合の特性を、点線はＬ８を３ｍｍとした場合の特性を、二点鎖線はＬ８を０ｍｍとした場合の特性を、実線はＬ８を２ｍｍとした場合の特性を、太線はＬ８を２．５ｍｍとした場合の特性を示す。Ｌ８＝０ｍｍの特性を表す二点鎖線は、約７７００ＭＨｚ以降の特性が悪いことが分かる。また、Ｌ８＝２ｍｍの特性を表す実線は、約７８００ＭＨｚに比較的大きいピークが発生している。Ｌ８＝２．５ｍｍの特性を表す太線においても、約７９００ＭＨｚに実線よりは低いピークが発生している。Ｌ８＝３ｍｍの特性を表す点線を見ると、約６４００ＭＨｚから約８０００ＭＨｚにＶＳＷＲが２を上回る部分が有るが、ピークは低くなっており、約８０００ＭＨｚ以降の特性は１２０００ＭＨｚ近くで再度ＶＳＷＲが２を超えるまで良好な特性を示している。また、低周波帯域においてもＬ８＝２．５ｍｍ以下のものよりもＶＳＷＲの値が低くなっている。Ｌ８＝３ｍｍでグランド領域６２ｆを追加した場合の特性を示す一点鎖線を見ると、約４５００ＭＨｚ部分に低いピークが発生していることを除けば、約３５００ＭＨｚ以降ずっとＶＳＷＲが２以下になっている。ＶＳＷＲの閾値を２．４程度にすれば、約３０００ＭＨｚから１２０００ＭＨｚという超広帯域を実現できている。このように誘電体基板４６の左側のグランド領域６２ｆを追加することにより、約６０００ＭＨｚから９０００ＭＨｚまでと低周波域の約３０００ＭＨｚから４０００ＭＨｚまでのＶＳＷＲが改善されるという効果がある。
【００６１】
［実施の形態８］
本実施の形態では、第７の実施の形態をダイバーシティ・アンテナに適用した場合の例を示す。通常スペース・ダイバーシティ・アンテナは、１／４波長離れた２つのアンテナを切り替えて使用する。従って、図１３に示すように、２つの誘電体基板をプリント基板７６の左右の上端部に配置する。
【００６２】
第１のアンテナとしては、第５の実施の形態における誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａに接続される高周波電源７３ａと、グランドパターン７２とを含む。誘電体基板４６は、プリント基板７６の右上端部に、グランドパターン７２に対して垂直方向に１ｍｍ離れて設置される。グランドパターン７２の辺７２ａ及び７２ｂにより、平面エレメント４１の給電点４１ａに対して先細り形状が形成される。給電位置４１ａに最も近いグランドパターン７２の点とプリント基板７６の右側端部と辺７２ａとが交わる点の高さの差は２乃至３ｍｍである。辺７２ａ及び７２ｂにより構成される先細り形状は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺７２ｂは垂直の辺７２ｃと接続しており、当該辺７２ｃは水平の辺７２ｄに接続している。辺７２ｄはさらに垂直の辺７２ｅに接続している。すなわち、グランドパターン７２に、誘電体基板４６の左側面に対向し且つ第２のアンテナから分離するための部分７２ｆが追加されている。これにより、グランドパターン７２は、辺７２ｅ、辺７２ｄ、辺７２ｃ、辺７２ｂ、及び辺７２ａにより誘電体基板４６を部分的に囲う形状を有している。すなわち、グランドパターン７２は、平面エレメント４１の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部４５を含む、平面エレメント４１の縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメント４１の、切欠部４５を含む上縁部及び右側縁部に対向するグランドパターン７２は設けられておらず、プリント基板７６のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。
【００６３】
第２のアンテナとしては、誘電体基板４６と同じ誘電体基板７７と、給電位置７１ａに接続される高周波電源７３ｂと、グランドパターン７２とを含む。誘電体基板７７は、プリント基板７６の左上端部に、グランドパターン７２に対して垂直方向に１ｍｍ離れて設置される。グランドパターン７２の辺７２ｇ及び７２ｈにより、誘電体基板７７に含まれる平面エレメントの給電位置７１ａに対して先細り形状が形成されている。給電位置７１ａに最も近いグランドパターン７２の点とプリント基板７６の左側端部と辺７２ｇとが交わる点の高さの差は２乃至３ｍｍである。辺７２ｇ及び７２ｈにより構成される先細り形状は、給電位置７１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺７２ｈは垂直の辺７２ｉと接続しており、当該辺７２ｉは水平の辺７２ｊに接続している。辺７２ｊはさらに垂直の辺７２ｋに接続している。グランドパターン７２には、誘電体基板７７の右側面に対向し且つ第１のアンテナから分離するための部分７２ｆが存在している。これにより、グランドパターン７２は、辺７２ｇ、辺７２ｈ、辺７２ｉ、辺７２ｊ及び辺７２ｋにより誘電体基板７７を部分的に囲う形状を有している。すなわち、グランドパターン７２は、平面エレメント７７の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部を含む、平面エレメントの縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメントの、切欠部を含む上縁部及び左側縁部に対向するグランドパターン７２は設けられておらず、プリント基板７６のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。基本的にこの無線通信カードのプリント基板７６は直線７４に対して左右対称となっている。
【００６４】
このようにすれば無線通信カードにおいてスペース・ダイバーシティ・アンテナを実装することができるようになる。
【００６５】
［実施の形態９］
本実施の形態では、第５の実施の形態に係るアンテナをスティック型カードに適用した場合の例を図１４に示す。本実施の形態に係るプリント基板８６は、第５の実施の形態における誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａから接続される高周波電源８３と、グランドパターン８２とを有する。誘電体基板４６は、プリント基板８６の上端部に、グランドパターン８２に対してＬ１０（＝１ｍｍ）離れて設置される。グランドパターン８２には、辺８２ａ及び８２ｂにより、誘電体基板４６の給電位置４１ａに対して先細り形態が形成されている。給電位置４１ａに最も近いグランドパターン８２の点とプリント基板８６の側端部と辺８２ａ又は８２ｂとが交わる点の高さの差Ｌ１１は２乃至３ｍｍとなっている。また先細り形状が形成されたグランドパターン８２は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっている。なお、Ｌ９は１０ｍｍである。
【００６６】
このように誘電体基板４６を用いれば、小さなスティック型カードに実装可能となる。
【００６７】
［実施の形態１０］
以上述べた実施の形態では、誘電体基板に平面エレメントが一体形成されている場合を述べたが、必ずしも平面エレメントは誘電体基板に一体形成されねばならないわけではない。以下、誘電体基板を用いないアンテナの例を示す。
【００６８】
本発明の第１０の実施の形態に係るアンテナの構成を図１５（ａ）及び（ｂ）に示す。導体で円形の平面エレメント９１と、当該平面エレメントと併置されるグランドパターン９２と、平面エレメント９１の給電点９１ａと接続する高周波電源９３とにより構成される。給電点９１ａは、平面エレメント９１とグランドパターン９２との距離が最短となる位置に設けられる。
【００６９】
また、給電点９１ａを通る直線９４に対して平面エレメント９１とグランドパターン９２とは左右対称となっている。さらに、平面エレメント９１の円周上の点から直線９４に平行にグランドパターン９２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線９４に対して左右対称となっている。すなわち、直線９４からの距離が同じであれば、平面エレメント９１の円周上の点からグランドパターン９２までの距離Ｄ１１及びＤ１２は同じになる。
【００７０】
本実施の形態では、平面エレメント９１に対向するグランドパターン９２の辺９２ａ及び９２ｂは、直線９４から遠くなるほど平面エレメント９１とグランドパターン９２の距離が、より長くなるように傾けられている。すなわち、グランドパターン９２には、平面エレメント９１の給電点９１ａに対して先細り形状が形成されている。なお、辺９２ａ及び９２ｂの傾きについては、所望のアンテナ特性を得るために調整する必要がある。誘電体基板を用いる場合に比して、グランドパターン９２との結合度合いは低くなっているので、あまり大きな傾きを設けると高周波域の特性が悪くなる。
【００７１】
このように、平面エレメント９１とグランドパターン９２の距離を変更することにより、アンテナのインピーダンス等価回路における容量成分Ｃを変更することができる。図１５（ａ）に示すように外側に向けて平面エレメント９１とグランドパターン９２の距離は広がっており、容量成分Ｃの大きさも外側に向かって小さくなる。従って、インピーダンス等価回路における誘導成分Ｌが比較的大きく効くようになる。
【００７２】
また本実施の形態では、図１５（ｂ）で示すように、平面エレメント９１は、グランドパターン９２の中心線９５上に配置されている。従って、本実施の形態においては平面エレメント９１とグランドパターン９２とが同一平面内に配置されている。但し、必ずしも同一平面内に配置しなくともよく、例えば互いの面が平行又はほぼ平行といった形で配置しても良い。
【００７３】
さらに平面エレメント９１の形状は、必ずしも円形に限定されず、逆三角形や、例えば円弧部分をグランドパターンに対向させ且つ直径部分からグランドパターン側に矩形の切欠部を設けた半円形などであってもよい。半円も完全な円を半分にしたものではなく、楕円を半分にしたものであっても良い。その際にも、グランドパターンに、平面エレメント９１の給電位置に対して先細り形状を形成すれば、その形状によりインピーダンス特性の調整を行うことができる。
【００７４】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、平面エレメントの切欠部の形状は矩形を代表例として述べたが、場合によっては台形その他の多角形を採用する場合もある。また、切欠部の角を丸くするような加工を行う場合もある。グランドパターンの先細り形状についても、給電のための電極を収容するための窪みを設ける例を示したが、先端が鋭角である必要は必ずしもない。また、平面エレメントとグランドパターンとは完全には重なることは無いが、その一部が重なることはあり得る。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、小型化が可能であり且つより広帯域化が可能な新規な形状のアンテナを提供することができる。
【００７６】
また他の側面として、小型化が可能であり且つアンテナ特性を制御し易くする新規な形状のアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるアンテナの動作原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４の実施の形態における第１のアンテナの構成を示す図、（ｂ）は第２の構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における第１のアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態における第２のアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図８】第５の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図９】第５の実施の形態におけるアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６及び第７の実施の形態におけるアンテナのインピーダンス特性の変化を示すための図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態におけるスペース・ダイバーシティ・アンテナの構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第９の実施の形態におけるスティック型無線通信カードにおけるアンテナ形状を示す図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態におけるアンテナの正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｉ）は従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１７】従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１８】従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１９】従来のアンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 平面エレメント
２ グランドパターン
３ 高周波電源
４ 対称線
５ 切欠部
６ プリント基板
７ 誘電体基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域アンテナ及び広帯域アンテナを用いた無線通信カードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開昭５７−１４２００３号公報には以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、図１６（ａ−１）及び（ａ−２）に示すように、円盤状の形状を有する平板である輻射素子１００１がアース板又は大地１００２に対して垂直に立設されたモノポールアンテナが開示されている。このモノポールアンテナにおいては、高周波電源１００４と輻射素子１００１とは給電線１００３で接続されており、輻射素子１００１の頂部が１／４波長の高さになるように構成されている。また、図１６（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示すように、上部周縁が所定の放物線に沿った形状を有する平板である輻射素子１００５がアース板又は大地１００２に対して垂直に立設されたモノポールアンテナも開示されている。さらに、図１６（ｃ）に示すように、図１６（ａ−１）及び（ａ−２）に示したモノポールアンテナの輻射素子１００１を２つ対称配置して構成されるダイポールアンテナも開示されている。また、図１６（ｄ）に示すように、図１６（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示したモノポールアンテナの輻射素子１００５を２つ対称配置して構成されるダイポールアンテナも開示されている。
【０００３】
また例えば特開昭５５−４１０９号公報には以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、図１６（ｅ）に示すように、シート状に形成された楕円形のアンテナ１００６が、反射面１００７に対して、その長軸が平行に位置するように垂直に立設されており、給電は同軸給電線１００８を通じて行われる。また、ダイポール式に構成した場合の例を図１６（ｆ）に示す。ダイポール式の場合には、シート状楕円形アンテナ１００６ａを、同一平面上に、且つそれらの短軸が同一直線上に位置するよう配置し、平衡給電線１００９を接続するために両者に若干の間隔が設けられている。
【０００４】
さらに「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会（以下非特許文献１と呼ぶ）には、図１６（ｇ）に示すようなモノポールアンテナが開示されている。図１６（ｇ）では、半円状のエレメント１０１０を、地板１０１１に対して垂直に立設し、エレメント１０１０の円弧において地板１０１１に最も近い点を給電部１０１２としている。非特許文献１には、円の半径がほぼ１／４波長となる周波数ｆＬが下限となることが示されている。また、非特許文献１には、図１６（ｈ）に示すように、図１６（ｇ）に示したエレメント１０１０に切り欠きを設けたエレメント１０１３を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も説明されている。この非特許文献１では図１６（ｇ）のモノポールアンテナと図１６（ｈ）のモノポールアンテナとはＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）特性はほとんど変わらないとしている。さらに非特許文献１では図１６（ｉ）に示すように、図１６（ｈ）のように切り欠きを設けたエレメントに、ｆＬ以下で共振するエレメント１０１４ａをメアンダモノポール構造として接続したエレメント１０１４を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も示されている。なおエレメント１０１４ａは、切り欠き部分に収まるように設置されている。エレメント１０１４ａのためｆＬより低い周波数で共振しているが、ＶＳＷＲ特性は悪い。なお、非特許文献１に関係して、「Ｂ−１３１ 円板モノポールアンテナの整合改善」本田聡、伊藤猷顯、関一、神保良夫，２−１３１，１９９２年電子情報通信学会春季大会（以下非特許文献２）、「広帯域円板モノポールアンテナについて」本田聡，伊藤猷顯，神保良夫，関一，テレビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５９， ｐｐ．２５−３０， １９９１．１０．２４（以下非特許文献３）にも円板モノポールアンテナについての記述がある。
【０００５】
以上説明したアンテナは、グランド面に対して様々な形状の平板導体を垂直に立設したモノポールアンテナ及び同一形状を有する平板導体を２つ用いる対称型ダイポールアンテナである。
【０００６】
また米国特許第６３５１２４６号公報（以下特許文献３と呼ぶ）には、図１７に示すような特殊な対称型ダイポールアンテナが示されている。すなわち、導体であるバランス・エレメント１１０１及び１１０２の間にグランド・エレメント１１０３が設けられ、バランス・エレメント１１０１及び１１０２の最下部の端子１１０４及び１１０５は、同軸ケーブル１１０６及び１１０７に接続されている。バランス・エレメント１１０１には、同軸ケーブル１１０６及び端子１１０４を介して、ネガティブ・ステップ電圧が供給される。一方、バランス・エレメント１１０２には、同軸ケーブル１１０７及び端子１１０５を介して、ポジティブ・ステップ電圧が供給される。このアンテナ１１００において、グランド・エレメント１１０３とバランス・エレメント１１０１又は１１０２の距離は、端子１１０４又は１１０５から外側方向に漸増するようになっているが、バランス・エレメント１１０１及び１１０２には上記のような異なる信号を入力しなければならず、且つ所望の特性を得るためには必ずバランス・エレメント１１０１及び１１０２並びにグランド・エレメント１１０３の３つのエレメントを用いなければならない。
【０００７】
また、特開平８−２１３８２０号公報（以下、特許文献４）に開示されている自動車電話用ガラスアンテナ装置を図１８に示す。図１８では、窓ガラス１０３２上に、扇形状の放射用パターン１０３３と矩形状の接地用パターン１０３４とが形成され、給電点Ａは同軸ケーブル１０３５の芯線１０３５ａに接続され、接地点Ｂは同軸ケーブル１０３５の外側導体１０３５ｂに接続される。この特許文献４では、放射用パターン１０３３の形状は、二等辺三角形でも多角形でもよいとされている。
【０００８】
さらに、米国特許公開公報２００２−１２２０１０Ａ１（以下特許文献５と呼ぶ）には、図１９に示すように、グランド・エレメント１０２１内部に、テーパー付きの空領域１０２３と、給電点１０２５に伝送線１０２４が接続された駆動エレメント１０２２とが設けられたアンテナ１０２０が開示されている。なお、駆動エレメント１０２２において給電点１０２５の反対側でグランド・エレメント１０２１と駆動エレメント１０２２の間隔が最大となり、給電点１０２５付近でその間隔は最小となっている。駆動エレメント１０２２の給電点１０２５の反対側には窪みが設けられているが、窪み自体がグランド・エレメント１０２１と対向しており、駆動エレメント１０２２とグランド・エレメント１０２１との間隔を調整する一つの手段となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５７−１４２００３号
【特許文献２】
特開昭５５−４１０９号
【特許文献３】
米国特許第６３５１２４６号
【特許文献４】
特開平８−２１３８２０号
【特許文献５】
米国特許公開公報２００２−１２２０１０Ａ１
【非特許文献１】
「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会
【非特許文献２】
「Ｂ−１３１ 円板モノポールアンテナの整合改善」本田聡、伊藤猷顯、関一、神保良夫，２−１３１，１９９２年電子情報通信学会春季大会
【非特許文献３】
「広帯域円板モノポールアンテナについて」本田聡，伊藤猷顯，神保良夫，関一，テレビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５９， ｐｐ．２５−３０， １９９１．１０．２４
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来から様々なアンテナが存在しているが、従来の垂直設置型モノポールアンテナではサイズが大きくなってしまい、放射導体とグランド面との距離を制御するのが困難であり、アンテナ特性の制御が難しくなるという問題がある。また、従来の対称型ダイポールアンテナも放射導体同士の距離は放射導体の形が同じであるため制御するのが困難であるためアンテナ特性の制御が難しくなるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献３の特殊な対称型ダイポールアンテナでは、多くのエレメントを用意し、エレメントに供給する信号についても２種類用意しなければならないと言う実装上の問題がある。また、グランド・エレメント１１０３はバランス・エレメント１１０１及び１１０２に対向しているが、バランス・エレメント１１０１及び１１０２に対向している辺は直線である。
【００１２】
また、特許文献４の自動車電話用ガラスアンテナ装置では、接地用パターン１０３４の外形を加工することについては示唆も記載もされていない。
【００１３】
また、特許文献５記載のアンテナは、小型化を指向しているが、グランド・エレメントの内側に駆動エレメントを設ける構造ではグランド・エレメントの分だけ小型化できない。また、グランド・エレメントの形状は駆動エレメントに対して先細り形状を有してはいない。
【００１４】
以上のような問題に鑑み、本発明の目的は、小型化が可能であり且つより広帯域化が可能な新規な形状のアンテナ及び当該アンテナを用いた無線通信カードを提供することである。
【００１５】
また本発明の他の目的は、小型化が可能であり且つアンテナ特性を制御し易くする新規な形状のアンテナ及び当該アンテナを用いた無線通信カードを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係るアンテナは、給電される面状のアンテナ用エレメントと、アンテナ用エレメントと併置されたグランドパターンとを具備し、グランドパターンを切り欠くことにより、アンテナ用エレメントとグランドパターンとの距離が連続的に変化する連続変化部が設けられたものである。
【００１７】
このように連続変化部を設けることにより、アンテナ用エレメントとの結合度合いを適切に調整することができ、広帯域化が可能となる。また、アンテナ用エレメントとグランドパターンが併置されるので、小型化も可能となる。
【００１８】
本発明の第２の態様に係るアンテナは、給電位置において給電されるアンテナ用エレメントと、アンテナ用エレメントと併置され、アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されたグランドパターンとを含む。
【００１９】
このようにグランドパターンに先細り形状を設けることにより、アンテナ用エレメントとの結合度合いを適切に調整することができ、広帯域化が可能となる。
【００２０】
また、上記先細り形状が、線分で構成される縁部と上に凸の曲線で構成される縁部と下に凸の曲線で構成される縁部とのうち少なくともいずれかにより構成されるようにしてもよい。アンテナ用エレメントの形状や所望の特性に応じて先細り形状を構成するためである。
【００２１】
さらに、上記先細り形状が、アンテナ用エレメントの給電位置を通る直線に対して左右対称であるような構成でもよい。さらに、上記先細り形状の先端に、アンテナ用エレメントの給電位置に給電を行うための部分を収容するための窪みを設けるようにしてもよい。
【００２２】
また、上記アンテナ用エレメントが誘電体基板上又は内部に形成され、グランドパターンが樹脂基板上又は内部に形成され、誘電体基板が樹脂基板上に載置されるようにしてもよい。アンテナ用エレメントを誘電体基板上又は内部に形成すると、アンテナの大きさをさらに小型化することができる。なお、アンテナ用エレメントを誘電体基板上又は内部に形成すると、グランドパターンとの結合が強くなるが、先細り形状を採用することによりグランドパターンとの結合度合いを調整することができ、広帯域化が実現できるようになる。
【００２３】
さらに、上記アンテナ用エレメントが、給電位置から最も遠い縁部分からグランドパターン側に切欠きが設けられているような構成であってもよい。アンテナ用エレメントを小型化する場合でも切欠きを設けることにより、アンテナ用エレメント上の電流路の長さを十分に確保して低周波側の帯域を伸ばすものである。
【００２４】
また、上記アンテナ用エレメントが、グランドパターンに対向する辺を底辺とし、当該底辺に対して垂直又は実質的に垂直に側辺が設けられ、上辺に切欠きが設けられた形状を有するようにしてもよい。アンテナ用エレメントについては低周波域の特性を確保するため小型化に限界があるが、上で述べた構成のアンテナ用エレメントを用いれば小型化且つ広帯域化が可能となる。なお、その際グランドパターンの先細り形状により、インピーダンス特性を全体的に向上させることができる。
【００２５】
さらに、上記樹脂基板の上端部には、アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板を載置するようにしてもよい。
【００２６】
また、上記樹脂基板の上端部には、アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板を載置し、グランドパターンを誘電体基板の左側及び右側のうち少なくともいずれかに伸びた領域を有するように形成してもよい。このような領域をグランドパターンに設けることにより低周波側の帯域を伸ばすことができるようになる。
【００２７】
さらに、上記樹脂基板の右上端部と左上端部のうち少なくともいずれかには、アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板を載置し、グランドパターンが誘電体基板が載置されるサイドとは反対サイドに伸びた領域を有するように形成してもよい。
【００２８】
本発明の第３の態様に係るアンテナは、アンテナ用エレメントが一体として形成された誘電体基板と、誘電体基板が設置され且つ当該誘電体基板と併置されるグランドパターンが形成された基板とを具備し、グランドパターンには、アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されており、アンテナ用エレメントには、給電位置から最も遠い縁部分から、併置される前記グランドパターン側に切欠きが設けられるものである。
【００２９】
また、誘電体基板が、基板の上端部に設置され、グランドパターンには、誘電体基板の左又は右のうち少なくともいずれかに伸びた領域が設けられるようにしてもよい。さらに、２つの誘電体基板が、基板の右上端部と左上端部に１／４波長離して配置され、グランドパターンには、２つの誘電体基板を分離するための領域が設けられるようにしてもよい。
【００３０】
本発明の第４の態様に係るアンテナは、アンテナ用エレメントが一体として形成された誘電体基板と、誘電体基板が設置され且つ当該誘電体基板と併置されるグランドパターンが形成された基板とを具備し、グランドパターンには、アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されており、アンテナ用エレメントには、給電位置から最も遠い縁部分から、併置されるグランドパターン側に切欠きが設けられるものである。
【００３１】
なお、グランドパターンとアンテナ用エレメント又は誘電体基板とは、非対向状態であり、互いの面が平行又は実質的に平行である、とも言える。また、グランドパターンとアンテナ用エレメント又は誘電体基板とは、完全には重なることなく、互いの面が平行又は実質的に平行であるとも言える。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を図１（ａ）及び（ｂ）に示す。第１の実施の形態に係るアンテナは、切欠部５を有する導体の平面エレメント１を内部に含み且つ誘電率約２０の誘電体基板７と、誘電体基板７にＬ１（＝１．０ｍｍ）の間隔をおいて併置され且つ誘電体基板７の給電点１ａに対して先細り形状が形成されたグランドパターン２と、例えばプリント基板（より具体的には例えば、ＦＲ−４、テフロン（登録商標）などを素材とする樹脂基板）である基板６と、平面エレメント１の給電点１ａに接続される高周波電源３とにより構成される。誘電体基板７のサイズは、およそ８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍとなっている。また、給電点１ａを通る直線４に対して平面エレメント１の底辺１ｂは垂直になっており、辺１ｃは直線４に平行になっている。平面エレメント１の底辺１ｂの角は隅切されており、辺１ｆが設けられ、底辺１ｂはこの辺１ｆを介して辺１ｃに接続している。また、平面エレメント１の天頂部１ｄには矩形の切欠部５が設けられている。切欠部５は、天頂部１ｄからグランドパターン２側に矩形に窪ませることにより形成されている。給電点１ａは底辺１ｂの中点に設けられている。
【００３３】
また、給電点１ａを通る直線４に対して平面エレメント１とグランドパターン２とは左右対称となっている。従って、切欠部５も左右対称となっている。また、平面エレメント１の底辺１ｂ上の点から直線４に平行にグランドパターン２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線４に対して左右対称となっている。
【００３４】
図１（ｂ）は側面図であり、基板６の上にグランドパターン２と、誘電体基板７とが設けられている。基板６とグランドパターン２が一体形成される場合もある。なお、本実施の形態では、誘電体基板７の内部に平面エレメント１が形成されている。すなわち、誘電体基板７は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の平面エレメント１も形成される。従って、実際は上から見ても図１（ａ）のようには見えない。誘電体基板７内部に平面エレメント１を構成すれば、露出させた場合に比して誘電体の効果が若干強くなるため小型化でき、さびなどに対する信頼性も増す。但し、誘電体基板７表面に平面エレメント１を形成するようにしてもよい。また、誘電率も変更することができ、単層、多層のいずれであってもよい。単層ならば基板６上に平面エレメント１を形成することになる。なお、本実施の形態において、誘電体基板７はグランドパターン２と平行又は実質的に平行に配置されている。この配置により、誘電体基板７の一層に含まれる平面エレメント１もグランドパターン２と平行又は実質的に平行になる。
【００３５】
このように平面エレメント１を誘電体基板７で覆うような形で形成すると、誘電体により平面エレメント１周辺の電磁界の様子が変化する。具体的には、誘電体の中の電界密度が増す効果と波長短縮効果が得られるため、平面エレメント１を小型化することができるようになる。また、これらの効果により電流路の打ち上げ角度が変化し、アンテナのインピーダンス等価回路における誘導成分Ｌ及び容量成分Ｃが変化する。即ち、インピーダンス特性に大きな影響が出てくる。このインピーダンス特性への影響を踏まえた上で所望の帯域で所望のインピーダンス特性を得るように平面エレメント１の形状及びグランドパターン２の形状の最適化を行う。
【００３６】
本実施の形態において、グランドパターン２の上縁部２ａ及び２ｂは、グランドパターン２の幅が２０ｍｍのところ、側端部において長さＬ２（＝２乃至３ｍｍ）だけ直線４との交点より下に下がっている。すなわち、グランドパターン２は平面エレメント１に対して上縁部２ａ及び２ｂからなる先細り形状を有している。平面エレメント１の底辺１ｂは直線４に対して垂直になっているので、平面エレメント１の底辺１ｂとグランドパターン２との距離は、側端部に向けて連続的且つ線形に増加する。すなわち、本実施の形態に係るアンテナには、平面エレメント１とグランドパターン２との距離が連続的に変化する連続変化部が設けられている。このような連続変化部を設けることにより、平面エレメント１とグランドパターン２との結合度合いを調整している。この結合度合いを調整することにより、特に高周波側の帯域を延ばす効果がある。
【００３７】
本実施の形態に係る平面エレメント１の形状は、より小型化を図ると共に、図２に示すように所望の周波数帯域（特に低周波域）を得るための電流路８を確保するため、矩形の切欠部５を有する形状となっている。この切欠部５の形状によってアンテナ特性を調整することができる。
【００３８】
なお、平面エレメント１は、従来技術と同様にモノポールアンテナの放射導体であるとも考えられる。一方で、本実施の形態におけるアンテナは、グランドパターン２も放射に寄与している部分もあるので、ダイポールアンテナであるとも言える。但し、ダイポールアンテナは通常同一形状を有する２つの放射導体を用いるため、本実施の形態におけるアンテナは、非対称型ダイポールアンテナとも呼べる。さらに、本実施の形態におけるアンテナは、進行波アンテナとも言える。このような考え方は以下で述べる全ての実施の形態に適用可能である。
【００３９】
［実施の形態２］
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナは、図３に示すように、平面エレメント１１を内部に含み且つ誘電率約２０の誘電体基板１７と、誘電体基板１７と併置され且つその上端部１２ａ及び１２ｂが上に凸の曲線であるグランドパターン１２と、例えばプリント基板である基板１６と、平面エレメント１１の給電点１１ａに接続される高周波電源１３とにより構成される。誘電体基板１７のサイズは、およそ８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍとなっている。また、給電点１１ａを通る直線１４に対して平面エレメント１１の底辺１１ｂは垂直になっており、当該底辺１１ｂに接続される辺１１ｃは直線１４に平行になっている。また、平面エレメント１１の天頂部１１ｄには切欠部１５が設けられている。切欠部１５は、天頂部１１ｄからグランドパターン１２側へ矩形に窪ませることにより形成されている。給電点１１ａは底辺１１ｂの中点に設けられている。なお、第１の実施の形態に係る誘電体基板７の平面エレメント１と本実施の形態に係る誘電体基板１７の平面エレメント１１との差は、底辺の隅切りの有無である。
【００４０】
平面エレメント１１とグランドパターン１２とは、給電点１１ａを通る直線１４に対して、左右対称となっている。また、平面エレメント１１の底辺１１ｂ上の点から直線１４に平行にグランドパターン１２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線１４に対して左右対称となっている。
【００４１】
グランドパターン１２の上縁部１２ａ及び１２ｂが上に凸の曲線（例えば円弧）となっているため、グランドパターン１２の側端部に向かって、平面エレメント１１とグランドパターン１２との距離は漸増してゆく。逆に言えば、鋭角ではないがグランドパターン１２には平面エレメント１１の給電点１１ａに対して先細り形状が形成されている。側面の構成については図１（ｂ）と同様である。
【００４２】
グランドパターン１２の上縁部１２ａ及び１２ｂの曲線についてはその曲率を調整することにより、所望の周波数帯において所望のインピーダンス特性を得るようにすることができる。
【００４３】
［実施の形態３］
本発明の第３の実施の形態に係るアンテナは、図４に示すように、第２の実施の形態と同じ形状の平面エレメント１１を含む誘電体基板１７と、当該誘電体基板１７に併置され且つその上縁部２２ａ及び２２ｂがそれぞれ下向きの飽和曲線となっているグランドパターン２２と、誘電体基板１７及びグランドパターン２２が設置される例えばプリント基板である基板２６と、平面エレメント１１の給電点１１ａと接続される高周波電源２３とから構成される。
【００４４】
平面エレメント１１とグランドパターン２２とは、給電点１１ａを通る直線２４に対して、左右対称となっている。また、平面エレメント１１の底辺１１ｂ上の点から直線２４に平行にグランドパターン２２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線２４に対して左右対称となっている。
【００４５】
グランドパターン２２の上縁部２２ａ及び２２ｂが、それぞれ直線２４との交点を起点とする下向きの飽和曲線、すなわち下に凸の曲線となっているため、平面エレメント１１とグランドパターン２２との距離は次第に所定の値に漸近するようになる。見方を変えれば、グランドパターン２２には、誘電体基板１７に対して先細り形状が形成されている。
【００４６】
グランドパターン２２の上縁部２２ａ及び２２ｂの曲線についてはその曲率を調整することにより、所望の周波数帯域において所定のインピーダンス特性を得るようにすることができる。
【００４７】
［実施の形態４］
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナのように、給電点１１ａを通る直線１４に対して左右対称にグランドパターン１２を形成できる場合は良いが、誘電体基板１７の実装位置が例えば基板１６の隅になってしまうと、グランドパターン１２を左右対称に形成できない場合もある。ここでは、このようにグランドパターンが左右対称にできない場合の最適化例を示す。図５（ａ）に示すように、誘電体基板１７を基板３６の左隅に配置しなければならない場合、グランドパターン３８は、誘電体基板１７の中心線３９から左部分の辺３８ａについては水平に、右部分の辺３８ｂについては傾斜を付けて、さらに辺３８ａからＬ３（＝３ｍｍ）下がった位置から右側の辺３８ｃについては水平になるような形状を有している。但し、グランドパターン３８には、誘電体基板１７に対しては先細り形状が形成されている。なお、グランドパターン３８の横幅Ｌ５は２０ｍｍで、右端の辺の長さＬ４は３５ｍｍである。また、誘電体基板１７のサイズは第２の実施の形態と同じで、８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍである。
【００４８】
このようなグランドパターン３８を形成することにより左右対称の構成とほぼ同様のインピーダンス特性を得ることができるようになった。
【００４９】
なお、比較の対象となるアンテナ構成を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の例では、誘電体基板１７は同じであり、グランドパターン３２の側端部の長さが３５ｍｍ（＝Ｌ４）で、横幅が２０ｍｍ（＝Ｌ５）となっている。また、グランドパターン３２の上縁部は最も高い部分から側端部までの高さが３ｍｍ（＝Ｌ３）になるように２本の線分で構成されており、先細り形状が形成されている。
【００５０】
図５（ａ）のアンテナのインピーダンス特性を図６に示す。図６のグラフは、縦軸がＶＳＷＲを、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示している。例えばＶＳＷＲが２．５以下となる周波数帯域は、およそ３ＧＨｚから７．８ＧＨｚとなり、広帯域化が実現されている。一方、図５（ｂ）のアンテナのインピーダンス特性を図７に示す。図７のグラフも、縦軸がＶＳＷＲを、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示している。例えばＶＳＷＲが２．５以下となる周波数帯域は、およそ３．１ＧＨｚから７．８ＧＨｚとなり、図６と図７ではほぼ同様のインピーダンス特性を得ることができるようになっている。
【００５１】
［実施の形態５］
本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの構成を図８に示す。本実施の形態では、矩形の導体平板であり且つ切欠部４５が設けられている平面エレメント４１を誘電率約２０の誘電体基板４６に形成した場合の例を説明する。本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント４１を内部に含み且つ外部電極４６ａが外部に設けられている誘電体基板４６と、図示しない高周波電源と接続して平面エレメント４１に給電し且つ誘電体基板４６の外部電極４６ａと接続するための給電部４８と、給電部４８を収容するための窪み４７を先端に有しており且つ平面エレメント４１の給電位置に対して先細り形状が形成されたグランドパターン４２とにより構成される。なお、誘電体基板４６は、例えばプリント基板である基板４９上に設置され、グランドパターン４２は当該基板４９の内部又は表面に形成される。
【００５２】
外部電極４６ａは、平面エレメント４１の突起部４１ａと接続しており、誘電体基板４６の裏面（点線部分）まで伸びている。給電部４８は、誘電体基板４６の側面端部及び裏面に設けられた外部電極４６ａと接触し、点線部分で重なっている。
【００５３】
平面エレメント４１には、外部電極４６ａと接続する突起部４１ａと、グランドパターン４２の辺４２ａ及び４２ｂに対向する辺４１ｂと、低周波用の電流路を確保するための腕部４１ｃと、天頂部４１ｄからグランドパターン４２方向に窪ませた矩形の切欠部４５とが設けられている。また、辺４１ｂと側辺部４１ｇとは隅切りにより設けられた辺４１ｈを介して接続している。なお、平面エレメント４１を含む誘電体基板４６は、グランドパターン４２に対して併置されている。
【００５４】
なお、本実施の形態では、誘電体基板４６の内部に平面エレメント４１が形成されている。すなわち、誘電体基板４６は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の平面エレメント４１も形成される。従って、実際は上から見ても図８のようには見えない。但し、誘電体基板４６表面に平面エレメント４１を形成するようにしてもよい。
【００５５】
グランドパターン４２において辺４２ａ及び４２ｂで構成され且つ先細り形状を有する先端には、給電部４８を収容するための窪み４７が設けられているため、平面エレメント４１に対向するグランドパターン２の縁部は、一直線になっておらず、２つの辺４２ａ及び４２ｂに分割されている。なお、給電位置となる給電部４８の中心を通る直線４４にて、本実施の形態に係るアンテナは左右対称となっている。矩形の切欠部４５及びグランドパターン４２の先細り形状部分も左右対称となっている。平面エレメント４１の辺４１ｂとグランドパターン４２の辺４２ａ及び４２ｂとの距離が、直線４４から離れるほど直線的に長くなるように辺４２ａ及び４２ｂには傾斜が設けられている。なお、側面の構成については、給電部４８及び外部電極４６ａの部分を除きほぼ図１（ｂ）と同じである。
【００５６】
図９に本実施の形態のアンテナのインピーダンス特性を示す。図９において、縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＧＨｚ）を表す。ＶＳＷＲが２．５以下の周波数帯域は、約３．１ＧＨｚから約７．６ＧＨｚとなっている。
【００５７】
［実施の形態６］
以下の実施の形態６乃至９では、グランド形状の最適化例及び無線通信カードへの適用例を示す。基本的には第５の実施の形態（図８）に示した誘電体基板４６及び平面エレメント４１並びにグランドパターン４２の形状を用いる。このような形状を採用することにより、約３ＧＨｚから１２ＧＨｚという超広帯域アンテナを実現することができる。特に、グランドパターン４２には平面エレメント４１の給電位置４１ａに対して先細り形状が形成されているので、平面エレメント４１とグランドパターン４２との結合度合いを調整することができ、結果として好ましいインピーダンス特性に得ることができるようになる。なお、図８に示した平面エレメント４１の底辺部分に設けられた辺４１ｈについては設けなくともよい。
【００５８】
本実施の形態では、ＰＣカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣＦ）カードなどの、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのスロットに挿入して用いる無線通信カードに適用する場合の例を図１０に示す。図１０には、第５の実施の形態に係る誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａに接続される高周波電源５３と、グランドパターン５２とを有するプリント基板５９が示されている。誘電体基板４６は、プリント基板５９の右又は左上端部に、グランドパターン５２に対してＬ７（＝１ｍｍ）離れて設置される。誘電体基板４６に対向する辺５２ａ及び５２ｂにより、給電位置４１ａに対して先細り形状が形成されている。給電位置４１ａに最も近い、グランドパターン５２の点とプリント基板５９の右側端部と辺５２ａとが交わる点の高さの差Ｌ８は、２乃至３ｍｍであるが、以下でインピーダンス特性を比較する際にはこの長さを変えた場合の特性を説明する。先細り形状は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺５２ｂは、長さＬ８の垂直の辺５２ｃと接続しており、当該辺５２ｃは水平の辺５２ｄに接続している。図１０では辺５２ｄは水平で、誘電体基板４６とグランドパターン５２はその領域が上下に分けられている。なお、長さＬ６は１０ｍｍである。
【００５９】
［実施の形態７］
本実施の形態に係る無線通信カードのプリント基板６６を図１１に示す。本実施の形態に係るプリント基板６６は、第５の実施の形態に係る誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａに接続される高周波電源６３と、グランドパターン６２とを有する。誘電体基板４６は、プリント基板６６の右上端部に、グランドパターン６２に対してＬ７（＝１ｍｍ）離れて設置される。誘電体基板４６に対向する辺６２ａ及び６２ｂにより、平面エレメント４１の給電位置４１ａに対して先細り形状が形成されている。グランドパターン６２と誘電体基板４６の最短距離はＬ７となる。給電位置４１ａに最も近い、グランドパターン６２の点とプリント基板６６の右側端部と辺６２ａとが交わる点の高さの差Ｌ８は２乃至３ｍｍである。辺６２ａ及び６２ｂにより構成される先細り形状は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺６２ｂは、長さＬ８の垂直の辺６２ｃと接続しており、当該辺６２ｃは水平の辺６２ｄに接続している。本実施の形態では、辺６２ｄはさらに垂直の辺６２ｅに接続している。これにより、グランドパターン６２は、辺６２ｅ、辺６２ｄ、辺６２ｃ、辺６２ｂ、及び辺６２ａにより誘電体基板４６を部分的に囲うように形成されている。すなわち、グランドパターン６２は、平面エレメント４１の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部４５を含む、平面エレメント４１の縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメント４１の、切欠部４５を含む上縁部及び右側縁部に対向するグランドパターン６２は設けられておらず、プリント基板６６のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。なお、Ｌ６は１０ｍｍである。また、図１１では、右上端に誘電体基板４６を配置する一例を示しているが、左上端に誘電体基板４６を配置するようにしても良い。その際には、誘電体基板４６の右側にグランドパターン６２の領域が伸びるようになる。
【００６０】
図１２にＬ８の長さによる差及び誘電体基板４６の左のグランド領域６２ｆの存在の有無の差によるインピーダンス特性の差を比較するための図を示す。図１２において、縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、一点鎖線はＬ８を３ｍｍでグランド領域６２ｆを設けた場合の特性を、点線はＬ８を３ｍｍとした場合の特性を、二点鎖線はＬ８を０ｍｍとした場合の特性を、実線はＬ８を２ｍｍとした場合の特性を、太線はＬ８を２．５ｍｍとした場合の特性を示す。Ｌ８＝０ｍｍの特性を表す二点鎖線は、約７７００ＭＨｚ以降の特性が悪いことが分かる。また、Ｌ８＝２ｍｍの特性を表す実線は、約７８００ＭＨｚに比較的大きいピークが発生している。Ｌ８＝２．５ｍｍの特性を表す太線においても、約７９００ＭＨｚに実線よりは低いピークが発生している。Ｌ８＝３ｍｍの特性を表す点線を見ると、約６４００ＭＨｚから約８０００ＭＨｚにＶＳＷＲが２を上回る部分が有るが、ピークは低くなっており、約８０００ＭＨｚ以降の特性は１２０００ＭＨｚ近くで再度ＶＳＷＲが２を超えるまで良好な特性を示している。また、低周波帯域においてもＬ８＝２．５ｍｍ以下のものよりもＶＳＷＲの値が低くなっている。Ｌ８＝３ｍｍでグランド領域６２ｆを追加した場合の特性を示す一点鎖線を見ると、約４５００ＭＨｚ部分に低いピークが発生していることを除けば、約３５００ＭＨｚ以降ずっとＶＳＷＲが２以下になっている。ＶＳＷＲの閾値を２．４程度にすれば、約３０００ＭＨｚから１２０００ＭＨｚという超広帯域を実現できている。このように誘電体基板４６の左側のグランド領域６２ｆを追加することにより、約６０００ＭＨｚから９０００ＭＨｚまでと低周波域の約３０００ＭＨｚから４０００ＭＨｚまでのＶＳＷＲが改善されるという効果がある。
【００６１】
［実施の形態８］
本実施の形態では、第７の実施の形態をダイバーシティ・アンテナに適用した場合の例を示す。通常スペース・ダイバーシティ・アンテナは、１／４波長離れた２つのアンテナを切り替えて使用する。従って、図１３に示すように、２つの誘電体基板をプリント基板７６の左右の上端部に配置する。
【００６２】
第１のアンテナとしては、第５の実施の形態における誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａに接続される高周波電源７３ａと、グランドパターン７２とを含む。誘電体基板４６は、プリント基板７６の右上端部に、グランドパターン７２に対して垂直方向に１ｍｍ離れて設置される。グランドパターン７２の辺７２ａ及び７２ｂにより、平面エレメント４１の給電点４１ａに対して先細り形状が形成される。給電位置４１ａに最も近いグランドパターン７２の点とプリント基板７６の右側端部と辺７２ａとが交わる点の高さの差は２乃至３ｍｍである。辺７２ａ及び７２ｂにより構成される先細り形状は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺７２ｂは垂直の辺７２ｃと接続しており、当該辺７２ｃは水平の辺７２ｄに接続している。辺７２ｄはさらに垂直の辺７２ｅに接続している。すなわち、グランドパターン７２に、誘電体基板４６の左側面に対向し且つ第２のアンテナから分離するための部分７２ｆが追加されている。これにより、グランドパターン７２は、辺７２ｅ、辺７２ｄ、辺７２ｃ、辺７２ｂ、及び辺７２ａにより誘電体基板４６を部分的に囲う形状を有している。すなわち、グランドパターン７２は、平面エレメント４１の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部４５を含む、平面エレメント４１の縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメント４１の、切欠部４５を含む上縁部及び右側縁部に対向するグランドパターン７２は設けられておらず、プリント基板７６のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。
【００６３】
第２のアンテナとしては、誘電体基板４６と同じ誘電体基板７７と、給電位置７１ａに接続される高周波電源７３ｂと、グランドパターン７２とを含む。誘電体基板７７は、プリント基板７６の左上端部に、グランドパターン７２に対して垂直方向に１ｍｍ離れて設置される。グランドパターン７２の辺７２ｇ及び７２ｈにより、誘電体基板７７に含まれる平面エレメントの給電位置７１ａに対して先細り形状が形成されている。給電位置７１ａに最も近いグランドパターン７２の点とプリント基板７６の左側端部と辺７２ｇとが交わる点の高さの差は２乃至３ｍｍである。辺７２ｇ及び７２ｈにより構成される先細り形状は、給電位置７１ａを通る直線に対して対称となっているが、辺７２ｈは垂直の辺７２ｉと接続しており、当該辺７２ｉは水平の辺７２ｊに接続している。辺７２ｊはさらに垂直の辺７２ｋに接続している。グランドパターン７２には、誘電体基板７７の右側面に対向し且つ第１のアンテナから分離するための部分７２ｆが存在している。これにより、グランドパターン７２は、辺７２ｇ、辺７２ｈ、辺７２ｉ、辺７２ｊ及び辺７２ｋにより誘電体基板７７を部分的に囲う形状を有している。すなわち、グランドパターン７２は、平面エレメント７７の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部を含む、平面エレメントの縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメントの、切欠部を含む上縁部及び左側縁部に対向するグランドパターン７２は設けられておらず、プリント基板７６のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。基本的にこの無線通信カードのプリント基板７６は直線７４に対して左右対称となっている。
【００６４】
このようにすれば無線通信カードにおいてスペース・ダイバーシティ・アンテナを実装することができるようになる。
【００６５】
［実施の形態９］
本実施の形態では、第５の実施の形態に係るアンテナをスティック型カードに適用した場合の例を図１４に示す。本実施の形態に係るプリント基板８６は、第５の実施の形態における誘電体基板と同じ誘電体基板４６と、給電位置４１ａから接続される高周波電源８３と、グランドパターン８２とを有する。誘電体基板４６は、プリント基板８６の上端部に、グランドパターン８２に対してＬ１０（＝１ｍｍ）離れて設置される。グランドパターン８２には、辺８２ａ及び８２ｂにより、誘電体基板４６の給電位置４１ａに対して先細り形態が形成されている。給電位置４１ａに最も近いグランドパターン８２の点とプリント基板８６の側端部と辺８２ａ又は８２ｂとが交わる点の高さの差Ｌ１１は２乃至３ｍｍとなっている。また先細り形状が形成されたグランドパターン８２は、給電位置４１ａを通る直線に対して対称となっている。なお、Ｌ９は１０ｍｍである。
【００６６】
このように誘電体基板４６を用いれば、小さなスティック型カードに実装可能となる。
【００６７】
［実施の形態１０］
以上述べた実施の形態では、誘電体基板に平面エレメントが一体形成されている場合を述べたが、必ずしも平面エレメントは誘電体基板に一体形成されねばならないわけではない。以下、誘電体基板を用いないアンテナの例を示す。
【００６８】
本発明の第１０の実施の形態に係るアンテナの構成を図１５（ａ）及び（ｂ）に示す。導体で円形の平面エレメント９１と、当該平面エレメントと併置されるグランドパターン９２と、平面エレメント９１の給電点９１ａと接続する高周波電源９３とにより構成される。給電点９１ａは、平面エレメント９１とグランドパターン９２との距離が最短となる位置に設けられる。
【００６９】
また、給電点９１ａを通る直線９４に対して平面エレメント９１とグランドパターン９２とは左右対称となっている。さらに、平面エレメント９１の円周上の点から直線９４に平行にグランドパターン９２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線９４に対して左右対称となっている。すなわち、直線９４からの距離が同じであれば、平面エレメント９１の円周上の点からグランドパターン９２までの距離Ｄ１１及びＤ１２は同じになる。
【００７０】
本実施の形態では、平面エレメント９１に対向するグランドパターン９２の辺９２ａ及び９２ｂは、直線９４から遠くなるほど平面エレメント９１とグランドパターン９２の距離が、より長くなるように傾けられている。すなわち、グランドパターン９２には、平面エレメント９１の給電点９１ａに対して先細り形状が形成されている。なお、辺９２ａ及び９２ｂの傾きについては、所望のアンテナ特性を得るために調整する必要がある。誘電体基板を用いる場合に比して、グランドパターン９２との結合度合いは低くなっているので、あまり大きな傾きを設けると高周波域の特性が悪くなる。
【００７１】
このように、平面エレメント９１とグランドパターン９２の距離を変更することにより、アンテナのインピーダンス等価回路における容量成分Ｃを変更することができる。図１５（ａ）に示すように外側に向けて平面エレメント９１とグランドパターン９２の距離は広がっており、容量成分Ｃの大きさも外側に向かって小さくなる。従って、インピーダンス等価回路における誘導成分Ｌが比較的大きく効くようになる。
【００７２】
また本実施の形態では、図１５（ｂ）で示すように、平面エレメント９１は、グランドパターン９２の中心線９５上に配置されている。従って、本実施の形態においては平面エレメント９１とグランドパターン９２とが同一平面内に配置されている。但し、必ずしも同一平面内に配置しなくともよく、例えば互いの面が平行又はほぼ平行といった形で配置しても良い。
【００７３】
さらに平面エレメント９１の形状は、必ずしも円形に限定されず、逆三角形や、例えば円弧部分をグランドパターンに対向させ且つ直径部分からグランドパターン側に矩形の切欠部を設けた半円形などであってもよい。半円も完全な円を半分にしたものではなく、楕円を半分にしたものであっても良い。その際にも、グランドパターンに、平面エレメント９１の給電位置に対して先細り形状を形成すれば、その形状によりインピーダンス特性の調整を行うことができる。
【００７４】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、平面エレメントの切欠部の形状は矩形を代表例として述べたが、場合によっては台形その他の多角形を採用する場合もある。また、切欠部の角を丸くするような加工を行う場合もある。グランドパターンの先細り形状についても、給電のための電極を収容するための窪みを設ける例を示したが、先端が鋭角である必要は必ずしもない。また、平面エレメントとグランドパターンとは完全には重なることは無いが、その一部が重なることはあり得る。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、小型化が可能であり且つより広帯域化が可能な新規な形状のアンテナを提供することができる。
【００７６】
また他の側面として、小型化が可能であり且つアンテナ特性を制御し易くする新規な形状のアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるアンテナの動作原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４の実施の形態における第１のアンテナの構成を示す図、（ｂ）は第２の構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における第１のアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態における第２のアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図８】第５の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図９】第５の実施の形態におけるアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６及び第７の実施の形態におけるアンテナのインピーダンス特性の変化を示すための図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態におけるスペース・ダイバーシティ・アンテナの構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第９の実施の形態におけるスティック型無線通信カードにおけるアンテナ形状を示す図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態におけるアンテナの正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｉ）は従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１７】従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１８】従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１９】従来のアンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 平面エレメント
２ グランドパターン
３ 高周波電源
４ 対称線
５ 切欠部
６ プリント基板
７ 誘電体基板
Claims (12)
- 給電される面状のアンテナ用エレメントと、
前記アンテナ用エレメントと併置されたグランドパターンとを具備し、
前記グランドパターンを切り欠くことにより、前記アンテナ用エレメントと前記グランドパターンとの距離が連続的に変化する連続変化部が設けられたアンテナ。 - 給電位置において給電されるアンテナ用エレメントと、
前記アンテナ用エレメントと併置され、前記アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されたグランドパターンと、
を含むアンテナ。 - 前記先細り形状が、線分で構成される縁部と上に凸の曲線で構成される縁部と下に凸の曲線で構成される縁部とのうち少なくともいずれかにより構成される
ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ。 - 前記先細り形状が、前記アンテナ用エレメントの給電位置を通る直線に対して左右対称であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ。
- 前記先細り形状の先端に、前記アンテナ用エレメントの給電位置に給電を行うための部分を収容するための窪みが設けられていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ。
- 前記アンテナ用エレメントは誘電体基板上又は内部に形成され、前記グランドパターンは樹脂基板上又は内部に形成され、前記誘電体基板が前記樹脂基板上に載置されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ。
- 前記アンテナ用エレメントが、
前記グランドパターンに対向する辺を底辺とし、当該底辺に対して垂直又は実質的に垂直に側辺が設けられ、上辺に切欠きが設けられた形状を有する
ことを特徴とする請求項６記載のアンテナ。 - 前記樹脂基板の上端部には前記アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板が載置され、前記グランドパターンが前記誘電体基板の左及び右のうち少なくともいずれかに伸びた領域を有するように形成されることを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
- 前記樹脂基板の右上端部と左上端部のうち少なくともいずれかには前記アンテナ用エレメントが形成された誘電体基板が載置され、前記グランドパターンが前記誘電体基板が載置されるサイドとは反対サイドに伸びた領域を有するように形成されることを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
- アンテナ用エレメントが一体として形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板が設置され且つ当該誘電体基板と併置されるグランドパターンが形成された基板と、
を具備し、
前記グランドパターンには、前記アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されており、
前記アンテナ用エレメントには、前記給電位置から最も遠い縁部分から、併置される前記グランドパターン側に切欠きが設けられている
ことを特徴とするアンテナ。 - ２つの前記誘電体基板が、前記基板の右上端部と左上端部に１／４波長離して配置され、
前記グランドパターンには、２つの前記誘電体基板を分離するための領域が設けられている
ことを特徴とする請求項１０記載のアンテナ。 - アンテナ用エレメントが一体として形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板が設置され且つ当該誘電体基板と併置されるグランドパターンが形成された基板と、
を具備し、
前記グランドパターンには、前記アンテナ用エレメントの給電位置に対して先細り形状が形成されており、
前記アンテナ用エレメントには、前記給電位置から最も遠い縁部分から、併置される前記グランドパターン側に切欠きが設けられている
ことを特徴とする無線通信カード。
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