JP2005117363A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自由度の高い形状で、広帯域特性を実現するようにする。
【解決手段】放射板１ａ，１ｂは、所定のギャップ長の間隙２１を有するように、対称線Ｌを境界にして近接配置される。この間隙２１は、給電部３を基点として、開口端（切り口）に向かって徐々に、その幅が広くなるように形成されている。給電部３は、間隙２１のスロット長手方向における開口端（放射板１ａ，１ｂの下端の切り口）寄りの所定の位置に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。スロット長手方向の全長をｓとした場合、間隙２１の開口端から給電部３までの距離ｆは、ｓ／３±１０％とされる。本発明は、広帯域アンテナ装置に適用することができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、自由度の高い形状で、かつ、小型化して、広帯域特性を実現するようにしたアンテナ装置に関する。

従来の板状広帯域アンテナの例として、文献、R.M.Taylor.,“A Brodband Omnidirectional Antenna,”に半円形導体板を用いたアンテナ装置が示されている。その構成例を図１および図２に示す。

図１Ａは、半楕円形状の放射板（導体板）１ａ，１ｂを備えたアンテナ装置を示しており、図１Ｂは、半円形状の放射板１ａ，１ｂを備えたアンテナ装置を示している。放射板１ａ，１ｂは、それぞれの半円円弧の頂点２ａ，２ｂが対向するように配置されている。給電部３は、この頂点２ａ，２ｂの間に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。

図２は、二等辺三角形状の放射板１ａ，１ｂを備えたアンテナ装置を示している。放射板１ａ，１ｂは、それぞれの頂点２ａ，２ｂが対向するように、かつ、その頂角を９０度以上広げるようにして配置されている。給電部３は、この頂点２ａ，２ｂの間に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。

ここで、図３に示されるように、半円形の放射板１ａ，１ｂの半径ｒを0.25λ＝25ｍｍとした場合のアンテナ装置のVSWR（Voltage Standing Wave Ratio：定在波比）特性を図４に示す。図４において、縦軸はVSWR特性を表わし、横軸は周波数（GHz）を表わしている。また、横軸の１目盛りは、800MHzである。一般に、VSWR≦2.0となる帯域が使用帯域とされることから、この条件を満たす最低周波数は、1.7GHzほどであり、広帯域特性を持つことがわかる。

ところで、広帯域特性を持つアンテナ装置を実現するためには、最低周波数に応じて面形状を大きくする必要がある。また、図１および図２に示した放射板１ａ，１ｂは、その形状は異なるものの、いずれも、対称面形状の中心線を含む頂点を近接させて給電する構造を特徴としている。これは、給電部３（頂点）を原点として、各波長に対応した幾何学的な面積の相似比を、容易に得ることができる構造とするためである。すなわち、図１乃至図３において、影が施されている部分の放射板１ａ，１ｂの小さいアンテナ装置と、影が施されている部分を含む放射板１ａ，１ｂの大きいアンテナ装置は、電磁界が互いに相似であって、この大小２つのアンテナ装置は、全く等しい特性を持つことになる。

このように、相似構造のアンテナ装置は、電磁界の相似の理と呼ばれ、周波数に無関係な特性を持ったアンテナ装置であることがわかる（例えば、非特許文献１参照）。

図５は、図１に示した双極型（ダイポール型）のアンテナ装置の１つの放射素子である半円形の放射板１と、電気影像面として作用する平面導体地板１１により構成し、図１に示したアンテナ装置と等価な動作をする単極型（モノポール型）のアンテナ装置を示している。半円形の放射板１は、その円弧頂点２が平面導体地板１１上に近接対向するように垂直に配置される。給電部３は、円弧頂点２、または、円弧頂点２と平面導体地板１１の間に設けられ、同軸給電ケーブル１２から給電される。平面導体地板１１は、放射板１の電気影像を、放射板１が配置される面を表面とした場合の裏面に形成し、図１に示したアンテナ装置と等価な動作をする。

松本欣二，電波工学入門，ｐ120乃至124

広帯域特性を持つダイポール型のアンテナ装置は、図１および図２に示したように、放射板１ａ，１ｂの形状が少なくとも一頂点を原点とする対称面形状に構成し、かつ、放射板１ａ，１ｂの頂点２ａ，２ｂを近接させて中央給電する必要があった。

また、アンテナ装置の構造上、給電部３から離れるに従って、幾何学的に水平方向（図１乃至図３の紙面において横方向）に拡大するような放射面構造を有するものであるため、装置が大型化する課題があった。

さらに、広帯域特性を持つモノポール型のアンテナ装置は、図５に示したように、例えば、車体などの平面導体地板１１上に取り付けた場合、その重心が高くなるため、構造的および流体力学的に不安定となり、自由度が少ない形状となる課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、自由度の高い形状で、広帯域特性を実現することができるようにするものである。また、使用用途に応じて、小型化することができるようにするものである。

本発明の第１のアンテナ装置は、第１の放射板と第２の放射板が対向するように近接配置され、近接配置された第１の放射板と第２の放射板の間には、所定の幅の間隙が形成され、間隙の開放端寄りの予め決められた位置から給電されることを特徴とする。

前記第１の放射板および第２の放射板の間に形成される間隙の長手方向の長さをｓ、第１の放射板の最大広がり幅をｋとした場合、縦横比ｍは、ｓ／２ｋで表わされ、その値は、０．３＜m＜０．７の範囲とされるようにすることができる。

前記間隙の開放端寄りの予め決められた位置は、間隙の長手方向の長さをｓとした場合、ｓ／３±１０％の範囲の位置とされるようにすることができる。

本発明の第２のアンテナ装置は、放射板が平面導体地板上に垂直に近接配置され、近接配置された放射板と平面導体地板の間には、所定の幅の間隙が形成され、間隙の開放端寄りの予め決められた位置から給電されることを特徴とする。

前記放射板および平面導体地板の間に形成される間隙の長手方向の長さをｓ、放射板の最大広がり幅をｋとした場合、縦横比ｍは、ｓ／２ｋで表わされ、その値は、０．３＜m＜０．７の範囲とされるようにすることができる。

前記間隙の開放端寄りの予め決められた位置は、間隙の長手方向の長さをｓとした場合、ｓ／３±１０％の範囲の位置とされるようにすることができる。

第１の本発明においては、第１の放射板と第２の放射板が対向するように近接配置され、近接配置された第１の放射板と第２の放射板の間には、所定の幅の間隙が形成され、間隙の開放端寄りの予め決められた位置から給電される。

第２の本発明においては、放射板が平面導体地板上に垂直に近接配置され、近接配置された放射板と平面導体地板の間には、所定の幅の間隙が形成され、間隙の開放端寄りの予め決められた位置から給電される。

第１の本発明によれば、広帯域特性を実現することができる。特に、自由度の高い形状で、広帯域特性を実現することが可能となる。

第２の本発明によれば、広帯域特性を実現することができる。特に、自由度の高い形状で、かつ、より小型化して、広帯域特性を実現することが可能となる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を説明するが、開示される発明と実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。本明細書には記載されているが、発明に対応するものとして、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。

さらに、この記載は、明細書に記載されている発明の全てを意味するものではない。換言すれば、この記載は、明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により出現し、追加される発明の存在を否定するものではない。

本発明は、第１の放射板（例えば、図１１の放射板１ａ）と第２の放射板（例えば、図１１の放射板１ｂ）が対向するように近接配置され、近接配置された第１の放射板と第２の放射板の間には、所定の幅の間隙（例えば、図１１の間隙２１）が形成され、間隙の開放端寄りの予め決められた位置（例えば、図１１の給電部３）から給電されることを特徴とするアンテナ装置を提供する。

第１の放射板および第２の放射板の間に形成される間隙の長手方向の長さをｓ、第１の放射板の最大広がり幅をｋとした場合、縦横比ｍは、ｓ／２ｋで表わされ、その値は、０．３＜m＜０．７の範囲とされるようにすることができる。

間隙の開放端寄りの予め決められた位置は、間隙の長手方向の長さをｓとした場合、ｓ／３±１０％の範囲の位置とされるようにすることができる。

本発明は、放射板（例えば、図３１の放射板１）が平面導体地板（例えば、図３１の平面導体地板１１）上に垂直に近接配置され、近接配置された放射板と平面導体地板の間には、所定の幅の間隙（例えば、図３１の間隙２１）が形成され、間隙の開放端寄りの予め決められた位置（例えば、図３１の給電部３）から給電されることを特徴とするアンテナ装置を提供する。

放射板および平面導体地板の間に形成される間隙の長手方向の長さをｓ、放射板の最大広がり幅をｋとした場合、縦横比ｍは、ｓ／２ｋで表わされ、その値は、０．３＜m＜０．７の範囲とされるようにすることができる。

間隙の開放端寄りの予め決められた位置は、間隙の長手方向の長さをｓとした場合、ｓ／３±１０％の範囲の位置とされるようにすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図６は、本発明に係る広帯域アンテナ装置の原理的構成例を示す図である。なお、従来と対応する部分には、同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。正方形状の放射板１ａ，１ｂは、例えば、各１辺が２５ｍｍとされ、放射板１ａ，１ｂの間に、１ｍｍのスロット形状の間隙（ギャップ）２１（図６において、影で示される領域）を有するように近接配置される。給電部３−１乃至３−３は、このスロット形状の間隙２１の一端に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。

放射板１ａ，１ｂは、アルミ材や銅などの材質からなり、その形状は、薄状または板状などのいずれでもよい。

間隙２１の幅（スロット幅）は、概ね放射板１ａ，１ｂの間の結合度を変えることによるインピーダンスの平均的な整合手段を目的に構成するものである。給電部３−１乃至３−３（以下、給電部３−１乃至３−３を個々に区別する必要がない場合、単に給電部３と称する）は、間隙２１のスロット長手方向の所定の位置であって、所要帯域全体にわたって、ほぼ低VSWRとなるような位置に設定される。

ここで、間隙２１のスロット長手方向の所定の位置について説明する。まず、図６のアンテナ装置の間隙２１において、給電部３をスロット長手方向（図６の紙面において上下方向）にスライドさせ、各位置におけるVSWR特性を測定する。

図７は、給電部３−１（ほぼ中央位置）における場合のVSWR特性を示し、図８は、給電部３−２，３−３における場合のVSWR特性を示している。図７および図８において、縦軸はVSWR特性を表わし、横軸は周波数（GHz）を表わしている。また、横軸の１目盛りは、800MHzである。

給電部３−１では、図７に示されるように、２GHz付近の周波数（図中、Ｐ１）において1.9のVSWR特性が得られ、４GHz付近の周波数（図中、Ｐ２）において1.6のVSWR特性が得られ、６GHz付近の周波数（図中、Ｐ３）において3.1のVSWR特性が得られ、８GHz付近の周波数（図中、Ｐ４）において4.4のVSWR特性が得られた。

また、給電部３−２，３−３では、図８に示されるように、２GHz付近の周波数（図中、Ｐ１１）において1.9のVSWR特性が得られ、４GHz付近の周波数（図中、Ｐ１２）において1.8のVSWR特性が得られ、６GHz付近の周波数（図中、Ｐ１３）において1.9のVSWR特性が得られ、８GHzの周波数付近（図中、Ｐ１４）において2.2のVSWR特性が得られた。

一般に、VSWR≦2.0となる帯域が使用帯域とされることから、給電部３−１では狭帯域なVSWR特性（図７）が得られ、給電部３−２，３−３では、広帯域なVSWR特性（図８）が得られる。すなわち、間隙２１のスロット長手方向の開放端寄りに設けられた給電部３−２，３−３の位置において、広帯域特性が得られることがわかる。この給電部３−２，３−３は、本件発明者の経験上、スロット開放端（放射板１ａ，１ｂの上端部または下端部）から７乃至８ｍｍ内側で得られる位置とされる。

このように、間隙２１のスロット長手方向の全長の中心位置（給電部３−１の位置）に対してオフセットさせ、開放端寄りの給電部３−２，３−３を利用することにより、広帯域特性を得ることが可能となる。

なお、２箇所の給電部３−２，３−３で広帯域特性が得られる理由は、次のとおりである。給電部３−２，３−３におけるVSWR特性（図８）は、給電部３−１におけるVSWR特性（図７）と比較して、１乃至４GHz付近では、ほとんど特性変化が見られないが、４GHzより高い周波数では、VSWR特性が大幅に改善されている。すなわち、周波数の高い領域において、三角形板状面積の相似構造が、この給電部３−２，３−３を基点として形成しやすい位置であることがわかる。

周波数が高い場合、アンテナ形状に比して波長が短くなり、給電部３より入った電流は有限長であるアンテナ末端まで到達しないうちに、ほとんどが電波となって空中に放射されてしまう。そのため、アンテナ末端での電流は、わずかなものとなり、その形状にはあまり影響を受けない。換言すれば、給電部３付近のみの三角形板状面積の相似構造の有無が、給電部３より入った電流に大きく影響することになる。また、給電部３から離れた末端のアンテナ形状は、有限的な最低周波数を決定することになる。

以上のことから、給電部３−１乃至３−３のうち、給電部近傍において三角形板状面積の相似構造が得られやすい位置は、間隙２１のスロット開口端（放射板１ａ，１ｂの上端または下端の切り口）寄りであることがわかる。

図９は、給電部３−２を基点として三角形板状面積の相似構造を形成する例を模式的に示している。

放射板１ａ，１ｂの給電部３−２から入った電流は、矢印３１ａ，３１ｂで示される幾何学的な相似を形成しやすい方向にそれぞれ伝達される。ここで、放射板１ａを、給電部３−２を軸にして時計方向に４５度回転させるとともに、放射板１ｂを、給電部３−２を軸にして半時計方向に４５度回転させることにより形成されるアンテナ装置は、あたかも従来型の一頂点を原点とする対称面形状に構成される。

図１０は、給電部３−３を基点として三角形板状面積の相似構造を形成する例を模式的に示している。

放射板１ａ，１ｂの給電部３−３から入った電流は、図９と同様に、矢印３１ａ，３１ｂで示される幾何学的な相似を形成しやすい方向にそれぞれ伝達される。ここで、放射板１ａを、給電部３−３を軸に半時計方向に４５度回転させ、放射板１ｂを、給電部３−２を軸に時計方向に４５度回転させることにより形成されるアンテナ装置は、あたかも従来型の一頂点を原点とする対称面形状に構成される。

図９および図１０に示されるように、放射板１ａ，１ｂを、給電部３−２，３−３を軸にして展開させることにより形成されるアンテナ装置は、従来型の頂点構造のアンテナ装置としての機能を備え、その展開角（スロット形状の間隙２１の幅）が、アンテナインピーダンスを最適なものにしたり、装置を小型化することができる。

以上のことから、本発明を実施するための最良の形態である広帯域アンテナ装置は、放射板１ａ，１ｂを、所定の幅（以下において、適宜、ギャップ長と称する）のスロット形状の間隙２１を有するように近接配置させるとともに、間隙２１のスロット開口端（放射板１ａ，１ｂの上端または下端の切り口）寄りの所定の位置に給電部３を設けるようにすることにより、アンテナ装置の帯域特性のうち、高域側の特性を任意に可変することが可能になる。

次に、図６に示した広帯域アンテナ装置の原理を実現する具体例について説明する。

図１１は、広帯域アンテナ装置の一実施の形態の構成例を示す図である。この広帯域アンテナ装置は、１／４円形状の放射板１ａ，１ｂを備えている。

放射板１ａ，１ｂは、所定のギャップ長の間隙２１を有するように、対称線Ｌを境界にして近接配置される。この間隙２１は、給電部３を基点として、開口端（切り口）に向かって徐々に、その幅が広くなるように形成されている。また、放射板１ａ，１ｂの開口端は、適宜テーパ状に形成される。給電部３は、間隙２１のスロット長手方向における開口端（図１１の例の場合、放射板１ａ，１ｂの下端の切り口）寄りの所定の位置に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。

図１１において、ｓは、間隙２１のスロット長手方向の全長を表わしている。ｆは、間隙２１の開口端（図１１の例の場合、放射板１ａ，１ｂの下端の切り口）から給電部３までの距離を表わしており、ｓ／３±１０％が推奨値とされる。ｋは、対称線Ｌを中心とした放射板１ａ，１ｂの水平方向（図１１の紙面において横方向）の最大広がり幅を表わしており、所要最低周波数のλ／４長とされる。ｇａ，ｇｂ，ｇｆは、間隙２１のギャップ長を表わしている。

より具体的には、間隙２１付近の部分拡大図である図１２に示されるように、ｇａは、給電部３を基点として、給電部３に近い開口端（図１２の例の場合、放射板１ａ，１ｂの下端の切り口）の間隙２１のギャップ長を規定するものであり、主に、周波数の高い領域におけるVSWR特性に影響する。なぜなら、給電部３の近傍における三角形板状面積の相似構造が、主に、周波数の高い領域での放射特性に強く影響するためである。

ｇｂは、給電部３を基点として、給電部３から離れた開口端（図１２の例の場合、放射板１ａ，１ｂの上端の切り口）の間隙２１のギャップ長を規定するものである。換言すれば、放射板１ａ，１ｂを、給電部３を軸として所定の回転角度だけ展開させた状態を規定するものであり、主に、アンテナインピーダンスの平均的な特性に影響する。

そして、ｇａ，ｇｂの規定にともなって形成される間隙２１の開口端（切り口）は、特定の周波数においてインピーダンスの不整合が起きないようにするために、図１２中において、一点破線で示されるように、テーパ状に角の丸め込み処理が行われる。

ｇｆは、間隙２１の給電部３付近のギャップ長を規定するものであり、２ｍｍ以下が望ましく、0.1乃至0.5ｍｍが推奨値とされる。このｇｆは、アンテナ形状が大きくなるほど、その値を小さくする方が（すなわち、ギャップ長を狭くする方が）高い周波数において良好な特性が得られる。

以上のようなｇａ，ｇｂ，ｇｆの規定にともなって形成されるスロット形状の間隙２１を、放射板１ａ，１ｂの間に設けることにより、放射板１ａ，１ｂの形状に対して、自由度の高い形状で、広帯域アンテナ装置の形成を行うことが可能となる。

縦横比ｍは、スロット全長ｓを縦方向とした場合における放射板１ａ，１ｂの横方向への最大広がり幅ｋとの比を表わしている。図１１に示されるように、放射板１ａ，１ｂの最大広がり幅を２ｋとした場合、縦横比ｍはｓ／２ｋで表わされる。この最大広がり幅２ｋは、ほぼ最低周波数を決定するもので、λ／２長に相当する。

例えば、半径25ｍｍの円板を、スロット形状の間隙２１を形成するように２等分割した場合、その縦横比ｍは１（＝50／50）とされる。

また例えば、１辺25ｍｍの正方形を、スロット形状の間隙２１を形成するように縦または対角に等分割した場合、その縦横比ｍは１（＝25／25（縦分割）＝25√2／25√2（対角分割））とされる。

さらにまた例えば、短軸ｓ、長軸２ｋからなる楕円板を、スロット形状の間隙２１を形成するように短軸上で分割した場合、その縦横比ｍはｓ／２ｋとされる。これに対し、長軸上で分割した場合、その縦横比ｍは２ｋ／ｓとされる。

次に、図１３乃至図１８を参照して、アンテナ装置の縦横比ｍを変化させた場合における各VSWR特性についてさらに説明する。図１３は、間隙２１のギャップ長ｇａ，ｇｂ，ｇｆがいずれも１ｍｍであり、縦横比ｍの値が、1，0.82，0.67，0.49、および0.33における場合のアンテナ装置の構成例をそれぞれ示している。図１４乃至図１８は、図１３に示した各縦横比におけるアンテナ装置のVSWR特性をそれぞれ示している。なお、図１４乃至図１８において、縦軸はVSWR特性を表わし、横軸は周波数（GHz）を表わしている。また、横軸の１目盛りは、800MHzである。

図１４は、縦横比ｍ＝１の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図１４の例の場合、最低周波数近傍のVSWR特性が急激に悪化しており、VSWR≦2.0となる使用帯域もリップル症状が現われている。従って、縦横比ｍ＝１の場合には、狭帯域なVSWR特性が得られる。

図１５は、縦横比ｍ＝0.82の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図１５の例の場合、図１４と同様に、最低周波数近傍のVSWR特性が急激に悪化している。従って、縦横比ｍ＝0.82の場合にも、狭帯域なVSWR特性が得られる。

図１６は、縦横比ｍ＝0.67の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図１６の例の場合、図１４および図１５に較べると、最低周波数近傍のVSWR特性はかなり改善されている。従って、縦横比ｍ＝0.67の場合には、比較的広帯域なVSWR特性が得られる。

図１７は、縦横比ｍ＝0.49の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図１７の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.2GHzほどであり、周波数全体にわたって良好なVSWR特性が得られている。従って、縦横比ｍ＝0.49の場合には、広帯域なVSWR特性が得られる。

図１８は、縦横比ｍ＝0.33の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図１８の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.3GHzほどであり、図１７と同様に、周波数全体にわたって良好なVSWR特性が得られている。従って、縦横比ｍ＝0.33の場合には、広帯域なVSWR特性が得られる。

図１４および図１５に示されるように、縦横比ｍが0.82以上（本件発明者の経験上、実際には縦横比ｍが0.7以上）では、最低周波数近傍のVSWR特性の悪化が顕著となる。または、縦横比ｍが0.7以上になると、リップル症状が現われ、良好な広帯域特性が得られなくなる。さらに、縦横比ｍが0.3以下になると、図示は省略するが、周波数全体にわたって良好なVSWR特性が得られなくなる（すなわち、VSWR特性の値が下がらなくなる）。

以上のことから、放射板１ａ，１ｂを対称線Ｌを境界にして近接配置するとともに、その放射板１ａ，１ｂの間にスロット形状の間隙２１を形成するようにした広帯域アンテナ装置においては、縦横比ｍの値がVSWR特性に影響することがわかり、0.3＜ｍ＜0.7の範囲内におさまるように、放射板１ａ，１ｂを形成することが望ましい。しかしながら、上記範囲内におさまらなくても、ｇｆ＜＜ｇｂとなるように、給電部３から、スロット形状の間隙２１をテーパ状に広げていくことにより、広帯域特性を得るようにすることができる。すなわち、ｇｆ＜＜ｇｂとなるようにスロット形状の間隙２１をテーパ状に広げていくことで、いわば、従来型の一頂点を原点とする対称面形状の構造を形成することになる。

次に、上述した条件を満たす広帯域アンテナ装置を実際に設計して、そのVSWR特性を測定した。以下、いくつか具体例を挙げて説明する。なお、λ＝100ｍｍとし、間隙２１の構造は、図１２に示した構造に準ずるものとして説明する。

図１９は、スロット全長ｓが0.25λであり、放射板１ａ，１ｂの最大広がり幅２ｋが0.5λ（＝2×0.25λ）であり、縦横比ｍが0.5（＝0.25λ／0.5λ）における場合の1/4円形状の放射板１ａ，１ｂを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図２０は、図１９に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図２０の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.05GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。

図２１は、スロット全長ｓが0.20λであり、放射板１ａ，１ｂの最大広がり幅２ｋが0.5λ（＝2×0.25λ）であり、縦横比ｍが0.4（＝0.20λ／0.5λ）における場合の変形の1/4円形状の放射板１ａ，１ｂを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図２２は、図２１に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図２２の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.1GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。

図２３は、スロット全長ｓが0.25λであり、放射板１ａ，１ｂの最大広がり幅２ｋが0.5λ（＝2×0.25λ）であり、縦横比ｍが0.5（＝0.25λ／0.5λ）における場合の半楕円形状の放射板１ａ，１ｂを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図２４は、図２３に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図２４の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.1GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。

図２５は、スロット全長ｓが0.20λであり、放射板１ａ，１ｂの最大広がり幅２ｋが0.5λ（＝2×0.25λ）であり、縦横比ｍが0.4（＝0.20λ／0.5λ）における場合の二等辺三角形状の放射板１ａ，１ｂを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図２６は、図２５に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図２６の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.3GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。

図２７は、スロット全長ｓが0.25λであり、放射板１ａ，１ｂの最大広がり幅２ｋが0.5λ（＝2×0.25λ）であり、縦横比ｍが0.5（＝0.25λ／0.5λ）における場合の正方形状の放射板１ａ，１ｂを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図２８は、図２７に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図２８の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、1.9GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。

以上のように、本発明の広帯域アンテナ装置は、従来のアンテナ装置の設計指標に対して、１／２の面積で形成することが可能となる。また、使用帯域であるVSWR≦2.0となる最低周波数は、従来の場合、多少リップル的ではあるが、設計指標値より低く、1.7GHzほどである。これに対し、本発明の広帯域アンテナ装置の場合、図１９乃至図２８で示されたように、縦横比ｍを0.4乃至0.5で設計することにより、リップルは抑制され、最低周波数は、2.05乃至2.3GHzほどとなるが、より良好なVSWR特性を得ることができる。これを同等特性とする幾何学形状比に換算した場合、形状的に多少大きくなるものの、実質、従来比70乃至80パーセントに小型化された広帯域アンテナ装置を実現することができる。

次に、使用周波数に対する幾何学形状比を確認するため、図２９に示されるように、図１９に示した放射板１ａ，１ｂの形状を４．６倍の大きさで設計し、そのVSWR特性を測定した。このアンテナ装置においては、ｍ＝0.41、２ｋ＝230ｍｍ、ｇｆ＝0.1ｍｍ、ｆ＝30ｍｍ、ｇａ＝5ｍｍ、ｇｂ＝8ｍｍ、さらに、間隙２１の開口端には、テーパ状に角の丸め込め処理が行われたものが用いられている。図３０は、図２９に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図３０の例の場合、設計最低周波数は、650MHzであり、VSWR≦2.0となる使用帯域は、500MHz乃至９GHzとなり、広帯域なVSWR特性が得られている。

以上のように、同一形状の放射板１ａ，１ｂをスロット形状の間隙２１を有するように近接配置した本発明の広帯域アンテナ装置は、整合性に優れ、比較的自由度の高い小型のアンテナ装置を構成することができる。また本発明の広帯域アンテナ装置の帯域特性は、小型化を実現しつつ、従来と同等の帯域特性を得ることができる。

なお、上述したVSWR特性の測定結果は、５０Ω同軸による不平衡給電による結果であるが、当然、平衡型給電においても、同様の結果が得られることは言うまでもない。

また以上においては、双極型（ダイポール型、λ／２型）である場合における広帯域アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、単極型（モノポール型、λ／４型）に適用することも勿論可能である。

図３１は、単極型の広帯域アンテナ装置の構成例を示す図である。この例の場合、平面導体地板１１上に垂直に１／４円形状の放射板１を配置し、図示せぬ給電線の外部導体を平面導体地板１１に接地することにより、直下に電気影像面として形成される放射板１´が、上述した双極型のアンテナ装置の放射板１ｂと等価な動作を得ることができるようになされている。なお、放射板１は、平面導体地板１１との間に、所定のギャップ長のスロット形状の間隙２１を有するように、平面導体地板１１上に近接配置される、また、間隙２１のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部３が設けられる。

このように、放射板１を、平面導体地板１１に対して、所定のギャップ長の間隙２１を有するように近接配置することで、整合性に優れ、広帯域アンテナ装置をより小型化することが可能となる。

また以上においては、同一形状の放射板１ａ，１ｂにより構成される広帯域アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、異形状の放射板１ａ，１ｂにより構成される場合にも、良好な帯域特性を得ることができる。

図３２は、放射板１ｂを放射板１ａと異なる形状の放射板に置き換えた場合の広帯域アンテナ装置の構成例を示している。放射板１ａ，１ｂは、所定のギャップ長のスロット形状の間隙２１を有するように近接配置され、間隙２１のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部３が設けられる。図３２の例の場合、放射板１ｂは、放射板１ａのスロット長手方向の全長と同じ大きさに形成されているが、水平方向（図３２の紙面において横方向）の最大広がり幅は異なる大きさに形成されている。また、放射板１ｂには、機器シャーシなどへの接地用穴４１が設けられている。

図３３は、放射板１ｂを放射板１ａと異なる形状の放射板に置き換えた場合の広帯域アンテナ装置の他の構成例を示している。放射板１ａ，１ｂは、所定のギャップ長のスロット形状の間隙２１を有するように近接配置され、間隙２１のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部３が設けられる。図３３の例の場合、放射板１ｂは、放射板１ａのスロット長手方向の全長および水平方向（図３３の紙面においてほぼ横方向）の最大広がり幅と異なる大きさに形成されている。また、放射板１ｂには、機器シャーシなどへの接地用穴４１が設けられている。

図３４は、放射板１ｂを放射板１ａと異なる形状の放射板に置き換えた場合の広帯域アンテナ装置の他の構成例を示している。放射板１ａ，１ｂは、所定のギャップ長のスロット形状の間隙２１を有するように近接配置され、間隙２１のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部３が設けられる。図３４の例の場合、放射板１ｂは、放射板１ａのスロット長手方向の全長と同じ大きさに形成されているが、水平方向（図３４の紙面において横方向）の最大広がり幅は異なる大きさに形成されている。

このように、図３２乃至図３４に示す広帯域アンテナ装置は、基本的には、単極型（モノポール型、λ／４型）の半接地方式として構成され、図示せぬ給電線の外部導体を放射板１ｂに接続する不平衡給電接地型とされる。この広帯域アンテナ装置において、接地用パターンを構成する放射板１ｂが、放射板１ａとの間に所定のギャップ長のスロット形状の間隙２１を有するように近接配置されることにより、整合性に優れ、より良好なVSWR特性を得ることができる。すなわち、放射板１ａは、主に、小型チップアンテナやパターンアンテナで構成し、この放射板１ａにスロット形状の間隙２１を有するように接地側パターンである放射板１ｂを設けることにより、広帯域アンテナ装置を実現するようにしている。

以上においては、板状の広帯域アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、円筒状に形成するようにすることも可能である。その場合の構成例を図３５に示す。図３５Ａは、双極型（ダイポール型、λ／２型）のアンテナ装置において、中心線Ｑが円筒の中心軸となるように、円筒状に形成されている。図３５Ｂは、単極型（モノポール型、λ／４型）のアンテナ装置において、中心線Ｑが円筒の中心軸となるように、円筒状に形成されている。

以上のように、放射板１ａ，１ｂを円筒型に形成することにより、スペース効率に優れたアンテナ装置を実現することが可能となる。

従来の半円形状の放射板を備えたアンテナ装置を示す図である。 従来の二等辺三角形状の放射板を備えたアンテナ装置を示す図である。 放射板の半径を0.25λとした場合のアンテナ装置を示す図である。 図３のアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 図１に示したアンテナ装置と等価な動作をする単極型のアンテナ装置を示す図である。 本発明に係る広帯域アンテナ装置の原理的構成例を示す図である。 図６の給電部３−１における場合のVSWR特性を示す図である。 図６の給電部３−２，３−３における場合のVSWR特性を示す図である。 給電部３−２を基点として三角形板状面積の相似構造を形成する例を模式的に示す図である。 給電部３−３を基点として三角形板状面積の相似構造を形成する例を模式的に示す図である。 広帯域アンテナ装置の一実施の形態の構成例を示す図である。 図１１の間隙付近の部分拡大図である。 各縦横比における場合のアンテナ装置を示す図である。 縦横比ｍ＝１の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 縦横比ｍ＝0.82の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 縦横比ｍ＝0.67の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 縦横比ｍ＝0.49の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 縦横比ｍ＝0.33の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 1/4円形状の放射板を備えた広帯域アンテナ装置を示す図である。 図１９に示すアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 変形の1/4円形状の放射板を備えた広帯域アンテナ装置を示す図である。 図２１に示すアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 半楕円形状の放射板を備えた広帯域アンテナ装置を示す図である。 図２３に示すアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 二等辺三角形状の放射板を備えた広帯域アンテナ装置を示す図である。 図２５に示すアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 正方形状の放射板を備えた広帯域アンテナ装置を示す図である。 図２７に示すアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 図１９に示すアンテナ装置を４．６倍の大きさで設計した場合の構成例を示す図である。 図２９に示すアンテナ装置のVSWR特性を示す図である。 単極型の広帯域アンテナ装置を示す図である。 異形状の放射板を備えた広帯域アンテナ装置を示す図である。 異形状の放射板を備えた他の例の広帯域アンテナ装置を示す図である。 異形状の放射板を備えた他の例の広帯域アンテナ装置を示す図である。 広帯域アンテナ装置を円筒状に形成した場合の構成例を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 放射板， ３ 給電部， １１ 平面導体接地板， ２１ 間隙

Claims (6)

1. 第１の放射板と第２の放射板が対向するように近接配置され、
   近接配置された前記第１の放射板と前記第２の放射板の間には、所定の幅の間隙が形成され、
   前記間隙の開放端寄りの予め決められた位置から給電される
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１の放射板および前記第２の放射板の間に形成される前記間隙の長手方向の長さをｓ、前記第１の放射板の最大広がり幅をｋとした場合、縦横比ｍは、ｓ／２ｋで表わされ、その値は、０．３＜m＜０．７の範囲とされる
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記間隙の開放端寄りの予め決められた位置は、前記間隙の長手方向の長さをｓとした場合、ｓ／３±１０％の範囲の位置とされる
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 放射板が平面導体地板上に垂直に近接配置され、
   近接配置された前記放射板と前記平面導体地板の間には、所定の幅の間隙が形成され、
   前記間隙の開放端寄りの予め決められた位置から給電される
   ことを特徴とするアンテナ装置。
5. 前記放射板および前記平面導体地板の間に形成される前記間隙の長手方向の長さをｓ、前記放射板の最大広がり幅をｋとした場合、縦横比ｍは、ｓ／２ｋで表わされ、その値は、０．３＜m＜０．７の範囲とされる
   ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記間隙の開放端寄りの予め決められた位置は、前記間隙の長手方向の長さをｓとした場合、ｓ／３±１０％の範囲の位置とされる
   ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。

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