JP2005269626A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で、広帯域で送受信が可能であり、より低い周波数帯で使用可能で、かつ小型で軽量なアンテナを提供する。
【解決手段】 地板となる導体面（図１の円板状導体１１）と、該記導体面に頂部を対向させた円錐状導体（第１の円錐状導体１３）とでアンテナ部が構成され、内導体（中心導体１２ｂ）と、外導体（１２ｃ）と、これらの導体間に充填された誘電体（ポリエチレン１２ａ）とで構成される同軸線路（１２）によって給電されるディスコーンアンテナにおいて、前記同軸線路のアンテナとの接続端部（符号Ａ）に、前記同軸線路内の誘電体の誘電率とは異なる実効誘電率を有する遷移領域を設けた構成としてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体通信機器、小型情報端末、その他の無線装置に利用可能な水平面内無指向性アンテナに関し、特に、簡単な構造で、広帯域で送受信が可能であり、より低い周波数帯で使用可能で、かつ小型で軽量なアンテナに関する。

導体地板と放射素子とで構成される水平面内無指向性アンテナとして、モノポールアンテナおよびディスコーンアンテナが知られている。
図１６は、従来のモノポールアンテナ１００の側面図である。図１６において、１１０は円板状導体であり、該円板状導体１１０に同軸接栓１２０を下方側から取り付け、その中心導体１３０を円板状導体１１０と絶縁し、上方に延長している。モノポールアンテナ１００の放射素子の長さｈは、最低共振周波数の電磁波の波長の約１／４にする必要がある。このとき放射素子の詳細な寸法は、インピーダンス特性に依存して決定される。

図１７は、従来のディスコーンアンテナ２００の側面図である。ディスコーンアンテナ２００は、前記モノポールアンテナ１００の中心導体１３０の形状を円錐状にした構造を有しており、この形状はバイコニカルアンテナの一方を円板状にしたものと考えることもできる。符号２１０は、円錐状導体であり、ｄは円錐状導体２１０の直径である。

理想的なディスコーンアンテナは無限大の大きさを持ち、周波数依存性を持たないが、有限の大きさをもつディスコーンアンテナでは、動作波長の上限が放射素子の長さｈの４倍程度に制限される。

上述のような導体地板と放射素子とで構成される水平面内無指向性アンテナにおいて、広帯域化を図った例、およびより低い周波数への対応を図った例を、以下に示す。

図１８（Ａ），（Ｂ）は、第１の従来例のアンテナ３００の斜視図および側面図である。図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、アンテナ３００は、円錐基体３１１の周面に沿ってスパイラル状導電素子３１２が形成されたスカート部３１０と、該スカート部３１０の頂部近傍に配置された平面基体３２１の平面上に、メアンダ状導電素子３２２が形成されたトップロード部３２０とを備えている。

このアンテナ３００では、平面基体３２１に形成されたメアンダ状導電素子３２２が比較的幅広な帯状の形態であること、複数のメアンダラインの存在により多共振となし得ること、等の理由に基づいて広帯域化が図られている。また、スカート部３１０に形成されたスパイラル状導電素子３１２により、見かけよりも長い電気長を実現できることから、従来のディスコーンアンテナ２００と比較して、小型に形成できることを特徴としている（特許文献１）。

図１９（Ａ），（Ｂ）は、第２の従来例のアンテナ４００の側面図および平面図である。図１９（Ａ），（Ｂ）に示すように、アンテナ４００は、放射素子の外周面が半楕円回転体形の導体４１０と平面地板４２０とから構成される。該アンテナ４００では、放射素子を半楕円回転体形または半球形の形状にすることにより、小型化および広帯域化を図っている（特許文献２）。

特開平０９−０８３２３８号公報 特開平０９−１５３７２７号公報

しかしながら、第１の従来例のアンテナ３００（図１８参照）では、基体上にメアンダ状あるいはスパイラル状の導体パターンを形成する必要があり、広帯域化に伴って導体パターンを高密度化する必要があるため、構造が複雑となってしまう。
また、第２の従来例の平面地板４２０を用いたアンテナ４００（図１９参照）では、使用可能な周波数帯域については、放射素子の寸法的要素が支配的であるため、より低い周波数で使用可能とするためにはアンテナを大型化しなくてはならない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で、広帯域で送受信が可能であり、より低い周波数帯で使用可能で、かつ小型で軽量なアンテナを提供することを目的とする。

この目的を達成するために請求項1記載の発明は、地板となる導体面（図１の円板状導体１１）と、該導体面に頂部を対向させた円錐状導体（第１の円錐状導体１３）とでアンテナ部が構成され、内導体（中心導体１２ｂ）と、外導体（１２ｃ）と、これらの導体間に充填された誘電体（ポリエチレン１２ａ）とで構成される同軸線路（１２）によって給電されるディスコーンアンテナにおいて、
前記同軸線路のアンテナとの接続端部（符号Ａ）に、前記同軸線路内の誘電体の誘電率とは異なる実効誘電率を有する遷移領域を設けた構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１に示す第１のアンテナ１０のようになる。但し、請求項１の実施形態では、接続端部（Ａ）の箇所にもポリエチレン１２ａが充填されている場合に相当するが、図示を省略する。
この第１のアンテナ１０のリターンロス対周波数特性は、図２に示すようになる。図中の破線は、従来のディスコーンアンテナ２００（図１７参照）のリターンロス対周波数特性である。

このようにすれば、同軸線路１２のアンテナとの接続端部（Ａ）に、同軸線路内の誘電体の誘電率とは異なる実効誘電率を有する遷移領域を設けることにより、アンテナ部の入力インピーダンスと同軸線路の特性インピーダンスの不整合に起因する反射を抑制することができるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のアンテナにおいて、
前記遷移領域の構造は、前記同軸線路（１２）内の誘電体（ポリエチレン１２ａ）を取り除いた構造である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１に示す第１のアンテナ１０のようになる。即ち、接続端部（Ａ）では、誘電体（ポリエチレン１２ａ）を取り除かれている。
このようにすれば、遷移領域の構造は、同軸線路（１２）内の誘電体（ポリエチレン１２ａ）を取り除き空気の誘電率とし、アンテナ部の入力インピーダンスと同軸線路の特性インピーダンスの不整合に起因する反射を抑制することができるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のアンテナにおいて、
前記遷移領域は、空気の誘電率と前記同軸線路（図３の１２）内の誘電体（ポリエチレン１２ｂ）の誘電率との間の実効誘電率を有した部材（発泡ポリエチレン２１）で構成される構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図３に示す第２のアンテナ２０ようになる。この第２のアンテナ２０のリターンロス対周波数特性は、図４に示すようになる。
このようにすれば、遷移領域は、空気の誘電率と同軸線路（１２）内の誘電体（ポリエチレン１２ｂ）の誘電率との間の実効誘電率を有した部材（発泡ポリエチレン２１）とし、アンテナ部の入力インピーダンスと同軸線路の特性インピーダンスの不整合に起因する反射を抑制することができるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項４記載の発明は、請求項１記載のアンテナにおいて、
前記遷移領域は、空気の誘電率と前記同軸線路（図５の１２）内の誘電体（ポリエチレン１２ｂ）の誘電率との間の実効誘電率を有した部材（発泡ポリエチレン２１）で構成され、該部材の実効誘電率が前記同軸線路の軸方向に変化する構成（比誘電率はそれぞれε１＝２．０、ε２＝１．７、ε３＝１．４）としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図５に示す第３のアンテナ３０のようになる。この第３のアンテナ３０のリターンロス対周波数特性は、図６に示すようになる。

このようにすれば、遷移領域は、空気の誘電率と同軸線路（１２）内の誘電体（ポリエチレン１２ｂ）の誘電率との間の実効誘電率を有した部材（発泡ポリエチレン２１）で構成され、該部材の実効誘電率が同軸線路の軸方向に変化する構成（比誘電率はそれぞれε１＝２．０、ε２＝１．７、ε３＝１．４）とし、アンテナ部の入力インピーダンスと同軸線路の特性インピーダンスの不整合に起因する反射を抑制することができるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記導体面（図８の導体地板４１）が、前記円錐状導体（１３）の頂部を中心とした円錐状の窪み（４１ａ）を有している構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図８に示す第４のアンテナ４０のようになる。この第４のアンテナ４０のリターンロス対周波数特性は、図９に示すようになる。
このようにすれば、放射素子が導体地板（４１）から突出する部分を低姿勢化できるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させることができる。

また、請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記円錐状導体の形状が、円錐の底面に半球の底面を接合した形状（図１０の第２の円錐状導体１３ａ）である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１０に示す第５のアンテナ５０のようになる。この第５のアンテナ５０のリターンロス対周波数特性は、図１１に示すようになる。
このようにすれば、円錐状導体の形状（第２の円錐状導体１３ａ）を、円錐の底面に半球の底面を接合した形状としたので、放射素子径を小型化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、
前記円錐状導体の形状が、円錐の底面に円柱の底面を接合した形状（図１２の第３の円錐状導体１３ｂ）である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１２に示す第６のアンテナ６０のようになる。この第６のアンテナ６０のリターンロス対周波数特性は、図１３に示すようになる。
このようにすれば、円錐状導体（第３の円錐状導体１３ｂ）の形状を、円錐の底面に円柱の底面を接合した形状としたので、放射素子径を小型化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項８記載の発明は、請求項３および請求項４記載のアンテナにおいて、前記遷移領域を構成する誘電体部材が、発泡性誘電体材料（図３の発泡ポリエチレン２１）である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図３に示す第２のアンテナ２０のようになる。
このようにすれば、遷移領域を構成する部材を、発泡性誘電体材料（発泡ポリエチレン２１）とすることにより、所望の誘電率の誘電体部材を得ることができる。

また、請求項９記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記導体面（図５の円板状導体１１）あるいは前記円錐状導体（第１の円錐状導体１３）の構造が、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜（例えば、銅の皮膜）を形成した構造である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図５に示す第３のアンテナ３０のようになる。
このようにすれば、導体地板（円板状導体１１）あるいは円錐状導体（１３）の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜（例えば、銅の皮膜）を形成した構造としたので、アンテナの重量を軽量化できる。

また、請求項１０記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記導体面（図８の導体地板４１）あるいは前記円錐状導体（第１の円錐状導体１３）の構造が、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜（例えば、銅の皮膜）を形成した構造であり、前記誘電体の構造が中空である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図８に示す第４のアンテナ４０のようになる。
このようにすれば、導体地板（４１）あるいは円錐状導体（第１の円錐状導体１３）の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜（例えば、銅の皮膜）を形成した構造とし、誘電体の構造を中空としたので、アンテナの重量を軽量化できる。

また、請求項１１記載の発明は、請求項４記載のアンテナにおいて、
前記遷移領域は、異なる誘電率を有する複数の誘電体で構成され、前記同軸線路の軸方向に該複数の誘電体の体積比が変化することで実効誘電率が変化する構造を有している構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１４に示す第７のアンテナ７０のようになる。
このようにすれば、前記遷移領域を、複数の誘電体の体積比が同軸線路の軸方向に変化する構造とし、実効誘電率の変化を実現し、アンテナ部の入力インピーダンスと同軸線路の特性インピーダンスの不整合に起因する反射を抑制することができるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のアンテナにおいて、
前記遷移領域を構成する前記複数の誘電体の内、一つは空気である構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１４に示す第７のアンテナ７０のようになる。但し、請求項１２の発明の実施形態では発泡スチレン（２１）を空気に置き換えた場合に相当するが、図示を省略する。
このようにすれば、複数の誘電体の体積比が同軸線路の軸方向に変化する構造としているので、実効誘電率の変化を容易に実現可能となる。

また、請求項１３記載の発明は、請求項１１記載のアンテナにおいて、
前記複数の誘電体は、前記同軸線路の軸方向にそれぞれ回転体状に形成され、該複数の誘電体の接合面は、円錐状のテーパー形状を有する構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図１４に示す第７のアンテナ７０のようになる。
このようにすれば、前記遷移領域を、複数の誘電体の体積比が同軸線路の軸方向に変化する構造として、実効誘電率の変化を実現し、アンテナ部の入力インピーダンスと同軸線路の特性インピーダンスの不整合に起因する反射を抑制することができるので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

また、請求項１４記載の発明は、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のアンテナにおいて、
前記遷移領域における実効誘電率の変化に伴って、前記同軸線路の特性インピーダンスが略一定になるように前記同軸線路の外導体径または内導体径が変化する構成としてある。

以上の構成を図示すると、例えば図７に示す第７のアンテナ７０のようになる。
このようにすれば、前記遷移領域において、同軸線路の特性インピーダンスが略一定に保たれるので、前記遷移領域における反射を抑制することができる。

請求項１記載の発明によれば、同軸線路のアンテナとの接続端部に、前記同軸線路内誘電体の誘電率とは異なる実効誘電率を有する遷移領域を設けたので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

請求項２記載の発明によれば、遷移領域の構造を、前記同軸線路内の誘電体を取り除いた構造としたので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

請求項３記載の発明によれば、遷移領域を、空気の誘電率と前記同軸線路内の誘電体の誘電率との間の実効誘電率を有した部材で構成したので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

請求項４記載の発明によれば、遷移領域を、空気の誘電率と前記同軸線路内の誘電体の誘電率との間の実効誘電率を有した部材で構成し、該部材の実効誘電率が前記同軸線路の軸方向に変化する構成としたので、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

請求項５記載の発明によれば、地板となる導体面に円錐状導体の頂部を中心とした円錐状の窪みを形成することにより、放射素子が導体地板から突出する部分を低姿勢化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させることができる。

請求項６記載の発明によれば、円錐状導体の形状を、円錐の底面に半球の底面を接合した形状としたので、放射素子径を小型化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

請求項７記載の発明によれば、円錐状導体の形状を、円錐の底面に円柱の底面を接合した形状としたので、放射素子径を小型化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

請求項８記載の発明によれば、遷移領域を構成する部材を、発泡性誘電体材料としたので、所望の誘電率の誘電体部材を得ることができる。
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜請求項８記載のアンテナにおいて、導体地板あるいは円錐状導体の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造としたので、アンテナの重量を軽量化できる。

請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜請求項８記載のアンテナにおいて、導体地板あるいは円錐状導体の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造とし、誘電体の構造を中空としたので、アンテナの重量を軽量化できる。

請求項１１記載の発明によれば、請求項４記載のアンテナにおいて、遷移領域を、異なる誘電率を有する複数の誘電体で構成し、同軸線路の軸方向に該複数の誘電体の体積比が変化する構造としたので、実効誘電率の変化を実現できる。

請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載のアンテナにおいて、遷移領域を構成する複数の誘電体の内、一つを空気としたので、請求項１１記載の構成が容易となる。

請求項１３記載の発明によれば、請求項１１記載のアンテナにおいて、複数の誘電体を、同軸線路の軸方向にそれぞれ回転体状に形成し、該複数の誘電体の接合面が円錐状のテーパー形状を有する構成としてので、複数の誘電体の体積比が同軸線路の軸方向に変化する構造として、実効誘電率の変化を実現できる。

請求項１４記載の発明によれば、請求項１１〜請求項１３記載のアンテナにおいて、遷移領域における実効誘電率の変化に伴って、同軸線路の特性インピーダンスが略一定なるように同軸線路の外導体径または内導体径が変化する構成としたので、遷移領域において同軸線路の特性インピーダンスは略一定に保たれ、遷移領域における反射を抑制することが可能となる。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る第１のアンテナ１０の構成を示す断面図であり、請求項１および請求項２の発明を実現している。

第１のアンテナ１０では、請求項１の「導体面」である円板状導体１１に、「誘電体」である比誘電率２．３のポリエチレン１２ａが内部に充填された「同軸線路」である同軸線路１２を下方側から取り付け、その「中心導体」である中心導体１２ｂを円板状導体１１と絶縁して上方に延長し、「円錐状導体」である第１の円錐状導体１３が中心導体１２ｂに接続されている。符号１２ｃは、「外導体」である外導体である。

同軸線路１２とアンテナとの「接続端部」である接続端部Ａでは、同軸線路１２内のポリエチレ１２ａが同軸線路１２の軸方向に長さ３ｍｍだけ取り除かれている。第１の円錐状導体１３の底面の直径は１０．８ｍｍであり、高さは９ｍｍである。円板状導体１１および第１の円錐状導体１３は、銅を主たる材料として構成されている。

このような構成の第１のアンテナ１０の動作について説明する。図２は、本実施形態のアンテナ１０のリターンロス対周波数特性である。図中には、比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナ１０と等しい従来のディスコーンアンテナ２００（図１４参照）のリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナ２００の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１５．４０〜２４．２２ＧＨｚ、周波数帯域幅は８．８２ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ１０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は９．６６〜１８．８０ＧＨｚ、周波数帯域幅は９．１４ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナ２００の場合と比較して低い周波数に対応し、広帯域化している。

このように、請求項１および請求項２の発明を実現することで、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２に係る第２のアンテナ２０の構成を示す断面図であり、請求項１、請求項３、請求項８の発明を実現している。
該アンテナ２０では、円板状導体１１に比誘電率２．３のポリエチレン１２ａが内部に充填された同軸線路１２を下方側から取り付け、その中心導体１２ｂを円板状導体１１と絶縁して上方に延長し、第１の円錐状導体１３が中心導体１２ｂに接続されている。符号１２ｃは、外導体である。

同軸線路１２とアンテナとの接続端部Ａでは、同軸線路１２の内部に、「発泡性誘電体材料」である比誘電率１．５の発泡ポリエチレン２１が充填されており、誘電率の遷移領域を形成している。該遷移領域の長さは同軸線路１２の軸方向に３ｍｍである。第１の円錐状導体１３の底面の直径は１０．８ｍｍであり、高さは９ｍｍである。円板状導体１１および第１の円錐状導体１３は、銅を主たる材料として構成されている。

このような構成の第２のアンテナ２０の動作について説明する。図４は、本実施形態のアンテナ２０のリターンロス対周波数特性である。比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナと等しい従来のディスコーンアンテナ２００のリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナ２００の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１５．４０〜２４．２２ＧＨｚ、周波数帯域幅は８．８２ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ２０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は９．２６〜２０．２８ＧＨｚ、周波数帯域幅は１１．０２ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナ２００の場合と比較して低い周波数に対応し、広帯域化している。

このように、請求項１、請求項３、請求項８の発明を実現することで、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

［実施形態３］
図５は、本発明の実施形態３に係る第３のアンテナ３０の構成を示す断面図であり、請求項１、請求項４、請求項８、請求項９の発明を実現している。
該アンテナ３０では、円板状導体１１に比誘電率２．３のポリエチレン１２ａが内部に充填された同軸線路１２を下方側から取り付け、その中心導体１２ｂを円板状導体１１と絶縁して上方に延長し、第１の円錐状導体１３が中心導体１２ｂに接続されている。符号１２ｃは、外導体である。

同軸線路１２とアンテナとの接続端部Ａでは、同軸線路１２の内部に、「実効誘電率を有した部材」である比誘電率ε１、ε２、ε３の発泡ポリエチレン２１が層状に充填されており、誘電率の遷移領域を形成している。各発泡ポリエチレン層の比誘電率はそれぞれε１＝２．０、ε２＝１．７、ε３＝１．４であり、長さはいずれの発泡ポリエチレン層も同軸線路１２の軸方向に１ｍｍである。第１の円錐状導体１３の底面の直径は１０．８ｍｍであり、高さは９ｍｍである。
円板状導体１１および第１の円錐状導体１３の構造は、誘電体の外周面に銅の皮膜を形成した構造であり、アンテナ全体を銅で構成した場合と比較して軽量である。

このような構成のアンテナの動作について説明する。図６は、本実施形態のアンテナ３０のリターンロス対周波数特性である。比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナと等しい従来のディスコーンアンテナ２００のリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナ２００の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１５．４０〜２４．２２ＧＨｚ、周波数帯域幅は８．８２ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ３０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は９．３１〜１８．９８ＧＨｚ、周波数帯域幅は９．６７ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナ２００の場合と比較して低い周波数に対応し、広帯域化している。

このように、請求項１、請求項４、請求項８の発明を実現することで、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。また、請求項９の発明を実現することで、アンテナを軽量化できる。

本実施形態のアンテナでは、遷移領域において、同軸線路１２の軸方向に発泡ポリエチレン２１の誘電率が変化すると、同軸線路１２の特性インピーダンスが変化するため、遷移領域での反射が大きくなる。
そこで、図７に示すように、遷移領域における誘電率の変化に伴って、同軸線路１２の外導体内径を特性インピーダンスがほぼ一定になるように変化させることによって、遷移領域での反射を抑制することが可能となる。また、遷移領域において、同軸線路１２の内導体径を変化させて特性インピーダンスをほぼ一定に保つことによっても、同様の効果を得ることが可能となる。

尚、請求項１１に記載したように、前記遷移領域を、空気と誘電体部材とで構成し、前記同軸線路の軸方向に空気と誘電体部材との体積比が変化する構造とすることで実効誘電率の変化を実現できる。例えば、前記遷移領域の構造を、ポリエチレンのような誘電体部材にテーパー状の空洞を同軸線路軸方向に形成した構造としてもよい。

［実施形態４］
図８は、本発明の実施形態４に係る第４のアンテナ４０の構成を示す断面図であり、請求項１、請求項４、請求項５、請求項８、請求項１０の発明を実現している。
第４のアンテナ４０は、次に説明する、請求項の「導体面」である導体地板（円板状導体）４１に、比誘電率２．３のポリエチレン１２ａが、円筒状の外導体１２ｃと中心導体１２ｂとの間に充填された同軸線路１２を下方側から取り付け、その中心導体１２ｂを円板状導体４１と絶縁して上方に延長し、円錐状導体４１が中心導体１２ｂに接続されている。

前記円板状導体４１は、実施形態１のアンテナ１０（図１参照）において、導体地板（円板状導体）１１に厚みを持たせ、第１の円錐状導体１３の頂部を中心とした、「円錐状の窪み」である円錐状の窪み４１ａを形成した構造を有した構造としている。そのため、第１の円錐状導体１３が導体地板（円板状導体）４１から突出する部分が低姿勢化される。

円錐状の窪み４１ａの深さは４．５ｍｍ、窪み４１ａの縁の直径は２０．４ｍｍである。円板状導体４１および第１の円錐状導体１３の構造は、中空の誘電体の外周面に銅の皮膜を形成した構造であり、アンテナ全体を銅で構成した場合と比較して軽量である。

このような構成のアンテナの動作について説明する。図９は、本実施形態のアンテナ４０のリターンロス対周波数特性である。比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナと等しい従来のディスコーンアンテナ２００のリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナ２００の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１５．４０〜２４．２２ＧＨｚであり、周波数帯域幅は８．８２ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ４０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１０．４７〜１７．８１ＧＨｚ、周波数帯域幅は７．３４ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナ２００の場合と比較して低い周波数に対応している。

このように、請求項１、請求項４、請求項５、請求項８の発明を実現することで、放射素子が導体地板から突出する部分を低姿勢化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させることができる。また、請求項１０の発明を実現することで、アンテナを軽量化できる。

［実施形態５］
図１０は、本発明の実施形態５に係る第５のアンテナ５０の構成を示す断面図であり、請求項１、請求項３、請求項６、請求項８の発明を実現している。
該アンテナ５０では、実施形態２のアンテナにおいて、第１の円錐状導体１３の形状を円錐の底面に直径６．６ｍｍの半球の底面を接合した形状とした（この形状の円錐状導体を、第２の円錐状導体１３ａと呼ぶ）。放射素子全体の高さは９ｍｍである。

本実施形態のアンテナ５０は、該アンテナ５０と等しい円錐状導体の高さ、および頂角を有する従来のディスコーンアンテナ２００と比較して、放射素子径が小型化されている。円板状導体１１および第２の円錐状導体１３ａは、銅を主たる材料として構成されている。

このような構成のアンテナの動作について説明する。図１１は、本実施形態のアンテナ５０のリターンロス対周波数特性である。比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナと等しい従来のディスコーンアンテナ２００のリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナ２００の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１５．４０〜２４．２２ＧＨｚであり、周波数帯域幅は８．８２ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ５０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は９．６２〜２２．７７ＧＨｚ、周波数帯域幅は１３．１５ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナ２００の場合と比較して低い周波数に対応し、広帯域化している。

このように、請求項１、請求項３、請求項６、請求項８の発明を実現することで、放射素子径を小型化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

［実施形態６］
図１２は、本発明の実施形態６に係る第６のアンテナ６０の構成を示す断面図であり、請求項１、請求項３、請求項７、請求項８の発明を実現している。
該アンテナ６０では、実施形態２のアンテナにおいて、第１の円錐状導体１３の形状を円錐の底面に直径６ｍｍ、高さ４．５ｍｍの円柱の底面を接合した形状とした（この形状の円錐状導体を、第３の円錐状導体１３ｂと呼ぶ）。放射素子全体の高さは９ｍｍである。

本実施形態のアンテナ６０は、該アンテナ６０と等しい円錐状導体の高さ、および頂角を有する従来のディスコーンアンテナ２００と比較して、放射素子径が小型化されている。円板状導体１１および第３の円錐状導体１３ｂは、銅を主たる材料として構成されている。

このような構成のアンテナ６０の動作について説明する。図１３は、本実施形態のアンテナ６０のリターンロス対周波数特性である。比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナと等しい従来のディスコーンアンテナ２００のリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナ２００の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は１５．４０〜２４．２２ＧＨｚであり、周波数帯域幅は８．８２ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ６０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数帯域は９．２７〜１９．５７ＧＨｚ、周波数帯域幅は１０．３０ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナ２００の場合と比較して低い周波数に対応し、広帯域化している。

このように、請求項１、請求項３、請求項７、請求項８の発明を実現することで、放射素子径を小型化し、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させ、広帯域化することができる。

［実施形態７］
図１４は、本発明の実施形態７に係る第７のアンテナ７０の構成を示す断面図であり、請求項１、請求項４、請求項８、請求項１１、請求項１３の発明を実現している。
該アンテナ７０では、円錐状導体１１に比誘電率２．３のポリエチレン１２ａが内部に充填された同軸線路１２を下方側から取り付け、その中心導体１２ｂを円錐状導体１１と絶縁して上方に延長し、第１の円錐状導体１３が中心導体１２ｂに接続されている。符号１２ｃは、外導体である。

同軸線路１２とアンテナとの接続端部Ａでは、同軸線路１２の内部に、「発泡性誘電体材料」である比誘電率１．２の発泡ポリエチレン２１が、同軸線路１２の軸方向に回転体状に形成されており、ポリエチレン１２ａと発泡ポリエチレン２１との接合面は、同軸線路１２の軸方向にテーパー形状を有する円錐台側面形状となっている。

ここで円錐台とは、円錐の頂点と底面と中心を結ぶ直線が底面に垂直な直円錐において、前記底面を第１底面とし、前記底面に平行な面で前記直円錐を切断した面を第２底面する立体であり、前記底面の中心を通り、且つ前記底面に垂直な該立体の断面形状は台形（一組の対辺が平行な四辺形）となる。円錐台側面とは、前記円錐台において、第１底面および第２底面の円周を辺とする曲面のことである。

この領域では、ポリエチレン１２ａと発泡ポリエチレン２１の体積比が同軸線路１２の軸方向に変化することによって実効誘電率が変化している。第１の円錐状導体１３の底面の直径は１３．２ｍｍであり、高さは１５ｍｍである。円板状導体１１および第１の円錐状導体１３は、鋼を主たる材料として構成されている。

このような構成の第７のアンテナ７０の動作について説明する。図１５は、本実施形態のアンテナ７０のリターンロス対周波数特性である。比較のために円錐状導体の高さ、および頂角が本実施形態のアンテナと等しい従来のディスコーンアンテナのリターンロス対周波数特性も「破線」にて示してある。

従来のディスコーンアンテナの場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数の下限は９．６６ＧＨｚである。一方、本実施形態のアンテナ７０の場合には、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる周波数の下限は８．６２ＧＨｚであり、従来のディスコーンアンテナと比較して低い周波数に対応している。

このように、請求項１、請求項４、請求項８、請求項１１、請求項１３の発明を実現することで、ディスコーンアンテナの構造を複雑にすること無く、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させることができる。また、請求項１２に記載したように、発泡ポリエチレン２１を空気に置き換えた場合でも同様の効果が実現できる。

以上、実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、前記実施形態に上げた形状、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した要件に本発明が限定されるものでは決してない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることが出来る。

本発明の実施形態１に係るアンテナの断面図である。 同実施形態１のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係るアンテナの断面図である。 同実施形態２のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施形態３に係るアンテナの断面図である。 同実施形態３のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 同実施形態３の変形例に係るアンテナの断面図である。 本発明の実施形態４に係るアンテナの断面図である。 同実施形態４のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施形態５に係るアンテナの断面図である。 同実施形態５のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施形態６に係るアンテナの断面図である。 同実施形態６のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施形態７に係るアンテナの断面図である。 同実施形態７のアンテナのリターンロス対周波数特性を示すグラフである。 従来のモノポールアンテナの側面図である。 従来のディスコーンアンテナの側面図である。 特開平０９−０８３２３８号公報に開示されたアンテナの構成図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 特開平０９−１５３７２７号公報に開示されたアンテナの構成図であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

符号の説明

ｄ 円錐状導体の直径
ｈ 円錐状導体の高さ
Ａ 接続端部
ε１、ε２、ε３ 誘電体の比誘電率
１０ 第１のアンテナ
１１ 円板状導体
１２ 同軸線路
１２ａ ポリエチレン
１２ｂ 中心導体
１２ｃ 外導体
１３ 第１の円錐状導体
１３ａ 第２の円錐状導体
１３ｂ 第３の円錐状導体
２０ 第２のアンテナ
２１ 発泡ポリエチレン
３０ 第３のアンテナ
４０ 第４のアンテナ
４１ 導体地板
４１ａ 窪み
５０ 第５のアンテナ
６０ 第６のアンテナ
１００ 従来のモノポールアンテナ
１１０ 円板状導体
１２０ 同軸接栓
１３０ 中心導体
２００ 従来のディスコーンアンテナ
２１０ 円錐状導体
３００ 第１の従来例のアンテナ
３１０ スカート部
３１１ 円錐基体
３１２ スパイラル状導電素子
３２０ トップロード部
３２１ 平面基体
３２２ メアンダ状導電素子
４００ 第２の従来例のアンテナ
４１０ 半楕円回転体形の導体
４２０ 平面地板

Claims (14)

1. 地板となる導体面と、該導体面に頂部を対向させた円錐状導体とでアンテナ部が構成され、内導体と、外導体と、これらの導体間に充填された誘電体とで構成される同軸線路によって給電されるディスコーンアンテナにおいて、
   前記同軸線路のアンテナとの接続端部に、前記同軸線路内の誘電体の誘電率とは異なる実効誘電率を有する遷移領域を設けたことを特徴とするアンテナ。
2. 請求項１記載のアンテナにおいて、
   前記遷移領域の構造は、前記同軸線路内の誘電体を取り除いた構造であることを特徴とするアンテナ。
3. 請求項１記載のアンテナにおいて、
   前記遷移領域は、空気の誘電率と前記同軸線路内の誘電体の誘電率との間の実効誘電率を有した部材で構成されることを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１記載のアンテナにおいて、
   前記遷移領域は、空気の誘電率と前記同軸線路内の誘電体の誘電率との間の実効誘電率を有した部材で構成され、該部材の実効誘電率が前記同軸線路の軸方向に変化することを特徴とするアンテナ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、
   前記導体面が、前記円錐状導体の頂部を中心とした円錐状の窪みを有していることを特徴とするアンテナ。
6. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、
   前記円錐状導体の形状が、円錐の底面に半球の底面を接合した形状であることを特徴とするアンテナ。
7. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアンテナにおいて、
   前記円錐状導体の形状が、円錐の底面に円柱の底面を接合した形状であることを特徴とするアンテナ。
8. 請求項３および請求項４記載のアンテナにおいて、
   前記遷移領域を構成する誘電体部材が、発泡性誘電体材料であることを特徴とするアンテナ。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載のアンテナにおいて、
   前記導体面あるいは前記円錐状導体の構造が、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造であることを特徴とするアンテナ。
10. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載のアンテナにおいて、
    前記導体面あるいは前記円錐状導体の構造が、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造であり、前記誘電体の構造が中空であることを特徴とするアンテナ。
11. 請求項４記載のアンテナにおいて、
    前記遷移領域は、異なる誘電率を有する複数の誘電体で構成され、前記同軸線路の軸方向に該複数の誘電体の体積比が変化することで実効誘電率が変化する構造を有していることを特徴とするアンテナ。
12. 請求項１１記載のアンテナにおいて、
    前記遷移領域を構成する前記複数の誘電体の内、一つは空気であることを特徴とするアンテナ。
13. 請求項１１記載のアンテナにおいて、
    前記複数の誘電体は、前記同軸線路の軸方向にそれぞれ回転体状に形成され、該複数の誘電体の接合面は、円錐状のテーパー形状を有することを特徴とするアンテナ。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のアンテナにおいて、
    前記遷移領域における実効誘電率の変化に伴って、前記同軸線路の特性インピーダンスが略一定になるように前記同軸線路の外導体径または内導体径が変化することを特徴とするアンテナ。
    

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