JP2010068119A - マルチバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアンテナを備え、低周波用アンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用アンテナの共振周波数ｆｈとが、ｆｈ＝３ｆｌの関係を満たす場合であっても、所望の放射パターンを得ることが可能なマルチバンドアンテナを提供する。
【解決手段】マルチバンドアンテナでは、ダイポールアンテナ２０とダイポールアンテナ３０とを同一方向に形成し、ダイポールアンテナ３０の端部を１８０度折り返すようにしている。これにより、ダイポールアンテナ３０における電流の高次モードの共振が相殺され、ダイポールアンテナ３０からの高次モードによる電磁波の放射が抑圧されるようになる。すなわち、マルチバンドアンテナは、所望の放射パターンを得ることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばアレーアンテナ等に用いられるマルチバンドアンテナに関する。

従来のマルチバンドアンテナでは、複数の周波数帯域での信号の送受信を可能にするため、帯域毎にアンテナを設けている（例えば、特許文献１参照）。この種のマルチバンドアンテナでは、例えば、高周波（共振周波数：ｆｈ）用の第１のアンテナと、低周波（共振周波数：ｆｌ）用の第２のアンテナとが設置され、周波数ｆｈの信号は第１のアンテナで受信され、周波数ｆｌの信号は第２のアンテナで受信されている。

しかしながら、アンテナの共振周波数帯域ｆｈ，ｆｌが、
ｆｈ＝（２ｎ＋１）ｆｌ
の関係を満たす場合（ｎは自然数）、周波数ｆｈの放射パターンは、基本モードによる第１のアンテナからの放射パターンに、高次モードによる第２のアンテナからの放射パターンが重畳される。このような場合、マルチバンドアンテナにおける周波数ｆｈの放射パターンの形が乱れ、広い指向性が得られないという問題があった。

なお、２帯域での信号の送受信を目的として、基板平面上に２種類のダイポールアンテナを形成することによりなるマルチバンドアンテナも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、非特許文献１におけるマルチバンドアンテナにおいても、ダイポールアンテナの共振周波数がｆｈ＝（２ｎ＋１）ｆｌを満たす場合、広い指向性が得られないという上述の問題は解消されていない。
特開２００７−３００３９８号公報 電子情報通信学会信学技報Ａ・Ｐ２００６−１１７（２００７−０１）

以上のように、従来のマルチバンドアンテナは、複数のアンテナを備えているため、低周波用アンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用アンテナの共振周波数ｆｈとが、ｆｈ＝（２ｎ＋１）ｆｌの関係を満たす場合、高周波の放射パターンが乱され、指向性が妨げられるという問題があった。

本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、複数のアンテナを備え、低周波用アンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用アンテナの共振周波数ｆｈとが、ｆｈ＝３ｆｌの関係を満たす場合であっても、所望の放射パターンを得ることが可能なマルチバンドアンテナを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るマルチバンドアンテナは、平面基板上に形成され、給電点から互いに背反する方向に延設される一対の第１エレメントからなる第１のダイポールアンテナと、前記平面基板上に形成され、前記給電点から前記一対の第１エレメントと同じ方向に延設され、前記第１エレメントより長い一対の第２エレメントからなる第２のダイポールアンテナとを具備し、前記一対の第２エレメントはそれぞれ給電点とは逆側の端部が１８０度折り返されるパターン形状としたことを特徴とする。

上記構成によるマルチバンドアンテナでは、第２エレメントの端部の折返し部において、高次モードの共振を相殺するため、第２のダイポールアンテナからの高次モードの放射パターンを抑圧することが可能となる。

また、本発明に係るマルチバンドアンテナは、給電点から延設される第１のモノポールアンテナと、前記給電点から前記第１のモノポールアンテナと同一方向に延設され、前記第１のモノポールアンテナより長い第２のモノポールアンテナと、前記第１及び第２のモノポールアンテナと前記給電点で接続し、前記第１及び第２のモノポールアンテナの延設方向に対して垂直方向に配置される反射板とを具備し、前記第２のモノポールアンテナは、前記給電点とは逆側の端部が１８０度折り返される形状としたことを特徴とする。

上記構成によるマルチバンドアンテナでは、第２のモノポールアンテナの折返し部において、高次モードの共振を相殺するため、第２のモノポールアンテナからの高次モードの放射パターンを抑圧することが可能となる。

本発明によれば、複数のアンテナを備え、低周波用アンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用アンテナの共振周波数ｆｈとが、ｆｈ＝３ｆｌの関係を満たす場合であっても、所望の放射パターンを得ることが可能なマルチバンドアンテナを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナを示す平面図である。図１におけるマルチバンドアンテナは、平面基板上に形成され、電流が供給されるための給電点１０と、第１のダイポールアンテナ２０と、第２のダイポールアンテナ３０とを具備する。

上記ダイポールアンテナ２０は、給電点１０から互いに背反する方向に延設される一対の第１エレメントから成る。ダイポールアンテナ２０の長さ及び幅は、共振周波数がｆｈになるように決定される。

上記ダイポールアンテナ３０は、給電点１０から一対の第１エレメントと同じ方向に延設され、この第１エレメントより長い一対の第２エレメントから成る。ダイポールアンテナ３０は、ダイポールアンテナ２０を間に挟むように形成され、ダイポールアンテナ２０を基準に線対称となっている。ダイポールアンテナ３０の両端部は、ダイポールアンテナ２０が位置する側に１８０度折り返されたパターン形状をしている。

ダイポールアンテナ３０の長さ及び幅は、ダイポールアンテナ３０の共振周波数がｆｌとなるように決定される。また、ダイポールアンテナ３０における折返し部３１の長さは、ダイポールアンテナ３０に周波数ｆｈの電流が供給され、３次モードの共振が生じる際の、共振波長の４分の１の長さと同等である。なお、この折返し部３１の長さは、折返し部３１の幅を変化させることにより、調整することも可能である。

また、本実施形態では、ダイポールアンテナ２０とダイポールアンテナ３０とは、その間に間隔を空けて形成されているが、必ずしも間隔を空ける必要はなく、図２に示すように間隔を空けずに形成してもよい。

以下では、上記構成のマルチバンドアンテナの動作について詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナに電流を付加した際の電流分布を示す模式図である。なお、このとき給電点１０から、周波数ｆｈの電流を付加している。

図３において、付加された電流は、共振周波数がｆｈに設定されているダイポールアンテナ２０では、基本モードで共振する。一方、共振周波数がｆｌのダイポールアンテナ３０では３次モードで共振する。このとき、ダイポールアンテナ３０では、その両端部が電流の波長のおよそ４分の１の長さと同等となるように折り返されているため、この折返し部３１における電流分布と、ダイポールアンテナ３０の折り返す手前の部分における電流分布とでは、その位相が逆位相となる。このため、この部位における電流が相殺される。これにより、ダイポールアンテナ３０からの３次モードに相当する放射パターンが抑圧される。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナの放射パターンを示す図である。この放射パターンは、給電点１０に３．３ＧＨｚの電流を付加した際の放射パターンを示す。ここで、ダイポールアンテナ２０の共振周波数は１．１ＧＨｚであり、ダイポールアンテナ３０の共振周波数は３．３ＧＨｚである。また、図４において、太い実線は本発明に係るマルチバンドアンテナの放射パターンを示し、細い実線はアンテナが折れ曲がっていない従来のマルチバンドアンテナを示し、点線は単一周波数に対応するダイポールアンテナを示す。

図４に示すように、従来のマルチバンドアンテナでは、低周波用ダイポールアンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用ダイポールアンテナの共振周波数ｆｈとがｆｈ＝３ｆｌの関係を満たす場合、その放射パターンは、±３０度で利得が低下する。しかし、本発明に係るマルチバンドアンテナでは、±３０度での利得低下が抑圧され、基本モードで動作する半波長ダイポールアンテナと同等の放射パターンが得られる。

以上のように、上記第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナでは、ダイポールアンテナ３０の端部を１８０度折り返すことにより、ダイポールアンテナ３０における電流の高次モードの共振を相殺するようにしている。これにより、ダイポールアンテナ３０からの高次モードによる電磁波の放射が抑圧され、マルチバンドアンテナは、所望の放射パターンを得ることが可能となる。

したがって、第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナは、複数のアンテナを備え、低周波用アンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用アンテナの共振周波数ｆｈとが、ｆｈ＝３ｆｌの関係を満たす場合であっても、所望の放射パターンを得ることができる。

なお、第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナを複数整列させることにより、アレーアンテナを構成することが可能である。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るマルチバンドアンテナを示す平面図である。なお、図５において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

図５において、第３のダイポールアンテナ４０は、ダイポールアンテナ３０と同様、端部に折返し部４１を備えている。このとき、ダイポールアンテナ４０の折返し部４１の長さは、ダイポールアンテナ４０に周波数ｆｈの電流が供給され、３次モードの共振が生じる際の波長の４分の１となるように決定される。ダイポールアンテナ４０は、給電点１０を基準にして点対称となっている。なお、ダイポールアンテナ４０は、図６に示すように垂直方向の点線に対して線対称となる形状であっても同様の効果が得られる。

第２の実施形態に係るマルチバンドアンテナは、ダイポールアンテナ４０の両端部を折り返したパターン形状を採ることにより、ダイポールアンテナ４０における高次モードの共振を相殺でき、ダイポールアンテナ４０からの高次モードによる電磁波の放射を抑圧することが可能となる。これにより、マルチバンドアンテナは、指向性の高い放射パターンを得ることが可能となる。

また、本実施形態に係るマルチバンドアンテナは、図１に示すマルチバンドアンテナのように、ダイポールアンテナ２０を挟んでダイポールアンテナ４０を形成しなくてもよいため、生産コストを削減することが可能となる。

したがって、第２の実施形態に係るマルチバンドアンテナは、複数のアンテナを備え、低周波用アンテナの共振周波数ｆｌと、高周波用アンテナの共振周波数ｆｈとが、ｆｈ＝３ｆｌの関係を満たす場合であっても、所望の放射パターンを得ることができる。

なお、第２の実施形態に係るマルチバンドアンテナを複数整列させることにより、アレーアンテナを構成することが可能である。また、第２の実施形態に係るマルチバンドアンテナは、第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナよりも小さいため、同数のアンテナを用いたとしても、第１の実施形態に係るアレーアンテナよりも小さなアレーアンテナを設計することが可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、折返し部３１が、ダイポールアンテナ２０が位置する側に折り返されている例について説明したが、折返し部３１がこれとは逆方向に折り返されている場合であっても同様に実施可能である。

また、上記各実施形態では、ダイポールアンテナ２０をダイポールアンテナ３０が挟み込む例について説明したが、図７に示すように、ダイポールアンテナ２０がダイポールアンテナ３０を挟み込む場合であっても同様に実施可能である。

また、上記各実施形態では、マルチバンドアンテナがダイポールアンテナ２０と、ダイポールアンテナ３０（又は４０）とを備える例について説明したが、図８に示すように、ダイポールアンテナ２０の共振周波数に対して２ｎ＋１（ｎは自然数）倍以外の共振周波数を有するダイポールアンテナ５０をさらに備える場合であっても同様に実施可能である。

また、上記各実施形態では、マルチバンドアンテナがダイポールアンテナ２０と、ダイポールアンテナ３０（又は４０）とを備える例について説明したが、図９に示すように、第１のモノポールアンテナ６０と、第２のモノポールアンテナ７０と、反射板とを備える場合であっても同様に実施可能である。

このとき、第１のモノポールアンテナ６０は、給電点１０から延設される。第１のモノポールアンテナ６０の長さ及び幅は、共振周波数がｆｈになるように決定される。

第２のモノポールアンテナ７０は、給電点１０から第１のモノポールアンテナ６０と同じ方向に延設され、このモノポールアンテナ６０より長い。モノポールアンテナ７０は、モノポールアンテナ６０を間に挟むように形成され、モノポールアンテナ６０を基準に線対称となっている。モノポールアンテナ７０の端部は、モノポールアンテナ６０が位置する側に１８０度折り返されている。

モノポールアンテナ７０の長さ及び幅は、モノポールアンテナ７０の共振周波数がｆｌとなるように決定される。また、モノポールアンテナ７０における折返し部７１の長さは、モノポールアンテナ７０に周波数ｆｈの電流が供給され、３次モードの共振が生じる際の、共振波長の４分の１の長さと同等である。なお、この折返し部７１の長さは、折返し部７１の幅を変化させることにより、調整することも可能である。

反射板８０は、モノポールアンテナ６０，７０と給電点１０で接続し、モノポールアンテナ６０，７０の延設方向に対して垂直方向に配置される。

図９の構成により、モノポールアンテナ７０からの高次モードによる電磁波の放射が抑圧され、マルチバンドアンテナは、所望の放射パターンを得ることが可能となる。

さらに、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るマルチバンドアンテナを示す平面図である。 図１のマルチバンドアンテナの変形例を示す平面図である。 図１のマルチバンドアンテナに電流を付加した際の電流分布を示す模式図である。 マルチバンドアンテナの放射パターンを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るマルチバンドアンテナを示す平面図である。 図５のマルチバンドアンテナの変形例を示す平面図である。 マルチバンドアンテナの変形例を示す平面図である。 マルチバンドアンテナの変形例を示す平面図である。 マルチバンドアンテナの変形例を示す前面図である。

符号の説明

１０…給電点
２０…第１のダイポールアンテナ
３０…第２のダイポールアンテナ
３１…折返し部
４０…第３のダイポールアンテナ
４１…折返し部
５０…第５のダイポールアンテナ
６０…第１のモノポールアンテナ
７０…第２のモノポールアンテナ
７１…折返し部
８０…反射板

Claims (7)

1. 平面基板上に形成され、給電点から互いに背反する方向に延設される一対の第１エレメントからなる第１のダイポールアンテナと、
   前記平面基板上に形成され、前記給電点から前記一対の第１エレメントと同じ方向に延設され、前記第１エレメントより長い一対の第２エレメントからなる第２のダイポールアンテナと
   を具備し、
   前記一対の第２エレメントはそれぞれ給電点とは逆側の端部が１８０度折り返されるパターン形状としたことを特徴とするマルチバンドアンテナ。
2. 前記一対の第２エレメントの給電点とは逆側の端部は、同じ方向に延設される第１エレメントが位置する側に折り返されるパターン形状としたことを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
3. 前記第１のダイポールアンテナの共振周波数がｆｈである場合、
   前記一対の第２エレメントの折返し部の長さは、前記第２のダイポールアンテナに周波数ｆｈの電流が供給され、３次モードの共振が生じる際の、当該共振波長の４分の１の長さと同等であることを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
4. 前記第１のダイポールアンテナは、前記給電点を中心に前記一対の第１エレメントが直線状に形成され、
   前記第２のダイポールアンテナは、前記第１のダイポールアンテナを間に挟んで形成され、当該第１のダイポールアンテナを基準に線対称となることを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
5. 前記第１のダイポールアンテナの共振周波数に対して２ｎ＋１（ｎは自然数）倍以外の共振周波数を有する一又は複数のダイポールアンテナをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
6. 給電点から延設される第１のモノポールアンテナと、
   前記給電点から前記第１のモノポールアンテナと同一方向に延設され、前記第１のモノポールアンテナより長い第２のモノポールアンテナと、
   前記第１及び第２のモノポールアンテナと前記給電点で接続し、前記第１及び第２のモノポールアンテナの延設方向に対して垂直方向に配置される反射板と
   を具備し、
   前記第２のモノポールアンテナは、前記給電点とは逆側の端部が１８０度折り返される形状としたことを特徴とするマルチバンドアンテナ。
7. 前記第１のモノポールアンテナの共振周波数がｆｈである場合、
   前記第２のモノポールアンテナの折返し部の長さは、前記第２のモノポールアンテナに周波数ｆｈの電流が供給され、３次モードの共振が生じる際の、当該共振波長の４分の１の長さと同等であることを特徴とする請求項６記載のマルチバンドアンテナ。

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