JP2011229143A

JP2011229143A - 折り返しモノポールアンテナ

Info

Publication number: JP2011229143A
Application number: JP2011082652A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 淳伊藤
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2031-04-04
Also published as: JP5112530B2

Abstract

【課題】小型化が可能であり、且つ、一対のアンテナ素子を接近させて配置させた場合のアンテナ素子間相互結合を低減してアンテナ効率を向上可能な折り返しモノポールアンテナを提供する。
【解決手段】折り返しモノポールアンテナは、グラウンド板１と第１・第２折り返しモノポールアンテナ素子２，３とブリッジ部４とから構成される。第１折り返しモノポールアンテナ素子２と第２折り返しモノポールアンテナ素子３とは、第１給電部２１及び第１短絡部２２を通る直線と、第２給電部３１及び第２短絡部３２を通る平行な直線間の中心線を通りグラウンド板に垂直な面に面対称となるようにグラウンド板の上に配置される。ブリッジ部４は、第１及び第２折り返しモノポールアンテナ素子の間を短絡するものであり、短絡部からブリッジ部が接続される接続点までとブリッジ部の電気的な長さの合計が略λ／４となるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は折り返しモノポールアンテナに関し、特に、アンテナ素子間相互結合を抑制した折り返しモノポールアンテナに関する。

近年、次世代の高速移動通信に向けて、複数のアンテナを必要とするアダプティブアンテナやＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）等の開発が進められている。このような複数のアンテナを必要とするシステムを、例えば携帯端末のような小型の筐体に内蔵するには、各アンテナを接近させて配置する必要が生じる。このとき、同一周波数帯の各アンテナを接近させて配置すると、アンテナ素子間相互結合が強く生じてしまい、アンテナ特性に大きな影響を及ぼしてしまう。このような背景から、アンテナ素子間相互結合を低減する手法が種々考えられている。

例えば、特許文献１には、逆Ｆアンテナとマイクロストリップアンテナを近接して配置し、それぞれ放射電極を９０度で交差するように配置させてアンテナ素子間相互結合を低減する手法が開示されている。また、特許文献２には、アンテナ素子間に誘電体セパレータを設けることでアンテナ素子間相互結合を低減する手法が開示されている。その他、パッチアンテナ素子間にスロットを設けたものや金属壁を設けたもの、電磁バンドギャップを設けたもの等も存在する。

さらに、非特許文献１には、２つの平面逆Ｆアンテナ素子の各給電部又は短絡部の間を吊り線（サスペンデッドライン）により短絡し、アンテナ素子間相互結合を低減する手法が開示されている。

一方、本願出願人と同一の出願人による特許文献３には、給電部と短絡部がグラウンド板の短辺と平行な直線上に並ぶように配置されたＬ字型折り返しモノポールアンテナ素子が複数配置されたアンテナに対して、放射素子の給電部側にブリッジ部を設けることで、アンテナ素子間相互結合を低減する手法が開示されている。このアンテナは、逆Ｆアンテナ素子等に比べて小型化が可能であり、さらにアンテナ素子間相互結合を調整してアンテナの特性劣化を改善できるとしている。

特開平１１−３１２９２３号公報特表２００６−５１７０７３号公報特開２００９−２０６８４７号公報

アリュー・ジャロ（ＡｌｉｏｕＤｉａｌｌｏ）、セロ・ラクシー（ＣｙｒｉｌＬｕｘｅｙ）ら、「ＳｔｕｄｙａｎｄＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭｕｔｕａｌＣｏｕｐｌｉｎｇＢｅｔｗｅｅｎＴｗｏＭｏｂｉｌｅＰｈｏｎｅＰＩＦＡｓＯｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｔｈｅＤＣＳ１８００ａｎｄＵＭＴＳＢａｎｄｓ」、ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＡＮＴＥＮＮＡＳＡＮＤＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ，ＶＯＬ．５４，ＮＯ．１１、２００６年１１月１１日、ｐ．３０６３−３０７４

しかしながら、従来技術のうち、逆Ｆアンテナ素子を用いたものについては、アンテナ素子間相互結合を十分に抑制できるものではなかった。また、パッチアンテナにスロットや金属壁等を設けたものについては、パッチアンテナの特性上、単一方向への指向性アンテナのみに適用可能なものであった。さらに、このようなものでは、セパレータやスロット、電磁バンドギャップを設けるための空間が必要となり、グラウンド板上に電子回路等を配置するスペースが少なくなってしまっていた。また、アンテナ装置の高さが増すという問題もあった。

さらに、非特許文献１に開示の吊り線によりアンテナ素子間を短絡したものについても、アンテナ素子の形状は平面逆Ｆアンテナ素子に限定されるものであり、他の形状のアンテナ素子の場合については何ら開示するものでは無かった。

また、特許文献３に開示のＬ字型折り返しモノポールアンテナ素子については、アンテナ素子を配置するのに実装面積がある程度大きいため、小型化に限界があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、小型化が可能であり、且つ、一対のアンテナ素子を接近させて配置させた場合のアンテナ素子間相互結合を低減してアンテナ効率を向上可能な折り返しモノポールアンテナを提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による折り返しモノポールアンテナは、導体からなるグラウンド板と、グラウンド板上に配置される第１給電部及び第１短絡部と、グラウンド板上に配置される第２給電部及び第２短絡部であって、第２給電部と第２短絡部を通る直線が第１給電部と第１短絡部を通る直線と平行な直線上に配置され、且つ、第１給電部及び第１短絡部と、第２給電部及び第２短絡部とが、平行な直線間の中心線に対して線対称となるように配置される、第２給電部及び第２短絡部と、グラウンド板の上に配置され、第１給電部から延在し第１短絡部でグラウンド板に短絡される第１折り返しモノポールアンテナ素子と、第２給電部から延在し第２短絡部でグラウンド板に短絡される第２折り返しモノポールアンテナ素子であって、第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子が、平行な直線間の中心線を通りグラウンド板に垂直な面に面対称となるようにグラウンド板の上に配置される、第２折り返しモノポールアンテナ素子と、第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子との間を短絡するブリッジ部であって、第１短絡部又は第２短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が略λ・ｎ／４（但し、λは所望の共振周波数の波長、ｎは奇数）となるように構成されるブリッジ部と、を具備するものである。

ここで、第１折り返しモノポールアンテナ素子は、第１給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第２給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第１給電部方向に曲がり第１給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、第２短絡部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第１短絡部に接続され、第２折り返しモノポールアンテナ素子は、第２給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第１給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第２給電部方向に曲がり第２給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第２短絡部方向に曲がり第２短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、第１短絡部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第２短絡部方向に曲がり第２短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第２短絡部に接続されるものであれば良い。

また、本発明による他の折り返しモノポールアンテナは、グラウンド板と、グラウンド板上に配置される第１給電部及び第１短絡部と、グラウンド板上に配置される第２給電部及び第２短絡部であって、第２給電部と第２短絡部を通る直線が第１給電部と第１短絡部を通る直線と垂直な直線上に配置され、且つ、第１給電部及び第１短絡部と、第２給電部及び第２短絡部とが、垂直な直線間を二分する中心線に対して線対称となるように配置される、第２給電部及び第２短絡部と、グラウンド板の上に配置され、第１給電部から延在し第１短絡部でグラウンド板に短絡される第１折り返しモノポールアンテナ素子と、第２給電部から延在し第２短絡部でグラウンド板に短絡される第２折り返しモノポールアンテナ素子であって、第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子が、垂直な直線間を二分する中心線を通りグラウンド板に垂直な面に面対称となるようにグラウンド板の上に配置される、第２折り返しモノポールアンテナ素子と、第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子との間を短絡するブリッジ部であって、第１短絡部又は第２短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が略λ・ｎ／４（但し、λは所望の共振周波数の波長、ｎは奇数）となるように構成されるブリッジ部と、を具備するものである。

ここで、第１折り返しモノポールアンテナ素子は、第１給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第１給電部と第１短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第２給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第１給電部方向に曲がり第１給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、第１給電部と第１短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第２給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第１短絡部に接続され、第２折り返しモノポールアンテナ素子は、第２給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第２給電部と第２短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第１給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第２給電部方向に曲がり第２給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第２短絡部方向に曲がり第２短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、第２給電部と第２短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第１給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第２短絡部方向に曲がり第２短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第２短絡部に接続されるものであれば良い。

また、第１短絡部から第１折り返しモノポールアンテナ素子の接続点を通ってブリッジ部を介して、第２折り返しモノポールアンテナ素子の接続点を通って第２折り返しモノポールアンテナ素子から第２短絡部までの電気的な長さが、第１折り返しモノポールアンテナ素子の第１給電部又は第２折り返しモノポールアンテナ素子の第２給電部から折り返すまでの往路又は折り返した後の帰路の電気的な長さに略等しいものであれば良い。

本発明の折り返しモノポールアンテナには、小型化が可能であり、且つ、一対のアンテナ素子を接近させて配置させた場合のアンテナ素子間相互結合を低減してアンテナ効率を向上可能であるという利点がある。

図１は、本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの構成を説明するための概略斜視図である。図２は、図１に示される本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの一部を拡大した概略斜視図である。図３は、本発明の折り返しモノポールアンテナのリターンロスとアンテナ素子間相互結合量の周波数特性を示すグラフである。図４は、本発明の折り返しモノポールアンテナのアンテナ効率の周波数特性を示すグラフである。図５は、本発明の折り返しモノポールアンテナの放射パターンを示すグラフである。図６は、本発明の第２実施例の折り返しモノポールアンテナの構成を説明するための概略斜視図である。図７は、本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの他の変形例を説明するための概略斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの構成を説明するための概略斜視図である。また、図２は、図１に示される折り返しモノポールアンテナの一部を拡大した概略斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。なお、図２は図１に示される方向とは反対方向から見た場合の斜視図である。図示の通り、本発明の折り返しモノポールアンテナは、グラウンド板１と、第１折り返しモノポールアンテナ素子２と、第２折り返しモノポールアンテナ素子３と、ブリッジ部４とから主に構成されるものである。なお、各図に示されるＸＹＺ軸座標は、説明の都合上付したものである。

グラウンド板１は、導体からなるものであり、例えば携帯端末の基板に相当するものである。なお、図示例ではグラウンド板１の大きさは例えば携帯端末を想定した大きさのものを示したが、本発明はこれに限定されず、アンテナと共振させるためにある程度の大きさを有していれば良い。また、グラウンド板１は、回路基板上にグラウンドパターンとして設けられるものであっても良い。

そして、第１折り返しモノポールアンテナ素子２及び第２折り返しモノポールアンテナ素子３が、グラウンド板１上に配置されている。折り返しモノポールアンテナ素子２，３は、例えば複数バンドやＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）等の複数チャンネルを実現するために複数設けられるものである。各折り返しモノポールアンテナ素子は、それぞれ給電部と短絡部に接続されている。

ここで、給電部と短絡部についてより詳細に説明する。第１折り返しモノポールアンテナ素子２用の第１給電部２１及び第１短絡部２２が、グラウンド板１上に配置されている。同様に、第２折り返しモノポールアンテナ素子３用の第２給電部３１及び第１短絡部３２も、グラウンド板１上に配置されている。図示の通り、第２給電部３１と第２短絡部３２は、これらを通る直線が、第１給電部２１と第１短絡部２２を通る直線と平行な直線上に配置されている（Ｙ軸方向に平行な直線上に配置されている）。また、第１給電部２１及び第１短絡部２２と、第２給電部３１及び第２短絡部３２とは、平行な直線間の中心線Ｃに対して線対称となるように配置されている。即ち、グラウンド板１の中心線Ｃを中心に左右対称に各給電部及び各短絡部が配置されている。

第１折り返しモノポールアンテナ素子２は、上述のように配置された第１給電部２１から延在し、第１短絡部２２でグラウンド板１に短絡されている。同様に、第２折り返しモノポールアンテナ素子３も、上述のように配置された第２給電部３１から延在し、第２短絡部３２でグラウンド板１に短絡されている。また、第１折り返しモノポールアンテナ素子２と第２折り返しモノポールアンテナ素子３は、中心線Ｃを通りグラウンド板１に垂直な面に面対称となるようにグラウンド板１の上に配置されている。

以下、より詳細の折り返しモノポールアンテナ素子の構成について説明する。図２を参照すると、第１折り返しモノポールアンテナ素子２は、まず、第１給電部２１からグラウンド板に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に立ち上がる。そして、第２給電部３１方向とは反対方向（−Ｘ軸方向）に曲がりグラウンド板１の端部の上までグラウンド板１に平行に延在する。次に、グラウンド板１に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に再度立ち上がり、第１給電部２１方向（Ｘ軸方向）に曲がり第１給電部２１からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板１に平行に延在する。そして、第１短絡部２２方向（Ｙ軸方向）に曲がり第１短絡部２２と第２短絡部３２を通る直線の上までグラウンド板１に平行に延在する。その後、第２短絡部３２方向とは反対方向（−Ｘ軸方向）に曲がりグラウンド板１の端部の上までグラウンド板１に平行に延在する。そして、グラウンド板１に対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に立ち下がり、第１短絡部２２方向（Ｘ軸方向）に曲がり第１短絡部２２の上までグラウンド板１に平行に延在する。最後に、グラウンド板１に対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に再度立ち下がり、第１短絡部２２に接続されることで、第１折り返しモノポールアンテナ素子２が構成されている。

同様に、第２折り返しモノポールアンテナ素子３は、まず、第２給電部３１からグラウンド板１に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に立ち上がる。そして、第１給電部方向２１とは反対方向（Ｘ軸方向）に曲がりグラウンド板１の端部の上までグラウンド板１に平行に延在する。次に、グラウンド板１に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に再度立ち上がり、第２給電部３１方向（−Ｘ軸方向）に曲がり第２給電部３１からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板１に平行に延在する。そして、第２短絡部３２方向（Ｙ軸方向）に曲がり第１短絡部２２と第２短絡部３２を通る直線の上までグラウンド板１に平行に延在する。その後、第１短絡部２２方向とは反対方向（Ｘ軸方向）に曲がりグラウンド板１の端部の上までグラウンド板１に平行に延在する。そして、グラウンド板１に対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に立ち下がり、第２短絡部３２方向（−Ｘ軸方向）に曲がり第２短絡部３２の上までグラウンド板１に平行に延在する。最後に、グラウンド板１に対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に再度立ち下がり、第２短絡部３２に接続されることで、第２折り返しモノポールアンテナ素子３が構成されている。

これらの第１折り返しモノポールアンテナ素子２と第２折り返しモノポールアンテナ素子３は、正面（Ｙ軸方向）から見るとＣ字形を対向配置させて対称にしたような形状となっている。また、各アンテナ素子の給電部及び短絡部は、それぞれ近接して配置されると共に、アンテナ素子の給電部から経路が最も遠い部分、即ち、各アンテナ素子の往路と帰路の間の折り返す部分が、所定の間隔が設けられて配置されている。また、第１折り返しモノポールアンテナ素子２と第２折り返しモノポールアンテナ素子３は、それぞれ共振周波数に応じてアンテナ素子全長が決定されている。即ち、例えばアンテナ素子全長は、共振周波数の約２分の１波長分の電気的な長さに決定されれば良い。

なお、各折り返しモノポールアンテナ素子は、一連の配線からなっていれば良いため、１本の導線を折り曲げて形成しても良いし、例えば多層基板等により、スルーホール等を用いて折り返すように配線をパターンニング形成しても良い。なお、配線幅については、例えば１ｍｍ程度であれば良い。

そして、本発明の最も特徴的な部分であるブリッジ部４は、第１折り返しモノポールアンテナ素子２と第２折り返しモノポールアンテナ素子３との間を短絡するものである。ここで、本発明で用いられる上述のような形状の一対の折り返しモノポールアンテナ素子に対しては、ブリッジ部４は、第１短絡部２２からブリッジ部４が接続される接続点Ｃ１までの電気的な長さと、ブリッジ部４の電気的な長さｄの合計が略λ／４（但し、λは所望の共振周波数の波長）となるように構成される。また、第２短絡部３２からブリッジ部４が接続される接続点Ｃ２までの電気的な長さと、ブリッジ部４の電気的な長さｄの合計が略λ／４であっても良い。具体的には、図示例では、接続点Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ第１短絡部２２及び第２短絡部３２に近い側に配置されており、第１短絡部２２から接続点Ｃ１までの電気的な長さ、又は第２短絡部３２から接続点Ｃ２までの電気的な長さと、ブリッジ部４の電気的な長さの合計が略λ／４となるように構成されている。また、図示例では、接続点Ｃ１，Ｃ２は、中心線Ｃに対して線対称となるように配置されている。また、図示例では、ブリッジ部はグラウンド板に対して水平方向に接続される例を示したが、本発明はこれに限定されず、垂直方向に接続されても良い。

このように、上述のような形状の一対の折り返しモノポールアンテナ素子に対して、ブリッジ部４により第１折り返しモノポールアンテナ素子２と第２折り返しモノポールアンテナ素子３との間を、所定の条件に基づき構成されたブリッジ部により短絡することで、アンテナ素子間相互結合を大幅に低減でき、アンテナ効率を向上させることが可能となる。なお、アンテナ素子間相互結合の量は、ブリッジ部４の電気的な長さｄにより概ね調整可能である。

ここで、ブリッジ部４の電気的な長さｄを決定する接続点Ｃ１，Ｃ２の位置についてより詳細に説明する。図２の例では、アンテナ素子間相互結合の量を最も低減するためには、第１短絡部２２から第１折り返しモノポールアンテナ素子２の接続点Ｃ１を通ってブリッジ部４を介して、第２折り返しモノポールアンテナ素子３の接続点Ｃ２までの電気的な長さが、第１折り返しモノポールアンテナ素子２の第１給電部２１から折り返すまでの往路の電気的な長さに略等しいことが好ましい。また、第１折り返しモノポールアンテナ素子２の折り返すまでの往路の電気的な長さではなく、折り返した後の帰路の電気的な長さに略等しく構成されても良い。さらに、第２折り返しモノポールアンテナ素子３の第２給電部３１から折り返すまでの往路又は折り返した後の帰路の電気的な長さを基準にしても良い。即ち、ブリッジ部４の電気的な長さｄと、ブリッジ部４の各接続点Ｃ１，Ｃ２から各短絡部２２，３２までの電気的な長さの合計が、折り返しモノポールアンテナ素子の全長の約半分の電気的な長さに略等しくなるように、各接続点Ｃ１，Ｃ２の位置が決定されることが好ましい。したがって、例えば折り返しモノポールアンテナ素子の全長が共振周波数の約２分の１波長分（λ／２）の電気的な長さであれば、往路又は帰路の電気的な長さは約４分の１波長分（λ／４）の電気的な長さになるため、ブリッジ部４の電気的な長さｄと、ブリッジ部４の各接続点Ｃ１，Ｃ２から各短絡部２２，３２までの電気的な長さの合計も、約４分の１波長分（λ／４）の電気的な長さとなるように各寸法が決定されれば良い。

このように構成された本発明の折り返しモノポールアンテナは、例えば上述の特許文献３に記載のアンテナ素子に比べて、体積比で約５０％以上も小型化が可能である。また、本発明の折り返しモノポールアンテナは、一対のアンテナ素子を接近させて配置した場合であっても、アンテナ素子間相互結合を低減することができ、アンテナ効率を向上させることができる。

以下、本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの共振周波数を２ＧＨｚとして設計した場合の特性について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の折り返しモノポールアンテナのリターンロスとアンテナ素子間相互結合量の周波数特性を示すグラフである。また、図４は、本発明の折り返しモノポールアンテナのアンテナ効率の周波数特性を示すグラフである。図中、「Ｗ／ｏＢｒｉｄｇｅ」がブリッジ部を設けない場合の特性であり、「ＷｉｔｈＢｒｉｄｇｅ」が本発明のようにブリッジ部を設けた場合の特性である。また、図３において、Ｓ_１１がリターンロスの特性であり、Ｓ_２１がアンテナ素子間相互結合量の特性である。図３から分かるように、アンテナ素子間相互結合量（Ｓ_２１）は、ブリッジ部の有無により、共振周波数の２ＧＨｚ付近で約１７ｄＢ程度も低減できていることが分かる。さらに、広帯域にわたってアンテナ素子間相互結合が抑制されていることも分かる。また、図４から分かるように、アンテナ効率についても、ブリッジ部の有無により、共振周波数の２ＧＨｚ付近で約１２％程度も向上していることが分かる。なお、リターンロス（Ｓ_１１）については、−１０ｄＢ以下であれば問題ないレベルであり、本発明の場合についても十分な特性となっている。

また、本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの放射パターンについて、図５を用いて説明する。図５は、本発明の折り返しモノポールアンテナの放射パターンを示すグラフである。図中、「Ｗ／ｏＢｒｉｄｇｅ」がブリッジ部を設けない場合の特性であり、「ＷｉｔｈＢｒｉｄｇｅ」が本発明のようにブリッジ部を設けた場合の特性である。図５から分かるように、ブリッジ部の有無によって放射パターンに大きな変化はないが、本発明のようにブリッジ部を設けることにより、利得が向上していることが分かる。

次に、本発明の第２実施例の折り返しモノポールアンテナについて説明する。図６は、本発明の第２実施例の折り返しモノポールアンテナの構成を説明するための概略斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしており、アンテナ素子全長等、基本的には第１実施例のものと同様である。本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナでは、一対の折り返しモノポールアンテナ素子を横並びに配置したものであったが、第２実施例の折り返しモノポールアンテナは、一対の折り返しモノポールアンテナ素子がＬ字型になるようにグラウンド板の角に配置されるものである。

即ち、第１実施例では第２給電部と第２短絡部を通る直線が第１給電部と第１短絡部を通る直線と平行な関係を有していたが、第２実施例では、図示の通り、第２給電部３１ａと第２短絡部３２ａを通る直線が第１給電部２１ａと第１短絡部２２ａを通る直線と垂直な関係を有している。また、第１給電部２１ａ及び第１短絡部２２ａと、第２給電部３１ａ及び第２短絡部３２ａとが、垂直な直線間を二分する中心線Ｃ'に対して線対称となるように配置されている。

また、第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａと第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａとの関係についても、第１実施例では中心線を通りグラウンド板に垂直な面に面対称となるように配置される関係を有していたが、第２実施例では、図示の通り、中心線Ｃ'を通りグラウンド板１ａに垂直な面に面対称となるようにグラウンド板１ａの上に配置されている。

より具体的には、第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａは、第１給電部２１ａからグラウンド板１ａに対して垂直方向（Ｚ軸方向）に立ち上がる。そして、第１給電部２１ａと第１短絡部２２ａを通る直線と垂直な直線方向且つ第２給電部３１ａ方向とは反対方向（−Ｙ軸方向）に曲がりグラウンド板１ａの端部の上までグラウンド板１ａに平行に延在する。次に、グラウンド板１ａに対して垂直方向（Ｚ軸方向）に再度立ち上がり、第１給電部２１ａ方向（Ｙ軸方向）に曲がり第１給電部２１ａからの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板１ａに平行に延在する。そして、第１短絡部２２ａ方向（−Ｘ軸方向）に曲がり第１短絡部２２ａと第２短絡部３２ａを通る直線の上までグラウンド板１ａに平行に延在する。その後、第１給電部２１ａと第１短絡部２２ａを通る直線と垂直な直線方向且つ第２給電部３１ａ方向とは反対方向（−Ｙ軸方向）に曲がりグラウンド板１ａの端部の上までグラウンド板１ａに平行に延在する。そして、グラウンド板１ａに対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に立ち下がり、第１短絡部２２ａ方向（Ｙ軸方向）に曲がり第１短絡部２２ａの上までグラウンド板１ａに平行に延在する。最後に、グラウンド板１ａに対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に再度立ち下がり、第１短絡部２２ａに接続されることで、第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａが構成されている。

同様に、第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａは、第２給電部３１ａからグラウンド板１ａに対して垂直方向（Ｚ軸方向）に立ち上がる。そして、第２給電部３１ａと第２短絡部３２ａを通る直線と垂直な直線方向且つ第１給電部２１ａ方向とは反対方向（Ｘ軸方向）に曲がりグラウンド板１ａの端部の上までグラウンド板１ａに平行に延在する。次に、グラウンド板１ａに対して垂直方向（Ｚ軸方向）に再度立ち上がり、第２給電部３１ａ方向（−Ｘ軸方向）に曲がり第２給電部３１ａからの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板１ａに平行に延在する。そして、第２短絡部３２ａ方向（Ｙ軸方向）に曲がり第１短絡部２２ａと第２短絡部３２ａを通る直線の上までグラウンド板１ａに平行に延在する。その後、第２給電部３１ａと第２短絡部３２ａを通る直線と垂直な直線方向且つ第１給電部２１ａ方向とは反対方向（Ｘ軸方向）に曲がりグラウンド板１ａの端部の上までグラウンド板１ａに平行に延在する。そして、グラウンド板１ａに対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に立ち下がり、第２短絡部３２ａ方向（−Ｘ軸方向）に曲がり第２短絡部３２ａの上までグラウンド板１ａに平行に延在する。最後に、グラウンド板１ａに対して垂直方向（−Ｚ軸方向）に再度立ち下がり、第２短絡部３２ａに接続されることで、第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａが構成されている。

そして、第２実施例でも、ブリッジ部４ａが、第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａと第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａとの間を短絡するように接続されている。即ち、ブリッジ部４ａは、第１短絡部又は第２短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が略λ／４となるように構成されている。図示例では、第１短絡部２２ａに近い側の接続点Ｃ１と第２短絡部３２ａに近い側の接続点Ｃ２の間に接続されている。

また、ブリッジ部４ａの電気的な長さについても、第１実施例の場合と同様である。即ち、アンテナ素子間相互結合の量を最も低減するためには、第１短絡部２２ａから第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａの接続点Ｃ１を通ってブリッジ部４ａを介して、第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａの接続点Ｃ２を通って第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａから第２短絡部３２ａまでの電気的な長さが、第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａの第１給電部２１ａから折り返すまでの往路の電気的な長さに略等しいことが好ましい。また、第１折り返しモノポールアンテナ素子２ａの折り返すまでの往路の電気的な長さではなく、折り返した後の帰路の電気的な長さに略等しく構成されても良い。さらに、第２折り返しモノポールアンテナ素子３ａの第２給電部３１ａから折り返すまでの往路又は折り返した後の帰路の電気的な長さを基準にしても良い。即ち、ブリッジ部４ａの電気的な長さと、ブリッジ部４ａの各接続点Ｃ１，Ｃ２から各短絡部２２ａ，３２ａまでの電気的な長さの合計が、折り返しモノポールアンテナ素子の全長の約半分の電気的な長さに略等しくなるように、各接続点Ｃ１，Ｃ２の位置が決定されることが好ましい。

ここで、アンテナ素子はグラウンド板１ａの端部の上まで延在することが好ましいが、図６ではグラウンド板１ａが図１や図２と比べて短く示されている。例えばグラウンド板１ａが回路基板上に設けられる場合には、基板自体はもっと大きくても良く、基板上に設けられるグラウンドパターンが図示のように所定の大きさになっており、この端部の上までアンテナ素子が延在するように構成されていれば良い。

本発明の折り返しモノポールアンテナでは、第２実施例のようにＬ字型に一対の折り返しモノポールアンテナ素子を配置した場合であっても、第１実施例と同様、ブリッジ部により第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子との間を短絡部側に近い側で短絡することにより、アンテナ素子間相互結合を大幅に低減でき、アンテナ効率を向上させることが可能となる。

次に、ブリッジ部の接続点を短絡部から遠い側に接続した場合の例について説明する。図２や図６に示される例では、ブリッジ部は短絡部に近い側の接続点に接続される例であり、ブリッジ部が短絡部から接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が、具体的には略λ／４となるように構成されているものであった。次の例は、これが略λ・３／４となるものである。図７は、本発明の第１実施例の折り返しモノポールアンテナの他の変形例を説明するための概略斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図７における本発明の折り返しモノポールアンテナは、図示の通り、第１給電部２１及び第２給電部３１がグラウンド板１の端部側に配置され、第１短絡部２２及び第２短絡部３２がグラウンド板１の端部から遠い側に配置されている。そして、ブリッジ部４の接続点Ｃ１，Ｃ２は、第１給電部２１及び第２給電部３１側に配置されている。

この場合、ブリッジ部４は、折り返しモノポールアンテナ素子２，３の全長（λ／２）の約半分の電気的な長さ（λ／４）に、折り返しモノポールアンテナ素子の全長（λ／２）を加えた電気的な長さ（λ・３／４）になるように構成されている。短絡部から遠い側、即ち、給電部側に近い位置にブリッジ部を接続する場合には、ブリッジ部の電気的な長さを調整することで、短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計がλ・３／４となるようにすれば良い。なお、図示例では、ブリッジ部４の接続点Ｃ１，Ｃ２が各給電部２１，３１側に配置される例を示したが、本発明はこれに限定されず、図２や図６に示される例のように、接続点が各短絡部側に配置されるものであっても良い。この場合でも、短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計がλ・３／４となるようにブリッジ部の電気的な長さを調整すれば良い。

このように、本発明の折り返しモノポールアンテナでは、短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が、略λ／４又はλ・３／４となるように構成されれば良い。

そして、配置するスペースが許されるようであれば、短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計は、λ・ｎ／４（但し、ｎは奇数）の電気的な長さとなるように構成することも可能である。即ち、本発明において、ブリッジ部は、λ・１／４，λ・３／４，λ・５／４・・・というように、１／４に対して１／２ずつ伸びた位置に、一対の折り返しモノポールアンテナ素子間のアンテナ素子間相互結合が低くなる点が存在する特徴を有している。なお、図示例では、ブリッジ部４がグラウンド板１上からはみ出していない状態のものを示したが、本発明はこれに限定されず、グラウンド板１上を越えてブリッジ部が設けられるものであっても良い。

また、給電部側に近い位置にブリッジ部を接続するようにした例は、図６に示される第２実施例のような折り返しモノポールアンテナ素子がＬ字型になるようにグラウンド板の角に配置されるものであっても適用可能である。この場合、例えば図６において、給電部２１ａ，３１ａ側に近い位置にブリッジ部４ａが接続され、グラウンド板１ａの内側のスペース上でブリッジ部４ａの電気的な長さを調整し、短絡部２２ａ，３２ａからブリッジ部４ａが接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部４ａの電気的な長さの合計が、略λ・３／４となるように構成されれば良い。

なお、本発明の折り返しモノポールアンテナは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１グラウンド板
２第１折り返しモノポールアンテナ素子
３第２折り返しモノポールアンテナ素子
４ブリッジ部
２１第１給電部
２２第１短絡部
３１第２給電部
３２第２短絡部

Claims

導体からなるグラウンド板と、
前記グラウンド板上に配置される第１給電部及び第１短絡部と、
前記グラウンド板上に配置される第２給電部及び第２短絡部であって、第２給電部と第２短絡部を通る直線が第１給電部と第１短絡部を通る直線と平行な直線上に配置され、且つ、第１給電部及び第１短絡部と、第２給電部及び第２短絡部とが、平行な直線間の中心線に対して線対称となるように配置される、第２給電部及び第２短絡部と、
前記グラウンド板の上に配置され、第１給電部から延在し第１短絡部でグラウンド板に短絡される第１折り返しモノポールアンテナ素子と、
第２給電部から延在し第２短絡部でグラウンド板に短絡される第２折り返しモノポールアンテナ素子であって、第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子が、前記平行な直線間の中心線を通りグラウンド板に垂直な面に面対称となるようにグラウンド板の上に配置される、第２折り返しモノポールアンテナ素子と、
第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子との間を短絡するブリッジ部であって、第１短絡部又は第２短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が略λ・ｎ／４（但し、λは所望の共振周波数の波長、ｎは奇数）となるように構成されるブリッジ部と、
を具備することを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。
請求項１に記載の折り返しモノポールアンテナにおいて、
前記第１折り返しモノポールアンテナ素子は、第１給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第２給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第１給電部方向に曲がり第１給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部と第２短絡部を通る直線の上までグラウンド板に平行に延在し、第２短絡部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第１短絡部に接続され、
前記第２折り返しモノポールアンテナ素子は、第２給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第１給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第２給電部方向に曲がり第２給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第２短絡部方向に曲がり第１短絡部と第２短絡部を通る直線の上までグラウンド板に平行に延在し、第１短絡部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第２短絡部方向に曲がり第２短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第２短絡部に接続される、
ことを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。
導体からなるグラウンド板と、
前記グラウンド板上に配置される第１給電部及び第１短絡部と、
前記グラウンド板上に配置される第２給電部及び第２短絡部であって、第２給電部と第２短絡部を通る直線が第１給電部と第１短絡部を通る直線と垂直な直線上に配置され、且つ、第１給電部及び第１短絡部と、第２給電部及び第２短絡部とが、前記垂直な直線間を二分する中心線に対して線対称となるように配置される、第２給電部及び第２短絡部と、
前記グラウンド板の上に配置され、第１給電部から延在し第１短絡部でグラウンド板に短絡される第１折り返しモノポールアンテナ素子と、
第２給電部から延在し第２短絡部でグラウンド板に短絡される第２折り返しモノポールアンテナ素子であって、第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子が、前記垂直な直線間を二分する中心線を通りグラウンド板に垂直な面に面対称となるようにグラウンド板の上に配置される、第２折り返しモノポールアンテナ素子と、
第１折り返しモノポールアンテナ素子と第２折り返しモノポールアンテナ素子との間を短絡するブリッジ部であって、第１短絡部又は第２短絡部からブリッジ部が接続される接続点までの電気的な長さとブリッジ部の電気的な長さの合計が略λ・ｎ／４（但し、λは所望の共振周波数の波長、ｎは奇数）となるように構成されるブリッジ部と、
を具備することを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。
請求項３に記載の折り返しモノポールアンテナにおいて、
前記第１折り返しモノポールアンテナ素子は、第１給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第１給電部と第１短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第２給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第１給電部方向に曲がり第１給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部と第２短絡部を通る直線の上までグラウンド板に平行に延在し、第１給電部と第１短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第２給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第１短絡部方向に曲がり第１短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第１短絡部に接続され、
前記第２折り返しモノポールアンテナ素子は、第２給電部からグラウンド板に対して垂直方向に立ち上がり、第２給電部と第２短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第１給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち上がり、第２給電部方向に曲がり第２給電部からの総延長が所望の共振周波数の約４分の１波長となるまでグラウンド板に平行に延在し、第２短絡部方向に曲がり第１短絡部と第２短絡部を通る直線の上までグラウンド板に平行に延在し、第２給電部と第２短絡部を通る直線と垂直な直線方向且つ第１給電部方向とは反対方向に曲がりグラウンド板の端部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に立ち下がり、第２短絡部方向に曲がり第２短絡部の上までグラウンド板に平行に延在し、グラウンド板に対して垂直方向に再度立ち下がり、第２短絡部に接続される、
ことを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の折り返しモノポールアンテナにおいて、前記第１短絡部から第１折り返しモノポールアンテナ素子の接続点を通ってブリッジ部を介して、第２折り返しモノポールアンテナ素子の接続点を通って第２折り返しモノポールアンテナ素子から第２短絡部までの電気的な長さが、第１折り返しモノポールアンテナ素子の第１給電部又は第２折り返しモノポールアンテナ素子の第２給電部から折り返すまでの往路又は折り返した後の帰路の電気的な長さに略等しいことを特徴とする折り返しモノポールアンテナ。