JP3756739B2 - 広帯域アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は地板の一面中央部に放射素子を設けたアンテナであって、例えば自動車電話システム、携帯電話システムなどにおける不感地対策用の天井などに取り付けるアンテナに適用でき、その他一般にも適用でき、特に広帯域のものとしようとするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来のアンテナを示す。金属板よりなる円板状の地板１１の一面の中心部に放射素子としてモノポール素子１２が垂直に立てられ、地板１１のモノポール素子１２と反対側の位置から給電がなされ、モノポール素子１２の地板１１上の位置が給電点１３とされている。図に示していない給電線は地板１１のモノポール素子１２の反対側に取り付けた給電用コネクタ１４に接続される。
【０００３】
地板１１の半径ｒ１を０．２５λ（λは使用周波数帯域の中心周波数における波長）とし、モノポール素子１２の高さＨ１を０．５λ以上とすると、無指向性のアンテナが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示した従来のアンテナは、モノポール素子１２の高さＨ１を０．２５λ、地板１１を無限平板とした場合の比帯域は６％程度である。
しかし将来的には現在よりも広帯域伝送を行うことが予想され、図９に示した従来のアンテナでは帯域幅が十分でなくなる。
従ってこの発明は従来よりも比帯域が大きく、広帯域伝送に使用可能な広帯域アンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明においては地板の一面のほぼ中央部に放射素子が設けられたアンテナにおいて、放射素子と反対側において、地板よりも大きい平板状導体が近接対向して設けられ、これら地板及び平板状導体はその中央部において、短絡体により電気的に互いに短絡されている。
作用
この構成によれば地板に取付けられた放射素子と、平板状導体に対する地板との両方が放射素子として動作し、導体として広帯域動作が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の実施例を示す。導体板よりなる地板１１の中央部に放射素子として、この例ではモノポール素子１２が立てられている。
この発明においては、地板１１のモノポール素子１２と反対側と近接対向して、地板１１より大きい平板状導体２１が設けられ、地板１１と平板状導体２１とはその中央部において短絡体２２により互いに電気的に短絡される。給電コネクタ１４は地板１１のモノポール素子１２と反対側に取付けられ、平板状導体２１に形成された穴を通じてモノポール素子１２と反対側に突出されている。
【０００７】
この実施例では地板１１が円板とされ、平板状導体２１も円板とされ、更に短絡体２２は軸が短かい円筒状とされ、地板１１の中心、平板状導体２１の中心、短絡体２２の軸心、モノポール素子１２の軸心が同一直線２３上にあるようにされた場合である。給電コネクタ１４は円筒状短絡体２２内に位置し、円筒状短絡体２２の両端面が地板１１と平板状導体２１とにそれぞれ接触して、必要に応じて半田付け、導電性接着剤により互いに電気的に良好に接触される。
【０００８】
地板１１を大きくし、その半径ｒ１を０．５６λ程度以上にすると共振周波数が、モノポール素子１２の共振周波数から大きく離れてしまい、比帯域を広くすることができなくなる。
平板状導体２１を地板１１より小さくするとモノポール素子１２が地板１１により平板状導体２１に対し遮蔽され、平板状導体２１を設けた意味がなくなり、比帯域が増加しない。
【０００９】
平板状導体２１が地板１１に比べて大きくなりすぎると、地板１１の影響がうすれ、地板が平板状導体２１だけであるかのような振る舞いをして、比帯域が従来のものより広がることがない、場合によると、地板１１の存在により、これが影響して、従来のものよりも特性がかえって悪くなることもある。
更に地板１１と平板状導体２１の間隔Ｈ２を大きくし過ぎると、モノポール素子１２と平板状導体２１との距離も大きくなり、平板状導体２１がモノポール素子１２に作用しなくなり、平板状導体２１を設けない場合の特性に近ずく。
【００１０】
短絡体２２の径が大きくなり、地板１１の径に近ずくと、モノポール素子１２が使用周波数帯域で共振しなくなる。
モノポール素子１２の高さＨ１を０．２５λ、地板１１の半径ｒ１を０．５λ、平板状導体２１の半径ｒ２を０．６７λ、地板１１と平板状導体２１の間隔Ｈ２を０．００７λ、短絡体２２の内径ｒ３を０（給電線の外導体又は給電コネクタ１４の外周位置で地板１１と平板状導体２１を短絡）の場合における図１に示したアンテナのリターンロス特性をモーメント法により求めた結果を図２Ａに示す（以下の各種データもモーメント法により求めた）。比較の意味で、図９に示した従来のアンテナにおいて、モノポール素子１２の高さＨ１を０．２５λとし、地板１１の半径ｒ１を無限大とした場合のリターンロス特性を図２Ｂに示す。この図２Ａと図２Ｂとの比較から例えばリターンロスが−１５ｄＢにおける周波数帯域はこの発明の実施例が従来のものより約２倍になっており、この発明のアンテナが広帯域特性を示すことが理解される。
【００１１】
Ｈ１＝０．２５λ、Ｈ２＝０．００７λ、ｒ３＝０とし、ｒ１／ｒ２＝３／４を保持しながら、つまりｒ２＞ｒ１の状態をこのような比で保持しながらｒ１を変化させた時の比帯域特性を図３に示す。ここで比帯域はリターンロスが−１５ｄＢ以下の帯域幅を共振周波数（使用周波数帯域の中心周波数）で割った値である。図３中の破線２４は図２Ｂに示した特性の比帯域である。図３から０．５６λ程度以上になると、従来のアンテナより比帯域が小さくなり、またｒ１が０．４３λ程度以下になっても比帯域が下ってしまうことがわかる。
【００１２】
Ｈ１＝０．２５λ、Ｈ２＝０．００７λ、ｒ１＝０．５λ、ｒ３＝０としてｒ２を変化させた時の比帯域特性を図４に示す。０．５３λ程度以下、０．６８程度以上で従来のアンテナよりも比帯域が下ることがわかる。
Ｈ１＝０．２５λ、ｒ１＝０．５λ、ｒ２＝０．６７λ、ｒ３＝０でＨ２を変化させた時の比帯域特性を図５に示す。この図からＨ２は０．０３λ以上になると比帯域が従来のアンテナ以下になり、Ｈ２を０．０３λ以下にすると比帯域が広くなることがわかる。
【００１３】
図６に、Ｈ１＝０．２５λ、ｒ１＝０．５λ、ｒ２＝０．６７λ、Ｈ２＝０．００７λにおいてｒ３を変化させた場合の比帯域特性を示す。この図からｒ３が０．１６程度以上になると比帯域が従来のアンテナより悪くなり、ｒ３を小さくした方が比帯域が広くなることが理解される。
Ｈ１＝０．２５λとした場合のｒ１,ｒ２,ｒ３、Ｈ２をモーメント法による計算値を用いて最適化した。その結果、０．４６λ≦ｒ１＜０．５６λ、ｒ１≦ｒ２≦１．３３ｒ１、Ｈ２≦０．０３λ、ｒ３≦０．１６λが得られた。
【００１４】
次にこの発明の他の実施例を図７に示す。図７は図１に示したモノポール素子１２の代りに逆Ｆ放射素子３１を用いた場合であり、その他の部分は図１と同様である。逆Ｆ放射素子３１は方形部３１ａの一辺に中央からずらしてスリット３２が形成され、その辺と対向する辺の一端からスリット３２と直角に細片部３１ｂが延長されている。スリット３２の細片部３１ｂ側の位置で給電される。
短絡体３３は地板１１の中心からの等距離の４点に位置し、かつ１辺の長さＷの正方形の各頂点に位置する４個所で地板１１と平板状導体２１とが電気的に短絡されている。
【００１５】
ｒ１＝０．５λ、ｒ２＝０．６７λ、Ｈ２＝０．００７λ、Ｗ＝０．０６７λ、逆Ｆ放射素子３１の高さＨ１＝０．０８７λ、細片部３１ｂの幅Ｈ３＝０．０２λ、逆Ｆ放射素子３１の長さＬ１＝０．２３λ、スリット３２の両側の幅Ｌ２＝０．０８７λ、Ｌ３＝０．０３３λとした場合のリターンロス特性を図８中の実線で示す。図８中の破線は図７に示したアンテナから平板状導体２１を外した場合のリターンロス特性である。この両特性からこの実施例によれば−１５ｄＢの帯域幅が、破線の場合より約２倍になり、広帯域特性が得られることが理解される。
【００１６】
上述において地板１１と平板状導体２１を共に円板としたが、方形その他の形状でもよい、何れにしても形はほぼ同一で地板１１より平板状導体２１を大きくすればよい。モノポール素子１２を用いる場合、その長さは０．２５λに限らず、これより長くしてもよいし、また少しぐらいなら短かくしてもよい。また放射素子としても、他のものを用いてもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、小型の地板付きアンテナにおいて、その放射素子と反対側に地板よりも大きい平板状導体を平行に近接させて両者を中央部で短絡させることにより、比帯域を従来のものより広くすることができる。しかもアンテナの高さをＨ１＋Ｈ２、面積をわずか大きくするのみである。
つまり小型を維持した状態で広帯域化することができる。アンテナの高さを小さくできる点から、移動通信システムにおける不感地対策用の天井等に取り付ける場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示し、Ａはその平面図、Ｂは正面図である。
【図２】Ａは図１に示した実施例のリターンロス特性図、Ｂは従来のアンテナのリターンロス特性図である。
【図３】図１に示したアンテナのｒ１／ｒ２＝３／４を保持した状態でｒ１を変化させた時の比帯域特性図。
【図４】図１に示したアンテナのｒ２を変化させた時の比帯域特性図。
【図５】図１に示したアンテナのＨ２を変化させた時の比帯域特性図。
【図６】図１に示したアンテナのｒ３を変化させた時の比帯域特性図。
【図７】この発明の他の実施例を示し、Ａはその平面図、Ｂは正面図である。
【図８】図７に示した実施例のリターンロス特性図。
【図９】従来のアンテナを示し、Ａは平面図、Ｂは正面図である。

Claims (2)

1. 半径ｒ１の地板の一面のほぼ中央部に４分の１波長のモノポール素子が設けられたアンテナにおいて、
   上記地板の上記放射素子と反対側において、上記地板と０．００５〜０．０３λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）の距離で近接、対向して設けられ、上記地板の半径ｒ１の１．０６〜１．３６倍の大きさの半径ｒ２の平板状導体と、
   上記地板と上記平板状導体とをその中央部において互いに電気的に短絡する短絡体と
   を備えることを特徴とする広帯域アンテナ。
2. 上記短絡体は上記放射素子を中心とする軸心をもって半径０．１６λ以下の筒状体であることを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ。

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