JP4088388B2 - モノポール・アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として移動体通信で使用されるモノポール・アンテナに関し、特に、基地局用アンテナに適したモノポール・アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に、１つのアンテナ素子からなり、２つの周波数の電波を励振する従来のモノポール・アンテナを示す。図２０において、９１は円盤状の接地導体、９２は接地導体９１の中央に位置する給電部、９３は線状導体からなるアンテナ素子をそれぞれ示している。アンテナ素子９３は、その中央にコイル９３ａを有しており、このアンテナ素子９３の一端は接地導体９１の中央に位置する給電部９２に接地導体９１に垂直となるように電気的に接続されている。
【０００３】
この場合、アンテナ素子９３においては、アンテナ素子全体で低い方の周波数の電波が励振され、中央のコイル９３ａによって高い方の周波数の電波がコイル９３ａの上下において同相で励振される。これにより、異なる周波数で共振する２周波数動作モノポール・アンテナが実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のモノポール・アンテナでは、アンテナ素子９３の高さとして低い方の励振周波数の１／４波長、もしくは高い方の励振周波数の３／４波長以上必要であることから、アンテナ素子９３の高さが高くなるため、小型化は困難である。また、近い周波数同士の電波の励振は構造上不可能であるため、励振する周波数が制限されてしまう。実用的には、２周波数動作までである。
【０００５】
また、上記従来のモノポール・アンテナを室内の天井等に設置する場合、アンテナの電波放射の効率を良好なものとするためには、アンテナ素子９３が電波を放射する空間に面するように、アンテナを逆さに吊り下げて床に向けて設置するのが望ましい。また、この場合には、アンテナ素子９３と全ての放射空間との間に電波の伝搬を阻害するものが無いのが望ましく、アンテナ素子９３から全ての放射対象となる空間が見渡せるのが望ましい。さらには、モノポール・アンテナには、景観上、なるべく目立たなく設置したいという要望があるが、アンテナ素子９３が天井からの突起物となり、上記したように、従来のモノポール・アンテナではアンテナ素子９３の高さが高くなるため、景観上好ましいものではなかった。
【０００６】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造で複数周波数動作が可能な小型のモノポール・アンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係るモノポール・アンテナの構成は、接地導体と、一端が前記接地導体の表面に位置する給電部に接続された直線導体と、前記直線導体の他端に接続された平板状導体と、その内縁部が前記平板状導体の外縁部に反共振回路を介して接続された輪状導体とを備え、前記輪状導体は複数の輪状導体からなり、隣接する輪状導体の対向する内縁部と外縁部とが反共振回路を介して接続されたことを特徴とする。このモノポール・アンテナの第１の構成によれば、反共振回路の共振周波数をｆ１に設定することにより、周波数ｆ１で反共振回路は高インピーダンスとなり、円盤導体と輪状導体とが電気的に遮断されるので、直線導体と平板状導体とからなる系で第１の周波数ｆ１を励振させ、直線導体から輪状導体までの系で第２の周波数ｆ２を励振させることができる。ここで、平板状導体を直線導体に垂直に接続し、輪状導体を平板状導体と同一平面上に配置するようにすれば、直線導体と平板状導体と輪状導体とからなるアンテナ部の高さを低くすることができる。従って、本発明のモノポール・アンテナの構成によれば、コンパクトでかつ簡単な構造で複数周波数動作が可能なモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
また、輪状導体が複数の輪状導体からなり、隣接する輪状導体の対向する内縁部と外縁部とが反共振回路を介して接続されているので、３周波数以上の複数周波数動作が可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【０００８】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体と輪状導体の少なくともいずれか一方が接地導体線によって接地導体に接続されているのが好ましい。この好ましい例によれば、各動作周波数でのアンテナの入力インピーダンスを高くすることができる。その結果、本アンテナの各動作周波数でのアンテナ入力インピーダンスと給電部とのインピーダンスの整合状態が良好となるので、アンテナの特性を改善することができる。
【０００９】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体と輪状導体とが同一平面上に配置されていても、平板状導体と輪状導体とが異なる平面上に配置されていても構わない。
【００１０】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体及び複数の輪状導体の少なくとも１つが接地導体線によって接地導体に接続されているのが好ましい。尚、インピーダンスの整合が十分とれている輪状導体が存在する場合があり、この場合には、接地導体線によって整合する必要はない。特に、最も内側の平板状導体、輪状導体等についてインピーダンスの整合が十分とれている可能性がある。また、この場合、平板状導体と複数の輪状導体とが同一平面上に配置されていても、複数の輪状導体の少なくとも１つが平板状導体と異なる平面上に配置されていても構わない。
【００１１】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体が円盤導体であるのが好ましい。また、この場合には、給電部が接地導体の表面の中央に位置し、直線導体の一端が前記給電部に前記接地導体と垂直に接続され、前記直線導体の他端が平板状導体と垂直に前記平板状導体の中心で接続され、輪状導体が前記平板状導体と同心円状に配置されているのが好ましい。
【００１２】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、反共振回路がコイルとコンデンサの並列回路であるのが好ましい。
【００１３】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、反共振回路がコイルのみからなる回路であるのが好ましい。この好ましい例によれば、部品点数を削減することができる。
【００１４】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体と反共振回路と輪状導体とが誘電体基板上にパターン形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、反共振回路パターンを調整することにより、希望する周波数において電気的遮断が可能となる。
【００１５】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、接地導体の平板状導体が配置された側と反対側に、前記接地導体との間で空間を介した電気的結合を生じさせる反射導体が設けられているのが好ましい。この好ましい例によれば、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、反射導体にも空間を介した電気的結合によって電流が流れるため、反射導体の端部からも電波が放射されることになる。従って、モノポール・アンテナからの電波の放射は、接地導体からの放射と、直線導体と平板状導体と輪状導体とからなるアンテナ本体からの放射と、反射導体からの放射との和となり、接地導体や反射導体の大きさ、あるいは接地導体と反射導体との間の距離を変えることにより、モノポール・アンテナの指向性を変化させることが可能となる。また、この場合には、反射導体が接地導体に電気的に接続されているのが好ましい。この好ましい例によれば、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、接地導体に電気的に接続された反射導体は、反射導体としての働きに加えて電気的に接地導体としての働きをもするので、給電部からの電流の漏れを抑制して、アンテナの入力インピーダンスを安定させることができる。また、この場合には、反射導体が複数の反射導体からなり、前記複数の反射導体の少なくとも１つが接地導体に電気的に接続されているのが好ましい。また、この場合には、接地導体及び反射導体が面形状を有すると共に、互いの面を対向させて配置されており、かつ、前記反射導体の面積が前記接地導体の面積よりも大きいのが好ましい。この好ましい例によれば、接地導体と反射導体との間の空間的結合が強まるので、反射導体から効率良く電波を放射させることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２４】
〈第１の実施の形態〉
まず、本発明の第１の実施の形態について、図１、図２、図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１において、１１は円盤状の接地導体、１２は接地導体１１の中心に位置する同軸給電部（以下単に『給電部』という。）、１３はアンテナ素子をそれぞれ示している。給電部１２は接地導体１１の表面上に位置しており、アンテナ素子１３は接地導体１１と垂直に給電部１２に電気的に接続されている。
【００２６】
図２は図１におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。ここでは、一例として、３周波数動作モノポール・アンテナの場合を示している。図２において、２１は直線導体、２２は円盤導体、２３は反共振回路、２４は輪状導体、２５は反共振回路、２６は輪状導体をそれぞれ示している。ここで、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、同一平面上に配置されていると共に、内側から順に同心円状に配置されている。円盤導体２２の中心には、直線導体２１の上端部が円盤導体２２に垂直に電気的に接続されており、円盤導体２２の外縁部は反共振回路２３を介して輪状導体２４の内縁部に接続されている。さらに、輪状導体２４の外縁部は反共振回路２５を介して輪状導体２６の内縁部に接続されている。
【００２７】
反共振回路２３、２５は、例えば図３に示すように、コイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成されている。
【００２８】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【００２９】
まず、モノポール・アンテナの動作（アンテナ素子の複数周波数動作）について説明する前に、本モノポール・アンテナの基本構成をなすトップローディング型モノポール・アンテナについて説明する。
【００３０】
図５(a)はトップローディング型モノポール・アンテナを示す概略斜視図、図５(b)は図５(a)におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。図５(a)において、１１は接地導体、１２は給電部、１３はアンテナ素子をそれぞれ示している。また、図５(b)において、２１は直線導体、２２は円盤導体をそれぞれ示している。
【００３１】
図５(b)に示すように、トップローディング型モノポール・アンテナのアンテナ素子１３は、直線導体２１と円盤導体２２とにより構成されている。この場合、円盤導体２２の中心に、直線導体２１の上端部が円盤導体２２に垂直に電気的に接続されている。円盤導体２２は接地導体１１との間でコンデンサを形成していると考えられ、この場合のアンテナ素子１３は、直線導体２１の上端部に容量性の負荷が接続されているものと等価になる。この様子を図６に示す。図６中、５１は等価コンデンサ、５２、５３は伝送線路をそれぞれ示している。また、図６において、λは自由空間波長、ｆは周波数、伝送線路５３の長さｈ’はアンテナ素子１３がトップローディングによって低くなった部分の長さをそれぞれ示している。図６に示すように、トップローディング型モノポール・アンテナのアンテナ素子１３は容量Ｃのコンデンサ５１が接続された伝送線路５２として表すことができ、通常の１／４波長モノポール・アンテナ素子は終端が開放の線路長ｈ’の伝送線路５３が接続された伝送線路５２として表すことができる。つまり、伝送線路５２からコンデンサ５１を見たインピーダンスと、伝送線路５２から伝送線路５３を見たインピーダンスとが等しくなるように、アンテナ素子１３がトップローディングによって低くなる部分の長さｈ’が決められる。トップローディング型モノポール・アンテナのアンテナ素子１３の容量Ｃは円盤導体２２の直径に比例するので、この考え方に基づいて、共振周波数を一定にしたときの円盤導体２２の直径とアンテナ素子１３の高さとの関係を示せば、図７のようになる。図７に示すように、円盤導体２２の大きさを大きくすることにより、アンテナ素子１３の高さを低くすることができる。
【００３２】
本実施の形態のモノポール・アンテナは、上記のような設計法によって設計された所定の周波数で共振する複数のトップローディング型モノポール・アンテナを１つにまとめたものである。
【００３３】
電波の励振は、第１の周波数ｆ1 が直線導体２１と円盤導体２２とからなる系で、第２の周波数ｆ2 が直線導体２１から輪状導体２４までの系で、第３の周波数ｆ3 が直線導体２１から輪状導体２６までの系でそれぞれ行われる。この場合、第１の周波数ｆ1 が最も高く、次に第２の周波数ｆ2 が高く、第３の周波数ｆ3 が最も低い。
【００３４】
上記のように電波を励振させるためには、第１の周波数ｆ1 で輪状導体２４、２６を直線導体２１と円盤導体２２とからなる系から電気的に遮断し、第２の周波数ｆ2 で輪状導体２６を直線導体２１から輪状導体２４までの系から電気的に遮断する必要がある。このため、円盤導体２２の外縁部と輪状導体２４の内縁部との接続に反共振回路２３が用いられており、輪状導体２４の外縁部と輪状導体２６の内縁部との接続に反共振回路２５が用いられている。そして、反共振回路２３の共振周波数は第１の周波数ｆ1 に合わされている。その結果、第１の周波数ｆ1 で反共振回路２３は高インピーダンスとなり、円盤導体２２と輪状導体２４とが電気的に遮断される。従って、直線導体２１と円盤導体２２とにより、第１の周波数ｆ1 で共振するアンテナが実現される。尚、第１の周波数ｆ1 よりも低い周波数では反共振回路２３は低インピーダンスとなり、円盤導体２２と輪状導体２４とはほぼ導通状態となる。
【００３５】
同様に、反共振回路２５の共振周波数を第２の周波数ｆ2 に合わせ、第２の周波数ｆ2 で輪状導体２４と輪状導体２６とを電気的に遮断すれば、直線導体２１から輪状導体２４までの系により、第２の周波数ｆ2 で共振するアンテナが実現される。尚、第２の周波数ｆ2 よりも低い周波数では反共振回路２５は低インピーダンスとなり、輪状導体２４と輪状導体２６とはほぼ導通状態となる。
【００３６】
以上により、異なる周波数ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 で動作する複数周波数動作モノポール・アンテナが実現される。
【００３７】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、給電部１２が円盤状の接地導体１１の表面の中央に位置し、直線導体２１が円盤導体２２と垂直に円盤導体２２の中心で接続され、輪状導体２４、２６が円盤導体２２と同心円状に配置されることによって、軸対称な構造となっているので、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能になる。
【００３８】
図８に、本実施の形態におけるモノポール・アンテナのアンテナ特性を示す。図８（ａ）は、試作アンテナの入力インピーダンスのＶＳＷＲ特性を示したものであり、図８（ｂ）は試作アンテナの放射特性を示したものである。
【００３９】
図８（ａ）に示すように、本モノポール・アンテナは、周波数ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 で共振している。
【００４０】
図８（ｂ）では、一例として、周波数ｆ1 、ｆ2 での通常のモノポール・アンテナ単体の放射特性と本モノポール・アンテナの放射特性を、比較して示している。図８（ｂ）に示すように、本モノポール・アンテナは、複数の周波数で動作可能であり、さらに各動作周波数においてモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を有するアンテナとなっている。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、コンパクトでかつ簡単な構造で複数周波数動作が可能であると共に、各動作周波数でモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を示す優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００４２】
また、本実施の形態においては、反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、反共振回路２３、２５は必ずしもこの構成に限定されるものではない。
【００４３】
また、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成し、残りの反共振回路２５又は２３をコイル３１のみによって構成してもよい。
【００４４】
〈第２の実施の形態〉
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１、図２、図４を参照しながら説明する。
【００４５】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。また、本実施の形態のアンテナ部の構成も、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図２参照）。但し、本実施の形態においては、反共振回路２３、２５は、例えば図４に示すように、コイル４１のみによって構成されている。
【００４６】
本実施の形態のモノポール・アンテナの動作は、上記第１の実施の形態のモノポール・アンテナの動作と同様であるが、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、コイル４１の高域遮断特性が利用されている。すなわち、適当な大きさのコイル４１を選ぶことにより、コイル４１が希望の周波数で高インピーダンスとなり、図２における円盤導体２２と輪状導体２４、輪状導体２４と輪状導体２６をほぼ電気的に遮断することができる。また、それよりも低い周波数ではコイル４１は低インピーダンスとなり、ほぼ導通状態となる。これにより、複数の周波数で動作可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、反共振回路２３、２５をコイル４１のみによって構成するようにしたので、部品点数を削減することができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、非常に簡単な構造で複数周波数動作が可能であると共に、各動作周波数でモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を示す優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５をコイル４１のみによって構成したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５をコイル４１のみによって構成し、残りの反共振回路２５又は２３をコイル４１とコンデンサの並列回路によって構成してもよい。
【００５０】
〈第３の実施の形態〉
次に、本発明の第３の実施の形態について、図１、図３、図９を参照しながら説明する。
【００５１】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。
【００５２】
図９は図１におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。ここでは、一例として、３周波数動作モノポール・アンテナの場合を示す。図９において、２１は直線導体、２２は円盤導体、２３は反共振回路、２４は輪状導体、２５は反共振回路、２６は輪状導体、６１、６２、６３は接地導体線をそれぞれ示している。ここで、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、同一平面上に配置されていると共に、内側から順に同心円状に配置されている。円盤導体２２の中心には、直線導体２１の端部が垂直に接続されており、円盤導体２２の外縁部は反共振回路２３を介して輪状導体２４の内縁部に接続されている。さらに、輪状導体２４の外縁部は反共振回路２５を介して輪状導体２６の内縁部に接続されている。さらに、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、それぞれ接地導体線６１、接地導体線６２及び接地導体線６３によって接地導体１１（図１参照）に接続されている。
【００５３】
反共振回路２３、２５は、例えば図３に示すように、コイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成されている。
【００５４】
本実施の形態のモノポール・アンテナの動作は、上記第１の実施の形態のモノポール・アンテナの動作と同様である。
【００５５】
上記第１の実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、アンテナ素子１３に円盤導体２２や輪状導体２４、２６を用いることによってアンテナ高が低く抑えられている。しかし、このような構成を採用した場合、アンテナの各動作周波数においてアンテナの入力インピーダンスが低下し、給電部１２とのインピーダンスの整合状態が悪くなる場合が起こり得る。そして、このように給電部１２とのインピーダンスの整合状態が悪くなると、アンテナ素子に供給される電力が少なくなり、アンテナの放射効率が低下してしまう。
【００５６】
この場合には、各動作周波数でアンテナの入力インピーダンスを高くすることにより、給電部１２とのインピーダンスの整合状態を良好にし、アンテナの特性を改善する必要がある。
【００５７】
このため、円盤導体２２と輪状導体２４、２６は、それぞれ接地導体線６１、６２、６３によって接地導体１１に接続されている。これにより、各動作周波数で本アンテナの入力インピーダンスが高くなり、その結果、本アンテナの各動作周波数でのアンテナ入力インピーダンスと給電部１２とのインピーダンスの整合状態が良好となって、アンテナの特性が改善される。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナの入力インピーダンスと給電部とのインピーダンスの整合状態を良好にすることができ、アンテナの放射効率の優れた複数の周波数でモノポール・アンテナ動作が可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【００５９】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、給電部１２が円盤状の接地導体１１の表面の中心に位置し、直線導体２１が円盤導体２２と垂直に円盤導体２２の中心で接続され、輪状導体２４、２６が円盤導体２２と同心円状に配置されることによって、軸対称な構造となっているので、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、反共振回路２３、２５は必ずしもこの構成に限定されるものではない。
【００６１】
また、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成し、残りの反共振回路２５又は２３をコイル３１のみによって構成してもよい。
【００６２】
また、本実施の形態においては、円盤導体２２と輪状導体２４、２６をすべて接地導体１１に接地しているが、円盤導体２２、輪状導体２４、２６の少なくとも１つが接地導体１１に接地されていればよい。
【００６３】
〈第４の実施の形態〉
次に、本発明の第４の実施の形態について、図１、図４、図９を参照しながら説明する。
【００６４】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。また、本実施の形態のアンテナ素子の構成は、上記第３の実施の形態の構成と同様である（図９参照）。
【００６５】
反共振回路２３、２５は、例えば図４に示すように、コイル４１のみによって構成されている。
【００６６】
本実施の形態のモノポール・アンテナの動作は、上記第３の実施の形態のモノポール・アンテナの動作と同様であるが、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、コイル４１の高域遮断特性が利用されている。すなわち、適当な大きさのコイル４１を選ぶことにより、コイル４１が希望の周波数で高インピーダンスとなり、図９における円盤導体２２と輪状導体２４、輪状導体２４と輪状導体２６をほぼ電気的に遮断することができる。また、それよりも低い周波数ではコイル４１は低インピーダンスとなり、ほぼ導通状態となる。これにより、複数の周波数で動作可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、反共振回路２３、２５をコイル４１のみによって構成するようにしたので、部品点数を削減することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、非常に簡単な構造で複数周波数動作が可能であると共に、各動作周波数でモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を示し放射効率の良好な優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００６９】
尚、本実施の形態においては、円盤導体２２と輪状導体２４、２６をすべて接地導体１１に接地しているが、円盤導体２２、輪状導体２４、２６の少なくとも１つが接地導体１１に接地されていればよい。
【００７０】
〈第５の実施の形態〉
次に、本発明の第５の実施の形態について、図１、図１０、図１１を参照しながら説明する。
【００７１】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。
【００７２】
図１０は図１におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。ここでは、一例として、３周波数動作モノポール・アンテナの場合を示す。図１０において、２１は直線導体、２２は円盤導体、２３は反共振回路、２４は輪状導体、２５は反共振回路、２６は輪状導体、７１は誘電体基板をそれぞれ示している。ここで、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、同一平面上に配置されていると共に、内側から順に同心円状に配置されている。円盤導体２２の中心には、直線導体２１の端部が垂直に接続されており、円盤導体２２の外縁部は反共振回路２３を介して輪状導体２４の内縁部に接続されている。さらに、輪状導体２４の外縁部は反共振回路２５を介して輪状導体２６の内縁部に接続されている。尚、円盤導体２２、輪状導体２４、２６、反共振回路２３、２５は、誘電体基板７１上にパターン形成されている。
【００７３】
図１１は図１０における反共振回路２３、２５の誘電体基板７１上の金属導体パターンを示したものであり、８１が誘電体基板７１上の金属パターンである。反共振回路２３、２５のパターンは、例えば図１１に示すように、コイル・パターン８２とコンデンサ・パターン８３の並列回路によって構成されている。そして、コイル・パターン８２及びコンデンサ・パターン８３を調整することにより、希望する周波数において電気的遮断が可能となり、本モノポール・アンテナを複数周波数動作が可能なモノポール・アンテナとして動作させることが可能となる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナ素子の作製精度及び安定性が向上し、複数周波数動作可能な優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５のパターンをコイル・パターン８２とコンデンサ・パターン８３の並列回路によって構成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５のパターンをコイル・パターン８２とコンデンサ・パターン８３の並列回路によって構成し、残りの反共振回路２５又は２３のパターンをコイル・パターン８２のみによって構成してもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５が誘電体基板７１上にパターン形成されているが、いずれかの反共振回路２３又は２５を誘電体基板７１上にパターン形成し、残りの反共振回路２５又は２３を誘電体基板７１上にパターン形成しない構成を採ることもできる。
【００７７】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、３周波数動作モノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、輪状導体を１個とすることによって２周波数動作モノポール・アンテナを実現することもでき、輪状導体を３個以上とすることによって４周波数以上の複数周波数動作モノポール・アンテナを実現することもできる。
【００７８】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、円盤状の接地導体１１を備えたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。接地導体としては、例えば、楕円形、あるいは三角形のような多角形等、いかなる輪郭形状のものを用いてもよい。
【００７９】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、平板状導体として円盤導体２２を用い、輪状導体として円盤導体２２と同心円状に配置され輪状導体２４、２６を用いたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。平板状導体あるいは輪状導体としては、例えば、楕円形、あるいは三角形のような多角形等、いかなる輪郭形状のものを用いてもよい。
【００８０】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、軸対称構造を有するモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、給電部１２が接地導体１１の中心以外の点に位置する構成であってもよい。この構成を採用することにより、アンテナの放射電波に偏りを生じさせることができ、水平面の一方向に強い指向性を有するモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
【００８１】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、円盤導体２２が線状導体２１に垂直に接続されたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、円盤導体２２が線状導体２１に対して斜めに接続された構成であってもよい。この構成を採用することにより、入力インピーダンスの大きさを変えて給電部１２との整合状態を良好なものとすることが可能となる。
【００８２】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、円盤導体２２と輪状導体２４、２６とが同一平面上に配置されたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、円盤導体２２と輪状導体２４、２６とが異なる平面上に配置された構成、あるいは複数の輪状導体２４、２６の少なくとも１つが円盤導体２２と異なる平面上に配置された構成を採用することも可能である。具体例として、図１２(a)、(b)に、円盤導体２２と輪状導体２４と輪状導体２６とがすべて異なる平面上に配置されている場合を示している。図１２(a)は輪状導体２４、２６が円盤導体２２よりも低い平面上に配置されている場合を示しており、図１２(b)は輪状導体２４、２６が円盤導体２２よりも高い平面上に配置されている場合を示している。輪状導体２４、２６を支持するための支えを必要とする場合には、例えば絶縁体、テフロン、ガラエポ等の誘電体からなる支持棒を用いることができる。
【００８３】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、一端が接地導体１１の表面に位置する給電部１２に接続された直線導体２１と、直線導体２１の他端に接続された円盤導体２２と、その内縁部が円盤導体２２の外縁部に反共振回路２３を介して接続された輪状導体２４と、その内縁部が輪状導体２４の外縁部に反共振回路２５を介して接続された輪状導体２６とからなるアンテナ素子を備えたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば図１３に示すように、一端が接地導体の表面に位置する給電部に接続された直線導体２１と、その内縁部が直線導体２１の他端に反共振回路２３を介して接続された輪状導体２４と、その内縁部が輪状導体２４の外縁部に反共振回路２５を介して接続された輪状導体２６とからなるアンテナ部を備えた構成とすることも可能である。この場合、反共振回路２３の共振周波数をｆ1 に、反共振回路２５の共振周波数をｆ2 （ｆ1 ＞ｆ2 ）にそれぞれ設定することにより、直線導体２１のみによって周波数ｆ1 を励振させ、直線導体２１から輪状導体２４までの系で周波数ｆ2 を励振させ、直線導体２１から輪状導体２６までの系で周波数ｆ3 を励振させることができる。
【００８４】
〈第６の実施の形態〉
次に、本発明の第６の実施の形態について、図１４を参照しながら説明する。
【００８５】
図１４は本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１４において、１１は有限の大きさを有する円盤状の接地導体、１２は接地導体１１の中心に位置する給電部、１６は直線導体からなるアンテナ素子、１４は円盤状の反射導体をそれぞれ示している。給電部１２は接地導体１１の表面上に位置しており、アンテナ素子１６は接地導体１１と垂直に給電部１２に電気的に接続されている。反射導体１４は、接地導体１１との間で空間を介した電気的結合を生じさせるように、接地導体１１のアンテナ素子１６が配置された側と反対側に接地導体１１と対向して平行にかつ同心円状に配置されている。尚、接地導体１１と反射導体１４は、例えば絶縁体、あるいはテフロン、ガラエポ等の誘電体からなる支持棒１５によって連結されている。
【００８６】
以上のように、本モノポール・アンテナ１は、軸対称構造となっている。このため、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能となる。
【００８７】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【００８８】
電波の励振は、アンテナ素子１６で行われる。すなわち、アンテナ素子１６に共振周波数ｆ0 の電流の定在波が立ち、これにより周波数ｆ0 の電波の放射が行われる。このとき、接地導体１１に逆相の電流が流れ、接地導体１１の端部からも電波が放射される。このモノポール・アンテナ１は有限の大きさを有する接地導体１１を備えているので、その電波放射は、それぞれ電波の放射源となっているアンテナ素子１６からの放射と接地導体１１の端部からの放射との和になる。さらに、このモノポール・アンテナ１は、接地導体１１との間で空間を介した電気的結合を生じさせるように、接地導体１１のアンテナ素子１６が配置された側と反対側に接地導体１１と対向して配置された反射導体１４を備えているので、反射導体１４にも空間を介した電気的結合によって電流が流れ、反射導体１４の端部からも電波が放射される。従って、このモノポール・アンテナ１による電波の放射は、アンテナ素子１６からの放射と、接地導体１１の端部からの放射と、反射導体１４の端部からの放射との和になる。このため、接地導体１１や反射導体１４の大きさ、あるいは接地導体１１と反射導体１４との間の距離を変えることにより、モノポール・アンテナ１の指向性を変化させることが可能となる。
【００８９】
図１５に、実際に試作した本実施の形態におけるモノポール・アンテナ１のアンテナ特性を示す。試作したモノポール・アンテナ１1、１2、１’は、それぞれアンテナ素子１３として１／４波長の直線導体を備えた軸対称構造のものであって、図１５（ａ）、（ｂ）は、反射導体１４を備えた本実施の形態のモノポール・アンテナ１1，１2の放射指向性を示したものであり、図１５（ｃ）は、反射導体のない従来のモノポール・アンテナ１’の放射指向性を示したものである。さらに具体的には、図１５（ａ）は、アンテナ素子１６の共振周波数の１波長の直径を有する円盤状の接地導体１１と、アンテナ素子１６の共振周波数の２波長の直径を有する円盤状の反射導体１４とを備え、接地導体１１と反射導体１４との間の距離をアンテナ素子１６の共振周波数の１／４波長とした本実施の形態のモノポール・アンテナ１1の放射指向性を示している。また、図１５（ｂ）は、アンテナ素子１６の共振周波数の１．２５波長の直径を有する円盤状の接地導体１１と、アンテナ素子１３の共振周波数の２波長の直径を有する円盤状の反射導体１４とを備え、接地導体１１と反射導体１４との間の距離をアンテナ素子１６の共振周波数の１／４波長とした本実施の形態のモノポール・アンテナ１2の放射指向性を示している。また、図１５（ｃ）は、アンテナ素子１６の共振周波数の２波長の直径を有する円盤状の接地導体１１を備えた従来のモノポール・アンテナ１’の放射指向性を示している。尚、図１５（ｄ）に示すように、図のｘ、ｙ方向は、接地導体１１や反射導体１４の面と平行な方向を示し、ｚ方向は接地導体１１や反射導体１４の垂線方向を示している。放射指向性の目盛りは１間隔が１０ｄＢであり、単位はダイポール・アンテナの利得を基準にしたｄＢｄである。
【００９０】
図１５（ａ）に示すように、モノポール・アンテナ１1は、アンテナ上側（アンテナ素子１６が設けられた側）、特にその真上方向で非常に強い放射指向性を示しており、アンテナ下側（反射導体１４が設けられた側）では、放射指向性が極端に弱くなっている。すなわち、このモノポール・アンテナ１1は、例えば、ホールやビルの吹き抜け等の高さ方向に広がりを持った空間、あるいは空中を浮遊する気球等と地上との間で電波の送受波を行う場合に適したものとなる。特に、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能であるため、空からの放射に優れたものとなる。
【００９１】
図１５（ｂ）に示すように、モノポール・アンテナ１2は、アンテナ上側（アンテナ素子１６が設けられた側）に非常に強い放射指向性を示しており、アンテナ下側（反射導体１４が設けられた側）では、放射指向性が極端に弱くなっている。さらに、アンテナ上側においても、斜め横方向に対する放射指向性が強くなっている。すなわち、このモノポール・アンテナ１2は、通常の横方向に広がりを持った室内空間に適したものとなる。特に、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能であるため、室内の天井の中央に設置することにより、非常に広い空間への放射に優れたものとなる。
【００９２】
図１５（ｃ）に示すように、従来のモノポール・アンテナ１’は、本実施の形態のモノポール・アンテナ１1、１2に比べて、アンテナ下側（反射導体が設けられていない側）の放射指向性も比較的高くなっている。すなわち、このモノポール・アンテナ１’は、アンテナ下側に対する電波の漏れが比較的大きく、室内の天井に設置するのに適さないものとなっている。
【００９３】
以上のことから明らかなように、反射導体１４を設けたモノポール・アンテナ１1、１2では、アンテナ下側に放射されていた電波が反射導体１４によって反射されて、アンテナ上側の放射が強まっている。
【００９４】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナ１を室内の天井に取り付ける場合には、図１６に示すように、反射導体１４を天井８０の内部（天井裏）８１に収納した状態で接地導体１１を天井８０の面に当接させて設置すればよいので、設置した状態では、天井８０からアンテナ素子１６のみが床に向かって突出し、しかも、直線導体からなるアンテナ素子１６を用いれば目立ちにくいので、景観上邪魔になることはない。
【００９５】
さらに、直線導体からなるアンテナ素子１６の代わりに、直線導体の上端に円盤導体の中心を垂直に接続して構成したアンテナ素子を用い、直線導体の下端を接地導体１１の中心に位置する給電部１２に接続することも可能である。このような構成を採用すれば、軸対称構造を保ちつつ、逆Ｌアンテナと同様にアンテナ素子の高さを低くすることができるので、景観上、さらに好ましいものとなる。
【００９６】
このように本実施の形態によれば、反射導体１４を備えることにより、モノポール・アンテナ１の放射指向性を変えることができる。さらに、接地導体１１や反射導体１４の大きさ、あるいは接地導体１１と反射導体１４との間の距離を任意に設定することにより、所望の放射指向性を実現することができる。従って、本実施の形態によれば、簡単な構造で、所望の放射指向性を有するモノポール・アンテナ１を実現することができ、さらに、軸対称構造とすることにより、アンテナ横方向に一様な放射指向性を有する優れたモノポール・アンテナ１を実現することができる。
【００９７】
また、本実施の形態の構成を採用した場合には、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以上とすることにより、入力インピーダンスを安定化させることができる。以下、このことについて説明する。
【００９８】
円盤状の接地導体１１を備えたモノポール・アンテナ１には、一般に、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１６の共振周波数の波長の１／２よりも小さくすると、アンテナ入力部の同軸外導体の外側に電流が漏れ、入力インピーダンスが不安定になってしまうという特徴がある。そこで、本実施の形態においては、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以上にすることにより、アンテナ入力部の同軸外導体の外側への電流の漏れを防止し、入力インピーダンスを安定化させて、送信動作の安定化を図っている。
【００９９】
〈第７の実施の形態〉
次に、本発明の第７の実施の形態について、図１７を参照しながら説明する。
【０１００】
図１７は本発明の第７の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１７において、１１は接地導体、１２は給電部、１６はアンテナ素子、１４は反射導体、２７は接続導体をそれぞれ示している。接続導体２７以外の構成は上記第６の実施の形態と同様であるので、接続導体２７以外の部材については上記第６の実施の形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のモノポール・アンテナ２０は、接地導体１１と反射導体１４とが接続導体２７によって電気的に接続されている点に特徴がある。接地導体１１と反射導体１４との接続構造は種々考えられるが、本実施の形態においては、共に円盤状の接地導体１１と反射導体１４との中心位置にこれら接地導体１１、反射導体１４の垂線方向に沿って柱状の接続導体２７を配設することにより、両導体１１、１４を電気的に接続すると共に、機械的にも連結するようにされている。さらに、反射導体１４の直径は、アンテナ素子１６の共振周波数の波長の１／２以上に設定されている。
【０１０１】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【０１０２】
モノポール・アンテナ２０の動作は、上記第６の実施の形態のモノポール・アンテナ１の動作と同様であるが、このモノポール・アンテナ２０は、そのような動作に加えて、次のような動作をも行う。すなわち、このモノポール・アンテナ２０を室内の天井に設置する場合、図１６を参照しながら説明したように、反射導体１４を天井８０の内部（天井裏）８１に収納することができるが、接地導体１１が天井８０から室内側に露出することは避けられない。そのため、人目につく接地導体１１をできるたけ小さくしたいという要望があった場合には、円盤状の接地導体１１の直径がアンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以下になってしまうことも考えられる。しかし、そのような構成にすると、アンテナ入力部の同軸外導体の外側に電流が漏れ、入力インピーダンスが不安定になることは避けられない。
【０１０３】
これに対して、本実施の形態においては、次のような構成が採用されている。
【０１０４】
第１に、反射導体１４が接地導体１１に電気的に接続されている。このため、反射導体１４は、反射導体としての働き（電波放射方向を制御する働き）に加えて、電気的に接地導体１１と同様の働きをすることになる。これにより、反射導体１４は、反射導体本来の働きをしつつ、電流の漏れを抑制して入力インピーダンスを安定させる働きをすることになる。従って、接地導体１１の直径をアンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以下という小さなものにしても、漏れ電流が生じて入力インピーダンスが不安定になるといった不都合が生じることを防止することができる。
【０１０５】
第２に、反射導体１４の直径が、アンテナ素子１６の共振周波数の波長の１／２以上に設定されている。これにより、電流の漏れをさらに確実に抑えて、入力インピーダンスのさらなる安定化を図ることが可能となっている。
【０１０６】
以上のような理由により、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１３の共振周波数の１／２波長以下という、漏れ電流の生じる可能性の高い値に設定しても、予期される漏れ電流を確実に抑制することができる。従って、本実施の形態の構成を採用することにより、接地導体１１の小型化と入力ピーダンスの安定化とを両立させることが可能となる。
【０１０７】
尚、本実施の形態の構成を採用した場合、反射導体１４は、アンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以上という、比較的大きなものになるが、通常、本モノポール・アンテナ２０を室内の天井に取り付ける場合、反射導体１４は天井の内部（天井裏）に収納されることになるので、反射導体１４の大きさが多少大きくなっても、室内に露出するアンテナ部分の大きさが大きくなることはない。
【０１０８】
このように、本実施の形態のモノポール・アンテナ２０は、入力インピーダンスの安定化と小型化とを両立させることができるという特徴を有するが、さらには、接地導体１１と反射導体１４とを接続導体２７によって機械的に連結することにより、アンテナの構造的な安定度を増すことができるという特徴も有している。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態によれば、非常に簡単な構造で、放射指向性を変化させることが可能なモノポール・アンテナを実現することができると共に、アンテナ動作上及び構造上、より安定な構造を有する優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【０１１０】
尚、本実施の形態においては、単一の接地導体１１と単一の反射導体１４とを備えたモノポール・アンテナ２０を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。複数の反射導体を備え、こられ複数の反射導体をすべて接続導体によって接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。また、複数の反射導体を備え、これら複数の反射導体のうちの少なくとも１つを接続導体によって選択的に接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。
【０１１１】
また、上記第６又は第７の実施の形態においては、単一の反射導体１４を備え、かつ、軸対称構造を有するモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。接地導体１１の形状及び大きさ、反射導体の個数と各々の形状及び大きさ、さらには、接地導体１１と反射導体の位置を、任意に設定することにより、所望の放射指向性を有するモノポール・アンテナを実現することができる。
【０１１２】
また、上記第６又は第７の実施の形態においては、直線導体からなるアンテナ素子１６を備えたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、直線導体の上端に円盤導体の中心を接続してアンテナ素子を構成し、これら直線導体の長さと円盤導体の半径との和を、アンテナ素子１６の長さと同等に設定することもできる。これにより、モノポール・アンテナの高さをさらに低くすることが可能となる。また、アンテナ素子として上記第１〜第５の実施の形態のアンテナ素子１３（直線導体２１、円盤導体２２、輪状導体２４、２６、反共振回路２３、２５からなるアンテナ素子あるいは直線導体、輪状導体、反共振回路からなるアンテナ素子）を用いれば、上記第１〜第５の実施の形態による効果と相俟ってさらに優れた特性を有するモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
【０１１３】
〈第８の実施の形態〉
次に、本発明の第８の実施の形態について、図１８を参照しながら説明する。
【０１１４】
図１８は本発明の第８の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１８において、１１は接地導体、１２は給電部、３１はアンテナ素子、１４Ａ、１４Ｂは反射導体をそれぞれ示している。反射導体１４Ａ、１４Ｂ及びアンテナ素子３１以外の構成は上記第６の実施の形態と同様であるので、反射導体１４Ａ、１４Ｂ及びアンテナ素子３１以外の部材については上記第６の実施の形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のモノポール・アンテナ３０は、複数の共振周波数で励振する（複数周波数で動作する）アンテナ素子３１を備えている。アンテナ素子３１は、接地導体１１と垂直に接地導体１１の中心に位置する給電部１２に電気的に接続されている。反射導体１４Ａ、１４Ｂは円盤状に形成され、互いに平行に、かつ、接地導体１１にも平行に配置されている。さらに、反射導体１４Ａ、１４Ｂは、接地導体１１に対して同軸に配置されている。尚、接地導体１１と反射導体１４Ａ、及び反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂは、それぞれ、例えば絶縁体、あるいはテフロン、ガラエポ等の誘電体からなる支持棒１５によって連結されている。
【０１１５】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナ３０においては、アンテナ素子３１が２つの共振周波数で励振するようにされていると共に、それに応じて反射導体が２つ（反射導体１４Ａ、１４Ｂ）備わった軸対称構造となっている。
【０１１６】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【０１１７】
このモノポール・アンテナ３０の動作は、基本的には、上記第６の実施の形態のモノポール・アンテナ１の動作と同様であるが、このモノポール・アンテナ３０においては、アンテナ素子３１が２つの共振周波数ｆ0 、ｆ1 の電波を励振する。この場合、波長に対する接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの大きさがそれぞれの共振周波数によって異なり、放射指向性もそれぞれ異なったものとなる。このため、それぞれの共振周波数ｆ0 、ｆ1 に対応した接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの各々の形状及び大きさ、接地導体１１と反射導体１４Ａ、１４Ｂとの間の距離を任意に設定することにより、各共振周波数ｆ0 、ｆ1 において所望の放射指向性を実現することができる。
【０１１８】
また、このモノポール・アンテナ３０においては、上記第６の実施の形態と同様に、接地導体１１の直径を、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以上に設定することにより、入力インピーダンスを安定化させることができる。
【０１１９】
〈第９の実施の形態〉
次に、本発明の第９の実施の形態について、図１９を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１９は本発明の第９の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１９において、１１は接地導体、１２は給電部、３１はアンテナ素子、１４Ａ、１４Ｂは反射導体、４１Ａ、４１Ｂは接続導体をそれぞれ示している。接続導体４１Ａ、４１Ｂ以外の構成は上記第８の実施の形態と同様であるので、接続導体４１Ａ、４１Ｂ以外の部材については上記第８の実施の形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のモノポール・アンテナ４０は、接地導体１１と反射導体１４Ａとが接続導体４１Ａによって電気的に接続されており、さらに、反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとが接続導体４１Ｂによって電気的に接続されている点に特徴がある。接地導体１１と反射導体１４Ａとの接続構造、及び反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとの接続構造は種々考えられるが、本実施の形態においては、共に円盤状の接地導体１１と反射導体１４Ａとの中心位置にこれら接地導体１１、反射導体１４Ａの垂線方向に沿って柱状の接続導体４１Ａを配設することにより、両導体１１、１４Ａを電気的に接続すると共に、機械的にも連結するようにされている。同様に、共に円盤状の反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとの中心位置にこれら反射導体１４Ａ、１４Ｂの垂線方向に沿って柱状の接続導体４１Ｂを配設することにより、両導体１４Ａ、１４Ｂを電気的に接続すると共に、機械的にも連結するようにされている。さらに、複数設けられた反射導体４１Ａ、４１Ｂのうちの大きさが大きい方（図１９においては、接地導体１１側の反射導体１４Ａ）の直径は、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以上に設定されている。
【０１２１】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【０１２２】
このモノポール・アンテナ４０の動作は、基本的には、上記第６の実施の形態のモノポール・アンテナ１の動作と同様であるが、このモノポール・アンテナ４０においては、アンテナ素子４１が２つの共振周波数ｆ0 、ｆ1 の電波を励振する。この場合、波長に対する接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの大きさがそれぞれの共振周波数によって異なり、放射指向性もそれぞれ異なったものとなる。このため、それぞれの共振周波数ｆ0 、ｆ1 に対応した接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの各々の形状及び大きさ、接地導体１１と反射導体１４Ａ、１４Ｂとの間の距離を任意に設定することにより、各共振周波数ｆ0 、ｆ1 において所望の放射指向性を実現することができる。
【０１２３】
また、このモノポール・アンテナ４０においては、反射導体１４Ａ、１４Ｂが接続導体４１Ａ、４１Ｂを介して接地導体１１に電気的に接続され、さらに、複数設けられた反射導体４１Ａ、４１Ｂのうちの大きさが大きい方（図１９においては、接地導体１１側の反射導体１４Ａ）の直径が、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以上に設定されている。このため、接地導体１１の直径を、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以下という、漏れ電流の生じる可能性の高い値に設定しても、予期される漏れ電流を確実に抑制することができる。従って、本実施の形態の構成を採用することにより、接地導体１１の小型化と入力ピーダンスの安定化とを両立させることが可能となる。尚、このような効果が得られる理由は上記第７の実施の形態で説明したのと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１２４】
また、本実施の形態においては、接地導体１１と反射導体１４Ａとを接続導体４１Ａによって機械的に連結し、さらに、反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとを接続導体４１Ｂによって機械的に連結することにより、アンテナの構造的な安定度を増すこともできる。
【０１２５】
以上のように、本実施の形態によれば、簡単な構造で、放射指向性を変化させることが可能なモノポール・アンテナを実現することができると共に、アンテナ動作上及び構造上、より安定な構造を有する優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【０１２６】
尚、本実施の形態においては、２つの反射導体１４Ａ、１４Ｂと２つの接続導体４１Ａ、４１Ｂとを備えたモノポール・アンテナ４０を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。３つ以上の反射導体を備え、これらの反射導体をすべて接続導体によって接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。また、３つ以上の反射導体を備え、これらの反射導体のうちの少なくとも１つを接続導体によって選択的に接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。
【０１２７】
また、上記第８又は第９の実施の形態においては、アンテナ素子３１が２つの共振周波数ｆ0 、ｆ1 で励振するようにされていると共に、それに応じて反射導体が２つ（反射導体１４Ａ、１４Ｂ）備わった軸対称構造のモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではなく、単一の反射導体を用いて構成してもよい。この場合であっても、接地導体１１及び反射導体の各々の形状及び大きさ、接地導体１１と反射導体との間の距離を任意に設定することにより、所望の放射指向性を実現することができる。また、各共振周波数ごとの放射指向性を複数の反射導体の組み合わせによって変化させる構成としてもよい。例えば、それぞれの共振周波数において、反射導体の個数と各々の形状、大きさ及び位置を適当に設定することにより、所望の放射指向性を実現することが可能となる。
【０１２８】
また、上記第８又は第９の実施の形態において、複数の共振周波数で励振する（複数周波数で動作する）アンテナ素子３１の代わりに、上記第１〜第５の実施の形態のアンテナ素子１３（直線導体２１、円盤導体２２、輪状導体２４、２６、反共振回路２３、２５からなるアンテナ素子あるいは直線導体、輪状導体、反共振回路からなるアンテナ素子）を用いれば、上記第１〜第５の実施の形態による効果と相俟ってさらに優れた特性を有するモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
【０１２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構造で複数周波数動作が可能な小型のモノポール・アンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図２】本発明の第１及び第２の実施の形態におけるアンテナ素子を示す概略斜視図
【図３】本発明の第１及び第３の実施の形態におけるアンテナ素子の反共振回路の一例を示す図
【図４】本発明の第２及び第４の実施の形態におけるアンテナ素子の反共振回路の一例を示す図
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるトップローディング型モノポール・アンテナの一例を示す概略斜視図、（ｂ）はそのアンテナ素子を示す概略斜視図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるトップローディング型モノポール・アンテナの低背化を説明するための図
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるトップローディング型モノポール・アンテナの共振周波数一定時の円盤導体の直径とアンテナ素子の高さとの関係を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるモノポール・アンテナの特性の一例を示す図
【図９】本発明の第３及び第４の実施の形態におけるアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１０】本発明の第５の実施の形態におけるアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１１】本発明の第５の実施の形態におけるアンテナ素子の反共振回路の一例を示す図
【図１２】円盤導体と輪状導体が異なる平面上に配置されたアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１３】直線導体と輪状導体とにより構成されたアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１４】本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図１５】本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナ及び従来のモノポール・アンテナの特性の一例を示す図
【図１６】本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナの配置例を示す図
【図１７】本発明の第７の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図１８】本発明の第８の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図１９】本発明の第９の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図２０】従来技術におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【符号の説明】
１、２０、３０、４０ モノポール・アンテナ
１１ 接地導体
１２ 同軸給電部
１３、１６ アンテナ素子
１４、１４Ａ、１４Ｂ 反射導体
１５ 支持棒
２１ 直線導体
２２ 円盤導体
２３、２５ 反共振回路
２４、２６ 輪状導体
２７、４１Ａ、４１Ｂ 接続導体
３１、４１ コイル
３２ コンデンサ
５１ 等価コンデンサ
５２、５３ 伝送線路
６１、６２、６３ 接地導体線
７１ 誘電体基板
８１ 金属パターン
８２ コイル・パターン
８３ コンデンサ・パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として移動体通信で使用されるモノポール・アンテナに関し、特に、基地局用アンテナに適したモノポール・アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に、１つのアンテナ素子からなり、２つの周波数の電波を励振する従来のモノポール・アンテナを示す。図２０において、９１は円盤状の接地導体、９２は接地導体９１の中央に位置する給電部、９３は線状導体からなるアンテナ素子をそれぞれ示している。アンテナ素子９３は、その中央にコイル９３ａを有しており、このアンテナ素子９３の一端は接地導体９１の中央に位置する給電部９２に接地導体９１に垂直となるように電気的に接続されている。
【０００３】
この場合、アンテナ素子９３においては、アンテナ素子全体で低い方の周波数の電波が励振され、中央のコイル９３ａによって高い方の周波数の電波がコイル９３ａの上下において同相で励振される。これにより、異なる周波数で共振する２周波数動作モノポール・アンテナが実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のモノポール・アンテナでは、アンテナ素子９３の高さとして低い方の励振周波数の１／４波長、もしくは高い方の励振周波数の３／４波長以上必要であることから、アンテナ素子９３の高さが高くなるため、小型化は困難である。また、近い周波数同士の電波の励振は構造上不可能であるため、励振する周波数が制限されてしまう。実用的には、２周波数動作までである。
【０００５】
また、上記従来のモノポール・アンテナを室内の天井等に設置する場合、アンテナの電波放射の効率を良好なものとするためには、アンテナ素子９３が電波を放射する空間に面するように、アンテナを逆さに吊り下げて床に向けて設置するのが望ましい。また、この場合には、アンテナ素子９３と全ての放射空間との間に電波の伝搬を阻害するものが無いのが望ましく、アンテナ素子９３から全ての放射対象となる空間が見渡せるのが望ましい。さらには、モノポール・アンテナには、景観上、なるべく目立たなく設置したいという要望があるが、アンテナ素子９３が天井からの突起物となり、上記したように、従来のモノポール・アンテナではアンテナ素子９３の高さが高くなるため、景観上好ましいものではなかった。
【０００６】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造で複数周波数動作が可能な小型のモノポール・アンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係るモノポール・アンテナの構成は、接地導体と、一端が前記接地導体の表面に位置する給電部に接続された直線導体と、前記直線導体の他端に接続された平板状導体と、その内縁部が前記平板状導体の外縁部に反共振回路を介して接続された輪状導体とを備え、前記輪状導体は複数の輪状導体からなり、隣接する輪状導体の対向する内縁部と外縁部とが反共振回路を介して接続されたことを特徴とする。このモノポール・アンテナの第１の構成によれば、反共振回路の共振周波数をｆ１に設定することにより、周波数ｆ１で反共振回路は高インピーダンスとなり、円盤導体と輪状導体とが電気的に遮断されるので、直線導体と平板状導体とからなる系で第１の周波数ｆ１を励振させ、直線導体から輪状導体までの系で第２の周波数ｆ２を励振させることができる。ここで、平板状導体を直線導体に垂直に接続し、輪状導体を平板状導体と同一平面上に配置するようにすれば、直線導体と平板状導体と輪状導体とからなるアンテナ部の高さを低くすることができる。従って、本発明のモノポール・アンテナの構成によれば、コンパクトでかつ簡単な構造で複数周波数動作が可能なモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
また、輪状導体が複数の輪状導体からなり、隣接する輪状導体の対向する内縁部と外縁部とが反共振回路を介して接続されているので、３周波数以上の複数周波数動作が可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【０００８】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体と輪状導体の少なくともいずれか一方が接地導体線によって接地導体に接続されているのが好ましい。この好ましい例によれば、各動作周波数でのアンテナの入力インピーダンスを高くすることができる。その結果、本アンテナの各動作周波数でのアンテナ入力インピーダンスと給電部とのインピーダンスの整合状態が良好となるので、アンテナの特性を改善することができる。
【０００９】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体と輪状導体とが同一平面上に配置されていても、平板状導体と輪状導体とが異なる平面上に配置されていても構わない。
【００１０】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体及び複数の輪状導体の少なくとも１つが接地導体線によって接地導体に接続されているのが好ましい。尚、インピーダンスの整合が十分とれている輪状導体が存在する場合があり、この場合には、接地導体線によって整合する必要はない。特に、最も内側の平板状導体、輪状導体等についてインピーダンスの整合が十分とれている可能性がある。また、この場合、平板状導体と複数の輪状導体とが同一平面上に配置されていても、複数の輪状導体の少なくとも１つが平板状導体と異なる平面上に配置されていても構わない。
【００１１】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体が円盤導体であるのが好ましい。また、この場合には、給電部が接地導体の表面の中央に位置し、直線導体の一端が前記給電部に前記接地導体と垂直に接続され、前記直線導体の他端が平板状導体と垂直に前記平板状導体の中心で接続され、輪状導体が前記平板状導体と同心円状に配置されているのが好ましい。
【００１２】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、反共振回路がコイルとコンデンサの並列回路であるのが好ましい。
【００１３】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、反共振回路がコイルのみからなる回路であるのが好ましい。この好ましい例によれば、部品点数を削減することができる。
【００１４】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、平板状導体と反共振回路と輪状導体とが誘電体基板上にパターン形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、反共振回路パターンを調整することにより、希望する周波数において電気的遮断が可能となる。
【００１５】
また、前記本発明のモノポール・アンテナの構成においては、接地導体の平板状導体が配置された側と反対側に、前記接地導体との間で空間を介した電気的結合を生じさせる反射導体が設けられているのが好ましい。この好ましい例によれば、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、反射導体にも空間を介した電気的結合によって電流が流れるため、反射導体の端部からも電波が放射されることになる。従って、モノポール・アンテナからの電波の放射は、接地導体からの放射と、直線導体と平板状導体と輪状導体とからなるアンテナ本体からの放射と、反射導体からの放射との和となり、接地導体や反射導体の大きさ、あるいは接地導体と反射導体との間の距離を変えることにより、モノポール・アンテナの指向性を変化させることが可能となる。また、この場合には、反射導体が接地導体に電気的に接続されているのが好ましい。この好ましい例によれば、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、接地導体に電気的に接続された反射導体は、反射導体としての働きに加えて電気的に接地導体としての働きをもするので、給電部からの電流の漏れを抑制して、アンテナの入力インピーダンスを安定させることができる。また、この場合には、反射導体が複数の反射導体からなり、前記複数の反射導体の少なくとも１つが接地導体に電気的に接続されているのが好ましい。また、この場合には、接地導体及び反射導体が面形状を有すると共に、互いの面を対向させて配置されており、かつ、前記反射導体の面積が前記接地導体の面積よりも大きいのが好ましい。この好ましい例によれば、接地導体と反射導体との間の空間的結合が強まるので、反射導体から効率良く電波を放射させることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２４】
〈第１の実施の形態〉
まず、本発明の第１の実施の形態について、図１、図２、図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１において、１１は円盤状の接地導体、１２は接地導体１１の中心に位置する同軸給電部（以下単に『給電部』という。）、１３はアンテナ素子をそれぞれ示している。給電部１２は接地導体１１の表面上に位置しており、アンテナ素子１３は接地導体１１と垂直に給電部１２に電気的に接続されている。
【００２６】
図２は図１におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。ここでは、一例として、３周波数動作モノポール・アンテナの場合を示している。図２において、２１は直線導体、２２は円盤導体、２３は反共振回路、２４は輪状導体、２５は反共振回路、２６は輪状導体をそれぞれ示している。ここで、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、同一平面上に配置されていると共に、内側から順に同心円状に配置されている。円盤導体２２の中心には、直線導体２１の上端部が円盤導体２２に垂直に電気的に接続されており、円盤導体２２の外縁部は反共振回路２３を介して輪状導体２４の内縁部に接続されている。さらに、輪状導体２４の外縁部は反共振回路２５を介して輪状導体２６の内縁部に接続されている。
【００２７】
反共振回路２３、２５は、例えば図３に示すように、コイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成されている。
【００２８】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【００２９】
まず、モノポール・アンテナの動作（アンテナ素子の複数周波数動作）について説明する前に、本モノポール・アンテナの基本構成をなすトップローディング型モノポール・アンテナについて説明する。
【００３０】
図５(a)はトップローディング型モノポール・アンテナを示す概略斜視図、図５(b)は図５(a)におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。図５(a)において、１１は接地導体、１２は給電部、１３はアンテナ素子をそれぞれ示している。また、図５(b)において、２１は直線導体、２２は円盤導体をそれぞれ示している。
【００３１】
図５(b)に示すように、トップローディング型モノポール・アンテナのアンテナ素子１３は、直線導体２１と円盤導体２２とにより構成されている。この場合、円盤導体２２の中心に、直線導体２１の上端部が円盤導体２２に垂直に電気的に接続されている。円盤導体２２は接地導体１１との間でコンデンサを形成していると考えられ、この場合のアンテナ素子１３は、直線導体２１の上端部に容量性の負荷が接続されているものと等価になる。この様子を図６に示す。図６中、５１は等価コンデンサ、５２、５３は伝送線路をそれぞれ示している。また、図６において、λは自由空間波長、ｆは周波数、伝送線路５３の長さｈ’はアンテナ素子１３がトップローディングによって低くなった部分の長さをそれぞれ示している。図６に示すように、トップローディング型モノポール・アンテナのアンテナ素子１３は容量Ｃのコンデンサ５１が接続された伝送線路５２として表すことができ、通常の１／４波長モノポール・アンテナ素子は終端が開放の線路長ｈ’の伝送線路５３が接続された伝送線路５２として表すことができる。つまり、伝送線路５２からコンデンサ５１を見たインピーダンスと、伝送線路５２から伝送線路５３を見たインピーダンスとが等しくなるように、アンテナ素子１３がトップローディングによって低くなる部分の長さｈ’が決められる。トップローディング型モノポール・アンテナのアンテナ素子１３の容量Ｃは円盤導体２２の直径に比例するので、この考え方に基づいて、共振周波数を一定にしたときの円盤導体２２の直径とアンテナ素子１３の高さとの関係を示せば、図７のようになる。図７に示すように、円盤導体２２の大きさを大きくすることにより、アンテナ素子１３の高さを低くすることができる。
【００３２】
本実施の形態のモノポール・アンテナは、上記のような設計法によって設計された所定の周波数で共振する複数のトップローディング型モノポール・アンテナを１つにまとめたものである。
【００３３】
電波の励振は、第１の周波数ｆ1 が直線導体２１と円盤導体２２とからなる系で、第２の周波数ｆ2 が直線導体２１から輪状導体２４までの系で、第３の周波数ｆ3 が直線導体２１から輪状導体２６までの系でそれぞれ行われる。この場合、第１の周波数ｆ1 が最も高く、次に第２の周波数ｆ2 が高く、第３の周波数ｆ3 が最も低い。
【００３４】
上記のように電波を励振させるためには、第１の周波数ｆ1 で輪状導体２４、２６を直線導体２１と円盤導体２２とからなる系から電気的に遮断し、第２の周波数ｆ2 で輪状導体２６を直線導体２１から輪状導体２４までの系から電気的に遮断する必要がある。このため、円盤導体２２の外縁部と輪状導体２４の内縁部との接続に反共振回路２３が用いられており、輪状導体２４の外縁部と輪状導体２６の内縁部との接続に反共振回路２５が用いられている。そして、反共振回路２３の共振周波数は第１の周波数ｆ1 に合わされている。その結果、第１の周波数ｆ1 で反共振回路２３は高インピーダンスとなり、円盤導体２２と輪状導体２４とが電気的に遮断される。従って、直線導体２１と円盤導体２２とにより、第１の周波数ｆ1 で共振するアンテナが実現される。尚、第１の周波数ｆ1 よりも低い周波数では反共振回路２３は低インピーダンスとなり、円盤導体２２と輪状導体２４とはほぼ導通状態となる。
【００３５】
同様に、反共振回路２５の共振周波数を第２の周波数ｆ2 に合わせ、第２の周波数ｆ2 で輪状導体２４と輪状導体２６とを電気的に遮断すれば、直線導体２１から輪状導体２４までの系により、第２の周波数ｆ2 で共振するアンテナが実現される。尚、第２の周波数ｆ2 よりも低い周波数では反共振回路２５は低インピーダンスとなり、輪状導体２４と輪状導体２６とはほぼ導通状態となる。
【００３６】
以上により、異なる周波数ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 で動作する複数周波数動作モノポール・アンテナが実現される。
【００３７】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、給電部１２が円盤状の接地導体１１の表面の中央に位置し、直線導体２１が円盤導体２２と垂直に円盤導体２２の中心で接続され、輪状導体２４、２６が円盤導体２２と同心円状に配置されることによって、軸対称な構造となっているので、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能になる。
【００３８】
図８に、本実施の形態におけるモノポール・アンテナのアンテナ特性を示す。図８（ａ）は、試作アンテナの入力インピーダンスのＶＳＷＲ特性を示したものであり、図８（ｂ）は試作アンテナの放射特性を示したものである。
【００３９】
図８（ａ）に示すように、本モノポール・アンテナは、周波数ｆ1 、ｆ2 、ｆ3 で共振している。
【００４０】
図８（ｂ）では、一例として、周波数ｆ1 、ｆ2 での通常のモノポール・アンテナ単体の放射特性と本モノポール・アンテナの放射特性を、比較して示している。図８（ｂ）に示すように、本モノポール・アンテナは、複数の周波数で動作可能であり、さらに各動作周波数においてモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を有するアンテナとなっている。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、コンパクトでかつ簡単な構造で複数周波数動作が可能であると共に、各動作周波数でモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を示す優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００４２】
また、本実施の形態においては、反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、反共振回路２３、２５は必ずしもこの構成に限定されるものではない。
【００４３】
また、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成し、残りの反共振回路２５又は２３をコイル３１のみによって構成してもよい。
【００４４】
〈第２の実施の形態〉
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１、図２、図４を参照しながら説明する。
【００４５】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。また、本実施の形態のアンテナ部の構成も、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図２参照）。但し、本実施の形態においては、反共振回路２３、２５は、例えば図４に示すように、コイル４１のみによって構成されている。
【００４６】
本実施の形態のモノポール・アンテナの動作は、上記第１の実施の形態のモノポール・アンテナの動作と同様であるが、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、コイル４１の高域遮断特性が利用されている。すなわち、適当な大きさのコイル４１を選ぶことにより、コイル４１が希望の周波数で高インピーダンスとなり、図２における円盤導体２２と輪状導体２４、輪状導体２４と輪状導体２６をほぼ電気的に遮断することができる。また、それよりも低い周波数ではコイル４１は低インピーダンスとなり、ほぼ導通状態となる。これにより、複数の周波数で動作可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、反共振回路２３、２５をコイル４１のみによって構成するようにしたので、部品点数を削減することができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、非常に簡単な構造で複数周波数動作が可能であると共に、各動作周波数でモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を示す優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５をコイル４１のみによって構成したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５をコイル４１のみによって構成し、残りの反共振回路２５又は２３をコイル４１とコンデンサの並列回路によって構成してもよい。
【００５０】
〈第３の実施の形態〉
次に、本発明の第３の実施の形態について、図１、図３、図９を参照しながら説明する。
【００５１】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。
【００５２】
図９は図１におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。ここでは、一例として、３周波数動作モノポール・アンテナの場合を示す。図９において、２１は直線導体、２２は円盤導体、２３は反共振回路、２４は輪状導体、２５は反共振回路、２６は輪状導体、６１、６２、６３は接地導体線をそれぞれ示している。ここで、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、同一平面上に配置されていると共に、内側から順に同心円状に配置されている。円盤導体２２の中心には、直線導体２１の端部が垂直に接続されており、円盤導体２２の外縁部は反共振回路２３を介して輪状導体２４の内縁部に接続されている。さらに、輪状導体２４の外縁部は反共振回路２５を介して輪状導体２６の内縁部に接続されている。さらに、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、それぞれ接地導体線６１、接地導体線６２及び接地導体線６３によって接地導体１１（図１参照）に接続されている。
【００５３】
反共振回路２３、２５は、例えば図３に示すように、コイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成されている。
【００５４】
本実施の形態のモノポール・アンテナの動作は、上記第１の実施の形態のモノポール・アンテナの動作と同様である。
【００５５】
上記第１の実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、アンテナ素子１３に円盤導体２２や輪状導体２４、２６を用いることによってアンテナ高が低く抑えられている。しかし、このような構成を採用した場合、アンテナの各動作周波数においてアンテナの入力インピーダンスが低下し、給電部１２とのインピーダンスの整合状態が悪くなる場合が起こり得る。そして、このように給電部１２とのインピーダンスの整合状態が悪くなると、アンテナ素子に供給される電力が少なくなり、アンテナの放射効率が低下してしまう。
【００５６】
この場合には、各動作周波数でアンテナの入力インピーダンスを高くすることにより、給電部１２とのインピーダンスの整合状態を良好にし、アンテナの特性を改善する必要がある。
【００５７】
このため、円盤導体２２と輪状導体２４、２６は、それぞれ接地導体線６１、６２、６３によって接地導体１１に接続されている。これにより、各動作周波数で本アンテナの入力インピーダンスが高くなり、その結果、本アンテナの各動作周波数でのアンテナ入力インピーダンスと給電部１２とのインピーダンスの整合状態が良好となって、アンテナの特性が改善される。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナの入力インピーダンスと給電部とのインピーダンスの整合状態を良好にすることができ、アンテナの放射効率の優れた複数の周波数でモノポール・アンテナ動作が可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【００５９】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、給電部１２が円盤状の接地導体１１の表面の中心に位置し、直線導体２１が円盤導体２２と垂直に円盤導体２２の中心で接続され、輪状導体２４、２６が円盤導体２２と同心円状に配置されることによって、軸対称な構造となっているので、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、反共振回路２３、２５は必ずしもこの構成に限定されるものではない。
【００６１】
また、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５をコイル３１とコンデンサ３２の並列回路によって構成し、残りの反共振回路２５又は２３をコイル３１のみによって構成してもよい。
【００６２】
また、本実施の形態においては、円盤導体２２と輪状導体２４、２６をすべて接地導体１１に接地しているが、円盤導体２２、輪状導体２４、２６の少なくとも１つが接地導体１１に接地されていればよい。
【００６３】
〈第４の実施の形態〉
次に、本発明の第４の実施の形態について、図１、図４、図９を参照しながら説明する。
【００６４】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。また、本実施の形態のアンテナ素子の構成は、上記第３の実施の形態の構成と同様である（図９参照）。
【００６５】
反共振回路２３、２５は、例えば図４に示すように、コイル４１のみによって構成されている。
【００６６】
本実施の形態のモノポール・アンテナの動作は、上記第３の実施の形態のモノポール・アンテナの動作と同様であるが、本実施の形態のモノポール・アンテナにおいては、コイル４１の高域遮断特性が利用されている。すなわち、適当な大きさのコイル４１を選ぶことにより、コイル４１が希望の周波数で高インピーダンスとなり、図９における円盤導体２２と輪状導体２４、輪状導体２４と輪状導体２６をほぼ電気的に遮断することができる。また、それよりも低い周波数ではコイル４１は低インピーダンスとなり、ほぼ導通状態となる。これにより、複数の周波数で動作可能なモノポール・アンテナを実現することができる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、反共振回路２３、２５をコイル４１のみによって構成するようにしたので、部品点数を削減することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、非常に簡単な構造で複数周波数動作が可能であると共に、各動作周波数でモノポール・アンテナ単体での特性と等しい特性を示し放射効率の良好な優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００６９】
尚、本実施の形態においては、円盤導体２２と輪状導体２４、２６をすべて接地導体１１に接地しているが、円盤導体２２、輪状導体２４、２６の少なくとも１つが接地導体１１に接地されていればよい。
【００７０】
〈第５の実施の形態〉
次に、本発明の第５の実施の形態について、図１、図１０、図１１を参照しながら説明する。
【００７１】
本実施の形態のモノポール・アンテナの構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である（図１参照）。
【００７２】
図１０は図１におけるアンテナ素子を示す概略斜視図である。ここでは、一例として、３周波数動作モノポール・アンテナの場合を示す。図１０において、２１は直線導体、２２は円盤導体、２３は反共振回路、２４は輪状導体、２５は反共振回路、２６は輪状導体、７１は誘電体基板をそれぞれ示している。ここで、円盤導体２２、輪状導体２４及び輪状導体２６は、同一平面上に配置されていると共に、内側から順に同心円状に配置されている。円盤導体２２の中心には、直線導体２１の端部が垂直に接続されており、円盤導体２２の外縁部は反共振回路２３を介して輪状導体２４の内縁部に接続されている。さらに、輪状導体２４の外縁部は反共振回路２５を介して輪状導体２６の内縁部に接続されている。尚、円盤導体２２、輪状導体２４、２６、反共振回路２３、２５は、誘電体基板７１上にパターン形成されている。
【００７３】
図１１は図１０における反共振回路２３、２５の誘電体基板７１上の金属導体パターンを示したものであり、８１が誘電体基板７１上の金属パターンである。反共振回路２３、２５のパターンは、例えば図１１に示すように、コイル・パターン８２とコンデンサ・パターン８３の並列回路によって構成されている。そして、コイル・パターン８２及びコンデンサ・パターン８３を調整することにより、希望する周波数において電気的遮断が可能となり、本モノポール・アンテナを複数周波数動作が可能なモノポール・アンテナとして動作させることが可能となる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナ素子の作製精度及び安定性が向上し、複数周波数動作可能な優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５のパターンをコイル・パターン８２とコンデンサ・パターン８３の並列回路によって構成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、いずれかの反共振回路２３又は２５のパターンをコイル・パターン８２とコンデンサ・パターン８３の並列回路によって構成し、残りの反共振回路２５又は２３のパターンをコイル・パターン８２のみによって構成してもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、すべての反共振回路２３、２５が誘電体基板７１上にパターン形成されているが、いずれかの反共振回路２３又は２５を誘電体基板７１上にパターン形成し、残りの反共振回路２５又は２３を誘電体基板７１上にパターン形成しない構成を採ることもできる。
【００７７】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、３周波数動作モノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、輪状導体を１個とすることによって２周波数動作モノポール・アンテナを実現することもでき、輪状導体を３個以上とすることによって４周波数以上の複数周波数動作モノポール・アンテナを実現することもできる。
【００７８】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、円盤状の接地導体１１を備えたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。接地導体としては、例えば、楕円形、あるいは三角形のような多角形等、いかなる輪郭形状のものを用いてもよい。
【００７９】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、平板状導体として円盤導体２２を用い、輪状導体として円盤導体２２と同心円状に配置され輪状導体２４、２６を用いたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。平板状導体あるいは輪状導体としては、例えば、楕円形、あるいは三角形のような多角形等、いかなる輪郭形状のものを用いてもよい。
【００８０】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、軸対称構造を有するモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、給電部１２が接地導体１１の中心以外の点に位置する構成であってもよい。この構成を採用することにより、アンテナの放射電波に偏りを生じさせることができ、水平面の一方向に強い指向性を有するモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
【００８１】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、円盤導体２２が線状導体２１に垂直に接続されたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、円盤導体２２が線状導体２１に対して斜めに接続された構成であってもよい。この構成を採用することにより、入力インピーダンスの大きさを変えて給電部１２との整合状態を良好なものとすることが可能となる。
【００８２】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、円盤導体２２と輪状導体２４、２６とが同一平面上に配置されたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、円盤導体２２と輪状導体２４、２６とが異なる平面上に配置された構成、あるいは複数の輪状導体２４、２６の少なくとも１つが円盤導体２２と異なる平面上に配置された構成を採用することも可能である。具体例として、図１２(a)、(b)に、円盤導体２２と輪状導体２４と輪状導体２６とがすべて異なる平面上に配置されている場合を示している。図１２(a)は輪状導体２４、２６が円盤導体２２よりも低い平面上に配置されている場合を示しており、図１２(b)は輪状導体２４、２６が円盤導体２２よりも高い平面上に配置されている場合を示している。輪状導体２４、２６を支持するための支えを必要とする場合には、例えば絶縁体、テフロン、ガラエポ等の誘電体からなる支持棒を用いることができる。
【００８３】
また、上記第１〜第５の各実施の形態においては、一端が接地導体１１の表面に位置する給電部１２に接続された直線導体２１と、直線導体２１の他端に接続された円盤導体２２と、その内縁部が円盤導体２２の外縁部に反共振回路２３を介して接続された輪状導体２４と、その内縁部が輪状導体２４の外縁部に反共振回路２５を介して接続された輪状導体２６とからなるアンテナ素子を備えたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば図１３に示すように、一端が接地導体の表面に位置する給電部に接続された直線導体２１と、その内縁部が直線導体２１の他端に反共振回路２３を介して接続された輪状導体２４と、その内縁部が輪状導体２４の外縁部に反共振回路２５を介して接続された輪状導体２６とからなるアンテナ部を備えた構成とすることも可能である。この場合、反共振回路２３の共振周波数をｆ1 に、反共振回路２５の共振周波数をｆ2 （ｆ1 ＞ｆ2 ）にそれぞれ設定することにより、直線導体２１のみによって周波数ｆ1 を励振させ、直線導体２１から輪状導体２４までの系で周波数ｆ2 を励振させ、直線導体２１から輪状導体２６までの系で周波数ｆ3 を励振させることができる。
【００８４】
〈第６の実施の形態〉
次に、本発明の第６の実施の形態について、図１４を参照しながら説明する。
【００８５】
図１４は本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１４において、１１は有限の大きさを有する円盤状の接地導体、１２は接地導体１１の中心に位置する給電部、１６は直線導体からなるアンテナ素子、１４は円盤状の反射導体をそれぞれ示している。給電部１２は接地導体１１の表面上に位置しており、アンテナ素子１６は接地導体１１と垂直に給電部１２に電気的に接続されている。反射導体１４は、接地導体１１との間で空間を介した電気的結合を生じさせるように、接地導体１１のアンテナ素子１６が配置された側と反対側に接地導体１１と対向して平行にかつ同心円状に配置されている。尚、接地導体１１と反射導体１４は、例えば絶縁体、あるいはテフロン、ガラエポ等の誘電体からなる支持棒１５によって連結されている。
【００８６】
以上のように、本モノポール・アンテナ１は、軸対称構造となっている。このため、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能となる。
【００８７】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【００８８】
電波の励振は、アンテナ素子１６で行われる。すなわち、アンテナ素子１６に共振周波数ｆ0 の電流の定在波が立ち、これにより周波数ｆ0 の電波の放射が行われる。このとき、接地導体１１に逆相の電流が流れ、接地導体１１の端部からも電波が放射される。このモノポール・アンテナ１は有限の大きさを有する接地導体１１を備えているので、その電波放射は、それぞれ電波の放射源となっているアンテナ素子１６からの放射と接地導体１１の端部からの放射との和になる。さらに、このモノポール・アンテナ１は、接地導体１１との間で空間を介した電気的結合を生じさせるように、接地導体１１のアンテナ素子１６が配置された側と反対側に接地導体１１と対向して配置された反射導体１４を備えているので、反射導体１４にも空間を介した電気的結合によって電流が流れ、反射導体１４の端部からも電波が放射される。従って、このモノポール・アンテナ１による電波の放射は、アンテナ素子１６からの放射と、接地導体１１の端部からの放射と、反射導体１４の端部からの放射との和になる。このため、接地導体１１や反射導体１４の大きさ、あるいは接地導体１１と反射導体１４との間の距離を変えることにより、モノポール・アンテナ１の指向性を変化させることが可能となる。
【００８９】
図１５に、実際に試作した本実施の形態におけるモノポール・アンテナ１のアンテナ特性を示す。試作したモノポール・アンテナ１1、１2、１’は、それぞれアンテナ素子１３として１／４波長の直線導体を備えた軸対称構造のものであって、図１５（ａ）、（ｂ）は、反射導体１４を備えた本実施の形態のモノポール・アンテナ１1，１2の放射指向性を示したものであり、図１５（ｃ）は、反射導体のない従来のモノポール・アンテナ１’の放射指向性を示したものである。さらに具体的には、図１５（ａ）は、アンテナ素子１６の共振周波数の１波長の直径を有する円盤状の接地導体１１と、アンテナ素子１６の共振周波数の２波長の直径を有する円盤状の反射導体１４とを備え、接地導体１１と反射導体１４との間の距離をアンテナ素子１６の共振周波数の１／４波長とした本実施の形態のモノポール・アンテナ１1の放射指向性を示している。また、図１５（ｂ）は、アンテナ素子１６の共振周波数の１．２５波長の直径を有する円盤状の接地導体１１と、アンテナ素子１３の共振周波数の２波長の直径を有する円盤状の反射導体１４とを備え、接地導体１１と反射導体１４との間の距離をアンテナ素子１６の共振周波数の１／４波長とした本実施の形態のモノポール・アンテナ１2の放射指向性を示している。また、図１５（ｃ）は、アンテナ素子１６の共振周波数の２波長の直径を有する円盤状の接地導体１１を備えた従来のモノポール・アンテナ１’の放射指向性を示している。尚、図１５（ｄ）に示すように、図のｘ、ｙ方向は、接地導体１１や反射導体１４の面と平行な方向を示し、ｚ方向は接地導体１１や反射導体１４の垂線方向を示している。放射指向性の目盛りは１間隔が１０ｄＢであり、単位はダイポール・アンテナの利得を基準にしたｄＢｄである。
【００９０】
図１５（ａ）に示すように、モノポール・アンテナ１1は、アンテナ上側（アンテナ素子１６が設けられた側）、特にその真上方向で非常に強い放射指向性を示しており、アンテナ下側（反射導体１４が設けられた側）では、放射指向性が極端に弱くなっている。すなわち、このモノポール・アンテナ１1は、例えば、ホールやビルの吹き抜け等の高さ方向に広がりを持った空間、あるいは空中を浮遊する気球等と地上との間で電波の送受波を行う場合に適したものとなる。特に、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能であるため、空からの放射に優れたものとなる。
【００９１】
図１５（ｂ）に示すように、モノポール・アンテナ１2は、アンテナ上側（アンテナ素子１６が設けられた側）に非常に強い放射指向性を示しており、アンテナ下側（反射導体１４が設けられた側）では、放射指向性が極端に弱くなっている。さらに、アンテナ上側においても、斜め横方向に対する放射指向性が強くなっている。すなわち、このモノポール・アンテナ１2は、通常の横方向に広がりを持った室内空間に適したものとなる。特に、アンテナ横方向に無指向の放射とすることが可能であるため、室内の天井の中央に設置することにより、非常に広い空間への放射に優れたものとなる。
【００９２】
図１５（ｃ）に示すように、従来のモノポール・アンテナ１’は、本実施の形態のモノポール・アンテナ１1、１2に比べて、アンテナ下側（反射導体が設けられていない側）の放射指向性も比較的高くなっている。すなわち、このモノポール・アンテナ１’は、アンテナ下側に対する電波の漏れが比較的大きく、室内の天井に設置するのに適さないものとなっている。
【００９３】
以上のことから明らかなように、反射導体１４を設けたモノポール・アンテナ１1、１2では、アンテナ下側に放射されていた電波が反射導体１４によって反射されて、アンテナ上側の放射が強まっている。
【００９４】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナ１を室内の天井に取り付ける場合には、図１６に示すように、反射導体１４を天井８０の内部（天井裏）８１に収納した状態で接地導体１１を天井８０の面に当接させて設置すればよいので、設置した状態では、天井８０からアンテナ素子１６のみが床に向かって突出し、しかも、直線導体からなるアンテナ素子１６を用いれば目立ちにくいので、景観上邪魔になることはない。
【００９５】
さらに、直線導体からなるアンテナ素子１６の代わりに、直線導体の上端に円盤導体の中心を垂直に接続して構成したアンテナ素子を用い、直線導体の下端を接地導体１１の中心に位置する給電部１２に接続することも可能である。このような構成を採用すれば、軸対称構造を保ちつつ、逆Ｌアンテナと同様にアンテナ素子の高さを低くすることができるので、景観上、さらに好ましいものとなる。
【００９６】
このように本実施の形態によれば、反射導体１４を備えることにより、モノポール・アンテナ１の放射指向性を変えることができる。さらに、接地導体１１や反射導体１４の大きさ、あるいは接地導体１１と反射導体１４との間の距離を任意に設定することにより、所望の放射指向性を実現することができる。従って、本実施の形態によれば、簡単な構造で、所望の放射指向性を有するモノポール・アンテナ１を実現することができ、さらに、軸対称構造とすることにより、アンテナ横方向に一様な放射指向性を有する優れたモノポール・アンテナ１を実現することができる。
【００９７】
また、本実施の形態の構成を採用した場合には、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以上とすることにより、入力インピーダンスを安定化させることができる。以下、このことについて説明する。
【００９８】
円盤状の接地導体１１を備えたモノポール・アンテナ１には、一般に、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１６の共振周波数の波長の１／２よりも小さくすると、アンテナ入力部の同軸外導体の外側に電流が漏れ、入力インピーダンスが不安定になってしまうという特徴がある。そこで、本実施の形態においては、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以上にすることにより、アンテナ入力部の同軸外導体の外側への電流の漏れを防止し、入力インピーダンスを安定化させて、送信動作の安定化を図っている。
【００９９】
〈第７の実施の形態〉
次に、本発明の第７の実施の形態について、図１７を参照しながら説明する。
【０１００】
図１７は本発明の第７の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１７において、１１は接地導体、１２は給電部、１６はアンテナ素子、１４は反射導体、２７は接続導体をそれぞれ示している。接続導体２７以外の構成は上記第６の実施の形態と同様であるので、接続導体２７以外の部材については上記第６の実施の形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のモノポール・アンテナ２０は、接地導体１１と反射導体１４とが接続導体２７によって電気的に接続されている点に特徴がある。接地導体１１と反射導体１４との接続構造は種々考えられるが、本実施の形態においては、共に円盤状の接地導体１１と反射導体１４との中心位置にこれら接地導体１１、反射導体１４の垂線方向に沿って柱状の接続導体２７を配設することにより、両導体１１、１４を電気的に接続すると共に、機械的にも連結するようにされている。さらに、反射導体１４の直径は、アンテナ素子１６の共振周波数の波長の１／２以上に設定されている。
【０１０１】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【０１０２】
モノポール・アンテナ２０の動作は、上記第６の実施の形態のモノポール・アンテナ１の動作と同様であるが、このモノポール・アンテナ２０は、そのような動作に加えて、次のような動作をも行う。すなわち、このモノポール・アンテナ２０を室内の天井に設置する場合、図１６を参照しながら説明したように、反射導体１４を天井８０の内部（天井裏）８１に収納することができるが、接地導体１１が天井８０から室内側に露出することは避けられない。そのため、人目につく接地導体１１をできるたけ小さくしたいという要望があった場合には、円盤状の接地導体１１の直径がアンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以下になってしまうことも考えられる。しかし、そのような構成にすると、アンテナ入力部の同軸外導体の外側に電流が漏れ、入力インピーダンスが不安定になることは避けられない。
【０１０３】
これに対して、本実施の形態においては、次のような構成が採用されている。
【０１０４】
第１に、反射導体１４が接地導体１１に電気的に接続されている。このため、反射導体１４は、反射導体としての働き（電波放射方向を制御する働き）に加えて、電気的に接地導体１１と同様の働きをすることになる。これにより、反射導体１４は、反射導体本来の働きをしつつ、電流の漏れを抑制して入力インピーダンスを安定させる働きをすることになる。従って、接地導体１１の直径をアンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以下という小さなものにしても、漏れ電流が生じて入力インピーダンスが不安定になるといった不都合が生じることを防止することができる。
【０１０５】
第２に、反射導体１４の直径が、アンテナ素子１６の共振周波数の波長の１／２以上に設定されている。これにより、電流の漏れをさらに確実に抑えて、入力インピーダンスのさらなる安定化を図ることが可能となっている。
【０１０６】
以上のような理由により、接地導体１１の直径を、アンテナ素子１３の共振周波数の１／２波長以下という、漏れ電流の生じる可能性の高い値に設定しても、予期される漏れ電流を確実に抑制することができる。従って、本実施の形態の構成を採用することにより、接地導体１１の小型化と入力ピーダンスの安定化とを両立させることが可能となる。
【０１０７】
尚、本実施の形態の構成を採用した場合、反射導体１４は、アンテナ素子１６の共振周波数の１／２波長以上という、比較的大きなものになるが、通常、本モノポール・アンテナ２０を室内の天井に取り付ける場合、反射導体１４は天井の内部（天井裏）に収納されることになるので、反射導体１４の大きさが多少大きくなっても、室内に露出するアンテナ部分の大きさが大きくなることはない。
【０１０８】
このように、本実施の形態のモノポール・アンテナ２０は、入力インピーダンスの安定化と小型化とを両立させることができるという特徴を有するが、さらには、接地導体１１と反射導体１４とを接続導体２７によって機械的に連結することにより、アンテナの構造的な安定度を増すことができるという特徴も有している。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態によれば、非常に簡単な構造で、放射指向性を変化させることが可能なモノポール・アンテナを実現することができると共に、アンテナ動作上及び構造上、より安定な構造を有する優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【０１１０】
尚、本実施の形態においては、単一の接地導体１１と単一の反射導体１４とを備えたモノポール・アンテナ２０を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。複数の反射導体を備え、こられ複数の反射導体をすべて接続導体によって接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。また、複数の反射導体を備え、これら複数の反射導体のうちの少なくとも１つを接続導体によって選択的に接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。
【０１１１】
また、上記第６又は第７の実施の形態においては、単一の反射導体１４を備え、かつ、軸対称構造を有するモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。接地導体１１の形状及び大きさ、反射導体の個数と各々の形状及び大きさ、さらには、接地導体１１と反射導体の位置を、任意に設定することにより、所望の放射指向性を有するモノポール・アンテナを実現することができる。
【０１１２】
また、上記第６又は第７の実施の形態においては、直線導体からなるアンテナ素子１６を備えたモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。例えば、直線導体の上端に円盤導体の中心を接続してアンテナ素子を構成し、これら直線導体の長さと円盤導体の半径との和を、アンテナ素子１６の長さと同等に設定することもできる。これにより、モノポール・アンテナの高さをさらに低くすることが可能となる。また、アンテナ素子として上記第１〜第５の実施の形態のアンテナ素子１３（直線導体２１、円盤導体２２、輪状導体２４、２６、反共振回路２３、２５からなるアンテナ素子あるいは直線導体、輪状導体、反共振回路からなるアンテナ素子）を用いれば、上記第１〜第５の実施の形態による効果と相俟ってさらに優れた特性を有するモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
【０１１３】
〈第８の実施の形態〉
次に、本発明の第８の実施の形態について、図１８を参照しながら説明する。
【０１１４】
図１８は本発明の第８の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１８において、１１は接地導体、１２は給電部、３１はアンテナ素子、１４Ａ、１４Ｂは反射導体をそれぞれ示している。反射導体１４Ａ、１４Ｂ及びアンテナ素子３１以外の構成は上記第６の実施の形態と同様であるので、反射導体１４Ａ、１４Ｂ及びアンテナ素子３１以外の部材については上記第６の実施の形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のモノポール・アンテナ３０は、複数の共振周波数で励振する（複数周波数で動作する）アンテナ素子３１を備えている。アンテナ素子３１は、接地導体１１と垂直に接地導体１１の中心に位置する給電部１２に電気的に接続されている。反射導体１４Ａ、１４Ｂは円盤状に形成され、互いに平行に、かつ、接地導体１１にも平行に配置されている。さらに、反射導体１４Ａ、１４Ｂは、接地導体１１に対して同軸に配置されている。尚、接地導体１１と反射導体１４Ａ、及び反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂは、それぞれ、例えば絶縁体、あるいはテフロン、ガラエポ等の誘電体からなる支持棒１５によって連結されている。
【０１１５】
また、本実施の形態のモノポール・アンテナ３０においては、アンテナ素子３１が２つの共振周波数で励振するようにされていると共に、それに応じて反射導体が２つ（反射導体１４Ａ、１４Ｂ）備わった軸対称構造となっている。
【０１１６】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【０１１７】
このモノポール・アンテナ３０の動作は、基本的には、上記第６の実施の形態のモノポール・アンテナ１の動作と同様であるが、このモノポール・アンテナ３０においては、アンテナ素子３１が２つの共振周波数ｆ0 、ｆ1 の電波を励振する。この場合、波長に対する接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの大きさがそれぞれの共振周波数によって異なり、放射指向性もそれぞれ異なったものとなる。このため、それぞれの共振周波数ｆ0 、ｆ1 に対応した接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの各々の形状及び大きさ、接地導体１１と反射導体１４Ａ、１４Ｂとの間の距離を任意に設定することにより、各共振周波数ｆ0 、ｆ1 において所望の放射指向性を実現することができる。
【０１１８】
また、このモノポール・アンテナ３０においては、上記第６の実施の形態と同様に、接地導体１１の直径を、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以上に設定することにより、入力インピーダンスを安定化させることができる。
【０１１９】
〈第９の実施の形態〉
次に、本発明の第９の実施の形態について、図１９を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１９は本発明の第９の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図である。図１９において、１１は接地導体、１２は給電部、３１はアンテナ素子、１４Ａ、１４Ｂは反射導体、４１Ａ、４１Ｂは接続導体をそれぞれ示している。接続導体４１Ａ、４１Ｂ以外の構成は上記第８の実施の形態と同様であるので、接続導体４１Ａ、４１Ｂ以外の部材については上記第８の実施の形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のモノポール・アンテナ４０は、接地導体１１と反射導体１４Ａとが接続導体４１Ａによって電気的に接続されており、さらに、反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとが接続導体４１Ｂによって電気的に接続されている点に特徴がある。接地導体１１と反射導体１４Ａとの接続構造、及び反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとの接続構造は種々考えられるが、本実施の形態においては、共に円盤状の接地導体１１と反射導体１４Ａとの中心位置にこれら接地導体１１、反射導体１４Ａの垂線方向に沿って柱状の接続導体４１Ａを配設することにより、両導体１１、１４Ａを電気的に接続すると共に、機械的にも連結するようにされている。同様に、共に円盤状の反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとの中心位置にこれら反射導体１４Ａ、１４Ｂの垂線方向に沿って柱状の接続導体４１Ｂを配設することにより、両導体１４Ａ、１４Ｂを電気的に接続すると共に、機械的にも連結するようにされている。さらに、複数設けられた反射導体４１Ａ、４１Ｂのうちの大きさが大きい方（図１９においては、接地導体１１側の反射導体１４Ａ）の直径は、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以上に設定されている。
【０１２１】
以下に、上記のような構成を有するモノポール・アンテナの動作について説明する。
【０１２２】
このモノポール・アンテナ４０の動作は、基本的には、上記第６の実施の形態のモノポール・アンテナ１の動作と同様であるが、このモノポール・アンテナ４０においては、アンテナ素子４１が２つの共振周波数ｆ0 、ｆ1 の電波を励振する。この場合、波長に対する接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの大きさがそれぞれの共振周波数によって異なり、放射指向性もそれぞれ異なったものとなる。このため、それぞれの共振周波数ｆ0 、ｆ1 に対応した接地導体１１及び反射導体１４Ａ、１４Ｂの各々の形状及び大きさ、接地導体１１と反射導体１４Ａ、１４Ｂとの間の距離を任意に設定することにより、各共振周波数ｆ0 、ｆ1 において所望の放射指向性を実現することができる。
【０１２３】
また、このモノポール・アンテナ４０においては、反射導体１４Ａ、１４Ｂが接続導体４１Ａ、４１Ｂを介して接地導体１１に電気的に接続され、さらに、複数設けられた反射導体４１Ａ、４１Ｂのうちの大きさが大きい方（図１９においては、接地導体１１側の反射導体１４Ａ）の直径が、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以上に設定されている。このため、接地導体１１の直径を、アンテナ素子３１の低い方の共振周波数の１／２波長以下という、漏れ電流の生じる可能性の高い値に設定しても、予期される漏れ電流を確実に抑制することができる。従って、本実施の形態の構成を採用することにより、接地導体１１の小型化と入力ピーダンスの安定化とを両立させることが可能となる。尚、このような効果が得られる理由は上記第７の実施の形態で説明したのと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１２４】
また、本実施の形態においては、接地導体１１と反射導体１４Ａとを接続導体４１Ａによって機械的に連結し、さらに、反射導体１４Ａと反射導体１４Ｂとを接続導体４１Ｂによって機械的に連結することにより、アンテナの構造的な安定度を増すこともできる。
【０１２５】
以上のように、本実施の形態によれば、簡単な構造で、放射指向性を変化させることが可能なモノポール・アンテナを実現することができると共に、アンテナ動作上及び構造上、より安定な構造を有する優れたモノポール・アンテナを実現することができる。
【０１２６】
尚、本実施の形態においては、２つの反射導体１４Ａ、１４Ｂと２つの接続導体４１Ａ、４１Ｂとを備えたモノポール・アンテナ４０を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではない。３つ以上の反射導体を備え、これらの反射導体をすべて接続導体によって接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。また、３つ以上の反射導体を備え、これらの反射導体のうちの少なくとも１つを接続導体によって選択的に接地導体１１に電気的に接続するようにしてもよい。
【０１２７】
また、上記第８又は第９の実施の形態においては、アンテナ素子３１が２つの共振周波数ｆ0 、ｆ1 で励振するようにされていると共に、それに応じて反射導体が２つ（反射導体１４Ａ、１４Ｂ）備わった軸対称構造のモノポール・アンテナを例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこの構成のモノポール・アンテナに限定されるものではなく、単一の反射導体を用いて構成してもよい。この場合であっても、接地導体１１及び反射導体の各々の形状及び大きさ、接地導体１１と反射導体との間の距離を任意に設定することにより、所望の放射指向性を実現することができる。また、各共振周波数ごとの放射指向性を複数の反射導体の組み合わせによって変化させる構成としてもよい。例えば、それぞれの共振周波数において、反射導体の個数と各々の形状、大きさ及び位置を適当に設定することにより、所望の放射指向性を実現することが可能となる。
【０１２８】
また、上記第８又は第９の実施の形態において、複数の共振周波数で励振する（複数周波数で動作する）アンテナ素子３１の代わりに、上記第１〜第５の実施の形態のアンテナ素子１３（直線導体２１、円盤導体２２、輪状導体２４、２６、反共振回路２３、２５からなるアンテナ素子あるいは直線導体、輪状導体、反共振回路からなるアンテナ素子）を用いれば、上記第１〜第５の実施の形態による効果と相俟ってさらに優れた特性を有するモノポール・アンテナを実現することが可能となる。
【０１２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構造で複数周波数動作が可能な小型のモノポール・アンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図２】本発明の第１及び第２の実施の形態におけるアンテナ素子を示す概略斜視図
【図３】本発明の第１及び第３の実施の形態におけるアンテナ素子の反共振回路の一例を示す図
【図４】本発明の第２及び第４の実施の形態におけるアンテナ素子の反共振回路の一例を示す図
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるトップローディング型モノポール・アンテナの一例を示す概略斜視図、（ｂ）はそのアンテナ素子を示す概略斜視図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるトップローディング型モノポール・アンテナの低背化を説明するための図
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるトップローディング型モノポール・アンテナの共振周波数一定時の円盤導体の直径とアンテナ素子の高さとの関係を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるモノポール・アンテナの特性の一例を示す図
【図９】本発明の第３及び第４の実施の形態におけるアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１０】本発明の第５の実施の形態におけるアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１１】本発明の第５の実施の形態におけるアンテナ素子の反共振回路の一例を示す図
【図１２】円盤導体と輪状導体が異なる平面上に配置されたアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１３】直線導体と輪状導体とにより構成されたアンテナ素子を示す概略斜視図
【図１４】本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図１５】本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナ及び従来のモノポール・アンテナの特性の一例を示す図
【図１６】本発明の第６の実施の形態におけるモノポール・アンテナの配置例を示す図
【図１７】本発明の第７の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図１８】本発明の第８の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図１９】本発明の第９の実施の形態におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【図２０】従来技術におけるモノポール・アンテナを示す概略斜視図
【符号の説明】
１、２０、３０、４０ モノポール・アンテナ
１１ 接地導体
１２ 同軸給電部
１３、１６ アンテナ素子
１４、１４Ａ、１４Ｂ 反射導体
１５ 支持棒
２１ 直線導体
２２ 円盤導体
２３、２５ 反共振回路
２４、２６ 輪状導体
２７、４１Ａ、４１Ｂ 接続導体
３１、４１ コイル
３２ コンデンサ
５１ 等価コンデンサ
５２、５３ 伝送線路
６１、６２、６３ 接地導体線
７１ 誘電体基板
８１ 金属パターン
８２ コイル・パターン
８３ コンデンサ・パターン
Claims (16)
- 接地導体と、一端が前記接地導体の表面に位置する給電部に接続された直線導体と、前記直線導体の他端に接続された平板状導体と、その内縁部が前記平板状導体の外縁部に反共振回路を介して接続された輪状導体とを備え、
前記輪状導体は複数の輪状導体からなり、隣接する輪状導体の対向する内縁部と外縁部とが反共振回路を介して接続されたモノポール・アンテナ。 - 平板状導体と輪状導体の少なくともいずれか一方が接地導体線によって接地導体に接続された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 平板状導体と輪状導体とが同一平面上に配置された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 平板状導体と輪状導体とが異なる平面上に配置された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 平板状導体及び複数の輪状導体の少なくとも１つが接地導体線によって接地導体に接続された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 平板状導体と複数の輪状導体とが同一平面上に配置された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 複数の輪状導体の少なくとも１つが平板状導体と異なる平面上に配置された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 平板状導体が円盤導体である請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 給電部が接地導体の表面の中央に位置し、直線導体の一端が前記給電部に前記接地導体と垂直に接続され、前記直線導体の他端が平板状導体と垂直に前記平板状導体の中心で接続され、輪状導体が前記平板状導体と同心円状に配置された請求項８に記載のモノポール・アンテナ。
- 反共振回路がコイルとコンデンサの並列回路である請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 反共振回路がコイルのみからなる回路である請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 平板状導体と反共振回路と輪状導体とが誘電体基板上にパターン形成された請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 接地導体の平板状導体が配置された側と反対側に、前記接地導体との間で空間を介した電気的結合を生じさせる反射導体が設けられた請求項１に記載のモノポール・アンテナ。
- 反射導体が接地導体に電気的に接続された請求項１３に記載のモノポール・アンテナ。
- 反射導体が複数の反射導体からなり、前記複数の反射導体の少なくとも１つが接地導体に電気的に接続された請求項１３に記載のモノポール・アンテナ。
- 接地導体及び反射導体が面形状を有すると共に、互いの面を対向させて配置されており、かつ、前記反射導体の面積が前記接地導体の面積よりも大きい請求項１３に記載のモノポール・アンテナ。
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