JP4170828B2 - アンテナ及びアンテナ用誘電体基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域アンテナ及びデュアルバンドアンテナ、並びにそれらのアンテナに用いられる誘電体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会（以下非特許文献１）には、図１６（ａ）に示すようなモノポールアンテナが開示されている。図１６（ａ）では、半円状のエレメント１０１０を、地板１０１１に対して垂直に立設し、エレメント１０１０の円弧において地板１０１１に最も近い点を給電部１０１２としている。非特許文献１には、円の半径がほぼ１／４波長となる周波数ｆLが下限となることが示されている。また、非特許文献１には、図１６（ｂ）に示すように、図１６（ａ）に示したエレメント１０１０に切り欠きを設けたエレメント１０１３を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も説明されている。この非特許文献１では図１６（ａ）のモノポールアンテナと図１６（ｂ）のモノポールアンテナとはＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性はほとんど変わらないとしている。さらに非特許文献１では図１６（ｃ）に示すように、図１６（ｂ）のように切り欠きを設けたエレメントに、ｆLより低い周波数で共振するエレメント１０１４ａをメアンダモノポール構造として接続したエレメント１０１４を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も示されている。なおエレメント１０１４ａは、切り欠き部分に収まるように設置されている。エレメント１０１４ａのためｆLより低い周波数でも共振し、多共振化が図られてはいるが、このｆLより低い周波数域でのＶＳＷＲ特性は悪く、デュアルバンドアンテナとして使用するには十分な特性が得られていない。
【０００３】
また特開２００１−２０３５２１号公報（以下特許文献１）には、図１７に示すようなマイクロストリップパッチアンテナ１１００が示されている。このマイクロストリップパッチアンテナ１１００は、誘電体基板１１１０上に、接地面１１４０と、マイクロストリップパッチ１１２０と、当該マイクロストリップパッチ１１２０に接続される三角パッド（給電導体）１１３０とを導電性金属により形成したものである。なお、マイクロストリップパッチ１１２０は、給電導体である三角パッド１１３０を介して給電点１１５０から給電される。図１７に示すようなマイクロストリップパッチアンテナ１１００は、図示されてはいないがマイクロストリップアンテナの動作原理からグランドが誘電体基板１１１０に対して対向配置されていないと適切に動作しない。また、接地面１１４０は、面積が非常に小さいため放射エレメントとして機能しているとは考えられない。さらに、マイクロストリップアンテナでは放射導体に流れる電流が直接の放射源ではなく、図１７において三角パッド１１３０及びマイクロストリップパッチ１１２０に流れる電流は直接の放射源とはならない。また、特許文献１に示されている本マイクロストリップパッチアンテナ１１００の受信周波数帯域は、中心周波数１．８ＧＨｚに対し２００ＭＨｚと狭く、三角パッド１１３０は放射導体として機能しておらず、マイクロストリップパッチ１１２０が単一周波数（１．８ＧＨｚ）の放射導体となっていることが考えられる。このように、図１７に示したマイクロストリップパッチアンテナ１１００は、マイクロストリップアンテナであって、放射導体に流れる電流が放射に寄与するモノポールアンテナではない。また、放射導体に流れる電流路を連続的に変化させることで広帯域を実現する進行波アンテナでもない。さらに、受信周波数帯域が単一であるので、デュアルバンドアンテナでもない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０３５２１号
【非特許文献１】
「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来から様々なアンテナが存在しているが、非特許文献１で述べられた従来のモノポールアンテナでは、導体を地板に対して垂直に立設するため、アンテナのサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
また、非特許文献１で述べられたアンテナは、上でも述べたように、複数の帯域における多共振化が図られてはいるものの、デュアルバンドアンテナとしては現在要求されているようなアンテナ特性が得られていない。
【０００７】
さらに、特許文献１で述べられたマイクロストリップアンテナについては、三角パッドとマイクロストリップパッチが共に放射に寄与しているような形状に見えるが、三角パッドは放射導体として機能しない給電導体に過ぎない。よってこのアンテナは受信周波数帯域が単一のアンテナであり、デュアルバンドアンテナではない。
【０００８】
以上のような問題に鑑み、本発明の目的は、小型化が可能であり且つ広帯域化が可能な新規な形状のアンテナ及び当該アンテナ用の誘電体基板を提供することである。
【０００９】
また本発明の他の目的は、小型化が可能であり且つ十分なアンテナ特性を有する新規な形状のデュアルバンドアンテナ及び当該デュアルバンドアンテナ用の誘電体基板を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係るアンテナは、給電位置において給電される平面エレメントと、平面エレメントと併置されるグランドパターンとを具備し、平面エレメントとグランドパターンとの距離が、給電位置を通る直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加するものである。平面エレメントとグランドパターンとを併置することにより、アンテナの小型化が可能になる。
【００１１】
また、上記平面エレメントの側縁部が、曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成され、且つ上記平面エレメントが、アンテナ用誘電体基板の上又は内部に形成されるようにしてもよい。
【００１２】
平面エレメントがアンテナ用誘電体基板の上又は内部に形成されるようにすると、アンテナのさらなる小型化が可能になる。但し、平面エレメントがアンテナ用誘電体基板の上又は内部に形成されるようにすると、平面エレメントとグランドパターンとの結合が強くなるため、お互いの距離の調整が必要になる。そこで平面エレメントの側縁部の形状を上記のようにし、平面エレメントとグランドパターンとの距離を調整することにより、結合度合いが最適化され、広帯域が実現できる。
【００１３】
また、上記アンテナ用誘電体基板に対向する、グランドパターンの辺を、線分で構成してもよい。これは、平面エレメントとグランドパターンとの距離の調整が、主に平面エレメントの形状により行われる場合を示すものである。
【００１４】
さらに、上記グランドパターンが、アンテナ用誘電体基板に対して先細り形状を有し、当該先細り形状を線分で構成するようにしてもよい。このようにグランドパターンの形状を調整することにより、アンテナ特性（特にインピーダンス特性）が改善される。
【００１５】
また、上記平面エレメントは、当該平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。
【００１６】
さらに、上記アンテナ用誘電体基板が、平面エレメントの給電位置を通る直線上の端点に接続された共振エレメントをさらに含むようにしてもよい。このような共振エレメントを設けることにより、デュアルバンドアンテナが実現できる。
【００１７】
また、上記共振エレメントは、平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。また、非対称であってもよい。
【００１８】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントとを、同一の層に形成してもよい。
【００１９】
また、上記平面エレメントと共振エレメントの少なくとも一部とを異なる層に形成してもよい。これによりアンテナ用誘電体基板が小型化でき、全体としてアンテナも小型化できる。
【００２０】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、共振エレメントを、仮想平面に投影された平面エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置してもよい。また、共振エレメントを、少なくとも、仮想平面に投影された平面エレメントの給電位置を通る直線に対して平行であり、且つ当該給電位置から遠い方の、投影された平面エレメントの側縁部の端点を始点として給電位置方向に伸びた半直線より平面エレメント側の領域と重なることなく配置してもよい。
【００２１】
このように共振エレメントを配置することにより、平面エレメントの特性に悪影響を及ぼすことなく、平面エレメントと共振エレメントの特性を個別に制御できる。
【００２２】
本発明の第２の態様に係るアンテナ用誘電体基板は、誘電体の層と、側縁部が曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成される導体の平面エレメントを含む層とを有し、アンテナ用誘電体基板の側面のうち平面エレメントの給電位置に最も近い面と側縁部との距離が、給電位置を通る直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加するものである。
【００２３】
アンテナ用誘電体基板が平面エレメントの層を含むようにすることにより、アンテナの小型化が可能になる。
【００２４】
また、上記平面エレメントは、当該平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。
【００２５】
さらに、本発明の第２の態様において、上記平面エレメントの給電位置を通る直線上の端点に接続された共振エレメントをさらに有するようにしてもよい。このような共振エレメントを設けることにより、デュアルバンドが実現できる。
【００２６】
また、上記共振エレメントは、平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。また、非対称であってもよい。
【００２７】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントとを、同一の層に形成してもよい。
【００２８】
また、上記平面エレメントと共振エレメントの少なくとも一部とを異なる層に形成してもよい。これによりアンテナ用誘電体基板が小型化できる。
【００２９】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、共振エレメントを、仮想平面に投影された平面エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置してもよい。また、共振エレメントを、少なくとも、仮想平面に投影された平面エレメントの給電位置を通る直線に対して平行であり、且つ当該給電位置から遠い方の、投影された平面エレメントの側縁部の端点を始点として給電位置方向に伸びた半直線より平面エレメント側の領域と重なることなく配置してもよい。
【００３０】
このように共振エレメントを配置することにより、平面エレメントの特性に悪影響を及ぼすことなく、平面エレメントと共振エレメントの特性を個別に制御できる。
【００３１】
なお、グランドパターンと平面エレメント又はアンテナ用誘電体基板とは、非対向状態であり、互いの面が平行又は実質的に平行である、とも言える。また、グランドパターンと平面エレメント又はアンテナ用誘電体基板とは、完全には重なることなく、互いの面が平行又は実質的に平行であるとも言える。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント１を内部に含み且つ誘電率が約２０の誘電体基板５と、誘電体基板５に併置されるグランドパターン２と、例えばプリント基板（より具体的には例えば、ＦＲ−４、テフロン（登録商標）などを素材とする樹脂基板）である基板６と、平面エレメント１の給電点１ａに接続される高周波電源３とにより構成される。平面エレメント１は、Ｔ字に類似した形状を有しており、誘電体基板５の端部に沿った底辺１ｂと上方に伸びる辺１ｃと第１の傾斜角を有する辺１ｄと第１の傾斜角より大きな傾斜角を有する辺１ｅと天頂部１ｆとにより構成される。給電点１ａは、誘電体基板５の端部に沿った底辺１ｂの中点に設けられている。本実施の形態では誘電体基板５とグランドパターン２との距離Ｌ１は、１．５ｍｍである。また、グランドパターン２の幅は２０ｍｍである。
【００３３】
また、給電点１ａを通る直線４に対して平面エレメント１とグランドパターン２とは左右対称となっている。また、平面エレメント１の辺１ｃ、１ｄ及び１ｅ上の点から直線４に平行にグランドパターン２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）についても、直線４に対して左右対称となっている。すなわち、直線４との間隔が同じであれば、距離は同じになる。
【００３４】
本実施の形態では、誘電体基板５に面するグランドパターン２の辺２ａは直線となっている。従って、距離は、辺１ｃ、１ｄ及び１ｅの任意の点が当該辺１ｃ、１ｄ及び１ｅを移動するにつれて漸次増加するようになっている。すなわち、上記の任意の点が直線４から離れる程、距離は増加する。
【００３５】
辺１ｃ、１ｄ及び１ｅを接続することにより構成される折れ線は曲線ではないものの、距離が飽和的に増加するように傾きが段階的に変更されている。言い換えれば、直線４から離れると最初は急激に距離が増加するが次第に増加率が減少している。すなわち、直線４からみて同じ側にある天頂部１ｆの端点と底辺１ｂの端点を結ぶ直線から内側に削ったような形状になっている。
【００３６】
本実施の形態では、グランドパターン２の辺２ａに対向する平面エレメント１の側縁部は１ｃ、１ｄ及び１ｅの３つの線分で構成されている。しかし、距離が飽和的に増加するという条件を満たしていれば、この側縁部の形状はこれに限定されない。辺１ｃ、１ｄ及び１ｅの代わりに、２以上の任意数の線分で構成される折れ線を採用してもよい。また、辺１ｃ、１ｄ及び１ｅの代わりに、直線４からみて同じ側にある天頂部１ｆの端点と底辺１ｂの端点を結ぶ直線に対して上に凸の曲線であってもよい。すなわち、平面エレメント１から見れば、内側に凸の曲線である。
【００３７】
いずれの形状を採用するにせよ、直線４から離れるに従って距離は連続的に変化し、この連続変化部分の存在により下限周波数以上において連続的な共振特性を得ることができる。なお、下限周波数の調整は平面エレメント１の高さを変更することによって行う。但し、天頂部１ｆの長さや、逆円弧状の側縁部の形状・長さによっても制御可能である。
【００３８】
図１（ｂ）は側面図であり、基板６の上にグランドパターン２と、誘電体基板５とが設けられている。基板６とグランドパターン２が一体形成される場合もある。なお、本実施の形態では、誘電体基板５の内部に平面エレメント１が形成されている。すなわち、誘電体基板５は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の平面エレメント１も形成される。従って、実際は上から見ても図１（ａ）のようには見えない。誘電体基板５内部に平面エレメント１を構成すれば、露出させた場合に比して誘電体の効果が若干強くなるため小型化でき、さびなどに対する信頼性も増す。但し、誘電体基板５表面に平面エレメント１を形成するようにしてもよい。また、誘電率も変更することができ、単層基板、多層基板のいずれを用いてもよい。単層基板ならば誘電体基板５上に平面エレメント１を形成することになる。なお、本実施の形態において、誘電体基板５はグランドパターン２と平行又は実質的に平行に配置されている。この配置により、誘電体基板５の一層に含まれる平面エレメント１もグランドパターン２と平行又は実質的に平行になる。
【００３９】
このように平面エレメント１を誘電体基板５で覆うような形で形成すると、誘電体により平面エレメント１周辺の電磁界の様子が変化する。具体的には、誘電体の中の電界密度が増す効果と波長短縮効果が得られるため、平面エレメント１を小型化することができるようになる。また、これらの効果により電流路の打ち上げ角度が変化し、アンテナのインピーダンス等価回路における誘導成分Ｌ及び容量成分Ｃが変化する。即ち、インピーダンス特性に大きな影響が出てくる。このインピーダンス特性への影響を踏まえた上で４．９ＧＨｚから５．８ＧＨｚの帯域で所望のインピーダンス特性を得るように形状の最適化を行うと図１（ａ）に示したような形状となった。この帯域幅は従来に比して非常に広い。
【００４０】
なお、平面エレメント１は、従来技術と同様にモノポールアンテナの放射導体であるとも考えられる。一方で、本実施の形態におけるアンテナは、グランドパターン２も放射に寄与している部分もあるので、ダイポールアンテナであるとも言える。但し、ダイポールアンテナは通常同一形状を有する２つの放射導体を用いるため、本実施の形態におけるアンテナは、非対称型ダイポールアンテナとも呼べる。さらに、本実施の形態におけるアンテナは、進行波アンテナとも言える。このような考え方は以下で述べる全ての実施の形態に適用可能である。
【００４１】
［実施の形態２］
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの構成を図２に示す。図２に示すように、本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント１１を内部に含み且つ誘電率が約２０の誘電体基板１５と、誘電体基板１５に併置されるグランドパターン１２と、例えばプリント基板である基板１６と、平面エレメント１１の給電点１１ａに接続される高周波電源１３とにより構成される。平面エレメント１１及び誘電体基板１５は、第１の実施の形態における平面エレメント１及び誘電体基板５と同じである。本実施の形態では誘電体基板１５とグランドパターン１２との距離Ｌ２は、１．５ｍｍである。また、グランドパターン１２の幅は２０ｍｍである。
【００４２】
また、給電点１１ａを通る直線１４に対して平面エレメント１１とグランドパターン１２とは左右対称となっている。また、平面エレメント１１の辺１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅ上の点から直線１４に平行にグランドパターン１２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）についても、直線１４に対して左右対称となっている。すなわち、直線１４との間隔が同じであれば、距離は同じになる。
【００４３】
本実施の形態では、誘電体基板１５に面するグランドパターン１２の辺１２ａ及び１２ｂは、直線１４から遠くなるほど平面エレメント１１とグランドパターン１２の距離が、より長くなるように傾けられている。本実施の形態では、側端部において長さＬ３（＝２乃至３ｍｍ）だけ直線１４との交点より下に下がっている。すなわち、グランドパターン１２は誘電体基板１５に対して上縁部１２ａ及び１２ｂからなる先細り形状を有している。側面の構成については図１（ｂ）と同様である。
【００４４】
本実施の形態のようにグランドパターン１２の辺１２ａ及び１２ｂを傾けることにより、４．９ＧＨｚ乃至５．８ＧＨｚの帯域においては、第１の実施の態様に係るアンテナより、インピーダンス特性が良くなっていることが確認されている。
【００４５】
［実施の形態３］
本発明の第３の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナである。本デュアルバンドアンテナは、図３に示すように、平面の第１エレメント２１と第１エレメント２１の天頂中央から伸びる共振エレメントである第２エレメント２７とを内部に含む誘電体基板２５と、誘電体基板２５と間隔Ｌ５（＝１．５ｍｍ）を隔てて併置され且つ誘電体基板２５に対して上縁部が先細り形状を有するグランドパターン２２と、誘電体基板２５とグランドパターン２２とが設置される基板２６と、第１エレメント２１の底辺中央部に設けられた給電点２１ａと接続される高周波電源２３とにより構成される。誘電体基板２５のサイズは、例えば８ｍｍ×４．５ｍｍ×１ｍｍである。
【００４６】
第１エレメント２１は、Ｔ字に類似した形状を有しており、より具体的には図１（ａ）に示した平面エレメント１と同様の形状を有する。この第１エレメント２１の高さＬ４により、５ＧＨｚ帯の帯域制御を行う。但し、天頂部の辺の長さや、逆円弧状の側縁部の形状・長さによっても制御可能である。また、第２エレメント２７の先端部分は、第１エレメント２１の天頂部より給電点２１ａ側まで伸びている。
【００４７】
グランドパターン２２は、幅２０ｍｍのところ、給電点２１ａを通る直線２４との交点から両側端部に向かってＬ６（＝２乃至３ｍｍ）下がっている。すなわち、グランドパターン２２は誘電体基板２５に対して上縁部２２ａ及び２２ｂからなる先細り形状を有している。側面の構成については第２エレメント２７の部分を除けば図１（ｂ）とほぼ同じである。但し、第２エレメント２７は第１エレメント２１と同層に設けられている。
【００４８】
第１エレメント２１とグランドパターン２２は、直線２４に対して左右対称となっている。また、第１エレメント２１の側縁部上の点から直線２４に平行にグランドパターン２２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）も、直線２４に対して左右対称となっている。さらに、上記の距離は、第１エレメント２１の側縁部を直線２４から離れるように移動するにつれて漸次増加するようになっている。
【００４９】
このような第１エレメント２１とグランドパターン２２の形状により、インピーダンス特性を制御する。また、２．４ＧＨｚ帯の共振周波数は、第２エレメント２７の開放端の長さを調整することにより制御する。なお、第２エレメント２７の形状は、第１エレメント２１の特性に悪影響を及ぼさないように小型化を図るため、折り曲げられている。
【００５０】
このような形状を採用することにより、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯の電気的特性を個別に制御できるようになる。５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の規格で用いられる帯域であり、その両方の周波数帯に対応できる本実施の形態は非常に有用である。
【００５１】
［実施の形態４］
本発明の第４の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナである。本デュアルバンドアンテナは、図４に示すように、平面の第１エレメント３１と第１エレメント３１の天頂中央から伸びる共振エレメントである第２エレメント３７とを内部に含む誘電体基板３５と、誘電体基板３５と間隔Ｌ８（＝１．５ｍｍ）を隔てて併置され且つ誘電体基板３５に対して上縁部が先細り形状を有するグランドパターン３２と、誘電体基板３５とグランドパターン３２とが設置される基板３６と、第１エレメント３１の底辺中央部に設けられた給電点３１ａと接続される高周波電源３３とにより構成される。誘電体基板３５のサイズは、例えば１０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍである。
【００５２】
第１エレメント３１は、Ｔ字に類似した形状を有しており、より具体的には図１（ａ）に示した平面エレメント１と同様の形状を有する。この第１エレメント３１の高さＬ７により、５ＧＨｚ帯の帯域制御を行う。但し、天頂部の辺の長さや、逆円弧状の側縁部の形状・長さによっても制御可能である。また、第２エレメント３７の先端部分は、第１エレメント３１の天頂部より給電点３１ａ側まで伸びている。
【００５３】
グランドパターン３２は、幅２０ｍｍのところ、給電点３１ａを通る直線３４との交点から両側端部に向かってＬ９（＝２乃至３ｍｍ）下がっている。すなわち、グランドパターン３２は誘電体基板３５に対して上縁部３２ａ及び３２ｂからなる先細り形状を有している。側面の構成については第２エレメント３７の部分を除けば図１（ｂ）とほぼ同じである。但し、第２エレメント３７は第１エレメント３１と同層に設けられている。
【００５４】
第１エレメント３１、第２エレメント３７及びグランドパターン３２は、直線３４に対して左右対称となっている。また、第１エレメント３１の側縁部上の点から直線３４に平行にグランドパターン３２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）も、直線３４に対して左右対称となっている。さらに、上記の距離は、第１エレメント３１の側縁部を直線３４から離れるように移動するにつれて漸次増加するようになっている。
【００５５】
このような第１エレメント３１とグランドパターン３２の形状により、インピーダンス特性を制御する。また、２．４ＧＨｚ帯の共振周波数は、第２エレメント３７の開放端の長さを調整することにより制御する。なお、第２エレメント３７のミアンダ部分は上寄りに形成されている。これは、第１エレメント３１の特性に悪影響を与えないようにしながら、限られたスペースの中で効率的な配置を行うためである。図５に示すように、スペース３８は、第１エレメント３１の特性に悪影響を及ぼす部分であり、この部分に第２エレメント３７が配置されないような構成となっている。また、第２エレメント３７は、少なくとも点線３８ａより第１エレメント３１側の領域には配置されない。この点線３８ａは、給電点３１ａから遠い方の第１エレメント３１の側縁部の端点を始点として直線３４に対して平行に給電点３１ａの方向に伸ばした半直線である。
【００５６】
このような形状を採用することにより、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯の電気的特性を個別に制御できるようになる。５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯は、無線ＬＡＮの規格で用いられる帯域であり、その両方の周波数帯に対応できる本実施の形態は非常に有用である。
【００５７】
例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すような実装形態を採用した場合のアンテナ特性を示しておく。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、誘電体基板３５は、１．５ｍｍ隔てて上縁部が水平のグランドパターン３９と併置される。図４で示したように、誘電体基板３５は、そのサイズが１０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍであり、第１エレメント３１と第２エレメント３７とを含む。一方、グランドパターン３９のサイズは、高さ４７ｍｍ、幅１２ｍｍである。基板３６の厚さは０．８ｍｍである。なお、図６（ａ）において示されている図はＸＹ平面であり、図６（ｂ）において示されている図はＸＺ平面であるものとする。
【００５８】
このとき、第２エレメント３７のインピーダンス特性は図７に示すようになる。図７において縦軸はＶＳＷＲであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。最もＶＳＷＲが小さい周波数は約２．４５ＧＨｚであり、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯は、約２．２０ＧＨｚから２．６７ＧＨｚといったように、約４７０ＭＨｚ程度確保されている。一方、第１エレメント３１のインピーダンス特性は図８に示すようになる。最もＶＳＷＲが小さい周波数は約５．２ＧＨｚであり、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯は、約４．６ＧＨｚから６ＧＨｚ以上であり、少なくとも１．４ＧＨｚ確保されている。このように、第２エレメント３７も第１エレメント３１も広帯域が実現されている。すなわち、本実施の形態に係るアンテナが、デュアルバンドアンテナとして十分な機能を有することを示している。なお、グランドパターン３９は、誘電体基板３５に向けてテーパーを付してもよい。
【００５９】
また、図６（ａ）及び（ｂ）に示したアンテナの指向性についても図９（ａ）乃至（ｆ）に示す。図９（ａ）は、送信側アンテナから２．４５ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＹ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。なお、同心円については、中心が−４５ｄＢｉ、一番外側の円が５ｄＢｉ、各円の間隔が１０ｄＢｉである。ここで内側の実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、外側の太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方が全ての方向においてゲインが大きいことが分かる。また、垂直偏波の場合０°、−９０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。なお、右上の絵は、図６（ａ）及び（ｂ）のアンテナを示している。黒塗りの部分が、誘電体基板３５が設置される位置である。垂直矢印は０°の方向を示しており、＋θの方向に角度が増加するようになっている。
【００６０】
同様に、図９（ｂ）は、送信側アンテナから２．４５ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＹＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は０°、９０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６１】
図９（ｃ）は、送信側アンテナから２．４５ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は無指向性を示している。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６２】
図９（ｄ）は、送信側アンテナから５．４ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＹ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は４５°、１３５°、−４５°及び−１３５°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は９０°方向を除き無指向性のように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６３】
図９（ｅ）は、送信側アンテナから５．４ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＹＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は４５°、１３５°、−４５°及び−１３５°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は複雑な形状の指向性があるように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６４】
図９（ｆ）は、送信側アンテナから５．４ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は複雑な形状の指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は−４５°方向を除き無指向性のように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６５】
図１０に平均ゲインのデータをまとめておく。各平面につき、垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）に対する２．４５ＧＨｚの平均ゲイン及び５．４ＧＨｚの平均ゲインが示されている。さらに、２．４５ＧＨｚと５．４ＧＨｚのトータルの平均ゲインも示されている。これを見ると、２．４５ＧＨｚではＸＺ平面における垂直偏波のゲインが高く、水平偏波であれば、ＹＺ平面又はＸＹ平面でゲインが高い。また、５．４ＧＨｚではＹＺ平面又はＸＹ平面の水平偏波のゲインが高く、垂直偏波であればＸＺ平面が比較的ゲインが高い。
【００６６】
［実施の形態５］
本発明の第５の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第４の実施の形態に係る誘電体基板３５をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、図１１（ａ）の側面図に示すように、誘電体基板４６の比較的下方の層に平面の第１エレメント４１と共振エレメントである第２エレメントの第１部分４７ａを形成し、誘電体基板４６の比較的上方の層に第２エレメントの第２部分４７ｂを形成し、それらを２つの外部電極４６ａにより接続する構造を有する。図１１（ｂ）に第１エレメント４１と第２エレメントの第１部分４７ａとが形成されている層の構造を示す。第１エレメント４１の形状は第４の実施の形態に示したものと同じである。第２エレメントの第１部分４７ａは、第１エレメント４１の天頂中央から伸びて、途中２方向に分かれ、誘電体基板４６の上端部に設けられた２つの外部電極４６ａに接続している。図１１（ｃ）に第２エレメントの第２部分４７ｂが形成されている層の構造を示す。第２エレメントの第２部分４７ｂは、誘電体基板４６の上端部に設けられた外部電極４６ａから誘電体基板４６の下端部方向に伸びた後、第４の実施の形態（図４）において示したミアンダ部分を含む構成を有している。なお、第４の実施の形態（図４）において示したように、第２エレメントの第２部分４７ｂは、第１エレメント４１の天頂部より給電点側まで伸びている。この第２エレメントの第２部分４７ｂは、層は異なるようになっているが第１エレメント４１と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第４の実施の形態における図５に示した配置と同様に、第１エレメント４１に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。すなわち、第２エレメントの第２部分４７ｂと第１エレメント４１とをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、第２エレメントの第２部分４７ｂが、仮想平面に投影された第１エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置されるということである。この所定の領域とは、図５で示した領域３８に対応する部分である。なお、本実施の形態における誘電体基板４６のサイズは、Ｌ１０＝１ｍｍ、Ｌ１１＝４ｍｍ、Ｌ１２＝１０ｍｍとなっている。
【００６７】
第２エレメントの共振周波数は、第２エレメントの開放端の長さを調整することにより制御する。第４の実施の形態と比較すると、第２エレメントの第１部分４７ａとして外部電極４６ａに向けて伸びている部分と外部電極４６ａの部分と第２エレメントの第２部分４７ｂとして外部電極４６ａから伸びている部分とが、開放端の長さとして追加されていることになる。よって、第２エレメントの第２部分４７ｂを短くしても２．４ＧＨｚ帯の特性は、第４の実施の形態に係るアンテナと同レベルを維持できる。これにより誘電体基板４６の小型化が実現できる。
【００６８】
本実施の形態における５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を図１２に示す。図１２において縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。第４の実施の形態に係る５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を表す図８と比較すると、多少曲線の形は異なるが、ＶＳＷＲ２以下の帯域は、ほぼ同じとなっている。
【００６９】
本実施の形態における２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を図１３に示す。図１３において縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。第４の実施の形態に係る２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を表す図７と比較すると、ＶＳＷＲ２以下の帯域は、高周波側でむしろ小型化した場合を示す図１３の方が約８０ＭＨｚ程度広くなっている。このように良好な特性を示すことが分かる。
【００７０】
［実施の形態６］
本発明の第６の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第４の実施の形態に係る誘電体基板３５をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、図１４（ａ）の側面図に示すように、誘電体基板５６の比較的下方の層に平面の第１エレメント５１と共振エレメントである第２エレメントの第１部分５７ａを形成し、誘電体基板５６の比較的上方の層に第２エレメントの第２部分５７ｂを形成し、それらを１つの外部電極５６ａにより接続する構造を有する。図１４（ｂ）に第１エレメント５１と第２エレメントの第１部分５７ａが形成されている層の構造を示す。第１エレメント５１の形状は第４の実施の形態に示したものと同じである。第２エレメントの第１部分５７ａは、第１エレメント５１の天頂中央から伸びて、直線的に誘電体基板５６の上端部に設けられた外部電極５６ａに接続している。図１４（ｃ）に第２エレメントの第２部分５７ｂが形成されている層の構造を示す。第２エレメントの第２部分５７ｂは、誘電体基板５６の上端部に設けられた外部電極５６ａから誘電体基板５６の下端部方向に伸びた後、第４の実施の形態（図４）において示した第２エレメント３７の第１エレメント３１と接続する部分を除くほとんどの部分を含む構成を有している。なお、第４の実施の形態（図４）において示したように、第２エレメントの第２部分５７ｂは、第１エレメント５１の天頂部より給電点側まで伸びている。この第２エレメントの第２部分５７ｂは、層は異なるようになっているが第１エレメント５１と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第４の実施の形態における図５に示した配置と同様に、第１エレメント５１に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。
【００７１】
第２エレメントの共振周波数は、第２エレメントの開放端の長さを調整することにより制御する。第４の実施の形態と比較すると、第２エレメントの第１部分５７ａとして外部電極５６ａに向けて伸びている部分と外部電極５６ａの部分と第２エレメントの第２部分５７ｂとして外部電極５６ａから伸びている部分とが、開放端の長さとして追加されていることになる。よって、第２エレメントの第２部分５７ｂを短くしても２．４ＧＨｚ帯の特性は第４の実施の形態に係るアンテナと同レベルを維持できる。これにより誘電体基板５６の小型化が実現できる。
【００７２】
［実施の形態７］
本発明の第７の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第４の実施の形態に係る誘電体基板３５をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、図１５（ａ）の側面図に示すように、誘電体基板６６の比較的下方の層に平面の第１エレメント６１と共振エレメントである第２エレメントの第１部分６７ａを形成し、誘電体基板６６の比較的上方の層に第２エレメントの第２部分６７ｂを形成し、それらを２つの外部電極６６ａにより接続する構造を有する。図１５（ｂ）に第１エレメント６１と第２エレメントの第１部分６７ａが形成されている層の構造を示す。第１エレメント６１の形状は第４の実施の形態に示したものと同じである。第２エレメントの第１部分６７ａは、第１エレメント６１の天頂中央から伸びて、途中２方向に分かれ、第１エレメント６１の横幅を超えて伸びた後に、誘電体基板６６の上端部に設けられた２つの外部電極６６ａに接続している。図１５（ｃ）に第２エレメントの第２部分６７ｂが形成されている層の構造を示す。第２エレメントの第２部分６７ｂは、誘電体基板６６の上端部に設けられた外部電極６６ａから誘電体基板６６の下端部方向に伸びた後、ミアンダ部分を含む構成を有している。なお、第４の実施の形態（図４）において示したように、第２エレメントの第２部分６７ｂは、第１エレメント６１の天頂部より給電点側まで伸びている。この第２エレメントの第２部分６７ｂは、層は異なるようになっているが第１エレメント６１と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第４の実施の形態における図５に示した配置と同様に、第１エレメント６１に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。
【００７３】
第２エレメントの共振周波数は、第２エレメントの開放端の長さを調整することにより制御する。第４の実施の形態と比較すると、第２エレメントの第１部分６７ａとして外部電極６６ａに向けて伸びている部分と外部電極６６ａの部分と第２エレメントの第２部分６７ｂとして外部電極６６ａから伸びている部分とが、開放端の長さとして追加されていることになる。よって、第２エレメントの第２部分６７ｂを短くしても２．４ＧＨｚ帯の特性は第４の実施の形態に係るアンテナと同レベルを維持できる。これにより誘電体基板６６の小型化が実現できる。
【００７４】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、平面エレメント及び共振エレメントの形状は同様のアンテナ特性を得られるならば、別の形状を採用する場合もある。また、グランドパターンの先細り形状は、上縁部が直線の例を挙げたが、上や下に凸の曲線であってもよい。また、グランドパターンの上縁部に、給電のための電極を収容するための窪みを設ける場合もある。さらに、実装例も図６に示したものに限定されない。すなわち、ＰＣカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣＦ）カードなどの、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのスロットに挿入して用いる無線通信カードに実装することもできる。実装時におけるアンテナ特性の調整のため、グランドパターンを誘電体基板の右側又は左側まで伸ばすこともある。また、基板上端部に誘電体基板２つを互いに干渉しないように設け、スペースダイバーシティアンテナを構成しても良い。さらに、誘電体基板を小型のスティック型のカードに実装することも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、小型化が可能であり且つ広帯域化が可能な新規な形状のアンテナ及び当該アンテナ用の誘電体基板を提供することができる。
【００７６】
また他の側面として、小型化が可能であり且つ十分なアンテナ特性を有する新規な形状のデュアルバンドアンテナ及び当該デュアルバンドアンテナ用の誘電体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図５】第２エレメントが第１エレメントに影響を与える領域を説明するための図である。
【図６】（ａ）は本発明の第４の実施の形態における実装例を示す正面図、（ｂ）は底面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態における２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態において、（ａ）乃至（ｃ）は２．４５ＧＨｚの電波についての放射パターンを、（ｄ）乃至（ｆ）は５．４ＧＨｚの電波についての放射パターンを示す。
【図１０】本発明の第４の実施の形態におけるゲイン特性を示す図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ用誘電体基板の層構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態における５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第６の実施の形態に係るアンテナ用誘電体基板の層構成例を示す図である。
【図１５】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第７の実施の形態に係るアンテナ用誘電体基板の層構成例を示す図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｃ）は従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１７】従来のアンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 平面エレメント
２ グランドパターン
３ 高周波電源
４ 対称線
５ アンテナ用誘電体基板
６ プリント基板
７ 共振エレメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域アンテナ及びデュアルバンドアンテナ、並びにそれらのアンテナに用いられる誘電体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会（以下非特許文献１）には、図１６（ａ）に示すようなモノポールアンテナが開示されている。図１６（ａ）では、半円状のエレメント１０１０を、地板１０１１に対して垂直に立設し、エレメント１０１０の円弧において地板１０１１に最も近い点を給電部１０１２としている。非特許文献１には、円の半径がほぼ１／４波長となる周波数ｆLが下限となることが示されている。また、非特許文献１には、図１６（ｂ）に示すように、図１６（ａ）に示したエレメント１０１０に切り欠きを設けたエレメント１０１３を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も説明されている。この非特許文献１では図１６（ａ）のモノポールアンテナと図１６（ｂ）のモノポールアンテナとはＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性はほとんど変わらないとしている。さらに非特許文献１では図１６（ｃ）に示すように、図１６（ｂ）のように切り欠きを設けたエレメントに、ｆLより低い周波数で共振するエレメント１０１４ａをメアンダモノポール構造として接続したエレメント１０１４を、地板１０１１に対して垂直に立設した例も示されている。なおエレメント１０１４ａは、切り欠き部分に収まるように設置されている。エレメント１０１４ａのためｆLより低い周波数でも共振し、多共振化が図られてはいるが、このｆLより低い周波数域でのＶＳＷＲ特性は悪く、デュアルバンドアンテナとして使用するには十分な特性が得られていない。
【０００３】
また特開２００１−２０３５２１号公報（以下特許文献１）には、図１７に示すようなマイクロストリップパッチアンテナ１１００が示されている。このマイクロストリップパッチアンテナ１１００は、誘電体基板１１１０上に、接地面１１４０と、マイクロストリップパッチ１１２０と、当該マイクロストリップパッチ１１２０に接続される三角パッド（給電導体）１１３０とを導電性金属により形成したものである。なお、マイクロストリップパッチ１１２０は、給電導体である三角パッド１１３０を介して給電点１１５０から給電される。図１７に示すようなマイクロストリップパッチアンテナ１１００は、図示されてはいないがマイクロストリップアンテナの動作原理からグランドが誘電体基板１１１０に対して対向配置されていないと適切に動作しない。また、接地面１１４０は、面積が非常に小さいため放射エレメントとして機能しているとは考えられない。さらに、マイクロストリップアンテナでは放射導体に流れる電流が直接の放射源ではなく、図１７において三角パッド１１３０及びマイクロストリップパッチ１１２０に流れる電流は直接の放射源とはならない。また、特許文献１に示されている本マイクロストリップパッチアンテナ１１００の受信周波数帯域は、中心周波数１．８ＧＨｚに対し２００ＭＨｚと狭く、三角パッド１１３０は放射導体として機能しておらず、マイクロストリップパッチ１１２０が単一周波数（１．８ＧＨｚ）の放射導体となっていることが考えられる。このように、図１７に示したマイクロストリップパッチアンテナ１１００は、マイクロストリップアンテナであって、放射導体に流れる電流が放射に寄与するモノポールアンテナではない。また、放射導体に流れる電流路を連続的に変化させることで広帯域を実現する進行波アンテナでもない。さらに、受信周波数帯域が単一であるので、デュアルバンドアンテナでもない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０３５２１号
【非特許文献１】
「Ｂ−７７ 半円形状素子と線状素子の組み合わせによる超広帯域アンテナ」井原泰介，木島誠，常川光一，ｐｐ７７，１９９６年電子情報通信学会総合大会
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来から様々なアンテナが存在しているが、非特許文献１で述べられた従来のモノポールアンテナでは、導体を地板に対して垂直に立設するため、アンテナのサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
また、非特許文献１で述べられたアンテナは、上でも述べたように、複数の帯域における多共振化が図られてはいるものの、デュアルバンドアンテナとしては現在要求されているようなアンテナ特性が得られていない。
【０００７】
さらに、特許文献１で述べられたマイクロストリップアンテナについては、三角パッドとマイクロストリップパッチが共に放射に寄与しているような形状に見えるが、三角パッドは放射導体として機能しない給電導体に過ぎない。よってこのアンテナは受信周波数帯域が単一のアンテナであり、デュアルバンドアンテナではない。
【０００８】
以上のような問題に鑑み、本発明の目的は、小型化が可能であり且つ広帯域化が可能な新規な形状のアンテナ及び当該アンテナ用の誘電体基板を提供することである。
【０００９】
また本発明の他の目的は、小型化が可能であり且つ十分なアンテナ特性を有する新規な形状のデュアルバンドアンテナ及び当該デュアルバンドアンテナ用の誘電体基板を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係るアンテナは、給電位置において給電される平面エレメントと、平面エレメントと併置されるグランドパターンとを具備し、平面エレメントとグランドパターンとの距離が、給電位置を通る直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加するものである。平面エレメントとグランドパターンとを併置することにより、アンテナの小型化が可能になる。
【００１１】
また、上記平面エレメントの側縁部が、曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成され、且つ上記平面エレメントが、アンテナ用誘電体基板の上又は内部に形成されるようにしてもよい。
【００１２】
平面エレメントがアンテナ用誘電体基板の上又は内部に形成されるようにすると、アンテナのさらなる小型化が可能になる。但し、平面エレメントがアンテナ用誘電体基板の上又は内部に形成されるようにすると、平面エレメントとグランドパターンとの結合が強くなるため、お互いの距離の調整が必要になる。そこで平面エレメントの側縁部の形状を上記のようにし、平面エレメントとグランドパターンとの距離を調整することにより、結合度合いが最適化され、広帯域が実現できる。
【００１３】
また、上記アンテナ用誘電体基板に対向する、グランドパターンの辺を、線分で構成してもよい。これは、平面エレメントとグランドパターンとの距離の調整が、主に平面エレメントの形状により行われる場合を示すものである。
【００１４】
さらに、上記グランドパターンが、アンテナ用誘電体基板に対して先細り形状を有し、当該先細り形状を線分で構成するようにしてもよい。このようにグランドパターンの形状を調整することにより、アンテナ特性（特にインピーダンス特性）が改善される。
【００１５】
また、上記平面エレメントは、当該平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。
【００１６】
さらに、上記アンテナ用誘電体基板が、平面エレメントの給電位置を通る直線上の端点に接続された共振エレメントをさらに含むようにしてもよい。このような共振エレメントを設けることにより、デュアルバンドアンテナが実現できる。
【００１７】
また、上記共振エレメントは、平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。また、非対称であってもよい。
【００１８】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントとを、同一の層に形成してもよい。
【００１９】
また、上記平面エレメントと共振エレメントの少なくとも一部とを異なる層に形成してもよい。これによりアンテナ用誘電体基板が小型化でき、全体としてアンテナも小型化できる。
【００２０】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、共振エレメントを、仮想平面に投影された平面エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置してもよい。また、共振エレメントを、少なくとも、仮想平面に投影された平面エレメントの給電位置を通る直線に対して平行であり、且つ当該給電位置から遠い方の、投影された平面エレメントの側縁部の端点を始点として給電位置方向に伸びた半直線より平面エレメント側の領域と重なることなく配置してもよい。
【００２１】
このように共振エレメントを配置することにより、平面エレメントの特性に悪影響を及ぼすことなく、平面エレメントと共振エレメントの特性を個別に制御できる。
【００２２】
本発明の第２の態様に係るアンテナ用誘電体基板は、誘電体の層と、側縁部が曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成される導体の平面エレメントを含む層とを有し、アンテナ用誘電体基板の側面のうち平面エレメントの給電位置に最も近い面と側縁部との距離が、給電位置を通る直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加するものである。
【００２３】
アンテナ用誘電体基板が平面エレメントの層を含むようにすることにより、アンテナの小型化が可能になる。
【００２４】
また、上記平面エレメントは、当該平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。
【００２５】
さらに、本発明の第２の態様において、上記平面エレメントの給電位置を通る直線上の端点に接続された共振エレメントをさらに有するようにしてもよい。このような共振エレメントを設けることにより、デュアルバンドが実現できる。
【００２６】
また、上記共振エレメントは、平面エレメントの給電位置を通る直線に対して対称であってもよい。また、非対称であってもよい。
【００２７】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントとを、同一の層に形成してもよい。
【００２８】
また、上記平面エレメントと共振エレメントの少なくとも一部とを異なる層に形成してもよい。これによりアンテナ用誘電体基板が小型化できる。
【００２９】
さらに、上記平面エレメントと共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、共振エレメントを、仮想平面に投影された平面エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置してもよい。また、共振エレメントを、少なくとも、仮想平面に投影された平面エレメントの給電位置を通る直線に対して平行であり、且つ当該給電位置から遠い方の、投影された平面エレメントの側縁部の端点を始点として給電位置方向に伸びた半直線より平面エレメント側の領域と重なることなく配置してもよい。
【００３０】
このように共振エレメントを配置することにより、平面エレメントの特性に悪影響を及ぼすことなく、平面エレメントと共振エレメントの特性を個別に制御できる。
【００３１】
なお、グランドパターンと平面エレメント又はアンテナ用誘電体基板とは、非対向状態であり、互いの面が平行又は実質的に平行である、とも言える。また、グランドパターンと平面エレメント又はアンテナ用誘電体基板とは、完全には重なることなく、互いの面が平行又は実質的に平行であるとも言える。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント１を内部に含み且つ誘電率が約２０の誘電体基板５と、誘電体基板５に併置されるグランドパターン２と、例えばプリント基板（より具体的には例えば、ＦＲ−４、テフロン（登録商標）などを素材とする樹脂基板）である基板６と、平面エレメント１の給電点１ａに接続される高周波電源３とにより構成される。平面エレメント１は、Ｔ字に類似した形状を有しており、誘電体基板５の端部に沿った底辺１ｂと上方に伸びる辺１ｃと第１の傾斜角を有する辺１ｄと第１の傾斜角より大きな傾斜角を有する辺１ｅと天頂部１ｆとにより構成される。給電点１ａは、誘電体基板５の端部に沿った底辺１ｂの中点に設けられている。本実施の形態では誘電体基板５とグランドパターン２との距離Ｌ１は、１．５ｍｍである。また、グランドパターン２の幅は２０ｍｍである。
【００３３】
また、給電点１ａを通る直線４に対して平面エレメント１とグランドパターン２とは左右対称となっている。また、平面エレメント１の辺１ｃ、１ｄ及び１ｅ上の点から直線４に平行にグランドパターン２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）についても、直線４に対して左右対称となっている。すなわち、直線４との間隔が同じであれば、距離は同じになる。
【００３４】
本実施の形態では、誘電体基板５に面するグランドパターン２の辺２ａは直線となっている。従って、距離は、辺１ｃ、１ｄ及び１ｅの任意の点が当該辺１ｃ、１ｄ及び１ｅを移動するにつれて漸次増加するようになっている。すなわち、上記の任意の点が直線４から離れる程、距離は増加する。
【００３５】
辺１ｃ、１ｄ及び１ｅを接続することにより構成される折れ線は曲線ではないものの、距離が飽和的に増加するように傾きが段階的に変更されている。言い換えれば、直線４から離れると最初は急激に距離が増加するが次第に増加率が減少している。すなわち、直線４からみて同じ側にある天頂部１ｆの端点と底辺１ｂの端点を結ぶ直線から内側に削ったような形状になっている。
【００３６】
本実施の形態では、グランドパターン２の辺２ａに対向する平面エレメント１の側縁部は１ｃ、１ｄ及び１ｅの３つの線分で構成されている。しかし、距離が飽和的に増加するという条件を満たしていれば、この側縁部の形状はこれに限定されない。辺１ｃ、１ｄ及び１ｅの代わりに、２以上の任意数の線分で構成される折れ線を採用してもよい。また、辺１ｃ、１ｄ及び１ｅの代わりに、直線４からみて同じ側にある天頂部１ｆの端点と底辺１ｂの端点を結ぶ直線に対して上に凸の曲線であってもよい。すなわち、平面エレメント１から見れば、内側に凸の曲線である。
【００３７】
いずれの形状を採用するにせよ、直線４から離れるに従って距離は連続的に変化し、この連続変化部分の存在により下限周波数以上において連続的な共振特性を得ることができる。なお、下限周波数の調整は平面エレメント１の高さを変更することによって行う。但し、天頂部１ｆの長さや、逆円弧状の側縁部の形状・長さによっても制御可能である。
【００３８】
図１（ｂ）は側面図であり、基板６の上にグランドパターン２と、誘電体基板５とが設けられている。基板６とグランドパターン２が一体形成される場合もある。なお、本実施の形態では、誘電体基板５の内部に平面エレメント１が形成されている。すなわち、誘電体基板５は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の平面エレメント１も形成される。従って、実際は上から見ても図１（ａ）のようには見えない。誘電体基板５内部に平面エレメント１を構成すれば、露出させた場合に比して誘電体の効果が若干強くなるため小型化でき、さびなどに対する信頼性も増す。但し、誘電体基板５表面に平面エレメント１を形成するようにしてもよい。また、誘電率も変更することができ、単層基板、多層基板のいずれを用いてもよい。単層基板ならば誘電体基板５上に平面エレメント１を形成することになる。なお、本実施の形態において、誘電体基板５はグランドパターン２と平行又は実質的に平行に配置されている。この配置により、誘電体基板５の一層に含まれる平面エレメント１もグランドパターン２と平行又は実質的に平行になる。
【００３９】
このように平面エレメント１を誘電体基板５で覆うような形で形成すると、誘電体により平面エレメント１周辺の電磁界の様子が変化する。具体的には、誘電体の中の電界密度が増す効果と波長短縮効果が得られるため、平面エレメント１を小型化することができるようになる。また、これらの効果により電流路の打ち上げ角度が変化し、アンテナのインピーダンス等価回路における誘導成分Ｌ及び容量成分Ｃが変化する。即ち、インピーダンス特性に大きな影響が出てくる。このインピーダンス特性への影響を踏まえた上で４．９ＧＨｚから５．８ＧＨｚの帯域で所望のインピーダンス特性を得るように形状の最適化を行うと図１（ａ）に示したような形状となった。この帯域幅は従来に比して非常に広い。
【００４０】
なお、平面エレメント１は、従来技術と同様にモノポールアンテナの放射導体であるとも考えられる。一方で、本実施の形態におけるアンテナは、グランドパターン２も放射に寄与している部分もあるので、ダイポールアンテナであるとも言える。但し、ダイポールアンテナは通常同一形状を有する２つの放射導体を用いるため、本実施の形態におけるアンテナは、非対称型ダイポールアンテナとも呼べる。さらに、本実施の形態におけるアンテナは、進行波アンテナとも言える。このような考え方は以下で述べる全ての実施の形態に適用可能である。
【００４１】
［実施の形態２］
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの構成を図２に示す。図２に示すように、本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント１１を内部に含み且つ誘電率が約２０の誘電体基板１５と、誘電体基板１５に併置されるグランドパターン１２と、例えばプリント基板である基板１６と、平面エレメント１１の給電点１１ａに接続される高周波電源１３とにより構成される。平面エレメント１１及び誘電体基板１５は、第１の実施の形態における平面エレメント１及び誘電体基板５と同じである。本実施の形態では誘電体基板１５とグランドパターン１２との距離Ｌ２は、１．５ｍｍである。また、グランドパターン１２の幅は２０ｍｍである。
【００４２】
また、給電点１１ａを通る直線１４に対して平面エレメント１１とグランドパターン１２とは左右対称となっている。また、平面エレメント１１の辺１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅ上の点から直線１４に平行にグランドパターン１２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）についても、直線１４に対して左右対称となっている。すなわち、直線１４との間隔が同じであれば、距離は同じになる。
【００４３】
本実施の形態では、誘電体基板１５に面するグランドパターン１２の辺１２ａ及び１２ｂは、直線１４から遠くなるほど平面エレメント１１とグランドパターン１２の距離が、より長くなるように傾けられている。本実施の形態では、側端部において長さＬ３（＝２乃至３ｍｍ）だけ直線１４との交点より下に下がっている。すなわち、グランドパターン１２は誘電体基板１５に対して上縁部１２ａ及び１２ｂからなる先細り形状を有している。側面の構成については図１（ｂ）と同様である。
【００４４】
本実施の形態のようにグランドパターン１２の辺１２ａ及び１２ｂを傾けることにより、４．９ＧＨｚ乃至５．８ＧＨｚの帯域においては、第１の実施の態様に係るアンテナより、インピーダンス特性が良くなっていることが確認されている。
【００４５】
［実施の形態３］
本発明の第３の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナである。本デュアルバンドアンテナは、図３に示すように、平面の第１エレメント２１と第１エレメント２１の天頂中央から伸びる共振エレメントである第２エレメント２７とを内部に含む誘電体基板２５と、誘電体基板２５と間隔Ｌ５（＝１．５ｍｍ）を隔てて併置され且つ誘電体基板２５に対して上縁部が先細り形状を有するグランドパターン２２と、誘電体基板２５とグランドパターン２２とが設置される基板２６と、第１エレメント２１の底辺中央部に設けられた給電点２１ａと接続される高周波電源２３とにより構成される。誘電体基板２５のサイズは、例えば８ｍｍ×４．５ｍｍ×１ｍｍである。
【００４６】
第１エレメント２１は、Ｔ字に類似した形状を有しており、より具体的には図１（ａ）に示した平面エレメント１と同様の形状を有する。この第１エレメント２１の高さＬ４により、５ＧＨｚ帯の帯域制御を行う。但し、天頂部の辺の長さや、逆円弧状の側縁部の形状・長さによっても制御可能である。また、第２エレメント２７の先端部分は、第１エレメント２１の天頂部より給電点２１ａ側まで伸びている。
【００４７】
グランドパターン２２は、幅２０ｍｍのところ、給電点２１ａを通る直線２４との交点から両側端部に向かってＬ６（＝２乃至３ｍｍ）下がっている。すなわち、グランドパターン２２は誘電体基板２５に対して上縁部２２ａ及び２２ｂからなる先細り形状を有している。側面の構成については第２エレメント２７の部分を除けば図１（ｂ）とほぼ同じである。但し、第２エレメント２７は第１エレメント２１と同層に設けられている。
【００４８】
第１エレメント２１とグランドパターン２２は、直線２４に対して左右対称となっている。また、第１エレメント２１の側縁部上の点から直線２４に平行にグランドパターン２２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）も、直線２４に対して左右対称となっている。さらに、上記の距離は、第１エレメント２１の側縁部を直線２４から離れるように移動するにつれて漸次増加するようになっている。
【００４９】
このような第１エレメント２１とグランドパターン２２の形状により、インピーダンス特性を制御する。また、２．４ＧＨｚ帯の共振周波数は、第２エレメント２７の開放端の長さを調整することにより制御する。なお、第２エレメント２７の形状は、第１エレメント２１の特性に悪影響を及ぼさないように小型化を図るため、折り曲げられている。
【００５０】
このような形状を採用することにより、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯の電気的特性を個別に制御できるようになる。５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の規格で用いられる帯域であり、その両方の周波数帯に対応できる本実施の形態は非常に有用である。
【００５１】
［実施の形態４］
本発明の第４の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナである。本デュアルバンドアンテナは、図４に示すように、平面の第１エレメント３１と第１エレメント３１の天頂中央から伸びる共振エレメントである第２エレメント３７とを内部に含む誘電体基板３５と、誘電体基板３５と間隔Ｌ８（＝１．５ｍｍ）を隔てて併置され且つ誘電体基板３５に対して上縁部が先細り形状を有するグランドパターン３２と、誘電体基板３５とグランドパターン３２とが設置される基板３６と、第１エレメント３１の底辺中央部に設けられた給電点３１ａと接続される高周波電源３３とにより構成される。誘電体基板３５のサイズは、例えば１０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍである。
【００５２】
第１エレメント３１は、Ｔ字に類似した形状を有しており、より具体的には図１（ａ）に示した平面エレメント１と同様の形状を有する。この第１エレメント３１の高さＬ７により、５ＧＨｚ帯の帯域制御を行う。但し、天頂部の辺の長さや、逆円弧状の側縁部の形状・長さによっても制御可能である。また、第２エレメント３７の先端部分は、第１エレメント３１の天頂部より給電点３１ａ側まで伸びている。
【００５３】
グランドパターン３２は、幅２０ｍｍのところ、給電点３１ａを通る直線３４との交点から両側端部に向かってＬ９（＝２乃至３ｍｍ）下がっている。すなわち、グランドパターン３２は誘電体基板３５に対して上縁部３２ａ及び３２ｂからなる先細り形状を有している。側面の構成については第２エレメント３７の部分を除けば図１（ｂ）とほぼ同じである。但し、第２エレメント３７は第１エレメント３１と同層に設けられている。
【００５４】
第１エレメント３１、第２エレメント３７及びグランドパターン３２は、直線３４に対して左右対称となっている。また、第１エレメント３１の側縁部上の点から直線３４に平行にグランドパターン３２まで降ろした線分の長さ（以下、距離と呼ぶ）も、直線３４に対して左右対称となっている。さらに、上記の距離は、第１エレメント３１の側縁部を直線３４から離れるように移動するにつれて漸次増加するようになっている。
【００５５】
このような第１エレメント３１とグランドパターン３２の形状により、インピーダンス特性を制御する。また、２．４ＧＨｚ帯の共振周波数は、第２エレメント３７の開放端の長さを調整することにより制御する。なお、第２エレメント３７のミアンダ部分は上寄りに形成されている。これは、第１エレメント３１の特性に悪影響を与えないようにしながら、限られたスペースの中で効率的な配置を行うためである。図５に示すように、スペース３８は、第１エレメント３１の特性に悪影響を及ぼす部分であり、この部分に第２エレメント３７が配置されないような構成となっている。また、第２エレメント３７は、少なくとも点線３８ａより第１エレメント３１側の領域には配置されない。この点線３８ａは、給電点３１ａから遠い方の第１エレメント３１の側縁部の端点を始点として直線３４に対して平行に給電点３１ａの方向に伸ばした半直線である。
【００５６】
このような形状を採用することにより、５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯の電気的特性を個別に制御できるようになる。５ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯は、無線ＬＡＮの規格で用いられる帯域であり、その両方の周波数帯に対応できる本実施の形態は非常に有用である。
【００５７】
例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すような実装形態を採用した場合のアンテナ特性を示しておく。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、誘電体基板３５は、１．５ｍｍ隔てて上縁部が水平のグランドパターン３９と併置される。図４で示したように、誘電体基板３５は、そのサイズが１０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍであり、第１エレメント３１と第２エレメント３７とを含む。一方、グランドパターン３９のサイズは、高さ４７ｍｍ、幅１２ｍｍである。基板３６の厚さは０．８ｍｍである。なお、図６（ａ）において示されている図はＸＹ平面であり、図６（ｂ）において示されている図はＸＺ平面であるものとする。
【００５８】
このとき、第２エレメント３７のインピーダンス特性は図７に示すようになる。図７において縦軸はＶＳＷＲであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。最もＶＳＷＲが小さい周波数は約２．４５ＧＨｚであり、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯は、約２．２０ＧＨｚから２．６７ＧＨｚといったように、約４７０ＭＨｚ程度確保されている。一方、第１エレメント３１のインピーダンス特性は図８に示すようになる。最もＶＳＷＲが小さい周波数は約５．２ＧＨｚであり、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯は、約４．６ＧＨｚから６ＧＨｚ以上であり、少なくとも１．４ＧＨｚ確保されている。このように、第２エレメント３７も第１エレメント３１も広帯域が実現されている。すなわち、本実施の形態に係るアンテナが、デュアルバンドアンテナとして十分な機能を有することを示している。なお、グランドパターン３９は、誘電体基板３５に向けてテーパーを付してもよい。
【００５９】
また、図６（ａ）及び（ｂ）に示したアンテナの指向性についても図９（ａ）乃至（ｆ）に示す。図９（ａ）は、送信側アンテナから２．４５ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＹ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。なお、同心円については、中心が−４５ｄＢｉ、一番外側の円が５ｄＢｉ、各円の間隔が１０ｄＢｉである。ここで内側の実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、外側の太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方が全ての方向においてゲインが大きいことが分かる。また、垂直偏波の場合０°、−９０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。なお、右上の絵は、図６（ａ）及び（ｂ）のアンテナを示している。黒塗りの部分が、誘電体基板３５が設置される位置である。垂直矢印は０°の方向を示しており、＋θの方向に角度が増加するようになっている。
【００６０】
同様に、図９（ｂ）は、送信側アンテナから２．４５ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＹＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は０°、９０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６１】
図９（ｃ）は、送信側アンテナから２．４５ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は０°及び１８０°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は無指向性を示している。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６２】
図９（ｄ）は、送信側アンテナから５．４ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＹ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は４５°、１３５°、−４５°及び−１３５°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は９０°方向を除き無指向性のように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６３】
図９（ｅ）は、送信側アンテナから５．４ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＹＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は４５°、１３５°、−４５°及び−１３５°方向に指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は複雑な形状の指向性があるように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６４】
図９（ｆ）は、送信側アンテナから５．４ＧＨｚの電波を送信し、図６（ａ）及び（ｂ）に示した受信側アンテナをＸＺ平面を測定面として回転させた際の放射パターンを示す。上と同様に実線は送信側アンテナから垂直偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを、太線は送信側アンテナから水平偏波の電波を送信した場合の受信側アンテナの放射パターンを示す。水平偏波の方は複雑な形状の指向性があるように見える。また、垂直偏波の方は−４５°方向を除き無指向性のように見える。なお、右上の絵の意味は同じである。
【００６５】
図１０に平均ゲインのデータをまとめておく。各平面につき、垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）に対する２．４５ＧＨｚの平均ゲイン及び５．４ＧＨｚの平均ゲインが示されている。さらに、２．４５ＧＨｚと５．４ＧＨｚのトータルの平均ゲインも示されている。これを見ると、２．４５ＧＨｚではＸＺ平面における垂直偏波のゲインが高く、水平偏波であれば、ＹＺ平面又はＸＹ平面でゲインが高い。また、５．４ＧＨｚではＹＺ平面又はＸＹ平面の水平偏波のゲインが高く、垂直偏波であればＸＺ平面が比較的ゲインが高い。
【００６６】
［実施の形態５］
本発明の第５の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第４の実施の形態に係る誘電体基板３５をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、図１１（ａ）の側面図に示すように、誘電体基板４６の比較的下方の層に平面の第１エレメント４１と共振エレメントである第２エレメントの第１部分４７ａを形成し、誘電体基板４６の比較的上方の層に第２エレメントの第２部分４７ｂを形成し、それらを２つの外部電極４６ａにより接続する構造を有する。図１１（ｂ）に第１エレメント４１と第２エレメントの第１部分４７ａとが形成されている層の構造を示す。第１エレメント４１の形状は第４の実施の形態に示したものと同じである。第２エレメントの第１部分４７ａは、第１エレメント４１の天頂中央から伸びて、途中２方向に分かれ、誘電体基板４６の上端部に設けられた２つの外部電極４６ａに接続している。図１１（ｃ）に第２エレメントの第２部分４７ｂが形成されている層の構造を示す。第２エレメントの第２部分４７ｂは、誘電体基板４６の上端部に設けられた外部電極４６ａから誘電体基板４６の下端部方向に伸びた後、第４の実施の形態（図４）において示したミアンダ部分を含む構成を有している。なお、第４の実施の形態（図４）において示したように、第２エレメントの第２部分４７ｂは、第１エレメント４１の天頂部より給電点側まで伸びている。この第２エレメントの第２部分４７ｂは、層は異なるようになっているが第１エレメント４１と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第４の実施の形態における図５に示した配置と同様に、第１エレメント４１に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。すなわち、第２エレメントの第２部分４７ｂと第１エレメント４１とをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、第２エレメントの第２部分４７ｂが、仮想平面に投影された第１エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置されるということである。この所定の領域とは、図５で示した領域３８に対応する部分である。なお、本実施の形態における誘電体基板４６のサイズは、Ｌ１０＝１ｍｍ、Ｌ１１＝４ｍｍ、Ｌ１２＝１０ｍｍとなっている。
【００６７】
第２エレメントの共振周波数は、第２エレメントの開放端の長さを調整することにより制御する。第４の実施の形態と比較すると、第２エレメントの第１部分４７ａとして外部電極４６ａに向けて伸びている部分と外部電極４６ａの部分と第２エレメントの第２部分４７ｂとして外部電極４６ａから伸びている部分とが、開放端の長さとして追加されていることになる。よって、第２エレメントの第２部分４７ｂを短くしても２．４ＧＨｚ帯の特性は、第４の実施の形態に係るアンテナと同レベルを維持できる。これにより誘電体基板４６の小型化が実現できる。
【００６８】
本実施の形態における５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を図１２に示す。図１２において縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。第４の実施の形態に係る５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を表す図８と比較すると、多少曲線の形は異なるが、ＶＳＷＲ２以下の帯域は、ほぼ同じとなっている。
【００６９】
本実施の形態における２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を図１３に示す。図１３において縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。第４の実施の形態に係る２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を表す図７と比較すると、ＶＳＷＲ２以下の帯域は、高周波側でむしろ小型化した場合を示す図１３の方が約８０ＭＨｚ程度広くなっている。このように良好な特性を示すことが分かる。
【００７０】
［実施の形態６］
本発明の第６の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第４の実施の形態に係る誘電体基板３５をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、図１４（ａ）の側面図に示すように、誘電体基板５６の比較的下方の層に平面の第１エレメント５１と共振エレメントである第２エレメントの第１部分５７ａを形成し、誘電体基板５６の比較的上方の層に第２エレメントの第２部分５７ｂを形成し、それらを１つの外部電極５６ａにより接続する構造を有する。図１４（ｂ）に第１エレメント５１と第２エレメントの第１部分５７ａが形成されている層の構造を示す。第１エレメント５１の形状は第４の実施の形態に示したものと同じである。第２エレメントの第１部分５７ａは、第１エレメント５１の天頂中央から伸びて、直線的に誘電体基板５６の上端部に設けられた外部電極５６ａに接続している。図１４（ｃ）に第２エレメントの第２部分５７ｂが形成されている層の構造を示す。第２エレメントの第２部分５７ｂは、誘電体基板５６の上端部に設けられた外部電極５６ａから誘電体基板５６の下端部方向に伸びた後、第４の実施の形態（図４）において示した第２エレメント３７の第１エレメント３１と接続する部分を除くほとんどの部分を含む構成を有している。なお、第４の実施の形態（図４）において示したように、第２エレメントの第２部分５７ｂは、第１エレメント５１の天頂部より給電点側まで伸びている。この第２エレメントの第２部分５７ｂは、層は異なるようになっているが第１エレメント５１と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第４の実施の形態における図５に示した配置と同様に、第１エレメント５１に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。
【００７１】
第２エレメントの共振周波数は、第２エレメントの開放端の長さを調整することにより制御する。第４の実施の形態と比較すると、第２エレメントの第１部分５７ａとして外部電極５６ａに向けて伸びている部分と外部電極５６ａの部分と第２エレメントの第２部分５７ｂとして外部電極５６ａから伸びている部分とが、開放端の長さとして追加されていることになる。よって、第２エレメントの第２部分５７ｂを短くしても２．４ＧＨｚ帯の特性は第４の実施の形態に係るアンテナと同レベルを維持できる。これにより誘電体基板５６の小型化が実現できる。
【００７２】
［実施の形態７］
本発明の第７の実施の形態に係るアンテナは、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第４の実施の形態に係る誘電体基板３５をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、図１５（ａ）の側面図に示すように、誘電体基板６６の比較的下方の層に平面の第１エレメント６１と共振エレメントである第２エレメントの第１部分６７ａを形成し、誘電体基板６６の比較的上方の層に第２エレメントの第２部分６７ｂを形成し、それらを２つの外部電極６６ａにより接続する構造を有する。図１５（ｂ）に第１エレメント６１と第２エレメントの第１部分６７ａが形成されている層の構造を示す。第１エレメント６１の形状は第４の実施の形態に示したものと同じである。第２エレメントの第１部分６７ａは、第１エレメント６１の天頂中央から伸びて、途中２方向に分かれ、第１エレメント６１の横幅を超えて伸びた後に、誘電体基板６６の上端部に設けられた２つの外部電極６６ａに接続している。図１５（ｃ）に第２エレメントの第２部分６７ｂが形成されている層の構造を示す。第２エレメントの第２部分６７ｂは、誘電体基板６６の上端部に設けられた外部電極６６ａから誘電体基板６６の下端部方向に伸びた後、ミアンダ部分を含む構成を有している。なお、第４の実施の形態（図４）において示したように、第２エレメントの第２部分６７ｂは、第１エレメント６１の天頂部より給電点側まで伸びている。この第２エレメントの第２部分６７ｂは、層は異なるようになっているが第１エレメント６１と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第４の実施の形態における図５に示した配置と同様に、第１エレメント６１に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。
【００７３】
第２エレメントの共振周波数は、第２エレメントの開放端の長さを調整することにより制御する。第４の実施の形態と比較すると、第２エレメントの第１部分６７ａとして外部電極６６ａに向けて伸びている部分と外部電極６６ａの部分と第２エレメントの第２部分６７ｂとして外部電極６６ａから伸びている部分とが、開放端の長さとして追加されていることになる。よって、第２エレメントの第２部分６７ｂを短くしても２．４ＧＨｚ帯の特性は第４の実施の形態に係るアンテナと同レベルを維持できる。これにより誘電体基板６６の小型化が実現できる。
【００７４】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、平面エレメント及び共振エレメントの形状は同様のアンテナ特性を得られるならば、別の形状を採用する場合もある。また、グランドパターンの先細り形状は、上縁部が直線の例を挙げたが、上や下に凸の曲線であってもよい。また、グランドパターンの上縁部に、給電のための電極を収容するための窪みを設ける場合もある。さらに、実装例も図６に示したものに限定されない。すなわち、ＰＣカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣＦ）カードなどの、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのスロットに挿入して用いる無線通信カードに実装することもできる。実装時におけるアンテナ特性の調整のため、グランドパターンを誘電体基板の右側又は左側まで伸ばすこともある。また、基板上端部に誘電体基板２つを互いに干渉しないように設け、スペースダイバーシティアンテナを構成しても良い。さらに、誘電体基板を小型のスティック型のカードに実装することも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、小型化が可能であり且つ広帯域化が可能な新規な形状のアンテナ及び当該アンテナ用の誘電体基板を提供することができる。
【００７６】
また他の側面として、小型化が可能であり且つ十分なアンテナ特性を有する新規な形状のデュアルバンドアンテナ及び当該デュアルバンドアンテナ用の誘電体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図５】第２エレメントが第１エレメントに影響を与える領域を説明するための図である。
【図６】（ａ）は本発明の第４の実施の形態における実装例を示す正面図、（ｂ）は底面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態における２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態において、（ａ）乃至（ｃ）は２．４５ＧＨｚの電波についての放射パターンを、（ｄ）乃至（ｆ）は５．４ＧＨｚの電波についての放射パターンを示す。
【図１０】本発明の第４の実施の形態におけるゲイン特性を示す図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ用誘電体基板の層構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態における５ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における２．４ＧＨｚ帯のインピーダンス特性を示す図である。
【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第６の実施の形態に係るアンテナ用誘電体基板の層構成例を示す図である。
【図１５】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第７の実施の形態に係るアンテナ用誘電体基板の層構成例を示す図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｃ）は従来のアンテナの構成を示す図である。
【図１７】従来のアンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 平面エレメント
２ グランドパターン
３ 高周波電源
４ 対称線
５ アンテナ用誘電体基板
６ プリント基板
７ 共振エレメント
Claims (12)
- 給電位置において給電される平面エレメントと共振エレメントとを有するアンテナ用誘電体基板と、
グランドパターンと、
を具備し、
前記平面エレメントと前記グランドパターンとが非対向状態であり、互いの面が平行又は実質的に平行であり、
前記平面エレメントの２つの側縁部が、曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成され、
前記側縁部と前記グランドパターンとの距離が、前記給電位置を通る第１の直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加し、
前記平面エレメントは、前記給電位置から遠い方の、前記側縁部の端点間を結ぶ第２の直線上の点にて前記共振エレメントに接続され、
前記共振エレメントの先端部分は、前記第２の直線より前記給電位置側まで伸びており、
前記平面エレメントと前記共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、前記共振エレメントの先端部分が、前記仮想平面に投影された前記平面エレメントの前記側縁部の脇に定義された所定の領域に重なることなく配置される
ことを特徴とするアンテナ。 - 給電位置において給電される平面エレメントと共振エレメントとを有するアンテナ用誘電体基板と、
グランドパターンと、
を具備し、
前記平面エレメントと前記グランドパターンとが非対向状態であり、互いの面が平行又は実質的に平行であり、
前記平面エレメントの２つの側縁部が、曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成され、
前記側縁部と前記グランドパターンとの距離が、前記給電位置を通る第１の直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加し、
前記平面エレメントは、前記給電位置から遠い方の、前記側縁部の端点間を結ぶ第２の直線上の点にて前記共振エレメントに接続され、
前記共振エレメントの先端部分は、前記第２の直線より前記給電位置側まで伸びており、
前記平面エレメントと前記共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、前記共振エレメントの先端部分が、少なくとも、前記仮想平面に投影された前記第１の直線に対して平行であり、且つ当該給電位置から遠い方の、前記仮想平面に投影された前記側縁部の端点を始点として前記給電位置方向に伸びた半直線より前記平面エレメント側の領域と重なることなく配置される
ことを特徴とするアンテナ。 - 前記共振エレメントが、前記第１の直線に対して対称であることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ。
- 前記共振エレメントが、前記第１の直線に対して非対称であることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ。
- 前記平面エレメントと前記共振エレメントが、同一の層に形成されることを特徴とする請求項１及至４のいずれか１つ記載のアンテナ。
- 前記平面エレメントと前記共振エレメントの少なくとも一部とが異なる層に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つ記載のアンテナ。
- アンテナ用誘電体基板であって、
誘電体の層と、
２つの側縁部が曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成される導体の平面エレメントを含む層と、
共振エレメントと、
を有し、
前記アンテナ用誘電体基板の側面のうち前記平面エレメントの給電位置に最も近い面と前記側縁部との距離が、前記給電位置を通る第１の直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加し、
前記平面エレメントは、前記給電位置から遠い方の、前記側縁部の端点間を結ぶ第２の直線上の点にて前記共振エレメントに接続され、
前記共振エレメントの先端部分は、前記第２の直線より前記給電位置側まで伸びており、
前記平面エレメントと前記共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、前記共振エレメントの先端部分が、前記仮想平面に投影された前記平面エレメントの前記側縁部の脇に定義された所定の領域に重なることなく配置される
ことを特徴とするアンテナ用誘電体基板。 - アンテナ用誘電体基板であって、
誘電体の層と、
２つの側縁部が曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうちいずれかで構成される導体の平面エレメントを含む層と、
共振エレメントと、
を有し、
前記アンテナ用誘電体基板の側面のうち前記平面エレメントの給電位置に最も近い面と前記側縁部との距離が、前記給電位置を通る第１の直線から離れるに従い、連続的且つ飽和的に増加し、
前記平面エレメントは、前記給電位置から遠い方の、前記側縁部の端点間を結ぶ第２の直線上の点にて前記共振エレメントに接続され、
前記共振エレメントの先端部分は、前記第２の直線より前記給電位置側まで伸びており、
前記平面エレメントと前記共振エレメントをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、前記共振エレメントの先端部分が、少なくとも、前記仮想平面に投影された前記第１の直線に対して平行であり、且つ当該給電位置から遠い方の、前記仮想平面に投影された前記側縁部の端点を始点として前記給電位置方向に伸びた半直線より前記平面エレメント側の領域と重なることなく配置される
ことを特徴とするアンテナ用誘電体基板。 - 前記共振エレメントが、前記第１の直線に対して対称であることを特徴とする請求項７又は８記載のアンテナ用誘電体基板。
- 前記共振エレメントが、前記第１の直線に対して非対称であることを特徴とする請求項７又は８記載のアンテナ用誘電体基板。
- 前記平面エレメントと前記共振エレメントが、同一の層に形成されることを特徴とする請求項７及至１０のいずれか１つ記載のアンテナ用誘電体基板。
- 前記平面エレメントと前記共振エレメントの少なくとも一部とが異なる層に形成されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１つ記載のアンテナ用誘電体基板。
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