JP4734383B2

JP4734383B2 - 広帯域アンテナ

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Publication number: JP4734383B2
Application number: JP2008198766A
Authority: JP
Inventors: 正雄手嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: JP2008295090A

Description

本発明は、線状導体と平面導体を有し、多共振化および広帯域化が可能な広帯域アンテナに関する。

（背景技術１）
広帯域のアンテナ装置がある（例えば、特許文献１の図１０参照。）。この特許文献１のアンテナ装置は、地板６の面と平行に平面状のマイクロストリップアンテナ４２が併設され、このマイクロストリップアンテナ４２の一端にモノポールアンテナ１の一端を接続した構成となっている。このアンテナ装置は単一共振であり、モノポールアンテナ１の長さは、共振周波数の波長の約半波長である。平面状のマイクロストリップアンテナ４２の長さａも約半波長である。平面状のマイクロストリップアンテナ４２の幅ｂを大きく取れば、アンテナの電気的体積が大きくなるため広い帯域幅を得ている。

（背景技術２）
多共振の平面多重アンテナがある（例えば、特許文献２の図５参照。）。この特許文献５の平面多重アンテナは、矩形導体パターン４３と線状のＵ字状導体パターン４５を有し、矩形導体パターン４３は、グランド基板導体４９と同一平面上に配置される。この平面多重アンテナは多共振であり、Ｕ字状導体パターン４５全体で電流が共振するときの周波数である第１の共振周波数ｆ１と、Ｕ字状に形成された部分の内側が共振するときの周波数である第２の共振周波数ｆ２（ｆ１＜ｆ２）とを有している。
特開２００２−６４３２４号公報（第７頁、段落番号００９６〜０１０２、図１０）特開２００５−９４５０１号公報（第４〜５頁、段落番号００２１、００２２、００３１〜００３３、図５）

背景技術１の平面アンテナにおいては、広帯域化を実現しているが、多共振化を実現できていない。背景技術２の平面多重アンテナにおいては、多共振の共振周波数は、Ｕ字状導体パターン４５の全体および内側の部分の長さで決まるが、広帯域化するための具体的な記載がない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、広帯域化かつ多共振化を実現できる広帯域アンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の広帯域アンテナは、第１の辺を有してなる地板と、前記地板のなす面と略同一の面内にあって、互いに交差する第２の辺及び第３の辺を有する多角形をなし、前記第２の辺及び前記第３の辺が交差する一角に給電点が設けられてなると共に、前記第２の辺及び前記第３の辺が前記第１の辺にそれぞれ対向及び略直交する向きに配設された平面導体と、前記地板のなす面と略同一の面内にあり、前記第３の辺の前記給電点と反対側の端近辺に繋がると共に開放端を有してなる線状導体とを備え、前記給電点から前記第２の辺を経由して前記平面導体の前記給電点が設けられた一角の対角までの距離によって定まる第１の共振周波数と、前記給電点から前記第３の辺を経由して前記線状導体の開放端までの距離によって定まり前記第１の共振周波数より低い第２の共振周波数を有することを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、広帯域化かつ多共振化を実現できると共に、共振周波数とアンテナ各部寸法との関係を明確にした広帯域アンテナを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直（鉛直）をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直（鉛直）を意味するものとする。また、各図の間で同一の符号は、同一の構成を表すものとする。

以下、図１ないし図４を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１は、実施例１に係る広帯域アンテナの構成を説明する図である。

（ａ）について説明する。アンテナ１００は、平面導体１、線状導体２、給電点３、地板４などから構成される。平面導体１は、四角形の平板状であり、その一角に給電点３が設けられて、給電される。この一角に繋がる辺１ａ（第２の辺）は、地板４の辺４ａ（第１の辺）と微小なギャップＧだけ略並行に離れている。また、この一角に繋がるもう１つの辺１ｂ（第３の辺）は、地板４の辺４ａに対して垂直方向にある。そして、この辺１ｂの給電点３とは反対側の端近辺に線状導体２が繋がる。

なお、線状導体２が繋がるポイントは、辺１ｂの給電点３とは反対側の端に完全に一致する必要はなく、反対側の端の近辺、例えば、反対側の端から少し給電点３寄りであってもよい。また、線状導体２が反対側の端から給電点３とは反対の垂直方向に少し飛び出して、そこから水平方向に延びる構造であってもよい。

線状導体２は、線状の放射素子であり、地板４の辺４ａに対して略平行に配置される。なお、線状導体２は、棒状であっても良いし、幅の狭い平板状であってもよい。平面導体１の面と地板４の面は同一面上にあり、この同一面上に線状導体２も配置される。

点線で示した低域距離Ｌは、多共振の１つの低域共振周波数に関連した距離であり、給電点３から平面導体１の辺１ｂを経由して線状導体２の開放端までの距離である。点線で示した高域距離Ｈは、多共振の１つの高域共振周波数に関連した距離であり、給電点３から平面導体１の辺１ａを経由して給電点３の対角までの辺に沿った距離である。

（ｂ）について、（ａ）との相違点について説明する。線状導体２は、地板４の辺４ａに対して略垂直に配置されるところが異なる。点線で示した低域距離Ｌは、（ａ）と同様に、給電点３から平面導体１の辺１ｂを経由して線状導体２の開放端までの距離である。点線で示した高域距離Ｈは、（ａ）と同じく、給電点３から平面導体１の辺１ａを経由して給電点３の対角までの辺に沿った距離である。

（ａ）（ｂ）の低域距離Ｌと低域共振周波数との関係、高域距離Ｈと高域共振周波数との関係、ギャップＧなどについて、次に説明する。図２は、実施例１（図１（ａ）（ｂ））に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図である。条件は、高域距離Ｈ＝１９ｍｍ、低域距離Ｌ＝３０ｍｍ、ギャップＧ＝０．５ｍｍである。

（ａ）はＶＳＷＲのシミュレーション図である。ＶＳＷＲが３以下の良好な領域が低域と高域に表れる。その双方共、広帯域になっている。

（ｂ）は、入力インピーダンスのシミュレーション図である。入力インピーダンスのリアクタンス分＝０の負から正へのクロス点が共振点である。低域共振周波数ｆＬ＝２．３６ＧＨｚであり、その波長λＬ＝１２７．１ｍｍである。低域距離Ｌ＝３０ｍｍは、波長λＬに対して、０．２４倍、すなわち、略４分の１である。高域共振周波数ｆＨ＝５．０２ＧＨｚであり、その波長λＨ＝５９．８ｍｍである。高域距離Ｈ＝１９ｍｍは、波長λＨに対して、０．３２倍、すなわち、略０．３倍である。

図３は、実施例１（図１（ａ）（ｂ））に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図である。条件は、図１の平面導体１の幅に相当する辺１ａを６〜１４ｍｍと変化させている。平面導体１の高さ部分は１１ｍｍであり、従って、高域距離Ｈ＝（１１＋６）〜（１１＋１４）ｍｍで変化する。低域距離Ｌ＝３０ｍｍ、ギャップＧ＝０．５ｍｍ固定である。

（ａ）はＶＳＷＲのシミュレーション図である。低域の領域に注目すると、ＶＳＷＲが３以下の良好な帯域幅が、辺１ａ＝６ｍｍの場合に比べて、辺１ａ＝１４ｍｍの方が帯域幅が広がっている。

（ｂ）は、入力インピーダンスのシミュレーション図である。辺１ａを変化、すなわち、高域距離Ｈを変化させても、低域共振周波数ｆＬ＝２．３６ＧＨｚと変わらず、その波長λＬ＝１２７．１ｍｍである。低域距離Ｌ＝３０ｍｍは、波長λＬに対して、０．２４倍、すなわち、略４分の１である。すなわち、低域距離Ｌで独立に低域共振周波数ｆＬを決めることができる。

高域共振周波数ｆHは、辺１ａ＝１４ｍｍ（高域距離Ｈ＝２５ｍｍ）のとき、略３．６ＧＨｚであり、その波長λＨ＝８３ｍｍである。高域距離Ｈ＝２５ｍｍは、波長λＨに対して、０．３０倍である。また、辺１ａ＝６ｍｍ（高域距離Ｈ＝１７ｍｍ）のとき、略５．８ＧＨｚであり、その波長λＨ＝５１．７ｍｍである。高域距離Ｈ＝１７ｍｍは、波長λＨに対して、０．３３倍、すなわち、略０．３倍である。

図４は、実施例１（図１（ａ）（ｂ））に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図である。条件は、図１のギャップＧを１〜６ｍｍと変化させている。高域距離Ｈ＝１９ｍｍ、低域距離Ｌ＝３０ｍｍ固定である。

低域と高域に共振点が発生する。この低域と高域の共振点が共にＶＳＷＲ＝３以下の良好な状態になるのは、ギャップＧが５ｍｍ以下である。ギャップＧが６ｍｍでは、高域の共振点がＮＧとなる。

低域共振周波数ｆＬは、ギャップＧの変化により多少ばらつくが、略２．１〜２．６ＧＨｚであり、その波長λＬは、１１５〜１４２ｍｍである。低域距離Ｌ＝３０ｍｍは、波長λＬに対して、０．２１〜０．２６倍、すなわち、略４分の１λＬである。

高域共振周波数ｆＨは、ギャップＧの変化により多少ばらつくが、略４．３〜５．３ＧＨｚであり、その波長λＨは、５７〜７０ｍｍである。高域距離Ｈ＝１９ｍｍは、波長λＨに対して、０．２７〜０．３４倍、すなわち、略０．３λＨである。

ギャップＧは、高域距離Ｈ＝１９ｍｍの略０．３倍以下、すなわちギャップＧ＝５．４ｍｍ以下であれば、ＶＳＷＲ＝３以下の良好な状態が得られる。

実施例１によれば、広帯域化かつ多共振化を実現できると共に、共振周波数とアンテナ各部寸法との関係を明確にした広帯域アンテナを得ることができる。

図５及び図６を参照して、本発明の実施例２を説明する。図５は、実施例２に係る広帯域アンテナの構成を説明する図である。図１（ａ）との相違点について説明する。アンテナ２００の平面導体１は、矩形ではなく、左辺が斜めになり、上側の辺１ｃの幅が広がっているところが異なる。辺１ｃは、辺１ａより長い。点線で示した高域距離Ｈは、多共振の１つの高域共振周波数に関連した距離であり、図１と同様に、給電点３から平面導体１の辺１ａを経由して給電点３の対角までの辺に沿った距離である。

図６は、実施例２（図５）に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図である。条件は、高域距離Ｈ＝２５ｍｍ、この内、辺１ａ＝１０ｍｍ、低域距離Ｌ＝３０ｍｍ、ギャップＧ＝０．５ｍｍである。

（ａ）はＶＳＷＲのシミュレーション図である。ＶＳＷＲが３以下の良好な領域が低域と高域とで繋がり、超広帯域になっている。

（ｂ）は、入力インピーダンスのシミュレーション図である。共振点が３箇所発生している。低域共振周波数ｆＬ＝２．３０ＧＨｚであり、その波長λＬ＝１３０．４ｍｍである。低域距離Ｌ＝３０ｍｍは、波長λＬに対して、０．２３倍、すなわち、略４分の１である。高域共振周波数ｆＨ＝３．６１ＧＨｚであり、その波長λＨ＝８３．１ｍｍである。高域距離Ｈ＝２５ｍｍは、波長λＨに対して、０．３０倍である。

更に高域側に、共振周波数ｆＨ＝７．０６ＧＨｚが発生し、その波長λＨ＝４２．５ｍｍである。この共振点は、辺１ａ＝１０ｍｍに関連しており、辺１ａ＝１０ｍｍは、波長λＨ＝４２．５ｍｍに対して、０．２４倍、すなわち、略４分の１である。

これは、平面導体１の上辺部分の幅を調整することにより、線状導体２の部分の低域共振と平面導体１の高域共振の間のマッチング調整が可能であり、これにより超広帯域化を得ることができる。

実施例２によれば、共振点同士が繋がり、超広帯域が可能となると共に、共振周波数とアンテナ各部寸法との関係を明確にした広帯域アンテナを得ることができる。

以下、図７を参照して、本発明の実施例３を説明する。図７は、実施例３に係る広帯域アンテナの構成を説明する図である。実施例１、実施例２のアンテナの平面導体１の他の形状例である。地板４の図示は省略する。

（ａ）は、アンテナ３００は、平面導体１の辺１ａが地板４の辺４ａと完全に平行ではなく、多少傾いている。この部分の平均的なギャップＧが、図４で説明したように、高域距離Ｈの略０．３倍以下であれば、良好な多共振を発生することができる。

（ｂ）は、平面導体１が５角形である。点線で示した高域距離Ｈは、高域共振周波数に関連した距離であり、図５と同様に、給電点３から平面導体１の辺１ａを経由して給電点３の対角までの辺に沿った距離である。

（ｃ）は、（ｂ）を更に変形したものであり、平面導体１ｈは５角形である。点線で示した高域距離Ｈは、高域共振周波数に関連した距離であり、図５と同様に、給電点３から平面導体１の辺１ａを経由して給電点３の対角までの辺に沿った距離である。

なお、図示しないが、平面導体１の角の部分を多少丸みを持った形状としてもよい。また、点線で示した高域距離Ｈに関連する辺は直線だけではなく、丸みを持った円弧状であってもよい。同様に、点線で示した低域距離Ｌに関連する辺１ｂも直線だけではなく、丸みを持った円弧状であってもよい。その場合、高域距離Ｈや低域距離Ｌは、円弧状に沿った距離となる。また、線状導体２は、地板４の辺４ａに対して平行、又は垂直だけではなく、斜めであってもよい。

実施例３によれば、実施例１や実施例２と同様に、広帯域化かつ多共振化を実現できると共に、共振周波数とアンテナ各部寸法との関係を明確にした広帯域アンテナを得ることができる。

以下、図８を参照して、本発明の実施例４を説明する。図８は、実施例４に係る広帯域アンテナの構成を説明する図である。実施例４は、実施例１〜３に比べて、線状導体２の形状が異なる。アンテナ４００の線状導体２は開放されずに折り返されて、先端が給電点３の近傍で地板４の辺４ａに接地される。一般に、線状導体と地板が近接して設置された場合に、アンテナの入力インピーダンスが低下し、インピーダンスマッチングが取れなくなり、アンテナ特性が劣化する。

実施例４によれば、線状導体２を図８に示すように折り返した構成にすることにより、入力インピーダンスの低下を低減することが可能となり、良好なアンテナ特性を得ることが可能となる。

なお、各実施例の平面導体１と線状導体２は、組合わせを色々と変えてもよい。

本発明の実施例１に係る広帯域アンテナの構成を説明する図。本発明の実施例１に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図。本発明の実施例１に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図（辺１ａを変化）。本発明の実施例１に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図（ギャップＧを変化）。本発明の実施例２に係る広帯域アンテナの構成を説明する図。本発明の実施例２に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図。本発明の実施例３に係る広帯域アンテナの構成を説明する図。本発明の実施例４に係る広帯域アンテナの構成を説明する図。

符号の説明

１平面導体
１ａ、１ｂ、１ｃ辺
２線状導体
３給電点
４地板
４ａ辺
１００、２００、３００、４００アンテナ

Claims

第１の辺を有してなる地板と、
前記地板のなす面と略同一の面内にあって、互いに交差する第２の辺及び第３の辺を有する多角形をなし、前記第２の辺及び前記第３の辺が交差する一角に給電点が設けられてなると共に、前記第２の辺及び前記第３の辺が前記第１の辺にそれぞれ対向及び略直交する向きに配設された平面導体と、
前記地板のなす面と略同一の面内にあり、前記第３の辺の前記給電点と反対側の端近辺に繋がると共に開放端を有してなる線状導体とを備え、
前記給電点から前記第２の辺を経由して前記平面導体の前記給電点が設けられた一角の対角までの距離によって定まる第１の共振周波数と、前記給電点から前記第３の辺を経由して前記線状導体の開放端までの距離によって定まり前記第１の共振周波数より低い第２の共振周波数を有することを特徴とする広帯域アンテナ。
前記第１の辺及び前記第２の辺は、互いに略平行することを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ。
前記第１の辺と前記第２の辺の平均の間隔が、前記給電点から前記第２の辺を経由して前記平面導体の前記給電点が設けられた一角の対角までの距離の略０．３倍に相当する値以下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。