JP4844748B2 - 広帯域アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、広帯域アンテナ装置に関し、特に、ＵＷＢ（Ultra Wide band）用アンテナに関する。

ＵＷＢとは、その名の通り超広帯域無線を意味し、中心周波数の２５％以上、または１．５ＧＨｚ以上の帯域幅を占有する無線伝送方式を指す広義の用語である。一言でいうと、超広帯域の短パルス（通常１ｎｓ以下）を用いて通信し、無線に革命を起こすような技術である。

従来の無線とＵＷＢとの決定的な違いは、搬送波の有無だといえる。従来の無線では、搬送波と呼ばれるある周波数の正弦波を様々な方法で変調し、データを送受信する。これに対して、ＵＷＢではその搬送波を使わない。ＵＷＢの定義にも書いたように、超広帯域の短パルスを用いる。

ＵＷＢはその名のとおり、超広帯域な周波数帯域をもっている。一方、従来の無線は狭い周波数帯域しかもっていない。それは、周波数帯域の狭いほうが電波を活用できるからである。電波は有限な資源である。では、どうしてＵＷＢは超広帯域であるにも拘らず、注目されているかというと、各周波数での出力エネルギーにある。ＵＷＢは周波数帯域が広い代わりに各周波数での出力が非常に小さい。その大きさは、ノイズに埋もれてしまうくらいなので、他の無線通信との干渉は非常に少ないといえる。ＦＣＣ（Federal Communications Commission：米連邦通信委員会）が許可するのに条件付きとしたのも、他の無線通信との干渉が問題とならないように配慮したためである。

ＵＷＢは超広帯域であるため、既存の無線通信サービスと帯域がかぶってしまう。そのため、現在はＵＷＢの帯域は３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚの間に限定されている状況にある。

また、アンテナは基本的に共振現象を利用している。アンテナはその長さによって共振する周波数が決まってしまうのであるが、多くの周波数成分を含むＵＷＢでは共振させることが難しい。したがって、送信したい電波の周波数帯域が広くなればなるほど、その分アンテナの設計が難しくなる。

太陽誘電は、近距離無線通信の世界で、大容量データ伝送と低消費電力を同時に実現できる次世代技術として、今最も注目を集めているＵＷＢ向けに、１０ｍｍ×８ｍｍの形状で厚さわずか１ｍｍという超小型のセラミックチップアンテナの開発に成功した。このアンテナの開発により、今まで軍事用途に限られていたＵＷＢを、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）テレビやデジタルカメラ等デジタル機器同士のデータを超高速でつなぐなどの民生用途に広げ、モバイルまで視野に入れた機器の小型化が可能となる。

尚、このようなＵＷＢ用アンテナは、Bluetooth（商標）や無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の用途に使用され得る。

Bluetoothは、比較的狭い範囲での音声およびデータのワイヤレス通信を、デスクトップおよびノートトップコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯電話、プリンタ、スキャナ、デジタルカメラ、さらには家電製品の間で実現する先端テクノロジーのための一般公開された規格である。Bluetoothは、地球のどこでも利用できる２．４ＧＨｚ帯域の電波を使って動作するので世界中で利用できる。簡単に言えば、Bluetoothを利用するとデジタル周辺機器との接続にケーブルは不要となり、ケーブル接続にともなう面倒はすべて過去のものとなる。

無線ＬＡＮとは、電波や赤外線など、有線ケーブル以外の伝送路を利用したＬＡＮをいう。

従来から種々の広帯域アンテナ装置が提案されている。例えば、目的とする周波数特性に合わせ込んだ広帯域アンテナ装置を形成し、不必要な周波数帯域からの被干渉、目的外の周波数帯域への与干渉を低減させることができる広帯域アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている広帯域アンテナ装置は、平面導体地板と、この平面導体地板の面上に当該平面導体地板と交差する方向に立てられて使用される平面放射導体とを有する。平面放射導体の外周部、あるいは、その近傍に給電点が設けられている。平面放射導体には、当該平面放射導体の一部分を切り取ることにより形成する切取部分を１つ以上設けている。

また、コスト面や使用目的、あるいは、機器への実装面などの問題に対応し、製造コストを安価にし、広帯域で、かつ、小型の広帯域アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示されている広帯域アンテナ装置は、平面導体地板と、この平面導体地板の面上に当該平面導体地板と交差する方向に立てられて使用される多角形平面放射導体とを有する。そして、多角形平面放射導体の頂点を給電点としている。

さらに、放射導体として平面状放射導体を用いた広帯域アンテナ装置であって、より小型化が可能な広帯域アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に開示されている広帯域アンテナ装置は、平面導体地板と、この平面導体地板の面上に当該平面導体地板と交差する方向に立てるように配置されている平面放射導体とを有する。平面放射導体は、平面導体地板の面上に立てられた状態にあるときに、平面導体地板と交差する方向に並べて配置するようにされる複数の導体部分を有する。導電率が概ね０．１以上１０．０以下となる低導電率部材によって、複数の導体部分の間を接続して形成している。

一方、本発明者らは、広帯域化が可能で、周波数特性の改善を図ることが可能な、ＵＷＢ用アンテナを既に提案している（例えば、特許文献４参照）。この特許文献４に開示されたＵＷＢ用アンテナは、上側誘電体と、下側誘電体と、それらの間に挟まれた導体パターンとから成る放射素子を備えている。導体パターンは、前面の略中央部に給電点を持ち、この給電点から右側面および左側面へそれぞれ所定の角度で広がる右側テーパ部および左側テーパ部を持つ逆三角形部分と、この逆三角形部分の上辺から膨出した主膨出部と、右側テーパ部から膨出した右側膨出部と、左側テーパ部から膨出した左側膨出部とから構成されている。以下では、このような導体パターンの形状を扇形と呼ぶことにする。尚、このような構造を有するＵＷＢ用アンテナでは、導体パターンと同一平面内にグランド板が延存在しているので、平面形扇形アンテナと呼ばれる。

また、本発明者らは、円形反射板（グランド板）に垂直に扇形素子（扇形放射素子）を配置して、広帯域にわたって低いＶＳＷＲを示す縦形広帯域扇形アンテナを発表している（例えば、非特許文献１参照）。

更に、本発明者らは、扇形放射素子を十字形構造として、高域での直交偏波成分を低減した縦形広帯域扇形アンテナをも発表している（例えば、非特許文献２参照）。

特開２００３−２７３６３８号公報 特開２００３−２８３２３３号公報 特開２００３−３０４１１４号公報 特開２００５−２９５３９０号公報 森下、山内、中野、"縦形広帯域扇形アンテナ、"電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１−１５８、北海道、９月２００５年 森下、山内、中野、"縦形広帯域扇形アンテナ 第２報、"電子情報通信学会２００６総合大会、Ｂ−１−１６４、国士舘大学 世田谷キャンパス、３月２００６年

この技術分野において周知のように、一般的に、アンテナ装置として必要なアンテナ特性としては、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は出来るだけ１に近いことが好ましい。望ましくは、ＶＳＷＲは２以下であれば良いとされている。

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された広帯域アンテナ装置では、ＶＳＷＲが２以下となる低域限界周波数を低くすることができないという問題がある。

一方、特許文献３に開示された広帯域アンテナ装置は、ＶＳＷＲが２以下となる低域限界周波数を２．３２ＧＨｚまでに低減する実施の形態を開示している。しかしながら、特許文献３では、低域限界周波数をそれよりも更に低い周波数まで低減する実施の形態については何ら開示していない。

また、特許文献４に開示されたＵＷＢ用アンテナ（平面形扇形アンテナ）では、ＶＳＷＲが２以下となる低域限界周波数が４．６ＧＨｚと高く、低域限界周波数を低くすることは困難である。

非特許文献１及び非特許文献２では、広帯域にわたって低いＶＳＷＲを示す広帯域アンテナ装置を提案している。しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２に開示された広帯域アンテナ装置のＶＳＷＲ特性では、ＵＷＢ以外の用途に使用されている特定の周波数においては妨害となる可能性がある。例えば、自動料金収受システム（ＥＴＣ）では、５．８ＧＨｚの搬送周波数を使用して、ゲートと車載コンピュータとの間で通信を行うので、５．８ＧＨｚの周波数において妨害となってしまう。そこで、特定の周波数において阻止帯域（ストップバンド）を設定することが望まれている。

したがって、本発明の課題は、特定の周波数において阻止帯域を設定することができる、広帯域アンテナ装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、グランド板（１２Ａ）と、該グランド板上で所定の軸方向（ｚ）に延在して配置された放射素子とを有する広帯域アンテナ装置において、前記放射素子（１４Ａ）が扇形をしており、前記扇形放射素子（１４Ａ）には、阻止帯域を設定する複数のスリット（１４６、１４７）が形成されており、
前記グランド板（１２Ａ）は、前記扇形放射素子（１４Ａ）が延在する面と同一平面内に延在しており、
前記グランド板（１２Ａ）は、グランド給電点（１２１）を持ち、前記扇形放射素子（１４Ａ）は、前記グランド給電点と近接した信号給電点（１４１）を持ち、
前記扇形放射素子（１４Ａ）は、上部円弧曲線（Ｃ１）と、右側エッジ曲線（Ｃ２）と、左側エッジ曲線（Ｃ３）とによって囲まれた平板形状をしており、
前記右側エッジ曲線（Ｃ２）は、前記信号給電点（１４１）と右側接点（１４２）とを結ぶものであり、
前記左側エッジ曲線（Ｃ３）は、前記信号給電点（１４１）と左側接点（１４３）とを結ぶものであり、
前記上部円弧曲線（Ｃ１）は、前記右側接点（１４２）と前記左側接点（１４３）とを結ぶものであり、
前記扇形放射素子（１４Ａ）は、前記信号給電点（１４１）から前記所定の軸方向（ｚ）へ所定の距離（ｒ）だけ離れた中心点（１４０）を持ち、
前記扇形放射素子（１４Ａ）は、前記中心点（１４０）と前記信号給電点（１４１）とを結ぶ第１の線分（Ｌ１）と、前記中心点（１４０）と前記右側接点（１４２）とを結ぶ第２の線分（Ｌ２）と、前記中心点（１４０）と前記左側接点（１４３）とを結ぶ第３の線分（Ｌ３）と、によって第１乃至第３の領域（Ａ１、Ａ２、Ａ３）に分割されており、
前記第１の領域（Ａ１）は、前記第２の線分（Ｌ２）と、前記第３の線分（Ｌ３）と、前記上部円弧曲線（Ｃ１）とによって囲まれた上部円弧部分から成り、
前記第２の領域（Ａ２）は、前記第１の線分（Ｌ１）と、前記第２の線分（Ｌ２）と、前記右側エッジ曲線（Ｃ２）とによって囲まれた右下部分から成り、
前記第３の領域（Ａ３）は、前記第１の線分（Ｌ１）と、前記第３の線分（Ｌ３）と、前記右側エッジ曲線（Ｃ３）とによって囲まれた左下部分から成り、
前記複数のスリット（１４６、１４７）は、前記第２及び前記第３の領域（Ａ２、Ａ３）に形成されており、
前記複数のスリット（１４６、１４７）の各々の長さは、前記阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しい、ことを特徴とする広帯域アンテナ装置（１０Ｄ）が得られる。

上記本発明の第１の態様による広帯域アンテナ装置（１０Ｄ）において、前記扇形放射素子（１４Ａ）は、基板（１６）とセラミック板（１８）との間に挟まれており、前記グランド板（１２Ａ）は、前記基板（１６）上に形成されていることが好ましい。前記右側エッジ曲線（Ｃ２）と前記左側エッジ曲線（Ｃ３）とは、前記所定の軸方向（ｚ）に関して線対称であり、前記複数のスリット（１４６，１４７）は、前記所定の軸方向（ｚ）に関して線対称に形成されていることが好ましい。前記上部円弧部分（Ａ１）は、前記中心点（１４０）を中心とし、前記所定の距離（ｒ）を半径とし、所定の内角（２α）を持つもので良い。

本発明の第２の態様によれば、水平面内で延在するグランド板（１２）と、該グランド板の面上に当該グランド板と直交する垂直方向に立てるように配置された放射素子とを有する広帯域アンテナ装置において、前記放射素子（１４Ａ）が扇形をしており、前記扇形放射素子（１４Ａ）には、阻止帯域を設定する複数のスリット（１４６、１４７）が形成されており、
前記グランド板（１２）は、中心にグランド給電点（１２１）を持つ所定の半径（Ｒ _ＧＰ ）の円板形状をしており、前記扇形放射素子（１４Ａ）は、前記グランド給電点と近接した信号給電点（１４１）を持ち、
前記扇形放射素子（１４）は、上部円弧曲線（Ｃ１）と、右側エッジ曲線（Ｃ２）と、左側エッジ曲線（Ｃ３）とによって囲まれた平板形状をしており、
前記右側エッジ曲線（Ｃ２）は、前記信号給電点(１４１)と右側接点(１４２)とを結ぶものであり、
前記左側エッジ曲線(Ｃ３)は、前記信号給電点（１４１）と左側接点(１４３)とを結ぶものであり、
前記上部円弧曲線(Ｃ１)は、前記右側接点(１４２)と前記左側接点(１４３)とを結ぶものであり、
前記扇形放射素子（１４Ａ）は、前記信号給電点（１４１）から前記垂直方向（ｚ）へ所定の距離（ｒ）だけ離れた中心点(１４０)を持ち、
前記扇形放射素子（１４Ａ）は、前記中心点（１４０）と前記信号給電点（１４１）とを結ぶ第１の線分（Ｌ１）と、前記中心点(１４０)と前記右側接点(１４２)とを結ぶ第２の線分（Ｌ２)と、前記中心点(１４０)と前記左側接点（１４３）とを結ぶ第３の線分（Ｌ３）と、によって第１乃至第３の領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）に分割されており、
前記第１の領域(Ａ１)は、前記第２の線分（Ｌ２）と、前記第３の線分(Ｌ３)と、前記上部円弧曲線（Ｃ１）とによって囲まれた上部円弧部分から成り、
前記第２の領域(Ａ２)は、前記第１の線分(Ｌ１)と、前記第２の線分(Ｌ２)と、前記右側エッジ曲線(Ｃ２)とによって囲まれた右下部分から成り、
前記第３の領域（Ａ３）は、前記第１の線分（Ｌ１）と、前記第３の線分(Ｌ３)と、前記右側エッジ曲線（Ｃ３）とによって囲まれた左下部分から成り、
前記複数のスリット（１４６、１４７）は、前記第２及び前記第３の領域（Ａ２、Ａ３）に形成されており、
前記複数のスリット（１４６、１４７）の各々の長さは、前記阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しい、ことを特徴とする広帯域アンテナ装置（１０Ｃ）が得られる。

上記本発明の第２の態様による広帯域アンテナ装置（１０Ｃ）において、前記右側エッジ曲線（Ｃ２）と前記左側エッジ曲線（Ｃ３）とは、前記垂直方向（ｚ）に関して線対称であり、前記複数のスリット（１４６、１４７）は、前記垂直方向（ｚ）に関して線対称に形成されていることが好ましい。前記上部円弧部分（Ａ１）は、前記中心点（１４０）を中心とし、前記所定の距離（ｒ）を半径とし、所定の内角（２α）を持つもので良い。

本発明の第３の態様によれば、水平面内で延在するグランド板（１２）と、該グランド板の面上に当該グランド板と直交する垂直方向に立てるように配置された放射素子とを有する広帯域アンテナ装置において、前記放射素子が、前記垂直方向の周りに等角度間隔で配置されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の扇形放射素子（１４Ａ−１〜１４Ａ−Ｎ）から構成され、前記Ｎ個の扇形放射素子の各々には、阻止帯域を設定する複数のスリット（１４６、１４７）が形成されており、
前記グランド板（１２）は、中心にグランド給電点（１２１）を持つ所定の半径の円板形状をしており、前記放射素子は、前記グランド給電点と近接した信号給電点（１４１）を持ち、
前記Ｎ個の扇形放射素子（１４Ａ−１〜１４Ａ−Ｎ）の各々は、上部円弧曲線（Ｃ１）と、右側エッジ曲線（Ｃ２）と、左側エッジ曲線（Ｃ３）とによって囲まれた平板形状をしており、
前記右側エッジ曲線（Ｃ２）は、前記信号給電点（１４１）と右側接点（１４２）とを結ぶものであり、
前記左側エッジ曲線（Ｃ３）は、前記信号給電点（１４１）と左側接点（１４３）とを結ぶものであり、
前記上部円弧曲線（Ｃ１）は、前記右側接点（１４２）と前記左側接点（１４３）とを結ぶものであり、
前記放射素子は、前記信号給電点（１４１）から前記垂直方向（ｚ）へ所定の距離（ｒ）だけ離れた中心点(１４０)を持ち、
前記Ｎ個の扇形放射素子（１４Ａ−１〜１４Ａ−Ｎ）の各々は、前記中心点と前記信号給電点とを結ぶ第１の線分（Ｌ１）と、前記中心点と前記右側接点とを結ぶ第２の線分(Ｌ２)と、前記中心点と前記左側接点とを結ぶ第３の線分（Ｌ３）と、によって第１乃至第３の領域(Ａ１〜Ａ３)に分割されており、
前記第１の領域（Ａ１）は、前記第２の線分（Ｌ２）と、前記第３の線分（Ｌ３）と、前記上部円弧曲線（Ｃ１）とによって囲まれた上部円弧部分から成り、
前記第２の領域（Ａ２）は、前記第１の線分（Ｌ１）と、前記第２の線分（Ｌ２）と、前記右側エッジ曲線（Ｃ２）とによって囲まれた右下部分から成り、
前記第３の領域（Ａ３）は、前記第１の線分（Ｌ１）と、前記第３の線分（Ｌ３）と、前記右側エッジ曲線（Ｃ３）とによって囲まれた左下部分から成り、
前記複数のスリット（１４６、１４７）は、前記第２及び前記第３の領域（Ａ２、Ａ３）に形成されており、
前記複数のスリット（１４６、１４７）の各々の長さは、前記阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しい、ことを特徴とする広帯域アンテナ装置（１０Ｂ）が得られる。

上記本発明の第３の態様による広帯域アンテナ装置（１０Ｂ）において、前記右側エッジ曲線（Ｃ２）と前記左側エッジ曲線（Ｃ３）とは、前記垂直方向（ｚ）に関して線対称であり、前記複数のスリット（１４６、１４７）は、前記垂直方向（ｚ）に関して線対称に形成されていることが好ましい。前記上部円弧部分（Ａ１）は、前記中心点（１４０）を中心とし、前記所定の距離（ｒ）を半径とし、所定の内角（２α）を持つもので良い。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、扇形放射素子に阻止帯域を設定する複数のスリットを形成し、複数のスリットを特定の領域に形成し、複数のスリットの各々の長さが阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しいので、特定の周波数における妨害を阻止することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の理解を容易するために、図１乃至図５を参照して、上記非特許文献１及び２に開示されている、従来の広帯域アンテナ装置について説明する。

最初に図１及び図２を参照して、第１の従来の広帯域アンテナ装置１０について説明する。図示の広帯域アンテナ装置１０は、上記非特許文献１に開示されている縦形広帯域扇形アンテナである。図１は広帯域アンテナ装置１０の斜視図であり、図２は広帯域アンテナ装置１０の正面図である。

広帯域アンテナ装置１０は、グランド板１２と放射素子１４とから構成されている。ここでは、図２に示されるように、放射素子１４の信号給電点１４１を原点にとっている。そして、図２の紙面と直交する前後方向にｘ軸をとり、紙面の左右方向にｙ軸をとり、紙面の上下方向（高さ方向）にｚ軸をとっている。グランド板１２は、ｘ−ｙ平面と平行な面内に延在している。図示のグランド板１２は、グランド給電点１２１を中心とした半径Ｒ_ＧＰの円形板である。尚、グランド板１２は反射板とも呼ばれる。図示の例では、半径Ｒ_ＧＰは２０ｍｍである。

このグランド板（反射板）１２の上に、ｙ−ｚ平面で規定される面内で、放射素子１４が垂直に配置されている。放射素子１４は扇形をしている。

詳述すると、扇形放射素子１４は、信号給電点１４１からｚ方向に所定の距離ｒだけ離れた位置に中心点１４０を持つ。扇形放射素子１４は、ｚ軸（上下方向）に関して線対称な形状をしている。扇形放射素子１４は、この中心点１４０から半径ｒだけ離れた位置で、かつｚ方向を基準として中心点１４０の周りで右側へ（時計回りに）角度αだけ傾いた位置に右側接点１４２を持ち、中心点１４０から半径ｒだけ離れた位置で、かつｚ方向を基準として中心点１４０の周りに左側へ（反時計回りに）角度αだけ傾いた位置に左側接点１４３を持つ。

扇形放射素子１４は、中心点１４０と、原点の信号給電点１４１と、右側接点１４２と、左側接点１４３とによって規定される、第１及び第３の領域Ａ１、Ａ２、およびＡ３に分割される。換言すれば、扇形放射素子１４は、中心点１４０と信号給電点１４１とを結ぶ第１の線分Ｌ１と、中心点１４０と右側接点１４２とを結ぶ第２の線分Ｌ２と、中心点１４０と左側接点１４３とを結ぶ第３の線分Ｌ３と、によって第１及び第３の領域Ａ１、Ａ２、およびＡ３に分割される。

扇形放射素子１４は、右側接点１４２と左側接点１４３とを結ぶ上部円弧曲線Ｃ１と、右側接点１４２と信号給電点１４１とを結ぶ右側エッジ曲線Ｃ２と、左側接点１４３と信号給電点１４１とを結ぶ左側エッジ曲線Ｃ３とによって囲まれた平板（平面）形状をしている。

上記第１の領域Ａ１は、第２の線分Ｌ２と、第３の線分Ｌ３と、上部円弧曲線Ｃ１とによって囲まれた上部円弧部分から成る。すなわち、第１の領域（上部円弧部分）Ａ１は、中心点１４０を中心とし、所定の距離ｒを半径とし、所定の内角２αを持つ。

第２の領域Ａ２は、第１の線分Ｌ１と、第２の線分Ｌ２と、右側エッジ曲線Ｃ２とによって囲まれた右下部分から成る。この第２の領域（右下部分）Ａ２の右側エッジ曲線Ｃ２は、右側接点１４２の座標点Ｐ_１を（ｙ_１、ｚ_１）で表すと、ｙ＝−[ｅｘｐ｛−ａ（ｚ−ｚ_１）｝−１]＋ｙ_１で定義される曲線で表される。

第３の領域Ａ３は、第１の線分Ｌ１と、第３の線分Ｌ３と、左側エッジ曲線Ｃ３とによって囲まれた左下部分である。この第３の領域（左下部分）Ａ３は、ｚ軸に関して上記第２の領域（右下部分）Ａ２と線対称な形状をしている。換言すれば、左側エッジ曲線Ｃ３は、ｚ軸に関して右側エッジ曲線Ｃ２と線対称な曲線である。とにかく、右側エッジ部分Ａ２と左側エッジ部分Ａ３の各々は、外側に膨出した形状をしている。

図示の例では、半径（所定の距離）ｒは２１，８ｍｍであり、内角２αは１２０°であり、座標点Ｐ_１のｙ座標位置ｙ_１はｒｓｉｎαであり、座標点Ｐ_１のｚ座標位置ｚ_１はｒｃｏｓα＋ｒである。また、扇形放射素子１４の高さＳは２ｒに等しい。

上述した第１の従来の広帯域アンテナ装置１０では、放射素子として、１個の扇形放射素子１４のみ備えているが、後述する第２の従来の広帯域アンテナ装置のように、放射素子は、ｚ軸の周りに等角度間隔で配置された複数個の扇形放射素子から構成されても良い。

図３及び図４を参照して、第２の従来の広帯域アンテナ装置１０Ａについて説明する。図示の広帯域アンテナ装置１０Ａは、上記非特許文献２に開示されている縦形広帯域扇形アンテナである。図３は広帯域アンテナ装置１０Ａの斜視図であり、図４は広帯域アンテナ装置１０Ａの正面図である。図示の広帯域アンテナ装置１０Ａは、１個の扇形放射素子１４の代わりに、第１及び第２の扇形放射素子１４−１および１４−２を備えている点を除いて、図１及び図２に示した広帯域アンテナ装置１０と同様の構成を有する。

第１の扇形放射素子１４−１は、ｘ−ｙ平面に配置されたグランド板（反射板）１２の上にｙ−ｚ平面で規定される面内で垂直に配置されている。第２の扇形放射素子１４−２は、ｘ−ｙ平面に配置されたグランド板（反射板）１２の上にｘ−ｚ平面で規定される面内で垂直に配置されている。すなわち、第１の扇形放射素子１４−１と第２の扇形放射素子１４−２とは、それぞれの信号給電点１４１と中心点１４０が重ね合わされて、ｚ軸の周りに９０°の等角度間隔で配置されている。換言すれば、広帯域アンテナ装置１０Ａを上面から見た場合、平面図として、扇形放射素子１４−１、１４−２は十字型の構造をしている。

第１及び第２の扇形放射素子１４−１、１４−２の各々は、前述した扇形放射素子１４と同様の形状（構造）をしているので、それらの詳しい説明については省略する。

上述した第２の従来の広帯域アンテナ装置１０Ａでは、扇形放射素子を２個備えた例について述べているが、一般的に、扇形放射素子の個数はＮ（Ｎは２以上の整数）であって良い。この場合、第１乃至第Ｎの扇形放射素子１４−１〜１４−Ｎは、グランド板（反射板）１２の上に、ｚ軸の周りに（１８０°／Ｎ）の等角度間隔で配置される。

この技術分野において周知のように、一般的に、アンテナ装置として必要なアンテナ特性としては、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は出来るだけ１に近いことが好ましい。望ましくは、ＶＳＷＲは２以下であれば良い。

図５に、図３及び図４に図示した第２の従来の広帯域アンテナ装置１０Ａと図１及び図２に図示した第１の従来の広帯域アンテナ装置１０のＶＳＷＲの周波数特性を示す。図示のＶＳＷＲの周波数特性は、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）を用いて解析したものである。図５において、横軸は周波数（frequency）［ＧＨｚ］を示し、縦軸はＶＳＷＲ_５０示す。図５において、破線のCrossed(X)は図３及び図４に示す第２の従来の広帯域アンテナ装置１０ＡのＶＳＷＲの周波数特性を示し、実線のFlat(F)は図１及び図２に示す第１の従来の広帯域アンテナ装置１０のＶＳＷＲの周波数特性を示す。

図５から、図１及び図２に示した第１の従来の広帯域アンテナ装置１０は、２ＧＨｚ以上の周波数において、２以下のＶＳＷＲが確保されていることが分かる。換言すれば、広帯域アンテナ装置１０においては、ＶＳＷＲが２以下である低域限界周波数が２ＧＨｚ以下である。したがって、円形反射板１２上に垂直に扇形放射素子１４を設置した縦型構造を持つ広帯域アンテナ装置１０は、広帯域にわたって低いＶＳＷＲを示すことが分かる。

また図５から、図３及び図４に示した第２の従来の広帯域アンテナ装置１０Ａは、２．２ＧＨｚ以上の周波数において、２以下のＶＳＷＲが確保されていることが分かる。すなわち、広帯域アンテナ装置１０Ａは、ＶＳＷＲが２以下となる低域限界周波数が２．２ＧＨｚである。しかも、図１及び図２に示した第１の従来の広帯域アンテナ装置１０と比較して、図３及び図４に示した第２の従来の広帯域アンテナ装置１０Ａの方が、２．２ＧＨｚ以上の周波数においてＶＳＷＲが全体的に低いことが分かる。

上述したように、第１及び第２の従来の広帯域アンテナ装置１０、１０Ａの場合、ＶＳＷＲ特性が非常に広帯域にわたって良好に得られる。しかしながら、第１及び第２の広帯域アンテナ装置１０、１０ＡのＶＳＷＲ特性では、ＵＷＢ以外の用途に使用されている特定の周波数に対して妨害となる可能性がある。例えば、自動料金収受システム（ＥＴＣ）では、５．８ＧＨｚの搬送周波数を使用して、ゲートと車載コンピュータとの間で通信を行う。この場合、従来の広帯域アンテナ装置１０、１０ＡのＶＳＷＲ特性では、５．８ＧＨｚの特定の周波数において、ＥＴＣに対して妨害となってしまう。そこで、特定の周波数において阻止帯域（ストップバンド）を設定することが望まれている。

図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る広帯域アンテナ装置１０Ｂについて説明する。図示の広帯域アンテナ装置１０Ｂは、第１及び第２の扇形放射素子の構造（形状）が後述するように変更されている点を除いて、図３及び図４に示した広帯域アンテナ装置１０Ａと同様の構成を有する。したがって、第１及び第２の扇形放射素子に、それぞれ、１４Ａ−１及び１４Ａ−２の参照符号を付してある。

第１及び第２の扇形放射素子１４Ａ−１、１４Ａ−２は、各々に阻止帯域を設定する第１及び第２のスリット１４６、１４７が形成されている点を除いて、図３に示した第１及び第２の扇形放射素子１４−１、１４−２と同様の構成を有する。第１のスリット１４６は、右側にあるので、右側スリットとも呼ばれ、第２のスリット１４７は、左側にあるので、左側スリットとも呼ばれる。第１及び第２のスリット１４６、１４７は、垂直方向ｚに関して線対称に形成されている。第１のスリット（右側スリット）１４６は第２の領域Ａ２に形成され、第２のスリット（左側スリット）１４７は第３の領域Ａ３に形成されている。

第１及び第２のスリット１４６、１４７の長さは、阻止帯域の中心周波数の１／４波長にほぼ等しい。換言すれば、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを変えることによって、阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐを調整できる。

図７に、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを変えた場合の、図６に図示した広帯域アンテナ装置１０ＢのＶＳＷＲ特性を示す。図示のＶＳＷＲの周波数特性は、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）を用いて解析したものである。図７において、横軸は周波数（frequency）［ＧＨｚ］を示し、縦軸はＶＳＷＲを示す。図７において、白丸の特性曲線は、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔ＝１４．７７ｍｍのときのＶＳＷＲの周波数特性を示し、黒丸の特性曲線は、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔ＝１１．２２ｍｍのときのＶＳＷＲの周波数特性を示す。また、図７において、ｆ_{ｓｔｏｐ，１}は、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔ＝１４．７７ｍｍのときの阻止帯域の中心周波数を示し、ｆ_{ｓｔｏｐ，２}は、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔ＝１１．２２ｍｍのときの阻止帯域の中心周波数を示す。

図７から、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔ＝１４．７７ｍｍのときの阻止帯域の中心周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，１}は、約５．２ＧＨｚであるのに対し、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔ＝１１．２２ｍｍのときの阻止帯域の中心周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，２}は、約６．８ＧＨｚであることが分かる。すなわち、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔが長ければ阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐは低くなり、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔが短ければ阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐは高くなることが分かる。

無線ＬＡＮでは、５．２ＧＨｚ帯の周波数を使用するので、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを１４．７７ｍｍにすることによって、無線ＬＡＮに対する妨害を軽減することができる。

以上の説明から明らかなように、図６に示されるように、第１及び第２の扇形放射素子１４Ａ−１、１４Ａ−２の各々に第１及び第２のスリット１４６、１４７を形成することによって、特定の周波数における阻止帯域を設定することができる。換言すれば、広帯域アンテナ装置１０ＢのＶＳＷＲ特性にストップバンド（阻止帯域）を付与することができる。また、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを変えることによって、阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐを調整することができる。したがって、ＵＷＢにおける大きな問題である既存の無線システムに対する妨害を軽減することが可能となる。

図８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る広帯域アンテナ装置１０Ｃについて説明する。図示の広帯域アンテナ装置１０Ｃは、扇形放射素子の構造（形状）が後述するように変更されている点を除いて、図１及び図２に示した広帯域アンテナ装置１０と同様の構成を有する。したがって、扇形放射素子に１４Ａの参照符号を付してある。

扇形放射素子１４Ａは、阻止帯域を設定する第１及び第２のスリット１４６、１４７が形成されている点を除いて、図１及び図２に示した扇形放射素子１４と同様の構成を有する。第１のスリット１４６は、右側にあるので、右側スリットとも呼ばれ、第２のスリット１４７は、左側にあるので、左側スリットとも呼ばれる。第１及び第２のスリット１４６、１４７は、垂直方向ｚに関して線対称に形成されている。第１のスリット（右側スリット）１４６は第２の領域Ａ２に形成され、第２のスリット（左側スリット）１４７は第３の領域Ａ３に形成されている。

第１及び第２のスリット１４６、１４７の長さは、阻止帯域の中心周波数の１／４波長にほぼ等しい。換言すれば、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを変えることによって、阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐを調整できる。

このような構成の広帯域アンテナ装置１０Ｃでは、図８に示されるように、扇形放射素子１４Ａに第１及び第２のスリット１４６、１４７を形成することによって、特定の周波数における阻止帯域を設定することができる。換言すれば、広帯域アンテナ装置１０ＣのＶＳＷＲ特性にストップバンド（阻止帯域）を付与することができる。また、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを変えることによって、阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐを調整することができる。したがって、ＵＷＢにおける大きな問題である既存の無線システムに対する妨害を軽減することが可能となる。

図６及び図８に図示した広帯域アンテナ装置１０Ｂ、１０Ｃは、扇形放射素子１４Ａ、１４−１、１４Ａ−２をグランド板１２上に立設した立体構造をしているが、本発明は立体構造のものに限定されず、後述する実施の形態のような、平面構造の広帯域アンテナ装置にも適用可能である。

図９を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る広帯域アンテナ装置１０Ｄについて説明する。図示の広帯域アンテナ装置１０Ｄは、平面構造の広帯域アンテナ装置であって、グランド板が後述するように相違する点を除いて、図８に示した立体構造の広帯域アンテナ装置１０Ｃと本質的に同様の構成を有する。従って、グランド板に１２Ａの参照符号を付してある。図８に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のために、それらの説明について省略する。

図示のグランド板１２Ａは、扇形放射素子１４Ａが延在する面と同一平面内に延在している。そして、図示の広帯域アンテナ装置１０Ｄでは、扇形放射素子１４Ａは、平板状の基板１６と平板状のセラミック板１８との間に挟まれており、グランド板１２Ａは基板１６上に形成されている。

扇形放射素子１４Ａは、図８に示したものと同様の構成を有するので、それらの構成要素の一部に対して参照符号を付すのを省略してある。

グランド板１２Ａは、その上縁（上辺）にグランド給電点１２１を持ち、扇形放射素子１４Ａは、このグランド給電点１２１と近接した信号給電点１４１を持つ。

セラミック板１８は、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの直方体の形状をしており、２０前後の比誘電率を持つ。扇形放射素子１４Ａは、例えば、銀ペーストにより基板１６上に印刷されて構成される。扇形放射素子１４Ａが基板１６とセラミック板１８との間に挟まれているので、図８に示した扇形放射素子１４Ａに比較して、その大きさを１／４から１／３に小型化することができる。

このような構成の広帯域アンテナ装置１０Ｄでは、図９に示されるように、扇形放射素子１４Ａに第１及び第２のスリット１４６、１４７を形成することによって、特定の周波数における阻止帯域を設定することができる。換言すれば、広帯域アンテナ装置１０ＤのＶＳＷＲ特性にストップバンド（阻止帯域）を付与することができる。また、スリット長Ｌ_ｓｌｉｔを変えることによって、阻止帯域の中心周波数ｆ_ｓｔｏｐを調整することができる。したがって、ＵＷＢにおける大きな問題である既存の無線システムに対する妨害を軽減することが可能となる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、右側エッジ曲線Ｃ２と左側エッジ曲線Ｃ３は、上述した数式で表されたものに限定されないのは勿論である。また、上述した第１及び第２の実施の形態では、グランド板１２が円板形状をしているが、種々の形状のものを用いても良い。更に、スリット１４６、１４７の位置や、形状、本数は、上述した実施の形態のものに限定されず、種々の位置、形状、本数であって良い。

第１の従来の広帯域アンテナ装置を示す斜視図である。 図１に示した広帯域アンテナ装置の正面図である。 第２の従来の広帯域アンテナ装置を示す斜視図である。 図３に示した広帯域アンテナ装置の正面図である。 図３に示した広帯域アンテナ装置と図１に示した広帯域アンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る広帯域アンテナ装置を示す斜視図である。 スリット長を変えた場合の、図６に図示した広帯域アンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る広帯域アンテナ装置を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る広帯域アンテナ装置を示す透視斜視図である。

符号の説明

１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 広帯域アンテナ装置
１２、１２Ａ グランド板
１２１ グランド給電点
１４Ａ、１４Ａ−１、１４Ａ−２ 扇形放射素子
１４０ 中心点
１４１ 信号給電点
１４２ 右側接点
１４３ 左側接点
１６ 基板
１８ セラミック板
Ｒ_ＧＰ グランド板の半径
Ｃ１ 上部円弧曲線
Ｃ２ 右側エッジ曲線
Ｃ３ 左側エッジ曲線
Ｌ１ 第１の線分
Ｌ２ 第２の線分
Ｌ３ 第３の線分
Ａ１ 第１の領域（上部円弧部分）
Ａ２ 第２の領域（右下部分）
Ａ３ 第３の領域（左下部分）
ｒ 上部円弧部分の半径
２α 上部円弧部分の内角

Claims (7)

1. グランド板と、該グランド板上で所定の軸方向に延在して配置された放射素子とを有する広帯域アンテナ装置において、前記放射素子が扇形をしており、前記扇形放射素子には、阻止帯域を設定する複数のスリットが形成されており、
   前記グランド板は、前記扇形放射素子が延在する面と同一平面内に延在しており、
   前記グランド板は、グランド給電点を持ち、前記扇形放射素子は、前記グランド給電点と近接した信号給電点を持ち、
   前記扇形放射素子は、上部円弧曲線と、右側エッジ曲線と、左側エッジ曲線とによって囲まれた平板形状をしており、
   前記右側エッジ曲線は、前記信号給電点と右側接点とを結ぶものであり、
   前記左側エッジ曲線は、前記信号給電点と左側接点とを結ぶものであり、
   前記上部円弧曲線は、前記右側接点と前記左側接点とを結ぶものであり、
   前記扇形放射素子は、前記信号給電点から前記所定の軸方向へ所定の距離だけ離れた中心点を持ち、
   前記扇形放射素子は、前記中心点と前記信号給電点とを結ぶ第１の線分と、前記中心点と前記右側接点とを結ぶ第２の線分と、前記中心点と前記左側接点とを結ぶ第３の線分と、によって第１乃至第３の領域に分割されており、
   前記第１の領域は、前記第２の線分と、前記第３の線分と、前記上部円弧曲線とによって囲まれた上部円弧部分から成り、
   前記第２の領域は、前記第１の線分と、前記第２の線分と、前記右側エッジ曲線とによって囲まれた右下部分から成り、
   前記第３の領域は、前記第１の線分と、前記第３の線分と、前記右側エッジ曲線とによって囲まれた左下部分から成り、
   前記複数のスリットは、前記第２及び前記第３の領域に形成されており、
   前記複数のスリットの各々の長さは、前記阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しい、ことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
2. 前記扇形放射素子は、基板とセラミック板との間に挟まれており、前記グランド板は、前記基板上に形成されている、請求項１に記載の広帯域アンテナ装置。
3. 前記右側エッジ曲線と前記左側エッジ曲線とは、前記所定の軸方向に関して線対称であり、前記複数のスリットは、前記所定の軸方向に関して線対称に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の広帯域アンテナ装置。
4. 水平面内で延在するグランド板と、該グランド板の面上に当該グランド板と直交する垂直方向に立てるように配置された放射素子とを有する広帯域アンテナ装置において、前記放射素子が扇形をしており、前記扇形放射素子には、阻止帯域を設定する複数のスリットが形成されており、
   前記グランド板は、中心にグランド給電点を持つ所定の半径の円板形状をしており、前記扇形放射素子は、前記グランド給電点と近接した信号給電点を持ち、
   前記扇形放射素子は、上部円弧曲線と、右側エッジ曲線と、左側エッジ曲線とによって囲まれた平板形状をしており、
   前記右側エッジ曲線は、前記信号給電点と右側接点とを結ぶものであり、
   前記左側エッジ曲線は、前記信号給電点と左側接点とを結ぶものであり、
   前記上部円弧曲線は、前記右側接点と前記左側接点とを結ぶものであり、
   前記扇形放射素子は、前記信号給電点から前記垂直方向へ所定の距離だけ離れた中心点を持ち、
   前記扇形放射素子は、前記中心点と前記信号給電点とを結ぶ第１の線分と、前記中心点と前記右側接点とを結ぶ第２の線分と、前記中心点と前記左側接点とを結ぶ第３の線分と、によって第１乃至第３の領域に分割されており、
   前記第１の領域は、前記第２の線分と、前記第３の線分と、前記上部円弧曲線とによって囲まれた上部円弧部分から成り、
   前記第２の領域は、前記第１の線分と、前記第２の線分と、前記右側エッジ曲線とによって囲まれた右下部分から成り、
   前記第３の領域は、前記第１の線分と、前記第３の線分と、前記右側エッジ曲線とによって囲まれた左下部分から成り、
   前記複数のスリットは、前記第２及び前記第３の領域に形成されており、
   前記複数のスリットの各々の長さは、前記阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しい、ことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
5. 水平面内で延在するグランド板と、該グランド板の面上に当該グランド板と直交する垂直方向に立てるように配置された放射素子とを有する広帯域アンテナ装置において、
   前記放射素子が、前記垂直方向の周りに等角度間隔で配置されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の扇形放射素子から構成され、前記Ｎ個の扇形放射素子の各々には、阻止帯域を設定する複数のスリットが形成されており、
   前記グランド板は、中心にグランド給電点を持つ所定の半径の円板形状をしており、前記放射素子は、前記グランド給電点と近接した信号給電点を持ち、
   前記Ｎ個の扇形放射素子の各々は、上部円弧曲線と、右側エッジ曲線と、左側エッジ曲線とによって囲まれた平板形状をしており、
   前記右側エッジ曲線は、前記信号給電点と右側接点とを結ぶものであり、
   前記左側エッジ曲線は、前記信号給電点と左側接点とを結ぶものであり、
   前記上部円弧曲線は、前記右側接点と前記左側接点とを結ぶものであり、
   前記放射素子は、前記信号給電点から前記垂直方向へ所定の距離だけ離れた中心点を持ち、
   前記Ｎ個の扇形放射素子の各々は、前記中心点と前記信号給電点とを結ぶ第１の線分と、前記中心点と前記右側接点とを結ぶ第２の線分と、前記中心点と前記左側接点とを結ぶ第３の線分と、によって第１乃至第３の領域に分割されており、
   前記第１の領域は、前記第２の線分と、前記第３の線分と、前記上部円弧曲線とによって囲まれた上部円弧部分から成り、
   前記第２の領域は、前記第１の線分と、前記第２の線分と、前記右側エッジ曲線とによって囲まれた右下部分から成り、
   前記第３の領域は、前記第１の線分と、前記第３の線分と、前記右側エッジ曲線とによって囲まれた左下部分から成り、
   前記複数のスリットは、前記第２及び前記第３の領域に形成されており、
   前記複数のスリットの各々の長さは、前記阻止帯域の中心周波数の１／４波長に実質的に等しい、ことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
6. 前記右側エッジ曲線と前記左側エッジ曲線とは、前記垂直方向に関して線対称であり、前記複数のスリットは、前記垂直方向に関して線対称に形成されている、請求項４又は請求項５に記載の広帯域アンテナ装置。
7. 前記上部円弧部分は、前記中心点を中心とし、前記所定の距離を半径とし、所定の内角を持つ、請求項１又は請求項４又は請求項５に記載の広帯域アンテナ装置。

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