JP5443088B2 - ダイポールアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、放送波受信用のダイポールアンテナ装置に係り、特に、例えばＶＨＦ放送帯域とＵＨＦ地上デジタル放送帯域といった、異なる２つの帯域における電波を送受信することができるダイポールアンテナ装置に関するものである。

高周波電流を電磁波に変換したり、電磁波を高周波電流に変換したりするための装置として、古くからアンテナが用いられている。アンテナは、その形状から線状アンテナ、面状アンテナ、立体アンテナ等に分類されており、更に、線状アンテナは、その構造からダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、ループアンテナ等に分類されている。ダイポールアンテナは、例えば非特許文献１に開示されているように、極めて簡単な構造を有する線状アンテナであり、基地局アンテナ等として現在でも広く利用されている。

ところで、２００３年１２月１日から、関東・近畿・中京の３大広域圏で地上波のＵＨＦ帯（４７０ＭＨｚ〜８９０ＭＨｚ）を使用する地上デジタル放送のサービスが開始された。２０１１年７月よりアナログ放送が停止されることに伴い地上デジタル放送では、デジタル・ハイビジョンの高画質・高音質番組に加えて、双方向番組を提供することが可能となる。地上デジタルテレビ放送は、ＵＨＦアンテナで受信でき、また、走行している電車やバスなどに設置したテレビでもチラツキがなくきれいに受信・視聴することが可能になる。また、携帯情報端末などで、動画やデータ放送、音声放送を受信・視聴するサービスも予定されている。

ここで、携帯機器向けの受信アンテナとしては、一般に棒状のモノポールアンテナが使用される。モノポールアンテナは、ダイポールアンテナに比べ半分の長さ（すなわちλ／４）で済み、比較的小型に構成することができる。モノポールアンテナは、原理的には無限に広い導体板を必要とするが、携帯機器では非常に狭い導体板で代用され、「ロッドアンテナ」または「ホイップアンテナ」とも呼ばれる。導体の上面の放射電界はダイポールアンテナの指向性に等しい。

小型携帯用のテレビ受信機やラジオ受信機などでは、伸縮可能な構造を持つロッドアンテナが広く知られており、伸ばすと性能が発揮でき、縮めるとコンパクトになり便利である。

例えば、平面アンテナの給電ピンを伸縮自在のロッドアンテナで構成し、ロッドアンテナの引き出し導体と平面アンテナのパッチ状の導体との電気的な接続・分離により、円偏波アンテナと直線偏波アンテナとしての動作を可能にするアンテナ装置について提案がなされている。

また、ロッドアンテナの他の構成例として、ロッドにアンテナ線を螺旋状に巻設した「ヘリカルアンテナ」が知られている。波長に比べて長い導線を使ったアンテナは広帯域を持つが、ヘリカルアンテナは巻線構造により広帯域性を保ったまま小型化することができる。また、芯となるロッドに弾力性のある柔らかい素材を使用すると、折れにくく柔軟性（安全性）のあるフレキシブルアンテナとなる。

このような携帯機器用アンテナ装置は、地上波デジタル放送の視聴においてワンセグのみに対応させたタイプが主流であり、１３セグメントをカバーするアンテナ装置は実現されていない。このため、同調回路を設け、全体（１３セグメント）を電圧調整にて周波数を同調する必要があり、アンテナ装置に同調回路が必要であった。

地上デジタル放送は、６メガヘルツの帯域を１３のセグメントに分けて送る放送方式であるが、１３の真中のセグメント１つだけで携帯電話・移動体端末向けの映像、音声、データを配信する１セグメント部分受信サービス、すなわち「ワンセグ」が２００６年４月１日（土）から開始されている。ワンセグの番組サービスは基本的に１２セグメントを使って配信される通常のテレビ受信機向けの番組と同じ内容であり、普段は家庭内の設置テレビで見慣れた人気番組を外出先でも享受することができる。受信端末としては、携帯電話の他、カーナビ、パソコン、専用ポータブルテレビなど多種多様な受信機に搭載することができ、ワンセグタイプに比べ最も高画質の映像を受信することが可能である。

Ｊ．Ｄ．クラウス他著（J.D. Kraus and R.J. Marhefka）、「アンテナとその応用（Antennas For All Applications）」、第３版、（米国）、マグロウヒル（McGraw Hill）、２００２年、ｐ１７８−１８１

本発明者らは、地上デジタル放送の携帯機器やパーソナルコンピュータでの利用を普及させる上で、受信アンテナの構成方法が１つの重要な技術的課題になると思料する。

第一に、放送受信機能の未使用時におけるアンテナの収容スペースの問題がある。強電界の場所では内蔵アンテナでも十分に放送波を受信することができるが、弱電界では外付けアンテナが必要である。伸縮可能なロッドアンテナは縮めるとコンパクトにはなるが、携帯機器本体に収納するのは困難であった。

第二に、運搬時や外出先での使用時には、アンテナや機器本体はさまざまな衝撃に晒されているため、安全性を確保する必要がある。

伸縮可能なロッドアンテナは柔軟性に欠けるため、衝撃の印加により根元から折れる、あるいはユーザや物に刺さるといった危険がある。また、構造が複雑で、製造コストが割高である。

また、ヘリカルアンテナは、芯となるロッドに弾力性のある柔らかい素材を使用すると、折れにくく柔軟性（安全性）を持たせることができる。しかしながら、ヘリカルアンテナは、どの部分でも自由に屈曲可能であるが、利得低下や放射効率の悪化などの欠点があり、特に、振動による屈曲が生じた場合はアンテナ導線のコイル巻き間隔が不均一となり、インピーダンス変化を伴う。

すなわち、従来では、ＶＨＦ放送帯域とＵＨＦ地上デジタル放送帯域といった、異なる２つの帯域における電波を、携帯機器やパーソナルコンピュータ等で送受信しようとした場合、携帯機器等に特有のコンパクト性や耐久性の問題を招くこと無く、いずれの電波に関する放射指向性も高いアンテナは実現されていなかった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、携帯機器や、パーソナルコンピュータに装備される場合において、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する高い放射指向性を有するダイポールアンテナ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るダイポールアンテナ装置は、給電部に接続された２つの線状の放射素子を有し、これらのうち一方が低周波帯域側放射素子となり、他方が高周波帯域側放射素子となるダイポールアンテナ装置において、前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれ少なくとも１回の折り返しパターンからなるメアンダ形状を有しており、それぞれのメアンダ形状の折り返し方向が互いに直交するように配置されることを特徴とする。

上記のダイポールアンテナ装置では、低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子のそれぞれのメアンダ形状の折り返し方向が互いに直交するように配置されているので、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性を向上させることができる。

前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれ前記メアンダ形状を有する先端部と、それぞれ給電部を取り囲みつつ互いに反対向きに引き出されて前記先端部に繋がる根本部と、を有することが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子が、それぞれ根本部が給電部を取り囲みつつ互いに反対向きに引き出されてメアンダ形状を有する先端部に繋がることにより、さらに放射指向性の向上を図ることができる。

前記低周波帯域側放射素子が有するメアンダ形状は、前記根本部の引き出し方向と垂直である折り返し方向を持ち、前記高周波帯域側放射素子が有するメアンダ形状は、前記根本部の引き出し方向と平行である折り返し方向を持つことが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子のメアンダ形状の折り返し方向を根本部の引き出し方向に垂直とし、高周波帯域側放射素子のメアンダ形状の折り返し方向を根本部の引き出し方向と平行とすることにより、低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子を、装置全体が占める面積を低減するように、最も効率よく配置することができる。

前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子の少なくとも一方は、それぞれのメアンダ形状上に配置され、それぞれのメアンダ形状内において短絡箇所を発生させるための１つまたは複数の短絡部材を有することが好ましい。

この場合、それぞれのメアンダ形状内において短絡箇所を発生させるための１つまたは複数の短絡部材を配置する際に、低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子のそれぞれの共振点が増加し、且つ、給電部における低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子のＶＳＷＲ特性が安定するように、短絡部材を配置する位置及び箇所を決定することができる。

このため、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性をより一層向上させることができる。

前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子の少なくとも一方において、前記給電部に接続される給電線の下方に位置する線幅が、他の位置よりも広いことが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子の少なくとも一方において、給電線の下方に位置する線幅が、他の位置よりも広いので、給電部における低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子のＶＳＷＲ特性が安定するインダクタンス整合を実現することができる。

このため、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性をより一層向上させることができる。

前記給電部に接続される給電線は、同軸ケーブルで構成されており、前記低周波帯域側放射素子は、その根本部が前記同軸ケーブルの外部導体に接続されており、前記高周波帯域側放射素子は、その根本部が前記同軸ケーブルの内部導体に接続されていることが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子の根本部が同軸ケーブルの外部導体に接続され、高周波帯域側放射素子の根本部が同軸ケーブルの内部導体に接続されているので、給電部における低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子のＶＳＷＲ特性が安定するインダクタンス整合を実現することができる。

このため、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性をより一層向上させることができる。

前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれが前記給電部に接続される給電線と重畳する箇所の合算値が３カ所以下であることが好ましい。

この場合、給電部における低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子のＶＳＷＲ特性が安定するインダクタンス整合を実現することができるので、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性をより一層向上させることができる。

特に、４カ所以上で重畳した場合、インダクタンス整合が難しくなり、放射指向性において特性悪化を招くことになり、ＶＳＷＲ特性を十分良好な値に設定することが困難となる。

前記低周波帯域側放射素子の実効長は、前記低周波帯域側における電波の波長の２分の１であり、前記高周波帯域側放射素子の実効長は、前記高周波帯域側における電波の波長の２分の１であることが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子の実効長が低周波帯域側における電波の波長の２分の１となるように設定し、高周波帯域側放射素子の実効長が高周波帯域側における電波の波長の２分の１となるように設定することにより、低周波帯域側における電波及び高周波帯域側における電波のいずれも効率よく送受信することができる。

前記低周波帯域側放射素子は、２ｍｍ以上の線幅を持ち、前記高周波帯域側放射素子は、１．５ｍｍ以上の線幅を持つことが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子の実効長及び、高周波帯域側放射素子の実効長を効率よく延ばすことができるので、低周波帯域側における電波及び高周波帯域側における電波のいずれも効率よく送受信することができる。

特に、高周波帯域側素子の線幅が１．５ｍｍ未満、低周波帯域側素子の線幅が２ｍｍ未満とした場合、それらの折り曲げの効果が低下してしまう。このため、それぞれの実効長をより延ばす必要が生じ、その結果、装置全体が占める占有面積を増大させてしまうことになる。

前記低周波帯域側放射素子と前記高周波帯域側放射素子との間隔は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

この場合、低周波帯域側放射素子と高周波帯域側放射素子との間隔を０．５ｍｍ以上とすることにより、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であってもそれぞれの電波に関する放射指向性の利得が向上するインダクタンス整合を実現することができる。

本発明のダイポールアンテナ装置は、以上のように、前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれ少なくとも１回の折り返しパターンからなるメアンダ形状を有しており、それぞれのメアンダ形状の折り返し方向が互いに直交するように配置されるものである。

それゆえ、携帯機器や、パーソナルコンピュータに装備される場合において、低周波帯域側の電波及び高周波帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るダイポールアンテナ装置の概略構成を示す平面図である。 （ａ）は、図１の巻込部の拡大図、（ｂ）は、図１の巻込部の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るダイポールアンテナ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態３に係るダイポールアンテナ装置の巻込部の拡大図である。 本発明の実施の形態４に係るダイポールアンテナ装置の巻込部の拡大図である。 本発明に係るダイポールアンテナ装置の変形例の概略構成を示す平面図である。 本発明に係るダイポールアンテナ装置の変形例の概略構成を示す平面図である。 本発明に係るダイポールアンテナ装置の変形例の概略構成を示す平面図である。 本発明に係るダイポールアンテナ装置の変形例の概略構成を示す平面図である。 本発明に係るダイポールアンテナ装置の変形例の概略構成を示す平面図である。 本発明に係るダイポールアンテナ装置の変形例の概略構成を示す平面図である。 アンテナの放射指向性を測定するための手順を説明するための図である。 アンテナの放射指向性を測定するための手順を説明するための図である。 アンテナの放射指向性を測定するための手順を説明するための図である。 アンテナの放射指向性を測定するための手順を説明するための図である。 図６のダイポールアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 図６のダイポールアンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るダイポールアンテナ装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、ダイポールアンテナ装置１０１は、線状のＶＨＦ帯域放射素子（低周波帯域側放射素子）１１５と、線状のＵＨＦ帯域放射素子（高周波帯域側放射素子）１１６と、を備えることによって構成されている。そして、ＶＨＦ帯域放射素子１１５は、その先端部がＶＨＦ帯域メアンダ部１１１を構成しており、その根本部が巻込部１１３を構成している。また、ＵＨＦ帯域放射素子１１６は、その先端部がＵＨＦ帯域メアンダ部１１２を構成しており、その根本部が巻込部１１３を構成している。つまり、巻込部１１３は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６の各根本部によって構成されている。

なお、以下に説明する他の図面においては、上述した各構成部材に対応する変形例を図示することがある。これら変形例については、上述した対応する構成部材に付記した符号（数字）にａ，ｂ，ｃ・・・のアルファベットを付記することにより、対応関係を明らかにしつつ変形例であることを示すこととする。

ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６のそれぞれの根本部は、巻込部１１３において、給電部１１４に接続されている。それぞれの根本部は、給電部１１４に接続された給電線（図示省略）から給電されている。

巻込部１１３においては、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の根本部の取り出しの向きが、図１における左向きであり（なお、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の根本部は、一旦、図１における左向きに取り出され、その後さらに下向きに折り曲げられている。）、ＵＨＦ帯域放射素子１１６の根本部の取り出しの向きが、図１における右向きである。すなわち、これら２つの取り出しの向きは互いに反対向きとなっている。

ＶＨＦ帯域放射素子１１５の先端部は、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１において、少なくとも１回の折り返しパターンからなるメアンダ形状を有している。そして、このメアンダ形状の折り返しパターンの折り返し方向は、巻込部１１３におけるＶＨＦ帯域放射素子１１５の根本部の取り出しの向きと垂直である。

ＵＨＦ帯域放射素子１１６の先端部は、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２において、少なくとも１回の折り返しパターンからなるメアンダ形状を有している。そして、このメアンダ形状の折り返しパターンの折り返し方向は、巻込部１１３におけるＵＨＦ帯域放射素子１１６の根本部の取り出しの向きと平行である。

すなわち、ダイポールアンテナ装置１０１では、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１においてＶＨＦ帯域放射素子１１５の先端部が有するメアンダ形状の折り返し方向と、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２においてＵＨＦ帯域放射素子１１６の先端部が有するメアンダ形状の折り返し方向とは直交するように配置構成されている。

ダイポールアンテナ装置１０１は、この配置構成により、ＶＨＦ帯域放射素子１１５がＶＨＦ帯域側の電波を送受信する場合、及び、ＵＨＦ帯域放射素子１１６がＵＨＦ帯域側の電波を送受信する場合のいずれにおいても、それぞれの電波に関する放射指向性を向上させることができる。

なお、ダイポールアンテナ装置１０１では、ＵＨＦ帯域側の電波を送受信する場合には、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６の両方が共振し、ＶＨＦ帯域側の電波を送受信する場合には、ＶＨＦ帯域放射素子１１５のみが共振する。

次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に基づいて、巻込部１１３について説明する。なお、図２（ａ）では、図１の巻込部１１３を左右逆転して図示しているが、このことによる機能的な差異はない。

巻込部１１３は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の根本部とＵＨＦ帯域放射素子１１６の根本部とによって構成されている。なお、本明細書では、概念的に、電流経路において給電部１１４に近い側を「根本」、その反対側を「先端」と捉えている。

ＶＨＦ帯域放射素子１１５の根本部は、一方の端部から第１の向き（図２（ａ）において左向き）に伸びる第１の直線部と、屈曲部を介して第１の直線部に連結され、屈曲部から第１の向きとは逆向き（図２（ａ）において右向き）に伸びる第２の直線部とを有している。すなわち、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の根本部は、屈曲部を介して互いに隣接する第１の直線部と第２の直線部とが平行になるようにコの字状に折れ曲がるように形成されている。

また、ＵＨＦ帯域放射素子１１６の根本部は、一方の端部から第１の向きとは逆向き（図２（ａ）において右向き）に伸びる第１の直線部と、屈曲部を介して第１の直線部に連結され、屈曲部から第１の向き（図２（ａ）において左向き）に伸びる第２の直線部とを有している。すなわち、ＵＨＦ帯域放射素子１１６の根本部は、屈曲部を介して互いに隣接する第１の直線部と第２の直線部とが平行になるようにコの字状に折れ曲がるように形成されている。

そして、ＶＨＦ帯域放射素子１１５のコの字状の部分と、ＵＨＦ帯域放射素子１１６のコの字状の部分とは、互いに一方の第１の直線部が他方の第１の直線部、屈曲部、及び第２の直線部によって三方を囲まれた領域に入り込むように配置されている。このような配置は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５とＵＨＦ帯域放射素子１１６とが、それぞれの根本部において互いに巻き込みあっているともいえることから、この部分を巻込部１１３と称している。

ＶＨＦ帯域放射素子１１５に対する給電は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の端点からではなく、第１の直線部の中間に設けられた給電部１１４から行われる。ＵＨＦ帯域放射素子１１６に対する給電も、同様に、第１の直線部の中間に設けられた給電部１１４から行われる。給電部１１４において、ＶＨＦ帯域放射素子１１５はその幅方向が部分的に窪んでなる凹部を有し、ＵＨＦ帯域放射素子１１６はその幅方向に突出する凸部を有している。そして、凸部が凹部に入り込むように配置されている。このようにすることによって、例えば給電線（同軸ケーブル）を第１の直線部の延伸方向（図２（ａ）における左右方向）に配置したときに、給電部１１４への接続が容易になる。

このように、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６それぞれの根本部は、給電部１１４を取り囲みつつ互いに反対向きに引き出され、図１に示したＶＨＦ帯域メアンダ部１１１及びＵＨＦ帯域メアンダ部１１２にそれぞれ繋がっている。

このような配置にすることによって、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６それぞれの根本部を比較的狭い矩形領域に収容することができる。したがって、上記配置は、給電部１１４の周辺部をコンパクトに形成することに寄与している。

図２（ｂ）は、巻込部１１３の変形例である巻込部１１３ｉを示している。

巻込部１１３ｉも、ＶＨＦ帯域放射素子１１５ｉの根本部とＵＨＦ帯域放射素子１１６ｉの根本部とによって構成されている。

ＶＨＦ帯域放射素子１１５ｉの根本部は、一方の端部から第１の向き（図２（ｂ）において左向き）に伸びる第１の直線部と、第１の屈曲部を介して第１の直線部に連結され、第１の屈曲部から第１の向きとは逆向き（図２（ｂ）において右向き）に伸びる第２の直線部と、第２の屈曲部を介して第２の直線部に連結され、第２の屈曲部から第１の向き（図２（ｂ）において右向き）に伸びる第３の直線部とを有している。すなわち、ＶＨＦ帯域放射素子１１５ｉの根本部は、第１及び第２の屈曲部を介して順次繋がる第１から第３の直線部が互いに平行になるように、矩形の渦巻き状に形成されている。

ＵＨＦ帯域放射素子１１６ｉの根本部は、一方の端部から第１の向きとは逆向き（図２（ｂ）において右向き）に伸びる第１の直線部と、第１の屈曲部を介して第１の直線部に連結され、第１の屈曲部から第１の向き（図２（ｂ）において左向き）に伸びる第２の直線部と、第２の屈曲部を介して第２の直線部に連結され、第２の屈曲部から第１の向きとは逆向き（図２（ｂ）において右向き）に伸びる第３の直線部とを有している。すなわち、ＵＨＦ帯域放射素子１１６ｉの根本部は、第１及び第２の屈曲部を介して順次繋がる第１から第３の直線部が互いに平行になるように、矩形の渦巻き状に形成されている。

そして、それぞれの矩形の渦巻きは、互いに巻き込みあうように配置されている。

このような配置にすることによって、ＶＨＦ帯域放射素子１１５ｉ及びＵＨＦ帯域放射素子１１６ｉそれぞれの根本部を、図２（ａ）の場合よりも長くとりつつ、比較的狭い矩形領域に収容することができる。したがって、上記配置は、給電部１１４ｉの周辺部をコンパクトに形成することに寄与している。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１に係るダイポールアンテナ装置１０１において、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１においてＶＨＦ帯域放射素子１１５の先端部が有するメアンダ形状、及び、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２においてＵＨＦ帯域放射素子１１６の先端部が有するメアンダ形状の少なくとも一方に、それぞれのメアンダ形状内において短絡箇所を発生させるための１つまたは複数の短絡部材を配置した実施の形態である。

図３は、本発明の実施の形態２に係るダイポールアンテナ装置の概略構成を示す平面図である。図３に示すダイポールアンテナ装置１０１では、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１においてＶＨＦ帯域放射素子１１５の先端部が有するメアンダ形状内に短絡部材１３２、１３３が配置されている。

このような短絡部材１３２、１３３を配置する位置及び箇所の決定は、次のように行なわれる。すなわち、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６のそれぞれの共振点が増加し、且つ、給電部１１４におけるＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６のＶＳＷＲ特性が安定するように、短絡部材を配置する位置及び箇所を決定する。

そうすることにより、ＶＨＦ帯域放射素子１１５がＶＨＦ帯域側の電波を送受信する場合、及び、ＵＨＦ帯域放射素子１１６がＵＨＦ帯域側の電波を送受信する場合のいずれにおいても、それぞれの電波に関する放射指向性を向上させることができる。

なお、図３の例では、短絡部材１３２、１３３は、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１においてＶＨＦ帯域放射素子１１５の先端部が有するメアンダ形状内のみに配置されているが、もちろん、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２においてＵＨＦ帯域放射素子１１６の先端部が有するメアンダ形状内のみに配置されても構わないし、両方のメアンダ形状内に配置されることになってもよい。

要は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６のそれぞれの共振点が増加し、且つ、給電部１１４におけるＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６のＶＳＷＲ特性が安定するように、短絡部材の位置及び箇所を決定すればよい。

本実施の形態に係るダイポールアンテナ装置１０１では、このような短絡部材１３２、１３３の配置により、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６の実効長は、当然のことながら変化することになる。

したがって、このような短絡部材１３２、１３３の配置により、ＶＨＦ帯域放射素子の実効長をＶＨＦ帯域側における電波の波長の２分の１とし、ＵＨＦ帯域放射素子の実効長をＵＨＦ帯域側における電波の波長の２分の１とすることにより、ＶＨＦ帯域側における電波及びＵＨＦ帯域側における電波のいずれも効率よく送受信することが可能となる。

なお、短絡部材１３２、１３３は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６を短絡させるものであり、例えば、金属材料などの導電材料を用いることができる。このような短絡部材１３２、１３３は、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６に直接接触し、ＶＨＦ帯域放射素子１１５及びＵＨＦ帯域放射素子１１６を短絡させる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１及び２において、給電部１１４に接続された給電線として同軸ケーブルを用いる実施の形態である。図４は、本発明の実施の形態３に係るダイポールアンテナ装置の巻込部の拡大図である。

図４に示す巻込部１１３ａでは、給電線として同軸ケーブル１２１を用いている。そして、給電部１１４ａにおいて、同軸ケーブル１２１の外部導体１２２がＶＨＦ帯域放射素子１１５ａに給電し、同軸ケーブル１２１の内部導体１２３がＵＨＦ帯域放射素子１１６ａに給電している。なお、同軸ケーブル１２１は、図４において左向きに延在している。

図４に示すように、同軸ケーブル１２１の下方に位置するＵＨＦ帯域放射素子１１６ａの線幅は、同軸ケーブル１２１の下方に位置しない、他の位置の線幅よりも広くなっている。その結果、同軸ケーブル１２１の下方に位置するＵＨＦ帯域放射素子１１６ａの線幅は、同軸ケーブル１２１の幅よりも広くなっている。

このため、給電部１１４ａにおいて、ＵＨＦ帯域放射素子１１６ａのＶＳＷＲ特性が安定するインダクタンス整合を実現することができる。

なお、図４の場合とは異なり、同軸ケーブル１２１の下方に位置するのがＵＨＦ帯域放射素子１１６ａではなくＶＨＦ帯域放射素子１１５ａである場合には、同軸ケーブル１２１の下方に位置するＶＨＦ帯域放射素子１１５ａの線幅を、同軸ケーブル１２１の下方に位置しない他の位置の線幅よりも広くすればよい。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１〜３の給電線と、ＶＨＦ帯域放射素子及びＵＨＦ帯域放射素子とが重畳する箇所を３カ所以下とする実施の形態である。図５は、本発明の実施の形態４に係るダイポールアンテナ装置の巻込部の拡大図である。なお、本実施の形態においても、上記の実施の形態３と同様、給電線として同軸ケーブル１２１を用いている。

図５に示す巻込部１１３ｂでは、給電線である同軸ケーブル１２１と、ＶＨＦ帯域放射素子１１５ｂ及びＵＨＦ帯域放射素子１１６ｂとが重畳するのは、図５のＶＨＦ帯域放射素子１１５ｂのＡ部、ＵＨＦ帯域放射素子１１６ｂのＢ部及びＶＨＦ帯域放射素子１１５ｂのＣ部においてである。すなわち、給電線である同軸ケーブル１２１と、ＶＨＦ帯域放射素子１１５ｂ及びＵＨＦ帯域放射素子１１６ｂとが重畳する箇所は、３カ所である。

このため、給電部におけるＶＨＦ帯域放射素子１１５ｂ及びＵＨＦ帯域放射素子１１６ｂのＶＳＷＲ特性が安定するインダクタンス整合を実現することができるので、ＶＨＦ帯域側の電波及びＵＨＦ帯域側の電波のいずれを送受信する場合であっても、それぞれの電波に関する放射指向性を向上させることができる。

特に、４カ所以上で重畳をした場合、インダクタンス整合が難しくなり、放射指向性において特性悪化を招くことになり、ＶＳＷＲ特性を十分良好な値に設定することが困難となる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１〜４のＶＨＦ帯域放射素子の線幅を２ｍｍ以上とし、ＵＨＦ帯域放射素子の線幅を１．５ｍｍ以上とする実施の形態である。

この場合、例えば図１に示したように、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１においてＶＨＦ帯域放射素子１１５の先端部が有するメアンダ形状、及び、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２においてＵＨＦ帯域放射素子１１６の先端部が有するメアンダ形状を効率よく折り曲げることが可能となる。

このため、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１及びＵＨＦ帯域メアンダ部１１２が占める面積の増大を抑えつつ、それぞれのメアンダ形状の長さを延ばすことができる。

したがって、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の実効長、及び、ＵＨＦ帯域放射素子１１６の実効長を効率よく延ばすことができるので、ＶＨＦ帯域側における電波及びＵＨＦ帯域側における電波のいずれも効率よく送受信することができる。

特に、ＵＨＦ帯域放射素子１１６の線幅が１．５ｍｍ未満、ＶＨＦ帯域放射素子１１５の線幅が２ｍｍ未満とした場合、それぞれのメアンダ形状における折り曲げの効果が低下してしまう。このため、それぞれの実効長をより延ばす必要が生じ、その結果、装置全体が占める占有面積を増大させてしまうことになる。

本実施の形態ではさらに、ＶＨＦ帯域放射素子とＵＨＦ帯域放射素子との間隔は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

ＶＨＦ帯域放射素子とＵＨＦ帯域放射素子との間隔を０．５ｍｍ以上とすることにより、ＶＨＦ帯域側の電波及びＵＨＦ帯域側の電波のいずれを送受信する場合であってもそれぞれの電波に関する放射指向性の利得が向上するインダクタンス整合を実現することができるからである。

（変形例）
図６〜図１１に、上記の実施の形態１〜５に係るダイポールアンテナ装置の各種の変形例の概略構成を示す。

図６に示すダイポールアンテナ装置１０１ｃでは、巻込部１１３ｃに短絡部材１３１ｃが配置され、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１ｃに短絡部材１３２ｃ、１３３ｃが配置され、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２ｃに短絡部材１３４ｃが配置されている。

図７に示すダイポールアンテナ装置１０１ｄでは、巻込部１１３ｄに短絡部材１３１ｄが配置され、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１ｄに短絡部材１３２ｄ、１３３ｄが配置され、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２ｄに短絡部材１３４ｄ、１３５ｄが配置されている。

図８に示すダイポールアンテナ装置１０１ｅでは、巻込部１１３ｅに短絡部材１３１ｅが配置され、ＶＨＦ帯域メアンダ部１１１ｅに短絡部材１３３ｅが配置され、ＵＨＦ帯域メアンダ部１１２ｅに短絡部材１３４ｅ、１３５ｅが配置されている。

さらに、図９〜図１１に示すダイポールアンテナ装置１０１ｆ〜１０１ｈのような構成を採用してもよい。なお、開発段階において短絡部材の配置位置が決まってしまえば、製造段階においては、図９〜図１１に図示するように、ＶＨＦ帯域放射素子やＵＨＦ帯域放射素子のパターンとして最初から短絡部材を織り込んだパターンを採用してもよい。

（放射指向性及びＶＳＷＲ特性）
次に、本発明に係るダイポールアンテナ装置の放射指向性及びＶＳＷＲ特性について説明する。

以下に、放射指向性及びＶＳＷＲ特性の測定手順の概要を示す。

（１）ケーブル付きアンテナのＶＳＷＲを測定する。

（２）ケーブル付きアンテナの放射パワーを測定する。

（３）ケーブル付きアンテナの放射特性を計算する。

（４）必要に応じて、ケーブル抜きアンテナのＶＳＷＲを測定する。

（５）ケーブルの損失を測定する。

（６）ケーブル抜きアンテナの放射特性を計算する。

なお、この測定手順において利用される計算式及び、それら計算式中における変数は次の通りである。

以下では、図６に示したダイポールアンテナ装置１０１ｃを例として、本発明に係るダイポールアンテナ装置の放射指向性及びＶＳＷＲ特性について説明する。

図６に示したダイポールアンテナ装置１０１ｃでは、図示したように、ｘｙ面、ｙｚ面及びｚｘ面が設定されている。

そして、図１２及び図１３に示すように、例えば、ｘｙ面を測定する場合には、上記の測定手順で示した（２）のアンテナの放射パワーを測定する際に、ターンテーブルに載置された測定用の受信アンテナの向きが、ｘｙ面内で順次、ｘ軸正の向き、ｙ軸正の向き、ｘ軸負の向き、ｙ軸正の向き、ｘ軸正の向きとなるように、ターンテーブルの回転角度αを０°→３６０°と変化させてやればよい。

この変化の過程において、アンテナの放射パワーを表わす垂直偏波Ｖ及び水平偏波Ｈを測定し、それらの測定結果に基づき、各受信アンテナの向きにおける放射特性を計算する。

図１２、図１３及び図１４に示すように、上記と同様に、ｙｚ面及びｚｘ面の放射特性を計算する。

図１６は、図６に示したダイポールアンテナ装置１０１ｃのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。また、図１７（ａ）〜（ｃ）は、図６に示したダイポールアンテナ装置１０１ｃの２００ＭＨｚ帯域における放射パターンを示すグラフである。なお、図１７（ａ）は、ｘｙ面における放射パターンであり、図１７（ｂ）は、ｙｚ面における放射パターンであり、図１７（ｃ）は、ｚｘ面における放射パターンである。

図１６によれば、地上波デジタルテレビ帯域のうち、５００ＭＨｚ以下の帯域においてＶＳＷＲを３．０以下に抑えられることが分かる。

また、図１７図１７（ａ）〜（ｃ）によれば、ｘｙ面、ｙｚ面及びｚｘ面のいずれの面においても、無指向性が実現されていることが分かる。

なお、本発明は、以下のようにも表現することができる。すなわち、本発明に係るダイポールアンテナ装置は、給電部よりそれぞれの放射素子を互いに巻き込み構造にし、１８０度以上を平行になるよう配置する。

また、放射素子幅をそれぞれの帯域に対し、（ＵＨＦ帯域よりＶＨＦ帯域を広く取る）異なるサイズになるように配置する。（ＵＨＦ帯域放射素子の幅は１．５ｍｍ以上有り、ＶＨＦ帯域放射素子の幅は２ｍｍ以上ある）。

ＵＨＦ帯域放射素子の導体幅は１．５ｍｍでも良いが、ＶＨＦ帯域放射素子の導体幅は２ｍｍ以上ないと、折り曲げの効果は無く、実行長はより長くなり面積は増加する。従って、ＶＨＦ帯域及びＵＨＦ帯域の放射素子導体幅は２ｍｍ程度が好ましく、Ｌ型にレイアウトした場合、デッドスペースが発生することなく４角形に収めることができる。

また、放射素子間隔をそれぞれの帯域に対し、２ｍｍ以上とし、最低間隔を０．５ｍｍ以上にする。

給電点近傍のＵＨＦ帯域放射素子とＶＨＦ帯域放射素子の間隔を０．５ｍｍとし、ＵＨＦ帯域放射素子の折り曲げ部分及びＶＨＦ帯域放射素子の折り曲げ部分の間隔をそれぞれ最低間隔が１．５ｍｍ、２ｍｍとなる。理由はＶＳＷＲ特性が良好な値を示しても放射指向性の利得を十分得ることができない。

アンテナサイズを実装上最もコンパクト化でき且つ、放射指向性をどの方向に対しても良好に送受信できるよう全体形状をＬ型になるよう配置する。

どちらかの放射素子に幅広部分を設け且つ、幅広部分上に給電ケーブルを配置する。

放射素子の構造を給電部に対し帯域の高い方をケーブルの芯線にし、低い帯域側をグランド側にする。

給電用ケーブル線はＵＨＦ側（ダイポール型アンテナの高周波側）にケーブル線よりも幅広の導体を設けインダクタンス整合を行う。ケーブル線と給電点間にインダクタンス整合を行わないとＶＳＷＲ特性を十分良好な値に設定できない。又、広帯域中のある部分においてＶＳＷＲ特性が高くなり放射指向性が低下するのでこの対策は必要不可欠なインダクタンス整合パターンである。

給電ケーブルに対し交差する放射素子の交点を３以下になるように配置する。

給電ケーブル線路と交差する放射素子導体は、給電ケーブル線と放射素子が交差する回数はインダクタンス整合部を含めて３点以内でなければならない。４回以上交差をした場合インダクタンス整合が難しくなり放射指向性において特性悪化を招く事になる。ＶＳＷＲ特性を十分良好な値に設定することが難しい。このダイポールアンテナを設計する上で基本的な項目になる。

放射素子配置を給電線に対し高周波帯域（ＵＨＦ）に相当する放射素子を給電ケーブルと反対方向の直線状に配置し、低周波側（ＶＨＦ）を給電ケーブルと並行になるように配置する。

それぞれの放射素子長さを給電部又は平行線端より低周波側を４分の１波長、高周波側を４分の１波長になるように配置する。

上記アンテナ放射素子がそれぞれに多数の折り返し部位を有するパターン構造になるように配置し、放射素子の給電部から先端までの間に複数のショートバーを有する。

本発明の基本的なレイアウト方法であり、Ｌ型又は逆Ｌ型にすることで表面積を縮小することが可能である。基本レイアウトは給電ケーブル線を配しその直線上に高周波帯域の放射素子を配置する。給電線及び給電点インダクタンス整合パターン、高周波部放射素子の下方又は上方向に低周波側の放射素子をレイアウトしなければならない。この方法以外でレイアウトしても十分な放射指向性は得られない。

本発明は、平面構造で薄型、低表面積及び低体積性に優れ且つ、ＶＨＦ帯域及び地上波デジタル放送のＵＨＦ帯域をフルカバーできる機能を持つアンテナ装置である。

地上デジタル放送による携帯機器向けのサービス開始に伴い、携帯機器用の受信アンテナの構成方法が１つの重要な技術的課題になる。まず、放送受信機能の未使用時におけるアンテナの収容スペースの問題がある。また、運搬時や外出先での使用時には、アンテナや機器本体はさまざまな衝撃に晒されているため、安全性を確保する必要がある。

本発明を適用して構成されるダイポールアンテナは、平面構造で且つ、厚さも０．２ｍｍ程度で面積も１３０ｍｍ×５０ｍｍ程度であり、現行の携帯機器に実装する場合、放射素子近傍の金属部を排除する事により可能である。また、表示装置近傍に装着する事が可能な為に、より外部の影響を受けにくい特徴を持つ。

本発明は、ロッドアンテナやＵＳＢ端子に装着する事がないので（一切表面に現れない）安全性の向上及び同調回路のコストを節約できる。

本発明は、平面構造体にシールドケーブルを装着しているのでヘリカルアンテナと異なり製造コストの大幅な削減が出来る。

本アンテナの放射指向性は各軸方向へ充分な利得を持つ事が出来るのでアンテナ本体を内蔵していても角度調整や方向等の調整を行わなくてすむ。平面構造式で、且つ、薄型、広帯域で同調回路が不要であり、携帯機器等に内蔵されているので受信時の取り扱いにおいて角度調整や伸縮調整等が一切不必要になり、且つ、安価で提供が可能である。

本発明の目的は、地上デジタル及びＶＨＦ帯域放送を携帯機器で受信するための優れたアンテナ装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、表示装置付き携帯機器やパーソナルコンピュータに装備され、未使用時の収容スペースの問題を解決することができる、優れたアンテナ装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、携帯機器やパーソナルコンピュータに装備され、耐衝撃性や安全性に優れたアンテナ装置を提供することにある。

本発明は、放送波受信用のアンテナ装置に適用できる。具体的には、例えば、ＶＨＦ放送帯域とＵＨＦ地上デジタル放送帯域の両帯域で送受信可能な、表示機能付き携帯機器やパーソナルコンピュータ等に装備されるアンテナ装置に利用することができる。

さらに詳しくは、本発明は、上記のような表示機能付き携帯機器等に装備され、未使用時の収容スペースの問題を解決するアンテナ装置に適用できる。特に、携帯機能付き機器に装備され、耐衝撃性や安全性に優れたアンテナ装置に利用することができる。

１０１ ダイポールアンテナ装置
１１１ ＶＨＦ帯域メアンダ部（低周波帯域側放射素子の先端部）
１１２ ＵＨＦ帯域メアンダ部（高周波帯域側放射素子の先端部）
１１３ 巻込部（低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子の根本部）
１１４ 給電部
１１５ ＶＨＦ帯域放射素子（低周波帯域側放射素子）
１１６ ＵＨＦ帯域放射素子（高周波帯域側放射素子）
１２１ 同軸ケーブル
１２２ 外部導体
１２３ 内部導体
１３２，１３３ 短絡部材

Claims (9)

1. 給電部に接続された２つの線状の放射素子を有し、これらのうち一方が低周波帯域側放射素子となり、他方が高周波帯域側放射素子となるダイポールアンテナ装置において、
   前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれ少なくとも１回の折り返しパターンからなるメアンダ形状を有しており、それぞれのメアンダ形状の折り返し方向が互いに直交するように配置され、
   前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれ前記メアンダ形状を有する先端部と、それぞれ給電部を取り囲みつつ互いに反対向きに引き出されて前記先端部に繋がる根本部と、を有することを特徴とするダイポールアンテナ装置。
2. 前記低周波帯域側放射素子が有するメアンダ形状は、前記根本部の引き出し方向と垂直である折り返し方向を持ち、
   前記高周波帯域側放射素子が有するメアンダ形状は、前記根本部の引き出し方向と平行である折り返し方向を持つことを特徴とする請求項１に記載のダイポールアンテナ装置。
3. 前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子の少なくとも一方は、それぞれのメアンダ形状上に配置され、それぞれのメアンダ形状内において短絡箇所を発生させるための１つまたは複数の短絡部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載のダイポールアンテナ装置。
4. 前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子の少なくとも一方において、前記給電部に接続される給電線の下方に位置する線幅が、他の位置よりも広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイポールアンテナ装置。
5. 前記給電部に接続される給電線は、同軸ケーブルで構成されており、
   前記低周波帯域側放射素子は、その根本部が前記同軸ケーブルの外部導体に接続されており、
   前記高周波帯域側放射素子は、その根本部が前記同軸ケーブルの内部導体に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイポールアンテナ装置。
6. 前記低周波帯域側放射素子及び高周波帯域側放射素子は、それぞれが前記給電部に接続される給電線と重畳する箇所が３カ所以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイポールアンテナ装置。
7. 前記低周波帯域側放射素子の実効長は、前記低周波帯域側における電波の波長の２分の１であり、
   前記高周波帯域側放射素子の実効長は、前記高周波帯域側における電波の波長の２分の１であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のダイポールアンテナ装置。
8. 前記低周波帯域側放射素子は、２ｍｍ以上の線幅を持ち、
   前記高周波帯域側放射素子は、１．５ｍｍ以上の線幅を持つことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のダイポールアンテナ装置。
9. 前記低周波帯域側放射素子と前記高周波帯域側放射素子との間隔は、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のダイポールアンテナ装置。

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