JP5903294B2

JP5903294B2 - アンテナ

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Publication number: JP5903294B2
Application number: JP2012038628A
Authority: JP
Inventors: 恵玲蒋; 長　敬三; 敬三長
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013175895A

Description

本発明はアンテナに関し、例えば移動通信用基地局などに用いられるアンテナに関する。

移動通信に使用される基地局アンテナは、独立のコンクリート柱や鉄柱、ビルの屋上、或いは鉄塔などに設置されている。移動体の通信エリアを穴なく確保するためには、基地局アンテナの適切な設置場所を確保することが重要である。住宅街などにおいては、基地局アンテナをコンクリート柱や鉄柱に設置するケースが多い。従って、住宅街などにおいては、これら独立コンクリート柱や鉄柱に設置可能な棒状の水平面内無指向性アンテナがよく使用される。

一方、近年の移動通信は複数の周波数帯を用いて通信サービスを提供することで伝送容量を確保している。そこで、すでにコンクリート柱や鉄柱に設置済みの基地局アンテナを新しい周波数に追加対応させるためには、設置場所や設置空間の制限などを考慮すると、従来から設置済みの棒状アンテナと同じ形状でマルチバンド化を実現することが望ましい。

図１、図２、図３、図４を参照して特許文献１のアンテナについて説明する。図１は、特許文献１のアンテナ９００の斜視図および断面図である。図２は、特許文献１のアンテナ９００の表面図および裏面図である。図３は特許文献１のアンテナ９００の反射減衰量特性を示すグラフである。図４は、特許文献１のアンテナ９００の水平面内放射指向性を示すグラフである。なお、以下に説明するアンテナ９００は、後述する本発明のアンテナと同一条件で比較を行うために部材のサイズや位置関係を微調整している。図１、図２に示す通り、特許文献１のアンテナ９００は、比誘電率約３．４の薄型の矩形基板（厚さ０．０１λ_２Ｇ、λ_２Ｇは２ＧＨｚの波長）である誘電体基板２を備えている。この誘電体基板２の表面及び裏面には銅箔が接着されており、その銅箔を写真エッチング法等にて処理することにより誘電体基板２上に、以下に述べるような放射素子としての半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂと、給電回路（マイクロストリップライン６、平行２線線路５ａ、５ｂ、アース面８）が形成されている。

半波長ダイポールアンテナは、全長が０．４６λ_２Ｇ、幅が０．０３λ_２Ｇであって、誘電体基板２の表面及び裏面にそれぞれ長さが０．２３λ_２Ｇずつ形成されている。具体的には、半波長ダイポールアンテナは、長さがそれぞれ０．２３λ_２Ｇの一対の半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂから成り、一方の半波長ダイポールアンテナ素子３ａが誘電体基板２の幅方向の一端部にほぼ接するように誘電体基板２の表面の一端縁において上下方向に沿って配置されると共に、他方の半波長ダイポールアンテナ素子３ｂが誘電体基板２の幅方向の一端部にほぼ接するよう誘電体基板２の裏面の一端縁において上下方向に沿って配置されている。そして、半波長ダイポールアンテナ素子３ａの上端部と半波長ダイポールアンテナ素子３ｂの下端部とは、互いに対向する位置に配置され、その対向位置が半波長ダイポールアンテナの電気的中心点となっている。

また、半波長ダイポールアンテナを構成する半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂは、誘電体基板２の表面及び裏面に形成された平行２線線路５ａ、５ｂにそれぞれ接続されており、この平行２線線路５ａ、５ｂは誘電体基板２の横幅の中心付近においてマイクロストリップライン６に接続されている。そして、このマイクロストリップライン６は、アンテナ９００の入出力端子となるコネクタ（図示省略）を介して給電ケーブル７に接続されている。

一方、上述の誘電体基板２の裏面には、半波長ダイポールアンテナを配設した側の一端縁とは反対側の半分部分に、マイクロストリップライン６のアース面８が形成されている。このアース面８は、その横幅が０．０６λ_２Ｇであり、半波長ダイポールアンテナの上下両端部（放射素子の両端部）からさらに上方及び下方に延びるように形成されている。

さらに、本例のアンテナ９００には、一対の第１周波数帯無給電素子（非励振素子）９ａ，９ｂが備えられている。これらの第１周波数帯無給電素子９ａ，９ｂは、全長が０．３９λ_２Ｇで、幅が０．０３λ_２Ｇの金属板にて構成された素子であり、誘電体基板２の横幅の中心位置付近から、誘電体基板２の表面及び裏面に対してそれぞれ直交する方向に０.０５λ_３．５Ｇ＋０．０１λ_２Ｇ（λ_３．５Ｇは３．５ＧＨｚの波長）だけ離れた箇所において、半波長ダイポールアンテナの電気的中心点と、第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂの電気的中心点の高さが同じ高さ位置になるように、誘電体基板２の表面側及び裏面側にそれぞれ１枚ずつ配置されている。また、第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂの幅方向中心と、誘電体基板２の幅方向中心は後述するｘ方向において一致するように配置されている。なお、これらの第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂは、プラスチック等の絶縁体（図示省略）によって誘電体基板２に固定されている。

特許文献１のアンテナ９００を屋外で使用する場合には、風雨からの保護や風圧荷重低減のため、ガラス強化プラスチック等で製作したカバーに収容するのが望ましいが、図１の断面図（ｃ）に示すように、誘電体レドーム２０に収容することが可能であり、このように設計することによって、アンテナ外径が細く、アンテナ設置時の風圧荷重が小さいアンテナ構造体にすることができる。

なお、図１の断面図（ｃ）、図２の表面図（ａ）、裏面図（ｂ）近傍にｘｙｚ軸を示した。誘電体基板２の表面と向かい合って右側方向をｘ軸正方向とし、誘電体基板２の表面と向かい合って上側方向をｙ軸正方向とし、誘電体基板２の表面に垂直な方向をｚ軸正方向として、以下共通に用いる。図１、図２においてｘｙｚ軸をずらして表示しているが、軸の原点は、誘電体基板２の対角線交点とする。

特許文献１のアンテナ９００の動作原理は、以下の通りである。すなわち、放射素子である半波長ダイポールアンテナからは、水平面内無指向性の電波が放射されるが、その近傍にあるマイクロストリップライン６のアース面８が、半波長ダイポールアンテナの反射板として作用するため、マイクロストリップライン６のアース面８が存在する方向への電波の放射が弱くなり、水平面内無指向性ではなくなる。しかし、特許文献１のアンテナ９００にあっては、第１周波数帯無給電素子９ａ，９ｂを所定位置に配置するようにしているため、この第１周波数帯無給電素子９ａ，９ｂに電波が導波され、これにより、マイクロストリップライン６のアース面８の方向への電波放射レベルが低下するのが防止されるため、水平面内無指向性アンテナとして動作することとなる。

図３はアンテナ９００の反射減衰量（Ｓ_１１）特性を縦軸Ｓパラメータ［ｄＢ］、横軸を周波数［ＧＨｚ］として示すグラフである。図３に示す通り、特許文献１のアンテナ９００は、約２ＧＨｚ帯で共振することが分かる。図４（ａ）はアンテナ９００の水平面（ｚ−ｘ平面）内放射指向性［ｄＢ］と水平面内角度θの関係を極座標方式（表示形式１）で表したグラフである。図４（ｂ）はアンテナ９００の水平面（ｚ−ｘ平面）内放射指向性［ｄＢ］と水平面内角度θの関係を直交座標方式（表示形式２）で表したグラフである。図４に示す通り、アンテナ９００は、測定周波数１．９５ＧＨｚ、および２．１４ＧＨｚにおいて水平面（ｚ−ｘ平面）内の全方位においてほぼ同じレベルの放射指向性となっており、無指向性特性が得られている。全方位における放射指向性の最大値と最小値の差分を水平面内指向性偏差といい、この水平面内指向性偏差の値が低いほど、アンテナの放射指向性が真円に近付く。水平面内指向性偏差の値が低いほど、水平面内無指向性アンテナとして使用できる可能性が高くなる。図４に示すように、特許文献１のアンテナの測定周波数１．９５ＧＨｚ、２．１４ＧＨｚにおける水平面内指向性偏差は３．２ｄＢであり、これは水平面無指向性アンテナの要求を満足する特性である。

特許第４１５５３５９号公報

しかしながら、特許文献１のアンテナ９００はこのままでは２つ以上の周波数の電波を放射するマルチバンドアンテナとして使用することは出来ない。たとえ特許文献１のアンテナ９００を改良し、複数の周波数帯において使用可能なように改良できたとしても、何れかの周波数帯域において当該改良したアンテナの水平面内指向性偏差が劣化し、水平面無指向性アンテナとしての使用に耐えない可能性がある。また、既設アンテナに対する施工のしやすさなどの観点から、基地局アンテナのマルチバンド化をアンテナ直径を変えないように実現することが望ましい。そこで、本発明では、二つの周波数帯で共振し、各帯域における水平面内指向性偏差を十分に抑制することができるアンテナを提供することを目的とする。

本発明のアンテナは、長板形状の誘電体基板と、誘電体基板の表面上および裏面上に形成されたダイポールアンテナと、誘電体基板の表面上および裏面上に形成され、ダイポールアンテナに電力を供給する給電回路と、２枚の長板形状の第１周波数帯無給電素子と、４枚の長板形状の第２周波数帯無給電素子とを備える。

第１周波数帯無給電素子は、誘電体基板の表面側および裏面側に一枚ずつ、誘電体基板の長手方向に沿って、誘電体基板面に直交する方向に誘電体基板と離間させて配置され、第２周波数帯無給電素子は、誘電体基板の表面側および裏面側に二枚ずつ、誘電体基板と第１周波数帯無給電素子との間に、誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子同士を互いに離間させて、誘電体基板の長手方向に沿って、誘電体基板面に直交する方向に誘電体基板と離間させ、第１周波数帯無給電素子面に直交する方向に第１周波数帯無給電素子と離間させて配置され、第１、第２周波数帯無給電素子と、ダイポールアンテナとは各々の電気的中心点が同じ高さとなるように配置されており、誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子同士が短絡されていることを特徴とする。

本発明のアンテナによれば、二つの周波数帯で共振し、各帯域における水平面内指向性偏差を十分に抑制することができる。

特許文献１のアンテナの斜視図および断面図。特許文献１のアンテナの表面図および裏面図。特許文献１のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフ。特許文献１のアンテナの水平面内放射指向性を示すグラフ。比較参考例のアンテナの斜視図および断面図。比較参考例のアンテナの表面図および裏面図。比較参考例のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフ。比較参考例のアンテナの水平面内放射指向性を示すグラフ。実施例１のアンテナの斜視図および断面図。実施例１のアンテナの表面図および裏面図。実施例１のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフ。実施例１のアンテナの水平面内放射指向性を示すグラフ。実施例２のアンテナの表面図。実施例２のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフ。実施例２のアンテナの水平面内放射指向性を示すグラフ。比較参考例、実施例２のアンテナにおける表面電流測定位置を示す図。比較参考例、実施例２のアンテナにおける表面電流測定結果を示すグラフ。第２周波数帯無給電素子間の距離、短絡位置に関するパラメータを変化させた場合の水平面内指向性偏差を示すグラフ。実施例３のアンテナの斜視図および断面図。実施例３のアンテナの表面図および裏面図。実施例３のアンテナの水平面内放射指向性を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。なお、以下の比較参考例、実施例に記載するダイポールアンテナは、具体的には半波長ダイポールアンテナとしても良い。

＜比較参考例＞
図５、図６、図７、図８を参照して、比較参考例のアンテナについて説明する。図５は本比較参考例のアンテナ８００の斜視図および断面図である。図６は本比較参考例のアンテナ８００の表面図および裏面図である。図７は本比較参考例のアンテナ８００の反射減衰量特性を示すグラフである。図８は本比較参考例のアンテナ８００の水平面内放射指向性を示すグラフである。本比較参考例のアンテナ８００は、特許文献１のアンテナ９００の第１周波数帯無給電素子９ａと誘電体基板２表面との間に、２枚の長板形状の第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａを配置し、第１周波数帯無給電素子９ｂと誘電体基板２裏面との間に、２枚の長板形状の第２周波数帯無給電素子１１ｂ、１２ｂを配置したものである。具体的には、誘電体基板２の表面と第１周波数帯無給電素子９ａとの間に、第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａを互いに離間させて、誘電体基板２の長手方向に沿って、誘電体基板表面に直交する方向に誘電体基板２と離間させ、第１周波数帯無給電素子面に直交する方向に第１周波数帯無給電素子９ａと離間させて配置している。同様に、誘電体基板２の裏面と第１周波数帯無給電素子９ｂとの間に、第２周波数帯無給電素子１１ｂ、１２ｂを互いに離間させて、誘電体基板２の長手方向に沿って、誘電体基板表面に直交する方向に誘電体基板２と離間させ、第１周波数帯無給電素子面に直交する方向に第１周波数帯無給電素子９ｂと離間させて配置している。誘電体基板２上に形成されたダイポールアンテナの電気的中心点と、第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂ、第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂの電気的中心点の高さ（ｙ方向）が同じ高さ位置になるように配置されている。また、誘電体基板２の対角線交点、第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂの対角線交点、第２周波数帯無給電素子１１ａの内側長端辺の中点と第２周波数帯無給電素子１２ａの内側長端辺の中点とを結ぶ線分の中点、第２周波数帯無給電素子１１ｂの内側長端辺の中点と第２周波数帯無給電素子１２ｂの内側長端辺の中点とを結ぶ線分の中点は誘電体基板２と直交する同一軸上（図５一点鎖線にて表示）に位置する。

別の表現では、本比較参考例のアンテナ８００は、長手方向が大凡同じ向きとなるように、１枚の長板形状の誘電体基板２、２枚の長板形状の第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂ、４枚の長板形状の第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂが配置されて構成されている。誘電体基板２の表面側には、第１周波数帯無給電素子９ａ、第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａが配置されている。誘電体基板２の裏面側には、第１周波数帯無給電素子９ｂ、第２周波数帯無給電素子１１ｂ、１２ｂが配置されている。誘電体基板、無給電素子は互いに板面が向かい合うように配置されている。第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａは、第１周波数帯無給電素子９ａを配置した平面と誘電体基板２の表面が形成する平面の間に位置する平面内に互いに離間させて配置されている。同様に、第２周波数帯無給電素子１１ｂ、１２ｂは、第１周波数帯無給電素子９ｂを配置した平面と誘電体基板２の裏面が形成する平面の間に位置する平面内に互いに離間させて配置されている。第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂの長手方向の全長はいずれも０．４４λ_３．５Ｇである。なお、第１周波数帯無給電素子９ａと、第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａが配置された平面との距離は０．０１λ_２Ｇである。同様に、第１周波数帯無給電素子９ｂと、第２周波数帯無給電素子１１ｂ、１２ｂが配置された平面との距離は０．０１λ_２Ｇである。誘電体基板２と第１周波数無給電素子９ａとの位置関係は、前述のアンテナ９００と同じであるから、第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａが配置された平面と、誘電体基板２の表面が形成する平面との距離は、０．０５λ_３．５Ｇである。同様に、第２周波数帯無給電素子１１ｂ、１２ｂが配置された平面と、誘電体基板２の裏面が形成する平面との距離は、０．０５λ_３．５Ｇである。隣り合う第２周波数帯無給電素子（１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ）の対角線交点間の距離（以下、ｄｉｓｔａｎｃｅという）は、０．１４λ_３．５Ｇである。また、本比較例および後述する実施例において第１周波数帯とは、２ＧＨｚ帯を意味し、第２周波数帯とは、３．５ＧＨｚ帯を意味する。

このように形成された本比較参考例のアンテナ８００は、図７の反射減衰量特性を示すグラフに示す通り、大凡２ＧＨｚ帯及び、３．５ＧＨｚ帯で共振することが分かる。また、図８の水平面（ｚ−ｘ平面）内放射指向性を示すグラフから、１．９５ＧＨｚ帯及び２．１４ＧＨｚ帯においては、水平面（ｚ−ｘ平面）内３６０°範囲でほぼ同じレベルの放射指向性となっていることが分かる。１．９５ＧＨｚ帯及び２．１４ＧＨｚ帯においては水平面内指向性偏差が３ｄＢ程度と低いため、２ＧＨｚ帯では、水平面内無指向性アンテナとして動作することが分かる。一方、本比較参考例のアンテナ８００は、３．５ＧＨｚ帯における水平面内指向性偏差が１０ｄＢとなり劣化することが分かる。

なお、本比較参考例および、後述する全ての実施例における誘電体基板２、および誘電体基板２上に形成された半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂ、平行２線線路５ａ、５ｂ、マイクロストリップライン６、給電ケーブル７、アース面８は特許文献１のアンテナ９００における同一符号の部材と同じ寸法、かつ同一位置に存在する。このことは、従来技術、比較参考例、後述する実施例において共通の符号を用いていることからも明らかであるが、念のためこれらの部材の寸法、配置を再度記載しておく。

本比較参考例の誘電体基板２の表面及び裏面には銅箔が接着されており、その銅箔を写真エッチング法等にて処理することにより誘電体基板２上に、以下に述べるような放射素子としての半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂと、給電回路（マイクロストリップライン６、平行２線線路５ａ、５ｂ、アース面８）が形成されている。

また、半波長ダイポールアンテナを構成する半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂは、誘電体基板２の表面及び裏面に形成された平行２線線路５ａ、５ｂにそれぞれ接続されており、この平行２線線路５ａ、５ｂは誘電体基板２の横幅の中心付近においてマイクロストリップライン６に接続されている。そして、このマイクロストリップライン６は、アンテナ８００の入出力端子となるコネクタ（図示省略）を介して給電ケーブル７に接続されている。

一方、上述の誘電体基板２の裏面には、半波長ダイポールアンテナを配設した側の一端縁とは反対側の半分部分に、マイクロストリップライン６のアース面８が形成されている。このアース面８は、その横幅が０．０６λ_２Ｇであり、半波長ダイポールアンテナの上下両端部（放射素子の両端部）からさらに上方及び下方に延びるように形成されている

上述の比較参考例のアンテナ８００をさらに改良した実施例１のアンテナ１００について、図９、図１０、図１１、図１２を参照して詳細に説明する。図９は本実施例のアンテナ１００の斜視図および断面図である。図１０は本実施例のアンテナ１００の表面図および裏面図である。図１１は本実施例のアンテナ１００の反射減衰量特性を示すグラフである。図１２は本実施例のアンテナ１００の水平面内放射指向性を示すグラフである。

本実施例のアンテナ１００は、誘電体基板２と、誘電体基板２上に形成された半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂ、平行２線線路５ａ、５ｂ、マイクロストリップライン６、給電ケーブル７、誘電体基板２上に形成されたアース面８、２枚の第１周波数無給電素子９ａ、９ｂと、４枚の第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂと、２本の短絡線路１３ａ、１３ｂとを備える。これらの誘電体基板、無給電素子の位置関係、配置間隔、サイズはすべて、前述した従来技術のアンテナ９００、比較参考例のアンテナ８００と同じである。すなわち、半波長ダイポールアンテナを構成する半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂの長手方向の長さは０．２３λ_２Ｇであり、表裏面をあわせた半波長ダイポールアンテナの全長は０．４６λ_２Ｇであり、幅は０．０３λ_２Ｇである。第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂの長手方向の全長は０．３９λ_２Ｇであり、幅は０．０３λ_２Ｇである。第２周波数帯無給電素子の長手方向の全長は０．４４λ_３．５Ｇであり、幅は０．０４λ_３．５Ｇである。隣り合う第２周波数帯無給電素子（１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ）のｄｉｓｔａｎｃｅは、０．１４λ_３．５Ｇである。第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ（１１ｂ、１２ｂ）が配置された平面と、誘電体基板２の表面（裏面）が形成する平面との距離（ｈ_１）は、０．０５λ_３．５Ｇである。第１周波数帯無給電素子９ａ（９ｂ）と、第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ（１１ｂ、１２ｂ）が配置された平面との距離（ｈ_２）は０．０１λ_２Ｇである。誘電体基板２の厚さ（ｔ）は０．０１λ_２Ｇである。誘電体基板、無給電素子は長手方向が大凡一致するように、板面が向かい合うように配置されており、無給電素子とダイポールアンテナの長手方向（ｙ方向）の電気的中心点が同じ高さになっている。また、誘電体基板２の対角線交点、第１周波数帯無給電素子９ａ、９ｂの対角線交点、短絡線路１３ａの中点、短絡線路１３ｂの中点は誘電体基板２と直交する同一軸上（図５一点鎖線にて表示）に位置する。

以上を前提として、本実施例のアンテナ１００はさらに、隣り合う第２周波数帯無給電素子１１ａと１２ａの内側端辺の略中点同士を短絡線路１３ａにより短絡している。同様に、隣り合う第２周波数帯無給電素子１１ｂと１２ｂの内側端辺の略中点同士を短絡線路１３ｂにより短絡している。このように構成された本実施例のアンテナ１００は、図１１に示すように２ＧＨｚ帯と３．５ＧＨｚ帯のそれぞれにおいて共振し、比較参考例のアンテナ８００と同じである。また図１２に示すように、本実施例のアンテナ１００の３．５ＧＨｚ帯における水平面（ｚ−ｘ平面）内指向性偏差は６．２ｄＢであり、比較参考例のアンテナ８００における３．５ＧＨｚ帯における水平面（ｚ−ｘ平面）内指向性偏差である１０ｄＢよりも改善されていることが分かる。

従って、本実施例のアンテナ１００によれば、隣り合う第２周波数帯無給電素子（１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ）の内側端辺の略中点同士を短絡することにより、アンテナ直径を大きくすることなく、構造が簡単かつ製造が容易であって、二つの周波数帯（２ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ）で共振し、かつ水平面内指向性偏差を抑制するアンテナを実現できる。

上述の実施例１のアンテナ１００をさらに改良した実施例２のアンテナ２００について、図１３、図１４、図１５を参照して詳細に説明する。図１３は本実施例のアンテナ２００の表面図である。図１４は本実施例のアンテナ２００の反射減衰量特性を示すグラフである。図１５は本実施例のアンテナ２００の水平面内放射指向性を示すグラフである。

本実施例のアンテナ２００は、誘電体基板２と、誘電体基板２上に形成された半波長ダイポールアンテナ素子３ａ、３ｂ、平行２線線路５ａ、５ｂ、マイクロストリップライン６、給電ケーブル７、誘電体基板２上に形成されたアース面８、２枚の第１周波数無給電素子９ａ、９ｂと、４枚の第２周波数帯無給電素子１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂと、２本の短絡線路１３ａ、１３ｂとを備える。実施例１のアンテナ１００と本実施例のアンテナ２００との違いは、図１３に示すように、第２周波数帯無給電素子同士を、第２周波数帯無給電素子の内側端辺の中点からｙ軸方向にわずかにずらした位置で短絡した点のみである。以下、第２周波数帯無給電素子の内側端辺の短絡位置（短絡線路短端辺中点）と第２周波数帯無給電素子の内側端辺中心との距離をｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔと呼ぶ。ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔは、ｙ軸正方向に設けられている場合には、正の値、ｙ軸負方向に設けられている場合には、負の値をとるものとする。本実施例においてｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔは＋０．０１λ_３．５Ｇである。

このように構成された本実施例のアンテナ２００は、図１４に示すように２ＧＨｚ帯と３．５ＧＨｚ帯のそれぞれにおいて共振し、比較参考例のアンテナ８００、実施例１のアンテナ１００と同じである。また図１５に示すように、本実施例のアンテナ２００の３．５ＧＨｚ帯における水平面（ｚ−ｘ平面）内指向性偏差は３．９ｄＢであり、比較参考例のアンテナ８００、実施例１のアンテナ１００における３．５ＧＨｚ帯における水平面（ｚ−ｘ平面）内指向性偏差である１０ｄＢ、６．２ｄＢよりも改善されていることが分かる。

従って、本実施例のアンテナ２００によれば、隣り合う第２周波数帯無給電素子（１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ）の内側端辺の中点からｙ軸方向にわずかにずらした位置で短絡することにより、アンテナ直径を大きくすることなく、構造が簡単かつ製造が容易であって、二つの周波数帯（２ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ）で共振し、かつ水平面内指向性偏差を抑制するアンテナを実現できる。

＜水平面内指向性偏差の改善に対する考察＞
以下、図１６、図１７を参照して本発明のアンテナにおいて第２周波数帯において水平面内指向性偏差が改善する理由について考察する。図１６は比較参考例、実施例２のアンテナにおける表面電流測定位置を示す図である。図１７は比較参考例、実施例２のアンテナにおける表面電流測定結果を示すグラフである。図１６（ａ）は比較参考例、図１６（ｂ）は実施例２の表面電流測定位置である。図１７（ａ）は比較参考例、図１７（ｂ）は実施例２の表面電流測定結果である。

本発明のアンテナにおける第２周波数帯の水平面内放射指向性は、主に第２周波数帯で共振するＨ字型無給電素子（隣り合う第２周波数帯無給電素子と、短絡線路により構成される部材）の表面に流れる電流によって決まる。実施例２のＨ字型無給電素子による水平面内指向性偏差の抑制効果の理由を、比較参考例の対となる第２周波数帯無給電素子及び実施例２のＨ字型無給電素子の表面に流れる電流を用いて説明する。図１６の太矢印に示すように、第２周波数帯無給電素子の外側端辺近傍の電流分布（電流値はｙ軸正方向を正の値とする）を観測する。比較参考例のアンテナ８００と、実施例２のアンテナ１００において、同じ位置における電流分布を観測するものとし、図１６に示すように、第２周波数帯無給電素子１２ａの外側端辺の電流分布を♯１、第２周波数帯無給電素子１１ａの外側端辺の電流分布を♯２、第２周波数帯無給電素子１２ｂの外側端辺の電流分布を♯３、第２周波数帯無給電素子１１ｂの外側端辺の電流分布を♯４と呼ぶものとする。

図１７のグラフは、横軸をｙ方向における周波数ｆ２用無給電素子上電流の観測位置Ｙ（ｍｍ、無給電素子端辺の中点を原点とし、ｙ軸正方向を正の値とする）とし、縦軸を観測された電流の強さ［Ａ／ｍ］としている。図１７（ａ）から、比較参考例の＃２において、他の位置における測定結果と比べ、極端に強い電流が流れていることが分かる。その理由として、＃２近傍には、誘電体基板２を介してアース面８が存在しているため、これが反射板として機能していることが考えられる。また、誘電体基板裏側に位置する＃３と＃４が、誘電体基板表側の＃１と＃２に比べ、電流が弱いことも分かる。このように、４つの無給電素子表面に流れる電流が極端に不均一となっていることで、水平面内放射指向性がある方向に強く出るなど指向性偏差が大きくなりやすい結果につながると考えられる。

一方、実施例２では同じ平面内の２つの第２周波数帯無給電素子同士を短絡する構造のＨ字型無給電素子を用いるため、無給電素子同士の電流強度の違いを低減することができると期待される。図１７（ｂ）から分かる通り、実施例２の構成とすることで、極端に強かった＃２の電流が約半分程度に抑制され、弱かった＃３と＃４の電流が従来の約２倍程度に大きくなった。水平面内放射指向性を決める４つの無給電素子表面電流が均一化されたことにより、指向性偏差が低減されたと考えられる。

＜形状パラメータに関する考察＞
前述したように、本発明のアンテナにおけるＨ字型無給電素子は、その素子形状パラメータによって、アンテナの水平面内指向性偏差が異なる結果となる。水平面内指向性偏差に影響する無給電素子の形状パラメータとして具体的には、Ｈ字型無給電素子の誘電体基板２からの距離ｈ_１、Ｈ字型無給電素子の第２周波数帯無給電素子間の距離ｄｉｓｔａｎｃｅ、Ｈ字型無給電素子の第２周波数帯無給電素子の内側端辺の短絡位置と内側端辺中点との距離であるｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔが挙げられる。

以下、図１８を参照して、実施例２のアンテナ２００において形状パラメータであるｄｉｓｔａｎｃｅとｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔのみを異ならせた場合の水平面内指向性偏差の測定結果について説明する。図１８は第２周波数帯無給電素子間の距離、短絡位置に関するパラメータを変化させた場合の水平面内指向性偏差を示すグラフである。図１８のグラフの縦軸は第２周波数帯（３．５ＧＨｚ帯）における水平面内指向性偏差［ｄＢ］であり、指向性偏差が小さいほど真円度が高くなり、水平面内無指向性アンテナとしての性能が良くなる。横軸はｄｉｓｔａｎｃｅ［ｍｍ］を表す。また、凡例ごとにｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔを−２、−１、０、＋１、＋２［ｍｍ］として表示している。図１８に示す通り、いずれのパラメータも指向性偏差に影響を与える。特に、ｄｉｓｔａｎｃｅを１２［ｍｍ］以上１４［ｍｍ］以下（≒０．１４０×λ_３．５Ｇ以上０．１６３×λ_３．５Ｇ以下）とした場合に、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔを０として第２周波数帯無給電素子内側端辺の中心位置で短絡するよりも、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔを０を除く−２ｍｍ以上＋２ｍｍ以下（≒−０．０２３３×λ_３．５Ｇ以上＋０．０２３３×λ_３．５Ｇ以下）の範囲内でわずかにシフトさせた位置で短絡するほうが指向性偏差は改善することが分かる。また、ｄｉｓｔａｎｃｅを１４［ｍｍ］以上１６［ｍｍ］以下（≒０．１６３×λ_３．５Ｇ以上０．１８７×λ_３．５Ｇ以下）とした場合に、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔを−２［ｍｍ］（−０．０２３３×λ_３．５Ｇ）、＋１［ｍｍ］（＋０．０１１７×λ_３．５Ｇ）、＋２［ｍｍ］（＋０．０２３３×λ_３．５Ｇ）の何れかの位置にシフトさせた位置で短絡したほうが中心位置で短絡するよりも指向性偏差は改善することが分かる。

また、図中長破線（黒丸記号）で比較参考例においてｄｉｓｔａｎｃｅを変更した場合の指向性偏差について表示した。ｄｉｓｔａｎｃｅ９．０［ｍｍ］〜１５．０［ｍｍ］の範囲内においては、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔの値に関わらず、第２周波数帯無給電素子同士を短絡させた条件のほうが、短絡させない条件（比較参考例）と比較して指向性偏差が小さくなることが分かる。また、ｄｉｓｔａｎｃｅ１６．０［ｍｍ］の場合においても、多くのｏｆｆｓｅｔ＿ｓｈｏｒｔの条件（−２［ｍｍ］、＋１［ｍｍ］、＋２［ｍｍ］）において、第２周波数帯無給電素子同士を短絡させた条件のほうが、短絡させない条件（比較参考例）と比較して指向性偏差が小さくなることが分かる。

次に、実施例２の構成を一部省略した実施例３のアンテナについて、図１９、図２０、図２１を参照して説明する。図１９は本実施例のアンテナ３００の斜視図および断面図である。図２０は本実施例のアンテナ３００の表面図および裏面図である。図２１は本実施例のアンテナ３００の水平面内放射指向性を示すグラフである。
図２１に示す通り、周波数帯２．１４ＧＨｚ〜３．８０ＧＨｚにおいて、水平面内指向性偏差が５．５ｄＢ以内に抑えられていることが分かる。

従って、実施例３のアンテナ３００によれば、第１周波数帯無給電素子を省略して、第２周波数帯無給電素子と短絡線路によりＨ字型無給電素子を形成することにより、アンテナ直径を大きくすることなく、構造が簡単かつ製造が容易であって、二つの周波数帯（２ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ）で共振し、かつ水平面内指向性偏差を抑制するアンテナを実現できる。

Claims

長板形状の誘電体基板と、
前記誘電体基板の表面上および裏面上に形成されたダイポールアンテナと、
前記誘電体基板の表面上および裏面上に形成され、前記ダイポールアンテナに電力を供給する給電回路と、
２枚の長板形状の第１周波数帯無給電素子と、
４枚の長板形状の第２周波数帯無給電素子とを備え、
前記第１周波数帯無給電素子は、前記誘電体基板の表面側および裏面側に一枚ずつ、前記誘電体基板の長手方向に沿って、前記誘電体基板面に直交する方向に前記誘電体基板と離間させて配置され、
前記第２周波数帯無給電素子は、前記誘電体基板の表面側および裏面側に二枚ずつ、前記誘電体基板と前記第１周波数帯無給電素子との間に、前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子同士を互いに離間させて、前記誘電体基板の長手方向に沿って、前記誘電体基板面に直交する方向に前記誘電体基板と離間させ、前記第１周波数帯無給電素子面に直交する方向に前記第１周波数帯無給電素子と離間させて配置され、
前記第１、第２周波数帯無給電素子と、前記ダイポールアンテナとは各々の電気的中心点が同じ高さとなるように配置されており、
前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子同士が短絡されていることを特徴とするアンテナ。
請求項１に記載のアンテナであって、
前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子の向かい合う長辺の略中点同士を短絡すること
を特徴とするアンテナ。
請求項１に記載のアンテナであって、
前記第１周波数帯が２．０ＧＨｚ、前記第２周波数帯が３．５ＧＨｚであり、
前記ダイポールアンテナの長手方向の長さが２．０ＧＨｚの波長の０．４６倍であり、
前記第１周波数帯無給電素子の長手方向の全長が２．０ＧＨｚの波長の０．３９倍であり、
前記第２周波数帯無給電素子の長手方向の全長が３．５ＧＨｚの波長の０．４４倍であり、
前記誘電体基板と前記第２周波数帯無給電素子との距離が３．５ＧＨｚの波長の０．０５倍であり、
前記第１周波数帯無給電素子と、前記第２周波数帯無給電素子を配置した平面との距離が２ＧＨｚの波長の０．０１倍であり、
前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子の幅方向中心間距離が３．５ＧＨｚの波長の０．１４０倍以上０．１６３倍以下であり、
前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子の向かい合う長辺の中点から長手方向に３．５ＧＨｚの波長の０．０２３３倍以下となる距離（０を除く）離れた点同士を短絡すること
を特徴とするアンテナ。
請求項１に記載のアンテナであって、
前記第１周波数帯が２．０ＧＨｚ、前記第２周波数帯が３．５ＧＨｚであり、
前記ダイポールアンテナの長手方向の長さが２．０ＧＨｚの波長の０．４６倍であり、
前記第１周波数帯無給電素子の長手方向の全長が２．０ＧＨｚの波長の０．３９倍であり、
前記第２周波数帯無給電素子の長手方向の全長が３．５ＧＨｚの波長の０．４４倍であり、
前記誘電体基板と前記第２周波数帯無給電素子との距離が３．５ＧＨｚの波長の０．０５倍であり、
前記第１周波数帯無給電素子と、前記第２周波数帯無給電素子を配置した平面との距離が２ＧＨｚの波長の０．０１倍であり、
前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子の幅方向中心間距離が３．５ＧＨｚの波長の０．１６３倍以上０．１８７倍以下であり、
前記誘電体基板を介さずに隣り合う第２周波数帯無給電素子の向かい合う長辺の中点から長手方向に３．５ＧＨｚの波長の０．０２３３倍以下となる距離（０を除く）鉛直上方に離れた点同士を短絡するか、または３．５ＧＨｚの波長の０．０２３３倍となる距離鉛直下方に離れた点同士を短絡すること
を特徴とするアンテナ。