JP6152016B2 - 多共振アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、小型かつ複数の帯域に共振するアンテナに関し、特に通信モジュール用のアンテナに適用して好適な多共振アンテナに関するものである。

近年、業務用無線において通信モジュールを用いたシステムの開発が進んでいる。この通信モジュールが利用する通信網の一つとして８００ＭＨｚ帯および２０００ＭＨｚ帯を使用している携帯電話網があげられる。さらに、広帯域移動無線アクセスシステムやＬＴＥ（Long Term Evolution）システムにも対応させるには、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振するアンテナとする必要がある。この場合、通信モジュールには、通信網が利用する複数の周波数帯域で動作する小型のアンテナが好適となる。

従来の共振アンテナの構成の一例を図１７に示す。図１７に示す共振アンテナ１００は、グランド上に直立している給電素子１０１から構成されており、給電素子１０１はユニポールアンテナを構成している。給電素子１０１の下端とグランド間に給電部１０２が設けられ、給電素子１０１は給電部１０２から給電される。給電素子１０１の長さは使用周波数の約１／４波長とされており、共振アンテナ１００は使用周波数および使用周波数の整数倍の周波数で共振するため、動作周波数帯域は狭い周波数帯域しか得ることができない。

動作周波数帯域を広帯域化する手法として、従来、長さの異なる給電素子を複数設けることにより動作周波数帯域を広帯域化したり、一端がアースに接続された無給電素子を給電素子に近接して配置する構成が知られている。ここで、給電素子および無給電素子を備える共振アンテナの構成の一例を図１８に示す。
図１８に示す多共振アンテナ２００は、グランド上に直立している給電素子２０１と、グランド上に直立して給電素子２０１に近接して配置され、一端がグランドに接続されている長さの異なる第１アース素子２０２と第２アース素子２０３とから構成されている。給電素子２０１はユニポールアンテナを構成しており、給電素子２０１の下端とグランド間に給電部２０４が設けられ、給電素子２０１は給電部２０４から給電される。第１アース素子２０２と第２アース素子２０３の一端はグランドに接続され、給電素子２０１とそれぞれ電磁結合されて給電されるようになる。給電素子２０１は、その長さが約１／４波長に相当する周波数に共振し、第１アース素子２０２および第２アース素子２０３も、その長さが約１／４波長に相当する周波数に共振するようになる。この場合、給電素子２０１の長さが一番長く、次に第１アース素子２０２の長さが長く、第２アース素子２０３の長さが一番短くされて、給電素子２０１と第１アース素子２０２と第２アース素子２０３とは、それぞれ異なる周波数で共振するようになる。これにより、多共振アンテナ２００は複数の周波数で共振するようになり、広帯域で動作するようになる。
一端がアースに接続された無給電素子を給電素子に近接して配置するアンテナは、特許文献１および特許文献２に記載されている。なお、特許文献２には、長さの異なる給電素子を複数設けることにより動作周波数帯域を広帯域化することも記載されている。

特開２００４−２０１２７８号公報 特開２００２−３３００２５号公報

しかしながら、一端がアースに接続された無給電素子を給電素子に近接して配置したり、給電素子を複数設けたりして動作周波数帯域を広帯域化しても、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振するアンテナを実現することは困難であるという問題点があった。また、エリア放送や地上デジタルテレビ放送に対応させる場合は、４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振するアンテナとする必要があるが、このようなアンテナを実現することも困難であるという問題点があった。
そこで、本発明は７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚや４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの広帯域の周波数帯域において複数の帯域に共振させることができる多共振アンテナを提供することを目的としている。

本発明にかかる多共振アンテナは、直線部と、該直線部の上端に設けられている矩形ループ状のループ部とから構成されて、グランド上に直立している第１給電素子と、一端が前記直線部に接続されているＬ字状の第２給電素子と、前記第１給電素子に近接してほぼ平行に配置され、一端が前記グランドに接続されて、他端が前記ループ部の下端と対向している第１アース素子と、前記第１給電素子に近接してほぼ平行に配置されると共に、前記第１アース素子と対面して配置され、一端が前記グランドに接続されている第２アース素子と、前記第１給電素子の下端と前記グランド間に設けられた給電部とを備え、前記第１給電素子の前記直線部の下端から前記ループ部をほぼ一周した下端までの長さＡが、７００ＭＨｚの波長をλ _１ とした時に約０．３λ _１ とされ、前記第１給電素子の前記直線部の下端から前記ループ部の上端までの長さＢが、８００ＭＨｚの波長をλ _２ とした時に約０．２２λ _２ とされ、前記第１アース素子の長さＣが、１０００ＭＨｚの波長をλ _３ とした時に約０．１６λ _３ とされ、前記第１給電素子の下端から前記第２給電素子の先端までの長さＤが、１７００ＭＨｚの波長をλ _６ とした時に約０．１７λ _６ とされ、前記第２アース素子の長さＥが、１２５０ＭＨｚの波長をλ _４ とした時に約０．１２λ _４ とされて、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振することを最も主要な特徴としている。

本発明の多共振アンテナでは、第１給電素子の共振周波数を第１の周波数とした際に、第２給電素子、第１アース素子および第２アース素子のそれぞれの共振周波数が、第１の周波数より高いと共に互いに異なる周波数とされていることから、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚや４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの広帯域の周波数帯域において複数の帯域に共振させることができる多共振アンテナとすることができる。

本発明の第１実施例にかかる多共振アンテナの構成を示す図である。 本発明の第１実施例にかかる多共振アンテナの寸法の表記および寸法の一例を示す図である。 本発明の第１実施例にかかる多共振アンテナにおいて、一例の寸法とされた際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第１実施例にかかる多共振アンテナの他の寸法の例を示す図である。 本発明の第１実施例にかかる多共振アンテナにおいて、他の寸法とされた際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第１実施例にかかる多共振アンテナにおいて、ループ部の内部の切欠を省略した場合の構成、および、そのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの構成を示す斜視図、上面図、正面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの構成を示す左側面図、右側面図、下面図、断面図で示す正面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの構成を示す他の断面図で示す正面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの構成を示す分解組立図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの下ケースの構成を示す上面図、正面図、下面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの下ケースの構成を断面図で示す正面図、断面図で示す側面図、断面図で示す他の側面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの上ケースの構成を示す上面図、正面図、下面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナの下ケースの構成を断面図で示す正面図、断面図で示す側面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナのアンテナ基板の構成を示す表面図、裏面図である。 本発明の第２実施例にかかる多共振アンテナのアース板の一例、および、第２実施例にかかる多共振アンテナを筐体に取り付けた構成例を示す図である。 従来の共振アンテナの構成の一例を示す図である。 従来の動作周波数帯域を広帯域化した多共振アンテナの構成の一例を示す図である。

本発明の第１実施例の多共振アンテナ１の構成を図１に示す。
図１に示すように、第１実施例の多共振アンテナ１は、グランド上に直立している第１給電素子１０と、一端が第１給電素子１０の下部に接続されているＬ字状の第２給電素子１１と、グランド上に直立して第１給電素子１０に近接して配置され、一端がグランドに接続されている長さの異なる第１アース素子１２と第２アース素子１３とから構成されている。第１給電素子１０は、直線部１０ａと、直線部１０ａの上端に設けられている矩形ループ状のループ部１０ｂとから構成されている。また、第１アース素子１２は直線部１０ａに近接して平行に配置され、その先端はループ部１０ｂの下面と対向している。第２アース素子１３もは直線部１０ａに近接して平行に配置されていると共に、第１アース素子１２に対面して配置されている。第１給電素子１０および第２給電素子１１はユニポールアンテナを構成しており、第１給電素子１０の下端とグランド間に給電部１４が設けられ、第１給電素子１０および第２給電素子１１は給電部１４から給電されている。また、第１アース素子１２と第２アース素子１３の一端はグランドに接続され、第１給電素子１０とそれぞれ電磁結合されて給電されるようになる。

第１給電素子１０および第２給電素子１１は、その電気長が約１／４波長に相当する周波数に共振し、第１アース素子１２および第２アース素子１３も、その電気長が約１／４波長に相当する周波数に共振するようになる。この場合、第１給電素子１０の電気長が一番長く、次いで第１アース素子１２の電気長が長く、次いで第２アース素子１３の電気長が長く、第２給電素子１１の電気長が一番短くされて、第１給電素子１０と第２給電素子１１と第１アース素子１２と第２アース素子１３とは、それぞれ異なる周波数で共振するようになる。これにより、第１実施例の多共振アンテナ１は複数の周波数で共振するようになり、広帯域で動作するようになる。
第１実施例の多共振アンテナ１は、テフロン基板やガラスエポキシ基板等の高周波特性の良好な絶縁性のアンテナ基板の表面と裏面とにプリントパターンを形成することにより構成することができる。この場合、アンテナ基板の表面に第１給電素子１０、第２給電素子および第１アース素子１２のプリントパターンを形成し、アンテナ基板の裏面に第２アース素子１３のプリントパターンを第１アース素子１２に対面するよう形成するのが好適とされる。このように絶縁性のアンテナ基板の表面と裏面とにプリントパターンにより、第１給電素子１０と第２給電素子１１と第１アース素子１２と第２アース素子１３とを形成する場合は、アンテナ基板の誘電率の影響を受けて波長が短縮される。波長が短縮されない場合は電気長と物理長とは等しいが、波長が短縮された場合は、電気長で表した各素子の長さは、波長短縮された分だけ物理長より短くなる。

第１実施例の多共振アンテナ１の寸法の表記を図２（ａ）に示し、寸法の一例を図２（ｂ）に示す。
図２（ａ）に示すように、第１給電素子１０の直線部１０ａの下端からループ部１０ｂをほぼ一周した下端までの長さがＡ、第１給電素子１０の直線部１０ａの下端からループ部１０ｂの上端までの長さがＢ、第１アース素子１２の長さがＣ、第１給電素子１０の下端から先端までの第２給電素子１１の長さがＤ、第２アース素子１３の長さがＥと表記される。これらの寸法Ａ〜Ｅの一例が図２（ｂ）に示されており、長さＡは主に７００ＭＨｚ、２５００ＭＨｚ、２８００ＭＨｚの電気特性に影響を与え、７００ＭＨｚの波長をλ₁とした時に電気長Ａは約０．３λ₁、２５００ＭＨｚの波長をλ₈とした時に電気長Ａは約１．０６λ₈、２８００ＭＨｚの波長をλ₃とした時に電気長Ａは約１．１８λ₉とされる。長さＢは主に８００ＭＨｚの電気特性に影響を与え、８００ＭＨｚの波長をλ₂とした時に電気長Ｂは約０．２２λ₂とされる。長さＣは主に１０００ＭＨｚの電気特性に影響を与え、１０００ＭＨｚの波長をλ₃とした時に電気長Ｃは約０．１６λ₃とされる。長さＤは主に１７００ＭＨｚ、２２００ＭＨｚの電気特性に影響を与え、１７００ＭＨｚの波長をλ₆とした時に電気長Ｄは約０．１７λ₆、２２００ＭＨｚの波長をλ₇とした時に電気長Ｄは約０．２３λ₇とされる。長さＥは主に１２５０ＭＨｚ、１４５０ＭＨｚの電気特性に影響を与え、１２５０ＭＨｚの波長をλ₄とした時に電気長Ｅは約０．１２λ₄、１４５０ＭＨｚの波長をλ₅とした時に電気長Ｅは約０．１４λ₅とされる。

第１実施例の多共振アンテナ１の各寸法が図２（ｂ）に示す寸法とされた際の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図３に示す。図３を参照すると、７００ＭＨｚにおいて約３．００のＶＳＷＲが得られ、周波数が上がっていくとＶＳＷＲが改善されて８００ＭＨｚにおいて約１．４８のＶＳＷＲが得られる。周波数がさらに上がり９００ＭＨｚを超えると次第にＶＳＷＲが上昇し１０００ＭＨｚにおいて約２．４７のＶＳＷＲが得られ、約１０２０ＭＨｚにおいてＶＳＷＲが約３．００となる。この場合のＶＳＷＲが約３．００以下の比帯域は約３７％となる。周波数が１０００ＭＨｚを超えるとＶＳＷＲは急激に劣化するが、周波数が１２３０ＭＨｚまで上昇すると約３．０のＶＳＷＲに復帰し、周波数が１２５０ＭＨｚになると約２．５６の良好なＶＳＷＲが得られる。１２５０ＭＨｚを超えて約３０００ＭＨｚまでの帯域において３．００以下のＶＳＷＲが得られるようになり、１４５０ＭＨｚにおいて約１．８５、１７００ＭＨｚにおいて約２．４７、２２００ＭＨｚにおいて約２．２２、２５００ＭＨｚにおいて約１．０９、２８００ＭＨｚにおいて約２．９０の良好なＶＳＷＲが得られる。この場合のＶＳＷＲが約３．００以下の比帯域は約７７％の広帯域となる。
このように、図１に示す構成とされた第１実施例の多共振アンテナ１では、その各寸法を図２（ｂ）に示す寸法とすることにより、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振するようになり、この広帯域の周波数帯域を利用する各種通信方式において動作するようになる。

また、第１実施例の多共振アンテナ１においては、その各寸法を図４に示す寸法とすることができる。ただし、Ａ〜Ｅの寸法の表記は図２（ａ）に示すとおりである。
図４に示す寸法では、長さＡは主に４２０ＭＨｚの電気特性に影響を与え、４２０ＭＨｚの波長をλ₁₀とした時に電気長Ａは約０．３λ₁₀とされる。長さＢは主に５００ＭＨｚ、２４４５ＭＨｚ、２５８０ＭＨｚの電気特性に影響を与え、５００ＭＨｚの波長をλ₁₁とした時に電気長Ｂは約０．２２λ₁₁、２４４５ＭＨｚの波長をλ₁₇とした時に電気長Ｂは約１．０６λ₁₇、２５８０ＭＨｚの波長をλ₁₈とした時に電気長Ｂは約１．１８λ₁₈とされる。長さＣは主に６１４ＭＨｚの電気特性に影響を与え、６１４ＭＨｚの波長をλ₁₂とした時に電気長Ｃは約０．１６λ₁₂とされる。長さＤは主に１４２０ＭＨｚ、１６９５ＭＨｚの電気特性に影響を与え、１４２０ＭＨｚの波長をλ₁₅とした時に電気長Ｄは約０．１７λ₁₅、１６９５ＭＨｚの波長をλ₁₆とした時に電気長Ｄは約０．２３λ₁₆とされる。長さＥは主に８２０ＭＨｚ、１１８０ＭＨｚの電気特性に影響を与え、８２０ＭＨｚの波長をλ₁₃とした時に電気長Ｅは約０．１２λ₁₃、１１８０ＭＨｚの波長をλ₁₄とした時に電気長Ｅは約０．１４λ₁₄とされる。

第１実施例の多共振アンテナ１の各寸法が図４に示す寸法とされた際の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図５に示す。図５を参照すると、４２０ＭＨｚにおいて約２．９８のＶＳＷＲが得られ、周波数が上昇するに従いＶＳＷＲが改善されて５００ＭＨｚにおいて約１．２９のＶＳＷＲが得られる。周波数がさらに上がると次第にＶＳＷＲが上昇し６００ＭＨｚにおいて約２．０５のＶＳＷＲが得られ、約６２０ＭＨｚにおいてＶＳＷＲが約３．００となる。この場合のＶＳＷＲが約３．００以下の比帯域は約３８％となる。周波数が６２０ＭＨｚを超えるとＶＳＷＲは急激に劣化するが、周波数が８２０ＭＨｚまで上昇すると約２．８４のＶＳＷＲに復帰し、８５０ＭＨｚないし１１５０ＭＨｚまでの周波数帯域において２以下の良好なＶＳＷＲが得られるようになる。周波数が１１８０ＭＨｚになると約２．８８のＶＳＷＲが得られるが、それ以上周波数が上がるとＶＳＷＲは３．００を超えるようになる。この場合のＶＳＷＲが約３．００以下の比帯域は約３６％となる。

しかし、さらに周波数が上がるとＶＳＷＲは改善されて、１４２０ＭＨｚまで周波数が上昇すると約２．９５のＶＳＷＲが得られ、さらに周波数が上がるとＶＳＷＲは改善されていき、１６００ＭＨｚにおいては約１．４のＶＳＷＲが得られる。さらに周波数が上がるとＶＳＷＲは大きくなり、周波数が１６９５ＭＨｚになるとＶＳＷＲは約２．９０となる。それ以上周波数が上がるとＶＳＷＲは３．００を超えるようになり、この場合のＶＳＷＲが約３．００以下の比帯域は約１８％となる。さらに周波数が上がり２４４５ＭＨｚまで上昇すると約２．８４のＶＳＷＲに復帰し、さらに周波数が上がるとＶＳＷＲは改善されていき、２５００ＭＨｚにおいては約１．５の良好なＶＳＷＲが得られる。さらに周波数が上がるとＶＳＷＲは大きくなり、周波数が２５８０ＭＨｚになるとＶＳＷＲは約２．９８となる。それ以上周波数が上がるとＶＳＷＲは３．００を超えるようになり、この場合のＶＳＷＲが約３．００以下の比帯域は約５％となる。
このように、図１に示す構成とされた第１実施例の多共振アンテナ１では、その各寸法を図４に示す寸法とすることにより、４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振するようになり、この広帯域の周波数帯域を利用する各種通信方式において動作するようになる。

ところで、図１に示す構成の第１実施例の多共振アンテナ１においては、ループ部１０ｂの内部の切欠を省略して、図６（ａ）に示す板状のループ部１０ｂ’の構成とすることが考えられる。図６（ａ）に示す板状のループ部１０ｂ’の構成とした際のＶＳＷＲの周波数特性を図６（ｂ）に示す。この際の各素子の寸法は、図２（ｂ）に示す寸法と同じとされている。
図６（ｂ）を参照すると、７００ＭＨｚにおいて約２．８５のＶＳＷＲが得られ、周波数が上がっていくとＶＳＷＲが改善されて８１５ＭＨｚにおいて約１．７８のＶＳＷＲが得られる。周波数がさらに上がり９６０ＭＨｚになるとさらにＶＳＷＲは改善され約１．３４のＶＳＷＲが得られる。そして、１０００ＭＨｚを超えると急激にＶＳＷＲが劣化して、１２５０ＭＨｚにおいてＶＳＷＲは回復するものの約７．５３のＶＳＷＲしか得られないようになる。しかし、約１２５０ＭＨｚを超えるとＶＳＷＲは急激に改善されて、１５７５ＭＨｚにおいて約１．１８の良好なＶＳＷＲが得られる。１５７５ＭＨｚを超えて約２７００ＭＨｚの帯域においては３．００以下のＶＳＷＲが得られるようになり、１７００ＭＨｚにおいて約２．２２、２２００ＭＨｚにおいて約１．１４、２４００ＭＨｚにおいて約１．４７、２７００ＭＨｚにおいて約１．５３の良好なＶＳＷＲが得られる。
しかしながら、ループ部１０ｂの内部の切欠を省略して、図６（ａ）に示す板状のループ部１０ｂ’の構成とすると、全体の共振が高い方へシフトして、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において必要とされる複数の帯域に共振できないようになる。従って、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振させるには、図１に示すループ部１０ｂの構成とするのが良い。また、４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振させる場合も、図１に示すループ部１０ｂの構成とするのが良い。

本発明の第２実施例の多共振アンテナ２の構成を図７ないし図９に示す。ただし、第２実施例の多共振アンテナ２の構成を示す斜視図を図７（ａ）に、上面図を図７（ｂ）に、正面図を図７（ｃ）に、右側面図を図８（ａ）に、左側面図を図８（ｂ）に、下面図を図８（ｃ）に、Ａ−Ａ線で切断したＡ−Ａ断面図で示す正面図を図８（ｄ）に示し、断面図で示す他の正面図を図９に示す。また、第２実施例の多共振アンテナ２の分解組立図を図１０に示す。
図１０に示すように、第２実施例の多共振アンテナ２は、主に次の部品から構成されている。表面と裏面に図１に示す多共振アンテナ１と同様の各アンテナ素子が形成されているテフロン基板やガラスエポキシ基板等の高周波特性の良好な絶縁性のアンテナ基板２５と、アンテナ基板２５を内部に収納する樹脂製の上ケース２１と下ケース２２と、同軸プラグを構成する回転軸２３ｃおよび六角ナット２４ｃとから主に第２実施例の多共振アンテナ２は構成されている。

まず、各部品の構成から説明する。下ケース２２の構成を示す上面図を図１１（ａ）に、正面図を図１１（ｂ）に、下面図を図１１（ｃ）に、Ｂ−Ｂ線で切断したＢ−Ｂ断面図で示す正面図を図１２（ａ）に、Ｃ−Ｃ線で切断したＣ−Ｃ断面図で示す側面図を図１２（ｂ）に、Ｄ−Ｄ線で切断したＤ−Ｄ断面図で示す他の側面図を図１２（ｃ）に示す。
これらの図に示すように、下ケース２２は樹脂製とされ両端が半円状の形状とされた細長い矩形状の本体部２２ａと、本体部２２ａの下面の一端部から下方へ延伸するよう形成された円筒状突出部２２ｉとを備えている。本体部２２ａの下面には下側に膨らんだ膨出部２２ｊが形成されており、本体部２２ａの外縁は上方へ向かうよう屈曲されて形成され、内部に収納空間が作られている。また、本体部２２ａの外縁を全周縁にわたり突出させる段部２２ｈが形成されている。この本体部２２ａの収納空間において、ほぼ中央に細い幅の中央リブ２２ｅが本体部２２ａの長軸方向に円筒状突出部２２ｉの部位を除くほぼ全体にわたり形成され、中央リブ２２ｅの両側に細い幅の２本の中間リブ２２ｄが中央リブ２２ｅとほぼ同じ長さで形成され、本体部２２ａの外縁より内側であって中間リブ２２ｄの両外側に細い幅の２本の外側リブ２２ｃがそれぞれ形成されている。外側リブ２２ｃは所定長さ毎に区切られて形成されており、外側リブ２２ｃの高さが一番高く、次いで、中間リブ２２ｄの高さが高くされ、中央リブ２２ｅの高さが一番低くされている。また、円筒状突出部２２ｉには本体部２２ａを貫通する貫通孔２２ｂが形成されており、円筒状突出部２２ｉの中途の外径が一段絞られている。なお、貫通孔２２ｂは上部の内径より下部の内径が絞られており、貫通孔２２ｂの上部と下部との間には円から矩形状の断面形状とされた異形孔２２ｋが形成されている。さらに、本体部２２ａの両側の中央にそれぞれ断面円形の小さな係合孔２２ｆが形成されており、一方の外側リブ２２ｃの両端に断面円形の細い凸部２２ｇがそれぞれ形成されている。

次に、上ケース２１の構成を示す上面図を図１３（ａ）に、正面図を図１３（ｂ）に、下面図を図１３（ｃ）に、Ｅ−Ｅ線で切断したＥ−Ｅ断面図で示す正面図を図１４（ａ）に、Ｆ−Ｆ線で切断したＦ−Ｆ断面図で示す側面図を図１４（ｂ）に示す。
これらの図に示すように、上ケース２１は樹脂製とされ両端が半円状の形状とされた細長い矩形状の本体部２１ａを備えている。上ケース２１の投影形状は下ケース２２の投影形状と同様とされている。本体部２１ａの上面には上側に膨らんだ膨出部２１ｇが形成されており、本体部２１ａの外縁は下方へ向かうよう屈曲されて形成され、内部に収納空間が作られている。また、本体部２１ａの外縁の内側が全周縁にわたり突出する突条部２１ｆが形成されている。この本体部２１ａの収納空間において、ほぼ中央に細い幅の中央リブ２１ｄが本体部２１ａの長軸方向にほぼ全体にわたり形成され、中央リブ２１ｄの両側に細い幅の２本の中間リブ２１ｃが中央リブ２１ｄとほぼ同じ長さで形成され、本体部２１ａの外縁より内側であって中間リブ２１ｃの両外側に細い幅の２本の外側リブ２１ｂがそれぞれ形成されている。外側リブ２１ｂは所定長さ毎に区切られて形成されており、外側リブ２１ｂの高さが一番高く、次いで、中間リブ２１ｃの高さが高くされ、中央リブ２１ｄの高さが一番低くされている。また、本体部２１ａの内側の両端中央にそれぞれ断面円形の細い係合突起２１ｅが形成されている。

次に、アンテナ基板２５の表面の構成を示す図を図１５（ａ）に、アンテナ基板２５の裏面の構成を示す図を図１５（ｂ）に示す。
これらの図に示すようにアンテナ基板２５は細長い矩形状とされており、下部は半円状の形状とされ、上部の角は面取りがされている。アンテナ基板２５の下部には断面が楕円形状の取付孔２５ａが形成されており、側部の一側の上下に位置決め溝２５ｂがそれぞれ形成されている。図１５（ａ）に示すように、アンテナ基板２５の表面には第１給電素子３０と、一端が第１給電素子３０の下部に接続されているＬ字状の第２給電素子３１と、第１給電素子３０に近接してほぼ平行に配置された第１アース素子３２のプリントパターンが形成されている。第１給電素子３０は、アンテナ基板２５のほぼ中央であって取付孔２５ａの直上から直線状に延伸された直線部３０ａと、直線部３０ａの上端に接続されアンテナ基板２５の上端まで形成されている矩形ループ状のループ部３０ｂとのプリントパターンから構成されている。第２給電素子３１のプリントパターンは、直線部３０ａの下部に一端が接続されＬ字状に折曲されてアンテナ基板２５の側部の他側に沿って形成されている。第１アース素子３２のプリントパターンは、上端がループ部３０ｂの下端とわずかな間隔で対向すると共に直線部３０ａに近接して平行に配置され、アンテナ基板２５の側部の一側に沿ってアンテナ基板２５の下部まで形成されている。また、アンテナ基板２５の下部には半円状の縁部に沿って取付孔２５ａを囲むようにアース部３２ａのプリントパターンが形成されており、アース部３２ａの一端は第１アース素子３２の下端と接続され、他端は第２給電素子３１の下端と所定距離を持って対面している。なお、直線部３０ａにはジグザグ状のミアンダ部３０ｃが設けられて、直線部３０ａの高さを低くできるようにされており、これにより、アンテナ基板２５の高さを低くすることができる。第１給電素子３０および第２給電素子３１はユニポールアンテナを構成しており、第１給電素子３０の下端とアース部３２ａ間に給電部３４が設けられ、第１給電素子３０および第２給電素子３１は給電部３４から給電されている。

図１５（ｂ）に示すように、アンテナ基板２５の裏面には取付孔２５ａを囲むようにアース部３２ｂのプリントパターンが、アンテナ基板２５の下部における半円状の縁部に沿って形成されている。このアース部３２ｂは、アンテナ基板２５の表面に形成されたアース部３２ａと対面して形成されており、両者は複数のスルーホール３２ｃにより接続されている。また、アンテナ基板２５の側部の一側に沿って第２アース素子３３のプリントパターンが形成されている。第２アース素子３３のプリントパターンは、アンテナ基板２５の表面に形成された第１アース素子３２のプリントパターンと対面して形成されているが、第１アース素子３２の長さより第２アース素子３３の長さは短く形成されている。第１アース素子３２と第２アース素子３３の下端はアース部３２ａ，３２ｂに接続され、近接配置された第１給電素子３０とそれぞれ電磁結合されて給電されるようになる。

第１給電素子３０および第２給電素子３１は、その電気長が約１／４波長に相当する周波数に共振し、第１アース素子３２および第２アース素子３３も、その電気長が約１／４波長に相当する周波数に共振するようになる。この場合、第１給電素子３０の電気長が一番長く、次いで第１アース素子３２の電気長が長く、次いで第２アース素子３３の電気長が長く、第２給電素子３１の電気長が一番短くされて、第１給電素子３０と第２給電素子３１と第１アース素子３２と第２アース素子３３とは、それぞれ異なる周波数で共振するようになる。これにより、第２実施例の多共振アンテナ２は複数の周波数で共振するようになり、広帯域で動作するようになる。

図１０に示す第２実施例の多共振アンテナ２の分解組み立て図、および、図７ないし図９に示す第２実施例の多共振アンテナ２の構成を参照しながら、第２実施例の多共振アンテナ２の組み立てについて説明する。
上ケース２１は下ケース２２に嵌合されることにより、アンテナケース２０が構成されるが、アンテナケース２０の収納空間には図１５（ａ）（ｂ）に示す構成のアンテナ基板２５が収納される。収納する際にはアンテナ基板２５を下ケース２２内に載置し、アンテナ基板２５の側部の一側に設けられている２つの位置決め溝２５ｂを下ケース２２の内側に形成されている２つの凸部２２ｇに係合させる。これにより、下ケース２２に対してアンテナ基板２５が位置決めされて、アンテナ基板２５の取付孔２５ａが下ケース２２の貫通孔２２ｂに臨むようになる。なお、下ケース２２の円筒状突出部２２ｉにはアンテナ基板２５を載置する前に回転軸２３ｃが組み付けられている。

回転軸２３ｃは図８（ｄ）に示すように円筒状の金属製とされ、回転軸２３ｃには挿通孔４３が全体にわたり形成されており、この挿通孔４３内に円筒状の絶縁筒体２４ｂが挿入され、この絶縁筒体２４ｂの全体にわたり形成されている挿通孔内に中心導体２４ａが嵌挿されている。これにより、回転軸２３ｃと絶縁筒体２４ｂと中心導体２４ａとにより同軸構造が構成されている。この同軸構造の回転軸２３ｃを組み付けるには、まず、回転軸２３ｃを六角ナット２４ｃに形成されている貫通孔４４内に上から挿入する。これにより、回転軸２３ｃの下端に形成されている鍔部４２が、六角ナット２４の貫通孔４４内に形成されている小径部４５の周囲に当接し、絶縁筒体２４ｂおよび中心導体２４ａは小径部４５を貫通する。この状態の回転軸２３ｃの上からＯリング２３ｂを挿入し、次いで、円形リング状とされたストッパー２３ａを挿入する。ここで、ストッパー２３ａの下部を六角ナット２４ｃの上部に固着する。例えば、ストッパー２３ａの下部の外周面にメネジを形成し、六角ナット２４の貫通孔４４の上部の内周面にオネジを設け、ストッパー２３ａを六角ナット２４に螺着することで、ストッパー２３ａの下部が六角ナット２４ｃの上部に固着される。これにより、回転軸２３ｃは六角ナット２４ｃから抜け出ることなく回転可能に固着されるようになる。

そして、回転軸２３ｃの上部を下ケース２２の円筒状突出部２２ｉの貫通孔２２ｂ内に下から挿入する。これにより、回転軸２３ｃの上部は下ケース２２内に進入すると共に、回転軸２３ｃの異形部４１が貫通孔２２ｂの異形孔２２ｋに嵌合される。次いで、Ｃリング２７の切欠２７ａを異形部４１の直上のリング溝４１ａに当接して圧入することにより、Ｃリング２７が回転軸２３ｃのリング溝４１ａに嵌入される。このＣリング２７が貫通孔２２ｂの異形孔２２ｋの上面に当接することにより、回転軸２３ｃが下ケース２２から抜け出ないように固着される。また、異形部４１と異形孔２２ｋとが嵌合されることで下ケース２２は回転軸２３ｃと一体に回転するようになる。そして、六角ナット２４ｃに対して回転軸２３ｃは回転可能となるが、Ｏリング２３ｂの作用により所定の回動力を持って回転可能となる。なお、回転軸２３ｃの異形部４１と貫通孔２２ｂの異形孔２２ｋとは同様の形状とされるが、図示するように円弧の所定間隔ごとの４ヶ所を直線状とする異形の形状に限らず、三角形以上の多角形等の嵌合した際に回転不能となる形状とされていれば良い。

このようにして、下ケース２２の円筒状突出部２２ｉに回転軸２３ｃが組み付けられ、回転軸２３ｃの上部をアンテナ基板２５の取付孔２５ａに挿入して、アンテナ基板２５を下ケース２２内に載置する。アンテナ基板２５の給電部３４にはコ字状に折曲された給電線２５ｃの一端がハンダ付け等により接続されている。これにより、回転軸２３ｃの上部リング４０はアンテナ基板２５を通過し、上部リング４０をアンテナ基板２５のアース部３２ａにハンダ付け等により接続する。また、回転軸２３ｃの中央に位置する中心導体２４ａの先端にコ字状の給電線２５ｃの他端が相対するようになるので、給電線２５ｃの他端を中心導体２４ａの先端にハンダ付け等により接続する。この場合、上部リング４０はほぼ半分が切り欠かれているため、ハンダ付け等の作業を容易に行うことができる。次いで、上ケース２１を下ケース２２に被嵌すると、上ケース２１の２つの係合突起２１ｅが下ケース２２の係合孔２２ｆに嵌合すると共に、上ケース２１の全周縁に形成されている突条部２１ｆが、下ケース２２の全周縁に形成されている段部２２ｈに嵌合するようになる。これにより、下ケース２２に上ケース２１が固着され内部の収納空間において、下ケース２２の外側リブ２２ｃないし中央リブ２２ｅと上ケース２１の外側リブ２１ｂないし中央リブ２１ｄにアンテナ基板２５が挟持されて収納されるようになる。なお、上ケース２１および下ケース２２の外周縁に接着剤を塗布して被嵌したり、上ケース２１を下ケース２２に被嵌した部位を超音波溶着するようにしても良い。

このようにして組み立てた第２実施例の多共振アンテナ２の構成が断面図で図８（ｄ）および図９に示されている。これらの図に示すように、回転軸２３ｃと絶縁筒体２４ｂと中心導体２４ａとにより同軸構造が構成されて、六角ナット２４ｃと共に同軸プラグ２４が構成されている。同軸プラグ２４を通信モジュールに設けられた同軸コネクタに装着することにより、多共振アンテナ２を通信モジュールのアンテナとして動作させることができる。第２実施例の多共振アンテナ２においても各素子の寸法と同様とすることで第１実施例の多共振アンテナ１と同様のＶＳＷＲの周波数特性を得ることができる。通信モジュールにはグランドとなるアース板が必要であるが、通信モジュールの筐体が金属製とされている場合は筐体がアースとなることからアース板は不要となる。

第２実施例の多共振アンテナ２において必要とされるアース板の一例を図１６（ａ）に示す。この図に示すアース板５０は横長の矩形状とされており多共振アンテナ２の投影面積より若干小さい面積とされている。図示する例ではアース板５０に同軸コネクタが取り付けられており、この同軸コネクタに多共振アンテナ２の同軸プラグ２４が装着されている。図１６（ｂ）に第２実施例の多共振アンテナ２を通信モジュールの筐体５１に取り付けた構成を示すが、このアース板５０は、樹脂製等の不導体の筐体５１を備える通信モジュール内に収納されて使用される。筐体５１内には図示されていないが通信モジュールの回路基板等が収納されており、同軸プラグ２４が装着されたアース板５０に取り付けられた同軸コネクタから導出されたラインが内部の回路基板に接続されている。なお、図１６（ｂ）に示すように筐体５１に同軸プラグ２４により取り付けられた多共振アンテナ２は、筐体５１に対して垂直面内において回転することができる。この場合、Ｏリング２３ｂの作用により所定の回動力を持って回転可能となる。

本発明にかかる多共振アンテナは、動作周波数帯域が７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚとされている場合は、７００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、１４００ＭＨｚ帯、１７００ＭＨｚ帯、１９００ＭＨｚ帯、２０００ＭＨｚ帯などの携帯電話システムや、９２０ＭＨｚ帯の特定小電力システム、２４００ＭＨｚ帯の無線ＬＡＮシステム、２６００ＭＨｚ帯の広帯域移動無線アクセスシステムなどの通信モジュールに適応することができる。また、動作周波数帯域が４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚとされている場合は、エリア放送、地上デジタルテレビ放送などを含む複数の通信システムの通信モジュールに適用することができる。この場合、通信モジュールに適用される通信システムの複数の動作周波数帯域に応じて、本発明にかかる多共振アンテナの各素子の電気長を変更することができる。
なお、本発明にかかる多共振アンテナの各素子の電気長は、図２（ｂ）および図４（ｂ）に一例を示しており、実際の寸法は電気長から計算により求めることになる。ただし、周波数が低くなると素子間の容量成分が増加するため、素子長を若干長くしてインダクタンス成分を増加させることでインピーダンス調整を行う必要があることから、実際の寸法は、電気長から計算した計算値と若干異なるようになる。また、本発明の多共振アンテナの各素子の形状は、上記した形状に限定されることはないと共に、上記した各部の寸法以外の幅、長さ、間隔としてもよく、各素子の寸法を変化させることにより動作周波数帯域を７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚや４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚ以外の周波数帯域としてもよい。
さらに、本発明にかかる多共振アンテナは、ユニポールアンテナとして動作しており、多共振アンテナを垂直に配置することにより垂直偏波受信用アンテナとすることができ、多共振アンテナを水平に配置することにより水平偏波受信用アンテナとすることができる。また、上記の説明では基板の表面および裏面にプリントパターンを形成することにより広帯域アンテナを構成したが、これに限ることはなく、例えば樹脂基板上に導体蒸着や板金貼付などにより多共振アンテナを構成するようにしてもよい。

１ 多共振アンテナ、２ 多共振アンテナ、１０ 第１給電素子、１０ａ 直線部、１０ｂ ループ部、１１ 第２給電素子、１２ 第１アース素子、１３ 第２アース素子、１４ 給電部、２０ アンテナケース、２１ 上ケース、２１ａ 本体部、２１ｂ 外側リブ、２１ｃ 中間リブ、２１ｄ 中央リブ、２１ｅ 係合突起、２１ｆ 突条部、２１ｇ 膨出部、２２ 下ケース、２２ａ 本体部、２２ｂ 貫通孔、２２ｃ 外側リブ、２２ｄ 中間リブ、２２ｅ 中央リブ、２２ｆ 係合孔、２２ｇ 凸部、２２ｈ 段部、２２ｉ 円筒状突出部、２２ｊ 膨出部、２２ｋ 異形孔、２３ａ ストッパー、２３ｂ Ｏリング、２３ｃ 回転軸、２４ 六角ナット、２４ 同軸プラグ、２４ａ 中心導体、２４ｂ 絶縁筒体、２４ｃ 六角ナット、２５ アンテナ基板、２５ａ 取付孔、２５ｂ 位置決め溝、２５ｃ 給電線、２７ Ｃリング、２７ａ 切欠、３０ 第１給電素子、３０ａ 直線部、３０ｂ ループ部、３０ｃ ミアンダ部、３１ 第２給電素子、３２ 第１アース素子、３２ａ アース部、３２ｂ アース部、３２ｃ スルーホール、３３ 第２アース素子、３４ 給電部、４０ 上部リング、４１ 異形部、４１ａ リング溝、４２ 鍔部、４４ 貫通孔、４５ 小径部、５０ アース板、５１ 筐体、１００ 共振アンテナ、１０１ 給電素子、１０２ 給電部、２００ 多共振アンテナ、２０１ 給電素子、２０２ 第１アース素子、２０３ 第２アース素子、２０４ 給電部

Claims (4)

1. 直線部と、該直線部の上端に設けられている矩形ループ状のループ部とから構成されて、グランド上に直立している第１給電素子と、
   一端が前記直線部に接続されているＬ字状の第２給電素子と、
   前記第１給電素子に近接してほぼ平行に配置され、一端が前記グランドに接続されて、他端が前記ループ部の下端と対向している第１アース素子と、
   前記第１給電素子に近接してほぼ平行に配置されると共に、前記第１アース素子と対面して配置され、一端が前記グランドに接続されている第２アース素子と、
   前記第１給電素子の下端と前記グランド間に設けられた給電部とを備え、
   前記第１給電素子の前記直線部の下端から前記ループ部をほぼ一周した下端までの長さＡが、７００ＭＨｚの波長をλ _１ とした時に約０．３λ _１ とされ、前記第１給電素子の前記直線部の下端から前記ループ部の上端までの長さＢが、８００ＭＨｚの波長をλ _２ とした時に約０．２２λ _２ とされ、前記第１アース素子の長さＣが、１０００ＭＨｚの波長をλ _３ とした時に約０．１６λ _３ とされ、前記第１給電素子の下端から前記第２給電素子の先端までの長さＤが、１７００ＭＨｚの波長をλ _６ とした時に約０．１７λ _６ とされ、前記第２アース素子の長さＥが、１２５０ＭＨｚの波長をλ _４ とした時に約０．１２λ _４ とされて、７００ＭＨｚ〜２８００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振することを特徴とする多共振アンテナ。
2. 直線部と、該直線部の上端に設けられている矩形ループ状のループ部とから構成されて、グランド上に直立している第１給電素子と、
   一端が前記直線部に接続されているＬ字状の第２給電素子と、
   前記第１給電素子に近接してほぼ平行に配置され、一端が前記グランドに接続されて、他端が前記ループ部の下端と対向している第１アース素子と、
   前記第１給電素子に近接してほぼ平行に配置されると共に、前記第１アース素子と対面して配置され、一端が前記グランドに接続されている第２アース素子と、
   前記第１給電素子の下端と前記グランド間に設けられた給電部とを備え、
   前記第１給電素子の前記直線部の下端から前記ループ部をほぼ一周した下端までの長さＡが、４２０ＭＨｚの波長をλ _１０ とした時に約０．３λ _１０ とされ、前記第１給電素子の前記直線部の下端から前記ループ部の上端までの長さＢが、５００ＭＨｚの波長をλ _１１ とした時に約０．２２λ _１１ とされ、前記第１アース素子の長さＣが、６１４ＭＨｚの波長をλ _１２ とした時に約０．１６λ _１２ とされ、前記第１給電素子の下端から前記第２給電素子の先端までの長さＤが、１４２０ＭＨｚの波長をλ _１５ とした時に約０．１７λ _１５ とされ、前記第２アース素子の長さＥが、８２０ＭＨｚの波長をλ _１３ とした時に約０．１２λ _１３ とされて、４００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの周波数帯域において複数の帯域に共振することを特徴とする多共振アンテナ。
3. 絶縁性のアンテナ基板の一面に、前記第１給電素子と前記第２給電素子と前記第１アース素子とのプリントパターンが形成され、前記アンテナ基板の他面に前記第２アース素子のプリントパターンが形成されており、
   前記アンテナ基板の一端部に形成された前記グランドとされるアース部のプリントパターンに、前記第１アース素子と前記第２アース素子の一端が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多共振アンテナ。
4. 前記アンテナ基板が、樹脂製のアンテナケース内に収納されており、
   先端に同軸プラグを備える同軸構造とされた取付軸が、前記アンテナケースの下面から突出するよう設けられており、
   前記同軸プラグが前記取付軸に対して回転可能に固着されることにより、前記同軸プラグに対して前記アンテナケースが回転可能に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の広帯域アンテナ。

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