JP6245525B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、平面状となる一対のアンテナエレメントを有するアンテナ装置に関するものである。

地上デジタル放送の開始に伴って、車輌や携帯情報端末上などで地上デジタル放送を受信できるアンテナ装置の必要性が高まっている。地上デジタル放送の周波数帯は、ＵＨＦ帯のうちの４７０〜８７０ＭＨｚの周波数帯の電波で送信されている。

また、携帯情報端末等、モバイル端末の普及・小型化に伴って、複数の周波数を利用することが可能な、広帯域なアンテナ装置の開発が早急の課題となっていた。

特許文献１には、同一平面上に、ギャップ部を挟んで向かい合う形で一対のアンテナエレメントが配置され、一方の端部が一定間隔となる平行領域及び他方の端部側の間隔か単調に拡大する拡大領域によってギャップ部が構成されたアンテナ装置に関する技術が記載されている。このアンテナ装置によって、５３０〜７１０ＭＨｚの周波数帯と、８００〜１５００ＭＨｚ帯の携帯電話器の通信をカバーする性能を有するアンテナ装置を提供することが可能となった。

また、特許文献１の別の実施例として、前記一対のアンテナエレメントの夫々に、前記拡大領域を形成する端縁から延設された開口部を有するアンテナ装置に関する技術が記載されている。このアンテナ装置によって、４５００ＭＨｚの周波数帯をＶＳＷＲ値２以下で提供可能なアンテナ装置を提供することが可能となった。

特開２０１１−９１７８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置は、４７０〜５３０ＭＨｚの周波数を有効な帯域特性で利用できるものではなく、地上デジタル放送の全チャンネルを十分な帯域特性で受信できるアンテナ装置ではなかった。更に、１５００〜４５００ＭＨｚの周波数帯の電波に関しても有効な帯域特性で利用できるものとは言えなかった。

よって、本発明は、地上デジタルテレビ放送の周波数帯である４７０〜８７０ＭＨｚの周波数及び、種々の通信方式の対応した周波数帯を有効な帯域特性で受信するアンテナ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基板を２等分する中心線との間にギャップ部を挟んで配置される、複数のアンテナエレメントを備えたアンテナ装置であって、前記ギャップ部は、前記中心線に沿って始端から終端まで延びていて、前記中心線までの幅が一定間隔となる平行領域と、前記中心線との幅を、前記終端方向に進むにつれて階段状に増大させる階段領域とを備え、前記平行領域は前記始端から伸び、前記ギャップ部は、前記終端方向に進むにつれて前記中心線との離間距離を短調に拡大するような拡大領域を備え、前記拡大領域は、前記平行領域及び前記階段領域の間と、前記ギャップ部の終端と、に備えられることを特徴とする。

このような構成とすることで、４７０〜２０００ＭＨｚの周波数帯において、より深く良好な帯域特性を得ることができる。
更に、その良好な帯域特性のまま、極めて広い帯域の電波を受信することが可能である。

また、高い領域の帯域特性、特に２０００ＭＨｚ以上の周波数帯の帯域特性を良好なものとし、より広帯域化されたアンテナ装置を提供することが可能である。

本発明の好ましい形態では、２つのアンテナエレメントが、基板表面を平面的に見た際に、前記中心線を介して相対する位置に配置されることを特徴とする。

本発明の好ましい形態では、前記中心線によって前記基板の平面上に形成される４つの領域において、前記中心線を挟んで相対する２つの領域のそれぞれに、前記アンテナエレメントが配置されていることを特徴とする。
このような構成とすることで、誘電体基板の誘電率による波長短縮効果で動作周波数を降下させ、ＵＨＦ帯、特に地上デジタル放送に利用される周波数帯を極めて良好な帯域特性で受信可能なアンテナ装置を提供することができる。

本発明の好ましい形態では、前記アンテナエレメント及び基板は、前記中心線によって前記基板の平面上に形成される４つの領域のうち、前記基板を挟んで対向する２つの領域を貫くような解放窓を備え、前記解放窓は、前記アンテナエレメントの領域のうち、前記平行領域の終端に接するように前記中心線から降ろした垂線と、前記平行領域によって特定される部分において、前記アンテナエレメントの縁部にかからないように形成されること、を特徴とする。
このような構成とすることで、帯域特性に変化を与えず、電子回路基板、例えば電子チューナー回路を搭載したアンテナ装置を形成することができる。これにより、携帯情報端末に接続するだけでテレビ放送の視聴を可能とするアンテナ装置を提供することも可能である。

本発明の好ましい形態では、前記階段領域における各段の凸部先端は、円弧を描くように配置されていることを特徴とする。
このような構成とすることで、良好な帯域特性を得ることが可能である。

本発明の好ましい形態では、前記中心線から前記階段領域の各段までの離間距離は、１〜５５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
このような構成とすることで、より深く良好な帯域特性を得ることができる。

本発明の好ましい形態では、前記階段領域の各段の高さは、２〜７ｍｍであることを特徴とする。
このような構成とすることで、より反射の少ない平坦で良好な帯域特性を得ることができる。

本発明の好ましい形態では、前記ギャップ部の終端における中心軸からの離間距離は、４５〜６０ｍｍであることを特徴とする。
このような構成とすることで、より良好な利得を得ることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

本発明の好ましい形態では、前記基板は、柔軟性を備えていることを特徴とする。
このような構成とすることで、帯域特性に変化を与えず、自在な形状でアンテナ装置を提供することが可能である。例えば、開閉可能な携帯情報端末用のケースなどにアンテナ装置を収容して提供することが可能である。

本発明の好ましい形態では、前記ギャップ部の階段領域には、基板を貫くくり抜きが設けられていることを特徴とする。
このような構成とすることで、アンテナ装置を吊設することができる。

本発明の好ましい形態では、前記アンテナエレメント上の非導電部分に、前記くり抜きが設けられていることを特徴とする。
このような構成とすることで、アンテナ装置の周波数特性に大きな影響を与えることなく、くり抜きを備えたアンテナ装置を提供することができる。

本発明の好ましい形態では、前記くり抜きには電子回路基板が備えられ、前記電子回路基板は、アンテナ装置が受信した信号を受け取り、変換を行って出力することを特徴とする。
このような構成とすることで、信号を変換するための電子回路基板が搭載されていないモニターや携帯情報端末などにおいて、該アンテナ装置を接続するだけで、テレビ番組やその他送信物を受信して表示することが可能である。

前記中心線との幅方向における前記階段領域の各段の幅は、前記始端側から前記終端側に向かうにしたがって次第に増大することを特徴とする。
このような構成とすることで、より良好な利得を得ることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

本発明によれば、地上波デジタル放送のテレビ周波数帯である４７０〜８７０ＭＨｚの周波数及び、種々の通信方式の対応した周波数帯を有効な帯域特性で受信するアンテナ装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係るアンテナ装置を示す図である。 本発明の実施形態１に係るアンテナ装置を示す拡大図である。 本発明の実施形態１に係るアンテナ装置の電圧定在波比特性を示す図である。 本発明の実施形態２に係るアンテナ装置を示す図である。 本発明の実施形態３に係るアンテナ装置を示す図である。 本発明の実施形態３に係るアンテナ装置を示す拡大図である。 本発明の実施形態４に係るアンテナ装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１ないし図７を参照して説明する。
＜実施形態１＞
図１〜３を用いて、本発明の実施形態１に係るアンテナ装置１Ａについて説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係るアンテナ装置１Ａを示す図である。アンテナエレメント２１が備えられている面を誘電体基板３の表面、アンテナエレメント２１が備えられていない面を誘電体基板３の裏面とする。前記アンテナエレメント２１及びアンテナエレメント２２は、誘電体基板３の長辺を２等分するような中心線Ｃから、後述するギャップ部４だけ離間している。

また、前記中心線Ｃによって分断され、前記誘電体基板３の表裏に現れる４つの領域を、Ｄ１〜Ｄ４とする。誘電体基板３の表面において、前記中心線Ｃによって隔てられたアンテナエレメント２１が配置されている側をＤ１、表面のもう一方の領域をＤ２、誘電体基板３裏面において、誘電体基板３を隔ててＤ１と向かい合う領域をＤ３、裏面のもう一方の領域をＤ４とする。

図１（ａ）は表面から見た実施形態１に係るアンテナエレメント１Ａを示す。また、図１（ｂ）は裏面から見た前記アンテナエレメント１Ａを、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。

アンテナ装置１Ａは、アンテナエレメント２と、誘電体基板３と、ギャップ部４と、を備える。符号２１は、表面領域Ｄ１に配されたアンテナエレメントを示す。もう１つのアンテナエレメント２２は、領域Ｄ２に配されており、アンテナエレメント２１及びアンテナエレメント２２は中心線Ｃを挟んで対向するように、同一平面上（表面上）に配置されている。

誘電体基板３は、所定の厚みを有する板状基板であって、平面形状が長方形状に形成されている。本実施形態において、誘電体基板３はガラスエポキシ材によって形成される。セラミック、ガラスコンポジット（セムスリー）、紙フェノール、紙エポキシ、ハロゲンフリーなど、他の誘電体で形成されていても構わない。誘電体基板３は、電荷を蓄積する容量性を備える。誘電体基板３の中心線Ｃ方向の寸法及び、中心線Ｃと直交する線方向の寸法、厚み寸法に特に制限はなく、それら寸法を適宜設計することで周波数帯域幅を調整することができる。本実施形態における誘電体基板３は、長辺の寸法が２００ｍｍ、短辺の寸法が１１５ｍｍとなる長方形状基板である。

本実施形態において、アンテナエレメント２として、２つのアンテナエレメント２１及びアンテナエレメント２２がそれぞれ、領域Ｄ１及びＤ２に配置されている。アンテナ装置１Ａの表面を図１（ａ）のように平面的に見た際に、誘電体基板３の同一平面上において中心線Ｃを介して相対するように、前記アンテナエレメント２１及びアンテナエレメント２２は配置されている。４つのアンテナエレメントが、中心線Ｃからギャップ部４を隔てて、Ｄ１〜Ｄ４の各領域に１つずつ、計４枚備えられていても構わない。アンテナエレメント２は、本実施形態においては銅箔によって形成されているが、金やニッケル、銀等、他の導電性金属によって形成されていても構わない。

図２に示すように、ギャップ部４は、アンテナエレメント２及び中心線Ｃを隔てるように、前記中心線Ｃに沿って形成される。前記ギャップ部２の始端Ｓから延びる平行領域４１と、階段領域４２と、拡大領域４３とを備える。本実施形態において終端Ｅは拡大領域４３であるが、階段領域４２であっても構わない。ギャップ部４は、終端Ｅにおいてその離間距離が最大となり、その長さが４５〜６５ｍｍの範囲であるのが、好適な帯域特性を得るために好ましい。また、ギャップ部４は、1/4波長の共振周波数である前記誘電体基板３の長辺の寸法の1/2と短辺の寸法の和に対して、２０〜３０パーセントとなる寸法であるのが、好適な帯域特性を得るために好ましい。

平行領域４１は、ギャップ部４の始端Ｓを始点として、中心線Ｃに沿って一定の幅で延びる領域である。前記平行領域４１の幅である、中心線Ｃからの離間距離は、０．２５〜１．２５ｍｍの範囲となるよう形成されるのが、有効なＶＳＷＲ値を得るために好ましい。更に好ましくは０．５ｍｍ程度で形成するのがよい。また、前記誘電体基板３の短辺方向における平行領域４１の寸法は、前記ギャップ部４の始端Ｓから終端Ｅまでの寸法に対して、１／２以下であることが広域な帯域特性を得るために好ましい。

階段領域４２は、ギャップ部４の終端Ｅ側に進むにつれて、前記中心線Ｃからの離間距離を階段状に増大させる領域である。階段領域４２における中心線Ｃからの離間距離は、１〜６５ｍｍの範囲内で終端Ｅ側に進むにつれ増大していくのが広域な帯域特性を得るために好ましい。また、階段領域４２における中心線Ｃからの離間距離は、1/4波長の共振周波数である前記誘電体基板３の長辺の寸法の1/2と短辺の寸法の和に対して、０．４〜３０パーセントの長さで形成されるのがよい。

また、前記中心線Ｃ方向に沿った各階段部分の高さは、１〜１０ｍｍ間隔であるのが好ましい。各段の高さは、更に好ましくは２〜７ｍｍ程度、最も好ましくは２．５〜５ｍｍ程度が、有効な帯域特性を得るために好ましい。また、前記各段の高さは、1/4波長の共振周波数である前記誘電体基板３の長辺の寸法の1/2と短辺の寸法の和の、０．４〜４．６パーセントの高さが好ましく、更に好ましくは０．９〜３．２パーセントの高さで、最も好ましくは１．１〜２．３パーセントの高さで形成される。

また、各段の高さを示す辺の始端部分が、前記アンテナエレメント２内に現れる該円弧上に配置されるのが有効な帯域特性を得るために好ましい。前記階段部分は、前記中心線Ｃに対して略直角となるように形成されている必要はなく、前記中心線Ｃとの離間距離を短調に拡大するような形状であっても構わない。

拡大領域４３は、ギャップ部４の終端Ｅ側に進むにつれて前記中心線との離間距離を短調に拡大するような領域である。前記拡大領域４３は、ギャップ部４の終端Ｅと、前記平行領域４１の終端Ｅ及び前記階段領域４２の始端を隔てる位置と、に形成されている。ここで短調に拡大とは、終端Ｅ側に進むにつれて離間距離が縮小する場合がないことを表す。

前記ギャップ部４は、アンテナ装置１に備えられたアンテナエレメント２と同数形成されることとなるが、全てのギャップ部４の始端Ｓは、中心線Ｃに沿って同一方向を向いて形成される。

符号５は、接続部を示す。接続部５は、アンテナ装置１Ａに備えられたアンテナエレメント２と電気的に接続されており、受信した信号を外部に出力する。本実施形態に示すように、２か所から信号の出力を行える様にしてもよい。複数の接続部５を設けることで、アンテナ装置を収容するケースなどの機構に合わせて、より適切な位置に出力用のケーブルを接続することが可能となる。

＜電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性＞
図３は、実施形態１のアンテナ装置１Ａの帯域特性を示す図である。図３（ａ）は、２５０〜５２５０ＭＨｚの周波数帯におけるＶＳＷＲ特性を示し、同図のグラフでは横軸に周波数帯を取り、縦軸にＶＳＷＲ値をとっている。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の２５０〜１５００ＭＨｚの部分を拡大した周波数帯におけるＶＳＷＲ特性を示す図である。

この図から、アンテナ装置１Ａでは、４９０〜４４００ＭＨｚの周波数帯において、およそＶＳＷＲ値２以下の極めて有効な帯域特性で受信可能となっている。また、４７０ＭＨｚの周波数に関してはＶＳＷＲ値２．６７の帯域特性を示しており、４４００〜５２５０ＭＨｚの周波数帯において、ＶＳＷＲ値３以下の有効な帯域特性で受信することが可能である。

＜実施形態２＞
図４を用いて、本発明の実施形態２に係るアンテナ装置１Ｂについて説明する。なお、上述した実施形態１と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

図４は、本発明の実施形態２に係るアンテナ装置１Ｂを示す図である。図４（ａ）は表面から見た実施形態２に係るアンテナエレメント１Ｂを示す。また、図４（ｂ）は裏面から見た前記アンテナエレメント１Ｂを、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。前記アンテナ装置１Ａとの相違点は、アンテナエレメント２２が領域Ｄ４に備えられている点である。即ち、アンテナ装置１Ｂの表面を図４（ａ）のように平面的に見た際に、中心線Ｃを介して相対するように、誘電体基板３の表裏に、アンテナエレメント２１及びアンテナエレメント２２が１つずつ配置されている。

＜電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性＞
実施形態２のアンテナ装置１Ｂの帯域特性は、アンテナ装置１Ａの帯域特性とおよそ同様の値をとることが実験からわかっている。相違点として、誘電体基板３の表裏の異なる面において、それぞれにアンテナエレメント２１及びアンテナエレメント２２を配置することにより、誘電体基板３の誘電率による波長短縮効果で動作周波数を降下させ、より低域化されたアンテナ装置を提供することができる点である。誘電体基板３を介することにより、誘電体基板３の誘電率の平方根の逆数倍、波長が短縮される。

そのため、アンテナ装置１Ｂの４７０ＭＨｚ近傍において、図２（ｂ）の破線で示すように、より降下した帯域特性を得ることが可能である。そのため、地上デジタル放送に用いられる４７０〜８７０ＭＨｚの周波数帯を、ＶＳＷＲ値２程度、もしくはそれ以下で受信することができる。また、アンテナ装置１Ａと同様に、極めて広い周波数帯の電波を受信することが可能である。

＜実施形態３＞
図５、図６を用いて、本発明の実施形態３に係るアンテナ装置１Ｃについて説明する。なお、上述した実施形態１、実施形態２と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

図５は、本発明の実施形態３に係るアンテナ装置１Ｃを示す図である。図５（ａ）は表面から見た実施形態３に係るアンテナエレメント１Ｃを示す。また、図５（ｂ）は裏面から見た前記アンテナエレメント１Ｃを、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ断面を示す断面図である。前記アンテナ装置１Ｂとの相違点は、誘電体基板３上に形成される４つの領域の内、前記誘電体基板３を挟んで向かい合う２領域（本実施形態３では、領域Ｄ１及びＤ３）を貫くような解放窓３１が備えられている点である。

図６に示すように、前記解放窓３１は、アンテナエレメント２の領域のうち、平行領域４１の終端に接するように前記中心線Ｃから降ろした垂線Ｔと、平行領域４１と、によって特定される領域内に形成されている。前記解放窓３１は、アンテナエレメント２の非導電部分に形成することにより、帯域特性に大きな影響を与えることなく、くり抜きを形成可能であることが実験からわかっている。

また、アンテナエレメント２の非導電部分及び、基板上においてアンテナエレメント２の縁から離れた部分には、同様のくり抜きを設けることが可能である。くり抜きを設けることによって、アンテナ装置１Ｃの軽量化や、アンテナ装置１Ｃを利用する電子回路の搭載などが可能である。

解放窓３１を設けることによって、例えば、アンテナ装置１Ｃで受信した電波を、前記解放窓３１にシールドをかぶせて設置したチューナー回路を通して携帯情報端末などに出力させる、チューナー回路付アンテナ装置を構成することができる。これにより、アンテナ装置１Ｃだけで、チューナー回路を持たないモニターなどにテレビ放送を受信することが可能となる。

実施形態３のアンテナ装置１Ｃは、アンテナ装置１Ｂの帯域特性比べて遜色ない極めて有効な帯域特性で電波を受信することが可能である。

＜実施形態４＞
図７を用いて、本発明の実施形態４に係るアンテナ装置１Ｄについて説明する。なお、上述した実施形態１〜３と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

図５は、本発明の実施形態４に係るアンテナ装置１Ｄを示す図である。前記アンテナ装置１Ｂとの相違点は、誘電体基板３Ｄが柔軟性を備えている点である。これにより、帯域特性に変化を与えず、自在な形状で収容可能なアンテナ装置を提供することができる。例えば、開閉可能な携帯情報端末用のケースなどにアンテナ装置を収容して提供することが可能である。

本実施形態の、誘電体基板３Ｄは、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）によって形成されている。誘電体基板３ＤをＦＰＣで形成することによって、アンテナ装置１Ｄを小面積化したり、携帯性を向上することができ、開閉式の携帯情報端末のケース内部や、コンピュータのケース、バッグなどにアンテナ装置１Ｄを極めて容易に収容することが可能である。

実施形態４のアンテナ装置１Ｄは、アンテナ装置１Ｂの帯域特性比べて遜色ない極めて有効な帯域特性で電波を受信することが可能である。

携帯情報端末やコンピュータに向けて、地上デジタル放送受信アンテナや、複数の通信に対応した兼用アンテナを提供することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ アンテナ装置
２、２１、２２ アンテナエレメント
３、３Ｄ 誘電体基板
３１ 解放窓
４ ギャップ部
４１ 平行領域
４２ 階段領域
４３ 拡大領域
５ 接続部
Ｃ 中心線
Ｓ （ギャップ部４の）始端
Ｅ （ギャップ部４の）終端
Ｔ 垂線
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 領域

Claims (11)

1. 基板を２等分する中心線との間にギャップ部を挟んで配置される、複数のアンテナエレメントを備えたアンテナ装置であって、
   前記ギャップ部は、前記中心線に沿って始端から終端まで延びていて、
   前記中心線との幅が一定間隔となる平行領域と、
   前記中心線との幅を、前記終端方向に向かうにしたがって階段状に増大させる階段領域とを備え、
   前記平行領域は前記始端から伸び、
   前記ギャップ部は、前記終端方向に進むにつれて前記中心線との離間距離を短調に拡大するような拡大領域を備え、
   前記拡大領域は、前記平行領域及び前記階段領域の間と、前記ギャップ部の終端と、に備えられることを特徴とするアンテナ装置。
2. ２つのアンテナエレメントが、基板表面を平面的に見た際に、前記中心線を介して相対する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記中心線によって前記基板の平面上に形成される４つの領域において、
   前記中心線を挟んで相対する２つの領域のそれぞれに、前記アンテナエレメントが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナエレメント及び基板は、前記中心線によって前記基板の平面上に形成される４つの領域のうち、前記基板を挟んで対向する２つの領域を貫くような解放窓を備え、
   前記解放窓は、前記アンテナエレメントの領域のうち、前記平行領域の終端に接するように前記中心線から降ろした垂線と、前記平行領域によって特定される部分において、
   前記アンテナエレメントの縁部にかからないように形成されること、を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアンテナ装置。
5. 前記階段領域における各段の凸部先端は、円弧を描くように配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のアンテナ装置。
6. 前記階段領域の階段部分は、略直角形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のアンテナ装置。
7. 前記基板は、柔軟性を備えていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のアンテナ装置。
8. 前記階段領域には、基板を貫くくり抜きが設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のアンテナ装置。
9. 前記アンテナエレメント上の非導電部分に、前記くり抜きが設けられていることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記くり抜きには電子回路基板が備えられ、
    前記電子回路基板は、アンテナ装置が受信した信号を受け取り、変換を行って出力することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記中心線との幅方向における前記階段領域の各段の幅は、前記始端側から前記終端側に向かうにしたがって次第に増大することを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のアンテナ装置。