JPS61142807A - 広帯域アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は共振周波数の異なる複数個のアンテナ素子とこ
れに接続される所定の長さの伝送線路から成る広帯域ア
ンテナに関する。本発明は無線通信の電波送受信に用い
る。

〔従来の技術〕

従来、移動体に搭載する無線通信機用アンテナ、携帯無
線機用アンテナ、屋内用アンテナなどは、アンテナ収容
部のスペースの点から、小形アンテナを用いる場合が多
い。これらの小形アンテナには、アンテナの一部にロー
ディングを行ってアンテナの小形化を図っているものや
、マイクロストリップアンテナのように、本質的な形状
が小形のアンテナ素子を用いるものなどがある。

しかし、これらの小形アンテナはいずれもその使途が狭
帯域用であり、多チヤンネルシステムのように広帯域性
を必要とするシステムでは使用できない。このため、従
来から小形アンテナの広帯域化について多くの研究開発
がなされてきた。

第３図は公知の小形（薄形）アンテナの構造図である。

これはマイクロストリップアンテナを広帯域化した従来
例である。本図ではアンテナ素子１の近傍に無給電アン
テナ素子２を配置し、この両者を相互結合させてインピ
ーダンスを二共振性にすることにより広帯域化を図って
いる。

従来行われた広帯域小形アンテナには、この他にもアン
テナ素子の近傍に無給電素子を配置して、両者の相互結
合を利用しているものが多く見受けられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこれらのアンテナでは、広帯域化させるために無
給電アンテナ素子との相互結合を利用しているので、共
振周波数を制御することがむずかしく、広帯域アンテナ
または多周波共用アンテナとして利用する場合には所望
の特性の設計および調整が困難となる欠点があった。

本発明はこの欠点を解決して、設計および調整が容易な
広帯域アンテナを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ｎ個（ｎ≧２の正の整数）の独立したアンテ
ナ素子と、１個の給電接続端子とを備え、上記ｎ個のア
ンテナ素子の共振周波数がそれぞれ異なる広帯域アンテ
ナにおいて、この給電接続端子と上記各アンテナ素子を
それぞれ一対一に接続するｎ個の伝送線路を備え、上記
伝送線路の長さはそれぞれ接続される上記アンテナ素子
の各共振周波数に基づいて設定される長さであることを
特徴とする。

伝送線路の長さは、そのアンテナ素子の共振周波数に対
応する波長のほぼ４分の１の奇数倍であることが好まし
い。

〔作用〕

共振周波数がそれぞれ異なる複数個ｎ個（ｎ≧２の正の
整数）の給電アンテナ素子に、その共振周波数のインピ
ーダンスと一定の関係のある長さを有する伝送線路をそ
れぞれ給電アンテナ素子に接続し、これを並列に接続す
ることにより、ｎ個の共振周波数を有する特性のアンテ
ナが得られるので、電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲとい
う。）が一定の値以下に評価すれば広帯域化されたアン
テナとして使用することができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図を用いて説明する。

第１図は共振周波数の異なる２個のマイクロストリップ
アンテナを用いた本発明の第一実施例構造図である。

本図において符号３は゛第一のアンテナ素子、符号４が
第二のアンテナ素子、５．６がそれぞれ第一のアンテナ
素子、および第二のアンテナ素子に接続される伝送線路
である。符号７は独立した１個の給電接続端子、８およ
び９は第一のアンテナ素子および第二のアンテナ素子の
給電点である。

すなわち本発明の特徴とするところは、２個のアンテナ
素子に並列に所定の長さの伝送線路を用いて給電すると
ころにある。

ここで本発明の特徴であるアンテナのインピーダンス特
性を定性的に説明すると次のようになる。

第一のアンテナ素子３の共振周波数をｆ３、インピーダ
ンスをＺＩとし、第二のアンテナ素子４の共振周波数を
ｆ２、インピーダンスを２２とする。スミス図表によれ
ばインピーダンスＺ、は周波数をパラメータとして第２
図の実線の円ｐ、によって表わされる。またインピーダ
ンスＺ２は同様に第３図の実線の円ｐ２によって表され
る。

つぎに第一のアンテナ素子３に接続される伝送線路５．
の長さをＬｌとする。この伝送線路５を介して得られた
第一のアンテナ素子のインピーダンスｚ１は周波数をパ
ラメータとして第２図の破線の円ｐ、′となるように、
この伝送線路５の長さり、を選定する。また第二のアン
テナ素子４に接続される伝送線路６の長さＬ２について
も同様にして、この伝送線路６を介した第二のアンテナ
素子のインピーダンスｚ２が、第３図の破線の円ｐｚ’
となるように伝送線路６の長さＬ２を選定する。

このようにすると伝送線路５を通してみた、周波数ｆ２
の第一のアンテナ素子のインピーダンスＺ＋　　（第２
図の破線ｐ、′）および伝送線路６を通してみた、周波
数ｆ、における第二のアンテナ素子のインピーダンス２
１　　（第３図の破線ｐ２′）は、特性インピーダンス
５０Ωに対しかなり高い値を示す。そこでこれを並列接
続すれば、給電接続端子７におけるインピーダンス２は
ｆｌ′ではほぼＺ＋　、ｆ２ではほぼｚ２を示すように
なる。すなわち、本発明のアンテナのインピーダンスは
、アンテナ素子単体の共振周波数とほぼ等しい２種の共
振周波数を持つ二共振性を呈することになる。

一般に２個のアンテナ素子の共振周波数ｆ、　、ｆｔＯ
差を大きくとるほど第４図におけるインピーダンス特性
曲線ｐ、のうず（ｒｔ　とｆｔ０間の部分）の径が大き
くなる。そのため本発明のアンテナでは、アンテナ素子
の共振周波数を適当に選ぶことにより第５図に示すよう
に連続的な使用帯域内で一定のＶＳＷＲ以下となる広帯
域アンテナとして動作させることができる。あるいは第
６図に示すように２個に分かれた使用帯域において一定
のＶＳＷＲ以下となる、いわゆる二周波共用アンテナと
しても動作させることが可能である。

第１図のアンテナの等価回路は、アンテナ素子がそれぞ
れ近似的に第７図に示すようにＬＣＲ並列共振回路で表
わすことができる。第７図と第２図および第３図とから
明白なように、本発明は多素子アンテナ回路を伝送線路
により各アンテナ素子を等価的な直列共振回路に変換し
、これを並列に接続した回路として表現することができ
る。

第７図と第２図および第３図とから明白なように、本発
明は多素子アンテナ回路を伝送線路により各アンテナ素
子を等価的な直列共振回路に変換し、これを並列に接続
した回路と゛して表現することができる。したがって第
１図で示すような、等価回路を並列共振回路であられせ
るアンテナ素子を用いて本発明のアンテナを構成した場
合は、伝送線路長はλ／４（λはマイクロ波の波長）程
度に選ばれる。

一方、等価回路がＬＣＲ直列共振回路であられせるよう
なアンテナ素子を用いた場合は、伝送線路長はλ／２程
度に選ばれる。

なお両者共転送線路はさらにλ／２の整数倍だけ長くし
ても良いが、線路長が長くなる程、伝送線路を通してみ
たアンテナのインピーダンス特性が周波数により大きく
変化するようになるため、アンテナの広帯域性が損なわ
れる。このため伝送線路長は通常できるだけ短く選ばれ
る。

第８図は本発明第二実施例の構造図である。この例はア
ンテナ素子に逆Ｌアンテナを用いて等価回路が直列共振
回路として表わされる。この例でも同様に並列給電を行
い二つの共振点を得る広帯域アンテナとして利用できる
。

本発明による帯域拡張の効果を調べるため、幅（Ｗｏ）
、長さくＬｏ）厚さくｔ）のほぼ等しい、単一共振性を
示す従来のマイクロストリップアンテナ（第９図）と本
発明のマイクロストリップアンテナ（第１０図）を用い
、その帯域幅の比較を行った。

従来のマイクロストリップアンテナのリターンロス特性
は第１１図のようになる。また、本発明のマイクロスト
リップアンテナではリターンロス特性が第１２図のよう
に２つの共振点の間の周波数でＶＳＷＲ＝２となるよう
にした。

いま帯域幅ΔｆをＶＳＷＲ＜２となるように評価すると
、本発明のマイクロストリップアンテナは従来のマイク
ロストリップアンテナに比較し、約１．５倍の帯域幅が
得られており、本発明は広帯域化として有効な手法であ
ることがわかる。

以上説明したように、本発明のアンテナはそのインピー
ダンス特性が多共振性を使用するアンテナ素子の共振周
波数、伝送線路長などを適当に選ぶことにより連続的な
使用帯域を一定のＶＳＷＲ以下となる広帯域アンテナ、
または、不連続な使用帯域を一定のＶＳＷＲ以下となる
多周波共用アンテナとして動作させることができる。

なお、本発明のアンテナではアンテナ素子の配置は、相
互結合によりアンテナ素子のインピーダンスが大きく変
化しないように配慮され、素子間を適当に離して配置さ
れている。

以上、本発明をアンテナ素子が２つの場合について説明
したが、アンテナ素子数を３以上としても同様の考え方
で設計ができる。さらに本発明のアンテナでは、用いる
アンテナ素子の種類は問わず、一般にそれらの共振周波
数が異なるアンテナ素子であれば本発明を実施すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明の広帯域アンテナではその共振点はアンテナ素子
単体の共振点とほぼ等しくなるので、アンテナの設計お
よび調整が、従来の無給電素子を用いる構造のアンテナ
より容易となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の構造図。 第２図はインピーダンスＺ１のスミス図表。 第３図はインピーダンスＺ２のスミス図表。 第４図はインピーダンス２．およびｚ２のスミス図表。 第５図は本発明による連続帯域アンテナの特性図。 第６図は本発明による二周波共用アンテナの特性図。 第７図は第１図のアンテナの等価回路。 第８図は本発明の第二実施例の構造図。 第９図は比較試験のための従来型のマイクロストリップ
アンテナ。 第１０図は比較試験のための本発明によるマイクロスト
リップアンテナ。 第１１図は第９図のアンテナの特性図。 第１２図は第１０図のアンテナの特性図。 第１３図は小形広帯域アンテナの従来例の斜視図。 ｌ、３．４・・・給電アンテナ素子、２・・・無給電ア
ンテナ素子、５．６・・・伝送線路、７・・・給電接続
端子、８．９・・・給電点、１０．１１・・・アンテナ
素子の給電ピンなどによるインダクタンス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ個（ｎ≧２の正の整数）の独立したアンテナ素
   子と、 １個の給電接続端子と を備え、 上記ｎ個のアンテナ素子の共振周波数がそれぞれ異なる
   広帯域アンテナにおいて、 この給電持続端子と上記各アンテナ素子をそれぞれ一対
   一に接続するｎ個の伝送線路を備え、上記伝送線路の長
   さはそれぞれ接続される上記アンテナ素子の各共振周波
   数に基づいて設定される長さである ことを特徴とする広帯域アンテナ。
2. （２）伝送線路の長さは、そのアンテナ素子の共振周波
   数に対応する波長のほぼ４分の１の奇数倍である特許請
   求の範囲第（１）項に記載の広帯域アンテナ。