JPWO2011010725A1 - ダイポールアンテナ - Google Patents
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Abstract
Description
第1共振周波数をもつ基本モードを利用して波長λの電磁波を放射する場合、概ね全長λ/2のダイポールアンテナを使用する必要がある。また、第2共振周波数をもつ高次モードを利用して波長λの電磁波を放射する場合、概ね全長3λ/2のダイポールアンテナを使用する必要がある。例えば、基本モードを利用して地上波デジタルテレビ帯域(470MHz以上900MHz以下)の電磁波を放射する場合、30cm以上のダイポールアンテナを使用する必要があり、これを携帯電話端末やパーソナルコンピュータなどに収納することは困難である。高次モードを利用する場合は尚更である。
一般に、ある周波数の電磁波を効率的に放射するためには、その周波数における入力反射係数(入力電力に対する反射電力の比、すなわち、Sマトリクスの成分S1,1の振幅|S1,1|)が低く、かつ、その周波数における放射利得が高いことを要する。したがって、入力反射係数を極小化する帯域(すなわち、共振周波数近傍)であっても、その帯域における放射利得が低過ぎれば動作帯域として使用することができない。逆に、放射利得を極大化する帯域であっても、その帯域における入力反射係数が高過ぎれば動作帯域として使用することができない。
本発明の具体的な実施形態について説明する前に、まず、各実施形態に共通する第1の基本形態について図1を参照して説明する。
本発明の第1の基本形態における第1の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
直線部11a及び直線部12aの長さ=56mm;
直線部11b及び直線部12bの幅=2mm;
直線部11b及び直線部12bの長さ=60mm;
幅広部11dの長辺の長さ=56mm;
幅広部11dの短辺の長さ=11mm;
幅広部12dの長辺の長さ=79mm;
幅広部12dの短辺の長さ=20mm。
直線部11a及び直線部12aの長さ=50mm;
直線部11b及び直線部12bの幅=2mm;
直線部11b及び直線部12bの長さ=54mm;
幅広部11dの長辺の長さ=56mm;
幅広部11dの短辺の長さ=12mm;
幅広部12dの長辺の長さ=79mm;
幅広部12dの短辺の長さ=20mm。
本発明の第1の基本形態における第2の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
直線部21a及び直線部22aの長さ=82mm;
直線部21b及び直線部22bの幅=2mm;
直線部21b及び直線部22bの長さ=88mm;
幅広部21dの長辺の長さ=56mm;
幅広部21dの短辺の長さ=14mm;
幅広部22dの長辺の長さ=57mm;
幅広部22dの短辺の長さ=14mm。
直線部21a及び直線部22aの長さ=82mm;
直線部21b及び直線部22bの幅=2mm;
直線部21b及び直線部22bの長さ=88mm;
幅広部21dの長辺の長さ=56mm;
幅広部21dの短辺の長さ=14mm;
幅広部22dの長辺の長さ=56mm;
幅広部22dの短辺の長さ=14mm。
本発明の具体的な実施形態について説明する前に、まず、各実施形態の基本となる第2の基本形態について図11を参照して説明する。
本発明の第2の基本形態における第1の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
直線部31aの長さL31a=直線部32aの長さL32a=3mm;
直線部31bの長さL31b=直線部32bの長さL32b=34mm;
給電点33を介して対向する放射素子31と放射素子32との間隔Δ=2mm;
直線部31aと直線部31bとの中心軸間の距離δ=直線部32aと直線部32bとの中心軸間の距離δ=3mm。
図13に示した構成において、各部のサイズを以下のように設定することによって、第1共振周波数f1と第2共振周波数f2とが極めて近接したダイポールアンテナ30を実現することができる。なお、本変形例においても、放射素子31及び32を構成する導体ワイヤの半径は1mmである;
直線部31aの長さL31a=直線部32aの長さL32a=10mm;
直線部31bの長さL31b=直線部32bの長さL32b=55mm;
給電点33を介して対向する放射素子31と放射素子32との間隔Δ=2mm;
直線部31aと直線部31bとの中心軸間の距離δ=直線部32aと直線部32bとの中心軸間の距離δ=3mm。
次に、本実施形態に係るダイポールアンテナ30の形状効果について説明する。本実施形態に係るダイポールアンテナ30の形状は、給電点33に対する対称性を仮定すれば、3つのパラメータh1(=L31a=L32a)、h2(=L31b=L32b)、及び、w(=δ≒L31c’=L32c’)によって規定することができる。さらに、スケールを無視すれば、2つのパラメータh1/h2、及び、w/h2によって規定することができる。以下、これら2つのパラメータを変化させたときの共振周波数の振る舞いについて説明する。
直線部31aの長さL31a=直線部32aの長さL32a=h1(可変);
直線部31bの長さL31b=直線部32bの長さL32b=h2=34mm(固定);
給電点33を介して対向する放射素子31と放射素子32との間隔Δ=2mm(固定);
直線部31aと直線部31bとの中心軸間の距離δ=直線部32aと直線部32bとの中心軸間の距離δ=3mm(固定)。
直線部31aの長さL31a=直線部32aの長さL32a=3mm(固定);
直線部31bの長さL31b=直線部32bの長さL32b=h2=34mm(固定);
給電点33を介して対向する放射素子31と放射素子32との間隔Δ=2mm(固定);
直線部31aと直線部31bとの中心軸間の距離δ=直線部32aと直線部32bとの中心軸間の距離δ=w(可変)。
本発明の第2の基本形態における第2の実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
直線部41aの長さL41a=直線部42aの長さL42a=3mm;
直線部41bの長さL41b=直線部42bの長さL42b=40mm;
給電点43を介して対向する放射素子41と放射素子42との間隔Δ=2mm;
直線部41aと直線部41bとの間隔δ=直線部42aと直線部42bとの間隔δ=1mm。
本実施形態においては、放射素子41が直線部41bの端点(屈曲部41c側とは反対側の端点)にて終端されている構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、直線部41bの端点(屈曲部41c側とは反対側の端点)に更なる要素を付加することによって、放射素子41が直線部41bの端点(屈曲部41c側とは反対側の端点)にて終端されないように変形してもよい。放射素子41に付加する更なる要素は、導体フィルムであってもよいし、導体ワイヤであってもよい。放射素子41に付加する更なる要素の形状についても、直線状、曲線状、メアンダ状など、種々の形状が考えられる。放射素子42についても同様のことが言える。
直線部41aの長さL41a=直線部42aの長さL42a=3mm;
直線部41bの長さL41b=直線部42bの長さL42b=12mm;
給電点43を介して対向する放射素子41と放射素子42との間隔Δ=2mm;
直線部41aと直線部41bとの間隔δ=直線部42aと直線部42bとの間隔δ=1mm;
メアンダ部42dに含まれるz軸方向に伸びる直線部の長さD=メアンダ部41dに含まれるz軸方向の逆方向に伸びる直線部の長さD=15mm;
メアンダ部42dに含まれるy軸方向及びその逆方向に伸びる直線部間の間隔δ´=メアンダ部41dに含まれるy軸方向及びその逆方向に伸びる直線部間の間隔δ´=1mm。
変形例1においては、メアンダ部41dが一重のメアンダを含む構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、メアンダ部41dは二重以上のメアンダを含んでいてもよい。メアンダ部42dについても同様のことが言える。
変形例1においては、メアンダ部41dが伸びる方向を直線部41bが伸びる方向と一致させていたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、メアンダ部41dが伸びる方向を直線部41bが伸びる方向と直交させるようにしてもよい。メアンダ部42dが伸びる方向についても同様である。
最後に、本発明に係るダイポールアンテナへの給電形態について、図29を参照して説明する。なお、図29においては、第1の実施形態に係るダイポールアンテナ30への給電形態を示しているが、第2の実施形態に係るダイポールアンテナ40への給電形態についてもこれと同様である。
先ず、第1の基本形態においては、給電点11eを第1の給電点、給電点11fを第2の給電点と呼べば、図4に示すダイポールアンテナ10は、放射素子11(第1の放射素子)と放射素子12(第2の放射素子)とを備えたダイポールアンテナであって、放射素子11(第1の放射素子)は、第1の給電点から第1の方向に伸びる直線部11a(第1の直線部)と、第1の屈曲部を介して直線部11a(第1の直線部)の上記第1の給電点側とは反対側に連結され、上記第1の屈曲部から上記第1の方向と逆方向に伸びる直線部11b(第2の直線部)とを有しており、放射素子12(第2の放射素子)は、第2の給電点から上記第1の方向と逆方向に伸びる直線部12a(第3の直線部)と、第2の屈曲部を介して直線部12a(第3の直線部)の上記第2の給電点側とは反対側に連結され、上記第2の屈曲部から上記第1の方向に伸びる直線部12b(第4の直線部)とを有している、ことを特徴とするダイポールアンテナであると表現することができる。特に、図4に示すダイポールアンテナ10は、第1の給電点、及び、第2の給電点が、それぞれ、第1の直線部11aの中間、及び、第3の直線部12aの中間に設けられ、第1の直線部11aが、第3の直線部12aと第4の直線部12bとの間に配置され、第3の直線部12aが、第1の直線部11aと第2の直線部11bとの間に配置された構成例である。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
E1,11,21,E21,31,41 放射素子(第1の放射素子)
E1a,11a,21a,E21a,31a,41a 直線部(第1の直線部)
E1b,11b,21b,E21b,31b,41b 直線部(第2の直線部)
E1c,11c,21c,E21c,31c,41c 屈曲部(第1の屈曲部)
E2,12,22,E22,32,42 放射素子(第2の放射素子)
E2a,12a,22a,E22a,32a,42a 直線部(第3の直線部)
E2b,12b,22b,E22b,32b,42b 直線部(第4の直線部)
E2c,12c,22c,E22c,32c,42c 屈曲部(第2の屈曲部)
F,F1,F2、11e、12e、21e、22e,33,43 給電点
Claims (22)
- 第1の放射素子と第2の放射素子とを備えたダイポールアンテナにおいて、
上記第1の放射素子は、第1の給電点から第1の方向に伸びる第1の直線部と、第1の屈曲部を介して上記第1の直線部の上記第1の給電点側とは反対側に連結され、上記第1の屈曲部から上記第1の方向と逆方向に伸びる第2の直線部とを有しており、
上記第2の放射素子は、第2の給電点から上記第1の方向と逆方向に伸びる第3の直線部と、第2の屈曲部を介して上記第3の直線部の上記第2の給電点側とは反対側に連結され、上記第2の屈曲部から上記第1の方向に伸びる第4の直線部とを有している、
ことを特徴とするダイポールアンテナ。 - 上記第1の給電点、及び、上記第2の給電点は、それぞれ、上記第1の直線部の中間、及び、上記第3の直線部の中間に設けられ、
上記第1の直線部は、上記第3の直線部と上記第4の直線部との間に配置され、上記第3の直線部は、上記第1の直線部と上記第2の直線部との間に配置されている、
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。 - 上記第2の直線部の長さ及び上記第4の直線部の長さは、それぞれ、上記第1の直線部の、上記給電点より上記第1の屈曲部側にある部分の長さと、上記第3の直線部の、上記給電点より上記第2の屈曲部側にある部分の長さとの和よりも大きい、
ことを特徴とする請求項2に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の直線部と上記第2の放射素子との間隙、又は、上記第3の直線部と上記第1の放射素子との間隙に配置された導体片を更に備えている、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の直線部と上記第2の放射素子との間隙、又は、上記第3の直線部と上記第1の放射素子との間隙の少なくとも一部を、誘電体シートを介して覆うように配置された導体片を更に備えている、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の放射素子は、上記第2の直線部の上記第1の屈曲部側とは反対側に連結され、上記第2の直線部よりも幅の広い第1の幅広部を更に有しており、
上記第2の放射素子は、上記第4の直線部の上記第2の屈曲部側とは反対側に連結され、上記第4の直線部よりも幅の広い第2の幅広部を更に有している、
ことを特徴とする請求項2から5までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の幅広部の幅、又は、上記第2の幅広部の幅が、fを動作帯域内の周波数として、c/(128f)以上である(cは光速)、
ことを特徴とする請求項6に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第2の直線部の長さ、又は、上記第4の直線部の長さが、fを動作帯域内の周波数として、c/(16f)以上である(cは光速)、
ことを特徴とする請求項6又は7に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第2の屈曲部と上記第1の幅広部との間隙、又は、上記第1の屈曲部と上記第2の幅広部との間隙に配置された導体片を更に備えている、
ことを特徴とする請求項6から8までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第2の屈曲部と上記第1の幅広部との間隙、又は、上記第1の屈曲部と上記第2の幅広部との間隙の少なくとも一部を、誘電体シートを介して覆う導体片を更に備えている、
ことを特徴とする請求項6から8までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の幅広部は、上記第1の方向に平行な長辺を有する長方形状に形成されており、
上記第2の幅広部は、上記第1の方向に垂直な長辺を有する長方形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項6から10までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の幅広部及び上記第2の幅広部は、それぞれ、上記第1の方向に平行な長辺を有する長方形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項6から10までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の給電点、及び、上記第2の給電点は、それぞれ、上記第1の直線部の上記第1の屈曲部側とは反対側の端部、及び、上記第3の直線部の上記第2の屈曲部側とは反対側の端部に設けられ、
上記第1の直線部と上記第3の直線部とは、上記第1の給電点と上記第2の給電点とが互いに対向するように配置されている、
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。 - 上記第2の直線部の長さ及び上記第4の直線部の長さは、それぞれ、上記第1の直線部の長さと上記第3の直線部の長さとの和より大きい、
ことを特徴とする請求項13に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の放射素子は、上記第2の直線部の上記第1の屈曲部側とは反対側で終端されており、
上記第2の放射素子は、上記第4の直線部の上記第2の屈曲部側とは反対側で終端されている、
ことを特徴とする請求項13又は14に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第2の直線部の長さに対する上記第1の直線部の長さの比、及び、上記第4の直線部の長さに対する上記第3の直線部の長さの比が0.05以上0.3以下である、
ことを特徴とする請求項15に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の放射素子及び上記第2の放射素子は、少なくとも一部分がメアンダ化されたメアンダ部を更に有している、
ことを特徴とする請求項13又は14に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の放射素子は、上記第2の直線部の上記第1の屈曲部側とは反対側から上記第1の方向と逆方向に伸びる、少なくとも一部分がメアンダ化された第1のメアンダ部を更に有しており、
上記第2の放射素子は、上記第4の直線部の上記第2の屈曲部側とは反対側から上記第1の方向に伸びる、少なくとも一部分がメアンダ化された第2のメアンダ部を更に有している、
ことを特徴とする請求項13又は14に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の放射素子は、上記第2の直線部の上記第1の屈曲部側とは反対側から上記第1の方向と垂直な第2の方向に伸びる、少なくとも一部がメアンダ化された第1のメアンダ部を更に有しており、
上記第2の放射素子は、上記第4の直線部の上記第2の屈曲部側とは反対側から上記第2の方向と逆方向に伸びる、少なくとも一部がメアンダ化された第2のメアンダ部を更に有している、
ことを特徴とする請求項13又は14に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の放射素子及び上記第2の放射素子は、導体フィルム又は導体ワイヤにより構成されている、
ことを特徴とする請求項13から19までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記給電点から上記第1の方向又は上記第1の方向と垂直な方向に伸びる同軸ケーブルにより給電されている、
ことを特徴とする請求項13から20までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。 - 上記第1の直線部と上記第3の直線部とが、一直線上に配置されている、
ことを特徴とする請求項13から21までの何れか1項に記載のダイポールアンテナ。
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