WO2006118324A1

WO2006118324A1 - 広帯域アンテナ

Info

Publication number: WO2006118324A1
Application number: PCT/JP2006/309206
Authority: WO
Inventors: Wasuke Yanagisawa; Junxiang Ge
Original assignee: Yokowo Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2006-11-09
Also published as: KR20080009308A; EP1879257A1; EP1879257B1; JP5102941B2; KR101266877B1; CN101203985A; JP2006311408A; CN101203985B; EP1879257A4; DE602006019408D1; US8068064B2; US20090167622A1

Abstract

　超広帯域で高性能かつ低コストの広帯域アンテナを提供する。　それを平面上に展開したときにＧＮＤ１０と共にリッジ導波管の開口断面構造をなす形状となるアンテナエレメントを含んで広帯域アンテナを構成する。アンテナエレメントは、リッジ導波管のリッジ部に相当するリッジエレメント部１３と、リッジ導波管の壁部に相当し、リッジエレメント部１３から延びる電磁波放射用の放射エレメント部１４とを有している。また、リッジエレメント部１３と同一の形状および構造で、対向する補助エレメント１２を備えている。放射エレメント部１４の終端はＧＮＤ１０上に配されており、リッジエレメント部１３の先端に給電端子１００が接続される。

Description

明細書広帯域アンテナ技術分野

本発明は、 UWB (Ultra Wide Band) のような広帯域通信システム、並びに、異なる周波数帯域の無線システムにおいて使用される広帯域アンテナに関する。発明の背景

広帯域通信システムにおいて使用されるアンテナとして、複数素子アンテナ、うず卷状アンテナ、対数周期アンテナ等が知られている。

複数素子ァンテナは、周波数帯域が少しずつ異なる多数のアンテナ素子を組み合わせて広帯域のアンテナ特性を得ようとするものである。この複数素子アンテナは、広帯域性に優れた特性を有するものの、多数のアンテナ素子を組み合わせる必要があるので、個々のアンテナ素子の給電インピーダンスの調整や共振周波数の調整が難しい。うず卷状アンテナおよび対数周期アンテナは、構造はシンプルであるが、全体の体積が大きいばかりでなく、グランドを付けると、指向特性がグランド面と垂直方向のみとなる。

また、一般に、複数素子アンテナ、うず卷き状アンテナ、対数周期アンテナにおいて、実用可能な周波数帯域を拡げようとすると、その設計および調整は、非常に困難となる。そのため、従来、量産化が容易な広帯域アンテナを実現することが難かしかった。

近年、 UWBのような広帯域通信システムが種々の分野で応用されてきている。自動車においても、車載無線、携帯電話、 P DA (Personal Digital Assistance) 等の移動体端末、電波センサ等が使用されている。例えば、 1台の自動車において、 AM/FMラジオ、車載 TV、 G P S、衛星デジタル放送、セルラー、 E T C、 B 1 u e t o o t h、W— LANが使用されることも珍しくなくなつている。このようにいろいろな帯域の周波数を使用した端末ないしシステムが使用されるようになると、例えば 1台の自動車に多くのァンテナを取付なければならないため、アンテナ設置場所が嵩むだけでなく、コストが異常に高くなるという問題があつに。

この発明は、上記の問題を一挙に解消し得る超広帯域で高性能かつ低コストの広帯域ァンテナをすることを目的とする。発明の開示

本発明の広帯域ァンテナは、それを平面上に展開したときに導波管の開口断面構造の一部又は全部をなす形状のアンテナエレメントを含む。このアンテナエレメントは、電磁波用の第 1エレメント部と、アンテナ特性調整用の第 2エレメント部とを有しており、前記第 1エレメント部には、前記第 2エレメント部を通じて又は前記第 2エレメント部と共に、給電端子が接続されている。アンテナ特ゃ生は、例えばインピーダンス特性、 VSWR特'性、放射特性等である。

このような構造の広帯域アンテナでは、アンテナエレメントが導波管のモード理論に準じた動作を行う。

導波管を通過する電磁波には、 TEモード波と TMモード波とがある。 TEモ一ド波の波動インピーダンス Z wと、 TMモード波のィンピーダンス Z eは、それぞれ以下のようになる。

Zw=Z o/V" (1 - (f c/f ) ^ 2)

Z e = Z o (1 - (f c/f ) 2)

但し、 Z o = 1 20 π · (μτ/ ε χ), μτは伝搬媒体の比透磁率、 ε rは伝搬媒体の比誘電率である。自由空間の場合、 /zr= ε r= 1、 Z oは 1 20 πとなる。

信号の周波数 f が導波管の遮断周波数 f cよりも高ければ、その信号がこの導波管を通過する。もし、信号の周波数 ίが遮断周波数 f cよりも限りなく高いとすると、 2 ぉょぴ26の値は、自由空間における Z oと同様、 1 20 πとなる。従って、本発明の広帯域アンテナは、遮断周波数 f cが決まれば、それよりも格段に高レ、周波数 f はすべて通過するというハイパスフィルタのような動作モードとなる。このような動作モードを応用したのが、本発明の広帯域アンテナの一つの特徴である。アンテナ特性は第 2エレメント部により調整することができる。導波管の一例としてはリッジ導波管を挙げることができる。すなわち、本発明の広帯域アンテナは、具体的には、それを平面上に展開したときにグランド面と共にリッジ導波管の開口断面構造をなす形状となるァンテナェレメントを含むものとすることができる。

前記アンテナエレメントは、前記リッジ導波管のリッジ部に相当するアンテナ特性調整用のリッジエレメント部と、前記リッジ導波管の壁部に相当し前記リッジエレメント部から延びる電磁波放射用の放射エレメント部とを有しており、前記リッジエレメント部の先端に給電端子が接続される。

この広帯域アンテナでは、リッジ導波管のモード理論に準じた動作が可能になる。リッジ導波管は、例えば同じ断面サイズの通常の矩形導波管よりも遮断周波数 ί cが低い。よって、使用可能な周波数を低くしつつ、広帯域性を維持したァンテナを実現することができる。また、リッジエレメント部のような面部を有しているので、例えばワイヤーを卷回する場合よりも整合する範囲がブロードとなる。つまり、電磁波の放射体としての機能を持ちつつ、給電端子での不整合を抑制することもできる。設計、製造時には、使用が予定される最低周波数のみを考慮すればよいので、量産ィ匕が容易となり、低コスト化も実現される。

好ましい実施の態様では、前記リッジエレメント部が略円弧状に成形される。このような形状にすることにより、使用可能な周波数の上限が限りなく高まり、広帯域性をより顕著にすることができる。

前記リッジエレメント部は、例えば、前記開口断面構造のうち前記リッジ導波管のリッジ部をその高さ方向に裁断してなる一基端構造のものとすることができる。この場合、前記放射エレメント部は、前記リッジエレメント部の基端から延ぴるようにする。

広帯域アンテナは、給電端子からの給電がリッジエレメント部の中央部であるとすると、その部位を中心として対称のモード波が複数生じる。リッジ導波管の場合、通過する電磁波の電界強度が最大になるのは、リッジ部の中央 (Τ Ε _{1 0}) であるから、リッジエレメント部を一基端構造にしても、ハイパスフィルタの特性自体は、 .後述する両基端構造のものと変わらない。一基端構造の分だけ、小型化を図ることができる。なお、奇数モード（T E _{1 0}， T E ₃。， T E ₅。）、偶数モード（Τ Ε ₂。， Τ Ε ₄。· ·）のどちらのモードを利用する構成としても良いが、奇数モードを使用する構成とすることが望ましい。

前記リッジエレメント部は、例えば、前記開口断面構造のうち前記リッジ導波管のリツジ部の高さが最大となる部位を中心線として対称となる両基端構造のものとすることができる。この場合、前記放射エレメント部が前記リッジエレメント部の両基端からそれぞれ延びるようにする。前記放射エレメント部が、前記リッジエレメント部の両基端からそれぞれ当該リッジエレメント部に対して所定角度方向に延ぴるようにしても良い。より好ましくは、前記放射エレメント部が、前記リッジエレメント部の両基端からそれぞれ当該リッジエレメント部に対して垂直カゝっ反対方向に延びるようにする。

なお、 2つの前記アンテナエレメントを、各々のリッジエレメント部の対称中心線を基点に直交させるようにしても良い。このようにすれば、広帯域性を良好に維持しつつ、アンテナ利得を高め、かつ、指向特性をブロードにすることができる。

前記リッジエレメント部は、例えば、前記開口断面構造のうち前記リッジ導波管のリッジ部の高さが最大となる部位を中心線として対称かつ前記リッジ導波管の幅広面上で所定角度で折曲してなる両基端構造のものとすることができる。この場合、前記放射エレメント部は、それぞれ前記リッジ導波管の幅広壁に相当する第 1エレメントが前記リッジエレメント部の両基端から延び、かつ前記リッジ導波管の側壁に相当する第 2エレメントを共有するようにする。

このような構造の広帯域アンテナでは、その一辺サイズが、ほぼリッジ導波管のリッジ部の半分程度の直方体状にすることができ、アンテナ利得おょぴ指向性を良好に維持しつつ、小型ィ匕に貢献することができる。

本発明のより好ましい実施の態様では、上記のバリエーションをもつ広帯域ァンデナにおいて、前記アンテナエレメントのリッジエレメント部と同一の形状および構造の補助エレメントを備えたものとする。この補助エレメントは、主として、アンテナエレメントのリッジエレメント部と共に、アンテナ特性調整用として設けられる。本明細書では、そのためにアンテナエレメントに対して「補助ェレメント」という用語を用いている。

前記補助ェレメントの基端はダランド面上に配備されており、前記補助ェレメントと前記リツジェレメント部とは互いに同一面上で対向しており、前記ァンテナエレメントの放射ェレメント部の終端はダランド面上に配されており、前記捕助エレメントの先端と前記リッジエレメント部の先端同士が最も近接する部位に前記給電端子が接続されるようにする。

このような構造の広帯域ァンテナは、いわゆるダブルリッジ導波管のモード理論に準じた動作モードとなり、ィンピーダンス整合がとれる周波数帯域が格段に拡がり、広帯域性を顕著に高めることができる。

本発明によれば、使用可能な最低周波数があるというだけの超広帯域性を実現することができる。通常、グランドが設けられているアンテナにおいて広帯域化を図ることは困難であつたが、本発明によれば、 'それが可能になる。

また、水平面上でほぼ無指向性となるので、汎用的な用途に使用することがでさる。図面の簡単な説明

図 1において、（ a )は本発明の第 1実施形態による広帯域ァンテナの^ m斜視図、（b ) はそのアンテナの V SWR特性図である。

図 2におレ、て、（ a )は本発明の第 2実施形態による広帯域ァンテナの^ m斜視図、（b ) はそのアンテナの V SWR特性図である。

図 3において、（a ) は検証用アンテナの外鉱斜視図、（b ) はそのアンテナの V SWR特性図である。

図 4において、（a ) は検証用アンテナの外！^斜視図、（b ) はそのアンテナの V SWR特性図である。

図 5において、（a ) は検証用アンテナの外!^斜視図、（b ) はそのアンテナの V SWR特性図である。

図 6において、本発明の第 3実施形態による広帯域アンテナ（UWB通信用ァンテナ）の外斜視図である。

図 7は、図 6のアンテナのシミュレーションによる SWR特 1"生図である。図 8は、図 6のアンテナの実験用サンプルによる S WR特性図である。

図 9は、図 6のアンテナ（実験用サンプル）による利得特性図である。

図 1 0において、（a )は図 6のアンテナ（実験用サンプル）の垂直方向の指向特性図、（b ) は水平方向の指向特性図である。

図 1 1は、本発明の第 4実施形態による広帯域アンテナ（UWB通信用アンテナ）の外観斜視図である。

図 1 2は、本発明の第 5実施形態による広帯域アンテナ（UWB通信用アンテナ）の外観斜禪図である。

図 1 3は、本発明の第 6実施形態による広帯域アンテナ（UWB通信用アンテナ）の^ II斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して、本努明の実施の形態を説明する。

く第 1実施形態〉

図 1 ( a ) は、本発明の第 1実施形態による広帯域アンテナの外観斜視図、同 ( b ) は V SWR特性図である。なお、 V SWR特性は、アンテナ特性の一例となるものである。

この実施形態の広帯域アンテナは、矩形状のダブル（シリンダ）リッジ導波管を管軸方向に所定の厚みで裁断し、一つの幅広面をグランド面（以下、「GND」とする）として用いている。この広帯域アンテナは、ダブルリッジ導波管のモード理論に準じた動作を行うもので、ァンテナェレメント 1 1と、補助ェレメント 1 2とを有している。アンテナエレメント 1 1およぴ捕助エレメント 1 2は、それぞれ導電性の高い金属により形成される。

アンテナエレメント 1 1は、それを平面上に展開したときに GND 1 0と共にリッジ導波管の開口断面構造をなす形状となる。すなわち、アンテナエレメント 1 1は、ダブルリッジ導波管の開口断面構造のうち、上部幅広面のリッジ部に相当するリッジエレメント部 1 3と、下部幅広面を除く壁部に相当し電磁波放出用の放射ェレメント部 1 4とを有している。この実施形態におけるリツジェレメント部 1 3は、上記のリッジ部の高さが最大となる部位を中心線として対称となる両基端構造のものである。このリッジエレメント部 1 3の先端は、略円弧状に成形されて、る。このような構造のリッジェレメント部 1 3は、ダブルリッジ導波管の上部幅広面のリッジ部と実質的に同様に作用する。

放射エレメント部 1 4は、ダブルリッジ導波管の壁部と実質的に同様に作用する。この放射エレメント部 1 4は、リッジエレメント部 1 3の両端からそれぞれ GND 1 0と水平に延びる第エレメントと、この第 1放射エレメントの端部から GND 1 0に向かって垂直方向に延びる第 2エレメントとからなる。第 2 エレメントの終端、つまり放射エレメント部 1 4の終端は、 GND 1 0上に配されている。

補助エレメント 1 2は、アンテナエレメントのリッジエレメント部 1 3と同一の形状および構造のものである。つまり、アンテナエレメント 1 1から放射エレメント部 1 4を除去したものに相当する。その基端は GND 1 0上に配備されている。捕助エレメント 1 2とアンテナエレメントのリッジエレメント部 1 3とは互いに同一面上で対向しており、その先端同士が最も近接する部位に給電端子 1 0 0が接続される。

このような構造の補助エレメント 1 2は、ダブルリッジ導波管の下部幅広面のリッジ部と実質的に同様に作用する。

給電端子 1 0 0は、ケーブル C 1 1を通じて無線通信機（図示省略）に接続されるようになっている。

図 1 ( a ) において、アンテナエレメント 1 1におけるリッジエレメント部 1 3と放射エレメント部 1 4の第 1エレメントの長さの和を L、 ¾ltエレメント部 1 4の第 2エレメントの長さを H、リッジ部エレメント 1 3の長さを D、放射ェレメント 1 4の厚みを T、リッジエレメント部 1 3および補助エレメントの高さを Ρ/ 2とすると、最低周波数、つまり遮断周波数を 1 . 5 [GH z ] としたときの広帯域アンテナのサイズは、例えば以下のようになる。

L = 7 0 [mm], H= 2 5 [mm], W= 4 [mm]、 D= 2 5 [mm]、 P = 1 6 [mm]、 T= 4 [mm]₀

このような†ィズの広帯域アンテナの V SWR特性の実測値は、，図 1 ( b ) のようになった。図 1 ( b ) からわかるように、上記サイズによって最低周波数さえ決まれば、それよりも所定値以上高い周波数の V SWRは、すべて実用範囲に収まっている。なお、計器の都合で、 5 [GH z ] 以上は数値による定量化はしなかったが、 2 0 [GH z ] 以上の高い周波数においても V SWRが良好に維持されていることが確認されている。

<第 2実施形態 >

図 2 ( a ) は、本発明の第 2実施形態による広帯域アンテナの外観斜視図、同 ( b ) は V SWR特性図である。

この実施形態の広帯域アンテナは、図 2 ( a ) に示されるように、ダブノレリツジ導波管の断面の右半分を裁断した構造のものである。すなわち、ダブルリッジ導波管の開口断面構造のうち、上部幅広面のリッジ部をその高さ方向に裁断してなる一基端構造のリッジエレメント部 2 3およびエレメント 2 4を有するァンテナエレメント 2 1と、補助エレメント 2 2とを有している。

リッジエレメント部 2 3は、ダブルリッジ導波管の上部幅広面のリッジ部と実質的に同様に作用する。放射ェレメント部 2 4は、ダブルリッジ導波管の壁部と実質的に同様に作用するもので、この実施形態では、電磁波放射のために用いられる。この放射エレメント部 2 4は、リッジエレメント部 2 3から GND 1 0と水平に延びる第エレメントと GND 1 0と垂直に延びる第 2エレメントとからなり、第 2エレメントの端部が GND 1 0上に置力れたものとなる。

補助エレメント 2 2は、アンテナエレメント 2 1のリッジエレメント部 2 3と同一の形状おょぴサイズのもので、その基端は GND 1 0上に配備されている。この補助エレメント 2 2とリッジエレメント部 2 3とは互いに同一面上で対向しており、その先端同士が最も近接する部位に給電端子 1 0 0が接続される。この給電端子 1 0 0は、ケーブル C 1 1を通じて無線通信機（図示省略）に接続されるようになっている。

図 2 ( a ) における L、 H、 W、 D、 P、 Tは、第 1実施形態において示した値と同じである。このようなサイズの広帯域ァンテナの V S WR特性の実測値は、図 2 ( b ) のようになった。図 2 ( b ) からわかるように、第 1実施形態の広帯域アンテナと同様、上記サイズによって最低周波数さえ決まれば、それよりも所定値以上高い周波数の V SWRは、すべて実用範囲に収まっている。なお、この広帯域アンテナにおいても、計器の都合で、 5 [GH z ] 以上は定量化はできなかったが、 2 0 [GH z 以上の高い周波数においても V SWRが良好に維持されていることが確認されてレヽる。

[リッジ構造による検証]

それを平面上に展開したときに導波管の開口断面構造の一部又は全部をなす形状のアンテナエレメントを含む広帯域アンテナが、その導波管の動作モードに準じた特性になることについては、上述したとおりである。以下、導波管の開口断面構造、特にアンテナエレメントおよび補助エレメントの形状等がアンテナ特性にどのような影響を与えるかについて検証する。

図 3 ( a ) は、アンテナエレメント 3 1のリッジエレメント部 3 3力放射ェレメント部 3 4と一体に矩形状に形成された広帯域アンテナの外観斜視図、同 ( b ) はそのアンテナの V SWR特"生図である。このような構造の広帯域アンテナは、補助エレメントが存在しないので、実質的にシングルリッジ導波管の動作モードとなる。

このような広帯域ァンテナでは、 V S WRが 2程度の実用レベルでの広帯域性は得られるものの、周波数がある程度高くなる帯域では特性の劣化が目立つ。そのため、使用範囲に一定の制限がある。

図 4 ( a ) は、図 3 ( a ) と同様に、実質的にシングルリッジ導波管の動作モ一ドとなる広帯域アンテナの斜視図である。

この例では、ァンテナエレメント 4 1のリツジェレメント部 4 3が ¾ltェレメント部 4 4と一体ではなく、 GND 1 0上に配備される。すなわち、リッジエレメント部 4 3が、シングルリッジ導波管の開口断面構造のうち、下部幅広面のリッジ部に相当するものとなっている。給電端子 1 0 0は、直方体状のリッジエレメント部 4 3の先端と放射エレメント部 4 4の中央部に接続される。図 4 ( b ) はこのアンテナの V SWR特性図である。

このような広帯域ァンテナでは、 V S WRが 2程度の実用レベルでの広帯域性は得られるものの、周波数がある程度高くなる帯域では、特性の劣化が目立つ。図 5 ( a ) は、公知のダブルリッジ導波管の動作モードを実現しょうとする広帯域アンテナの ^^斜視図である。すなわち、この広帯域アンテナは、アンテナエレメント 51のリッジエレメント部 53が矩形状で、補助エレメント 52もまたリッジエレメント部 53と実質的に同一サイズの矩形状に成形される。図 5 (b) は、このようなアンテナの VSWR特性図である。ダブルリッジ導波管の動作理論を適用することができるので、図 3、図 4に示したものに比べて広帯域性が改善される。

しかしながら、図 1 (b)、図 2 (b) の VSWR特' 1·生に比べると、良好な VS WRにて通過可能な周波数の上限値がさほど高くない。このことから、リッジェレメント部の先端は、先端の角部を除去して略円弧状にすることにより、帯域幅を格段に拡げることができることがわかる。

く第 3実施形態 >

次に、本発明を UWB通信において使用される広帯域の UWB用アンテナとして実施するときの形態例を説明する。想定する UWB通信は、 GPS、無線 LA N、車載レーダ等とし、通信周波数は 3. 5 [GHz] 以上で、 VSWRは、 2. 0以下とする。

アンテナの小型化を促進するため、この実施形態では、アンテナエレメントのエレメント部をリッジエレメント部に対して所定の角度をなすようにする。例えば、図 6は、アンテナエレメント 101と補助エレメント 102とを有する広帯域の UWB通信用アンテナを示しているが、アンテナエレメント 101の第 1¾ ^エレメント部 104と第 2放射エレメント部 105とが、それぞれリッジエレメント部 103の両基端から当該リッジエレメント部 103に対して垂直かつ反対方向に延ぴている。リッジエレメント部 103は、その先端が略円弧状に成形されている。第 1，第 2の放射エレメント部 104， 105の終端は、それぞれ GND 10上に置力れている。

この UWB通信用アンテナもまたダブルリッジ導波管の動作モードを応用したもので、補助エレメント 102を有しており、給電端子 100は、この補助エレメント 102の先端とリッジ部エレメント 103の先端、つまり電界強度が最大となる部位に接続される。

図 6に例示される UWB通信用アンテナのサイズは、以下のとおりである。 HI 1=12 [mm], Wl 1=32 [mm], Wl 2 = 16 [mm]_s Wl 3 = 1 6 [mm]。

このような構造の UWB通信用アンテナにおいて、例えばコンピュータ上でァンテナ設計理論に基づくソフトウェアにより設計した、誤差のない理想的な形状のアンテナの V SWR特·生をシミュレーションした結果と、上記のソフトウェアにより行つた設計をもとに実際に作製した実験用サンプルのアンテナ特性の実測結果とを比較してみた。

実験用サンプノレは、例えば、アンテナエレメント 1 0 1におけるリッジエレメント部 1 0 3が正確な円弧状ではないとか、リッジエレメント部 1 0 3に対する第 1放射エレメント 1 0 4およぴ第 2 ¾ tエレメント 1 0 5の相対角度が必ずしも直角にならないと力、給電端子 1 0 0の位置がリッジエレメント部 1 0 3の最先端から多少ずれているとか、実際の作製に伴うパラツキを持つ、あるいは、 G ND 1 0の端部からの放射を考慮したサンプルである。

図 7は前者の SWR特性図、図 8は後者の SWR特性図である。また、実験用サンプルにおける上記サイズでの利得特性は、図 9のように、現時点で需要のある周波数帯で 4〜 5 ( d B :入出力比）を超えており、実用可能な範囲であることが実証されている。放射特性は、垂直面で図 1 0 ( a )、水平面で図 1 0 ( b ) のようであった。水平方向では、ほぼ無指向性になっている。

これらの実測結果からわかるように、図 6のようなァンテナ構造を採用することにより、シミュレーションと実験用サンプルとは、より高い周波数帯で SWR 特性に多少の相違が生じるものの、ある周波数以上では、 SWR (電圧比の場合、 V SWR) の値が安定して 2以下となる周波数が 5 0 [GH z ] 近くまで延びている。

これは、アンテナの設計、製造に際して大きな許容範囲が存在するため、量産化に適したアンテナ構造であることを意味している。実際に、広帯域アンテナを製造する際には、加工誤差、給電用の同軸コネクタとケーブルのミスマッチング (特にミリ波で生じやすい）、給電端子 1 0 0の取付誤差、アンテナ材料の Loss (接合材料の Loss等)、測定誤差等によるバラツキが生じる。しかし、この実施形態の UWB通信用アンテナの構造によれば、多少の設計、製造のパラツキがあつても、シミュレーションの結果とほぼ同様の特性が得られている。つまり、小型力つ高利得で超広帯域性という基本部分は、維持されている。

以上の事実は、アンテナエレメント 1 0 1力それを平面上に展開したときに GND 1 0と共にリッジ導波管の開口断面構造をなす形状であること、しかも、そのリッジエレメント部 1 0 3の先端と、補助エレメント 1 0 2の先端とが共に略円弧状であることがその要因の一つになっていると考えられる。

図 6に示した広帯域アンテナの場合、上述したサイズによる実用的な最低通信可能な周波数は 3 . 4 3 9 6 [GH z ] であり、この周波数以上は、どの周波数でも使用することができる。従って、最低使用周波数に適合するサイズで設計、製造すれば、 1つのアンテナで、多くの通信用のアンテナとして用いることができる。

このような†生質は、今後、用途が飛躍的に拡大することが予想される UWB通信、特に、車載型の複数の通信機器用のアンテナとしては、かなり適した性質であるといえよう。この UWB用アンテナを自動車等に取り付ける場合、その自動車等のボディを GND面にすることができ、非常に便利である。

<第 4実施形態 >

UWB通信用アンテナは、図 1 1のような構造のものであっても良い。図 1 1 に示されるアンテナは、図 6の UWB用アンテナにおいて、アンテナエレメント 1 0 1および補助エレメント 1 0 2の最大高の部分を中心として 2つに裁断したものに相当する。

すなわち、アンテナエレメント 2 0 3のリッジエレメント部 2 0 5と、これに対向する補助エレメント 2 0 4とをそれぞれ半円弧状に成形したものである。給電端子 1 0 0は、それぞれァンテナェレメント 2 0 3のリッジエレメント部 2 0 5の先端おょぴ補助エレメント 2 0 4の先端に接続される。アンテナサイズは、以下のとおりである。

H 2 1 = 1 2 [mm]ヽ W2 2 = 1 6 [mm]、 W 2 3 = 1 6 [mm]。

図 1 1の構造の UWB用アンテナの場合、利得は図 6に示したものよりも多少低下するが、 V SWR特性のパターンならびに放射特性は、図 6に示したものとほぼ同様となる。アンテナの小型化を重視する用途では、図 1 1のような UWB 用アンテナが好適である。く第 5実施形態〉

図 1 2は、 UWB通信用アンテナの変形例を示している。このアンテナは、図 1 1に示した UWB通信用アンテナを 2つ組み合わせたものといえる。

すなわち、アンテナエレメント 3 0 1のリッジエレメント部 3 0 3， 3 0 5力ダブルリッジ導波管の開口断面構造のうちそのダブルリッジ導波管のリッジ部の高さが最大となる部位を中心線として対称となる両基端構造のものであり、 ¾l† エレメント部 3 0 6は、それぞれダブルリッジ導波管の幅広壁に相当する第 1ェレメントがリッジエレメント部の両基端から延ぴ、かつダブルリッジ導波管の側壁に相当する第 2エレメントを； 2つの第 1エレメントから延びるエレメントとして共有し、力、つ第 2エレメントの端部が GND上に延びる。捕助エレメント 3 0 4は、リッジエレメント部 3 0 3 , 3 0 5と同じサイズで対向し、それぞれの先端に給電端子 1 0 0が接続される。

一対の第 1エレメントの長さ W3 2， W 3 3はそれぞれ 1 6 [mm] であり、第 2エレメントの長さ（アンテナ高） H 3 1は 1 2 [mm] である。

このような構造、サイズの UWB通信用アンテナは、図 1 1に示したものと実装上はほぼ同じサイズでありながら.、その利得特性を著しく良好にすることができる。従って、小型化、広帯域性、利得特性をすベて兼ね備えた優れた UWB通信用アンテナを実現することができる。

<第 6実施形態 > .

図 1 3は、 UWB通信用アンテナの他の変形例を示している。このアンテナは、図 6に示した UWB通信用アンテナを 2つ、あるいは図 1 1に示した UWB通信用アンテナを 4つ組み合わせたものといえる。

図 6の UWB通信用アンテナとの対比では、 2つのアンテナエレメント 1 0 1 を、各々のリッジエレメント部 1 0 3の中心対称線を基点に直交させたものに相当する。すなわち、この実施形態の UWB通信用アンテナは、それぞれ両基端を有する 2つのリッジエレメント部 4 0 3と、各基端から延びる 4つのエレメント部 4 0 4 , 4 0 5 , 4 0 6， 4 0 7を有するアンテナエレメント 4 0 1と、このアンテナエレメント 4 0 1のリッジエレメント部 4 0 3と同じ形状およびサィズで対向する補助エレメント 4 0 2とを備えている。給電端子 1 0 0は、リツジエレメント部 4 0 3の先端と補助エレメント 4 0 2の先端に、それぞれ接続される。 2組の脑エレメント部 4 0 4， 4 0 6、 4 0 5， 4 0 7は、それぞれリッジエレメント部 4 0 3に対しで垂直カっ反対方向に延ぴており、その端部が G NDに置かれる。

アンテナサイズは、以下のとおりである。

H 4 1 = 1 2 [mm], W4 2 =W4 3 =W4 4 =W4 5 = 1 6 [mm]。

このような構造、サイズの UWB通信用アンテナは、図 6に示したものと実装上はほぼ同じサイズでありながら、図 6に示した UWB通信用アンテナよりもさらに無指向性とすることができる。従って、小型化、広帯域性、高利得特性、無指向性をすベて兼ね備えた優れた UWB通信用アンテナを実現することができる。 <実施形態の広帯域ァンテナの利点 >

以上、本発明の広帯域アンテナを複数の実施形態を示して説明したが、各実施形態において共通していえる特徴は、本発明の広帯域アンテナは、導波管モードに基づいて、最低使用可能周波数があるだけの超広帯域のアンテナであること、ある平面上で無指向性であることである。このような特性は、今後、用途が飛躍的に拡大することが予想される UWB通信用の汎用アンテナとして、きわめて重要なものである。

図 1 1の構造のアンテナでは、さらに小型化を促進することができ、複数のァンテナを組み合わせた図 1 2， 1 3の例では、小型でありながら、 UWB通信に際して高い利得が得られる。

なお、本明細書に示した広帯域アンテナ（UWB通信用アンテナ）の構造、サィズ、材質等は例示であり、本発明の特徴を逸脱しない範囲での実施は、本発明の範囲である。産業上の利用可能性

本発明の広帯域アンテナは、 UWB通信用アンテナのほか、携帯電話.、 P DA など、複数の周波数を使用することが予定されつつもアンテナの取付位置が限られる移動体端末用のアンテナ、 G P Sアンテナ、地上波デジタル放送システムの受信アンテナ、無線 L ANの送受信アンテナ、衛星デジタル放送の受信アンテナ、セノレラー用アンテナ、 E T C送受信用アンテナ、電波センサ、放送によるラジオ受信機用アンテナ、その他の多くのアンテナとして利用することができる。本発明の広帯域アンテナの最大の利点は、これらの多くの用途に対して 1つのアンテナで对応可能ということである。

Claims

請求の範囲

1 . それを平面上に展開したときに導波管の開口断面構造の一部又は全部をなす形状のァンテナェレメントを含み、

このアンテナエレメントは、電磁波 »f用の第 1エレメント部と、アンテナ特性調整用の第 2エレメント部とを有しており、

前記第 1エレメント部には、前記第 2エレメント部を通じて又は前記第 2エレメント部と共に、給電端子が接続されている、

広帯域アンテナ。

2 . それを平面上に展開したときにグランド面と共にリッジ導波管の開口断面構造をなす形状となるアンテナエレメントを含み、

前記ァンテナェレメントは、前記リッジ導波管のリッジ部に相当するァンテナ特性調整用のリッジエレメント部と、前記リッジ導波管の壁部に相当し前記リッジエレメント部から延びる電磁波放射用の放射エレメント部とを有しており、前記リッジエレメント部の先端に給電端子が接続される、

広帯域アンテナ。

3 . 前記リッジエレメント部が略円弧状に成形されている、

請求の範囲第 2項記載の広帯域ァンテナ。

4 . 前記リッジエレメント部は、前記開口断面構造のうち前記リッジ導波管のリッジ部をその高さ方向に裁断してなる一基端構造のものであり、

前記; Wェレメント部が前記リッジエレメント部の基端から延びる、

請求の範囲第 3項記載の広帯域ァンテナ。

5 . 前記リッジエレメント部は、前記開口断面構造のうち前記リッジ導波管のリッジ部の高さが最大となる部位を中心線として対称となる両基端構造のものであり、

前記 ¾ltエレメント部が前記リッジエレメント部の両基端からそれぞれ延びる、請求の範囲第 3項記載の広帯域ァンテナ。

6 . 前記放射エレメント部が、前記リッジエレメント部の両基端からそれぞれ当該リッジエレメント部に対して所定角度方向に延びる、請求の範囲第 5項記載の広帯域ァンテナ。

7. 前記放射エレメント部が、前記リッジエレメント部の両基端からそれぞれ当該リッジエレメント部に対して垂直かつ反対方向に延びる、

請求の範囲第 6項記載の広帯域ァンテナ。

8 . 2つの前記アンテナエレメントを、各々のリッジエレメント部の中心対称線を基点に直交させてなる、

請求の範囲第 7項記載の広帯域ァンテナ。

9 . 前記リッジエレメント部は、前記開口断面構造のうち前記リッジ導波管のリッジ部の高さが最大となる部位を中心線として対称カゝっ前記リッジ導波管の幅広面上で所定角度で折曲してなる両基端構造のものであり、

前記觸エレメント部は、それぞれ前記リッジ導波管の幅広壁に相当する第 1 エレメントが前記リッジエレメント部の両基端から延び、かつ前記リッジ導波管の側壁に相当する第 2エレメントを共有する、

請求の範囲第 3項記載の広帯域ァンテナ。

1 0. 前記ァンテナェレメントのリッジエレメント部と同一の形状およぴ構造の捕助ェレメントを備えており、

前記補助エレメントの基端はグランド面上に配備されており、

前記補助ェレメントと前記リッジェレメント部とは互いに同一面上で対向しており、

前記アンテナエレメントの放射エレメント部の終端はグランド面上に配されており、

前記補助ェレメントの先端と前記ァンテナェレメントのリッジエレメント部の先端同士が最も近接する部位に前記給電端子が接続される、

請求の範囲第 2項ないし第 9項のいずれかの項記載の広帯域ァンテナ。