WO2012144247A1 - 広帯域アンテナ - Google Patents

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WO2012144247A1
WO2012144247A1 PCT/JP2012/051953 JP2012051953W WO2012144247A1 WO 2012144247 A1 WO2012144247 A1 WO 2012144247A1 JP 2012051953 W JP2012051953 W JP 2012051953W WO 2012144247 A1 WO2012144247 A1 WO 2012144247A1
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WO
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gain
mhz
frequency
parasitic element
dbi
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/051953
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English (en)
French (fr)
Inventor
直樹 吉瀬
仁一 井上
清水　浩
岳史 中山
Original Assignee
原田工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • H01Q5/385—Two or more parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element
    • H01Q9/36—Vertical arrangement of element with top loading

Definitions

  • the present invention relates to a broadband antenna used in a high-speed wireless communication system using a broadband.
  • UWB Ultra Wide Band
  • UWB uses a bandwidth of 3.1 GHz to 10.6 GHz, and transmits and receives data by spreading it over a wide frequency band.
  • This system has features such as low power consumption, resistance to jamming waves, and high-speed communication, and has attracted attention in various fields.
  • Examples of communication systems using the vicinity of 2 GHz include mobile phones, VICS (Vehicle Information and Communication System), and WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access).
  • a conventional broadband antenna 100 shown in FIG. 36 is arranged at a substantially central position on a base 113 made of metal, a ring-shaped parasitic element 111 arranged on the base 113 at a predetermined distance, and a base 113. It is composed of a conical power feeding element 110.
  • the feeding element 110 and the parasitic element 111 are fixed by a fixing member 112.
  • the feeding element 110 has a logarithmic rotating body structure in which the outer diameter gradually increases from the base 113 toward the parasitic element 111.
  • the feeding element 110 has a lower end as a feeding point, and the feeding point is fed from the back side of the base 113.
  • the feed element 110 is fitted and fixed in an insertion hole formed in the center of the fixing member 112.
  • the fixing member 112 has a plurality of radially formed radial portions, and a substantially circular parasitic element 111 is mounted and fixed on the upper surface of the radial portion.
  • Four shorting pins 111c extending from the outer edge of the parasitic element 111 and arranged at equal intervals are formed.
  • the shorting pin 111c is bent at a right angle at the outer edge, and its lower end is short-circuited to the upper surface of the base 113. Has been.
  • the diameter of the parasitic element 111 of the conventional broadband antenna 100 is about 120 mm.
  • the frequency characteristic of the gain of the conventional broadband antenna 100 is shown as [conventional size ⁇ 120 mm] in FIG. 10, and it can be seen that the gain deteriorates in the vicinity of 2 GHz with reference to the frequency characteristic of the gain.
  • the frequency characteristic of the VSWR (voltage standing wave ratio) of the conventional broadband antenna 100 is shown in FIG. 11 as [conventional shape ⁇ 120 mm]. With reference to this frequency characteristic, the frequency characteristic is about 2.3 GHz and about 3.5 GHz. It can be seen that the VSWR deteriorates at about 4.3 GHz. For this reason, the conventional broadband antenna 100 has a problem that it becomes difficult to use it as an antenna of a communication system using the 2 GHz band. Accordingly, an object of the present invention is to provide a broadband antenna with improved electrical characteristics.
  • the wideband antenna of the present invention is disposed on a conductive base having a conical feed element whose outer diameter increases toward the upper side and a predetermined interval on the base, A ring-shaped parasitic element surrounding the upper part of the feeding element; and a plurality of shorting pins that short-circuit the outer edge of the parasitic element to the base, the shorting pin being formed in a meander shape Main features.
  • the broadband antenna of the present invention since the short-circuit pin is formed in a meander shape, it is possible to improve the VSWR characteristic around 2 GHz or around 4 GHz. As a result, the wideband antenna of the present invention can be used as an antenna for a communication system using the 2 GHz band.
  • FIG. 1 is an exploded view showing a configuration of a wideband antenna according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the structure of the parasitic element of the wideband antenna concerning this invention. It is a front view which shows the structure of the short circuit pin of the broadband antenna concerning this invention. It is a perspective view which shows the structure of the fixing member of the broadband antenna concerning this invention. It is a perspective view which shows the structure of the electric power feeding element of the wideband antenna concerning this invention. It is a perspective view which shows the structure of the base of the wideband antenna concerning this invention. It is a perspective view which shows the structure of the connector of the wideband antenna concerning this invention.
  • the conventional broadband antenna it is a figure which shows the directional characteristic in a horizontal surface when a frequency is 2170 MHz.
  • the conventional broadband antenna it is a figure which shows the directional characteristic in a horizontal surface when a frequency is 2300 MHz. It is a figure which shows the directional characteristic in a horizontal surface when the outer diameter of a parasitic element is 110 mm and the frequency is 2170 MHz in the wideband antenna concerning this invention. It is a figure which shows the directional characteristic in a horizontal surface when the outer diameter of a parasitic element is 110 mm and the frequency is 2300 MHz in the wideband antenna concerning this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the broadband antenna 1 according to the present invention
  • FIG. 2 is an exploded view showing the configuration of the broadband antenna 1 according to the present invention.
  • the broadband antenna 1 according to the embodiment of the present invention shown in these drawings includes a circular metal base 13 and a parasitic ring made of a circular ring-shaped metal disposed on the base 13 at a predetermined distance. It is composed of an element 11 and a feeding element 10 made of a conical metal and arranged so as to stand substantially at the center on the base 13.
  • the power feeding element 10 is fixedly fitted into a circular insertion hole 12a formed substantially at the center of the fixing member 12 made of synthetic resin, and the parasitic element 11 is formed radially on the fixing member 12. It is mounted on the plurality of radial portions 12d and is fixed at a predetermined interval of height h from the base 13.
  • the height h is about 26.5 mm
  • the broadband antenna 1 is a low-profile antenna.
  • the outer diameter ⁇ of the parasitic element is about 80 mm to about 110 mm.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the parasitic element 11.
  • the parasitic element 11 includes a circular ring-shaped main body 11a and four short-circuit pins 11c formed at equal intervals (approximately 90 ° intervals) at four locations on the outer edge of the main body 11a. ing.
  • a through hole 11b is formed substantially at the center of the ring-shaped main body 11a. The diameter of the through hole 11b is slightly larger than the outer diameter of the first annular portion 12b formed at the approximate center of the fixing member 12 to be described later. And facing each other with a predetermined gap.
  • the short-circuit pin 11c is bent at a substantially right angle with respect to the surface of the main body portion 11a, and is formed in a meander shape repeatedly bent in the opposite direction.
  • FIG. 4 shows an enlarged detailed configuration of the short-circuit pin 11c.
  • the lateral width of the short pin 11c formed in a meander shape is W
  • the width and interval of the meander line are substantially equal to the dimension D.
  • D is indicated as a bending width D.
  • the lateral width W of the short-circuit pin 11c is about 8 mm
  • the bending width D is about 1.5 mm.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the fixing member 12.
  • the fixing member 12 shown in FIG. 5 is a synthetic resin molded product, and has a first annular portion 12b having a small diameter formed substantially at the center, and a first portion having a large diameter formed as a concentric circle with the first annular portion 12b. And two annular portions 12c. Eight rectangular radial portions 12d are formed radially beyond the second annular portion 12c outward from the outer peripheral surface of the first annular portion 12b. The height of the radial portion 12d is h, which is the distance between the base 13 and the parasitic element 11.
  • a cylindrical portion 12g is formed at every other eight portions where the radial portion 12d and the second annular portion 12c intersect.
  • a screw hole is formed at substantially the center of the cylindrical portion 12g, and the lower end of the cylindrical portion 12g protrudes slightly downward from the radial portion 12d. Projections 12e projecting from the top of the tip are formed at every other eight radial portions 12d.
  • the parasitic element 11 is placed on the radial portion 12d, the parasitic element 11 is positioned by being inserted inside the protrusion 12e.
  • a step portion 12f is formed in the vicinity of the first annular portion 12c in the eight radial portions 12d, and the central portion is raised by one step.
  • the through-hole 11b formed in the parasitic element 11 is fitted and positioned at the central part raised by the step part 12f.
  • the inner periphery of the through hole 11b can be opposed to the outer periphery of the upper end of the power feeding element 10 with a predetermined gap.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the power feeding element 10.
  • x 0 , x 1 , z 1, and z 2 the shape of the conical power feeding element 10 is changed, and its electrical characteristics can be adjusted.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the base 13.
  • the base 13 shown in FIG. 7 is composed of a disk-shaped disk portion 13a made of a circular metal, and a center hole 13b having a small diameter is formed at the approximate center of the disk portion 13a, and four elongated rectangular shapes are formed slightly inside the outer peripheral edge.
  • a rectangular groove 13d having a shape is formed.
  • the four rectangular grooves 13d are respectively inserted with the four short-circuit pins 11c of the parasitic element 11, and the ends of the meander-shaped short-circuit pins 11c are electrically connected by soldering or the like.
  • the parasitic element 11 is short-circuited to the base 13 by the short-circuit pin 11c and is fixed to the base 13 at a predetermined interval h.
  • four insertion holes 13c are formed inside the rectangular groove 13d so as to surround the center hole 13b.
  • the insertion hole 13c is formed at a position corresponding to the position of the cylindrical portion 12g of the fixing member 12, and the diameter of the upper surface side of the base 13 of the insertion hole 13c is inserted into the cylindrical portion 12g of the fixing member 12. The size is possible.
  • the fixing member 12 When the fixing member 12 is placed on the base 13, the lower part of the cylindrical part 12g is inserted into the upper part of the insertion hole 13c.
  • the fixing member 12 can be fixed onto the base 13 by inserting a screw from the back side of the base 13 through the insertion hole 13c and screwing it into the screw hole of the cylindrical portion 12g.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the connector 14.
  • the connector 14 shown in FIG. 8 is made of metal and is insulated from the cylindrical main body 14a, the substantially rectangular flange 14c provided at the upper end of the main body 14a, and the main body 14a and the flange 14c.
  • a wire-like pin portion 14b is provided so as to protrude from the flange portion 14c.
  • a coaxial cable is inserted into the main body portion 14a from below, the ground wire of the coaxial cable is connected to the main body portion 14a, and the core wire of the coaxial cable is electrically connected to the pin portion 14b.
  • the connector 14 is fixed to the back surface of the base 13, and when fixed, the pin portion 14 b is inserted into the center hole 13 b of the base 13, and the tip thereof is fixed in the insertion hole 12 a of the fixing member 12. Connected to the lower end of the feed element 10. As a result, power can be supplied from the coaxial cable to the power supply element 10 via the connector 14.
  • FIG. 9 shows gain characteristics for each frequency when the size of the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 of the present invention is 80, 90, 100, 110, and 120 mm.
  • the frequencies are 0.71, 0.73, 0.81, 0.96, 1.71, 2.17, 2.3, 2.61, 3.5, 4.5, 5.77, 5.93 GHz. It is said that. Referring to FIG.
  • FIG. 10 shows the frequency characteristics of the gain when the size of the parasitic element 11 of the broadband antenna 1 according to the present invention is changed in comparison with the conventional broadband antenna.
  • the short-circuit pin 11c of the broadband antenna 1 according to the present invention is not a meander shape, but is a plate-like short-circuit pin as in the prior art.
  • the frequency of the gain when the outside diameter ⁇ of the parasitic element 11 of the present invention is 80, 90, 100, 110 mm and when the outside diameter ⁇ ′ of the conventional parasitic element 111 is 120 mm. The characteristics are shown. Referring to FIG.
  • the gain tends to deteriorate in the middle range of about 1.8 GHz to about 3 GHz regardless of the outer diameter ⁇ .
  • This tendency increases as the outer diameter ⁇ increases.
  • the degree of deterioration increases when the outer diameter ⁇ is 120 mm.
  • the outer diameter ⁇ is about 80 mm, good gain characteristics are exhibited from the low range to the high range.
  • the frequency exceeds 3 GHz, the gain tends to increase regardless of the outer diameter ⁇ .
  • the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm to 110 mm, the variation in gain in the entire frequency band from low to high is reduced.
  • FIG. 11 shows the frequency characteristics of VSWR (voltage standing wave ratio) when the size of the parasitic element 11 of the broadband antenna 1 according to the present invention is changed, in comparison with the conventional broadband antenna.
  • the short-circuit pin 11c of the broadband antenna 1 according to the present invention is not a meander shape, and is a plate-like short-circuit pin as in the prior art.
  • the frequency of VSWR when the outside diameter ⁇ of the parasitic element 11 of the present invention is 80, 90, 100, 110 mm and when the outside diameter ⁇ ′ of the conventional parasitic element 111 is 120 mm. The characteristics are shown. Referring to FIG.
  • the VSWR tends to be good around 2 GHz regardless of the outer diameter ⁇ , and the VSWR tends to deteriorate around 3 GHz. ing.
  • This tendency moves to the low frequency side as the outer diameter ⁇ increases.
  • the target is VSWR of about 2.5 or less
  • the outer diameter ⁇ is 120 mm
  • the target is not satisfied at about 3.5 GHz to 4.3 GHz
  • the outer diameter ⁇ is about 110 mm
  • the target is not met at 3.9 GHz to about 4.5 GHz.
  • the smaller the outer diameter ⁇ the less the target is achieved on the low frequency side.
  • FIG. 12 shows the frequency characteristics of the VSWR when the short-circuit pin 11c of the broadband antenna 1 according to the present invention is in a meander shape, in comparison with the conventional broadband antenna.
  • the “normally shorted pin” has a shorted pin shape that is not a meander shape.
  • the outside diameter ⁇ of the parasitic element 11 of the present invention is about 80 mm and the meander bending width D is 0.4, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5 mm.
  • the frequency characteristics of VSWR are shown. Referring to FIG.
  • the frequency at which the VSWR becomes 2.5 or less as the meander bending width D increases from about 0.4 mm to about 1.5 mm.
  • the band becomes wider.
  • the bending width D is about 1.5 mm
  • VSWR shows 2.5 or less over 0.7 GHz to 6 GHz.
  • the VSWR can be improved over a wide band by changing the short-circuit pin from a plate shape to a meander shape.
  • the outer diameter ⁇ of the parasitic element is 120 mm and the short-circuit pin is plate-shaped
  • the VSWR exceeds the target of 2.5 at about 3.5 GHz to 4.3 GHz.
  • the outer diameter ⁇ of the parasitic element is about 80 mm and the short pin is plate-shaped
  • the VSWR exceeds the target of 2.5 in a frequency band of about 1.5 GHz or less.
  • FIG. 13 shows the frequency characteristics of the gain when the short-circuit pin 11c of the broadband antenna 1 according to the present invention is meandered, in comparison with the conventional broadband antenna.
  • the “normally shorted pin” has a shorted pin shape that is not a meander shape.
  • the outside diameter ⁇ of the parasitic element 11 of the present invention is about 80 mm and the meander bending width D is 0.4, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5 mm.
  • the frequency characteristics of the gain are shown. Referring to FIG.
  • the gain in the middle band rapidly deteriorates to about ⁇ 5 dBi.
  • the outer diameter ⁇ of the parasitic element is about 80 mm and the short pin is plate-shaped, the gain characteristics are almost the same as when the short pin 11c is meandered, but the gain is slightly deteriorated.
  • FIGS. the horizontal plane directivity characteristics when the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz are shown in FIGS.
  • the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz, the same directivity characteristics are shown, and the gain decreases at angles around ⁇ 45 ° and ⁇ 135 °.
  • the maximum gain is -3.2 dBi
  • the minimum gain is -7.2 dBi
  • the gain is low
  • the ripple is degraded to 4.0 dB
  • the average gain is -4.9 dB.
  • the frequency is 2300 MHz
  • the maximum gain is -3.1 dBi
  • the minimum gain is -5.9 dBi
  • the ripple is degraded to 3.8 dB
  • the average gain is -4.8 dBi.
  • FIG. 16 and FIG. 17 show the directivity characteristics in the horizontal plane when the frequency is 2170 MHz and 2300 MHz when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 110 mm.
  • the shape of the short-circuit pin is a plate shape and not a meander shape.
  • the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz, the same directivity characteristics are shown, and the gain decreases at angles around ⁇ 45 ° and ⁇ 135 °.
  • the maximum gain is -2.4 dBi and the minimum gain is -5.9 dBi, which is improved from the conventional wideband antenna.
  • the ripple is 3.5 dB and the average gain is -3.9 dBi. It is more improved.
  • the frequency is 2300 MHz
  • the maximum gain is -2.4 dBi
  • the minimum gain is -6.4 dBi
  • the ripple is 4.0 dB
  • the average gain is -4.1 dBi.
  • the wideband antenna 1 horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 100 mm are 2170 MHz and 2300 MHz are shown in FIGS. 18 and 19.
  • the shape of the short-circuit pin is a plate shape and not a meander shape.
  • the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz, similar directivity characteristics are shown, and the gain is slightly reduced at the front and rear angles centered in the ⁇ about 45 ° direction and the ⁇ about 135 ° direction.
  • the frequency is 2170 MHz, the maximum gain is -2.0 dBi and the minimum gain is -4.6 dBi, which is further improved from the conventional wideband antenna.
  • the ripple is 2.6 dB and the average gain is -3.1 dBi. Even better than the antenna.
  • the maximum gain is -1.7 dBi and the minimum gain is -5.1 dBi, which is an improvement over the conventional wideband antenna.
  • the ripple is 3.4 dB and the average gain is -3.2 dBi. This is an improvement over broadband antennas.
  • the wideband antenna 1 horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 90 mm and the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz are shown in FIGS.
  • the shape of the short-circuit pin is a plate shape and not a meander shape.
  • the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz, the same directivity characteristics are shown, although the gain is slightly reduced at the angles around ⁇ 45 ° and ⁇ 135 °. It has become almost omnidirectional.
  • the frequency is 2170 MHz, the maximum gain is -2.0 dBi and the minimum gain is -4.6 dBi, which is further improved from the conventional wideband antenna.
  • the ripple is 2.6 dB and the average gain is -3.1 dBi. Even better than the antenna.
  • the maximum gain is -1.4 dBi and the minimum gain is -3.8 dBi, which is further improved from the conventional broadband antenna, and the ripple is 2.4 dB and the average gain is -2.5 dBi. This is a further improvement over the broadband antenna.
  • the wideband antenna 1 horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm and the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz are shown in FIGS. 22 and 23.
  • the shape of the short-circuit pin is a plate shape and not a meander shape.
  • the frequencies are 2170 MHz and 2300 MHz, similar directivity characteristics are shown, and almost non-directional directivity characteristics are shown.
  • the frequency is 2170 MHz
  • the maximum gain is -1.4 dBi and the minimum gain is -2.7 dBi, which is further improved from the conventional wideband antenna.
  • the ripple is 1.3 dB and the average gain is -2.0 dBi.
  • the maximum gain is -1.1 dBi and the minimum gain is -2.9 dBi, which is further improved from the conventional broadband antenna, and the ripple is 1.8 dB and the average gain is -2.5 dBi. This is a further improvement over the broadband antenna.
  • the wideband antenna 1 horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm and the frequencies are 710 MHz and 730 MHz are shown in FIGS. 24 and 25.
  • the short-circuit pin shape is a meander shape, and the bending width D is 1.5 mm.
  • the frequencies are 710 MHz and 730 MHz, the same directivity characteristics are shown, and the nearly omnidirectional directivity characteristics with a ripple of about 0.1 dB are shown.
  • the frequency is 710 MHz, the maximum gain is -0.8 dBi, the minimum gain is -0.9 dBi, and very good gain characteristics are obtained.
  • the ripple is 0.1 dB and the average gain is -0.9 dBi. Good electrical characteristics are obtained. Further, when the frequency is 730 MHz, the maximum gain is -0.9 dBi, the minimum gain is -1.0 dBi, and very good gain characteristics are obtained, the ripple is 0.1 dB, and the average gain is -1.0 dBi. Very good electrical properties are obtained. Thus, the broadband antenna 1 according to the present invention has very good electrical characteristics in the 700 MHz band.
  • FIG. 26 and FIG. 27 show the directivity characteristics in the horizontal plane when the frequency is 810 MHz and 960 MHz when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm.
  • the short-circuit pin shape is a meander shape, and the bending width D is 1.5 mm.
  • the frequencies are 810 MHz and 960 MHz, the same directivity characteristics are shown, and the omnidirectional directivity characteristics that are almost completely non-directional with ripples of 0 dB and about 0.1 dB are shown.
  • the broadband antenna 1 When the frequency is 810 MHz, the maximum gain is -1.3 dBi, the minimum gain is -1.4 dBi, and very good gain characteristics are obtained. The ripple is 0.1 dB and the average gain is -1.3 dBi. Good electrical characteristics are obtained. In addition, when the frequency is 960 MHz, the maximum gain is -2.2 dBi, the minimum gain is -2.2 dBi, and good gain characteristics are obtained, and the ripple is 0 dB and the average gain is -2.2 dBi. Characteristics are obtained. Thus, the broadband antenna 1 according to the present invention has very good electrical characteristics in the 800 MHz band.
  • the wideband antenna 1 horizontal directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm and the frequencies are 1710 MHz and 2170 MHz are shown in FIGS.
  • the short-circuit pin shape is a meander shape, and the bending width D is 1.5 mm.
  • the frequencies are 1710 MHz and 2170 MHz, similar directivity characteristics are shown, and almost non-directional directivity characteristics are shown.
  • the frequency is 1710 MHz
  • the maximum gain is -1.5 dBi
  • the minimum gain is -1.7 dBi
  • very good gain characteristics are obtained.
  • the ripple is 0.2 dB and the average gain is -1.6 dBi. Good electrical characteristics are obtained.
  • the broadband antenna 1 When the frequency is 2170 MHz, the maximum gain is -1.5 dBi, and the minimum gain is -2.3 dBi, which is a significant improvement over the conventional wideband antenna.
  • the ripple is 0.8 dB and the average gain is -1.9 dBi. This is a significant improvement over conventional broadband antennas.
  • the broadband antenna 1 according to the present invention has significantly improved electrical characteristics in the vicinity of 2 GHz than the conventional broadband antenna.
  • the wideband antenna 1 horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm and the frequencies are 2300 MHz and 2605 MHz are shown in FIGS. 30 and 31.
  • the short-circuit pin shape is a meander shape, and the bending width D is 1.5 mm.
  • the frequency is 2300 MHz
  • almost non-directional directivity characteristics are shown.
  • the maximum gain is -1.4 dBi and the minimum gain is -2.2 dBi, which is a significant improvement over the conventional broadband antenna, with a ripple of 0.8 dB and an average gain of -1.8 dBi. This is a significant improvement over broadband antennas.
  • the broadband antenna 1 when the frequency is 2605 MHz, the directional characteristics are close to omnidirectionality.
  • the maximum gain is -1.7 dBi, the minimum gain is -3.0 dBi, and a good gain characteristic is obtained.
  • the ripple is 1.3 dB and the average gain is -2.3 dBi. Characteristics are obtained.
  • the broadband antenna 1 according to the present invention has good electrical characteristics in the vicinity of 2.5 GHz.
  • the horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm and the frequencies are 3500 MHz and 4505 MHz are shown in FIGS. 32 and 33.
  • the short-circuit pin shape is a meander shape, and the bending width D is 1.5 mm.
  • the directivity characteristic close to omnidirectionality is shown.
  • the maximum gain is -0.7 dBi
  • the minimum gain is -3.0 dBi
  • good gain characteristics are obtained.
  • the ripple is 2.3 dB and the average gain is -1.8 dBi. Characteristics are obtained.
  • the broadband antenna 1 has good electrical characteristics in the vicinity of 4 GHz.
  • the wideband antenna 1 horizontal plane directivity characteristics when the outer diameter ⁇ of the parasitic element 11 is about 80 mm and the frequencies are 5770 MHz and 5925 MHz are shown in FIGS. 34 and 35.
  • the short-circuit pin shape is a meander shape, and the bending width D is 1.5 mm.
  • the frequencies are 5770 MHz and 5925 MHz, the same directivity characteristics are shown, and the directivity characteristics in which the gain increases at the angles around ⁇ 45 ° direction and ⁇ about 135 ° direction are shown. ing.
  • the frequency is 5770 MHz
  • the maximum gain is -3.4 dBi
  • the minimum gain is -0.1 dBi, and very good gain characteristics are obtained.
  • the ripple is degraded to 3.5 dB, and the average gain is 1.
  • a slightly good electrical characteristic of 7 dBi is obtained.
  • the maximum gain is 3.1 dBi
  • the minimum gain is 0.1 dBi
  • very good gain characteristics are obtained, and the ripple is deteriorated to 3.0 dB, but the average gain is 1 Excellent electrical characteristics of .7 dBi are obtained.
  • the wideband antenna 1 according to the present invention has a good gain characteristic although the directivity is deteriorated in the vicinity of 6 GHz.
  • the broadband antenna according to the present invention described above has a parasitic element having an outer diameter ⁇ of about 80 mm to about 110 mm and a height of about 26.5 mm. Even if the built-in antenna cover is covered on the base, it can be a small, low-profile wideband antenna. Also, the outer diameter ⁇ of the parasitic element is about 80 mm to about 110 mm, which improves the gain around 2 GHz. Is done. The VSWR, which is worsened by reducing the outer diameter ⁇ of the parasitic element, can be improved by forming a short-circuit pin short-circuited with the parasitic element 11 as a base.
  • the wideband antenna according to the present invention can be used for UWB where an antenna exhibiting good wideband characteristics is required. Further, there are a plurality of media such as TEL, VICS, and WiMAX that use the vicinity of 2 GHz, and the broadband antenna according to the present invention can cover many media including these media.
  • SYMBOLS 1 Broadband antenna 10 Feeding element, 11 Parasitic element, 11a Body part, 11b Through-hole, 11c Short-circuit pin, 12 Fixing member, 12a Insertion hole, 12b 1st annular part, 12c 2nd annular part, 12d Radial part, 12e protrusion, 12f stepped part, 12g cylindrical part, 13 base, 13a disk part, 13b center hole, 13c insertion hole, 13d rectangular groove, 14 connector, 14a main body part, 14b pin part, 14c collar part, 100 broadband antenna, 110 Feeding element, 111 parasitic element, 111c short-circuit pin, 112 fixing member, 113 base

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Abstract

　無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍ～約１１０ｍｍとされ、これにより２ＧＨｚ近辺の利得が改善される。外径φを小さくすることにより悪化するＶＳＷＲは、無給電素子１１をベース１３に短絡する短絡ピン１１ｃをメアンダ状に形成することにより改善されるようになる。これにより、電気的特性を改善した広帯域アンテナとすることができる。

Description

広帯域アンテナ
　本発明は、広帯域を利用した高速無線通信システム等に用いる広帯域アンテナに関するものである。
　広帯域を利用した高速通信システムとしてＵＷＢ(Ultra.Wide.Band)が存在する。ＵＷＢは３．１ＧＨｚ～１０．６ＧＨｚの帯域幅を利用し、データを広い周波数帯に拡散して送受信している。このシステムは、消費電力が少ない、妨害電波に強い、高速通信が可能等の特徴を有しており、各分野において注目されている。また、２ＧＨｚ近辺を使用する通信システムとしては、携帯電話、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）などがある。
　従来、ＵＷＢ等の通信システムで使用される図３６に示す広帯域のアンテナが知られている。
　図３６に示す従来の広帯域アンテナ１００は、金属製のベース１１３と、ベース１１３上に所定の距離を隔てて配置されたリング状の無給電素子１１１と、ベース１１３上のほぼ中央に配置された円錐状の給電素子１１０から構成されている。給電素子１１０と無給電素子１１１は固定用部材１１２により固着されている。給電素子１１０は、ベース１１３から無給電素子１１１に向かって次第に外径が拡大する対数曲線の回転体の構造を有している。給電素子１１０は下端が給電点とされ、給電点にはベース１１３の裏側から給電されている。固定用部材１１２の中央に形成されている挿通孔内に、給電素子１１０が嵌挿されて固着されている。また、固定用部材１１２は放射状に形成された複数の放射状部を有しており、この放射状部の上面にほぼ円形の無給電素子１１１が載置されて固着されている。この無給電素子１１１の外縁から延伸して等間隔に配置された４つの短絡ピン１１１ｃが形成されており、短絡ピン１１１ｃは外縁において直角に折曲されて、その下端がベース１１３の上面に短絡されている。
特開２０１０－１８３３４８号公報
　従来の広帯域アンテナ１００の無給電素子１１１の直径は約１２０ｍｍとされている。従来の広帯域アンテナ１００の利得の周波数特性が、図１０に［従来サイズφ１２０ｍｍ］として示されており、この利得の周波数特性を参照すると２ＧＨｚ近辺において利得が劣化していることが分かる。また、従来の広帯域アンテナ１００のＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性が、図１１に［従来形状φ１２０ｍｍ］として示されており、この周波数特性を参照すると２．３ＧＨｚ近辺および約３．５～約４．３ＧＨｚにおいてＶＳＷＲが劣化していることが分かる。このため、従来の広帯域アンテナ１００は、２ＧＨｚ帯を使用する通信システムのアンテナとして使用することが困難になるという問題点があった。
　そこで、本発明は電気的特性を改善した広帯域アンテナを提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明の広帯域アンテナは、導電性のベース上に設けられた上方に向かって外径が大きくなる円錐状の給電素子と、前記ベース上に所定間隔をもって配置され、前記給電素子の上部を取り囲むリング状の無給電素子と、前記無給電素子の外縁を前記ベースに短絡する複数の短絡ピンとを備え、前記短絡ピンがメアンダ状の形状に形成されていることを最も主要な特徴としている。
　本発明の広帯域アンテナでは、短絡ピンをメアンダ状の形状に形成したことから、２ＧＨｚ近辺や４ＧＨｚ近辺のＶＳＷＲ特性を改善することができる。これにより、本発明の広帯域アンテナは、２ＧＨｚ帯を使用する通信システムのアンテナとして使用することができるようになる。
本発明の実施例にかかる広帯域アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の実施例にかかる広帯域アンテナの構成を示す分解組立図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの無給電素子の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの短絡ピンの構成を示す正面図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの固定用部材の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの給電素子の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる広帯域アンテナのベースの構成を示す斜視図である。 本発明にかかる広帯域アンテナのコネクタの構成を示す斜視図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの無給電素子外径サイズに対する利得特性を従来の広帯域アンテナと対比して示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの無給電素子サイズを変えた時の利得の周波数特性を従来の広帯域アンテナと対比して示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの無給電素子サイズを変えた時のＶＳＷＲの周波数特性を従来の広帯域アンテナと対比して示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの短絡ピンをメアンダ状にした時のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナの短絡ピンをメアンダ状にした時の利得の周波数特性を示す図である。 従来の広帯域アンテナにおいて、周波数が２１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 従来の広帯域アンテナにおいて、周波数が２３００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を１１０ｍｍ、周波数が２１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を１１０ｍｍ、周波数が２３００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を１００ｍｍ、周波数が２１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を１００ｍｍ、周波数が２３００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を９０ｍｍ、周波数が２１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を９０ｍｍ、周波数が２３００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が２１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が２３００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が７３０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が８１０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が９６０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が１７１０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が２１７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が２３００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が２６０５ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が３５００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が４５００ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が５７７０ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 本発明にかかる広帯域アンテナにおいて無給電素子の外径を８０ｍｍ、周波数が５９２５ＭＨｚの時の水平面内の指向特性を示す図である。 従来の広帯域アンテナの構成を示す斜視図である。
　本発明の実施例にかかる広帯域アンテナ１の構成を図１および図２に示す。ただし、図１は本発明にかかる広帯域アンテナ１の構成を示す斜視図であり、図２は本発明にかかる広帯域アンテナ１の構成を示す分解組立図である。
　これらの図に示す本発明の実施例の広帯域アンテナ１は、円形の金属製のベース１３と、ベース１３上に所定の距離を隔てて配置された円形のリング状の金属製とされた無給電素子１１と、ベース１３上のほぼ中央に立設するよう配置された円錐状の金属製とされた給電素子１０とから構成されている。給電素子１０は合成樹脂製の固定用部材１２のほぼ中央に形成されている円形の挿通孔１２ａ内に嵌挿されて固着されており、無給電素子１１は固定用部材１２に放射状に形成されている複数の放射状部１２ｄの上に載置されて、ベース１３から高さｈの所定間隔を持って固定されている。例えば、高さｈは約２６．５ｍｍとされており、広帯域アンテナ１は低姿勢のアンテナとされている。また、無給電素子の外径φは約８０ｍｍ～約１１０ｍｍとされている。
　ここで、図３に無給電素子１１の構成を示す斜視図を示す。
　図３に示すように、無給電素子１１は円形のリング状の本体部１１ａと、本体部１１ａの外縁の４ヶ所に等間隔（約９０°間隔）で形成された４つの短絡ピン１１ｃを備えている。リング状の本体部１１ａのほぼ中央には貫通孔１１ｂが形成されている。貫通孔１１ｂの径は、後述する固定用部材１２のほぼ中央に形成されている第１環状部１２ｂの外径より若干大きく形成されて、貫通孔１１ｂの内周は給電素子１０の上端の外周と所定の間隙を持って対向している。短絡ピン１１ｃは、本体部１１ａの面に対してほぼ直角に折曲されており、繰り返し逆方向に屈曲されているメアンダ状に形成されている。図４に短絡ピン１１ｃの詳細構成を拡大して示している。図４に示すように、メアンダ状に形成されている短絡ピン１１ｃの横幅はＷとされ、メアンダ状ラインの幅と間隔とはほぼ等しいＤの寸法とされている。以降の説明では、Ｄを屈曲幅Ｄとして示す。例えば、短絡ピン１１ｃの横幅Ｗは約８ｍｍとされ、屈曲幅Ｄは約１．５ｍｍとされている。
　次に、図５に固定用部材１２の構成を示す斜視図を示す。
　図５に示す固定用部材１２は合成樹脂の成型品とされ、ほぼ中央に形成されている径の小さい第１環状部１２ｂと、第１環状部１２ｂと同心円として形成されている径の大きい第２環状部１２ｃとを備えている。第１環状部１２ｂの外周面から外側に８枚の矩形状の放射状部１２ｄが第２環状部１２ｃを越えて放射状に形成されている。放射状部１２ｄの高さはｈとされてベース１３と無給電素子１１との間隔とされている。放射状部１２ｄと第２環状部１２ｃとが交差する８つの部位の１つおきに円柱部１２ｇが形成されている。この円柱部１２ｇのほぼ中心にネジ孔が形成されており、円柱部１２ｇ下端は放射状部１２ｄより若干下方へ突出している。８枚の放射状部１２ｄの１つおきに先端の上部から突出する突起１２ｅが形成されている。無給電素子１１が放射状部１２ｄ上に載置された際に、この突起１２ｅの内側に嵌挿されて無給電素子１１が位置決めされる。また、８枚の放射状部１２ｄにおける第１環状部１２ｃの近傍に段部１２ｆが形成されて中央部が一段高くされている。この段部１２ｆにより一段高くされた中央部に、無給電素子１１が放射状部１２ｄ上に載置された際に、無給電素子１１に形成されている貫通孔１１ｂが嵌挿されて位置決めされ、貫通孔１１ｂの内周が給電素子１０の上端の外周に所定の間隙を持って対向できるようになる。
　次に、図６に給電素子１０の構成を示す斜視図を示す。
　図６に示す給電素子１０は金属製とされており、Ｘ－Ｚ面のＰ点（ｘ1，０，ｚ1）とＱ点（０，０，ｚ2）の間を、
　　ｘ＝－ｘ0ｅｘｐ［－ｔ（ｚ－ｚ1）］＋ｘ0＋ｘ1
　　ｔ＝［ｌｎ（１＋ｘ1／ｘ0）］／［ｚ1－ｚ2］
で表される指数曲線とし、当該曲線をＺ軸を中心に回転して得られる回転体の形状とされている。ｘ0、ｘ1、ｚ1およびｚ2を変更することにより円錐状の給電素子１０の形状が変わり、その電気的特性を調整することが可能である。
　次に、図７にベース１３の構成を示す斜視図を示す。
　図７に示すベース１３は円形の金属製とされた円盤状の円盤部１３ａからなり、円盤部１３ａのほぼ中心に径の小さい中心孔１３ｂが形成され、外周縁よりやや内側に４つの細長い矩形状の矩形溝１３ｄが形成されている。この４つの矩形溝１３ｄには、無給電素子１１における４つの短絡ピン１１ｃがそれぞれ挿入されて、メアンダ状の短絡ピン１１ｃの先端がハンダ付け等されることにより電気的に接続される。これにより、無給電素子１１は、短絡ピン１１ｃによりベース１３に短絡されると共にベース１３上に所定間隔ｈで固着されるようになる。また、矩形溝１３ｄの内側に中心孔１３ｂを取り囲むように４つの挿通孔１３ｃが形成されている。この挿通孔１３ｃは、固定用部材１２の円柱部１２ｇの位置に対応する位置に形成されており、挿通孔１３ｃのベース１３の上面側の径は、固定用部材１２の円柱部１２ｇが嵌挿できる大きさとされている。そして、ベース１３上に固定用部材１２を載置した際に、円柱部１２ｇの下部が挿通孔１３ｃの上部に嵌挿される。次いで、ベース１３の裏側からネジを挿通孔１３ｃに挿通して円柱部１２ｇのネジ孔に螺着することにより、ベース１３上に固定用部材１２を固着することができる。
　次に、図８にコネクタ１４の構成を示す斜視図を示す。
　図８に示すコネクタ１４は金属製とされており、円筒状の本体部１４ａと、本体部１４ａの上端に設けられたほぼ矩形状の鍔部１４ｃと、本体部１４ａおよび鍔部１４ｃと絶縁されて針金状のピン部１４ｂが鍔部１４ｃから突出して設けられている。本体部１４ａには、下から同軸ケーブルが嵌入され、同軸ケーブルのアース線は本体部１４ａに接続され、同軸ケーブルの芯線はピン部１４ｂに電気的に接続される。このコネクタ１４は、ベース１３の裏面に固着され、固着された際にピン部１４ｂがベース１３の中心孔１３ｂに挿通されて、その先端が固定用部材１２の挿通孔１２ａ内に固着されている給電素子１０の下端に接続される。これにより、同軸ケーブルからコネクタ１４を介して給電素子１０に給電できるようになる。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１の無給電素子１１の外径サイズに対する利得特性を従来の広帯域アンテナと対比して図９に示す。この場合、本発明にかかる広帯域アンテナ１の短絡ピン１１ｃはメアンダ状とされておらず従来と同様に板状の短絡ピンとされている。
　図９では、本発明の無給電素子１１の外径φのサイズを８０，９０，１００，１１０，１２０ｍｍとした時の周波数ごとの利得特性を示している。周波数は、０．７１，０．７３，０．８１，０．９６，１．７１，２．１７，２．３，２．６１，３．５，４．５，５．７７，５．９３ＧＨｚとされている。図９を参照すると、外径φが約８０ｍｍとされていると、低域から高域にわたり良好な利得特性を示している。また、外径φが９０ｍｍ～１１０ｍｍに大きくなるにつれて高域と２ＧＨｚ近辺の中域の利得が劣化していくが、低域では若干利得が向上する。さらに、外径φが約１２０ｍｍのときが従来の広帯域アンテナ１００の利得特性となり、高域の利得は向上しているが、低域の利得はかなり劣化し、低域の利得はほぼ変わらないようになる。このように、無給電素子１１の外径φを約８０ｍｍ～１１０ｍｍとすると低域から高域までの全体の周波数帯域における利得が良好になることがわかる。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１の無給電素子１１のサイズを変えた時の利得の周波数特性を従来の広帯域アンテナと対比して図１０に示す。この場合、本発明にかかる広帯域アンテナ１の短絡ピン１１ｃはメアンダ状とされておらず従来と同様に板状の短絡ピンとされている。
　図１０では、本発明の無給電素子１１の外径φのサイズを８０，９０，１００，１１０ｍｍとした時と、従来の無給電素子１１１の外径φ’を１２０ｍｍとした時の利得の周波数特性を示している。図１０を参照すると、周波数を０．５ＧＨｚから６ＧＨｚまで変えていくと、外径φの大きさにかかわらず約１．８ＧＨｚ～約３ＧＨｚくらいの中域において利得が劣化する傾向を示している。この傾向は、外径φが大きくなるにつれて大きくなり、特に、外径φが１２０ｍｍとされている場合は劣化する度合いが大きくなっている。外径φが約８０ｍｍとされているときに低域から高域にわたり良好な利得特性を示していることがわかる。また、周波数が３ＧＨｚを超えると外径φの大きさにかかわらず、利得が上昇していく傾向を示していることがわかる。このように、無給電素子１１の外径φを約８０ｍｍ～１１０ｍｍとすると低域から高域までの全体の周波数帯域における利得の変動が小さくなることがわかる。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１の無給電素子１１のサイズを変えた時のＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を従来の広帯域アンテナと対比して図１１に示す。この場合、本発明にかかる広帯域アンテナ１の短絡ピン１１ｃはメアンダ状とされておらず従来と同様に板状の短絡ピンとされている。
　図１１では、本発明の無給電素子１１の外径φのサイズを８０，９０，１００，１１０ｍｍとした時と、従来の無給電素子１１１の外径φ’を１２０ｍｍとした時のＶＳＷＲの周波数特性を示している。図１１を参照すると、周波数を０．５ＧＨｚから５．９ＧＨｚまで変えていくと、外径φの大きさにかかわらず約２ＧＨｚ前後においてＶＳＷＲが良好になり、３ＧＨｚ前後においてＶＳＷＲが劣化する傾向を示している。この傾向は、外径φが大きくなるにつれて低域側に移動するようになっている。この場合、ＶＳＷＲが約２．５以下を目標とすると、外径φが１２０ｍｍの場合は約３．５ＧＨｚないし４．３ＧＨｚにおいて目標を満たさないようになり、外径φが約１１０ｍｍの場合は約３．９ＧＨｚないし約４．５ＧＨｚにおいて目標を満たさないようになる。さらに、外径φが小さいほど低域側において目標を満たさないようになることがわかる。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１の短絡ピン１１ｃをメアンダ状とした時のＶＳＷＲの周波数特性を従来の広帯域アンテナと対比して図１２に示す。この場合、［通常短絡ピン］とは短絡ピン形状が板状とされてメアンダ状とはされていない。
　図１２では、本発明の無給電素子１１の外径φのサイズを約８０ｍｍとして、メアンダの屈曲幅Ｄを０．４，０．８，１．０，１．２，１．５ｍｍとした時のＶＳＷＲの周波数特性を示している。図１２を参照すると、周波数を０．５ＧＨｚから６ＧＨｚまで変えていくと、メアンダの屈曲幅Ｄが約０．４ｍｍから約１．５ｍｍに向かって広くするにつれて、ＶＳＷＲが２．５以下となる周波数帯域が広がるようになる。特に、屈曲幅Ｄが約１．５ｍｍの場合は０．７ＧＨｚ～６ＧＨｚにわたりＶＳＷＲが２．５以下を示すようになる。このように、短絡ピンを板状からメアンダ状とすることによりＶＳＷＲを広帯域にわたり良好にできることがわかる。これに対して、無給電素子の外径φが１２０ｍｍで短絡ピンが板状とされている場合は、約３．５ＧＨｚないし４．３ＧＨｚにおいてＶＳＷＲが目標の２．５を超えるようになる。また、無給電素子の外径φが約８０ｍｍで短絡ピンが板状とされている場合は、約１．５ＧＨｚ以下の周波数帯域においてＶＳＷＲが目標の２．５を超えるようになることがわかる。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１の短絡ピン１１ｃをメアンダ状とした時の利得の周波数特性を従来の広帯域アンテナと対比して図１３に示す。この場合、［通常短絡ピン］とは短絡ピン形状が板状とされてメアンダ状とはされていない。
　図１３では、本発明の無給電素子１１の外径φのサイズを約８０ｍｍとして、メアンダの屈曲幅Ｄを０．４，０．８，１．０，１．２，１．５ｍｍとした時の利得の周波数特性を示している。図１３を参照すると、周波数を０．５ＧＨｚから６ＧＨｚまで変えていくと、短絡ピン１１ｃのメアンダの屈曲幅Ｄが約０．４ｍｍ～約１．５ｍｍとされている場合は、０．７ＧＨｚ～６ＧＨｚの周波数帯域においてほぼ同様の利得特性を示しており、低域から中域の利得はほぼ一定となり、高域になるにつれて利得は向上していく。そして、短絡ピン１１ｃのメアンダの屈曲幅Ｄが約０．４ｍｍ～約１．５ｍｍとされている場合は、－２．２ｄＢｉ以上の良好な利得特性となることがわかる。これに対して、無給電素子の外径φが１２０ｍｍで短絡ピンが板状とされている場合は、中域の利得が急激に約－５ｄＢｉまで劣化するようになる。また、無給電素子の外径φが約８０ｍｍで短絡ピンが板状とされている場合は、短絡ピン１１ｃがメアンダ状とされている時とほぼ同様の利得特性を示すが、利得はやや劣化していることがわかる。
　次に、従来の広帯域アンテナ１００において、周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図１４および図１５に示す。
　これらの図を参照すると、周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、±約４５°方向および±約１３５°方向を中心する前後の角度において利得が減少している。周波数が２１７０ＭＨｚの時の最大利得は－３．２ｄＢｉ、最小利得は－７．２ｄＢｉで利得は低く、リップルが４．０ｄＢと劣化しており、平均利得が－４．９ｄＢとなっている。また、周波数が２３００ＭＨｚの時の最大利得は－３．１ｄＢｉ、最小利得は－５．９ｄＢｉで、リップルが３．８ｄＢと劣化しており、平均利得が－４．８ｄＢｉとなっている。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約１１０ｍｍとされた場合の周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図１６および図１７に示す。この場合、短絡ピン形状は板状とされてメアンダ状とはされていない。
　これらの図を参照すると、周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、±約４５°方向および±約１３５°方向を中心する前後の角度において利得が減少している。周波数が２１７０ＭＨｚの時の最大利得は－２．４ｄＢｉ、最小利得は－５．９ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより向上しており、リップルが３．５ｄＢ、平均利得が－３．９ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより向上している。また、周波数が２３００ＭＨｚの時の最大利得は－２．４ｄＢｉ、最小利得は－６．４ｄＢｉで、リップルが４．０ｄＢ、平均利得－４．１ｄＢｉが得られている。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約１００ｍｍとされた場合の周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図１８および図１９に示す。この場合、短絡ピン形状は板状とされてメアンダ状とはされていない。
　これらの図を参照すると、周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、±約４５°方向および±約１３５°方向を中心する前後の角度において利得が若干減少している。周波数が２１７０ＭＨｚの時の最大利得は－２．０ｄＢｉ、最小利得は－４．６ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上しており、リップルが２．６ｄＢ、平均利得が－３．１ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上している。また、周波数が２３００ＭＨｚの時の最大利得は－１．７ｄＢｉ、最小利得は－５．１ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより向上しており、リップルが３．４ｄＢ、平均利得が－３．２ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより向上している。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約９０ｍｍとされた場合の周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図２０および図２１に示す。この場合、短絡ピン形状は板状とされてメアンダ状とはされていない。
　これらの図を参照すると、周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、±約４５°方向および±約１３５°方向を中心する前後の角度において利得がやや減少しているものの、ほぼ無指向性となっている。周波数が２１７０ＭＨｚの時の最大利得は－２．０ｄＢｉ、最小利得は－４．６ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上しており、リップルが２．６ｄＢ、平均利得が－３．１ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上している。また、周波数が２３００ＭＨｚの時の最大利得は－１．４ｄＢｉ、最小利得は－３．８ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上しており、リップルが２．４ｄＢ、平均利得が－２．５ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上している。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図２２および図２３に示す。この場合、短絡ピン形状は板状とされてメアンダ状とはされていない。
　これらの図を参照すると、周波数が２１７０ＭＨｚと２３００ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、ほぼ無指向性の指向特性を示している。周波数が２１７０ＭＨｚの時の最大利得は－１．４ｄＢｉ、最小利得は－２．７ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上しており、リップルが１．３ｄＢ、平均利得が－２．０ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上している。また、周波数が２３００ＭＨｚの時の最大利得は－１．１ｄＢｉ、最小利得は－２．９ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上しており、リップルが１．８ｄＢ、平均利得が－２．５ｄＢｉと従来の広帯域アンテナよりさらに向上している。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が７１０ＭＨｚと７３０ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図２４および図２５に示す。この場合、短絡ピン形状はメアンダ状とされて屈曲幅Ｄは１．５ｍｍとされている。
　これらの図を参照すると、周波数が７１０ＭＨｚと７３０ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、リップルが約０．１ｄＢとされた完全に近い無指向性の指向特性を示している。周波数が７１０ＭＨｚの時の最大利得は－０．８ｄＢｉ、最小利得は－０．９ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが０．１ｄＢ、平均利得が－０．９ｄＢｉと非常に良好な電気的特性が得られている。また、周波数が７３０ＭＨｚの時の最大利得は－０．９ｄＢｉ、最小利得は－１．０ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが０．１ｄＢ、平均利得が－１．０ｄＢｉと非常に良好な電気的特性が得られている。このように、本発明にかかる広帯域アンテナ１は、７００ＭＨｚ帯において非常に良好な電気的特性が得られている。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が８１０ＭＨｚと９６０ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図２６および図２７に示す。この場合、短絡ピン形状はメアンダ状とされて屈曲幅Ｄは１．５ｍｍとされている。
　これらの図を参照すると、周波数が８１０ＭＨｚと９６０ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、リップルが０ｄＢ、約０．１ｄＢとされた完全に近い無指向性の指向特性を示している。周波数が８１０ＭＨｚの時の最大利得は－１．３ｄＢｉ、最小利得は－１．４ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが０．１ｄＢ、平均利得が－１．３ｄＢｉと非常に良好な電気的特性が得られている。また、周波数が９６０ＭＨｚの時の最大利得は－２．２ｄＢｉ、最小利得は－２．２ｄＢｉと良好な利得特性が得られており、リップルが０ｄＢ、平均利得が－２．２ｄＢｉと良好な電気的特性が得られている。このように、本発明にかかる広帯域アンテナ１は、８００ＭＨｚ帯において非常に良好な電気的特性が得られている。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が１７１０ＭＨｚと２１７０ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図２８および図２９に示す。この場合、短絡ピン形状はメアンダ状とされて屈曲幅Ｄは１．５ｍｍとされている。
　これらの図を参照すると、周波数が１７１０ＭＨｚと２１７０ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、ほぼ無指向性の指向特性を示している。周波数が１７１０ＭＨｚの時の最大利得は－１．５ｄＢｉ、最小利得は－１．７ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが０．２ｄＢ、平均利得が－１．６ｄＢｉと非常に良好な電気的特性が得られている。また、周波数が２１７０ＭＨｚの時の最大利得は－１．５ｄＢｉ、最小利得は－２．３ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより大幅に向上しており、リップルが０．８ｄＢ、平均利得が－１．９ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより大幅に向上している。このように、本発明にかかる広帯域アンテナ１は、２ＧＨｚ近辺において従来の広帯域アンテナより電気的特性が大幅に向上している。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が２３００ＭＨｚと２６０５ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図３０および図３１に示す。この場合、短絡ピン形状はメアンダ状とされて屈曲幅Ｄは１．５ｍｍとされている。
　これらの図を参照すると、周波数が２３００ＭＨｚの時は、ほぼ無指向性の指向特性を示している。周波数が２３００ＭＨｚの時の最大利得は－１．４ｄＢｉ、最小利得は－２．２ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより大幅に向上しており、リップルが０．８ｄＢ、平均利得が－１．８ｄＢｉと従来の広帯域アンテナより大幅に向上している。また、周波数が２６０５ＭＨｚの時は、無指向性に近い指向特性を示している。周波数が２６０５ＭＨｚの時の最大利得は－１．７ｄＢｉ、最小利得は－３．０ｄＢｉと良好な利得特性が得られており、リップルが１．３ｄＢ、平均利得が－２．３ｄＢｉと良好な電気的特性が得られている。このように、本発明にかかる広帯域アンテナ１は、２．５ＧＨｚ近辺において良好な電気的特性が得られている。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が３５００ＭＨｚと４５０５ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図３２および図３３に示す。この場合、短絡ピン形状はメアンダ状とされて屈曲幅Ｄは１．５ｍｍとされている。
　これらの図を参照すると、周波数が３５００ＭＨｚの時は、無指向性に近い指向特性を示している。周波数が３５００ＭＨｚの時の最大利得は－０．７ｄＢｉ、最小利得は－３．０ｄＢｉと良好な利得特性が得られており、リップルが２．３ｄＢ、平均利得が－１．８ｄＢｉと良好な電気的特性が得られている。また、周波数が３５００ＭＨｚの時は、無指向性に近い指向特性を示している。周波数が３６０５ＭＨｚの時の最大利得は０．９ｄＢｉ、最小利得は－０．８ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが１．７ｄＢ、平均利得が－０．１ｄＢｉと良好な電気的特性が得られている。このように、本発明にかかる広帯域アンテナ１は、４ＧＨｚ近辺において良好な電気的特性が得られている。
　次に、本発明にかかる広帯域アンテナ１において、無給電素子１１の外径φが約８０ｍｍとされた場合の周波数が５７７０ＭＨｚと５９２５ＭＨｚの時の水平面内指向特性を図３４および図３５に示す。この場合、短絡ピン形状はメアンダ状とされて屈曲幅Ｄは１．５ｍｍとされている。
　これらの図を参照すると、周波数が５７７０ＭＨｚと５９２５ＭＨｚの時は同様の指向特性を示しており、±約４５°方向および±約１３５°方向を中心する前後の角度において利得が増大する指向特性を示している。周波数が５７７０ＭＨｚの時の最大利得は－３．４ｄＢｉ、最小利得は－０．１ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが３．５ｄＢと劣化しており、平均利得が１．７ｄＢｉとやや良好な電気的特性が得られている。また、周波数が５９２５ＭＨｚの時の最大利得は３．１ｄＢｉ、最小利得は０．１ｄＢｉと非常に良好な利得特性が得られており、リップルが３．０ｄＢと劣化しているが、平均利得が１．７ｄＢｉと良好な電気的特性が得られている。このように、本発明にかかる広帯域アンテナ１は、６ＧＨｚ近辺において指向特性は劣化しているが良好な利得特性が得られている。
　以上説明した本発明にかかる広帯域アンテナは、無給電素子の外径φが約８０ｍｍ～約１１０ｍｍで高さが約２６．５ｍｍとされていることから、無給電素子や固定用部材、給電素子を内蔵するアンテナカバーをベースに被せる構成としても、小型で低姿勢の広帯域アンテナとすることができる
　また、無給電素子の外径φが約８０ｍｍ～約１１０ｍｍとされ、これにより２ＧＨｚ近辺の利得が改善される。無給電素子の外径φを小さくすることにより悪化するＶＳＷＲは、無給電素子１１をベースに短絡する短絡ピンをメアンダ状に形成することにより改善されるようになる。従って、本発明にかかる広帯域アンテナを、良好な広帯域特性を示すアンテナが必要とされるＵＷＢに用いることができるようになる。さらに、２ＧＨｚ近辺を使用するメディアはＴＥＬ、ＶＩＣＳ、ＷｉＭＡＸ等、複数あり、本発明にかかる広帯域アンテナは、これらを含む多くのメディアをカバーできる様になる。
１　広帯域アンテナ、１０　給電素子、１１　無給電素子、１１ａ　本体部、１１ｂ　貫通孔、１１ｃ　短絡ピン、１２　固定用部材、１２ａ　挿通孔、１２ｂ　第１環状部、１２ｃ　第２環状部、１２ｄ　放射状部、１２ｅ　突起、１２ｆ　段部、１２ｇ　円柱部、１３　ベース、１３ａ　円盤部、１３ｂ　中心孔、１３ｃ　挿通孔、１３ｄ　矩形溝、１４　コネクタ、１４ａ　本体部、１４ｂ　ピン部、１４ｃ　鍔部、１００　広帯域アンテナ、１１０　給電素子、１１１　無給電素子、１１１ｃ　短絡ピン、１１２　固定用部材、１１３　ベース

Claims (2)

  1. 　導電性のベース上に設けられた上方に向かって外径が大きくなる円錐状の給電素子と、
    　前記ベース上に所定間隔をもって配置され、前記給電素子の上部を取り囲むリング状の無給電素子と、
    　前記無給電素子の外縁を前記ベースに短絡する複数の短絡ピンとを備え、
    　前記短絡ピンがメアンダ状の形状に形成されていることを特徴とする広帯域アンテナ。
  2. 　前記無給電素子の外径が約８０ｍｍ～約１１０ｍｍとされていることを特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ。
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