JP2009076960A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】整合負荷を接続せずに広帯域特性を得られる自己補対型アンテナ装置を提供する。
【解決手段】自己補対型アンテナ装置１０１は、逆Ｆ形状のアンテナ導体２０と、アンテナ導体２０と軸対称の位置に離隔して配置されアンテナ導体２０と略同一の大きさおよび軸対称の形状の切欠き部４０を備えた接地導体３０と、逆Ｆ形状の第１の分岐Ｆ１の先端部に設けられた給電点５０と、第２の分岐Ｆ２の先端部に設けられた短絡点６０とを備える。給電点５０と短絡点６０との間隔を変更したり、アンテナ導体２０の形状を変化させたりすることにより、整合負荷を取り付けることなく一定のインピーダンス特性を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明はアンテナ装置に係り、より詳細には移動体端末に適用される広帯域アンテナ装置に関する。

近年、無線通信システムはさまざまな用途に用いられるようになっており、無線通信端末にはしばしば複数の無線通信システムが搭載される。こうした無線通信端末には、小型且つ複数の周波数帯域で動作可能なアンテナを適用するのが望ましい。そこで、広帯域なアンテナ装置の開発が進められている。

複数の周波数帯で動作するアンテナの例として、自己補対形状を有するアンテナが挙げられる。自己補対アンテナは複数の周波数帯域で動作することが可能であり、広帯域をカバーすることができるが、一定のインピーダンス特性を得るためには無限構造を有する必要がある。そこで、有限構造のアンテナを無限構造と等価として、全ての周波数帯域で一定のインピーダンスを得ることができるよう、例えば図１１に示すような自己補対アンテナ装置を用いることが考えられる。

図１１において、軸対称の自己補対形状のモノポールアンテナ１０５は、給電点５０と、整合負荷８０とを有して構成されている。このような構成によれば、アンテナ導体部分の共振周波数からずれた場合、整合負荷８０で電力が消費されて、アンテナの放射効率が低下する。したがって、導体板切替回路（図示しない）により共振周波数を調整し、放射効率の低下を抑えることができる。

自己補対形状のアンテナが広帯域で使用可能であることについては、例えば特許文献１および非特許文献１に示されている。特許文献１に記載の発明は複数の周波数で動作する自己補対アンテナ装置に関するものであり、導体板切替回路により高放射効率を得ることができる。また、非特許文献１には自己補対構造による逆Ｌアンテナに関する技術が記載されており、これによれば広帯域特性を得ることが可能である。
特開２００６−５６４７号公報 電子情報通信学会技術研究報告 Ａ・Ｐ ９４−２４（１９９４−０７） 藤島ほか 「自己補対構造による逆Ｌアンテナ」

このように、自己補対型のアンテナは広帯域で使用可能である。しかしながら、導体板切替回路により共振周波数を調整した場合でも、整合負荷を接続すると、この抵抗部分で電力が消費され、アンテナの放射効率が低下してしまうという問題点がある。また、広帯域にわたり放射効率の低下を抑えるためには、複数の導体板切替器により共振周波数を調整しなければならず、多くのスイッチを必要とするため、構成が複雑化してしまう。
そこで、本発明は、整合負荷を接続することなく広帯域特性およびマルチバンド特性を得ることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達するため、本発明による自己補対型アンテナ装置は、第１及び第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置されアンテナ導体と略同一の大きさおよびアンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備えた接地導体と、アンテナ導体に給電する給電点と、アンテナ導体と接地導体とを短絡する短絡点とを備える。給電点は逆Ｆ形状の第１および第２の分岐部のうち一方の先端部の一箇所に設けられ、短絡点は逆Ｆ形状の第１および第２の分岐部のうち他方の先端部の一箇所に設けられる。

この自己補対型アンテナ装置において、給電点は逆Ｆ形状の第１の分岐部に設けられ、短絡点は逆Ｆ形状の第２の分岐部に設けられてもよい。
逆Ｆ形状のアンテナ導体の第１の分岐部と基幹部との接合部には、基幹部を挟んで第１の分岐部と対向する位置に逆Ｌ形状のアンテナ導体の相対的に短い辺の先端部が結合されてもよい。その場合、給電点は逆Ｆ形状の第２の分岐部に設けられ、短絡点は逆Ｆ形状の第１の分岐部に設けられてもよい。

本発明の自己補対型アンテナ装置において、アンテナ導体および接地導体の切欠き部は曲げられていてもよい。
また、アンテナ導体は逆Ｆ形状の基幹部に軸方向に伸長するスリットを有してもよい。
さらに、逆Ｆ形状の第１の分岐部と第２の分岐部とは、アンテナ装置の特性インピーダンスが６０πΩとなるように間隔および形状を調整して設けられてもよい。
アンテナ導体および接地導体は、直方体形状の誘電体表面上に形成されてアンテナ装置を立体的に構成してもよい。

本発明によれば、整合負荷を接続することなく、広帯域特性およびマルチバンド特性を備えた自己補対型アンテナ装置を得ることができる。このアンテナ装置は小型であり、また、全ての周波数帯域で一定のインピーダンスを得ることが可能である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の第一の実施形態によるアンテナ装置の全体構成を概略的に示した図である。また、図２には図１において破線で囲んだ部分を拡大して示す。
図示するように、アンテナ装置１０１は、逆Ｆ形状のアンテナ導体２０と、このアンテナ導体２０と一定の間隔をあけて配置された接地導体３０とから構成されている。接地導体３０には、アンテナ導体２０と軸対称で略同一の大きさおよび形状を有する切欠き部４０が形成されている。導体片３０ａはアンテナ導体２０や接地導体３０と接するものではなく、電気的に浮いている。アンテナ導体２０は、逆Ｆ形状の第１の分岐Ｆ１の先端部に設けられた給電点５０において給電され、第２の分岐Ｆ２の先端部に設けられた短絡点６０において短絡される。

ここで、逆Ｆ形状のアンテナは、基幹部Ｆ３の一部の長さＬと、第２の分岐Ｆ２の長さｈとの和（Ｌ＋ｈ）が概ね１／４λとなる周波数で動作し、給電点と短絡点との間隔を変更したり、給電部分および短絡部分におけるアンテナ導体２０の形状を変化させたりすることにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することができる。例えば、ｈの長さを短くするとインピーダンスが低下する。

本実施例のアンテナ装置１０１においても、給電点５０と短絡点６０との間隔や、アンテナ導体２０の給電部分および短絡部分の形状を変化させて、入力インピーダンスを調整することにより、有限構造であっても整合負荷を取り付けることなく一定のインピーダンスを得ることができる。この実施例においては、特性インピーダンスは６０πΩである。

図３に示すのは、こうしたアンテナ装置１０１におけるＶＳＷＲの周波数特性の一例である。同図より明らかなように、単一の逆Ｆ形状のアンテナを用いた場合、端末アンテナに好適とされる３より小さいＶＳＷＲが得られる帯域は僅かである。これに対し、アンテナ装置１０１によれば、広帯域にわたって３よりも小さいＶＳＷＲが得られることがわかる。

［実施形態２］
図４は、本発明の第二の実施形態によるアンテナ装置の全体構成を概略的に示したものである。図５には図４において破線で囲んだ部分を拡大して示す。第一の実施形態と第二の実施形態とは大部分において同一の構成であるため、同一の点に関しては詳細な説明を省略する。

第一の実施形態と異なる点として、第二の実施形態においては、アンテナ導体２０の給電点５０が逆Ｆ形状の第２の分岐Ｆ２の先端部に設けられる。また、短絡点６０は第１の分岐Ｆ１の先端部に設けられる。第一の実施形態によるアンテナ装置１０１と同様、アンテナ装置１０２においても、給電点５０と短絡点６０との間隔を変更したり、給電部分および短絡部分の導体形状を変化させたりすることにより、入力インピーダンスを調整することができる。

図６に示すのは、こうしたアンテナ装置１０２におけるＶＳＷＲの周波数特性の一例である。第一の実施例におけるアンテナ装置１０１と同様、単一の逆Ｆ形状のアンテナを用いる場合に比べ、非常に広帯域にわたって３よりも小さいＶＳＷＲが得られることがわかる。

［実施形態３］
図７（ａ）は、本発明の第三の実施形態によるアンテナ装置１０３の斜視図である。第三の実施形態は、第一または第二の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成したものである。

アンテナ装置１０３は、直方体形状のポリカーボネート等の誘電体（図示しない）の外面上にアンテナ導体２０および接地導体３０を蒸着またはエッチング等により形成したものを幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの接地導体７０に取り付けることにより構成されている。給電点および短絡点は、それぞれアンテナ導体２０の第１の分岐Ｆ１または第２の分岐Ｆ２のいずれかに設けられる。

誘電体を用いることにより波長短縮効果が得られるので、本実施形態によれば、アンテナ装置１０３を小型化することが可能となる。なお、図７（ｃ）に示すのは、これをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各方向から見た様子である。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のアンテナ装置１０３の平面図である。接地導体７０は示していない。このアンテナ装置１０３において、アンテナ導体２０には、逆Ｆ形状の基幹部Ｆ３にスリット２１０が設けられている。また、接地導体３０には、アンテナ導体２０と軸対称で略同一の大きさおよび形状を有する切欠き部４０が形成されている。スリットは必ずしも設けなくてもよいが、スリットの配置や間隔、長さを変化させることにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することが可能である。

このようなアンテナ装置１０３のＶＳＷＲの周波数特性は、例えば図８に示すようになる。同図からは、主に高い周波数の広帯域において３よりも小さいＶＳＷＲが得られることがわかる。

［実施形態４］
図９（ａ）に示すのは、本発明の第四の実施形態によるアンテナ装置１０４の斜視図である。第四の実施形態は、第三の実施形態を変形させたものであり、逆Ｆ形状のアンテナ導体に逆Ｌ形状のアンテナ導体を結合させて、立体的なアンテナ装置１０４を構成している。

アンテナ導体２０および接地導体３０は、第一の実施形態と同様、直方体形状のポリカーボネート等の誘電体（図示しない）の外面上に蒸着またはエッチング等により形成され、これが接地導体７０に取り付けられることにより、アンテナ装置１０４が構成される。給電点および短絡点は、それぞれアンテナ導体２０の第１の分岐Ｆ１または第２の分岐Ｆ２のいずれかに設けられる。図９（ｃ）に示すのは、このアンテナ装置１０４をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各方向から見た様子である。

図９（ｂ）は、接地導体７０を除いたアンテナ装置１０４の平面図である。第三の実施形態の場合と同様、アンテナ導体２０には、逆Ｆ形状の基幹部Ｆ３にスリット２１０が設けられている。さらに、本実施例においては、アンテナ導体２０が逆Ｆ形状のアンテナ導体と逆Ｌ形状のアンテナ導体とから構成されており、アンテナ長が長くなっている。

図９（ｂ）において、アンテナ導体２０の下部は逆Ｆ形状のアンテナ導体２０１、上部が逆Ｌ形状のアンテナ導体２０２である。すなわち、逆Ｌ形状のアンテナ導体２０２を、軸が逆Ｆ形状のアンテナ導体２０１の軸と平行になるように配置して、短い方の辺の先端を逆Ｆ形状の第１の分岐部Ｆ１と基幹部Ｆ３との接合部に結合する。

このように逆Ｆ形状のアンテナ導体に逆Ｌ形状のアンテナ導体を結合することにより、アンテナ長が変更されて、低周波数帯域でもアンテナを動作させることが可能となる。逆Ｆ形状のアンテナ導体のみで低周波数帯域を使用するにはアンテナ導体を大型化する必要が生じるが、本実施形態によれば、広帯域特性を有する逆Ｆ形状のアンテナ導体と、低周波数帯域で動作する逆Ｌ形状のアンテナ導体とを組み合わせることにより、大型化を回避できる。また、図１０に示すように、広帯域にわたってＶＳＷＲが３より小さく、且つ低周波数帯域においても共振特性を得ることのできる、マルチバンド特性を有するアンテナ装置とすることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、各実施例における導体の形状や基板の大きさ等に関する記載は本発明を限定するものではなく、適宜変更することが可能である。

本発明の第一の実施形態によるアンテナ装置の概略全体図。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ装置の拡大図。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。 本発明の第二の実施形態によるアンテナ装置の概略全体図。 本発明の第二の実施形態によるアンテナ装置の拡大図。 本発明の第二の実施形態によるアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。 本発明の第三の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成した場合の斜視図。 本発明の第三の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成した場合の平面図。 は本発明の第三の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成した場合の上面、側面および底面図。 本発明の第三の実施形態によるアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。 本発明の第四の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成した場合の斜視図。 本発明の第四の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成した場合の平面図。 本発明の第四の実施形態によるアンテナ装置を立体的に構成した場合の上面、側面および底面図。 本発明の第四の実施形態によるアンテナ装置のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。 従来の自己補対型モノポールアンテナを説明する図。

符号の説明

１０１〜１０５ アンテナ装置
２０ アンテナ導体
Ｆ１ 第１の分岐
Ｆ２ 第２の分岐
Ｆ３ 基幹部
３０ 接地導体
４０ 切欠き部
５０ 給電点
６０ 短絡点
７０ 接地導体
８０ 整合負荷

Claims (8)

1. 第１および第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、
   前記アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置され、前記アンテナ導体と略同一の大きさおよび前記アンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備えた接地導体と、
   前記アンテナ導体に給電する給電点と、
   前記アンテナ導体と前記接地導体とを短絡する短絡点と、
   を備え、
   前記給電点は前記逆Ｆ形状の前記第１および第２の分岐部のうち一方の先端部の一箇所に設けられ、
   前記短絡点は前記逆Ｆ形状の前記第１および第２の分岐部のうち他方の先端部の一箇所に設けられることを特徴とする自己補対型アンテナ装置。
2. 前記給電点は前記逆Ｆ形状の前記第１の分岐部に設けられ、前記短絡点は前記逆Ｆ形状の前記第２の分岐部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の自己補対型アンテナ装置。
3. 前記逆Ｆ形状のアンテナ導体の前記第１の分岐部と前記基幹部との接合部には、前記基幹部を挟んで前記第１の分岐部と対向する位置に逆Ｌ形状のアンテナ導体の相対的に短い辺の先端部が結合されることを特徴とする請求項１に記載の自己補対型アンテナ装置。
4. 前記給電点は前記逆Ｆ形状の前記第２の分岐部に設けられ、前記短絡点は前記逆Ｆ形状の前記第１の分岐部に設けられることを特徴とする請求項３に記載の自己補対型アンテナ装置。
5. 前記アンテナ導体および前記接地導体の切欠き部は折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自己補対型アンテナ装置。
6. 前記アンテナ導体は前記逆Ｆ形状の前記基幹部に軸方向に伸長するスリットを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の自己補対型アンテナ装置。
7. 前記逆Ｆ形状の前記第１の分岐部と前記第２の分岐部とは、前記アンテナ装置の特性インピーダンスが６０πΩとなるように間隔および形状を調整して設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の自己補対型アンテナ装置。
8. 前記アンテナ導体および前記接地導体は、直方体形状の誘電体表面上に形成されて前記アンテナ装置を立体的に構成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の自己補対型アンテナ装置。

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