JP5024826B2

JP5024826B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP5024826B2
Application number: JP2007218939A
Authority: JP
Inventors: 靜憲藤田; 伊市若生; 久松中野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: JP2008079303A

Description

本発明は、中継装置等に用いられるアンテナ装置に関する。

携帯電話やテレビ放送等の地上波を地下街等の不感地帯に再送信する中継用のアンテナは、設置場所や美観等の問題から小型軽量のアンテナが要求される。また、中継用アンテナとしては、垂直偏波水平面無指向性のものが使用される場合が多い。

また、本発明に関連する公知技術として、線状もしくは面状のインピーダンス整合素子部に対しその背面より１点給電で励振を行うようにし、かつ上記整合素子部に垂直に設けられて先端を接地するようにされた複数の線状放射素子部を有した水平偏波用双指向性アンテナ及び接地板を備え、上記接地板上に水平偏波用双指向性アンテナを配置してなる双指向性偏波アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２０５０３６号公報

地下街等に設けられる中継用アンテナは、一般に天井等に設けられるので、小型で低姿勢（全高が低い）であることが要求される。

しかし、上記従来のモノポールアンテナは、高さが約１／４波長以上必要であり、それ以上の低姿勢化が困難であるので、地下街等に設ける中継用アンテナとしては好ましくない。また、モノポールアンテナは、単一周波数帯においては良好な特性を得ることが可能であるが、基本的に狭帯域であり、電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）が低い領域、例えば２以下における比帯域は一般に十数％程度であって、広帯域通信により大容量伝送を行うものには適用が困難である。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、小型低姿勢かつ広帯域化を実現するアンテナ装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係るアンテナ装置は、導体板と、前記導体板に対向して配置され、前記導体板に部分的に短絡される放射素子と、前記導体板に設けられる給電端子と、前記給電端子と前記放射素子の給電部とを接続する給電路と、前記放射素子の短絡箇所と前記給電路とを結ぶ線路に容量結合されるように形成される少なくとも１個の無給電素子とを具備することを特徴とする。
上記第１の発明によれば、小型低姿勢化が可能となり、地下街等の設置スペースが狭い場所であっても容易に設置することができるようになる。また、無給電素子がショートスタブとして作用するため、インピーダンス特性を決定する設定パラメータの数が増加することとなり、広帯域に亘ってインピーダンス特性を良好に保つことが可能となる。

第２の発明は、前記第１の発明に係る広帯域アンテナ装置において、前記放射素子は、前記給電部を中心として等間隔で放射状に広がる複数の線路により形成され、前記複数の線路それぞれが前記導体板に短絡される。
上記第２の発明によれば、放射素子が給電部を中心として等間隔で放射状に広がるように形成されることにより、水平面指向性を無指向化することが可能となる。

第３の発明は、前記第２の発明に係る広帯域アンテナ装置において、前記放射素子は、前記複数の線路それぞれの隣り合う端部間を接続する線路をさらに備える。
上記第３の発明によれば、給電部から短絡素子へ流れる電流の一部が端部間に接続された線路に流れるようになる。これにより、インピーダンス特性を容易に調整することができるため、より広帯域化を図ることが可能となる。

第４の発明は、前記第１の発明に係る広帯域アンテナ装置において、前記導体板は、前記放射素子の短絡箇所近傍に整合部をさらに備える。
上記第４の発明によれば、整合板を設けることにより、導体板を流れる電流線路を延長できるため、導体板を小型化できる。さらに、放射素子の短絡箇所と整合板との間隔を調整することによって電磁結合させることができるため、設定パラメータの数を増加させることができ、より一層の広帯域化を図ることが可能となる。

第５の発明は、前記第１の発明に係る広帯域アンテナ装置において、前記放射素子の短絡箇所は、前記給電路を中心とする円周上に等間隔に設けられる。
上記第５の発明によれば、放射素子の短絡箇所が、給電路を中心とする円周上に等間隔に設けられることにより、水平面指向性を無指向化することが可能となる。

すなわち、この発明によれば、小型低姿勢かつ広帯域化を実現するアンテナ装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係るアンテナ装置の基本構成を示す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

図１及び図２において、導体板１１は例えば正方形状の接地板で形成され、その一辺の長さＷ１は約０．５λ_Ｌ以上（λ_Ｌは使用周波数帯における最低周波数の波長）に設定される。

上記導体板１１の下面中央部には、給電端子として例えばＮＪ型の同軸コネクタ１２が装着される。この同軸コネクタ１２には、図示しないが無線装置のアンテナ入力回路からの給電用同軸ケーブルが接続される。上記同軸コネクタ１２は、外導体１３及び中心導体１４を備える。外導体１３は導体板１１に電気的に接続される。中心導体１４は、導体板１１の中央部に設けられた透孔内を通り、導体板１１と絶縁した状態で上方に所定長さ突出して設けられ、給電路として使用される。

そして、上記導体板１１の上側にはアンテナ素子１５が設けられる。このアンテナ素子１５は、２本以上例えば４本の放射素子１６ａ〜１６ｄを有する。放射素子１６ａ〜１６ｄは等角度または略等角度で放射状に設けられ、放射状中心部すなわち放射素子１６ａ〜１６ｄの始端側に給電点１８が設けられる。アンテナ素子１５が４本の放射素子１６ａ〜１６ｄを有する場合、各素子の配置角度は９０°となり、十字形状に形成される。上記放射素子１６ａ〜１６ｄは、例えば幅Ｗ２、長さＬの板状素子を用いて形成したもので、幅Ｗ２は約０．０５５λ_Ｌに設定される。また、放射素子１６ａ〜１６ｄの長さＬは、基本的には約λ_Ｌ／４に設定されるが、好ましくは約λ_Ｌ／４より１０％程度長い０．２７５λ_Ｌ程度に設定される。

また、放射素子１６ａ〜１６ｄの各終端には、例えば板状の短絡素子１７ａ〜１７ｄが導体板１１に対して垂直となるように設けられる。上記短絡素子１７ａ〜１７ｄは、例えば放射素子１６ａ〜１６ｄの終端を下方に直角に折り曲げる等の手段により形成したもので、図では放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２と同じ幅を有している。但し、これらの幅は必ずしも同一に設定する必要はない。上記短絡素子１７ａ〜１７ｄは、先端が導体板１１に溶着あるいはネジ止め等によって接続され、その高さＨは約λ_Ｌ／１０〜λ_Ｌ／１６程度に設定される。

上記のように放射素子１６ａ〜１６ｄは、導体板１１と対向して、より詳しくは平行に設けられ、給電点１８に上記同軸コネクタ１２の中心導体１４がネジ止め、あるいは半田付け等によって接続される。この場合、放射素子１６ａ〜１６ｄは、短絡素子１７ａ〜１７ｄ側の先端部を例えば導体板１１の各角部（四隅）に対応して設け、導体板１１をなるべく小さく形成できるようにしている。

上記アンテナ素子１５の具体的な寸法例としては、例えば使用周波数帯における最低周波数がＵＨＦ帯の４７０ＭＨｚの場合、導体板１１の一辺の長さＷ１が３００〜４００ｍｍ、放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２が約３５ｍｍ、高さＨが約４０ｍｍに設定される。

上記のように構成されたアンテナ装置は、例えば地下街の天井に設置する場合には、アンテナ素子１５を下側、同軸コネクタ１２を上側にして数十ｍの間隔で複数設置される。この場合、アンテナ装置には、アンテナ素子１５を保護する保護カバー（レドーム）が必要に応じて設けられる。

そして、地上に例えば地上波（テレビ、携帯電話）受信用の大型の屋外アンテナを設置し、この屋外アンテナで受信した地上波を中継用受信装置で受信・増幅し、同軸ケーブルにより上記アンテナ装置の給電点１８に給電する。アンテナ装置は、給電点１８に給電されると、給電点１８から短絡素子１７ａ〜１７ｄの方向に給電電流が流れ、各放射素子１６ａ〜１６ｄから下方に向けて垂直偏波の電波が放射される。なお、各放射素子１６ａ〜１６ｄは等角度（または略等角度）に設けられることから、水平面指向性を無指向化することができる。

従って、地上波が直接届かない地下街等においても、上記地下街に設置されたアンテナ装置から再送信される電波を、携帯電話、テレビ受信機、あるいはテレビ受信機能を備えたモバイル機器により受信することが可能となる。

上記第１実施形態に示したアンテナ装置は、アンテナ素子１５の高さが４０ｍｍ程度で、保護カバーを含めても４５ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、小型で低姿勢である。従って、地下街等の設置スペースが狭い場所であっても容易に設置でき、且つ美観を保つことができる。

なお、上記第１実施形態では、アンテナ素子１５として４本の放射素子１６ａ〜１６ｄを設けた場合について示したが、２本以上であれば任意の数に設定することが可能である。また、放射素子１６ａ〜１６ｄは、板状素子に限るものではなく、線状素子を用いても良い。また、放射素子１６ａ〜１６ｄの終端は、板状の短絡素子１７ａ〜１７ｄの代わりにショートピン等のピン状の短絡素子を使用して短絡しても良い。

また、上記第１実施形態では、導体板１１の四隅に近接して短絡素子１７ａ〜１７ｄを設けた（即ち、放射素子１６ａ〜１６ｄを導体板１１の対角線上に配置した）場合について示したが、その他の位置、例えば導体板１１の各辺部に対応させて短絡素子１７ａ〜１７ｄを設けても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
図３Ａは本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の斜視図、図３Ｂは要部（無給電素子部分）を示す斜視図、図４は同側面図である。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第２実施形態は、上記第１実施形態に係るアンテナ装置において、給電部、すなわち導体板１１上に突出させた同軸コネクタ１２の中心導体１４を中心として、その同心円上に１個以上例えば４個の整合用の無給電素子２１ａ〜２１ｄを等間隔（等角度）に設けたものである。

無給電素子２１ａ〜２１ｄを中心導体１４の近傍に配置することで、無給電素子２１ａ〜２１ｄの垂直部分と中心導体１４との間が電磁結合される。また、上記無給電素子２１ａ〜２１ｄは、水平部２２ａ〜２２ｄを備えている。水平部２２ａ〜２２ｄは、放射素子１６ａ〜１６ｄそれぞれの短絡箇所と給電点１８とを結ぶ線路に容量結合されるように、各線路上またはその近傍に形成される。例えば、図３Ｂに示すように、水平部２２ａ〜２２ｄは、金属板を使用して上部を外側方向、すなわち、中心導体１４とは反対方向に約９０°折り返して逆Ｌ字状に形成したものである。

この無給電素子２１ａ〜２１ｄは、例えば中心からの間隔ＳＤが約０．０２６λ_Ｌ、幅ＳＷが０．０１９λ_Ｌ、高さＳＨが約０．０５５λ_Ｌ、水平部２２ａ〜２２ｄの長さＳＬが約０．０２３λ_Ｌに設定される。上記無給電素子２１ａ〜２１ｄは、同心円上であれば回転した位置に設置しても問題はなく、任意の位置に設置することができる。無給電素子２１ａ〜２１ｄは、その設置位置によって特性を微調整することが可能である。

上記無給電素子２１ａ〜２１ｄの具体的な寸法例としては、例えば使用周波数帯における最低周波数が４７０ＭＨｚの場合、中心からの間隔ＳＤが約１７ｍｍ、幅ＳＷが１２ｍｍ、高さＳＨが約３６ｍｍ、水平部の長さＳＬが約１５ｍｍに設定される。

上記第２実施形態に係るアンテナ装置では、無給電素子２１ａ〜２１ｄがスタブとして作用する。すなわち、無給電素子２１ａ〜２１ｄを設けることで、水平部２２ａ〜２２ｄと放射素子を流れる電流線路と容量結合させることができる。また、無給電素子２１ａ〜２１ｄを中心導体１４の近傍に配置することで、無給電素子２１ａ〜２１ｄの垂直部分と中心導体１４とを電磁結合させることができる。これにより、インピーダンス特性を決定する設定パラメータの数が増加することとなり、広帯域に亘って安定した状態に保持することが可能となる。

図５は第２実施形態に係るアンテナ装置の給電点１８における実数部インピーダンス特性を示したもので、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にインピーダンス実部［Ω］をとって示した。この実数部インピーダンス特性は、図５から明らかなように、４００〜８００ＭＨｚまで略一定のインピーダンス（抵抗値）が得られている。

図６は上記アンテナ装置の給電点１８における虚数部インピーダンス特性を示したもので、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にリアクタンス［Ω］をとって示した。この虚数部インピーダンス特性は、図６から明らかなように、５００〜８００ＭＨｚまで広い帯域に亘って、０±５０Ωのリアクタンス値が得られている。

上記第２実施形態に係るアンテナ装置では、実数部インピーダンス特性において４００〜８００ＭＨｚまで略一定のインピーダンスが得られるが、その値が約１０Ω程度であり、一般的に使用される５０Ω（給電用同軸ケーブルの特性インピーダンス）より少し低い値となっている。従って、インピーダンス変換器を組み合わせてインピーダンスを５０Ω程度に変換することにより、４００〜８００ＭＨｚの広帯域特性を有するアンテナとして使用することができる。

ここで、第２実施形態に係るアンテナ装置の効果を確認するためのシミュレーション結果を示す。図７は、無給電素子を設けていない場合のアンテナ装置の斜視図である。図８は図７に示すアンテナ装置のインピーダンス特性図、図９は同アンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。図１０は、図７に示すアンテナ装置に無給電素子を設けた場合のアンテナ装置の斜視図である。図１１は図１０に示すアンテナ装置のインピーダンス特性図、図１２は同アンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。

なお、図７及び図１０において、放射素子１６ａ〜１６ｄの高さは４５ｍｍである。また、短絡素子１７ａ〜１７ｄの幅は、放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２より狭く設定されているが、幅Ｗ２としても同等の作用を有するので、何れを用いても良い。図１０において、無給電素子２１ａ〜２１ｄは、周波数λ_Ｌが４７０ＭＨｚの自由空間波長である場合、中心導体１４からの距離が１９ｍｍ（≒０．０３λ_Ｌ）、高さが３５ｍｍ（＝０．５５λ_Ｌ）に設定される。

図８と図１１のインピーダンス特性を比較すると、図１１では、図８よりも広い帯域に亘って実数部が５０Ω付近で略一定の値を示すと共に、虚数部が０±５０Ωの値を示している。また、図９と図１２のＶＳＷＲ特性を比較すると、図１２では、特に高周波領域においてＶＳＷＲが低下していることが読み取れる。したがって、無給電素子を設けることにより広帯域化を図ることが可能であると言える。

なお、上記第２実施形態では、無給電素子２１ａ〜２１ｄの水平部２２ａ〜２２ｄを方形状に形成した場合について示したが、例えば三角形、扇形等、他の形状に形成しても良い。また、無給電素子２１ａ〜２１ｄは、例えばＴ字状に形成しても良い。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
図１３は本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。
この第３実施形態は、上記第２実施形態に係るアンテナ装置において、放射素子１６ａ〜１６ｄそれぞれの隣り合う端部間を接続する線路をさらに備える。放射素子１６ａ〜１６ｄの上部に例えば円形のリング型素子２５を導体板１１と平行に設け、より広帯域に亘って良好なインピーダンス特性を得られるようにしたものである。

なお、第３実施形態では、第２実施形態で示した短絡素子１７ａ〜１７ｄに代えてショートピン１９ａ〜１９ｄを使用している。このショートピン１９ａ〜１９ｄの直径は、例えば放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２の約１／２に設定される。上記ショートピン１９ａ〜１９ｄは、ネジ止めあるいは溶着等によって放射素子１６ａ〜１６ｄと導体板１１との間に設けられる。上記短絡素子１７ａ〜１７ｄとショートピン１９ａ〜１９ｄは、同等の作用を有しているので、何れを使用しても良い。

上記リング型素子２５は、放射素子１６ａ〜１６ｄの上側に配置され、例えばショートピン１９ａ〜１９ｄの上端部分において、ネジ止めあるいは溶着等によって固着される。その他の構成は、第２実施形態と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

上記リング型素子２５は、金属板を使用してリング状に形成したもので、その寸法は例えば内径が約０．３０３λ_Ｌ、外径が約０．３５９λ_Ｌに設定される。リング型素子２５の幅は、放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２と同じ、または略同じ値に設定される。

図１４は、第３の実施形態に係るアンテナ装置の等価回路を示す図である。図１４において、中心導体１４は不均一線路１、放射素子１６ａ〜１６ｄは均一線路１、無給電素子２１ａ〜２１ｄは不均一線路３、短絡素子１７ａ〜１７ｄは不均一線路２、リング型素子２５は均一線路２とモデル化できる。無給電素子２１ａ〜２１ｄはＬ、Ｃの直列共振回路として作用し、リング型素子２５はオープンスタブとして作用する。オープンスタブの先端では電圧振幅が最大となり、付け根では電圧振幅は０となる。オープンスタブの長さを調節することでインピーダンス特性を容易に調整することができる。

図１５は、上記第３実施形態に係るアンテナ装置の給電点１８における実数部インピーダンス特性で、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にインピーダンス実部［Ω］をとって示した。リング型素子２５を設けることによって実数部インピーダンス特性は、４００〜８００ＭＨｚまでの広い帯域に亘って５０±（２０〜３０）Ωに保持される。

図１６は、上記アンテナ装置の給電点１８における虚数部インピーダンス特性で、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にリアクタンス［Ω］をとって示した。虚数部インピーダンス特性は、４５０〜９００ＭＨｚまでの広い帯域に亘って０±２０Ωのリアクタンス値が得られている。

図１７は、上記アンテナ装置において、導体板１１の一辺の長さＷ１を４００ｍｍに設定した場合のＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。このＶＳＷＲ特性は、４８０〜８２０ＭＨｚの広い帯域でＶＳＷＲ≦２となり、その比帯域は約５７％であった。

ここで、第３の実施形態に係るアンテナ装置における無給電素子２１ａ〜２１ｄの効果を確認する。図１８は、図１３の構成から無給電素子２１ａ〜２１ｄを外したモデルの実数部インピーダンス特性図である。また、図１９は同モデルの虚数部インピーダンス特性図、図２０は同モデルのＶＳＷＲ特性図である。

図１５と図１８の実数部インピーダンス特性を比較すると、図１５では５０Ω付近を保持する周波数領域が広帯域にわたっている。図１６と図１９の虚数部インピーダンス特性を比較すると、図１６では広帯域にわたって０Ω付近のリアクタンス値が得られていることがわかる。また、図１７と図２０のＶＳＷＲ特性を比較すると、図１７ではＶＳＷＲ≦２を満たす領域は広帯域化していることが読み取れる。第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成においても、無給電素子２１ａ〜２１ｄを備えることにより広帯域化を図ることが可能であることが確認できる。

上記第３実施形態に係るアンテナ装置では、広い周波数帯域に亘って５０Ω前後のインピーダンスに保持されるので、インピーダンス変換器を用いることなく、広帯域アンテナとして使用することができる。

なお、上記第３実施形態では、リング型素子２５を円形に形成した場合について示したが、その他、方形や多角形等、任意の形状に形成し得るものである。

さらに、上記第３実施形態では、各放射素子１６ａ〜１６ｄとリング型素子２５と間に空隙が形成された場合について示したが、空隙を無くし、１枚の金属板により円板状の放射素子を形成しても良い。図２１は、円板状のアンテナ素子を有するアンテナ装置の斜視図である。図２２は、図２１に示すアンテナ装置の実数部インピーダンス特性図、図２３は同アンテナ装置の虚数部インピーダンス特性図、図２４は同アンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。

図２１において、円板状素子２５ａの円周上に等間隔でショートピン１９ａ〜１９ｄを設けることにより、円板状素子２５ａには給電点１８からショートピン１９ａ〜１９ｄの方向に給電電流が流れる、さらにその一部は円板状素子２５ａの外周を流れる。

図２２、２３が示すように、図１３の構成の場合と同様に良好なインピーダンス特性が得られている。図２４から明らかなように、このようにしても、５７０ＭＨｚ〜８４０ＭＨｚの広い帯域でＶＳＷＲを２以下とすることができる。なお、円板状素子２５ａの形状は、円板状に限らず、方形または多角形等としてもよい。

（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置について説明する。

図２５は本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。

この第４実施形態は、上記第３実施形態に係るアンテナ装置において、放射素子１６ａ〜１６ｄのショートピン１９ａ〜１９ｄの近傍の導体板１１に整合板３１ａ〜３１ｄをさらに備えたものである。整合板３１ａ〜３１ｄは、例えば図２５に示すように、導体板１１の四隅（即ち放射素子１６ａ〜１６ｄの延長線上に位置する部位）を他の部分より広げて形成し、この広げた部分を上方に９０°折り曲げて形成される。上記整合板３１ａ〜３１ｄの一辺の長さは、導体板１１の長さの約１５±５％に設定する。

また、リング型素子２５には、例えば各ショートピン１９ａ〜１９ｄの略中央の位置において、導体板１１との間に合成樹脂等の絶縁材によるスペーサ３２ａ〜３２ｄを設け、リング型素子２５が導体板１１と平行に保たれるように保持している。上記スペーサ３２ａ〜３２ｄは、例えば円柱状や角柱状など任意の形状に形成することができる。

上記のようにショートピン１９ａ〜１９ｄに近い導体板１１の部分は、放射素子１６ａ〜１６ｄからショートピン１９ａ〜１９ｄを介して電流が流れる部分である。つまり、給電点１８と放射素子１６ａ〜１６ｄの短絡箇所とを結ぶ直線の延長線上に整合部３１ａ〜３１ｄをそれぞれ設けることにより、導体板１１に流れる電流線路を延長することができる。これにより、導体板１１の平面積を狭めることが可能となる。したがって、この部分に整合板３１ａ〜３１ｄを設けることにより、導体板１１を効率的に作用させることができ、導体板１１を小さく形成しても、良好なＶＳＷＲ特性を保持することが可能となる。さらに、放射素子１６ａ〜１６ｄの短絡箇所と整合板３１ａ〜３１ｄとの間隔を調整することによって電磁結合させることができるため、設定パラメータの数を増加させることができ、より一層の広帯域化を図ることが可能となる。

なお、整合板３１ａ〜３１ｄを導体板１１の四隅だけでなく、導体板１１の全周辺に亘って整合板を形成することも考えられるが、導体板１１を小さく形成している状態では、導体板１１の全周辺に亘って整合板を形成すると所望の特性が得られない場合があるので、ショートピン１９ａ〜１９ｄの最も近い部分に対して整合板３１ａ〜３１ｄを設けた方が良好な結果が得られている。

図２６は、導体板１１の一辺の長さＷ１を３５０ｍｍ（３５０×３５０ｍｍ）とし、整合板３１ａ〜３１ｄを設けていない場合のＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。このときＶＳＷＲ特性は、５２０〜８３０ＭＨｚの帯域でＶＳＷＲ≦２となり、その比帯域は約４７％であった。

図２７は、上記図２５に示したアンテナ装置において導体板１１の大きさを３５０×３５０ｍｍとし、導体板１１の四隅に整合板３１ａ〜３１ｄを設けた場合のＶＳＷＲ特性である。このときのＶＳＷＲ特性は、４７０〜７９０ＭＨｚの帯域でＶＳＷＲ≦２となり、約５１％の比帯域が得られた。

整合板３１ａ〜３１ｄを設けることにより、ＶＳＷＲ≦２の比帯域が向上すると共に、動作する最低周波数は５２０ＭＨｚから４７０ＭＨｚまで低くなり、ＶＳＷＲ値も全体的に１に近くなって整合される。

図２８〜図３０は、上記第４実施形態におけるアンテナ装置の垂直偏波水平面（Ｘ−Ｙ面）指向性を示したもので、図２８は４７０ＭＨｚの周波数、図２９は５９０ＭＨｚの周波数、図３０は７１０ＭＨｚの周波数における特性である。

上記第４実施形態におけるアンテナ装置の水平面指向性は、図２８〜図３０からも明らかなように各周波数帯において２ｄＢ以下の偏差に抑えられた無指向性となっている。

図３１〜図３３は、上記第４実施形態におけるアンテナ装置の垂直偏波垂直面（Ｙ−Ｚ面）指向性を示したもので、図３１は４７０ＭＨｚの周波数、図３２は５９０ＭＨｚの周波数、図３３は７１０ＭＨｚの周波数における特性である。アンテナ構成を左右対称構造にしているため、指向性も対称形となっている。

上記第４実施形態によれば、整合板３１ａ〜３１ｄを設けることによってＶＳＷＲ特性を改善でき、導体板１１を小さくしてアンテナの小型化を図ることができる。また、整合板３１ａ〜３１ｄを設けた場合でも、放射素子１６ａ〜１６ｄの高さを更に高くする必要はなく、第１実施形態に示した高さのままで所望の放射特性を得ることができる。

また、リング型素子２５と導体板１１との間にスペーサ３２ａ〜３２ｄを設けることにより、リング型素子２５全体を導体板１１に対して平行に保つことができ、常に安定した特性を保持することができる。

なお、上記第４実施形態では、導体板１１の一部を広げ、その広げた部分を折曲げて整合板３１ａ〜３１ｄを形成した場合について示したが、別体の部材を導体板１１に取付けて整合板３１ａ〜３１ｄを形成しても良い。また、この別体の部材の取り付け部分は、導体板１１の四隅に限らない。給電点１８と放射素子１６ａ〜１６ｄの短絡箇所とを結ぶ直線の延長線上であれば、この部材を短絡箇所近傍に取り付けて整合板３１ａ〜３１ｄを形成するようにしても良い。

また、上記第４実施形態では、導体板１１の広げた部分を９０°折曲げて整合板３１ａ〜３１ｄを形成した場合について示したが、広げた部分を折り曲げずに、そのままの状態で整合板３１ａ〜３１ｄとしても、折曲げた場合と同等の効果を得ることができる。

また、第４実施形態では、導体板１１の四隅に整合板３１ａ〜３１ｄを形成した場合について示したが、放射素子１６ａ〜１６ｄのショートピン１９ａ〜１９ｄを導体板１１の辺部に対応して設けた場合には、ショートピン１９ａ〜１９ｄに近い導体板１１の辺部に整合板３１ａ〜３１ｄを設ければ良い。

また、第４実施形態では、リング型素子２５を備えたアンテナに実施した場合について示したが、リング型素子２５を備えていないアンテナに対して整合板３１ａ〜３１ｄを設けた場合でも、整合の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
次に本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置について説明する。

図３４は本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。

この第５実施形態に係るアンテナ装置は、１つの導体板１１上に複数例えば第１のアンテナ素子１５ａ及び第２のアンテナ素子１５ｂを設けたものである。この実施形態では、線状素子を用いてアンテナ素子１５ａ、１５ｂを構成した場合について示している。第１のアンテナ素子１５ａは、低い周波数帯の信号に共振するように各部の長さが設定され、第２のアンテナ素子１５ｂは、第１のアンテナ素子１５ａの共振周波数よりも高い周波数帯の信号に共振するように各部の長さが設定される。

上記第１のアンテナ素子１５ａ及び第２のアンテナ素子１５ｂは、各実施形態で示したアンテナ素子１５と同様の構成であるので詳細な説明は省略するが、３本以上の放射素子４１ａ〜４１ｄ、５１ａ〜５１ｄ及び各放射素子の外側端を導体板１１に接続するショートピン（あるいはショート板）４２ａ〜４２ｄによって形成され、各放射素子の中央部に設けられる給電点１８ａ、１８ｂに同軸コネクタの中心導体１４ａ、１４ｂによって給電される。更に、給電線路の周囲に無給電素子を設けても良い。また、各アンテナ素子１５ａ、１５ｂの上部に第３実施形態で説明したリング型素子を設けても良い。

第１のアンテナ素子１５ａは、低い周波数帯の信号に共振するように設定される。一方、第２のアンテナ素子１５ｂは、第１のアンテナ素子１５ａの共振周波数よりも高い周波数帯の信号に共振するように各部の長さが設定されるので、各部の寸法が第１のアンテナ素子１５ａよりも短く、第１のアンテナ素子１５ａの各放射素子４１ａ〜４１ｄの間及び下方に生じたスペースを利用して設置することができる。このため導体板１１を特に大きく形成することなく、２つのアンテナ素子１５ａ、１５ｂを配置することができる。

上記のように１つの導体板１１上に２つのアンテナ素子１５ａ、１５ｂを配置することにより、小型低姿勢でありながら異なる周波数帯に対応させることができる。

なお、上記第５実施形態では、１つの導体板１１上に２つのアンテナ素子１５ａ、１５ｂを設けた場合について示したが、更にそれ以上のアンテナ素子を設けてもう良い。

本発明に係るアンテナ装置は、以上説明したように広帯域であり、且つ小型低姿勢で水平面無指向性であるので、ワンセグ放送の中継装置の他、移動体通信における中継局や無線ＬＡＮ等に使用して大きな効果を発揮することができる。また、ＧＨｚ帯等の高い周波数帯では、更にアンテナを小型化できるので、モバイル機器においても使用することが可能である。

すなわち、本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の基本構成を示す斜視図である。同実施形態に係るアンテナ装置の側面図である。本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。同アンテナ装置の無給電素子部分の配置構成を示す斜視図である。同実施形態に係るアンテナ装置の側面図である。同実施形態に係るアンテナ装置の実数部インピーダンス特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置の虚数部インピーダンス特性図である。無給電素子を設けていない場合のアンテナ装置の斜視図である。図７に示すアンテナ装置のインピーダンス特性図である。図７に示すアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。無給電素子を設けた場合のアンテナ装置の斜視図である。図１０に示すアンテナ装置のインピーダンス特性図である。図１０に示すアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１３に示したアンテナ装置の等価回路を示す図である。同実施形態に係るアンテナ装置の実数部インピーダンス特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置の虚数部インピーダンス特性図である。同実施形態におけるアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置において、無給電素子を設けていない場合の実数部インピーダンス特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置において、無給電素子を設けていない場合の虚数部インピーダンス特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置において、無給電素子を設けていない場合のＶＳＷＲ特性図である。円板状のアンテナ素子を有するアンテナ装置の斜視図である。図２１のアンテナ装置の実数部インピーダンス特性図である。図２１のアンテナ装置の虚数部インピーダンス特性図である。図２１のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。同実施形態に係るアンテナ装置において、整合板を設けていない場合のＶＳＷＲ特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図である。同実施形態に係るアンテナ装置の４７０ＭＨｚの周波数における垂直偏波水平面指向性を示す図である。同実施形態に係るアンテナ装置の５９０ＭＨｚの周波数における垂直偏波水平面指向性を示す図である。同実施形態に係るアンテナ装置の７１０ＭＨｚの周波数における垂直偏波水平面指向性を示す図である。同実施形態に係るアンテナ装置の４７０ＭＨｚの周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。同実施形態に係るアンテナ装置の５９０ＭＨｚの周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。同実施形態に係るアンテナ装置の７１０ＭＨｚの周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１１…導体板、１２…同軸コネクタ、１３…外導体、１４、１４ａ、１４ｂ…中心導体、１５…アンテナ素子、１５ａ…第１のアンテナ素子、１５ｂ…第２のアンテナ素子、１６ａ〜１６ｄ…放射素子、１７ａ〜１７ｄ…短絡素子、１８、１８ａ、１８ｂ…給電点、１９ａ〜１９ｄ…ショートピン、２１ａ〜２１ｄ…無給電素子、２５…リング形素子、２５ａ…円板状素子、３１ａ〜３１ｄ…整合板、３２ａ〜３２ｄ…スペーサ、４１ａ〜４１ｄ…第１のアンテナ素子の放射素子、４２ａ〜４２ｄ…第１のアンテナ素子のショートピン、５１ａ〜５１ｄ…第２のアンテナ素子の放射素子、５２ａ〜５２ｄ…第２のアンテナ素子のショートピン。

Claims

導体板と、
給電点を中心に等角度で配置された複数の板状放射素子を有し、前記導体板に対向して配置され、該複数の板状放射素子がそれぞれの端部の付近で前記導体板に部分的に短絡される放射部と、
外導体と中心導体とを有し、前記導体板の中央部に設けられ、該外導体が前記導体板の中央部に電気的に接続される給電端子と、
前記給電端子の中心導体と前記放射素部の給電点とを電気的に接続する給電路と、
前記導体板上に設けられ、前記複数の板状放射素子の何れかに容量結合されるように形成される少なくとも１個の金属製の無給電素子と、
を具備し、
前記導体板と前記放射部とが対向する間隔をλ／１６〜λ／１０（ただしλは使用周波数帯における最低周波数の波長）に設定することを特徴とするアンテナ装置。
前記放射部は、前記複数の板状放射素子のそれぞれの終端の付近に固着される、金属板をリング状に形成したリング型素子をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記導体板は、一辺の長さが約０．５λ以上の略正方形に形成され、
前記複数の板状放射素子は、４個以上あり、約λ／４の長さを有し、前記導体板に平行に設けられ、前記導体板に垂直に設けられたショートピンによりそれぞれの端部の付近が前記導体板に短絡され、
該複数の板状放射素子のうちの４個が、前記導体板の対角線上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
前記導体板は、前記放射部と対向する側の面の、前記複数の板状放射素子のそれぞれの延長線上の位置に、該導体板から略９０度起立させた整合板をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３記載のアンテナ装置。
前記導体板は前記中央部に孔が設けられ、前記給電端子は、前記放射部と対向する側と反対の面に設けられ、
給電路は、前記給電端子の中心導体を延長して形成され、前記孔を貫通して前記給電点にネジ止めあるいは半田付けにより接続され、
前記複数の板状放射素子と前記リング型素子は、１枚の円板状金属板により一体に形成され、
前記無給電素子は、前記容量結合に加え前記給電路との間で電磁結合し、前記容量結合は、該無給電素子の先端を前記複数の板状放射素子の何れかと平行に形成して為されることを特徴とする請求項３又は４記載のアンテナ装置。