JP5026568B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナに関し、より特定的には、平面型のスロットアンテナに関する。

従来の八木式アンテナを屋根の上に設置する場合、家屋の景観が悪くなる、および設置時に屋根を損傷する恐れがあることから、たとえば、壁面やベランダに取付可能な平面タイプのアンテナ等、より景観に配慮した簡易な構成のアンテナが求められている。

従来の平面タイプのアンテナとして、たとえば双ループタイプのアンテナが挙げられる。しかしながら、双ループタイプのアンテナでは、利得を上げるために双ループタイプの放射器を複数設ける必要があることから、給電方法および構造が複雑になるという欠点があった。

一方、平面タイプのアンテナとして、スロットアンテナが挙げられる。一般的なスロットアンテナは、たとえば長方形の平面導体の中央においてスリットすなわち細いスロット状の孔を設け、このスリットを挟んで対向する２つの位置に給電がなされる（非特許文献１参照）。スロットアンテナでは、給電部を１ヶ所のみ設ければよいため、双ループタイプのアンテナと比べて給電方法および構造を簡易にすることができる。

スロットアンテナの一例として、たとえば、特開２００２−８４１３０号公報（特許文献１）には、以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、電波放射面を構成する略四角形の放射導体と、該放射導体と略同一形状で放射導体の背部に平行に配置した反射導体とから成るＵＨＦアンテナであって、上記放射導体は、中央部に上下方向に伸びた開口窓を有し、該開口窓の中心部左右壁部に給電点を設けている。

また、特開２００３−３３２８３４号公報（特許文献２）には、以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、正面板と、該正面板に対して略直交するよう両側に折曲されている側板からなる断面コ字状の導電板と、該導電板における上記正面板の一縁部から略垂直方向に形成されているスリットにより構成されている水平偏波用アンテナと、上記正面板と、該正面板の両側に形成されている側板とに略水平方向に形成されているスロットにより構成されている垂直偏波用アンテナとを備える。

特開２００２−８４１３０号公報 特開２００３−３３２８３４号公報

電子情報通信学会，「アンテナ工学ハンドブック（第２版）」，オーム社

近年、地上波デジタル放送の開始により、アナログ放送に比べて比較的簡易な構成のアンテナでテレビジョン放送を良好に受信することが可能となっており、上記のような平面タイプのスロットアンテナを用いることが検討され、実用化されつつある。

平面タイプのスロットアンテナは、従来の八木式アンテナのように必ずしも屋根の上に設置する必要はなく、家屋の壁面やベランダの柵等に容易に設置することができるという利点があり、それに伴ってアンテナ本体の小型化，薄型化が要求されている。

一方で、アンテナの使用周波数帯域は、アンテナ本体の導体部の寸法に関連しており、アンテナを小型化することによって、使用周波数帯域におけるアンテナ特性が低下することが懸念される。そのため、アンテナ特性の低下を防止あるいはアンテナ特性を向上させつつ、アンテナの小型化を実現することが望まれている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、平面型のスロットアンテナにおいて、アンテナの大型化を防止しつつアンテナ特性を向上させることである。

本発明によるアンテナは、放射器と、導波器とを備える。放射器は、略長方形状を有する導電体の第１の本体部を含み第１の本体部の長方形内部にスリットが形成されるとともに給電部を有し、電波の送信および受信の少なくとも一方を行なう。導波器は、放射器と距離を隔てて対向し、略長方形状を有する導電体の第２の本体部を含み、第２の本体部の長方形内部にスリットが形成される。

好ましくは、第２の本体部の各短辺は、第１の本体部の各短辺よりも短くなるように形成される。

好ましくは、第２の本体部の各長辺の長さは、第１の本体部の各長辺の長さの６０〜１００％の範囲に設定される。

好ましくは、第２の本体部の各長辺は、第１の本体部の各長辺と等しい長さに設定される。

好ましくは、放射器は、第１の屈曲部と、第１のサイドフィンとをさらに含む。第１の屈曲部は、第１の本体部の各長辺の端部において、導波器と対抗する面とは逆の面側に折れ曲がるとともに短辺方向に突出する。第１のサイドフィンは、各第１の屈曲部の長辺方向の略中央から、短辺方向に突出する。導波器は、第２の屈曲部と、第２のサイドフィンとをさらに含む。第２の屈曲部は、第２の本体部の各長辺の端部において、放射器と対抗する面側に第１の屈曲部と略平行となるように折れ曲がるとともに、短辺方向に突出する。第２サイドフィンは、各第２の屈曲部の長辺方向の略中央から、短辺方向に突出する。

好ましくは、放射器は、第１の本体部の各短辺の端部において、導波器と対抗する面とは逆の面側に略直角に折れ曲がる第３の屈曲部をさらに含む。導波器は、第２の本体部の各短辺の端部において、放射器と対抗する面側に略直角に折れ曲がる第４の屈曲部をさらに含む。

好ましくは、アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとすると、放射器と導波器との間の距離は、λ／２０以下に設定される。

好ましくは、アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとすると、第２の本体部の各短辺の長さは、いずれもλ／２よりも小さく設定される。

好ましくは、第２の本体部の各短辺の長さは、０．２５λ〜０．３５λの範囲に設定される。

好ましくは、アンテナは、放射器の導波器と対向する面とは逆の面に距離を隔てて対向して配置された反射器をさらに備える。

好ましくは、アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとすると、放射器と反射器との間の距離は、λ／１０以下に設定される。

好ましくは、電波は、ＵＨＦ（Ultrahigh Frequency）帯の電波である。

本発明によれば、平面型のスロットアンテナにおいて、アンテナの大型化を防止しつつアンテナ特性を向上させることができる。

本実施の形態に従う平面型スロットアンテナの斜視図である。 図１の平面型スロットアンテナの分解図である。 図１の平面型スロットアンテナの三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示す。 平面型スロットアンテナの第１の比較例の斜視図である。 平面型スロットアンテナの第２の比較例の斜視図である。 平面型スロットアンテナの第３の比較例の斜視図である。 平面型スロットアンテナの第４の比較例の斜視図である。 比較試験における、各アンテナの利得と周波数との関係の一例を示す図である。 本実施の形態に従う平面型スロットアンテナにおける他の例を示す斜視図である。 本実施の形態に従う平面型スロットアンテナにおけるさらに他の例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に従う平面型スロットアンテナ１００の斜視図である。また、図２は図１で示した平面型スロットアンテナ１００の分解図である。本実施の形態においては、アンテナ１００は、ＵＨＦ（Ultrahigh Frequency）帯の電波を送信、あるいは受信するためのアンテナを例として説明するが、電波の周波数帯はこれに限られず、たとえば、ＶＨＦ（Very High Frequency）帯の電波であってもよい。

図１および図２を参照して、アンテナ１００は、給電素子である放射器１３０と、無給電素子である導波器１１０および反射器１５０とを備える。

放射器１３０は、本体部３０と、屈曲部３２，３３，３６，３７と、サイドフィン３４，３５とを含む。

本体部３０は、上面から見た形状が略長方形状の導電体であり、その長方形内部に長辺方向（図２のＹ方向）に延伸するスリット３１が形成される。スリット３１は、本体部３０を長辺方向に二分する、すなわち本体部３０の各短辺のほぼ中点を通る直線に沿って、本体部３０の各辺から距離を隔てて矩形状に形成される。

また、本体部３０には、長辺方向のほぼ中央付近のスリット３１を挟んで対向する位置に、給電部３８が設けられている。給電部３８には、図示しない同軸ケーブルが接続される。また、給電部３８と同軸ケーブルとの間には、いずれも図示しないが、たとえば、インピーダンスを調整するためのコンデンサや整合器が設けられる場合がある。

本体部３０の２つの長辺の端部には、長辺方向に延伸するとともに短辺方向（図２のＸ方向）に突出した、導電体の屈曲部３２，３３が設けられる。屈曲部３２，３３は反射器１５０側に折り曲げられる。また、屈曲部３２，３３には、屈曲部３２，３３における本体部３０の長辺方向の中央部から短辺方向に突出した導電体のサイドフィン３４，３５がそれぞれ設けられる。サイドフィン３４，３５の形状は、たとえば矩形状に形成される。このサイドフィン３４，３５は、特に使用周波数帯域の中域周波数の利得を改善する効果がある。

本体部３０の２つの短辺の端部には、短辺方向に延伸するとともに長辺方向に突出した、導電体の屈曲部３６，３７が設けられる。屈曲部３６，３７は反射器１５０側に折り曲げられる。

これらの屈曲部３２，３３，３６，３７は、放射器１３０の長辺方向および短辺方向に延伸する全体の長さを確保しつつ、実質的な長辺方向および短辺方向の長さを短くすることができ、アンテナ１００を筐体（図示せず）に収納した場合のアンテナ全体の小型化、薄型化に寄与する。

導波器１１０は、放射器１３０に類似した形状に形成され、本体部１０と、屈曲部１２，１３，１６，１７と、サイドフィン１４，１５とを含む。導波器１１０は、放射器１３０に対向する位置に配置される。

本体部１０は、上面から見た形状が略長方形状の導電体であり、その長方形内部に長辺方向（図２のＹ方向）に延伸するスリット１１が形成される。スリット１１は、本体部１０を長辺方向に二分する、すなわち本体部１０の各短辺のほぼ中点を通る直線に沿って、本体部１０の各辺から距離を隔てて矩形状に形成される。

本体部１０の２つの長辺の端部には、長辺方向に延伸するとともに短辺方向（図２のＸ方向）に突出した、導電体の屈曲部１２，１３が設けられる。屈曲部１２，１３は放射器１３０側に、放射器１３０の屈曲部３２，３３にそれぞれ略平行となるように折り曲げられる。また、屈曲部１２，１３には、屈曲部１２，１３における本体部１０の長辺方向の中央部から短辺方向に突出した導電体のサイドフィン１４，１５がそれぞれ設けられる。サイドフィン１４，１５の形状は、たとえば矩形状に形成される。

本体部１０の２つの短辺の端部には、短辺方向に延伸するとともに長辺方向に突出した、導電体の屈曲部１６，１７が設けられる。屈曲部１６，１７は放射器１３０側に折り曲げられる。

反射器１５０は、放射器１３０が導波器１１０に対向する面とは逆側の面に対向するように配置される導電体である。反射器１５０の長辺方向の端部の各々は、放射器１３０側に折り曲げられた形状となっている。このような構成とすることによって、反射器１５０の短辺方向の長さを短くすることができ、アンテナ１００の全体の大きさを小さくすることができる。

図３は、アンテナ１００を組み立てた時の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示す。

図３（ａ）を参照して、放射器１３０の長辺方向の長さは、およそアンテナ１００の使用周波数帯域の中心波長をλとすると、特定の実施形態においてはおよそ１．２λに設定される。また、放射器１３０の短辺方向の長さは、およそλ／２に設定される。

導波器１１０は、その長辺方向の長さが、放射器１３０の長辺方向の長さの６０〜１００％の範囲となるように設定される。あるいは、好ましくは、導波器１１０の長辺方向の長さは、放射器１３０と等しく設定される。

一方、導波器１１０の短辺方向の長さは放射器１３０よりも短く、すなわちλ／２よりも短く設定される。好ましくは、導波器１１０の短辺方向の長さは、０．２５λ〜０．３５λの範囲内に設定され、特定の実施形態においては、およそ０．３λに設定される。

一般的に、アンテナの良好な特性を得るためには、放射器と反射器との距離、および放射器と導波器との距離は、それぞれおよそλ／４に設定することが必要とされる。しかしながら、上述のように、長辺方向すなわちスリットの延伸方向における放射器の長さを長くすることによって、放射器と反射器との距離、および放射器と導波器との距離をλ／４よりも短くしても広帯域性を実現することが可能となる。すなわち、アンテナ１００の特性としては、たとえば、アンテナ１００の利得、定在波比（一般にＳＷＲ（Standard Wave Ratio）またはＶＳＷＲ（Voltage Standard Wave Ratio）と呼ばれる）および前後比等になり、これらのアンテナ特性において良好な特性が得られ、帯域を広げることができる。

本実施の形態においては、図３（ｂ）のように、たとえば、放射器１３０と反射器１５０との間の距離はおよそλ／１０に設定され、放射器１３０と導波器１１０との間の距離はおよそλ／２０に設定される。このようにすることによって、アンテナ１００の薄型化を図ることができる。なお、放射器と反射器との距離および放射器と導波器との距離は、図３（ｂ）に示した距離には限定されず、所望の特性および許容されるアンテナ寸法に応じて適宜設定される。

また、上述のアンテナ１００においては、導波器１１０、放射器１３０および反射器１５０が略長方形状を有する場合を例として説明したが、たとえば、一部が面取りされた形状であってもよいし、長方形以外の多角形であってもよい。また、導波器１１０のスリット１１および放射器１３０のスリット３１も、それぞれの本体部の長辺方向に延伸する形状であれば矩形状に限定されない。

次に、本実施の形態のアンテナ１００の特性を理解するために、導波器を用いない場合、および形状の異なるいくつかの導波器を用いた場合についての比較試験を行なった結果について説明する。

図４〜図７は、比較試験に用いたアンテナの構成を示す概略図である。
図４に示すアンテナ１０１は、図１で示した本実施の形態のアンテナ１００において導波器１１０のない場合、すなわち放射器１３０および反射器１５０のみで構成されるアンテナである。

図５に示すアンテナ１０２は、アンテナ１００の導波器１１０に代えて、４つの小型の矩形状の導波器１２０，１２１，１２３，１２４を、放射器１３０の長辺方向に距離を隔てて並列の配置したアンテナである。

図６に示すアンテナ１０３は、アンテナ１００における導波器１１０に代えて、外径は導波器１１０と同じであるがスリット１１のない場合の導波器１２５を用いたアンテナである。

図７に示すアンテナ１０４は、アンテナ１００における導波器１１０に代えて、導波器１１０のサイドフィン１４，１５のない場合の導波器１２６を用いたアンテナである。

図８は、これらのアンテナを用いた比較試験における、各アンテナの利得と周波数との関係の一例を示す図である。

図８を参照して、曲線Ｗ１は図４で示した導波器を有しないアンテナ１０１の特性であり、曲線Ｗ２は図１で示した本実施の形態のアンテナ１００の特性を示す。また、曲線Ｗ３は図７で示したサイドフィンのない導波器を有するアンテナ１０４、曲線Ｗ４は図６で示したスリットのない導波器を有するアンテナ１０３、曲線Ｗ５は図５で示した小型の導波器を有するアンテナ１０２の特性を示す。

これらの特性から、本実施の形態のアンテナを用いた場合（曲線Ｗ２）は、特に４７０〜７００ＭＨｚの周波数帯域においては、他のアンテナよりも改善した利得が得られている。現在使用されている地上デジタル放送で使用されている周波数は、７１０ＭＨｚ以下であるので、本実施の形態の導波器を用いることにより、従来の導波器を用いない平面型アンテナよりも良好な利得特性を実現することができる。

他の異なる形状の導波器を用いた場合については、スリットを有するがサイドフィンを有しないアンテナ１０４（曲線Ｗ３）では、本実施の形態のアンテナよりもやや利得は低いものの、４７０〜７００ＭＨｚの周波数帯域においては従来の導波器のないアンテナよりも良好な利得特性が得られている。

サイドフィンは有するがスリットのないアンテナ１０３（曲線Ｗ４）では、４７０〜８００ＭＨｚの全ての周波数において、導波器のない従来のアンテナよりも低い利得となっている。

また、小型の導波器を有するアンテナ１０１（曲線Ｗ５）の場合は、４７０〜６５０ＭＨｚの周波数帯域では、従来のアンテナと同程度の利得となっているものの、より高い周波数においては、著しく利得が低下する結果となっている。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナでは、スリットおよびサイドフィンを有する導波器を用いることによって、アンテナの大型化を抑制して薄型化を維持しつつ、従来よりも良好な利得特性を得ることが可能となる。

なお、本発明の他の実施の形態に係るアンテナの例を、図９および図１０に示す。
図９のアンテナ１００Ａにおいては、スリットを有するが、サイドフィンのない放射器１３０Ａおよび導波器１１０Ａを用いた場合の例である。また、図１０のアンテナ１００Ｂにおいては、スリットを有するが、サイドフィンおよび長辺方向の屈曲部がない放射器１３０Ｂおよび導波器１１０Ｂを用いた場合の例である。

図９および図１０のいずれも、放射器および導波器が類似の形状をしている場合の例であり、たとえば、導波器を有しない既存のアンテナに導波器を追加する場合には、このような形状の導波器を用いることも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，３０ 本体部、１１，３１ スリット、１２，１３，１６，１７，３２，３３，３６，３７ 屈曲部、１４，１５，３４，３５ サイドフィン、３８ 給電部、１００,１００Ａ，１００Ｂ，１０１，１０２，１０３，１０４ アンテナ、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１２０，１２１，１２３，１２４，１２５，１２６ 導波器、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ 放射器。

Claims (11)

1. 電波の送信および受信の少なくとも一方を行なうためのアンテナであって、
   略長方形状を有する導電体の第１の本体部を含み、前記第１の本体部の長方形内部にスリットが形成されるとともに給電部を有する放射器と、
   前記放射器と距離を隔てて対向し、略長方形状を有する導電体の第２の本体部を含み、前記第２の本体部の長方形内部にスリットが形成される導波器とを備え、
   前記放射器は、
   前記第１の本体部の各短辺の端部において、前記導波器と対抗する面とは逆の面側に略直角に折れ曲がる第３の屈曲部をさらに含み、
   前記導波器は、
   前記第２の本体部の各短辺の端部において、前記放射器と対抗する面側に略直角に折れ曲がる第４の屈曲部をさらに含む、アンテナ。
2. 前記第２の本体部の各短辺の長さは、前記第１の本体部の各短辺の長さよりも短くなるように設定される、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第２の本体部の各長辺の長さは、前記第１の本体部の各長辺の長さの６０〜１００％の範囲に設定される、請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 前記第２の本体部の各長辺は、前記第１の本体部の各長辺と等しい長さに設定される、請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記放射器は、
   前記第１の本体部の各長辺の端部において、前記導波器と対抗する面とは逆の面側に折れ曲がるとともに短辺方向に突出する第１の屈曲部と、
   各前記第１の屈曲部の長辺方向の略中央から、短辺方向に突出する第１のサイドフィンとをさらに含み、
   前記導波器は、
   前記第２の本体部の各長辺の端部において、前記放射器と対抗する面側に前記第１の屈曲部と略平行となるように折れ曲がるとともに短辺方向に突出する第２の屈曲部と、
   各前記第２の屈曲部の長辺方向の略中央から、短辺方向に突出する第２のサイドフィンとをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ。
6. 前記アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとすると、
   前記放射器と前記導波器との間の距離は、λ／２０以下に設定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとすると、
   前記第２の本体部の各短辺の長さは、λ／２よりも小さく設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナ。
8. 前記第２の本体部の各短辺の長さは、０．２５λ〜０．３５λの範囲に設定される、請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記放射器の前記導波器と対向する面とは逆の面に距離を隔てて対向して配置された反射器をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のアンテナ。
10. 前記アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとすると、
    前記放射器と前記反射器との間の距離は、λ／１０以下に設定される、請求項９に記載のアンテナ。
11. 前記電波は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の電波である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ。

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