(57)【要約】【課題】本発明は、放射素子とグランド板が同一面上に配置されているモノポールアンテナにおいて、アンテナの無指向性を向上することを目的とする。【解決手段】本発明に係るモノポールアンテナは、放射素子１２とグランド板１１が同一面上に配置され、放射素子１２への給電点１４及びグランド板１１への給電点１３が両者を横断する第１の直線Ａ上に配置されているモノポールアンテナであって、一端がグランド板１１への給電点１３に接続され、他端が開放されている帯状導体１５を備え、帯状導体１５は、放射素子１２の外周に沿って配置され、帯状導体１５と放射素子１２との間隔は、前記一端から前記他端に向けて連続的に広がっていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射素子とグランド板が同一面上に配置され、前記放射素子及び前記グランド板への給電点が両者を横断する第１の直線上に配置されているモノポールアンテナであって、
一端が前記グランド板への前記給電点に接続され、他端が開放されている帯状導体を備え、
前記帯状導体は、前記放射素子の外周に沿って配置され、
前記帯状導体と前記放射素子との間隔は、前記帯状導体の前記一端から前記他端に向けて連続的に広がっていることを特徴とするモノポールアンテナ。
【請求項２】
前記放射素子及び前記グランド板の外周形状は、前記第１の直線に対して線対称であり、
前記帯状導体の前記他端は、前記放射素子の外周のうち、前記放射素子と前記グランド板が対向する近接部を超えかつ前記第１の直線を交差しない位置まで伸びていることを特徴とする請求項１に記載のモノポールアンテナ。
【請求項３】
前記グランド板への前記給電点及び前記帯状導体の前記他端を結ぶ直線と前記グランド板への前記給電点及び前記放射素子の前記給電点を結ぶ直線とのなす角度は、５°以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモノポールアンテナ。
【請求項４】
前記帯状導体の幅は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載のモノポールアンテナ。
【請求項５】
前記放射素子及び前記グランド板は、ループ状であり、
前記放射素子と前記グランド板が対向する近接部における前記放射素子の外周の形状と前記グランド板の外周の形状とは、前記第１の直線に直交する第２の直線に対して線対称であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモノポールアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノポールアンテナに関連し、特にＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）用モノポールアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域での大容量通信手段としてＵＷＢを利用した無線通信が注目されている。これにより、２００２年にアメリカのＦＣＣ（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）規格により３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。
【０００３】
ＵＷＢ通信に用いられるアンテナには、超広帯域でかつ小型の構造が求められる。この要望を満たすため、放射素子とグランド板が同一面上に配置されたアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来のアンテナは、放射素子とグランド板が同一面上に配置され、放射素子にループを形成し、グランド板の面積を放射素子よりも大きくしている。この構成とすることで、およそ３ＧＨｚ以上の周波数帯域において、ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）を２以下としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のモノポールアンテナは、アンテナの指向性が強かった。
【０００７】
そこで、本発明は、放射素子とグランド板が同一面上に配置されているモノポールアンテナにおいて、アンテナの無指向性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、実験により、放射素子とグランド板が同一面上に配置されているモノポールアンテナにおいて、グランド板への給電点に接続された帯状導体を放射素子に沿って配置することで、モノポールアンテナの無指向性が向上することを発見した。
【０００９】
具体的には、本発明に係るモノポールアンテナは、放射素子とグランド板が同一面上に配置され、前記放射素子及び前記グランド板への給電点が両者を横断する第１の直線上に配置されているモノポールアンテナであって、一端が前記グランド板への前記給電点に接続され、他端が開放されている帯状導体を備え、前記帯状導体は、前記放射素子の外周に沿って配置され、前記帯状導体と前記放射素子との間隔は、前記帯状導体の前記一端から前記他端に向けて連続的に広がっていることを特徴とする。
【００１０】
本発明により、放射素子とグランド板が同一面上に配置されているモノポールアンテナにおいて、アンテナの無指向性を向上することができる。
【００１１】
本発明に係るモノポールアンテナでは、前記放射素子及び前記グランド板の外周形状は、前記第１の直線に対して線対称であり、前記帯状導体の前記他端は、前記放射素子の外周のうち、前記放射素子と前記グランド板が対向する近接部を超えかつ前記第１の直線を交差しない位置まで伸びていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るモノポールアンテナでは、前記グランド板への前記給電点及び前記帯状導体の前記他端を結ぶ直線と前記グランド板への前記給電点及び前記放射素子の前記給電点を結ぶ直線とのなす角度は、５°以上であることが好ましい。
当該角度が５°未満のときに、アンテナの指向性が強くなる場合がある。このため、本発明により、当該角度が５°以上とすることで、アンテナの無指向性を向上することができる。
【００１３】
本発明に係るモノポールアンテナでは、前記帯状導体の幅は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
帯状導体の幅が２ｍｍを超えると、アンテナの指向性が強くなる場合がある。このため、本発明により、アンテナの無指向性を向上することができる。
一方、帯状導体の幅が０．１ｍｍ以上であることで、本発明に係るモノポールアンテナの製造が容易となる。このため、本発明により、モノポールアンテナの製造コストを抑えることができる。
【００１４】
本発明に係るモノポールアンテナでは、前記放射素子及び前記グランド板は、ループ状であり、前記放射素子と前記グランド板が対向する近接部における前記放射素子の外周の形状と前記グランド板の外周の形状とは、前記第１の直線に直交する第２の直線に対して線対称であることが好ましい。
本発明に係る構成とすることで、アンテナの無指向性を向上することが実験により確認されている。また、本発明に係る構成とすることで、グランド板と放射素子の面積を同一にできることが実験により確認されている。したがって、本発明により、モノポールアンテナの無指向性の向上及び小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、放射素子とグランド板が同一面上に配置されているモノポールアンテナにおいて、アンテナの無指向性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係るモノポールアンテナの構成概略図である。
【図２】放射素子及びグランド板の第１形態を示すピックアップ図である。
【図３】放射素子及びグランド板の他形態を示す構成概略図であり、（ａ）は第２形態、（ｂ）は第３形態、（ｃ）は第４形態、（ｄ）は第５形態、（ｅ）は第６形態、（ｆ）は第７形態を示す。
【図４】実施例１に係るモノポールアンテナのＶＳＷＲ特性の測定結果である。
【図５】実施例１に係るモノポールアンテナの指向性の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るモノポールアンテナの構成概略図である。本実施形態に係るモノポールアンテナは、グランド板１１と、放射素子１２と、グランド板１１への給電点１３と、放射素子１２への給電点１４と、帯状導体１５と、を備える。放射素子１２とグランド板１１は、互いに対向する近接部を有する。本実施形態では、放射素子１２の外周の一部２２とグランド板１１の外周の一部２１が対向し、近接部を構成している。
【００１９】
放射素子１２とグランド板１１が同一面上に配置されている。例えば、放射素子１２とグランド板１１は、共通の基板上に形成されている。基板材料は、ポリイミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの絶縁体であってもよいが、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの誘電体であってもよい。本実施形態に係るモノポールアンテナは、基板材料が絶縁体であっても、良好なＶＳＷＲ特性を得つつ、小型にすることができる。基板材料が誘電体であることで、モノポールアンテナの更なる小型化を図ることができる。
【００２０】
放射素子１２及びグランド板１１の外周の形状は、両者を横断する第１の直線Ａに対して線対称である。例えば、放射素子１２及びグランド板１１の外周の形状が楕円であれば、楕円の短軸が第１の直線Ａ上に配置される。放射素子１２及びグランド板１１の外周の形状は、楕円に限られず、円、楕円、多角形及びこれらの組み合わせにすることができる。この場合、放射素子１２及びグランド板１１の外周の形状の中心点が第１の直線Ａ上に配置される。放射素子１２とグランド板１１は、第１の直線Ａ上で最も近接することが好ましい。
【００２１】
給電点１３及び１４が、第１の直線Ａ上に配置されている。これにより、放射素子１２とグランド板１１が最も近接する位置に給電することができる。給電点１３及び１４は、第２の直線Ｂから等距離の位置に配置されることが好ましい。ここで、第２の直線Ｂは、第１の直線Ａに直交し、放射素子１２とグランド板１１の中心を通る直線である。給電点１３と給電点１４の距離は０．２ｍｍ以上であることが好ましく、さらに、略０．３５ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
帯状導体１５は、放射素子１２とグランド板１１の間に、放射素子１２の外周に沿って配置されている。また、帯状導体１５の一端はグランド板１１への給電点１３に接続され、帯状導体１５の他端は開放されている。このような構造から、帯状導体１５は、キャパシタンスとして機能していると考えられる。ここで、給電点１３は第１の直線Ａ上に配置されているので、帯状導体１５は、第１の直線Ａで分けられる片方に配置される。これにより、放射素子１２のうちの第１の直線Ａで分けられる片方に、リアクタンスが発生していると考えられる。
【００２３】
帯状導体１５の幅は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。帯状導体１５の幅は、均一でもよいし、不均一でもよい。不均一な場合は、帯状導体１５の幅が最も細い部分で０．１ｍｍ以上、帯状導体１５の幅が最も太い部分で２ｍｍ以下であることが好ましい。帯状導体１５の幅が０．１ｍｍ以上であれば、印刷や打ち抜きによって、帯状導体１５を容易に形成することができる。
【００２４】
放射素子１２は、ループ状である。例えば、放射素子１２の中心部分の導体が除去された構造となっている。導体が除去された内周部分の形状は、例えば、円形、楕円形、三角形以上の多角形またはこれらの組み合わせなどの任意の形状とすることができる。グランド板１１も、放射素子１２と同様にループ状であることが好ましい。
【００２５】
図２は、放射素子及びグランド板の第１形態を示すピックアップ図である。
Ｌｘ１は放射素子１２の外周の長径、Ｌｙ１は放射素子１２の外周の短径、Ｌｘ２は放射素子１２の内周の長径、Ｌｙ２は放射素子１２の内周の短径、Ｌｘ３はグランド板１１の外周の長径、Ｌｙ３はグランド板１１の外周の短径、Ｌｘ４はグランド板１１の内周の長径、Ｌｙ４はグランド板１１の内周の短径である。
Ｗｙ１は第２の直線Ｂに遠い側の放射素子１２の内周から外周までの幅、Ｗｙ２は第２の直線Ｂに近い側の放射素子１２の内周から外周までの幅、Ｗｙ３は第２の直線Ｂに近い側のグランド板１１の内周から外周までの幅、Ｗｙ４は第２の直線Ｂに遠い側のグランド板１１の内周から外周までの幅である。
Ｄ１は第２の直線Ｂと放射素子１２の外周の一部２２との距離、Ｄ２は第２の直線Ｂとグランド板１１の外周の一部２１との距離である。
【００２６】
帯状導体１５と放射素子１２との間隔Ｆは、給電点１３に接続されている一端から開放されている他端に向けて連続的に広がっている。このため、間隔Ｆは、給電点１３に接続されている端部で最小となり、開放されている端部で最大となる。間隔Ｆは、５ｍｍ以内であることが好ましい。
【００２７】
帯状導体１５の開放されている他端は、放射素子１２の外周のうち、放射素子１２とグランド板１１が対向する近接部を超えかつ第１の直線Ａを超えない位置まで伸びている。例えば、帯状導体１５の他端は、放射素子１２の外周の一部２３に対向する。放射素子１２の外周の一部２３は、放射素子１２の外周のうち、放射素子１２の外周の一部２２よりも第２の直線Ｂから遠く、かつ、第１の直線Ａで分けられた片方の領域である。このように、帯状導体１５は、グランド板１１への給電点１３から放射素子１２へ９０°以内の範囲に配置され、放射素子１２の外周を半周することはない。
【００２８】
グランド板１１への給電点１３及び帯状導体の他端を結ぶ直線とグランド板１１への給電点１３及び放射素子１２の給電点１４を結ぶ直線とのなす角度θは、５°以上であることが好ましい。ここで、給電点１３及び給電点１４は第１の直線Ａ上に配置される場合、給電点１３及び給電点１４を結ぶ直線は第１の直線Ａとなる。帯状導体１５の他端が第１の直線Ａと交差せず、かつ、角度θが５°以上となるように、帯状導体１５の長さを調整することで、モノポールアンテナのＶＳＷＲ特性を向上することができる。
【００２９】
放射素子１２の外周の一部２２の形状とグランド板１１の外周の一部２１の形状とは、第２の直線Ｂに対して線対称である。例えば、第１の直線Ａに平行な直線上における距離Ｄ１と距離Ｄ２は等しい。
【００３０】
放射素子１２の外周の一部２２とグランド板１１の外周の一部２１は、第１の直線Ａ上で放射素子１２とグランド板１１が最も近接するような湾曲形状を有していることが好ましい。特に、放射素子１２の外周の一部２２とグランド板１１の外周の一部２１の形状は、楕円の一部であることが好ましい。この場合、楕円の短軸が第１の直線Ａ上に配置される。
【００３１】
放射素子１２とグランド板１１が最も近接する第１の直線Ａ上での放射素子１２とグランド板１１の距離（Ｄ１＋Ｄ２）は、０．２ｍｍ以上であることが好ましく、さらに、略０．３５ｍｍであることが好ましい。
【００３２】
放射素子１２の外周形状及び内周形状は、楕円の短軸が第１の直線Ａ上に配置されている楕円であることが好ましい。この場合、放射素子１２の外周の長径は、１４ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることが好ましい。また、長径と短径の比Ｌｘ１：Ｌｙ１及びＬｘ２：Ｌｙ２は、１：０．３以上１：０．７以下であることが好ましい。特に長径と短径の比は２：１であることが好ましく、Ｌｘ１が４０ｍｍの場合、Ｌｙ１は２０ｍｍ、Ｌｘ２は２０ｍｍ、Ｌｙ２は１０ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
放射素子１２の外周の形状と内周の形状は、長径と短径の比すなわち楕円率が等しい楕円であることが好ましい。例えば、Ｌｘ１／Ｌｙ１＝Ｌｘ２／Ｌｙ２の関係を有する。グランド板１１も同様であり、Ｌｘ３／Ｌｙ３＝Ｌｘ４／Ｌｙ４の関係を有することが好ましい。
【００３４】
放射素子１２の内周の長径は、放射素子１２の外周の短径に等しいことが好ましい。例えば、Ｌｙ１＝Ｌｘ２の関係を有する。グランド板１１も同様であり、この場合、Ｌｙ３＝Ｌｘ４の関係を有する。
【００３５】
放射素子１２とグランド板１１は、同一形状かつ同一面積であることが好ましい。特に、放射素子１２の外周及び内周の形状と、グランド板１１の外周及び内周の形状は、楕円率の等しい楕円形であることが好ましい。この場合、Ｌｘ１／Ｌｙ１＝Ｌｘ２／Ｌｙ２＝Ｌｘ３／Ｌｙ３＝Ｌｘ４／Ｌｙ４、かつＷｙ２＝Ｗｙ３、かつＷｙ１＝Ｗｙ４の関係を有する。
【００３６】
放射素子１２及びグランド板１１の内周から外周までの幅は、第２の直線Ｂに近い側よりも遠い側の方が太いことが好ましい。例えば、Ｗｙ１＞Ｗｙ２、Ｗｙ３＜Ｗｙ４の関係を有する。
【００３７】
図３は、放射素子及びグランド板の他形態を示す構成概略図であり、（ａ）は第２形態、（ｂ）は第３形態、（ｃ）は第４形態、（ｄ）は第５形態、（ｅ）は第６形態、（ｆ）は第７形態を示す。
【００３８】
図３（ａ）に示す第２形態では、図２に示すグランド板１１の内周の長軸上に、帯状の導体を設けた形状となっている。図３（ｂ）に示す第３形態では、図２に示す放射素子１２及びグランド板１１の内周の長軸上に、帯状の導体を設けた形状となっている。このように、放射素子１２及びグランド板１１には、複数のループが形成されていてもよい。
【００３９】
図３（ｃ）に示す第４形態では、図２に示す放射素子１２を短軸方向で切断し、開放された端部同士を帯状の導体で接続した形状となっている。また、グランド板１１のループを除去している。
図３（ｄ）に示す第５形態では、図２に示す放射素子１２を短軸方向で切断し、開放された端部同士を帯状の導体で接続した形状となっている。また、図２に示すグランド板１１を短軸方向で切断し、ループを除去している。
図３（ｅ）に示す第６形態では、図２に示す放射素子１２及びグランド板１１を短軸方向で切断し、開放された端部同士を帯状の導体で接続した形状となっている。
このように、放射素子１２及びグランド板１１の外周の形状は、近接部を除いて任意の形状とすることができる。特に、近接部の端部同士を帯状の導体で渡す形状とすることで、モノポールアンテナを小型化することができる。
【００４０】
図３（ｆ）に示す第７形態では、図２に示すグランド板１１のループを除去した形状となっている。このように、グランド板１１には、ループが形成されていなくてもよい。
【実施例１】
【００４１】
図１に示すモノポールアンテナの指向性及びＶＳＷＲ特性を測定した。このときの図２に示すパラーメータは、Ｌｘ１＝Ｌｘ３＝４０ｍｍ、Ｌｙ１＝Ｌｙ３＝Ｌｘ２＝Ｌｘ４＝２０ｍｍ、Ｌｙ２＝Ｌｙ４＝１０ｍｍである。また、帯状導体１５の幅は１ｍｍ、角度θは１０°、給電点１３と１４の距離は０．３４７ｍｍである。基板には、ＰＥＴフィルムを用いた。
【００４２】
比較例１として、図１に示す帯状導体を備えないモノポールアンテナの指向性を測定した。図２に示すパラーメータは、実施例１と同様である。
【００４３】
図４は、本実施例に係るモノポールアンテナのＶＳＷＲ特性の測定結果である。両者とも、最低周波数は１．５７ＧＨｚであり、ＵＷＢアンテナの入力特性値である３．１ＧＨｚに対して十分な余裕があり、誘電体基板を用いることなく十分なＶＳＷＲ特性が得られた。
【００４４】
図５は、本実施例に係るモノポールアンテナの指向性の測定結果である。実施例１に係るモノポールアンテナのＸ−Ｙ平面放射特性では、略０ｄＢｉの真円に近い放射特性が得られた。このように、実施例１に係るモノポールアンテナの指向性は、比較例１に係るモノポールアンテナの指向性よりも、アンテナの無指向性が向上している。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ノートパソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）端末、携帯電話又はＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの情報端末機器に内蔵するアンテナに利用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１：グランド板
１２：放射素子
１３、１４：給電点
１５：帯状導体
２１：グランド板１１の外周の一部
２２、２３：放射素子１２の外周の一部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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