(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体と、
前記導電体上に空気層を挟んでマトリクス状に配置される複数の正方形素子を有するＥＢＧ構造体と、
前記ＥＢＧ構造体上に配置される放射素子と、を備え、
前記放射素子の設計中心周波数の波長をλｏとするとき、
前記導電体と前記ＥＢＧ構造体との間隔Ｌ１は、０．０１λｏ≦Ｌ１≦０．１５λｏであり、
前記ＥＢＧ構造体における前記複数の正方形素子のそれぞれは、前記導電体及び当該複数の正方形素子における他の正方形素子のいずれにも直流的に接続されていないことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記放射素子は、直線偏波を送受信する並列に配置された一対のダイポール素子と、前記直線偏波と直交する直線偏波を送受信する並列に配列された他の一対のダイポール素子と、を備え、
前記一対のダイポール素子及び前記他の一対のダイポール素子は、当該一対のダイポール素子のそれぞれの中心を結ぶ線と当該他の一対のダイポール素子のそれぞれの中心を結ぶ線とが交差するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記導電体と前記ＥＢＧ構造体との間隔Ｌ１は、０．０２５λｏ≦Ｌ１≦０．０８５λｏを満足することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記導電体と前記ＥＢＧ構造体との間隔Ｌ１は、０．０３５λｏ≦Ｌ１≦０．０７λｏを満足することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記ＥＢＧ構造体は、前記放射素子に対応する部分の正方形素子が取り除かれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記放射素子は、無給電素子を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに係わり、特に、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造体を反射板として使用するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
天井など、屋内で使用されるアンテナとしては、設置や景観上の観点から、平面構造で薄型であることが求められる。
メタマテリアル技術を用いたＥＢＧ構造体を反射板として用いることにより、アンテナを低姿勢化することが可能である。
下記特許文献１には、ＥＢＧ反射板上に配置された２周波対応アンテナが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９４３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＢＧ構造体は周波数依存性が高く狭帯域となるので、ＥＢＧ構造体を反射板として使用するアンテナは、周波数特性が狭帯域になるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＥＢＧ構造体を有する反射板を用いて、低姿勢かつ広帯域な周波数特性を有するアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）アンテナは、導電体と、前記導電体上に空気層を挟んでマトリクス状に配置される複数の正方形素子を有するＥＢＧ構造体と、前記ＥＢＧ構造体上に配置される放射素子と、を備え、前記放射素子の設計中心周波数の波長をλｏとするとき、前記導電体と前記ＥＢＧ構造体との間隔Ｌ１は、０．０１λｏ≦Ｌ１≦０．１５λｏ、好ましくは、０．０２５λｏ≦Ｌ１≦０．０８５λｏ、より好ましくは、０．０３５λｏ≦Ｌ１≦０．０７λｏであり、前記ＥＢＧ構造体における前記複数の正方形素子のそれぞれは、前記導電体及び当該複数の正方形素子における他の正方形素子のいずれにも直流的に接続されていない。
（２）（１）において、前記放射素子は、直線偏波を送受信する並列に配置された一対のダイポール素子と、直線偏波と直交する直線偏波を送受信する並列に配列された他の一対のダイポール素子と、を備え、前記一対のダイポール素子及び前記他の一対のダイポール素子は、当該一対のダイポール素子のそれぞれの中心を結ぶ線と当該他の一対のダイポール素子のそれぞれの中心を結ぶ線とが交差するように設けられている。
（３）（１）または（２）において、前記ＥＢＧ構造体は、前記放射素子に対応する部分の正方形素子が取り除かれている。
（４）（１）ないし（３）のいずかにおいて、前記放射素子は、無給電素子を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、ＥＢＧ構造体を有する反射板を用いて、低姿勢かつ広帯域な周波数特性を有するアンテナを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１のアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１のアンテナの断面図である。
【図３】本発明の実施例１のアンテナのＥＢＧ構造体の平面図である。
【図４】本発明の実施例１のアンテナの放射素子の平面図である。
【図５】本発明の実施例１のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例１のアンテナにおいて、放射素子とＥＢＧ構造体との間隔（図２のＬ２−Ｌ１）を一定にして、反射板と放射素子との間隔（図２のＬ２）を変化させたときに、反射減衰量が、−１０ｄＢとなる比帯域幅の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例２のアンテナの放射素子の平面図である。
【図８】本発明の実施例２のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例３のアンテナのＥＢＧ構造体の平面図である。
【図１０】本発明の実施例３のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例１のアンテナと比較するための、比較例のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［実施例１］
図１ないし図４は、本発明の実施例１のアンテナの一例を説明するための図である。
図２は、本実施例のアンテナの断面図、
図３は、本実施例のアンテナのＥＢＧ構造体３の平面図、
図４は、本実施例のアンテナの放射素子２の平面図である。
本実施例のアンテナは、金属板から成る反射板１と、反射板１上に配置されるＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造体３と、ＥＢＧ構造体３上に配置される放射素子２とを有する。
図２に示すように、放射素子２は、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ２１と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２とで構成される。ここで、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子２１と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２は、誘電基板上にプリント配線技術で形成してもよく、あるいは、金属の棒、管などを使用してもよい。
なお、放射素子２として、例えば、垂直偏波用のパッチアンテナ、水平偏波用のパッチアンテナ、あるいは、偏波共用のパッチアンテナを使用することも可能である。
【０００９】
図３に示すように、ＥＢＧ構造体３は、マトリクス状に配置される（７×７）個の正方形素子３１を有する。ここで、ＥＢＧ構造体３は、誘電基板上にプリント配線技術で形成してもよく、あるいは、金属の板などを使用してもよい。
なお、マトリクス状に配置される正方形素子３１の数は、要求される指向特性によって増減することができる。
ＥＢＧ構造体３は、核となる正方形素子３１のインダクタンスと、隣接する正方形素子３１との間でキャパシタンスを形成するため、固有のインピーダンス面を作り出す。そして、ＥＢＧ構造体３の正方形素子３１の大きさと間隔を適切に選ぶことにより適切なインピーダンス面を実現し、大きな効果を得ることができる。
本実施例において、アンテナの設計中心周波数ｆｏの自由空間波長をλｏとするとき、反射板１とＥＢＧ構造体３との間隔（図２のＬ１）は、０．０５λｏであり、反射板１と放射素子２との間隔（図２のＬ２）は、０．１λｏである。
また、反射板１の一辺の長さ（図２のＬ３）は、１．５２λｏである。
また、ＥＢＧ構造体３の正方形素子３１の一辺の長さ（図３のＬ４）は、０．２λｏであり、隣接する正方形素子３１との間隔（図３のＬ５）は、０．０２λｏである。
さらに、放射素子２を構成する垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子２１および水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２の幅（図４のＬ６）は、０．１２λｏ、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子２１および水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２の長さ（図４のＬ７）は、０．４６λｏ、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子２１および水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２の間隔（図４のＬ８）は、０．６４λｏである。
【００１０】
図５は、本実施例のアンテナの反射減衰量（リターンロス）特性を示すグラフである。
図５から分かるように、本実施例のアンテナにおいて、反射減衰量が、−１０ｄＢ以下となる周波数特性の比帯域幅（即ち、ＶＳＷＲ≦２となる周波数特性の比帯域幅）は、２２．３％である。なお、図５のグラフでは、設計中心周波数ｆｏは、１．９ＧＨｚ、設計中心周波数ｆｏの自由空間波長λｏは、１５７．９ｍｍである。
また、周波数特性の比帯域幅は、（ｆｗｉｄｅ×１００）／ｆｏで表される。ここで、ｆｗｉｄｅは、反射減衰量が、−１０ｄＢ以下となる周波数帯域である。
図１１は、本実施例のアンテナと比較するための、比較例のアンテナの反射減衰量（リターンロス）特性を示すグラフである。
図１１に示す比較例のアンテナは、反射板１とＥＢＧ構造体３との間隔（図２のＬ１）が、０．００６λｏである以外は、本実施例のアンテナと仕様が同じである。
図１１から分かるように、比較例のアンテナにおいて、反射減衰量が、−１０ｄＢ以下となる周波数特性の比帯域幅（即ち、ＶＳＷＲ≦２となる周波数特性の比帯域幅）は、７．６％である。なお、図１１のグラフでも、設計中心周波数ｆｏは、１．９ＧＨｚ、設計中心周波数ｆｏの自由空間波長λｏは、１５７．９ｍｍである。
【００１１】
このように、本実施例では、反射板１とＥＢＧ構造体３との間隔（図２のＬ１）を広げることにより、周波数特性を広げることができるので、本実施例によれば、低姿勢かつ広帯域な周波数特性を有するアンテナを提供することが可能となる。
図６は、本実施例のアンテナにおいて、放射素子２とＥＢＧ構造体３との間隔（図２のＬ２−Ｌ１）を一定（０．０５λｏ）にして、反射板１と放射素子２との間隔（図２のＬ２）を変化させたときに、反射減衰量が、−１０ｄＢとなる比帯域幅の変化を示すグラフである。
図６に示すグラフから、本実施例のアンテナにおいて、広帯域な周波数特性を実現するためには、反射板１とＥＢＧ構造体３との間隔（図２のＬ１）は、０．０１λｏ≦Ｌ１≦０．１５λｏ、好ましくは、０．０２５λｏ≦Ｌ１≦０．０８５λｏ、より好ましくは、０．０３５λｏ≦Ｌ１≦０．０７λｏが望ましい。
【００１２】
［実施例２］
図７は、本実施例のアンテナの放射素子２の平面図である。
本発明の実施例２のアンテナは、図７に示すように、放射素子２を構成する、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ２１と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２とが無給電素子５を有する点で、前述の実施例１のアンテナと相違する。
図７において、無給電素子５の幅（図７のＬ１０）は、０．１８λｏ、無給電素子５の長さ（図７のＬ９）は、０．２５λｏである。
図８は、本実施例のアンテナの反射減衰量（リターンロス）特性を示すグラフである。
図８から分かるように、本実施例のアンテナにおいて、反射減衰量が、−１０ｄＢ以下となる周波数特性の比帯域幅（即ち、ＶＳＷＲ≦２となる周波数特性の比帯域幅）は、５８．２％である。なお、図８のグラフでは、設計中心周波数ｆｏは、１．９ＧＨｚ、設計中心周波数ｆｏの自由空間波長λｏは、１５７．９ｍｍである。
このように、前述の実施例１のアンテナにおいて、放射素子２を構成する、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ２１と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２に、無給電素子５を設けることにより、前述の実施例１のアンテナと比して、より広帯域な周波数特性を実現することが可能となる。
【００１３】
［実施例３］
図９は、本発明の実施例３のアンテナのＥＢＧ構造体の平面図である。
本発明の実施例３のアンテナは、図９に示すように、ＥＢＧ構造体３の中央の９（＝３×３）個の正方形素子３１を取り除いた点で、前述の実施例２のアンテナと相違する。
図１０は、本発明の実施例３のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフである。
図１０から分かるように、本実施例のアンテナにおいて、反射減衰量が、−１０ｄＢ以下となる周波数特性の比帯域幅（即ち、ＶＳＷＲ≦２となる周波数特性の比帯域幅）は、５２．８％である。なお、図１０のグラフでは、設計中心周波数ｆｏは、１．９ＧＨｚ、設計中心周波数ｆｏの自由空間波長λｏは、１５７．９ｍｍである。
このように、前述の実施例２のアンテナにおいて、ＥＢＧ構造体３の中央の９（＝３×３）個の正方形素子３１を取り除くことにより、前述の実施例２のアンテナと比して、周波数特性の比帯域幅は若干狭くなるが、ＥＢＧ構造体３の中央の９（＝３×３）個の正方形素子３１を取り除いた箇所に、給電ラインを引き回すことができるので、本実施例では、前述の実施例２に比して、放射素子２を構成する、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ２１と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ２２に対する給電が容易となる。
なお、前述の実施例１のアンテナにおいても、ＥＢＧ構造体３の中央の９（＝３×３）個の正方形素子３１を取り除くことが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００１４】
１  反射板
２  放射素子
３  ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造体
５  無給電素子
２１  垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ
２２  水平偏波用の一対のダイポールアンテナ
３１  正方形素子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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