(57)【要約】【課題】  帯域幅の拡大や、所望の指向性や偏波特性を得られるようにしたアンテナを提供する。【解決手段】  球体を垂直方向に切断した半月形状の導体のアンテナ素子１１１と、円盤を切断して形状の扇形導体１１２と、扇形導体１１２の頂角の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子１１１が接続され、アンテナ素子１１１を扇形導体１１２から離間して保持する導体のロッド１１３とからなる。広帯域に渡る放射の発生には給電部から徐々に大気中に開放される形状であることが重要であると考えられる。このことからアンテナに指向性をもたせる方法として、アンテナ素子とグラウンド板をともに扇形に切り取ることで、指向性が得られる。【選択図】        図１
2010095175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体を垂直方向に切断した半月形状の導体のアンテナ素子と、
円盤を切断して形状の扇形導体と、
前記扇形導体の頂角の挿入口から絶縁体を介して垂設され、前記アンテナ素子が接続され、前記アンテナ素子を前記扇形導体から離間して保持する導体のロッドとからなる
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
球体状の導体のアンテナ素子と、
円盤状の導体からなる導電円形板と、
前記導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、前記アンテナ素子が接続され、前記アンテナ素子を前記導電円形板から離間して保持する導体のロッドと、
前記アンテナ素子の所定の方向を覆うカバー部材とからなる
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
螺旋状のスリットが設けられた球体状の導体のアンテナ素子と、
円盤状の導体からなる導電円形板と、
前記導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、前記アンテナ素子が接続され、前記アンテナ素子を前記導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなる
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
中心ロッドと前記中心ロッドの周囲に巻回されるように配される螺旋状素子とからなり、導体の球体から削り出した形状のアンテナ素子と、
円盤状の導体からなる導電円形板と、
前記導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、前記アンテナ素子が接続され、前記アンテナ素子を前記導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなる
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
球体状の導体のアンテナ素子と、
円盤状の導体からなる導電円形板と、
前記導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、前記アンテナ素子が接続され、前記アンテナ素子を前記導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなり、
前記アンテナ素子と前記導電円形板との間の距離、前記ロッドの径、及び前記導電円形板の径を、広帯域となるように最適化したことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信に用いて好適な広帯域のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、先に、特許文献１に示されるように、球体のアンテナ素子を用いたアンテナを提案している。このようなアンテナでは、非常に広帯域な特性となる。図５０及び図５１は、かかる従来のアンテナを示すものである。【０００３】
図５０及び図５１において、１１はアンテナ素子、１２はロッドである。アンテナ素子１１は、直径が１０ｍｍで肉厚が０．２ｍｍの真鍮の球殻から成る。アンテナ素子１１は例えば直径が２．５ｍｍの真鍮のロッド１２上に貫通するように配される。そしてロッド１２は直径が３０ｍｍの円板状をなす真鍮の導電円形板１３上に立設されて取り付けられる。上記導電円形板１３の下面にはコネクタスリーブ１４が一体に連設され、このコネクタスリーブ１４に同軸ケーブル１５がコネクタ１６を介して接続される。【０００４】
アンテナ素子１１はその外周面上に円周方向に沿って６０度間隔で幅が０．５ｍｍのスリット２０が形成されている。このスリット２０はアンテナ素子１１の縦方向であってロッド１２と平行な方向に形成される。【０００５】
そしてアンテナ素子１１の上下にそれぞれ形成される直径が２．５ｍｍの貫通孔２１によってアンテナ素子１１がロッド１２に串刺し状に取り付けられる。よって、アンテナ素子１１はロッド１２に対して摺動自在に取り付けられており、アンテナ素子１１をロッド１２に対して摺動させることで、導電円形板１３からアンテナ素子１１までの距離を可変することができる。【０００６】
導電円形板１３は例えば真鍮から構成され、その表面に腐蝕を防止するメッキが施される。そして導電円形板１３の中心部に絶縁ブッシュ２３が圧入によって組込まれるとともに、この絶縁ブッシュ２３の中心孔２４を上記ロッド１２が貫通する。上記絶縁ブッシュ２３はロッド１２と導電円形板１３とを互いに絶縁する役割を果す。【０００７】
上記コネクタスリーブ１４の外周面上には雄ねじ２７が形成される。そしてこの雄ねじ２７によって接続が行われるコネクタ１６は図５１に示すように、金属製のリング２８と、このリング２８に回転自在に取り付けられる袋ナット２９とを備えている。そしてリング２８の中心部には合成樹脂製の絶縁保持体３０が設けられている。この絶縁保持体３０がピン３１をその中心部に保持している。そしてピン３１は同軸ケーブル１５の芯線３２と接続されている。【０００８】
これに対して上記コネクタ１６のリング２８の円周方向の所定の位置には切込み３３が形成され、この切込み３３に同軸ケーブル１５のシールド線３４が半田付けされている。従って袋ナット２９がコネクタスリーブ１４の雄ねじ２７に螺着されると、シールド線３４が導電円形板１３に接続される。これに対して同軸ケーブル１５の芯線３２と接続されたピン３１はロッド１２の下端に形成されている中心孔３６内に圧入される。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０１５６８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように構成されるアンテナによれば、数ＧＨｚに及ぶ非常に広帯域を確保することができる。しかしながら、近年、ＵＷＢ通信が脚光を浴びており、ＵＷＢ通信に好適なさらに広帯域のアンテナが要望されている。また、ＵＷＢ通信では、指向性のアンテナが要望される場合がある。【００１０】
本発明は、上述の課題を鑑み、帯域幅の拡大や、所望の指向性や偏波特性を得られるようにしたアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、第１の発明は、球体を垂直方向に切断した半月形状の導体のアンテナ素子と、円盤を切断して形状の扇形導体と、扇形導体の頂角の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を扇形導体から離間して保持する導体のロッドとからなることを特徴とするアンテナである。【００１２】
第２の発明は、球体状の導体のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドと、アンテナ素子の所定の方向を覆うカバー部材とからなることを特徴とするアンテナである。【００１３】
第３の発明は、螺旋状のスリットが設けられた球体状の導体のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなることを特徴とするアンテナである。【００１４】
第４の発明は、中心ロッドと中心ロッドの周囲に巻回されるように配される螺旋状素子とからなり、導体の球体から削り出した形状のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなることを特徴とするアンテナである。【００１５】
第５の発明は、球体状の導体のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなり、アンテナ素子と導電円形板との間の距離、ロッドの径、及び導電円形板の径を、広帯域となるように最適化したことを特徴とするアンテナである。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、球体を垂直方向に切断した半月形状の導体のアンテナ素子と、円盤を切断して形状の扇形導体と、扇形導体の頂角の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を扇形導体から離間して保持する導体のロッドとを有しているので、広帯域アンテナで指向性を持たせることができる。【００１７】
第２の発明によれば、球体状の導体のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドと、アンテナ素子の所定の方向を覆うカバー部材とを有しているので、広帯域アンテナで指向性を持たせることができる。【００１８】
第３の発明によれば、螺旋状のスリットが設けられた球体状の導体のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドとを有しているので、広帯域アンテナで偏波面を調整することができる。【００１９】
第４の発明によれば、中心ロッドと中心ロッドの周囲に巻回されるように配される螺旋状素子とからなり、導体の球体から削り出した形状のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドとを有しているので、さらなる広帯域化が図れ、また、偏波面を調整することができる。【００２０】
第５の発明によれば、球体状の導体のアンテナ素子と、円盤状の導体からなる導電円形板と、導電円形板の中心の挿入口から絶縁体を介して垂設され、アンテナ素子が接続され、アンテナ素子を導電円形板から離間して保持する導体のロッドとからなり、アンテナ素子と導電円形板との間の距離、ロッドの径、及び導電円形板の径を、広帯域となるように最適化しているので、さらなる広帯域化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示すものである。この実施形態のアンテナは、特定方向に指向性を有する特性を得るものである。【００２２】
図１において、１１１はアンテナ素子、１１２は扇形導体、１１３はロッドである。アンテナ素子１１１は、金属（例えば銅、真鍮）等の導体から形成され、球体を垂直方向に分断した半月形状をなす。アンテナ素子１１１としては、中空としても良い。また、アンテナ素子１１１は、絶縁体に金属メッキを施して、形成しても良い。【００２３】
扇形導体１１２は、円盤を分断した扇形の形状をなす。アンテナ素子１１１と扇形導体１１２とは、同方向に向けられる。扇形導体１１２は金属（例えば銅、真鍮）の板から形成される。扇形導体１１２の頂角の部分にリング状の取付部１１９が形成され、この取付部１１９の中心に開口１１５が形成される。この開口１１５に、テフロン（登録商標）等の絶縁体１１６を介して、ロッド１１３が垂設される。ロッド１１３は、金属（例えば銅、真鍮）の板から形成される。【００２４】
ロッド１１３は、アンテナ素子１１１を扇形導体１１２から離間して保持する。ロッド１１３とアンテナ素子１１１とは電気的に接続される。扇形導体１１２とアンテナ素子１１１とは、電気的に絶縁される。このようなアンテナでは、ロッド１１３の基端が給電点になり、扇形導体１１２がグランド板となる。【００２５】
本発明に係るアンテナの原理を調査した結果、広帯域に渡る放射の発生には給電部から徐々に大気中に開放される形状であることが重要であると考えられる。このことからアンテナに指向性をもたせる方法として、アンテナ素子とグラウンド板をともに扇形に切り取ることが考えられる。そこで、この実施形態では、半月形のアンテナ素子１１１と、扇形導体１１２とを用いて、所望の指向性が得られるようにしている。【００２６】
図２は、本発明の第１実施形態の反射特性を示すものである。図２において、横軸は周波数を示し、縦軸はリターンロスを示す。図２に示すように、この実施形態では、周波数５ＧＨｚ以上の帯域がリターンロス−１０ｄＢ以下となっており、広帯域特性となっている。【００２７】
また、図３（ａ）〜図３（ｄ）は、１０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図３（ａ）は三次元表示、図３（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図３（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図３（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００２８】
また、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、１０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図４（ａ）は三次元表示、図４（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図４（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図４（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００２９】
また、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、２０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図５（ａ）は三次元表示、図５（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図５（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図５（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００３０】
また、図６（ａ）〜図６（ｄ）は、２０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図６（ａ）は三次元表示、図６（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図６（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図６（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００３１】
また、図７（ａ）〜図７（ｄ）は、３０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図７（ａ）は三次元表示、図７（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図７（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図７（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００３２】
また、図８（ａ）〜図８（ｄ）は、３０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図８（ａ）は三次元表示、図８（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図８（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図８（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００３３】
図３〜図８に示す特性から、この実施形態では、特に、周波数が高くなると、指向性が強くなることが分かる。【００３４】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態を示すものである。この実施形態は、アンテナ素子を覆うフードを設けて、指向性を持たせるものである。【００３５】
図９において、２１１はアンテナ素子、２１２は導電円形板、２１３はロッド、２１４はフードである。アンテナ素子２１１は球体であり、の金属（例えば銅、真鍮）等の導体から形成される。アンテナ素子２１１の内部は、中空とすることができる。また、アンテナ素子２１１は、絶縁体に金属薄膜メッキを施して、形成しても良い。【００３６】
導電円形板２１２は、円盤状の導体から形成され、その中心に開口２１５が配設される。アンテナ素子２１１としては、金属（例えば銅、真鍮）から形成される。ロッド２１３は、金属（例えば銅、真鍮）から形成される。開口２１５に、テフロン（登録商標）等の絶縁体２１６を介して、ロッド２１３が垂設される。ロッド２１３の先端には、アンテナ素子２１１が接続される。アンテナ素子２１１とロッド２１３とは電気的に接続される。ロッド２１３と導電円形板２１２とは絶縁される。
ロッド２１３は、アンテナ素子２１１を導電円形板２１２から離間して保持する。【００３７】
このようなアンテナでは、ロッド２１３の基端が給電点になり、導電円形板２１２がグランド板となる。また、アンテナ素子２１１の一部を覆うフード２１４が設けられる。フード２１４は、導電円形板２１２に接続することで、接地されている。【００３８】
この実施形態では、フード２１４を設け、アンテナ素子２１１の一部をフード２１４で覆うようにしている。アンテナ素子２１１から放射される電磁波のうち、フード２１４で覆われている部分は、遮蔽される。これにより、所望の指向特性が得られる。【００３９】
図１０は、本発明の第２実施形態の反射特性を示すものである。図１０において、横軸は周波数を示し、縦軸はリターンロスを示す。図１０に示すように、フード２１４を設けることで、帯域特性にも変化が現れる。【００４０】
また、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、１０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図１１（ａ）は三次元表示、図１１（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１１（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１１（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００４１】
また、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、１０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図１２（ａ）は三次元表示、図１２（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１２（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１２（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００４２】
また、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、２０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図１３（ａ）は三次元表示、図１３（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１３（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１３（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００４３】
また、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、２０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図１４（ａ）は三次元表示、図１４（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１４（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１４（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００４４】
また、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、４０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図１５（ａ）は三次元表示、図１５（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１５（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１５（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００４５】
また、図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は、４０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図１６（ａ）は三次元表示、図１６（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１６（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１６（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００４６】
図１１〜図１６に示す特性から、フード２１４を設けることで、指向性が得られることが分かる。【００４７】
＜第３実施形態＞
図１７は、本発明の第３実施形態を示すものである。この実施形態では、アンテナ素子にスリットを設けて、偏波面の調整や帯域の改善を図っている。【００４８】
図１７において、３１１はアンテナ素子、３１２は導電円形板、３１３はロッドである。アンテナ素子３１１は球体の導体から形成される。アンテナ素子３１１の内部は中空となっており、アンテナ素子３１１には、螺旋状のスリット３１８が設けられる。このスリット３１８は、アンテナ素子３１１の球面に沿って、横方向に巻回する１本の螺旋状となっている。また、アンテナ素子３１１は、絶縁体に金属薄膜メッキを施して、形成しても良い。【００４９】
導電円形板３１２は、円盤状の導体から形成され、その中心に開口３１５が配設される。開口３１５に、テフロン（登録商標）等の絶縁体３１６を介して、ロッド３１３が垂設される。ロッド３１３の先端は、アンテナ素子３１１に接続される。アンテナ素子３１１とロッド３１３とは電気的に接続される。ロッド３１３と導電円形板３１２とは絶縁される。ロッド３１３は、アンテナ素子３１１を導電円形板３１２から離間して保持する。このようなアンテナでは、ロッド３１３の基端が給電点になり、導電円形板３１２がグランド板となる。【００５０】
このように、この実施形態では、球状のアンテナ素子３１１に、１本の螺旋状のスリット３１８を設けるようにしている。スリット３１８は、例えば１ターンあたり２ｍｍのピッチで１ｍｍのスリット幅としている。【００５１】
図１８は、本発明の第３実施形態の反射特性を示すものである。図１８において、横軸は周波数を示し、縦軸はリターンロスを示す。図１８に示すように、この実施形態では、広帯域特性となる。【００５２】
また、図１９（ａ）〜図１９（ｄ）は、１０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図１９（ａ）は三次元表示、図１９（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図１９（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図１９（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００５３】
また、図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、１０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図２０（ａ）は三次元表示、図２０（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図２０（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図２０（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００５４】
また、図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、２０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図２１（ａ）は三次元表示、図２１（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図２１（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図２１（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００５５】
また、図２２（ａ）〜図２２（ｄ）は、２０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図２２（ａ）は三次元表示、図２２（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図２２（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図２２（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００５６】
また、図２３（ａ）〜図２３（ｄ）は、４０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図２３（ａ）は三次元表示、図２３（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図２３（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図２３（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００５７】
また、図２４（ａ）〜図２４（ｄ）は、４０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性を示すものであり、図２４（ａ）は三次元表示、図２４（ｂ）はｘ−ｙ面表示、図２４（ｃ）はｙ−ｚ面表示、図２４（ｄ）はｚ−ｘ面表示である。【００５８】
以上の特性から分かるように、スリット３１８がないのときには、垂直方向の放射しか見られなかったが、スリット３１８を設けた結果、垂直方向の放射より弱いものの水平方向の放射も見られるようになっている。【００５９】
＜第４実施形態＞
図２５は、本発明の第４実施形態を示すものである。この実施形態は、アンテナ素子を球体から削り出した螺旋状の形状として、偏波面の調整や帯域の改善を図っている。【００６０】
図２５において、４１１はアンテナ素子、４１２は導電円形板、４１３はロッドである。アンテナ素子４１１は、例えば直径１０ｍｍの導体の球体から削り出した形状のもので、中心ロッド４１７と、中心ロッド４１７を巻回するように配設された螺旋状素子４１８とからなる。螺旋状素子４１８の厚さは例えば１ｍｍであり、螺旋状素子４１８は下から上まで１回転とされている。アンテナ素子４１１としては、金属（例えば銅、真鍮）から形成される。アンテナ素子４１１の中心ロッド４１７は、ロッド４１３の先端とが接続されている。【００６１】
導電円形板４１２は、円盤状の導体から形成され、その中心に開口４１５が配設される。開口４１５に、テフロン（登録商標）等の絶縁体４１６を介して、ロッド４１３が垂設される。ロッド４１３は、金属（例えば銅、真鍮）から形成される。ロッド４１３は、アンテナ素子４１１を導電円形板４１２から離間して保持する。このようなアンテナでは、ロッド４１３の基端が給電点になり、導電円形板４１２がグランド板となる。なお、ロッド４１３とアンテナ素子４１１とを一体的に形成しても良い。【００６２】
図２６は、本発明の第４実施形態の反射特性を示すものである。図２６において、横軸は周波数を示し、縦軸はリターンロスを示す。図２６に示すように、この第４実施形態では、１２０ＧＨｚ以上の高い周波数まで、リターンロスが−１０ｄＢ以下の帯域が続き、非常に広い帯域が得られる。【００６３】
また、図２７は、１０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性の三次元表示であり、図２８は、１０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性の三次元表示である。また、図２９は、２０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性の三次元表示であり、図３０は、２０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性の三次元表示である。また、図３１は、４０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性の三次元表示であり、図３２は、４０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性の三次元表示である。また、図３３は、８０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性の三次元表示であり、図３４は、８０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性の三次元表示である。また、図３５は、１２０ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性の三次元表示であり、図３６は、１２０ＧＨｚにおける水平偏波放射特性の三次元表示である。【００６４】
＜第５実施形態＞
図３７及び図３８は、本発明の第５実施形態を示すものである。この実施形態は、さらなる広帯域化を図るようにしたものである。図３７及び図３８において、５１１はアンテナ素子、５１２は導電円形板、５１３はロッドである。【００６５】
アンテナ素子５１１は球体の導体から形成される。アンテナ素子５１１の内部は中空とすることができる。アンテナ素子５１１としては、金属（例えば銅、真鍮）等の導体から形成される。また、アンテナ素子５１１は、絶縁体に金属薄膜メッキを施して、形成しても良い。【００６６】
導電円形板５１２は、円盤状の導体から形成され、その中心に開口５１５が配設される。導電円形板５１２は、金属（例えば銅、真鍮）から形成される。図３８に示すように、ロッド５１３の基端５１３ｂは、ロッド５１３の全体の軸径より細く成形されており、この基端５１３ｂの部分が開口５１５内に挿入される。開口５１５に、テフロン（登録商標）等の絶縁体５１６を介して、ロッド５１３が垂設される。ロッド５１３は、金属（例えば銅、真鍮）から形成される。ロッド５１３の先端５１３ａは、アンテナ素子５１１に接続される。アンテナ素子５１１とロッド５１３とは電気的に接続される。【００６７】
ロッド５１３の基端５１３ｂは給電点になり、ロッド５１３の基端５１３ｂに同軸ケーブルの芯線側が接続される。導電円形板５１２とロッド５１３との間は絶縁体５１６により絶縁される。導電円形板５１２はグランド板となり、導電円形板５１２に同軸ケーブルの網線が接続される。【００６８】
上述のように構成されるアンテナについて、表面電流及び電界分布についてシミュレーションにより考察した結果、球表面の電流分布に着目すると、球下部の給電部から上部に向けて電流が一方向に流れていることが分かり、定在波は顕著でない。これは進行波アンテナの特徴であると考えられる。このような特性を示す理由は伝送線路としてみれば、球体のアンテナ素子５１１とグラウンド面（導電円形板５１２）が空中に向けて徐々に広がる構造であるためにインピーダンスがスムーズに変化し、空中への整合性が良いためと考えられる。また電流分布に着目すれば静電界における球上の電荷分布のように給電部に近い球の下部に電流が集中し、上部へ行くほどまばらに、天頂部では微少になり、それにともない端点である天頂部から反射される電流が少ないためといえる。これらの結果として、周波数に依存して反射が大きくなることが起こりにくく、広い周波数範囲に渡って動作可能となっている。【００６９】
このようなアンテナの帯域幅は、後に説明するように、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄにより変化することが確認されている。本発明の第５実施形態では、ロッド５１３の基端５１３ｂを開口５１５に垂設し、ロッド５１３の先端５１３ａをアンテナ素子５１１の外周に接続することで、アンテナ素子５１１を導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを、帯域幅が最大となる位置に保持している。【００７０】
また、このようなアンテナの帯域幅は、ロッド５１３の軸径により変化することが確認されている。本発明の第５実施形態では、ロッド５１３全体の軸径を、帯域幅が広くなるような太さに設定している。【００７１】
また、このようなアンテナの帯域幅は、ロッド５１３の導電円形板５１２の径により変化することが確認されている。本発明の第５実施形態では、導電円形板５１２の径を、帯域幅が広くなるような大きさに設定している。【００７２】
このように、本発明の第５実施形態では、（１）導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さ、（２）ロッド５１３の直径、（３）導電円形板５１２の直径の３つのパラメータを最適化して、広帯域が確保できるようにしている。このことについて、以下に、シミュレーションモデルを使って説明する。【００７３】
図３９は、本願発明の特性を解析するための一次アンテナモデルを示すものである。この一次アンテナモデルでは、各パラメータを以下のように設定している。【００７４】
アンテナ素子５１１の直径：１０ｍｍ
導電円形板５１２の直径：６０ｍｍ
開口５１５の直径：８．４ｍｍ
ロッド５１３の直径：２．５ｍｍ
ロッド５１３の基端の直径：２．５ｍｍ【００７５】
このような一次アンテナモデルから、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを変化させることにより、帯域幅が拡大できることが確認できる。【００７６】
すなわち、図４０は、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄと、帯域幅の関係を示したものである。なお、帯域幅は反射によるリターンロスが−１０ｄＢ
以下となる帯域とし、反射特性は同軸のグラウンド面表面から０．０５ｍｍ下の位置で観測した。また、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄは、０から０．１ｍｍずつ調整した。【００７７】
図４０に示す結果から、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１．４ｍｍとしたときに、５．１ＧＨｚ〜２２．０ＧＨｚの帯域幅となり、帯域幅が最大となることが分かる。【００７８】
図４１は、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを０としたときの反射特性と、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１．４ｍｍとしたときの反射特性を示している。図４１において、横軸は周波数を示し、縦軸は反射によるリターンロスを示している。図４１からも、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１．４ｍｍとしたときに、広い帯域幅が得られることが分かる。【００７９】
次に、図４２に示すような二次アンテナモデルを作成した。二次アンテナモデルでは、以下のように各パラメータが設定される。【００８０】
アンテナ素子５１１の直径：１０ｍｍ
導電円形板５１２の直径：３０ｍｍ
開口５１５の直径：８．４ｍｍ
ロッド５１３の直径：３ｍｍ
ロッド５１３の基端の直径：２．５ｍｍ【００８１】
前述の一次アンテナモデルでは、ロッド５１３の軸径を２．５ｍｍとしているのに対して、この二次アンテナモデルでは、ロッド５１３の軸径を３ｍｍとしている。また、前述の一次アンテナモデルでは、導電円形板５１２の直径を６０ｍｍとしているのに対して、この二次アンテナモデルでは、導電円形板５１２の直径を３０ｍｍとしている。【００８２】
図４３は、一次アンテナモデルにおける導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄの帯域幅特性と、二次アンテナモデルにおける導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄの帯域幅特性とを比較したものである。【００８３】
図４３に示すように、二次アンテナモデルでは、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄが１ｍｍのときに帯域が最大となる。【００８４】
また、図４４は、二次アンテナモデルにおいて、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１ｍｍのときの周波数とリターンロスとの関係を示す。図４４から、反射によるリターンロスが−１０ｄＢ以下の帯域は６．５ＧＨｚ〜３９．０ＧＨｚとなり、一次モデルのときより広い帯域幅が得られることが分かる。【００８５】
一次アンテナモデルより二次アンテナモデルの方が広帯域である理由について、以下に考察する。【００８６】
一次アンテナモデルと二次アンテナモデルとの違いは、一次アンテナモデルでは、ロッド５１３の軸径を２．５ｍｍとしているのに対して、この二次アンテナモデルでは、ロッド５１３の軸径を３ｍｍとしている点と、一次アンテナモデルでは、導電円形板５１２の直径を６０ｍｍとしているのに対して、二次アンテナモデルでは、導電円形板５１２の直径を３０ｍｍとしている点である。【００８７】
そこで、二次アンテナモデルにおいて、寸法を１箇所ずつ変更して、反射特性の比較検討を行った。つまり、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１ｍｍとしたときの二次アンテナモデルの反射特性を求め、次に、導電円形板５１２の直径を３０ｍmから６０ｍｍに変更して反射特性を求め、次に、ロッドの直径を３ｍｍから２．５ｍｍに変更して反射特性を求めて、比較検討を行った。図４５は、この反射特性の比較結果を示す。【００８８】
図４５より、導電円形板５１２の直径を３０ｍmから６０ｍｍに変更すると、帯域が若干拡大した。特に帯域の下限周波数の低域化が明らかである。また、ロッド５１３の直径を３ｍｍから２．５ｍｍに変更すると、帯域の上限周波数が大きく下がっている。【００８９】
これらの結果から、二次モデルでは、ロッド５１３の直径を３ｍｍから２．５ｍｍに変更したことにより、１次モデルより帯域幅が広くなったと言える。また、このことから、二次モデルにおいて、導電円形板５１２の直径を３０ｍｍから６０ｍｍに変更することで、さらに、広帯域を得ることができると考えられる。【００９０】
以上の結果から、上述の二次モデルで、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１ｍｍにし、導電円形板５１２の直径を６０ｍｍに変更すると、最も広帯域が確保できることが分かる。【００９１】
図４６〜図４９は、このように、二次モデルで、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さｄを１ｍｍにし、導電円形板５１２の直径を６０ｍｍとし、全体を８分の１に縮小したモデルについて、解析を行った結果を示す。【００９２】
図４６は、ミリ波帯に適用した場合の反射特性を示す。図４６に示すように、反射によるリターンロスが−１０ｄＢ以下になる帯域は、４２ＧＨｚ〜３１６ＧＨｚとなり、非常に広帯域となることが分かる。【００９３】
また、図４７（ａ）及び図４７（ｂ）は、１００ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図４７（ａ）は三次元表示、図４７（ｂ）はｘ−ｙ面表示である。【００９４】
また、図４８（ａ）及び図４８（ｂ）は、２００ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図４８（ａ）は三次元表示、図４８（ｂ）はｘ−ｙ面表示である。【００９５】
また、図４９（ａ）及び図４９（ｂ）は、４００ＧＨｚにおける垂直偏波放射特性を示すものであり、図４９（ａ）は三次元表示、図４９（ｂ）はｘ−ｙ面表示である。【００９６】
以上説明したように、本発明の実施形態では、導電円形板５１２からアンテナ素子５１１までの高さ、ロッド５１３の直径、導電円形板５１２の直径の３つのパラメータを最適化することで、帯域幅を広げることができる。【００９７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、ＵＷＢ通信の他、広帯域を通信のアンテナや、マルチバンドのアンテナとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１実施形態のアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のアンテナの反射特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態のアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態のアンテナの反射特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の第２実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図１６】本発明の第２実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第３実施形態のアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第３実施形態のアンテナの反射特性を示すグラフである。
【図１９】本発明の第３実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２０】本発明の第３実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２１】本発明の第３実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２２】本発明の第３実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２３】本発明の第３実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２４】本発明の第３実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２５】本発明の第４実施形態のアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２６】本発明の第４実施形態のアンテナの反射特性を示すグラフである。
【図２７】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２８】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図２９】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３０】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３１】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３２】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３３】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３４】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３５】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３６】本発明の第４実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図３７】本発明の第５実施形態のアンテナの構成を示す斜視図である。
【図３８】本発明の第５実施形態のアンテナの構成を示す断面図である。
【図３９】本発明の第５実施形態のアンテナを解析するための一次モデルを示す断面図である。
【図４０】アンテナ素子の高さと帯域幅との関係を示すグラフである。
【図４１】一次モデルでのアンテナ素子の高さと反射特性との関係を示すグラフである。
【図４２】本発明の第５実施形態のアンテナを解析するための一次モデルを示す断面図である。
【図４３】アンテナ素子の高さと帯域幅との関係を示すグラフである。
【図４４】二次モデルでの反射特性を示すグラフである。
【図４５】各パラメータでの反射特性を示すグラフである。
【図４６】本発明の第５実施形態のアンテナの反射特性を示すグラフである。
【図４７】本発明の第５実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図４８】本発明の第５実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図４９】本発明の第５実施形態の放射特性を示すグラフである。
【図５０】従来の球状アンテナ素子を用いたアンテナの説明に用いる斜視図である。
【図５１】従来の球状アンテナ素子を用いたアンテナの説明に用いる断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１１１  アンテナ素子
１１２  扇形導体
１１３  ロッド
１１５  開口
１１６  絶縁体
１１９  取付部
２１１  アンテナ素子
２１２  導電円形板
２１３  ロッド
２１４  フード
２１５  開口
２１６  絶縁体
３１１  アンテナ素子
３１２  導電円形板
３１３  ロッド
３１５  開口
３１６  絶縁体
３１８  スリット
４１１  アンテナ素子
４１２  導電円形板
４１３  ロッド
４１５  開口
４１６  絶縁体
４１８  螺旋状素子
５１１  アンテナ素子
５１２  導電円形板
５１３  ロッド
５１５  開口
５１６  絶縁体
【図１】
2010095175.tif 000003
【図２】
2010095175.tif 000004
【図３】
2010095175.tif 000005
【図４】
2010095175.tif 000006
【図５】
2010095175.tif 000007
【図６】
2010095175.tif 000008
【図７】
2010095175.tif 000009
【図８】
2010095175.tif 000010
【図９】
2010095175.tif 000011
【図１０】
2010095175.tif 000012
【図１１】
2010095175.tif 000013
【図１２】
2010095175.tif 000014
【図１３】
2010095175.tif 000015
【図１４】
2010095175.tif 000016
【図１５】
2010095175.tif 000017
【図１６】
2010095175.tif 000018
【図１７】
2010095175.tif 000019
【図１８】
2010095175.tif 000020
【図１９】
2010095175.tif 000021
【図２０】
2010095175.tif 000022
【図２１】
2010095175.tif 000023
【図２２】
2010095175.tif 000024
【図２３】
2010095175.tif 000025
【図２４】
2010095175.tif 000026
【図２５】
2010095175.tif 000027
【図２６】
2010095175.tif 000028
【図２７】
2010095175.tif 000029
【図２８】
2010095175.tif 000030
【図２９】
2010095175.tif 000031
【図３０】
2010095175.tif 000032
【図３１】
2010095175.tif 000033
【図３２】
2010095175.tif 000034
【図３３】
2010095175.tif 000035
【図３４】
2010095175.tif 000036
【図３５】
2010095175.tif 000037
【図３６】
2010095175.tif 000038
【図３７】
2010095175.tif 000039
【図３８】
2010095175.tif 000040
【図３９】
2010095175.tif 000041
【図４０】
2010095175.tif 000042
【図４１】
2010095175.tif 000043
【図４２】
2010095175.tif 000044
【図４３】
2010095175.tif 000045
【図４４】
2010095175.tif 000046
【図４５】
2010095175.tif 000047
【図４６】
2010095175.tif 000048
【図４７】
2010095175.tif 000049
【図４８】
2010095175.tif 000050
【図４９】
2010095175.tif 000051
【図５０】
2010095175.tif 000052
【図５１】
2010095175.tif 000053
【国際調査報告】
2010095175.tif 000054
2010095175.tif 000055
2010095175.tif 000056
2010095175.tif 000057