(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の送電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、
内部にスリットが形成された略矩形状を有する本体部をそれぞれ含む第１および第２の放射素子と、
外部からの給電を受ける給電部と、
前記給電部から前記第１および第２の放射素子に電力を供給する給電ラインとを備え、
前記第１の放射素子および前記第２の放射素子は、前記スリットが略同一直線上となるように前記給電部に対して対称に配置される、アンテナ。
【請求項２】
前記第１および第２の放射素子の各々に対応して、前記本体部の主平面に対向し、かつ前記主平面に平行に配置される少なくとも１つの共振素子をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１および第２の放射素子と距離を隔てて対向して配置された反射素子をさらに備える、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記共振素子は、対応する前記第１および第２の放射素子と、前記反射素子との間に配置される、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１および第２の放射素子と距離を隔てて対向して配置された反射素子をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１および第２の放射素子の各々は、前記本体部における前記スリットに平行な各辺の端部の一部から、前記スリットに直交する方向に突出するサイドフィンをさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１および第２の放射素子の各々は、前記本体部における前記スリットに平行な各辺の端部において、前記反射素子と対向する面側に折れ曲がる屈曲部を有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１および第２の放射素子の各々は、各前記屈曲部の一部から、前記スリットに直交する方向に突出するサイドフィンをさらに有する、請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記第１および第２の放射素子の各々は、前記給電ラインと接続するための給電点を含み、
前記第１の放射素子の給電点と前記第２の放射素子の給電点との間の距離は、前記アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとした場合に、略λ／２〜λの範囲に設定される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記給電ラインは、幅広面が互いに対向し、かつ平行になるように配置された平板によって構成される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記第１および第２の放射素子、前記給電ライン、および前記給電部を収納する筺体をさらに備え、
前記給電部は、
外部からの給電媒体に接続するための接続部と、
前記接続部から前記給電ラインに平行に延在し、前記筺体との位置決めをするための固定部とを含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記本体部の前記スリットに平行な各辺は、前記アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとした場合に、略λ／２に設定される、請求項１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。
【背景技術】
【０００２】
従来の八木式アンテナを屋根の上に設置する場合、家屋の景観の問題、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。
【０００３】
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。
【０００４】
特開２０１１−６６７９３号公報（特許文献１）は、平面型のスロットアンテナにおいて、放射器の短辺および長辺の各端部から反射器側に屈曲した導体板と、長辺側の屈曲した導体板の一部から突出するサイドフィンとを有する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６６７９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２４６５３号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２８９５４号公報
【特許文献４】特開２００９−１７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような平面アンテナは、家屋の壁面に取り付けられる他、室内に設置される場合がある。そのため、設置スペースの確保や外観の観点から、平面アンテナについてのさらなる小型化および薄型化が望まれている。
【０００７】
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、従来のアンテナ特性を維持しつつ、小型化および薄型化されたスロット型の平面アンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるアンテナは、第１および第２の放射素子と、外部からの給電を受ける給電部と、給電ラインとを備え、電波の送電および受信の少なくとも一方を行なう。第１および第２の放射素子は、内部にスリットが形成された略矩形状を有する本体部をそれぞれ含む。給電ラインは、給電部から第１および第２の放射素子に電力を供給する。第１の放射素子および第２の放射素子は、スリットが略同一直線上となるように給電部に対して対称に配置される。
【０００９】
好ましくは、アンテナは、第１および第２の放射素子の各々に対応して、本体部の主平面に対向し、かつ主平面に平行に配置される少なくとも１つの共振素子をさらに備える。
【００１０】
好ましくは、アンテナは、第１および第２の放射素子と距離を隔てて対向して配置された反射素子をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、共振素子は、対応する第１および第２の放射素子と反射素子との間に配置される。
【００１２】
好ましくは、第１および第２の放射素子の各々は、本体部におけるスリットに平行な各辺の端部の一部から、スリットに直交する方向に突出するサイドフィンをさらに有する。
【００１３】
好ましくは、第１および第２の放射素子の各々は、本体部におけるスリットに平行な各辺の端部において、反射素子と対向する面側に折れ曲がる屈曲部を有する。
【００１４】
好ましくは、第１および第２の放射素子の各々は、各屈曲部の一部から、スリットに直交する方向に突出するサイドフィンをさらに有する。
【００１５】
好ましくは、第１および第２の放射素子の各々は、給電ラインと接続するための給電点を含む。第１の放射素子の給電点と第２の放射素子の給電点との間の距離は、アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとした場合に、略λ／２〜λの範囲に設定される。
【００１６】
好ましくは、給電ラインは、幅広面が互いに対向し、かつ平行になるように配置された平板によって構成される。
【００１７】
好ましくは、アンテナは、第１および第２の放射素子、給電ライン、および給電部を収納する筺体をさらに備える。給電部は、外部からの給電媒体に接続するための接続部と、接続部から給電ラインに平行に延在し、筺体との位置決めをするための固定部とを含む。
【００１８】
好ましくは、本体部のスリットに平行な各辺は、アンテナの使用周波数帯の中心波長をλとした場合に、略λ／２に設定される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スロット型の平面アンテナにおいて、従来のアンテナ特性を維持しつつ、小型化および薄型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に従う２段スタック式の平面型スロットアンテナの斜視図である。
【図２】図１の平面型スロットアンテナの分解図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面の一部を示す図である。
【図４】図１の平面型スロットアンテナの平面図である。
【図５】図１の平面型スロットアンテナの給電部の詳細を説明するための図である。
【図６】共振素子の有無および共振素子の設置位置についての、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７】共振素子の有無および共振素子の設置位置についての、アンテナのＶＳＷＲと周波数との関係の一例を示す図である。
【図８】単一の放射素子を有する平面型スロットアンテナの特性と、本実施の形態に従う２段スタック式の平面型スロットアンテナの特性との比較の一例を示す図である。
【図９】共振素子の他の設置例を示す第１の図である。
【図１０】共振素子の他の設置例を示す第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本実施の形態に従う２段スタック式の平面型スロットアンテナ１００（以下、単に「アンテナ」とも称する。）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。
【００２３】
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素子１３０，１４０と、無給電素子である反射素子１５０および共振素子１７０，１８０とを備える。放射素子１３０，１４０、反射素子１５０、および共振素子１７０，１８０は、略長方形状の下部筺体１１０に収納される。なお、図１および図２においては、アンテナ内部の構造を理解しやすいように上部筺体（図示せず）が取り外された状態として示されているが、実際の使用においては、これらの素子を保護するために、上部筺体が下部筺体１１０に取り付けられる。
【００２４】
下部筺体１１０には、任意的に取付器具１２０が取り付けられる。この取付器具１２０によって、アンテナ本体を壁面や支柱などに固定することができる。なお、アンテナ１００を室内の床面等に据え置く場合には、筺体に取り付け可能なスタンド（図示せず）を用いることも可能である。
【００２５】
放射素子１３０，１４０は、外部から供給される電力を受ける給電部１６３に対して、下部筺体１１０の長辺方向（図１，２のＸ方向）に、スリット１３６，１４６（後述）が略一直線上となるように対称に配置される。すなわち、放射素子１３０，１４０は２段スタック状に配置される。
【００２６】
放射素子１３０は、本体部１３１と、屈曲部１３２，１３３と、サイドフィン１３４，１３５とを含む。
【００２７】
本体部１３１は、上面から見た形状が矩形平面状の導電板であり、その内部において下部筺体１１０の長辺方向に延在するスリット１３６が形成される。スリット１３６は、本体部１３１において、下部筺体１１０の短辺方向（図１，２のＹ方向）のほぼ中点を通る直線に沿って、本体部１３１の各辺から距離を隔てて矩形状に形成される。
【００２８】
また、本体部１３１には、スリット１３６の長手方向のほぼ中心付近の、スリット１３６を挟んで対向する位置に給電点１３７が設けられる。給電点１３７には、ボルトのような締結部材１９０によって給電ライン１６０の端部に設けられた接続点１６１が接続される。これにより、給電部１６３に供給された電力は、給電ライン１６０を通って放射素子１３０へ伝達される。
【００２９】
屈曲部１３２，１３３は、本体部１３１において縦方向（Ｘ方向）の辺から横方向（Ｙ方向）に突出し、かつ、反射素子１５０方向へ屈曲する。図４でも後述するように、放射素子１３０の横方向（Ｙ方向）の長さ（すなわち、本体部１３１と２つの屈曲部１３２，１３３をあわせた長さ）は、使用するアンテナの周波数帯の中心波長をλとした場合に略λ／２に設定される。本発明においてこの屈曲部は必須ではないが、放射素子１３０の端部を屈曲させることで、放射素子１３０の横方向の長さを確保しつつ、筺体の端部の厚みを薄くすることができる。
【００３０】
また、各屈曲部１３２，１３３の中央付近の一部から、さらにサイドフィン１３４，１３５が突出する。このサイドフィン１３４，１３５は任意的であるが、これらを設けることによって、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得られる。
【００３１】
なお、図１，２においては示されていないが、本体部１３１の横方向（Ｙ方向）の辺の端部が、さらに屈曲されるようにしてもよい。
【００３２】
放射素子１４０は基本的には放射素子１３０と同じ構造を有している。そのため、放射素子１４０の説明は繰り返さないが、放射素子１４０における本体部１４１、屈曲部１４２，１４３、サイドフィン１４４，１４５、スリット１４６、給電点１４７は、放射素子１３０における本体部１３１、屈曲部１３２，１３３、サイドフィン１３４，１３５、スリット１３６、給電点１３７にそれぞれ対応する。また、給電点１４７には、給電ライン１６０の端部に設けられた接続点１６２が接続される。
【００３３】
共振素子１７０は、放射素子１３０に対して、所定の距離を隔てて平行に設けられる。共振素子は、本発明においては必須ではないが、一般的に特定の周波数についての利得を改善するために用いられ、その長さは改善しようとする周波数に応じて設定される。
【００３４】
共振素子１７０は、放射素子１３０により生成される電磁場の形状から、一般的に放射素子１３０の給電点１３７と同じ位置に配置することが、発揮される効果の面からは好ましい。
【００３５】
本実施の形態においては、放射素子１３０の給電点１３７の裏面側、すなわち、反射素子１５０側には、給電ライン１６０の接続点１６１が下部筺体１１０とともに接続される。そのため、給電点１３７と同じ位置に配置するためには、放射素子１３０の表面側に設けることが必要となる。しかしながら、一方で、放射素子１３０の表面側への共振素子１７０の設置は、アンテナ装置全体の薄型化を妨げる要因となり得る。
【００３６】
そのため、本実施の形態においては、共振素子１７０は、放射素子１３０の裏面側、すなわち、放射素子１３０と反射素子１５０との間に、給電点１３７から下部筺体１１０の短辺端部に近づく方向に所定の距離を隔てて設けられる。なお、放射素子１４０と共振素子１８０との関係についても同様である。
【００３７】
給電ライン１６０は、上述のように、給電部１６３に供給されたアンテナ外部からの電力を放射素子１３０，１４０へ伝達する。給電ライン１６０は、幅広面が互いに対向し、かつ平行になるように配置された２枚の剛体の平板を含んで構成される。給電ラインとして、配線を用いることも可能であるが、配線の場合には、２本の配線の間隔や位置関係によってインピーダンスが変化し得る。本実施の形態のように、２段スタック式のアンテナ１００においては、給電部１６３から２つの放射素子１３０，１４０へのインピーダンスをできるだけ等しくすることが好ましいため、図のような剛体の平板を用いることが、安定したインピーダンスを確保するためにより好適である。
【００３８】
給電部１６３は、給電ライン１６０の長手方向の中央付近に設けられる。給電部１６３には、図示しない同軸ケーブルが接続されて、外部から電力が供給される。なお、給電部１６３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。
【００３９】
図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図の一部であり、放射素子１３０（１４０）、共振素子１７０（１８０）、および反射素子１５０の関係を示す。図３からわかるように、放射素子、共振素子、および反射素子は、互いに主平面が対向し、かつ平行となるように配置される。
【００４０】
図４は、図１の平面型スロットアンテナの平面図である。なお、図４においては、放射素子１４０については透視図として示され、背面側に配置される共振素子１８０等が破線で示されている。
【００４１】
図４を参照して、放射素子１３０，１４０の各々の縦方向（図４のＸ方向）の長さは、使用するアンテナの周波数帯の中心波長をλとした場合に、たとえば略λ／２に設定される。また、上述のように、放射素子１３０，１４０の各々の横方向（図４のＹ方向）の長さも、たとえば略λ／２に設定される。
【００４２】
放射素子１３０と放射素子１４０との間の間隔は、給電点間の距離が、λ／２〜λの間の範囲となるように適宜設定される。
【００４３】
図５は、図４の平面図における給電部１６３の部分の拡大図である。給電部１６３は、平行に配置された各給電ライン１６０から略Ｌ字形状に張り出した平板であり、給電ライン１６０から突出した部分の接続部１６４においてボルトのような締結部材１９１によって、給電媒体（たとえば、同軸ケーブル）の端部に設けられる接続端子（図示せず）に電気的に接続される。なお、図５において、図の右側の給電部１６３においては、接続部１６４がわかるように締結部材１９１が外された状態として示されている。
【００４４】
また、給電部１６３は、接続部１６４から給電ライン１６０の長手方向に平行に延在する固定部１６５を有する。たとえば、固定部１６５には孔部１６６が設けられ、下部筺体１１０から突出する凸部に、孔部１６６がはめ込まれる。
【００４５】
このような給電部１６３の構造は必ずしも必須の構成ではないが、このような構造とすることによって、給電ライン１６０を基板１９５に締結部材（たとえば、ボルト）１９１で固定する際、ボルト締付けトルクによって給電ライン１６０が歪むことを防止することができる。
【００４６】
図６，図７は、本実施の形態に従う２段スタック式平面型スロットアンテナの特性を実験的に評価したものである。図６は周波数に対する利得の変化を示したものであり、図７は周波数に対するＶＳＷＲの変化を示したものである。なお、図６，図７は、共振素子の有無および共振素子の配置による影響を評価するために行なった実験の一例であり、図６，図７における破線Ｗ１０，Ｗ２０は共振素子がない場合を示し、実線Ｗ１１，Ｗ２１は給電点と共振素子との間の距離が４０ｍｍである場合を示し、実線Ｗ１２，Ｗ２２は給電点と共振素子との間の距離が３０ｍｍである場合を示している。また、本実施の形態におけるアンテナで使用するＵＨＦ帯の地上デジタル放送の使用帯域である周波数範囲は４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚである。
【００４７】
図６，図７を参照して、共振素子を有しないアンテナにおいては、図示した周波数帯の両端部（４７０〜５１０ＭＨｚ，７３０〜８００ＭＨｚ）では利得は高くなっているが、中周波数領域においては、利得が相対的に低くなっている（図６中の破線Ｗ１０）。これに対応して、ＶＳＷＲは、中周波数領域において相対的に高い値を示している（図７中の破線Ｗ２０）。
【００４８】
一方、共振素子を有する場合には、いずれも中周波数領域（５１０ＭＨｚ〜７３０ＭＨｚ）における利得が、共振素子を有しない場合と比べて高くなっている（図６中の実線Ｗ１１，Ｗ１２）。また、これに対応して、ＶＳＷＲにおいては、当該周波数領域においては、共振素子を有しない場合に比べて低くなっている（図７中の実線Ｗ２１，Ｗ２２）。
【００４９】
また、共振素子の配置による影響については、利得およびＶＳＷＲとも、共振素子と給電点との距離が短い方が、特性としては良好な結果となっている。
【００５０】
図８は、特開２０１１−６６７９３号公報（特許文献１）に示されているような単一の放射素子で構成される１段式の平面型スロットアンテナと、本実施の形態のように２つの放射素子で構成される２段スタック式の平面型スロットアンテナとの間の利得の比較を示す図である。図８において、破線Ｗ３０は１段式の平面型スロットアンテナの利得を示し、実線Ｗ３１は２段スタック式の平面型スロットアンテナの利得を示す。
【００５１】
図８からわかるように、本実施の形態のアンテナで使用するＵＨＦ帯の地上デジタル放送の使用帯域である周波数範囲４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚにおいては、いずれのアンテナにおいてもほぼ同等の利得が得られている。すなわち、本実施の形態の２段スタック式の平面型スロットアンテナとしても、従来の１段式の平面型スロットアンテナの特性が維持されていることがわかる。
【００５２】
ここで、上記図８で比較した２つの平面型スロットアンテナの例についての筺体の寸法を比較する。１段式の平面型スロットアンテナは長さ（図１のＸ方向）：５２６ｍｍ，幅（図１のＹ方向）：３０３ｍｍ，厚さ（図１のＺ方向）：６４ｍｍであり、アンテナ装置全体の投影面積（長さ×幅）は１５９，３７８ｍｍ2、体積（長さ×幅×厚さ）は１０，２００，１９２ｍｍ3である。一方、２段式の平面型スロットアンテナは、長さ（図１のＸ方向）：６１０ｍｍ，幅（図１のＹ方向）：２２５ｍｍ，厚さ（図１のＺ方向）：５７ｍｍであり、投影面積は１３７，２５０ｍｍ2であり、体積は７，８２３，２５０ｍｍ3である。
【００５３】
したがって、アンテナ全体の投影面積では約１４％の小型化が実現されており、厚さでは約１１％の薄型化が実現されている。また、全体の体積の比較では約２３％の小型化が実現されている。
【００５４】
なお、ここで示した数値は一例であって、使用周波数帯や放射素子間の寸法の設計によって適宜変更されることに注意すべきである。
【００５５】
以上のように、本実施の形態のような２段スタック式の平面型スロットアンテナの構成とすることによって、１つの放射素子で構成される平面型スロットアンテナと比較して、特性を悪化させることなく、アンテナ全体を小型化，薄型化することができる。
【００５６】
図９および図１０は、共振素子の配置のバリエーションを示したものである。図９のアンテナ１００Ａにおいては、各放射素子に対して、複数の共振素子が設けられる構成となっている。放射素子１３０に対しては、共振素子１７０に加えて、共振素子１７０と並列して共振素子１７１，１７２がさらに設けられる。また、放射素子１４０に対しては、共振素子１８０に加えて、共振素子１８０と並列して共振素子１８１，１８２がさらに設けられる。
【００５７】
なお、このとき、複数の共振素子の長さは同一であってもよいし、異なる長さとしてもよい。共振素子の数および長さは所望とする特性に応じて適宜決定される。
【００５８】
図１０のアンテナ１００Ｂにおいては、共振素子１７０Ａ，１８０Ａは、共振素子の幅、すなわち、下部筺体１１０の長辺に沿った長さ（Ｘ方向の長さ）が、図２で示した共振素子１７０，１８０よりも長くされた構成とされている。言い換えれば、図１０における共振素子は、図９で示した複数の共振素子を連続的に配置したものと考えることもできる。
【００５９】
なお、共振素子１７０Ａ，１８０Ａの長さ（Ｙ方向の長さ）は、一定であってもよいし、共振素子の幅方向（Ｘ方向）に沿って長さが変化されてもよい。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
１００  アンテナ、１１０  下部筺体、１２０  取付器具、１３０，１４０  放射素子、１３１，１４１  本体部、１３２，１３３，１４２，１４３  屈曲部、１３４，１３５，１４４，１４５  サイドフィン、１３６，１４６  スリット、１３７，１４７  給電点、１５０  反射素子、１６０  給電ライン、１６１，１６２  接続点、１６３  給電部、１６４  接続部、１６５  固定部、１６６  孔部、１７０，１７０Ａ，１７１，１７２，１８０，１８０Ａ，１８１，１８２  共振素子、１９０，１９１  締結部材、１９５  基板。
【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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