(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔寸法（Ｂ）をもって離間して左右対称に配設した一対の折返しメアンダライン部（１）（１）を、相互に平行な第１ストレートライン部（２Ａ）と分離部（４）を中央に有する第２ストレートライン部（２Ｂ）から成る平行線路部（２）にて接続して、略ループ状折返しダイポールエレメント部（５）を構成し、
上記第２ストレートライン部（２Ｂ）に直交する方向に設けられ上記分離部（４）の両端部（４Ａ）（４Ｂ）に連結される第１給電線路部（１３）・第２給電線路部（１４）から成る給電線路部（３）を付設し、上記第１給電線路部（１３）・第２給電線路部（１４）に、一対のメアンダ状給電ライン部（３Ａ）（３Ｂ）が左右対称に形成され、
上記給電線路部（３）は、上記第１・第２給電線路部（１３）（１４）の各々の電気的長さ寸法（Ｌ３）が、上記折返しダイポールエレメント部（５）の使用周波数帯域（Ｅ）の中心周波数（ｆｃ）に対応する波長（λｃ）の０．２２倍〜０．２５倍に設定されていることを特徴とする折返しダイポールアンテナ。
【請求項２】
上記折返しダイポールエレメント部（５）の電気的長さ寸法（Ｌ５）が、その使用周波数帯域（Ｅ）の中心周波数（ｆｃ）に対応する波長（λｃ）の３倍〜４倍に設定されている請求項１記載の折返しダイポールアンテナ。
【請求項３】
平面状に配設された上記折返しメアンダライン部（１）に於て、メアンダ幅寸法（Ｈ）と、メアンダピッチ寸法（Ｐ）とが、Ｈ／Ｐ≦７を満たすように形成されている請求項１又は２記載の折返しダイポールアンテナ。
【請求項４】
上記折返しメアンダライン部（１）及び上記平行線路部（２）は、メアンダ幅方向中間線（Ｍ）にて折り曲げて立体２重構造として形成されている請求項１又は２記載の折返しダイポールアンテナ。
【請求項５】
上記折返しメアンダライン部（１）に於て、メアンダ幅寸法（Ｈ）と、メアンダピッチ寸法（Ｐ）とが、Ｈ／Ｐ≦５を満たすように形成されている請求項４記載の折返しダイポールアンテナ。
【請求項６】
上記間隔寸法（Ｂ）が、上記給電線路部（３）の最大幅寸法（Ｗ３）よりも大きく設定されている請求項１，２，３，４又は５記載の折返しダイポールアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、折返しダイポールアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、双方向通信用の送受信アンテナとして、略ループ状に折り曲げられた折返しダイポールアンテナが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の折返しダイポールアンテナは、略ループ状のアンテナエレメントの長手方向の長さ寸法が、使用する周波数に対応した共振波長の１／２倍に設定されていた。
近年、アンテナの小型化、広帯域化の要求が高まっている。しかし、従来の折返しダイポールアンテナは、使用可能周波数帯域が狭く、しかも、使用する周波数に対応した共振波長の長さ寸法によってサイズが決定されるため、小型化が制限されていた。
【０００５】
そこで、本発明は、使用可能周波数帯域が広く、かつ、ＶＳＷＲが小さく、しかも、小型化可能な折返しダイポール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】
【０００６】
本発明に係る折返しダイポールアンテナは、所定の間隔寸法をもって離間して左右対称に配設した一対の折返しメアンダライン部を、相互に平行な第１ストレートライン部と分離部を中央に有する第２ストレートライン部から成る平行線路部にて接続して、略ループ状折返しダイポールエレメント部を構成し、上記第２ストレートライン部に直交する方向に設けられ上記分離部の両端部に連結される第１給電線路部・第２給電線路部から成る給電線路部を付設し、上記第１給電線路部・第２給電線路部に、一対のメアンダ状給電ライン部が左右対称に形成され、上記給電線路部は、上記第１・第２給電線路部の各々の電気的長さ寸法が、上記折返しダイポールエレメント部の使用周波数帯域の中心周波数に対応する波長の０．２２倍〜０．２５倍に設定されているものである。
【０００７】
また、上記折返しダイポールエレメント部の電気的長さ寸法が、その使用周波数帯域の中心周波数に対応する波長の３倍〜４倍に設定されているものである。
また、平面状に配設された上記折返しメアンダライン部に於て、メアンダ幅寸法と、メアンダピッチ寸法とが、Ｈ／Ｐ≦７を満たすように形成されているものである。
また、上記折返しメアンダライン部及び上記平行線路部は、メアンダ幅方向中間線にて折り曲げて立体２重構造として形成されている。
また、上記折返しメアンダライン部に於て、メアンダ幅寸法と、メアンダピッチ寸法とが、Ｈ／Ｐ≦５を満たすように形成されている。
また、上記間隔寸法が、上記給電線路部の最大幅寸法よりも大きく設定されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の折返しダイポールアンテナによれば、簡易な構造で広帯域化を実現でき、かつ、全体を小型化できる。即ち、コンパクトな設計でありながら、広い周波数帯域で安定してＶＳＷＲを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を説明するための図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は背面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示した説明図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示した説明図である。
【図５】本発明の第５実施形態を示した説明図である。
【図６】本発明の第６実施形態を示した説明図である。
【図７】本発明の第７実施形態を示した説明図である。
【図８】本発明の第８実施形態を示した説明図である。
【図９】本発明の実施例のＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図１０】本発明の実施例のＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図１１】本発明の実施例のＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図１２】本発明の実施例のＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図１３】本発明の実施例のＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図１４】本発明の実施例の広帯域特性を示したグラフ図であり、横軸はメアンダピッチ寸法に対するメアンダ幅寸法の割合を示し、縦軸は比帯域を示す。
【図１５】本発明の実施例の広帯域特性を示したグラフ図であり、横軸はメアンダピッチ寸法に対するメアンダ幅寸法の割合を示し、縦軸は比帯域を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１と図２に示すように、本発明の折返しダイポールアンテナは、所定の間隔寸法Ｂをもって離間して左右対称に配設した一対の折返しメアンダライン部１，１を、相互に平行な第１ストレートライン部２Ａと分離部４を中央に有する第２ストレートライン部２Ｂから成る平行線路部２にて接続して、略ループ状折返しダイポールエレメント部５を構成している。また、本発明の折返しダイポールアンテナは、略ループ状折返しダイポールエレメント部５の第２ストレートライン部２Ｂに直交する方向に設けられ分離部４の両端部４Ａ，４Ｂに連結されると共に左右対称に形成された一対のメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂを有する給電線路部３を付設している。
折返しメアンダライン部１、平行線路部２、及び、給電線路部３は、図中２点鎖線にて示される誘電体基板９の表面に、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属薄板（金属箔）を用いて形成されている。図１に示す第１実施形態では、折返しメアンダライン部１、平行線路部２、及び、給電線路部３は、誘電体基板９の一面側に平面状に配設されている。
図２に示す第２実施形態では、折返しメアンダライン部１及び平行線路部２が、メアンダ幅方向中間線Ｍにて誘電体基板９の一面側から他面側に折り曲げて立体２重構造として形成されている。ここで、両端はスルーホールビア（貫通ビア）により接続されていてもよい。なお、図２に於て、正面図（Ａ）では正面側のみ図示し、背面図（Ｂ）では背面側のみ図示している。また、本発明に於て、「立体２重構造」とは、互いに平行な２平面上に所定の厚さ寸法をもって折り曲げて配設されたものと定義する。
【００１１】
一対の折返しメアンダライン部１，１及び平行線路部２によって構成される略ループ状折返しダイポールエレメント部５は、電気的長さ寸法Ｌ５が、その使用周波数帯域Ｅの中心周波数ｆｃに対応する波長λｃの３倍〜４倍に設定されている。
なお、本発明に於て、略ループ状折返しダイポールエレメント部５の電気的長さ寸法Ｌ５とは、図１，図２に於て２点鎖線にて示される仮想のループ状経路１０の全長とする。ループ状経路１０は、折返しメアンダライン部１，１及び平行線路部２の線幅の中点を結んだ軌跡であって、第２ストレートライン部２Ｂの分離部４の一端部４Ａから一方の折返しメアンダライン部１を経由して、第１ストレートライン部２Ａから他方の折返しメアンダライン部１を通り、第２ストレートライン部２Ｂの分離部４の他端部４Ｂに至るまで連続している。また、電気的長さ寸法Ｌ５とは、略ループ状折返しダイポールエレメント部５の物理的長さ寸法をＬ５´とすれば、後述の実効誘電率εから求められる波長短縮率ｋを用いて、Ｌ５´／ｋとして表わされる計算値である。好ましくは、電気的長さ寸法Ｌ５は、波長λｃの３．２倍〜３．８倍に設定されているのが好適である。
また、本発明に於て、使用周波数帯域Ｅとは、後述する図９〜図１３に於て、ＶＳＷＲ≦３を示す周波数の範囲であって、その使用周波数帯域Ｅ内でＶＳＷＲ＝３となる低周波側の周波数を下限周波数ｆＬとし、高周波側の周波数を上限周波数ｆＨとする。中心周波数ｆｃとは、（下限周波数ｆＬ＋上限周波数ｆＨ）／２で表わされる平均値である。なお、波長λｃとは、中心周波数ｆｃに対応する電気的波長を示す。
【００１２】
給電線路部３は、第１給電線路部１３と第２給電線路部１４とから成り、第１・第２給電線路部１３，１４の各々の電気的長さ寸法Ｌ３が、折返しダイポールエレメント部５の使用周波数帯域Ｅの中心周波数ｆｃに対応する波長λｃの０．２２倍〜０．２５倍に設定されている。
第１給電線路部１３の一端は、第２ストレートライン部２Ｂの分離部４の一端部４Ａに接続され、第２給電線路部１４の一端は、第２ストレートライン部２Ｂの分離部４の他端部４Ｂに接続されている。第１・第２給電線路部１３，１４の他端は、図示省略の給電部にそれぞれ接続されている。第１・第２給電線路部１３，１４の各々の電気的長さ寸法Ｌ３とは、給電部から分離部４の両端部４Ａ，４Ｂに至るまでの仮想の経路の全長である。また、電気的長さ寸法Ｌ３とは、第１・第２給電線路部１３，１４の物理的長さ寸法をＬ３´とすれば、後述の実効誘電率εから求められる波長短縮率ｋを用いて、Ｌ３´／ｋとして表わされる計算値である。
【００１３】
図１に示した平面状の折返しメアンダライン部１に於て、メアンダ幅寸法Ｈと、メアンダピッチ寸法Ｐとが、Ｈ／Ｐ≦７を満たすように形成されている。
本発明に於て、メアンダ幅寸法Ｈとは、折返しメアンダライン部１の線幅の中点を通る経路１０が、（折返し構造の片側部分で）蛇行により生ずる振幅の寸法とする。また、メアンダピッチ寸法Ｐとは、経路１０の蛇行の折返しのピッチ（周期）のことを言い、折返しメアンダライン部１の全長にわたって等ピッチである。
図１に示す平面状の折返しメアンダライン部１に於て、メアンダピッチ寸法Ｐに対するメアンダ幅寸法Ｈの割合（Ｈ／Ｐ）が７を越えると、後述の比帯域が９．４％を下回り、広帯域特性が低下する虞れがある（図１４参照）。より好ましくは、メアンダ幅寸法Ｈと、メアンダピッチ寸法Ｐとが、Ｈ／Ｐ≦５を満たすように形成されているのが望ましい。平面状の折返しメアンダライン部１に於て、Ｈ／Ｐ≦５である場合には、比帯域を２８．５％以上とすることができる。
図２に示した立体２重構造の折返しメアンダライン部１に於て、メアンダ幅寸法Ｈと、メアンダピッチ寸法Ｐとが、Ｈ／Ｐ≦５を満たすように形成されている。メアンダピッチ寸法Ｐに対するメアンダ幅寸法Ｈの割合（Ｈ／Ｐ）が５を越えると、後述の比帯域が１１．８％を下回り、広帯域特性が急激に低下するからである（図１５参照）。
なお、メアンダピッチ寸法Ｐに対するメアンダ幅寸法Ｈの割合（Ｈ／Ｐ）は、２以上に設定するのが望ましい。仮に、Ｈ／Ｐを２未満に設定すると、アンテナのサイズが大型化して本発明の趣旨に反する。
【００１４】
本発明の折返しダイポールアンテナは、折返しメアンダライン部１，１の間隔寸法Ｂが、給電線路部３の最大幅寸法Ｗ３よりも大きく設定されている。
給電線路部３の最大幅寸法Ｗ３とは、メアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂの外端縁相互間の幅寸法を示している。給電線路部３を構成する第１給電線路部１３と第２給電線路部１４には、互いに平行な直線状給電ライン部６Ａ，６Ｂが第２ストレートライン部２Ｂの分離部４から直交方向に設けられ、この直線状給電ライン部６Ａ，６Ｂの給電部側にメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂが連設されている。直線状給電ライン部６Ａ，６Ｂは、その長さ寸法Ｌ６が、折返しメアンダライン部１のメアンダ幅寸法Ｈよりも大きく設定されている。言い換えると、給電線路部３のメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂは、第２ストレートライン部２Ｂから直線状給電ライン部６Ａ，６Ｂの長さ寸法Ｌ６分だけ離して設けられており、折返しメアンダライン部１，１相互間の間隔部の外側にメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂが配設されている。この構成により、本発明の折返しダイポールアンテナは、広い周波数帯域で安定して小さなＶＳＷＲが得られ、広帯域化できる。
【００１５】
図３〜図８は、本発明の第３実施形態〜第８実施形態を示した図である。
第３実施形態〜第８実施形態に於て、所定の間隔寸法Ｂをもって離間して左右対称に配設した一対の折返しメアンダライン部１，１を、相互に平行な第１ストレートライン部２Ａと分離部４を中央に有する第２ストレートライン部２Ｂから成る平行線路部２にて接続して、略ループ状折返しダイポールエレメント部５を構成し、略ループ状折返しダイポールエレメント部５の第２ストレートライン部２Ｂに直交する方向に設けられ分離部４の両端部４Ａ，４Ｂに連結されると共に左右対称に形成された一対のメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂを有する給電線路部３を付設しているという基本的な構成は、上述の第１実施形態及び第２実施形態と同様である。第１実施形態及び第２実施形態と、第３実施形態〜第８実施形態の相違点は、折返しメアンダライン部１におけるメアンダ幅寸法Ｈとメアンダピッチ寸法Ｐ、及び、直線状給電ライン部６Ａ，６Ｂの長さ寸法Ｌ６の各パラメータを変化させた点である。なお、図８では、給電線路部３のメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂが、第２ストレートライン部２Ｂに近接して設けられている。
第１実施形態と同様に、第３実施形態，第５実施形態，第７実施形態，第８実施形態では、折返しメアンダライン部１、平行線路部２、及び、給電線路部３は、誘電体基板９の一面側に平面状に配設されている。また、第２実施形態と同様に、第４実施形態，第６実施形態では、折返しメアンダライン部１及び平行線路部２は、メアンダ幅方向中間線Ｍにて誘電体基板９の一面側から他面側に折り曲げて立体２重構造として形成されている。ここで、両端はスルーホールビア（貫通ビア）により接続されていてもよい。また、図３〜図８では、誘電体基板９を図示省略している。
【００１６】
次に、図１〜図８に示す構成の折返しダイポールアンテナＡ１〜Ａ８を、１．６ｍｍ厚のエポキシガラス基板から成る誘電体基板９（実効誘電率ε＝２．３６、波長短縮率ｋ＝０．６５）に形成した実施例１〜８について、略ループ状折返しダイポールエレメント部５の電気的長さ寸法Ｌ５、第１・第２給電線路部１３，１４の各々の電気的長さ寸法Ｌ３、折返しメアンダライン部１，１のメアンダピッチ寸法Ｐに対するメアンダ幅寸法Ｈの割合（Ｈ／Ｐ）を、表１に示す。
【００１７】
【表１】
0005840942.tif 000002
【００１８】
実施例１〜８に対応する折返しダイポールアンテナＡ１〜Ａ８について、周波数に対するＶＳＷＲ特性を解析した結果をグラフとして図示した（図９〜図１３参照）。全ての実施例に於て、略ループ状折返しダイポールエレメント部５及び給電線路部３は、線幅１．
０ｍｍ、線相互間隔の幅寸法２．０ｍｍ、厚み寸法０．０３５ｍｍに設定している。
【００１９】
図９〜図１３に示すように、各折返しダイポールアンテナＡ１〜Ａ８について、ＶＳＷＲ＜３を示す使用周波数帯域Ｅ１〜Ｅ８を分析し、下限周波数ｆＬ、上限周波数ｆＨ、中心周波数ｆｃ、波長λｃを導くと共に、その比帯域を算出した結果を、表２に示す。
なお、本発明に於て、比帯域とは、上限周波数ｆＨと下限周波数ｆＬの差と中心周波数ｆｃの比率であり、（上限周波数ｆＨ−下限周波数ｆＬ）×１００／中心周波数ｆｃで割り出される計算値である。この比帯域の値が大きければ、広い周波数の範囲でアンテナが優秀な放射効率を示すということであり、アンテナの広帯域特性の目安となっている。本発明では、比帯域が５％以上ならば、（従来と比較して）広帯域化しているものと定義する。
【００２０】
【表２】
0005840942.tif 000003
【００２１】
表２より、実施例１〜８の折返しダイポールアンテナＡ１〜Ａ８では、比帯域が９．４
％〜３０．７％となっており、従来の折返しダイポールアンテナの比帯域が５％より小さ
かったのに比較して、広帯域化しているのが確認できる。
また、表１と表２から、折返しメアンダライン部１，１のメアンダピッチ寸法Ｐに対するメアンダ幅寸法Ｈの割合（Ｈ／Ｐ）の変化に伴う、比帯域の変化を確認した。その広帯域特性の変動の様子をグラフとして図１４と図１５に示す。
【００２２】
図１４に示すように、平面状に配設された折返しダイポールアンテナＡ１，Ａ３，Ａ５，Ａ７，Ａ８に於て、メアンダピッチ寸法Ｐに対してメアンダ幅寸法Ｈが、Ｈ／Ｐ≦７では、比帯域９．４％以上となり、さらに、Ｈ／Ｐ≦５である場合には、比帯域を２８．５％〜３０．７％と広帯域に設定することができた。
図１５に示すように、立体的に折り返して形成したダイポールアンテナＡ２，Ａ４，Ａ６に於て、Ｈ／Ｐ≦５では、比帯域を１１．８％〜２６．２％と広帯域に設定することができた。
【００２３】
なお、本発明は、発明の主旨を変更しない範囲での設計変更が可能であって、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図示省略するが、折返しメアンダライン部１の角部を面取りして形成しても良い。
【００２４】
以上のように、本発明に係る折返しダイポールアンテナは、所定の間隔寸法Ｂをもって離間して左右対称に配設した一対の折返しメアンダライン部１，１を、相互に平行な第１ストレートライン部２Ａと分離部４を中央に有する第２ストレートライン部２Ｂから成る平行線路部２にて接続して、略ループ状折返しダイポールエレメント部５を構成し、第２ストレートライン部２Ｂに直交する方向に設けられ分離部４の両端部４Ａ，４Ｂに連結されると共に左右対称に形成された一対のメアンダ状給電ライン部３Ａ，３Ｂを有する給電線路部３を付設したので、２共振特性を得て簡易な構造で広帯域化を実現でき、かつ、全体の外形寸法を小型化しつつＶＳＷＲを小さくできる。即ち、コンパクトな設計でありながら、広い周波数帯域で安定してＶＳＷＲを小さくできる。
【００２５】
また、折返しダイポールエレメント部５の電気的長さ寸法Ｌ５が、その使用周波数帯域Ｅの中心周波数ｆｃに対応する波長λｃの３倍〜４倍に設定されているので、超小型化を実現しつつ広帯域化に対応できる。
【００２６】
また、給電線路部３は、第１給電線路部１３と第２給電線路部１４とから成り、第１・第２給電線路部１３，１４の各々の電気的長さ寸法Ｌ３が、折返しダイポールエレメント部５の使用周波数帯域Ｅの中心周波数ｆｃに対応する波長λｃの０．２２倍〜０．２５倍に設定されているので、超小型化を実現しつつ広帯域化に対応できる。
【００２７】
また、平面状に配設された折返しメアンダライン部１に於て、メアンダ幅寸法Ｈと、メアンダピッチ寸法Ｐとが、Ｈ／Ｐ≦７を満たすように形成されているので、比帯域を９．
４％〜３０．７％として確実に広帯域化できる。
【００２８】
また、折返しメアンダライン部１及び平行線路部２は、メアンダ幅方向中間線Ｍにて折り曲げて立体２重構造として形成されているので、一層コンパクトに設計できる。
【００２９】
また、折返しメアンダライン部１に於て、メアンダ幅寸法Ｈと、メアンダピッチ寸法Ｐとが、Ｈ／Ｐ≦５を満たすように形成されているので、立体２重構造の折返しダイポールアンテナに於て、比帯域を１１．８％〜２６．２％として確実に広帯域化できる。
【００３０】
間隔寸法Ｂが、給電線路部３の最大幅寸法Ｗ３よりも大きく設定されているので、広い周波数帯域で安定してＶＳＷＲを小さくでき、確実に広帯域化できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  折返しメアンダライン部
２  平行線路部
２Ａ  第１ストレートライン部
２Ｂ  第２ストレートライン部
３  給電線路部
３Ａ，３Ｂ  メアンダ状給電ライン部
４  分離部
４Ａ，４Ｂ  両端部
５  略ループ状折返しダイポールエレメント部
１３  第１給電線路部
１４  第２給電線路部
Ｂ  間隔寸法
Ｌ３  電気的長さ寸法
Ｌ５  電気的長さ寸法
Ｈ  メアンダ幅寸法
Ｐ  メアンダピッチ寸法
Ｗ３  最大幅寸法
Ｅ  使用周波数帯域
ｆｃ  中心周波数
λｃ  波長
Ｍ  メアンダ幅方向中間線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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