(57)【要約】【課題】簡単な構成で低コスト化が可能であると共に、非常に広い帯域特性が得られる平面アンテナを提供する。【解決手段】矩形の板状素子１１ａ、１１ｂを所定の間隔ｄを保って平面上に配置し、板状半波長ダイポールアンテナ１０を構成する。上記板状素子１１ａ、１１ｂは、例えば全長Ｌ（電流方向の長さ＝電界方向の長さ）を約０．５λ０、幅Ｈ（電流方向に直交する方向の長さ＝磁界方向の長さ）を約λ０／３、間隔ｄを約０．０２λ０に設定する。そして、上記板状素子１１ａ、１１ｂ間において、磁界方向の長さの中心位置に給電部１２を設けて給電する。【選択図】      図１
2006014152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を保って平面上に配置した矩形状の１対の板状素子と、前記１対の板状素子の相対向する部位に設けられた給電部とを具備し、
前記１対の板状素子の電界方向の全体の長さを約半波長、磁界方向の長さを約１／３波長に設定したことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記１対の板状素子の間隔を約０．０２波長とし、給電部の位置を磁界方向の中心付近に設けたことを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域特性を有する無線通信、あるいは１つのアンテナで多数の無線通信領域をカバーできる平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＵＨＦ帯の電波を受信するアンテナとしては、半波長ダイポールアンテナや２線式折返しダイポールアンテナが一般に知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記従来のＵＨＦ帯受信用アンテナにおける半波長ダイポールアンテナは、導体パイプにより１対のダイポールアンテナ素子を構成し、その中央部分を絶縁材からなる保持基板によって保持している。
【０００４】
また、２線式折返しダイポールアンテナは、導体パイプにより構成した２対のダイポールアンテナ素子を所定の間隔で平行に配置し、その中央部分を絶縁材からなる保持基板によって保持し、かつ上記２対のダイポールアンテナ素子の基部間を１対の金属板により導通させている。
【０００５】
また、従来、携帯電話機あるいはＵＨＦ帯受信用のアンテナとして、矩形状の導体板によりアンテナ素子を形成し、その一辺の中央部から内側に深く切り込んだ窓を設け、この窓の端部から給電するようにしたプレートアンテナが考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２７３６３７号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の半波長ダイポールアンテナは、簡素な構造で構成されるため安価に作成することができるが、広帯域性がなく、また、導体パイプの曲げ加工が非常に困難である。  
また、従来の２線式折返しダイポールアンテナは、広帯域性が一般に知られているが、半波長ダイポールアンテナに比較して部品点数が多くなる欠点がある。また、２線式折返しダイポールアンテナにおける給電インピーダンスは、２００〜３００Ω程度において広帯域性があるので、一般に使用されている５０Ωにするためにはインピーダンス変換回路が必要になる。  
また、上記従来のプレートアンテナは、構造が比較的簡単で、ある程度の広帯域特性が得られるが、広帯域特性が未だ不十分である。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で低コスト化が可能であると共に、非常に広い帯域特性が得られる平面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】
【０００８】
第１の発明に係る平面アンテナは、所定の間隔を保って平面上に配置した矩形状の１対の板状素子と、前記１対の板状素子の相対向する部位に設けられた給電部とを具備し、前記１対の板状素子の電界方向の全体の長さを約半波長、磁界方向の長さを約１／３波長に設定したことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明に係る平面アンテナにおいて、前記１対の板状素子の間隔を約０．０２波長とし、給電部の位置を磁界方向の中心付近に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、矩形状の１対の板状素子を所定の間隔を保って平面上に配置し、前記板状素子の電界方向の全体の長さを約半波長、磁界方向の長さを約１／３波長に設定することにより、広帯域特性を実現することができる。また、構成が非常に簡易であり、極めて容易にかつ安価に製作することができる。本発明に係る平面アンテナにおいて、１対の板状素子の後方に所定の間隔を保って反射板を設け、単方向、高利得とすること、また、上記平面アンテナを複数用いてアレー配置することにより、非常に広帯域の平面アレーアンテナを容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る平面アンテナの基本的な構成を示す平面図である。図１において、１１ａは矩形に形成された極性が正の板状素子、１１ｂは矩形に形成された極性が負の板状素子で、所定の間隔ｄを保って一平面上に配置される。上記１対の板状素子１１ａ、１１ｂは、例えば
全長Ｌ（電流方向の長さ＝電界方向の長さ）：約０．５λ０
幅Ｈ（電流方向に直交する方向の長さ＝磁界方向の長さ）：約λ０／３±０．０５λ０
素子間隔ｄ：約０．０２λ０±０．００５λ０
に設定され、板状半波長ダイポールアンテナ１０を構成している。上記λ０は、使用周波数における自由空間波長である。
【００１２】
そして、上記板状素子１１ａ、１１ｂ間において、磁界方向の長さの中心±０．００５λ０の位置に給電部１２が設けられる。この給電部１２には、給電用コネクタを設けて同軸ケーブルを接続するか、あるいは極性が正の板状素子１１ａ側の給電点に同軸ケーブルの中心導体を接続し、極性が負の板状素子１１ｂ側の給電点に同軸ケーブルの外導体を接続して給電する。
【００１３】
上記のように構成された板状半波長ダイポールアンテナ１０は、極性が正の板状素子１１ａでは、電荷が矢印ａに示すように給電部１２から先端に向かって移動し、極性が負の板状素子１１ｂでは電荷が矢印ｂに示すように先端から給電部１２に向かって移動するので、電流Ｉの方向は２枚の板状素子１１ａ、１１ｂ全体を通じて同じになる。
【００１４】
この結果、１枚の板状素子に電流Ｉを流したのと同じ状態になり、板状素子１１ａ、１１ｂからは電波が効率的に放射され、アンテナとして作用する。  
また、板状素子１１ａ、１１ｂの全体の長さ、すなわち電流Ｉが流れる方向の長さを約０．５λ０とすることで、所要の共振周波数が得られる。この場合、通常のダイポールアンテナは共振形アンテナであるので、上記実施形態で示した板状半波長ダイポールアンテナ１０に比して周波数特性は狭帯域である。
【００１５】
上記実施形態で示した板状半波長ダイポールアンテナ１０によれば、従来のダイポールアンテナに比較して広い周波数帯域において安定した広帯域特性が得られる。
【００１６】
図２は、上記板状半波長ダイポールアンテナ１０において、
全長Ｌ（電流方向の長さ＝電界方向の長さ）：０．５λ０
幅Ｈ（電流方向に直交する方向の長さ＝磁界方向の長さ）：λ０／３
素子間隔ｄ（５０Ω系）：０．０２λ０
給電位置（５０Ω系）：磁界方向の長さの中心位置
中心周波数：２３００ＭＨｚ
に設定した場合の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の実測値を示したものである。
【００１７】
電圧定在波比（ＶＳＷＲ）２以下の帯域で１２００〜３２００ＭＨｚの約２０００ＭＨｚ、比帯域で９０％以上の広帯域特性が得られた。
【００１８】
また、図３は、上記板状半波長ダイポールアンテナ１０の給電部１２から見たインピーダンス特性であり、横軸に周波数［ＭＨｚ］をとり、縦軸にインピーダンス［Ω］をとって示した。また、図３において、実線ａは実数部インピーダンス、破線ｂはリアクタンスである。
【００１９】
上記図３の特性から明らかなように、実数部インピーダンスは概ね５０Ωとなり、リアクタンスも概ね０Ωの広帯域特性であることが分かる。すなわち、上記の寸法で板状半波長ダイポールアンテナ１０を構成すると、実数部インピーダンスはほぼ一定となり、リアクタンスも広帯域に亘って０Ωとなるため、特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブルとの整合も可能であり、アンテナ構成を簡易化して安価に製作することができる。
【００２０】
図４は、上記板状半波長ダイポールアンテナ１０において、電流方向（電界方向）をｘ、電流方向ｘに直交する磁界方向をｙ、上記ｘ、ｙ方向に直交する方向をｚとしたときの周波数低域（１３００ＭＨｚ）におけるｘ−ｚ面の指向性、図５は周波数中域（２３００ＭＨｚ）におけるｘ−ｚ面指向性、図６は周波数高域（３２００ＭＨｚ）におけるｘ−ｚ面指向性を示したものである。上記の指向性は、実際に測定した値（実測値）である。  
上記図４ないし図６に示した指向性は、広帯域に亘って概ね相似で安定した特性を示している。
【００２１】
図７は、上記板状半波長ダイポールアンテナ１０の周波数中域（２３００ＭＨｚ）におけるｙ−ｚ面指向性を示したものである。このｙ−ｚ面指向性は、全周方向に亘ってレベル変動が約１ｄＢ以内の無指向性が得られている。また、図示しないが、周波数低域（１３００ＭＨｚ）、周波数高域（３２００ＭＨｚ）においても、安定したｙ−ｚ面指向性が得られた。
【００２２】
上記板状半波長ダイポールアンテナ１０によれば、上記諸特性からも明らかなように安定した広帯域特性が得られるので、広帯域特性を有する無線通信に使用でき、また、１つのアンテナで多数の無線通信領域をカバーすることができる。
【００２３】
なお、給電部１２の位置は、磁界方向の長さの中心付近で安定した広帯域特性が得られ、中心から外れるほど帯域は狭くなる。但し、使用条件によって構造上、中心位置からの給電が困難である場合や、無線通信条件によって十分な帯域が確保できる場合には、給電位置を端に設置しても良く、そのときの比帯域は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）２以下において約５０％の広帯域を確保することができる。
【００２４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る平面アンテナについて説明する。  
この第２実施形態に係る平面アンテナは、図８に示すように上記第１実施形態に係る板状半波長ダイポールアンテナ１０の上下に所定の間隔で無給電素子１５ａ、１５ｂを配置したものである。この無給電素子１５ａ、１５ｂの長さは、板状素子１１ａ、１１ｂの全長Ｌよりも短い値に設定される。上記無給電素子１５ａ、１５ｂは、板状に形成したものでも、あるいは棒状に形成したものでも良い。
【００２５】
上記のように板状半波長ダイポールアンテナ１０に無給電素子１５ａ、１５ｂを付加することにより、更に広帯域化が可能になる。
【００２６】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態に係る平面アンテナについて説明する。  
この第３実施形態に係る平面アンテナは、図９に示すように第１実施形態に係る板状半波長ダイポールアンテナ１０に反射板（グランド板）を装荷した場合の例を示したものである。  
図９において、２１はプリント基板（片面プリント基板）で、その上面に上記板状素子１１ａ、１１ｂ及び給電部１２からなる板状半波長ダイポールアンテナ１０を設けている。そして、上記プリント基板２１の下面に例えばλ０／４の間隔で反射板２２を配置する。この場合、プリント基板２１の四隅にスペーサ２３を介在させ、ネジ２４により反射板２２を固定する。
【００２７】
上記のように板状半波長ダイポールアンテナ１０に対して反射板２２を装荷し、プリント基板２１と反射板２２との間隔を適宜に設定することにより、図１０及び図１１に示すようにアンテナ上面に単一指向性を持たせることができる。
【００２８】
図１０は、上記第３実施形態の平面アンテナにおいて、板状半波長ダイポールアンテナ１０の寸法を第１実施形態と同じ値に設定し、プリント基板２１からλ０／４の間隔で反射板２２を配置した場合の周波数中域（２３００ＭＨｚ）におけるｘ−ｚ面指向性を示し、図１１は同周波数中域（２３００ＭＨｚ）におけるｙ−ｚ面指向性を示している。  
上記第３実施形態に係る平面アンテナでは、図１０、図１１から明らかなように一対一の通信に有効なアンテナ前面（Ｚ方向）に強い放射となっている。
【００２９】
なお、上記第３実施形態では、反射板２２を平板状に形成した場合について示したが、反射板２２の形状を変えることにより、例えばコーナーリフレクタ等の形状とすることにより、ビーム成形を行なうことができる。
【００３０】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態に係る平面アレーアンテナについて説明する。  
この第４実施形態に係る平面アレーアンテナは、図１２に示すように第１実施形態に係る板状半波長ダイポールアンテナ１０をアレー配置した場合の例を示したものである。
【００３１】
図１２において、３１はプリント基板（両面プリント基板）で、その上面に複数の板状半波長ダイポールアンテナ１０がアレー配置される。各板状半波長ダイポールアンテナ１０は、第１実施形態で示したように板状素子１１ａ、１１ｂ及び給電部１２により構成される。板状素子１１ａ、１１ｂは、例えばプリント基板３１の上面に金属箔を蒸着することによって形成される。また、給電部１２には、図１３に示すようにプリント基板３１に設けられるマイクロストリップライン、グランド板を介して給電される。
【００３２】
図１３は、プリント基板３１の要部を断面して示したものである。プリント基板３１は、例えば第１、第２の２層のプリント基板３１ａ、３１ｂによって構成され、第１のプリント基板３１ａの上面に各板状半波長ダイポールアンテナ１０の板状素子１１ａ、１１ｂが形成される。そして、第１のプリント基板３１ａの下面に金属箔によりグランド板３２が形成され、このグランド板３２と極性が負の板状素子１１ｂの給電部１２との間がスルーホール３３により電気的に接続される。
【００３３】
更に、第２のプリント基板３１ｂの給電用のマイクロストリップライン３４が形成され、このマイクロストリップライン３４と極性が正の板状素子１１ａの給電部１２との間がスルーホール３５により電気的に接続される。この場合、グランド板３２には、スルーホール３５を絶縁した状態で挿通させるための透孔３６が設けられる。また、上記プリント基板３１ａ、３１ｂには、図示しないが給電用コネクタが装着され、この給電用コネクタに上記マイクロストリップライン３４及びグランド板３２が接続される。そして、上記給電用コネクタに対して同軸ケーブルを介して給電される。
【００３４】
上記のように複数の板状半波長ダイポールアンテナ１０を用いて構成したアレーアンテナによれば、単体の板状半波長ダイポールアンテナ１０と同様に広帯域特性とすることができる。すなわち、アレーアンテナの電気特性は、アンテナ単体の特性に左右されるものであり、従って、上記実施形態によるアレーアンテナによれば、第１実施形態で示した板状半波長ダイポールアンテナ１０と同様に広帯域特性が得られる。
【００３５】
なお、上記実施形態に係る平面アンテナでは、中心周波数を約２３００ＭＨｚに設定した場合について説明したが、その他の周波数帯に合わせて設定することも可能である。また、ＵＨＦ帯のテレビ受信用アンテナとしても実施でき、広帯域特性とすることができる。
【００３６】
また、上記板状半波長ダイポールアンテナ１０は、八木式アンテナの放射器としても使用でき、広帯域特性とすることができる。
【００３７】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る平面アンテナの構成を示す平面図である。
【図２】同実施形態に係る平面アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性図である。
【図３】同実施形態に係る平面アンテナの給電部から見たインピーダンス特性図である。
【図４】同実施形態に係る平面アンテナの周波数低域のｘ−ｚ面指向性を示す図である。
【図５】同実施形態に係る平面アンテナの周波数中域のｘ−ｚ面指向性を示す図である。
【図６】同実施形態に係る平面アンテナの周波数高域のｘ−ｚ面指向性を示す図である。
【図７】同実施形態に係る平面アンテナの周波数中域のｙ−ｚ面指向性を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る平面アンテナの構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る平面アンテナの構成を示す斜視図である。
【図１０】同実施形態に係る平面アンテナの周波数中域のｘ−ｚ面指向性を示す図である。
【図１１】同実施形態に係る平面アンテナの周波数中域のｙ−ｚ面指向性を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る平面アレーアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１３】同実施形態における要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…板状半波長ダイポールアンテナ、１１ａ、１１ｂ…板状素子、１２…給電部、１５ａ、１５ｂ…無給電素子、２１…プリント基板、２２…反射板、２３…スペーサ、２４…ネジ、３１、３１ａ、３１ｂ…プリント基板、３２…グランド板、３３…スルーホール、３４…マイクロストリップライン、３５…スルーホール、３６…透孔。
【図１】
2006014152.tif 000003
【図２】
2006014152.tif 000004
【図３】
2006014152.tif 000005
【図４】
2006014152.tif 000006
【図５】
2006014152.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006014152.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006014152.tif 000011
【図１０】
2006014152.tif 000012
【図１１】
2006014152.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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