(57)【要約】【課題】  低姿勢ながら無指向性の指向性で、かつ、広帯域な頂部容量負荷型アンテナを比較的小さな容積で実現する。【解決手段】  反射板（１）と、前記反射板上に配置されるモノポールアンテナ素子（２）と、前記モノポールアンテナ素子の先端に配置される頂部容量板（３）と、前記反射板上で、前記頂部容量板の周囲に配置されるリング状導体（５）とを有する。また、前記リング状導体の外周をｎ等分した点と、前記反射板とを電気的に接続する接続導体（６）を有し、前記ｎは、３または４である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板と、
前記反射板上に配置されるモノポールアンテナ素子と、
前記モノポールアンテナ素子の先端に配置される頂部容量板と、
前記反射板上で、前記頂部容量板の周囲に配置されるリング状導体とを有することを特徴とする頂部容量負荷型アンテナ。
【請求項２】
前記リング状導体の外周をｎ等分した点と、前記反射板とを電気的に接続する接続導体を有することを特徴とする請求項１に記載の頂部容量負荷型アンテナ。
【請求項３】
反射板と、
前記反射板上に配置されるモノポールアンテナ素子と、
前記モノポールアンテナ素子の先端に配置される頂部容量板と、
前記反射板上で、前記頂部容量板の周囲に配置されるｎ個の円弧状の無給電素子とを有することを特徴とする頂部容量負荷型アンテナ。
【請求項４】
前記各円弧状の無給電素子における前記頂部容量板から遠い方の端部と、前記反射板とを電気的に接続するｎ本の接続導体を有することを特徴とする請求項３に記載の頂部容量負荷型アンテナ。
【請求項５】
前記ｎは、３または４であることを特徴とする請求項２または請求項４に記載の頂部容量負荷型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに係り、特に、移動通信用の車両端末用アンテナや、移動電話システムの屋内の不感地対策に使用される天井面取付アンテナのように、低姿勢で、かつ、無指向性の指向特性が必要なアンテナに好適である。
【背景技術】
【０００２】
図１８は、従来の頂部容量負荷型アンテナの概略構成を示す図であり、同図に示す頂部容量負荷型アンテナは、モノポールアンテナを低姿勢化するためにモノポール素子２の先端に頂部容量板３を取り付けたものである。
この従来の頂部容量負荷形アンテナでは、反射板１と頂部容量板３との間隔を０．１λｏ（λｏは、使用中心周波数の自由空間波長である。）以下とすることができるので、反射板１の大きさを適宜選択することにより、無指向性の指向性が得られるため、移動通信用の車両端末用アンテナや、移動電話システムの屋内の不感地対策に使用される天井面取付アンテナなどに利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１９は、図１８に示す頂部容量負荷型アンテナの一例の周波数特性を示すグラフである。同図に示すように、図１８に示す頂部容量負荷型アンテナにおいて、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は６．６％程度である。
このように、従来の頂部容量負荷型アンテナは、周波数帯域幅が狭いため、送受信共用で使用する場合のように、要求される周波数帯域が広い場合には、低姿勢化を図ることが難しいと言った問題点があった。
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、低姿勢ながら無指向性で、かつ、広帯域な頂部容量負荷型アンテナアンテナを比較的小さな容積で実現することが可能となる技術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】
【０００４】
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。
前述の目的を達成するために、本発明では、頂部容量負荷形アンテナの頂部容量板の周囲に、頂部容量板と同心状にリング状導体板を配置し、このリング状導体板の外周をｎ等分した点と、反射板との間をｎ本の接続導体により接続したことを特徴とする。
また、本発明は、頂部容量負荷形アンテナの頂部容量板の周囲に、ｎ個の円弧状の無給電素子を配置し、この円弧状の無給電素子における頂部容量板から遠い方の端部と、反射板との間をｎ本の接続導体により接続したことを特徴とする。
ここで、好ましくは、ｎは３、あるいは４である。
【発明の効果】
【０００５】
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、低姿勢ながら無指向性で、かつ、広帯域な頂部容量負荷型アンテナを比較的小さな容積で実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の頂部容量負荷型アンテナの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施例では、頂部容量負荷形アンテナの頂部容量板３の周囲に、頂部容量板３と同心状にリング状導体板５を配置し、このリング状導体板５の外周をｎ等分した点と、反射板１との間をｎ本の接続導体６により接続する点で、従来の頂部容量負荷型アンテナと相違する。なお、図１では、ｎは４である。
そして、頂部容量負荷形アンテナの共振周波数と、頂部容量板３と同心状に配置されたリング状導体板５から成る無給電素子の共振周波数を適宜合わせると、複同調回路の原理に従い、帯域幅を広帯域化することが可能である。
図２は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例の周波数特性を示すグラフであり、同図に示すように、本実施例の頂部容量負荷形アンテナでは、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は４６％と、従来の頂部容量負荷形アンテナより広帯域化されていることが分かる。
図３は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｚ面（または、Ｙ−Ｚ面）の放射パターンを示すグラフであり、図４は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。
これらのグラフから分かるように、無指向性の指向特性が得られていることが分かる。また、リング状導体板５の外周をｎ等分した点と、反射板１との間を４本の接続導体６で接続しているため、無指向性を損なうことが無い。
【０００７】
図５は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの他の例における接続導体の本数（ｎ）と、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）の関係を示すグラフである。
この図５のグラフは、使用中心周波数を１．９ＧＨｚ（λｏ≒１５８ｍｍ）とし、下記（イ）〜（ヘ）の条件下で、図１に示す頂部容量負荷形アンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。
（イ）頂部容量板３の円周（Ｃｐｔｃｈ）が、０．１６λｏ（Ｃｐｔｃｈ＝０．１６λｏ）
（ハ）リング状導体板５の内周（Ｃｉｎ）が、０．５λｏ（Ｃｉｎ＝０．５λｏ）
（ロ）リング状導体板５の外周（Ｃｏｕｔ）が、１．０λｏ（Ｃｏｕｔ＝１．０λｏ）
（ニ）反射板１の円周（ＣＧＤ）が、５．５λｏ（ＣＧＤ＝５．５λｏ）
（ホ）頂部容量板３およびリング状導体板５と、反射板１との間の間隔（ｈ）が、０．１λｏ（ｈ＝０．１λｏ）
（ヘ）頂部容量板３とリング状導体板５との間の間隔（ｓ）が、０．０５３λｏ（ｓ＝０．０５３λｏ）
図５から分かるように、Ｎ＝４のときに、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）は、ほぼ純抵抗値となる。
【０００８】
図６は、前述の（イ）〜（ヘ）の条件下で、Ｎ＝４のときの、本実施例の頂部容量負荷形アンテナのＸ−Ｚ面の放射パターンを示すグラフであり、図７は、前述の（イ）〜（ヘ）の条件下で、Ｎ＝４のときの、本実施例の頂部容量負荷形アンテナのＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。なお、図７に示すグラフは、θが３０°のときのＸ−Ｙ面の放射パターンを示す。これらのグラフから無指向性の指向特性が得られていることが分かる。
比較のために、図８、図９に、接続導体６を取り除いた場合（Ｎ＝０）の場合の放射パターンを示す。
図８は、前述の（イ）〜（ヘ）の条件下で、Ｎ＝０のときの、本実施例の頂部容量負荷形アンテナのＸ−Ｚ面の放射パターンを示すグラフであり、図９は、前述の（イ）〜（ヘ）の条件下で、Ｎ＝０のときの、本実施例の頂部容量負荷形アンテナのＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。なお、図９に示すグラフは、θが３０°のときのＸ−Ｙ面の放射パターンを示す。これらのグラフから無指向性の指向特性が得られていることが分かる。
これらのグラフから放射パターンはほぼ同じとなるが、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）は、図５のグラフから分かるように、５０Ω線路に対して不整合状態となる。したがって、周波数帯城幅を拡げることを目的としないのであれば、接続導体６は無くてもよい。
なお、図３に示すＸ−Ｚ面の放射パターンと、図６あるいは図８に示すＸ−Ｚ面の放射パターンとの違いは、図３に示すＸ−Ｚ面の放射パターンでは、反射板１を限りなく無限大としているためである。
【０００９】
本実施例の頂部容量負荷形アンテナにおいて、接続導体６の本数を３本（前述のｎ＝３）とすることも可能である。
接続導体６の本数を３本とした場合には、接続導体６の本数を４本とした場合に比して、リング状導体板５の外径寸法を小さくすることが可能である。例えば、接続導体６の本数が４本の場合に、リング状導体板５の最適外径寸法を１２０ｍｍであるとすると、接続導体６の本数が３本の場合には、リング状導体板５の最適外径寸法を１００ｍｍに小さくすることが可能である。
図１０は、図１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、ｎを３とした場合の周波数特性を示すグラフであり、同図に示すように、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は、ｎを３とした場合に同様、広帯域化されていることが分かる。
なお、本実施例において、リング状導体板５の外周は、０．７２λｏ〜１．３８λｏ（外径では、０．２３λｏ〜０．４４λｏ）が好ましい。
さらに、頂部容量板３およびリング状導体板５と、反射板１との間の間隔は、０．１λｏ程度で問題なく動作するが、この間隔は、０．１λｏ以下であっても、周波数特性の広帯域化は失われる傾向にあるものの、従来の頂部容量負荷形アンテナに比して、周波数特性を格段に改善することが可能である。
ちなみに、リング状導体板５の内周と、頂部容量板３との間の間隔は、この間隔を変化させることにより、リング状導体板５の結合量に変化を与えるため、周波数特性を最適にした寸法に調整される。
以上説明したように、本実施例では、低姿勢ながら無指向性で、かつ、広帯域なアンテナを比較的小さな容積で実現することができる。
なお、本実施例の頂部容量負荷形アンテナにおいて、頂部容量板３と、リング状導体板５とを、誘電体基板の一面（あるいは、両面）に形成することも可能であり、この場合には、安価に量産することが可能となる。
【００１０】
［実施例２］
図１１は、本発明の実施例２の頂部容量負荷型アンテナの概略構成を示す図である。
図１１に示すように、本実施例は、頂部容量負荷形アンテナの頂部容量板３の周囲に、４個の円弧状の無給電素子７を配置し、この円弧状の無給電素子７における反射板１から遠い方の端部と、反射板１との間を４本の接続導体６により接続する点で、前述の実施例１の頂部容量負荷型アンテナと相違する。
本実施例においても、頂部容量負荷形アンテナの共振周波数と、頂部容量板３の周囲に配置された円弧状の無給電素子７の共振周波数を適宜合わせると、複同調回路の原理に従い、帯域幅を広帯域化することが可能である。但し、本実施例では、広帯域化の程度は、前述の実施例よりも小さくなる。
図１２は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例の周波数特性を示すグラフであり、同図に示すように、本実施例の頂部容量負荷形アンテナでは、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は１８．８％と、従来の頂部容量負荷形アンテナよりは広帯域化されていることが分かる。
なお、本実施例において、円弧状の無給電素子７の長さは、約０．２５λｏ（より好ましくは、０．２λ〜０．２８λ）が最適である。
図１３は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｚ面（または、Ｙ−Ｚ面）の放射パターンを示すグラフであり、図１４は、本実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。これらのグラフから分かるように、無指向性の指向特性が得られていることが分かる。なお、図１３において、イは交差偏波成分である。
また、頂部容量板３および円弧状の無給電素子７と、反射板１との間の間隔は、０．１λｏ程度で問題なく動作するが、この間隔は、０．１λｏ以下であっても、周波数特性の広帯域化は失われる傾向にあるものの、従来の頂部容量負荷形アンテナに比して、周波数特性を格段に改善することが可能である。
【００１１】
なお、本実施例の頂部容量負荷形アンテナにおいても、円弧状の無給電素子７の本数（即ち、接続導体６の本数）を３本（前述のｎ＝３）とすることも可能である。
円弧状の無給電素子７の本数を３本とした場合には、円弧状の無給電素子７の本数を４本とした場合に比して、円弧状の無給電素子７を内部に含む仮想円の外径寸法を小さくすることが可能である。
図１５は、図１１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、円弧状の無給電素子７の本数を３とした場合の周波数特性を示すグラフであり、同図に示すように、ＶＳＷＲが２．０以下となる比帯域幅は１８．２％と、従来の頂部容量負荷形アンテナよりは広帯域化されていることが分かる。
図１６は、図１１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、円弧状の無給電素子７の本数を３とした場合のＸ−Ｚ面（または、Ｙ−Ｚ面）の放射パターンを示すグラフであり、図１７は、図１１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、円弧状の無給電素子７の本数を３とした場合のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。これらのグラフから分かるように、無指向性の指向特性が得られていることが分かる。なお、図１６において、イは交差偏波成分である。また、図１２ないし図１７では、反射板１を無限大として計算している。
以上説明したように、前述の各実施例では、低姿勢ながら無指向性で、かつ、広帯域なアンテナを比較的小さな容積で実現することができる。
さらに、前述の各実施例の頂部容量負荷形アンテナにおいて、頂部容量板３、リング状導体板５、あるいは円弧状の無給電素子７を、誘電体基板の一面（あるいは、両面）に形成することも可能であり、この場合には、安価に量産することが可能となる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の頂部容量負荷型アンテナの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の頂部容量負荷形アンテナの一例の周波数特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｚ面（または、Ｙ−Ｚ面）の放射パターンを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの他の例における接続導体の本数（ｎ）と、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの他の例のＸ−Ｚ面の放射パターンを示すグラフである。
【図７】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの他の例のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。
【図８】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの他の例において、ｎ＝０の時のＸ−Ｚ面の放射パターンを示すグラフである。
【図９】本発明の実施例の頂部容量負荷形アンテナの他の例において、ｎ＝０の時のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。
【図１０】図１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、ｎ＝３の時の周波数特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２の頂部容量負荷型アンテナの概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例２の頂部容量負荷形アンテナの一例の周波数特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例２の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｚ面（または、Ｙ−Ｚ面）の放射パターンを示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例２の頂部容量負荷形アンテナの一例のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。
【図１５】図１１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、円弧状の無給電素子の本数を３とした場合の周波数特性を示すグラフである。
【図１６】図１１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、円弧状の無給電素子の本数を３とした場合のＸ−Ｚ面（または、Ｙ−Ｚ面）の放射パターンを示すグラフである。
【図１７】図１１に示す頂部容量負荷形アンテナにおいて、円弧状の無給電素子の本数を３とした場合のＸ−Ｙ面の放射パターンを示すグラフである。
【図１８】従来の頂部容量負荷型アンテナの概略構成を示す図であり。
【図１９】図１７に示す頂部容量負荷型アンテナの一例の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１３】
１  反射板
２  モノポール素子
３  頂部容量板
５  リング状導体板
６  接続導体
７  円弧状の無給電素子
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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