(57)【要約】【課題】非励振素子を装荷した場合にも、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを動作させることのできるアンテナ装置を得る。【解決手段】第１の誘電体基板の表面に形成され、同一の二等辺三角形の形状を有する第１の導体１１および第２の導体１２と、二等辺三角形の等しい辺がなす頂点にそれぞれ設けられた給電部１３とを有し、二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した励振素子１０を備えたアンテナ装置において、第１の誘電体基板に対して階層的に設置された第２の誘電体基板の表面に形成され、第１の導体１１および第２の導体１２と同一の二等辺三角形の形状を有する第３の導体２１および第４の導体２２を有し、第３の導体２１および第４の導体２２のそれぞれに間隙２３、２４を設けたものである。【選択図】図１
2006135415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体基板の表面に形成され、同一の二等辺三角形の形状を有する第１の導体および第２の導体と、
前記第１の導体および前記第２の導体の二等辺三角形の等しい辺がなす頂点にそれぞれ設けられた給電部と
を有し、
前記第１の導体と前記第２の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を当該各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した励振素子を備えたアンテナ装置において、
前記第１の誘電体基板に対して階層的に設置された第２の誘電体基板の表面に形成され、前記第１の導体および前記第２の導体と同一の二等辺三角形の形状を有する第３の導体および第４の導体を有し、
前記第３の導体と前記第４の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を当該各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した非励振素子をさらに備え、
前記第３の導体および前記第４の導体のそれぞれに間隙を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記第１の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第１の導体および前記第２の導体と、前記第２の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第３の導体および前記第４の導体とのそれぞれの二等辺三角形の底辺を円弧状にしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ装置において、
前記第１の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第１の導体および前記第２の導体と、前記第２の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第３の導体および前記第４の導体とのそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を任意の曲線状にしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアンテナ装置において、
前記第１の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第１の導体および前記第２の導体と、前記第２の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第３の導体および前記第４の導体とのそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を任意の階段状にしたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域な特性を有するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアンテナ装置として、アンテナ寸法を小さくすることができるボウタイアンテナがある（例えば、特許文献１参照）。このアンテナ装置は、二等辺三角形の形状をした導体における互いに等しい辺を曲線状または階段状にすることにより、アンテナ寸法を小さくすることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３５０３７号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。一般に、アンテナを広帯域化するためには、非励振素子を装荷する手法が用いられる。しかし、従来のアンテナ装置は、広帯域化するために非励振素子を装荷した場合には、給電部からの反射特性はよくなるものの、高い周波数帯域で放射特性が劣化し、アンテナの利得が低下する現象が生じるという問題点がある。
【０００５】
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、非励振素子を装荷した場合にも、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを動作させることのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るアンテナ装置は、第１の誘電体基板の表面に形成され、同一の二等辺三角形の形状を有する第１の導体および第２の導体と、第１の導体および第２の導体の二等辺三角形の等しい辺がなす頂点にそれぞれ設けられた給電部とを有し、第１の導体と第２の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した励振素子を備えたアンテナ装置において、第１の誘電体基板に対して階層的に設けられた第２の誘電体基板の表面に形成され、第１の導体および第２の導体と同一の二等辺三角形の形状を有する第３の導体および第４の導体を有し、第３の導体と第４の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した非励振素子をさらに備え、第３の導体および第４の導体のそれぞれに間隙を設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、非励振素子を構成するそれぞれの導体に間隙を設けることにより、非励振素子を装荷した場合にも、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを動作させることのできるアンテナ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のアンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明のアンテナ装置は、間隙構造を有する導体を備えた非励振素子を装荷することにより、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを広帯域化することができることを特徴としている。
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図である。このアンテナ装置は、第１の誘電体基板（図示せず）の表面に形成された励振素子１０と、第１の誘電体基板に対して階層的に設置された第２の誘電体基板（図示せず）の表面に形成された非励振素子２０とで構成される。
【００１０】
さらに、励振素子１０は、ともに同一の二等辺三角形の形状を有する第１の導体１１および第２の導体１２で構成される。また、第１の導体１１と第２の導体１２のそれぞれの頂点には、給電部１３が設けられており、この給電部１３に信号が入力される。
【００１１】
第１の導体１１と第２の導体１２とは、等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって、それぞれの給電部１３が対向するように配置されて、第１の誘電体基板の表面に形成される。なお、図１においてＬ１として表されている寸法は、このように配置された第１の導体１１と第２の導体１２との寸法を表すものである。
【００１２】
一方、非励振素子２０は、ともに第１の導体１１および第２の導体１２と同一の二等辺三角形の形状を有する第３の導体２１および第４の導体２２で構成される。第３の導体２１と第４の導体２２とは、等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって、それぞれの二等辺三角形の等しい辺がなす頂点が対向するように配置されて、第２の誘電体基板の表面に形成される。なお、図１においてＬ２として表されている寸法は、このように配置された第３の導体２１と第４の導体２２との寸法を表すものである。
【００１３】
次に動作について説明する。図１の構成において、給電部１３から入力された信号は、給電部１３から第１の導体１１および第２の導体１２を伝搬する。そして、伝搬する信号のうち、第１の導体１１と第２の導体１２との寸法Ｌ１が概ね２分の１波長となる周波数より高い周波数帯の信号は、アンテナが自己補対構造のため、周波数に依存することなく空間と整合が取れ、放射される。
【００１４】
一方、第１の導体１１と第２の導体１２との寸法Ｌ１が概ね２分の１波長となる周波数より低い周波数の信号は、アンテナの電気長が足りないために放射抵抗が急激に低下し、放射されない。したがって、このようなアンテナは、第１の導体１１と第２の導体１２との寸法Ｌ１が概ね２分の１波長となる周波数より高い周波数帯域で放射する広帯域なアンテナ装置となる。
【００１５】
第１の導体１１と第２の導体１２との寸法Ｌ１としては、使用周波数帯域の下限周波数をｆ１とした場合に、下式（１）に示す寸法が必要となる。なお、式（１）におけるｃは、自由空間における光速である。
【００１６】
Ｌ１＝ｃ／（２×ｆ１）                                                （１）
【００１７】
第１の誘電体基板の表面に形成された励振素子１０から放射された電波は、第１の誘電体基板に対して階層的に設置された第２の誘電体基板の表面に形成された非励振素子２０の第３の導体２１および第４の導体２２と結合して放射される。ここで，非励振素子２０に間隙を設けない場合および隙間を設けた場合について比較する。ここで、非励振素子２０に設けられる間隙とは、第３の導体２１自身に設けられた第１の間隙２３、および第４の導体２２自身に設けられた第２の間隙２４に相当する。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１における非励振素子２０に間隙を設けない場合の非励振素子２０上の電流分布およびアンテナ放射パターンを示した図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における非励振素子２０に間隙を設けた場合の非励振素子２０上の電流分布およびアンテナ放射パターンを示した図である。図２および図３は、どちらも周波数がｆ１〜ｆ４の４通りに対して示されており、この周波数の大小関係は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４である。
【００１９】
図２に示すように、非励振素子２０に間隙を設けない場合には、非励振素子２０上の電流分布は、周波数が高くなっても大きく変化しない。そのため、高い周波数では、素子間隔の広い２素子のアンテナのように動作するため、放射特性が劣化することとなる。
【００２０】
一方、図３に示すように、非励振素子２０に間隙を設けた場合には、非励振素子２０上の電流分布は、周波数が高くなると中央部分の電流分布が大きくなる。そのため、高い周波数では、素子間隔の広い２素子のアンテナのような電流分布とならないため、放射特性の劣化が緩和されることとなる。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１における非励振素子２０に間隙を設けない場合および間隙を設けた場合のアンテナ正面方向での利得周波数特性を示した図である。非励振素子２０に間隙を設けない場合には、上述したように放射特性が劣化するため、高い周波数帯で利得が低下する。一方、非励振素子２０に間隙を設けた場合には、上述したように放射特性の劣化が緩和されるため、高い周波数帯での利得低下が緩和されていることがわかる。
【００２２】
実施の形態１によれば、励振素子に非励振素子を装荷した場合のアンテナ装置において、非励振素子に間隙を設けることで、高い周波数帯における放射特性の劣化およびアンテナ利得の低下現象を抑えることができ、安定した動作特性を有するアンテナ装置を得ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図である。図５において、実施の形態１の構成図である図１と同一部分あるいは相当部分には、同一符号を付している。
【００２４】
本実施の形態２における励振素子１０および非励振素子２０は、二等辺三角形の形状を有する第１の導体１１、第２の導体１２、第３の導体２１および第４の導体２２のそれぞれの二等辺三角形の底辺を円弧状としている。すなわち、実施の形態２において、二等辺三角形の形状と称しているそれぞれの導体形状は、図５に示すように、扇形形状を指すものである。
【００２５】
基本的な動作は、実施の形態１で説明した動作と同じであり、励振素子１０から放射された電波は、励振素子１０に対して階層的に設けられた非励振素子２０の第３の導体２１および第４の導体２２と結合して放射される。
【００２６】
実施の形態２によれば、二等辺三角形の底辺を円弧状として励振素子および非励振素子を構成した場合においても、非励振素子に間隙を設けることで、高い周波数帯における放射特性の劣化およびアンテナ利得の低下現象を抑えることができ、安定した動作特性を有するアンテナ装置を得ることができる。さらに、実施の形態１のアンテナ装置と比較すると、サイズは大きくなるものの、帯域をより大きく取れるメリットがある。
【００２７】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成図である。図６において、実施の形態１の構成図である図１と同一部分あるいは相当部分には、同一符号を付している。
【００２８】
本実施の形態３の励振素子１０および非励振素子２０は、二等辺三角形の形状を有する第１の導体１１、第２の導体１２、第３の導体２１、および第４の導体２２のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状としたものである。すなわち、実施の形態３において、二等辺三角形の形状と称しているそれぞれの導体形状は、図６に示すように、曲線状の二辺を有する形状を指すものである。
【００２９】
基本的な動作は、実施の形態１、２で説明した動作と同じであり、励振素子１０から放射された電波は、励振素子１０に対して階層的に設けられた非励振素子２０の第３の導体２１および第４の導体２２と結合して放射される。
【００３０】
その際、アンテナ装置の下限周波数が決まる第１の導体１１と第２の導体１２との寸法Ｌ１、および第３の導体２１と第４の導体２２との寸法Ｌ２に相当するそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状にすることにより、二等辺三角形の等しい辺を直線状にした場合と比較して、電気長をかせぐことができ、その結果としてアンテナ寸法を小さくすることができる。
【００３１】
実施の形態３によれば、非励振素子に間隙を設けることで実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。さらに、アンテナの下限周波数が決まる第１の導体、第２の導体、第３の導体、および第４の導体のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状とすることにより、電気長をかせぎ、アンテナ寸法を小さくすることができる。
【００３２】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成図である。図７において、実施の形態１の構成図である図１と同一部分あるいは相当部分には、同一符号を付している。
【００３３】
本実施の形態３の励振素子１０および非励振素子２０は、二等辺三角形の形状を有する第１の導体１１、第２の導体１２、第３の導体２１、および第４の導体２２のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を階段形状としたものである。すなわち、実施の形態４において、二等辺三角形の形状と称しているそれぞれの導体形状は、図７に示すように、階段状の二辺を有する形状を指すものである。
【００３４】
基本的な動作は、実施の形態１〜３で説明した動作と同じであり、励振素子１０から放射された電波は、励振素子１０に対して階層的に設けられた非励振素子２０の第３の導体２１および第４の導体２２と結合して放射される。
【００３５】
その際、アンテナ装置の下限周波数が決まる第１の導体１１と第２の導体１２との寸法Ｌ１、および第３の導体２１と第４の導体２２との寸法Ｌ２に相当するそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状にすることにより、二等辺三角形の等しい辺を直線状にした場合と比較して、電気長をかせぐことができ、その結果としてアンテナ寸法を小さくすることができる。
【００３６】
実施の形態４によれば、非励振素子に間隙を設けることで実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。さらに、アンテナの下限周波数が決まる第１の導体、第２の導体、第３の導体、および第４の導体のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を階段状にすることにより、実施の形態３と同様に、電気長をかせぎ、アンテナ寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における非励振素子に間隙を設けない場合の非励振素子上の電流分布およびアンテナ放射パターンを示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における非励振素子に間隙を設けた場合の非励振素子上の電流分布およびアンテナ放射パターンを示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における非励振素子に間隙を設けない場合および間隙を設けた場合のアンテナ正面方向での利得周波数特性を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  励振素子、１１  第１の導体、１２  第２の導体、１３  給電部、２０  非励振素子、２１  第３の導体、２２  第４の導体、２３  第１の間隙、２４  第２の間隙。
【図１】
2006135415.tif 000003
【図２】
2006135415.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006135415.tif 000006
【図５】
2006135415.tif 000007
【図６】
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【図７】
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