(57)【要約】【課題】  簡易な手段によりディスコーンアンテナ等が有する本来の広帯域特性を保持したまま小型化を図ることができる広帯域アンテナ装置を提供することを目的とする。【解決手段】  板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、円錐状金属導体の頂点部で同軸線路の外導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の内導体を板状金属導体に電気的に接続するか、または同軸線路の内導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の外導体を板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、円錐状金属導体は、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有することを特徴とする。【選択図】        図２
2006279946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、前記円錐状金属導体の頂点部で前記同軸線路の外導体を前記円錐状金属導体に電気的に接続し、前記同軸線路の内導体を前記板状金属導体に電気的に接続するか、または前記同軸線路の内導体を前記円錐状金属導体に電気的に接続し、前記同軸線路の外導体を前記板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、
前記円錐状金属導体は、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の広帯域アンテナ装置において、
前記円錐状金属導体および前記板状金属導体を含めたアンテナの占有する長さが、少なくとも一つの面内において、少なくとも一つの座標軸方向に対して最小となるように、前記円錐状金属導体と前記板状金属導体のなす角度を調整したことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の広帯域アンテナ装置において、
前記板状金属導体を前記板状金属導体の面に垂直な方向から見たとき、前記円錐状金属導体と前記板状金属導体の重ならない部分が大きくなるように、前記板状金属導体の形状または前記板状金属導体の給電点の位置を設定したことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の広帯域アンテナ装置において、
前記板状金属導体を前記板状金属導体の少なくとも一箇所で折り曲げたことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項５】
板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、前記円錐状金属導体の頂点部で前記同軸線路の外導体を前記円錐状金属導体に電気的に接続し、前記同軸線路の内導体を前記板状金属導体に電気的に接続するか、または前記同軸線路の内導体を前記円錐状金属導体に電気的に接続し、前記同軸線路の外導体を前記板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、
前記円錐状金属導体が直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有するときに、その側面を展開して形成される平面形状金属導体を平面アンテナ素子とし、前記円錐状金属導体の頂点部に対応する前記平面アンテナ素子の頂点と前記同軸線路の外導体または内導体を電気的に接続し、
前記平面アンテナ素子の頂点と輪郭線とを結ぶ直線を前記平面アンテナ素子の平面上において頂点を中心に回転させたときに、その回転角度に対する直線の長さの変化を示す曲線に大きさの異なる２つ以上の極大点が存在することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の広帯域アンテナ装置において、
斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた前記円錐状金属導体に代わり、切り欠きのない円錐状金属導体の側面を展開して形成される平面形状金属導体を平面アンテナ素子としたことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の広帯域アンテナ装置において、
前記円錐状金属導体の頂点に対応する前記平面アンテナ素子の給電点を通る線で２分割した一方を平面アンテナ素子としたことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、
前記平面アンテナ素子の形状または大きさを所定のアンテナ特性になるように調整したアンテナ素子、またはそれを組み合わせて１つの平面アンテナ素子としたことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項９】
板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、前記円錐状金属導体の頂点部で前記同軸線路の外導体を前記円錐状金属導体に電気的に接続し、前記同軸線路の内導体を前記板状金属導体に電気的に接続するか、または前記同軸線路の内導体を前記円錐状金属導体に電気的に接続し、前記同軸線路の外導体を前記板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、
前記円錐状金属導体が直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有するときに、その投影による平面形状金属導体を平面アンテナ素子とし、前記円錐状金属導体の頂点部に対応する前記平面アンテナ素子の頂点と前記同軸線路の外導体または内導体を電気的に接続し、
前記平面アンテナ素子の頂点と輪郭線とを結ぶ直線を前記平面アンテナ素子の平面上において頂点を中心に回転させたときに、その回転角度に対する直線の長さの変化を示す曲線に大きさの異なる２つ以上の極大点が存在することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項１０】
請求項５〜請求項９のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、
前記平面アンテナ素子の輪郭の全部または一部が残るように前記平面アンテナ素子の一部を切り取ったことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項１１】
請求項５〜請求項９のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、
プリント回路基板の金属地板または金属平板を前記平面アンテナ素子および前記平板金属導体の形状にくり抜き、少なくとも１つの前記平面形状のアンテナ素子の空隙と前記平板金属導体の空隙の頂点どうしを空隙で結合するか、または少なくとも２つの前記平面アンテナ素子の空隙の頂点どうしを空隙で結合し、その頂点の空隙部に電位差が生じるように給電することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、
前記同軸線路に代えてマイクロストリップ線路により給電する構成であることを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置をアンテナ素子とし、このアンテナ素子を少なくとも２個以上搭載したことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の広帯域アンテナ装置において、
前記複数のアンテナ素子に対する前記平板金属導体を共通にしたことを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の広帯域アンテナ装置において、
少なくとも１つの前記アンテナ素子の主偏波が、他のアンテナ素子の主偏波と異なることを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスコーンアンテナ等を小型化するのに適した広帯域アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の広帯域アンテナ装置として、例えば、図３６に示すディスコーンアンテナがある。図３６においては、大地に対して垂直方向をＺ、大地に対し水平方向であって互いに直交する二つの方向をそれぞれＸ，Ｙとしている。図３６（ａ）はＸ方向からディスコーンアンテナを見た図（側面図）であり、図３６（ｂ）はＺ方向からディスコーンアンテナを見た図（上面図）である。なお、前記した、Ｘ、Ｙ、Ｚの関係は、この明細書に添付した全ての図面において共通である。
【０００３】
図３６において、１は板状金属導体、２は直円錐形状の円錐状金属導体、３は同軸線路の外導体、４は同軸線路の内導体、Ｌは円錐状金属導体２の母線の長さ、Ｈはディスコーンアンテナの高さ、Ｗはディスコーンアンテナの円錐状金属導体開口部の幅である。ここでは、板状金属導体１の形状が円形の場合を示す。同軸線路の外導体３は、円錐状金属導体２の頂点部において円錐状金属導体２に電気的に接続され、同軸線路の内導体４は板状金属導体１に電気的に接続されている。
【０００４】
図３６に示すディスコーンアンテナにおいて、その最低共振周波数は、主に円錐状金属導体２の母線の長さＬで決定され、Ｌを使用周波数の波長の約 0.7倍の長さに設定する必要がある（例えば、非特許文献１参照）。このため、最低共振周波数を低くするためには、円錐状金属導体２の母線の長さＬを長くする必要がある。しかし、母線の長さＬを長くすれば、円錐状金属導体２の高さＨおよび円錐状金属導体２の開口部Ｗの幅が大きくなり、ディスコーンアンテナを小型に実現することは困難である。
【０００５】
そこで、ディスコーンアンテナの小型化に関して、円錐状金属導体の側面をスパイラル状導体で形成し、このスパイラルに沿った長さをＬとすることによりアンテナの小形化を図る技術が検討されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−８３２３８号公報
【非特許文献１】W.L.Stutzman,"Antenna Theory and Design", John Wiley & Sons,PP.274-278,1981.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、従来の広帯域アンテナ装置においては、ディスコーンアンテナの最低共振周波数が円錐状金属導体の母線の長さＬで決定されるため、小型化することが困難であった。
【０００７】
一方、特許文献１で開示されたディスコーンアンテナは小型化は可能であるものの、その共振特性は複数の帯域で共振する多共振特性となり、ディスコーンアンテナ本来の広帯域特性が失われ、設計方法も複雑になる問題点がある。
【０００８】
本発明は、簡易な手段によりディスコーンアンテナ等が有する本来の広帯域特性を保持したまま小型化を図ることができる広帯域アンテナ装置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】
【０００９】
請求項１に記載の広帯域アンテナ装置は、板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、円錐状金属導体の頂点部で同軸線路の外導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の内導体を板状金属導体に電気的に接続するか、または同軸線路の内導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の外導体を板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、円錐状金属導体は、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１に記載の広帯域アンテナ装置において、円錐状金属導体および板状金属導体を含めたアンテナの占有する長さが、少なくとも一つの面内において、少なくとも一つの座標軸方向に対して最小となるように、円錐状金属導体と板状金属導体のなす角度を調整したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１に記載の広帯域アンテナ装置において、板状金属導体を板状金属導体の面に垂直な方向から見たとき、円錐状金属導体と板状金属導体の重ならない部分が大きくなるように、板状金属導体の形状または板状金属導体の給電点の位置を設定したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１に記載の広帯域アンテナ装置において、板状金属導体を板状金属導体の少なくとも一箇所で折り曲げたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の広帯域アンテナ装置は、板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、円錐状金属導体の頂点部で同軸線路の外導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の内導体を板状金属導体に電気的に接続するか、または同軸線路の内導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の外導体を板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、円錐状金属導体が直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有するときに、その側面を展開して形成される平面形状金属導体を平面アンテナ素子とし、円錐状金属導体の頂点部に対応する平面アンテナ素子の頂点と同軸線路の外導体または内導体を電気的に接続し、平面アンテナ素子の頂点と輪郭線とを結ぶ直線を平面アンテナ素子の平面上において頂点を中心に回転させたときに、その回転角度に対する直線の長さの変化を示す曲線に大きさの異なる２つ以上の極大点が存在することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項５に記載の広帯域アンテナ装置において、斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた円錐状金属導体に代わり、切り欠きのない円錐状金属導体の側面を展開して形成される平面形状金属導体を平面アンテナ素子としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項５または請求項６に記載の広帯域アンテナ装置において、円錐状金属導体の頂点に対応する平面アンテナ素子の給電点を通る線で２分割した一方を平面アンテナ素子としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、平面アンテナ素子の形状または大きさを所定のアンテナ特性になるように調整したアンテナ素子、またはそれを組み合わせて１つの平面アンテナ素子としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の広帯域アンテナ装置は、板状金属導体と円錐状金属導体と同軸線路とを具備し、円錐状金属導体の頂点部で同軸線路の外導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の内導体を板状金属導体に電気的に接続するか、または同軸線路の内導体を円錐状金属導体に電気的に接続し、同軸線路の外導体を板状金属導体に電気的に接続する広帯域アンテナ装置において、円錐状金属導体が直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有するときに、その投影による平面形状金属導体を平面アンテナ素子とし、円錐状金属導体の頂点部に対応する平面アンテナ素子の頂点と同軸線路の外導体または内導体を電気的に接続し、円錐状金属導体の頂点部に対応する平面アンテナ素子の頂点と同軸線路の外導体または内導体を電気的に接続し、平面アンテナ素子の頂点と輪郭線とを結ぶ直線を平面アンテナ素子の平面上において頂点を中心に回転させたときに、その回転角度に対する直線の長さの変化を示す曲線に大きさの異なる２つ以上の極大点が存在することを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項５〜請求項９のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、平面アンテナ素子の輪郭の全部または一部が残るように平面アンテナ素子の一部を切り取ったことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項５〜請求項９のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、プリント回路基板の金属地板または金属平板を平面アンテナ素子および平板金属導体の形状にくり抜き、少なくとも１つの平面形状のアンテナ素子の空隙と平板金属導体の空隙の頂点どうしを空隙で結合するか、または少なくとも２つの平面形状のアンテナ素子の空隙の頂点どうしを空隙で結合し、その頂点の空隙部に電位差が生じるように給電することを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置において、同軸線路に代えてマイクロストリップ線路により給電する構成であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の広帯域アンテナ装置をアンテナ素子とし、このアンテナ素子を少なくとも２個以上搭載したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１３に記載の広帯域アンテナ装置において、複数のアンテナ素子に対する平板金属導体を共通にしたことを特徴とする。請求項１５に記載の広帯域アンテナ装置は、請求項１３に記載の広帯域アンテナ装置において、少なくとも１つのアンテナ素子の主偏波が、他のアンテナ素子の主偏波と異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ディスコーンアンテナ等の広帯域アンテナ装置の小型化に関して、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠き、開口部が単一の平面内に存在しない形状を有する円錐状金属導体を用いてアンテナを成形するため、極めて簡易にディスコーンアンテナ等の本来の広帯域特性を保持したまま、広帯域アンテナ装置の小形化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、小型化された広帯域アンテナ装置をアンテナ素子として複数のアンテナ素子を搭載した広帯域アンテナ装置を提供することができる。しかも、少なくとも１つのアンテナ素子の主偏波が、他のアンテナ素子の主偏波と異なるように構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施形態を示す。図１(a) はＸ方向から見た側面図、図１(b) はＺ方向から見た上面図、図２(a) はＹ方向から見た側面図、図２(b) は斜視図である。
【００２６】
図１および図２において、１は板状金属導体、２は直円錐の円錐状金属導体、３は同軸線路の外導体、４は同軸線路の内導体、５は給電コネクタ、６は第１の直方体、７は第２の直方体、８は円柱体、９は直円錐を斜めにカットした円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体である。ここでは、板状金属導体１の形状が円形の場合を示す。円錐状金属導体２の頂点部において同軸線路の外導体３は円錐状金属導体２に電気的に接続され、同軸線路の内導体４は板状金属導体１に電気的に接続されている。なお、同軸線路の外導体３を板状金属導体１に電気的に接続し、同軸線路の内導体４を円錐状金属導体２に電気的に接続してもよい。
【００２７】
第１の直方体６および第２の直方体７は、板状金属導体１と接する位置で、かつ円錐状金属導体２と交差する位置に配置される。円柱体８はその円形の上面が円錐状金属導体２の開口部に接触する位置より、Ｘ軸を回転軸とし、座標原点０を中心として、Ｚ−Ｙ面において30度回転させた位置に配置している。図１および図２に示すように、３つの立体により円錐状金属導体２を切り欠き、頂点部（給電部）を含まない側を取り除くことにより、直円錐を斜めにカットした円錐（底面が楕円）の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体９が形成される（図２(b) 参照) 。なお、円錐状金属導体９は、斜円錐（底面が円）の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状であってもよい。
【００２８】
図３は、円錐状金属導体９を含むディスコーンアンテナを示す。このように、円錐状金属導体９は、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状になるので、従来のディスコーンアンテナにおける円錐状金属導体２の幅Ｗ１，Ｗ２が小さくなり、ディスコーンアンテナを小型化することができる。
【００２９】
本実施形態では、３つの立体によって円錐状金属導体２を切断した場合の例を示したが、本実施形態で示した円柱体８と直方体６、７以外の他の立体や平面を用いても、本実施形態と全く同様のアンテナ形状を形成できる。例えば、第１の直方体６および第２の直方体７を断面がＵ字型の立体で代用することにより、２つの立体で実現可能である。さらに、本実施形態に示す３つの立体を１つの立体で構成し、または３つの立体における切断に用いる面を単一の面で構成することにより、本実施形態と同様のアンテナ形状を形成できる。したがって、これらの面や立体は少なくとも１つあればよい。
【００３０】
以上、説明したように、第１の実施形態の広帯域アンテナ装置によれば、従来の直円錐形状の円錐状金属導体２に代えて、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体９を用いることにより、ディスコーンアンテナ本来の広帯域特性を保持したままディスコーンアンテナを小型化することができる。なお、円錐状金属導体９の側面は、頂点から開口部方向に対する線状の金属導体の集合またはメッシュ構造であってもよい。
【００３１】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、第１の実施形態における広帯域アンテナ装置をＺ軸方向に小型化する例である。図４において、１は板状金属導体、３は同軸線路の外導体、４は同軸線路の内導体、５は給電コネクタ、９は直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体である。
【００３２】
板状金属導体１は、円錐状金属導体９の開口面と平行になるように同軸線路の内導体４と板状金属導体１の接続点を回転中心として、約30度回転している（図４(a) 参照）。すなわち、Ｚ−Ｙ面内（図４(a))およびＺ−Ｘ面内（図４(c))において、座標軸のＺ方向に対して円錐状金属導体９および板状金属導体１を含めたアンテナの占有する長さＨが最小となるように、円錐状金属導体９と板状金属導体１のなす角度を調整している。
【００３３】
このように、円錐状金属導体９の基本形状を直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐とし、円錐状金属導体９の開口面と板状金属導体１の角度を調整することにより、従来のディスコーンアンテナに比べてアンテナの占有する長さＨが小さくなり、ディスコーンアンテナを小型化することができる。なお、最小にするアンテナの占有する長さとして、図３におけるＹ軸方向の長さ（幅Ｗ２）を想定する場合には、図３に示すように板状金属導体１は円錐状金属導体９の開口面に対して所定の角度を設けた方がよい。ただし、その分だけアンテナの占有する長さＨは大きくなる。このように、少なくとも１つの座標軸方向に対してアンテナの占有する長さが最小になるように、板状金属導体１と円錐状金属導体９の開口面のなす角度を調整すればよい。
【００３４】
図５は、第２の実施形態におけるリターンロス（共振特性）を示す。ここでの広帯域アンテナ装置は、図１に示す板状金属導体１の半径約10ｍｍ、円錐状金属導体２の開口部の半径約20ｍｍ、円錐状金属導体２の高さ約35ｍｍ、第１の直方体６および第２の直方体７の寸法は（Ｘ：約20ｍｍ，Ｙ：約30ｍｍ，Ｚ：約50ｍｍ）、円柱体の半径約30ｍｍ、高さ約30ｍｍの場合の例であり、円錐状金属導体９および板状金属導体１からなる広帯域アンテナ装置の寸法はＨ＝20ｍｍ、Ｗ１＝20ｍｍ、Ｗ２＝47ｍｍである。
【００３５】
図５において、−10ｄＢでリターンロス（進行波に対する反射波の割合）を評価したとき、約 2.4ＧＨｚ〜８ＧＨｚにわたる帯域で良好な共振が得られており、本来のディスコーンアンテナが持つ広帯域性をある程度保持していることがわかる。
【００３６】
図６は、第２の実施形態の広帯域アンテナ装置の水平面内（図４(b) に示すＸ−Ｙ面）における 5.2ＧHzにおける放射パターンを示す。図６から垂直偏波Ｖ pol. (vertical polarization）は、良好な放射特性を実現していることがわかる。
【００３７】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態では、ＭＩＭＯ方式を用いた高速無線ＬＡＮシステム（N.Kita,et al.,"Wideband characteristics of Demmel condition number for 2×2 MIMO-OFDM channels,"IEICE Trans. on Commun.,E87-B,pp.1273-1275, 2004）におけるノートＰＣ用無線ＬＡＮカードに搭載した場合を示す。図７(a) はＺ方向から見た図であり、図７(b) はＸ方向から見た図である。
【００３８】
図７において、１は板状金属導体、３は同軸線路の外導体、４は同軸線路の内導体、５は給電コネクタ、９は円錐状金属導体、１０は無線ＬＡＮカードの筐体、１１はアンテナ支持体、１２はレドームである。
【００３９】
従来のディスコーンアンテナを用いた場合には、高さＨおよび幅Ｗが大きくなり、無線ＬＡＮカードに搭載することはできなかった。本実施形態のディスコーンアンテナによれば、高さＨおよび幅Ｗ１，Ｗ２を小さくできるので、小型化の効果によりＭＩＭＯ方式用の複数のアンテナが搭載可能である。
【００４０】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態では、ＭＩＭＯ方式を用いた高速無線ＬＡＮシステムにおけるノートＰＣ用無線ＬＡＮカードに搭載した場合の実施形態であり、垂直／水平両偏波を用いたＭＩＭＯ方式（杉山，他，”直交偏波を利用した広帯域ＰＤＭ−ＣＯＦＤＭ方式の提案，”電子情報通信学会ソサイエティ大会，SB-3-7,2001)に適用したものである。図８(a) はＺ方向から見た図であり、図８(b) はＸ方向から見た図である。
【００４１】
図８では、図７に示す３つのアンテナの内の１つを90度回転させることにより水平偏波アンテナとして動作させている。従来のディスコーンアンテナは、高さＨおよび幅Ｗが大きくなり、無線ＬＡＮカードに搭載することはできなかった。しかし、第４の実施形態のディスコーンアンテナによれば、高さＨおよび幅Ｗ１，Ｗ２を小さくできるので、小型化の効果により、垂直／水平偏波共用ＭＩＭＯ方式用のアンテナとして搭載可能である。
【００４２】
なお、本実施形態では、回転角度を90度として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転角度は任意でよい。これにより、主偏波と異なる偏波を送受信することができる。また、第３および第４の実施形態において搭載するアンテナとしては、第１および第２の実施形態に示す広帯域アンテナ装置に限らず、以後に記載する第６および第７の実施形態の広帯域アンテナ装置でもよい。
【００４３】
（第５の実施形態）
図９および図１０は、本発明の第５の実施形態を示す。本実施形態では、直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部を含む一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体９を平板状金属導体から製作する例を示す。
【００４４】
図９および図１０において、２は直円錐形状の円錐状金属導体、６は第１の直方体、８は円柱体、９は直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体、１３は同軸線路の外導体を接続するための円形開口部である。ここでは図の平易さのため板状金属導体等は示していない。図９は、原形となる円錐状金属導体２と円錐状金属導体９と第１の直方体６と円柱体８との関係を示す図であり、原形となる円錐状金属導体２の円錐の頂点を原点としている。
【００４５】
図１０は、平板状金属導体上に円錐状金属導体２および円錐状金属導体９を作図した平面図である。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは、円錐状金属導体９各部の角に各々対応している。原形となる円錐状金属導体２は、図１０の平面図において円弧（２）に対応している。したがって、銅板等の平板状金属導体上に作図された平面図を円弧（２）のラインで切り取り、辺ＯＡ’と辺ＯＧ’を溶接等で電気的に接続することにより容易に製作できる。
【００４６】
同様に円錐状金属導体９は、原形の円錐状金属導体２と３つの平面が交差したときの原点０からの母線の長さを求める問題に等しい。この問題は解析的に求めることができるので、銅板等の金属導体板に作図された円錐状金属導体９の平面図を切り取り、円錐状に成形し、辺ＯＡと辺ＯＧを溶接等で電気的に接続することにより容易に製作できる。なお、本実施形態は、第１、第２の実施形態、および以後に説明する第６、第７の実施形態にも適用できるものである。
【００４７】
（第６の実施形態）
図１１は、本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態は、板状金属導体１４の面に垂直な方向（Ｚ方向）から板状金属導体１４を見たとき、円錐状金属導体９と板状金属導体１４との重ならない部分が大きくなるように、板状金属導体１４の大きさを拡大したものである。ここでの板状金属導体１４は、２つの半円状の導体の中央部に、長方形状の導体を挿入して組み合わせた構造を有している。
【００４８】
図１２は、板状金属導体１４の長方形部分の長さＬＤを変化させたときのリターンロスの変化（共振特性の変化）を示し、ここでは半円状導体の半径を８ｍｍとしている。図１２から、円錐状金属導体９と板状金属導体１４の重ならない部分が大きくなるほど、リターンロスが改善されていることがわかる。
【００４９】
（第７の実施形態）
図１３は、本発明の第７の実施形態を示す。本実施形態は、板状金属導体１５の面に垂直な方向（Ｚ方向）から板状金属導体１５を見たとき、円錐状金属導体９と板状金属導体１５の重ならない部分が大きくなるように板状金属導体の大きさを拡大し、かつ、板状金属導体１５を少なくとも一箇所で折り曲げた場合を示す。板状金属導体１５は、２つの半円状の導体の中央部に、長方形状の導体を挿入して組み合わせた構造を有している。なお、例えば図４に示すような拡大しない板状金属導体１を折り曲げる構造としてもよい。
【００５０】
図１４は、板状金属導体１５の長方形部分の長さＬＣを変化させたときのリターンロスの変化（共振特性の変化）を示し、ここでは半円状導体の半径を８ｍｍ、長方形部分の長さを12ｍｍとし、同軸線路の内導体４と板状金属導体１５の接続点から板状金属導体１５を折り曲げた位置までの距離をＬＣとしている。図１４から、同軸線路と板状金属導体１５との接続点から板状金属導体１５を折り曲げた位置までの距離ＬＣが大きく、円錐状金属導体９と板状金属導体１５の重ならない部分が大きくなるほど、リターンロスが改善されていることがわかる。
【００５１】
このように板状金属導体を途中で折り曲げることにより、Ｚ方向の寸法を一定に保持したままＹ方向のアンテナ寸法を短くすることができるので広帯域アンテナ装置を小型化できる。
【００５２】
第６および第７の実施形態の説明では、板状金属導体１４，１５として、２つの半円状の導体の中央に、長方形状の導体を挿入して組み合わせた形状の実施形態を示した。しかし、板状金属導体１４，１５の形状はこれに限定されるものではなく、要求条件に適合するように、板状金属導体１４，１５の大きさや形状を円錐状金属導体９と板状金属導体１５の重ならない部分が大きくなるように、種々変更することによって所望特性を満足させることができる。また、板状金属導体１５の形状が円形であっても、板状金属導体１５の給電点の位置を中心からエッジ方向に移動させることにより、円錐状金属導体９と板状金属導体１５の重ならない部分を大きくすることができる。
【００５３】
（第８の実施形態）
図１５は、本発明の第８の実施形態を示す。図１５において、９は直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体、１６はプリント回路基板の金属地板、１７はマイクロストリップ線路、１８はスルーホール、１９はプリント回路基板の金属地板１６に設けた円形の空隙、２０はプリント回路基板の誘電体である。プリント回路基板の一面に金属地板１６、他面にマイクロストリップ線路１７を配置し、スルーホール１８を介して円錐状金属導体９の頂点に接続して給電している。
【００５４】
本実施形態においても第７の実施形態に示すように、円錐状金属導体９と金属地板１６の重ならない部分が大きくなるように、円錐状金属導体９の給電点から開口部の輪郭までの距離が最長となる円錐状金属導体９の点ＤをＹ方向に向けて配置する。また、マイクロストリップ線路１７を用いて給電しているので、同軸線路を用いる場合に比べて製造が容易である。なお、図１５では円錐状金属導体９の下部の一部にプリント回路基板の誘電体２０があるが、プリント回路基板の誘電体２０は円錐状金属導体９の下部の全部にあってもよく、またまったくない状態でもよい。
【００５５】
（第９の実施形態）
図１６および図１７は、本発明の第９の実施形態を示す。図１６および図１７において、２はもとになる円錐状金属導体の側面を展開した平面アンテナ素子、２１は図９における立体８で切断された円錐状金属導体の側面を展開した平面アンテナ素子、２２は円錐状金属導体９の側面を展開した平面アンテナ素子、１３は同軸線路の外導体を接続するための円形開口部である。
【００５６】
図１７に示すように、円錐状金属導体２の頂点に対応する平面アンテナ素子２１の１つの頂点を給電点Ｏとして同軸線路の内導体４を接続し、同軸線路の外導体３を平板状金属導体１４に接続している。これにより、立体アンテナであるディスコーンアンテナを平面化することができる。図１８は、本実施形態におけるリターンロスを示し、本実施形態のようにディスコーンアンテナを平面アンテナ化しても良好な特性が得られている。
【００５７】
（第１０の実施形態）
図１９は、本発明の第１０の実施形態を示す。図１９において、２２は直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体９の側面を展開した平面アンテナ素子である。
【００５８】
図１９に示すように、円錐状金属導体９の頂点に対応する平面アンテナ素子２２の１つの頂点を給電点Ｏとして同軸線路の内導体４を接続し、同軸線路の外導体３を平板状金属導体１４に接続している。ここで、θは給電点Ｏから平面アンテナ素子２２の輪郭上の任意の点を結ぶ直線の水平方向Ｏ−Ｏ′からの角度、ＲＬは平面アンテナ素子２２の給電点Ｏから輪郭までの長さである。図２０は、角度θに対する長さＯＬの変化を示す曲線であり、長さＯＬは２つの極大点をもつことがわかる。
【００５９】
図２１は、本実施形態におけるリターンロスを示し、2.4 ＧHz帯および５〜６ＧHz帯の２つの周波数帯で共振しており、２周波数共用アンテナとして良好な特性が得られている。このように、角度θに対して平面アンテナ素子２２の給電点Ｏから輪郭までの長さＲＬの変化を示す曲線が少なくとも２つの極大点をもつように平面アンテナ素子２２を形成することにより、多周波数共用アンテナを実現することができる。
【００６０】
（第１１の実施形態）
図２２は、本発明の第１１の実施形態を示す。図２２において、２３は図１９に示す平面アンテナ素子２２を直線Ｏ−Ｄを通る線で２分割した平面アンテナ素子、１６は板状金属導体として用いるプリント回路基板の金属地板、２０はプリント回路基板の誘電体であり、同軸線路（３，４）によって給電している。なお、平面アンテナ素子２２を２分割する線は直線Ｏ−Ｄに限らず任意に選択することができ、必ずしも対称分割に限定されるものではない。また、平面アンテナ素子２３は、平面アンテナ素子２２のように、角度θに対する長さＯＬの変化を示す曲線が少なくもと２つの極大点をもつ形状と見なすこともできる。また、図２２では平面アンテナ素子２３の下部にプリント回路基板の誘電体２０は存在しないが、プリント回路基板の誘電体２０は平面アンテナ素子２３の下部まで伸びてしてもよい。
【００６１】
図２３は、本実施形態におけるリターンロスを示し、2.4 ＧHz帯および５〜６ＧHz帯の２つの周波数帯で共振しており、２周波数共用アンテナとして良好な特性が得られている。図２４は、本実施形態における 2.4ＧHz帯および 5.2ＧHz帯における水平面内放射パターンであり、無指向性の良好な放射特性が得られている。
【００６２】
図２５は、本発明の第１１の実施形態の変形例を示す。図２５において、２４は図２２に示す平面アンテナ素子２３の形状および大きさを変化させたものを組み合わせた平面アンテナ素子である。１６は板状金属導体として用いるプリント回路基板の金属地板であり、モノポールアンテナと同様の構成としている。
【００６３】
ここで、平面アンテナ素子２４の右半分は、図２２に示す平面アンテナ素子２３と同じ形状であり、左半分は平面アンテナ素子２３の角度θに対する長さＯＬを任意に伸縮させ、かつ線分ＤＯと線分ＡＯの角度を変化させた形状のものである。このように、平面アンテナ素子の大きさや形状を変化させることにより、平面アンテナ素子の共振周波数の微調整を可能にしている。
【００６４】
（第１２の実施形態）
図２６は、本発明の第１２の実施形態を示す。図２６において、２５は図９において説明した直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体９をＺ−Ｙ平面に投影して形成される平面アンテナ素子、１６は板状金属導体として用いるプリント回路基板の金属地板、２０はプリント回路基板の誘電体である。本実施形態では、プリント回路基板上に配置した同軸線路（３，４）により給電する構成である。なお、図２６では平面アンテナ素子２５の下部にプリント回路基板の誘電体２０は存在しないが、プリント回路基板の誘電体２０と平面アンテナ素子２５の下部まで伸びていてもよい。
【００６５】
（第１３の実施形態）
図２７は、本発明の第１３の実施形態を示す。本実施形態は、図１７に示す平面アンテナ素子２１を半分にしたもの、または図２２に示す平面アンテナ素子２３の輪郭または輪郭の一部が残るように平面アンテナ素子の一部を切り取って形成している。図２８は、本実施形態におけるリターンロスを示し、平面アンテナ素子の輪郭または輪郭の一部による平面アンテナ素子でも良好な特性が得られている。また、このような平面アンテナ素子を用いることにより、小型化と共振周波数の制御ができることがわかる。
【００６６】
（第１４の実施形態）
図２９は、本発明の第１４の実施形態を示す。本実施形態では、ＭＩＭＯ方式を用いた高速無線ＬＡＮシステムにおけるノートＰＣ用無線ＬＡＮカードに搭載した場合の実施形態であり、図２２に示す第１１の実施形態の平面アンテナ素子２３の素子数を３とした場合に相当する。
【００６７】
図２９において、２３，２６は大きさおよび形状が異なる平面アンテナ素子であり、素子間相互結合による共振周波数やインピーダンスのずれの調整が可能である。１６は板状金属導体として用いるプリント回路基板の金属地板、２０はプリント回路基板の誘電体であり、同軸線路（３，４）によって給電している。なお、本実施形態では、各平面アンテナ素子２３，２６に対応する板状金属導体を空隙２７により電気的に分離しており、隣接素子間の相互結合を低減する構成になっている。また、図２９では平面アンテナ素子２３，２６の下部全体にプリント回路基板の誘電体２０が存在するが、その裏面に金属地板は存在しない。なお、プリント回路基板の誘電体２０は図２２に示すように平面アンテナ素子２３，２６の下部にまったくない状態でもよい。
【００６８】
（第１５の実施形態）
図３０は、本発明の第１５の実施形態を示す。本実施形態は、図２２に示す第１１の実施形態の同軸線路による給電をマイクロストリップ線路による給電に変更したものである。
【００６９】
図３０において、２３は平面アンテナ素子、１６はプリント回路基板の金属地板、１７はマイクロストリップ線路、２０はプリント回路基板の誘電体、２８は平面アンテナ素子２３とマイクロストリップ線路１７を電気的に接続する金属ワイヤである。
【００７０】
（第１６の実施形態）
図３１は、本発明の第１６の実施形態を示す。本実施形態は、図２９に示す第１４の実施形態の同軸線路による給電をマイクロストリップ線路による給電に変更したものである。
【００７１】
図３１において、２３，２６は大きさおよび形状が異なる平面アンテナ素子、１６はプリント回路基板の金属地板、１７はマイクロストリップ線路、２０はプリント回路基板の誘電体、２８は平面アンテナ素子２３とマイクロストリップ線路１７を電気的に接続する金属ワイヤである。ここでは、各平面アンテナ素子２３，２６に対応する板状金属導体であるプリント回路基板の金属地板１６を共通としている。なお、平面アンテナ素子２３，２６の下部にあるプリント回路基板の誘電体２０の両面に金属地板は存在しない。
【００７２】
図３２は、本実施形態における３素子平面アンテナのリターンロスを示す。３素子ともにＶＳＷＲ≦２の評価で、2.4 ＧHz帯（ 2.4〜2.5 ＧHz，802.11b/g)、５ＧHz帯（ 4.9〜5.1 ＧHz，5.15〜5.35ＧHz，5.47〜5.9 ＧHz，802.11a)の全ての帯域を十分にカバーできることがわかる。
【００７３】
（第１７の実施形態）
図３３は、本発明の第１７の実施形態を示す。本実施形態では、ＭＩＭＯ方式を用いた高速無線ＬＡＮシステムにおけるノートＰＣ用無線ＬＡＮカードに搭載した場合の実施形態であり、垂直／水平両偏波を用いたＭＩＭＯ方式に適用したものである。
【００７４】
図３３において、９は直円錐を斜めにカットした円錐または斜円錐の側面のうち開口部の一部を切り欠いた形状の円錐状金属導体であり、水平面内（Ｘ−Ｙ平面）において垂直偏波アンテナとして機能する。２３は平面アンテナ素子であり、水平面内（Ｘ−Ｙ平面）において水平偏波アンテナとして機能する。１６は板状金属導体として用いるプリント回路基板の金属地板、２０はプリント回路基板の誘電体であり、マイクロストリップ線路１７により給電している。このような構成により、垂直／水平両偏波を用いたＭＩＭＯ方式に対応する広帯域アンテナ装置を実現することができる。
【００７５】
（第１８の実施形態）
図３４は、本発明の第１８の実施形態を示す。本実施形態では、自己相対の原理（例えば、非特許文献１）に基づき、上記の平面アンテナ素子をそれと等価なスロット素子として構成した場合を示す。
【００７６】
図３４において、３１は平板金属導体１６上に設けた平面アンテナ素子と等価なスロット素子であり、２つの給電点どうしを空隙で結合し、同軸線路（３，４）で給電している。図３５は、本実施形態の広帯域アンテナ装置をノートパソコン３２のディスプレイ部分に組み込んだ例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるディスコーンアンテナを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図５】第２の実施形態におけるリターンロスを示す図である。
【図６】第２の実施形態における広帯域アンテナ装置の水平面内（図４(b) に示すＸ−Ｙ面）における放射パターンを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態を示す図である。
【図１２】第６の実施形態における板状金属導体の長方形部分の長さを変化させたときのリターンロスを示す図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示す図である。
【図１４】第７の実施形態における板状金属導体の長方形部分の長さを変化させたときのリターンロスを示す図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の第９の実施形態を示す図である。
【図１８】第７の実施形態におけるリターンロスを示す図である。
【図１９】本発明の第１０の実施形態を示す図である。
【図２０】第１０の実施形態における角度θに対する長さＯＬの変化曲線を示す図である。
【図２１】第１０の実施形態におけるリターンロスを示す図である。
【図２２】本発明の第１１の実施形態を示す図である。
【図２３】第１１の実施形態におけるリターンロスを示す図である。
【図２４】図２３に示す広帯域アンテナ装置の水平面内における放射パターンを示す図である。
【図２５】本発明の第１１の実施形態の変形例を示す図である。
【図２６】本発明の第１２の実施形態を示す図である。
【図２７】本発明の第１３の実施形態を示す図である。
【図２８】第１３の実施形態におけるリターンロスを示す図である。
【図２９】本発明の第１４の実施形態を示す図である。
【図３０】本発明の第１５の実施形態を示す図である。
【図３１】本発明の第１６の実施形態を示す図である。
【図３２】第１６の実施形態におけるリターンロスを示す図である。
【図３３】本発明の第１７の実施形態を示す図である。
【図３４】本発明の第１８の実施形態を示す図である。
【図３５】第１８の実施形態の広帯域アンテナ装置の実装例を示す図である。
【図３６】従来のディスコーンアンテナを示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，１４，１５  板状金属導体
２  円錐状金属導体
３  同軸線路の外導体
４  同軸線路の内導体
５  給電コネクタ
６  第１の直方体
７  第２の直方体
８  円柱体
９  立体によって切断された円錐状金属導体
１０  無線ＬＡＮカードの筐体
１１  支持体
１２  レドーム
１３  同軸線路の外導体を接続するための円形開口部
１６  プリント回路基板の金属地板
１７  マイクロストリップ線路
１８  スルーホール
１９，２７  空隙
２０  プリント回路基板の誘電体
２１，２２，２３，２４，２５，２６  平面アンテナ素子
２８  金属ワイヤ
３１  スロット素子
３２  ノートパソコン
Ｌ  円錐状金属導体の母線の長さ
Ｈ  円錐状金属導体の高さ
Ｗ１，Ｗ２  円錐状金属導体の開口部の幅
ＬＣ，ＬＤ  板状金属導体の長方形部分の長さ
【図１】
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【図２】
2006279946.tif 000004
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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