(57)【要約】【課題】本発明は、通信機器に用いられるアンテナに関するものであり、アンテナの整合回路を不要とすることで高い放射効率を実現できるという効果を有すると共に、機械的振動等に強い強固な構造を有するアンテナ装置を提供できるという効果を有する。【解決手段】アンテナエレメント１と、グランド板３と、給電部２とを有し、この給電部２を介して前記アンテナエレメント１とグランド板３とを電気的に接続するアンテナ装置であって、前記アンテナエレメント１は、柱状の導電材料からなることを特徴とするアンテナ装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナエレメントと、グランド板と、給電部とを有し、この給電部を介して前記アンテナエレメントとグランド板とを電気的に接続するアンテナ装置であって、前記アンテナエレメントは、柱状の導電材料からなることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナエレメントの厚みが、グランド板に近づくに従い薄くなるアンテナ装置。
【請求項３】
柱状のアンテナエレメントと、誘電体基板と、給電部とを有し、前記誘電体基板の上面に、放射パターンを設けた領域とグランドパターンを設けた領域とを形成し、前記放射パターン上面に前記柱状のアンテナエレメントを電気的に接続するように形成するとともに、前記放射パターンは、前記給電部を介して前記グランドパターンと電気的に接続していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナエレメントの厚みが、グランドパターンに近づくに従い薄くなるアンテナ装置。
【請求項５】
コの字形状のアンテナエレメントと、誘電体基板と、給電部とを有し、前記誘電体基板の上面に、放射パターンを設けた領域とグランドパターンを設けた領域を形成し、前記放射パターン上に前記コの字形状のアンテナエレメントが電気的に接続するように形成されるとともに、前記放射パターンは、前記給電部を介して前記グランドパターンと電気的に接続していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のアンテナエレメントの厚みが、グランドパターンに近づくに従い薄くなるアンテナ装置。
【請求項７】
誘電体基板上面のグランドパターン上に高周波回路を実装し、この高周波回路と放射パターンとが、給電部を介して電気的に接続された、請求項３、５に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
誘電体基板上面のグランドパターン上に、別の柱状のアンテナエレメントを形成し、このアンテナエレメントの下端部と前記グランドパターンとを電気的に接続した請求項３、５に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のアンテナエレメントの厚みが、放射パターンに近づくに従い薄くなるアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のアンテナエレメントを、高周波回路のシールドケースとして使用するアンテナ装置。
【請求項１１】
誘電体基板の下面に、放射パターンを設けた領域とグランドパターンを設けた領域とを形成し、前記誘電体基板の下面の放射パターン上に柱状のアンテナエレメントを電気的に接続するように形成するとともに、前記放射パターンは、給電部を介して前記グランドパターンと電気的に接続していることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアンテナエレメントの厚みが、グランドパターンに近づくに従い薄くなるアンテナ装置。
【請求項１３】
誘電体基板の下面に、放射パターンを設けた領域とグランドパターンを設けた領域とを形成し、前記放射パターン上に前記コの字形状のアンテナエレメントを電気的に接続するように形成するとともに、前記放射パターンは、前記給電部を介して前記グランドパターンと電気的に接続していることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
アンテナエレメントの厚みが、グランドパターンに近づくに従い薄くなる請求項１３に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
誘電体基板の下面のグランドパターン上に高周波回路を実装し、当該高周波回路と放射パターンが電気的に接続された、請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
誘電体基板の下面のグランドパターン上に、別の柱状のアンテナエレメントを形成し、このアンテナエレメントの上端部と前記グランドパターンとを電気的に接続した請求項１１、１３に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
グランド板下面に設けたアンテナエレメントを高周波回路のシールドケースとして使用する請求項１６に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のアンテナエレメントの厚みが、放射パターンに近づくに従い薄くなるアンテナ装置。
【請求項１９】
誘電体基板の少なくとも一面に、誘電体、磁性体の少なくともいずれか一方を配置した請求項３、５に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
テレビ用アンテナとして使用される請求項１、３、５に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器に用いられるアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モノポールアンテナを広帯域化するためには、図２４に示したようなボウタイ形のアンテナエレメント１００を採用すればよいことが知られている。図２４のアンテナ装置は、ボウタイ形のアンテナエレメント１００と、その一端と電気的に接続された給電部１０１と、グランド板１０２により構成されている。図２２のアンテナ装置のインピーダンス特性を図２５に示す。図２５より、約１ＧＨｚ以上の周波数でレジスタンス値が約１５０Ω程度に収束しているのが分かる。給電部１０１の入力インピーダンスを１５０Ωとした場合の図２４に示すアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を図２６に記載する。図２６より、８６９ＭＨｚ以上の周波数でＶＳＷＲ＜３を満即していることが分かる。
【０００３】
また、広帯域なアンテナとしては、図２４に示したボウタイ形のアンテナエレメント以外で、円錐アンテナ（コニカルアンテナ）が知られている。これは、図２４のボウタイ形アンテナを立体的にしたものであり、立体的に自己相似の関係を満足させることが可能であるため、ボウタイ形アンテナと比較し、インピーダンスの周波数変動を低く抑えて一定値に近づけることが容易になる。
【０００４】
図２８に示したアンテナ装置は、円錐アンテナで使用されている円錐エレメントを四角錐に置き換えたものであり、四角錐形状のアンテナエレメント１０３と、その一端と電気的に接続された給電部１０４と、グランド板１０５により構成されている。図２８のアンテナ装置のインピーダンス特性を図２９に示すが、約１ＧＨｚ以上の周波数でレジスタンス値が約１７０Ωに収束しているのが分かる。
【０００５】
給電部１０４の入力インピーダンスを１７０Ωとした場合の、図２８に示すアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を図３０に記載する。図３０より、８２９ＭＨｚ以上の周波数でＶＳＷＲ＜３を満足していることが分かる。また、ボウタイ形のアンテナエレメント１００を用いた場合のＶＳＷＲ特性と比較し、１ＧＨｚ以上でのＶＳＷＲ特性のバラツキが小さいことがわかる。これは、立体的に自己相似形状を満足しているためと考えられる。更に、ＶＳＷＲ＜３を実現する最低周波数を４０ＭＨｚ程度低く設計できるが、立体的形状とすることにより、アンテナエレメントの電気長を長くすることができたためである。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開２００２−１６４７３１号公報
【特許文献２】特許第１３１２５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の構成では、アンテナエレメントの入力インピーダンスが１５０Ω以上と高く、アンテナエレメントに接続される高周波回路の入力インピーダンスが一般的に５０Ωであるのに対し、整合回路無しにマッチングを取ることが困難となる。また、整合回路を入れると、整合回路の周波数特性により、アンテナの広帯域性が損なわれる。
【０００８】
参考までに、図２４に示したアンテナ装置における給電部１０１の入力インピーダンスを５０Ωとした場合のＶＳＷＲ特性を図２７に示す。また、図２８に示したアンテナ装置における給電部１０４の入力インピーダンスを５０Ωとした場合のＶＳＷＲ特性を図３０に示す。図２７及び図３１より、１ＧＨｚ以上の周波数において、給電部とアンテナエレメントの間のインピーダンス不整合が生じていることがわかる。
【０００９】
また、アンテナエレメントの形状がボウタイ形状や円錐、角錐形状のように大きくなると、高周波回路と接続される給電部に対して負荷がかかり、走行時の振動が予想される車等へ上記アンテナ装置を設置した場合には、給電部分の構造的破損に繋がる可能性もある。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するもので、整合回路を用いる必要無くアンテナエレメント形状によりインピーダンスの５０Ω整合をとることができ、これにより整合回路での電力ロスを無くすることができるため高い放射効率を有するアンテナ装置を実現できると共に、自動車等に設置しても構造的破損が起きない強固な構造を有するアンテナ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、アンテナエレメントと、グランド板と、給電部とを有し、この給電部を介して前記アンテナエレメントとグランド板とを電気的に接続するアンテナ装置であって、前記アンテナエレメントは、柱状の導電材料からなることを特徴とするアンテナ装置であり、アンテナエレメントとグランド板の対向する間隔を調整することにより、アンテナエレメントとグランド板の電磁結合量を最適化し、アンテナエレメントの入力インピーダンスを約５０Ωに調整することが可能であり、これにより整合回路をアンテナエレメント直下に設置する必要が無くなるため、整合回路による電力ロスが無くなり高い放射効率を実現できると共に、整合回路を構成する素子のコスト、実装面積を無くすことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアンテナ装置は、放射効率が高く、機械的強度を有すると共に、アンテナエレメントと対でアンテナとして動作するグランド部分の立体的形状をシールドケースとして利用することにより、小型で且つ低コストのアンテナ装置を提供できるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、２、２０に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の斜視図である。
【００１５】
図１において、断面が長方形となる柱状の導電性エレメントからなるアンテナエレメント１とグランド板３が給電部２により電気的に接続されたアンテナ装置となっている。アンテナエレメント１とグランド板３との間に発生する浮遊容量は、従来のボウタイ形状のアンテナエレメントを使用した場合や、四角錐状のアンテナエレメントを使用した場合に比べて大きくでき（アンテナエレメントとグランド板の対向面を近距離で大きく設定できるため）、アンテナエレメント１とグランド板３の間隔を調整することにより、アンテナエレメント１の入力インピーダンスを約５０Ωに設定することが可能となる。
【００１６】
図２にアンテナエレメント１の入力インピーダンスを示す。図２より、広帯域特性を実現するための複共振の点を５０Ω近辺に設定できていることが分かる。図３に、この時のＶＳＷＲ特性を示すが、５０Ωの入力インピーダンスを有する給電点に対し、約０．７〜２．４ＧＨｚの範囲で、ＶＳＷＲ＜３を実現できていることがわかる。
【００１７】
アンテナエレメント１とグランド板３の間の浮遊容量が大きくなるに従い、アンテナエレメント１の入力インピーダンスが５０Ωに設計できる様子を、図４を用いて説明する。
【００１８】
図４は、実施の形態１を変形したものである。アンテナエレメントの第１部分４と第２部分５とが電気的に接続するように、アンテナエレメントが構成されている。ここで、アンテナエレメントの第１部分４の長手方向長Ｌ１とアンテナエレメントの第２部分５の長手方向長Ｌ２の比率Ｌ１／Ｌ２を変更した場合の、アンテナエレメントの入力インピーダンスおよびＶＳＷＲ特性（給電部２の入力インピーダンスを５０Ωとした場合のもの）を、図５〜図８に示す。図５、図６はＬ１／Ｌ２＝１の場合であり、図７、図８はＬ１／Ｌ２＝３の場合のものである。
【００１９】
これらの図から、Ｌ１／Ｌ２が大きくなり、アンテナエレメントの形状が四角柱に近づくことにより、アンテナエレメントとグランド板の間の浮遊容量が大きくなり、アンテナエレメントの入力インピーダンスが５０Ωヘ寄っていくのがわかる。従来のアンテナエレメントを用いた場合は、アンテナエレメントとグランド板の間の距離を調整しても、インピーダンス特性のレジスタンス値が１５０Ω以上にしか設計できなかったが、本発明はアンテナエレメントの形状を工夫することにより、インピーダンスを５０Ωに整合を取ることが可能となっている。
【００２０】
図９には、実施の形態１のアンテナエレメントの他の実施例を示す。アンテナエレメント６のようにグランド板３に対向する面に開口部を設けることにより、アンテナ装置の軽量化を図れる。
【００２１】
図９に示すアンテナエレメント６の内部は中空となっているが、この部分に誘電体または磁性体を挿入することにより、アンテナエレメント６の小型化を図ることも可能である。これは、図１に示すアンテナエレメント１においても同様である。
【００２２】
さらに、実施の形態１のアンテナエレメントの他の実施例を図１０に示す。図１０に示したアンテナエレメント７は、グランド板３から離れるに従って厚みＤが大きくなっていく構造であり、アンテナエレメント７とグランド板３の間の対向部分をボウタイ形状や円錐状のエレメントと比較し大きくすることができ、アンテナエレメント７とグランド板３の間隔を調整することにより、アンテナエレメント７の入力インピーダンスを５０Ωに整合できると共に、アンテナエレメント７の長手方向の断面形状が給電点から離れるに従い、広がる自己相似形状を有しているため、図３に示した四角柱状のアンテナエレメントを使用した場合のＶＳＷＲ特性と比較し、高い周波数帯域において良好なＶＳＷＲ特性を実現できる。
【００２３】
図１１に図１０のアンテナエレメントのインピーダンス特性を、また、図１２にＶＳＷＲ特性をそれぞれ示す。
【００２４】
尚、図１、図４、図１０において、その断面形状が四角形となる形状のアンテナエレメントを用いて説明したが、断面が楕円または円となるアンテナエレメントを用いても、同様の効果が得られるのは言うまでも無い。
【００２５】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３〜６、１１〜１４、１９に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１３は本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の斜視図であり、図１３（ａ）において、誘電体基板８の上面に、放射パターン９とグランドパターン１０とを設け、放射パターン９の上面に柱状のアンテナエレメント１を電気的に接続するように形成している。さらに、放射パターン９は、給電部２を介してグランドパターン１０と電気的に接続している。このような構成を取ることにより、アンテナエレメントとグランド板３を接続する給電部２にかかる力学的負荷が軽減され、車等にアンテナ装置を実装した場合の振動による破損を回避することが可能である。
【００２７】
また、図１３（ｂ）に示すように、誘電体基板８の下面にも、上面と同様に放射パターン９とアンテナエレメント１を形成し、誘電体基板８の上下面放射パターン９をビアホールに導通させる構造とすると、ＶＳＷＲ＜３を実現する最低周波数を低減することができるとともに、アンテナ装置の機械的強度を図ることが可能となる。
【００２８】
なお、アンテナエレメント１は、図１４、図１５に示すような形状であっても良く、さらに図１３と同様に誘電体基板８の上下両面に形成しても良い。
【００２９】
また、図１６に示すように、アンテナエレメント１をコの字形状とすると、導電性の平板をプレス加工することにより容易にアンテナエレメント１を作製できるとともに、アンテナエレメントの一部を誘電体基板上の放射パターンに置き換えることが可能となるため、軽量化、低コスト化を図ることができる。これにおいても、誘電体基板８の上下両面に形成することが可能である。
【００３０】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項７〜１０、１５〜１８に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図１７は本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の斜視図である。図１７のアンテナ装置は、図１３（ａ）のアンテナ装置のグランドパターン１０上に高周波回路（図示せず）を実装し、さらにグランドパターン１０上に別の柱状のアンテナ補助エレメント１２を形成する。前記高周波回路とアンテナ補助エレメント１２は、それぞれグランドパターン１０と電気的に接続し、さらに給電部２を介して放射パターン９と接続している。グランドパターン１０上に高周波回路を実装することにより、アンテナエレメント１から高周波回路までの伝送距離長を短くすることができ、これにより伝送ロスの低減が可能となり、低いＮＦ特性を実現することが可能となる。
【００３２】
図１７に示すように、アンテナエレメント１と対にアンテナとして動作するグランドパターン１０の上にアンテナ補助エレメント１２を接続することにより、ＶＳＷＲ特性の低減を図ることが可能になると共に、ＶＳＷＲ＜３を実現する最低周波数を下げることができ、結果的に、アンテナ装置を小型化することが可能となる。また、アンテナ補助エレメント１２はその内部の高周波回路のシールドケースとしても使用できるという新たな効果をも有する。図１７のこのアンテナ装置の入力インピーダンスを図１８に、ＶＳＷＲ特性を図１９に示す。
【００３３】
図１９より、グランド板上にアンテナ補助エレメントを実装していない図１０のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（図１２）と比較し、ＶＳＷＲ特性が低減されていることがわかる。また、ＶＳＷＲ＜３を実現する最低周波数が約４０ＭＨｚ低減できることが分かる。
【００３４】
図２０、図２１には、アンテナエレメント１とアンテナ補助エレメント１２の形状が異なる場合のアンテナ装置を示したが、このような形状を有する場合も図１７のアンテナ装置と同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００３５】
また、図２２、図２３に示すように、放射パターン９の上下面にアンテナエレメント１、グランドパターン１０両方の上下面にアンテナ補助エレメント１２を形成すると、さらなる共振周波数の低減を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかるアンテナ装置は、放射効率が高く、機械的強度を有すると共に、アンテナエレメントと対でアンテナとして動作するグランド部分の立体的形状をシールドケースとして利用することにより、小型で且つ低コストのアンテナ装置を提供できるという効果を有し、広帯域な無線通信用のアンテナとして有用であり、特に機械的振動等が発生する車等に搭載されるＴＶ用アンテナに最適である。
【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斜視図
【図２】図１のアンテナ装置のインピーダンス特性図
【図３】図１のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図
【図４】実施の形態１における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図５】図４のアンテナ装置のＬ１／Ｌ２＝１の時のインピーダンス特性図
【図６】図４のアンテナ装置のＬ１／Ｌ２＝１の時のＶＳＷＲ特性図
【図７】図４のアンテナ装置のＬ１／Ｌ２＝３の時のインピーダンス特性図
【図８】図４のアンテナ装置のＬ１／Ｌ２＝３の時のＶＳＷＲ特性図
【図９】実施の形態１における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図１０】実施の形態１における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図１１】図１０のアンテナ装置のインピーダンス特性図
【図１２】図１０のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図
【図１３】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の斜視図
【図１４】実施の形態２における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図１５】実施の形態２における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図１６】実施の形態２における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図１７】本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の斜視図
【図１８】図１７のアンテナ装置のインピーダンス特性図
【図１９】図１７のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図
【図２０】実施の形態３における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図２１】実施の形態３における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図２２】実施の形態３における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図２３】実施の形態３における他のアンテナ装置の例を示す斜視図
【図２４】従来のアンテナ装置の斜視図
【図２５】図２４のアンテナ装置のインピーダンス特性図
【図２６】図２４のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図（高周波回路の入力インピーダンス＝１５０Ωの場合）
【図２７】図２４のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図（高周波回路の入力インピーダンス＝５０Ωの場合）
【図２８】従来の別のアンテナ装置の斜視図
【図２９】図２８のアンテナ装置のインピーダンス特性図
【図３０】図２８のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図（高周波回路の入力インピーダンス＝１７０Ωの場合）
【図３１】図２８のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性図（高周波回路の入力インピーダンス＝５０Ωの場合）
【符号の説明】
【００３８】
１  アンテナエレメント
２  給電部
３  グランド板
【図１】
2006238281.tif 000003
【図２】
2006238281.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006238281.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006238281.tif 000008
【図７】
2006238281.tif 000009
【図８】
2006238281.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006238281.tif 000012
【図１１】
2006238281.tif 000013
【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】
2006238281.tif 000033