(57)【要約】【課題】２つの周波数帯で送受信できる平面アンテナを提供する。【解決手段】本発明の平面アンテナは、誘電体基板、地板、２本の第一帯状素子、２本の第二帯状素子、２つの板状素子、モノポール素子を具備する。２本の第二帯状素子は、一方の板面の２本の第一帯状素子同士の間に、一端が互いに離されて、地板の一辺に接続され、かつ、地板から遠ざかる方向に平行に延長されている。また、第二帯状素子は第一帯状素子よりも短い。第二帯状素子の延長方向の長さが、２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．１４２〜０．１６４倍である。第一帯状素子と第二帯状素子の隙間が、２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０１１倍以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの周波数帯用の平面アンテナであって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の板面に設けられた地板と、
前記一方の板面に設けられ、一端が互いに離されて、前記地板の一辺に接続され、かつ、前記地板から遠ざかる方向に平行に延長された２本の第一帯状素子と、
前記一方の板面の前記２本の第一帯状素子同士の間に、一端が互いに離されて、前記地板の一辺に接続され、かつ、前記地板から遠ざかる方向に平行に延長された、前記第一帯状素子よりも短い２本の第二帯状素子と、
前記一方の板面に互いに分離されて設けられ、前記２本の第一帯状素子と接続され、これら接続部に対して互いに外側に配置されている２つの板状素子と、
前記誘電体基板の他方の板面に設けられ、前記２本の第一帯状素子の延長方向と平行なモノポール素子とを具備し、
前記２つの板状素子はそれぞれ、その前記線状導体と接する辺である第１縁辺と、その第１縁辺の地板側の頂点を起点として互いに外側にかつ前記地板方向に向かうように形成された第２縁辺を備え、
前記第二帯状素子の延長方向の長さが、前記２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中のいずれかの周波数での波長の０．１４２〜０．１６４倍であり、
前記第一帯状素子と前記第二帯状素子の隙間が、前記２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０１１倍以下である
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の平面アンテナであって、
前記第二帯状素子の幅が、前記２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０３７５〜０．０４４４倍である
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載の平面アンテナであって、
前記第二帯状素子の延長方向の長さが、前記２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．１５１〜０．１５６倍である
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項４】
７３０〜９６０ＭＨｚの一部または全部を第一周波数帯とし、１７１０〜２３４０ＭＨｚの一部を第二周波数帯とする平面アンテナであって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の板面に設けられた地板と、
前記一方の板面に設けられ、一端が互いに離されて、前記地板の一辺に接続され、かつ、前記地板から遠ざかる方向に平行に延長された２本の第一帯状素子と、
前記一方の板面の前記２本の第一帯状素子同士の間に、一端が互いに離されて、前記地板の一辺に接続され、かつ、前記地板から遠ざかる方向に平行に延長された、前記第一帯状素子よりも短い２本の第二帯状素子と、
前記一方の板面に互いに分離されて設けられ、前記２本の第一帯状素子と接続され、これら接続部に対して互いに外側に配置されている２つの板状素子と、
前記誘電体基板の他方の板面に設けられ、前記２本の第一帯状素子の延長方向と平行なモノポール素子とを具備し、
前記２つの板状素子はそれぞれ、その前記第一帯状素子と接する辺である第１縁辺と、その第１縁辺の地板側の頂点を起点として互いに外側にかつ前記地板方向に向かうように形成された第２縁辺を備え、
前記第二帯状素子の延長方向の長さが、２０．０〜２５．０ｍｍであり、
前記第一帯状素子と前記第二帯状素子の隙間が、１．６ｍｍ以下である
ことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項５】
請求項４記載の平面アンテナであって、
前記第二帯状素子の幅が、５．５〜６．５ｍｍである
ことを特徴とする平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広帯域化かつマルチバンド化が可能な平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域化が可能な平面アンテナとして、特許文献１の平面アンテナが知られている。特許文献１の平面アンテナは、誘電体基板と、誘電体基板の一方の板面に設けられた地板と、一方の板面に設けられ、一端が互いに離されて、地板の一辺に接続され、かつ、地板から遠ざかる方向に延長された２本の線状導体と、一方の板面に互いに分離されて設けられ、２本の線状導体と接続され、これら接続部に対して互いに外側に配置されている２つの板状素子と、誘電体基板の他方の板面に設けられ、地板から２つの板状素子方向に延長された１本の給電線とを具備する。２つの板状素子はそれぞれ、その線状導体と接する辺である第１縁辺と、その第１縁辺の地板側の頂点を起点として互いに外側にかつ地板方向に向かうように形成された第２縁辺を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２６６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の平面アンテナは、１つの周波数帯の電波しか送受信できない。そこで、本発明は、２つの周波数帯で送受信でき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】
【０００５】
本発明の平面アンテナは、誘電体基板、地板、２本の第一帯状素子、２本の第二帯状素子、２つの板状素子、モノポール素子を具備する。地板は、誘電体基板の一方の板面に設けられる。２本の第一帯状素子は、前記一方の板面に設けられ、一端が互いに離されて、地板の一辺に接続され、かつ、地板から遠ざかる方向に平行に延長されている。２本の第二帯状素子は、前記一方の板面の２本の第一帯状素子同士の間に、一端が互いに離されて、地板の一辺に接続され、かつ、地板から遠ざかる方向に平行に延長されている。また、第二帯状素子は第一帯状素子よりも短い。２つの板状素子は、前記一方の板面に互いに分離されて設けられ、２本の第一帯状素子と接続され、これら接続部に対して互いに外側に配置されている。モノポール素子は、前記誘電体基板の他方の板面に設けられ、２本の第一帯状素子の延長方向と平行に配置されている。２つの板状素子はそれぞれ、その前記線状導体と接する辺である第１縁辺と、その第１縁辺の地板側の頂点を起点として互いに外側にかつ地板方向に向かうように形成された第２縁辺を備える。第二帯状素子の延長方向の長さが、２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中のいずれかの周波数での波長の０．１４２〜０．１６４倍である。第一帯状素子と第二帯状素子の隙間が、２つの周波数帯の高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０１１倍以下である。なお、特許文献１の「線状導体」を本発明では「第一帯状素子」と呼び、特許文献１の「給電線」を本発明では「モノポール素子」と呼んでいるが、実質的には同一のものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の平面アンテナでは、２本の第二帯状素子は、前記一方の板面の２本の第一帯状素子同士の間に配置されている。そして、第二帯状素子の延長方向の長さが高い方の周波数帯の中のいずれかの周波数での波長の０．１４２〜０．１６４倍であり、第一帯状素子と第二帯状素子の隙間が高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０１１倍以下である。このような配置と寸法を有するので、本発明によれば、２つの周波数帯で良好なＶＳＷＲ特性を有する平面アンテナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の平面アンテナの構成例を示す図。
【図２】本発明の平面アンテナの断面図。
【図３】板状素子１１２１Ａ及び１１２１Ｂの形状の例を示す図。
【図４】平面アンテナ１１００の寸法を示すための記号を説明する図。
【図５】寸法の例とＶＳＷＲの周波数特性の計算結果を示す図。
【図６】ＸＹ平面の主偏波の放射パターンの計算結果を示す図。
【図７】ＺＸ平面の主偏波の放射パターンの計算結果を示す図。
【図８】図５（Ａ）のパラメータのうちパラメータＬ２を変更したときの計算結果を示す図。
【図９】図５（Ａ）のパラメータのうちパラメータｓを変更したときの計算結果を示す図。
【図１０】図５（Ａ）のパラメータのうちパラメータｗ２を変更したときの計算結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【０００９】
図１に本発明の平面アンテナの構成例を示す。平面アンテナ１１００は誘電体基板とその誘電体基板上に設けられた素子などで構成されている。図１（Ａ）は誘電体基板１７の一方の板面１７Ｂ側から見た図であり、図１（Ｂ）は誘電体基板の他方の板面１７Ａ側から見た図である。図２は本発明の平面アンテナの断面図であり、板面１７Ａを上側に配置し、地板方向を見た断面図である。図２（Ａ）は図１（Ｂ）のＴ１−Ｔ１’での断面図、図２（Ｂ）はＴ２−Ｔ２’での断面図である。図３は、板状素子１１２１Ａ及び１１２１Ｂの形状の例を示す。
【００１０】
平面アンテナ１１００は、誘電体基板１７、地板３５、２本の第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂ、２本の第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂ、２つの板状素子１１２１Ａ，１１２１Ｂ、モノポール素子１１２９を具備する。図１の例では、誘電体基板１７は長方形であり、板面１７Ａ，１７ＢはＹＺ平面に平行である。地板３５は、誘電体基板１７の一方の板面１７Ｂに設けられる。図１の例では、地板３５は長方形である板面１７Ｂの一辺に沿うように形成されている。２本の第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂは、一方の板面１７Ｂに設けられ、一端が互いに離されて、地板３５の一辺に接続され、かつ、地板３５から遠ざかる方向に平行に延長されている。図１の例では、第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂは、互いに平行にかつ地板３５の接続された一辺と垂直な方向（Ｚ方向）に延長されている。
【００１１】
２本の第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂは、一方の板面１７Ｂの２本の第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂ同士の間に、一端が互いに離されて、地板３５の一辺に接続され、かつ、地板３５から遠ざかる方向に平行に延長されている。また、第二帯状素子は第一帯状素子よりも短い。図１の例では、２本の第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂは、地板３５の接続された一辺と垂直な方向に延長されており、第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂとも平行である。なお、図１では第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂは長方形であるが、長方形に限定する必要はなく、インピーダンス整合に問題の生じない範囲で各辺に多少の凹凸があってもよい。モノポール素子１１２９は、誘電体基板１７の他方の板面１７Ａに設けられ、２本の第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂの延長方向と平行に配置されている。
【００１２】
板状素子１１２１Ａ、１１２１Ｂは、一方の板面１７Ｂに互いに分離されて設けられ、２本の第一帯状素子１２３Ａ及び１２３Ｂと接続され、これら接続部に対して互いに外側に配置されている。さらに、２つの板状素子１１２１Ａ及び１１２１Ｂはそれぞれ、その第一帯状素子１２３Ａ、１２３Ｂと接する辺である第１縁辺ＡＢ及びＡ’Ｂ’と、その第１縁辺ＡＢ、Ａ’Ｂ’の地板３５側の頂点Ａ、Ａ’を起点として互いに外側にかつ地板３５方向に向かうように形成された第２縁辺ＡＰ及びＡ’Ｐ’を備える。例えば、板状素子１１２１Ａは、第１縁辺である短辺ＡＢと、短辺ＡＢに平行な長辺ＣＰを有する台形状である。第２縁辺は短辺ＡＢと長辺ＣＰの地板３５側の頂点ＡとＰを結ぶ辺ＡＰである。板状素子１１２１Ｂも同様の形状を有し、２つの板状素子１１２１Ａ、１１２１Ｂは、短辺ＡＢとＡ’Ｂ’が平行に対向するように配置される。なお、板状素子は、第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂと接する辺である第１縁辺と、その第１縁辺の地板３５側の頂点を起点として互いに外側にかつ地板３５方向に向かうように形成された第２縁辺を備えていれば、図３に示した形状に限定しなくてもよい。この点は、特許文献１に示されているので、詳細な説明は省略する。
【００１３】
図４は、平面アンテナ１１００の寸法を示すための記号を説明する図である。図５に寸法の例とＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の周波数特性の計算結果を示す。また、図６にＸＹ平面の主偏波の放射パターン（Ｚ方向を鉛直方向としたときの水平方向の放射パターン）の計算結果を、図７にＺＸ平面の主偏波の放射パターン（Ｚ方向を鉛直方向としたときの鉛直方向の放射パターン）の計算結果を示す。図６（Ａ），図７（Ａ）は低い周波数帯の放射パターンを示しており、図６（Ｂ），図７（Ｂ）は高い周波数帯の放射パターンを示している。なお、図５（Ａ）の寸法では、低い周波数帯を０．７３〜０．９６ＧＨｚ、高い周波数帯を１．９４〜２１５５ＧＨｚとすることを前提とした。また、誘電体基板１７の厚さは１．６ｍｍ、比誘電率は３．３とした。図５（Ｂ）の実線は図５（Ａ）に示した寸法のときのＶＳＷＲの周波数特性、点線は第二帯状素子がないとき（特許文献１の場合）のＶＳＷＲの周波数特性を示している。この寸法であれば、２つの周波数帯でＶＳＷＲを２以下にできるので、良好なインピーダンス整合が実現できることが分かる。また、図６より、モノポール素子１１２９の長手方向を鉛直方向にしたときには、水平方向においては主偏波を２つの周波数帯で無指向にできることが分かる。なお、平面アンテナ１１００の形状であれば、放射パターンは、ＶＳＷＲが２以下となる２つの周波数帯に限らず（周波数によらず）、ほぼ無指向にできる。この平面アンテナであれば、通信対象の最も低い周波数である０．７３ＧＨｚの波長と比べると、０．２３４波長分の長さで平面アンテナを実現できるので、アンテナを小型にできることが分かる。
【００１４】
次に、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂに関する寸法を変更した場合のＶＳＷＲの周波数特性について示す。図８は図５（Ａ）のパラメータのうちパラメータＬ２（第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの長さ）を変更したときの計算結果、図９は図５（Ａ）のパラメータのうちパラメータｓ（第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂと第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂとの隙間）を変更したときの計算結果、図１０は図５（Ａ）のパラメータのうちパラメータｗ２（第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの幅）を変更したときの計算結果を示す図である。なお、図９と図１０にはそれぞれのパラメータの長さ（ｍｍ）と一緒に、高い方の周波数帯の中心周波数での波長λ２（約１４６．５ｍｍ）に対する長さを示している。なお、図９と図１０ではＬ２＝２２．７ｍｍであり、高い方の周波数帯を１．９４〜２．１５ＧＨｚ、高い方の周波数帯の中心周波数を２．０４５ＧＨｚとしている。
【００１５】
図８の結果より、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの（延長方向の）長さＬ２は、高い方の周波数帯の周波数に大きく影響することが分かる。そして、高い方の周波数帯の中にＶＳＷＲが２以下になる周波数帯が存在するのは、Ｌ２＝２０〜２５ｍｍである。Ｌ２＝２０．０ｍｍのときは周波数２．２７〜２．３４ＧＨｚであり、周波数２．２７ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１５２波長、周波数２．３４ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１５６波長である。Ｌ２＝２２．５ｍｍのときは周波数１．９７〜２．１８ＧＨｚであり、周波数１．９７ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１４８波長、周波数２．１８ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１６４波長である。Ｌ２＝２２．７ｍｍのときは周波数１．９４〜２．１５ＧＨｚであり、周波数１．９４ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１４７波長、周波数２．１５ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１６３波長である。Ｌ２＝２５．０ｍｍのときは周波数１．７１〜１．９６ＧＨｚであり、周波数１．７１ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１４２波長、周波数１．９６ＧＨｚでの波長に対するＬ２の長さは０．１６３波長である。
【００１６】
このように、少なくとも第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの（延長方向の）長さＬ２は、高い方の周波数帯の中のいずれかの周波数での波長の０．１４２〜０．１６４倍にしなければならない。また、０．１４２倍や０．１６４倍はＶＳＷＲが２以下となり得るぎりぎりの値なので、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの（延長方向の）長さＬ２は、高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．１５１〜０．１５６倍にした方がよい。
【００１７】
図９の結果より、第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂと第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂとの隙間を広げ過ぎると、ＶＳＷＲを２以下に維持できなくなることが分かる。したがって、少なくとも第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂと第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂとの隙間は高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０１１倍以下にしなければならないことが分かる。
【００１８】
図１０の結果より、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの幅は、第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂと第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂとの隙間に比べれば特性に影響を与えないし、どの幅であってもいずれかの周波数ではＶＳＷＲが２以下となっていることが分かる。つまり、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの幅は、実際に使用したい周波数に応じて設計時に適宜選択すればよいパラメータであることが分かる。ただし、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂがないときの低い方の周波数帯でのＶＳＷＲの特性を大きく変えることなく、かつ、高い周波数帯でＶＳＷＲが２以下となる周波数帯の幅を広く確保しようと思えば、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの幅は、高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０３７５〜０．０４４４倍にした方がよい。
【００１９】
より具体的に周波数帯と長さを用いて平面アンテナの寸法を特定する。平面アンテナを、７３０〜９６０ＭＨｚの一部または全部を第一周波数帯とし、１７１０〜２３４０ＭＨｚの一部を第二周波数帯とする平面アンテナとする。このときは、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの延長方向の長さは２０．０〜２５．０ｍｍ、第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂと第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの隙間は１．６ｍｍ以下にすべきである。また、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの幅は５．５〜６．５ｍｍにすることが望ましい。
【００２０】
本発明の平面アンテナ１１００では、２本の第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂは、一方の板面の２本の第一帯状素子１２３Ａ，１２３Ｂ同士の間に配置されている。そして、第二帯状素子１２４Ａ，１２４Ｂの延長方向の長さが高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．１４２〜０．１６４倍であり、第一帯状素子と第二帯状素子の隙間が高い方の周波数帯の中心周波数での波長の０．０１１倍以下である。このような配置と寸法を有するので、２つの周波数帯で良好なＶＳＷＲの周波数特性を有し、小型で無指向性の平面アンテナを実現できる。
【符号の説明】
【００２１】
１７  誘電体基板
１７Ａ，１７Ｂ  板面
３５  地板
１２３Ａ，１２３Ｂ  第一帯状素子
１２４Ａ，１２４Ｂ  第二帯状素子
１１００  平面アンテナ
１１２１Ａ，１１２１Ｂ  板状素子
１１２９  モノポール素子
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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