(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ホット素子と第１アース素子とで構成された第１ダイポール素子と、
第２ホット素子と第２アース素子とで構成された第２ダイポール素子と、
ホット側給電点から前記第１ホット素子に給電すると共に、前記ホット側給電点から前記第２ホット素子に給電する分岐線路と、
前記ホット側給電点と対になるアース側給電点から前記第１アース素子に給電すると共に、前記アース側給電点から前記第２アース素子に給電するアース線路と、
前記分岐線路の所定の位置と、前記アース線路の所定の位置とを接続する所定長のショート線路と、
を備え、
前記第１ダイポール素子および前記第２ダイポール素子の設計周波数の波長をλとした際に、前記ショート線路の前記所定長が約０．１λ〜約０．３５λとされることを特徴とするスタックアンテナ。
【請求項２】
基板の一面の上部に形成された第１ホット素子と、前記基板の他面の上部に形成された第１アース素子とで構成された第１ダイポール素子と、
前記基板の一面の下部に形成された第２ホット素子と、前記基板の他面の下部に形成された第２アース素子とで構成された第２ダイポール素子と、
ほぼ中央に設けられるホット側給電点から前記第１ホット素子に給電する第１線路と、前記ホット側給電点から前記第２ホット素子に給電する第２線路からなり、前記基板の一面に形成された分岐線路と、
前記ホット側給電点と対になるようにほぼ中央に設けられるアース側給電点から前記第１アース素子に給電すると共に、前記アース側給電点から前記第２アース素子に給電する前記基板の他面に形成されたアース線路と、
前記分岐線路の所定の位置から所定長で延伸する前記基板の一面に形成された第１ショート線路と、前記アース線路の所定の位置から所定長で延伸する前記基板の他面に形成された第２ショート線路からなり、前記第１ショート線路の先端と前記第２ショート線路の先端とが接続されているショート線路と、
を備え、
前記第１ダイポール素子および前記第２ダイポール素子の設計周波数の波長をλとした際に、前記第１ショート線路の前記所定長と前記第２ショート線路の前記所定長との和が約０．１λ〜約０．３５λとされることを特徴とするスタックアンテナ。
【請求項３】
前記第１ホット素子および前記第２ホット素子は、前記基板の一面における両縁の長手方向に沿って一対形成され、前記第１アース素子および前記第２アース素子は、前記基板の他面における両縁の長手方向に沿って、前記前記第１ホット素子あるいは前記第２ホット素子にそれぞれ対向するように一対形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスタックアンテナ。
【請求項４】
前記第１ダイポール素子および前記第２ダイポール素子の設計周波数の波長をλとした際に、前記分岐線路のほぼ中央からの前記給電点の配置位置が約−０．１４λ〜約０．１７λとされることを特徴とする請求項１または２に記載のスタックアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に通信モジュールやブロードバンド通信に利用される小型で広帯域な共振帯域をもつ静電避雷対応のスタックアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信モジュールやブロードバンド通信に利用される小型で二つの周波数で共用できるアンテナが特許文献１に開示されている。このアンテナは、マイクロストリップで構成した放射素子と、第二の伝送線路と、これら放射素子および第二の伝送線路の間に挿入した第一の伝送線路とを備え、これら第一・第二の伝送線路の長さを設定してこれら第一・第二の伝送線路の並列接続点における合成アドミタンスを二つの使用周波数において等しくすることにより、二つの使用周波数で共用できるようにしている。また、小型で高利得が得られ移動体通信に用いることのできるアンテナが特許文献２に開示されている。このアンテナは、二つのアンテナ素子を誘電体基板の平面上で中心線に対して対象に配置したメアンダラインスリーブアンテナを備え、このアンテナを結ぶライン導体の中心点からオフセットする給電分岐点にλ／４インピーダンス変換機能を有するＴ型分岐路を備えて二つのアンテナ素子に逆相給電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−７０８８８号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の通信モジュールやブロードバンド通信に利用される小型で広帯域な共振帯域をもつアンテナとして、スタックアンテナが提案されており、従来のスタックアンテナの構成を図２０、図２１、図２２に示す。図２０、図２１、図２２は、従来のスタックアンテナ１００の構成を示す正面図、側面図、背面図である。
これらの図に示す従来のスタックアンテナ１００は、第１ダイポール素子１０１ａと第２ダイポール素子１０１ｂとがスタックされて構成されている。第１ダイポール素子１０１ａおよび第２ダイポール素子１０１ｂは、それぞれ１対のダイポールアンテナを備え、高周波特性の良好なフッ素樹脂基板などの基板１１０上に形成されている。すなわち、縦に細長い矩形状とされた基板１１０の表面の上部には、第１ダイポール素子１０１ａを構成する２本のホット素子１１１ａ，１１１ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のホット素子１１１ａ，１１１ｂの上端は第１接続素子１１１ｃで接続されている。また、基板１１０の表面の下部には、第２ダイポール素子１０１ｂを構成する２本のホット素子１１２ａ，１１２ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のホット素子１１２ａ，１１２ｂの上端は第２接続素子１１２ｃで接続されている。
【０００５】
さらに、基板１１０の裏面の上部には、第１ダイポール素子１０１ａを構成する２本のアース素子１２１ａ，１２１ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のアース素子１２１ａ，１２１ｂの下端は第１接続素子１２１ｃで接続されている。また、基板１１０の裏面の下部には、第２ダイポール素子１０１ｂを構成する２本のアース素子１２２ａ，１２２ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のアース素子１２２ａ，１２２ｂの下端は第２接続素子１２２ｃで接続されている。第１ダイポール素子１０１ａにおいて、ホット素子１１１ａとアース素子１２１ａ、および、ホット素子１１１ｂとアース素子１２１ｂとが、互いに対向して形成されて、１対のダイポールアンテナが構成されている。また、第２ダイポール素子１０１ｂにおいて、ホット素子１１２ａとアース素子１２２ａ、および、ホット素子１１２ｂとアース素子１２２ｂとが、互いに対向して形成されて、１対のダイポールアンテナが構成されている。
【０００６】
スタックアンテナ１００のほぼ中央に給電点が配置され、基板１１０の表面に配置されたホット側給電点１１３ａに接続されている第１分岐線路１１４ａと第２分岐線路１１４ｂが、基板１１０の表面において、その長手方向の中心線にほぼ沿って上下に延伸するよう形成されている。ホット側給電点１１３ａから上側に延伸する第１分岐線路１１４ａの先端に幅広とされた第１接続線路１１５ａが形成されており、第１接続線路１１５ａが第１接続素子１１１ｃの中央に接続されている。第１ホット素子１１１ａ，１１１ｂと第１分岐線路１１４ａとのインピーダンス整合が、第１接続線路１１５ａにより行われる。また、ホット側給電点１１３ａから下側に延伸する第２分岐線路１１４ｂの先端に幅広とされた第２接続線路１１５ｂが形成されており、第２接続線路１１５ｂが第２接続素子１１２ｃの中央に接続されている。第２ホット素子１１２ａ，１１２ｂと第２分岐線路１１４ｂとのインピーダンス整合が、第２接続線路１１５ｂにより行われる。
【０００７】
また、基板１１０の裏面に配置されたアース側給電点１１３ｂに接続されているアース線路１２４が、基板１１０の裏面において、その長手方向の中心線にほぼ沿って上下に延伸するよう幅広に形成されている。アース側給電点１１３ｂから上側に延伸するアース線路１２４の先端は、第１接続素子１２１ｃの中央に接続され、アース側給電点１１３ｂから下側に延伸するアース線路１２４の先端は、第２接続素子１２２ｃの中央に接続されている。これにより、第１分岐線路１１４ａと第２分岐線路１１４ｂおよびアース線路１２４からなる伝送線路を介して、ホット側給電点１１３ａおよびアース側給電点１１３ｂから第１ダイポール素子１０１ａおよび第２ダイポール素子１０１ｂに並列給電される。この場合、図２１に示すようにスタックアンテナ１００は同軸ケーブル１３０によって給電され、具体的には同軸ケーブル１３０の中心導体１３０ａが裏面から基板１１０を貫通してホット側給電点１１３ａにハンダ付け等により接続され、同軸ケーブル１３０のアース導体１３０ｂがアース側給電点１１３ｂにハンダ付け等により接続される。
なお、基板１１０の表面に形成された第１分岐線路１１４ａと第２分岐線路１１４ｂとは、基板１１０の裏面に形成された幅広のアース線路１２４上に形成されており、上記伝送線路はストリップ線路とされている。このストリップ線路により、ホット側給電点１１３ａおよびアース側給電点１１３ｂから第１ダイポール素子１０１ａおよび第２ダイポール素子１０１ｂに並列に給電されている。
【０００８】
従来のスタックアンテナ１００の設計周波数を５．４ＧＨｚとした際の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図２３に示す。図２３を参照すると、ｆ３０（４８００ＭＨｚ）〜ｆ３１（５９５０ＭＨｚ）の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域の中心周波数ｆｏは５３７５ＭＨｚとなる。
また、従来のスタックアンテナ１００の設計周波数を５．４ＧＨｚとして、直立するよう設置した場合の垂直面内の放射パターンを図２４に示す。図２４に示す放射パターンは５４００ＭＨｚの場合の放射パターンであり、ほぼ８の字状の放射パターンが得られており、−９１°方向に３．５ｄＢｉの最大利得が得られ、半値角は５１°が得られている。
さらに、従来のスタックアンテナ１００の設計周波数を５．４ＧＨｚとした際に、図２０に示すＢ点から見たスタックアンテナ１００のアンテナインピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートを図２５に示す。図２５を参照すると、４９００ＭＨｚにおいて３４．０＋ｊ２４．３Ωのインピーダンスが得られ、５４００ＭＨｚにおいて４４．１＋ｊ２８．７Ωのインピーダンスが得られ、５９００ＭＨｚにおいて４４．２＋ｊ５０．２Ωのインピーダンスが得られている。
【０００９】
スタックアンテナ１００を含む従来のアンテナは、静電避雷対策が施されておらず、雷等でアンテナにサージ状の静電気が誘導された際に、アンテナに後続して接続された回路が破壊される等の事故が発生するおそれがある。この場合、従来のアンテナでは、静電避雷対策効果のあるホット素子をアース素子にショートするショート線路を付加すると、ショート線路によりアンテナインピーダンスが変化してしまうため、インピーダンス調整に制約が発生し、設計工数が増加するという問題点があった。
そこで、本発明は、静電避雷対策を施してもアンテナインピーダンスがほぼ変化することなく、インピーダンス調整等の設計工数が増加することのない小型で広帯域な共振帯域をもつスタックアンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のスタックアンテナは、第１ホット素子と第１アース素子とで構成された第１ダイポール素子と、第２ホット素子と第２アース素子とで構成された第２ダイポール素子と、給電点から前記第１ホット素子に給電すると共に、前記給電点から前記第２ホット素子に給電する分岐線路と、前記給電点と前記第１アース素子とを接続すると共に、前記給電点と前記第２アース素子とを接続するアース線路と、前記分岐線路の所定の位置と、前記アース線路の所定の位置とを接続する所定長のショート線路とを備え、前記第１ダイポール素子および前記第２ダイポール素子の設計周波数の波長をλとした際に、前記ショート線路の前記所定長が約０．１λ〜約０．３５λとされることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスタックアンテナは、ショート線路により分岐線路の所定の位置と、アース線路の所定の位置とが接続されていることから、ホット素子に誘導された静電気を分岐線路からショート線路を介してアース線路に流すことができる。このように、本発明のスタックアンテナは、ホット素子とアース素子をショート線路によりショートすることで避雷性能を施すことができる。そして、また、ショート線路を設けてもアンテナインピーダンスがほぼ変化しないことから、このショート線路をシンプルな構造で設計できるため、小型で量産性に優れたアンテナとすることができ、インピーダンス調整等の設計工数が増加することのない小型で広帯域な共振帯域をもつスタックアンテナとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例のスタックアンテナの構成を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施例のスタックアンテナの構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施例のスタックアンテナの構成を示す背面図である。
【図４】本発明の第１実施例のスタックアンテナの各部の寸法を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおける垂直面内の放射パターンを示す図である。
【図７】本発明の第１実施例のスタックアンテナのＡ点におけるアンテナ側のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図８】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいてショート線路の幅に対する帯域幅の変化を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいてショート線路の幅を下限の寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいてショート線路の幅を上限の寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいて中央位置からの給電点の配置位置に対する帯域幅の変化を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいて中央位置からの給電点の配置位置を下限の寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１３】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいて中央位置からの給電点の配置位置を上限の寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１４】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいてショート線路の長さに対する帯域幅の変化を示す図である。
【図１５】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいてショート線路の長さを下限の寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１６】本発明の第１実施例のスタックアンテナにおいてショート線路の長さを上限の寸法とした際のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図１７】本発明の第２実施例のスタックアンテナの構成を示す正面図である。
【図１８】本発明の第２実施例のスタックアンテナの構成を示す側面図である。
【図１９】本発明の第２実施例のスタックアンテナの構成を示す背面図である。
【図２０】従来のスタックアンテナの構成を示す正面図である。
【図２１】従来のスタックアンテナの構成を示す側面図である。
【図２２】従来のスタックアンテナの構成を示す背面図である。
【図２３】従来のスタックアンテナにおけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図２４】従来のスタックアンテナにおける垂直面内の放射パターンを示す図である。
【図２５】従来のスタックアンテナのＢ点におけるアンテナ側のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１実施例のスタックアンテナ１の構成を示す正面図を図１に、第１実施例のスタックアンテナ１の構成を示す側面図を図２に、第１実施例のスタックアンテナ１の構成を示す背面図を図３に示す。
これらの図に示す本発明の第１実施例のスタックアンテナ１は、通信モジュールやブロードバンド通信に利用される小型で広帯域な共振帯域をもつアンテナとされており、第１ダイポール素子１ａと第２ダイポール素子１ｂとがスタックされて構成されている。第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子２ｂは、それぞれ１対のダイポールアンテナを備え、高周波特性の良好なフッ素樹脂基板などの基板１０上の左右に形成された２対のダイポールアンテナを備えている。すなわち、縦に細長い矩形状とされた基板１０の表面の上部には、第１ダイポール素子１ａにおける１対のダイポールアンテナを構成する２本のホット素子１１ａ，１１ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のホット素子１１ａ，１１ｂの上端間が横方向に延伸する第１接続素子１１ｃで接続されている。また、基板１０の表面の下部には、第２ダイポール素子１ｂにおける１対のダイポールアンテナを構成する２本のホット素子１２ａ，１２ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のホット素子１２ａ，１２ｂの上端間が横方向に延伸する第２接続素子１２ｃで接続されている。
【００１４】
さらに、基板１０の裏面の上部には、第１ダイポール素子１ａにおける１対のダイポールアンテナを構成する２本のアース素子２１ａ，２１ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のアース素子２１ａ，２１ｂの下端間が横方向に延伸する第１接続素子２１ｃで接続されている。また、基板１０の裏面の下部には、第２ダイポール素子１ｂにおける１対のダイポールアンテナを構成する２本のアース素子２２ａ，２２ｂが両縁の長手方向に沿って縦に細長い矩形状で一対形成されている。２本のアース素子２２ａ，２２ｂの下端間が横方向に延伸する第２接続素子２２ｃで接続されている。第１ダイポール素子１ａにおいて、ホット素子１１ａとアース素子２１ａ、および、ホット素子１１ｂとアース素子２１ｂとが、互いに対向して形成されて、１対のダイポールアンテナが構成されている。また、第２ダイポール素子１ｂにおいて、ホット素子１２ａとアース素子２２ａ、および、ホット素子１２ｂとアース素子２２ｂとが、互いに対向して形成されて、１対のダイポールアンテナが構成されている。
【００１５】
スタックアンテナ１のほぼ中央に給電点が配置されており、基板１０の表面に形成されたリング状のホット側給電点１３ａに接続されている第１分岐線路１４ａと第２分岐線路１４ｂが、基板１０の表面において、その長手方向の中心線にほぼ沿って上下に延伸するよう形成されている。ホット側給電点１３ａから上側に延伸する第１分岐線路１４ａの先端が幅広に形成された第１接続線路１５ａの下端に接続され、第１接続線路１５ａの上端が第１接続素子１１ｃのほぼ中央に接続されている。第１ホット素子１１ａ，１１ｂと第１分岐線路１４ａとのインピーダンス整合が、第１接続線路１５ａにより行われる。また、ホット側給電点１３ａから下側に延伸する第２分岐線路１４ｂの先端が幅広に形成された第２接続線路１５ｂの上端に接続され、第２接続線路１５ｂの下端が第２接続素子１２ｃのほぼ中央に接続されている。第２ホット素子１２ａ，１２ｂと第２分岐線路１４ｂとのインピーダンス整合が、第２接続線路１５ｂにより行われる。
【００１６】
また、基板１０の裏面においてリング状のアース側給電点１３ｂが幅広のアース線路２４のほぼ中央に形成されており、このアース線路２４が、基板１０の裏面において、その長手方向の中心線にほぼ沿って上下に延伸するよう形成されている。アース側給電点１３ｂから上側に延伸するアース線路２４の先端は、第１接続素子２１ｃのほぼ中央に接続され、アース側給電点１３ｂから下側に延伸するアース線路２４の先端は、第２接続素子２２ｃのほぼ中央に接続されている。これにより、第１分岐線路１４ａと第２分岐線路１４ｂおよびアース線路２４からなる伝送線路、および、第１接続素子１１ｃ，２１ｃと第２接続素子１２ｃ，２２ｃと第１接続線路１５ａ，第２接続線路１５ｂを介して、ホット側給電点１３ａおよびアース側給電点１３ｂから第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子１ｂに並列給電される。この場合、図２に示すようにスタックアンテナ１は同軸ケーブル３０によって給電され、具体的には同軸ケーブル３０の中心導体３０ａが基板１０の裏面から表面に貫通されてホット側給電点１３ａにハンダ付け等により接続され、同軸ケーブル３０のアース導体３０ｂがアース側給電点１３ｂにハンダ付け等により接続される。なお、アース側給電点１３ｂは、基板１０を挟んでホット側給電点１３ａに重なるように形成されている。
【００１７】
本発明の第１実施例のスタックアンテナ１において特徴的な構成は、基板１０の表面において、ホット側給電点１３ａから若干下の第２分岐線路１４ｂに所定長のホット側ショート線路１６が横方向に延伸して形成され、基板１０の裏面において、アース側給電点１３ｂから若干下のアース線路２４に所定長のアース側ショート線路２５が横方向に延伸して形成されており、ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５の先端に形成されたスルーホール１７により先端同士が接続されている構成とされている。このホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５により、第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子１ｂに誘導された静電気や雷などの電流は、アース側に流れるようになる。この場合、ホット側ショート線路１６とアース側ショート線路２５とは、基板１０を挟んで重なる位置に形成される。
なお、基板１０の表面に形成された幅の狭い第１分岐線路１４ａと第２分岐線路１４ｂとは、基板１０の裏面に形成された幅広のアース線路２４に対面して形成されて、上記伝送線路はストリップ線路とされている。このストリップ線路により、ホット側給電点１３ａおよびアース側給電点１３ｂから第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子１ｂに並列に給電されている。
【００１８】
本発明の第１実施例のスタックアンテナ１の寸法を示す正面図を図４（ａ）に、第１実施例のスタックアンテナ１の寸法を示す背面図を図４（ｂ）に示す。
これらの図に示すように、基板１０の横幅はＬ１、高さがＬ２とされ、比誘電率εｒは、たとえば約４．２とされている。基板１０の表面に形成されている第１ホット素子１１ａ，１１ｂおよび第２ホット素子１２ａ，１２ｂの長さはＬ５で幅がＬ７、第１接続素子１１ｃおよび第２接続素子１２ｃの長さはＬ６で幅がＬ７、第１接続線路１５ａおよび第２接続線路１５ｂの長さはＬ１１で幅がＬ１０、第１分岐線路１４ａおよび第２分岐線路１４ｂのホット側給電点１３ａからの長さはＬ１２で幅がＬ９とされ、第１接続素子１１ｃの上端から第２接続素子１２ｃの上端までの距離がＬ４とされている。また、ホット側ショート線路１６はホット側給電点１３ａから距離Ｌ１３だけ下方の位置とされ、ホット側ショート線路１６の長さはＬ１４で幅がＬ１５とされている。
基板１０の裏面に形成されている第１アース素子２１ａ，２１ｂおよび第２アース素子２２ａ，２２ｂの長さはＬ５で幅がＬ７、第１接続素子２１ｃおよび第２接続素子２２ｃの長さはＬ６で幅がＬ７、アース線路２４のアース側給電点１３ｂから第１接続素子２１ｃの下端または第２接続素子２２ｃの上端までの長さはＬ２１で幅がＬ２２とされ、第１アース素子２１ａ，２１ｂの上端から第２アース素子２２ａ，２２ｂの上端までの距離がＬ２０とされている。また、アース側ショート線路２５はアース側給電点１３ｂから距離Ｌ１３だけ下方の位置とされ、アース側ショート線路２５の長さがＬ２３で幅がＬ１５とされている。
【００１９】
本発明の第１実施例のスタックアンテナ１の設計周波数を５．４ＧＨｚとした際の各部の寸法の一例を示す。この場合、設計周波数の自由空間の波長をλ’とすると誘電率に起因して短縮された基板１０上の波長λは（１）式で示される。
λ＝λ’／√（（εｒ＋１）／２）              （１）
ここで、基板１０の比誘電率εｒを約４．２とすると、λは約０．６２λ’となる。
各部の寸法をλで表し（）内に設計周波数が５．４ＧＨｚの場合の物理長を示すと、基板１０の横幅Ｌ１は約０．３４λ（約１１．６ｍｍ）、高さＬ２は約１．６８λ（約５８ｍｍ）、第１ホット素子１１ａ，１１ｂおよび第２ホット素子１２ａ，１２ｂの長さＬ５は約０．２８λ（約９．２ｍｍ）で幅Ｌ７は０．０４λ（約１．３ｍｍ）、第１接続素子１１ｃおよび第２接続素子１２ｃの長さＬ６は約０．２８λ（約９．５ｍｍ）で幅Ｌ７は約０．０４λ（約１．３ｍｍ）、第１接続線路１５ａおよび第２接続線路１５ｂの長さＬ１１は約０．２８λ（約９．５ｍｍ）で幅Ｌ１０は０．０６λ（約２ｍｍ）、第１分岐線路１４ａおよび第２分岐線路１４ｂのホット側給電点１３ａからの長さＬ１２は約０．２６λ（約８．９ｍｍ）で幅Ｌ９は約０．０１λ（約０．４ｍｍ）とされ、第１接続素子１１ｃの上端から第２接続素子１２ｃの上端までの距離Ｌ４は約０．９６λ（約３３ｍｍ）とされている。また、ホット側ショート線路１６の長さＬ１４は約０．１３λ（約４．５ｍｍ）で幅Ｌ１５は約０．０１λ（０．３ｍｍ）とされている。第１アース素子２１ａ，２１ｂおよび第２アース素子２２ａ，２２ｂの長さＬ５は約０．２８λ（約９．２ｍｍ）で幅Ｌ７は０．０４λ（約１．３ｍｍ）、第１接続素子２１ｃおよび第２接続素子２２ｃの長さＬ６は約０．２８λ（約９．５ｍｍ）で幅Ｌ７は約０．０４λ（約１．３ｍｍ）、アース線路２４のアース側給電点１３ｂからの長さＬ２１は約０．４６λ（約１５．９ｍｍ）で幅Ｌ２２は約０．０７λ（約２．５ｍｍ）とされ、第１アース素子２１ａ，２１ｂの上端から第２アース素子２２ａ，２２ｂの上端までの距離Ｌ２０は約０．９６λ（約３３ｍｍ）とされている。また、アース側ショート線路２５の長さＬ２３は約０．１６λ（約５．５ｍｍ）で幅Ｌ１５は約０．０１λ（約０．３ｍｍ）とされている。ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５のホット側給電点１３ａあるいはアース側給電点１３ｂからの距離Ｌ１３は約０．１λ（約０．３ｍｍ）とされている。このように、本発明の第１実施例のスタックアンテナ１は小型のアンテナとなっている。
【００２０】
本発明の第１実施例のスタックアンテナ１の設計周波数を５．４ＧＨｚとし、各部の寸法を上記寸法とした場合の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図５に示す。図５を参照すると、ｆ１（４８００ＭＨｚ）〜ｆ２（５９３０ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１１３０ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約２１．１％で中心周波数ｆｏは５３６５ＭＨｚとなる。
また、本発明の第１実施例のスタックアンテナ１の設計周波数を５．４ＧＨｚとして、直立するよう設置した場合の垂直面内の放射パターンを図６に示す。図６に示す放射パターンは周波数が５４００ＭＨｚの場合の放射パターンであり、ほぼ８の字状の放射パターンが得られており、−９１°方向に約３．４ｄＢｉの最大利得が得られ、半値角は約４９°が得られている。
【００２１】
さらに、本発明の第１実施例のスタックアンテナ１の設計周波数を５．４ＧＨｚとした際に、図１に示すＡ点から見たスタックアンテナ１のアンテナインピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートを図７に示す。図７を参照すると、４９００ＭＨｚにおいて約３５．８＋ｊ２９．４Ωのインピーダンスが得られ、５４００ＭＨｚにおいて約４９．４＋ｊ３１．６Ωのインピーダンスが得られ、５９００ＭＨｚにおいて約４２．８＋ｊ５３．２Ωのインピーダンスが得られている。このアンテナインピーダンスは、ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５を有していない従来のスタックアンテナ１００とほぼ同じ値が得られている。これは、ホット側給電点１３ａおよびアース側給電点１３ｂから第２ホット素子１２ａ，１２ｂと第２アース素子２２ａ，２２ｂとが作り出す電圧がゼロになる電圧の節までの位置と、ホット側給電点１３ａからホット側ショート線路１６とアース側ショート線路２５の長さの和が等価であるためと考えられる。
【００２２】
本発明の第１実施例のスタックアンテナ１において、必要な使用周波数帯域幅は４９００ＭＨｚ〜５９００ＭＨｚであり、中心周波数ｆｏは５４００ＭＨｚで比帯域幅は約１８．５％となる。ホット側ショート線路１６とアース側ショート線路２５の幅Ｌ１５を０．０１λ〜０．１２λに変化させた時の比帯域幅ｆｗを図８に示す。図８を参照すると、Ｌ１５を塗りつぶした逆三角形のマーク１で示す０．０１λ（約０．３ｍｍ）からマーク２で示す０．１２λ（約４．１ｍｍ）まで変化させた時に、１８．５％以上の比帯域幅ｆｗが得られている。
【００２３】
そして、幅Ｌ１５を下限の０．０１λ（約０．３ｍｍ）とした時のＶＳＷＲの周波数特性を図９に示す。図９を参照すると、ｆ１（４８００ＭＨｚ）〜ｆ２（５９３０ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１１３０ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約２１．１％で中心周波数ｆｏは５３６５ＭＨｚとなる。
また、幅Ｌ１５を上限の０．１２λ（約４．１ｍｍ）とした時のＶＳＷＲの周波数特性を図１０に示す。図１０を参照すると、ｆ３（４６８０ＭＨｚ）〜ｆ４（５８８０ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１２００ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約２２．７％で中心周波数ｆｏは５２８０ＭＨｚとなる。
【００２４】
次に、ホット側給電点１３ａ（アース側給電点１３ｂ）は第１ホット素子１１ａ、１１ｂ（第１アース素子２１ａ，２１ｂ）と第２ホット素子１２ａ，１２ｂ（第２アース素子２２ａ，２２ｂ）との間のほぼ中央にあるが、ホット側給電点１３ａ（アース側給電点１３ｂ）の位置を中央からＹだけ変位させた時の比帯域幅ｆｗを図１１に示す。図１１では変位Ｙを−０．２０λから０．２０λまで変化させている。図１１を参照すると、変位Ｙを塗りつぶした逆三角形のマーク１で示す−０．１４λ（約−４．８ｍｍ）からマーク２で示す０．１７λ（約５．９ｍｍ）まで変化させた時に、比帯域幅ｆｗは１８．５％以上が得られている。
【００２５】
そして、変位Ｙを下限の−０．１４λ（約−４．８ｍｍ）とした時のＶＳＷＲの周波数特性を図１２に示す。図１２を参照すると、ｆ５（４８００ＭＨｚ）〜ｆ６（５８００ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１０００ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約１８．９％で中心周波数ｆｏは５３００ＭＨｚとなる。なお、変位Ｙが−０．１λ以上となると、ホット側ショート線路１６とアース側ショート線路２５とは、第１分岐線路１４に位置するようになる。
また、変位Ｙを上限の０．１７λ（約５．９ｍｍ）とした時のＶＳＷＲの周波数特性を図１３に示す。図１３を参照すると、ｆ７（４６５０ＭＨｚ）〜ｆ８（５９００ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１２５０ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約２３．７％で中心周波数ｆｏは５２７５ＭＨｚとなる。
【００２６】
次に、ホット側ショート線路１６の長さＬ１４とアース側ショート線路２５の長さＬ２３との和の長さＬを０．０８λ〜０．４４λに変化させた時の比帯域幅ｆｗを図１４に示す。図１４を参照すると、長さＬ（＝Ｌ１４＋Ｌ２３）を塗りつぶした逆三角形のマーク１で示す０．１λ（約３．５ｍｍ）からマーク２で示す０．３５λ（約１２．１ｍｍ）まで変化させた時に、比帯域幅ｆｗは１８．５％以上が得られている。
【００２７】
そして、長さＬ（＝Ｌ１４＋Ｌ２３）を下限の０．１λ（約３．５ｍｍ）とした時のＶＳＷＲの周波数特性を図１５に示す。図１５を参照すると、ｆ９（４７５０ＭＨｚ）〜ｆ１０（６４００ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１６５０ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約２９．６％で中心周波数ｆｏは５５７５ＭＨｚとなる。
また、長さＬ（＝Ｌ１４＋Ｌ２３）を上限の０．３５λ（約１２．１ｍｍ）とした時のＶＳＷＲの周波数特性を図１６に示す。図１６を参照すると、ｆ１１（４８５０ＭＨｚ）〜ｆ１２（５９３０ＭＨｚ）の広帯域の周波数帯域において２．０以下のＶＳＷＲが得られている。周波数帯域幅は約１０８０ＭＨｚが得られ、その比帯域幅は約２０．０％で中心周波数ｆｏは５３９０ＭＨｚとなる。
【００２８】
本発明の第２実施例のスタックアンテナ２の構成を示す正面図を図１７に、第２実施例のスタックアンテナ２の構成を側面図を図１８に、第２実施例のスタックアンテナ２の構成を示す背面図を図１９に示す。
これらの図に示す本発明の第２実施例のスタックアンテナ２は、通信モジュールやブロードバンド通信に利用される小型で広帯域な共振帯域をもつアンテナとされており、第２実施例のスタックアンテナ２においては、第１ダイポール素子２ａおよび第２ダイポール素子２ｂを構成している第１ホット素子１１ａ，１１ｂおよび第２ホット素子１２ａ，１２ｂの延伸方向と、第１アース素子２１ａ，２１ｂおよび第２アース素子２２ａ，２２ｂの延伸方向とが、第１実施例のスタックアンテナ１の第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子１ｂとは逆になっている。すなわち、第１実施例のスタックアンテナ１の第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子１ｂを構成している第１ホット素子１１ａ，１１ｂおよび第２ホット素子１２ａ，１２ｂでは下方へ延伸しているが、第２実施例のスタックアンテナ２の第１ダイポール素子２ａおよび第２ダイポール素子２ｂを構成している第１ホット素子１１ａ，１１ｂおよび第２ホット素子１２ａ，１２ｂでは上方へ延伸している。また、第１実施例のスタックアンテナ１の第１ダイポール素子１ａおよび第２ダイポール素子１ｂを構成している第１アース素子２１ａ，２１ｂおよび第２アース素子２２ａ，２２ｂでは上方へ延伸しているが、第２実施例のスタックアンテナ２の第１ダイポール素子２ａおよび第２ダイポール素子２ｂを構成している第１アース素子２１ａ，２１ｂおよび第２アース素子２２ａ，２２ｂでは下方へ延伸している。
【００２９】
上記構成を除く第２実施例のスタックアンテナ２の構成は、第１実施例のスタックアンテナ１と同様とされていると共に、各部の寸法も同様とされていることから、その説明は省略するが、第２実施例のスタックアンテナ２のアンテナインピーダンス、ＶＳＷＲの周波数特性、放射パターン、ホット側ショート線路１６とアース側ショート線路２５の幅Ｌ１５および長さＬ（＝Ｌ１４＋Ｌ２３）の変化に対する電気的特性は、第１実施例のスタックアンテナ１と同様になる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上説明した本発明にかかるスタックアンテナでは、図７に示すようにアンテナインピーダンスがホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５を備えていない従来のスタックアンテナと同等となり、ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５を付加してもアンテナインピーダンスにほとんど影響を与えないため、設計工数や部品点数が増加せずに安価に製造することができる。これにより、小型で広帯域の本発明にかかるスタックアンテナにおいては、製造のばらつきが少なくなるため量産歩留まりを向上することができる。また、ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５により、第１ダイポール素子１ａ，２ａおよび第２ダイポール素子１ｂ，２ｂに誘導された静電気や雷などの電流はアース側に流れるため、本発明のスタックアンテナに接続された機器にダメージを与えることを防止することができる。そして、ホット側ショート線路１６とアース側ショート線路２５の和の長さＬを約０．１λ〜約０．３５λとした場合に、２０．０％以上の比帯域幅を得ることができ、本発明のスタックアンテナが適用される通信システムに必要な帯域幅を十分満たすことができる。なお、ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５の幅Ｌ１５は物理的に取り得る約０．０１λ〜約０．１２λとしても２１％以上の比帯域幅を得ることができることから、ホット側ショート線路１６およびアース側ショート線路２５の幅Ｌ１５はほぼ任意の幅とすることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  スタックアンテナ、１ａ  第１ダイポール素子、１ｂ  第２ダイポール素子、２  スタックアンテナ、２ａ  第１ダイポール素子、２ｂ  第２ダイポール素子、１０  基板、１１ａ，１１ｂ  第１ホット素子、１１ｃ  第１接続素子、１２ａ，１２ｂ  第２ホット素子、１２ｃ  第２接続素子、１３ａ  ホット側給電点、１３ｂ  アース側給電点、１４ａ  第１分岐線路、１４ｂ  第２分岐線路、１５ａ  第１接続線路、１５ｂ  第２接続線路、１６  ホット側ショート線路、１７  スルーホール、２１ａ，２１ｂ  第１アース素子、２１ｃ  第１接続素子、２２ａ，２２ｂ  第２アース素子、２２ｃ  第２接続素子、２４  アース線路、２５  アース側ショート線路、１００  スタックアンテナ、１０１ａ  第１ダイポール素子、１０１ｂ  第２ダイポール素子、１１０  基板、１１１ａ，１１１ｂ  第１ホット素子、１１１ｃ  第１接続素子、１１２ａ，１１２ｂ  第２ホット素子、１１２ｃ  第２接続素子、１１３  給電点、１１４ａ  第１分岐線路、１１４ｂ  第２分岐線路、１１５ａ  第１接続線路、１１５ｂ  第２接続線路、１２１ａ，１２１ｂ  第１アース素子、１２１ｃ  第１接続素子、１２２ａ，１２２ｂ  第２アース素子、１２２ｃ  第２接続素子、１２４  アース線路
【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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【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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