(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の一方の面には地導体が、他方の面には導電性のアンテナ素子が設けられ、
前記アンテナ素子は、伝送波である電磁界が主に生ずる第１アンテナ部と、伝送波である電磁界と放射に寄与する電磁界の両方が生ずる第２アンテナ部と、放射に寄与する電磁界が生ずる第３アンテナ部と、を備え、
前記地導体の縁部と第１〜第３アンテナ部との配置関係に基づくインピーダンスおよび電磁界の向きの調整により、第１アンテナ部の電磁界と第２アンテナ部の電磁界、および第２アンテナ部の電磁界と第３アンテナ部の電磁界を、それぞれ結合させてなる広帯域アンテナであって、
前記アンテナ素子の第１アンテナ部は、少なくとも第２アンテナ部の延設方向から屈曲させられて設けられ、
前記第１アンテナ部と第２アンテナ部との連設部位には、目的とする周波数帯に応じてアンテナ素子と前記地導体とが重なる領域を調整する第１補正手段が設けられ、
前記第１補正手段によって、第１アンテナ部と第２アンテナ部との連結部位における電磁界の結合を向上させるようにしたことを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ素子の第１アンテナ部は、
一側が前記第２アンテナ部と直交するように連設される第２アンテナ接続側導体と、
一側が前記第２アンテナ接続側導体と直交するように連設され、前記第２アンテナ部と同じ方向へ延設される他側が給電部に接続される給電側導体と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ素子の第３アンテナ部は、第２アンテナ部の延設方向から屈曲させられて設けられ、
前記第２アンテナ部と第３アンテナ部との連設部位には、目的とする周波数帯に応じてアンテナ素子と前記地導体とが離隔する領域を調整する第２補正手段が設けられ、
前記第２補正手段によって、第２アンテナ部と第３アンテナ部との連結部位における電磁界の結合を向上させるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域に整合のとれる広帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年はスマートフォン等の普及により、高速・大容量の伝送を可能にする超広帯域（ＵＷＢ）無線システム、ＵＨＦ帯のホワイトスペースを使った無線システムやコグニティブ無線システム等が注目されている。このような通信システムでは非常に広帯域の周波数を使用することが前提であるため、広帯域特性を有するアンテナが必要となる。
【０００３】
また、広帯域アンテナは、携帯通信デバイスに収容するために、広帯域特性を備えつつもアンテナ自体の小形化が重要である。アンテナを小形化しつつも広帯域を実現できるものとして、無線通信装置に収納可能な地板の端部に誘電体を配置し、誘電体の一方の面には折り返しＬ型アンテナを、誘電体の他方の面には広帯域モノポールアンテナを各々配置することにより、一つのアンテナ装置で複数の無線通信方式に対応する周波数帯域をカバーできるようにしたアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２４８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、地板の小形化について考慮されておらず、折り返しＬ型アンテナおよび広帯域モノポールアンテナを配置する誘電体が小形であっても、地板を含むアンテナ装置全体としては小形とはいえず、携帯式通信デバイス内で占有空間を大きくとることとなるため、十分な小形化を図れるとは言えない。
【０００６】
そこで、本件発明者らは、必要十分な広帯域で整合をとることができ、地板も含めたアンテナ全体の小形化が可能な広帯域アンテナを、特願２０１５−０８４７６３（以下、既出願発明という）にて提案した。以下、既出願発明の概要を、図１７および図１８に基づいて説明する。
【０００７】
広帯域アンテナ２０１は、誘電体基板２の一方の面をアンテナ素子形成面２１としてアンテナ素子３を形成し、他方の面を地導体形成面２２として地導体４を形成したものである。なお、以下の説明においては、便宜上、広帯域アンテナ２０１において、Ｘ軸方向を左右（＋Ｘ側を右、−Ｘ側を左）、Ｙ軸方向を前後（＋Ｙ側を前、−Ｙ側を後）、Ｚ軸方向を上下（＋Ｚ方向を上、−Ｚ方向を下）と呼ぶ。また、広帯域アンテナ２０１は、ＵＨＦ帯で動作するように設計してある。
【０００８】
誘電体基板２は、厚さｈが０．８ｍｍのテフロン（登録商標）（εｒ＝２．１７，ｔａｎδ＝０．０００８）製の板材で、左右方向の幅が１１０．０４ｍｍ、上下方向の高さが５２１．６６ｍｍの大きさで、後述するアンテナ素子３および地導体４の最外縁にちょうど接するサイズである。
【０００９】
上記誘電体基板２のアンテナ素子形成面２１に形成するアンテナ素子３および地導体形成面２２に形成する地導体４を構成する銅箔の厚さｔは３５μｍである。
【００１０】
地導体４は、上下の高さＬｇを３０４．６３ｍｍ、左右の幅Ｗｇを８７．６０ｍｍとした縦長の長方形で、地導体左側縁部４ｌと地導体下縁部４ｂが、各々誘電体基板２の基板下縁部２ｂと基板左側縁部２ｌにほぼ接する。しかしながら、地導体４における地導体右側縁部４ｒは、誘電体基板２の基板右側縁部２ｒから適宜距離を隔てて位置するように設けることで、少なくとも基板右側縁部２ｒと地導体右側縁部４ｒとの間に非導電領域を形成する。また、地導体４における地導体上縁部４ｔより上方にも非導電領域が形成されるように、誘電体基板２における基板上縁部２ｔが地導体４の地導体上縁部４ｔよりも適宜上方となるように誘電体基板２の高さを設定してある。なお、アンテナ素子３への信号入力および取り出しは、給電部５により地導体４の側から行う。
【００１１】
アンテナ素子３は、地導体右側縁部４ｒに平行な３つの線状導体である第１アンテナ部３１、第２アンテナ部３２および第３アンテナ部３３を下から上へ順に連結した構造である。また、第１アンテナ部３１および第２アンテナ部３２の大部分は、基板右側縁部２ｒと地導体右側縁部４ｒとの間の非導電領域に対向する領域に形成され、第３アンテナ部３３は、地導体４の地導体上縁部４ｔよりも上方、すなわち基板上縁部２ｔと地導体上縁部４ｔとの間の非導電領域に対向する領域に形成される。
【００１２】
第１アンテナ部３１は、第２アンテナ部３２と連結されない非連結側端部がアンテナ素子３の下端部３ｂとなり、給電部５から斜めに形成したマイクロストリップ線路３４を介して下端部３ｂより給電される。なお、マイクロストリップ線路３４の線路幅Ｗｆは、５０Ωの特性インピーダンスになるよう２．４４ｍｍとし、マイクロストリップ線路の影響をインピーダンス整合の範囲から排除するために、線路長Ｌｆは短く５０．０ｍｍとした。
【００１３】
また、第１アンテナ部３１は、誘電体基板２の基板右側縁部２ｒ側に位置して地導体右側縁部４ｒと平行な第１側縁部である右側縁部３１ｒと、地導体４の地導体右側縁部４ｒ側に位置して地導体右側縁部４ｒと平行な第２側縁部である左側縁部３１ｌとにより、下端部から上端部（第２アンテナ部３２との連結側端部）までの長さがアンテナ長Ｌ１で、一定の幅Ｗ１である帯状とする。このアンテナ長Ｌ１は１７２．３７ｍｍ、幅Ｗ１は１８．４９ｍｍである。
【００１４】
さらに、第１アンテナ部３１の左側縁部３１ｌと地導体右側縁部４ｒとの離隔距離ｄ１が負の値（ｄ１は−０．２１ｍｍ）となるように配置することで、誘電体基板２を挟んで第１アンテナ部３１の左側縁部３１ｌ側が地導体４と重なる領域を形成する。この重なる領域、すなわちｄ１を適宜に設定することにより、第１電磁界結合向上手段が形成されるのである。
【００１５】
第２アンテナ部３２は、第１アンテナ部３１の上端部に下端部が連結されると共に上端部が第３アンテナ部３３の下端部に連結される。
【００１６】
また、第２アンテナ部３２は、誘電体基板２の基板右側縁部２ｒ側に位置して地導体右側縁部４ｒと平行な右側縁部３２ｒと、地導体４の地導体右側縁部４ｒ側に位置して地導体右側縁部４ｒと平行な左側縁部３２ｌとにより、下端部（第１アンテナ部３１との連結端部）から上端部（第３アンテナ部３３との連結端部）までの長さがアンテナ長Ｌ２で、一定の幅Ｗ２である帯状とする。このアンテナ長Ｌ２は１５６．９４ｍｍ、幅Ｗ２は１４．６６ｍｍである。
【００１７】
さらに、第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌと地導体右側縁部４ｒとの離隔距離ｄ２が正の値（ｄ２は７．７８ｍｍ）となるように配置することで、誘電体基板２を挟んで第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌ側が地導体４の地導体右側縁部４ｒから隔たる領域を形成する。この離隔領域、すなわちｄ２を適宜に設定することにより、第２電磁界結合向上手段が形成されるのである。
【００１８】
第３アンテナ部３３は、下端部が第２アンテナ部３２の上端部と連結されると共に上端部がアンテナ素子３の開放端３ｔとなる。なお、本設計例では、第１アンテナ３１のアンテナ長Ｌ１と第２アンテナ３２のアンテナ長Ｌ２の合計は３２９．３１ｍｍであり、地導体４の高さＬｇ＝３０４．６３ｍｍよりも長いので、第２アンテナ部３２の上端部は地導体４の地導体上縁部４ｔよりも上方に延出することとなる。このため、広帯域アンテナ２０１では、第３アンテナ部３３が地導体４の地導体上縁部４ｔよりも適宜上方にて第２アンテナ部３２の上端部と連結される構造となるが、この構造は広帯域化実現のための必須条件ではなく、地導体４の地導体上縁部４ｔよりも下方にて第３アンテナ部３３が第２アンテナ部３２と連結される設計値となることもあり得る。
【００１９】
また、第３アンテナ部３３は、誘電体基板２の基板右側縁部２ｒ側に位置して地導体右側縁部４ｒと平行な第１側縁部である右側縁部３３ｒと、その反対側に位置して地導体右側縁部４ｒと平行な第２側縁部である左側縁部３３ｌとにより、下端部（第２アンテナ部３２との連結部）から上端部（開放端部）までの長さがアンテナ長Ｌ３で、一定の幅Ｗ３である帯状とする。このアンテナ長Ｌ３は１９２．３５ｍｍ、幅Ｗ３は３４．６８ｍｍである。また、第３アンテナ部３３の右側縁部３３ｒは、第２アンテナ部３２の右側縁部３２ｒと一直線に連続させるものとする。
【００２０】
上記のように構成した広帯域アンテナ２０１は、上下方向に帯状の第１〜第３アンテナ部３１〜３３が連結されて、平板型のモノポールアンテナに類似した構造であるが、第１アンテナ部３１の左右側縁部３１ｒ，３１ｌ、第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌ、第３アンテナ部３３の左側縁部３３ｌは不連続（但し、第２アンテナ部３２の右側縁部３２ｒと第３アンテナ部３３の右側縁部３３ｒは連続）となり、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連結部、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部において、大きな電磁界分布の変化を伴う。この変化を第１電磁界結合向上手段および第２電磁界結合向上手段によって電磁界分布の変換整合をコントロールすることで、整合周波数を広帯域化できるのである。その原理は、以下のように考えられる。
【００２１】
第１アンテナ部３１に生ずる電界は、アンテナ素子３と地導体４との間に集中し、モノポールに沿った伝送波に相当する。同様に、第２アンテナ部３２においても、アンテナ素子３と地導体４との間に集中して生ずる電界は伝送波に相当する。ここで、第１アンテナ部３１においてアンテナ素子３と地導体４との間に集中している電界の向きは、第２アンテナ部３２においてアンテナ素子３と地導体４との間に集中している電界の向きとは違う。しかしながら、電波はインピーダンスが整合すれば伝送モードによらず伝送（整合）が可能なので、電波は第１アンテナ部３１から第２アンテナ部３２へ伝送される。
【００２２】
一方、第３アンテナ部３３に生ずる電界は、アンテナ素子３の外側（右側）に分布し、近くに地導体４がないので、放射に寄与する。同様に、第２アンテナ部３２において、アンテナ素子３の外側（右側）に集中している電界は放射に寄与する。ここで、第３アンテナ部３３の電界の向きは、第２アンテナ部３２の右側（外側）に集中する電界の向きと同じであるので、それらは電気的に結合する。さらに、第２アンテナ部３２の右側（外側）に集中する電界の向きは、第１アンテナ部３１に生ずる電界の向き（ほぼＹ軸方向）にほぼ一致するので、それらは電気的に結合しやすい。
【００２３】
このように、第２アンテナ部３２は、伝送波である電界と放射に寄与する電界の両方を持つので、伝送波である電界によって第１アンテナ部３１の電界と結合し、放射に寄与する電界によって第３アンテナ部３３の電界と結合する。すなわち、第２アンテナ部３２が、第１アンテナ部３１の伝送波を第３アンテナ部３３の放射波に橋渡しするように機能することで、広帯域整合を実現できるのである。そして、第２アンテナ部３２が伝送波と放射波の橋渡し的機能を担うための条件を第１電磁界結合向上手段と第２電磁界結合向上手段によって整えるのである。
【００２４】
したがって、図１７に示した広帯域アンテナ２０１によれば、図１８に示すように、２２０ＭＨｚから６０５ＭＨｚの比帯域約９３％で反射係数｜Ｓ11｜が−１０ｄＢ以下に保たれる。しかも、広帯域アンテナ２０１の幅（１１０．０４ｍｍ）は最低整合周波数２２０ＭＨｚの波長λＬに対して０．０８λＬと非常に細く、広帯域アンテナ２０１のアンテナ長（５２１．６６ｍｍ）は０．３８λＬであり、半波長ダイポールよりも短い。このように、第１電磁界結合向上手段および第２電磁界結合向上手段を適切に設定すれば、アンテナの広帯域化と小形化を同時に実現できるのである。
【００２５】
しかしながら、既出願発明に係る広帯域アンテナは、第１アンテナ部と第２アンテナ部と第３アンテナ部を同一方向へ連設したアンテナ素子形状となるため、Ｚ軸方向の長さが約０．３８λとなってしまい、更なる小形化が望まれる。また既出願発明に係る広帯域アンテナは比帯域が約９３％であり、更なる広帯域化も望まれる。
【００２６】
そこで、本発明は、地板も含めたアンテナ全体の更なる小形化が可能で、更に広帯域で整合のとれる広帯域アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、誘電体基板の一方の面には地導体が、他方の面には導電性のアンテナ素子が設けられ、前記アンテナ素子は、伝送波である電磁界が主に生ずる第１アンテナ部と、伝送波である電磁界と放射に寄与する電磁界の両方が生ずる第２アンテナ部と、放射に寄与する電磁界が生ずる第３アンテナ部と、を備え、前記地導体の縁部と第１〜第３アンテナ部との配置関係に基づくインピーダンスおよび電磁界の向きの調整により、第１アンテナ部の電磁界と第２アンテナ部の電磁界、および第２アンテナ部の電磁界と第３アンテナ部の電磁界を、それぞれ結合させてなる広帯域アンテナであって、前記アンテナ素子の第１アンテナ部は、少なくとも第２アンテナ部の延設方向から屈曲させられて設けられ、前記第１アンテナ部と第２アンテナ部との連設部位には、目的とする周波数帯に応じてアンテナ素子と前記地導体とが重なる領域を調整する第１補正手段が設けられ、前記第１補正手段によって、第１アンテナ部と第２アンテナ部との連結部位における電磁界の結合を向上させるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の広帯域アンテナにおいて、前記アンテナ素子の第１アンテナ部は、一側が前記第２アンテナ部と直交するように連設される第２アンテナ接続側導体と、一側が前記第２アンテナ接続側導体と直交するように連設され、前記第２アンテナ部と同じ方向へ延設される他側が給電部に接続される給電側導体と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項３に係る発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の広帯域アンテナにおいて、前記アンテナ素子の第３アンテナ部は、第２アンテナ部の延設方向から屈曲させられて設けられ、前記第２アンテナ部と第３アンテナ部との連設部位には、目的とする周波数帯に応じてアンテナ素子と前記地導体とが離隔する領域を調整する第２補正手段が設けられ、前記第２補正手段によって、第２アンテナ部と第３アンテナ部との連結部位における電磁界の結合を向上させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る広帯域アンテナによれば、アンテナ素子の第１アンテナ部は、少なくとも第２アンテナ部の延設方向から屈曲させて設けることにより、アンテナ全体を小型化できる。また、第１補正手段によって、第１アンテナ部と第２アンテナ部との連結部位における電磁界の結合を向上させることで、整合周波数を広帯域化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る広帯域アンテナを低周波数帯用に設計した第１実施形態を示し、（ａ）は広帯域アンテナのアンテナ素子形成面を示す正面図、（ｂ）は広帯域アンテナの右側面図、（ｃ）は広帯域アンテナの地導体形成面を示す裏面図である。
【図２】図１に示す構造の広帯域アンテナの反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。
【図３】図１に示す構成の広帯域アンテナを０．３ＧＨｚで動作させた場合をＨＦＳＳで演算した瞬時的な誘電体基板内の電界分布を示す電界分布図である。
【図４】図１に示す構成の広帯域アンテナを１ＧＨｚで動作させた場合をＨＦＳＳで演算した瞬時的な誘電体基板内の電界分布を示す電界分布図である。
【図５】図１に示す構成の広帯域アンテナを１．８ＧＨｚで動作させた場合をＨＦＳＳで演算した瞬時的な誘電体基板内の電界分布を示す電界分布図である。
【図６】図１に示す構成の広帯域アンテナと図１７に示す広帯域アンテナとの対比説明図である。
【図７】本発明に係る広帯域アンテナを高周波数帯用に設計した第２実施形態および第３実施形態を示し、（ａ）は広帯域アンテナのアンテナ素子形成面を示す正面図、（ｂ）は広帯域アンテナの右側面図、（ｃ）は広帯域アンテナの地導体形成面を示す裏面図である。
【図８】図７に示す構造の広帯域アンテナの反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図で、（ａ）は第２実施形態の広帯域アンテナ１における周波数特性図、（ｂ）は第３実施形態の広帯域アンテナ２における周波数特性図である。
【図９】第１実施形態および第２実施形態の広帯域アンテナにおける第１補正手段および第２補正手段の有無による周波数特性の相違を示すもので、（ａ）は第１実施形態に係る広帯域アンテナの反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図、（ｂ）は第２実施形態に係る広帯域アンテナの反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。
【図１０】図１に示す構成の広帯域アンテナを様々な周波数で動作させた場合をＨＦＳＳで演算した瞬時的な誘電体基板内の電界分布を示し、（ａ）は０．２３５ＧＨｚにおける電界分布図、（ｂ）は０．４ＧＨｚにおける電界分布図、（ｃ）は１．１ＧＨｚにおける電界分布図、（ｄ）は１．８ＧＨｚにおける電界分布図である。
【図１１】第１実施形態および第２実施形態に係る広帯域アンテナを様々な周波数で動作させた場合の全電力３ＤパターンをＨＦＳＳで演算した電力パターンを示し、（ａ１）は第１実施形態に係る広帯域アンテナの０．４ＧＨｚにおける電力パターン図、（ａ２）は第１実施形態に係る広帯域アンテナの１．１ＧＨｚにおける電力パターン図、（ａ３）は第１実施形態に係る広帯域アンテナの１．８ＧＨｚにおける電力パターン図、（ｂ１）は第２実施形態に係る広帯域アンテナの３ＧＨｚにおける電力パターン図、（ｂ２）は第２実施形態に係る広帯域アンテナの８ＧＨｚにおける電力パターン図、（ｂ３）は第２実施形態に係る広帯域アンテナの１３ＧＨｚにおける電力パターン図である。
【図１２】第１〜第３実施形態に係る広帯域アンテナの放射効率とアンテナ効率の周波数特性を示し、（ａ）は第１実施形態に係る広帯域アンテナにおける放射効率とアンテナ効率の周波数特性図、（ｂ）は第２実施形態に係る広帯域アンテナにおける放射効率とアンテナ効率の周波数特性図、（ｃ）は第３実施形態に係る広帯域アンテナにおける放射効率とアンテナ効率の周波数特性図である。
【図１３】第４実施形態に係る広帯域アンテナを示し、（ａ）は広帯域アンテナのアンテナ素子形成面を示す正面図、（ｂ）は広帯域アンテナの右側面図、（ｃ）は広帯域アンテナの地導体形成面を示す裏面図である。
【図１４】第５実施形態に係る広帯域アンテナを示し、（ａ）は広帯域アンテナのアンテナ素子形成面を示す正面図、（ｂ）は広帯域アンテナの右側面図、（ｃ）は広帯域アンテナの地導体形成面を示す裏面図である。
【図１５】第６実施形態に係る広帯域アンテナを示し、（ａ）は広帯域アンテナのアンテナ素子形成面を示す正面図、（ｂ）は広帯域アンテナの右側面図、（ｃ）は広帯域アンテナの地導体形成面を示す裏面図である。
【図１６】図１に示す帯１実施形態の広帯域アンテナにおける反射係数｜Ｓ11｜を、ＩＥ３Ｄで演算したシミュレーション結果とＨＦＳＳで演算したシミュレーション結果を示す周波数特性図である。
【図１７】既出願発明に係る広帯域アンテナの設計例を示し、（ａ）は広帯域アンテナのアンテナ素子形成面を示す正面図、（ｂ）は広帯域アンテナの右側面図、（ｃ）は広帯域アンテナの地導体形成面を示す裏面図である。
【図１８】図１７に示す構造の広帯域アンテナの反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る広帯域アンテナの実施形態につき説明する。
【００３３】
先ず、図１に示す広帯域アンテナ１０１は、低周波数帯用のアンテナとして各部寸法を設計した第１実施形態であり、その反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性を図２に示し、この広帯域アンテナ１０１を様々な周波数で動作させたときの電界分布を図３〜図５に示す。図６は、広帯域アンテナ１０１と図１７にして説明した広帯域アンテナ２０１とを対比した説明図である。図７に示す広帯域アンテナ１０２，１０３は、高周波用アンテナとして各部寸法を設計した第２，第３実施形態であり、その反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性を図８に示す。なお、本実施形態に示す広帯域アンテナ１０２〜１０３は、モーメント法による電磁界解析シミュレータＩＥ３Ｄ（Ｚｅｌａｎｄ社）にて設計したものである。
【００３４】
広帯域アンテナ１０１は、誘電体基板２の一方の面をアンテナ素子形成面２１としてアンテナ素子３を形成し、他方の面を地導体形成面２２として地導体４を形成したものである。なお、以下の説明においては、便宜上、広帯域アンテナ１０１において、Ｘ軸方向を左右（＋Ｘ側を右、−Ｘ側を左）、Ｙ軸方向を前後（＋Ｙ側を前、−Ｙ側を後）、Ｚ軸方向を上下（＋Ｚ方向を上、−Ｚ方向を下）と呼ぶ。また、広帯域アンテナ１０１における各部寸法は、表１中における低周波数帯アンテナとして示す。なお、後述する広帯域アンテナ１０２における各部寸法は、表１中、高周波数帯アンテナ１として示し、広帯域アンテナ１０３における各部寸法は、表１中、高周波数帯アンテナ２として示す。
【００３５】
【表１】
0006614661.tif 000002
【００３６】
誘電体基板２は、厚さｈが０．８ｍｍのテフロン（登録商標）（εｒ＝２．１７，ｔａｎδ＝０．０００８）製の板材で、左右方向の幅Ｗｂが１２８．１５ｍｍ、上下方向の高さＬｂが４０７ｍｍの大きさで、後述するアンテナ素子３の最外縁にちょうど接するサイズである。この誘電体基板２のアンテナ素子形成面２１に形成するアンテナ素子３を構成する銅箔および地導体形成面２２に形成する地導体４を構成する銅箔の厚さは、何れも３５μｍである。
【００３７】
地導体４は、上下の高さＬｇを１７８．２６ｍｍ、左右の幅Ｗｇを７１．６９ｍｍとした縦長の長方形で、地導体右側縁部４ｒと誘電体基板２の基板右側縁部２ｒとの間、地導体左側縁部４ｌと誘電体基板２の基板左側縁部２ｌとの間、地導体下縁部４ｂと誘電体基板２の基板下縁部２ｂとの間、地導体上縁部４ｔと誘電体基板２の基板上縁部２ｔとの間には、それぞれ非導電領域が形成される。そして、誘電体基板２のアンテナ素子形成面２１には、地導体４の四側を囲むように形成される非導電領域に沿って、アンテナ素子３を設けるのである。なお、アンテナ素子３への信号入力および取り出しは、給電部５により地導体４の側から行う。
【００３８】
アンテナ素子３は、地導体左側縁部４ｌおよび地導体下縁部４ｂに沿って形成した略Ｌ字状導体である第１アンテナ部３１、地導体右側縁部４ｒに沿って形成した第２アンテナ部３２、地導体上縁部４ｔに沿って形成した第３アンテナ部３３を順に連結した構造である。なお、第１〜第３アンテナ部３１〜３３は、地導体４との離隔距離ｄ等によって奏する機能で区分けするものであるが、ここでは、説明の都合上、帯状の導体毎に区分して第１〜第３アンテナ部３１〜３３を呼び分けることとする。
【００３９】
第１アンテナ部３１は、地導体２の左側縁部４ｌとほぼ平行な上下方向に設けられると共に上部から給電される給電側導体３１１と、地導体の下縁部４ｂとほぼ平行な左右方向に設けられると共に右側部が第２アンテナ部３２と接続される第２アンテナ接続側導体３１２とからなり、給電側導体３１１の下部と第２アンテナ接続側導体３２２の左側部とが接続される。なお、給電部５から給電側導体３１１への給電路となるマイクロストリップ線路３４は、５０Ωの特性インピーダンスになるように設計するもので、本実施形態では、線路幅Ｗｆを２．４４ｍｍ、線路長Ｌｆを７６．４２ｍｍとした。
【００４０】
第１アンテナ部３１の給電側導体３１１は、誘電体基板２の基板左側縁部２ｒより若干離れた右寄りに位置する左側縁部３１１ｌと、地導体左側縁部４ｌより若干右寄りに位置する右側縁部３１１ｒとに囲まれた上下方向に一定幅の帯状導体で、その高さＬ１１は６９．７２ｍｍ、幅Ｗ１１は２６．８１ｍｍである。また、給電側導体３１１の右側縁部３１１ｒと地導体４の左側縁部４ｌとの離隔距離ｄ１１は−１．０８ｍｍである。なお、離隔距離ｄが負の値となる場合、誘電体基板２を挟んでアンテナ素子３と地導体４が重なっていることを意味する。
【００４１】
第１アンテナ部３１の第２アンテナ接続側導体３１２は、誘電体基板２の基板下縁部２ｂとほぼ一致す下縁部３１２ｂと、地導体下縁部４ｂより若干上方に位置する上縁部３１２ｔとに囲まれた左右方向に一定幅の帯状導体で、その長さＬ１２は１２３．６６ｍｍ、幅Ｗ１２は２７．３９ｍｍである。また、第２アンテナ接続側導体３１２の上縁部３１２ｔと地導体４の下縁部４ｂとの離隔距離ｄ１２は−０．３９ｍｍである。
【００４２】
第２アンテナ部３２は、第１アンテナ部３１における第２アンテナ接続側導体３１２の右側部に下端部が連結されると共に、上部左側方に第３アンテナ部３３が連結される。この第２アンテナ部３２は、誘電体基板２の基板右側縁部２ｒとほぼ一致する右側縁部３２ｒと、地導体４の地導体右側縁部４ｒよりも若干右寄りに位置して地導体右側縁部４ｒと平行な左側縁部３２ｌとに囲まれた一定幅の帯状導体で、その上下方向の長さＬ２は４０７ｍｍ、幅Ｗ２は２４．６２ｍｍである。なお、第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌと地導体４の右側縁部４ｒとの離隔距離ｄ２は１．７２ｍｍである。
【００４３】
第３アンテナ部３３は、その下端を第２アンテナ部３２の上縁に連結して上下方向に延設することもできるが、本実施形態では、地導体４の上縁部４ｔに沿うように左側へ屈曲形成するものとした。すなわち、第３アンテナ部３３は、誘電体基板２の基板上縁部２ｔとほぼ一致する上縁部３３ｔと、地導体４の上縁部４ｔよりも若干上方に位置する下縁部３３ｂと、誘電体基板２の基板左側縁部２ｌとほぼ一致する左側縁部３３ｌとに囲まれた一定幅の帯状導体で、その左右方向の長さＬ３は１２８．１５ｍｍ、幅Ｗ３は１８９．６５ｍｍである。なお、第３アンテナ部３３の下縁部３３ｂと地導体４の上縁部４ｔとの離隔距離ｄ３は１２．０９ｍｍである。
【００４４】
上記のように構成した広帯域アンテナ１０１を０．３ＧＨｚで動作させた場合をＨＦＳＳで演算した瞬時的な誘電体基板内の電界分布を図３に示す。同じく、広帯域アンテナ１０１を１．０ＧＨｚで動作させた場合の電界分布を図４に、１．８ＧＨｚで動作させた場合の電界分布を図５に示す。これらの電界分布から、第１〜第３アンテナ部３１〜３３の外側には内側より弱い電界が生じるが、近くに地導体４がないので、放射に寄与する。この外側の電界は第１〜第３アンテナ部３１〜３３で向きが同じほぼＹ軸方向である。
【００４５】
一方、アンテナの内部に生じる電界は外側より強いが、近くの地導体４との間に生じており、伝搬波に関係する。第３アンテナ部３３においてアンテナ素子３と地導体４との間に集中している電界の向きはほぼＺ軸方向を向くが、第１アンテナ部３１においてアンテナ素子３と地導体４との間に集中している電界の向きはＺ軸方向成分とＹ軸方向成分を有し、第２アンテナ部３２においてアンテナ素子３と地導体４との間に集中している電界の向きはＸ軸方向成分とＹ軸方向成分を有する。このように、伝搬波に関係する電界の向きは第１アンテナ部３１、第２アンテナ部３２、第３アンテナ部３３で異なる。
【００４６】
第１実施形態に係る広帯域アンテナ１０１においては、第２アンテナ部３２に対して、第１アンテナ部３１および第３アンテナ部３３を屈曲形成したので、アンテナ全体として上下方向の長さを縮めることができる反面、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との電磁界の結合状態および第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との電磁界の結合状態が劣化してしまう可能性がある。そこで、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連設部位には、当該連結部位における電磁界の結合を向上させる第１補正手段を設け、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連設部位には、当該連結部位における電磁界の結合を向上させる第２補正手段を設けた。
【００４７】
第１補正手段は、第２アンテナ部３２の下部において、左側縁部３２ｌよりも左側へ突出させた第１延出導電部３６で形成することができる。この第１延出導電部３６が高さＬ６の範囲で左側縁部３２ｌよりも幅Ｗ６だけ左側へ延出する。ここで、「Ｗ６＞ｄ２」であるから、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連設部位に、接地導体４とアンテナ素子３とが重なる部位（離隔幅は−｜Ｗ６−ｄ２｜）が生じ、この部分の電界の向きはほぼＹ軸方向になり、第１アンテナ部３１の内側の電界の向きと、第２アンテナ部３２の残りの部分の内側の電界の向きの共通する向きであり、両側の電磁界の結合を向上させることができる。すなわち、アンテナ部３１のＺ軸とＹ軸方向の電界を、第１補正手段でＹ軸に変え、さらにアンテナ部３２でＹ軸とＸ軸方向の電界へと、橋渡し的に変える働きを有すると考えられる。
【００４８】
さらに、第１アンテナ部３１、第１補正手段としての第１延出導電部３６、第２アンテナ部３２に共通の電界成分はＹ軸方向であり、第１〜第３アンテナ部３１〜３３の外側に生じる電界の向きに一致しているため、この外側の放射に寄与する電界と結合し、放射を増進すると考えられる。なお、第１延出導電部３６の高さＬ６は４５．６２ｍｍ、幅Ｗ６は１．７８ｍｍである。
【００４９】
上述した第１補正手段を第１アンテナ部３１（第２アンテナ接続側導体３１２）と第２アンテナ部３２との連結部位に設けるということは、図６に示すように、広帯域アンテナ２０１（図１７の既出願発明）のアンテナ構造を短小化するための折り曲げ位置を、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２の接続部にするのではなく、間隔と太さの変化と折り曲げという状態の変化を分散させるように、アンテナ部３１内の適所を折り曲げ箇所に設定することに相当する。
【００５０】
第２補正手段は、第３アンテナ部３３の右側下部において、下縁部３２ｌよりも下方へ突出させた第２延出導電部３７で形成することができる。この第２延出導電部３７が長さＬ７の範囲で地導体４の上縁部４ｔよりも幅Ｗ７だけ離隔するように近接させるので、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連設部位に、接地導体４とアンテナ素子３との離隔距離が小さい部位が生じ、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部位における電磁界の結合を向上させることができる。なお、第２延出導電部３７の長さＬ７は１０．０３ｍｍ、上下幅Ｗ７は５．２４ｍｍである。
【００５１】
以上のように、第１，第２補正手段を設けた第１実施形態に係る広帯域アンテナ１０１によれば、図２に示すように、０．２３５ＧＨｚから１．９６ＧＨｚの範囲で反射係数｜Ｓ11｜が−１０ｄＢ以下に整合され、比帯域約１５０％の広帯域整合を実現できる。図１７にて説明した広帯域アンテナ２０１では、反射係数｜Ｓ１１｜がほぼ−１０ｄＢ以下となる周波数帯の比帯域が約９３％であったのに対して、本実施形態の広帯域アンテナ１０１では約１５０％と大幅に広帯域化される。さらに、図１７にて説明した広帯域アンテナ２０１では、アンテナの寸法が最低整合周波数の約０．０８倍の幅と０．０３８倍の長さが必要であったのに対して、本実施形態の広帯域アンテナ１０１では約０．１倍の幅と０．３１倍の長さでよいことから、上下方向の長さを短小化できる。
【００５２】
次に、図７に示す第２実施形態の広帯域アンテナ１０２について説明する。高周波数帯用の広帯域アンテナ１０２は、誘電体基板２の一方の面をアンテナ素子形成面２１としてアンテナ素子３を形成し、他方の面を地導体形成面２２として地導体４を形成したものである。
【００５３】
誘電体基板２は、厚さｈが０．８ｍｍのテフロン（登録商標）（εｒ＝２．１７，ｔａｎδ＝０．０００８）製の板材で、左右方向の幅Ｗｂが１４．３４ｍｍ、上下方向の高さＬｂが４５．５４ｍｍの大きさで、後述するアンテナ素子３の最外縁にちょうど接するサイズである。この誘電体基板２のアンテナ素子形成面２１に形成するアンテナ素子３を構成する銅箔および地導体形成面２２に形成する地導体４を構成する銅箔の厚さは、何れも３５μｍである。
【００５４】
地導体４は、上下の高さＬｇを２０．４７ｍｍ、左右の幅Ｗｇを８．８９ｍｍとした縦長の長方形で、地導体右側縁部４ｒと誘電体基板２の基板右側縁部２ｒとの間、地導体左側縁部４ｌと誘電体基板２の基板左側縁部２ｌとの間、地導体下縁部４ｂと誘電体基板２の基板下縁部２ｂとの間、地導体上縁部４ｔと誘電体基板２の基板上縁部２ｔとの間には、それぞれ非導電領域が形成される。そして、誘電体基板２のアンテナ素子形成面２１には、地導体４の四側を囲むように形成される非導電領域に沿って、アンテナ素子３を設けるのである。なお、アンテナ素子３への信号入力および取り出しは、給電部５により地導体４の側から行う。
【００５５】
アンテナ素子３は、地導体左側縁部４ｌおよび地導体下縁部４ｂに沿って形成した略Ｌ字状導体である第１アンテナ部３１、地導体右側縁部４ｒに沿って形成した第２アンテナ部３２、地導体上縁部４ｔに沿って形成した第３アンテナ部３３を順に連結した構造である。
【００５６】
第１アンテナ部３１は、地導体２の左側縁部４ｌとほぼ平行な上下方向に設けられると共に上部から給電される給電側導体３１１と、地導体の下縁部４ｂとほぼ平行な左右方向に設けられると共に右側部が第２アンテナ部３２と接続される第２アンテナ接続側導体３１２とからなり、給電側導体３１１の下部と第２アンテナ接続側導体３２２の左側部とが接続される。なお、給電部５から給電側導体３１１への給電路となるマイクロストリップ線路３４は、５０Ωの特性インピーダンスになるように設計するもので、本実施形態では、線路幅Ｗｆを２．４４ｍｍ、線路長Ｌｆを７．０４ｍｍとした。５０Ωの特性インピーダンスを実現するＭＳＬ幅Ｗｆは周波数に依らずほぼ一定であるため、高周波数帯アンテナ用のＭＳＬは、低周波数帯アンテナのＭＳＬよりも太い印象となる。
【００５７】
第１アンテナ部３１の給電側導体３１１は、誘電体基板２の基板左側縁部２ｒより若干離れた右寄りに位置する左側縁部３１１ｌと、地導体左側縁部４ｌより若干右寄りに位置する右側縁部３１１ｒとに囲まれた上下方向に一定幅の帯状導体で、その高さＬ１１は８．２８ｍｍ、幅Ｗ１１は３．４４ｍｍである。また、給電側導体３１１の右側縁部３１１ｒと地導体４の左側縁部４ｌとの離隔距離ｄ１１は−１．１８ｍｍである。
【００５８】
第１アンテナ部３１の第２アンテナ接続側導体３１２は、誘電体基板２の基板下縁部２ｂとほぼ一致す下縁部３１２ｂと、地導体下縁部４ｂより若干上方に位置する上縁部３１２ｔとに囲まれた左右方向に一定幅の帯状導体で、その長さＬ１２は１４．２３ｍｍ、幅Ｗ１２は３．６８ｍｍである。また、第２アンテナ接続側導体３１２の上縁部３１２ｔと地導体４の下縁部４ｂとの離隔距離ｄ１２は−１．１５ｍｍである。
【００５９】
第２アンテナ部３２は、第１アンテナ部３１における第２アンテナ接続側導体３１２の右側部に下端部が連結されると共に、上部左側方に第３アンテナ部３３が連結される。この第２アンテナ部３２は、誘電体基板２の基板右側縁部２ｒとほぼ一致する右側縁部３２ｒと、地導体４の地導体右側縁部４ｒよりも若干右寄りに位置して地導体右側縁部４ｒと平行な左側縁部３２ｌとに囲まれた一定幅の帯状導体で、その上下方向の長さＬ２は４５．５４ｍｍ、幅Ｗ２は３．２６ｍｍである。なお、第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌと地導体４の右側縁部４ｒとの離隔距離ｄ２は−０．４６ｍｍである。
【００６０】
上述した第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連設部位には、当該連結部位におけるインピーダンスを補正する第１補正手段を設ける。第１補正手段は、第２アンテナ部３２の下部において、左側縁部３２ｌよりも左側へ突出させた第１延出導電部３６で形成することができる。この第１延出導電部３６が高さＬ６の範囲で左側縁部３２ｌよりも幅Ｗ６だけ左側へ延出する。これにより、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連設部位に、接地導体４とアンテナ素子３との重なり幅が広くなる部位（離隔幅は−｜Ｗ６−ｄ２｜）が生じ、屈曲部位での整合劣化を補正することができる。なお、第１延出導電部３６の高さＬ６は３．０６ｍｍ、幅Ｗ６は０．７２ｍｍである。
【００６１】
第３アンテナ部３３は、その下端を第２アンテナ部３２の上縁に連結して上下方向に延設することもできるが、本実施形態では、地導体４の上縁部４ｔに沿うように左側へ屈曲形成するものとした。すなわち、第３アンテナ部３３は、誘電体基板２の基板上縁部２ｔとほぼ一致する上縁部３３ｔと、地導体４の上縁部４ｔよりも若干上方に位置する下縁部３３ｂと、誘電体基板２の基板左側縁部２ｌとほぼ一致する左側縁部３３ｌとに囲まれた一定幅の帯状導体で、その左右方向の長さＬ３は１４．３４ｍｍ、幅Ｗ３は２１．３４ｍｍである。なお、第３アンテナ部３３の下縁部３３ｂと地導体４の上縁部４ｔとの離隔距離ｄ３は１．５５ｍｍである。
【００６２】
ここで、第２実施形態に係る広帯域アンテナ１０２においては、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部位に、第２補正手段を設けていない。しかしながら、図８（ａ）に示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性より明らかなように、２．０ＧＨｚから１３．２ＧＨｚの範囲で反射係数｜Ｓ11｜が−１０ｄＢ以下に整合され、比帯域約１５０％の広帯域整合を実現できている。よって、高周波数帯を目的とするアンテナ設計においては、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部に極端な整合劣化が生じておらず、電磁界結合を向上させるための第２補正手段を必要としないのである。
【００６３】
第３実施形態に係る広帯域アンテナ１０３は、上述した第２実施形態に係る広帯域アンテナ１０２と同じ構造であるが、誘電体基板２の厚さｈを０．２５４ｍｍとし、それに応じた高周波数帯のアンテナとなるように設計パラメータを設定したものである。
【００６４】
誘電体基板２の幅Ｗｂは１４．９ｍｍ、高さＬｂは４５．５４ｍｍである。地導体４の高さＬｇは１９．７８ｍｍ、幅Ｗｇは８．５ｍｍである。アンテナ素子３の第１アンテナ部３１における給電側導体３１１の高さＬ１１は７．３８ｍｍ、幅Ｗ１１は２．９８ｍｍである。給電側導体３１１の右側縁部３１１ｒと地導体４の左側縁部４ｌとの離隔距離ｄ１１は−０．４１ｍｍである。第１アンテナ部３１における第２アンテナ接続側導体３１２の長さＬ１２は１４．２３ｍｍ、幅Ｗ１２は２．９７ｍｍである。給電部５から給電側導体３１１への給電路となるマイクロストリップ線路３４の線路幅Ｗｆは０．２５４ｍｍ、線路長Ｌｆは５．４２ｍｍである。
【００６５】
また、第２アンテナ接続側導体３１２の上縁部３１２ｔと地導体４の下縁部４ｂとの離隔距離ｄ１２は−０．３９ｍｍである。第２アンテナ部３２の長さＬ２は４５．５４ｍｍ、幅Ｗ２は３．１５ｍｍである。第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌと地導体４の右側縁部４ｒとの離隔距離ｄ２は０．０１ｍｍである。第１補正手段たる第１延出導電部３６の高さＬ６は２．８４ｍｍ、幅Ｗ６は０．４６ｍｍである。第３アンテナ部３３の左右方向の長さＬ３は１４．９ｍｍ、幅Ｗ３は２１．７ｍｍである。第３アンテナ部３３の下縁部３３ｂと地導体４の上縁部４ｔとの離隔距離ｄ３は１．４８ｍｍである。
【００６６】
第３実施形態に係る広帯域アンテナ１０３においても、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部位に、第２補正手段を設けていないが、図８（ｂ）に示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性より明らかなように、２．０５ＧＨｚから１２．８ＧＨｚの範囲で反射係数｜Ｓ11｜が−１０ｄＢ以下に整合され、比帯域約１５０％の広帯域整合を実現できている。
【００６７】
なお、表１には、第１〜第３実施形態の広帯域アンテナ１０１〜１０３それぞれについて、各パラメータ値を最低整合周波数ｆLOWに対応する波長λLOWで除した値をＡ欄、Ｂ欄、Ｃ欄にそれぞれ記載してある。そして、第２実施形態の広帯域アンテナ１０２を基準として、第１，第３実施形態の広帯域アンテナ１０１，１０３を対比させるように、Ａ欄の各値をＢ欄の各値で除した結果をＡ／Ｂ欄に、Ｃ欄の各値をＢ欄の各値で除した結果をＣ／Ｂ欄に記載してある。
【００６８】
この結果から、アンテナ素子３と地導体４との離隔距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ２，ｄ３および第１補正手段のＷ６，Ｌ６を除いて、ほぼ１であることが分かる。すなわち、誘電体基板２、アンテナ素子３、地導体４の各寸法は、最低整合波長λLOWにほぼ比例させてスケーリングさせれば良いことが分かる。
【００６９】
また、低周波数帯用の広帯域アンテナ１０１や誘電体基板２が薄い高周波数帯用の広帯域アンテナ１０３と比較して、誘電体基板２が厚い高周波数帯用の広帯域アンテナ１０２は、第１アンテナ部３１と地導体４との離隔距離ｄ１１，ｄ１２が負で小さく、第２アンテナ部３２と地導体４との離隔距離ｄ２は負の値になっている。すなわち、広帯域アンテナ１０２では、他の広帯域アンテナ１０１，１０３に比べて、アンテナ素子３と地導体４との重なる領域が相対的に大きいのである。このことから、誘電体基板２の厚さｈが波長換算で大きくなると、アンテナ素子３と地導体４との結合を確保するために、離隔距離ｄを狭くしたり、重なる領域を大きくしたりする必要があるものと考えられる。また、アンテナ素子３の太さＷ１，Ｗ２，Ｗ３も広帯域アンテナ１０２が太い傾向がある。すなわち、誘電体基板２が波長換算で大きい場合、離隔距離ｄを狭くすると同時に、アンテナ素子３の幅Ｗを太くするのが良いことが分かる。
【００７０】
次に、第１，第２補正手段の有無による広帯域アンテナ１０１，１０２の特性変化を図９に基づき説明する。
【００７１】
図９（ａ）の実線は、第１実施形態に係る広帯域アンテナ１０１の周波数特性を示すものであり、第１補正手段および第２補正手段を備えることで、広帯域特性を得られることは前述した通りである。広帯域アンテナ１０１から第２延出導電部３７を除去して第１補正手段のみ設けた比較用アンテナの特性を破線で示す。第２補正手段がある場合に比べて若干の整合劣化が見られるものの、極端に広帯域特性が損なわれるわけではないから、低周波数帯のアンテナにおいても第２補正手段を設けない設計とすることが十分可能である。
【００７２】
一方、広帯域アンテナ１０１から第１延出導電部３６を除去して第２補正手段のみ設けた比較用アンテナの特性を点線で示す。第１補正手段がある場合に比べて大きな整合劣化が見られ、広帯域特性が失われている。よって、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連結部に第１補正手段を設けることは、広帯域特性を得るために、重要であることが分かる。
【００７３】
図９（ｂ）の実線は、第２実施形態に係る広帯域アンテナ１０２の周波数特性を示すものであり、第１補正手段を備えることで、広帯域特性を得られることは前述した通りである。広帯域アンテナ１０２から第１延出導電部３６を除去した比較用アンテナの特性を点線で示す。第１補正手段がある場合に比べて大きな整合劣化が見られ、広帯域特性が失われている。よって、高周波数帯のアンテナ設計においても、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連結部に第１補正手段を設けることは、広帯域特性を得るために、重要であることが分かる。
【００７４】
参考までに、第１実施形態の広帯域アンテナ１０１を様々な周波数で動作させたときの電流分布をＩＥ３Ｄにてシミュレートした瞬時的な電界分布図を図１０に示す。図１０（ａ）は最低整合周波数である０．２３５ＧＨｚでの動作をシミュレートしたものである。図１０（ｂ）は０．４ＧＨｚでの動作をシミュレートしたものである。図１０（ｃ）は１．１ＧＨｚでの動作をシミュレートしたものである。図１０（ｄ）は１．８ＧＨｚでの動作をシミュレートしたものである。なお、放射に寄与する第３アンテナ部３３における中央部分の電流分布が低いことから、放射に寄与しているのは第３アンテナ部３３の外縁部分であると考えられる。
【００７５】
図１１には、第１実施形態の広帯域アンテナ１０１と第２実施形態の広帯域アンテナ１０２の３Ｄ電力パターンをＩＥ３Ｄにてシミュレートした結果を示す。（ａ１）は広帯域アンテナ１０１を０．４ＧＨｚで動作させた場合の３Ｄパターンを示し、（ａ２）は広帯域アンテナ１０１を１．１ＧＨｚで動作させた場合の３Ｄパターンを示し、（ａ３）は広帯域アンテナ１０１を１．８ＧＨｚで動作させた場合の３Ｄパターンを示す。（ｂ１）は広帯域アンテナ１０２を３ＧＨｚで動作させた場合の３Ｄパターンを示し、（ｂ２）は広帯域アンテナ１０２を８ＧＨｚで動作させた場合の３Ｄパターンを示し、（ｂ３）は広帯域アンテナ１０２を１３ＧＨｚで動作させた場合の３Ｄパターンを示す。低周波数帯用の広帯域アンテナ１０１、高周波数帯用の広帯域アンテナ１０２の何れも、低周波数帯ではＺ軸周りにほぼ無指向性のパターンであるが（図１１の（ａ１），（ｂ１）を参照）、高周波数帯になるにつれてパターン形状が複雑になる（図１１（ａ３），（ｂ３）を参照）。
【００７６】
放射効率とアンテナ効率の周波数特性を図１２に示す。図１２（ａ）に示すように、低周波数帯で設計した広帯域アンテナ１０１は、周波数に対する依存性が小さく９０％以上の放射効率が整合帯域（０．２３５ＧＨｚ〜１．９６ＧＨｚ）で実現されている。これに対して、高周波数帯で設計した広帯域アンテナ１０２では、図１２（ｂ）に示すように、高周波になると放射効率が７０％程度に劣化することが分かる。一方、誘電体基板２の厚さｈを０．２５４ｍｍに薄くして高周波数帯で設計した広帯域アンテナ１０３では、図１２（ｃ）に示すように、高周波になっても放射効率が顕著に劣化することはない。しかしながら、広帯域アンテナ１０１の放射特性に比べれば、広帯域アンテナ１０３の放射特性には改善の余地がある。
【００７７】
上述した第１〜第３実施形態の広帯域アンテナ１０１〜１０３では、アンテナ素子３に延出導電部を形成することで第１，第２補正手段を構成するものであったが、第１，第２補正手段の実現手法は、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示す第４実施形態の広帯域アンテナ１０４では、地導体４の右側縁４ｒ下部に設けた第１延出導電部４１によって第１補正手段を構成し、地導体４の上縁部４ｔの右側部に設けた第２延出導電部４２によって第２補正手段を構成しても良い。
【００７８】
すなわち、広帯域アンテナ１０４の第１補正手段は、第１延出導電部４１の右側縁部４１ｒが上縁部４１ｔの突出量だけ第２アンテナ部３２の左側縁部３２ｌよりも右寄りに位置することで、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連結部位に地導体４と重なる領域を生ぜしめ、第１アンテナ部３１と第２アンテナ部３２との連結部位における整合劣化を補正するのである。
【００７９】
同様に、広帯域アンテナ１０４の第２補正手段は、第２延出導電部４２の上縁部４２ｔが左側縁部４２ｌの突出量だけ第３アンテナ部３３の下縁部３３ｂに近接することで、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部位に地導体４と近接する領域を生ぜしめ、第２アンテナ部３２と第３アンテナ部３３との連結部位における整合劣化を補正するのである。
【００８０】
また、上述した第１〜第４実施形態の広帯域アンテナ１０１〜１０４では、第１アンテナ部３１が地導体４の下縁部４ｔおよび左側縁部４ｌの２辺に沿うように屈曲させて、上下方向の長さを抑えるものとしたが、この構造に限定されるものではない。例えば、図１４に示す第５実施形態の広帯域アンテナ１０５では、アンテナ素子３１が誘電体基板２の下縁部２ｂに沿った帯状導体３１３で構成するものとし、この帯状導体３１３がマイクロストリップ線路３４を介して給電を受けると共に、第２アンテナ部３２と連結されるものとした。広帯域アンテナ１０４の各パラメータの設計寸法の例示はしないが、広帯域アンテナ１０１〜１０４に比べてアンテナ高さが大きくなるものの、アンテナ幅は短くできる。
【００８１】
また、図１０の電流分布図で説明したように、第３アンテナ部３３の内側にはほとんど電流が流れていないので、第３アンテナ部３３の四側縁部のみを電流路とすることも考えられる。例えば、図１５に示す第６実施形態の広帯域アンテナ１０６では、第３アンテナ部３３を、右側導電帯部３３１、上側導電帯部３３２、左側導電帯部３３３、下側導電帯部３３４から構成し、各導電帯部３３１〜３３４によって囲まれる中空部に電流が流れないようにする。このように、第３アンテナ部３３における電流分布を四側に制限することで、電流密度を高められれば、放射特性を改善できる可能性がある。
【００８２】
また、上述した第１〜第６実施形態の広帯域アンテナ１０１〜１０６では、マイクロストリップ線路３４によって第１アンテナ部３１へ給電する構造を採用したが、これに限定あされるものではない。例えば、同軸線路を用い、中心導体を第１アンテナ部３１の基端に直接接続するようにしても良い。
【００８３】
また、表１に示した第１〜第３実施形態の広帯域アンテナ１０１〜１０３の設計値は、モーメント法ソフトウェアＩＥ３Ｄで寸法を最適化したもので、図２，図８に示した反射係数｜Ｓ１１｜の周波数特性もＩＥ３Ｄによる計算結果であった。そこで、ＩＥ３Ｄによる設計寸法の広帯域アンテナ１０１に対して、誘電体を有限として有限要素法シミュレーションソフトウェアＨＦＳＳ（ａｎｓｏｆｔ社）を用いて計算した結果を図１６に示す。比較のために、ＩＥ３Ｄによる周波数特性の計算結果を破線で示す。ＩＥ３Ｄによる計算結果では、反射係数｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢより大きくなる周波数帯が存在するものの、基本的にＩＥ３Ｄの演算結果に類似しており、広帯域な周波数範囲で整合することが確認できる。
【００８４】
以上、本発明に係る広帯域アンテナを実施形態に基づき説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての広帯域アンテナを権利範囲として包摂するものである。
【符号の説明】
【００８５】
１０１  広帯域アンテナ（低周波数帯用の第１実施形態）
２      誘電体基板
２１    アンテナ素子形成面
２２    地導体形成面
３      アンテナ素子
３１    第１アンテナ部
３１１  給電側導体
３１２  第２アンテナ接続側導体
３２    第２アンテナ部
３３    第３アンテナ部
３４    マイクロストリップ線路
４      地導体
５      給電部
【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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