(57)【要約】【課題】アンテナ利得の低下を発生させることなく、給電線路に流れる漏洩電極を広帯域に低減できる広帯域アンテナを実現する。【解決手段】広帯域アンテナ１は、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２と給電線路１３とを備えて構成されている。第１の放射素子１１は、二等辺三角形の形状をした導体部材である。また、第２の放射素子１２は、二等辺三角形の形状をした放射部１２Ａと、該放射部１２Ａの底辺の両端から下方に延びるように取り付けられた２つの電極部１２０とからなる導体部材である。また、給電線路１３は、同軸ケーブルである。電極部１２０の長手軸は給電線路１３と平行になるように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の放射素子および第２の放射素子からなる放射素子と、同軸ケーブルからなる給電線路とを備えた広帯域アンテナであって、
上記第１の放射素子および上記第２の放射素子は、上記放射素子に電力を供給する給電点に対して対向するように配置され、かつ上記給電点を通る直線に対して線対称な形状を有する導体部材であり、
上記第１の放射素子は、上記給電線路の内芯と接続され、
上記第２の放射素子は、上記給電線路の外導体と接続されており、
上記第２の放射素子には、長手軸が上記給電線路と平行になるように配置され、かつ上記給電点を通る直線に対して線対称な２つの電極部からなる導体部材が接続されていることを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
５≦ｂ／ａ≦１３
ｃ／λ０≦０．２５
−３６．４×ｃ／λ０＋１３≦ｂ／ａ
の条件を満たしてい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】
上記放射素子は、誘電体基板の少なくとも一方の面において、上記第１の放射素子と上記第２の放射素子となる導電パターンを形成した構成であ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４】
上記放射素子を複数備え、
各々の放射素子は、上記給電点を一致させ、かつ上記直線が重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射素子。
【請求項５】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
６≦ｂ／ａ≦１６
−５０×ｃ／λ０＋１６≦ｂ／ａ≦−１２５×ｃ／λ０＋３３．５
の条件を満たしていることを特徴とする請求項４に記載の広帯域アンテナ。
【請求項６】
上記放射素子を誘電体ケースで覆った構造であ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７】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
６≦ｂ／ａ≦１１．５
ｃ／λ０≦０．２５
−３６．４×ｃ／λ０＋１１．５≦ｂ／ａ
の条件を満たしていることを特徴とする請求項６に記載の広帯域アンテナ。
【請求項８】
上記放射素子を誘電体ケースで覆った構造であることを特徴とする請求項４に記載の広帯域アンテナ。
【請求項９】
上記放射素子は、誘電体基板の少なくとも一方の面において、上記第１の放射素子と上記第２の放射素子となる導電パターンを形成した構成であることを特徴とする請求項８に記載の広帯域アンテナ。
【請求項１０】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
ｂ／ａ≦１２
−３３．３×ｃ／λ０＋１２≦ｂ／ａ≦−１００×ｃ／λ０＋２４
の条件を満たしていることを特徴とする請求項９に記載の広帯域アンテナ。
【請求項１１】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の水平方向の幅をｗとする場合、
０．１７≦２ｗ／（ｂ−ａ）≦０．９５
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一項に記載の広帯域アンテナ。
【請求項１２】
第１の放射素子および第２の放射素子からなる放射素子と、同軸ケーブルからなる給電線路とを備えた広帯域アンテナであって、
上記第１の放射素子は、上記給電線路の内芯と接続された円錐形状の導体部材であり、
上記第２の放射素子は、上記給電線路の外導体と接続され、円錐形状の放射部と、該放射部の底面の外縁から下方に延びるように取り付けられた筒状導体とからなる導体部材であり、
上記第１の放射素子と上記第２の放射素子とは、円錐の頂点同士が対向するように配置されており、上記筒状導体はその中心軸が給電線路と平行になるように配置されていることを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項１３】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記筒状導体の外径をｂ、上記筒状導体の軸方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
６≦ｂ／ａ≦９
ｃ／λ０≦０．２５
−３０×ｃ／λ０＋９≦ｂ／ａ
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１２に記載の広帯域アンテナ。
【請求項１４】
上記給電線路の外導体の径をａ、上記筒状導体の外径をｂ、上記筒状導体の半径方向厚みをｗとする場合、
０．１７≦２ｗ／（ｂ−ａ）≦０．９５
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１２に記載の広帯域アンテナ。
【請求項１５】
上記請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の広帯域アンテナを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
上記上記請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の広帯域アンテナを用いて情報の伝送を行なうことを特徴とする伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ(Ultra Wide Band)技術を利用したBroadband-PAN(Personal Area Network)などの通信システムに使用される広帯域アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢのような広帯域通信に用いられるアンテナにおいては、周波数に対してアンテナ利得が変化しないものが望まれている。その理由は以下の通りである。通信機器から放射可能な電磁波電力の最大値は電波法によって定められているため、使用帯域幅内のアンテナ利得の最大値に合わせて通信機器が設計される。そのため、広帯域な周波数（３．１ＧＨｚ〜４．９ＧＨｚ）を利用した通信を行う場合、使用帯域幅内のアンテナ利得の最小値によって通信距離が決まる。つまり、周波数に対するアンテナ利得の変動が大きい場合、通信距離が短くなるといった問題がある。
【０００３】
例えば、図１９に示すように、２種類のアンテナＡ，Ｂにおける周波数とアンテナ利得との関係を例示する。アンテナＡ、Ｂにおいて、使用帯域内でのアンテナ利得の最大値はほぼ同じである。しかしながら、使用帯域内でのアンテナ利得の最小値について見れば、アンテナＡの利得最小値は利得最大値とあまり変わらず、使用帯域内でほぼ一様なアンテナ利得が得られているのに対し、アンテナＢの利得最小値は利得最大値に比べて大きく減少している。このため、アンテナＢでの通信距離は利得最大値に比べて大きく減少する利得最小値によって制限され、アンテナＢは広帯域通信には不適であるといえる。
【０００４】
また、ＵＷＢ通信機器は、通常、屋内での使用が想定されため、ＵＷＢ通信機器に使用される広帯域アンテナ（ＵＷＢアンテナ）は、屋内のどの場所に送受信機器を置いた場合でも通信可能であることが好ましい。このため、ＵＷＢアンテナにおいては、図２０に示すように、水平面内方向（図２０におけるＸＹ平面内の方向）のどの向きに対しても同じ電力が放射されるように無指向性を有することが望ましい。また、送信機と受信機とが異なる高さに設置されることも考えられるため、ある程度の垂直面内方向においても無指向性を有することが望ましい。
【０００５】
多くの電子機器においては機器の小型化が要求されており、それは上記のような通信機器においても例外ではない。そして、広帯域アンテナにおいて小型化を図る場合には、給電線路への漏洩電流によって無指向性が損なわれるといった問題がある。これを詳細に説明すると以下の通りである。
【０００６】
アンテナは、通常、放射素子と該放射素子へ電気信号を供給する給電線路とを備えて構成されている。また、上記アンテナの給電線路には同軸ケーブルが使用されるが、該アンテナから信号電波を放射する時には、給電点から同軸ケーブルの外導体に漏洩電流が発生する。そして、この漏洩電流によって同軸ケーブルの周囲に電磁界が発生するが、この漏洩電流による電磁界がアンテナの放射素子から放射される信号電波を引っ張り込むように作用する。通常、アンテナの給電線路は放射素子の下部に存在するので、この場合には放射素子から放射される信号電波は下方向に強くなり上方向に弱くなるため、特に垂直面内方向における無指向性が損なわれる。例えば、受信アンテナが送信アンテナよりも高い位置に配置された場合には、信号の受信状態が悪くなる可能性がある。
【０００７】
上記漏洩電流による無指向性への悪影響は、放射素子に対して給電線路の径が相対的に大きくなるほど顕著となる。すなわち、アンテナを小型化するために放射素子を小さくするほど顕著に発生する。
【０００８】
特許文献１には、放射導体、グランド導体、および給電線路を備えた不平衡型アンテナにおいて、給電線路の一部を電流吸収体で覆うと共に、グランド導体の端部の一部を低導電率とすることで、給電線路に流れる漏洩電極を抵抗にて減衰させる技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、給電線路に使用波長λ／４の長さの反射素子を取り付けることで、漏洩電流を反射波でキャンセルする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１２８４１公報（公開日：２００５年１月１３日）
【特許文献２】特開平１０−２３３６１９号公報（公開日：１９９８年９月２日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術では、漏洩電流を抵抗で減衰させるため、水平面方向へのアンテナ利得が低下し、使用帯域内でのアンテナ利得の最大最小幅が増大するといった問題がある。
【００１１】
また、特許文献２の技術は、狭帯域でしか作用せず、ＵＷＢのような広帯域では使用帯域の全ての周波数で漏洩電流を防止できず、使用帯域内でのアンテナ利得の最大最小幅が増大するといった問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、給電線路に流れる漏洩電極を広帯域に亘って低減し、周波数に対するアンテナ利得の変動を抑える（周波数フラット性）ことができる広帯域アンテナを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る広帯域アンテナは、上記課題を解決するために、第１の放射素子および第２の放射素子からなる放射素子と、同軸ケーブルからなる給電線路とを備えた広帯域アンテナであって、上記第１の放射素子および上記第２の放射素子は、上記放射素子に電力を供給する給電点に対して対向するように配置され、かつ上記給電点を通る直線に対して線対称な形状を有する導体部材であり、上記第１の放射素子は、上記給電線路の内芯と接続され、上記第２の放射素子は、上記給電線路の外導体と接続されており、上記第２の放射素子には、長手軸が上記給電線路と平行になるように配置され、かつ上記給電点を通る直線に対して線対称な２つの電極部からなる導体部材が接続されていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、給電線路から放射素子へ信号電流を供給することにより、該放射素子から信号電波が放射される。また、この時、給電線路に流れる漏洩電流は、電極部が設けられていることによって抑制される。すなわち、電極部の長手軸は給電線路と平行になるように配置されているため、給電線路に流れる漏洩電流によって発生される電磁界は、電極部を流れる電流によって発生される電磁界と打ち消しあい、その結果、給電線路を流れる漏洩電流がキャンセルされる。これにより、上記漏洩電流による周波数フラット性への悪影響が抑制される。
【００１５】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
５≦ｂ／ａ≦１３
ｃ／λ０≦０．２５
−３６．４×ｃ／λ０＋１３≦ｂ／ａ
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【００１７】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記放射素子は、誘電体基板の少なくとも一方の面において、上記第１の放射素子と上記第２の放射素子となる導電パターンを形成した構成とすることができる。
【００１８】
上記の構成によれば、上記放射素子を誘電部材表面に配置することで、誘電部材の波長短縮効果による電極寸法の小型化が実現できるメリットがある。また、上記放射素子に機械的強度を与えることもできる。
【００１９】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記放射素子を複数備え、各々の放射素子は、上記給電点を一致させ、かつ上記直線が重なるように配置されている構成とすることができる。
【００２０】
上記の構成によっても、給電線路に流れる漏洩電流によって発生される電磁界は、電極部を流れる電流によって発生される電磁界と打ち消しあい、その結果、給電線路を流れる漏洩電流がキャンセルされる。これにより、上記漏洩電流による周波数フラットへ性の悪影響が抑制される。
【００２１】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
６≦ｂ／ａ≦１６
−５０×ｃ／λ０＋１６≦ｂ／ａ≦−１２５×ｃ／λ０＋３３．５
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【００２３】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記放射素子を誘電体ケースで覆った構造とすることができる。
【００２４】
上記の構成によれば、上記放射素子を誘電体ケースで覆うことで、誘電体ケースの波長短縮効果による電極寸法の小型化が実現できるメリットがある。
【００２５】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
６≦ｂ／ａ≦１１．５
ｃ／λ０≦０．２５
−３６．４×ｃ／λ０＋１１．５≦ｂ／ａ
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【００２７】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の長手方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
ｂ／ａ≦１２
−３３．３×ｃ／λ０＋１２≦ｂ／ａ≦−１００×ｃ／λ０＋２４
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【００２９】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記２つの電極部の外側エッジ間距離をｂ、上記電極部の水平方向の幅をｗとする場合、
０．１７≦２ｗ／（ｂ−ａ）≦０．９５
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【００３１】
また、本発明に係る他の広帯域アンテナは、上記課題を解決するために、第１の放射素子および第２の放射素子からなる放射素子と、同軸ケーブルからなる給電線路とを備えた広帯域アンテナであって、上記第１の放射素子は、上記給電線路の内芯と接続された円錐形状の導体部材であり、上記第２の放射素子は、上記給電線路の外導体と接続され、円錐形状の放射部と、該放射部の底面の外縁から下方に延びるように取り付けられた筒状導体とからなる導体部材であり、上記第１の放射素子と上記第２の放射素子とは、円錐の頂点同士が対向するように配置されており、上記筒状導体はその中心軸が給電線路と平行になるように配置されていることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によっても、給電線路に流れる漏洩電流によって発生される電磁界は、筒状導体を流れる電流によって発生される電磁界と打ち消しあい、その結果、給電線路を流れる漏洩電流がキャンセルされる。これにより、上記漏洩電流による周波数フラット性への悪影響が抑制される。
【００３３】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記筒状導体の外径をｂ、上記筒状導体の軸方向の長さをｃ、使用帯域における下限の周波数波長をλ０とする場合、
６≦ｂ／ａ≦９
ｃ／λ０≦０．２５
−３０×ｃ／λ０＋９≦ｂ／ａ
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【００３５】
また、上記広帯域アンテナにおいては、上記給電線路の外導体の径をａ、上記筒状導体の外径をｂ、上記筒状導体の半径方向厚みをｗとする場合、
０．１７≦２ｗ／（ｂ−ａ）≦０．９５
の条件を満たしている構成とすることが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、上記の漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に作用する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る広帯域アンテナは、以上のように、第１の放射素子および第２の放射素子からなる放射素子と、同軸ケーブルからなる給電線路とを備えた広帯域アンテナであって、上記第１の放射素子および上記第２の放射素子は、上記放射素子に電力を供給する給電点に対して対向するように配置され、かつ上記給電点を通る直線に対して線対称な形状を有する導体部材であり、上記第１の放射素子は、上記給電線路の内芯と接続され、上記第２の放射素子は、上記給電線路の外導体と接続されており、上記第２の放射素子には、長手軸が上記給電線路と平行になるように配置され、かつ上記給電点を通る直線に対して線対称な２つの電極部からなる導体部材が接続されている構成である。
【００３８】
それゆえ、給電線路に流れる漏洩電流によって発生される電磁界は、電極部を流れる電流によって発生される電磁界と打ち消しあい、その結果、給電線路を流れる漏洩電流がキャンセルされる。これにより、上記漏洩電流による周波数フラット性への悪影響が抑制されるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すると以下の通りである。先ずは、本実施の形態１に係る広帯域アンテナの概略形状を図１および図２に示す。
【００４０】
広帯域アンテナ１は、図１および図２に示すように、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２と給電線路１３とを備えて構成されている。第１の放射素子１１は、二等辺三角形の形状をした導体部材である。また、第２の放射素子１２は、図１では省略しているが、二等辺三角形の形状に対してその頂角付近の導体部材を除去したスリット１２Ｂと、放射部１２Ａとで構成され、該放射部１２Ａの底辺の両端から下方に延びるように取り付けられた２つの電極部１２０が接続されている。また、給電線路１３は、同軸ケーブルである。電極部１２０の長手軸は給電線路１３と平行になるように配置される。
【００４１】
第１の放射素子１１と第２の放射素子１２とは、二等辺三角形の頂角同士が対向するように配置されており、これら２つの二等辺三角形の頂角同士の接する点が給電点となっている。図２に示すように、第１の放射素子１１はその頂角部分において給電線路１３の内芯１３Ａと接続され、第２の放射素子１２はその底辺部分において給電線路１３の外導体１３Ｂと接続されている。尚、第２の放射素子１２に設けられたスリット１２Ｂは、その内部に、第１の放射素子１１を給電線路１３の内芯１３Ａと接続できるように、第１の放射素子から延出された接続用の導体１１０が配置されている。
【００４２】
ここで、第２の放射素子１２の放射部１２Ａと、給電線路１３の外導体１３Ｂとは電気的に接続されているため、スリット１２Ｂは外導体１３Ｂと同等の電位となる。このような構造とすることで、接続用の導体１１０はスリット１２Ｂと放射部１２Ａとで囲まれた領域において同軸ケーブルからなる給電線路１３と同等のシールド効果を受けている。
【００４３】
広帯域アンテナ１では、給電線路１３から放射素子（以下、放射素子と記載する場合は、第１の放射素子１１および第２の放射素子１２を指すものとする）へ信号電流を供給することにより、該放射素子から信号電波が放射される。また、この時、給電線路１３に流れる漏洩電流は、電極部１２０が設けられていることによって抑制される。すなわち、図１の構成においては、電極部１２０の長手軸は給電線路１３と平行になるように配置されているため、給電線路１３に流れる漏洩電流によって発生される電磁界は、電極部１２０を流れる電流によって発生される電磁界と打ち消しあい、その結果、給電線路１３を流れる漏洩電流がキャンセルされる。
【００４４】
また、広帯域アンテナ１では、上記の漏洩電流のキャンセル効果も、その使用帯域全体において十分に作用することが求められる。そうでなければ、使用帯域内でのアンテナ利得の最大値と最小値との幅が大きくなり、周波数フラット性（使用帯域内におけるアンテナ利得の一様性）が損なわれるためである。尚、本実施の形態において、周波数フラット性が実現されている状態とは、使用帯域内でのアンテナ利得の最大値と最小値との幅が６ｄＢ以下である状態を指すものとする。一般に、通信距離と送信電力には相関関係があり、送信電力が６ｄＢ低下すると通信距離が半減することが理論的に分かっている。このため、通信機器からの送信電力が周波数毎に一定であると仮定した場合、使用帯域幅内におけるアンテナ利得の最大値と最小値との差は６ｄＢ以内とすることが望ましい。また、本実施の形態においては、アンテナから垂直方向に±３０°の範囲でアンテナ利得の最大値と最小値との差は６ｄＢ以内であれば、周波数フラット性が実現されているとする。
【００４５】
ここで、給電線路１３の径をａ、２つの電極部１２０の水平方向間距離（外側エッジ間距離）をｂ、電極部１２０の垂直方向の長さをｃとする場合、広帯域アンテナ１において周波数フラット性が実現される条件を解析により求めた。その結果を図３に示す。図３においては、ｂ／ａを縦軸にとり、ｃ／λ０を横軸にとっている。尚、λ０は、広帯域アンテナ１の使用帯域における下限の周波数波長である。
【００４６】
図３より、図１に示す構成の広帯域アンテナ１においては、以下の(1)〜(3)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００４７】
５≦ｂ／ａ≦１３    …(1)
ｃ／λ０≦０．２５    …(2)
−３６．４×ｃ／λ０＋１３≦ｂ／ａ    …(3)
なお、図１および図２において、第１の放射素子１１および第２の放射素子１２の形状を二等辺三角形として説明したが、当該形状を扇形や半円形に置き換えてもよい。さらに言えば、第１の放射素子１１および第２の放射素子１２の形状は、給電点に対して対向するように配置され、かつ給電点を通る直線に対して線対称な形状であれば、二等辺三角形の各辺を曲線に変形しても良い。
【００４８】
また、２つの電極部１２０は、第２の放射素子１２の放射部１２Ａの底辺のどの位置に配置しても良いが、両端に配置する場合が最も本発明の効果が現れる。両端に配置した場合は２つの電極部１２０にスムーズに電流が流れ、漏洩電流キャンセル効果を十分に発揮する。
【００４９】
図４は、図１に示す広帯域アンテナ１の変形例である。図４に示す広帯域アンテナ２は、誘電体基板２０の少なくとも一方の面において、第１の放射素子２１と第２の放射素子２２となる導電パターンを形成した構成であり、この放射素子が同軸ケーブルである給電線路２３と接続されている。
【００５０】
第１の放射素子２１は、二等辺三角形の形状をした導体パターンである。また、第２の放射素子２２は、二等辺三角形の形状に対してその頂角付近の導体部材を除去したスリット（図示省略）と、放射部とで構成された導体パターンである。第２の放射素子２２には、該放射部の底辺の両端から下方に延びるように取り付けられた２つの電極部２２０が接続されている。第１の放射素子２１と第２の放射素子２２とは、二等辺三角形の頂角同士が対向するように配置されており、電極部２２０の長手軸は給電線路２３と平行になるように配置される。広帯域アンテナ２においても、第１の放射素子２１はその頂角部分において給電線路２３の内芯と接続され、第２の放射素子２２はその底辺部分において給電線路２３の外導体と接続されている。
【００５１】
このように、放射素子となる導電パターンを誘電部材である誘電体基板２０の表面に配置した構成の広帯域アンテナ２では、誘電部材の波長短縮効果による電極寸法の小型化が実現できるメリットがある。また、上記放射素子に機械的強度を与えることもできる。
【００５２】
広帯域アンテナ２においても、給電線路２３の径をａ、２つの電極部２２Ｂの水平方向間距離（外側エッジ間距離）をｂ、電極部２２Ｂの垂直方向の長さをｃとする場合、上記の(1)〜(3)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００５３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図５ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。先ずは、本実施の形態２に係る広帯域アンテナの概略形状を図５に示す。
【００５４】
図５に示す広帯域アンテナ３は、図１に示す広帯域アンテナ１のアンテナパターンを２枚、垂直方向の線対称軸で交差させるようにして組み合わせて放射素子を構成し、これを給電線路３３に接続してなる構成である。図５では、組み合わされたアンテナパターンのそれぞれにおいて、図１の広帯域アンテナ１と同一の部材番号を付している。
【００５５】
尚、図５の広帯域アンテナ３は、上記アンテナパターンを２枚組み合わせた構成を例示しているが、３枚以上組み合わせる構成であっても良い。また、組み合わされる各々のアンテナパターンは、図４に示すように、誘電体基板の少なくとも一方の面において、第１の放射素子２１と第２の放射素子２２となる導電パターンを形成した構成であってもよい。
【００５６】
ここで、給電線路３３の径をａ、２つの電極部１２０の水平方向間距離（外側エッジ間距離）をｂ、電極部１２０の垂直方向の長さをｃとする場合、広帯域アンテナ３において周波数フラット性が実現される条件を解析により求めた。その結果を図６に示す。図６においては、ｂ／ａを縦軸にとり、ｃ／λ０を横軸にとっている。尚、λ０は、広帯域アンテナ３の使用帯域における下限の周波数波長である。
【００５７】
図６より、図５に示す構成の広帯域アンテナ３においては、以下の(4)〜(5)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００５８】
６≦ｂ／ａ≦１６    …(4)
−５０×ｃ／λ０＋１６≦ｂ／ａ≦−１２５×ｃ／λ０＋３３．５    …(5)
尚、図６に示す広帯域アンテナ３では、図１に示す広帯域アンテナ１に比べて、水平面内方向の無指向性を高めることができる。すなわち、広帯域アンテナ３のように、アンテナパターンを複数枚組み合わせる構成では、そのアンテナパターンの枚数を増やすほど無指向性が高まる傾向にある。
【００５９】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図７ないし図１０に基づいて説明すると以下の通りである。先ずは、本実施の形態３に係る広帯域アンテナの概略形状を図７に示す。
【００６０】
図７に示す広帯域アンテナ４は、図１に示す広帯域アンテナ１の放射素子を誘電体ケース４１にて覆った構成である。図７では、放射素子および給電線路のそれぞれにおいて、図１の広帯域アンテナ１と同一の部材番号を付している。尚、誘電体ケース４１内の放射素子は、図５に示す広帯域アンテナ４のように、複数枚の放射素子を、垂直方向の線対称軸で交差させるようにして組み合わせた構成であっても良い。
【００６１】
ここで、給電線路１３の径をａ、２つの電極部１２０の水平方向間距離（外側エッジ間距離）をｂ、電極部１２０の垂直方向の長さをｃとする場合、広帯域アンテナ４において周波数フラット性が実現される条件を解析により求めた。その結果を図８に示す。図８においては、ｂ／ａを縦軸にとり、ｃ／λ０を横軸にとっている。尚、λ０は、広帯域アンテナ４の使用帯域における下限の周波数波長である。
【００６２】
図８より、図７に示す構成の広帯域アンテナ４においては、以下の(6)〜(8)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００６３】
６≦ｂ／ａ≦１１．５    …(6)
ｃ／λ０≦０．２５    …(7)
−３６．４×ｃ／λ０＋１１．５≦ｂ／ａ    …(8)
このように、広帯域アンテナ４は、放射素子を誘電体ケース４１で覆うことで、誘電体ケースの波長短縮効果による電極寸法の小型化が実現できるメリットがある。
【００６４】
尚、本発明においては、図４に示す広帯域アンテナ２を、上記と同様の誘電体ケースにて覆った構成としても良い。そのような構成の広帯域アンテナにおいても、上記の(6)〜(8)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００６５】
図９は、図７に示す広帯域アンテナ４の変形例である。図９に示す広帯域アンテナ５は、図４に示すような、誘電体基板２０の少なくとも一方の面において、第１の放射素子２１と第２の放射素子２２となる導電パターンを形成した放射素子を２枚、垂直方向の線対称軸で交差させるようにして組み合わせて放射素子を構成し、この放射素子を誘電体ケース５１にて覆った構成である。図９では、放射素子および給電線路のそれぞれにおいて、図４と同一の部材番号を付している。尚、図９の広帯域アンテナ３は、上記アンテナパターンを２枚組み合わせた構成を例示しているが、３枚以上組み合わせる構成であっても良い。
【００６６】
ここで、給電線路２３の径をａ、２つの電極部２２０の水平方向間距離（外側エッジ間距離）をｂ、電極部２２０の垂直方向の長さをｃとする場合、広帯域アンテナ５において周波数フラット性が実現される条件を解析により求めた。その結果を図１０に示す。図１０においては、ｂ／ａを縦軸にとり、ｃ／λ０を横軸にとっている。尚、λ０は、広帯域アンテナ５の使用帯域における下限の周波数波長である。
【００６７】
図１０より、図９に示す構成の広帯域アンテナ５においては、以下の(9)〜(10)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００６８】
ｂ／ａ≦１２    …(9)
−３３．３×ｃ／λ０＋１２≦ｂ／ａ≦−１００×ｃ／λ０＋２４    …(10)
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施形態について図１１ないし図１８に基づいて説明すると以下の通りである。先ずは、本実施の形態４に係る広帯域アンテナの概略形状を図１１に示す。
【００６９】
図１１に示す広帯域アンテナ６は、第１の放射素子６１と第２の放射素子６２と給電線路６３とを備えて構成されている。第１の放射素子６１および第２の放射素子６２は、円錐形状の導体部材である。また、第２の放射素子６２には、その底面の外縁から下方に延びるように筒状導体６２０が取り付けられている。また、給電線路６３は、同軸ケーブルである。筒状導体６２０の中心軸は給電線路６３と平行になるように配置される。
【００７０】
第１の放射素子６１と第２の放射素子６２とは、円錐の頂点同士が対向するように配置されており、これら２つの円錐の頂点同士の接する点が給電点となっている。第１の放射素子６１はその頂点部分において給電線路６３の内芯と接続され、第２の放射素子６２はその底面部分において給電線路６３の外導体と接続されている。
【００７１】
すなわち、広帯域アンテナ６は、不平衡給電線路を持つバイコニカルアンテナの底面から、給電線路６３が配置されている方向に筒状導体６２０を接続した構成である。
【００７２】
広帯域アンテナ６においては、筒状導体６２０の中心軸は給電線路６３と平行になるように配置されているため、給電線路６３に流れる漏洩電流によって発生される電磁界は、筒状導体６２０を流れる電流によって発生される電磁界と打ち消しあい、その結果、給電線路６３を流れる漏洩電流がキャンセルされる。
【００７３】
ここで、給電線路６３の径をａ、筒状導体６２０の外径をｂ、筒状導体６２０の軸方向の長さをｃとする場合、広帯域アンテナ６において周波数フラット性が実現される条件を解析により求めた。その結果を図１２に示す。図１２においては、ｂ／ａを縦軸にとり、ｃ／λ０を横軸にとっている。尚、λ０は、広帯域アンテナ６の使用帯域における下限の周波数波長である。
【００７４】
図１２より、図１１に示す構成の広帯域アンテナ６においては、以下の(11)〜(13)式が満たされる条件において、周波数フラット性が実現される。
【００７５】
６≦ｂ／ａ≦９    …(11)
ｃ／λ０≦０．２５    …(12)
−３０×ｃ／λ０＋９≦ｂ／ａ    …(13)
広帯域特性を持つアンテナとして、バイコニカルアンテナが良く知られている。このバイコニカルにおいて不平衡給電を行う場合、放射素子が給電線路に比べて十分に大きい場合には給電線路の影響が無視できる。しかしながら、放射素子を小型化していくと給電線路も放射素子の一部となり、給電線路の影響を受けて、使用周波数帯域内における水平面方向へのアンテナ利得の最大値と最小値との差が６ｄＢ以上となり、周波数フラット性が損なわれる。
【００７６】
このため、上記バイコニカルアンテナにおいて給電線路の周囲を囲むように筒状素子を取り付けることで、給電線路への漏洩電流を低減させ、使用周波数帯域における水平面方向へのアンテナ利得の最大値と最小値との差が６ｄＢ以内に収めることが可能となる。このように、バイコニカルアンテナに筒状素子を取り付けた構造の広帯域アンテナが、上記実施の形態４にて説明した広帯域アンテナ６である。
【００７７】
但し、このような筒状素子を取り付けた構造の広帯域アンテナは、性能は高い反面、製造工程が複雑となるといった問題もある。このため、平面アンテナパターンを複数組み合わせることによって、広帯域特性を持ち、かつ、周波数フラット性を実現できる広帯域アンテナを容易に製造することも可能となる。このように、平面アンテナパターンを複数組み合わせた構造の広帯域アンテナが、上記実施の形態２にて説明した広帯域アンテナ３である。
【００７８】
また、平面アンテナパターンを１枚だけの構造としても、広帯域特性を持ち、かつ、周波数フラット性を実現できる広帯域アンテナを実現することもできる。このように、平面アンテナパターンを１枚だけ用いた構造の広帯域アンテナが、上記実施の形態１にて説明した広帯域アンテナ１である。
【００７９】
ここで、アンテナの小型化による周波数フラット性への影響を解析した結果を図１３および表１に示す。この解析結果では、バイコニカルアンテナにおいて、給電線路の直径をａ、円錐底面の直径をｂとし、ａに対するｂの比率を変化させた時の給電線路への漏れ電流（図１３と、使用周波数帯域内（ここでは、３〜５ＧＨｚ）でのアンテナ利得の最大最小幅（表１）を示している。
【００８０】
【表１】
2008263384.tif 000003
【００８１】
図１３および表１に示す解析結果より、ａに対するｂの比率が小さくなるに従って、漏れ電流が増大し、周波数フラット性が確保できなくなることが分かる。
【００８２】
次に、図９に示す広帯域アンテナ５を用いて実測した場合の、周波数に対する放射利得（アンテナ利得）の測定データを図１４に示す。この測定においては、測定方法として「スリーアンテナ法」（『アンテナ工学ハンドブック』：社団法人  電子情報通信学会編、株式会社  オーム社発行、ｐ．４３１−４３５）を用いた。スリーアンテナ法とは、校正値が既知である標準アンテナを測定した後、被測定アンテナを測定することで、測定系誤差を補正したアンテナの実測値を測定可能な方法である。また、この時の測定環境を図１５に示す。
【００８３】
上記測定において、被測定アンテナである広帯域アンテナ５は、ｂ／ａ＝１０、ｃ／λ０＝０．１２のものを用いた。また、使用帯域はｆ０〜１．６ｆ０とした。図１４に示す結果より、使用下限周波数ｆ０を上限周波数１．６ｆ０とした周波数範囲において、放射利得の最大最小幅は約２ｄＢとなっており、６ｄＢを大きく下回っているため、良好な周波数フラット性が得られていることが分かる。
【００８４】
上記実施の形態１ないし４に示す広帯域アンテナ１ないし６において、第２の放射素子における電極部の形状（もしくは筒状導体の半径方向断面形状）は長方形状であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、給電線路と平行な長手軸を持つ形状であれば、例えば楕円形状等であってもかまわない。
【００８５】
また、第２の放射素子における電極部（もしくは筒状導体）については、水平方向における幅が小さすぎる場合には、給電線路への漏洩電流のキャンセル効果が使用帯域全体において十分に発揮できず、広帯域アンテナとしての周波数フラット性が低下することが本願発明者によって見出された。
【００８６】
給電線路の直径をａ、２つの電極部の水平方向間距離（外側エッジ間距離）をｂ、第２の放射素子における電極部の水平方向の幅をｗとする場合（図１６参照）、２ｗ／（ｂ−ａ）の値と周波数フラット性との関係を図１７に示す。図１７では、２ｗ／（ｂ−ａ）の値を横軸にとり、使用周波数帯域内におけるアンテナ利得の最大値と最小値との差（アンテナ利得の最大最小幅）を縦軸にとっている。尚、図１１に示す広帯域アンテナ６においては、筒状導体６２０の外径が上記ｂに対応し、筒状部材６２０の半径方向厚みが上記ｗに対応する。
【００８７】
図１７から分かるように、２ｗ／（ｂ−ａ）が小さい場合にはアンテナ利得の最大最小幅が６ｄＢを越えており周波数フラット性が実現できていないが、２ｗ／（ｂ−ａ）が大きくなることによってアンテナ利得の最大最小幅が６ｄＢを下回って周波数フラット性が実現できるようになっている。尚、図１７では、２ｗ／（ｂ−ａ）の値がほぼ１に近づいた時にアンテナ利得の最大最小幅が７ｄＢ近い値を示しているが、これは、電極部の内側エッジと給電線路の外縁とが近くなりすぎて、給電線路への漏洩電流をキャンセルする電磁界の発生スペースがなくなったためであると考えられる。
【００８８】
図１７より、本発明の広帯域アンテナにおいては、以下の(14)式が満たされる条件において、良好な周波数フラット性が実現される。
【００８９】
０．１７≦２ｗ／（ｂ−ａ）≦０．９５    …(14)
上記実施の形態１ないし４で説明した広帯域アンテナ１ないし６は、上記広帯域アンテナを備えたアンテナ装置を有し、該アンテナ装置によって情報伝送を行なう電子機器に用いられる。
【００９０】
このような電子機器は、例えば図１８に示すように、それぞれがアンテナ装置を備えた複数の通信機器において相互に情報を伝送する通信方法において好適に適用できる。さらに、本実施の形態においてはアンテナから垂直方向に±３０°の範囲でアンテナ利得の最大値と最小値との差は６ｄＢ以内であれば周波数フラット性が実現されているとしているため、これらの通信機器が有するアンテナ装置は、互いに垂直方向に±３０°の範囲に設置されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、実施の形態１に係る広帯域アンテナの概略構成を示す平面図である。
【図２】広帯域アンテナにおける第１の放射部材および第２の放射部材と給電線路との接続を示す図である。
【図３】図１に示す広帯域アンテナにおいて、周波数フラット性が実現される条件を示すグラフである。
【図４】実施の形態１に係る広帯域アンテナの変形例を示す平面図である。
【図５】実施の形態２に係る広帯域アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示す広帯域アンテナにおいて、周波数フラット性が実現される条件を示すグラフである。
【図７】実施の形態３に係る広帯域アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図８】図７に示す広帯域アンテナにおいて、周波数フラット性が実現される条件を示すグラフである。
【図９】実施の形態３に係る広帯域アンテナの変形例を示す平面図である。
【図１０】図９に示す広帯域アンテナにおいて、周波数フラット性が実現される条件を示すグラフである。
【図１１】実施の形態４に係る広帯域アンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す広帯域アンテナにおいて、周波数フラット性が実現される条件を示すグラフである。
【図１３】アンテナの小型化による給電線路への漏れ電流の変化を示すグラフである。
【図１４】図９に示す広帯域アンテナを用いて実測した場合の、周波数に対する放射利得の測定データを示すグラフである。
【図１５】図１４の測定データを得た場合の測定環境を示す図である。
【図１６】広帯域アンテナの寸法関係を説明する図である。
【図１７】電極部の水平方向の幅と周波数フラット性との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の広帯域アンテナを備えた通信機器の配置例を示す図である。
【図１９】周波数フラット性を有するアンテナと周波数フラット性を有さないアンテナとについて、周波数とアンテナ利得との関係を示すグラフである。
【図２０】アンテナの無指向性を説明する図である。
【符号の説明】
【００９２】
１，２，３，４，５，６    広帯域アンテナ
１１，２１，６１            第１の放射部
１２，２２，６２            第２の放射部
１２Ａ，２２Ａ，６２Ａ      放射部
１２Ｂ，２２Ｂ              電極部
１３，２３，３３，６３      給電線路
２０                        誘電体基板
４１，５１                  誘電体ケース
６２Ｂ                      筒状導体
【図１】
2008263384.tif 000004
【図２】
2008263384.tif 000005
【図３】
2008263384.tif 000006
【図４】
2008263384.tif 000007
【図５】
2008263384.tif 000008
【図６】
2008263384.tif 000009
【図７】
2008263384.tif 000010
【図８】
2008263384.tif 000011
【図９】
2008263384.tif 000012
【図１０】
2008263384.tif 000013
【図１１】
2008263384.tif 000014
【図１２】
2008263384.tif 000015
【図１３】
2008263384.tif 000016
【図１４】
2008263384.tif 000017
【図１５】
2008263384.tif 000018
【図１６】
2008263384.tif 000019
【図１７】
2008263384.tif 000020
【図１８】
2008263384.tif 000021
【図１９】
2008263384.tif 000022
【図２０】
2008263384.tif 000023