(57)【要約】【課題】グランド板の延在する面上における幅寸法をより小さくすることが可能なアンテナ装置の提供。【解決手段】グランド板２と、グランド板２と同一平面上に設けられた楕円形の放射素子３とを有するアンテナ装置１において、グランド板２の放射素子３側の縁部が半楕円形をしており、グランド板２および放射素子３は、給電方向（Ｙ方向）と直交する方向における断面形状が略コ字状に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド板と、前記グランド板と同一平面上に設けられた楕円形の放射素子とを有するアンテナ装置において、
前記グランド板の前記放射素子側の縁部が半楕円形をしており、
前記グランド板および前記放射素子は、給電方向と直行する方向において断面形状が略コ字状に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記グランド板は、前記放射素子に対向しない側の外縁の両側角部を切り欠いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記放射素子の長軸と短軸との長さ寸法の比が８：５であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記放射素子は、該放射素子の外形を縮小した楕円形状の開口部が同心状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記放射素子の長軸と前記開口部の長軸との長さ寸法の比が２：１であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記放射素子の短軸と前記開口部の短軸との長さ寸法の比が２：１であることを特徴とする請求項４又は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、アンテナ装置に係り、特に、ＵＷＢ（Ultra Wide band）用のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢとは、一般的に超広帯域無線を意味し、中心周波数の２５％以上、または１．５ＧＨｚ以上の帯域幅を占有する無線伝送方式を指す広義の用語である。すなわち超広帯域の短パルス（通常１ｎｓ以下）を用いて通信する技術である。
【０００３】
従来の無線とＵＷＢとの違いは、搬送波の有無にある。詳しくは、従来の無線では、搬送波と呼ばれるある周波数の正弦波を様々な方法で変調してデータを送受信するのに対し、ＵＷＢでは搬送波を使用せずに超広帯域の短パルスを使用するようになっている。また、従来の無線では狭い周波数帯域をもつのに対し、ＵＷＢでは超広帯域な周波数帯域をもつようになっている。これは、従来の無線においては、電波は有限な資源であり、周波数帯域の狭いほうが電波を活用することが可能であると考えられたからである。しかし、ＵＷＢにおいては、各周波数での出力エネルギーが非常に小さく、他の無線通信との干渉が問題とならないため、周波数帯域を広くすることが可能となっている。
【０００４】
このように、ＵＷＢは超広帯域であるため、既存の無線通信サービスと周波数帯域が重複してしまう。そのため、現在ではＵＷＢの周波数帯域は３．１〜１０．６ＧＨｚの間に限定されている状況にある。
【０００５】
また、アンテナ装置は基本的に共振現象を利用しており、放射素子の長さ等で共振周波数が決定されるので、多くの周波数成分を含むほど共振させることが難しくなる。そして、ＵＷＢのように周波数帯域が広くなるほど、アンテナ装置の設計が難しくなってしまうという問題がある。
【０００６】
ここで、近距離無線通信において、大容量データ伝送と低消費電力を同時に実現できる次世代技術として、ＵＷＢ用の超小型のセラミックチップアンテナが開発されている。このようなセラミックチップアンテナの開発により、今まで軍事用途に限られていたＵＷＢを、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）テレビやデジタルカメラ等デジタル機器同士の超高速データ伝送などの民生用途に広げ、モバイルまで視野に入れた機器の小型化が可能となる。このようなＵＷＢ用アンテナは、Bluetooth（登録商標）や無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の用途に使用され得る。
【０００７】
そして、本発明者らは、広帯域化させつつ周波数特性の改善が可能なＵＷＢ用アンテナを提案している（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のアンテナ装置は、上側誘電体と、下側誘電体と、それらの間に挟まれた導体パターンとから構成されている。導体パターンは、前面の略中央部に給電点を持ち、この給電点から右側面および左側面へそれぞれ所定の角度で広がる逆三角形部分と、この逆三角形部分の上辺に底辺が接する矩形部分とから構成されている。
【０００８】
また、本発明者らは、誘電体を使わずに放射素子を楕円形にした広帯域楕円リングアンテナも提案している（例えば、非特許文献１〜非特許文献３）。このような広帯域楕円リングアンテナ５０は、図６に示すように、グランド板５２と、グランド板５２の上方でグランド板５２と同一面上に設けられた楕円形の放射素子５３とを有し、グランド板５２の放射素子５３側の縁部が半楕円形に形成されている。グランド板５２の放射素子５２に対向しない側の縁部（下部５２ｄ）は、その両側角部を矩形状に切り欠いて形成されている。放射素子５３には、放射素子５３の外縁を縮小した楕円形が同心に位置して形成される開口部５３ａが備えられている。このような広帯域楕円リングアンテナ５０によれば、周波数特性を低下させること無く、グランド板５２を小型化しつつ広帯域特性を得ることが可能である。
【特許文献１】特開２００５−９４４３７号公報
【非特許文献１】服部、近藤、山内、中野、“広帯域楕円形リングアンテナ”、電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１−１０４、大阪、３月２００５年
【非特許文献２】服部、山内、中野、“広帯域楕円形リングアンテナ第２報”、電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１−８２、北海道、９月２００５年
【非特許文献３】服部、山内、中野、“広帯域楕円形リングアンテナ第３報”、電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１−１６５、東京、３月２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の広帯域楕円リングアンテナでは、グランド板の小型化が可能であるものの、グランド板の幅寸法をより小さくすることができないという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、グランド板の幅寸法をより小さくすることが可能なアンテナ装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
グランド板と、前記グランド板と同一平面上に設けられた楕円形の放射素子とを有するアンテナ装置において、
前記グランド板の前記放射素子側の縁部が半楕円形をしており、
前記グランド板および前記放射素子は、給電方向と直交する方向において断面形状が略コ字状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記グランド板は、前記放射素子に対向しない側の外縁の両側角部を切り欠いて形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子の長軸と短軸との長さ寸法の比が８：５であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子は、該放射素子の外形を縮小した楕円形状の開口部が同心状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子の長軸と前記開口部の長軸との長さ寸法の比が２：１であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のアンテナ装置において、
前記放射素子の短軸と前記開口部の短軸との長さ寸法の比が２：１であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、放射素子とグランド板とを有するアンテナ装置において、給電方向と直交する方向における断面形状が略コ字状に形成されているので、グランド板と放射素子の該断面形状の幅寸法を小さくすることが可能である。すなわち、アンテナ装置をより小型化させることが可能である。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、グランド板の下部の両端角部が切り欠いて形成されているので、アンテナ特性を向上させることができるとともに、グランド板を小型化させることが可能である。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、楕円形の長軸と短軸との長さ寸法の比が８：５の放射素子とするので、アンテナ特性を向上させることが可能である。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、放射素子の外形を縮小した開口部を同心状に備えるので、アンテナ特性を向上させることが可能である。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、放射素子の長軸と開口部の長軸との長さ寸法の比が２：１であるので、アンテナ特性を向上させることが可能である。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、放射素子の短軸と開口部の短軸との長さ寸法の比が２：１であるので、アンテナ特性を向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００２４】
本実施形態におけるアンテナ装置１には、グランド板２と、グランド板２と同一平面上に設けられた楕円形の放射素子３とが備えられている。グランド板２および放射素子３は、給電方向と直交する方向における断面形状が略コ字状に形成されている。ここで、グランド板２と放射素子３が順に並ぶ方向をＹ方向、グランド板２と放射素子３と同一面上であってＹ方向に直交する方向をＸ方向、ＸＹ面に垂直な高さ方向をＺ方向とすると、給電方向とはＹ方向と一致する方向である。
【００２５】
グランド板２は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、白金等の導電性の材料により形成されており、平板状のものをＸＺ面において断面コ字状になるように折曲して形成されたものである。したがって、グランド板２には、Ｙ方向に沿って延在する底面部２ａと、底面部２ａの各側方に位置してＺ方向に起立する右側部２ｂおよび左側部２ｃと、が備えられている。本実施形態におけるアンテナ装置１の展開図は図６に示すとおりであり、グランド板２の放射素子３側の外縁は、放射素子３の外縁の対向する部分と略同じ形状になるように、半楕円形に形成されている。また、グランド板２において、放射素子３に対向しない側の縁部（Ｙ方向下部２ｄ）は、その両側角部を矩形状に切り欠いて形成されている。
【００２６】
展開図に示すグランド板２の最大幅寸法は２５ｍｍであり、Ｙ方向下部２ｄの幅寸法は７ｍｍに形成されている。また、グランド板２のＹ方向上端から下端までの縦寸法は２５ｍｍであり、Ｙ方向下部２ｄの縦寸法は１０ｍｍに形成されている。さらに、図３に示すように底面部２ａの最大幅寸法は１０ｍｍであり、図１に示すように右側部２ｂおよび左側部２ｃの高さ寸法は７．５ｍｍに形成されている。なお、グランド板２の各部の長さ寸法は、求める共振周波数や使用帯域に応じて適宜変更可能である。
【００２７】
ここで、本実施形態においてはグランド板２および放射素子３の断面形状は図２（ａ）に示すようなコ字状として説明するが、「略コ字状」とは、折曲される角度が略９０°前後であれば良く、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような断面形状のものも含まれる。つまり、図２（ｂ）に示すように底面部２ａと右側部２ｂまたは左側部２ｃとのなす角が９０°未満で鋭角を形成するものでもよく、図２（ｃ）に示すように９０°より大きく鈍角を形成するものでもよい。また、図２（ｄ）に示すような各部材の端部をさらに内側に折り曲げることとしても良い。
【００２８】
放射素子３は、グランド板２と同様に導電性の材料で平板状のものをＸＺ面において断面コ字状になるように折曲して形成されている。詳しくは、放射素子３のＸＺ面における断面形状は、グランド板２の底面部２ａと略同等の幅を底面とするように折曲されている。また、放射素子３の展開図（図６）に示すように、放射素子３は長軸がＸ方向、短軸がＹ方向に沿うようになっている。放射素子３には、放射素子３の外形を縮小した楕円形状の開口部３ａが同心状に形成されている。ここで、放射素子３および開口部３ａの楕円中心を原点Ｏとする。
【００２９】
展開図に示す放射素子３の長軸は２４ｍｍであり、短軸は１５ｍｍである。また、開口部３ａを形成する楕円の長軸は１２ｍｍであり、短軸は７．５ｍｍである。放射素子３および開口部３ａを形成する楕円の大きさは、アンテナとして機能する範囲であれば適宜変更可能であるが、長軸と短軸との比が８：５となるのが好ましい。また、放射素子３の長軸と開口部３ａの長軸との比は２：１となるのが好ましく、放射素子３の短軸と開口部３ａの短軸との比も２：１となるのが好ましい。
【００３０】
グランド板２と放射素子３とは、Ｙ方向に所定の間隔ΔＦＤだけ離間するように配置されている。グランド板２と放射素子３との間隔ΔＦＤに特に制限は無く、インピーダンス整合等の条件に合わせて調整することが可能である。本実施形態における間隔ΔＦＤは、０．３７５ｍｍである。
【００３１】
図３に示すように、グランド板２の底面部２ａの背面側、つまり右側部２ｂと左側部２ｃの起立していない側の一面には、同軸ケーブル４の外部導体４ａが、Ｙ方向に沿ってグランド板２のＹ方向上縁まで半田により貼着されている。同軸ケーブル４の中心導体４ｂは、グランド板２のＹ方向上縁から放射素子３側に向けて突出し、放射素子３のグランド板２側の端部に半田により接続されている。図示省略するが、同軸ケーブル４の他端には、アンテナ装置１と電気信号を送受信する信号処理装置が接続されている。なお、本実施形態においては給電手段としての同軸ケーブル４を半田により接続することとしたが、給電手段およびその接続方法に特に制限は無く適宜変更可能である。
【００３２】
ここで、本実施形態のアンテナ装置１においては、グランド板２がＸＺ面において断面コ字状に形成されているので、図４に示すように、グランド板２の内面側、つまり右側部２ｂと左側部２ｃの起立している側に周囲をシールドした電気機器５を載置することとしても良い。また、グランド板２の底面部２ａの最大幅寸法は、載置する電気機器５の幅寸法に合わせることとしても良い。
【００３３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
アンテナ装置１が電波を送信する場合、信号処理装置からの電気信号に基づいて、同軸ケーブル４を介して放射素子３およびグランド板２に所定の振幅及び位相で電流が供給される。詳しくは、同軸ケーブル４の中心導体４ｂを介して放射素子３に給電され、放射素子３の縁部に沿って電流が流れる。また、同軸ケーブル４の外部導体４ａを介してグランド板２に給電されるようになっている。このように、放射素子３及びグランド板２に電流が流れると、アンテナ装置１から電波が送信されるようになっている。
【００３４】
アンテナ装置１が電波を受信する場合、所定の周波数の電波が放射素子３により受信されると、放射素子３およびグランド板２から、受信した電波に応じた振幅及び位相の電圧電流が同軸ケーブル４に流れる。そして、同軸ケーブル４に入射した電流は信号処理装置に伝達され、電気信号として処理される。
【００３５】
次に、本実施形態のアンテナ装置１のアンテナ特性について説明する。
図５に示すように、本発明に係るアンテナ装置１と比較としての従来のアンテナ装置５０との利得を比べると、周波数６ＧＨｚ付近および１０ＧＨｚ付近で利得が低下することを防止して、広い周波数帯域でより良い利得特性が得られるようになっている。また、グランド板２の内面側に電気機器５を載置したアンテナ装置１においても、利得特性を低下させることは無いことが確認された。なお、図５に示すグラフの縦軸の「θ＝０°」は、右側部２ｂおよび左側部２ｃのＺ軸との角度を示す。本実施形態においてはグランド板２はＸＺ面において断面コ字状に形成されているので、右側部２ｂおよび左側部２ｃはＺ方向に沿って起立することとなり、θ＝０°となる。
【００３６】
以上より、本実施形態に係るアンテナ装置１によれば、アンテナ特性を向上させつつ、アンテナ装置のＸ方向における幅寸法の小型化が可能である。また、ＸＺ面において断面略コ字状とするために折曲する箇所、つまり底面部２ａの最大幅寸法に特に制限は無く、グランド板２の内面側に載置する電気機器５の幅寸法に合わせて折曲することができる。したがって、アンテナ装置１の小型化だけでなく、アンテナ装置１と電気機器５とを搭載する装置全体の小型化も可能である。
【００３７】
なお、グランド板２の底面部２ａの最大幅寸法を１０ｍｍとしたが、上述したようにグランド板２の内面側に載置する電気機器５の幅寸法や高さ寸法に合わせて調整するのが好ましい。
【００３８】
また、グランド板２はＹ方向下部２ｄの両側各部を矩形状に切り欠いて形成されているが、切り欠きの有無は問わない。同様に、グランド板２におけるＹ方向上縁の形状にも特に制限は無く、グランド板２および放射素子３の展開図に示される形状は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るアンテナ装置の断面図とその変形例を示す図である。
【図３】本発明に係るアンテナ装置の背面図である。
【図４】本発明に係るアンテナ装置を示す斜視図である。
【図５】本発明に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係るアンテナ装置の展開図であり従来のアンテナ装置の平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１     アンテナ装置
２     グランド板
２ａ   底面部
２ｂ   右側部
２ｃ   左側部
２ｄ   Ｙ方向下部
３     放射素子
３ａ   開口部
４     同軸ケーブル
４ａ   外部導体
４ｂ   中心導体
５     電気機器
【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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