(57)【要約】【課題】簡素な構成にて簡易かつ効率的に広帯域化を図れる超広帯域小型アンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ素子（板状ループアンテナ）の幅方向寸法Ｗ１、Ｗ２を調整することにより、当該アンテナ素子の共振周波数を目標の周波数帯域に整合させる。そして、当該２つの共振点のほぼ中間の共振周波数を有するマッチング回路を、当該アンテナ素子の端子に接続する。これにより、当該周波数帯域におけるアンテナ装置の反射減衰量を閾値以下に設定し、当該アンテナ装置における当該周波数帯域の放送波の受信を可能とする。【選択図】　　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と、このアンテナ素子に接続されると共に前記アンテナ素子の有する２つの共振周波数のうち一方の共振周波数よりも高く他方の共振周波数よりも低い共振周波数を有する少なくとも一つの共振回路とを有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記共振回路は、前記アンテナ素子の有する２つの共振周波数のほぼ中間の共振周波数を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記アンテナ素子は、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、各部の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記アンテナ素子は、相対向する２組の辺部分を有する矩形形状の板状ループアンテナにて構成されており、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、当該アンテナ素子の共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、これら各辺部分の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記相対向する辺部分のうち少なくとも一組の辺部分が、並列に分岐した複数の分岐路により構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記アンテナ素子の一組の辺部分が板面垂直の方向に折り曲げられていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項３から６の何れかにおいて、
前記アンテナ素子の一部が幅方向および／若しくは板面垂直の方向に蛇行していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
アンテナ素子を有すると共に、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、各部の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
アンテナ素子の電流分布を解析し、当該アンテナ素子のうち電流分布の大きな部分の幅方向の電気的寸法を調整することにより当該アンテナ素子の共振周波数を所定の周波数帯域に整合させることを特徴とするアンテナ素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置およびアンテナ素子の形成方法に関し、特に、アンテナ装置の広帯域化および送受信周波数の帯域調整を簡易に行い得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
地上波テレビ放送はアナログからデジタルに移行しつつあり、我が国においても、２００３年末にデジタル放送の開始が予定されている。デジタル放送においては、ＵＨＦ帯（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）を用いるため、広帯域の受信周波数を有するアンテナ装置が必要となる。特に、携帯受信向けのデジタル放送に用いられるアンテナ装置においては、携帯受信装置の外形寸法との関係から、数センチメートルサイズにてＵＨＦ帯を受信し得る超広帯域小型アンテナ素子が必要となる。
【０００３】
広帯域小型アンテナ素子として従来よりループアンテナが知られているが、これにおいても、ＵＨＦ帯の全てをカバーできるほどの受信帯域を有するものではない。したがって、既存のアンテナ素子を利用しながら、より広帯域で且つ小型化を図り得るアンテナ装置の開発が必要となる。
【０００４】
特開平５−１２９８１５号公報に記載のアンテナ装置においては、使用周波数の高域周波数における波長をλとしたときに電気長がλ／２に設定されているアンテナ素子を用い、さらにこのアンテナ素子に対し、コ字状のグランドプレーンおよびその間に介在する誘電体と、アンテナ素子に接続された伝送路およびこの伝送路とグランドプレーンとの間に介在する誘電体とからなる構造物を組み合わせることにより、受信周波数の広帯域化を図っている。かかるアンテナ装置によれば、上記構造物によって３つの共振周波数を生ぜせしめることができるようになり、これによりアンテナ装置の広帯域化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるアンテナ装置によれば、アンテナ素子の他、比較的外形寸法の大きな構造物を別途配備する必要があるため、受信装置本体の外形寸法をより小型化しようとしたときに、アンテナ装置の外形寸法が受信装置本体の小型化を制約するとの危惧が生じる。
【０００６】
また、アンテナ素子自体の共振現象は１つしか利用しておらず、これに構造物による２つの共振現象を別途組み合わせるものであるから、アンテナ素子自体の共振現象を有効に利用しているとは言い難く、構成の簡素化の追及においては不十分なものとなっている。アンテナ素子自体は無数の共振周波数を有しており、これらの共振周波数を、アンテナ素子自体の形状等を調整することにより放送波周波数帯域に整合させることができれば、より簡素な構成にて、アンテナ装置の広帯域化を実現することができる。
【０００７】
そこで、本発明は、このような従来装置の問題点を解消し、簡素な構成にて簡易かつ効率的に広帯域化を図れる、超広帯域小型アンテナ装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。
【０００９】
請求項１の発明は、アンテナ装置において、アンテナ素子と、このアンテナ素子に接続されると共に前記アンテナ素子の有する２つの共振周波数のうち一方の共振周波数よりも高く他方の共振周波数よりも低い共振周波数を有する少なくとも一つの共振回路とを有することを特徴とする。
この発明によれば、アンテナ素子の有する２つの共振点の間に、共振回路による共振点を介在させることができ、よって、アンテナ素子の２つの共振点間の周波数帯域における反射損失を共振回路によって抑制することができる。これにより、アンテナ装置の周波数帯域を広域化することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記共振回路は、前記アンテナ素子の有する２つの共振周波数のほぼ中間の共振周波数を有することを特徴とする。
このように共振回路による共振点をアンテナ素子の２つの共振点のほぼ中間に位置付けることにより、アンテナ素子の２つの共振点間の周波数帯域における反射損失をより効率的に抑制することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、各部の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とする。
アンテナ素子を励振した際の電流分布は、アンテナ素子上の全ての領域において一律ではなく、共振周波数毎に粗密が生じる。発明者らは、電流分布が密となっている領域の幅寸法を変更することにより、当該アンテナの共振周波数をコントロールできることを見出した。よって、当該領域の幅寸法を調整することにより、当該アンテナの２つの共振周波数を、たとえば放送波帯域の上限および下限付近に整合させることができる。そして、これら２つの共振点間に上記共振回路の共振周波数を位置付けることにより、当該２つの共振点間の周波数帯域における反射損失を抑制することができ、よって、放送波帯域に整合した広帯域化を実現することができるようになる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、相対向する２組の辺部分を有する矩形形状の板状ループアンテナにて構成されており、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、当該アンテナ素子の共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、これら各辺部分の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載のアンテナ装置において、前記相対向する辺部分のうち少なくとも一組の辺部分が、並列に分岐した複数の分岐路により構成されていることを特徴とする。
このように所定の辺部分を並列に分岐させることにより、分岐路間にスペースを生ぜしめることができる。たとえば、このスペースを受信装置本体側の部品の配置領域に利用することにより、受信装置本体の小型化をさらに進めることができる。かかる分岐路の具体的構成例およびその際の特性については、図８（ｂ）を参照しながら実施の形態の項において説明する。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項４または５に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子の一組の辺部分が板面垂直の方向に折り曲げられていることを特徴とする。
このように、一組の辺部分を板面垂直の方向に折り曲げることにより、アンテナ素子の電気長を同一としながら板面平行の方向の寸法を小さくすることができ、よって受信装置本体の小型化をさらに進めることができる。一組の辺部分を板面垂直の方向に折り曲げる際の具体的構成例については、図９を参照しながら実施の形態の項において説明する。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項３から６の何れかに記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子の一部が幅方向および／若しくは板面垂直の方向に蛇行していることを特徴とする。
このようにアンテナ素子の一部を幅方向および／若しくは板面垂直の方向に蛇行させることにより、アンテナ素子の電気長を同一としながら板面平行の方向の寸法を小さくすることができ、よって、上記請求項６と同様、受信装置本体の小型化をさらに進めることができる。かかる蛇行路の具体的構成例については、図８（ａ）を参照しながら実施の形態の項において説明する。
【００１６】
請求項８の発明は、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように各部の幅方向の電気的寸法が調整された板状アンテナ素子を有することを特徴とするアンテナ装置である。
【００１７】
請求項９の発明は、アンテナ素子の電流分布を解析し、当該アンテナ素子のうち電流分布の大きな部分の幅方向の電気的寸法を調整することにより当該アンテナ素子の共振周波数を所定の周波数帯域に整合させることを特徴とするアンテナ素子の形成方法である。
【００１８】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。
【００１９】
ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
まず、板状ループアンテナの幅方向寸法（ループ素子幅）と当該アンテナの共振周波数の関係を検証したので、かかる検証について説明する。
【００２１】
図１に検証に用いた板状ループアンテナの構成を示す。ループアンテナは、ＵＨＦ帯の中心周波数である６２０ＭＨｚにおける波長をλとしたときに、その電気長がλになるように設定されている。誘電体の誘電率は１（εｒ＝１）とし、グランド板とループアンテナとの間の間隔ｈは１５ｃｍとしている。このように設定することにより、グランド板の影響を無視して後述のシミュレーションを行い得る。
【００２２】
ループ素子幅（Ｗ１、Ｗ２）は全長にわたって一律１０ｍｍに設定している。各辺の長さＬ１、Ｌ２および端子間の隙間Ｌｆは、それぞれ図示の寸法に設定している。かかるループアンテナの一端を５０Ωの信号源で励振し、他端を５０Ωで終端する。
【００２３】
図２（ａ）に、上記ループアンテナについて、モーメント法を用いて解析したシミュレーション結果を示す。同図の横軸は信号源の周波数（単位＝ＧＨｚ）、縦軸は反射減衰量Ｍａｇ＝１０×ｌｏｇ（反射電力／入力電力）である。かかるシミュレーションでは、ループアンテナの導体厚および導体損失を無視して解析を行った。なお、モーメント法を用いた電磁界解析については、たとえば、「Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ，　Ｒ．　Ｆ．：　Ｆｉｅｌｄ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｍｏｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ，　Ｍａｃｍｉｌｌａｎ（１９６８）」にも記載されており、従来より周知の解析手法であるので、ここではその説明を省略する。
【００２４】
図２（ｂ）に、上記構成のループアンテナを実際に励振した際の実験結果を示す。かかる実験では、アンテナの導体厚を０．２ｍｍとした。また、上記シミュレーションとは異なり、端子部分にのみグランドを配置するようにした。なお、かかる実験では、励振の際にループアンテナに導体損が発生する。上記シミュレーションでは、かかる導体損は無視して解析がなされている。
【００２５】
図２（ａ）（ｂ）に示すとおり、シミュレーション結果と実験結果は、互いに近似した特性を示している。
【００２６】
図２（ａ）のシミュレーション結果では、いくつかの共振点が観測されるが、以下では、ＵＨＦ帯域の下限および上限近傍の４３０ＭＨｚ付近と６７０ＭＨｚ付近の２つの共振点に着目して、ループ素子幅と共振点の関係を検討する。
【００２７】
図３に、４３０ＭＨｚおよび６７０ＭＨｚにおける上記ループアンテナ上の電流分布を示す。かかる電流分布は、上記モーメント法を用いたシミュレーション結果によるものである。ここで、ループアンテナのループ長（電気長）は、４３０ＭＨｚにおける波長の１／２であり、６７０ＭＨＺにおける波長の１波長分である。以下、４３０ＭＨｚ付近の共振を１／２波長モードと呼び、６７０ＭＨｚ付近の共振を１波長モードと呼ぶ。
【００２８】
図３（ａ）に示す如く、１／２波長モードでは、端子を含む辺およびそれと垂直な辺における電流分布が高いことが分かる。他方、１波長モードでは、同図（ｂ）に示す如く、端子を含む辺およびそれと対向する辺における電流分布が高いことが分かる。かかるシミュレーション結果から、１／２波長モードの共振周波数は、端子を含む辺に垂直な辺の幅（図１のＷ２）を変更することによりコントロールでき、また、１波長モードの共振周波数は、端子を含む辺に対向する辺の幅（図１のＷ１）を変更することによりコントロールできることが分かる。すなわち、１／２波長モードではＷ２を細くしたときに電流パスが長くなり、その結果、共振周波数を下げることができ、また、１波長モードではＷ１を細くしたときに電流パスが長くなり、その結果、共振周波数を下げることができる。
【００２９】
図４（ｂ）〜（ｄ）に、幅寸法Ｗ１、Ｗ２を変更した際の共振周波数のシミュレーション結果を示す。同図に示すシミュレーションは、図１に示すループアンテナの外形寸法Ｌ１、Ｌ２を固定、すなわち当該アンテナの開口面積を一定として、各辺の幅寸法Ｗ１、Ｗ２を変更した際のシミュレーション結果である。なお、同図（ａ）には、比較対象として、上記図２（ａ）のシミュレーション結果（Ｗ１＝Ｗ２＝１０ｍｍ）をそのまま図示している。
【００３０】
図４（ｂ）〜（ｄ）のシミュレーション結果のうち、同図（ｂ）では１波長モードの共振周波数が同図（ａ）に比べて大きく低下しており、また、同図（ｃ）では１／２波長モードの共振周波数が同図（ａ）に比べて大きく低下している。これは、上記図３の電流分布シミュレーションに基づく共振周波数の論理解析結果、すなわち「電流分布の大きな辺の幅を小さくすると当該モードにおける電流パスが長くなり当該モードの共振周波数を下げることができる」との論理解析結果からも、説明できるものである。
【００３１】
このように、図１の板状ループアンテナにおいては、各辺の幅寸法Ｗ１、Ｗ２を調整することにより、当該アンテナの共振周波数を適宜設定することができる。
【００３２】
なお、上記シミュレーションおよび論理解析は、図１の板状ループアンテナ以外のアンテナ素子においても適用できるものである。すなわち、上記以外のアンテナ素子においても、解析された電流分布に従って線幅を調整することにより各モードの電流パスの長さが変更され、これにより当該モードの共振周波数が低下ないし上昇することが、容易に推測できる。
【００３３】
図５に、上記板状ループアンテナの端子間にマッチング回路を接続した構成例を示す。かかるマッチング回路は、上記板状ループアンテナの１／２波長モードと１波長モードの２つの共振周波数の谷を埋める共振周波数を有している。
【００３４】
図６に、当該マッチング回路の具体的構成例を示す。図において、Ｃ１、Ｃ２はキャパシタンス、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１はインダクタンス、Ｔは当該アンテナの入出力端子である。キャパシタンスＣ１、Ｃ２およびインダクタンスＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１の値を所定の値に設定することにより、たとえば、１／２波長モードと１波長モードの２つの共振周波数のほぼ中央の共振周波数を当該ループアンテナに持たせることができる。
【００３５】
図７に、上記ループアンテナに当該マッチング回路を適用した場合の周波数―反射減衰量特性の実測結果を示す。ここで、ループアンテナの幅方向寸法Ｗ１、Ｗ２は、上記図４（ｂ）に示す値に設定した。また、マッチング回路の共振周波数は、１／２波長モードと１波長モードのほぼ中間の周波数に設定されている。このように、各モードの共振点間の谷をマッチング回路による共振点にて埋めることにより、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの周波数レンジにおいて、反射減衰量−７ｄｂ以下を確保することができる。よって、図１に示す寸法の小型ループアンテナにより、ＵＨＦ帯の広帯域デジタルテレビ放送を受信することができる。
【００３６】
図８および図９に、上記板状ループアンテナの変形例を示す。
【００３７】
図８（ａ）は、端子を含む辺およびそれに対向する辺を、板面に平行な方向に蛇行させたものである。かかる構成によれば、端子を含む辺およびそれに対向する辺の電気長を上記図１の場合と同一としながら、同図左右方向におけるアンテナの形状寸法を上記図１の場合に比べ小さくすることができる。なお、蛇行の方向は、板面に垂直な方向であっても良い。また、図８（ａ）の如く端子を含む辺およびそれに対向する辺を蛇行させる他、端子を含む辺に垂直な辺を蛇行させても良く、また全ての辺を蛇行させても良い。
【００３８】
図８（ｂ）は、端子を含む辺に垂直な辺を平行に分岐させたものである。かかる構成によれば、分岐させた各辺部分に開口（スペース）を設けることができ、かかる開口部分を受信装置本体側の部品配設スペースとして利用することができる。なお、このように辺を分岐させた場合、上記共振周波数の調整・コントロールに寄与する当該辺の幅方向寸法は、同図（ｂ）に示すＷ２（スペース部分の幅寸法を含む）となる。したがって、かかる構成例は、設定すべき共振周波数との関係から当該辺の幅寸法を大きく設定する必要がある場合に用いて好適なものとなる。なお、分岐路の数は、同図（ｂ）の如く２つに限定されるものではなく、３つ以上の分岐路を形成するようにしても良い。また、端子を含む辺に垂直な辺のみならず、端子を含む辺およびそれに対向する辺に分岐路を形成するようにしても良い。
【００３９】
図９は、端子を含む辺に垂直な辺を板面垂直な方向に折り曲げたものである。かかる構成によれば、同図左右方向におけるアンテナの形状寸法を小さくすることができる。なお、折り曲げる辺は、同図の如く端子を含む辺に垂直な辺とする他、端子を含む辺およびこれに対向する辺とすることもできる。
【００４０】
以上、本発明にかかる種々の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
【００４１】
たとえば、上記実施の形態では、板状ループアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は板状ループアンテナの他、ダイポール型の棒状アンテナにも適用可能である。かかる場合、ダイポール型アンテナの持つ共振周波数の隙間を埋める共振周波数を持つマッチング回路を当該アンテナの端子に接続する。また、上記ではモーメント法を用いて電流分布等のシミュレーション解析を行ったが、その他の解析手法によってシミュレーションを行うこともできる。また、上記に示したアンテナ素子の形状、寸法およびマッチング回路の構成はあくまで一例であって、これ以外の形状、寸法および構成にてアンテナ素子およびマッチング回路を構成することも可能である。
【００４２】
さらに、上記実施の形態では、アンテナ素子の有する２つの共振点を利用して広帯域化を図ったが、３つ以上の共振点を所定の周波数帯域に整合させることにより、アンテナ装置の広帯域化を図るようにしてもよい。また、マッチング回路は１つの共振点を有するものの他、２つ以上の共振点を有するものとしても良い。たとえば、マッチング回路の２つの共振点をアンテナ素子の２つの共振点の間に位置付けるようにしてもよく、あるいは、マッチング回路が２つの共振点を有する場合に、それぞれの共振点を、アンテナ素子の３つの共振点の間を埋めるように位置付けるようにしても良い。
【００４３】
本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、複数の共振点を利用しながらアンテナ装置の広帯域化を図るものであるから、アンテナ素子に接続する共振回路の数を制限することができ、よって、アンテナ装置の小型化を更に進めることができる。また、電流分布に基づいてアンテナ素子の幅方向寸法を変化させることにより共振点を適宜シフトさせるものであるから、目標とする周波数帯域に整合したアンテナ素子を簡易に形成することができ、よって、構成の簡素化と共に、部品点数の削減および形成工程の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図
【図２】当該アンテナ装置の検証結果（シミュレーションと実測）を示す図
【図３】当該アンテナ装置の電流分布（シミュレーション）を示す図
【図４】当該アンテナ装置の検証結果（シミュレーション）を示す図
【図５】実施の形態に係るアンテナ装置の他の構成例を示す図
【図６】当該アンテナ装置のマッチング回路の構成例を示す図
【図７】当該アンテナ装置の検証結果（実測）を示す図
【図８】実施の形態に係るアンテナ素子の他の構成例を示す図
【図９】実施の形態に係るアンテナ素子のさらに他の構成例を示す図
【符号の説明】
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１　インダクタンス
Ｃ１、Ｃ２　キャパシタンス
【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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