(57)【要約】【課題】ＵＷＢ通信方式では広帯域であるためにアンテナの設計が困難で機器の小型化が難しかった。【解決手段】本発明のマルチバンドアンテナは、基本図形に所定の変換列ψｎ（ｎ＝１、２、・・・）を繰り返し実行して得られる自己相似図形のアンテナにおいて、前記変換ψｎはｎの関数であってｎ毎に異なる変換列により変換された図形を構成要素とすることを特徴とする。【選択図】    図１
2004343424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本図形に所定の変換列ψｎ（ｎ＝１、２、・・・）を繰り返し実行して得られる自己相似図形のアンテナにおいて、前記変換ψｎはｎの関数であってｎ毎に異なる変換列により変換された図形を構成要素とすることを特徴とするマルチバンドアンテナ。
【請求項２】
変換列ψｎ（ｎ＝１、２、・・・）の変換比率はチャネル番号ｎのチャネル周波数ｆｎによってｆｎ＋１／ｆｎの関数となっていることを特徴とする前記請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
【請求項３】
変換列ψｎは（ｎ＋ｍ０）／（ｎ＋ｍ０＋１）を変換比率としてもつ変換系列（ｎ＝１、２、・・・、ｍ０は整数）であることを特徴とする前記請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共振点が周波数軸上に等間隔にならぶ広帯域のマルチバンドアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）と呼ばれる通信方式はパルス幅が非常に狭く従って非常に広帯域のパルス信号を用いる通信方式で単位周波数当たりのエネルギー密度を低く抑えて既存通信システムに妨害を与えることなく高速高容量の通信が可能であるとされ近年大いに注目を浴びている。この通信では信号が広帯域であるため実施には広帯域の素子が必要であり特にアンテナに関しては小型で良いものが無い。候補として円錐型などの進行波型のアンテナや対数周期型アンテナあるいはパッチアンテナなどがあげられる。また、アンテナの形状として自己相似図形を使用するいわゆるフラクタルアンテナは小型でかつ広帯域特性が得られるとされている。（特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）
【特許文献１】
スペイン公開特許広報  ＥＳ２１１２１６３
【特許文献２】
特表２００３‐５１０８７１Ａ
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳ．ＡＮＴＥＮＮＡＳ  ＡＮＤ  ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ、  ＶＯＬ．  ４６、  Ｎｏ．  ４、  ＡＰＲＩＬ  １９９８  ｐｐ５１７‐５２３
【０００３】
図３にフラクタルアンテナの一例としてシェルピンスキー図形を用いた例を示す。図３（Ａ）にシェルピンスキーアンテナの基本的な構造を示す。シェルピンスキー図形と呼ばれる自己相似三角形のラジエータ３０１とグランドプレーン３０２、給電源３０３より構成される。シェルピンスキー図形は図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように三角形の中央を順次取り除く変換を繰り返して得られる図形である。この変換は図３（Ｂ）に示すように座標軸を取り原点Ｏと点Ｐ（ａ，ｂ）と点Ｑ（−ａ、ｂ）によって囲まれた領域内の任意の点Ｓ（ｘ，ｙ）を以下の操作によって３つの点Ｓ０（ｘ０，ｙ０）、Ｓ１（ｘ１，ｙ１）、Ｓ２（ｘ２，ｙ２）へ写像する作業である。
【０００４】
［数１］
2004343424.tif 000003
【０００５】
図３（Ｂ）はＰ（１，√３）、Ｐ（‐１，√３）の場合を例示している。この変換をくりかえすと図３（Ｃ）、（Ｄ）のように変化していく。この変換は繰り返して行われるため自己相似形となり２倍に拡大するともとの図形に重なる。自己相似図形を用いてアンテナを構成すると自己相似という特徴的な形状によりその周波数特性が等比級数的に繰り返される。
【０００６】
またＵＷＢ通信方式では広帯域のパルス信号を使用し高速のデータ通信を目指すものであるが広帯域であるため既存の通信システムに影響を与えやすい。そこで、既存システムへの影響を最小化するためにいくつかにチャネルを分割して使用チャネルを選択することにより既存システムへの影響を回避する。これはマルチバンドＵＷＢと呼ばれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＵＷＢ通信方式は広帯域の信号を使用するためにアンテナにも広帯域特性が要求される。上記のような従来ＵＷＢに用いられているアンテナは円錐型などの進行波型のアンテナや対数周期型アンテナあるいはパッチアンテナなどが用いられている。これらのアンテナは広い帯域にわたって一様な特性を得ようとすると一般に大型化する。また、フラクタルアンテナはそこそこ小型化で広帯域特性を実現できるものの、帯域内での特性が一様でなく、一様な特性を得ようとすると大型化する。逆にこれらのアンテナのサイズを制限すると一般に周波数特性が平坦で無くなりそのリップル周期が項比２で等比級数的に変化する。
【０００８】
マルチバンドＵＷＢではチャネルプランはそのチャネル帯域幅が一定であるためチャネル境界とアンテナのリップル周期をあわせることができない。このことはチャネル毎に同一な特性を得るための設計を難しくしている。
【０００９】
そこで本発明ではマルチバンドＵＷＢにおいて使用される機器の小型化を目的とし、特に、マルチチャネルＵＷＢ機器に使用されるアンテナとしてアンテナ特性とチャネル境界を一致させてアンテナを小型化することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチバンドアンテナは基本図形に所定の変換列ψｎ（ｎ＝１、２、・・・）を繰り返し実行して得られる自己相似図形のアンテナにおいて、前記変換ψｎはｎの関数であってｎ毎に異なる変換列により変換された図形を構成要素とすることを特徴とする。変換列ψｎが一定でないため等差級数的なチャネルプランにも対応できその特性をチャネル周波数に一致させることができる。自己相似型のアンテナはその周波数特性が周期的に繰り替えられる特徴があり小型で広帯域であるためＵＷＢのような帯域の広い信号を使用する通信でも小型の通信装置が実現できる。
【００１１】
また本発明のマルチバンドアンテナは変換列ψｎ（ｎ＝１、２、・・・）の変換比率がチャネル番号ｎのチャネル周波数ｆｎによってｆｎ＋１／ｆｎの関数となっている変換により得られる図形を用いることを特徴とする。これによってチャネルの周波数が等比級数的な間隔でなく等間隔に配置された場合でもチャネル毎に一様な特性のアンテナを供給でき機器の小型化に貢献する。
【００１２】
さらに本発明のマルチバンドアンテナは変換列ψｎが（ｎ＋ｍ０）／（ｎ＋ｍ０＋１）を変換比率としてもつ変換系列（ｎ＝１、２、・・・、ｍ０は整数）であることを特徴とする。これによって特にチャネル周波数がチャネルのバンド幅で割り切れる場合においてその変換比率は簡単な整数比となる。チャネルの周波数が等比級数的な間隔でなく等間隔に配置された場合でもチャネル毎に一様な特性のアンテナを供給でき機器の小型化に貢献する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図表を用いて説明する。
（実施例１）
図１（Ａ）は本発明によるマルチバンドＵＷＢ通信システムに供するアンテナの形状を例示する図である。１０２はグランドプレーン、１０３は給電源、１０１が本発明によるマルチバンドアンテナに供される図形の放射器である。この図形は以下のようにして得られる。すなわち、図１（Ｂ）に示すように座標軸を取り原点Ｏと点Ｐ（ａ，ｂ）と点Ｑ（−ａ、ｂ）によって囲まれた領域内の任意の点Ｓ（ｘ，ｙ）を以下の規則（変換）に従って３つの点Ｓ０（ｘ０，ｙ０）、Ｓ１（ｘ１，ｙ１）、Ｓ２（ｘ２，ｙ２）へ順次写像する。この変換操作は（チャネル数‐１）回行う。ａ，ｂは最も周波数の低いチャネルに共振するように選ばれる。図１に例示のシェルピンスキー図形ではほぼ波長の１／４程度となる。
【００１４】
［数２］
2004343424.tif 000004
ここでｒｎは変換の比率を表し以下のように決める。
［数３］
ｒｎ＝ｆｎ＋１／ｆｎ
ここで、ｆｎはｎ番目のチャネルの（中心）周波数でｎは周波数の高いほうから順次付番する。
【００１５】
図１（Ａ）の図形は周波数帯域を等間隔なチャネル数ｍ＝６チャネルに分割した場合を例示している。この図形は図１（Ｂ）に示す基本図形から［数２］の変換規則によって４回変換操作を行って得られる。図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に基本図形から始まって変換操作を行った場合を示す。
【００１６】
図１（Ｃ）では図１（Ｂ）の基本図形を［数２］に従って変換した図であり、ここで
［数４］
ｒ１＝ｆ２／ｆ１  ただし、ｆ１＝ｆＨ
を用いる。ここでｆＨは最も高い周波数のチャネル（チャネル番号１）の周波数である。従って、空隙までの高さの比は
［数５］
ｈ１＝ｈｒ１＝ｈｆ２／ｆ１
となっていることが分かる。
【００１７】
図１（Ｄ）は図１（Ｃ）に再度［数２］に従って変換した図であり、このとき変換比率ｒ２は
［数６］
ｒ２＝ｆ３／ｆ２
とする。各空隙までの高さをｈ１、ｈ２、ｈ３（＝ｈ）とすると、それらは
［数７］
ｈ１＝ｒ２ｈｆ２／ｆ１＝ｈｆ３／ｆ１
［数８］
ｈ２＝ｒ２ｈ＝ｈｆ３／ｆ２
となる。
【００１８】
結局この変換をチャネル数‐１回繰り返すと図１（Ａ）に示す繰り返しパターンの周期すなわち大きな空隙までの高さｈ１、ｈ２、ｈ３、・・・は
［数９］
ｈ１＝ｈｆｍ／ｆＨ
［数１０］
ｈ２＝ｈｆｍ−１／ｆＨ
［数１１］
ｈ３＝ｈｆｍ−２／ｆＨ
のようになっていてチャネル周波数ごとに共振することが理解されよう。ただしここでｆｍは最も低いチャネル（チャネル番号ｍ）の周波数である。また各チャネルの周波数がチャネルのバンド幅で割り切れる場合は
［数１２］  ｒｎ＝（ｎ＋ｍ０）／（ｎ＋ｍ０＋１）
のように簡単な整数比になることも理解されよう。ただし、ここでｍ０はｆｍをバンド幅で割った商で整数である。
【００１９】
図１の一部では給電点やグランドプレーンを省略している。
【００２０】
（実施例２）
図１に示すようなアンテナでは給電された波形の高い周波数成分は先端に達するまでに放射されてしまうために給電点から遠いところでは細かい構造は省略して良い。図２はこのような考えにより給電点から遠いところの細かい構造を省略した図形である。この図ではグランドプレーンと給電源を省略している。高い周波数成分はアンテナ素子の先端に達する前に放射してしまうのでこのようにしても差し支えない。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に従えばアンテナ周波数特性が全帯域に渡って平坦でなくとも性能の劣化する周波数点をチャネルの境界に合わせることができるのでシステムの特性に影響せずにアンテナを小型化できる。そのため機器全体を小型にでき可搬性の高い機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明によるマルチバンドアンテナを示す図。（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明によるアンテナの放射器形状を得るための変換操作を説明する図である。
【図２】図２は本発明によるマルチバンドアンテナの放射器形状を例示する図で図１に示したアンテナを簡略化したものである。
【図３】従来のシェルピンスキーアンテナを説明する図、（Ａ）はその構造を示す図、（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はその図形を得るための変換を説明する図である。
【符号の説明】
１０１・・放射器
１０２・・グランドプレーン
１０３・・給電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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