(57)【要約】【課題】簡単に広帯域で、しかも製造費用が安価な２周波共用のアンテナを提供する。【解決手段】この周波数共用アンテナは、誘電体よりなるプリント基板１と、プリント基板１の表面には、導体をエッチングして形成される変形したＵ字型の放射エレメント５３と、Ｖ字型の放射エレメント５２と、給電線５４により構成され、裏面はＶ字型の放射エレメント５１と、変形したＵ字型の放射エレメント５０と、給電線５５より構成される。また、放射エレメント５２の頂部には、スルーホール６により裏面の放射エレメント５０頂部に接続されている。これにより、放射エレメント５２の頂部はスルーホール６により、電気的に放射エレメント５０の頂部と接続されている。同様に、放射エレメント５３の頂部には、スルーホール７が配置され、裏面の放射エレメント５１の頂部に接続されている。これにより、放射エレメント５３の頂部はスルーホール７により、電気的に放射エレメント５１の頂部と接続されている。【選択図】　　　図１３
2004096464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体から構成されるプリント基板の両面に、金属導体により形成されたアンテナ放射素子を備えたアンテナであって、
前記アンテナ放射素子は、前記プリント基板の表面にＵ字型の導体及びＶ字型の導体として個別に形成され、該両導体の頂部を互いに近接対向するように配置し、更に前記Ｕ字型の導体の裏面にはＶ字型の導体を形成し、前記Ｖ字型の導体の裏面にはＵ字型の導体を形成し、且つ前記プリント基板表裏に形成された夫々の導体の頂部が一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置され、該頂部が夫々電気的に接続されていることを特徴とする周波数共用アンテナ。
【請求項２】
前記プリント基板の表面に形成されたＵ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＵ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路のプリント基板端部近傍において前記プリント基板の裏面に形成された帯状の導体の幅を暫時広げて不平衡マイクロストリップラインを形成することを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項３】
前記プリント基板の表面に形成されたＶ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＶ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路のプリント基板端部近傍において前記プリント基板の裏面に形成された帯状の導体の幅を暫時広げて不平衡マイクロストリップラインを形成することを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項４】
前記プリント基板の表面に形成されたＵ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＵ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路に高周波信号を給電することを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項５】
前記プリント基板の表面に形成されたＶ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＶ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路に高周波信号を給電することを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項６】
誘電体から構成されるプリント基板の両面に、金属導体により形成されたアンテナ放射素子を備えたアンテナであって、
前記アンテナ放射素子は、前記プリント基板の表面にＵ字型の導体が複数個別に形成され、該両導体の頂部を互いに近接対向するように配置し、更に前記複数のＵ字型の導体の裏面には夫々Ｖ字型の導体を形成し、且つ前記プリント基板表裏に形成された夫々の導体の頂部が一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置され、該頂部が夫々電気的に接続されていることを特徴とする周波数共用アンテナ。
【請求項７】
前記プリント基板の表面に形成された複数のＵ字型の一方の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成された複数のＶ字型の他方の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路のプリント基板端部近傍において前記プリント基板の裏面に形成された帯状の導体の幅を暫時広げて不平衡マイクロストリップラインを形成したことを特徴とする請求項６に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項８】
前記Ｕ字型の導体の全長は、第１の使用波長の略１／２波長の長さを有し、前記Ｖ字型の導体の全長は、前記第１の使用波長の略１／２である第２の使用波長の略１／２波長の長さを有し、前記第１及び第２の使用波長で共振して使用することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項９】
前記プリント基板の表裏に形成されたＵ字型の導体及びＶ字型の導体は、一方の面から透視したとき互いに重なる部分が存在するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項１０】
前記アンテナ放射素子の導体幅は、前記アンテナ放射素子の全長に亘って部分的に異なる幅を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項１１】
細長い帯状の金属導体をＵ字型に形成した第１の金属導体と、該第１の金属導体より全長が短く細長い帯状の金属導体をＵ字型に形成したの第２の金属導体と、を備え、
前記第１の金属導体は、Ｕ字型の頂部が互いに近接対向するように配置され、前記第２の金属導体は、前記第１の金属導体の夫々のＵ字型の内側に互いの導体の頂部を接触するように配置され、前記夫々のＵ字型の頂部に平衡２線の高周波ケーブル又は同軸ケーブルを接続したことを特徴とする周波数共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに関し、さらに詳しくは、特に２つ、または、それ以上の周波数帯域で、同時に使用が可能な周波数共用のアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話の普及により、携帯電話用の基地局アンテナの増設が急速に進んでいる。従来の携帯電話は、８００ＭＨｚ帯の電波を主に用いたもので、基地局アンテナも８００ＭＨｚ帯の電波専用となっている。これに対して、近年、第３世代の携帯電話として、２ＧＨｚ帯の電波を用いた携帯電話が急速に普及しはじめている。これにより、基地局のアンテナは、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の携帯電話に対応できるように、周波数を共用化したアンテナが求められている。さらに、８００ＭＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯においては、携帯電話の周波数使用状況により、１０％またはそれ以上の帯域を確保する必要があり、広帯域化と周波数共用化という難しい問題を解決する必要に迫られている。
また、図２１に示すように、８００ＭＨｚと２ＧＨｚのような、周波数の異なる電波の共用アンテナの従来技術として、特開２０００ー２７８０２５号公報には、使用される周波数帯が増しても、小形で、かつ多数の周波数帯を共用でき、かつ単数または複数の特定周波数帯が広帯域化される技術について開示されている。これによると、２周波共用のアンテナであり、低い周波数の電波は、放射エレメント１１０及び１１１に給電され、高い周波数の電波は、放射エレメント１１２及び１１３に給電される。しかし、これだけでは、それぞれの周波数帯域は狭くなってしまうので、広帯域化のために無給電素子を付加している。低い周波数帯用には、長さの長い無給電素子１２０が２本付加され、高い周波数帯用には、長さの短い無給電素子１２１が２本付加されている。
また、図２２は、アンテナ工学ハンドブック（第１版、編者電子情報通信学会、出版オーム社）の５６ページに記載されているＸ型ダイポールアンテナである。高い周波数の電波は、長さの短い放射エレメント２０１及び２０２に給電され、低い周波数の電波は、長さの長い放射エレメント２０３及び２０４に給電される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の基地局のアンテナにより８００ＭＨｚと２ＧＨｚの周波数をカバーするためには、基地局のアンテナを増設しなければならず、費用と設備建設のために多大な時間と労力を必要とする。また、図２１に示されるような特開２０００−２７８０２５号公報による無給電素子を用いたアンテナは、無給電素子を付加するために、プリント基板及びを給電素子の周りに立体的、即ち３次元的に配置する必要があり、その上無給電素子を支持する構造物も必要になる。このように、図２１の従来技術では、構造が非常に複雑になり、必然的に高価なものとなってしまうという問題点がある。
また、図２２に示されるようなＸ型ダイポールを用いたアンテナは、原理的に２つの周波数で共振するが、それぞれの帯域において狭帯域であるために、元来必要とする用途の帯域を満足することができないという問題点がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、簡単に広帯域で、しかも製造費用が安価な２周波共用のアンテナを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、誘電体から構成されるプリント基板の両面に、金属導体により形成されたアンテナ放射素子を備えたアンテナであって、前記アンテナ放射素子は、前記プリント基板の表面にＵ字型の導体及びＶ字型の導体として個別に形成され、該両導体の頂部を互いに近接対向するように配置し、更に前記Ｕ字型の導体の裏面にはＶ字型の導体を形成し、前記Ｖ字型の導体の裏面にはＵ字型の導体を形成し、且つ前記プリント基板表裏に形成された夫々の導体の頂部が一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置され、該頂部が夫々電気的に接続されていることを特徴とする。
複数の異なる周波数の電波を１つのアンテナで共用する場合、各周波数の波長に共振する長さの導体を複数備えた構成にする必要がある。例えば、２種類の周波数の場合は、２種類の長さを持った導体を互いに接続してその接続点に高周波信号を給電する。このとき、ダイポールアンテナとして構成する場合は、それぞれのアンテナの頂部を近接対向させて構成し、夫々の頂部から給電するようにする。この構成をプリント基板を使用して実現するには、両面にパターンをエッチングして容易に形成でき、しかも、両面同士を電気的に接続するにはスルーホールにより容易に可能である。尚、導体の頂部とは、夫々Ｕ字型、Ｖ字型の折曲がり部分を呼ぶ。また、表面と裏面は相対的なものであり、一方の面を表面とすると他方の面は裏面であり、また、その逆もあり得る。
かかる発明によれば、プリント基板上に２種類の周波数に共振する放射エレメントを両面に形成してダイポールアンテナを構成するので、誘電体を絶縁材料としてアンテナが形成でき、しかも、エッチング技術により容易に同じものが大量生産できてコストダウンを図ることができる。
【０００５】
請求項２は、前記プリント基板の表面に形成されたＵ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＵ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路のプリント基板端部近傍において前記プリント基板の裏面に形成された帯状の導体の幅を暫時広げて不平衡マイクロストリップラインを形成することを特徴とする。
プリント基板は誘電体で構成されている。従って、それを挟むようにプリント基板の表裏に帯状の導体を形成すれば平衡２線伝送路が構成される。そして、一方の導体を徐々に広げていくことで、不平衡なマイクロストリップラインを形成することができる。
かかる発明によれば、誘電体を挟んで平衡２線伝送路を形成し、プリント基板端部近傍で、一方の導体を徐々に広げていくことで、マイクロストリップラインを形成するので、電気的に平衡な高周波信号が不平衡な高周波信号にモ−ド変換され、同軸ケーブルとの整合を図ることができる。
請求項３は、前記プリント基板の表面に形成されたＶ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＶ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路のプリント基板端部近傍において前記プリント基板の裏面に形成された帯状の導体の幅を暫時広げて不平衡マイクロストリップラインを形成することを特徴とする。
請求項２では、給電点をプリント基板の両面に形成されたＵ字型の導体の頂部から帯状の導体を形成して構成していた。本発明では、Ｖ字型の導体の頂部から帯状の導体を形成して、裏面の導体をマイクロストリップラインにしたものである。
かかる発明によれば、請求項２と同様の作用効果を奏する。
【０００６】
請求項４は、前記プリント基板の表面に形成されたＵ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＵ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路に高周波信号を給電することを特徴とする。
外部からのケーブルがフィーダ等の平衡ケーブルにより給電する場合もある。その場合は、各導体の給電点から平衡２線伝送路のままプリント基板の端面まで形成する必要がある。
かかる発明によれば、各導体からプリント基板の端面まで平衡２線伝送路により形成するので、平衡ケーブルにより高周波信号を給電することができる。
請求項５は、前記プリント基板の表面に形成されたＶ字型の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成されたＶ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路に高周波信号を給電することを特徴とする。
請求項４では、給電点をプリント基板の両面に形成されたＵ字型の導体の頂部から帯状の導体を形成して構成していた。本発明では、両面のＶ字型の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成して、平衡２線伝送路にしたものである。
かかる発明によれば、請求項４と同様の作用効果を奏する。
【０００７】
請求項６は、誘電体から構成されるプリント基板の両面に、金属導体により形成されたアンテナ放射素子を備えたアンテナであって、前記アンテナ放射素子は、前記プリント基板の表面に一端を開放したＵ字型の導体が複数個別に形成され、該両導体の頂部を互いに近接対向するように配置し、更に前記複数のＵ字型の導体の裏面には夫々Ｖ字型の導体を形成し、且つ前記プリント基板表裏に形成された夫々の導体の頂部が一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置され、該頂部が夫々電気的に接続されていることを特徴とする。
前記請求項１から５までは、プリント基板の表裏に夫々Ｕ字型とＶ字型の導体を形成し、それらをスルーホールにより接続してダイポールアンテナを構成していたが、プリント基板の同一面にＵ字型のみ、或いはＶ字型のみの導体を形成して、それらをスルーホールにより接続することにより、プリント基板を透視したときにＵ字型とＶ字型が重なるので同じ特性のアンテナが構成できる。
かかる発明によれば、プリント基板の同一面に同じ形状の導体の頂部を近接対向して形成するので、パターン構成が単純化でき、設計を容易とすることができる。
請求項７は、前記プリント基板の表面に形成された複数のＵ字型の一方の導体の頂部及び前記プリント基板の裏面に形成された複数のＶ字型の他方の導体の頂部から夫々帯状の導体を形成し、前記夫々の帯状の導体は一方の面から透視したとき同一面上に重なるように配置して平衡２線伝送路を形成し、該平衡２線伝送路のプリント基板端部近傍において前記プリント基板の裏面に形成された帯状の導体の幅を暫時広げて不平衡マイクロストリップラインを形成したことを特徴とする。
プリント基板は誘電体で構成されている。従って、それを挟むようにプリント基板の表裏に導体を形成すれば平衡２線伝送路が構成される。そして、一方の導体を徐々に広げていくことで、不平衡なマイクロストリップラインを形成することができる。
かかる発明によれば、誘電体を挟んで平衡２線伝送路を形成し、給電点（コメント同じ）近傍で、一方の導体を徐々に広げていくことで、マイクロストリップラインを形成するので、電気的に平衡な高周波信号が不平衡な高周波信号にモ−ド変換され、同軸ケーブルとの整合を図ることができる。
【０００８】
請求項８は、前記Ｕ字型の導体の全長は、第１の使用波長の略１／２波長の長さを有し、前記Ｖ字型の導体の全長は、前記第１の使用波長の略１／２である第２の使用波長の略１／２波長の長さを有し、前記第１及び第２の使用波長で共振して使用することを特徴とする。
放射エレメントの全長は、共振させる周波数の波長の概ね１／２の長さであることが必要である。この原理から、２種類の周波数帯域で共用する場合、それぞれの周波数帯の波長の概ね１／２波長の長さの放射エレメントを２種類接続する必要がある。
かかる発明によれば、周波数の低い方の帯域では全長が長いＵ字型の導体を使用し、周波数の高い方の帯域では全長が短いＶ字型の導体を使用するので、異なる２種類の周波数帯域を１つのアンテナで共用することができる。
請求項９は、前記プリント基板の表裏に形成されたＵ字型の導体及びＶ字型の導体とが、一方の面から透視したとき互いに重なる部分が存在するように配置されていることを特徴とする。
プリント基板の表裏に形成された導体は、スルーホールにより電気的に接続されている。スルーホールの大きさは任意であるが、仕様波長に対しては十分小さいことが必要であり、８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚの事例では、直径１〜２ｍｍが一般的である。
かかる発明によれば、プリント基板を介して導体を重なるように形成することで部分的に、放射エレメント同士の高周波的な結合を増加させることがきる。この結合量を調整することで、アンテナとしての入力インピ−ダンスを調整することが可能となり、共振周波数の調整や必要な帯域の調整が行なえる。
【０００９】
請求項１０は、前記アンテナ放射素子の導体幅が、前記アンテナ放射素子の全長に亘って部分的に異なる幅を有することを特徴とする。
プリント基板の両面に形成された導体の形状が異なる場合、高周波的な結合が多い方が良いとは限らない。つまり、所望の周波数の調整や、帯域の調整を行なうために、高周波的な結合量を調整する必要があり、そのために、部分的に導体を太くしたり、細くしたり、或いは、重なりあう部分が多くなるように湾曲させたり、重なり合う部分が少なくなるように湾曲させたりする必要がある。
かかる発明によれば、導体の幅を部分的に太くしたり、細くしたりして導体同士の重なり面積を調整して、所望の電気特性を得ることができる。
請求項１１は、細長い帯状の金属導体をＵ字型に形成した複数の第１の金属導体と、該第１の金属導体より全長が短く細長い帯状の金属導体をＵ字型に形成した複数の第２の金属導体と、を備え、前記第１の金属導体は、Ｕ字型の頂部が互いに近接対向するように配置され、前記第２の金属導体は、前記第１の金属導体の夫々のＵ字型の内側に互いの導体の頂部を接触するように配置され、前記夫々のＵ字型の頂部に平衡２線の高周波ケーブル又は同軸ケーブルを接続したことを特徴とする。
アンテナはプリント基板上に形成するばかりでなく、細長い帯状の導体をＵ字型に形成して立体的に構成することもできる。そして、周波数の異なる２種類の波長に合わせて長さを決定すれば、周波数共用アンテナを実現できる。
かかる発明によれば、２種類の長さの異なる金属導体によりアンテナを構成するので、簡易な材料で容易にアンテナを作ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の第１の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。以下、図面上でパターンを実線で図示している面を表面、点線で図示している面を裏面と呼ぶ。この周波数共用アンテナは、誘電体よりなるプリント基板１と、プリント基板１の表面には、導体をエッチングして形成されるＵ字型の放射エレメント２と、Ｖ字型の放射エレメント３と、給電線８により構成され、裏面はＶ字型の放射エレメント４と、Ｕ字型の放射エレメント５と、給電線９より構成される。また、放射エレメント２の頂部には、スルーホール６により裏面の放射エレメント４頂部に接続されている。これにより、放射エレメント２の頂部はスルーホール６により、電気的に放射エレメント４の頂部と接続されている。同様に、放射エレメント３の頂部には、スルーホール７が配置され、裏面の放射エレメント５の頂部に接続されている。これにより、放射エレメント３の頂部はスルーホール７により、電気的に放射エレメント５の頂部と接続されている。なお、図１は透視法により、プリント基板１の裏側に配置される放射エレメント４、放射エレメント５及び給電線線９も同時に図示されている。
【００１１】
図２は、図１の表面のみを図示した図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。プリント基板１の表面には、Ｕ字型の導体よりなる大きな放射エレメント２、Ｖ字型の導体よりなる小さな放射エレメント３が、それぞれの頂部を近接対向して配置されている。給電線８は、帯状の導体よりなり、放射エレメント２の頂部に接続され、プリント基板１の端面まで伸ばした構造になっている。
図３は、図１の裏面のみを表示した図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。このとき、図３は、図１または図２を透視して観た場合の表示方法となっている。プリント基板１の裏面には、Ｖ字型の導体よりなる小さな放射エレメント４、Ｕ字型の導体よりなる大きな放射エレメント５が、それぞれの頂部を近接対向して配置されている。給電線９は帯状の導体よりなり、放射エレメント５の頂部に接続され、プリント基板１の端面まで伸ばした構造になっている。このとき、給電線９の端部では、その幅が徐々に広がる形状にして、マイクロストリップラインを形成している。
尚、図示は省略するが、図２の放射エレメント３の頂部と給電線８を接続し、図３の放射エレメント４の頂部と給電線９を接続する構成でも構わない。
【００１２】
図４は本発明の第２の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。図４が図１と異なる点は、給電線１０の端部での形状が異なる点である。つまり、第１の実施形態では、給電線９の端部では、その幅が徐々に広げてマイクロストリップラインを形成していたが、本実施形態では給電線１０を給電線８と同様に同じ幅でプリント基板１の端面まで伸ばした構造になっている。なお、図４も透視法により、プリント基板１の裏側に配置される放射エレメント４、放射エレメント５及び給電線線１０も同時に図示している。
図５は、図４の表面のみを図示した図であり、図６は図４の裏面のみを図示した図である。このとき、給電線１０の端部までの直線部分は、図５の給電線８の端部までの直線部分と重なり、平衡２線伝送路を形成している。
図７は本発明の第３の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図７が図１と異なる点は、表面にＵ字型の導体よりなる大きな放射エレメント２と５を形成し、裏面にＶ字型の導体よりなる小さな放射エレメント３と４を形成した点である。なお、図７も透視法により、プリント基板１の裏側に配置される放射エレメント４、放射エレメント３及び給電線線９も同時に図示している。
図８は、図７の表面のみを図示した図であり、図９は図７の裏面のみを図示した図である。このとき給電線９の端部では、その幅が徐々に広がる形状にして、マイクロストリップラインを形成している。
【００１３】
図１０は本発明の第４の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。この周波数共用アンテナは、誘電体よりなるプリント基板１の表面に、導体よりなるＶ字型の放射エレメント２２及びＵ字型の放射エレメント２３を形成し、裏面にＵ字型の放射エレメント２０及びＶ字型の放射エレメント２１が配置されている。大きな放射エレメント２０及び放射エレメント２３は、やや歪んだＵ字型となっており、頂部よりやや下側の位置にスルーホール６及びスルーホール７が配置されている。この形状により、例えば、放射エレメント２０の上側左端部からスルーホール６までの距離Ｌ１と、放射エレメント２０の下側左端部からスルーホール６までの距離Ｌ２が物理的に異なる形状となる。この寸法形状は、放射エレメント２３も同じである。同様に、放射エレメント２２及び放射エレメント２１も、開口部分がやや上方になるように傾いて配置されており、大きな放射エレメント２０及び放射エレメント２３とＢ部、Ｃ部で部分的に重なっている。例えば、放射エレメント２２と放射エレメント２０の関係においては、放射エレメントの下側部分Ｂ部は半分重なっており、上側部分は、先端部及ぶ根元部分が重なっている。なお、スルーホール６は、放射エレメント２２と放射エレメント２０を電気的に接続し、スルーホール７は、放射エレメント２３と放射エレメント２１を電気的に接続している。
図１１は本発明の第５の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。図１１が図１０と異なる点は、プリント基板１の表面にＵ字型の導体よりなる大きな放射エレメント３０と３３を形成し、裏面にＶ字型の導体よりなる小さな放射エレメント３１と３２を形成した点である。
【００１４】
図１２は本発明の第６の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。このアンテナは、図１０と同様に、誘電体よりなるプリント基板１の表面に導体よりなる放射エレメント４２及び放射エレメント４３を、裏面に放射エレメント４０及び放射エレメント４１が配置されている。大きな放射エレメント４０及び放射エレメント４３は、上側が大きく山状に歪んだＵ字型となっており、頂部より下側の位置にスルーホール６及びスルーホール７が配置されている。この形状も、図１０と同様であるが、放射エレメント４０の上側左端部からスルーホール６までの距離と放射エレメント４０の下側左端部からスルーホール６までの距離が物理的に異なる形状となり、かつ、放射エレメント４３の上側右端部からスルーホール７までの距離と放射エレメント４３の下側右端部からスルーホール７までの距離が物理的に異なる形状となる。さらに、放射エレメント４２及び放射エレメント４１の開口部分がやや上方になるように傾いて配置されており、部分的に大きな放射エレメント４０及び放射エレメント４３と部分的に重なっている点は、図１０同様である。つまり、図１０との大きな相違点は、放射エレメント４０及び放射エレメント４３の上部の山状に形が変形している点にある。
図１３は本発明の第７の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。この周波数共用アンテナは、図１２とほぼ同等の構成であるが、図１２との違いは、放射エレメント５２と放射エレメント５１の形状の違いにある。すなわち、本実施形態では、放射エレメント５２と放射エレメント５１Ｖ字の開きの角度βが図１２のＶ字の開き角度αより小さくなり、放射エレメント５２と放射エレメント５０との重なり部分の形状が異なる点である。図１２では、放射エレメント４２の上先端部と上根元部が重なっているが、図１３では、放射エレメント５２の上部分は根元部がわずかに重なっているのみである。この点は、放射エレメント５１についても同様である。
【００１５】
図１４は本発明の第８の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。この周波数共用アンテナは、図１３とほぼ同等の構成であるが、図１３との違いは、放射エレメント６０と放射エレメント６３が表面に配置され、放射エレメント６２と放射エレメント６１が裏面に配置されている点である。
図１５は本発明の第９の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。この周波数共用アンテナは、図１２とほぼ同等の構成であるが、図１２との違いは、放射エレメント７０と放射エレメント７３が表面に配置され、放射エレメント７２と放射エレメント７１が裏面に配置されている点である。
図１６は、本発明の第１０の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。この周波数共用アンテナは、細長い帯状の金属導体をＵ字型に形成した金属導体２００、２２０と、この金属導体より全長が短く細長い帯状の金属導体をＵ字型に形成した金属導体２１０、２３０と、それらの頂部２５０、２６０から同軸ケーブル２４０により給電する構成となっている。そして、金属導体２００と２２０は、Ｕ字型の頂部２５０と２６０が互いに近接対向するように配置され、金属導体２１０と２３０は、金属導体２００と２２０の夫々のＵ字型の内側に互いの導体の頂部を接触するように配置され、夫々のＵ字型の頂部２５０と２６０に同軸ケーブル２４０を接続したものである。尚、同軸ケーブル２４０の代わりに平衡２線の高周波ケーブルを用いても良い。
【００１６】
図１７は本発明のアンテナで用いられる放射エレメント形状の外観図をまとめた図である。つまり、放射エレメント８１は、上下対称のＵ字型形状である。放射エレメント８２は、放射エレメント８１の上下の直線部の長さが異なった形状である。放射エレメント８３は、放射エレメント８２の上部エレメントを下側に湾曲させて形状である。放射エレメント８４は、放射エレメント８３の上部の湾曲部分に、スタブ１００を付加した形状である。なお、スタブの位置は、上部の湾曲部に限らず、任意の位置でよい。放射エレメント８５は、放射エレメント８１のＵ字型形状をコの字型形状にしたものである。放射エレメント８６は、放射エレメント８５の上下の直線部の長さが異なった形状である。放射エレメント８７は、放射エレメント８６の上直線部にスタブ１１０を付加した形状である。なお、スタブの位置は、上部の湾曲部に限らず任意の位置でよい。放射エレメント８８は、放射エレメント８５の右端に短い直線部１２０を付加した形状である。放射エレメント８９は、放射エレメント８１のＵ字型形状をＶ字型形状にしたものである。放射エレメント９０は、放射エレメント８９の上下の直線部の長さが異なった形状である。放射エレメント９１は、放射エレメント９０の下直線部にスタブ１３０を付加した形状である。なお、スタブの位置は、上部の湾曲部に限らず、任意の位置でよい。放射エレメント９２は、放射エレメント９１の右端に短い直線部１４０を付加した形状である。尚、これらの形状以外に、上記のそれぞれの特徴を組み合わせた形状があり、アンテナの設置環境、周波数等を考慮して前記各放射エレメントを適宜組合わせて使用される。
【００１７】
次に、構造上の電気的な条件、材料、寸法について説明する。前記で説明した図１〜図１５においては、各放射エレメントは、プリント基板１の基板上の導体をエッチングして形成されている。この場合、プリント基板は誘電体より構成され、主にＦＲ４基板、テフロン（登録商標）基板、ＰＰＥ基板、ＢＴレジン基板等が用いられる。プリント基板の比誘電率は、２．２〜４．０程度であり、プリント基板の厚さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が一般的である。なお、放射エレメントは、プリント基板をエッチングして作るばかりでなく、ポリカーボネイト板やＡＢＳ板、ＦＲＰ板などのプラスチック板に金属板を張りつける構造でも良い。また、厚さが０．１ｍｍ前後、またはそれ以下のＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いて構成する場合もある。ＦＰＣを用いて作る場合は、作成したＦＰＣを円筒状に巻くことにより、コンパクトなアンテナを実現することができる。
【００１８】
次に、本発明のアンテナの電気的動作を、本発明の代表的な実施形態である図１３（第７の実施形態）を用いて説明する。図１３において、放射エレメント５０は、上部と下部の長さの異なる２つのエレメントから構成されている。上部は、左端部からスルーホール６までの中心の長さをＬ１０と定義し、下部は、左端部からスルーホール６までの中心の長さをＬ２０と定義する。これらの長さ関係は、放射エレメント５３についても同様である。次に、放射エレメント５１も、上部と下部の長さの異なる２つのエレメントから構成されている。上部は、右端部からスルーホール７までの中心の長さをＬ３０と定義し、下部は、右端部からスルーホール７までの中心の長さをＬ４０と定義する。これらの長さ関係は、放射エレメント５２についても同様である。
本実施形態のアンテナで２つの周波数帯域をカバーする場合、概ね、次のように考える。すなわち、低い周波数をＦ１、高い周波数をＦ２とすると、低い周波数Ｆ１を、放射エレメント５０と放射エレメント５３のダイポールで、高い周波数Ｆ２を、放射エレメント５１と放射エレメント５２のダイポールで共振させて使用する。
上記の周波数関係について、さらに詳しく説明すると以下のようになる。すなわち、本アンテナを使用することを目的としている２周波共用の携帯電話基地局用アンテナでは、低い周波数及び高い周波数でそれぞれ１０％〜２０％の帯域をもっている。（帯域Ｗは中心周波数をＦ０、帯域の下限周波数をＦＬ、帯域の上限周波数をＦＨとすると、Ｗ＝｛（ＦＨ−ＦＬ）／Ｆ０｝×１００％で表される）従って、低い周波数（Ｆ１近辺）の帯域の下限周波数をＦ１１、上限周波数をＦ１２、高い周波数（Ｆ２近辺）の帯域の下限周波数をＦ２１、上限周波数をＦ２２と定義する。このとき、図１３のＬ１０〜Ｌ４０の長さは概ね以下のように決定される。
つまり、放射エレメント５０及び放射エレメント５３については、Ｌ１は低い周波数帯域の下限周波数をＦ１１に共振させるため、Ｆ１１の波長λ１１の概ね１／４波長とする。同様に、Ｌ２は、低い周波数帯域の上限周波数をＦ１２に共振させるため、Ｆ１２の波長λ１２の概ね１／４波長とする。また、放射エレメント５１及び放射エレメント５２については、Ｌ３は、高い周波数帯域の下限周波数をＦ２１に共振させるため、Ｆ２１の波長λ２１の概ね１／４波長とする。同様に、Ｌ４は、高い周波数帯域の上限周波数をＦ２２に共振させるため、Ｆ２２の波長λ２２の概ね１／４波長とする。
【００１９】
ただし、上記寸法は目安であり、用いる放射エレメント形状（図１７参照）や導体幅、使用するプリント基板の材質や厚さにより変動するものである。８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の使用を目標とした例（８１０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ及び１．９２ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚ）では、比誘電率２．６、厚さ０．８ｍｍのプリント基板を使用し、Ｌ１が１００ｍｍ、Ｌ２が８８ｍｍ、Ｌ３が４３ｍｍ、Ｌ４が３８ｍｍとした場合に良好なリタ−ンロス特性が得られている（図１８参照）。上記の長さは、λ１１、λ１２、λ２１、λ２２の１／４波長より５〜１０％程度長めの値となっている。概ねの原理としては、λ１１に対しては、放射エレメント５０の上部エレメントと、放射エレメント５３の上部エレメントが、ダイポールとして動作すると考えられる。同様に、λ１２に対しては、放射エレメント５０の下部エレメントと、放射エレメント５３の下部エレメントが、ダイポールとして動作している。また、λ２１及びλ２２に対しては、放射エレメント５１の上部及び下部エレメントと、放射エレメント５２の上部及び下部エレメントが、それぞれダイポールとして動作している。但し、実際には、放射エレメント５０と放射エレメント５２、及び放射エレメント５１と放射エレメント５３は、距離的に近接しており、図１３の透視図でも重なり合っている部分があるため、高周波的に結合している。従って、共振周波数及び帯域の調整は、放射エレメントの形状、長さ、幅、重なり合う部分の面積を考慮して行なう必要がある。
【００２０】
ここで、放射エレメント５０と放射エレメント５２、及び放射エレメント５１と放射エレメント５３が、距離的に近接していれば、図１３の透視図において重なり合う部分がほとんどないような構造になっている場合でも、放射エレメント同士の距離や形状の調整により、λ１１、λ１２、λ２１、λ２２で共振し、λ１１〜λ１２の間の周波数及びλ２１〜λ２２の間の周波数で整合がとれる特性となる可能性がある。
すなわち、本発明のアンテナにおける動作原理の要点としては、放射エレメント５０と放射エレメント５２、及び放射エレメント５１と放射エレメント５３を距離的に近接させ、必要に応じて重なり合う部分を故意に作り、高周波的に結合させて、上記のλ１１〜λ１２の間の周波数及びλ２１〜λ２２の間の周波数でも、結合部分のインピーダンスにより、整合がとれるように調整していることが重要である。
なお、請求項１〜８のアンテナにおいても、近接する放射エレメント同士の高周波結合が存在していることが本発明の前提であり、この結合量の度合いにより必要な帯域を得る調整を行なうものである。例えば、図１における放射エレメント２の上部と放射エレメント４の上部においても、相当量の結合が存在する。また、図１２では、放射エレメント４０の上部と放射エレメント４２の上部の結合の他に、放射エレメント４０の上部先端部は、放射エレメント下部先端部とも結合している。
ここまでの説明では、各放射エレメントの上部と下部の長さは異なる長さとしているが、目的とする周波数帯域が、５％またはそれ以下の場合においては、図１〜図９のように各放射エレメントの上部と下部の長さがほぼ等しい構造も有効である。
【００２１】
図１８は、図１３のアンテナを使用し、そのときの条件として、比誘電率２．６、厚さ０．８ｍｍのプリント基板を使用し、Ｌ１が１００ｍｍ、Ｌ２が８８ｍｍ、Ｌ３が４３ｍｍ、Ｌ４が３８ｍｍとした場合におけるリターンロス特性の実測値の一例を示す図である。縦軸はリターンロス（ｄＢ）を表し、横軸は周波数（ＭＨｚ）を表す。リターンロス１４ｄＢ以上の帯域は、７３０ＭＨ〜９２７ＭＨｚ（比帯域２４％）帯域、及び１．８５４ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚ（比帯域２６％）帯域Ｅが得られており、下限周波数で目的とする帯域がややシフトしているが、比帯域的には十分な特性が得られている。
図１９は、図１８の寸法における方位方向面内の放射パターンの実測値の一例を示す図である。本アンテナの主偏波は、図１３の放射エレメント５０の下側部、または放射エレメント５３の下側部に平行な電界の直線偏波である。図１９の測定は、この偏波方向を回転軸として回転スイ−プさせ、主偏波で測定したもので、図１３の上部方向が図１９の０度方向に相当する。この図から明らかなように、８００ＭＨｚ帯においては、良好な無指向性が得られている。また、２ＧＨｚ帯のおいても、帯域の下限の周波数（１．９２ＧＨｚ）においては、前記同様に良好な無指向性が得られているのがわかる。
図２０は、無線ＬＡＮの使用を想定して、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯の帯域確保するために試作してリターンロス特性を測定した一例である。縦軸はリターンロス（ｄＢ）を表し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を表す。２．４〜２．５ＧＨｚ及び４．９〜５．９ＧＨｚにおいて１４ｄＢ以上のリターンロスが得られている。
【００２２】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、プリント基板上に２種類の周波数に共振する放射エレメントを両面に形成してダイポールアンテナを構成するので、誘電体を絶縁材料としてアンテナが形成でき、しかも、エッチング技術により容易に同じ特性のものが大量生産でき、品質の均一化とコストダウンを図ることができる。
また請求項２では、誘電体を挟んで平衡２線伝送路を形成し、給電点近傍でマイクロストリップラインを形成するので、同軸ケーブルとのインピーダンス整合を図ることができ、この給電線の一体化により、さらなるコストダウンができる。
また請求項３では、請求項２と同様の作用効果を奏する。
また請求項４では、各導体からプリント基板の端面まで平衡２線伝送路により形成するので、平衡ケーブとのインピーダンス整合を図ることができ、この給電線の一体化により、さらなるコストダウンができる。
また請求項５では、請求項４と同様の作用効果を奏する。
また請求項６では、プリント基板の同一面に同じ形状の導体の頂部を近接対向して形成するので、パターン構成が単純化でき、設計を容易とすることができる。
また請求項７では、誘電体を挟んで平衡２線伝送路を形成し、給電点近傍でマイクロストリップラインを形成するので、同軸ケーブルとの整合を図ることができ、この給電線の一体化により、さらなるコストダウンができる。
また請求項８では、周波数の低い方は全長が長いＵ字型の導体を使用し、周波数の高い方は全長が短いＶ字型の導体を使用するので、異なる２種類の周波数を１つのアンテナで共用することができる。
また請求項９では、プリント基板を介して導体を重なるように形成するので、高周波の結合が密になり、比較的広い帯域を確保したい場合に調整しやすくなる。
また請求項１０では、導体の幅を部分的に太くしたり細くしたりして、導体同士の重なり面積を調整するので、高周波の結合度を調整することができ、所望の電気特性に合せ込むことが容易となる。
また請求項１１では、２種類の長さの異なる金属導体によりアンテナを構成するので、簡易な材料で容易にアンテナを作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の表面のみを図示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の裏面のみを図示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の表面のみを図示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の裏面のみを図示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の表面のみを図示した図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の裏面のみを図示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態に係る周波数共用アンテナの外観図である。
【図１７】本発明のアンテナで用いられる放射エレメント形状の外観図をまとめた図である。
【図１８】本発明のリターンロス特性の実測値の一例を示す図である。
【図１９】本発明の方位方向面内の放射パターンの実測値の一例を示す図である。
【図２０】本発明のリターンロス特性の実測値の一例を示す図である。
【図２１】従来技術のアンテナの第１の例を示す図である。
【図２２】従来技術のアンテナの第２の例を示す図である。
【符号の説明】
１　プリント基板、２、５　Ｕ字型の放射エレメント、３、４　Ｖ字型の放射エレメント、６、７　スルーホール、８、９　給電線
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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