(57)【要約】【課題】簡易な構造で実装の容易なアンテナ装置を得る。【解決手段】誘電体で構成された基材１０ａと、基材１０ａの内周面において円錐状に形成された第１のアンテナ素子１１と、基材１０ａの平坦面において第１のアンテナ素子１１と所定の間隔をあけて形成された円状の第２のアンテナ素子１２とを有する構造とする。第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２は、それぞれの回転中心軸が相互に一致して形成されている。【選択図】        図１
2004236086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で構成された基材と、
前記基材の周面に三次元的形状で形成された第１のアンテナ素子と、
前記基材の周面に三次元的形状で、または前記基材の平坦面に二次元的形状で、前記第１のアンテナ素子と所定の間隔をあけて形成された第２のアンテナ素子と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
誘電体で構成された基材と、
前記基材の周面において錐状、筒状または柱状に形成された第１のアンテナ素子と、
前記基材の周面において錐状、筒状または柱状に、あるいは前記基材の平坦面において面状に、前記第１のアンテナ素子と所定の間隔をあけて形成された第２のアンテナ素子と、を有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の少なくとも何れかは、前記基材の内周面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子は、それぞれの回転中心軸が相互に一致して形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記基材には、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子と所定の間隔をあけて第３のアンテナ素子が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ装置が用いられ、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の一方には信号源からの信号が、他方には接地電位がそれぞれ給電されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
請求項５記載のアンテナ装置が用いられ、前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の一方には信号源からの信号が、他方には接地電位がそれぞれ給電されるとともに、前記第３のアンテナ素子は無給電とされていることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、広帯域通信システムや超広帯域通信システムなどでの使用に好適なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯以上の周波数では広い周波数帯の利用が可能になるため、画像等の大容量データの高速伝送に適した広帯域な無線システムが実現できる。そして、近年では、さらなる広帯域・高速度の通信を可能にする通信技術の実現に向けた開発が進められている。このような高速の情報伝送を無線で行う手段の一つとして、超広帯域（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）無線技術を用いた通信システム（ＵＷＢ無線システム）が注目されている。
【０００３】
ＵＷＢ無線システムは、数ギガヘルツ幅以上の非常に広い周波数帯域を使用するため、使用されるアンテナ装置の周波数特性は、たとえば下限周波数からその２〜１０倍程度の周波数範囲に及ぶ極めて広帯域であることが要求される。
【０００４】
このような広帯域特性を有するアンテナ装置として、たとえばディスコーンアンテナ、バイコニカルアンテナ、ブラウンアンテナ、コニカルホイップアンテナなどがある。これらのアンテナ装置は、棒状、円柱状、円筒状、円錐状あるいは円板状の金属導体で構成されるアンテナ素子の組み合わせ（一般には、同一または異なる形状の２つのアンテナ素子の組み合わせ）で構成される。
【０００５】
図８にディスコーンアンテナの構造を示す。図示するように、ディスコーンアンテナは、円錐導体素子２１と、円錐導体素子２１の頂点を通る回転中心軸に回転中心軸が一致するようにして円錐導体素子２１の頂点側に所定の間隔をあけて近接配置された円板導体素子２２とで構成されている。そして、同軸ケーブル１４により、円板導体素子２２の中心を給電点Ｐとして信号が給電され、円錐導体素子２１の頂点を給電点Ｐとして接地電位が給電される。
【０００６】
図９にバイコニカルアンテナの構造を示す。バイコニカルアンテナは、２つの円錐導体素子２３，２４から構成されており、それぞれの頂点を通る回転中心軸を相互に一致させ、且つ各頂点を向かい合わせて所定の間隔をあけて近接配置したものである。そして、各頂点を給電点Ｐとして信号が給電される。
【０００７】
図１０にブラウンアンテナの構造を示す。ブラウンアンテナは、円錐導体素子２５と、円錐導体素子２５の頂点を通る回転中心軸に回転中心軸が一致するようにして円錐導体素子２５の頂点側に所定の間隔をあけて近接配置された柱状導体素子２６とで構成されている。そして、柱状導体素子２６の端部を給電点Ｐとして信号が給電され、円錐導体素子２５の頂点を給電点Ｐとして接地電位が給電される。
【０００８】
ここで、アンテナ装置を構成するアンテナ素子における実際の製品レベルでの構造の一例を図１１および図１２に示す。図１１においては、円錐導体素子２１が、線状の円環導体部２１ａと、この円環導体部２１ａと頂点とを結んで等間隔に配置された複数の線状の放射状導体部２１ｂとで構成されている。また、図１２においては、このような円錐導体素子２１に加えて、円板導体素子２２が、線状の円環導体部２２ａと、この円環導体部２２ａと中心点とを結んで等間隔に配置された複数の線状の放射状導体部２２ｂとで構成されている。
【０００９】
このように、アンテナ素子が線状部材で構成される場合には、所望のアンテナ形状および構成となるように、たとえばフッ素樹脂やＡＢＳ樹脂などの絶縁物からなるセパレータ等の付属部材を用いて線状部材である素子構成部材を固定・保持することが必要になる。そのため、構造が複雑になり、実装のために多くの工数が必要となる。
【００１０】
このような構造上および実装上の問題を解決するための技術として、たとえば特開２００１−３１３５１４号公報には、筒体の内面にヘリカル状のメッキを施したアンテナが開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３１３５１４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した技術はアンテナ素子の１つを示しているに過ぎず、このままでは信号の送受信をするアンテナ装置を構成することはできない。
【００１３】
そこで、本発明は、簡易な構造で実装の容易なアンテナ装置およびそれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るアンテナ装置は、誘電体で構成された基材と、基材の周面において錐状、筒状または柱状など三次元的な形状に形成された第１のアンテナ素子と、基材の周面において錐状、筒状または柱状など三次元的な形状に、または平坦面において二次元的な形状に、第１のアンテナ素子と所定の間隔をあけて形成された第２のアンテナ素子と、を有することを特徴とする。
【００１５】
このような発明によれば、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とが誘電体の基材に形成されて一体化されているので、素子構成部材と付属部材とを用いて所望の形状のアンテナ素子を組み立てる必要がなくなり、簡易な構造でそのまま実装可能なアンテナ装置が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図２は本発明の他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図３は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図４は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図５は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を示す斜視図、図６は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図７は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態のアンテナ装置１０はディスコーンアンテナを形成しており、誘電体で構成された円柱状の基材１０ａを有している。基材１０ａには円錐状の内部空間が形成されており、その内周面には金属導体層がパターニングされた第１のアンテナ素子１１が形成されている。また、基材１０ａの外側に面した平坦面上には、同じく金属導体層が円形にパターニングされた第２のアンテナ素子１２が、第１のアンテナ素子１１と所定の間隔をあけてこの第１のアンテナ素子１１の頂点側に形成されている。そして、第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２は、それぞれの回転中心軸が相互に一致するように配置されている。
【００１９】
なお、基材１０ａを構成する誘電体としては、たとえばセラミック（コーディライト、フォルステライト、アルミナ、ガラス系セラミック、酸化チタン系セラミック等、またはこれらの混合物）、樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ビスマレイミド、トリアジン、液晶ポリマー等）、あるいはセラミックと樹脂とのコンポジット材料等がある。
【００２０】
このようなアンテナ装置１０を無線通信装置に内蔵する場合には、第１のアンテナ素子１１が基板（図示せず）の実装面に向かい合うようにして搭載する。そして、図示するように、給電線である同軸ケーブル１４により、第２のアンテナ素子１２の中心を給電点Ｐとして信号源（図示せず）から信号を給電し、第１のアンテナ素子１１の頂点を給電点Ｐとして接地電位を給電する。そして、図１に示すディスコーンアンテナの場合には、アンテナが共振する一番低い周波数の４〜８倍程度の広い周波数帯域で共振が得られる。
【００２１】
第１のアンテナ素子１１、第２のアンテナ素子１２および給電点Ｐを構成する電極は、銅や銀などの金属導体層をパターニングして形成されている。具体的には、たとえば銀等の金属ペーストをパターン印刷して焼き付ける方法、金属パターン層をメッキで形成する方法、薄い金属膜をエッチングによりパターニングする方法、板金加工などで作成した金属を装着する方法などにより形成されている。
【００２２】
なお、以下に説明する場合を含め、第１のアンテナ素子１１を接地電位とし、第２のアンテナ素子１２に信号を給電するようにしてもよい。
【００２３】
また、この図１および後述する図６以外では、図示の簡略化のために同軸ケーブル１４は省略されている。また、本発明のアンテナ装置としては、同軸ケーブルなどの給電線は必須ではない。
【００２４】
このように、本実施の形態のアンテナ装置１０によれば、第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２とが誘電体の基材１０ａに形成されて一体化されているので、従来のアンテナ装置にようにアンテナ素子の構成部材と付属部材とを用いて所望の形状のアンテナ素子を組み立てる必要がなくなる。したがって、簡易な構造になるとともに、アンテナ装置１０をそのまま基板上に実装することが可能になる。
【００２５】
また、第１のアンテナ素子１１を基材１０ａの内周面に形成しているので、アンテナ装置１０の取り扱い時や基板への実装時などにおいて第１のアンテナ素子１１が傷つくおそれが緩和される。
【００２６】
以上説明したアンテナ装置１０は、図２に示すように実装方向を逆にし、第２のアンテナ素子１２が基板（図示せず）の実装面に向かい合うようにして搭載してもよい。なお、この場合には、第１のアンテナ素子１１には信号を給電し、第２のアンテナ素子１２には接地電位を給電する。
【００２７】
次に、本発明のアンテナ装置をディスコーンアンテナ以外に適用した場合について説明する。
【００２８】
図３に示すアンテナ装置１０はバイコニカルアンテナを形成しており、円柱状の基材１０ａには、それぞれの回転中心軸が相互に一致するようにして、２つの円錐状の内部空間が各頂点を向かい合わせにして形成されている。そして、一方の内周面には第１のアンテナ素子１１が、他方の内周面には第２のアンテナ素子１２がそれぞれ形成されている。なお、図３に示すアンテナ装置１０では、第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２の頂点を給電点Ｐとして信号が給電される。
【００２９】
次に、図４に示すアンテナ装置１０はブラウンアンテナを形成している。円柱状の基材１０ａには円錐状の内部空間が形成されて第１のアンテナ素子１１が形成されている。また、第１のアンテナ素子１１の回転中心軸に回転中心軸が一致するようにして円柱状の穴が形成されており、この穴の内周面には金属導体層がパターニングされた第２のアンテナ素子１２が形成されている。なお、図４に示すアンテナ装置１０では、第１のアンテナ素子１１の頂点および第２のアンテナ素子１２の第１のアンテナ素子１１側の端部が給電点Ｐとされる。
【００３０】
図５に示すアンテナ装置１０はディスコーンアンテナを形成するものであるが、基材１０ａの形状が円錐台状となっている。このように、基材１０ａの形状は円錐台状であってもよい。さらに、本発明において基材１０ａは、図５に示す円錐台状あるいは図１〜図４に示す円柱状に限定されるものではなく、たとえば筒状、角錐状、角錐台状などの形状とすることができる。
【００３１】
また、周面に形成されたアンテナ素子は円錐状に限定されるものではなく、角錐状、柱状（円柱状および多角柱状）、筒状（円筒状および多角筒状）、螺旋状など、様々な三次元的形状とすることができる。そして、三次元的形状で形成されている限り、周方向の全体にわたって形成されている必要はない。さらに、平坦面に形成されたアンテナ素子についても面状であればよく、正方形、長方形、楕円形や円形、さらにはこれら以外の様々な二次元的な形状であってもよい。
【００３２】
なお、これらのアンテナ素子の形状は、金属導体層を当該形状に沿って全面にパターニングして形成することもできるが、たとえばある１点から放射状に線状の金属導体層を多数形成して全体として円錐状や円状を形成したり、メッシュ構造で所望の形状を構成するようにしてもよい。なお、本明細書において、円錐状や角錐状などの錐状には、頂点部分が欠けた円錐台状や角錐台状の形状も含まれる。
【００３３】
そして、以上の説明においては、第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２の少なくとも何れかが基材１０ａの内周面に形成されているが、図６に示すように、基材１０ａの外周面に形成してもよい。なお、図示する場合には、１つのアンテナ素子を外周面に形成しているが、２つのアンテナ素子を何れも外周面に形成することもできる。
【００３４】
さらに、アンテナ装置１０には、信号および接地電位の何れも給電されない無給電の第３のアンテナ素子１３を設けてもよい。つまり、たとえば図７に示すダイポールアンテナにおいて、円筒形の基材１０ａの両端から形成された２つの内部空間にそれぞれ円筒状の第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２が形成されており、無線通信装置に搭載された状態においては、同軸ケーブル１４により、円筒状の各アンテナ素子１１，１２の端面を給電点Ｐとして、信号および接地電位がそれぞれ給電されるようになっている。そして、基材１０ａの外周面に、第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２と基材１０ａの厚み分の間隔を隔てて第３のアンテナ素子１３が形成されている。
【００３５】
このような無給電の第３のアンテナ素子１３を設けることにより、アンテナ装置１０を所望のアンテナ特性にチューニングすることができる。
【００３６】
図７においては、第３のアンテナ素子１３は基材１０ａの外周面に形成されているが、内周面あるいは平坦面に形成することもできる。また、その形状についても自由に設定することができる。
【００３７】
以上説明したアンテナ装置１０は、たとえば携帯電話機、移動端末、無線ＬＡＮカードの内蔵アンテナ等、様々な無線通信装置に搭載することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００３９】
すなわち、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とが誘電体の基材に形成されて一体化されているので、素子構成部材と付属部材とを用いて所望の形状のアンテナ素子を組み立てる必要がなくなり、簡易な構造でそのまま実装可能なアンテナ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。
【図８】ディスコーンアンテナの構造を示す説明図である。
【図９】バイコニカルアンテナの構造を示す説明図である。
【図１０】ブラウンアンテナの構造を示す説明図である。
【図１１】ディスコーンアンテナの構造の他の一例を示す説明図である。
【図１２】ディスコーンアンテナの構造のさらに他の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  アンテナ装置
１０ａ  基材
１１  第１のアンテナ素子
１２  第２のアンテナ素子
１３  第３のアンテナ素子
１４  同軸ケーブル
Ｐ  給電点
【図１】
2004236086.tif 000003
【図２】
2004236086.tif 000004
【図３】
2004236086.tif 000005
【図４】
2004236086.tif 000006
【図５】
2004236086.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004236086.tif 000009
【図８】
2004236086.tif 000010
【図９】
2004236086.tif 000011
【図１０】
2004236086.tif 000012
【図１１】
2004236086.tif 000013
【図１２】
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