(57)【要約】【課題】実装が容易で広帯域特性を有するアンテナ装置を得る。【解決手段】実装基板１３と、円状の導体で形成され、実装基板１３に設けられた第１のアンテナ素子１１と、円錐状の導体で形成され、頂点を通る回転中心軸が第１のアンテナ素子１１の回転中心軸と一致して配置されるとともに頂点を実装基板１３側にして第１のアンテナ素子１１と非接触で実装基板１３に搭載された第２のアンテナ素子１２と、第２のアンテナ素子１２の頂点および第１のアンテナ素子１１の所定位置で構成され、電源と接続された給電部Ｐと、を備えたアンテナ装置とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
円状の導体で形成され、前記実装基板に設けられた第１のアンテナ素子と、
円錐状の導体で形成され、頂点を通る回転中心軸が前記第１のアンテナ素子の回転中心軸と一致して配置されるとともに前記頂点を前記実装基板側にして前記第１のアンテナ素子と非接触で前記実装基板に搭載された第２のアンテナ素子と、
前記第２のアンテナ素子の前記頂点および前記第１のアンテナ素子の所定位置で構成され、電源と接続された給電部と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記給電部は、同軸ケーブルを介して前記電源と接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第２のアンテナ素子の前記給電部は、前記第２のアンテナ素子の前記回転中心軸と直交して前記頂点に設けられて前記実装基板に面実装される板状体、前記第２のアンテナ素子の頂点に設けられて前記実装基板に挿入可能とされたピン状体、または前記第２のアンテナ素子の前記頂点に設けられてコネクタを介して嵌合する端子を備え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】
前記実装基板にスルーホールが形成されるとともに前記同軸ケーブルは前記実装基板の前記第２のアンテナ素子とは反対側に配置され、
前記同軸ケーブルの外部導体が前記スルーホールの周縁部で前記第１のアンテナ素子と電気的に接続され、内部導体が前記スルーホールを通って前記第２のアンテナ素子と電気的に接続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】
前記給電部は、前記実装基板に形成された第１の導体層および第２の導体層を介して前記電源と接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１のアンテナ素子および前記第１の導体層は前記実装基板における前記第２のアンテナ素子の搭載面と同一面に設けられて相互に電磁的に接続され、
前記第２の導体層は前記第２のアンテナ素子の搭載面と反対面に設けられて前記実装基板に形成されたスルーホールを通って前記第２のアンテナ素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１のアンテナ素子および前記第１の導体層は前記実装基板における前記第２のアンテナ素子の搭載面と反対面に設けられて相互に電磁的に接続され、
前記第２の導体層は前記第２のアンテナ素子の搭載面と同一に設けられて前記第２のアンテナ素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第１のアンテナ素子には接地電位が、前記第２のアンテナ素子には信号がそれぞれ給電されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第１のアンテナ素子は、前記実装基板と一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９記載の何れか一項に記載のアンテナ装置が用いら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、アンテナ装置およびそれを用いた無線通信装置に関し、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】
現在、通信ネットワーク技術の普及に伴い、様々な機器に情報通信機能が搭載され、それらのネットワーク化が進められている。一方、オフィスや家庭における情報家電等の普及に伴い、配線不要なネットワークの実現が求められている。これらの機器では、動画像や大容量データを伝送する必要から、高速、大容量の通信環境に対応する無線技術が必要である。
【０００３】
そして、マイクロ波帯以上の高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。例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、１００〜５００メガヘルツ程度の周波数帯域を利用して数十メガビット毎秒程度の伝送速度を実現している。
【０００４】
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。
【０００５】
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にわたってパルス状の電波を拡散させるシステムで、伝送速度が１００メガビット毎秒程度の高速通信、高精度な無線測位等を可能にするものとして実用化が期待されている。これらの無線方式では、利用する電波の周波数範囲が、下限周波数からその２〜数倍程度の広範囲を想定している。このため、使用される機器の周波数特性は極めて広帯域であることが要求される。
【０００６】
ここで、高周波特性を満たすアンテナ装置として、たとえば逆Ｆアンテナやパッチアンテナが知られている。
【０００７】
逆Ｆアンテナは、一方端を接地導体と接続した接地端とした板状導体を接地導体と平行に配置し、この板状導体の接地端と開放端との間の適当な位置に給電線を介して信号を給電するようにしたものである。また、パッチアンテナは、誘電体で構成された矩形形状の基体の一方の主面上に放射電極を、他方の主面上に接地電極をそれぞれ形成し、放射電極に給電線を接続して信号を給電するようにしたものである。
【０００８】
しかしながら、これらのアンテナ装置は、高周波特性は良好であるものの広帯域化が困難なために、前述した広帯域・高速度の通信向けの機器の使用には適さない。
【０００９】
また、広帯域特性を満たすアンテナ装置として、たとえばバイコニカルアンテナやディスコーンアンテナが知られている。
【００１０】
バイコニカルアンテナは、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２つの円錐導体素子から構成されており、各頂点を給電点として信号を給電するようにしたものである。また、ディスコーンアンテナは、図１４に示すように、頂点を上方に向けて実装基板上に山形に取り付けられた円錐導体素子２２と、円錐導体素子２２の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２２の頂点側に近接配置された円板導体素子２１とで構成され、先端に位置する頂点を給電点Ｐとして、同軸ケーブル２４などを用いて円板導体素子２１および円錐導体素子２２に信号を給電するようにしたものである（たとえば、非特許文献１参照）。
【００１１】
【非特許文献１】
社団法人電気通信学会編「アンテナ工学ハンドブック」株式会社オーム社、昭和５５年１０月３０日、ｐ．７９、ｐ．４１２−４１３
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイコニカルアンテナやディスコーンアンテナでは給電点が円錐導体素子の頂点に位置するために、実装基板に搭載する際には、給電ラインを実装基板の基板面から給電点まで立ち上げなければならず、極めて実装性が悪い。
【００１３】
そこで、本発明は、実装が容易で広帯域特性を有する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、実装基板と、円状の導体で形成され、実装基板に設けられた第１のアンテナ素子と、円錐状の導体で形成され、頂点を通る回転中心軸が第１のアンテナ素子の回転中心軸と一致して配置されるとともに頂点を実装基板側にして第１のアンテナ素子と非接触で実装基板に搭載された第２のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子の頂点および第１のアンテナ素子の所定位置で構成され、電源と接続された給電部と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
このように、円状の第１のアンテナ素子を実装基板に設け、頂点を実装基板側にして第１のアンテナ素子と同軸上に円錐状の第２のアンテナ素子を搭載し、第２のアンテナ素子では頂点を給電部としたことから、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子には実装基板から直に給電することが可能となり、実装が容易で広帯域特性を有する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示す斜視図、図２は図１の断面図、図３は図１のアンテナ装置におけるＶＳＷＲ−周波数特性を示すグラフ、図４は本発明の他の実施の形態であるアンテナ装置を示す斜視図、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示す斜視図、図８は図７の断面図、図９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１０は図９の断面図、図１１は本発明のアンテナ装置における第２のアンテナ素子の実装基板への搭載形態の変形例を示す説明図、図１２は本発明のアンテナ装置における第２のアンテナ素子の実装基板への搭載形態の他の変形例を示す説明図、図１３は本発明のアンテナ装置における第２のアンテナ素子の実装基板への搭載形態のさらに他の変形例を示す説明図である。
【００１８】
本実施の形態のアンテナ装置１０は無線通信装置に搭載されるもので、図１および図２に示すように、実装基板１３と、実装基板１３に設けられた円状に形成された導体からなる第１のアンテナ素子１１と、円錐状に形成された導体からなる第２のアンテナ素子１２とで構成されている。第２のアンテナ素子１２は、その頂点を通る回転中心軸が第１のアンテナ素子１１の回転中心軸と一致して配置され、頂点を実装基板１３側にして搭載されている。これら第１のアンテナ素子１１と第２のアンテナ素子１２とは相互に非接触で実装基板に搭載されている。
【００１９】
そして、第１のアンテナ素子１１の中心および第２のアンテナ素子１２の頂点とで給電部Ｐが構成され、図１に示す場合には、外部導体１４ａと内部導体１４ｂとを同軸上に配置した同軸ケーブル１４により図示しない電源と接続されている。
【００２０】
なお、実装基板１３にはスルーホール１３ａが形成されており、同軸ケーブル１４は、内部導体１４ｂがこのスルーホール１３ａを通って第２のアンテナ素子１２に接続され、外部導体１４ａはスルーホール１３ａの周縁部で第１のアンテナ素子１１と接続されて、実装基板１３の第２のアンテナ素子１２の搭載面とは反対側に配置されている。そして、このような接続により、第１のアンテナ素子１１には接地電位が給電され、第２のアンテナ素子１２には信号が給電される。但し、以下に説明する場合を含めて、第１のアンテナ素子１１に信号を、第２のアンテナ素子１２に接地電位を、それぞれ給電するようにしてもよい。
【００２１】
ここで、本実施の形態のアンテナ装置１０では、光の速度をｖｏ  （≒３×１０８  〔ｍ／ｓ〕）、使用周波数の下限値をｆｃ  、使用周波数の波長をλｃ  （＝ｖｏ  ／ｆｃ  ）とした場合、第２のアンテナ素子１２を構成する円錐の高さＡ≧０．２λｃ  、円錐の底面直径Ｂ≧０．２２８λｃ  、円錐角θ≒３０（度）、円板直径Ｄ≧Ｂとなっている。但し、これらの数値は一例に過ぎず、本発明がこれらに限定されるものではない。
【００２２】
このような構成を有するアンテナ装置１０におけるＶＳＷＲ−周波数特性を図３に示す。図示するように、約３〜１２ＧＨｚという高い周波数の極めて広い帯域にわたって良好な特性を示しているのが分かる。
【００２３】
そして、以上説明したように、円状の第１のアンテナ素子１１を実装基板１３に設け、これと同軸上に配置される円錐状の第２のアンテナ素子１２を、その頂点を実装基板１３側にして搭載し、第２のアンテナ素子１２ではその頂点を給電部Ｐとしたので、第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２には実装基板１３から直に給電することが可能となる。これにより、従来のアンテナ装置（図１４参照）のように実装基板１３の基板面と離間した給電点Ｐまで給電ラインを立ち上げる必要がなくなり、実装が容易で広帯域特性を有するアンテナ装置が得られる。
【００２４】
ここで、同軸ケーブル１４を用いた接続には、図１および図２に示すように直接第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２に接続する形態以外にも種々のものが考えられる。
【００２５】
一例を挙げると、図４に示すように、第２のアンテナ素子１２の給電部Ｐである頂点に、その回転中心軸と直交する板状体１２ａを設け、実装基板１３に面実装するようにしてもよい。
【００２６】
また、図５に示すように、第２のアンテナ素子１２の給電部Ｐである頂点に、実装基板１３に挿入可能なピン状体１２ｂを設け、このピン状体１２ｂにより実装基板１３に挿入して実装するようにしてもよい。なお、図５に示す場合には、内部導体１４ｂと接続されてピン状体１２ｂと嵌合するピン１４ｂ１  および外部導体１４ａと接続されて第１のアンテナ素子１１と面接触するフランジ１４ａ１  からなるプラグ構造を同軸ケーブル１４の先端に設けてこれを実装基板１３に一体に固定して、第２のアンテナ素子１２のピン状体１２ｂを挿入するようにしている。
【００２７】
さらに、図６に示すように、第２のアンテナ素子１２の給電部Ｐである頂点にコネクタ（同軸コネクタ）を介して嵌合する端子を設け、これを同軸ケーブル１４の先端に設けられたコネクタ（同軸コネクタ）の端子と嵌合させるようにしてもよい。すなわち、第１のアンテナ素子１１および第２のアンテナ素子１２の給電点Ｐには、第１のアンテナ素子１１と接続されたフランジＣ１ａおよび第２のアンテナ素子１２と接続された端子Ｃ１ｂとを備えたコネクタＣ１を設け、同軸ケーブル１４には、内部導体１４ｂと接続されるとともに端子Ｃ１ｂと嵌合する端子Ｃ２ｂと外部導体１４ａと接続されるとともにフランジＣ１ａと接触するフランジＣ２ａとを備えたコネクタＣ２を設け、コネクタＣ１とコネクタＣ２とを嵌合させるものである。
【００２８】
なお、以上のように同軸ケーブル１４を用いるのではなく、たとえば図７〜図１０に示すように、実装基板１３に形成された第１の導体層１５および第２の導体層１６からなる給電線路を介して前記電源と接続するようにしてもよい。
【００２９】
一例を挙げると、図７および図８に示すように、第１のアンテナ素子１１および接地電位を給電する面状の第１の導体層１５を実装基板１３における第２のアンテナ素子１２の搭載面と同一面に設けて相互に電磁的に接続するようにし、信号を給電するたとえばマイクロストリップ線路など線状の第２の導体層１６を第２のアンテナ素子１２の搭載面と反対面から実装基板１３に形成されたスルーホール１３ａを通って第２のアンテナ素子１２の給電点に至るように設けて第２のアンテナ素子１２と電気的に接続することができる。
【００３０】
あるいは、図９および図１０に示すように、第１のアンテナ素子１１および第１の導体層１５を実装基板１３における第２のアンテナ素子１２の搭載面と反対面に設けて相互に電磁的に接続するようにし、第２の導体層１６を第２のアンテナ素子１２の搭載面と同一に設けて第２のアンテナ素子１２と電気的に接続することができる。
【００３１】
なお、図７〜図１０において、第１のアンテナ素子１１と第１の導体層１５との間にはギャップが設けられて電磁的に接続されているが、直接電気的に接続してもよい。また、同軸ケーブル１４を用いた場合を含め、第１のアンテナ素子１１は、たとえばエッチング等の手段により実装基板１３と一体に形成することができる。
【００３２】
以上の説明においては、第２のアンテナ素子１２の頂点が実装基板１３の面上に位置したアンテナ装置１０が図示されているが、図１１に示すように、たとえば第２のアンテナ素子１２をピン状体１２ｂで実装基板１３に装着するようにし、その頂点が実装基板１３の基板面と離間していてもよい。
【００３３】
また、本明細書において第２のアンテナ素子１２の形状を表す円錐状とは、尖った頂点を有した幾何学上の円錐形状のみを指すものではなく、図１２および図１３に示すように、頂点側が切り欠き形状になった円錐台も含まれる。この場合、図１２に示すように、切り欠き形状の頂点が実装基板１３の面上に位置するようにして第２のアンテナ素子１２を実装基板１３に装着しても、図１２に示すように、実装基板１３の基板面と離間するようにして装着してもよい。
【００３４】
さらに、第１および第２のアンテナ素子１１，１２の形状には、金属導体を当該形状に沿って隙間なく配してもよいが、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、全体として円錐状や円状を形成するようにしてもよい。
【００３５】
なお、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。
【００３６】
【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。
【００３７】
すなわち、円状の第１のアンテナ素子を実装基板に設け、頂点を実装基板側にして第１のアンテナ素子と同軸上に円錐状の第２のアンテナ素子を搭載し、第２のアンテナ素子では頂点を給電部としたことから、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子には実装基板から直に給電することが可能となり、実装が容易で広帯域特性を有する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示す斜視図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図１のアンテナ装置におけるＶＳＷＲ−周波数特性を示すグラフである。
【図４】本発明の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示す斜視図である。
【図８】図７の断面図である。
【図９】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１０】図９の断面図である。
【図１１】本発明のアンテナ装置における第２のアンテナ素子の実装基板への搭載形態の変形例を示す説明図である。
【図１２】本発明のアンテナ装置における第２のアンテナ素子の実装基板への搭載形態の他の変形例を示す説明図である。
【図１３】本発明のアンテナ装置における第２のアンテナ素子の実装基板への搭載形態のさらに他の変形例を示す説明図である。
【図１４】従来のディスコーンアンテナの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  アンテナ装置
１１  第１のアンテナ素子
１２  第２のアンテナ素子
１２ａ  板状体
１２ｂ  ピン状体
１３  実装基板
１３ａ  スルーホール
１４  同軸ケーブル
１４ａ  外部導体
１４ａ１    フランジ
１４ｂ  内部導体
１４ｂ１    ピン
１５  第１の導体層
１６  第２の導体層
２１  円板導体素子
２２  円錐導体素子
２３  実装基板
２４  同軸ケーブル
Ｃ１  コネクタ
Ｃ１ａ  フランジ
Ｃ１ｂ  端子
Ｃ２  コネクタ
Ｃ２ａ  フランジ
Ｃ２ｂ  端子
Ｐ  給電点
【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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