(57)【要約】【課題】  小型にかつ平面的に構成することにより、デスクトップパソコンやビデオやテレビ等のＡＶ機器に内蔵することが可能な、無指向性の広帯域アンテナを提供する。【解決手段】  楕円または長円の導体板からなる第１の放射素子と、円環状の導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状の導体からなる第３の放射素子と、同軸ケーブルから構成され、第１の放射素子の下端部と第２の放射素子の下端部が導体で接続され、かつ同軸ケーブルの中心導体に接続され、さらに第３の放射素子の頂部が同軸ケーブルの外部導体に接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円形又は長円形の導体板からなる第１の放射素子と、楕円形又は長円形の環状導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状の導体板からなる第３の放射素子と、同軸ケーブルと、を備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間が導体により接続されると共に、前記第１の放射素子と第２の放射素子が略平行に対向配置され、且つ前記第３の放射素子が前記同軸ケーブルに沿って前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端から下方向に延伸して配置され、前記同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を逆Ｕ字形状の導体板から成る第３の放射素子の頂部に接続したことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
平板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、平板状の導体板からなる第３の放射素子と、同軸ケーブルと、を備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間が導体により接続されると共に、前記第１の放射素子と第２の放射素子が略平行に対向配置され、且つ前記第３の放射素子が前記同軸ケーブルに沿って前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部から下方向に延伸して配置され、前記同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を前記第３の放射素子の一部に接続したことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
前記第１の放射素子の形状は円形、長方形、又は多角形であり、前記第２の放射素子は前記第１の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の放射素子は、円形、長方形、又は多角形の何れかの形状を備え、前記第２の放射素子は中心部を前記第１の放射素子の何れかと近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第３の放射素子の形状は、逆Ｕ字形状、コの字状、楕円形、又は長円形であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項６】
板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、環状の導体板からなる第３の放射素子と、板状の導体板からなる第４の放射素子と、同軸ケーブルとを備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子の下端部と第２の放射素子の各下端部間が導体で接続されると共に、前記第１の放射素子と第２の放射素子が略平行に対向配置され、前記第３の放射素子の上端部と第４の放射素子の各上端部間が導体で接続されると共に、前記第３の放射素子と第４の放射素子が略平行に対向配置され、且つ前記第１の放射素子と第４の放射素子が略同一平面上で前記同軸ケーブルを挟んで対称的に配置され、前記同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を前記第３の放射素子と第４の放射素子の各上端部間の接続点に接続したことを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
前記同軸ケーブルの代わりに平衡２線式ケーブルを用い、前記平衡２線式ケーブルの一端を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、且つ前記平衡２線式ケーブルの他端を前記第３の放射素子と第４の放射素子の各上端部間の接続点に接続したことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１の放射素子の形状は多角形であり、前記第２の放射素子は前記第１の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であり、前記第３の放射素子は前記第４の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であり、前記第４の放射素子の形状は多角形であることを特徴とする請求項６又は７に記載のアンテナ。
【請求項９】
板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状またはコの字状で、板状の導体板からなる第３の放射素子と、マイクロストリップ線路と、誘電体基板とを備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子、第２の放射素子、第３の放射素子及びマイクロストリップ線路が前記誘電体基板上にプリントパターンとして形成され、前記第１の放射素子と第２の放射素子が前記誘電体基板の表裏面に略平行に対向配置され、前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間が前記誘電体基板を介してスルーホール導体で接続されると共に、前記第３の放射素子が前記第２の放射素子と同一平面上であって、前記第３の放射素子の下端部よりも更に下方に配置され、前記マイクロストリップ線路を前記第１の放射素子の下端部の接続点に接続し、前記マイクロストリップ線路のグランド導体を前記第３の放射素子の導体の一部に接続したことを特徴とするアンテナ。
【請求項１０】
導体よりなる任意の形状の無給電素子を更に備え、該無給電素子を前記第１の放射素子と同一平面上で、且つ前記第３の放射素子と対向する位置に１つ以上配置したことを特徴とする請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記第１の放射素子の形状は楕円形、長円形、円形、長方形、又は多角形であり、前記第２の放射素子は前記第１の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状またはコの字状で、板状の導体板からなる第３の放射素子と、マイクロストリップ線路と、誘電体基板とを備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子、第２の放射素子、第３の放射素子及びマイクロストリップ線路が前記誘電体基板上にプリントパターンとして形成され、前記第１の放射素子と第２の放射素子が前記誘電体基板の表裏面に略平行に対向配置されると共に、前記第３の放射素子が前記第２の放射素子と同一平面上であって、前記第３の放射素子の下端部よりも更に下方に配置され、前記マイクロストリップ線路を前記第１の放射素子の下端部の接続点に接続し、前記マイクロストリップ線路のグランド導体を前記第３の放射素子の導体の一部に接続したことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに関し、さらに詳しくは、導体板により構成されたり、或いはプリント基板にエッチングにより形成したプリントパターンにより構成された広帯域のアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ＬＡＮの普及により、大規模なオフィスやホットスポットサービス、学校、会社、家庭内といろいろな場所で無線ＬＡＮが使用され始めている。そのため、デスクトップ（据置き型）パソコンやコピー機、プロジェクタ、プリンタ、テレビ、ビデオなどＡＶ機器にも無線ＬＡＮの機能が内蔵される傾向がある。しかし、最近では高画質の画像データなど、より大量のデータを高速に無線伝送する技術としてウルトラワイドバンド（以下、ＵＷＢと記す）の技術が強く要望されている。このＵＷＢでは２００３年１２月現在、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数が用いられることになっており、非常に広帯域のアンテナが必要になる。
さらに、このＵＷＢの無線伝送技術は、前述したデスクトップ（据置き型）パソコンやコピー機、プロジェクタ、プリンタ、テレビ、ビデオなどに搭載される場合、それに用いられるアンテナはコンパクトであることが必須条件である。また、機器への内蔵等を考えると、立体的でなく平面型であるほうが収納しやすいと言える。また指向性についても、対応する機器の置き場所が不特定であるために、方位方向に無指向性の特性を有するアンテナが有利となる。
しかし従来の技術において広帯域、コンパクト、平面型状、無指向性のアンテナはなかなか存在しなかった。例えば、図１２に示すようなディスコーンアンテナは、広帯域で無指向性のアンテナとして有名である。このディスコーンアンテナは、導体より構成される円板導体１０１と、導体より構成される円錐導体１０２と、同軸ケーブル１０３より構成される。そして給電は同軸ケーブル１０３の中心導体１０４を円板導体１０１の中心に接続し、同軸ケーブル１０３の外部導体１０５を円錐導体１０２の上部に接続して行われる。なお、ディスコーンアンテナの解説は、アンテナ工学ハンドブック（編者：電子情報通信学会、発行：オーム社、平成３年９月３０日第１版第６刷発行）の１２８ページに記載されている。
【非特許文献１】アンテナ工学ハンドブック（編者：電子情報通信学会、発行：オーム社、平成３年９月３０日第１版第６刷発行）１２８ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、非特許文献１に記載のディスコーンアンテナは広帯域であるが、図１２のように立体的であるため、パソコンやＡＶ機器への内蔵には適さないといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、小型にかつ平面的に構成することにより、デスクトップパソコンやビデオやテレビ等のＡＶ機器に内蔵することが可能な、無指向性の広帯域アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、楕円形又は長円形の導体板からなる第１の放射素子と、楕円形又は長円形の環状導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状の導体板からなる第３の放射素子と、同軸ケーブルと、を備えたアンテナであって、前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間が導体により接続されると共に、前記第１の放射素子と第２の放射素子が略平行に対向配置され、且つ前記第３の放射素子が前記同軸ケーブルに沿って前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端から下方向に延伸して配置され、前記同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を逆Ｕ字形状の導体板から成る第３の放射素子の頂部に接続したことを特徴とする。
ここで逆Ｕ字形状とは、アルファベット文字の大文字の「Ｕ」の字が上下逆転した状態をいい、逆Ｕ字形状の導体の頂部とは、逆転した「Ｕ」の字の折曲がった部分をいう。また下端部とは楕円又は長円の長軸を上下にしたときの下側の定点部分をいう。以下この定義に基づいて説明する。本発明のアンテナは導体で構成されており、第１から第３の放射素子と同軸ケーブルから構成されている。即ち、楕円又は長円の板状の第１の放射素子と、この第１の放射素子と類似した形状を切り抜いた環状の第２の放射素子の下端部同士を接続し、且つその面を平行にして対向させる。また、逆Ｕ字形状の導体からなる第３の放射素子の頂部を上に向けて第２の放射素子の下端部と背中合わせに配置する。そして同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の下端部の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を前記第３の放射素子の逆Ｕ字形状の導体の頂部に接続する。楕円、長円の何れかの概念には、所謂小判型も含むものである。
かかる発明によれば、第１の放射素子の形状を楕円又は長円の導体板とし、第２の放射素子を楕円又は長円の環状導体板とし、第３の放射素子を逆Ｕ字形状の導体板としていることで、最低使用周波数の５倍以上の周波数帯域がとれ、小型で薄型の平板状であるため機器の内蔵用に適している。また、板金の折り曲げ部品で簡単に構成できるため安価である。更に、放射指向性がほぼ無指向性である。
【０００５】
請求項２は、平板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、平板状の導体板からなる第３の放射素子と、同軸ケーブルと、を備えたアンテナであって、前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間が導体により接続されると共に、前記第１の放射素子と第２の放射素子が略平行に対向配置され、且つ前記第３の放射素子が前記同軸ケーブルに沿って前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部から下方向に延伸して配置され、前記同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を前記第３の放射素子の一部に接続したことを特徴とする。
請求項１では第１の放射素子の形状を楕円又は長円の導体板とし、第２の放射素子を楕円又は長円の環状導体板とし、第３の放射素子を逆Ｕ字形状の導体としているが、第１と第３の放射素子の形状を板状の導体板とし、第２の放射素子を環状の導体板としても略同じ特性のアンテナを構成することができる。
かかる発明によれば、第１と第３の放射素子の形状を板状の導体板とし、第２の放射素子を環状の導体板とするので、形状に幅を持たせることができ、内蔵する機器に合わせて形状を決定することができる。
請求項３は、前記第１の放射素子の形状は円形、長方形、又は多角形であり、前記第２の放射素子は前記第１の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であることを特徴とする。
第１の放射素子の形状は、楕円又は長円以外に円形又は長方形又は多角形でも構わない。そして第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状と同じまたは類似した形にくり抜いて、環状の形状とするものである。
かかる発明によれば、第１の放射素子の形状は円形又は長方形又は多角形であり、第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状または類似した形状をくり抜いた環状の形状であるので、１枚の板金をくり抜くことで第１の放射素子と第２の放射素子を同時に、または簡単に製造することができ、製造コストを安価にすることができる。
【０００６】
請求項４は、前記第１の放射素子は、円形、長方形、又は多角形の何れかの形状を備え、前記第２の放射素子は中心部を前記第１の放射素子の何れかと近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であることを特徴とする。
本発明のアンテナは理想的には第１の放射素子と同じまたは類似した形状をくり抜いて第２の放射素子を作り、この組合わせで使用するのが性能面で最も良い。しかし、仮に第１の放射素子と異なる形でくり抜いた第２の放射素子との組合せでも、特性が良好となる場合があるので、考えられる全ての組合わせで使用することが可能である。
かかる発明によれば、第１の放射素子と第２の放射素子は、各放射素子の形状の全ての組合わせにより対向配置が可能であるので、代替素子との組合わせの幅が拡がり機器への組み込みの幅を広げることができる。
請求項５は、前記第３の放射素子の形状は、逆Ｕ字形状、コの字状、楕円形、又は長円形であることを特徴とする。
一般的には第３の放射素子の形状は逆Ｕ字形状又はコの字状であるが、楕円又は長円であっても構わない。この場合、導体の一部を同軸ケーブルの外部導体に接続するため、導体の一部に突起部分を形成する必要がある。
かかる発明によれば、第３の放射素子の形状は逆Ｕ字形状又はコの字状又は楕円又は長円であるので、アンテナの特性に合わせて形状を選択することができる。
【０００７】
請求項６は、板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、環状の導体板からなる第３の放射素子と、板状の導体板からなる第４の放射素子と、同軸ケーブルとを備えたアンテナであって、前記第１の放射素子の下端部と第２の放射素子の各下端部間が導体で接続されると共に、前記第１の放射素子と第２の放射素子が略平行に対向配置され、前記第３の放射素子の上端部と第４の放射素子の各上端部間が導体で接続されると共に、前記第３の放射素子と第４の放射素子が略平行に対向配置され、且つ前記第１の放射素子と第４の放射素子が略同一平面上で前記同軸ケーブルを挟んで対称的に配置され、前記同軸ケーブルの中心導体を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、前記同軸ケーブルの外部導体を前記第３の放射素子と第４の放射素子の各上端部間の接続点に接続したことを特徴とする。
ここで上端部とは楕円又は長円の長軸を上下にしたときの上側の定点部分をいう。以下、この定義に基づいて説明する。本発明は第１と第２の放射素子の下端部を接続し、それらを平行に対向して配置したものと、第３と第４の放射素子の上端部を接続し、それらを平行に対向して配置したものを、同軸ケーブルを挟んで対称的に同一平面上に配置したものである。
かかる発明によれば、２組の放射素子を略同一平面上で同軸ケーブルを挟んで対称的に配置されるので、同じ形状の部品により構成することが可能となり、部品の型代の種類を最小限にすることができる。
【０００８】
請求項７は、前記同軸ケーブルの代わりに平衡２線式ケーブルを用い、前記平衡２線式ケーブルの一端を前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間の接続点に接続し、且つ前記平衡２線式ケーブルの他端を前記第３の放射素子と第４の放射素子の各上端部間の接続点に接続したことを特徴とする。
請求項６の発明に使用された同軸ケーブルは平衡２線式ケーブルに置き換えることも可能である。
かかる発明によれば、同軸ケーブルの代わりに平衡２線式ケーブルを使用することで、より良い整合状態がえられる場合がある。
請求項８は、前記第１の放射素子の形状は多角形であり、前記第２の放射素子は前記第１の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であり、前記第３の放射素子は前記第４の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であり、前記第４の放射素子の形状は多角形であることを特徴とする。
第１の放射素子の形状が多角形の場合、第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状と同じまたは類似した形にくり抜いて、環状の形状とするものであり、また第４の放射素子の形状が多角形の場合、第３の放射素子の形状は第４の放射素子の形状と同じまたは類似した形にくり抜いて、環状の形状とするものである。
かかる発明によれば、第１と第４の放射素子の形状は多角形であり、第２と第３の放射素子の形状は第１と第４の放射素子の形状または類似した形状をくり抜いた環状の形状であるので、１枚の板金をくり抜くことで第１の放射素子から第４の放射素子まで同時に、または簡単に、製造することができ、製造コストを安価にすることができる。
【０００９】
請求項９は、板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状またはコの字状で、板状の導体板からなる第３の放射素子と、マイクロストリップ線路と、誘電体基板とを備えたアンテナであって、前記第１の放射素子、第２の放射素子、第３の放射素子及びマイクロストリップ線路が前記誘電体基板上にプリントパターンとして形成され、前記第１の放射素子と第２の放射素子が前記誘電体基板の表裏面に略平行に対向配置され、前記第１の放射素子と第２の放射素子の各下端部間が前記誘電体基板を介してスルーホール導体で接続されると共に、前記第３の放射素子が前記第２の放射素子と同一平面上であって、前記第３の放射素子の下端部よりも更に下方に配置され、前記マイクロストリップ線路を前記第１の放射素子の下端部の接続点に接続し、前記マイクロストリップ線路のグランド導体を前記第３の放射素子の導体の一部に接続したことを特徴とする。
導体部品を組合わせて本発明のアンテナを構成しても良いが、最も小型に薄く構成するにはプリント基板上にパターン化してアンテナを構成するのが良い。本発明はこの発想からプリント基板の表裏面に各放射素子を設け、表裏の接続をスルーホールにより行うものである。また、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を形成して給電を行う。
かかる発明によれば、プリント基板の表裏面に各放射素子を設け、表裏の接続をスルーホールにより行い、また、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を形成して給電を行うので、アンテナを小型に且つ薄く構成することができ、各放射素子の位置関係を固定化することができる。
【００１０】
請求項１０は、導体よりなる任意の形状の無給電素子を更に備え、該無給電素子を前記第１の放射素子と同一平面上で、且つ前記第３の放射素子と対向する位置に１つ以上配置したことを特徴とする。
アンテナを広帯域化する手法として、無給電素子を付加する方法がある。無給電素子はアンテナを広帯域化する場合に良く使われる。本発明は主に広帯域化するために無給電素子を１つ以上第３の放射素子と対向する面に設けるものである。
かかる発明によれば、無給電素子を第１の放射素子が形成された面で、且つ第３の放射素子と対向する面に１つ以上配置するので、アンテナを広帯域化することができる。
請求項１１は、前記第１の放射素子の形状は楕円、長円、円形、長方形、又は多角形であり、前記第２の放射素子は前記第１の放射素子と近似した形状を有する打ち抜き部を備えた環状導体板であることを特徴とする。
第１の放射素子の形状は、楕円又は長円以外に円形又は長方形又は多角形でも構わない。そして第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状と同じまたは類似した形にくり抜いて、環状の形状とするものである。
かかる発明によれば、第１の放射素子の形状は円形又は長方形又は多角形であり、第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状または類似した形状をくり抜いた環状の形状であるので、パターン設計を容易とすることができる。
請求項１２は、板状の導体板からなる第１の放射素子と、環状の導体板からなる第２の放射素子と、逆Ｕ字形状またはコの字状で、板状の導体板からなる第３の放射素子と、マイクロストリップ線路と、誘電体基板とを備えたアンテナであって、前記第１の放射素子、第２の放射素子、第３の放射素子及びマイクロストリップ線路が前記誘電体基板上にプリントパターンとして形成され、前記第１の放射素子と第２の放射素子が前記誘電体基板の表裏面に略平行に対向配置されると共に、前記第３の放射素子が前記第２の放射素子と同一平面上であって、前記第３の放射素子の下端部よりも更に下方に配置され、前記マイクロストリップ線路を前記第１の放射素子の下端部の接続点に接続し、前記マイクロストリップ線路のグランド導体を前記第３の放射素子の導体の一部に接続したことを特徴とする。
かかる発明によれば、請求項９と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、第１の放射素子の形状を楕円又は長円の導体板とし、第２の放射素子を楕円又は長円の環状導体板とし、第３の放射素子を逆Ｕ字形状の導体板としていることで、最低使用周波数の５倍以上の周波数帯域がとれ、小型で薄型の平板状であるため機器の内蔵用に適している。また、板金の折り曲げ部品で簡単に構成できるため安価である。更に、放射指向性がほぼ無指向性である。
また請求項２では、第１と第３の放射素子の形状を板状の導体板とし、第２の放射素子を環状の導体板とするので、形状に幅を持たせることができ、内蔵する機器に合わせて形状を決定することができる。
また請求項３では、第１の放射素子の形状は円形又は長方形又は多角形であり、第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状または類似の形状をくり抜いた環状の形状であるので、１枚の板金をくり抜くことで第１の放射素子第２の放射素子を同時に、または簡単に、製造することができ、製造コストを安価にすることができる。
また請求項４では、第１の放射素子と第２の放射素子は、各放射素子の形状の全ての組合わせにより対向配置が可能であるので、代替素子との組合わせの幅が拡がり機器への組み込みの幅を広げることができる。
また請求項５では、第３の放射素子の形状は逆Ｕ字形状又はコの字状又は楕円又は長円であるので、アンテナの特性に合わせて形状を選択することができる。
【００１２】
また請求項６では、２組の放射素子を略同一平面上で同軸ケーブルを挟んで対称的に配置されるので、同じ形状の部品により構成することが可能となり、部品の型代の種類を最小限にすることができる。
また請求項７では、同軸ケーブルの代わりに平衡２線式ケーブルを使用することで、整合状態をさらに改善できる可能性を有している。
また請求項８では、第１と第４の放射素子の形状は多角形であり、第２と第３の放射素子の形状は第１と第４の放射素子の形状または類似の形状をくり抜いた環状の形状であるので、１枚の板金をくり抜くことで第１の放射素子から第４の放射素子まで同時に、または簡単に、製造することができ、製造コストを安価にすることができる。
また請求項９では、プリント基板の表裏面に各放射素子を設け、表裏の接続をスルーホールにより行い、また、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を形成して給電を行うので、アンテナを小型に且つ薄く構成することができ、各放射素子の位置関係を固定化することができる。
また請求項１０では、無給電素子を第１の放射素子が形成された面で、且つ第３の放射素子と対向する面に１つ以上配置することで、アンテナを広帯域化することができる。
また請求項１１では、第１の放射素子の形状は円形又は長方形又は多角形であり、第２の放射素子の形状は第１の放射素子の形状または類似の形状をくり抜いた環状の形状であるので、パターン設計を容易とすることができる。
また請求項１２では、請求項９と同様の作用効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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の実施例によるアンテナの斜視図である。このアンテナは、楕円または長円の導体板から構成される第１の放射素子１と、内部に所要形状の抜き打ち部９が形成されている円環状の導体板から構成される第２の放射素子２と、逆Ｕ字形状の導体から構成される第３の放射素子３と、同軸ケーブル４とを備えて構成される。
そして第１の放射素子１と第２の放射素子２は略平行に対向するように配置される。このとき、第２の放射素子２の外側の形状は楕円形または長円形（小判形を含む）であり、内側の形状も楕円または長円である。外側と内側の形状において、必ずしもその図形的中心は一致しているとは限らない。そのため、環の幅が一定とは限らない。さらに、第１の放射素子１の形状と、第２の放射素子２の外側または内側の形状は、相似であるとは限らない。また第１の放射素子１の下端部と第２の放射素子の下端部は導体７で接続され、かつ同軸ケーブル４の中心導体５に接続されている。
また第３の放射素子３の頂部８が同軸ケーブル４の外部導体６に接続された構造となっている。ここで、第３の放射素子３もある程度幅をもった帯状の導体であり、同軸ケーブル４の外部導体６との接続は、第３の放射素子３の幅の全てが導通接続される場合もあるし、第３の放射素子３の幅のうち、頂部８のみが導通接続される場合もある。また第１の放射素子１及び第２の放射素子２、第３の放射素子３は、通常、薄い導体の板で構成される。具体的には、厚さ０．１〜２ｍｍ程度の銅板、真鍮板やアルミ板などが用いられる。これらの金属板には防錆のために、メッキや塗装が施される。
尚、第１の放射素子１の寸法は、その高さｈ１が最低使用周波数の波長λＬの０．１６倍程度に選ばれる。また、横幅ｗ１はλＬの０．１倍程度、またはそれ以下に選ばれる。また第２の放射素子２の寸法は、環状の形状の外側の高さｈ２がλＬの０．２５倍程度に選ばれる。また、横幅ｗ２はλＬの０．１６倍程度に選ばれる。さらに、環状の形状の内側の高さｈ３がλＬの０．１３倍程度に選ばれる。また、横幅ｗ３はλＬの０．０６倍程度に選ばれる場合が多い。また第１の放射素子１の下端部と第２の放射素子２の下端部を導通接続している部分の幅ｗ４については、通常、λＬの１／１００〜１／２０程度に選ばれることが多い。さらに、第１の放射素子１と第２の放射素子２の間隔ｗ５も、通常、λＬの１／１００〜１／２０程度に選ばれることが多い。
また第３の放射素子３の寸法は、逆Ｕ字形状の高さｈ４がλＬの０．２〜０．２５倍程度に選ばれる。また、横幅ｗ６もλＬの０．２〜０．２５倍程度に選ばれる。尚、上記に示した寸法は絶対的なものではなく、上記に示した寸法とすることで、最低使用周波数ｆＬから概ね５倍またはそれ以上の周波数まで帯域をとることが可能となる。
【００１４】
図２は、本発明の第２の実施例によるアンテナの斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このアンテナは、その形状が長方形の導体板から構成される第１の放射素子１１と、長方形の内部を第１の放射素子１１の長方形と同等もしくはそれより小さな長方形の打ち抜き部９を有する環状の長方形の導体板より構成される第２の放射素子１２と、その形状がコの字で、開放部が下向きとなるような導体板から構成される第３の放射素子１３と、同軸ケーブル４とを備えて構成される。
このとき外側と内側の形状において、必ずしもその図形的中心は一致しているとは限らない。そのため、環の幅が一定とは限らない。さらに、第１の放射素子１１の形状と、第２の放射素子１２の外側または内側の形状は、相似であるとは限らない。また第１の放射素子１１の下端部と第２の放射素子１２の下端部は導体７で接続され、かつ同軸ケーブル４の中心導体５に接続されている。
また第３の放射素子１３は、その形状がコの字で、開放部が下向きとなるような導体板から構成される。第３の放射素子１３の頂部８が同軸ケーブル４の外部導体６に接続された構造となっている。ここで、第３の放射素子１３もある程度幅をもった帯状の導体であり、同軸ケーブル４の外部導体６との接続は、第３の放射素子１３の幅の全てが導通接続される場合もあるし、第３の放射素子１３の幅のうち、頂部８のみが導通接続される場合もある。尚、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２、第３の放射素子１３は、通常、薄い導体の板で構成される。具体的には、図１と同様である。
また第１の放射素子１１、第２の放射素子１２、第３の放射素子１３の寸法は、概ね、前記図１に記載の値と同じであるが、形状の相違により、若干寸法が異なる場合もある。尚、図２において、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２の外形が、長方形ではなく、菱形、台形、五角形、六角形などの多角形である場合もあり得る。このような場合においては、第２の放射素子１２の内部の形状においても多角形より小さな多角形で打ち抜いた形状とすることが多いが、これらは必ずしも相似形とは限らない。同様に、図１において、第３の放射素子３の代わりに図２の第３の放射素子１３が用いられることもあるし、図２において、第３の放射素子１３の代わりに図１の第３の放射素子３が用いられることもある。
【００１５】
図３は、本発明の第３の実施例によるアンテナの斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このアンテナは、図１において、第３の放射素子２３の形状を楕円または長円とし、その形状の導体板で構成したものである。第３の放射素子２３は、その頂部２４が折れ曲がっていて、同軸ケーブル４の外部導体６に接続された構造となっている。また第３の放射素子２３は、楕円または長円の他に、菱形、台形、五角形、六角形等の多角形でもよい。また、当然ながら、図２において、第３の放射素子１３の代替として用いても良い。
第３の放射素子２３の寸法は、楕円または長円の高さｈ５がλＬの０．２〜０．２５倍程度に選ばれる。また、横幅ｗ７はλＬの０．１５〜０．２５倍程度に選ばれる。この外形寸法は、多角形となった場合でも概ね同じ程度になる事が多い。また第３の放射素子２３の上端部と同軸ケーブル４の外部導体６を導通接続している頂部２４の幅ｗ８については、通常、λＬの１／１００〜１／２０程度に選ばれるが、同軸ケーブル４の外部導体６の直径の幅寸法で接続されるのが普通である。さらに、第３の放射素子２３と同軸ケーブル４との間隔ｗ９も、通常、λＬの１／１００〜１／２０程度に選ばれることが多い。なお、前述したように、上記に示した寸法は絶対的なものではなく、上記に示した寸法とすることで、最低使用周波数ｆＬから概ね５倍またはそれ以上の周波数帯域をとることが可能となる。
【００１６】
図４は、本発明の第４の実施例によるアンテナの斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このアンテナは、第１の放射素子４１及び第２の放射素子４２は、図１の第１の放射素子１及第２の放射素子２の関係と同様である。さらに、第４の放射素子４４及び第３の放射素子４３も、図１の第１の放射素子１及第２の放射素子２の関係と同様である。上記の第３の放射素子４３と第４の放射素子４４は、第１の放射素子４１と第２の放射素子４２を上下逆に配置した関係にある。前述したように、第３の放射素子４３と第４の放射素子４４は、図１の第１の放射素子１及第２の放射素子２の関係と同様であるため、第１の放射素子４１の下端部と第２の放射素子４２の下端部が導体７で接続されている。同様に、第３の放射素子４３と第４の放射素子４４は、図１の第２の放射素子２及び第１の放射素子１の関係と同様であるため、第３の放射素子４３の上端部と第４の放射素子４４の上端部が導体７ａで接続されている。
そして、第１の放射素子４１の下端部と第２の放射素子４２の下端部が導体で接続された部分７が同軸ケーブル４の中心導体５に接続され、第３の放射素子４３の上端部と第４の放射素子４４の上端部が導体で接続された部分７ａが、同軸ケーブル４の外部導体６に接続された構成となっている。
尚、第１の放射素子４１及び第２の放射素子４２、第４の放射素子４４及び第３の放射素子４３は、通常、薄い導体の板で構成され、具体的には、図１で説明した通りである。また、その寸法関係においても、図１の第１の放射素子１及び第２の放射素子２の関係と同様である。
また、図４の構成において、同軸ケーブル４の代わりに平衡２線式のケーブルを用い、第１の放射素子４１の下端部と第２の放射素子４２の下端部の導体接続部７に平衡２線式ケーブルの一端に接続し、さらに第３の放射素子４３の上端部と第４の放射素子４４の上端部の導体接続部７ａに平衡２線式ケーブルの他端を接続した構成も有効である。
さらに、図４のアンテナにおいて、第１の放射素子の形状が多角形で、第２の放射素子の形状が多角形の内部を前記多角形と同等またはそれより小さな多角形に打ち抜いた打ち抜き部を有した環状の多角形で、第４の放射素子の形状が多角形で、第３の放射素子の形状が多角形の内部を前記多角形と同等またはそれより小さな多角形に打ち抜いた打ち抜き部を有した環状の多角形である場合も同様な効果が得られる。
以上のような説明から、図１〜図４における第１の放射素子及び図４における第４の放射素子の形状としては、図５（ａ）〜（ｋ）のような形状が比較的よく用いられる。同様に、図１〜図４における第２の放射素子及び図４における第３の放射素子の形状としては、図６（ａ）〜（ｊ）のような形状が比較的よく用いられる。さらに、図１〜図２における第３の放射素子の形状としては、図７（ａ）〜（ｉ）のような形状が比較的よく用いられる。
【００１７】
図８は、本発明の第５の実施例によるアンテナの斜視図である。このアンテナは、原理的には、図１のアンテナをプリント基板を用いて構成したものであり、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を用いた構造となっている。
そしてプリント基板７０の表面には、外形が楕円形または長円形の導体から構成される第１の放射素子７１が配置されている。第１の放射素子７１の下端部には、帯状の導体より構成されるマイクロストリップ線路７５が接続されている。
またプリント基板７０の裏面には、外形が楕円または長円で、内側に楕円または長円の開口部がある環状の導体から構成される第２の放射素子７２が配置されている。さらに、第２の放射素子７２の下側に、逆Ｕ字形状、または開放部が下をむいたコの字状の導体から構成される第３の放射素子７３が配置されている。そして、第３の放射素子７３の中央部に接続された帯状の導体より構成されるグランド導体７６が配置されている。
図８において、第１の放射素子７１の下端部と第２の放射素子７２の下端部はスルーホール７４によって電気的に導通している。また、マイクロストリップ線路７５とグランド導体７６は、その縦方向の中心線がほぼ一致している関係となっている。
図９は、図８の構成のアンテナをより詳しく説明するための説明図で、図９（ａ）は表面図を、図９（ｂ）は裏面図を、図９（ｃ）は透視図を示している。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。図９（ｃ）の透視図よりわかるように、第１の放射素子７１の下端部にあるスルーホール７４は、裏側の第２の放射素子７２の下端部に貫通し、電気的に接続導通している。この場合のスルーホール７４は、第１の放射素子７１と第２の放射素子７２の下端部を電気的に導通させていることが重要であり、同じ機能を果たすならば、例えば穴をあけて導体線で接続してもよい。
また、マイクロストリップ線路７５とグランド導体７６は、その縦方向の中心線がほぼ一致している関係となっており、マイクロストリップ伝送線路を構成している。通常は、マイクロストリップ線路７５よりもグランド導体７６の方が幅広となっており、グランド導体７６の幅は、マイクロストリップ線路７５の幅の２〜２．５倍以上とするのがよい。この場合の幅の太さ関係は、上記とは逆に、グランド導体７６の方がマイクロストリップ線路７５より狭い場合も有効である。
なお、図８〜図９において、スルーホール７４が存在せず、第１の放射素子７１と第２の放射素子７２の下端部が導通していない状態でも広い帯域がとれる場合がある。これは、第１の放射素子７１と第２の放射素子７２の間隔が非常に近い場合に生じる可能性が高い。周波数が高い場合においては、導体間の容量結合によって導通と同様の効果が生じる場合があるからと考えられる。
【００１８】
次に、図８、図９において具体的な材料や寸法について説明する。プリント基板７０の材料としては、テフロン（登録商標）基板や変性ＢＴレジン、ＰＰＥ基板、ガラエポ基板などが用いられる。また基板の厚さについては、通常０．６ｍｍ〜３．２ｍｍ程度が用いられる。しかし、稀にＦＰＣなどによって構成される場合においては、その厚みが０．２ｍｍ以下である場合もあり得る。
また第１の放射素子７１、第２の放射素子７２、第３の放射素子７３、マイクロストリップ線路７５、グランド導体７６は、通常、プリント基板をエッチングして製造され、その銅箔表面は腐食防止のためにハンダコートされたり、ニッケルメッキされたりする。
また第１の放射素子７１、第２の放射素子７２、第３の放射素子７３の寸法関係は、概ね図１に記載の寸法と同じである。しかし、誘電体を用いたプリント基板を用いているために、誘電体の影響を受けて波長短縮され、図１に記載の寸法より小さな寸法で広帯域な特性が得られる場合がある。
図１０は、本発明の第６の実施例によるアンテナの斜視図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このアンテナは図８の構成に加えて、導体よりなる無給電素子８１を付加した構成になっている。第３の放射素子７３が配置されている反対の面に、導体よりなる長方形の無給電素子８１が配置された構造になっている。この場合、無給電素子８１の形状は、必ずしも長方形である必要はなく任意の形状でよい。通常は、図５（ａ）〜（ｋ）のような形状が用いられる。また無給電素子８１の数量は、通常、左右２箇所に対称に配置されることが多いが、数量は１個〜４個程度の場合もあり特に限定しない。また無給電素子８１の寸法は、通常、その長さがλＬの０．２〜０．２５倍程度、または０．５倍程度であることが多い。なお、図１０の構成においても、前述したようにスルーホール７４が存在しない場合も適用可能である。また図８に示すプリント基板を用いた構成方法は、図２〜図４の構成、及び上記の図５〜図６を参照して説明した構成について、適用が可能である。
【００１９】
図１１は、本発明の図１の構成のアンテナの実際の特性を表す図である。縦軸にアンテナのリターンロス特性（ｄＢ）を表し、横軸に周波数（ＧＨｚ）を表す。図１１の結果によれば、最低使用周波数を２．４ＧＨｚとし、２．４ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚでリターンロスが概ね−９．５ｄＢ以下となり、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）２．０以下の特性が得られている。このとき、第１の放射素子１の形状はほぼ楕円で、その寸法は、高さｈ１が約２０ｍｍで最低使用周波数２．４ＧＨｚの波長λＬ＝１２５ｍｍの０．１６倍に相当する。また、横幅ｗ１は約１０ｍｍで、λＬの０．０８倍に相当する。また第２の放射素子２の形状は、外側、内側ともほぼ楕円で、その寸法は、環の外側の高さｈ２が約３０ｍｍでλＬの０．２４倍、横幅ｗ２は約２０ｍｍでλＬの０．１６倍、さらに、環の内側の高さｈ３が約１６ｍｍでλＬの０．１３倍、横幅ｗ３は８ｍｍでλＬの０．０６倍に相当する。また第１の放射素子１の下端部と第２の放射素子２の下端部を導通接続している部分の幅ｗ４は、約３ｍｍでλＬの１／４０倍程度である。また第１の放射素子１と第２の放射素子２の間隔ｗ５は、約２．５ｍｍでλＬの１／５０倍程度である。さらに第３の放射素子３は逆Ｕ字の形状で、逆Ｕ字形状の高さｈ４が約２７ｍｍでλＬの０．２２倍である。横幅ｗ６も約２７ｍｍでλＬの０．２２倍である。
図１１の特性は、最近話題となっているＵＷＢの周波数帯に加え、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮの周波数もカバーしており、パソコンや家庭内のＡＶ機器への搭載に非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例によるアンテナの斜視図。
【図２】本発明の第２の実施例によるアンテナの斜視図。
【図３】本発明の第３の実施例によるアンテナの斜視図。
【図４】本発明の第４の実施例によるアンテナの斜視図。
【図５】本発明によるアンテナの第１の放射素子の実施例の説明図。
【図６】本発明によるアンテナの第２の放射素子の実施例の説明図。
【図７】本発明によるアンテナの第３の放射素子の実施例の説明図。
【図８】本発明の第５の実施例によるアンテナの斜視図。
【図９】本発明の図８の構成のアンテナをより詳しく説明するための説明図。
【図１０】本発明の第６の実施例によるアンテナの斜視図。
【図１１】本発明のアンテナの特性例を示す図。
【図１２】従来技術のアンテナの一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２１】
１  第１の放射素子、２  第２の放射素子、３  第３の放射素子、４  同軸ケーブル、５  同軸ケーブルの中心導体、６  同軸ケーブルの外部導体、７、７ａ  導体、８  放射素子３の頂部、９  打ち抜き部、１１  第１の放射素子、１２  第２の放射素子、１３  第３の放射素子、２３  第３の放射素子、２４  導通接続している頂部、４１  第１の放射素子、４２  第２の放射素子、４３  第３の放射素子、４４  第４の放射素子、７０  プリント基板、７１  第１の放射素子、７２  第２の放射素子、７３  第３の放射素子、７４  スルーホール、７５  マイクリストリップ線路、７６  グランド導体、８１  無給電素子、１０１  円板、１０２  円錐、１０３  同軸ケーブル、１０４  同軸ケーブルの中心導体、１０５  同軸ケーブルの外部導体
【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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