(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の周波数帯域において広帯域のアンテナを提供すること。【解決手段】１．Ａは伝送線路アンテナ１００の構成を示す断面図、１．Ｂはその模式的斜視図である。伝送線路アンテナ１００は、導体の接地板１と、一端がその接地板１に短絡され、他端に給電手段を備えた金属の線状素子２と、給電点近傍に設けられた、円柱状の孔部３０を有する円柱状の誘電体共振器３とからなる。線状素子２は、接地板１に垂直な平面上に、長方形の外周の一辺を除いた開環を形成している。また、導体の接地板１と短絡された側と逆側の線状素子２の端は、接地板１の孔部１０まで延設された同軸ケーブル４の中心導体４１と接続されている。線状アンテナ素子と、その線状アンテナ素子が励振素子となり励振される周囲の誘電体の共振とが、相互に若干の共振周波数が異なることにより、結果として線状アンテナ素子の共振周波数近傍の反射特性が小さくなり、広帯域化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の孔部を有し、導体から成る接地板と、
当該接地板の孔部と連通する柱状の孔部を中心軸に有し、前記接地板の片面に配設された柱状の誘電体共振器と、
一端が前記接地板に接続され、他端が前記誘電体共振器と前記接地板に接触することなく前記誘電体共振器の孔部と前記接地板の孔部を貫通して、前記接地板の前記誘電体共振器を設けた側と反対側に配設された給電手段に接続された開環状の導体から成る線状素子とを有することを特徴とする伝送線路アンテナ。
【請求項２】
前記線状素子は、前記接地板に接続された一端を有する接地板に垂直な線状部分と、前記接地板の孔部と連通する柱状の誘電体共振器の孔部から接地板に垂直な線状部分と、それらを結ぶ前記接地板に平行な仮想平面上に形成された部分とから成ることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路アンテナ。
【請求項３】
前記線状素子の前記接地板に平行な仮想平面上に形成された部分は、１の線分状であることを特徴とする請求項２に記載の伝送線路アンテナ。
【請求項４】
前記線状素子の前記接地板に平行な仮想平面上に形成された部分は、前記接地板に垂直な２つの線状部分の端を結んだ直線に対し、平行な線分と垂直な線分とを連結して形成された折れ線状であることを特徴とする請求項２に記載の伝送線路アンテナ。
【請求項５】
前記誘電体共振器は、円柱状の孔部を有する円柱状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伝送線路アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接地板の一方に垂直に接合された線状部分を有する伝送線路アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に従来技術による伝送線路アンテナ９００の構成を示す。図９．Ａは伝送線路アンテナ９００の構成を示す断面図であり、図９．Ｂはその模式的斜視図である。伝送線路アンテナ９００は、導体の接地板１と、一端がその接地板１に短絡され、多端に給電手段を備えた金属の線状素子２からなる。線状素子２は長方形の外周の一辺を除いた開環を形成している。また、導体の接地板１と短絡された側と逆側の線状素子２の端は、接地板１の孔部１０まで延設された同軸ケーブル４の中心導体４１と接続されている。同軸ケーブル４の外部導体は接地板１に接続され、絶縁体鞘４３は、接地板１の孔部１０を充填するように延設されている。このように、図９の伝送線路アンテナ９００は接地板の背面から給電されている。
【０００３】
図９の伝送線路アンテナの開環状の線状素子の全長Ｃは、導体の接地板１に対して垂直な２つの線状部分の長さ（高さ）Ｈと、導体の接地板１とは当該高さＨを隔て平行に設けられた線状部分の長さＬとの和であり、Ｃ＝Ｌ＋２Ｈである。よってλ0＝２Ｃとなる波長λ0の電磁波に対して共振するアンテナである。尚、波長λ0の約1/2倍の波長の電磁波（周波数で約２倍）においても共振する。また、線状素子２の高さＨが大きくなるにつれ、入力抵抗が大きくなり、整合が困難になるとともに、伝送線路モードではなくなるので、Ｈ／Ｃ＜0.2の条件で使用される場合が多い。詳細については下記の非特許文献１及び２に譲る。また、下記非特許文献３及び４には、モノポールアンテナと誘電体共振器をアンテナとして用いる技術が記載されている。この技術は、同一の周波数で独立に３つの互いに直交する偏波を発生する（受信する）アンテナとして動作させることを主たる目的とするものである。
【非特許文献１】公文保則，築地武彦，“移動体通信用変形伝送線路型アンテナ”，信学技報，A P91-82，pp．51-57，Sept.1991
【非特許文献２】T. Tsukiji and Y. Kumon, “Modified transmission line type antennas for mobile communications,” IEICE Transactions on Communications, vol. E75-B, no. 8, August 1992, pp. 775-780.
【非特許文献３】D. Gray and T. Watanabe, “Effect of an axial hole on a HE11δ mode dielectric resonator antenna”, IEICE General Conference (Spring) 2003, B-1-54.
【非特許文献４】T. Watanabe and D. Gray, “Study of a HE11δ Mode Dielectric Resonator Antenna Loaded Monopole Antenna,” IEICE General Conference (Spring) 2003, B-1-55.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１及び２に記載された送線路アンテナでは、複数の共振周波数において共振するが、広帯域化の目的で、整合回路を用いた場合、当該複数の周波数に対して独立に整合をとることは困難である。例えば自動車電話（携帯電話）などのように、複数の帯域の周波数を用い、かつ各々に対して広い帯域幅を必要とする場合、適さないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、複数の周波数帯域において広帯域のアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の手段によれば、１個の孔部を有し、導体から成る接地板と、当該接地板の孔部と連通する柱状の孔部を中心軸に有し、接地板の片面に配設された柱状の誘電体共振器と、一端が接地板に接続され、他端が誘電体共振器と接地板に接触することなく誘電体共振器の孔部と接地板の孔部を貫通して、接地板の誘電体共振器を設けた側と反対側に配設された給電手段に接続された開環状の導体から成る線状素子とを有することを特徴とする伝送線路アンテナである。
【０００７】
また、請求項２に記載の手段によれば、線状素子は、接地板に接続された一端を有する接地板に垂直な線状部分と、接地板の孔部と連通する柱状の誘電体共振器の孔部から接地板に垂直な線状部分と、それらを結ぶ接地板に平行な仮想平面上に形成された部分とから成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の手段によれば、線状素子の接地板に平行な仮想平面上に形成された部分は、１の線分状であることを特徴とし、請求項４に記載の手段によれば、線状素子の接地板に平行な仮想平面上に形成された部分は、接地板に垂直な２つの線状部分の端を結んだ直線に対し、平行な線分と垂直な線分とを連結して形成された折れ線状であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載の手段によれば、誘電体共振器は、円柱状の孔部を有する円柱状であることを特徴とする
【発明の効果】
【００１０】
複数ある共振秋波風の最低共振周波数から２番目の共振周波数（第２高次共振周波数）においては、線状アンテナ素子と、その線状アンテナ素子が励振素子となり励振される周囲の誘電体の共振とが、相互に若干の共振周波数が異なることにより、結果として線状アンテナ素子の共振周波数近傍の反射特性が小さくなり、広帯域化される。これにより、一端が短絡された環状の線状アンテナ素子のもつ複共振特性（従来技術）において、第２高次共振周波数帯の入力特性を広帯域に渡り整合可能とすることができ、従来用いていたようなマッチング回路を省略することができる（請求項１）。また、請求項４の手段によれば、屈曲部を設けることで、第１共振周波数と第２高次共振周波数との比を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面と合せて、本発明の具体的な実施例について説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の具体的な第１の実施例に係る伝送線路アンテナ１００の構成を示す。図１．Ａは伝送線路アンテナ１００の構成を示す断面図であり、図１．Ｂはその模式的斜視図である。伝送線路アンテナ１００は、導体の接地板１と、一端がその接地板１に短絡され、他端に給電手段を備えた金属の線状素子２と、給電点近傍に設けられた誘電体共振器３とからなる。線状素子２は、接地板１に垂直な平面上に、長方形の外周の一辺を除いた開環を形成している。また、導体の接地板１と短絡された側と逆側に位置する線状素子２の端は、接地板１の孔部１０まで延設された同軸ケーブル４の中心導体４１と接続されている。同軸ケーブル４の外部導体は接地板１に接続され、絶縁体鞘４３は、接地板１の孔部１０を充填するように延設されている。また、当該同軸ケーブル４と接続された側の線状素子２の近傍に設けられた誘電体共振器３は、円柱状の孔部３０を有する円柱状の形状であって、孔部３０の側面と誘電体共振器３の外側面３１は同一の中心軸であり、この中心軸に沿って線状素子２が形成されている。図１の伝送線路アンテナ１００の開環状の線状素子の全長Ｃは、導体の接地板１と垂直な２つの線状部分の長さ（高さ）Ｈと、導体の接地板１とは当該高さＨを隔てて平行に設けられた線状部分の長さＬとの和であり、Ｃ＝Ｌ＋２Ｈである。よってλ0＝２Ｃとなる波長λ0の電磁波に対して共振するアンテナである。
【００１３】
本実施例において、線状素子２は接地板１に垂直な面内で方形ループとなる形状になっている。これを次のように設計してシミュレーションを行った。線状素子２の接地板１からの高さをＨ、接地板１と平行な部分の長さをＬ、線状素子２の線径（直径）をｄと置き、Ｈ＝20mm、Ｌ＝62.5mm、ｄ＝1.3mmとした。また、誘電体共振器３の比誘電率をεr、高さをＨDR、外側面の直径をＤout、孔部の直径（孔部３０の直径）をＤinと置き、εr＝45、ＨDR＝15mm、Ｄout＝14mm、Ｄin＝6.8mmとした。誘電体共振器３の設計は、ＴＭ01δモードの共振周波数を４GHzとなるようにしたものである。
【００１４】
このような設計のもと、50Ωの特性インピーダンスをもつ同軸ケーブル４で給電した場合の入力反射特性Ｓ11を図２に示す。実線が本実施例による入力反射特性を示しており、一点鎖線がリング状の誘電体共振器３を用いない、図９の同条件の伝送線路アンテナ９００の入力反射特性を示している。図１の伝送線路アンテナ１００は、図２の実線で示すように、3.2GHzと4.3GHzに共振周波数を有し、且つ、2.9GHzから4.5GHzまでの極めて広い範囲で入力反射特性Ｓ11が-10dBをほぼ下回っている。これは、一点鎖線で示す図９の伝送線路アンテナ９００の入力反射特性Ｓ11に比較して、広帯域化が成され、入力反射特性が大幅に改善されていることを示す。この効果をもたらす理由は、元々4GHzを挟んで２つの共振周波数を有する線状素子２が、4GHzの誘電体共振器を励振することで、結果として線状アンテナ素子の共振周波数近傍の反射特性が小さくなり、広帯域化されたものと考えられる。
【実施例２】
【００１５】
図３は、本発明の具体的な第２の実施例に係る伝送線路アンテナ２００の構成を示す模式的斜視図である。図３の伝送線路アンテナ２００は、図１の伝送線路アンテナ１００に比較して、接地板１に平行な平面上に矩形に展開した線状素子２の部分を有することである。これは図１の伝送線路アンテナ１００の一定高さより上部を曲げた形である。本実施例において、線状素子２は接地板１に垂直な面内に２本の線状部分（高さＨを有する部分）を有し、接地板１に平行な面内に３本の線状部分（長さＷ及びＬを有する部分）を有する。これを次のように設計してシミュレーションを行った。線状素子２の接地板１からの高さをＨ、線状素子２の高さＨの垂直部分から曲げられた部分の長さを２箇所ともＷ、それらを結ぶ部分の長さをＬとおいて、Ｈ＝20mm、Ｗ＝15mm、Ｌ＝30mmとした。線状素子２は互いに垂直な３方向のいずれかに平行な線状部分から成る。この他は図１の伝送線路アンテナ１００と同様に設計してシミュレーションを行った。図３の伝送線路アンテナ２００の開環状の線状素子２の全長Ｃは、Ｃ＝Ｌ＋２Ｗ＋２Ｈであって、λ0＝２Ｃとなる波長λ0の電磁波に対して共振するアンテナである。よって図３の伝送線路アンテナ２００は、低姿勢化を可能とすると共に、長さＬについて、図１の伝送線路アンテナ１００よりもわずかながら短くできる。
【００１６】
50Ωの特性インピーダンスをもつ同軸ケーブル４で給電した場合の入力反射特性Ｓ11を図４に示す。尚、図４では図２と横軸の幅が異なっている。実線が本実施例による入力反射特性を示しており、一点鎖線がリング状の誘電体共振器３を用いない、伝送線路アンテナの入力反射特性を示している。図３の伝送線路アンテナ２００は、図４の実線で示すように、2.9GHz以上の広い帯域で図１の伝送線路アンテナ１００と同様の入力特性である。よって、第２高次共振周波数における入力特性を悪化させることなく、図１の伝送線路アンテナ１００に比較して、第１共振周波数の入力特性を改善することができる。
【実施例３】
【００１７】
図５は、本発明の具体的な第３の実施例に係る伝送線路アンテナ３００の構成を示す模式的斜視図である。図５の伝送線路アンテナ３００は、図３の伝送線路アンテナ２００に比較して、接地板１に平行な平面上の矩形の頂角近傍を折り返した形である。或いは、図１の伝送線路アンテナ１００の、接地板１に平行な線状部分の中央の一部を、元の矩形の存在する平面に垂直方向に迂回するよう延ばした形である。本実施例において、線状素子２は接地板１に垂直な面内に４本の線状部分（高さＨ及び長さＬ1を有する部分）を有し、接地板１に平行な面内に５本の線状部分（長さＬ1、Ｗ、Ｌ2を有する部分）を有する。これらのうち２本の線状部分（長さＬ1を有する部分）は接地板１に垂直な面内にも接地板１に平行な面内にも存在する。これを次のように設計してシミュレーションを行った。線状素子２の接地板１からの高さをＨ、線状素子２の高さＨの垂直部分から曲げられた部分（接地板１に垂直な面内にも接地板１に平行な面内にも存在する部分）の長さを２箇所ともＬ1、そこから垂直方向に曲げられた部分の長さを２箇所ともＷ、それらを結ぶ部分の長さをＬ2とおいて、Ｈ＝20mm、Ｌ1＝20mm、Ｗ＝15mm、Ｌ2＝15mmとした。線状素子２は互いに垂直な３方向のいずれかに平行な線状部分から成る。この他は図１の伝送線路アンテナ１００と同様に設計してシミュレーションを行った。図５の伝送線路アンテナ３００の開環状の線状素子２の全長Ｃは、Ｃ＝Ｌ1＋２Ｗ＋２Ｌ2＋２Ｈであって、λ0＝２Ｃとなる波長λ0の電磁波に対して共振するアンテナである。
【００１８】
50Ωの特性インピーダンスをもつ同軸ケーブル４で給電した場合の入力反射特性Ｓ11を図６に示す。尚、図６では図４と横軸の幅が同じである。実線が本実施例による入力反射特性を示しており、一点鎖線がリング状の誘電体共振器３を用いない、伝送線路アンテナの入力反射特性を示している。図５の伝送線路アンテナ３００は、図６の実線で示すように、2.8GHz以上の広い帯域で図１の伝送線路アンテナ１００と同様の入力特性である。よって、広帯域特性を維持したまま、図１の伝送線路アンテナ１００に比較して、第２高次共振周波数を低下させることができる。
【００１９】
〔補足〕
図１の線状素子２と、コの字型の折り曲げ部を有する図５の線状素子２との差は、コの字型の折り曲げ部を有することで共振周波数を調整可能となることである。この原理について、簡単のため図７．Ａ、図７．Ｂのように誘電体共振器３を装荷しないアンテナ素子を用いて説明する。
【００２０】
図７．Ａは従来の単純なループ状の線状素子２を有する伝送線路アンテナ９００で、図７．Ｂは線状素子２に、ほぼ中央付近でコの字型の折り曲げ部を設けた伝送線路アンテナ９１０である。これらの線状素子２の全長は同一であり、ここでは各々115mmに設定した。
【００２１】
図８は図７．Ａの伝送線路アンテナ９００と図７．Ｂの伝送線路アンテナ９１０の入力反射特性を示す特性図である。図８の実線は図７．Ａの伝送線路アンテナ９００の入力反射特性を、点線は図７．Ｂの伝送線路アンテナ９１０の入力反射特性を示す。図８で矢印で示した点はそれぞれのアンテナの第１および第２の共振点である。
【００２２】
図８の実線で示す通り、図７．Ａの伝送線路アンテナ９００の入力反射特性は、第１の共振周波数が1.43GHzであり、第２の共振周波数が2.78GHｚである。ここにおいて、第２の共振周波数と第１の共振周波数の比は1.944である。図８の点線で示す通り、図７．Ｂの伝送線路アンテナ９１０の入力反射特性は、第１の共振周波数が1.63GHzであり、第２の共振周波数が2.95GHｚである。ここにおいて、第２の共振周波数と第１の共振周波数の比は1.810である。これはコの字型の折り曲げ部を設けることで、第２の共振周波数の第１の共振周波数に対する比が小さくなることを示す。例えば、図７．Ｂの伝送線路アンテナ９１０の第１の共振周波数を、図７．Ａの伝送線路アンテナ９００の第１の共振周波数と同一となるように設定した場合、図７．Ｂの伝送線路アンテナ９１０の第２の共振周波数を、図７．Ａの伝送線路アンテナ９００の第２の共振周波数よりも小さくすることができる。図７と図８においては誘電体共振器３を装荷していない場合について説明をしたが、誘電体共振器３を装荷した場合においても同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、例えば車両に搭載して自動車電話や携帯電話などに用いるのに好適な送受信用アンテナである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】１．Ａは実施例１に係る伝送線路アンテナ１００の構成を示す断面図、図１．Ｂはその模式的斜視図。
【図２】伝送線路アンテナ１００の入力反射特性を示すグラフ図。
【図３】実施例２に係る伝送線路アンテナ２００の構成を示す模式的斜視図。
【図４】伝送線路アンテナ２００の入力反射特性を示すグラフ図。
【図５】実施例３に係る伝送線路アンテナ３００の構成を示す模式的斜視図。
【図６】伝送線路アンテナ３００の入力反射特性を示すグラフ図。
【図７】説明のために示す２つの伝送線路アンテナの構成を示す模式的斜視図。
【図８】図７の２つの伝送線路アンテナの入力反射特性を示すグラフ図。
【図９】９．Ａは従来の伝送線路アンテナ９００の構成を示す断面図、図９．Ｂはその模式的斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
１：接地板
２：線状素子
３：誘電体共振器
４：同軸ケーブル
４１：同軸ケーブルの中心導体
４２：同軸ケーブルの外部導体
４３：同軸ケーブルの絶縁体鞘
【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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