(57)【要約】【課題】  アンテナサイズを大型化することなく複数の共振周波数をそれぞれ分離して設定でき、多様な方式に適用可能な多周波共用アンテナを提供する。【解決手段】  本発明の多周波共用アンテナ１は、接地板１３の上部に順次積層され所定間隔で対向配置される平面状の複数のパッチ１１、１２と、給電素子１４の出力端と最上部のパッチ１１を電気的に接続する給電用導体１５と、接地板１３と最上部のパッチ１１の一端を電気的に接続する接地用導体１６と、上下に対向するパッチ同士を電気的に順次接続して複数のパッチ１１、１２を一体的に連結する短絡用導体１７とを備え、この短絡用導体１７は、接地用導体１６に対しパッチ１１の平面方向で対向する位置に配置されることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地板の上部に順次積層され所定間隔で対向配置される平面状の複数のパッチと、
給電素子の出力端と最上部のパッチを電気的に接続する給電用導体と、
前記接地板と前記最上部のパッチの一端を電気的に接続する接地用導体と、
上下に対向配置される前記パッチ同士を電気的に順次接続して前記複数のパッチを一体的に連結する複数の短絡用導体と、
を備え、前記複数の短絡用導体のうち少なくとも一つの短絡用導体は、前記接地用導体に対しパッチ平面方向で対向する位置に配置されることを特徴とする多周波共用アンテナ。
【請求項２】
前記複数の短絡用導体によって一体的に連結される複数のパッチは、最上部のパッチから最下部のパッチに向かって順番に接続されることを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項３】
前記複数のパッチのうち、上側と下側にそれぞれパッチが対向配置される任意のパッチは、上側のパッチに接続される一方の短絡用導体と下側のパッチに接続される他方の短絡用導体が互いに該パッチ平面上で対向する位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項４】
前記複数のパッチは、略同一のサイズ及び形状の導体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項５】
前記接地用導体及び前記複数の短絡用導体は、それぞれ前記パッチと共通の幅を有する板状の導体で形成されることを特徴とする請求項４に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項６】
接地板の上部に積層され前記接地板と所定間隔で対向配置される下部パッチと、
前記下部パッチの上部に積層され前記下部パッチと所定間隔で対向配置される上部パッチと、
給電素子の出力端と前記上部パッチの一端を電気的に接続する給電用導体と、
前記接地板と前記上部パッチの一端を電気的に接続する接地用導体と、
前記上部パッチと前記下部パッチを電気的に接続して一体的に連結する短絡用導体と、
を備え、前記短絡用導体は、前記接地用導体に対しパッチ平面上で対向する位置に配置されることを特徴とする２周波共用アンテナ。
【請求項７】
前記上部パッチ及び前記下部パッチは、略同一のサイズ及び形状の導体で形成されることを特徴とする請求項６に記載の２周波共用アンテナ。
【請求項８】
前記接地用導体及び前記短絡用導体は、前記各パッチと共通の幅を有する板状の導体で形成されることを特徴とする請求項７に記載の２周波共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数帯を共用可能な多周波共用アンテナの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の携帯端末が広く普及しているが、これらの携帯端末の無線通信には多様な方式が並存し複数の異なる周波数帯が利用される。そのため、１つのアンテナで多数の周波数帯を共用可能な多周波共用アンテナが要請されている。一般に携帯端末に内蔵可能なアンテナとしては、逆Ｆアンテナが広く利用されている。逆Ｆアンテナの多周波化の方法の１つに平面パッチを多層化する方法が知られている。
【０００３】
第１の方法は、図１３に示すように、２つのパッチ１０１、１０２を接地板１０３上に所定間隔を置いて平行に対向配置するとともに、給電用導体１０４及び接地用導体１０５を設けた多層の平面アンテナを構成するものである。図１３の構成においては、接地板１０３の給電素子の出力端に接続される給電用導体１０４と、接地板１０３に接続される接地用導体１０５が、それぞれ近接して下部パッチ１０２の一端に接続されるとともに、同様の側に設けられた短絡用導体１０５が、上下２つのパッチ１０１、１０２の一端の間に接続されて両者を連結している。
【０００４】
また、第２の方法では、図１４に示すように、２つのパッチ２０１、２０２と接地板２０３、給電用導体２０４、接地用導体２０５のそれぞれの配置については図１３と同様であるが、短絡用導体２０６の配置が図１３と異なる構成となっている（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、図１４の構成においては、給電用導体２０４及び接地用導体２０５に対向する側において、短絡用導体２０６が上下２つのパッチ２０１、２０２の一端の間に接続されて両者を連結している。
【非特許文献１】IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION.VOL.47.NO.4.APRIL 1999 Lakhdar Zaid,Georges Kossiavas,Jean-Yves Dauvignac,Josiane Cazajous,and Alber Papiernik ”Dual-Frequency and Broad-Band Antennas with Stacked Quarter Wavelength Elements”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の第１の方法を採用する場合は、給電点から見たときに上下２つのパッチ１０１、１０２を含む電流経路を長く確保できないため、２つの共振周波数が接近する。そのため、逆Ｆアンテナの広帯域化を目的に用いることが主となり、離れた２つの周波数帯での動作には適していない。
【０００６】
一方、上記従来の第２の方法を採用する場合は、給電点から見たときに上下２つのパッチ２０１、２０２を含む電流経路は、短絡用導体２０６の配置によって長く確保できるため、２つの共振周波数は比較的分離する関係に設定することができる。しかし、図１４の構成においては、放射導体と接地板との間にかかる電界は、上側の上部パッチ２０１に比べ下側の下部パッチ２０２の影響が支配的となり、その電流経路が十分であっても２つの共振周波数を十分に分離することができない。
【０００７】
例えば、携帯電話に適用される方式としては、９００ＭＨｚ／１８００ＭＨｚのデュアル方式が想定され、あるいは、無線ＬＡＮに適用される方式としては、２．５ＧＨｚ／５ＧＨｚのデュアル方式が想定される。このように、２倍程度に共振周波数を離すことが望ましいのに対し、上記従来の２つの方法では、いずれも対応することが難しいという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、複数のパッチを積層して多数の周波数帯を共用可能なアンテナを構成する場合、アンテナサイズを大型化することなく複数の共振周波数をそれぞれ分離して設定でき、多様な方式に適用可能な多周波共用アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の多周波共用アンテナは、接地板の上部に順次積層され所定間隔で対向配置される平面状の複数のパッチと、給電素子の出力端と最上部のパッチを電気的に接続する給電用導体と、前記接地板と前記最上部のパッチの一端を電気的に接続する接地用導体と、上下に対向配置される前記パッチ同士を電気的に順次接続して前記複数のパッチを一体的に連結する複数の短絡用導体とを備え、前記複数の短絡用導体のうち少なくとも一つの短絡用導体は、前記接地用導体に対しパッチ平面方向で対向する位置に配置されることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、複数のパッチを積層配置してパッチ同士を複数の短絡用導体で一体的に連結したので、連結されるパッチの組合せに応じて複数の周波数帯で共振させることができる。そして、一体的に連結された複数のパッチは少なくとも一つの短絡用導体が接地用導体との距離を保つように対向配置されるので、電流経路を長く確保することができると同時に、最上部のパッチに給電用導体と接地用導体を接続するように構成したため、最上部のパッチより下層に向って各パッチ間で均衡のとれた電界結合が可能となる。よって、アンテナサイズを大型化することなく、多数の共振周波数をそれぞれ分離して設定し、広い周波数範囲に利用可能な多周波共用アンテナを実現することができる。なお、積層配置された前記複数のパッチの間隔は、全て同じ間隔である必要はない。
【００１１】
請求項２に記載の多周波共用アンテナは、請求項１に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記複数の短絡用導体によって一体的に連結される複数のパッチは、最上部のパッチから最下部のパッチに向かって順番に接続されることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、一体的に連結された複数のパッチは、その接続順が最上部から最下部に向かうように構成したので、各パッチと接地板の間に生じる電界をより一層均等にして、パッチサイズに応じて多数の共振周波数を十分に分離することができる。
【００１３】
請求項３に記載の多周波共用アンテナは、請求項２に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記複数のパッチのうち、上側と下側にそれぞれパッチが対向配置される任意のパッチは、上側のパッチに接続される一方の短絡用導体と下側のパッチに接続される他方の短絡用導体が互いに該パッチ平面上で対向する位置に配置されることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、一体的に連結された複数のパッチは、それぞれのパッチを接続する短絡用導体の配置が上下のパッチの短絡用導体に対し対向する位置関係となるようにしたので、複数のパッチを経由する電流経路を十分に長くすることができ、小型のアンテナサイズであっても多数の共振周波数に対応することができる。
【００１５】
請求項４に記載の多周波共用アンテナは、請求項１に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記複数のパッチは、略同一のサイズ及び形状の導体で形成されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、複数のパッチのサイズと形状が略同一であるため、上述の多周波共用アンテナを小型かつ簡素な構成で実現することができる。
【００１７】
請求項５に記載の多周波共用アンテナは、請求項４に記載の多周波共用アンテナにおいて、前記接地用導体及び前記複数の短絡用導体は、それぞれ前記パッチと共通の幅を有する板状の導体で形成されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、請求項４に記載の発明の作用に加えて、接地用導体と複数の短絡用導体を板状の導体とし、その幅をパッチと共通にしたので、多周波に対応する携帯端末等において内蔵が可能であって製造性に優れた多周波共用アンテナを組み込むことができる。
【００１９】
請求項６に記載の２周波共用アンテナは、接地板の上部に積層され前記接地板と所定間隔で対向配置される下部パッチと、前記下部パッチの上部に積層され前記下部パッチと所定間隔で対向配置される上部パッチと、給電素子の出力端と前記上部パッチの一端を電気的に接続する給電用導体と、前記接地板と前記上部パッチの一端を電気的に接続する接地用導体と、前記上部パッチと前記下部パッチを電気的に接続して一体的に連結する短絡用導体とを備え、前記短絡用導体は、前記接地用導体に対しパッチ平面上で対向する位置に配置されることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、２層構成のパッチの一端を短絡用導体により連結して２つの周波数帯で共振させることができる。そして、上部パッチに給電用導体と接地用導体を接続するように構成したため、両パッチと接地板間で不均等な電界を生じることを避けることができるとともに、短絡用導体が給電用導体及び接地用導体との距離を保つように対向配置されるので、電流経路を長く確保することができる。よって、アンテナサイズを大型化することなく、十分に離れた２つの周波数帯での動作を実現することができる。
【００２１】
請求項７に記載の２周波共用アンテナは、請求項６に記載の２周波共用アンテナにおいて、前記上部パッチ及び前記下部パッチは、略同一のサイズ及び形状の導体で形成されることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、請求項６に記載の発明の作用に加えて、２つのパッチのサイズと形状が略同一であるため、上述の２周波共用アンテナを小型かつ簡素な構成で実現することができる。
【００２３】
請求項８に記載の２周波共用アンテナは、請求項７に記載の２周波共用アンテナにおいて、前記接地用導体及び前記短絡用導体は、前記各パッチと共通の幅を有する板状の導体で形成されることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、請求項７に記載の発明の作用に加えて、接地用導体と短絡用導体を板状の導体とし、その幅をパッチと共通にしたので、２周波に対応する携帯端末等において内蔵が可能であって製造性に優れた２周波共用アンテナを組み込むことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複数のパッチを順次積層して、各パッチを連結する短絡用導体と、最上部のパッチに接続した給電用導体及び接地用導体とを設け、少なくとも一つの短絡用導体を接地用導体に対しパッチ平面上で対向するように配置したので、多数の周波数帯を共用する際、十分に分離した多数の周波数帯に対応できる。この場合、電流経路を長く確保できること、及び、各層と接地板との電界を均等にできることが相まって、アンテナサイズを大型化することなく、多数の共振周波数を広い周波数範囲にわたって十分に分離し、多様な方式に適用可能な多周波共用アンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、本発明の多周波共用アンテナの一例として、２つの周波数帯を共用可能な２周波共用アンテナに対して本発明を適用する場合を説明する。
【００２７】
まず、本実施形態に係る２周波共用アンテナの構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る２周波共用アンテナ１の構造を示す斜視図である。また、図１の２周波共用アンテナ１に関し、図２に上面図を示すとともに、図３に側面図を示す。
【００２８】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る２周波共用アンテナ１は、上部パッチ１１と、下部パッチ１２と、接地板１３の３つの層が順次積層された構造を有している。上部パッチ１１は、下部パッチ１２の上部に積層され下部パッチ１２と所定の間隔を置いて平行に対向配置されるとともに、下部パッチ１２は、接地板１３の上部に積層され接地板１２と所定の間隔を置いて平行に対向配置される位置関係にある。また、図２からわかるように、上部パッチ１１と下部パッチ１２は、いずれも略同一サイズの矩形状の導体で形成されている。なお、接地板１３は、上部パッチ１１及び下部パッチ１２よりも十分に広いサイズの接地パターンを有して形成されることを想定している。
【００２９】
上方に配置される上部パッチ１１の端部においては、給電用端子１１ａ及び接地用端子１１ｂが設けられている。それぞれ、給電点としての給電用端子１１ａには給電用導体１５が接続され、接地用端子１１ｂには接地用導体１６が接続されている。給電用導体１５は下方に延伸され、給電素子１４の出力端と電気的に接続されている。この給電素子１４の接地端は、接地板１３と電気的に接続されている。また、接地用導体１６は、給電用導体１５に並行して下方に延伸され、接地板１３の接地パターンと電気的に接続されている。
【００３０】
なお、給電用導体１５と接地用導体１６との間隔は、２周波共用アンテナ１の所望のインピーダンスを調整可能な範囲で適切に設定することが望ましい。
【００３１】
一方、上部パッチ１１において、接地用端子１１ｂの位置に対しパッチ１１の平面上で対向する位置の端部に設けられた接続部１１ｃには、短絡用導体１７が接続されている。短絡用導体１７は下方に延伸され、下部パッチ１２の端部に設けられた接続部１２ａと電気的に接続されている。このように、短絡用導体１７は、上下に対向配置される上部パッチ１１と下部パッチ１２を一体的に連結する役割がある。
【００３２】
下部パッチ１２には、短絡用導体１７のみが接続され、それ以外の導体は接続されていない。すなわち、接地板１３の側から見ると、給電用導体１５及び接地用導体１６を経由して上方にある上部パッチ１１が基端側に接続され、上部パッチ１１から短絡用導体１７を経由して下方にある下部パッチ１２が先端側に接続された１つのアンテナパターンが形成されることになる。
【００３３】
なお、図１〜図３の構成においては、給電用導体１５及び接地用導体１６は互いに近接した配置になっているが、ある程度の距離を離した配置にしてもよい。ただし、給電用導体１５及び接地用導体１６が、パッチ平面上で短絡用導体１７に対向する位置関係を保つような配置にすることが条件になる。例えば、上部パッチ１１には、その端部に限らず中央寄りの所定位置に給電点を設けることができ、そこから給電用導体１５に接続するようにしてもよい。
【００３４】
また、図１〜図３の構成においては、接地用導体１６と短絡用導体１７がともに線状の導体で形成される例を示しているが、これらを板状の導体で形成してもよい。例えば、これらの各導体は、上部パッチ１１を構成する矩形の一辺の長さを有する板状の導体であってもよい。
【００３５】
ここで、図４は、本実施形態に係る２周波共用アンテナ１の変形例に関して図１に対応する構造を示す斜視図である。この変形例においては、上部パッチ１１、下部パッチ１２、接地板１３の構造は、概ね図１の場合と共通であるが、給電用導体２１、接地用導体２２、短絡用導体２３の構造と配置が異なっている。
【００３６】
図４に示すように、上部パッチ１１における中央寄りの位置に給電用端子１１ａが設けられ、そこに給電用導体２１が接続されている。給電用導体２１は下方に延伸され、下部パッチ１２に設けた貫通穴１２ｂを通って、接地板１３に設けた給電素子１４の出力端と電気的に接続されている。
【００３７】
一方、図４に示すように、接地用導体２２及び短絡用導体２３は、図１の場合とは異なり、それぞれ上部パッチ１１の一辺と同じ幅に形成された板状の導体からなる。接地用導体２２は、上部パッチ１１の一辺と接地板１３の所定位置との間を電気的に接続する。また、短絡用導体２３は、上下で対向する上部パッチ１１及び下部パッチ１２のそれぞれの一辺の間を電気的に接続する。
【００３８】
なお、接地用導体２２を上部パッチ１１の一辺から垂直下方に向かうように形成する場合、接地用導体２２と下部パッチ１２が直接接触することを避ける必要がある。そのためには、下部パッチ１２を上部パッチ１１のサイズよりも若干小さいサイズで形成すればよい。
【００３９】
以下、上述のように構成される２周波共用アンテナ１の動作について説明する。本実施形態においては、低周波側の共振周波数と高周波側の共振周波数とを共用できるように２周波共用アンテナ１を動作させる。そして、低周波側の共振周波数に対しては、上部パッチ１１及び下部パッチ１２が一体的に放射素子として動作する一方、高周波側の共振周波数に対しては、主に上部パッチ１１が放射素子として動作する。
【００４０】
２周波共用アンテナ１を携帯電話用のアンテナとして採用する場合、多様な方式に適合するためには、できるだけ離れた２つの周波数帯に対して適用できることが望ましい。図１に示すような本実施形態の構成においては、上部パッチ１１上で給電用導体１５及び接地用導体１６が、短絡用導体１７から離れた配置となる。これにより、高周波側の共振周波数に対応する電流経路に比べ、低周波側の共振周波数に対応する電流経路については、上部パッチ１１から短絡用導体１７を経て下部パッチ１２に至るまで長い距離を確保できることになる。そのため、電流経路の違いにより２つの周波数帯における波長の違いが大きくなり、２つの周波数帯を分離する場合に有利な構成となる。
【００４１】
また、本実施形態の構成では、接地板１３から給電用導体１５及び接地用導体１６を経由して、まず上部パッチ１１に接続され、次いで下部パッチ１２に接続されるように接続順が規定されている。これにより、上部パッチ１１は、全体のアンテナパターンの基端側に近い放射素子となり、下部パッチ１２は、全体のアンテナパターンの基端側から遠く先端側に近い放射素子となる。そのため、これら２つの放射導体と接地板１３の間の電界は、比較的均等にかかることになる。よって、従来のように上下のパッチからの電界が不均等になることを避けることができ、２つの周波数帯をさらに分離することが可能となる。
【００４２】
なお、上述したように、上部パッチ１１と下部パッチ１２は、略同一サイズである場合に限らず、両者を異なるサイズで構成可能であるが、このように異なるサイズにすることで上下の放射導体の大きさを自在に変化させ、２つの共振周波数の関係を適切に調整可能としてもよい。また、上部パッチ１１と下部パッチ１２の形状は、矩形状に限ることなく、放射導体として動作し得る限り任意の形状にすることができる。
【００４３】
次に、本実施形態に係る２周波共振アンテナ１に関してシミュレーションによるアンテナ特性の検討結果を説明する。２周波共用アンテナ１のシミュレーションにおいては、１ＧＨｚ近辺と２ＧＨｚ近辺の２つの周波数帯で用いることを想定するとともに、図４に示すような基本構造を有する２周波共用アンテナ１を対象とした。図５は、シミュレーションの対象とした２周波共用アンテナ１の具体的な構造を示す図である。それぞれ、図５（ａ）が上面図であり、図５（ｂ）が側面図である。
【００４４】
表１は、図５に示す２周波共用アンテナ１についての設計条件を示している。かかる設計条件を決める際は、２つの周波数帯についてインピーダンス整合及び放射特性が適正な範囲で確保できるように調整を行うとともに、上部パッチ１１と下部パッチ１２の間隔及び下部パッチ１２と接地板１３の間隔をそれぞれ放射特性が適正になるように調整を行った。なお、短絡用導体２３から離れた中央寄りに上述の給電用端子１１ａに相当する給電点を設定した。
【００４５】
【表１】
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一方、図５に示す２周波共用アンテナ１とのアンテナ特性の比較のため、本実施形態の構成を採用しない従来の２周波共用アンテナについて比較のシミュレーションを行った。ここでは、図６、図７にそれぞれ構成を示すような２種のタイプの２周波共用アンテナを想定した。図６に示す第１のタイプにおいては、接地用導体２２が下部パッチ１２と接地板１３とを接続し、この接地用導体２２と同じ側に設けた短絡用導体２３が上部パッチ１１と下部パッチ１２を接続する位置関係にある。また、図７に示す第２のタイプにおいては、接地用導体２２が下部パッチ１２と接地板１３とを接続し、この接地用導体２２と対向する側に設けた短絡用導体２３が上部パッチ１１と下部パッチ１２を接続する位置関係にある。また、第１のタイプと第２のタイプのいずれも、下部パッチ１２の所定位置に給電点１２ａが設けられ、給電用導体２１を介して給電素子１４に接続されている。
【００４６】
表２は、図６に示す第１のタイプの２周波共用アンテナ１についての設計条件を示している。また表３は、図７に示す第２のタイプの２周波共用アンテナ１についての設計条件を示している。それぞれの設計条件を決める際は、表１の設計条件と同様、アンテナ特性を適正化できるように調整を行った。
【表２】
2005197776.tif 000004
【００４７】
【表３】
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図８は、表１の設計条件に適合する２周波共用アンテナ１のアンテナ特性のうち、周波数とＶＳＷＲの関係を示す図であり、周波数０．５〜２．５ＧＨｚの範囲におけるＶＳＷＲの変化をグラフ化している。このグラフによれば、周波数１ＧＨｚの近くにＶＳＷＲの第１のピークが現れるとともに、周波数２ＧＨｚの近くにＶＳＷＲの第２のピークが現れている。このように、低周波側及び高周波側の２つの共振周波数は、本実施形態に係る２周波共用アンテナ１の作用に基づき、２倍程度に分離した特性となっている。
【００４８】
これに対し、図９は、表２の設計条件に適合する図６の構成についての周波数とＶＳＷＲの関係を示す図であり、図１０は、表３に設計条件に適合する図７の構成についての周波数とＶＳＷＲの関係を示すである。いずれも、図８の場合と同様、周波数０．５〜２．５ＧＨｚの範囲におけるＶＳＷＲの変化をグラフ化している。
【００４９】
図９のグラフによれば、ＶＳＷＲの２つのピークが近接して、周波数１．２５〜１．５ＧＨｚの範囲にわたって分離していない周波数特性となっている。一方、図１０のグラフによれば、周波数１．２５ＧＨｚの近くにＶＳＷＲの第１のピークが現れるとともに、周波数１．６５ＧＨｚの近くに第２のピークが現れ、２つの共振周波数が分離しているものの、図８の場合と比べると、２つの共振周波数が十分に離れた特性にはなっていない。
【００５０】
このように、本実施形態に係る２周波共用アンテナ１を用いることにより、従来の構成に比べて、２つの共振周波数を十分に分離する特性を実現することができることが確認された。すなわち、従来の図６の構成においては、接地用導体２２と短絡用導体２３が上部パッチ１１及び下部パッチ１２に対して同じ側に配置され、電流経路を長く確保できない。さらに、従来の図６及び図７の双方の構成においては、下部パッチ１２に給電点が設けられているので、アンテナパターンの基端側に近い下部パッチ１２は、上部パッチ１１よりも接地板１３との間の電界が強くなって均等な電界分布が得られない。本実施形態に係る２周波共用アンテナ１では、これらの要因を回避し得る構成を採用しているので、図６と図７のいずれの構成と比べても、２つの共振周波数を広く離すことが可能となる。
【００５１】
次に、３つ以上の周波数帯を共用可能な多周波共用アンテナに対して本発明を適用する場合を説明する。上記の２周波共用アンテナ１は、２つのパッチと接地板１３を積層された３層構造を有しているが、本発明をＮ周波共用アンテナに適用する場合は、Ｎ個のパッチと接地板が積層されたＮ＋１層構造とする必要がある。
【００５２】
図１１は、多周波共用アンテナの適用例として３つの周波数帯を共用可能な３周波共用アンテナ２の構造を示す斜視図である。また、図１２は、図１１の３周波共用アンテナについての側面図である。図１１及び図１２に示す３周波共用アンテナ２は、上部パッチ５１と、中央パッチ５２と、下部パッチ５３と、接地板５４の４つの層が順次積層された構造を有している。そして、これら４層は所定の間隔を置いて平行に対向配置されるとともに、各層のサイズ及び形状は概ね図１の場合と同様になっている。
【００５３】
図１１においては、図１の場合と同様に、給電用導体５６が上部パッチ５１の給電用端子５１ａと給電素子５５の出力端とを電気的に接続するとともに（給電素子５５の接地端は接地板５４と電気的に接続されている）、接地用導体５７が上部パッチ５１の接地用端子５１ｂと接地板５４とを電気的に接続する。また、第１の短絡用導体５８が、図１と同様の配置で上部パッチ５１の接続部５１ｃと中央パッチ５２の接続部５２ａとを電気的に接続する。
【００５４】
これに加えて、図１１の構成では、中央パッチ５２において接続部５２ａの位置に対向する位置の端部に設けられた接続部５２ｂに第２の短絡用導体５９が接続され、下方に延伸されて下部パッチ５３の端部に設けられた接続部５３ａに接続されている。この第２の短絡用導体５９は、上下に対向配置される中央パッチ５２と下部パッチ５３を一体的に連結する役割がある。
【００５５】
このように構成したことにより、接地板１３の側から見ると、給電用導体５６及び接地用導体５７を経由して最上部の上部パッチ５１が基端側に接続され、上部パッチ５１から第１の短絡用導体５８を経由して中央パッチ５２に接続され。さらに中央パッチ５２から第２の短絡用導体５９を経由して下部パッチ５３が先端側に接続された１つのアンテナパターンが形成されることになる。
【００５６】
なお、図１１に示す３周波共用アンテナ２の場合も、図４の構成と同様に、上部パッチ５１における中央寄りの所定位置に給電点を設けることができる。また、図８では、接地用導体５７、第１の短絡用導体５８、第２の短絡用導体５９を線状の導体で形成する例を示しているが、図４の構成と同様、これらを板状の導体で形成してもよい。
【００５７】
上述のように構成される多周波共用アンテナ１は、３つの共振周波数を共用できるように動作する。低周波側の共振周波数に対しては、上部パッチ５１、中央パッチ５２、下部パッチ５３が一体的に放射素子として動作し、中間の共振周波数に対しては、主に上部パッチ５１と中央パッチ５２が一体的に放射素子として動作し、高周波側の共振周波数に対しては、主に上部パッチ５１が放射素子として動作する。
【００５８】
そして、図１１に示す構成を採用し、給電用導体５６及び接地用導体５７が第１の短絡用導体５８から離れた配置となるとともに、第２の短絡用導体５９が第１の短絡用導体５８から離れた配置となるので、周波数が低くなる場合の電流経路を十分長く確保できる。また、接地板５３から給電用導体５６及び接地用導体５７を経由して、上部パッチ５１、中央パッチ５２、下部パッチ５３の順で上部から下部に順次接続されるように構成されているので、２周波共用アンテナ１の場合と同様の作用で、各々の放射導体と接地板５４の間の電界が比較的均等にかかることになる。これらの要因により、図１１に示す多周波共用アンテナ２では、それぞれ３つの共振周波数を十分に分離することが可能となる。
【００５９】
以上説明した実施形態では、各パッチの接続順は上方から下方に向かって順番に接続されるような構成を説明したが、最上部のパッチに給電用導体及び接地用導体を接続すれば、途中のパッチの接続順は部分的に変更してもよい。また、複数のパッチのうち少なくとも１つのパッチにおいて短絡用導体が給電用導体及び接地用導体に対しパッチ平面上で対向する位置に配置されていれば本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る２周波共用アンテナの構造を示す斜視図である。
【図２】図１の２周波共用アンテナの上面図である。
【図３】図１の２周波共用アンテナの側面図である。
【図４】本実施形態に係る２周波共用アンテナの変形例に関して図１に対応する構造を示す斜視図である。
【図５】シミュレーションの対象とした２周波共用アンテナの具体的な構造を示す図であり、図５(ａ)が上面図、図５（ｂ）が側面図である。
【図６】比較のシミュレーションの対象とした従来の構成の２周波共用アンテナのうち、第１のタイプの具体的な構造を示す図であり、図５(ａ)が上面図、図５（ｂ）が側面図である。
【図７】比較のシミュレーションの対象とした従来の構成の２周波共用アンテナのうち、第２のタイプの具体的な構造を示す図であり、図５(ａ)が上面図、図５（ｂ）が側面図である。
【図８】表１の設計条件に適合する２周波共用アンテナについての周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。
【図９】表２の設計条件に適合する図６の構成についての周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。
【図１０】表３の設計条件に適合する図７の構成についての周波数とＶＳＷＲの関係を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る多周波共用アンテナの適用例としての３周波共用アンテナの構造を示す斜視図である。
【図１２】図１１の３周波共用アンテナの側面図である。
【図１３】従来の逆Ｆアンテナを多層化する第１の方法における構成を示す図である。
【図１４】従来の逆Ｆアンテナを多層化する第２の方法における構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…２周波共用アンテナ
２…３周波共用アンテナ
１１…上部パッチ
１２…下部パッチ
１３…接地板
１４…給電素子
１５…給電用導体
１６…接地用導体
１７…短絡用導体
１１…上部パッチ
１２…下部パッチ
１３…接地板
１４…給電素子
１５、２１…給電用導体
１６、２２…接地用導体
１７、２３…短絡用導体
５１…上部パッチ
５２…中央パッチ
５３…下部パッチ
５４…接地板
５５…給電素子
５６…給電用導体
５７…接地用導体
５８…第１の短絡用導体
５９…第２の短絡用導体
【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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【図１３】
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【図１４】
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