(57)【要約】【課題】携帯端末への搭載などに適した、比較的簡単な構成で比帯域幅の大きい広帯域特性を有するアンテナ装置を提供する。【解決手段】一端を給電点に接続され約λ／４で共振する第１のアンテナエレメント１１の開放端部に、容量結合によって励振される約λ’／２の第２のアンテナエレメント１２を少なくとも１つ直列に配置する。好ましくは、さらに第２のアンテナエレメント１２の他端に、一端が容量結合され約λ”／２で共振する第３のアンテナエレメント１３を備える。各アンテナエレメントの電気長はλ＞λ’＞λ”となるように調整されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を給電点に接続され約λ／４で共振する第１のアンテナエレメントの開放端部に、容量結合によって励振される約λ’／２の第２のアンテナエレメントを少なくとも１つ直列に配置するとともに、各アンテナエレメントの電気長はλ＞λ’となるように調整されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
一端を給電点に接続され約λ／４で共振する第１のアンテナエレメントと、
この第１のアンテナエレメントの開放端部に一端が容量結合され、約λ’／２で共振する第２のアンテナエレメントと、
この第２のアンテナエレメントの他端に、一端が容量結合され約λ”／２で共振する第３のアンテナエレメントとを備え、
各アンテナエレメントの電気長はλ＞λ’＞λ”となるように調整されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１のアンテナエレメントは、容量装荷型の形状を有す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のアンテナエレメントは、メアンダ、ヘリカル、ジグザグのいずれかの形状を有することにより低インピーダンスとなるように調整されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１のアンテナエレメントは、誘電体を装荷されることにより低インピーダンスとなるように調整されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項６】
各アンテナエレメント間にチップ部品を接続することにより、各アンテナエレメント間の容量結合を実現した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７】
各アンテナエレメントの端部をほぼ平行にオーバーラップさせることにより、各アンテナエレメント間の容量結合を実現した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広帯域特性を要求されるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の線状アンテナの広帯域化手法として、電気長λ／４で励振されるアンテナエレメントの開放端部に電気長λ／２のアンテナエレメントを近接させ、両アンテナエレメントを容量結合させることによって広帯域化を図る手法が知られている。例えば、特許文献１に開示された「移動通信機用格納型アンテナ装置」では、１．９ＧＨｚ帯において携帯端末用のアンテナとして適用した例が示され、ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）の値が３以下で比帯域幅約３７％の広帯域特性を実現している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−９４９２３号公報
【非特許文献１】
アンテナエ学ハンドブック、電子通信情報学会  平６  オーム社  Ｐ１２１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１のような方式では、１ＧＨｚ以下の低い周波数帯域ではその構成上広帯域化を実現できない。このため、例えば、中心周波数６２０ＭＨｚ、比帯域幅約４８％のような低い周波数帯でかつ広帯域特性が要求される地上波デジタル放送用のアンテナには、前記手法を用いての広帯域化は十分ではなくなることが予測される。
【０００５】
比帯域幅５０％以上の広帯域特性をもつアンテナとしては対数周期アンテナが知られている（非特許文献１参照）。しかし、一般に移動体通信で使用される４００〜２０００ＭＨｚの周波数では波長が長いため、その特殊な形状にも起因して、アンテナのサイズが大きくなる。このため、対数周期アンテナは、移動体通信の端末などへの適用では持ち運びに困難であることが問題になる。
【０００６】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、携帯端末への搭載などに適した、比較的簡単な構成で比帯域幅の大きい広帯域特性を有するアンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアンテナ装置は、一端を給電点に接続され約λ／４で共振する第１のアンテナエレメントの開放端部に、容量結合によって励振される約λ’／２の第２のアンテナエレメントを少なくとも１つ直列に配置するとともに、各アンテナエレメントの電気長はλ＞λ’となるように調整されていることを特徴とする。
【０００８】
第１のアンテナエレメントは容量結合により第２のアンテナエレメントを励振する。さらに第２のアンテナエレメントの他端に、一端が容量結合され約λ”／２で共振する第３のアンテナエレメントとを備えてもよい。
【０００９】
各アンテナエレメントの電気長はλ＞λ’＞λ”となるように調整されている。これによって各アンテナエレメントで共振周波数がずれ、その結果、広帯域なインピーダンス特性が得られる。
【００１０】
前記第１のアンテナエレメントは、容量装荷型の形状としてもよい。これにより、第１のアンテナエレメントのインピーダンス特性が低下し、携帯端末のような地導体の大きさが十分でない場合にも、整合回路を付加する必要なく、インピーダンス整合が図れる。
【００１１】
第１のアンテナエレメントを容量装荷型とするためには、例えば、メアンダ、ヘリカル、ジグザグのいずれかの形状とするか、または、誘電体を装荷する。
【００１２】
各アンテナエレメント間の容量結合は、各アンテナエレメント間のチップ部品で構成することができる。あるいは、各アンテナエレメントの端部をほぼ平行にオーバーラップさせることによっても、各アンテナエレメント間の容量結合を実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
まず、図１に本発明によるアンテナ装置の第１の実施の形態の概略構成を示す。このアンテナ装置は、地導体１５と、この地導体１５の一端部に位置する給電点１４に一端が接続された約λ／４の電気長をもつ第１のアンテナエレメント１１と、約λ’／２の電気長をもつ第２のアンテナエレメント１２と、同じくλ”／２の電気長をもつ第３のアンテナエレメント１３とを備えて構成される。図示のようにアンテナエレメント１１，１２，１３は直列接続されている。第２のアンテナエレメント１２は、電気長約λ／４で励振される第１のアンテナエレメント１１の開放端部に所定の容量１６をもって電磁結合するよう配置される。第３のアンテナエレメント１３は、第２のアンテナエレメント１２の逆側の端部に所定の容量１７をもって電磁結合するよう配置される。各アンテナエレメントは、導電性の線状の部材からなり、たとえば可撓性を有するワイヤ等により構成できる。地導体１５は、たとえば、携帯端末の基盤のグランド層やシールドボックスなどである。
【００１５】
ここで、第１のアンテナエレメント１１の給電部より観測した、第２のアンテナエレメント１２の共振周波数は第１のアンテナエレメント１１よりも高くなるようにその電気長を調整するものとする（すなわち、λ＞λ’＞λ”）。同じく、第１のアンテナエレメント１１の給電部より観測した第３のアンテナエレメント１３の共振周波数は第２のアンテナエレメント１２よりも高くなるようにその電気長を調整するものとする。すなわち、もっとも低い共振周波数を第１のアンテナエレメント１１で、ついで次に高い共振周波数を第２のアンテナエレメント１２で、さらに高い共振周波数を第３のアンテナエレメント１３で構成する。
【００１６】
この調整により、最も低い周波数では、共振している第１のアンテナエレメント１１の自己インピーダンスが大きくなり、第２，第３のアンテナエレメント１２，１３は電気長が順次短くなっているために徐々に自己インピーダンスが小さくなっていく。この配置によって、インピーダンス特性における互いのアンテナエレメント同士の干渉が少なくなることにより広帯域なインピーダンス特性を実現できる。
【００１７】
一般にアンテナと高周波回路の接続に使用される特性インピーダンスは５０Ωである。第１の実施の形態における第１のアンテナエレメント１１は約λ／４の電気長をもち、地導体１５の大きさにもよるが多くの電流が地導体１５上に流れる。このため地導体１５の大きさによりアンテナのインピーダンス特性も大きく変化する。携帯端末のような地導体の大きさが十分でない場合には、ダイポールアンテナの構成に近くなるため、一般に共振周波数でのインピーダンスは５０Ωより高くなる。
【００１８】
また、第１のアンテナエレメント１１は高インピーダンスとなる約λ’／２の電気長を持つ第２のアンテナエレメント１２および約λ”／２の電気長を持つ第３のアンテナエレメント１３と結合するため、アンテナ給電点１４からみたアンテナ全体のインピーダンス特性はさらに高くなる。改善のため整合回路を付加してインピーダンス整合を図ることも可能であるが、整合回路により損失が発生する。さらに、所定の周波数におけるエレメント間の干渉の大きさが変化し、広帯域化に支障が生じるおそれがある。
【００１９】
そこでこのような問題に対処するための本発明の第２の実施の形態の概略構成を図２に示す。この構成は、基本的には図１に示した第１の実施の形態と同様であり、図１に示したものと同様の構成要素には同じ参照符号を付してある。第２の実施の形態が、構造上、第１の実施の形態と異なる点は、第１のアンテナエレメント１１に代えて、別の構成の第１のアンテナエレメント２１を用いたことにある。これは、第１の実施の形態と基本的には同じ構成において簡単な構成変更で広帯域特性を得るために特性インピーダンスの大きさを調整する手法である。そのために、第１のアンテナエレメントとしていわゆる容量装荷型の形状のアンテナエレメント２１を用いる。容量装荷型のアンテナエレメント２１としては、それぞれ図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ヘリカル型１１ａ、メアンダ型１１ｂ、ジグザク型１１ｃ、および誘電体装荷型１１ｄが挙げられる。誘電体装荷型１１ｄのアンテナエレメントは、導線２５の周囲に所定の材料の誘電体２６を装荷している。この誘電体２６は、例えばテフロン（登録商標）などの樹脂やセラミックなどであり、第２および第３のアンテナエレメントまたは全アンテナエレメントを被覆する絶縁材料とは、形状、サイズまたは材質の少なくとも一つにおいて異なり、第１のアンテナエレメントに有意な容量装荷の効果をもたらすものである。これにより、第１のアンテナエレメントを低インピーダンス特性に調整することができる。その結果として、第２のアンテナエレメントおよび第３のアンテナエレメントを組み合わせた場合、５０Ω系への整合が容易に実現できる。
【００２０】
次に、図３に第１の実施の形態の具体的な構成例を示す。この構成は、基本的には図１に示した第１の実施の形態と同様であり、図１に示したものと同様の構成要素には同じ参照符号を付してある。図３の構成は、第１の実施の形態における容量１６，１７の具体的な実現方法として、チップ部品（キャパシタ）１８を用いたものである。これにより、簡単な構成で各エレメント間の容量結合の大きさを調整できる。チップ部品の具体的な容量は、実験等により適宜決定することができる。この手法により、チップ部品の値を大きさを変えるだけで容量を変化させることができるため、量産時などに各アンテナエレメントの電気長を調整しなくても最適化が図れる。なお、図３の構成は、図２に示した第２の実施の形態においても採用可能である。
【００２１】
次に、図４に第１の実施の形態の他の具体的な構成例を示す。この構成も、基本的には図１に示した第１の実施の形態と同様であり、図１に示したものと同様の構成要素には同じ参照符号を付してある。図４の構成は、第１の実施の形態における容量１６，１７の具体的な実現方法として、アンテナ部分４０，４１を拡大して示すように、各アンテナエレメントの端部をほぼ平行にオーバーラップさせた構造を採用したものである。これは、各アンテナエレメントの端部のオーバーラップの長さおよび間隔によって容量１９の大きさを調整している。この手法により、容量１９の大きさの調整範囲が広がり、適用できる周波数の範囲を広げることができる。オーバーラップしたアンテナエレメント端部の間は空間であってもよいが、その間に誘電体を装荷して容量結合の値を調整するようにしてもよい。この図４の構成は、図２に示した第２の実施の形態においても採用可能である。
【００２２】
なお、実際のアンテナ装置の形態としては、アンテナエレメント１１，１２，１３は絶縁材料（たとえば合成樹脂や繊維等）で被覆され、すべてのアンテナエレメントが一体化される。携帯端末用のアンテナ装置は、具体的な形態としては、ひも状のストラップとして構成することもできる。ひも状のストラップの形状は線状、ループ状を問わない。
【００２３】
本発明の実施の形態による試作機の特性を実験によって確認した例を図５および図６に示す。この試作機は図２（ｄ）の誘電体装荷の構成を採用したものである。他の構成においても同様な結果が期待される。
【００２４】
図５は、横軸を周波数（４００ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ）、縦軸をＶＳＷＲとし、周波数に応じたＶＳＷＲの値をプロットしたグラフである。図６は、周波数（４００ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ）に応じたアンテナ装置のインピーダンス特性をプロットしたスミスチャート（円の中心点は５０Ω）である。これらのグラフから、ＶＳＷＲの値が３以下の周波数範囲は４３０＝７７０ＭＨｚ、中心周波数６００ＭＨｚなので、比帯域幅５０％以上（具体的には５６．７％＝（７７０−４３０）／６００）のインピーダンス特性を確保できていることが確認できる。図５のグラフでは３つの極小点が観測される。これらの３つの周波数は３つのアンテナエレメントのλ、λ’、λ”に起因して生じたものと考えられる。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、種々の変形、変更が可能である。例えば、以上の説明では、直列接続されるアンテナエレメント数が３つの場合についてのみ示したが、原理的に、２つまたは４つ以上であってもよい。２つの場合には３つの場合に比べて広帯域化の効果は低減するが、なお従来技術に比べて有意な効果を奏する。アンテナエレメントは線状の部材で構成したが、必ずしも線状に限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な構成で比帯域幅の大きい（例えば５０％以上の）広帯域特性を有するアンテナ装置が得られる。このアンテナ装置は、特に地上波デジタル放送用アンテナに利用して好適である。
【００２７】
第１のアンテナエレメントに容量装荷型のアンテナエレメントを用いることにより、地導体の大きさが十分でない携帯端末等において整合回路を用いることなくインピーダンス整合を図ることができる。
【００２８】
直列接続したアンテナエレメントは、例えば携帯端末のストラップとして利用すれば、端末に外付けされても邪魔にならず、携帯端末等への搭載に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナ装置の第１の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明によるアンテナ装置の第２の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図３】本発明による実施の形態の具体的な構成例を示す図である。
【図４】本発明による実施の形態の他の具体的な構成例を示す図である。
【図５】実験によって確認された本発明の実施の形態による試作機の特性を示す周波数対ＶＳＷＲのグラフである。
【図６】実験によって確認された本発明の実施の形態による試作機の特性を示すスミスチャートである。
【符号の説明】
１１…第１のアンテナエレメント、１２…第２のアンテナエレメント、１３…第３のアンテナエレメント、１４…給電点、１５…地導体、１８…チップ部品、２１…容量装荷型のアンテナエレメント、４０，４１…アンテナ部分
【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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