(57)【要約】【課題】  複数の周波数帯で共振し、かつ、グランド板の端部からの放射を抑制した多周波共用アンテナを提供する。【解決手段】  金属板２および２次元配置された金属小板４と両者を接続する金属棒５からなるＨＩＰ（Ｈｉｇｈ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｇｒｏｕｎｄ  Ｐｌａｎｅ）により構成された第１基板１１および第２基板１２は、夫々、幾何学形状により定まる、互いにオーバーラップしない第１および第２周波数帯の表面電流の伝搬を阻止する。同軸線路の中心導体６と外導体７とにより給電される逆Ｌアンテナ２１およびモノポールアンテナ３１は、それぞれ、第１基板上において第１周波数帯および第２周波数帯で共にアンテナ動作できる。第２基板はモノポールアンテナの放射波を伝搬しないので不要な再放射を回避できる。【選択図】        図２１
2005110273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定周波数帯の電磁波の表面上の伝搬を禁止するバンドギャップを有する基板と、該基板の表面上に設けられた前記バンドギャップ内に存在する第１周波数帯で共振する第１のアンテナおよび前記バンドギャップ外に存在する第２周波数帯で共振する第２のアンテナとからなることを特徴とする多周波共用アンテナ。
【請求項２】
前記基板は、該基板の裏面を形成する導体板と、該導体板上に配置された誘電体層を挟んで該誘電体層表面に２次元的に各端部が等間隔となるよう配置された同一形状の複数の金属小板と、前記誘電体層内において前記導体板と各金属小板とをそれぞれ電気的に連結する金属棒と、からなり、前記２次元配列された各金属小板の表面が前記基板の表面を形成す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】
前記第１のアンテナと第２のアンテナとは共に給電点近傍で同一の給電線路と接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項４】
前記第１周波数帯が第２周波数帯より高周波側に存在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項５】
前記第１周波数帯が第２周波数帯より低周波側に存在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項６】
前記第１のアンテナが逆Ｌアンテナであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項７】
前記第１のアンテナが前記基板表面に平行な水平導体を有するフラフープ型アンテナであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項８】
前記基板の表面には誘電体板が配置され、前記第１のアンテナが前記誘電体板の前記基板とは反対の面上に形成されたエレメントパターンであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項９】
前記第２のアンテナがモノポールアンテナであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１０】
前記第２のアンテナがヘリカルアンテナであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１１】
前記第２のアンテナが複数のピッチを有する非一様ヘリカルアンテナであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１２】
前記第２のアンテナが直線導体部とヘリカルアンテナ部とが縦続接続されたアンテナであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１３】
前記基板は、前記第１周波数帯をバンドギャップとして有する第１基板と前記第１周波数帯の外側の周波数帯をバンドギャップとして有する第２基板とからなり、前記第１基板は前記給電点の近傍に配置され、かつ、前記第２基板は前記第１基板の外周に配置されることを特徴とする請求項３に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１４】
前記第２基板は前記第２周波数帯をバンドギャップとして有することを特徴とする請求項１３に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１５】
前記第１基板の金属棒の長さと前記第２基板の金属棒の長さとが異なることを特徴とする請求項１３または１４に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１６】
前記第１基板の誘電体層の誘電率と前記第２基板の誘電体層の誘電率とが異なることを特徴とする請求項１３または１４に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項１７】
前記第１基板の金属小板端部間の距離と前記第２基板の金属小板端部間の距離とが異なることを特徴とする請求項１３または１４に記載の多周波共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数帯で共振する多周波アンテナおよびその多周波アンテナを用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体、特に、車両の高度情報化に伴い車載される無線端末の数が増加している。それは、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機であり、自動車電話機であり、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）通信機等である。これらの無線端末ではお互いの干渉を回避するために、それぞれ異なった周波数帯が用いられている。したがって、それぞれの無線端末においては、使用される複数の周波数帯で動作する、すなわち、共振するアンテナを備える必要がある。さらに、これらのアンテナは電波伝搬状態が比較的良好である車両のインストルメントパネル近辺や車体上に設置されることが望ましく、さらには、車両の美観や運転者の視界確保および車両操作性を考慮して、上記インストルメントパネルの内部やルームミラーの内部などに設置されることが望まれている。
【０００３】
ところで、これら車載無線端末に接続されるアンテナは、以下の問題点を同時に解決する必要がある。
【０００４】
（１） 限られた車室空間に複数のアンテナを設置することが困難である。特に、インストルメントパネルの内部には、空調機器、各種メータ、エアバッグ機器、更には、オーディオ機器やナビゲーション機器などの情報端末機器等があるため、アンテナ設置のためのスペースを設けることは困難である。
【０００５】
（２） 無線端末とアンテナとを接続するケーブルは無線端末の数と同数必要である。これは、装置の重量およびコストを増加させる。
【０００６】
（３） インストルメントパネル内部では各種機器の金属筐体および車体を構成する金属部材が多数存在する。これらの金属部材による反射波とアンテナから直接放射した直接波とが複雑に干渉し、電波の不感方向、すなわちヌル（ｎｕｌｌ）点が多数形成され、アンテナ特性を悪化させる。
【０００７】
従来、上記（１）および（２）の問題を解決する手段として、複数の共振周波数を有する多周波アンテナが開発されている。例えば、特許文献１には、３つの周波数帯で動作する、所定の間隔をもって配置された長さの異なる３つの単位放射導体からなる逆Ｆアンテナが示されている。また、別構造の多周波アンテナとして、特許文献２に示される、ピッチの異なる２つのヘリカルアンテナを組み合わせたヘリカルアンテナや、特許文献３に示される、直線導体とヘリカルアンテナとを組み合わせたアンテナなどもある。しかし、これら従来の多周波アンテナはいずれも、上記問題点（３）を解決するものではない。
【０００８】
この問題点（３）は、よく知られているように、アンテナの放射素子から放射される直接波とアンテナの地板上に流れる表面電流が地板の端部より再放射した電波とが干渉することにより生ずる。
【０００９】
上記問題点（３）を解決するアンテナとして、特許文献４、または、非特許文献１に記載されたものがある。すなわち、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、高インピーダンスグランド板（ＨＩＰ：Ｈｉｇｈ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｐｌａｎｅ）と称する地板を用いるものである。ＨＩＰは、誘電体層３の表面に六角形の金属小板４を周期的に２次元配置し、誘電体層３の裏面の金属板２と金属棒であるスルーホール５で結線することにより、隣接する六角形の金属小板４間のギャップがキャパシタンス成分を形成し、六角形の金属小板４の端部→スルーホール５→金属板２→スルーホール５→金属小板４端部の電流経路がインダクタンス成分を形成するようにしたものである。これらキャパシタンス成分およびインダクタンス成分からなるユニットが隣接することにより、ＬＣ並列共振回路が形成される。このＬＣ並列共振回路が金属板２上に多数形成されたものが、ＬＣ共振周波数において高いインピーダンス特性を有する基板、すなわち、ＨＩＰである。
【００１０】
上記ＨＩＰは、フォトニックバンドギャップマテリアル、または、フォトニックバンドギャップ構造（ＰＢＧ）の一種と考えることができる。ＰＢＧとは、誘電体や金属など異なる２種類の物質を波長オーダーの周期で２次元または３次元に規則正しく並べた構造をとることにより、その内部または平面上で特定周波数の電磁波の伝搬、すなわち、表面電流の伝搬が禁止される周波数領域（バンドギャップと呼ばれる）が形成される材料または構造である。そして、バンドギャップは、マイクロ波帯の電波から光波までそれぞれ特有の構造によって、形成され得る。
【００１１】
上記従来技術に記載されたＨＩＰは、マイクロ波ないしミリ波帯の電波に対応したＰＢＧ構造であり、次の２つの特徴を有する。
【００１２】
・共振周波数において、ＨＩＰに入射した電磁波が同相で反射する。なお、通常の金属板では逆相で反射する。
【００１３】
・ＨＩＰには共振周波数およびその近傍の周波数成分を有する表面電流が流れない。
【００１４】
上記文献には、同一寸法のモノポールアンテナを金属板上または上記ＨＩＰ上に実装したときのアンテナ特性を比較した結果が示されている。すなわち、前者では表面電流が発生するため上面方向では直接波と金属板端部での放射波とが干渉を起こしアンテナ指向性にリップルが生じ、かつ、下面方向の放射も多い。一方、後者では表面電流が流れないため前記端部での放射が発生しないので上面方向では指向性のリップルが生じず、かつ、下面方向への放射も低減する。
【００１５】
このように、ＨＩＰをアンテナの地板として利用することにより、上記問題点（３）を解決することができる。しかし、この従来技術は、上記問題点（１）および（２）を解決することはできない。
【特許文献１】特開２０００−６８７３６号公報
【特許文献２】特表２００１−５０１４１２号公報
【特許文献３】特開２０００−５９１３０号公報
【特許文献４】米国特許第６２６２４９５号明細書
【非特許文献１】ディー・シーベンパイパー（Ｄ．Ｓｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒ）、外２名、「アンテナズ・オン・ハイ−インピーダンス・グランド・プレーンズ（Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｏｎ  Ｈｉｇｈ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｐｌａｎｅｓ）」、１９９９  アイ・イー・イー・イー  エム・ティー・ティー・エス  インターナショナル  マイクロウェーブ  シンポジウム  ダイジェスト（１９９９  ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ）、（米国）、アイ・イー・イー・イー（ＩＥＥＥ）、１９９９年、ｐ．１２４５−１２４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記点に鑑みて、複数の周波数帯で共振し、かつ、地板の端部からの再放射を抑制したアンテナを提供することを目的とする。さらに、複数の周波数帯で共振し、かつ、給電を１本の給電線路で行うことができるとともに、地板の端部からの再放射を抑制した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】
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、特定周波数帯の電磁波の表面上の伝搬を禁止するバンドギャップを有する基板と、該基板の表面上に設けられた前記バンドギャップ内に存在する第１周波数帯で共振する第１のアンテナおよび前記バンドギャップ外に存在する第２周波数帯で共振する第２のアンテナとからなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、基板の表面上において、第１のアンテナが基板のバンドギャップ内に存在する第１周波数帯で共振し、かつ、第２のアンテナが上記バンドギャップの外に存在する第２の周波数帯で共振することにより、２つのアンテナが異なる周波数帯で同時に動作することができる。また、第１のアンテナから放射される第１周波数帯の電波は、基板が形成するバンドギャップにより基板上に表面電流として存在しないため基板端部からの再放射は発生しないので、第１のアンテナの指向性が変化することがない。
【００１９】
上記基板は、請求項２に記載のように、該基板の裏面を形成する導体板と、該導体板上に配置された誘電体層を挟んで該誘電体層表面に２次元的に各端部が等間隔となるよう配置された同一形状の複数の金属小板と、前記誘電体層内において前記導体板と各金属小板とをそれぞれ電気的に連結する金属棒と、からなり、前記２次元配列された各金属小板の表面が前記基板の表面を形成することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記第１のアンテナと第２のアンテナとは共に給電点近傍で同一の給電線路と接続されていることを特徴とする。これにより、それぞれ異なる周波数帯で動作する第１のアンテナと第２のアンテナとを、１つの給電点で給電できる、すなわち、１本の給電線路で給電することができる。
【００２１】
また、前記第１周波数帯は、請求項４に記載のように第２周波数帯より高周波側に存在することができ、また、請求項５に記載のように第２周波数帯より低周波側に存在することができる。すなわち、第１周波数帯と第２周波数帯とは、相対的にいずれが高い周波数帯となってもよい。これは、第１または第２のアンテナをそれぞれ所望の周波数帯で共振するように設計することにより得られる。
【００２２】
前記第１のアンテナは、請求項６に記載のように逆Ｌアンテナとすることができ、または請求項７に記載のように前記基板表面に平行な水平導体を有するフラフープ型アンテナとすることができる。これら、逆Ｌアンテナおよびフラフープ型アンテナは、共に基板のバンドギャップの内の周波数帯で、すなわち、基板上に表面電流が流れないことにより動作するアンテナである。
【００２３】
更に、前記第１のアンテナは、請求項８に記載のように、前記基板の表面に配置された誘電体板の前記基板とは反対の面上にエレメントパターンにより形成することができる。この発明によれば、回路の印刷技術により、第１のアンテナをエレメントパターンとして誘電体板表面に容易かつ高精度に形成することができる。
【００２４】
前記第２のアンテナは、請求項９に記載のようにモノポールアンテナとすることができ、また、請求項１０に記載のようにヘリカルアンテナとすることができる。これら、モノポールアンテナおよびヘリカルアンテナは、共に基板のバンドギャップの外の周波数帯で、すなわち、基板上に表面電流が流れることにより動作するアンテナである。
【００２５】
更に、前記第２のアンテナは、請求項１１に記載のように複数のピッチを有する非一様ヘリカルアンテナ、または、請求項１２に記載のように直線導体部とヘリカルアンテナ部とが縦続接続されたアンテナとすることにより、第２のアンテナそのものが、複数の周波数帯で動作可能なアンテナとなり得るので、第１のアンテナとの協同により、動作周波数帯を増加させることができる。
【００２６】
前記基板は、請求項１３に記載のように、前記第１周波数帯をバンドギャップとして有する第１基板と前記第１周波数帯の外側の周波数帯をバンドギャップとして有する第２基板とからなり、前記第１基板は前記給電点の近傍に配置され、かつ、前記第２基板を前記第１基板の外周に配置することができる。これにより、給電点の近傍に位置する第１基板により、第１のアンテナが第１基板のバンドギャップ内にある第１周波数帯で動作可能となると共に、第２のアンテナが第１の基板のバンドギャップの外の高周波側または低周波側の第２の周波数帯で動作可能となる。特に、前記第２基板は、請求項１４に記載のように、前記第２周波数帯をバンドギャップとして有するようにすれば、第１基板の外周部に配置した第２基板のバンドギャップが第２周波数帯を含むので、第２基板の表面には第２周波数帯の表面電流が流れないため第２基板の端部からは第２のアンテナの放射による不要な再放射は発生することがない。
【００２７】
第１または第２基板の各バンドギャップが生ずる周波数帯を、請求項１５に記載のように、前記第１基板の金属棒の長さと前記第２基板の金属棒の長さとを異ならせることにより、あるいは、請求項１６に記載のように、前記第１基板の誘電体層の誘電率と前記第２基板の誘電体層の誘電率とを異ならせることにより、更には、請求項１７に記載のように、前記第１基板の金属小板端部間の距離と前記第２基板の金属小板端部間の距離とを異ならせることにより、それぞれ異ならせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
まず、各実施形態において、第１または第２のアンテナとして用いる各アンテナ素子のＨＩＰ上での動作を説明する。
【００３０】
＜モノポールアンテナ＞
モノポールアンテナは、通常、図２に示すように金属板２上に約４分の１波長（λ／４）の導体棒３１を立て、この導体棒３１と金属板２との間のギャップに給電する構造を有している。これにより、金属板２に表面電流、すなわちイメージ電流が流れることにより鏡像が作られるため、ダイポールアンテナと等価な作用により、モノポールアンテナの指向性は金属板２が無限大の大きさであればダイポールアンテナの上半分と同一形状となる。
【００３１】
しかし、ＨＩＰ１０上ではそのバンドギャップ内の周波数帯においてはイメージ電流が流れないため鏡像が作られず、アンテナの共振は起こらない。ただし、バンドギャップ外の周波数帯ではＨＩＰ１０は金属板２と同様に振る舞うため、モノポールアンテナは共振する、すなわちアンテナ動作することができる。
【００３２】
このことは本発明者らの実験によっても把握できた。すなわち、図３のリターンロス特性に示すように、金属板２に対しては４．９ＧＨｚで共振するモノポールアンテナ３１が４．３〜５．７ＧＨｚのバンドギャップを有するＨＩＰ１０においては共振していないことがわかる。さらに、図４のリターンロス特性は、上記ＨＩＰに対してモノポールアンテナの導体棒３１の長さ、すなわちエレメント長を２０ｍｍ，２５ｍｍ，３０ｍｍと種々に変化させたときの測定値であり、図より、４．３〜５．７ＧＨｚのバンドギャップの外の周波数帯において、エレメント長に応じた周波数で共振していることが判る。
【００３３】
ＨＩＰ上に実装されたこのＨＩＰのバンドギャップ外での周波数帯で共振するモノポールアンテナは、本発明における第２のアンテナである。
【００３４】
＜ヘリカルアンテナ＞
ヘリカルアンテナ３２は、図５に示すように、モノポールアンテナ３１の導体棒を螺旋状に形成したものと考えることができ、その基本動作はモノポールアンテナと同じく、ＨＩＰ１０のバンドギャップ内の周波数帯ではアンテナ動作しない。
【００３５】
また、このヘリカルアンテナの変形として、図６に示す螺旋のピッチを途中で変化させた非一様ヘリカルアンテナ３３や、図７に示す直線状の導体棒と螺旋状導体とを縦続接続したアンテナ３４がある。これら変形されたヘリカルアンテナは、ＨＩＰ１０のバンドギャップ外の周波数帯であれば２周波共用アンテナとして機能する。
【００３６】
ＨＩＰ上に実装されたこのＨＩＰのバンドギャップ外の周波数帯で共振するヘリカルアンテナおよび変形されたヘリカルアンテナは、本発明における第２のアンテナである。
【００３７】
＜逆Ｌアンテナ＞
逆Ｌアンテナ２１は、図８に示すように、モノポールアンテナ３１の導体棒の途中を直角に折り曲げた形状を有するが、動作はモノポールアンテナとは異なる。すなわち、逆Ｌアンテナ２１を通常の金属板２に実装した場合には、金属板２に折り曲げた導体棒の電流と逆向きにイメージ電流が流れるため、両者が打ち消し合ってアンテナは共振しない。しかし、この逆Ｌアンテナ２１をＨＩＰ１０に実装すればそのバンドギャップ内の周波数帯においては表面電流が流れないため導体棒の電流を打ち消すことがなく、したがってアンテナとして共振できる。
【００３８】
ＨＩＰ上に実装されたこのＨＩＰのバンドギャップ内の周波数帯で共振する逆Ｌアンテナは、本発明における第１のアンテナである。
【００３９】
＜フラフープ（hula hoop）型アンテナ＞
フラフープ型アンテナ２２，２３は、図９および図１０に示すように、逆Ｌアンテナの水平導体部分の全部または一部を水平面内で円形に形成したもので、円偏波を放射することができる。このフラフープ型アンテナ２２，２３の動作は逆Ｌアンテナと同様、金属板２上では動作しないが、ＨＩＰ１０上ではそのバンドギャップ内の周波数帯においてはアンテナとして共振できる。
【００４０】
ＨＩＰ上に実装されたこのＨＩＰのバンドギャップ内の周波数帯で共振するフラフープ型アンテナは、本発明における第１のアンテナである。
【００４１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の斜視図を図１１に、断面図を図１２に示す。本第１実施形態の多周波共用アンテナ１の基板に用いるＨＩＰ１１は、誘電率２．６、厚みｈ＝３．２ｍｍの誘電体層３の上に、図１３に示すように、六角形の金属小板４をｄ1＝７ｍｍピッチ、および、金属小板４間のギャップｄ2＝０．１５ｍｍで配置したものである。この金属小板４は直径０．８ｍｍの金属棒であるスルーホール５を用いてＨＩＰ１１の裏面を形成する導体板としての金属板２と導通されている。このような構成により、本実施形態のＨＩＰ１１の共振周波数は５ＧＨｚに設定されている。なお、誘電体層３には、空気層を用いても、空気以外の誘電体物質を用いてもよい。後述するように、誘電率が高い物質を用いてキャパシタンス成分を大きくすると、ＨＩＰのバンドギャップ周波数は低くなることを考慮して、ＨＩＰのジオメトリーを決定する必要がある。
【００４２】
図１４は、本ＨＩＰ１１の表面電流の測定結果であるｆ−Ｓ21特性を金属板での表面電流と比較して示した図である。この図より、本ＨＩＰ１１には、４〜５．８ＧＨｚの周波数帯に、表面電流を通さないバンドギャップが形成されていることが把握できる。
【００４３】
本実施形態の多周波共用アンテナ１は上記ＨＩＰ１１上に、図１２に示すように、第１のアンテナである高さ３ｍｍ、エレメント長さ４２ｍｍの逆Ｌアンテナ２１と、第２のアンテナである長さ２８ｍｍのモノポールアンテナ３１とを分岐点Ｘで接続して放射素子を形成する。放射素子への給電は、同軸線路の外導体７とＨＩＰ１１の裏面を構成する金属板２とを接続し、同軸線路の中心導体６と放射素子とを接続することにより行う。したがって、給電点８は、同軸線路の中心導体６の、金属板２から誘電体層３の厚みすなわち金属棒５の長さ分上方の位置に相当する。
【００４４】
基板に用いるＨＩＰ１１が形成するバンドギャップ内の第１周波数帯では、ＨＩＰ１１にモノポールアンテナ３１の共振に必要なイメージ電流が流れないため、第２のアンテナとしてのモノポールアンテナ３１は動作しない。しかし、逆Ｌアンテナ２１の場合は放射素子に流れる電流を打ち消すイメージ電流が流れないため、第１のアンテナとしての逆Ｌアンテナ２１は共振する。したがって、ＨＩＰ１１のバンドギャップ内の第１周波数帯では逆Ｌアンテナ２１すなわち第１のアンテナのみが動作する。
【００４５】
一方、バンドギャップ外の第２周波数帯では、ＨＩＰ１１は通常の金属板と同じ性質を示す。したがって、ＨＩＰ１１にはモノポールアンテナ３１の共振に必要なイメージ電流が流れるために、第２のアンテナとしてのモノポールアンテナ３１は動作する。しかし、逆Ｌアンテナ２１では放射素子に流れる電流を打ち消すイメージ電流が流れるために、第１のアンテナとしての逆Ｌアンテナ２１は動作しない。したがって、バンドギャップ外の第２周波数帯ではモノポールアンテナ３１すなわち第２のアンテナのみが動作する。
【００４６】
図１５は、上述のように構成された本第１実施形態の多周波共用アンテナ１のリターンロス特性を測定した結果である。図より、バンドギャップ外の周波数帯すなわち第２周波数帯にある２．４６ＧＨｚで第２のアンテナとしてのモノポールアンテナ３１が共振し、バンドギャップ内の周波数帯すなわち第１周波数帯にある４．９６ＧＨｚで第１のアンテナとしての逆Ｌアンテナ２１が共振していることがわかる。また、図１６に示す測定面で測定した本実施形態のアンテナの指向性の結果を図１７に示す。２．４６ＧＨｚの測定は、ＹＺ平面に平行な成分について行い、その結果をモノポールアンテナ３１の指向性として点線で示している。また、４．９６ＧＨｚの測定はＹＺ平面に垂直な成分について行い、その結果を逆Ｌアンテナの指向性２１として実線で示している。図１７より、それぞれのアンテナが各周波数で独立して共振していることがわかる。
【００４７】
なお、モノポールアンテナ３１の放射素子の長さを２８ｍｍより短くすることにより、上記４〜５．８ＧＨｚのバンドギャップより高い周波数帯を第２周波数帯として、モノポールアンテナ３１を共振させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の多周波共用アンテナの斜視図を図１８に示す。なお、図１８およびそれ以降の斜視図においては、ＨＩＰの金属小板４を含む表面をハッチングで示す。
【００４９】
本第２実施形態の多周波共用アンテナは、上記第１実施形態の多周波共用アンテナの基板として用いたＨＩＰを第１基板１１とし、その第１基板１１の外周部に第２のアンテナであるモノポールアンテナ３１の共振周波数２．４６ＧＨｚを含む第２周波数帯をバンドギャップの周波数帯とするＨＩＰを第２基板１２として設けたものである。ただし、第１周波数帯と第２周波数帯とは互いにオーバーラップしないように設定されている。
【００５０】
基板として用いているＨＩＰのバンドギャップの調整方法は、ＬＣ並列共振回路のインダクタンスＬまたはキャパシタンスＣの大きさを大きくすることにより共振周波数が小さくなることから、次の方法を適宜組み合わせる。
【００５１】
（ａ）複数のキャパシタンスＣを組み合わせ合成キャパシタンスＣを大きくすることにより、バンドギャップの周波数帯が低くなる。
【００５２】
（ｂ）誘電体層３の誘電率を大きいものにするとキャパシタンスＣが大きくなるので、バンドギャップの周波数帯が低くなる。
【００５３】
（ｃ）誘電体層３の厚みｈを大きくするとインダクタンスＬが大きくなるので、バンドギャップの周波数帯が低くなる。
【００５４】
（ｄ）金属小板４間のギャップｄ2を小さくするとキャパシタンスＣが大きくなるので、バンドギャップの周波数帯が低くなる。
【００５５】
したがって、本第２実施形態では、図１９または図２０に示す基板を用いることができる。図１９に示す例では、給電点付近を含むように配置した第１基板１１のＨＩＰのバンドギャップ周波数帯は、上記第１実施形態と同様、第１のアンテナとしての逆Ｌアンテナ２１の共振周波数４．９６ＧＨｚを含む第１周波数帯となるように設定されている。そして、その第１基板１１の外周部に配置された第２基板１２のＨＩＰのバンドギャップ周波数帯は、上記（ａ）の方法により、第２アンテナとしてのモノポールアンテナ３１の共振周波数２．４６ＧＨｚを含む第２周波数帯となるようにしている。
【００５６】
また、図２０の例は、基板の金属板２に段差を設け、第１基板１１の誘電体層３の厚みよりも第２基板１２の誘電体層の厚みを上記段差分大きくしたものである。誘電体層３の誘電率を同じものとすれば、上記（ｃ）により、第２基板１２のＨＩＰのバンドギャップ周波数帯は第１基板のそれよりも低く設定できる。さらに、第２基板の誘電体層３の誘電率を第１基板１１の誘電体層３の誘電率よりも大きくすれば、上記（ｂ）により、第２基板１２のバンドギャップ周波数帯を更に低く設定できる。
【００５７】
このように、給電点付近を第２周波数帯とオーバーラップしない第１周波数帯をバンドギャップに設定した第１基板１１とすることにより、第１基板１１のバンドギャップ内の周波数帯で動作する第１のアンテナである逆Ｌアンテナ２１と、第１基板１１のバンドギャップ外の第２周波数帯で動作する第２のアンテナであるモノポールアンテナ３１とを同時に共振させることができる。さらに、第１基板１１の外周部に第１周波数帯とオーバーラップしない第２周波数帯をバンドギャップに設定した第２基板１２を配置することにより、第２周波数帯の表面電流を阻止し第２基板１２の端部より第２のアンテナの放射電波を再放射することがないので、不要な干渉波およびそれによってもたらされるヌル点の形成を防止できる。
【００５８】
上記各実施形態では、第１基板１１のバンドギャップ周波数帯よりも第２基板１２のバンドギャップ周波数帯を低く設定した例を示した。その逆に、第１基板１１のバンドギャップ周波数帯よりも第２基板１２のバンドギャップ周波数帯を高く設定しても同様の効果が得られる。これは上記（ａ）〜（ｄ）の方法を利用して設計することができる。
【００５９】
すなわち、図２１に示す基板を用いる場合は、給電点付近に配置する第１基板１１を上記第１実施形態と同じ基板を用い、第１基板１１の外周部に配置する第２基板１２の金属小板４間のギャップｄ2を第１基板１１のそれよりも大きくする、すなわち上記（ｄ）によりバンドギャップの周波数帯を高く設定することができる。この場合、第２周波数帯は第１周波数帯よりも高くなるので、第２のアンテナの共振周波数もモノポールアンテナ３１のエレメント長を短くすることにより高く設定することが必要である。なお、第２基板１２のバンドギャップ周波数帯を第１基板１１のバンドギャップ周波数帯よりも高くするには、上記図１９および図２０において、内外の基板を入れ替えて配置することでも可能である。
【００６０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、図２２に示すように、上記第２実施形態の２周波共用アンテナ１に第１周波数帯で動作する第１通信回路４５と第２周波数帯で動作する第２通信回路４６とからなる通信機を接続した通信システムである。２周波共用アンテナ１の出力信号は１本のケーブル４０で信号分離手段４１に入力される。信号分離手段４１では、入力信号を電力分配器４２により同じ信号に分配し、それらの信号は、それぞれ第１周波数帯を通過させる第１バンドパスフィルタ４３および第２周波数帯を通過させる第２バンドパスフィルタ４４を経由して第１通信回路４４および第２通信回路４５に入力される。
【００６１】
本第３実施形態では、多周波共用アンテナ１が１つの給電点により励振され、それによりその各放射素子が、それぞれ異なる周波数で独立、かつ、同時に共振できるので、その出力信号を１本のケーブルで複数の周波数で動作する通信機へ伝送することが可能である。これにより、アンテナ・通信機間の接続を簡素にし、車両においては車体の軽量化に効果がある。
【００６２】
（他の実施形態）
本発明の多周波共用アンテナの放射素子は、次のように種々変更することができる。
【００６３】
（Ａ）第１のアンテナとして、逆Ｌアンテナ２１の代わりに円偏波を放射するフラフープ型アンテナ２２または２３を用いることができる（図２３、２４）。
【００６４】
（Ｂ）第２のアンテナとして、モノポールアンテナ３１の代わりにヘリカルアンテナ３２を用いることができる（図２５）。
【００６５】
（Ｃ）第１のアンテナとしてヘリカルアンテナ３２を、第２のアンテナとしてフラフープ型アンテナ２２または２３を用いることができる（図２６、２７）。
【００６６】
（Ｄ）第１のアンテナである逆Ｌアンテナおよびフラフープ型アンテナのそれぞれの放射素子２４または２５を、図２８、２９に示すように、基板１１の表面に設置された一定の厚みの誘電体板９の表面に形成し、それら放射素子２４または２５と第２のアンテナのモノポールアンテナ３１またはヘリカルアンテナ３２と誘電体板９上で接続することができる。第１のアンテナの放射素子２４または２５は、ワイヤを誘電体板上に載せてもよいが、誘電体板９表面に金属膜を印刷により形成してもよい。このようにすることで、第１のアンテナと基板１１との間隔を一定に保つことが容易になり、アンテナの整合を確保しやすくなる。さらに、長期間の使用によるアンテナ形状の変形も少ない。また、印刷による放射素子の形成では、高い加工精度が容易に得られるため、高周波用の小型の放射素子を精度よく作成することができる。
【００６７】
（Ｅ）第２のアンテナとしてモノポールアンテナではなく、図３０〜３２に示すようなピッチの異なる螺旋導体を組み合わせたヘリカルアンテナ３３や、図３３〜３５に示すような直線導体と螺旋状導体とを組み合わせたアンテナ３４を用いることができる。これらの組み合わせアンテナを用いた第２のアンテナはいずれも２周波共用アンテナとなり得るので、アンテナ全体としては３周波共用アンテナとして機能する。このような３周波共用アンテナにおいて、第２のアンテナの２つの共振周波数が共に第２の基板のバンドギャップ周波数帯内に存在する場合は第２の基板を変更する必要はない。しかし、第２のアンテナの２つの共振周波数が比較的離れていてどちらかが第２の基板のバンドギャップ周波数帯の外に存在する場合は、図３６に示すように、その共振周波数を含むようなバンドギャップ周波数帯となるよう別の第２基板１３を最外周部または、第１基板１１と第２基板１２との間に設け、面方向に３層構造となるようにすることが望ましい。図３６の例では、第１基板１１および２つの第２基板１２，１３のそれぞれの誘電体層３の誘電率を異ならせることより、各基板１１，１２，１３のバンドギャップ周波数を異なるものに設定している。これにより、第２のアンテナからの２つの共振周波数の放射電波に対して基板端部での再放射を防止することができる。
【００６８】
ＨＩＰを構成する金属小板４の形状は、上記のように六角形に限定されるのではなく、正方形（図３７）や、正方形や六角形の２層構造など種々の形状（図３８、３９）を採用し得る。図３７においては、金属棒５を正方形の格子点にそれぞれ配置し、正方形の金属小板４と金属板２とを誘電体層３を介して接続することにより、金属小板４間の各ギャップを等しくしている。図３８は、４隅の頂点部分を切り欠いた正方形の金属小板４を、互いの重心に頂点をもつ２組の格子点に配置された長さが異なる２種類の金属棒５により、金属板２と接続したＨＩＰの正面図である。さらに、図３９は、３つの頂点をわずかに切り欠いた六角形の金属小板４を、互いに上記切り欠き部分に配置された長さが異なる２種類の金属棒５により、金属板２と接続したＨＩＰの正面図である。
【００６９】
図３７〜３９のいずれの場合も、ＨＩＰをＬＣ並列共振回路とみなしたときのキャパシタンスＣおよびインダクタンスＬを、上記（ａ）〜（ｄ）の考え方に基づき決定することによりバンドギャップ周波数帯を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】（ａ）は本発明の多周波共用アンテナの基板に用いるＨＩＰ（高インピーダンスグランド板）の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】モノポールアンテナの斜視図である。
【図３】モノポールアンテナをＨＩＰおよび金属板に実装したときのリターンロスの実測値を示す線図である。
【図４】ＨＩＰに実装したモノポールアンテナのエレメント長を変えたときのリターンロスの実測値を示す線図である。
【図５】ヘリカルアンテナの斜視図である。
【図６】非一様ヘリカルアンテナの斜視図である。
【図７】直線導体と螺旋状導体とを組み合わせたアンテナの斜視図である。
【図８】逆Ｌアンテナの斜視図である。
【図９】フラフープ型アンテナの斜視図である。
【図１０】別のフラフープ型アンテナの斜視図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナの断面図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナの基板に用いるＨＩＰの金属小板の寸法を示す図である。
【図１４】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナのＨＩＰの表面電流の測定値を示す線図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナのリターンロスの実測値を示す線図である。
【図１６】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナの指向性の測定面を示す図である。
【図１７】本発明の第１実施形態の多周波共用アンテナの指向性の測定結果を示す線図である。
【図１８】本発明の第２実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図１９】本発明の第２実施形態の多周波共用アンテナの断面図である。
【図２０】本発明の第２実施形態の多周波共用アンテナの別の例の断面図である。
【図２１】本発明の第２実施形態の多周波共用アンテナのさらに別の例の断面図である。
【図２２】本発明の第３実施形態の通信システムの構成を示す図である。
【図２３】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２４】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２５】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２６】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２７】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２８】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図２９】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３０】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３１】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３２】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３３】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３４】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３５】本発明の他の実施形態の多周波共用アンテナの斜視図である。
【図３６】本発明の他の実施形態の３周波共用アンテナの断面図である。
【図３７】本発明の他の実施形態の、正方形の金属小板を有するＨＩＰの斜視図である。
【図３８】本発明の他の実施形態の、正方形の金属小板を２層構造としたＨＩＰの斜視図である。
【図３９】本発明の他の実施形態の、六角形の金属小板を２層構造としたＨＩＰの斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…多周波共用アンテナ、２…金属板、
３、３０１、３０２、３０３…誘電体層、４…金属小板、
５…金属棒、６…同軸線路の中心導体、７…同軸線路の外導体、８…給電点、
９…誘電体板、１０…ＨＩＰ、１１…第１基板（ＨＩＰ）、
１２、１３…第２基板（ＨＩＰ）、２１…逆Ｌアンテナ、
２２、２３…フラフープ型アンテナ、２４…プリント逆Ｌアンテナ、
２５…プリントフラフープ型アンテナ、３１…モノポールアンテナ、
３２…ヘリカルアンテナ、３３…非一様ヘリカルアンテナ、
３４…直線導体と螺旋状導体とを縦続接続したアンテナ、
４０…ケーブル、４１…信号分離手段、４２…電力分配器、
４３…第１バンドパスフィルタ、４４…第２バンドパスフィルタ、
４５…第１通信回路、４６…第２通信回路。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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