(57)【要約】【課題】  円錐状または三角形状のエレメントを持つアンテナにおいて、エレメント端部により発生する反射の影響を抑え，良好な周波数特性と信号再現性を実現する。【解決手段】  円錐状または三角形状のアンテナエレメント２の給電点４から離れた端部周辺にスリット３１〜３５を入れることで、容量的に結合させて徐々にその結合度を下げることで緩やかに終端する。これにより、唐突な終端で発生する信号の反射を抑える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ円錐状のエレメントを持つアンテナ装置において、
前記エレメントの給電点から離れた端部周辺にスリットを形成することで、容量結合させた
アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記スリットとして複数形成し、前記エレメントの給電点に近い位置はスリット幅を狭く、前記エレメントの端部へ向けて徐々に幅が広くなるように形成することで、容量結合を段階的に弱める
アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記スリットの形状を鋸型または波型に形成する
アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記ほぼ円錐状のエレメントの端部周辺に、円錐周面の外側に沿って電波吸収体を備える
アンテナ装置。
【請求項５】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記ほぼ円錐状のエレメント部を線状導体により形成した
アンテナ装置。
【請求項６】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記ほぼ円錐状のエレメント部の端部周辺に前記スリットを設けたエレメント部と、
前記スリットを設けることにより分離した前記エレメント部を、互いに接続する支柱とを備えた
アンテナ装置。
【請求項７】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記アンテナは、ディスコーン・アンテナである
アンテナ装置。
【請求項８】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記アンテナは、バイ・コニカル・アンテナである
アンテナ装置。
【請求項９】
請求項１記載のアンテナ装置において、
前記ほぼ円錐状のエレメントとして、誘電体に円錐状の凹部を形成し、その円錐表面に金属を蒸着して形成し、
前記円錐表面の金属の給電点から離れた端部周辺にスリットを形成することで、容量結合させた
アンテナ装置。
【請求項１０】
電波を送受信するためのアンテナ装置と、
前記アンテナ装置と信号線により接続する通信装置において、
前記アンテナ装置は、ほぼ円錐状を成し、給電点から離れた端部周辺にスリットを形成することで容量結合させたエレメント部を備える
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ円錐状のエレメントを持つアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域アンテナとしてバイ・コニカル・アンテナ（ｂｉ−ｃｏｎｉｃａｌ  ａｎｔｅｎｎａ、双円錐アンテナ）やディスコーン・アンテナ（ｄｉｓｃｏｎｅ  ａｎｔｅｎｎａ、単円錐アンテナ）は良好な特性を示すアンテナとして知られ，広く利用されている。図８、９は従来のディスコ−ン・アンテナ装置の一例を示す図である。図８は、従来のディスコーン・アンテナを示す外観図、図９は、平面図である。図中、１１はディスコーン・アンテナ全体を示し、１２はディスコーン・アンテナのコーン（円錐）、１３はディスコーン・アンテナのディスク（円板）である。本ディスコーン・アンテナ１１は、ディスク（円板）１３の中央とコーン（円錐）１２との接続部に位置する給電点１４で給電する。
【０００３】
このような円錐型アンテナでは、その円錐部を理論的には無限に続く円錐で構成することが最適だが、現実には有限の大きさの円錐となる。この時，円錐の端で線路（アンテナ）が唐突に終端することにより、伝播する媒質の急激な変化で信号は反射を起こす。そのため、結果として周波数特性が不均一になるという問題や、送信パルス波形がリンギングにより歪むなどの問題を起こす。
【０００４】
特許文献１には、アンテナ性能の劣化とコスト上昇を抑えるとともに、アンテナ装置そのものを小型化できるアンテナ構造として、単一ホーンを使用したモノパルスアンテナ装置において、ホーンの内部にホーンの中心軸に対して軸対象になる位置に誘電体線路を設ける構造が提案されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、上記円錐型アンテナにおいて円錐の端で唐突に終端することによるアンテナ性能の劣化を解決するために、円錐部のエレメントの終端形状を円球状に形成するなどして工夫した構造について提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７６４１号公報
【０００７】
【非特許文献１】“An Omnidirectionaland Low-VSWR Antenna for Ultra-Wideband Wireless Systems”Radio and Wireless Conference,2002.RAWCON 2002.IEEE,2002  Page(s):145-148
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記従来のホーン内部に誘電体線路を設けるアンテナ装置では、新たな部品を追加することでアンテナ性能の劣化を抑えようとするため、コスト的に不利であるという問題がある。また、アンテナ形状を工夫した構造のアンテナ装置においては、従来の形状とは異なるため、製造工数が増えるなどの問題がある。
【０００９】
一方、最近になり一般での利用が目前となっているＵＷＢ(Ｕｌｔｒａ  ＷｉｄｅＢａｎｄ)と呼ばれる超広帯域通信などでは、広帯域な周波数特性の実現が要求される。更に、周波数的に広帯域な信号は、時間的に短いパルス的な信号であることが多い。この時、信号の反射が発生するとリンギングを生じ、パルス及び準パルスは歪んだり、多数の遅延波の発生を招き、受信の妨げとなる。そのため、従来にも増して、広帯域性を保ちながら反射特性の改善が可能で、小型化が容易なアンテナ装置が必要となっている。
【００１０】
本発明の目的は、ほぼ円錐状のエレメントを持つアンテナにおいて、エレメント端部により発生する反射の影響を抑え，良好な周波数特性と信号再現性を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、ほぼ円錐状のアンテナエレメントの給電点から離れた端部周辺にスリットを入れることで、容量的に結合させて徐々にその結合度を下げることで緩やかに終端する。
【００１２】
これにより、部品を追加することなく、形状の工夫により唐突な終端で発生する信号の反射を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、ほぼ円錐状のアンテナエレメントの端部周辺にスリットを入れることで、緩やかに終端し、信号の反射を抑えることにより、部品を追加することなく良好な周波数特性と信号再現性を実現することができる。また、広帯域性を保ちながら、小型のまま反射特性を改善することが可能であり、ＵＷＢに適した装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７を参照して説明する。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す平面図を図１に示す。本例では、ディスコーン・アンテナに適用した場合について説明する。図１において、１はディスコーン・アンテナ全体を示し、ディスコーン・アンテナ１は、円錐形をしたコーン部エレメント２と、中心をコーン２の頂部と接する円板状のディスク部エレメント３により構成している。また、ディスク３の中央とコーン２の頂部との接続部にある給電点４で給電を行う。コーン２には、円錐の円錐周面上に水平に複数のスリット（間隙）３１〜３５を設ける。コーン２に設けたスリット３１〜３５により、コーン２は円錐の頂部に近い円錐形のコーン部２１と、スリットにより円錐の円錐周面を水平に分離したリング部２２〜２６とに分離して構成する。このスリット３１〜３５があってもアンテナは電気的には容量結合している。その結合度は、スリットの幅により制御可能であり、スリットの幅が狭いと容量結合が大きく、幅が広いと小さくなる。そのため、スリットをコーン２の給電点から離れた端部周辺に設け、その幅をコーン２の頂部に近いスリット３１は狭く、円錐が広がる端部へ向かって徐々に広げていき、最も端にあるスリット３５の幅が最も広くなるように構成する。このように構成することで、容量結合の結合度を段階的に弱めていき、端部で発生する唐突な変化を避けることができる。
【００１６】
なお、本例では、コーン２の端部周辺に設けるスリット３１〜３５の形状を直線状にしてあるが、更に効果的に信号の反射を軽減・散乱させるために、スリットの形状を鋸型や波型として、電磁界の反射が起きるまでの距離を段階的または連続的に変化させてもよい。これにより、反射の発生を単一周波数ではなく、複数または連続した周波数に散乱させることができ、反射の影響をより効果的に軽減することができる。
【００１７】
また、スリットの数やその幅は、使用周波数、帯域幅、アンテナのサイズなどにより最適なものとすることが望ましい。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を、図２に示す。図２において、円錐形をしたコーン部エレメント２と、中心をコーン２の頂部と接する円板状のディスク部エレメント３によりアンテナ装置を構成し、ディスク３の中央とコーン２の頂部との接続部にある給電点４で給電を行う。コーン２の給電点から離れた端部周辺には、円錐の円錐周面上に水平に複数のスリット３１〜３５を設け、これにより、コーン２は円錐の頂部に近い円錐形のコーン部２１と、スリット３１〜３５により円錐の円錐周面を水平に分離したリング部２２〜２６とに分離して構成する。本例では、更にアンテナの端部を緩やかに終端させるために、コーン２の端部周辺に、コーン２の円錐周面の外側に沿って電波吸収体５を配置する。
【００１９】
これにより、コーン２を形成する金属からその端部の接する空気に向けて、徐々に整合させていく過程をより効果的に行うことができる。
【００２０】
なお、コーン２の外周部に配置する電波吸収体５の厚さや幅については、図２に示すものに限定せず、適用するアンテナに最適なものとすることが望ましい。
【００２１】
次に、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を、図３、図４に示す。図３は、誘電体アンテナに適用した例を示している。本例では、誘電体６に円錐形状の凹部を形成し、その円錐面の表面に金属を蒸着したり、積層するなどしてコーン２´を形成する。また、中心をコーン２´の頂部と接する円板状のディスク部エレメント３を設け、ディスク３の中央とコーン２´の頂部との接続部にある給電点４で給電を行う。コーン２´の給電点から離れた端部周辺には、円錐の円錐周面上に水平に複数のスリット３１〜３５を設け、これにより、コーン２´は円錐の頂部に近い円錐形のコーン部２１と、スリット３１〜３５により円錐の円錐周面を水平に分離したリング部２２〜２６とに分離して構成する。このように、本例においても、コーン２´の端部周辺にスリットを設けることにより、小型化が可能な誘電体アンテナに対しても終端を緩やかに行うよう構成することができる。
【００２２】
また、図４に示すように、誘電体を誘電率の異なる複数の層によって構成することもできる。本例では、誘電体をコーン２´に設けたスリットと平行である複数の層で構成し、第１の誘電体層６１、第２の誘電体層６２、第３の誘電体層６３の３つの層とする。その誘電体層の誘電率を、コーン２´の頂部に近い位置に接する第１の誘電体層６１から、コーン２´の端部に接する第３の誘電体層６３へ向かって、段階的または連続的に空気の誘電率に近づけていくように構成する。
【００２３】
このように誘電体アンテナについても、コーンの端部周辺にスリットを設けることにより、アンテナの端部を緩やかに終端させることができる。また、誘電体を層構造とし、その誘電率を段階的または連続的に空気の誘電率に近づけていくことにより、更に終端部を緩やかにさせることができる。これにより、小型化が可能なアンテナに対しても、反射の影響を軽減し、アンテナ性能を向上させることができる。
【００２４】
なお、本例において、誘電体層を３層として説明したが、その層の数や厚さは適用するアンテナに最適なものとすることが望ましい。
【００２５】
また、本例において、誘電体に設けた円錐形状の凹部について、その円錐の底面は開放してあるが、円錐底面を導体で覆っても良い。また、円錐の中の空間についても、本例では空の状態としてあるが、金属や誘電体で満たしても良い。
【００２６】
次に、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を、図５に示す。図５においても、第１の実施の形態と同様に、円錐形をしたコーン部エレメント２と、中心をコーン２の頂部と接する円板状のディスク部エレメント３によりアンテナ装置を構成し、ディスク３の中央とコーン２の頂部との接続部にある給電点４で給電を行う。コーン２の給電点から離れた端部周辺には、円錐の円錐周面上に水平に複数のスリット３１〜３５を設け、これにより、コーン２は円錐の頂部に近い円錐形のコーン部２１と、スリット３１〜３５により円錐の円錐周面を水平に分離したリング部２２〜２６とに分離して構成する。本例では、コーン部２１とリング部２２〜２６を接続する支柱７によって接続してある。支柱７により、コーン部２１とリング部２２〜２６の接続を保つため、不完全に分離した形状となるが、完全に切り離した場合の容量結合とほぼ同様の効果を得ることができる。更に、支柱７により各部を接続することで、機械的強度を持たせることができる。
【００２７】
なお、本例では、支柱を１本として説明したが、アンテナ装置の大きさや、必要な強度などにより複数本設けてもよい。
【００２８】
以上説明した実施の形態では、アンテナ装置としてディスコーン・アンテナを例に説明したが、ほぼ円錐状のエレメントを持つアンテナであるバイ・コニカル・アンテナにも適用できる。バイ・コニカル・アンテナは、２つの円錐状エレメントを円錐の頂点で互いに接続し、円錐の広がる底面を両端に配置するよう構成してある。この円錐状エレメント部の端部周辺にスリットを設けることにより同様に適用可能である。
【００２９】
また、以上説明したアンテナ装置は、一様な金属または金属箔により構成する円錐状または三角形状のアンテナエレメントで構成するアンテナとして説明したが、これらのアンテナの円錐部や円板部などを、それぞれ金属ワイヤなどの線状導体を傘状に並べて、仮想的に円錐状または三角形状に構成するワイヤタイプのアンテナも知られている。以上説明した実施の形態は、このようなワイヤタイプのアンテナ装置に対してもワイヤの途中にスリットを設けることにより、同様に適用可能である。
【００３０】
次に、ここまで説明した各実施の形態によるアンテナ装置を使用した通信端末の例について図６、図７に示す。図６は、通信端末の一例として携帯端末に本例のアンテナ装置を取り付けた例の外観図である。携帯端末４１の上部に通信用のアンテナ７１を設け、そのアンテナ７１はカバー５５で覆っている。カバー５５の内部には、携帯端末４１とアンテナ７１を接続する支柱４２を設けてあり、支柱４２の上部にアンテナのコーン７２が位置し、そのコーン７２の頂部にディスク７３が位置するよう構成する。支柱４２の内部には信号線を配置し、その信号線により携帯端末４１とアンテナ７１との間で信号を伝える。なお、このコーン７２には、各実施の形態で説明したスリットが形成させてある。
【００３１】
図７は、本例の携帯端末の構成例を示すブロック図である。携帯端末４１とアンテナ７１との間は信号線５６により接続してある。信号線５６はアンテナ７１の給電点７４に接続してあり、アンテナで送受信する信号は信号線５６を介して携帯端末４１へ伝えられる。アンテナ７１で受信した信号は、切り替え器４３が接続を切り替えることで、受信部４４へ受け渡される。受信部４４で受信処理した信号は、復調部４５で復調し、データ処理部４６へ渡す。データ処理部４６は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４７に受信内容を通知し、ＣＰＵ４７はその内容に従って表示部４８に着信情報を表示する。表示部４８に表示された内容を基に、使用者が操作部４９を操作することで着信を受付け、その情報をＣＰＵ４７を介してデータ処理部４６に通知する。着信受付け後は、アンテナ７１から受信した通信信号を受信部４４から順次受け渡し、音声処理部５０によりスピーカ５１へ音声情報として出力する。また、使用者の通話はマイク５２にて集音し、音声処理部５０を通ってデータ処理部４６へ渡し、データ処理部４６から入力した音声情報を変調部５３にて変調する。送信部５４は切り替え器４３を接続切り替えして、送信信号をアンテナ７１へ送り、発信する。ここで、受信部４４及び送信部５４は、例えばＵＷＢ方式の受信処理及び送信処理を行う。
【００３２】
なお、図６、図７に示した例では、円錐状のコーン７２が下側に広がった状態でアンテナ７１を配置したが、上下が逆の配置とし、コーン７２を円錐が上側に広がった状態とし、コーン７２の下側の頂部に接する位置にディスク７３を設けるような配置としてもよい。
【００３３】
このように、通信端末のアンテナを構成することで、小型のアンテナについても、反射による周波数特性の乱れを防ぎ、良好な受信状態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す平面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の第１の構成例を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置の第２の構成例を示す平面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置の構成例を示す平面図である。
【図６】本発明のアンテナ装置を携帯端末に取り付けた例を示す外観図である。
【図７】本発明のアンテナ装置を取り付けた携帯端末の構成例を示すブロック図である。
【図８】従来のアンテナ装置の例を示す外観図である。
【図９】従来のアンテナ装置の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…ディスコーン・アンテナ、２，２´…コーン、２１…コーン部、２２〜２６…リング部、３…ディスク、３１〜３５…スリット、４…給電点、５…電波吸収体、６…誘電体、６１〜６３…誘電体層、７…支柱、１１…ディスコーン・アンテナ、１２…コーン、１３…ディスク、１４…給電点、４１…携帯端末、４２…支柱、４３…切り替え器、４４…受信部、４５…復調部、４６…データ処理部、４７…ＣＰＵ、４８…表示部、４９…操作部、５０…音声処理部、５１…スピーカ、５２…マイク、５３…変調部、５４…送信部、５５…カバー、５６…信号線、７１…アンテナ、７２…コーン、７３…ディスク、７４…給電点
【図１】
2005057438.tif 000003
【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】
2005057438.tif 000009
【図８】
2005057438.tif 000010
【図９】
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