(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＨｚ帯の電波を送受信するアンテナを構成する方法において、
該電波の波長をλとするとともに、直交座標ＸーＸ′，ＹーＹ′を想定して、
（ａ）  ほぼ長方形をなし、各辺の長さがλ／４未満である平板アンテナ素子（６）を構成して、ＸーＸ′方向の縁を有するグランド板（２）のＹ側に、長方形の各辺をＸ，Ｙ方向に揃えて配設し、
（ｂ）  前記平板アンテナ素子（６）のＹーＹ′方向の辺に対して部分的に対向する基本部（９ａ）を有する平板無給電素子を配置するとともに、
（ｃ）  上記平板無給電素子の基本部（９ａ）からＸ方向に延出する延長部（９ｂ）を一体に形成して拡大平板無給電素子（９）を構成し、
（ｄ）上記拡大平板無給電素子（９）の延長部（９ｂ）を、前記平板アンテナ素子（６）のＸ方向の辺に対して、Ｙ−Ｙ′方向に対向せしめることを特徴とする、広帯域アンテナの構成方法。
【請求項２】
前記のグランド板（２）、平板アンテナ素子（６）、及び拡大平板無給電素子（９）、並びに、該拡大平板無給電素子（９）をグランド板（２）に接続導通させる導通ライン（９ｃ）を、基板（１）の面上に、導通パターンによって形成することを特徴とする、請求項１に記載した広帯域アンテナの構成方法。
【請求項３】
ＧＨｚ帯の電波を送受信するアンテナ装置において、
該電波の波長をλとするとともに、直交座標ＸーＸ′，ＹーＹ′を想定して、
ＸーＸ′方向の縁を有するグランド板（２）と、
ほぼ長方形をなし、各辺の長さがλ／４未満である平板アンテナ素子（６）と、
前記平板アンテナ素子（６）のＹーＹ′方向の辺に対して部分的に対向離間する基本部（９ａ）を有する平板無給電素子とを具備しており、
かつ、上記平板無給電素子からＸ方向に延出する延長部（９ｂ）が一体的に形成されて拡大平板無給電素子（９）が構成されており、
かつ、上記拡大平板無給電素子（９）の延長部（９ｂ）が、前記平板アンテナ素子（６）のＸ方向の辺に対して、Ｙ−Ｙ′方向に対向離間していることを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項４】
前記のグランド板（２）、平板アンテナ素子（６）、および拡大平板無給電素子（９）が、基板（１）の面上に、導通パターンによって形成されていることを特徴とする、請求項３に記載した広帯域アンテナ。
【請求項５】
無線通信機の高周波回路が設けられていない小型の基板（１′）に、前記の平板アンテナ素子（６）、拡大平板無給電素子（９）、導通ライン（９ｃ）、及び、該導通ラインに導通するグランド接続部（１１）が、導通パターンによって形成されるとともに、
前記グランド接続部（１１）にスルーホール１２が穿たれており、
かつ、前記平板アンテナ素子（６）に同軸ケーブル（１０）の中心導体が接続導通されるとともに、該同軸ケーブル（１０）の外部導体が前記のグランド接続部（１１）に接続導通されて、１個のアッセンブリ部品が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載した広帯域アンテナ。
【請求項６】
高周波回路（５）を構成された高周波回路基板１″の面上に、平板アンテナ素子（６）、拡大平板無給電素子（９）、グランド板（２）、及び導通ライン（９ｃ）が、導通パターンによって形成されており、
かつ、前記平板アンテナ素子（６）の給電点（Ｓ）と、前記高周波回路（５）とが、マイクロストリップライン（１３）によって接続されていることを特徴とする、請求項４に記載した広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＨｚ帯域の電波を広帯域で送受信するためのアンテナ装置に係り、特に、超薄型に構成し得るように改良したものである。
ただし本発明においてＧＨｚ帯とは、０．１〜８０ＧＨｚの周波数帯域をいう。
【背景技術】
【０００２】
ＧＨｚ帯の電波に共振するアンテナを構成する技術の基本は、線条アンテナに定在波を乗せることである。
アンテナを小形ならしめるため、上記の線条アンテナを波長λの１／４に共振させるように構成する技術が広く知られている。この場合、線条アンテナの機械的長さは約λ／４となる。
電波に限らず、弦でも棒でも気体でも、基本的にはλ／４の整数倍で共振（共鳴）し、特殊な構造を設けなければλ／４未満では共振しない。
λ／４のアンテナを更に短くするため、線条アンテナを湾曲せしめてコイル状に形成したり、繰り返し折り曲げてメアンダー形に形成したりする技術が公知であるが、どのように曲げてもλ／４に共振させるという基本的原理は同じであって、アンテナ素子の電気的長さや機械的長さ寸法をλ／４未満ならしめるという技術的思想は未だ無かった。
【特許文献１】特開平６−１４０８２０号公報
【特許文献２】特開２００４−７４６０号公報
【特許文献３】特開２００３−３０４１１４号公報
【非特許文献１】株式会社オーム社発行  アンテナ工学ハンドブック  電子情報通信学会編
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アンテナ素子の機械的寸法をλ／４未満に短縮することは、多くの科学者，技術者によって不断に推進されており、先に挙げた公知技術の他にも、小型アンテナに関する未公知の発明が有る。
例えば、図６（Ａ）に示した立体アンテナ素子を用いた技術においては、立体アンテナ素子３の１辺の長さ寸法をλ／４未満に構成することができ、しかも広い同調周波数帯域が得られる。
この技術は、本発明者らが創作して、本出願人によって別途出願中の発明である（特願２００５−９０８４３号：以下、未公知の先願発明という）。
【０００４】
以下に、図６（Ａ）に示した未公知の先願発明を説明するための便宜上、図示のように直交座標軸Ｘ−Ｘ′，Ｙ−Ｙ′を想定する（Ｘはプラス方向、Ｘ′はマイナス方向であり、Ｙはプラス方向、Ｙ′はマイナス方向とする）。本発明における座標Ｘ，Ｙは説明の便宜上のものであって、本願発明に係るアンテナ及びアンテナ構成方法の技術的範囲を限定するものではない。
基板１の面上に、Ｘ軸方向の縁を有するグランド板２を設け、上記の縁からＹ方向（詳しくはプラスＹ方向）に離間させて「１辺の寸法がλ／４未満の立体アンテナ素子３」を配設する。
更に、上記立体アンテナ素子３に対向離間させて立体無給電素子４を設けると、機械的な大きさがλ／８程度の小型アンテナ素子を用いてＧＨｚ帯の電波を広帯域で送受信することができる。
【０００５】
以上に説明した未公知の先願発明によると、λ／４未満という超小型のアンテナ素子を用いてＧＨｚ帯の電波を広帯域に送受信できるという優れた効果が得られるが、なお望ましくは、立体アンテナ素子を薄くして、アンテナ装置を平面化するように改良したいという願望が有る。
本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、
その目的とするところは、前記未公知の先願における「λ／４未満の超小型であるという長所」を損なうことなく、該未公知の先願発明を更に改良して、ＧＨｚ帯で広帯域性を有する平板状のアンテナを提供するにある。
アンテナ装置を平板状に構成することができれば、このアンテナを携帯するにも便利であり、このアンテナを無線通信機などの電子機器に組み込む場合も好都合であることが期待される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために創作した本発明の構成を述べるに先立って、研究の過程を
説明する。
本発明者らは、図６（Ａ）に示した未公知の先願発明（立体的なアンテナ素子と、立体的な無給電素子）を平面化するための手懸かりとして、図６（Ｃ）のように変形した平面状のアンテナ装置を試作した。
すなわち、前記未公知の先願発明（Ａ図）における立体アンテナ素子３の背を低くして平板アンテナ素子６を構成し、前記立体アンテナと同じ位置に設けるとともに、立体無給電素子４の背を低くした平板無給電素子７を構成して前記立体無給電素子同じ位置に配置した。
【０００７】
図６（Ａ）の平面図と、図６（Ｃ）の平面図を考えると、図６（Ｂ）に実線で描かれたごとくである（鎖線で描かれている延長無給電素子８は無視されたい）。すなわち、平面的配置は全く同様である。
この試作品のアンテナ特性を測定してみたところ、図６（Ｄ）にＶＳＷＲを示すごとくであった。  
すなわち、ＧＨｚ帯において広い低ＶＳＷＲ特性を有しているのであるが、惜しむらくは、３．５ＧＨｚ以上の領域でないと実用に供し得ない。
（注）ひとつの目安として、ＶＳＷＲが２以下の周波数範囲で良好な送受信が可能であると考えて良い。
例えば無線ＬＡＮに適用しようとすると、２．４ＧＨｚの電波を送受信し得ることが必要である。
このため、前記未公知の先願発明の改良は、小型軽量という長所を維持するだけでなく、３．５ＧＨｚよりも高い周波数帯域を広くカバーし得るというアンテナ特性（当面の要請としては、５ＧＨｚ付近における広帯域の同調特性）を維持しなければならない。
【０００８】
そこで本発明者らの研究努力は、図６（Ｄ）のＶＳＷＲ特性カーブを低周波数側（図の左方）へ移動させることに向けられた。  
その結果、図６（Ｂ）に実線で描かれている無給電素子に対し、鎖線で示した延長無給電素子８を一体に連設することによってＶＳＷＲカーブを低周波数側へ移動せしめ得ることが判明した。
本発明は、上述の知見に基づいて、実用的な広帯域アンテナ装置、及び、その構成方法を創作したものである。
【０００９】
以上に説明した原理に基づいて、本願請求項１に係る広帯域アンテナ装置の構成方法は、ＧＨｚ帯の電波を送受信するアンテナを構成する方法において、
（図１参照）上記電波の波長をλとするとともに、直交座標ＸーＸ′，ＹーＹ′を想定して、
（ａ）  ほぼ長方形をなし、各辺の長さがλ／４未満である平板アンテナ素子（６）を構成して、ＸーＸ′方向の縁を有するグランド板（２）のＹ側に、長方形の各辺をＸ，Ｙ方向に揃えて配設し、
（ｂ）  前記平板アンテナ素子（６）のＹーＹ′方向の辺に対して部分的に対向する基本部（９ａ）を有する平板無給電素子を配置するとともに、
（ｃ）  上記平板無給電素子の基本部（９ａ）からＸ方向に延出する延長部（９ｂ）を一体に形成して拡大平板無給電素子（９）を構成し、
（ｄ）上記拡大平板無給電素子（９）の延長部（９ｂ）を、前記平板アンテナ素子（６）のＸ方向の辺に対して、Ｙ−Ｙ′方向に対向せしめることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明方法の構成は前記請求項１の発明方法の構成要件に加えて、
前記のグランド板（２）、平板アンテナ素子（６）、及び拡大平板無給電素子（９）、並びに、該拡大平板無給電素子（９）をグランド板（２）に接続導通させる導通ライン（９ｃ）を、基板（１）の面上に、導通パターンによって形成することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る広帯域アンテナ装置の構成は、ＧＨｚ帯の電波を送受信するアンテナ装置において、
（図１参照）該電波の波長をλとするとともに、直交座標ＸーＸ′，ＹーＹ′を想定して、
ＸーＸ′方向の縁を有するグランド板（２）と、
ほぼ長方形をなし、各辺の長さがλ／４未満である平板アンテナ素子（６）と、
前記平板アンテナ素子（６）のＹーＹ′方向の辺に対して部分的に対向離間する基本部（９ａ）を有する平板無給電素子とを具備しており、
かつ、上記平板無給電素子からＸ方向に延出する延長部（９ｂ）が一体的に形成されて拡大平板無給電素子（９）が構成されており、
かつ、上記拡大平板無給電素子（９）の延長部（９ｂ）が、前記平板アンテナ素子（６）のＸ方向の辺に対して、Ｙ−Ｙ′方向に対向離間していることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る広帯域アンテナの構成は、前記請求項３の発明の構成要件に加えて、
前記のグランド板（２）、平板アンテナ素子（６）、および拡大平板無給電素子（９）が、基板（１）の面上に、導通パターンによって形成されていることを特徴とする、請求項３に記載した広帯域アンテナ。
【００１３】
請求項５に係る広帯域アンテナの構成は、前記請求項３の発明の構成要件に加えて、
（図４参照）無線通信機の高周波回路が設けられていない小型の基板（１′）に、前記の平板アンテナ素子（６）、拡大平板無給電素子（９）、導通ライン（９ｃ）、及び、該導通ラインに導通するグランド接続部（１１）が、導通パターンによって形成されるとともに、
前記グランド接続部（１１）にスルーホール１２が穿たれており、
かつ、前記平板アンテナ素子（６）に同軸ケーブル（１０）の中心導体が接続導通されるとともに、該同軸ケーブル（１０）の外部導体が前記のグランド接続部（１１）に接続導通されて、１個のアッセンブリ部品が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明の構成は、前記請求項４の発明の構成要件に加えて、
（図５参照）高周波回路（５）を構成された高周波回路基板１″の面上に、平板アンテナ素子（６）、拡大平板無給電素子（９）、グランド板（２）、及び導通ライン（９ｃ）が、導通パターンによって形成されており、
かつ、前記平板アンテナ素子（６）の給電点（Ｓ）と、前記高周波回路（５）とが、マイクロストリップライン（１３）によって接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明方法を適用すると、１辺の機械的長さ寸法がλ／４未満という超小型であり、かつ、厚さ寸法を無視し得る程度に薄型のアンテナを構成することができ、しかも２．４ＧＨｚを含めて広い低ＶＳＷＲ特性が得られる。
【００１６】
請求項２の発明方法を前記請求項１の発明方法に併せて実施すると、該請求項１の発明の効果を阻害することなく、公知のプリント基板加工技術を適用して、本発明に係る広帯域アンテナ装置を工業的に大量生産することができる。
従って当然に、大量生産におけるメリット（例えば低コスト、均一な高品質など）が得られる。 
【００１７】
請求項３に係る広帯域アンテナによると、２．４ＧＨｚを含めて広い同調特性が得られるので、例えば無線ＬＡＮに好適であり、しかも、１辺の機械的長さ寸法がλ／４未満という超小型であり、かつ、厚さ寸法を無視し得る程度に薄型である。
超小型、超薄型であるから携帯にも便利であり、また電子機器に組み込むことが容易である。
その上、材料コストが低廉であるのみならず、省資源という社会的，国家的要請に応えて貢献するところ多大である。
【００１８】
請求項４の発明を前記請求項３の広帯域アンテナに併用すると、該請求項４の発明の効果（超小型、超薄型、広帯域）を阻害することなく、公知のプリント基板加工技術を適用して、本発明に係る広帯域アンテナ装置を工業的に大量生産することができる。
従って当然に、大量生産におけるメリット（例えば低コスト、均一な高品質など）
が得られ、アンテナ産業の発展に寄与するところ多大である。
【００１９】
請求項５の発明を前記請求項３の広帯域アンテナに適用すると、無線機の高周波回路と別体に、「市場流通性を有する小型，超薄型，高性能のアンテナ部品アッセンブリ」が得られる。
その結果、無線機器メーカーは「専門工場で設計生産された高品質のアンテナアッセンブリ」を低価格で購入して利用することができ、
アンテナメーカーは専門的な技術を磨いて分業化を確立することができる。
このようにして、無線機器産業の発展が直接，間接に促進されることは、国家的な産業政策にも沿い、その恩恵は国民大衆が享受する。
【００２０】
請求項６の発明を前記請求項４の発明に併用すると、高周波回路とアンテナ装置とが基板を共用するので、アンテナを含めた無線機器全体がコンパクトに構成され、かつ、製作工数が低減される。例えば、生産ラインにおける「アンテナの機械的な取り付け作業」が節減され、かつ、同軸ケーブルなどの接続部品が不要になって、装置全体の軽量化にも有効であり、材料コストが節減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明にかかる広帯域アンテナの１実施形態を示し、（Ａ）は原理的な平面図、（Ｂ）は模式的な斜視図である。
導通パターンによって、基板１の大半を覆うグランド板２が形成されていて、その縁はＸ−Ｘ′方向になっている。
上記グランド板２の縁のＹ側（図において上方）に、対向離間して平板アンテナ素子６が配設されている。
【００２２】
（図１（Ａ）参照）上記平板アンテナ素子６は、辺の寸法がａ×ｂの長方形をなし、辺の方向はＸ，Ｙ方向になっている。
本実施形態においてはａ≒ｂである。しかし、本発明を実施する場合ａ：ｂの比率を任意に設定することができる。
上記平板アンテナ素子６がグランド板２に対向しているｂ辺の中央付近に給電気点が設定され、高周波回路５の出力端が接続されている。
上記給電点の具体的な形状の１例が本図（Ｂ）に示されている。すなわち、同軸ケーブル１０の中心導体が給電点Ｓに接続されている。該同軸ケーブルの外部導体はグランド板２に接続導通されている。
【００２３】
前記平板アンテナ素子６からＸ′方向（図において左方）およびＹ方向（図において上方）に離れて無給電素子の基本部９ａが配置され、かつ、該基本部９ａからＸ方向（図において右方）へ延出する形に延長部９ｂが形成されて、拡大平板無給電素子９を構成している。ｅは延長部９ｂのＸ軸方向寸法、ｆは同じくＹ軸方向寸法である。これらの寸法とアンテナ性能との関係については、図２を参照して後に説明する。
【００２４】
前記拡大平板無給電素子９の基本部９ａは、導通ライン９ｃによってグランド板２に接続導通されている。
本実施形態においては、拡大平板無給電素子９および導通ライン９ｃも、平板アンテナ素子６と同様に基板１の導通パターンによって形成した。
本発明を実施する場合、これらの素子を金属板で作成することも可能であるが、本例のように基板の導通パターンで形成すると、大量生産に適し、均一な品質の製品が低コストで得られる。
本実施形態においては、平板アンテナ素子６、拡大平板無給電素子９、及び導通ラインなどのアンテナエレメントを、基板１の面上に、導通パターンで形成した。このため、これらアンテナエレメントの厚さ寸法は、実用上無視し得るほどに薄い。
さらに、基板１としてフレキシブル基板を用いることにより、アンテナ装置全体の厚さ寸法を著しく薄くすることができる。
【００２５】
図２は、前掲の図１に示した実施形態に係る広帯域アンテナのＶＳＷＲ図である。
図１における延長部９ｂのＸ方向寸法ｅを、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍに変化させると、ＶＳＷＲカーブはそれぞれ図示のように変化する。
本例の場合、前記の寸法ｅを５ｍｍ以上とすることにより、２．４ＧＨｚで実用に適したアンテナ特性が得られた。
【００２６】
図３は、前掲の図１に示した実施形態を作動させたときの電流分布を、斑点の粗密で表した図表であって、（Ａ）は２．４５ＧＨｚの電波に共振させた場合を描いてあり、（Ｂ）は９ＧＨｚの電波に共振させた場合を描いてある。
図３（Ａ）と（Ｂ）とを比較して考察すると、
（Ａ）の２．４５ＧＨｚでは拡大平板無給電素子９の延長部に比較的大きい電流が分布しており、（Ｂ）の９ＧＨｚでは該拡大平板無給電素子９の延長部の電流密度が小さい。
【００２７】
上記の現象は、先に図６（Ｄ）のＶＳＷＲを参照してに述べたように、「延長部が無ければ低周波領域で共振し難く、延長部が無くても高周波領域では共振し得る」という現象と整合している。  すなわち、
図３（Ａ）の低周波領域では、拡大平板無給電素子９の延長部が大いに作用しており、
図３（Ｂ）の高周波領域では、拡大平板無給電素子９の延長部の関与度合いが少ない。
【００２８】
図４は、前記と異なる実施形態を示す。
充分なグランド面積を取れないような小型基板１′に平板アンテナ素子６と拡大平板無給電素子９とが形成されるとともに、小面積のグランド接続部１１と導通ライン９ｃとが配設され、導通パターンで形成されている。
上記グランド接続部１１が設けられている区域にスルーホール１２が穿たれるとともに、前記平板アンテナ素子６に同軸ケーブル１０が接続されて、１個のアッセンブリ部品が構成されている。
【００２９】
この図４に示した実施形態のアンテナアッセンブリは、アンテナ専門メーカーで設計製作されて、市場流通性を有する１個の商品として供給される。
無線機器メーカーは、所望のアンテナ特性を有する製品を適宜に選んで購入し、自社製の無線機器（半製品）に取り付けることができる。
取付け作業は、スルーホール１２に取付ネジを挿通し、無線機器に対して機械的に結合すると、グランド接続部１１が無線機器のベースに対して電気的に接続される。
さらに、同軸ケーブル１０を用いて無線機器の高周波回路の出力端へ、電気的に接続することによって接続作業が完了する。
【００３０】
前掲の図４の実施形態においては、高周波回路が構成されていない小型基板１′にアンテナ素子を形成したが、図５は、これと異なる実施形態であって、高周波回路５を構成された高周波回路基板１″を母体として構成されている。
上記高周波回路基板１″に、グランド板２と、平板アンテナ素子６と、拡大平板無給電素子９と、導通ライン９ｃとが形成されている。
さらにマイクロストリップライン１３を形成して、平板アンテナ素子６の給電点Ｓを、高周波回路５の出力端に接続する。本発明を実施する場合、マイクロストリップラインの型式については、任意の公知技術を適用することができる。
本図５の実施形態は、アンテナと高周波回路とが基板を共用しているのでコンパクトであり、材料コストが低廉である。この実施形態は、無線機器メーカーがアンテナを自家生産する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１実施形態を示し、（Ａ）は原理的な平面図、（Ｂ）は模式的な斜視図
【図２】前掲の図１に示した実施形態において、拡大平板無給電素子延長部のＸ軸方向寸法ｅをパラメータとして描いたＶＳＷＲ図
【図３】前掲の図１に示した実施形態におけるアンテナ素子の電流密度分布を斑点の粗密で表した図表
【図４】前記と異なる実施形態を示し、本発明を適用して構成したアンテナアッセンブリの外観斜視図
【図５】前記と更に異なる実施形態を示し、高周波回路基板を共用して高周波回路とアンテナとを構成した例の模式的な斜視図
【図６】本発明を創作するに至った研究の過程を説明するために示したもので、（Ａ）は未公知の先願発明の斜視図、（Ｂ）は同じく平面図、（Ｃ）は試作のアンテナ装置の模式的な斜視図、（Ｄ）はそのＶＳＷＲ図
【符号の説明】
【００３２】
１…基板
１′…小型基板
１″…高周波回路基板
２…グランド板２
３…立体アンテナ素子
４…立体無給電素子
５…高周波回路
６…平板アンテナ素子
７…平板無給電素子
８…延長無給電素子
９…拡大平板無給電素子
９ａ…基本部
９ｂ…延長部
９ｃ…導通ライン
１０…同軸ケーブル
１１…グランド接続部
１２…スルーホール
１３…マイクロストリップライン
ａ，ｂ…平板アンテナ素子の辺の長さ寸法
ｅ…延長部のＸ軸方向の長さ寸法
Ｓ…給電点
ＶＳＷＲ…電圧定在波比
Ｘ，Ｙ…直交座標軸
【図１】
0004545665.tif 000002
【図２】
0004545665.tif 000003
【図３】
0004545665.tif 000004
【図４】
0004545665.tif 000005
【図５】
0004545665.tif 000006
【図６】
0004545665.tif 000007