(57)【要約】【課題】  目標特性として３−６GHzでリターンロス特性10dBを満足でき、かつ、デイスコーンアンテナを小型化したアンテナを提供する。【解決手段】  グラウンド板とそれに垂直の方向に伸びる金属部とからなる広帯域アンテナにおいて、グラウンド板と絶縁されてその表面から間隔を置いて配置された上方が広がった三角形の2枚の金属板からなり、これらの2枚の基板は対向して平行に配置され、それらの2枚の金属板の下方の幅の狭い部分が接続されて、当該幅の狭い部分を接続する導体の給電点が外部回路と接続される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウンド板とそれに垂直の方向に伸びる金属部とからなる広帯域アンテナにおいて、
グラウンド板と絶縁されてその表面から間隔を置いて配置された上方が広がった三角形の2枚の金属板からなり、これらの2枚の基板は対向して平行に配置され、それらの2枚の金属板の下方の幅の狭い部分が接続されて、当該幅の狭い部分を接続する導体の給電点が外部回路と接続されることを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
グラウンド板とそれに垂直の方向に伸びる金属部とからなる広帯域アンテナにおいて、
グラウンド板と絶縁されてその表面から間隔を置いて配置された上方が広がった三角形の2枚の金属板からなり、これらの2枚の基板は対向して平行に配置され、それらの2枚の金属板の下方の幅の狭い部分が接続されて、当該幅の狭い部分を接続する導体の給電点がバランを介さずに不平衡給電で外部回路と接続されることを特徴とする広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域アンテナの構造に関するもので、ＵＷＢ(Ultra Wideband)用やデジタルテレビ用などとして利用できる広帯域アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広帯域動作をさせるアンテナとして、図10に示したように、マイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）に一対の広いスリットを形成するものがある。図10に示した構造とサイズのアンテナは、リターンロス特性で10ｄB以下となる領域は中心周波数1.9GHzで帯域幅378MHzとなっており、帯域幅／中心周波数は19.77％となっていた。また、広帯域アンテナとして使用されるものとして、図11に示したようなバイコニカルアンテナがある。
【０００３】
バイコニカルアンテナと同等の特性が得られるアンテナとして、グラウンド(GND)板を使ってイメージ法を利用するデイスコーンアンテナがある。デイスコーンアンテナに構成することで小型化でき、不平衡アンテナであるために給電方法が容易であるといった利点を有している。このデイスコーンアンテナを試作したところ、図12に示した高さH＝50ｍｍ、半径R=22mm、角度θ＝47.5として80×80mmのGND板と組み合わせたときに最良の特性が得られた。
【特許文献１】特開平６−１５２２１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２１５１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のバイコニカルアンテナは平衡型のアンテナであるため、平衡−不平衡変換を行うためにバランを使用して給電する必要があった。また、広帯域にわたって定インピーダンスであるが、その値が120Ωのため通常使用される50Ω系とマッチングさせるためには非共振系のマッチング素子が必要となる。デイスコーンアンテナも特性は良好であるが、形状が大きくなってしまう。本発明は、目標特性として３−６GHzでリターンロス特性10dBを満足でき、かつ、デイスコーンアンテナを小型化したアンテナを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、アンテナ素子を三角形の金属板で構成することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、グラウンド板とそれに垂直の方向に伸びる金属部とからなる広帯域アンテナにおいて、グラウンド板と絶縁されてその表面から間隔を置いて配置された上方が広がった三角形の2枚の金属板からなり、これらの2枚の基板は対向して平行に配置され、それらの2枚の金属板の下方の幅の狭い部分が接続されて、当該幅の狭い部分を接続する導体の給電点が外部回路と接続されることに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による広帯域アンテナの効果を列挙すると以下のようになる。
（１）バイコニカルアンテナにグラウンド板を付加して不平衡アンテナとすることによって、給電回路のバランが不要となる。
（２）2枚の金属板を並べてアンテナを構成したので、入力インピーダンスを半分程度にすることができる。
（３）アンテナを構成する2枚の金属板の間隔を調整することによって、アンテナのリターンロス特性における帯域幅を調整することが可能となる。
（４）アンテナを構成する金属板の大きさを調整することによって、使用する周波数帯を変えること、調整することが可能となる。
（５）形状が簡単であるので、製造が容易で安価なアンテナを得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明による広帯域アンテナの構成要素は次のとおりである。
グラウンド板：金属板または金属膜を具えた基板で構成される。
2枚の三角形の金属板：同じ形状で対向して平行に配置される。
接続部：金属板のグラウンド板に近い側の幅の狭い部分を接続する。
給電導体：一端が接続部に接続され、他端が給電回路と接続される。従来のものと異なりバランが不要となる。
【実施例】
【０００８】
以下、検討の経緯を含めて、本発明による広帯域アンテナの設計を含めた実施例について説明する。従来のデイスコーンアンテナを小型化することを目標として、三角形の金属板のみでアンテナが構成できないかを検討した。すなわち、三角形ダイポールアンテナ形状を検討した。三角形ダイポールアンテナは、図２に示すようにデイスコーンアンテナのXY座標の比率を変えたもので、Ｙ／X→0に近づけたものと考えられる。このとき円錐の周長は２πｒsin(α／２)で、Y／X→0のとき三角形の底辺はπｒsin(α／２)となる。三角形の頂角をβとすると、sin（β／２）＝πｒsin(α／2)／２ｒ＝π／２sin(α／2)となり、したがってα／２≒sin-1(２／π（sinβ／２）となる。これから、三角形ダイポールアンテナの入力インピーダンスは
ZC≒ 120 In [cot(sin-1(２／π sinβ／2)／2)
と表わされる。
【０００９】
デイスコーンアンテナ入力インピーダンス、三角形ダイポールアンテナ入力インピーダンスを図３に示す。２つの入力インピーダンスを比較すると、バイコニカルアンテナの頂角α＝40、三角形ダイポールアンテナの頂角β＝70°のときの入力インピーダンスが等しくなるはずである。以上の近似で問題ないかを確認するために、それぞれのモデルの入力インピーダンスをシミュレーションし、その結果を図４に示した。この結果、入力インピーダンス特性は非常によく似ており、上記の式で近似することができると判断される。
【００１０】
β／２＝32°の三角形ダイポールアンテナの検討を行った。グラウンド板を40×40mmとし、この角度の三角形の大きさを図５に示したように変えることによって特性がどのように変化するかを検討した。シミュレーションによるリターンロス特性を図６に示し、試作したサンプルの測定結果を図７に示す。このようにしてアンテナを試作して測定した結果から、三角形状アンテナでは３−６GHzの周波数帯で良好な特性を得ることができなかった。しかし、実測地とシミュレーション値のリターンロス特性を比較すると傾向は一致することが分かった。このことから、シミュレーションによって特性の良好なアンテナ形状を絞り込むことができると判断した。
【００１１】
三角形ダイポールアンテナの形状にすることでアンテナ形状の小型化をすることはできたが、アンテナのリターンロス特性で−10dB以下となる周波数帯が500MHz程度しかとれなかった。図３に示した三角形ダイポールアンテナ入力インピーダンスから三角形の頂角64°のときに入力インピーダンスが200Ω程度になっていることが分かる。これは、50Ωに対して入力インピーダンスが高いためにリターンロス特性が得られないものと考え、アンテナを２つ付けて入力インピーダンスを半分にすることで、リターンロス特性が−10dB以下となる周波数帯を広げることを考えた。２つのアンテナをつなげる線路は50Ωになるように線幅、GND間距離を調整した。
【００１２】
三角形状アンテナを平行に2個並べたアンテナの特性を調べた。アンテナの構造は図８に示したようなものとし、図５で示したH25、H40のサイズの金属板を用いて、それらの間隔を6ｍｍから30mmまで変えたときのリターンロス特性をシミュレーションした。そのシミュレーション結果から、アンテナ板を2枚にすることでリターンロス特性の−10dB以下の周波数帯が広がり、1枚の場合よりも特性が改善されていることが確認された。H25の場合では間隔が6mm、H40では間隔が12mmのときに要求特性を満足していることが確認された。
【００１３】
以上の結果を踏まえて3、4.5、6GHzで無指向性であるH25形状のアンテナの試作を行った。その構造が図１に示したものであり、三角形の金属板11は高さ32mmで上側の幅32mm、下側の接続部13の幅３ｍｍとし、２枚の間隔を6mm、接続部とグラウンド板15の間隔を２mmとした。なおグラウンド板15のサイズは40×40mmとした。その特性を図９に示したが、比較のためにデイスコーンアンテナの結果も示した。
【００１４】
図９のリターンロス特性から、広帯域で特性の良好なアンテナが得られることが確認できた。リターンロス特性で−10dB以下である領域が中心周波数が6.15GHzで周波数帯域が4.8GHzとなり、周波数帯域／中心周波数は78.04％となっていた。これは特性が大幅に改善されたことを示すもので、3、4.5、6GHzで無指向性となることも確認された。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明による広帯域アンテナは、小型で安価なUWB用やデジタルテレビ用アンテナとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例を示す（A）斜視図、（B）平面図、（C）正面図、（D）側面図。
【図２】設計手法の説明図。
【図３】アンテナの入力インピーダンスの説明図。
【図４】アンテナの入力インピーダンスの説明図。
【図５】三角形ダイポールアンテナの形状を示す説明図。
【図６】シミュレーション結果を示す説明図。
【図７】測定結果を示す説明図。
【図８】本発明による広帯域アンテナの形状の説明図。
【図９】その測定結果の説明図。
【図１０】従来の広帯域マイクロストリップアンテナの（A）部分平面図、（Ｂ）正面盤面図。
【図１１】従来のバイコニカルアンテナを示す説明図。
【図１２】従来のデイスコーンアンテナを示す説明図。
【符号の説明】
【００１７】
11：アンテナ金属板
13：接続部
15：グラウンド板
【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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