(57)【要約】【課題】簡単な構成で安価に製作でき、且つ軽量で耐風速に強い平面形広帯域アンテナを提供する。【解決手段】ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、日の字形の導体により構成したもので、方形ループ状の素子の中央部に中心素子１２を設けている。ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、約λ／５０の間隔ｄを保って平面上に配置され、電界方向の長さ（全長）Ｌが約λ／２に設定されて半波長ダイポールアンテナを構成している。λは半波長ダイポールアンテナの共振周波数の波長である。ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、全体の幅Ｗが約λ／３．７５以上、周囲の導体素子幅ａ及び中心素子１２の導体素子幅ｂが約λ／６０に設定される。ダイポール素子１１ａ、１１ｂには、相対向する側の略中心部に給電点１３ａ、１３ｂが設けられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形ループ状の素子の中央部に中心素子を設けて日の字形に形成した１対のダイポール素子を所定の間隔で平面上に配置し、前記ダイポール素子の相対向する側の略中央部に給電点を設け、前記ダイポール素子の電界方向の長さを約１／２波長に設定したことを特徴とする平面形広帯域アンテナ。
【請求項２】
前記中心素子は、板状素子又は棒状素子を使用し、所望の広帯域特性となるように幅又は太さを設定することを特徴とする請求項１に記載の平面形広帯域アンテナ。
【請求項３】
前記中心素子は、複数の素子により構成したことを特徴とする請求項１に記載の平面形広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域特性を要する無線通信や１つのアンテナで複数の無線通信領域をカバーすることが可能な平面形広帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば地上デジタル放送等のＵＨＦ帯の電波を受信するアンテナとしては、２線式ダイポールアンテナが一般に知られている。  
しかし、上記２線式ダイポールアンテナは、広帯域性、高利得性を有しているものの、導体パイプを用いて構成するため部品点数が多くなり、製作が面倒であると共に小型化が困難である等の問題があった。  
このため最近では、２線式ダイポールアンテナに代わり、略長方形に形成された板状のダイポール素子を使用して小型化を図ったＵＨＦ帯用の広帯域アンテナが考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２４４９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の板状のダイポール素子を使用した広帯域アンテナは、簡単な構成で小型化が可能であり、且つ広帯域に亘って利得や前後比など安定した電気的特性を有しているが、２線式ダイポールに比較して重量が増大すると共に素子への風圧荷重が大きく、耐風速に弱い等の問題がある。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で安価に製作でき、且つ軽量で耐風速に強い平面形広帯域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】
【０００５】
第１の発明に係る平面形広帯域アンテナは、方形ループ状の素子の中央部に中心素子を設けて日の字形に形成した１対のダイポール素子を所定の間隔で平面上に配置し、前記ダイポール素子の相対向する側の略中央部に給電点を設け、前記ダイポール素子の電界方向の長さを約１／２波長に設定したことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る平面形広帯域アンテナにおいて、中心素子は板状素子又は棒状素子を使用し、所望の広帯域特性となるように幅又は太さを設定することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明に係る平面形広帯域アンテナにおいて、中心素子は複数の素子により構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、日の字形に形成したダイポール素子により平面形広帯域アンテナを構成することにより、板状のダイポール素子を使用した広帯域アンテナに比較して軽量化を図ることがき、且つ風圧荷重を軽減して耐風速に強いアンテナを構成することができる。また、中心素子の幅又は太さによって広帯域特性を任意に可変設定することが可能であり、簡単な構成で所望の広帯域特性とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。  
図１において、１１ａ、１１ｂは１対のダイポール素子で、日の字形の導体により構成している。すなわち、ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、方形ループ状の素子の中央部に中心素子１２を設けて日の字形に形成している。上記ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、例えば約λ／５０の間隔ｄを保って平面上に配置され、電界方向の長さ（全長）Ｌが約λ／２に設定されて半波長ダイポールアンテナを構成している。上記λは半波長ダイポールアンテナの共振周波数の波長である。
【００１０】
また、ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、全体の幅Ｗが約λ／３．７５以上、周囲（方形ループ）の導体素子幅ａ及び中心素子１２の導体素子幅ｂが約λ／６０に設定される。上記ダイポール素子１１ａ、１１ｂには、近接して相対向する側の略中央部に給電点１３ａ、１３ｂが設けられる。この給電点１３ａ、１３ｂには、例えば透孔が設けられ、この透孔部分に給電用同軸ケーブル（図示せず）の中心導体及び外導体がそれぞれ接続される。
【００１１】
図２は、上記第１実施形態に係る平面形広帯域アンテナにおいて、共振周波数ｆを１ＧＨｚ、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの電界方向の長さＬをλ／２（１５０ｍｍ）、幅Ｗをλ／３（９５ｍｍ）、間隔ｄをλ／５０（６ｍｍ）、周囲の導体素子幅ａ及び中心素子１２の導体素子幅ｂをλ／６０（５ｍｍ）に設定した場合のＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性を示したものである。このときのＶＳＷＲ≦２の比帯域は７４％であり、十分な広帯域特性が得られた。上記平面形広帯域アンテナは、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの導体素子幅ａ及び中心素子１２の導体素子幅ｂを約λ／６０にしたとき、全体の幅Ｗを約λ／３．７５（８０ｍｍ）以上に設定することによって広帯域特性を得ることができる。
【００１２】
図３は、上記平面形広帯域アンテナにおいて、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗを約λ／５（６０ｍｍ）とし、その他の寸法を図２の場合と同じに設定したときのＶＳＷＲ特性である。この場合のＶＳＷＲ≦２の比帯域は、共振周波数ｆＬ＝０．８ＧＨｚの周波数低域で約２３％、共振周波数ｆＨ＝１．７６ＧＨｚの周波数高域で約２２％となり、０．８ＧＨｚと１．７６ＧＨｚの２周波共用アンテナの特性となる。
【００１３】
図４は、上記第１実施形態に示した平面形広帯域アンテナにおいて、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２が無い場合のＶＳＷＲ特性を比較参考のために示したもので、他の条件は図２の場合と同じである。中心素子１２が無い場合、ＶＳＷＲ≦２の特性は０．６ＧＨｚ付近で比帯域が約１％であり、非常に狭い帯域となっている。  
上記図３及び図４に示すＶＳＷＲ特性からも明らかなように、ダイポール素子１１ａ、１１ｂに中心素子１２を設けることによって広帯域化を図ることができる。
【００１４】
図５は、上記平面形広帯域アンテナにおいて、低域共振周波数ｆＬと高域共振周波数ｆＨの関係を表わす図で、横軸にダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗをとり、縦軸に周波数高域の共振周波数ｆＨをとって示した。なお、縦軸の高域共振周波数ｆＨは、低域共振周波数ｆＬのｎ倍として示している。低域共振周波数ｆＬは、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗを変えてもあまり変化しないので、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗと高域共振周波数ｆＨとの対応関係を図５のように表わすことができる。従って、図５からダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗをある値に設定したときの高域共振周波数ｆＨを求めることができる。
【００１５】
例えばアンテナの共振周波数ｆを１ＧＨｚとし、
λ＝３００ｍｍ（１ＧＨｚ）
ｆＬ＝１ＧＨｚ×０．８＝０．８ＧＨｚ
としたとき、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗを
Ｗ＝λ／４（７５ｍｍ）
に設定すると、図５から高域共振周波数ｆＨとして「ｆＬ×２．０７倍」が得られる。従って、高域共振周波数ｆＨは、
ＦＨ＝ｆＬ×２．０７
＝０．８ＧＨｚ×２．０７
＝１．６６ＧＨｚ
となる。
【００１６】
図６（ａ）は、上記第１実施形態に係る平面形広帯域アンテナを図３の場合と同じ条件、すなわちダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗをλ／５に設定した場合の周波数０．８ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
図６（ｂ）は、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗをλ／５に設定した場合の周波数０．８ＧＨｚにおけるＹ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
図７（ａ）は、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗをλ／５に設定した場合の周波数１．８ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
図７（ｂ）は、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの幅Ｗをλ／５に設定した場合の周波数１．８ＧＨｚにおけるＹ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
上記図６（ａ）、図７（ａ）に示すＸ−Ｚ面の指向性は８の字状の指向特性、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すＹ−Ｚ面の指向性は無指向性となっている。
【００１７】
上記実施形態によれば、日の字形に形成したダイポール素子１１ａ、１１ｂにより広帯域アンテナを構成しているので、板状のダイポール素子を使用した広帯域アンテナに比較して軽量化を図ることがき、且つ風圧荷重を軽減して耐風速に強いアンテナを構成することができる。また、簡単な構成でありながら広帯域特性とすることができる。
【００１８】
なお、上記実施形態では、アンテナ素子すなわちダイポール素子１１ａ、１１ｂ及び中心素子１２を板状素子により構成した場合について示したが、棒状素子により構成しても良い。  
また、上記アンテナ素子は、誘電体からなる基板上に形成しても良い。
【００１９】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る平面形広帯域アンテナについて説明する。  
図８は、本発明の第２実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。この実施形態に係る平面形広帯域アンテナは、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２の導体素子幅ｂを広く、例えば約λ／２０程度に設定したものである。その他は、第１実施形態に係る平面形広帯域アンテナと略同様の構成となっている。
【００２０】
図９は、第２実施形態に係る平面形広帯域アンテナにおいて、共振周波数ｆを１ＧＨｚ、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの電界方向の長さＬをλ／２（１５０ｍｍ）、幅Ｗをλ／４（７０ｍｍ）、間隔ｄをλ／５０（６ｍｍ）、周囲の導体素子幅ａをλ／６０（５ｍｍ）、中心素子１２の導体素子幅ｂをλ／２０（１５ｍｍ）に設定した場合のＶＳＷＲ特性を示したものである。中心素子１２の導体素子幅ｂをλ／６０（５ｍｍ）に設定した場合は、図３に示したように１．１ＧＨｚ付近のＶＳＷＲ特性が２以上になるが、中心素子１２の導体素子幅ｂを広く、例えば約λ／２０（１５ｍｍ）に設定することにより、広帯域特性を維持したままで、１．１ＧＨｚ付近のＶＳＷＲを改善して帯域内で２以下とすることができる。
【００２１】
上記第２実施形態によれば、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２の導体素子幅ｂを広く形成することにより広帯域特性を改善することができる。従って、中心素子１２の導体素子幅ｂを調整することで、広帯域特性を任意に可変設定することが可能となる。
【００２２】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態に係る平面形広帯域アンテナについて説明する。  
図１０は、本発明の第３実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。上記第１及び第２実施形態ではダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２として板状の素子を使用したが、この第３実施形態では中心素子１２として複数、例えば２本の導体線１２ａ、１２ｂを使用し、所定の間隔で配置している。この場合の例では、導体線１２ａ、１２ｂの線幅ｅを約λ／３００（１ｍｍ）、間隔ｆを約λ／２０（１５ｍｍ）に設定している。その他は、第２実施形態に係る平面形広帯域アンテナと同様の構成となっている。
【００２３】
図１１は、上記第３実施形態に係る平面形広帯域アンテナにおいて、共振周波数ｆを１ＧＨｚ、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの電界方向の長さＬをλ／２（１５０ｍｍ）、幅Ｗをλ／４（７０ｍｍ）、間隔ｄをλ／５０（６ｍｍ）、周囲の導体素子幅ａをλ／６０（５ｍｍ）、中心素子１２を構成する導体線１２ａ、１２ｂの線幅ｅをλ／３００（１ｍｍ）、間隔ｆをλ／２０（１５ｍｍ）に設定した場合のＶＳＷＲ特性を示したものである。
【００２４】
図１２（ａ）は上記図１１と同一条件に設定した平面形広帯域アンテナの周波数０．８ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の放射指向特性を示す図、同図（ｂ）は同広帯域アンテナの周波数０．８ＧＨｚにおけるＹ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
図１３（ａ）は同広帯域アンテナの周波数１．２５ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の放射指向特性を示す図、同図（ｂ）は同広帯域アンテナの周波数１．２５ＧＨｚにおけるＹ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
図１４（ａ）は同広帯域アンテナの周波数１．７ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の放射指向特性を示す図、同図（ｂ）は同広帯域アンテナの周波数１．７ＧＨｚにおけるＹ−Ｚ面の放射指向特性を示す図である。  
上記第３実施形態によれば、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２を２本の導体線１２ａ、１２ｂにより構成することにより、軽量化して受風加重を軽減でき、且つダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２として板状素子を用いた第２実施形態と同等のＶＳＷＲ特性を得ることができる。
【００２５】
なお、第３実施形態では、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２を２本の導体線１２ａ、１２ｂにより構成した場合について示したが、３本以上の導体線を用いて構成しても良い。
【００２６】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態に係る平面形広帯域アンテナについて説明する。  
図１５は、本発明の第４実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。この実施形態に係る平面形広帯域アンテナは、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの中心素子１２を２本の導体線１２ａ、１２ｂにより構成すると共に、ダイポール素子１１ａ、１１ｂの周囲（方形ループ）部分についても導体線により構成したもの、すなわち、全ての素子を細い導体線で構成したものである。上記ダイポール素子１１ａ、１１ｂ及び中心素子１２の導体線１２ａ、１２ｂは、線幅ａ、ｅを約λ／３００（１ｍｍ）に設定し、導体線１２ａ、１２ｂの間隔ｆを約λ／２０（１５ｍｍ）に設定している。
【００２７】
また、ダイポール素子１１ａ、１１ｂは、全長Ｌを約λ／２（３００ｍｍ）、幅Ｌを約λ／３（９５ｍｍ）、間隔ｄを約λ／１５０（２ｍｍ）としている。
【００２８】
図１６は、上記第４実施形態に係る平面形広帯域アンテナのＶＳＷＲ特性を示している。この場合のＶＳＷＲ≦２の比帯域は約７０％であり、十分な広帯域特性が得られた。
【００２９】
上記第４実施形態に係る平面形広帯域アンテナは、全ての素子を細い導体線で構成しているので、透明な誘電体のフィルム上に形成することが可能となり、例えば自動車の窓ガラス等に張り付けて使用することができる。また、上記のようにアンテナ素子を細線化することによって目立たなくすることができ、自動車の窓ガラスに張り付けて使用する場合でも美観を保つことができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。
【図２】同実施形態において、ダイポール素子の幅Ｗを約λ／３に設定した場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図３】同実施形態において、ダイポール素子の幅Ｗを約λ／５に設定した場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図４】同実施形態において、ダイポール素子の中心素子が無い場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図５】同実施形態において、ダイポール素子の幅Ｗと高域共振周波数ｆＨとの対応関係を示す図である。
【図６】同実施形態におけるアンテナ指向特性を示し、（ａ）はダイポール素子の幅Ｗを約λ／５に設定した場合の周波数０．８ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の指向特性図、（ｂ）は同Ｙ−Ｚ面の指向特性図である。
【図７】同実施形態におけるアンテナ指向特性を示し、（ａ）はダイポール素子の幅Ｗを約λ／５に設定した場合の周波数１．８ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の指向特性図、（ｂ）は同Ｙ−Ｚ面の指向特性図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。
【図９】同実施形態において、ダイポール素子の幅Ｗを約λ／４に設定した場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。
【図１１】同実施形態において、ダイポール素子の幅Ｗを約λ／４に設定した場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図１２】同実施形態におけるアンテナ指向特性を示し、（ａ）はダイポール素子の幅Ｗを約λ／４に設定した場合の周波数０．８ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の指向特性図、（ｂ）は同Ｙ−Ｚ面の指向特性図である。
【図１３】同実施形態におけるアンテナ指向特性を示し、（ａ）はダイポール素子の幅Ｗを約λ／４に設定した場合の周波数１．２５ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の指向特性図、（ｂ）は同Ｙ−Ｚ面の指向特性図である。
【図１４】同実施形態におけるアンテナ指向特性を示し、（ａ）はダイポール素子の幅Ｗを約λ／４に設定した場合の周波数１．７ＧＨｚにおけるＸ−Ｚ面の指向特性図、（ｂ）は同Ｙ−Ｚ面の指向特性図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る平面形広帯域アンテナの上面図である。
【図１６】同実施形態において、ダイポール素子の幅Ｗを約λ／４に設定した場合のＶＳＷＲ特性図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１ａ、１１ｂ…ダイポール素子、１２…中心素子、１２ａ、１２ｂ…導体線、１３ａ、１３ｂ…給電点。
【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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