(57)【要約】【課題】小型化を図り得ると共に広帯域特性とすることができる広帯域アンテナ装置を提供する。【解決手段】半径が約λ０／４の平面導体板１１の中心部に穴１２を設け、この穴１２の部分に同軸コネクタ１３を取付ける。同軸コネクタ１３の中心導体１４を穴１２より反対側に導出し、第１の放射素子１７の給電点１８に接続する。第１の放射素子１７は、板状素子を使用し、平面導体板１１に対して垂直に配置する。第１の放射素子１７は、全長を約λ０／９、上部の横幅を約λ０／３に設定する。第１の放射素子１７の上部中央から両側部方向に斜めに位置するように帯状の第２の放射素子２１ａ、２１ｂを設け、先端部を平面導体板１１に固定する。第２の放射素子２１ａ、２１ｂの上側に第１の放射素子１７と同方向に板状の第３の放射素子２２を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面導体板と、前記平面導体板上に垂直に設けられ、板状素子を用いた第１の放射素子と、前記第１の放射素子の外側端中央から両側に斜めに設けられ、先端部が前記平面導体板に固定される帯状の第２の放射素子と、前記第１の放射素子と第２の放射素子の共通接続部において前記第１の放射素子と同方向に平行して設けられる板状の第３の放射素子とを具備することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の放射素子は、下端部近傍の両側に板状の整合素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ装置。
【請求項３】
前記第３の放射素子は、両側部に前記第２の放射素子方向に切欠きを設けたことを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域特性を有する無線通信例えばＵＷＢ（Ultra Wide Band：３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ）や携帯電話の基地局等に用いられる広帯域特性を有する広帯域アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の基地局では、例えば８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯の帯域が一般に使用されている。また、従来、携帯電話基地局用アンテナとしては、モノポールアンテナが一般に知られている。
【０００３】
しかし、モノポールアンテナは、周波数帯域が狭く、携帯電話基地局用アンテナとして使用した場合、上記各帯域毎に設置する必要がある。上記のように８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯の４つの帯域を使用する場合には、４本のモノポールアンテナが必要になり、入出力端子も同様に４個必要になる。
【０００４】
また、従来、移動体に装着して使用するアンテナとして、フランジ上に誘導体基板を設け、この誘導体基板にスタブ素子、放射素子及び容量板素子等を構成することによって広帯域化を図った高周波アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭５３−３０２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のモノポールアンテナを機器に接続してシステムを構築する場合、４つの周波数帯域を使用している場合には、４本のアンテナが必要であると共に４個のコネクタと４本のケーブルが必要になり、システムが高価になってしまうという問題がある。また、リピータ用アンテナとして、ビル内の天井等に設置する用途では、周波数帯が低い８００ＭＨｚの帯域では、従来のモノポールアンテナは、アンテナの背高が高くなり、設置の困難が指摘されている。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、低背高、小型化を図り得ると共に広帯域特性とすることができる広帯域アンテナ装置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】
【０００７】
本発明に係る広帯域アンテナ装置は、平面導体板と、前記平面導体板上に垂直に設けられ、板状素子を用いた第１の放射素子と、前記第１の放射素子の外側端中央から両側に斜めに設けられ、先端部が前記平面導体板に固定される帯状の第２の放射素子と、前記第１の放射素子と第２の放射素子の共通接続部において前記第１の放射素子と同方向に平行して設けられる板状の第３の放射素子とを具備することを特徴とする。  
また、前記第１の放射素子は、下端部近傍の両側に板状の整合素子を設けたことを特徴とする。  
また、前記第３の放射素子は、両側部に前記第２の放射素子方向に切欠きを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の放射素子を組み合わせて構成することにより、アンテナの低背高、小型化及び広帯域化を図ることができ、１つのアンテナを多周波に共用することができる。
【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実施形態に係る広帯域アンテナ装置１０の斜視図、図２は図１における要部の正面図である。
【００１０】
図１において、１１は円形の平面導体板で、半径が約λ０／４に設定される。上記λ０は、動作最低周波数例えば８００ＭＨｚにおける波長である。上記平面導体板１１の中心部には、穴１２が設けられ、この穴１２の部分に同軸コネクタ１３が図２に示すように支持板１５及びネジ１６により取付けられる。このとき同軸コネクタ１３の中心導体１４は、上記穴１２内を通って反対側に導出される。そして、この中心導体１４の先端部に第１の放射素子１７の給電点１８が半田付け等により接続される。上記第１の放射素子１７は、平面導体板１１に対して垂直に配置され、偏波面が垂直偏波となっている。
【００１１】
上記第１の放射素子１７は、図２に示すようにモノポールアンテナとして動作する板状素子により形成したもので、全長Ｌが約λ０／９（約４０ｍｍ）、上部の横幅Ｗが約λ０／３（約１１５ｍｍ）に設定される。上記第１の放射素子１７は、例えば上端から下方に行くに従って幅が順次狭くなるように形成し、インピーダンスが適正値例えば５０Ωとなるようにしている。また、第１の放射素子１７は、下端部の中心が給電点１８となっている。  
上記のように平面導体板１１上に第１の放射素子１７を垂直に配置することにより、平面導体板１１は第１の放射素子１７の鏡像を形成したモノポールアンテナとして動作する。
【００１２】
そして、上記第１の放射素子１７の外側端中央、すなわち図に示す第１の放射素子１７の上部（頂部）中央から両側部方向に斜めに位置するように、帯状の第２の放射素子２１ａ、２１ｂが設けられる。この第２の放射素子２１ａ、２１ｂは、この例では一体に形成し、第１の放射素子１７と交差するように設けている。この第１の放射素子１７の上部と第２の放射素子２１ａ、２１ｂが交差する部分は半田付けされて固定される。
【００１３】
また、上記第２の放射素子２１ａ、２１ｂは、平面導体板１１側に位置する先端が平面導体板１１と平行になるように外側あるいは内側方向に折り曲げられて平面導体板１１にネジ止め及び半田付け等により固定されるもので、その長さ（平面導体板１１に接している先端部を除く）がそれぞれ約λ０／５±１．２５λ０（約６０〜８０ｍｍ）、素子幅Ｗａがλ０／２５〜λ０／１０．５（約１５〜３５．７ｍｍ）に設定される。また、上記第２の放射素子２１ａ、２１ｂは、山形状に形成され、その頂部において第１の放射素子１７を保持する機能も兼ねている。
【００１４】
更に、上記第２の放射素子２１ａ、２１ｂの上側、すなわち第１の放射素子１７と第２の放射素子２１ａ、２１ｂの共通接続部において、第１の放射素子１７と同方向に板状の第３の放射素子２２が設けられる。この第３の放射素子２２は、例えば両端部がほぼ台形状に形成されており、全長が第１の放射素子１７の上部の幅Ｗと略同じか少し短く設定され、両側中央すなわち第２の放射素子２１ａ、２１ｂに対応する部分に切欠き２３ａ、２３ｂが設けられる。この切欠き２３ａ、２３ｂは、第２の放射素子２１ａ、２１ｂの電波放射を妨げないために設けられる。
【００１５】
また、第３の放射素子２２には、中央部に例えば長方形の開口部２４が形成され、この開口部２４において、第２の放射素子２１ａ、２１ｂと半田付けされて固定される。上記第３の放射素子２２は、上下左右対称形に形成することが望ましい。第３の放射素子２２を上下左右対称形に形成することによって水平面指向性の乱れを無くし無指向性とすることができる。
【００１６】
そして、上記アンテナ装置１０は、図１に示すように、上記同軸コネクタ１３の外周にネジ溝３１を形成し、このネジ溝３１にアンテナ取り付け用のナット３２を螺着している。この場合、同軸コネクタ１３には、平面導体板１１とナット３２との間に位置するように円状のアンテナ取り付け板３３を設けている。このアンテナ取り付け板３３は、中心部に穴を設け、この穴部分に同軸コネクタ１３を挿通させている。すなわち、上記平面導体板１１とアンテナ取り付け板３３との間に、アンテナ取り付け位置における部材例えば天井部材等を介在させ、ナット３２を締め付けることにより、アンテナ装置１０を固定するようにしている。  
図３は、上記アンテナ装置１０に合成樹脂製のアンテナカバー３５を装着した状態を示したものである。この場合、アンテナカバー３５を平面導体板１１にネジ止め等によって固定する。
【００１７】
図４は、上記アンテナ装置１０において、平面導体板１１上に第１の放射素子１７のみを設けた場合のＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数ＧＨｚを取り、縦軸にＶＳＷＲを取って示した。上記のように平面導体板１１上に第１の放射素子１７のみを設けた場合、周波数が約１．６〜１．７５ＧＨｚの範囲、及び約２．２〜３．１ＧＨｚの範囲においてＶＳＷＲが２以下となり、良好な受信が可能である。
【００１８】
図５は、上記アンテナ装置１０において、平面導体板１１上に第１の放射素子１７及び第２の放射素子２１ａ、２１ｂを設けた場合のＶＳＷＲ特性である。第１の放射素子１７及び第２の放射素子２１ａ、２１ｂを設けた場合、周波数が約１．０〜１．９５ＧＨｚの範囲、及び約２．３〜３．３５ＧＨｚの範囲においてＶＳＷＲが２以下となり、良好な受信が可能である。上記のように第１の放射素子１７及び第２の放射素子２１ａ、２１ｂを使用した場合には、例えば携帯電話周波数１．５ＧＨｚ帯と１．７ＧＨｚ帯において、２周波共用アンテナとして使用することが可能である。
【００１９】
図６は、上記アンテナ装置１０において、平面導体板１１上に第１の放射素子１７、第２の放射素子２１ａ、２１ｂ及び第３の放射素子２２を設けた場合のＶＳＷＲ特性である。この場合の周波数特性は、周波数が約０．７５〜０．９５ＧＨｚの範囲及び約１．８〜２．８ＧＨｚの範囲においてＶＳＷＲが２以下となり、良好な受信が可能である。従って、上記実施形態に示したアンテナ装置１０は、例えば携帯電話周波数８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯において、２周波共用アンテナとして使用することができる。  
また、上記アンテナ装置１０の指向性は、垂直偏波水平面において無指向性となる。
【００２０】
上記実施形態によれば、小型化を図りながら広帯域特性とすることができ、多周波共用アンテナとして使用することができる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、第２の放射素子２１ａ、２１ｂの上に第３の放射素子２２を設けた場合について示したが、第１の放射素子１７の上部、すなわち第１の放射素子１７と第２の放射素子２１ａ、２１ｂとの間に第３の放射素子２２を設けても良い。
【００２２】
また、上記実施形態では、第３の放射素子２２の端部を角形に形成した場合について示したが、その他の形状、例えば図７に示すように楕円形状に形成しても良い。この場合、楕円形の長軸と短軸との比は、例えば約１：０．７に設定する。  
更に、図８に示すように楕円形状に形成した第３の放射素子２２の両側中央に切欠き２３ａ、２３ｂを設けても良い。このように切欠き２３ａ、２３ｂを設けることにより、第２の放射素子２１ａ、２１ｂの電波放射を妨げることがなく、水平面における指向性偏差を小さくすることができる。
【００２３】
また、上記実施形態では、第２の放射素子２１ａ、２１ｂと第３の放射素子２２とを別体に形成した場合について示したが、図９（ａ）、（ｂ）に示すように第２の放射素子２１ａ、２１ｂと第３の放射素子２２とを一体に形成しても良い。図９（ａ）は帯状の第２の放射素子２１ａ、２１ｂに対し、楕円形に形成した第３の放射素子２２を中央部において一体に形成した場合、図９（ｂ）は帯状の第２の放射素子２１ａ、２１ｂに対し、角形に形成した第３の放射素子２２を中央部において一体に形成した場合の例を示している。なお、第２の放射素子２１ａ、２１ｂと第３の放射素子２２との間に形成されるスリットの幅は、特性に殆ど影響しないので任意に設定可能である。
【００２４】
上記のように第２の放射素子２１ａ、２１ｂと第３の放射素子２２とを一体化することで、部品点数及び組込み工数が減り、安価に製作することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。  
図１０は本発明の第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置１０Ａの斜視図である。図１１（ａ）は、図１０における第１の放射素子１７部分のみを示す正面図、（ｂ）は同側面図である。
【００２６】
この第２実施形態に係るアンテナ装置１０Ａは、図１に示した第１実施形態に係るアンテナ装置１０において、第１の放射素子１７に対して整合素子部４１を設けたものである。その他の構成は、第１実施形態と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
上記第１の放射素子１７は、第１実施形態で説明したようにモノポールアンテナとして動作する板状素子により形成したもので、全長Ｌが約λ０／９、上部の横幅Ｗが約λ０／３に設定される。また、第１の放射素子１７は、例えば上端から下方に行くに従って幅が順次狭くなるように形成し、インピーダンスが適正値例えば５０Ωとなるようにしている。また、第１の放射素子１７は、下端部の中心が給電点１８となっている。
【００２８】
そして、上記第１の放射素子１７には、最下側部から距離Ｌａだけ上方位置に整合素子部４１を設けている。上記整合素子部４１の高さＬａは、例えば約λ０／２５に設定される。λ０は、アンテナ装置の動作最低周波数を例えば８００ＭＨｚとした場合の波長であり、上記λ０／２５の値は約１５ｍｍとなる。
【００２９】
上記整合素子部４１は、例えば長方形状の板状の整合素子４２ａ、４２ｂを第１の放射素子１７の両面に設けたものである。この場合、整合素子４２ａ、４２ｂは、例えば第１の放射素子１７側をＬ字状に折り曲げ、この折り曲げ部分を第１の放射素子１７に装着している。上記整合素子４２ａ、４２ｂは、横幅Ｗｂが約λ０／４．５（約８０ｍｍ）、第１の放射素子１７からの突出幅Ｗｃが約λ０／３７．５（約１０ｍｍ）に設定される。
【００３０】
図１２は、上記アンテナ装置１０ＡのＶＳＷＲ特性を示したもので、約０．７５〜２．１５ＧＨｚの範囲においてＶＳＷＲが２以下となり、その比帯域は約９２％である。従って、上記実施形態に示したアンテナ装置１０Ａは、例えば携帯電話周波数８００ＭＨｚ帯から２ＧＨｚ帯における広帯域アンテナとして使用することができる。また、上記アンテナ装置１０Ａの指向性は、垂直偏波水平面において無指向性となる。  
上記第２実施形態によれば、第１の放射素子１７に整合素子部４１を装着することによって周波数特性を更に広帯域化することが可能となる。
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図２】同実施形態におけるアンテナ装置の要部の正面図である。
【図３】同実施形態におけるアンテナ装置にアンテナカバーを装着した状態を示す斜視図である。
【図４】同実施形態において、平面導体板上に第１の放射素子のみを設けた場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図５】同実施形態において、平面導体板上に第１及び第２の放射素子を設けた場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図６】同実施形態において、平面導体板上に第１ないし第３の放射素子を設けた場合のＶＳＷＲ特性図である。
【図７】同実施形態における第３の放射素子の他の形状例を示す図である。
【図８】同実施形態における第３の放射素子の更に他の形状例を示す図である。
【図９】同実施形態における第２の放射素子及び第３の放射素子を一体に形成した場合の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図１１】（ａ）は同実施形態における第１の放射素子の正面図、（ｂ）は同側面図である。
【図１２】同実施形態におけるＶＳＷＲ特性図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０、１０Ａ…アンテナ装置、１１…平面導体板、１２…穴、１３…同軸コネクタ、１４…中心導体、１５…支持板、１６…ネジ、１７…第１の放射素子、１８…給電点、２１ａ、２１ｂ…第２の放射素子、２２…第３の放射素子、２３ａ、２３ｂ…切欠き、２４…開口部、３１…ネジ溝、３２…アンテナ取り付け用のナット、３３…アンテナ取り付け板、３５…アンテナカバー、４１…整合素子部、４２ａ、４２ｂ…整合素子。
【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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