(57)【要約】【課題】地板上のアンテナエレメントの配置位置によらず垂直成分の大きい利得が得られる垂直偏波アンテナを提供する。【解決手段】垂直偏波アンテナ１００は、利得の垂直成分を大きくするために、地板１２０のアンテナエレメント１１０が配置されている面とは反対の面側に補助導電部材１３０を備えている。補助導電部材１３０は、地板１２０の面と略平行になるように配置され、接続点１３１で地板１２０に電気的に接続されている。接続点１３１は、アンテナエレメント１１０の給電点１１１の近傍に設けるのがよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地板と、
前記地板の一方の面側に配置された非平衡型のアンテナエレメントと、
前記基板の他方の面側に前記地板と略平行に配置された補助導電部材と、を備え、
前記補助導電部材は、前記アンテナエレメントの給電点近傍で前記地板に電気的に接続されている
ことを特徴とする垂直偏波アンテナ。
【請求項２】
前記補助導電部材は、前記給電点から見て所定の共振周波数を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の垂直偏波アンテナ。
【請求項３】
前記アンテナエレメントは逆Ｆ型のアンテナエレメントであり、
前記補助導電部材は、前記アンテナエレメントの給電点と接地点との中点から前記共振周波数に対応する波長の０．０７倍の距離より短い位置で前記地板に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の垂直偏波アンテナ。
【請求項４】
前記補助導電部材は、前記共振周波数を有するようにその大きさが決定されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の垂直偏波アンテナ。
【請求項５】
前記補助導電部材は、前記共振周波数を有するように誘導性または容量性の集中定数素子が接続されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の垂直偏波アンテナ。
【請求項６】
前記補助導電部材は、板状に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の垂直偏波アンテナ。
【請求項７】
前記補助導電部材は、線状に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の垂直偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直方向に高い利得を有する非平衡型の垂直偏波アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の無線移動通信装置は、小型化や高機能化が進められているが、それに伴って搭載するアンテナに対しても設置スペースをできるだけ小さくする等の制約が増えている。そのため、小型化しても必要な特性を維持できるアンテナの開発が進められている（たとえば特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１では、携帯無線機の小型化のためにマイク等の電子部品を収納するフリップを備えるものが増えているのに対応して、フリップの開閉による携帯無線機の指向性の低下等を改善するための手段が記載されている。グランドのアンテナ設置部から離れた端部に、一端をオープンにした誘導性または容量性の素子を接続することで、フリップの有無にかかわらずアンテナの指向性や放射パターンを任意に設定できることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両に搭載して用いられる電話用アンテナに係る技術が開示されている。ここでは、小型化に伴いアイソレーションを高めるための工夫がなされている。電話用アンテナには逆Ｆアンテナが用いられており、アンテナエレメントが金属板の上部に配置されている。電話には一般に垂直偏波の電波が用いられることから、電話用アンテナは、垂直成分の利得が大きい垂直偏波アンテナであることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５２１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６６７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電話用アンテナとして逆Ｆアンテナ等の非平衡アンテナを用いるときは、アンテナエレメントを地板の中央部に配置することで利得の垂直成分を大きくすることができることが知られている。しかしながら、設置スペースの制約から、地板上には電話用アンテナに加えて別のアンテナや回路等が配置されること多い。そのため、電話用アンテナのアンテナエレメントを地板の中央部に配置することができず端部近傍に配置されることがある。
【０００７】
アンテナエレメントが地板の端部近傍に配置されると、利得の垂直成分が低下して水平成分が垂直成分と同程度に大きくなり、電話通信の品質が低下してしまうといった問題が生じる。このような問題は、基地局アンテナに対するアンテナ姿勢が大きく変化することのない車載用途の電話用アンテナにおいてとくに顕著となる。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、地板上のアンテナエレメントの配置位置によらず垂直成分の大きい利得が得られる垂直偏波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】
【０００９】
本発明の垂直偏波アンテナの第１の態様は、地板と、前記地板の一方の面側に配置された非平衡型のアンテナエレメントと、前記基板の他方の面側に前記地板と略平行に配置された補助導電部材と、を備え、前記補助導電部材は、前記アンテナエレメントの給電点近傍で前記地板に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の垂直偏波アンテナの他の態様は、前記補助導電部材は、前記給電点から見て所定の共振周波数を有していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の垂直偏波アンテナの他の態様は、前記アンテナエレメントは逆Ｆ型のアンテナエレメントであり、前記補助導電部材は、前記アンテナエレメントの給電点と接地点との中点から前記共振周波数に対応する波長の０．０７倍の距離より短い位置で前記地板に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の垂直偏波アンテナの他の態様は、前記補助導電部材は、前記共振周波数を有するようにその大きさが決定されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の垂直偏波アンテナの他の態様は、前記補助導電部材は、前記共振周波数を有するように誘導性または容量性の集中定数素子が接続されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の垂直偏波アンテナの他の態様は、前記補助導電部材は、板状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の垂直偏波アンテナの他の態様は、前記補助導電部材は、線状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、地板上のアンテナエレメントの配置位置によらず垂直成分の大きい利得が得られる垂直偏波アンテナを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る垂直偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る垂直偏波アンテナの利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】第１の比較例の構成を示す斜視図である。
【図４】第１の比較例の利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る垂直偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る垂直偏波アンテナの利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る垂直偏波アンテナの構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る垂直偏波アンテナの利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】第２の比較例の構成を示す斜視図である。
【図１０】第２の比較例の利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】第３の比較例の構成を示す斜視図である。
【図１２】第３の比較例の利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】第４の比較例の構成を示す斜視図である。
【図１４】第４の比較例の利得のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態における垂直偏波アンテナについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００１９】
本発明の第１の実施形態に係る垂直偏波アンテナを、図１を用いて説明する。図１は第１の実施形態の垂直偏波アンテナ１００の構成を示す斜視図である。本実施形態の垂直偏波アンテナ１００は、アンテナエレメント１１０と、地板１２０とを備えている。アンテナエレメント１１０は、地板１２０の一方の面の上部に間隔をあけて配置されている。
【００２０】
垂直偏波アンテナ１００には、アンテナエレメント１１０として非平衡型のエレメントが用いられている。本実施形態では、非平衡型のアンテナエレメントの一例として、逆Ｆアンテナのアンテナエレメントが用いられており、アンテナエレメント１１０は給電点１１１と接地点１１２を有している。アンテナエレメント１１０は、給電点１１１で図示しない給電線路等に接続され、接地点１１２で地板１２０に接続されている。アンテナエレメント１１０は、逆Ｆアンテナに限定されず、例えばモノポールアンテナ等の非平衡型のアンテナエレメントを用いてもよい。
【００２１】
非平衡型のアンテナでは地板を必要とするが、アンテナエレメントを地板上のどの位置に配置するかによってその特性が変化する。とくに利得については、アンテナエレメントを地板の中央側に配置するほど垂直成分が大きくなる一方水平成分が低下する。これに対し、アンテナエレメントを地板の中央から端辺側に移動させて配置すると、水平成分が大きくなって垂直成分が低下する。電話の通信には一般に垂直偏波の電波が用いられることから、非平衡型のアンテナを電話用アンテナに用いて良好な通信を行えるようにするには、アンテナエレメントが地板の中央部以外に配置されても垂直成分の大きい利得が得られるようにする必要がある。
【００２２】
本実施形態の垂直偏波アンテナ１００では、アンテナエレメント１１０が地板１２０の端辺側にずらして配置されており、アンテナエレメント１１０が端辺側に配置されても垂直成分の大きい利得が得られるようにしている。図１では、地板１２０の４つの端辺をそれぞれ１２１〜１２４で示し、一例としてアンテナエレメント１１０が端辺１２１と１２２とで形成される角側にずらして配置されている。
【００２３】
なお、以下では説明を容易とするため、図１に示す座標系を用いるものとする。すなわち、アンテナエレメント１１０の長手方向と直交する方向（端辺１２１、１２３に平行な方向）をｘ軸、アンテナエレメント１１０の長手方向（端辺１２２、１２４に平行な方向）をｙ軸、及び地板１２０に垂直な方向をｚ軸とする。そして、地板１２０の中心を原点（ｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝０）とする。
【００２４】
本実施形態の垂直偏波アンテナ１００は、利得の垂直成分を大きくするために、補助導電部材１３０を備えている。補助導電部材１３０は、地板１２０のアンテナエレメント１１０が配置されている面とは反対の面側に配置されており、地板１２０に電気的に接続されている。補助導電部材１３０は、地板１２０の面から間隔をあけて略平行に配置されている。補助導電部材１３０と地板１２０との間隔を、たとえば３ｍｍとすることができる。
【００２５】
補助導電部材１３０は、接続点１３１で地板１２０に電気的に接続されている。良好な利得を得るためには、接続点１３１をアンテナエレメント１１０の給電点１１１の近傍に設けるのがよい。本実施形態では、非平衡なアンテナエレメント１１０として逆Ｆ型のアンテナエレメントを用いていることから、アンテナエレメント１１０は給電点１１１に加えて接地点１１２を有している。そこで、接続点１３１を給電点１１１と接地点１１２との中点１１３の位置に配置することとする。
【００２６】
補助導電部材１３０は、給電点１１１から見て所定の共振周波数を有しており、この共振周波数は誘導性または容量性の集中定数素子を補助導電部材１３０に接続することで調整することができる。あるいは、補助導電部材１３０の寸法によっても調整することができる。補助導電部材１３０は、寸法を大きくすると共振周波数が低周波側に移動し、寸法を小さくすると共振周波数が高周波側に移動する。集中定数素子または／及び補助導電部材１３０の寸法の調整により、補助導電部材１３０が所望の共振周波数を有するようにするのが好ましい。
【００２７】
本実施形態の垂直偏波アンテナ１００の利得特性の一例として、シミュレーション結果を図２に示す。利得は水平面内円周方向の平均値を用いている。図２では、横軸を周波数としたときの垂直偏波アンテナ１００の垂直利得及び水平利得をそれぞれＧｖ、Ｇｈで示している。同図に示すように、垂直利得Ｇｖが水平利得Ｇｈより高くなっており、とくに所望の共振周波数で垂直利得Ｇｖのピークがみられる。またこれとは逆に、水平利得Ｇｈは共振周波数で大きく低下している。このように、補助導電部材１３０を設けることにより、所望の共振周波数において水平利得Ｇｈを低下させる一方垂直利得Ｇｖを高くすることが可能となっている。
【００２８】
垂直偏波アンテナ１００において補助導電部材１３０を設けたことによる利得の改善効果を見るために、補助導電部材１３０を設けないアンテナ（第１の比較例とする）の利得との比較を以下に示す。第１の比較例のアンテナの構成として斜視図を図３に示し、アンテナ特性として利得のシミュレーション結果を図４に示す。
【００２９】
利得の垂直成分Ｇｖの比較では、図２に示した垂直偏波アンテナ１００の垂直利得Ｇｖが、図４に示した補助導電部材１３０を有さない第１の比較例に比べて高くなっていることがわかる。とくに、第１の比較例では、垂直偏波アンテナ１００に見られるような垂直利得Ｇｖのピークが得られない。また、第１の比較例では、利得の水平成分Ｇｈを大きく低下させることもできない。これより、垂直偏波アンテナ１００では、補助導電部材１３０を備えることで所望の共振周波数における垂直利得を高くすることが可能なことがわかる。
【００３０】
つぎに、補助導電部材１３０を地板１２０に接続している接続点１３１の位置について説明する。接続点１３１は、上記説明のように、給電点１１１の近傍に設けられるのが好ましく、とくにアンテナエレメント１１０が逆Ｆ型のときは、給電点１１１と接地点１１２との中点１１３の近傍に設けられるのがよい。以下で説明するように、接続点１３１が中点１１３から離して設置されるに伴って、利得の垂直成分も低下していく。
【００３１】
図１に示した垂直偏波アンテナ１００では、接続点１３１が中点１１３の位置に設けられていた。以下では、接続点１３１を上記の中点１１３から離れた位置に設けたときのアンテナ特性への影響について説明する。
【００３２】
以下では、接続点１３１の移動量を具体例で示すために、所望の共振周波数を９００ＭＨｚとし、これに対応する波長をλで示す。また、地板１２０の寸法を、縦横とも９０ｍｍの正方形とする。
【００３３】
まず、接続点１３１を中点１１３から端辺１２１に平行に−ｘ側に０．０１４λ（５ｍｍ）だけ移動させものを第２の実施形態の垂直偏波アンテナ１０１とする。垂直偏波アンテナ１０１の斜視図を図５に示し、そのアンテナ特性を図６に示す。図６より、垂直偏波アンテナ１０１の垂直利得Ｇｖのピーク値は、図４に示した補助導電部材１３０を有さない第１の比較例に比べて高くなっていることがわかる。
【００３４】
より詳細には、図４に示した第１の比較例の利得と比較すると、垂直偏波アンテナ１０１の垂直利得Ｇｖのピーク値が第１の比較例より大きく上昇する一方、水平利得は若干低下している。これより、接続点１３１を中点１１３から０．０１４λ（５ｍｍ）程度移動させても、補助導電部材１３０を設けることにより垂直利得を高めることが可能なことがわかる。
【００３５】
つぎに、接続点１３１を中点１１３から第２の実施形態とは反対側の＋ｘ側に端辺１２１に平行に０．０５６λ（２０ｍｍ）移動させたものを第３の実施形態の垂直偏波アンテナ１０２とする。垂直偏波アンテナ１０２の斜視図を図７に示し、そのアンテナ特性を図８に示す。垂直偏波アンテナ１０２では、補助導電部材１３０が地板１２０からはみ出さないように、補助導電部材１３０の＋ｘ側の端辺を端辺１２２に一致させている。そして、接続点１３１を端辺１２２上に設けて補助導電部材１３０の端辺と電気的に接続している。
【００３６】
図８より、垂直偏波アンテナ１０２においても、図４に示した第１の比較例に比べて垂直利得Ｇｖのピーク値が高くなるとともに水平利得が低くなっている。これより、接続点１３１を中点１１３から０．０５６λ（２０ｍｍ）移動させても、補助導電部材１３０を設けることにより垂直利得を高くすることが可能なことがわかる。また、図２に示した垂直偏波アンテナ１００との比較では、垂直偏波アンテナ１０２の垂直利得Ｇｖのピーク値が低下する一方水平利得Ｇｈが上昇している。
【００３７】
上記実施形態に示すように、地板１２０のアンテナエレメント１１０とは反対側に補助導電部材１３０を配置し、補助導電部材１３０を地板１２０に電気的に接続する接続点１３１をアンテナエレメント１１０の給電点１１１と接地点１１２との中点１１３の近くに配置することで、利得の水平成分を低下させて垂直成分を高くすることが可能となっている。とくに、接続点１３１を中点１１３から０．０７λより短い距離の位置に設けることで、垂直利得に落ち込みが生じないようにすることが可能となっている。
【００３８】
これに対し、補助導電部材１３０を移動させて接続点１３１を中点１１３から０．０７λ以上離して設置すると、利得の垂直成分が一部の周波数帯で低下する落ち込みが生じてしまう。本発明の垂直偏波アンテナでは、このような垂直利得の落ち込みが生じないようにしている。以下では、接続点１３１が中点１１３から０．０７λ以上に離れて配置されるように補助導電部材１３０を移動させた比較例について説明する。
【００３９】
まず、補助導電部材１３０を図１に示した位置から地板１２０の中心に対して点対称となる位置に移動させたものを第２の比較例とする。第２の比較例の斜視図を図９に示し、アンテナ特性を図１０に示す。第２の比較例では、接続点１３１が中点１１３から０．２１９λ（７８．１ｍｍ）だけ離れて設置されている。このように、接続点１３１を中点１１３から大きく離して配置すると、図１０に示す利得特性に見られるように、利得の垂直成分Ｇｖに大きな落ち込みが生じる一方、水平成分Ｇｈが増大してしまう。
【００４０】
つぎに、接続点１３１が図１に示した位置から地板１２０の中心線であるｙ軸上に来るように補助導電部材１３０を端辺１２１に平行に−ｘ側に移動させたものを第３の比較例とする。第３の比較例の斜視図を図１１に示し、アンテナ特性を図１２に示す。第３の比較例では、接続点１３１が中点１１３から０．０７λ（２５ｍｍ）だけ離れて位置している。
【００４１】
図１２に示すように、接続点１３１が中点１１３から０．０７λ（２５ｍｍ）だけ離れている場合には、利得の垂直成分Ｇｖにピークが生じて図４に示した第１の比較例より高くできるものの、垂直成分の落ち込みも生じてしまう。したがって、中点１１３からの距離が０．０７λ（２５ｍｍ）より短くなる位置に接続点１３１を設けるのがよい。
【００４２】
さらに、接続点１３１が地板１２０の中心線であるｘ軸上に来るように補助導電部材１３０を端辺１２２に平行に−ｙ側に移動させたものを第４の比較例とする。第４の比較例の斜視図を図１３に示し、アンテナ特性を図１４に示す。第４の比較例では、接続点１３１が中点１１３から０．０８４λ（３０ｍｍ）だけ離れて位置している。本比較例では、利得の垂直成分Ｇｖが一部の周波数で大きく上昇する一方、別の周波数で大きな落ち込みも見られる。また、垂直成分Ｇｖが落ち込む周波数では、水平成分Ｇｈが第１の比較例よりも大きく上昇している。
【００４３】
上記比較例２〜４に示すように、補助導電部材１３０と地板１２０とを電気的に接続する接続点１３１を、給電点１１１と接地点１１２との中点から０．０７λ以上離すと、一部の周波数で利得の垂直成分が高くなるものの、別の周波数で垂直成分の落ち込みが生じてしまう。よって、接続点１３１を中点１１３から０．０７λより短い距離の位置に設けるのが好ましい。
【００４４】
補助導電部材１３０の大きさを変えると共振周波数も変化することを上記で説明したが、接続点１３１の中点１１３からの距離を変えても共振周波数は変化する。そこで、第２、第３の実施形態及び第２〜第４の比較例では、誘導性または容量性の集中定数素子を補助導電部材１３０に接続することにより、共振周波数が所定の周波数になるように調整するのがよい。あるいは、補助導電部材１３０の大きさを変えることによっても共振周波数を調整することができる。補助導電部材１３０の大きさが制限されている場合等には、集中定数素子を用いて共振周波数を調整するのがよい。
【００４５】
本発明の垂直偏波アンテナでは、補助導電部材がアンテナエレメントの給電点の近傍に配置された接続点で地板に電気的に接続されている。したがって、補助導電部材に接続された集中定数素子も給電点の近傍の地板に電気的に接続されていることになる。これに対し、特許文献１に記載の携帯無線機では、集中定数素子を地板のアンテナ設置部から離れた端部に接続しており、本発明の垂直偏波アンテナとは構成が全く異なっている。
【００４６】
上記実施形態及び比較例では、補助導電部材の形状を正方形として説明したが、本発明の垂直偏波アンテナでは補助導電部材の形状は限定されない。すなわち、補助導電部材は、正方形以外の板状に形成されていてもよく、さらに線状に形成されていてもよい。任意の形状の補助導電部材を地板のアンテナエレメントとは反対側に配置することで、利得の垂直成分が高い垂直偏波アンテナを形成することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る垂直偏波アンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における垂直偏波アンテナの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１００、１０１、１０２    垂直偏波アンテナ
１１０    アンテナエレメント
１１１    給電点
１１２    接地点
１２０    地板
１２１〜１２４    端辺
１３０    補助導電部材
１３１    接続点
【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】
2013150251.tif 000009
【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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