(57)【要約】【課題】広い周波数帯域にて、電波を放射又は吸収するアンテナを提供する。【解決手段】裏面側に円形面状グランドプレーン層２を有する誘電体基板３を備え、誘電体基板３の表て面３Ａに、中心点Ｃを給電点Ｅとした円形面状アンテナ素子１を積層したパッチ型アンテナに於て、円形面状アンテナ素子１に、複数のラジアルブリッジ４により分離される複数の円弧状スリット５を円形面状アンテナ素子１の外周縁と同心円状に設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面（３Ｂ）側に円形面状グランドプレーン層（２）を有する誘電体基板（３）を備え、該誘電体基板（３）の表て面（３Ａ）に、中心点（Ｃ）を給電点（Ｅ）とした円形面状アンテナ素子（１）を積層したパッチ型アンテナに於て、
上記円形面状アンテナ素子（１）に、複数のラジアルブリッジ（４）により分離される複数の円弧状スリット（５）を上記円形面状アンテナ素子（１）の外周縁と同心円状に設けたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
上記ラジアルブリッジ（４）は、相等しい中心角度（θ）をもって３箇所〜８箇所に形成されている請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
上記円形面状アンテナ素子（１）の外周縁半径（Ｒ１）に対して、上記円弧状スリット（５）の外周端縁（５Ａ）のスリット外周半径（Ｒ２）、及び、上記円弧状スリット（５）の内周端縁（５Ｂ）のスリット内周半径（Ｒ３）が、０．６５Ｒ１≦Ｒ２、かつ、０．６Ｒ１≦Ｒ３、かつ、Ｒ３＜Ｒ２で示される関係式を満たすように設定されている請求項１又は２記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体基板の一面に導電体材料から成るアンテナ素子を積層したパッチアンテナが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のパッチアンテナは、単一の周波数帯にしか対応できず、送信・受信できる電波の周波数域は狭帯域に限定されていた。従って、従来のパッチアンテナでは、例えば、２ＧＨｚ帯携帯電話用途として、周波数分割複信（ＦＤＤ）における送信用・受信用の２種類の電波を、ひとつのアンテナでカバーすることが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、広い周波数帯域または、複数の周波数帯域にて、電波を送信又は受信する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】
【０００６】
本発明に係るアンテナは、裏面側に円形面状グランドプレーン層を有する誘電体基板を備え、該誘電体基板の表て面に、中心点を給電点とした円形面状アンテナ素子を積層したパッチ型アンテナに於て、上記円形面状アンテナ素子に、複数のラジアルブリッジにより分離される複数の円弧状スリットを上記円形面状アンテナ素子の外周縁と同心円状に設けたものである。
【０００７】
また、上記ラジアルブリッジは、相等しい中心角度をもって３箇所〜８箇所に形成されているものである。
また、上記円形面状アンテナ素子の外周縁半径に対して、上記円弧状スリットの外周端縁のスリット外周半径、及び、上記円弧状スリットの内周端縁のスリット内周半径が、０．６５Ｒ１≦Ｒ２、かつ、０．６Ｒ１≦Ｒ３、かつ、Ｒ３＜Ｒ２で示される関係式を満たすように設定されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のアンテナによれば、周波数域の異なる２種類の電波に対応して電波の送信・受信が可能となり、広帯域化（マルチバンド化）できる。よって、１つのアンテナで、携帯電話の双方向無線通信における２種類の電波をカバーできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の一形態を示した平面図である。
【図２】本発明のアンテナを示した断面側面図である。
【図３】本発明のアンテナのＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図４】１９４０ＭＨｚにおける本発明のアンテナの利得特性を示した図であって、（ａ）はアンテナ面に対して垂直な面内での利得特性を示したグラフ図であり、（ｂ）は垂直面内指向性における最大放射方向（（ａ）の点線矢印で示す約４５°方向）をアンテナ面内の周囲方向に対して結んで示すグラフ図である。
【図５】２１４０ＭＨｚにおける本発明のアンテナの利得特性を示した図であって、（ａ）はアンテナ面に対して垂直な面内での利得特性を示したグラフ図であり、（ｂ）は垂直面内指向性における最大放射方向（（ａ）の点線矢印で示す約４５°方向）をアンテナ面内の周囲方向に対して結んで示すグラフ図である。
【図６】実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図７】実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【図８】実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１と図２に示すように、本発明のアンテナは、裏面３Ｂ側に円形面状グランドプレーン層２を有する誘電体基板３を備え、誘電体基板３の表て面３Ａに、中心点Ｃを給電点Ｅとした円形面状アンテナ素子１を積層したパッチ型アンテナである。
本発明のアンテナは、円形面状アンテナ素子１に、複数のラジアルブリッジ４により分離される複数の円弧状スリット５を、円形面状アンテナ素子１の外周縁と同心円状に設けている。
【００１１】
誘電体基板３は、３．２ｍｍ厚のエポキシガラス板材（波長短縮率６２％）から成る。
円形面状アンテナ素子１は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等の導電性金属から成り、誘電体基板３の表て面３Ａに貼着、印刷、蒸着、吹付成膜、又は、エッチング加工等の方法によって形成されている。
円形面状グランドプレーン層２は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等の導電性金属から成り、誘電体基板３の裏面３Ｂ側に円形面状アンテナ素子１と同心円状に形成されている。円形面状グランドプレーン層２の外周縁半径Ｒ０は、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１よりも大きく設定されている。
誘電体基板３の裏面３Ｂ中央部には、給電端子として同軸コネクタ６が装着されている。同軸コネクタ６には、図示省略の無線装置のアンテナ入力回路からの給電用同軸ケーブルが接続される。同軸コネクタ６は中心導体６Ａと筒状外導体６Ｂを備え、中心導体６Ａは、誘電体基板３の中央部を貫通する貫通孔を通り円形面状アンテナ素子１に、給電点Ｅにて電気的に接続されている。筒状外導体６Ｂは、中心導体６Ａ及び円形面状アンテナ素子１とは絶縁状態として円形面状グランドプレーン層２に電気的に接続されている。
【００１２】
ラジアルブリッジ４は、相等しい中心角度θをもって３箇所〜８箇所に形成されている。
図例では、ラジアルブリッジ４は、中心点Ｃから見て４方放射状に形成され、４箇所（中心角度θ＝９０°）に均等に設けられている。
円弧状スリット５は、複数のラジアルブリッジ４のみを残して、円形面状アンテナ素子１をアウターリング１Ａとインナーサークル１Ｂに分割していると言い換えることもできる。
【００１３】
円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１に対して、円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２、及び、円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３が、０．６５Ｒ１≦Ｒ２、かつ、０．６Ｒ１≦Ｒ３、かつ、Ｒ３＜Ｒ２で示される関係式を満たすように設定されている。
言い換えると、円弧状スリット５は、円形面状アンテナ素子１の外周縁部１Ｃ寄りに配設されている。仮に、円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２が、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１の大きさの６５％未満であったり、円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３が、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１の大きさの６０％未満であったりすると、後述の広帯域化（マルチバンド化）の作用効果が得られない虞れがある。
【００１４】
上述した本発明のアンテナの使用方法（作用）について説明する。
図３に示すように、本発明の実施例として、図１に示す円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１が５７ｍｍ，円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２が４６ｍｍ，円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３が４２ｍｍとして設定したアンテナを作製し、これをアンテナ面が水平状になるように設置して、そのＶＳＷＲ特性の解析結果をグラフとして図示し、横軸に周波数（ＧＨｚ），縦軸にＶＳＷＲ値（電圧定在波比）をとっている。なお、アンテナ面が水平状（地面と平行面状）になるように設置した場合、本発明のアンテナからは垂直偏波が放射されることとなる。
【００１５】
この実施例のアンテナは、１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚの周波数帯域Ａ１に於て、ＶＳＷＲ値２．０以下を示し、その最深部を形成する第１整合周波数Ｆ１が、周波数帯域Ａ１のほぼ中央位置に生じている。また、２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚの周波数帯域Ａ２に於て、ＶＳＷＲ値２．０以下を示し、その最深部を形成する第２整合周波数Ｆ２が、周波数帯域Ａ２のほぼ中央位置に生じている。即ち、実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフは、第１整合周波数Ｆ１及び第２整合周波数Ｆ２が存在する双峰的な軌跡を描き、広帯域化（マルチバンド化）していることが判る。そして、本発明のアンテナは、例えば、携帯電話や無線ＬＡＮ等の双方向無線通信に於て、周波数分割複信（ＦＤＤ）の上りの電波（受信電波；周波数１９２０ＭＨｚ〜１９８０ＭＨｚ）及び下りの電波（送信電波；周波数２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）の２種類の電波に対応する広帯域にわたって、有効なＶＳＷＲ特性を得たと言える。
【００１６】
次に、各々１９４０ＭＨｚ，２１４０ＭＨｚにおいて計測した図４及び図５に示すように、各周波数におけるアンテナの指向性について、最大放射方向に於てほぼ円形の放射パターンとなり、水平面内方向（アンテナ面方向）に対して、均一な垂直偏波が放射されていることが確認でき、ほぼ無指向性の特性を有していることが判る。つまり、本発明のアンテナは、水平方向に均一に電波を送信・受信しており、（円形面状アンテナ素子１に円弧状スリット５を設けたことにより）それぞれの周波数に対して、無指向特性が損なわれていないことが確認される。
【００１７】
次に、本発明のアンテナ装置に於て、円形面状アンテナ素子１を構成する各パラメータを種々変化させた場合のＶＳＷＲ特性の応答を、図６〜図８に示す。
まず、図１に示す円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２を４０ｍｍ，円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３を３８ｍｍとし、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１を４２ｍｍ，４７ｍｍ，５２ｍｍと変化させた際のＶＳＷＲ特性の推移を検証する。
図６に示すように、低周波側の整合周波数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣは、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１が次第に増加するのに伴って、次第に低周波側に小さく移動する。一方、高周波側の整合周波数ＦＡ´，ＦＢ´，ＦＣ´は、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１が次第に増加するのに伴って、次第に低周波側に大きく移動することが判る。
【００１８】
次に、図１に示す円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１を４２ｍｍ，円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３を３３ｍｍとし、円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２を４０．０ｍｍ，３７．５ｍｍ，３５．０ｍｍと変化させた際、図７に示すように、低周波側の整合周波数ＦＤ，ＦＥ，ＦＦは、円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２が次第に減少するように変化しても、高周波側に僅かに移動するだけで、また、高周波側の整合周波数ＦＤ´，ＦＥ´，ＦＦ´については、ほとんど動かない。
そして、図１に示す円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１を４２ｍｍ，円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２を４０ｍｍとし、円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３を３８．０ｍｍ，３５．５ｍｍ，３３．０ｍｍと変化させた際、図８に示すように、低周波側の整合周波数ＦＧ，ＦＨ，ＦＩは、円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット外周半径Ｒ３が次第に減少するのに伴って、高周波側に大きく移動する。一方、円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット外周半径Ｒ３が変化しても、高周波側の整合周波数ＦＧ´，ＦＨ´，ＦＩ´は、ほぼ変化しない。
【００１９】
このように、本発明のアンテナに於て、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１，円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２，円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３を適宜設定することにより、２種類の電波に対応する２つの整合周波数を、各々個別に制御することが可能である。つまり、本発明のアンテナは、広帯域化（マルチバンド化）していることに加えて、その整合周波数の調整を容易に行い得る。
【００２０】
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、図例ではラジアルブリッジ４を４箇所に設けたが、要旨を変更しない範囲での増減が可能である。また、給電端子を同軸コネクタ６としたが、他の端子に置き換えて構成することもできる。
【００２１】
以上のように、本発明に係るアンテナは、裏面３Ｂ側に円形面状グランドプレーン層２を有する誘電体基板３を備え、誘電体基板３の表て面３Ａに、中心点Ｃを給電点Ｅとした円形面状アンテナ素子１を積層したパッチ型アンテナに於て、円形面状アンテナ素子１に、複数のラジアルブリッジ４により分離される複数の円弧状スリット５を円形面状アンテナ素子１の外周縁と同心円状に設けたので、周波数域の異なる２種類の電波に対応して電波の送信・受信が可能となり、広帯域化（マルチバンド化）できる。よって、１つのアンテナで、携帯電話の双方向無線通信における２種類の電波をカバーできる。
【００２２】
また、ラジアルブリッジ４は、相等しい中心角度θをもって３箇所〜８箇所に形成されているので、無指向性が損なわれることなく、水平方向にほぼ均等に電波を送信・受信できる。
【００２３】
また、円形面状アンテナ素子１の外周縁半径Ｒ１に対して、円弧状スリット５の外周端縁５Ａのスリット外周半径Ｒ２、及び、円弧状スリット５の内周端縁５Ｂのスリット内周半径Ｒ３が、０．６５Ｒ１≦Ｒ２、かつ、０．６Ｒ１≦Ｒ３、かつ、Ｒ３＜Ｒ２で示される関係式を満たすように設定されているので、第１整合周波数Ｆ１及び第２整合周波数Ｆ２が存在する周波数帯域Ａ１，Ａ２が相互に分離して、双峰的な軌跡を有するＶＳＷＲ特性となり、確実に広帯域化（マルチバンド化）できる。
【符号の説明】
【００２４】
１  円形面状アンテナ素子
２  円形面状グランドプレーン層
３  誘電体基板
３Ａ  表て面
３Ｂ  裏面
４  ラジアルブリッジ
５  円弧状スリット
５Ａ  外周端縁
５Ｂ  内周端縁
Ｃ  中心点
Ｅ  給電点
θ  中心角度
Ｒ１  外周縁半径
Ｒ２  スリット外周半径
Ｒ３  スリット内周半径
【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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