JP5358134B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に係り、より詳細には移動体端末に適用される広帯域マルチバンドアンテナ装置に関する。

近年、無線通信端末には様々なサービスが提供されるようになっており、そのような端末に搭載するために、小型で、複数の周波数帯域または広帯域で動作するアンテナが求められている。

広帯域で動作するアンテナの例として、自己補対形状を有するアンテナが挙げられる。一般に、自己補対アンテナは、一定のインピーダンス特性を得るために無限構造を必要とする。そこで、軸対称型の自己補対アンテナでは、有限構造のアンテナに整合負荷を接続することによって無限構造と等価とし、有限構造でも一定のインピーダンス特性を得ることを可能としている。

図１０は、自己補対形状のアンテナ装置の一例を概略的に示したものである。軸対称型自己補対形状のモノポールアンテナ１０５は、給電点６０と、整合負荷８０とを有して構成されている。このような構成によれば、アンテナ導体部分の共振周波数からずれた場合、整合負荷８０で電力が消費されて、アンテナの放射効率が低下する。そこで、図示しない導体板切替回路により共振周波数を調整し、放射効率の低下を抑えている。

自己補対形状のアンテナが広帯域で使用可能であることについては、例えば特許文献１および非特許文献１に示されている。特許文献１に記載の発明は複数の周波数で動作する自己補対アンテナ装置に関するものであり、導体板切替回路により高放射効率を得ることができる。また、非特許文献１には自己補対形状による逆Ｌアンテナに関する技術が記載されており、これによれば広帯域特性を得ることができる。

しかしながら、このように導体板切替回路により共振周波数を調整し、広帯域での使用を可能とした場合であっても、自己補対形状のアンテナでは、整合負荷を接続すると抵抗部分で電力が消費され、アンテナの放射効率が低下してしまうという問題があった。また、広帯域にわたり放射効率の低下を抑えるためには、複数の導体板切替器により共振周波数を調整しなければならず、多くのスイッチを必要とするため構成が複雑化してしまうという問題があった。

これらの問題点に鑑み、本発明者は先に、特願２００７−２４１１６９に記載の自己補対型アンテナ装置を開発した。図１１（ａ）および（ｂ）に示すのはその実施例である。これらのアンテナ装置は、整合負荷を接続せずに広帯域特性およびマルチバンド特性を実現できるものであり、概ね次のような構成を有する。

図１１（ａ）に示すアンテナ装置１０１は、逆Ｆ形状のアンテナ導体２０と、アンテナ導体２０と一定の間隔をあけて配置された接地導体４０とから構成されている。接地導体４０にはアンテナ導体２０と軸対称で略同一の大きさおよび形状を有する切欠き部５０が形成されており、導体片３０ａはアンテナ導体２０や接地導体４０から電気的に浮いている。アンテナ導体２０は、逆Ｆ形状の第１の分岐Ｆ１の先端部に設けられた給電点６０において給電され、第２の分岐Ｆ２の先端部に設けられた短絡点７０において短絡される。

一方、図１１（ｂ）に示すアンテナ装置１０２は、アンテナ導体２０の逆Ｆ形状の第２の分岐Ｆ２の先端部に給電点６０が設けられ、第１の分岐Ｆ１の先端部に短絡点７０が設けられている点を除き、図１１（ａ）に示すアンテナ装置１０１と同一の構成を有している。

ここで、逆Ｆ形状のアンテナでは、基幹部Ｆ３の一部の長さＬと、第２の分岐Ｆ２の長さｈとの和（Ｌ＋ｈ）が概ね１／４λとなる周波数で動作し、給電点と短絡点との間隔を変更したり、給電部分および短絡部分におけるアンテナ導体の形状を変化させたりすることにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することができる。例えば、ｈの長さを短くするとインピーダンスが低下する。これは、アンテナ装置１０１および１０２においても同様であり、入力インピーダンスの調整により、非常に広帯域にわたって端末アンテナに好適とされる３よりも小さいＶＳＷＲを得られることが確認されている。
特開２００６−５６４７号公報 電子情報通信学会技術研究報告 Ａ・Ｐ ９４−２４（１９９４−０７） 藤島ほか 「自己補対構造による逆Ｌアンテナ」

このように、自己補対型のアンテナは広帯域で使用することが可能である。また、前述した特願２００７−２４１１６９のアンテナ装置のように整合負荷を接続しないアンテナ装置では、アンテナの放射効率の低下や構成の複雑化等の問題を有することなく、広帯域で動作可能とすることができる。

しかしながら、これらのアンテナ装置では特性インピーダンスが６０πΩであることから、これを５０Ωに変換するためのインピーダンス変換器が別途必要となる。

そこで、本発明は、特願２００７−２４１１６９のアンテナ装置の特長を維持しつつ、整合負荷ならびにインピーダンス変換器を接続することなく、特性インピーダンスが５０Ωで広帯域特性およびマルチバンド特性を得ることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の自己補対型アンテナ装置は、第１および第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、アンテナ導体の第１の分岐部に近接して配置される給電導体と、アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置され、アンテナ導体と略同一の大きさおよびアンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備える接地導体と、給電導体に給電する給電点と、アンテナ導体と接地導体とを短絡する短絡点とを備える。短絡点はアンテナ導体の第２の分岐部の先端部の一箇所に設けられ、アンテナ導体は第１の分岐部において給電導体との電磁結合により給電される。
このような特徴を有することにより、本発明のアンテナ装置は、インピーダンス変換器を不要とすることができる。

また、本発明によりアンテナ装置において、逆Ｆ形状のアンテナ導体の基幹部には、この基幹部を挟んで第１の分岐部と対向する位置に、逆Ｌ形状のアンテナ導体の相対的に短い辺の先端部が結合される。
このような特徴を有することにより、本発明のアンテナ装置は、低周波数帯域での動作が可能となる。

本発明によるアンテナ装置において、アンテナ導体と、給電導体と、接地導体とは折り曲げられていてもよい。
このような特徴を有することにより、本発明のアンテナ装置は、小型化することができる。

また、本発明によるアンテナ装置において、アンテナ導体は、逆Ｆ形状の基幹部に軸方向に伸長するスリットを有していてもよい。
このような特徴を有することにより、本発明のアンテナ装置ではアンテナの入力インピーダンスを調整することができる。

さらに、本発明によるアンテナ装置において、アンテナ導体と、給電導体と、接地導体と、接地導体の切欠き部とは、直方体形状の誘電体表面上に形成されてアンテナ装置を立体的に構成してもよい。
このような特徴を有することにより、本発明のアンテナ装置は、誘電体の波長短縮効果によってさらに小型化することが可能となる。

本発明によれば、別途インピーダンス変換器を設けることなく、広帯域特性およびマルチバンド特性を備えた小型のアンテナ装置を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は、本発明によるアンテナ装置の基本的な構成を概略的に示したものである。図１の全体図において破線で囲んだ部分について、拡大図を図２に示す。

アンテナ装置１００は、逆Ｆ形状のアンテナ導体２０と、給電導体３０と、接地導体４０とから構成されている、接地導体４０には、アンテナ導体２０と軸対称で略同一の大きさおよび形状を有する切欠き部５０が形成されている。導体片４０ａはアンテナ導体２０や接地導体３０と接するものではなく、電気的に浮いている。給電導体３０は、接地導体４０と近接する先端部に設けられた給電点６０において給電され、破線で囲まれた箇所Ｅで、逆Ｆ形状のアンテナ導体２０の第１の分岐Ｆ１において電磁結合によりアンテナ導体２０に給電する。また、アンテナ導体２０は第２の分岐Ｆ２の先端部に設けられた短絡点７０において短絡される。

先に述べたように、逆Ｆ形状のアンテナは、基幹部Ｆ３の一部の長さＬと、第２の分岐Ｆ２の長さｈとの和（Ｌ＋ｈ）が概ね１／４λとなる周波数で動作し、給電点と短絡点との間隔を変更したり、給電部分および短絡部分におけるアンテナ導体２０の形状を変化させたりすることにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することができる。

図１および２に示すアンテナ装置１００においても、給電点６０と短絡点７０との間隔や、アンテナ導体２０の給電部分および短絡部分の形状を変化させて、入力インピーダンスを調整することにより、有限構造であっても整合負荷を取り付けることなく一定のインピーダンスを得ることができる。

このような構成のアンテナ装置１００におけるＶＳＷＲの周波数特性を図３に示す。特性インピーダンスは５０Ωである。比較のため、一般的な逆Ｆアンテナの周波数特性をあわせて示す。

図示するように、一般的な逆Ｆアンテナの場合、３よりも小さいＶＳＷＲが得られる周波数帯域は狭い。一方、本発明によるアンテナ装置１００では、広帯域にわたって３よりも小さいＶＳＷＲが得られていることがわかる。

このような構造を有するアンテナ装置１００の実施形態について、以下説明する。

図４は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ装置の構成を概略的に示したものである。図４（ａ）は全体図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した展開図である。図４（ｂ）の点線に沿ってアンテナ導体２０、給電導体３０および接地導体４０を折り曲げることにより、アンテナ装置１００ａは図４（ａ）に示すように立体的に構成されている。また、アンテナ導体２０は給電導体３０により、破線で囲まれた箇所Ｅにおいて電磁結合によって給電される。

図５は、図４（ａ）においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各矢印で示した方向からこのアンテナ装置１００ａを見た場合の外観図である。図５において白色で示されている部分を直方体形状の誘電体とし、その表面上に各導体を形成することも可能である。誘電体を用いることにより波長短縮効果が得られるので、アンテナ装置１００ａを小型化することができる。

このアンテナ装置１００ａにおけるＶＳＷＲの周波数特性を図６に示す。特性インピーダンスは５０Ωである。図６より、アンテナ１００ａでは広帯域にわたって３よりも小さいＶＳＷＲが得られていることがわかる。

図７は、本発明の第二の実施形態によるアンテナ装置の構成を概略的に示したものである。図７（ａ）は全体図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した展開図である。図７（ｂ）の点線に沿ってアンテナ導体２０ａおよび２０ｂ、給電導体３０、ならびに接地導体４０を折り曲げることにより、アンテナ装置１００ｂは立体的に構成されている。アンテナ装置１００ａと同様、各導体を誘電体の表面上に形成することにより、アンテナ装置１００ｂを小型化することも可能である。また、アンテナ導体２０は給電導体３０により、破線で囲まれた箇所Ｅにおいて電磁結合によって給電される。

アンテナ装置１００ｂにおいて、アンテナ導体２０ａは逆Ｆ形状、アンテナ導体２０ｂは逆Ｌ形状のアンテナ導体である。アンテナ導体２０ｂは、逆Ｆ形状のアンテナ導体２０ａの基幹部Ｆ３を挟んで第１の分岐Ｆ１と対向する部分にＬ字の短い方の辺の先端が結合され、長い方の辺が基幹部Ｆ３の軸方向と平行するように配置され、アンテナ導体２０ａと一体のアンテナ導体２０として形成される。これにより、広帯域特性を有する逆Ｆ形状のアンテナ導体２０ａと、低周波数帯で動作する逆Ｌ形状のアンテナ導体２０ｂとが組み合わされ、アンテナ装置１００ｂにマルチバンド特性をもたせることができる。

逆Ｆ形状のアンテナ導体２０ａの基幹部Ｆ３には、スリット２１０が設けられている。スリット２１０はアンテナ装置１００ｂに必須の構成ではないが、スリット２１０の配置や間隔、長さを変化させることにより、アンテナの入力インピーダンスを調整することができる。

図８に示すのは、このようなアンテナ装置１００ｂにおけるＶＳＷＲの周波数特性である。特性インピーダンスは５０Ωである。図示するように、アンテナ装置１００ｂでは、広帯域にわたって３よりも小さいＶＳＷＲを得ることができ、且つ低周波数帯域においても共振特性が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、様々に実施可能である。また、各実施形態における導体の大きさ等に関する記載は本発明を限定するものではなく、適宜変更することが可能である。

本発明によるアンテナ装置の基本構造を示す概略図。 本発明によるアンテナ装置の基本構造の拡大図。 本発明によるアンテナ装置および一般的な逆ＦアンテナにおけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図。 （ａ）は本発明の一実施例によるアンテナ装置を示す斜視図、（ｂ）は拡大展開図。 本発明の一実施例によるアンテナ装置を示す外観図。 本発明の一実施例によるアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図。 （ａ）は本発明の別の実施例によるアンテナ装置を示す斜視図、（ｂ）は拡大展開図。 本発明の別の実施例によるアンテナ装置を示す外観図。 本発明の別の実施例によるアンテナ装置におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図。 従来の自己補対型モノポールアンテナを説明する図。 （ａ）および（ｂ）は特願２００７−２４１１６９に記載の自己補対型アンテナ装置を示す図。

符号の説明

１００ アンテナ装置
２０ アンテナ導体
３０ 給電導体
４０ 接地導体
４０ａ 導体片
５０ 切欠き部
６０ 給電点
７０ 短絡点
Ｆ１ 第１の分岐
Ｆ２ 第２の分岐
Ｆ３ 基幹部

Claims (4)

1. 第１および第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、
   前記アンテナ導体の前記第１の分岐部に近接して配置される給電導体と、
   前記アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置され、前記アンテナ導体と略同一の大きさおよび前記アンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備える接地導体と、
   前記給電導体に給電する給電点と、
   前記アンテナ導体と前記接地導体とを短絡する短絡点と、
   を備え、
   前記短絡点は前記アンテナ導体の前記第２の分岐部の先端部の一箇所に設けられ、
   前記アンテナ導体は前記第１の分岐部において前記給電導体との電磁結合により給電され、
   前記逆Ｆ形状のアンテナ導体の前記基幹部には、前記基幹部を挟んで前記第１の分岐部と対向する位置に、逆Ｌ形状のアンテナ導体の相対的に短い辺の先端部が結合されることを特徴とする自己補対型アンテナ装置。
2. 第１および第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、
   前記アンテナ導体の前記第１の分岐部に近接して配置される給電導体と、
   前記アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置され、前記アンテナ導体と略同一の大きさおよび前記アンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備える接地導体と、
   前記給電導体に給電する給電点と、
   前記アンテナ導体と前記接地導体とを短絡する短絡点と、
   を備え、
   前記短絡点は前記アンテナ導体の前記第２の分岐部の先端部の一箇所に設けられ、
   前記アンテナ導体は前記第１の分岐部において前記給電導体との電磁結合により給電され、
   前記アンテナ導体と、前記給電導体と、前記接地導体とは折り曲げられていることを特徴とする自己補対型アンテナ装置。
3. 第１および第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、
   前記アンテナ導体の前記第１の分岐部に近接して配置される給電導体と、
   前記アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置され、前記アンテナ導体と略同一の大きさおよび前記アンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備える接地導体と、
   前記給電導体に給電する給電点と、
   前記アンテナ導体と前記接地導体とを短絡する短絡点と、
   を備え、
   前記短絡点は前記アンテナ導体の前記第２の分岐部の先端部の一箇所に設けられ、
   前記アンテナ導体は前記第１の分岐部において前記給電導体との電磁結合により給電され、
   前記アンテナ導体は、前記逆Ｆ形状の前記基幹部に軸方向に伸長するスリットを有することを特徴とする自己補対型アンテナ装置。
4. 第１および第２の分岐部と基幹部とから一体に形成される逆Ｆ形状のアンテナ導体と、
   前記アンテナ導体の前記第１の分岐部に近接して配置される給電導体と、
   前記アンテナ導体と軸対称の位置に離隔して配置され、前記アンテナ導体と略同一の大きさおよび前記アンテナ導体と軸対称の形状の切欠き部を備える接地導体と、
   前記給電導体に給電する給電点と、
   前記アンテナ導体と前記接地導体とを短絡する短絡点と、
   を備え、
   前記短絡点は前記アンテナ導体の前記第２の分岐部の先端部の一箇所に設けられ、
   前記アンテナ導体は前記第１の分岐部において前記給電導体との電磁結合により給電され、
   前記アンテナ導体と、前記給電導体と、前記接地導体と、前記接地導体の切欠き部とは、直方体形状の誘電体表面上に形成されて前記アンテナ装置を立体的に構成することを特徴とする自己補対型アンテナ装置。

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