JP2008042600A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２周波数対応、広帯域化、小型化が可能であり、且つ安定な特性を有するアンテナ装置を安価に大量生産することの可能なアンテナ装置を得る。
【解決手段】 平エレメント平面に対する略矩形状の第１エレメントと、第１エレメントに対して対向した略矩形状の第２エレメントと、第１及び第２エレメントを導通する一対の立ち上がり導線とを一体に備えたループ状エレメントと、第１及び第２エレメントとの平エレメント同士の裏面に当接された絶縁性支持枠材とを備え、エレメントには、一方を接地板に接続された一対の給電点が略矩形の一長辺の略中央部に間隔を開けて形成され、一対の給電点に対向する対向長辺上に間隔を開けて立ち上がり導線が形成され、第１エレメントと第２エレメントと立ち上がり導線とからなるエレメントの全長を（１／２）λとした場合に、エレメントに周波数ｆ１＝ｃ／λと、周波数ｆ２＝２ｃ／（３λ）との間に共振点を有する直列共振回路を更に備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯端末など小型無線通信機器に利用される内蔵型アンテナに関するものである。

無線携帯機器のアンテナはこれまで筐体外部に引き出せる棒状アンテナと機器内部に内蔵アンテナとを併用することが主流であった。棒状アンテナは利用者にとって扱いが面倒なだけでなく機器設計においても設計を制約するので、近年では棒状アンテナを採用せず内蔵アンテナだけにする動向にある。

一方、無線携帯機器のアンテナに対するもう一つの要求事項は多周波数化である。例えば、携帯電話の周波数帯域は、日本だけでなく世界的に順次拡大し、８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚ帯域と１.７ＧＨｚ〜２.１ＧＨｚ帯域で、それぞれに多くの通信方式が採用されている。又、無線ＬＡＮ用途においては２.４ＧＨｚ〜２.５ＧＨｚ帯と４.９ＧＨｚ〜５.７ＧＨｚ帯の周波数が割り当てられており、携帯電話と同様に低い周波数帯の約２倍の以上のところに高い周波数帯が割り当てられている。

従って、無線携帯機器のアンテナ装置に対する要求事項は、内蔵型であって、必要とされる全ての周波数帯域、すなわち多周波数帯域に対応可能で、且つ広帯域な特性を有することである。これらの好ましい特性を有するアンテナ装置を実現できれば多様な用途に展開できるものである。

従来は、広帯域アンテナといっても、その比帯域は中心周波数に対して、高々数パーセント程度であった。また、この様な小型アンテナの効率は概ねその体積に比例するため、小型内蔵アンテナで前記周波数帯域で良好な特性を実現させることは困難であった。

そこで、多くの研究がなされてきたが、実機に採用可能な良好な特性のアンテナの開発に至っていないのが実情である。例えば、無線機器地板上に近接して実装しても広帯域であり、更に比較的効率の良い小型・広帯域・高利得なアンテナ装置として、短辺対長辺の比が１０以上である長方形のループアンテナを、動作周波数における１波長と略同一の外周囲長を有し、無線機機器地板に対して、平行に且つ前記波長に比べて十分小さい間隔で近接して配置し、更に短辺が給電部側に近接するように折り返したもの（特許文献１参照）。

広帯域にわたるインピーダンス整合が可能な携帯端末用内蔵アンテナとして、両端が短絡された約１／２波長の平行線路を有するストリップ長１、ストリップ間隔ｄ、左右のストリップ幅Ｗ１,Ｗ２,短絡部のストリップ幅Ｗ３の折り返しダイポールアンテナの給電点の左右約１／８波長から先の部分を左右対称に垂直・水平に折り曲げてからアンテナ長ａ、垂直部の高さｈ、折り曲げ部の間隔ｓなる２重折り返し構造のアンテナ素子を形成し、このアンテナ素子をアンテナ長ａと同じ幅の導体板の先端に近接して配置すると共に、このアンテナ素子の給電点に平行給電線を接続してアンテナシステムを構成し、このアンテナ素子の入力インピーダンスと平衡給電線の特性インピーダンスを整合させる為には、このアンテナ素子の折り曲げ部の間隔ｓおよび左右のストリップ幅（Ｗ１／Ｗ２）を調整するもの（特許文献２参照）。

ストリップ幅を同一に固定して自己平衡作用を維持した平衡給電形アンテナであって広帯域にわたるインピーダンス整合が可能な携帯端末用内蔵アンテナとして、両端が短絡された、約１／２波長の平行線路を有するストリップ長１、ストリップ間隔ｄ、左右のストリップ幅Ｗ１,Ｗ２,短絡部のストリップ幅Ｗ３の折り返しダイポールアンテナの給電点の左右約１／８波長から先の部分を左右対称に垂直・水平に折り曲げてアンテナ長ａ、垂直部の高さｈ、折り曲げ部の間隔ｓなる２重折り返し構造のアンテナを構成し、このアンテナ素子をアンテナ長ａと同じ幅の導体板の先端に近接して配置すると共に、このアンテナ素子の給電点に平衡又は不平衡給電線を接続してアンテナシステムを構成し、このアンテナ素子の入力インピーダンスと平衡又は不平衡給電線の特性インピーダンスを整合させるためには、このアンテナ素子のストリップ幅比（Ｗ１／Ｗ２）を１に固定して自己平衡作用を維持する一方、折り曲げ部の間隔ｓと垂直部の高さｈに加え、短絡部のストリップ幅Ｗ３と左右のストリップ幅Ｗ１=Ｗ２を調整するようにしたもの（特許文献３参照）等が提案されている。

一方、両面プリント配線基盤を用いて形成されるマイクロストリップ形アンテナであって、基板の一面側に形成されたループ状のアンテナ導体層と、このアンテナ導体層に対して絶縁材からなる誘電体層を介した裏面側に形成されたアース導体層と、アース導体層とは絶縁して同じ面に形成された給電部とを備え、アンテナ導体層とアース導体層とを誘電体層を介して接地し、給電部から誘電体層を介してアンテナ導体層に臨ませたプリントアンテナにおいて、給電用導体とアンテナ導体層との間にアンテナ本体部のリアクタンスを打ち消して帯域幅を広帯域化するインダクタンス素子とキャパシタンス素子とからなる直列共振回路を設けたプリントアンテナ（特許文献４）が提案されている。

特開２００２−４３８２６ 特開２００４−２２８９１７ 特開２００４−２２８９１８ 特開平０５−３４７５０９号公報

以上のように、特許文献１〜３のアンテナは、ダイポールアンテナの長所を生かして地板（ＧＮＤ）の影響を受けにくいこと、広帯域化等の効果を奏し、いずれも周囲長が１波長の折り返しダイポールアンテナで、その構造は垂直・水平に折り曲げた２重折り返し構造をダイポールアンテナの給電点の左右両先端部の対称位置に２箇所所有している。

しかしながら、これら従来のアンテナには共通して以下の欠点が存在する。第１に２箇所の２重折り返し構造のために製造工程が複雑となる。第２に前記２周波数対応は考慮されていない。第３に金属板だけで構成された条件での設計になっていて、いわば空気中に浮いた状態の設計であり、このままでは構造的に不安定なため特性も不安定である。第４に、構造的に安定化するために、これらのアンテナの折り返しの中空部にプラスチックなどの誘電体を挿入して固定すると、多モード共振のバランスで実現できていた広帯域特性が崩れて２ないし３の離れた共振点を持つアンテナに変化してしまう。要するに、誘電体が存在しない、電磁波にとって理想的な条件で成立するアンテナを提案するものであって実用化については課題を残している。

また、特許文献４のアンテナは１つの共振周波数についてリアクタンス補償法を用いて帯域幅を広帯域化するものであり、２つの共振周波数に対応するものではない。更に、プリントアンテナを構成する低損失の両面基板上に直列共振回路を形成することで、直列共振回路の挿入損失を少なくすることにより、アンテナ利得の低下を少なくするものである。

本発明は、折り返しダイポールを基本としたアンテナであって、２周波数対応、広帯域化、小型化が可能であり、且つ安定な特性を有するアンテナ装置を安価に大量生産することを目的とする。これにより、年々小型化される携帯電話にも搭載可能なアンテナ装置を安価に提供することができる。

請求項１に記載された発明に係るアンテナ装置は、一方を接地板に接続された一対の給電点に連絡するアンテナエレメントが一方から他方の給電点へループを形成した２周波数対応の折り返しダイポールアンテナからなるアンテナ装置であって、
平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした第１アンテナエレメントと、この第１アンテナエレメントに対して対向して設けられ、平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした第２アンテナエレメントと、これら第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとを導通する予め定められた幅の一対の立ち上がり導線とを一体に備えたアンテナエレメントと、
第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの平エレメント同士の裏面に当接された絶縁性の支持枠材とを備え、
前記アンテナエレメントには、前記一対の給電点が略矩形の一長辺の略中央部に間隔を開けて形成され、
これら一対の給電点に対向する対向長辺上に間隔を開けて前記一対の立ち上がり導線が形成され、
前記一対の立ち上がり導線の各々が、前記第１アンテナエレメントの対向長辺と平行な第２アンテナエレメントの一長辺の略中央部に間隔を開けて導通されており、
前記アンテナエレメントには第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントの全長を（１／２）λとした場合に、周波数ｆ１＝ｃ／λと、周波数ｆ２＝２ｃ／（３λ）との間に共振点を有する直列共振回路を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明に係るアンテナ装置は、請求項１に記載の一対の給電点と、第１アンテナエレメントと、第２アンテナエレメントと、一対の立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントと、前記直列共振回路とが、金属薄板から余分な部分を切除して形成されたものであることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明に係るアンテナ装置は、請求項２に記載のアンテナエレメントに、平エレメントを構成する同じ導板を対向させた２枚の平板からなる直列共振回路のコンデンサを更に備えたことを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明に係るアンテナ装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとが互いに電磁的結合を持つ形状及び距離となっていることを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明に係るアンテナ装置は、請求項４に記載の第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの距離が、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とするものである。

請求項６に記載された発明に係るアンテナ装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載の第１アンテナエレメント又は第２アンテナエレメントの一部外周縁に、対向するアンテナエレメントへ向けて折り曲げた折り曲げ縁を備えたことを特徴とするものである。

本発明は以上説明した通り、大量に生産することが可能な構成のアンテナ装置であって、２周波数に対応することができ、広帯域化、小型化が可能であり、且つ安定な特性を有するアンテナ装置を得ることができ、例えば年々小型化される携帯電話にも搭載可能なアンテナ装置を安価に提供することができるという効果がある。

前記特許文献１〜３の折り返しダイポールアンテナの両端を折り返した形状のアンテナでは、特に表裏のエレメント間で種々の電磁界分布を持ち、アンテナ形状やエレメントの寸法を最適化すれば、幾つかの共振点がある周波数近辺に集り、その結果、アンテナ特性が広帯域になることが示されている。

しかしながら、それらの研究は空気中における折り返しアンテナについてなされたものであり、誘電体が存在しない条件での研究であった。例えば、プリント基板等の基板材料表面にアンテナエレメントを配置した場合は、基板材料が１よりも大きな比誘電率をもち、前記共振点を示す各共振モードの電磁界分布が大きく異なるため、前記基板材料の比誘電率の影響が異なる結果、幾つかに分かれた共振点をもつアンテナに特性が変化してしまう。この結果、折り返しアンテナの本来の広帯域特性は崩れてしまう。

また、小型携帯機器の一つの部品として搭載されて、振動や衝撃が加わった状態でも良好な動作を行なうためには、プラスチックなどの誘電体に固定されたような安定した構造を持つ必要があり、前記の研究成果には課題が残っている。

そこで、本発明のアンテナ装置は、一方を接地板に接続された一対の給電点に連絡するアンテナエレメントが一方から他方の給電点へループを形成した２周波数対応の折り返しダイポールアンテナからなるアンテナ装置であって、平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした第１アンテナエレメントと、この第１アンテナエレメントに対して対向して設けられ、平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした第２アンテナエレメントと、これら第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとを導通する予め定められた幅の一対の立ち上がり導線とを一体に備えたアンテナエレメントと、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの平エレメント同士の裏面に当接された絶縁性の支持枠材とを備え、前記アンテナエレメントには、前記一対の給電点が略矩形の一長辺の略中央部に間隔を開けて形成され、これら一対の給電点に対向する対向長辺上に間隔を開けて前記一対の立ち上がり導線が形成され、前記一対の立ち上がり導線の各々が、前記第１アンテナエレメントの対向長辺と平行な第２アンテナエレメントの一長辺の略中央部に間隔を開けて導通されており、前記アンテナエレメントには第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントの全長を（１／２）λとした場合に、周波数ｆ１＝ｃ／λと、周波数ｆ２＝２ｃ／（３λ）との間に共振点を有する直列共振回路を備える。

このため、アンテナ装置の概観の構成については、垂直・水平の２重折り返し構造が給電点に対向する位置のみであり、プリント配線可能な基板を支持枠材として利用し、この基板上にプリント形成することも可能ではあるが、アンテナエレメントを金属薄板から余分な部分を切除して形成する方が大量生産に向き、安価に製造可能である。従って、好ましい態様としては、一対の給電点と、第１アンテナエレメントと、第２アンテナエレメントと、一対の立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントが、金属薄板から余分な部分を切除して形成されたものである。

即ち、エレメントを型抜き成形等の平エレメント以外の部分を除去して形成することにより垂直・水平の２重折り返し部分が１箇所であるため、製造が容易という利点があり、大量生産に向くという利点も更に備える。平エレメント以外の部分を除去する方法としては、プレスによる打ち抜き成形、レーザー加工成形、エッチング成形、ウォータジェット成形等があるが、プレスによる打ち抜き成形が大量生産に向く。例えば、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと立ち上がり導線とを一体として打ち抜き成形で成形した後、折り曲げ加工すると共に絶縁性の支持枠材を挿入したりインサート成形で形成することにより大量生産することができる。何れにしても垂直・水平の２重折り返し部分が１箇所であるため、製造が容易という利点がある。

また、本発明の直列共振回路としては、市販のコンデンサを第１アンテナエレメント又は第２アンテナエレメントに接続してもよいが、本発明の直列共振回路を構成するコンデンサの容量は１ｐＦ以下と非常に低い。このため、市販のコンデンサを用いる場合には直列に配置する等の工夫を要する。従って、好ましい態様としては、アンテナエレメントに、平エレメントを構成する同じ導板を対向させた２枚の平板からなる直列共振回路のコンデンサを更に備える。これにより、容量のコンデンサを第１及び第２アンテナエレメントの作製の際にそれに付随して作製することができる。具体的には、アンテナエレメントの打ち抜き型において直列共振回路のコンデンサを形成するような構造を付随させて打ち抜き成形を行うことにより、簡便に本発明のアンテナ装置の支持枠材を除いた構成を得ることができる。この場合のコンデンサとしては、平エレメントを構成する同じ導板を対向させた２枚の平板からなるものが好適である。

本発明においては、前述の通り、垂直・水平の２重に折り返すことによって電磁界分布が変化することを行わせるために、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとを一定の距離に保持する必要がある。従って、好ましくは、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの平エレメント同士の裏面を一定の距離に支持する支持枠材が配される。

尚、支持枠材については、予め形成して直列共振回路を付随させたアンテナエレメントを曲折する際に一体化させてもよいし、直列共振回路を付随させたアンテナエレメントをインサート金属としてインサート成形する際に樹脂により形成させてもよい。

さて、本発明のアンテナ装置は、折り返しダイポールアンテナの一種であるが、構成上折り返しループアンテナの特性をも有すると考える。折り返しエレメント間の距離が大きく、エレメント間の電磁界結合が適度な電磁的結合を持つ場合には、ほぼ等間隔の周波数で共振をする。各々の共振周波数は一対の給電点の一方が比較的大きな地板（接地板）に接続されているため、鏡像効果により、アンテナエレメントの全長を（１／２）λ（但し、λは波長）とすると、小さい方からほぼ（１／２）λ、１λ、（３／２）λ、２λに対応する共振周波数を持つ。（後述する図７参照）

本発明のアンテナ装置では、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントの全長を（１／２）λとした場合に、周波数ｃ／λと、周波数２ｃ／（３λ）（但し、ｃは光速）との間に共振点を有する直列共振回路をアンテナエレメントに備える。この直列共振回路は、その共振周波数より低周波数側では容量性、高周波数側では誘導性の性質を持つ。これにより、直列共振回路は周波数ｃ／λの共振点に対しては容量性に働くから、このアンテナ装置にコンデンサを付加したのと同じ働きになり、共振点は周波数２ｃ／（３λ）側に動く（前述の図７において共振周波数１’、２’が、１，２に移動する）。また、この直列共振回路は２ｃ／（３λ）よりも大きい共振周波数に対しては誘導性に働くから、このアンテナにコイルを付加したのと同じ働きになり、共振点は１λ側に動く（前述の図７において共振周波数３’、４’が、３，４に移動する）。この結果、周波数ｃ／λと、周波数２ｃ／（３λ）との２つの共振点が近づくことになる。２つの共振点を近接させて、複共振特性を持たせ、これにより広帯域化が可能となる（後述する図９参照）。

そもそも、本発明では、アンテナの面積を携帯機に収納可能な寸法にしている（具体的には４０mm×１０ｍｍ）。この面積は携帯機の正面と同じ面に存在するものとして、携帯機の厚さ方向をアンテナの高さ方向と想定した。即ち、（アンテナの利得）×（周波数帯域幅）はアンテナの体積に比例するので、面積を小さく限定すると性能を得るためには、アンテナの高さを高くしなければならない。

加えて、直列共振回路を除いたアンテナ装置では、ほぼ等間隔の周波数で共振をすることが好ましい。そのため、折り返しエレメント間の距離が大きく、エレメント間の電磁界結合が弱まったものであることが望ましい。よって好ましい態様としては、少なくとも、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとが互いに電磁的結合を持つ形状及び距離となっており、更に好ましくは、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの距離が、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下としてエレメント間の電磁界分布の結合が弱まったものである。４ｍｍより短ければ、８００ＭＨｚの周波数帯域がとれず、アンテナの性能が極端に落ちる。また、１２ｍｍよりも距離を隔てれば、エレメント間の電磁界結合が極端に弱まり、直列共振回路でカバーできなくなるからである。

尚、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの距離に応じて、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントの外形を変更させる。本発明においては、携帯電話に搭載可能な小型で、尚且つ、８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚの周波数帯域と１.７ＧＨｚ〜２.１ＧＨｚの周波数帯域の少なくとも２周波数帯域に対応させるために、先ず８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚの周波数帯域から、１/２λに相当するアンテナエレメント長の概略長さが決まるからである。具体的には、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの距離を４ｍｍ〜１２ｍｍに変更するに応じて、第１アンテナエレメント及び第２アンテナエレメントの外形の幅を４０ｍｍ±１０ｍｍとしたり、外形の奥行きを１０ｍｍ±５ｍｍとすればよい。

本発明の別の好ましい態様としては、第１アンテナエレメント又は第２アンテナエレメントの一部外周縁に、対向するアンテナエレメントへ向けて折り曲げた折り曲げ縁を備える。これにより、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの距離が、６ｍｍを越えるようなエレメント間の電磁界分布の結合が極端に弱まった場合でも、折り曲げ縁と対向するアンテナエレメントとで電磁界結合を強くすることができる。

また、折り曲げ縁は、エレメント間の電磁界分布の結合を生じ、良好な共振周波数を得られるのであれば、略矩形状の第１及び第２アンテナエレメントの１縁だけでもよく、他の縁を含めてもよい。尚、電磁界分布の結合を向上させるために、アンテナエレメントの平エレメントの幅を太くする工夫も行われてもよい。

図１は本発明のアンテナ装置の構成を示す説明図である。ａ図はアンテナエレメントの展開図、ｂ図はａ図のアンテナエレメントと支持枠材とを組合せを示す説明図である。図２は図１に示すアンテナ装置を接地板（等電位面）に接続した状態を示す説明図である。

図２に示す通り、本発明のアンテナ装置１０は、一対の給電点１１，１７のうち給電点１７を等電位面である接地板４０に接続され、給電点１１を給電信号源１８に連絡したアンテナエレメントが一方から他方の給電点へループを形成した２周波数対応の折り返しダイポールアンテナである。

図１に示す通り、アンテナエレメントは主に幅１ｍｍ、板厚０．１ｍｍの平エレメントで構成され、この平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした導線１２，１６から形成された第１アンテナエレメント１０ａと、この第１アンテナエレメント１０ａに対して平行に設けられ、平エレメントの平面に対する配置形状が略矩形状とした導線１４から形成された第２アンテナエレメント１０ｂと、これら第１アンテナエレメント１０ａと第２アンテナエレメント１０ｂとを導通する高さ６ｍｍの一対の立ち上がり導線１３，１５とを備える。このアンテナエレメントは板厚０．１ｍｍの金属板を打ち抜き成形で成形した。

尚、第２アンテナエレメント１０ｂの一対の給電点１１，１７に対向する辺の平エレメント１４ａは幅が６ｍｍと他所よりも幅広となっている。これは、第１及び第２アンテナエレメント同士の電磁界結合を強くするためである。

一対の立ち上がり導線１３，１５は、第１アンテナエレメントの給電点１１，１７に対向する対向長辺上に間隔を開けて形成され、一対の立ち上がり導線１３，１５の各々が第１アンテナエレメント１０ａの対向長辺と平行な第２アンテナエレメント１０ｂの一長辺の略中央部に間隔を開けて導通されているものである。

即ち、第１及び第２アンテナエレメント１０ａ、１０ｂは、給電点の一方が接地板に接続されている接地型アンテナであるため、第１アンテナエレメント１０ａの給電点１１を起点として、導線１２から対向する第１アンテナエレメント１０ａの一方の立ち上がり導線１３を経て第２アンテナエレメント１０ｂの導線１４を経て他方の立ち上がり導線１５を経て第１アンテナエレメント１０ａの導線１６から他方の給電点１７までの経路長さ（即ち、全周長）をほぼ低い方の周波数に共振する（１／２）λとすることで、共振周波数が２ｃ／λ、ｃ／λ、２ｃ／（３λ）、ｃ／（２λ）でアンテナを動作させることができる。

本第１アンテナエレメント１０ａには、前述の周波数ｃ／λと周波数２ｃ／（３λ）との間に共振点を有する直列共振回路を備える。本発明の直列共振回路としては、ループアンテナには固有のインダクタンスを有しているため、その固有のインダクタンスに対してコンデンサを備えればよい。具体的には、導線１２と導線１６とに分岐してエレメントを構成する同じ導板を対向させた２枚の平板からなるコンデンサ２０を備える。

図１のｂ図に示す通り、ａ図に示したアンテナエレメントを立ち上がり導線部分を垂直・水平の２重に折り返すことによって第１アンテナエレメント１０ａと第２アンテナエレメント１０ｂとが対向され、その間に第１アンテナエレメント１０ａと第２アンテナエレメント１０ｂとの平エレメント同士の裏面を６ｍｍの距離に支持する厚さ６ｍｍの支持枠材３０が配されている。図において、アンテナエレメントの幅ａは４０ｍｍ、奥行きｂは１０ｍ、高さｃは６ｍｍとした例を記載している。

図３はコンデンサ部分の構成の説明図であり、一部を拡大した拡大図を備える。図４は図１に示したアンテナ装置において直列共振回路を構成するコンデンサ２０を除いたアンテナ装置の周波数特性を示す線図である。図５は図４のスミスチャートである。図６は図１に示すアンテナ装置の周波数特性を示す線図である。図７は図６のスミスチャートである。

図３に示す通り、斜線部は、中央部が分離した２つの導板２１，２２からなり、この空隙部分に容量性をもち、コンデンサ２０として機能する。また、ループアンテナに組み込むことにより、全体としてＬＣ直列共振回路を形成する。

以上のような直列共振回路を折り返しアンテナ装置に付加することにより、前述したように、複共振特性の原理を用いて広帯域化が可能である。尚、このアンテナエレメントは板厚０．１ｍｍの金属板２１，２２をコンデンサ２０部分も含めて打ち抜き成形で成形した。

図４から図７に示す通り、共振点１（マ−カ１）から共振点４（マーカ４）は本発明のアンテナ装置の共振点である。共振点１’から共振点４’はそれぞれ直列共振回路２０を付加しないときの共振点である。図４において、直列共振回路は２’と３’の間に共振点をもつ。この共振回路は２’の共振点に対しては容量性に働くから、このループアンテナにコンデンサを付加したのと同じ働きになり、共振点は２に動く。一方、共振回路は３’の共振点に対しては誘導性に働くから、このループアンテナにコイルを付加したのと同じ働きになり、共振点は３に動く。

この結果、２つの共振点が近づくことになる。２つの共振点を近接させて、複共振特性を持たせ、これにより広帯域化が可能となる。次に図４において、共振点３’と共振点４’はそれぞれマーカ３とマーカ４に移動する。これは直列共振回路の誘導性のためである。この誘導性は共振点から遠いほうが大きい。したがって、４’から４への移動量のほうが３’から３への移動量より大きい。そのため、共振点３’，４’間は共振回路によって近づく。以上の結果より、複共振特性のため広帯域化が可能になる。

次にスミスチャートによって、リアクタンス成分の変化を考察する。図５と図７をみると、共振点１（マーカ１）のインピーダンスの虚数成分は５０Ωから−６Ω、共振点２（マーカ２）のインピーダンスの虚数成分は１２７Ωから２３Ωといずれもコンデンサを付加したのと同じ特性を示す。一方、共振点３（マーカ３）のインピーダンスの虚数成分は−５５から−６Ω、共振点４（マーカ４）のインピーダンスの虚数成分は−６６Ωから２２Ωといずれもコイルを付加したのと同じ特性を示す。

マーカ３とマーカ４の変化量は、マーカ３の場合４９Ω、マーカ４の場合８９Ωである。マーカ４の変化量がマーカ３の変化量より大きい。これは前述のように直列共振回路の特性のためである。以上のように、スミスチャートの結果からもこれらマーカのリアクタンス変化がマーカ２と３の間に共振点をもつ直列共振回路を挿入した結果であることがわかる。

この結果、１．４４ＧＨｚから２．６５ＧＨｚという広帯域にわたって、リターンロス−５ｄＢ以下という広帯域アンテナが実現している。尚スミスチャート上では図７のリターンロス−５ｄＢの円の内部がリターンロス−５ｄＢ以下であるので、この円の内部にある軌跡の周波数が帯域である。

図８は別のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。図９は更に別のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。図１０は更に別のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。

図１に示す通り、上下に対向するエレメントの一方の導体幅を他方に比ベて数倍程度広くして、第１及び第２アンテナエレメント同士の電磁界分布の結合を向上させた。このようなアンテナエレメント同士の電磁界分布の結合を向上させる例として、折り曲げる場合もある。図８，図９において、一点鎖線は下側のエレメント方向に折り曲げることを意味する。

図８に示すように、本実施例のアンテナエレメント８１折り曲げ箇所は図８の場合は一箇所であり、各々折り曲げられて折り曲げ縁８２を形成している。図９のアンテナエレメント９１では３箇所折り曲げられて折り曲げ縁９２を形成している。更に第２アンテナエレメント９０ｂの２つの長辺９３，９４を幅広にすることもできる。この場合は折り曲げられて箱状になる。導体幅を広くしたり、折り曲げて折り曲げ縁を形成するということはエレメント間の容量を大きく（結合を強く）することを意味し、それはエレメント間距離を大きくしたため、容量性が減少（結合が弱く）なった分を補っているという意味でもある。また、コンデンサの付加位置においても、図１０に示す通り、アンテナエレメント１０１の一方の給電点１０７側に近い箇所にコンデンサ１２０を配置する場合もある。

以上の通り、本発明のアンテナ装置では、折り返しループアンテナのエレメントと直列共振回路とを金属薄板から余分な部分を切除して一体に形成することができる。直列共振回路は、分布定数回路でアンテナの一部に取り込まれるので、コンデンサ部分をエレメントに組み込むことにより、外付け回路が不要である。そのためチップ部品やその実装作業が必要なく、コスト低下が実現できる。本実施例では、空隙を利用して容量成分を構成しているので、非常に低い容量（１ｐＦ以下）を簡単に構成できる。特にチップコンデンサでは実現できなかったり、許容範囲が大きい場合に効果がある。

本発明のアンテナ装置の構成を示す説明図である。ａ図はアンテナエレメントの展開図、ｂ図はａ図のアンテナエレメントと支持枠材とを組合せを示す説明図である。 図１に示すアンテナ装置を接地板（等電位面）に接続した状態を示す説明図である。 コンデンサ部分の構成の説明図であり、一部を拡大した拡大図を備える。 図１に示したアンテナ装置において直列共振回路を構成するコンデンサを除いたアンテナ装置の周波数特性を示す線図である。 図４のスミスチャートである。 図１に示すアンテナ装置の周波数特性を示す線図である。 図６のスミスチャートである。 別のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。 更に別のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。 更に別のアンテナエレメントの構成を示す展開図である。

符号の説明

１０ …アンテナ装置、
１０ａ…第１アンテナエレメント、
１０ｂ…第２アンテナエレメント、
１１，１７…給電点、
１２，１６…導線、
１４ …導線、
１３，１５…立ち上がり導線、
１８ …給電信号源、
２０ …コンデンサ（直列共振回路）、
２１，２２…導板、
３０ …支持枠材、
４０ …接地板、
８１，９１，１０１…アンテナエレメント、
８２，９２…折り曲げ縁、
９０ｂ…第２アンテナエレメント、
９３，９４…長辺、
１０７ …給電点、
１２０ …コンデンサ、

Claims (6)

1. 一方を接地板に接続された一対の給電点に連絡するアンテナエレメントが一方から他方の給電点へループを形成した２周波数対応の折り返しダイポールアンテナからなるアンテナ装置であって、
   平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした第１アンテナエレメントと、この第１アンテナエレメントに対して対向して設けられ、平エレメントの平面に対する配置形状を略矩形状とした第２アンテナエレメントと、これら第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとを導通する予め定められた幅の一対の立ち上がり導線とを一体に備えたアンテナエレメントと、
   第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの平エレメント同士の裏面に当接された絶縁性の支持枠材とを備え、
   前記アンテナエレメントには、前記一対の給電点が略矩形の一長辺の略中央部に間隔を開けて形成され、
   これら一対の給電点に対向する対向長辺上に間隔を開けて前記一対の立ち上がり導線が形成され、
   前記一対の立ち上がり導線の各々が、前記第１アンテナエレメントの対向長辺と平行な第２アンテナエレメントの一長辺の略中央部に間隔を開けて導通されており、
   前記アンテナエレメントには第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントの全長を（１／２）λとした場合に、周波数ｆ１＝ｃ／λと、周波数ｆ２＝２ｃ／（３λ）（但し、λは波長、ｃは光速）との間に共振点を有する直列共振回路を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記一対の給電点と、第１アンテナエレメントと、第２アンテナエレメントと、一対の立ち上がり導線とからなるアンテナエレメントが、金属薄板から余分な部分を切除して形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナエレメントに、平エレメントを構成する同じ導板を対向させた２枚の平板からなる直列共振回路のコンデンサを更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとが互いに適度な電磁的結合を持つ形状及び距離となっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの距離が、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１アンテナエレメント又は第２アンテナエレメントの一部外周縁に、対向するアンテナエレメントへ向けて折り曲げた折り曲げ縁を備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアンテナ装置。
   
   

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