JP2008085587A - 放射器およびそれを備えるアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単ながら高性能を得ることが可能な放射器、および、その放射器を備えるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】放射器１は、ループ状に形成され、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２を有する放射部２と、２つの給電点ＦＤ１，ＦＤ２を含む放射部２の一部に沿って放射部２の外側に形成される無給電素子４とを備える。給電点ＦＤ１，ＦＤ２を含む放射部２の一部に沿って無給電素子４が配置されるので、無給電素子４は放射部２から比較的大きなエネルギーを受けることにより共振を起こしやすくなる。放射部２は放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも高い周波数で共振するようにその周囲長が設定される。一方、無給電素子４は放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも低い周波数で共振するようにその長さが設定される。これにより放射器１の帯域を広げることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は放射器およびそれを備えるアンテナ装置に関し、特に、簡単な構造で高性能を得ることが可能な放射器、および、その放射器を備えるアンテナ装置に関する。

放射器の種類には様々なものがある。その中でも導線あるいは導体部分等のエレメントをループ状に加工した放射器（いわゆる「ループアンテナ」）は従来から広く用いられている。

たとえば特開２００６−５０４３９号公報（特許文献１）は複数のループ状の放射素子を備えた地上デジタル放送用リングループアンテナ装置を開示する。このアンテナ装置は、周囲長が約１波長のループ状主放射素子と、その主放射素子の前方に配置されるループ状の副放射素子とを備える。

また、たとえば特開２００４−３２８５８７号公報（特許文献２）は、双ループアンテナを構成する２つのループ部の各々の内側に無給電素子を配置したアンテナ装置を開示する。上記文献によれば、各ループ部と無給電素子とを共振させることによりアンテナ装置の帯域を広げることが可能になる。
特開２００６−５０４３９号公報 特開２００４−３２８５８７号公報

特開２００６−５０４３９号公報（特許文献１）に開示されたアンテナ装置は複数の放射素子を必要とする。このため上述のアンテナ装置においてはサイズが大型化する可能性がある。また、素子の数が多くなるほどアンテナ装置の組立費用が高くなりやすいため、上述のアンテナ装置を製造した場合にはコストが高くなる可能性がある。

一方、特開２００４−３２８５８７号公報（特許文献２）では、２つのループ部の中心を結ぶ線分上に無給電素子を配置することが開示されている。しかし上記文献では、アンテナ装置の性能と無給電素子の位置との関係は特に開示されていない。

本発明の目的は、構造が簡単ながら高性能を得ることが可能な放射器、および、その放射器を備えるアンテナ装置を提供することである。

本発明は要約すれば、放射器であって、所定の平面上にループ状に形成され、周囲長が所定の周波数帯域の中心波長よりも短い長さに設定され、第１および第２の給電点を有する放射部と、所定の平面上に、第１および第２の給電点を含む放射部の一部に沿って放射部の外側に形成され、一方端から他方端までの長さが中心波長の半分よりも長くなるように設定される第１の無給電素子とを備える。

好ましくは、中心波長をλとすると、第１の無給電素子と放射部との間隔は、０．０１λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲に含まれる所定の値である。

好ましくは、第１の無給電素子の一方端における放射器と第１の無給電素子との間隔を第１の長さとし、第１の給電点の位置における放射器と第１の無給電素子との間隔を第２の長さとすると、第１の長さは第２の長さよりも小さい。

より好ましくは、中心波長をλとすると、第１および第２の長さは、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲から選択される。

好ましくは、中心波長をλとすると、第１の無給電素子の幅は、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の値である。

好ましくは、中心波長をλとすると、放射部の幅は、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の値である。

好ましくは、放射部は、第１の給電点を含み、第１の方向に沿って延在する第１の導体と、第１の導体に接続され、第１の方向に直交する第２の方向に沿って延在する第２の導体とを含む。第２の導体の幅は、第１の導体の幅よりも小さい。

より好ましくは、中心波長をλとすると、第１の導体の幅および第２の導体の幅は、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲から選択される。

好ましくは、放射器は、放射部の外側に放射部に沿って形成され、かつ、第１の無給電素子と合わせて放射部を囲む第２の無給電素子をさらに備える。

本発明の他の局面に従うと、アンテナ装置であって、上述のいずれかに記載の放射器と、導波器および反射器の少なくとも一方とを備える。

本発明によれば、構造が簡単ながら高性能を得ることが可能な放射器を実現できる。
また本発明によれば、構造が簡単ながら高性能を得ることが可能なアンテナ装置を実現できる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の放射器の構成を示す図である。

図１を参照して、放射器１は、放射部２と、無給電素子４とを備える。放射部２は、平面Ａ上にループ状に形成され、給電点ＦＤ１，ＦＤ２を有する。無給電素子４は、平面Ａ上に配置される。無給電素子４は、給電点ＦＤ１，ＦＤ２を含む放射部２の一部に沿って形成される。

実施の形態１では、放射部２および無給電素子４は誘電体フィルム上に金属箔により形成される。つまり誘電体フィルムの表面が平面Ａに対応する。なお、金属板を加工することにより放射部２および無給電素子４の各々を作製してもよい。この場合には仮想的な平面Ａを設定して、平面Ａ上に放射部２および無給電素子４を配置すればよい。

平面ＡにおいてＸ軸およびＹ軸は、互いに直交する２つの軸である。放射部２および無給電素子４はともにＹ軸に対して対称である。なお原点ＯはＸ軸とＹ軸との交点であり、この放射器１の中心点に対応する。

図１に示す放射部２の形状は正方形である。ただし放射部２の形状は特に限定されない。たとえば放射部２の形状は長方形でもよい。また、放射部２の形状は四角形に限定されず、たとえば三角形等でもよいし、円形、楕円形等でもよい。

放射器１の使用周波数帯はＵＨＦ（Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯である。より好ましくは、放射器１の使用周波数帯は４７０〜８０６ＭＨｚの範囲である。この範囲には日本国でのＵＨＦ放送の周波数帯（４７０〜７７０ＭＨｚ）および米国でのＵＨＦ放送の周波数帯（４７０〜８０６ＭＨｚ）が含まれる。

次に実施の形態１の放射器１の寸法について説明する。なお、以下に示す寸法は一例であって、放射器１の寸法は放射器１に求められる性能や大きさ等に応じて適切に設定することができる。

放射部２は一辺を約１４０ｍｍとする正方形に形成される。ただし給電点ＦＤ１と給電点ＦＤ２との間には隙間が存在する。この隙間の大きさ（放射部２の一方の端から他方の端までの距離）は約１０ｍｍである。よって、放射部２の周回方向に沿った長さ（周囲長）は約５５０ｍｍ（＝１４０×４−１０）である。また放射部２の幅（放射部２の内側から放射部２の外側に向かう向きの幅）は約１２ｍｍである。

続いて無給電素子４の寸法を説明する。以下では説明の便宜上、無給電素子４をＹ軸に沿って延在する２つの無給電素子４Ａ，４Ｂと、Ｘ軸に沿って延在する無給電素子４Ｃとに分けて説明する。

無給電素子４Ａ，４ＢにおいてＹ軸方向の長さは約８５ｍｍであり、無給電素子４ＣにおいてＸ軸方向の長さは約１７０ｍｍである。よって、無給電素子４Ａ，４ＢにおけるＹ軸方向の長さと無給電素子４ＣにおけるＸ軸方向の長さとの和（別の言い方をすれば無給電素子４の一方端から他方端までの長さ）は約３４０ｍｍ（＝８５×２＋１７０）である。

一方、無給電素子４Ａ，４ＢにおいてＸ軸方向の幅（線幅）は約６ｍｍである。また、無給電素子４ＣにおいてＹ軸方向の幅（線幅）は約６ｍｍである。つまり、放射部２の内側から放射部２の外側に向かう向きの無給電素子４の幅は所定の値（約６ｍｍ）である。

また、放射部２と無給電素子４Ａとの間隔、放射部２と無給電素子４Ｂとの間隔、放射部２と無給電素子４Ｃとの間隔は、いずれも約９ｍｍである。すなわち無給電素子４と放射部２との間隔は所定の値（約９ｍｍ）である。

なお、放射器１のＸ軸方向の長さは約１７０ｍｍとなる。
実施の形態１では無給電素子４が放射部２に近接して配置される。放射部２の給電点ＦＤ１，ＦＤ２に給電すると放射部２は励振する。さらに、放射部２と無給電素子４との間でのエネルギーの授受により放射部２と無給電素子４とを共振させることができる。

放射部２と無給電素子４とが共振した場合、放射器１は等価的には放射部２の共振周波数と無給電素子の共振周波数に同調する複同調回路を構成する。いわば放射器１は放射部２の特性と無給電素子４の特性とを併せ持つ放射器として動作する。放射部２の共振周波数と無給電素子４の共振周波数とを異ならせることで放射器１の帯域を広げることが可能になる。

ここで放射部２の電流分布を考えると、給電点ＦＤ１，ＦＤ２での電流値が最も大きく、放射部２において給電点ＦＤ１，ＦＤ２から離れた位置ほど電流値が小さくなる。このことは、放射部２への給電時に給電点ＦＤ１，ＦＤ２付近からは比較的大きなエネルギーが放出されているのに対し、放射部２において給電点ＦＤ１，ＦＤ２から離れた位置からは比較的小さなエネルギーが放出されていることを意味する。

実施の形態１では給電点ＦＤ１，ＦＤ２を含む放射部２の一部に沿って無給電素子４を配置する。これにより、無給電素子４は放射部２から比較的大きなエネルギーを受けることによって、共振を起こしやすくなる。放射部２と無給電素子４とを共振させることが可能になるので、放射器１を動作させたときに所望の性能を得ることが可能になる。

さらに、放射部２は放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも高い周波数で共振するようにその周囲長が設定される。一方、無給電素子４は放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも低い周波数で共振するようにその長さが設定される。これにより放射器１はその使用周波数帯の全域にわたり良好な性能を発揮することが可能になる。

放射部２を放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも高い周波数で共振させるため、放射部２の周囲長は放射器１の使用周波数帯域の中心波長（約６００ｍｍ）よりも短くなるよう設定される（約５５０ｍｍ）。一方、無給電素子４を放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも低い周波数で共振させるため、無給電素子４の一方端から他方端までの長さは放射器１の使用周波数帯域の中心波長（約６００ｍｍ）の１／２よりも長くなるよう設定される（約３４０ｍｍ）。

上記のように無給電素子４の長さを設定することにより、放射部２と無給電素子４との励振時に無給電素子４から送信（あるいは受信）される電波の波長を、無給電素子４の長さの倍の波長にすることができる。この波長は放射器１の使用周波数帯域の中心波長よりも長い。よって、無給電素子４を放射器１の使用周波数帯の中心周波数よりも低い周波数で共振させることができる。

＜放射部単体の特性＞
図２は、図１に示す放射部２の大きさを変化させた例を示す図である。

図２を参照して、放射部２Ａ（すなわち正方形）の１つの辺の長さをＬとする。長さＬを変化させると放射部２Ａの周囲長が変化する。これにより放射部２Ａの共振周波数が変化する。よって放射部２Ａの周波数特性も変化する。

図３は、図２の放射部２Ａの辺の長さＬを変化させたときの放射部２Ａの利得の周波数特性を説明する図である。

図３を参照して、点線ｋ１、実線ｋ２、破線ｋ３、１点鎖線ｋ４、および、２点鎖線ｋ５は、それぞれ、放射部２Ａの辺の長さＬが約１３０ｍｍ、約１４０ｍｍ、約１５０ｍｍ、約１６０ｍｍ、約１７０ｍｍの場合における放射部２Ａの利得の周波数特性である。

利得がピークに達するときの周波数は放射部２Ａの共振周波数にほぼ等しい。図３からは放射部２Ａの辺の長さＬが短いほど共振周波数が高くなることが分かる。つまり放射部２Ａの周囲長が短くなるほど放射部２Ａの共振周波数が高くなる。

図４は、図２の放射部２Ａの辺の長さＬと放射部２ＡのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）との関係を説明する図である。

図４を参照して、点線ｋ６、実線ｋ７、破線ｋ８、１点鎖線ｋ９、および、２点鎖線ｋ１０は、それぞれ、放射部２Ａの辺の長さＬが約１３０ｍｍ、約１４０ｍｍ、約１５０ｍｍ、約１６０ｍｍ、約１７０ｍｍの場合における放射部２ＡのＶＳＷＲの周波数特性を示す。特に、約４７０ＭＨｚ〜約７１０ＭＨｚの範囲では、放射部２Ａの辺の長さＬが長いほどＶＳＷＲが低くなる。

＜実施の形態１の放射器の特性＞
図５は、実施の形態１の放射器の第１の比較例を示す図である。

図５および図２を参照して、放射部２Ｂは正方形の１辺の長さＬが約１３０ｍｍであるときの放射部２Ａに相当する放射器である。

図６は、実施の形態１の放射器の第２の比較例を示す図である。
図６および図２を参照して、放射部２Ｃは正方形の１辺の長さＬが約１７０ｍｍであるときの放射部２Ａに相当する放射器である。

図７は、実施の形態１の放射器の利得と第１および第２の比較例の利得とを示す図である。

図７を参照して、点線ｋ１１、２点鎖線ｋ１２、実線ｋ１３は、図５の放射部２Ｂ（図７中「１３０×１３０」と示す）、図６の放射部２Ｃ（図７中「１７０×１７０」と示す）、および、図１の放射器１（図７中「無給電素子配置」と示す）の利得の周波数特性をそれぞれ示す。

点線ｋ１１に示されるように、周波数が高くなるにつれて放射部２Ｂの利得は高くなる。一方、２点鎖線ｋ１２に示されるように、周波数が下がるにつれて放射部２Ｃの利得は高くなる。つまり、放射部２Ｂでは中心周波数よりも高い周波数帯での性能が優れているのに対し、放射部２Ｃでは中心周波数よりも低い周波数帯での性能が優れている。

これに対し、放射器１の利得は、使用周波数帯域の高周波数帯において放射部２Ｂの利得と同程度であり、使用周波数帯域の低周波数帯において放射部２Ｃの利得と同程度である。つまり、使用周波数帯域の全域にわたり放射器１の利得は安定して高いといえる。

図８は、実施の形態１の放射器のＶＳＷＲと第１および第２の比較例のＶＳＷＲとを示す図である。

図８を参照して、点線ｋ１４、２点鎖線ｋ１５、実線ｋ１６は、図５の放射部２Ｂ（図７中「１３０×１３０」と示す）、図６の放射部２Ｃ（図７中「１７０×１７０」と示す）、および、図１の放射器１（図７中「無給電素子配置」と示す）のＶＳＷＲの周波数特性をそれぞれ示す。点線ｋ１４、２点鎖線ｋ１５、実線ｋ１６を比較すれば分かるように、放射器１のＶＳＷＲは放射部２ＢのＶＳＷＲ、放射部２ＣのＶＳＷＲのいずれよりも全体的に低くなるといえる。

利得が高いほど放射器の性能としては優れている。またＶＳＷＲが低いほど放射器の性能は優れている。図７、図８から、放射器の周囲長を調整しただけでは放射器の使用周波数帯の全域にわたり性能を安定させることは困難であることが分かる。しかしながら実施の形態１のように放射部と無給電素子とを組み合わせることによって放射器の使用周波数帯の全域にわたり優れた性能を発揮することが可能になる。

＜第１の変形例＞
図９は、実施の形態１の放射器の第１の変形例を示す図である。

図９を参照して、放射器１Ａは、実施の形態１の放射器１において無給電素子４と放射部２との間隔を様々に設定した例である。図９では無給電素子４Ｃと放射部２との間隔をａ１と示し、無給電素子４Ａと放射部２との間隔（および無給電素子４Ｂと放射部２との間隔）をａ２と示す。なお間隔ａ１と間隔ａ２とは等しい。よって無給電素子４と放射部２との間隔は一定である。

第１の変形例は、間隔ａ１（および間隔ａ２）を約３ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲で３ｍｍごとに変化させた例である。間隔ａ１の変化に伴い、Ｘ軸方向に沿った放射器１Ａの全体の長さＬ１は、約１５８ｍｍ、約１６４ｍｍ、約１７０ｍｍ、約１７６ｍｍ、約１８２ｍｍの間で変化する。

図１０は、図９の放射器１Ａの利得を示す図である。
図１０を参照して、点線ｋ２１、破線ｋ２２、実線ｋ２３、１点鎖線ｋ２４、および、２点鎖線ｋ２５は、それぞれ、図９に示す間隔ａ１（および間隔ａ２）が約３ｍｍ、約６ｍｍ、約９ｍｍ、約１２ｍｍ、約１５ｍｍの場合における放射器１Ａの利得の周波数特性を示す。図１０において特に注目すべき点は、間隔ａ１（および間隔ａ２）が約３ｍｍの場合には、周波数が約５３０ＭＨｚよりも低くなると利得が大きく低下する点である。

一方、間隔ａ１（および間隔ａ２）が約６ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲にある場合には、間隔ａ１に応じて利得に違いが生じるものの、その違いは実用面において特に問題が生じない程度である。

図１１は、図９の放射器１ＡのＶＳＷＲを示す図である。
図１１を参照して、点線ｋ２６、破線ｋ２７、実線ｋ２８、１点鎖線ｋ２９、および、２点鎖線ｋ３０は、それぞれ、図９に示す間隔ａ１（および間隔ａ２）が約３ｍｍ、約６ｍｍ、約９ｍｍ、約１２ｍｍ、約１５ｍｍの場合における、放射器１ＡのＶＳＷＲの周波数特性を示す。図１１において間隔ａ１（および間隔ａ２）が約３ｍｍの場合には、周波数が約５３０ＭＨｚよりも低くなるにつれてＶＳＷＲが大幅に悪くなる。一方、間隔ａ１（および間隔ａ２）が約６ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲にある場合には、ａ１に応じてＶＳＷＲに違いが生じるものの、その違いは実用面において特に問題が生じない程度である。

つまり、間隔ａ１（および間隔ａ２）の範囲が約６ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲であれば、放射器の性能として、実用上問題のない性能を得ることができる。なお、放射器１Ａの使用周波数帯の中心波長は約６００ｍｍである。よって使用周波数帯の中心波長をλとすると、好ましい間隔ａ１の範囲は０．０１λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲となる。

＜第２の変形例＞
図１２は、実施の形態１の放射器の第２の変形例を示す図である。

図１２および図１を参照して、放射器１Ｂは、無給電素子４に代えて無給電素子４１を含む点で放射器１と異なる。無給電素子４１は、無給電素子４と線幅が異なる。

図１２の無給電素子４Ａ１，４Ｂ１，４Ｃ１は図１の無給電素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃにそれぞれ対応する。図１２では無給電素子４Ａ１，４Ｂ１の線幅をｂ１と示し、無給電素子４Ｃ１の線幅をｂ２と示す。線幅ｂ１と線幅ｂ２とは等しい。

第２の変形例は、線幅ｂ１（および線幅ｂ２）を約３ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲で３ｍｍごとに変化させた例である。なお上記のように線幅ｂ１が変化した場合、Ｘ軸方向に沿った放射器１Ａの全体の長さＬ１は、約１６４ｍｍ、約１７０ｍｍ、約１７６ｍｍ、約１８２ｍｍおよび約１８８ｍｍの間で変化する。

図１３は、図１２の放射器１Ｂの利得を示す図である。
図１３を参照して、点線ｋ３１、破線ｋ３２、実線ｋ３３、１点鎖線ｋ３４、および、２点鎖線ｋ３５は、それぞれ、図１２に示す線幅ｂ１（および線幅ｂ２）が約３ｍｍ、約６ｍｍ、約９ｍｍ、約１２ｍｍ、約１５ｍｍの場合における、放射器１Ｂの利得の周波数特性を示す。この範囲内で線幅ｂ１（および線幅ｂ２）を設定しても利得の周波数特性には大きな違いが生じていない。

図１４は、図１２の放射器１ＢのＶＳＷＲを示す図である。
図１４を参照して、点線ｋ３６、破線ｋ３７、実線ｋ３８、１点鎖線ｋ３９、および、２点鎖線ｋ４０は、それぞれ、図１２に示す線幅ｂ１（および線幅ｂ２）が約３ｍｍ、約６ｍｍ、約９ｍｍ、約１２ｍｍ、約１５ｍｍの場合における、放射器１ＢのＶＳＷＲの周波数特性を示す。線幅ｂ１（および線幅ｂ２）が約１２ｍｍの場合には、周波数が約５３０ＭＨｚよりも低くなるにつれてＶＳＷＲが低下する。ただしこの点を除き、上記範囲内で線幅ｂ１（および線幅ｂ２）を設定してもＶＳＷＲの周波数特性には大きな違いは生じていない。

つまり、線幅ｂ１（および線幅ｂ２）の範囲を約３ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲に設定すれば、使用周波数帯域のほぼ全域にわたり、利得およびＶＳＷＲについて実用的に十分な性能が得られる。なお第１の変形例と同様に線幅ｂ１（および線幅ｂ２）の範囲を使用周波数帯域の中心波長との関係で説明すると、無給電素子の線幅は０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲内にあれば好ましい。

また、上記の範囲内であれば無給電素子の線幅を連続的（あるいは不連続的）に変化させてもよい。

［実施の形態２］
図１５は、実施の形態２の放射器の構成を示す図である。

図１５および図１を参照して、放射器１１は、無給電素子６をさらに備える点で放射器１と異なる。

無給電素子６は平面Ａ上に形成される。無給電素子６は放射部２の外側に放射部２に沿って形成され、無給電素子４と合わせて放射部２を囲む。

なお無給電素子６はＸ軸に対して無給電素子４と対称に配置される。また無給電素子４，６の長さは等しい。図１５ではＸ軸に対して無給電素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃの反対側に位置する無給電素子６の部分を、それぞれ無給電素子６Ａ，６Ｂ，６Ｃと示す。

実施の形態２では、放射部２を囲むように無給電素子４，６を配置することで、放射部２から出力されるエネルギーを有効に利用して放射部２と無給電素子４，６とを共振させることができる。そして、実施の形態２では無給電素子４，６が励振されることにより、放射器１１の使用周波数帯域の低周波数帯における性能（特に利得）を高めることが可能になる。

図１６は、実施の形態１および形態２の放射器の利得を示す図である。
図１６を参照して、破線ｋ４１は、実施の形態１の放射器（図１６では「１４０×１４０ 下半分」と示す）の利得の周波数特性を示し、実線ｋ４２は、実施の形態２の放射器（図１６では「１４０×１４０ 上下２箇所配置」と示す）の利得の周波数特性を示す。特に、放射器の使用周波数帯のうち低周波数帯（たとえば４７０ＭＨｚ〜６５０ＭＨｚ）の範囲における利得は、実施の形態２の放射器のほうが実施の形態１の放射器よりも高くなる。

図１７は、実施の形態１および形態２の放射器のＶＳＷＲを示す図である。
図１７を参照して、破線ｋ４３は、実施の形態１の放射器（図１７では「１４０×１４０ 下半分」と示す）のＶＳＷＲの周波数特性を示し、実線ｋ４４は、実施の形態２の放射器（図１７では「１４０×１４０ 上下２箇所配置」と示す）のＶＳＷＲの周波数特性を示す。実施の形態２の放射器のほうが実施の形態１の放射器よりもＶＳＷＲが全体的に低くなる。

図１６および図１７から分かるように、放射部２を囲むように無給電素子４，６を配置することで、実施の形態２の放射器は実施の形態１よりも高性能を得ることが可能である。

＜第１の変形例＞
図１８は、実施の形態２の放射器の第１の変形例を示す図である。

図１８および図１５を参照して、放射器１１Ａは、放射部２に代えて放射部２１を備える点で放射器１１と異なる。放射部２１は放射部２と幅が異なる。

放射部２１はＸ軸方向に沿って延びる２つの導線２１Ａ，２１Ｂと、Ｙ軸方向に沿って延び、かつ、導線２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ接続される導線２１Ｃ，２１Ｄと、Ｘ軸方向に沿って延び、かつ、導線２１Ｃ，２１Ｄに接続される導線２１Ｅとを含む。導線２１Ｃ，２１Ｄの幅（Ｘ軸方向の幅）をＷ１とし、導線２１Ａ，２１Ｂの幅（Ｙ軸方向の幅）をＷ２とする。なお、図１８には示していないが導線２１Ｅの幅（Ｙ軸方向の幅）もＷ２に等しい。また線幅Ｗ１と線幅Ｗ２とは等しい。

第１の変形例は、線幅Ｗ１（および線幅Ｗ２）を約９ｍｍ〜約１８ｍｍの範囲で３ｍｍごとに変化させた例である。

図１９は、図１８の放射器１１Ａの利得を示す図である。
図１９を参照して、点線ｋ５１、破線ｋ５２、実線ｋ５３、１点鎖線ｋ５４は、それぞれ、図１８に示す線幅Ｗ１（および線幅Ｗ２）が約１８ｍｍ、約１５ｍｍ、約１２ｍｍ、約９ｍｍの場合における、放射器１１Ａの利得の周波数特性を示す。線幅Ｗ１（および線幅Ｗ２）をこの範囲内に設定した場合、たとえば約７１０ＭＨｚ〜約８００ＭＨｚの周波数範囲において線幅が細くなるに連れて利得が低下する傾向が見られる。ただし、上記の周波数範囲における利得の差は実用面において大きな影響が生じない程度の差である。

図２０は、図１８の放射器１１ＡのＶＳＷＲを示す図である。
図２０を参照して、点線ｋ５５、破線ｋ５６、実線ｋ５７、１点鎖線ｋ５８は、それぞれ、図１８に示す線幅Ｗ１（および線幅Ｗ２）が約１８ｍｍ、約１５ｍｍ、約１２ｍｍ、約９ｍｍの場合における、放射器１１ＡのＶＳＷＲの周波数特性を示す。たとえば線幅Ｗ１が約９ｍｍの場合、周波数が高くなるに連れてＶＳＷＲが増加する傾向が見られる。ただし、線幅Ｗ１（および線幅Ｗ２）が上記の範囲では放射器の使用周波数帯においてＶＳＷＲはほぼ２．０以下に保たれている。ＶＳＷＲがほぼ２．０以下であれば実用上問題のないレベルである。

＜第２の変形例＞
図２１は、実施の形態２の放射器の第２の変形例を示す図である。

図２１および図１８を参照して、放射器１１Ｂは、放射部２１に代えて放射部２２を備える点で放射器１１Ａと異なる。放射器１１Ｂは、無給電素子４Ｃと放射部２２との間隔に対して、無給電素子４Ａと放射部２２との間隔（および無給電素子４Ｂと放射部２２との間隔）が小さい点で放射器１１Ａと異なる。

具体例を説明すると、無給電素子４Ａと放射部２２との間隔（および無給電素子４Ｂと放射部２２との間隔）は約６ｍｍである。これに対し、無給電素子４Ｃと放射部２２との間隔は約９ｍｍである。

また、無給電素子６と放射部２２との間隔についても無給電素子４と放射部２２との間隔と同じように設定される。無給電素子６Ａと放射部２２との間隔、および無給電素子６Ｂと放射部２２との間隔は約６ｍｍである。これに対し無給電素子６Ｃと放射部２２との間隔は約９ｍｍである。

放射部２２の電流分布は、給電点ＦＤ１，ＦＤ２の位置において最も大きくなり、給電点ＦＤ１，ＦＤ２から遠ざかるにつれて小さくなる。上述したように放射部において給電点ＦＤ１，ＦＤ２から離れた位置ほど、その位置において放射部２から出力されるエネルギーは小さくなる。

放射器１１Ｂでは給電点ＦＤ１，ＦＤ２から離れた位置において放射部２と無給電素子４とを近づけることで無給電素子４の端部においても、放射部２２からの放射エネルギーを効率よく受けることが可能になる。これにより放射器１１，１１Ａよりも放射部２２と無給電素子４とが共振しやすくなるのでより高い性能を得ることができる。無給電素子６についても無給電素子４と同様の作用が生じるので放射部２２と無給電素子６とを共振させることが可能になる。これにより放射器１１Ｂは図１５の放射器１１あるいは図１８の放射器１１Ａと比較してより高い性能を得ることが可能になる。

このような理由により無給電素子４（６）の端部と放射部２２との間隔は小さいほうが好ましい。ただし無給電素子４（６）を放射部２２に近づけすぎると、たとえば無給電素子４と放射部２２とが接触するといったような放射器１１Ｂの動作に影響を与える問題が生じる可能性がある。このため、無給電素子４（６）の端部と放射部２２との間隔の最小値はたとえば約３ｍｍに設定される。

なお、放射器１１Ｂの使用周波数帯の中心波長をλ（約６００ｍｍ）とすると、「約３ｍｍの長さ」は、０．０１λに等しい。

また、放射部２２は導線２２Ａ〜２２Ｅを含む。導線２２Ａ〜２２Ｅは図１８の放射部２１の導線２１Ａ〜２２Ｅにそれぞれ対応する導線である。なお、図２１に示す放射部２２の場合には、図１８に示す線幅Ｗ１と線幅Ｗ２とは異なっている。具体的に説明すると線幅Ｗ１は約３ｍｍ、約６ｍｍ、および約１２ｍｍのいずれかであり、線幅Ｗ２は約１２ｍｍで一定である。

図２２は、図２１の放射器１１Ｂの利得を示す図である。
図２２を参照して、破線ｋ６１、実線ｋ６２、１点鎖線ｋ６３は、それぞれ、図２１に示す線幅Ｗ１が約１２ｍｍ、約６ｍｍ、約３ｍｍの場合における、放射器１１Ｂの利得の周波数特性を示す。この範囲内では放射器１１Ｂの利得に差が生じているものの、その差はわずかであるといえる。

図２３は、図２１の放射器１１ＢのＶＳＷＲを示す図である。
図２３を参照して、破線ｋ６４、実線ｋ６５、１点鎖線ｋ６６は、それぞれ、図２１に示す線幅Ｗ１が約１２ｍｍ、約６ｍｍ、約３ｍｍの場合における、放射器１１ＢのＶＳＷＲの周波数特性を示す。この範囲内では放射器１１ＢのＶＳＷＲに差が生じているもののその差はわずかであるといえる。

第１および第２の変形例を総括すると、放射部の線幅は約３ｍｍから約１８ｍｍの範囲内で設定可能であることが分かる。ここで放射器の使用周波数帯域の中心波長をλ（約６００ｍｍ）とすると、上記の範囲は０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲となる。なお、この範囲であれば放射部の線幅は一定でも良いし、連続的に変化してもよい。

また、第２の変形例において、放射部と無給電素子との間隔の最大値は、図９に示す放射器１Ａ（実施の形態１の変形例１）と同様に約１８ｍｍ（０．０３λ）となる。上述の説明を総括すると、第２の変形例の場合には、放射部と無給電素子との間隔は、０．００５λ〜０．０３λの範囲の中から選択される。

［アンテナ装置の構成例］
図２４は、本実施の形態の放射器を備えるアンテナ装置の構成例を示す図である。

図２４を参照して、アンテナ装置５０は、放射器１と、導波器７と、反射器８とを備える。図２４では実施の形態１の放射器１を示しているが、放射器１に代えて、放射器１Ａ，１Ｂ，１１，１１Ａ，１１Ｂのいずれの放射器をアンテナ装置５０に用いてもよい。

放射器１と、導波器７と、反射器８とは各々の中心がＺ軸を通るように配置される。なおＺ軸の方向は受信対象（または送信対象）の電波の伝達方向を示す。

放射器１は誘電体フィルム５１と、誘電体フィルム５１の表面に金属箔で形成された放射部２および無給電素子４とを含む。導波器７は、誘電体フィルム５２および誘電体フィルム５２の表面に形成された導体パターン１２を含む。反射器８は誘電体フィルム５３および誘電体フィルム５３の表面に形成された導体パターン１３を含む。

なお導波器７および反射器８の形状は、図２４に示す形状に限定されずたとえば直線状でもよい。また、放射器１、導波器７、および反射器８は、金属板を加工することにより形成されてもよい。

アンテナ装置５０は受信アンテナまたは送信アンテナのいずれに用いられてもよい。以下、アンテナ装置５０を受信アンテナとして用いる場合について説明する。

導波器７は、アンテナ装置５０に到来した電波を放射器１に導く機能を果たす。反射器８は、反射器８に到達した電波を放射器１に向けて反射させる。これによりアンテナ装置５０は指向性アンテナとして機能する。なお、アンテナ装置５０が指向性アンテナとして機能するためにはアンテナ装置５０は導波器７と反射器８との少なくとも一方を備えていればよい。

本実施の形態の放射器を備えることでアンテナ装置５０の素子数を少なくすることができる。よって、本実施の形態によれば、構造が簡単ながら高性能のアンテナ装置を得ることができる。

なお、アンテナ装置５０はさらに防水カバーを備えていてもよい。この場合にはアンテナ装置５０を室外で使用することが可能になる。

また、放射器１のみを受信アンテナ（または送信アンテナ）として用いることも可能である。この場合には、たとえば建物の窓ガラスに放射器１を貼り付けることにより放射器１の設置スペースを少なくすることができる。さらに複数の放射器１を窓ガラスに貼り付けることにより高利得のアンテナ装置を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１の放射器の構成を示す図である。 図１に示す放射部２の大きさを変化させた例を示す図である。 図２の放射部２Ａの辺の長さＬを変化させたときの放射部２Ａの利得の周波数特性を説明する図である。 図２の放射部２Ａの辺の長さＬと放射部２ＡのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）との関係を説明する図である。 実施の形態１の放射器の第１の比較例を示す図である。 実施の形態１の放射器の第２の比較例を示す図である。 実施の形態１の放射器の利得と第１および第２の比較例の利得とを示す図である。 実施の形態１の放射器のＶＳＷＲと第１および第２の比較例のＶＳＷＲとを示す図である。 実施の形態１の放射器の第１の変形例を示す図である。 図９の放射器１Ａの利得を示す図である。 図９の放射器１ＡのＶＳＷＲを示す図である。 実施の形態１の放射器の第２の変形例を示す図である。 図１２の放射器１Ｂの利得を示す図である。 図１２の放射器１ＢのＶＳＷＲを示す図である。 実施の形態２の放射器の構成を示す図である。 実施の形態１および形態２の放射器の利得を示す図である。 実施の形態１および形態２の放射器のＶＳＷＲを示す図である。 実施の形態２の放射器の第１の変形例を示す図である。 図１８の放射器１１Ａの利得を示す図である。 図１８の放射器１１ＡのＶＳＷＲを示す図である。 実施の形態２の放射器の第２の変形例を示す図である。 図２１の放射器１１Ｂの利得を示す図である。 図２１の放射器１１ＢのＶＳＷＲを示す図である。 本実施の形態の放射器を備えるアンテナ装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１１，１１Ａ，１１Ｂ 放射器、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２１，２２ 放射部、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ａ１，４Ｂ１，４Ｃ１，６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，４１ 無給電素子、７ 導波器、８ 反射器、１２，１３ 導体パターン、２１Ａ〜２１Ｅ，２２Ａ〜２２Ｅ 導線、５０ アンテナ装置、５１〜５３ 誘電体フィルム、Ａ 平面、ＦＤ１，ＦＤ２ 給電点、Ｏ 原点。

Claims (10)

1. 所定の平面上にループ状に形成され、周囲長が所定の周波数帯域の中心波長よりも短い長さに設定され、第１および第２の給電点を有する放射部と、
   前記所定の平面上に、前記第１および第２の給電点を含む前記放射部の一部に沿って前記放射部の外側に形成され、一方端から他方端までの長さが前記中心波長の半分よりも長くなるように設定される第１の無給電素子とを備える、放射器。
2. 前記中心波長をλとすると、前記第１の無給電素子と前記放射部との間隔は、０．０１λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲に含まれる所定の値である、請求項１に記載の放射器。
3. 前記第１の無給電素子の前記一方端における前記放射器と前記第１の無給電素子との間隔を第１の長さとし、前記第１の給電点の位置における前記放射器と前記第１の無給電素子との間隔を第２の長さとすると、前記第１の長さは前記第２の長さよりも小さい、請求項１に記載の放射器。
4. 前記中心波長をλとすると、前記第１および第２の長さは、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲から選択される、請求項３に記載の放射器。
5. 前記中心波長をλとすると、前記第１の無給電素子の幅は、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の値である、請求項１に記載の放射器。
6. 前記中心波長をλとすると、前記放射部の幅は、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の値である、請求項１に記載の放射器。
7. 前記放射部は、
   前記第１の給電点を含み、第１の方向に沿って延在する第１の導体と、
   前記第１の導体に接続され、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って延在する第２の導体とを含み、
   前記第２の導体の幅は、前記第１の導体の幅よりも小さい、請求項１に記載の放射器。
8. 前記中心波長をλとすると、前記第１の導体の幅および前記第２の導体の幅は、０．００５λ以上、かつ、０．０３λ以下の範囲から選択される、請求項７に記載の放射器。
9. 前記放射部の外側に前記放射部に沿って形成され、かつ、前記第１の無給電素子と合わせて前記放射部を囲む第２の無給電素子をさらに備える、請求項１に記載の放射器。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の放射器と、
    導波器および反射器の少なくとも一方とを備える、アンテナ装置。

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