JP5516422B2 - ワイドバンドアンテナ、ウエア及び持ち物 - Google Patents

Description

本発明はワイドバンドアンテナ、ウエア及び持ち物に係わり、特に平板状の二つの放射素子を備えたワイドバンドアンテナおよびそれを用いたウエア、持ち物に関する。

近年、携帯電話や、無線ＬＡＮのホットスポットサービス、ＷｉＭＡＸなど、さまざまな屋外の無線サービスシステムが使用できるようになっている。また、放送分野においても、地上波デジタルテレビ放送が始まっている。このようなワイヤレスの多様なサービスを有効に利用するためには、アンテナ性能の向上が重要である。

一方で、上記の複数のサービスに対応した端末では、広帯域のアンテナが必要になる。また、上記サービスに用いられる端末は、小型化が進み、それらに内蔵されるアンテナは、感度が低下する。

上述した問題を解決するアンテナに求められるのは以下の項目である。
（１）多様な複数のバンドに対応でき、かつ、それらのバンドで、２５％以上の帯域を確保するか、広帯域特性を持つこと。
（２）アンテナが、洋服や体に付けることができる、ウエアラブルなアンテナであることである。そして、洋服などにアンテナを付加しても、入力インピーダンスの整合特性が劣化せず、広帯域な特性が得られることである。

上記項目（１）の性能を持つアンテナは、複数のサービスを兼用できる。また項目（２）の性能を持つアンテナは、洋服にアンテナを装着することで、邪魔にならず、大きなアンテナとすることができる。そして、大きなアンテナとすることで、十分な受信電界または通信のためのアンテナ利得をえることができる。

広帯域アンテナとしては、図１に示すようなディスコーンアンテナがある。このアンテナは、広帯域な特性を有するが、導体の円板８０１と、導体の円錐８０２を組み合わせた立体的な形状である。同軸ケーブル８０３の同軸中心導体８０４は円板８０１に接続され、同軸外部導体８０５は円錐８０２に接続される。

また、導電性の布で構成し、人体近傍に設置可能なアンテナとしては、図２に示すような布製のパッチアンテナがある、このアンテナは、非特許文献１に公開されているものである。導電性の布からなるパッチ９０１とグランド９０２、絶縁体の役割をする絶縁布９０３から構成される。

また、特許文献１には、略直角三角形状の２つの放射素子を平行にずらして組み合わせたワイドバンドアンテナの記載がある。

特開２００８−２７８１５０号公報

電子情報通信学会 アンテナ電波伝搬研究会資料（信学技報ＡＰ２００２−７６）

図１に示す広帯域アンテナでは、同軸ケーブル８０３が、円錐８０２の下側から入り、中心部に接続給電される複雑な形状である。さらに、この形状を導電性の布で構成することは難しく、人体の近傍に置かれた場合に良好な整合特性を示す事例も見当たらない。
直接ハンダ付けを使用しない給電方法も前例が見当たらない。

図２に示したアンテナは、布でできているので、自由に折り曲げ可能で衣服に装着できるが、非常に狭帯域の特性しか得られない。

また、特許文献１に開示された構成のワイドバンドアンテナよりもさらに広帯域の特性を有するワイドバンドアンテナが望まれていた。

本発明の典型的（exemplary）な観点（aspect）によれば、直線部の第１の辺と曲線部を含む第２の辺とを少なくとも有する平板状の第１の放射素子と、直線部の第３の辺と曲線部を含む第４の辺とを少なくとも有する平板状の第２の放射素子とを備え、
前記第１の放射素子の前記第１の辺と前記第２の放射素子の前記第３の辺とが平行に対向し且つ平行方向にずれて配置されていることを特徴とするワイドバンドアンテナが提供される。

本発明の典型的なワイドバンドアンテナによれば、平面のアンテナで、広帯域かつデュアルバンドなアンテナを得ることができる。

背景技術の一例のアンテナの構成を示す図である。 背景技術の他の例のアンテナの構成を示す図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの一実施形態の構成を示す構成図である。 特許文献１に開示されたワイドバンドアンテナの構成を示す構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの一実施形態による電力経路を示す図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第１の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第２の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第３の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第４の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第５の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第５の実施例の斜視図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第６の実施例の構成図である。 給電部の組立図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第７の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第７の実施例の他の構成を示す構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナを用いたウエアを示す第８の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナの第９の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナを用いた額を示す第１０の実施例の構成図である。 本発明に係わるワイドバンドアンテナのリターンロス特性を示す図である。

以下、本発明の典型的（exemplary）な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明するワイドバンドアンテナは、信号電流を電波（電磁波）として空間に放射（送信）、あるいは逆に空間の電波（電磁波）を信号電流へ相互に変換（受信）するものであるが、アンテナの一構成部分を放射素子と呼ぶ。しかし、この放射素子は受信も可能なことは勿論である。放射素子はアンテナ素子ともいう。

本発明に係わるワイドバンドアンテナの一実施形態の構成について、特許文献１の構成と比較して以下に説明する。
（１） 図３は本発明に係わるワイドバンドアンテナの一実施形態の構成を示す構成図である。図４は特許文献１に開示されたワイドバンドアンテナの構成を示す構成図である。

図３に示すように、本実施形態のワイドバンドアンテナは平板状の放射素子１と平板状の放射素子２とを備えている。放射素子１は、直線部１−１からなる辺、直線部１−２からなる辺（第１の辺となる）、曲線部１−３からなる辺（第２の辺となる）で囲まれている。放射素子２は、直線部２−１からなる辺、直線部２−２からなる辺（第３の辺となる）、曲線部２−３からなる辺（第４の辺となる）で囲まれている。曲線部１−３、２−３はそれぞれ湾曲する第２の辺、第４の辺を構成する。ここで湾曲とは、辺が素子の外側に膨らむように曲がることをいう。

一方、図４は特許文献１に開示された一形態の構成を示しており、第１及び第２の放射素子３、４は三角形構造となっている。図４において、長さＬ１Ｕは給電部５から放射素子３と放射素子４とが対向する領域の端部の長さ、長さＬ１Ｌは放射素子３又は放射素子４の斜辺の長さである。なお、図４に示す給電部５は放射素子３と放射素子４との間の給電位置を模式的に示したものであり、実際の給電方法の例が、図１０、図１１、図１２、図１３に示される。図１４に示すように、マイクロストリップ線路によって、放射素子に給電されてもよい。

図４の構成では、帯域特性の上限周波数と下限周波数は、長さＬ１Ｕと長さＬ１Ｌとで決まる。すなわち、上限周波数は、長さＬ１Ｕが１／４波長となる周波数であり、下限周波数は、長さＬ１Ｌが１／４波長となる周波数となる。長さが１／４波長できまるのは、ノッチアンテナ、および、モノポールアンテナの動作原理と同じで、図４の下側素子である放射素子４をグランドと見立てれば、上側素子である放射素子３の斜辺、すなわち、長さＬ１Ｌが１／４波長の部分で共振する。これは、モノポールアンテナの原理と同じで、この長さで下限周波数が決まる。また、放射素子３と放射素子４の間で、長さＬ１Ｕのノッチができていて、このノッチ部分の長さが１／４波長で共振する周波数が上限周波数となる。

一方、本実施形態のように、斜辺を曲線にすればさらなる広帯域な特性が得られる。その上限周波数と下限周波数は、図４と同様に、図３の長さＬ２Ｕと長さＬ２Ｌとで決まる。すなわち、上限周波数は、長さＬ２Ｕが１／４波長となる周波数であり、下限周波数は、長さＬ２Ｌが１／４波長となる周波数となる。

図３に示す本実施形態の構成では、図４に相当する斜辺が曲線になっており、放射素子３の底辺と放射素子１の底辺の長さが同じであれば（長さＬＴ）、長さＬ２Ｌの方が長さＬ１Ｌより長くなるので、低い周波数までカバーできる。つまり、図３のように、斜辺を曲線にして長さを稼ぐことで、図３の三角形の構造より、広帯域な特性が得られる。

なお、上記の説明において、広帯域化させるためには、放射素子３と放射素子４の間で、長さＬ１Ｕのノッチを短くすればいいように考えられるが、長さＬ１Ｕを変化させると、アンテナ自身の入力インピーダンスも変化してしまうため、実際には、長さＬ１Ｕは、入力インピーダンスと上限周波数の兼ね合いで決定され、自由度があまりない。
（２） 上記作用効果は、放射素子１と放射素子２の形状が同一形状であっても斜辺を曲線にすることで、作用効果を実現することができる。しかし、放射素子１と放射素子２の形状を非対称にすることによることで、さらなる広帯域化を実現することが可能である。

前述したように、図４及び図３のアンテナの上側素子となる放射素子３、１の下限周波数は、長さＬ１Ｌおよび長さＬ２Ｌで決まる。これは、下限周波数の１／４波長で、長さＬ１Ｌの斜辺または、長さＬ２Ｌの曲線部で共振するためである。

このとき、下側素子となる放射素子４、２の斜辺にも電流が分布し、放射素子４、２の斜辺を１／４波長とする周波数で共振する。図４の構成の場合は、放射素子３の斜辺と放射素子４の斜辺が同じ長さＬ１Ｌなので、下限周波数が１つ共振によって決定される。

しかし、図３の場合は、上下非対称の構造であり、放射素子１の斜辺（曲線部）の長さＬ２Ｌと、放射素子２の斜辺（曲線部）の長さＬ２ＬＫが異なるようにしているので、共振する周波数も異なる。長さＬ２Ｌと長さＬ２ＬＫの差は特に限定されないが、概ね、±１０％程度以下が好ましい。この場合、長さＬ２Ｌと長さＬ２ＬＫを１／４波長とする２つの周波数で共振する。２つの周波数は隣接しているために、スタガ同調のように作用し、双峰またはブロードな共振特性とする設計が可能になる。このように、長さＬ２Ｌと長さＬ２ＬＫを、５％〜１０％程度異なる値とすることで、下限周波数近辺で、急激にインピーダンス特性が劣化することなく、下限周波数近辺で、下限周波数方向に帯域が増加する。

以上説明したように、図３と図４で、長さＬＴが同じ場合、長さＬ１Ｌ＜長さＬ２Ｌ＜長さＬ２ＬＫとすることで、下限周波数は、長さＬ２Ｌで概ねきまるが、長さＬ２ＬＫの斜辺とのスタガ同調効果で、さらに、下限の帯域が広がる。

なお、図３と図４で、長さＬ１Ｌ＜長さＬ２ＬＫ＜長さＬ２Ｌとしてもよい。
（３） 図３において、上側素子となる放射素子１と下側素子となる放射素子２との位置を水平方向にずらし、給電部５を放射素子２の概ね左端、または、左端付近におき、放射素子１、２の素子の配置を非対称としている。このような構成により、人体など、誘電率の高い物質近傍においても、入力インピーダンス特性が劣化せずに、使用可能できる。

ｉ） まず、放射素子１と放射素子２の位置を水平方向にずらすことで、給電部５からみた反射を抑圧することができる点について説明する。具体的には、図５に示すように、給電部５より入力された高周波電力は、放射素子１と放射素子２に放射状に流入する。このとき、アンテナ近傍に、誘電体などの電波の放射を妨げ、入力インピーダンスを劣化させる要因がある場合、電力の一部は反射されて戻ってくる。図５では、入力電力Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５は放射素子１への入力電力であり、入力電力Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６は入力電力Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５に対応する、放射素子２への入力電力である。また、反射電力Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５は放射素子１の端からの反射電力であり、反射電力Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６は反射電力Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５に対応する、放射素子２の端からの反射電力である。

この場合、放射素子１と放射素子２を平行にずらしているので、給電部５から放射状にみた放射素子１の端まで距離と、放射素子２の端までの距離が異なる。具体的には、入力電力Ｔ１が反射されて反射電力Ｒ１として戻ってくる電力の経路と、入力電力Ｔ１に対応する入力電力Ｔ２が反射されて反射電力Ｒ２として反射されて戻ってくる電力の経路が異なる。すなわち、この対応する２つの反射電力の経路が異なるということは、位相が異なるということであり、給電部５から見た場合、この反射電力が同位相で加算されることはなく、むしろ反射電力がキャンセルされることになる。

同様に、入力電力Ｔ３が反射されて反射電力Ｒ３として戻ってくる電力の経路と、入力電力Ｔ３に対応する入力電力Ｔ４が反射されて反射電力Ｒ４として反射されて戻ってくる電力の経路が異なる。また、入力電力Ｔ５が反射されて反射電力Ｒ５として戻ってくる電力の経路と、入力電力Ｔ５に対応する入力電力Ｔ６が反射されて反射電力Ｒ６として反射されて戻ってくる電力の経路が異なる。すなわち、対応する２つの反射電力の経路が異なり、位相が異なるので、給電部５から見て反射電力がキャンセルされることになる。

以上の原理により、放射素子１と放射素子２の位置を水平方向にずらすことで、人体など、誘電率の高い物質近傍においても、入力インピーダンス特性が劣化しない性能が実現できる。

ｉｉ） 次に、給電部５を放射素子２の概ね左端、または、その付近におくことの効果について説明する。この効果は、上記ｉ）の内容と関連する。すなわち、上記ｉ）の反射電力の経路において放射素子１と放射素子２の反射経路の差が大きいほど、放射素子１と放射素子２の反射電力のキャンセル分は大きくなる。このようにするには、図５の構成では、給電部５を放射素子２の左端に配置するのが、最も経路差、すなわち位相差をつけられる方法となる。よって、給電部５を放射素子２の概ね左端におくことが、もっとも反射を小さくし、入力インピーダンスの整合特性を良好に保てることになる。

給電部５を、左端から、中央にすると、給電部５から放射素子１の左端までの距離と、給電部５から放射素子２の右端の距離が近くなり、すなわち、図５の給電部５からの入力電力Ｔ５が反射電力Ｒ５として戻ってくる経路の距離と、給電部５からの入力電力Ｔ６が反射電力Ｒ６として戻ってくる経路の距離との差が小さくなり、反射電力が給電部５で同位相の合成に近くなるので、給電部５からみた反射が大きくなり、入力インピーダンスの整合特性としては悪くなる。

ｉｉｉ） 放射素子１と放射素子２の形状を非対称とすることとの組合せ効果を説明する。

図５の電力経路において、入力電力Ｔ３が反射電力Ｒ３として戻ってくる経路と、入力電力Ｔ４が反射電力Ｒ４として戻ってくる経路とは、経路差が比較的つきにくい。このような場合においては、放射素子１と放射素子２の形状を非対称とすることで、入力電力Ｔ３が反射電力Ｒ３として戻ってくる経路と、入力電力Ｔ４が反射電力Ｒ４として戻ってくる経路との差が大きくなるように調整が可能になる。放射素子１と放射素子２の反射経路の差が大きいほど、放射素子１と放射素子２の反射電力のキャンセル分は大きくなる。したがって、斜辺の曲線を異なる曲線とし、入力電力Ｔ３が反射電力Ｒ３として戻ってくる経路と、入力電力Ｔ４が反射電力Ｒ４として戻ってくる経路との経路の差、すなわち位相差がなるべく大きくなるようすれば、給電部５から見た反射電力が同位相で加算されることはなく、むしろ反射電力がキャンセルされやすくなる。

なお、上記において、放射素子１の湾曲する第２の辺（曲線部１−３からなる辺）、放射素子２の湾曲する第４の辺（曲線部２−３からなる辺）については、１つの曲線部のみで形成しているが、曲率半径の異なる複数の曲線部、曲線部と直線部で構成してもよい。曲線、任意の数の曲線、曲線と直線、任意の数の曲線と任意の数の直線の組み合わせ以外に、任意の数の直線の組み合わせも有効である。ただし、いずれの場合も上記に説明した原理に則り、第２の辺および第４の辺は、従来例である図４の長さＬ１Ｌの斜辺より、三角形の外側に膨らむように構成される。したがって、第２の辺および第４の辺が、任意の数の直線の組み合わせで構成される場合は、任意の辺がなす角度は、素子の内側からみて、鈍角となる。ただし、第１の辺（直線部１−２からなる辺）、第３の辺（直線部２−２からなる辺）との成す角は、鋭角になる。上記で、任意の数の直線の組み合わせで構成される場合において、任意の数が、無限に近くなるほど、曲線に近くなることは容易に理解できるところである。

さらに、上記において、第２の辺および第４の辺は、従来例である図４の長さＬ１Ｌの斜辺より、三角形の外側に膨らむように構成されるのであるが、その膨らみの度合いは、図４の斜辺に対して、第２の辺および第４の辺の中央の垂直方向で、概ね、最低使用周波数の０．１波長以上の値が用いられる。なお、特許文献１の図５（ｃ）の構成では、放射素子の頂点が切り取られているが、この場合は図５（ｃ）の斜辺に対して、最低使用周波数の０．１波長以上の値、膨らむように構成される。

放射素子１、２は、表面に導電性を有する、自由に折り曲げ可能なフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）や導電性のある布等から構成することができる。そして、洋服などに、マジックテープ（登録商標）やボタン等により付加することができ、ワイドバンドアンテナを構成することができる。また、放射素子１、２が、ハンダ付けができにくい導電性のある布等から構成される場合、小さな面積の自由に折り曲げ可能なフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に同軸ケーブルをハンダ付けし、そのフレキシブルプリント基板を、導電性の布に縫いつけることで、静電容量を持たせ、等価的に給電するアンテナとすることができる。

また放射素子１、２は、金属板や、導体板、プリント基板をエッチングして構成することができる。

放射素子１、２の形状は特に図３の構成に限定されるものではない。即ち、放射素子１が少なくとも直線部の第１の辺と曲線部の第２の辺とを有し、放射素子２が少なくとも直線部の第３の辺と曲線部の第４の辺とを有すればよく、そしてアンテナの構成として、第１の辺と第３の辺とが平行に対向し且つ平行方向にずれて配置可能であれば、放射素子１、２の形状は適宜変更可能である。例えば、後述する実施例１〜実施例４で説明するような構成を取ってもよい。

図６は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第１の実施例の構成図である。本実施例のワイドバンドアンテナは放射素子１０と放射子素子２０とを備えている。

放射素子１０は、長さＡ１の直線部１１の辺（第１の辺となる）と、長さＢ１の直線部１２の辺と、直線部１３と円弧の曲線部１４とからなる辺（湾曲する第２の辺となる）とで囲まれた平板状の導体からなる。直線部１２の辺は、直線部１１の辺（第１の辺）とつながる第５の辺となる。本実施例では直線部１２の辺は、直線部１１の辺と略直角に配置される。

長さＣ１は、直線部１１と平行なベクトル成分の方向の、直線部１３の長さであり、長さＤ１は、直線部１２と平行なベクトル成分の方向の、直線部１２の長さである。直線部の数と曲線部の数は任意に設定される。例えば、曲線部１４の一部を直線部で形成したり、図３の構成と同様に、直線部１１、１２の２辺以外を曲線部の辺のみで構成してもよい。

また、放射素子２０は、長さＡ２の直線部２１の辺（第３の辺となる）と、長さＢ２の直線部２２の辺と、直線部２３と円弧の曲線部２４とからなる辺（湾曲する第４の辺となる）とで囲まれた平板状の導体からなる。直線部２２の辺は、直線部２１の辺（第３の辺）とつながる第６の辺となる。本実施例では直線部２２の辺は、直線部１２の辺と略直角に配置される。直線部２３は直線部２１と平行で、直線部２３の長さは長さＣ２である。直線部の数と曲線部の数は任意に設定される。例えば、例えば、曲線部２４の一部を直線部で形成したり、図３の構成と同様に、直線部２１、２２の２辺以外を曲線部の辺のみで構成してもよい。

直線部１１の辺と直線部２１の辺は、互いに向き合うように、略平行になるように配置され、互いに向き合う辺の所望の位置で給電する。本実施形態では、給電部を放射素子の左端付近（直線部２２付近）においている。

間隔Ｆは直線部１１と直線部２１との間の間隔であり、長さＧは直線部１２と直線部２２との間の長さであり、長さＥ１は直線部１２と給電点との長さであり、長さＥ２は直線部２２と給電点との長さである。

本実施例では、放射素子１０と放射素子２０の形状は非対称であり、同一形状ではない。特に、直線部１３と曲線部１４の組み合わせと、直線部２３と曲線部２４の組み合わせの形状を変えることで、異なる放射素子形状を実現している。具体的には、直線部１３と直線部２３の長さや傾きを変更し、曲線部１４と曲線部２４の曲率半径を異なる値とすることで異なる素子形状を実現している。直線部１３と直線部２３の長さや傾きを変える、曲線部１４と曲線部２４の曲率半径を異なる値とすることのいずれかで形状をかえてもよい。なお、曲線部１４、２４は、楕円曲線、放物線、双曲線などのあらゆる曲線を含む。

放射素子１０と放射素子２０とで、対応する直線部１１と直線部２１の長さを、放射素子１０と放射素子２０とで異なる値とすることでも、異なる放射素子形状を実現できる。

図６において、放射素子１０及び２０の直線部１１の辺と直線部２１の辺の長さＡ１、Ａ２は、高い周波数帯域における下限の使用周波数の約０．２５波長（１／４波長）に選ばれることが好ましい。この点について、実際の下限周波数は、斜辺の長さが０．２５波長となる周波数であることを説明したが、通常は余裕を持つために、長さＡ１、Ａ２を０．２５波長程度としておけば、斜辺はそれより長くなるので、下限周波数を余裕をもってカバーできるという理由からである。長さＡ１、Ａ２を、余裕をもって選定するかどうかは、設計要件である。また、放射素子１０及び２０の直線部１２の辺と直線部２２の辺の長さＢ１、Ｂ２は、高い周波数帯域における下限の使用周波数の約０．１７波長に選ばれることが好ましい。

放射素子１０、２０は、直線部１１の辺と直線部２１の辺とが平行な方向にずれて（平行移動）して配置される。シフトする量（直線部１２と直線部２２との間の長さ）Ｇは、下限使用周波数の０．１４波長前後がより好ましいが、整合状態により、０．１〜０．２波長の間で選ぶことが好ましい。長さＥ２は高い周波数帯域の下限周波数の０〜０．１波長程度に選ぶことができる。また、直線部１１と直線部２１との間の間隔（放射素子１０と放射素子３０の距離）Ｆは、下限周波数の０．００１〜０．０３波長の間で選ぶことが好ましい。

給電は、平行２線式の伝送線路や、同軸ケーブル等の給電線が接続されて行われる。このとき、給電部における２つの放射素子の間隔Ｆは、高い周波数帯域の下限周波数の０．００１〜０．０３波長の間で選ぶことが好ましい。

図７は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第２の実施例の構成図である。図６に示す実施例１の構成との違いは、給電される場所が、直線部２２の延長線上にあることである。図５を用いて既に説明したように、給電部を下側素子の概ね左端におくことが、より反射を小さくし、入力インピーダンスの整合特性を良好に保つことができる。

図８は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第３の実施例の構成図である。図７に示す実施例２との違いは、放射素子３０が、放射素子１０の左右方向で反転させた形状とされていることである。具体的には、放射素子の直線部２２を中心にして図７の放射素子１０が反転して放射素子３０を構成している。本実施例の構成は図７の構成と電気的に大きな差はない。すなわち、高い周波数帯域について観れば、放射素子３０が左右反転しているのみであるから、インピーダンス整合や広帯域性の観点で何ら変わることはない。

図９は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第４の実施例の構成図である。図７に示す実施例２との違いは、直線部１２及び２２が傾斜して放射素子４０及び５０を構成していることである。直線部１２は放射素子４０の底辺（第１の辺）に対して鈍角（９０度を超え、１８０度未満）を成しており、直線部２２は放射素子５０の上辺（第３の辺）に対して鈍角（９０度を超え、１８０度未満）を成している。

このように、直線部１２及び２２を斜めにすることで、下限周波数の微調整が可能になる。図３に示すアンテナの下限周波数は、長さＬ２Ｌまたは長さＬ２ＬＫで決まる。一方で、図３のアンテナの入力インピーダンスの整合特性や、上限周波数は、長さＬ２Ｕで決定される。本実施形態では図９に示すように、長さＬ２Ｕを変化させずに、下限周波数を微調整するために、直線部１２および２２を斜めにすることで、長さＬ２Ｌ、長さＬ２ＬＫを可変できるので、下限周波数の調整が可能になる。

なお、放射素子４０及び、放射素子５０の高さを変える方法もあるが、斜めにする方が長さＬ２Ｌ、長さＬ２ＬＫを容易に変えられること、高さを変えると入力インピーダンス特性が変化してしまうこと（高さ方向をかえると、反射電力の経路の長さが変わるため）から、直線部１２、２２を斜めにすることが、インピーダンス整合特性を変化させずに、容易に下限周波数を調整できる利点がある。

図１０は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第５の実施例の構成図である。本実施例は図７の構成で、給電に同軸ケーブルを用いた場合の一例である。同軸ケーブル６０の同軸中心導体６２は、放射素子１０に接続され、同軸外部導体６１は、放射素子２０に接続される。同軸中心導体６２と放射素子１０との接続、及び同軸外部導体６１と放射素子２０との接続には、例えば、ハンダ付け、圧着、又は導電性の接着剤が用いられる。

図１１は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第５の実施例の斜視図である。図１１に示すように、同軸ケーブル６０の同軸外部部導体６１は、ハンダ付け６３によって、放射素子２０に接続される。

図１２は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第６の実施例の構成図である。本実施例は、給電部に、導体部となる給電金具２０１、給電台２０５、同軸ケーブル１９１の部品を使用した実施例である。この構成は、特に、放射素子１０、２０が、導電布などのハンダ付け不能な材質で構成されている場合に有効である。２つの放射素子１０、２０をまたぐようにして、給電台２０５が置かれ、給電台２０５上の２つの金具２０１に、同軸ケーブル１９１の同軸中心導体１９２と同軸外部導体１９３を、それぞれハンダ付けで接続する。接続は圧着、又は導電性の接着剤を用いてもよい。

図１３は、給電部の組み立て図を示している。給電台２０５は、２つの、導体または金属よりなるＵ字状の金具２０１と、板状の誘電体よりなるサポート２０３より構成される。金具２０１の上下同じ位置にあいている２つの穴２０２と、サポート２０３の有する２つの穴２０４とが、穴位置が一致するようにはめ込まれて、給電台２０５が構成される。そして、この給電台２０５を、金具２０１が、左右の放射素子２にそれぞれ接触するように、ビス２０８で固定する。固定に際しては、左右の放射素子１０、２０の下側に、放射素子１０、２０にそれぞれ設けられた穴２１０、２１１を貫通するように、穴２０７を有する固定板２０６を置き、ナット２０９で、ビス２０８を固定する。このとき、固定板２０６は、導体でも誘電体も使用可能である。そして、給電台２０５上の２つの金具２０１に、同軸ケーブル１９１の同軸中心導体１９２と同軸外部導体１９３を、それぞれハンダ付け等で接続する。なお、給電台２０５上の２つの金具２０１に接続する給電線は、同軸ケーブルに限らず、平行２線式の給電線を使用することもできる。

図１４は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第７の実施例の構成図である。図７に示すアンテナを、プリント基板３００を用いて構成したものである。プリント基板３００には、テフロン（登録商標）、ＦＲ−４材（ガラスエポキシ）、ＢＴレジン、ＰＰＥ、液晶ポリマー材などがよく用いられる。プリント基板３００の上面に、放射素子３１０が配置され、その下端部より、マイクロストリップライン３１１で給電される。プリント基板３００の下面には、放射素子３０２が配置され、マイクロストリップライン３１１の給電導体として、グランド（ＧＮＤ）とされたグランドライン３０４が配置されている。グランドライン３０４は、マイクロストリップライン３１１と共にマイクロストリップ線路を構成し、このマイクロストリップ線路によって、放射素子３１０、３０２は給電されている。

以上説明した、実施例５、６及び７では、図７の構成のワイドバンドアンテナを一例として取り上げたが、図６、図８及び図９のワイドバンドアンテナを用いることができることは勿論である。

また、上記図１４のプリント基板を用いた構成では、プリント基板３００の両面を用いて放射素子３１０、３０２を形成したが、図１５に示すように、プリント基板３００の片面に、２つの放射素子３１２、３１３を形成し、同軸ケーブル３１４をハンダ付けする構成方法もある。同軸ケーブル３１４の同軸中心導体３１６と同軸外部導体３１５は放射素子３１２、３１３とそれぞれハンダ付け等で接続する。

図１６は、本発明に係わるワイドバンドアンテナを用いたウエアを示す第８の実施例の構成図である。ブレザー、ジャケット等のウエア４００に、マジックテープ（登録商標）４０１を用いて、アンテナ５００を取り付ける構成である。アンテナ５００が取り付けられているベース５０１は、絶縁体の布などの柔らかいもので構成されている。端には、マジックテープ４０２が付加されており、ウエア４００側のマジックテープ４０１と、取り付けるようになっている。簡単に取り外しができる構造になっている。同軸ケーブル４０４の先端には、コネクタ４０３が接続され、アンテナ５００はコネクタ４０３を介して必要な機器に接続される。

なお、図１６において、マジックテープは固定の一例であり、他には、ボタン、スナップボタン、チャック、フック、接着剤などの固定方法がある。

図１７は、本発明に係わるワイドバンドアンテナの第９の実施例の構成図である。アンテナ６００を、ペットボトル６１０の周囲に取り付けられるようにしたものである。アンテナ６００のベース６０１は、絶縁体の布などの柔らかいもので構成されている。両端には、マジックテープ６０２が付加されており、ペットボトル６１０に巻きつけて、マジックテープで止める構造になっている。

なお、図１７において、マジックテープは固定の一例であり、他には、ボタン、スナップボタン、チャック、フック、ゴムバンド、接着剤などの固定方法がある。また、ベース６０１の端部にひもを縫い付けておき、ひもを結んで固定する方法も有効である。

ペットボトルの飲料水は、自動販売機で容易に購入でき、広く飲用されている。この種の飲料は、オフィス等で机に置き、飲用されている。アンテナ６００を導電性布で構成すれば、このペットボトルに手軽に巻きつけて固定できるアンテナは便利である。なぜなら、
１）常用するペットボトルにアンテナを固定可能である。

２）方向調整が容易である。

３）ペットボトル内の飲料の量、有無に関係なく使用可能である。

４）不要な場合は、アンテナをとりはずしカバンにしまえる。

という４つの利点がある。

特に、利点３）については、本アンテナが、誘電体の近傍にあっても使用可能であるという特徴を生かしたものである。

図１８は、本発明に係わるワイドバンドアンテナを用いた額を示す第１０の実施例の構成図である。アンテナを、額縁の裏に取り付けた実施例である。本アンテナ７００は、図１４に示すようなプリント基板をエッチングして構成したもので、プリント基板７０１と、先端に同軸コネクタ等の接続手段を有する同軸ケーブル７０３、固定のための両面テープ７０２（プリント基板の裏面に配置）から構成される。アンテナ７００は、額縁７２０の裏面に貼り付けられる。そして、壁面７２１及びカバー７２２により保護される。このように背面にアンテナが収納された状態で、額縁を壁面につけることで、外見は、絵画としてみえ、裏面にアンテナが配置され、アンテナとして用いることができる。

なお、上記で、額以外に、壁掛けの時計や掲示板、黒板、白板、オフィスのパーティション、収納扉の裏面などにも同様の方法で設置可能である。

また、図１８において、額縁裏面にアンテナ７００を取り付ける際、額縁の裏に直接取り付けることが困難または敬遠される場合は、壁面７２１を箱状の底面のある構造にして、その箱の中にアンテナ７００を収納するようにすればよい。

図１８におけるアンテナ７００については、特に、プリント基板である必要はなく、導電性の布やＦＰＣから構成されていてもかまわない。

また、アンテナ７００の取り付け方法についても、両面テープに限らず、接着剤、ビス、マジックテープ、はめ込み構造、スナップボタン、ボタン、チャック、フックなどの一般的固定方法が使用可能である。これらの固定方法は、アンテナ７００の構成（プリント基板または、ＦＰＣ、導電性布）の種類により、適宜、適する方法を選択するのがよい。

カバー７２２の固定についても、壁面７２１へ、両面テープ、ビス止め、接着剤、はめ込み、スナップボタン、フックなどの方法がある。

アンテナをプリント基板で構成した場合は、その構成が簡単で、薄型にできるので、額縁の裏面に装着可能である。このアンテナ装着の額縁を、壁面に装着すれば、外観は絵画などであるが、裏にはアンテナがついており、アンテナの存在を見せずに、アンテナとして機能させることができる。この種の取り付け形態は、ホテルや共用（パブリック）フロアやレストラン等で、その部屋の雰囲気を損ねないという点で有効である。

図１８の構成は、壁面７２１を箱のような底の有る構造とし、カバー７２２をビスやマジックテープで止めることで、アンテナ自身を絵画と分離できる点において、扱いの便利さがある。

なお、設置する壁面が金属（導体）の場合は、カバー７２２のアンテナ側の面、または、壁側の面に、電波吸収体を付加することで、壁面の金属の影響を排除できる。

以上説明した実施例８、９及び１０では、アンテナは図７の構成のワイドバンドアンテナを用いたが、図６、図８及び図９のワイドバンドアンテナを用いることができることは勿論である。

以上、本発明に係わるワイドバンドアンテナ及びそれを用いたウエア、額等の利用例について説明したが、以下に、本発明に係わるワイドバンドアンテナの特性について説明する。

図１９は、本発明に係わるワイドバンドアンテナを試作し、そのリターンロス特性を実際に測定した結果である。試作したワイドバンドアンテナは図６に示す構成のワイドバンドアンテナである。

低い周波数帯域の中心周波数で換算したときの図６の各部の寸法は、概ね以下に示す値とした。

放射素子１０は、長さＡ１を０．２３波長、長さＢ１を０．１６波長、長さＣ１を０．１３波長、長さＤ１を０．０３波長とした。放射素子２０は、長さＡ２を０．２５波長、長さＢ２を０．１５波長、長さＣ２を０．０２波長とした。給電点と放射素子１０、２０との位置関係は、長さＥ１を０．１６波長、長さＥ２を０．０１波長とした。直線部１１と直線部２１との間の間隔Ｆは０．００６波長、直線部１２と直線部２２との間の長さＧは０．１５波長とした。給電方式は、図１２、図１３の構成により給電した場合である。

図１９のリターンロス特性（実測値）は、横軸周波数、縦軸リターンロスである。ＶＳＷＲ（Voltage standing wave ratio（電圧定在波比））２．０、２．５に相当するリターンロスは、それぞれ−９．５ｄＢ、−７．４ｄＢである。

はじめに、ＶＳＷＲ＜２．０、すなわち、リターンロス −９．５ｄＢでみてみると、２つの帯域をカバーしていることがわかる。

低い周波数の帯域では、０．８ＧＨｚ〜１．０８ＧＨｚをカバーしており、比帯域が２９．８％得られている。高い周波数の帯域では、１．９ＧＨｚ〜３．３ＧＨｚをカバーしており、比帯域が、５３．８％得られている。

また、特筆すべきは、低い周波数の帯域の最低使用周波数０．８ＧＨｚと、高い周波数の帯域の最高使用周波数３．３ＧＨｚまでの比帯域が、１２２％となっていることである。

さらに、ＶＳＷＲ＜２．５、すなわち、リターンロスが−７．４ｄＢで考えるならば、０．７８ＧＨｚ〜３．７５ＧＨｚまでがカバーできており、比帯域で、１３１．１％が得られている。

以上説明した本実施形態及び本実施例のワイドバンドアンテナは、以下の効果を有している。
１）平面、薄型のアンテナである。
２）電気的な特性として、２つの帯域をカバーし、かつ、周波数が高い帯域において、広帯域な特性をえることができる。
３）導体板による構成以外に、折り曲げ可能な導体フィルムや、導電性のある布で構成可能である。
４）導電性のある布で構成した場合、同軸ケーブルを布にハンダ付けしなくていいような構成で実現できる。
５）洋服などに設置可能である。
６）人体に近接して設置しても、入力インピーダンス特性が劣化しない。すなわち、このアンテナを洋服に付け、それを着て用いても入力インピーダンス特性は劣化せず、かつ、広帯域な特性を維持できる。

本実施例のワイドバンドアンテナを用いることで、例えば、低い周波数帯域を８００ＭＨｚ帯の携帯電話として設計すれば、高い周波数の帯域は、１．９ＧＨｚ〜３．３ＧＨｚまでカバーできる。国内では、１．９ＧＨｚ〜３．３ＧＨｚの帯域に、２ＧＨｚ帯の携帯電話（１．９２ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚ）の使用帯域、無線ＬＡＮ（２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ）の使用帯域、ＷｉＭＡＸ（２．５ＧＨｚ〜２．６ＧＨｚ）があり、いずれの無線システムにも使用可能のアンテナを実現することができる。最近、複数の無線システムに対応できる端末が求められており、本アンテナは、これらの用途に対応できる。

さらに、近年、複数の無線システムを必要に応じて、適宜、選択または切り替えて使用するコグニティブ無線システムが検討されており、これらのシステムの用途にも適用可能である。

さらに、本アンテナの大きな特徴として、導体板による構成以外に、折り曲げ可能な導体フィルムや、導電性のある布で構成可能である。特に、導電性のある布で構成した場合、導電性の布に同軸ケーブルをハンダ付け等の方法で電気的接続を確保することは困難であるが、同軸ケーブルを布に直接ハンダ付けしなくていいような構成で実現できる。

また、導電布での構成が可能であるため、洋服などに縫いつけたり、粘着テープ、マジックテープ、ボタン、スナップボタン、フック、チャック等で取り付けが可能である。

そして、洋服に取り付けて用いた場合、当然、アンテナと人体の体は密着に近い状態におかれるが、このような場合においても、アンテナ自身の入力インピーダンスは変化せず、整合状態が劣化しないで用いることができる。なお、通常は、アンテナ近傍に人体がある場合は、入力インピーダンスが大きく変化し、整合状態が大きく劣化する。

このように、人体に密着した洋服と一体化して使用できる、いわゆる、“ウエアラブルアンテナ”として、有効なアンテナといえる。

実施例８においては、本実施形態のワイドバンドアンテナをブレザー、ジャケット等のウエアに取り付けた例について説明したが、コート、スカート、ズボン、マフラー、帽子等に取り付けてもよく、これらもウエアに含まれる。また、人体に装着するものだけでなく、カバン、ナップザック、パソコン用等のソフトケース、小物入れ等の持ち物に取り付けてもよい。ここで、持ち物は手に持つ、肩からさげる、又は肩に背負うことができる物品をいう。ワイドバンドアンテナは、ウエア、カバン等の持ち物の表側、内側に取り付けることができる。またカバンのサイドポケットとして取り付けることもできる。取り付けは、マジックテープ、ボタン、スナップボタン、フック、チャック等により行うことができる。ワイドバンドアンテナが取り付けられているベースをそのままシート状アンテナとして、カバンなどに入れておくこともできる。

また、実施例１０においては、額の例を取り上げたが、額を含む、壁掛け時計、掲示板等の壁掛け物、黒板、白板、オフィスのパーティション等の事務用品、収納扉等にもワイドバンドアンテナを用いることができる。額、壁掛け時計、掲示板等の壁掛け物、黒板、白板、オフィスのパーティション等の事務用品、収納扉は板状をなし、これらにワイドバンドアンテナを組み込み又は貼り付けることで、ワイドバンドアンテナが取り付けられた板状体を構成することができる。

以上、本発明の代表的な実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、本願の請求の範囲によって規定される、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の種々の形で実施することができる。そのため、前述した各実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書や要約書の記載には拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。

本願は、２００９年１月１４日に出願された特願２００９−００５６４１号を基礎とする優先権を主張するものである。そして、特願２００９−００５６４１号に開示された全ての内容は本願の内容に含まれる。

本発明は、地上波デジタル放送受信用アンテナ、携帯電話、無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ等の通信用アンテナ、コグニティブ無線及びソフトウエア無線用アンテナに用いることができる。

（付記１） 直線部の第１の辺と湾曲する第２の辺とを少なくとも有する平板状の第１の放射素子と、直線部の第３の辺と湾曲する第４の辺とを少なくとも有する平板状の第２の放射素子とを備え、
前記第１の放射素子の前記第１の辺と前記第２の放射素子の前記第３の辺とが平行に対向し且つ平行方向にずれて配置されていることを特徴とするワイドバンドアンテナ。

（付記２）
前記第２の辺及び前記第４の辺は曲線部を含むことを特徴とする上記付記１に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記３）
前記第２の辺の前記曲線部の長さと前記第４の辺の前記曲線部の長さが異なることを特徴とする上記付記２に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記４）
前記第２の辺の前記曲線部の曲率半径と前記第４の辺の曲線部の曲率半径とが異なることを特徴とする上記付記２に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記５）
前記第２の辺若しくは前記第４の辺、又は前記第２及び第４の辺が、一又は複数の曲線部と、一又は複数の直線部との組み合わせで構成されることを特徴とする上記付記１に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記６）
前記第２の辺若しくは前記第４の辺、又は前記第２及び第４の辺が、複数の直線部の組み合わせで構成され、かつ、隣接する該直線部同士のみがなす角度が、第１若しくは第２の放射素子、又は第１及び第２の放射素子の辺の内側から見て、鈍角であることを特徴とする上記付記１に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記７）
前記第１の放射素子は、前記第２の放射素子とは異なる形状であることを特徴とする上記付記１乃至付記６のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記８）
前記第１の放射素子は前記第１の辺とつながる直線部の第５の辺を有し、前記第２の放射素子は前記第３の辺とつながる直線部の第６の辺を有する上記付記１乃至付記４のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記９）
前記第５の辺と前記第６の辺は、前記第１及び第３の辺とそれぞれ略直角に配置されていることを特徴とする上記付記８に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１０）
前記第５の辺は前記第１の辺に対して鈍角をなし、前記第６の辺は前記第３の辺に対して鈍角をなすことを特徴とする上記付記８に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１１）
前記第１及び第２の放射素子は、折り曲げ可能であって、かつ導電性のある材質からなることを特徴とする上記付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１２）
前記第１及び第２の放射素子とは、導電性の布からなることを特徴とする上記付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１３）
前記第１及び第２の放射素子は、前記第１及び第３の辺の一部が互いに対向する位置で給電されることを特徴とする上記付記１乃至付記１２のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１４）
前記給電は同軸ケーブルによってなされ、前記第１の放射素子は前記同軸ケーブルの中心導体に接続され、前記第２の放射素子は前記同軸ケーブルの外部導体に接続されることを特徴とする上記付記１３に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１５）
前記第１及び第２の放射素子は給電体を介して同軸ケーブルに接続され、
前記給電体は導体部と誘電体とを有し、前記導体部に前記同軸ケーブルが接続されることを特徴とする上記付記１３に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１６）
前記第１の辺と前記第３の辺とのずれの量が、使用する最低使用周波数の０．１から０．２波長の間で調整されている上記付記１乃至付記１５のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１７）
前記第１の放射素子がプリント基板の一方の面に、前記第２の放射素子が他方の面に設けられた上記付記１乃至付記１０及び付記１６のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１８）
前記第１及び第２の放射素子がプリント基板の同一の面に設けられた上記付記１乃至付記１０及び付記１６のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

（付記１９）
上記付記１乃至上記付記１８のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナが取り付けられたウエア。

（付記２０）
上記付記１乃至上記付記１８のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナが取り付けられた持ち物。

（付記２１）
上記付記１乃至上記付記１８のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナが取り付けられた板状体。

１，２，３，４，１０，２０，３０，４０，５０ 放射素子
１−１，１−２，２−１，２−２ 直線部
１−３，２−３ 曲線部
１１，１２，１３，２１，２２，２３ 直線部
１４，２４ 曲線部

Claims (9)

1. 直線部の第１の辺と曲線部を含む第２の辺とを少なくとも有する平板状の第１の放射素子と、直線部の第３の辺と曲線部を含む第４の辺とを少なくとも有する平板状の第２の放射素子とを備え、
   前記第１の放射素子の前記第１の辺と前記第２の放射素子の前記第３の辺とが平行に対向し且つ平行方向にずれて配置されていることを特徴とするワイドバンドアンテナ。
2. 前記第２の辺の前記曲線部の長さと前記第４の辺の前記曲線部の長さが異なることを特徴とする請求項１に記載のワイドバンドアンテナ。
3. 前記第２の辺の前記曲線部の曲率半径と前記第４の辺の前記曲線部の曲率半径とが異なることを特徴とする請求項１または２に記載のワイドバンドアンテナ。
4. 前記第２の辺若しくは前記第４の辺、又は前記第２及び第４の辺が、一又は複数の曲線部と、一又は複数の直線部との組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１に記載のワイドバンドアンテナ。
5. 前記第１の放射素子は前記第１の辺とつながる直線部の第５の辺を有し、前記第２の放射素子は前記第３の辺とつながる直線部の第６の辺を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
6. 前記第１及び第２の放射素子は、折り曲げ可能であって、かつ導電性のある材質からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
7. 前記第１及び第２の放射素子とは、導電性の布からなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
8. 前記第１及び第２の放射素子は、前記第１及び第３の辺の一部が互いに対向する位置で給電されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
9. 前記第１の辺と前記第３の辺とのずれの量が、使用する最低使用周波数の０．１から０．２波長の間で調整されている請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。

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