WO2009104617A1 - 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 - Google Patents

Abstract

少なくとも一辺を有する平板状の第１の放射素子及び第２の放射素子を備え、第１及び第２の放射素子の少なくとも一方は帯状素子を備え、第１の放射素子の第１の辺と第２の放射素子の第２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おり、帯状素子は、第１及び第２の放射素子の第１及び第２の辺以外の辺に接続され、第１及び第２の辺と平行に伸び、かつ第１及び第２の辺の最も外側に位置する先端よりも外側には配置されない。

Description

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

　本発明はワイドバンドアンテナに係わり、特に導体よりそれぞれ構成される略同一形状で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（Worldwide Interoperability for Microwave Access）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等が始まっている。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求められる。その上、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、感度低下が問題となっている。このような問題を解決する技術として有効なのは、洋服や体に付けるウエアラブルアンテナの技術である。洋服などにアンテナを付加することができれば、比較的大きなアンテナが構成可能であるため、感度の問題は解決される。しかし、人体は導体であるため、人体近傍で有効に動作するアンテナを実現することも難しい。

さらに、近年では、多様な周波数での無線サービスが増えている。そのひとつが、現在、１９０ＭＨｚ帯を使用するデジタルラジオである。少し前までは、地上波デジタルテレビの受信のために、４７０ＭＨｚ～７７０ＭＨｚをカバーする広帯域なアンテナが求められていた。しかし、従来のアンテナでは、１９０ＭＨｚ帯のデジタルラジオの電波を受信することは難しい。用いるアンテナは、なるべく多くの周波数に対応できることが重要である。使用したいサービスのなかで、ある周波数だけは離れていて、広帯域アンテナの帯域ではカバーできないこともしばしばある。他の例としては、８００ＭＨｚ帯の携帯電話と、２ＧＨｚ帯の携帯電話、２．４ＧＨｚ/５ＧＨｚ帯の無線LAN、２．５ＧＨｚ／３．５ＧＨｚ帯のＷｉＭＡＸが該当する。８００ＭＨｚ帯の携帯電話のみが、低い周波数で離れた帯域といえる。このような場合に、もうひとつの周波数がカバーできれば便利になる。

今後は、ソフトウエア無線機のように、端末は、多様な周波数やシステムに対応したアンテナが重要となる。

例えば、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５０１と、導体の円錐５０２を組み合わせた立体的な形状である。

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６０１とグランド６０２、絶縁体の役割をする絶縁布６０３から構成される。
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５０３が、円錐５０２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。

上述したように背景技術では、平面薄型、広帯域、直接ハンダ付けを使用しない給電が可能で、人体に近傍でも整合特性が良好に保たれるアンテナは見当たらない。

本発明の典型的(exemplary)なワイドバンドアンテナは、少なくとも一辺を有する平板状の第１の放射素子及び第２の放射素子を備え、
該第１及び第２の放射素子の少なくとも一方は帯状素子を備え、
　前記第１の放射素子の第１の辺と前記第２の放射素子の第２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おり、
前記帯状素子は、前記第１及び第２の放射素子の前記第１及び第２の辺以外の辺に接続され、前記第１及び第２の辺と平行に伸び、かつ前記第１及び第２の辺の最も外側に位置する先端よりも外側には配置されないことを特徴とするワイドバンドアンテナである。

本発明によれば、平面、薄型のアンテナで、広帯域かつデュアルバンドなアンテナを得ることできる。

背景技術となるアンテナの一構成例を示す構成図である。 背景技術となるアンテナの他の構成例を示す構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第２の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第３の実施形態の構成図である。 帯状素子の変形例を示す構成図である。 帯状素子の他の変形例を示す構成図である。 放射素子の変形例を示す構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第４の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第５の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第６の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第７の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第８の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第９の実施形態の構成図である。 第９の実施形態の給電部の詳細図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１０の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１１の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１２の実施形態の構成図である。 第１２の実施形態の給電部の詳細図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１３の実施形態の構成図である。 第１３の実施形態の給電ユニットの詳細図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１４の実施形態の構成図である。 第１４の実施形態の給電ユニットの詳細図である。 本発明のワイドバンドアンテナの第１５の実施形態の構成図である。 第１５の実施形態の給電ユニットの詳細図である。 本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたウエアを示す第１６の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたウエアを示す第１７の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたウエアを示す第１８の実施形態の構成図である。 本発明のワイドバンドアンテナのリターンロス特性である。 本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたカバンを示す第１９の実施形態の構成図である。

符号の説明

１０～１６，３０～３６，１３０　放射素子
５０～６３，１５０，１５１　帯状素子
７０　同軸ケーブル
７１　同軸中心導体
７２　同軸外部導体
７３，８３，８８　ハンダ付け
８０，８５　給電部
８１，８６　給電導体
８２，８７　絶縁体
１００　プリント基板
１７１　マイクロストリップライン
１７２　グランド
１７３　スルーホール

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。

［実施形態１］
　図３は、本発明のワイドバンドアンテナの第１の実施形態の構成図である。平板状をなす直角三角形の導体板から構成される放射素子１０と、同じく直角三角形の導体板から構成される放射素子３０と、帯状の導体から構成される帯状素子５０から構成される。帯状素子５０の一方の端部は放射素子１０に接続され、他方の端部は開放されている。

放射素子１０と放射素子３０は、同じ形、同じ大きさのものを使用することが望ましい。しかし、形状及びサイズは、多少異なっていても、同様の効果は得られるので、同様な効果を得ることができる程度で、形状、サイズが異なっていてもよい。例えば、それぞれの辺の長さが、相対的に、±２０％以内とすることができる。このように、同一形状の他に、同様な効果を得ることができる程度で、２つの放射素子の形状、サイズが異なるものを含むことを「略同一形状」という。

　図３に示したワイドバンドアンテナは、２つの周波数帯域で使用が可能である。すなわち、２つの直角三角形の放射素子１０、３０から主な放射を行う高い周波数帯域と、主に帯状素子５０から放射を行う低い周波数帯域である。

２つの直角三角形の放射素子１０、３０から主な放射を行う高い周波数帯域は、概ね、比帯域が約８３％の広帯域特性を有している。さらに、この帯域においては、自由空間中で使用しても、人体などの誘電体の近傍または密着状態で使用しても、インピーダンス特性が大きく劣化せず使用できるという利点がある。

一方、主に帯状素子５０から放射を行う低い周波数帯域は、狭帯域ではあるが、放射素子１０、３０による周波数帯域とは別に、もうひとつ使用帯域を有することができ、かつ、帯状素子の長さに応じて、比較的簡単に、使用したい周波数の調整が可能である。

　図３において、放射素子１０及び３０の横向きの辺の長さＡ１、Ａ２は、通常、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。また、放射素子１０及び３０の縦方向の辺の長さＢ１、Ｂ２は、通常、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。

２つの放射素子１０、３０は、斜辺以外の一辺を平行かつ線対称になるように配置し、そして、いずれか一方の放射素子を、線対称の対称線と平行な方向にシフト（平行移動）して配置する。具体的には、放射素子１０の辺１０Ａと放射素子３０の辺３０Ａを対向させた場合に、対向する２つの辺との間の中心線（対称線）ＣＬについて線対称になるように配置し、放射素子１０、３０の一方を、中心線ＣＬに対して平行に移動して、図３に示すように配置する。２つの放射素子１０，３０は同一形状の他、同様な効果を得ることができる程度で、形状、サイズが異なる場合も含まれ、かかる場合には、完全な線対称とはならない。こうして、放射素子１０，３０は、放射素子１０の第１の辺と放射素子３０の第２の辺とが平行に、且つ両辺の一部が互いに対向するようにずらして配置される。シフトする量Ｃ１は、通常、下限使用周波数の０．１４波長前後が好ましいが、整合状態により、０．１～０．２波長の間で選ばれる。また、放射素子１０と放射素子３０の距離Ｄは、下限周波数の０．００１～０．０３波長の間で選ばれる。

　帯状素子５０は、Ｌ字またはＪ字状に構成されており、原則として、その内側の全長Ｆが、低い使用周波数の中心周波数で、約０．２５波長（１／４波長）に選ばれる。形状は、なるべくは、直角三角形の放射素子１０の横にのびる底辺と平行に伸ばすのが好ましいが、スペースの制約がある場合が多く、放射素子３０の横にのびる上辺の右端付近で下側に折り曲げ、かつ、長さが不足する場合は、その先端を、放射素子１０の斜辺と平行側に折り曲げるように構成する。この場合、所望の長さに達するならば、上記のような形状に、複雑に折り曲げる必然性はない。図３の構成では、放射素子１０と放射素子３０との、一部が対向する２辺１０Ａ，３０Ａに対して、帯状素子５０は平行に延びている。また帯状素子５０は、辺３０Ａの最も外側に位置する先端Ｐよりも外側には配置されないように折り曲げられている。

帯状素子５０は、幅または直径が１ｍｍ以下の細い導体線が使用可能である。しかし、構成上、耐久性や作りやすさ、あるいは、調整のしやすさ等を考慮する場合、その幅または直径は、低い使用周波数の中心周波数で、１／１００波長程度まで太くしても特性に大きな影響はない。さらに太くする場合は、電気特性を調整しながら行えば問題ない。

帯状素子５０の接続位置は、通常、放射素子１０の上端頂点付近が選定されるが、インピーダンス整合上、良好な点があれば、斜辺上の任意の場所でもかまわない。

　給電は、放射素子１０の下（横）辺の右から、シフト量Ｃ１の位置と、放射素子３０の直角部頂点との間に給電される。シフト量Ｃ１の位置で給電が行われることは、放射素子１０の辺と放射素子３０の辺の一部が互いに対向する所定の位置で給電されることを意味する。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Ｄは、高い周波数帯域の下限周波数の０．００１～０．０３波長の間で選ばれる。

［実施形態２］
図４は、本発明のワイドバンドアンテナの第２の実施形態の構成図である。図３と同様、直角三角形の導体板から構成される放射素子１０と、直角三角形の導体板から構成される放射素子３０、帯状素子５０から構成される。図３との相違点は、給電部が、放射素子３０の直角部頂点から、長さＣ２だけ図４の右側にシフトした場所であることである。長さＣ２は、通常、高い周波数帯域の下限周波数の０～０．１波長程度に選ばれる。

［実施形態３］
図５は、本発明のワイドバンドアンテナの第３の実施形態の構成図である。図３と同様、直角三角形の導体板から構成される放射素子１０と、直角三角形の導体板から構成される放射素子３０、帯状素子５０から構成される。図３との相違点は、帯状素子５０の接続が、放射素子１０の斜辺のやや下側に位置していることである。放射素子１０の上側頂点から帯状素子５０の中心線までの距離Ｂ３は、特に低い周波数帯域における整合特性に影響し、インピーダンス整合のために、この接続位置を調整する。低い周波数の中心周波数と、高い周波数帯域の下限周波数の比が、概ね１：２の関係に近い場合、すなわち、１９０ＭＨｚと４００ＭＨｚというような場合は、概ね、上側の頂点付近に接続することで良好なインピ－ダンス特性を得ることができる。

図６、図７は、帯状素子の各種の変形例を示している。

図６（ａ）の帯状素子５１は、形状がＬ字状の場合を示している。前述したように、帯状素子の長さＦは、その内側の全長が、低い使用周波数の中心周波数で、約０．２５波長（１／４波長）に選ばれるので、使用したい周波数によって、長さが十分とれるならば、図３の帯状素子５０のような形状とすることなく、帯状素子５１のような形状でも何ら問題ない。

図６（ｂ）の帯状素子５２は、帯状素子５０の先端部分を、水平にしたものである。電気特性的には、帯状素子５０の場合と大きな違いはない。

図６（ｃ）の帯状素子５３は、帯状素子５２で、さらに長さが不足する場合に、その先端部分を図の上側に延ばしたものである。

図６（ｄ）の帯状素子５４は、帯状素子５３の先端部分を、放射素子１０の斜辺に平行にしたものである。使用したい周波数が低い場合、帯状素子５４の長さは長くなるので、帯状素子５４のような引き回しになりやすい。このとき、先端部は、放射素子１０の近傍を通る場合は、放射素子１０との距離を調整して、相互結合を調整し、インピーダンス整合の調整手段の一つとして用いることができる。

図６（ｅ）の帯状素子５５は、帯状素子５１の先端部分を図の上側に向けたものである。

図６（ｆ）の帯状素子５６は、帯状素子が直線の場合である。使用したい周波数がさほど低くなく、帯状素子５６の長さが直線のみで０．２５波長を確保できる場合は、この形状で問題ない。

図７（ａ）の帯状素子５７は、帯状素子５６のような形状では長さが足らない場合に、帯状素子５１や５６のようにＬ字とせず、ジグザグ形状または蛇行形状とすることで、長さを確保した例である。

図７（ｂ）の帯状素子５８は、帯状素子５１のようなＬ字にする代わりに、円弧状にしたものである。

図７（ｃ）の帯状素子５９は、帯状素子が２つに分岐している形状である。分岐している２つの帯状素子は、通常、長さを異なる長さにして、低い周波数帯域で、２つの帯域で使用できるようにしたものである。すなわち、この場合、高い周波数帯域と併せて、３つの帯域で使用が可能である。この場合、分岐した２つの帯状素子の長さは、使用したい周波数でそれぞれ約０．２５波長の長さとする。

また、図７（ｃ）の場合、本来、狭帯域である低い周波数帯域を少しでも広く使用したい場合にも有効な方法である。この場合は、２つの分岐した帯状素子の長さをわずかに異なる長さとすることで、本来、狭帯域な帯域を約１．５倍～２倍程度に広帯域化することができる。

図７（ｄ）の帯状素子６０、６１は、帯状素子が２つ付加されている形状である。付加されている２つの帯状素子６０、６１は、長さを異なる長さにして、低い周波数帯域で、２つの帯域で使用できるようにしたものである。すなわち、この場合、高い周波数帯域と併せて、３つの帯域で使用が可能である。帯状素子６０はＬ字形状としている。この場合、付加した２つの帯状素子の長さは、使用したい周波数でそれぞれ約０．２５波長の長さとする。

図７（ｅ）の帯状素子６２は、１つの帯状素子の途中から複数の分岐した帯状素子が付加されている形状である。この場合も、分岐している複数の帯状素子のそれぞれの端部の長さを異なる長さにすることで、複数の周波数帯域で使用できるように考えたものである。この場合は、３つの周波数帯域で使用でき、高い周波数帯域と併せて、４つの帯域で使用が可能である。この場合も、分岐した３つの帯状素子の長さは、使用したい周波数でそれぞれ約０．２５波長の長さとする。

図７（ｆ）の帯状素子６３は、帯状素子の先端がテーパ状に幅広になっている形状である。このような形状とすることで、本来、狭帯域な低い周波数帯域で、若干、帯域を広くすることが可能となる。

図８は、放射素子の各種の変形例を示している。

図８（ａ）の放射素子１１は、図５の放射素子１０と比べて、直角三角形の右頂点を有する先端部が削除され、台形または、四角形になっている。放射素子３１についても、図５の放射素子３０と比べて、直角三角形の右頂点を有する先端部が削除され、台形または、四角形になっている。放射素子１１、３１の直角三角形の右先端部が削除されても、その部分がわずかであれば、全体の性能に大きな影響はない。

図８（ｂ）の放射素子１２は、図５の放射素子１０と比べて、直角三角形の上頂点を有する先端部が削除され、台形または、四角形になっている。放射素子３２についても、図５の放射素子３０と比べて、直角三角形の下頂点を有する先端部が削除され、台形または、四角形になった形状である。直角三角形の上または下先端部が削除されても、その部分がわずかであれば、全体の性能に大きな影響はない。

図８（ｃ）の放射素子１３は、図５の放射素子１０と比べて、直角三角形の右頂点および上頂点を有する先端部が削除され、五角形になっている。放射素子３３についても、図５の放射素子３０と比べて、直角三角形の右頂点および下頂点を有する先端部が削除され、五角形になった形状である。直角三角形の右先端部、上先端部および下先端部が削除されても、その部分がわずかであれば、全体の性能に大きな影響はない。

［実施形態４］
図９は、本発明のワイドバンドアンテナの第４の実施形態の構成図である。図３との構成の違いは、図３の直角三角形の放射素子１０、３０の斜辺が直線であるのに対し、図９では、曲線の辺に置き換えたものである。図９は放射素子は略１／４切断楕円形となっているが、このような曲線である必要はなく、半円や略１／２切断楕円状であってもよい。このように、本願において、「辺」とは、直線の他に曲線を含んでいる。なお、「略１／４切断楕円形」、「略１／２切断楕円形」とは、１／４切断楕円形、１／２切断楕円形と同様な効果を得ることができる、１／４切断楕円形、１／２切断楕円形に近い形状も含むことを意味する。例えば、楕円に近い多角形、楕円の曲線の一部を直線とした形状も「略１／４切断楕円形」、「略１／２切断楕円形」に含まれる。

このような板状の広帯域なアンテナにおいては、該当する部分の変形は、他の素子や導体が近傍にある訳ではないので、相互の影響もなく、板状部分の形状が若干変化しても、特性に大きく影響を与えることはない。

［実施形態５］
図１０は、本発明のワイドバンドアンテナの第５の実施形態の構成図である。図３との構成の違いは、図３の直角三角形の放射素子１０、３０に比べて、単なる三角形を用いている点である。本構成において、放射素子１５の底辺と放射素子３５の上辺は、概ね平行になるように配置されることが求められるが、放射素子１５、３５の形状は、必ずしも直角三角形である必要はない。また、三角形に近い形状であれば、図１０のワイドバンドアンテナと同様な効果が得られ、例えば三角形に形状が近い四角形以上の多角形であってもよい。本願において、「略三角形」とはこのような三角形に近い形状も含むことを意味する。「略三角形」の形状は、直角三角形に近い形状が好ましい。特に、直角三角形の直角部分が９０度±１０％程度で、かつ斜辺に相当する部分が、折線で構成される形状がより好ましく、このような形状を、本願において「略直角三角形」という。

［実施形態６］
図１１は、本発明のワイドバンドアンテナの第６の実施形態の構成図である。図１１（ａ）で、図３との構成の違いは、放射素子１６、３６が、図３の直角三角形の放射素子１０、３０を左右反転させた構成になっており、かつ、帯状素子５０が、放射素子１６の斜辺ではなく、垂直な辺の側面に接続されている点である。しかし、この構成は、図３の構成と電気的に大きな差はない。まず、高い周波数帯域について観れば、放射素子１６、３６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。また、帯状素子５０の接続位置についても、図３と比べてみると、放射素子１６の斜辺ではなく、垂直な辺に接続されているという違いはあるものの、放射素子１６の上先端部周辺に接続されていることについては、大きくは変わっていない。さらに、帯状素子５０は、本来、狭帯域な帯域をカバーするのみであり、電流分布も主に帯状素子５０に分布し、放射素子１６は、帯状素子５０に至るまでの単なる通り道であり、図３の構成と、電気的特性上の大差はないといえる。

図１１（ｂ）は、帯状素子５０を下側の放射素子３６の斜辺側にも付加したものである。

［実施形態７］
図１２は、本発明のワイドバンドアンテナの第７の実施形態の構成図である。図３の構成で、給電に同軸ケーブル７０を用いた場合の一例である。同軸ケーブル７０の同軸中心導体７１は、放射素子１０に接続され、同軸外部導体７２は、放射素子３０に接続される。接続には、ハンダ付け等が用いられる。

［実施形態８］
図１３は、本発明のワイドバンドアンテナの第８の実施形態の構成図である。図１２の構成で、同軸ケーブル７０の同軸中心導体７１の接続に関して、給電部８０を用いて接続している。給電部８０は、給電導体（導体部）８１と絶縁部（絶縁体）８２から構成される。同軸中心導体７１は、一旦、導体より構成される給電導体８１にハンダ付け８３などで接続する。給電導体８１と絶縁部８２は、密着して構成されており、絶縁部８２は、放射素子１０に密着している。従って、給電導体８１は、絶縁部８２を介して、放射素子１０との間で静電容量をもち、高周波的に静電結合によって、給電が行われる。

この給電導体８１と絶縁部８２は、金属板とプラスチックなどの誘電体を組み合わせて構成可能であるが、通常、プリント基板をエッチングして構成したり、ＦＰＣとよばれるフレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）をエッチングして構成する方法などが用いられる。同軸外部導体７２は、放射素子３０上にハンダ付け７３などの方法により接続される。

［実施形態９］
図１４は、本発明のワイドバンドアンテナの第９の実施形態の構成図である。図１３の構成との違いは、同軸ケーブル７０の同軸外部導体７２の接続に関して、給電部８５を用いて接続している点である。

図１５に、図１４の第９の実施形態の給電部の詳細図を示す。給電部８５は、給電導体８６と絶縁部（絶縁体）８７から構成される。同軸外部導体７２は、一旦、導体より構成される給電導体８６にハンダ付け８８などで接続する。給電導体８６と絶縁部８７は、密着して構成されており、絶縁部８７は、放射素子３０に密着している。従って、給電導体８６は、絶縁部８７を介して、放射素子３０との間で静電容量をもち、高周波的に静電結合によって、給電が行われる。

この給電導体８６と絶縁部８７は、実施形態８と同様に、金属板とプラスチックなどの誘電体を組み合わせて構成可能であるが、通常、プリント基板をエッチングして構成したり、ＦＰＣとよばれるフレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）をエッチングして構成する方法などが用いられる。

図１３～図１５において、絶縁部８２、８７は、厚さを十分に薄い材料を用い、給電導体８１、８６と放射素子１０、３０の間の静電容量を大きくし、その値が使用周波数に対して十分小さなリアクタンスになるようにする配慮が求められる。なお、絶縁部８２、８７の厚さや、給電導体８１、８６の面積を調整して、静電容量を調整することにより、放射素子１０、３０へ給電する際のインピーダンス整合の調整も可能になる。絶縁部８２、８７の材料を変更し、適切な誘電率の材料にすることでも同様な効果が得られる。

また、給電導体、絶縁部、放射素子の接合は、接着剤や熱融着等の方法で接合可能である。給電導体と絶縁部がプリント基板で形成されている場合は、そのプリント基板と、放射素子の接合を、接着剤や熱融着、ビスやクリップ、カシメなどで止めることも有効である。

当然、給電導体、絶縁部、放射素子を三層のプリント基板で構成する方法も有効である。

［実施形態１０］
図１６は、本発明のワイドバンドアンテナの第１０の実施形態の構成図である。図５のアンテナを、両面プリント基板１００を用いて構成したものである。プリント基板には、テフロン、ＦＲ－４材（ガラスエポキシ）、ＢＴレジン、ＰＰＥ材などがよく用いられる。プリント基板１００の下面に、図５と同様の放射素子１１０，１３０、帯状素子１５０が、導体パターンとしてエッチングにより形成される。給電は、エッチングにより、上面に形成されたマイクロストリップライン１７１（給電線となる）によって、スルーホール１７３を介して行われる。グランド１７２は、マイクロストリップライン１７１と共にマイクロストリップ線路を構成する。

［実施形態１１］
図１７は、本発明のワイドバンドアンテナの第１１の実施形態の構成図である。図１６との違いは、放射素子１１１と帯状素子１５１がプリント基板１００の上面に配置され、給電線となるマイクロストリップライン１７１によって直接接続され、給電されている点である。グランド１７２は、マイクロストリップライン１７１と共にマイクロストリップ線路を構成する。

［実施形態１２］
図１８は、本発明のワイドバンドアンテナの第１２の実施形態の構成図である。ベース２００は、布などのやわらかく、折り曲げ可能な素材から構成される。ベース２００の上に、導電性の布や、折り曲げ可能なフレキシブルプリント基板等から構成される放射素子２１０，２３０、帯状素子２５０が糸２９０によって縫いつけられている。放射素子２１０，２３０への給電は、給電部２８０，２８５を介して、同軸ケーブルより行う。

図１９に、図１８の第１２の実施形態の給電部の詳細図を示す。給電部２８０は、給電導体２８１と絶縁部２８２から構成される。同軸中心導体７１は、一旦、導体より構成される給電導体２８１にハンダ付け２８３などで接続する。給電導体２８１と絶縁部２８２は、密着して構成されており、絶縁部２８２は、放射素子２１０に密着している。従って、給電導体２８１は、絶縁部２８２を介して、放射素子２１０との間で静電容量をもち、高周波的に静電結合によって、給電が行われる。

同様に、給電部２８５は、給電導体２８６と絶縁部２８７から構成される。同軸外部導体７２は、一旦、導体より構成される給電導体２８６にハンダ付け２８８などで接続する。給電導体２８６と絶縁部２８７は、密着して構成されており、絶縁部２８７は、放射素子２３０に密着している。従って、給電導体２８６は、絶縁部２８７を介して、放射素子２３０との間で静電容量をもち、高周波的に静電結合によって、給電が行われる。

この給電導体２８１、２８６と絶縁部２８２、２８７は、接続する放射素子２１０，２３０が折り曲げ可能な導電性の布で構成されているため、給電導体や絶縁部も折り曲げ可能な素材で構成する方が、使いかってが良く、そのために、ＦＰＣとよばれるフレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）をエッチングして構成している。

そして、糸２９０によって、給電導体２８１と絶縁部２８２を放射素子２１０に縫い付け、給電導体２８６と絶縁部２８７を放射素子２３０に縫い付けて構成している。この場合、給電導体２８１、２８６は、放射素子２１０，２３０と電気的（直流的）導通がなくて良いので、使用する糸は、導電性がある必要はなく、普通の糸で使用可能である。

同軸ケーブルによる給電については、図１３～図１５の説明と同様である。

なお、給電部２８０、２８５は、ＦＰＣを用いる方法が簡単であるが、ハンダ付け可能な導電性の布がある場合は、図１２の構成も可能であるし、図１９で、ハンダ付け可能な導電性の布と絶縁体で構成しても良い。

さらに、給電部２８０、２８５は、小さな部分なので、折り曲げができなくても良い用途ならば、プリント基板などで構成し、放射素子２１０、２３０との接合を接着剤やカシメ、ネジ、マジックテープ（登録商標）などで行う方法も有効である。

［実施形態１３］
図２０は、本発明のワイドバンドアンテナの第１３の実施形態の構成図である。図１８、図１９との違いは、給電部２８０、２８５の代わりに、給電ユニット３００が用いられていることである。

給電ユニット３００の裏には、マジックテープ（登録商標）３０２は貼り付けられていて、放射素子２１０、２３０の本来の給電場所に貼られたマジックテープ３０３と密着するようになっている。

図２１に、図２０の第１３の実施形態の給電ユニットの詳細図を示す。給電ユニット３００は、プリント基板３０１とマジックテープ３０２、同軸ケーブル７０より構成される。プリント基板３０１の表面には、導体（通常は銅箔）の給電導体３１０、３２０がエッチングによって構成され、それぞれ同軸中心導体７１、同軸外部導体７２がハンダ付けされる。

給電ユニット３００を、マジックテープ３０２と３０３によって密着して装着することで、給電導体３１０、３２０は、それぞれ放射素子２１０、２３０と静電結合して給電が行われる。

［実施形態１４］
図２２は、本発明のワイドバンドアンテナの第１４の実施形態の構成図である。図２０、図２１との違いは、給電ユニット３５０の構成の違いと、給電ユニット３５０を、マジックテープ（登録商標）ではなく、ボタン３５３、３５４で装着していることである。

図２３に、図２２の第１４の実施形態の給電ユニット３５０の詳細図を示す。図２３(ａ)は表面、図２３(ｂ)は裏面を示す斜視図である。給電ユニット３５０は、フレキシブルプリント基板や薄いプリント基板によって構成されるプリント板３５１に、糸３５２で縫いつけられた導体３６１、３７１から構成される。導体３６１、３７１は、導電性の布よりなり、ボタン３５３が糸３５２によって、裏側に縫いつけられた構造となっている。プリント板３５１の表面には、導体３６１、３７１とほぼ同じ位置、ほぼ同じ形状で、給電導体３６０、３７０が導体パターンとしてエッチングにより形成されている。給電導体３６０、３７０には、同軸ケーブル７０が、図２１と同様にハンダ付けされる。給電ユニット３５０では、給電導体３６０、３７０が、それぞれ、導体３６１、３７１の間と静電容量を持つことで高周波的に接続され、導体３６１、３７１は、導体のボタン３５３、３５４を介して、放射素子２１０、２３０と電気的に接触し、給電が行われる。ボタンに替えてフックを用いることも可能である。

［実施形態１５］
　図２４は、本発明の第１５の実施形態におけるワイドバンドアンテナの構成を示した構成図である。図２０、図２１との違いは、給電ユニット３８０の構成が異なること、給電ユニット３８０を、マジックテープ３０２、３０３だけなく、フック３８１，３９０を用いて装着していることである。フックのみを用いて装着してもよいことは勿論である。

　給電ユニット３８０は、フック３８１とマジックテープ３０２を有しており、それぞれフック３９０とマジックテープ３０３に取り付けることで、給電ユニット３８０をベース２００側に密着させると共に、放射素子２１０及び２３０に給電することができる。

　図２５(Ａ)は給電ユニット３８０の表面であり、(Ｂ)は裏面を示し、（Ｃ）は組立図を示している。

　図２５(Ａ)～図２５（Ｃ）に示すように、給電ユニット３８０は、導体である金具３８２と、絶縁基板３８４と、プリント板３８５と、マジックテープ３０２とを備えている。金具３８２には、フック３８１が一体成形されている。

　給電ユニット３８０は、絶縁基板３８４の先端部に金具３８２を固定し、マジックテープ３０２の付いた導電性の布３８３を絶縁基板３８４に巻きつけて、縫い合わせて固定したものである。

　図２５（Ａ）の表面の図に示されているように、給電ユニット３８０の表面では、フレキシブル基板のような薄いプリント板３８５が、一緒に縫い合わされて固定されている。

　そして、プリント板３８５の導体パターン部も、導電性の布３８３が重ね合わされて縫い付けられており、導電性の布３８３とは導通状態になっている。

　なお、導電性の布３８３を絶縁基板３８４に巻きつけるときに容易に抜けないように、絶縁基板３８４にはくぼみ部３８６が設けられている。

　給電は、放射素子２１０に関しては、フック３８１とフック３９０が電気的に接触することで行われる。

　また、放射素子２３０に関しては、導電性の布３８３と放射素子２３０との間に静電容量を持つことで高周波的に接続され、給電が行われる。

［実施形態１６］
図２６は、本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたウエアを示す第１６の実施形態の構成図である。ウエア４００に、マジックテープ（登録商標）４０１を用いて、ワイドバンドアンテナを取り付ける構成である。ワイドバンドアンテナが取り付けられているベース２００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７０の先端には、コネクタ７５が接続され、必要な機器に接続する。

［実施形態１７］
図２７は、本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたウエアを示す第１７の実施形態の構成図である。図２６との違いは、ウエア４００に、チャック４１０が付加され、ベース２００側のチャック４１１とで、ウエア４００に取り付けるようになっている点である。

［実施形態１８］
図２８は、本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたウエアを示す第１８の実施形態の構成図である。図２６との違いは、ウエア４００に、ボタン４２０、４２１で取り付けるようになっている点である。

［実施形態１９］
図３０は、本発明のワイドバンドアンテナを取り付けたカバンを示す第１９の実施形態の構成図である。本実施形態は、カバン７０１に、マジックテープ（登録商標）７０４を用いて、ワイドバンドアンテナ７０２を取り付ける構成である。マジックテープ７０４は２つのマジックテープが貼り合わされた状態を示している。カバン７０１のサイドポケットの布７０３には、マジックテープの一方が取り付けられており、ワイドバンドアンテナ７０２の他方のマジックテープと貼り合わされて、ワイドバンドアンテナ７０２が取り付けられるようになっている。ワイドバンドアンテナ７０２は簡単に取り外しができる構造になっている。

以上各実施形態について説明したが、実際に測定したデータを以下に示す。

図２９は、本発明の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値である。図１４の構成で、放射素子１０と放射素子３０は同じ形状としている。放射素子の使用材料は、導電性の布を使用している。低い周波数帯域の中心周波数を１９０ＭＨｚで設計し、高い周波数帯域の下限周波数を、４２０ＭＨｚとしている。このとき、図３で示した箇所の寸法は、次のようになっている。Ａ１＝Ａ２＝１８０ｍｍ、Ｂ１＝Ｂ２＝１２０ｍｍ、Ｃ１＝１００ｍｍ、Ｄ＝４ｍｍ、Ｅ＝１５ｍｍ、Ｆ＝３８０ｍｍである。測定したリターンロス特性は、低い周波数帯域では、設計通りの１９０ＭＨｚ付近でリターンロスが－９．５ｄＢ以下、すなわち、ＶＳＷＲ＜２．０以下が得られており、かつ、高い周波数帯域では、下限の設計周波数である４２０ＭＨｚをカバーする３８０ＭＨｚ～９２０ＭＨｚで、リターンロスが－９．５ｄＢ以下、すなわち、ＶＳＷＲ＜２．０以下が得られている。特に、高い周波数帯域は非常に広帯域な特性が得られており、この場合の比帯域は、約８３％である。
この結果より、以下のことが証明された。
（１）本アンテナが、低い周波数帯域と、高い周波数帯域で使用可能であり、かつ、高い周波数帯域では、非常に広帯域な特性が得られること。
（２）上記で、高い周波数帯域では、アンテナが自由空間中に置かれている場合でも、人体近傍に置かれている場合でも、広帯域に良好なリターンロス特性を示すこと。すなわち、人体に密着していても、大きな入力インピーダンスの不整合は生じないと理解できる。

　実施形態１６～１８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、パソコンのソフトケース等の持ち物に取り付けてもよい。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。カバン、ナップザック、パソコンのソフトケース等のサイドポケットに取り付けることができる。実施形態１９はカバンのサイドポケットにワイドバンドアンテナを取り付けた例を示している。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。

以上説明した各実施形態のワイドバンドアンテナは、少なくとも２つの周波数帯域で使用可能であり、そのうち高い方の帯域では、非常に広い周波数帯域で使用できる、広帯域特性を有している。特に、周波数の高い方の帯域においては、比帯域で８３％以上の帯域が得られる。

このアンテナを、現状のシステムに適用させる例を考えると以下のような方法がある。

低い方の帯域で、１９０ＭＨｚ帯のデジタルラジオを受信するアンテナとして使用し、高い方の帯域の３８０ＭＨｚ～９２０ＭＨｚにおいて、特定小電力無線（４００ＭＨｚ帯で使用されている）のアンテナや地上波デジタルテレビ放送の受信用（４７０ＭＨｚ～７７０ＭＨｚ）のアンテナとして使用することが可能である。

また、低い方の帯域で、８００ＭＨｚ帯の携帯電話の外部アンテナとして使用し、高い方の帯域の２ＧＨｚ～４ＧＨｚにおいて、２ＧＨｚ帯の携帯電話、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ、２．５ＧＨｚ帯のＷｉＭＡＸ、３．５ＧＨｚ帯のＷｉＭＡＸなどの端末の外部アンテナとして使用することが可能である。

さらに、低い方の帯域で、９５０ＭＨｚ帯のＲＦＩＤ用のアンテナとして使用し、高い方の帯域の２．４ＧＨｚにおいて、ＲＦＩＤ用のアンテナとして用いる方法もある。

本アンテナは、特に、人体などの誘電体に密着してもインピーダンス特性が劣化しないため、飲料水など主に誘電体で充填される荷物に貼り付けるＲＦＩＤ用のアンテナとしても有効である。ＲＦＩＤの分野では、飲料水など主に誘電体で充填される荷物に貼り付けたとき、読み取りがうまくできないＲＦＩＤが多いという問題がある。しかし、本アンテナを用いることで、読み取りを行うことが可能となる。

構成上の観点からは、本実施形態のアンテナでは導体板やプリント基板を用いることにより、容易かつ安価に構成できる。また、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ことが挙げられる。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、マジックテープやボタン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、周波数の高い方の帯域（広帯域な特性の帯域）では、アンテナ自身の入力インピーダンスは大きく変化せず、整合状態が劣化しないで用いることができる。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。

以上、本発明の代表的な実施形態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、２００８年２月１８日に出願された特願２００８－０３６０２５号に基づき、優先権の利益を主張するものである。そして、特願２００８－０３６０２５号の内容は本願の明細書の内容に含まれる。

本発明は、地上波デジタル放送受信用アンテナ、デジタルラジオ受信用アンテナ、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等に適用される。
　
　
　
　

Claims (27)

1. 少なくとも二辺を有する平板状の第１の放射素子及び第２の放射素子を備え、
   該第１及び第２の放射素子の少なくとも一方は帯状素子が接続され、
   　前記第１の放射素子の第１の辺と前記第２の放射素子の第２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おり、
   前記帯状素子は、前記第１及び第２の放射素子の前記第１及び第２の辺以外の辺に接続され、前記第１及び第２の辺と平行に伸び、かつ前記第１及び第２の辺の最も外側に位置する先端よりも外側には配置されないことを特徴とするワイドバンドアンテナ。
2. 前記帯状素子の一方の端部が、前記第１及び第２の放射素子の前記第１及び第２の辺以外の辺に接続され、他方の端部が開放されている請求項１に記載のワイドバンドアンテナ。
3. 前記第１及び第２の放射素子は、略同一形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイドバンドアンテナ。
4. 前記第１及び第２の放射素子は、それぞれの前記第１の辺と前記第２の辺とを対向させた場合に、前記第１の辺と前記第２の辺との間の中心線について略線対称となることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
5. 　前記第１及び第２の放射素子は、略三角形であることを特徴とする請求項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、略１／４切断楕円形であることを特徴とする請求項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。
7. 　前記第１及び第２の放射素子は、前記第１及び第２の辺と略直角に交差した辺をそれぞれ有す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、略直角三角形であることを特徴とする請求項５または請求項７に記載のワイドバンドアンテナ。
9. 　前記第１及び第２の放射素子は、前記平行方向にずれて配置されてい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８のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
10. 　前記第１及び第２の放射素子の形状である前記略直角三角形は、略直角部以外の２つの頂点のうち、少なくとも１つの頂点の一部が切り取られた形状になっていることを特徴とする請求項８に記載のワイドバンドアンテナ。
11. 　前記帯状素子の他方の端部がＬ字状またはＪ字状であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
12. 　前記帯状素子が直線状又は曲線状であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
13. 前記帯状素子は複数に分岐していることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
14. 　前記帯状素子は幅が変化していることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
15. 　前記帯状素子は複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
16. 前記第１及び第２の放射素子と前記帯状素子とは、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１５のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
17. 　前記第１及び第２の放射素子と前記帯状素子とは、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１６のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
18. 　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請求項９に記載のワイドバンドアンテナ。
19. 　前記第１及び第２の放射素子の少なくとも一方の放射素子は給電部を介して同軸ケーブルに接続され、
    前記給電部は導体部と誘電体とを有し、前記導体部に同軸ケーブルが接続されることを特徴とする請求項１８に記載のワイドバンドアンテナ。
20. 　前記ずれの量が、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１９のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
21. 前記給電部は糸、マジックテープ、フック、ボタンのいずれかで前記第１及び第２の放射素子の少なくとも一方の放射素子に取り付けられていることを特徴とする請求項１９に記載のワイドバンドアンテナ。
22. 　前記第１及び第２の放射素子と前記帯状素子とがプリント基板の面に形成された請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
23. 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請求項２２に記載のワイドバンドアンテナ。
24. 前記帯状素子は、前記第１及び第２の辺の最も外側に位置する先端付近で、該端部側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０、請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載のワイドバンドアンテナ。
25. 前記帯状素子は、前記略三角形または前記略直角三角形の頂点から接続位置までの距離を調整することにより、インピーダンス整合を可能とすることを特徴とする請求項５または請求項８に記載のワイドバンドアンテナ。
26. 　請求項１乃至請求項２５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。
27. 　請求項１乃至請求項２５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。
    　
    　
    　

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