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技術 アンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器

出願人 株式会社リコー
発明者 星文和嶺脇隆邦
出願日 2005年2月28日 (15年9ヶ月経過) 出願番号 2005-053142
公開日 2006年2月23日 (14年10ヶ月経過) 公開番号 2006-054848
状態 特許登録済
技術分野 アンテナの細部 線状基本アンテナ
主要キーワード 概略円錐状 平面基体 楕円錐状 非回転体 楕円回転体 トップロード 導体平板 伝播波長
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年2月23日)のものです。
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図面 (20)

課題

簡単な構造で、小型かつ広帯域アンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器を提供すること。

解決手段

本発明のアンテナは、接地導体1と概略円錐状放射素子2とで構成され、同軸線路3の信号線4を介して給電される。放射素子2の形状は、放射素子2の側面と中心軸とがなす角度が放射素子2の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有しており、これらの角度はθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有している(図示の場合はθ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°)。接地導体1および放射素子2は、銅を主たる材料として構成されている。放射素子の形状は概略的に上記角度の関係を満たす限り様々な変更が可能であり、円錐状でなく、多角錐非回転体形状(楕円錐状)、平板、線状などで構成してもよい。また、材料は誘電体に金属を被覆した構造でもよい。

概要

背景

近年、無線通信技術の飛躍的な発展に伴い、無線技術を利用した製品が広く普及し始めている。移動体通信端末などの無線機器では、機器の小型化に伴ってアンテナの小型化が強く求められている。

また、複数の通信方式への対応やUWB(ウルトラワイドバンド)のような広帯域伝送への対応のためにも広帯域かつ小型なアンテナの開発が期待されている。

図16は、従来のディスコーンアンテナの構成を示したものである。ディスコーンアンテナ(Discone Antenna)は、円盤状(ディスク状)の地板接地導体)101と、円錐状(コーン状)の放射素子102から構成されるモノポールアンテナである。

理想的なディスコーンアンテナは、無限大の大きさを持ち、周波数依存性を持たないものであるが、現実のディスコーンアンテナは有限の大きさをもつため、動作波長の上限が放射素子の長さの4倍程度に制限される。

このような接地導体と放射素子とで構成される水平面内無指向性アンテナにおいて広帯域化を図った従来例を以下に説明する。

図17は、特開平09−083238号公報(特許文献1)に開示されたアンテナを示す図であり、同図(a)は斜視図、同図(b)は側面図である。

このアンテナは、円錐基体111の周面に沿ってスパイラル導電素子112(112a,112b)が形成されたスカート部110と、このスカート部110の頂部近傍に配置された平面基体121の平面上にメアンダ状導電素子122が形成されたトップロード部120とを備えている。給電線130から給電される。

このアンテナでは、平面基体121に形成されたメアンダ状導電素子122が比較的幅広帯状の形態であること、複数のメアンダラインの存在により多共振となし得ること、等の理由に基づいて広帯域化が図られている。

また、スカート部110に形成されたスパイラル状導電素子112(112a,112b)により、見かけよりも長い電気長を実現できることから、従来のディスコーンアンテナと比較して小型に形成できることを特徴としている。

しかしながら、該アンテナでは基体上にメアンダ状あるいはスパイラル状の導体パターンを形成する必要があり、広帯域化に伴って導体パターンを高密度化する必要があるため、構造が複雑となってしまう。

また、図18は、特開平09−153727号公報(特許文献2)に開示されたアンテナを示す図であり、同図(a)は正面図、同図(b)は底面図である。

このアンテナは、同軸接栓142を用いて放射素子の外周面が半楕円回転体形または半球形導体144の頂部を反射板となる金属製の平面地板143に取り付けた構成を有する。

このアンテナでは、放射素子を半楕円回転体形または半球形の形状にすることにより、小型化および広帯域化を図っている。しかしながら、さらに広帯域化してより低い周波数使用可能とするためにはアンテナを大型化しなくてはならない。

上述のように従来のアンテナでは、広帯域化を図ろうとするとアンテナ構造が複雑となったり、より低い周波数帯で使用可能とするためには、アンテナを大型化する必要があった。

特開平09−083238号公報
特開平09−153727号公報

概要

簡単な構造で、小型かつ広帯域なアンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器を提供すること。 本発明のアンテナは、接地導体1と概略円錐状の放射素子2とで構成され、同軸線路3の信号線4を介して給電される。放射素子2の形状は、放射素子2の側面と中心軸とがなす角度が放射素子2の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有しており、これらの角度はθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有している(示の場合はθ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°)。接地導体1および放射素子2は、銅を主たる材料として構成されている。放射素子の形状は概略的に上記角度の関係を満たす限り様々な変更が可能であり、円錐状でなく、多角錐非回転体形状(楕円錐状)、平板、線状などで構成してもよい。また、材料は誘電体に金属を被覆した構造でもよい。

目的

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で、小型かつ広帯域なアンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器を提供することを目的としている。以下、請求項毎の目的を具体的に述べる。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

接地導体と、頂部から底部に向けて径が増加する円錐状の放射素子とで構成され、該放射素子の頂部を該接地導体に対向させたアンテナにおいて、前記放射素子の形状は、該放射素子の側面と中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項2

接地導体と、頂部から底部に向けて径が増加する多角錐状の放射素子とで構成され、該放射素子の頂部を該接地導体に対向させたアンテナにおいて、該放射素子の形状は、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項3

接地導体と、頂部から底部に向けて径が増加する非回転体形状の放射素子とで構成され、該放射素子の頂部を該接地導体に対向させたアンテナにおいて、該放射素子の形状は、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項4

請求項3に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の形状が楕円錐状であることを特徴とするアンテナ。

請求項5

請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記放射素子はθ1からθ2またはθ2からθ3へ滑らかに角度が変化する形状であることを特徴とするアンテナ。

請求項6

請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記放射素子の側面と前記放射素子の中心軸とがなす角度が前記放射素子の頂部から底部に向けて多段階に変化する形状であり、前記放射素子の側面の包絡線と前記放射素子の中心軸とがなす角度が、前記放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項7

請求項1〜6のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記接地導体の形状が、円錐状または多角錐状または楕円錐状であり、前記接地導体の頂部を前記放射素子の頂部に対向させた構成であることを特徴とするアンテナ。

請求項8

請求項7に記載のアンテナにおいて、前記接地導体の形状は、前記接地導体の側面と前記接地導体の中心軸とがなす角度が前記接地導体の頂部から底部に向けてθ4、θ5、θ6となる領域を有し、これらの角度がθ4>θ5かつθ5<θ6の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項9

接地導体と、頂部から底部に向けて幅が増加する平板状の放射素子とで構成され、該放射素子の頂部を該接地導体に対向させたアンテナにおいて、該放射素子の形状は、該放射素子の側辺と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項10

二等辺三角形の形状をそれぞれ有する第1導体平板および第2導体平板とで構成されるボウタイアンテナにおいて、第1導体平板または第2導体平板の形状は、該導体平板の側辺と該導体平板の中心軸とがなす角度が該導体平板の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有することを特徴とするアンテナ。

請求項11

請求項1〜10のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体を線状導体により構成したことを特徴とするアンテナ。

請求項12

請求項1〜11のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記放射素子の周囲を誘電体部材で覆ったことを特徴とするアンテナ。

請求項13

請求項1〜12のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体の構造が、誘電体外周面導電性金属皮膜を形成した構造であることを特徴とするアンテナ。

請求項14

請求項1〜12のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体の構造が、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造であり、前記誘電体の構造が中空であることを特徴とするアンテナ。

請求項15

請求項1〜14のいずれかに記載のアンテナを具備したことを特徴とする情報通信機器

技術分野

0001

本発明は、移動体通信機器小型情報端末、その他の無線装置などを含む情報通信機器利用可能なアンテナ技術に係り、より詳細には、広帯域送受信が可能であり、低い周波数帯使用可能で、かつ小型で軽量なアンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器に関する。

背景技術

0002

近年、無線通信技術の飛躍的な発展に伴い、無線技術を利用した製品が広く普及し始めている。移動体通信端末などの無線機器では、機器の小型化に伴ってアンテナの小型化が強く求められている。

0003

また、複数の通信方式への対応やUWB(ウルトラワイドバンド)のような広帯域伝送への対応のためにも広帯域かつ小型なアンテナの開発が期待されている。

0004

図16は、従来のディスコーンアンテナの構成を示したものである。ディスコーンアンテナ(Discone Antenna)は、円盤状(ディスク状)の地板接地導体)101と、円錐状(コーン状)の放射素子102から構成されるモノポールアンテナである。

0005

理想的なディスコーンアンテナは、無限大の大きさを持ち、周波数依存性を持たないものであるが、現実のディスコーンアンテナは有限の大きさをもつため、動作波長の上限が放射素子の長さの4倍程度に制限される。

0006

このような接地導体と放射素子とで構成される水平面内無指向性アンテナにおいて広帯域化を図った従来例を以下に説明する。

0007

図17は、特開平09−083238号公報(特許文献1)に開示されたアンテナを示す図であり、同図(a)は斜視図、同図(b)は側面図である。

0008

このアンテナは、円錐基体111の周面に沿ってスパイラル導電素子112(112a,112b)が形成されたスカート部110と、このスカート部110の頂部近傍に配置された平面基体121の平面上にメアンダ状導電素子122が形成されたトップロード部120とを備えている。給電線130から給電される。

0009

このアンテナでは、平面基体121に形成されたメアンダ状導電素子122が比較的幅広帯状の形態であること、複数のメアンダラインの存在により多共振となし得ること、等の理由に基づいて広帯域化が図られている。

0010

また、スカート部110に形成されたスパイラル状導電素子112(112a,112b)により、見かけよりも長い電気長を実現できることから、従来のディスコーンアンテナと比較して小型に形成できることを特徴としている。

0011

しかしながら、該アンテナでは基体上にメアンダ状あるいはスパイラル状の導体パターンを形成する必要があり、広帯域化に伴って導体パターンを高密度化する必要があるため、構造が複雑となってしまう。

0012

また、図18は、特開平09−153727号公報(特許文献2)に開示されたアンテナを示す図であり、同図(a)は正面図、同図(b)は底面図である。

0013

このアンテナは、同軸接栓142を用いて放射素子の外周面が半楕円回転体形または半球形導体144の頂部を反射板となる金属製の平面地板143に取り付けた構成を有する。

0014

このアンテナでは、放射素子を半楕円回転体形または半球形の形状にすることにより、小型化および広帯域化を図っている。しかしながら、さらに広帯域化してより低い周波数で使用可能とするためにはアンテナを大型化しなくてはならない。

0015

上述のように従来のアンテナでは、広帯域化を図ろうとするとアンテナ構造が複雑となったり、より低い周波数帯で使用可能とするためには、アンテナを大型化する必要があった。

0016

特開平09−083238号公報
特開平09−153727号公報

発明が解決しようとする課題

0017

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で、小型かつ広帯域なアンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器を提供することを目的としている。以下、請求項毎の目的を具体的に述べる。

0018

請求項1〜10記載の発明では、アンテナの使用可能な周波数帯域低周波数側に広帯域化させてアンテナの小型化を可能とすることを目的としている。

0019

請求項11記載の発明では、請求項1〜10の発明の効果を実現するとともに、アンテナの重量を軽量化することを目的としている。

0020

請求項12記載の発明では、アンテナの使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させてアンテナの小型化を可能とするとともに、放射素子の耐衝撃性を向上することを目的としている。

0021

請求項13〜14記載の発明では、アンテナの重量を軽量化し、低コストで製造可能とすることを目的としている。

0022

請求項15記載の発明では、本発明のアンテナを具備した小型で利便性の高い情報通信機器を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0023

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のアンテナは次のような構成を採用した。以下、請求項毎の構成を述べる。

0024

請求項1に記載の発明では、接地導体と、円錐状の放射素子とで構成されるアンテナにおいて、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成とした。

0025

請求項2に記載の発明では、接地導体と、多角錐状の放射素子とで構成されるアンテナにおいて、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成とした。

0026

請求項3に記載の発明では、接地導体と、非回転体形状の放射素子とで構成されるアンテナにおいて、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成とした。

0027

請求項4に記載の発明では、請求項3に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の形状を楕円錐状とした。

0028

請求項5に記載の発明では、請求項1〜4に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の形状を、θ1からθ2またはθ2からθ3へ滑らかに角度が変化する形状とした。

0029

請求項6に記載の発明では、請求項1〜4に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の側面と前記放射素子の中心軸とがなす角度が前記放射素子の頂部から底部に向けて多段階に変化する形状とし、前記放射素子の側面の包絡線と前記放射素子の中心軸とがなす角度を、前記放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する形状とした。

0030

請求項7に記載の発明では、請求項1〜6に記載のアンテナにおいて、前記接地導体の形状を、円錐状または多角錐状または楕円錐状とし、前記接地導体の頂部を前記放射素子の頂部に対向させた構成とした。

0031

請求項8に記載の発明では、請求項7に記載のアンテナにおいて、前記接地導体の形状を、前記接地導体の側面と前記接地導体の中心軸とがなす角度が前記接地導体の頂部から底部に向けてθ4、θ5、θ6となる領域を有し、これらの角度がθ4>θ5かつθ5<θ6の関係を有する形状とした。

0032

請求項9に記載の発明では、接地導体と、頂部から底部に向けて幅が増加する平板状の放射素子とで構成され、該放射素子の頂部を該接地導体に対向させたアンテナにおいて、該放射素子の形状を、該放射素子の側辺と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する形状とした。

0033

請求項10に記載の発明では、二等辺三角形の形状をそれぞれ有する第1導体平板および第2導体平板とで構成されるボウタイアンテナにおいて、第1導体平板または第2導体平板の形状を、該導体平板の側辺と該導体平板の中心軸とがなす角度が該導体平板の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持つ形状とした。

0034

請求項11に記載の発明では、請求項1〜10に記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体を線状導体により構成した。

0035

請求項12に記載の発明では、請求項1〜11に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の周囲を誘電体部材で覆った。

0036

請求項13に記載の発明では、請求項1〜12に記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体の構造を、誘電体の外周面に導電性金属皮膜を形成した構造とした。

0037

請求項14に記載の発明では、請求項1〜12に記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造とし、前記誘電体の構造を中空とした。

0038

請求項15に記載の発明では、請求項1〜14に記載のアンテナを情報通信機器に具備した。

発明の効果

0039

本発明によれば、簡単な構造で、小型かつ広帯域なアンテナおよび該アンテナを用いた情報通信機器を実現することができる。以下、請求項毎の効果を具体的に述べる。

0040

請求項1記載の発明によれば、接地導体と、円錐状の放射素子とで構成されるアンテナにおいて、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0041

請求項2記載の発明によれば、接地導体と、多角錐状の放射素子とで構成されるアンテナにおいて、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0042

請求項3記載の発明によれば、接地導体と、非回転体形状の放射素子とで構成されるアンテナにおいて、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0043

請求項4記載の発明によれば、請求項3に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の形状を楕円錐状としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0044

請求項5記載の発明によれば、請求項1〜4に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の形状を、θ1からθ2またはθ2からθ3へ滑らかに角度が変化する形状としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0045

請求項6記載の発明によれば、請求項1〜4に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の側面と前記放射素子の中心軸とがなす角度を前記放射素子の頂部から底部に向けて多段階に変化する形状とし、前記放射素子の側面の包絡線と前記放射素子の中心軸とがなす角度が前記放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0046

請求項7記載の発明によれば、請求項1〜6に記載のアンテナにおいて、前記接地導体の形状を、円錐状または多角錐状または楕円錐状としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0047

請求項8記載の発明によれば、請求項7に記載のアンテナにおいて、前記接地導体の側面と前記接地導体の中心軸とがなす角度が前記接地導体の頂部から底部に向けてθ4、θ5、θ6となる領域を有し、これらの角度がθ4>θ5かつθ5<θ6の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0048

請求項9記載の発明によれば、接地導体と、頂部から底部に向けて幅が増加する平板状の放射素子とで構成され、該放射素子の頂部を該接地導体に対向させたアンテナにおいて、該放射素子の側辺と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0049

請求項10記載の発明によれば、二等辺三角形の形状をそれぞれ有する第1導体平板および第2導体平板とで構成されるボウタイアンテナにおいて、該導体平板の側辺と該導体平板の中心軸とがなす角度が該導体平板の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有し、これらの角度がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたことにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。

0050

請求項11記載の発明によれば、請求項1〜10に記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体を線状導体によって構成したことにより、請求項1〜10の発明の効果を実現するとともに、アンテナの重量を軽量化すること可能となる。

0051

請求項12記載の発明によれば、請求項1〜11に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の周囲を誘電体部材で覆ったことにより、電磁波の伝播波長を短縮し、アンテナの構造を複雑にすることなく、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させることが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。さらに、誘電体部材により放射素子を固定することができるので放射素子の耐衝撃性の向上に有効である。

0052

請求項13記載の発明によれば、請求項1〜12に記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造としたことにより、アンテナの重量を軽量化し、低コストで製造可能となる。

0053

請求項14記載の発明によれば、請求項1〜12に記載のアンテナにおいて、前記放射素子または前記接地導体の構造を、誘電体の外周面に導電性金属の皮膜を形成した構造とし、前記誘電体の構造が中空としたことにより、アンテナの重量を軽量化し、低コストで製造可能となる。

0054

請求項15記載の発明によれば、請求項1〜14に記載のアンテナを情報通信機器に具備することにより、小型で利便性の高い情報通信機器を提供することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0055

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。

0056

〔実施形態1〕
図1は本発明の実施形態1に係るアンテナの構成を示す断面図である。本実施形態のアンテナは、接地導体1と概略円錐状の放射素子2とで構成されており、同軸線路3の信号線4を介して給電される。

0057

本実施形態における放射素子2の形状は、該放射素子2の側面と該放射素子2の中心軸とがなす角度が該放射素子2の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°である。これらの角度は、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有しており、請求項1記載の要件を満たしている。本実施形態では、接地導体1および放射素子2は、銅を主たる材料として構成されている。

0058

このような構成のアンテナの動作について説明する。
図2は、本実施形態のアンテナのリターンロス対周波数特性を示す図である。図中には、放射素子2の径および高さが本実施形態のアンテナに等しい従来のディスコーンアンテナ(θ1=θ2=θ3;図16参照)のリターンロス対周波数特性も破線にて示してある。

0059

同図に示されるように、リターンロスが−10dB以下となる周波数の下限は、従来のディスコーンアンテナの場合には9.04GHzであるのに対し、本実施形態のアンテナの場合には4.12GHzと低下している。

0060

この実施形態からも明らかなように、本発明の特徴ある形状を有する放射素子(θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する)を用いることにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができるため、アンテナの小型化が可能である。

0061

また、本発明は、放射素子の表面形状が滑らかでなくても有効である。例えば、図3に実施形態1の変形例を示す。図3にはアンテナの放射素子の一部を拡大した図も示してある。

0062

図3に示すように、細かく見たときに放射素子の表面形状が階段状であっても概略的な形状がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有している限り本発明の適用範囲であり、本発明の効果を得ることができる。

0063

また、図4に示すように本発明のアンテナの放射素子を線状導体により構成した場合でも本発明の効果を得ることができるとともに、軽量化が可能となる。

0064

また、図5に示すように本発明のアンテナの放射素子2の周囲を誘電体部材5によって覆うことにより、電磁波の伝播波長を短縮し、アンテナの構造を複雑にすることなく、使用可能な周波数帯域を低周波数側に対応させることが可能となるため、アンテナの小型化に有効である。さらに、誘電体部材5により放射素子2を強固に固定することができるので放射素子の耐衝撃性が向上する効果もある。

0065

〔実施形態2〕
図6は、本発明の実施形態2に係るアンテナの構成を示す断面図である。本実施形態のアンテナは、接地導体(地板)1と円錐状の放射素子2cとで構成され、同軸線路3の信号線4を介して給電される。本実施形態における放射素子の形状は、上述した実施形態1に記載のアンテナの放射素子において、θ1とθ2およびθ2とθ3の角度変化部を滑らかな形状としたものである。

0066

また、本実施形態における接地導体(地板)1および放射素子2cは、誘電体上に形成された金属膜により構成するようにしてもよい。このようにすることで、軽量化ができるとともに、低コストで製造可能である。

0067

本実施形態のアンテナのように、放射素子形状の側面の角度変化部が滑らかな形状であっても概略的な形状がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有している限り本発明の適用範囲であり、実施形態1と同等の効果を得ることができる。

0068

この実施形態からも明らかなように、本発明を適用することにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができるため、アンテナの小型化が可能である。

0069

〔実施形態3〕
図7は、本発明の実施形態3に係るアンテナの構成を示す断面図である。本実施形態のアンテナは、接地導体(地板)11と円錐状の放射素子12とで構成され、同軸線路13の信号線14を介して給電される。該放射素子12の形状は、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けて多段階に変化する形状である。

0070

図7に示した破線は放射素子の側面の包絡線であり、該放射素子の側面の包絡線と該放射素子の中心軸とのなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=41.4°、θ2=9.5°、θ3=45.1°である。

0071

これらの角度は、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項6記載の要件を満たしている。本実施形態における接地導体(地板)11および放射素子12は、中空の誘電体上に形成された金属膜により構成するようにしてもよい。このようにすることで、軽量化ができるとともに、低コストで製造可能である。

0072

次に、このような構成を有するアンテナの動作について説明する。
図8は、本実施形態のアンテナのリターンロス対周波数特性である。図中には、放射素子の径および高さが本実施形態のアンテナに等しい従来のディスコーンアンテナ(θ1=θ2=θ3;図16参照)のリターンロス対周波数特性も破線にて示してある。

0073

同図に示すように、リターンロスが−10dB以下となる最低周波数は、従来のディスコーンアンテナの場合には9.04GHzであるのに対し、本実施形態のアンテナの場合には4.12GHzと低下している。

0074

この実施形態からも明らかなように、本発明を適用することにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができるため、アンテナの小型化が可能である。

0075

〔実施形態4〕
図9は、本発明の実施形態4に係るアンテナの構成を示す断面図である。
本実施形態のアンテナは、接地導体21と概略円錐状の放射素子22とで構成されており、同軸線路23の信号線24を介して給電される。

0076

本実施形態における放射素子22の形状は、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=34.2°、θ2=−28.6°、θ3=26.6°である。これは、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項1記載の要件を満たしている。本実施形態における接地導体(地板)21および放射素子22は、銅を主たる材料として構成されている。

0077

次に、このような構成を有するアンテナの動作について説明する。
図10は、本実施形態のアンテナのリターンロス対周波数特性を示す図である。図中には、放射素子の径および高さが本実施形態のアンテナに等しい従来のディスコーンアンテナ(θ1=θ2=θ3;図16参照)のリターンロス対周波数特性も破線にて示してある。

0078

リターンロスが−10dB以下となる最低周波数は、従来のディスコーンアンテナの場合には9.04GHzであるのに対し、本実施形態のアンテナの場合には4.29GHzと低下している。

0079

この実施形態からも明らかなように、本発明を適用することにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができるため、アンテナの小型化が可能である。

0080

〔実施形態5〕
図11は、本発明の実施形態5に係るアンテナの構成を示す断面図および放射素子の上面図である。本実施形態のアンテナは、接地導体(地板)31と八角錐状の放射素子32とで構成され、同軸線路の信号線34を介して給電されている。

0081

本実施形態における放射素子の形状は、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°である。これは、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項2記載の要件を満たしている。本実施形態における接地導体(地板)31および放射素子32は、銅を主たる材料として構成されている。

0082

本実施形態のアンテナのように、放射素子の形状が多角錐状の場合であっても、概略的な形状がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有している限り本発明の適用範囲であり、上述した実施形態1〜4に示した概略円錐状放射素子の場合と同等の効果を得ることができる。

0083

この実施形態からも明らかなように、本発明を適用することにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができるため、アンテナの小型化が可能である。

0084

〔実施形態6〕
図12は、本発明の実施形態6に係るアンテナの構成を示す断面図および放射素子の上面図である。

0085

本実施形態のアンテナは、接地導体(地板)41と楕円錐状の放射素子42とで構成され、同軸線路43の信号線44を介して給電されている。

0086

本実施形態における放射素子の形状は、放射素子の長軸方向の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°である。これは、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項3記載の要件を満たしている。本実施形態における接地導体(地板)41および放射素子42は、銅を主たる材料として構成されている。

0087

本実施形態のアンテナのように、放射素子の形状が楕円錐のような非回転体の場合であっても、概略的な形状がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有している限り本発明の適用範囲であり、上述した実施形態1〜4に示した概略円錐状放射素子の場合と同等の効果を得ることができる。

0088

この実施形態からも明らかなように、本発明を適用することにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができるため、アンテナの小型化が可能である。

0089

〔実施形態7〕
図13は、本発明の実施形態7に係るアンテナの構成を示す断面図である。本実施形態のアンテナは、概略円錐状の接地導体51と概略円錐状の放射素子52とで構成され、同軸線路53の信号線54を介して給電されている。

0090

本実施形態における放射素子の形状は、該放射素子の側面と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°である。これは、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項1記載の要件を満たしている。

0091

本実施形態における接地導体の形状は、該接地導体の側面と該接地導体の中心軸とがなす角度が該接地導体の頂部から底部に向けてθ4、θ5、θ6となる領域を有している。ここで、θ4=31.4°、θ5=0°、θ6=22.4°である。これは、θ4>θ5かつθ5<θ6の関係を持っており、請求項8記載の要件を満たしている。本実施形態における接地導体(地板)51および放射素子52は、銅を主たる材料として構成されている。

0092

本実施形態のアンテナのような構成とすることにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができ、アンテナの小型化が可能となる。

0093

〔実施形態8〕
図14は、本発明の実施形態8に係るアンテナの構成を示す断面図である。
本実施形態のアンテナは、接地導体(地板)61と平板状の放射素子62とで構成され、同軸線路63の信号線64によって給電されている。

0094

本実施形態における平板状の放射素子62の形状は、該放射素子の側辺と該放射素子の中心軸とがなす角度が該放射素子の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°である。これらの角度は、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項9記載の要件を満たしている。本実施形態における接地導体(地板)61および平板状の放射素子62は、銅を主たる材料として構成されている。

0095

本実施形態のアンテナのような構成とすることにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができ、アンテナの小型化が可能となる。

0096

尚、本実施形態では接地導体(地板)61の表面に対して垂直に平板状放射素子62を対向させた構成について説明したが、接地導体(地板)61と平板状の放射素子62の配置を同一面内で対向させた構成(後述する図15に示す実施形態9の第2導体平板を接地導体にした構成)とすることも可能である。

0097

〔実施形態9〕
図15は、本発明の実施形態9に係るアンテナの構成を示す断面図である。
本実施形態のアンテナは、第1導体平板71および第2導体平板72とで構成されており、ボウタイアンテナに類する。73は給電部である。

0098

本実施形態における第1導体平板71の形状は該導体平板の側辺と該導体平板の中心軸とがなす角度が該導体平板の頂部から底部に向けてθ1、θ2、θ3となる領域を有している。ここで、θ1=31.4°、θ2=0°、θ3=22.4°である。これらの角度は、θ1>θ2かつθ2<θ3の関係を持っており、請求項10記載の要件を満たしている。第2導体平板72の形状は、第1導体平板と同じ形状である。

0099

本実施形態のアンテナのような構成とすることにより、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することができ、アンテナの小型化が可能となる。

0100

ここで、放射素子側面上の形状パラメータについて考察する。
本発明を適用したアンテナの放射素子形状は、図19に示すように、放射素子側面上の3点の座標(x1,z1)、(x2,z2)、(x3,z3)を形状パラメータとして表現することができる。

0101

該アンテナの発明者は、電磁界解析によって得られるアンテナのリターンロスを評価値として最適化手法を用いることにより、前記形状パラメータを決定した。

0102

その結果として、放射素子側面の形状がθ1>θ2かつθ2<θ3の関係を有する構成としたときに、使用可能な周波数帯域を低周波数側に広帯域化することが可能であることを見出した。

0103

更に該アンテナの発明者は、前記形状パラメータ数を増加して形状自由度を高くした場合についても検討を行った。図20図21パラメータ数を4点、5点と増加したモデルを用いて、低周波側のリターンロスが低減されるように最適化された放射素子形状の一例をそれぞれ示す。

0104

該アンテナの放射素子の高さは15mm、最大直径13.2mmとしている。図20図21から明らかなように、パラメータ数を4点、5点と増加した場合においても、最適化で得られた放射素子形状はパラメータ数3点のモデル(図19)と略同様な形状であり、本発明が適用された形状となっている。

0105

図22に、形状パラメータ数を3点、4点、5点として設計したアンテナのリターンロス対周波数特性をそれぞれ示す。いずれの場合もほぼ同等な周波数特性を有しており、4.2GHz以上の周波数でリターンロスが−10dB以下と優れた特性を示している。

0106

このように、形状パラメータ数を4点、5点と増加した場合でも形状パラメータ数3点の場合と略同様な放射素子形状が最適化手法により得られた。以上のことから、放射素子の形状パラメータ数を増加して形状自由度を高くした場合でも、本発明の放射素子形状が有効であることが示された。

0107

以上、本発明の実施形態1〜8で示したアンテナを、移動体通信機器、小型情報端末、その他の無線装置などを含む情報通信機器に具備させることにより、小型で利便性の高い情報通信機器を提供することが可能である。

0108

尚、本発明は上記実施形態で提示した形状、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した要件によって限定されるものでは決してない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

図面の簡単な説明

0109

本発明の実施形態1に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態1に係るアンテナのリターンロス対周波数特性を示す図である。
本発明の実施形態1に係るアンテナの構成の一部拡大図である。
本発明の実施形態1に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態1に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態2に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態3に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態3に係るアンテナのリターンロス対周波数特性を示す図である。
本発明の実施形態4に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態4に係るアンテナのリターンロス対周波数特性を示す図である。
本発明の実施形態5に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態6に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態7に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態8に係るアンテナの構成図である。
本発明の実施形態9に係るアンテナの構成図である。
従来のディスコーンアンテナの構成図である。
特開平09−083238号公報に開示されたアンテナの構成図である。
特開平09−153727号公報に開示されたアンテナの構成図である。
放射素子形状パラメータ数を3点として最適化したアンテナの構成図である。
放射素子形状パラメータ数を4点として最適化したアンテナの構成図である。
放射素子形状パラメータ数を5点として最適化したアンテナの構成図である。
放射素子形状パラメータ数を3点、4点、5点として最適化したアンテナのリターンロス対周波数特性を示す図である。

符号の説明

0110

1,11,21,31,41,51,61、101:接地導体(地板)
2,2a,2b,2c,12,22,32,42,52,62,102:放射素子
3,13,23,33,43,53,63,103:同軸線路
4,14,24,34,44,54,64,104:信号線
5:誘電体部材
71:第1導体平板
72:第2導体平板
73:給電部
110:スカート部
111:円錐基体
112(112a,112b):スパイラル状導電素子
120:トップロード部
121:平面基体
122:メアンダ状導電素子
130:給電線
142:同軸接栓
143:平面地板
144:外周面が半楕円回転体形または半球形の導体

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