アンテナ
【課題】広い周波数帯域にて、優れたVSWR特性、及び良好な指向性を発揮するアンテナを提供する。
【解決手段】3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設し、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有し、さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続している。
【解決手段】3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設し、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有し、さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
ビルの各室内や地下街でも携帯電話やPHSが使えるように、屋外の携帯電話の電波を引き込み、屋内の小出力アンテナで中継するシステムが各所で導入されている。
従来、このシステム用の上記小出力アンテナとしては、屋内の通話エリア設計のため、アンテナには無指向性の特性が要求されることから、ダイポールアンテナやモノポールアンテナが使用されてきた(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−215133号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来のアンテナは、無指向性の特性を得るために立体形状と成らざるを得ず、天井等にアンテナを設置する場合、天井からアンテナが突出し、見栄えが悪くなるという欠点があった。
これを解決するために、平面状で無指向性のループアンテナが提案され、その一例としては、複数の線状ループを備えたクローバ形アンテナがある。このクローバ形アンテナは、線状ループで構成されているため、単一の周波数帯にしか対応できず、所定のVSWR値が得られる周波数域は狭帯域に限定されていた。従って、従来のクローバ形アンテナでは、携帯電話の周波数分割複信(FDD;Friquency Division Duplex)における複数の周波数全体を、ひとつのアンテナでカバーすることが困難であった。
【0005】
そこで、本発明は、広い周波数帯域にて、優れたVSWR(電圧定在波比)特性を示し、かつ、広範囲に亘って均一に電波を放射することのできる良好な指向性を発揮するアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るアンテナは、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子を一点廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部をもって相互に近接して配設し、上記薄片面状アンテナ素子は、上記一点から最も離れた箇所に最外角部を備えると共に、上記一点から上記最外角部へ向かうラジアルスリットを有し、さらに、該ラジアルスリットの内端は、上記微小間隙部の内端に連続しているものである。
【0007】
また、上記一点を上記3個以上のアンテナ素子の共通の第1給電点とすると共に、上記ラジアルスリットの内端と上記微小間隙部の内端とが連続する内角部に第2給電点を配設したものである。
【0008】
また、上記第1給電点と上記第2給電点とを上記アンテナ素子の外周縁部に沿って結んだ仮想の経路を外周ループとし、上記第1給電点と上記第2給電点とを上記アンテナ素子の内周縁部に沿って結んだ仮想の経路を内周ループとすると、上記外周ループの外周経路長寸法が所要周波数帯域の下限周波数に対応する電気的波長の1.8倍〜2.2倍に、上記内周ループの内周経路長寸法が所要周波数帯域の上限周波数に対応する電気的波長の1.3倍〜1.7倍になるように構成したものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明のアンテナによれば、無指向性の特性を損なうことなく、周波数域の異なる複数の電波に対応可能(広帯域化)となり、複数の中継アンテナを、ひとつのアンテナに統合することができる。よって、少ない設置数で、効率よく広い範囲に均一に電波を放射することができる。また、平面状であるため、天井等から突出することがなく、目立つことなく設置することができ、実用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示した図であって、(a)は平面図であり、(b)は最外角部近傍の拡大図であり、(c)は要部説明図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の構成を示した図であって、(a)は平面図であり、(b)は最外角部近傍の拡大図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態の構成を示した図であって、(a)は平面図であり、(b)は最外角部近傍の拡大図である。
【図4】アンテナの設置例を示した簡略図である。
【図5】アンテナの設置例を示した簡略平面図である。
【図6】本発明に係るアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図7】本発明に係るアンテナの指向性及び利得特性を示したグラフ図である。
【図8】比較例のアンテナを示した平面図である。
【図9】比較例のアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図10】種々のアンテナの実測データに基づくVSWR特性を示したグラフ図である。
【図11】種々のアンテナの実測データに基づくVSWR特性を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図1,図2,図3に於て、本発明に係るアンテナAの第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態の全てに共通する構成を説明すると、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設している。また、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有している。さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続している。
また、アンテナAは、一点Cを、3個以上のアンテナ素子1の共通の第1給電点E1とし、ラジアルスリット2の内端と微小間隙部3の内端とが連続する内角部12に第2給電点E2を配設している。アンテナAには、第1給電点E1から第2給電点E2に通電するように図示省略の導線が接続されている。
【0012】
3個以上の薄片面状アンテナ素子1は、望ましくは、一枚の金属薄板をもって構成する。具体的には、アンテナ素子1は、Cu,Al,Ag,Au等の金属薄板(金属箔)を用いることができ、ガラス、樹脂シート及び樹脂フィルム、電子基板等に張着して使用できる。
また、金属膜、透明導電膜及び導電塗料膜を、直接ガラス及び電子基板等に成膜して使用したり、一旦樹脂シート、樹脂フィルム等に成膜したものを更にガラス及び電子基板に張設して使用することもできる。
【0013】
金属膜としては、Au,Ag,Cu,Al,Pd,Ptやこれらを含む合金を使用でき、透明導電膜としては、ITO,酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物を使用でき、真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ、電着等で製造できる。
導電塗料膜としては、金属ペーストやカーボンペーストを使用でき、スクリーン印刷、ロールコーティング、転写等で製造することができる。
窓ガラス等のガラス面に張設して使用するときは、可視光線の透過率を70%以上にすることが望ましく、このような透明性を求められる用途では金属メッシュ型、極めて薄い(例えば0.05μmの)金属箔、あるいは、透明導電膜や金属半透明膜から構成することが好ましい。金属半透明膜としては、Ag−Cu,Ag−Pd,Ni−Au等を使用することができる。
なお、張設又は張着とは、ガラス面の外面に接着剤や粘着剤等で張ったり、あるいは、焼付けて積層したり、それ以外にもガラス層の間に狭設・挟着させる場合も本発明を包含する。
【0014】
また、各々のアンテナ素子1に於て、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の外周縁部13に沿って結んだ仮想の経路を外周ループ18とすると、外周ループ18の外周経路長寸法L18が、所要周波数帯域の下限周波数FLに対応する電気的波長λeLの約2倍の長さ寸法になるように構成している。なお、外周経路長寸法L18は電気的波長λeLの1.8倍〜2.2倍に設定されるのが好ましく、さらに詳しくは、1.9倍〜2.1倍に設定するのがより好ましい。一方、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の内周縁部14に沿って結んだ仮想の経路を内周ループ19とすると、内周ループ19の内周経路長寸法L19が、所要周波数帯域の上限周波数FHに対応する電気的波長λeHの約1.5倍の長さ寸法になるように構成している。なお、内周経路長寸法L19は電気的波長λeHの1.3倍〜1.7倍に設定されるのが好ましく、さらに詳しくは、1.4倍〜1.6倍に設定するのがより好ましい。これにより、複数種類の電波の周波数域に対応したVSWR特性が得られる。
ここで、アンテナ素子1に於て、外周縁部13とは、アンテナ素子1の輪郭のうちラジアルスリット2を除いた範囲を意味し、内周縁部14とは、アンテナ素子1の輪郭のうちラジアルスリット2の範囲を意味している。
また、電気的波長λeとは、周波数Fの電流が波長短縮率Kを有するアンテナ素子1を流れる状態での波長であって、次式で表される。
【0015】
λe=(300/F)*K
【0016】
内周ループ19の内周経路長寸法L19は、ラジアルスリット2の内端から外端までの長さ寸法L2を適宜設定することにより調整可能である。
また、外周ループ18の外周経路長寸法L18は、微小間隙部3の外端部を形成する薄片面状アンテナ素子1の近接角部11,11を、円弧状に面取りし、円弧の曲率半径R11を適宜設定することにより調整可能である。
なお、最外角部10は、ラジアルスリット2の外端との間に、0.5mm〜2.0mmの残部を残して形成されている。最外角部10は、適当な曲率半径を有していても良く、例えば、曲率半径が0.5mmとなるように形成すれば良い。
また、ラジアルスリット2の幅寸法W2は1.0mm〜5.0mm、微小間隙部3の間隙寸法W3は0.5mm〜2.0mmに設定されるのが望ましい。ラジアルスリット2の外端は、テーパー状に形成されている場合を図示しているが、適当な曲率半径を有していれば良く、尖っていても良い。ラジアルスリット2の内端は、テーパー状に形成され微小間隙部3の内端と同じ幅員に減少し、微小間隙部3の内端に連続している。ラジアルスリット2と微小間隙部3とが連続する箇所は、弯曲状とし、円弧状の内角部12を形成している。
【0017】
次に、各実施の形態について説明すると、図1に示す第1の実施の形態のアンテナAは、4個の略正方形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が略正方形状に成形されている。アンテナAの四隅に配設された最外角部10は、直角かつ尖鋭状に形成されている。アンテナAは、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって4個の薄片面状アンテナ素子1を一体に連結している。
図2に示す第2の実施の形態のアンテナAは、3個の略四角形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が略正三角形状に成形されている。アンテナAの各頂点に配設された最外角部10は、角度60°かつ尖鋭状に形成されている。アンテナAは、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって3個の薄片面状アンテナ素子1を一体に連結している。
図3に示す第3の実施の形態のアンテナAは、3個の略正六角形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が三叉状に形成されている。3個の薄片面状アンテナ素子1は、夫々の最外角部10を角度120°かつ尖鋭状に形成され、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって一体状に連結されている。
【0018】
上述した本発明のアンテナの使用方法(作用)について説明する。
図4に示すように、本発明のアンテナAは、携帯電話の電波を室内に引き込むための屋内中継用アンテナ30に接続され、屋外の電波をビルの室内31や地下街32等の閉じた室内空間に、電波が及ぶように中継する。アンテナAは、ビルの室内31や地下街32の室内空間の天井に、突出することなく設置される。
アンテナAは、携帯電話の双方向無線通信に於て、例えば、周波数分割複信(FDD)の受信電波(周波数:1.94GHz〜1.96GHz)及び送信電波(周波数:2.13GHz〜2.15GHz)の両方に対応する。
【0019】
図5に示すように、ビルの室内31等の室内空間の天井に、複数のアンテナA…を所定の等間隔をもって配設し、夫々のアンテナAが補うサービスエリアSを相互に重ね合わせて、室内空間に通信電波の及ばない地域ができるだけ少なくなるように設計する。アンテナAは、均一に電波を放射・吸収する無指向性の特性を有し、平面視略円形状にサービスエリアSを発生させる。つまり、無指向性のアンテナAは、少ない設置数で、効率よく広い範囲にサービスエリアSを形成する。また、周波数分割複信(FDD)を、ひとつのアンテナAで対応するため、より一層、設置数が少なく済む。
【0020】
次に、図6に示すグラフ図は、図1に示した第1の実施の形態であって、材質がCu,厚さ寸法35μm,最外角部10,10間の長さ寸法L0を100mm,ラジアルスリット2の幅寸法W2を3.0mm,微小間隙部3の間隙寸法W3を1.0mmとし、ラジアルスリット2の長さ寸法L2を65mm,近接角部11の曲率半径R11を7.5mmとした本発明のアンテナを実施例として、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成したときの実測データを図示し、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
【0021】
図8に示す比較例のアンテナ100は、従来のクローバ形アンテナを改良して平板状(箔状)に形成したものである。比較例のアンテナ100は、4個の線状ループ素子101を備えている。4個の線状ループ素子101は、一点廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部をもって相互に近接して配設されている。なお、外径寸法Ldを100mmとしている。
図9に示すグラフ図は、比較例のアンテナ100であって、材質がCu,厚さ寸法35μmに設定し、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成したときの実測データを図示し、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
【0022】
図6に於て、実施例のアンテナが、VSWR値2.0以下を示す周波数帯域が十分に広いことが判る。受信電波の周波数(1.94GHz)の近傍に第1最深部P1を有し、送信電波の周波数(2.15GHz)の近傍に第2最深部P2を有している。即ち、実施例のアンテナのVSWR特性を示すグラフは、第1最深部P1及び第2最深部P2が存在する双峰的な軌跡を描き、周波数分割複信(FDD)の2種類の電波の周波数に対応する広帯域にわたって、有効なVSWRを得たと言える。
一方、図9に於ては、比較例のアンテナが、VSWR値2.0以下を示す周波数帯域が非常に狭く、受信電波の周波数(1.94GHz)と送信電波の周波数(2.15GHz)の両方に対応することができない単峰的な(VSWR値の最小値ピークが1つのみ)VSWR特性となっていることが判る。
【0023】
次に、図7に示すグラフ図は、実施例のアンテナの指向性の評価結果を図示したものである。図7に於て、実施例のアンテナが、無指向性の特性を有していることが判る。即ち、周波数分割複信(FDD)に対応する受信電波の周波数(1.94GHz)と送信電波の周波数(2.15GHz)の両方の周波数域に於て、均一に電波を放射しており、無指向特性が損なわれていないことが確認される。
【0024】
図10及び図11に示すグラフ図は、上述の実施例と同様の構成から成るアンテナ{試作品(i)}と、実施例のアンテナとは最外角部10,10間の長さ寸法L0,近接角部11の曲率半径R11,ラジアルスリット2の長さ寸法L2のうち少なくとも一つが異なるように設定した複数種類のアンテナ{試作品(ii)〜(vii)}と、実施例のアンテナの四隅の最外角部10を面取りしたアンテナ{試作品(viii)〜(ix)}とを、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成して得たVSWR特性を測定グラフ線(i)〜(ix)として図示したものであって、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
各アンテナの条件は、以下の表1及び表2の通りである。
さらに、各アンテナに於て、外周経路長寸法L18と下限周波数FLに対応する電気的波長λeLとの倍率と、内周経路長寸法L19と上限周波数FHに対応する電気的波長λeHとの倍率とを、表3に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】
図10及び図11に於て、測定グラフ線(i)は、実施例と同様の構成から成るアンテナ{試作品(i)}から得たVSWR特性である。以下、測定グラフ線(ii)〜(ix)は、対応する試作品(ii)〜(ix)から得たVSWR特性である。
図10に於て、測定グラフ線(i)と測定グラフ線(ii)は、最外角部10,10間の長さ寸法L0が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。最外角部10,10間の長さ寸法L0を短く設定することによりVSWR特性を示すグラフが全体的に高周波数側にシフトすることが判る。
また、測定グラフ線(ii)〜測定グラフ線(v)は、近接角部11の曲率半径R11が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。近接角部11の曲率半径R11を大きく設定することにより、VSWR特性を示すグラフの低域側の整合周波数のみが高周波数側にシフトすることが判る。
【0029】
次に、図11に於て、測定グラフ線(i)と測定グラフ線(vi)と測定グラフ線(vii)は、ラジアルスリット2の長さ寸法L2が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。ラジアルスリット2の長さ寸法L2を大きく設定することにより、VSWR特性を示すグラフの高域側の整合周波数のみが低周波数側にシフトすることが判る。
また、測定グラフ線(viii)は、実施例と同様のアンテナであるが四隅の最外角部10を2mm面取りしたアンテナから得たVSWR特性を示している。測定グラフ線(ix)は、実施例のアンテナの四隅の最外角部10を5mm面取りしたアンテナから得たVSWR特性を示している。四隅の最外角部10を面取りすることはアンテナのVSWR特性にほとんど影響を与えないことが判る。
以上、表1〜表3及び測定グラフ線(i)〜測定グラフ線(ix)にて示したアンテナのVSWR特性を検証すると、隣り合う2つの最外角部10,10間の長さ寸法L0と、近接角部11の曲率半径R11及びラジアルスリット2の長さ寸法L2を適宜設定することで、所要の周波数帯域に対応するアンテナが得られることが確認される。言い換えると、携帯電話の周波数分割複信(FDD)における受信電波(周波数:1.94GHz〜1.96GHz)及び送信電波(周波数:2.13GHz〜2.15GHz)の両方に対応した周波数帯域の設定は、外周ループ18の外周経路長寸法L18を受信電波の周波数に対応する電気的波長の約2倍とし、かつ、内周ループ19の内周経路長寸法L19を送信電波の周波数に対応する電気的波長の約1.5倍とすることで達成される。
【0030】
以上のように、本発明は、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設し、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有し、さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続しているので、無指向性の特性を損なうことなく、周波数域の異なる複数の電波に対応可能(広帯域化)となり、複数の中継アンテナを、ひとつのアンテナに統合することができる。よって、少ない設置数で、目立つことなく、効率よく広い範囲に均一に電波を放射し、又は、受信することができる。また、平面状であるため、天井等から突出することがなく、目立つことなく設置することができ、実用性が向上する。
【0031】
また、一点Cを3個以上のアンテナ素子1の共通の第1給電点E1とすると共に、ラジアルスリット2の内端と微小間隙部3の内端とが連続する内角部12に第2給電点E2を配設したので、全体を小型化でき、かつ、無指向性を損なうことなく広帯域化した性能の高いアンテナを得ることができる。
【0032】
また、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の外周縁部13に沿って結んだ仮想の経路を外周ループ18とし、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の内周縁部14に沿って結んだ仮想の経路を内周ループ19とすると、外周ループ18の外周経路長寸法L18が所要周波数帯域の下限周波数FLに対応する電気的波長λeLの1.8倍〜2.2倍に、内周ループ19の内周経路長寸法L19が所要周波数帯域の上限周波数FHに対応する電気的波長λeHの1.3倍〜1.7倍になるように構成したので、1個のアンテナをもって、2種類以上の異なる周波数を含む所望の周波数帯域に好適に対応できる。
【符号の説明】
【0033】
1 薄片面状アンテナ素子
2 ラジアルスリット
3 微小間隙部
10 最外角部
11 近接角部
12 内角部
13 外周縁部
14 内周縁部
18 外周ループ
19 内周ループ
C 一点
E1 第1給電点
E2 第2給電点
L0 長さ寸法
L18 外周経路長寸法
FL 下限周波数
λeL 電気的波長
L19 内周経路長寸法
FH 上限周波数
λeH 電気的波長
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
ビルの各室内や地下街でも携帯電話やPHSが使えるように、屋外の携帯電話の電波を引き込み、屋内の小出力アンテナで中継するシステムが各所で導入されている。
従来、このシステム用の上記小出力アンテナとしては、屋内の通話エリア設計のため、アンテナには無指向性の特性が要求されることから、ダイポールアンテナやモノポールアンテナが使用されてきた(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−215133号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来のアンテナは、無指向性の特性を得るために立体形状と成らざるを得ず、天井等にアンテナを設置する場合、天井からアンテナが突出し、見栄えが悪くなるという欠点があった。
これを解決するために、平面状で無指向性のループアンテナが提案され、その一例としては、複数の線状ループを備えたクローバ形アンテナがある。このクローバ形アンテナは、線状ループで構成されているため、単一の周波数帯にしか対応できず、所定のVSWR値が得られる周波数域は狭帯域に限定されていた。従って、従来のクローバ形アンテナでは、携帯電話の周波数分割複信(FDD;Friquency Division Duplex)における複数の周波数全体を、ひとつのアンテナでカバーすることが困難であった。
【0005】
そこで、本発明は、広い周波数帯域にて、優れたVSWR(電圧定在波比)特性を示し、かつ、広範囲に亘って均一に電波を放射することのできる良好な指向性を発揮するアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るアンテナは、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子を一点廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部をもって相互に近接して配設し、上記薄片面状アンテナ素子は、上記一点から最も離れた箇所に最外角部を備えると共に、上記一点から上記最外角部へ向かうラジアルスリットを有し、さらに、該ラジアルスリットの内端は、上記微小間隙部の内端に連続しているものである。
【0007】
また、上記一点を上記3個以上のアンテナ素子の共通の第1給電点とすると共に、上記ラジアルスリットの内端と上記微小間隙部の内端とが連続する内角部に第2給電点を配設したものである。
【0008】
また、上記第1給電点と上記第2給電点とを上記アンテナ素子の外周縁部に沿って結んだ仮想の経路を外周ループとし、上記第1給電点と上記第2給電点とを上記アンテナ素子の内周縁部に沿って結んだ仮想の経路を内周ループとすると、上記外周ループの外周経路長寸法が所要周波数帯域の下限周波数に対応する電気的波長の1.8倍〜2.2倍に、上記内周ループの内周経路長寸法が所要周波数帯域の上限周波数に対応する電気的波長の1.3倍〜1.7倍になるように構成したものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明のアンテナによれば、無指向性の特性を損なうことなく、周波数域の異なる複数の電波に対応可能(広帯域化)となり、複数の中継アンテナを、ひとつのアンテナに統合することができる。よって、少ない設置数で、効率よく広い範囲に均一に電波を放射することができる。また、平面状であるため、天井等から突出することがなく、目立つことなく設置することができ、実用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示した図であって、(a)は平面図であり、(b)は最外角部近傍の拡大図であり、(c)は要部説明図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の構成を示した図であって、(a)は平面図であり、(b)は最外角部近傍の拡大図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態の構成を示した図であって、(a)は平面図であり、(b)は最外角部近傍の拡大図である。
【図4】アンテナの設置例を示した簡略図である。
【図5】アンテナの設置例を示した簡略平面図である。
【図6】本発明に係るアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図7】本発明に係るアンテナの指向性及び利得特性を示したグラフ図である。
【図8】比較例のアンテナを示した平面図である。
【図9】比較例のアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図10】種々のアンテナの実測データに基づくVSWR特性を示したグラフ図である。
【図11】種々のアンテナの実測データに基づくVSWR特性を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図1,図2,図3に於て、本発明に係るアンテナAの第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態の全てに共通する構成を説明すると、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設している。また、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有している。さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続している。
また、アンテナAは、一点Cを、3個以上のアンテナ素子1の共通の第1給電点E1とし、ラジアルスリット2の内端と微小間隙部3の内端とが連続する内角部12に第2給電点E2を配設している。アンテナAには、第1給電点E1から第2給電点E2に通電するように図示省略の導線が接続されている。
【0012】
3個以上の薄片面状アンテナ素子1は、望ましくは、一枚の金属薄板をもって構成する。具体的には、アンテナ素子1は、Cu,Al,Ag,Au等の金属薄板(金属箔)を用いることができ、ガラス、樹脂シート及び樹脂フィルム、電子基板等に張着して使用できる。
また、金属膜、透明導電膜及び導電塗料膜を、直接ガラス及び電子基板等に成膜して使用したり、一旦樹脂シート、樹脂フィルム等に成膜したものを更にガラス及び電子基板に張設して使用することもできる。
【0013】
金属膜としては、Au,Ag,Cu,Al,Pd,Ptやこれらを含む合金を使用でき、透明導電膜としては、ITO,酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物を使用でき、真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ、電着等で製造できる。
導電塗料膜としては、金属ペーストやカーボンペーストを使用でき、スクリーン印刷、ロールコーティング、転写等で製造することができる。
窓ガラス等のガラス面に張設して使用するときは、可視光線の透過率を70%以上にすることが望ましく、このような透明性を求められる用途では金属メッシュ型、極めて薄い(例えば0.05μmの)金属箔、あるいは、透明導電膜や金属半透明膜から構成することが好ましい。金属半透明膜としては、Ag−Cu,Ag−Pd,Ni−Au等を使用することができる。
なお、張設又は張着とは、ガラス面の外面に接着剤や粘着剤等で張ったり、あるいは、焼付けて積層したり、それ以外にもガラス層の間に狭設・挟着させる場合も本発明を包含する。
【0014】
また、各々のアンテナ素子1に於て、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の外周縁部13に沿って結んだ仮想の経路を外周ループ18とすると、外周ループ18の外周経路長寸法L18が、所要周波数帯域の下限周波数FLに対応する電気的波長λeLの約2倍の長さ寸法になるように構成している。なお、外周経路長寸法L18は電気的波長λeLの1.8倍〜2.2倍に設定されるのが好ましく、さらに詳しくは、1.9倍〜2.1倍に設定するのがより好ましい。一方、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の内周縁部14に沿って結んだ仮想の経路を内周ループ19とすると、内周ループ19の内周経路長寸法L19が、所要周波数帯域の上限周波数FHに対応する電気的波長λeHの約1.5倍の長さ寸法になるように構成している。なお、内周経路長寸法L19は電気的波長λeHの1.3倍〜1.7倍に設定されるのが好ましく、さらに詳しくは、1.4倍〜1.6倍に設定するのがより好ましい。これにより、複数種類の電波の周波数域に対応したVSWR特性が得られる。
ここで、アンテナ素子1に於て、外周縁部13とは、アンテナ素子1の輪郭のうちラジアルスリット2を除いた範囲を意味し、内周縁部14とは、アンテナ素子1の輪郭のうちラジアルスリット2の範囲を意味している。
また、電気的波長λeとは、周波数Fの電流が波長短縮率Kを有するアンテナ素子1を流れる状態での波長であって、次式で表される。
【0015】
λe=(300/F)*K
【0016】
内周ループ19の内周経路長寸法L19は、ラジアルスリット2の内端から外端までの長さ寸法L2を適宜設定することにより調整可能である。
また、外周ループ18の外周経路長寸法L18は、微小間隙部3の外端部を形成する薄片面状アンテナ素子1の近接角部11,11を、円弧状に面取りし、円弧の曲率半径R11を適宜設定することにより調整可能である。
なお、最外角部10は、ラジアルスリット2の外端との間に、0.5mm〜2.0mmの残部を残して形成されている。最外角部10は、適当な曲率半径を有していても良く、例えば、曲率半径が0.5mmとなるように形成すれば良い。
また、ラジアルスリット2の幅寸法W2は1.0mm〜5.0mm、微小間隙部3の間隙寸法W3は0.5mm〜2.0mmに設定されるのが望ましい。ラジアルスリット2の外端は、テーパー状に形成されている場合を図示しているが、適当な曲率半径を有していれば良く、尖っていても良い。ラジアルスリット2の内端は、テーパー状に形成され微小間隙部3の内端と同じ幅員に減少し、微小間隙部3の内端に連続している。ラジアルスリット2と微小間隙部3とが連続する箇所は、弯曲状とし、円弧状の内角部12を形成している。
【0017】
次に、各実施の形態について説明すると、図1に示す第1の実施の形態のアンテナAは、4個の略正方形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が略正方形状に成形されている。アンテナAの四隅に配設された最外角部10は、直角かつ尖鋭状に形成されている。アンテナAは、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって4個の薄片面状アンテナ素子1を一体に連結している。
図2に示す第2の実施の形態のアンテナAは、3個の略四角形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が略正三角形状に成形されている。アンテナAの各頂点に配設された最外角部10は、角度60°かつ尖鋭状に形成されている。アンテナAは、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって3個の薄片面状アンテナ素子1を一体に連結している。
図3に示す第3の実施の形態のアンテナAは、3個の略正六角形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が三叉状に形成されている。3個の薄片面状アンテナ素子1は、夫々の最外角部10を角度120°かつ尖鋭状に形成され、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって一体状に連結されている。
【0018】
上述した本発明のアンテナの使用方法(作用)について説明する。
図4に示すように、本発明のアンテナAは、携帯電話の電波を室内に引き込むための屋内中継用アンテナ30に接続され、屋外の電波をビルの室内31や地下街32等の閉じた室内空間に、電波が及ぶように中継する。アンテナAは、ビルの室内31や地下街32の室内空間の天井に、突出することなく設置される。
アンテナAは、携帯電話の双方向無線通信に於て、例えば、周波数分割複信(FDD)の受信電波(周波数:1.94GHz〜1.96GHz)及び送信電波(周波数:2.13GHz〜2.15GHz)の両方に対応する。
【0019】
図5に示すように、ビルの室内31等の室内空間の天井に、複数のアンテナA…を所定の等間隔をもって配設し、夫々のアンテナAが補うサービスエリアSを相互に重ね合わせて、室内空間に通信電波の及ばない地域ができるだけ少なくなるように設計する。アンテナAは、均一に電波を放射・吸収する無指向性の特性を有し、平面視略円形状にサービスエリアSを発生させる。つまり、無指向性のアンテナAは、少ない設置数で、効率よく広い範囲にサービスエリアSを形成する。また、周波数分割複信(FDD)を、ひとつのアンテナAで対応するため、より一層、設置数が少なく済む。
【0020】
次に、図6に示すグラフ図は、図1に示した第1の実施の形態であって、材質がCu,厚さ寸法35μm,最外角部10,10間の長さ寸法L0を100mm,ラジアルスリット2の幅寸法W2を3.0mm,微小間隙部3の間隙寸法W3を1.0mmとし、ラジアルスリット2の長さ寸法L2を65mm,近接角部11の曲率半径R11を7.5mmとした本発明のアンテナを実施例として、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成したときの実測データを図示し、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
【0021】
図8に示す比較例のアンテナ100は、従来のクローバ形アンテナを改良して平板状(箔状)に形成したものである。比較例のアンテナ100は、4個の線状ループ素子101を備えている。4個の線状ループ素子101は、一点廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部をもって相互に近接して配設されている。なお、外径寸法Ldを100mmとしている。
図9に示すグラフ図は、比較例のアンテナ100であって、材質がCu,厚さ寸法35μmに設定し、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成したときの実測データを図示し、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
【0022】
図6に於て、実施例のアンテナが、VSWR値2.0以下を示す周波数帯域が十分に広いことが判る。受信電波の周波数(1.94GHz)の近傍に第1最深部P1を有し、送信電波の周波数(2.15GHz)の近傍に第2最深部P2を有している。即ち、実施例のアンテナのVSWR特性を示すグラフは、第1最深部P1及び第2最深部P2が存在する双峰的な軌跡を描き、周波数分割複信(FDD)の2種類の電波の周波数に対応する広帯域にわたって、有効なVSWRを得たと言える。
一方、図9に於ては、比較例のアンテナが、VSWR値2.0以下を示す周波数帯域が非常に狭く、受信電波の周波数(1.94GHz)と送信電波の周波数(2.15GHz)の両方に対応することができない単峰的な(VSWR値の最小値ピークが1つのみ)VSWR特性となっていることが判る。
【0023】
次に、図7に示すグラフ図は、実施例のアンテナの指向性の評価結果を図示したものである。図7に於て、実施例のアンテナが、無指向性の特性を有していることが判る。即ち、周波数分割複信(FDD)に対応する受信電波の周波数(1.94GHz)と送信電波の周波数(2.15GHz)の両方の周波数域に於て、均一に電波を放射しており、無指向特性が損なわれていないことが確認される。
【0024】
図10及び図11に示すグラフ図は、上述の実施例と同様の構成から成るアンテナ{試作品(i)}と、実施例のアンテナとは最外角部10,10間の長さ寸法L0,近接角部11の曲率半径R11,ラジアルスリット2の長さ寸法L2のうち少なくとも一つが異なるように設定した複数種類のアンテナ{試作品(ii)〜(vii)}と、実施例のアンテナの四隅の最外角部10を面取りしたアンテナ{試作品(viii)〜(ix)}とを、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成して得たVSWR特性を測定グラフ線(i)〜(ix)として図示したものであって、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
各アンテナの条件は、以下の表1及び表2の通りである。
さらに、各アンテナに於て、外周経路長寸法L18と下限周波数FLに対応する電気的波長λeLとの倍率と、内周経路長寸法L19と上限周波数FHに対応する電気的波長λeHとの倍率とを、表3に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】
図10及び図11に於て、測定グラフ線(i)は、実施例と同様の構成から成るアンテナ{試作品(i)}から得たVSWR特性である。以下、測定グラフ線(ii)〜(ix)は、対応する試作品(ii)〜(ix)から得たVSWR特性である。
図10に於て、測定グラフ線(i)と測定グラフ線(ii)は、最外角部10,10間の長さ寸法L0が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。最外角部10,10間の長さ寸法L0を短く設定することによりVSWR特性を示すグラフが全体的に高周波数側にシフトすることが判る。
また、測定グラフ線(ii)〜測定グラフ線(v)は、近接角部11の曲率半径R11が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。近接角部11の曲率半径R11を大きく設定することにより、VSWR特性を示すグラフの低域側の整合周波数のみが高周波数側にシフトすることが判る。
【0029】
次に、図11に於て、測定グラフ線(i)と測定グラフ線(vi)と測定グラフ線(vii)は、ラジアルスリット2の長さ寸法L2が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。ラジアルスリット2の長さ寸法L2を大きく設定することにより、VSWR特性を示すグラフの高域側の整合周波数のみが低周波数側にシフトすることが判る。
また、測定グラフ線(viii)は、実施例と同様のアンテナであるが四隅の最外角部10を2mm面取りしたアンテナから得たVSWR特性を示している。測定グラフ線(ix)は、実施例のアンテナの四隅の最外角部10を5mm面取りしたアンテナから得たVSWR特性を示している。四隅の最外角部10を面取りすることはアンテナのVSWR特性にほとんど影響を与えないことが判る。
以上、表1〜表3及び測定グラフ線(i)〜測定グラフ線(ix)にて示したアンテナのVSWR特性を検証すると、隣り合う2つの最外角部10,10間の長さ寸法L0と、近接角部11の曲率半径R11及びラジアルスリット2の長さ寸法L2を適宜設定することで、所要の周波数帯域に対応するアンテナが得られることが確認される。言い換えると、携帯電話の周波数分割複信(FDD)における受信電波(周波数:1.94GHz〜1.96GHz)及び送信電波(周波数:2.13GHz〜2.15GHz)の両方に対応した周波数帯域の設定は、外周ループ18の外周経路長寸法L18を受信電波の周波数に対応する電気的波長の約2倍とし、かつ、内周ループ19の内周経路長寸法L19を送信電波の周波数に対応する電気的波長の約1.5倍とすることで達成される。
【0030】
以上のように、本発明は、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設し、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有し、さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続しているので、無指向性の特性を損なうことなく、周波数域の異なる複数の電波に対応可能(広帯域化)となり、複数の中継アンテナを、ひとつのアンテナに統合することができる。よって、少ない設置数で、目立つことなく、効率よく広い範囲に均一に電波を放射し、又は、受信することができる。また、平面状であるため、天井等から突出することがなく、目立つことなく設置することができ、実用性が向上する。
【0031】
また、一点Cを3個以上のアンテナ素子1の共通の第1給電点E1とすると共に、ラジアルスリット2の内端と微小間隙部3の内端とが連続する内角部12に第2給電点E2を配設したので、全体を小型化でき、かつ、無指向性を損なうことなく広帯域化した性能の高いアンテナを得ることができる。
【0032】
また、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の外周縁部13に沿って結んだ仮想の経路を外周ループ18とし、第1給電点E1と第2給電点E2とをアンテナ素子1の内周縁部14に沿って結んだ仮想の経路を内周ループ19とすると、外周ループ18の外周経路長寸法L18が所要周波数帯域の下限周波数FLに対応する電気的波長λeLの1.8倍〜2.2倍に、内周ループ19の内周経路長寸法L19が所要周波数帯域の上限周波数FHに対応する電気的波長λeHの1.3倍〜1.7倍になるように構成したので、1個のアンテナをもって、2種類以上の異なる周波数を含む所望の周波数帯域に好適に対応できる。
【符号の説明】
【0033】
1 薄片面状アンテナ素子
2 ラジアルスリット
3 微小間隙部
10 最外角部
11 近接角部
12 内角部
13 外周縁部
14 内周縁部
18 外周ループ
19 内周ループ
C 一点
E1 第1給電点
E2 第2給電点
L0 長さ寸法
L18 外周経路長寸法
FL 下限周波数
λeL 電気的波長
L19 内周経路長寸法
FH 上限周波数
λeH 電気的波長
【特許請求の範囲】
【請求項1】
3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子(1)を一点(C)廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部(3)をもって相互に近接して配設し、
上記薄片面状アンテナ素子(1)は、上記一点(C)から最も離れた箇所に最外角部(10)を備えると共に、上記一点(C)から上記最外角部(10)へ向かうラジアルスリット(2)を有し、
さらに、該ラジアルスリット(2)の内端は、上記微小間隙部(3)の内端に連続していることを特徴とするアンテナ。
【請求項2】
上記一点(C)を上記3個以上のアンテナ素子(1)の共通の第1給電点(E1)とすると共に、上記ラジアルスリット(2)の内端と上記微小間隙部(3)の内端とが連続する内角部(12)に第2給電点(E2)を配設した請求項1記載のアンテナ。
【請求項3】
上記第1給電点(E1)と上記第2給電点(E2)とを上記アンテナ素子(1)の外周縁部(13)に沿って結んだ仮想の経路を外周ループ(18)とし、上記第1給電点(E1)と上記第2給電点(E2)とを上記アンテナ素子(1)の内周縁部(14)に沿って結んだ仮想の経路を内周ループ(19)とすると、
上記外周ループ(18)の外周経路長寸法(L18)が所要周波数帯域の下限周波数(FL)に対応する電気的波長(λeL)の1.8倍〜2.2倍に、上記内周ループ(19)の内周経路長寸法(L19)が所要周波数帯域の上限周波数(FH)に対応する電気的波長(λeH)の1.3倍〜1.7倍になるように構成した請求項2記載のアンテナ。
【請求項1】
3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子(1)を一点(C)廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部(3)をもって相互に近接して配設し、
上記薄片面状アンテナ素子(1)は、上記一点(C)から最も離れた箇所に最外角部(10)を備えると共に、上記一点(C)から上記最外角部(10)へ向かうラジアルスリット(2)を有し、
さらに、該ラジアルスリット(2)の内端は、上記微小間隙部(3)の内端に連続していることを特徴とするアンテナ。
【請求項2】
上記一点(C)を上記3個以上のアンテナ素子(1)の共通の第1給電点(E1)とすると共に、上記ラジアルスリット(2)の内端と上記微小間隙部(3)の内端とが連続する内角部(12)に第2給電点(E2)を配設した請求項1記載のアンテナ。
【請求項3】
上記第1給電点(E1)と上記第2給電点(E2)とを上記アンテナ素子(1)の外周縁部(13)に沿って結んだ仮想の経路を外周ループ(18)とし、上記第1給電点(E1)と上記第2給電点(E2)とを上記アンテナ素子(1)の内周縁部(14)に沿って結んだ仮想の経路を内周ループ(19)とすると、
上記外周ループ(18)の外周経路長寸法(L18)が所要周波数帯域の下限周波数(FL)に対応する電気的波長(λeL)の1.8倍〜2.2倍に、上記内周ループ(19)の内周経路長寸法(L19)が所要周波数帯域の上限周波数(FH)に対応する電気的波長(λeH)の1.3倍〜1.7倍になるように構成した請求項2記載のアンテナ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−199715(P2011−199715A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−65819(P2010−65819)
【出願日】平成22年3月23日(2010.3.23)
【出願人】(000003263)三菱電線工業株式会社 (734)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年3月23日(2010.3.23)
【出願人】(000003263)三菱電線工業株式会社 (734)
【Fターム(参考)】
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