JP2009010471A

JP2009010471A - アンテナ

Info

Publication number: JP2009010471A
Application number: JP2007167524A
Authority: JP
Inventors: Shingo Tanaka; 信吾田中
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】リターンロス特性の改善を図ったアンテナを提供する。
【解決手段】二等辺三角形状に設けた第１の導体１１１及び第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２がなす頂点どうしが離間して対向するように、かつ、第１の導体１１１及び第２の導体１１２の等しい辺がなす頂点どうしを結んだ直線１４が二等辺三角形の底辺１５のそれぞれに対して垂直となるように、第１の導体１１１及び第２の導体１１２を配置する。さらに、第１の導体１１１の辺１３１と底辺１５とのなす頂点から第２の導体１１２の辺１３１と底辺１５とのなす頂点まで直線１４と平行になるように延在する直線状の第３の導体１１３を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナに係り、特に、広帯域な特性を有するアンテナに関するものである。

上述したアンテナとして、例えば図１１に示すようなボウタイアンテナ１０が提案されている（例えば特許文献１〜５）。同図に示すように、ボウタイアンテナ１０は、二等辺三角形の形状をそれぞれ有する第１の導体１１１及び第２の導体１１２と、第１の導体１１１及び第２の導体１１２のそれぞれの等しい辺がなす頂点に設けた給電点１２１、１２２とを有している。

そして、第１の導体１１１及び第２の導体１１２の等しい辺がなす頂点どうしが離間して対向するように、かつ、第１の導体１１１及び第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２がなす頂点どうしを結んだ直線１４が二等辺三角形の底辺１５のそれぞれに対して垂直となるように、第１の導体１１１及び第２の導体１１２が配置されている。また、上述した給電点１２１、１２２には給電線が接続され、この給電線を介してボウタイアンテナ１０に入射電力が供給される。

上述したボウタイアンテナ１０と給電線との間はインピーダンスの整合がなされていることが望ましいが、種々の要因から実際には不整合が生じる。そしてこの不整合により反射波の量が増え、空間に放射される電波が弱くなる。従って、この反射波によって生ずるリターンロス（反射損失）を低く抑える必要がある。

上述した構成のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を図２に示す。図中、実線が図１１に示す従来のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性である。同図に示すように、図１１に示す従来のボウタイアンテナ１０は、約３．４ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚ、約７．１ＧＨｚ〜８．７ＧＨｚでリターンロスが−１５ｄＢ以上となる周波数帯があり、まだまだリターンロスの改善余地がある。

また、ボウタイアンテナ１０は、周波数０のときリターンロスが最大となり、その後周波数が上がるに従ってリターンロスが下がっていく。図１１に示す従来のボウタイアンテナ１０の場合、周波数が約２．２ＧＨｚ以上にならないとリターンロスが−１０ｄＢ（ＶＳＲＷ＝２）以下まで落ちない。そこで、上記ボウタイアンテナ１０は横幅Ｗを大きくするほど低い周波数でリターンロスが落ちることに着目し、ボウタイアンテナ１０の横幅Ｗ（図１１）を大きくすることが考えられる。しかしながら、横幅Ｗを大きくすると、ボウタイアンテナ１０が大型化してしまう、という問題があった。
特開２００６−１３５４１５号公報特開２００２−１３５０３７号公報特開２００５−１３０２９２号公報特開２００３−８７０４５号公報特開２００３−３１８６３１号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、リターンロス特性の改善及び小型化を図ったアンテナを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、二等辺三角形の形状をそれぞれ有する第１の導体及び第２の導体と、前記第１の導体及び前記第２の導体のそれぞれの等しい辺がなす頂点に設けた給電点とを有していて、前記第１の導体及び前記第２の導体の等しい辺がなす頂点どうしが離間して対向するように、かつ、前記第１の導体及び前記第２の導体の等しい辺がなす頂点どうしを結んだ直線が前記二等辺三角形の底辺のそれぞれに対して垂直となるように、前記第１の導体及び前記第２の導体が配置されたアンテナにおいて、前記第１の導体の等しい辺の一方から前記第２の導体の等しい辺の一方まで前記頂点どうしを結んだ直線と平行になるように延在する直線状の第３の導体を有することを特徴とするアンテナに存する。

請求項２記載の発明は、前記第３の導体が、前記第１の導体の等しい辺の一方と底辺とのなす頂点から前記第２の導体の等しい辺の一方と底辺とのなす頂点まで延在するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナに存する。

請求項３記載の発明は、前記第１の導体の等しい辺の他方から前記第２の導体の等しい辺の他方まで前記頂点どうしを結んだ直線と平行になるように延在する直線状の第４の導体を有していて、そして、前記第３の導体及び前記第４の導体が、前記頂点どうしを結ぶ直線に対して線対称となるように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナに存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第１の導体の等しい辺の一方から第２の導体の等しい辺の一方まで頂点どうしを結んだ直線と平行になるように延在する直線状の第３の導体を有するので、リターンロス特性を改善することができる。また、低い周波数でリターンロス特性を低くすることができ、小型化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、第３の導体が、第１の導体の等しい辺の一方と底辺とのなす頂点から第２の導体の等しい辺の一方と底辺とのなす頂点まで延在するように設けられているので、より一層、リターンロス特性を改善することができる。

請求項３記載の発明によれば、第１の導体の等しい辺の他方から第２の導体の等しい辺の他方まで頂点どうしを結んだ直線と平行になるように延在する直線状の第４の導体を有していて、そして、第３の導体及び第４の導体が、頂点どうしを結ぶ直線に対して線対称となるように設けられているので、より一層低い周波数でリターンロス特性を低くすることができ、小型化を図ることができる。

第１実施形態
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のアンテナとしてのボウタイアンテナ１０の第１実施形態を示す平面図である。同図に示すように、ボウタイアンテナ１０は、板状に設けられている。ボウタイアンテナ１０は、第１の導体１１１及び第２の導体１１２と、給電点１２１及び１２２と、第３の導体１１３と、を有している。上記第１の導体１１１及び第２の導体１１２は互いに同形の二等辺三角形に設けられている。上記給電点１２１は、第１の導体１１１の等しい辺１３１、１３２がなす頂点に設けられている。給電点１２２は、第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２がなす頂点に設けられている。

そして、第１の導体１１１及び第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２がなす頂点どうしが離間して対向するように、かつ、第１の導体１１１及び第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２がなす頂点どうしを結んだ直線１４が二等辺三角形の底辺１５のそれぞれに対して垂直となるように、第１の導体１１１及び第２の導体１１２が配置されている。また、上述した給電点１２１、１２２には給電線が接続され、この給電線を介してボウタイアンテナ１０に入射電力が供給される。

上記第３の導体１１３は、直線状に設けられていて、第１の導体１１１の等しい辺１３１、１３２の一方である辺１３１と底辺１５とのなす頂点から第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２の一方である辺１３１と底辺１５とのなす頂点まで直線１４と平行になるように延在して設けられている。

本発明者は、図１に示す第１実施形態のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を電磁界シミュレータで解析した。結果を図２、図３に示す。図中、実線が従来のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性であり、四角が第１実施形態のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性である。なお、図２は、二等辺三角形の高さＡ＝４０ｍｍ、底辺１５の長さＢ＝４０ｍｍ、第３の導体１１３の幅Ｃ＝１ｍｍとし、アンテナインピーダンスを３００Ωとしている。図３は、Ａ＝４０ｍｍ、Ｂ＝６０ｍｍ、Ｃ＝１ｍｍとして、アンテナインピーダンスを２００Ωとしている。Ａ＝４０ｍｍ、Ｂ＝４０ｍｍのボウタイアンテナ１０の場合、図２に示すように、従来のボウタイアンテナ１０では、約３．４ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚ、約７．１ＧＨｚ〜８．７ＧＨｚでリターンロスが−１５ｄＢ以上となり、約３ＧＨｚ以上でリターンロスを−１０ｄＢ未満にしか抑えることができなかった。

これに対して、第１実施形態のボウタイアンテナ１０では、約３ＧＨｚ以上でリターンロスを−１５ｄＢ未満に抑えることができた。即ち、従来に比べてより広い周波数帯域でリターンロスをより小さな値に抑えることができ、リターンロス特性を改善することができることが分かった。

また、Ａ＝４０ｍｍ、Ｂ＝６０ｍｍのボウタイアンテナ１０の場合、図３に示すように、従来のボウタイアンテナ１０では、約３ＧＨｚ以上でリターンロスを−１１．２ｄＢ未満にしか抑えることができなかった。これに対して、第１実施形態のボウタイアンテナ１０では、約３ＧＨｚ以上でリターンロスを−１２．７ｄＢ未満に抑えることができる。

また、図２及び図３に示すように、従来のボウタイアンテナ１０では、周波数を０から上げていったとき約２．２ＧＨｚまで上げないとリターンロスが−１０ｄＢ以下まで落ちず、リターンロスが落ちるのが遅かった。これに対して、図１に示す本発明のボウタイアンテナ１０では、周波数を０から上げていったとき約１．９ＧＨｚまで上げるとリターンロスが−１０ｄＢ以下に落ち、従来に比べてリターンロスが落ちるのが早くなった。よって、第３の導体１１３を設けるだけでボウタイアンテナ１０の横幅Ｗを大きくしなくても、従来よりも低い周波数でリターンロスを低くすることができる。

上述した第１実施形態のボウタイアンテナ１０の放射パターンは、通常のダイポールアンテナと同じ傾向である。また、従来のボウタイアンテナ１０の利得は、−２ｄＢｉ〜＋２ｄＢｉ（３ＧＨｚ〜８ＧＨｚ）であるのに対し、第１実施形態で示すボウタイアンテナ１０の利得は−２ｄＢｉ〜＋４ｄＢｉ（１．２ＧＨｚ〜３．２ＧＨｚ）となり従来のボウタイアンテナ１０とほぼ同等であり、アンテナとして動作することを確認した。

次に、本発明者は、Ｃ＝０．２ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図１に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を電磁界シミュレータで解析した。結果を図４に示す。図中、点線が従来のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性であり、ダイヤがＣ＝０．２ｍｍ、四角がＣ＝１ｍｍ、三角がＣ＝２ｍｍ、丸がＣ＝５ｍｍ、バツがＣ＝１０ｍｍの図１に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性である。同図に示すように、Ｃ＝０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度ではボウタイアンテナ１０の特性は、互いに変わらない。Ｃ＝５ｍｍ以上だと低域のリターンロス特性は従来に比べて改善されているが、高域のリターンロス特性が劣化する。よって、Ｃは０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲が最適であることが分かった。

なお、上述した第１実施形態では、第３の導体１１３は、第１の導体１１１の辺１３１と底辺１５とのなす頂点から第２の導体１１２の辺１３１から底辺１５とのなす頂点まで延在して設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば図５に示すように、第３の導体１１３を上記頂点から離間して設けてもよい。

そして、本発明者は、第３の導体１１３と、辺１３１及び底辺１５のなす頂点と、の距離Ｓを０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図５に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を電磁界シミュレータで解析した。結果を図６に示す。図中、点線が従来のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性であり、ダイヤがＳ＝０ｍｍ、四角がＳ＝１ｍｍ、三角がＳ＝２ｍｍ、丸がＳ＝５ｍｍ、バツがＳ＝１０ｍｍの図１に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性である。同図に示すように、Ｓ＝０ｍｍ〜２ｍｍ程度ではボウタイアンテナ１０の特性は、変わらない。Ｓ＝５ｍｍ以上だと、低域のリターンロス特性は従来に比べて改善されているが、高域のリターンロス特性が劣化する。よって、Ｓは０ｍｍ〜２ｍｍの範囲が最適であることが分かった。

第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。図７は、本発明のアンテナとしてのボウタイアンテナ１０の第２実施形態を示す平面図である。なお、図７において、図１について上述した第１実施形態のボウタイアンテナ１０と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。同図に示すように、ボウタイアンテナ１０は、第１の導体１１１及び第２の導体１１２と、給電点１２１及び１２２と、第３の導体１１３と、第４の導体１１４とを有している。第１の導体１１１、第２の導体１１２及び第３の導体１１３と、給電点１２１及び１２２とは、上述した第１実施形態と同様のためここでは詳細な説明は省略する。

上記第４の導体１１４は、直線状に設けられていて、第１の導体１１１の等しい辺１３１、１３２の他方である辺１３２と底辺１５とのなす頂点から第２の導体１１２の等しい辺１３１、１３２の他方である辺１３２と底辺１５とのなす頂点まで直線１４と平行になるように延在して設けられている。図７からも明らかなように、第３の導体１１３及び第４の導体１１４は、直線１４に対して線対称となるように設けられている。

本発明者は、上述した構成の図７に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を電磁界シミュレータで解析した。結果を図２、図３に示す。図中、三角が図７に示す第２実施形態のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性である。なお、第１実施形態と同様に、図２はＡ＝４０ｍｍ、Ｂ＝４０ｍｍ、Ｃ＝１ｍｍとし、アンテナインピーダンスを３００Ωとしている。図３は、Ａ＝４０ｍｍ、Ｂ＝６０ｍｍ、Ｃ＝１ｍｍとし、アンテナインピーダンスを２００Ωとしている。

図２及び図３に示すように、第２実施形態のボウタイアンテナ１０では、約３ＧＨｚ〜４ＧＨｚの範囲でリターンロスが−１０Ｂを超えてしまい、リターンロスが−１０ｄＢ以下となる帯域幅は狭くなるものの、帯域が大きく低域化していることがわかる。即ち、従来のボウタイアンテナ１０では、周波数を０から上げていったとき約２．２ＧＨｚまで上げないとリターンロスが−１０ｄＢ以下まで落ちなかった。また、第１実施形態のボウタイアンテナ１０でも、周波数を０から上げていったとき約１．９ＧＨｚまで上げないとリターンロスが−１０ｄＢ以下まで落ちなかった。

これに対して、第２実施形態のボウタイアンテナ１０では、周波数を０から上げていったとき約１．２ＧＨｚまで上げるとリターンロスが−１０ｄＢ以下に落ち、従来や第１実施形態に比べてリターンロスが落ちるのが早くなった。そして、図７に示す第２実施形態のボウタイアンテナ１０は、１．２ＧＨｚ〜３．２ＧＨｚの低域でリターンロスを−１０ｄＢ以下とすることができる。

ボウタイアンテナ１０の横幅Ｗと共振周波数とは反比例の関係にある。即ち、ボウタイアンテナ１０は横幅Ｗを大きくするほど低い周波数でリターンロスが落ちる。このため、図１１に示す従来のボウタイアンテナ１０において１．２ＧＨｚでリターンロス−１０ｄＢ以下に落とすためには横幅Ｗを１２８ｍｍにする必要がある。これに対して、図７の第２実施形態のボウタイアンテナ１０によれば、横幅Ｗ＝８０ｍｍ（４０ｍｍ×２）で１．２ＧＨｚでリターンロスを−１０ｄＢ以下に落とすことができる。よって、図７に示す第２実施形態のボウタイアンテナ１０は、横幅Ｗを従来に比べて１／１．６（８０ｍｍ／１２８ｍｍ）に小型化することができる。また、面積では（１／１．６）^２＝１／２．５に小型化することができる。

図７の第２実施形態で示すボウタイアンテナ１０の放射パターンは通常のダイポールアンテナと同じ傾向で、利得は図１１に示す従来のボウタイアンテナ１０が−２ｄＢｉ〜＋２ｄＢｉ（３ＧＨｚ〜８ＧＨｚ）であったのに対し、図７に示す第２実施形態で示すボウタイアンテナ１０は−２ｄＢｉ〜＋４ｄＢｉ（３ＧＨｚ〜８ＧＨｚ）となり、アンテナとして動作することを確認した。

次に、本発明者は、Ｃ＝０．２ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図７の第２実施形態のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を電磁界シミュレータで解析した。結果を図８に示す。図中、点線が従来のボウタイアンテナ１０のリターン特性であり、ダイヤがＣ＝０．２ｍｍ、四角がＣ＝１ｍｍ、三角がＣ＝２ｍｍ、丸がＣ＝５ｍｍ、バツがＣ＝１０ｍｍと変化させたときの図７に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性である。同図に示すように、Ｃ＝０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度ではボウタイアンテナ１０の特性は、互いに変わらない。Ｃ＝５ｍｍ以上だと低域のリターンロス特性は従来に比べて改善されているが、高域のリターンロス特性が劣化する。よって、Ｃは０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲が最適であることが分かった。

なお、上述した実施形態では、第３の導体１１３は、第１の導体１１１の辺１３１と底辺１５とのなす頂点から第２の導体１１２の辺１３１と底辺１５とのなす頂点まで延在して設け、第４の導体１１４は、第１の導体１１１の辺１３２と底辺１５とのなす頂点から第２の導体１１２の辺１３２と底辺１５とのなす頂点まで延在して設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば図９に示すように、第３の導体１１３、第４の導体１１４を上記頂点から離間して設けてもよい。

そして、本発明者は、第３の導体１１３、第４の導体１１４と、等しい辺１３１、１３２及び底辺１５のなすと頂点と、の距離Ｓを０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図９に示すボウタイアンテナ１０のリターンロス特性を電磁界シミュレータで解析した。結果を図１０に示す。図中、点線が従来のボウタイアンテナ１０のリターンロス特性であり、ダイヤがＳ＝０ｍｍ、四角がＳ＝１ｍｍ、三角がＳ＝２ｍｍ、丸がＳ＝５ｍｍ、バツがＳ＝１０ｍｍの図９に示すボウタイアテナ１０のリターンロス特性である。同図に示すように、Ｓ＝０ｍｍ〜２ｍｍ程度ではボウタイアンテナ１０の特性は、変わらない。Ｓ＝５ｍｍ以上だと、低域のリターンロス特性は従来に比べて改善されているが、高域のリターンロス特性が劣化する。よって、Ｓは０ｍｍ〜２ｍｍの範囲が最適であることが分かった。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明のアンテナとしてのボウタイアンテナの第１実施形態を示す平面図である。Ａ＝４０ｍｍ、Ｂ＝４０ｍｍのときの図１に示す第１実施形態、図７に示す第２実施形態のボウタイアンテナ及び図１１に示す従来のボウタイアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。Ａ＝４０ｍｍ、Ｂ＝６０ｍｍのときの図１に示す第１実施形態、図７に示す第２実施形態のボウタイアンテナ及び図１１に示す従来のボウタイアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。Ｃ＝０．２ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図１に示すボウタイアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。第１実施形態のボウタイアンテナの変形例を示す平面図である。Ｓ＝０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図５に示すボウタイアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。本発明のアンテナとしてのボウタイアンテナの第２実施形態を示す平面図である。Ｃ＝０．２ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図７に示すボウタイアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。第２実施形態のボウタイアンテナの変形例を示す平面図である。Ｓ＝０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させたときの図９に示すボウタイアンテナのリターンロス特性を示すグラフである。従来のアンテナとしてのボウタイアンテナの一例を示す構成図である。

符号の説明

１０ボウタイアンテナ
１４直線
１５底辺
１１１第１の導体
１１２第２の導体
１１３第３の導体
１１４第４の導体
１２１給電点
１２２給電点
１３１辺
１３２辺

Claims

二等辺三角形の形状をそれぞれ有する第１の導体及び第２の導体と、前記第１の導体及び前記第２の導体のそれぞれの等しい辺がなす頂点に設けた給電点とを有していて、前記第１の導体及び前記第２の導体の等しい辺がなす頂点どうしが離間して対向するように、かつ、前記第１の導体及び前記第２の導体の等しい辺がなす頂点どうしを結んだ直線が前記二等辺三角形の底辺のそれぞれに対して垂直となるように、前記第１の導体及び前記第２の導体が配置されたアンテナにおいて、
前記第１の導体の等しい辺の一方から前記第２の導体の等しい辺の一方まで前記頂点どうしを結んだ直線と平行になるように延在する直線状の第３の導体を有することを特徴とするアンテナ。
前記第３の導体が、前記第１の導体の等しい辺の一方と底辺とのなす頂点から前記第２の導体の等しい辺の一方と底辺とのなす頂点まで延在するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記第１の導体の等しい辺の他方から前記第２の導体の等しい辺の他方まで前記頂点どうしを結んだ直線と平行になるように延在する直線状の第４の導体を有していて、そして、前記第３の導体及び前記第４の導体が、前記頂点どうしを結ぶ直線に対して線対称となるように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。