アンテナ
【課題】 平面かつ薄型の構造により既存設備表面への設置を容易にし、かつ電力放射分布が交差２偏波で無指向性となるアンテナを提供すること。
【課題手段】 平面状の導体からなるアンテナであって、グランド部と、第１のアンテナ素子と、前記グランド部と前記第１のアンテナ素子との間に形成された給電点と、前記第１のアンテナ素子に連結部を介して接続され、前記連結部から２つに分岐して形成された第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子と、を有し、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を有することを特徴とするアンテナ。
【課題手段】 平面状の導体からなるアンテナであって、グランド部と、第１のアンテナ素子と、前記グランド部と前記第１のアンテナ素子との間に形成された給電点と、前記第１のアンテナ素子に連結部を介して接続され、前記連結部から２つに分岐して形成された第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子と、を有し、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を有することを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放送免許不要の微弱電力通信等の近距離通信で電波を送受信するアンテナに関して、アンテナから全方向に効率良く電波を送受信可能なアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電気機器や情報端末機器間のデータ等情報授受を無線通信で行うことが盛んになっている。この無線通信の方法としては、様々な方式が提案されており、各機器を近接もしくは接触させ通信を行うものや、使用電波の周波数における波長の数倍程度の近距離で通信を行うもの（以下、近距離通信と略す）などがある。特にこの近距離通信を日本国内で実施する場合、電波法規により電波送信免許の不要な送信電力が規定されているため、通信可能な距離（以下、通信距離と略す）が限定される。
【０００３】
これまで近距離通信で使用されてきたアンテナは、導体構造のロッドアンテナやモノポールアンテナ、さらにダイポールアンテナなどの既知のアンテナが殆どである。しかし、これらアンテナの電力放射分布特性は、１つの偏波成分による構造特有の指向性が存在する。しかし、たとえ近距離通信であっても、これらアンテナと電波送受信の対象となる一方のアンテナが、この１つの偏波成分に対応して設置もしくは位置しない限り、効率の良い通信は実現できない。すなわち、１つの偏波による無指向性だけではなく、最低でも直交する２つの偏波で無指向性を実現する必要がある。このため、これまで近距離通信で使用されてきたアンテナでは、アンテナを中心とし、通信距離を半径とした通信エリア全体で効率の良い通信の実現が困難となる。
【０００４】
さらに、通信状態を維持するため、アンテナ自体の設置の方法や場所の自由度に制限が生じ、設置場所によっては、人為的な接触等の予期せぬトラブルでアンテナ自体の故障なども起こり得る。このため、この近距離通信で使用するアンテナは、テーブルや壁などの既存設備表面への設置が容易で無突出の平面的な構造であって、かつ電力放射分布特性が直交する２つの偏波成分（以下、交差２偏波と略す）を使用した無指向性であることが望ましい。
【０００５】
例えば、特許文献１、２には、平面かつ薄型の代表的なアンテナが記載されている。特許文献１、２のアンテナは、その平面かつ薄型の構造により既存設備表面に容易に設置可能であり、安価かつ汎用性に優れたアンテナの供給を可能にするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８３０３５８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４４８８３号公報
【特許文献３】特開２００４−３０５８７４号公報
【特許文献４】特開２００５−１３２３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２のアンテナは、電力放射分布特性において、交差２偏波で無指向性を実現していない。このため、偏波成分を考慮した設置条件（例えば、アンテナの方向や取付け高さなど）に関しては、モノポールやダイポール等の従来使用のアンテナと同様となる。また、特許文献１、２のアンテナは、平面かつ薄型の構造により既存設備表面へのアンテナ設置を容易にするものの電力放射分布特性が交差２偏波の無指向性でないため、従来の既知アンテナ同様に近距離通信に適用しても通信エリア全体での効率の良い通信の実現が困難になる可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、近距離通信で使用するアンテナに関して、平面かつ薄型の構造により既存設備表面への設置を容易にし、かつ電力放射分布が交差２偏波で無指向性となるアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のアンテナは、平面状の導体からなるアンテナであって、グランド部と、第１のアンテナ素子と、前記グランド部と前記第１のアンテナ素子との間に形成された給電点と、前記第１のアンテナ素子に連結部を介して接続され、前記連結部から２つに分岐して形成された第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子と、を有し、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を有するものである。
【００１０】
アンテナの外形は、一辺の長さが動作周波数の波長の１／２より短い矩形に収まる大きさであるとよい。
【００１１】
前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子は、その長さで動作周波数帯域を制御可能であるとよい。
【００１２】
前記給電点に接続された同軸ケーブルを有し、前記同軸ケーブルは、前記第１乃至第３のアンテナ素子と交差しないように配置されるとよい。
【００１３】
前記グランド部に接続された第４のアンテナ素子を有し、前記第３のアンテナ素子の先端は、前記第４のアンテナ素子の先端と導体がない空間を挟んで対向しているとよい。
【００１４】
前記グランド部、前記給電点、および第１乃至第３のアンテナ素子は、誘電体基板の一方の面に形成されているとよい。
【００１５】
前記誘電体基板は、その他方の面に導体面が形成され、前記他方の面の導体面は、前記第１乃至第３のアンテナ素子が位置する部分に相対する部分の導体が除去されているとよい。
【発明の効果】
【００１６】
（１）交差２偏波の無指向性で効率の良い電波送受信を行う近距離通信用のアンテナが実現可能である。
【００１７】
（２）平面かつ薄型の構造で設置が容易な近距離通信用のアンテナが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のアンテナの設計方法を説明する図である。
【図２】本発明のアンテナの設計方法の計算フローチャートである。
【図３】本発明のアンテナの設計方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造と正方形の微小セグメントで離散化した導体平板との位置関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造の電流分布を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造と正方形の微小セグメントで離散化した導体平板との位置関係を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２６】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２７】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造と正方形の微小セグメントで離散化した導体平板との位置関係を示す図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２９】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３０】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３１】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３３】本発明の第３の実施形態が適用される放送システムの例を示す図である。
【図３４】本発明の第４の実施形態に係る構造を示す図である。
【図３５】本発明の第５の実施形態に係る構造を示す図である。
【図３６】本発明の第６の実施形態に係る設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のアンテナは、アンテナの導体表面の電流分布を最適に配置することで、近距離通信において、電流分布に伴う交差２偏波による無指向性の電力放射特性を実現するものである。すなわち本発明のアンテナは、主に動作周波数を制御する複数のアンテナ素子と主に動作周波数帯域を制御する複数のアンテナ素子とグランド部とを平面で配置した構造を用いて、平面かつ薄型であって、かつ電力放射分布特性が交差２偏波で無指向性となるアンテナ構造を実現するものである。したがって、本発明のアンテナは、近距離通信において、設置の方法や場所の自由度を広くし、かつ効率の良い電波の送受信を実現することができる。
【００２０】
また、本発明のアンテナの設計方法は、特許文献３、４記載のアンテナ構造自動探索法に基づき考案されたものである。
【００２１】
上記の交差２偏波とは、一般的な水平偏波と垂直偏波の様に、直交の位置関係にある２つの偏波を指す。
【００２２】
本発明のアンテナは、動作周波数を制御する複数のアンテナ素子と動作周波数帯域を制御する複数のアンテナ素子を有する構造である。したがって、これらのアンテナ素子の長さ・サイズを変更することで、動作周波数及びその帯域を容易に変更または調整することができる。
【００２３】
また、本発明のアンテナは、設置の方法の自由度を広くするため、アンテナ単体で独自にグランド部を具備したものである。すなわち、一般的にアンテナは、その特性を向上もしくは維持するために、アンテナ素子よりもはるかに広い面積（容積）のグランド部が必要となる。例えば、建物や壁、電気機器類などにアンテナ（素子）を設置する場合、これら設置場所に既存の導体をグランドにする方法が良く取られる。しかし、この場合は別途工事や加工が必要になる。これに対し、本発明のアンテナは、アンテナ単体で独自にグランド部を具備しているため、この煩わしさがないと共に、広い面積（容積）のグランドを使用しなくても良い。
【００２４】
また、本発明のアンテナは、独自のグランド部を具備することにより、そのグランド部に出力調整や受信感度補正の回路を具備することを可能にしている。
【００２５】
まず、本発明アンテナの設計方法に関し、図１から図３に基づいて説明する。本発明のアンテナの設計方法は、特許文献３、４記載のアンテナ解析に幅広く使用されているモーメント法を応用し考案されたものである。
【００２６】
図１は、本発明のアンテナの設計方法（構造自動探索法）で取り扱う離散化された導体平板１を示している。アンテナを構成する導体平板１の縦横サイズ（Ｌ、Ｗ）を定義し、この定義された導体平板１の領域の全てを一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化している。そしてモーメント法の解法に基づき、全ての微小セグメント２の結合辺上に電流点（図示せず）を定義している。さらに、モーメント法の解法による電気的特性を算出するため、これら正方形の微小セグメント２の任意の結合辺上に給電点３を定義している。本発明のアンテナの設計方法（構造自動探索法）は、これら微小セグメント２の有無による構造組合せを連続的に計算し、これら組合せ毎の電気的な特性を評価することで、所望とする特性を有する構造を自動的に算出し、導体平板構造４１、４２の様な構造を得るものである。
【００２７】
図２は、本発明の設計に用いた本発明のアンテナの設計方法の計算フローチャートを示す。
【００２８】
まず、ステップＳ１で導体平板の縦横サイズ（Ｌ、Ｗ）とこの平板導体を離散化するための正方形微小セグメントの一辺のサイズＡの設定を読み込む。このとき、導体平板サイズＬとＷは、微小セグメント一辺のサイズＡの倍数としている。次にステップＳ２で導体平板を正方形微小セグメントで離散化し、導体平板内に形成される微小セグメントの総数Ｎallを決定する。次にステップＳ３で全てのセグメントに番号を定義し、この情報を配列データＳallに保存する。なお、この配列データＳallは、サイズＮallの１次元配列であり、予め定義しておく。次にステップＳ４でアンテナのグランド部とする微小セグメントの固定領域の設定を読み込み、固定される微小セグメントの総数Ｎfixを決定する。
【００２９】
次に配列データＳallの情報に従い、ステップＳ５で固定される微小セグメントの番号情報を配列データＳfixに保存する。なお、この配列データＳfixは、最低サイズＮfixの１次元配列である。次にステップＳ６でアンテナのグランド部とする固定領域外にある微小セグメント有無の組合せを変化させるセグメント領域の設定を読込み、対象となるセグメントの総数Ｎcalを決定する。次に配列データＳallの情報に従い、ステップＳ７でセグメント有無組合せを変化させる領域に存在するセグメントの番号情報を配列データＳcalに保存する。なお、この配列データＳcalは、最低サイズＮcalの１次元配列である。次にステップＳ８で給電点位置の設定を読込み、給電点が設置される隣接する２つのセグメントを決定する。
【００３０】
以上の図２に関する説明の状態を図３に示す。図３より、導体平板１を２０×２０個（Ｎall＝４００）の１辺Ａの正方形微小セグメント２で離散化し、アンテナのグランドとする固定領域５を太枠で示し、この固定領域５内の１４×１４個（Ｎfix＝１９６）のセグメント２全てを固定し、固定領域５外の全てのセグメント２（Ｎcal＝２０４）を、セグメント有無組合せを変化させる対象にし、そして固定領域５の境界に位置する任意の２つのセグメント２の結合辺上に給電点３を設置している。
【００３１】
図２の説明に戻り、ステップＳ９で設計において所望とする特性の初期値（最低条件値）Ｒ0を読込む。本発明では、この初期値Ｒ0は、アンテナの電気的特性である電力放射特性における交差する各偏波の電力最大値と最小値との差や平均値、また設計中心周波数のＶＳＷＲ（電圧定在波比）などを使用している。
【００３２】
以上のステップＳ９までの設定を用いて、総数２０４（＝Ｎcal）の全セグメント有無組合せ毎で構成される各構造の電気的特性を自動的に算出する計算フローがステップＳ１０以降である。なおステップＳ１０からＳ１５は、計算回数を１から２のＮcal乗とする計算ループ内で行われる。ここで最大の計算回数が２のＮcal乗となるのは、有無組合せの対象となるセグメントの総数がＮcalより、最大の計算回数分の異なる構造が存在するためである。
【００３３】
まずステップＳ１０で配列データＳcalを使用し、セグメント有無の組合せを変化させ、存在する（有の状態の）セグメントの番号情報を配列データＳvarに代入する。次にステップＳ１１で配列データＳvarとアンテナのグランドとして固定された全セグメントの番号情報を保存した配列データＳfixで形成される導体構造上の電流分布をモーメント法の計算定義に従い計算する。モーメント法の計算定義は、諸文献に開示されている方法を用いることができる。
【００３４】
次にステップＳ１２で算出された電流分布を使用し、計算に使用した導体構造における電気的特性Ｒ1を算出する。次にステップＳ１３でＲ1の比較対象となる特性値Ｒ0を比較し、もしＲ0がＲ1より良好であれば、そのまま次の異なる導体構造に関する計算に移る。一方Ｒ1がＲ0より良好であれば、より特性の良い構造を選択するため、ステップＳ１４に移動し、Ｒ0にＲ1を代入し、次の異なる導体構造における電気的特性の比較対象値Ｒ0を更新し、さらにステップＳ１４への移動を可能にした導体構造（ステップＳ１０で導出）を形成する全セグメントの番号情報を配列データＳに保存し（ステップＳ１５）、次の異なる導体構造に関する計算に移る。このステップＳ１０からステップＳ１５を最大２のＮcal乗回繰り返し、これが終了後、ステップＳ１６で最良の電気的特性値Ｒ0とこの特性を実現する導体構造を形成する全セグメントの番号情報を保存した配列データＳを出力し、全ての計算が終了する。
【００３５】
以上の構造自動探索法に基づく計算により、構造を自動的に算出および評価して本発明のアンテナ構造を決定することが可能である。
【００３６】
［第１の実施形態］
以上の設計方法により実現した本発明の第１の実施形態に係るアンテナについて、添付図面の図４から図１０に基づいて説明する。
【００３７】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ６１の構造を示す。また、図５は、図４の本発明のアンテナ６１の構造（サイズ）と自動構造探索法で使用した一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化した導体平板との位置関係を示す。ここでは微小セグメント２の一辺Ａは４．５ｍｍとしている。また、この構造での設計周波数は、７００ＭＨｚとしている。図示のように、アンテナ６１の構造は、各微小セグメント２の配置に従い決定されている。
【００３８】
本実施形態のアンテナ６１は、銅板からなる導体平板で構成され、主に動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２と、主に動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２と、アンテナのグランド部９とからなる。給電点３は、図示した位置（グランド部９とアンテナ素子８２との間）としている。
【００３９】
グランド部９は、アンテナ６１の設計時に設定した固定領域５内の１９６（１４×１４）個の微小セグメント２と固定領域５の左右両側に接続された複数の微小セグメント２とから構成されている。固定領域５の左側には７個の微小セグメント２が接続され、固定領域５の右側には８個の微小セグメント２が接続されている。
【００４０】
アンテナ素子８１は、複数の微小セグメント２が一列に接続された形状をしている。アンテナ素子８１は、グランド部９の右下部に接続され、導体平板の右下の角部から上方に一直線状に伸びるように形成されている。一方、アンテナ素子８２は、複数の微小セグメント２の集合からなり、グランド部９の左上部に接続されている。グランド部９とアンテナ素子８２との間には、給電点３が形成されている。なお、アンテナ素子８２には、構造自動探索法による計算に伴い、微小セグメント２が除去された矩形穴１０が２つ存在する。このようなアンテナ素子８２の構造から分かるように、本実施形態のアンテナ６１は、人為的に設計することが容易ではない複雑な構造となっている。
【００４１】
アンテナ素子７１、７２は、アンテナ素子８２の上部に連結部を介して接続され、当該連結部からＴ字状に２つに分岐して形成されている。すなわち、アンテナ素子８２の上部に連結部の一端が接続され、連結部の他端に２つのアンテナ素子７１、７２接続され、連結部と２つのアンテナ素子７１、７２とがＴ字状をなしている。連結部の他端における分岐部から図示左側をアンテナ素子７１とし、右側をアンテナ素子７２とする。
【００４２】
アンテナ素子７１、７２は、それぞれ複数の微小セグメント２が一列に接続された形状をしている。アンテナ素子７１は、上記の分岐部から導体平板の左上の角部まで一直線状に伸びると共に、この左上の角部から導体平板の左下の角部まで一直線状に伸びている。一方、アンテナ素子７２は、上記の分岐部から導体平板の右上の角部まで一直線状に伸びると共に、この右上の角部から下方に一直線状に伸びるように形成されている。アンテナ素子７２の先端は、１個分の微小セグメント２無しの空間を挟んでアンテナ素子８１の先端と対向している。
【００４３】
図６（ａ）は、図４の本発明のアンテナ６１の表面上の電流分布１１の連続性を破線で示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の電流分布１１の強度を白黒の濃淡で示す。なお、図６（ｂ）は電流分布における最大値で正規化して図示している。
【００４４】
図６より、主に動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２上、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２上、そしてアンテナ６１のグランド部９の導体縁付近に給電点３から連続した電流分布１１が存在している。この連続した電流分布１１は、主に動作周波数を制御するアンテナ素子７１の屈曲部（導体平板の左上の角部）周辺で最も強度の大きい分布となり、他の部分はほぼ均等の強度となっている。このように、本発明のアンテナ６１は、構造全体に電流分布１１を持つ構造となっている。
【００４５】
図７は、図４のアンテナ６１をポリエステル製のラミネート材１２で覆ったときのアンテナ６２の外観を示している。図４のアンテナ６１は、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１以外のアンテナ素子７１、７２、８２は、アンテナのグランド部９と分離した構造となっている。このため、アンテナの構造を保持するために、アンテナの全体もしくは一部分を絶縁体で覆っても良く、図７では絶縁体としてのラミネート材１２でアンテナ６１全体を覆った場合を示している。なお、絶縁体として紙を用いることも可能である。
【００４６】
図８は、アンテナ６２の給電線として同軸ケーブル１３を使用した場合を示している。給電点３に相当する位置の導体平板は除去され、グランド部９とアンテナ素子８２は離間している。同軸ケーブル１３の内導体１４１は、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子の１つであるアンテナ素子８２に半田材１５を用いて接続されている。また、同軸ケーブル１３の外導体１４２は、アンテナのグランド部９に半田材１５を用いて接続されている。なお、同軸ケーブル１３の内導体１４１と外導体１４２を半田材１５で接続する部分のラミネート材は、除去されている。
【００４７】
図９と図１０は、本発明のアンテナの特性を示している。なお、以下に示す本発明のアンテナに関する特性説明は、実際の測定作業の都合上、図８のアンテナ６２のようにポリエステル製のラミネート材でアンテナ全体を覆い構造を固定し、同軸ケーブルを給電線とした場合を用いて示す。ただし便宜上、ラミネート材の図示は省略する。なお、ポリエステル製のラミネート材１２の誘電率の影響により、動作（中心）周波数は、設計周波数より約２％程度低い数値となる。また同軸ケーブルの径は１．１ｍｍ、同軸ケーブルの長さは５００ｍｍで統一している。
【００４８】
図９は、図８のアンテナ６２の周波数共振特性を示し、横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示している。図９より、動作（中心）周波数は、ラミネート材の誘電率の影響により、設計周波数７００ＭＨｚより約２％程度低い６８５ＭＨｚとなっている。そしてＶＳＷＲが２以下の比帯域は、約５％となっている。
【００４９】
図１０は、図８のアンテナ６２の電力放射分布特性の測定結果を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図内の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と回転角（θ）に従い、測定周波数は６８５ＭＨｚとし、観測点距離は、アンテナ平面の中心より測定周波数の波長（λ≒４３８ｍｍ）の１．０倍とし、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示している。図１０より、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られている。なおＺＸ面とＹＺ面は、互いに直交する平面であり、これら垂直偏波も互いに直交する。これより、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００５０】
以上の図４から図１０に示す構造と結果の通り、本発明によると、アンテナの導体表面の電流分布を最適に配置する構造により、平面かつ薄型で、かつ電力放射分布特性が交差２偏波で無指向性となるアンテナを実現可能である。
【００５１】
なお、上記のような交差２偏波による無指向性の電力放射特性を実現し得る他の構造として、共通の給電点を中心に２つのダイポールアンテナを直交させる構造などが想像できる。しかし、図４から図１０の説明に示す本発明のアンテナの設計周波数７００ＭＨｚの場合、ダイポールアンテナ単体のサイズは、７００ＭＨｚにおける波長約４３０ｍｍの半分である約２１５ｍｍであり、これを２つ平面上で直交させると最低でも２１５ｍｍ×２１５ｍｍのサイズとなり、本発明のアンテナ（９０ｍｍ×９０ｍｍ）より、明らかに大型な構造となる。これに対し、本発明のアンテナは、交差２偏波による無指向性の電力放射特性を実現するアンテナであって、小型化かつ薄型化をも実現することができる。
【００５２】
次に、本発明のアンテナを構成する各アンテナ素子の特性について図１１から図１８に基づいて説明する。
【００５３】
図１１は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数を制御するアンテナ素子７１の先端を長さＬだけ短くしたアンテナ６２１を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１２は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１２の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお図１２には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）の周波数共振特性を破線で示している。図１２より、素子長の変化に伴い、動作周波数が大幅に変化していることが判る。これより、アンテナ素子７１は、その長さで主に動作周波数を制御（決定）していることが明らかである。
【００５４】
図１３は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数を制御するアンテナ素子７２の先端を長さＬだけ短くしたアンテナ６２２を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１４は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１４の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお図１４には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）を破線で示している。図１４より、素子長の変化に伴い、動作周波数が大幅に変化していることが判る。これより、アンテナ素子７２は、その長さで主に動作周波数を制御（決定）していることが明らかである。
【００５５】
図１５は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１の先端を長さＬだけ短くしたアンテナ６２３を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１６は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１６の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお図１６には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）を破線で示している。図１６より、アンテナ素子７１、７２の素子長を変化させた場合と比較して、素子長の変化に伴う動作周波数の変化は大きくないことが分かる。一方、ＶＳＷＲ≦２の周波数帯域幅は大きく変化していることが判る。したがって、アンテナ素子８１は、その長さで主に動作周波数帯域を制御（決定）していることが明らかである。
【００５６】
図１７は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８２の矩形穴１０が存在する方向の長さをＬだけ短くしたアンテナ６２４を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１８は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１８の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお、図１８には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）を破線で示している。図１８より、アンテナ素子７１、７２の素子長を変化させた場合と比較して、素子長の変化に伴う動作周波数の変化は大きくいことが分かる。一方、ＶＳＷＲ≦２の周波数帯域幅は変化していることが判る。これより、アンテナ素子８２は、その長さで主に動作周波数帯域を制御（決定）していることが明らかである。
【００５７】
以上の図１１から図１８に示す結果の通り、本発明のアンテナは、動作周波数を制御するアンテナ素子と動作周波数帯域を制御するアンテナ素子とにより、アンテナ自体の動作周波数とその帯域の各特性を実現している。
【００５８】
以上の特性を利用して実現した本発明のアンテナの他の実施形態を、添付図面の図１９から図２５に基づいて説明する。
【００５９】
［第２の実施形態］
図１９は、本発明のアンテナの第２の実施形態を示す。アンテナ６３は、図４に示すアンテナ６２において、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２とグランド部９の各構造と給電点３の位置は固定し、動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２のそれぞれの長さを変更し、動作周波数を変化させた構造を有する。なお、このときの動作周波数は、９００ＭＨｚとしている。
【００６０】
図２０に、図１９のアンテナ６３の構造（サイズ）と自動構造探索法で使用した一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化した導体平板との位置関係を示す。微小セグメント２の一辺Ａは４．５ｍｍとしている。図２０の各微小セグメント２の配置に従い、アンテナ６３の構造が決定されている。なお、以下に示す図１９の本発明のアンテナ６３に関する特性説明は、図８のアンテナの構造説明に関する記述同様に、ポリエステル製のラミネート材でアンテナ全体を覆い構造を固定し、同軸ケーブルを給電線としている。さらにポリエステル製のラミネート材による特性への影響と使用した同軸ケーブルの径と長さも同じである。
【００６１】
図２１に、図１９のアンテナ６３の周波数共振特性を示す。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す。動作（中心）周波数は、ラミネート材の誘電率の影響により、設計周波数９００ＭＨｚより約２％程度低い８８５ＭＨｚとなっている。そしてＶＳＷＲが２以下の比帯域は、約４％の特性となっている。なお、図１９の構造では、動作周波数を制御する２つのアンテナ素子の長さを変更したことにより、設計周波数に対して約２００ＭＨｚ高い周波数帯にもう１つの動作周波数帯も存在しているが、この動作周波数帯では、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を実現できないことが確認された。
【００６２】
図２２は、図１９のアンテナ６３の電力放射分布特性の測定結果を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図１０同様で、測定周波数は８８０ＭＨｚとし、測定距離は、アンテナ平面の中心より測定周波数の波長（λ≒３４０ｍｍ）の約１．３倍とした。また、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示す。図２２より、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られ、図１０の結果同様に、近距離通信において、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００６３】
図２３に、図１９のアンテナ６３を誘電体（プラスティック）製ケース１６に内蔵したアンテナ６３１を示す。誘電体製ケース１６は、２つの誘電体（プラスティック）製の平板１６１、１６２からなり、アンテナ６３１は、２つの誘電体製の平板１６１、１６２でアンテナ６３を挟むように形成されている。誘電体（プラスティック）の材質はＰＣ−ＡＢＳとし、ケースのサイズは幅と長さ共に１２５ｍｍ、厚さ７ｍｍとしている。また、アンテナ６３全体は接着テープで固定され、給電線として使用される同軸ケーブル１３の内導体と外導体は、半田材１５を用いて給電点でアンテナ６３に接続されている。ケース１６内側には、同軸ケーブル１３とアンテナ６３の給電点とを半田材１５により接続している部分がケースと接触せず、かつ同軸ケーブル１３自体を直線的に納める溝（図示せず）が設けられている。さらに、ケース１６側面には、同軸ケーブルの通し穴１７が設けられ、同軸ケーブル１３がケース１６の外側に延ばされている。
【００６４】
本発明のアンテナ６３は、平面かつ薄型であるため、誘電体製（プラスティック等）のケース１６への内蔵が容易である。これにより、人為的な接触等の予期せぬトラブルによるアンテナ自体の故障の回避を容易にすることができる。
【００６５】
また、本発明のアンテナ６３では、給電線としての同軸ケーブル１３は、アンテナ６３の各アンテナ素子７１、７２、８１、８２と交差しない位置と方向に延ばして配置されるので、アンテナ素子の電波送受信特性に影響を与えない。これにより、アンテナ設置時の給電線の配置を容易にすることができる。
【００６６】
図２４は、図２３のアンテナ６３１の周波数共振特性を示す。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す。図２４より、ケース１６の誘電率に伴い、動作（中心）周波数は、内蔵前の８８５ＭＨｚから７０５ＭＨｚに変化し、ＶＳＷＲが２以下の比帯域は、約５％の特性となっている。なお図２１の説明で示した設計周波数よりも高い周波数での動作（中心）周波数もケース１６の誘電率に伴い、１０７０ＭＨｚから８４０ＭＨｚに変化している。
【００６７】
図２５は、図２３のアンテナ６３１の電力放射分布特性を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図内の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と回転角（θ）に従い、測定周波数は７０５ＭＨｚとし、測定距離は、アンテナ平面の中心より測定周波数の波長（λ≒４２６ｍｍ）の約１．０３倍とし、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示す。図より、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られ、図２２同様に、近距離通信において、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００６８】
［第３の実施形態］
次に本発明のアンテナの第３の実施形態を、添付図面の図２６から図３２に基づいて説明する。なおこの実施形態は、構造自動探索法による設計において、図２３に示す誘電体（プラスティック）製のケースにアンテナを内蔵したとき、７００ＭＨｚを中心に広帯域に渡り、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性が実現することを所望の特性として算出した構造の１つである。
【００６９】
図２６は、本実施形態のアンテナ６４の構造を示す。アンテナ６４は、図４に示す構造において、２つ存在する動作周波数帯域を制御するアンテナ素子の内、アンテナのグランド部９に接続された一方（アンテナ素子８１）を削除し、もう一方のアンテナ素子８２とアンテナのグランド部９の構造と給電点３の位置は固定し、さらに２つ存在する動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２の内、一方の長さを変更した構造である。
【００７０】
図２７は、図２６のアンテナ６４の構造（サイズ）と自動構造探索法で使用した一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化した導体平板との位置関係を示す。微小セグメント２の一辺Ａは３．３５ｍｍとしている。図２７より、各微小セグメント２の配置に従い、アンテナ６４の構造が決定されている。
【００７１】
図２８は、図２６のアンテナ６４を、図８のアンテナの構造説明に関する記述同様に、ポリエステル製のラミネート材でアンテナ全体を覆い構造を固定し、径と長さも同じ同軸ケーブルを給電線とし、図２３と同様な方法により誘電体（プラスティック）製ケース１６に内蔵したアンテナ６４１を示す。誘電体（プラスティック）の材質はＰＣ−ＡＢＳとし、ケースのサイズは幅と長さ共に１００ｍｍ、厚さ７ｍｍとしている。
【００７２】
図２９に、図２８のアンテナ６４１の周波数共振特性を示す。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す。図２９より、目的とした７００ＭＨｚ近辺ではＶＳＷＲ≒４となり、周波数共振特性は劣化した特性となっている。
【００７３】
図３０から図３２に、図２８のアンテナ６４１の電力放射分布特性の測定結果を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図２５同様である。また、図３０の測定周波数は、６９５ＭＨｚ、図３１の測定周波数は、７１０ＭＨｚ、そして図３２の測定周波数は、７４０ＭＨｚである。また、図３０から図３２の測定距離は、アンテナ平面の中心より各測定周波数の波長と同等とし、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示す。図より、６９５ＭＨｚから７４０ＭＨｚの広帯域において、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られ、図１０、図２２、図２５同様に、近距離通信において、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００７４】
なお、図２９から図３２の結果のように、広帯域において電力放射分布特性が良好であっても、ＶＳＷＲが劣化している構造の場合、アンテナとして不良と判断されるのが一般的である。しかしながら、使用形態においては、有用なアンテナとなり得る。その使用形態例を次に示す。
【００７５】
図３３に、電波法規により規定された電波送信免許不要の送信電力に従い、通信距離を限定した放送システムの一例を示す。図３３は、ローカル無線放送の放送エリア（通信距離）限定を目的とした構成で、放送信号発生器（Broadcast Signal Output Unit）１８１と放送用アンテナ１８３との間に出力調整器（Power Control Unit）１８２を設置し、それぞれをケーブル１８４で接続している。放送エリアを限定する場合、放送用アンテナ１８３のＶＳＷＲと電力放射分布特性を考慮し、放送用アンテナ１８３に入力する放送信号電力を出力調整器１８２で調整するのが一般的な方法であり、この出力調整器１８２の使用により、放送エリア限定が容易に実現できる。したがって、図３３に示すシステム例では、図２９から図３２の諸特性を有する図２７のアンテナ６４１は、放送用アンテナ１８３として好適であり、有用なアンテナとなり得る。
【００７６】
［第４の実施形態］
次に本発明の第４の実施形態を図３４に基づいて説明する。
【００７７】
図３４は、図４に示すアンテナ６１の構造を片面が導体面の回路基板（誘電体基板）１９で構成したアンテナ６５の外観を示す。このアンテナ６５は、給電に同軸ケーブル１３が使用されている。同軸ケーブル１３とアンテナ６５の接続には、半田材１５が使用され、同軸ケーブル内導体１４１と外導体１４２とがアンテナ６５の給電部に接続されている。なお、この接続方法は、専用コネクタを使用するなどの他の方法でも良く、接続工程の容易さ、接続部の強度保持などの目的に応じ、選択することができる。また、回路基板は、導体面が両面の基板を使用することもできる。ただし、導体面が両面の基板を使用する場合、一方の面に構成した動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２および動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２が位置する部分に相対するもう一方の面の導体部は電力放射分布特性の劣化を避けるため削除することが望ましい。
【００７８】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態を図３５に基づいて説明する。
【００７９】
図３５は、図３４に示すアンテナ６１のアンテナのグランド部９上に回路部２０を具備したアンテナ６６の外観を示す。回路部２０としては、例えば、放射電力出力調整用や受信電力の損失補正用の増幅回路などを用いることができ、用途に応じて選択することができる。図３５では、アンテナの給電は、回路部２０より伸ばした給電線路２１で行っている。また、回路部２０への信号入力は、同軸ケーブル１３を使用し、回路部２０が動作するための電力は、同軸ケーブル１３に重畳している。なお、回路部２０が動作するための電力供給は、同軸ケーブル１３への電力重畳ではなく、他の同軸ケーブルの使用、他の複数の単線ケーブルの使用、他のフラットケーブルの使用など、接続工程の容易さ、接続部の強度保持などの目的に応じ、選択することができる。
【００８０】
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態を図３６に基づいて説明する。
【００８１】
図３６は、誘電体（プラスティック）製ケースを使用したアンテナ６７をテーブル２２の天板２３裏面（下面）側に固定した設置例を示す。アンテナ６７の固定は、アンテナの諸特性に影響を与えないケース各角に設けたネジ穴にネジを通して固定、または粘着テープで固定、さらにネジと粘着テープの両者の併用など、工程の容易さ、強度保持などの目的に応じて選択することができる。なお、図３６のような設置状態において、テーブル２２の天板２３の表面（上面）側で電波の送受信を行う場合には、アンテナを固定する天板２３内には、補強用鉄板を使用していないことが必須である。
【００８２】
図３６の設置例では、アンテナ６７をテーブル２２の天板２３の裏面側に固定したが、例えば、鉄筋が位置しない部分の壁面に固定することもできる。
【００８３】
以上のように本発明では、アンテナの導体表面の電流分布を最適に配置する設計方法を用いて決定した動作周波数を制御するアンテナ素子と動作周波数帯域を制御するアンテナ素子を用いて、これら素子の長さやサイズを変更することでアンテナ特性の調整を可能にし、さらにアンテナ独自のグランド部を用いることにより、アンテナの導体表面の電流分布に伴う交差２偏波による無指向性の電力放射特性に優れた近距離通信用のアンテナを実現できる。
【００８４】
また、本発明によれば、アンテナ自体は簡単な構造であるので、本発明のアンテナの製作は簡単であり、既存の製造技術および設備を利用できることから、生産性に優れ、かつ安価で取扱いが容易な近距離通信用のアンテナを提供できる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態を図示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術思想、技術的範囲から逸脱することなく種々の変更及び修正が可能であることは明らかである。例えば、上記実施形態では、導体平板として銅板を用いてアンテナを形成したが、銅板よりもばね性のある金属（例えば、リン青銅）を使用してもよい。銅板は、加工作業の際に多少の応力で曲がってしまうことがあるが、ばね性のあるリン青銅は、そのばね性により上記のような事は起こりにくい。
【００８６】
また、上記アンテナは、軟性導体シート（フィルム）を用いて構成してもよく、軟性導体シート（フィルム）は、銅箔またはアルミ箔を使用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１：導体平板
２：微小セグメント
３：給電点
４１、４２：導体平板構造
５：固定領域
６１〜６７、６２１〜６２４、６３１、６４１：アンテナ
７１：（第２の）アンテナ素子
７２：（第３の）アンテナ素子
８１：（第４の）アンテナ素子
８２：（第１の）アンテナ素子
９：グランド部
１０：矩形穴
１１：電流分布
１２：ラミネート材
１３：同軸ケーブル
１４１：同軸ケーブルの内導体
１４２：同軸ケーブルの外導体
１５：半田材
１６：誘電体（プラスティック）製ケース
１６１、１６２：誘電体（プラスティック）製平板
１７：通し穴
１８１：放送信号発生器
１８２：出力調整器
１８３：放送用アンテナ
１８４：ケーブル
１９：回路基板
２０：回路部
２１：給電線路
２２：テーブル
２３：天板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放送免許不要の微弱電力通信等の近距離通信で電波を送受信するアンテナに関して、アンテナから全方向に効率良く電波を送受信可能なアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電気機器や情報端末機器間のデータ等情報授受を無線通信で行うことが盛んになっている。この無線通信の方法としては、様々な方式が提案されており、各機器を近接もしくは接触させ通信を行うものや、使用電波の周波数における波長の数倍程度の近距離で通信を行うもの（以下、近距離通信と略す）などがある。特にこの近距離通信を日本国内で実施する場合、電波法規により電波送信免許の不要な送信電力が規定されているため、通信可能な距離（以下、通信距離と略す）が限定される。
【０００３】
これまで近距離通信で使用されてきたアンテナは、導体構造のロッドアンテナやモノポールアンテナ、さらにダイポールアンテナなどの既知のアンテナが殆どである。しかし、これらアンテナの電力放射分布特性は、１つの偏波成分による構造特有の指向性が存在する。しかし、たとえ近距離通信であっても、これらアンテナと電波送受信の対象となる一方のアンテナが、この１つの偏波成分に対応して設置もしくは位置しない限り、効率の良い通信は実現できない。すなわち、１つの偏波による無指向性だけではなく、最低でも直交する２つの偏波で無指向性を実現する必要がある。このため、これまで近距離通信で使用されてきたアンテナでは、アンテナを中心とし、通信距離を半径とした通信エリア全体で効率の良い通信の実現が困難となる。
【０００４】
さらに、通信状態を維持するため、アンテナ自体の設置の方法や場所の自由度に制限が生じ、設置場所によっては、人為的な接触等の予期せぬトラブルでアンテナ自体の故障なども起こり得る。このため、この近距離通信で使用するアンテナは、テーブルや壁などの既存設備表面への設置が容易で無突出の平面的な構造であって、かつ電力放射分布特性が直交する２つの偏波成分（以下、交差２偏波と略す）を使用した無指向性であることが望ましい。
【０００５】
例えば、特許文献１、２には、平面かつ薄型の代表的なアンテナが記載されている。特許文献１、２のアンテナは、その平面かつ薄型の構造により既存設備表面に容易に設置可能であり、安価かつ汎用性に優れたアンテナの供給を可能にするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８３０３５８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４４８８３号公報
【特許文献３】特開２００４−３０５８７４号公報
【特許文献４】特開２００５−１３２３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２のアンテナは、電力放射分布特性において、交差２偏波で無指向性を実現していない。このため、偏波成分を考慮した設置条件（例えば、アンテナの方向や取付け高さなど）に関しては、モノポールやダイポール等の従来使用のアンテナと同様となる。また、特許文献１、２のアンテナは、平面かつ薄型の構造により既存設備表面へのアンテナ設置を容易にするものの電力放射分布特性が交差２偏波の無指向性でないため、従来の既知アンテナ同様に近距離通信に適用しても通信エリア全体での効率の良い通信の実現が困難になる可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、近距離通信で使用するアンテナに関して、平面かつ薄型の構造により既存設備表面への設置を容易にし、かつ電力放射分布が交差２偏波で無指向性となるアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のアンテナは、平面状の導体からなるアンテナであって、グランド部と、第１のアンテナ素子と、前記グランド部と前記第１のアンテナ素子との間に形成された給電点と、前記第１のアンテナ素子に連結部を介して接続され、前記連結部から２つに分岐して形成された第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子と、を有し、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を有するものである。
【００１０】
アンテナの外形は、一辺の長さが動作周波数の波長の１／２より短い矩形に収まる大きさであるとよい。
【００１１】
前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子は、その長さで動作周波数帯域を制御可能であるとよい。
【００１２】
前記給電点に接続された同軸ケーブルを有し、前記同軸ケーブルは、前記第１乃至第３のアンテナ素子と交差しないように配置されるとよい。
【００１３】
前記グランド部に接続された第４のアンテナ素子を有し、前記第３のアンテナ素子の先端は、前記第４のアンテナ素子の先端と導体がない空間を挟んで対向しているとよい。
【００１４】
前記グランド部、前記給電点、および第１乃至第３のアンテナ素子は、誘電体基板の一方の面に形成されているとよい。
【００１５】
前記誘電体基板は、その他方の面に導体面が形成され、前記他方の面の導体面は、前記第１乃至第３のアンテナ素子が位置する部分に相対する部分の導体が除去されているとよい。
【発明の効果】
【００１６】
（１）交差２偏波の無指向性で効率の良い電波送受信を行う近距離通信用のアンテナが実現可能である。
【００１７】
（２）平面かつ薄型の構造で設置が容易な近距離通信用のアンテナが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のアンテナの設計方法を説明する図である。
【図２】本発明のアンテナの設計方法の計算フローチャートである。
【図３】本発明のアンテナの設計方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造と正方形の微小セグメントで離散化した導体平板との位置関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造の電流分布を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの特性を説明する図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造と正方形の微小セグメントで離散化した導体平板との位置関係を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図２６】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２７】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造と正方形の微小セグメントで離散化した導体平板との位置関係を示す図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
【図２９】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３０】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３１】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの特性を示す図である。
【図３３】本発明の第３の実施形態が適用される放送システムの例を示す図である。
【図３４】本発明の第４の実施形態に係る構造を示す図である。
【図３５】本発明の第５の実施形態に係る構造を示す図である。
【図３６】本発明の第６の実施形態に係る設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のアンテナは、アンテナの導体表面の電流分布を最適に配置することで、近距離通信において、電流分布に伴う交差２偏波による無指向性の電力放射特性を実現するものである。すなわち本発明のアンテナは、主に動作周波数を制御する複数のアンテナ素子と主に動作周波数帯域を制御する複数のアンテナ素子とグランド部とを平面で配置した構造を用いて、平面かつ薄型であって、かつ電力放射分布特性が交差２偏波で無指向性となるアンテナ構造を実現するものである。したがって、本発明のアンテナは、近距離通信において、設置の方法や場所の自由度を広くし、かつ効率の良い電波の送受信を実現することができる。
【００２０】
また、本発明のアンテナの設計方法は、特許文献３、４記載のアンテナ構造自動探索法に基づき考案されたものである。
【００２１】
上記の交差２偏波とは、一般的な水平偏波と垂直偏波の様に、直交の位置関係にある２つの偏波を指す。
【００２２】
本発明のアンテナは、動作周波数を制御する複数のアンテナ素子と動作周波数帯域を制御する複数のアンテナ素子を有する構造である。したがって、これらのアンテナ素子の長さ・サイズを変更することで、動作周波数及びその帯域を容易に変更または調整することができる。
【００２３】
また、本発明のアンテナは、設置の方法の自由度を広くするため、アンテナ単体で独自にグランド部を具備したものである。すなわち、一般的にアンテナは、その特性を向上もしくは維持するために、アンテナ素子よりもはるかに広い面積（容積）のグランド部が必要となる。例えば、建物や壁、電気機器類などにアンテナ（素子）を設置する場合、これら設置場所に既存の導体をグランドにする方法が良く取られる。しかし、この場合は別途工事や加工が必要になる。これに対し、本発明のアンテナは、アンテナ単体で独自にグランド部を具備しているため、この煩わしさがないと共に、広い面積（容積）のグランドを使用しなくても良い。
【００２４】
また、本発明のアンテナは、独自のグランド部を具備することにより、そのグランド部に出力調整や受信感度補正の回路を具備することを可能にしている。
【００２５】
まず、本発明アンテナの設計方法に関し、図１から図３に基づいて説明する。本発明のアンテナの設計方法は、特許文献３、４記載のアンテナ解析に幅広く使用されているモーメント法を応用し考案されたものである。
【００２６】
図１は、本発明のアンテナの設計方法（構造自動探索法）で取り扱う離散化された導体平板１を示している。アンテナを構成する導体平板１の縦横サイズ（Ｌ、Ｗ）を定義し、この定義された導体平板１の領域の全てを一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化している。そしてモーメント法の解法に基づき、全ての微小セグメント２の結合辺上に電流点（図示せず）を定義している。さらに、モーメント法の解法による電気的特性を算出するため、これら正方形の微小セグメント２の任意の結合辺上に給電点３を定義している。本発明のアンテナの設計方法（構造自動探索法）は、これら微小セグメント２の有無による構造組合せを連続的に計算し、これら組合せ毎の電気的な特性を評価することで、所望とする特性を有する構造を自動的に算出し、導体平板構造４１、４２の様な構造を得るものである。
【００２７】
図２は、本発明の設計に用いた本発明のアンテナの設計方法の計算フローチャートを示す。
【００２８】
まず、ステップＳ１で導体平板の縦横サイズ（Ｌ、Ｗ）とこの平板導体を離散化するための正方形微小セグメントの一辺のサイズＡの設定を読み込む。このとき、導体平板サイズＬとＷは、微小セグメント一辺のサイズＡの倍数としている。次にステップＳ２で導体平板を正方形微小セグメントで離散化し、導体平板内に形成される微小セグメントの総数Ｎallを決定する。次にステップＳ３で全てのセグメントに番号を定義し、この情報を配列データＳallに保存する。なお、この配列データＳallは、サイズＮallの１次元配列であり、予め定義しておく。次にステップＳ４でアンテナのグランド部とする微小セグメントの固定領域の設定を読み込み、固定される微小セグメントの総数Ｎfixを決定する。
【００２９】
次に配列データＳallの情報に従い、ステップＳ５で固定される微小セグメントの番号情報を配列データＳfixに保存する。なお、この配列データＳfixは、最低サイズＮfixの１次元配列である。次にステップＳ６でアンテナのグランド部とする固定領域外にある微小セグメント有無の組合せを変化させるセグメント領域の設定を読込み、対象となるセグメントの総数Ｎcalを決定する。次に配列データＳallの情報に従い、ステップＳ７でセグメント有無組合せを変化させる領域に存在するセグメントの番号情報を配列データＳcalに保存する。なお、この配列データＳcalは、最低サイズＮcalの１次元配列である。次にステップＳ８で給電点位置の設定を読込み、給電点が設置される隣接する２つのセグメントを決定する。
【００３０】
以上の図２に関する説明の状態を図３に示す。図３より、導体平板１を２０×２０個（Ｎall＝４００）の１辺Ａの正方形微小セグメント２で離散化し、アンテナのグランドとする固定領域５を太枠で示し、この固定領域５内の１４×１４個（Ｎfix＝１９６）のセグメント２全てを固定し、固定領域５外の全てのセグメント２（Ｎcal＝２０４）を、セグメント有無組合せを変化させる対象にし、そして固定領域５の境界に位置する任意の２つのセグメント２の結合辺上に給電点３を設置している。
【００３１】
図２の説明に戻り、ステップＳ９で設計において所望とする特性の初期値（最低条件値）Ｒ0を読込む。本発明では、この初期値Ｒ0は、アンテナの電気的特性である電力放射特性における交差する各偏波の電力最大値と最小値との差や平均値、また設計中心周波数のＶＳＷＲ（電圧定在波比）などを使用している。
【００３２】
以上のステップＳ９までの設定を用いて、総数２０４（＝Ｎcal）の全セグメント有無組合せ毎で構成される各構造の電気的特性を自動的に算出する計算フローがステップＳ１０以降である。なおステップＳ１０からＳ１５は、計算回数を１から２のＮcal乗とする計算ループ内で行われる。ここで最大の計算回数が２のＮcal乗となるのは、有無組合せの対象となるセグメントの総数がＮcalより、最大の計算回数分の異なる構造が存在するためである。
【００３３】
まずステップＳ１０で配列データＳcalを使用し、セグメント有無の組合せを変化させ、存在する（有の状態の）セグメントの番号情報を配列データＳvarに代入する。次にステップＳ１１で配列データＳvarとアンテナのグランドとして固定された全セグメントの番号情報を保存した配列データＳfixで形成される導体構造上の電流分布をモーメント法の計算定義に従い計算する。モーメント法の計算定義は、諸文献に開示されている方法を用いることができる。
【００３４】
次にステップＳ１２で算出された電流分布を使用し、計算に使用した導体構造における電気的特性Ｒ1を算出する。次にステップＳ１３でＲ1の比較対象となる特性値Ｒ0を比較し、もしＲ0がＲ1より良好であれば、そのまま次の異なる導体構造に関する計算に移る。一方Ｒ1がＲ0より良好であれば、より特性の良い構造を選択するため、ステップＳ１４に移動し、Ｒ0にＲ1を代入し、次の異なる導体構造における電気的特性の比較対象値Ｒ0を更新し、さらにステップＳ１４への移動を可能にした導体構造（ステップＳ１０で導出）を形成する全セグメントの番号情報を配列データＳに保存し（ステップＳ１５）、次の異なる導体構造に関する計算に移る。このステップＳ１０からステップＳ１５を最大２のＮcal乗回繰り返し、これが終了後、ステップＳ１６で最良の電気的特性値Ｒ0とこの特性を実現する導体構造を形成する全セグメントの番号情報を保存した配列データＳを出力し、全ての計算が終了する。
【００３５】
以上の構造自動探索法に基づく計算により、構造を自動的に算出および評価して本発明のアンテナ構造を決定することが可能である。
【００３６】
［第１の実施形態］
以上の設計方法により実現した本発明の第１の実施形態に係るアンテナについて、添付図面の図４から図１０に基づいて説明する。
【００３７】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ６１の構造を示す。また、図５は、図４の本発明のアンテナ６１の構造（サイズ）と自動構造探索法で使用した一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化した導体平板との位置関係を示す。ここでは微小セグメント２の一辺Ａは４．５ｍｍとしている。また、この構造での設計周波数は、７００ＭＨｚとしている。図示のように、アンテナ６１の構造は、各微小セグメント２の配置に従い決定されている。
【００３８】
本実施形態のアンテナ６１は、銅板からなる導体平板で構成され、主に動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２と、主に動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２と、アンテナのグランド部９とからなる。給電点３は、図示した位置（グランド部９とアンテナ素子８２との間）としている。
【００３９】
グランド部９は、アンテナ６１の設計時に設定した固定領域５内の１９６（１４×１４）個の微小セグメント２と固定領域５の左右両側に接続された複数の微小セグメント２とから構成されている。固定領域５の左側には７個の微小セグメント２が接続され、固定領域５の右側には８個の微小セグメント２が接続されている。
【００４０】
アンテナ素子８１は、複数の微小セグメント２が一列に接続された形状をしている。アンテナ素子８１は、グランド部９の右下部に接続され、導体平板の右下の角部から上方に一直線状に伸びるように形成されている。一方、アンテナ素子８２は、複数の微小セグメント２の集合からなり、グランド部９の左上部に接続されている。グランド部９とアンテナ素子８２との間には、給電点３が形成されている。なお、アンテナ素子８２には、構造自動探索法による計算に伴い、微小セグメント２が除去された矩形穴１０が２つ存在する。このようなアンテナ素子８２の構造から分かるように、本実施形態のアンテナ６１は、人為的に設計することが容易ではない複雑な構造となっている。
【００４１】
アンテナ素子７１、７２は、アンテナ素子８２の上部に連結部を介して接続され、当該連結部からＴ字状に２つに分岐して形成されている。すなわち、アンテナ素子８２の上部に連結部の一端が接続され、連結部の他端に２つのアンテナ素子７１、７２接続され、連結部と２つのアンテナ素子７１、７２とがＴ字状をなしている。連結部の他端における分岐部から図示左側をアンテナ素子７１とし、右側をアンテナ素子７２とする。
【００４２】
アンテナ素子７１、７２は、それぞれ複数の微小セグメント２が一列に接続された形状をしている。アンテナ素子７１は、上記の分岐部から導体平板の左上の角部まで一直線状に伸びると共に、この左上の角部から導体平板の左下の角部まで一直線状に伸びている。一方、アンテナ素子７２は、上記の分岐部から導体平板の右上の角部まで一直線状に伸びると共に、この右上の角部から下方に一直線状に伸びるように形成されている。アンテナ素子７２の先端は、１個分の微小セグメント２無しの空間を挟んでアンテナ素子８１の先端と対向している。
【００４３】
図６（ａ）は、図４の本発明のアンテナ６１の表面上の電流分布１１の連続性を破線で示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の電流分布１１の強度を白黒の濃淡で示す。なお、図６（ｂ）は電流分布における最大値で正規化して図示している。
【００４４】
図６より、主に動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２上、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２上、そしてアンテナ６１のグランド部９の導体縁付近に給電点３から連続した電流分布１１が存在している。この連続した電流分布１１は、主に動作周波数を制御するアンテナ素子７１の屈曲部（導体平板の左上の角部）周辺で最も強度の大きい分布となり、他の部分はほぼ均等の強度となっている。このように、本発明のアンテナ６１は、構造全体に電流分布１１を持つ構造となっている。
【００４５】
図７は、図４のアンテナ６１をポリエステル製のラミネート材１２で覆ったときのアンテナ６２の外観を示している。図４のアンテナ６１は、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１以外のアンテナ素子７１、７２、８２は、アンテナのグランド部９と分離した構造となっている。このため、アンテナの構造を保持するために、アンテナの全体もしくは一部分を絶縁体で覆っても良く、図７では絶縁体としてのラミネート材１２でアンテナ６１全体を覆った場合を示している。なお、絶縁体として紙を用いることも可能である。
【００４６】
図８は、アンテナ６２の給電線として同軸ケーブル１３を使用した場合を示している。給電点３に相当する位置の導体平板は除去され、グランド部９とアンテナ素子８２は離間している。同軸ケーブル１３の内導体１４１は、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子の１つであるアンテナ素子８２に半田材１５を用いて接続されている。また、同軸ケーブル１３の外導体１４２は、アンテナのグランド部９に半田材１５を用いて接続されている。なお、同軸ケーブル１３の内導体１４１と外導体１４２を半田材１５で接続する部分のラミネート材は、除去されている。
【００４７】
図９と図１０は、本発明のアンテナの特性を示している。なお、以下に示す本発明のアンテナに関する特性説明は、実際の測定作業の都合上、図８のアンテナ６２のようにポリエステル製のラミネート材でアンテナ全体を覆い構造を固定し、同軸ケーブルを給電線とした場合を用いて示す。ただし便宜上、ラミネート材の図示は省略する。なお、ポリエステル製のラミネート材１２の誘電率の影響により、動作（中心）周波数は、設計周波数より約２％程度低い数値となる。また同軸ケーブルの径は１．１ｍｍ、同軸ケーブルの長さは５００ｍｍで統一している。
【００４８】
図９は、図８のアンテナ６２の周波数共振特性を示し、横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示している。図９より、動作（中心）周波数は、ラミネート材の誘電率の影響により、設計周波数７００ＭＨｚより約２％程度低い６８５ＭＨｚとなっている。そしてＶＳＷＲが２以下の比帯域は、約５％となっている。
【００４９】
図１０は、図８のアンテナ６２の電力放射分布特性の測定結果を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図内の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と回転角（θ）に従い、測定周波数は６８５ＭＨｚとし、観測点距離は、アンテナ平面の中心より測定周波数の波長（λ≒４３８ｍｍ）の１．０倍とし、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示している。図１０より、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られている。なおＺＸ面とＹＺ面は、互いに直交する平面であり、これら垂直偏波も互いに直交する。これより、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００５０】
以上の図４から図１０に示す構造と結果の通り、本発明によると、アンテナの導体表面の電流分布を最適に配置する構造により、平面かつ薄型で、かつ電力放射分布特性が交差２偏波で無指向性となるアンテナを実現可能である。
【００５１】
なお、上記のような交差２偏波による無指向性の電力放射特性を実現し得る他の構造として、共通の給電点を中心に２つのダイポールアンテナを直交させる構造などが想像できる。しかし、図４から図１０の説明に示す本発明のアンテナの設計周波数７００ＭＨｚの場合、ダイポールアンテナ単体のサイズは、７００ＭＨｚにおける波長約４３０ｍｍの半分である約２１５ｍｍであり、これを２つ平面上で直交させると最低でも２１５ｍｍ×２１５ｍｍのサイズとなり、本発明のアンテナ（９０ｍｍ×９０ｍｍ）より、明らかに大型な構造となる。これに対し、本発明のアンテナは、交差２偏波による無指向性の電力放射特性を実現するアンテナであって、小型化かつ薄型化をも実現することができる。
【００５２】
次に、本発明のアンテナを構成する各アンテナ素子の特性について図１１から図１８に基づいて説明する。
【００５３】
図１１は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数を制御するアンテナ素子７１の先端を長さＬだけ短くしたアンテナ６２１を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１２は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１２の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお図１２には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）の周波数共振特性を破線で示している。図１２より、素子長の変化に伴い、動作周波数が大幅に変化していることが判る。これより、アンテナ素子７１は、その長さで主に動作周波数を制御（決定）していることが明らかである。
【００５４】
図１３は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数を制御するアンテナ素子７２の先端を長さＬだけ短くしたアンテナ６２２を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１４は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１４の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお図１４には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）を破線で示している。図１４より、素子長の変化に伴い、動作周波数が大幅に変化していることが判る。これより、アンテナ素子７２は、その長さで主に動作周波数を制御（決定）していることが明らかである。
【００５５】
図１５は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１の先端を長さＬだけ短くしたアンテナ６２３を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１６は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１６の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお図１６には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）を破線で示している。図１６より、アンテナ素子７１、７２の素子長を変化させた場合と比較して、素子長の変化に伴う動作周波数の変化は大きくないことが分かる。一方、ＶＳＷＲ≦２の周波数帯域幅は大きく変化していることが判る。したがって、アンテナ素子８１は、その長さで主に動作周波数帯域を制御（決定）していることが明らかである。
【００５６】
図１７は、図８に示すアンテナ６２と比較して、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８２の矩形穴１０が存在する方向の長さをＬだけ短くしたアンテナ６２４を示す（給電用の同軸ケーブルは図示せず）。図１８は、この長さＬを２０ｍｍとした場合の周波数共振特性を示す。図１８の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。なお、図１８には、素子長を変化させない場合（Ｌ＝０。すなわち、図９の結果と同じ）を破線で示している。図１８より、アンテナ素子７１、７２の素子長を変化させた場合と比較して、素子長の変化に伴う動作周波数の変化は大きくいことが分かる。一方、ＶＳＷＲ≦２の周波数帯域幅は変化していることが判る。これより、アンテナ素子８２は、その長さで主に動作周波数帯域を制御（決定）していることが明らかである。
【００５７】
以上の図１１から図１８に示す結果の通り、本発明のアンテナは、動作周波数を制御するアンテナ素子と動作周波数帯域を制御するアンテナ素子とにより、アンテナ自体の動作周波数とその帯域の各特性を実現している。
【００５８】
以上の特性を利用して実現した本発明のアンテナの他の実施形態を、添付図面の図１９から図２５に基づいて説明する。
【００５９】
［第２の実施形態］
図１９は、本発明のアンテナの第２の実施形態を示す。アンテナ６３は、図４に示すアンテナ６２において、動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２とグランド部９の各構造と給電点３の位置は固定し、動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２のそれぞれの長さを変更し、動作周波数を変化させた構造を有する。なお、このときの動作周波数は、９００ＭＨｚとしている。
【００６０】
図２０に、図１９のアンテナ６３の構造（サイズ）と自動構造探索法で使用した一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化した導体平板との位置関係を示す。微小セグメント２の一辺Ａは４．５ｍｍとしている。図２０の各微小セグメント２の配置に従い、アンテナ６３の構造が決定されている。なお、以下に示す図１９の本発明のアンテナ６３に関する特性説明は、図８のアンテナの構造説明に関する記述同様に、ポリエステル製のラミネート材でアンテナ全体を覆い構造を固定し、同軸ケーブルを給電線としている。さらにポリエステル製のラミネート材による特性への影響と使用した同軸ケーブルの径と長さも同じである。
【００６１】
図２１に、図１９のアンテナ６３の周波数共振特性を示す。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す。動作（中心）周波数は、ラミネート材の誘電率の影響により、設計周波数９００ＭＨｚより約２％程度低い８８５ＭＨｚとなっている。そしてＶＳＷＲが２以下の比帯域は、約４％の特性となっている。なお、図１９の構造では、動作周波数を制御する２つのアンテナ素子の長さを変更したことにより、設計周波数に対して約２００ＭＨｚ高い周波数帯にもう１つの動作周波数帯も存在しているが、この動作周波数帯では、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を実現できないことが確認された。
【００６２】
図２２は、図１９のアンテナ６３の電力放射分布特性の測定結果を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図１０同様で、測定周波数は８８０ＭＨｚとし、測定距離は、アンテナ平面の中心より測定周波数の波長（λ≒３４０ｍｍ）の約１．３倍とした。また、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示す。図２２より、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られ、図１０の結果同様に、近距離通信において、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００６３】
図２３に、図１９のアンテナ６３を誘電体（プラスティック）製ケース１６に内蔵したアンテナ６３１を示す。誘電体製ケース１６は、２つの誘電体（プラスティック）製の平板１６１、１６２からなり、アンテナ６３１は、２つの誘電体製の平板１６１、１６２でアンテナ６３を挟むように形成されている。誘電体（プラスティック）の材質はＰＣ−ＡＢＳとし、ケースのサイズは幅と長さ共に１２５ｍｍ、厚さ７ｍｍとしている。また、アンテナ６３全体は接着テープで固定され、給電線として使用される同軸ケーブル１３の内導体と外導体は、半田材１５を用いて給電点でアンテナ６３に接続されている。ケース１６内側には、同軸ケーブル１３とアンテナ６３の給電点とを半田材１５により接続している部分がケースと接触せず、かつ同軸ケーブル１３自体を直線的に納める溝（図示せず）が設けられている。さらに、ケース１６側面には、同軸ケーブルの通し穴１７が設けられ、同軸ケーブル１３がケース１６の外側に延ばされている。
【００６４】
本発明のアンテナ６３は、平面かつ薄型であるため、誘電体製（プラスティック等）のケース１６への内蔵が容易である。これにより、人為的な接触等の予期せぬトラブルによるアンテナ自体の故障の回避を容易にすることができる。
【００６５】
また、本発明のアンテナ６３では、給電線としての同軸ケーブル１３は、アンテナ６３の各アンテナ素子７１、７２、８１、８２と交差しない位置と方向に延ばして配置されるので、アンテナ素子の電波送受信特性に影響を与えない。これにより、アンテナ設置時の給電線の配置を容易にすることができる。
【００６６】
図２４は、図２３のアンテナ６３１の周波数共振特性を示す。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す。図２４より、ケース１６の誘電率に伴い、動作（中心）周波数は、内蔵前の８８５ＭＨｚから７０５ＭＨｚに変化し、ＶＳＷＲが２以下の比帯域は、約５％の特性となっている。なお図２１の説明で示した設計周波数よりも高い周波数での動作（中心）周波数もケース１６の誘電率に伴い、１０７０ＭＨｚから８４０ＭＨｚに変化している。
【００６７】
図２５は、図２３のアンテナ６３１の電力放射分布特性を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図内の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と回転角（θ）に従い、測定周波数は７０５ＭＨｚとし、測定距離は、アンテナ平面の中心より測定周波数の波長（λ≒４２６ｍｍ）の約１．０３倍とし、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示す。図より、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られ、図２２同様に、近距離通信において、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００６８】
［第３の実施形態］
次に本発明のアンテナの第３の実施形態を、添付図面の図２６から図３２に基づいて説明する。なおこの実施形態は、構造自動探索法による設計において、図２３に示す誘電体（プラスティック）製のケースにアンテナを内蔵したとき、７００ＭＨｚを中心に広帯域に渡り、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性が実現することを所望の特性として算出した構造の１つである。
【００６９】
図２６は、本実施形態のアンテナ６４の構造を示す。アンテナ６４は、図４に示す構造において、２つ存在する動作周波数帯域を制御するアンテナ素子の内、アンテナのグランド部９に接続された一方（アンテナ素子８１）を削除し、もう一方のアンテナ素子８２とアンテナのグランド部９の構造と給電点３の位置は固定し、さらに２つ存在する動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２の内、一方の長さを変更した構造である。
【００７０】
図２７は、図２６のアンテナ６４の構造（サイズ）と自動構造探索法で使用した一辺Ａの正方形の微小セグメント２で離散化した導体平板との位置関係を示す。微小セグメント２の一辺Ａは３．３５ｍｍとしている。図２７より、各微小セグメント２の配置に従い、アンテナ６４の構造が決定されている。
【００７１】
図２８は、図２６のアンテナ６４を、図８のアンテナの構造説明に関する記述同様に、ポリエステル製のラミネート材でアンテナ全体を覆い構造を固定し、径と長さも同じ同軸ケーブルを給電線とし、図２３と同様な方法により誘電体（プラスティック）製ケース１６に内蔵したアンテナ６４１を示す。誘電体（プラスティック）の材質はＰＣ−ＡＢＳとし、ケースのサイズは幅と長さ共に１００ｍｍ、厚さ７ｍｍとしている。
【００７２】
図２９に、図２８のアンテナ６４１の周波数共振特性を示す。横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示す。図２９より、目的とした７００ＭＨｚ近辺ではＶＳＷＲ≒４となり、周波数共振特性は劣化した特性となっている。
【００７３】
図３０から図３２に、図２８のアンテナ６４１の電力放射分布特性の測定結果を示す。電力放射分布特性は、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれに関して測定した。ＺＸ面とＹＺ面の定義は、図２５同様である。また、図３０の測定周波数は、６９５ＭＨｚ、図３１の測定周波数は、７１０ＭＨｚ、そして図３２の測定周波数は、７４０ＭＨｚである。また、図３０から図３２の測定距離は、アンテナ平面の中心より各測定周波数の波長と同等とし、図中の実線は垂直偏波、破線は水平偏波をそれぞれ示す。図より、６９５ＭＨｚから７４０ＭＨｚの広帯域において、ＺＸ面とＹＺ面のそれぞれの垂直偏波で良好な無指向性が得られ、図１０、図２２、図２５同様に、近距離通信において、交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性となっている。
【００７４】
なお、図２９から図３２の結果のように、広帯域において電力放射分布特性が良好であっても、ＶＳＷＲが劣化している構造の場合、アンテナとして不良と判断されるのが一般的である。しかしながら、使用形態においては、有用なアンテナとなり得る。その使用形態例を次に示す。
【００７５】
図３３に、電波法規により規定された電波送信免許不要の送信電力に従い、通信距離を限定した放送システムの一例を示す。図３３は、ローカル無線放送の放送エリア（通信距離）限定を目的とした構成で、放送信号発生器（Broadcast Signal Output Unit）１８１と放送用アンテナ１８３との間に出力調整器（Power Control Unit）１８２を設置し、それぞれをケーブル１８４で接続している。放送エリアを限定する場合、放送用アンテナ１８３のＶＳＷＲと電力放射分布特性を考慮し、放送用アンテナ１８３に入力する放送信号電力を出力調整器１８２で調整するのが一般的な方法であり、この出力調整器１８２の使用により、放送エリア限定が容易に実現できる。したがって、図３３に示すシステム例では、図２９から図３２の諸特性を有する図２７のアンテナ６４１は、放送用アンテナ１８３として好適であり、有用なアンテナとなり得る。
【００７６】
［第４の実施形態］
次に本発明の第４の実施形態を図３４に基づいて説明する。
【００７７】
図３４は、図４に示すアンテナ６１の構造を片面が導体面の回路基板（誘電体基板）１９で構成したアンテナ６５の外観を示す。このアンテナ６５は、給電に同軸ケーブル１３が使用されている。同軸ケーブル１３とアンテナ６５の接続には、半田材１５が使用され、同軸ケーブル内導体１４１と外導体１４２とがアンテナ６５の給電部に接続されている。なお、この接続方法は、専用コネクタを使用するなどの他の方法でも良く、接続工程の容易さ、接続部の強度保持などの目的に応じ、選択することができる。また、回路基板は、導体面が両面の基板を使用することもできる。ただし、導体面が両面の基板を使用する場合、一方の面に構成した動作周波数を制御するアンテナ素子７１、７２および動作周波数帯域を制御するアンテナ素子８１、８２が位置する部分に相対するもう一方の面の導体部は電力放射分布特性の劣化を避けるため削除することが望ましい。
【００７８】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態を図３５に基づいて説明する。
【００７９】
図３５は、図３４に示すアンテナ６１のアンテナのグランド部９上に回路部２０を具備したアンテナ６６の外観を示す。回路部２０としては、例えば、放射電力出力調整用や受信電力の損失補正用の増幅回路などを用いることができ、用途に応じて選択することができる。図３５では、アンテナの給電は、回路部２０より伸ばした給電線路２１で行っている。また、回路部２０への信号入力は、同軸ケーブル１３を使用し、回路部２０が動作するための電力は、同軸ケーブル１３に重畳している。なお、回路部２０が動作するための電力供給は、同軸ケーブル１３への電力重畳ではなく、他の同軸ケーブルの使用、他の複数の単線ケーブルの使用、他のフラットケーブルの使用など、接続工程の容易さ、接続部の強度保持などの目的に応じ、選択することができる。
【００８０】
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態を図３６に基づいて説明する。
【００８１】
図３６は、誘電体（プラスティック）製ケースを使用したアンテナ６７をテーブル２２の天板２３裏面（下面）側に固定した設置例を示す。アンテナ６７の固定は、アンテナの諸特性に影響を与えないケース各角に設けたネジ穴にネジを通して固定、または粘着テープで固定、さらにネジと粘着テープの両者の併用など、工程の容易さ、強度保持などの目的に応じて選択することができる。なお、図３６のような設置状態において、テーブル２２の天板２３の表面（上面）側で電波の送受信を行う場合には、アンテナを固定する天板２３内には、補強用鉄板を使用していないことが必須である。
【００８２】
図３６の設置例では、アンテナ６７をテーブル２２の天板２３の裏面側に固定したが、例えば、鉄筋が位置しない部分の壁面に固定することもできる。
【００８３】
以上のように本発明では、アンテナの導体表面の電流分布を最適に配置する設計方法を用いて決定した動作周波数を制御するアンテナ素子と動作周波数帯域を制御するアンテナ素子を用いて、これら素子の長さやサイズを変更することでアンテナ特性の調整を可能にし、さらにアンテナ独自のグランド部を用いることにより、アンテナの導体表面の電流分布に伴う交差２偏波による無指向性の電力放射特性に優れた近距離通信用のアンテナを実現できる。
【００８４】
また、本発明によれば、アンテナ自体は簡単な構造であるので、本発明のアンテナの製作は簡単であり、既存の製造技術および設備を利用できることから、生産性に優れ、かつ安価で取扱いが容易な近距離通信用のアンテナを提供できる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態を図示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術思想、技術的範囲から逸脱することなく種々の変更及び修正が可能であることは明らかである。例えば、上記実施形態では、導体平板として銅板を用いてアンテナを形成したが、銅板よりもばね性のある金属（例えば、リン青銅）を使用してもよい。銅板は、加工作業の際に多少の応力で曲がってしまうことがあるが、ばね性のあるリン青銅は、そのばね性により上記のような事は起こりにくい。
【００８６】
また、上記アンテナは、軟性導体シート（フィルム）を用いて構成してもよく、軟性導体シート（フィルム）は、銅箔またはアルミ箔を使用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１：導体平板
２：微小セグメント
３：給電点
４１、４２：導体平板構造
５：固定領域
６１〜６７、６２１〜６２４、６３１、６４１：アンテナ
７１：（第２の）アンテナ素子
７２：（第３の）アンテナ素子
８１：（第４の）アンテナ素子
８２：（第１の）アンテナ素子
９：グランド部
１０：矩形穴
１１：電流分布
１２：ラミネート材
１３：同軸ケーブル
１４１：同軸ケーブルの内導体
１４２：同軸ケーブルの外導体
１５：半田材
１６：誘電体（プラスティック）製ケース
１６１、１６２：誘電体（プラスティック）製平板
１７：通し穴
１８１：放送信号発生器
１８２：出力調整器
１８３：放送用アンテナ
１８４：ケーブル
１９：回路基板
２０：回路部
２１：給電線路
２２：テーブル
２３：天板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の導体からなるアンテナであって、
グランド部と、
第１のアンテナ素子と、
前記グランド部と前記第１のアンテナ素子との間に形成された給電点と、
前記第１のアンテナ素子に連結部を介して接続され、前記連結部から２つに分岐して形成された第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子と、を有し、
交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
アンテナの外形は、一辺の長さが動作周波数の波長の１／２より短い矩形に収まる大きさであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子は、その長さで動作周波数帯域を制御可能であることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記給電点に接続された同軸ケーブルを有し、
前記同軸ケーブルは、前記第１乃至第３のアンテナ素子と交差しないように配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記グランド部に接続された第４のアンテナ素子を有し、
前記第３のアンテナ素子の先端は、前記第４のアンテナ素子の先端と導体がない空間を挟んで対向していることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記グランド部、前記給電点、および第１乃至第３のアンテナ素子は、誘電体基板の一方の面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記誘電体基板は、その他方の面に導体面が形成され、
前記他方の面の導体面は、前記第１乃至第３のアンテナ素子が位置する部分に相対する部分の導体が除去されていることを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
【請求項１】
平面状の導体からなるアンテナであって、
グランド部と、
第１のアンテナ素子と、
前記グランド部と前記第１のアンテナ素子との間に形成された給電点と、
前記第１のアンテナ素子に連結部を介して接続され、前記連結部から２つに分岐して形成された第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子と、を有し、
交差２偏波で無指向性の電力放射分布特性を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
アンテナの外形は、一辺の長さが動作周波数の波長の１／２より短い矩形に収まる大きさであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子は、その長さで動作周波数帯域を制御可能であることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記給電点に接続された同軸ケーブルを有し、
前記同軸ケーブルは、前記第１乃至第３のアンテナ素子と交差しないように配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記グランド部に接続された第４のアンテナ素子を有し、
前記第３のアンテナ素子の先端は、前記第４のアンテナ素子の先端と導体がない空間を挟んで対向していることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記グランド部、前記給電点、および第１乃至第３のアンテナ素子は、誘電体基板の一方の面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記誘電体基板は、その他方の面に導体面が形成され、
前記他方の面の導体面は、前記第１乃至第３のアンテナ素子が位置する部分に相対する部分の導体が除去されていることを特徴とする請求項６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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１３−９００２７（Ｐ２０１３−９００２７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６５４９（Ｐ２０１１−２２６５４９）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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