誘電体装荷アンテナ

【課題】アンテナの帯域幅を狭めることなく、アンテナの小型化を実現できる誘電体装荷アンテナを実現する。
【解決手段】アンテナ素子１０およびグラウンド導体１１を備えた逆Ｆ型アンテナにおいて、誘電体１２がアンテナ素子１０を覆うように配置される。アンテナ素子１０は、給電点から開放端に至るまでの２つのエッジに沿ったエッジ経路の長さが異なるものであり、誘電体１２は、長い側のエッジ経路の少なくとも一部を覆い、短い側のエッジ経路を覆わないような配置とされている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆Ｆ型アンテナの放射素子に誘電体を配置した誘電体装荷アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型化に適したアンテナとして逆Ｆ型アンテナが知られている。一般に、逆Ｆ型アンテナは、図２０に示すように、放射素子１００がグラウンド導体１０１と所定間隔を有して平行状に延長して配置され、この放射素子１００の一端が短絡素子１０２を介してグラウンド導体１０１に接続される。また、放射素子１００への給電は、給電点に同軸ケーブル等を接続して行なわれる。逆Ｆ型アンテナでは、放射素子１００の素子長さを、信号波長の約１／４に設定することができる。
【０００３】
上記逆Ｆ型アンテナをさらに小型化する手法として、特許文献１には、放射電極とグランド電極の間にセラミックなどの高誘電体を配置する技術が開示されている。このような誘電体装荷アンテナでは、アンテナに比誘電率ε_ｒの高誘電体を配置することで、１／ε_ｒ^１／２に比例してアンテナの長さを短くすることができる。
【特許文献１】特開２００５−２３６６２４号公報（公開日：２００５年９月２日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、アンテナ小型化を図れる一方で、アンテナの帯域幅が狭くなるといった問題がある。この問題について、図２１および図２２を参照して説明すると以下の通りである。
【０００５】
ここで、誘電体を配置していないあるアンテナにおいて、図２１に示すようなアンテナ特性が示されているとする。図２１における横軸は周波数を示しており、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）を示している。ここで、ＶＳＷＲは、アンテナへの入力波に対する反射波の割合を示すものであり、ＶＳＷＲの値が低いほどアンテナの入力特性が高いことを示す。一般にはＶＳＷＲの値が３以下程度であれば良好な入力特性であるとみなされる。図２１において特性が示されるアンテナでは、ＶＳＷＲ＝３を閾値とすれば、その帯域幅はｆ_Ｌ（下限周波数）〜ｆ_Ｈ（上限周波数）である。また、上記アンテナでは、ｆ_Ｌ〜ｆ_Ｈが所望のアンテナ帯域であるとする。
【０００６】
上記アンテナにおいて、アンテナの小型化を図るためにアンテナ長を短くすると、アンテナ帯域が高周波数側に移動し、低周波数側で所望のアンテナ帯域が得られなくなる（図２２における実線のグラフ（ε_ｒ＝１））。ここで、上記アンテナに誘電体を配置することで、アンテナの下限周波数を下げることができる（図２２における一点鎖線のグラフ（ε_ｒ＝３））。しかしながらこの場合、同時にアンテナの上限周波数も大きく低下するため、その結果、アンテナの帯域幅が狭まることになる。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンテナの帯域幅を狭めることなく、アンテナの小型化を実現できる誘電体装荷アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る誘電体装荷アンテナは、上記課題を解決するために、アンテナ素子およびグラウンド導体を備えた逆Ｆ型アンテナであって、上記アンテナ素子を覆う誘電体を備えた誘電体装荷アンテナにおいて、上記アンテナ素子は、給電点から開放端に至るまでの２つのエッジ経路の長さが異なるものであり、上記誘電体は、長い側のエッジ経路の少なくとも一部を覆い、短い側のエッジ経路を覆わないような配置とされていることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、上記誘電体がアンテナ素子における長い側のエッジ経路の少なくとも一部を覆うことで、アンテナの下限周波数を下げることができる。アンテナの小型化を図るためにアンテナ長を短くすると、アンテナ帯域が高周波数側に移動するが、アンテナの下限周波数を下げることで、これを打ち消すことになり、アンテナの小型化を図ることができる。一方で、上記誘電体が短い側のエッジ経路を覆わないような配置とすることで、アンテナの帯域幅が減少することを防止できる。
【００１０】
上記誘電体装荷アンテナでは、上記誘電体は、アンテナ素子の開放端エッジを覆うように配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の誘電体装荷アンテナは、以上のように、アンテナ素子およびグラウンド導体を備えた逆Ｆ型アンテナであって、上記アンテナ素子を覆う誘電体を備えた誘電体装荷アンテナにおいて、上記アンテナ素子は、給電点から開放端に至るまでの２つのエッジ経路の長さが異なるものであり、上記誘電体は、長い側のエッジ経路の少なくとも一部を覆い、短い側のエッジ経路を覆わないような配置とされている構成である。
【００１２】
それゆえ、アンテナの下限周波数を下げ、アンテナの小型化を図ることができると共に、アンテナの帯域幅が減少することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について図１ないし図１７に基づいて説明すると以下の通りである。先ずは、本実施の形態に係る誘電体装荷アンテナの構成を図１を参照して説明する。
【００１４】
図１に示す誘電体装荷アンテナは、アンテナ素子（放射素子）１０、グラウンド導体１１、および誘電体１２を備えて構成されている。アンテナ素子１０およびグラウンド導体１１は、導体パターンとして具備されており、アンテナ素子１０は、グラウンド導体１１との接続点から開放端までの間に給電点を有している。また、アンテナ素子１０において、給電点から開放端までの形状は直線状ではなく、コの字形状となっている。誘電体１２は、アンテナ素子１０の一部を覆うようにして配置される。
【００１５】
本発明の誘電体装荷アンテナは、アンテナ素子１０の一部を誘電体１２によって覆うことによってアンテナ長を短くし、アンテナの小型化を図るものである。特に、誘電体１２がアンテナ素子１０の全体ではなく一部を覆うことによって、アンテナの帯域幅を狭めることなくアンテナの小型化を図れるようにした点に特徴を有する。
【００１６】
本発明の誘電体装荷アンテナでは、誘電体１２がアンテナ素子１０の一部を覆うように配置されるものであるが、その配置箇所によってアンテナ特性は大きく異なる。この点について以下に説明する。
【００１７】
図２〜図４は、誘電体の配置箇所をそれぞれ異ならせた誘電体装荷アンテナの構成を示すものである。図２〜図４においては、アンテナ素子およびグラウンド導体の形状は全て同じであり、誘電体の配置箇所のみが異なっている。
【００１８】
先ず、図２は、アンテナ素子の給電点から開放端までにおける電流経路の長い側と短い側との両方を覆った構成であり、この構成は従来例に相当する。尚、アンテナ素子の電流経路について説明すると以下の通りである。
【００１９】
アンテナ素子を流れる信号電流は高周波であるため、エッジ効果によってアンテナ素子のエッジ部分に信号電流が集中する。すなわち、アンテナ素子における電流経路とは、アンテナ素子の給電点から開放端にかけてのエッジ経路を指し、アンテナ素子では、図８に示すように、その給電点から開放端にかけて大きく分けて２つの電流経路（エッジ経路）Ａ，Ｂが存在する。また、図２〜図４に示すアンテナ素子においては、給電点から開放端までの形状は直線状ではなく、コの字形状となっているため、電流経路Ａの長さは電流経路Ｂの長さよりも長くなっている。すなわち図２の構成では、誘電体は電流経路Ａ，Ｂの両方を覆うように配置されている。
【００２０】
図５は、図２のアンテナ構成におけるアンテナ特性を示すグラフであり、誘電体の比誘電率に対する下限周波数および比帯域幅を表している。図５より、誘電体の比誘電率が増加するにしたがい、アンテナの下限周波数が低下していることが分かる。
【００２１】
一方で、誘電体の比誘電率が増加するにしたがい、アンテナの比帯域幅も低下してしまう。尚、アンテナの比帯域幅は、アンテナの上限周波数をｆ_Ｈ、アンテナの上限周波数をｆ_Ｌとする場合、
比帯域幅[％]＝２×（（ｆ_Ｈ−ｆ_Ｌ）／（ｆ_Ｈ＋ｆ_Ｌ））×１００
で表される。本発明のアンテナを例えば無線ＬＡＮに適用することを考えた場合、無線ＬＡＮの帯域は２．４〜２．５ＧＨｚであるが、製造偏差などのばらつきを考慮すると、アンテナでカバーする帯域は２．３〜２．６ＧＨｚ程度とすることが好ましい。これを比帯域幅に換算すると約１２％である。図５のグラフでは、比誘電率が３の時点（この時の下限周波数は約２．２０ＧＨｚ）で比帯域幅が１２％を下回っており、アンテナの比帯域幅を維持しつつアンテナを小型化することが困難であると分かる。
【００２２】
次に、図３は、アンテナ素子の給電点から開放端までにおける電流経路の長い側（電流経路Ａ）のみを誘電体で覆った構成であり、この構成が本願発明に相当する。
【００２３】
図６は、図３のアンテナ構成におけるアンテナ特性を示すグラフである。図６より、誘電体の比誘電率が増加するにしたがい、アンテナの下限周波数が低下していることが分かる。また、図６のグラフでは、誘電体の比誘電率が増加しても、これに伴うアンテナの比帯域幅の低下は抑制されている。その結果、図５のグラフでは、比誘電率が１１の時点（この時の下限周波数は約２．０５ＧＨｚ）でも比帯域幅が１２％を上回っており、アンテナの比帯域幅を維持しつつアンテナを小型化可能であることが分かる。
【００２４】
次に、図４は、アンテナ素子の給電点から開放端までにおける電流経路の短い側（電流経路Ｂ）のみを誘電体で覆った構成であり、この構成は比較例として示すものである。
【００２５】
図７は、図４のアンテナ構成におけるアンテナ特性を示すグラフである。図７より、誘電体の比誘電率が増加するにしたがい、アンテナの下限周波数が低下していることが分かる。一方で、誘電体の比誘電率が増加するにしたがい、アンテナの比帯域幅も低下してしまう。図７のグラフでは、比誘電率が３の時点（この時の下限周波数は約２．１５ＧＨｚ）で比帯域幅が１２％を下回っており、アンテナの比帯域幅を維持しつつアンテナを小型化することが困難であると分かる。
【００２６】
以上、図５〜図７の比較より、本発明の誘電体装荷アンテナにおいて、アンテナ素子を覆うように配置される誘電体は、アンテナ素子の給電点から開放端までにおける電流経路の長い側のみを覆う配置とすることで、アンテナの比帯域幅を維持しつつアンテナを小型化することができる。
【００２７】
続いて、上記誘電体の配置におけるさらなる好適条件について検討する。先ずは、誘電体における誘電体幅とアンテナ特性との関係について検討する。ここで、図９に示すように、アンテナ素子の開放端におけるエッジをエッジａ、電流経路Ａ側（図８参照）のエッジをエッジｂ、電流経路Ｂ側（図８参照）のエッジをエッジｃとする。誘電体は、上記エッジａおよびエッジｂを覆うように配置され、この時、誘電体幅はエッジｂから該誘電体のエッジｃ側端部までの距離とする。またここでは、誘電体幅が３ｍｍの時に、該誘電体はエッジｃを覆うものとなる。
【００２８】
図１０は、誘電体幅を変化させた場合のアンテナ特性を示すグラフである。図１０より、誘電体幅を増加させるにつれて、下限周波数および比帯域幅が低下していることが分かる。そして、誘電体幅が３ｍｍでは、すなわち、誘電体はエッジｃを覆う場合には、比帯域幅が１２％を下回る。これより、上記誘電体幅の範囲は、エッジｂを含み、かつエッジｃまでを含まない距離とすることが好ましい。
【００２９】
次に、誘電体における誘電体長さとアンテナ特性との関係について検討する。図１１は、誘電体がエッジａを含むように配置される構成を示す。図１１では、誘電体がエッジａおよびエッジｂを含むが、エッジｃを含まない配置とされる。また、この時、誘電体長さはエッジａ（すなわち開放端）から該誘電体の長手方向におけるエッジａの反対側の端部までの距離とする。
【００３０】
図１２は、図１１の構成において、誘電体長さを変化させた場合のアンテナ特性を示すグラフである。図１２より、誘電体長さを増加させるにつれて、下限周波数が低下していることが分かる。また、誘電体がアンテナ素子のエッジｃを含まないため、誘電体長さの増加に伴う比帯域幅の低下は抑制されており、比帯域幅が１２％を上回る良好な値を維持できている。
【００３１】
さらに、図１３は、誘電体がエッジａを含まないように配置される構成を示す。図１３では、誘電体がエッジｂを含むが、エッジａおよびエッジｃを含まない配置とされる。また、この時、誘電体長さは該誘電体の長手方向長さとする。
【００３２】
図１４は、図１３の構成において、誘電体長さを変化させた場合のアンテナ特性を示すグラフである。尚、このグラフでは、誘電体におけるエッジａ側の端部を固定させた状態で誘電体長さを変化させている。図１４より、誘電体長さを増加させるにつれて、下限周波数が低下していることが分かる。また、誘電体がアンテナ素子のエッジｃを含まないため、誘電体長さの増加に伴う比帯域幅の低下は抑制されており、比帯域幅が１２％を上回る良好な値を維持できている。
【００３３】
さらに、図１２および図１４のグラフを比較すると、図１２のグラフの方が、全般的に下限周波数の低下量が大きいことが分かる。これより、誘電体はアンテナ素子の開放端側のエッジを含むように配置されることが好ましい。
【００３４】
本発明の誘電体装荷アンテナは、上記説明の例に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。本発明のバリエーションを示す具体例を図１５〜図１８に示す。
【００３５】
本発明の誘電体装荷アンテナは、アンテナ素子およびグラウンド導体を板金によって形成されたものとすることが好適であり、該板金はフラットな平板状に限定されるものではなく、折り曲げられたものであってもよい（図１５，図１６参照）。
【００３６】
また、図１の例では、また、アンテナ素子は、給電点から開放端までの形状をコの字形状としているが、これに限定するものではなく、逆Ｆ型アンテナとして使用可能な形状であれば、その形状は特に限定されない（図１６〜図１８参照）。また、誘電体は、アンテナ素子の１辺を覆うものに限定されず、２辺以上を覆うものであっても良い（図１８参照）。
【００３７】
尚、図１６および図１７に示すようにアンテナ素子における給電点から開放端までの形状がＳ字型である場合、図１９に示すように、電流経路Ａが電流経路Ｂに比べて長くなるため電流経路Ａ側が誘電体にて覆われる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
誘電体装荷アンテナにおいて、アンテナの帯域幅を狭めることなく、アンテナの小型化を実現でき、BLUE TOOTH（登録商標）やWireless LANなどの無線通信システムに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、誘電体装荷アンテナの概略構成を示す平面図である。
【図２】アンテナ素子における誘電体の配置として、従来構成に相当する例を示す斜視図である。
【図３】アンテナ素子における誘電体の配置として、本発明に相当する例を示す斜視図である。
【図４】アンテナ素子における誘電体の配置として、本発明の比較例に相当する例を示す斜視図である。
【図５】図２に示すアンテナのアンテナ特性を示すグラフである。
【図６】図３に示すアンテナのアンテナ特性を示すグラフである。
【図７】図４に示すアンテナのアンテナ特性を示すグラフである。
【図８】アンテナ素子における電流経路を示す図である。
【図９】アンテナ素子に配置される誘電体の誘電体幅を示す図である。
【図１０】アンテナ素子に配置される誘電体の誘電体幅を変化させた場合のアンテナ特性の変化を示すグラフである。
【図１１】アンテナ素子に配置される誘電体の誘電体長さ（開放端エッジを含む場合）を示す図である。
【図１２】アンテナ素子に配置される誘電体の誘電体長さを変化させた場合のアンテナ特性の変化を示すグラフである。
【図１３】アンテナ素子に配置される誘電体の誘電体長さ（開放端エッジを含まない場合）を示す図である。
【図１４】アンテナ素子に配置される誘電体の誘電体長さを変化させた場合のアンテナ特性の変化を示すグラフである。
【図１５】本発明の誘電体装荷アンテナの一具体例を示す斜視図である。
【図１６】本発明の誘電体装荷アンテナの一具体例を示す斜視図である。
【図１７】本発明の誘電体装荷アンテナの一具体例を示す斜視図である。
【図１８】本発明の誘電体装荷アンテナの一具体例を示す斜視図である。
【図１９】アンテナ素子における電流経路を示す図である。
【図２０】逆Ｆ型アンテナの概略構成を示す平面図である。
【図２１】アンテナの帯域幅を説明するためのグラフである。
【図２２】アンテナ素子への誘電体の配置によるアンテナの帯域幅の変化を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０アンテナ素子
１１グラウンド導体
１２誘電体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子およびグラウンド導体を備えた逆Ｆ型アンテナであって、上記アンテナ素子を覆う誘電体を備えた誘電体装荷アンテナにおいて、
上記アンテナ素子は、給電点から開放端に至るまでの２つのエッジに沿ったエッジ経路の長さが異なるものであり、
上記誘電体は、長い側のエッジ経路の少なくとも一部を覆い、短い側のエッジ経路を覆わないような配置とされていることを特徴とする誘電体装荷アンテナ。
【請求項２】
上記誘電体は、アンテナ素子の開放端エッジを覆うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体装荷アンテナ。

【図１】