以下、図面を参照して本発明の実施形態に� ��いて詳細に説明する。 
 なお、数値は一例であり、その数値を含む� ��定の範囲内で許容されるものである。 
 (第1実施形態) 
 図1は、本発明の第1実施形態に係るパッチ� �ンテナの基本構造を模式的に示す斜視図で� �る。また、図2Aは同アンテナの平面図、図2B� ��図2AのA-A線矢視断面図である。 
 図1及び図2Aに示すように、第1実施形態に係 るパッチアンテナは、グランド電極1と、グ� �ンド電極1上に設けられた放射電極2と、放射 電極2を取り囲むようにグランド電極1上に設� ��られたリング状の無給電電極3と、接続電極 4a~4dと、給電点5と、この給電点5と放射電極2� ��を接続する給電路6と、接続電極4a~4dに併設� ��れるスタブ7a~7dを備えている。

 グランド電極1は、所定のxy平面上に形成さ� ��た円盤状の導電性の平面板であり、少なく� ��も無給電電極3の外径Dout_ringよりも大きな直 径D _GP を有する。グランド電極1の面積は大きいほ� �指向性の面で好ましいが、実用上は無給電� �極3の外側の直径の3~4倍程度あればよい。

 放射電極2は、グランド電極1から距離H離れ� ��xy平面上に形成された円盤状の導電性の平� �板であり、グランド電極1と同じ中心軸を有� ��、無給電電極3の外径Dout_ring若しくは平均径 の0.2~0.5倍程度の直径D _R を有する。距離(高さ)Hは、外径Dout_ringの0.3~0. 5倍程度である。

 無給電電極3は、放射電極2を取り囲むよ� �に、放射電極2と同一平面かつ同一中心軸上� ��設けられた円環状の導電性の平面板であり� ��外径Dout_ringを有する。Dout_ringは、基本的に� ��、無給電電極3の外周長が、本アンテナの使 用周波数帯における最低周波数の波長λLに概 ね一致するように設定され、UWBに使用する場 合も周波数帯域を適切にカバーするように設 定される。

 また円環の内径Din_ringは、基本的には、� �給電電極3の内周長が、前記波長λの半分程� �になるよう(即ちDout_ringの1/2に)設定され、無 給電電極3と放射電極2の間には所定の空隙が� ��じる。無給電電極3は、コニカルビームの形 成に本質的に作用すると共に、放射電極2に� �するインピーダンス整合を容易にする。

 接続電極4a~4dは、無給電電極3の外周端を� ��その直下のグランド電極1にそれぞれ接続す る。接続電極4a~4dの一端は、外周端を4等分し た箇所にそれぞれ接続される。これにより、 周波数帯域が拡大するという効果が得られる 。

 給電点5は、グランド電極1の中心付近に� �けられ、同軸ケーブル等の給電ライン(図示� ��ず)からの給電を受ける。図2Bに示すように� ��給電ラインがグランド電極1の背面にある場 合、グランド電極1の背面中央部に同軸コネ� �タ12が装着され、この同軸コネクタ12に給電� ��インが接続される。同軸コネクタ12は、外� �体13及び中心導体14を備える。外導体13はグ� �ンド電極1に電気的に接続される。中心導体1 4は、グランド電極1の中央部に設けられた貫� ��穴を通り、給電路6の下側に位置する指数関 数曲線の頂部に半田付け等により接続される 。

 給電路6は、紡錘形を2分したようなカッ� �形状の導体であり、放射電極2等と同一中心� ��上に設けられ、カップの底部(紡錘の先端)� �給電点とし、カップの上端は放射電極2と同� ��直径を有して放射電極2と接合し、一体化し ている。この紡錘形状は、不均一分布定数線 路を用いたλ/4トランス(例えば特開昭59-146201) や、テーパード・スロットアンテナなどと同 様、指数関数的にするのが一般的であり、給 電路6の広帯域化に貢献している。

 図3は、給電路6の側面図である。給電路6� ��外周面は、下式によって求められる母線を� ��直軸回りに回転させることによって得られ� ��。

  x=-[exp{-a(z-z1)}-1]+x1
 但し、図3に示すように給電路6の上側にお� �る(x,z)座標位置を(x1,z1)、下側頂点の(x,z)座標 位置を(0,z2)とする。また、aは定数である。

 ここで、阻止帯域発生手段となるスタブ7a~7 dについて説明する。 
 スタブ7aは、図1及び図2Bに示すように、そ� �一端が接続電極4aの途中の箇所に接続され、 そこからZ軸に向かって(接続電極4aと垂直に)� ��隔Sだけ立ち上がり、その後Z軸方向(無給電� ��極3のある方向)に長さhだけ伸び、その先端� ��無給電電極3と接触することなく開放になっ ている。間隔Sは阻止帯域の幅に作用する。� �たスタブ長h(若しくは間隔Sとスタブ長hの和) は、阻止帯域の中心周波数における波長λ _S の約1/4とする。従って、接続電極4aの高さHは 少なくともhより大きくなければならない。� �タブ7b~7dも同様である。このスタブ7a~7dの電� ��長を調整することで動作帯域の一部の任意� ��周波数帯に阻止帯域を生じさせることが可� ��となる。

 この第1実施形態のパッチアンテナは、全 体としてZ軸を中心軸とする4回(90度)回転対称 構造になっており、接続電極4とスタブ7を除� ��ば、完全な軸対象(任意の回転対称)になっ� �いる。なお、デザイン等の理由で、接続電� �4とスタブ7以外の要素も、4回もしくはそれ� �上(90度もしくはそれ以下)の回転対称構造(例 えば6角形状)にすることもできる。またグラ� ��ド電極1からZ軸方向に高さHだけ任意の誘電� ��を詰めてもよい(すなわち誘電体円板の各面 にグランド電極1や放射電極2等を設けても良� ��)。その際、高さHは比誘電率に応じて薄く� �る。

 図4は、第1実施形態によるパッチアンテナ� �VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)の周波数特性で� �る。 
 グランド電極1の直径D _GP =約137mm、Dout_ring=約40mm、放射電極2の直径D _R =約7mm、H=約15mm、h=約13mmとして、Sを1.67mm、1.25 mm及び0.83mmと変化させた。VSWR>10となる阻止 帯域(ストップバンド)が、無線LANの5GHz帯に形 成されると共に、それ以外の周波数では2~10GH z超に亘ってVSWR<2が得られることが確認で� �る。また、Sを小さくするほど阻止帯域が狭� ��なり、その中心周波数が若干高周波側にシ� ��トする傾向がある。S=0.83mmの時、阻止帯域� �(比帯域)は8%程度となる。

 図5A,5B,5C,5Dに、この第1実施形態によるパ� ��チアンテナの放射パターンを示す。阻止帯� ��外である3GHz(図5A,5B)及び10.6GHz(図5C,5D)におい て、z-x平面でのコニカル指向性や、x-y平面で の無指向性が確認できる。

 以上述べたように、上記第1実施形態では 、円環状の無給電電極3とグランド電極1との� ��は、接続電極4a~4dにより等間隔に接続され� �接続電極4a~4dそれぞれの途中には、阻止帯域 発生手段となるスタブ7a~7dが設けられる。こ� ��スタブ7a~7dは、動作帯域の一部であって該� �タブ7a~7dの電気長に対応する周波数に阻止帯 域を生じさせる。

 したがって、上記第1実施形態によれば、 スタブ7a~7dの電気長に対応する任意の周波数� ��に阻止帯域を生じさせることが可能となる� ��これにより、既存の無線通信(例えば5GHz帯� �線LAN)等の使用周波数に阻止帯域を発生させ� ��ことが可能となり、干渉を低減することが� ��能となる。また、従来、既存の通信システ� ��との干渉を低減させるために設けられてい� ��急峻な帯域阻止フィルタが不要となるため� ��小型かつ簡易な構成で実現できる。

 (第2実施形態) 
 図6は、本発明の第2実施形態に係るアンテ� �装置の基本構成を示す斜視図である。図7は� ��6のA-A線矢視断面図である。

 図6及び図7において、導体板11は例えば正方 形状の接地板で形成され、その一辺の長さW1� ��約0.5λ _L 以上(λ _L は使用周波数帯における最低周波数の波長)� �設定される。

 上記導体板11の下面中央部には、給電端� �として例えばNJ型の同軸コネクタ12が装着さ� ��る。この同軸コネクタ12には、図示しない� �無線装置のアンテナ入力回路からの給電用� �軸ケーブルが接続される。上記同軸コネク� �12は、外導体13及び中心導体14を備える。外� �体13は導体板11に電気的に接続される。中心� ��体14は、導体板11の中央部に設けられた透孔 内を通り、導体板11と絶縁した状態で上方に� ��定長さ突出して設けられ、給電路として使� ��される。

 そして、上記導体板11の上側にはアンテナ� �子15が設けられる。このアンテナ素子15は、2 本以上例えば4本の放射素子16a~16dを有する。� ��射素子16a~16dは等角度または略等角度で放射 状に設けられ、放射状中心部すなわち放射素 子16a~16dの始端側に給電点18が設けられる。ア ンテナ素子15が4本の放射素子16a~16dを有する� �合、各素子の配置角度は90°となり、十字形� ��に形成される。上記放射素子16a~16dは、例え ば幅W2、長さLの板状素子を用いて形成したも ので、幅W2は約0.055λ _L に設定される。また、放射素子16a~16dの長さL� ��、基本的には約λ _L /4に設定されるが、好ましくは約λ _L /4より10%程度長い0.275λ _L 程度に設定される。

 また、放射素子16a~16dの各終端には、例えば 板状の短絡素子17a~17dが導体板11に対して垂直 となるように設けられる。上記短絡素子17a~17 dは、例えば放射素子16a~16dの終端を下方に直� ��に折り曲げる等の手段により形成したもの� ��、図6では放射素子16a~16dの幅W2と同じ幅を有 している。但し、これらの幅は必ずしも同一 に設定する必要はない。上記短絡素子17a~17d� �、先端が導体板11に溶着あるいはネジ止め等 によって接続され、その高さHは約λ _L /10~λ _L /16程
度に設定される。

 上記のように放射素子16a~16dは、導体板11� ��対向して、より詳しくは平行に設けられ、� ��電点18に上記同軸コネクタ12の中心導体14が� ��ジ止め、あるいは半田付け等によって接続� ��れる。この場合、放射素子16a~16dは、短絡素 子17a~17d側の先端部を例えば導体板11の各角部 (四隅)に対応して設け、導体板11をなるべく� �さく形成できるようにしている。

 また本実施形態の特徴として、図7に示すよ うに、スタブ21a~21dが、短絡素子17a~17dの中間� ��に設けられる。図7においてスタブ21a~21dは� �第1実施形態に示したスタブ7a~7dと同様に導� �板11とアンテナ素子15との間の空間に、Z軸方 向に伸びているが、λ _S /4の電気長を有して実質的にオープンスタブ� ��なれば、どのように設けても良く、例えば� ��軸コネクタ12のある中心部に向けて伸ばし� �も良い。あるいは、図8に示すように途中で� ��曲させて、所定の間隔を保ってアンテナ素� ��15もしくは短絡素子17に這わせてもよい。ス タブ21a~21dを短絡素子17a~17dに接続する箇所は� ��アンテナの特性を損なわず、かつ阻止帯域� ��おけるVSWRが大きくなるよう、試行により決 定すればよい。

 上記アンテナ素子15の具体的な寸法例と� �ては、例えば使用周波数帯における最低周� �数を仮に470MHzとした場合、導体板11の一辺の 長さW1が300~400mm、放射素子16a~16dの幅W2が約35mm 、高さHが約40mmに設定される。

 上記のように構成されたアンテナ装置は� ��カバーしたい通信エリアの広がる面に、x-y� ��面を平行にして用いるとよく、通常は地面� ��平行に設置する。一例としてテレビ局など� ��物の天井に設置する場合には、アンテナ素� ��15を下側、導体板11を上側にして数十mの間� �で複数設置される。この場合、アンテナ装� �には、アンテナ素子15を保護する保護カバー (レドーム)が必要に応じて設けられる。そし� ��、テレビカメラから送信されたUWBの映像信� ��を受信したり、ビューファインダに映すた� ��のリターン映像信号をテレビカメラに向け� ��送信したりする。

 あるいは他の例として、ビデオプロジェ� ��タのような可搬型(携帯)機器に内蔵された� �ンテナであって、卓上に設置され、その周� �(真横でも良い)にあるパソコンから送信され たUWB映像信号を受信する。本アンテナ装置で は、水平面指向性に関してはほぼ無指向が得 られる。また垂直指向性に関しては、Z軸方� �の指向性が最も弱く、Z軸を0度として45~90度( 90度の時はx-y平面方向と同じ)の範囲でほぼ一 定の最大利得が得られる。

 通信可能エリアを広くするには、単純に� ��得が高い(指向性の強い)ことよりも、むし� �遠くの通信対象に対して利得が高くなるよ� �なビームパターンが望まれる。そして広帯� �に亘りVSWR、及びアンテナ自体による損失(誘 電損)が抑えられている必要がある。第2実施� ��態によれば、そのような理想に近いアンテ� ��装置を実現することができる。

 (第3実施形態) 
 次に、本発明の第3実施形態に係るアンテナ 装置について説明する。 
 図9は第3実施形態に係るアンテナ装置の斜� �図、図10は同アンテナ装置の無給電素子部分 を示す斜視図である。本実施形態は、上記第 2実施形態に係るアンテナ装置の放射素子16a~1 6dそれぞれの隣り合う端部間を接続する線路� ��さらに備えた点などで第2実施形態と異なる 。放射素子16a~16dの上部に例えば円形のリン� �型素子25を導体板11と平行に設け、より広帯� ��に亘って良好なインピーダンス特性を得ら� ��るようにしたものである。

 なお第3実施形態では、上記第2実施形態� �示した短絡素子17a~17dに代えてショートピン1 9a~19dを使用している。このショートピン19a~19 dの直径は、例えば放射素子16a~16dの幅W2の約1/ 2に設定される。上記ショートピン19a~19dは、� ��ジ止めあるいは溶着等によって放射素子16a~ 16dと導体板11との間に設けられる。上記短絡� ��子17a~17dとショートピン19a~19dは、電気的に� �等の作用を有しているので、何れを使用し� �も良い。

 上記リング型素子25は、放射素子16a~16dの� ��側に配置され、例えばショートピン19a~19dの 上端部分において、ネジ止めあるいは溶着等 によって固着される。その他の構成は、第2� �施形態と同様の構成であるので、同一部分� �は同一符号を付して詳細な説明は省略する� �

 上記リング型素子25は、金属板を使用して� �ング状に形成したもので、その寸法は例え� �内径が約0.303λ _L 、外径が約0.359λ _L に設定される。リング型素子25の幅は、放射� ��子16a~16dの幅W2と同じ、または略同じ値に設� ��される。

 さらに、この第3実施形態は、給電部、す なわち導体板11上に突出させた同軸コネクタ1 2の中心導体14を中心として、その同心円上に 1個以上例えば4個の整合用の無給電素子22a~22d を等間隔(等角度)に設ける。

 無給電素子22a~22dを中心導体14の近傍に配� ��することで、無給電素子22a~22dの垂直部分と 中心導体14との間が電磁結合される。また、� ��記無給電素子22a~22dは、水平部23a~23dを備え� �いる。水平部23a~23dは、放射素子16a~16dそれぞ れの短絡箇所と給電点18とを結ぶ線路に容量� ��合されるように、各線路上またはその近傍� ��形成される。例えば、図10に示すように、� �平部23a~23dは、金属板を使用して上部を外側� ��向、すなわち、中心導体14とは反対方向に� �90°折り返して逆L字状に形成したものである 。

 この無給電素子22a~22dは、例えば中心からの 間隔SDが約0.026λ _L 、幅SWが0.019λ _L 、高さSHが約0.055λ _L 、水平部23a~23dの長さSLが約0.023λ _L に設定される。上記無給電素子22a~22dは、同� �円上であれば回転した位置に設置しても問� �はなく、任意の位置に設置することができ� �。無給電素子22a~22dは、その設置位置によっ� ��特性を微調整することが可能である。

 上記無給電素子22a~22dの具体的な寸法例と しては、例えば使用周波数帯における最低周 波数が470MHzの場合、中心からの間隔SDが約17mm 、幅SWが12mm、高さSHが約36mm、水平部の長さSL� ��約15mmに設定される。

 この第3実施形態に係るアンテナ装置では 、無給電素子22a~22dがスタブとして作用する� �すなわち、無給電素子22a~22dを設けることで� ��水平部23a~23dと放射素子を流れる電流線路と 容量結合させることができる。また、無給電 素子22a~22dを中心導体14の近傍に配置すること で、無給電素子22a~22dの垂直部分と中心導体14 とを電磁結合させることができる。これによ り、インピーダンス特性を決定する設定パラ メータの数が増加することとなり、広帯域に 亘って安定した状態に保持することが可能と なる。

 なお、上記第3実施形態では、リング型素 子25を円形に形成した場合について示したが� ��その他、方形や多角形等、任意の形状に形� ��し得るものである。また、無給電素子22a~22d の水平部23a~23dを方形状に形成した場合につ� �て示したが、例えば三角形、扇形等、他の� �状に形成しても良い。また、無給電素子22a~2 2dは、例えばT字状に形成しても良い。

 以上述べたように、上記第3実施形態に係 るアンテナ装置の構成においても、上記第2� �施形態同様の効果を得ることができ、さら� �、インピーダンス特性を決定する設定パラ� �ータの数が増加することとなり、広帯域に� �って安定した状態に保持することが可能と� �る。

 (第4実施形態) 
 本発明の第4実施形態に係るアンテナ装置に ついて説明する。 
 図11は第4実施形態に係るアンテナ装置の斜� ��図である。このアンテナ装置は、上記各実� ��形態、例えば第2実施形態で図6に示したア� �テナ装置において、各放射素子16a~16dを導体� ��11側に傾斜させて配置し、その先端を導体� �11に直接接続して短絡素子17a~17dを省略する� �うにしたものである。さらに本実施形態の� �徴として、阻止帯域発生手段であるスタブ21 a~21dを、放射素子16a~16dの幅方向と同一面に設 ける。その他の構成は上記各実施形態と同様 の構成であるので、詳細な説明は省略する。

 このようにスタブ21a~21dの配置は給電側方 向に限定されない。また、各放射素子の両側 に同一形状もしくは異なる素子周波数用のス タブを追加して設けてもよい。

 また、上記第2実施形態ないし第4実施形� �に、第1実施形態で用いた給電路6を適用する ことができる。第1実施形態では、給電路6と� ��て、外周面を指数関数曲線形成したものを� ��したが、それに限らず、例えば半楕円形状� ��構成してもよい。あるいは、図12A,12Bに示す ように、直径の異なる円形の板状部材30a、30b 、…を複数枚重ねて外周面が指数関数曲線ま たは半楕円形状に近似した(下端31Baよりも上� ��31Bbを拡幅させた)形状の給電路31Bを形成す� �こともできる。さらに、給電路6として、図1 3に示すように、外周面を指数関数の曲線に� �成した、別言すれば下端31Caよりも上端31Cbを 拡幅した複数枚例えば4枚の金属板32a~32dから� ��る給電路31Cを使用してもよい。図12A,12B及び 図13のように構成しても、上記第1実施形態に 示したアンテナ装置と略同様の特性を得るこ とができる。

 すなわち、給電路6は、給電点5(同軸コネ� ��タ12)側の端部に比して放射電極2の側の端部 が拡幅された形状であれば、上述した形状以 外の他の形状であっても良い。図14A,14B,14C及� ��図15A,15Bは給電路6のその他の構成例を示し� �いる。図14Aは給電路6を円錐状(側面視三角形 状)に形成した場合、図14Bは給電路6を半球状( 側面視半円状)、図14Cは拡幅部と垂直部を組� �合わせて側面視が略五角形状となるように� �成した場合である。

 図15A,15Bは、給電路6を上面視が多角形と� �るような多角錐に形成した場合の形状例を� �す図であり、図15Aは上面視三角形状(三角錐� ��状)、図15Bは上面視四角形状(四角錐形状)に� ��成した場合である。図15A,15Bの給電路6は、� �電端子側の端部に比して放射電極2の側の端� ��が拡幅された形状に形成するが、例えば下� ��から上端までの間の一部の幅が狭くなって� ��ても良い。

 図15Aもしくは15Bに示した給電路6を用いた 場合、放射素子16の数は3本もしくは4本とす� �とよい。すなわち、図15Aの三角錐形状の給� �路6を用いた場合は3本の放射素子を設け、図 15Bの四角錐形状の給電路6を用いた場合は4本� ��放射素子を設けると、水平面指向性の対称� ��(無指向性)が良くなる。より一般的に言え� �、多角錐の角数と同数の放射素子16を設け、 中心軸(Z軸)に対し、多角錐の角と放射素子の 配置が同じ、もしくは互い違いの位置に配置 し、多角錐と同じ回転対称性が保たれるよう にする。但し、放射素子の本数と給電路の角 数は、必ずしも一致させる必要はない。

 なお、本発明は、上記各実施形態そのま� ��に限定されるものではなく、実施段階では� ��の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形� ��て具体化できる。また、上記各実施形態に� ��示されている複数の構成要素の適宜な組み� ��せにより種々の発明を形成できる。例えば� ��各実施形態に示される全構成要素から幾つ� ��の構成要素を削除してもよい。さらに、異� ��る実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せ� ��もよい。