JP4332494B2

JP4332494B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4332494B2
Application number: JP2004370417A
Authority: JP
Inventors: 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: US7248224B2; US20060132362A1; JP2006180150A; DE102005060648A1; DE102005060648B4

Description

本発明は、搬送波なしで電気的インパルスを直接使う超広帯域（ＵＷＢ）通信等、広帯域特性が要求される通信システムに使用して好適な、広帯域周波数特性が優れたアンテナ装置に関する。

従来、搬送波を使った無線通信に使用され、帯域を広くする技術は図８に記載されたものが知られている。
図８に基づいて従来のアンテナ装置の構成を説明すると、接地面５１に立設して設けられた平板状の誘電体５２の表面には、上下方向に沿って平行に設けられた長さが僅かに異なる２個の平板状の放射導体５３，５４が形成され、放射導体５３の接地面側の一端は同軸ケーブル等の供給線５５が接続され、更に放射導体５４の一端は接地面５１に接続されると共に、放射導体５３と放射導体５４がインピーダンス調整用のコンデンサ５６を介して結合されている。

そして、供給線５５によって搬送波信号が給電されると放射導体５３と放射導体５４が、同一周波数が給電されるにもかかわらず、互いに結合していること、及びごく僅かに長さが異なるので、２つの放射導体５３，５４がそれぞれ異なる周波数に共振し電波を放射することによって、図７の点線で示すように、帯域を広く出来た。（例えば、特許文献１参照）

しかし、従来のアンテナ装置において更に帯域を広くするため、放射導体５３と放射導体５４の長さを大きく異ならせた場合、放射導体５３と放射導体５４の結合は粗となるとともに、給電される搬送波の波長と放射導体５４の長さが大きく異なることから、放射導体５４の共振が弱まり、左右対称な形で帯域を広げることが出来ない。
更に、帯域を広くするために、放射導体５４の長さを給電される搬送波の波長に対して極端に差を設けた場合は、放射導体５４の共振が出来なくなる。
従って、従来においては、各種の結合状態等設計条件の最適化を図っても、１つの放射導体の場合の帯域に比べて、数パーセント程度しか帯域を広くできなかった。

特開２００３−１３３８３８号公報

従来のアンテナ装置は、２つの放射導体の長さの差、配置の間隔による結合状態、インピーダンス調整のためのコンデンサ容量値等の条件設定を行っても、超広帯域通信に必要とされる周波数帯域の放射が出来なかった。

そこで、本発明は広帯域で、アンテナ特性が良く、小型のアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の解決手段として、平板状を有する導体と、前記導体の端部から外方に向かって延出し、第１の周波数の１／４波長の電気長を有した放射導体と、前記放射導体が延出した前記端部付近から内側に向かって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の１／４波長の電気長で前記導体が除かれることにより、前記放射導体の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するように形成されている帯状のスロット部と、前記スロット部に対して直交し且つ跨いで配置され、前記スロット部の中央またはその付近を給電点として前記スロット部と前記放射導体に対して同一信号を給電する給電部とを備え、前記放射導体から放射される放射電界の偏波面と、前記スロット部から放射される放射電界の偏波面が直交するように配置された構成とした。

また、第２の解決手段として、前記放射導体がミアンダ形状に形成された構成とした。
また、第３の解決手段として、前記放射導体は、前記スロット部の長手方向に沿って、前記導体と同一平面状態から前記導体の前記端部を基準として折り曲げられて、前記導体に近接した位置迄の間に配置された構成とした。

また、第４の解決手段として、前記放射導体が前記導体に対して同一平面に延出された構成とした。
また、第５の解決手段として、前記放射導体が前記導体に対して垂直状態に配置された構成とした。
また、第６の解決手段として、前記導体と前記放射導体が１枚の金属板で形成された構成とした。

また、第７の解決手段として、前記導体と前記放射導体が形成された１枚の前記金属板によって、前記給電部が形成された構成とした。
また、第８の解決手段として、平板状の前記導体には、少なくとも増幅回路が形成された回路基板が取り付けられ、前記給電部の一端が前記増幅回路に接続されると共に、前記給電部の他端が前記スロット部近傍の前記導体に接続された構成とした。

また、第９の解決手段として、一面に導電パタ−ンが形成された誘電体基板を有し、前記導体と前記放射導体が前記導電パターンによって形成された構成とした。
また、第１０の解決手段として、前記誘電体基板は、折り曲げ可能なフレキシブル基板で形成された構成とした。

また、第１１の解決手段として、前記誘電体基板の他面側には配線パターンと、少なくとも増幅回路が設けられ、前記給電部が前記配線パターンで形成される共に、前記給電部の一端が前記増幅回路に接続され、前記給電部の他端がスルーホールを介して前記導体に接続された構成とした。
また、第１２の解決手段として、前記放射導体から放射される第１の周波数は、前記スロット部から放射される第２の周波数よりも低い周波数にした構成とした。

本発明のアンテナ装置は、平板状を有する導体と、前記導体の端部から外方に向かって延出し、第１の周波数の１／４波長の電気長を有した放射導体と、前記放射導体が延出した前記端部付近から内側に向かって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の１／４波長の電気長で前記導体が除かれることにより、前記放射導体の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するように形成されている帯状のスロット部と、前記スロット部に対して直交し且つ跨いで配置され、前記スロット部の中央またはその付近を給電点として前記スロット部と前記放射導体に対して同一信号を給電する給電部とを備え、前記放射導体から放射される放射電界の偏波面と、前記スロット部から放射される放射電界の偏波面が直交するように配置された構成とした。
即ち、放射導体から放射される放射電界の偏波面とスロット部から放射される放射電界の偏波面が直交するように配置したので、周波数帯域を従来に対して約６倍の帯域に広げることができて、超広帯域通信用に使用して好適な放射特性を有し、且つ２つの放射素子に対して１点給電構造を実現したので、安価なアンテナ装置が得られた。

また、放射導体がミアンダ形状に形成されたため、導体から外方へ延出する長さが短く出来るので、小型化が図れる。

また、放射導体は、スロット部の長手方向に沿って、導体と同一平面状態から導体の端部を基準として折り曲げられて、導体に近接した位置迄の間に配置されたため、放射導体から放射される電波の偏波面とスロット部から放射される電波の偏波面が直交するように配置することが、簡単な構造で実現できる。

また、放射導体が導体に対して同一平面に延出されたため、薄型に出来る。

また、放射導体が導体に対して垂直状態に配置されたため、導体から外方に延出する長さが短くできるので、さらに小型化が図れる。

また、導体と放射導体が１枚の金属板で形成されたため、材料費が安くなって、安価なものが得られる。

また、導体と放射導体が形成された１枚の金属板によって、給電部が形成されたため、さらに材料費が安くなって、安価なものが得られる。

また、平板状の導体には、少なくとも増幅回路が形成された回路基板が取り付けられ、給電部の一端が増幅回路に接続されると共に、給電部の他端がスロット部近傍の導体に接続されたため、給電部と増幅回路の距離が短くなり、外部ノイズの影響を受け難いものが出来る。

また、一面に導電パタ−ンが形成された誘電体基板を有し、導体と放射導体が導電パターンによって形成されたため、誘電体基板の波長短縮効果によって、小型化が図れる。

また、誘電体基板は、折り曲げ可能なフレキシブル基板で形成されたため、誘電体基板の折曲によって、アンテナ装置を小型電子機器に内蔵する場合、配置の自由度が増加する。

また、誘電体基板の他面側には配線パターンと、少なくとも増幅回路が設けられ、給電部が配線パターンで形成される共に、給電部の一端が増幅回路に接続され、給電部の他端がスルーホールを介して導体に接続されたため、誘電体基板上の配線パターンによって配線でき、組み立てる工数が大幅に低減し安価なものが出来る。

また、放射導体から放射される第１の周波数は、スロット部から放射される第２の周波数よりも低い周波数にしたため、導体から延出する長さがミアンダ形状によって短くなり、小型化が図れる。

本発明のアンテナ装置の図面を説明すると、図１は本発明のアンテナ装置の第１実施例に係る斜視図、図２は本発明のアンテナ装置の第２実施例に係る斜視図、図３は本発明のアンテナ装置の第３実施例に係る斜視図、図４は本発明のアンテナ装置の第４実施例に係る斜視図、図５は本発明のアンテナ装置の第５実施例に係る斜視図、図６は本発明のアンテナ装置の第６実施例に係る斜視図、図７はアンテナ装置の周波数特性を示す説明図である。

次に、本発明のアンテナ装置の第１実施例に係る構成を図１に基づいて説明すると、四角形の平板状の誘電体基板１の一面１ａ側には、銅箔をエッチングする、或いは導電ペーストの塗布する等の導電パターンによって導体２が設けられ、この導体２には、一端２ａ側から外方に延び、第１の周波数の１／４波長の電気長を有するミアンダ形状の放射導体７が設けられ、さらに導体２には、一端２ａの開口部３から内側に向かって第２の周波数の１／４波長の電気長で導体２が除かれた帯状を有するスロット部４とを有する。

また、スロット部４に対して直交し跨ぐように配置された給電部８は、一端部８ａが導体２に接続され、他端部８ｂが導体２と非導通状態で、誘電体基板１の孔１ｃを貫通して、誘電体基板１の他面１ｂ側に導出されて、本発明のアンテナ装置の第１実施例が構成されている。

なお、この実施例では、給電部８が誘電体基板１の一面１ａに配置されたもので説明したが、給電部８が誘電体基板１の他面１ｂ側で、スロット部４を跨ぐように配置しても良くい。
また、給電部８は、放射導体７が設けられた導体２に接続されたもので図示したが、給電部８は、放射導体７が設けられていないもう一方の導体２に接続しても良い。

そして、給電部８の他端部８ｂから高周波信号を給電すると、スロット部４において共振による電界がスロット部４の長手方向に直交する方向に発生し、電界と平行な偏波面Ｈ１を有する電波が放射される。
更に、導体２を介して放射導体７に高周波信号が給電され、放射導体７は導体２を接地面としたモノポールアンテナとして共振し、導体２から延出方向の偏波面Ｈ２を有する電波が放射される。

スロット部４から放射される偏波面Ｈ１とモノポール放射導体７から放射される偏波面Ｈ２は互いに直交しているので互いに結合することがなく、よってアイソレーション特性が十分にとれているので、広帯域で放射することができる。
放射効率を反射損失対周波数として測定すると、図７の実線で示すように、反射損失−１０ＤＢにおける周波数帯域Ｓは、２．３ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚとなり、従来に比べて周波数帯域を約６倍の帯域に広げることができた。

また、図２は本発明のアンテナ装置の第２実施例を示し、この第２実施例について説明すると、誘電体基板１は、折り曲げ可能なフレキシブル基板で形成されて、導体２と放射導体７の境目の位置で直角に折り曲げられると共に、放射導体７が直線状の帯状導体によって形成されたものである。

その他の構成は、前記第１実施例と同様の構成を有し、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。
そして、この第２実施例においても、スロット部４と放射導体７の偏波面Ｈ１，Ｈ２は、互いに直交する方向になる。

また、図３は本発明のアンテナ装置の第３実施例を示し、この第３実施例について説明すると、誘電体基板１を無くし、導体２と放射導体７は、１枚の金属板がプレス加工されて形成されると共に、別部品からなる給電部８が設けられたものである。

その他の構成は、前記第１実施例と同様の構成を有し、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。
なお、上記第３実施例では、放射導体７をミアンダ形状としたが、図２に示すように、直線状の帯状導体でも良く、また、放射導体７は、導体２の端部２ａから折り曲げても良い。
更に、放射導体７は、スロット部４の長手方向に沿って、導体２と同一平面状態から導体２の端部２ａを基準として折り曲げられて、導体２に近接した位置迄の間の約１８０度に近い範囲内で配置しても良い。

また、図４は本発明のアンテナ装置の第４実施例を示し、この第４実施例について説明すると、給電部８が１枚の金属板から切り曲げされて、導体２、及び放射導体７と一体に形成されると共に、給電部８がスロット部４を跨いだ状態で、配置されたものである。。

その他の構成は、前記第３実施例と同様の構成を有し、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。
なお、上記第４実施例では、放射導体７をミアンダ形状としたが、図２に示しように、直線状の帯状導体でも良く、また、放射導体７は、導体２の端部２ａから折り曲げても良い。

また、図５は本発明のアンテナ装置の第５実施例を示し、この第５実施例について説明すると、誘電体基板１の他面１ｂには、電子部品１０等によって増幅回路（図示せず）やフィルタ回路（図示せず）等が形成され、これら回路に接続された配線パターン９が設けられ、この配線パターン９を延出して、スロット部４を直交して跨いだ給電部８を形成し、更に、給電部８の一端側８ａはスルーホール（接続導体）１２を介して一面１ａの導体２に接続される。
その他の構成は、前記第１実施例と同様の構成を有し、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。

また、図６は本発明のアンテナ装置の第６実施例を示し、この第６実施例について説明すると、平板状の導体２の面上に配置された回路基板１１は、電子部品１０等によって増幅回路（図示せず）やフィルタ回路（図示せず）等が形成され、これら回路に接続された配線パターン９には、給電部８が半田付によって接続される。その他の構成は、前記第４実施例と同様の構成を有し、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。

本発明のアンテナ装置の第１実施例に係る斜視図。本発明のアンテナ装置の第２実施例に係る斜視図。本発明のアンテナ装置の第３実施例に係る斜視図。本発明のアンテナ装置の第４実施例に係る斜視図。本発明のアンテナ装置の第５実施例に係る斜視図。本発明のアンテナ装置の第６実施例に係る斜視図。アンテナ装置の周波数特性を示す説明図。従来のアンテナ装置の正面図。

符号の説明

１：誘電体基板基板
１ａ：一面
１ｂ：他面
１ｃ：孔
２：導体
２ａ：一端
３：開口部
４：スロット部
７：放射導体
８：給電部
８ａ：一端部
８ｂ：他端部
９：配線パターン
１０：電子部品
１１：回路基板
１２：スルーホール
Ｓ：周波数帯域
Ｈ１，Ｈ２：偏波面

Claims

平板状を有する導体と、
前記導体の端部から外方に向かって延出し、第１の周波数の１／４波長の電気長を有した放射導体と、
前記放射導体が延出した前記端部付近から内側に向かって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の１／４波長の電気長で前記導体が除かれることにより、前記放射導体の共振周波数とは異なる他の共振周波数で共振するように形成されている帯状のスロット部と、
前記スロット部に対して直交し且つ跨いで配置され、前記スロット部の中央またはその付近を給電点として前記スロット部と前記放射導体に対して同一信号を給電する給電部と
を備え、
前記放射導体から放射される放射電界の偏波面と、前記スロット部から放射される放射電界の偏波面が直交するように配置された
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記放射導体がミアンダ形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記放射導体は、前記スロット部の長手方向に沿って、前記導体と同一平面状態から前記導体の前記端部を基準として折り曲げられて、前記導体に近接した位置迄の間に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
前記放射導体が前記導体に対して同一平面に延出されたことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
前記放射導体が前記導体に対して垂直状態に配置されたことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
前記導体と前記放射導体が１枚の金属板で形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記導体と前記放射導体が形成された１枚の前記金属板によって、前記給電部が形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
平板状の前記導体には、少なくとも増幅回路が形成された回路基板が取り付けられ、前記給電部の一端が前記増幅回路に接続されると共に、前記給電部の他端が前記スロット部近傍の前記導体に接続されたことを特徴とする請求項６又は７に記載のアンテナ装置。
一面に導電パタ−ンが形成された誘電体基板を有し、前記導体と前記放射導体が前記導電パターンによって形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記誘電体基板は、折り曲げ可能なフレキシブル基板で形成されたことを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
前記誘電体基板の他面側には配線パターンと、少なくとも増幅回路が設けられ、前記給電部が前記配線パターンで形成される共に、前記給電部の一端が前記増幅回路に接続され、前記給電部の他端がスルーホールを介して前記導体に接続されたことを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
前記放射導体から放射される第１の周波数は、前記スロット部から放射される第２の周波数よりも低い周波数にしたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。