JP4608209B2

JP4608209B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4608209B2
Application number: JP2003432994A
Authority: JP
Inventors: 晶夫倉本
Original assignee: NEC Anten Ltd
Current assignee: NEC Anten Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005192050A

Description

本発明は、アンテナに関し、さらに詳しくは、導体板により構成されたり、或いはプリント基板にエッチングにより形成したプリントパターンにより構成された広帯域のアンテナに関するものである。

近年、無線ＬＡＮの普及により、大規模なオフィスやホットスポットサービス、学校、会社、家庭内といろいろな場所で無線ＬＡＮが使用され始めている。そのため、デスクトップ（据置き型）パソコンやコピー機、プロジェクタ、プリンタ、テレビ、ビデオなどＡＶ機器にも無線ＬＡＮの機能が内蔵される傾向がある。しかし、最近では高画質の画像データなど、より大量のデータを高速に無線伝送する技術としてウルトラワイドバンド（以下、ＵＷＢと記す）の技術が強く要望されている。このＵＷＢでは２００３年１２月現在、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数が用いられることになっており、非常に広帯域のアンテナが必要になる。
さらに、このＵＷＢの無線伝送技術は、前述したデスクトップ（据置き型）パソコンやコピー機、プロジェクタ、プリンタ、テレビ、ビデオなどに搭載される場合、それに用いられるアンテナはコンパクトであることが必須条件である。また、機器への内蔵等を考えると、立体的でなく平面型であるほうが収納しやすいと言える。また指向性についても、対応する機器の置き場所が不特定であるために、方位方向に無指向性の特性を有するアンテナが有利となる。
しかし従来の技術において広帯域、コンパクト、平面型状、無指向性のアンテナはなかなか存在しなかった。例えば、図５に示すようなディスコーンアンテナは、広帯域で無指向性のアンテナとして有名である。このディスコーンアンテナは、導体より構成される円板導体１０１と、導体より構成される円錐導体１０２と、同軸ケーブル１０３より構成される。そして給電は同軸ケーブル１０３の中心導体１０４を円板導体１０１の中心に接続し、同軸ケーブル１０３の外部導体１０５を円錐導体１０２の上部に接続して行われる。なお、ディスコーンアンテナの解説は、アンテナ工学ハンドブック（編者：電子情報通信学会、発行：オーム社、平成３年９月３０日第１版第６刷発行）の１２８ページに記載されている。
アンテナ工学ハンドブック（編者：電子情報通信学会、発行：オーム社、平成３年９月３０日第１版第６刷発行）１２８ページ

しかし、非特許文献１に記載のディスコーンアンテナは広帯域であるが、図５のように立体的であるため、パソコンやＡＶ機器への内蔵には適さないといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、小型にかつ平面的に構成することにより、デスクトップパソコンやビデオやテレビ等のＡＶ機器に内蔵することが可能な、広帯域アンテナを提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、三角形の導体板からなる第１の放射素子と、三角形の導体板からなる第２の放射素子と、同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルと、を備えたアンテナであって、前記第１の放射素子の三角形の一辺と前記第２の放射素子の三角形の一辺が平行に、且つ所定の距離を隔てて配置され、前記各放射素子の前記各一辺に前記同軸ケーブルの中心導体と外部導体を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続するか、又は前記各放射素子の前記各一辺に前記平衡２線式ケーブルの信号線を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続することを特徴とする。
本発明のアンテナは導体で構成されており、第１の放射素子と第２の放射素子と同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルから構成されている。即ち、三角形の板状の第１の放射素子と第２の放射素子の三角形の一辺を平行に、且つ所定の間隔を隔てて配置する。そして夫々の三角形の一辺に同軸ケーブルの中心導体と外部導体を接続する。また平衡２線式ケーブルの場合は、夫々の三角形の一辺にケーブルを接続する。
かかる発明によれば、三角形の板状の第１の放射素子と第２の放射素子の三角形の一辺を平行に、且つ所定の間隔を隔てて配置して同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルに接続することで、最低使用周波数の４倍以上の周波数帯域がとれ、小型で薄型の平板状であるため機器の内蔵用に適している。また、同一形状の板金で簡単に構成できるため安価である。更に、放射指向性がほぼ無指向性である。

請求項２は、平板状の導体板からなる第１の放射素子と、平板状の導体板からなる第２の放射素子と、同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルと、を備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子及び第２の放射素子は、三角形、又はそれぞれの前記放射素子の三角形の一部を少なくとも一箇所だけ切り欠き少なくとも二つの辺が平行となるように配置した多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であり、前記第１の放射素子の導体板の一辺と前記第２の放射素子の導体板の一辺が平行に、且つ所定の距離を隔てて配置され、前記各放射素子の前記各一辺に前記同軸ケーブルの中心導体と外部導体を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続するか、又は前記各放射素子の前記各一辺に前記平衡２線式ケーブルの信号線を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続することを特徴とする。
請求項１では第１の放射素子と第２の放射素子の形状を三角形の導体板としているが、第１と第２の放射素子の形状を平板状の導体板としても略同じ特性のアンテナを構成することができる。また、第１の放射素子及び第２の放射素子の形状は、三角形、多角形又は三角形の環状導体板でも構わない。そして多角形の場合は１箇所は平行な部分を有する物であれば良い。
かかる発明によれば、第１と第２の放射素子の形状を平板状の導体板とするので、形状に幅を持たせることができ、内蔵する機器に合わせて形状を決定することができる。また、第１の放射素子及び第２の放射素子の形状は三角形、少なくとも１箇所は平行な部分を有する多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であるので、１枚の板金をくり抜くことで第１の放射素子と第２の放射素子を同時に、または簡単に製造することができ、製造コストを安価にすることができる。

請求項３は、板状の導体板からなる第１の放射素子と、板状の導体板からなる第２の放射素子と、マイクロストリップ線路と、誘電体基板とを備えたアンテナであって、前記第１の放射素子及び第２の放射素子は、三角形、又はそれぞれの前記放射素子の三角形の一部を少なくとも一箇所だけ切り欠き少なくとも二つの辺が平行となるように配置した多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であり、前記第１の放射素子、第２の放射素子及びマイクロストリップ線路が前記誘電体基板上にプリントパターンとして形成され、前記第１の放射素子と第２の放射素子は、夫々を構成する導体板の各一辺同士が平行となるように前記誘電体基板の表裏に配置され、当該導体板の一辺に前記マイクロストリップ線路を前記導体板の中心線から所定の距離ずらして接続し、当該導体板の他の一辺に前記マイクロストリップ線路のグランド導体を前記導体板の中心線から所定の距離ずらして接続することを特徴とする。
導体部品を組合わせて本発明のアンテナを構成しても良いが、最も小型に薄く構成するにはプリント基板上にパターン化してアンテナを構成するのが良い。本発明はこの発想からプリント基板の表裏面に各放射素子を設け、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を形成して給電を行うものである。また、第１の放射素子と第２の放射素子の形状は、三角形、多角形又は三角形の環状導体板でも構わない。そして多角形の場合は１箇所は平行な部分を有する物であれば良い。
かかる発明によれば、プリント基板の表裏面に各放射素子を設け、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を形成して給電を行うので、アンテナを小型に且つ薄く構成することができ、各放射素子の位置関係を固定化することができる。また、第１の放射素子と第２の放射素子の形状は三角形、少なくとも１箇所は平行な部分を有する多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であるので、パターン設計を容易とすることができる。

請求項１の発明によれば、三角形の板状の第１の放射素子と第２の放射素子の三角形の一辺を平行に、且つ所定の間隔を隔てて配置して同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルに接続することで、最低使用周波数の４倍以上の周波数帯域がとれ、小型で薄型の平板状であるため機器の内蔵用に適している。また、同一形状の板金で簡単に構成できるため安価である。
また請求項２では、第１と第２の放射素子の形状を平板状の導体板とするので、形状に幅を持たせることができ、内蔵する機器に合わせて形状を決定することができる。また、第１の放射素子及び第２の放射素子の形状は三角形、少なくとも１箇所は平行な部分を有する多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であるので、１枚の板金をくり抜くことで第１の放射素子と第２の放射素子を同時に、または簡単に製造することができ、製造コストを安価にすることができる。
また請求項３では、プリント基板の表裏面に各放射素子を設け、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を形成して給電を行うので、アンテナを小型に且つ薄く構成することができ、各放射素子の位置関係を固定化することができる。また、第１の放射素子と第２の放射素子の形状は三角形、少なくとも１箇所は平行な部分を有する多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であるので、パターン設計を容易とすることができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の実施例によるアンテナの斜視図である。このアンテナは、正三角形の導体板から構成される第１の放射素子１と、同じく正三角形の導体板から構成される第２の放射素子２と、同軸ケーブル３とを備えて構成される。そして第１の放射素子１の一辺１ａと第２の放射素子２の一辺２ａは略平行に対向するように配置され、且つ所定の距離を隔てて配置される。そして第１の放射素子１の一辺１ａが同軸ケーブル３の中心導体４に接続されている。また第２の放射素子２の一辺２ａが同軸ケーブル３の外部導体５に接続された構造となっている。
通常は、第１の放射素子１と第２の放射素子２は線対称の関係になっているが、電気的な整合の特性上の都合から、大きさや形状が異なり、線対称とならない場合もある。また第１の放射素子１及び第２の放射素子２は、通常、薄い導体の板で構成される。具体的には、厚さ０．１〜２ｍｍ程度の銅板、真鍮板やアルミ板などが用いられる。これらの金属板には防錆のために、メッキや塗装が施される。尚、図の例では第１の放射素子１の一辺１ａが同軸ケーブル３の中心導体４に接続され、第２の放射素子２の一辺２ａが同軸ケーブル３の外部導体５に接続されているが、逆でも構わない。また、同軸ケーブル３の代わりに平衡２線式ケーブル（図示せず）を使用しても良い。

図２は、本発明の第１の実施例のアンテナの寸法関係を示す説明図である。図２において、第１の放射素子１の高さｈの寸法は、最低使用周波数の波長λ_Ｌの０．２５倍程度に選ばれる。またｈの寸法は、三角形の形状にもより、０．２〜０．３倍程度の幅で最適な整合点が得られやすい。同様に、横幅Ｓ１についても、λ_Ｌの０．２〜０．２５倍程度に選ばれることが多い。さらに、残り２辺の寸法Ｓ２及びＳ３についても、λ_Ｌの０．２〜０．２５倍程度に選ばれることが多い。また第２の放射素子２の寸法も前述したように、概ね、第１の放射素子１と同程度の寸法に選ばれることが多い。また、第１の放射素子１と第２の放射素子２の給電点６の位置は、中心線７からｄの位置で表現すると、ｄがＳ１の１／６程度に選ばれることが多い。さらに、第１の放射素子１と第２の放射素子２の間隔Ｓ４は、λ_Ｌの０．０３倍程度に選ばれることが多い。またＳ４も本発明のアンテナの整合状態の影響が大きく、０．０２〜０．０５倍程度の範囲で調整されることが多い。
図３は、本発明によるアンテナの第１の放射素子１と第２の放射素子２の形状のバリエーションを示したものである。図では右側を第１の放射素子、左側を第２の放射素子とする。（ａ）は、それぞれの放射素子の三角形の一部ａ１、ａ２を一箇所だけ切り欠いた形状である。（ｂ）は、それぞれの放射素子の三角形の一部ｂ１、ｂ３及びｂ２、ｂ４を二箇所切り欠いた形状である。（ｃ）は、横長の二等辺三角形を用いた場合である。（ｄ）は、縦長の二等辺三角形を用いた場合である。（ｅ）は、直角三角形を用いた場合である。（ｆ）は、鈍角三角形を用いた場合である。（ｇ）は、それぞれの放射素子の三角形の内側を一箇所だけ三角形ｇ１、ｇ２の打ち抜き部を有する形状である。（ｈ）は、三角形の内側を一箇所だけ楕円形ｈ１、ｈ２の打ち抜き部を有する形状である。尚、（ａ）の辺ａ３、ａ４と、（ｂ）の辺ｂ５、ｂ６はそれぞれ平行になるように配置される。

図４は、本発明によるアンテナの第２の実施形態を示す斜視図である。原理的には、図１のアンテナをプリント基板を用いて構成したものであり、同軸ケーブルの代わりにマイクロストリップ線路を用いた構造となっている。プリント基板４０の表面には、外形が三角形の導体から構成される第１の放射素子４１が配置されている。第１の放射素子４１は給電部４３より、導体から構成されるマイクロストリップライン４５に接続されている。またプリント基板４０の裏面には、外形が三角形の導体から構成される第２の放射素子４２が配置されている。第２の放射素子４２は給電部４４より、導体から構成されるマイクロストリップライン４６に接続されている。
さらにマイクロストリップライン４５と４６は、その軸方向の中心線がほぼ一致している関係となっており、マイクロストリップの平衡２線伝送線路を構成している。なお、一般には平衡２線伝送線路では給電の都合上不便であるため、不平衡の同軸ケーブルで給電できるようにテーパ４７を設けて、不平衡なマイクロストリップ伝送線路に変換している。尚、平衡２線伝送線路で給電する方が都合がよい場合は、テーパ４７は不要である。
以上、説明したように、第１の放射素子４１および第２の放射素子４２を三角形または少なくても１箇所は平行な部分を有する多角形の導体板で構成し、第１の放射素子４１と第２の放射素子４２とを線対称に配置した構造とすることにより、非常に広帯域な特性のアンテナを実現することができる。この場合、ＶＳＷＲが３以下であれば、最低使用周波数の４倍以上の周波数帯域がとることが可能である。

本発明によるアンテナの第１の実施形態を示す斜視図。本発明によるアンテナの第１の実施形態の説明図。本発明によるアンテナの放射素子の形状の説明図。本発明によるアンテナの第２の実施形態を示す斜視図。従来技術のアンテナの一例を示す斜視図。

符号の説明

１第１の放射素子、２第２の放射素子、３同軸ケーブル、４同軸ケーブルの中心導体、５同軸ケーブルの外部導体、６給電部、７中心線、４０プリント基板、４１第１の放射素子、４２第２の放射素子、４３給電部、４４給電部、４５マイクリストリップライン、４６マイクロストリップライン、４７テーパ、１０１円板、１０２円錐、１０３同軸ケーブル、１０４同軸ケーブルの中心導体、１０５同軸ケーブルの外部導体

Claims

三角形の導体板からなる第１の放射素子と、三角形の導体板からなる第２の放射素子と、同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルと、を備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子の三角形の一辺と前記第２の放射素子の三角形の一辺が平行に、且つ所定の距離を隔てて配置され、前記各放射素子の前記各一辺に前記同軸ケーブルの中心導体と外部導体を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続するか、又は前記各放射素子の前記各一辺に前記平衡２線式ケーブルの信号線を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続することを特徴とするアンテナ。
平板状の導体板からなる第１の放射素子と、平板状の導体板からなる第２の放射素子と、同軸ケーブル又は平衡２線式ケーブルと、を備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子及び第２の放射素子は、三角形、又はそれぞれの前記放射素子の三角形の一部を少なくとも一箇所だけ切り欠き少なくとも二つの辺が平行となるように配置した多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であり、
前記第１の放射素子の導体板の一辺と前記第２の放射素子の導体板の一辺が平行に、且つ所定の距離を隔てて配置され、前記各放射素子の前記各一辺に前記同軸ケーブルの中心導体と外部導体を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続するか、又は前記各放射素子の前記各一辺に前記平衡２線式ケーブルの信号線を前記各一辺の中心線から所定の距離ずらして接続することを特徴とするアンテナ。
板状の導体板からなる第１の放射素子と、板状の導体板からなる第２の放射素子と、マイクロストリップ線路と、誘電体基板とを備えたアンテナであって、
前記第１の放射素子及び第２の放射素子は、三角形、又はそれぞれの前記放射素子の三角形の一部を少なくとも一箇所だけ切り欠き少なくとも二つの辺が平行となるように配置した多角形、又は打ち抜き部を備えた三角形の環状導体板であり、
前記第１の放射素子、第２の放射素子及びマイクロストリップ線路が前記誘電体基板上にプリントパターンとして形成され、前記第１の放射素子と第２の放射素子は、夫々を構成する導体板の各一辺同士が平行となるように前記誘電体基板の表裏に配置され、当該導体板の一辺に前記マイクロストリップ線路を前記導体板の中心線から所定の距離ずらして接続し、当該導体板の他の一辺に前記マイクロストリップ線路のグランド導体を前記導体板の中心線から所定の距離ずらして接続することを特徴とするアンテナ。