JP5485807B2

JP5485807B2 - 基板型アンテナ

Info

Publication number: JP5485807B2
Application number: JP2010137468A
Authority: JP
Inventors: 勉金子; 隆久唐鎌
Original assignee: 日精株式会社; 株式会社フェイバライツ
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: CN102299411B; US8743007B2; US20110309989A1; JP2012004812A; DE102011004478A1; DE102011004478B4; CN102299411A

Description

本発明は、薄型の基板上に構成した基板型アンテナに関する。

従来のこの種の基板型アンテナとして、誘電体からなる基板と、この基板の第一基板面に形成されて一ヶ所で分断されているループ状の第一結合部パターンと、基板の第二の基板面に形成され、一ヶ所で分断されているループ状の第二結合部パターンとを有し、第一結合部パターンおよび第二結合部パターン間を静電容量結合および磁気誘導結合状態を形成した構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような構成によれば、従来のような同一平面上に形成した場合とは異なり、基板によるパターン間の静電容量結合および磁気誘導結合状態が大きく改善され、従来に比べて、広帯域で伝送特性に優れた高周波結合器を容易に得ることができる。

特開２００７−１４２６６６号公報

しかしながら、従来の基板型アンテナでは、複数のアンテナを組み合わせて一層の利得向上を図ろうとすると、構成が複雑になってしまう。

本発明の目的は、簡単な構成で高利得化および高帯域化を実現することができるようにした基板型アンテナを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、誘電体からなる基板の一方の基板面に、一箇所を分断したループ状の第一の結合部パターンを形成し、この第一の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれアンテナを接続し、前記基板の他方の基板面に、第一結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第二の結合部パターンを形成した基板型アンテナにおいて、前記基板の前記一方の基板面に、前記第一結合部パターンとほぼ同心的で、かつ、前記第二の結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第三の結合部パターンと、この第三の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれ他のアンテナを接続したことを特徴とする。

この構成によって、他方の基板面に形成した第二の結合部パターンの給電点を共用しながら薄型の基板上に複数のアンテナを簡単に構成することができ、アンテナ単体では得られない高利得で広帯域化を実現することができる。

また本発明は、上述の構成に加えて、前記基板の前記第二の結合部パターン側に他の基板を一体化して配置し、この他の基板における前記第二の結合部パターンと反対側の基板面に、前記第二の結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第四の結合部パターンと、この第四の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にさらに他のアンテナを接続したため、新たに一つのアンテナを追加することになり、合計三つのアンテナによって利得の合成を行うことができ、さらに一層細やかに高利得化および広帯域化を図ることができる。しかも、基板の他方の基板面に形成した給電点を共通にして３つのアンテナを構成することができ、全体の構成を簡略化することができる。

さらに本発明は、上述の構成に加えて、前記基板の前記第二の結合部パターン側に他の基板を一体化して配置し、この他の基板における前記第二の結合部パターンと反対側の基板面に、前記第二の結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第四の結合部パターンと、この第四の結合部パターンとほぼ同心的で、かつ前記第二結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第五の結合部パターンと、前記第四の結合部パターンおよび前記第五の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれ異なるさらに他のアンテナを接続したため、新たに二つのアンテナを追加することになり、一層細やかに高利得化および広帯域化を図ることができる。しかも、基板の他の基板面に形成した給電点を共通にして４つのアンテナを構成することができ、全体の構成を簡略化することができる。

本発明による基板型アンテナによれば、他方の基板面に形成した第二の結合部パターンの給電点を共用しながら薄型の基板上に複数のアンテナを簡単に構成することができ、アンテナ単体では得られない高利得で広帯域化を実現することができる。

本発明の一実施の形態による基板型アンテナの一方の基板面を示す平面図である。図１の基板型アンテナの他方の基板面を示す平面図である。図１に示した一方のアンテナの利得特性図である。図１に示した他方のアンテナの利得特性図である。図３および図４に示したアンテナの合成利得特性図である。図１に示した一方のアンテナの他の利得特性図である。図１に示した他方のアンテナの他の利得特性図である。図６および図７に示したアンテナの合成利得特性図である。本発明の他の実施の形態による基板型アンテナの側面図である。図９に示した基板型アンテナにおける一方の基板の上面を示す平面図である。図１０に示した基板の底面図である。図９に示した基板型アンテナにおける他方の基板の底面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の一実施の形態による基板型アンテナの上面および下面を示すそれぞれ平面図である。

誘電体からなる基板１の一方の基板面である上面２には、図１に示したように一箇所を分断したループ状の第一の結合部パターン３を形成し、この第一の結合部パターン３の分断した位置の両端部端子にそれぞれ電路４を介してダイポールアンテナ５を接続し、図２に示した基板１の他方面である下面６には、一箇所を分断したループ状の第二の結合部パターン７を形成しており、この第二の結合部パターン７の分断した端部に給電点８を形成している。

また図１に示した基板１の上面２には、第一の結合部パターン３とほぼ同心的で、かつ、分断された位置を第一の結合部パターン３とほぼ合致させて一箇所を分断したループ状の第三の結合部パターン９と、この第三の結合部パターン９の分断した位置の両端部端子にそれぞれ電路１０を介して接続した第二のダイポールアンテナ１１とが形成されている。従って、ダイポールアンテナ５とダイポールアンテナ１１とは並列に構成されている。

ここで、下面６側に形成した第二の結合部パターン７は、上面２側に形成した第一の結合部パターン３および第三の結合部パターン９よりも幅広で形成され、内側縁は第一の結合部パターン３に沿って形成され、また外側縁は第三の結合部パターン９に沿って形成されている。

基板１の上下面では、第一の結合部パターン３と第二の結合部パターン７が対向配置され、また第三の結合部パターン９と第二の結合部パターン７が対向配置されることになり、各対向部で静電容量結合および磁気誘導結合が形成されている。これら複数の結合によって両アンテナ５，１１の利得を取り出すことができる構成となっている。

図示の各結合部パターン３，７，９の形状は円環状としているが、それ以外に、楕円形、多角形、これらの組み合わせなどの各種の形状を採用することができる。また、基板１の上下面側では多少形状が異なっていても良い。さらには、基板１は一定厚さの平坦な基板としているが、これに限るものではない。

次に、上述した基板型アンテナを用いての高利得化について説明する。

ここで、基板１は図１の幅方向が１００ｍｍ、高さ方向が２０ｍｍであり、第一の結合部パターン３は同幅方向が内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、第三の結合部パターン９は同幅方向の内径が１４ｍｍ、外径１６ｍｍ、第二の結合部パターン７は図２における同幅方向の内径が１０ｍｍ、外径１６ｍｍ、アンテナ５の同幅方向が３４ｍｍ、高さ方向が５ｍｍ、アンテナ１１の同幅方向が４０ｍｍ、高さ方向が５ｍｍとして構成している。

このような構成において、アンテナ５単体での周波数利得特性曲線１９を図３に示しており、アンテナ５の共振周波数を９５０ＭＨｚに調整したときの利得は約１．７ｄＢである。一方、アンテナ１１単体での周波数利得特性曲線２０を図４に示しており、アンテナ１１の共振周波数を９５０ＭＨｚに調整したときの利得は約１．０ｄＢである。

しかし、両アンテナ５，１１の利得を第二の結合部パターン７の給電点８から５０オームの特性インピーダンスで受け取れるように各結合部パターン３，７，９の大きさなどを設計すると、図５に示す周波数合成利得特性曲線２１のように共振周波数は９５０ＭＨｚで約２．５ｄＢの高利得が得られる。このような結果は、アンテナ５，１１の結合部パターン３と９を一体化した場合には得られない。

次に、上述した基板型アンテナを用いての広帯域化について説明する。

図６はアンテナ５単体での周波数利得特性曲線２２を示しており、アンテナ５の共振周波数を９４８ＭＨｚに調整したときの利得は約１．０ｄＢである。一方、図７はアンテナ１１単体での周波数利得特性曲線２３を示しており、アンテナ１１の共振周波数を９５６ＭＨｚに調整したときの利得は約０．７ｄＢである。

しかし、両アンテナ５，１１の利得を第二の結合部パターン７の給電点８から５０オームの特性インピーダンスで受け取れるように各結合部パターン３，７，９の大きさなどを設計すると、図８に示す周波数合成利得特性曲線２４のように共振周波数は９４８〜９５６ＭＨｚの広帯域で約１．２ｄＢの高利得が得られる。

このように基板１の一方の基板面に、ほぼ同心的に二重の第一の結合部パターン３と第三の結合部パターン９を形成し、各結合部パターン３，９の分断部にそれぞれ異なるアンテナ５，１１を接続したため、他方の基板面に形成した第二の結合部パターン７の給電点８を共用しながら薄型の基板１上に簡単に構成することができ、アンテナ単体では得られない高利得で広帯域化を実現することができる。

図９は、本発明の他の実施の形態による基板型アンテナを示す側面図である。

先の実施の形態の場合と同様に基板１の上面２と下面６には詳細を後述するパターンが形成され、さらに下面６側には新たに他の基板１２を追加し、この基板１２の下面１３に新たなパターンを形成している。基板１の上面２には、図１０に示すように図１に示した構成と全く同様に、ループ状の第一の結合部パターン３と、この第一の結合部パターン３とほぼ同心的な構成のループ状の第三の結合部パターン９と、アンテナ５，１１が形成されている。また基板１の下面６には、図１１に示すように図２に示した構成と全く同様にループ状の第二の結合部パターン７と給電点８が形成されている。

これに対して、基板１２の下面１３には、図１２に示すように一箇所を分断したループ状の第四の結合部パターン１４と、この第四の結合部パターン１４とほぼ同心的な構成でほぼ同箇所を分断したループ状の第五の結合部パターン１５とがそれぞれ形成されている。第四の結合部パターン１４および第五の結合部パターン１５の両側には、並列型の２つのアンテナ１６，１７が構成されている。つまり、第四の結合部パターン１４の両端部端子にそれぞれ電路１８を介して接続したアンテナ１６が接続され、また、同様に第五の結合部パターン１５の両端部端子にそれぞれ電路１９を介してアンテナ１７が接続されている。

このような基板１と基板１２とを図９に示したように積層し、両基板１，１２間を接着剤やその他の手段で一体化している。

このとき、両アンテナ５，１１については先の実施の形態の場合と同様に構成される他に、第四の結合部パターン１４と第五の結合部パターン１５間は基板１２の下面１３で対向配置され、対向部での静電容量結合および磁気誘導結合されている。また、回路基板１２の上下面側では、第四の結合部パターン１４と第二の結合部パターン７間が対向配置され、また第五の結合部パターン１５と第二の結合部パターン７間が対向配置されることになり、これらの各対向部では静電容量結合および磁気誘導結合され、これら複数の結合によって両アンテナ１６，１７の利得を取り出すことができる。

このような構成の基板型アンテナによれば、新たにアンテナ１６，１７を追加しているため、先の実施の形態の場合に比べて一層細やかに高利得化および広帯域化を図ることができる。しかも、先の実施の形態での構成を二重化しているが、基板１の下面６に給電点８を有する第二の結合部パターン７を構成し、かつ、この基板１の下方に配置した他の基板１２の下面１３には第四の結合部パターン１４と第五の結合部パターン１５を形成しているため、給電点８を共通にして４つのアンテナ５，１１，１６，１７を構成することができ、全体の構成を簡略化することができる。

また、本発明のさらに他の実施の形態として、図１２に示した基板１２の下面１３は他の異なる構成とすることもできる。例えば、第四の結合部パターン１４および第五の結合部パターン１５のいずれか一方とし、これに合わせてアンテナ１６およびアンテナ１７のいずれか一方とすることもできる。

このような構成の基板型アンテナによれば、新たに一つのアンテナを追加することになり、合計三つのアンテナによって利得の合成を行うことができ、図１に示した実施の形態の場合に比べて一層細やかに高利得化および広帯域化を図ることができる。しかも、基板１の下面６に給電点８を有する第二の結合部パターン７を構成し、かつ、この基板１の下方に配置した他の基板１２の下面１３には第四の結合部パターン１４または第五の結合部パターン１５を形成するため、給電点８を共通にして３つのアンテナを構成することができ、全体の構成を簡略化することができる。

なお、上記実施の形態では、上面のアンテナパターンの本数及び下面１３のアンテナの本数を左右2本に限定したが、アンテナの本数は、結合部パターン７に全てが対向配置できれば本数の制限はない。

１回路基板
２上面
３結合部パターン
４電路
５アンテナ
６下面
７結合部パターン
８給電点
９結合部パターン
１０電路
１１アンテナ
１２回路基板
１３下面
１４結合部パターン
１５結合部パターン
１６アンテナ
１７アンテナ
１８電路
１９電路

Claims

誘電体からなる基板の一方の基板面に、一箇所を分断したループ状の第一の結合部パターンを形成し、この第一の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれアンテナを接続し、前記基板の他方の基板面に、第一結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第二の結合部パターンを形成した基板型アンテナにおいて、前記基板の前記一方の基板面に、少なくとも前記第一結合部パターンとほぼ同心的で、かつ、前記第二の結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第三の結合部パターンと、この第三の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれ他のアンテナを接続したことを特徴とする基板型アンテナ。
請求項１に記載の基板型アンテナにおいて、前記基板の前記第二の結合部パターン側に他の基板を一体化して配置し、この他の基板における前記第二の結合部パターンと反対側の基板面に、少なくとも前記第二の結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第四の結合部パターンと、この第四の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にさらに他のアンテナを接続したことを特徴とする基板型アンテナ。
請求項１に記載の基板型アンテナにおいて、前記基板の前記第二の結合部パターン側に他の基板を一体化して配置し、この他の基板における前記第二の結合部パターンと反対側の基板面に、少なくとも前記第二の結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第四の結合部パターンと、この第四の結合部パターンとほぼ同心的で、かつ前記第二結合部パターンに対応する位置に形成されて一箇所を分断したループ状の第五の結合部パターンと、前記第四の結合部パターンおよび前記第五の結合部パターンの分断した位置の両端部端子にそれぞれ異なるさらに他のアンテナを接続したことを特徴とする基板型アンテナ。