JP2002517925A - アンテナ - Google Patents
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- H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
Abstract
Description
。
かつ小型にしようとする動きが出てきている。特に移動通信の分野では、電話機
、コンピュータ、およびパーソナル電子手帳などの通信デバイスに関し、その性
能を劣化させずに、より小型化することが絶えず要求されている。
設計目標とが相反する領域がある。アンテナの性能は、例えば利得、特異吸収率
(SAR)、インピーダンス帯域幅、およびインプット・インピーダンスなどの
さまざまなパラメータによって測定できる。従来から移動電話機にはロッド・ア
ンテナが用いられ、これはコストに比して高性能である。しかし、このアンテナ
はデバイスのハウジングから延びるものなので、破損しやすい。また、ロッド・
アンテナを小さくすると利得も減少してしまい、望ましくない。したがって、通
信デバイスが小型化するにつれて、ロッド・アンテナは適切ではなくなっている
。
このようなアンテナの例としては、アンテナ技術では公知の逆F字型平面アンテ
ナ(PIFAs)のような、平板あるいは薄型アンテナがある。PIFAは、グ
ランドプレーンのような基準電圧面より高い位置に、平面導電板を有し、この導
電板は空気誘電体あるいは固体誘電体によって、基準電圧面から離されている。
導電板のコーナは接続スタブを介してグランドプレーンに接続し、導電板に誘電
負荷を与える。導電板は、所望の動作周波数でπ/4の電気的長さを持つように
設計される。給電体が接地コーナに隣接する導電板の縁部に接続される。給電体
は同軸線の内部導体であってもよい。同軸線の外部導体はグランドプレーンまで
延び、これに接続する。内部導体はグランドプレーン、誘電体があるならこれを
経由して、放射板まで延びる。このように外部導体に被覆されている給電体部分
はグランドプレーンまで延び、被覆されていない部分は放射板まで延びる。
振回路を構成する。給電点は、コーナからの距離がその点でのアンテナのインピ
ーダンスと給電線の外部インピーダンスとが一致する(一般的には50オーム)
ような導電板上の位置に配置される。PIFAに対する共振メインモードは、短
絡エッジと開回路エッジとの間にあり、したがってPIFAの持つ共振周波数は
導電板の横幅に依存し、導電板の長さや厚さにはほとんど関係がない。
プトップ・コンピュータなどの携帯無線デバイスに特に適している。このアンテ
ナの有する高利得性・全方向放射方式が特に適している。平面アンテナはまた、
良好な周波数選択性が要求されるところでの使用にも適している。また、このア
ンテナは比較的小さいので、デバイスのハウジング内に組み込むことができ、し
たがってデバイスの全体的な美的外観を損なわない。さらに、アンテナをハウジ
ング内部に配置するということは、アンテナが破損する可能性がほとんどないこ
とを意味する。
性能を提供する平面アンテナを設計することは困難である。一般にアンテナの損
失は次の2つの原因による。1つは要求される放射であり、もう1つはアンテナ
に蓄積される望ましくないエネルギーである。平面アンテナは望ましくない低イ
ンピーダンス帯域幅を有する。
、および送電線として基準面および板に接続された給電部とからなるアンテナが
提供される。 給電部は送電線(導波管とも呼ばれる)として配置されているので、送電線の
導体間にはエネルギーが導かれて内包される。これによって、Qファクター低く
なり、したがって従来給電方式の平面アンテナより高いインピーダンス帯域幅を
実現できる。平面アンテナ製造の効率、規模、および容易さを保持しながら、帯
域幅をかなり拡大できる。給電部はできるだけ損失を少なくするべきである。
は50Ω線)のインピーダンスと一致するインピーダンスを有することが望まし
い。好適には給電部は、板に隣接する給電部の端部において、アンテナのインピ
ーダンスと一致するインピーダンスを有することが望ましい。このように給電部
は、一端では給電体のインピーダンス特性に一致させ、他端では放射板のインピ
ーダンス特性に一致させるインピーダンス変圧器として作動する。一般に給電部
は、その長さに従って段階的に変化するインピーダンス特性を有し、アンテナに
誘導負荷を与える。好都合にこのインピーダンスは給電部の長さに従って一様に
変化する。
第2導体とからなり、第1導体と第2導体とで送電線が形成される。このように
給電部の導体はem接続されていて、導波管として作動する。エネルギーは、従
来の平面アンテナでそうであったように、基準面に接続したショート・ポストに
蓄積されるのではなく、2つの導体に沿って導かれる。したがって、本発明によ
るアンテナは公知のアンテナに比して非常に効率的である。 好適には2つの導体の幅は同じ大きさであることが望ましい。
からなることが望ましい。特に好適な実施形態においては、給電部は、基準面に
平行なマイクロストリップラインからなる第1部分と、基準面から導電板へと斜
めに延びる共面ストリップからなる第2部分とからなる。しかし、例えば同軸線
などの他の送電線を用いてもよい。 このように本発明によるアンテナは、効率性を犠牲にすることなく、公知の平
面アンテナよりもインピーダンス帯域幅を広くすることができる。エネルギーが
送電線給電部の導体に沿って導かれるために、給電部からの放射がほとんどない
。さらに、本発明によるアンテナは単純なので、製造コストが相対的に安価であ
る。 第1導体は導電板に誘導負荷を与える。
ンドプレーンである基準面204と対向して配置される。給電部206は板を共
振させる給電体とアンテナの接地点とを提供する。給電部は、2つの平面金属導
体208を有する送電線からなり、共面接続ストリップからなる第1部分206
aと、マイクロストリップ送電線からなる第2部分206bとを有する。給電部
に隣接する板202の縁部210に最も近い導体208aは、板202から離れ
た端部でグランドプレーン204に接地接続している。離れた導体208bは給
電体である。給電部はインピーダンス遷移だけではなく伝搬モード遷移をも採用
している。
テナ)へ電力を送る。また送電線206は送電線の属性が考慮される、つまり給
電部が低損失導波管として作動するように調整されている。送電線の導体は密結
合の細い線であり、2つ以上の伝搬モードを提供することができる。 グランドプレーン204に隣接する給電部206の端部においては、給電部は
グランドプレーンの送電線のインピーダンス(一般的には50Ω)と一致するイ
ンピーダンスを有する。板202に隣接する給電部206の端部においては、給
電部はアンテナの給電点におけるインピーダンス(一般的には200Ω)と一致
するインピーダンスを有する。このインピーダンスは給電部の長さに沿って一様
に変化する。
電界が導体208とグランドプレーン間に制限され、206a部分においては電
界が導体208間に制限される。 中心周波数は、アンテナ板202の縁部214上の開回路から給電部206に
沿って、給電部がグランドプレーンと接するポイント212まで延びる共振回路
の電気的長さによって決定される。この電気的長さは通常所望の周波数の1/4
の波長となるように設計される。
8mm、y=33mmの大きさで、グランドプレーンからの距離Dが8mmの板
202を有し、導体208の幅wが0.6mmで、導体208間の距離dが0.
6mmで、第1部分206aの長さlが11.3mmであるアンテナが考えられ
る。給電部はグランドプレーン204から板202へ45°の角度で延びる。共
面ストリップ(CPS)線に対して、トラックの幅−ギャップ(w,d)寸法が
、所望のインピーダンス変換を実現するために、公知の公式を使用して計算され
てもよい。これはまた、他の形式の送電線についても同様である。
には製造コストを節約できる。 アンテナのインピーダンス帯域幅は以下のように計算される。
f0は中心周波数を表す。
ンピーダンス帯域幅の16%になる。これは、一般に約7%の最大インピーダン
ス帯域幅を有する従来給電方式の平面アンテナと比較して、実質的な拡大である
。この中で説明したような給電部を用いれば23%の、特性を改善するために負
荷も行われれば31%のインピーダンス帯域幅を提供できることがわかっている
。
の例が示されている。図6(a)は支持誘電体62内部に埋め込まれた導体60
からなるストリップラインを示している。基準面64は導体60の両側に配置さ
れている。電界は導体60と基準面64との間に制限される。この実施の形態で
は、既述したように導体60が給電体を構成し、基準面の1つが接地点を構成す
る。このように板202は基準面64に接続される。
からなるマイクロストリップを示している。電界は導体60と基準面64の間に
制限される。この実施の形態では、既述したように導体60が給電体を構成し、
基準面64が接地点を構成する。このように板202は基準面64に接続される
。 図6(c)は、誘電体62の表面に位置する単一の導体60からなる共面導波
管を示している。基準面64は誘電体表面上にある導体60の両側に配置されて
いる。電界は導体60と基準面64との間に制限される。この実施の形態では、
既述したように導体60が給電体を構成し、基準面の1つが接地点を構成する。
このように板202は基準面64に接続される。
リップ(CPS)を示している。基準面64は誘電体62の別の側に配置されて
いる。電界は2つの導体の間に制限される。この実施の形態では、1つの導体6
0が給電体を構成し、もう1つの導体60が接地点を構成する。このように板2
02から離れた導体の一端が基準面64に接続される。
部導体74を有する同軸線からなる。内部導体72と外部導体74との間の隙間
には誘電体が充填される(図示せず)。内部導体72の一端72aは板202に
接続し、内部導体72の他端72bは給電信号の源に接続する(図示せず)。外
部導体74の一端74aは板202に接続し、端部74aから離れた外部導体の
部分74bはグランドプレーン204に接続する。同軸線の外形はインピーダン
ス変圧できるように傾斜している。グランドプレーン204に隣接する給電部7
0の端部においては、給電部は給電体のインピーダンス(一般には50Ω)と一
致するインピーダンスを有する。板202に隣接する給電部70の端部において
は、給電部はアンテナの給電点におけるインピーダンス(一般には200Ω)と
一致するインピーダンスを有する。好適には、たとえ一様でない変化が選択され
たとしても、インピーダンスは給電部の長さに沿って一様に変化することが望ま
しい。
Claims (11)
- 【請求項1】 基準面と、 前記基準面と対向するように配置される導電性多角形板と、 前記基準面から前記板へと延び、前記基準面および前記板に接続された給電部
とからなり、 前記給電部が、前記導電板に給電信号を提供する第1導体と前記基準面に接続
された第2導体とからなり、前記第1導体と前記第2導体とで送電線を構成する
ことを特徴とするアンテナ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のアンテナにおいて、 前記給電部が、互いに平行に配置された少なくとも2つの平面導体からなり、
前記平面導体の1つは給電体に接続され、前記導体のもう1つは基準面に接続さ
れていることを特徴とするアンテナ。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載のアンテナにおいて、 前記給電部が前記導電板の縁部に隣接する位置に接続され、前記縁部に隣接す
る前記導体が前記基準面に接続され、前記縁部から離れた前記導体が前記給電体
に接続されていることを特徴とするアンテナ。 - 【請求項4】 請求項3に記載のアンテナにおいて、 前記給電部が前記導電板のコーナ縁部に隣接して接続することを特徴とするア
ンテナ。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載のアンテナにおいて、 前記給電部がストリップラインからなることを特徴とするアンテナ。
- 【請求項6】 請求項1乃至4のいずれかに記載のアンテナにおいて、 前記給電部がマイクロストリップからなることを特徴とするアンテナ。
- 【請求項7】 請求項1乃至4のいずれかに記載のアンテナにおいて、 前記給電部が共面ストリップからなることを特徴とするアンテナ。
- 【請求項8】 請求項1乃至4のいずれかに記載のアンテナにおいて、 前記給電部が前記基準面に平行なマイクロストリップラインからなる第1部分
と、前記基準面から前記導電板へと斜めに延びる共面ストリップからなる第2部
分とからなることを特徴とするアンテナ。 - 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載のアンテナが組込まれた移
動電話ハンドセット。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれかに記載のアンテナが組込まれた
携帯無線デバイス。 - 【請求項11】 逆F字型平面アンテナであって、 nが奇数の場合に、f=nλ/4で共振するように調整された平面導体と、 前記平面導体に接続されたショートポストおよび前記平面導体と前記基準面の
間に短絡回路を提供する基準面と、 前記平面導体に給電信号を供給する給電体とからなり、 前記給電体および前記ショートポストが相互作用して送電線となるように設計
された逆F字型平面アンテナ。
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