JP2003510935A - デュアルバンドマイクロストリップアンテナ - Google Patents
デュアルバンドマイクロストリップアンテナInfo
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Abstract
Description
的にデュアルバンドの信号によりエレメントに作られた誘導電流のパターンに実
質的に相当するように構成されたグラウンドとパッチエレメントを有するデュア
ルバンドマイクロストリップアンテナを提供する。
ステムにある。そのような使用におけるアンテナの共通の構成はジ・ドン・リュ
ー(Zi Dong Liu)およびピーター・エスホール(Peter S. Hall)による2つの記
事に記載される逆F字形幾何学である。第1の記事は「ハンドヘルドポータブル
電話のためのデュアルバンドアンテナ」Electronics Letters, Vol. 32, No. 7,
pp.609-610、1996年3月である。第2の(そしてより包括的な)記事は、
「デュアル周波数平面逆F字形アンテナ」、IEEE Transactions on Antennas an
d Propagation, Vol. 45, pp.1451-1457(1997年10月)である。
は、単一の入力ポートを有するものであり、他方は2つの入力ポートを有するも
のである。2ポートアンテナは2つのコプレーナ放射素子から構成される。第1
の素子は方形であり、第2の素子はL字状であり、2つの側面が第1の素子に隣
接している。方形素子は1.8GHz信号用であり、L字状素子は0.9GHz
信号用である。方形素子およびL字状素子は共に一端がグラウンド面に短絡され
ている。2つの放射素子は接続されていないので、2つのアンテナ間の結合は小
さく、フリンジフィールド相互作用によるのみである。変形例は方形素子とL字
状素子との間の接続の中間点に接続される単一入力ポートを有する。これは単一
の入力ポートのみを用いるという利点を有するが、この構成は、方形素子とL字
状素子との間の結合が増大するという欠点を有する。
ンテナは単一入力ポートを有した複数の放射素子を利用する。しかしながら、Li
uとHallのアンテナと異なり、この発明のアンテナの複数の放射素子は接続され
ていない。この発明のアンテナは、LiuとHallに対して2つの短絡点しか有さず
、さらに増大した帯域を有するという利点を有する。さらに表面電流をほとんど
あるいは全く伝播しない放射素子およびグラウンド素子の部分は取り除かれ、そ
の結果重さが軽くなり、透明度が高くなる。さらなる利点は、この発明のデュア
ルバンドはフレキシブル印刷回路基板を用いて低価格で大量生産できるというこ
とである。
ドマイクロストリップである。パッチ手段は分離した第1および第2の部分を有
し、一般にグラウンド部材と並行に離間した関係を有する。第1および第2の共
振周波数レンジは、パッチ手段とグラウンド部材との間の電磁相互作用により定
義される。パッチ手段のその部分の導電面は、第1と第2の共振周波数レンジ内
の信号がそのような形状なくして導電面に誘導する電流路に実質的に相当するよ
うに形成される。グラウンド部材の導電面も同様に形成することができる。
と一端に合わせられる。パッチ手段の第1の部分は第1のパッチであり、パッチ
手段の第2の部分は1対の第2のパッチであり、各パッチは第1のパッチの各対
向する側面に隣接する側面を有する。各第1および第2のパッチの一端はパッチ
手段の一端に対応する。アンテナ信号のフィードラインは一般に第1のパッチの
中心位置に接続される。短絡部材は各第2パッチから、第2パッチの一端とグラ
ウンド部材に最も近いグラウンド部材の点に延伸している。
近似する幅を持つことができる。第1のパッチは一般に’H’として構成するこ
とができ、第1パッチの側面は’H’の側面部材に対応する。
て構成してもよい。横木はアンテナ信号のフィードラインが第1のパッチに接続
する位置の突出部において、その構造の側面間に延伸している。第2の構成にお
いて、グラウンド部材の導電面は2つの側面部材と他の一端の部材により定義し
てもよい。横木はアンテナ信号のフィードラインが第1のパッチに接続する位置
の突出部においてその2つの側面部材間に延伸している。第2の構成において、
第1パッチの側面部材の延伸はパッチ手段の一端からグラウンド部材の平面に延
伸し、そしてグラウンド部材の面内において、横木に向かう距離の一部分延伸し
ている。
てケーブルの信号フィード部分が第1パッチに取り付けられたアンテナ信号フィ
ードラインを定義するように同軸ケーブルをアンテナに取り付けることができる
。
ラウンド部材の導電面は回路基板の第1セグメントの一方側の導電層の部分を取
り除くことにより形成される。パッチ手段の導電面は基板の第2セグメントの一
方側の導電層の部分を取り除くことにより形成される。次に、回路基板の第1お
よび第2のセグメントが並列に離間して取り付けられる。第1の構成において、
短絡部材は、グラウンド部材と、グラウンド部材の一端に近似する第2のパッチ
と第2のパッチとの間に印加され、同様に、第2の構成において、短絡部材はグ
ラウンド部材の一端と第1および第2のパッチの一端との間に印加される。
の部分を含むデュアルバンドマイクロストリップアンテナである。パッチ手段は
一般にグラウンド部材と並列に離間された関係を有する。第1および第2の共振
周波数レンジはパッチ手段とグラウンド部材との間の電磁相互作用により定義さ
れる。パッチ手段の側面と一端はそれぞれグラウンド部材の側面と一端に合わさ
れている。パッチ手段の第1の部分は、第1パッチであり、パッチ手段の第2部
分は1対の第2パッチであり、各々は第1パッチの各対向する側面に隣接して位
置している。各第1および第2パッチの一端はパッチ手段の一端に対応する。ア
ンテナ信号フィードラインは一般に第1パッチ上の中央位置に接続される。そし
て、短絡部材は各第2パッチから、第2パッチの一端とグラウンド部材に近似す
る突出部において、グラウンド部材に延伸している。
り完全に説明する。
アンテナは、高さHの短絡プレート24を介して長さPのパッチプレート22に
接続された長さLのグラウンドプレート20を有する。3つのプレート20、2
2、および24はすべて幅Wを有する。フィードピン26は、そのグラウンドワ
イヤがグラウンドプレート20に接続された同軸ケーブル(図示せず)の中心ワ
イヤの延長であり、パッチプレート22上の中心位置に接続する。パッチプレー
ト22の長さPはアンテナの周波数帯域のミッドレンジにおける1/4波長に近
似する。グラウンドプレート20の金属面は携帯電話またはアンテナが使用され
る他の装置の金属側面により提供し得る。
うに、デュアルバンドマイクロストリップアンテナの実施形態は、グラウンドプ
レート30、中央パッチプレート32、1対の側面パッチプレート34、および
1対の短絡ストリップ36を有する。各短絡ストリップ36は各側面パッチプレ
ート34をグラウンドプレート30に接続する。フィードピン38は図1のフィ
ードピン26と同様に同軸ケーブル(図示せず)の中心ワイヤの延長であり、中
央パッチプレート32の中心位置に接続する。同軸ケーブルのグラウンドワイヤ
はグラウンドプレート30に接続される。フィードピン38の接続点とパッチプ
レート32および34の長さは、所望のアンテナ帯域および同軸ケーブルとの5
0オームインピーダンスマッチングが得られるまで実験的に調節される。図示す
るように、側面パッチプレート34は各々幅が狭く、中央パッチプレート32よ
りもわずかに短い。図2は、図11および図12に示す放射パターンに対してア
プリケーションを有するX−Y−Z座標システムに対するアンテナの方向を示す
。
0MHz(図4)の周波数レンジで測定されると、いずれの周波数レンジにおい
ても導電材料の広い面積においてほとんどあるいは全く表面電流が存在しないこ
とがわかった。それゆえ、導電材料のこれらの領域は重さに寄与するが、アンテ
ナの性能には寄与しない、そして取り除くことができる。その材料を除去するこ
とにより、帯域を改善することが発見された。
いことが発見された導電材料を取り除いた後の図2のアンテナを示す図である。
同軸ケーブルのような信号キャリアが接続される横木40を除いてグラウンドプ
レート30の中央部分が除去されている。中央パッチプレートの2つの中央セク
ションも取り除かれている。この結果中央パッチプレート32は’H'の構成を有
している。
あるが、短絡手段を除き短絡手段のタイプおよび配置の点において異なる。図6
の実施形態の各短絡ピン42はグラウンドプレート30の端部とパッチプレート
34の各側面の端部との間に接続されておらず、両端から取り除かれた位置に接
続されるという点において、短絡手段は図5と6の実施形態間で異なる。各短絡
ピン42は(図7および図8に示すように)グラウンドプレート30の穴44と
各側面パッチプレート34の穴46との間に延伸している。信号フィードピン3
8は横木40の大きな穴48を介して延伸している。グラウンド導電プレートの
上面図が図7に示され、パッチプレートの上面図が図8に示される。図6のアン
テナの側面図または断面図が図9に示され、同軸ケーブルあるいは他の信号キャ
リアをグラウンドプレート30に接続するためのコネクタが示される。
におけるグラウンドプレート30とパッチプレート32,34の寸法ならびにそ
れらの相対的間隔をミリメートルで表している。グラウンドプレートは長さが1
3.5cmで幅20cmであり、中央パッチプレート32は長さが86.75m
mで幅8mmであり、側面パッチプレートは各々長さが82mmで幅が3mmで
ある。中央パッチプレート32と各側面パッチプレート34との間の間隔の幅は
2mmである。短絡ピン42が接続される穴44および46の各々は各グラウン
ドプレート30の端部および側面パッチプレートから12mmである。
周波数において、金属が除去されたアンテナ(実線)の反射減衰量は、金属を除
去しないアンテナ(破線)の反射減衰量より大きいように見ることができる。図
6乃至図9のアンテナ実施形態のための(図2の座標システムに関連して)YZ
プレーンおよびXZプレーンの測定された放射パターンがそれぞれ図11および
図12に示される。
示す実施形態と以下の点で異なる。すなわち中央パッチプレート32は、中空グ
ラウンドプレート30の一端が取り除かれ、中央パッチプレート32の側面がグ
ラウンドプレート30の面を横切ってそしてその面における横木40に向けて途
中まで延伸しているラップアラウンド構成を有する。
載の文言であり、添付したクレームにより定義されたその範囲を逸脱することな
く、種々の変更が可能である。
された各特徴は他の開示されたおよび/または図示された特徴に独立してこの発
明に組み込まれる。
ここに反復される。
対の側面プレート間に位置する中央パッチを有する。アンテナは中央パッチに接
続された単一信号フィードラインを有し、側面パッチはグラウンドエレメントに
短絡されている。信号放射から表面電流を伝播するグラウンドプレートとパッチ
の導電面は、無視し得る量の表面電流以上を伝播する導電面の部分のみが維持さ
れるように輪郭が作られる。このアンテナは925MHzおよび1800MHz
のレンジで動作する一般的なアンテナに対して重さが軽減され、帯域が改良され
る。
テナの斜視図である。
ある。
である。
図である。
テナは図2と同様であるが余分な金属がグラウンドプレートおよびパッチプレー
トから取り除かれている。
は図5のアンテナのバージョンがわずかに変形されている。
。
面図である。
態のアンテナのためのYZプレーン(図2に示す軸方向に基づいて)において得
られた放射パターンの説明図である。
形態のアンテナのためのXZプレーン(図2に示す軸の方向に基づいて)におい
て得られた放射パターンの説明図である。
テナはラップアラウンド第1パッチを有する。
。一方は、単一の入力ポートを有するものであり、他方は2つの入力ポートを有
するものである。2ポートアンテナは2つのコプレーナ放射素子から構成される
。第1の素子は方形であり、第2の素子はL字状であり、2つの側面が第1の素
子に隣接している。方形素子は1.8GHz信号用であり、L字状素子は0.9
GHz信号用である。このデュアルバンドアンテナの構成は、0.9GHz信号 用のシングルバンド逆F字アンテナとほぼ同じサイズである。 方形素子およびL
字状素子は共に一端がグラウンド面に短絡されている。2つの放射素子は接続さ
れていないので、2つのアンテナ間の結合は小さく、フリンジフィールド相互作
用によるのみである。変形例は方形素子とL字状素子との間の接続の中間点に接
続される単一入力ポートを有する。これは単一の入力ポートのみを用いるという
利点を有するが、この構成は、方形素子とL字状素子との間の結合が増大すると
いう欠点を有する。
明のアンテナは単一ポートを有した複数の放射素子を利用する。しかしながら、
LiuとHallのアンテナと異なり、この発明のアンテナの複数の放射素子は
接続されていない。この発明のアンテナは、LiuとHallに対して2つの短
絡点しか有さず、さらに増大した帯域を有するという利点を有する。さらに、表
面電流をほとんどあるいは全く伝播しない放射素子およびグラウンド素子の部分
は取り除かれ、その結果重さが軽くなり、透明度が高くなる。さらなる利点は、
この発明のデュアルバンドアンテナはフレキシブル印刷回路基板を用いて低価格
で大量生産できるということである。 米国特許第5,365,246号(Siemens Aktiengesellechaft)は携帯用電気 製品のための送信および/または受信構成を開示する。一実施形態(図5)にお いて、3つのシートメタル角2、3および9が接続されたシールド筐体1から延 伸し、信号フィードライン4はそれらの角のうちの真中の角(角9)と接続する 。この構成は、中央のパッチがグラウンドに接続されないこの発明とは異なる。 Y.K.Cho他著による記事「E面ギャップカプリングを用いた広域方形マ イクロストリップアンテナ幾何学のための改良された解析方法」Electronic Let ters. Vol.29 No. 22(1993年10月28)は、その記事の図3に示されるよ うに、中央パッチの放射エッジに、グラウンド部材と、静電結合された短絡され た寄生外側パッチを有したアンテナを開示する。この文献は、マイクロストリッ プアンテナの帯域を改善するために使用される結合スロットの解析に言及する。 このアンテナはシングルバンドでのみ動作し、結合はそのバンドの帯域を改良す るために使用される。各外側パッチは、中央パッチに接触する他方側のパッチと 反対の一方側のエッジの全長にわたってグラウンドに短絡される。これは外側パ ッチ対が各々一端を介してグラウンドに短絡されるこの発明とは異なる。
ができる。
と一端に合わせられる。パッチ手段の第1の部分は第1のパッチであり、パッチ
手段の第2の部分は1対の第2パッチであり、各パッチは第1のパッチの各対向
する側面に隣接する側面を有する。アンテナ信号のフィードラインは一般に第1
のパッチの中心位置に接続される。第1のパッチはグラウンド部材に直接接続さ れず、短絡部材は第2パッチの一端とグラウンド部材に近接した点において、各 第2パッチからグラウンド部材に延伸している。
示す実施形態と以下の点で異なる。すなわち中央パッチプレート32は、中空グ
ラウンドプレート30の一端が取り除かれ、中央パッチプレート32の側面がグ
ラウンドプレート30の面を横切ってそしてその面における横木40に向けて途
中まで延伸しているラップアラウンド構成を有する。 デュアルバンドマイクロストリップアンテナはグラウンドプレートと、さらに 1対の側面パッチ間に位置する中央パッチを有する。アンテナは、中央パッチに 接続された単一の信号フィードラインを有し、側面パッチはグラウンド素子に短 絡される。信号放射からの表層流を伝達するグラウンドプレートとパッチの導電 面の輪郭は、無視できない量の表層流を伝達する導電面の部分のみが維持される ように定められる。このアンテナは、925MHzおよび1800MHzレンジ で動作する従来のアンテナに対して重さが軽減し、帯域が改良される。
Claims (13)
- 【請求項1】 下記手段を具備したデュアルバンドマイクロストリップア
ンテナ: グラウンド部材; 分離した第1および第2の部分を有し、前記グラウンド部材と一般に並行に離
間した関係を有したパッチ手段、第1および第2の共振周波数レンジは前記パッ
チ部材および前記グラウンド部材との間の電磁相互作用により定義され、前記パ
ッチ手段の前記部分の導電面は前記第1および第2共振周波数レンジ内の信号が
そのような形状を有さない導電面に誘導する電流路に実質的に相当するように形
成される。 - 【請求項2】 前記グラウンド部材の導電面は、前記第1および第2共振周
波数レンジ内の信号がそのような形状を有さない導電面に誘導する電流路に実質
的に相当するように形成される、請求項1のデュアルバンドマイクロストリップ
アンテナ。 - 【請求項3】 前記グラウンド部材は方形の外側輪郭を有し、前記パッチ手
段の側面および一端は前記グラウンド部材の側面および一端とそれぞれ合わされ
る、請求項1のデュアルバンドマイクロストリップアンテナ。 - 【請求項4】 前記パッチ手段の前記第1の部分は第1パッチであり、前記
パッチ手段の前記第2の部分は、1対の第2パッチであり、おのおのは前記第1
パッチの各側面に隣接して位置され、各第1および第2パッチの一端は前記パッ
チ手段の一端に相当し、アンテナ信号フィードラインが前記第1パッチ上の一般
に中央位置に接続され、短絡部材が、前記第2パッチの一端と前記グラウンド部
材に最も近い点において、各第2パッチから前記グラウンド部材に延伸する、請
求項3のデュアルバンドマイクロストリップアンテナ。 - 【請求項5】 下記手段を具備するデュアルバンドマイクロストリップアン
テナ: グラウンド部材;および 前記グラウンド部材と一般に並行に離間した関係を有するパッチ手段の第1お
よび第2の部分;第1および第2共振周波数レンジは前記パッチ手段と前記グラ
ウンド部材との間の電磁相互作用により定義され、前記パッチ手段の側面および
一端は前記グラウンド部材の側面および一端とそれぞれ合わされ、前記パッチ手
段の前記第1の部分は第1パッチであり、前記パッチ手段の前記第2の部分は1
対の第2パッチであり、各第2パッチは前記第1パッチの各対抗する側面に隣接
する側面を有し、各第1および第2パッチの一端は前記パッチ手段の一端に相当
し、アンテナ信号フィードラインが前記第1パッチの一般に中央位置に接続され
、短絡部材が、前記第2パッチの一端と前記グラウンド部材に最も近い点におい
て各第2パッチから前記グラウンド部材に延伸する。 - 【請求項6】 各第2パッチは前記第1パッチの長さに近似する長さを有し
、前記第1パッチの1/2の幅に近似する幅を有する、請求項4のデュアルバン
ドマイクロストリップアンテナ。 - 【請求項7】 前記第1パッチは一般に’H’として構成され、前記第1パ
ッチの側面は’H’の側面部材に相当する、請求項6のデュアルバンドマイクロ
ストリップアンテナ。 - 【請求項8】 前記グラウンド部材の導電面は中空の一般に方形の構造とし
て構成され、アンテナ信号フィードラインが前記第1パッチに接続する位置の突
出部において、前記構造の側面間に横木が延伸する、請求項4のデュアルバンド
マイクロストリップアンテナ。 - 【請求項9】 前記グラウンド部材の導電面は2つの側面部材および他の
一端の部材により定義され、アンテナ信号フィードラインが前記第1パッチに接
続する位置の突出部において前記2つの側面部材間に横木が延伸し、前記第1パ
ッチの前記側面部材の延伸は前記パッチ手段の一端から前記グラウンド部材の平
面そして横木に向けた距離の途中まで前記グラウンド部材の面に延伸する、請求
項7のデュアルバンドマイクロストリップアンテナ。 - 【請求項10】 同軸ケーブルのグラウンド部分がグラウンド部材の横木に
接続され、前記ケーブルの信号フィード部分が前記第1パッチに取り付けられた
アンテナ信号フィードラインを定義するように同軸ケーブルが前記アンテナに取
り付けられる、請求項8または9のデュアルバンドマイクロストリップアンテナ
。 - 【請求項11】 前記アンテナは一方側に導電層を有する印刷回路基板から
形成され、前記グラウンド部材の導電面は前記回路基板の第1のセグメントの一
方側の前記導電層の部分を除去することにより形成され、前記パッチ手段の導電
面は前記回路基板の第2のセグメントの一方側の前記導電層の部分を除去するこ
とにより形成され、前記回路基板の第1および第2セグメントは並行に離間した
関係を有して取り付けられ、短絡部材が前記グラウンド部材の一端と前記第2パ
ッチに最も近い前記グラウンド部材と前記第2パッチとの間に印加される、請求
項8のデュアルバンドマイクロストリップアンテナ。 - 【請求項12】 前記アンテナは一方側に導電層を有する印刷回路基板から
形成され、前記グラウンド部材の導電面は、前記回路基板の第1セグメントの一
方側の導電層の部分を除去することにより形成され、前記パッチ手段の導電面は
前記回路基板の第2のセグメントの一方側の導電層の部分を除去することにより
形成され、前記回路基板の第1および第2のセグメントは並行に離間した関係を
有して取り付けられ、短絡部材は前記グラウンド部材の一端と前記第1および第
2パッチの一端との間に印加される、請求項9のデュアルバンドマイクロストリ
ップアンテナ。 - 【請求項13】 少なくとも2つの相互接続された導電放射構造からなり、
前記構造の少なくとも一方は、開口部が存在しなければ、誘導電流は前記構造の
他の部分の電流に比べて相対的に低い場所に開口部が設けられているデュアルバ
ンドマイクロストリップアンテナ。
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