JP2004072699A

JP2004072699A - 逆ｆアンテナ

Info

Publication number: JP2004072699A
Application number: JP2002239351A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shibata; 柴田　正樹; Naomasa Wakita; 脇田　尚正; Minoru Ra; 羅　実
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】シングルバンドで使用されるものと比較して大型化することなく、マルチバンドで使用可能な逆Ｆアンテナを提供する。
【解決手段】放射電極４は、誘電体基板３の短手方向に沿った両縁部に、それぞれ形成された第１及び第２幅広部４ａ，４ｃと、誘電体基板３の長手方向に沿った両縁部に、それぞれ形成された第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄとからなる。但し、第１幅広部４ａと第２幅狭部４ｄとの間にスリット８を形成して、放射電極４を、誘電体基板３の周縁部に沿ってスパイラル状に形成する。そして、第１幅狭部４ｂ，４ｄのパターン幅を調整することで、スプリアス共振の共振周波数を所望の値にシフトさせる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数帯で使用可能な逆Ｆアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、移動体通信などにおいて、小型化が可能な逆Ｆアンテナが用いられている。この逆Ｆアンテナは、周知のように、接地された平板状の導体からなるグランド板と、このグランド板に対向配置された平板状の導体からなる放射板と、放射板の一端をグランド板に接続する接続部と、放射板への給電を行う給電部とを備えている。そして、放射板の周囲長に応じた波長の電波を送受信するため、放射板ひいてはアンテナ自体を小型化できるのである。
【０００３】
また、一方で、移動体通信では、異なった周波数帯を用いて通信を行う複数種類の方式があり、単一の通信機器を、これら複数種類の方式にて使用できるようにすること、例えば、欧州で広く用いられているＥＧＳＭ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：９００ＭＨｚ帯）とＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｅｌｌｕｌａｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　：１．８ＧＨｚ帯）とを同時使用できるようにすることが望まれている。
【０００４】
これに対して、ＵＳＰ５９２６１３９号や特開平１０−９３３３２号公報等には、放射板にスリットを形成することで複数の放射部位を形成してなる複共振逆Ｆアンテナが開示されている。この複共振逆Ｆアンテナでは、各放射部位が、それぞれ異なった周波数帯の電波を送受信するため、マルチバンドでの使用が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複共振逆Ｆアンテナは、要するに、単一の周波数帯の電波を送受信するシングルバンドの逆Ｆアンテナを複数個並列に配置しているに他ならず、従って、シングルバンドの逆Ｆアンテナより大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するために、シングルバンドで使用されるものと比較して大型化することなく、マルチバンドで使用可能な逆Ｆアンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、接地導体に対向配置され、単一の主共振点を持つ放射導体と、該放射導体の一端を前記接地導体に接続する接続部と、前記放射導体への給電を行う給電部とを備えた逆Ｆアンテナであって、前記放射導体は、該放射導体の主共振点又はスプリアス共振点をそれぞれが含む複数の周波数領域にて所望の特性が得られるパターン形状を有することを特徴とする。
【０００８】
このように構成された本発明の逆Ｆアンテナでは、放射導体の主共振点近傍の周波数帯だけでなく、スプリアス共振点近傍の周波数帯でも使用することができ、スプリアス共振点近傍の周波数帯に対応した放射導体を別途設ける必要がないため、小型に構成することができる。
【０００９】
そして、放射導体のパターン形状中に、パターンが並行する並行配線部を有する場合には、この並行配線部のパターンを調整することで、スプリアス共振点の共振周波数を調整できることを見いだした。
これは、並行配線部のパターンを調整することで、並行するパターン間の容量結合が変化し、周波数の高いスプリアス共振にてその影響が大きく現れるものと考えられる。具体的には、容量結合が大きくなるパターン形状にするほど、スプリアス共振の共振周波数が低下する。
【００１０】
この場合、並列配線部における調整対象は、並行に配線された両パターン間の間隔であってもよいし、各パターンの幅であってもよい。特に、当該アンテナが、携帯機に適用される等して、パターン配列方向のパターン形成範囲が制限されている場合には、並列配線部を構成する各パターンの幅を広げれば、パターン間隔が狭くなり、パターン間の容量結合が増大することになる。
【００１１】
ところで、共振点での帯域幅を広げるには、放射導体のパターンの幅を広くすることが望ましいことが知られている。しかし、パターンの幅を広くするにも限界があり、特に、上述のようにパターン形成範囲が制限されている時には、パターンの幅を広くすると、パターン間の間隔を確保できず、スプリアス共振点の周波数を十分に低下させることが困難なときがある。
【００１２】
このようなときには、並列配線部の各パターンの幅比を調整対象とすれば、スプリアス共振点の調整範囲をより拡大することができる。具体的には、開放端に近い側のパターンを、接地端に近い側のパターンより幅を狭くすることで、スプリアス共振点をより低下させることが可能となる。
【００１３】
ところで、放射導体は、スパイラル状に形成されていることが望ましく、この場合、その外形寸法を小さくすることができる。そして、特に、放射導体の外形が長方形を有している場合には、その長方形の長手方向に沿って形成されたパターンを調整対象、即ち並行配線部とすることが望ましい。
【００１４】
なお、放射導体を誘電体基板上に形成し、いわゆるプレーナ型のアンテナとして構成すれば、製造が容易となり大量生産に好適な構造となるだけでなく、誘電体基板として誘電率の高いものを使用するほど、誘電体上での波長が短くなるため、放射導体のパターンが小さくなり小型化することができる。また更に、接地導体も、誘電体基板上の放射導体とは反対側の面に形成すれば、一層の小型化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態の逆Ｆアンテナの構造を示す斜視図、図２はその正面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態の逆Ｆアンテナ１は、接地された平板状の導体からなる接地導体としてのグランド板２と、誘電体基板３の一方の面に形成された平板状の導体からなり、誘電体基板３を挟んでグランド板２と対向配置された放射導体としての放射電極４と、放射電極４の一端をグランド板２に接続する接続導体５と、給電線６を介して放射電極４への給電を行う給電部７とを備えている。
【００１７】
なお、接続導体５と給電線６とは、いずれも誘電体基板３に形成されたスルーホールを介して、グランド板２側から放射電極４に接続されている。
そして、放射電極４は、誘電体基板３の短手方向に沿った両縁部に、それぞれ形成された第１幅広部４ａ及び第２幅広部４ｃと、誘電体基板３の長手方向に沿った両縁部に、それぞれ形成された第１幅狭部４ｂ及び第２幅狭部４ｄとからなる。但し、第１幅広部４ａと第２幅狭部４ｄとの間には、スリット８が形成されている。つまり、放射電極４は、誘電体基板３の周縁部に沿ってスパイラル状に形成されている。
【００１８】
また、第１幅広部４ａのスリット８が形成された側の端部は、長手方向に沿った縁部に向けて開口するコの字状のパターンが形成されており、パターンが未形成の部分を挟んで、スリット８側のパターンに給電線６、その反対側のパターンに接続導体５が接続されている。
【００１９】
このように構成された本実施形態の逆Ｆアンテナ１では、放射電極４の接地端（第１幅広部４ａ側）から開放端（第２幅狭部４ｃ側）までの長さ（以下「放射電極長」という）や形状によって決まる共振周波数ｆ１（波長λが放射電極長の２倍程度）にて主共振を起こすと共に、その三次高調波近傍の周波数ｆ２にてスプリアス共振を起こす。
【００２０】
つまり、逆Ｆアンテナ１は、給電部７が給電線６を介して放射電極４に高周波電力を給電すると、上記周波数ｆ１，ｆ２の電波を放射し、逆に、電波を受信すると周波数ｆ１，ｆ２の信号を給電線６を介して給電部７に供給する、いわゆるデュアルバンドアンテナとして動作する。
【００２１】
ここで、誘電体基板３の誘電率をε、その長手方向の長さをＬ１、短手方向の長さをＬ２、第１幅広部４ａのパターン幅をＷ１，第１幅狭部４ｂのパターン幅をＷ２，第２幅広部４ｃのパターン幅をＷ３，第２幅狭部４ｄのパターン幅をＷ４、スリット８のギャップ幅をＧ１とし（図３参照）、ε＝１２．６，Ｌ１＝３４ｍｍ，Ｌ２＝１５ｍｍ，Ｇ１＝１ｍｍ，Ｗ１＝７ｍｍ，Ｗ３＝５ｍｍ，Ｗ２＝Ｗ４として、逆Ｆアンテナ１の特性を測定した結果を、図４〜図９に示す。
【００２２】
但し、Ｗ２＝Ｗ４＝４ｍｍとした実施例１の結果を図４，５に示し、Ｗ２＝Ｗ４＝３．３ｍｍとした実施例２の結果を図６，７に示し、Ｗ２＝Ｗ４＝２．５ｍｍとした実施例３の結果を図８，９に示す。なお、図４，６，８は、給電点（給電線６の接続点）における反射損失を示すグラフであり、図５，７，９は、給電点のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【００２３】
実施例１〜３における主共振，及びスプリアス共振における共振周波数を表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１からは、第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄのパターン幅Ｗ２，Ｗ４を小さくすると、スプリアス共振の共振周波数が高い側にシフトすることがわかる。また、スプリアス共振の共振周波数近傍での帯域幅（ここでは反射損失が−５ｄＢ以下の場合をいう。以下同様。）が、主共振の共振周波数近傍での帯域幅より、２〜３倍程度広がっていることがわかる。
【００２６】
また、表１では、Ｗ２＝Ｗ４とされているが、第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄの両パターン間の間隔を一定（ここでは８．５ｍｍ）として、Ｗ２＝４ｍｍ，Ｗ４＝２．５ｍｍとした実施例４、Ｗ２＝２．５ｍｍ，Ｗ４＝４ｍｍとした実施例５について、上述したものと同様の測定を行った結果を表２に示す。但し、表２には、比較のため、第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄの両パターン間の間隔が８．４５ｍｍ（Ｗ２＝Ｗ４＝３．３ｍｍ）である実施例２の結果も示す。
【００２７】
【表２】

【００２８】
表２からは、放射電極４の開放端側に位置する第２幅狭部４ｄを、接地端側に位置する第１幅狭部４ｂより、パターン幅を狭くするほど、スプリアス共振の共振周波数が低い側にシフトすることがわかる。つまり、第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄの両パターン間の間隔が一定であれば、両パターンの幅比を変化させることで、スプリアス共振の共振周波数を調整できることがわかる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の逆Ｆアンテナ１によれば、共振周波数ｆにて使用されるシングルバンドの逆Ｆアンテナと同じ大きさであるにも関わらず、その共振周波数の２倍の周波数でも使用可能なデュアルバンドアンテナとして使用することができる。
【００３０】
また、第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄのパターン幅Ｗ２，Ｗ４を調整することで、主共振の共振周波数を変化させることなく、スプリアス共振の共振周波数を変化させることができ、特に、主共振の共振周波数を９００ＭＨｚ付近に設定すれば、ＥＧＳＭとＤＣＳのいずれにも対応可能な特性を得ることができる。
【００３１】
なお、ＥＧＭＳでは８０ＭＨｚ、ＤＣＳでは１７０ＭＨｚもの帯域幅が必要となるが、上述の実施例１〜３（図４，６，８参照）では、いずれもその必要な帯域幅が確保されている。
また、本実施形態によれば、何等かの理由で第１及び第２幅狭部４ｂ，４ｄのパターンを所定間隔を超えて接近させることができない場合でも、両パターンの幅比を変えることで、スプリアス共振の共振周波数を調整することができるため、例えば、スペース上の制約の多い携帯器等に好適に用いることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、主共振と三次高調波によるスプリアス共振とを利用しているが、更にｎ（≧３）次高調波によるスプリアス共振を利用して電波の送受信を行うように構成してもよい。
また、上記実施形態では、グランド板２と誘電体基板３とが別体に形成されているが、グランド板２を誘電体基板３の表面に形成して一体化するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の逆Ｆアンテナの構造を示す斜視図である。
【図２】実施形態の逆Ｆアンテナの構造を示す正面図である。
【図３】放射部の各部とその寸法を示す記号との対応を示す説明図である。
【図４】実施例１の逆Ｆアンテナにおける給電点の反射損失を示すグラフである。
【図５】実施例１の逆Ｆアンテナにおける給電点のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図６】実施例２の逆Ｆアンテナにおける給電点の反射損失を示すグラフである。
【図７】実施例２の逆Ｆアンテナにおける給電点のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【図８】実施例３の逆Ｆアンテナにおける給電点の反射損失を示すグラフである。
【図９】実施例３の逆Ｆアンテナにおける給電点のインピーダンスを示すスミスチャートである。
【符号の説明】
１…逆Ｆアンテナ、２…グランド板、３…誘電体基板、４…放射電極、４ａ…第１幅広部、４ｂ…第１幅狭部、４ｃ…第２幅広部、４ｄ…第２幅狭部、５…接続導体、６…給電線、７…給電部、８…スリット。

Claims

接地導体に対向配置され、単一の主共振点を持つ放射導体と、
該放射導体の一端を前記接地導体に接続する接続部と、
前記放射導体への給電を行う給電部と、
を備えた逆Ｆアンテナであって、
前記放射導体は、該放射導体の主共振点又はスプリアス共振点をそれぞれが含む複数の周波数領域にて所望の特性が得られるパターン形状を有することを特徴とする逆Ｆアンテナ。
前記放射導体は、パターンが並行する並行配線部を有し、前記スプリアス共振点の共振周波数が所望の特性となるように、前記並列配線部のパターンが調整されていることを特徴とする請求項１記載の逆Ｆアンテナ。
前記並列配線部における調整対象は、並行に配線された両パターン間の間隔であることを特徴とする請求項２記載の逆Ｆアンテナ。
前記並列配線部における調整対象は、並行に配線された各パターンの幅であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の逆Ｆアンテナ。
前記並列配線部における調整対象は、並行に配線された両パターンの幅比であることを特徴とする請求項２乃至請求項４いずれか記載の逆Ｆアンテナ。
前記並列配線部では、開放端に近い側のパターンの方が接地端に近い側のパターンより幅が狭いことを特徴とする請求項５記載の逆Ｆアンテナ。
前記並列配線部は、パターン配列方向のパターン形成範囲が制限されていることを特徴とする請求項２乃至請求項６いずれか記載の逆Ｆアンテナ。
前記放射導体は、スパイラル状に形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項７いずれか記載の逆Ｆアンテナ。
前記放射導体は、パターンの外形が長方形を有し、該長方形の長手方向に沿って形成されたパターンが前記並行配線部とされていることを特徴とする請求項２乃至請求項８いずれか記載の逆Ｆアンテナ。
前記放射導体は、誘電体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９いずれか記載の逆Ｆアンテナ。
前記接地導体は、前記誘電体基板上の前記放射導体とは反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の逆Ｆアンテナ。