JP2004194331A - マルチバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 高効率で、全方向特性に優れており、小型で且つ製造もし易いアンテナを実現する。
【解決手段】 並列にガルバーニ電気接続された少なくとも二つの放射子２，３及び接地面４を有するキャリヤーを備えるマルチバンドアンテナであって、前記放射子２，３は、平らであると共に、共通の第一平面にあること、及び前記接地面４は、平らであると共に、前記第一平面と実質上平行である第二平面にあることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、並列にガルバーニ（Ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ）電気接続した少なくとも２つの放射子（ｒａｄｉａｔｏｒｓ）、及び接地面（ｅａｒｔｈ ｐｌａｎｅ）を有するキャリヤーを備えるマルチバンドアンテナに関するものである。

異なる電気・電子機器間の通信は、多数の異なる規格、例えばブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）や無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、に従って行うことができる。そのような通信については、オープンバンドがあり、中でも例えば、２．４〜２．５ＧＨｚ及び５．１５〜５．８２５ＧＨｚの２つのＩＳＭバンド（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ：工業化学及び医療）が存在する。

アンテナ機能はアンテナを配置する機器の位置付け及び方向付けに依存しないよう、上記概要の通信において使用するアンテナは全方向性であるべきである。さらに、上記概要の通信を行う環境において、アンテナ機器の非常に近くに障害原因が置かれていることがよくある。

米国特許第６３３７６７０号は、冒頭で説明したタイプの全方向性ブロードバンドアンテナを開示する。当該公報によるアンテナは、縦方向が接地面に垂直のらせん状の放射子を４つのコーナーのそれぞれに有するキャリヤー上に配置した主として正方形の接地面を有する。放射子を備えるキャリヤーの中心点で交わる対角に走る導電体によって、４つのらせん状放射子を互いに並列にガルバーニ電気接続する。これらの導電体の長さ（ほぼ１／４波長）はアンテナのインピーダンス適合に使用する。
米国特許第６３３７６７０号明細書

当該米国特許明細書によるアンテナは非常に大きな体積をとるので、その使用は大幅に制限される。さらに、単一バンドアンテナとして設計されているので、冒頭で開示した２つの周波数バンド例えば、２．４〜２．５ＧＨｚ及び５．１５〜５．８２５ＧＨｚを利用することができない。

本発明は、優れた全方向性特性、きわめて高効率、加えて非常にコンパクトな構造の大きさを有するように、冒頭で示したアンテナを設計することを目的とする。さらに、本発明は、経済的かつ合理的に製造できるように、アンテナを設計することを目的とする。

本発明の第一の視点によれば、並列にガルバーニ電気接続された少なくとも二つの放射子及び接地面を有するキャリヤーを備えるマルチバンドアンテナであって、前記少なくとも二つの放射子は、平らであると共に、共通の第一平面にあること、及び前記接地面は、平らであると共に、前記第一平面と実質上平行である第二平面にあることを特徴とするマルチバンドアンテナが提供される。（基本構成、形態１）

冒頭で示したアンテナが、（複数の）放射子が平面であると共に、第一平面に共存すること、及び接地面が平面であると共に、実質上第一平面に平行な第二平面にあることを特徴とするのであれば、本発明の基礎を成す目的は達成されるだろう。即ち、上記基本構成により、優れた全方向性特性、きわめて高効率、加えて非常にコンパクトな構造の大きさを有するように、アンテナを設計することができる。さらに、本発明のアンテナは経済的かつ合理的に製造できる。

規格化した５０Ωのシステムインピーダンスに上記記載のアンテナを適合させる重要な特徴として、本発明は、接地面のエッジと鋭角をなすエレメントを放射子が備えることによって適用する。

さらに本発明は下記の実施形態によって特徴づけられ、これらは夫々従属請求項の特徴とされる。
前記第一及び前記第二平面は実質上一致することを特徴とする。（形態２）
前記放射子は、前記接地面上のエッジ付近に位置する給電ポイントを有すること、及び前記放射子は前記エッジから離れる方向に伸びていることを特徴とする。（形態３）
前記エッジの縦方向の前記放射子は共に、幅が前記エッジの長さに実質上相当するスペースを取ることを特徴とする。（形態４）
前記放射子は、前記エッジと鋭角αをなす部分を備えることを特徴とする。（形態５）
前記角αは約６０°以下であることを特徴とする。（形態６）
前記角αは約４５°以下であることを特徴とする。（形態７）
前記角αはおおよそ２０°であることを特徴とする。（形態８）
前記放射子は開放端を有することを特徴とする。（形態９）
前記放射子は、互いとほぼ平行であると共に、縦方向が前記接地面のエッジに対して横を指向する２つの伸長した第一放射子、及び縦方向が互いと、かつ前記第一放射子と角をなす２つの伸長した第二放射子を具備し、前記第二放射子が前記第一放射子の両側に配置されていることを特徴とする。（形態１０）
前記第一放射子は前記第二放射子より長いことを特徴とする。（形態１１）
前記第一及び前記第二放射子は、非磁性かつ絶縁物質からなる前記キャリヤー上にある実質上同等の幅の金属層であることを特徴とする。（形態１２）
前記放射子の数は２つであること、前記放射子は前記接地面から離れる方向に梯形をなして伸びている斜行部を有すること、及び前記接地面から最も離れて位置する前記斜行部の端部において、前記斜行部は、互いと実質上並行であると共に、前記放射子に最も近接して位置する前記接地面の前記エッジに対し横断方向のサイド部に合流もしくは接続することを特徴とする。（形態１３）
前記接地面から離れる方向に向いている前記サイド部の端部は、互いの方を指向すると共に、前記接地面の前記エッジと実質上並行である横行部に接続もしくは合流すること、及び互いに最も近接して位置する前記横行部の端部は、前記サイド部と実質上並行であると共に、前記接地面の方へ伸びる中央部に接続もしくは合流することを特徴とする。（形態１４）
前記放射子は、非磁性かつ絶縁物質からなる前記キャリヤー上にある実質上同等の幅の金属層であることを特徴とする。（形態１５）
前記キャリヤーは、片面に、可撓性の物質からなる構造体を有すること、及び前記可撓性の構造体の厚さは前記キャリヤーの厚さより厚いことを特徴とする。（形態１６）
前記可撓性の構造体は、フレキシブル、絶縁性及び非磁性の物質からなることを特徴とする。（形態１７）
前記可撓性の構造体は発泡物質を有することを特徴とする。（形態１８）

添付の図面に関して、以下に本発明を詳細に説明する。

例示のために本発明を二重バンドアンテナとして説明するが、本発明は二を超える周波数バンドの共振用にも設計できる。

図１は本発明によるアンテナの第一の実施例を示す。アンテナは、電気的絶縁かつ非磁性物質から製造したキャリヤー１を有する。キャリヤーはパネル形状であり、図示した実施例においては平面であるが、例えばアンテナを収容する機器の機器ケーシングに適合させた形態を備えることもできる。あるいは、機器ケーシングに直接アンテナを配置することができる。

アンテナは、二つの第一放射子２及び二つの第二放射子３、及び接地面４を具備し、キャリヤー１にそれらをすべて搭載する。第一及び第二放射子２及び３のそれぞれ、及び接地面４は、例えば回路カードもしくは柔軟（フレキシブル）なフィルムを備えるキャリヤー１上において、電気的導電性があり、また、層、被膜もしくは薄片形状の金属から構成することができる。そのような場合に、放射子２及び３をキャリヤーの片側に配置する一方、接地面４をその反対側に設置することもできる。しかしながら、好ましい実施の形態においては、放射子及び接地面をキャリヤーの同一側に配置する。

第一及び第二放射子２及び３はそれぞれ、例えばはんだ付けによって、同軸ケーブル７内の中心導電体６をガルバーニ電気接続した共通の給電エレメント５を有する。同軸ケーブル７は、例えばはんだ付けによって、接地面上の給電エレメント９にガルバーニ電気接続した外部接地導電体８を有する。さらに、同軸ケーブル７は、アンテナが機能する電気・電子機器にアンテナを接続する接続接触子１０を有する。

接地面４は、放射子２及び３方向の面を向くと共に、第一放射子２の縦方向に対し横を指向している実質上直線のエッジ１１を有する。しかしながら、この縦方向は好ましくはエッジ１１に対し直角とする。第一放射子は、互いに縦方向に配置し、好ましくは平行であり、給電エレメント５において横行部１２によって互いに結合する。

その対向する端部において、即ち互いに対抗する双方の第一放射子２の二つのエッジにおいて、横行部１２は第二放射子３と結合する。双方の第二放射子３は接地面４のエッジ１１から離れる方向に伸びており、それによってエッジに対し鋭角αをなしている。図示した実施例においては、第二放射子の縦方向（細線）は、第一放射子とエッジ１１間の角に対しておおよそ二等分線になっている。なお、第二放射子３の縦方向とエッジ１１間の角αはおおよそ６０°以下であり、好ましくはおおよそ４５°である。

放射子２及び３は、図示した実施例においては実質上同一の幅であり、その場合においてさらに第一放射子２は第二放射子３よりわずかに長い。

非磁性に加えて可撓性、好ましくはフレキシブルかつ絶縁性、のある材質を含む構造体１３にキャリヤー１を適用することは、図２から明らかだろう。可撓性の構造体１３が、キャリヤーの面を横断する方向のキャリヤー１の厚さより実質上厚いことは図２から明らかだろう。可撓性の構造体は、発泡物質を含有し、もしくは発泡物質からなることが適当であり、たとえ機器ケーシングが平面である必要はなくても、キャリヤー１の反対側に、アンテナ及び可撓性の構造体を機器ケーシングに固定する接着層を備えることができる。

上述のように、図１及び２によるアンテナは、２つの周波数例えば、２．４〜２．５ＧＨｚ及び５．１５〜５．８２５ＧＨｚに合わせることができる二重バンドアンテナである。これらの周波数バンドのアンテナは、例えばブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）や無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）の規格に従って、無線通信に利用することができる。

第一放射子２及び第二放射子３が共に開放端を有し、端部給電（端部で接続）されていることは図１及び２から明らかだろう。第一及び第二放射子は１／４波長共振及び１／２波長共振を有する。１／２波長共振は高い周波数バンドを示すが、１／４波長共振は低い周波数バンドを示す。第一及び第二放射子２及び３はそれぞれわずかに長さが異なるので、アンテナはより広いバンド幅を有するだろう。

図示した実施例において、第一放射子２は低い周波数バンドの１／４波長共振及び高い周波数バンドの下側半分の１／２波長共振に関して特に有効である。第一放射子よりいくらか短い第二放射子３は高い周波数バンドの上側半分に特に有効である。

作動する場合に、全放射子は、しばしば３００〜５００Ωの範囲における高インピーダンスを有する端部給電（端部で接続）した１／２波長放射子として機能する。インピーダンスの変化は、放射子の長さ／幅の関係に依存する。いくつかの放射子、この場合４つ、の並列接続によって、システムの総インピーダンスはかなり低く、５０Ωに近いだろう。これは、今日の多くのタイプの電気・電子装置の規格化したシステムインピーダンスである。

他方では、端部給電（端部で接続）した１／４波長共振子は、しばしば３５〜４０Ω程度の低インピーダンスを有し、これもまた放射子の長さ／幅の関係によるものである。端部給電（端部で接続）した複数の１／４波長共振子の並列接続において、これらは共に一様な低インピーダンスを有するが、第二放射子３のほうが接地面４のより近くに設置されており、接地面のエッジ１１とおおよそ４５°の角αをなしているので、釣り合いがとれている。この場合、１／４波長共振におけるアンテナのインピーダンスの調節に適切な角度を使用する。

図１及び図２によるアンテナは２．４〜２．５ＧＨｚの周波数範囲における第一共振領域及び５．１５〜５．８２５ＧＨｚの周波数範囲における第二共振領域を有することが図４から明らかだろう。「反射減衰量」が低い周波数バンドにおいては−１５ｄＢより良く、高い周波数バンドにおいては−２０ｄＢより良いことが図４から明らかだろう。これらの周波数範囲における二重バンドアンテナについての典型的なデータは−１０ｄＢより良くない。このように、本発明の主題は大きな進歩を獲得する。

図１及び２に図示した第一及び第二放射子２及び３それぞれの配置の結果として、アンテナは入射線に対し大きな捕捉面を有するだろう。この捕捉面の幅は接地面４のエッジ１１の長さとほぼ同じ大きさである。このことは、アンテナが利用できるスペースを最大限効率よく利用していることを意味している。

両周波数バンドにおける伝統的な整合を使用することなく、アンテナに５０Ω程度の有利なインピーダンスを生じさせることができることが前述の開示からさらに明らかだろう。

本発明によれば、第一及び第二放射子２および３はそれぞれまっすぐで同等の幅の金属導電体である必要はない。アンテナをよりコンパクトにするために、放射子をジグザグ状に曲がりくねった形状にすることができ、接続エレメント５と放射子の主要部分との間にトッププラスチック（ｔｏｐ ｐｌａｓｔｉｃｓ）または伸縮コイルを備えることができる。トッププラスチックの使用では、放射子は同一周波数において物理的に（立体形状において）短くなり、バンド幅を改善し、インピーダンス適合が容易になるだろう。

図３は本発明によるアンテナの代替実施例を示す。上記記述のアンテナと比較した主な違いは、並列に接続した二つの放射子しかないことである。これらの放射子は接地面４の横向きのエッジ１１に近接する給電エレメント１４を有する。図３に図示した放射子は、給電エレメント１４において互いに結合し、縦方向が、密接に近接した横向きの接地面４のエッジ１１と鋭角をなす斜行部１５を有する。この角度は、上記記載の実施例で用いた角度より狭く、２０°程度であろう。

両放射子の斜行部１５は、このように給電エレメント１４及び接地面４のエッジ１１から斜めに離れる方向へ梯形風に伸びる。キャリヤー１の向かい合うエッジに位置する斜行部の外側にある端部では、斜行部１５は、接地面のエッジ１１に対し横断方向の、好ましくはエッジと直角であるサイド部１６に合流または接続する。したがって、２つのサイド部は、互いに平行であるのが適当であり、キャリヤー１の対向するサイドエッジに沿って伸びる。

エッジ１１から最も離れた位置にあるサイド部１６の端部において、サイド部１６は、接地面４のエッジ１１から最も離れて位置するキャリヤー１の端部に位置する横行部１７に合流または接続する。横行部１７は、キャリヤーの向かい合うサイドエッジからキャリヤーの中心方向に、互いに向かって伸びる。互いに最も近接した横行部１７の内端部において、横行部１７は、サイド部１６と及び互いと実質上並行であると共に、接地面４のほうへ逆戻りして伸び、放射子の斜行部１５からわずかに離れて終点となる中央部１８に接続または合流する。

図３は上述の同軸ケーブル７の対応物を示していないが、放射子の給電エレメント１４が同軸ケーブルの中心の導電体に接続し、その外側の導電体が接地面４に接続することは前提条件である。

図３による実施例は、上記記載の可撓性の構造体１３も具備する。

図３による実施例の機能は、図１及び図２による実施例の機能と一致する。特に、１／４波長共振のインピーダンス適合にとりわけ接地面４のエッジ１１と斜行部間の角度を利用する。

上述のように、本発明によるアンテナは、二つを超える周波数バンドの共振用に設計することができる。追加の周波数バンド、もしくは複数のバンドが元の２つのバンドのいずれかの近くにある場合には、アンテナのバンド幅の拡張、例えば、図１及び２の第一及び第二放射子２及び３それぞれの間の長さの差異を増大させれば十分である。図３による実施例においては、わずかな差異をつけて左側と右側の放射子を設計すること、例えばわずかに違う長さにすることで、これを実現することができる。バンド幅を拡張する他の方法は上記にも記載されている。

新たに追加する周波数が元の周波数からさらに離れている場合には、追加の共振を作らなければならない。例えば図１においては、放射子エレメント２および３のひとつを上記記載の長さからさらにはずれるものにすれば、この放射子エレメントは単独で１／２波長及び１／４波長の２つの固有の共振周波数を有するだろう。

極端な場合において、図１の４つの放射子エレメント２及び３すべてを異なる長さにすることができ、その結果として、アンテナは合計８つの共振周波数を有することになるだろう。

図１は本発明によるアンテナの第一の実施例の平面図である。 図２は図１のアンテナの斜視図である。 図３は本発明によるアンテナの第二の実施例の平面図である。 図４は図１及び図２によるアンテナについて「反射減衰量」の測定時に得た測定結果を示す。

符号の説明

１：キャリヤー
２：第一放射子
３：第二放射子
４：接地面
５：給電エレメント
６：中心導電体
７：同軸ケーブル
８：接地導電体
９：給電エレメント
１０：接続接触子
１１：エッジ
１２：横行部
１３：構造体
１４：給電エレメント
１５：斜行部
１６：サイド部
１７：横行部
１８：中央部

Claims (18)

1. 並列にガルバーニ電気接続された少なくとも二つの放射子（２，３）及び接地面（４）を有するキャリヤーを備えるマルチバンドアンテナであって、前記少なくとも二つの放射子（２，３）は、平らであると共に、共通の第一平面にあること、及び前記接地面（４）は、平らであると共に、前記第一平面と実質上平行である第二平面にあることを特徴とするマルチバンドアンテナ。
2. 前記第一及び前記第二平面は実質上一致することを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
3. 前記放射子（２，３）は、前記接地面（４）上のエッジ（１１）付近に位置する給電ポイント（５）を有すること、及び前記放射子は前記エッジから離れる方向に伸びていることを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
4. 前記エッジ（１１）の縦方向の前記放射子（２，３）は共に、幅が前記エッジ（１１）の長さに実質上相当するスペースを取ることを特徴とする請求項３記載のマルチバンドアンテナ。
5. 前記放射子は、前記エッジ（１１）と鋭角αをなす部分（３，１５）を備えることを特徴とする請求項３記載のマルチバンドアンテナ。
6. 前記角αは約６０°以下であることを特徴とする請求項５記載のマルチバンドアンテナ。
7. 前記角αは約４５°以下であることを特徴とする請求項５記載のマルチバンドアンテナ。
8. 前記角αはおおよそ２０°であることを特徴とする請求項５記載のマルチバンドアンテナ。
9. 前記放射子（２，３）は開放端を有することを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
10. 前記放射子は、互いとほぼ平行であると共に、縦方向が前記接地面（４）のエッジ（１１）に対して横を指向する２つの伸長した第一放射子（２）、及び縦方向が互いと、かつ前記第一放射子と角をなす２つの伸長した第二放射子（３）を具備し、前記第二放射子が前記第一放射子の両側に配置されていることを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
11. 前記第一放射子（２）は前記第二放射子（３）より長いことを特徴とする請求項１０記載のマルチバンドアンテナ。
12. 前記第一（２）及び前記第二（３）放射子は、非磁性かつ絶縁物質からなる前記キャリヤー（１）上にある実質上同等の幅の金属層であることを特徴とする請求項１０記載のマルチバンドアンテナ。
13. 前記放射子の数は２つであること、前記放射子は前記接地面（４）から離れる方向に梯形をなして伸びている斜行部（１５）を有すること、及び前記接地面から最も離れて位置する前記斜行部の端部において、前記斜行部は、互いと実質上並行であると共に、前記放射子に最も近接して位置する前記接地面（４）の前記エッジ（１１）に対し横断方向のサイド部（１６）に合流もしくは接続することを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
14. 前記接地面（４）から離れる方向に向いている前記サイド部（１６）の端部は、互いの方を指向すると共に、前記接地面（４）の前記エッジ（１１）と実質上並行である横行部（１７）に接続もしくは合流すること、及び互いに最も近接して位置する前記横行部の端部は、前記サイド部（１６）と実質上並行であると共に、前記接地面（４）の方へ伸びる中央部（１８）に接続もしくは合流することを特徴とする請求項１３記載のマルチバンドアンテナ。
15. 前記放射子は、非磁性かつ絶縁物質からなる前記キャリヤー（１）上にある実質上同等の幅の金属層であることを特徴とする請求項１４記載のマルチバンドアンテナ。
16. 前記キャリヤー（１）は、片面に、可撓性の物質からなる構造体（１３）を有すること、及び前記可撓性の構造体の厚さは前記キャリヤー（１）の厚さより厚いことを特徴とする請求項１記載のマルチバンドアンテナ。
17. 前記可撓性の構造体は、フレキシブル、絶縁性及び非磁性の物質からなることを特徴とする請求項１６記載のマルチバンドアンテナ。
18. 前記可撓性の構造体（１３）は発泡物質を有することを特徴とする請求項１６記載のマルチバンドアンテナ。

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