JP2004282329A - 無線ｌａｎ用デュアルバンド全方向性アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる周波数帯域で効率良く動作するデュアルバンド動作特性と、各周波数帯域で全方向性放射特性を有するアンテナを提供する。
【解決手段】誘電体基板１８と；基板の一表面に配置され、基板の縦方向中心線上に配置される第１給電線２６と、それぞれが折り曲げられた形態で、その一端が第１給電線に連結され、一部は高周波数帯域で、他部は低周波数帯域で動作する多数の放射素子２８ａ，２８ｂ、３０ａ，３０ｂとを含む第１導電パターン２４と；基板の他の表面に配置される、基板の縦方向中心線上に配置される第２給電線３８と、それぞれが第２給電線に連結され、形態の面で第１導電パターン上の各放射素子に対して上下対称的に配置される多数の放射素子４０ａ，４０ｂ、４２ａ，４２ｂとを含む第２導電パターン３６と；からなり、同軸伝送ケーブルは、その外部導体が第１給電線上の接地部に接触し、芯線が第２給電線上に接触する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮに使用されるアンテナに関し、特に、互いに異なる２つの周波数帯域で動作することが可能なデュアルバンド動作特性と各周波数帯域で全方向性放射特性を有するデュアルバンド全方向性アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ；Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）は、無線通信装置を利用して、ビル内部地域の間、ビルと他のビルとの間、ビルと外部地域との間にデジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌｌｙ−ｆｏｒｍａｔｔｅｄ ｄａｔａ）を無線で送受信するのに用いられる。このような無線ＬＡＮシステムには、前記周波数帯域に対して動作するアンテナが無線通信装置用として必要とされる。
【０００３】
一方、無線システムは、使用周波数に関する国際標準に基づき、使用周波数が２．４ＧＨｚで代表されるＩＥＥＥ８０２．１１ｂシステムと、使用周波数が５．７２５ＧＨｚで代表されるＩＥＥＥ８０２．１１ａシステムに分離されている。そして、現在無線ＬＡＮシステムで使用される装置には通常２つのアンテナが提供されている。すなわち、２ＧＨｚ帯の周波数帯域で動作するアンテナと５ＧＨｚ帯の周波数帯域で動作するアンテナとが別個に提供される。このようなダブルアンテナ体系は、無線通信装置を両システムに互換的に使用可能とするためのものであるが、構造的かつ経済的に非常に不利である。従って、両システムで共用できるアンテナ、すなわち両システムでそれぞれ使用される互いに異なる周波数帯域で全て動作することが可能な、いわゆるデュアルバンドアンテナの開発が切実に要求されている。
【０００４】
一方、無線ＬＡＮシステムは、パソコン相互間、又はパソコンとサーバやプリンタなど他の装置との間の通信を可能にする。この際、個別的ステーション（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ）は他のステーションに比べてランダムに位置することができる。従って、前記デュアルバンドアンテナは全方向性アンテナであることが要求される。
【０００５】
アンテナ関連技術分野において、デュアルバンド動作特性を持つように設計されたセラミックパッチアンテナが開示されたことがある。パッチアンテナは典型的にセラミック基板と、基板の一表面上に形成される金属性パッチ（ｍｅｔａｌｉｚｅｄ ｐａｔｃｈ）と、基板の反対側の表面に配置される接地面（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）とを含む。このようなセラミックパッチアンテナは、実際小型化が可能であるが、その価格がダイポールアンテナに比べて非常に高い傾向がある。また、特殊なコネクタやケーブルなどが必要なので、設置費用の追加負担が発生する。特に、パッチアンテナは指向性放射特性を有するため、全方向性放射特性を必要とする無線ＬＡＮ用アンテナとしての使用には不適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、互いに異なる周波数帯域で効率よく動作することが可能なデュアルバンド動作特性と、各周波数帯域で全方向性放射特性を有する、いわゆるデュアルバンド全方向性アンテナを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、小型・低価格の製作が可能で設置が簡便なデュアルバンド全方向性アンテナを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、無線ＬＡＮシステムで無線通信装置と共に使用されるデュアルバンド全方向性アンテナ（以下、「アンテナ」という）を提供する。前記アンテナは平面的誘電体基板と、その両表面にそれぞれ配置される２つの導電パターンを有する。各導電パターンは縦方向中央線上の給電線と、給電線の左右に配置される放射素子を含む。それぞれの導電パターン上には、高周波数帯域で動作するように設計された放射素子と、低周波数帯域で動作するように設計された放射素子が適切な形状に配置される。給電部は対向した２本の給電線とそれらの間の基板を一列に貫通して設けられた給電孔である。１本の同軸伝送ケーブルは、その外部導体が一つの導電パターン上の給電線に接触し、芯線が給電孔を通過して他の導電パターン上の給電線に接触するように提供される。
【０００９】
前記アンテナは２つのそれぞれ異なる周波数帯域で効率よく動作することが可能なデュアルバンド動作特性と、各周波数帯域で全方向性放射特性を有する。また、無線通信装置の外部だけでなく、内部への設置もできる程度に小型製作が可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアンテナについて図面を用いて詳細に説明する。図２ないし図４はアンテナ１６の正面図、背面図、正面から透視して示す図である。
【００１１】
図１は本発明に係るアンテナ１６を用いた無線通信装置１０を例示する。無線ＬＡＮシステムは無線通信装置１０の他にも、コンピュータやプリンタ、その他のＬＡＮ機能を有する装置などを含む。図１は前記アンテナ１６が無線通信装置１０の外部に設置され、ハウジングＨで保護されることを例示しているが、前記アンテナ１６は平面的且つ小型に製作可能なので、無線通信装置１０の内部に設置することもできる。
【００１２】
前記アンテナ１６はその前面と後面にそれぞれ所定の導電パターン２４、３６が配置できる誘電体基板１８を含む。前記基板１８は１〜１０、好ましくは４．５値の比誘電率（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有し、１．５〜２．５ｍｍの厚さを有することが好ましい。前記基板１８は平面的であり、それぞれの表面に導電パターン２４、３６が配置される、実際互いに平行な前面２０と後面２２を有するものと規定することができる。
【００１３】
前記導電パターン２４、３６は、基板１８の表面に厚さ約０．２〜０．３ｍｍの銅箔を被覆した後、不要な部分を化学的に腐食させて除去し、必要なパターンのみを基板上に残る通常のエッチング技法で形成したものである。ところが、前記導電パターン２４、３６は通常のワイヤ導体を用いて配置することもできる。
【００１４】
図２ないし図４に前記導電パターン２４、３６について詳細に例示する。図２を参照すると、基板１８の前面２０に配置される第１導電パターン２４は、基板１８の縦方向中心線上に配置される第１給電線２６と、一端が前記第１給電線２６の左右に連結されている多数の放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂと、第１給電線２６上に形成された接地部３２及びスタブ３４とを含む。
【００１５】
各放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは一定の形状に折曲形成され、それぞれはモノポールアンテナ（ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）であって、一つの放射体（ｒａｄｉａｔｏｒ）である。折曲形状は図に例示したＬ形に限定されるのではなく、例えばＪ形又はＦ形などに様々に変形することができる。
【００１６】
前記放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは、高周波数帯域、実際４．９〜５．８５ＧＨｚで動作できるように設計された放射素子２８ａ、２８ｂと、低周波数帯域、実際２．４〜２．５ＧＨｚで動作できるように設計された放射素子３０ａ、３０ｂとを含む。ここで、各放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂは同一の幅を有し、その中でも低周波数帯域で動作する放射素子３０ａ、３０ｂは高周波数帯域で動作する放射素子２８ａ、２８ｂに比べてより長く設計される。
【００１７】
好ましくは、同じ周波数帯域で動作する放射素子同士（２８ａ−２８ｂ、３０ａ−３０ｂ）は第１給電線２６に対して左右対称の対となるように配置される。そして、高い周波数帯域で動作する放射素子対（２８ａ−２８ｂ）は一定の間隔を置いて垂直的に繰り返されるアレイ、より好ましくは４段アレイ（ｆｏｕｒ−ａｒｒａｙ）状に配置され、低周波数帯域で動作する放射素子対（３０ａ−３０ｂ）はアレイ状に配置された放射素子対（２８ａ−２８ｂ）のいずれか一つと同一の高さでその放射素子対（２８ａ−２８ｂ）の外側に配置される。この際、低周波数帯域で動作する放射素子対（３０ａ−３０ｂ）の位置は、反復測定によって、高周波数帯域で動作する放射素子対（２８ａ−２８ｂ）との相互干渉が最小化されるより最適の位置と判明された結果に基づいて選択することができる。
【００１８】
スタブ（ｓｔｕｂｓ）３４は第１給電線２６上の適当な位置に１つ以上配置され、第１給電線２６の幅よりは大きく設計される。前記スタブ３４は第１給電線２６のインピーダンスを各放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂのインピーダンスに整合させるインピーダンスマッチングタップとしての機能と、受信された信号を遅延させて全体位相を均一に合わせることによりビーム合成がよくなされるようにする機能とを有する。
【００１９】
図３を参照すると、基板１８の後面２２に配置される第２導電パターン３６は、基板１８の縦方向中心線上に配置される第２給電線３８と、前記第２給電線３８に連結されている多数の放射素子４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂと、第２給電線３８上に形成されたスタブ４４とを含む。
【００２０】
それぞれ一つの放射体を形成する前記放射素子４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂは、形態の面において第１導電パターン２４上の各放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂに対して上下対称的に設計配置される（図４参照）。当然、各放射素子４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂの動作周波数範囲は、形態の面で対称的に配置された第１導電パターン２４上の各放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂと同一である。
【００２１】
特に、図４を参照すると、符号４６は給電孔、４８は導電ピンである。前記給電孔４６は、第１給電線２６上に設けられた接地部３２、基板１８及び第２給電線３８を順次貫通して形成される。
【００２２】
一方、内部芯線１５と外部導体１４を有する同軸伝送ケーブル１２は、芯線１５が給電孔４６を通過して第２給電線３８に接触すると同時に、外部導体１４が第１給電線２６の接地部３２に接続される方法で前記アンテナ１６に提供される（図１参照）。従って、第１導電パターン２４上の放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂと第２導電パターン３６上の放射素子４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂは互いに異なる極性を呈する。例えば、第１導電パターン２４上の放射素子２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂの極性が（＋）であれば、第２導電パターン３６上の放射素子４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂの極性は（−）である。この状態で両極のビームが合成されることにより、全方向放射パターンが得られる。
【００２３】
導電ピン４８は第１給電線２６の端部と第２給電線３８の端部とを相互接続させるために提供される。すなわち、第１給電線２６と第２給電線３８は導電ピン４８によってそれらの端部でショートされ、接地部３２を介して接地される。
【００２４】
図５を参照すると、マーカー（ｍａｒｋｅｒｓ）は周波数２．４０、２．５０、４．９０、５．４５、５．８５ＧＨｚにそれぞれ位置しており、２．４〜２．５ＧＨｚ及び４．９０〜５．８５ＧＨｚ範囲の周波数帯域で１．５：１以下の満足な電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が現われるものと測定された。従って、本アンテナ１６がデュアルバンド動作特性をもつことが分る。そして、この測定結果より分るように、本アンテナ１６は特に５ＧＨｚ帯の周波数帯域で広帯域特性を有する。現在、国家別及び地域別にＬＡＮシステムに使用する周波数が例えば２．４０〜２．５０、４．９０〜５．１５、５．１５〜５．４５、５．４５〜５．７０又は５．７２５〜５．８２５ＧＨｚなど非常に様々であることを考慮すると、前記広帯域特性は本アンテナ１６の汎用的使用を保障する。
【００２５】
使用周波数２．５ＧＨｚで本アンテナ１６の特性を測定して示した図６、図７を参照すると、水平パターン（図６）が略円形パターン、垂直パターン（図７）が周波数専用アンテナの全方向特性である８字状パターンで示されることから、本アンテナ１６が全方向性放射特性を有するものと判明された。最高利得（ｐｅａｋ ｇａｉｎ）は２．３３ｄＢｉと測定された。
【００２６】
使用周波数５．７２５ＧＨｚで本アンテナ１６の特性を測定して示した図８、図９を参照すると、水平パターン（図８）が略円形パターン、垂直パターン（図９）が周波数専用アンテナの全方向特性である８字状パターンで示されることから、本アンテナ１６が全方向性放射特性を有するものと判明された。利得平坦度は使用周波数２．５ＧＨｚの場合より優秀であり、最高利得は５．０６ｄＢｉであると測定された。
【００２７】
以上、好適な実施例を挙げて本発明を説明したが、当技術分野の熟練した当業者は、特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び範疇から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のアンテナは、互いに異なる周波数帯域で効率よく動作することができるという特性を有する。従って、このアンテナは、互いに異なる帯域の周波数を使用する無線ＬＡＮシステムに対して共用することができるという経済的効果がある。また、このアンテナは、マイクロストリップタイプに設計し、１本の同軸伝送ケーブルを使用することにより、小型・低価格の製作が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例に係るアンテナを用いた無線ＬＡＮ装置の斜視図である。
【図２】図１に示したアンテナの正面図である。
【図３】図１に示したアンテナの背面図である。
【図４】図１に示したアンテナを正面から透視して示す図である。
【図５】２ＧＨｚ〜６ＧＨｚの全帯域にわたって図１のアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）を測定した結果を示すグラフである。
【図６】２．４ＧＨｚで図１のアンテナの水平放射パターンを測定して示す図である。
【図７】２．４ＧＨｚで図１のアンテナの垂直放射パターンを測定して示す図である。
【図８】５．７５ＧＨｚで図１のアンテナの水平放射パターンを測定して示す図である。
【図９】５．７５ＧＨｚで図１のアンテナの垂直放射パターンを測定して示す図である。
【符号の説明】
１０ 無線通信装置
１２ 同軸伝送ケーブル
１４ 外部導体
１５ 芯線
１６ アンテナ
１８ 基板
２０ 基板の前面
２１ 基板の後面
２４、３６ 導電パターン
２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ 放射素子
２６、３８ 給電線
３２ 接地部
３４、４４ スタブ
４６ 給電孔
４８ 導電ピン

Claims (8)

1. 互いに平行な２つの表面を有する平面的誘電体基板と、
   基板の一表面に配置されるとともに、基板の縦方向中心線上に配置される第１給電線と、それぞれが折り曲げられた形態であり、その一端が第１給電線に連結され、一部は高周波数帯域で、他部は低周波数帯域で動作するように設計された多数の放射素子とを含む第１導電パターンと、
   基板の他の表面に配置されるとともに、基板の縦方向中心線上に配置される第２給電線と、それぞれが第２給電線に連結され、形態の面で第１導電パターン上の各放射素子に対して上下対称的に配置される多数の放射素子とを含む第２導電パターンとを有し、
   外部導体と芯線を有する同軸伝送ケーブルは、その外部導体が前記第１給電線上の接地部に接触し、その芯線が前記第２給電線上に接触していることを特徴とする無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
2. 前記アンテナは、前記第１給電線上の接地部、基板及び第２給電線を順次貫通する給電孔をさらに有し、前記同軸伝送ケーブルは、その芯線が前記給電孔を通過して前記第２給電線上に接触し、その外部導体が前記接地部に接触していることを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
3. 前記第１給電線と前記第２給電線はそれらの端部を相互接触させる導電ピンによってショートされることを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
4. 前記高周波数帯域は４．９〜５．８５ＧＨｚの範囲であり、前記低周波数帯域は２．４〜２．５ＧＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
5. 全体放射素子は同一の幅を有し、その中でも前記低周波数帯域で動作する放射素子は前記高周波数帯域で動作する放射素子に比べてより長く形成されることを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
6. 全体放射素子のうち同じ周波数帯域で動作する放射素子同士は、前記第１給電線及び前記第２給電線に対して左右対称の対となるように配置されたことを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
7. 前記高周波数帯域で動作する放射素子対は、前記第１給電線及び第２給電線の上に、一定の間隔をもって垂直的に反復されるアレイ状に配置され、前記低周波数帯域で動作する放射素子対は、前記アレイ状に配置された放射素子対のいずれか一つと同一の高さでその放射素子対の外側に配置されることを特徴とする請求項６記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。
8. 前記第１給電線及び第２給電線の上には一つ以上のスタブが配置されることを特徴とする請求項７記載の無線ＬＡＮ用デュアルバンド全方向性アンテナ。

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