JP2005094325A - 板状広帯域アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯端末等に内蔵可能な小型で汎用性のある低価格の板状広帯域アンテナを提供する。
【解決手段】 導体にスロット７を形成することにより、スロット７を挟んで第１の放射導体１と第２の放射導体２とを形成し、スロット７の長手方向と平行した曲げ線８で第２の放射導体２を屈曲させ、スロット７を形成し対向する第１の放射導体１の縁と第２の放射導体２の縁とが突き出してスロット７内部に設けられる給電部３、３を有するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナに係り、特に、携帯端末や電化製品等の電気機器或いは、壁等に内蔵することが容易な屈曲させた板状広帯域アンテナに関するものである。

近年、基地局用や衛星放送用などの大型アンテナを除き、携帯電話やモバイルコンピュータ（以下、一括して携帯端末と云う。）等で使用される各種アンテナの小型化・低姿勢化が盛んに行われている。

携帯端末用のアンテナは、その端末自身の小型化に伴い、アンテナ設置のための充分なスペースが携帯端末の中に確保できないという問題を抱えており、一層の小型化が求められている。

更に、アンテナの軽量化、アンテナ体積の制約に反した性能の向上要求などの問題点がある。近年、導入が盛んになっている家庭内無線ネットワークにおいても、パーソナルコンピュータや電化製品（以下、一括して電化製品と云う。）に組み込むアンテナには、携帯端末のアンテナと同様に一層の小型化が要求されるなどの問題点が生じている。

携帯端末や電化製品の筐体若しくは本体ケース（以下、一括して筐体と云う。）内に専用のアンテナを内蔵し、且つ性能を確保するためには、筐体内に或る程度の設置スペースを確保する必要があり、この結果これまで使用してきた機器の各仕様の変更などで、製造コストの増加や開発期間の長期化などが発生する。

この問題を回避するために、本体の筐体外部に別筐体などを設け、且つ別途ケーブルなどを使用して接続し取り付ける外付けアンテナが使用されている。

しかし、この方法では、その携帯端末や電化製品を移動する際に、外付けアンテナを一度取り外さなければならない場合が多々あり、更に再設置や再調整などの手間も発生し、場合によってはケーブル等の引き回しや予期せぬトラブルでのアンテナ故障、更にはこれら携帯端末や電化製品の設置位置の自由度が制限されるなど、使用者には常に煩わしさが付き纏うことになる。

これらの問題の解決を目的とし、携帯端末若しくは電化製品の筐体内に直方体形状若しくはそれと類似したスペースを設け、このスペース内にアンテナを内蔵する場合が多い。この時、幅広く使用される形状のアンテナとしては、Ｌ字型モノポールアンテナや逆Ｆ型アンテナ（板状逆Ｆ型アンテナを含む。）などがある。

これらのアンテナは、屈曲したモノポールアンテナ形状の放射素子若しくは素子パターンが構成し易く、低姿勢化が可能であり、有用な構造と云える。

しかしながら、これらのアンテナで高い放射利得を得るためには、広いグランド部が必要となり、結果的にアンテナ構造が大きくなり易い。そのため、高い放射利得を確保し、更に構造を小さくするために、機器筐体内の高周波回路の接地部（グランド）若しくは接地導体（グランド）とアンテナのグランド部とを直接金属製のネジや溶接等で接続するなどして高周波的に接続する場合がある。この場合、導体部分にもアンテナ上の電流を分布させて、これら機器筐体内のグランドをアンテナのグランド部の一部分として利用しなければならない。

すなわち、これらのアンテナは、アンテナ設置位置若しくはスペース部分に於いて、アンテナのグランド部と筐体内のグランドとを金属製のネジや溶接等で直接接続することが必要となり、結果的に製品の小型化や軽量化への要求には不向きで、且つ汎用性に乏しいものになっている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平５−２２０１８号公報 特開平８−２５６００９号公報 特願２００２−８８１２３号 特願２００２−１９９３６４号

以上のことより、携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品に内蔵される各専用のアンテナは、製造コストの増加や開発期間の長期化などを生じると云う問題点がある。

また、使用者が携帯端末等を使用する際に煩わしいと云う問題点もある。

更に、アンテナ自身も低コストでなければならないと云う問題点がある。

そこで、本発明の目的は、携帯端末等に内蔵可能な小型で汎用性のある低価格の板状広帯域アンテナを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、導体にスロットを形成することにより、該スロットを挟んで第１の放射導体と第２の放射導体とを形成し、上記スロットの長手方向と平行した曲げ線で第２の放射導体を屈曲させ、上記スロットを形成し対向する第１の放射導体の縁と第２の放射導体の縁とが突き出して上記スロット内部に設けられる給電部を有する板状広帯域アンテナである。

第２の発明は、上記曲げ線と直交する方向に上記曲げ線から第１の放射導体の端までの長さと、上記曲げ線と直交する方向に上記曲げ線から第２の放射導体の端までの長さとの和が、使用する電磁波の波長の概ね１／２の整数倍であるものである。

第３の発明は、使用する電磁波の波長が複数の場合には、上記和が最も長い波長の概ね１／２の整数倍であるものである。

本発明によれば、携帯端末等に内蔵可能な小型で汎用性のある低価格な屈曲させた板状広帯域アンテナを提供することができる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態を示す板状広帯域アンテナである。

図示したように、板状広帯域アンテナ１０は、導体に切り込みを入れて、スロット７を形成し、スロット７を挟んで形成される第１の放射導体１と第２の放射導体２を設け、上記スロットの長手方向と平行した直線を曲げ線８として第２の放射導体２を屈曲させた構造の広帯域アンテナである。

板状広帯域アンテナ１０は、第１の放射導体１の面積に比べて第２の放射導体２の面積が広く、スロット７の長手方向に平行した曲げ線８で第２の放射導体２の部分をＬ字型（例えば、概ね曲げ角度９０°前後）に屈曲した構造となっている。

スロット７の部分には、スロット７を形成し対向する第１の放射導体１の縁と第２の放射導体２の縁とが突き出してスロット内部７に給電部３、３が設けられている。

この給電部３、３は、後述する同軸ケーブルを接続するための給電部分であり、スロット７が形成された内側にそれぞれ対向するスロット７の縁に向かって突き出して設けられている。

図中に示すように、曲げ線８と直交する方向に曲げ線８から第１の放射導体１の端までの長さ（以下、第１の放射導体を含む導体の高さ、若しくは単に高さと云う。）をｈとし、曲げ線８と直交する方向に曲げ線８から第２の放射導体２の端までの長さ（以下、単に長さと云う。）をａとする。

板状広帯域アンテナ１０では、使用する電磁波の周波数帯域の中心を例えば２．６５ＧＨｚとした場合には、この電磁波の波長λは約１１３ｍｍであり、高さｈは例えば１０ｍｍとする。

次に、図１に示す板状広帯域アンテナ１０の長さａとアンテナの周波数帯域幅との特性を図２に示す。特性図は、長さａを変化させて、その時のアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）が３以下（すなわち、リターンロス約−６．０ｄＢ以下）である周波数の帯域幅を示したものである。

図２は、横軸に長さａを変数（単位：ｍｍ）として示し、縦軸に周波数帯域幅（単位：ＭＨｚ）を示している。図２から分かるように、長さａの変化に伴い、周波数帯域幅が周期的に変化する事が分かる。

長さａが約４０ｍｍ、約９５ｍｍの時に周期の山があり、その周期は約５０〜５５ｍｍである。図示しないが長さａが更に長くなると、周波数帯域幅は一定の値に収束することが分かっている。

ここで、周波数帯域幅が変化するこの周期と、図１に示す本実施形態の板状広帯域アンテナ１０の設計周波数（帯域幅中心２．６５ＧＨｚ）で換算される電磁波の波長（λ≒１１３ｍｍ）との比は約１／２となる。

次に、高さｈを変化させた時の各々の周波数帯域幅の変化を図３に示す。

図３は、図２同様に横軸に長さａを変数（単位：ｍｍ）として示し、縦軸に周波数帯域幅（単位：ＭＨｚ）を示している。図３は、高さｈ＝１５ｍｍ、２０ｍｍとした場合の各々の周波数帯域幅の特性を示し、比較のため図２で示したｈ＝１０ｍｍの場合の特性も併せて示している。

図３から分かるように、高さｈによって最初の振幅の山（長さａが短い側の山）が存在するａの長さが各々異なっている。尚、以降この最初の振幅の山が存在する長さａをａ０と定義する。

図中より、ｈ＝１５ｍｍの時にａ０≒３５ｍｍとなり、ｈ＝２０ｍｍの時にａ０≒３０ｍｍとなり、ｈ＝１０ｍｍの時にａ０≒４０ｍｍとなる。

この時の各長さａ０と各高さｈとを加算すると、それぞれ約５０ｍｍとなることが分かる。すなわち、最初の振幅の山が存在する長さａ０と高さｈの和は、最も短い場合でほぼλ／２に等しい値になることが分かる。

以上のことより、帯域を広帯域化するための長さａには、次式に示す関係が成り立つ事になる。
ａ≒（λ／２−ｈ）＋ｎλ／２ ・・・・・・（１）
ここで、（１）式中のパラメータは、次の条件を満たすこととする。
ｎ：０以上の整数
λ／２≧ｈ

即ち、（１）式は、長さａと高さｈとの和が、使用する電磁波の波長λの概ね１／２の整数倍であることを示している。

（１）式に従って、板状広帯域アンテナ１０の長さａ及び高さｈを決定することで、板状広帯域アンテナ１０の周波数帯域をより広帯域化することができる。尚、この条件は、使用する電磁波の周波数やそれに伴うアンテナ自体の大きさにより若干異なる場合もあるが、基本的には（１）式が適用可能である。

ここで述べた電磁波の波長λは、使用する板状広帯域アンテナ１０の周波数に対応する。使用する電磁波の波長λに合致するように板状広帯域アンテナ１０の長さａ、高さｈ等を決定し設計するとよい。

なお、板状広帯域アンテナ１０が多重アンテナとして使用される場合、曲げ線８の位置は、使用する複数の周波数（若しくは、周波数帯域）のうち最も低い周波数（若しくは、周波数帯域）即ち使用する最も長い波長において、（１）式を満たすように高さｈ、長さａを決め設定することが好ましい。

この板状広帯域アンテナ１０は、第１の放射導体１と第２の放射導体２を備えることで成り立つアンテナであるため、背景技術のアンテナのようにアンテナを接続する機器の筐体の接地導体部分若しくは高周波回路の接地部をアンテナの一部として使用する必要がない点でも、優れた効果のある広帯域アンテナである。

図４は、本実施の形態である屈曲させた板状広帯域アンテナ１０に同軸ケーブル４を接続した状態を示す斜景図である。

板状広帯域アンテナ１０は、図１に示すものと同様であり、図４は、この板状広帯域アンテナ１０のスロット７の縁に設けられた給電部３、３に同軸ケーブル４の外被導体と芯線を各々電気的に接続し固定した状態を示している。

図に示した板状広帯域アンテナ１０の機器へ内蔵した状態を次に示す。

図５は、板状広帯域アンテナ１０を内蔵した一般的なノート型のパーソナルコンピュータ５の概観及び板状広帯域アンテナ１０の内蔵位置を示す概略図である。

図示したように、板状広帯域アンテナ１０は、パーソナルコンピュータ５の筐体５ａのキーボード側面に内蔵されている。板状広帯域アンテナ１０は、第２の放射導体２の裏面に両面テープ６を貼付し、この両面テープ６によってパーソナルコンピュータ５の筐体５ａ内に固定されている。

板状広帯域アンテナ１０は、本実施の形態では導体の屈曲角度を概ね９０°で説明したが、内蔵する筐体の位置やスペースに応じて、アンテナの周波数帯域幅等を考慮しつつ導体の屈曲の角度を設定するとよい。

以上説明したことから分かるように、本発明の板状広帯域アンテナは、アンテナを屈曲させたことにより放射導体間の共振状態の維持及び改善が出来、アンテナの広帯域化を容易に行うことが出来る。

従って、板状広帯域アンテナは直方体形状若しくはそれと類似した小スペースに設けることが出来、携帯端末や電化製品筐体内の接地導体部分をアンテナの一部として利用することなく、接地導体部分をアンテナの一部として利用したアンテナと同様の高い放射利得を得ることが出来る優れた効果を発揮する。

この板状広帯域アンテナは、携帯端末や家庭内での無線ネットワーク用家電品に、直方体状若しくはＬ字型のスペースを設け内蔵される専用のアンテナとして有用であり、且つ製造コストの低減や開発期間の短縮ができる製造・設計容易なアンテナである。

また、筐体に内蔵される小型・薄型（低姿勢型）のアンテナであるため、本体の筐体外部に別筐体などを設けケーブルなどを接続した外付けアンテナと異なり、使用者が携帯端末等を使用する際に煩わしいと云ったこともない。

更に、筐体のみならず機器を使用する部屋の壁などに内蔵することもできると云った汎用性に優れた効果を発揮する。

上に述べた携帯端末等に限らず、小型・軽量の内蔵アンテナが必要なアプリケーションに広く適用可能な産業上の利用可能を有する。

本実施の形態である板状広帯域アンテナを示す斜景図である。 板状広帯域アンテナの周波数帯域幅特性を示す特性図である。 板状広帯域アンテナの周波数帯域幅特性を示す特性図である。 本実施の形態である板状広帯域アンテナに同軸ケーブルを接続した状態を示す斜景図である。 板状広帯域アンテナを内蔵した一般的なノート型のパーソナルコンピュータの概観及び板状広帯域アンテナの内蔵位置を示す概略図である。

符号の説明

１ 第１の放射導体
２ 第２の放射導体
３ 給電部
４ 同軸ケーブル
５ ノート型パーソナルコンピュータ
５ａ 筐体
６ 両面テープ
７ スロット
８ 曲げ線
１０ 板状広帯域アンテナ
ａ 第２の放射導体の長さ
ｈ 第１の放射導体を含む導体の高さ

Claims (3)

1. 導体にスロットを形成することにより、該スロットを挟んで第１の放射導体と第２の放射導体とを形成し、上記スロットの長手方向と平行した曲げ線で第２の放射導体を屈曲させ、上記スロットを形成し対向する第１の放射導体の縁と第２の放射導体の縁とが突き出して上記スロット内部に設けられる給電部を有することを特徴とする板状広帯域アンテナ。
2. 上記曲げ線と直交する方向に上記曲げ線から第１の放射導体の端までの長さと、上記曲げ線と直交する方向に上記曲げ線から第２の放射導体の端までの長さとの和が、使用する電磁波の波長の概ね１／２の整数倍である請求項１記載の板状広帯域アンテナ。
3. 使用する電磁波の波長が複数の場合には、上記和が最も長い波長の概ね１／２の整数倍である請求項２記載の板状広帯域アンテナ。
   

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