JP2005110123A

JP2005110123A - パターンアンテナ

Info

Publication number: JP2005110123A
Application number: JP2003343531A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】小型であっても広帯域化が容易な１／４波長モノポールタイプのパターンアンテナを提供すること。
【解決手段】パターンアンテナ１は、絶縁基板２の片面にパターニングされた給電ライン３および放射導体４と、絶縁基板２の他面で放射導体４と重なり合わない領域にパターニングされた接地導体５とを具備しており、給電ライン３の一端はアンテナ回路６に接続されている。給電ライン３の他端は放射導体４の基端部４ａと連続しており、この基端部４ａは給電ライン３側から漸次幅広に形成されているが、放射導体４は中間部が最も幅広で先端部は漸次幅狭に形成されている。この放射導体４はモノポールアンテナの放射素子として動作し、接地導体５は放射導体４のグラウンドとして動作する。また、接地導体５には放射導体４の基端部４ａの外縁に沿ってテーパ状に切り欠かれた凹部５ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁基板の表面にパターニングされた放射導体をモノポールアンテナの放射素子として動作させるパターンアンテナに係り、特に、通信や放送の送受信に用いて好適な小型のパターンアンテナに関する。

誘電体等からなる絶縁基板の表面にパターニングされた放射導体に給電ラインを介して所定の高周波電力を供給することにより、この放射導体と接地導体との間に電界を発生させて信号電波の送信や受信を行うという１／４波長モノポールタイプのパターンアンテナは、構成が簡素で小型化にも好適なため、従来より広く採用されている。この種のパターンアンテナの放射導体は、ロッドアンテナに対応して一直線状に延びる帯状に形成されていることもあるが、小型化を促進するための対策として、放射導体を蛇行するメアンダ形状に形成したものや、放射導体の先端部が幅広なトップローディングにしたものなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４２９３１号公報（第２−３頁、図１）

上述した従来のパターンアンテナは、１／４波長モノポールアンテナとして動作する平面アンテナであることから、その小型化を促進すると共振の鋭さを表すＱ値がかなり高くなり、それゆえ帯域幅が不所望に狭くなってしまうという問題があった。つまり、従来のこの種のパターンアンテナは、帯域幅と共振周波数との比である比帯域（Ｑ値の逆数）が２〜８％程度しかないため、小型化を促進すると感度不良が起こりやすくなる。なお、帯域幅とは、リターンロス（反射減衰量）が例えば−１０ｄＢ以下となる周波数範囲であって、アンテナ装置は使用周波数帯域よりも広い帯域幅を確保しておかねばならない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型であっても広帯域化が容易な１／４波長モノポールタイプのパターンアンテナを提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、絶縁基板の表面に、アンテナ回路に接続された給電ラインと、該給電ラインから延出してモノポールアンテナの放射素子として動作する放射導体と、該放射導体のグラウンドとして動作する接地導体とをパターニングし、前記放射導体のうち前記給電ラインと連続する基端部を該給電ライン側から漸次幅広となる形状に形成すると共に、該放射導体のうち残余の部分を前記基端部よりも幅広な部位を含む形状に形成し、かつ、前記接地導体に前記放射導体の前記基端部の外縁に沿ってテーパ状に切り欠かれた凹部を設ける構成とした。

このように構成されたパターンアンテナでは、放射導体のうち給電ラインと連続する基端部の形状が該給電ライン側から漸次幅広になっているため、この放射導体は、給電時に電流が大きく変化する誘導領域（磁界領域）においてインダクタンスＬが低減している。また、放射導体のうち残余の部分には基端部よりも幅広な部位が含まれるため、この放射導体は、給電時に電圧が大きく変化する容量領域（電界領域）においてキャパシタンスＣが増大している。そして、周知のように、アンテナの共振周波数はＬとＣの積の平方根に反比例するので、Ｌを小さくしてもＣを大きくすれば共振周波数は変化しないが、帯域幅はＬに反比例しＣに比例するので、Ｌを小さくしてＣを大きくすれば帯域幅を大幅に広げることが可能となる。その際、インピーダンスのマッチングが悪くて給電ラインと放射導体の境界付近で電流の反射が多いと、リターンロスが増えて広帯域化に不利となるが、放射導体の基端部を給電ライン側から漸次幅広となる形状にしておき、かつ、接地導体に該基端部の外縁に沿ってテーパ状に切り欠かれた凹部を設けておけば、放射導体の基端部を、放射導体の残余の部分と給電ラインのいずれに対しても電気的特性が急変しない部位となすことができるので、電流の反射が効果的に抑制できる。つまり、このパターンアンテナは１／４波長モノポールタイプでありながら、放射導体や接地導体の形状を工夫しているため広帯域化が容易であり、それゆえ小型で感度も良好な平面アンテナとして使用できる。

かかる構成のパターンアンテナは、放射導体と給電ラインが絶縁基板の片面に形成され、かつ、接地導体が該絶縁基板の他面で放射導体と重なり合わない領域に形成されていればよく、この場合、絶縁基板の前記片面にアンテナ回路の実装スペースが確保できる。あるいは、放射導体と給電ラインと接地導体がすべて絶縁基板の片面に形成されていると共に、該接地導体が前記凹部に連通するスリット部を有して該スリット部内に給電ラインが配置されていればよく、この場合は、絶縁基板の他面にアンテナ回路の実装スペースが確保できるので、該アンテナ回路をスルーホールを介して給電ラインと接続すればよい。

また、かかる構成のパターンアンテナにおいて、放射導体の外形は特に限定されるものではないが、例えば、放射導体の外形が略菱形または略逆三角形または略五角形であればよい。あるいは、放射導体の外形が基端部を除いて略円形であってもよい。

本発明のパターンアンテナは、放射導体の形状が基端部においてインダクタンスが小さく残余の部分ではキャパシタンスが大きくなるように設定してあり、かつ、接地導体に放射導体の基端部の外縁に沿って切り欠かれた凹部が設けてあるため、１／４波長モノポールタイプでありながら広帯域化が容易であり、よって小型で感度も良好な平面アンテナとして使用できるという優れた効果を奏する。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。

図１に示すパターンアンテナ１は、ＰＣカードに内蔵された１／４波長モノポールタイプの小型平面アンテナであり、誘電体材料からなる絶縁基板２の片面にパターニングされた給電ライン３および放射導体４と、絶縁基板２の他面にパターニングされた接地導体５とを備えて構成され、給電ライン３の一端はアンテナ回路６に接続されている。また、給電ライン３の他端は放射導体４の基端部４ａと連続しており、この基端部４ａは給電ライン３側から漸次幅広に形成されているが、放射導体４は中間部が最も幅広で先端部は漸次幅狭に形成されている。すなわち、放射導体４は給電ライン３の該他端を幅広に延出して形成された外形が略菱形のパターンであり、この放射導体４はモノポールアンテナの放射素子として動作する。接地導体５は、給電ライン３や放射導体４が形成されている絶縁基板２の片面とは逆側の面で、かつ、放射導体４と重なり合わない領域に形成されている。この接地導体５は放射導体４のグラウンドとして動作し、給電時には接地導体５と放射導体４との間に電界が生じて空間へ放射される。また、この接地導体５には放射導体４の基端部４ａの外縁に沿ってテーパ状に切り欠かれた凹部５ａが設けられている。

このように構成されたパターンアンテナ１は、放射導体４の外形が略菱形であり、その基端部４ａが給電ライン３側から漸次幅広に形成されているため、給電時に電流が大きく変化する誘導領域（磁界領域）において放射導体４のインダクタンスＬは比較的小さい。また、放射導体４は最も幅広な中間部から先端部に向かって幅寸法を漸減させているので、給電時に電圧が大きく変化する容量領域（電界領域）において放射導体４のキャパシタンスＣは比較的大きい。ここで、周知のようにアンテナの共振周波数ｆ₀はＬとＣの積の平方根に反比例するので、ＬＣの積の値を変えずにＬを小さくしてＣを大きくすれば、共振周波数ｆ₀は変化しない。また、周知のようにアンテナのＱ値はＬに比例してＣに反比例するため、ｆ₀／Ｑとして表される帯域幅ＢはＬに反比例してＣに比例し、よってＬを小さくしてＣを大きくすれば帯域幅Ｂを大幅に広げることが可能となる。すなわち、本実施形態例に係るパターンアンテナ１は、共振周波数ｆ₀を変えずに帯域幅Ｂを大幅に広げることが可能な構成になっている。

ただし、インピーダンスのマッチングが悪くて給電ライン３と放射導体４の境界付近で電流の反射が多いと、リターンロスが増えて広帯域化には不利となる。しかるに、本実施形態例に係るパターンアンテナ１では、放射導体４の基端部４ａが給電ライン３側から漸次幅広となる形状にしてあり、かつ、接地導体５に該基端部４ａの外縁に沿ってテーパ状に切り欠かれた凹部５ａが設けてあるので、放射導体４の基端部４ａが放射導体４の残余の部分と給電ライン３のいずれに対しても電気的特性が急変しない部位となっている。したがって、給電ライン３と放射導体４の基端部４ａとの間や、該基端部４ａと放射導体４の残余の部分との間で懸念される電流の反射は、効果的に抑制されている。つまり、このパターンアンテナ１は１／４波長モノポールタイプでありながら、放射導体４や接地導体５の形状を工夫しているため広帯域化が容易であり、帯域幅Ｂと共振周波数ｆ₀との比である比帯域（＝１／Ｑ）を１０〜２５％に設定することができる。それゆえ、このパターンアンテナ１は小型で感度も良好な平面アンテナとして使用することができる。

図２は本発明の第２実施形態例に係るパターンアンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。

図２に示すパターンアンテナ１１は、給電ライン３と放射導体４と接地導体５がすべて絶縁基板２の片面にパターニングされている点が第１実施形態例と異なっている。また、このパターンアンテナ１１においては、接地導体５に、凹部５ａに連通するスリット部５ｂが設けてあり、このスリット部５ｂ内に給電ライン３が配置されている。なお、図２では図示省略しているが、この給電ライン３はスルーホールを介して絶縁基板２の他面に実装されているアンテナ回路に接続されている。

図３は本発明の第３実施形態例に係るパターンアンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。

図３に示すパターンアンテナ２１は、給電ライン３の先端部分を略直角に曲げて放射導体４を横向きに形成した点が第１実施形態例と大きく異なっており、それに伴って接地導体５の形状も前記パターンアンテナ１とは異なっている。なお、このパターンアンテナ２１の変形例として、第２実施形態例の前記パターンアンテナ１１と同様に、給電ライン３と放射導体４と接地導体５をすべて絶縁基板２の片面にパターニングする構成にしてもよい。

図４は本発明の第４実施形態例に係るパターンアンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。

図４に示すパターンアンテナ３１では、放射導体４の外形を略逆三角形にしてあり、それ以外の構成は第１実施形態例の前記パターンアンテナ１と基本的に同等である。なお、このパターンアンテナ３１の変形例として、第２実施形態例の前記パターンアンテナ１１と同様に、給電ライン３と放射導体４と接地導体５をすべて絶縁基板２の片面にパターニングする構成にしてもよい。

図５は本発明の第５実施形態例に係るパターンアンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。

図５に示すパターンアンテナ４１では、放射導体４の外形を略五角形にしてあり、それ以外の構成は第１および第４実施形態例の前記パターンアンテナ１，３１と基本的に同等である。なお、このパターンアンテナ４１の変形例として、第２実施形態例の前記パターンアンテナ１１と同様に、給電ライン３と放射導体４と接地導体５をすべて絶縁基板２の片面にパターニングする構成にしてもよい。

図６は本発明の第６実施形態例に係るパターンアンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。

図６に示すパターンアンテナ５１では、放射導体４の外形を基端部４ａでは略逆三角形で残余の部分では略円形にしてあり、それ以外の構成は第１および第４実施形態例の前記パターンアンテナ１，３１や第５実施形態例の前記パターンアンテナ４１等と基本的に同等である。ただし、このパターンアンテナ５１の場合、放射導体４が角部のない形状に形成されていて電流がスムーズに流れやすいことから、帯域幅Ｂと共振周波数ｆ₀との比である比帯域を１５〜３０％に設定して一層の広帯域化を図ることができる。なお、このパターンアンテナ５１の変形例として、第２実施形態例の前記パターンアンテナ１１と同様に、給電ライン３と放射導体４と接地導体５をすべて絶縁基板２の片面にパターニングする構成にしてもよい。

本発明の第１実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。本発明の第２実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。本発明の第３実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。本発明の第４実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。本発明の第５実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。本発明の第６実施形態例に係るパターンアンテナの平面図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１パターンアンテナ
２絶縁基板
３給電ライン
４放射導体
４ａ基端部
５接地導体
５ａ凹部
５ｂスリット部
６アンテナ回路

Claims

絶縁基板の表面に、アンテナ回路に接続された給電ラインと、該給電ラインから延出してモノポールアンテナの放射素子として動作する放射導体と、該放射導体のグラウンドとして動作する接地導体とをパターニングし、前記放射導体のうち前記給電ラインと連続する基端部を該給電ライン側から漸次幅広となる形状に形成すると共に、該放射導体のうち残余の部分を前記基端部よりも幅広な部位を含む形状に形成し、かつ、前記接地導体に前記放射導体の前記基端部の外縁に沿ってテーパ状に切り欠かれた凹部を設けたことを特徴とするパターンアンテナ。
請求項１の記載において、前記放射導体と前記給電ラインが前記絶縁基板の片面に形成され、かつ、前記接地導体が前記絶縁基板の他面で前記放射導体と重なり合わない領域に形成されていることを特徴とするパターンアンテナ。
請求項１の記載において、前記放射導体と前記給電ラインと前記接地導体がすべて前記絶縁基板の片面に形成されていると共に、前記接地導体が前記凹部に連通するスリット部を有して該スリット部内に前記給電ラインが配置されていることを特徴とするパターンアンテナ。
請求項１〜３いずれかの記載において、前記放射導体の外形が略菱形または略逆三角形または略五角形であることを特徴とするパターンアンテナ。
請求項１〜３いずれかの記載において、前記放射導体の外形が前記基端部を除いて略円形であることを特徴とするパターンアンテナ。