JP2006174365A

JP2006174365A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2006174365A
Application number: JP2004367764A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: US20060132373A1; DE102005060381B4; JP4268585B2; DE102005060381A1; US7271777B2

Abstract

【課題】並設した一対の放射スロットのアイソレーション特性が良好で小型化も促進しやすいアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】正方形状の金属平板２に対象軸９に関して線対象な配置で一対の放射スロット３，４を開設し、各放射スロット３，４の給電位置にそれぞれ給電線路５，７および接地線路６，８を配設する。各放射スロット３，４はそれぞれ、４５度の角度をなして直線状に延びる第１スロット部３ａ，４ｃと第２スロット部３ｂ，４ｄとからなる。両放射スロット３，４は、第１スロット部３ａ，４ｃの一側縁どうしが向き合って、第２スロット部３ｂ，４ｄが金属平板２の２辺に沿って互いに離反する向きに延びるという背中合わせの配置になっている。また、一方の放射スロット３で生成される電波の偏波方向と、他方の放射スロット４で生成される電波の偏波方向とが、互いに直交するように設定してある。
【選択図】図３

Description

本発明は、一対の放射スロットを並設してダイバーシティアンテナを構成する小型のアンテナ装置に関する。

この種のアンテナ装置の従来例としては、図６に示すように、無線ＬＡＮカード３０の金属ケース３１に一対の放射スロット３２，３３を開設し、各放射スロット３２，３３がそれぞれマイクロストリップ線路３４，３５との電磁結合よって給電されるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。各放射スロット３２，３３は金属ケース３１の外形に沿って延びるＬ字形状に開設され、放射スロット３２の一端と放射スロット３３の一端とを対向させているので、これら一対の放射スロット３２，３３は線対象な配置になっている。マイクロストリップ線路３４，３５は金属ケース３１の内部に収納された回路基板３６に形成されて図示せぬ給電回路と接続されており、一方のマイクロストリップ線路３４が放射スロット３２の給電位置と対向し、他方のマイクロストリップ線路３５が放射スロット３３の給電位置と対向している。

このように概略構成された従来のアンテナ装置は、マイクロストリップ線路３４，３５を介した給電によって放射スロット３２，３３を励振させると、各放射スロット３２，３３において放射電界が発生して電波が生成される。その際、放射スロット３２で生成される電波の偏波方向と、放射スロット３３で生成される電波の偏波方向とは異なるので、これら一対の放射スロット３２，３３によってダイバーシティアンテナを構成すれば、マルチパス等の影響で偏波方向にばらつきが生じる無線ＬＡＮの信号電波を受信可能となる。
特開２００３−２３４６１５号公報（第３−４頁、図１）

ところで、共通の導体部材である金属ケース３１に一対の放射スロット３２，３３を並設して励振させると、各放射スロット３２，３３の周囲を流れる表面電流どうしの結合が強いためアイソレーション特性が劣化しやすい。そのため、前述した従来のアンテナ装置では、一対の放射スロット３２，３３を極力離間させてアイソレーション特性の向上を図っているが、放射スロット３２，３３どうしの間隔を広げるとアンテナ装置全体が大型化してしまうので、所望の小型化を実現するためにはアイソレーション特性をある程度犠牲にせざるを得なかった。また、かかる従来例では、スペースファクタを考慮して各放射スロット３２，３３を金属ケース３１の外形に沿うＬ字形状に形成しているが、こうすると励振時に各放射スロット３２，３３で発生する電界が金属ケース３１の側面へ回り込んで側方への放射が増えるので、各放射スロット３２，３３の放射電界どうしの結合が強まってしまい、これもアイソレーション特性を劣化させる要因となっていた。すなわち、従来技術では、装置全体の小型化を促進しようとするとアイソレーション特性が劣化してアンテナ性能に支障をきたしやすく、逆に所望のアイソレーション特性を確保しようとすると装置全体の小型化が促進できないという問題があった。

なお、この種のアンテナ装置でアイソレーション特性が良好でないと、送信モードにおいて放射効率が悪くなるだけでなく、受信モードにおいても所望のビームパターンが形成できなくなってしまうので、送受信いずれの性能も低下する。

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、並設した一対の放射スロットのアイソレーション特性が良好で小型化も促進しやすいアンテナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のアンテナ装置では、共通の導体部材に所定の対象軸に関して線対象な配置で開設された一対の放射スロットと、これら放射スロットをそれぞれ励振するための給電手段とを備え、前記各放射スロットは、一側縁が前記対象軸に隣接する第１スロット部と、該第１スロット部の一端に連通して前記対象軸から離反する向きに延びる第２スロット部とを有しており、かつ、一方の放射スロットで生成される電波の偏波方向と他方の放射スロットで生成される電波の偏波方向とが直交するように設定した。

このように構成されたアンテナ装置は、線対象に並設された一方の放射スロットで生成される電波の偏波方向と他方の放射スロットで生成される電波の偏波方向とが直交する設定にしてあるため、これら一対の放射スロットどうしの間隔が狭くても良好なアイソレーション特性を確保することができる。したがって、アイソレーション特性を犠牲にすることなく装置全体の小型化を促進できる。また、これら一対の放射スロットは、第１スロット部の一側縁どうしが対象軸を挟んで向き合って第２スロット部が互いに離反する向きに延びるという背中合わせの配置になっているため、装置全体が小型化されても各放射スロットのうち少なくとも第１スロット部で発生する電界は側方へ放射されにくく、よってアイソレーション特性の劣化要因とはなりにくい。また、第１スロット部と第２スロット部とのなす角度を鋭角（９０度未満）に設定しておけば、Ｌ字形状の放射スロットを線対象に一対並設する場合に比べて、導体部材の狭い領域に一対の放射スロットを背中合わせに並設することができるため、スペースファクタが向上して装置全体の小型化が一層促進しやすくなる。

上記の構成において、前記第１スロット部が前記対象軸に対して平行に延びていると、スペースファクタが一層向上するため好ましい。この場合において、前記導体部材の外形が平面視略正方形であって、該略正方形の一方の対角線が前記対象軸と合致していると共に、前記第１および第２スロット部のなす角度が略４５度に設定されていると、一対の放射スロットは、各第１スロット部が該対角線を挟んで平行に配置されて各第２スロット部が略正方形の隣り合う２辺に沿って配置されることになるので、装置全体の小型化を飛躍的に促進することができて好ましい。なお、かかる構成に加えて、各放射スロットが、第２スロット部の第１スロット部と連通している側とは逆側の端部に連通して前記略正方形の外縁に沿って延びる第３スロット部を有する場合には、スペースファクタを損なうことなく各放射スロットの共振長を長くすることができるため、さらなる小型化が図れる。

また、上記の構成において、前記導体部材は金属板であっても金属膜であってもよいが、導体部材が金属板からなる場合に、各放射スロットの周縁部に前記給電手段として、該放射スロットを幅方向に挟む２箇所を基端として該金属板の延出部分を折曲してなる２本の金属片を配設し、このうち一方の金属片を給電線路となし他方の金属片を接地線路となしておけば、給電手段を含めたアンテナ装置全体を板金のみによって形成することが可能となるため、製造コストを大幅に低減することができる。

また、前記導体部材が誘電体基板上に形成された金属膜からなる場合には、誘電体による波長短縮効果によって装置全体の小型化が促進できる。

本発明のアンテナ装置は、線対象に並設された一方の放射スロットで生成される電波の偏波方向と他方の放射スロットで生成される電波の偏波方向とが直交する設定にしてあるため、両放射スロットどうしの間隔が狭くても良好なアイソレーション特性を確保することができる。また、これら一対の放射スロットは、第１スロット部の一側縁どうしが対象軸を挟んで向き合って第２スロット部が互いに離反する向きに延びるという背中合わせの配置になっているため、スペースファクタが向上していると共に、小型化が促進されても第１スロット部はアイソレーション特性の劣化要因とはなりにくい。それゆえ、アイソレーション特性が良好で小型化も促進しやすいアンテナ装置を実現できる。

特に、導体部材の外形が平面視略正方形で、該正方形の一方の対角線が一対の放射スロットの対象軸と合致していると共に、第１および第２スロット部のなす角度が略４５度に設定されている場合には、装置全体の小型化を飛躍的に促進することができる。

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実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は該アンテナ装置の平面図、図４は該アンテナ装置のＳパラメータを示す特性図である。

図１〜図３に示すアンテナ装置は、天板部が正方形の金属平板２からなる箱状の金属ケース１と、この金属平板２に開設された一対の放射スロット３，４と、一方の放射スロット３の給電位置から下方へ延出する給電線路５および接地線路６と、他方の放射スロット４の給電位置から下方へ延出する給電線路７および接地線路８とによって概略構成されている。

金属ケース１は板金をプレス加工したものであり、金属平板２の各辺から延出する４つの側板部１ａを下向きに折り曲げることによって箱状に成形されている。この金属ケース１は、給電回路等の高周波回路を備えた図示せぬ回路基板上に載置されており、金属平板２の一辺の長さは６０ｍｍである。

各放射スロット３，４は金属平板２を所定形状に打ち抜いて形成したものであり、各放射スロット３，４の幅寸法は２ｍｍである。これら一対の放射スロット３，４は、金属平板２の一方の対角線に合致する対象軸９（図３参照）に関して線対象な配置になっている。放射スロット３は、対象軸９に隣接して平行に延びる第１スロット部３ａの一端と、金属平板２の外縁（図３中の左辺）に隣接して平行に延びる第２スロット部３ｂの一端とを連通させたものであり、両スロット部３ａ，３ｂのなす角度は４５度となっている。同様に、放射スロット４は、対象軸９に隣接して平行に延びる第１スロット部４ｃの一端と、金属平板２の外縁（図３中の下辺）に隣接して平行に延びる第２スロット部４ｄの一端とを連通させたものであり、両スロット部４ｃ，４ｄのなす角度は４５度となっている。つまり、線対象な位置関係にある放射スロット３と放射スロット４は、第１スロット部３ａ，４ｃの一側縁どうしが対象軸９を挟んで向き合って第２スロット部３ｂ，４ｄが互いに離反する向きに延びるという背中合わせの配置になっており、しかも第２スロット部３ｂ，４ｄを金属平板２の２辺に沿わせているので、限られた領域に効率良く放射スロット３，４を配置させることができ、アンテナ装置全体の小型化が飛躍的に促進できるようになっている。

また、各放射スロット３，４は、第１および第２スロット部の長さの比や給電位置等を適宜選択することにより、励振時に図３にベクトルで示すような電界を発生するように設定されている。すなわち、同図において、放射スロット３の第１スロット部３ａで発生する電界はＥａ、第２スロット部３ｂで発生する電界はＥｂ、放射スロット４の第１スロット部４ｃで発生する電界はＥｃ、第２スロット部４ｄで発生する電界はＥｄで示されており、電界ＥａとＥｃは向きが平行で大きさが同じであり、電界ＥｂとＥｄは向きが直交して大きさが同じである。そして、電界ＥａとＥｂのなす角度（電界ＥｃとＥｄのなす角度も同じ）が１３５度なので、電界ＥａとＥｂの大きさの比（電界ＥｃとＥｄの大きさの比も同じ）が√２：１となるように設計することによって、放射スロット３の放射電界の合成ベクトルＥｖの向きと、放射スロット４の放射電界の合成ベクトルＥｈの向きとが、互いに直交するようになっている。

図２に示すように、給電線路５と接地線路６は、放射スロット３の第１スロット部３ａを幅方向に挟む２箇所を基端として金属平板２の延出部分を下向きに折曲してなる金属片であって、両金属片の下端は前記回路基板に半田付けされている。すなわち、給電線路５の下端は給電回路に接続され、接地線路６の下端はグラウンドに接続されている。同様に、給電線路７と接地線路８は、放射スロット４の第１スロット部４ｃを幅方向に挟む２箇所を基端として金属平板２の延出部分を下向きに折曲してなる金属片であって、給電線路７の下端は給電回路に接続され、接地線路８の下端はグラウンドに接続されている。

このように構成されるアンテナ装置は、給電線路５，７を介した給電によってそれぞれ放射スロット３，４が同時に励振されるようになっており、その動作周波数は同じなので、一対の放射スロット３，４から同じ周波数の電波が同時に放射される。このとき、放射スロット３で生成される電波の偏波方向（合成ベクトルＥｖの振動方向）と、放射スロット４で生成される電波の偏波方向（合成ベクトルＥｈの振動方向）とは互いに直交しているため、これら一対の放射スロット３，４によって偏波ダイバーシティを構成することができる。したがって、このアンテナ装置は、無線ＬＡＮなどの信号電波を効果的に受信することができる。

上記の如く本実施形態例に係るアンテナ装置は、線対象に並設された一方の放射スロット３で生成される電波の偏波方向と他方の放射スロット４で生成される電波の偏波方向とが直交する設定にしてあるため、両放射スロット３，４どうしの間隔が狭くても良好なアイソレーション特性を確保することができ、よってアイソレーション特性を犠牲にすることなく装置全体の小型化が促進されている。すなわち、周波数に応じたＳパラメータの変化をグラフ化した図４において、実線で示す特性曲線Ｒは各放射スロット３，４のリターンロス（Ｓ１１やＳ２２）を示し、破線で示す特性曲線Ｉは放射スロット３，４どうしのアイソレーション（Ｓ２１）を示している。同図に明らかなように、放射スロット３，４は動作周波数が２．２２ＧＨｚのときにリターンロスが−２５ｄＢ以上と良好な共振特性を示し、このとき放射スロット３，４どうしのアイソレーションも−２５ｄＢ以上と極めて良好になる。

なお、このように良好なアイソレーション特性が得られる他の理由として、一対の放射スロット３，４が、第１スロット部３ａ，４ｃの一側縁どうしが向き合って第２スロット部３ｂ，４ｄが互いに離反する向きに延びるという背中合わせの配置になっていることが挙げられる。つまり、両放射スロット３，４の第１スロット部３ａ，４ｃは、装置全体が小型化されても金属平板２の外縁から十分に離れた位置に開設されることになるので、これら第１スロット部３ａ，４ｃで発生する電界は側方へ放射されにくく、よってアイソレーション特性の劣化要因とはなりにくい。

また、このアンテナ装置では両放射スロット３，４の給電手段として、金属平板２から延出した金属片からなる給電線路５，７と接地線路６，８を用いているため、給電手段を含めたアンテナ装置全体を板金のみによって形成することができる。したがって、このアンテナ装置は極めて安価に製造することができる。

図５は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の平面図であって、図３と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は省略する。

図５に示すアンテナ装置は、各放射スロット３，４が、第２スロット部３ｂ，４ｄの先端に第３スロット部３ｅ，４ｆを有している点が、前述した第１実施形態例と大きく異なっている。すなわち、放射スロット３には、第１および第２スロット部３ａ，３ｂに加えて、第２スロット部３ｂの第１スロット部３ａと連通している側とは逆側の端部に連通する短寸な第３スロット部３ｅが設けられており、この第３スロット部３ｅは金属平板２の外縁（図５中の上辺）に沿って延びている。同様に、放射スロット４には、第１および第２スロット部４ｃ，４ｄに加えて、第２スロット部４ｄの第１スロット部４ｃと連通している側とは逆側の端部に連通する短寸な第３スロット部４ｆが設けられており、この第３スロット部４ｆは金属平板２の外縁（図５中の右辺）に沿って延びている。これにより、スペースファクタを損なうことなく各放射スロット３，４の共振長を長くすることができるため、アンテナ装置の小型化を促進するうえで有利となる。

なお、上述した各実施形態例では、金属平板２が正方形になっているが、金属平板２を正方形の四隅を切除した面取り形状の略正方形にすれば、アンテナ装置のさらなる小型化が可能となる。

また、一対の放射スロット３，４を金属板に設ける代わりに、誘電体基板上の金属膜に設けてもよく、その場合、上述した各実施形態例と比べて製造コストは高くなるものの、誘電体による波長短縮効果によってアンテナ装置全体の小型化が促進しやすくなる。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。図１のＡ部拡大図である。第１実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。第１実施形態例に係るアンテナ装置のＳパラメータを示す特性図である。本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。従来例に係るアンテナ装置の平面図である。

符号の説明

１金属ケース
２金属平板
３，４放射スロット
３ａ，４ｃ第１スロット部
３ｂ，４ｄ第２スロット部
３ｅ，４ｆ第３スロット部
５，７給電線路
６，８接地線路
９対象軸

Claims

共通の導体部材に所定の対象軸に関して線対象な配置で開設された一対の放射スロットと、これら放射スロットをそれぞれ励振するための給電手段とを備え、
前記各放射スロットは、一側縁が前記対象軸に隣接する第１スロット部と、該第１スロット部の一端に連通して前記対象軸から離反する向きに延びる第２スロット部とを有しており、かつ、一方の放射スロットで生成される電波の偏波方向と他方の放射スロットで生成される電波の偏波方向とが直交するように設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記第１スロット部が前記対象軸に対して平行に延びていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項２の記載において、前記導体部材の外形が平面視略正方形であって、該略正方形の一方の対角線が前記対象軸と合致していると共に、前記第１および第２スロット部のなす角度が略４５度に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項３の記載において、前記放射スロットが、前記第２スロット部の前記第１スロット部と連通している側とは逆側の端部に連通して前記略正方形の外縁に沿って延びる第３スロット部を有することを特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記導体部材が金属板からなることを特徴とするアンテナ装置。
請求項５の記載において、前記各放射スロットの周縁部に前記給電手段として、該放射スロットを幅方向に挟む２箇所を基端として前記金属板の延出部分を折曲してなる２本の金属片を配設し、このうち一方の金属片を給電線路となし他方の金属片を接地線路となしたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記導体部材が誘電体基板上に形成された金属膜からなることを特徴とするアンテナ装置。