JP2006345038A

JP2006345038A - プリントアンテナ

Info

Publication number: JP2006345038A
Application number: JP2005166654A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Okugawa; 雄一郎奥川; Yoshiharu Akiyama; 佳春秋山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】広帯域にわたって水平面で無指向性となる放射特性を有し、かつ、製造コストや実装の面で優れる広帯域プリントアンテナを提供すること。
【解決手段】誘電体基板１上に、導体薄膜を用いて形成した、共平面線路（内導体３とグラウンド部分４（内導体３の左右に１つずつ存在）との組み合わせ）と放射素子２とを有するプリントアンテナにおいて、放射素子２がスロット５を具有し、該共平面線路のグラウンド部分４がスロット６を具有することを特徴とするプリントアンテナを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明はプリントアンテナに関する。

最近、無線通信分野において数ＧＨｚの帯域を低電力で利用することにより高速通信を実現する超広帯域通信（ＵＷＢ）技術が注目を集めている。また、電波を利用したセンシング分野においても、センシング精度を向上させるという点において広帯域の周波数を利用した技術が開発されはじめている。

そして、これらの技術で利用されるアンテナとしては、水平面内で無指向性であり、かつ広帯域で動作可能であるということが求められてきている。これに対して、水平面で無指向性かつ広帯域動作が可能なアンテナとしては、円錐状の２つの素子からなるバイコニカルアンテナがある。このアンテナでは、アンテナ素子の大きさが波長に対して無視できるくらい大きく、また給電部の大きさが波長に対して無視できるくらい小さい場合に、アンテナの入力インピーダンスが一定となることが理論的に知られている。また、この原理を応用したアンテナとしては、他に、半球状の素子２つから構成される球状ダイポールアンテナや、円錐状の２つの素子の一方をグラウンド板としたモノコーンアンテナがある。

特開２００４−１２９２０９号公報

従来の構成を用いた場合、バイコニカルアンテナにおいては、実際には有限長の素子を用いることになり、これによって入力インピーダンスが変化し、素子の端部付近では表面電流の反射が起こって広帯域動作が困難になってしまう問題があった。バイコニカルアンテナと同様の原理を利用している球状ダイポールアンテナや、モノコーンアンテナについても同じことが言え、広帯域にわたって放射素子部分と給電部分とのインピーダンス整合を取ることが困難であった。

また、放射特性についても、高周波領域での動作時には波長が素子に対して小さくなるため、素子内で、前記の端部付近で反射した電流と給電点からの電流とが定在波を発生させ、それにより広帯域にわたって水平面内無指向性という特性を得ることが困難であった。

現在、小型で広帯域動作が可能なアンテナとしては、上記特許文献１に記載されたアンテナ装置があるが、この場合には、涙滴型の装置を立体的に構成しなくてはならないため、製造コストや実装の面で不都合な点があった。

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、広帯域にわたって水平面で無指向性となる放射特性を有し、かつ、製造コストや実装の面で優れる広帯域プリントアンテナを提供することである。

本発明においては、上記課題を解決するために、請求項１に記載のように、
誘電体基板上に、導体薄膜を用いて形成した共平面線路及び放射素子を有するプリントアンテナであって、ｎを１以上の整数としたとき、該放射素子と、該共平面線路の２つのグラウンド部分とが、それぞれ、ｎ本のスロットを具有することを特徴とするプリントアンテナを構成する。

また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１に記載のプリントアンテナにおいて、前記放射素子が具有するスロットの長さ方向が、前記共平面線路の内導体の長さ方向に垂直であり、前記共平面線路のグラウンド部分が具有するスロットの長さ方向が前記内導体の長さ方向に平行であることを特徴とするプリントアンテナを構成する。

また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１または２に記載のプリントアンテナにおいて、前記ｎが２以上の場合に、前記放射素子が具備するスロットの幅が、前記共平面線路の内導体から該スロットまでの距離が大きい程、大きくなることを特徴とするプリントアンテナを構成する。

また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項１、２または３に記載のプリントアンテナにおいて、前記ｎが２以上の場合に、前記共平面線路のグラウンド部分が具備するスロットの幅が、前記共平面線路の内導体から該スロットまでの距離が大きい程、大きくなることを特徴とするプリントアンテナを構成する。

本発明により、従来はアンテナを立体的に構成することで広帯域化を実現していたアンテナを、プリント基板上でも同様の広帯域化を２次元的に実現できるようにしたことで、広帯域にわたって水平面で無指向性となる放射特性を有し、かつ、製造コストや実装の面で優れる広帯域プリントアンテナを提供することが可能となる。これによって、アンテナ全体の小型化が可能になると共に、製造コストの低価格化や装置への実装が行いやすくなる。ひいては、適用範囲の拡大を図ることも可能となる。

以下に、図を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図４は、本プリントアンテナの基本的な構成を示している（本発明の出発点を示すものであり、本発明の構成を示すものではない）。まず、誘電体基板１上に、導体薄膜である金属箔を用いて、三角形状の放射素子２と共平面線路による給電線を、放射素子２と共平面線路の内導体３とを接続するように、金属箔のパターンをプリントすることで、アンテナを形成する。前記共平面線路は、内導体３の片側ずつに対向する２つのグラウンド部分４を有する。

本発明では、例えば、図１に示すように、放射素子２に対しては、共平面線路のグラウンド部分４の長さ方向と平行に（すなわち、内導体３の長さ方向に垂直に）、スロット５を形成し、共平面線路のグラウンド部分４に対しては、共平面線路の内導体３の長さ方向と平行に、スロット６を形成する。放射素子２は、スロット５によって、２つの部分２ａ、２ｂに分割され、内導体３の左右に１つずつ存在するグラウンド部分４は、それぞれ、２つの部分４ａ、４ｂ（左右合計で４つの部分）に分割される。図１は、ｎ＝１の場合に対応する。

図２に示すように、放射素子２とグラウンド部分４とのそれぞれに、２本以上のスロットを形成する場合（ｎが２以上の整数である場合、図においては、ｎは２である）には、給電点（内導体３で置き換えて考えてもよい）から遠い方のスロット（図の５ａ、６ａ）は、近いほうのスロット（図の５ｂ、６ｂ）よりも幅を広く形成する。このように、放射素子２とグラウンド部分４とのそれぞれに、２本以上のスロットを形成すると、その結果、波長に対してスロットの大きさが変わり、それによって見かけ上のアンテナの大きさを変えることができ、アンテナの広帯域動作が可能となる。すなわち、スロットが波長に関して金属箔膜上を流れる電流のフィルタの役割を果たし、結果として、波長から見たアンテナの大きさが変化することで、広帯域にわたって、水平面内が無指向性かつ放射効率の良いアンテナを構成することができる。

図３は、スロットを装荷しない場合のアンテナ（図４に示す）と、スロットを装荷した場合のアンテナ（図１に示す）とにおける、３ＧＨｚでの水平面内の放射パターンの違いを計算し、比較した結果を示している。

図４のアンテナと図１のアンテナにおける水平面内の放射特性を比較すると、ロットを装荷しない場合のアンテナの放射特性（図３の曲線ａ）においては、水平面内の利得の変動が約１４ｄＢであるのに対して、本発明によるアンテナの放射特性（図３の曲線ｂ）では、水平面内の利得の変動が２ｄＢ以内に抑えられ、従来技術よりも広帯域にわたって安定した水平面内の放射特性を得ることが可能になっていることが判る。

その他、本実施の形態例では放射素子の形状を三角形状、スロット数（ｎ）を１または２としたが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、用途に合わせて種々変形して実施することが可能である。

本発明の実施の形態例を説明するための図である。本発明の実施の形態例を説明するための図である。本発明の実施の形態例におけるアンテナの放射特性と、本発明の出発点となる構成におけるアンテナの放射特性とを比較した図である。本発明の出発点となるプリントアンテナの構成を説明するための図である。

符号の説明

１：誘電体基板、２、２ａ、２ｂ、２ｃ：放射素子、３：共平面線路の内導体、４、４ａ、４ｂ、４ｃ：共平面線路のグラウンド部分、５、５ａ、５ｂ、６、６ａ、６ｂ：スロット。

Claims

誘電体基板上に、導体薄膜を用いて形成した共平面線路及び放射素子を有するプリントアンテナであって、ｎを１以上の整数としたとき、該放射素子と、該共平面線路の２つのグラウンド部分とが、それぞれ、ｎ本のスロットを具有することを特徴とするプリントアンテナ。
請求項１に記載のプリントアンテナにおいて、
前記放射素子が具有するスロットの長さ方向が、前記共平面線路の内導体の長さ方向に垂直であり、前記共平面線路のグラウンド部分が具有するスロットの長さ方向が前記内導体の長さ方向に平行であることを特徴とするプリントアンテナ。
請求項１または２に記載のプリントアンテナにおいて、
前記ｎが２以上の場合に、前記放射素子が具備するスロットの幅が、前記共平面線路の内導体から該スロットまでの距離が大きい程、大きくなることを特徴とするプリントアンテナ。
請求項１、２または３に記載のプリントアンテナにおいて、
前記ｎが２以上の場合に、前記共平面線路のグラウンド部分が具備するスロットの幅が、前記共平面線路の内導体から該スロットまでの距離が大きい程、大きくなることを特徴とするプリントアンテナ。