JP2007005874A - 多周波用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】情報端末機器等の内部に組込むアンテナにおいて、通信感度に優れ、小型で構造がシンプルなアンテナを提供する。
【解決手段】給電点Ｐ１が付与されるエレメント部１とアースポイントＰ２が付与されるグランド板４とが短絡部３を介して接続され、且つ、エレメント部１が短絡部３に接続された高周波側放射エレメント１ａと、その端部から折り返し状に延出し、高周波側放射エレメント１ａとは逆方向に指向し、終端部Ｂがグランド板４の縁部４ａに向け直角に折り曲げられた低周波側放射エレメント１ｂとからなる２周波用アンテナにおいて、高周波側放射エレメント１ａとグランド板４の縁部４ａと短絡部３とでスリットＳ１を形成し、最大共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能させる。又、高周波側放射エレメント１ａと低周波側放射エレメント１ｂと短絡部３とグランド板４の縁部４ａとで、斜線で示すようなＬ字状スリットを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる多周波用小型アンテナに関する。

近年の無線ＬＡＮあるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（近距離無線データ通信システム）搭載のＰＤＡ等においては、アンテナの多周波化とともに小型化の要求がますます強くなってきている。
そこで、本出願人は先に、図４に示すようなデュアルタイプの小型アンテナを提案した（特願２００４−１０１３７４）。このアンテナにおいては、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）と短絡部（３）とでスリット（Ｓ１）（後述する“第一のスリット”）を形成するとともに、同軸ケーブル（５）の内部導体をスリット（Ｓ１）の開放端部に位置する給電点（Ｐ１）に、そして外部導体をアースポイント（Ｐ２）に接続し、エレメント部（１）に給電することによりスリット（Ｓ１）が高周波側放射エレメント（１ａ）の共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能するように工夫されている。なお、（１ｂ）は低周波側放射エレメント、そして、（Ａ）は高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）との接続部である。
しかるに、このようなアンテナにおいては、そこそこの通信品質は確保されるものの、設置スペースが厳しい場合にはエレメント部の寸法が問題となることが判明した。更に、この場合には、周辺の導電性部品とエレメント部とが電磁的に干渉するため、インピーダンス整合が困難になることも判明した。
それゆえ、より小型でシンプルな構造で尚且つ、インピーダンス整合の容易な多周波用アンテナが実現されれば、その意義は多大である。

したがって、本発明の課題は、小型でシンプルな構造にして十分な帯域幅を有することで通信感度に優れた多周波用アンテナを提供することにある。
更に、本発明の他の課題は、インピーダンス整合の容易な多周波用アンテナを提供することにある。

本発明者等は、図４に示した多周波用アンテナの低周波側放射エレメントの左方（図面の左上部）で、先端部をＬ字状に曲げてその端末部をグランド板と対面（対峙）させる構造とすることに着目した。その結果、図１の斜線部で示すように、高周波側放射エレメントと低周波側放射エレメント及び短絡部とで一端が開放されたＬ字状の第二のスリットが付加的に形成されるので、エレメント部が更に小型化される。しかも、該第一のスリットが該高周波側放射エレメントの共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能するので、所望の通信感度も実現される。
更に、本発明によれば、該第一のスリット（図４）に面した端部に切込部を設けることにより、インピーダンス整合が容易になることを究明された。

本発明のアンテナでは従来と比較して、以下の格別顕著な効果が奏される。
（１）上記の低周波側放射エレメントの先端部をＬ字状に曲げたエレメント配置とすることにより放射エレメント部が小型化される。
（２）上記の第一のスリットが該高周波側放射エレメントの共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能するので、通信感度が向上する。
（３）上記の第一のスリットに面した放射エレメントの端部に切込部を設けることにより、インピーダンス調整が容易となる。
（４）上記の放射エレメントの構成本数を増やすことにより、３周波以上の多周波アンテナに対しても容易に対応できる。
（５）平面アンテナだけでなく立体アンテナ等の各種形態のアンテナに対しても対応でき、多用途での適用が期待される。

以下、上述した第一のスリットによる共振点を最大共振周波数に設定した２周波対応のアンテナの場合について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の２周波用アンテナの一例を示す正面図である。
図２は、図１のアンテナに給電用同軸ケーブルを取り付けた際の斜視図である。
図３は、２周波に対応した本発明のアンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ）を示す図（グラフ）である。
図４は、２周波に対応した先願発明のアンテナの一例を示す斜視図である。
図１及び図２において、（１）、（１ａ）、（１ｂ）、（３）、（４）、（５）（図２）、（Ａ）、（Ｓ１）、（Ｐ１）及び（Ｐ２）は、図４の場合と同じである。一方、（２）は、切込部、そして、（Ｂ）は低周波側放射エレメント（１ｂ）の先端部である。更に、（Ｌ）は高周波側放射エレメント（１ａ）の長さ、（Ｌ１）はスリット（Ｓ１）の長さ、（Ｌ２）は高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）との間隔（スリット幅）、（Ｌ３）は切込部（２）の幅、（Ｌ４）は切込部（２）の深さである。
このようなアンテナにおいては、高周波側放射エレメント（１ａ）は短絡部（３）を介してグランド板（４）と平行に形成され、更に、該エレメント（１ａ）の終端部から接続部（Ａ）を経て低周波側放射エレメント（１ｂ）がＬ字状に折り返す形でグランド板（４）と平行に形成されている。そして、高周波側放射エレメント（１ａ）と短絡部（３）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とで一端が開放された直線状の第一のスリット（Ｓ１）が形成される。更に、低周波側放射エレメント（１ｂ）の終端部（Ｂ）はＬ字状に折り返す形でグランド板（４）に向かって直交するよう配され、したがって、その端末部はグランド板（４）と対向している。その結果、図１の斜線で示すように、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）と短絡部（３）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とで一端が開放されたＬ字状の第二のスリット（Ｓ２）が形成される。
本発明で先ず特徴的なことは、第一のスリット（Ｓ１）に加えて、一端が開放された第二のＬ字状のスリット（Ｓ２）を付加的に形成している点にある。こうすることで、図４の低周波側放射エレメント（１ｂ）と比較して、その横幅が短縮されるので、スペースを有効に活用することができる。その結果、低周波側放射エレメント部の寸法・形状の小型化が実現される。
更に、本発明の好ましい態様においては、高周波用放射エレメント（１ａ）の長さ（Ｌ）とスリット（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）との関係が（Ｌ）＞（Ｌ１）を満足するとき、スリット（Ｓ１）の開放部近傍に位置する給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）との相互作用により、このスリット（Ｓ１）の部分にスリットアンテナの機能が付与される。これによりアンテナの帯域幅拡大効果が格段に向上するので、感度に優れたアンテナが実現できる。
この点について、以下に詳細に説明する。
本発明では、２周波の内、高周波側の共振点近傍での帯域幅を広げて通信感度を改善するため、スリット部（Ｓ１）での共振周波数を高周波側放射エレメント（１ａ）の共振周波数近傍とすることが肝要である。これにより、スリット（Ｓ１）が高周波側放射エレメント（１ａ）の共振周波数近傍の共振周波数で共振するので、アンテナの帯域幅を広げることができる。スリット（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）は、高周波側放射エレメント（１ａ）の長さ（Ｌ）の近傍の長さであればよい。具体的には、（Ｌ）＞（Ｌ１）あるいは（Ｌ）＜（Ｌ１）のいずれかに設定すればよい。この場合、エレメント部（１）及びグランド板（４）の幅をより小型化するためには、図１に示すように、（Ｌ）＞（Ｌ１）とするのが特に好ましい。これにより、スリット（Ｓ１）が高周波側放射エレメント（１ａ）より高い最大共振周波数で共振するので、アンテナの帯域幅を広げることができる。
具体的に述べると、帯域幅１００ＭＨｚ（メガヘルツ）〜２ＧＨｚ（ギガヘルツ）が確保できるよう、高周波側放射エレメント（１ａ）の共振周波数に応じてスリット部（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）を調整して共振周波数を設定すればよい。この結果、十分な通信感度が実現される。
更に、本発明で重要なことは、給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）の位置である。即ち、給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）の位置が、スリット（Ｓ１）の開放部近傍に位置していることが肝要である。何故なら、給電点（Ｐ１）の位置がこのような位置にあることで、最大共振周波数のスリットアンテナとして共振させることが可能となり、アンテナの帯域幅を広げることができるからである。更に言えば、給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）の位置は、スリット（Ｓ１）になるべく近い位置が望ましい。なぜなら、同軸ケーブル（５）からスリット（Ｓ１）への給電距離が短くなり、給電損失が少なくなるので、スリット（Ｓ１）に誘起される電界強度が強くなり、感度が向上する。
又、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）との間隔、つまりスリット幅（Ｌ２）も重要である。何故なら、この間隔（Ｌ２）が広すぎると、スリット（Ｓ１）に誘起される電磁界が弱くなり、帯域を広げる効果が無くなり、反対に、この間隔が狭すぎると干渉を起こす等の不安定状態になる。このことから、（Ｌ２）は、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲で調整することが好ましい。
以上の構成により、本発明のアンテナには十分な通信感度が付与されるが、インピーダンス整合をより容易にするためには、図１に示すように、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）との接続点（Ａ）近傍の高周波側放射エレメント（１ａ）上にスリット（Ｓ１）に面した切込部（２）を設けるのが有効である.これにより、スリット（Ｓ１）による帯域幅拡大効果と、切込部（２）によるインピーダンス整合効果との２つの効果の相乗作用により、感度に優れしかも、インピーダンス調整が容易なアンテナが実現できる。この切込部（２）の幅（Ｌ３）は０．１ｍｍ〜５ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍで、深さ（Ｌ４）は ０．５ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍである。更に、切込部（２）の形状は、三角形、方形状、あるいは円弧状等いずれの形でもよい。

次に、本発明のその余の構成について説明する。
本発明においては、エレメント部（１）の各放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）の長さは採択しようとする波長の概ね１／４の長さに設定し、他方、その幅は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲から適宜採択する。更に、その厚さについては格段の制約はないが、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度で十分である。又、スリット（Ｓ２）を構成する高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）との間隔は、安定した動作を確保するため、それぞれに１ｍｍ以上であることが好ましい。これらの間隔が１ｍｍ未満では干渉等の不安定現象が生じる懸念がある。
これらの放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）の材質としては、洋白（白銅）、銅、鉄、黄銅等の導電性の金属が望ましい。高周波側放射エレメント（１ａ）及び低周波側放射エレメント（１ｂ）の作成にあたっては、これら金属の一枚板を打ち抜いて、切込部（２）、短絡部（３）及びグランド板（４）と一体打ち抜き体としてもよい。あるいは、平板状絶縁性基板上に銅箔のような金属薄膜を貼り付けた状態で、該金属膜をエッチングして所望のアンテナ形状を得るのも有用である。
又、グランド板（４）については、安定したアンテナ動作を得るためには、グランド板（４）の必要最低面積（ｍｍ２）はλ／４＊λ／４（λは波長）以上を満足することが望ましい。したがって、より安定したアンテナ動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすることが好ましい。短絡部（３）については、エレメント部（１）とグランド板（４）とを接続する機能を呈する限り、その形状は任意である。
給電用同軸ケーブル（５）としては、周知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが採用される。このケーブル（５）の内部導体の終端は、スリット（Ｓ１）の開放部近傍、すなわち該ケーブル（５）が該開放端を跨ぐ状態で給電点（Ｐ１）に接続し、外部導体はグランド板（４）上に設けられたアースポイント（Ｐ２）に接続する。同軸ケーブル（５）を給電点（Ｐ１）及びアースポイント（Ｐ２）に接続するには、ハンダ付あるいは超音波接続等を利用すればよい。
以上の説明では、スリットの共振点を最大共振周波数に設定した例を説明したが、本発明は、これに限定されることなく、これ以外の共振周波数に設定することも可能である。アンテナ自体は、上述の板金による平面アンテナ以外にアンテナ取付け空間の状況に応じて立体アンテナあるいは基板アンテナに展開できることは言うまでもない。
又、上記の説明では２周波の例を示したが、放射エレメントの構成本数に応じて３周波以上の多周波に展開できることは言うまでもない。
更に、本発明では、スリット部の共振点を最大共振周波数近傍に設定し２周波近傍での帯域を広げたが、この代りにスリット部を別の第３周波用エレメントとして設定すれば、図２の態様で３周波にも対応可能であることを付言しておく。

以下に、図１〜図２に示した２周波対応のアンテナを、パソコン内蔵用として適用する例について示す。
「実施例１」
1.
放射エレメント（１ａ）、（１ｂ）、及びグランド板（４）の作成
先ず、高周波側放射エレメント（１ａ）として、４．５ＧＨｚの波長に対応する長さ（Ｌ）が１８ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのエレメントを形成する。その際、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）とは１．０ｍｍの間隔（スリット（Ｓ１）の幅（Ｌ２））を開けて平行に配置した。更に、グランド板（４）の縁部（４ａ）の長さ（スリット（Ｓ１）の長さ（Ｌ１）に対応）は、高周波側放射エレメント（１ａ）の共振周波数４．５ＧＨｚより高い周波数である５．５ＧＨｚの波長に対応する１６ｍｍとした。又、短絡部（３）は、長さ１ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍとした。
これにより、高周波側放射エレメント（１ａ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）及び短絡部（３）とにより、長さ（Ｌ１）が１６ｍｍ、幅（Ｌ２）が１．０ｍｍで共振周波数が５．５ＧＨｚのスリット部（Ｓ１）が形成された。
次に、低周波側放射エレメント（１ｂ）として、２．４ＧＨｚの波長に対応した幅１．５ｍｍ、長さ２８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのエレメントを、高周波側放射エレメント（１ａ）から該エレメント端とは逆方向に指向するように形成した。この際、低周波側放射エレメント（１ｂ）は高周波側放射エレメント（１ａ）とは２ｍｍの間隔を開けて平行に配置した。更に、低周波側放射エレメント（１ｂ）の先端部（Ｂ）はグランド板（４）の縁部（４ａ）に向かって３ｍｍの長さで直角に曲げた。これにより、高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）とグランド板（４）の縁部（４ａ）及び短絡部（３）とにより、図１に示すような、幅が３ｍｍ、長さが１９ｍｍのＬ字状スリット部（Ｓ２）が形成された。
このとき、エレメント部の材質は洋白（白銅）とし、一方、グランド板（４）は、高さ３２ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの洋白とした。
又、給電点（Ｐ１）は、スリット（Ｓ１）の開放部近傍、即ち図１に向かって、スリット（Ｓ１）の開放部に面した高周波側放射エレメント（１ａ）の右端角近傍の位置に設け、一方アースポイント（Ｐ２）の位置も、スリット（Ｓ１）の開放部近傍、即ち図１に向かって、スリット（Ｓ１）に面したグランド板（４）の縁（４ａ）上の給電点（Ｐ１）に対面する位置とした。
２．アンテナの完成
最後に、給電用同軸ケーブル（５）として、外径１．１３ｍｍ、内部導体径０．２４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）被覆の高周波同軸ケーブルを用意し、その先端部で内部導体および外部導体を露出させた。そして、該ケーブルがスリット（Ｓ１）の開放部を跨ぐ形で、該内部導体の終端部を給電点（Ｐ１）に、そして該外部導体をアースポイント（Ｐ２）にそれぞれハンダにより接続することにより、パソコン内蔵用アンテナ（１）を得た。
このアンテナの帯域幅を測定したところ、図３に示すように、ＶＳＷＲが２以下の帯域が１５００ＭＨｚと十分に確保でき、十分な通信特性が得られた。
「実施例２」
実施例1において、スリット（Ｓ１）に面した高周波側放射エレメント（１ａ）上に切込部（２）を設ける以外は全て実施例１と同様としてアンテナを作成した。その際、切込部（２）は、中心が高周波側放射エレメント（１ａ）の右端から１．５ｍｍの位置に幅（Ｌ３）が１．２ｍｍ、深さ（Ｌ４）が１．５ｍｍに形成した。
このアンテナのインピーダンス調整を行ったところ、希望するインピーダンスに容易に調整できることが確認できた。
以上、本発明をパソコンに内蔵するアンテナの例で説明したが、本発明の思想の範囲内であれば、種々の応用が可能であることは言うまでもない。

本発明のアンテナはコンパクトで、しかも安定した通信特性を具備するので、パソコンの他に、ＰＤＡ、携帯電話、或いはＶＩＣＳ等、各種情報端末機器のみならず、通信機能を有した情報家電、更には自動車関連機器へも同様に利用できる。

２周波に対応した本発明のアンテナの一例を示す正面図である。 図１のアンテナに給電用同軸ケーブルを取り付けた際の斜視図である。 ２周波に対応した本発明のアンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示す図（グラフ）である。 ２周波に対応した先願のアンテナの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ エレメント部
１ａ 高周波側放射エレメント
１ｂ 低周波側放射エレメント
２ 切込部
３ 短絡部
４ グランド板
４ａ グランド板（４）の縁部
５ 給電用同軸ケーブル
Ａ 高周波側放射エレメント（１ａ）と低周波側放射エレメント（１ｂ）
との接続部
Ｂ 低周波側放射エレメント（１ｂ）の先端部
Ｓ１ 第１のスリット
Ｓ２ 第２のスリット
Ｌ 高周波側放射エレメント（１）の長さ
Ｌ１ スリット（Ｓ１）の長さ
Ｌ２ スリット（Ｓ１）の幅
Ｌ３ 切込部（２）の幅
Ｌ４ 切込部（２）の深さ
Ｐ１
給電点
Ｐ２ アースポイント

Claims (7)

1. 給電点が付与されるエレメント部とアースポイントが付与されるグランド板とが短絡部を介して接続され；且つ、該エレメント部が該短絡部に接続された高周波側放射エレメントと；該高周波側放射エレメントの端部から折り返し状に延出してその先端部が該高周波側放射エレメントとは逆方向に指向し、更に、該先端部の端末部が該グランド板と対面する方向に指向するような低周波側放射エレメントとを含み；その際、該高周波側放射エレメント部と該グランド板と該短絡部とで一端が開放された第一のスリットを形成し；且つ、該高周波側放射エレメントと該低周波側放射エレメント及び該短絡部とで一端が開放されたＬ字状の第二のスリットを形成し；更に、該第一のスリットの開放部近傍に給電点及びアースポイントを設けることにより、該第一のスリットが該高周波側放射エレメントの共振点近傍に共振点を有するスリットアンテナとして機能するようにしたことを特徴とする多周波用アンテナ。
2. 該高周波側放射エレメントが第一のスリットより長い請求項１に記載の多周波用アンテナ。
3. 該第一のスリットに面した高周波側放射エレメントの端部に切込部を設けた請求項１又は２に記載の多周波用アンテナ。
4. 該切込部が０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの幅を有する請求項３に記載の多周波用アンテナ。
5. 該切込部が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの深さを有する請求項３又は４に記載の多周波用アンテナ。
6. 該第一のスリットの共振点が最大共振周波数乃至その近傍にある請求項１〜５のいずれかに記載の多周波用アンテナ。
7. 該第一のスリットの幅が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載の多周波用アンテナ。
   
   
   
   

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