JP2007013922A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、誘電体基板と、誘電体基板に形成されたアンテナエレメントパターンと、アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、給電線に挿入されたフィルタとを有することを特徴とする。
【選択図】図3
Description
2003年 電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ、谷口琢也・小林岳彦(東京電機大)(3月22日発表 B201教室)
図3は本発明の第1実施例のブロック構成図、図4は本発明の第1実施例の斜視図、図5は本発明の第1実施例の構成図を示す。図5(A)は平面図、図5(B)は底面図、図5(C)は側面図を示す。
本実施例によれば、UWB用の平面アンテナ装置において必要であった接地パターンに対面して定数分布回路によるフィルタを形成することにより、接地パターンをアンテナエレメント112とフィルタ115とで共用することができる。これによって、小型、薄型で、多機能なアンテナ装置を提供することが可能となる。
図7は本発明の第2実施例の斜視図、図8は本発明の第2実施例の構成図を示す。同図中、図3、図4と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
ている。また、ライン211bは、長さL2が「λ/4」とされており、一端がライン211bの他端に接続され、他端がコネクタ116の信号線コネクト部116bに接続されている。
本実施例によれば、第1実施例と同様にUWB用の平面アンテナ装置において必要であった接地パターンに対面して定数分布回路によるフィルタを形成することにより、接地パターンをアンテナエレメント112とフィルタ115とで共用することができる。これによって、小型で、高機能なアンテナ装置を提供することが可能となる。
図10は本発明の第3実施例の斜視図、図11は本発明の第3実施例の構成図を示す。同図中、図4、図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図12は本発明の第4実施例の斜視図、図13は本発明の第4実施例の構成図を示す。同図中、図4、図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図15は本発明の第5実施例の斜視図を示す。同図中、図4、図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図18は本発明の第6実施例の斜視図、図19は本発明の第6実施例の構成図を示す。同図中、図4、図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図21は本発明の第7実施例の斜視図、図22は本発明の第7実施例の構成図を示す。同図中、図4、図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図25は本発明の第8実施例の斜視図、図25は本発明の第8実施例の構成図を示す。同図中、図4、図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図30は本発明の第9実施例の斜視図、図31は本発明の第9実施例の構成図を示す。同図中、図21、図22と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図32は本発明の第10実施例の斜視図、図33は本発明の第10実施例の構成図を示す。同図中、図25、図25と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図34は本発明の第11実施例の斜視図、図35は本発明の第11実施例の構成図を示す。
図36は本発明の第12実施例の斜視図、図37は本発明の第12実施例の構成図を示す。同図中、図34、図35と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図38は本発明の第13実施例の斜視図を示す。
図39は本発明の第14実施例の斜視図を示す。同図中、図38と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図40は本発明の第15実施例の斜視図を示す。同図中、図38と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
〔第16実施例〕
図42は本発明の第16実施例のブロック図、図43は本発明の第16実施例の斜視図を示す。
本実施例のアンテナ装置2000は、誘電体基板2011上に複数のアンテナエレメント2021、接地パターン2022及び分配器2023並びにコネクタ2024を搭載した構成とされている。
誘電体基板2011は、ガラスエポキシ樹脂、可撓性を有するPET樹脂、カーボン、PI、LPC(液晶ポリマ)などの誘電体を板状に成形したものであり、一面にアンテナエレメントパターン2021が形成されるとともに、分配器2023及びコネクタ2024が搭載され、他面に接地パターン2022が形成されている。
アンテナエレメントパターン2021は、誘電体基板2011上に導電パターンをエッチングすることにより形成されている。アンテナエレメントパターン2021は、略ホームベースの五角形状をなし、接地パターン2022と協働してUWB通信が可能な形状とされている。アンテナエレメントパターン2021の頂点は、分配器2023に接続されている。
分配器2023は、チップ抵抗2031から構成されている。チップ抵抗2031は、複数のアンテナエレメントパターン2021とコネクタ2024との接続点と複数のアンテナエレメントパターン2021及びコネクタ2024の間に設けられており、各経路のインピーダンスが所望のインピーダンス、例えば、50Ωとなるように形成されている。
なお、分配器2023は、抵抗によるパワーデバイダに限定されるものではなく、ラットレース形ハイブリッド回路、ブランチライン型ハイブリッド回路、1/4波長分布結合型ハイブリッド回路、位相反転形ハイブリッドリングなどの他の結合器、Y形電力分配器などであってもよい。
図44は分配器2023の変形例の構成図を示す。図44(A)はラットレース形ハイブリッド回路を用いた分配器、図44(B)はブランチライン形ハイブリッド回路を用いた分配器の構成を示している。
ラットレース形ハイブリッド回路を用いた分配器2031は、入出力ポートP1にターミネータが接続され、入出力ポートP2に第1のアンテナエレメントパターン2021が接続され、入出力ポートP3にコネクタ2024が接続され、入出力ポートP4に第2のアンテナエレメントパターン2021が接続されている。
このとき、本実施例では、第1のアンテナエレメントパターン2021が接続される入出力ポートP2と第2のアンテナエレメントパターン2021が接続される入出力ポートP4とは、コネクタ2024が接続される入出力ポートP3に対して等距離に位置するための、第1のアンテナエレメントパターン2021の送受信信号と第2のアンテナエレメントパターン2021の送受信信号とは同位相とすることができる。
ブランチライン形ハイブリッド回路を用いた分配器2032は、入出力ポートP11にターミネータが接続され、入出力ポートP12に第1のアンテナエレメントパターン2021が接続され、入出力ポートP13に第2のアンテナエレメントパターン2021が接続され、入出力ポートP14にコネクタ2024が接続されている。
このとき、本実施例では、第1のアンテナエレメントパターン2021が接続される入出力ポートP12と第2のアンテナエレメントパターン2021が接続される入出力ポートP13とは、コネクタ2024が接続される入出力ポートP14に対してλ/4の距離に位置するための、第1のアンテナエレメントパターン2021の送受信信号と第2のアンテナエレメントパターン2021の送受信信号とは位相が90度変移する。
接地パターン2022は、誘電体基板2011のアンテナエレメントパターン2021が形成される面とは反対の面に導電パターンをエッチングすることにより形成されている。接地パターン2022は、複数のアンテナエレメントパターン2021の五角形状の部分を除く、五角形状の頂点より分配器2023及びコネクタ1024の側の部分に形成されている。
コネクタ2024は、同軸ケーブルへの接続を行うコネクタであり、信号線接続部2041と接地線接続部2042とから構成されている。コネクタ2024の信号線接続部2041は、導電パターン2051を介して分配器2023に接続されている。コネクタ2024の接地線接続部2042は、接地パターン2022に接続されている。
なお、本実施例では、分配器2023により2つのアンテナエレメントパターン2021を接続するようにしたが、分配器2023を複数段接続することにより3以上のアンテナエレメントパターン2021を接続することも可能である。
〔第1変形例〕
図45は本発明の第16実施例の第1変形例のブロック図、図46は本発明の第16実施例の第1変形例の斜視図を示す。同図中、図42、図43と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本変形例のアンテナ装置2100は、複数のアンテナエレメントパターン2021と分配器2023との間にフィルタ回路2110を有する構成とされている。
フィルタ回路2110は、例えば、図3、図4に示すようなスタブ付リングフィルタ、あるいは、チップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗を用いたフィルタ回路から構成されている。
なお、フィルタ回路2110の周波数特性は、送受信周波数に応じて設定されており、複数のアンテナエレメントパターン2021毎に異なる周波数特性、あるは、同一周波数となるように設定される。
また、複数のアンテナエレメントパターン2021毎にアッテネータを設けるようにしてもよい。
〔第2変形例〕
図47は、本発明の第16実施例の第2変形例の構成図を示す。同図中、図42、図43と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本変形例の複数のアンテナエレメントパターン2021は、その延在する方向が互いに異なる方向となるように形成されている。例えば、図47では、第1のアンテナエレメントパターン2021と第2のアンテナエレメントパターン2021とが互いに90度の角度となるように形成されている。
図48は、本発明の第16実施例の第2変形例の動作説明図を示す。
図48に示すように複数のアンテナエレメントパターン2021は、各正面方向矢印A1、A2方向に電力の分布のNULL点を有するため、その延在する方向が互いに異なる方向となるように形成することにより、図47に示すように正面方向、矢印B方向の電力の分布のNULL点を相殺できることができる。よって、アンテナ正面が明確になるので、アンテナの設置が容易となる
〔第3変形例〕
図49は、本発明の第16実施例の第3変形例の斜視図を示す。同図中、図42、図43と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本変形例のアンテナ装置2200は、誘電体基板2211を複数の誘電体層2212を積層した積層構造とし、中間層に接地パターン2213を形成し、その上下層にアンテナエレメントパターン2021を形成した構成とされている。
本実施例によれば、複数のアンテナエレメントパターン2021を積層して配置できるため、誘電体基板2211を小型化することができ、よって、アンテナ装置2200を小型化できる。
なお、複数のアンテナエレメントパターン2021は、図47に示すようにその延在する方向が互いに異なる方向となるように形成するようにしてもよい。
〔その他〕
なお、上記第1〜第15実施例では、アンテナエレメントパターンとしてUWBなど超広帯域平面アンテナエレメントを例に説明を行なっているが、アンテナエレメントパターンは、狭帯域、あるいは、広帯域用平面アンテナエレメントで構成するようにしてもよい。
さらに、アンテナエレメントパターンへの給電線は、誘電体基板表面に形成されたストリップラインで構成しているが、ストリップラインを接地パターンで囲むようにしてもよい。
図50はストリップラインの変形例の構成図を示す。
図50に示すように誘電体基板2200を複数の誘電体層2211を積層した構造とし、その中間層にストリップライン2212を形成し、上下の誘電体層、及び、左右に接地パターン2213を形成して、ストリップライン2212を接地パターン2213で囲む構成としてもよい。
〔第17実施例〕
また、誘電体からなる多面体の表面にアンテナエレメントパターンを形成するようにしてもよい。
図51は本発明の第17実施例の斜視図を示す。
本実施例のアンテナ装置3000は、金属部3011、誘電体部3012、複数のアンテナエレメントパターン3013、分配器3014から構成されている。金属部3011は、金属材を四角柱状に成形した構成とされており、接地される。誘電体部3012は、一端が金属部3011の周囲を囲み、他端が金属部3011の先端から延長された形状の四角柱状に成形された焼成された構成とされている。
アンテナエレメントパターン3013は、誘電体部3012の四側面の金属部3011より延長された部分に形成されている。アンテナエレメントパターン3013は、前述のアンテナエレメントパターン2021などと同じ形状とされている。
分配器3014は、誘電体部3012の底面に搭載されたチップ抵抗3021などにより構成されており、複数のアンテナエレメントパターン3013と信号端子3031との間に設けられ、信号端子3031の信号を複数のアンテナエレメントパターン3013に分配する。なお、分配器3014は、図44(A)に示すラットレース形ハイブリッド回路を用いた分配器、図44(B)に示すブランチライン形ハイブリッド回路を用いた分配器であってもよい。
なお、金属部3011は、接地端子3032に接続されている。接地端子3032は、誘電体部3012の底面から外部に延出しており、接地される。
なお、本実施例では、四角柱状を例に説明を行ったが、N角柱(Nは3以上の整数)形状としてもよい。また、形状も角柱に限定されるものではなく、多角錐体、多面体などであってもよい。
複数のアンテナエレメントパターン3013を傾けて配置するようにしてもよい。これによって、電力の分布のNULL点をなくすことができる。
1100、1200、1300、1400、1500 アンテナ装置
101 同軸ケーブル、102 送受信ユニット
111、2011 誘電体基板、112、2021 エレメントパターン
113、2022 接地パターン
114 ストリップライン、115 フィルタ、116 コネクタ
121 スタブ付リングフィルタ
2000、2100 アンテナ装置
2023 分配器、2024 コネクタ
Claims (36)
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成されたアンテナエレメントパターンと、
前記アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、
前記給電線に挿入されたフィルタとを有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記フィルタは、導電パターンにより形成された分布定数回路から構成されたことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
- 前記フィルタは、前記給電線の途中に配置されたスタブ付リングフィルタから構成されたことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
- 前記フィルタは、前記給電線から延出されたスタブにより構成されたことを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
- 前記給電線は、ストリップライン又は、マイクロストリップラインから構成されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
- 前記誘電体基板は、可撓性を有する材料から構成されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
- 狭帯域アンテナ装置、又は、広帯域アンテナ装置を構成することを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成されたアンテナエレメントパターンと、
前記誘電体基板に形成され、前記アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、
前記給電線に挿入され、前記給電線上の信号レベルを調整する信号レベル調整手段を有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記信号レベル調整手段は、アッテネータ又は増幅回路であることを特徴とする請求項8記載のアンテナ装置。
- 前記給電線は、ストリップライン又は、マイクロストリップラインから構成されていることを特徴とする請求項9記載のアンテナ装置。
- 前記誘電体基板は、可撓性を有する材料から構成されていることを特徴とする請求項8記載のアンテナ装置。
- 狭帯域アンテナ装置、又は、広帯域アンテナ装置を構成することを特徴とする請求項8記載のアンテナ装置。
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成されたアンテナエレメントパターンと、
接地パターンと、
前記アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、
信号線が前記給電線に接続され、接地線が前記接地パターンに接続されたコネクタとを有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記コネクタは、表面実装コネクタから構成されたことを特徴とする請求項13記載のアンテナ装置。
- 前記表面実装コネクタは、前記誘電体基板に形成されたスルーホールを介して前記接地パターンに接続されたことを特徴とする請求項13記載のアンテナ装置。
- 前記誘電体基板は、可撓性を有する材料から構成されており、
前記表面実装コネクタは、前記誘電体基板を折り返すことにより前記接地パターンに接続されることを特徴とする請求項13記載のアンテナ装置。 - 狭帯域アンテナ装置、又は、広帯域アンテナ装置を構成することを特徴とする請求項13記載のアンテナ装置。
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成されたアンテナエレメントパターンと、
前記誘電体基板に形成された接地パターンと、
前記アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、
信号線が前記給電線に接続され、接地線が前記接地パターンに接続された同軸ケーブルとを有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記同軸ケーブルは、前記誘電体基板に形成されたスルーホールを介して前記接地パターンに接続されたことを特徴とする請求項18記載のアンテナ装置。
- 前記誘電体基板は、可撓性を有する材料から構成されており、
前記同軸ケーブルは、前記誘電体基板を折り返し、前記ストリップラインと前記接地パターンとを同一面に配置して、前記接地線を前記接地パターンに接続したことを特徴とする請求項18記載のアンテナ装置。 - 狭帯域アンテナ装置、又は、広帯域アンテナ装置を構成することを特徴とする請求項18記載のアンテナ装置。
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に形成された平衡給電型アンテナエレメントパターンと、
前記誘電体基板の一方の面に形成され、前記平衡給電型アンテナエレメントパターンに給電を行なう平衡給電路とを有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記平衡給電路に接続されたフィルタとを有することを特徴とする請求項22記載のアンテナ装置。
- 前記フィルタは、前記平衡給電路から延出されたスタブから構成されたことを特徴とする請求項22記載のアンテナ装置。
- 前記誘電体基板は、可撓性を有する材料から構成されていることを特徴とする請求項22のいずれか一項記載のアンテナ装置。
- 狭帯域アンテナ装置、又は、広帯域アンテナ装置を構成することを特徴とする請求項22のいずれか一項記載のアンテナ装置。
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成された複数のアンテナエレメントパターンと、
前記アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、
前記複数のアンテナエレメントパターンと前記給電線とを接続する分配器とを有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記分配器は、電力分配器から構成されていることを特徴とする請求項27記載のアンテナ装置。
- 前記分配器は、ラットレース形ハイブリッド回路から構成されていることを特徴とする請求項27記載のアンテナ装置。
- 前記分配器は、ブランチライン形ハイブリッド回路から構成されていることを特徴とする請求項27記載のアンテナ装置。
- 前記複数のアンテナエレメントパターンは、互いに異なる方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項27記載のアンテナ装置。
- 前記複数のアンテナエレメントパターンと前記分配器との間にフィルタ回路を有することを特徴とする請求項27記載のアンテナ装置。
- 前記複数のアンテナエレメントパターンは、UWBの通信が可能な形状とされていることを特徴とする請求項27記載のアンテナ装置。
- 誘電体部と、
前記誘電体部の表面に形成された複数のアンテナエレメントパターンと、
前記アンテナエレメントパターンに接続された給電線と、
前記複数のアンテナエレメントパターンと前記給電線とを接続する分配器とを有することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記誘電体部は、多角柱から構成されており、
前記複数のアンテナエレメントパターンは、前記誘電体部の側面に形成されていることを特徴とする請求項34記載のアンテナ装置。 - 前記分配器は、前記誘電体部の底面に形成されていることを特徴とする請求項34記載のアンテナ装置。
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