JP2007159064A - アンテナとそれを用いた無線装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域および高利得のアンテナを得る。
【解決手段】少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメント２１の一端をグランド部２１に接続する。折れ曲がり部２１aから内角を分割する方向に給電部２２を形成して同軸ケーブル２７を接続する。アンテナエレメント２１に矢印ＦＡの方向に電流が流れると、給電部２２には、この電流の流れを阻止する矢印ＦＧ1に電流が励起される。矢印ＦＣの方向に電流が流れると、給電部２２には、矢印ＦＧ2の方向に電流が励起される。矢印ＦＧ1と矢印ＦＧ2の方向は互いに逆向きであることから打ち消しあうこととなり、給電部２２等に励起される電流が減少する。アンテナエレメント２１での効果的な共振が阻害されるなどして、アンテナ特性が悪化してしまうことを防止でき、広帯域および高利得のアンテナを実現できる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、アンテナとそれを用いた無線装置および電子機器に関する。詳しくは、少なくとも１つの折れ曲がり部を有するアンテナエレメントをグランド部に接続して、例えば逆Ｆアンテナを構成する。この逆Ｆアンテナの給電部は、折れ曲がり部から該折れ曲がり部の内角を分割する方向に形成して、この給電部に給電線路を接続するものである。

無線通信機能を有する電子機器では、電子機器の小型化のために、従来使用されていたダイポールアンテナやホイップアンテナ等に換えて、特許文献１や特許文献２の発明のような逆Ｆアンテナを用いることが行われている。このような逆Ｆアンテナを用いるものとすれば、アンテナを電子機器に内蔵することも容易となる。

特願２００１−５７１５０５号公報 特開２００４−１５３８６１号公報

ところで、逆Ｆアンテナは、近傍にグランド部や金属部品がない状態で使用される上述のダイポールアンテナやホイップアンテナ等に比べると低利得，狭帯域である。

図５は、従来の逆Ｆアンテナの構成を示している。この逆Ｆアンテナ９０は、アンテナエレメント９１がアルファベットのＦを横倒しにしたような形状になっているため、逆Ｆアンテナと呼ばれている。

アンテナエレメント９１のグランド部９５と略平行な部分には、給電部９２が設けられている。給電部９２には、この給電部９２が設けられているアンテナエレメント９１の方向に対して直交する方向に、同軸ケーブル９７が設けられる。また、同軸ケーブル９７の内導体９７１は給電部９２と接続されて、外導体９７２はグランド部９５に接続される。

ここで、アンテナエレメント９１の近くに金属、例えば上述のグランド部９５が設けられている場合、グランド部９５には、アンテナエレメント９１に流れる電流によって生じた電界を打ち消すような向きに電流が流れる。例えば図５に示すように、アンテナエレメント９１のグランド部９５と略平行な部分に、矢印ＦＡの方向に電流が流れると、グランド部９５には、この電流の流れを阻止する方向である矢印ＦＢの方向に電流が励起される。同様に、アンテナエレメントにおけるグランド部と略垂直な部分に、矢印ＦＣの方向に電流が流れると、同軸ケーブルには、この電流の流れを阻止する方向である矢印ＦＤの方向に電流が励起される。

この矢印ＦＢや矢印ＦＤの方向に流れる電流は、アンテナエレメント９１に流れる電流を打ち消すように作用するため、アンテナの帯域が狭くなり利得も低くなる。また、グランド部９５の電気抵抗によって電力が失われたり、給電線路である同軸ケーブル９７の外導体９７２に漏れ電流が流れることで、アンテナエレメント９１での効果的な共振の阻害等が生じて、さらにアンテナ特性が悪化する。特に、アンテナエレメント９１とグランド部９５の結合によってアンテナ特性を制御できるようにアンテナエレメント９１とグランド部９５の間をスリットで隔てて結合させたような特許文献２のアンテナは特性の劣化が大きい。

そこで、この発明では、広帯域および高利得のアンテナとそれを用いた無線装置および電子機器を提供するものである。

この発明に係るアンテナとそれを用いた無線装置および電子機器は、少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメントと、このアンテナエレメントが接続されるグランド部と、折れ曲がり部から該折れ曲がり部の内角を例えば２等分する方向に形成した給電部と、給電部に接続される同軸ケーブルやマイクロストリップライン等の給電線路を用いて、アンテナが構成される。給電部を形成する折れ曲がり部は、給電線路とインピーダンスが整合する位置に設けられる。また、アンテナエレメントとグランド部と給電部は誘電体板の板面に沿って配置される。さらに、無線装置や電子機器では、このように構成されたアンテナを用いて情報信号等の無線通信が行われる。

この発明によれば、アンテナエレメントに設けた少なくとも１つの折れ曲がり部から、この折れ曲がり部の内角を分割する方向に給電部が形成されて、この給電部に給電線路が接続される。このため、アンテナエレメントに電流が流れても、このアンテナエレメントに流れる電流を打ち消すように作用する誘起電流、すなわち給電部や給電線路等の金属部分に誘起される電流が小さくなり、広い帯域と高い利得をもったアンテナを実現できる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１に本発明のアンテナを用いて無線通信を行うことができる電子機器１０の構成を示している。

電子機器１０の制御部１１は、メモリ部１２等に記憶されている種々のアプリケーションプログラムを実行して、制御部１１に接続されている表示部１３の画面上に種々の映像を表示させる表示制御を行う。また、制御部１１は、後述するアンテナ２０を用いて無線信号の送受信処理等の制御を行う。制御部１１には操作部１４が接続されており、制御部１１は操作部１４で行われたユーザ操作等に応じて表示制御や通信制御等を行う。なお、メモリ部１２には、プログラムだけでなく種々のデータ等も記憶されており、必要に応じてメモリ部１２から読み出して用いられる。

また、制御部１１は、信号処理等を行い送信用の情報信号を生成して、後述する通信部１５に供給することで、この情報信号に基づいた送信信号を通信部１５で生成させる。また、通信部１５で受信信号の処理を行うことにより得られた情報信号が供給されたとき、この情報信号の信号処理を行う。

通信部１５の送受信信号処理部１５１は、制御部１１から供給された情報信号を例えばパケット化して、このパケット化された信号に検出訂正用符号や送信先アドレスや送信元アドレス等を示すヘッダ情報等を付加してベースバンドの送信信号を生成して、送受信部１５２に供給する。また、送受信信号処理部１５１は、送受信部１５２からベースバンドの受信信号が供給されたとき、受信信号のヘッダ情報に基づき、自己宛の受信信号を抽出する。さらに、受信信号の誤り検出訂正処理を行い、処理後の受信信号から情報信号を取りだして、制御部１１に供給する。

送受信部１５２は、送受信信号処理部１５１から供給された送信信号の変調処理や周波数変換処理を行い、無線周波数の送信信号を生成してアンテナ２０に供給する。また、送受信部１５２は、アンテナ２０から供給された無線周波数の受信信号に対して周波数変換処理や復調処理を行い、得られたベースバンドの受信信号を送受信信号処理部１５１に供給する。

アンテナ２０は、無線信号の送受信を行う。図２は、アンテナ２０の構成を示している。アンテナ２０には、少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメント２１と、アンテナエレメント２１の一端が接続されるグランド部２５が設けられている。

アンテナエレメント２１の長さは、アンテナ２０の共振周波数での波長に依存し、一般にその長さは、受信する無線信号の１／４波長程度とする。なお、アンテナエレメントのレイアウト上、さらに折り曲げる必要がある場合は、アンテナエレメント２１の他端（グランド部と接続されていない先端部）をグランド部２５に対して垂直方向となるように折り曲げる。

アンテナエレメント２１の折れ曲がり部２１aには、この折れ曲がり部２１aの内角を分割する方向に給電部２２を形成する。給電部２２には、給電線路である同軸ケーブル２７の内導体２７１を接続する。また、同軸ケーブル２７の外導体２７２は、グランド部２５と接続する。給電部２２が形成される折れ曲がり部２１aは、給電線路とインピーダンスが整合する位置に設けるものとする。このように、インピーダンスが整合する位置に折れ曲がり部２１aを設けるものとすると、リターンロスの少ない良好な特性を得ることができる。

このように、折れ曲がり部２１aから該折れ曲がり部の内角を分割する方向に給電部２２を形成すると、アンテナエレメント２１におけるグランド部２５と略平行な部分に、矢印ＦＡの方向に電流が流れたとき、給電部２２には、この電流の流れを阻止する方向である矢印ＦＧ1の方向に電流が励起される。同様に、アンテナエレメント２１におけるグランド部２５と略垂直な部分に、矢印ＦＣの方向に電流が流れると、給電部２２には、この電流の流れを阻止する方向である矢印ＦＧ2の方向に電流が励起される。ここで、矢印ＦＧ1と矢印ＦＧ2の方向は互いに逆向きであることから打ち消しあうこととなり、給電部２２に励起される電流を減少させることができる。さらに、内角を２等分する方向に給電部２２を形成すれば、矢印ＦＧ1に誘起される電流と矢印ＦＧ2の方向に誘起される電流が略等しくなり、給電部２２に励起される電流を略打ち消すことができる。

また、アンテナエレメント２１とグランド部２５において、互いの辺の向きが垂直となる部分では、アンテナエレメント２１に電流が流れてもグランド部２５には励起電流は流れない。さらに、アンテナエレメント２１とグランド部２５が略平行する部分では、アンテナエレメント２１とグランド部２５の間隔が広く設定されていることから、アンテナエレメント２１におけるグランド部２５と略平行な部分に、実線で示す矢印ＦＡの方向に電流が流れたとき、グランド部２５に励起される破線で示す矢印ＦＢの方向の電流は小さいものとなる。また、アンテナを小型化するために、アンテナエレメント２１の先端部が折り曲げられても、この先端部は、グランド部２５に対して略垂直方向とすることで、先端部に電流が流れても、グランド部２５に励起電流は流れない。

したがって、図２に示すようにアンテナを構成すれば、給電部２２等に励起電流が生じて電波の放射が妨げられたり、同軸ケーブル２７の外導体２７２に漏れ電流が流れることでアンテナエレメントでの効果的な共振が阻害されるなどして、アンテナ特性が悪化してしまうことを防止することが可能となり、広帯域および高利得のアンテナを実現できる。また、周囲の金属部分に誘起される電流が小さいため、アンテナと他の電子部品との干渉が抑えられて、他の電子部品からのノイズによる影響が少ない状態で動作させることができる。

次に、アンテナ２０の製造方法について説明する。アンテナ２０を製造する場合、例えばりん青銅等の平板を用いてプレス加工を行い、アンテナエレメントとグランド部およびアンテナエレメントの折れ曲がり部に給電部を設けた導体平板を形成する。次に、導体平板の両面を樹脂フィルム、例えばポリエステルフィルム等の耐熱性フィルムでラミネートする。さらに、樹脂フィルムの一部をエッチングしてグランド部と給電部に接続用穴を形成し、導体平板を露出させる。通信部と接続するための同軸ケーブルの内導体は、接続用穴を介して給電部の導体平板と接続する。また、同軸ケーブルの外導体は、接続用穴を介してグランド部の導体平板に接続する。

このようにしてアンテナを製造すると、導体平板が樹脂フィルムで補強されることとなり、導体平板の変形を防止することができる。また、同軸ケーブルを半田で接続する際の熱、あるいは使用時の周辺機器からの加熱による溶融や変形を防ぐことができる。特に、ポリエステルフィルムは、耐熱性、耐水性、耐摩耗性に優れているので、導体平板をキズ、破損、汚れ等から防ぎ、長期間にわたって美しく保護することができる。

また、アンテナは、プリント基板を用いて構成するものとしてもよい。プリント基板例えばエポキシ樹脂銅張積層板を用いる場合、銅箔上に、アンテナエレメントとグランド部およびアンテナエレメントの折れ曲がり部に給電部を設けたエッチングレジストパターンを形成したのちエッチングを行い、不要な部分の銅箔を除去する。次に、エッチングレジストを除去したのちソルダーレジストを印刷する。このソルダーレジストには、グランド部と給電部に接続用穴を形成しておき銅箔を露出させる。通信部と接続するための同軸ケーブルの内導体は、接続用穴を介して給電部と接続する。また、同軸ケーブルの外導体は、接続用穴を介してグランド部に接続する。

このようにアンテナを構成すると、従来のプリント基板製造方法を用いて簡単かつ容易にアンテナを形成できるので、アンテナを安価に提供することが可能となる。さらに、アンテナが安価となることから、無線装置や電子機器も安価に提供できる。

また、上述のように、アンテナエレメントとグランド部と給電部を、樹脂フィルムやエポキシ樹脂銅張積層板等の板面に沿って配置することで、アンテナを薄型化できる。

図３は、プリント基板を用いて構成されたアンテナの具体例を示している。アンテナ３０には、アンテナエレメント３１とグランド部３５が設けられている。アンテナエレメント３１の折れ曲がり部３１aには、折れ曲がり部３１aから該折れ曲がり部の内角を例えば２つに等分割する方向に給電部３２が形成されている。また、アンテナエレメント３１の長さが無線信号の周波数に対応した長さとなるように、アンテナエレメント３１の先端が折り曲げられている。また、グランド部３５のアンテナエレメント側の端部は、グランド部３５の下側に設けられる他の部品の端部（一点鎖線で示す）と位置が一致するように設定されている。

さらに、アンテナ３０には、アンテナ３０を筐体７０の所定位置に固定するための位置決め穴３３aがグランド部３５の中央に、また位置決め穴３３bがアンテナエレメント３１とグランド部３５の中間に形成されている。さらに、位置決め用切り欠き３３cがアンテナ３０の外縁に形成されている。なお、アンテナ３０の外縁には、他の部品の突起部分７１aを避けるための切り欠き３３dと、突起部分７１bを避けるための切り欠き３３eが形成されている。この位置決め穴３３a，３３bと位置決め用切り欠き３３cに、位置決めピン７２a，７２b，７２cが挿通されて、アンテナ３０が筐体７０内の所定位置に位置決めされる。

ここで、給電部３２が形成される方向には、位置決め穴３３bが設けられている。このため、給電部３２は、位置決め穴３３bに近接したとき、この位置決め穴３３bの外縁を沿うように円弧状の形状とする。給電部３２の先端には、ソルダーレジストの接続用穴を形成しておき、この接続用穴を介して同軸ケーブル２７の内導体２７１と給電部３２の銅箔を接続する。また、グランド部３５において、給電部３２の先端と対向する位置にもソルダーレジストの接続用穴を形成しておき、この接続用穴を介して同軸ケーブル２７の外導体２７２とグランド部３５の銅箔を接続する。

このように、アンテナエレメント３１の折れ曲がり部３１aに、折れ曲がり部から該折れ曲がり部の内角を分割する方向に給電部３２を形成して、この給電部３２には同軸ケーブル２７の内導体２７１を接続する。また、同軸ケーブル２７の外導体２７２はグランド部３５と接続することで、広帯域で高利得のアンテナを実現できる。また、アンテナエレメント３１の内部に流れる電流によって、その周囲の金属部分に誘起される電流が小さいため、アンテナ３０と他の電子部品の干渉が抑えられ、ノイズの少ない状態で動作させることができる。

ところで、上述の形態では同軸ケーブル２７を用いて給電部２２（３２）と通信部１５を接続するものとしたが、通信部１５と給電部２２（３２）の接続は、他の給電線路を用いることもできる。図４は、給電線路としてマイクロストリップラインを用いた場合のアンテナ４０の斜視図を示している。なお、図４では、アンテナ４０の構成を容易に理解できるように、一部を断面として示している。

アンテナ４０は、積層基板構成として、誘電体層４１の上面に導体層４２、誘電体層４１の下面に導体層４３を設ける。

導体層４２には、アンテナエレメント５１とグランド部５５を設ける。グランド部５５は、後述する給電部５２の側端位置にそれぞれスリット５６a，５６bを形成することで、給電線路であるマイクロストリップラインの線路パターン５７を形成する。

アンテナエレメント５１の折れ曲がり部５１aには、折れ曲がり部５１aから該折れ曲がり部の内角を例えば２つに等分割する方向に給電部５２を形成する。この給電部５２は、マイクロストリップラインの線路パターン５７と接続されている。

グランド部５５のアンテナエレメント側の端部と導体層４３の端部の位置は、略同じ位置となるように構成して、導体層４３とグランド部５５は、スルーホールやビア等の層間接続部６０で接続する。

このようにアンテナ４０を構成して、線路パターン５７と通信部１５を接続すれば、同軸ケーブルを用いることなく、給電部５２と通信部１５をマイクロストリップラインで接続することができる。したがって、同軸ケーブルの内導体を給電部に接続したり、外導体をグランド部に接続するために、同軸ケーブルの端部を処理して内導体や外導体を露出させたり、露出された内導体や外導体を半田付けする等の作業が不要となり、無線装置や電子機器の組立てを簡単かつ容易とすることができる。

電子機器の構成を示す図である。 アンテナの構成を示す図である。 アンテナの具体例を示す図である。 給電線路としてマイクロストリップラインを用いた場合の構成を示す図である。 従来の逆Ｆアンテナの構成を示す図である。

符号の説明

１０・・・電子機器、１１・・・制御部、１２・・・メモリ部、１３・・・表示部、１４・・・操作部、１５・・・通信部、２０，３０，４０，９０・・・アンテナ、２１，３１，５１，９１・・・アンテナエレメント、２１a，３１ａ、５１ａ・・・折れ曲がり部、２２，３２、５２，９２・・・給電部、２５，３５，５５、９５・・・グランド部、２７、９７・・・同軸ケーブル、４１・・・誘電体層、４２，４３・・・導体層、５６a，５６b・・・スリット、５７・・・線路パターン、６０・・・層間接続部、７０・・・筐体、１５１・・・送受信信号処理部、１５２・・・送受信部、２７１、９７１・・・内導体、２７２、９７２・・・外導体

Claims (8)

1. 少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントの一端が接続されるグランド部と、
   前記折れ曲がり部から該折れ曲がり部の内角を分割する方向に形成した給電部と、
   前記給電部に接続される給電線路を有する
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 前記給電部は、前記折れ曲がり部の内角を２等分する方向に配置した
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 前記給電部が形成される前記折れ曲がり部は、前記給電線路とインピーダンスが整合する位置に設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
4. 前記アンテナエレメントと前記グランド部と前記給電部は、誘電体板の板面に沿って配置した
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
5. 前記給電線路として、同軸ケーブルを用いるものとし、該同軸ケーブルの内導体を前記給電部に接続し、外導体を前記グランド部に接続した
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
6. 前記給電線路としてマイクロストリップ線路を用いた
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
7. 少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントの一端が接続されるグランド部と、
   前記折れ曲がり部から該折れ曲がり部の内角を分割する方向に形成した給電部と、
   前記給電部に接続される給電線路と、
   送信信号を生成して前記給電線路に供給し、あるいは前記給電線路から供給された受信信号の処理を行う通信部とを有する
   ことを特徴とする無線装置。
8. 少なくとも１つの折れ曲がり部を設けたアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントの一端が接続されるグランド部と、
   前記折れ曲がり部から該折れ曲がり部の内角を分割する方向に形成した給電部と、
   前記給電部に接続される給電線路と、
   送信信号を生成して前記給電線路に供給し、あるいは前記給電線路から供給された受信信号の処理を行う通信部と、
   前記通信部に対して情報信号を供給して該情報信号に基づいた送信信号を生成させる、あるいは前記通信部で前記受信信号の処理を行うことにより得られた情報信号の処理を行う信号処理部とを有する
   ことを特徴とする電子機器。

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