JP2007259063A

JP2007259063A - アンテナ

Info

Publication number: JP2007259063A
Application number: JP2006080711A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fukuchi; 圭介福地
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US7830321B2; CN101043103B; CN101043103A; US20070222694A1

Abstract

【課題】広帯域な周波数帯をカバーすると共に、特定波長のＶＳＷＲ特性を改善し、さらにアンテナ利得も増大させることができるアンテナを提供する。
【解決手段】矩形の導体板１０にボウタイ状スロット１１を形成し、そのボウタイ状スロット１１の中央部で対向する一方の頂角部１２ａ側の導体板１０の上辺に導体板１０から延びる補助素子１５を形成し、そのボウタイ状スロット１１の中央部で対向する一方の頂角部１２ａに給電部１３を、他方の頂角部１２ｂにグランド部１４を形成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ、特に、次世代・超高速通信方式であるＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）通信機器用に適用可能なアンテナに関するものである。

ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）は、ワイヤレスで、光ファイバ以上の高速通信が可能になる技術であり、２．４ＧＨｚ帯を利用するブルートゥース（登録商標）や現行の５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）等を利用する無線ＬＡＮに代わる通信手段として期待されている。

ＵＷＢは、３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚという広帯域で且つマルチバンドな周波数領域を用いて１００Ｍ〜１Ｇ／ｂｐｓという高速データ通信を実現する通信方式であり、これに用いるアンテナには、これまでにない広帯域性が求められる。

現状第１期のＵＷＢ通信には、３〜５ＧＨｚの帯域が使用されていることがほぼ決まっている。さらにワイヤレスＬＡＮなどの併用を考慮した場合、２．３〜６ＧＨｚの帯域をカバーすることが望まれる。

従来のＵＷＢ用アンテナとしては、特許文献１に提案されるように、ホームベース形状の導体を誘電体で挟み、ベースボール形状の頂部を電源を挟んでグランドに接続したもの、特許文献２に提案されるようなシェルピンスキーアンテナを改良したもの、特許文献３に示されるようにパッチアンテナを改良したものなど種々のアンテナが提案されている。

特開２００５−９４４３７号公報特開２００４−３４３４２４号公報特開２００５−９４４９９号公報

しかしながら、小型且つ薄型でありながら、２．３〜６ＧＨｚといったような広帯域をカバーし、かつ比帯域５０％以上の広帯域アンテナは実現できていない。

本発明の目的は、広帯域な周波数帯をカバーすると共に、特定波長のＶＳＷＲ特性を改善し、さらにアンテナ利得も増大させることができるアンテナを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、矩形の導体板にボウタイ状スロットを形成し、そのボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の導体板の上辺に導体板から延びる補助素子を形成し、そのボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部に給電部を、他方の頂角部にグランド部を形成したアンテナである。

請求項２の発明は、ボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の導体板の上辺から延びる補助素子は、導体板の上辺の略中央から垂直に立ち上がった後、導体板の上辺からある一定の間隔を保ったまま導体板の上辺に沿って形成される請求項１記載のアンテナである。

請求項３の発明は、金属板を打ち抜いて、矩形の導体板を形成すると共に、その導体板にボウタイ状スロットと、そのボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の導体板の上辺に導体板から延びる補助素子とを形成した請求項１又は２記載のアンテナである。

請求項４の発明は、ボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の両側或いは一側に、ボウタイ状スロットに沿って延びる補助アンテナ素子が形成される請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナである。

請求項５の発明は、矩形の導体板に菱形状やテーパー形状の異形スロットを形成すると共に、その異形スロットの横角部から矩形の導体板の縦辺にかけて切り欠きスロットを形成し、上記一方の横角部に給電部を形成し、その給電部と接する導体板の上辺に補助素子を形成し、他方、切り欠きスロットを介して対向する他方の横角部にグランド部を形成したアンテナである。

請求項６の発明は、異形スロットは、横長の菱形状、横長テーパー形状に形成され、その異形スロットは、矩形の導体板の上辺側に位置するように形成されて、異形スロットから矩形の導体板の下辺側にグランド片が形成される請求項５記載のアンテナである。

請求項７の発明は、補助素子は、切り欠きスロットが形成された側の導体板の上辺端部から垂直に立ち上がった後、導体板の上辺からある一定の間隔を保ったまま導体板の上辺に沿って形成される請求項５または６記載のアンテナである。

請求項８の発明は、導体板の上辺の略中央部から給電部が形成された縦辺に向かって鉤状の切り欠きスリットを形成して導体板の上辺部に補助素子が形成される請求項５または６記載のアンテナである。

請求項９の発明は、異形スロットの上記一方の横角部に、異形スロットに沿って延びる補助アンテナ素子が形成される請求項５〜８のいずれかに記載のアンテナである。

本発明は、ボウタイ状スロットアンテナによる共振に、独立した任意の共振を与えることができる。

以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。

図１、図２は、本発明のアンテナＡ１の一実施の形態を示したもので、図１はアンテナ形状を示し、図２は、そのアンテナのＶＳＷＲ（ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ）特性を示したものである。

図１において、１０は厚さ０．１〜０．５ｍｍの金属板をプレスで打ち抜いて形成した導体板で、矩形状に形成され、その矩形状の導体板１０にボウタイ状スロット１１がプレス打ち抜きで形成される。

矩形状の導体板１０に形成するボウタイ状スロット１１は、例えば図示のように二等辺三角形の頂部を向かい合わせてに二つ並べて連結した形状に形成される。

このボウタイ状スロット１１の中央部で対向する一方の頂角部１２ａに給電部１３が形成され、他方の頂角部１２ｂにグランド部１４が形成される。

この給電部１３側の導体板１０の上辺１０ａに導体板１０から延びる補助素子１５が形成される。

補助素子１５は、導体板１０の上辺１０ａの略中央から垂直に立ち上がった後、導体板１０の上辺１０ａからある一定の間隔を保ったまま導体板１０の上辺に沿って形成される。

なお、ボウタイ状スロット１１の中央部で対向する一方の頂角部１２ａの両側に、図示の二点鎖線で示したように、ボウタイ状スロット１１に沿って延びる補助アンテナ素子１６、１６を形成してもよい。またこの補助アンテナ素子１６は、図では頂角部１２ａの両側に形成したが、いずれか一側に形成するようにしてもよい。

給電部１３とグランド部１４は、図示していないが同軸ケーブルを介して信号発生モジュールもしくは検査装置に接続される。

次に、本発明のアンテナＡ１と図３、図４に示したボウタイ状スロットアンテナＢとの違いとＶＳＷＲ特性について説明する。

一般に、ボウタイ状スロットアンテナВは、図３に示すように、グランド板となる金属板３０にボウタイ（蝶ネクタイ）状のスリット（もしくはスロット）３１を作製し、そのスリット３１が一番狭くなっている頂角部の金属面に給電部３３とグランド部３４を形成して給電する。

このボウタイ状スロットアンテナＢのＶＳＷＲ特性は、図４に示すように、３〜５．５ＧＨｚ帯で良好な特性ｂをもつが、２．３〜２．７ＧＨｚのＶＳＷＲ特性が悪い。

そこで、図１で説明したように補助素子１５を形成することで、図２に示すように、図示の点線で示したＶＳＷＲ特性ｂが実線で示したＶＳＷＲ特性ａに変化させることができる。

すなわち、補助素子１５を追加することで、２．３〜２．７ＧＨｚ帯に新たな共振ピークを発現できる。

この共振ピークの周波数は、補助素子１５の長さを変えることにより、ボウタイアンテナによる共振周波数とは独立でその周波数を変えることができる。

この補助素子１５は、共振周波数ｆｃ＝ｃ／λｃ（ｃは光速）で与えられる共振周波数λｃにおいて、λ／４素子として機能する。

例えば、２．４ＧＨｚ帯に新たな共振ピークを追加する場合、素子長ｌは、
ｌ＝ｃ／（２．４×１０⁹ ）／４＝３×１０^-2（ｍ）
となる。

また補助素子１５による共振、および利得を大きくするため、上辺１０ａと補助素子１５の間隔は１ｍｍ以上とすることが望ましい。

なお、図１の実施の形態では、ボウタイ状スロット１１の形状を、二等辺三角形の頂部を向かい合わせてに二つ並べて連結した形状にした例で説明したが菱形を二つ並べた形状にしても、∞形状に形成してもよい。

図５は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

上述した実施の形態においては、導体板１０にボウタイ状スロット１１を形成する例を示したが、低周波数側の共振を得るためには、ボウタイ状スロット１１の長さが長くなり、ノートＰＣ等に設置するにはさらなる小型化が必要である。

そこで、本実施の形態では、図１で示したアンテナを、略中央で分割したアンテナにして、さらに小型化できるようにしたものである。

すなわち図５に示すように、銅合金等の金属板をプレス等にて打ち抜いて、矩形の導体板２０を形成し、その矩形の導体板２０に、横長の菱形状からなる異形スロット２１を形成すると共にその異形スロット２１の一側の横角部２２ａ、２２ｂから矩形の導体板２０の一方の縦辺２０ｃにかけて逆Ｌ字状の切り欠きスリット２７を形成し、その切り欠きスリット２７を介して対向する一方の横角部２２ａに給電部２３を形成し、他方の横角部２３ｂにグランド部２４を形成し、一方の縦辺２０ｃの給電部２３側の上辺２０ａ端部から垂直に立ち上がった後、その上辺２０ａからある一定の間隔を保ったまま導体板２０の上辺２０ａに沿って延びる補助素子２５が設けられてアンテナＡ２が構成される。

また、異形スロット２１には、図示の二点鎖線で示したように、切り欠きスリット２７で対向する給電側の横角部２２ａから異形スロット２１に延びる補助アンテナ素子２６を形成する。

この菱形状の異形スロット２１は、矩形の導体板２０の上辺２０ａ側に位置するように形成されて、異形スロット２１から矩形の導体板２０の下辺側に、上辺側より面積が大きいグランド片２０ｇが形成されようにする。

なお、切り欠きスリット２７は、逆Ｌ字状に形成することで、両横角部２２ａ、２２ｂとが横に並んだ状態となり、同軸ケーブル（図示せず）を接続する際に、縦辺２０ｃと直角になり、同軸ケーブルがグランド片２０ｇと離れるためアンテナ特性に影響を与えることがない。

図６，図７は、図５に示したアンテナＡ２のＶＳＷＲ特性を示したものである。

菱形の異形スロット２１と補助アンテナ素子２６によるＶＳＷＲ特性ｄは、図７に示すように異形スロット２１により３〜４ＧＨｚ、補助アンテナ素子２６により５〜６ＧＨｚに共振したＶＳＷＲ特性ｄを得ることができるが、補助素子２５を導体板２０に付加することにより、図６に示すように、２．３ＧＨｚ近辺の新たな共振をもつＶＳＷＲ特性ｃをもつアンテナＡ２を作ることができる。

この新たな共振により、隣接する２．８ＧＨｚ付近のＶＳＷＲが高くなるが、そもそもこの領域を使用周波数とするシステムがなければ、アンテナとして共振している必要はない。

すなわち、２．３〜２．５ＧＨｚには、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ（いわゆる無線ＬＡＮ）、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（いわゆるＷｉＭＡＸ）等がシステムとして既にある、或いは今後予定されているが、２．６〜３ＧＨｚの周波数帯では、今後もモバイル機器を対象としたアンテナでこの周波数帯を網羅する必要はない。

よって、この周波数帯にＶＳＷＲ特性が悪化したとしても実用では何ら問題はない。

本実施の形態では、補助素子２５を付加する前と後では、２．３ＧＨｚ帯におけるＶＳＷＲ特性が大きく改善されたことが分かる。

なお、本実施の形態では、補助素子２５により、低周波数側に新たな共振を付与したが、本発明はこれに限るものでなく、補助素子２５の共振長さを変えることで、いずれの周波数帯においてもボウタイ状スロットによる共振の他に新たな共振を付与することができる。

図８は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものである。

図５の実施の形態では、上辺２０ａの端部から垂直に立ち上げた後、上辺に沿って一定の間隔を保って延びるように補助素子２５を設ける例で説明したが、図８の実施の形態においては、導体板２０の上辺２０ａの略中央部から給電部２４が形成された側の縦辺２０に向かって鉤状の切り欠きスリット２８を形成して導体板２０の上辺部に補助素子２５ａを形成したものである。

このように鉤状の切り欠きスリット２８にて補助素子２５ａを形成することで、補助素子２５ａに対してグランド部となる面積を大きくできる。

また、一般にボウタイ状スロットアンテナは、周囲の金属部（グランド部）の面積が大きい方が共振、利得とも大きく取れる傾向がある。図８のアンテナＡ３は、異形スロット２１に対する周囲のグランド面積が、図５のアンテナＡ２の異形スロット２１に対する周囲のグランド面積を大きくできるため、アンテナ利得が増大する。

本発明の一実施の形態を示す図である。図１のＶＳＷＲ特性を示す図である。従来のボウタイ状スロットアンテナを示す図である。図３のＶＳＷＲ特性を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。図６のＶＳＷＲ特性を示す図である。図５のアンテナにおいて、補助素子を付加していないアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０、２０導体板
１１ボウタイ状スロット
１２ａ，１２ｂ頂角部
１３、２３給電部
１４、２４グランド部
１５、２５、２５ａ補助素子
１６、２６補助アンテナ素子
２１異形スロット

Claims

矩形の導体板にボウタイ状スロットを形成し、そのボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の導体板の上辺に導体板から延びる補助素子を形成し、そのボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部に給電部を、他方の頂角部にグランド部を形成したことを特徴とするアンテナ。
ボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の導体板の上辺から延びる補助素子は、導体板の上辺の略中央から垂直に立ち上がった後、導体板の上辺からある一定の間隔を保ったまま導体板の上辺に沿って形成される請求項１記載のアンテナ。
金属板を打ち抜いて、矩形の導体板を形成すると共に、その導体板にボウタイ状スロットと、そのボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の導体板の上辺に導体板から延びる補助素子とを形成した請求項１又は２記載のアンテナ。
ボウタイ状スロットの中央部で対向する一方の頂角部側の両側或いは一側に、ボウタイ状スロットに沿って延びる補助アンテナ素子が形成される請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ。
矩形の導体板に菱形状やテーパー形状の異形スロットを形成すると共に、その異形スロットの横角部から矩形の導体板の縦辺にかけて切り欠きスリットを形成し、上記一方の横角部に給電部を形成し、その給電部と接する導体板の上辺に補助素子を形成し、他方、切り欠きスリットを介して対向する他方の横角部にグランド部を形成したことを特徴とするアンテナ。
異形スロットは、横長の菱形状、横長テーパー形状に形成され、その異形スロットは、矩形の導体板の上辺側に位置するように形成されて、異形スロットから矩形の導体板の下辺側にグランド片が形成される請求項５記載のアンテナ。
補助素子は、切り欠きスリットが形成された側の導体板の上辺端部から垂直に立ち上がった後、導体板の上辺からある一定の間隔を保ったまま導体板の上辺に沿って形成される請求項５または６記載のアンテナ。
導体板の上辺の略中央部から給電部が形成された縦辺に向かって鉤状の切り欠きスリットを形成して導体板の上辺部に補助素子が形成される請求項５または６記載のアンテナ。
異形スロットの上記一方の横角部に、異形スロットに沿って延びる補助アンテナ素子が形成される請求項５〜８のいずれかに記載のアンテナ。