JP2007267214A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＵＷＢを利用した平面状のアンテナ装置であって、同軸コネクタとの半田付け部の悪影響を回避することを目的とする。
【解決手段】ＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、インピーダンスが５０Ωであるコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０を有する。インピーダンスが５０Ωのコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０は、ストリップ線路１０３と、この両側のグランドパターン１０４、１０５と、誘電体製の基板１０１とよりなる。ストリップ線路１０３の線路幅Ｓは１ｍｍ程度と広い。同軸コネクタとストリップ線路１０３の端との半田付けは、半田がストリップ線路１０３より外側にはみ出ないでなされ、半田付け部のインピーダンスも５０Ωとなる。
【選択図】図４

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特にＵＷＢ（ultra-wide band）を利用したアンテナ装置であって、平面状のアンテナ装置に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢを利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を超広帯域で通信を行う通信方式である。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには超広帯域で送受信が可能な構造が求められている。

ＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、地板と給電体から構成されたアンテナが提案されている（非特許文献１）。

図１は従来のアンテナ装置を示す。図１（Ａ）に示すアンテナ装置１０は、地板１１上に、円錐を反転させた形状の給電体１２を配置した構成である。給電体１２を構成する円錐は、その側面が軸線に対して角度θとなるように設定されている。この角度θによって所望能特性が得られる。

図１（Ｂ）に示すアンテナ装置２０は、地板１１上に、円錐体２２ａとそれに内接する球体２２ｂとから構成される涙滴状の給電体２２を配置した構成である。
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） 特開２０００−１９６３２７号公報

従来の広帯域アンテナ装置は、平板状の地板上に円錐形状又は涙滴形状の給電体を配置した構成であるので、大型であり、小型化、薄型化が望まれていた。

図２（Ａ），（Ｂ）は本出願人が先に特願２００５−３７８３９６号において出願した明細書及び図面に記載してあるＵＷＢ平面アンテナ装置３０の基本構成であり、小型化、薄型化が図られている。

ＵＷＢ平面アンテナ装置３０は、誘電体製の基板３１の上面３１ａにホームベース形状のアンテナエレメントパターン３２及びこのアンテナエレメントパターン３２より延在してマイクロストリップ線路３３が形成してあり、且つ、基板３１の裏面３１ｂにはマイクロストリップ線路３３に対面する部分にグランドパターン３４が形成してある構成である。マイクロストリップ線路３３の端に、同軸ケーブル４０の芯線４１が半田５０よって半田付けされている。同軸ケーブルの網線がグランドパターン３４に半田付けされている。基板３１の厚さは０．１ｍｍ以下である。

マイクロストリップ線路３３は、基板３１を間に介在させてグランドパターン３４と対向しており、マイクロストリップ線路型のマイクロ波伝送線路３５を形成している。このマイクロ波伝送線路３５はインピーダンスが５０Ωとなるように設計してある。

図３はインピーダンスが５０Ωのマイクロストリップ線路を設計するためのデータを示す図である。図３より分かるように、インピーダンスを５０Ωとするためには、マイクロストリップ線路３３のマイクロストリップ線路幅Ｗを０．１ｍｍ程度と狭くする必要がある。

マイクロストリップ線路３３のマイクロストリップ線路幅が狭いため、同軸ケーブル４０の芯線４１とマイクロストリップ線路３３とを接続する半田５０が、マイクロストリップ線路３３より外側に拡がってはみ出てしまうことが起きていた。

この半田のはみ出しが起きると、半田付け部のインピーダンスが５０Ωからずれてしまい、マイクロストリップ線路３３を伝送されてきたマイクロ波の一部が半田付け部で反射される現象が発生し、これが原因でＵＷＢ平面アンテナ装置１０の特性を低下させていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、アンテナエレメントパターン、前記アンテナエレメントパターンに対向しているグランドパターン、前記アンテナエレメントパターンより延在しているマイクロ波伝送線路とをを有するアンテナ装置であって、前記マイクロ波伝送線路が、コプレナ線路型である構成としたこと特徴とする。

マイクロ波伝送線路がコプレナ線路型であるため、ストリップ線路を１ｍｍ程度の線路幅とすることが出来、よって、同軸コネクタの中心導体のストリップ線路の端への半田付けを半田がストリップ線路より外側にはみ出さない状態で行なうことが出来る。よって、半田付け部についても、マイクロ波伝送線路のインピーダンスと同じインピーダンスとすることが出来、よって、半田付け部に起因する特性低下が起きないアンテナ装置を実現することが出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図４（Ａ），（Ｂ）及び図５（Ａ），（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００を示す。このＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、インピーダンスが５０Ωであるマイクロ波伝送線路が、コプレナ線路型である構成、即ち、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０を有する構成である。

ＵＷＢ平面アンテナ１００は、誘電体製の基板１０１の表面１０１ａに、アンテナエレメントパターン１０２と、ストリップ線路１０３と、二つのグランドパターン１０４，１０５とを有し、基板１０１の端に同軸コネクタ１２０が固定してある構成である。基板１０１の裏面１０１ｂには何も形成されていない。

同軸コネクタ１２０は、金属製の本体部（外部導体）１２１と、本体部１２１を貫通している中心導体１２２と、中心導体１２２の周囲を占める誘電体部（図示せず）とよりなる構成であり、インピーダンスは５０Ωである。

Ｚ１−Ｚ２はＵＷＢ平面アンテナ装置１００の軸線方向（基板１０１の長さ方向）、Ｘ１−Ｘ２は基板１０１の幅方向、Ｙ１−Ｙ２は基板１０１の厚さ方向である。

アンテナエレメントパターン１０２はホームベース形状を有する。ストリップ線路１０３はアンテナエレメントパターン１０２の突部（給電点）からＺ２方向に延在している。グランドパターン１０４、１０５は、共に、四角形状であり、アンテナエレメントパターン１０２に接近して、且つ、ストリップ線路１０３に沿って、ストリップ線路１０３よりＸ１側とＸ２側の領域に分かれて形成してある。

グランドパターン１０４、１０５は、アンテナエレメントパターン１０２に近接した位置でグランド電位部分を形成して、アンテナエレメントパターン１０２の周囲に電気力線が形成されるように機能すると共に、ストリップ線路１０３に沿う部分は、後述するように、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０の一部を構成する。

図５（Ａ）を参照するに、アンテナエレメントパターン１０２への入力インピーダンスは、給電点の部分の開き角度θに依存し、このθは約６０度である。アンテナエレメントパターン１０２の部分の寸法Ａによって下限周波数が決まり、寸法Ｂ，Ｃによって広帯域特性が決まる。このＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、図６に示すVSWR(Voltage Standing Wave Ratio)―周波数特性を有する。３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域で、VSWRは１．４以下である。また、このＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、Ｘ−Ｙ面で無指向性である。

ストリップ線路１０３と、この両側のグランドパターン１０４、１０５と、誘電体製の基板１０１とが、インピーダンスが５０Ωであるコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０を構成している。

図７はインピーダンスが５０Ωのコプレナ型ストリップ線路を設計するためのデータを示す図である。図７より分かるように、ストリップ線路１０３のストリップ線路幅Ｓは１ｍｍ程度と広くできることが分かる。本実施例では、ストリップ線路１０３のストリップ線路幅Ｓは約１ｍｍである。

上記の同軸コネクタ１２０は、中心導体１２２をストリップ線路１０３の端と半田１３０によって接続されて、且つ、本体部１２１のうち張り出し部１２１ａをグランドパターン１０４、１０５と半田付けされて、基板１０１の端に固定してある。

ここで、ストリップ線路幅Ｓは１ｍｍ程度と広いため、半田１３０は、ストリップ線路１０３の幅Ｓ内に収まって、ストリップ線路１０３より外にははみ出ない。

このため、同軸コネクタ１２０がコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０に半田付けされた部分もインピーダンスは５０Ωとされ、インピーダンスの乱れはない。よって、ストリップ線路１０３を伝送されてきたマイクロ波の一部が半田付け部で反射される現象が起きず、このため、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、特性が無用に低下してしまうことが起きず、良好な特性を有する。

ＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、同軸コネクタ１２０に同軸ケーブル（図示せず）の端の同軸コネクタ（図示せず）を接続されて使用される。アンテナエレメントパターン１０２には高周波信号が供給され、グランドパターン１０４，１０５はグランド電位とされ、アンテナエレメントパターン１０２とグランドパターン１０４，１０５とのに電気力線が形成される。

なお、同軸ケーブルの端をマイクロ波伝送線路１１０に直接に半田付けした構成にもできる。

図８（Ａ），（Ｂ）及び図９（Ａ），（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａを示す。このＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａは、前記の実施例１になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００とは、同軸コネクタ１２０に代えて、図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すソケット型同軸コネクタ２００が実装してある点が相違する。

ソケット型同軸コネクタ２００に合わせるため、図９（Ａ）に示すように、ストリップ線路１０３の端は短くしてある。

このソケット型同軸コネクタ２００は、図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、表面実装型であり、シールド部２００ａ、及び、信号線コネクト部２００ｂを絶縁部２００ｃにより一体的にモールド成形した構成である。

シールド部２００ａは、導電材より構成され、コネクト部２００ｄ及びコンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２、２００ｅ３から構成されている。コネクト部２００ｄは、略円筒状をなし、矢印Ｚ１方向に延出されており、プラグコネクタのシールドに係合する。コンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２、２００ｅ３は、コネクト部２００ｄに接続されており、絶縁部２００ｃの底面、矢印Ｚ２方向の面に表出している。

信号線コネクト部２００ｂは、導電材より構成され、接続ピン２００ｆ及びコンタクト部２００ｇから構成されている。中心導体２００ｆは、絶縁部２００ｃからコネクト部２００ｄの内周側に矢印Ｚ２方向に延出しており、プラグコネクタを装着時にプラグコネクタの信号線に接続される。コンタクト部２００ｇは、中心導体２００ｆに接続されており、絶縁部２００ｃの底面、矢印Ｚ２方向の面から表出している。

このソケット型同軸コネクタ２００は、コンタクト部２００ｇをストリップ線路１０３の端に、コンタクト部２００ｅ１をグランドパターン１０４に、コンタクト部２００ｅ２をグランドパターン１０５に夫々半田付けされて、表面実装してある。

ここで、ストリップ線路１０３の幅Ｓは１ｍｍ程度と広いため、半田がストリップ線路１０３より外にははみ出さずに、ストリップ線路１０３の幅Ｓ内に収まった状態で、コンタクト部２００ｇとストリップ線路１０３の端が半田付けしてある。

このため、ソケット型同軸コネクタ２００がコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０に半田付けされた部分もインピーダンスは５０Ωとされる。よって、ストリップ線路１０３を伝送されてきたマイクロ波の一部が半田付け部で反射される現象が起きず、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、特性が無用に低下されることが起きず、良好な特性を有する。

上記構成のＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａは、ソケット型同軸コネクタ２００が表面実装してある構成であるため、前記の実施例１になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００に比較して小型である。

ＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａは、ソケット型同軸コネクタ２００に同軸ケーブル（図示せず）の端のプラグ型同軸コネクタ（図示せず）を嵌合させて接続されて使用される。

従来のアンテナ装置の一例の構成図である。 本出願人が先に出願したＵＷＢ平面アンテナ装置の構造を示す図である。 インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップ線路を設計するためのデータを示す図である。 本発明の実施例１になるＵＷＢ平面アンテナ装置の斜視図である。 図４のＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。 図４のＵＷＢ平面アンテナ装置のVSWR−周波数特性を示す図である。 インピーダンスが５０Ωのコプレナ型ストリップ線路を設計するためのデータを示す図である。 本発明の実施例２になるＵＷＢ平面アンテナ装置の斜視図である。 図８のＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。 ソケット型同軸コネクタを示す図である。

符号の説明

１００、１００Ａ ＵＷＢ平面アンテナ装置
１０１ 誘電体製の基板
１０２ アンテナエレメントパターン
１０３ ストリップ線路
１０４，１０５ グランドパターン
１１０ コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路
１２０ 同軸コネクタ
１２１ 本体部（外部導体）
１２２ 中心導体
１３０ 半田
２００ ソケット型同軸コネクタ

Claims (4)

1. アンテナエレメントパターン、前記アンテナエレメントパターンに対向しているグランドパターン、前記アンテナエレメントパターンより延在しているマイクロ波伝送線路とをを有するアンテナ装置であって、
   前記マイクロ波伝送線路が、コプレナ線路型である構成としたこと特徴とするアンテナ装置。
2. 誘電体製の基板と、
   該基板の上面に形成してあるアンテナエレメントパターンと、
   前記基板の上面に、前記アンテナエレメントパターンより延在して形成してあるストリップ線路と、
   前記基板の上面に、前記ストリップ線路の両側に存在して形成してあるグランドパターンとを有し、
   前記ストリップ線路と、前記グランドパターンと、前記基板とが、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路を構成したこと特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記基板に、同軸コネクタが、その中心導体を前記ストリップ線路の端に半田付けされて固定してある構成としたこと特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記基板に、表面実装型の同軸コネクタが、その中心導体より延びているコンタクトを前記ストリップ線路の端に半田付けされて固定してある構成としたこと特徴とするアンテナ装置。

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