JP2007311935A - 平面アンテナ - Google Patents

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Abstract

【課題】 アンテナ形状を大きくすることなく、更に広帯域化を実現することができる平面アンテナを提供する。
【解決手段】 第１放射素子１と第２放射素子２とのギャップＧは、短辺４の寸法Ｌ２の略１０分の１以下である。寸法Ｌ１は、低域側の第１共振周波数ｆ１の波長λ１の略４分の１である。寸法Ｌ２は、高域側の第２共振周波数ｆ２の波長λ２の略０．３〜０．４倍である。第１放射素子１は、スリット８を有する。スリットなしに比べて、低域側の第１共振周波数ｆ１よりも更に低域側に第３共振周波数ｆ３を発生することができる。スリット８を含む寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法である。この寸法Ｌ３は、第３共振周波数ｆ３の波長λ３の略０．２〜０．３倍である。また、寸法Ｌ３を可変しても、ｆ１とｆ２へは影響せず、ｆ３を独立に制御可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面アンテナに関するもので、特に、多共振化および広帯域化が可能な平面アンテナに関する。
広帯域の平面アンテナがある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の平面アンテナにあっては、低域側の第１共振周波数と高域側の第２共振周波数との間がほぼフラットで広帯域の特性を得ることができる。低域側の第１共振周波数の波長λ１は、平面アンテナの台形形状の両側辺と短辺を合わせた寸法Ａに関連しており、寸法Ａ＝略λ１／２の関係にある。
図１３は、この構造図概略である。図１３の（ａ）において、寸法Ｌ１は、寸法Ａの半分を示す。アンテナ３００は、銅板の第１放射素子３１と第２放射素子３２をポリイミド樹脂３４で張り合わせるなどして作成される。第１放射素子３１と第２放射素子３２は、ギャップＧの部分で離れて対向する。ギャップＧの部分には銅板がなくてポリイミド樹脂のみであるために、折れ曲がりに対する強度が弱い。
また、図１３の（ｂ）において、同軸ケーブル３５の心線３５ａは、給電点３３に半田付けされる。同軸ケーブル３５のＧＮＤ３５ｂは、第２放射素子３２に半田付けされる。そのため、同軸ケーブル３５は、第２放射素子３２と重なる構造となる。そのため、アンテナ３００を搭載する携帯無線装置などにおいて、ＬＣＤ３６や他の基板などを実装する場合、アンテナ３００とＬＣＤ３６などを含めた厚さｔが大きくなってしまう。
特開２００６−３３０６９号公報（第４〜６頁、図１、図４）
アンテナを搭載する携帯無線装置においては、更なる多周波化、広帯域化が求められている。そのために、特許文献１の平面アンテナにおいて、更に低域側の帯域を広げるためには、寸法Ａ、すなわち台形の辺の長さを長くする必要があり、アンテナ形状が大きくなってしまう。
また、特許文献１の平面アンテナにおいては、折れ曲がりに対する強度が弱い。また、同軸ケーブルの配置上、携帯無線装置などの厚さが大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、アンテナ形状を大きくすることなく、更に広帯域化を実現することができる平面アンテナを提供することを目的とする。また、折れ曲がりに対する強度などを改善した平面アンテナを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の平面アンテナは、平面状の第１放射素子及び第２放射素子を有する平面アンテナであって、前記第１放射素子の第１の部分外周と、少なくとも当該第１の部分外周と等しい長さを有する前記第２放射素子の第２の部分外周とが、当該第１の部分外周の長さの略１０分の１以下のほぼ等間隔で対向し、前記第１放射素子は、前記第１の部分外周の両端を結ぶ直線と略平行な第３の部分外周と、前記第１の部分外周の略中央に位置する給電点と、当該第１の部分外周以外の外周で開放し前記第１放射素子の内部で閉塞するスリット部とを有し、前記給電点から前記閉塞端を経由し前記スリット部に沿った前記開放端までの距離が、前記第１の部分外周の半分と、当該第１の部分外周と前記第３の部分外周の一端同士を結ぶ２つの部分外周の内の長い方とを合わせた距離よりも長いことを特徴とする。
本発明によれば、アンテナ形状を大きくすることなく、更に広帯域化を実現することができる平面アンテナを得ることができる。また、折れ曲がりに対する強度などを改善した平面アンテナを得ることができる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
実施例１は、背景技術に比べて更に広帯域化を実現するためのものである。
図１は、実施例１に係るダイポールタイプの平面アンテナの構成を説明する図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）にスリット形状の異なる実施例を示す。アンテナ１００は、第１放射素子１、第２放射素子２、給電点３などから構成される。
第１放射素子１は、台形の平行な辺の短辺４（第１の部分外周）と長辺５（第３の部分外周）、側辺６、側辺７の台形状の平面である。給電点３は、第１放射素子１の短辺４の中央部分に接続されて給電する。また、第１放射素子１は、実施例１の特徴であるスリット８を有する。第２放射素子２は、スリット８以外は、第１放射素子１と類似の形状であり、第１放射素子１の短辺４と第２放射素子２の短辺（第２の部分外周）とは微小ギャップＧだけ離れて略平行に対向する。なお、第２放射素子２の短辺の長さは、第１放射素子１の短辺４より長くてもよい。
点線で示した寸法Ｌ１は、給電点３から短辺４に沿って側辺６の端部までの寸法である。なお、側辺６と側辺７の長さは異なってもよい。その場合、寸法Ｌ１は、給電点３から短辺４に沿って、長い方の側辺の端部までの寸法である。短辺４の長さを寸法Ｌ２とする。この寸法Ｌ１、寸法Ｌ２と共振周波数との関係は後（図２、図３）で説明する。
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で、実施例１の特徴であるスリット８の形状について、以下に説明する。
（ａ）において、スリット８は、閉塞端８ａが給電点３近傍にあり、そこから長辺５近傍へ垂直に延び、そこから長辺５と平行に延びて、開放端８ｂが側辺７側で開放している。点線で示した寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法である。開放端８ｂと右上端部１ａは近接しているため、寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂまでの寸法として定義してもほぼ同じである。
（ｂ）において、スリット８は、長辺５の近傍に長辺５と平行に設けられる。スリット８は一方は閉塞端８ａであり、他方は開放端８ｂとして側辺７側で開放している。点線で示した寸法Ｌ３は、（ａ）と同様に、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法である。開放端８ｂと右上端部１ａは近接しているため、寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂまでの寸法として定義してもほぼ同じである。
（ｃ）において、スリット８は、閉塞端８ａが台形形状の内部にあり、そこから左方向へ延び、更に垂直方向へ延び、開放端８ｂが長辺５側で開放している。点線で示した寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂまでの寸法である。
（ｄ）は、（ａ）に比べて、スリット８はほぼ同じであるが、台形の右上端部１ａが更に長辺５の右方向に延びた形状である。点線で示した寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法である。開放端８ｂと右上端部１ａが離れているので、右上端部１ａまでの寸法で定義する。
（ｅ）は、（ａ）に比べて、スリット８は同じであるが、新たに、スリット９を設ける。スリット９は、閉塞端９ａが閉塞端８ａ近傍にあり、そこからスリット８の垂直部分に沿って長辺５へ垂直に延び、開放端９ｂが長辺５側で開放している。点線で示した寸法Ｌ３は、（ａ）と同様に、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法である。開放端８ｂと右上端部１ａは近接しているため、寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂまでの寸法として定義してもほぼ同じである。
なお、（ａ）、（ｄ）、（ｅ）において、スリット８の閉塞端８ａは、給電点３近傍に配置したが、給電点３近傍でなくてもよい。例えば、スリット８の閉塞端８ａからの垂直部分を横方向にそのままシフトしてもよい。それにより、寸法Ｌ３、つまり、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法を調整することができる。また、閉塞端８ａからの垂直部分は斜め方向であってもよい。
また、第１放射素子１の台形平面の短辺４、側辺６、側辺７は直線であったが、短辺４と側辺６の結合部、および短辺４と側辺７の結合部は、図示したように特異点がない曲線状であってもよい。
次に、図２〜図９で、アンテナ１００の性能について説明する。
図２は、アンテナ１００の形状（ａ）（図１）のＶＳＷＲ（電圧定在波比）のシミュレーション図であり、スリット８がない場合との比較も行っている。第１放射素子１と第２放射素子２とのギャップＧは、短辺４の寸法Ｌ２の略１０分の１以下である。
スリットなしの場合は、背景技術の特許文献１に相当する。寸法Ｌ１は、低域側の第１共振周波数ｆ１の波長λ１の略４分の１である。また、短辺４の寸法Ｌ２は、高域側の第２共振周波数ｆ２の波長λ２の略０．３〜０．４倍である。
本発明のスリット８がある場合は、スリットなしに比べて、低域側の第１共振周波数ｆ１よりも更に低域側に第３共振周波数ｆ３が発生する。低域側の第１共振周波数ｆ１と高域側の第２共振周波数ｆ２はスリットなしの場合とほぼ同等である。また、第１共振周波数ｆ１、第２共振周波数ｆ２と、寸法Ｌ１、寸法Ｌ２との関係もスリットなしの場合と同様である。新たに発生する第３共振周波数ｆ３は、スリット８を含む寸法Ｌ３と関連がある。この関連を次に説明する。
図３は、アンテナ１００の形状（ａ）のＶＳＷＲのシミュレーション図であり、寸法Ｌ３を可変して、第３共振周波数ｆ３との関連をシミュレーションしたものである。寸法Ｌ３の可変は、スリット８の閉塞端８ａからの垂直部分を横方向にそのままシフトして、寸法Ｌ３を可変している。
寸法Ｌ３を７通り可変しているが、寸法Ｌ３が大きくなるにつれ、第３共振周波数ｆ３が低くなっている。寸法Ｌ３を可変しても、低域側の第１共振周波数ｆ１と高域側の第２共振周波数ｆ２(図示せず)は変化しない。また、いずれの状態でも、寸法Ｌ３と第３共振周波数ｆ３との関係として、寸法Ｌ３は、第３共振周波数ｆ３の波長λ３の略０．２〜０．３倍、すなわち略４分の１である。寸法Ｌ１は、図２で説明したように、低域側の第１共振周波数ｆ１の波長λ１の略４分の１である。従って、スリット８を含む寸法Ｌ３を寸法Ｌ１よりも長くすることにより、低域側の第１共振周波数ｆ１よりも更に低域側に第３共振周波数ｆ３を発生させることができる。
また、スリット８部の寸法Ｌ３を変えることにより、第３共振周波数ｆ３のみが変化し、低域側の第１共振周波数ｆ１と高域側の第２共振周波数ｆ２へは影響しない。従って、第３共振周波数ｆ３を独立に制御可能となる。
図４は、アンテナ１００の形状（ａ）のＶＳＷＲのシミュレーション図であり、スリット８のスリット幅の影響をシミュレーションしたものである。スリット幅を０．５ｍｍから２ｍｍの範囲で変えた場合、第３共振周波数ｆ３は若干変化するが、ほとんど無視できる範囲である。従って、図３で説明したように、スリット８部の寸法Ｌ３により第３共振周波数ｆ３を制御することができる。
図５は、アンテナ１００の形状（ａ）の垂直偏波の放射パターンのシミュレーション図であり、周波数２ＧＨｚ、３ＧＨｚ、４ＧＨｚ、５ＧＨｚについてシミュレーションしたものである。いずれの場合においても、放射パターンが均一であり、特定の角度でヌル状態が発生することはない。つまり、広帯域において、均一な放射パターン得られることがわかる。
図６は、アンテナ１００の形状（ｂ）（図１）のＶＳＷＲのシミュレーション図である。（ａ）と同様の結果である。低域側の第１共振周波数ｆ１よりも更に低域側に第３共振周波数ｆ３が発生する。そして、スリット８部の寸法Ｌ３と第３共振周波数ｆ３との関係も、（ａ）と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図７は、アンテナ１００の形状（ｃ）（図１）のＶＳＷＲのシミュレーション図である。（ａ）と同様の結果である。低域側の第１共振周波数ｆ１よりも更に低域側に第３共振周波数ｆ３が発生する。そして、スリット８部の寸法Ｌ３と第３共振周波数ｆ３との関係も、（ａ）と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図８は、アンテナ１００の形状（ｄ）（図１）のＶＳＷＲのシミュレーション図であり、寸法Ｌ３を可変して、第３共振周波数ｆ３との関連をシミュレーションしたものである。寸法Ｌ３の可変は、第１放射素子１の長辺５の長さを右方向に延ばして右上端部１ａの位置を変えて行っている。図中の「Ｈ＋２２ｍｍ」などが寸法Ｌ３である。Ｈは、スリット８の縦方向の高さであり、固定にしている。２２ｍｍ、２０ｍｍ、１８ｍｍがスリット８の曲がり角から右上端部１ａまでの距離である。
寸法Ｌ３を３通り可変しているが、寸法Ｌ３が大きくなるにつれ、第３共振周波数ｆ３が低くなっている。いずれの状態でも、低域側の第１共振周波数ｆ１と高域側の第２共振周波数ｆ２(図示せず)は変化しない。また、いずれの状態でも、寸法Ｌ３と第３共振周波数ｆ３との関係として、寸法Ｌ３は、第３共振周波数ｆ３の波長λ２の略０．２〜０．３倍である。
図９は、アンテナ１００の形状（ｅ）（図１）のＶＳＷＲのシミュレーション図であり、スリット８部の寸法Ｌ３を固定にして、形状（ａ）との比較も行っている。形状（ｅ）は形状（ａ）に比べて、第１放射素子１の全体の大きさは同じであるが、新たに、スリット９を設けている。形状（ｅ）の第３共振周波数ｆ３は、形状（ａ）の第３共振周波数ｆ３に比べて、より低くなっている。これは、形状（ｅ）の方が、電流分布がより集中するためと考えられる。
次に実施例１の変形例について説明する。
図１０は、図１の（ａ）の変形例である。図１の（ａ）では、スリット８は、閉塞端８ａから長辺５の近傍まで垂直に延びていたが、図１０では、閉塞端８ａから垂直に途中まで延び、そこから長辺５と平行に延びて、開放端８ｂが側辺７側で開放している。点線で示した寸法Ｌ３は、給電点３からスリット８の閉塞端８ａを経由してスリット８に沿って開放端８ｂを経由して台形の右上端部１ａまでの寸法である。開放端８ｂと右上端部１ａは距離が離れている。
次に、このアンテナ１００の性能について説明する。
図１１は、アンテナ１００（図１０）のＶＳＷＲのシミュレーション図である。第１共振周波数ｆ１、第２共振周波数ｆ２に加えて、第３共振周波数ｆ３を発生することができる。この第３共振周波数ｆ３も、スリット８を含む寸法Ｌ３と関連性があり、寸法Ｌ３を調整することにより、第３共振周波数ｆ３を決めることができる。
しかし、第１共振周波数ｆ１は、図１の（ａ）のシミュレーション図の図２と比べると、より高域側にシフトしてしまう。従って、図１の（ａ）のように、スリット８の水平部分は、長辺５の近傍に入れるのが最もよい。
なお、実施例１では、第１放射素子１、第２放射素子２は、台形状平面としたが、直方形などの四辺形平面であってもよい。
本発明の実施例１によれば、スリットを設けることにより、スリットのない場合に比べて、同じ外形寸法でありながら、更に低域側に第３共振周波数ｆ３を発生させることが可能となる。また、スリット８部の寸法Ｌ３を変えることにより、第３共振周波数ｆ３のみが変化し、低域側の第１共振周波数ｆ１と高域側の第２共振周波数ｆ２へは影響しない。従って、第３共振周波数ｆ３を独立に制御可能となる。
実施例２は、折れ曲がりの強度などを改善するためのものである。
図１２は、実施例２に係るダイポールタイプの平面アンテナの構造を説明する図である。図１２の（ａ）、（ｂ）において、アンテナ２００は、銅板の第１放射素子２１、銅板の第２放射素子２２、給電点２３などから構成される。第１放射素子２１と第２放射素子２２は、ポリイミド樹脂２４で張り合わされる。第１放射素子２１は、切り欠かれた凹部２１ａがあり、その近傍が給電点２３となる。第２放射素子２２は、第１放射素子２１の凹部２１ａに合わせて、凸部２２ａを有する。
第１放射素子２１と第２放射素子２２の対向するギャップＧ部分の一点鎖線上には、第２放射素子２２の凸部２２ａが存在する。そのため、折れ曲がりに対して強度を向上することができる。
図１２の（ｃ）は、アンテナ２００に同軸ケーブル２５を取り付けた構造を示す。同軸ケーブル２５の心線２５ａを給電点２３に半田付けする。同軸ケーブル２５のＧＮＤ２５ｂを第２放射素子２２の凸部２２ａに半田付けして、同軸ケーブル２５を横方向に配置している。そのため、第２放射素子２２の凸部２２ａを除いた本体部分と同軸ケーブル２５とは重なることがない。従って、アンテナ２００を搭載する携帯無線装置などにおいて、ＬＣＤ２６や他の基板などを実装する場合、アンテナ２００とＬＣＤ２６などを含めた厚さｔを小さくすることができる。
また、図１２の（ａ）に点線で示した寸法Ｌ１は、図１３（従来）の寸法Ｌ１に比べて、寸法Ｌ１の長さが長くなる。これにより、実施例１で説明したように、寸法Ｌ１で決まる低域側の低域側の第１共振周波数ｆ１自体を低くすることができ、低域側の帯域をカバーすることが可能となる。または、第１共振周波数ｆ１が同じでよい場合は、アンテナ２００の外形寸法を小さくすることが可能となる。
なお、実施例２では、第１放射素子２１、第２放射素子２２は、台形状平面としたが、直方形などの四辺形平面であってもよい。
本発明の実施例２によれば、平面アンテナの折れ曲がりの強度を強くすることが可能となる。また、同軸ケーブルを取り付けた状態での携帯無線装置などの厚さを薄くすることが可能となる。また、低域側の帯域をカバーすることが可能となる。
本発明の実施例１に係る平面アンテナの構成を説明する図。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ａ）のＶＳＷＲのシミュレーション図。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ａ）のＶＳＷＲのシミュレーション図（寸法Ｌ３可変）。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ａ）のＶＳＷＲのシミュレーション図（スリット幅の影響）。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ａ）の垂直偏波の放射パターンのシミュレーション図。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ｂ）のＶＳＷＲのシミュレーション図。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ｃ）のＶＳＷＲのシミュレーション図。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ｄ）のＶＳＷＲのシミュレーション図。 本発明の実施例１に係る平面アンテナ（ｅ）のＶＳＷＲのシミュレーション図。 本発明の実施例１の変形例に係る平面アンテナの構成を説明する図。 本発明の実施例１の変形例に係る平面アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション図。 本発明の実施例２に係る平面アンテナの構造を説明する図。 従来の平面アンテナの構造を説明する図。
符号の説明
１ 第１放射素子
２ 第２放射素子
３ 給電点
４ 短辺
５ 長辺
６、７ 側辺
８、９ スリット
８ａ 閉塞端
８ｂ 開放端
９ａ 閉塞端
９ｂ 開放端
２１ 第１放射素子
２１ａ 凹部
２２ 第２放射素子
２２ａ 凸部
２３ 給電点
２４ ポリイミド樹脂
２５ 同軸ケーブル
２５ａ 心線
２５ｂ ＧＮＤ
２６ ＬＣＤ
１００、２００ アンテナ

Claims (4)

  1. 平面状の第１放射素子及び第２放射素子を有する平面アンテナであって、
    前記第１放射素子の第１の部分外周と、少なくとも当該第１の部分外周と等しい長さを有する前記第２放射素子の第２の部分外周とが、当該第１の部分外周の長さの略１０分の１以下のほぼ等間隔で対向し、
    前記第１放射素子は、
    前記第１の部分外周の両端を結ぶ直線と略平行な第３の部分外周と、
    前記第１の部分外周の略中央に位置する給電点と、当該第１の部分外周以外の外周で開放し前記第１放射素子の内部で閉塞するスリット部とを有し、
    前記給電点から前記閉塞端を経由し前記スリット部に沿った前記開放端までの距離が、前記第１の部分外周の半分と、当該第１の部分外周と前記第３の部分外周の一端同士を結ぶ２つの部分外周の内の長い方とを合わせた距離よりも長いことを特徴とする平面アンテナ。
  2. 平面状の第１放射素子及び第２放射素子を有する平面アンテナであって、
    前記第１放射素子の第１の部分外周と、少なくとも当該第１の部分外周と等しい長さを有する前記第２放射素子の第２の部分外周とが、当該第１の部分外周の長さの略１０分の１以下のほぼ等間隔で対向し、
    前記第１放射素子は、
    前記第１の部分外周の両端を結ぶ直線と略平行な第３の部分外周と、
    前記第１の部分外周の略中央に位置する給電点と、当該第１の部分外周以外の外周で開放し前記第１放射素子の内部で閉塞するスリット部とを有し、
    前記給電点から前記閉塞端を経由し前記スリット部に沿って前記開放端を経由し前記第３の部分外周の前記開放端側の端部までの距離が、前記第１の部分外周の半分と、当該第１の部分外周と前記第３の部分外周の一端同士を結ぶ２つの部分外周の内の長い方とを合わせた距離よりも長いことを特徴とする平面アンテナ。
  3. 平面状の第１放射素子及び第２放射素子とを有する平面アンテナであって、
    前記第１放射素子の第１の部分外周と、少なくとも当該第１の部分外周と等しい長さを有する前記第２放射素子の第２の部分外周とが、当該第１の部分外周の長さの略１０分の１以下のほぼ等間隔で対向し、
    前記第１放射素子は、
    前記第１の部分外周の両端を結ぶ直線と略平行な第３の部分外周と、
    前記第１の部分外周の略中央に位置する給電点と、当該第１の部分外周以外の外周で開放し前記第１放射素子の内部で閉塞する第１スリット部と、当該第１スリット部の一部と平行に近接する第２スリット部とを有し、
    前記給電点から前記閉塞端を経由し前記第１スリット部に沿った前記開放端までの距離が、前記第１の部分外周の半分と、当該第１の部分外周と前記第３の部分外周の一端同士を結ぶ２つの部分外周の内の長い方とを合わせた距離よりも長いことを特徴とする平面アンテナ。
  4. 前記開放端は、前記第３の部分外周の近傍にあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
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