JP2007318692A - デュアルスリーブアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】より帯域幅が広く高感度下に、インピーダンス調整が容易で、２周波での送受信を実現した小型且つ低コストのデュアルスリーブアンテナを提供する。
【解決手段】同軸ケーブルの端面から該ケーブル本体１に向かって順次、絶縁体および外部導体の露出部分を設け、その際、該絶縁体の露出部分１ｂはケーブル軸と交差する第一導体板２ａに貫通させ、第一導体板２ａに接続された第一細幅状導体２ｃを絶縁体１ｂの両側面に沿いながら該ケーブル本体１に向かって延出し、他方、外部導体の露出部分１ｃをケーブル軸と交差する第二導体板３ａに貫通・保持し、第二導体板３ａに接続された第二細幅状導体３ｃをシース１ｄの両側面に沿いながらケーブル本体１に向かって延出させ、さらに、第一細幅状導体２ｃと第二導体板３ｃとを接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パソコン等ＯＡ機器の内部あるいは外部に取り付けるに有用な小型デュアルスリーブアンテナに関する。

従来の小型スリーブアンテナとして、同軸ケーブルの端部に以下の（１）〜（２）の加工を施してなるデュアルスリーブアンテナが知られている（例えば、特許文献１の図２参照。）。
（１） 該ケーブル端部で露出した内部導体の先端部に、内部に棒状体（４１）を設けた円筒状スリーブ（４２）を接続する。
（２） 該ケーブル本体の長手方向に沿って露出した絶縁層に、共振用の円筒状スリーブ（３５）および、該スリーブ（３５）から間隔をあけて共振用チョーク（３３）を設ける。

上記アンテナでは、（１）の加工により２種類の共振パターンを形成して、インピーダンス整合を行うものである。しかし、このような調整は極めて面倒であり、同時にアンテナ構造も複雑になる。さらに、（２）の加工においては、漏洩電流を防止し且つ共振周波数を決定するための共振用チョーク（３３）が不可欠であり、さらには、アンテナ製造コストも上昇する。

特開２００４−２５４００２号公報

本発明の課題は、より帯域幅が広く高感度下に２周波での送受信を実現した小型且つ低コストのデュアルスリーブアンテナを提供することにある。さらに、本発明の他の課題は、インピーダンス調整が容易で且つ、より帯域幅が広く高感度下に２周波での送受信を実現した小型且つ低コストのデュアルスリーブアンテナを提供することにある。

本発明者等は、従来の円筒状スリーブに代え且つ該スリーブに相当するものとして、２個の側面開放系スリーブを巧みに利用することにより、上記の課題を達成するに至った。

本発明によれば、以下のような効果が奏される。
（ａ）従来のように、漏洩電流を防止し且つ共振周波数を決定するための共振用チョークが不要になるので、簡単な構造ながら２周波に対応できる小型のデュアルスリーブアンテナが得られる。
（ｂ）２個の側面開放系スリーブを部分的に重なり合わせることにより、インピーダンス調整（整合）が容易且つ自在になる。
（Ｃ）円筒状のエレメントに代えて側面開放系スリーブを採用するので、使用材料が削減でき且つ加工も容易になり、アンテナコストの低減化が実現される。

以下、本発明のデュアルスリーブアンテナ（以下、単に“アンテナ”と略記する。）の例について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のアンテナの一例を示す斜視図である。
図２は、図１の上面図である。
図３は、本発明のアンテナの好ましい態様を示す斜視図である。
図４は、図３の上面図である。
図５は、図１〜図２に示したアンテナの組み立て例を示す斜視図である。
図６は、図３〜図４に示したアンテナの組み立て例を示す斜視図である。
図７は、図３〜図４に示したアンテナの周波数特性を示すグラフである。

図１〜図２において、（１）は同軸ケーブル本体、（１ａ）は内部導体、（１ｂ）は絶縁体の露出部分、（１ｃ）は外部導体の露出部分、（１ｄ）はシース、（２）は第一の側面開放系スリーブ、そして、（３）は第二の側面開放系スリーブである。

第一の側面開放系スリーブ（２）は、絶縁体の露出部分（１ｂ）を嵌入する第一導体板（２ａ）と、孔（２ｂ）と、一対の第一細幅状導体（２ｃ）とで構成されている。孔（２ｂ）については、図５（ｂ）に明示されている。

同様に、第二の側面開放系スリーブ（３）も、外部導体の露出部分（１ｃ）を嵌入・保持する第二導体板（３ａ）、接続孔（３ｂ）、および、一対の第二細幅状導体（３ｃ）とで構成されている。前記接続孔（３ｂ）については、図５（ａ）に明示されている。ここで、外部導体の露出部分（１ｃ）は接続孔（３ｂ）に貫通・保持されている。具体的には、この露出部分（１ｃ）は接続孔（３ｂ）に嵌入された状態で、ハンダ付け、超音波接続あるいは接続具などにより該孔に固定される。外部導体の露出部分（１ｃ）の露出長さは、孔（３ｂ）とのハンダ付けを容易にする長さであればよく、一般には０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で適宜設定すればよい。

さらに、第一の側面開放系スリーブ（２）の第一細幅状導体（２ｃ）の下端は、第二の側面開放系スリーブ（３）の第二導体板（３ａ）にハンダ付けなどにより接続されている。

上記の態様において、第一の側面開放系スリーブ（２）および第二の側面開放系スリーブ（３）の側面形状は、図２からも明らかなように、片仮名の“コ”の字状を呈している。つまり、第一（または第二）導体板と第一（または第二）細幅状導体とが、コの字形状側面を形成している。このように、いずれのスリーブ側面もその長さ方向に沿って開放部を有し、この状態を、本発明では“側面開放系”と定義したものである。

また、図２において、（Ｌ１）は絶縁体の露出部分（１ｂ）の露出長さ、（Ｌ２）は第二細幅状導体（３ｃ）の長さ（側面長さ）、（Ｌ３）は（Ｌ１）と（Ｌ２）との和、そして、（Ｌ４）は第一細幅状導体（２ｃ）の長さ（側面長さ）である。

以上のアンテナにおいて、内部導体（１ａ）を取り囲む絶縁体の露出部分（１ｂ）を第一周波数に共振させる。このためには、その露出長さ（Ｌ1）を第一波長の４分の１の長さに調整すればよい。これにより、内部導体（１ａ）を取り囲む絶縁体の露出部分（１ｂ）が第一放射電極として機能する。さらに、絶縁体の露出部分（１ｂ）の露出長さ（Ｌ１）と第二細幅状導体（３ｃ）の長さ（Ｌ２）との和である長さ（Ｌ３）の部分を第二周波数に共振させる。このためには、長さ（Ｌ３）の部分を、第二波長に対して２分の１波長の長さに調整すればよい。このようにして、長さが（Ｌ３）の部分は第二放射電極として機能する。

このとき、Ｌ１＜Ｌ３（＝Ｌ１＋Ｌ２）の関係が満足されているので、第一放射電極は相対的に高周波域に共振し、他方、第二放射電極は相対的に低周波域に共振することになる。第一共振周波数は、露出長さ（Ｌ１）を変更することにより調整される。同様に、第二共振周波数も、（Ｌ１）あるいは（Ｌ２）を変更することにより調整される。この意味では、合計長さ（Ｌ３）を一定の範囲内に保ちながら、（Ｌ１）および（Ｌ２）を各々適宜な長さに変更してもよい。

このようなアンテナ構造において、さらに特筆すべきことがある。それは、長さが（Ｌ４）の一対の第一細幅状導体（２ｃ）と、それらの間に挟まれている内部導体（１ａ）との箇所がアンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ）を改善する役割を果している、ことである。つまり、この箇所では、一対の第一細幅状導体（２ｃ）と電界の掛かった内部導体（１ａ）とで静電容量（コンデンサー）が形成される。したがって、この静電容量と内部導体（１ａ）および第一細幅状導体（２ｃ）のリアクタンスを相互に調整することで、インピーダンス整合が容易となり、その結果、アンテナの周波数特性が改善される。ちなみに、図７は、後揚の実施例に示すアンテナについて、その周波数特性の実験結果を示したものである。

第一の側面開放系スリーブ（２）および第二の側面開放系スリーブ（３）は、一般に白銅（洋白）、銅、または銅等の導電性に優れた金属の細幅状導体で構成される。このときの導体幅は、誘起される電界エネルギーや寸法の関係から０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲で、さらに、その厚さは電界エネルギーや強度や加工性等を考慮して０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で適宜設定すればよい。また、第一の側面開放系スリーブ（２）における第一細幅状導体（２ｃ）の長さ（Ｌ４）は、静電容量およびリアクタンスの調整を通して所望のインピーダンスが得られるように設定すればよい。通常のインピーダンス変化範囲は２５Ω〜１００Ωであり、この点から、長さ（Ｌ４）は３ｍｍ〜３０ｍｍの間で調整すればよい。

その際、第一導体板（２ａ）に絶縁体の露出部分（１ｂ）を直交状態で嵌入させることにより、内部導体（１ａ）から一対の第一細幅状導体（２ｃ）に向かって均等な電磁界が誘起され、無指向性の送受信感度が得られる。同様の理由から、第二導体板（３ａ）にも外部導体（１ｃ）が直交状態で嵌入される。つまり、第一導体板（２ａ）と第二導体板（３ａ）とは、平行な対峙状態で配置されるのが好ましい。

さらに、上述の電磁界の均等誘導および無指向性の送受信感度の点から、一対の第一細幅状導体（２ｃ）も、絶縁体の露出部分（１ｂ）の両側面に非接触状態で平行に配置されるのが好ましい。このことは、一対の第二細幅状導体（３ｃ）についても同様である。

以上の態様では、第一導体板（２ａ）と第二導体板（３ａ）とは、縦横同一寸法であるが、必要に応じて、縦長さおよび／または横幅を異ならせてもよい。例えば、第一導体板（２ａ）の縦長さ＜第二導体板（３ａ）縦長さ、あるいは第一導体板（２ａ）の縦長さ＞第二導体板（３ａ）縦長さ、等の各種態様が採用される。また、第一の側面開放系スリーブ（２）と第二の側面開放系スリーブ（３）とはハンダ付けなどにより接続する例で示したが、両者は、当初から一体成形されていてもよい。

ところで、図１〜図２の態様においては、第一細幅状導体（２ｃ）の長さ（Ｌ４）は固定されているので、この箇所の静電容量と内部導体（１ａ）おび第一細幅状導体（２ｃ）のリアクタンスも一定であり、したがって、インピーダンスの値も或る一点で整合されている。これに対して、図３〜図４には、インピーダンス調整ないし整合を容易且つ自在とした好ましい態様が示されている。この態様においては、図１〜図２の態様とは異なって、第一細幅状導体（２ｃ）の下端内側面に第二細幅状導体（３ｃ）の上端外側面が嵌合され、両者による摺動自在の重なり部（４）が形成されている。この重なり部（４）はインピーダンス調整用として機能する。すなわち、第一の側面開放系スリーブ（２）を図面に向かって左右に摺動させると、重なり部（４）の長さ（Ｌ５）の変化に伴って静電容量を形成する長さ（Ｌ４ａ）、さらには、この長さ（Ｌ４ａ）に対応する内部導体（１ａ）および第一細幅状導体（２ｃ）のリアクタンスも可変自在になり、その結果、インピーダンスの変更に柔軟に対応できる。各種インピーダンスに対応するためには、重なり長さ（Ｌ５）を除く第一細幅状導体（２ｃ）の長さ、すなわち、長さ（Ｌ４ａ）は３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあればよい。重なり長さ（Ｌ５）が決定された時点で、重なり部（４）はハンダ付けなどで固定される。

図５には、図１〜図２に示したアンテナの組み立て例が示されている。まず、図５（ａ）のように、同軸ケーブル本体（１）の端部から外部導体（１ｃ）とシース（１ｄ）とを（Ｌ１）の長さに亘って剥ぎ取り、絶縁体の露出部分（１ｂ）を得る。このとき、前記（Ｌ１）は、絶縁体の露出部分（１ｂ）の露出長さとなる。さらに、この絶縁体の露出部分（１ｂ）に隣り合うシース（1ｄ）の端部を同軸ケーブル本体（１）の長手方向に沿って０．１〜３ｍｍ程度に剥ぎ取り、外部導体の露出部分（１ｃ）を得る。この状態で、第二の側面開放系スリーブ（３）を矢印Ａ方向に移動させて、その孔（３ｂ）に絶縁体の露出部分（１ｂ）を挿入しながら、孔（３ｂ）に外部導体の露出部分（１ｃ）を嵌入する。その後、外部導体の露出部分（１ｃ）と孔（３ｂ）とをハンダ付けや超音波接続、あるいは接続具等で接続する。ついで、図５（ｂ）のように、第一の側面開放系スリーブ（２）の孔（２ｂ）に再度、絶縁体の露出部分（１ｂ）を挿入しながら、一対の第一細幅状導体（２ｃ）の両先端を第二導体板（３ａ）に接触させ、この状態でハンダ付にて固定する。

図６には、図３〜図４に示したアンテナの組み立て例が示されている。図６（ａ）は、図５（ａ）と同じである。図６（ｂ）も基本的には、図５（ｂ）と同じであるが、ここでは、第一細幅状導体（２ｃ）の下端内側面を第二細幅状導体（３ｃ）の上部外側面に嵌合させる点で相違している。この場合、重なり長さ（Ｌ５）を変更して可変長さである（Ｌ４ａ）を設定することにより、静電容量および内部導体（１ａ）および第一細幅状導体（２ｃ）のリアクタンスを調整して、所望のインピーダンスを得ればよい。長さが変更後の重なり部（４）はハンダ付けにて固定される。

本発明で用いる同軸ケーブル本体（１）は、斯界で常用されているセミリジッドまたはリジッドの高周波タイプを適宜選定すればよい。一例として、内部導体が銀ないし錫メッキ軟銅線、絶縁体がフッ素樹脂、外部導体が上述した軟銅線の編組、そして、シースがフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、または塩化ビニル樹脂等である同軸ケーブルが挙げられる。ここで、フッ素樹脂としては、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）、および四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等が挙げられる。

以下に、本発明の具体例を、図３〜図４に示すデュアルスリーブアンテナのケースについて示す。
（Ａ）同軸ケーブル本体（１）の準備

長さが３３３ｍｍ、外径が１．１３ｍｍの同軸ケーブル本体（１）を準備した。各部材の詳細は以下のとおりである。
・内部導体：外径が０．２４ｍｍの銀めっき軟銅線。
・絶縁体：肉厚が０．２２ｍｍのＰＴＦＥの溶融押出し被覆層。
・外部導体：外径が０．０６ｍｍのスズメッキ軟銅線からなる金属編組層（０．１２５ｍｍ厚）。
・シース：肉厚が０．１ｍｍのＦＥＰの溶融押出し被覆層。

上記の同軸ケーブル本体（１）の端面から該ケーブル本体（中央部）に向かって、シースと外部導体とを３０ｍｍに亘って剥離・除去し、絶縁体を露出させた。このときの絶縁体の露出長さ（Ｌ１）は３０ｍｍである。さらに、絶縁体の露出部分の終端に隣り合うシースを１ｍｍに亘って剥離・除去して、外部導体の露出部分（１ｃ）を得た。
（Ｂ）第一および第二の側面開放系スリーブ（２）、（３）の準備

厚さ０．５ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ５５ｍｍの洋白（白銅）からなる細幅状導体の平板をその長手方向に折り曲げて、コの字状（図３〜図４）の第一の側面開放系スリーブ（２）を得た。このとき、第一導体板（２ａ）の長さは５ｍｍそして、第一細幅状導体（２ｃ）の各長さ（図２の（Ｌ４）に相当する長さ）は２５ｍｍとした。さらに、厚さ０．５ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ５５ｍｍの洋白からなる細幅状導体の平板をその長手方向に折り曲げて、コの字状（図３〜図４）に折り曲げて第二の側面開放系スリーブ（３）を得た。このときの第二導体板（３ａ）の長さは４ｍｍ、第二細幅状導体（３ｃ）の長さ（Ｌ２）は２５．５ｍｍとした。

その際、第一導体板（２ａ）の中央部には、孔径が１ｍｍの孔（２ｂ）を穿けた。同様に、第二導体板（３ａ）中央部に、孔径が１ｍｍの孔（３ｂ）を穿けた。
（Ｃ）第二の側面開放スリーブ（３）の装着・固定

上記（Ｂ）にて作成した第二の側面開放スリーブ（３）の第二導体板（３ａ）の孔（３ｂ）に、図６（ａ）に示すように、絶縁体の露出部分（１ｂ）を挿入して、外部導体の露出部分（１ｃ）を孔（３ｂ）に嵌入させた。ついで、ハンダ付けにより両者を固定した。このとき、第二導体板（３ａ）は同軸ケーブル本体（１）と直交し、また、一対の第二の細幅状導体は（３ｃ）は、ケーブル本体（１）の両側面でそれぞれに０．９３５ｍｍの空隙をもって非接触状態で配置された。
（Ｄ）第一の側面開放系スリーブ（２）の装着

上記の第二の側面開放系スリーブ（３）の装着に続いて、図６（ｂ）に示した要領で、第一の側面開放系スリーブ（２）を装着して、図４に示すような重なり部（４）を形成した。
（Ｅ）アンテナのインピーダンス整合

上記（Ｄ）において、アンテナのインピーダンスが５０Ωになるように、重なり部（４）の長さ（Ｌ５）を変化させてインピーダンス調整を行った。このときの長さ（Ｌ５）は１８ｍｍ、したがって（Ｌ４ａ）の長さは７ｍｍであった。
（Ｆ）第一の側面開放系スリーブ（２）と第二の側面開放系スリーブ（３）との固定

上記（Ｄ）の状態で、両者を接合部（４）でハンダ付けした。
（Ｇ）アンテナの共振特性

得られたアンテナにおいて、絶縁体の露出部分（１ｂ）の露出長さ（Ｌ１）＝３０ｍｍは、第一共振周波数である５ＧＨｚ帯に対応する、４分の１波長の長さである。また、このＬ１＝３０ｍｍの露出長さと第二細幅状導体（３ｃ）の長さ（Ｌ２＝２６．５ｍｍ）との和であるＬ３＝５６．５ｍｍは、第二共振周波数である２．５ＧＨｚ帯に対応する、２分の１波長の長さである。
（Ｈ）アンテナの周波数特性試験

このアンテナのＶＳＷＲを市販のＲＦパワーメータにて、２．５ＧＨｚ共振点近傍の２ＧＨｚ〜３ＧＨｚと５ＧＨｚ共振点近傍の４．６ＧＨｚ〜６．１ＧＨｚの２帯域に分けて測定したところ、図７（ａ）、（ｂ）に示すような周波数特性が得られた。この図からも明らかなように、本発明のアンテナにあっては、２つの共振点２．５ＧＨｚおよび５ＧＨｚ近傍でのＶＳＷＲが共に２以下となっており、これら２箇所の共振点に亘って十分な帯域幅が確保されていることが確認された。

本発明のアンテナは、帯域幅が広く高感度の下で２周波に対応できるとともに構造が簡単で、しかも小型であるので、パソコン、ＰＤＡ等、携帯電話のほか、無線ＬＡＮ等にも有用である。もちろん、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であることは言うまでもない。

本発明のアンテナの一例を示す斜視図。 図１の上面図。 本発明のアンテナの好ましい態様を示す斜視図。 図３の上面図。 図１〜図２に示したアンテナの組み立て例を示す斜視図。 図３〜図４に示したアンテナの組み立て例を示す斜視図。 図３〜図４に示したアンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示すグラフ。

符号の説明

１ 同軸ケーブル本体
１ａ 内部導体
１ｂ 絶縁体の露出部分
１ｃ 外部導体の露出部分
１ｄ シース
２ 第一の側面開放系スリーブ
２ａ 第一導体板
２ｂ 孔
２ｃ 一対の第一細幅状導体
３ 第二の側面開放系スリーブ
３ａ 第一導体板
３ｂ 孔
３ｃ 一対の第二細幅状導体
４ 第一および第二の側面開放系スリーブ間の重なり部
Ｌ１ 絶縁体の露出部分（１ｂ）の露出長さ
Ｌ２ 第二細幅状導体の長さ
Ｌ３ Ｌ１とＬ２との和
Ｌ４ 第一細幅状導体の長さ
Ｌ４ａ 第一細幅状導体の可変長さ
Ｌ５ 重なり部の長さ

Claims (12)

1. 同軸ケーブルの端面から該ケーブル本体に向かって順次、絶縁体および外部導体の露出部分が設けられ、その際、
   該絶縁体の露出部分はケーブル軸と交差する第一導体板に貫通され、そして、該第一導体板に接続された第一細幅状導体が該絶縁体の両側面に沿いながら該ケーブル本体に向かって延出し、他方、
   該外部導体の露出部分は該ケーブル軸と交差する第二導体板に貫通・保持され、そして、該第二導体板に接続された第二細幅状導体が該シースの両側面に沿いながら該ケーブル本体に向かって延出し、さらに、
   該第一細幅状導体と第二導体板とが接続されていることを特徴とするデュアルスリーブアンテナ。
2. 該第一導体板と第一細幅状導体とが、コの字形状側面を形成する請求項１に記載のデュアルスリーブアンテナ。
3. 該第二導体板と第二細幅状導体とが、コの字形状側面を形成する請求項１または２に記載のデュアルスリーブアンテナ。
4. 該第一細幅状導体と第二細幅状導体とで、インピーダンス調整用の重なり部が形成された請求項１〜３のいずれかに記載のデュアルスリーブアンテナ。
5. 該重なり部が、該第一細幅状導体の内側面と第二細幅状導体の外側面との重なりにより形成された請求項４に記載のデュアルスリーブアンテナ。
6. 該重なり部の長さを除いた第一細幅状導体の長さが３ｍｍ〜３０ｍｍである請求項４または５のいずれかに記載のデュアルスリーブアンテナ。
7. 該第一導体板および第二導体板が共に該同軸ケーブルの長手方向に直交している請求項１〜６のいずれかに記載のデュアルスリーブアンテナ。
8. 該内部導体（１ａ）を取り囲む絶縁体の露出部分が第一共振周波数に共振する放射電極として機能する請求項１〜７のいずれかに記載のデュアルスリーブアンテナ。
9. 該絶縁体の露出部分の露出長さが第一共振周波数の４分の１波長である請求項８に記載のデュアルスリーブアンテナ。
10. 該絶縁体の露出部分と第二の細幅状導体とが、第二の共振周波数に共振する放射電極として機能する請求項１〜９のいずれかに記載のデュアルスリーブアンテナ。
11. 該絶縁体の露出部分の露出長さと第二細幅状導体の長さとの和が、第二の共振周波数の２分の１波長である請求項１０に記載のデュアルスリーブアンテナ。
12. 該第一細幅状導体および第二細幅状導体の導体幅が０．３ｍｍ〜５ｍｍである請求項１〜１１のいずれかに記載のデュアルスリーブアンテナ
    
    
    

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