JP2008060912A

JP2008060912A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JP2008060912A
Application number: JP2006235461A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Goto; 信一後藤
Original assignee: Toshiba Techno Network Co Ltd
Current assignee: Toshiba Consumer Marketing Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP4511499B2

Abstract

【課題】薄肉化と同時にダイポール長の短尺化が可能で、しかも垂直面（Ｅ面）の指向性を向上させ、指向方向の動作利得を上げることができる、製作の容易な平面アンテナを提供する。
【解決手段】半波長ダイポール放射器エレメント１２０を誘電体基板１１０の一方の表面上に薄肉導体ストリップで形成し、半波長ダイポール放射器エレメント１１０に絶縁層を介してＴ字形スリット付き導体箔１７０を積層した平面アンテナ。Ｔ字形スリット付き導体箔１７０の導体部分によって半波長ダイポール放射器エレメント１２０の少なくとも両端部が誘電体基板１１０の片面側で実質的に覆われていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナに対応可能な平面アンテナに関する。

誘電体基板上に、放射器エレメント及び反射器エレメントを薄肉導体によって形成した平面アンテナは、既に種々のものが知られている。例えば、特許文献１には、互いに平行な表裏面を有する誘電体基板の表面にダイポールエレメントを、裏面に反射器エレメントを、それぞれ導体箔によって形成した折返しダイポールアンテナが開示されている。
特表平９−５０５６９６号公報特開２００６−２１１４４７号公報

この従来の平面アンテナでは、誘電体基板の表面に設けられた放射器エレメントに対して、反射器エレメントが誘電体の裏面側に位置しているため、平面ダイポールとしての放射指向性は、裏面側から表面方向へと向かう方向に改善されている。

通常、折返しダイポールアンテナでは、放射器エレメントの共振波長λに対して０．５〜０．４５λのダイポール長が必要である。従って、地上波デジタル放送に利用されているＵＨＦ帯の中心波長に受信感度のピークを対応させるには、２１８〜２４２ｍｍのダイポール長が必要である。
このような指向性のアンテナは、受信アンテナとして用いる場合、受信機の筐体の一面において一体化するには適しているが、例えば、薄型の地上波デジタル放送受信用平面アンテナとしては、厚さを極限まで薄くすることができない。

本発明は、地上波デジタル放送受信用アンテナとして好適な平面アンテナ、特に薄肉化と同時にダイポール長の短尺化が可能で、しかも垂直面（Ｅ面）の指向性を向上させ、指向方向の動作利得を上げることができる、製作の容易な平面アンテナを提供することを目的とする。

本発明の「平面アンテナ」は、誘電体基板の一方の表面上に形成された薄肉導体ストリップからなる半波長ダイポール放射器エレメントと、半波長ダイポール放射器エレメントに絶縁層を介して積層されたＴ字形スリット付き導体箔とを備え、Ｔ字形スリット付き導体箔の導体部分によって半波長ダイポール放射器エレメントの少なくとも両端部が誘電体基板の片面側で実質的に覆われていることを特徴としている。

この平面アンテナは、半波長ダイポール放射器エレメントの両端部を外側から囲む一対のエレメント（誘電体基板の一方の表面上で互いに離間して向かい合うコの字状パターンの薄肉導体ストリップによって形成したコの字状エレメント）を更に備えることができ、この場合、当該エレメントは、半波長ダイポール放射器エレメントと同様に絶縁層を介してＴ字形スリット付き導体箔の導体部分によって誘電体基板の片面側で実質的に覆われたものとすることができる。

Ｔ字形スリット付き導体箔は、誘電体基板の他方の表面上に形成することが望ましい。これにより、誘電体基板によって前記絶縁層を兼ねることができ、最少の積層構造で平面アンテナを構成することができる。

尚、エレメントの内周縁と、放射器エレメントの外周縁との間隔寸法は、放射器エレメントの共振波長λに対して０．１〜０．２λに相当する範囲内に設定することが好ましい。また、放射器エレメントは、折返しダイポールとして形成されていることが好ましい。

放射器エレメントの励振ギャップは、対向配置された両エレメント間の離間間隙内に位置させることができる。従って、励振ギャップの両側に位置する給電端子及びそれに付属する接栓端子金具固定用の導体パッチを、両エレメント間の離間間隙内に形成することが可能であって、これら給電端子及び導体パッチの形成も、各エレメントの薄肉導体ストリップの形成と共に、例えば、単純に一層の導体箔のエッチングによって同時処理が可能である。

また、本発明に係るＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナは、上記のような構成の平面アンテナからなることを特徴としている。

本発明による平面アンテナでは、Ｔ字形スリット付き導体箔の導体部分によって半波長ダイポール放射器エレメントの少なくとも両端部が誘電体基板の片面側で実質的に覆われていることにより、ダイポール長を受信中心波長λの０．３５〜０．４０λ程度に短縮することができ、各エレメント及び導体箔を誘電体基板や絶縁層と積層することによって薄肉化のみならずダイポール長を短尺化した小型の平面アンテナを構成することができる。

一般に、ダイポールアンテナ単体の利得は通常０ｄＢであるが、本発明の平面アンテナでは、上述のような構成によって平面アンテナの垂直面指向性が向上し、良好な水平面指向性と共にアンテナ表面方向の動作利得として例えば０．５〜２．２ｄＢを実現することが可能である。

更に、本発明によれば、誘電体基板上に最少二層の金属箔を積層した構造で全てのエレメン卜を形成することができるため、シンプルな平面プレート形のアンテナを、僅かな工程数で容易に製作することができる。

以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について説明する。図１及び図２は、「ＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナ」として好適に用いることができる本発明の平面アンテナ１００の主要構成部分を示す図である。この平面アンテナ１００は、図示されているように、誘電体基板１１０の表面１１２上に形成された半波長ダイポール放射器エレメント１２０と、放射器エレメント１２０の両端部を外側から囲んで、誘電体基板１１０の同じ表面１１２上に互いに向かい合うように形成された一対のエレメント１３０ａ，１３０ｂと、誘電体基板１１０の裏面１１４上に形成されたＴ字形スリット付き導体箔１７０とを備えている。

Ｔ字形スリット付き導体箔１７０は、その導体部分によって放射器エレメント１２０の両端部とエレメント１３０ａ，１３０ｂを誘電体基板の裏面側で実質的に覆っている。

尚、本実施形態では、Ｔ字形スリット付き導体箔１７０は、放射器エレメント１２０に対する絶縁層として機能する誘電体基板１１０を介して積層されているが、これに代えて、表面１１２上に形成された放射器エレメント１２０とエレメント１３０ａ，１３０ｂの上に別の絶縁層を介してＴ字形スリット付き導体箔１７０を積層してもよい。

放射器エレメント１２０とエレメント１３０ａ，１３０ｂは、いずれも誘電体基板１１０の同じ表面１１２上に形成された薄肉導体ストリップからなり、これらの薄肉導体ストリップは、厚さ０．０２〜０．５ｍｍ程度の金属箔（例えば、銅箔、アルミニウム箔）によって構成されている。

Ｔ字形スリット付き導体箔１７０は、誘電体基板１１０の裏面１１４上に形成された厚さ０．０２〜０．５ｍｍ程度の金属箔（例えば、銅箔、アルミニウム箔）によって構成されている。

誘電体基板１１０は、その表裏面に前記金属箔の被着形成に適した平坦な面を有し、比誘電率が２〜６程度の合成樹脂（例えば、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレン樹脂等）、又は、プリント配線盤用材料等によって構成されている。

両エレメント１３０ａ，１３０ｂを形成する薄肉導体ストリップは、放射器エレメント１２０を間にして互いに離間して向かい合うコの字状のパターンに形成されている。

図示の例では、放射器エレメント１２０は、半波長折返しダイポールを構成しており、第１と第２のダイポールセグメント１２２ａ，１２２ｂと、これら両セグメントの先端同士を橋絡する連続アーム１２４とが平行に配列されてなる。これら両セグメント及びアームの断面積と平行配列の間隔とを適正に選ぶことにより、アンテナ系の放射特性を変えることなく、入力インピーダンスを最適に変換することができることは述べるまでもない。

放射器エレメント１２０のダイポールセグメント１２２ａ，１２２ｂの対向端部は、給電点としての給電端子１２５ａ，１２５ｂを構成しており、これら給電端子１２５ａ，１２５ｂの間が励振ギャップ１４０となっている。励振ギャップ１４０は、対向配置された両エレメント１３０ａ，１３０ｂ間の離間間隙内に位置し、この間隙内には給電端子１２５ａ，１２５ｂに付属する整合器や接栓端子金具固定用の導体パッチ１５０を形成することができる。

Ｔ字形スリット付き導体箔１７０は、折返しダイポールを構成する両ダイポールセグメント１２２ａ，１２２ｂと連続アーム１２４との間の励振ギャップ１４０を含む平行間隙、及び、ダイポールセグメント側エレメント間隙に相当するＴ字形領域が導体部分の無いスリット部１７２となっており、例えば、予め成形された金属箔を誘電体基板１１０の裏面１１４に貼付することによって形成することができる。

エレメント１３０ａ，１３０ｂは、放射器エレメント１２０を間にして互いに向かい合うコの字状のパターンを形成しており、放射器エレメント１２０の両端部を外側から囲んでいる。両エレメント１３０ａ，１３０ｂは、互いのコの字状パターンの開口部同士が向かい合うように相互から離間しており、その離間間隔は、図示の例では、放射器エレメント１２０の連続アーム１２４側と、ダイポールセグメント１２２ａ，１２２ｂ側とでほぼ同等となっているが、これに限定されるものではない。

コの字状パターンのエレメント１３０ａ，１３０ｂの内周縁と、放射器エレメント１２０の外周縁との間隔寸法は、放射器エレメント１２０の共振波長λに対して０．１〜０．２λに相当する範囲内とすることが好ましい。

本実施形態における平面アンテナ１００（ＵＨＦ地上波デジタル放送受信用小型折返しダイポールアンテナ）の各部の寸法は、以下の通りである。尚、誘電体基板上の薄肉導体ストリップによる各エレメント等の表面には、適宜保護膜を形成しても良い。
ポリスチレン製誘電体基板の厚さ：０．３ｍｍ
薄肉導体ストリップの厚さＴ：０．２ｍｍ
Ｔ字形スリット付き導体箔の厚さ：０．３ｍｍ
放射器エレメント薄肉導体ストリップの幅Ｗａ：５ｍｍ
エレメント薄肉導体ストリップの幅Ｗｂ：１０ｍｍ
折返しダイポール長Ｌ：１７０ｍｍ
折返しダイポール中心間隔Ｄ：１０ｍｍ
エレメントと放射器エレメントとの間隙Ｇ：５ｍｍ
連続アーム側エレメント間隔Ｓａ：６０ｍｍ
ダイポールセグメント側エレメント間隔Ｓｂ：６０ｍｍ

かかる仕様の平面アンテナ１００の電圧定在波比帯域特性（特性カーブＡ）を、Ｔ字形スリット付き導体箔無しの場合（特性カーブＢ）との比較において、図３に示す。尚、図４は、地上波デジタル放送用ＵＨＦ帯の中心波長に受信感度のピークをもつ同等仕様（但しＴ字形スリット付き導体箔無し）の折返しダイポール平面アンテナの電圧定在波比帯域特性（特性カーブＣ）を示している。これらの図からも明らかなように、本実施形態による平面アンテナでは、Ｔ字形スリット付き導体箔１７０を貼り合わせることにより、折返しダイポール長を図４の場合の２２０ｍｍから１７０ｍｍ（約０．３５λ）に短尺化することができ、また、実用的な整合が得られる電圧定在波比（ＶＳＷＲ）２．０以下の帯域幅も、図４の折返しダイポールアンテナの場合の５１０ＭＨｚ〜７４０ＭＨｚ（特性カーブＣ）から、図３の特性カーブＡに示すように４５０ＭＨｚ〜８７０ＭＨｚへと広帯域化を果たすことができた。更に、動作利得も、通常のダイポールアンテナの利得は０ｄＢであるのに対して、本実施形態による平面アンテナ１００では動作利得０．５ｄＢ〜２．２ｄＢを実現することができた。

尚、以上の実施形態においては、折返しダイポールアンテナに本発明を適用した場合を述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々のダイポールアンテナに適用することができる。

本発明に係る平面アンテナ１００の主要構成部分を示す図。図１のＸ−Ｘ線による平面アンテナ１００の断面図。図１の平面アンテナ１００の電圧定在波比帯域特性（特性カーブＡ）を、Ｔ字形スリット付き導体箔無しの場合（特性カーブＢ）との比較で示す線図。地上波デジタル放送用ＵＨＦ帯の中心波長に受信感度のピークをもつ同等仕様（但しＴ字形スリット付き導体箔無し）の折返しダイポール平面アンテナの電圧定在波比帯域特性（特性カーブＣ）を示す線図。

符号の説明

１００：平面アンテナ、
１１０：誘電体基板、
１１２：表面、
１１４：裏面、
１２０：放射器エレメント、
１２２ａ，１２２ｂ：ダイポールセグメント、
１２４：連続アーム、
１２５ａ，１２５ｂ：給電端子、
１３０ａ，１３０ｂ：エレメント（コの字状エレメント）、
１４０：励振ギャップ、
１５０：導体パッチ、
１７０：Ｔ字形スリット付き導体箔、
１７２：スリット部

Claims

誘電体基板の一方の表面上に形成された薄肉導体ストリップからなる半波長ダイポール放射器エレメントと、半波長ダイポール放射器エレメントに絶縁層を介して積層されたＴ字形スリット付き導体箔とを備え、Ｔ字形スリット付き導体箔の導体部分によって半波長ダイポール放射器エレメントの少なくとも両端部が誘電体基板の片面側で実質的に覆われていることを特徴とする平面アンテナ。
半波長ダイポール放射器エレメントの両端部を外側から囲む一対のエレメントを更に備え、このエレメントが、誘電体基板の一方の表面上で互いに離間して向かい合うコの字状パターンの薄肉導体ストリップによって形成されていると共に、半波長ダイポール放射器エレメントと同様に絶縁層を介してＴ字形スリット付き導体箔の導体部分によって誘電体基板の片面側で実質的に覆われていることを特徴とする、請求項１に記載の平面アンテナ。
Ｔ字形スリット付き導体箔が誘電体基板の他方の表面上に形成され、以て誘電体基板が前記絶縁層を兼ねていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
半波長ダイポール放射器エレメントが、折返しダイポールとして形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の平面アンテナからなることを特徴とするＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナ。