JP2008109561A - Loop antenna, antenna substrate, antenna integrated module and communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば携帯電話や無線LAN、UWB(Ultra Wide Band)、テレビジョン受像機等の無線通信機器、その他の各種通信機器等に使用されるループアンテナ、アンテナ基板、アンテナ一体モジュールおよび通信機器に関するものであり、特に、広帯域の送受信に有効なループアンテナ、アンテナ基板、アンテナ一体モジュールおよび通信機器に関する。 The present invention relates to a loop antenna, an antenna substrate, an antenna integrated module, and a communication device used for a wireless communication device such as a mobile phone, a wireless LAN, UWB (Ultra Wide Band), a television receiver, and other various communication devices. In particular, the present invention relates to a loop antenna, an antenna substrate, an antenna integrated module, and a communication device that are effective for broadband transmission / reception.
送受信用のループアンテナ、特に、携帯電話や無線LAN等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用される広帯域のループアンテナとして、図10に平面図で示す板状のループアンテナが知られている。図10において、111は中央部に帯状の開口112を有する平面状のアンテナ導体、121は開口112の長手方向(Y方向)の延長上に位置するようにしてアンテナ導体の縁部に形成された給電回路である。
A plate-like loop antenna shown in a plan view in FIG. 10 is known as a loop antenna for transmission / reception, in particular, as a broadband loop antenna used in wireless communication devices such as mobile phones and wireless LANs, and other various communication devices. ing. In FIG. 10, 111 is a planar antenna conductor having a band-
図10に示す広帯域のループアンテナ110は、図11に示す従来のいわゆる1波長線状導体のループアンテナ130を広帯域化させたものである。図11に示すループアンテナ130においては、アンテナ導体131の1周の長さが約1波長に当たる周波数で共振する。図10に示す広帯域のループアンテナ110は、1周の長さの異なる複数の1波長線状導体のループアンテナが、一つの平面状のアンテナ導体に包含されたものとみなすことができる。すなわち、ループアンテナ110においては、各1波長線状導体のループアンテナの1周の長さが、開口112の周囲の長さに相当する比較的短いものから、アンテナ導体111の外周の長さに相当する比較的長いものまでと範囲を持ったものとなり、その長さに対応する周波数も範囲を持ったものとなって広帯域特性を有する。電流分布は図11に示されたループアンテナ130と同様であることから、ループアンテナ110は、偏波がX方向の電波を送受信することができ、指向性はYZ面内において無指向性である。また、このとき開口112に沿って開口112を貫く磁界が生じる。
A
しかし、図10に示すような広帯域の送受信が可能な板状のループアンテナ110は、偏波がX方向の電波を送受信することはできるが、偏波がY方向の電波を送受信できず、送受信する電波の偏波が一定でない移動体通信においては、電波の送受信の効率が悪い。
However, the plate-
そこで、偏波の方向が異なる2つの電波を双方送受信可能にする方法、すなわち偏波共用化の手法として、図10に示すループアンテナ110を、図12に示すように互いに90°回転させた位置関係で、平行方向に並べる手法が知られている。図12の構成によれば、第1のループアンテナ110Aは、偏波がX方向の電波を送受信でき、第2のループアンテナ110Bは偏波がY方向の電波を送受信できるため、X方向、Y方向双方の偏波の電波を送受信可能、すなわち偏波共用可能となる。
Therefore, as a method for enabling transmission and reception of two radio waves having different polarization directions, that is, as a polarization sharing technique, positions where the
また、他の偏波共用化の手法として、1波長線状導体のループアンテナの場合と同様に(例えば、特許文献1参照)、図10に示すループアンテナ110を、図13に示すように互いに90°回転させた位置関係で、垂直方向に並べる手法が知られている。図13の構成によれば、第1のループアンテナ110Aは、偏波がX方向の電波を送受信でき、第2のループアンテナ110Bは偏波がY方向の電波を送受信できるため、X方向、Y方向双方の偏波の電波を送受信可能、すなわち偏波共用可能となる。
しかしながら、図12に示す構成により偏波共用化を行う場合、ループアンテナを2個平行に並べる必要があるため、アンテナの実装面積が大きくなり、ループアンテナを搭載する機器の大型化を招くという問題を誘発する。 However, when polarization sharing is performed with the configuration shown in FIG. 12, it is necessary to arrange two loop antennas in parallel, which increases the mounting area of the antenna and leads to an increase in the size of a device on which the loop antenna is mounted. To trigger.
また、図13に示す構成により偏波共用化を行なう場合、第1のループアンテナ100と第2のループアンテナ200の距離hが、使用する周波数の半波長以下であると、互いのアンテナ同士が干渉しあい、アンテナ特性が劣化するという問題を誘発する。また、アンテナ特性の劣化を防ぐために、第1のループアンテナ100と第2のループアンテナ200の距離hを使用する周波数の半波長以上にすると、アンテナの垂直方向の長さ(高さ)が大きくなり、ループアンテナを搭載する機器の大型化を招くという問題を誘発する。 Further, when polarization sharing is performed with the configuration shown in FIG. 13, if the distance h between the first loop antenna 100 and the second loop antenna 200 is equal to or less than a half wavelength of the frequency to be used, the mutual antennas are Interference causes a problem that the antenna characteristics deteriorate. Further, in order to prevent deterioration of antenna characteristics, if the distance h between the first loop antenna 100 and the second loop antenna 200 is set to a half wavelength or more of the frequency to be used, the length (height) of the antenna in the vertical direction becomes large. This leads to the problem of increasing the size of the device equipped with the loop antenna.
本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、小型で広帯域な偏波共用ループアンテナを提供すること、およびそのようなループアンテナを有するアンテナ基板、アンテナ一体モジュールおよび通信機器を提供することにある。 The present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a small-sized and wide-band polarized-loop antenna, and an antenna substrate having such a loop antenna, an antenna integrated module, and It is to provide communication equipment.
本発明の第1のループアンテナは、帯状の第1の開口と、該第1の開口に対して45乃至90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口とを有する平面状のアンテナ導体と、該アンテナ導体の縁部において、前記第1の開口の長手方向の延長線上に位置するように形成された、該アンテナ導体の給電回路とを備えることを特徴とする。 A first loop antenna according to the present invention is a planar antenna having a strip-shaped first opening and a second opening that intersects the first opening at an angle of 45 to 90 degrees and is open at one end. It is characterized by comprising a conductor and a feeding circuit for the antenna conductor formed at the edge of the antenna conductor so as to be positioned on the longitudinal extension of the first opening.
また、上記第1のループアンテナにおいて、好ましくは、前記アンテナ導体は、正方形状であり、前記第2の開口は、前記第1の開口に対して該第1の開口の長手方向における中央部で垂直に交わる。 In the first loop antenna, preferably, the antenna conductor has a square shape, and the second opening is a central portion in the longitudinal direction of the first opening with respect to the first opening. Intersect vertically.
本発明の第2のループアンテナは、帯状の第1の開口と、該第1の開口に対して45乃至90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口とを有する平面状のアンテナ導体を一方向に分割して得られた複数の部分アンテナ導体と、該複数の部分アンテナ導体の1つの縁部において、前記第1の開口の長手方向の延長線上に位置するように形成された、該アンテナ導体の給電回路とを備えたループアンテナであって、前記複数の部分アンテナ導体は、前記アンテナ導体が折り畳まれたように配置された、対向する複数の平面導体と隣接する該各平面導体を接続する接続導体とからなり、前記複数の平面導体は、平面透視したときに、該各平面導体における開口の形状が一致することを特徴とする。 The second loop antenna of the present invention is a planar antenna having a strip-shaped first opening and a second opening that intersects the first opening at an angle of 45 to 90 degrees and is open at one end. A plurality of partial antenna conductors obtained by dividing the conductor in one direction and one edge portion of the plurality of partial antenna conductors are formed so as to be located on the extension line in the longitudinal direction of the first opening. A loop antenna including a feeding circuit for the antenna conductor, wherein the plurality of partial antenna conductors are arranged such that the antenna conductor is folded, and the respective planes adjacent to the plurality of opposed planar conductors The plurality of planar conductors are characterized in that the shapes of the openings in the planar conductors coincide when viewed through the plane.
また、上記第2のループアンテナにおいて、好ましくは、前記複数の部分アンテナ導体は、前記第2の開口が前記第1の開口に対して該第1の開口の長手方向における中央部で垂直に交わる正方形状のアンテナ導体を一方向に分割して得られる。 In the second loop antenna, preferably, in the plurality of partial antenna conductors, the second opening intersects the first opening perpendicularly at a central portion in the longitudinal direction of the first opening. It is obtained by dividing a square antenna conductor in one direction.
本発明のアンテナ基板は、上記いずれかのループアンテナが誘電体基板表面または誘電体基板内に形成されて成ることを特徴とする。 The antenna substrate of the present invention is characterized in that any one of the above loop antennas is formed on the surface of the dielectric substrate or in the dielectric substrate.
本発明の第1のアンテナ一体モジュールは、上記アンテナ基板に、外部から入力された信号を高周波信号に変換して前記給電回路に出力する高周波回路が搭載されて成ることを特徴とする。 The first antenna-integrated module of the present invention is characterized in that a high-frequency circuit for converting a signal input from the outside into a high-frequency signal and outputting it to the power feeding circuit is mounted on the antenna substrate.
また、上記第1のアンテナ一体モジュールにおいて、好ましくは、前記高周波回路は、前記アンテナ基板を平面透視したときに、前記第1および第2の開口と重ならないように搭載されている。 In the first antenna-integrated module, preferably, the high-frequency circuit is mounted so as not to overlap the first and second openings when the antenna substrate is viewed in plan.
本発明の第2のアンテナ一体モジュールは、前記第1のアンテナ一体モジュールにおいて、前記アンテナ基板に、外部から入力された信号を処理して前記高周波回路に出力する信号処理回路が搭載されてなることを特徴とする。 In the second integrated antenna module of the present invention, in the first integrated antenna module, a signal processing circuit for processing an externally input signal and outputting the signal to the high frequency circuit is mounted on the antenna substrate. It is characterized by.
また、上記第2のアンテナ一体モジュールにおいて、好ましくは、前記高周波回路および信号処理回路は、前記アンテナ基板を平面透視したときに、前記第1および第2の開口と重ならないようにそれぞれ搭載されている。 In the second antenna-integrated module, preferably, the high-frequency circuit and the signal processing circuit are respectively mounted so as not to overlap the first and second openings when the antenna substrate is seen through the plane. Yes.
本発明の第3のアンテナ一体モジュールは、前記第2のアンテナ一体モジュールにおいて、前記アンテナ基板に、前記信号処理回路に接続されたセンサーモジュールが搭載されてなることを特徴とする。 The third antenna integrated module of the present invention is characterized in that, in the second antenna integrated module, a sensor module connected to the signal processing circuit is mounted on the antenna substrate.
また、上記第3のアンテナ一体モジュールにおいて、好ましくは、前記高周波回路、信号処理回路およびセンサーモジュールは、前記アンテナ基板を平面透視したときに、前記第1および第2の開口と重ならないようにそれぞれ搭載されている。 In the third integrated antenna module, it is preferable that the high-frequency circuit, the signal processing circuit, and the sensor module do not overlap the first and second openings when the antenna substrate is seen through the plane. It is installed.
本発明の第4のアンテナ一体モジュールは、前記第3のアンテナ一体モジュールにおいて、前記アンテナ基板に、前記高周波回路、前記信号処理回路、および前記センサーモジュールに対して電力をそれぞれ供給する電源が搭載されてなることを特徴とする。 According to a fourth integrated antenna module of the present invention, in the third integrated antenna module, a power supply for supplying power to the high frequency circuit, the signal processing circuit, and the sensor module is mounted on the antenna substrate. It is characterized by.
また、上記第4のアンテナ一体モジュールにおいて、好ましくは、前記高周波回路、前記信号処理回路、前記センサーモジュールおよび前記電源は、前記アンテナ基板を平面透視したときに、前記第1および第2の開口と重ならないようにそれぞれ搭載されている。 In the fourth antenna-integrated module, preferably, the high-frequency circuit, the signal processing circuit, the sensor module, and the power source are the first and second openings when the antenna substrate is seen through the plane. It is mounted so as not to overlap each other.
本発明の第1の通信機器は、上記いずれかのループアンテナが搭載されて成ることを特徴とする。 A first communication device according to the present invention includes any one of the above loop antennas.
本発明の第2の通信機器は、上記アンテナ基板が搭載されて成ることを特徴とする。 A second communication device of the present invention is characterized in that the antenna substrate is mounted.
本発明の第3の通信機器は、上記いずれかのアンテナ一体モジュールが搭載されて成ることを特徴とする。 A third communication device of the present invention is characterized in that any one of the antenna integrated modules is mounted.
本発明のループアンテナは、帯状の第1の開口と、第1の開口に対して45乃至90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口とを有する平面状のアンテナ導体と、アンテナ導体の縁部において、第1の開口の長手方向の延長線上に位置するように形成された、アンテナ導体の給電回路とを備えることを特徴とすることから、アンテナ導体は、全体として板状であるので広帯域特性を有する。また同時に、第1の開口に沿って、第1の開口を貫く磁界が生じ、第1の開口に垂直な方向に電界が生じるとともに、第2の開口に沿って、第2の開口を貫く磁界が生じ、第2の開口に垂直な方向に電界が生じる。したがって、互いに45乃至90度の角度差を持った偏波の電波の送受信が可能で、偏波共用化が可能である。また、偏波共用化のために、同形状のアンテナ導体を2個用いる必要がないため、小型の偏波共用アンテナを実現することができる。 A loop antenna according to the present invention includes a planar antenna conductor having a first opening in a band shape, a second opening that intersects with the first opening at an angle of 45 to 90 degrees and one end is open, and an antenna. The antenna conductor has a plate-like shape as a whole since the antenna conductor includes a feeding circuit for the antenna conductor formed at the edge of the conductor so as to be positioned on the extension line in the longitudinal direction of the first opening. It has wideband characteristics. At the same time, a magnetic field that passes through the first opening is generated along the first opening, an electric field is generated in a direction perpendicular to the first opening, and a magnetic field that passes through the second opening along the second opening. And an electric field is generated in a direction perpendicular to the second opening. Therefore, it is possible to transmit and receive a polarized wave having an angle difference of 45 to 90 degrees from each other, and to share the polarization. In addition, since it is not necessary to use two antenna conductors having the same shape for polarization sharing, a small-sized polarization sharing antenna can be realized.
また、上記ループアンテナにおいて、アンテナ導体が正方形状であり、第2の開口が、第1の開口に対して第1の開口の長手方向における中央部で垂直に交わる場合には、互いに垂直な偏波の電波の送受信が可能で、より効率のよい偏波共用化が可能である。 Further, in the loop antenna, when the antenna conductor has a square shape and the second opening intersects the first opening at the center in the longitudinal direction of the first opening, the antennas are perpendicular to each other. Waves can be transmitted and received, allowing more efficient polarization sharing.
本発明のループアンテナは、帯状の第1の開口と、第1の開口に対して45乃至90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口とを有する平面状のアンテナ導体を一方向に分割して得られた複数の部分アンテナ導体と、複数の部分アンテナ導体の1つの縁部において、第1の開口の長手方向の延長線上に位置するように形成された、アンテナ導体の給電回路とを備えたループアンテナであって、複数の部分アンテナ導体は、アンテナ導体が折り畳まれたように配置された、対向する複数の平面導体と隣接する各平面導体を接続する接続導体とからなり、複数の平面導体は、平面透視したときに、各平面導体における開口の形状が一致することを特徴とすることから、基本構造となるアンテナ導体は、全体として板状であるので広帯域特性を有する。また、複数の部分アンテナ導体は、アンテナ導体が折り畳まれたように配置された、対向する複数の平面導体と隣接する各平面導体を接続する接続導体とからなることから、平面視したときに、対向する複数の平面導体が重なり、平面視したときの面積を小さく抑えることができる。また、複数の平面導体は、平面透視したときに、各平面導体における開口の形状が一致することから、第1および第2の開口を貫いて生じた磁界が、アンテナ導体の各平面部位によってさえぎられることがなく、互いに45乃至90度の角度差を持った偏波の電波の送受信が可能である。 The loop antenna of the present invention has a planar antenna conductor in one direction that has a strip-shaped first opening and a second opening that intersects the first opening at an angle of 45 to 90 degrees and is open at one end. A plurality of partial antenna conductors obtained by dividing the antenna into a plurality of partial antenna conductors and an antenna conductor feeding circuit formed on one edge of the plurality of partial antenna conductors so as to be positioned on an extension line in the longitudinal direction of the first opening The plurality of partial antenna conductors are arranged so that the antenna conductors are folded, and are composed of a plurality of opposing planar conductors and connecting conductors connecting the adjacent planar conductors, A plurality of planar conductors are characterized in that the shape of the opening in each planar conductor matches when seen through the plane. A. Further, since the plurality of partial antenna conductors are composed of a plurality of opposing planar conductors and connecting conductors connecting the adjacent planar conductors arranged so that the antenna conductors are folded, A plurality of opposing planar conductors overlap, and the area when viewed in plan can be kept small. In addition, when the plurality of planar conductors are seen through the plane, the shape of the opening in each planar conductor matches, so that the magnetic field generated through the first and second openings is blocked by each planar portion of the antenna conductor. Therefore, it is possible to transmit and receive polarized radio waves having an angle difference of 45 to 90 degrees.
また、上記ループアンテナにおいて、複数の部分アンテナ導体が、第2の開口が第1の開口に対して第1の開口の長手方向における中央部で垂直に交わる正方形状のアンテナ導体を一方向に分割して得られる場合には、互いに垂直な偏波の電波の送受信が可能である。 Further, in the loop antenna, the plurality of partial antenna conductors divide the square antenna conductor in which the second opening intersects perpendicularly at the center in the longitudinal direction of the first opening with respect to the first opening in one direction. Thus, it is possible to transmit and receive radio waves with polarized waves perpendicular to each other.
本発明のアンテナ基板は、上記のいずれかに記載のループアンテナが誘電体基板表面または誘電体基板内に形成されて成ることを特徴とすることから、誘電体基板の誘電率による波長短縮効果によってアンテナの寸法を小型化することができる。 The antenna substrate of the present invention is characterized in that the loop antenna according to any one of the above is formed on the surface of the dielectric substrate or in the dielectric substrate, so that the wavelength reduction effect due to the dielectric constant of the dielectric substrate is achieved. The size of the antenna can be reduced.
本発明のアンテナ一体モジュールは、上記アンテナ基板に、外部から入力された信号を高周波信号に変換して給電回路に出力する高周波回路が搭載されて成ることを特徴とすることから、高周波回路と給電回路との間の配線をアンテナ基板上に最短経路で形成することができ、高周波回路と給電回路との間で伝送される高周波信号の伝送損失を小さくすることができる。またアンテナ基板と高周波回路とを一体とすることができるので、モジュールの小型化が可能である。 The antenna integrated module according to the present invention is characterized in that a high-frequency circuit that converts a signal input from the outside into a high-frequency signal and outputs it to the power feeding circuit is mounted on the antenna substrate. Wiring to and from the circuit can be formed on the antenna substrate with the shortest path, and transmission loss of the high-frequency signal transmitted between the high-frequency circuit and the power feeding circuit can be reduced. Further, since the antenna substrate and the high frequency circuit can be integrated, the size of the module can be reduced.
また、上記アンテナ一体モジュールにおいて、高周波回路が、アンテナ基板を平面透視したときに、第1および第2の開口と重ならないように搭載されている場合には、、高周波回路と給電回路との間の配線をアンテナ基板上に最短経路で形成することができ、高周波回路と給電回路との間で伝送される高周波信号の伝送損失を小さくすることができる。またアンテナ基板と高周波回路とを一体とすることができるので、モジュールの小型化が可能である。さらに、第1および第2の開口を貫いて生じた磁界が、高周波回路によってさえぎられることがなく、アンテナ特性の劣化を抑えることができる。 Further, in the antenna integrated module, when the high frequency circuit is mounted so as not to overlap the first and second openings when the antenna substrate is seen through, the gap between the high frequency circuit and the power feeding circuit can be reduced. This wiring can be formed on the antenna substrate with the shortest path, and transmission loss of a high-frequency signal transmitted between the high-frequency circuit and the power feeding circuit can be reduced. Further, since the antenna substrate and the high frequency circuit can be integrated, the size of the module can be reduced. Furthermore, the magnetic field generated through the first and second openings is not interrupted by the high frequency circuit, and deterioration of the antenna characteristics can be suppressed.
本発明のアンテナ一体モジュールは、上記アンテナ一体モジュールにおいて、アンテナ基板に、外部から入力された信号を処理して高周波回路に出力する信号処理回路が搭載されてなることから、アンテナ基板、高周波回路および信号処理回路を一体とすることができるので、モジュールの小型化が可能である。 Since the antenna integrated module of the present invention includes a signal processing circuit that processes an externally input signal and outputs the signal to a high frequency circuit in the antenna integrated module, the antenna substrate, the high frequency circuit, and Since the signal processing circuit can be integrated, the size of the module can be reduced.
また、上記アンテナ一体モジュールにおいて、高周波回路および信号処理回路が、アンテナ基板を平面透視したときに、第1および第2の開口と重ならないようにそれぞれ搭載されている場合には、アンテナ基板、高周波回路および給電回路を一体とすることができるので、モジュールの小型化が可能である。さらに、第1および第2の開口を貫いて生じた磁界が、高周波回路および信号処理回路によってさえぎられることがなく、アンテナ特性の劣化を抑えることができる。 In the antenna integrated module, when the high frequency circuit and the signal processing circuit are mounted so as not to overlap the first and second openings when the antenna substrate is seen through the plane, the antenna substrate, the high frequency Since the circuit and the power feeding circuit can be integrated, the module can be reduced in size. Furthermore, the magnetic field generated through the first and second openings is not interrupted by the high frequency circuit and the signal processing circuit, and the deterioration of the antenna characteristics can be suppressed.
本発明のアンテナ一体モジュールは、上記アンテナ一体モジュールにおいて、アンテナ基板に、信号処理回路に接続された、センサーモジュールが搭載されてなることを特徴とすることから、アンテナ基板、高周波回路、信号処理回路およびセンサーモジュールを一体とすることができるので、モジュールの小型化が可能である。 The antenna integrated module of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned antenna integrated module, a sensor module connected to the signal processing circuit is mounted on the antenna substrate, so that the antenna substrate, the high frequency circuit, and the signal processing circuit are mounted. Since the sensor module can be integrated, the module can be reduced in size.
また、上記アンテナ一体モジュールにおいて、高周波回路、信号処理回路およびセンサーモジュールが、アンテナ基板を平面透視したときに、第1および第2の開口と重ならないようにそれぞれ搭載されている場合には、第1および第2の開口を貫いて生じた磁界が、高周波回路、信号処理回路およびセンサーモジュールによってさえぎられることがなく、アンテナ特性の劣化を抑えることができる。 In the antenna integrated module, when the high-frequency circuit, the signal processing circuit, and the sensor module are mounted so as not to overlap the first and second openings when the antenna substrate is seen through the plane, The magnetic field generated through the first and second openings is not interrupted by the high-frequency circuit, the signal processing circuit, and the sensor module, and deterioration of the antenna characteristics can be suppressed.
本発明のアンテナ一体モジュールは、上記アンテナ一体モジュールにおいて、アンテナ基板に、高周波回路、信号処理回路、およびセンサーモジュールに対して電力をそれぞれ供給する電源が搭載されてなることを特徴とすることから、アンテナ基板、高周波回路、信号処理回路、センサーモジュールおよび電源を一体とすることができるので、モジュールの小型化が可能である。 The antenna integrated module of the present invention is characterized in that, in the antenna integrated module, the antenna substrate is mounted with a power source for supplying power to the high frequency circuit, the signal processing circuit, and the sensor module. Since the antenna substrate, the high frequency circuit, the signal processing circuit, the sensor module, and the power source can be integrated, the module can be reduced in size.
また、上記アンテナ一体モジュールにおいて、高周波回路、信号処理回路、センサーモジュールおよび電源が、アンテナ基板を平面透視したときに、第1および第2の開口と重ならないようにそれぞれ搭載されている場合には、第1および第2の開口を貫いて生じた磁界が、高周波回路、信号処理回路、センサーモジュールおよび電源によってさえぎられることがなく、アンテナ特性の劣化を抑えることができる。 In the antenna integrated module, when the high frequency circuit, the signal processing circuit, the sensor module, and the power source are mounted so as not to overlap the first and second openings when the antenna substrate is seen through the plane, respectively. The magnetic field generated through the first and second openings is not blocked by the high-frequency circuit, the signal processing circuit, the sensor module, and the power source, and the deterioration of the antenna characteristics can be suppressed.
本発明の通信機器は、上記のいずれかのループアンテナが搭載されて成ることを特徴とすることから、広帯域、偏波共用で小型の通信が可能な通信機器を提供することができる。 Since the communication device of the present invention is characterized in that any one of the above loop antennas is mounted, it is possible to provide a communication device capable of small-sized communication with wide bandwidth and polarization sharing.
本発明の通信機器は、上記のアンテナ基板が搭載されて成ることを特徴とすることから、広帯域、偏波共用でさらに小型の通信が可能な通信機器を提供することができる。 The communication device according to the present invention is characterized in that the antenna substrate is mounted on the communication device. Therefore, it is possible to provide a communication device capable of further communication in a wide band and for polarization sharing.
本発明の通信機器は、上記のいずれかのアンテナ一体モジュールが搭載されて成ることを特徴とすることから、広帯域、偏波共用でさらに小型の通信が可能な通信機器を提供することができる。 Since the communication device of the present invention is characterized in that any one of the above-described antenna integrated modules is mounted, it is possible to provide a communication device capable of further communication in a wide band and polarization sharing.
以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態によるループアンテナの構成例を示す平面図である。図1において、10はループアンテナ、11は帯状の第1の開口12Aと、第1の開口12Aに対して90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口12Bとを有する正方形状のアンテナ導体、21は、アンテナ導体11の縁部において、第1の開口12Aの長手方向(Y方向)の延長線上に位置するように形成された、アンテナ導体11の給電回路である。ここで、2つの開口12A、12Bは、形状および寸法がそれぞれ同一である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a loop antenna according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is a loop antenna, 11 is a square-shaped opening having a strip-shaped
給電回路21は、アンテナ導体11が所定の電波を送信するために必要な電流を供給する供給用端子として機能する。また、給電回路21は、アンテナ導体11によって受信された電波により生じる電流を外部の電気回路に供給するための供給用端子としても機能する。
The
開口12A,12Bは長方形状等の長細い形状であり、その長手方向とは、開口12の中心を通って開口の縁部の一点から他点まで最も長く延在する線分の延在方向長手方向の中心軸の方向をいう。この開口12A,12Bは、平面状の導体を、送受信可能なループアンテナとして機能させるためのものである。開口12Aの長手方向に垂直な偏波成分および開口12Bの長手方向に垂直な偏波成分のみを得るためには、開口12A,12Bは、アンテナ導体11の中央部に設けることが望ましい。
The
次に、本実施の形態によるループアンテナ11の特性について説明する。広帯域のループアンテナとして機能し得るか否かは反射特性(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)により検証することができる。高周波信号を扱う機器にはこの数値ができる限り低いことが要求される。ここで、図2(a)は、本実施の形態によるループアンテナ10のVSWRの周波数特性を示すグラフであり、(b)は、図10に示す従来のループアンテナ110のVSWRの周波数特性を示すグラフである。図2(a),(b)に示されるように、従来のループアンテナ110のVSWR及び本実施の形態によるループアンテナ10のVSWRは、4GHzを中心に約1.5GHzに亘って2以下を示しており、本実施の形態によるループアンテナ10は、従来のループアンテナ110と同程度の広帯域特性を有していることが分かる。
Next, the characteristics of the
また、図3(a)は、本実施の形態によるループアンテナ10のX方向およびY方向偏波の平均利得GxおよびGyを示すグラフであり、図3(b)は、従来のループアンテナ110のX方向およびY方向偏波の平均利得GxおよびGyを示すグラフである。図3(b)のグラフにおいて、Gxは0dBi以上、Gyは0dBi以下であり、従来のループアンテナ110の偏波はX方向であることが分かる。一方、図4(a)のグラフにおいて、Gxは、3〜5GHzで0dBi以上であり、Gyは、3〜4.5GHzで0dBi以上である。これにより、本実施の形態によるループアンテナ10の構成によれば、特に3〜4.5GHzの周波数帯域において、X方向、Y方向双方の偏波の送受信が可能となり、偏波共用化が実現できることがわかる。
3A is a graph showing average gains Gx and Gy of the X-direction and Y-direction polarizations of the
上述したように、本実施の形態によるループアンテナ10は、3〜5GHzの周波数帯域において、VSWRが低く、かつ偏波共用化を実現できる。よって、実施の形態1によるループアンテナ10は、UWB通信において利用される周波数帯域(3〜5GHz)内で優れた特性を有することから、UWB通信用のアンテナとして適用することが可能である。
As described above, the
なお、上述のループアンテナ10は、直行する2つの開口12A,12Bを有する正方形状のアンテナ導体11を有するが、アンテナ導体11の形状は平面状であればこれに限らない。また、アンテナ導体11に設けられる開口12A,12Bは、必ずしも垂直に交わらなくてよく、一方の開口12A,12Bが他方の開口12B,12Aに対して45乃至90度の角度で交わっていればよい。さらに、2つの開口12A、12Bは、形状および寸法が同一である必要はなく、形状および寸法の少なくとも一方が異なっていてもよい。
The
本実施の形態1によるループアンテナ10は、帯状の第1の開口12Aと、第1の開口12Aに対して45乃至90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口12Bとを有する平面状のアンテナ導体11と、アンテナ導体11の縁部において、第1の開口12Aの長手方向の延長線上に位置するように形成された、アンテナ導体の給電回路21とを設けている。この構成により、アンテナ導体11は、全体として板状であるので広帯域特性を有する。すなわち、アンテナ導体11は複数の1波長線状導体から成るとみなすことができ、その1波長線状導体の1周の長さは、開口12Aの周囲に当たる比較的短いものから、アンテナ導体11の外縁部に当たる比較的長いものまでと範囲を持ったものとなるため、その長さに対応する周波数も範囲を持ったものとなって広帯域特性を有することができる。また同時に、第1の開口12Aに沿って、第1の開口12Aを貫く磁界が生じるため、第1の開口12Aに垂直な方向に電界が生じるとともに、第2の開口12Bに沿って、第2の開口12Bを貫く磁界が生じ、第2の開口12Bに垂直な方向に電界が生じる。したがって、互いに45乃至90度の角度差を持った偏波の電波の送受信が可能で、偏波共用化が可能である。また、偏波共用化のために、同形状のアンテナ導体を2個用いる必要がないため、小型の偏波共用アンテナを実現することができる。
The
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態によるループアンテナの構成例を示す斜視透視図であり、図5は、図4に示すループアンテナの基本構造となる板状のループアンテナの平面図である。なお、この場合の基本構造とは、折畳まれることにより図4に示すループアンテナとなる構造を意味する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a perspective perspective view showing a configuration example of a loop antenna according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of a plate-like loop antenna serving as a basic structure of the loop antenna shown in FIG. It is. In addition, the basic structure in this case means the structure which becomes a loop antenna shown in FIG. 4 by being folded.
図4及び図5に示されるように、ループアンテナ30は、複数の部分アンテナ導体31T,31B,31Sから成る平面状のアンテナ導体31を備える。アンテナ導体31は、第1の開口32Aと、第1の開口32Aに対して90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口32Bとを有する。また、第1の開口32Aは、部分アンテナ導体31Tに位置する開口32ATと部分アンテナ導体31Bに位置する開口32ABとから成り、第2の開口32Bは、部分アンテナ導体31Tに位置する開口32BTと部分アンテナ導体31Bに位置する開口32BBとから成る。さらに、ループアンテナ30は、部分アンテナ導体31Tの縁部において、第1の開口12Aの長手方向の延長線上に位置するように形成された、アンテナ導体11の給電回路41を備える。なお、開口32A、32Bは、形状および寸法がそれぞれ同一である。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図4に示されるように、アンテナ導体31は、アンテナ導体31が折り畳まれたように配置された、対向する複数の部分アンテナ導体31T、31Bと隣接する各部分アンテナ導体31T,31Bを接続する接続導体31Sとからなる。また、複数の部分アンテナ導体31T,31Bは、平面透視したときに、各部分アンテナ導体31T,31Bにおける開口の形状が一致するように配置される。すなわち、図5に示された例では、開口32ATと開口32BBの形状、並びに開口32BTと開口32ABの形状がそれぞれ一致する。ここで、部分アンテナ導体31T,31Bは、平面導体をそれぞれなし、部分アンテナ導体31Sは、隣接する平面導体を接続する接続導体をなす。
As shown in FIG. 4, the
本実施の形態によるループアンテナ30は、基本構造となるアンテナ導体11が全体として板状であるので広帯域特性を有する。すなわち、アンテナ導体31は複数の1波長線状導体から成るとみなすことができ、その1波長線状導体の1周の長さが、各開口32A,32Bの周囲の長さに相当する比較的短いものから、アンテナ導体31の外周の長さに相当する比較的長いものまでと範囲を持ったものとなるため、その長さに対応する周波数も範囲を持ったものとなって広帯域特性を有することができる。また、アンテナ導体31は、アンテナ導体11が折り畳まれたように配置された、対向する複数の部分アンテナ導体31T、31Bと隣接する各部分アンテナ導体31T,31Bを接続する接続導体31Sとからなるため、平面視したときに、部分アンテナ導体31T、31Bが重なり、平面視したときの面積を小さく抑えることができる。また、複数の部分アンテナ導体31T,31Bは、平面透視したときに、各部分アンテナ導体31T,31Bにおける開口の形状が一致することから、第1および第2の開口32A、32Bを貫いて生じた磁界が、アンテナ導体11の各平面部位31Tおよび31Bによってさえぎられることがなく、互いに45乃至90度の角度差を持った偏波の電波の送受信が可能である。
The
なお、図4に示すループアンテナは、便宜上、図5に示すようなループアンテナが折畳まれたものとして説明しているが、必ずしも、いったん平面状に形成されたアンテナ導体31に折畳みの加工が施されて形成されたものである必要はない。例えば、個別に作製された複数の平面導体31Tおよび31Bが、接続導体31Sを介して電気的、機械的に接続されて形成されたものでもよい。
The loop antenna shown in FIG. 4 has been described as a loop antenna shown in FIG. 5 folded for convenience. However, the
次に、第2の実施の形態によるループアンテナ30の特性について説明する。図6は、本実施の形態2によるループアンテナ30のVSWRの周波数特性を示すグラフである。図6において、VSWRは4GHzよりも低周波側にシフトしてはいるものの、2.5GHzから4GHzに亘って3以下を示しており、広帯域特性を有していることが分かる。
Next, characteristics of the
また、図7は、本実施の形態によるループアンテナ30のX方向およびY方向偏波の平均利得GxおよびGyを示すグラフである。図7のグラフにおいて、Gxについては、3〜5GHzで約0dBiであり、Gyについては、3〜3.5GHzで0dBi以上である。これにより、本実施の形態2によるループアンテナ30の構成により、X方向、Y方向双方の偏波の送受信が可能となり、偏波共用化が実現できることがわかる。
FIG. 7 is a graph showing the average gains Gx and Gy of the polarization in the X direction and the Y direction of the
上述したように、本実施の形態によるループアンテナ30は、3〜5GHzの周波数帯域において、VSWRが低く、かつ偏波共用化を実現できる。よって、本実施の形態2によるループアンテナ30は、UWB通信のアンテナとして適用することが可能である。
As described above, the
なお、上述のループアンテナ30は、直行する2つの開口32A,32Bを有する正方形状のアンテナ導体31を有するが、アンテナ導体31の形状はこれに限らない。また、アンテナ導体31に設けられる開口32A,32Bは、必ずしも垂直に交わらなくてよく、一方の開口32A,32Bが他方の開口32B,32Aに対して45乃至90度の角度で交わっていればよい。
In addition, although the above-mentioned
以上のように、帯状の第1の開口と、第1の開口に対して45乃至90度の角度で交わり、一端が開放した第2の開口とを有する平面状のアンテナ導体を一方向に分割して得られた複数の部分アンテナ導体と、複数の部分アンテナ導体の1つの縁部において、第1の開口の長手方向の延長線上に位置するように形成された、アンテナ導体の給電回路とを備えたループアンテナであって、複数の部分アンテナ導体は、アンテナ導体が折り畳まれたように配置された、対向する複数の平面導体と隣接する各平面導体を接続する接続導体とからなり、複数の平面導体は、平面透視したときに、各平面導体における開口の形状が一致することで、広帯域特性を有し、また、平面視したときに、対向する複数の平面導体が重なり、平面視したときの面積を小さく抑えることができ、また互いに45乃至90度の角度差を持った偏波の電波の送受信が可能なループアンテナを実現できる。 As described above, a planar antenna conductor having a strip-shaped first opening and a second opening that intersects the first opening at an angle of 45 to 90 degrees and is open at one end is divided in one direction. A plurality of partial antenna conductors obtained, and a feeding circuit for the antenna conductor formed on one edge of the plurality of partial antenna conductors so as to be positioned on the longitudinal extension of the first opening. The plurality of partial antenna conductors are arranged such that the antenna conductors are folded, and are composed of a plurality of opposing planar conductors and connecting conductors connecting the adjacent planar conductors. Planar conductors have wideband characteristics by matching the shape of the openings in each planar conductor when viewed in plan, and when viewed in plan when a plurality of opposing planar conductors overlap. Area of It can be reduced, also possible to realize a loop antenna capable of transmitting and receiving radio waves polarized wave having an angular difference of 45 to 90 degrees from each other.
また、上述のループアンテナ10,30を、誘電体基板(図示せず)の露出表面や内部に構成してもよく、誘電体基板の誘電率による波長短縮効果によってアンテナの寸法を小型化することができる。また、その際、誘電体基板およびアンテナ導体11,31は、以下のような高周波用配線基板に使用される種々の材料から成るものを使用することができる。
Further, the
例えば、誘電体基板の誘電体(絶縁体)材料としては、例えばアルミナセラミックス(アルミナ質焼結体),ムライトセラミックス等のセラミック材料やガラスセラミックス等の無機材料、あるいは四フッ化エチレン−エチレン樹脂(ポリテトラフルオロエチレン;PTFE)、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂(テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂;ETFE)、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樹脂(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂;PFA)等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の樹脂材料等が用いられる。また、誘電体基板の形状や寸法(厚み、幅、長さ)は、使用される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。 For example, as a dielectric (insulator) material for a dielectric substrate, for example, ceramic materials such as alumina ceramics (alumina sintered body), mullite ceramics, inorganic materials such as glass ceramics, or tetrafluoroethylene-ethylene resin ( Polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin (tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin; ETFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer resin (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl) Fluorine resin such as vinyl ether copolymer resin (PFA), glass epoxy resin, resin material such as polyimide, or the like is used. In addition, the shape and dimensions (thickness, width, length) of the dielectric substrate are set according to the frequency and application of the high-frequency signal used.
また、アンテナ導体11,31は、高周波信号伝送用の金属材料から成る導体層、例えばCu層、Mo−Mnのメタライズ層上にNiメッキ層およびAuメッキ層を被着させたもの、Wのメタライズ層上にNiメッキ層およびAuメッキ層を被着させたもの、Cr−Cu合金層、Cr−Cu合金層上にNiメッキ層およびAuメッキ層を被着させたもの、Ta2N層上にNi−Cr合金層およびAuメッキ層を被着させたもの、Ti層上にPt層およびAuメッキ層を被着させたもの、またはNi−Cr合金層上にPt層およびAuメッキ層を被着させたもの等を用いて形成され、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ法等により形成される。
The
このように、誘電体基板にループアンテナを構成すると、給電回路に接続される高周波回路などを誘電基板上に実装可能になるため、通信機器のより一層の小型化や低背化に対して有効である。 In this way, when a loop antenna is configured on a dielectric substrate, a high-frequency circuit connected to a power feeding circuit can be mounted on the dielectric substrate, which is effective for further downsizing and lowering the height of communication equipment. It is.
上述のループアンテナ10,30は、例えば、ガラスセラミックから成る誘電体基板の表面や内部に形成されるものである場合、以下のようにして作製される。まず、未焼成のガラスセラミックスをシート状に成形して成るガラスセラミックスグリーンシートを準備する。その後、スクリーン印刷法によりアンテナ導体11,31となる導体ペースト層のパターンを印刷塗布する。次に、850〜1000℃で焼成を行ない、最後に各導体層の露出表面にNiメッキおよびAuメッキを施す。
For example, when the
また、開口12A,12B,32A,32Bは、例えば、アンテナ導体11,31を導体ペーストの印刷により形成する場合、印刷用の製版に、開口12A,12B,32A,32Bに対応した非印刷部を設けておくことにより形成することができる。また、いったん四角形状等のパターンで導体パターンを印刷した後、その外縁部にレーザー加工や機械的な加工で研削を施して、所定パターンの開口12A,12B,32A,32Bを形成することもできる。
Further, the
このループアンテナが送信や受信用の装置として搭載されることにより、携帯電話や無線LAN、テレビ等の無線通信機器、その他の各種の通信機器が製作される。 By mounting this loop antenna as a device for transmission and reception, a wireless communication device such as a mobile phone, a wireless LAN, and a television, and other various communication devices are manufactured.
この通信機器によれば、上記本発明のループアンテナが搭載されていることから、偏波共用のためのアンテナ導体が不要なため、小型の通信機器を提供することができる。 According to this communication device, since the loop antenna of the present invention is mounted, an antenna conductor for polarization sharing is not necessary, and a small communication device can be provided.
図9は、本発明のアンテナ一体モジュールの一例を示すブロック図である。図10は、図8に示されたアンテナ一体モジュールの構成例を示す平面図である。図9では、図1に示したループアンテナ10を有するアンテナ一体モジュールの構成例を示している。図8,図9に示されたアンテナ一体モジュールでは、センサモジュールでセンシングした、通信機器の姿勢や外界温度等のデータが信号処理回路に送られる。信号処理回路は、センサモジュールから出力されたデータを処理した後、その処理結果を高周波回路に出力される。高周波回路は、信号処理回路から出力されたデータを高周波信号に変換してアンテナに出力する。アンテナは、入力された高周波信号を電波として出力する。電源は、高周波回路、信号処理回路、センサーモジュールに電力をそれぞれ供給する。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the antenna integrated module of the present invention. FIG. 10 is a plan view showing a configuration example of the antenna integrated module shown in FIG. FIG. 9 shows a configuration example of an antenna integrated module having the
図8に示すアンテナ一体モジュールにおいて、高周波回路、信号処理回路、センサーモジュールおよび電源は、アンテナ基板11を平面透視したときに、2つの開口12A,12Bと重ならないようにそれぞれ搭載されていることから、2つの開口12A,12Bを貫いて生じた磁界が、高周波回路、信号処理回路、センサーモジュールおよび電源によってさえぎられることがなく、アンテナ特性の劣化を抑えることができる。
In the antenna integrated module shown in FIG. 8, the high frequency circuit, the signal processing circuit, the sensor module, and the power source are mounted so as not to overlap the two
なお、本発明は上記実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更を施すことができる。 In addition, this invention is not limited to the example of the said embodiment, A various change can be given if it is in the range of the summary of this invention.
たとえば、アンテナ導体11や開口12は長方形状や楕円形状としてもよく、機器の筐体形状に合せた構造とすることができる。
For example, the
10・・・ループアンテナ
11・・・アンテナ導体
12A・・・第1の開口
12B・・・第2の開口
21・・・給電回路
DESCRIPTION OF
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