JP2008160366A - Balanced wide band antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バランを用いた平衡型広帯域アンテナの構造に係るもので、誘電体基板に形成される導体パターンの形状に関するものである。 The present invention relates to the structure of a balanced broadband antenna using a balun, and relates to the shape of a conductor pattern formed on a dielectric substrate.
アンテナには様々な種類がありシステム用途に応じて使い分けられている。移動体通信用の携帯機器に用いるアンテナにおいては、小型化、薄型化の要求が強くなっており、誘電体基板に形成した導体パターンによって構成したり、積層構造によって構成されるものなどが検討され実用化されている。またUWB等の広帯域化の要求に対応するために放射素子の形状を変えたりすることも必要となっている。 There are various types of antennas, and they are used according to the system application. In antennas used in mobile devices for mobile communication, there is a strong demand for miniaturization and thinning, and antennas composed of a conductor pattern formed on a dielectric substrate or a laminated structure have been studied. It has been put into practical use. In addition, it is necessary to change the shape of the radiating element in order to meet the demand for wider bandwidth such as UWB.
図8はそのような広帯域のアンテナの一例を示すもので、誘電体基板の表裏面に形成した導体パターンでアンテナを構成するものである。誘電体基板80の表面に対称に銅箔の導体パターンによるアンテナエレメントすなわち放射素子81、82を形成する。広帯域化を図るために長方形でなく幅が徐々に広がる形状となっている。これらの2つの放射素子81、82はチップ化されて誘電体基板80に搭載された積層バラン等のバラン84を介して(図示しない)同軸線路に接続されて給電が行われる。
FIG. 8 shows an example of such a wide-band antenna, in which the antenna is composed of a conductor pattern formed on the front and back surfaces of a dielectric substrate. Antenna elements, that is,
誘電体基板80の裏面には、2つの放射素子間を横切るように長方形の導体パターンによる接地素子86が形成される。この接地素子86は(図示しない)同軸線路の外導体に接続される。実際の接続は誘電体基板の裏面に取り付けられた同軸コネクタを介して行われる。
A
上記のようなバランを用いて平衡給電を行っているアンテナは、図8に示したような接地素子を長方形に形成すると整合状態が悪くなり、接地素子のサイズを変えても整合状態を改善することはできない。整合状態を改善するために2つの放射素子のサイズや形状を異ならせることによって非対称形状とする方法もあるが、放射素子の対称性が崩れると指向性に周波数特性をもってしまうという別の問題が生じる。図9と図10はこれらの特性の問題の状態を示すもので、図8の形状では目標とする周波数範囲の一部でリターンロス特性を満足することができず、またその周波数範囲で実数部(Real:実線)と虚数部(Imaginary:破線)のインピーダンスがそれぞれ50Ω、0Ωから大きく変動して整合が得られないことを示している。
本発明は、平衡型の広帯域アンテナを実現するもので、整合状態が改善されるとともに、指向性が周波数特性を持たないアンテナを提供するものである。 The present invention realizes a balanced broadband antenna, and provides an antenna with improved matching state and directivity having no frequency characteristics.
本発明は、接地素子すなわちグランド板に突起(スタブ)を設けることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、誘電体基板の表面に対称な導体パターンで形成される放射素子、その裏面に導体パターンで形成される接地素子を具え、放射素子はバランを介して外部回路と接続される平衡型広帯域アンテナにおいて、接地素子は長方形の導体パターンであり、その長方形の導体パターンの長手方向の端部またはその近傍から長手方向に対して直角の方向に突出する導体パターンを具えたことに特徴を有するものである。 The present invention solves the above-mentioned problems by providing protrusions (stubs) on a ground element, that is, a ground plate. Namely, a balanced broadband antenna comprising a radiating element formed with a symmetric conductor pattern on the surface of a dielectric substrate and a grounding element formed with a conductor pattern on the back surface thereof, the radiating element being connected to an external circuit through a balun. The grounding element is a rectangular conductor pattern, and is characterized in that it has a conductor pattern protruding in a direction perpendicular to the longitudinal direction from the longitudinal end of the rectangular conductor pattern or its vicinity. is there.
本発明によって以下の効果が得られる。
(1)バランを用いた平衡型アンテナの整合状態の改善
(2)指向性が周波数特性を持たないアンテナの実現
接地素子の形状を変えることで、入力インピーダンスのReal成分とImaginary成分の周波数変化による変動を抑え、高周波帯でもReal成分を50Ω、Imaginary成分を0Ωに近い値に安定した状態を保ち、整合状態が安定する。また、所定の周波数帯で理想的なダイポールの指向性となり、指向性が周波数特性を持たないアンテナが実現される。
The following effects can be obtained by the present invention.
(1) Improvement of matching state of balanced antenna using balun (2) Realization of antenna whose directivity does not have frequency characteristics By changing the shape of the grounding element, the frequency change of the Real component and Imaginary component of the input impedance Suppresses fluctuations and maintains a stable state in which the Real component is 50Ω and the Imaginary component are close to 0Ω even in the high frequency band, and the matching state is stabilized. In addition, an antenna having ideal dipole directivity in a predetermined frequency band and having no frequency characteristic in the directivity is realized.
本発明による平衡型広帯域アンテナの構成要素は次のようになる。
(1)誘電体基板:放射素子と接地素子の導体パターンを形成し、バランを搭載する。
(2)放射素子:誘電体基板の表面に対称な導体パターンで構成する。
(3)バラン:放射素子と給電線路間で平衡−不平衡変換を行う。
(4)接地素子:誘電体基板の裏面に形成されアンテナのグランド板となる突出部を具えた長方形の導体パターンで構成される。突出部の形状は対称、非対称など種々の形状を採用することができる。
The components of the balanced broadband antenna according to the present invention are as follows.
(1) Dielectric substrate: A conductor pattern of a radiating element and a ground element is formed, and a balun is mounted.
(2) Radiation element: It is composed of a symmetrical conductor pattern on the surface of a dielectric substrate.
(3) Balun: Performs balanced-unbalanced conversion between the radiating element and the feed line.
(4) Grounding element: It is composed of a rectangular conductor pattern that is formed on the back surface of the dielectric substrate and has a protruding portion that serves as a ground plate for the antenna. Various shapes such as symmetrical and asymmetrical shapes can be adopted as the shape of the protruding portion.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図1は本発明の実施例を示す(a)平面図、(b)底面図である。この例では24mm×60mmで厚みが0.6mmの誘電体基板(誘電率=4.4)10の表面に、対称に5角形の放射素子11、12を銅箔で形成した。放射素子11、12は広帯域化のために幅が徐々に広がる形状としてある。2つの放射素子11、12はそれぞれ平衡−不平衡変換を行うバラン14に接続される。このバラン14は3.2GHz〜4.8GHzの周波数範囲に使用可能な積層チップバランを誘電体基板に搭載することによって構成することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a bottom view showing an embodiment of the present invention. In this example, pentagonal
誘電体基板10の裏面の中央部にグランド板となる接地素子16を銅箔の導体パターンで形成する。この例では、6.5mm幅で誘電体基板の幅方向を横切るパターンとし、長さ22.4mmの両端に2mm幅で約7mm突出する導体パターンを付加した。対称に4箇所に突出部17を形成したので、接地素子の形状はH字形状になる。図8に示した従来のアンテナと異なる点はこの突出部17を具えたことにある。
A ground element 16 serving as a ground plate is formed with a copper foil conductor pattern at the center of the back surface of the
上記のように構成したアンテナの特性について説明する。整合状態を図2のリターンロス特性で示すと、3.2GHzから4.8GHzの目標の周波数範囲におけるリターンロスが−10dBをクリアーしておりアンテナとしての整合が得られていることが確認できた。また、図3の入力インピーダンス特性が3.2GHzから4.8GHzの目標の周波数範囲において、Real成分がほぼ50Ω、Imaginary成分がほぼ0Ωとなり入力特性が改善されていることが分かる。 The characteristics of the antenna configured as described above will be described. When the matching state is shown by the return loss characteristic of FIG. 2, it was confirmed that the return loss in the target frequency range from 3.2 GHz to 4.8 GHz was cleared to −10 dB, and matching as an antenna was obtained. In addition, in the target frequency range of the input impedance characteristic of 3.2 GHz to 4.8 GHz in FIG. 3, the Real component is approximately 50Ω and the Imaginary component is approximately 0Ω, indicating that the input characteristics are improved.
次に、本発明による平衡型広帯域アンテナの指向性についての測定結果について説明する。図4は図1に示したアンテナの水平面の垂直偏波(実線)、水平偏波(破線)の指向性を示したものである。接地素子の導体パターンをH字形状としたことによって、指向性が周波数特性を持たず、水平面垂直偏波の無指向性が得られることが確認された。図5は垂直面の垂直偏波(実線)、水平偏波(破線)を示したものである。 Next, the measurement result about the directivity of the balanced broadband antenna according to the present invention will be described. FIG. 4 shows the directivity of vertical polarization (solid line) and horizontal polarization (broken line) in the horizontal plane of the antenna shown in FIG. It was confirmed that the directivity does not have frequency characteristics and the omnidirectionality of the horizontal vertical polarization can be obtained by making the conductor pattern of the grounding element H-shaped. FIG. 5 shows vertical polarization (solid line) and horizontal polarization (broken line) on the vertical plane.
本発明による平衡型広帯域アンテナの接地素子の形状は、図1の形状に限られるものではなく、図6、図7に示したような任意の形状を採用することができる。図6の例は長さ方向と幅方向のいずれについても対称に導体パターンを形成したものであり、図7のものは少なくとも一方について非対称に形成したものである。 The shape of the grounding element of the balanced broadband antenna according to the present invention is not limited to the shape shown in FIG. 1, and any shape as shown in FIGS. 6 and 7 can be adopted. In the example of FIG. 6, conductor patterns are formed symmetrically in both the length direction and the width direction, and in FIG. 7, at least one is formed asymmetrically.
本発明は、UWB対応のアンテナなど広帯域化が要求されるアンテナに利用することができ、小型、薄型のアンテナの要求にも対応できる。 The present invention can be used for antennas that require a wider band, such as UWB-compatible antennas, and can meet the demand for small and thin antennas.
10、80:誘電体基板
11,12、81、82:放射素子
14、84:バラン
16、86:接地素子
17:突出部
10, 80: Dielectric substrate
11, 12, 81, 82: Radiation element
14, 84: Balun
16, 86: Grounding element
17: Projection
Claims (3)
接地素子は長方形の導体パターンであり、その長方形の導体パターンの長手方向の端部またはその近傍から長手方向に対して直角の方向に突出する導体パターンを具えた
ことを特徴とする平衡型広帯域アンテナ。 In a balanced broadband antenna comprising a radiating element formed with a symmetric conductor pattern on the surface of a dielectric substrate and a grounding element formed with a conductor pattern on the back surface, the radiating element being connected to an external circuit via a balun,
The grounding element is a rectangular conductor pattern, and includes a conductor pattern that protrudes in a direction perpendicular to the longitudinal direction from or near the longitudinal end of the rectangular conductor pattern. .
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