JP2008177888A

JP2008177888A - 多周波アンテナ

Info

Publication number: JP2008177888A
Application number: JP2007009937A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Tsuda; 直明津田
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】多周波アンテナにおいてアンテナ利得の低下を抑えるとともに、それぞれの周波数帯において円偏波アンテナとしても利用できる多周波アンテナを提供する。
【解決手段】誘電体基板12の表面に長方形や円形の任意形状の導体膜による高周波用の第1のパッチ13、第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチ14を具えた多周波アンテナにおいて、第1のパッチの４箇所がそれぞれ第２のパッチと回路素子18で接続される。回路素子は第1のパッチの動作周波数では高インピーダンスとなり、第2のパッチの動作周波数では低インピーダンスとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の周波数を利用する無線機器用の多周波アンテナに係るもので、その特性を向上させるための構造に関するものである。

無線機器用のアンテナは使用される周波数帯に応じて使い分けることが望ましいが、移動体通信機器の端末等においては複数の周波数帯に1個のアンテナで対応できれば装置の小型化、軽量化が可能となる。例えば車載用のITS（GPS、VICS、ETCなど）が実用化されており、これらの信号を単一のアンテナで送受信する要求が高まっている。無線LANにおいても異なる周波数帯を用いる通信方式となっており、同様の機能を有するアンテナの需要が大きくなっている。

図11のように、パッチアンテナの内側をくり抜き、その内側に別の（高い）周波数に対応したパッチアンテナを配置することで、複数の周波数を送受信できるよう多周波化を実現したアンテナがある。しかし、この構造の多周波アンテナは、外側に配置される低周波用のアンテナは内側の電極部分をくり抜くために、周波数帯域幅が減少し、また電極面積が小さくなることからアンテナ利得の低下をもたらし、低周波用のアンテナ特性の劣化が避けられないという問題がある。

その低周波用のアンテナの利得の低下を抑える方法としては、特開2005−33343号公報に記載されたような、内側と外側のアンテナを接続する手段などが考えられている。しかし、この構造では外側に配置される低周波用のアンテナは円偏波アンテナとして動作させることができるが、内側に配置される高周波用のアンテナはアンテナ間を接続する方向と共振方向を直交させる必要があるため直線偏波となり、円偏波アンテナとして動作させることができなくなるという問題が生じる。
特開２００５−３３３４３号公報

本発明は、多周波アンテナにおいてアンテナ利得の低下を抑えるとともに、それぞれの周波数帯において円偏波アンテナとしても利用できる多周波アンテナを提供するものである。

本発明は、高周波帯においては内側のアンテナのみを動作させ、低周波帯においては外側のアンテナに接続した内側のアンテナをも動作させ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長方形または円形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具えた多周波アンテナにおいて、第1のパッチの４箇所がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続されたことに特徴を有するものである。それらの回路素子は第1のパッチ動作周波数では高インピーダンスとなり、第2のパッチの動作周波数では低インピーダンスとなる。

本発明によれば、低周波帯では接続部が低インピーダンスとなるため、内側と外側のパッチを接続したのと同様になり、内側のパッチが外側のパッチの一部として動作する。それによって内側の電極をくり抜いたことによる受信面積の低下が抑えられ。利得低下を防ぐことができる。高周波帯では接続部分が高インピーダンスとなるため、内側のパッチと外側のパッチを切り離したのと同様になり、内側のパッチは外側のパッチの影響を受けない。また、共振の方向を自由に設計することができるので、円偏波アンテナとしても動作させることができる。

本発明による多周波アンテナの構成要素を列挙すると以下のようになる。
（１）誘電体基板、
（２）第1のパッチ：内側に配置された長方形、円形等の任意形状の導体膜で、高い周波数帯に対応したサイズとされる、
（３）第２のパッチ：第1のパッチの外側に間隔を置いて環状に形成される導体膜で、低い周波数帯に対応したサイズとされ、さらに外側に第3のパッチを形成することもできる、
（４）回路素子：パッチ間を接続するもので、内側のみ動作させるときは高インピーダンスに、両方を接続して動作させるときには低インピーダンスとなるように回路定数が選択される、
（５）アース導体：GND電位に接続され、誘電体基板の裏面あるいはアンテナが搭載されるプリント基板表面に形成された導体膜で構成される。
それぞれのパッチには同軸線路に接続され、インピーダンスの整合をとった給電点において直接に、あるいは容量を介して給電される。

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平面図（A）であり、GPSとVICS帯の２周波円偏波アンテナの例を示すものである。１辺が48ｍｍの誘電体基板12の表面に2.5GHｚ帯用の第1のパッチ13と1.57GHz帯用の第2のパッチ14が形成される。第1のパッチは１辺が25ｍｍの正方形で中心からずれた位置に給電点がある。第２のパッチは環状で正方形に形成されており、内側の各辺は27mm、外側の各辺は40mmとされている。すなわち、第1のパッチ13と第２のパッチの間には1ｍｍの間隔があることになる。第２のパッチは外側に間隔を置いて配置した導体膜と容量的に結合されて給電される構造となっている。なお、誘電体基板12は表面にアース導体が形成されたプリント基板に搭載されており、パッチアンテナの共通のGND電極を有することになる。

第1のパッチ13と第２のパッチ14とは回路素子18を介して4箇所で接続されている。この例では、チップインダクタとチップコンデンサが誘電体基板上に搭載されるており、図１（B）に示したように、5.6ｎHのチップインダクタと1ｐFのチップコンデンサが直列に接続されたものと並列に0.75ｐFのチップコンデンサが配置されて、直並列共振回路を構成されている。

第1のパッチと第2のパッチを接続する回路は、低周波帯で直列共振（｜Z｜＝0）となり、高周波帯で並列共振（｜Z｜＝∞）となるように回路定数を設定する。これによって、低周波帯ではパッチを直列接続した時と同じようにアンテナ利得の低下が抑えられる。高周波帯では切り離した時と同じように内側のパッチのみを独立して動作させることができるので共振方向も自由に設計することができる。

図2と図３は上記のアンテナの円偏波アンテナとして動作させた場合の利得の特性を示すものである。図４と図５は直線偏波アンテナとして動作させた場合の利得の特性を示すもので、１周波タイプの方形パッチアンテナ、従来の２周波アンテナと本発明による上記のアンテナとを比較したものである。従来の2周波アンテナでは1周波のパッチアンテナに対して低周波帯でのアンテナ利得が6ｄB程度低下してしまうが、本発明によるものは1.5ｄB程度と利得の低下が小さく抑えられている。

本発明による多周波アンテナの動作について図６と図７によって説明する。図６は低周波帯でのパッチ上の電流イメージを示すもので、低周波帯ではパッチ間が接続されているため、内側の高周波用パッチ上にも電流が流れる。高周波用アンテナを低周波用アンテナの一部として動作させることができるため、利得低下を抑えることが可能となる。図７は高周波帯でのパッチ上の電流イメージを示すもので、高周波帯ではパッチ間が切り離され、内側の高周波用のパッチのみに電流が流れる。したがって、通常のパッチアンテナと同じ動作をすることができ、共振方向や円偏波アンテナとしての動作等を自由に設計することができる。

本発明は前記の例に限られるものではなく、図８のような3周波に対応するアンテナにも応用できる。また、図9に示したように、低周波側は直線偏波、高周波側が2点給電の円偏波といったアンテナにも利用できるし、図10に示したように、接続位置を中心からずらしてもよい。図11はパッチを円形にした例を示すものであるが、パッチの形状は任意の多角形とすることが可能で、接続箇所も4箇所以上任意に選択できる。

本発明は、複数の周波数に対応する小型のアンテナとして各種通信機器に利用することができる。また、直線偏波と円偏波を併用したり、切換えて使用する特性の良好なアンテナとして有用となる。

本発明の実施例を示す（A）平面図と（B）等価回路図その低周波用の円偏波特性の説明図その高周波用の円偏波特性の説明図その低周波用の直線偏波特性の説明図その高周波用の直線偏波特性の説明図動作説明のための平面図動作説明のための平面図本発明の他の実施例を示す平面図本発明の他の実施例を示す平面図本発明の他の実施例を示す平面図本発明の他の実施例を示す平面図従来の多周波アンテナを示す斜視図その（A）平面図と（B）正面図その動作の説明のための平面図

符号の説明

12：誘電体基板
13：第1のパッチ
14：第２のパッチ
16：接続電極
18：回路素子

Claims

誘電体基板の表面に長方形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、
第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具えた多周波アンテナにおいて、
第1のパッチの４つの辺がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続されたことを特徴とする多周波アンテナ。
誘電体基板の表面に長方形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、
第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具え、
第1および第２のパッチが外部回路と直接あるいは容量を介して接続されて給電される多周波アンテナにおいて、
第1のパッチの４つの辺がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続されたことを特徴とする多周波アンテナ。
誘電体基板の表面に長方形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、
第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具えた多周波アンテナにおいて、
第1のパッチの４つの辺がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続され、
それらの回路素子は第1のパッチの動作周波数では高インピーダンスとなり、
第2のパッチの動作周波数では低インピーダンスとなるたことを特徴とする多周波アンテナ。
誘電体基板の表面に円形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、
第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具えた多周波アンテナにおいて、
第1のパッチの略90°間隔を置いた４箇所がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続されたことを特徴とする多周波アンテナ。
誘電体基板の表面に円形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、
第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具え、
第1および第２のパッチが外部回路と直接あるいは容量を介して接続されて給電される多周波アンテナにおいて、
第1のパッチの略90°間隔を置いた４箇所がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続されたことを特徴とする多周波アンテナ。
誘電体基板の表面に円形の導体膜による高周波用の第1のパッチ、
第1のパッチの周囲を間隔を置いて取り囲む環状の導体膜による低周波用の第２のパッチを具えた多周波アンテナにおいて、
第1のパッチの略90°間隔を置いた４箇所がそれぞれ第２のパッチと回路素子で接続され、
それらの回路素子は第1のパッチの動作周波数では高インピーダンスとなり、
第2のパッチの動作周波数では低インピーダンスとなるたことを特徴とする多周波アンテナ。
回路素子はインダクタンスと容量からなり、ＬＣ直並列共振回路を構成する請求項１から請求項６に記載された多周波アンテナ。