JP2008206016A - アンテナ調整方法およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射器の形状を変えないアンテナ調整方法を提供する。
【解決手段】電磁波を放射する放射器３と、放射器３が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体４とを有するアンテナ装置１において、反射導体４に、部分的に突出する突出部６を形成し、突出部６の長さを変えることで反射導体４の形状を変えて、アンテナ装置１の周波数特性を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナ調整方法およびアンテナ装置に関する。

基板上に、給電されて電磁波を放射する放射器と、放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化するグランドの役目を果たす接地された反射導体とを配置した、小型のモノポールアンテナが利用されている。

このようなアンテナ装置の周波数特性を調整するために、放射器の形状を調整する発明が、例えば特許文献１などに記載されている。設計仕様に合わせて複雑な形状にデザインされた小型の放射器が量産され、部品として供給される。ユーザは、反射導体を設けた基板に購入した放射器を組み付け、デジタル機器などに組み込んで最終製品を製造している。

しかしながら、アンテナ装置を組み込む機器の導電性の筐体などがアンテナ特性に悪影響を及ぼし、設計通りの特性が得られない場合がある。また、通信機器の部分的な設計変更によってもアンテナ特性が変わってしまう場合があった。小型の放射器はモールドパッケージ化され、個々に微調整を行うことは非現実的であり、ユーザの仕様に合わせて放射器の設計を変更することはコスト高になり非効率である。
特開２００６−１８６９６９号公報 実開平７−１４７１４号公報 特開平７−７９１１３号公報 特開平５−３４７５０９号公報 特開２００６−５１９５４５号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、放射器の形状を変えないアンテナ調整方法および調整が容易なアンテナ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明によれば、電磁波を放射する金属または金属と誘電体とで形成された放射器と、前記放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体とを有するアンテナ装置の調整方法は、前記反射導体の形状を変えることで前記アンテナ装置の周波数特性を調整する方法とする。

この方法によれば、反射導体の形状を変更することで反射導体の反射特性を変更でき、アンテナ装置全体の周波数特性を調整できる。

また、本発明のアンテナ調整方法において、前記反射導体に、部分的に突出する少なくとも２つの突出部を設けておけば、突出部の不連続形状が共振特性に大きく影響するので、各突出部の形状がそれぞれ特定の帯域の周波数特性を支配するようになる。このため、いずれかの突出部の形状を変えることで、特定の帯域の特性だけを変化させることができる。

また、本発明のアンテナ調整方法において、前記突出部を、一定の幅で直線的に突出するものとすれば、突出部の長さによって調整量を管理できる。

また、本発明のアンテナ調整方法において、前記突出部の幅を前記反射導体の幅の１／２未満にすれば、同じ向きに２本以上の突出部を形成できるので、面積効率が高くなる。２本の突出部を反射導体から前記放射器の反対側に突出させれば、それぞれの突出部の共振特性が尖鋭になるのでより好ましい。

また、本発明のアンテナ調整方法において、前記反射導体の近傍に互いに分離された導体からなる複数の調整導体を並設しておき、前記反射導体と前記調整導体とを電気的に接続することで前記反射導体を拡張してもよい。

この方法によれば、反射導体の形状を容易に変更することができ、変更後の形状を管理することが容易である。

また、本発明のアンテナ調整方法において、前記調整導体を直線上に並んで配設しておくことで、反射導体の段階的な形状変化を容易に実現できる。

また、本発明によるアンテナ装置の第１の態様は、電磁波を放射する金属または金属と誘電体とで形成された放射器と、前記放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体とを有し、前記反射導体に、部分的に突出する少なくとも２つの突出部を設けたものとする。

この構成によれば、反射導体の突出部の不連続形状が共振特性に大きく影響するので、各突出部の形状がそれぞれ特定の帯域の周波数特性を支配するようになる。このため、いずれかの突出部の形状を変えることで、特定の帯域の特性だけを変化させることができ、調整が容易である。

また、本発明によるアンテナ装置の第２の態様は、電磁波を放射する金属または金属と誘電体とで形成された放射器と、前記放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体とを有し、前記反射導体の近傍に、互いに分離された導体からなる複数の調整導体を並設したものとする。

この構成によれば、反射導体と調整導体とを電気的に接続することで反射導体を拡張して形状変化させてアンテナ特性を調整できる。

本発明によれば、反射導体の不完全な反射特性を逆用し、反射導体の形状を変えることで、複雑化した放射器の形状を変えずに、アンテナ装置のアンテナ特性を調整することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態のアンテナ装置１を示す。アンテナ装置１は、基板２の表面に、モールド成型された放射器３と、金属層からなる反射導体４とを有する。放射器３は、給電部５に入力電力が印加され、電磁波を放射する。反射導体４は、放射誘導体３が放射する電磁波を鏡写しに反射する大地の役目を果たし、放射される電磁波を倍波長化するものである。

しかしながら、理想的な大地と異なり、反射導体４の大きさは有限であるために、共振等により、周波数により電磁波の反射特性が異なる。このため、反射導体４は、誘導体３が放射する電磁波を正確に鏡面反射できず、アンテナ装置１の出力が周波数によって変化してしまう。

図２に、反射導体４の幅Ｗと高さＨとを変えたときのアンテナ装置１の周波数特性の違いを示す。図示するグラフは、周波数によるＶＳＷＲ（電圧定在波比）の変化を示す。このように、反射導体４の形状を変化させることで、アンテナ装置１の周波数特性を変化させられることが分かる。アンテナ装置１は、ＶＳＷＲが２以下の周波数帯で、アンテナとして好ましい特性を有すると評価できる。

しかしながら、反射導体４の幅Ｗや高さＨと、周波数特性との間に相関関係を見出すことはできず、所望の周波数特性を得るためには、試行錯誤により、反射導体４の形状を定める必要がある。

図３に、本発明の第２実施形態のアンテナ装置１を示す。以降の説明において、先に説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態のアンテナ装置１において、反射導体４は、放射器３と反対側に、一定の幅で直線的に突出する突出部６を有している。

図４に、本実施形態において、突出部６の長さＬを変えたときの周波数特性の変化を示す。図示するように、突出部６の長さを変えることでも、アンテナ装置１の周波数特性を変化させられる。

図５に、本発明の第３実施形態のアンテナ装置１を示す。本実施形態の突出部６は、反射導体４から側方に突出している。図６には、このアンテナ装置１の突出部６の長さを変化させたときの周波数特性の違いを示す。本実施形態においても、第２実施形態と同様に、突出部６の長さＬによって周波数特性が変化する。

図７に、本発明の第４実施形態のアンテナ装置１を示す。第３実施形態の突出部６は、反射導体４から、放射器３の偏っている側の側方に突出していたが、本実施形態の突出部６は、放射器３と反対側の側方に突出して形成されている。本実施形態においても、図８に示すように、第２、第３実施形態と同様に、突出部６の長さＬによって周波数特性が変化する。

図３から図８に示した実施形態における突出部６の長さによるアンテナ特性の変化は、ある周波数帯のＶＳＷＲを改善すると他の周波数帯のＶＳＷＲが悪化するものであり、広帯域で使用されるアンテナ装置には不向きである。

そこで、図９に、広帯域の所望のアンテナ特性を得られる本発明の第５実施形態のアンテナ装置１を示す。アンテナ装置１は、３〜５ＧＨｚの帯域で使用されるＵＷＢアンテナであり、携帯端末などの電子機器に組み込まれることが想定される。本実施形態では、反射導体４から放射器３の反対側に平行に突出する２本の突出部６ａ，６ｂが形成されている。

図１０に、本実施形態のアンテナ装置１の突出部６ａの長さＬを変えたときの周波数特性の変化を示す。図示するように、本実施形態では、突出部６ａの長さを長くすると、４ＧＨｚ以下の周波数帯の特性が大きく改善されるにも拘わらず、４ＧＨｚ以上の周波数帯の特性は、突出部６ａの長さによって大きな影響を受けていない。

これは、高周波域の共振特性がもう一方の突出部６ｂによって保持されるため、突出部６ａに支配される低周波域の共振特性の変化が高周波域にもたらす変化の度合いを小さくするためであると考えられる。

図１１に、本実施形態のアンテナ装置１の利用のシミュレーション例を示す。図１１（ａ）は、アンテナ装置１単独の状態を示し、図１１（ｂ）は、筐体に見立てた金属体７を近接して配置した様子を示し、図１１（ｃ）は、金属体７の影響を突出部６ｂの長さを延長して相殺した様子を示す。

図１１におけるアンテナ装置１の周波数特性の変化を図１２に示す。アンテナ装置１は、図１１（ａ）の状態で、３〜５ＧＨｚにおいて２以下のＶＳＷＲを示すように設計されているが、図１１（ｂ）のように金属体７が近接して配置されると、４ＧＨｚ前後のＶＳＷＲが上昇、つまり、この帯域の性能が低下してしまう。

そこで、図１１（ｃ）のように、突出部６ｂを延長したところ、４ＧＨｚ前後のＶＳＷＲを低下させながら、その前後のＶＳＷＲを低く維持することができた。

このように、本実施形態のアンテナ装置１では、３ＧＨｚ帯の周波数特性が突出部６ａに大きく依存し、４ＧＨｚ帯の周波数特性が突出部６ｂに大きく依存している。このため、それぞれの周波数帯のアンテナ特性を他の周波数帯のアンテナ特性に大きな影響を与えずに調整することができる。

このようなアンテナ装置１の周波数特性は、給電部５から突出部６ａ，６ｂの先端までの反射導体の外周距離との相関が認められる。つまり、給電部５から突出部６ａ，６ｂの先端までの反射導体４の外周距離と、低いＶＳＷＲを示す波長（周波数の逆数）との合致率が高い。

これは、図１３に示す本発明の第６実施形態のように、突出部６ａ，６ｂの長さが第５実施形態と逆転してもよいことを意味する。

また、図１４に示す本発明の第７実施形態のように、反射導体４から放射器３と同じ側に突出する突出部６ｃをさらに設けてもよい。

ただし、突出部６は、放射器３と反対側に突設する方がより狭い帯域の特性変化を得られ易い。これは、突出部６の先端エッジが給電部５の反対側にあることで、共振特性が尖鋭になることによると思われる。

よって、本発明では、反射導体４から２本以上平行に、放射器３と反対側に突出部６ａ，６ｂを形成することが好ましい。また、２本の突出部６ａ，６ｂを並べるためには、突出部６の幅を、反射導体の幅の１／２未満にする必要がある。

また、図１５に示す第８実施形態のように、突出部６ａ，６ｂ，６ｃは、反射導体３の角から突出せず、各辺の途中から突出してもよい。

また、図１６に示す本発明の第９実施形態のように、反射導体４の各辺から、上下左右にそれぞれ突出部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈを突出させてもよい。

図１７に、本発明の第１０実施形態のアンテナ装置１を示す。このアンテナ装置１は、突出部６ａ，６ｂの延長線上近傍に、互いに分離された複数の調整導体８ａ，８ｂが、それぞれ一直線に並んで配設されている。

本実施形態では、図１８に示すように、突出部６ａ，６ｂと、調整導体８ａ，８ｂとを金属テープ９ａ，９ｂなどで電気的に接続することで、突出部６ａ，６ｂの実質的な長さを変更でき、アンテナ装置の周波数特性を容易に調整できる。

当然ながら、例えば、図１９に示す本発明の第１１実施形態のように、３本の突設部６ａ，６ｂ，６ｃの先端近傍に、それぞれ、調整導体８ａ，８ｂ，８ｃを配設してもよく、その配置、数量および大きさは、自由に選択できる。

また、図２０に示す本発明の第１２実施形態のように、突出部を設けずに、反射導体４の本体近傍に、複数の調整導体８ａ，８ｂ，８ｃを並設し、反射導体４と調整導体８ａ，８ｂ，８ｃとを接続することで、結果的に突出部を形成するようにしてもよい。

また、図２１に示す第１３実施形態のアンテナ装置１のように、反射導体４の本体近傍に、反射導体４と同じ幅（または高さ）を有する調整導体８を並設し、反射導体４の幅や高さを変更可能としてもよい。

本発明の第１実施形態のアンテナ装置の平面図。 図１のアンテナ装置の形状変化によるアンテナ特性の違いを示すグラフ。 本発明の第２実施形態のアンテナ装置の平面図。 図３のアンテナ装置の形状変化によるアンテナ特性の違いを示すグラフ。 本発明の第３実施形態のアンテナ装置の平面図。 図５のアンテナ装置の形状変化によるアンテナ特性の違いを示すグラフ。 本発明の第４実施形態のアンテナ装置の平面図。 図７のアンテナ装置の形状変化によるアンテナ特性の違いを示すグラフ。 本発明の第５実施形態のアンテナ装置の平面図。 図９のアンテナ装置の形状変化によるアンテナ特性の違いを示すグラフ。 図９のアンテナ装置の使用時のモデルを示す斜視図。 図１１のアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフ。 本発明の第６実施形態のアンテナ装置の平面図。 本発明の第７実施形態のアンテナ装置の平面図。 本発明の第８実施形態のアンテナ装置の平面図。 本発明の第９実施形態のアンテナ装置の平面図。 本発明の第１０実施形態のアンテナ装置の斜視図。 図１のアンテナ装置の調整例を示す斜視図。 本発明の第１１実施形態のアンテナ装置の平面図。 本発明の第１２実施形態のアンテナ装置の平面図。 本発明の第１３実施形態のアンテナ装置の平面図。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ 基板
３ 放射器
４ 反射導体
５ 給電部
６，６ａ〜８ｈ 突出部
７ 金属体
８，８ａ〜８ｈ 調整導体

Claims (13)

1. 電磁波を放射する金属または金属と誘電体とで形成された放射器と、前記放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体とを有するアンテナ装置において、
   前記反射導体の形状を変えることで前記アンテナ装置の周波数特性を調整することを特徴とするアンテナ調整方法。
2. 前記反射導体は、部分的に突出する少なくとも２つの突出部を備え、
   前記突出部の長さを変えることで前記反射導体の形状を変えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ調整方法。
3. 前記突出部は、一定の幅で直線的に突出することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ調整方法。
4. 前記突出部の幅は、前記反射導体の幅の１／２未満であることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ調整方法。
5. 前記反射導体の近傍に、互いに分離された導体からなる複数の調整導体を並設しておき、
   前記反射導体と前記調整導体とを電気的に接続することで前記反射導体を拡張することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ調整方法。
6. 前記調整導体は、直線上に並んで配置しておくことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ調整方法。
7. 電磁波を放射する金属または金属と誘電体とで形成された放射器と、前記放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体とを有し、
   前記反射導体は、部分的に突出する少なくとも２つの突出部を備えることを特徴とするアンテナ装置。
8. 前記突出部は、一定の幅で直線的に突出することを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記突出部の幅は、前記反射導体の幅の１／２未満であることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記突出部は、前記放射器と反対側に、少なくとも２本平行に突出することを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記突出部の延長線上近傍に、分離された導体からなる調整導体を並設したことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
12. 電磁波を放射する金属または金属と誘電体とで形成された放射器と、前記放射器が放射する電磁波を反射して倍波長化する板状の反射導体とを有し、
    前記反射導体の近傍に、互いに分離された導体からなる複数の調整導体を備えることを特徴とするアンテナ装置。
13. 前記調整導体は、直線上に並んでいることを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ装置。

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