JP2008312168A - 複合アンテナエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、パソコン、あるいはＰＤＡ等の情報端末機器等の内に組込まれ、複数の帯域に渡って干渉を生じることなく安定した通信ができ、しかも小型で構造がシンプルなアンテナを提供することにある。
【解決手段】 グランド板（４）に対向する２つの円弧状板（２ａ）、（２ｂ）を設けるとともに、短絡板（３ａ）、（３ｂ）により２つの細幅状エレメント本体（１ａ）、（１ｂ）とグランド板（４）とを電気的に接続し、該円弧状板（２ａ）、（２ｂ）の給電点（Ｐ１ａ）、（Ｐ２ａ）にそれぞれ、同軸ケーブル（５ａ）、（５ｂ）の内部導体（５ａ1）、（５ｂ1）を接続し、グランド板（４）上のアースポイント（Ｐ１ｂ）、（Ｐ２ｂ）には同軸ケーブルの外部導体（５ｂ１）、（５ｂ２）を接続する。なお、２つの短絡板（３ａ）、（３ｂ）同志を対面させるよう所定の間隔（Ｌ）にて平行配置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる広帯域の複合アンテナに関する。さらに詳しくは、本発明は取り分け小型で通信感度に優れた複合アンテナエレメント、さらには、複合アンテナに関する。

本出願人は、ＬＡＮ帯域での多周波化に加えて小型化の要求に対応できるアンテナとして、円弧状張り出し部を含む細幅状放射電極エレメントを、短絡板を介してグランド板に接続してなる広帯域（ＵＷＢ）アンテナを提案した（特許文献１参照。）。

ところが、このＬＡＮ帯域（２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ、４．９ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）に加え、さらにＷｉ-Ｍax（２．３ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚ、２．５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚ、３．３ＧＨｚ〜３．８ＧＨｚ）という新たな周波数帯域への対応が同時に要求されている。このＷｉ-Ｍax帯域は上記のように、国により異なり、しかも３つの帯域に分かれている。したがって、ＬＡＮ帯域に対応するよう設計された、上記の提案に係るアンテナでは、２．３ＧＨｚ〜３．８ＧＨｚの広範囲では対応できず、その結果、ＶＳＷＲおよびゲイン不足により通信が不安定になるという問題が生じていた。

この問題に対応するため、共振周波数の異なるアンテナを左右非対称の状態に配置することは公知である。しかし、この場合は、アンテナ間の干渉を避けるため、両者の隣接間隔を１０ｍｍ以上に維持する必要があるので、小型化には自ずと限界があった。

特願２００６−２１１８８号明細書

したがって、本発明の課題は、パソコン、あるいはＰＤＡ等の情報端末機器等の内に組込まれ、ＬＡＮ帯域〜Ｗｉ-Ｍax帯域に渡って安定した通信ができ、しかも小型化に適したアンテナエレメントを提供することにある。

本発明者等は、アンテナの小型化のために、細幅状放射電極エレメントを近接して配置する際に、放射電極エレメント間での相互干渉が生じないような配置を見出すに至った。

すなわち、本発明によれば、細幅状放射電極エレメントが短絡板を介して矩形状グランド板と電気的に接続されたアンテナエレメントであって、以下のａ〜ｅの要件を具備することを特徴とする複合アンテナエレメントが提供される。
ａ．該放射電極エレメントとして、互いに長さの異なる細幅状放射電極エレメントが左右方向に並置されていること；
ｂ．各細幅状放射電極エレメントはグランド板と平行配置されていること；
ｃ．各細幅状放射電極エレメントの端部のうち、対向関係にある端部のそれぞれに、短絡板が付設されていること；
ｄ．各細幅状放射電極エレメントは、それぞれの短絡板を介してグランド板に接続されていること；そして、
ｅ．該短絡板同士は１０ｍｍ未満の間隔にて対向していること。

本発明によれば、以下の顕著な効果が期待できる。
（１）細幅状放射電極エレメント同士が近接配置されているにも拘らず、干渉が生じないので、ＬＡＮ帯域およびＷｉ-Ｍax帯域に渡って安定した送受信が実現される。
（２）該近接配置により、アンテナエレメント、ひいてはアンテナの小型化・省スペース化が実現される。
（３）同一金型で成形できるアンテナエレメントであるので、その製造工程が簡略化される。

以下、複合アンテナエレメント、さらには、複合アンテナの態様について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る複合アンテナエレメントの一例を示す平面図である。
図２は、図１のアンテナエレメントを適用してなる複合アンテナの一例を示す斜視図である。
図３は、図２の複合アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図（グラフ）で、図３（ａ）はＬＡＮ帯域でのＶＳＷＲ特性図、図３（ｂ）はＷｉ−Ｍａｘ帯域でのＶＳＷＲ特性図である。
図４は、本発明に係る複合アンテナエレメントの他の態様を示す平面図である。

図１において、（１）はエレメント本体で、互いに長さの異なる細幅状放射電極エレメント（１ａ）と（１ｂ）とから構成されており、これらエレメントは、図では、同一線上に並置されている。なお、以下の説明においては、“細幅状放射電極エレメント“は、単に”エレメント“と略記する。（２ａ）および（２ｂ）はそれぞれに、エレメント（１ａ）および（１ｂ）に付設された円弧状張り出し部、（３ａ）および（３ｂ）はそれぞれに、エレメント（１ａ）および（１ｂ）に付設され、これらエレメントをグランド板（４）に接続する短絡板である。これらの短絡板（３ａ）および（３ｂ）は、グランド板（４）の略中央から垂直方向に同一長さで延出し、１０ｍｍ未満の対向間隔をもって左右対称に配置されている。これにともない、上記のエレメント（１ａ）および（１ｂ）は、グランド板（４）を共有する。しかも、これらエレメントは、グランド板（４）に平行しながら、互いに反対方向に延出している。そして、上記したエレメントからグランド板に亘る全要素が同一平面上に配置されている。

さらに、（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）はそれぞれに、円弧状張り出し部（２ａ）および（２ｂ）に設けた給電点、（Ｐ１ｂ）および（Ｐ２ｂ）はそれぞれに、給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）に対応して、グランド板（４）に設けたアースポイントである。この場合、給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）は、グランド板（４）と最短距離にある箇所に設けるのが好ましい。

図２には、上述のアンテナエレメントに同軸ケーブルを接続した平面アンテナが示されている。該図において、（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）、（３ａ）、（３ｂ）、（４）、（Ｐ１ａ）、（Ｐ２ａ）、および（Ｐ１ｂ）、（Ｐ２ｂ）の符号は図１の場合と同じである。ここに、（５ａ）、（５ｂ）は給電用同軸ケーブル、（５ａ１）および（５ｂ１）はそれぞれに、給電用同軸ケーブル（５ａ）および（５ｂ）の内部導体、（５ａ２）および（５ｂ２）はそれぞれに、給電用同軸ケーブル（５ａ）および（５ｂ）の外部導体である。この場合、内部導体（５ａ１）および（５ｂ１）はそれぞれに、給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）に接続され、同様に、外部導体（５ａ２）および（５ｂ２）もそれぞれに、アースポイント（Ｐ１ｂ）および（Ｐ２ｂ）に接続されている。また、（Ｌ）は短絡板（３ａ）と（３ｂ）との対向間隔である。

図２のアンテナを、後揚の実施例に示す材質と寸法で作成し、その実験結果であるアンテナのＶＳＷＲ特性を示したのが図３である。この図３から、本発明の広帯域アンテナエレメントを使用したアンテナにあっては、それぞれのアンテナが図３（ａ）で示すＬＡＮ帯域と図３（ｂ）で示すＷｉ-Ｍax帯域の両帯域でのＶＳＷＲ特性を良好に維持しながらＬＡＮ帯域とＷｉ-Ｍax帯域の両帯域に亘って干渉することなく安定した送受信が実現されていることが判る。

以上に述べた態様で特徴的なことは、エレメント（１ａ）および（１ｂ）がそれぞれの短絡板（３ａ）および（３ｂ）を介してグランド板（４）を共有し、且つ短絡板（３ａ）と（３ｂ）とが１０ｍｍ未満の間隔（Ｌ）にて対向配置（左右対称配置）にされたことにある。つまり、この対向間隔（Ｌ）を１０ｍｍ未満とし、これにともないエレメント（１ａ）および（１ｂ）が近接配置されても、干渉の懸念なく、複合アンテナの小型化が実現される。このとき、グランド板（４）と対峙するエレメント（１ａ）および（１ｂ）の各側面にはそれぞれに、円弧状張り出し部（２ａ）および（２ｂ）を付設するのが好ましい。

本発明のアンテナエレメント配置においては、上述のように、短絡板（３ａ）と（３ｂ）との対向間隔（Ｌ）が１０ｍｍ未満では干渉の懸念なく、その結果、複合アンテナとしての小型化が実現される。このとき、対向間隔（Ｌ）が小さ過ぎると、干渉が生じるし、逆に、大き過ぎるとアンテナ形状のスペース効率が低下する。特に、両者をバランス良く満足する対向間隔（Ｌ）は、１ｍｍ〜５ｍｍである。

本発明において、エレメント（１ａ）、（１ｂ）は、その長さが２０〜４０ｍｍ、巾が１〜５ｍｍの範囲にあればよい。その際、円弧状張り出し部（２ａ）、（２ｂ）の半径方向の円弧高さは、対応するエレメント本体（１ａ）または（１ｂ）の長さを基準として０．１倍〜０．５倍、特に０．２倍〜０．３倍の範囲にあるのが好ましい。

短絡板（３ａ）、（３ｂ）については、アンテナの小型化の観点から、１０ｍｍ以下の高さと０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅であればよい。

本発明ではアンテナ形状の小型化も重要ポイントであるので、短絡板（３ａ）、（３ｂ）を含めてエレメント（１ａ）、（１ｂ）の合計面積が５００ｍｍ２以下にあるのが好ましい。一方、グランド板（４）については、安定したアンテナ動作を得るためには、その必要最低面積（ｍｍ２）はλ／４＊λ／４（λは波長）以上が必要になる。したがって、より安定したアンテナ動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすることが好ましい。

以上に述べたアンテナエレメントの材質としては、洋白（白銅）、銅、鉄、または黄銅等の導電性の金属が好ましく採用される。このアンテナエレメントの作成にあたっては、前記金属の一枚板を放電加工により打ち抜いて、エレメント本体（１）からグランド板（４）に亘る全要素の一体打ち抜き体としてもよい。あるいは、平板状絶縁性基板上に銅箔のような金属薄膜を貼り付けた状態で、該金属膜をエッチングして所望のアンテナエレメント形状を得るのも有用である。

このようなアンテナエレメントへの給電にあたっては、給電用同軸ケーブル（５ａ）および（５ｂ）の内部導体（５ａ１）および（５ａ２）をそれぞれに、給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）に、他方、該ケーブルの外部導体（５ｂ１）および（５ｂ２）をそれぞれに、アースポイント（Ｐ１ｂ）および（Ｐ２ｂ）に接続すればよい。このような接続の手段としては、ハンダ付あるいは超音波接続等がある。給電用同軸ケーブルとしては、周知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが好ましく採用される。

図４には、本発明の別の態様が示されている。この態様では、一方のエレメント（１ａ）の円弧状張り出し部（２ａ）にインピーダンス調整のための突起板（６）が設けられている。この突起板（６）は、リアクタンス成分および容量成分を増大させ、帯域幅を広げるために寄与する。この突起板（６）の寸法（長さ、幅）は、増大させるリアクタンス成分および容量成分に応じて適宜な寸法を選べばよく、一般には、エレメント（１ａ）の長さを基準として、１０％〜３０％の長さと２０％〜７０％の幅を選択すればよい。また、この突起板（６）は、他方のエレメント（１ｂ）の円弧状張り出し部（２ｂ）にも付設してよい。

以下に、２ＧＨｚ〜６ＧＨｚの広帯域を実現する情報端末機器内蔵用アンテナの具体例を示す。

まず、縦３３．１ｍｍ、横５０．２９ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの洋白からなる長方形の平板を放電加工機にて加工して、図１に示す形状のアンテナエレメントを得た。このときのＬＡＮ帯域用エレメントとなる（１ａ）の長さは２７．８ｍｍ、Ｗｉ-Ｍax帯域用エレメントとなる（１ｂ）の長さは２１．４９ｍｍで幅は共に２ｍｍとした。

さらに、各エレメントの下方側面には、半径方向の円弧高さが５．１ｍｍの円弧状張り出し部（２ａ）、（２ｂ）を付設した。

また、短絡板（３ａ）、（３ｂ）は共に高さ６．１ｍｍ、幅１．５ｍｍで、両者の対向間隔（Ｌ）は１ｍｍとした。また、グランド板（４）は、縦２５ｍｍ 横５０．２９ｍｍとした。

さらに、円弧状板（２ａ）および（２ｂ）のそれぞれの最下辺の中央端面から１ｍｍ内側寄りの位置に給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）を設定した。また、アースポイント（Ｐ１ｂ）および（Ｐ２ｂ）はそれぞれに、グランド板（４）上で給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）に対向するグランド板（４）の上端板から１ｍｍ内側寄りの位置に設定した。このようにして、エレメント板の高さが８．１ｍｍ、最大幅が５０．２９ｍｍという小型の平面アンテナエレメントが完成した。

ついで、上記のアンテナエレメントを情報端末機器に内蔵させた。その際、アンテナとして機能させるため、外径０．９３ｍｍ、導体径０．２４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）被覆の高周波同軸ケーブルを給電用同軸ケーブル（５ａ）および（５ｂ）として用いた。その際、これらケーブルの内部導体（５ａ１）および（５ａ２）をそれぞれに、給電点（Ｐ１ａ）および（Ｐ２ａ）にハンダ付けした。同様にして、外部導体（５ｂ１）および（５ｂ２）をそれぞれに、アースポイント（Ｐ１ｂ）および（Ｐ２ｂ）にハンダ付けした。このようにして、このようにして、最大高が３３．１ｍｍ、最大幅が５０．２９ｍｍという小型の情報端末機器内蔵用複合アンテナを得た。

さいごに、このアンテナのＶＳＷＲ特性について測定したところ、図３に示す結果が得られた。この図からも明らかなように、本実施例に示すアンテナにあっては、２つのアンテナ、つまりエレメント（１ａ）と（１ｂ）とが互いに干渉することなく、それぞれの帯域即ち、図３（ａ）で示すＬＡＮ帯域（２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ、４．９ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）と図３（ｂ）で示すＷｉ-Ｍax帯域（２．３ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚ、２．５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚ、３．３ＧＨｚ〜３．８ＧＨｚ）の両帯域に亘って互いに干渉を生じることなく共振しており、それぞれの帯域で十分な帯域幅が確保されていることが分かる。

一方、上記実施例のグランド板（４）の中央で縦方向に２等分して、２つの独立アンテナを得た。ついで、一方のアンテナを上方向に４０ｍｍ平行移動させながら偏らして、短絡板（３ａ）、（３ｂ）同士が単に左右方向に非対象配置された複合アンテナとした。この複合アンテナのＶＳＷＲ特性は、５以上であった。これでは、ＬＡＮ帯域とＷｉ-Ｍax帯域の両帯域に亘って互いに干渉が生じ、同時にそれぞれの帯域でも十分な帯域幅が確保されていない。

以上は、エレメントからグランド板に亘る全要素が同一平面上に配設されている平面複合アンテナの例であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、エレメントを必要に応じて９０度折り曲げる等、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能である。さらに、上記の説明では、ＬＡＮ帯域とＷｉ-Ｍax帯域で説明したが、本発明は、この他の帯域の組み合わせ、あるいは、Ｗｉ-Ｍax帯域同志の組み合わせ等、種々の変更に対応可能である。さらに、グランド板（４）については、短絡板（３ａ）および（３ｂ）同士が１０ｍｍ未満の間隔にて対向している限り、その中央部で縦方向に分割されてもよい。

本発明のアンテナは、パソコンをはじめとしてＰＤＡ等の各種情報端末機器の他に、情報家電製品あるいは自動車関連機器へも内蔵できる。

本発明に係る複合アンテナのエレメントの一態様を示す平面図である。 図１のアンテナエレメントを適用してなる複合アンテナの例を示す斜視図である。 図２の複合アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図で、図３（ａ）はＬＡＮ帯域でのＶＳＷＲ特性図、図３（ｂ）はＷｉ−Ｍａｘ帯域でのＶＳＷＲ特性図である。 本発明に係る複合アンテナエレメントの他の態様を示す平面図である。

符号の説明

１ 放射電極エレメント本体
１ａ、１ｂ 細幅状放射電極エレメント
２ａ、２ｂ 円弧状張り出し部
３ａ、３ｂ 短絡板
４ グランド板
５ａ、５ｂ 給電用高周波同軸ケーブル
５ａ１、５ａ２ 給電用高周波同軸ケーブルの内部導体
５ｂ１、５ｂ２ 給電用高周波同軸ケーブルの外部導体
６ 突起板
Ｌ 短絡板間の対向間隔
Ｐ１ａ、Ｐ２ａ 給電点
Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ アースポイント

Claims (7)

1. 細幅状放射電極エレメントが短絡板を介して矩形状グランド板と電気的に接続されたアンテナエレメントであって、以下のａ〜ｅの要件を具備することを特徴とする複合アンテナエレメント。
   ａ．該細幅状放射電極エレメントとして、互いに長さの異なる細幅状放射電極エレメントが左右方向に並置されていること；
   ｂ．各細幅状放射電極エレメントはグランド板と平行配置されていること；
   ｃ．各細幅状放射電極エレメントの端部のうち、対向関係にある端部のそれぞれに、短絡板が付設されていること；
   ｄ．各細幅状放射電極エレメントは、それぞれの短絡板を介してグランド板に接続されていること；そして、
   ｅ．該短絡板同士は１０ｍｍ未満の間隔にて対向していること。
2. 該間隔が１ｍｍ〜５ｍｍである請求項１に記載の複合アンテナエレメント。
3. 各細幅状放射電極エレメントが、該グランド板に対向する円弧状張り出し部を有する請求項１または２に記載の複合アンテナエレメント。
4. 該円弧状張り出し部のうち、該グランド板と最短距離にある箇所に給電点が設けられている請求項３に記載の複合アンテナエレメント。
5. 少なくとも一方の円弧状張り出し部にインピーダンス調整のための突起板が設けられている請求項３または４に記載の複合アンテナエレメント。
6. 各細幅状放射電極エレメントが、グランド板を共有している請求項１〜５のいずれかに記載の複合アンテナエレメント。
7. 該細幅状放射電極エレメントから該グランド板に亘る全要素が同一平面上に配設されている請求項１〜６のいずれかに記載の複合アンテナエレメント。
   
   
   

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