JP2009055299A - アンテナ及び無線機器 - Google Patents

Abstract

【課題】２周波で無線通信が可能であり、しかも折り曲げた状態でも使用することが可能なアンテナの提供。
【解決手段】ベース基材上に導体からなるアンテナ部分と該アンテナ部分に接続される給電点とを有するアンテナであって、前記アンテナ部分は、ＧＮＤ部分と、折り返しが１回の形状をなす単一エレメントからなるエレメント部分を有することを特徴とするアンテナ。給電点をアンテナ部分のｘ軸方向の中心に配置し、５ＧＨｚ帯の帯域幅が１０００ＭＨｚ以上であることをが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線ＬＡＮ用２周波共用アンテナなどに好適なアンテナに関する。本発明のアンテナを使用することで、２．４／５ＧＨｚで無線通信が可能になる。また、折り曲げた状態でも使用することが可能となる。

従来、携帯型無線機器に搭載されるアンテナとして、例えば、特許文献１〜４に開示されたものが提案されている。
特許文献１には、所定の大きさの地板と、前記地板の上方に略平行配置される長尺状の導体からなるアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントの一端と前記地板とを電気的に接続する垂直エレメントと、前記アンテナエレメントの他端と給電点を接続する給電用エレメントとからなり、前記アンテナエレメントが略コの字型または湾曲状に形成され、前記アンテナエレメントと前記垂直エレメントと前記給電用エレメントの全長が使用周波数の約１／２波長の長さであって、前記アンテナエレメントと前記垂直エレメントと前記給電用エレメントとを前記地板に対しほぼ左右対称となるように配置することを特徴とするアンテナ装置が開示されている。

特許文献２には、グランド部及び非グランド部を有する実装基板と、基体の一方側に形成された第１の放射電極と、前記第１の放射電極の一端に接続又は非接続にされた第１の給電電極と、前記基体の他方側に形成された第２の放射電極と、前記第２の放射電極の一端に接続又は非接続にされた第２の給電電極と、を有するチップアンテナと、前記実装基板の非グランド部に導体パターンで形成された少なくとも１つの第３の放射電極とを有し、前記第３の放射電極は、その一端が前記非グランド部に搭載された前記チップアンテナの第１の放射電極又は第２の放射電極の他端に接続又は非接続とされ、他端が開放端であることを特徴とするアンテナ装置が開示されている。

特許文献３には、接地面；前記接地面から離れていて、外部から電流の供給を受ける給電部；前記給電部に接続された端部、を含み、前記接地面から第１距離だけ離れている誘導放射部；開放端を含み、前記接地面から第２距離だけ離れている寄生放射部；前記誘導放射部と前記接地面との間を接続する第１接続部；及び、前記寄生放射部と前記接地面との間を接続する第２接続部；を有する平面アンテナであり、前記誘導放射部と前記第１接続部とが両者間の接続点近傍では「Γ」字（又はその鏡像）形状であり、前記寄生放射部と前記第２接続部とが両者間の接続点近傍では「Γ」の鏡像形状（又は「Γ」字形状）である平面アンテナが開示されている。

特許文献４には、接地面、外部から所定の電流の供給を受ける給電部、一端が前記接地面と接続され、他端が前記給電部に接続されている誘導放射部、及び、一端が前記接地面と接続され、他端が開放されている寄生放射部を有する二重帯域アンテナが開示されている。
特開２００７−４９２４９号公報 特開２００６−２１７０２６号公報 特開２００６−２１７６３１号公報 特開２００７−８２１７０号公報

しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１に開示されたように、地板上にワイヤを並行に設置した場合、３次元構造となり、無線機器に搭載する際に余分な収容スペースを生じてしまうため、無線機器の小型化を妨げる要因となってしまう問題がある。
特許文献２に開示されたように、実装基板に放射素子を実装する場合、大きなＧＮＤを必要とすることが多く、無線機器の小型化を妨げる要因となってしまう問題がある。
また、特許文献１〜４では、金属板を用いたりしているために、折り曲げることができず、無線機器に搭載する際に収容状態が制限されてしまうという問題もある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、２周波で無線通信が可能であり、しかも折り曲げた状態でも使用することが可能なアンテナの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、ベース基材上に導体からなるアンテナ部分と該アンテナ部分に接続される給電点とを有するアンテナであって、前記アンテナ部分は、ＧＮＤ部分と、折り返しが１回の形状をなす単一エレメントからなるエレメント部分を有することを特徴とするアンテナを提供する。

本発明のアンテナにおいて、給電点をアンテナ部分のｘ軸方向の中心に配置し、５ＧＨｚ帯の帯域幅が１０００ＭＨｚ以上であることが好ましい。

本発明のアンテナにおいて、アンテナ部分のｘ軸方向一端から給電点までの距離Ｆが８ｍｍ≦Ｆ≦１２ｍｍの範囲において、２．６〜３ＧＨｚかつ４．６〜６ＧＨｚでＶＳＷＲ≦２であり、かつ各面での合成利得が−１．５ｄＢｉ以上であることが好ましい。

本発明のアンテナにおいて、エレメント部分の幅Ｗが３ｍｍ≦Ｗ≦９．５ｍｍの範囲において、２．４〜２．９ＧＨｚかつ４．８〜６ＧＨｚでＶＳＷＲ≦２であり、かつ各面での平均利得が−１．５ｄＢｉ以上であってもよい。

本発明のアンテナにおいて、折り曲げ角度が９０°以下の状態において、２．４〜２．６ＧＨｚかつ４．８〜６ＧＨｚでＶＳＷＲ≦２であり、かつｙｚ面での合成利得が−１．３ｄＢｉ以上であってもよい。

本発明のアンテナにおいて、可撓性を有し、折り曲げた状態で搭載可能であることが好ましい。

また本発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナを有することを特徴とする無線機器を提供する。

本発明のアンテナは、ＧＮＤ部分と、折り返しが１回の形状をなす単一エレメントからなるエレメント部分を有するアンテナ部分を有する構成としたので、２周波共用アンテナを実現することができる。
また、本発明のアンテナは、可撓性を有し折り曲げた状態で搭載可能な構成としても、特性が変わらない。従って、本発明のアンテナは、折り曲げた状態で無線機器の筐体に取り付けることが可能であり、無線機器の小型化を図る上で有効である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明のアンテナの一実施形態を示す平面図である。図中、符号１はアンテナ、２はベース基材であるポリイミド基材、３は銅箔、４は給電点、５はアンテナ部分、６はＧＮＤ部分、７はエレメント部分である。

本実施形態のアンテナ１は、ポリイミド基材２上に銅箔３からなるアンテナ部分５と該アンテナ部分５に接続される給電点４とを有してなり、前記アンテナ部分５は、ＧＮＤ部分６と、折り返しが１回の形状をなす単一エレメントからなるエレメント部分７とを有することを特徴としている。本例示において、エレメント部分７は、略長方形状をなしているＧＮＤ部分６のコーナー部から突出して横Ｕ字状に設けられている。

本実施形態のアンテナ１において、ベース基材として可撓性を有するシート状のポリイミド基材２を用いている。アンテナ１は、そのポリイミド基材２上に銅箔３を積層して構成され、アンテナ１自体も可撓性を有し、折り曲げが可能な構造になっている。

給電点４からの給電は、直接給電もしくは同軸ケーブルを介して行われる。本実施形態のアンテナ１において、給電点４をアンテナ部分５のｘ軸方向の中心に配置することで、高い共振周波数において帯域幅を広げることを可能としている。具体的には、５ＧＨｚ帯の帯域幅が１０００ＭＨｚ以上を達成することができる。

また本実施形態のアンテナ１は、エレメント部分７全体で２ＧＨｚ帯の共振が得られ、エレメント部分７の下の部分で５ＧＨｚ帯の共振が得られることから、無線ＬＡＮ用２周波共用アンテナなどの２周波共用アンテナとして利用することができる。また、エレメント部分７の上部分の幅を変えることで、２ＧＨｚ帯だけを独立に設計することが可能である。

図２に示すように、アンテナ１のｚ軸方向を３０ｍｍ、エレメント部分７の幅（Ｌ）と間隔（Ｓ）を４ｍｍ／１ｍｍに固定し、ｘ軸方向の幅（Ａ）を変化させた時のＶＳＷＲを計算した。その計算値を図３に示す。図３の結果から、ｘ軸方向の幅（Ａ）の値が大きくなるほど、低い周波数で共振が発生することが分かる。

次に、図４に示すように、アンテナ１のｘ軸方向を２０ｍｍ、ｚ軸方向を３０ｍｍと固定し、アンテナ部分５のｘ軸方向一端から給電点４までの距離（Ｆ）を変化させた時のＶＳＷＲ特性を調べた。結果を図５に示す。図５の結果から、給電点４をアンテナ部分５のｘ軸方向の中心に配置することで、５ＧＨｚ帯での帯域幅を広げることが可能であることが分かる。

次に、図６に示すように、一番上のエレメント部分７の幅（Ｗ）を変化させた時のＶＳＷＲ特性を調べた。結果を図７に示す。図７の結果から、２ＧＨｚ帯の共振周波数のみを独立して調整することが可能であることが分かる。

［実施例１］
図８に示すように、アンテナ部分５が、ＧＮＤ部分６と、折り返しが１回の形状をなす単一エレメントからなるエレメント部分７とを有し、ｘ軸方向が２０ｍｍ、ｚ軸方向が３４．５ｍｍであるアンテナ１を作製し、給電に同軸ケーブル８（ケーブル径：１．１３ｍｍ、ケーブル長：２００ｍｍ）を使用した場合のＶＳＷＲ特性を調べた。結果を図９に示す。この実験結果から、２ＧＨｚ帯で約１５０ＭＨｚ、５ＧＨｚ帯で約１０００ＭＨｚの帯域が得られている。
次に、図１０及び図１１に各共振周波数での主偏波と交差偏波を合算した時の放射特性を示す。この結果から、モノポールアンテナとほぼ似たような動作をしており、最大利得も１ｄＢｉ程度得られている。また、表１に、各周波数、各面での両偏波の利得を合算し、平均化したもの（以下 合成利得と呼ぶ）を示す。

［実施例２］
図１２に示すように、アンテナ１を同軸ケーブル８に沿って所定角度αで折り曲げた時のＶＳＷＲ特性を調べた。結果を図１３に示す。
また所定角度αで折り曲げた時の放射特性を調べた。結果を図１４に示す。
この結果から９０°まではアンテナを折り曲げても特性は大きく変わらないことがわかる。また、図１５に折り曲げ角度と合成利得の関係を示す。

［実施例３］
前記実施例２で実証されたように、折り曲げても特性が変わらないことを利用して、図１６のようにノートＰＣ、アクセスポイント、カーナビなどの無線機器９の筐体１０に、アンテナ１を折り曲げたまま搭載することが可能になる。このとき、筐体１０の誘電率の影響で周波数が低周波側へ移動するが、調整によって問題なく使用することが可能となる。

本発明のアンテナの実施形態を示す平面図である。 アンテナ各部の寸法関係を示す平面図である。 ｘ軸方向の幅（Ａ）を変化させた時のＶＳＷＲの計算値を示すグラフである。 アンテナ各部の寸法関係を示す平面図である。 アンテナ部分のｘ軸方向一端から給電点までの距離（Ｆ）を変化させた時のＶＳＷＲ特性の変化を示すグラフである。 アンテナ各部の寸法関係を示す平面図である。 エレメント部分の幅（Ｗ）を変化させた時のＶＳＷＲ特性の変化を示すグラフである。 実施例１で作製したアンテナの平面図である。 実施例１のアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 実施例１のアンテナにおける２．４７５ＧＨｚ帯における放射特性を示す図である。 実施例１のアンテナにおける５．１４ＧＨｚ帯における放射特性を示す図である。 実施例２で作製した折り曲げ付与アンテナを示す平面図と正面図である。 実施例２で作製したアンテナにおける折り曲げ時のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 実施例２で作製したアンテナにおける折り曲げ時の放射特性を示す図である。 実施例２で作製したアンテナにおける折り曲げ角度と合成利得の関係を示すグラフである。 実施例３で作製したアンテナを折り曲げた状態で筐体に搭載した無線機器を示す斜視図である。

符号の説明

１…アンテナ、２…ポリイミド基材（ベース基材）、３…銅箔、４…給電点、５…アンテナ部分、６…ＧＮＤ部分、７…エレメント部分、８…同軸ケーブル、９…無線機器、１０…筐体。

Claims (7)

1. ベース基材上に導体からなるアンテナ部分と該アンテナ部分に接続される給電点とを有するアンテナであって、
   前記アンテナ部分は、ＧＮＤ部分と、折り返しが１回の形状をなす単一エレメントからなるエレメント部分を有することを特徴とするアンテナ。
2. 給電点をアンテナ部分のｘ軸方向の中心に配置し、５ＧＨｚ帯の帯域幅が１０００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. アンテナ部分のｘ軸方向一端から給電点までの距離Ｆが８ｍｍ≦Ｆ≦１２ｍｍの範囲において、２．６〜３ＧＨｚかつ４．６〜６ＧＨｚでＶＳＷＲ≦２であり、かつ各面での合成利得が−１．５ｄＢｉ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. エレメント部分の幅Ｗが３ｍｍ≦Ｗ≦９．５ｍｍの範囲において、２．４〜２．９ＧＨｚかつ４．８〜６ＧＨｚでＶＳＷＲ≦２であり、かつ各面での平均利得が−１．５ｄＢｉ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
5. 折り曲げ角度が９０°以下の状態において、２．４〜２．６ＧＨｚかつ４．８〜６ＧＨｚでＶＳＷＲ≦２であり、かつｙｚ面での合成利得が−１．３ｄＢｉ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
6. 可撓性を有し、折り曲げた状態で搭載可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナを有することを特徴とする無線機器。

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