JP2009094760A

JP2009094760A - アンテナ装置とその構造

Info

Publication number: JP2009094760A
Application number: JP2007262956A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sakamoto; 芳弘阪本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置において、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを従来技術に比較して簡単な構造で大幅に改善することができるアンテナ装置とその構造を提供する。
【解決手段】誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置において、上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置において、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを改善するためのアンテナ装置とその構造に関する。

従来は、送信アンテナと受信アンテナ間のアイソレーションを改善するために、金属板を送信アンテナと受信アンテナの間に挿入させて送信電波を遮断する方法や、送信信号のタイミングと受信信号のタイミングを時間的にずらすことで、送信信号を受信回路で検知しないようにして、送受信アンテナ間のアイソレーションを改善している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−３１８６３９号公報。

しかしながら、従来の送受信アンテナ間のアイソレーション改善方法では、前者の方法において金属板を基板に設置するのが困難である場合あり、また、後者の方法において送信信号と受信部のタイミングを時間的にずらしても、送信信号が大きい電力を有する場合、受信部の増幅器が飽和又は破損する場合があるという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置において、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを従来技術に比較して簡単な構造で大幅に改善することができるアンテナ装置とその構造を提供することにある。

上記従来の課題を解決するために、第１の発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置において、
上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、
上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、
上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、
上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定したことを特徴とする。

また、第２の発明に係るアンテナ装置の構造は、誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置の構造において、
上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、
上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、
上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、
上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定したことを特徴とする。

本発明に係るアンテナ装置とその構造によれば、上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定した。従って、上記ＬＣ直列共振回路により送信信号を受信して接地されたビア導体を介して接地導体に流すことで送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを大幅に改善することができる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係るアンテナ装置の上面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線についての縦断面図である。また、図３は図１のアンテナ装置の下面図である。

図１乃至図３において、一方の面において接地導体１１が形成された誘電体基板１０の他方の面において、誘電体基板１０の対向する各端部近傍においてそれぞれ送信矩形パッチアンテナ１と、受信矩形パッチアンテナ２とが形成され、その上に、配線層１２が形成される。さらに、配線層１２上であって送信矩形パッチアンテナ１の近傍に無線送信回路２１が形成され、無線送信回路２１と送信矩形パッチアンテナ１とは給電線路１ａにより接続される。また、配線層１２上であって受信矩形パッチアンテナ２の近傍に無線受信回路２２が形成され、無線受信回路２２と受信矩形パッチアンテナ２とは給電線路２ａにより接続される。ここで、誘電体基板１０は多層構造の誘電体基板であってもよい。

上記送信矩形パッチアンテナ１と、受信矩形パッチアンテナ２との間の位置において、誘電体基板１０をその厚さ方向に貫通して充填して形成されてなる例えば４個のビア導体５１，５２，５３，５４が並置されて形成される。ここで、ビア導体５２，５４の接地導体１１側一端のみが接地導体１１に接続される一方、他の一端や他端は開放端として形成される。

図４は図１のアンテナ装置における１対のビア導体５１，５２の構造を示す模式図であり、１対のビア導体５３，５４についても同様に構成される。また、図５は図４の１対のビア導体５１，５２により形成されるＬＣ共振回路を示す回路図である。

図４において、各ビア導体５１，５２は直径Ｒと長さＴを有する円柱形状を有し、例えば１００ＭＨｚ以上の高周波において互いに電磁的に結合するように互いに間隔Ｄだけ離隔して並置形成される。ここで、各ビア導体５１，５２は高周波において容量結合するので、その等価回路は図５のごとくなる。すなわち、図５に示すように、インダクタンスＬ１を有するビア導体５１と、キャパシタンスＣを有する誘電体５５（誘電体基板１０の一部）と、インダクタンスＬ２を有するビア導体５２とから構成されるＬＣ直列共振回路を構成する。ここで、その回路の一端であるビア導体５１の一端は開放端を形成し、ビア導体５２の他端は接地導体１１に接続されて接地されている。なお、１対のビア導体５３，５４も同様に構成されて、１つのＬＣ直列共振回路を形成する。１対のビア導体の対数は少なくとも１対あればよく、好ましくは複数対形成することが望ましい。

以上のように構成されたアンテナ装置において、ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数ｆｒに直列共振するように各ビア導体５１−５４のサイズ（Ｒ，Ｔ）及び上記間隔Ｄを設定する。すなわち、ＬＣ直列共振回路の共振周波数ｆは次式で表され、ｆ＝ｆｒ又はｆ≒ｆｒとなるように設定される。

この場合において、上記無線周波数ｆｍにおいて、ＬＣ直列共振回路のインピーダンスは実質的に最小となり、図１乃至図３において、送信矩形パッチアンテナ１から放射された送信信号が、上記ＬＣ直列共振回路により受信されて吸収された後、接地導体１１に接地される。それ故、受信矩形パッチアンテナ２に伝播する送信信号を低減させることができ、送受アンテナ間のアイソレーションを大幅に低減させることができる。

以上の実施形態においては、送信矩形パッチアンテナ１と、受信矩形パッチアンテナ２とを備えているが、本発明はこれに限らず、他の種類の送信アンテナ及び受信アンテナであってもよい。

以下の実施例において、具体的な動作例を示す。ビア導体５１−５４はそれぞれインダクタンスＬ１，Ｌ２（＝Ｌ）を有する。

ここで、Ｕｒはビア導体５１−５４の比透磁率であり、定数Ｋは次式で表される。

ここで、ｆは無線周波数であり、σはビア導体５１−５４の導電率である。また、キャパシタンスＣはビア導体５１と５２間の間隔Ｄで定義され、次式で表される。

ここで、εは誘電体基板１０の誘電率である。送信矩形パッチアンテナ１からの送信信号の無線周波数をｆ＝１ＧＨｚ、誘電体基板１０の比誘電率ε＝３、ビア導体５１，５２間の間隔Ｄ＝１ｍｍ、ビア導体５１，５２の直径Ｒ＝１ｍｍとすると、式（５）を用いてＣ＝約１２０ｐＦと計算でき、また、直列共振周波数を１ＧＨｚとするためには、式（１）より、インダクタンスＬ１＋Ｌ２は、Ｌ１＋Ｌ２＝約２００ｐＨとなり、上記で定義されたインダクタンスの理論式より最適なビア導体５１−５４の高さＴと直径Ｒ、被透磁率、導電率を選択することで、容易にＬＣ直列共振回路を構成することができる。係る構成によれば、ビア導体５１−５４の高さＴと直径Ｒ、さらにビア導体５１―５４を最適な間隔Ｄ、誘電体基板１０の誘電率、ビア導体５１−５４の透磁率及び導電率を最適に選ぶことにより、送信矩形パッチアンテナ１から受信矩形パッチアンテナ２方向に放射された無線信号を接地することができ、送受アンテナ間のアイソレーションを大幅に向上することができる。

以上詳述したように、本発明に係るアンテナ装置とその構造によれば、上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定した。従って、上記ＬＣ直列共振回路により送信信号を受信して接地されたビア導体を介して接地導体に流すことで送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを大幅に改善することができる。

本発明の実施形態に係るアンテナ装置の上面図である。図１のＡ−Ａ’線についての縦断面図である。図１のアンテナ装置の下面図である。図１のアンテナ装置における１対のビア導体５１，５２の構造を示す模式図である。図４の１対のビア導体５１，５２により形成されるＬＣ共振回路を示す回路図である。

符号の説明

１…送信矩形パッチアンテナ、
１ａ…給電線路、
２…受信矩形パッチアンテナ、
２ａ…給電線路、
１０…誘電体基板、
１１…接地導体、
１２…配線層、
２１…無線送信回路、
２２…無線受信回路、
５１，５２，５３，５４…ビア導体。

Claims

誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置において、
上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、
上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、
上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、
上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定したことを特徴とするアンテナ装置。
誘電体基板上に形成された送信アンテナと受信アンテナを備えたアンテナ装置の構造において、
上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の上記誘電体基板において、互いに所定の間隔で離隔して対向する少なくとも１対のビア導体を形成し、
上記各１対のビア導体の１つのビア導体の一端は接地され、
上記各１対のビア導体はＬＣ直列共振回路を構成し、
上記ＬＣ直列共振回路が上記送信アンテナから送信される送信信号の無線周波数に直列共振するように上記各ビア導体のサイズ及び上記間隔を設定したことを特徴とするアンテナ装置の構造。