JP2010219583A - 平面状アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で広帯域で使用できる平面状アンテナを提供する。
【解決手段】平面状アンテナエレメント１に、有限抵抗値を有する抵抗膜20を積層する。
【選択図】図１

Description

本発明は平面状アンテナに関する。

従来、平面状アンテナとして種々の形状及び寸法のものが知られている。例えば、一対の菱形のアンテナエレメントを、その一頂点を接近させて、左右対称に配置した平面状アンテナであって、その各アンテナエレメントの対角線長さ寸法を、目的波の２分の１波長の長さとした形状・寸法のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２７７５０１号公報

ところで、上記特許文献１に記載の平面状アンテナにあっては、目的とする（使用する）周波数が低くなり、波長が長くなると、各アンテナエレメントが大きくなり、最近の小型化が進む電子通信機器には実装が困難となるという問題がある。
さらに一般的に説明すれば、平面状アンテナの下限使用周波数は、アンテナ入力端で測定されたＶＳＷＲ（電圧定在波比）の値とアンテナエレメントの長さで決定され、ＶＳＷＲ値では 2.0〜 3.0以下、ダイポールアンテナの場合には約２分の１波長（空気中）のエレメント長が必要である。このエレメント長を短縮する方法として、有限の値を持つ誘電体に埋設するか、貼付する方法があるが、使用する誘電体の誘電率の平方根の逆数倍が限度である。従って使用する周波数が低くなるにつれてエレメント長は長くなり、携帯電話や無線ＬＡＮ機能付パソコン等、電波を使用する電子・通信機器では、その実装に苦労する。

そこで、本発明は、このような問題を解決し、使用可能な周波数―――下限周波数―――を小さな数値まで低減可能として良好な指向性を持った広帯域アンテナを提供することを、目的とする。あるいは、同一の下限周波数に適用可能ならば、従来の平面状アンテナよりも十分にコンパクト化を実現して、電波を使用する電子・通信機器のコンパクト化に貢献できて、それ等への実装を容易とした平面状アンテナの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る平面状アンテナは、平面状アンテナエレメントに、有限抵抗値を有する抵抗膜を積層し、しかも、上記アンテナエレメントの全面積をカバーするように積層したものである。
また、上記アンテナエレメント及び抵抗膜が可視光線透過性を備えている。
また、上記抵抗膜の上記有限抵抗値を、10,000Ω／□以下とした。

本発明に係る平面状アンテナによれば、使用する周波数が低くなっても、その大きさが比較的小型で済み、最近の小型化の進んだ電子・通信機器への実装が容易となる。つまり、従来の平面状アンテナよりも小型サイズでもって、従来と同じ周波数帯域に使用できる。
又は、従来の平面状アンテナと同一寸法であれば、十分に低い周波数帯域までもカバーできる優れた広帯域アンテナを、簡易な構成にて、実現できる。

本発明の実施の一形態を示す正面図である。 他の実施の形態を示す正面図である。 別の実施の形態を示す正面図である。 拡大断面図である。 比較例と本発明の実施例とを示した比較説明図である。 抵抗膜の有無及び抵抗膜値と、ＶＳＷＲとの関係を示すグラフ図である。 抵抗膜の有無による指向性の相違、及び、利得の相違を示した実測データを示すグラフ図である。 図６と合わせて見るべき、抵抗膜の有無及び抵抗膜値と、ＶＳＷＲとの関係を示すグラフ図である。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１に於て、一対の略楕円形の平面状アンテナエレメント１，１を、一直線Ｌに関して対称に配設し、かつ、一対の給電用脚片２，２を、アンテナエレメント１，１の相互近接部位５，５から突出状に、かつ、アンテナエレメント１，１と金属薄片をもって、一体に形成する。
20は有限抵抗値を有する抵抗膜であって、（左右一対の）アンテナエレメント１，１の全面積をカバーするように、図４に示す如く、接着剤又は粘着剤21にて、アンテナエレメント１の一面に積層一体化する。

図１では、一対の脚片２，２は、前記一直線Ｌに関して線対称として、微小間隙Ｇをもって相互に近接している。かつ、各脚片２は、外端方向にしだいに幅寸法が増加する外方拡幅形状である。この脚片２とアンテナエレメント１とは、一枚の金属薄板にて構成するのが望ましい。この金属薄板の厚さ寸法Ｔ₁ は 100μｍ以下のＣｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等が用いられる。
さらに、上記アンテナエレメント１の金属薄板としては、可視光線透過性を備えたメッシュ型又は極めて薄い（例えば、0.05μｍの）金属薄板にて構成し、かつ、上記抵抗膜20も可視光線透過性として、平面状アンテナ10全体を、人の肉眼をもって透視可能とするも好ましい場合がある。
そして、抵抗膜20の前記有限抵抗値とは、10,000Ω／□以下の値を選定すれば良い。さらに50Ω／□以上かつ4000Ω／□以下とするのが望ましい。

抵抗膜20の材質として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や、酸化スズ等の金属酸化物が好ましく、可視光線透過性も具備できる。この金属酸化物から成る膜20は、スパッタリング法、蒸着法、ロールコーティング、転写、電着、塗布、メッキ等で製造することができる。また、上述の可視光線透過性を考慮する必要がなければ、合成樹脂にカーボンブラック粉末や黒鉛粉末等の導電性材料を練り込んだ光線透過性の無いシート体であっても良い。

図１に於て実線にて示した抵抗膜20は、左右一対の平面状アンテナエレメント１，１の全体、及び、給電用脚片２，２の大半部位を被覆するように配設されている場合を示すが、なお、２点鎖線11にて示すように、抵抗膜20を、アンテナエレメント１，１の形状に沿って弯曲状に形成して、アンテナエレメント１，１の外郭線を包囲する形状とするも自由である。
しかしながら、図１のいずれの抵抗膜20にあっても、微小間隙Ｇの部位を、抵抗膜20にて被覆することが望ましい。なお、図１では、一対の脚片２，２の微小間隙Ｇは、外端２Ａから、アンテナエレメント１，１の近接部位５，５へゆくに従って、しだいに増加するテーパ状とする。また、図１に於て、６は電子回路部（アンプやフィルタ）を例示する。

次に、図２に示した他の実施の形態では、左右のアンテナエレメント１，１が各々略楕円形として、図１の実施の形態と同様であるが、給電脚片２，２が細帯状で、直角状に折曲って配設されている点で相違する。そして、抵抗膜20が矩形状として、各アンテナエレメント１，１の全面積、及び、相互近接部位５，５間の微小間隙Ｇと、脚片２，２の付根部近傍とその微小間隙Ｇとを、被覆している。図３に示した別の実施の形態では、左右のアンテナエレメント１，１が正方形乃至菱形等の多角形であり、一つの角部13を近接部位５として、その角部13から細帯状脚片２が平行に下方に延設されており、一対の脚片２，２とその微小間隙Ｇ、及び、両アンテナエレメント１，１を被覆するように、抵抗膜20がアンテナエレメント１，１に積層されている。

なお、本発明に係る平面状のアンテナ10に於て、アンテナエレメント１の形状は、上述した図１〜図３に限らず、その他の種々多様な形状とするも自由である。但し、抵抗膜20は、少なくとも、それ等のアンテナエレメント１の全面積を被覆するように積層することが必須である。

図５（ｂ）に示すように、楕円状アンテナエレメント１の長軸寸法Ｗ₁ を46mmとし、短軸寸法H₁ を30mmとし、微小間隙Gを２mmとして、後述の大小の抵抗値を有する２点鎖線で示す抵抗膜20を積層して平面状アンテナ10の実施品を製作した。また、図５（ｂ）に於て、抵抗膜20の無いものを比較例Ｘ₁ として１個作製した。
また、図５（ａ）に別の比較例Ｘ₂ を示す楕円状アンテナエレメント１の長軸寸法Ｗ₁ を 100mmとし、短軸寸法Ｈ₁ を70mmとし、最外端の左右幅寸法Ｗ₀ を 210mmとして、（抵抗膜の無い）平面状アンテナである。

図６及び図８に示すグラフ図は、横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸にＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio 、電圧定在波比）特性をとって、抵抗膜の有無によるＶＳＷＲ測定結果及びその抵抗膜の抵抗値によるＶＳＷＲ測定結果を示した実測グラフ図であって、図５（ｂ）に示した寸法のものについて測定した。ここで、図６と図８とは本来は一枚のグラフ図に描くべきところであるが、実施例の数が多過ぎるためにグラフ線が錯綜して見難くなるために、あえて２つのグラフ図に分けて描いたものである。従って、図６と図８とは合体して、判断すべきであるといえる。
図６と図８の実測グラフ図から以下のことが判る。まず、図５（ｂ）の実線のみからなる比較例Ｘ₁ では、例えば使用可能なＶＳＷＲ値を「 2.5」とした場合、下限周波数は約1170ＭＨｚ（1.17ＧＨｚ）であり、比較例Ｘ₁ の平面状アンテナは、その下限周波数未満では実用上使用できないことを示している。

これに対し、抵抗膜20の前述した有限抵抗値である10,000Ω／□よりも僅かに低い抵抗値の 9,740Ω／□の抵抗膜20を付着した本発明実施品（Ｂ）では、下限周波数は約 232ＭＨｚとなる。言い換えると、比較例Ｘ₁ の下限周波数の約 1,170ＭＨｚが本発明実施品（Ｂ）では約 232ＭＨｚまで低くでき、それだけ広い周波数帯域で使用が可能となる。

次に、実施品Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｋとして、各抵抗値を、3770, 2960, 1840, 937, 712，400Ω／□と順次下げてゆくに従って、図６に示すように、下限周波数が低くなってゆき、実施品Ｋでは、約50ＭＨｚまで低下させ得る。次に、実施品Ｌ，Ｍ，Ｎとして、各抵抗値を、 220, 110, 60Ω／□と、さらに、しだいに下げてゆけば、図８で明らかなように、実施品Ｌの下限周波数は図６に示した実施品Ｋと略同一の約50ＭＨｚとなって、その後、反転して、実施品Ｍ，Ｎと僅かに下限周波数が増加するが、十分に低い下限周波数である。
しかし、比較例Ｐとして抵抗値を10Ω／□とした場合は、ＶＳＷＲ値が、１ＧＨｚの少し高いところで、 3.0を超えて、急にアンテナ特性が悪化する。このように、抵抗値が50Ω／□にて、急激に悪化するといえる。
このように、全ての実施品Ｂ〜Ｎに於て、使用可能な下限周波数が低減して、広帯域アンテナとして好適なものであることが判る。なお、抵抗膜20の有限抵抗値を、5000Ω／□以下とすることは、一層望ましいことは、図６と図８から明らかであるといえる。

次に、図７に示すグラフ図は、電波の入射角と受信レベルの関係を円グラフで表したものであって、詳しくは、 400Ω／□の抵抗膜20を図５（ｂ）のように付着した実施品Ｋの指向性と、抵抗膜の無い（従来と同様の）図５（ａ）に示す比較例Ｘ₂ の指向性とを、各々測定して示した実測グラフ図である。なお、この比較例Ｘ₂ は下限周波数が約 450ＭＨｚであって、実施品Ｋと略同一である。
図５と図７から次のことが判る。実施品Ｋは比較例Ｘ₂ よりも全体としての利得が低下するといえども、また、指向性の一部にヌル（落込み）があるものの、実用上問題がない程度に有用な特性を備えている。特に、図５（ｂ）の本発明実施品が比較例Ｘ₂ に比べて、全体幅寸法Ｗ₀ ＝ 210mmからＷ₀ ＝94mmまで著しく小型化を図ることができた。

１ アンテナエレメント
10 平面状アンテナ
20 抵抗膜
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ 本発明実施品
Ｘ₁ ，Ｘ₂ ，Ｐ 比較例

Claims (3)

1. 平面状アンテナエレメント（１）に、有限抵抗値を有する抵抗膜（20）を積層し、しかも、上記アンテナエレメント（１）の全面積をカバーするように積層したことを特徴とする平面状アンテナ。
2. 上記アンテナエレメント（１）及び抵抗膜（20）が可視光線透過性を備えた請求項１記載の平面状アンテナ。
3. 上記抵抗膜（20）の上記有限抵抗値を、10,000Ω／□以下とした請求項１又は２記載の平面状アンテナ。
   

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