JP2011055466A - Antenna, and antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナと給電手段とを整合させる整合回路が内蔵されているアンテナおよびアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna and an antenna device having a built-in matching circuit for matching an antenna and a feeding means.
従来、無線通信機器に搭載される送受信用のアンテナとして、携帯に便利なように小型のアンテナが望まれている。従来の小型のアンテナの一例の構成を示す正面図を図２３に示す。
図２３に示すアンテナ１００は、ダイポールアンテナとされており、ホットダイポール素子１１０とアースダイポール素子１１１とを備えている。ホットダイポール素子１１０はガラスエポキシ基板等の基板１２０における表面の一側に形成されている細長い矩形状のホット側パターン１２１により構成されており、アースダイポール素子１１１は基板１２０の表面の他側に形成されている細長い矩形状のアース側パターン１２２により構成されている。ホット側パターン１２１は、基板１２０の一端から基板１２０のほぼ中央部まで形成されて、基板１２０の他端から基板１２０のほぼ中央部まで形成されているアース側パターン１２２と重ならないように形成されている。そして、ホットダイポール素子１１０とアースダイポール素子１１１との端部が向かい合う部位が給電部１１２とされて、給電部１１２に同軸ケーブル１２３が接続されている。この場合、ホットダイポール素子１１０の端部に同軸ケーブル１２３の中心導体が接続され、アースダイポール素子１１１の端部に同軸ケーブル１２３のシールド導体が接続される。これにより、ホットダイポール素子１１０とアースダイポール素子１１１とからなるダイポールアンテナとされているアンテナ１００が構成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a transmission / reception antenna mounted on a wireless communication device, a small antenna is desired for convenience of carrying. FIG. 23 is a front view showing a configuration of an example of a conventional small antenna.
An antenna 100 shown in FIG. 23 is a dipole antenna, and includes a hot dipole element 110 and an earth dipole element 111. The hot dipole element 110 is configured by an elongated rectangular hot side pattern 121 formed on one side of the surface of the substrate 120 such as a glass epoxy substrate, and the earth dipole element 111 is formed on the other side of the surface of the substrate 120. It is comprised by the elongate rectangular-shaped earth | ground side pattern 122 currently made. The hot-side pattern 121 is formed from one end of the substrate 120 to approximately the center of the substrate 120 and is formed so as not to overlap the ground-side pattern 122 formed from the other end of the substrate 120 to approximately the center of the substrate 120. ing. A portion where the end portions of the hot dipole element 110 and the earth dipole element 111 face each other serves as a power feeding unit 112, and a coaxial cable 123 is connected to the power feeding unit 112. In this case, the central conductor of the coaxial cable 123 is connected to the end of the hot dipole element 110, and the shield conductor of the coaxial cable 123 is connected to the end of the earth dipole element 111. As a result, the antenna 100 that is a dipole antenna including the hot dipole element 110 and the earth dipole element 111 is configured.
従来のアンテナ１００において使用周波数帯を２ＧＨｚ帯とした際に、ホットダイポール素子１１０の長さＬ１０１とアースダイポール素子１１１の長さＬ１０２は同様の長さとされ、約２９．５ｍｍとされる。また、ホットダイポール素子１１０およびアースダイポール素子１１１の幅Ｗ１０１は約５ｍｍとされる。この場合、基板１２０の比誘電率は約４．９とされて波長が短縮されることから、この寸法とした際のホットダイポール素子１１０とアースダイポール素子１１１の電気長は、２ＧＨｚにおける波長の約１／４波長となる。従来のアンテナ１００におけるＶＳＷＲ（電圧定在波比）が２．０以下の比帯域としては、約１５％前後が得られるようになる。 In the conventional antenna 100, when the frequency band used is 2 GHz, the length L101 of the hot dipole element 110 and the length L102 of the earth dipole element 111 are set to the same length, which is about 29.5 mm. The width W101 of the hot dipole element 110 and the earth dipole element 111 is about 5 mm. In this case, since the relative dielectric constant of the substrate 120 is about 4.9 and the wavelength is shortened, the electrical lengths of the hot dipole element 110 and the earth dipole element 111 in this dimension are about the wavelength at 2 GHz. 1/4 wavelength. As a ratio band with a VSWR (voltage standing wave ratio) of 2.0 or less in the conventional antenna 100, about 15% can be obtained.
しかしながら、無線通信機器においては広帯域で動作する無線通信機器があり、このような無線通信機器においては、要求される比帯域として３０％前後の比帯域が要求される場合があるが、従来のアンテナ１００ではこの要求に応えることができない。
ここで、周波数が３．１〜１０ ．６ＧＨｚの広帯域においてＶＳＷＲが３以下の良好な周波数特性を備えるダイポールアンテナが従来から知られている。このダイポールアンテナ２００の構成を示す正面図を図２４に、断面図で示す側面図を図２５に示す。
これらの図に示すダイポールアンテナ２００では、第１エレメント２１１および第２エレメント２１２によりダイポールアンテナが構成されている。第１エレメント２１１および第２エレメント２１２は誘電体からなる基板２１０の一面上に線対称の形状でプリントされて作成されている。第１エレメント２１１および第２エレメント２１２は外側に行くにつれて幅が広くなるよう形成されており、基板２１０のほぼ中央部において向かい合う端部が下方へほぼ直交するよう屈曲されている。屈曲された部位は階段状に幅が狭くされて下端が給電ライン２１３とされている。この階段状に形成された部位がインピーダンス整合部２１４とされて、ダイポールアンテナ２００と給電ライン２１３に接続された給電部とが整合されるようになる。
However, there is a wireless communication device that operates in a wide band in the wireless communication device, and such a wireless communication device may require a specific bandwidth of around 30% as a required specific bandwidth. 100 cannot meet this requirement.
Here, the frequency is 3.1 to 10. A dipole antenna having a good frequency characteristic with a VSWR of 3 or less in a 6 GHz wide band has been conventionally known. A front view showing the configuration of the dipole antenna 200 is shown in FIG. 24, and a side view shown in a sectional view is shown in FIG.
In the dipole antenna 200 shown in these drawings, the first element 211 and the second element 212 constitute a dipole antenna. The first element 211 and the second element 212 are formed by printing in a line-symmetric shape on one surface of a substrate 210 made of a dielectric. The first element 211 and the second element 212 are formed so as to increase in width toward the outside. Ends facing each other at substantially the center of the substrate 210 are bent so as to be substantially orthogonal to the lower side. The bent portion is narrowed stepwise, and the lower end is a feed line 213. The portion formed in the step shape is used as the impedance matching unit 214, and the dipole antenna 200 and the power feeding unit connected to the power feeding line 213 are matched.
従来のダイポールアンテナ２００のサイズの例を示すと、第１エレメント２１１の左端から第２エレメント２１２の右端までの長さは４０ｍｍとされ、第１エレメント２１１および第２エレメント２１２の高さは１６ｍｍとされている。また、第１エレメント２１１と第２エレメント２１２とは２ｍｍの間隔を持って線対称に配置されている。さらに、第１エレメント２１１および第２エレメント２１２の外方へ広がる角度は約４５・とされている。なお、基板２１０の厚さは０．５ｍｍとされ、その誘電率εｒは４．４とされている。このような寸法の従来のダイポールアンテナ２００のＶＳＷＲの周波数特性を図２６に示す。図２６に示すように、ダイポールアンテナ２００は、周波数範囲が３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚにおいてＶＳＷＲは約２．５ないし３程度以下となり、超広帯域の周波数の幅で良好なＶＳＷＲ特性を示すようになる。 As an example of the size of the conventional dipole antenna 200, the length from the left end of the first element 211 to the right end of the second element 212 is 40 mm, and the height of the first element 211 and the second element 212 is 16 mm. Has been. Further, the first element 211 and the second element 212 are arranged line-symmetrically with an interval of 2 mm. Further, the angle of outward spread of the first element 211 and the second element 212 is about 45 ·. The substrate 210 has a thickness of 0.5 mm and a dielectric constant εr of 4.4. FIG. 26 shows frequency characteristics of VSWR of the conventional dipole antenna 200 having such dimensions. As shown in FIG. 26, the dipole antenna 200 has a VSWR of about 2.5 to 3 or less in a frequency range of 3.1 GHz to 10.6 GHz, and exhibits a good VSWR characteristic at a super wide frequency range. Become.
ところで、通信装置によっては使用周波数帯域におけるＶＳＷＲが約２．０以下となっていることが求められることがある。しかしながら、従来のダイポールアンテナ２００においては、ＶＳＷＲが２．０以下の周波数帯域は約４．３ＧＨｚから約６．７ＧＨｚと狭くなってしまうという問題点があった。
そこで、本発明は小型でありながら広帯域で動作可能なアンテナおよびアンテナ装置を提供することを目的としている。
By the way, depending on the communication device, the VSWR in the used frequency band may be required to be about 2.0 or less. However, the conventional dipole antenna 200 has a problem that the frequency band with a VSWR of 2.0 or less is narrowed from about 4.3 GHz to about 6.7 GHz.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna and an antenna device that can operate in a wide band while being small.
上記目的を達成するために、本発明のアンテナは、細長い矩形状の基板の一面に形成されたホットダイポール素子と、基板の他面に形成されたアースダイポール素子とを有し、アースダイポール素子の縁から延伸して所定の長さで一体に形成されたグランド部に対面するように、ホットダイポール素子の縁から引き出された伝送ラインを形成し、グランド部と伝送ラインとにより整合回路を構成しており、アースダイポール素子は基板の他面の他端から細長い矩形状の中央部に切欠部が設けられて形成されていることを最も主要な特徴としている。 In order to achieve the above object, an antenna of the present invention has a hot dipole element formed on one surface of an elongated rectangular substrate and an earth dipole element formed on the other surface of the substrate. A transmission line drawn from the edge of the hot dipole element is formed so as to face the ground part integrally formed with a predetermined length by extending from the edge, and a matching circuit is configured by the ground part and the transmission line. The main feature of the earth dipole element is that a notch is formed in the center of a long and narrow rectangle from the other end of the other surface of the substrate.
本発明のアンテナでは、グランド部と伝送ラインとにより構成した整合回路により、ホットダイポール素子とアースダイポール素子からなるダイポールアンテナに、無線通信機器等の給電手段からインピーダンスマッチングを行って給電することができることから、従来のアンテナより広帯域化することができる。また、アースダイポール素子は細長い矩形状の中央部に切欠部が設けられて形成されていることから、厚みの薄い小型化されたアンテナとすることができる。 In the antenna of the present invention, the matching circuit configured by the ground portion and the transmission line can supply power to the dipole antenna composed of the hot dipole element and the earth dipole element by performing impedance matching from a power supply means such as a wireless communication device. Therefore, the bandwidth can be made wider than that of the conventional antenna. In addition, since the earth dipole element is formed by providing a notch at the center of an elongated rectangular shape, the antenna can be a small and thin antenna.
本発明の第１実施例のアンテナ１の構成を図１ないし図３に示す。なお、図１は本発明にかかるアンテナ１の構成を示す正面図であり、図２は本発明にかかるアンテナ１の構成を示す側面図であり、図３は本発明にかかるアンテナ１の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第１実施例のアンテナ１はガラスエポキシ基板等の高周波特性の良好な絶縁性の基板２０の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０とアースダイポール素子１１とを備えている。この場合、基板２０は細長い矩形状とされており、基板２０の表面の一端から中央部にかけて細長い矩形状の面状に形成されているホット側パターン２１によりホットダイポール素子１０が形成されており、基板２０の裏面の他端から中央部にかけて切欠部２２ａが形成されて細長い線状の二股状に形成されているアース側パターン２２によりアースダイポール素子１１が形成されている。なお、二股状のアース側パターン２２は基板２０の両側部側に分かれて形成されている。
The configuration of the
As shown in these figures, the
ホットダイポール素子１０のアースダイポール素子１１側の端縁のほぼ中央から幅が細くされた所定長の伝送ライン１３が引き出されている。また、アースダイポール素子１１のホットダイポール素子１０側の端部において長さＧＬの部分がグランド部１１ａとされており、基板２０を介してグランド部１１ａと伝送ライン１３とが対向することによりストリップライン２３が構成されている。基板２０の表面におけるアースダイポール素子１１の一部と対面するよう矩形のアースランド２４のパターンが形成されている。このアースランド２４は、グランド部１１ａとアースダイポール素子１１との境界部におけるアースダイポール素子１１に対面して基板２０の表側に形成されて、２つのスルーホール２４ａによりアースランド２４はアースダイポール素子１１に電気的に接続されている。このアースランド２４に給電用の同軸ケーブル２５のシールド部２５ｂがハンダ付け等により接続され、同軸ケーブル２５の芯線２５ａが伝送ライン１３の先端にハンダ付け等により接続されて給電部１４が構成されている。この給電部１４により、無線通信機器から同軸ケーブル２５を介してアンテナ１に給電されるようになる。
A predetermined length of transmission line 13 is drawn from the center of the edge of the
同軸ケーブル２５は、二股状のアース側パターン２２の切欠部２２ａ上に配置されて、アースダイポール素子１１と同軸ケーブル２５との電気的な結合を防止しているが、さらに、基板２０の表面に所定高さのスペーサ２６を載置して、このスペーサ２６上に同軸ケーブル２５を配置して電気的な結合を防止している。スペーサ２６は、スポンジ等の比誘電率が約１とされる発泡体等とするのが好適であるが、比誘電率が１以上であってもよい。なお、伝送ライン１３とグランド部１１ａからなるストリップライン２３は整合回路１２を構成しており、給電部１４のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンス整合を行っている。
The coaxial cable 25 is disposed on the notch 22a of the bifurcated earth-side pattern 22 to prevent electrical coupling between the
図１ないし図３に示す第１実施例のアンテナ１の使用周波帯域を２ＧＨｚ帯とした場合の寸法の一例を次に説明する。
基板２０の幅Ｗ１は約６ｍｍ、長さＬ１は約７８ｍｍ、厚さＷ３は約１．６ｍｍ、比誘電率εｒは約４．９とされており、基板２０の表面の一端側にホット側パターン２１により形成されているホットダイポール素子１０の幅Ｗ２は約５ｍｍ、長さＬ２は約２９．５ｍｍとされている。基板２０の裏面の他端側からアース側パターン２２により形成されているアースダイポール素子１１の幅はＷ２とされて約５ｍｍ、長さＬ３は約２９．５ｍｍ、切欠部２２ａの内側の幅Ｗ３は約３ｍｍとされている。アースダイポール素子１１の端からホットダイポール素子１０側へ延伸されて形成されているグランド部１１ａの幅もＷ２とされて約５ｍｍとされ、その長さＧＬは約１７ｍｍとされている。基板２０の表面において、アースダイポール素子１１とグランド部１１ａとの境界上に形成されているアースランド２４も幅もＷ２（約５ｍｍ）とされ、長さＬ４は約５ｍｍとされており、アースダイポール素子１１に２箇所のスルーホール２４ａでアースランド２４が接続されている。ホットダイポール素子１０の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３が引き出されており、伝送ライン１３の長さは約１７ｍｍ、幅ＦＬＷは約０．４６ｍｍに形成され、アースランド２４との間隔Ｌ５は約２ｍｍとされている。また、ホットダイポール素子１０の端縁と対向するグランド部１１ａの端縁とは、両者の電気的な結合を避けるために約２ｍｍの間隔Ｌ６があけられている。同軸ケーブル２５の外径は約１．３ｍｍとされ、基板２０の下面から同軸ケーブル２５の上端までの長さＬ８は約５ｍｍとされている。この同軸ケーブル２５は、高さＬ７が約１ｍｍ、長さが約２０ｍｍとされているスペーサ２６上に配置されている。
Next, an example of the dimensions when the use frequency band of the
The substrate 20 has a width W1 of about 6 mm, a length L1 of about 78 mm, a thickness W3 of about 1.6 mm, and a relative dielectric constant εr of about 4.9. The
上記寸法とされた際に、整合回路１２を構成するストリップライン２３のインピーダンスは、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスと、給電部１４のインピーダンスとのインピーダンス整合を行えるインピーダンスとされている。なお、ストリップライン２３のインピーダンスは伝送ライン１３の幅ＦＬＷにより調整されている。そして、上記寸法とされた本発明の第１実施例にかかるアンテナ１の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図４に示す。図４を参照すると、共振の中心周波数はマーク２で示す１．７７８ＧＨｚとされＶＳＷＲが最も小さくなり約１．４が得られている。また、ＶＳＷＲが２．０以下の周波数帯域はマーク１で示す約１．４８２ＧＨｚないしマーク３で示す約２．０７４ＧＨｚが得られており、その比帯域は約３３．３％もの広帯域が得られている。なお、この周波数帯域には２ＧＨｚ帯が含まれており、使用周波数帯域を満足している。また、上記寸法とされた際にホットダイポール素子１０とアースダイポール素子１１との電気長は、使用周波数帯域における中心周波数の波長の約１／４波長の長さとなる。この場合、ホットダイポール素子１０とアースダイポール素子１１との電気長を使用周波数帯域における中心周波数の波長の約１／４波長の奇数倍としてもよい。
When the dimensions are set to the above dimensions, the impedance of the strip line 23 constituting the matching circuit 12 is an impedance that can perform impedance matching between the impedance of the dipole antenna composed of the
さらに、上記寸法とされた第１実施例のアンテナ１のアンテナ放射パターンを図５に示す。図５においてアンテナ１は破線で示すように０・と１８０・の線上に配置されており、図５を参照すると、アンテナ１の放射パターンは８の字パターンとされて基板２０の面から垂直な両方向に強く放射され、基板２０の長手方向にはほぼ放射されない。この場合、基板２０に平行な面における長手方向の偏波が放射され、図５における約９０・方向および約２７０・方向で約２．２ｄＢｉの最大ゲインが得られている。この放射パターンにおける半値角は約７４ｄｅｇが得られている。
上記説明した本発明の第１実施例にかかるアンテナ１は、内蔵する整合回路１２によりホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナと給電部１４とのインピーダンスマッチングを行えることから、上記したようにＶＳＷＲが２．０以下の比帯域が約３３．３％もの広帯域のアンテナとすることができる。また、アンテナ１は基板２０に形成されたプリントパターンにより構成されていると共に、整合回路１２が内蔵されていること、および、二股状のアース側パターン２２の切欠部２２ａ上に同軸ケーブル２５が配置されて、スペーサ２６の高さを約１ｍｍとすることができることから長さと幅と高さを小さくできる小型のアンテナ１とすることができる。
Further, FIG. 5 shows an antenna radiation pattern of the
Since the
次に、本発明の第１実施例のアンテナ１を備える第１実施例のアンテナ装置２の構成を図６ないし図８に示す。なお、図６は本発明にかかるアンテナ装置２の構成を上側ケースを取り去って示す正面図であり、図７は本発明にかかるアンテナ装置２の構成を断面図で示す側面図であり、図８は本発明にかかるアンテナ装置２の構成を下側ケースを取り去って示す背面図である。
これらの図に示すように、第１実施例のアンテナ装置２は図１ないし図３に示す第１実施例のアンテナ１を下側ケース３０および上側ケース３１からなるケース内に収納した構成とされている。下側ケース３０は上面が開口した箱状に形成されており、下面の上部に一対の細い丸棒状の位置決めボス３０ａが立設して形成されていると共に、両側面の内側の上部、中央部および下部にそれぞれ一対のボス３０ｂが形成されている。アンテナ１の基板２０の上部には一対の位置決め孔２０ａが形成されており、アンテナ１を下側ケース３０内に収納した際に基板２０の位置決め孔２０ａに位置決めボス３０ａが嵌挿される。さらに、基板２０の両側面に３カ所に設けられたボス３０ｂが当接して、アンテナ１は下側ケース３０内に位置決めされて収納されるようになる。
Next, the configuration of the
As shown in these drawings, the
また、上側ケース３１も上面が開口した箱状に形成されており、下面の上部、中央部および下部にそれぞれ細長い矩形状のリブ３１ａが立設して形成されている。アンテナ１が収納された下側ケース３０に、上側ケース３１を嵌合すると３カ所に設けられたリブ３１ａがアンテナ１における基板２０の上面に当接して、アンテナ１は下側ケース３０と上側ケース３１からなるケース内に確実に保持されるようになる。また、同軸ケーブル２５は上側ケース３１の短辺における側部に設けられた引き出し孔から外部へ導出される。なお、下側ケース３０に上側ケース３１を嵌合した際に、一方に形成された複数の係合突起が他方に形成された複数の係合凹部に係合するようにしても良い。
下側ケース３０と上側ケース３１からなるケースの寸法例を挙げると、ケースの幅Ｗ７は約９ｍｍ、長さＬ９は約１００ｍｍ、厚さＷ７は約７ｍｍとされる。また、ケース内において基板２０の下端と下側ケース３０の短辺における内側面との間隔Ｌ１０は約１９．５ｍｍとされる。
The upper case 31 is also formed in a box shape having an open upper surface, and is formed with elongated rectangular ribs 31a standing on the upper, central and lower portions of the lower surface. When the upper case 31 is fitted into the lower case 30 in which the
Taking a dimension example of the case made up of the lower case 30 and the upper case 31, the case width W7 is about 9 mm, the length L9 is about 100 mm, and the thickness W7 is about 7 mm. In the case, a distance L10 between the lower end of the substrate 20 and the inner surface of the short side of the lower case 30 is about 19.5 mm.
次に、本発明の第１実施例のアンテナ１を備える第２実施例のアンテナ装置２−１の構成を図９ないし図１１に示す。なお、図９は本発明にかかるアンテナ装置２−１の構成を上側ケースを取り去って示す正面図であり、図１０は本発明にかかるアンテナ装置２−１の構成を断面図で示す側面図であり、図１１は本発明にかかるアンテナ装置２−１の構成を下側ケースを取り去って示す背面図である。
これらの図に示すように、第２実施例のアンテナ装置２−１は第１実施例のアンテナ１を下側ケース３０および上側ケース３１からなるケース内に収納した構成とされている。この場合、アンテナ１におけるスペーサ２６が省略されて基板２０のスペーサ２６があった部位に矩形孔２０ｂが形成されている。また、下側ケース３０の下面に一対の支持リブ３０ｃが立設して形成されており、一対の支持リブ３０ｃは基板２０に形成されている矩形孔２０ｂを貫通して、その上端が同軸ケーブル２５の下面に当接して上側ケース３１との間に同軸ケーブル２５を保持している。これにより、同軸ケーブル２５はスペーサ２６を必要とすることなく、下側ケース３０と上側ケース３１からなるケース内に確実に保持されるようになる。
以上説明した構成を除く第２実施例のアンテナ装置２−１の構成および寸法は、第１実施例のアンテナ装置２の構成および寸法と同様とされているのでその説明は省略する。
Next, the configuration of the antenna device 2-1 of the second embodiment including the
As shown in these drawings, the antenna device 2-1 of the second embodiment is configured such that the
Since the configuration and dimensions of the antenna device 2-1 of the second embodiment excluding the configuration described above are the same as the configuration and dimensions of the
次に、本発明の第２実施例のアンテナ１−１の構成を図１２ないし図１４に示す。なお、図１２は本発明にかかるアンテナ１−１の構成を示す正面図であり、図１３は本発明にかかるアンテナ１−１の構成を示す側面図であり、図１４は本発明にかかるアンテナ１−１の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第２実施例のアンテナ１−１は、第１実施例のアンテナ１における同軸ケーブル２５に替えてストリップラインからなる給電ライン４０を用いている。給電ライン４０は、伝送ライン１３の下端から基板２０のほぼ中央部において端部まで延伸するよう表面に形成された所定の幅の線状の第１パターン４０ａと、グランド部１１ａの下方に二股状に基板２０の裏面に形成されたアース側パターン４１のほぼ中央から端部まで形成された細長い線状の第２パターン４０ｂとから構成されている。二股状のアース側パターン４１と第２パターン４０ｂとの間には切欠部４１ａが形成される。そして、第１パターン４０ａと第２パターン４０ｂとは基板２０を介して対面するよう配置されており、両者によりストリップ線路が構成されている。なお、伝送ライン１３とグランド部１１ａからなる整合回路１２は、給電ライン４０のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアース側パターン４１により構成されるアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンス整合を行っている。このように、給電ライン４０をストリップ線路により構成することにより、第２実施例のアンテナ１−１の厚みを基板２０の厚みとほぼ同様とすることができ、より薄く構成することができるようになる。以上説明した構成を除く第２実施例のアンテナ１−１の構成および寸法は、第１実施例のアンテナ１の構成および寸法と同様とされているのでその説明は省略する。
Next, the configuration of the antenna 1-1 according to the second embodiment of the present invention is shown in FIGS. 12 is a front view showing the configuration of the antenna 1-1 according to the present invention, FIG. 13 is a side view showing the configuration of the antenna 1-1 according to the present invention, and FIG. 14 is the antenna according to the present invention. It is a rear view which shows the structure of 1-1.
As shown in these drawings, the antenna 1-1 of the second embodiment uses a feed line 40 formed of a strip line instead of the coaxial cable 25 in the
次に、本発明の第３実施例のアンテナ１−２の構成を図１５ないし図１７に示す。なお、図１５は本発明にかかるアンテナ１−２の構成を示す正面図であり、図１６は本発明にかかるアンテナ１−２の構成を示す側面図であり、図１７は本発明にかかるアンテナ１−２の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第３実施例のアンテナ１−２は、第２実施例のアンテナ１−１において、一対の第３パターン４２ｃを第１パターン４２ａの両脇に平行して形成した給電ライン４２とされている。一対の第３パターン４２ｃは基板２０の表面に形成されており、その長さは第２パターン４２ｂとほぼ同様の長さとされ、一対の第３パターン４２ｃの上端と下端とに形成されたスルーホール４２ｄにより基板２０の裏面に形成されている第２パターン４２ｂと電気的に接続されている。この場合、第２パターン４２ｂの幅は一対の第３パターン４２ｃと対面できる幅まで拡張されている。そして、第１パターン４２ａと第２パターン４２ｂおよび第３パターン４２ｃとによりストリップ線路が構成されている。なお、伝送ライン１３とグランド部１１ａからなる整合回路１２は、給電ライン４２のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアース側パターン４３により構成されるアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンス整合を行っている。このように、給電ライン４２をストリップ線路により構成することにより、第３実施例のアンテナ１−２の厚みを基板２０の厚みとほぼ同様とすることができ、より薄く構成することができるようになる。以上説明した構成を除く第３実施例のアンテナ１−２の構成および寸法は、第２実施例のアンテナ１−１の構成および寸法と同様とされているのでその説明は省略する。
Next, the configuration of the antenna 1-2 according to the third embodiment of the present invention is shown in FIGS. 15 is a front view showing the configuration of the antenna 1-2 according to the present invention, FIG. 16 is a side view showing the configuration of the antenna 1-2 according to the present invention, and FIG. 17 is the antenna according to the present invention. It is a rear view which shows the structure of 1-2.
As shown in these drawings, in the antenna 1-2 of the third embodiment, a pair of third patterns 42c are formed in parallel to both sides of the first pattern 42a in the antenna 1-1 of the second embodiment. The power supply line 42 is used. The pair of third patterns 42c is formed on the surface of the substrate 20, and the length thereof is substantially the same as the length of the second pattern 42b. Through holes formed at the upper and lower ends of the pair of third patterns 42c. The second pattern 42b formed on the back surface of the substrate 20 is electrically connected by 42d. In this case, the width of the second pattern 42b is expanded to a width that can face the pair of third patterns 42c. The first pattern 42a, the second pattern 42b, and the third pattern 42c constitute a strip line. The matching circuit 12 composed of the transmission line 13 and the ground portion 11 a has impedance matching between the impedance of the feeder line 42 and the impedance of the dipole antenna composed of the
次に、本発明の第１実施例のアンテナ１を備える第３実施例のアンテナ装置２−２の構成を図１８に示す。なお、図１８は本発明にかかるアンテナ装置２−２の構成を示す斜視図である。
この図に示すように、第３実施例のアンテナ装置２−２は第１実施例のアンテナ１の背面に平板状の導体板３を所定間隔Ｄだけ離隔して配置した構成とされている。この導体板３は、アンテナ装置２−２が携帯電話機等の無線通信機器に搭載された際に、無線通信機器に元々内蔵されているアース板やシールド板等の導体板とされても良い。第３実施例のアンテナ装置２−２において、アンテナ１における基板２０と導体板３との間隔Ｄは、使用周波数帯域における中心周波数の波長をλとした際に、例えば、約０．１１λとされる。また、導体板３の幅は基板２０の幅の約１．５倍とされており、導体板３の長さは基板２０の長さとほぼ同様とされている。なお、アンテナ１においてはグランド部１１ａやアースダイポール素子１１を省略して示しており、その構成および寸法は上述した通りであるので、その説明は省略する。第３実施例のアンテナ装置２−２においては、アンテナ１に近接して導体板３が配置されていても、給電部１４のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンス整合を整合回路１２により行うことができる。また、導体板３は反射板として機能することから、アンテナ装置２−２の指向特性を一方向として高利得を得ることができるようになる。
Next, FIG. 18 shows a configuration of an antenna device 2-2 of the third embodiment including the
As shown in this figure, the antenna device 2-2 of the third embodiment has a configuration in which a flat
上記寸法とされた本発明の第３実施例にかかるアンテナ装置２−２のＶＳＷＲの周波数特性を図１９に示す。図１９を参照すると、共振の中心周波数はマーク２で示す１．７９３５ＧＨｚとされＶＳＷＲが最も小さくなり約１．３が得られている。また、ＶＳＷＲが２．０以下の周波数帯域はマーク１で示す約１．５８２ＧＨｚないしマーク３で示す約２．００５ＧＨｚが得られており、その比帯域は約２３．６％が得られている。なお、この周波数帯域には２ＧＨｚ帯が含まれており、使用周波数帯域を満足している。
さらに、上記寸法とされた第３実施例のアンテナ装置２−２のアンテナ放射パターンを図２０に示す。図２０においてアンテナ装置２−２におけるアンテナ１および導体板３は破線で示すように０・と１８０・を結ぶ線を挟んで配置されており、図２０を参照すると、アンテナ装置２−２の放射パターンは基板２０の面から垂直な方向であって導体板３の反対方向に強く放射されている。この場合、基板２０に平行な面における長手方向の偏波が放射され、図２０における約２７０・方向に約５．０ｄＢｉの最大ゲインが得られている。この放射パターンにおける半値角は約７０ｄｅｇが得られている。
FIG. 19 shows the frequency characteristics of the VSWR of the antenna device 2-2 according to the third embodiment of the present invention having the above dimensions. Referring to FIG. 19, the center frequency of resonance is 1.7935 GHz indicated by the
Furthermore, the antenna radiation pattern of the antenna device 2-2 of the third embodiment having the above dimensions is shown in FIG. 20, the
次に、本発明の第１実施例のアンテナ１を備える第４実施例のアンテナ装置２−３の構成を図２１に示す。なお、図２１は本発明にかかるアンテナ装置２−３の構成を示す斜視図である。
この図に示すように、第４実施例のアンテナ装置２−３は第１実施例のアンテナ１の表面に平板状の導体板３を所定間隔Ｄだけ離隔して配置した構成とされている。この導体板３は、アンテナ装置２−３が携帯電話機等の無線通信機器に搭載された際に、無線通信機器に元々内蔵されているアース板やシールド板等の導体板とされても良い。第４実施例のアンテナ装置２−３において、アンテナ１における基板２０と導体板３との間隔Ｄは、使用周波数帯域における中心周波数の波長をλとした際に、例えば、約０．１１λとされる。また、導体板３の幅は基板２０の幅の約１．５倍とされており、導体板３の長さは基板２０の長さとほぼ同様とされている。なお、アンテナ１においては基板２０の表面の構成を省略して示しており、その構成および寸法は上述した通りであるので、その説明は省略する。第４実施例のアンテナ装置２−３においては、アンテナ１に近接して導体板３が配置されていても、給電部１４のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンス整合を整合回路１２により行うことができる。また、導体板３は反射板として機能することから、アンテナ装置２−３の指向特性を一方向として高利得を得ることができるようになる。また、第４実施例にかかるアンテナ装置２−３のＶＳＷＲの周波数特性およびアンテナ放射パターンは本発明の第３実施例にかかるアンテナ装置２−２と同様になる。
Next, FIG. 21 shows a configuration of an antenna device 2-3 according to a fourth embodiment including the
As shown in this figure, the antenna device 2-3 according to the fourth embodiment has a configuration in which
次に、本発明の第１実施例のアンテナ１を備える第５実施例のアンテナ装置２−４の構成を図２２に示す。なお、図２２は本発明にかかるアンテナ装置２−４の構成を示す斜視図である。
この図に示すように、第５実施例のアンテナ装置２−４は第１実施例のアンテナ１とほぼ平行に平板状の導体板３を所定間隔Ｄ'だけ離隔して配置した構成とされている。この導体板３は、アンテナ装置２−４が携帯電話機等の無線通信機器に搭載された際に、無線通信機器に元々内蔵されているアース板やシールド板等の導体板とされても良い。第５実施例のアンテナ装置２−４において、アンテナ１における基板２０が位置する平面内に導体板３が配置されており、基板２０に隣接する導体板３の間隔Ｄ'は、使用周波数帯域における中心周波数の波長をλとした際に、例えば、約０．０６λとされる。また、導体板３の幅や長さは任意の幅や長さとすることができる。なお、アンテナ１においてはグランド部１１ａやアースダイポール素子１１を省略して示しており、その構成および寸法は上述した通りであるので、その説明は省略する。第５実施例のアンテナ装置２−４においては、アンテナ１に近接して導体板３が配置されていても、給電部１４のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンス整合を整合回路１２により行うことができる。また、導体板３は反射板として機能することから、アンテナ装置２−４の指向特性は、導体板３の反対方向に強い放射が生じるようになる。さらに、導体板３は基板２０の右側に限らず左側に配置するようにしても良い。
Next, FIG. 22 shows a configuration of an antenna device 2-4 of the fifth embodiment including the
As shown in this figure, the antenna device 2-4 of the fifth embodiment has a configuration in which the
以上説明した本発明にかかる第２実施例および第３実施例のアンテナは、第１実施例のアンテナが示す図４および図５に示す電気的特性と同様の電気的特性を示すようになる。そして、内蔵する整合回路によりホットダイポール素子およびアースダイポール素子からなるダイポールアンテナと給電手段とのインピーダンスマッチングを行えることから、小型化されても上記したようにＶＳＷＲが２．０以下の比帯域が約３０％以上の広帯域のアンテナとすることができる。また、本発明にかかる第１，２実施例のアンテナ装置は、本発明にかかる第１実施例ないし第３実施例のいずれかのアンテナを、下側ケースに上側ケースが嵌合されて構成されるケースの収納空間内に収納しているアンテナ装置とされている。このアンテナ装置も比帯域が広帯域とされた小型のアンテナ装置とすることができる。さらに、本発明にかかる第３実施例ないし第５実施例のアンテナ装置に示されるように、本発明にかかるアンテナに導体板が近接して配置されていても良好な電気的特性を得ることができる。
また、本発明にかかるアンテナ装置は携帯電話機において送受信電力増強のための外部アンテナとして用いたり、アンテナを装着していない通信モジュールのアンテナとして利用することができる。また、本発明にかかるアンテナおよびアンテナ装置の使用周波数帯域は２ＧＨｚ帯に限るものではなく、ホットダイポール素子およびアースダイポール素子の寸法等を変更することにより所望の周波数帯域とすることができる。
The antennas of the second and third embodiments according to the present invention described above exhibit the same electrical characteristics as the electrical characteristics shown in FIGS. 4 and 5 shown by the antenna of the first embodiment. Since the impedance matching between the power supply means and the dipole antenna composed of the hot dipole element and the earth dipole element can be performed by the built-in matching circuit, the ratio band with the VSWR of 2.0 or less is about as described above even if the size is reduced. The antenna can be a broadband antenna of 30% or more. In addition, the antenna device of the first and second embodiments according to the present invention is configured such that the antenna of any one of the first to third embodiments according to the present invention is fitted to the lower case with the upper case. The antenna device is housed in the housing space of the case. This antenna device can also be a small antenna device having a wide relative bandwidth. Further, as shown in the antenna devices of the third to fifth embodiments according to the present invention, good electrical characteristics can be obtained even when the conductor plate is disposed close to the antenna according to the present invention. it can.
Further, the antenna device according to the present invention can be used as an external antenna for enhancing transmission / reception power in a cellular phone, or as an antenna of a communication module not equipped with an antenna. Further, the use frequency band of the antenna and the antenna device according to the present invention is not limited to the 2 GHz band, and a desired frequency band can be obtained by changing the dimensions of the hot dipole element and the earth dipole element.
１，１−１，１−２ アンテナ、２，２−１，２−２，２−３，２−４ アンテナ装置、３ 導体板、１０ ホットダイポール素子、１１ アースダイポール素子、１１ａ グランド部、１２ 整合回路、１３ 伝送ライン、１４ 給電部、２０ 基板、２０ａ 位置決め孔、２０ｂ 矩形孔、２１ ホット側パターン、２２ アース側パターン、２２ａ 切欠部、２３ ストリップライン、２４ アースランド、２４ａ スルーホール、２５ 同軸ケーブル、２５ａ 芯線、２５ｂ シールド部、２６ スペーサ、３０ 下側ケース、３０ａ ボス、３０ｂ ボス、３０ｃ 支持リブ、３１ 上側ケース、３１ａ リブ、４０ 給電ライン、４０ａ 第１パターン、４０ｂ 第２パターン、４１ アース側パターン、４１ａ 切欠部、４２ 給電ライン、４２ａ 第１パターン、４２ｂ 第２パターン、４２ｃ 第３パターン、４２ｄ スルーホール、４３ アース側パターン、１００ アンテナ、１１０ ホットダイポール素子、１１１ アースダイポール素子、１１２ 給電部、１２０ 基板、１２１ ホット側パターン、１２２ アース側パターン、１２３ 同軸ケーブル、２００ ダイポールアンテナ、２１０ 基板、２１１ 第１エレメント、２１２ 第２エレメント、２１３ 給電ライン、２１４ インピーダンス整合部 1, 1-1, 1-2 antenna, 2, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 antenna device, 3 conductor plate, 10 hot dipole element, 11 earth dipole element, 11a ground portion, 12 Matching circuit, 13 Transmission line, 14 Feeding part, 20 Substrate, 20a Positioning hole, 20b Rectangular hole, 21 Hot side pattern, 22 Ground side pattern, 22a Notch, 23 Strip line, 24 Earth land, 24a Through hole, 25 Coaxial Cable, 25a Core wire, 25b Shield part, 26 Spacer, 30 Lower case, 30a Boss, 30b Boss, 30c Support rib, 31 Upper case, 31a Rib, 40 Feed line, 40a First pattern, 40b Second pattern, 41 Ground Side pattern, 41a notch, 42 feed line, 42a first 1 pattern, 42b 2nd pattern, 42c 3rd pattern, 42d through hole, 43 ground side pattern, 100 antenna, 110 hot dipole element, 111 ground dipole element, 112 power feeding part, 120 substrate, 121 hot side pattern, 122 ground side Pattern, 123 Coaxial cable, 200 Dipole antenna, 210 Substrate, 211 First element, 212 Second element, 213 Feed line, 214 Impedance matching section
Claims (7)
前記基板の他面の他端から細長い矩形状の中央部に切欠部が設けられて形成されたアースダイポール素子と、
該アースダイポール素子における前記ホットダイポール素子側の端部が接続され、前記ホットダイポール素子に重ならないように前記基板の他面に形成されたグランド部と、
前記ホットダイポール素子における前記アースダイポール素子側の端部から前記基板の長軸方向に引き出され、前記グランド部と前記基板を介して対面する伝送ラインと、
前記アースダイポール素子の切欠部に対面して導出されると共に、前記基板の一面上に設けられた所定高さのスペーサ上に配置され、前記伝送ラインの先端と前記グランド部との間に給電する給電ケーブルからなる給電手段とを備え、
前記伝送ラインと前記グランド部とにより構成される線路により、前記ホットダイポール素子と前記アースダイポール素子とからなるダイポールアンテナと、前記給電手段とのインピーダンス整合を行うようにしたことを特徴とするアンテナ。 A hot dipole element formed in an elongated rectangular shape from one end of one surface of the insulating substrate;
An earth dipole element formed by providing a notch in the center of the elongated rectangle from the other end of the other surface of the substrate;
An end on the hot dipole element side of the earth dipole element is connected, and a ground part formed on the other surface of the substrate so as not to overlap the hot dipole element;
A transmission line drawn from the end of the hot dipole element on the earth dipole element side in the major axis direction of the substrate and facing the ground portion via the substrate;
It is led out facing the notch portion of the earth dipole element, and is arranged on a spacer having a predetermined height provided on one surface of the substrate, and supplies power between the tip of the transmission line and the ground portion. Power supply means comprising a power supply cable,
An antenna characterized in that impedance matching between the dipole antenna comprising the hot dipole element and the earth dipole element and the feeding means is performed by a line constituted by the transmission line and the ground portion.
前記基板の他面の他端から細長い矩形状の中央部に切欠部が設けられて形成されたアースダイポール素子と、
該アースダイポール素子における前記ホットダイポール素子側の端部が接続され、前記ホットダイポール素子に重ならないように前記基板の他面に形成されたグランド部と、
前記ホットダイポール素子における前記アースダイポール素子側の端部から前記基板の長軸方向に引き出され、前記グランド部と前記基板を介して対面する伝送ラインと、
前記基板の一面上に前記伝送ラインの下端から前記基板の長軸方向に延伸して形成された線状の第１パターンと、該第１パターンに対面するように前記アースダイポール素子における前記切欠部のほぼ中央部から延伸されて形成された線状の第２パターンとからなる給電手段とを備え、
前記伝送ラインと前記グランド部とにより構成される線路により、前記ホットダイポール素子と前記アースダイポール素子からなるダイポールアンテナと、前記給電手段とのインピーダンスを整合を行うようにしたことを特徴とするアンテナ。 A hot dipole element formed in an elongated rectangular shape from one end of one surface of the insulating substrate;
An earth dipole element formed by providing a notch in the center of the elongated rectangle from the other end of the other surface of the substrate;
An end on the hot dipole element side of the earth dipole element is connected, and a ground part formed on the other surface of the substrate so as not to overlap the hot dipole element;
A transmission line drawn from the end of the hot dipole element on the earth dipole element side in the major axis direction of the substrate and facing the ground portion via the substrate;
A linear first pattern formed on one surface of the substrate by extending from a lower end of the transmission line in a major axis direction of the substrate, and the notch portion in the earth dipole element so as to face the first pattern Power supply means consisting of a linear second pattern formed by extending from substantially the center of
An antenna characterized by matching impedances of a dipole antenna composed of the hot dipole element and the earth dipole element and the power feeding means by a line constituted by the transmission line and the ground portion.
前記基板の他面の他端から一側部側に形成された細長い線状とされているアースダイポール素子と、
前記ホットダイポール素子における前記アースダイポール素子側の端部から延伸され、前記基板の他面において一側部側から屈曲されて他側部側に沿って形成された伝送ラインと、
前記アースダイポール素子における前記ホットダイポール素子側から延伸され、前記基板の一面において、前記伝送ラインに前記基板を介して対面するよう前記伝送ラインとほぼ同形状で形成されたグランド部と、
前記伝送ラインの下端から延伸されて前記基板の一面上に形成された線状の第１パターンと、該第１パターンに対面するように前記グランド部の下端から延伸されて前記基板の他面上に形成された線状の第２パターンとからなる給電手段とを備え、
前記伝送ラインと前記グランド部とにより構成される線路により、前記ホットダイポール素子と前記アースダイポール素子からなるダイポールアンテナと、前記給電手段とのインピーダンスを整合を行うようにしたことを特徴とするアンテナ。 A hot dipole element that is formed in an elongated linear shape from one end of one surface of the insulating substrate to one side, and
An earth dipole element that is formed in an elongated linear shape from one end to the other side of the other surface of the substrate;
A transmission line that extends from the end of the hot dipole element on the earth dipole element side, is bent from one side of the other surface of the substrate, and is formed along the other side.
A ground portion that is extended from the hot dipole element side of the earth dipole element and is formed on the one surface of the substrate in substantially the same shape as the transmission line so as to face the transmission line via the substrate;
A linear first pattern formed on one surface of the substrate by extending from the lower end of the transmission line, and on the other surface of the substrate extending from the lower end of the ground portion so as to face the first pattern. And a power feeding means comprising a linear second pattern formed on
An antenna characterized by matching impedances of a dipole antenna composed of the hot dipole element and the earth dipole element and the power feeding means by a line constituted by the transmission line and the ground portion.
前記下側ケースおよび上側ケースは細長い矩形状の断面形状とされ、上面が開放された箱状とされていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device in which the antenna according to claim 1 is housed in a housing space of a case configured by fitting an upper case to a lower case,
The antenna device according to claim 1, wherein the lower case and the upper case have a long and narrow rectangular cross-sectional shape and a box shape with an open upper surface.
前記下側ケースおよび上側ケースは細長い矩形状の断面形状とされ、上面が開放された箱状とされていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device in which the antenna according to claim 2 or 3 is housed in a housing space of a case configured by fitting an upper case to a lower case,
The antenna device according to claim 1, wherein the lower case and the upper case have a long and narrow rectangular cross-sectional shape and a box shape with an open upper surface.
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