JP2011086998A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、小型、高利得のアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】接地導体からなる接地板１０１と、両端のうち一方が給電端であり、線状の導体からなる線状アンテナ部１０２と、前記線状アンテナ部１０２の両端のうち他方と電気的に接続され、板状の導体からなるプレート部１０３ａ、１０３ｂと、前記接地板１０１に設けられ、前記線状アンテナ部１０２に対して不平衡信号の給電を行う信号給電手段とを備えるアンテナ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、線状アンテナ素子を用いたアンテナ装置に関するものである。

近年、無線機能を搭載した家電、携帯機器はデザインや堅牢性などのため、アンテナを筐体に内蔵することが一般的になってきている。基本的なアンテナであるダイポールアンテナは通常半波長の長さが必要であり、筐体寸法が半波長より十分小さい場合、アンテナの小型化が課題となる。

従来、筐体内蔵用アンテナとしては逆Ｆ型アンテナやメアンダアンテナ、ヘリカルアンテナなどアンテナエレメントを屈曲させたり、巻くことによりアンテナサイズを小さくしてきた（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特開平７−２８８４１５号公報 特開２０００−２１６６１２号公報 特開平４−２１１５２２号公報

しかしながら上記従来特許文献１、２、３の方法では、アンテナ構造が立体的であるため、コストが高く、サイズが大きくなるという課題があった。また、これらのアンテナ構造をプリント基板上にパターンにて形成してもアンテナの寸法が波長に対して十分小さい場合、十分な性能が得られなかった。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、低コスト、小型、高利得のアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は、接地導体からなる接地板と、両端のうち一方が給電端であり、線状の導体からなる線状アンテナ部と、前記線状アンテナ部の両端のうち他方と電気的に接続され、板状の導体からなるプレート部と、前記接地板に設けられ、前記線状アンテナ部に対して不平衡信号の給電を行う信号給電手段とを備える。

以上のように、本発明は、低コスト、小型、高利得のアンテナ装置を実現できる。

本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を示す図 本発明の実施の形態１における接地板１０１の寸法ａとアンテナ入力インピーダンスの関係を示す図 本発明の実施の形態１における接地板１０１の寸法ａと放射効率の関係を示す図 本発明の実施の形態１における接地板１０１の寸法ｂとアンテナ入力インピーダンスの関係を示す図 本発明の実施の形態１における接地板１０１の寸法ｂと放射効率の関係を示す図

第１の発明は、接地導体からなる接地板と、両端のうち一方が給電端であり、線状の導体からなる線状アンテナ部と、前記線状アンテナ部の両端のうち他方と電気的に接続され、板状の導体からなるプレート部と、前記接地板に設けられ、前記線状アンテナ部に対して不平衡信号の給電を行う信号給電手段とを備えるアンテナ装置である。

この構成により、低コスト、小型、高利得のアンテナ装置を実現できる。

第２の発明は、第１の発明のアンテナ装置において、線状アンテナ部は接地板および金属筐体面に対して垂直となるように配置され、プレート部は接地板および金属筐体面に対して平行となるように配置された請求項１記載のアンテナ装置である。

この構成により、接地板、金属筐体面の影響が小さいアンテナ装置を実現できる。

第３の発明は、第１および第２の発明のアンテナ装置において、線状アンテナ部の長さは波長の３％以上である請求項１および２記載のアンテナ装置である。

この構成により、高利得のアンテナ装置を実現できる。

第４の発明は、第１から第３の発明のアンテナ装置において、線状アンテナ部の両端のうち他方はプレート部の端で電気的に接続される請求項１から３記載のアンテナ装置である。

この構成により、容量性の低いアンテナ装置を実現できる。

第５の発明は、第１から第４の発明のアンテナ装置において、プレート部は誘電体などの絶縁体で構成された基板の両面に導体からなるパターンで形成され、プレート部と接地板の間にある基板が排除された請求項１から４記載のアンテナ装置である。

この構成により、基板のもつ誘電損による利得劣化の小さいアンテナ装置を実現できる。

以下、本発明のアンテナ装置を実施するための最良の形態について、図面に沿って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下に、本発明のアンテナ装置の実施の形態１の詳細について説明する。

図１は、本発明のアンテナ装置の構成を示す図である。図１において、基板１００は誘電体などの絶縁体で構成されたプリント基板である。基板１００の両面に導体からなるパターンが形成される。

接地板１０１は、接地導体からなる接地板である。接地板１０１上に無線通信のための送受信回路などが設けられる。

線状アンテナ部１０２は、線状の導体からなる線状アンテナである。線状アンテナ部１０２は、その長手方向が接地板１０１の給電端がある側の辺に対して垂直となるように配
置する。線状アンテナ部１０２は基板１００の片面にパターンとして形成される。また、線状アンテナ部１０２のうち一方が給電端であり、この給電端と接地板１０１に設けられた無線通信回路とが電気的に接続され、不平衡給電される。また、線状アンテナ部１０２のうち他方は、板状の導体からなるプレート部１０３ａ、１０３ｂと電気的に接続される。

プレート部１０３ａ、１０３ｂは、線状アンテナ部１０２の先端と電気的に接続され、接地板１０１に対して平行となるように配置された板状の導体である。プレート部１０３ａ、１０３ｂは基板１００の両面にパターンとして形成される。

プレート部１０３ａと、基板１００の裏面に配置されたプレート部１０３ｂはスルーホール１０４を介して電気的に接続される。これにより、プレート部１０３ａ、１０３ｂと接地板１０１の間に生じる容量を大きくすることができる。また図１ではスルーホールは１つのみ示されているが、２つ以上であってもよい。

図１では基板１００が両面基板の場合について示しているが、多層基板とし、プレート部を表裏だけでなく内層に複数設けてもよい。また、図１の一点鎖線で示した箇所（図１のＡで示される箇所）であるプレート部１０３ａ、１０３ｂと接地板１０１の間をくり貫いて形成してもよい。これにより、基板１００のもつ誘電損がアンテナの利得劣化へあたえる影響を抑えることができる。

以上のように構成されたアンテナ装置について、その動作を説明する。一般的にダイポールアンテナやモノポールアンテナなどの線状アンテナは良好な放射効率を示すが、アンテナの長さが波長にくらべて十分小さくなると、アンテナの入力インピーダンスは実部が非常に小さくなり、虚部は大きな容量性を示す。このため、アンテナに接続される無線通信回路とのインピーダンス整合時に大きな定数をもつインダクタを使用しなければならない。一般的にインダクタはコンデンサに比べて損失が大きい素子である。使用するインダクタの定数が大きいほど、インダクタの損失が大きくなり、アンテナへ十分に電力を供給できなくなる。

線状アンテナ部１０２はモノポールアンテナとして動作する。プレート部１０３ａ、１０３ｂは容量素子として動作し、線状アンテナ部１０２の先端にプレート部１０３ａ、１０３ｂを接続することで容量装荷モノポールアンテナとして動作する。これにより入力インピーダンスの容量性を低下させることができる。つまり整合に用いるインダクタの定数を小さくでき、インダクタの損失を低下させることができる。

次に本発明のアンテナ装置の寸法について説明する。周波数９５３ＭＨｚ（波長３１５ｍｍ）とし、基板１００のサイズが縦５０ｍｍ、横３０ｍｍ、プレート部１０３ａ、１０３ｂの幅が５ｍｍ、線状アンテナ部１０２の中心からの距離ｂが０ｍｍ、接地板１０１の縦方向の長さを２５ｍｍとし、接地板１０１の縦方向の長さをａだけ長くした場合の計算結果を示す。図２は接地板１０１の寸法ａとアンテナ入力インピーダンスの関係を示す図、図３は接地板１０１の寸法ａと放射効率の関係を示す図である。

接地板１０１が長くなるほど、線状アンテナ部１０２が短くなるためアンテナの容量性が大きくなっていることがわかる。また放射効率はａが１０ｍｍ以上になると大きく低下する。つまり線状アンテナ部１０２の長さは１０ｍｍ以上（波長の３％以上）あったほうがよい。

また、ａを０ｍｍとし、線状アンテナ部１０２の中心からの距離ｂを変化させた場合の計算結果を示す。図４は接地板１０１の寸法ｂとアンテナ入力インピーダンスの関係を示
す図、図５は接地板１０１の寸法ｂと放射効率の関係を示す図である。

線状アンテナ部１０２の中心からの距離ｂを大きくすると、放射効率はあまり変化しないが、アンテナの容量性は低下していることがわかる。つまり、線状アンテナ部１０２はプレート部１０３ａ、１０３ｂの端で電気的に接続されたほうがよい。

また、図１において金属筐体面１０５は本発明のアンテナ装置が内蔵される筐体のうち金属からなる面である。本発明のアンテナ装置はプレート部１０３ａ、１０３ｂの長手方向が金属筐体面１０５に対して平行となり、線状アンテナ部１０２の長手方向が金属筐体面１０５に対して垂直となるように配置する。アンテナとして動作する部位は線状アンテナ部１０２のみであり、線状アンテナ部１０２は金属筐体面１０５に対して垂直であるため、金属筐体面１０５に生じるイメージ成分による利得の劣化は生じない。

以上により、低コストであるプリント基板でアンテナを構成でき、アンテナ寸法が波長に対して十分小さい寸法でも容量性を低減できるので高利得のアンテナ装置を実現できる。

本発明のアンテナ装置は、低コスト、小型、高利得のアンテナを実現できる。よって、本発明のアンテナ装置を、例えば、携帯機器に内蔵されるアンテナとして適用できる。

１００ 基板
１０１ 接地板
１０２ 線状アンテナ部
１０３ａ、１０３ｂ プレート部
１０４ スルーホール
１０５ 金属筐体面

Claims (5)

1. 接地導体からなる接地板と、
   両端のうち一方が給電端であり、線状の導体からなる線状アンテナ部と、
   前記線状アンテナ部の両端のうち他方と電気的に接続され、板状の導体からなるプレート部と、
   前記接地板に設けられ、前記線状アンテナ部に対して不平衡信号の給電を行う信号給電手段とを備えるアンテナ装置。
2. 線状アンテナ部は接地板および金属筐体面に対して垂直となるように配置され、プレート部は接地板および金属筐体面に対して平行となるように配置された請求項１記載のアンテナ装置。
3. 線状アンテナ部の長さは波長の３％以上である請求項１および２記載のアンテナ装置。
4. 線状アンテナ部の両端のうち他方はプレート部の端で電気的に接続される請求項１から３記載のアンテナ装置。
5. プレート部は誘電体などの絶縁体で構成された基板の両面に導体からなるパターンで形成され、プレート部と接地板の間にある基板が排除された請求項１から４記載のアンテナ装置。