JP2012050083A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの利得を高め、帯域幅を増加し、或いは複数のモードを備えた、アンテナの提供。
【解決手段】本発明のアンテナは、基板、放射ユニット、金属板を含み、放射ユニットが基板上に設置され、金属板が放射ユニットと一定の距離を相互に隔てて配置され、かつ放射ユニットと電気的に絶縁され、放射ユニットにより励起されて少なくとも１つの共振モードを生じるために用いられ、且つ金属板が該金属板を貫通する貫通孔を含み、この構造により利得を高め、帯域幅を増加し、複数のモードを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明はアンテナに関し、特にアンテナ全体の放射効果を高めることができるアンテナに関する。

無線通信技術の発展は、携帯電話やノートブックコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ＧＰＳ衛星ポジショニングシステム、電子ブックリーダー（Ｅ−ｂｏｏｋ ｒｅａｄｅｒ）等、多くの無線通信装置に無線通信機能を具備させることを可能にしたほか、組み込み型アンテナで過去の外部に露出されたアンテナを置き換え、無線通信装置に良好な無線通信品質を具備させながら、美観と軽くて薄い工業デザインの実現を可能にしている。

しかしながら、電子製品がデザインの質感を備えた外観設計を追求する中で、その外殼を金属材質で製造したり、外殼上に金属層をめっきしたりすることが希望されることがよくあるが、これは無線通信品質に影響を与える。金属のシールド作用によって電磁波の伝達が阻隔され、アンテナ信号が良好でなくなる。

図１に従来の無線通信装置１ａの立体外観図を示す。現在、上述の状況を改善するため、外殼１２ａは非金属部１２２ａ及び金属部１２４ａを具備する必要がある。非金属部１２２ａはプラスチック、炭素繊維等の非金属材質で構成され、それにより非金属部１２２ａを通過させて電磁波を外殼１２ａ内に設置されたアンテナ（図示しない）に受信させたり、開孔１４ａを通過させてアンテナが放射する電磁波を外に放射させたりすることができる。

図２に米国特許出願案公開第２０１００１４１５３５号の立体外観図を示す。これは電子装置２ａの外殼２２ａ上に配置された金属片２４ａを利用して、外殼２２ａ内のアンテナ２６ａのパターンと平均利得を高めるものである。しかしながら、金属片２４ａはアンテナ２６ａと過度に重ならないようにする必要があり、さもないとアンテナ利得向上の効果を達することができず、逆に前述のシールド作用が生じてしまう。

米国特許出願公開第２０１０／０１４１５３５号明細書

これに鑑みて、本発明の主な目的は、アンテナの利得を高め、帯域幅を増加し、或いは複数のモードを備えた、アンテナを提供することにある。

本発明の別の目的は、電子装置の外殼に応用したとき、電子装置に美観を備えた金属外殼を具備させ、アンテナの利得を低下させることがない、アンテナを提供することにある。

本発明のアンテナは、基板と、前記基板上に設置された放射ユニットと、前記放射ユニットと一定の距離で相互に隔てて配置され、かつ前記放射ユニットと電気的に絶縁された金属板を含み、前記金属板が放射ユニットにより励起されて少なくとも１つの共振モードを生じるために用いられ、且つ前記金属板が前記金属板を貫通する貫通孔を含む。

本発明のアンテナは、放射ユニットと、凹面及び凸面を備え、凹面が前記放射ユニットに向けて配置された金属カバーを含み、前記金属カバーが前記放射ユニットと電気的に絶縁され、放射ユニットにより励起されて少なくとも１つの共振モードを生じるために用いられ、且つ金属カバーが凹面と凸面の間を貫通する貫通孔を含む。

本発明の最良の実施例及びその効果について、以下図面を組み合わせて説明する。

従来の無線通信装置の立体外観図である。 米国特許出願案公開第２０１００１４１５３５号の立体外観図である。 本発明の実施例１の立体外観図である。 本発明の実施例１の断面図である。 本発明の実施例１の利得比較図である。 本発明の実施例１の反射損失比較図である。 本発明の実施例２の断面図である。 本発明の実施例３の立体外観図である。 本発明の実施例４の立体外観図である。 本発明の実施例４の断面図である。 本発明の実施例５の断面図である。 本発明の実施例６の立体外観図である。

以下、具体的な実施例を挙げ、且つ図面を補助として本発明の内容を詳細に説明する。説明で用いる符号は図面の符号を参照する。

図３と図４に本発明の実施例１の立体図と断面図をそれぞれ示す。実施例１の提供するアンテナ１は、基板１２、放射ユニット１４、金属板１６を含む。放射ユニット１４は基板１２上に設置される。金属板１６は放射ユニット１４と一定の距離ｄで相互に隔てられ、かつ放射ユニット１４と電気的に絶縁される。金属板１６と放射ユニット１４間にはキャパシタ効果が発生する。且つエネルギーカップリング方式により、金属板１６が放射ユニット１４によって励起され、アンテナ１に少なくとも１つの共振モードを生じさせる。金属板１６は該金属板１６を貫通する貫通孔１６２を含み、且つ金属板１６はいかなる電気信号のフィードまたは接地も行わない。

放射ユニット１４が電磁波信号を放射するとき、貫通孔１６２を備えた金属板１６が電磁波信号をカップリングし、かつその放射ユニット１４より大きい放射面積により、電磁波信号を発する。このため、放射ユニット１４の利得が増大され、通信品質も向上することができる。また、電磁波信号を受信するときは、金属板１６がより大きい面積で電磁波信号を受信するため、信号品質を向上することができる。金属板１６は電磁波信号を放射ユニット１４にカップリングし、電気信号に変換する。ここで、放射ユニット１４と金属板１６は距離ｄで相互に隔てられるが、両者間が離れすぎて電磁波信号をカップリングできない、または両者間が近すぎて放射する電磁波信号の強度が法定基準を超えることがないようにする必要がある。

ここで、貫通孔１６２の形状は円形、四角形等の幾何形状とすることができ、また例えば商標の形状などに設計した不規則な形状としてもよい。且つ貫通孔１６２は金属板１６の辺縁に連接してはならず、即ち、貫通孔１６２は周囲が封鎖された孔とする必要がある。貫通孔１６２はちょうど基板１２に投影されて、投影部１６４を形成し、投影部１６４の少なくとも一部が放射ユニット１４と重なる。放射ユニット１４は、マイクロストリップアンテナ（ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ）、スロットアンテナ（ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ）、モノポールアンテナ（ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）、ダイポールアンテナ（ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）、パッチアンテナ（ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ）、ループアンテナ（ｌｏｏｐ ａｎｔｅｎｎａ）、アレイアンテナ（ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ）またはそれらから構成される群のいずれかとすることができる。

このほか、アンテナ１はさらに固定部材（図示しない）を含み、少なくとも基板１２と金属板１６のいずれかと連接され、金属板１６と放射ユニット１４を相互に隔てる距離ｄを維持するために用いられる。ここで、固定部材はサポートフレーム、ボルト、ネジ等の基板１２または金属板１６を支持して固定できる部材とすることができる。さらに、アンテナ１を電子装置に応用するときは、金属板１６を電子装置の外殼に連接するか、外殼の一部分を成してもよい。金属板１６の材質はマグネシウム、アルミニウム、ステンレス、銅またはその合金とすることができる。

図５に本発明の実施例１の利得比較図を示す。本発明と放射ユニット１４のみ、及び放射ユニット１４と貫通孔のない金属板の組み合わせの利得図を比較したものである。この図から分かるように、２ＧＨｚ〜４ＧＨｚの周波数帯において、２.２ＧＨｚ〜２.９ＧＨｚ及び３.６ＧＨｚ〜４ＧＨｚ周波数帯下では、貫通孔のない金属板は利得に有益であるが、２.９ＧＨｚ〜３.６ＧＨｚの周波数帯下では利得が大幅に低下する。しかし、本発明の実施例のアンテナ１は２ＧＨｚ〜４ＧＨｚの周波数帯下で、明らかに利得を高めることができる。このことから、本発明のアンテナ１は比較的優れた通信能力を備えていることが分かる。

図６に本発明の実施例１の反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）の比較図を示す。本発明と放射ユニット１４、及び放射ユニット１４と貫通孔のない金属板の組み合わせの利得図を比較したものである。放射ユニット１４上方に貫通孔のない金属板を増設したとき、２.８ ＧＨｚ〜３ＧＨｚの周波数帯で反射損失を抑えることができるものの、その他周波数帯では放射ユニット１４のみの反射損失より高くなっていることが分かる。反対に、本発明の実施例のアンテナ１は、３.７ＧＨｚ〜４ＧＨｚの周波数帯すべてで反射損失を抑えることができ、特に３.０５ＧＨｚの周波数のとき、反射損失を−２２ｄＢに抑えることができる。これも本発明のアンテナ１が確実に比較的優れた通信能力を備えていることを証明している。

単一の放射ユニット１４のみと比較して、本発明のアンテナ１は金属板１６を加えた後、放射ユニット１４と金属板１６の間でキャパシタンス効果が生じ、より良いインピーダンス整合を得て、少なくとも１つの共振モードを生じ、且つその共振モードはより大きな帯域幅と利得を提供することができる。

ここで、図５及び図６で使用する放射ユニット１４は同じである。本発明のアンテナ１の効果を明確に示すために、放射ユニット１４のみ、または放射ユニット１４上に金属板を組み合わせたものとの違いを比較しており、マイクロストリップアンテナを例として採用し、測定を行っているが、本発明の放射ユニット１４はこれに限らない。

図７に本発明の実施例２の断面図を示す。前述のアンテナ１の金属板１６はさらに少なくとも一側面１６６を延伸してもよく、例えば、金属板１６の対向する両側の二側面１６６を延伸し、側面から見て「Ｕ」字形を成すようにしてもよい。或いは、一側面１６６のみを延伸し、側面から見て「Ｌ」字形を成すようにしてもよい（図示しない）。且つ、金属板１６は長方形、円形等の幾何図案またはその他不規則な図形とすることができる。ただし、上述で列挙した金属板の形状は例を挙げたのみであり、本発明の限定には用いない。

図８に本発明の実施例３の立体図を示す。ノートブックコンピュータ２を例として、本発明のアンテナ１をいかに応用するかを説明する。金属板１６はノートブックコンピュータ２のカバー外殼２２の一部とすることができ、カバー外殼２２はプラスチック、炭素繊維、またはマグネシウム・アルミニウム合金材質とすることができ、金属板１６は嵌合方式でカバー外殼２２と連接される。ノートブックコンピュータ２の放射ユニット（図示しない）は通常モニタ上方のカバー外殼２２内部に設計され、金属板１６を放射ユニット上方に設置し、かつカバー外殼２２と結合すると、放射ユニットの利得を高めるだけでなく、製品の外観のデザインも兼ね備えることができる。ここで、金属板１６とカバー外殼２２は一体成型としてもよい。

図９と図１０に本発明の実施例４の立体外観図と断面図をそれぞれ示す。このアンテナは、放射ユニット３２と金属カバー３４を含む。放射ユニット３２はフィード部と放射部（図示しない）を含む。フィード部は電気信号のフィードに用いられる。放射部はフィード部に電気接続され、電気信号を変換して電磁波信号を発する、または放射部が電磁波信号を受信した後、フィード部が電磁波信号を変換して電気信号を出力する。ここで、放射ユニット３２はさらに接地部（図示しない）を含んでもよく、放射部に電気接続され、接地準位に電気接続するために用いられる。放射ユニット３２は、マイクロストリップアンテナ（ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ）、スロットアンテナ（ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ）、モノポールアンテナ（ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）、ダイポールアンテナ（ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ）、パッチアンテナ（ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ）、ループアンテナ（ｌｏｏｐ ａｎｔｅｎｎａ）、スパイラルアンテナ（ｓｐｉｒａｌ ａｎｔｅｎｎａ）、同軸アンテナ（ｃｏａｘｉａｌ ａｎｔｅｎｎａ）、チップアンテナ（ｃｈｉｐ ａｎｔｅｎｎａ）、アレイアンテナ（ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ）またはそれらから構成される群のいずれかとすることができる。

金属カバー３４は凹面３４２と凸面３４４を含み、凹面３４２が放射ユニット３２に向けられ、金属カバー３４は放射ユニット３２と電気的に絶縁され、エネルギーカップリング方式で、放射ユニット３２により励起されて少なくとも１つの共振モードを生じるために用いられる。金属カバー３４は凹面３４２と凸面３４４の間を貫通する貫通孔３４６を含む。且つ金属カバー３４は電気信号のフィードまたは接地うことができない。ここで、金属カバー３４の材質は、マグネシウム、アルミニウム、ステンレス、銅またはその合金とすることができる。図９に示す金属カバー３４は半球形であるが、説明の利便性のためのみであり、本発明の限定には用いない。

放射ユニット３２が電磁波信号を放射するとき、貫通孔３４６を備えた金属カバー３４が電磁波信号をカップリングし、かつその放射ユニット３２より大きい放射面積により、電磁波信号を発する。このため、放射ユニット３２の利得を増大することができる。また、電磁波信号を受信するときは、金属カバー３４が電磁波信号の受信により大きい面積を提供する。このため放射ユニット３２の通信品質が金属カバー３４により向上される。金属カバー３４は電磁波信号を放射ユニット３２にカップリングし、電気信号に変換する。ここで、放射ユニット３２と金属カバー３４の貫通孔３４６は一定の距離で相互に隔てられるが、両者間が離れすぎて電磁波信号をカップリングできない、または両者間が近すぎて放射する電磁波信号の強度が法定基準を超えることがないようにする必要がある。

ここで、貫通孔３４６の形状は円形、四角形等の幾何形状とすることができ、また例えば商標の形状などに設計した不規則な形状としてもよい。且つ貫通孔３４６は金属カバー３４の辺縁に連接してはならず、即ち、貫通孔３４６は周囲が封鎖された孔とする必要がある。貫通孔３４６はちょうど放射ユニット３２に投影されて、投影部３４８を形成し、その少なくとも一部が放射ユニット３２と重なる。

図１１に本発明の実施例５の立体外観図を示す。本発明の実施例４のアンテナのようであるが、アンテナがさらに基板３６を含むことができ、放射ユニット３２が基板３６上に設置される。金属カバー３４は基板３６に連接してもよいが、基板３６とまたは基板３６上のその電気信号配線と電気的に隔離され、貫通孔３４６と放射ユニット３２の距離が維持される。ここで、金属カバー３４と基板３６は溶接、接着、ボルト接合等の方式で連接することができる。

図１２に本発明の実施例６の立体外観図を示す。本発明の実施例４のアンテナのように、本発明の実施例の金属カバー３４も凹面３４２と凸面３４４を含むことができる。例えば、金属カバー３４は放物線柱状（Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）としてもよい。凹面３４２が放射ユニット３２に向けられ、且つ金属カバー３４も凹面３４２及び凸面３４４の間を貫通する貫通孔３４６を含む。このほか、本発明の実施例のアンテナも本発明の実施例４のようにすることができ、さらに基板３６を含む。

上述をまとめると、本発明は貫通孔を備えた金属板または金属カバーにより、アンテナの通信能力を確実に高めることができ、かつ金属板を電子装置の外殼に応用し、電子装置の外観設計の自由度を向上することができる。

本発明の技術内容について最良の実施例に基づいて上述のように開示したが、上述の説明は本発明の限定に用いるものではなく、関連技術を熟知した者であれば、本発明の要旨を逸脱せずに変更や修飾が可能であり、それらはすべて本発明の範疇内に含まれる。したがって、本発明の保護範囲は後付の特許請求の範囲の定義に準じる。

１、２６ａ アンテナ
１ａ 無線通信装置
１２、３６ 基板
１２ａ 外殼
１２２ａ 非金属部
１２４ａ 金属部
１４、３２ 放射ユニット
１４ａ 開孔
１６ 金属板
２ ノートブックコンピュータ
２ａ 電子装置
２２ カバー外殼
２２ａ 外殼
２４ａ 金属片
１６２、３４６ 貫通孔
１６４、３４８ 投影部
１６６ 側面
３４ 金属カバー
３４２ 凹面
３４４ 凸面
ｄ 距離

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上に設置された放射ユニットと、
   前記放射ユニットと一定の距離を相互に隔てて配置され、かつ前記放射ユニットと電気的に絶縁された金属板を含み、前記金属板が前記放射ユニットにより励起されて少なくとも１つの共振モードを生じるために用いられ、且つ前記金属板が、前記金属板を貫通する貫通孔を含むことを特徴とする、アンテナ。
2. 固定部材を含み、前記固定部材が少なくとも前記基板及び前記金属板のいずれか１つと連接され、前記金属板と前記放射ユニットの相互間を隔てる前記距離を維持するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記金属板の少なくとも１つの側面が延伸されたことを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記貫通孔がちょうど前記放射ユニットの投影部に投影され、少なくとも一部が前記放射ユニットと重なることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記放射ユニットが、マイクロストリップアンテナ、スロットアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、アレイアンテナから構成される群のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
6. 放射ユニットと、
   凹面及び凸面を備え、かつ前記凹面が前記放射ユニットに向けられた金属カバーを含み、前記金属カバーが前記放射ユニットと絶縁され、前記放射ユニットにより励起されて少なくとも１つの共振モードを生じるために用いられ、且つ前記金属カバーが、前記凹面と前記凸面の間を貫通する貫通孔を含むことを特徴とする、アンテナ。
7. 基板を含み、前記放射ユニットが前記基板上に設置され、且つ前記金属カバーが前記基板に連接されたことを特徴とする、請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記貫通孔がちょうど前記放射ユニットの投影部に投影され、少なくとも一部が前記放射ユニットと重なることを特徴とする、請求項６に記載のアンテナ。
9. 前記放射ユニットが、マイクロストリップアンテナ、スロットアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、スパイラルアンテナ、同軸アンテナ、チップアンテナ、アレイアンテナから構成される群のいずれかであることを特徴とする、請求項６に記載のアンテナ。

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