JP2012064993A - 多周波アンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誘電体基板1の表面1aに3つの周波数に共振する分岐エレメント2a、2bおよび2cを設けるとともに、誘電体基板1の裏面1bに、さらに別の2つの周波数に共振するための無給電エレメント5及び周波数調整部6を設ける。そして、無給電エレメント5と周波数調整部6とは直列接続し周波数調整部6は短絡部3b経由にてグランド板4に接続する。さらに、給電点Pには給電用同軸ケーブルを接続する。
【選択図】図2
Description
しかしながら、このアンテナでは個別のアンテナを左右一列の状態に同一平面配置しているので、アンテナ間の干渉を避け、安定して通信を確保するため、各個別アンテナ間の隣接間隔を空ける必要があるので、長さ方向のスペースが必要になり小型化には自ずと限界があった。
さらに、このアンテナでは中間ストリップ加工した同軸ケーブルが複数本必要であり、加工工程が掛かり、配線も複雑になる問題があった。
さらに、近年では従来のWAN(3G)帯域(824MHZ〜960MHZ、1710MHZ〜2170MHZ)並びにGPS帯域に加えてLTE帯域(3.9G)対応の要求を満たすため、アンテナの個数も3個以上と益々増大化する昨今の状況を踏まえると、この方法も最適な方法ではない。
しかも、このLTE帯域は世界共通でなく、LTE LOW BAND1(北米低域:698MHz〜806MHz)、LTE LOW
BAND2(日本:1486MHz〜1511MHz)、LTE HIGH BAND1(北米高域:2.112GHz〜2.155GHz)、LTE HIGH BAND2(欧州:2.5GHz〜2.69GHz)と低域〜高域まで分散し、しかも地域及び国により異なっているため、全世界のLTE帯域に対応可能とすることは容易なことではない。
そのため、1つのアンテナでWAN(3G)帯域、GPS帯域に加えてLTE帯域までの広範囲に対応できる多周波アンテナが切望されている。
a.該誘電体基板の一方の面に配置するエレメントが複数種類の周波数に共振するため複数のエレメントに分岐されるとともに、1つの給電点に接続されていること;
b.該誘電体基板の他方の面には、さらに別の2つの周波数に共振するための周波数調整部及び無給電エレメントが配置されていること;
c.該周波数調整部及び該無給電エレメントが短絡部経由にてグランド板に接続されていること;
d.該周波数調整部が該無給電エレメントと該短絡部との間で直列接続されていること;
(1)無給電エレメントと周波数調整部の併用により、アンテナ同士が近接配置されているにも拘らず、干渉が生ずることなく、多くの周波数での共振が得られるので、WAN帯域及びGPS帯域のみならずLTE帯域まで安定した送受信が実現される。
(2)該近接配置並びにエレメントの立体構造配置により、アンテナエレメント、ひいてはアンテナの小型化・省スペース化が実現される。
(3)中間ストリップ加工した同軸ケーブルが不要で、しかも一本で済むので省スペースとなるとともに、その製造工程が簡略化される。
ここで、図1及び図2に示すように、3つのエレメント(2a)、(2b)、(2c)のうち、2つのエレメント(2a)、(2b)が互いに平行に誘電体基板(1)の長手方向の第1の方向(図では左方向)に指向するとともに、もう1つのエレメント(2c)が第1のエレメントとは反対方向(右方向)に指向している。そして、これら3つのエレメント(2a)〜(2c)は、1つの共通の給電点(P)に接続されている。しかも、各々のエレメント(2a)、(2b)、(2c)は誘電体基板の長手方向の縁部(1a1)あるいは側面(1c)に沿ってL字状に折り曲げられた立体構造となっている。
また、無給電エレメント(5)と周波数調整部(6)は直列接続されるとともに、ともに短絡部(3b)経由にてグランド板(4)に接続されている。
さらに、給電用同軸ケーブル(7)の内部導体(7a)は給電点(P)に接続されている。一方、給電用同軸ケーブル(7)の外部導体(7b)はグランド板(4)の所定の位置(図示せず)に半田接続されている。
さらに、特徴的なことは、誘電体基板(1)の表面(1a)において、3つの給電エレメント(2a)、(2b)、(2c)を近接配置するとともに立体構造としたことや、基板(1)の裏面(1b)を巧みに利用して、無給電エレメント(5)と周波数調整部(6)を配置したことにより、アンテナの小型化・省スペース化が実現されることにある。
また、周波数調整部(6)と第1のエレメントとは反対方向に指向するもう1つのエレメント(2c)とが互いに平行に離間距離2mm〜6mmで配置されていることが好ましく3mm〜4mmの範囲がさらに好ましい。
さらに、基板表面の給電エレメントと無給電エレメント(5)と周波数調整部(6)とが直列接続されたエレメント間の最短距離は2mm〜6mmであることが望ましい。
ここで、距離の下限値は干渉の懸念なく安定して送受信できる距離であり、上限値は無給電エレメントへの電界の発生あるいは電磁結合に支障が無く、しかも基板厚さ方向のスペース効率上から決定される。
ここで、広帯域化のためには、第1の方向(左方向)に指向する2つのエレメント(2a)と(2b)間にスリット(S)が設けられていることが望ましく、スリット幅は0.5mm〜4mmであることが好ましい。
次に基板(1)の裏面(1b)に配置された、無給電エレメント(5)と周波数調整部(6)について説明する。
先ず、無給電エレメント(5)には給電点(P)から供給された高周波の電界が電磁誘導により誘起され、LTE LOW BAND2にて共振している。
周波数調整部(6)はLTE HIGH BAND2の共振周波数を調整するためのものである。
ここで、周波数調整部(6)の幅は0.5mm〜10mmの範囲であることが好ましい。
短絡部(3)については、アンテナの小型化の観点から、10mm以下の高さと0.5mm〜5mmの範囲の幅であればよい。
また、高さ方向のスペース削減のためには、図に示すように蛇行(メアンダー)エレメント状に配置することが好ましい。
同様に、グランド板(4)についても、スペース削減のため、空きスペースを活用したり、立体構造化することが望ましい。
また、グランド板(4)の寸法については、安定したアンテナ動作を得るためには、その必要最低面積(mm2)はλ/4*λ/4(λは波長)以上が必要になる。したがって、より安定したアンテナ動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすることが好ましい。
また、グランド板(4)についても誘電体基板(1)外に短絡部(3)と接続した状態でできるだけスペースが許される限りできるだけ誘電体基板内に配置、残りの部分を基板外に配置しスペース削減に努めるのが好ましい。
次に誘電体基板(1)の材質としては、ガラスエポキシ樹脂、ABS樹脂、ポリイミド樹脂等の波長短縮化効果がある、より高誘電樹脂を使用することが好ましい。
さらに、LTE帯域で適合不要な帯域がある場合、例えば、LTE JP兼用GPS帯域が不要である場合には、図1及び図2で示す誘電体基板表面に配置されたエレメント(2b)を削除すればよい。そして、この場合には4周波に対応する多周波アンテナとなる。
一方、逆に、6周波に、5周波から、さらに対応周波数を増やしたい場合には誘電体基板表面に配置する分岐エレメント数を3分岐から4分岐に増やすことにより6周波に対応できるようになる。
まず、エレメントを配置するため、横94mm、幅12mm厚さ2.5mmのABS樹脂からなる誘電体基板(1)を準備する。
次に、縦50mm、横100mm、厚さ0.2mmの洋白からなる長方形の平板を放電加工機にて加工して、図2に示す形状のアンテナエレメントを得た。このときの基板表面(1a)に配置するLTE LOW BAND1(LTE帯域低域用エレメント1)となる(2a)の長さは68mm、LTE JP兼用GPS帯域用エレメントとなる(2b)の長さは35mm、そして、3G HIGH BAND1(LTE帯域高域用エレメント1)となる(2c)の長さは38mmとした。
次に基板裏面(1b)に配置するLTE LOW BAND2(LTE帯域低域用エレメント2(3G))となる無給電エレメント(5)長さは51mm、LTE HIGH BAND2(LTE帯域高域用エレメント2)の共振周波数を調整する、周波数調整部(6)は長さを13mm、幅6.5mmとした。
なお、エレメント(2a)と(2b)との間には幅1.2mmのスリットを設けた。
さらに、無給電エレメント(5)と第1のエレメントであるエレメント2とは互いに平行に離間距離3mmで配置し、周波数調整部(6)と第1のエレメントとは反対方向に指向するエレメント(2c)とは互いに平行に離間距離 3mmで配置するとともに、基板表面の給電エレメントと周波数調整部(6)と無給電エレメント(5)とが直列接続されたエレメント間の最短距離を3mmとした。
また、短絡部(3a)はメアンダー状に折返し高さ7mm、幅2mmとした。また、グランド板(4)は、横幅30mm、縦10mmとした.
さらに、エレメント(2c)から3mm下側寄りの位置に給電点(P)を設定した。このようにして、エレメントの高さが12mm、最大幅が94mm、厚さ2.5mmという小型の多周波アンテナエレメントが完成した。
なお、エレメント(2b)及びエレメント(2c)はエレメント全体を誘電体基板(1)の側面(1b)上に配置した。
この際、エレメントの固定方法は、予め誘電体基板(1)上に設けた複数個の突起をエレメントの固定孔部にはめ込み、突起部を半田小手で溶かして熱融着する方法とした。
最後に、アンテナとして機能させるため、外径1.13mm、導体径0.21mmのフッ素樹脂(PFA)被覆の高周波同軸ケーブルを給電用同軸ケーブル(7)として用いた。その際、これらケーブルの内部導体(7a)を給電点(P)にハンダ付けした。同様にして、外部導体(7b)をグランド板(4)上にあるアースポイントにハンダ付けした。このようにして、このようにして、高さ12mm、幅が94mm、厚さ2.5mmという小型の多周波アンテナを得た。
北米高域:2.112GHz〜2.155GHz) 、図3(c)で示すLTE HIGH BAND2(欧州高域:2.5GHz〜2.69GHz)から明らかなようにLTE帯域(698MHz〜806MHz、1486MHz〜1511MHz、2.112GHz〜2.155GHz、2.5GHz〜2.69GHz)の全帯域に亘って互いに干渉を生じることなく共振しており、それぞれの帯域で十分な帯域幅が確保されていることが分かる。
なお、上記の説明ではGPS帯域については割愛したが、GPS帯域はLTE HIGH BAND1帯域(日本中域:1486MHz〜1511MHz)に近いので、LTE HIGH BAND1帯域に適合すれば、自動的にGPS帯域に対しても適合していることになる。
さらに、WAN(3G)帯域(824MHZ〜960MHZ、1710MHZ〜2170MHZ)に対する適合性についても、図3(a)並びに、図3(b)のVSWR特性図から適合していることが明らかであることが判る。
以上より、本発明の多周波アンテナでは従来からのWAN帯域、GPS帯域に加えてLTE帯域の3帯域、5つの共振周波数に共振する広帯域化が実現できていることが分る。
1a 誘電体基板表面
1a1 誘電体基板表面の縁部
1b 誘電体基板裏面
1c 誘電体基板側面
2a、2b、2c エレメント(給電エレメント)
3a 短絡部(表面)
3b 短絡部(裏面)
4 グランド板
5 無給電エレメント
6 周波数調整部
7 給電用同軸ケーブル
7a 給電用同軸ケーブルの内部導体
7b 給電用同軸ケーブルの外部導体
P 給電点
S スリット
Claims (6)
- 誘電体基板の表裏両面にエレメントが配され、少なくとも4周波に共振する多周波アンテナであって、以下のa〜dの要件を具備することを特徴とする多周波アンテナ。
a.該誘電体基板の一方の面に配置するエレメントが複数種類の周波数に共振するため複数のエレメントに分岐されるとともに、1つの給電点に接続されていること;
b.該誘電体基板の他方の面には、さらに別の2つの周波数に共振するための周波数調整部及び無給電エレメントが配置されていること;
c.該周波数調整部及び該無給電エレメントが短絡部経由にてグランド板に接続されていること;
d.該周波数調整部が該無給電エレメントと該短絡部との間で直列接続されていること; - 該複数のエレメントのうち、少なくとも1つのエレメントが該誘電体基板の長手方向の第1の方向に指向するとともに、もう1つのエレメントが第1のエレメントとは反対方向に指向するとともに、各々のエレメントが該誘電体基板の長手方向の縁と側面に沿ってL字状に折り曲げられた立体構造である請求項1に記載の多周波アンテナ。
- 該無給電エレメントと該第1のエレメントとは互いに平行に離間距離 2mm〜6mmで配置されている請求項1または2に記載の多周波アンテナ。
- 該周波数調整部と該第1のエレメントとは反対方向に指向するもう1つのエレメントとが互いに平行に離間距離2mm〜6mmで配置されている請求項1〜3のいずれかに記載の多周波アンテナ。
- 該基板の一方の面に配置するエレメントと該周波数調整部と該無給電エレメントとが直列接続されたエレメント間の最短距離が 2mm〜6mmである請求項1〜4のいずれかに記載の多周波アンテナ。
- 該短絡部および該給電部が該誘電体基板の切欠部あるいは欠落部に位置している請求項1〜5のいずれかに記載の多周波アンテナ。
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