JP2012253423A

JP2012253423A - 基板アンテナ

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Publication number: JP2012253423A
Application number: JP2011122344A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kaneko; 勉金子; Takahisa Karakama; 隆久唐鎌
Original assignee: FAVERIGHTS KK; Nissei Ltd
Current assignee: FAVERIGHTS KK; Nissei Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: US8912965B2; JP5698606B2; US20120306702A1

Abstract

【課題】簡単な構成で複数のアンテナを有する基板アンテナを提供する。
【解決手段】誘電体からなる基板１の一方側基板面２に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターン３を形成し、この第一結合部パターン３の分断した位置の両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子４，６を接続し、基板１の他方側基板面１３に、第一結合部パターン３に対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターン１４を形成し、この第二結合部パターン１４の分断した位置の両端部に第二アンテナを構成するアンテナ素子１６，１７を接続し、第一アンテナ４および第二アンテナ１６とはほぼ同一または異なる共振周波数帯域に設定し、第一結合部パターン３に接続して形成した給電点８ａとアース点８ｂとを共通にして送受信信号を送信または受信するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄型の基板上にアンテナを構成した基板アンテナに関する。

従来の基板アンテナとして、誘電体からなる基板と、この基板の一方の基板面に形成されて一ヶ所で分断したループ状の第一結合部パターンと、基板の他方の基板面に形成されて一ヶ所で分断すると共に、分断した両端にそれぞれ給電点を接続したループ状の第二結合部パターンとを有し、第一結合部パターンおよび第二結合部パターン間を静電容量結合および磁気誘導結合し、第一結合部パターンの一方端にアンテナを接続して構成したものが知られている。このような構成によれば、基板によるパターン間の静電容量結合および磁気誘導結合状態が大きく改善され、従来に比べて特性に優れた高周波結合器を容易に得ることができる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−１４２６６６号公報

しかしながら、従来の基板アンテナでは、一枚の基板上に一つの共振周波数帯域を持つアンテナを構成するという考え方しかなかったため、薄型の基板を使用する効果を十分に活用することができないでいた。

本発明の目的は、薄型の基板上に簡単な構成で複数のアンテナを構成した基板アンテナを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、誘電体からなる基板の一方側基板面に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターンを形成し、この第一結合部パターンの分断した位置の両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記基板上に形成した給電点とアース点から送受信信号を送受信する基板アンテナにおいて、前記基板の他方側基板面に、前記第一結合部パターンに対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターンを形成し、この第二結合部パターンの分断した位置の両端部に第二アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、第一結合部パターンと第二結合部パターンとは、基板の静電容量を介して静電容量結合されると共に、磁気誘導結合され、見かけ上は一枚の薄型の基板でありながら、二つの第一アンテナおよび第二アンテナを簡単な構成で得ることができ、しかも、共通の給電点およびアース点から送受信信号を送受信することができるので、全体構成を簡単にすることができる。

また本発明は、上記の構成に加えて、前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ異なる共振周波数帯域の送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、第一結合部パターンと第二結合部パターンとは、基板の静電容量を介して静電容量結合されると共に、磁気誘導結合され、見かけ上は一枚の薄型の基板でありながら、それぞれ異なる二つの共振周波数帯域を第一アンテナおよび第二アンテナを構成することができ、しかも、共通の給電点およびアース点から異なる二つの共振周波数帯域の送受信信号を送受信することができる。

また本発明は、上記の構成に加えて、前記第一結合部パターンに対向する位置に一箇所を分断したループ状の第三結合部パターンが位置するように他の基板を配置し、この第三結合部パターンの分断した位置の両端側に第三アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記第一アンテナ、前記第二アンテナおよび前記第三アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、薄型基板を二枚接合しているものの、見かけ上は一枚の薄型基板のようでありながら、三つの第一アンテナ、第二アンテナおよび第三アンテナを構成することができ、しかも、共通の給電点およびアース点から送受信信号を送受信することができるので、全体的に簡単な構成とすることができる。

また本発明は、上記の構成に加えて、前記第一アンテナ、前記第二アンテナおよび前記第三アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ異なる共振周波数の送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、簡単な構成で給電点およびアースを共通にして共振周波数帯域の異なる三組のアンテナを構成することができ、給電点およびアース点からは利得のピークがそれぞれ異なる周波数帯域の合成利得を得ることができる。

本発明による基板アンテナによれば、第一結合部パターンと第二結合部パターンとは、基板の静電容量を介して静電容量結合されると共に、磁気誘導結合され、見かけ上は一枚の薄型の基板でありながら、二つの第一アンテナおよび第二アンテナを簡単な構成で得ることができ、しかも、共通の給電点およびアース点から送受信信号を送受信することができるので、全体構成を簡単にすることができる。

本発明の一実施の形態による基板アンテナの一方側基板面を示す平面図である。図１の基板アンテナの他方側基板面を示す平面図である。図１に示した一方のアンテナの利得特性図である。図２に示した他方のアンテナの利得特性図である。本発明の他の実施の形態による基板アンテナを示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の一実施の形態による基板アンテナの一方側基板面および他方側基板面を示すそれぞれ平面図である。基板１は、誘電体、例えばガラスエポキシ機材によって製作され、この基板１の一方側基板面２には、図１に示したように一箇所を分断したループ状、例えば略Ｃ字状にした第一結合部パターン３を形成し、この第一結合部パターン３の分断した両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子４と、電路５を介してアンテナ素子６を接続している。この第一アンテナ上、例えばアンテナ素子６の他方端部には給電点８ａを形成している。給電点８ａの近傍には、給電点８ａに与えられる電位を安定させるためのアース部７が配置され、このアース部７にアース点８ｂを形成している。給電点８ａには同軸ケーブル９の中心部信号線を接続し、アース点８ｂには同軸ケーブル９の外周部シールド線を接続している。また基板１の一方の端部には、複数の基板取り付け用穴を有する取り付け部１０が形成されている。このようにして第一アンテナは、給電点８ａとアース点８ｂ間でモノポール方式アンテナが構成されている。

上述した基板１は、厚さ０．３ｍｍ、長さ１０１ｍｍ、幅２５ｍｍ程度の外形寸法を有して矩形に成されている。第一結合部パターン３は、中心部に６ｍｍ程度の円形切り欠き部１１を有し、分断した端部間には０．５ｍｍ程度のギャップ１２が形成されている。アンテナ素子４は、長さ４３．７５ｍｍ、幅１３ｍｍ程度で、アンテナ素子６は、長さ３７ｍｍ、幅２ｍｍである。ここで、アンテナ素子４およびアンテナ素子６から成る第一アンテナの共振周波数帯域は、例えば８００ＭＨｚ帯域、詳細には８００ＭＨｚ〜９７５ＭＨｚである。

また同じ基板１の他方側基板面１３には、図２に示すように分断された位置を第一結合部パターン３と合致させたほぼ同ループ状の第二結合部パターン１４を有し、この第二結合部パターン１４の分断した両端部に第二アンテナを構成するアンテナ素子１７と、電路１５を介したアンテナ素子１６とが接続されている。ここで、アンテナ素子１７は第二結合部パターン１４の外周部に外側に突出するように形成し、その突出長を変えることによって共振周波数の微調整が容易に行えるようにしているが、この構成に限らず、第二結合部パターン１４の分断した一方端部に形成することができる。

第二結合部パターン１４は、第一結合部パターン３とほぼ同形状であり、第二アンテナを構成するアンテナ素子１６は、長さ２０ｍｍ、幅２４ｍｍ程度で、アンテナ素子１７は、長さ３ｍｍ、幅１．５ｍｍ程度である。上述した第二アンテナの共振周波数帯域は、先の第一アンテナの周波数帯域とは異なり、例えば２ＧＨｚ帯域、詳細には１７００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚである。しかし、両アンテナの周波数帯域は、例示したものに限定するものではないが、両者は少なくとも異なる周波数帯域としている。

このようにして、一枚の薄型の基板１を使用して、その一方側基板面２に形成した第一結合部パターン３と、その他方側基板面１３に形成した第二結合部パターン１４とは、基板１の静電容量を介して静電容量結合されると共に、磁気誘導結合されている。従って、見かけ上は１枚の薄型の基板１でありながら、二つの第一アンテナおよび第二アンテナを構成し、しかも共通の給電点８ａおよびアース点８ｂから異なる二つの周波数帯域の信号を送受信するモノポール方式アンテナを可能にしている。

この種のモノポール方式アンテナでは、アンテナ素子の長さと形状を変更することによって共振周波数帯域を変えることができるので、全体構成を複雑にすることなく異なる二つの周波数帯域の信号を送信または受信することができる。しかも、第一結合部パターン３に対向配置した第二結合部パターン１４には、外側に向かって突出したアンテナ素子１７を形成しているため、周波数の微調整を行う場合、この第三アンテナ素子１７の長さを変更することによって容易に調整することができる。

上述したアンテナ素子４，６から構成した第一アンテナは、その共振周波数を８００ＭＨｚ帯域に設計すると、第一アンテナ単体での利得は図３に示した周波数利得特性曲線１８のようになる。また、上述したアンテナ素子１６，１７から構成した第二アンテナは、その共振周波数を２ＧＨｚ帯域に設計すると、第二アンテナ単体での利得は図４に示した周波数利得特性曲線１９のようになる。しかし、両アンテナの利得を給電点８ａとアース部８ｂから５０オームの特性インピーダンスで受け取れるように各結合部パターン３，１４の大きさなどを設計すると、給電点８ａとアース部８ｂからは、第一アンテナ単体での利得と、第二アンテナ単体での利得とが合成された形で受け取ることができる。

このようにして、上述した基板アンテナによれば、見かけ上は簡単な一枚の薄い基板アンテナでありながら、第一アンテナと第二アンテナを構成することができ、しかも、給電点８ａとアース部８ｂを共用して利得のピークが８００ＭＨｚ帯域と２ＧＨｚ帯域とを示す異なる二つの共振周波数帯域の合成利得を得ることができる。

上述した実施の形態における基板アンテナでは、一方側基板面２にアンテナ素子４，６によって第一アンテナを構成し、他方側基板面１３にアンテナ素子１６，１７によって第二アンテナを構成し、両アンテナの共振周波数を異ならせているが、構成は同一で両アンテナの共振周波数をほぼ同一にしたものにも適用することができる。

例えば、第一アンテナ単体での共振周波数をある値に調整したときの利得が約１．７ｄＢであるモデルと、第二アンテナ単体での共振周波数を同じ値に調整したときの利得が約１．０ｄＢであるモデルとを図１および図２に示すように組み合わせたとする。さらに、両アンテナの利得を共通の給電点８ａとアース点８ｂから５０オームの特性インピーダンスで受け取れるように各結合部パターン３，１４の大きさなどを設計すると、共振周波数は同じであるが約２．５ｄＢの高利得が得られる。

また上述の構成によって広帯域化を実現することもできる。例えば、アンテナ素子４，６によって構成した第一アンテナの共振周波数を９４８ＭＨｚに調整したときの利得は約１．０ｄＢであるモデルと、アンテナ素子１６，１７によって構成した第二アンテナ単体での共振周波数を９５６ＭＨｚに調整したときの利得は約０．７ｄＢであるモデルとを図１および図２に示すように組み合わせたとする。両アンテナの利得を共通の給電点８ａとアース点８ｂから５０オームの特性インピーダンスで受け取れるように各結合部パターン３，１４の大きさなどを設計すると、共振周波数は９４８〜９５６ＭＨｚの広帯域で約１．２ｄＢの高利得が得られる。

このように誘電体からなる基板１の一方側基板面２に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターン３を形成し、この第一結合部パターン３の分断した位置の両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子４，６をそれぞれ接続し、基板１上に形成した給電点８ａとアース点８ｂから送受信信号を送受信する基板アンテナにおいて、基板１の他方側基板面１３に、第一結合部パターン３に対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターン１４を形成し、この第二結合部パターン１４の分断した位置の両端部に第二アンテナを構成するアンテナ素子１６，１７をそれぞれ接続し、第一アンテナおよび第二アンテナは、共通の給電点８ａおよびアース点８ｂからほぼ同一共振周波数の送受信信号を送受信可能に構成すると、共通の給電点８ａおよびアース点８ｂを使用しながら薄型の基板１上に二つのアンテナを簡単に構成することができ、しかも、この二つのアンテナはアンテナ単体では得られない高利得で広帯域化を実現することができる。

図５は、本発明の他の実施の形態による基板アンテナを示す斜視図である。この実施の形態では、薄型の誘電体からなる二枚の基板１，２０を用い、両者を積層すると共に接着剤やその他の手段で貼り合わせて一体化している。一枚目の基板１は、図１および図２に示したものと同一構成であり、一方側基板面２を上方に向けて配置している。この一枚目の基板１については、先の実施の形態との同等物には同一符号を付けて詳細な説明を省略している。

これに対して、一枚目の基板１の上方部に二枚目の基板２０を配置し、この基板２０の上方に位置した反対向側基板面には、基板１に形成した第一結合部パターン３とほぼ同一ループ状の第三結合パターン２１を形成し、その分断された位置を第一結合部パターン３とほぼ合致させている。この第三結合部パターン２１の分断した両端部には第三アンテナを構成するアンテナ素子２４と、電路２２を介してアンテナ素子２３が接続されている。ここでも、第三結合部パターン２１の外周部には、上述した第二アンテナのアンテナ素子１７と同様にアンテナ素子２４を外側に突出するように形成しているが、この構造に限定するものではない。

ここでは二枚の薄型の基板１，２０を貼り合わせて使用することになるが、先の実施の形態の場合と同様に第三アンテナを有する基板２０もまた薄型であり、第一結合部パターン３と結合した第三結合部パターン２１を使用して第三アンテナを構成することができるので、全体としても薄型である。

このような基板アンテナにおいては、先に説明したように見かけ上は一枚の薄型の基板１でありながら、二つの第一アンテナ４および第二アンテナ１６を使用し共通の給電点８ａおよびアース点８ｂから異なる二つの共振周波数帯域の信号を送信または受信することができるだけでなく、基板１に形成した第一結合部パターン３と、図５に示した二枚目の基板２０の反対向側基板面に形成した第三結合部パターン２１とが対向配置されることになり、同じ給電点８ａおよびアース部８ｂを共通にしてさらに三番目の共振周波数帯域の信号を送受信することができる。こうして同じ共通の給電点８ａおよびアース点８ｂからは利得のピークがそれぞれ異なる共振周波数帯域の合成利得を得ることができる。

尚、この実施の形態の構成においても、三つのアンテナをほぼ同じ共振周波数帯域とすることによって、上述の場合と同様にアンテナ単体では得られない高利得で広帯域化を実現することができる。また、上述した各実施の形態では、それぞれのアンテナの長手方向をほぼ合致して配置しているが、各アンテナの間に傾きを持たせてもよい。

１基板
２一方側基板面
３第一結合部パターン
４アンテナ素子
５電路
６アンテナ素子
７アース部
８ａ給電点
８ｂアース点
９同軸ケーブル
１０取り付け部
１１円形切り欠き部
１２ギャップ
１３他方側基板面
１４第二結合部パターン
１５電路
１６アンテナ素子
１７アンテナ素子
１８周波数利得特性曲線
１９周波数利得特性曲線
２０基板
２１第三結合部パターン
２２電路
２３アンテナ素子
２４アンテナ素子

Claims

誘電体からなる基板の一方側基板面に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターンを形成し、この第一結合部パターンの分断した位置の両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記基板上に形成した給電点とアース点から送受信信号を送受信する基板アンテナにおいて、
前記基板の他方側基板面に、前記第一結合部パターンに対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターンを形成し、この第二結合部パターンの分断した位置の両端部に第二アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする基板アンテナ。
前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ異なる共振周波数帯域の送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板アンテナ。
前記第一結合部パターンに対向する位置に一箇所を分断したループ状の第三結合部パターンが位置するように他の基板を配置し、この第三結合部パターンの分断した位置の両端側に第三アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記第一アンテナ、前記第二アンテナおよび前記第三アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板アンテナ。
前記第一アンテナ、前記第二アンテナおよび前記第三アンテナは、共通の前記給電点および前記アース点からそれぞれ異なる共振周波数の送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板アンテナ。