JP2014103591A - Planar antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面アンテナ技術に関し、特に、アンテナ素子を小型化する平面アンテナ技術に関する。 The present invention relates to a planar antenna technique, and more particularly to a planar antenna technique for miniaturizing an antenna element.
移動体通信機器等に使用されているアンテナには小型・軽量化及び集積化が望まれている。このような要望から、薄形で平面基板に形成が可能なパッチアンテナ等の平面アンテナの開発が進められている。プリント基板上に配置されたパッチアンテナの小型化に関しては、アンテナ素子のパターンにスリットを設けるなど、形状を工夫することによって小型化を図る方法が、特許文献１に開示されている。
Antennas used in mobile communication devices and the like are desired to be small, light, and integrated. In view of such a demand, development of a flat antenna such as a patch antenna that is thin and can be formed on a flat substrate is underway. Regarding the downsizing of the patch antenna arranged on the printed circuit board,
例えば、パッチアンテナの共振モードにおける電流経路に直交するようにスリットを設けることで、パッチアンテナの表面に流れる電流がスリットを迂回し、実効的な電流経路が長くなる。共振モードにおける電流経路長を長くするとアンテナの共振周波数が下がる。すなわち、スリットを設けることで、より小さい寸法のアンテナでも所望の共振周波数を実現できるようになる。 For example, by providing the slit so as to be orthogonal to the current path in the resonance mode of the patch antenna, the current flowing on the surface of the patch antenna bypasses the slit, and the effective current path becomes longer. Increasing the current path length in the resonance mode decreases the resonance frequency of the antenna. That is, by providing the slit, a desired resonance frequency can be realized even with an antenna having a smaller size.
また、前記スリットをアンテナ素子の外周側に設けた場合、更に、アンテナ素子の内部にもスリットを設けることで、外周側のスリットと内部のスリットとの間の領域に電流を集中させ、電流のほとんどを長い電流経路に流れるようにすることで、更なるアンテナの小型化が可能となる。 Further, when the slit is provided on the outer peripheral side of the antenna element, the current is concentrated in a region between the outer slit and the inner slit by providing a slit also in the antenna element. By allowing most of the current to flow through a long current path, the antenna can be further reduced in size.
しかしながら、アンテナ素子にスリットを設ける構造では、アンテナ素子形状が複雑になり、動作周波数の設計が困難になる。さらに、スリットに起因した不要共振の発生が問題となる。 However, in the structure in which the slit is provided in the antenna element, the shape of the antenna element becomes complicated, and the design of the operating frequency becomes difficult. Further, the occurrence of unnecessary resonance due to the slit becomes a problem.
スリットを設けずにアンテナ素子の小型化を図るためには、基板の材料として、例えばセラミックなどの高誘電率の材料を用いる手法が知られている。しかしながら、セラミックなどの高誘電率材料は一般的に高価になる。また、基板の材料に用いられる誘電体の誘電率は、製造ロット間や、使用時の温度や湿度といった環境により変動するため、アンテナ素子の共振周波数が設計値からずれるという問題点がある。 In order to reduce the size of the antenna element without providing a slit, a technique using a high dielectric constant material such as ceramic is known as a substrate material. However, high dielectric constant materials such as ceramic are generally expensive. In addition, the dielectric constant of the dielectric material used for the substrate material varies depending on the environment such as the production lot and the environment such as temperature and humidity during use, and therefore there is a problem that the resonance frequency of the antenna element deviates from the design value.
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a planar antenna that can be reduced in size and suppresses a deviation from the design value of the resonance frequency.
基板の一方の面に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子と対向する面に設けられた導体板と、前記アンテナ素子と前記導体板との間に容量を装荷する容量装荷手段とを備え、前記容量装荷手段は前記アンテナ素子と前記導体板の少なくとも一方と導通している、平面アンテナである。 An antenna element provided on one surface of the substrate, a conductor plate provided on a surface facing the antenna element, and a capacity loading means for loading a capacity between the antenna element and the conductor plate, The capacitive loading means is a planar antenna that is electrically connected to at least one of the antenna element and the conductor plate.
本発明による平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。 According to the planar antenna of the present invention, it is possible to realize a planar antenna that can be miniaturized and that suppresses a deviation from the design value of the resonance frequency.
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
（構造の説明）
図１から図３を用いて、本発明の第１の実施形態の平面アンテナの構造を説明する。図１は、本発明第１の実施形態の平面アンテナの構造を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態の平面アンテナの構造を示す断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態の平面アンテナの構造を示す上面図である。図２は、図３の上面図において、Ａ−Ａ’間における断面の構造を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the preferred embodiments described below are technically preferable for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following.
(First embodiment)
(Description of structure)
The structure of the planar antenna according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a planar antenna according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the planar antenna according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a top view showing the structure of the planar antenna according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a cross-sectional structure between AA ′ in the top view of FIG. 3.
本実施形態の平面アンテナは、プリント基板１の一方の面に配置された導体板３と、導体板３と対向する面に配置された四辺形のアンテナ素子２と、アンテナ素子２の中心（前記四辺形の対角線の交点）からアンテナ素子２の任意の一辺に並行に外周方向にオフセットした位置にあってアンテナ素子２に電力を給電する給電部４と、スタブ線路５とで構成される。スタブ線路５は、アンテナ素子２と導体板３との間に配置され、アンテナ素子２の面に略並行に配置された容量装荷手段である線路Ａ６、および、線路Ａ６と導体板３とを導通させる線路Ｂ７から成る。スタブ線路５は、給電部４がオフセットした方向に沿った、アンテナ素子２の端部に配置される。ここで線路Ａ６は、少なくともアンテナ素子２との距離が、導体板３との距離よりも近い位置に配置される。
The planar antenna of the present embodiment includes a conductor plate 3 disposed on one surface of the printed
スタブ線路５の構成について以下に述べる。線路Ａ６はプリント配線パターンで形成され、アンテナ素子２の直下に配置される。図４は本実施形態の平面アンテナの基本波モードの共振周波数におけるアンテナ内の電界分布を示す図である。線路Ｂ７は、ビアで形成され、アンテナ素子２の端部であって、図４に示す電界分布において少なくとも電界がゼロでない位置に配置され、より好ましくはより強い電界が分布する位置に配置される。また、線路Ｂ７は、導体板３と導通しているが、アンテナ素子２が配置された面においては絶縁層によりクリアランスを設けることにより、アンテナ素子２とは導通していない。
The configuration of the
線路Ａ６の長さＬは、使用する周波数に相当する波長をλとした場合、Ｌ＜λ／４となる長さを有する。また、線路Ａ６は、線路Ｂ７と接続しない側は開放端を有する。図３において、線路Ａ６は、長さＬに対して幅の狭い矩形形状としているが、この形状には限定されず、Ｌ＜λ／４の条件を満たせばどのような形状であっても良い。例えばミアンダ形状、スパイラル形状、無作為に蛇行した形状であっても良い。また、線路Ａ６がアンテナ素子の直下であれば、どの様なレイアウトで配置されても良い。 The length L of the line A6 has a length satisfying L <λ / 4, where λ is a wavelength corresponding to the frequency to be used. The line A6 has an open end on the side not connected to the line B7. In FIG. 3, the line A6 has a rectangular shape that is narrower than the length L, but is not limited to this shape, and may be any shape as long as the condition of L <λ / 4 is satisfied. . For example, a meander shape, a spiral shape, or a randomly meandering shape may be used. Further, as long as the line A6 is directly below the antenna element, it may be arranged in any layout.
本実施形態の線路Ａ６は、線路Ｂ７により導体板３に接続している。この構造の場合、配線パターンの長さ（線路Ａ６の長さＬ）により装荷されるキャパシタンス値が決まるので、設計が容易となる。キャパシタンス値の設計の際には、配線パターンの長さが支配的な要因となり、配線形状にはあまり左右されない。このため、線路Ａ６の配線形状は直線形状に限らず、自由に設計できる。 The line A6 of this embodiment is connected to the conductor plate 3 by a line B7. In the case of this structure, since the capacitance value to be loaded is determined by the length of the wiring pattern (the length L of the line A6), the design becomes easy. In designing the capacitance value, the length of the wiring pattern is a dominant factor and is not greatly influenced by the wiring shape. For this reason, the wiring shape of the line A6 is not limited to a linear shape, and can be freely designed.
また、プリント配線板の製造上、配線の長さは高精度に製造できるので、付加するキャパシタンス値を精度良く実現できる。よって、キャパシタンスの設計値と実際の素子での値とのずれを抑制でき、設計どおりの共振周波数を実現することができる。さらに、一般的なプリント基板の製造プロセスである、配線パターンを形成する銅めっき工程やエッチング工程、層間絶縁膜の形成工程などをそのまま活用できるので、量産時に特別な設備を準備する必要がなく、製造コストの増加がない。 In addition, since the length of the wiring can be manufactured with high accuracy in the manufacture of the printed wiring board, the added capacitance value can be realized with high accuracy. Therefore, the deviation between the designed capacitance value and the actual element value can be suppressed, and the designed resonant frequency can be realized. Furthermore, it is possible to utilize the copper plating process and etching process for forming the wiring pattern, the process for forming the interlayer insulation film, etc., which is a general printed circuit board manufacturing process, so there is no need to prepare special equipment during mass production. There is no increase in manufacturing costs.
線路Ａ６は接地（グランドに接続）することができる。すなわち、線路Ａ６を接地してアンテナ素子２との間でキャパシタンスを構成することで、基板の厚さ方向の距離のばらつきや基板の誘電体材料の誘電率のばらつきが多少はあっても、装荷するキャパシタンス値が安定する。これは、特に量産時に品質を確保する上で大きなメリットとなる。線路Ａ６の接地は、線路Ａ６を線路Ｂ７を介して導体板３に導通させ、導体板３を接地することで行われる。 The line A6 can be grounded (connected to the ground). That is, by forming a capacitance with the antenna element 2 by grounding the line A6, even if there is a slight variation in the distance in the thickness direction of the substrate and a variation in the dielectric constant of the dielectric material of the substrate, the load is loaded. The capacitance value is stable. This is a great merit in securing quality especially during mass production. The line A6 is grounded by connecting the line A6 to the conductor plate 3 via the line B7 and grounding the conductor plate 3.
線路Ａ６はアンテナ素子２の直下に配置される。この場合、必ずしもアンテナ素子２の端部に線路Ａ６の端部が揃わなければならないということではない。線路Ａ６がアンテナ素子２の端部から内側に入り込むことは問題ない。逆に、線路Ａ６がアンテナ素子２の端部から外側にはみ出す場合、キャパシタンス値の設計が難しくなるという観点から、好ましくはない。しかしながら、この場合も、アンテナ素子２には容量が装荷されるので、共振周波数を変える効果を有するため、アンテナ素子を小型化することに対しては有効である。 The line A6 is disposed immediately below the antenna element 2. In this case, the end of the line A6 does not necessarily have to be aligned with the end of the antenna element 2. There is no problem that the line A6 enters inside from the end of the antenna element 2. On the contrary, when the line A6 protrudes outside from the end of the antenna element 2, it is not preferable from the viewpoint that the design of the capacitance value becomes difficult. However, in this case as well, since the antenna element 2 is loaded with a capacitance, the antenna element 2 has an effect of changing the resonance frequency, which is effective for downsizing the antenna element.
線路Ｂ７はビアで形成され、アンテナ素子２の直下であって、図４に示す電界分布において、少なくとも電界がゼロでない位置に配置され、より好ましくはより強い電界が分布する位置に配置される。アンテナ素子の小型化の効果は、線路Ｂ７を配置する位置の電界強度にも依存する。従って、線路Ｂ７の位置によって、アンテナ素子の小型化の効果を変えることができる。特に、アンテナ素子の小型化の効果を最大限に得る場合は、線路Ｂ７を電界が最大となるアンテナ素子２の端部に配置する。
（作用の説明）
図１から図３に示す本実施形態において、給電部４がオフセットした方向に沿ったアンテナ素子２の端部にスタブ線路５を配置する。スタブ線路５を構成する線路Ａ６は、アンテナ素子２と線路Ａ６との間隔を、導体板３と線路Ａ６との間隔よりも近づけた位置に配置し、アンテナ素子２と線路Ａ６とでマイクロストリップ線路を形成する。ここで線路Ａ６の長さＬをＬ＜λ／４（使用周波数に相当する波長をλとする）とすると、線路Ａ６はキャパシタンスとして動作するので、本実施形態ではアンテナ素子２の端部と導体板３の間にキャパシタンスを装荷したことと等価となる。
The line B7 is formed of a via and is located immediately below the antenna element 2 and is disposed at a position where at least the electric field is not zero in the electric field distribution shown in FIG. 4, and more preferably at a position where a stronger electric field is distributed. The effect of downsizing the antenna element also depends on the electric field strength at the position where the line B7 is disposed. Therefore, the effect of downsizing the antenna element can be changed depending on the position of the line B7. In particular, when obtaining the maximum effect of miniaturization of the antenna element, the line B7 is disposed at the end of the antenna element 2 where the electric field is maximized.
(Description of action)
In the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, a
スタブ線路５を配置した位置は、図４に示すように基本波モードで励起された電界分布において、少なくとも電界がゼロでない位置に配置される。より好ましい配置位置は、より強い電界が分布する位置となる。アンテナ素子２と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスは、基本波モードの電界の位相を変化させるので、結果として共振周波数を低下させる効果を生じさせる。すなわち、アンテナ素子を小さくしても、キャパシタンスの効果によって共振周波数を低下させることができるので、アンテナ素子の寸法を小さくすることが可能となる。
The position where the
このときアンテナ素子２と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスの値は、線路Ａ６の長さＬによって決定され、プリント基板１を形成する誘電体材料の厚さや比誘電率による影響は少ない。また、スタブ線路５を形成する導体パターンは通常のプリント基板の製造プロセスで実現可能であるので、線路Ａ６の長さＬのばらつきを非常に小さく抑えることができる。即ち、アンテナ素子２と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスの設計値からのずれやばらつきを抑え、アンテナ素子の共振周波数の高精度な制御が可能となる。
At this time, the capacitance value formed by the antenna element 2 and the line A6 is determined by the length L of the line A6, and is less influenced by the thickness of the dielectric material forming the printed
図１４は、本実施形態の平面アンテナのインピーダンス特性を示す。Ｓ１１とは反射係数であり、｛送信アンテナから送信する時の送信されずに戻ってきた信号（反射電力）｝／｛送信アンテナへ送信した信号（アンテナへの入射電力）｝、である。スタブ線路５を配置しない場合と比較して、本実施形態の平面アンテナでは共振周波数が低域側にシフトしている。即ち、所望の共振周波数に対して、アンテナ素子の寸法を小さくすることができることが分かる。
FIG. 14 shows the impedance characteristics of the planar antenna of this embodiment. S11 is a reflection coefficient, which is {a signal returned without transmission (reflection power) when transmitting from the transmission antenna} / {a signal transmitted to the transmission antenna (incident power to the antenna)}. Compared with the case where the
以上より、本実施形態の平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。
（第２の実施形態）
（構造の説明）
図５、図６を用いて、本発明の第２の実施形態の平面アンテナの構造を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態の平面アンテナの構造を示す斜視図である。図６は、本発明の第２の実施形態の平面アンテナの構造を示す断面図である。
As described above, according to the planar antenna of the present embodiment, it is possible to realize a planar antenna that can be downsized and suppress a deviation of the resonance frequency from the design value.
(Second Embodiment)
(Description of structure)
The structure of the planar antenna according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the planar antenna according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a planar antenna according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態の平面アンテナは、アンテナ素子２と導体板３の間に配置したスタブ線路９が、給電部４がオフセットした方向に沿った、アンテナ素子２の端部に配置される。容量装荷手段である線路Ａ６は、線路Ｃ８によってアンテナ素子２に接続され導通している。線路Ｃ８はビアによりなる。線路Ａ６と線路Ｃ８とでスタブ線路９を構成する。本実施形態の構造は、スタブ線路９の構造がスタブ線路５の構造と異なる以外は、本発明の第１の実施形態の構造と同様である。
In the planar antenna of the present embodiment, the stub line 9 disposed between the antenna element 2 and the conductor plate 3 is disposed at the end of the antenna element 2 along the direction in which the feeding unit 4 is offset. The line A6, which is a capacity loading means, is connected to the antenna element 2 by the line C8 and is conductive. The track C8 is made of a via. The line A6 and the line C8 constitute a stub line 9. The structure of this embodiment is the same as the structure of the first embodiment of the present invention except that the structure of the stub line 9 is different from the structure of the
スタブ線路９の構成について以下に述べる。線路Ａ６はプリント配線パターンで形成され、アンテナ素子２の直下に配置される。図７は本実施形態の平面アンテナの基本波モードの共振周波数におけるアンテナ内の電界分布を示す図である。線路Ｃ８はビアで形成され、アンテナ素子２の端部であって、図７に示す電界分布において、少なくとも電界がゼロでない位置に配置され、より好ましくはより強い電界が分布する位置に配置される。また、ビアは、アンテナ素子２と電気的に接続しているが、導体板３が配置された面においては絶縁層によりクリアランスを設けることにより、導体板３とは接続していない。
（作用の説明）
本実施形態において、給電部４がオフセットした方向に沿ったアンテナ素子２の端部にスタブ線路９を配置し、スタブ線路９を構成する線路Ａ６の長さＬをＬ＜λ／４（使用周波数に相当する波長をλとする）とする。
The configuration of the stub line 9 will be described below. The line A6 is formed of a printed wiring pattern and is disposed immediately below the antenna element 2. FIG. 7 is a diagram showing the electric field distribution in the antenna at the resonance frequency of the fundamental wave mode of the planar antenna of the present embodiment. The line C8 is formed of a via and is an end of the antenna element 2 and is disposed at a position where at least the electric field is not zero in the electric field distribution shown in FIG. 7, and more preferably at a position where a stronger electric field is distributed. . The via is electrically connected to the antenna element 2 but is not connected to the conductor plate 3 by providing a clearance with an insulating layer on the surface on which the conductor plate 3 is disposed.
(Description of action)
In the present embodiment, the stub line 9 is disposed at the end of the antenna element 2 along the direction in which the power feeding unit 4 is offset, and the length L of the line A6 constituting the stub line 9 is set to L <λ / 4 (frequency used) Is assumed to be λ).
スタブ線路９を構成する線路Ａ６は、導体板３と線路Ａ６との間隔を、アンテナ素子２と線路Ａ６との間隔よりも近づけた位置に配置し、導体板３と線路Ａ６とでマイクロストリップ線路を形成する。ここで線路Ａ６の長さＬをＬ＜λ／４（使用周波数に相当する波長をλとする）とすることで線路Ａ６はキャパシタンスとして動作するので、本実施形態ではアンテナ素子２の端部と導体板３の間にキャパシタンスを装荷したことと等価となる。 The line A6 constituting the stub line 9 is arranged at a position where the distance between the conductor plate 3 and the line A6 is closer than the distance between the antenna element 2 and the line A6, and the conductor plate 3 and the line A6 are microstrip lines. Form. Here, by setting the length L of the line A6 to L <λ / 4 (where the wavelength corresponding to the used frequency is λ), the line A6 operates as a capacitance. In this embodiment, the end of the antenna element 2 This is equivalent to loading a capacitance between the conductor plates 3.
スタブ線路９を配置した位置は、図７に示すように基本波モードで励起された電界分布において、少なくとも電界がゼロでない位置に配置され、より好ましくはより強い電界が分布する位置になるため、導体板３と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスの効果で、基本波モードの電界の位相が変化して共振周波数が低下する。すなわち、アンテナ素子の寸法を小さくすることが可能となる。 The position where the stub line 9 is arranged is arranged at a position where at least the electric field is not zero in the electric field distribution excited in the fundamental mode as shown in FIG. 7, and more preferably a position where a stronger electric field is distributed. Due to the effect of the capacitance formed by the conductor plate 3 and the line A6, the phase of the electric field in the fundamental wave mode changes and the resonance frequency decreases. That is, it is possible to reduce the size of the antenna element.
このとき導体板３と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスは、線路Ａ６の長さＬによって決定され、プリント基板１を形成する誘電体材料の厚さや比誘電率による影響は少ない。また、スタブ線路９を形成する導体パターンは通常のプリント基板の製造プロセスで実現可能であるので、線路Ａ６の長さＬのばらつきを非常に小さく抑えることができる。即ち、導体板３と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスの設計値とのずれやばらつきを抑え、アンテナ素子の共振周波数の高精度な制御が可能である。
At this time, the capacitance formed by the conductor plate 3 and the line A6 is determined by the length L of the line A6, and is less affected by the thickness of the dielectric material forming the printed
以上より、本実施形態の平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。
（第３の実施形態）
（構造の説明）
図８、図９を用いて、本発明の第３の実施形態の平面アンテナの構造を説明する。図８は、本発明第３の実施形態の平面アンテナの構造を示す斜視図である。図９は、本発明の第３の実施形態の平面アンテナの構造を示す断面図である。
As described above, according to the planar antenna of the present embodiment, it is possible to realize a planar antenna that can be downsized and suppress a deviation of the resonance frequency from the design value.
(Third embodiment)
(Description of structure)
The structure of the planar antenna according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the planar antenna according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a planar antenna according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態の平面アンテナは、プリント基板１の一方の面に配置された導体板３と、導体板３と対向する面に配置された四辺形のアンテナ素子２と、アンテナ素子２の中心（前記四辺形の対角線の交点）からアンテナ素子２の任意の一辺に並行に外周方向にオフセットした位置にあってアンテナ素子２に電力を給電する給電部４と、アンテナ素子２と導体板３との間に配置されたスタブ線路１１とで構成される。スタブ線路１１は、アンテナ素子２の面に略並行に配置された容量装荷手段である線路Ａ６、および、線路Ａ６と導体板３とを接続し導通する線路Ｂ７、および、線路Ａ６とアンテナ素子２とを接続し導通する線路Ｄ１０から成る。
The planar antenna of the present embodiment includes a conductor plate 3 disposed on one surface of the printed
スタブ線路１１は、給電部４がオフセットした方向に沿った、アンテナ素子２の端部に配置される。ここで線路Ａ６は、少なくともアンテナ素子２との距離が、導体板３との距離よりも近い位置に配置される。本実施形態の構造は、スタブ線路１１の構造がスタブ線路５の構造と異なる以外は、本発明の第１の実施形態の構造と同様である。
The
スタブ線路１１の構成について以下に述べる。線路Ａ６はプリント配線パターンで形成され、アンテナ素子２の直下に配置される。線路Ａの長さＬは、λ／４＜Ｌ＜λ／２とする。図１０は本実施形態の平面アンテナの基本波モードの共振周波数におけるアンテナ内の電界分布を示す図である。線路Ｂ７はビアで形成され、アンテナ素子２の端部であって、図１０に示す電界分布において、少なくとも電界がゼロでない位置に配置され、より好ましくはより強い電界が分布する位置に配置され、導体板３と接続し導通している。また、線路Ｄ１０はビアで形成されアンテナ素子２と接続し導通している。
The configuration of the
また、線路Ｂ７は、導体板３と電気的に接続しているが、アンテナ素子２が配置された面においては絶縁層によるクリアランスを設けることにより、アンテナ素子２とは接続していない。同様に線路Ｄ１０はアンテナ素子２と電気的に接続しているが、導体板３が配置された面においては絶縁層によるクリアランスを設けることにより、導体板３とは接続していない。 The line B7 is electrically connected to the conductor plate 3, but is not connected to the antenna element 2 by providing a clearance by an insulating layer on the surface where the antenna element 2 is disposed. Similarly, the line D10 is electrically connected to the antenna element 2, but is not connected to the conductor plate 3 by providing a clearance by an insulating layer on the surface on which the conductor plate 3 is disposed.
第１および第２の実施形態では、先端解放型のスタブ線路５およびスタブ線路９において、線路Ａ６の長さＬをＬ＜λ／４（使用周波数に相当する波長をλとする）とすると、線路Ａ６はキャパシタンスとして動作することを利用した。本実施形態では、スタブ線路をキャパシタンスとして動作させる別の構造として、線路Ａ６の先端を短絡（本実施形態では線路Ｄ１０でアンテナ素子２と短絡）させ、線路Ａ６の長さをλ／４＜Ｌ＜λ／２とすることで、線路Ａ６をキャパシタンスとして動作させることができることを利用している。
（作用の説明）
本実施形態において、給電部４がオフセットした方向に沿ったアンテナ素子２の端部にスタブ線路９を配置し、スタブ線路１１を構成する線路Ａ６の長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２（使用周波数に相当する波長をλとする）とする。
In the first and second embodiments, when the length L of the line A6 is L <λ / 4 (the wavelength corresponding to the used frequency is λ) in the tip-
(Description of action)
In the present embodiment, the stub line 9 is disposed at the end of the antenna element 2 along the direction in which the power feeding unit 4 is offset, and the length L of the line A6 constituting the
スタブ線路１１を構成する線路Ａ６は、アンテナ素子２と線路Ａ６との間隔を、導体板３と線路Ａ６との間隔よりも近づけた位置に配置し、アンテナ素子２と線路Ａ６とでマイクロストリップ線路を形成する。ここで線路Ａ６は線路Ｄ１０で先端を短絡した構成であり、線路Ａ６の長さＬをλ／４＜Ｌ＜λ／２（使用周波数に相当する波長をλとする）とすることで線路Ａ６はキャパシタンスとして動作するので、本実施形態ではアンテナ素子２の端部と導体板３の間にキャパシタンスを装荷したことと等価となる。
The line A6 constituting the
スタブ線路１１を配置した位置は、図１０に示すように基本波モードで励起された電界分布において、少なくとも電界がゼロでない位置に配置され、より好ましくはより強い電界が分布する位置となるため、第１の実施形態と同様に、アンテナ素子２と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスの効果で、基本波モードの電界の位相が変化して共振周波数が低下する。すなわち、アンテナ素子の寸法を小さくすることが可能となる。
The position where the
このときアンテナ素子２と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスは、線路Ａ６の長さＬによって決定され、プリント基板１を形成する誘電体材料の厚さや比誘電率による影響は少ない。また、スタブ線路５を形成する導体パターンは通常のプリント基板の製造プロセスで実現可能であるので、線路Ａ６の長さＬのばらつきを非常に小さく抑えることができる。即ち、アンテナ素子２と線路Ａ６とが形成するキャパシタンスの設計値からのずれやばらつきを抑え、アンテナ素子の共振周波数の高精度な制御が可能である。
At this time, the capacitance formed by the antenna element 2 and the line A6 is determined by the length L of the line A6, and is less affected by the thickness of the dielectric material forming the printed
以上より、本実施形態の平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。
（第４の実施形態）
（構造の説明）
図１１は、本発明の第４の実施形態の平面アンテナの構造を示す斜視図である。本実施形態の平面アンテナは、アンテナ素子２と導体板３の間に配置したスタブ線路５が、給電部４がオフセットした方向に沿った、アンテナ素子２の両端部に配置される。これ以外は、第１の実施形態と同じ構成を有する。
（作用の説明）
本実施形態においては、アンテナ素子２の両端と導体板３の間にキャパシタンスを装荷したことと等価となる。よって、本実施形態では、第１の実施形態と比較して装荷するキャパシタンスが増加するため、基本モードの共振周波数がより低くなる。即ち、第１の実施形態よりもさらにアンテナ素子２の小型化を図ることができる。以上より、本実施形態の平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。
（第５の実施形態）
（構造の説明）
図１２は、本発明の第３の実施形態の平面アンテナの構造を示す斜視図である。本実施形態の平面アンテナは、アンテナ素子２と導体板３の間に配置したスタブ線路５の数を複数とする。これ以外は第１の実施形態と同じの構成を有する。
（作用の説明）
本実施形態においては、アンテナ素子２の端部と導体板３の間に複数のキャパシタンスを装荷したことと等価となる。よって、本実施形態では、第１の実施形態と比較して装荷するキャパシタンスが増加するため、基本モードの共振周波数がより低くなる。即ち、第１の実施形態よりもさらにアンテナ素子２の小型化を図ることができる。以上より、本実施形態の平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。
（第６の実施形態）
（構造の説明）
図１３は、本発明の第４の実施形態の平面アンテナの構造を示す斜視図である。本実施形態の平面アンテナは、アンテナ素子２と導体板３の間に配置したスタブ線路５が、給電部４がオフセットした方向に沿った、アンテナ素子２の両端部に複数配置される。これ以外は、第１の実施形態と同じ構成を有する。
（作用の説明）
本実施形態においては、アンテナ素子２の両端部と導体板３の間に複数のキャパシタンスを装荷したことと等価となる。よって、本実施形態では、第１から第３の実施形態と比較して装荷するキャパシタンスが増加するため、基本モードの共振周波数がより低くなる。即ち、第１および第４および第５の実施形態よりもさらにアンテナ素子２の小型化を図ることができる。以上より、本実施形態の平面アンテナによれば、小型化が可能であり、かつ共振周波数の設計値からのずれを抑制する平面アンテナを実現することが可能となる。
As described above, according to the planar antenna of the present embodiment, it is possible to realize a planar antenna that can be downsized and suppress a deviation of the resonance frequency from the design value.
(Fourth embodiment)
(Description of structure)
FIG. 11 is a perspective view showing the structure of a planar antenna according to the fourth embodiment of the present invention. In the planar antenna of this embodiment, the
(Description of action)
In the present embodiment, this is equivalent to loading capacitance between both ends of the antenna element 2 and the conductor plate 3. Therefore, in the present embodiment, the loaded capacitance is increased as compared with the first embodiment, so that the resonance frequency of the fundamental mode is lower. That is, the antenna element 2 can be further downsized than the first embodiment. As described above, according to the planar antenna of the present embodiment, it is possible to realize a planar antenna that can be downsized and suppress a deviation of the resonance frequency from the design value.
(Fifth embodiment)
(Description of structure)
FIG. 12 is a perspective view showing the structure of the planar antenna according to the third embodiment of the present invention. In the planar antenna of this embodiment, the number of
(Description of action)
In the present embodiment, this is equivalent to loading a plurality of capacitances between the end of the antenna element 2 and the conductor plate 3. Therefore, in the present embodiment, the loaded capacitance is increased as compared with the first embodiment, so that the resonance frequency of the fundamental mode is lower. That is, the antenna element 2 can be further downsized than the first embodiment. As described above, according to the planar antenna of the present embodiment, it is possible to realize a planar antenna that can be downsized and suppress a deviation of the resonance frequency from the design value.
(Sixth embodiment)
(Description of structure)
FIG. 13 is a perspective view showing the structure of a planar antenna according to the fourth embodiment of the present invention. In the planar antenna of the present embodiment, a plurality of
(Description of action)
In the present embodiment, this is equivalent to loading a plurality of capacitances between both ends of the antenna element 2 and the conductor plate 3. Therefore, in this embodiment, since the capacitance to be loaded is increased as compared with the first to third embodiments, the resonance frequency of the fundamental mode becomes lower. That is, the antenna element 2 can be further downsized than the first, fourth, and fifth embodiments. As described above, according to the planar antenna of the present embodiment, it is possible to realize a planar antenna that can be downsized and suppress a deviation of the resonance frequency from the design value.
以上、スタブ線路を用いて、アンテナ素子と導体板との間にキャパシタンスを装荷することで共振周波数を低減し、アンテナ素子を小型化する技術についての各種の実施形態を説明した。各実施形態では、スタブ線路の構造、スタブ線路とアンテナ素子および導体板との接続関係と位置関係、スタブ線路の数（単体あるいは複数）について、本発明を実施するために好ましい限定がされているが、これらに限らず、各実施形態の構造を用いて、それぞれ異なる構造のスタブ線路を組み合わせた実施形態であっても良い。 As described above, various embodiments of the technology for reducing the resonance frequency by loading the capacitance between the antenna element and the conductor plate by using the stub line and miniaturizing the antenna element have been described. In each of the embodiments, a preferable limitation for implementing the present invention is made with respect to the structure of the stub line, the connection relationship and the positional relationship between the stub line, the antenna element, and the conductor plate, and the number (single or plural) of the stub lines. However, the present invention is not limited to these, and embodiments in which stub lines having different structures are combined using the structures of the embodiments may be used.
例えば、第４の実施形態において、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて２種類の異なる構造のスタブ線路を配置した実施形態であっても良い。また、第５の実施形態において、第１、第２、第３の実施形態を組み合わせて３種類の異なる構造のスタブ線路を組み合わせた実施形態であっても良い。 For example, in the fourth embodiment, an embodiment in which stub lines having two different structures are arranged by combining the first embodiment and the second embodiment may be used. In the fifth embodiment, the first, second, and third embodiments may be combined to combine three different types of stub lines.
また、上記の第1から第6の実施形態では、アンテナ素子の形状を四辺形としたが、四辺形に限定されることはなく、任意の多辺形を使用することができる。この場合、多辺形の各辺にはスリットを設ける必要がなく、製造の際のアンテナ素子の形成工程が容易となる。一方で、多辺形の辺にスリットを設けた場合でも、本発明の適用は可能である。 In the above first to sixth embodiments, the shape of the antenna element is a quadrilateral. However, the shape is not limited to a quadrilateral, and any polygon can be used. In this case, it is not necessary to provide a slit on each side of the polygon, and the antenna element forming process during manufacture is facilitated. On the other hand, even when a slit is provided on a side of a polygon, the present invention can be applied.
また、上記の第1から第6の実施形態では、スタブ線路を用いてアンテナ素子と導体板との間にキャパシタンスを装荷することを特徴とするが、導体板をグランドと接続した接地導体板とすることができる。すなわち、接地された導体板とアンテナ素子との間にスタブ線路を用いてキャパシタンスを装荷することができる。 In the first to sixth embodiments, the capacitance is loaded between the antenna element and the conductor plate using a stub line, and a ground conductor plate in which the conductor plate is connected to the ground; can do. That is, a capacitance can be loaded using a stub line between the grounded conductor plate and the antenna element.
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it is also included within the scope of the present invention. Not too long. Moreover, although a part or all of said embodiment can be described also as the following additional remarks, it is not restricted to the following.
付記
（付記１）
基板の一方の面に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子と対向する面に設けられた導体板と、前記アンテナ素子と前記導体板との間に容量を装荷する容量装荷手段とを備え、前記容量装荷手段は前記アンテナ素子と前記導体板の少なくとも一方と導通している、平面アンテナ。
（付記２）
前記導体板がグランドに接続されている、付記１記載の平面アンテナ。
（付記３）
前記容量装荷手段は前記アンテナ素子の端部に前記アンテナ素子に対向して備えられた、付記１または２記載の平面アンテナ。
（付記４）
前記アンテナ素子の中心から周辺方向へオフセットした位置に前記アンテナ素子に電力を給電する給電部を有し、前記容量装荷手段は、前記給電部の前記オフセットの方向に沿った前記アンテナ素子の端部に備えられた、付記１から３の何れか１項記載の平面アンテナ。
（付記５）
前記容量装荷手段の一端は前記導体板と導通し、前記容量装荷手段の他端は開放端であり、前記容量装荷手段と前記アンテナ素子との距離は、前記容量装荷手段と前記導体板との距離よりも短い、付記１から４の何れか１項記載の平面アンテナ。
（付記６）
前記容量装荷手段の一端は前記アンテナ素子と導通し、前記容量装荷手段の他端は開放端であり、前記容量装荷手段と前記導体板との距離は、前記容量装荷手段と前記アンテナ素子との距離よりも短い、付記１から４の何れか１項記載の平面アンテナ。
（付記７）
前記容量装荷手段の長さは、アンテナ動作時の共振周波数に相当する波長の１／４以下である、付記５または６記載の平面アンテナ。
（付記８）
前記容量装荷手段の一端は前記アンテナ素子と導通し、前記容量装荷手段の他端は前記導体板と導通し、前記容量装荷手段と前記アンテナ素子との距離は、前記容量装荷手段と前記導体板との距離よりも短い、付記１から４の何れか１項記載の平面アンテナ。
（付記９）
前記容量装荷手段の長さは、アンテナ動作時の共振周波数に相当する波長の１／４以上かつ１／２以下である、付記８記載の平面アンテナ。
（付記１０）
前記容量装荷手段は、前記アンテナ素子の端部に、少なくとも１つ備えられた、付記１から９の何れか１項記載の平面アンテナ。
（付記１１）
前記アンテナ素子は多辺形である、付記１から１０の何れか１項記載の平面アンテナ。
（付記１２）
前記多辺形の各辺にはスリットのない、付記１１記載の平面アンテナ。
（付記１３）
前記多辺形は四辺形である、付記１１または１２記載の平面アンテナ。
（付記１４）
前記給電部は、前記四辺形の前記アンテナ素子の中心から前記アンテナ素子の四辺形の任意の辺に沿った方向にオフセットした位置に配置された、付記１３記載の平面アンテナ。
（付記１５）
前記容量装荷手段は、前記給電部の前記オフセットの方向に沿った前記アンテナ素子の端部に備えられた、付記１４記載の平面アンテナ。
（付記１６）
前記容量装荷手段は、共振時の前記アンテナ素子と前記導体板との間の基本波モードの電界分布における電界がゼロでない位置に配置された、付記１から１５の何れか１項記載の平面アンテナ。
Appendix (Appendix 1)
An antenna element provided on one surface of the substrate, a conductor plate provided on a surface facing the antenna element, and a capacity loading means for loading a capacity between the antenna element and the conductor plate, The capacitive loading means is a planar antenna that is electrically connected to at least one of the antenna element and the conductor plate.
(Appendix 2)
The planar antenna according to
(Appendix 3)
The planar antenna according to
(Appendix 4)
A feed section that feeds power to the antenna element at a position offset in a peripheral direction from the center of the antenna element, and the capacity loading means includes an end portion of the antenna element along the offset direction of the feed section The planar antenna according to any one of
(Appendix 5)
One end of the capacitive loading means is electrically connected to the conductor plate, the other end of the capacitive loading means is an open end, and the distance between the capacitive loading means and the antenna element is the distance between the capacitive loading means and the conductive plate. The planar antenna according to any one of
(Appendix 6)
One end of the capacitive loading means is electrically connected to the antenna element, the other end of the capacitive loading means is an open end, and the distance between the capacitive loading means and the conductor plate is the distance between the capacitive loading means and the antenna element. The planar antenna according to any one of
(Appendix 7)
The planar antenna according to
(Appendix 8)
One end of the capacitive loading means is electrically connected to the antenna element, the other end of the capacitive loading means is electrically connected to the conductor plate, and the distance between the capacitive loading means and the antenna element is the distance between the capacitive loading means and the conductive plate. The planar antenna according to any one of
(Appendix 9)
The planar antenna according to appendix 8, wherein the length of the capacity loading means is not less than ¼ and not more than ½ of a wavelength corresponding to a resonance frequency during antenna operation.
(Appendix 10)
The planar antenna according to any one of
(Appendix 11)
The planar antenna according to any one of
(Appendix 12)
The planar antenna according to
(Appendix 13)
The planar antenna according to
(Appendix 14)
The planar antenna according to appendix 13, wherein the feeding portion is disposed at a position offset from a center of the quadrilateral antenna element in a direction along an arbitrary side of the quadrilateral of the antenna element.
(Appendix 15)
15. The planar antenna according to appendix 14, wherein the capacity loading means is provided at an end of the antenna element along the offset direction of the power feeding unit.
(Appendix 16)
The planar antenna according to any one of
１ プリント基板
２ アンテナ素子
３ 導体板
４ 給電部
５、９、１１ スタブ線路
６ 線路Ａ
７ 線路Ｂ
８ 線路Ｃ
１０ 線路Ｄ
DESCRIPTION OF
7 Track B
8 Track C
10 Line D
Claims (10)
前記容量装荷手段は前記アンテナ素子と前記導体板の少なくとも一方と導通している、平面アンテナ。 An antenna element provided on one surface of the substrate, a conductor plate provided on a surface facing the antenna element, and a capacity loading means for loading a capacity between the antenna element and the conductor plate,
The capacitive loading means is a planar antenna that is electrically connected to at least one of the antenna element and the conductor plate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012255309A JP2014103591A (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Planar antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012255309A JP2014103591A (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Planar antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012255309A Pending JP2014103591A (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Planar antenna |
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| JP (1) | JP2014103591A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10916822B2 (en) | 2017-05-29 | 2021-02-09 | Ricoh Company, Ltd. | Antenna device and method for producing antenna device |
| US11824259B2 (en) | 2017-08-21 | 2023-11-21 | Denso Corporation | Antenna device |
-
2012
- 2012-11-21 JP JP2012255309A patent/JP2014103591A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| US10916822B2 (en) | 2017-05-29 | 2021-02-09 | Ricoh Company, Ltd. | Antenna device and method for producing antenna device |
| US11824259B2 (en) | 2017-08-21 | 2023-11-21 | Denso Corporation | Antenna device |
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