JP2014121014A

JP2014121014A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2014121014A
Application number: JP2012276101A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yanagi; 政宏柳; Hideaki Yoda; 秀昭依田
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-30
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: JP6059001B2; US9130276B2; US20140168028A1

Abstract

【課題】
小型化を図ったアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】
アンテナ装置は、基板と、前記基板に配設される第１グランドエレメントと、前記基板に配設され、平面視で前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する一端から、前記端辺から離間する方向に位置する他端まで伸延するアンテナエレメントと、前記基板に配設され、前記第１グランドエレメントに接続されるとともに前記アンテナエレメントから絶縁され、平面視で前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する一端から折り曲げ部まで前記端辺から離間する方向に伸延し、前記折り曲げ部から他端まで前記端辺に沿って伸延するとともに、前記折り曲げ部と前記他端の間の部分が前記アンテナエレメントと交差する無給電エレメントとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来より、給電素子としての逆Ｆアンテナと、所定の素子長を有する無給電素子とをグランド板上に立設した広帯域アレーアンテナがある。この広帯域アレーアンテナでは、無給電素子の一部が給電素子と所要の間隔をあけて上方に位置するよう配設されるとともに、無給電素子と給電素子の各素子長がお互いに異なるように設定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１６０７１０号公報

ところで、従来の広帯域アレーアンテナのようなアンテナ装置では、逆Ｆアンテナと無給電素子とがグランド板上に立設されているため、小型化を図ることが困難であった。

そこで、本発明は、小型化を図ったアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面のアンテナ装置は、基板と、前記基板に配設される第１グランドエレメントと、前記基板に配設され、平面視で前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する一端から、前記端辺から離間する方向に位置する他端まで伸延するアンテナエレメントと、前記基板に配設され、前記第１グランドエレメントに接続されるとともに前記アンテナエレメントから絶縁され、平面視で前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する一端から折り曲げ部まで前記端辺から離間する方向に伸延し、前記折り曲げ部から他端まで前記端辺に沿って伸延するとともに、前記折り曲げ部と前記他端の間の部分が前記アンテナエレメントと交差する無給電エレメントとを含む。

小型化を図ったアンテナ装置を提供できるという特有の効果が得られる。

実施の形態のアンテナ装置１００を示す斜視図である。実施の形態のアンテナ装置１００の表面（Ａ）と裏面（Ｂ）を示す図である。実施の形態のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性と、アンテナ装置１００から無給電エレメント１４０を取り除いたアンテナ装置のＶＳＷＲ特性とを示す図である。アンテナエレメント１２０の位置をずらしたアンテナ装置１００を示す斜視図である。点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さをずらした場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。無給電エレメント１４０の位置をずらしたアンテナ装置１００を示す斜視図である。端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さをずらした場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。無給電エレメント１４０の長さを調整したアンテナ装置１００を示す斜視図である。折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さを２１ｍｍ（Ａ）、２０ｍｍ（Ｂ）、１５ｍｍ（Ｃ）、１０ｍｍ（Ｄ）、４ｍｍ（Ｅ）、０ｍｍ（Ｆ）に設定した場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。無給電エレメント１４０の太さを調整したアンテナ装置１００を示す斜視図である。折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さを０．５ｍｍ（Ａ）、３ｍｍ（Ｂ）、１０ｍｍ（Ｃ）、１５ｍｍ（Ｄ）に設定した場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。

以下、本発明のアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のアンテナ装置１００を示す斜視図である。図２は、実施の形態のアンテナ装置１００の表面（Ａ）と裏面（Ｂ）を示す図である。図１及び図２では、図示するように、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。

アンテナ装置１００は、基板１１０、アンテナエレメント１２０、グランドエレメント１３０Ａ、１３０Ｂ、及び無給電エレメント１４０を含む。

基板１１０は、例えば、ＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）等の規格に準じたプリント基板を用いることができる。また、基板１１０は、例えば、ポリイミド樹脂フィルムのように可撓性を有する基板であってもよい。

基板１１０は、平面視で矩形状であり、より具体的には、Ｙ軸方向に長い長方形の形状を有する。基板１１０は、平面視で、４つの端辺１１０Ｘ１、１１０Ｘ２、１１０Ｙ１、及び１１０Ｙ２を有する長方形の形状を有する。

アンテナエレメント１２０は、基板１１０の一方の面（図２（Ａ）に示される面）に形成される。アンテナエレメント１２０の一端は給電点１２１であり、平面視で矩形状のグランドエレメント１３０Ａの端辺１３１Ａの近傍に配設される。

アンテナエレメント１２０は、平面視でグランドエレメント１３０Ａの端辺１３１Ａの近傍に位置する給電点１２１から、端辺１３１Ａから離間するＹ軸正方向側に位置する他端である端部１２２まで伸延する。

アンテナエレメント１２０は、モノポールアンテナであり、給電点１２１において給電される。給電点１２１と端部１２２との間の長さは、アンテナ装置１００の通信周波数（共振周波数）における波長（λ）の１／４の長さ（λ／４）に設定される。

モノポールアンテナの実効長は、基板１１０の誘電率等によって変わるため、アンテナエレメント１２０の長さ（給電点１２１と端部１２２との間の長さ）は、基板１１０の誘電率等を考慮して約λ／４になるように設定すればよい。

また、アンテナエレメント１２０の給電点１２１への給電は、例えば、送受信機等の送受信端子に接続された同軸ケーブルの芯線を給電点１２１に接続することによって行えばよい。この場合に、給電点１２１のＹ軸負方向側に位置するグランドエレメント１３０Ａの端辺１３１Ａの近傍の点に、同軸ケーブルのシールド線を接続すればよい。このように同軸ケーブルのシールド線を接続する点を給電点１３２として図２（Ａ）に示す。給電点１３２は、給電点１２１に対応する位置に存在する。

また、例えば、同軸ケーブルを用いて給電を行う代わりに、送受信機等をグランドエレメント１３０Ａに実装して、送受信機の送受信端子を給電点１２１に接続してもよい。この場合に、送受信機等のグランド端子をグランドエレメント１３０Ａに接続すればよい。

また、アンテナエレメント１２０は、給電点１２１と端部１２２との間の点１２３において、平面視で、無給電エレメント１４０と交差する。

このようなアンテナエレメント１２０は、例えば、基板１１０の一方の面に貼り付けられた銅箔をエッチング処理等でパターニングすることによって形成することができる。なお、ここでは、アンテナエレメント１２０が銅製である形態について説明するが、アンテナエレメント１２０は、銅に限らず他の種類の金属によって形成されていてもよい。アンテナエレメント１２０は、例えば、アルミニウム製であってもよい。

ここで、グランドエレメント１３０Ａは、基板１１０の一方の面の全体のうち、Ｙ軸負方向側に位置する約半分の領域に形成されている。グランドエレメント１３０Ａは、Ｘ軸方向においては、基板１１０の両端を除く全体に形成されている。

アンテナエレメント１２０は、Ｙ軸に沿って形成されており、Ｘ軸方向における位置は、一例として、基板１１０の長手方向の中心軸よりもＸ軸正方向側である。アンテナエレメント１２０のＸ軸方向における位置の詳細については後述する。

なお、図２（Ｂ）には、グランドエレメント１２０を破線で示す。

グランドエレメント１３０Ａは、平面視で矩形状であり、基板１１０の一方の面（図２（Ａ）に示す面）の全体のうち、Ｙ軸負方向側に位置する約半分の領域に形成されている。グランドエレメント１３０Ａは、Ｘ軸方向においては、基板１１０の両端を除く全体に形成されている。すなわち、グランドエレメント１３０Ａは、基板１１０の一方の面のＹ軸負方向側の約半分の領域内において、矩形状に形成されている。グランドエレメント１３０Ａは、第１グランドエレメント又は第２グランドエレメントの一例である。

グランドエレメント１３０Ａは、４つの端辺１３１Ａ、１３２Ａ、１３３Ａ、及び１３４Ａを有する。これらのうち、端辺１３２Ａ、１３３Ａ、及び１３４Ａは、基板１１０の縁に沿って延在している。

また、端辺１３１Ａは、基板１１０の一方の面のうち、グランドエレメント１３０Ａが形成されていないＹ軸正方向側の領域との境界に位置しており、Ｘ軸方向に延在している。

グランドエレメント１３０Ａの端辺１３１Ａの近傍において、給電点１２１に対応する位置には、同軸ケーブルのシールド線が接続される給電点１３２が設けられている。グランドエレメント１３０Ａは、給電点１３２で同軸ケーブルのシールド線に接続される。

このようなグランドエレメント１３０Ａは、例えば、基板１１０の一方の面に貼り付けられた銅箔をエッチング処理等でパターニングすることによって形成することができる。なお、ここでは、グランドエレメント１３０Ａが銅製である形態について説明するが、グランドエレメント１３０Ａは、銅に限らず他の種類の金属によって形成されていてもよい。グランドエレメント１３０Ａは、例えば、アルミニウム製であってもよい。

グランドエレメント１３０Ｂは、基板１１０の他方の面（図２（Ｂ）に示す面）において、平面視でグランドエレメント１３０Ａと重複する領域に形成されている。ここで、グランドエレメント１３０Ａが第１グランドエレメントの一例である場合は、グランドエレメント１３０Ｂは第２グランドエレメントの一例である。また、グランドエレメント１３０Ａが第２グランドエレメントの一例である場合は、グランドエレメント１３０Ｂは第１グランドエレメントの一例である。

グランドエレメント１３０Ｂは、基板１１０を貫通するビア１５０によってグランドエレメント１３０Ａに接続されることにより、グランド電位に保持される。ビア１５０は、平面視でグランドエレメント１３０Ａ、１３０Ｂが形成される領域内に複数設けられる。

グランドエレメント１３０Ｂは、４つの端辺１３１Ｂ、１３２Ｂ、１３３Ｂ、及び１３４Ｂを有する。端辺１３１Ａ、１３１Ｂ、１３２Ｂ、１３３Ｂ、及び１３４Ｂは、それぞれ、平面視で端辺１３１Ａ、１３２Ａ、１３３Ａ、及び１３４Ａに重なる位置に存在する。

グランドエレメント１３０ＢのＸ軸正方向側かつＹ軸正方向側に位置する角部１３０Ｂ１には、無給電エレメント１４０の端部１４１が接続されている。角部１３０Ｂ１は、端辺１３１Ｂと端辺１３２Ｂとが交わる頂点に存在する。

このようなグランドエレメント１３０Ｂは、例えば、基板１１０の他方の面に貼り付けられた銅箔をエッチング処理等でパターニングすることによって形成することができる。なお、ここでは、グランドエレメント１３０Ｂが銅製である形態について説明するが、グランドエレメント１３０Ｂは、銅に限らず他の種類の金属によって形成されていてもよい。グランドエレメント１３０Ｂは、例えば、アルミニウム製であってもよい。また、グランドエレメント１３０Ｂは、無給電エレメント１４０と同時に形成すればよい。

無給電エレメント１４０は、図２（Ｂ）に示すように、一端である端部１４１がグランドエレメント１３０Ｂの角部１３０Ｂ１に接続されるＬ字型の無給電素子である。

無給電エレメント１４０は、グランドエレメント１３０Ｂの角部１３０Ｂ１に接続される端部１４１からＹ軸正方向側に延伸し、折り曲げ部１４２でＸ軸負方向側に９０度折り曲げられ、端辺１３１Ｂに沿って端部１４３まで伸延している。端部１４３は、基板１１０のＸ軸負方向側においてＹ軸方向に延在する端辺１１０Ｙ１の近傍に位置する。

このような無給電エレメント１４０は、グランドエレメント１３０Ｂに接続されていて、かつ、給電を受けないことから、寄生エレメントとして取り扱うこともできる。

無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さは、アンテナ装置１００の通信周波数（共振周波数）における波長（λ）の１／４の長さ（λ／４）に設定される。

ここで、無給電エレメント１４０の長さは、基板１１０の誘電率等の影響を受けるため、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さは、基板１１０の誘電率等を考慮して約λ／４になるように設定すればよい。

無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分は、平面視でアンテナエレメント１２０と交差している。図２（Ａ）、（Ｂ）に示す形態では、無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分は、平面視でアンテナエレメント１２０と直交している。図２（Ｂ）では、無給電エレメント１４０は、平面視において、点１４４でアンテナエレメント１２０と交差する。

また、無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分と、アンテナエレメント１２０とが交差する角度は９０度（直交）には限られず、９０度以外であってもよい。なお、図２（Ａ）には無給電エレメント１４０を破線で示す。

以上のような実施の形態のアンテナ装置１００において、アンテナエレメント１２０は、給電点１２１で給電されることにより、モノポールアンテナとして機能する。

また、アンテナエレメント１２０は、無給電エレメント１４０と結合することにより、低周波数側に帯域が拡がる。すなわち、広帯域化により、より低い周波数での動作領域において良好なアンテナ特性を得ることができるようになる。

このような傾向は、アンテナエレメント１２０の長さを短くして使用周波数（共振周波数）を高くしても同様に生じる。

従って、アンテナエレメント１２０の長さを短くして使用周波数（共振周波数）を高くしても、低周波数側に帯域が拡がっているため、使用周波数（共振周波数）においても良好なアンテナ特性が得られる。

このように、アンテナエレメント１２０を短くすることができるため、アンテナ装置１００の小型化を図ることができる。アンテナエレメント１２０の使用周波数（共振周波数）は、アンテナ装置１００の用途に応じて、適宜設定すればよい。

また、実施の形態のアンテナ装置１００では、アンテナエレメント１２０と無給電エレメント１４０との位置関係は、一例として以下のように設定することが好適である。

アンテナエレメント１２０のＸ軸方向における位置は、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが通信周波数（アンテナ装置１００の共振周波数）における波長（λ）の１／２０（λ／２０）になるように決定されることが好適である。

また、無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分がグランドエレメント１３０Ｂの端辺１３１Ｂ（グランドエレメント１３０Ａの端辺１３１Ａ）からＹ軸方向に離間する長さは、通信周波数における波長（λ）の１／２０（λ／２０）になるように決定されることが好適である。すなわち、端部１４１から折り曲げ部１４２までの長さが、通信周波数（アンテナ装置１００の共振周波数）における波長（λ）の１／２０（λ／２０）になるように決定されることが好適である。

ここで、通信周波数が無線ＬＡＮ（Local Area Network）用に２．４５ＧＨｚに設定される場合は、一例として、アンテナエレメント１２０の給電点１２１と端部１２２との間の長さは２０ｍｍにすればよい。また、上述のλ／２０は４ｍｍに設定すればよい。

また、グランドエレメント１３０Ａ及び１３０ＢのＸ軸方向の長さは２０ｍｍ、グランドエレメント１３０Ａ及び１３０ＢのＹ軸方向の長さは２５ｍｍにすればよい。

また、グランドエレメント１３０Ａの端辺１３２Ａ、１３３Ａ、及び１３４Ａと、基板１１０の端辺１１０Ｙ２、１１０Ｘ１、及び１１０Ｙ１との間の長さ（基板１１０の端部でグランドエレメント１３０Ａが形成されない部分の余裕代）は、例えば、０．５ｍｍに設定すればよい。これは、グランドエレメント１３０Ｂについても同様である。

なお、アンテナエレメント１２０の線幅、及び、無給電エレメント１４０の線幅は、アンテナ装置１００の通信特性等との兼ね合いで適切な値に設定すればよいが、例えば、０．５ｍｍに設定すればよい。

次に、図３乃至図１１を用いて、アンテナ装置１００の各部の寸法等を変えた場合のＶＳＷＲ特性について説明する。

図３は、実施の形態のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：定在波比）特性と、アンテナ装置１００から無給電エレメント１４０を取り除いたアンテナ装置のＶＳＷＲ特性とを示す図である。

図３では、実施の形態のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性を実線で示し、アンテナ装置１００から無給電エレメント１４０を取り除いたアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を破線で示す。

実線で示すＶＳＷＲ特性は、実施の形態のアンテナ装置１００において、各点の寸法を以下のように設定した場合に得たものである。

点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さは、λ／２０（４ｍｍ）であり、無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分がグランドエレメント１３０Ｂの端辺１３１ＢからＹ軸方向に離間する長さは、λ／２０（４ｍｍ）である。

また、アンテナエレメント１２０の給電点１２１と端部１２２との間の長さは２０ｍｍであり、グランドエレメント１３０Ａ及び１３０ＢのＸ軸方向の長さは２０ｍｍ、グランドエレメント１３０Ａ及び１３０ＢのＹ軸方向の長さは２５ｍｍである。

アンテナ装置１００から無給電エレメント１４０を取り除いたアンテナ装置とは、上述のように各部の寸法を設定した実施の形態のアンテナ装置１００から、無給電エレメント１４０を取り除いたアンテナ装置であり、グランドエレメント１３０Ｂを含む。

すなわち、図３に示す実線の特性と破線の特性は、無給電エレメント１４０の有無だけによるＶＳＷＲ特性の違いを示す。図３に示すＶＳＷＲ特性は、電磁界シミュレーションによって得たものである。

図３に実線で示すように、実施の形態のアンテナ装置１００は、約２．４３ＧＨｚから約３．１５ＧＨｚの間でＶＳＷＲが２．０以下になる良好なＶＳＷＲ特性を示した。最小値は約１．１であり、２．４５ＧＨｚでは約１．２であった。

一方、図３に破線で示すように、実施の形態のアンテナ装置１００から無給電エレメント１４０を取り除いたアンテナ装置は、約２．５７ＧＨｚから約３．１ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲが２．０以下になるＶＳＷＲ特性を示した。ＶＳＷＲ値の最小値は約１．４であるが、２．４５ＧＨｚでは約３．２であった。

以上より、無給電エレメント１４０を取り付けることにより、広帯域化を行うことができることが分かった。

また、ＶＳＷＲ特性における最小値が得られる帯域が、低周波数側にシフトすることが分かった。これは、アンテナエレメント１２０と無給電エレメント１４０が結合することにより、低周波数側に帯域が拡がったものと考えられる。

ここで、アンテナエレメント１２０の長さを短くすると、ＶＳＷＲ特性は高周波数側にシフトする。

従って、無給電エレメント１４０を追加してＶＳＷＲ特性を低周波数側にシフトさせるとともに、アンテナエレメント１２０の長さを短くすることにより、所望の２．４５ＧＨｚにおけるＶＳＷＲ特性を改善するとともに、アンテナ装置１００の小型化を図ることができる。なお。これは、無給電エレメント１４０についても同様と考えられる。

以上より、無給電エレメント１４０を含むアンテナ装置１００では、小型化を図ることができる。

次に、図４及び図５を用いて、アンテナエレメント１２０の位置をＸ軸方向にずらした場合のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性について説明する。

図４は、アンテナエレメント１２０の位置をずらしたアンテナ装置１００を示す斜視図である。

ここで、アンテナエレメント１２０の位置をＸ軸方向にずらすことは、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さを変えることに相当する。点１２３（図２（Ａ）参照）は、点１４４（図２（Ｂ）参照）と同じ位置にあるため、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さを変えることは、点１４４と折り曲げ部１４２との間の長さを変えることと同義である。

図４（Ｄ）は、図１と同一のアンテナ装置１００を示す。すなわち、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さは、λ／２０（４ｍｍ）である。

図４（Ｃ）では、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さがλ／８（１０ｍｍ）になるように、アンテナエレメント１２０をＸ軸負方向側に移動してある。

また、図４（Ｂ）、（Ｃ）では、それぞれ、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが１５ｍｍ、２０ｍｍになるように、アンテナエレメント１２０をＸ軸負方向側に移動してある。

また、図４（Ｅ）、（Ｆ）では、それぞれ、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが２ｍｍ、１ｍｍになるように、アンテナエレメント１２０をＸ軸正方向側に移動してある。

図５は、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さを１ｍｍから２０ｍｍまで１ｍｍずつずらした場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。ここでは、２０個の特性を１つの図に示すと見にくくなるため、図５（Ａ）には点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが１ｍｍ〜５ｍｍの場合を示し、図５（Ｂ）には点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが６ｍｍ〜１０ｍｍの場合を示す。図５（Ｃ）には点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが１１ｍｍ〜１５ｍｍの場合を示し、図５（Ｄ）には点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが１６ｍｍ〜２０ｍｍの場合を示す。

図５（Ａ）〜（Ｄ）において、２．４５ＧＨｚでのＶＳＷＲの値に基づいて判断すると、良好な結果が得られたのは、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの場合であった。これらのうち、４ｍｍの場合が最も帯域が拡がる結果となった。

なお、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さが７ｍｍ以上になると、ＶＳＷＲの値が上昇するとともに、帯域が狭くなる傾向が分かった。

以上より、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さを、４ｍｍ〜６ｍｍの範囲に設定した場合に、実施の形態のアンテナ装置１００において、所望の周波数である２．４５ＧＨｚ前後において帯域が拡がり、良好なＶＳＷＲ値が得られることが分かった。４ｍｍ〜６ｍｍは、周波数が２．４５ＧＨｚの場合における波長λ（約８０ｍｍ）を用いると、λ／２０〜３λ／４０と表せる。

上述のように、アンテナエレメント１２０の長さを短くすると、ＶＳＷＲ特性は高周波数側にシフトする。

このため、無給電エレメント１４０を含むアンテナ装置１００では、点１２３と折り曲げ部１４２との間の長さを４ｍｍ〜６ｍｍ（λ／２０〜３λ／４０）の範囲に設定して低周波数側への広帯域化を図ることにより、アンテナ装置１００の小型化を図ることができる。

次に、無給電エレメント１４０の端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さを調節することにより、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分と、グランドエレメント１３０Ｂの端辺１３１Ｂとの間の距離を変えた場合のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性について説明する。

なお、ここでは、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分の長さは一定でλ／４（２０ｍｍ）とする。

図６は、無給電エレメント１４０の位置をずらしたアンテナ装置１００を示す斜視図である。

図６（Ｃ）は、図１と同一のアンテナ装置１００を示す。すなわち、端部１４１と折り曲げ部１４２（図２（Ｂ）参照）との間の長さは、λ／２０（４ｍｍ）である。

図６（Ｂ）、（Ａ）では、それぞれ、端部１４１と折り曲げ部１４２（図２（Ｂ）参照）との間の長さが２ｍｍ、１ｍｍになるように、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分をＹ軸負方向側に移動してある。

また、図６（Ｄ）、（Ｅ）では、それぞれ、端部１４１と折り曲げ部１４２（図２（Ｂ）参照）との間の長さが１０ｍｍ、１５ｍｍになるように、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の部分をＸ軸正方向側に移動してある。

図７は、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さを１ｍｍから１５ｍｍまで１ｍｍずつずらした場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。

ここでは、１５個の特性を１つの図に示すと見にくくなるため、図７（Ａ）には端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さが１ｍｍ〜５ｍｍの場合を示し、図７（Ｂ）には端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さが６ｍｍ〜１０ｍｍの場合を示し、図７（Ｃ）には端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さが１１ｍｍ〜１５ｍｍの場合を示す。

図７（Ａ）〜（Ｃ）において、２．４５ＧＨｚでのＶＳＷＲの値に基づいて判断すると、良好な結果が得られたのは、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さが３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの場合であった。これらのうち、４ｍｍの場合が最も帯域が拡がる結果となった。

なお、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さが６ｍｍ以上になると、ＶＳＷＲの値が上昇するとともに、帯域が狭くなる傾向が分かった。

以上より、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さを、３ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定した場合に、実施の形態のアンテナ装置１００において、所望の周波数である２．４５ＧＨｚ前後において帯域が拡がり、良好なＶＳＷＲ値が得られることが分かった。

３ｍｍ〜５ｍｍは、周波数が２．４５ＧＨｚの場合における波長λ（約８０ｍｍ）を用いると、３λ／８０〜５λ／８０と表せる。

このため、無給電エレメント１４０を含むアンテナ装置１００では、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の長さを３ｍｍ〜５ｍｍ（３λ／８０〜５λ／８０）の範囲に設定して低周波数側への広帯域化を図ることにより、アンテナ装置１００の小型化を図ることができる。

次に、無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さを調節した場合のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性について説明する。

ここでは、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の部分の長さは一定でλ／２０（４ｍｍ）とし、折り曲げ部１４２から端部１４３までの長さを調整する。折り曲げ部１４２から端部１４３までの長さを調整すると、折り曲げ部１４２から端部１４３までの長さは、λ／４より短く、又は、長くなる。

図８は、無給電エレメント１４０の長さを調整したアンテナ装置１００を示す斜視図である。

図８（Ｂ）は、図１と同一のアンテナ装置１００を示す。すなわち、折り曲げ部１４２と端部１４３（図２（Ｂ）参照）との間の長さは、λ／４（２０ｍｍ）である。

図８（Ａ）では、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さが２１ｍｍになるように、端部１４３をＸ軸負方向側に伸延してある。なお、電磁界シミュレーションでは、基板１１０の端辺１１０Ｙ１（図２（Ａ）参照）を１ｍｍだけＸ軸負方向側に移動させることにより、基板１１０のＸ軸方向の幅を拡げてある。

また、図８（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）では、それぞれ、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さが１５ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ、０ｍｍになるように、端部１４３をＸ軸正方向側に移動してある。

図９は、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さを２１ｍｍ（Ａ）、２０ｍｍ（Ｂ）、１５ｍｍ（Ｃ）、１０ｍｍ（Ｄ）、４ｍｍ（Ｅ）、０ｍｍ（Ｆ）に設定した場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。

図９において、２．４５ＧＨｚでのＶＳＷＲの値に基づいて判断すると、良好な結果が得られたのは、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さが２１ｍｍと２０ｍｍの場合であった。これらのうち、２０ｍｍの場合が最もＶＳＷＲ値が低く、良好な結果となった。

なお、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さが１５ｍｍ以下になると、ＶＳＷＲの値が上昇するとともに、高周波数側にシフトする傾向があることが分かった。

以上より、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さを、２０ｍｍ程度に設定した場合に、実施の形態のアンテナ装置１００において、所望の周波数である２．４５ＧＨｚ前後において帯域が拡がり、良好なＶＳＷＲ値が得られることが分かった。

このため、無給電エレメント１４０を含むアンテナ装置１００では、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の長さを２０ｍｍ程度に設定して低周波数側への広帯域化を図ることにより、アンテナ装置１００の小型化を図ることができる。

次に、無給電エレメント１４０の折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さを調節した場合のアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性について説明する。

ここで、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さを調整することにより、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の部分の長さはλ／２０（４ｍｍ）よりも短くなる。

図１０は、無給電エレメント１４０の太さを調整したアンテナ装置１００を示す斜視図である。

図１０（Ａ）は、図１と同一のアンテナ装置１００を示す。すなわち、折り曲げ部１４２と端部１４３（図２（Ｂ）参照）との間の太さは、０．５ｍｍである。

図１０（Ｂ）では、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さが３ｍｍであり、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の部分の長さは１ｍｍである。

図１０（Ｃ）では、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さが１０ｍｍであり、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の部分の長さは１ｍｍである。

図１０（Ｄ）では、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さが１５ｍｍであり、端部１４１と折り曲げ部１４２との間の部分の長さは１ｍｍである。

図１１は、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さを０．５ｍｍ（Ａ）、３ｍｍ（Ｂ）、１０ｍｍ（Ｃ）、１５ｍｍ（Ｄ）に設定した場合にアンテナ装置１００で得られるＶＳＷＲ特性を示す図である。

図１１において、２．４５ＧＨｚでのＶＳＷＲの値に基づいて判断すると、すべての場合において、２．４５ＧＨｚでＶＳＷＲ値が２．０未満となり、良好な特性が得られた。

中でも、特に良好な結果が得られたのは、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さが０．５ｍｍの場合であった。

以上より、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さを０．５ｍｍに設定した場合に、実施の形態のアンテナ装置１００において、所望の周波数である２．４５ＧＨｚ前後において帯域が拡がり、良好なＶＳＷＲ値が得られることが分かった。

このため、無給電エレメント１４０を含むアンテナ装置１００では、折り曲げ部１４２と端部１４３との間の太さを０．５ｍｍに設定して低周波数側への広帯域化を図ることにより、アンテナ装置１００の小型化を図ることができる。

以上、実施の形態によれば、小型化を図ったアンテナ装置１００の小型化を提供することができる。

なお、以上では、アンテナ装置１００が２つのグランドエレメント１３０Ａと１３０Ｂを含む形態について説明したが、グランドエレメント１３０Ａ又は１３０Ｂのいずれか一方のみを含む構成であってもよい。

例えば、グランドエレメント１３０Ａのみを含む場合は、無給電エレメント１４０の端部１４１を、基板１１０を貫通するビアを介してグランドエレメント１３０Ａに接続すればよい。

また、例えば、グランドエレメント１３０Ｂのみを含む場合は、同軸ケーブルのシールド線を、基板１１０を貫通するビアを介してグランドエレメント１３０Ｂに接続すればよい。

また、以上では、基板１１０の一方の面にアンテナエレメント１２０とグランドエレメント１３０Ａが形成され、他方の面に無給電エレメント１４０とグランドエレメント１３０Ｂが形成される形態について説明した。

しかしながら、アンテナエレメント１２０、グランドエレメント１３０Ａ、１３０Ｂ、及び無給電エレメント１４０は、平面視において上述のような位置関係で配設されていればよいため、上述のように基板１１０の一方の面と他方の面に形成される形態に限られない。

例えば、基板１１０が内層の導電層を含む多層基板である場合は、アンテナエレメント１２０、グランドエレメント１３０Ａ、１３０Ｂ、及び無給電エレメント１４０は、基板１１０の表面、内層面、又は裏面のいずれに形成されてもよい。この場合に、平面視において上述のような位置関係を実現するためには、多層基板の絶縁層を貫通するビア等を用いて、アンテナエレメント１２０、グランドエレメント１３０Ａ、１３０Ｂ、及び無給電エレメント１４０を電気的に接続すればよい。

また、この場合に、グランドエレメント１３０Ａ又は１３０Ｂのいずれか一方のみを含む構成としてもよい。

また、以上では、無給電エレメント１４０の端部１４１がグランドエレメント１３０Ｂの角部１３０Ｂ１に接続される形態について説明したが、所望の通信特性が確保されるのであれば、無給電エレメント１４０は端部１４１以外の点でグランドされていてもよい。

例えば、アンテナ装置１００がグランドエレメント１３０Ａのみを含む場合に、無給電エレメント１４０の端部１４１は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す位置よりも、Ｙ軸負方向側に伸延した位置にあってもよい。この場合において、無給電エレメント１４０は、図２（Ｂ）に端部１４１として示す位置において、基板１１０を貫通するビアを介してグランドエレメント１３０Ａに接続されていてもよい。

また、以上では、アンテナエレメント１２０の一端の給電点１２１が、グランドエレメント１３０Ａの端辺１３１Ａの近傍に配設される形態について説明した。端辺１３１Ａは直線状である。しかしながら、例えば、端辺１３１ＡにＹ軸負方向側に切り欠かれる凹部を設け、凹部の中まで給電点１２１を引き込んでもよい。このような構成は、特に、同軸ケーブルを用いて給電点１２１で給電を行う際に有効的である。

以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００アンテナ装置
１１０基板
１２０アンテナエレメント
１２１給電点
１２２端部
１２３点
１３０Ａ、１３０Ｂグランドエレメント
１３１Ａ端辺
１３１Ｂ端辺
１４０無給電エレメント
１４１端部
１４２折り曲げ部
１４３端部
１４４点

Claims

基板と、
前記基板に配設される第１グランドエレメントと、
前記基板に配設され、平面視で前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する一端から、前記端辺から離間する方向に位置する他端まで伸延するアンテナエレメントと、
前記基板に配設され、前記第１グランドエレメントに接続されるとともに前記アンテナエレメントから絶縁され、平面視で前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する一端から折り曲げ部まで前記端辺から離間する方向に伸延し、前記折り曲げ部から他端まで前記端辺に沿って伸延するとともに、前記折り曲げ部と前記他端の間の部分が前記アンテナエレメントと交差する無給電エレメントと
を含むアンテナ装置。
前記無給電エレメントは、前記第１グランドエレメントの端辺の近傍に位置する前記一端において、前記第１グランドエレメントに接続される、請求項１記載のアンテナ装置。
前記無給電エレメントは、前記基板の表面、裏面、又は内層面のうち、前記アンテナエレメントとは異なる面に配設される、請求項１又は２記載のアンテナ装置。
前記アンテナエレメントと前記無給電エレメントとが交差する点と、前記折り曲げ部との間の長さは、通信周波数における波長λの１／２０から３／４０である、請求項１乃至３のいずれか一項記載のアンテナ装置。
前記無給電エレメントの前記折り曲げ部と前記他端との間の長さは、通信周波数における波長λの３／８０〜５／８０である、請求項１乃至４のいずれか一項記載のアンテナ装置。
前記基板に配設される第２グランドエレメントをさらに含み、
前記基板の表面、裏面、又は内層面のうち、前記第１グランドエレメントと前記アンテナエレメントとは、前記基板の表面、裏面、又は内層面のうちの第１面に配設され、前記無給電エレメントと前記第２グランドエレメントとは、前記基板の表面、裏面、又は内層面のうちの第２面に配設される、請求項１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。