JP2014183355A - Small-sized antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型アンテナに係り、例えば、その一部が破断環状に形成された小型アンテナに関するものである。 The present invention relates to a small antenna, and, for example, relates to a small antenna in which a part thereof is formed in a broken ring shape.
携帯電話をはじめとして家電の制御や監視などの各分野において無線機器が幅広く使用されている。
そして無線機器では、高い放射効率を確保しつつ小型化することが可能なアンテナが要求されており、非特許文献１では、スプリットリング共振器（ＳＲＲ：Ｓｐｒｉｔ−Ｒｉｎｇ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を用いたアンテナの小型化が検討されている。
Wireless devices are widely used in various fields such as control and monitoring of home appliances including mobile phones.
In wireless devices, there is a demand for an antenna that can be miniaturized while ensuring high radiation efficiency. In
図１３は、ＳＲＲを用いた小型アンテナの構造を表したものである。
このＳＲＲでは、４層プリント基板の第１〜４層にＳＲＲパターンを重なるように形成し、各ＳＲＲパターンをビアで結合することで１つのＳＲＲとして機能させている。
ＳＲＲの形状は、図１３に示されるように、長辺の中央部が破断された破断環状部２６０と、破断環状部２６０の両端部から連続して形成され、破断環状部２６０の内側に向けて張り出したスプリット（Ｓｐｒｉｔ）部２７０とから形成されている。具体的には、凹字の内部中央の横線を取り除いた形状に形成されている。
このような構造のＳＲＲを用いた小型アンテナにより、従来のスロットアンテナやループアンテナに比べて、アンテナサイズが１０ｍｍ×４．５ｍｍと小型で必要な特性（比帯域幅、放射効率）を得ることができる。
FIG. 13 shows the structure of a small antenna using SRR.
In this SRR, an SRR pattern is formed so as to overlap the first to fourth layers of a four-layer printed circuit board, and each SRR pattern is connected by a via so as to function as one SRR.
As shown in FIG. 13, the shape of the SRR is formed continuously from the broken
The small antenna using the SRR having such a structure can obtain the necessary characteristics (specific bandwidth, radiation efficiency) with a small antenna size of 10 mm × 4.5 mm, compared with the conventional slot antenna and loop antenna. it can.
しかし、現在の電子機器においてはより設計の自由度を高め、製造コスト削減のためには、十分なアンテナ特性を維持しつつ、さらに小型化したアンテナが実現されることが望まれる。 However, in the current electronic equipment, in order to further increase the degree of design freedom and reduce the manufacturing cost, it is desired to realize a further miniaturized antenna while maintaining sufficient antenna characteristics.
本発明は、より小型化した小型アンテナを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a smaller antenna.
（１）請求項１に記載の発明では、破断部が形成された破断環状部と、前記破断環状部の破断部を形成する端部の一方と連続し、前記破断環状部の内側、又は外側方向に延設された第１スプリット部と、前記破断部を形成する端部の他方と連続し、前記第１スプリット部に対して所定間隔で並行して形成された第２スプリット部とからなるスプリット部と、前記破断環状部に接続された給電ラインと、を備え、前記破断環状部は、その形状の所定方向における端部に破断部が形成されていることを特徴とする小型アンテナを提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記破断環状部は、方形であり、その角に破断部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナを提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記第１スプリット部は前記破断環状部の内側に延設され、前記第１スプリット部と対向している、前記破断環状部の一部が前記第２スプリット部として機能している、ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナを提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記給電ラインは、前記破断環状部の前記所定方向における、前記破断部が形成されている側と反対側に接続されている、ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の小型アンテナを提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記破断環状部と、前記スプリット部が、絶縁層を介して複数層形成され、各層がビア接続され、前記給電ラインは、いずれか１の層に形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の記載の小型アンテナを提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記複数層形成された前記破断環状部の最上層と最下層は、グランドプレーンと連続して形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の小型アンテナを提供する。
(1) In the invention described in
(2) The invention according to
(3) In the invention described in claim 3, the first split portion extends inside the fracture annular portion, and a part of the fracture annular portion facing the first split portion is the first split portion. The small antenna according to
(4) In the invention described in
(5) In the invention described in
(6) In the invention described in
本発明によれば、破断環状部の形状の所定方向における端部に破断部が形成され、この破断端部に連続して容量性を装荷するスプリット部が形成されることで、アンテナをより小型化することができる。 According to the present invention, a broken portion is formed at an end portion in a predetermined direction of the shape of the broken annular portion, and a split portion that continuously loads the capacitance is formed at the broken end portion, thereby further reducing the size of the antenna. Can be
以下、本発明の小型アンテナにおける好適な実施の形態について、図１から図１２を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
図１３に示した従来のＳＲＲを用いた小型アンテナ（以下ＳＲＲ小型アンテナという）がスプリット部２７０を中心として破断環状部２６０が左右対称に形成されているのに対して、本実施形態では、スプリット部の左右いずれか一方の側でアンテナを形成することで、横幅約１／２のサイズ（面積１／２サイズ）の小型アンテナを実現している。
Hereinafter, a preferred embodiment of a small antenna according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(1) Outline of Embodiment In contrast to the small antenna using the conventional SRR shown in FIG. 13 (hereinafter referred to as the SRR small antenna), the fractured
アンテナでは、電波の位相速度ｖ、周波数ｆ、波長λとすると、ｖ＝ｆ×λの関係にある。そのため、図１３のＳＲＲ小型アンテナのサイズを小さくすると、周波数ｆは大きくなることが一般に予想される。
これに対して、本願発明者は、図１３に示した従来のＳＲＲ小型アンテナの試作、実験課程において、スプリット部２７０を中心とする破断環状部２６０の左右において、交互に位相が１８０度反転しながら動作していることを発見した。
そこで、スプリット部を中心とする左右いずれか一方の側だけで環状破断部を形成し、より小型化したアンテナの実現が可能であることを確認した。
具体的には、３層からなる絶縁層１１〜１３の表裏面と間に、４層からなる第１ＳＲＲパターン２１から第４ＳＲＲパターン２４を形成し、各層をビア接続する。
各層のＳＲＲパターン２１〜２４は、破断部が形成された方形の破断環状部２６と、破断環状部２６の破断部を形成する端部の一方と連続し、内側方向に延設された第１スプリット部２７ａと、端部の他方と連続し、第１スプリット部２７ａに対して所定間隔で並行して形成された第２スプリット部２７ｂとからなるスプリット部２７と、第３層の破断環状部２６に接続された給電ラインとからアンテナを形成する。
そして、破断環状部２６の破断部が、方形の破断環状部２６の角に形成されることで、アンテナを小型化することができる。
また、１／２形状のＳＲＲ小型アンテナにおいて所望の周波数と出力を得るために調整可能なパラメータを求めた。
The antenna has a relationship of v = f × λ where the phase velocity of radio waves is v, the frequency is f, and the wavelength is λ. Therefore, it is generally expected that the frequency f increases when the size of the small SRR antenna of FIG. 13 is reduced.
On the other hand, the inventor of the present application alternately reversed the phase by 180 degrees on the left and right sides of the fractured
In view of this, it was confirmed that it is possible to realize a more compact antenna by forming an annular fracture portion only on either the left or right side centering on the split portion.
Specifically, the
The
And the antenna can be reduced in size because the fracture | rupture part of the fracture | rupture
In addition, parameters that can be adjusted to obtain a desired frequency and output in a 1 / 2-shaped SRR small antenna were obtained.
（２）実施形態の詳細
図１はＳＲＲ小型アンテナにおける第１実施形態の構成を表した斜視図である。
図１（ａ）は、小型アンテナモジュール１の全体を表したもので、第１絶縁層１１、第２絶縁層１２、第３絶縁層１３からなる多層基板において、ＳＲＲ小型アンテナ２が形成されている。
第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３は、縦３０ｍｍ、横５０ｍｍの方形であり、ＳＲＲ小型アンテナ２の内側にも第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３が存在している。
本実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナ２は、後述する各種パラメータ値の選択により、共振周波数が２．４ＧＨｚに設定されている。
ＳＲＲ小型アンテナ２は、図１（ｂ）に示されるように、第１層から第４層に同寸法の第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４が上面視で重なるように形成されている。
なお、第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４は、ビア接続（後述）することで１つのＳＲＲとして機能している。
(2) Details of Embodiment FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the first embodiment of the SRR small antenna.
FIG. 1A shows the entire
The first insulating
The SRR
As shown in FIG. 1B, the SRR
The
第１層の第１ＳＲＲパターン２１と第４層の第４ＳＲＲパターン２４は、グランド（ＧＲＤ）プレーンと一体に形成されている。
ＳＲＲ小型アンテナ２は、図１（ｂ）に示すように、方形形状で角部が破断した破断環状部２６と、破断環状部２６の一部と共に平行結合線路を形成するスプリット部２７とから構成されている。この破断環状部２６は、破断部が存在しない場合（破断部の両端が接続している場合に）にその形状が環状となり、形状としては方形であるが、後述するように半円形、Ｄ字状、三角形、その他の多角形、等でもよい。
給電ライン２５は、第３ＳＲＲパターン２３に接続されている。
The
As shown in FIG. 1B, the SRR
The
図２（ａ）〜（ｄ）は、第１〜第４層の各層における第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４の各形状を表したものである。
第１層の第１ＳＲＲパターン２１と、第４層の第４ＳＲＲパターン２４は、同一形状であり、上述したようにグランドプレーンと一体形成されている。
各層のＳＲＲパターン２１〜２４は、方形の破断環状部２６とスプリット部２７を備えている。
2A to 2D show the shapes of the
The
The
破断環状部２６は、直線部２６ａ〜２６ｄの順に、互いに直角方向に連続する４つの直線部で方形状に構成されている。直線部２６ａと直線部２６ｄとは、所定幅で破断されていて連続していない。直線部２６ａは、方形の基板（第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３）の一辺（端部）と一致するように形成される。
破断環状部２６の内側サイズは直線部２６ｂ、２６ｄに対応する縦方向が３．５ｍｍで、直線部２６ａ、２６ｃに対応する横方向が６．５ｍｍである。
各直線部２６ａ〜２６ｄの幅は０．５ｍｍに形成されている。ただし、第１ＳＲＲパターン２１と第４ＳＲＲパターン２４の直線部２６ｂ〜２６ｄはグランドプレーンと一体形成されているため、直線部２６ａが０．５ｍｍ幅となっている。
The fracture | rupture
The inner size of the fractured
Each
直線部２６ａの破断部側の端部には、直線部２６ａと連続して、破断環状部２６の内側に張り出して、直線部２６ｄと所定間隔で平行に第１スプリット部２７ａが形成されている。
この第１スプリット部２７ａと対向している直線部２６ｄは、破断環状部２６の一部を形成すると共に、第２スプリット部２７ｂとして機能している。
第１スプリット部２７ａの長さは２．６ｍｍで、幅は０．５ｍｍである。
第１スプリット部２７ａと第２スプリット部２７ｂ（直線部２６ｄ）間のギャップ（所定間隔）は０．１ｍｍである。
A
The
The
The gap (predetermined interval) between the
第１スプリット部２７ａと第２スプリット部２７ｂにより、平行結合線路として機能するスプリット部２７が形成される。
本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２では、ループ電流が流れることで破断環状部２６による誘導性とスプリット部２７による容量性の双方を装荷している。
The
In the SRR
図２（ｃ）に示されるように、第３ＳＲＲパターン２３には、電源を供給する給電ライン２５が直線部２６ａに直接接続されている。給電ライン２５の幅は、アンテナ回路と基準インピーダンス（例えば５０Ω）でインピーダンス整合させるための幅Ｈが選択される。本実施形態では、基準インピーダンス５０Ωに対して、幅Ｈ＝１．４５ｍｍが選択されている。
第３ＳＲＲパターン２３の直線部２６ｃには、給電ライン２５を通すための破断部２６１が形成されている。破断部２６１の幅は、給電ライン２５の幅Ｈ＋ｆ１＋ｆ２＝２．４５ｍｍで、本実施形態ではｆ１＝ｆ２＝０．５ｍｍとしている。
ここで、破断部２６１における、給電ライン２５の左側（スプリット部２７が配置されていない側）の幅がｆ１で、右側の幅がｆ２である。
As shown in FIG. 2C, the
In the
Here, the width of the
なお、給電ライン２５と、スプリット部２７が配設されている側の反対側の破断環状部２６（＝直線部２６ｂ）との間隔Ｆは、後述するようにＳＲＲ小型アンテナの共振周波数を決定する１パラメータであり、給電ライン２５の左側の幅ｆ１はＦ以下（ｆ１≦Ｆ）である必要がある。
本実施形態では、Ｆ＝ｆ１＝０．５であるため、破断部２６１は、直線部２６ｃの左端（直線部２６ｂ側の端）から形成されている。
The interval F between the
In this embodiment, since F = f1 = 0.5, the
給電ライン２５の長さＰはＳＲＲ小型アンテナ２の外部まで延設されていれば任意である。本実施形態では、ＳＲＲ小型アンテナ２のサイズから、Ｐ（＞３．５ｍｍ）＝１５ｍｍとなっている。
給電ライン２５の一端は破断環状部２６の直線部２６ａに接続され、外部のアンテナ回路に接続されるようになっている。給電ライン２５における、アンテナ回路との接続部については後述する。
The length P of the
One end of the
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４の各破断環状部２６には、給電ライン２５に対向する位置を避けて、上面視で同一の位置に複数のビアホール（Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）３０が形成されている。
各層のビアホール３０は、第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４間に配設される第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３にも同一位置に形成され、全体として貫通孔を形成すると共に、その貫通孔の内周面がメッキされている。これにより第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターンがビア接続されている。
これにより、第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４がビアホール３０で接続され、１のＳＲＲとして機能する。
また、第１ＳＲＲパターン２１のグランドプレーンと、第４ＳＲＲパターン２４のグランドプレーンも同様にしてビアホール３０で接続されている。
なお、ビアホール３０による接続は内周面のメッキ以外に、導電性ペーストを充填することで行うようにしてもよい。
As shown in FIGS. 2A to 2D, the fractured
The via
Thus, the
Similarly, the ground plane of the
In addition, the connection by the via
第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４の各第１スプリット部２７ａには、ビアホールは形成されていない。
これは、ビアホールが形成されていない２７aと、ビアホールが形成されている隣接素子（隣接導体）との間のキャパシタンス（Ｃ）値の制御に、ビアホールを形成していない２７aの構成のほうが有効に作用するからである。すなわち、ビア接続しないために図２（a）〜（d）の２７aが多層コンデンサを形成するため、キャパスタンス（Ｃ）値が増加する効果がある。このことにより、ＳＲＲ小型アンテナ２の、共振周波数の周波数制御が容易となるものと考える。
No via hole is formed in each
This is because the configuration of 27a in which no via hole is formed is more effective in controlling the capacitance (C) value between 27a in which no via hole is formed and an adjacent element (adjacent conductor) in which the via hole is formed. Because it works. That is, since no via connection is made and 27a in FIGS. 2A to 2D forms a multilayer capacitor, there is an effect of increasing the capacitance (C) value. This is considered to facilitate the frequency control of the resonance frequency of the SRR
図３は、外部のアンテナ回路に接続される給電ライン２５の端部側の各種形状を表した断面図である。
図３（ａ）は、小型アンテナモジュール１の第１ＳＲＲパターン２１と連接するグランドプレーン側に給電端子２５ａを形成した場合の第１の例である。
すなわち、給電ライン２５の給電端部に対応する位置で、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２にスルーホール３１を形成するとともに、第１ＳＲＲパターン２１と連接するグランドプレーンに設けた開口部に給電端子２５ａが形成される。
そして、スルーホールの内周面がメッキされ、又はスルーホール内に導電ペーストが充填されることで、給電端子２５ａと給電ライン２５の端部とがビア接続される。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing various shapes on the end side of the
FIG. 3A is a first example in the case where the feeding
That is, the through
Then, the inner peripheral surface of the through hole is plated, or a conductive paste is filled in the through hole, so that the
図３（ｂ）は、第１の例とは逆の面、すなわち、第４ＳＲＲパターン２４側に給電端子２５ｂを形成した場合の第２の例である。
この例では、給電ライン２５の給電端部に対応する位置で、第３絶縁層１３にスルーホール３２を形成するとともに、第４ＳＲＲパターン２４と連接するグランドプレーンに設けた開口部に給電端子２５ｂが形成される。
そして、スルーホールの内周面がメッキされ、又はスルーホール内に導電ペーストが充填されることで、給電端子２５ｂと給電ライン２５の端部とがビア接続される。
FIG. 3B is a second example in which the
In this example, a through
Then, the inner peripheral surface of the through hole is plated, or a conductive paste is filled in the through hole, whereby the
図３（ｃ）は、 第３絶縁層１３の給電ライン２５の長さ方向の長さを、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２よりも長くし、給電ライン２５も第１絶縁層１１、第２絶縁層１２よりも長く形成したものである。
この場合、給電ライン２５の端部が給電端子２５ｃとして機能する。
なお、図３（ｃ）では、第３絶縁層１３を第１絶縁層１１等よりも大きくしたことにあわせて、第３絶縁層１３のグランドプレーンも、第１絶縁層１１のグランドプレーンよりも大きく形成しているが、第３絶縁層１３のグランドプレーンを第３絶縁層１３よりも小さく（給電ライン２５の長さ方向を短く）することで第１絶縁層１１のグランドプレーンと同じ大きさに形成するようにしてもよい。
In FIG. 3C, the length of the third insulating
In this case, the end of the
In FIG. 3C, the ground plane of the third insulating
図３（ｄ）は、スルーホールなどを作成せず、アンテナへの給電ライン２５を、そのままメイン回路基板に一体として形成し、メイン回路基板の他の電気素子３３（他の回路パターン）に接続するようにしたものである。
In FIG. 3D, the through-line or the like is not created, and the
図４は、小型アンテナモジュール１を構成する各部の材料や材料定数について表したものである。
図４（ａ）は、各層の厚さと材料を表したものである。
第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４の材料は銅で、その厚さ（所定厚Ｔ）は、例えば１８μｍや３５μｍが採用されるが、後述する特性解析においては、ほぼゼロとしている。
一方、第1絶縁層１１〜第３絶縁層１３の材料としては、はガラスエポキシが使用される。第１絶縁層１１の厚さが０．４ｍｍ、第２絶縁層１２の厚さが０．６ｍｍ、第３絶縁層１３の厚さが０．４ｍｍである。
なお、基板の総厚は、第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４の厚さをほぼゼロとしているので、全体で１．４ｍｍで特性解析を行っている。
FIG. 4 shows the materials and material constants of each part constituting the
FIG. 4A shows the thickness and material of each layer.
The material of the
On the other hand, glass epoxy is used as the material of the first insulating
In addition, since the thickness of the
図４（ｂ）は材料定数を表したもので、第１ＳＲＲパターン２１〜第４ＳＲＲパターン２４の材料である銅の導電率σ＝５．９７７×１０7［Ｓ／ｍ］である。
第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３の材料であるガラスエポキシは、比誘電率εｒ＝４．２５、誘電正接（損失）ｔａｎδは１×１０-2である。
また、特性解析では小型アンテナモジュール１の周囲を空気で取り囲むものとし、その比誘電率は１．０００５１７とした。
FIG. 4B shows material constants, and the electrical conductivity σ of copper, which is the material of the
The glass epoxy that is the material of the first insulating
In the characteristic analysis, the
以上説明したように本実施形態によれば、図１〜４に示した各構成のサイズや材料により、縦ａ＝３．５ｍｍ、横ｂ＝６．５ｍｍで、共振周波数２．４ＧＨｚのＳＲＲ小型アンテナ２を構成することができる。
例えば、共振周波数２．４ＧＨｚにおいて、通常のスロットアンテナのサイズが縦ａ＝６ｍｍ、横ｂ＝６３ｍｍであるのに比べて十分に小型化することができる。
また、図１３で説明した従来のＳＲＲ小型アンテナに比べても、面積比約５０％とさらに小型化されたＳＲＲ小型アンテナを提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, depending on the size and material of each configuration shown in FIGS. 1 to 4, a small SRR with a longitudinal length a = 3.5 mm, a lateral length b = 6.5 mm, and a resonance frequency of 2.4 GHz. The
For example, at a resonance frequency of 2.4 GHz, the size of a normal slot antenna can be sufficiently reduced as compared with a length a = 6 mm and a width b = 63 mm.
In addition, compared with the conventional SRR small antenna described with reference to FIG. 13, it is possible to provide an SRR small antenna that is further reduced in size by about 50%.
図５は、図１〜４で説明した本実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２についての特性を表したものである。
図５（ａ）は、共振周波数と反射損失について表したもので、中心周波数が２．４３０ＧＨｚで、−１０ｄＢ以下の周波数範囲は２．３８１ＧＨｚ〜２．４８４ＧＨｚであり、無線ＬＡＮの２．４ＧＨｚ帯を十分カバーすることができる。
図５（ｂ）はアンテナの指向特性を表したものである。各方向については、図１に示したように、ＳＲＲ小型アンテナ２の縦方向（給電ライン２５の長さ方向）をＺ軸、横方向をＸ軸、厚さ方向をＹ軸としている。
図５（ｂ）に示されるように、水平方向、垂直方向ともに一様な放射指向特性が得られている。
最大利得は２ｄＢｉ、放射効率は８９％である。
FIG. 5 shows the characteristics of the SRR
FIG. 5A shows the resonance frequency and the reflection loss. The center frequency is 2.430 GHz, the frequency range of −10 dB or less is 2.381 GHz to 2.484 GHz, and the wireless LAN 2.4 GHz band. Can be covered enough.
FIG. 5B shows the directivity characteristics of the antenna. For each direction, as shown in FIG. 1, the vertical direction of the SRR small antenna 2 (the length direction of the feed line 25) is the Z axis, the horizontal direction is the X axis, and the thickness direction is the Y axis.
As shown in FIG. 5B, uniform radiation directivity characteristics are obtained in both the horizontal and vertical directions.
The maximum gain is 2 dBi and the radiation efficiency is 89%.
次に、本実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナ２を設計する上で、所望の共振周波数を得るためのパラメータについて説明する。
図６は、本実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナ２における共振周波数に影響を与えるパラメータについて表したものである。
図６に示すように、本実施形態におけるＳＲＲ小型アンテナ２の縦方向（給電ライン２５の長さ方向）の長さをａ、横方向の長さをｂ、給電ライン２５と直線部２６ｂ（給電ライン２５に対してスプリット部２７が存在しない側の破断環状部２６）との間隔をＦ、スプリット部２７の長さをＬとした場合、これら各値の変化により共振周波数が次のように変化する。
Next, parameters for obtaining a desired resonance frequency in designing the SRR
FIG. 6 shows parameters that affect the resonance frequency in the SRR
As shown in FIG. 6, the length of the SRR
図７は、スプリット部２７の長さ（パラメータＬ）と、共振周波数、放射効率（％）の関係を表したものである。
この図７に示されるように、パラメータＬを長くすることで共振周波数ｆを小さくすることが可能である。
FIG. 7 shows the relationship between the length of the split portion 27 (parameter L), the resonance frequency, and the radiation efficiency (%).
As shown in FIG. 7, the resonance frequency f can be reduced by increasing the parameter L.
図８は、給電ライン２５と直線部２６ｂとの間隔（パラメータＦ）と、共振周波数、放射効率（％）の関係を表したものである。
この図８に示されるように、パラメータＦを小さくすることで、共振周波数ｆを小さくすることが可能である。
FIG. 8 shows the relationship between the distance (parameter F) between the
As shown in FIG. 8, the resonance frequency f can be reduced by reducing the parameter F.
図９は、ＳＲＲ小型アンテナ２の開口縦横比（パラメータａ／ｂ）と、共振周波数、放射効率（％）の関係を表したものである。
この図９に示されるように、開口縦横比ａ／ｂを小さくするほど、すなわち、横方向に細長くするほど、共振周波数ｆを小さくすることが可能である。
FIG. 9 shows the relationship between the aperture aspect ratio (parameter a / b), resonance frequency, and radiation efficiency (%) of the SRR
As shown in FIG. 9, the resonance frequency f can be reduced as the aperture aspect ratio a / b is reduced, that is, as the aperture is increased in the lateral direction.
以上を纏めると、各パラメータの値を変更することにより、共振周波数ｆが次のように変化する。
（１）スプリット部の長さＬが長いほど共振周波数ｆが小さくなる。
（２）間隔Ｆが狭いほど共振周波数ｆが小さくなる。
（３）縦横の比ａ／ｂが小さくなるほど（横方向に細長くなるほど）共振周波数ｆが小さくなる。
In summary, the resonance frequency f changes as follows by changing the value of each parameter.
(1) The resonance frequency f decreases as the length L of the split portion increases.
(2) The smaller the interval F is, the smaller the resonance frequency f is.
(3) The resonance frequency f becomes smaller as the aspect ratio a / b becomes smaller (becomes elongated in the horizontal direction).
これらのパラメータＬ、Ｆ、ａ／ｂを適宜変更することで、所望の共振周波数ｆのＳＲＲ小型アンテナを得ることが可能となる。
特に特許文献で記載されているパラメータＬだけでなく、共振周波数を決定するパラメータとしてＦ、ａ／ｂの発見により、設計の自由度が高く、より小型のＳＲＲ小型アンテナ２を提供することができる。
By appropriately changing these parameters L, F, and a / b, it is possible to obtain an SRR small antenna having a desired resonance frequency f.
In particular, not only the parameter L described in the patent document but also F and a / b as parameters for determining the resonance frequency can provide a smaller SRR
図１０は、ＳＲＲ小型アンテナ２における第２実施形態について表したものである。
説明した第１実施形態では、スプリット部２７を破断環状部２６の内側に形成する場合について説明したが、第２実施形態では、スプリット部２７を破断環状部２６の外側に形成したものである。
第２実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２におけるスプリット部２７の形成箇所以外については、図１０（ａ）〜（ｄ）に示されるように第１実施形態と同様である。
なお、第１実施形態ではスプリット部２７を内側に形成することで、破断環状部２６の一部が第２スプリット部２７ｂとして機能するが、第２実施形態では第１スプリット部２７ａ、第２スプリット部２７ｂをそれぞれを破断環状部２６の両端部から連続して外側に形成している。
FIG. 10 shows a second embodiment of the SRR
In the first embodiment described, the case where the
Except for the portion where the
In the first embodiment, by forming the
スプリット部２７の形成方向については、図１０に示されるように、方形の基板（第１絶縁層１１〜第３絶縁層１３）の、ＳＲＲ小型アンテナ２が形成される側面（辺）の長手方向に形成され、直線部２６ａと連続する第１スプリット部２７ａとが、方形の基板の一辺（端部）と一致するように形成される。
このように基板の一辺と一致するようにスプリット部２７を形成することで、第１実施形態においてグランドプレーンとなる部分に配設されることになる。このためスプリット部２７を破断環状部２６の外側に形成しても、小型アンテナモジュール１のサイズを大きくすることはない。
As for the formation direction of the
In this way, by forming the
図１１は、ＳＲＲ小型アンテナ２における他の実施形態の形状について表したものである。ただし、第１、第２実施形態と同様に、この実施形態も４層のＳＲＲパターン２１〜２４で構成されるが、その形状を除いて第１実施形態、第２実施形態と同様であるため、第２ＳＲＲパターン２２を表している。
なお、図１１において、第３ＳＲＲパターン２３に接続形成される給電ライン２５については点線で表示している。給電ライン２５の幅Ｈについては、他の実施形態と同様に、アンテナ回路と基準インピーダンス（例えば５０Ω）でインピーダンス整合させるための幅Ｈとして、例えば、基準インピーダンス５０Ωに対して、幅Ｈ＝１．４５ｍｍが選択される。
また、第１実施形態と同様に、４層のＳＲＲパターン２１〜２４の各層間には第１〜第３絶縁層が配設され、図示しないが各層は第１実施形態と同様にビアホールでビア接続されている。
FIG. 11 shows the shape of another embodiment of the SRR
In FIG. 11, the
Similarly to the first embodiment, the first to third insulating layers are disposed between the four layers of the
図１１（ａ）に示した例は、半円形又はＤ型の破断環状部を備え、直線部の一方の端部が破断した形状のＳＲＲ小型アンテナ２の例である。ここで直線部は図に示されるように、半円形状の場合には半円弧の両端を結ぶ直線の部分で、Ｄ型の場合には縦線に該当する部分である。
スプリット部２７は、破断部につながる直線部分の第２スプリット部２７ｂと、これと平行に破断部の他方から内側に延設した第１スプリット部２７ａとで形成されている。
なお、他の例を含め、左右反転した形状にすることも可能である。
The example shown in FIG. 11A is an example of the SRR
The
In addition, it is also possible to make it the shape reversed right and left including another example.
図１１（ｂ）は、破断環状部が（ａ）と同様に半円形又はＤ型である一方、図１０で示した第２実施形態と同様にスプリット部２７が破断環状部の外側に形成される場合の例を示したものである。
スプリット部２７の形成する方向については第２実施形態と同様に、方形の基板（第１絶縁層１１〜第３絶縁層）の、ＳＲＲ小型アンテナ２が形成される側面（辺）の長手方向に形成される。
In FIG. 11 (b), the fractured annular part is semicircular or D-shaped like (a), while the
The direction in which the
なお、図示しないが、半円形状又はＤ型の破断環状部を有し、外側にスプリット部を形成する場合、破断環状部の直線部分を、方形基板（第１絶縁層１１〜第３絶縁層）の一辺（端部）と一致する方向に形成してもよい。
この場合、破断環状部の直線部に連続して破断環状部の外側に第１スプリット部２７ａが形成され、これと平行に第２スプリット部２７ｂが形成される。
なお、給電ライン２５については、直線部の、スプリット部２７と反対側に形成される。
Although not shown, when a semicircular or D-shaped broken annular portion is formed and a split portion is formed on the outside, a straight portion of the broken annular portion is formed on a rectangular substrate (first insulating
In this case, the
The
図１１（ｃ）〜図１１（ｆ）の例は、三角形状でいずれかの頂点部分に破断部が形成された破断環状部の例である。
図１１（ｃ）、（ｄ）は、破断環状部の内側にスプリット部が形成されている場合の例で、（ｅ）、（ｆ）は、破断環状部の外側にスプリット部が形成されている場合の例である。
また、図１１（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）は、他の実施形態と同様に、給電ライン２５が、方形基板のＳＲＲパターンが形成される側面（辺）と直角方向に形成されている例である。一方、図１１（ｄ）は、方形基板のＳＲＲパターンが形成される側面（辺）から傾斜方向に給電ライン２５を形成した例で、傾斜方向は（スプリット部２７と反対側の）破断環状部と平行になるように形成されている。
また、三角形状の破断環状部の例（ｃ）〜（ｆ）のうち、スプリット部２７と反対側の破断環状部と平行に給電ライン２５が形成されている例が図１１（ｄ）、（ｆ）で、平行に形成されていない例が図１１（ｃ）、（ｅ）である。
The example of FIG.11 (c)-FIG.11 (f) is an example of the fracture | rupture cyclic | annular part by which the fracture | rupture part was formed in the any vertex part in triangular shape.
FIGS. 11C and 11D show examples in which a split portion is formed inside the fractured annular portion. FIGS. 11E and 11F show a split portion formed outside the fractured annular portion. This is an example.
11C, 11E, and 11F, the
Further, among the examples (c) to (f) of the triangular broken annular portion, an example in which the
図１２は、さらに他の実施形態のＳＲＲ小型アンテナ２を表したものである。
図１〜図１１までの各実施形態が第１層〜第４層のＳＲＲパターン２１〜２４で構成したのに対し、図１２に示した実施形態では、第１ＳＲＲパターン２１１と第２ＳＲＲパターン２２１の２層で構成されている。
本実施形態の第１ＳＲＲパターン２１１と第２ＳＲＲパターン２２１は、図示しないが、１枚の絶縁層の両面に形成されている。絶縁層の形状及び材質については第１実施形態と同様である。
FIG. 12 shows an SRR
1 to 11 are configured with
Although not shown, the
図１２に示されるように、破断環状部２６とスプリット部２７の形状については第１実施形態と同様であるが、給電ライン２５が第１ＳＲＲパターン２１１に接続形成されている点が異なっている。
本実施形態の給電ライン２５はマイクロストリップラインを形成している。この給電ライン２５の形成に伴い、第１ＳＲＲパターン２１１の破断環状部２６に連続形成されるグランドプレーンには、給電ライン２５の長手方向からみて左右にはスリット２６２ａ、２６２ｂが形成されている。給電ライン２５の端部にも同様にスリットが形成される。
この給電ライン２５は、絶縁層の一方の面に形成されることから、第１実施形態において図３で説明したようなスルーホール３１、３２は形成されない。
ただし、給電ライン２５が形成されている面と反対側の面に給電端子を形成する場合には、図３（ｂ）と同様にスルーホール３２及び給電端子２５ｂを形成する。
As shown in FIG. 12, the shapes of the fractured
The
Since the
However, when the power supply terminal is formed on the surface opposite to the surface on which the
なお、図１０、図１１で説明した他の実施形態においても、図１２で説明した実施形態と同様に、１層の絶縁層の両面に第１層と第２層のＳＲＲパターンを形成することで、ＳＲＲ小型アンテナを構成するようにしてもよい。 In the other embodiments described with reference to FIGS. 10 and 11, the SRR patterns of the first layer and the second layer are formed on both surfaces of the single insulating layer, as in the embodiment described with reference to FIG. Thus, an SRR small antenna may be configured.
以上説明したように、本実施形態のＳＲＲ小型アンテナによれば、破断環状部２６における所定方向の端部に破断部を形成し、スプリット部２７を破断環状部２６の破断部と連続して形成したので、破断環状部の中央部に破断部及びスプリット部を形成する従来のＳＲＲ小型アンテナに比較して、さらに小型のアンテナ（面積比約１／２）を提供することができる。
As described above, according to the SRR small antenna of the present embodiment, the fracture portion is formed at the end in the predetermined direction of the fractured
また、本実施形態のＳＲＲ小型アンテナでは、ＳＲＲパターンの多層化（並列）によりスプリット部２７のキャパシタンス（Ｃ）値を増やすことでも小型化が実現されている。
さらに、ＳＲＲパターンのプリンテッドアンテナであるため、安価で高機能のアンテナとすることができる。
Further, in the SRR small antenna according to the present embodiment, downsizing is realized by increasing the capacitance (C) value of the
Furthermore, since it is a printed antenna with an SRR pattern, it can be an inexpensive and highly functional antenna.
また、本実施形態のＳＲＲ小型アンテナの設計では、共振周波数を変更するためのパラメータとして、従来から知られているループ長の他に、スプリット部２７の長さＬ、スプリット部２７が形成されている側の反対側の破断環状部２６と給電ライン２５との間隔Ｆ、縦横の比ａ／ｂ、が存在することを究明した。
これらの各パラメータを適宜選択することで、所望共振周波数のＳＲＲ小型アンテナの形状やサイズの選択幅を広げることができ、設計が容易になる。
Further, in the design of the SRR small antenna according to the present embodiment, the length L of the
By appropriately selecting each of these parameters, the selection range of the shape and size of the SRR small antenna having the desired resonance frequency can be expanded, and the design becomes easy.
１ 小型アンテナモジュール
２ ＳＲＲ小型アンテナ
１１ 第１絶縁層
１２ 第２絶縁層
１３ 第３絶縁層
２１ 第１ＳＲＲパターン
２２ 第２ＳＲＲパターン
２３ 第３ＳＲＲパターン
２４ 第４ＳＲＲパターン
２５ 給電ライン
２６ 破断環状部
２７ スプリット部
３０ ビアホール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記破断環状部の破断部を形成する端部の一方と連続し、前記破断環状部の内側、又は外側方向に延設された第１スプリット部と、前記破断部を形成する端部の他方と連続し、前記第１スプリット部に対して所定間隔で並行して形成された第２スプリット部とからなるスプリット部と、
前記破断環状部に接続された給電ラインと、を備え、
前記破断環状部は、その形状の所定方向における端部に破断部が形成されていることを特徴とする小型アンテナ。 A fractured annular part in which a fractured part is formed;
A first split portion that is continuous with one of the end portions that form the break portion of the break annular portion and extends inward or outward of the break annular portion, and the other end portion that forms the break portion A split part composed of a second split part that is continuous and formed in parallel with the first split part at a predetermined interval;
A power supply line connected to the broken annular portion,
A small antenna, wherein the broken annular portion has a broken portion at an end portion in a predetermined direction of the shape.
ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。 The broken annular part is a square, and a broken part is formed at the corner.
The small antenna according to claim 1.
前記第１スプリット部と対向している、前記破断環状部の一部が前記第２スプリット部として機能している、
ことを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。 The first split portion extends inside the fractured annular portion,
A part of the fractured annular part facing the first split part functions as the second split part,
The small antenna according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の小型アンテナ。 The power supply line is connected to the opposite side of the predetermined direction of the fractured annular part from the side where the fractured part is formed,
The small antenna according to claim 1, claim 2, or claim 3.
前記給電ラインは、いずれか１の層に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の記載の小型アンテナ。 The broken annular portion and the split portion are formed in a plurality of layers via an insulating layer, and each layer is via-connected,
The power supply line is formed in any one layer,
The small antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the antenna is a small antenna.
ことを特徴とする請求項５に記載の小型アンテナ。 The uppermost layer and the lowermost layer of the fractured annular portion formed in the plurality of layers are formed continuously with a ground plane,
The small antenna according to claim 5.
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