JP2021005848A - antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上にパターン形成したアンテナに関し、詳しくはモノポールアンテナを基本とした広帯域のアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna in which a pattern is formed on a substrate, and more particularly to a wideband antenna based on a monopole antenna.
モノポールアンテナは、放射電波の4分の1波長の長さの放射素子を立てれば良いため、省スペースに配置でき小型の通信機器に広く採用されている。そして、このモノポールアンテナの広帯域化を図るために、周囲に別途導体パターンを配置して複雑なアンテナ形状としたものがある。
例えば、特許文献1では基板上に形成したモノポールアンテナの周囲にグランドに接続した放射素子を配置して広帯域化を図っている。
A monopole antenna can be arranged in a space-saving manner and is widely used in small communication devices because it is sufficient to set up a radiating element having a length of one-fourth the wavelength of the radiated radio wave. Then, in order to widen the bandwidth of this monopole antenna, there is one in which a conductor pattern is separately arranged around the monopole antenna to form a complicated antenna shape.
For example, in
上記特許文献1のアンテナは、単純なモノポールアンテナより広帯域なアンテナとすることができた。しかしながら、基板上にパターン形成した素子に加えて立体構造のエレメントを備えているためコスト高なものとなっていた。
The antenna of
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、基板上にパターン形成するだけで、広帯域な特性を得ることが可能なアンテナを提供することを目的としている。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to provide an antenna capable of obtaining wideband characteristics only by forming a pattern on a substrate.
上記課題を解決する為に、請求項1の発明は、基板上に形成されたグランドパッドの横方向に形成された境界部に給電部を備えて、当該給電部からグランドパッドを離れる縦方向に直線形成された第1放射素子と、第1放射素子の先端からグランドパッドの境界部に平行するよう延設された第2放射素子とを有するT型のモノポールアンテナと、当該モノポールアンテナに隣接してパターン形成された無給電アンテナとを有するアンテナであって、無給電アンテナは、グランドパッドに連結されて第2放射素子を超える部位まで延びたアース素子と、当該アース素子の先端から横方向に延びた帯状素子とを有し、一方に延びた帯状素子は第2放射素子の上部を覆う長さを有し、無給電アンテナ全体はT形状を成していることを特徴とする。
この構成によれば、基板上にパターン形成したT型のモノポールアンテナと無給電アンテナにより、低い周波数帯と高い周波数帯の2領域の共振周波数帯を生成でき、広帯域の周波数に対応可能となる。
In order to solve the above problem, the invention of
According to this configuration, the T-shaped monopole antenna and the non-feeding antenna patterned on the substrate can generate a resonance frequency band in two regions, a low frequency band and a high frequency band, and can support a wide band frequency. ..
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成において、第2放射素子から、グランドパッドに向けて第1放射素子と平行に延びたスタブを有することを特徴とする。
この構成によれば、整合回路を減らすことが可能となり、安価に構成することが可能となる。
The invention of
According to this configuration, it is possible to reduce the number of matching circuits, and it is possible to construct at low cost.
請求項3の発明は、請求項2に記載の構成において、グランドパッドは、基板の表面に形成された第1グランドパッドと、裏面に形成された第2グランドパッドとを有し、モノポールアンテナ及び無給電アンテナのうち、少なくともモノポールアンテナは表面に形成される一方、第2グランドパッドは第1グランドパッドより縦に広く形成され、スタブは第2グランドパッドとの間で静電容量結合して成ることを特徴とする。
この構成によれば、整合回路を設ける必要が無くなり、小型で安価な構成にできる。
The invention of
According to this configuration, it is not necessary to provide a matching circuit, and a compact and inexpensive configuration can be achieved.
請求項4の発明は、請求項3に記載の構成において、無給電アンテナは基板の裏面に形成され、アース素子は第2グランドパッドに連結されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、モノポールアンテナのカップリングを低減でき、アンテナを小型にできる。
The invention of
According to this configuration, the coupling of the monopole antenna can be reduced and the antenna can be made smaller.
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載の構成において、グランドパッドは基板の中央に配置されて、基板の縦方向両端部にはアンテナパターン領域が設けられ、一方のアンテナパターン領域に、モノポールアンテナと無給電アンテナが配置され、他方のアンテナパターン領域のモノポールアンテナと対峙する位置には、モノポールアンテナと同一形状で上下及び左右を反転して形成されたモノポールアンテナが配置されて成ることを特徴徴とする。
この構成によれば、T型のモノポールアンテナと無給電アンテナの組に加えて、別途T型のモノポールアンテナを備えることで、T型モノポールアンテナの指向性の歪みを補償でき、良好な送受信特性を得ることができる。
According to the invention of
According to this configuration, in addition to the pair of the T-type monopole antenna and the non-feeding antenna, by separately providing the T-type monopole antenna, the directivity distortion of the T-type monopole antenna can be compensated, which is good. Transmission / reception characteristics can be obtained.
本発明によれば、基板上にパターン形成したモノポールアンテナと無給電アンテナにより、低い周波数帯と高い周波数帯の2領域の共振周波数帯を生成でき、広帯域の周波数に対応可能となる。 According to the present invention, a monopole antenna and a non-feeding antenna in which a pattern is formed on a substrate can generate a resonance frequency band in two regions, a low frequency band and a high frequency band, and can support a wide band frequency.
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1〜3は本発明に係るアンテナの一例を示す説明図であり、図1は基板の表面のアンテナパターンに加えて裏面に形成したアンテナパターンを合わせて表示した正面説明図、図2は基板の正面図、図3は基板正面から背面のパターン図である。1は第1モノポールアンテナ(以下、「第1アンテナ」と称する。)、2は無給電アンテナ、3は第2モノポールアンテナ(以下、「第2アンテナ」と称する。)、4はパターン形成されたグランドパッドであり、これらは誘電体から成る基板5の表面或いは裏面に銅箔によりパターン形成されている。
Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 3 are explanatory views showing an example of an antenna according to the present invention, FIG. 1 is a front explanatory view showing an antenna pattern formed on the back surface in addition to an antenna pattern on the front surface of the substrate, and FIG. 2 is a front explanatory view showing an antenna pattern formed on the back surface. 3 is a pattern diagram from the front to the back of the substrate. 1 is a first monopole antenna (hereinafter referred to as "first antenna"), 2 is a non-feeding antenna, 3 is a second monopole antenna (hereinafter referred to as "second antenna"), and 4 is pattern formation. These are ground pads, which are patterned with copper foil on the front surface or the back surface of the
第1アンテナ1と無給電アンテナ2とでメインアンテナを構成し、第2アンテナ3がサブアンテナを構成している。以下、図面の上下方向、左右方向を基板5の縦方向、左右方向(横方向)として説明する。
The
グランドパッド4は、基板5の表裏両面に形成され、表面に第1グランドパッド4aが形成され、裏面に第2グランドパッド4bが形成されている。双方のグランドパッド4a,4bは、パターンのほぼ全域が重なるよう形成され、適宜部位が連結されている。
具体的に、グランドパッド4は、基板5の中央部全体に形成され、帯状を成して基板5の左右端部に至る幅を有している。そして、基板5の縦方向の両端(上部及び下部)には一定の空間を有するよう形成され、上部及び下部の両面にグランドパターンの無いアンテナパターン領域Pを設けている。
The
Specifically, the
第1グランドパッド4aのアンテナパターン領域Pとの境界部は、左右方向に直線形成された境界線を有して形成されている。また、第2グランドパッド4bは第1グランドパッド4aより上下に広く形成されている。
The boundary portion of the
第1アンテナ1は、基板5の表面に形成され、上側のアンテナパターン領域Pに形成されている。第1グランドパッド4aの上辺境界部に給電部6を有して、上方に棒状に伸びた第1放射素子11と、この放射素子11の上端において左右方向に伸びた第2放射素子12とを備え、T型アンテナとして形成されている。
The
但し、第1放射素子11の左側近傍において、第2放射素子12から第1放射素子11と平行にグランドパッド4に向けてスタブ13が垂下形成されている。そして、このスタブ13の下端は、基板5の裏面に形成された第2グランドパッド4bと僅かに重なるよう形成されている。
However, in the vicinity of the left side of the first
図4はA部を拡大した図であり、スタブ13と第2グランドパッド4bとの重なり部Dを示している。図4に示すように、0.5mm重なるようスタブ13は形成され、スタブ13と第2グランドパッド4bとが静電容量結合している。
FIG. 4 is an enlarged view of the A portion, and shows the overlapping portion D of the
無給電アンテナ2は、基板5の裏面に形成され、第2グランドパッド4bに連結されて、途中メアンダ状に折り曲げ形成されたアース素子21と、このアース素子21の先端から左右方向に延びた帯状素子22とにより構成され、全体はT型を成すT型アンテナである。
また、この無給電アンテナ2は、前面(表面)から見て第1アンテナ1の左側に隣接するよう配置され、アース素子21は、表面に形成された第1放射素子11を超える上方まで延びており、帯状素子22のうち第1アンテナ1の方へ延びた一方の帯状素子22aは、第1アンテナ1の第2放射素子12の上部を覆うよう延設されている。
一方、他方に延びた帯状素子22bは、基板5の端部まで延設され、更に先端は下方に折り曲げられてコ字状に形成されている。
The
Further, the
On the other hand, the strip-
第2アンテナ3は、基板5の表面下部のアンテナパターン領域Pに形成され、第1アンテナ1に対峙するよう形成されている。具体的に、第1アンテナ1と同一形状で形成され、第1放射素子11a、第2放射素子12a、スタブ13aを有し、第1グランドパッド4aとの境界部に給電部6aを有し、左右及び上下が反転されて形成され、第1アンテナ1と点対称形状となっているT型アンテナである。
The
アンテナの主な寸法を記すと、図1に示すように第1アンテナ1の第1放射素子11の長さは20.5mm、第2放射素子12の左右方向の長さは30mm、スタブ13の長さは10mmである。
また、無給電アンテナ2のアース素子21はメアンダ部を伸ばすと50mm以上の長さを有し、帯状素子22の第1アンテナ1側は44mmの長さ、反対側は直線部が33mmの長さで形成され、その先が折り曲げられている。
尚、基板5は厚さ0.8mmの誘電体基板であるFR4(ガラスエポキシ基板)を使用している。
As shown in FIG. 1, the main dimensions of the antenna are as follows: the length of the first
Further, the
The
図5はメインアンテナである第1アンテナ1と無給電アンテナ2との組のVSWR特性を示している。図5に示すように、VSWRが3.0未満となる周波数エリアは0.688GHz〜1.029GHzの低い周波帯と1.667GHz〜2.778GHzの高い周波帯の2つ存在し、広帯域な特性を示している。
また、図6はサブアンテナである第2アンテナ3のVSWR特性を示している。図6に示すように、VSWRが3.0未満となる周波数エリアは1.214GHz〜2.890GHzであり、メインアンテナの上述した高い周波帯を含む帯域においてVSWRが良好な特性を示している。
FIG. 5 shows the VSWR characteristics of the pair of the
Further, FIG. 6 shows the VSWR characteristics of the
図7はアンテナの放射パターン図を示し、(a)はメインアンテナの特性、(b)はサブアンテナの特性である。尚、この特性は基板5に直交する面方向に対しての特性である。
この図7に示すように、サブアンテナである第2アンテナ3の放射パターンは、2.7GHzにおいてメインアンテナと大きな違いを有しているが、メインアンテナの放射パターンを補う特性を示している。そのため、第1アンテナ1、無給電アンテナ2、そして第2アンテナ3を組み合わせることにより、良好な放射特性を得ることができることがわかる。
7A and 7B show a radiation pattern diagram of the antenna, where FIG. 7A shows the characteristics of the main antenna and FIG. 7B shows the characteristics of the sub-antenna. It should be noted that this characteristic is a characteristic in the plane direction orthogonal to the
As shown in FIG. 7, the radiation pattern of the
このように、基板5上にパターン形成したT型モノポールアンテナである第1アンテナ1と無給電アンテナ2により、低い周波数帯と高い周波数帯の2領域の共振周波数帯を生成でき、広帯域の周波数に対応可能となる。
また、スタブ13を設けるため、整合回路を減らすことが可能となり、安価な構成とすることが可能である。特に、スタブ13とグランドパッド4とを容量結合させることで、整合回路を設ける必要が無くなり、小型で安価に構成できる。
更に、無給電アンテナ2を第1アンテナ1と異なる基板5の裏面に形成することで、第1アンテナのカップリングを低減でき、アンテナを小型にできる。
加えて、T型のモノポールアンテナである第1アンテナ1と無給電アンテナ2の組に加えて、別途T型のモノポールアンテナである第2アンテナ3を備えることで、T型モノポールアンテナの指向性の歪みを補償でき、良好な送受信特性を得ることができる。
In this way, the
Further, since the
Further, by forming the
In addition, in addition to the pair of the
尚、上記実施形態では、サブアンテナとして第2アンテナ3を備えているが、図5のVSWR特性から分かるように、第1アンテナ1と無給電アンテナ2とから成るメインアンテナだけでも広帯域な周波数特性を得ることができる。
また、正面から見て第1アンテナ1の左側に無給電アンテナ2を配置したが、左右反転しても良い。この場合、第2アンテナ3も第1アンテナ1に合わせて左に移動すれば良い。
In the above embodiment, the
Further, although the
1・・第1アンテナ(第1モノポールアンテナ)、2・・無給電アンテナ、3・・第2アンテナ(第2モノポールアンテナ)、4・・グランドパッド、4a・・第1グランドパッド、4b・・第2グランドパッド、5・・基板、6,6a・・給電部、11・・第1放射素子、12・・第2放射素子、13・・スタブ、21・・アース素子、22・・帯状素子、P・・アンテナパターン領域。 1 ... 1st antenna (1st monopole antenna), 2 ... No feeding antenna, 3 ... 2nd antenna (2nd monopole antenna), 4 ... Ground pad, 4a ... 1st ground pad, 4b・ ・ 2nd ground pad, 5 ・ ・ Board, 6,6a ・ ・ Feeding part, 11 ・ ・ 1st radiation element, 12 ・ ・ 2nd radiation element, 13 ・ ・ Stub, 21 ・ ・ Earth element, 22 ・ ・Band-shaped element, P ... antenna pattern area.
Claims (5)
前記無給電アンテナは、前記グランドパッドに連結されて前記第2放射素子を超える部位まで延びたアース素子と、当該アース素子の先端から横方向に延びた帯状素子とを有し、
一方に延びた前記帯状素子は前記第2放射素子の上部を覆う長さを有し、前記無給電アンテナ全体はT形状を成していることを特徴とするアンテナ。 A first radiating element is provided at a boundary portion formed in the lateral direction of the ground pad formed on the substrate, and is linearly formed in the vertical direction away from the feeding portion and the ground pad, and the first radiation. A T-shaped monopole antenna having a second radiating element extending from the tip of the element so as to be parallel to the boundary portion of the ground pad, and a non-feeding antenna patterned adjacent to the monopole antenna. It is an antenna with
The non-feeding antenna has a ground element that is connected to the ground pad and extends beyond the second radiating element, and a band-shaped element that extends laterally from the tip of the ground element.
The strip-shaped element extending to one side has a length covering the upper part of the second radiating element, and the entire non-feeding antenna has a T shape.
前記モノポールアンテナ及び前記無給電アンテナのうち、少なくとも前記モノポールアンテナは表面に形成される一方、
前記第2グランドパッドは前記第1グランドパッドより縦に広く形成され、
前記スタブは前記第2グランドパッドとの間で静電容量結合して成ることを特徴とする請求項2記載のアンテナ。 The ground pad has a first ground pad formed on the front surface of the substrate and a second ground pad formed on the back surface thereof.
Of the monopole antenna and the non-feeding antenna, at least the monopole antenna is formed on the surface, while
The second ground pad is formed vertically wider than the first ground pad.
The antenna according to claim 2, wherein the stub is formed by capacitively coupling with the second ground pad.
一方の前記アンテナパターン領域に、前記モノポールアンテナと前記無給電アンテナが配置され、
他方の前記アンテナパターン領域の前記モノポールアンテナと対峙する位置には、前記モノポールアンテナと同一形状で上下及び左右を反転して形成されたモノポールアンテナが配置されて成ることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のアンテナ。 The ground pad is arranged in the center of the substrate, and antenna pattern regions are provided at both ends in the vertical direction of the substrate.
The monopole antenna and the non-feeding antenna are arranged in one of the antenna pattern regions.
A claim characterized in that a monopole antenna having the same shape as the monopole antenna and formed by inverting the top and bottom and left and right is arranged at a position facing the monopole antenna in the other antenna pattern region. Item 4. The antenna according to any one of Items 1 to 4.
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