JP2023023453A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板サイズに対応してＵＷＢ対応周波数での調整が可能なアンテナ装置を提供すること。【解決手段】 基板本体２と、基板本体に形成された表面グランドパターンＧ１と、基板本体の一辺２ａに接したアンテナ占有領域ＡＯＡと、アンテナ占有領域に形成され給電点ＦＰと接続されたアンテナエレメント３とを備え、アンテナエレメントが、給電点から前記一辺に向かって延在し給電点側受動素子Ｚ３が接続された第１延在部Ｅ１と、第１延在部に接続されていると共に前記一辺に沿った方向に延在する第２延在部Ｅ２と、グランド接続用受動素子Ｚ１を介して表面グランドパターンと接続可能に配された第３延在部Ｅ３とを備え、第１延在部と表面グランドパターンとが、間にインピーダンス調整用受動素子Ｚ４が接続可能でありインピーダンス調整用受動素子を介して互いに接続可能な間隔に設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、幅広い帯域で使用可能なアンテナ装置に関する。

近年、通信機器において、例えば送信機の帯域幅が５００ＭＨｚ以上または比帯域幅＝（帯域幅）／（中心周波数）が２０％以上を占める伝送方式のＵＷＢ（Ultra Wide Band：超広帯域）アンテナが要望されている。このＵＷＢアンテナの主な周波数帯は、例えば３．１６８～１０．５６０ＧＨｚとされている。
このＵＷＢアンテナによる通信システムは、高い周波数帯であり、非常に広い帯域幅を有していることから大容量のデータ通信や高速通信などに適している。また、位置情報トラッキングやセキュリティ対策向けの通信システムとしても使用が想定されている。

従来、ＵＷＢアンテナとして、例えば特許文献１には、涙滴型素子形状を有したアンテナが提案されている。
また、特許文献２には、プリント基板上に、ホームベース型のアンテナ部と、平板状のグランド部とを有したＵＷＢアンテナ装置が提案されている。

特開２００４－１２９２０９号公報 特開２００８－１９９３７１号公報

上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
上記特許文献１のアンテナ装置では、涙滴型素子を採用していると共に涙滴型素子の他にＧＮＤ板（直径１００ｍｍ）が必要になり、装置が大型化してしまうと共に量産化に不向きであるという問題があった。
また、上記特許文献２のアンテナ装置では、平板状のグランド部を小さくするとアンテナ性能も劣化してしまうため、特許文献２に記載の寸法よりも小型化することは困難であった。
このように従来の技術では、基板サイズに制限があり、ＵＷＢ対応の周波数での調整が困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、基板サイズに対応してＵＷＢ対応周波数での調整が可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されグランドに接続される表面グランドパターンと、前記表面グランドパターンが形成されていない領域として前記基板本体上に前記基板本体の一辺に接して設けられたアンテナ占有領域と、前記アンテナ占有領域に金属箔でパターン形成され給電点と接続されたアンテナエレメントとを備え、前記アンテナエレメントが、前記表面グランドパターンに近接した基端側に前記給電点が設けられていると共に前記給電点から前記一辺に向かって延在し途中に給電点側受動素子が接続された第１延在部と、前記第１延在部の途中に一端が接続されていると共に前記一辺に沿った方向に延在する第２延在部と、前記第２延在部の他端に一端が接続され他端にグランド接続用受動素子が接続可能であり前記グランド接続用受動素子を介して前記表面グランドパターンと接続可能に配された第３延在部とを備え、前記第１延在部の基端側と前記表面グランドパターンとが、間にインピーダンス調整用受動素子が接続可能であり前記インピーダンス調整用受動素子を介して互いに接続可能な間隔に設定されていることを特徴とする。

このアンテナ装置では、アンテナエレメントが、途中に給電点側受動素子が接続された第１延在部と、第１延在部に接続されていると共に前記一辺に沿った方向に延在する第２延在部と、第２延在部の他端に一端が接続され他端にグランド接続用受動素子が接続可能でありグランド接続用受動素子を介して表面グランドパターンと接続可能に配された第３延在部とを備え、第１延在部の基端側と表面グランドパターンとが、間にインピーダンス調整用受動素子が接続可能でありインピーダンス調整用受動素子を介して互いに接続可能な間隔に設定されているので、各受動素子によってアンテナエレメント由来の共振とグランドパターン由来の共振との直列共振を調整することで、帯域を大きく変化させることができる。
特に、所望の共振周波数に対して高インピーダンスになるようにコンデンサ等のインピーダンス調整用受動素子を採用することで、グランドパターン側への高周波電流の流れを抑制し、アンテナエレメント側に積極的に電流を印加することでアンテナパターンであるアンテナエレメント由来の共振が強くなり、ＵＷＢ帯においても調整が可能になる。
また、給電点側受動素子及びグランド接続用受動素子によって周波数調整及びインピーダンス調整が可能である。
したがって、基板本体のサイズに応じて、グランド接続用受動素子及びインピーダンス調整用受動素子の接続の有無や各受動素子の設定を変化させることで、ＵＷＢ対応周波数での調整も対応することが可能になる。

第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記基板本体の裏面に金属箔でパターン形成されグランドに接続される裏面グランドパターンを備え、前記裏面グランドパターンが、前記インピーダンス調整用受動素子の直下の少なくとも一部を避けて形成されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、裏面グランドパターンが、インピーダンス調整用受動素子の直下の少なくとも一部を避けて形成されているので、インピーダンス調整用受動素子の直下の裏面側金属箔によって所望のインピーダンスに対して変化してしまうことを抑制することができる。

第３の発明に係るアンテナ装置は、第１又は第２の発明において、前記第２延在部が、途中に中間受動素子が接続可能な分断部分を有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第２延在部が、途中に中間受動素子が接続可能な分断部分を有しているので、第２延在部の途中に中間受動素子を接続することで、さらに周波数調整やインピーダンス調整が可能になる。また、設計条件によりグランド接続用受動素子を使用しない状況など第２延在部の影響が出るような場合にも、中間受動素子を接続しない事で、第１延在部に接続された第２延在部の長さが分断部分により短くなり、第２延在部の影響を小さくすることができる。

第４の発明に係るアンテナ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記第１延在部の先端側に誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１延在部の先端側に誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子によってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化が可能になり、小型化とアンテナ特性の向上とを図ることができる。

第５の発明に係るアンテナ装置は、第４の発明において、前記アンテナ素子が、前記第１延在部の延在方向に向けて延在し、前記アンテナ占有領域の中央に配されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、アンテナ素子が、第１延在部の延在方向に向けて延在しているので、アンテナ素子の開放端を表面グランドパターンから遠くに離すことができる。また、アンテナ素子が、アンテナ占有領域の中央に配されているので、アンテナ占有領域外に設置される周辺部品や筐体等との距離を取ることができ、周囲にバランス良く放射させることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、アンテナエレメントが、途中に給電点側受動素子が接続された第１延在部と、第１延在部に接続されている第２延在部と、グランド接続用受動素子が接続可能な第３延在部とを備え、第１延在部の基端側と表面グランドパターンとが、間にインピーダンス調整用受動素子が接続可能でありインピーダンス調整用受動素子を介して互いに接続可能な間隔に設定されているので、各受動素子によってアンテナエレメント由来の共振とグランドパターン由来の共振との直列共振を調整することで、ＵＷＢ帯等の帯域を大きく変化させることができる。
したがって、本発明のアンテナ装置では、超広帯域が得られると共に、基板サイズに対応してＵＷＢ対応周波数での調整が可能になる。
このように、本発明のアンテナ装置は、多様な用途や機器に対応した超広帯域化が容易に可能になると共に、低コストで省スペース化を図ることができる。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を示す平面図である。 第１実施形態において、アンテナ装置を示す裏面図である。 第１実施形態において、給電点側受動素子，グランド接続用受動素子及びインピーダンス調整用受動素子を接続したアンテナ装置を示す要部の拡大平面図である。 第１実施形態において、給電点側受動素子だけを接続したアンテナ装置を示す要部の拡大平面図である。 第１実施形態において、アンテナ素子を示す斜視図である。 第１実施形態において、アンテナ装置の等価回路図である。 第１実施形態において、アンテナ装置のスミスチャートである。 第１実施形態において、給電点側受動素子，グランド接続用受動素子及びインピーダンス調整用受動素子を接続したアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 第１実施形態において、グランド接続用受動素子の値を変更した場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 第１実施形態において、中間受動素子の値を変更した場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 第１実施形態において、給電点側受動素子の値を変更した場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 第１実施形態において、インピーダンス調整用受動素子の値を変更した場合のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態を示す拡大平面図である。 第１実施形態と第２実施形態とのアンテナ装置を比較して示すＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。

以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図１２を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１から図４に示すように、絶縁性の基板本体２と、基板本体２の表面に銅箔等の金属箔でパターン形成されグランドに接続される表面グランドパターンＧ１と、表面グランドパターンＧ１が形成されていない領域として基板本体２上に基板本体の一辺２ａに接して設けられたアンテナ占有領域ＡＯＡと、アンテナ占有領域ＡＯＡに銅箔等の金属箔でパターン形成され給電点と接続されたアンテナエレメント３とを備えている。

上記アンテナエレメント３は、表面グランドパターンＧ１に近接した基端側に給電点ＦＰが設けられていると共に給電点ＦＰから前記一辺２ａに向かって延在し途中に給電点側受動素子Ｚ３が接続された第１延在部Ｅ１と、第１延在部Ｅ１の途中に一端が接続されていると共に前記一辺２ａに沿った方向に延在する第２延在部Ｅ２と、第２延在部Ｅ２の他端に一端が接続され他端にグランド接続用受動素子Ｚ１が接続可能でありグランド接続用受動素子Ｚ１を介して表面グランドパターンＧ１と接続可能に配された第３延在部Ｅ３とを備えている。

上記第１延在部Ｅ１の基端側と表面グランドパターンＧ１とは、間にインピーダンス調整用受動素子Ｚ４が接続可能でありインピーダンス調整用受動素子Ｚ４を介して互いに接続可能な間隔に設定されている。
なお、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４は、第１延在部Ｅ１のグランド接続用受動素子Ｚ１よりも基端側に接続されている。
また、第２延在部Ｅ２の一端が、第１延在部Ｅ１の給電点側受動素子Ｚ３よりも先端側に接続されている。
表面グランドパターンＧ１の前記一辺２ａ側には、矩形状凹部Ｇ１ａが形成され、矩形状凹部Ｇ１ａ内に第１延在部Ｅ１の基端部が配されており、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４は、矩形状凹部Ｇ１ａと第１延在部Ｅ１の基端部とを架け渡して接続される。

また、本実施形態のアンテナ装置１は、図２に示すように、基板本体２の裏面に銅箔等の金属箔でパターン形成されグランドに接続される裏面グランドパターンＧ２を備えている。
上記裏面グランドパターンＧ２は、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４の直下の少なくとも一部を避けて形成されている。
本実施形態では、裏面グランドパターンＧ２のインピーダンス調整用受動素子Ｚ４の直下にスリット部Ｓが形成されている。
なお、スリット部Ｓは、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４のインピーダンス調整の際の影響を低減するため、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４と最低限同一サイズ以上のスリットが望ましく、またスリット部Ｓの深さ（長手方向のスリット長さ）により、裏面グランドパターンＧ２側へ流れる高周波電流の流れを抑制することも可能となる。

上記第２延在部Ｅ２は、図３及び図４に示すように、途中に中間受動素子Ｚ２が接続可能な分断部分Ｅ２ａを有している。
すなわち、第２延在部Ｅ２は、途中で分断され、この分断部分Ｅ２ａに中間受動素子Ｚ２を接続することで、第２延在部Ｅ２が繋がるようになっている。
上記第３延在部Ｅ３は、図３及び図４に示すように、グランド接続用受動素子Ｚ１が接続可能な分断部分Ｅ３ａを有している。すなわち、第３延在部Ｅ３は、第２延在部Ｅ２の他端から表面グランドパターンＧ１に向けて突出しているが、先端が分断部分Ｅ３ａを介して表面グランドパターンＧ１から離間している。
なお、グランド接続用受動素子Ｚ１だけで第２延在部Ｅ２の他端と表面グランドパターンＧ１とを接続可能であれば、第２延在部Ｅ２の他端とグランド接続用受動素子Ｚ１とが第３延在部Ｅ３として機能する。

上記第１延在部Ｅ１の先端側には、誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴが接続されている。
上記アンテナ素子ＡＴは、第１延在部Ｅ１の延在方向に向けて延在し、アンテナ占有領域ＡＯＡの中央に配されている。
なお、アンテナ素子ＡＴは、第１延在部Ｅ１の延在方向に向けて延在するように設置することが好ましいが、第１延在部Ｅ１の延在方向に対して直交する方向に延在するように設置しても構わない。

上記基板本体２は、長方形状の一般的なプリント基板であって、本実施形態では、ガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板を採用している。
なお、本実施形態では、基板サイズ、すなわち基板本体２の寸法を２２．５×１０×１ｍｍとし、アンテナ占有領域ＡＯＡの寸法を７×１０ｍｍとしている。
上記給電点ＦＰは、同軸ケーブル等の給電手段を介して別のメイン基板等に設けられた高周波回路（図示略）の給電点に接続される。この給電手段としては、同軸ケーブル、レセプタクル等のコネクタ、接点が板バネ形状を有する接続構造、接点がピンプローブ形状またはピン形状を有する接続構造、ハンダ付け用のランドを用いた接続構造等の種々の構造が採用可能である。
例えば、給電手段として同軸ケーブルを採用する場合、同軸ケーブルの芯線が第１延在部Ｅ１の基端部に接続されると共に、同軸ケーブルのグランド線が第１延在部Ｅ１近傍の表面グランドパターンＧ１に接続される。

上記各受動素子は、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパー線が採用される。
なお、表面グランドパターンＧ１，裏面グランドパターンＧ２の領域には、回路部品等を実装しても構わない。
上記アンテナ素子ＡＴは、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図５に示すように、セラミックス等の誘電体１２１の表面にＡｇ等の導体パターン１２２が形成されたチップアンテナである。

このアンテナ素子ＡＴは、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン等が異なる素子を選択しても構わない。また、所望の周波数によっては、アンテナ素子ＡＴに使用している誘電体１２１を、磁性体、若しくは誘電体と磁性体とを混合した複合材料としても構わない。
アンテナ素子ＡＴは、その両端部が第１延在部Ｅ１に形成されたランド部Ｅ１ｂにハンダ付け等で接着される。

本実施形態のアンテナ装置１の等価回路は、図６に示すようになる。
なお、仮に中間受動素子Ｚ２を使用しない場合、上記等価回路は通常のπ型回路と同じように見える。但し、通常のπ型回路の場合、グランド接続用受動素子Ｚ１側，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４側で、所望の周波数に対して５０Ω設計する必要があり、基板サイズ等の定量的な調整が困難である。これに対して、本実施形態のアンテナ装置１では、各受動素子に調整の役割を割り当て、基板サイズに対応した調整方法が実現可能である。

次に、本実施形態のアンテナ装置１におけるスミスチャートを図７に基づいて説明する。
アンテナ装置１では、図７に示すように、アンテナエレメント３由来の共振と表面グランドパターンＧ１及び裏面グランドパターンＧ２由来の共振との直列共振を給電点側受動素子Ｚ３，グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４及び中間受動素子Ｚ２によって調整したことで、アンテナパターンであるアンテナエレメント３由来の共振（図中の「１」の曲線）のみが現れている。

次に、給電点側受動素子Ｚ３，グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４及び中間受動素子Ｚ２を接続した際のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）のシミュレーション結果を、図８に示す。
なお、各受動素子は、以下のものを実装した。
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：０．９ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．７ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：２．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１ｐＦのコンデンサ

図４に示すように、給電点側受動素子Ｚ３のみを接続したパターンの本実施形態のアンテナ装置１では、基板本体２の幅サイズが１０ｍｍ未満の場合にのみ対応可能となる。すなわち、横方向（幅方向）の表面グランドパターンＧ１の長さに対して、所望の周波数に対する４分の１波長の長さで影響するため、７．９ＧＨｚの４分の１波長（≒９．５ｍｍ）となり、本状態での調整では、１０ｍｍ未満にしか対応できない事が多くなる。
これに対して、図３に示すように、給電点側受動素子Ｚ３，グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４及び中間受動素子Ｚ２を接続したパターンの本実施形態のアンテナ装置１では、図８からわかるように、広帯域な入力特性をＵＷＢ帯の中心周波数である７．９ＧＨｚ（ＵＷＢ ９ｃｈ）にて実現でき、基板本体２の幅サイズが１０ｍｍ未満から１０ｍｍ以上の場合でも対応可能である。

このように基板サイズに応じて接続する受動素子の個数や各素子の調整方法を変更することで、所望の共振周波数，インピーダンス，帯域幅の調整が可能になる。
また、グランド接続用受動素子Ｚ１及び中間受動素子Ｚ２を接続せずに、第２延在部Ｅ２及び第３延在部Ｅ３を切り離すことで、図４のように給電点側受動素子Ｚ３のみを使用する場合でもパターンによる干渉が抑制される。

なお、例えば比較のアンテナエレメントとして、給電点側受動素子Ｚ３及び第１延在部Ｅ１だけ形成し、第２延在部Ｅ２，第３延在部Ｅ３，グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４及び中間受動素子Ｚ２が無いアンテナ装置の場合、表面グランドパターンＧ１が幅１９ｍｍ以上に拡げると給電点側受動素子Ｚ３の使用インダクタが０．１ｎＨとなってしまい、調整が不可能となる。なお、グランドパターンのサイズが大きくなるにつれ帯域が縮小する。このように調整用の受動素子が給電点側受動素子Ｚ３の一つだけであると、インピーダンス調整が不可能である。

次に、上記受動素子のうちグランド接続用受動素子Ｚ１の値を変化させた場合のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）のシミュレーション結果を、図９に示す。
なお、各受動素子は、以下のものを実装した。
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：０．６～１．２ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．１ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：２．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１ｐＦのコンデンサ

このようにグランド接続用受動素子Ｚ１の値を変化させた場合、図９からわかるように、グランド接続用受動素子Ｚ１のコンデンサ容量を０．２ｐＦ変化させるだけでも大きく帯域とインピーダンスとが変化している。また、中心周波数についてもグランド接続用受動素子Ｚ１の容量が大きくなると、低くなる方向にシフトしている。
なお、コンデンサではなくインダクタをグランド接続用受動素子Ｚ１として接続しても周波数とインピーダンスとを調整可能である。

次に、上記受動素子のうち中間受動素子Ｚ２の値を変化させた場合のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）のシミュレーション結果を、図１０に示す。
なお、各受動素子は、以下のものを実装した。
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：０．９ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．１～０．７ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：２．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１ｐＦのコンデンサ

このように中間受動素子Ｚ２の値を変化させた場合、図１０からわかるように、中間受動素子Ｚ２のインダクタのインダクタンス値を０．２ｎＨ変化させるだけでも大きく帯域とインピーダンスとが変化している。また、中心周波数についても中間受動素子Ｚ２のインダクタンス値が大きくなると、低くなる方向にシフトしている。
なお、インダクタではなくコンデンサを中間受動素子Ｚ２として接続しても周波数とインピーダンスとを調整可能である。

次に、上記受動素子のうち給電点側受動素子Ｚ３の値を変化させた場合のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）のシミュレーション結果を、図１１に示す。
なお、各受動素子は、以下のものを実装した。
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：０．９ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．１ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：０．９～３．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１ｐＦのコンデンサ

このように中間受動素子Ｚ２の値を変化させた場合、図１１からわかるように、グランド接続用受動素子Ｚ１や中間受動素子Ｚ２と比較して変化量が少なく、帯域とインピーダンスとの微調整に向いている。また、中心周波数についても中間受動素子Ｚ２のコンデンサ値が大きくなると、低くなる方向にシフトしている。

次に、上記受動素子のうち給電点側受動素子Ｚ４の値を変化させた場合のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）のシミュレーション結果を、図１２に示す。
なお、各受動素子は、以下のものを実装した。
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：０．９ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．１ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：２．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１～０．３ｐＦのコンデンサ

このようにインピーダンス調整用受動素子Ｚ４の値を変化させた場合、図１２からわかるように、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４のコンデンサ容量を０．１ｐＦ変化させるだけでも大きく入力が変化している。また、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４は、インピーダンス調整に寄与している。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナエレメント３が、途中に給電点側受動素子Ｚ３が接続された第１延在部Ｅ１と、第１延在部Ｅ１に接続されていると共に前記一辺２ａに沿った方向に延在する第２延在部Ｅ２と、グランド接続用受動素子Ｚ１が接続可能でありグランド接続用受動素子Ｚ１を介して表面グランドパターンＧ１と接続可能に配された第３延在部Ｅ３とを備え、第１延在部Ｅ１のグランド接続用受動素子Ｚ１よりも基端側と表面グランドパターンＧ１とが、間にインピーダンス調整用受動素子Ｚ４が接続可能でありインピーダンス調整用受動素子Ｚ４を介して互いに接続可能な間隔に設定されているので、各受動素子によってアンテナエレメント３由来の共振とグランドパターン由来の共振との直列共振を調整することで、帯域を大きく変化させることができる。

特に、所望の共振周波数に対して高インピーダンスになるようにコンデンサ等のインピーダンス調整用受動素子Ｚ４を採用することで、表面グランドパターンＧ１側への高周波電流の流れを抑制し、アンテナエレメント３側に積極的に電流を印加することでアンテナパターンであるアンテナエレメント３由来の共振が強くなり、ＵＷＢ帯においても調整が可能になる。
特に、基板サイズ（グランドサイズ）を問わず、ＵＷＢ７．９ＧＨｚ帯での調整が可能になる。

また、給電点側受動素子Ｚ３及びグランド接続用受動素子Ｚ１によって周波数調整及びインピーダンス調整が可能である。
したがって、基板本体２のサイズに応じて、グランド接続用受動素子Ｚ１及びインピーダンス調整用受動素子Ｚ４の接続の有無や各受動素子の設定を変化させることで、ＵＷＢ対応周波数での調整も対応することが可能になる。
このようにコプレーナ線路やマイクロストリップ線路内での調整ではなく、アンテナエレメント３（アンテナパターン）によってＵＷＢ帯の調整が可能になる。

また、裏面グランドパターンＧ２が、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４の直下の少なくとも一部を避けて形成されているので、インピーダンス調整用受動素子Ｚ４の直下の裏面側金属箔によって所望のインピーダンスに対して変化してしまうことを抑制することができる。
また、第２延在部Ｅ２が、途中に中間受動素子Ｚ２が接続可能な分断部分Ｅ２ａを有しているので、第２延在部Ｅ２の途中に中間受動素子Ｚ２を接続することで、さらに周波数調整やインピーダンス調整が可能になる。また、設計条件によりグランド接続用受動素子Ｚ１を使用しない状況など第２延在部Ｅ２の影響が出るような場合にも、中間受動素子Ｚ２を接続しない事で、第１延在部Ｅ１に接続された第２延在部Ｅ２の長さが分断部分Ｅ２ａにより短くなり、第２延在部Ｅ２の影響を小さくすることができる。

また、第１延在部Ｅ１の先端側に誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴが接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子ＡＴによってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化が可能になり、小型化とアンテナ特性の向上とを図ることができる。
さらに、アンテナ素子ＡＴが、第１延在部Ｅ１の延在方向に向けて延在しているので、アンテナ素子ＡＴの開放端を表面グランドパターンＧ１から遠くに離すことができる。また、アンテナ素子ＡＴが、アンテナ占有領域ＡＯＡの中央に配されているので、アンテナ占有領域ＡＯＡ外に設置される周辺部品や筐体等との距離を取ることができ、周囲にバランス良く放射させることができる。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態について、図１３及び図１４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、平面視で第２延在部Ｅ２が第１延在部Ｅ１から左側に向けて延在しているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１では、図１３に示すように、平面視で第２延在部Ｅ２が第１延在部Ｅ１から右側に向けて延在している点である。

すなわち、第２実施形態では、第１実施形態とは反対側である第１延在部Ｅ１の右側に第２延在部Ｅ２，第３延在部Ｅ３及びグランド接続用受動素子Ｚ１が配されている。
このように、第１実施形態及び第２実施形態では、図１４に示すように、アンテナエレメント３の方向によっては特性は大きく変化しておらず、アンテナエレメント３の方向によらず設計が可能である。

なお、図１４に示す「左」は第１実施形態であり、図１４に示す「右」は第２実施形態）である。
また、第１実施形態及び第２実施形態の各受動素子は、以下のものを実装した。
＜第１実施形態（平面視左側に第２延在部Ｅ２＞
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：０．９ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．７ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：２．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１ｐＦのコンデンサ
＜第２実施形態（平面視右側に第２延在部Ｅ２＞
グランド接続用受動素子Ｚ１ ：２．２ｐＦのコンデンサ
中間受動素子Ｚ２ ：０．１ｎＨのインダクタ
給電点側受動素子Ｚ３ ：０．９ｐＦのコンデンサ
インピーダンス調整用受動素子Ｚ４：０．１ｐＦのコンデンサ

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上述したようにアンテナ素子を接続してエレメントの一部とすることが好ましいが、アンテナ素子を接続せずに、銅箔等の金属箔のみで延在した第１延在部でも構わない。この際、高インピーダンス化するために、第１延在部の少なくとも一部を他の部分よりも幅狭の細いパターンにしたり、ジグザグに折り返しながら全体として一定方向に延在するミアンダパターンとしたりすることが好ましい。

さらに、基板サイズに余裕がある場合には、上記エレメントの一部を線状若しくは板状の金属を折り返した形状のパターンに置き換えても構わない。また、同一の基板本体の表裏面に対してスルーホールを用いて、螺旋状などの形状に旋回させたパターンにしても構わない。

なお、第１実施形態及び第２実施形態では、給電点を基準に左右の表面グランドパターンに対して、グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４をそれぞれ分けて配置していることで、左右それぞれの表面グランドパターンに対する高周波電流の流れを調整可能としている。これらに対して、グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４，第２延在部及び第３延在部を共に同じ側（例えば給電点の右側）に設置して、片側（右側）に寄せても良いが、この場合、グランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４共に搭載されない側（例えば給電点の左側）の表面グランドパターンに対しては高周波電流の調整が困難であり、基板サイズに対する最適な調整が難しくなる場合がある。また、第２延在部とインピーダンス調整用受動素子Ｚ４との距離による干渉から調整が困難になるおそれもあり、小型化との両立が難しくなるため、第１及び第２実施形態のようにグランド接続用受動素子Ｚ１，インピーダンス調整用受動素子Ｚ４を給電点を基準にして左右に振り分けることが好ましい。

１，２１…アンテナ装置、２…基板本体、２ａ…基板本体の一辺、３…アンテナエレメント、ＡＯＡ…アンテナ占有領域、ＡＴ…アンテナ素子、Ｇ１…表面グランドパターン、Ｇ２…裏面グランドパターン、Ｅ１…第１延在部、Ｅ２…第２延在部、Ｅ２ａ…第２延在部の分断部分、Ｅ３…第３延在部、ＦＰ…給電点、Ｚ１…グランド接続用受動素子、Ｚ２…中間受動素子、Ｚ３…給電点側受動素子、Ｚ４…インピーダンス調整用受動素子

Claims (5)

1. 絶縁性の基板本体と、
   前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されグランドに接続される表面グランドパターンと、
   前記表面グランドパターンが形成されていない領域として前記基板本体上に前記基板本体の一辺に接して設けられたアンテナ占有領域と、
   前記アンテナ占有領域に金属箔でパターン形成され給電点と接続されたアンテナエレメントとを備え、
   前記アンテナエレメントが、前記表面グランドパターンに近接した基端側に前記給電点が設けられていると共に前記給電点から前記一辺に向かって延在し途中に給電点側受動素子が接続された第１延在部と、
   前記第１延在部の途中に一端が接続されていると共に前記一辺に沿った方向に延在する第２延在部と、
   前記第２延在部の他端に一端が接続され他端にグランド接続用受動素子が接続可能であり前記グランド接続用受動素子を介して前記表面グランドパターンと接続可能に配された第３延在部とを備え、
   前記第１延在部の基端側と前記表面グランドパターンとが、間にインピーダンス調整用受動素子が接続可能であり前記インピーダンス調整用受動素子を介して互いに接続可能な間隔に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記基板本体の裏面に金属箔でパターン形成されグランドに接続される裏面グランドパターンを備え、
   前記裏面グランドパターンが、前記インピーダンス調整用受動素子の直下の少なくとも一部を避けて形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
   前記第２延在部が、途中に中間受動素子が接続可能な分断部分を有していることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記第１延在部の先端側に誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項４に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ素子が、前記第１延在部の延在方向に向けて延在し、前記アンテナ占有領域の中央に配されていることを特徴とするアンテナ装置。

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