JP3604515B2 - アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型アンテナに係り、より詳細には、逆Ｆ字型アンテナに係るが、これに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
逆Ｌ字又はＦ字型のような薄型アンテナが良く知られている。逆Ｆ字型アンテナの一例が添付図面の図１に示されている。アンテナ１００は、短絡誘導性スタブ１０４及び容量性ライン１０６に接続された給電部１０２を備えている。誘導性スタブ１０４は、グランドプレーン１０８に短絡され、グランドプレーン上に給電部１０２が距離Ｄだけ突出する。グランドプレーン１０８は、該グランドプレーンから電気的に絶縁１１０された給電部１０２にアクセスできるように開いている。誘導性スタブ１０４及び容量性ライン１０６の各長さＬ_１ 、Ｌ_２ は、アンテナの給電点１１２から見てアンテナに所望の共振周波数及び入力インピーダンスＺ_ｉｎを与えるように決定される。入力インピーダンスは、給電部１０２の位置、ひいては、長さＬ_１ 、Ｌ_２ に基づくものであり、完全に抵抗性にすることができる。典型的に、市場で入手できる電力増幅器及び低ノイズ増幅器の出力又は入力インピーダンス各々にマッチングするには５０オームのインピーダンスである。逆Ｌ字又はＦ字型アンテナに関するそれ以上の詳細は、「小型アンテナ（Ｓｍａｌｌ Ａｎｔｅｎｎａ） 」ＩＳＢＮ ０ ８６３８０ ０４８ ３の第１１６−１５１ページに見ることができる。
【０００３】
逆Ｆ字型アンテナは、高利得及び無指向性放射パターンが特に適している無線電話の分野に特に適用されている。又、それらは、優れた周波数感度が必要とされる用途にも適している。更に、このアンテナは、典型的な無線電話周波数においては比較的小型であるから、無線電話のハウジング内に組み込むことができ、それにより、無線電話の全体的な審美的見掛けを妨げず且つ外部アンテナを有する無線電話よりも魅力的な外観を与える。無線電話のハウジング内にアンテナを配置することにより、アンテナはダメージを受けるおそれがほとんどなく、それ故、長い有効寿命を有する。逆Ｆ字型アンテナは、平面的な製造に適しており、そして安価な製造に適した電子回路を支持するために無線電話に通常使用されるプリント回路板上に製造するのに適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それらが比較的小型サイズであるにも関わらず、無線電話が益々小型になりそして益々複雑になってハウジング内に多量の電子回路を必要とするようになったために、逆Ｆ字型アンテナに使用できるスペースは小さくなり、このようなアンテナをハウジング内に便利に嵌合することが更に困難となっている。このようなアンテナをハウジングの外部に配置することは不便である。というのは、ハウジングを通してプリント回路板上の部品に導電性結合しなければならず、且つ内部アンテナに通常関連した有益さを損なうからである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、グランドプレーンと、このグランドプレーンに対して横方向に配置され且つそれから電気的に絶縁された第１の導電性部材と、この第１の導電性部材に電気的に接続されそして開路端を有する第２の導電性部材とを備え、該第２の部材が上記グランドプレーンに向かって凹状にされたアンテナが提供される。
【０００６】
これは、アンテナが従来の逆Ｌ字又はＦ字型アンテナよりも小型であり、それ故、使用できるスペースが内部にあまりない装置のための内部アンテナとして適しているという利点がある。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態においては、グランドプレーンが第２部材に対して対応的にカーブしている。これは、放射パターンがフラットなグランドプレーンで得られるものよりも改善され、且つ従来の逆Ｌ字又はＦ字型アンテナから得られるものと同様であるという意外な予期せぬ効果を有する。更に、開路端から放射される電力の量は、フラットなグランドプレーンアンテナで得られるものに対して増加される。
【０００８】
第２部材とグランドプレーンとの間の分離は、実質的に一定であるのが好ましく、そして第２部材とグランドプレーンとの間の分離は、アンテナの中心周波数の波長の１／１０程度であるのが適当である。
【０００９】
第２の導電性部材は、電気的に接地されたスタブ部分であって、上記開路端とは逆方向の第１部材の側へ延びるスタブ部分を備えているのが効果的である。これは、アンテナが完全に抵抗性の入力インピーダンスとなるように短絡スタブ及び開路端の各リアクタンスを同調できるようにする。カーブしたグランドプレーンの特徴と組み合わされると、アンテナの特性インピーダンスが開路長さと独立したものになり、従って、アンテナ給電部を短絡スタブ及び開路端から適当な点に配置することにより入力インピーダンスを従来の電子装置の出力インピーダンスに容易にマッチングできるという効果がある。
【００１０】
通常、スタブ部分の接地接続は、グランドプレーンに接触する導電性素子を備え、第１部材、導電性素子及び開路端は、実質的にインラインである。
【００１１】
第１部材及び導電性素子を、それらが非平行であるよう配列することにより、第１部材及び導電性素子に逆方向に流れる各電流は、遠放射フィールドにおいて打ち消されなくなる。従って、従来の逆Ｆ字型アンテナで達成された以上の放射フィールドがアンテナの短絡方向に可能となる。
【００１２】
アンテナは、プリント回路板のような適当な基板上に製造することができ、そしてグランドプレーンは、アンテナに関連した装置に伴う回路のための高周波シールドの一部分から形成されてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を一例として説明する。図２は、本発明の第１の実施形態によるカーブした逆Ｆ字型アンテナと称するアンテナの概略図である。図２の説明において、図１の特徴と同様の特徴を、図１と同様の参照番号で示す。図１の誘導性スタブ１０４及び容量性ライン１０６は、ここでは、カーブした誘導性スタブ２０４及びカーブした容量性ライン２０６である。カーブした逆Ｆ字型アンテナによりその長手方向軸に沿って取られるスペースの量は、従来の逆Ｆ字型アンテナにより取られるスペースの量よりも実質的に少ない。従って、カーブした逆Ｆ字型アンテナは、より小さなスペースに適合することができる。図２から明らかなように、カーブした誘導性スタブ２０４及びカーブした容量性ライン２０６とグランドプレーンとの間の距離は変化し、例えば、距離Ｄ_１ 、Ｄ_２ 及びＤ_３ を有する。カーブした誘導性スタブ２０４はカーブした容量性ライン２０６に比して比較的短いので、誘導性スタブ２０４に対する曲率の作用は無視できるものである。しかしながら、このような作用は、カーブした容量性ライン２０６については無視できないと理解する。曲率の作用は、カーブした容量性ライン２０６の長さＬ_２’に基づく有効特性インピーダンスＺ_０ を与える。送信ラインの方程式については、これは、次のような入力インピーダンスを与える作用を有する。
Ｚ_ｉｎ＝−ＪＺ_０ （Ｌ_２’）／ｔａｎ βＬ_２’
但し、Ｚ_ｉｎは、アンテナの給電点において見た入力インピーダンスであり、Ｚ_０ （Ｌ_２’）は、容量性ラインの長さに基づく有効特性インピーダンスであり、Ｌ_２’は、容量性ラインの長さであり、そしてβは、カーブした容量性ライン２０６に沿って伝播する信号の位相である。カーブした容量性ライン２０６の長さＬ_２’の関数である２つのパラメータに対する入力インピーダンスの依存性は、アンテナを所望の給電点インピーダンスにマッチングさせる計算を困難なものにする上に、アンテナの帯域巾を減少させる作用も有する。更に、カーブした容量性ライン２０６の開放端２１４は、アンテナの他部分よりグランドプレーン１０８に接近しており、従来の逆Ｆ字型アンテナに比してアンテナの放射アパーチャを閉じる作用を有する。これは、アンテナの放射パターンに対する有害な作用である。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態が図３に概略的に示されており、図１及び２の同様の特徴を同様の参照番号を用いて説明する。好ましい実施形態では、カーブした逆Ｆ字型アンテナのグランドプレーン３０８が対応的にカーブしていて、カーブした容量性ライン２０６とグランドプレーン３０８との間の距離Ｄが実質的に一定に保たれる。これは、カーブした容量性ライン２０６の長さＬ_２’に対する入力インピーダンスの二重の依存性を除去すると共に、カーブした容量性ライン２０６の開放端３１４をグランドプレーン３０８から最大分離Ｄに維持するという作用を有する。これにより、従来の逆Ｆ字型アンテナから得られるものと実質的に同様であるような優れた放射を開放端３１４から与える。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態においては、カーブした逆Ｆ字型アンテナ４１６が図４に示すようにプリント回路板４１８に形成される。このアンテナは、１８８０ないし１９００ＭＨｚの周波数帯域において１８９０ＭＨｚの中心周波数で動作するように設計され、中心周波数（１８９０ＭＨｚ）の少なくとも１％の帯域巾を必要とする。本発明の好ましい実施形態によるアンテナ４１６の設計パラメータは、カーブした誘導性スタブ２０４及びカーブした容量性ライン２０６の巾３１６が２ｍｍである。給電トラック１０２の厚みは１ｍｍであり、アンテナの内縁３２２とグランドプレーン３０８との間の距離Ｄは、中心周波数波長の約１／１０、即ち８ｍｍである。アンテナの外縁３２０の曲率半径は、２４．７ｍｍであり、そしてアンテナの内縁３２２の曲率半径は、２２．７ｍｍである。グランドプレーンの曲率半径は、１３ｍｍである。カーブした逆Ｆ字型アンテナ４１６は、従来の銅の金属化を用いた適当な材料で作られたプリント回路板上に形成される。
【００１６】
好ましい実施形態において、図４に示すように、給電トラック４０２は、カーブした誘導性スタブ２０４の短絡回路４２０に平行ではなく、むしろその各々がそれらの各半径をたどる。これは、給電トラック４０２及び短絡回路４２０に流れる電流が平行でないという作用を有する。従って、たとえ電流が互いに逆方向に流れても、従来の逆Ｆ字型アンテナ並びに図２及び３に示したカーブした逆Ｆ字型アンテナとは異なり、これら電流の作用は、放射パターンの遠フィールド領域において打ち消される傾向とならない。従って、図４に示した実施形態によるカーブした逆Ｆ字型アンテナは、従来の逆Ｆ字型アンテナから得られるものよりも、短絡方向に大きな放射電力を有する。本発明の実際の適用においては、プリント回路板４１８上にテスト接点４２２を設け、製造中にアンテナの性能をテストできることが必要である。このようなテスト接点は、当然、導電性であり、あまりに長過ぎると、アンテナの性能を乱すことになる。しかしながら、図４に参照番号４２２で示されたような僅かな乱れは、アンテナの性能に不当な影響を及ぼさず、許容することができる。図４において明らかなように、カーブした誘導性スタブ２０４は、接地導体４２４に接地される。この接地導体４２４は、無線電話のＲＦシールドの接地導体の一部分を形成してもよく、従って、カーブした誘導性スタブ２０４に対して便利な接地接続となる。任意であるが、高周波シールド又はカバーが、カーブした誘導性スタブ２０４に対するグランドプレーン及び接地接続を形成してもよい。これは、カーブした逆Ｆ字型を無線電話のハウジングの内部に形成し、ＲＦシールドの導電性ハウジングがそのグランドプレーンを形成すべき場合に、特に有用である。
【００１７】
アンテナ、ひいては、グランドプレーンの曲率の量は、アンテナで形成しようとする放射パターンによって一部決定される。本出願人は、インピーダンスマッチング基準によって曲率に何らかの制限が課せられることは知らない。
【００１８】
以上の説明から、本発明の範囲内で種々の変更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。
【００１９】
ここに開示する範囲は、請求された発明に関するものであるか、又は本発明により向けられた問題のいずれか又は全てを軽減するものであるかに関わりなく、ここに開示する新規な特徴又は特徴の組み合わせを明確に又は含蓄的に含み、或いはその一般性を含むものである。従って、本出願人は、この出願又はそこから派生する更に別の出願の続行中に新規な請求項がこのような特徴に対して明確に述べられることを通告する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の逆Ｆ字型アンテナの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるカーブした逆Ｆ字型アンテナの概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるカーブしたグランドプレーンを有するカーブした逆Ｆ字型アンテナの概略図である。
【図４】プリント回路板に配置されそしてプリント回路板の接地導体に接続されたカーブした逆Ｆ字型アンテナを示す本発明の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
１００ アンテナ
１０２ 給電部
１０４ 誘導性スタブ
１０６ 容量性ライン
１０８ グランドプレーン
２０４ カーブした誘導性スタブ
２０６ カーブした容量性ライン
２１４、３１４ 開放端
３０８ グランドプレーン
４０２ 給電トラック
４１６ カーブした逆Ｆ字型アンテナ
４１８ プリント回路板
４２０ 短絡回路
４２２ テスト接点
４２４ 接地導体

Claims (8)

1. グランドプレーンと、第１の導電性部材（４０２）と、第２の導電性部材（４１６）とを備えるアンテナ（４００）において、
   アンテナ（４００）は平らであって、基板（４１８）に配置され、前記の第１の導電性部材（４０２）は前記のグランドプレーンから電気的に絶縁されており、前記の第２の導電性部材（４１６）へ延びてこれに電気的に結合され、前記の第２の導電性部材（４１６）の端は開いており、そして前記の第２の導電性部材（４１６）は前記のグランドプレーンに向かって湾曲しており、前記の基板は印刷回路板もしくは無線電話のハウジングの内面であることを特徴とするアンテナ。
2. 前記のグランドプレーンは前記の第２の導電性部材に対し同じように湾曲している請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記の第２の導電性部材と前記のグランドプレーンとの分離距離が実質的に一定である請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記の第２の導電性部材と前記のグランドプレーンとの分離距離がアンテナの中心周波数の波長の１０分の１程度である請求項１もしくは２に記載のアンテナ。
5. 前記の第２の導電性部材が前記のグランドプレーンへ電気的に結合されたスタブ部分（２０４）を有し、このスタブ部分（２０４）は開いた回路端に対して反対の、前記の第１部材（４０２）の側に延びている請求項１、２、３もしくは４に記載のアンテナ。
6. 前記のグランドプレーンに接触している導電性要素（４２０）を介して前記のスタブ部分（２０４）は接地している請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記の第１部材（４０２）と前記の導電性要素（４２０）とは非平行である請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記のグランドプレーンは、アンテナと関連している回路の無線周波数シールドの部分を構成している請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナ。

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