JP3846885B2 - アンテナ装置、無線装置 - Google Patents

Description

この発明は、内蔵型のダイポールアンテナを用いたアンテナ装置、無線装置に関する。

携帯性の向上とアンテナ性能の向上のため、携帯型の無線装置には内蔵アンテナが用いられている。このアンテナの課題はアンテナの小型化である。このアンテナは半波長のダイポールアンテナを原型とするためアンテナが半波長の大きさを必要とする。

これまで、アンテナ素子をコイル状にしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。あるいは、メアンダ型にする方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。これらは、アンテナの長さを短くすることを目的としている。
特開２０００−１３８５１６公報 特開２０００−３４９５２６公報

上述した技術においては、アンテナ素子をコイル状やメアンダ型にすることでアンテナの幅が広がって実装面積が増加してしまう問題がある。また、コイル状にすると却って体積が増加してしまい、装置全体の構造を変える必要が生じるという問題があった。

この発明は上記の問題を解決するためになされたもので、アンテナ特性を劣化させずに装置全体の小型化が可能なアンテナ装置および該アンテナ装置を用いた無線装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、地板と、前記地板の端部に沿って配置された線状ダイポールアンテナとによって構成され、前記線状ダイポールアンテナに沿った前記一辺の端部に切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明の別の態様は、地板と、前記地板上に配置された無線回路と、前記地板の端部に沿って配置された二つの線状素子を有するダイポールアンテナと、前記ダイポールアンテナに給電する給電部と、前記無線回路に接続され、前記給電部に給電するための同軸線と、前記給電点近傍に設けられ、前記ダイポールアンテナを形成する二つの線状素子を短絡する短絡素子とを備え、前記短絡素子は前記給電部を通る直線に対して略線対称な形状を有しており、前記線状素子に沿った前記一辺の端部に切り込みを設けたことを特徴とする無線装置である。

本発明のアンテナ装置および無線装置は、アンテナ特性を劣化させることなく、装置全体を小型化することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るアンテナ装置を含む無線装置の構成を模式的に表した図である。

図１の無線装置１は、地板１０１、無線回路１０２、ダイポールアンテナ１０３、ダイポールアンテナ１０３の給電部１０５、給電線１０６、切り込み部１０７を含む。

地板１０１は、無線回路１０２などの回路を搭載する基板である。

無線回路１０２は、ダイポールアンテナ１０３で受信した高周波信号を増幅したり、周波数変換したりする回路である。

ダイポールアンテナ１０３は、二本の四分の一波長線状素子１０３ａ，１０３ｂを組み合わせて半波長の長さを有して成り、地板１の辺に沿うような位置に配置されている。ダイポールアンテナは、図示しないがスペーサのようなもので浮かせるか、あるいは地板とアンテナを覆う例えばプラスチック製の筐体上に固定してもよい。

給電部１０５は、ダイポールアンテナ１０３に給電線１０６を介して電力を供給するものである。

切り込み部１０７は、ダイポールアンテナ１０３を構成する各線状素子１０３ａ，１０３ｂの近傍にそれぞれ設けられている。

次に、ダイポールアンテナ１０３、地板１０１および、この地板１０１に設けられた切り込み部１０７の作用につき説明する。

内蔵型のダイポールアンテナ１０３は、地板１０１と近接する位置において、ダイポールアンテナ自身と地板１０１上に比較的大きな電流分布を発生させる。これは、ダイポールアンテナ１０３によって地板１０１上に誘起された誘導電流である。このとき、地板１０１は、ダイポールアンテナ１０３と電磁的に結合して、ひとつのアンテナ装置として動作していることになる。このときに切り込み部１０７が地板１０１上にあると、この切り込みに沿って電流が迂回することになる。この迂回は、地板１０１を電気的に長く見せることになる。図２に示すように、地板１０１に深さをＬとする切れ込みを入れると約２Ｌ分だけ電流の経路長が長くなる。つまり、切り込み部１０７によって地板１０１の周囲の長さは電気的に長くなるのである。アンテナ装置として動作している地板１０１の電気的な長さが長くなることで、アンテナ装置全体の大きさが等価的に大きくなったようになる。電気的に大きく見える分は逆に言えば、小さくすることが可能となる。

例えば、シミュレーションによれば、４０×１００ｍｍの地板に１５×５ｍｍの切り込みを入れることで、上記原理により、地板の物理的な大きさを変化させずに電気的な長さを短くさせることができるようになったことから、１９４０ＭＨｚで動作する内蔵ダイポールアンテナの長さを全長８０ｍｍから、７４ｍｍへと削減できることが明らかになった。これはアンテナ長を７．５％削減したことと等価となる。

また切り込みを入れる位置は、地板１０１上において電流分布が大きいところに入れることで効果が上昇する。一般に地板１０１に分布する電流のうち最大となる部分は地板の端部である。従って、ダイポールアンテナ１０３を地板１０１端部に配置することで電流の値はさらに大きくなり、これによって切り込み部１０７のアンテナ短縮効果はさらに向上することになる。図１に示すように、本実施形態では、ダイポールアンテナ１０３を地板１０１の端部に沿って配置し、さらに切り込み部１０７をダイポールアンテナ１０３の下部に設けることにより、アンテナ長を短くできることから、小型実装化に好適である。

図３は第２の実施例に係る無線装置の構成を示す模式図である。

図３の無線装置２は、地板２０１、無線回路２０２、ダイポールアンテナ２０３、ダイポールアンテナ２０３の給電部２０５、同軸線２０６、切り込み部２０７を含む。

地板２０１は、無線回路２０２などの回路を搭載する基板である。

無線回路２０２は、ダイポールアンテナ２０３で受信した高周波信号を増幅したり、周波数変換したりする回路である。

ダイポールアンテナ２０３は、二本の四分の一波長線状素子２０３ａ，１０３ｂを組み合わせて半波長の長さを有して成り、地板２０１の辺に沿うような位置に配置されている。この線状素子もスペーサのようなもので浮かせるか、あるいは地板とアンテナを覆う例えばプラスチック製の筐体上に固定する。

短絡素子２０４は整合回路とバラン（同軸線への漏洩電流の阻止回路）の両方の働きを持つ素子である。短絡素子２０４もダイポールアンテナ２０３と同様、スペーサのようなもので地板２０１から浮かせるか、あるいは地板とアンテナを覆う例えばプラスチック製の筐体上に固定する。

給電部２０５は、アンテナ素子に給電する部分である。

同軸線２０６は、内導体と内導体を覆う外導体よりなり、ダイポールアンテナ２０３と無線回路２０２とを短絡素子２０４を介して繋ぐ。

切り込み部２０７は、ダイポールアンテナ１０３を構成する線状素子の近傍にそれぞれ設けられている。図２の例では線状素子２０３ｂの下部にのみ設けられている。

さて、この実施形態では、内蔵ダイポールアンテナとして、短絡素子２０４を有したダイポールアンテナ２０３を用いている。短絡素子２０４は、同軸線２０６を覆う金属製の外導体と接続され、この短絡素子２０４によって、ダイポールアンテナ２０３は、整合とバランの両方の働きを得ている。以下、短絡素子２０４の動作を図４の模式図を用いて説明する。

図４は、図３における給電部２０５近傍の構造を拡大した図である。短絡素子２０４は地板上にコの字状に形成されている。短絡素子２０４には同軸線２０６の外導体２０６ａが接続されている。同軸線２０６の外導体２０６ａは給電部２０５とも接続されている。また、同軸線２０６の内導体２０６ｂは短絡素子２０４と接続されている。短絡素子２０４は、同軸線２０６を通る線（図の点線で示す）に対して線対称に形成されており、同軸線２０６もこの線に沿って配設されるため、アンテナ全体はほぼ左右対称な構造となっている。

この左右対称な構造により、給電部２０５から同軸線２０６の方向へと流入する電流を抑制する作用が得られる。短絡素子２０４の２本の腕を流れてきたプラスとマイナスの逆相電流（図３中の二本の矢印で示す「＋電流」、「−電流」）は、同軸線２０６が短絡素子２０４から引き出される点Ｐで逆位相、等振幅でぶつかることになる。これにより、同軸線２０６に流れ出る電流は打ち消しあい、電流の値が小さくなるのである。

次に短絡素子２０４の整合回路としての働きについて説明する。ここでは簡単のため定性的な説明を行う。一般にアンテナは、地板に近接すると、入力インピーダンスの抵抗成
分が低下する。これは、地板によって放射が小さくなることに起因する。このように抵抗成分が低下することは、結果としてアンテナの入力インピーダンスが小さくなり、給電部を流れる電流が大きくなることを意味する。ここで短絡素子２０４は、アンテナ給電部に流れる電流を給電部から迂回させる働きを有している。このように電流を迂回させることで、給電点に流れている電流を削減すると、等価的にアンテナの入力インピーダンスの値が上昇したことになる。ここで短絡素子の大きさを調整すると、この短絡素子に流れる電流を制御することが可能となり、これによってアンテナの入力インピーダンスの値を最適化することが可能となる。以上にように短絡素子２０４は、整合回路として動作するのである。

また、本実施例では、切り込みの位置に自由度を与えることができる。本実施形態では、アンテナと地板に接合点が存在しない。短絡素子２０４は左右対称な形状となっており、上述したプラスとマイナスの逆相電流のキャンセルは、短絡素子２０４上で行われるが、地板と接続していないので、地板上に不要な電流は漏洩しない。このことから、本実施形態では、アンテナ素子の下であるならば、地板のどの部分に切り込み部を入れてもアンテナから地板に不要電流が漏洩しないので、特性を劣化させることなく切り込み部の効果を得ることができる。

図５（ａ）は第３の実施例に係る無線装置３の構成を模式的に表した図である。無線装置３は、前述の無線装置１、無線装置２とほぼ構成は同じだが、本実施例は、これまで説明した実施例のように短絡素子を地板上に形成するのではなく、アンテナを自立させるように短絡素子を形成した例である。図５（ｂ）に短絡素子付近の拡大図を示す。

この実施例の構成では、同軸線３０６の屈曲部が第２の実施形態では３箇所であったところを２箇所に削減できる。同軸線３０６の屈曲部は、急に曲げると伝送損失を生じる場合がある。従って、屈曲部が少ないほど実装しやすくなるし、特性損失の劣化が生じにくくなる。

なお、切り込み部３０７は、給電部３０５を通る線で対称となるように配置されている。図４で示した構成例では、図３に示した構成例に比べると地板に漏洩する電流が発生する。これは短絡素子３０４が地板３０１に直接接続されているからである。このような場合、ダイポールアンテナを構成する線状素子の片側の下部だけに切り込みを入れると地板３０１上において、短絡素子３０４近傍の電流が左右でアンバランスとなり上述した逆相電流のキャンセルが十全に行われなくなることから、地板への不要電流の漏洩量が増大することになる。本実施例では、図５に示すように、二つの切り込み部３０７を給電部３０５に対して左右対称となるように配することで、上記の特性劣化を抑制しながら、アンテナの小型化を実現することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。

本発明に係る第１の実施例の構成を示す模式図。 切り込み部に電流が迂回する様子を説明するための模式図。 本発明に係る第２の実施例の構成を示す模式図。 本発明に係る第２の実施例における短絡素子の動作を説明するための図。 本発明に係る第３の実施例の構成を示す模式図

符号の説明

１０１、２０１、３０１・・・地板
１０２、２０２、３０２・・・無線回路
１０３、２０３、３０３・・・ダイポールアンテナ
１０５、２０５、３０５・・・給電部
１０６・・・給電線
１０７、２０７、３０７・・・切り込み部
２０４、３０４・・・短絡素子
２０６、３０６・・・同軸線

Claims (3)

1. 地板と、
   前記地板の端部に沿って配置された線状ダイポールアンテナとによって構成され、
   前記線状ダイポールアンテナに沿った前記端部に切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 地板と、
   前記地板上に配置された無線回路と、
   前記地板の端部に沿って配置された二つの線状素子を有するダイポールアンテナと、
   前記ダイポールアンテナに給電する給電部と、
   前記無線回路に接続され、前記給電部に給電するための同軸線と、
   前記給電点近傍に設けられ、前記ダイポールアンテナを形成する二つの線状素子を短絡する短絡素子とを備え、
   前記短絡素子は前記給電部を通る直線に対して略線対称な形状を有しており、前記線状素子に沿った前記一辺の端部に切り込みを設けたことを特徴とする無線装置。
3. 前記切り込みは、各線状素子に沿った前記一辺の端部に二箇所設け、各切り込みは前記給電部に対して左右対称となる位置に設けたことを特徴とする請求項２に記載の無線装置。

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