JP3975219B2 - アンテナ、アンテナ用誘電体基板及び無線通信カード - Google Patents
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Description
本発明の第14の態様に係るアンテナは、平面的なグランドパターンと、グランドパターン側の縁部に、曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうち少なくともいずれかで構成され且つグランドパターンとの距離を連続して変化させる連続変化部分が設けられた平面エレメントとを有する。そして、グランドパターンと平面エレメントとは、完全には重なることがなく、互いの面が平行又は実質的に平行に配置され、平面エレメントにおけるグランドパターン側の縁部と、グランドパターンにおける平面エレメント側の縁部とが非対称であり、上記連続変化部分において、平面エレメントの給電位置から遠ざかるにつれてグランドパターンとの距離が漸増するものである。
本発明の第1の実施の形態に係るアンテナの構成を第1A図及び第1B図に示す。第1A図に示すように、第1の実施の形態に係るアンテナは、円形の平面導体である平面エレメント101と、当該平面エレメント101に併置されるグランドパターン102と、高周波電源103とにより構成される。平面エレメント101は、高周波電源103と給電点101aにて接続されている。給電点101aは、平面エレメント101とグランドパターン102との距離が最短となる位置に設けられている。
本発明の第2の実施の形態に係るアンテナの構成を第4図に示す。第1の実施の形態と同様に、円形の平面導体である平面エレメント201と、当該平面エレメント201と併置されるグランドパターン202と、平面エレメント201の給電点201aと接続する高周波電源203とにより構成される。給電点201aは、平面エレメント201とグランドパターン202との距離が最短となる位置に設けられる。
本発明の第3の実施の形態に係るアンテナの構成を図5に示す。本実施の形態に係るアンテナは、半円形の平面導体である平面エレメント301と、当該平面エレメント301と併置されるグランドパターン302と、平面エレメント301の給電点301aと接続する高周波電源303とにより構成される。グランドパターン302のサイズは、平面エレメント301のサイズより大きい。給電点301aは、平面エレメント301とグランドパターン302との距離が最短となる位置に設けられる。
本発明の第4の実施の形態に係るアンテナの構成を第6図に示す。本実施の形態に係るアンテナは、半円形の平面導体であり且つ切欠部414が設けられている平面エレメント401と、平面エレメント401と併置されるグランドパターン402と、平面エレメント401の給電点401aと接続される高周波電源403とにより構成される。平面エレメント401の直径L41は例えば20mmであり、切欠部414の間口L42は例えば10mmであり、平面エレメント401の天頂部401b(給電点401aから最も遠い縁部)からグランドパターン402側に例えば深さL43(=5mm)くぼんでいる。給電点401aは、平面エレメント401とグランドパターン402との距離が最短となる位置に設けられる。
本発明の第5の実施の形態に係るアンテナの構成を第9図に示す。本実施の形態では、半円形の平面導体であり且つ切欠部514が設けられている平面エレメント501及びグランドパターン502を誘電率2から5のプリント基板(FR−4、テフロン(登録商標)などを素材とする樹脂基板)に形成した場合の例を説明する。
本発明の第6の実施の形態に係るアンテナの構成を第11図に示す。本実施の形態では、矩形の平面導体であり且つ切欠部614が設けられている平面エレメント601及びグランドパターン602を誘電率2から5のプリント基板(FR−4、テフロン(登録商標)などを素材とする樹脂基板)に形成した場合の例を説明する。
本発明の第7の実施の形態に係るアンテナの構成を第13A図及び第13B図に示す。第7の実施の形態に係るアンテナは、切欠部714を有する導体の平面エレメント701を内部に含み且つ誘電率約20の誘電体基板705と、誘電体基板705にL71(=1.0mm)の間隔をおいて併置され且つ誘電体基板705の給電点701aに対して先細り形状が形成されたグランドパターン702と、例えばプリント基板(より具体的には例えば、FR−4、テフロン(登録商標)などを素材とする樹脂基板)である基板704と、平面エレメント701の給電点701aに接続される高周波電源703とにより構成される。誘電体基板705のサイズは、およそ8mm×10mm×1mmとなっている。また、給電点701aを通る直線711に対して平面エレメント701の底辺701bは垂直になっており、辺701cは直線711に平行になっている。平面エレメント701の底辺701bの角は隅切されており、辺701fが設けられ、底辺701bはこの辺701fを介して辺701cに接続している。また、平面エレメント701の天頂部701dには矩形の切欠部714が設けられている。切欠部714は、天頂部701dからグランドパターン702側に矩形に窪ませることにより形成されている。給電点701aは底辺701bの中点に設けられている。
本発明の第8の実施の形態に係るアンテナは、第15図に示すように、平面エレメント801を内部に含み且つ誘電率約20の誘電体基板805と、誘電体基板805と併置され且つその上端部802a及び802bが上に凸の曲線であるグランドパターン802と、例えばプリント基板である基板804と、平面エレメント801の給電点801aに接続される高周波電源803とにより構成される。誘電体基板805のサイズは、およそ8mm×10mm×1mmとなっている。また、給電点801aを通る直線811に対して平面エレメント801の底辺801bは垂直になっており、当該底辺801bに接続される辺801cは直線811に平行になっている。また、平面エレメント801の天頂部801dには切欠部814が設けられている。切欠部814は、天頂部801dからグランドパターン802側へ矩形に窪ませることにより形成されている。給電点801aは底辺801bの中点に設けられている。なお、第7の実施の形態に係る誘電体基板705に含まれる平面エレメント701と本実施の形態に係る誘電体基板805に含まれる平面エレメント801との差は、底辺の隅切りの有無である。
本発明の第9の実施の形態に係るアンテナは、第16図に示すように、第8の実施の形態と同じ形状の平面エレメント801を含む誘電体基板805と、当該誘電体基板805に併置され且つその上縁部902a及び902bがそれぞれ下向きの飽和曲線となっているグランドパターン902と、誘電体基板805及びグランドパターン902が設置される例えばプリント基板である基板904と、平面エレメント801の給電点801aと接続される高周波電源903とから構成される。
本発明の第8の実施の形態に係るアンテナのように、給電点801aを通る直線811に対して左右対称にグランドパターン802を形成できる場合は良いが、誘電体基板805の実装位置が例えば基板804の隅になってしまうと、グランドパターン802を左右対称に形成できない場合もある。ここでは、このようにグランドパターンが左右対称にできない場合の最適化例を示す。第17A図に示すように、誘電体基板805を基板1004の左隅に配置しなければならない場合、グランドパターン1002は、誘電体基板805の中心線1011から左部分の辺1002aについては水平に、右部分の辺1002bについては傾斜を付けて、さらに辺1002aからL101(=3mm)下がった位置から右側の辺1002cについては水平になるような形状を有している。但し、グランドパターン1002には、誘電体基板805に対しては先細り形状が形成されている。なお、グランドパターン1002の横幅L103は20mmで、右端の辺の長さL102は35mmである。また、誘電体基板805のサイズは第8の実施の形態と同じで、8mm×10mm×1mmである。
本発明の第11の実施の形態に係るアンテナの構成を第20図に示す。本実施の形態では、矩形の平面導体であり且つ切欠部1114が設けられている平面エレメント1101を誘電率約20の誘電体基板1105に形成した場合の例を説明する。本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント1101を内部に含み且つ外部電極1105aが外部に設けられている誘電体基板1105と、図示しない高周波電源と接続して平面エレメント1101に給電し且つ誘電体基板1105の外部電極1105aと接続するための給電部1107と、給電部1107を収容するための窪み1115を先端に有しており且つ平面エレメント1101の給電位置に対して先細り形状が形成されたグランドパターン1102とにより構成される。なお、誘電体基板1105は、例えばプリント基板である基板1104上に設置され、グランドパターン1102は当該基板1104の内部又は表面に形成される。
本発明の第12の実施の形態に係るアンテナの構成を第22図に示す。本実施の形態では、グランドパターン1202と対向する部分が円弧となっている平面エレメント1201を誘電率約20の誘電体基板1205に形成した場合の例を説明する。第12の実施の形態に係るアンテナは、導体の平面エレメント1201を内部に含み且つ外部電極1205aが外部に設けられている誘電体基板1205と、図示しない高周波電源と接続して平面エレメント1201に給電し且つ誘電体基板1205の外部電極1205aと接続するための給電部1207と、給電部1207を収容するための窪み1215を有しており且つプリント基板等の基板1204に形成されたグランドパターン1202とにより構成される。外部電極1205aは、平面エレメント1201の突起部1201aと接続しており、誘電体基板1205の裏面(点線部分)まで伸びている。給電部1207は、誘電体基板1205の側面端部及び裏面に設けられた外部電極1205aと接触し、点線部分で重なっている。
以下の実施の形態13乃至16では、グランド形状の最適化例及び無線通信カードへの適用例を示す。基本的には第11の実施の形態(第20図)に示した誘電体基板1105及び平面エレメント1101並びにグランドパターン1102の形状を用いる。このような形状を採用することにより、約3GHzから12GHzという超広帯域アンテナを実現することができる。特に、グランドパターン1102には平面エレメント1101の給電位置1101aに対して先細り形状が形成されているので、平面エレメント1101とグランドパターン1102との結合度合いを調整することができ、結果として好ましいインピーダンス特性に得ることができるようになる。なお、第20図に示した平面エレメント1101の底辺部分に設けられた辺1101hについては設けなくともよい。
本実施の形態に係る無線通信カードのプリント基板1404を第25図に示す。本実施の形態に係るプリント基板1404は、第11の実施の形態に係る誘電体基板と同じ誘電体基板1105と、給電位置1101aに接続される高周波電源1403と、グランドパターン1402とを有する。誘電体基板1105は、プリント基板1404の右上端部に、グランドパターン1402に対してL132(=1mm)離れて設置される。グランドパターン1402には、誘電体基板1105に対向する辺1402a及び1402bにより、平面エレメント1101の給電位置1101aに対して先細り形状が形成されている。グランドパターン1402と誘電体基板1105の最短距離はL132となる。給電位置1101aに最も近い、グランドパターン1402の点とプリント基板1404の右側端部と辺1402aとが交わる点の高さの差L133は2乃至3mmである。辺1402a及び1402bにより構成される先細り形状は、給電位置1101aを通る直線に対して対称となっているが、辺1402bは、長さL133の垂直の辺1402cと接続しており、当該辺1402cは水平の辺1402dに接続している。本実施の形態では、辺1402dはさらに垂直の辺1402eに接続している。これにより、グランドパターン1402は、辺1402e、辺1402d、辺1402c、辺1402b、及び辺1402aにより誘電体基板1105を部分的に囲うように形成されている。すなわち、グランドパターン1402は、平面エレメント1101の全ての縁部を囲うことなく、且つ切欠部1114を含む、平面エレメント1101の縁部の少なくとも一部に対して開口が設けられるように形成される。本実施の形態では、平面エレメント1101の、切欠部1114を含む上縁部及び右側縁部に対向するグランドパターン1402は設けられておらず、プリント基板1404のカバーを考慮しなければ、開口が設けられていると言える。なお、L131は10mmである。また、第25図では、右上端に誘電体基板1105を配置する一例を示しているが、左上端に誘電体基板1105を配置するようにしても良い。その際には、誘電体基板1105の右側にグランドパターン1402の領域が伸びるようになる。
本実施の形態では、第14の実施の形態をダイバーシティ・アンテナに適用した場合の例を示す。通常スペース・ダイバーシティ・アンテナは、1/4波長離れた2つのアンテナを切り替えて使用する。従って、第27図に示すように、2つの誘電体基板をプリント基板1504の左右の上端部に配置する。
本実施の形態では、第11の実施の形態に係るアンテナをスティック型カードに適用した場合の例を第28図に示す。本実施の形態に係るプリント基板1604は、第11の実施の形態における誘電体基板と同じ誘電体基板1105と、給電位置1101aから接続される高周波電源1603と、グランドパターン1602とを有する。誘電体基板1105は、プリント基板1604の上端部に、グランドパターン1602に対してL162(=1mm)離れて設置される。グランドパターン1602には、辺1602a及び1602bにより、誘電体基板1105の給電位置1101aに対して先細り形状が形成されている。給電位置1101aに最も近いグランドパターン1602の点とプリント基板1604の側端部と辺1602a又は1602bとが交わる点の高さの差L163は2乃至3mmとなっている。また先細り形状が形成されたグランドパターン1602は、給電位置1101aを通る直線に対して対称となっている。なお、L161は10mmである。
本発明の第17の実施の形態に係るアンテナの構成を第29A図及び第29B図に示す。第29A図に示すように、本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント1701を内部に含み且つ誘電率が約20の誘電体基板1705と、誘電体基板1705に併置されるグランドパターン1702と、例えばプリント基板(より具体的には例えば、FR−4、テフロン(登録商標)などを素材とする樹脂基板)である基板1704と、平面エレメント1701の給電点1701aに接続される高周波電源1703とにより構成される。平面エレメント1701は、T字に類似した形状を有しており、誘電体基板1705の端部に沿った底辺1701bと上方に伸びる辺1701cと第1の傾斜角を有する辺1701dと第1の傾斜角より大きな傾斜角を有する辺1701eと天頂部1701fとにより構成される。給電点1701aは、誘電体基板1705の端部に沿った底辺1701bの中点に設けられている。本実施の形態では誘電体基板1705とグランドパターン1702との距離L171は、1.5mmである。また、グランドパターン1702の幅は20mmである。
本発明の第18の実施の形態に係るアンテナの構成を第30図に示す。第30図に示すように、本実施の形態に係るアンテナは、平面エレメント1801を内部に含み且つ誘電率が約20の誘電体基板1805と、誘電体基板1805に併置されるグランドパターン1802と、例えばプリント基板である基板1804と、平面エレメント1801の給電点1801aに接続される高周波電源1803とにより構成される。平面エレメント1801及び誘電体基板1805は、第17の実施の形態における平面エレメント1701及び誘電体基板1705と同じである。本実施の形態では誘電体基板1805とグランドパターン1802との距離L181は、1.5mmである。また、グランドパターン1802の幅は20mmである。
本発明の第19の実施の形態に係るアンテナの構成を第31図に示す。本実施の形態では、5GHz帯の広域アンテナの例を説明する。第19の実施の形態に係るアンテナは、T型に類似した形状の平面エレメント1901を内部に含み且つ外部電極1905aが外部に設けられている誘電体基板1905と、図示が省略された高周波電源と接続して平面エレメント1901に給電し且つ誘電体基板1905の外部電極1905aと接続するための給電部1907と、給電部1907を収容するための窪み1915を有しており且つプリント基板等に形成されたグランドパターン1902とにより構成される。外部電極1905aは、平面エレメント1901の下部と接続しており、誘電体基板1905の裏面(点線部分)まで伸びている。給電部1907は、誘電体基板1905の側面端部及び裏面の外部電極1905aと接触し、点線部分で重なっている。
本発明の第20の実施の形態に係るアンテナは、2.4GHz帯と5GHz帯のデュアルバンドアンテナである。本デュアルバンドアンテナは、第32図に示すように、平面導体の第1エレメント2001と第1エレメント2001の天頂中央から伸びる共振エレメントである第2エレメント2006とを内部に含む誘電体基板2005と、誘電体基板2005と間隔L202(=1.5mm)を隔てて併置され且つ誘電体基板2005に対して上縁部が先細り形状を有するグランドパターン2002と、誘電体基板2005とグランドパターン2002とが設置される基板2004と、第1エレメント2001の底辺中央部に設けられた給電点2001aと接続される高周波電源2003とにより構成される。誘電体基板2005のサイズは、例えば8mm×4.5mm×1mmである。
本発明の第21の実施の形態に係るアンテナは、2.4GHz帯と5GHz帯のデュアルバンドアンテナである。本デュアルバンドアンテナは、第33図に示すように、平面導体の第1エレメント2101と第1エレメント2101の天頂中央から伸びる共振エレメントである第2エレメント2106とを内部に含む誘電体基板2105と、誘電体基板2105と間隔L212(=1.5mm)を隔てて併置され且つ誘電体基板2105に対して上縁部が先細り形状を有するグランドパターン2102と、誘電体基板2105とグランドパターン2102とが設置される基板2104と、第1エレメント2101の底辺中央部に設けられた給電点2101aと接続される高周波電源2103とにより構成される。誘電体基板2105のサイズは、例えば10mm×5mm×1mmである。
本発明の第22の実施の形態に係るアンテナは、2.4GHz帯と5GHz帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第21の実施の形態に係る誘電体基板2105をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、第40A図の側面図に示すように、誘電体基板2205の比較的下方の層に平面導体の第1エレメント2201と共振エレメントである第2エレメントの第1部分2206aを形成し、誘電体基板2205の比較的上方の層に第2エレメントの第2部分2206bを形成し、それらを2つの外部電極2205aにより接続する構造を有する。第40B図に第1エレメント2201と第2エレメントの第1部分2206aとが形成されている層の構造を示す。第1エレメント2201の形状は第21の実施の形態に示したものと同じである。第2エレメントの第1部分2206aは、第1エレメント2201の天頂中央から伸びて、途中2方向に分かれ、誘電体基板2205の上端部に設けられた2つの外部電極2205aに接続している。第40C図に第2エレメントの第2部分2206bが形成されている層の構造を示す。第2エレメントの第2部分2206bは、誘電体基板2205の上端部に設けられた外部電極2205aから誘電体基板2205の下端部方向に伸びた後、第21の実施の形態(第33図)において示したミアンダ部分を含む構成を有している。この第2エレメントの第2部分2206bは、層は異なるようになっているが第1エレメント2201と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第21の実施の形態における第34図に示した配置と同様に、第1エレメント2201に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。すなわち、第2エレメントの第2部分2206bと第1エレメント2201とをそれぞれが形成される層に対して平行な仮想平面に投影した際に、第2エレメントの第2部分2206bが、仮想平面に投影された第1エレメントの脇に定義された所定の領域に重なることなく配置されるということである。この所定の領域とは、第34図で示した領域2116に対応する部分である。なお、本実施の形態における誘電体基板2205のサイズは、L221=1mm、L222=4mm、L223=10mmとなっている。
本発明の第23の実施の形態に係るアンテナは、2.4GHz帯と5GHz帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第21の実施の形態に係る誘電体基板2105をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、第43A図の側面図に示すように、誘電体基板2305の比較的下方の層に平面導体の第1エレメント2301と共振エレメントである第2エレメントの第1部分2306aを形成し、誘電体基板2305の比較的上方の層に第2エレメントの第2部分2306bを形成し、それらを1つの外部電極2305aにより接続する構造を有する。第43B図に第1エレメント2301と第2エレメントの第1部分2306aが形成されている層の構造を示す。第1エレメント2301の形状は第21の実施の形態に示したものと同じである。第2エレメントの第1部分2306aは、第1エレメント2301の天頂中央から伸びて、直線的に誘電体基板2305の上端部に設けられた外部電極2305aに接続している。第43C図に第2エレメントの第2部分2306bが形成されている層の構造を示す。第2エレメントの第2部分2306bは、誘電体基板2305の上端部に設けられた外部電極2305aから誘電体基板2305の下端部方向に伸びた後、第21の実施の形態(第33図)において示した第2エレメント2106の第1エレメント2101と接続する部分を除くほとんどの部分を含む構成を有している。この第2エレメントの第2部分2306bは、層は異なるようになっているが第1エレメント2301と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第21の実施の形態における第34図に示した配置と同様に、第1エレメント2301に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。
本発明の第24の実施の形態に係るアンテナは、2.4GHz帯と5GHz帯のデュアルバンドアンテナであって、ここでは第21の実施の形態に係る誘電体基板2105をさらに小型化するための工夫について説明する。本デュアルバンドアンテナは、第44A図の側面図に示すように、誘電体基板2405の比較的下方の層に平面導体の第1エレメント2401と共振エレメントである第2エレメントの第1部分2406aを形成し、誘電体基板2405の比較的上方の層に第2エレメントの第2部分2406bを形成し、それらを2つの外部電極2405aにより接続する構造を有する。第44B図に第1エレメント2401と第2エレメントの第1部分2406aが形成されている層の構造を示す。第1エレメント2401の形状は第21の実施の形態に示したものと同じである。第2エレメントの第1部分2406aは、第1エレメント2401の天頂中央から伸びて、途中2方向に分かれ、第1エレメント2401の横幅を超えて伸びた後に、誘電体基板2405の上端部に設けられた2つの外部電極2405aに接続している。第44C図に第2エレメントの第2部分2406bが形成されている層の構造を示す。第2エレメントの第2部分2406bは、誘電体基板2405の上端部に設けられた外部電極2405aから誘電体基板2405の下端部方向に伸びた後、ミアンダ部分を含む構成を有している。この第2エレメントの第2部分2406bは、層は異なるようになっているが第1エレメント2401と上から見て重ならないように配置されている。少なくとも、第21の実施の形態における第34図に示した配置と同様に、第1エレメント2401に悪影響を与える領域に上から見て重ならないように配置される。
Claims (1)
- 平面的なグランドパターンと、
前記グランドパターン側の縁部に、曲線と傾きが段階的に変更されて接続された線分とのうち少なくともいずれかで構成され且つ前記グランドパターンとの距離を連続して変化させる連続変化部分が設けられた平面エレメントと、
を有し、
前記グランドパターンと前記平面エレメントとは、完全には重なることがなく、互いの面が平行又は実質的に平行に配置され、
前記平面エレメントにおける前記グランドパターン側の縁部と、前記グランドパターンにおける前記平面エレメント側の縁部とが非対称であり、
前記連続変化部分において、前記平面エレメントの給電位置から遠ざかるにつれて前記グランドパターンとの距離が増加し、
前記平面エレメントが、前記給電位置とは反対側の縁部に矩形の切欠きを有し、
前記グランドパターンのサイズが、前記平面エレメントのサイズより大きい
アンテナ。
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