JP4148126B2 - アンテナ装置及びこれを備えた通信機器 - Google Patents
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すなわち、同相モードでは、帯状導体を流れる高周波電流が第1導体部と第2導体部とで同相となるので、第1導体部と第2導体部とで並列共振が発生しない。このため、入力特性においてリターンロスが0dBとならないので広帯域なアンテナ特性となる。したがって、アンテナ素子が他の素子を用いることなくアンテナ特性を広帯域とすることができるので、小型のアンテナ装置とすることができる。
また、逆相モードでは、帯状導体を流れる高周波電流が第1導体部と第2導体部とで逆相となるので、並列共振が発生し、入力特性においてリターンロス特性が0dBに近づいて悪化する。これにより、電波干渉を起こす帯域を避けることができる。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、アンテナ素子が誘電体、磁性体あるいはその両方を兼ね備えた複合材料で形成された板状の素体を有し、帯状導体を素体の表面に形成することで、アンテナ素子の電気長を変えずに物理長を短くすることができる。したがって、アンテナ装置を小型化できる。
また、素体の比誘電率または比透磁率あるいはその両方を適宜調節することにより、第1導体部と第2導体部との間におけるインピーダンスが変化し、並列共振が発生することでリターンロスが0dBに近づく周波数を調整することができる。したがって、アンテナ装置によって送受信を行わない帯域を調節することができる。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、第1導体部と第2導体部との幅方向の端部間を短絡導体によって接続することにより、アンテナ素子を流れる高周波電流の経路が複数になる。これにより、その各経路長にて決定される共振周波数が複数存在するので、アンテナ特性の広帯域化が可能となる。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、第1導体部の始端部と第2導体部の終端部とを短絡導体によって接続することにより、同相モードを支配的にすることができる。したがって、より広帯域なアンテナ特性が得られる。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、容量結合調整手段によって前記第2導体部の終端部と前記導体膜とが容量結合の度合いが調整されることで、アンテナ特性を広帯域とすることができる。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、インピーダンス調整手段によってアンテナ装置の入力インピーダンスを調整するができ、インピーダンスと整合が取れるようになる。したがって、効率的に電波の送受信が行える。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、導体膜または給電線路にスロットを設けることによって、導体膜または給電線路に流れる電流の経路長を調整し、アンテナ装置の入力インピーダンスを調整する。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、導体膜または給電線路に接続されたオープンスタブによって、アンテナ装置の入力インピーダンスを整合する。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、導体膜または給電線路に接続されたショートスタブによって、アンテナ装置の入力インピーダンスを整合する。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、導体膜または給電線路がテーパー状あるは階段状を有することによって、アンテナ装置の入力インピーダンスを整合する。
この発明にかかるアンテナ装置によれば、導体膜または給電線路の幅を太くあるいは細くすることによって、アンテナ装置の入力インピーダンスを調整する。
この発明にかかる通信機器によれば、上記アンテナ装置を備えるため、小型の通信機器とすることができる。
また、本発明の通信機器によれば、本発明にかかるアンテナ装置を備えているので、通信機器を小型化することができる。
本実施形態によるアンテナ装置1は、携帯電話機、Bluetooth(登録商標)、無線LAN、UWBなどの無線通信システムに用いられるものであって、例えば、無線テレビ2に用いられるアンテナ装置である。
このUWBモジュール4は、図1(b)に示すように、アンテナ装置1と、内部に高周波回路が内蔵されているシールドケース5と、テレビ本体3と接続する接続コネクタ6とを備えている。
この帯状導体22は、始端部22Aから先端部に向かって一方向に延びる第1導体部31と、この先端部から折曲部32を経て第2導体部33が始端部22A方向に折り返されるように配されている。また、第1導体部31と折曲部32と第2導体部33との長さの和は、後述する使用最低周波数における波長λの1/4の整数倍となっている。
また、第1導体部31の始端部22Aが給電線路13と電気的に接続され、第2導体部33の終端部22Bが開放端とされている。
アンテナ素子14は、基板11の表面に配されて、その長手方向が地板12の端辺12Aと直角となるように配されている。
なお、給電線路13によって、アンテナ装置1の入力インピーダンスの整合が取られている。
このアンテナ装置1の動作モードは、アンテナ素子14の第1導体部31と第2導体部33とにおいて電流を折り返す、いわゆる折り返しモノポールアンテナと同様に、同相モードと逆相モードの組み合わせによって動作している。
同相モードでは、第1導体部31上を流れる高周波電流と第2導体部33上を流れる高周波電流とが同相となるので、並列共振が発生せず、これにより入力特性においてリターンロスが小さくなる。また、逆相モードでは、第1導体部31上を流れる高周波電流と第2導体部33上を流れる高周波電流とが逆相となるので、並列共振が発生し、これにより入力特性においてリターンロス特性が0dBに近づく周波数が存在する。
なお、アンテナ装置1の入力インピーダンスは、同相モードでほぼ決定される。
図5より、使用最低周波数である3.8GHz〜5.8GHz、6.3GHz〜7.5GHz、8.3GHz〜9.8GHz、10.2GHz以上にわたって、VSWR(Voltage Standing Wave Ratio:電圧定在波比)が3以下、すなわち、リターンロスが−6.02dB以下となっている。
上記の構成からなるアンテナ装置1において、高周波回路から給電線路13に伝達されたアンテナ動作周波数を有する高周波信号は、帯状導体22の終端部22Bより電波として送信される。また、アンテナ動作周波数と一致した周波数を有する電波は、帯状導体22において受信され、給電線路13から高周波信号として高周波回路に伝達される。
このとき、アンテナ装置1の入力インピーダンスと、給電線路13におけるインピーダンスとの整合がアンテナ素子14によって取られているので、電力ロスが低減された状態で電波の送受信が行われる。
また、セラミックス、樹脂などより構成された誘電体、磁性体あるいはその両方を兼ね備えた複合材料で形成された素体21の表面に帯状導体22を形成することで、アンテナ素子の電気長を変えずに物理長を短くすることができ、アンテナ素子14をより小型化できる。また、使用する材料の比誘電率または比透磁率を調整することによって導体間のインピーダンスが変化し、並列共振周波数を調整することができる。これにより、アンテナ装置によって送受信を行わない帯域を調節することができる。
また、図7(c)及び図7(d)に示すように、地板12を含む平面に対して角度を持ってアンテナ素子14が配されてもよい。また、図7(f)に示すように、地板12を含む平面内で地板12の端辺12Aに対して直角ではない角度で配されてもよい。
第2の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、第1の実施形態におけるアンテナ装置1では、第1導体部31と第2導体部33とが一箇所によって電気的に接続されていたが、第2の実施形態におけるアンテナ装置50では、アンテナ素子51の第1導体部31の一端と第2導体部33の一端とが短絡導体52によって接続され、さらに第1導体部31と第2導体部33との幅方向の端部間が短絡導体52によって等間隔に接続されている点である。
図10より、3.1GHz〜7.7GHz、8.3GHz以上にわたってVSWRが3以下、すなわち、リターンロスが−6.02dB以下となっている。
また、第1導体部31と第2導体部33との側辺同士を短絡導体52によって接続することにより、高周波電流の流れる経路が複数になり、その各経路長によって決定される共振周波数が複数存在することにより、よりアンテナ特性を広帯域とすることができる。
また、図11(b)に示すように、第1導体部31と第2導体部33との間に、第1導体部31と第2導体部33とを接続する複数の短絡導体52をそれぞれ接続する板状導体61が配されたアンテナ素子62であってもよい。
また、図11(c)に示すように、第1導体部31と第2導体部33とを接続する短絡導体52がメッシュ状に配されたアンテナ素子63であってもよい。
また、図11(d)に示すように、接続導体52によって第1導体部31と第2導体部33との端部間をすべて接続されたアンテナ素子64であってもよい。
また、図11(e)に示すように、第1導体部31と第2導体部33とのすべての辺が接続導体52によって接続されたアンテナ素子65であってもよい。
また、図11(f)に示すように、第1導体部31の始端部22Aと第2導体部33の終端部22Bとを短絡導体52によって接続されたアンテナ素子66であってもよい。
これらいずれのアンテナ素子を有するアンテナ装置においても、アンテナ素子を流れる高周波電流の各経路長によって決定される共振周波数が複数存在することになり、広帯域化が可能となる。
第3の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、第3の実施形態におけるアンテナ装置70では、アンテナ素子71の第2導体部33に、第1導体部31の始端部22Aと第2導体部33の終端部22Bとの容量結合を調整する容量結合調整手段として、スリット72が設けられている点である。
また、図13(b)に示すように、第2導体部33の終端部22Bに開放端を広げる板状導体83が形成されたアンテナ素子84であってもよい。
また、図13(c)に示すように、第2導体部33の終端部22Bに第2導体部33に対して垂直で、第1導体部31に向かって配された板状導体85が形成されたアンテナ素子86であってもよい。
これらいずれのアンテナ装置においても、上述と同様に第2導体部33の終端部22Bと地板12との容量結合の度合いが調整される。
第4の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、第4の実施形態におけるアンテナ装置90では、給電線路13における入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整手段としてスロット91が給電線路13に形成されている点である。
また、図15(b)に示すように、給電線路13にショートスタブ103が形成されたアンテナ装置104であってもよい。
また、図15(c)に示すように、給電線路13がアンテナ素子14からその幅が漸次小さくなるテーパー形状を有しているアンテナ装置105であってもよい。
また、図15(d)に示すように、給電線路13がアンテナ素子14からその幅が階段状に小さくなる形状を有しているアンテナ装置106であってもよい。
また、これらのインピーダンス調整手段がアンテナ素子14に形成された導体膜に設けられてもよい。
これらいずれのアンテナ素子においても、上述と同様に入力インピーダンスを調整することができる。
例えば、上記実施形態において、折曲部は平面形状であったが、これに限らず、曲面形状であってもよい。
また、地板12は基板11の表面に設けられたが、これに限らず、基板11の裏面または表裏面の中間に設けられてもよい。
また、素体14に誘電体材料であるアルミナを用いたが、これに限らず、磁性体材料や複合材料、発泡スチロールのような材料であってもよい。
4 UWBモジュール(通信機器)
11 基板
12 地板
13 給電線路
14、60、62、63、64、65、66 アンテナ素子
21 素体
22 帯状導体
31 第1導電部
32 折曲部
33 第2導電部
52 短絡導体
72 スリット(容量結合調整手段)
81 ギャップ(容量結合調整手段)
83、85 板状導体(容量結合調整手段)
91 スロット(インピーダンス調整手段)
101 オープンスタブ(インピーダンス調整手段)
103 ショートスタブ(インピーダンス調整手段)
Claims (12)
- 基板と、この基板に設けられる地板と、この地板と導通しない位置に配設されたアンテナ素子と、を有し、
前記アンテナ素子は、始端部から一方向に延びて先端部に至る第1導体部と、該先端部から折曲部を経て前記始端部方向へ折り返されて終端部に至る第2導体部とを備える帯状導体を有し、前記第1導体部及び第2導体部の延在方向が長手方向となる直方体形状をなしており、前記長手方向が前記地板の前記アンテナ素子側の端辺に対して交差するように配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記第1導体部と折曲部と第2導体部との長さの和が、使用最低周波数における波長λの1/4の整数倍であることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナ素子が、誘電体、磁性体あるいはその両方を兼ね備えた複合材料で形成された板状の素体を有し、
前記第1導体部が前記素体の一方の表面に形成され、前記折曲部が前記素体の側端面に形成され、前記第2導体部が前記素体の他方の表面に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。 - 前記第1導体部と前記第2導体部との幅方向の端部間が、短絡導体により接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記第1導体部の始端部と前記第2導体部の終端部とが、短絡導体によって接続されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記帯状導体の終端部と前記始端部との容量結合を調整する容量結合調整手段を備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナ素子または給電線路が、入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を備えていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のアンテナ装置。
- 前記インピーダンス調整手段が、前記アンテナ素子に形成された導体膜または給電線路に形成されたスロットであることを特徴とする請求項7に記載のアンテナ装置。
- 前記インピーダンス調整手段が、前記アンテナ素子に形成された導体膜または給電線路に接続されたオープンスタブを有していることを特徴とする請求項7に記載のアンテナ装置。
- 前記インピーダンス調整手段が、前記アンテナ素子に形成された導体膜または給電線路より前記地板に接続されたショートスタブを有していることを特徴とする請求項7に記載のアンテナ装置。
- 前記インピーダンス調整手段が、テーパー状あるいは階段状を有する前記アンテナ素子に形成された導体膜または給電線路であることを特徴とする請求項7に記載のアンテナ装置。
- 請求項1から11のいずれか1項に記載のアンテナ装置を備えた通信機器。
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