JP4283862B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特に、平板状の地板と、地板に直交する方向に、地板から所定の角度で、かつ、所定の長さだけ自体から延出した給電体とを有するアンテナ装置に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢ（ultra-wide band）を利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を広い帯域の周波数で発信して通信を行う。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには広帯域で受信が可能な構造が求められている。

少なくともＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、地板と給電他から構成されたアンテナが提案されている（非特許文献１）。

図１は従来のアンテナ装置の一例の構成図を示す。

図１（Ａ）に示すアンテナ装置１０は地板１１上に、円錐を反転させた形状の給電体１２を配置した構成とされている。

なお、給電体１２を構成する円錐は、その側面が地板１１に直交する軸１３に対して角度θとなるように設定されている。この角度θによって所望能特性が得られる。

図２（Ｂ）に示すアンテナ装置２０は地板１１上に、円錐体２２ａとそれに内接する球体２２ｂとから構成される涙滴状の給電体２２を配置した構成とされている。
２００３年 電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ、谷口琢也・小林岳彦（東京電機大）（３月22日発表 B201教室）

しかるに、従来の広帯域アンテナ装置は、平板状の地板上に円錐形状又は涙滴形状の給電体を配置した構成であるので、大型であり、小型化、薄型化が望まれていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小型、薄型のアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面によるアンテナ装置は、誘電体基板上に形成された薄型導電体で構成され、中心線を挟んで左右対称に離間される一対の矩形状の平板状の地板と、前記誘電体基板上に形成された薄型導電体で構成され、前記中心線に対して所定の角度を有し、平面視で前記中心線を対称軸として左右対称なホームベース状に前記地板から延出する平板状の給電部と、前記誘電体基板上に形成された薄型導電体で構成され、前記給電部の前記中心線上にあるホームベース形状の頂部から延出し、前記一対の平板状の地板の間を平面視で貫通する給電パターンと、前記誘電体基板の表面に形成される電子部品で構成され、前記一対の平板状の地板の間を平面視で貫通する給電パターンに接続される高周波回路部とを含み、前記給電部は、前記中心線の方向において、前記一対の矩形状の平板状の地板の一方の側に配設され、前記高周波回路部は、前記中心線の方向において、前記一対の矩形状の平板状の地板の他方の側に配設される。

また、前記所定の角度は、４０度から８０度であってもよい。

また、前記給電部が前記地板から前記中心線方向に延出する長さは、使用周波数における波長λと自然数ｎとによりλ／２ｎで表される長さに設定されてもよい。

本発明によれば、地板及び給電体を小型、薄型化できる。

〔第１実施例〕
図２は本発明の第１実施例の斜視図、図３は本発明の第１実施例の三面図を示す。

本実施例のアンテナ装置１００は、誘電体基板１０１、アンテナ部１０２、高周波回路部１０３から構成される。

誘電体基板１０１は、樹脂、あるいは、セラミックなどの誘電体から構成されており、その表面には、電子部品１１１が搭載されている。電子部品１１１は、誘電体基板１１０上で導電パターン１１２により接続され、高周波回路部１０３を構成している。高周波回路部１０３は、誘電体基板１０１上に形成された給電パターン１１３によりアンテナ部１０２に接続される。

アンテナ部１０２は、地板１２１及び給電部１２２から構成されている。

地板１２１は、金属板を長方形状に成形した形状とされており、一辺が誘電体基板１０１に半田付けされる。地板１２１は、誘電体基板１１２に半田付けされて、誘電体基板１０１上に形成された導電パターン１１２に接続され、接地電位とされる。

半田付けされる辺の両側辺には、支持部１２１ａが一体に形成されている。支持部１２１ａは、地板１２１に直交する方向、矢印Ａ方向に折曲されている。支持部１２１ａは、誘電体基板１０１に半田付けされ、地板１２１を直立状態に支持する。

また、地板１２１の誘電体基板１０１との半田付けをする辺の略中央部には、切欠部１２１ｂが形成されている。切欠部１２１ｂには、給電パターン１１３が貫通する。給電パターン１１３には、給電部１２２が半田付けされる。

給電部１２２は、円錐体を底面に直交し、かつ、頂点を通る面で切断し、分割したときの半体の形状に、金属などの導電体を成形した構成とされている。給電部１１２は、金属などの導電体を切削、切断して成形されている。給電部１２２は、その切断面が誘電体基板１０１に対向するように搭載され、半田付けされる。このとき、給電部１１２は、その頂点部分で給電パターン１１３に接続される。

給電部１２２は、例えば、ＵＷＢの周波数帯域である３．１〜１０．６ＧＨｚで通信を行う場合には、中心線Ｃに対する角度θが４０°〜８０°、長さＬが約２５ｍｍに設定される。なお、このとき、長さＬは、受信周波数の（λ／４）程度に設定される。

地板１２１は、給電部１２２の底面形状より僅かに大きくなるようにその高さＨ及び幅Ｗが設定されている。

上記設定により、ＵＷＢの周波数帯域である３．１〜１０．６ＧＨｚでＶＳＷＲのピーク値を３．０より小さくできる。

本実施例によれば、給電部１２２の形状を円錐体の半体で構成することにより、給電部１２２を円錐体全体で構成する場合に比べて小型、薄型化が可能となる。よって、アンテナ装置１００を小型、薄型にできる。

なお、給電部１２２は、中空構造であってもよい。中空構造とすることにより、軽量化が可能となる。

〔第２実施例〕
図４は本発明の第２実施例の斜視図、図５は本発明の第２実施例の三面図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置２００は、アンテナ部２０２の構成が第１実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部２０２は、給電部２２２の形状が第１実施例の給電部１２２の形状と相違する。

本実施例の給電部２２２は、円錐体部２３１と球体部２３２とから構成される。なお、円錐体部２３１と球体部２３２とは、一体に形成されている。円錐体部２３１は、第１実施例の給電体１２２と略同じ形状であり、その長さが短く設定されている。球体部２３２は、円錐体部２３１に内接する球体である。

給電部２２２は、例えば、３．１〜１０．６ＧＨｚの通信を行う場合には、円錐体部２３１と球体部２３２とをあわせた全長Ｌ2が約２５ｍｍとなるように設定される。なお、このとき、円錐体部２３１は、３．１〜１０．６ＧＨｚの通信を行う場合には、中心線Ｃに対する角度θが４０°〜８０°となるように設定されている。

また、地板１２１は、給電部２２２の矢印Ａ方向の投影形状より僅かに大きいサイズとされている。

本実施例によれば、給電部２２２の形状を円錐体部２３１と球体部２３２とを組み合わせた形状とすることにより、給電部２２２の先端部分を小型化できるため、アンテナ装置２００を小型、薄型にできる。

〔第３実施例〕
図６は本発明の第３実施例の斜視図、図７は本発明の第３実施例の三面図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置３００は、アンテナ部３０２の構成が第１実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部３０２は、給電部３２２の形状が第１実施例の給電部１２２の形状と相違する。

本実施例の給電部３２２は、その形状が四角錐体の半体から構成されている。給電部３２２は、半体四角錐体の頂点が給電パターン１１３に接続される。

給電部３２２は、例えば、３．１〜１０．６ＧＨｚの通信を行う場合には、長Ｌ3が２５ｍｍとなるように設定される。このとき、給電部３２２は、各面の中心線Ｃに対する角度θが４０°〜８０°、より具体的には６３°となるように設定されている。なお、本実施例では、中心線Ｃと稜線との角度を６３°とするようにしたもよい。

また、地板１２１は、給電部２２２の矢印Ａ方向の投影形状程度に設定されている。

本実施例によれば、給電部３２２の形状を四角錐体の半体で構成することにより、給電部３２２を四角錐体全体で構成する場合に比べて小型、薄型化が可能となる。よって、アンテナ装置３００を小型、薄型にできる。

なお、給電部３２２は、中空構造であってもよい。中空構造とすることにより、軽量化が可能となる。

〔第４実施例〕
図８は本発明の第４実施例の斜視図、図９は本発明の第４実施例の三面図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置４００は、アンテナ部４０２の構成が第３実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部４０２は、給電部４２２が第３実施例の給電部３２２の底面、矢印Ｂ方向の面を開放した中空構造とされている。

本実施例によれば、給電部４２２を中空構造とすることにより、第３実施例に比べて軽量化できる。

なお、本実施例では、金属板を折曲することにより成形可能とするため、給電部４２２の底面、矢印Ｂ方向の面を開放状態としたが、底面を閉じた中空構造としてもよい。

〔第５実施例〕
図１０は本発明の第５実施例の斜視図、図１１は本発明の第５実施例の三面図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置５００は、アンテナ部５０２の構成が第１実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部５０２は、給電部５２２の形状が第１実施例の給電部１２２の形状と相違する。

本実施例の給電部５２２は、第１実施例の給電部１２２を誘電体基板１０１に平行な面で切断した形状とされている。このとき、地板１２１は、給電部５２２の矢印Ａ方向の投影形状より僅かに大きいサイズとなるように設定されている。

本実施例によれば、給電部５２２を、第１実施例の給電部１２２を誘電体基板１０１に平行な面で切断した構造とすることにより、第１実施例のアンテナ装置１００に比べて更に薄型化が可能となる。

なお、給電部５２２は、中空構造であってもよい。中空構造とすることにより、軽量化が可能となる。

〔第６実施例〕
図１２は本発明の第６実施例の斜視図、図１３は本発明の第６実施例の三面図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置６００は、アンテナ部６０２の構成が第１実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部６０２は、給電部６２２が誘電体基板１０１の導電パターンとして形成されている。

本実施例の給電部６２２を構成する導電パターンは、厚さ約３５μｍ程度の導電体から構成され、その形状が略扇状に成形されている。このとき、ＵＷＢの周波数帯域の３．１〜１０．６ＧＨｚで通信を行う場合には、その形状は、少なくとも長さＬ6が約２５ｍｍ、給電線１１３との接続部分での中心軸Ｃに対する角度θが４０°〜８０°に設定される。

本実施例によれば、給電部６２２を、導電パターンで構成することにより、第１実施例のアンテナ装置１００に比べて更に薄型化が可能となる。

〔第７実施例〕
図１４は本発明の第７実施例の斜視図、図１５は本発明の第７実施例の三面図を示す。同図中、図１２、図１３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置７００は、アンテナ部７０２の構成が第６実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部７０２は、地板７２１を給電部６２２の方向、矢印Ｂ方向に凹状に湾曲させた構成とされている。

本実施例によれば、効率よく送受信が可能となる。また、給電部６２２の給電パターン１１３との接続部分での角度θ7を小さくすることができる。これによって、給電部６２２の幅を小さくでき、よって、アンテナ装置７００を小型化できる。

〔第８実施例〕
図１６は本発明の第８実施例の斜視図、図１７は本発明の第８実施例の三面図を示す。同図中、図１２、図１３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置８００は、アンテナ部８０２の構成が第６実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部８０２は、地板８２１の形状を半円形とした構成とされている。

本実施例によれば、効率よく送受信が可能となる。

〔第９実施例〕
図１８は本発明の第９実施例の斜視図、図１９は本発明の第９実施例の三面図を示す。同図中、図１２、図１３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置９００は、アンテナ部９０２の構成が第６実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部９０２は、地板９２１の形状を給電部６２２の方向、矢印Ｂ方向に凹状に湾曲されたパラボラの半体の形状から構成とされている。

本実施例によれば、第８実施例より更に効率よく送受信が可能となる。また、指向性を向上させることが可能となる。

〔第１０実施例〕
図２０は本発明の第１０実施例の斜視図、図２１は本発明の第１０実施例の三面図を示す。同図中、図１２、図１３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置１０００は、アンテナ部１００２の構成が第６実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部１００２は、地板１０２１の上端辺を給電部６２２の方向、矢印Ｂ方向に折曲させた形状とされている。

本実施例によれば、指向性を向上させることが可能となる。

〔第１１実施例〕
図２２は本発明の第１１実施例の斜視図、図２３は本発明の第１１実施例の三面図を示す。同図中、図１２、図１３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置１２００は、アンテナ部１２０２の構成が第６実施例とは相違する。また、本実施例のアンテナ部１２０２は、地板１２２１を誘電体基板１０１に形成した導電パターンで構成してなる。地板１２２１は、その中央部にアンテナ部１２０２と高周波回路部１０３とを接続する給電パターン１１３を配線可能なように貫通部１２２２が形成されている。

本実施例によれば、地板１２２１が導電パターンであるので、薄型化が可能となる。

なお、図２２、図２３に破線、一点鎖線で示すように導電パターンの矢印Ｂ方向の端辺を凹状に湾曲させた形状としてもよい。このような形状とすることにより、また、給電部６２２の給電パターン１１３との接続部分での角度θを小さくすることができる。これによって、給電部６２２の幅を小さくでき、よって、アンテナ装置７００を小型化できる。また、指向性を向上させることが可能となる。

〔第１２実施例〕
図２４は本発明の第１２実施例の斜視図、図２５は本発明の第１２実施例の三面図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置１３００は、アンテナ装置１３００を樹脂材により封止した構成とされている。モールド樹脂部１３０１は、誘電体基板１０１上のアンテナ部１０２及び高周波回路部１０３が搭載された側の面の全面を封止している。

本実施例によれば、モールド樹脂部１３０１の誘電率εにより波長λが
１／（√ε）
される。

これによって、給電部１０２の長さＬを
１／（√ε）
することができる。したがって、アンテナ装置１３００を小型化することが可能となる。

〔誘電体基板１０１の変形例〕
図２６は誘電体基板１０１の変形例の斜視図を示す。図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本変形例の誘電体基板１４０１は、アンテナ部１０２を搭載する部分に多数の孔部１４１１が形成されている。

アンテナ部１０２を搭載する部分に多数の孔部１４１１を形成することにより、給電部１０２が、誘電体基板１４０１の持つ誘電率の影響を受け難くなるので、特性を安定化することができる。

例えば、第１２実施例に示すようにモールド樹脂部１３０１でアンテナ部１０２をモールドした場合でも、誘電体基板１０１を誘電体基板１４０１のようにアンテナ部１０２を搭載する部分に多数の孔部１４１１を有する構成とし、孔部１４１１にモールド樹脂を充填することにより、誘電体基板１４０１とモールド樹脂との誘電率とが異なっても、誘電体基板の誘電体率の影響を最小限に留めることができ、特性を安定化することができる。

従来のアンテナ装置の一例の構成図である。 本発明の第１実施例の斜視図である。 本発明の第１実施例の三面図である。 本発明の第２実施例の斜視図である。 本発明の第２実施例の三面図である。 本発明の第３実施例の斜視図である。 本発明の第３実施例の三面図である。 本発明の第４実施例の斜視図である。 本発明の第４実施例の三面図である。 本発明の第５実施例の斜視図である。 本発明の第５実施例の三面図である。 本発明の第６実施例の斜視図である。 本発明の第６実施例の三面図である。 本発明の第７実施例の斜視図である。 本発明の第７実施例の三面図である。 本発明の第８実施例の斜視図である。 本発明の第８実施例の三面図である。 本発明の第９実施例の斜視図である。 本発明の第９実施例の三面図である。 本発明の第１０実施例の斜視図である。 本発明の第１０実施例の三面図である。 本発明の第１１実施例の斜視図である。 本発明の第１１実施例の三面図である。 本発明の第１２実施例の斜視図である。 本発明の第１２実施例の三面図である。 誘電体基板１０１の変形例の斜視図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００
１１００、１２００、１３００ アンテナ装置
１０１、１４０１ 誘電体基板
１１１ 切欠部
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２、９０２
１００２、１１０２、１２０２、 アンテナ部
１２１、７２１、８２１、９２１、１０２１、１２２１ 地板
１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２ 給電部
１０３ 高周波回路部

Claims (3)

1. 誘電体基板上に形成された薄型導電体で構成され、中心線を挟んで左右対称に離間される一対の矩形状の平板状の地板と、
   前記誘電体基板上に形成された薄型導電体で構成され、前記中心線に対して所定の角度を有し、平面視で前記中心線を対称軸として左右対称なホームベース状に前記地板から延出する平板状の給電部と、
   前記誘電体基板上に形成された薄型導電体で構成され、前記給電部の前記中心線上にあるホームベース形状の頂部から延出し、前記一対の平板状の地板の間を平面視で貫通する給電パターンと、
   前記誘電体基板の表面に形成される電子部品で構成され、前記一対の平板状の地板の間を平面視で貫通する給電パターンに接続される高周波回路部と
   を含み、前記給電部は、前記中心線の方向において、前記一対の矩形状の平板状の地板の一方の側に配設され、前記高周波回路部は、前記中心線の方向において、前記一対の矩形状の平板状の地板の他方の側に配設される、アンテナ装置。
2. 前記所定の角度は、４０度から８０度である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電部が前記地板から前記中心線方向に延出する長さは、使用周波数における波長λと自然数ｎとによりλ／２ｎで表される長さに設定される、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

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