JP4378096B2

JP4378096B2 - プリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造

Info

Publication number: JP4378096B2
Application number: JP2003073483A
Authority: JP
Inventors: 明豪葉
Original assignee: 友訊科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP2004282568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプリントアンテナに関するものである。特に印刷回路の製造技術を利用して製造されたデュアルバンドプリントアンテナを指すものである。そのデュアルバンドプリントアンテナはトランペット形状を呈する(下記でトランペットアンテナと称する)ことで、その高、低デュアルバンドに同時足りる有効バンド幅を備えるため、デュアルバンドプリントアンテナを取り付ける電子製品のシステム機能を有効に向上できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年携帯通信製品の市場がたいへん増えたので、無線区域ネットワーク(WLAN)は発展しさらに快速になった。いろいろな無線区域ネットワークのスタンドの中でもっとも注目されたものは、IEEE８０２．１１無線区域ネットワーク協定である。IEEE８０２．１１無線区域ネットワーク協定は１９９７年に定められ、その協定は従来の区域ネットの通信が備えてない機能を提供し、各種の異なるブランドの無線製品が相互に交流する問題の解決方法を提供している。その協定に定められたことは、無線区域ネットワークの発展にとって新しい一里塚になるものである。又、その協定による核心装置で単一ウエハを執行する方法を確定したので、無線区域ネットワークは、広く各種の携帯通信無線製品に応用されているのである。
【０００３】
IEEE８０２．１１協定の１９９７年版の中で、主にネットの実体層(phyical)及び媒体アクセスセ制御層(Media Access Control、MACを略称とする)に対して規範することで、各メーカの無線製品は同一の実体層に相互に交流でき、そのロジカルリンク制御層(Logical Link Control)も一致する。即ち、媒体アクセスセ制御層(MAC)以下がネットワーク応用(Network Application)に対するのは透明である。２０００年８月に、IEEEは８０２．１１協定をIEEE／ANSI及びISO／IECの間での統一標準にするため、さらに修正した。その修正された内容は、元々内蔵されていたOSI協定のMIB(Management Information Base)が、シンプルネットワーク管理協定( Simple Network Management Protocol SNMPを略称とする)のMIBに変更されているほか、さらに新しい内容が２項目追加されたものになっている。
【０００４】
IEEE８０２．１１a協定：その協定は標準の実体層を拡散して、その実体層に５GHｚのバンドを使用することを定めた。その協定は直交スペクトラム拡散で資料を製造、伝送速度の範囲は６Mbps〜５４Mbpsを使い、現在室内及び室外の無線通信応用に満足させるものである。
IEEE８０２．１１ｂ協定：その協定は８０２．１１協定のもう一つの拡散である。その協定は、実体層に２．４GHｚバンドを使用することを定め、その製造方法はCKKを用いる。CKKの元は直接シーケンスのバンド拡散技術である。マルチ速度の媒体アクセスセ制御(MAC)は、ワークステーションの間での距離が長すぎ、又は干渉が多すぎる場合、その伝送速度を自動に１１Mbps から５．５Mbpsまで低下させて、又は直接シーケンスのバンド拡散技術で２Mbps及び１Mbpsまで調整することを確保できるのである。
【０００５】
IEEE８０２．１１a及び８０２．１１ｂ無線区域ネットワーク協定による、拡散された標準実体層の中に、そのワークバンドをそれぞれ５GHｚ及び２．４GHｚに設けることが必要であるので、無線電子製品が同時に２種類の無線区域ネットワーク協定を使う場合、バンドの要求により複数のアンテナを取り付けることが必要であるが、そうすると、部品コスト、取り付け手順などが増加する以外に、電子製品の上にさらに多くのスペースを使って、アンテナを取り付けることが必要であるため、無線電子製品の体を簡単に縮小できず、軽くて薄い設計傾向にすることができないのである。
【０００６】
上述のため、近年無線製品の設計及び製造業者がデュアルバンド製品を研究開発するとき、二つのワークバンドを提供できるデュアルバンドアンテナを開発することを目指している。そのようなデュアルバンドアンテナを無線通信製品に使用する場合、アンテナの数量及びその占める空間を有効に減少できる。ただし、現在市販のデュアルバンドアンテナについて、５GHｚワークバンドに使う場合、チップアンテナ(Chip Antenna)もプリント技術で製造されたプリントアンテナ(Printed Antenna)もあまり理想的ではない。又、部分のアンテナは特性の要求に一致しても、アンテナのサイズは大きすぎるため、取り付ける空間の浪費になる。又、当該デュアルバンドは、すべて別に加工して製造する部品である。それはパーツの型で別に無線通信製品の上に取り付けられるので、製造、加工及び組立てのコストがアップして、コスト利益に合わなく、自動化生産上の要求にも合わないのである。
【０００７】
伝統的に実体形状がトランペット形状を呈するアンテナは、無線通信製品の設計及び製造業者に周知の従来のアンテナである。図１を参照する。そのアンテナ１０は普通トランペットアンテナを称する。その電波信号は、同軸ケーブル１１よりフィードする。そのアンテナ１０はバンド幅がより広く、利得がより高く、極化方向がより著しいなどの長所があるので、よく実験室の中に一般アンテナのモス電界効果又は利得を測る標準アンテナとして使われるが、当該アンテナ１０のサイズが大きすぎ価格が高いので、このような従来トランペットアンテナは、一般の無線通信製品にあまり適用せず、一般の無線通信製品に応用する可能がないのである。
【０００８】
以前多くの業者は、当該従来のトランペットアンテナ１０に対し、印刷回路ボードの製造技術を利用して、同じ効果のプリント形状を印刷回路ボード９に製造していた。図２を参照する。又、異なる伝送ワイヤのフィード設計による、当該従来のトランペットアンテナ１０の特性を模擬して、多くの異なるタイプのトランペット形状プリントアンテ２０が製造された。そのようなトランペット形状プリントアンテ２０は、図１で示すトランペット形状プリントアンテナの部分特性を保留するが、その特性は使用する伝送ワイヤ２１又はマッチングする構造２２により異なる場合がある。且つ、当該プリント式トランペットアンテナ２０は普通単一バンドの設計であるので、二つのワークバンドがある無線通信製品に使われないのである。
【０００９】
現在、市販でよく見られるデュアルバンドアンテナは図３に示すチップアンテナ３０(Chip Antenna)である。その構造は、セラミック基板３１の上に、必要な形状のプリントアンテナ３２を印刷してから、そのチップアンテナ３０を一つの印刷回路ボード９に取り付けて、その上でのプリントライン３３が電波のフィード伝送ワイヤとして使われるが、一般的にそのチップアンテナ３０は高周波での有効バンド幅が比較的狭いので、無線電子製品のシステムに要求されるワークバンド幅を満足できない。且つ、そのチップアンテナ３０のアンテナ利得が高くないこともその欠点である。その他、それが無線電子製品に取り付けられた場合、パーツ、加工及び組立てコストがアップするので、無線電子製品にそのチップアンテナ３０を使うのは、理想的な選択ではないのである。
【００１０】
前述の従来のデュアルバンドアンテナは、バンド幅が狭く、アンテナ利得が高くない、製造及び取り付けるコストが高いという欠点があるので、当発明者が長年のアンテナ製造の技術経験及びそのノウハウを持って、上述の欠点に対し、各種の解決方法を研究して、実験及び改良した後、この発明のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造を研究開発した。その設計されたプリント式デュアルバンドトランペットアンテナは、直接印刷回路の製造技術を用いて、無線電子製品の印刷回路ボードを製造する場合、一緒にそのトランペット形状アンテを印刷回路ボードの一側面に製造することで、大幅に製造コストを減少し、そのトランペット形状アンテに二つのバンドにすべて足りる有効なバンド幅を持たせて、無線電子製品のシステム機能を有効に向上するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的の一つは、構造が簡単で、製造が易しく、量産コストを減少し、製品規格に満足できるデュアルバンドトランペットアンテナを提供することである。
この発明の別一つの目的は、さらに良いマッチング値を得られるデュアルバンドトランペットアンテナを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するための本発明のデュアルバンドトランペットアンテナは、カップリングの方式を使って、その印刷回路ボードの別側面にプリントラインを製造して、電波信号のフィード伝送ラインとして使われる。又、そのトランペットアンテナのトランペットの長さを調整することで、二つのバンドの位置を制御し、又、トランペットの夾角の大きさを調整して、アンテナの利得を制御し、又はそれとプリントラインとの間でのカップリング面積を調整して、高、低バンドの間でのマッチングを制御することで、構造が簡単で、製造が易しく、量産コストを減少し、製品規格に満足できるデュアルバンドトランペットアンテナが開発されたのである。
又、そのトランペットアンテナのトランペットの開口縁に、バンドを調整できる別プリントラインを増設して、別一つのプリントラインの大きさを調整することでバンドを制御して、その高いバンドは、もっと良いマッチング値を得られるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施例はプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造に関するものである。図４、５及び６を参照する。そのトランペットアンテナ４０は、印刷回路の製造技術を利用して無線電子製品の印刷回路ボード９を製造する場合、直接プリント式を使ってトランペットアンテナ４０を印刷回路ボード９の一側面の適切な位置に一緒に製造して、そのトランペットアンテナ４０の一側端エッジにトランペット形状を呈する開口４１が設けられ、そのトランペット形状の開口４１両側のエッジ４１１に、角度がαを呈する夾角が形成され、その両側のエッジ４１１の長さはそれぞれL３であり、その夾角αのベースに長方形の開口４２が接続され、その長方形の開口４２の長さはL２であり、その長方形の開口４２とそのトランペット形状の開口４１にこの発明で称されたトランペットが形成され、その長さはL２＋L３である。その印刷回路ボード９の上に長方形の開口４２と対応する別の一側面に、プリントライン４３が印刷で製造され、そのプリントライン４３を電波信号のフィード伝送ワイヤとして使われ、その一端を印刷回路ボード９の上での別の一側面の上に印刷された制御線路と接続させ(図面の中に表示されない)、その別の端を長方形の開口４２の一側のエッジの位置まで伸びて、９０度で曲がって、その長方形の開口４２と対応する位置を跨いだ後、又９０度で曲がって、約対称でその長方形の開口４２の別の一側のエッジ位置まで伸びる。そうすると、そのプリントライン４３で線路を制御する場合の生じた電波信号が長方形の開口４２の位置を経由し、そのトランペットアンテナ４０までカップリングして、その信号のフィード効果を向上できるものである。
【００１４】
この実施例の設計方式により、従来の同軸ケーブルで電波をフィードする方法がプリントライン４３に変更され、その印刷回路ボード９を製造する場合、直接そのトランペットアンテナ４０、制御回路及びプリントライン４３をプリントの方式で一緒にその印刷回路ボード９の上に製造され、それにより、構造が簡単で、製造が易しく、量産のコストを減少でき、その製造されたトランペットアンテナ４０が二つのバンドにすべて足りる有効なバンドを備えるため、有効に無線電子製品のシステム機能を向上できる。その他、この発明によるトランペットアンテナ４０を製造する場合、実際の要求によるそのトランペットアンテナ４０のトランペットの長さを調整することで二つのバンドの位置を制御し、又は、トランペットの夾角αの大きさを調整して、アンテナの利得を制御し、又は長方形の開口４２とプリントライン４３との間でのカップリング面積を調整して、高、低バンドの間でのマッチングを制御することで、設計されたトランペットアンテナ４０が製品規格に満足できるのである。
【００１５】
この発明の好ましい一実施例を、図６に示す。それはトランペットアンテナ４０のプリントライン４３の入力抵抗値を固定で５０Ωで設計し、又、そのプリントライン４３の幅をＷ１に設定し、そのプリントライン４３の別の端が長方形の開口４２の一側のエッジの位置まで伸びて、９０度で曲がる場合、その幅をＷ２に設定し、その長方形の開口４２と対応する位置を跨いだ後、又９０度で曲がって、約対称でその長方形の開口４２の別の一側のエッジ位置まで伸びる場合、その幅はＷ３に設定し、そのプリントライン４３の幅Ｗ１、Ｗ２及びＷ３は、下記の条件に一致する場合、そのカップリング反応は最良の条件だと思われる。
【００１６】
幅Ｗ２は幅Ｗ１の１倍から３倍の間にある。即ち１ラＷ１＜Ｗ２＜３ラＷ１。
幅Ｗ３は幅Ｗ１及び幅Ｗ２の間にある。即ちＷ１＜Ｗ３＜Ｗ２。
そのデュアルバンドトランペットアンテナ４０が設計される場合、その長方形の開口４２の幅Ｗ４は、そのプリントライン４３の幅Ｗ１の１倍から２倍の間にある。即ち１ラＷ１＜Ｗ４＜２ラＷ１である。そのデュアルバンドアンテナのトランペットの長さＬ２＋Ｌ３は、その低い周波数共振周波数と同一の共振効果をもつ波長の四分の一(１／４)の長さと等しく設計され、且つ、Ｌ２とＬ３の間での割合は、０．７及び１．３の間にある。即ち０．７＜Ｌ２／Ｌ３＜１．３であり、そのデュアルアンテナのトランペット角度αは１０から６０度の間にあり、即ち、１０＜α＜６０である。
【００１７】
前述のトランペットアンテナ４０の設計条件により、そのプリントライン４３が対称で長方形の開口４２と対応する別の一側のエッジの位置まで伸びて、且つ、その幅はW３である場合、その長さL１はできるだけ０．６倍から１．４倍の長さL２の間に維持すべきであり、即ち０．６×L２＜L１＜１．４×L２である。そうすると、そのプリントライン４３は、電波信号がトランペットアンテナ４０にカップリングでフィードする場合、より良い信号フィード効果が得られるものである。
【００１８】
この発明のもう一つの好ましい実施例を、図７に示す。それは前述の実施例の中の、そのトランペットアンテナ４０のトランペット形状の開口４１エッジに、その対応する方向に沿って、又プリントライン４４が伸びて、又プリントライン４４の大きさを調整することで、即ちその長さL５及び幅L６であり、高バンドのマッチングを制御し、さらに良いマッチング値を得られるものである。又プリントライン４４の長さL５について、０．８倍より小さいトランペットアンテナ４０のトランペット形状の開口４１エッジの長さL４は、即ち０＜L５／L４＜０．８であり、ベターだと思われる。
【００１９】
この発明は前述の好ましい実施形態の設計条件により、それぞれトランペットアンテナ４０を実際に二つの異なる印刷回路ボード９の上に製造した後、周波数及び抵抗を検知するインストルメントを利用して検知を行ったときの検知結果は、図８及び図９の通りである。その中に、図８に示すのは、トランペット形状の開口４１のエッジに、別のプリントライン４４のトランペットアンテナ４０が設けられないままで検知された結果である。図８に示すように、そのトランペットアンテナ４０のバンドがそれぞれ５．５GHz及び２．４GHzの近くに良い周波数の反応が見られることがわかる。そのため、電子製品が同時に二つの無線区域ネットワーク協定を使用したい場合、この発明を利用して、トランペットアンテナ４０を直接その印刷回路ボード９のある側に印刷して、別の一側にプリントライン４３及び制御線路を製造することで、構想が簡単で、同時に二つの足りるバンド幅があるトランペットアンテナ４０を備えることで、有効に電子製品のシステム機能を向上できるものである。
【００２０】
図９の示すのは、トランペット形状の開口４１のエッジに又一つのプリントライン４４のトランペットアンテナ４０が設けられ、周波数及び抵抗を検知するインストルメントを利用して検知を行った後、その検知結果は、図９に示すように、そのトランペットアンテナ４０のバンドがそれぞれ５．８５GHz及び２．４GHzの近くに良い周波数の反応が見られることがわかる。しかも、又一つのプリントライン４４の設計により、その高周波の部分に、さらに良いマッチング値が得られるものである。
【００２１】
上述により、この発明の実施例は印刷回路の製造技術を利用して、無線電子製品の印刷回路ボード９を製造する場合、直接トランペットアンテナ４０が一緒に印刷回路ボード９の一側面に製造されるので、大幅にアンテナの製造コストを減少できる。且つ、その高、低の二つバンドにすべて足りるバンド幅を持たせることで、無線電子製品のシステム機能を向上できる。又、印刷回路の製造技術を利用して、トランペットアンテナ４０のフィード伝送ワイヤを印刷回路ボード９の又一つの側面に製造することで、従来の同軸フィードケーブルの代わりとして使われる。又、この発明はトランペットアンテナ４０を製造する場合、そのトランペットの長さ、夾角の大きさ、カープリングの面積及び又一つのプリントライン４４を調整することで、有効に二つのバンドの位置、アンテナの利得及び高、低バンドの間でのマッチングを制御し、構造が簡単で、製造が易しく、量産コストを減少し、製品規格に満足できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のトランペットアンテナを示す外観斜視図である。
【図２】従来のプリント式トランペットアンテナを示す外観斜視図である。
【図３】従来のウエハ式デュアルバンドアンテナを示す外観斜視図である。
【図４】本発明の第一実施例によるプリント式デュアルバンドトランペットアンテナを示す断面図である。
【図５】図４のX−X線の断面図である。
【図６】本発明の第一実施例によるプリント式デュアルバンドトランペットアンテナを示す断面図である。
【図７】本発明の第二実施例によるプリント式デュアルバンドトランペットアンテナを示す断面図である。
【図８】図６の本発明の第一実施例によるプリント式デュアルバンドトランペットアンテナにより実際に測られたデータである。
【図９】図７の本発明の第二実施例によるプリント式デュアルバンドトランペットアンテナにより実際に測られたデータである。
【符号の説明】
９印刷回路ボード
４０トランペットアンテナ
４１トランペット形状の開口
４２長方形の開口
４３プリントライン
４４別一つのプリントライン
４１１両側のエッジ
α 夾角

Claims

プリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造であって、
印刷回路ボードの上に無線電子製品の必要とする制御線路及び取り付ける部品が設けられ、
トランペットアンテナはプリント式であり、前記トランペットアンテナは回路ボードの表面に製造され、前記トランペットアンテナの一側のエッジにトランペット形状を呈する開口が設けられ、その開口の両側のエッジに夾角が形成され、その夾角αのベースに長方形の開口が接続され、
プリントラインはプリントのタイプで印刷回路ボードの裏面に製造されることで、電波信号のフィード伝送ワイヤとして使われ、前記プリントラインの一端を印刷回路ボードの上での裏面の上に印刷された制御線路と接続させ、前記プリントラインの他方の端が長方形の開口の一つの側エッジの位置まで伸びて、９０度で曲がって、その長方形の開口と対応する位置を跨いだ後、又９０度で曲がって、ほぼ対称でその長方形の開口とは反対側のエッジ位置まで伸びて、
トランペット形状の開口のエッジに沿って又プリントアンテナが伸びて、
前記プリントラインの入力抵抗値を固定で５０Ωに設計することを特徴とするプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。
前記プリントラインの幅をＷ１に設定し、前記プリントラインの他方の端が長方形の開口の一側のエッジの位置まで伸びて、９０度で曲がる場合、その幅をＷ２に設定し、その長方形の開口と対応する位置を跨いだ後、又９０度で曲がって、約対称でその長方形の開口の他方の一側のエッジ位置まで伸びる場合、その幅はＷ３に設定し、前記プリントラインの幅Ｗ１、Ｗ２及びＷ３は、下記の条件に一致する場合、そのカップリング反応は最良の条件であり、
（ａ）幅Ｗ２は幅Ｗ１の１倍から３倍の間にあり、即ち１×Ｗ１＜Ｗ２＜３×Ｗ１であり、
（ｂ）幅Ｗ３は幅Ｗ１及び幅Ｗ２の間にあり、即ちＷ１＜Ｗ３＜Ｗ２である
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。
前記トランペット形状の開口部に接続する長方形の開口の幅Ｗ４は、そのプリントラインの幅Ｗ１の１倍から２倍の間にあり、即ち１×Ｗ１＜Ｗ４＜２×Ｗ１であることを特徴とする請求項２に記載のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。
前記トランペット形状の開口部に接続する長方形の開口の長さはＬ２であり、そのトランペット形状の開く地の両側エッジの長さはそれぞれＬ３であり、そのトランペットアンテナのトランペットの長さ（Ｌ２＋Ｌ３）は、その低い周波数共振周波数と同一の共振効果をもつ波長の四分の一(１／４)の長さと等しく設計できることを特徴とする請求項１に記載のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。
前記トランペットの長さＬ２とＬ３との間の割合は、０．７及び１．３の間にあり、即ち０．７＜Ｌ２／Ｌ３＜１．３であることを特徴とする請求項４に記載のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。
前記トランペット形状の開口の両側エッジに角度αを呈する夾角が形成され、その夾角は１０から６０度の間にあり、即ち、１０＜α＜６０であることを特徴とする請求項１に記載のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。
前記トランペット形状の開口部のエッジに沿って設けられたプリントラインの長さＬ５について、０．８倍より小さいトランペットアンテナの前記トランペット形状の開口部のエッジの長さＬ４は、即ち０＜Ｌ５／Ｌ４＜０．８であることを特徴とする請求項１に記載のプリント式デュアルバンドトランペットアンテナの構造。