JP4378378B2

JP4378378B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4378378B2
Application number: JP2006334886A
Authority: JP
Inventors: 友貴鈴木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: KR20080054358A; US20080136712A1; US7746286B2; EP1933414A2; JP2008148141A; TW200841518A; KR100960394B1; EP1933414A3

Description

本発明は、プリント基板にグラウンドパターンとパターンアンテナとが並設されているアンテナ装置に係り、特に、略長方形状のグラウンドパターンの短辺部近傍にパターンアンテナが設けられているアンテナ装置に関する。

近年、家庭内などで複数の電子機器どうしのデータ通信をワイヤレスで行えるようにするために、ブルートゥース（商標）等の近距離無線技術が実用化されている。かかる近距離無線技術を採用すると、例えばデジタルカメラで撮影した画像をパーソナルコンピュータ（所謂パソコン）に取り込んだりプリンタで印刷しようとする場合に、デジタルカメラに内蔵されているアンテナ装置から相手先のパソコンやプリンタへ所望の画像データを送信できるため、このデジタルカメラを相手先の電子機器とケ−ブルで接続する必要がなくなる。また、かかる近距離無線技術をヘッドセットに適用した場合、例えば外出時に携帯音楽プレーヤを鞄やバッグ等に収納したまま、ヘッドホンの端末コントローラに内蔵されているアンテナ装置を介して該プレーヤの遠隔操作が行えると共に、該プレーヤで再生中の音楽をヘッドホンで聴取することが可能となる。

このような近距離無線通信に用いられるアンテナ装置としては、小型で安価に量産可能な構造のものが好適である。こうした要望に応えうるアンテナ装置としては、従来より、プリント基板に金属箔等によってグラウンドパターンと所定形状のパターンアンテナとを形成するという構造のものが広く知られている。このパターンアンテナはグラウンドパターンの一辺端部に隣接して設けられ、その給電点に給電信号が供給されると例えば逆Ｆ型アンテナとして動作するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３４３２８５号公報（第３−４頁、図１）

ところで、前述したようにプリント基板にグラウンドパターンとパターンアンテナとが並設されている従来のアンテナ装置では、グラウンドパターンの一辺端部近傍に設けられて給電信号が供給されるパターンアンテナを放射素子となしているが、グラウンドパターンが略長方形状でその短辺部にパターンアンテナが隣接している場合、アンテナの利得はグラウンドパターンの長手方向両端側で低くなってしまう。これは、パターンアンテナが給電されて励振しているとき、グラウンドパターンには長手方向に沿って高周波電流が流れやすくなるためである。そして、プリント基板を収納する筐体が細長形状であればグラウンドパターンは略長方形状に形成されることが多い。

しかしながら、筐体が細長形状で利得がグラウンドパターンの長手方向両端側において低いアンテナ装置は、必ずしも使い勝手がよいわけではない。つまり、こうした細長形状の筐体を把持したユーザが相手先の電子機器と近距離無線通信（データ通信）を行おうとする場合、多くのユーザは該筐体の長手方向一端面を相手先機器に向けようとするので、この方向でのアンテナの利得が低いと通信エラーを発生しやすい。例えば、図９に示すように長方形状のプリント基板１に、ひと回り小さな長方形状のグラウンドパターン２と、このグラウンドパターン２の短辺部に隣接する逆Ｆ型のパターンアンテナ３とを設けて、給電部３ａに給電信号を供給することによってパターンアンテナ３から電波が放射されるように構成されている従来の一般的なアンテナ装置の場合、プリント基板１に沿う平面内での指向特性は図１０のようになる。図１０において、方位角０度はパターンアンテナ３から見てグラウンドパターン２の存する側である。つまり、方位角の０度と−１８０度とを結ぶ直線方向がグラウンドパターン２の長手方向と合致しており、この方向では十分な利得が得られないことがわかる。

また、図１０に示す指向特性のディップから明らかなように、図９に示すアンテナ装置は特定方向（方位角１２０度付近や−９０度付近）での利得が極端に低下してしまうため、アンテナ装置をどの方向へ向けても使用できるという実用上の無指向性が実現しにくいという不具合があった。そのため、例えばアンテナ装置を介して音楽を聴取しているヘッドホンなどでは、アンテナ装置を特定方向へ向けると聴取中の音楽が途切れてしまう虞があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、指向特性の対称性が良好でグラウンドパターンの長手方向両端側における利得を高めることかできる近距離無線通信に好適なアンテナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、プリント基板に金属導体をパターニングして形成されたアンテナ装置において、略長方形状のグラウンドパターンと、給電信号が供給される給電点を有して前記グラウンドパターンの一方の短辺部に隣接して設けられた給電素子と、前記グラウンドパターンの前記短辺部から突出して前記給電素子の側方に位置する補正パターンと、これら給電素子および補正パターンを介して前記グラウンドパターンの前記短辺部と対向する離反位置に設けられ該短辺部に沿って延在する無給電放射素子とを備え、前記無給電放射素子をその電気長が共振長の約２分の１となるように設定し、この無給電放射素子を給電時の前記給電素子が励振させるように構成すると共に、前記無給電放射素子の延在方向両端部を前記グラウンドパターンの前記短辺部に向けて突出させることによって、この突出部分と前記グラウンドパターンとの間に容量が装荷されるようにし、かつ、前記補正パターンと前記給電素子とを略同形状な外形に形成した。

このように構成されたアンテナ装置は、グラウンドパターンと無給電放射素子との間の領域に互いに略同形状の外形を有する給電素子および補正パターンが並設されており、無給電放射素子には直接給電されずに給電素子を介して給電が行われるため、グラウンドパターンには長手方向に沿って流れる高周波電流が発生しにくくなる。また、給電素子によって励振される無給電放射素子はダイポールアンテナと同じように動作するため、その指向特性をダイポールアンテナに類似させることは容易である。また、無給電放射素子の延在方向片側が給電素子と電磁結合可能であるだけでなく、グラウンドパターンの突出部分である補正パターンが無給電放射素子の延在方向他側と電磁結合可能な構成にしてあるため、この無給電放射素子から放射される電波の指向特性を、給電素子と補正パターンの中間を通って無給電放射素子を二等分する直線に対して略対称に設定することも容易である。それゆえ、指向特性の対称性が良好でグラウンドパターンの長手方向両端側における利得が高いアンテナ装置を容易に実現することができる。

しかも、無給電放射素子の延在方向両端部をグラウンドパターンの短辺部に向けて突出させることによって、この突出部分とグラウンドパターンとの間に容量が装荷されるようにしてあるので、ダイポールアンテナと同じように動作する無給電放射素子がその延在方向両端側の空間へも電波を放射するようになる。そのため、特定の方向で利得が極端に低下するという現象が起こりにくくなり、アンテナ装置をどの方向へ向けても使用できるという実用上の無指向性が実現しやすくなる。しかも、こうして無給電放射素子の電圧が大となる領域でＣ成分（キャパシタンス）を増大させると、この無給電放射素子が小型化できるためアンテナ装置全体の小型化が図りやすくなる。

また、上記の構成において、無給電放射素子をその延在方向略中央部が幅狭となる形状にパターニングしてあると、この無給電放射素子は電流が大となる領域でＬ成分（インダクタンス）が増大するため、無給電放射素子の全長を短くしてアンテナ装置全体の小型化が図りやすくなる。

また、上記の構成において、給電素子が逆Ｌ型またはループ型であると、無給電放射素子を励振させやすくなるため好ましい。

本発明のアンテナ装置は、給電時にグラウンドパターンに長手方向に沿って流れる高周波電流が発生しにくく、かつ給電素子に励振される無給電放射素子をダイポールアンテナと同じように動作させることができ、しかも給電素子と略同形状な外形に形成された補正パターンによって指向特性の対称性が確保しやすいため、略長方形状のグラウンドパターンの長手方向両端側における利得を高めることかでき、さらに無給電放射素子がその延在方向両端側の空間へも電波を放射するようになるため、特定の方向で利得が極端に低下するという現象が起こりにくくなり、近距離無線通信に好適なアンテナ装置を容易に実現できる。

まず、図１〜図３を参照して本発明によるアンテナ装置の基本構成を説明すると、図１は参考例に係るアンテナ装置の斜視図、図２は該アンテナ装置の要部平面図、図３は該アンテナ装置の指向性を示す特性図である。

図１および図２に示すアンテナ装置１０は、長方形状のプリント基板１１に銅箔等の金属導体をパターニングして形成されたものであり、プリント基板１１よりもひと回り小さな長方形状のグラウンドパターン１２と、このグラウンドパターン１２の一方の短辺部１２ａに隣接して設けられた給電素子１３と、グラウンドパターン１２の短辺部１２ａから突出して給電素子１３の側方に位置する補正パターン１４と、給電素子１３および補正パターン１４を介してグラウンドパターン１２の短辺部１２ａと対向する離反位置に設けられた無給電放射素子１５とを備えている。なお、図示していないが、プリント基板１１には送受信回路や各種電子部品が配設されており、この送受信回路から導出された給電ラインが給電素子１３の給電点１３ａに接続されている。また、図３はプリント基板１１に沿う平面内でのアンテナ装置１０の指向特性を示しており、同図において方位角０度は無給電放射素子１５から見てグラウンドパターン１２の存する側であり、方位角の０度と−１８０度とを結ぶ直線方向がグラウンドパターン１２の長手方向と合致している。

給電素子１３は長方形の三辺に沿って延びる帯状導体としてパターニングされており、その一端部に給電点１３ａを有し他端部はグラウンドパターン１２の短辺部１２ａに接続されている。補正パターン１４は給電素子１３と略同形状な帯状導体としてパターニングされているが、この補正パターン１４は両端部がグラウンドパターン１２の短辺部１２ａに接続されている。

無給電放射素子１５は、給電素子１３や補正パターン１４と所定の間隔を存して隣接していると共に、グラウンドパターン１２の短辺部１２ａに沿って直線状に延在している。この無給電放射素子１５は電気長が共振長の約２分の１となるように設定されており、給電時の給電素子１３に励振されて電波を放射するようになっている。つまり、給電信号が供給されて給電素子１３が励振されると、無給電放射素子１５の延在方向片側が給電素子１３と電磁結合すると共に、無給電放射素子１５の延在方向他側が補正パターン１４と電磁結合するため、この無給電放射素子１５が励振されてダイポールアンテナと同じように動作する。

このように構成されたアンテナ装置１０は、グラウンドパターン１２と無給電放射素子１５との間の領域に給電素子１３および補正パターン１４が略対称に並設されており、無給電放射素子１５には直接給電されずに給電素子１３を介して給電が行われるため、グラウンドパターン１２には長手方向に沿って流れる高周波電流が発生しにくい。また、給電素子１３によって励振される無給電放射素子１５はダイポールアンテナと同じように動作するため、その指向特性はダイポールアンテナと類似したものとなる。また、無給電放射素子１５は、延在方向の片側が給電素子１３と電磁結合すると共に他側が補正パターン１４と電磁結合し、かつ補正パターン１４は給電素子１３と略同形状な外形に形成されているため、この無給電放射素子１５から放射される電波の指向特性は、給電素子１３と補正パターン１４の中間を通って無給電放射素子１５を二等分する直線に対して略対称になる。したがって、このアンテナ装置１０の指向特性は図３に示すように対称性が良好であり、グラウンドパターン１２の長手方向両端側で特に利得が高まっている。それゆえ、このアンテナ装置１０は近距離無線通信に用いて好適である。

次に、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態を説明すると、図４は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図、図５は該アンテナ装置の要部平面図、図６は該アンテナ装置の指向性を示す特性図であって、図１および図２と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

図４および図５に示すアンテナ装置２０は、無給電放射素子１５の形状が前述した参考例に係るアンテナ装置１０と異なっている。すなわち、本実施形態例に係るアンテナ装置２０では、無給電放射素子１５の延在方向両端部にグラウンドパターン１２の短辺部１２ａに向かって突出する副放射部１５ａを設けることによって、この副放射部１５ａとグラウンドパターン１２との間に容量が装荷されるようにしてある。これにより、ダイポールアンテナと同じように動作する無給電放射素子１５が、その延在方向両端側の空間へも電波を放射するようになり、図６に示すようにディップの少ない指向特性が得られる。なお、図６はプリント基板１１に沿う平面内でのアンテナ装置２０の指向特性を示しており、同図において方位角０度は無給電放射素子１５から見てグラウンドパターン１２の存する側であり、方位角の０度と−１８０度とを結ぶ直線方向はグラウンドパターン１２の長手方向と合致している。

このように第１実施形態例では、特定の方向で利得が極端に低下するという現象が起こらず、実用上の無指向性が実現されていることから、アンテナ装置２０はどの方向へ向けても使用できて近距離無線通信に極めて好適である。しかも、延在方向両端部に副放射部１５ａを設けた無給電放射素子１５は、電圧が大となる領域でＣ成分（キャパシタンス）が増大するため小型化できるという利点があり、それゆえこのアンテナ装置２０は小型化が図りやすくなっている。

図７は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図であって、図４と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

図７に示すアンテナ装置３０は、無給電放射素子１５に切欠き部１５ｂを設けることによって、この無給電放射素子１５の延在方向中央部とその近傍を若干幅狭にした点が、前述した第１実施形態例（アンテナ装置２０）と異なっている。これにより、無給電放射素子１５は電流が大となる領域でＬ成分（インダクタンス）が増大するため小型化を促進でき、それゆえこのアンテナ装置３０は小型化が一層図りやすくなっている。

図８は本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図であって、図７と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

図８に示すアンテナ装置４０の無給電放射素子１５には、前述した第２実施形態例（アンテナ装置３０）における切欠き部１５ｂよりも局所的に深い切欠き部１５ｃが設けてあるため、延在方向中央部が特に幅狭で該中央部近傍も若干幅狭となっている。これにより、無給電放射素子１５の小型化をさらに促進できるため、このアンテナ装置４０は小型化が極めて容易である。また、このアンテナ装置４０では、給電素子１３の給電点１３ａから離れた側の端部がグラウンドパターン１２に接続されておらず、逆Ｌ型の給電素子１３として動作する。ただし、給電素子１３が逆Ｌ型であってもループ型であっても、無給電放射素子１５から放射される電波の指向特性はほとんど同じである。

参考例に係るアンテナ装置の斜視図である。図１に示すアンテナ装置の要部平面図である。図１に示すアンテナ装置の指向性を示す特性図である。本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。図４に示すアンテナ装置の要部平面図である。図４に示すアンテナ装置の指向性を示す特性図である。本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。従来例に係るアンテナ装置の斜視図である。図９に示すアンテナ装置の指向性を示す特性図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０アンテナ装置
１１プリント基板
１２グラウンドパターン
１２ａ短辺部
１３給電素子
１３ａ給電点
１４補正パターン
１５無給電放射素子
１５ａ副放射部
１５ｂ，１５ｃ切欠き部

Claims

プリント基板に金属導体をパターニングして形成されたアンテナ装置であって、略長方形状のグラウンドパターンと、給電信号が供給される給電点を有して前記グラウンドパターンの一方の短辺部に隣接して設けられた給電素子と、前記グラウンドパターンの前記短辺部から突出して前記給電素子の側方に位置する補正パターンと、これら給電素子および補正パターンを介して前記グラウンドパターンの前記短辺部と対向する離反位置に設けられ該短辺部に沿って延在する無給電放射素子とを備え、
前記無給電放射素子をその電気長が共振長の約２分の１となるように設定し、この無給電放射素子を給電時の前記給電素子が励振させるように構成すると共に、前記無給電放射素子の延在方向両端部を前記グラウンドパターンの前記短辺部に向けて突出させることによって、この突出部分と前記グラウンドパターンとの間に容量が装荷されるようにし、かつ、前記補正パターンと前記給電素子とを略同形状な外形に形成したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記無給電放射素子をその延在方向略中央部が幅狭となる形状にパターニングしたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１または２の記載において、前記給電素子が逆Ｌ型またはループ型であることを特徴とするアンテナ装置。