JP4402105B2 - 平衡型広帯域アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、バランを用いた平衡型広帯域アンテナの構造に係るもので、誘電体基板に形成される導体パターンの形状に関するものである。

アンテナには様々な種類がありシステム用途に応じて使い分けられている。移動体通信用の携帯機器に用いるアンテナにおいては、小型化、薄型化の要求が強くなっており、誘電体基板に形成した導体パターンによって構成したり、積層構造によって構成されるものなどが検討され実用化されている。またＵＷＢ等の広帯域化の要求に対応するために放射素子の形状を変えたりすることも必要となっている。

図８はそのような広帯域のアンテナの一例を示すもので、誘電体基板の表裏面に形成した導体パターンでアンテナを構成するものである。誘電体基板80の表面に対称に銅箔の導体パターンによるアンテナエレメントすなわち放射素子81、82を形成する。広帯域化を図るために長方形でなく幅が徐々に広がる形状となっている。これらの２つの放射素子81、82はチップ化されて誘電体基板80に搭載された積層バラン等のバラン84を介して（図示しない）同軸線路に接続されて給電が行われる。

誘電体基板80の裏面には、２つの放射素子間を横切るように長方形の導体パターンによる接地素子86が形成される。この接地素子86は（図示しない）同軸線路の外導体に接続される。実際の接続は誘電体基板の裏面に取り付けられた同軸コネクタを介して行われる。

上記のようなバランを用いて平衡給電を行っているアンテナは、図８に示したような接地素子を長方形に形成すると整合状態が悪くなり、接地素子のサイズを変えても整合状態を改善することはできない。整合状態を改善するために２つの放射素子のサイズや形状を異ならせることによって非対称形状とする方法もあるが、放射素子の対称性が崩れると指向性に周波数特性をもってしまうという別の問題が生じる。図９と図１０はこれらの特性の問題の状態を示すもので、図8の形状では目標とする周波数範囲の一部でリターンロス特性を満足することができず、またその周波数範囲で実数部（Real：実線）と虚数部（Imaginary：破線）のインピーダンスがそれぞれ50Ω、０Ωから大きく変動して整合が得られないことを示している。
特開２００５−１３０２９２号公報

本発明は、平衡型の広帯域アンテナを実現するもので、整合状態が改善されるとともに、指向性が周波数特性を持たないアンテナを提供するものである。

本発明は、接地素子すなわちグランド板に突起（スタブ）を設けることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、誘電体基板の表面に対称な導体パターンで形成される放射素子、その裏面に導体パターンで形成される接地素子を具え、放射素子はバランを介して外部回路と接続される平衡型広帯域アンテナにおいて、接地素子は長方形の導体パターンであり、その長方形の導体パターンの長手方向の端部またはその近傍から長手方向に対して直角の方向に突出する導体パターンを具えたことに特徴を有するものである。

本発明によって以下の効果が得られる。
（１）バランを用いた平衡型アンテナの整合状態の改善
（２）指向性が周波数特性を持たないアンテナの実現
接地素子の形状を変えることで、入力インピーダンスのReal成分とImaginary成分の周波数変化による変動を抑え、高周波帯でもReal成分を50Ω、Imaginary成分を0Ωに近い値に安定した状態を保ち、整合状態が安定する。また、所定の周波数帯で理想的なダイポールの指向性となり、指向性が周波数特性を持たないアンテナが実現される。

本発明による平衡型広帯域アンテナの構成要素は次のようになる。
（１）誘電体基板：放射素子と接地素子の導体パターンを形成し、バランを搭載する。
（２）放射素子：誘電体基板の表面に対称な導体パターンで構成する。
（３）バラン：放射素子と給電線路間で平衡−不平衡変換を行う。
（４）接地素子：誘電体基板の裏面に形成されアンテナのグランド板となる突出部を具えた長方形の導体パターンで構成される。突出部の形状は対称、非対称など種々の形状を採用することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例を示す（a）平面図、（ｂ）底面図である。この例では24ｍｍ×60ｍｍで厚みが0.6mmの誘電体基板（誘電率＝4.4）10の表面に、対称に5角形の放射素子11、12を銅箔で形成した。放射素子11、12は広帯域化のために幅が徐々に広がる形状としてある。2つの放射素子11、12はそれぞれ平衡−不平衡変換を行うバラン14に接続される。このバラン14は3.2GHz〜4.8GHzの周波数範囲に使用可能な積層チップバランを誘電体基板に搭載することによって構成することができる。

誘電体基板10の裏面の中央部にグランド板となる接地素子16を銅箔の導体パターンで形成する。この例では、6.5ｍｍ幅で誘電体基板の幅方向を横切るパターンとし、長さ22.4ｍｍの両端に２mm幅で約7ｍｍ突出する導体パターンを付加した。対称に4箇所に突出部17を形成したので、接地素子の形状はＨ字形状になる。図８に示した従来のアンテナと異なる点はこの突出部17を具えたことにある。

上記のように構成したアンテナの特性について説明する。整合状態を図２のリターンロス特性で示すと、3.2GHzから4.8GHzの目標の周波数範囲におけるリターンロスが−10ｄBをクリアーしておりアンテナとしての整合が得られていることが確認できた。また、図３の入力インピーダンス特性が3.2GHzから4.8GHzの目標の周波数範囲において、Real成分がほぼ50Ω、Imaginary成分がほぼ０Ωとなり入力特性が改善されていることが分かる。

次に、本発明による平衡型広帯域アンテナの指向性についての測定結果について説明する。図４は図１に示したアンテナの水平面の垂直偏波（実線）、水平偏波（破線）の指向性を示したものである。接地素子の導体パターンをＨ字形状としたことによって、指向性が周波数特性を持たず、水平面垂直偏波の無指向性が得られることが確認された。図５は垂直面の垂直偏波（実線）、水平偏波（破線）を示したものである。

本発明による平衡型広帯域アンテナの接地素子の形状は、図１の形状に限られるものではなく、図６、図７に示したような任意の形状を採用することができる。図６の例は長さ方向と幅方向のいずれについても対称に導体パターンを形成したものであり、図７のものは少なくとも一方について非対称に形成したものである。

本発明は、ＵＷＢ対応のアンテナなど広帯域化が要求されるアンテナに利用することができ、小型、薄型のアンテナの要求にも対応できる。

本発明の実施例を示す平面図（a）と底面図（ｂ） そのリターンロス特性の説明図 その入力インピーダンス特性の説明図 その水平面内の指向特性の説明図 その垂直年内の指向特性の説明図 本発明の他の実施例を示す底面図 本発明の他の実施例を示す底面図 従来例を示す平面図（a）と底面図（ｂ） そのリターンロス特性の説明図 その入力インピーダンス特性の説明図

符号の説明

10、80：誘電体基板
11,12、81、82：放射素子
14、84：バラン
16、86：接地素子
17：突出部

Claims (3)

1. 誘電体基板の表面に対称な導体パターンで形成される放射素子、その裏面に導体パターンで形成される接地素子を具え、放射素子はバランを介して外部回路と接続される平衡型広帯域アンテナにおいて、
   接地素子は前記放射素子を横切る長方形の導体パターンであり、その長方形の導体パターンの長手方向の端部またはその近傍から長手方向に対して直角の方向に突出する導体パターンを具えた
   ことを特徴とする平衡型広帯域アンテナ。
2. 上記突出する導体パターンが対称に形成された請求項１記載の平衡型広帯域アンテナ。
3. 上記突出する導体パターンが非対称に形成された請求項１記載の平衡型広帯域アンテナ。

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