JP4527671B2 - 広帯域アンテナエレメント - Google Patents

Description

本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる広帯域のアンテナエレメントに関する。さらに詳しくは、本発明は取り分け広帯域での通信感度に優れた小型アンテナエレメントに関する。

近年、無線ＬＡＮあるいはＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（近距離無線データ通信システム）搭載のＰＤＡ等においては、アンテナの多周波化とともに小型化の要求がますます強くなってきている。これに対応するため、近年、グランド板と電気的に非接続状態の円弧状放射電極エレメント本体とを含むモノポールあるいはダイポールの広帯域（ＵＷＢ）アンテナエレメントが提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、これらのアンテナエレメントでは、グランド板と放射電極エレメント本体とが電気的に非接続状態のため、パソコン等の情報端末機器等の内に組込んだ際、情報端末機器の金属筐体部の影響を受け、通信が不安定になるという問題が生じていた。さらに、この現象は、アンテナエレメントを組込む情報端末機器により、バラツキがあるので、現実には機器ごとに調整が必要で、組込の作業性にも問題があった。

他方、上記の円弧状放射電極エレメントをグランド板に電気的に接続した広帯域アンテナエレメントも知られている（例えば、特許文献２参照）。

ところが、このアンテナエレメントでは、同文献２の図４から判るように、広帯域特性が十分でなく、さらには、図１の（ａ）〜（ｄ）で如実に示されるように、その構成が複雑な三次元状の立体構造であるため、その設置箇所に制約を受けるという問題があった。

特開２００４−３２８７０３号公報 特開２００１−２１７６３６号公報

したがって、本発明の課題は、パソコン、あるいはＰＤＡ等の情報端末機器等の内に組込まれ、その際、情報端末機器の影響を受けることなく安定した通信ができ、しかも小型で構造がシンプルな広帯域アンテナエレメント、さらには該エレメントを採用した広帯域アンテナを提供することにある。

本発明者等は、細幅状放射電極エレメント本体の一方の端部が短絡部によりグランド板と電気的に接続された平面アンテナエレメントにおいて、該エレメント本体に特殊な形状変更を加えることにより、広帯域エレメント、さらには該エレメントを採用した広帯域アンテナを実現するに至った。

すなわち、本発明によれば、細幅状放射電極エレメント本体は、該グランド板と対峙する該本体側面に設けた円弧状部と、該円弧状部を除くエレメント本体の端部に該エレメント本体の長手方向を挟んで該円弧状部と反対側に設けた、副共振のためのＬ字状サブエレメントとを兼備する特殊形状に変更される。そのうえで、該円弧状部のうち、該グランド板と最短距離にある箇所に、給電用同軸ケーブルの内部導体を、同時に、グランド板には該ケーブルの外部導体が接続される。

本発明によれば、細幅状放射電極エレメント本体に特殊な形状変更を加えることにより、小型且つ広帯域の平面アンテナエレメントへの対応を実現したものである。これを、従来と比較した場合、帯域幅が大幅に拡大されるという格別顕著な効果が奏される。さらに、アンテナエレメント自体の幅、高さとも従来と遜色なく、しかも、従来のものより構成が簡略化されている。この結果、本発明の広帯域アンテナエレメントはパソコン等の情報端末機器内蔵用として極めて有用である。

以下、本発明を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る広帯域アンテナエレメントの一例を示す平面図である。
図２は、図１の広帯域エレメントを採用したアンテナの一例を示す斜視図である。
図３は、本発明に係る広帯域アンテナエレメントの他の態様を示す平面図である。
図４は、図３の広帯域アンテナエレメントを採用したアンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示す図である。

先ず、本発明の基本的概念について、図１を参照しながら述べる。これらの図には、細幅状放射電極エレメント本体（以下、“エレメント本体”と略記する）に、グランド板と対峙する本体側面に円弧状部を、そして、該円弧状部を除くエレメント本体の端部に、エレメント本体の長手方向を挟んで円弧状部と反対側に副共振のためのＬ字状サブエレメントとを設けた広帯域アンテナエレメントが示されている。ここで、（１）はエレメント本体、（２ａ）はエレメント本体（１）に付設された円弧状部、（３）は短絡部、（４）はグランド板、
（６）はエレメント本体（１）に他の端部から該本体の中央部手前まで折り返す形で付設されているＬ字状サブエレメント、そして、（Ｐ１）は、給電用同軸ケーブルの内部導体が接続される給電点、（Ｐ２）は給電用同軸ケーブルの外部導体が接続されるアースポイントである。この場合、短絡板（３）は、エレメント本体（１）の一方の端部とグランド板（４）とを電気的に接続している。

これにより、ＵＷＢでの特定の帯域が広帯域化される。例えば、上記のＬ字状のサブエレメント（６）を介して、２．４５ＧＨｚ近辺に共振点を設けることにより、ＵＷＢ帯域外の２．４ＧＨｚ〜２．５０ＧＨｚの周波数特性（ＶＳＷＲ）が改善される。その結果、ＵＷＢ帯域（３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）に加えて２．４ＧＨｚ〜２．５０ＧＨｚの周波数特性（ＶＳＷＲ）も改善され、より広帯域化される。

この２．４５ＧＨｚ近辺の周波数で共振させるためには、サブエレメント（６）の長さと幅を２．４５ＧＨｚ近辺で共振するよう適宜調整すればよい。つまり、サブエレメント（６）の長さは、通常のモノポールアンテナの場合と同様にほぼ４分の１波長になるよう設定すればよい。より具体的には、２．４５ＧＨｚの場合は１０ｍｍ程度とすればよい。また、その幅は誘起される電界強度と寸法を考慮し０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲で選択すればよい。

図２には、上記のエレメントを採用したアンテナが示されている。該図において、（１）、（２ａ）、（３）、（４）、（６）、（Ｐ１）、および（Ｐ２）の符号は図１の場合と同じである。一方、（５）は給電用同軸ケーブル、（５ａ）は給電用同軸ケーブル（５）の内部導体、（５ｂ）は給電用同軸ケーブル（５）の外部導体である。この場合、内部導体（５ａ）および外部導体（５ｂ）は、それぞれに給電点（Ｐ１）およびアースポイント（Ｐ２）に接続されている。

次に、図３の態様では、エレメント本体（１）の一方の端部からエレメント本体の長手方向を挟んで該円弧状部と反対側に、該本体の中央部を超えて延出するＬ字状のサブエレメント（６ａ）が付設され、これにより、エレメント本体（１）との間に形成された一端開放のスリット（７）がスリットアンテナエレメントとして機能するので２．４ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという、さらなる広帯域での対応が実現される。

この図３の態様で、一端開放のスリット（７）を上記のより広い範囲の周波数で共振させるためには、サブエレメント（６ａ）の長さと幅、さらには、該スリット（７）の長さと幅を、目的とする周波数範囲に応じて適宜調整すればよい。具体的に言えば、サブエレメント（６ａ）の長さは低域２．４ＧＨｚ近辺の周波数特性を改善するような、長さ（約２０ｍｍ）とすればよい。また、１０ＧＨｚ以上の高域の周波数特性を改善するため、一端開放のスリット（７）をスリット共振させている。この意味では、図１のサブエレメント（６）および図２のサブエレメント（６ａ）は、副共振機能を兼ねたインピーダンス補正手段とも言える。一端開放スリット（７）の幅は、スリットアンテナエレメントとして安定に機能させるため、０．１ｍｍ〜４ｍｍであることが好ましく、特に０．５ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。

上記の図３のアンテナエレメントを採用した実験結果であるアンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示したのが図４である。この図４から、本発明の広帯域アンテナエレメントを使用したアンテナにあっては、ＶＳＷＲ特性を良好に維持しながら、２．４ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという広帯域な範囲に亘る広帯域化が実現されている。

この点について再度、図１〜図４を参照しながら、さらに詳細に述べる。

まず、エレメント本体（１）の一方の端部とグランド板（４）とを短絡部（３）を介して接続したことで、アンテナとしてパソコン等の情報端末機器等の内に組込んだ際にも、情報端末機器の金属筐体部の影響を受けることがなく、したがって、通信が基本的に安定化する。

この状態で、エレメント本体（１）の円弧状部（２ａ）に設けられた給電点（Ｐ１）からの高周波電流は左右に分散するだけでなく、エレメント本体（１）の各種経路を辿って流れ、これとともに、基本波のみでなく、倍周波等の高調波を含めた高周波電磁界が発生して多くの共振点が生じる。このことから、給電点（Ｐ１）の位置も重要になる。つまり、この給電点（Ｐ１）を、円弧状部（２ａ）のうち、グランド板（４）に最も近い箇所に設けることにより、エレメント長が異なる種々の経路が生じ、したがって、可及的に多くの共振点が得られる。このときのエレメント本体（１）の寸法については、その長さが２０〜４０ｍｍ、巾が１〜５ｍｍの範囲にあればよい。また、円弧状部（２ａ）の寸法は、エレメント本体（１）の長さを基準として０．５倍〜１．５倍であればよいが、一般には、０．８倍〜１．２倍の範囲にあればよい。

短絡部（３）については、その長さが１ｍｍ〜１０ｍｍ、幅が０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあればよい。この短絡部（３）は、エレメント本体（１）とグランド板（４）とを接続する機能を呈する限り、その形状は任意である。また、グランド板（４）については、安定したアンテナ動作を得るためには、その必要最低面積（ｍｍ２）はλ／４＊λ／４（λは波長）以上が必要になる。したがって、より安定したアンテナ動作を望む場合には、スペースの許す限り、その面積を大きくすることが好ましい。

以上に述べたアンテナエレメントの材質としては、洋白（白銅）、銅、鉄、または黄銅等の導電性の金属が好ましく採用される。このアンテナエレメントの作成にあたっては、前記金属の一枚板を放電加工により打ち抜いて、エレメント本体（１）からグランド板（４）に亘る全要素の一体打ち抜き体としてもよい。あるいは、平板状絶縁性基板上に銅箔のような金属薄膜を貼り付けた状態で、該金属膜をエッチングして所望のアンテナエレメント形状を得るのも有用である。

このようなアンテナエレメントへの給電にあたっては、給電用同軸ケーブル（５）の内部導体（５ａ）を給電点（Ｐ１）に、他方、該ケーブルの外部導体（５ｂ）をアースポイント（Ｐ２）に接続すればよい。給電用同軸ケーブル（５）を給電点（Ｐ１）およびアースポイント（Ｐ２）に接続するには、ハンダ付あるいは超音波接続等を利用すればよい。給電用同軸ケーブル（５）としては、周知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが好ましく採用される。

以上の図1〜図３で述べた態様は、エレメント本体（１）からグランド板（４）に亘る全要素を同一平面上に配設した例である。しかしながら、この平面状エレメントは、その設置空間に応じた形状に対応して、種々変形されて供されることは言うまでもない。

以上の例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種種の変更および応用が可能であることは言うまでもない。

本発明の広帯域アンテナエレメント、および該エレメントを含む広帯域アンテナは、パソコンをはじめとしてＰＤＡ等の各種情報端末機器の他に、情報家電製品あるいは自動車関連機器へも内蔵できる。

本発明に係る広帯域エレメントの一態様を示す平面図である。 図１の広帯域エレメントを含む、広帯域アンテナの例を示す斜視図である。 本発明に係る広帯域エレメントの他の態様を示す平面図である。 図３の広帯域アンテナの周波数特性（ＶＳＷＲ特性）を示す図である。

１ 細幅状放射電極エレメント本体
２ａ 円弧状部
３ 短絡部
４ グランド板
５ 給電用同軸ケーブル
５ａ 高周波同軸ケーブルの内部導体
５ｂ 高周波同軸ケーブルの外部導体
６ Ｌ字状サブエレメント
６ａ Ｌ字状サブエレメント
７ 一端開放のスリット
Ｐ１ 給電点
Ｐ２ アースポイント

Claims (1)

1. 細幅状放射電極エレメント本体の一方の端部が短絡部によりグランド板と電気的に接続状態で供され且つ、以下のａ〜ｄの要件を具備することを特徴とする広帯域アンテナエレメント。
   ａ．該エレメント本体はグランド板に対向する円弧状部を有すること；
   ｂ．該エレメント本体の一方の端部が該エレメント本体の長手方向、且つ、円弧状部から離れた側の端部であること；
   ｃ．該円弧状部を除くエレメント本体の長手方向の短絡部とは反対側の端部には、副共振のためのＬ字状サブエレメントが該エレメント本体の長手方向を挟んで該円弧状部と反対側に設けられていること；および
   ｄ．該円弧状部のうち、該グランド板と最短距離にある箇所に給電点が設けられていること。
   

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