JP4555787B2

JP4555787B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4555787B2
Application number: JP2006035327A
Authority: JP
Inventors: 圭介福地
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2026-02-13
Also published as: JP2007049672A; US20070013596A1; US7277060B2; CN1897353B; CN1897353A

Description

本発明は、小型で広帯域のアンテナ、特に次世代・超高速通信方式であるＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）通信機器用に適用可能なアンテナに関するものである。

ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）は、ワイヤレスで、光ファイバ以上の高速通信が可能になる技術であり、２．４ＧＨｚ帯を利用するブルートゥース（登録商標）や現行の５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）等を利用する無線ＬＡＮに代わる通信手段として期待されている。

ＵＷＢは、３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚという広帯域で、且つマルチバンドな周波数領域を用いて１００Ｍ〜１Ｇ／ｂｐｓという高速データ通信を実現する通信方式であり、これに用いるアンテナには、これまでにない広帯域性が求められる。

現状第１期のＵＷＢ通信には、３〜５ＧＨｚの帯域が使用されていることがほぼ決まっている。

従来のＵＷＢ用アンテナとしては、特許文献１に提案されるように、ホームベース形状の導体を誘電体で挟み、ベースボール形状の頂部を電源を挟んでグランドに接続したもの、特許文献２に提案されるようなシェルピンスキーアンテナを改良したもの、特許文献３に示されるようにパッチアンテナを改良したものなど種々のアンテナが提案されている。

特開２００５−１５０８０４号公報特開２００４−３４３４２４号公報特開２００５−９４４９９号公報

ノートパソコンなどの機器に実装するためには、ＵＷＢ用のアンテナはＵＷＢ用として用いることができる帯域を有し、且つ小型、薄型であることが望ましい。

本発明の目的は、ＵＷＢ用として用いることができる帯域を有し、且つ小型、薄型とすることができるアンテナを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るアンテナは、矩形の導体板に、底辺と該底辺に対して傾斜した２つの斜辺とからなる三角形状、フレア形状、または扇形状であって前記導体板を分割しないテーパスロットを前記導体板の上辺に前記底辺を対向させて形成し、前記テーパスロットの前記２つの斜辺からなる頂部に、前記導体板を分割し前記導体板の下辺につながる第１のスリットを形成し、前記第１のスリットを境に前記導体板に給電片とグランド片を形成し、前記導体板内の前記テーパスロットの前記底辺及び前記２つの斜辺の合計長さは、アンテナが広帯域の共振周波数を有するループアンテナとして動作する大きさで形成され、前記テーパスロットの斜辺であって前記給電片と前記グランド片の付近に、前記導体板の各辺につながらない第２のスリットを形成し、前記第２のスリットと前記テーパスロットの底辺の間の前記テーパスロットの斜辺に、前記導体板の各辺につながらない第３のスリットを形成したことを特徴とするアンテナ。

本発明は、ＵＷＢ用として用いることができる帯域を有し、且つ小型、薄型とすることができるアンテナを実現できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面により説明する。

図１は、本発明のアンテナの一実施形態を示したものである。

本実施形態のアンテナは、矩形上の導体板１０と、導体板１０に形成した三角形状のテーパスロット１１、テーパスロット１１の頂部から導体板１０を分割するように形成した縦スリット（第１のスリット）１２と、縦スロット１２を境にして形成された給電片１３とグランド片１４、テーパスロット１１の斜辺１１ａの給電片１３とグランド片１４の付近に形成された下部スリット（第２のスリット）１５とから構成される。
導体板１０は、リードフレーム等の金属板のプレス打ち抜きにより、横が２３mm、縦が２５mmの矩形状に形成される。導体板１０には、三角形状のテーパスロット１１がプレス打ち抜きで形成される。テーパスロット１１の２つの斜辺１１ａ、１１ａのなす角度は、おおよそ４０〜５０度程度に形成される。テーパスロット１１のサイズは、斜辺１１ａ、１１ａと底辺１１ｂの合計長さが、約７０mm（斜辺２５mm、底辺２０mm）に形成される。

さらに、導体板１０には、テーパスロット１１の頂部と図１における矩形状の導体板１０の下辺につながる縦スリット１２が打ち抜きで形成される。縦スリット１２を境に、給電片１３とグランド片１４とが形成される。

テーパスロット１１の斜辺１１ａ、１１ａの給電片１３とグランド片１４の付近にそれぞれ図１において横方向に延びる長方形状の下部スリット１５が形成される。

図３は、上記構成において、給電片１３とグランド片１４間に電源１６を接続して電波を放射したときの、周波数とリターンロスの関係を示す図である。３．５ＧＨｚでリターンロスが最少であり、３〜５ＧＨｚ帯でリターンロスが−６ｄＢと比帯域（帯域／中心周波数）が５０％以上の広帯域が得られている。

図３（ｂ）は、図１においてアンテナ平面を、紙面方向をｘ、紙面の左右方向をｙ、紙面の上下方向をｚと定義したときの、ｘ−ｙ平面における周波数と平均利得の関係を示す図である。ｘ−ｙ平面の３〜５ＧＨｚ帯の平均利得は−２〜−１ｄＢである。

本発明のアンテナは、ループアンテナを形成している。通常の円形のループアンテナにおいては、共振周波数はループ長により変化するが、本発明のアンテナにおいては、ループをテーパスロットで形成しているために、広帯域の共振周波数が得られる。

図４は、下部スリットを設けない三角形状のテーパスロット１１の場合と下部スリット１５を設けた場合のアンテナ特性（周波数とリターンロスの関係）をそれぞれ示したものである。

点線で示したテーパスロット（テーパスロット辺長さ７０mm）のみのアンテナの場合、共振周波数は４．５ＧＨｚ（波長６６．７mm）であり、実線で示す下部スリットを付加した場合、共振周波数は３．５ＧＨｚである。このように、同一のアンテナ面積において、下部スリットを設けることにより共振周波数が低くなっている。

一般に、ループアンテナにおける共振周波数は、共振周波数の１波長とループ全周の長さが同じである。低周波数側に共振周波数を合わせようとするとループ全周（テーパスロットの開口角と長さ）を長くとる必要があり、それに対応してアンテナ面積が大きくする必要が生じる。本発明では、下部スリット１５を付加することで、テーパスロット１１の辺の長さを短くでき、少ないアンテナ面積で低周波数側に共振をとることができる。この理由は、下部スリット１５を形成することにより、給電片１３の給電点１３ｓからグランド片１４のグランド点１４ｇまでの長さが変化し、下部スリット１５の長さと幅を変えることで共振ループ長を長くすることができ、共振周波数を低周波側にシフトすることができるためである。

下部スリット１５は、テーパスロット１１の斜辺１１ａに形成すれば良いが、特に、給電点１３ｓからグランド点１４ｇまでの給電経路が大きく換えることができるような、給電点１３ｓとグランド点１４ｇの付近に形成することが好ましい。

テーパスロット１１の給電部付近に設ける下部スリット１５の長さに対する共振周波数の低周波側へのシフト量は、本実施形態において、例えばスリット幅が１mmの場合、片方のスリット長変化１mmに対して２００ＭＨｚである。スリット長を５mmとすることで、１ＧＨｚ低周波側にシストすることができる。

また、スリット幅を大きくした場合、スリット幅とスリット長変化の積で、周波シフト量が決まる。例えば、スリット幅１．５mmの場合、片方のスリット長変化１mmに対する周波数シフト量は、おおよそ３００ＭＨｚとなる。

本実施形態のアンテナは、テーパスロット１１を形成するにときに、共振周波数を予め高周波側で共振するように形成し、下部スリット１５を形成することで共振周波数を低周波側にシフトさせることができる。これにより、本実施形態のアンテナはＵＷＢ用として必要な帯域（例えば、第１期のＵＷＢ通信に使用される３〜５ＧＨｚ）を有するとともに、小型、薄型化が実現できる。

図２は、本発明のアンテナの他の実施形態を示したものである。

本実施形態のアンテナは、図２に示すように、図１のアンテナに対して、下部スリット１５からテーパスロット１１の底辺１１ｂに至る斜辺１１ａ、１１ａにＬ字状の側部スリット１７（第３のスロット）を形成したものである。

図５は、図１のアンテナと、側部スリットを形成した本実施形態のアンテナのアンテナ特性（周波数とリターンロスの関係）をそれぞれ示したものである。点線は、テーパスロット１１に下部スリット１５を形成した図１のアンテナのアンテナ特性であり、実線は、テーパスロット１１に下部スリット１５と側部スリット１７を形成した図２のアンテナのアンテナ特性である。

図５に示すように、側部スリット１７を形成した場合、４．４〜５．５ＧＨｚ帯のリターンロスが減少していることが分かる。

側部スリット１７の切り込み箇所は、下部スリット１５から底辺１１ｂに至る斜辺１１ａのどの位置に設置してもよいが、特に中央付近に設けることによって最も効率よく機能させることができる。

側部スリット１７を形成することで、テーパスロット１１のみで発現する共振帯域の高周波側に第２の共振を発現することができる。すなわち、側部スリット１７を適当な位置に設けることによって、単にテーパスロット１１を設けた場合よりも、同一アンテナ面積においてより広帯域なアンテナを実現できる。

側部スリット１７の切り込み長さに対する高周波側への第２の共振の発現量は、本実施形態において、スリット幅１mmの時、片方のスリット長変化に対して、おおよそ１００ＭＨｚである。

図２の実施形態においては、スリット幅１mmで、逆Ｌ字状に折り曲げて、そのスリット長さが、おおよそ１０mmであり、これにより５ＧＨｚを中心に１．２ＧＨｚ幅の第２の共振帯を形成することができることが分かる。
以上のように、本実施形態のアンテナは、側部スリットを形成したことにより高周波側の帯域を広くすることができ、ＵＷＢ用として必要な帯域を有するとともに、小型、薄型化が実現できる。

図６、図７は、本発明の他の実施形態を示したものである。
図６の実施形態のアンテナは、テーパスロット１１の形状を斜辺１１ｃが内側に凸となる曲面状に形成し、全体をフレア状のテーパスロット１１に形成したものである。図７の実施形態のアンテナは、底部１１ｄを外側に凸となる曲面状に形成した扇形状のテーパスロット１１に形成したものである。

図６、図７の実施形態においては、テーパスロット１１の斜辺や底辺の形状を曲面状に形成することにより、テーパスロット１１に形成される電界・磁界分布を変更でき、共振周波数を変えることができる。なお、テーパスロットの形状は、菱形形状としても良い。

図８は、本発明の他の実施形態を示したものである。
図８の実施形態のアンテナは、図２のアンテナにおいて、下部スリット１５の先端に図８において上向きのスリット部１５ａを形成して下部スリット１５をＬ字状とし、側部スリット１７をＴ字状に形成したものである。

本実施形態のアンテナは、下部スリット１５および側部スリット１７の形状を変更することで、共振周波数を適宜変えることができる。

以上に説明したように、本発明のアンテナは、小型、薄型であり、且つＵＷＢ用として使用できる広帯域性を実現できる。
また、通常のモノポールアンテナやスロットアンテナを小型化したアンテナの場合、外部に補助的なグランドを設ける必要が生じることが多く、実際にノートパソコン等の機器に組み込まれたさいに、実装性がよくないという問題があった。これに対し、本発明のアンテナは、ループアンテナとして機能しており、給電片とグランド片を有しているので、別途グランドを設ける必要がなく、実装性にも優れている。

本発明の一実施形態を示す図である。本発明の他の実施形態を示す図である。図１に示した小型広帯域アンテナのアンテナ特性を示す図である。本発明においてテーパスロットのみと、テーパスロットに下部スリットを形成したときのアンテナ特性を示す図である。本発明において、側部スリットを形成したときのアンテナ特性を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０導体板
１１テーパスロット
１２縦スリット
１３給電片
１４グランド片
１５下部スリット

Claims

矩形の導体板に、底辺と該底辺に対して傾斜した２つの斜辺とからなる三角形状、フレア形状、または扇形状であって前記導体板を分割しないテーパスロットを前記導体板の上辺に前記底辺を対向させて形成し、
前記テーパスロットの前記２つの斜辺からなる頂部に、前記導体板を分割し前記導体板の下辺につながる第１のスリットを形成し、
前記第１のスリットを境に前記導体板に給電片とグランド片を形成し、
前記導体板内の前記テーパスロットの前記底辺及び前記２つの斜辺の合計長さは、アンテナが広帯域の共振周波数を有するループアンテナとして動作する大きさで形成され、
前記テーパスロットの斜辺であって前記給電片と前記グランド片の付近に、前記導体板の各辺につながらない第２のスリットを形成し、
前記第２のスリットと前記テーパスロットの底辺の間の前記テーパスロットの斜辺に、前記導体板の各辺につながらない第３のスリットを形成したことを特徴とするアンテナ。
前記第３のスリットはＬ字形状であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記第３のスリットはＴ字形状であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。