JP4664803B2 - デュアルバンドパッチアンテナ - Google Patents

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Description

本発明はパッチアンテナに関し、特に実質上二つの長方形の放射体が結合されたデュアルバンドパッチアンテナに関する。
通信技術の発展に伴い、通信技術を使用するアプリケーションも日々増加し、関連する製品も多様化してきている。特に近年、消費者が通信アプリケーションに対して高い機能を求めるに従い、異なる設計および機能を備える通信アプリケーションが次々と市場に現れている。特に、無線通信機能を備えたコンピュータネットワークが最近の主流となっている。さらに、集積回路(IC)技術の進歩に伴い、製品は軽薄短小に向かって発展している。
通信製品のアンテナは、主に信号を放射したり受信したりするために使用される要素であり、現在の無線製品で使用されているアンテナが市場で広く受け入れられて評価されるためには、小型で高機能そして低価格という特徴が必要であった。また、操作の必要性に応じて通信製品が有する機能はそれぞれ異なるため、信号の放射または受信に使用されるアンテナ設計には様々な種類があり、その中でもパッチアンテナは非常によく使用されている。このパッチアンテナでは、アンテナに高い利得および広帯域性能を持たせるため、基板と放射金属板との距離を増大させてアンテナの放射効率および動作帯域を向上させている。そして、一般にアンテナ特性は、動作周波数、放射パターン、リターンロスおよびアンテナ利得などのパラメータにより表される。そのため、パッチアンテナを設計するときは、基板と放射金属板との適当な距離や良好なアンテナ特性を同時に考慮しなければならなかった。
一方、従来のデュアルバンドアンテナは、比較的小さな周波数領域のみをカバーするだけであるため、それぞれ特定の領域で使用されるだけであった。例えば、日本、ヨーロッパおよびアメリカ合衆国では周波数幅が異なるため、それぞれの地域では異なるデュアルバンドアンテナを使用する必要があった。
しかしながら、従来のパッチアンテナ(特に従来のデュアルバンドパッチアンテナ)では、低コスト、小型、高アンテナ利得、広動作帯域および良好な放射パターンを有すると同時に広い周波数という特性を備えることは困難であった。そのため、従来のパッチアンテナのアプリケーションは大きく制限された。
上述したような従来のパッチアンテナが有する欠点を克服するため、広い周波数領域、小型、高利得、広動作帯域、簡単な設計そして低コストなどといったアンテナ特性を備えるデュアルバンドパッチアンテナの開発が強く求められている。
上述したことから分かるように、従来のパッチアンテナは上述のアンテナ特性を達成することができなかったため、周波数幅が異なる地域ではそのアプリケーションが大幅に限定されていた。
本発明の第1の目的は、周波数が異なる領域でも応用できる広い周波数領域を有するデュアルバンドパッチアンテナを提供することにある。
本発明の第2の目的は、軽薄短小の要求に合致するデュアルバンドパッチアンテナを提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明はデュアルバンドパッチアンテナを提供する。このデュアルバンドパッチアンテナは第1の長方形放射体および第2の長方形放射体を備える。第1の長方形放射体は、第1のコーナー部および第2のコーナー部を有し、第2のコーナー部は第1のコーナー部の対角線上に設けられる。第2の長方形放射体は第3のコーナー部を有し、第2のコーナー部は第3のコーナー部と共面で直角に重畳されて重畳部が形成される。また、第1の長方形放射体の二つの長辺は、それぞれ第2の長方形放射体の短辺または長辺と平行である。さらに、送りラインは重畳部上に位置する送り点に接続される。第1のショート片は、第1の長方形放射体の第1のコーナー部上に位置する第1のショート点に接続される。第2のショート片は、第2の長方形放射体の長辺側に位置する第2のショート点に接続され、第2のショート点は、第3のコーナー部に隣接する第2の長方形放射体の短辺から所定距離で離され、長辺は重畳部から離されて設けられる。
また、本発明のデュアルバンドパッチアンテナは、第1のコーナー部および第1の接続辺を有する第1のカットコーナー長方形放射体と、第2の接続辺を有する第2のカットコーナー長方形放射体とから構成されてもよい。第1の接続辺は、第1のコーナー部の対角線上に位置するカットコーナーの斜線であり、第2の接続辺は、第2のカットコーナー長方形放射体のカットコーナーの斜線であり、第1の接続辺は第2の接続辺と共面で位置が合わされて接続される。送りラインは、第1の接続辺および第2の接続辺の結合箇所上に位置する送り点に接続される。第1のショート片は、第1のカットコーナー長方形放射体の第1のコーナー部上に位置する第1のショート点に接続され、第2のショート片は、第2のカットコーナー長方形放射体の長辺の一方側に位置する第2のショート点に接続され、第2のショート点は、第2の接続辺に隣接する第2のカットコーナー長方形放射体の短辺の一方側から所定距離で離され、長辺の一方は第1の接続辺および第2の接続辺の接合箇所から離されて設けられる。
本発明のデュアルバンドパッチアンテナは、広い周波数領域を有し、軽薄短小の要求を満たすことができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の特徴は、多辺形パッチを含む金属加工のアンテナを提供することにある。この多辺形パッチは、二つの長方形放射体(放射金属パッチ)がシャム双生児のような形状に結合されたものであり、それぞれの長方形放射体は小型化のためのショート片を有し、この金属加工されたアンテナは二つの長方形放射体の重畳部へ接続される一つの共通の探触子送りを含む。
図1A〜図1Dを参照。図1A〜図1Dは、それぞれ本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ100を示す斜視図、平面図、正面図および側面図である。デュアルバンドパッチアンテナ100は、主に第1の長方形放射体110および第2の長方形放射体120からなる金属放射要素を備える。図1Bに示すように、第1の長方形放射体110は第1のコーナー部114および第2のコーナー部112を有し、第1のコーナー部114は第2のコーナー部112の対角線上に位置する。第2の長方形放射体120は第3のコーナー部122を有し、第2のコーナー部112と第3のコーナー部122とは共面で直角に重畳されて重畳部150が形成される。この重畳部150の形状は長方形または正方形である。
また、デュアルバンドパッチアンテナ100は第1のカットコーナー長方形放射体および第2のカットコーナー長方形放射体から構成することもできる。所謂第1のカットコーナー長方形放射体とは接続辺152で第2のコーナー部112の一部が切り取られた第1の長方形放射体110であり、例えば、接続辺152上で第1の長方形放射体110の一部が切り取られたものである。同様に、所謂第2のカットコーナー長方形放射体とは接続辺152で第2の長方形放射体120の一部が切り取られたものである。第1のカットコーナー長方形放射体は第1のコーナー部114および第1の接続辺(接続辺152で示される)を有し、第2のカットコーナー長方形放射体は第2の接続辺(接続辺152で示される)を有し、第1の接続辺は、第1のコーナー部114の対角線上に位置するカットコーナー(第2のコーナー部112で示される)の斜線であり、第2の接続辺は第2のカットコーナー長方形放射体のカットコーナー(第3のコーナー部122で示す)の斜線であり、第1の接続辺は第2の接続辺と共面で位置合わせされて接続される。そのため、第1実施形態による金属放射要素は、二つのカットコーナー長方形放射体を直接に結合される。
図1Aおよび図1Bに示すように、第1の長方形放射体110の長辺118a、118bは、それぞれ第2の長方形放射体120の短辺126a、126bと平行であり、第1の長方形放射体110の短辺116a、116bは、それぞれ第2の長方形放射体120の長辺124a、124bと平行である。送りライン140は、重畳部150または前述した二つのカットコーナー長方形放射体の結合箇所(接続辺152で示される)上に位置する送り点Fへ接続され、第1のショート片130aは、第1の長方形放射体110の第1のコーナー部114上に位置する第1のショート点S1へ接続され、第2のショート片130bは、第2の長方形放射体120の長辺124b上に位置する第2のショート点S2へ接続され、第2のショート点S2は短辺126aから所定距離Lで離されている。また長辺124bは、重畳部150または接続辺152から離されて(隣接せずに)設けられる。送り点Fと第1のショート点S1との間の直線距離は、例えば送り点Fおよびショート点S1、S2が二等辺三角形を形成するなど、送り点Fと第2のショート点S2との間の直線距離とほぼ同じである。そのため、デュアルバンドパッチアンテナの帯域を増大させてIEEE802.11b/g/a/jまたはブルートゥース規格へ適用することができる。
送りライン140は、探触子送り、マイクロストリップ伝送線路、同軸型給電線路またはその他の電磁信号伝送線路にすることができる。本実施形態のデュアルバンドパッチアンテナの金属放射要素は黄銅からなり、第1のショート片130aおよび第2のショート片130bを支持要素として使用して基板(図示せず)上に設置することができ、導電材料からなる設置面が基板上に形成される。第1のショート片130aおよび第2のショート片130bは基板上に設置された設置面へ接続され、基板と第1の長方形放射体110および第2の長方形放射体120の組み合わせとの間を空気または低誘電率発泡体で充填することによりアンテナの放射効率および動作帯域を向上させることができる。
第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナのサイズは非常に小さいため軽薄短小の要求を満たすことができる。例えば、第1の長方形放射体110は第2の長方形放射体120よりも小さい。第1の長方形放射体110の長辺118bは約8〜15mmであり、短辺116aは約6.5〜10.5mmである。第2の長方形放射体120の長辺124bは約25〜35mmであり、短辺126bは約9〜17mmである。重畳部150は、送りライン140に適合するサイズの領域であり、送りライン140の半径は約0.15〜1.5mmである。第2のショート点S2と短辺126aとの間の所定距離Lは、短辺126bの長さにほぼ等しい。第1のショート片130aおよび第2のショート片130bの高さは約5〜7mmである。
図2A〜図2Dを参照。図2A〜図2Dは、それぞれ本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ200を示す斜視図、平面図、正面図および側面図である。デュアルバンドパッチアンテナ200は、主に第1の長方形放射体210および第2の長方形放射体220からなる金属放射要素を備える。図2Bに示すように、第1の長方形放射体210は第1のコーナー部214および第2のコーナー部212を有し、第1のコーナー部214は第2のコーナー部212の対角線上に位置する。第2の長方形放射体220は第3のコーナー部222を有し、第2のコーナー部212と第3のコーナー部222とは共面で直角に重畳されて重畳部250が形成される。この重畳部250の形状は長方形または正方形である。第1実施形態で述べたように、デュアルバンドパッチアンテナ200は第1のカットコーナー長方形放射体および第2のカットコーナー長方形放射体から構成されてもよい。図2Aおよび図2Bに示すように、第2実施形態は第1実施形態と異なり、第1の長方形放射体210の長辺218a、218bは、それぞれ第2の長方形放射体220の長辺224a、224bと平行である。送りライン240は、重畳部250上に位置する送り点Fまたは二つのカットコーナー長方形放射体の結合箇所(接続辺252)に接続され、第1のショート片230aは第1のコーナー部214上に位置する第1のショート点S1へ接続され、第2のショート片230bは第2の長方形放射体220の長辺224b上に位置する第2のショート点S2に接続され、第2のショート片230bは短辺226aと所定距離Lで離される。送り点Fと第1のショート点S1との間の直線距離は、例えば送り点Fおよびショート点S1、S2が二等辺三角形を形成するなど、送り点Fと第2のショート点S2との間の直線距離とほぼ同じである。
第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナのサイズは非常に小さいため、軽薄短小の要求を満たすことができる。例えば、第1の長方形放射体210は第2の長方形放射体220よりも小さい。第1の長方形放射体210の長辺218bは約8〜15mmであり、短辺216aは約7〜11mmである。第2の長方形放射体220の長辺224bは約25〜35mmであり、短辺226bは約9〜17mmである。重畳部250は、送りライン240に適合する大きさの領域であり、送りライン240の半径は約0.15〜1.5mmである。第2のショート点S2と短辺226aとの間の所定距離Lは、短辺226bの長さにほぼ等しく、この距離は13mmであることが望ましい。第1のショート片230aおよび第2のショート片230bの高さは約5〜7mmである。
ここで注意しなければならないことは、本発明の第1実施形態および第2実施形態で述べた位置、サイズ、各要素の材料、ショートおよび送り点の位置は単に説明のために述べただけであり、当然これだけに限定されるわけではない。
本実施形態のデュアルバンドパッチアンテナは、実験結果から分かるように非常に優れたアンテナ特性を備え、約2.45GHzおよび5.4GHzで操作されるIEEE802.11b/g/a/jまたはブルートゥース規格に必要な帯域を完全にカバーすることができる。
図3Aおよび図3Bを参照。図3Aおよび図3Bは、本発明の第1実施形態および第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを実験したときのリターンロスと周波数との関係を示したグラフである。図3Aに示すように、約2.45GHzで操作されるとき、デュアルバンドパッチアンテナの10−dB周波数帯域は約138MHzであり、最大リターンロスは13.45dBiであり、約5.4GHzで操作されるとき、デュアルバンドパッチアンテナの10−dB周波数帯域は約1010MHzであり、最大リターンロスは13.45dBiである(約5.314GHz)。図3Bに示すように、約2.45GHzで操作されるとき、デュアルバンドパッチアンテナの10−dB周波数帯域は約135MHzであり、最大リターンロスは13.15dBi(約2.444GHz)であり、約5.4GHzで操作されるとき、デュアルバンドパッチアンテナの10−dB周波数帯域は約1007MHzであり、最大リターンロスは24dBiである(約5.314GHz)。
図4A〜図4Dを参照。図4Aおよび図4Bは、本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが2.45GHz、Φ=0°およびΦ=90°でそれぞれ操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。図4Cおよび図4Dは、本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが5.314GHz、Φ=0°およびΦ=90°でそれぞれ操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。図4A〜図4Dから分かるように、本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナは、二つの中心周波数(2.45GHzおよび5.314GHz)において、優れた放射パターンを示すため、ユーザの要求に合致させることができる。
図5A〜図5Dを参照。図5Aおよび図5Bは、本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが2.444GHz、Φ=0°およびΦ=90°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。図5Cおよび図5Dは、本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが5.309GHz、Φ=10°およびΦ=90°でそれぞれ操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。図5A〜図5Dを見ると分かるように、本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナは、二つの中心周波数(2.444GHzおよび5.309GHz)において、優れた放射パターンを示し、ユーザの要求を満たすことができる。
上述したように、本発明の好適な実施形態のデュアルバンドパッチアンテナは、広い周波数領域、単純な構造、小さいサイズ、軽量といった長所を備える。
本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す斜視図である。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す平面図である。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す正面図である。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す側面図である。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す斜視図である。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す平面図である。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す正面図である。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを示す側面図である。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを実験したときのリターンロスと周波数との関係を示すグラフである。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナを実験したときのリターンロスと周波数との関係を示すグラフである。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが2.45GHz、Φ=0°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが2.45GHz、Φ=90°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが5.314GHz、Φ=0°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第1実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが5.314GHz、Φ=90°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが2.444GHz、Φ=0°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが2.444GHz、Φ=90°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが5.309GHz、Φ=10°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。 本発明の第2実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナが5.309GHz、Φ=90°で操作されたときの垂直面の放射パターンを示すグラフである。
符号の説明
100、200 デュアルバンドパッチアンテナ、110、210 第1の長方形放射体、120、220 第2の長方形放射体、112、212 第2のコーナー部、114、214 第1のコーナー部、116a、116b、126a、126b、216a、216b、226a、226b 短辺、118a、118b、124a、124b、218a、218b、224a、224b 長辺、122、222 第3のコーナー部、130a、230a 第1のショート片、130b、230b 第2のショート片、140、240 送りライン、150、250 重畳部、152、252 接続辺、F 送り点、L 所定距離、S1 第1のショート点、S2 第2のショート点

Claims (10)

  1. 基板、第1の長方形放射体、第2の長方形放射体、送りライン、第1のショート片および第2のショート片を備えるデュアルバンドパッチアンテナであって、
    前記第1の長方形放射体は、第1のコーナー部および第2のコーナー部を有し、前記第1のコーナー部は前記第2のコーナー部の対角線上に設けられ、
    前記第2の長方形放射体は、第3のコーナー部を有し、前記第2のコーナー部は前記第3のコーナー部と共面で直角に重畳されて重畳部が形成され、
    前記送りラインは、前記重畳部上に位置する送り点に接続され、
    前記第1のショート片は、前記第1の長方形放射体の前記第1のコーナー部上に位置する第1のショート点に接続され、
    前記第2のショート片は、前記第2の長方形放射体の長辺の一方側に位置する第2のショート点に接続され、前記第2のショート点は、前記第3のコーナー部に隣接する前記第2の長方形放射体の短辺の一方側から所定距離で離され、前記第2の長方形放射体の長辺の一方は前記重畳部から離されて設けられ、
    前記第1のショート片および前記第2のショート片は、前記基板上の接地面に接続されることを特徴とするデュアルバンドパッチアンテナ。
  2. 前記第1の長方形放射体の二つの長辺は、それぞれ前記第2の長方形放射体の二つの短辺と平行であることを特徴とする請求項1記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  3. 前記第1の長方形放射体の二つの長辺は、それぞれ前記第2の長方形放射体の二つの長辺と平行であることを特徴とする請求項1記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  4. 前記送り点と前記第1のショート点との間の直線距離は、前記送り点と前記第2のショート点との間の直線距離と実質的に同じであることを特徴とする請求項1記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  5. 前記基板と前記第1の長方形放射体および前記第2の長方形放射体の組み合わせとの間には、低誘電率発泡体が充填されることを特徴とする請求項1記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  6. 基板、第1のカットコーナー長方形放射体、第2のカットコーナー長方形放射体、送りライン、第1のショート片および第2のショート片を備えるデュアルバンドパッチアンテナであって、
    前記第1のカットコーナー長方形放射体は、第1のコーナー部および第1の接続辺を有し、前記第1の接続辺は、前記第1のコーナー部の対角線上に位置するカットコーナーの斜線であり、
    前記第2のカットコーナー長方形放射体は、第2の接続辺を有し、前記第2の接続辺は、前記第2のカットコーナー長方形放射体のカットコーナーの斜線であり、前記第1の接続辺は前記第2の接続辺と共面で位置が合わされて接続され、
    前記送りラインは、前記第1の接続辺および前記第2の接続辺の結合箇所上に位置する送り点に接続され、
    前記第1のショート片は、前記第1のカットコーナー長方形放射体の前記第1のコーナー部上に位置する第1のショート点に接続され、
    前記第2のショート片は、前記第2のカットコーナー長方形放射体の長辺の一方側に位置する第2のショート点に接続され、前記第2のショート点は、前記第2の接続辺に隣接する前記第2のカットコーナー長方形放射体の前記ショート点から所定距離で離され、前記第2のカットコーナー長方形放射体の長辺の一方は前記第1の接続辺および前記第2の接続辺の接合箇所から離されて設けられ、
    前記第1のショート片および前記第2のショート片は、前記基板上の接地面に接続されることを特徴とするデュアルバンドパッチアンテナ。
  7. 前記第1のカットコーナー長方形放射体の二つの長辺は、それぞれ前記第2のカットコーナー長方形放射体の二つの短辺と平行であることを特徴とする請求項6記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  8. 前記第1のカットコーナー長方形放射体の二つの長辺は、それぞれ前記第2のカットコーナー長方形放射体の二つの長辺と平行であることを特徴とする請求項6記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  9. 前記送り点と前記第1のショート点との間の直線距離は、前記送り点と前記第2のショート点との間の直線距離と実質的に同じであることを特徴とする請求項6記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
  10. 前記基板と前記第1のカットコーナー長方形放射体および前記第2のカットコーナー長方形放射体の組み合わせとの間には、低誘電率発泡体が充填されることを特徴とする請求項6記載のデュアルバンドパッチアンテナ。



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