JP4673276B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特に、誘電体基板の一面にエレメントパターン及びエレメントの給電点から延出されたマイクロストリップラインを形成し、他面にマイクロストリップラインに対向してグランドパターンを形成した構成のアンテナ装置に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢ（ultra-wide band）を利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を超広帯域で通信を行う通信方式である。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには超広帯域で送受信が可能な構造が求められている。

少なくともＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、平板状の地板上に円錐形状又は涙滴形状の給電体を配置した構成のアンテナが提案されている（非特許文献１）。

しかし、従来のアンテナ装置は平板状の地板上に円錐形状又は涙滴形状の給電体を配置した構成であるので、大型であり、小型化、薄型化が望まれていた。

そこで、本出願人は、誘電体基板上に導電パターンで、エレメントパターン及びグランドパターンを形成することによりこの種のアンテナ装置を小型化、薄型化する技術を提案している。

図１１は従来のアンテナ装置の一例の構成図を示す。

従来のアンテナ装置１０は、誘電体基板１１、エレメントパターン１２、マイクロストリップライン１３、グランドパターン１４から構成されている。

誘電体基板１１は、例えば、長さＬ31が略４０ｍｍ、幅Ｗ31が略３０ｍｍのＦＲ−４基板から構成されおり、一面にエレメントパターン１２及びマイクロストリップライン１３が形成され、他方の面にグランドパターン１４が形成されている。

エレメントパターン１２は、長さＬ41が略１５ｍｍ、幅Ｗ41が略１６ｍｍのホームベース状をなし、その給電点Ｐｓからマイクロストリップライン１３が延長されている。

グランドパターン１４は、エレメントパターン１２の給電点Ｐｓより矢印Ｘ２方向側に形成されており、長さＬ42が略２５ｍｍ、幅は誘電体基板１１の幅Ｗ31＝略４０ｍｍとされている。

なお、低周波数帯域の通信に用いられるループアンテナでは、フレキシブル基板上に導電パターンによりエレメントを形成したアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
2003年 電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ,谷口琢也・小林岳彦(東京電機大)(3月22日発表 B201教室) 特開2000-196327号公報

この種の超広周波数帯域アンテナ装置は各種通信機器に搭載することを考慮して、ＶＳＷＲなどの特性の劣化なく、小型化することが強く望まれている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、特性を劣化させることなく、小型化を可能としたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、誘電体基板の一面に形成されたエレメントパターンと、誘電体基板の一面に形成され、前記エレメントパターンの給電点から延出された導電パターンと、前記誘電体基板の他面に形成され、前記導電パターンと協働してマイクロストリップラインを構成するためのグランドパターンとを有し、前記グランドパターンは、前記給電点に対向する部分に矩形状の切欠部を有し、前記矩形状の切欠部を構成する三辺は前記グランドパターンに形成されていることを特徴とする。

前記エレメントパターンの給電点と前記グランドパターンの前記エレメントパターン側の端辺との間に間隙を有する、請求項１に記載のアンテナ装置。

エレメントパターンは、切欠部の形状及び給電点を挟む辺のグランドパターンに対する角度が所望の周波数特性となるように設定されていることを特徴とする。

エレメントパターンの切欠部及び給電点を挟む角度は、２．５〜５．５ＧＨｚでＶＳＷＲが２より小さくなるように設定されていることを特徴とする。

エレメントパターンとグランドパターンとが同じ幅（Ｗ１１）に形成されていることを特徴とする。また、本発明のアンテナ装置はＵＷＢ通信に用いることを特徴とする。

本発明によれば、誘電体基板の一面に形成されたエレメントパターンと、誘電体基板の一面に形成され、エレメントパターンの給電点から延出されたマイクロストリップラインと、誘電体基板の他面に形成され、マイクロストリップラインに対向して形成されたグランドパターンとを有するアンテナ装置であって、グランドパターンは給電点に対向する部分に切欠部を設けることにより、所望の帯域（例えば、３〜５ＧＨｚ）の周波数特性を劣化させることなく、小型化することができる。

〔第１実施例〕
図１は本発明のアンテナ装置の第１実施例の斜視図、図２は本発明の第１実施例の構成図を示す。

本実施例のアンテナ装置１００は、誘電体基板１１１の一面にエレメントパターン１１２、及び、ラインパターン１１３を形成し、他面にグランドパターン１１４を形成した構成とされている。

誘電体基板１１１は、例えば、厚さ、略０．８ｍｍのＦＲ−４基板を、幅Ｗ0が略１４ｍｍ、長さＬ0が略４０ｍｍに成形したものである。なお、誘電体基板１１１は、ＦＲ−４に限定されるものではなく、セラミックなど誘電体から構成されるものであれば、これに限定されるものではない。誘電体基板１１１の表面には、銅箔を形成し、エッチングなどにより、エレメントパターン１１２及びラインパターン１１３並びにグランドパターン１１４が形成されている。

まず、誘電体基板１１１の一面に形成されるエレメントパターン１１２及びラインパターン１１３について説明する。

図３はエレメントパターン１１２及びラインパターン１１３の平面図を示す。

エレメントパターン１１２は、誘電体基板１１１の矢印Ｚ１方向側の面の矢印Ｘ１方向側に形成されている。エレメントパターン１１２は、幅Ｗ11が略１４ｍｍ、長さＬ11が略１５ｍｍの五角形状（ホームベース形状）をなし、給電点Ｐｓを挟む辺は矢印Ｘ１、Ｘ２方向に対して角度θが、例えば、略８０°〜８５°程度に設定されている。

ラインパターン１１３は、誘電体基板１１１の矢印Ｚ１方向側の面に形成されており、エレメントパターン１１２の給電点Ｐsから矢印Ｘ２方向に延出して形成されている。なお、ラインパターン１１３は、長さＬ12が略２５ｍｍ、幅Ｗ12が略１．５ｍｍ程度に設定されており、グランドパターン１１４と協働してマイクロストリップラインを構成している。

次に誘電体基板１１１の他面に形成されるグランドパターン１１４について説明する。

図４はグランドパターン１１４の平面図を示す。

グランドパターン１１４は、誘電体基板１１１の矢印Ｚ２方向側の面のエレメントパターン１１２の給電点Ｐｓより矢印Ｘ２方向側に形成されている。グランドパターン１１４は、幅Ｗ2がエレメントパターン１１２と同じ略１４ｍｍ、長さＬ2が略２４ｍｍに設定されている。

グランドパターン１１４には、矢印Ｘ１方向の端辺、中央に切欠部１２１が形成されている。切欠部１２１は、略矩形状をなし、グランドパターン１１４のエレメントパターン１１２の給電点Ｐｓに対向する辺の給電点Ｐｓに対向する位置に形成されている。

切欠部１２１は、深さＢ、及び、幅Ｃが、例えば、略５．０ｍｍ程度に設定されている。

なお、エレメントパターン１１２の給電点Ｐｓとグランドパターン１１４の矢印Ｘ１方向の端辺との間に間隙Ａを設けられている。間隙Ａは、例えば、略１ｍｍ程度としてもよい。なお、グランドパターン１１４の長さＬ2は、間隙Ａを含めて略２４ｍｍ程度に設定してもよい。

次に、アンテナ装置１００によって得られる周波数特性について説明する。

図５はアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性図を示す。同図中、×はアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性、■は従来のアンテナ装置１０のＶＳＷＲ特性、○は従来のアンテナ装置１０の幅を狭くした場合のＶＳＷＲ特性を示している。

本実施例のアンテナ装置１００は、図５に×で示すように２．５〜５．５ＧＨｚでＶＳＷＲが「２」より小さくなる。なお、VSWRは、Voltage Standing Wave Ratioの略であり、電圧定在波比を示しており、インピーダンス不整合により，反射波が発生している伝送線路上に発生する電圧振幅分布の山と谷の比を示している。

なお、ＵＷＢ通信などにおいては、広い周波数帯域でＶＳＷＲが略「２」未満となることが望まれている。よって、本実施例のアンテナ装置１００は、２．５〜５．５ＧＨｚにおいて小型化してもＵＷＢ通信に望まれる特性を十分に満たす構成となっている。

図６はアンテナ装置１００のスミスチャート、図７は従来のアンテナ装置１０のスミスチャート、図８は従来のアンテナ装置１０の幅を狭くした場合のスミスチャートを示す。

図６、図８において「×」は４．０ＧＨｚにおけるインピーダンス、図７において「×」は４．２ＧＨｚにおけるインピーダンスを示している。

図７に示されるように従来のアンテナ装置１０では、４．２ＧＨｚ付近でインピーダンスが略５０Ω程度に抑制されている。また、図６に示されるように本実施例のアンテナ装置１００でも、従来のアンテナ装置１０と同様に４．０ＧＨｚ付近でインピーダンスが略５０Ω程度に抑制されており、従来のアンテナ装置１０と略同等の特性を持つ。

しかし、図８に示されるように、単に、従来のアンテナ装置１０の幅を本実施例のアンテナ装置１００と同じ程度に狭くしただけでは、４．０ＧＨｚでのインピーダンスが５０Ωより大きくなっており、従来のアンテナ装置１０と同等の特性を持たなくなっている。

このように、単に、アンテナ装置１０の幅を狭くしただけでは、従来のアンテナ装置１０と同等の特性は得られないものの、本実施例のように切欠部１２１を設けるとともに、エレメントパターン１１２の給電点Ｐｓを挟む辺の角度を調整することによって幅を狭くしてもアンテナ装置１０と略同等の周波数特性を得ることができる。

グランドパターン１１４の形状を図４に示すようにすることにより、アンテナ装置１００の幅を狭く、すなわち、小型化しても、単に、アンテナ装置の幅を狭くした場合に比べて３〜５ＧＨｚのＶＳＷＲ特性を改善することができる。

このように、本実施例によれば、グランドパターン１１４のエレメントパターン１１２の給電点の周辺に切欠部１２１を設けることによって、エレメントパターン１１２及びグランドパターン１１４の幅を狭くするとともに、同じ幅としても、ＶＳＷＲ特性が劣化することを防止できる。よって、ＶＳＷＲ特性を劣化させることなく、アンテナ装置１００を小型化できる。

〔第２実施例〕
図９は本発明のアンテナ装置の第２実施例の斜視図、図１０は本発明のアンテナ装置の第２実施例の構成図を示す。

本実施例のアンテナ装置２００は、グランドパターン２１１に形成される切欠部２２１の形状が第１実施例とは相違する。

本実施例の切欠部２２１は、湾曲した形状、例えば、半円状に成形されている。

切欠部２２１を湾曲させることにより、切欠部２２１による特性への影響を穏やかにでき、制御を容易に行える。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明のアンテナ装置の第１実施例の斜視図である。 本発明のアンテナ装置の第１実施例の構成図である。 エレメントパターン１１２及びラインパターン１１３の平面図である。 グランドパターン１１４の平面図である。 アンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性図である。 アンテナ装置１００のスミスチャートである。 従来のアンテナ装置１０のスミスチャートである。 従来のアンテナ装置１０の幅を狭くした場合のスミスチャートである。 本発明のアンテナ装置の第２実施例の斜視図である。 本発明のアンテナ装置の第２実施例の構成図である。 従来のアンテナ装置の一例の構成図である。

符号の説明

１００、２００ アンテナ装置
１１１ 誘電体基板、１１２ エレメントパターン
１１３ ラインパターン、１１４、２１１ グランドパターン
１１５ 同軸コネクタ
１２１、２１２ 切欠部

Claims (6)

1. 誘電体基板の一面に形成されたエレメントパターンと、
   誘電体基板の一面に形成され、前記エレメントパターンの給電点から延出された導電パターンと、
   前記誘電体基板の他面に形成され、前記導電パターンと協働してマイクロストリップラインを構成するためのグランドパターンとを有し、
   前記グランドパターンは、前記給電点に対向する部分に矩形状の切欠部を有し、前記矩形状の切欠部を構成する三辺は前記グランドパターンに形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記エレメントパターンの給電点と前記グランドパターンの前記エレメントパターン側の端辺との間に間隙を有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記エレメントパターンは、前記切欠部の形状及び給電点を挟む辺の前記グランドパターンに対する角度が所望の周波数特性となるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記切欠部及び前記角度は、２．５〜５．５ＧＨｚでＶＳＷＲが２より小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
5. 前記エレメントパターンと前記グランドパターンとが同じ幅（Ｗ１１）に形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
6. ＵＷＢ通信に用いられることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
   

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