JP4731424B2 - 平面アンテナ構造 - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ構造に関し、特に、電子デバイス中に組み込む（built in）平面アンテナ構造に関する。
テレコミュニケーション技術における進歩と足並みをそろえる際に、ハイテク製品のためのテレコミュニケーション技術の応用が増加し、テレコミュニケーションに関する製品は、多様化されている。近年、テレコミュニケーション製品に対する消費者の機能的要求が更に高まっているので、様々なデザインおよび機能を有するテレコミュニケーション製品が絶え間なく市場に送り出されており、無線ネットワークを有するコンピューターネットワーク製品は、活況を呈している。
アンテナ設計は、コミュニケーション製品のコミュニケーション品質に影響を及ぼすので、コミュニケーション製品の鍵となる要素である。一般に、アンテナは、内部アンテナおよび外部アンテナを含む。外部アンテナは、モノポールアンテナ（monopole antennas）、ダイポールアンテナ（dipole antennas）およびヘリックスアンテナ（helix antennas）を含む。内部アンテナは、平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ：planar inverted F antenna）およびマイクロストリップアンテナ（microstrip antennas）を含む。ＰＩＦＡは、コミュニケーション製品中に広く使用されている。
図１は、従来のＰＩＦＡを示す斜視図である。図２は、図１に示される従来の平面逆Ｆアンテナを示す側面図である。図１および図２において、従来の平面逆Ｆアンテナ１００は、接地導体１１０と、輻射パッチ１２０と、短絡パッチ１３０と、給電パッチ１４０とを含む。輻射パッチ１２０が、接地導体１１０の上方に配置され、接地導体１１０が、適切な間隔を有して輻射パッチ１２０と平行であり、輻射パッチ１２０が、給電点（feed point）ＦＰを有する。更に、短絡パッチ１３０の一端が、接地導体１１０に接続されるものであり、短絡パッチ１３０の他端が、輻射パッチ１２０の一側に接続される。また、給電パッチ１４０の一端が、輻射パッチ１２０上のＦＰに接続されるものであり、他端が、信号源ＳＳに電気接続される。
デュアル周波数アンテナの機能を達成するため、輻射パッチ１２０を外部の第１輻射部１２０ａおよび内部の第２輻射部１２０ｂに分割する溝１２４が、更に、平面逆Ｆアンテナ１００の輻射パッチ１２０上に形成される。第１輻射部１２０ａおよび第２輻射部１２０ｂが、それぞれ、２つの異なる動作周波数で動作するため、第１周波数帯の第１輻射体および第２周波数帯の第２輻射体として提供される。
図３は、２．４５ＧＨｚで動作中の図１に示される平面逆Ｆアンテナの輻射パターンであり、図４は、５．２５ＧＨｚで動作中の図１に示される平面逆Ｆアンテナの輻射パターンである。図３および図４から分かるように、従来の平面逆Ｆアンテナのビーム幅は、より狭い。これは、平面逆Ｆアンテナの信号受信／送信の領域が輻射パッチ上のより小さい領域に制限されることを意味する。従って、如何に平面逆Ｆアンテナの信号受信／送信の領域を増大させるかが重要な課題となる。
ここに具体的に明確に説明されるように、本発明は、接地導体と、第１輻射パッチと、短絡パッチと、第２輻射パッチとを含む平面アンテナ構造を提供する。第１輻射パッチが、接地導体の上方に配置され、給電点を有する。短絡パッチの一端が、接地導体に接続され、短絡パッチの他端が、第１輻射パッチの一側に接続され、接地導体上の第１輻射パッチの投影が、接地導体上の短絡パッチの投影の一側に配置される。第２輻射パッチが、接地導体および第１輻射パッチ上に配置され、接地導体上の第２輻射パッチの投影が、接地導体上の短絡パッチの投影の両側を通過し、接地導体上の第２輻射パッチの投影が、接地導体上の第１輻射パッチの投影と部分的に重なる。
本発明の実施形態によれば、第１輻射パッチが、第２輻射パッチと平行である。
本発明の実施形態によれば、接地導体が、接地金属シートである。
本発明の実施形態によれば、接地導体が、プリント回路板の接地平面である。
本発明の実施形態によれば、平面アンテナ構造が、更に、給電パッチを含む。給電パッチの一端が、給電点に接続され、給電パッチの他端が、信号源に電気接続される。
本発明の実施形態によれば、平面アンテナ構造が、更に、給電線を含む。給電線の一端が、給電点に接続され、給電線の他端が、信号源に電気接続される。
本発明の実施形態によれば、第１輻射パッチが、第１輻射パッチを第１輻射部と第２輻射部とに分割するための第１溝を有するものであり、第２輻射パッチが、第２輻射パッチを第３輻射部と第４輻射部とに分割するための第２溝を有する。第１周波数帯において動作することができる第１輻射体が、第１輻射部および第３輻射部を含むものであり、第２周波数帯において動作することができる第２輻射体が、第２輻射部および第４輻射部を含む。
本発明の実施形態によれば、給電点が、第１溝に囲まれるものであり、第１溝の両端が、第１輻射パッチが短絡パッチと接続される一側で終わる。
本発明の実施形態によれば、第２溝の両端が、第２パッチが第１輻射パッチに隣接する一側で終わる。
上記の観点から、寄生アンテナ（parasitic antenna）として用いられる第２輻射パッチが、更に、接地導体および第１輻射パッチ上に配置され、結果として、平面アンテナ構造の信号受信／送信の領域が第２輻射パッチにより増大される。
上記のように、寄生アンテナとして用いられる第２輻射パッチは、更に、接地導体および第１輻射パッチ上に配置され、結果として、平面アンテナ構造の信号受信／送信の領域が、第２輻射パッチにより増大される。従って、本発明は、第１輻射体および第２輻射体を構成するため、第１輻射パッチおよび第２輻射パッチを更に幾つかの部分に分割する。これにより、平面アンテナ構造が、２つの異なる周波数帯において信号を受信および送信することができる。
図５は、本発明の実施形態にかかる平面アンテナ構造を示す斜視図である。図６は、図５に示される平面アンテナ構造を示す側面図である。図５および図６において、本実施形態の平面アンテナ構造２００は、接地導体２１０と、第１輻射パッチ２２０と、短絡パッチ２３０と、第２輻射パッチ２４０とを含む。接地導体２１０は、接地金属シートまたはプリント回路板の接地平面（ground plane）であることができる。また、第１輻射パッチ２２０が、接地導体２１０の上方に配置され、給電点（feed point）ＦＰを有する。更に、短絡パッチ２３０の一端が、接地導体２１０に接続され、短絡パッチ２３０の他端が、第１輻射パッチ２２０に接続される。
本実施形態において、第１輻射パッチ２２０が、第２輻射パッチ２４０と平行であることができ、第１輻射パッチ２２０と接地導体２１０との距離および第１輻射パッチ２２０と第２輻射パッチ２４０との距離の合計が、第２輻射パッチ２４０と接地導体２１０との距離に等しい。
本実施形態において、第１輻射パッチ２２０の上方の第２輻射パッチ２４０が、非金属支持物２０２により支持され、非金属支持物２０２が、ポリスチレンプラスチック（polystyrene plastic）等のような絶縁材で作ることができる。
留意すべきことは、接地導体２１０上の第１輻射パッチ２２０の投影２２０’が、接地導体２１０上の短絡パッチ２３０の投影２３０’の一側に配置されることである。接地導体２１０上の第２輻射パッチ２４０の投影２４０’が、接地導体２１０上の短絡パッチ２３０の投影２３０’の両側を通過する。接地導体２１０上の第２輻射パッチ２４０の投影２４０’が、接地導体２１０上の第１輻射パッチ２２０の投影２２０’と部分的に重なる。従って、第１輻射パッチ２２０および第２輻射パッチ２４０が、電磁波を放射することにより相互に信号を伝送することができ、結果として、平面アンテナ構造２００の信号受信／送信の領域が増大される。
本実施形態において、平面アンテナ構造２００が、更に、信号源ＳＳ（signal source）に電気接続するための給電パッチ２５０を含む。給電パッチ２５０の一端が、第１輻射パッチ２２０の給電点ＦＰに接続され、給電パッチ２５０の他端が、信号源ＳＳに電気接続される。このように、信号源ＳＳが、給電パッチ２５０を介して第１輻射パッチ２２０に信号を伝送し、結果として、第１輻射パッチ２２０が、電磁波の形式で信号を伝送することができる。更に、上記した給電パッチ２５０が、給電線（feed line）により置き換えられることができる（図示せず）。同様に、給電線の一端が、給電点ＦＰに接続され、給電線の他端が、信号源ＳＳに電気接続される。同軸ケーブル（coaxial cable）が給電線として使用される時、信号伝送のためのコア導体の一端が、給電点ＦＰに接続され、信号シールド（signal shielding）のための外部導体の一端が、接地導体２１０に接続される。
図５を参照すると、２つの異なる周波数帯において信号を受信および伝送する機能を提供するため、本実施形態の第１輻射パッチ２２０が、更に、第１輻射パッチ２２０を外部の第１輻射部２２０ａおよび内部の第２輻射部２２０ｂに分割する第１溝２２２を有する。本実施形態において、給電点ＦＰが、第１溝２２２により囲まれるものであり、第１溝２２２の両端が、第１輻射パッチ２２０が短絡パッチ２３０と接続される一側で終わる。更に、第２輻射パッチ２４０は、第２溝２４２を有する。第２溝２４２は、第２輻射パッチ２４０を外部の第３輻射部２４０ａおよび内部の第４輻射部２４０ｂに分割する。本実施形態において、第２溝２４２の両端が、第２輻射パッチ２４０が第１輻射パッチ２２０に隣接する一側で終わる。
図７は、図５に示される第１および第２輻射体の電流経路（current path）を示す概略図である。図５および図７を参照すると、第１周波数帯の第１輻射体２０４が、外部の第１輻射部２２０ａおよび第３輻射部２４０ａを含むものであり、第２周波数帯の第２輻射体２０６が、内部の第２輻射部２２０ｂおよび第４輻射部２４０ｂを含む。従って、平面アンテナ構造２００の第１周波数帯で動作する第１輻射体２０４および第２周波数で動作する第２輻射体２０６が、２つの異なる周波数帯における信号送信に適用されることができる。留意すべきことは、第１輻射体２０４の周波数帯が電流経路の長さにより決定され、第２輻射体２０６の周波数帯がその電流経路の長さにより決定されることである。
平面アンテナ構造の輻射パターンと図１に示す従来の平面逆Ｆアンテナ１００輻射パターンを比較するため、図５に示す第１輻射体２０４は、２．４５ＧＨｚで動作するように設定されたものであり、図５に示す第２輻射体２０６は、５．２５ＧＨｚで動作するように設定された。
図８は、２．４５ＧＨｚにて動作中の図５に示される平面アンテナ構造の輻射パターンである。図３および図８を参照すると、従来の平面逆Ｆアンテナ１００は、２．４５ＧＨｚで動作する時、比較的狭いビーム幅を有する。それに対して、平面アンテナ構造２００は、２．４５ＧＨｚで動作する時、比較的広いビーム幅を有する。
図９は、５．２５ＧＨｚにて動作中の図５に示される平面アンテナ構造の輻射パターンである。図４および図９を参照すると、従来の平面逆Ｆアンテナ１００は、５．４５ＧＨｚで動作する時、比較的狭いビーム幅を有する。それに対して、平面アンテナ構造２００は、５．４５ＧＨｚで動作する時、比較的広いビーム幅を有する。
以上のごとく、この発明を最良の実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
１００ 平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）
１１０ 接地導体
１２０ 輻射パッチ
１２０ａ 第１輻射部
１２０ｂ 第２輻射部
１２４ 溝
１３０ 短絡パッチ
１４０ 給電パッチ
２００ 平面アンテナ構造
２０２ 非金属支持物
２０４ 第１輻射体
２０６ 第２輻射体
２１０ 接地導体
２２０ 第１輻射パッチ
２２０’ 投影
２２０ａ 第１輻射部
２２０ｂ 第２輻射部
２２２ 第１溝
２３０ 短絡パッチ
２３０’ 投影
２４０ 第２輻射パッチ
２４０’ 投影
２４０ａ 第３輻射部
２４０ｂ 第４輻射部
２４２ 第２溝
２５０ 給電パッチ
ＦＰ 給電点
ＳＳ 信号源
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１２０ 輻射パッチ
１２０ａ 第１輻射部
１２０ｂ 第２輻射部
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２０２ 非金属支持物
２０４ 第１輻射体
２０６ 第２輻射体
２１０ 接地導体
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２２２ 第１溝
２３０ 短絡パッチ
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２４０ 第２輻射パッチ
２４０’ 投影
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２４０ｂ 第４輻射部
２４２ 第２溝
２５０ 給電パッチ
ＦＰ 給電点
ＳＳ 信号源
Claims (9)
- 電子デバイスに組み込むことに適した平面アンテナ構造であって、
接地導体と、前記接地導体の上方に配置され、給電点を有する第１輻射パッチと、短絡パッチと、第２輻射パッチと
を含み、
前記短絡パッチの一端は前記接地導体に接続され、前記短絡パッチの他端は前記第１輻射パッチの一端に接続され、
前記接地導体上の前記第１輻射パッチの投影が、前記接地導体上の前記短絡パッチの投影の一側に配置され、
前記第２輻射パッチは、前記接地導体および前記第１輻射パッチ上に配置され、且つ前記第２輻射パッチは前記接地導体に非電気接続され、
前記接地導体上の前記第２輻射パッチの投影が、前記接地導体上の前記短絡パッチの前記投影の両側を通過し、前記接地導体上の前記第２輻射パッチの前記投影が、前記接地導体上の前記第１輻射パッチの前記投影と部分的に重なる平面アンテナ構造。 - 前記第１輻射パッチは、前記第２輻射パッチと平行である請求項１記載の平面アンテナ構造。
- 前記接地導体は、接地金属シートである請求項１記載の平面アンテナ構造。
- 前記接地導体は、プリント回路板の接地平面である請求項１記載の平面アンテナ構造。
- 給電パッチをさらに含み、前記給電パッチの一端が、前記給電点に接続され、前記給電パッチの他端が、信号源に電気接続される請求項１記載の平面アンテナ構造。
- 給電線をさらに含み、前記給電線の一端が、前記給電点に接続され、前記給電線の他端が、信号源に電気接続される請求項１記載の平面アンテナ構造。
- 前記第１輻射パッチは、前記第１輻射パッチを第１輻射部と第２輻射部とに分割する第１溝を有し、また、前記第２輻射パッチは、前記第２輻射パッチを第３輻射部と第４輻射部とに分割する第２溝を有し、
前記第１輻射部および前記第３輻射部を含んで第１周波数帯において動作する第１輻射体、および、前記第２輻射部および前記第４輻射部を含んで第２周波数帯において動作する第２輻射体をさらに有する請求項１記載の平面アンテナ構造。 - 前記給電点は、第１溝により囲まれ、前記第１溝の両端は、前記第１輻射パッチの前記短絡パッチと接続される一側で終わる請求項７記載の平面アンテナ構造。
- 前記第２溝の両端は、前記第２輻射パッチの前記第１輻射パッチに隣接する一側で終わる請求項８記載の平面アンテナ構造。
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