JP4826902B2 - スロットアンテナ,高周波モジュール及び無線通信機 - Google Patents
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Description
すなわち、上記したスロットアンテナでは、マイクロストリップ線路を誘電体基板の裏面に設け、このマイクロストリップ線路に給電することで、誘電体基板表面のスロット線路を励振する構造になっている。したがって、マイクロストリップ線路からスロット線路に給電するためには、マイクロストリップ−スロットの変換回路が必要になり、アンテナの回路全体が複雑化してしまう。このため、かかる回路の複雑化が、歩留まりの低下やアンテナ製品のコストアップに繋がるおそれがある。
かかる構成により、使用周波数帯の電力を給電線路を通じて誘電体基板表面の給電電極に給電すると、スロット線路が励振される。そして、スロット線路の一方の開口で生じる電界の位相と他方の開口で生じる電界の位相とが逆相になり、これら両端の開口で生じる電界が同方向を向く。そして、これらの電界が重畳された電界が接地電極の切り欠き部の開口から放射される。
かかる構成により、電力を、コプレーナ線路である給電線路を通じて、誘電体基板の表面側から給電電極に給電することができる。
かかる構成により、スロット線路の経路の増加に対応した共振周波数の増加が可能となり、この結果、アンテナの広帯域化を図ることができる。
かかる構成により、アンテナの誘電率を高めることができ、この結果、アンテナ長を実質的に長くすることができる。
特に、請求項3の発明に係るスロットアンテナによれば、給電線路を誘電体基板の表面側にコプレーナ線路として構成したので、給電線路の構造をさらに簡略化することができると共に、給電線路を容易に形成することができる。
また、請求項4の発明に係るスロットアンテナによれば、使用周波数のさらなる広帯域化を図ることができる。
さらに、請求項5の発明に係るスロットアンテナによれば、アンテナ長を実質的に長くすることができ、この結果、スロットアンテナ自体の小型化を図ることができる。
切り欠き部30は、その左方端に開口30aを有した矩形状の基板露出部であり、給電電極5がその中央部に配設されている。
また、接地電極4は、接地電極3や給電電極5と同様に、パターン印刷又はフォトリソグラフィ等によって、誘電体基板2の裏面2b全体に形成された板体である。
ところで、ある周波数の電力を給電線路6を通じて給電電極5に給電すると、磁流Imがスロット線路7内を流れ、給電電極5から接地電極3に至る電界が磁流Imと垂直な面内に生じる。これにより、電界E1,E2がスロット線路7の開口71,72にそれぞれ誘起されるが、ある周波数における電界E1,E2の振幅や位相は、スロット線路7の経路長によって変化する。したがって、スロット線路7の経路長によっては、実線で示す電界E1,E2のように、位相が同相になり、即ち電界E1,E2のベクトルの向きが逆方向になり、互いに打ち消し合って、電波の放射がほとんど成されない状態が生じる。そこで、この実施例では、使用周波数帯の電力給電時において、実線で示す電界E1と破線で示す電界E2のように、電界E1,E2の位相が互いに逆向き、即ち電界E1,E2のベクトルの向きが同方向となるように、スロット線路7の経路長を設定した。これにより、同方向の電界E1,E2が互いに重畳して、その重畳電波が開口30aから放射される。具体的には、給電電極5の横幅をd1、縦幅をd2とすると、スロット線路7の経路長である2×d1+d2を使用周波数における波長の2分の1の長さに設定した。
図4は、電界発生状態を示す平面図であり、図5は、電波の放射原理を示す模式図である。
図4において、使用周波数帯の電力を給電線路6を通じて給電電極5に給電すると、スロット線路7を励振させる磁流Im(図3参照)がスロット線路7を流れる。このとき、給電線路6がコプレーナ線路であるので、給電線路6とスロット線路7との整合性が高い。このため、電力が給電電極5に効率よく給電され、大きな磁流Imがスロット線路7内に発生する。
かかる磁流Imにより、多数の矢印で示すように、給電電極5から接地電極3に至る電界がスロット線路7内に生じ、位相が互いに逆向きの電界E1,E2が、スロット線路7の開口71,72にそれぞれ発生する。これらの電界E1,E2は、周波数の1/2周期で開口30a側に押し出されていき、同方向の電界E1,E2が互いに重畳した電界Eが生成される。
すなわち、電気力線を用いて説明すると、スロットアンテナ1の共振状態のある時点で、図5(a)に示すように、スロット線路7の開口71,72や切り欠き部30の開口30aに、上向きの電気力線Fが生じる。そして、使用周波数の1/2周期後には、給電電力の極性が逆向きになり、そのタイミングで、図5(b)に示すように、下向きの電気力線−Fが開口71,72や開口30aに生じ、この電気力線−Fが前の電気力線Fを閉じた状態になる。そして、これと同時に、後段の電気力線−F(図5(b)の右側の−F)が形成されるため、この後段の電気力線−Fと前段の電気力線−Fとが反発し合い、前段の電気力線−Fがその前の上向きの電気力線Fと共に開口30aから押し出される。そして、1/2周期毎には、図5(c)に示すように、後段の電気力線−Fを閉じる電気力線Fが、開口71,72や開口30aに生じると共に、図示しない後段の電気力線Fが前段の電気力線Fを押し出す。つまり、隣り合う同極性の電気力線が互いに反発し合って、後段の電気力線が前段の電気力線を前に押し出すように機能する。この結果、電波の電界成分が開口30aから左方向に放射されることとなる。
したがって、この実施例のスロットアンテナ1は、図5(c)の中心線Hに垂直な面をE面とし且つ中心線H上の面をH面とする単方向指向性のアンテナとして機能する。
図6は、シミュレーションで得た定在波比と周波数との関係を示す線図である。
このシミュレーションでは、図3に示す切り欠き部30の横幅W1を16mm、縦幅W2を8mmに設定すると共に、給電電極5の横幅d1を8.2mm、縦幅d2を6mmに設定して、スロット線路7の幅dを1mmに設定した。すなわち、線幅1mmで経路長22.4mmのスロット線路7を形成して、UWB(Ultra Wide Band)の帯域3.1GHz〜10.6GHzの範囲の電力を給電線路6を通じて給電電極5に供給し、各周波数でどのような定在波比を有するかを計算した。
すると、図6の曲線Sで示すように、この実施例のスロットアンテナ1では、ローバンドに当たる3.1GHz〜4.8GHzの周波数帯で、定在波比が2.0未満になり、利得性が高く広帯域のアンテナとして機能することが確認された。
図7は、この発明の第2実施例に係るスロットアンテナの平面図であり、図8は、使用周波数帯の広帯域化を示す線図である。
この実施例は、スロット線路7の経路を増加させた点が、上記第1実施例と異なる。
すなわち、図7に示すように、給電電極5を、切り欠き部30の開口30a側から奥部側に向かう方向(図6の左から右に向かう方向)に分割して、スロット線路7の経路を増やした。
具体的には、給電電極5を給電電極部51と無給電電極部52とに分割することにより、開口71から大外を通って開口72に至る長い経路73と開口71から分割路を通って開口72に至る短い経路74とで構成されるスロット線路7を形成した。
シミュレーションによると、図8の破線Sで示すように、第1実施例のスロットアンテナ1では、定在波比3.0以下において、3.1GHz〜6.0GHzという周波数範囲で使用可能であったが、この実施例では、実線S1で示すように、3.1GHz〜10.6GHzという広い周波数範囲で使用可能となり、アンテナの広帯域化が可能となった。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
図9は、この発明の第3実施例に係るスロットアンテナの斜視図であり、図10は、アンテナ長の短縮化を示す線図である。
この実施例は、誘電体ブロック20を追加した点が、上記第1実施例と異なる。
具体的には、誘電体ブロック20は、比誘電率が6.4以上の直方体であり、スロット線路7を覆うように、誘電体基板2上の給電電極5と接地電極3とに渡って載置されている。
シミュレーションによると、図10の実線S2で示すように、この実施例の使用周波数帯域の方が、破線Sで示す第1実施例の使用周波数帯域よりも下がった。つまり、この実施例によれば、スロットアンテナ1のスロット線路7を長くすることなく、波長の長い電波を送受信することができ、アンテナ自体を小型化することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
図11は、この発明の第4実施例に係るアレイアンテナを示す斜視図である。
このアレイアンテナは、上記第1実施例のスロットアンテナ1をn個並べて構成した。
具体的には、図11に示すように、n個のスロットアンテナ1(1−1〜1−n)を、開口30aを同一方向に向けた状態で、横一列に並べ、スロットアンテナ1−1〜1−nの各給電線路6を給電部8に接続した構成になっている。
かかる構成により、同一方向に大きなパワーの電波を放射することができるだけでなく、給電部8からスロットアンテナ1−1〜1−nに給電する電力の位相を異ならしめることで、アレイアンテナの指向性を変えることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
図12は、この発明の第5実施例に係る高周波モジュールの平面図である。
図12に示すように、この実施例は、上記第1実施例のスロットアンテナ1を備えたアンテナ一体型モジュールである。
具体的には、この高周波モジュール9は、接地電極3と給電電極5と給電線路6とスロット線路7とを誘電体基板2の表面2aに設けると共に、接地電極4を裏面全面に設けて、スロットアンテナ1を誘電体基板2の上部(図12の上部)に構成し、図示しない高周波回路部品を表面2aに実装して、この高周波回路部品を金属ケース90でシールドした構成になっている。
高周波回路部品は、例えば、RF回路のアンテナスイッチや送信回路及び受信回路に関する部品であり、アンテナスイッチは、給電電極5の給電線路6に電気的に接続される。
その他の構成、作用及び効果は、上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
例えば、上記第2実施例では、給電電極5を2つの給電電極部51と無給電電極部52とに分割して、経路73と経路74とで構成されるスロット線路7を形成したが、これに限定されるものでなく、給電電極5を3つ以上の電極部に分割して、3本以上の経路でスロット線路7を形成するようにしても良い。
Claims (7)
- 誘電体基板と、この誘電体基板の表面に設けられ且つ一方端が開口した切り欠き部を有する接地電極と、この接地電極の切り欠き部内に配設され且つ給電線路が接続された給電電極と、この給電電極の外周縁と上記接地電極の内周縁とで画成され且つ両端の開口を上記切り欠き部の開口側にそれぞれ向けたスロット線路とを備えるスロットアンテナであって、
使用周波数帯の電力を上記給電電極に給電した際に、一方の開口で生じる電界の位相と他方の開口で生じる電界の位相とが逆相になるように、上記スロット線路の長さを設定することにより、上記スロット線路の両開口で生じた電界がそれぞれ重畳された電界を、接地電極の切り欠き部の開口から放射させ、
上記給電線路は、上記給電電極の縁部であって上記スロット線路の一方の開口に近い縁部から延出し、当該スロット線路を幅方向に横切って上記接地電極を横断する線路である、
ことを特徴とするスロットアンテナ。 - 上記スロット線路の長さを、使用周波数における波長の2分の1の長さに設定した、
ことを特徴とする請求項1に記載のスロットアンテナ。 - 上記給電線路は、コプレーナ線路である、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスロットアンテナ。 - 上記給電電極を、上記切り欠き部の開口側から奥部側に向かう方向に分割することにより、上記スロット線路の経路を増やした、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のスロットアンテナ。 - 少なくともスロット線路を覆うように誘電体ブロックを上記誘電体基板上に載置した、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のスロットアンテナ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のスロットアンテナを備えた、
ことを特徴とする高周波モジュール。 - 請求項6に記載の高周波モジュールを備えた、
ことを特徴とする無線通信機。
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