JP4965880B2

JP4965880B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4965880B2
Application number: JP2006094428A
Authority: JP
Inventors: 茂美倉島; 政宏柳; 英樹岩田; 誉嗣柚場; 雅博金子; 由利子瀬川; 隆有田
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: US20070229362A1; US7518556B2; JP2007274097A

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特に、広い周波数帯域で通信が可能な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、地板と給電体から構成されたアンテナが提案されている（非特許文献１）。
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）

しかるに、無線通信方式としては、ＵＷＢの他にも、無線ＬＡＮ、Blue Toothなど複数の通信規格が存在している。一方、上記ＵＷＢアンテナ装置は無線ＬＡＮ、Blue Toothを含む周波数帯域で通信可能である。このため、ＵＷＢアンテナ装置を用いることにより複数の通信規格でアンテナを共用することができ、設置スペースなどを簡略化できる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、異なる通信規格で通信を行うことができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、電波を送受信するアンテナ部と、アンテナ部で通信される信号を入出力する複数の入出力ポートと、アンテナ部と前記複数の入出力ポートとを接続する伝送ラインとを有することを特徴とする。

アンテナ部は、誘電体基板に形成された導電パターンから構成されたエレメントパターン及び接地パターンから構成されていることを特徴とする。

エレメントパターン及び複数の入出力ポート並びに伝送ラインは誘電体基板の一面に形成され、接地パターンは、前記誘電体基板の他面に形成されており、伝送ラインは接地パターンによりマイクロストリップ伝送路を形成していることを特徴とする。

エレメントパターン、接地パターン及び複数の入出力ポート並びに伝送ラインは誘電体基板の一面に形成されており、伝送ラインは接地パターンによりコプレーナ伝送路を形成していることを特徴とする。

伝送ラインにフィルタ回路を設けたことを特徴とする。

アンテナ部と伝送ラインとをカプラを介して結合したことを特徴とする。

カプラは、３ｄＢブランチライン又はパワーデバイダから構成されていることを特徴とする。

アンテナ部を複数の伝送ラインから所望の伝送ラインに択一的に接続するスイッチ回路を有することを特徴とする。

アンテナ部は、少なくともＵＷＢ及び無線ＬＡＮの周波数帯域で通信可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、電波を送受信するアンテナ部と、アンテナ部で通信される信号を入出力する複数の入出力ポートと、アンテナ部と複数の入出力ポートとを接続する伝送ラインとからアンテナ装置を構成することにより、一つのアンテナ装置で、異なる通信規格の通信を行うことができる。

〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の斜視図、図２は本発明の第１実施例の平面図を示す。

本実施例のアンテナ装置１００は、プリント配線板１１１に導電パターンによってアンテナ部１１２、複数の入出力ポート１１３、伝送ライン１１４を形成した構成とされている。

プリント配線板１１１は、ＦＲ−４、セラミックスなどの誘電体からなり、その表面に銅、アルミニウムなどの導電材料により導電パターンが形成されている。

アンテナ部１１２は、プリント配線板１１１に形成された導電パターンから構成されており、エレメントパターン１２１、及び、接地パターン１２２から構成されている。

エレメントパターン１２１は、プリント配線板１１１の一面に、ホームベース状の五角形状に形成されている。エレメントパターン１２１の給電点Ｐ0には、接地パターン１２２に対向する辺には、給電点Ｐ0が形成されている。エレメントパターン１２１の給電点Ｐ0を挟む辺は、所定の開き角θとなるように傾斜がつけられている。開き角θは、例えば、略６３°に設定されている。

接地パターン１２２は、プリント配線板１１１の他面、すなわち、エレメントパターン１２１が形成された面とは反対側の面の略半面に渡って形成されている。接地パターン１２２は、エレメントパターン１２１に対向する辺が給電点Ｐ０に接する位置に形成されている。なお、このとき、エレメントパターン１２１と接地パターン１２２とは、プリント配線板１１１を挟んで配置されるので、互いに絶縁された状態とされている。

複数の入出力ポート１１３は、それぞれ伝送ライン１１４を介してエレメントパターン１２１の給電点Ｐ0に接続されている。入出力ポート１１３は、コネクタ、あるいは、同軸ケーブルを介して高周波回路に接続される。

例えば、複数の入出力ポート１１３の一つは、ＵＷＢ処理用の高周波回路に接続され、複数の入出力ポート１１３の他の一つは、無線ＬＡＮ処理用の高周波回路に接続される。

伝送ライン１１４は、接地パターン１２２とともに、いわゆる、マイクロストリップ伝送路を構成している。これによって、伝送ライン１１４は、特性インピーダンスが、例えば、５０Ωに設定されている。

入出力ポート１１３にはコネクタ、あるいは、同軸ケーブルの信号線が接続され、コネクタ、あるいは、同軸ケーブルのシールドは接地パターン１２２に接続される。

図３はアンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性図を示す。

アンテナ装置１００は、図３に示すように２ＧＨｚ以上でＶＳＷＲ（voltage standing wave ratio；電圧定在波比）を所定値以下にすることができる。これによって、無線ＬＡＮの周波数帯域２．４ＧＨｚ、及び、それ以上の周波数帯域を含むＵＷＢで通信を行うことが可能となる。

なお、アンテナ装置１００は、エレメントパターン１２１の長さＬ、接地パターン１２２のエレメントパターン１２１に対向する辺に直交する方向の長さを長くすることによって、周波数が低い領域でのＶＳＷＲ特性を向上させることができる。例えば、エレメントパターン１２１の長さＬを１５ｍｍでは、略３ＧＨｚ以下でＶＳＷＲが増加傾向となるのに対し、エレメントパターン１２１の長さＬを２０〜２５ｍｍとすることによりで略２ＧＨｚ以下でＶＳＷＲが増加傾向となるように改善できる。

よって、エレメントパターン１２１の長さＬを２０〜２５ｍｍとすることにより２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮなどに対応することが可能となる。

本実施例によれば、一つのアンテナ部１１２を複数の入出力ポート１１３で共用することにより、例えば、ＵＷＢと無線ＬＡＮとで通信を行うことができるアンテナ装置を提供することができる。

〔第２実施例〕
図４は本発明の第２実施例の斜視図、図５は本発明の第１実施例の平面図を示す。同図中、図１，図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施例のアンテナ装置２００は、プリント配線板２１１に導電パターンによってアンテナ部２１２、複数の入出力ポート１１３、伝送ライン１１４を形成した構成とされている。

プリント配線板２１１は、ＦＲ−４、セラミックスなどの誘電体からなり、その表面に銅、アルミニウムなどの導電材料により導電パターンが形成されている。

アンテナ部２１２は、プリント配線板２１１に形成された導電パターンから構成されており、エレメントパターン２２１、及び、接地パターン２２２から構成されている。

エレメントパターン２２１は、プリント配線板１１１の一面に、ホームベース状の五角形状に形成されている。エレメントパターン２２１の給電点Ｐ0には、接地パターン２２２に対向する辺には、給電点Ｐ0が形成されている。エレメントパターン１３１の給電点Ｐ0を挟む辺は、接地パターン２２２の給電点Ｐ０に対向する辺に直交する軸に対して角度θとなるように傾斜がつけられている。角度θは、例えば、略６３°に設定されている。

接地パターン２２２は、プリント配線板１１１の一面、すなわち、エレメントパターン２２１が形成された面の略半面に複数の入出力ポート１１３及び伝送パターン１１４と絶縁された状態で形成されている。接地パターン２２２は、エレメントパターン２２１に対向する辺が給電点Ｐ０に接する位置に形成されている。なお、このとき、エレメントパターン１２１と接地パターン１２２とは、ギャップを挟んで配置されており、互いに絶縁された状態とされている。

伝送ライン１１４は、接地パターン２２２とともに、いわゆる、コプレーナ伝送路を構成している。これによって、伝送ライン１１４は、特性インピーダンス、が例えば、５０Ωに設定されている。

〔第３実施例〕
図６は本発明の第３実施例の斜視図、図７は本発明の第３実施例の平面図を示す。同図中、図４、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置３００は、複数の伝送ライン１１４のうちの一つにフィルタ回路３１１が搭載された構成とされている。フィルタ回路３１１は、チップコンデンサ３２１を伝送ライン１１４に間挿し、チップインダクタ３２２を伝送ライン１１４と接地パターン２２２との間に接続した構成とされており、バンドパスフィルタを構成している。

図８はフィルタ回路３１１の周波数特性図を示す。

フィルタ回路３１１は、図８に示すように例えば、無線ＬＡＮ、あるいは、Bleu-Toothの周波数帯域、例えば、２．４ＧＨｚ帯の信号を通過させ、それより、低域、及び、高域の信号を減衰させる周波数特性を有する。

これによって、フィルタ回路３１１が搭載された伝送ライン１１４に接続された入出力ポート１１３に無線ＬＡＮ用の高周波回路を接続し、他方の伝送ライン１１４に接続された入出力ポート１１３にＵＷＢ用の高周波回路を接続することにより無線ＬＡＮ用の高周波回路の処理を簡略化できる。また、無線ＬＡＮ通信を不要周波数成分の影響なく行うことができる。

なお、フィルタ回路３１１を図８に破線で示すようにＵＷＢ帯域を通過する周波数特性となるように構成してもよい。

また、両方の伝送ライン１１４にフィルタ回路３１１を搭載するようにしてもよい。

〔第４実施例〕
図９は本発明の第４実施例の斜視図、図１０は本発明の第４実施例の平面図を示す。同図中、図１，図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置４００は、エレメントパターン１１２と入出力ポート１１３との間にカプラ４１１を設けた構成とされている。

カプラ４１１は、例えば、ハイブリッド回路から構成され、例えば、４ポートの３ｄＢブランチラインから構成されている。本実施例のブランチライン形ハイブリッド回路は、第１〜第４ポートｐ１〜ｐ４から構成されており、第１のポートｐ１にはエレメントパターン１１２の給電点Ｐ０が接続され、第２ポートｐ２には開放され、第３ポートｐ３及び第４ポートｐ４に入出力ポート１１３が接続された構成とされている。

なお、カプラ４１１は、ブランチライン形ハイブリッド回路に限定されるものではなく、パワーデバイダ、１／４波長分布結合ハイブリッド回路、ラットレース形ハイブリッド回路、位相反転形ハイブリッド回路、あるいは、Ｙ形電力分配器などから構成するようにしてもよい。

本実施例によれば、エレメントパターン１１２の給電点Ｐ０と複数の入出力ポート１１３を介して接続することにより、エレメントパターン１１２と複数の入出力ポート１１３との間の特性インピーダンスの整合をとることができるため、通信を安定に行うことができる。

〔第５実施例〕
図１１は本発明の第５実施例の斜視図、図１２は本発明の第５実施例の平面図、図１３は本発明の第５実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置５００は、エレメントパターン１１２と伝送ライン１１４との間にスイッチ回路５１１を設けた構成とされている。

スイッチ回路５１１は、制御ポート５２１に接続されており、制御ポート５２１に外部から供給される切換信号に応じてエレメントパターン１１２をいずれか一方の伝送ライン１１４に択一的に接続する構成とされている。

スイッチ回路５１１によりいずれか一方の伝送ライン１１４を選択することにより、他方の伝送ライン１１４の影響を受けずに通信を行うことが可能となる。

また、このとき、伝送ライン１１４のそれぞれに通信周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ回路を設けることにより、通信を安定に行える。

〔その他〕
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求の範囲の記載を逸脱することなく、種々の変形例が可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施例の斜視図である。本発明の第１実施例の平面図である。アンテナ装置１００のＶＳＷＲ特性図本発明の第２実施例の斜視図である。本発明の第２実施例の平面図である。本発明の第３実施例の斜視図である。本発明の第３実施例の断面図である。フィルタ回路３１１の周波数特性図である。本発明の第４実施例の斜視図である。本発明の第４実施例の平面図である。本発明の第５実施例の斜視図である。本発明の第５実施例の断面図である。本発明の第５実施例のブロック構成図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００アンテナ装置
１１１、２１１プリント配線板、１１２アンテナ部、１１３入出力ポート
１１４伝送ライン
１２１、２２１エレメントパターン、２２２、１２２接地パターン
３１１フィルタ回路
４１１カプラ、
５１１スイッチ回路
５２１制御ポート

Claims

誘電体基板に形成され、前記誘電体基板平面上にて給電点に向かって所定の鋭角を成しているエレメントパターン及び接地パターンから構成されている電波を送受信するアンテナ部と、
前記誘電体基板に形成され、前記アンテナ部で通信される信号を入出力する複数の入出力ポートと、
前記誘電体基板に形成され、前記給電点から分岐するように設けられて前記アンテナ部と前記複数の入出力ポートとを接続する複数の伝送ラインとを有し、
前記複数の伝送ラインのうち一つにフィルタ回路を取り付けたことを特徴とするアンテナ装置。
前記エレメントパターン及び前記複数の入出力ポート並びに前記伝送ラインは、前記誘電体基板の一面に形成され、
前記接地パターンは、前記誘電体基板の他面に形成されており、
前記伝送ラインは、前記接地パターンによりマイクロストリップ伝送路を形成していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記エレメントパターン、前記接地パターン及び前記複数の入出力ポート並びに前記伝送ラインは、前記誘電体基板の一面に形成されており、
前記伝送ラインは、前記接地パターンによりコプレーナ伝送路を形成していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記アンテナ部と前記伝送ラインとをカプラを介して結合したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記カプラは、３ｄＢブランチライン又はパワーデバイダから構成されていることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
前記アンテナ部を複数の伝送ラインから所望の伝送ラインに択一的に接続するスイッチ回路を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記アンテナ部は、少なくともＵＷＢ及び無線ＬＡＮの周波数帯域で通信可能と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。
前記複数の伝送ラインのうちの他の一つに、前記フィルタ回路とは異なる他のフィルタ回路を取り付けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。