JP5009546B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高速大容量の広帯域無線通信を実現するUWB通信に用いられるアンテナ装置に関する。
高速大容量の広帯域無線通信を実現するUWB通信に用いられるアンテナ装置の1つとして、アンテナエレメント(放射エレメント)として大きさの異なる2つの楕円形状のエレメントと、グランドの代用となる逆U字形状のエレメントとから構成され、大きな楕円形状のエレメントに小さな楕円形状のエレメントと略同じサイズの楕円穴が形成され、2つの楕円形状のエレメントが同軸ケーブルの中心導体に接続されると共に逆U字形状のエレメントが同軸ケーブルの外側導体に接続されてなるものがある(例えば非特許文献1参照)。
NEC技法Vol58 No2/2005
上記した非特許文献1に記載されているものでは、それら2つの楕円形状のエレメント及び逆U字形状のエレメントをプリント基板に形成されている導体パターンや導電性板材から構成することにより、アンテナ装置全体を平板形状で構成することができ、機器筐体内への搭載性を高めることができる。しかしながら、上記した非特許文献1に記載されているものでは、単純にモノポールアンテナの技術を利用した構成であるので、アンテナ装置全体の小型化という点で十分ではなく、さらなるアンテナ装置全体の小型化が要望されている。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができ、しかも、アンテナ装置全体の小型化をも実現することができるアンテナ装置を提供することにある。
請求項1に記載した発明によれば、アンテナエレメントの給電部から面方向に沿って放射状に離れた少なくとも2つの折返し部の各々が接続部を介してグランドに接続されて少なくとも2つのループが形成されているので、2次元平面上に形成されたディスコーンアンテナと2つの折返しループアンテナとを組み合わせたアンテナ装置と略同等の構成を実現することができ、特に2つのループアンテナの並列接続が双ループアンテナに近い構成となり、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができる。また、グランドと略同一形状で所定の厚さを有する高誘電体がグランドのグランド面に対向する部位に配置されているので、波長短縮効果によりグランドの小型化をも実現することができ、アンテナ装置全体の小型化をも実現することができる。アンテナエレメントとグランドとが誘電体基板に形成されている導体パターンから構成されているので、例えばエッチングなどの技術を利用して誘電体基板に所定形状の導体パターンを成形することにより、アンテナエレメントとグランドとを容易に形成することができる。
請求項2に記載した発明によれば、アンテナエレメントの給電部から面方向に沿って放射状に離れた少なくとも2つの折返し部の各々が接続部を介してグランドに接続されて少なくとも2つのループが形成されているので、2次元平面上に形成されたディスコーンアンテナと2つの折返しループアンテナとを組み合わせたアンテナ装置と略同等の構成を実現することができ、特に2つのループアンテナの並列接続が双ループアンテナに近い構成となり、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができる。アンテナエレメントとグランドとが誘電体基板に形成されている導体パターンから構成されているので、例えばエッチングなどの技術を利用して誘電体基板に所定形状の導体パターンを成形することにより、アンテナエレメントとグランドとを容易に形成することができる。
求項4及び5に記載した発明によれば、アンテナエレメントとグランドとが導電性板材から構成されているので、例えば切欠加工などの技術を利用して導電性板材を所定形状に成形することにより、アンテナエレメントとグランドとを容易に形成することができる。
請求項に記載した発明によれば、アンテナエレメントとグランドとの対が少なくとも2つ構成され、それらがダイバーシチ受信する位置に配置されているので、少なくとも2つの対のアンテナエレメントとグランドとによりダイバーシチ受信を実現することにより、アンテナ特性を高めることができる。
請求項に記載した発明によれば、アンテナエレメントの近傍に無給電素子が配置されているので、無給電素子の形状やサイズや配置位置を調整することにより、共振周波数を容易に調整することができ、アンテナ特性を容易に調整することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明を、例えば車載ナビゲーション機器や車載モニタ機器などの車載機器に搭載されるアンテナ装置に適用した第1の実施形態について、図1ないし図4を参照して説明する。
アンテナ装置1において、平板形状に形成されている誘電体基板2の表面2a側には、アンテナエレメント3が誘電体基板2の上側に銅箔パターンにより形成され、グランド4が誘電体基板2の下側に銅箔パターンにより形成され、接続部5,6が誘電体基板2の左右端側に銅箔パターンにより形成されている。この場合、アンテナエレメント3のアンテナ面3aとグランド4のグランド面4aとは同一平面となっている。
アンテナエレメント3は、その中央下部の給電部3bから誘電体基板2の上側隅部に向かって放射状に伸びる略左右対称な放物線部3c,3dを有する形状に形成されており、その折返し部3e,3fが接続部5,6を介してグランド4に接続されている。グランド4は、アンテナエレメント3の給電部3bに対向する接地部4bから左右方向に向かって伸びる略左右対称な放物線部4c,4dを有する形状に形成されている。また、誘電体基板2の裏面2b側には、グランド4と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体7が誘電体基板2を挟んでグランド4のグランド面4aに対向する部位に配置されている。
図3に示すように、アンテナエレメント3の給電部3bはグランド4側に向かって突出するように形成されていると共に、グランド4の接地部4bはアンテナエレメント3側に向かって突出するように形成されており、例えば同軸ケーブル(図示せず)の中心導体が給電部3bに接続されると共に外側導体が接地部4bに接続されることにより高周波電力が給電されるように構成されている。尚、コプレーナ線路により高周波電力が給電されるように構成されていても良い。
この場合、高周波電力が給電部3bに給電されると、その給電部3bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント3の放物線部3c,3dに沿って流れ、折返し部3e,3fで折返されて接続部5,6を介してグランド4に2つのループを形成して還流する。すなわち、上記した構成では、アンテナエレメント3の給電部3bから面方向に放射状に離れた折返し部3e,3fが接続部5,6を介してグランド4に接続されて2つのループが形成されているので、2次元平面上に形成されたディスコーンアンテナと2つのループアンテナとを組み合わせたアンテナ装置と略同等の構成となり、特に2つのループアンテナの並列接続が双ループアンテナを構成することになる。図4は、上記したアンテナ装置1のVSWRの測定結果を示しており、通信用途として用いられる3.1〜[GHz]では良好な特性が得られている。
以上に説明したように第1の実施形態によれば、アンテナ装置1において、アンテナエレメント3の給電部3bから面方向に放射状に離れた折返し部3e,3fが接続部5,6を介してグランド4に接続されて2つのループが形成されているので、2次元平面上に形成されたディスコーンアンテナと2つのループアンテナとを組み合わせたアンテナ装置と略同等の構成を実現することができ、特に2つのループアンテナの並列接続が双ループアンテナを構成することから、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができる。また、グランド4と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体7がグランド4のグランド面4aに対向する部位に配置されているので、波長短縮効果によりグランド4の小型化をも実現することができ、アンテナ装置1全体の小型化をも実現することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について、図5を参照して説明する。尚、上記した第1の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
この第2の実施形態では、第1の実施形態で説明したグランド4と高誘電体7との位置が交替されて構成されている。すなわち、アンテナ装置11において、誘電体基板12の表面12a側には、アンテナエレメント13が誘電体基板12の上側に銅箔パターンにより形成され、接続部15,16が誘電体基板12の左右端側に銅箔パターンにより形成されていると共に、グランド14と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体17が誘電体基板12の下側に配置されている。また、誘電体基板12の裏面12b側には、グランド14が誘電体基板12の下側に銅箔パターンにより形成されており、接続部15,16とグランド14とはVIAを介して接続されている。
この場合も、高周波電力が給電部13bに給電されると、その給電部13bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント13の放物線部13c,13dに沿って流れ、折返し部13e,13fで折返されて接続部15,16及びVIAを介してグランド14に2つのループを形成して還流する。
したがって、第2の実施形態によれば、第1の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド14の小型化をも実現することができ、アンテナ装置11全体の小型化をも実現することができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について、図6を参照して説明する。尚、上記した第1の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
この第3の実施形態では、アンテナエレメント、グランド及び接続部が導電性板材から構成されている。すなわち、アンテナ装置21において、導電性板材22は、矩形形状から2箇所が所定形状で切欠かれていることにより、アンテナエレメント23が上側に形成され、グランド24が下側に形成され、接続部25,26が左右端側に形成されて構成されている。また、グランド24と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体27がグランド24の面方向全体にわたって接合されて配置されている。
この場合、アンテナエレメント23、グランド24、接続部25,26及び高誘電体27は、第1の実施形態で説明したアンテナエレメント3、グランド4、接続部5,6及び高誘電体7と同一形状であり、高周波電力が給電部23bに給電されると、その給電部23bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント23の放物線部23c,23dに沿って流れ、折返し部23e,23fで折返されて接続部25,26を介してグランド24に2つのループを形成して還流する。
以上に説明したように、第3の実施形態によれば、アンテナ装置21において、アンテナエレメント23の給電部23bから面方向に放射状に離れた折返し部23e,23fが接続部25,26を介してグランド24に接続されて2つのループが形成されていると共に、グランド24と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体27がグランド24の面方向全体にわたって配置されているので、第1の実施形態及び第2の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド24の小型化をも実現することができ、アンテナ装置21全体の小型化をも実現することができる。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について、図7を参照して説明する。尚、上記した第3の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
この第4の実施形態では、第3の実施形態と比較すると、アンテナエレメント、グランド、接続部及び高誘電体の形状が異なっており、アンテナエレメントが逆三角形状に形成されている。すなわち、アンテナ装置31において、導電性板材32は、矩形形状から2箇所が所定形状で切欠かれていることにより、アンテナエレメント33が上側に形成され、グランド34が下側に形成され、接続部35,36が左右端側に形成されて構成されている。また、グランド34と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体37がグランド34の面方向全体にわたって接合されて配置されている。
この場合も、高周波電力が給電部33bに給電されると、その給電部33bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント33の直線部33c〜33fに沿って流れ、折返し部33g,33hで折返されて接続部35,36を介してグランド34に2つのループを形成して還流する。
したがって、第4の実施形態によれば、第1の実施形態ないし第3の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド34の小型化をも実現することができ、アンテナ装置31全体の小型化をも実現することができる。
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について、図8及び図9を参照して説明する。尚、上記した第4の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
この第5の実施形態では、第4の実施形態と比較すると、アンテナエレメント、グランド、接続部及び高誘電体の形状が異なっており、アンテナエレメントの一部がV字形状で切欠かれた形状に形成されている。すなわち、アンテナ装置41において、導電性板材42は、矩形形状から3箇所が所定形状で切欠かれていることにより、アンテナエレメント43が上側に形成され、グランド44が下側に形成され、接続部45,46が左右端側に形成されて構成されている。また、グランド44と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体47がグランド44の面方向全体にわたって接合されて配置されている。
この場合も、高周波電力が給電部43bに給電されると、その給電部43bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント43の直線部43c,43dに沿って流れ、折返し部43e,43fで折返されて接続部45,46を介してグランド44に2つのループを形成して還流する。図9は、上記したアンテナ装置41のVSWRの測定結果を示しており、この場合も、第1の実施形態と同様にして、通信用途として用いられる3.1〜[GHz]では良好な特性が得られている。
したがって、第5の実施形態によれば、第1の実施形態ないし第4の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド44の小型化をも実現することができ、アンテナ装置41全体の小型化をも実現することができる。
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態について、図10を参照して説明する。尚、上記した第5の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
この第6の実施形態では、第5の実施形態と比較すると、アンテナエレメントの近傍に無給電素子が配置されている。すなわち、アンテナ装置51において、第5の実施形態で説明したアンテナエレメント43のV字形状で切欠かれた箇所には無給電素子52が支持部材(図示せず)で支持されて配置されている。
この場合も、高周波電力が給電部43bに給電されると、その給電部43bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント43の直線部43c,43dに沿って流れ、折返し部43e,43fで折返されて接続部45,46を介してグランド44に2つのループを形成して還流する。このとき、アンテナエレメント43の直線部43g,43hと無給電素子52の直線部52a,52bとが略平行して近接していることにより、アンテナエレメント43からグランド44に2つのループを形成して還流する高周波電流は、無給電素子52の影響を受けることになる。
したがって、第6の実施形態によれば、第1の実施形態ないし第5の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド44の小型化をも実現することができ、アンテナ装置41全体の小型化をも実現することができる。特に、この第6の実施形態では、アンテナエレメント43の近傍に無給電素子52が配置されているので、無給電素子52の形状やサイズや配置位置を調整することにより、共振周波数を容易に調整することができ、アンテナ特性を容易に調整することができる。
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態について、図11及び図12を参照して説明する。尚、上記した第1の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。この第7の実施形態では、第1の実施形態で説明したアンテナ装置1が2つ連結されたアンテナ装置と略同等に構成されている。すなわち、アンテナ装置61において、誘電体基板62の表面62a側には、アンテナエレメント63,64が誘電体基板62の上下側に銅箔パターンにより形成され、グランド65が誘電体基板62の中央側に銅箔パターンにより形成され、接続部66〜69が誘電体基板62の左右端側に銅箔パターンにより形成されている。また、誘電体基板62の裏面62b側には、グランド65と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体70が誘電体基板62を挟んでグランド65のグランド面に対向する部位に配置されている。尚、アンテナエレメント63,64及びグランド65は、それらがダイバーシチ受信する位置に配置されている。
この場合、高周波電力が給電部63b,64bに給電されると、その給電部63bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント63の放物線部63c,63dに沿って流れ、折返し部63e,63fで折返されて接続部66,67を介してグランド65に2つのループを形成して還流すると共に、その給電部64bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント64の放物線部64c,64dに沿って流れ、折返し部64e,64fで折返されて接続部68,69を介してグランド65に2つのループを形成して還流する。
以上に説明したように、第7の実施形態によれば、アンテナ装置61において、アンテナエレメント63の給電部63bから面方向に放射状に離れた折返し部63e,63fが接続部66,67を介してグランド65に接続されて2つのループが形成され、アンテナエレメント64の給電部64bから面方向に放射状に離れた折返し部64e,64fが接続部68,69を介してグランド65に接続されて2つのループが形成されていると共に、グランド65と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体70がグランド65のグランド面に対向する部位に配置されているので、第1の実施形態ないし第6の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド65の小型化をも実現することができ、アンテナ装置61全体の小型化をも実現することができる。
特に、アンテナエレメント63,64とグランド65との対が2つ構成され、それらがダイバーシチ受信する位置に配置されているので、それらアンテナエレメント63,64とグランド65とによりダイバーシチ受信を実現することにより、アンテナ特性を高めることができる。
(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態について、図13を参照して説明する。尚、上記した第5の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。この第8の実施形態では、第5の実施形態で説明したアンテナ装置41が2つ連結されたアンテナ装置と略同等に構成されている。すなわち、アンテナ装置71において、導電性板材72は、矩形形状から6箇所が所定形状で切欠かれていることにより、アンテナエレメント73,74が上下側に形成され、グランド75が中央側に形成され、接続部76〜79が左右端側に形成されて構成されている。また、グランド75と同一形状で所定の厚さを有する高誘電体80がグランド75の面方向全体にわたって接合されて配置されている。尚、アンテナエレメント73,74及びグランド75は、それらがダイバーシチ受信する位置に配置されている。
この場合も、高周波電力が給電部73b,74bに給電されると、その給電部73bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント73の直線部73c,73dに沿って流れ、折返し部73e,73fで折返されて接続部76,77を介してグランド75に2つのループを形成して還流すると共に、その給電部74bに印加された高周波電流は、アンテナエレメント74の直線部74c,74dに沿って流れ、折返し部74e,74fで折返されて接続部78,79を介してグランド75に2つのループを形成して還流する。
したがって、第8の実施形態によれば、第1の実施形態ないし第7の実施形態に記載したものと同様にして、広帯域特性を有するアンテナ装置を実現することができ、高速大容量の広帯域無線通信を実現することができると共に、波長短縮効果によりグランド75の小型化をも実現することができ、アンテナ装置71全体の小型化をも実現することができる。そして、この場合も、アンテナエレメント73,74とグラン75との対が2つ構成され、それらがダイバーシチ受信する位置に配置されているので、それらアンテナエレメント73,74とグランド75とによりダイバーシチ受信を実現することにより、アンテナ特性を高めることができる。
(その他の実施形態)
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
アンテナ装置81(図14参照)やアンテナ装置91(図15参照)に示すように、アンテナエレメント及びグランドの形状は他の形状であっても良い。
高誘電体が省略された構成であっても良い。
本発明の第1の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 背面側から見た外観斜視図 給電部及び接地部を示す図 VSWRの測定結果を示す図 本発明の第2の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 本発明の第3の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 本発明の第4の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 本発明の第5の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 図4相当図 本発明の第6の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 本発明の第7の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 図2相当図 本発明の第8の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 本発明のその他の実施形態を示すもので、正面側から見た外観斜視図 図14相当図
符号の説明
図面中、1はアンテナ装置、2は誘電体基板、3はアンテナエレメント、3aはアンテナエレメント面、3bは給電部、3e,3fは折返し部、4はグランド、4aはグランド面、5,6は接続部、7は高誘電体、11はアンテナ装置、12は誘電体基板、13はアンテナエレメント、13bは給電部、13e,13fは折返し部、14はグランド、15,16は接続部、17は高誘電体、21はアンテナ装置、22は導電性板材、23はアンテナエレメント、23bは給電部、23e,23fは折返し部、24はグランド、25,26は接続部、27は高誘電体、31はアンテナ装置、32は導電性板材、33はアンテナエレメント、33bは給電部、33g,33hは折返し部、34はグランド、35,36は接続部、37は高誘電体、41はアンテナ装置、42は導電性板材、43はアンテナエレメント、43bは給電部、43e,43fは折返し部、44はグランド、45,46は接続部、47は高誘電体、51はアンテナ装置、52は無給電素子、61はアンテナ装置、62は誘電体基板、63,64はアンテナエレメント、63b,64bは給電部、63e,63f,64e,64fは折返し部、65はグランド、66〜69は接続部、70は高誘電体、71はアンテナ装置、72は導電性板材、73,74はアンテナエレメント、73b,74bは給電部、73e,73f,74e,74fは折返し部、75はグランド、76〜79は接続部、80は高誘電体、81はアンテナ装置、91はアンテナ装置である。

Claims (8)

  1. 平板形状に形成されてなるアンテナエレメントと、平板形状に形成されてなるグランドとを備え、アンテナエレメント面とグランド面とが略同一平面で且つ前記アンテナエレメントの給電部から面方向に沿って放射状に離れた少なくとも2つの折返し部の各々が接続部を介して前記グランドに接続されて少なくとも2つのループが形成されていると共に、前記グランドと略同一形状で所定の厚さを有する高誘電体が前記グランドのグランド面に対向する部位に配置され、前記アンテナエレメントと前記グランドとが誘電体基板に形成されている導体パターンから構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 平板形状に形成されてなるアンテナエレメントと、平板形状に形成されてなるグランドとを備え、アンテナエレメント面とグランド面とが略同一平面で且つ前記アンテナエレメントの給電部から面方向に沿って放射状に離れた少なくとも2つの折返し部の各々が接続部を介して前記グランドに接続されて少なくとも2つのループが形成され、前記アンテナエレメントと前記グランドとが誘電体基板に形成されている導体パターンから構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  3. 請求項1または2に記載したアンテナ装置において、
    前記導体パターンが銅箔パターンであることを特徴とするアンテナ装置。
  4. 平板形状に形成されてなるアンテナエレメントと、平板形状に形成されてなるグランドとを備え、アンテナエレメント面とグランド面とが略同一平面で且つ前記アンテナエレメントの給電部から面方向に沿って放射状に離れた少なくとも2つの折返し部の各々が接続部を介して前記グランドに接続されて少なくとも2つのループが形成されていると共に、前記グランドと略同一形状で所定の厚さを有する高誘電体が前記グランドのグランド面に対向する部位に配置され、前記アンテナエレメントと前記グランドとが導電性板材から構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  5. 平板形状に形成されてなるアンテナエレメントと、平板形状に形成されてなるグランドとを備え、アンテナエレメント面とグランド面とが略同一平面で且つ前記アンテナエレメントの給電部から面方向に沿って放射状に離れた少なくとも2つの折返し部の各々が接続部を介して前記グランドに接続されて少なくとも2つのループが形成され、前記アンテナエレメントと前記グランドとが導電性板材から構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載したアンテナ装置において、
    前記アンテナエレメントと前記グランドとの対が少なくとも2つ構成され、それらがダイバーシチ受信する位置に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載したアンテナ装置において、
    前記アンテナエレメントの近傍に無給電素子が配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載したアンテナ装置において、
    前記2つのループが形成されていることで、2次元平面上に形成されたディスコーンアンテナと2つのループアンテナとを組み合わせた構成であることを特徴とするアンテナ装置。
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