JP5171502B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナと給電手段とを整合させる整合回路が内蔵されているアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device having a built-in matching circuit for matching an antenna and a feeding means.
従来、無線通信機器に搭載される送受信用のアンテナとして、携帯に便利なように小型のアンテナが望まれている。従来の小型のアンテナの一例の構成を示す正面図を図４９に示す。
図４９に示すアンテナ５００は、ダイポールアンテナとされており、ホットダイポール素子５１０とアースダイポール素子５１１とを備えている。ホットダイポール素子５１０はガラスエポキシ基板等の基板５２０における表面の一端に形成されている細長い矩形状のホット側パターン５２１により構成されており、アースダイポール素子５１１は基板５２０の表面の他端に形成されている細長い矩形状のアース側パターン５２２により構成されている。ホット側パターン５２１は、基板５２０の一端から基板５２０のほぼ中央部まで形成されて、基板５２０の他端から基板５２０のほぼ中央部まで形成されているアース側パターン５２２と重ならないように形成されている。そして、ホットダイポール素子５１０とアースダイポール素子５１１との端部が向かい合う部位が給電部５１２とされて、給電部５１２に同軸ケーブル５２３が接続されている。この場合、ホットダイポール素子５１０の端部に同軸ケーブル５２３の中心導体が接続され、アースダイポール素子５１１の端部に同軸ケーブル５２３のシールド導体が接続される。これにより、ホットダイポール素子５１０とアースダイポール素子５１１とからなるダイポールアンテナとされているアンテナ５００が構成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a transmission / reception antenna mounted on a wireless communication device, a small antenna is desired for convenience of carrying. FIG. 49 is a front view showing the configuration of an example of a conventional small antenna.
An antenna 500 shown in FIG. 49 is a dipole antenna, and includes a hot dipole element 510 and an earth dipole element 511. The hot dipole element 510 is constituted by an elongated rectangular hot-side pattern 521 formed at one end of the surface of a substrate 520 such as a glass epoxy substrate, and the earth dipole element 511 is formed at the other end of the surface of the substrate 520. It is constituted by an elongated rectangular ground side pattern 522. The hot side pattern 521 is formed from one end of the substrate 520 to approximately the center of the substrate 520 and is formed so as not to overlap the ground side pattern 522 formed from the other end of the substrate 520 to approximately the center of the substrate 520. ing. A portion where the end portions of the hot dipole element 510 and the earth dipole element 511 face each other serves as a power feeding portion 512, and a coaxial cable 523 is connected to the power feeding portion 512. In this case, the center conductor of the coaxial cable 523 is connected to the end of the hot dipole element 510, and the shield conductor of the coaxial cable 523 is connected to the end of the earth dipole element 511. Thus, an antenna 500 that is a dipole antenna including the hot dipole element 510 and the earth dipole element 511 is configured.
従来のアンテナ５００において使用周波数帯を２ＧＨｚ帯とした際に、ホットダイポール素子５１０の長さＬ２０１とアースダイポール素子５１１の長さＬ２０２は同様の長さとされ、約２９．５ｍｍとされる。また、ホットダイポール素子５１０およびアースダイポール素子５１１の幅Ｗ２０１は約５ｍｍとされる。この場合、基板５２０の比誘電率は約４．９とされて波長が短縮されることから、この寸法とした際のホットダイポール素子５１０とアースダイポール素子５１１の電気長は、２ＧＨｚにおける波長の約１／４波長となる。図４９に示すアンテナ５００において使用周波数帯を２ＧＨｚ帯とした際の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図５０に示す。図５０を参照すると、ＶＳＷＲは２．００２ＧＨｚにおいて最も小さくなり約１．３が得られている。また、共振周波数帯域の中心周波数はマーク２で示す約２．０１８ＧＨｚであり、ＶＳＷＲが２．０以下の周波数帯域はマーク１で示す約１．８５０ＧＨｚないしマーク３で示す約２．１８６ＧＨｚであって、その比帯域は約１６．７％が得られている。さらに、従来のアンテナ５００の２ＧＨｚ帯におけるアンテナ放射パターンを図５１に示す。図５１を参照すると、アンテナ５００の放射パターンは８の字パターンとされて基板５２０の面から垂直な両方向に強く放射され、基板５２０の長手方向にはほぼ放射されない。この場合、基板５２０に平行な面における長手方向の偏波が放射され、図５１における約９０°方向および約２７０°方向で約２．０ｄＢｉの最大ゲインが得られている。この放射パターンにおける半値角は約７８ｄｅｇとなっている。
In the conventional antenna 500, when the frequency band used is 2 GHz, the length L201 of the hot dipole element 510 and the length L202 of the earth dipole element 511 are the same length, which is about 29.5 mm. The width W201 of the hot dipole element 510 and the earth dipole element 511 is about 5 mm. In this case, since the relative dielectric constant of the substrate 520 is about 4.9 and the wavelength is shortened, the electrical length of the hot dipole element 510 and the earth dipole element 511 in this dimension is about the wavelength at 2 GHz. 1/4 wavelength. FIG. 50 shows the frequency characteristics of the voltage standing wave ratio (VSWR) when the antenna 500 shown in FIG. 49 has a use frequency band of 2 GHz. Referring to FIG. 50, VSWR becomes the smallest at 2.002 GHz, and about 1.3 is obtained. The center frequency of the resonance frequency band is about 2.018 GHz indicated by
従来のアンテナ５００では、小型でありながら比帯域として約１６．７％が得られると共に、良好な放射パターンが得られている。しかしながら、無線通信機器においては広帯域で動作する無線通信機器があり、このような無線通信機器においては、要求される比帯域として３０％前後以上の比帯域が要求される場合があるが、従来のアンテナ５００ではこの要求に応えることができないという問題点があった。
そこで、本発明は小型でありながら広帯域で動作可能なアンテナ装置を提供することを目的としている。
Although the conventional antenna 500 is small in size, it can obtain about 16.7% as a specific band and a good radiation pattern. However, there is a wireless communication device that operates in a wide band in the wireless communication device, and such a wireless communication device may require a specific bandwidth of about 30% or more as a required specific bandwidth. The antenna 500 has a problem that it cannot meet this requirement.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device that can operate in a wide band while being small.
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、細長い矩形状の基板の一面に形成されたホットダイポール素子と、基板の他面に形成されたアースダイポール素子とを有し、アースダイポール素子の縁から延伸して所定の長さで一体に形成されたグランド部に対面するように、ホットダイポール素子の縁から引き出された伝送ラインを形成し、グランド部と伝送ラインとにより整合回路を構成したことを最も主要な特徴としている。 In order to achieve the above object, an antenna device of the present invention includes a hot dipole element formed on one surface of an elongated rectangular substrate and an earth dipole element formed on the other surface of the substrate, and an earth dipole element A transmission line drawn from the edge of the hot dipole element is formed so as to face the ground part integrally formed with a predetermined length by extending from the edge of the wire, and a matching circuit is configured by the ground part and the transmission line This is the most important feature.
本発明のアンテナ装置では、グランド部と伝送ラインとにより構成した整合回路により、ホットダイポール素子とアースダイポール素子からなるダイポールアンテナに、無線通信機器等の給電手段からインピーダンスマッチングを行って給電することができることから、従来のアンテナ装置より広帯域化することができる。また、整合回路がアンテナ装置に内蔵されるようになり、整合回路を備えるアンテナ装置としても小型のアンテナ装置とすることができる。 In the antenna device of the present invention, the matching circuit constituted by the ground portion and the transmission line can feed power to the dipole antenna composed of the hot dipole element and the earth dipole element by performing impedance matching from power feeding means such as a wireless communication device. As a result, the bandwidth can be made wider than that of the conventional antenna device. In addition, since the matching circuit is built in the antenna device, the antenna device including the matching circuit can be a small antenna device.
本発明のアンテナ装置１の原理的な構成を図１に示す。
図１に示すアンテナ装置１は、細長い線状あるいは面状のホットダイポール素子１０と、このホットダイポール素子１０から反対側に延伸するよう配置された細長い線状あるいは面状のアースダイポール素子１１とを備えている。アンテナ装置１は、ホットダイポール素子１０とアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナを備えており、ホットダイポール素子１０の先端から伝送ライン１３が導出されており、この伝送ライン１３に対向するようアースダイポール素子１１の先端からグランド部１１ａが延伸されている。伝送ライン１３の先端とアースダイポール素子１１に給電部１４から給電されている。対向する伝送ライン１３とグランド部１１ａとにより所定インピーダンスの線路が構成されており、線路のインピーダンスは、給電部１４とホットダイポール素子１０とアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナとをインピーダンスマッチングすることのできるインピーダンスとされている。すなわち、対向する伝送ライン１３とグランド部１１ａとにより整合回路１２が構成されている。この線路として、対向する伝送ライン１３とグランド部１１ａとからなるストリップラインやコプレーナラインとされる。このように、本発明にかかるアンテナ装置１は伝送ライン１３とグランド部１１ａからなる整合回路１２を内蔵したアンテナ装置とされている。
The principle configuration of the
An
図１に示すアンテナ装置１の具体的構成を示す本発明の第１実施例のアンテナ装置２の構成を図２ないし図４に示す。なお、図２は本発明にかかるアンテナ装置２の構成を示す正面図であり、図３は本発明にかかるアンテナ装置２の構成を示す側面図であり、図４は本発明にかかるアンテナ装置２の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第１実施例のアンテナ装置２はガラスエポキシ基板等の高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０とアースダイポール素子１１とを備えている。この場合、基板２０は細長い矩形状とされており、基板２０の表面の一端から細長い矩形状の面状に形成されているホット側パターン２１によりホットダイポール素子１０が形成されており、基板２０の裏面の他端から細長い矩形状の面状に形成されているアース側パターン２２によりアースダイポール素子１１が形成されている。
The configuration of the
As shown in these drawings, the
ホットダイポール素子１０のアースダイポール素子１１側の端縁のほぼ中央から幅が細くされた所定長の伝送ライン１３が引き出されている。また、アースダイポール素子１１のホットダイポール素子１０側の端部において長さＧＬの部分がグランド部１１ａとされており、基板２０を介してグランド部１１ａと伝送ライン１３とが対向することによりストリップライン２３が構成されている。基板２０の表面におけるアースダイポール素子１１の一部と対面するよう矩形のアースランド２４のパターンが形成されている。このアースランド２４は、グランド部１１ａとアースダイポール素子１１との境界部におけるアースダイポール素子１１上に形成されて、複数のスルーホール２４ａによりアースランド２４はアースダイポール素子１１に電気的に接続されている。このアースランド２４に給電用の同軸ケーブル２５のシールド部２５ｂがハンダ付け等により接続され、同軸ケーブル２５の芯線２５ａが伝送ライン１３の先端にハンダ付け等により接続されて給電部１４が構成されている。この給電部１４により、無線通信機器から同軸ケーブル２５を介してアンテナ装置２に給電されるようになる。また、アースダイポール素子１１と同軸ケーブル２５との電気的な結合を防止するために、基板２０の表面にスペーサ２６が設けられ、このスペーサ２６上に同軸ケーブル２５が配置される。スペーサ２６は、スポンジ等の比誘電率が約１とされる発泡体等とするのが好適であるが、比誘電率が１以上であってもよい。なお、伝送ライン１３とグランド部１１ａからなるストリップライン２３は整合回路１２を構成しており、給電部１４のインピーダンスと、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスとのインピーダンスマッチングを行っている。
A predetermined length of transmission line 13 is drawn from the center of the edge of the
図２ないし図４に示す第１実施例のアンテナ装置２の使用周波帯域を２ＧＨｚ帯とした場合の寸法の一例を次に説明する。
基板２０の幅Ｗ１は約６ｍｍ、長さＬ１は約７９ｍｍ、厚さＷ３は約１．６ｍｍ、比誘電率εｒは約４．９とされており、基板２０の表面の一端側にホット側パターン２１により形成されているホットダイポール素子１０の幅Ｗ２は約５ｍｍ、長さＬ２は約２９．５ｍｍとされている。基板２０の裏面の他端側からアース側パターン２２により形成されているアースダイポール素子１１の幅はＷ２とされて約５ｍｍ、長さＬ３は約２９．５ｍｍとされている。アースダイポール素子１１の端からホットダイポール素子１０側へ延伸されて形成されているグランド部１１ａの幅もＷ２とされて約５ｍｍとされ、その長さＧＬは約１７ｍｍとされている。基板２０の表面において、アースダイポール素子１１とグランド部１１ａとの境界上に形成されているアースランド２４も幅もＷ２（約５ｍｍ）とされ、長さＬ４は約５ｍｍとされており、アースダイポール素子１１に４箇所のスルーホール２４ａでアースランド２４が接続されている。ホットダイポール素子１０の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３が引き出されており、伝送ライン１３の長さは約１７ｍｍ、幅ＦＬＷは約０．４６ｍｍに形成され、アースランド２４との間隔Ｌ５は約２ｍｍとされている。また、ホットダイポール素子１０の端縁と対向するグランド部１１ａの端縁とは、両者の電気的な結合を避けるために約２ｍｍの間隔Ｌ６があけられている。同軸ケーブル２５の外径は約１．３ｍｍとされ、高さＬ７が約２ｍｍ、長さが約２０ｍｍとされているスペーサ２６上に配置されている。
Next, an example of the dimensions when the use frequency band of the
The
上記寸法とされた際に、整合回路１２を構成するストリップライン２３のインピーダンスは、ホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナのインピーダンスと、給電部１４のインピーダンスとのインピーダンスマッチングを行えるインピーダンスとされている。なお、ストリップライン２３のインピーダンスは伝送ライン１３の幅ＦＬＷにより調整されている。そして、上記寸法とされた本発明の第１実施例にかかるアンテナ装置２の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図５に示す。図５を参照すると、共振の中心周波数はマーク２で示す１．７９１ＧＨｚとされＶＳＷＲが最も小さくなり約１．４が得られている。また、ＶＳＷＲが２．０以下の周波数帯域はマーク１で示す約１．４７８ＧＨｚないしマーク３で示す約２．１０４ＧＨｚが得られており、その比帯域は約３５．０％もの広帯域が得られている。なお、この周波数帯域には２ＧＨｚ帯が含まれており、使用周波数帯域を満足している。
When the dimensions are set as described above, the impedance of the strip line 23 constituting the matching circuit 12 is an impedance that can perform impedance matching between the impedance of the dipole antenna including the
さらに、上記寸法とされた第１実施例のアンテナ装置２のアンテナ放射パターンを図６に示す。図６においてアンテナ装置２は破線で示すように０°と１８０°の線上に配置されており、図６を参照すると、アンテナ装置２の放射パターンは８の字パターンとされて基板２０の面から垂直な両方向に強く放射され、基板２０の長手方向にはほぼ放射されない。この場合、基板２０に平行な面における長手方向の偏波が放射され、図６における約９０°方向および約２７０°方向で約２．２ｄＢｉの最大ゲインが得られている。この放射パターンにおける半値角は約７４ｄｅｇが得られている。
上記説明した本発明の第１実施例にかかるアンテナ装置２は、内蔵する整合回路１２によりホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１からなるダイポールアンテナと給電部１４とのインピーダンスマッチングを行えることから、上記したようにＶＳＷＲが２．０以下の比帯域が約３５％もの広帯域のアンテナ装置とすることができる。また、アンテナ装置２は基板２０に形成されたプリントパターンにより構成されていると共に、整合回路１２が内蔵されていることから小型のアンテナ装置２とすることができる。
Furthermore, the antenna radiation pattern of the
The
次に、本発明の第１実施例のアンテナ装置２が広帯域で動作する理由を図７ないし図２１を参照して説明する。
図７は本発明にかかるアンテナ装置の基本となったプリント基板に形成されたアンテナ装置１００の構成を示す正面図である。図７に示すアンテナ装置１００は、細長い矩形状の基板１２０にホットダイポール素子１１０を構成する細長い矩形状のホット側パターン１２１が図７の紙面上の左側の表面に形成されており、基板１２０のアースダイポール素子１１１を構成する細長い矩形状のアース側パターン１２２が紙面上の右側の裏面に形成されている。ホットダイポール素子１１０とアースダイポール素子１１１とによりダイポールアンテナが構成されている。また、アースダイポール素子１１１のホットダイポール素子１１０側の端部に対面する基板１２０の表面にアースランド１２４が形成されており、アースランド１２４とアースダイポール素子１１１とはスルーホールにより接続されている。ホットダイポール素子１１０とアースランド１２４とが向かい合う端部が給電点とされて、この給電点に給電部１１４から給電されている。上記給電点のインピーダンスはＺGL0とされ、給電部１１４のインピーダンスＺ0は約５０Ωとされている。
Next, the reason why the
FIG. 7 is a front view showing the configuration of the
アンテナ装置１００の共振周波数を２ＧＨｚに合わせるように、基板１２０の比誘電率εｒが約４．９とされている場合に、アンテナ装置１００の寸法を次の寸法とする。基板１２０の長さＬ１は約８９ｍｍ、その幅Ｗ１は約６ｍｍとされ、基板１２０の表面左側に形成されたホットダイポール素子１１０の長さＬ２は約２９．５ｍｍ、その幅Ｗ２は約５ｍｍとされている。また、基板１２０の裏面右側に形成されたアースダイポール素子１１１の幅はＷ２とされて約５ｍｍ、その長さＬ３は約２９．５ｍｍとされている。また、アースランド１２４の幅もＷ２とされて約５ｍｍ、その長さＬ４は約５ｍｍとされ、アースランド２４とホットダイポール素子１１０との間隔Ｌ５は約２ｍｍとされている。なお、アースランド１２４は、４箇所のスルーホールでアースダイポール素子１１１に短絡されている。
上記寸法とされたアンテナ装置１００のＶＳＷＲの周波数特性を図８に示す。図８を参照すると、ＶＳＷＲの最下点は周波数が約２．００２ＧＨｚのＶＳＷＲ１．３となり、ほぼ２ＧＨｚの周波数に共振していることが分かる。このことから、共振周波数を２ＧＨｚに合わせる場合には、アースダイポール素子１１０およびホットダイポール素子１１１の長さＬ１，Ｌ２を約２９．５ｍｍとすることが妥当であることがわかる。なお、アンテナ装置１００においては、給電点のインピーダンスＺGL0と給電部１１４のインピーダンスＺ0とのインピーダンスマッチングを行っていないことから、図８に示すようにＶＳＷＲの周波数特性は広帯域とされていない。
When the relative dielectric constant εr of the
FIG. 8 shows frequency characteristics of VSWR of the
次に、図７に示すアンテナ装置１００において、グランド部２１１ａを設けるようにしたアンテナ装置２００の構成を示す正面図を図９に示す。図９に示すアンテナ装置２００は、アースダイポール素子２１１の端部からホットダイポール素子２１０側へ長さＧＬで延伸するグランド部２１１ａがアースダイポール素子２１１に一体に基板２２０の裏面に形成されている。また、ホットダイポール素子２１０とグランド部２１１ａとが向かい合う端部間が給電点とされて、この給電点に給電部２１４から給電されている。上記給電点のインピーダンスはＺGLとされ、給電部２１４のインピーダンスＺ0は約５０Ωとされている。その他の構成はアンテナ装置１００と同様とされている。
Next, FIG. 9 is a front view showing the configuration of the
アンテナ装置２００において、基板２２０の比誘電率εｒが約４．９とされている場合に、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４および幅Ｗ１，Ｗ２の寸法をアンテナ装置１００の寸法と同様とする。そして、２ＧＨｚの波長をλとした際にグランド部２１１ａの長さＧＬを０λから０．３λまで変化させたときの、アンテナ装置２００におけるアンテナインピーダンスとされる給電点のインピーダンスＺGLの変化を図１０，図１１に示す。図１０はインピーダンスＺGLのレジスタンス成分の変化を示すグラフであり、図１１はインピーダンスＺGLのリアクタンス成分の変化を示すグラフである。図１０および図１１を参照すると、長さＧＬを変えていくに従ってレジスタンス成分およびリアクタンス成分が共に変化しており、グランド部２１１ａの長さＧＬを変えることによりアンテナ装置２００におけるアンテナ自体のインピーダンスを操作できることがわかる。なお、長さＧＬをマーク△で示す約０．２１λとした際に、後述する図１８に示すアンテナ装置２のＶＳＷＲは最良になると共に最大の比帯域が得られる。このとき、リアクタンス成分はほぼ０Ωになっている。
In the
次に、図９に示すアンテナ装置２００において、グランド部２１１ａの長さＧＬが変化されたときのアンテナインピーダンスに対して、どのようなインピーダンスを挿入すれば、給電部２１４のインピーダンスＺ0である約５０Ωにインピーダンス整合されるかを示すためのアンテナ装置３００の構成を示す正面図を図１２に示す。図１２に示すアンテナ装置３００は、ホットダイポール素子３１０とグランド部３１１ａとが向かい合う端部間とされる給電点に整合回路３１４ａを介して給電部３１４から給電されており、上記給電点のインピーダンスはＺGLとされ、整合回路３１４ａのインピーダンスはＺMCとされ、給電部３１４のインピーダンスＺ0は約５０Ωとされている。その他の構成はアンテナ装置２００と同様とされている。
Next, in the
アンテナ装置３００において、基板３２０の比誘電率εｒが約４．９とされている場合に、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４および幅Ｗ１，Ｗ２の寸法をアンテナ装置１００の寸法と同様とする。そして、２ＧＨｚの波長をλとした際にグランド部３１１ａの長さＧＬを０λから０．３λまで変化させたときの給電点のインピーダンスＺGLに対して、整合回路３１４ａのインピーダンスＺMCとしてどのくらいのインピーダンスとすれば、給電部３１４のインピーダンスＺ0（約５０Ω）にインピーダンスマッチングされるかのグラフを図１３に示す。整合回路３１４ａは、例えばマイクロストリップラインを想定して純抵抗としている。この場合の上記インピーダンスマッチングするに必要なインピーダンスＺMCは次式（１）で求めている。
Ｚ0＝ＺMC・［｛ＺGL＋ｊＺMCｔａｎ（βＧＬ）｝／｛ＺMC＋ｊＺGLｔａｎ（βＧＬ）｝］ ・・・（１）
ただし、（１）式においてβは伝播定数（２π／λ）である。図１３を参照すると、長さＧＬが約０．２１λとされた際に、整合回路３１４ａのインピーダンスＺMCは約１１１．５Ωのレジスタンスとされることがわかる。
In the
Z 0 = Z MC · [{Z GL + jZ MC tan (βGL)} / {Z MC + jZ GL tan (βGL)}] (1)
However, in the equation (1), β is a propagation constant (2π / λ). Referring to FIG. 13, it can be seen that when the length GL is about 0.21λ, the impedance Z MC of the matching circuit 314a has a resistance of about 111.5Ω.
また、グランド部３１１ａの長さＧＬを０λから０．３λまで変化させたときの、給電点のインピーダンスＺGLに対して図１３に示す整合回路３１４ａのインピーダンスＺMCによりインピーダンスマッチングさせた際の、整合回路３１４ａの出力側のインピーダンスを図１４および図１５に示す。図１４は上記インピーダンスのレジスタンス成分の変化を示すグラフであり、図１５は上記インピーダンスのリアクタンス成分の変化を示すグラフである。図１４および図１５を参照すると、長さＧＬを変えてもレジスタンス成分はほぼ５０Ω一定となり、アンテナ装置３００が広帯域化されることがわかる。ただし、リアクタンス成分は約−５０Ω〜約＋８０Ωの間で変動している。これは、挿入するインピーダンスＺMCが純抵抗とされているからであり、純抵抗に替えて集中定数素子による複素数インピーダンスを挿入すれば、リアクタンスもほぼ０Ω一定とすることができ、アンテナ装置３００の更なる広帯域化を図ることが可能である。
Further, when the length GL of the ground section 311a is changed from 0λ to 0.3Ramuda, when obtained by the impedance matching by the impedance Z MC of the matching circuit 314a shown in FIG. 13 with respect to the impedance Z GL feed point, 14 and 15 show the impedance on the output side of the matching circuit 314a. FIG. 14 is a graph showing changes in the resistance component of the impedance, and FIG. 15 is a graph showing changes in the reactance component of the impedance. Referring to FIG. 14 and FIG. 15, it can be seen that the resistance component remains approximately 50Ω even when the length GL is changed, and the
次に、整合回路３１４ａをストリップラインで構成した際の整合回路３１４ａの構成を示す斜視図を図１６に示す。図１６に示す整合回路３１４ａはマイクロストリップラインにより構成されており、基板４００ｂの表面に幅ＦＬＷで長さＧＬとされた伝送ライン４００ａが形成され、基板４００ｂの裏面の全面にグランド４００ｃが形成されている。そして、基板４００ｂの比誘電率εｒが約４．９とされ、その厚さが約１．６ｍｍとされている。この構成の整合回路３１４ａにおいて、長さＧＬを０λから０．３λまで変化させたときの、給電点のインピーダンスＺGLに対してインピーダンスマッチングさせることのできる図１３に示すインピーダンスＺMCを実現する伝送ライン４００ａの幅ＦＬＷの変化を示すグラフを図１７に示す。この幅ＦＬＷを変化させた際の整合回路３１４ａのインピーダンスの算出式の詳細は割愛するが、図１７はH.A.Wheelerのマイクロストリップラインのインピーダンス計算式を用いて演算した結果とされている。図１７を参照すると、例えば、長さＧＬが約０．２１λとされた際にインピーダンスマッチングするに必要な伝送ライン４００ａの幅ＦＬＷは約０．４ｍｍとされる。 Next, FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the matching circuit 314a when the matching circuit 314a is configured by a strip line. The matching circuit 314a shown in FIG. 16 is configured by a microstrip line. A transmission line 400a having a width FLW and a length GL is formed on the surface of the substrate 400b, and a ground 400c is formed on the entire back surface of the substrate 400b. ing. The relative dielectric constant εr of the substrate 400b is about 4.9, and the thickness is about 1.6 mm. In the matching circuit 314a having this configuration, transmission that realizes the impedance Z MC shown in FIG. 13 that can be impedance-matched to the impedance Z GL of the feeding point when the length GL is changed from 0λ to 0.3λ. A graph showing a change in the width FLW of the line 400a is shown in FIG. Although details of the formula for calculating the impedance of the matching circuit 314a when the width FLW is changed are omitted, FIG. 17 shows the result of calculation using the impedance calculation formula of HAWheeler's microstrip line. Referring to FIG. 17, for example, the width FLW of the transmission line 400a necessary for impedance matching when the length GL is about 0.21λ is about 0.4 mm.
本発明の第１実施例にかかるアンテナ装置２では、図１６に示す整合回路３１４ａをホットダイポール素子１０およびアースダイポール素子１１が形成される基板２０上に一体に形成したアンテナ装置に相当し、その構成を示す正面図を図１８に示す。
図１８に示す本発明の第１実施例に相当するアンテナ装置２では、基板２０の裏面に形成されているグランド部１１ａの表面に幅ＦＬＷで長さＧＬとされた伝送ライン１３により整合回路１２が構成されている。すなわち、グランド部１１ａと伝送ライン１３とにより整合回路１２を構成するマイクロストリップラインが構成されている。そして、グランド部１１ａの紙面上の左端とホットダイポール素子１０の右端は、両者の電気的な結合を避けるために、間隔Ｌ６を開けて設置されている。アンテナ装置２において、伝送ライン１３の端部とアースランド２４とが向かい合う端部間が給電点とされて、この給電点に給電部１４から給電されている。給電点のアンテナインピーダンスはＺANTとされ、給電部１４のインピーダンスＺ0は約５０Ωとされている。
The
In the
図１８に示すアンテナ装置２において、基板２０の定数、長さＬ１〜Ｌ６および幅Ｗ１，Ｗ２の寸法を前記した第１実施例と同様の値として、グランド部１１ａの長さＧＬを０λから０．３λまで変化させたときの、２ＧＨｚにおける上記アンテナインピーダンスＺANTの変化のグラフを図１９および図２０に示す。この場合、グランド部１１ａの長さＧＬに対応する図１７に示すグラフ上の値とされる伝送ライン１３の幅ＦＬＷを、図１８に示すアンテナ装置２に適用している。図１９はアンテナインピーダンスＺANTのレジスタンス成分の変化を示しており、図２０はアンテナインピーダンスＺANTのリアクタンス成分の変化を示している。図１９および図２０を参照すると長さＧＬが約０．２１λを超えるあたりから、レジスタンス成分は低くなるが、リアクタンス成分は大きく上昇して次第に整合しきれなくなったことがわかる。この場合、長さＧＬが約０．２１λとされた際のアンテナインピーダンスＺANTは約（３０．８９−ｊ３．７）Ωとなってほぼ純抵抗となっている。このアンテナインピーダンスＺANTを給電部１４のインピーダンスＺ0（約５０Ω）に対するＶＳＷＲに換算すると約１．６となる。また、図１８に示すアンテナ装置２において、上記寸法とされた際のＶＳＷＲの周波数特性を図２１に示す。図２１を参照すると、共振の中心周波数はマーク２で示す１．７７８ＧＨｚとされＶＳＷＲが最も小さくなり約１．３が得られている。また、ＶＳＷＲが２．０以下の周波数帯域はマーク１で示す約１．４８２ＧＨｚないしマーク３で示す約２．０７４ＧＨｚが得られて、その比帯域として約３３．３％もの広帯域が得られている。なお、この周波数帯域には２ＧＨｚ帯が含まれており、使用周波数帯を満足している。
このように、本発明にかかるアンテナ装置２においては、アンテナ自体のインピーダンスを制御して、整合しやすいインピーダンスを選ぶことができるため、非常に広帯域の動作周波数帯域を得ることができる。
In the
Thus, in the
次に、本発明の第２実施例のアンテナ装置３の構成を図２２ないし図２４に示す。なお、図２２は本発明にかかるアンテナ装置３の構成を示す正面図であり、図２３は本発明にかかるアンテナ装置３の構成を示す側面図であり、図２４は本発明にかかるアンテナ装置３の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第２実施例のアンテナ装置３はマイクロストリップラインに替えてコプレーナライン１５−１により整合回路を構成している。第２実施例のアンテナ装置３は、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−１の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−１とアースダイポール素子１１−１とを備えている。この場合、基板２０−１は細長い矩形状とされており、基板２０−１の表面において細長い矩形状にホットダイポール素子１０−１が形成されており、基板２０−１の裏面において細長い矩形状にアースダイポール素子１１−１が形成されている。
Next, the configuration of the
As shown in these drawings, the
ホットダイポール素子１０−１の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３−１が引き出されている。また、アースダイポール素子１１−１の端部からグランド部１１ａ−１が延伸されて基板２０−１の裏面に形成されている。基板２０−１の表面において、伝送ライン１３−１を両側から挟むと共に、アースダイポール素子１１−１およびグランド部１１ａ−１と対面するようアースランド２４−１が形成されている。アースランド２４−１とアースダイポール素子１１−１およびグランド部１１ａ−１とは、複数のスルーホールにより電気的に接続されている。このように、伝送ライン１３−１がグランドとなるアースランド２４−１により両側から挟まれることにより、コプレーナライン１５−１が構成されている。このコプレーナライン１５−１のインピーダンスはＺMCとされ、インピーダンスＺMCの値は、ホットダイポール素子１０−１とアースダイポール素子１１−１からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル２５−１からなる給電部１４−１とがインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。 A transmission line 13-1 having a narrow width is drawn out from substantially the center of the edge of the hot dipole element 10-1. A ground portion 11a-1 is extended from the end of the earth dipole element 11-1 and formed on the back surface of the substrate 20-1. On the surface of the substrate 20-1, the transmission line 13-1 is sandwiched from both sides, and an earth land 24-1 is formed so as to face the earth dipole element 11-1 and the ground portion 11a-1. The earth land 24-1, the earth dipole element 11-1, and the ground part 11a-1 are electrically connected through a plurality of through holes. As described above, the transmission line 13-1 is sandwiched from both sides by the earth land 24-1 serving as the ground, thereby forming the coplanar line 15-1. Impedance of the coplanar line 15-1 is a Z MC, the value of the impedance Z MC is feeding unit consisting of a dipole antenna and coaxial cable 25-1 consisting of hot dipole element 10-1 and the ground dipole elements 11-1 14- 1 is an impedance for impedance matching.
給電部１４−１において、同軸ケーブル２５−１の芯線が伝送ライン１３−１の先端に接続されると共に、同軸ケーブル２５−１のシールド部がアースランド２４−１に接続されて、同軸ケーブル２５−１からアンテナ装置３に給電されている。また、アースダイポール素子１１−１と同軸ケーブル２５−１との電気的な結合を防止するために、基板２０−１の表面に比誘電率がほぼ１とされたスペーサ２６−１が設けられ、このスペーサ２６−１上に同軸ケーブル２５−１が配置される。ただし、スペーサ２６−１の比誘電率が１以上であってもよい。
第２実施例のアンテナ装置３においては、内蔵するコプレーナライン１５−１による整合回路によりホットダイポール素子１０−１およびアースダイポール素子１１−１からなるダイポールアンテナと給電部１４−１とのインピーダンスマッチングを行うようにしたことから、広帯域のアンテナ装置３とすることができる。また、アンテナ装置３は基板２０−１に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
In the power feeding section 14-1, the core wire of the coaxial cable 25-1 is connected to the tip of the transmission line 13-1, and the shield section of the coaxial cable 25-1 is connected to the earth land 24-1. −1 to the
In the
次に、本発明の第３実施例のアンテナ装置４の構成を図２５ないし図２７に示す。なお、図２５は本発明にかかるアンテナ装置４の構成を示す正面図であり、図２６は本発明にかかるアンテナ装置４の構成を示す側面図であり、図２７は本発明にかかるアンテナ装置４の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第３実施例のアンテナ装置４は、第２実施例のアンテナ装置３におけるグランド部１１ａ−１を省略した構成とされている。すなわち、第３実施例のアンテナ装置４は、コプレーナライン１５−２により整合回路が構成されており、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−２の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−２とアースダイポール素子１１−２とを備えている。この場合、基板２０−２は細長い矩形状とされており、基板２０−２の表面において細長い矩形状にホットダイポール素子１０−２が形成されており、基板２０−２の裏面において細長い矩形状にアースダイポール素子１１−２が形成されている。
Next, the configuration of the
As shown in these drawings, the
ホットダイポール素子１０−２の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３−２が引き出されている。また、基板２０−２の表面において、伝送ライン１３−２を両側から挟むと共に、アースダイポール素子１１−２と一部が対面するようアースランド２４−２が形成されている。アースランド２４−２とアースダイポール素子１１−２とは、複数のスルーホールにより電気的に接続されている。このように、グランドとなるアースランド２４−２により、伝送ライン１３−２が両側から挟まれることで、コプレーナライン１５−２が構成されている。このコプレーナライン１５−２のインピーダンスはＺMCとされ、インピーダンスＺMCの値は、ホットダイポール素子１０−２とグランド部を備えていないアースダイポール素子１１−２からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル２５−２からなる給電部１４−２とがインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。 A transmission line 13-2 having a narrow width is drawn from substantially the center of the edge of the hot dipole element 10-2. Further, on the surface of the substrate 20-2, the transmission line 13-2 is sandwiched from both sides, and an earth land 24-2 is formed so as to partially face the earth dipole element 11-2. The earth land 24-2 and the earth dipole element 11-2 are electrically connected through a plurality of through holes. Thus, the coplanar line 15-2 is constituted by the transmission line 13-2 being sandwiched from both sides by the earth land 24-2 serving as the ground. The impedance of the coplanar line 15-2 is Z MC, and the value of the impedance Z MC is a dipole antenna composed of a hot dipole element 10-2 and an earth dipole element 11-2 having no ground portion, and a coaxial cable 25-2. It is set as the impedance by which impedance matching with the electric power feeding part 14-2 which consists of is carried out.
給電部１４−２において、同軸ケーブル２５−２の芯線が伝送ライン１３−２の先端に接続されると共に、同軸ケーブル２５−２のシールド部がアースランド２４−１に接続されて、同軸ケーブル２５−２からアンテナ装置４に給電されている。また、アースダイポール素子１１−２と同軸ケーブル２５−２との電気的な結合を防止するために、基板２０−２の表面に比誘電率がほぼ１とされたスペーサ２６−２が設けられ、このスペーサ２６−２上に同軸ケーブル２５−２が配置される。ただし、スペーサ２６−２の比誘電率が１以上であってもよい。
第３実施例のアンテナ装置４においては、内蔵するコプレーナライン１５−２による整合回路によりホットダイポール素子１０−２およびアースダイポール素子１１−２からなるダイポールアンテナと給電部１４−２とのインピーダンスマッチングを行うようにしたことから、広帯域のアンテナ装置４とすることができる。また、アンテナ装置４は基板２０−２に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
In the power feeding section 14-2, the core wire of the coaxial cable 25-2 is connected to the tip of the transmission line 13-2, and the shield section of the coaxial cable 25-2 is connected to the earth land 24-1. −2 to the
In the
次に、本発明の第４実施例のアンテナ装置５の構成を図２８ないし図３０に示す。なお、図２８は本発明にかかるアンテナ装置５の構成を示す正面図であり、図２９は本発明にかかるアンテナ装置５の構成を示す側面図であり、図３０は本発明にかかるアンテナ装置５の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第４実施例のアンテナ装置５はマイクロストリップラインに替えて集中定数回路により整合回路を構成している。第４実施例のアンテナ装置５は、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−３の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−３とアースダイポール素子１１−３とを備えている。この場合、基板２０−３は細長い矩形状とされており、基板２０−３の表面において細長い矩形状にホットダイポール素子１０−３が形成されており、基板２０−３の裏面において細長い矩形状にアースダイポール素子１１−３が形成されている。
Next, the configuration of the
As shown in these drawings, the
ホットダイポール素子１０−３の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３−３が引き出されている。また、アースダイポール素子１１−３の端部からグランド部１１ａ−３が延伸されて形成されている。基板２０−３の表面において、伝送ライン１３−３を両側に伝送ライン１３−３に沿うと共に、アースダイポール素子１１−３およびグランド部１１ａ−３と対面するようアースランド２４−３が形成されている。アースランド２４−３とアースダイポール素子１１−３およびグランド部１１ａ−３とは、複数のスルーホールにより電気的に接続されており、複数の集中定数素子１５−３が伝送ライン１３−３とアースランド２４−３との間に接続されている。この複数の集中定数素子１５−３はインダクタやキャパシタあるいは抵抗とされており、集中定数素子１５−３を用いた集中定数回路により整合回路が構成されている。この集中定数回路のインピーダンスはＺMCとされ、インピーダンスＺMCの値は、ホットダイポール素子１０−３とアースダイポール素子１１−３からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル２５−３からなる給電部１４−３とがインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。 A transmission line 13-3 having a narrow width is drawn from substantially the center of the edge of the hot dipole element 10-3. Further, a ground portion 11a-3 is formed by extending from the end of the earth dipole element 11-3. On the surface of the substrate 20-3, an earth land 24-3 is formed on both sides of the transmission line 13-3 along the transmission line 13-3 so as to face the earth dipole element 11-3 and the ground portion 11a-3. Yes. The earth land 24-3, the earth dipole element 11-3, and the ground part 11a-3 are electrically connected by a plurality of through holes, and the plurality of lumped constant elements 15-3 are grounded to the transmission line 13-3. It is connected between the land 24-3. The plurality of lumped constant elements 15-3 are inductors, capacitors, or resistors, and a matching circuit is configured by a lumped constant circuit using the lumped constant elements 15-3. The impedance of this lumped constant circuit is Z MC, and the value of the impedance Z MC is the dipole antenna composed of the hot dipole element 10-3 and the earth dipole element 11-3, and the power feeding section 14-3 composed of the coaxial cable 25-3. Are impedance-matched impedances.
給電部１４−３において、同軸ケーブル２５−３の芯線が伝送ライン１３−３の先端に接続されると共に、同軸ケーブル２５−３のシールド部がアースランド２４−３に接続されて、同軸ケーブル２５−３からアンテナ装置５に給電されている。また、アースダイポール素子１１−３と同軸ケーブル２５−３との電気的な結合を防止するために、基板２０−３の表面に比誘電率がほぼ１とされたスペーサ２６−３が設けられ、このスペーサ２６−３上に同軸ケーブル２５−３が配置される。ただし、スペーサ２６−３の比誘電率が１以上であってもよい。
第４実施例のアンテナ装置５においては、集中定数素子１５−３により複素数インピーダンスの集中定数回路を整合回路とすることができることから、アンテナ装置５の更なる広帯域化を図ることが可能となる。また、アンテナ装置５は基板２０−３に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
In the power feeding section 14-3, the core wire of the coaxial cable 25-3 is connected to the tip of the transmission line 13-3, and the shield section of the coaxial cable 25-3 is connected to the earth land 24-3. −3 to the
In the
次に、本発明の第５実施例のアンテナ装置６の構成を図３１ないし図３３に示す。なお、図３１は本発明にかかるアンテナ装置６の構成を示す正面図であり、図３２は本発明にかかるアンテナ装置６の構成を示す側面図であり、図３３は本発明にかかるアンテナ装置６の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第５実施例のアンテナ装置６はアースダイポール素子１１−４と同軸ケーブル２５−４との結合が軽微な場合に、スペーサを省いた構成とされている。他の構成は、第２実施例のアンテナ装置３と同様とされているので、その説明は省略するが、第５実施例のアンテナ装置６においても、内蔵する伝送ライン１３−４とグランド部１１ａ−４により構成されるマイクロストリップラインによる整合回路によりホットダイポール素子１０−４およびアースダイポール素子１１−４からなるダイポールアンテナと給電部１４−４とのインピーダンスマッチングをとるようにしたことから、広帯域のアンテナ装置６とすることができる。また、アンテナ装置６は基板２０−４に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
Next, the structure of the antenna device 6 according to the fifth embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 31 is a front view showing the configuration of the antenna device 6 according to the present invention, FIG. 32 is a side view showing the configuration of the antenna device 6 according to the present invention, and FIG. 33 is the antenna device 6 according to the present invention. It is a rear view which shows the structure.
As shown in these drawings, the antenna device 6 of the fifth embodiment is configured such that the spacer is omitted when the coupling between the earth dipole element 11-4 and the coaxial cable 25-4 is slight. Since other configurations are the same as those of the
次に、本発明の第６実施例のアンテナ装置７の構成を図３４ないし図３６に示す。なお、図３４は本発明にかかるアンテナ装置７の構成を示す正面図であり、図３５は本発明にかかるアンテナ装置７の構成を示す側面図であり、図３６は本発明にかかるアンテナ装置７の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第６実施例のアンテナ装置７は同軸ケーブルに替えてマイクロストリップラインの給電ライン２５−５により給電する構成とされている。この場合、アースダイポール素子１１−５をグランドとして共用するようにしている。すなわち、第６実施例のアンテナ装置７は、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−５の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−５とアースダイポール素子１１−５とを備えている。この場合、基板２０−５は細長い矩形状とされており、基板２０−５の表面において細長い矩形状にホットダイポール素子１０−５が形成されており、基板２０−５の裏面において細長い矩形状にアースダイポール素子１１−５が形成されている。
Next, the configuration of the
As shown in these drawings, the
ホットダイポール素子１０−５の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３−５が引き出されて形成されており、伝送ライン１３−５の端部からさらに幅が太くされた給電ライン２５−５が延伸するよう形成されている。また、アースダイポール素子１１−５の端部からグランド部１１ａ−５が延伸されて形成されている。このように、伝送ライン１３−５および給電ライン２５−５はアースダイポール素子１１−５およびグランド部１１ａ−５に基板２０−５を介して対面することからマイクロストリップラインを構成している。この伝送ライン１３−５からなるマイクロストリップラインのインピーダンスはＺMCとされ、給電ライン２５−５からなるマイクロストリップラインのインピーダンスはＺ0（約５０Ω）とされる。インピーダンスＺMCの値は、ホットダイポール素子１０−５とアースダイポール素子１１−５からなるダイポールアンテナと給電ライン２５−５におけるインピーダンスＺ0（約５０Ω）とがインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。なお、インピーダンスＺ0は５０Ω以外であってもよく、この場合には給電ライン２５−５の幅を、伝送ライン１３−５に対して増減させて調整する。
なお、第６実施例のアンテナ装置７においても、伝送ライン１３−５による整合回路によりホットダイポール素子１０−５およびアースダイポール素子１１−５からなるダイポールアンテナと給電ライン２５−５とのインピーダンスマッチングをとるようにしたことから、広帯域のアンテナ装置７とすることができる。また、アンテナ装置７は基板２０−５に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
A transmission line 13-5 having a reduced width is drawn from the center of the edge of the hot dipole element 10-5, and a
In the
次に、本発明の第７実施例のアンテナ装置８の構成を図３７ないし図３９に示す。なお、図３７は本発明にかかるアンテナ装置８の構成を示す正面図であり、図３８は本発明にかかるアンテナ装置８の構成を示す側面図であり、図３９は本発明にかかるアンテナ装置８の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、第７実施例のアンテナ装置８はスペーサに替えて同軸ケーブル２５−６にフェライトコア２７を挿着している。これにより、アースダイポール素子１１−６と同軸ケーブル２５−６との結合が強い場合であっても、同軸ケーブル２５−６に表皮電流が流れることがフェライトコア２７により阻止されて、上記結合による影響を防止することができる。なお、フェライトコア２７に替えてチョークコイルなどの他の表皮電流阻止部品を用いるようにしてもよい。また、表皮電流素子部品は同軸ケーブル２５−６のほかに、アースダイポール素子１１−６に装着してもよい。
第７実施例のアンテナ装置８において、他の構成は第２実施例のアンテナ装置３と同様とされているので、その説明は省略するが、第７実施例のアンテナ装置８においても、内蔵する伝送ライン１３−６とグランド部１１ａ−６により構成されるマイクロストリップラインによる整合回路によりホットダイポール素子１０−６およびアースダイポール素子１１−６からなるダイポールアンテナと給電部１４−６とのインピーダンスマッチングをとるようにしたことから、広帯域のアンテナ装置８とすることができる。また、アンテナ装置８は基板２０−６に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
Next, the structure of the
As shown in these drawings, in the
In the
次に、本発明の第８実施例のアンテナ装置９−１の構成を図４０ないし図４２に示す。なお、図４０は本発明にかかるアンテナ装置９−１の構成を示す正面図であり、図４１は本発明にかかるアンテナ装置９−１の構成を示す側面図であり、図４２は本発明にかかるアンテナ装置９−１の構成を示す背面図である。
第８実施例のアンテナ装置９−１は、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−７の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−７とアースダイポール素子１１−７とを備えている。この場合、基板２０−７は細長い矩形状とされており、基板２０−７の一端部側にメアンダライン状に屈曲された屈曲部１０−７ａを有するほぼ細長い矩形状とされたホットダイポール素子１０−７が表面に形成されており、基板２０−７の他端部側にメアンダライン状に屈曲された屈曲部１１−７ａを有するほぼ細長い矩形状とされたアースダイポール素子１１−７が裏面に形成されている。
Next, the configuration of the antenna device 9-1 according to the eighth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 40 is a front view showing the configuration of the antenna device 9-1 according to the present invention, FIG. 41 is a side view showing the configuration of the antenna device 9-1 according to the present invention, and FIG. It is a rear view which shows the structure of this antenna apparatus 9-1.
The antenna device 9-1 of the eighth embodiment includes a hot dipole element 10-7 constituting a dipole antenna, formed as a printed pattern on the front and back surfaces of an insulating printed board 20-7 having good high frequency characteristics. And an earth dipole element 11-7. In this case, the substrate 20-7 has an elongated rectangular shape, and the
ホットダイポール素子１０−７の端縁のほぼ中央から幅が細くされた伝送ライン１３−７が引き出されている。また、アースダイポール素子１１−７の端部からグランド部１１ａ−７が延伸されて形成されている。基板２０−７の表面において、グランド部１１ａ−７との境界におけるアースダイポール素子１１−７と対面するようアースランド２４−７が形成されている。アースランド２４−７とアースダイポール素子１１−７は、複数のスルーホールにより電気的に接続されている。このように、伝送ライン１３−７がグランドとなるグランド部１１ａ−７に対面していることにより、マイクロストリップラインが構成されている。このマイクロストリップラインのインピーダンスはＺMCとされ、インピーダンスＺMCの値は、ホットダイポール素子１０−７とアースダイポール素子１１−７からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル２５−７からなる給電部１４−７とがインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。 A transmission line 13-7 having a narrow width is drawn from substantially the center of the edge of the hot dipole element 10-7. A ground portion 11a-7 is formed by extending from the end of the earth dipole element 11-7. An earth land 24-7 is formed on the surface of the substrate 20-7 so as to face the earth dipole element 11-7 at the boundary with the ground portion 11a-7. The earth land 24-7 and the earth dipole element 11-7 are electrically connected through a plurality of through holes. As described above, the transmission line 13-7 faces the ground portion 11a-7 serving as the ground, thereby forming a microstrip line. The impedance of this microstrip line is Z MC, and the value of the impedance Z MC is the dipole antenna composed of the hot dipole element 10-7 and the earth dipole element 11-7, and the power feeding section 14-7 composed of the coaxial cable 25-7. Are impedance-matched impedances.
給電部１４−７において、同軸ケーブル２５−７の芯線が伝送ライン１３−７の先端に接続されると共に、同軸ケーブル２５−７のシールド部がアースランド２４−７に接続されて、同軸ケーブル２５−７からアンテナ装置９−１に給電されている。また、アースダイポール素子１１−７と同軸ケーブル２５−７との電気的な結合を防止するために、基板２０−７の表面に比誘電率がほぼ１とされたスペーサ２６−７が設けられ、このスペーサ２６−７上に同軸ケーブル２５−７が配置される。ただし、スペーサ２６−７の比誘電率が１以上であってもよい。上記構成の第８実施例のアンテナ装置９−１は、ホットダイポール素子１０−７およびアースダイポール素子１１−７にそれぞれ屈曲部１０−７ａ，１１−７ａを形成するようにしたので、アンテナ装置９−１をより小型化することができたり、寸法を大きくすることなく共振周波数を低く設定することができるようになる。また、複共振化することもできるようになる。
第８実施例のアンテナ装置９−１においては、内蔵する伝送ライン１３−７およびグランド部１１ａ−７からなるマイクロストリップラインによる整合回路によりホットダイポール素子１０−７およびアースダイポール素子１１−７からなるダイポールアンテナと給電部１４−７とのインピーダンスマッチングを行うようにしたことから、広帯域のアンテナ装置９−１とすることができる。また、アンテナ装置９−１は基板２０−７に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
In the feeding portion 14-7, the core wire of the coaxial cable 25-7 is connected to the tip of the transmission line 13-7, and the shield portion of the coaxial cable 25-7 is connected to the earth land 24-7. Electric power is supplied from -7 to the antenna device 9-1. In order to prevent electrical coupling between the earth dipole element 11-7 and the coaxial cable 25-7, a spacer 26-7 having a relative dielectric constant of about 1 is provided on the surface of the substrate 20-7. A coaxial cable 25-7 is disposed on the spacer 26-7. However, the relative dielectric constant of the spacer 26-7 may be 1 or more. In the antenna device 9-1 of the eighth embodiment having the above-described configuration, the bent portions 10-7a and 11-7a are formed in the hot dipole element 10-7 and the ground dipole element 11-7, respectively. -1 can be further reduced in size, and the resonance frequency can be set low without increasing the size. In addition, a double resonance can be achieved.
In the antenna device 9-1 of the eighth embodiment, a hot dipole element 10-7 and an earth dipole element 11-7 are formed by a matching circuit using a microstrip line including a built-in transmission line 13-7 and a ground portion 11a-7. Since impedance matching is performed between the dipole antenna and the power feeding unit 14-7, the broadband antenna device 9-1 can be obtained. In addition, the antenna device 9-1 is configured by a pattern formed on the substrate 20-7 and has a built-in matching circuit, so that it can be a small antenna device.
次に、本発明の第９実施例のアンテナ装置９−２の構成を図４３ないし図４５に示す。なお、図４３は本発明にかかるアンテナ装置９−２の構成を示す正面図であり、図４４は本発明にかかるアンテナ装置９−２の構成を示す側面図であり、図４５は本発明にかかるアンテナ装置９−２の構成を示す背面図である。
第９実施例のアンテナ装置９−２は、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−８の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−８とアースダイポール素子１１−８とを備えている。この場合、基板２０−８は細長い矩形状とされており、基板２０−８の一端部側の表面に細長い矩形状とされたホットダイポール素子１０−８が形成されており、基板２０−８の他端部側の裏面に細長い矩形状とされたアースダイポール素子１１−８が形成されている。
Next, the structure of the antenna device 9-2 according to the ninth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 43 is a front view showing the configuration of the antenna device 9-2 according to the present invention, FIG. 44 is a side view showing the configuration of the antenna device 9-2 according to the present invention, and FIG. It is a rear view which shows the structure of this antenna apparatus 9-2.
The antenna device 9-2 of the ninth embodiment includes a hot dipole element 10-8 constituting a dipole antenna, formed as a printed pattern on the front and back surfaces of an insulating printed board 20-8 having good high frequency characteristics. And an earth dipole element 11-8. In this case, the substrate 20-8 has an elongated rectangular shape, and a hot dipole element 10-8 having an elongated rectangular shape is formed on the surface on one end side of the substrate 20-8. An elongated dipole earth dipole element 11-8 is formed on the back surface on the other end side.
ホットダイポール素子１０−８の端縁のほぼ中央から幅が細くされてメアンダライン状に屈曲された屈曲部１３−８ａを有する伝送ライン１３−８が引き出されている。また、アースダイポール素子１１−８の端部からグランド部１１ａ−８が延伸されて形成されている。基板２０−８の表面において、グランド部１１ａ−８との境界におけるアースダイポール素子１１−８と対面するようアースランド２４−８が形成されている。アースランド２４−８とアースダイポール素子１１−８は、複数のスルーホールにより電気的に接続されている。このように、屈曲部１３−８ａを有する伝送ライン１３−８がグランドとなるグランド部１１ａ−８に対面していることにより、マイクロストリップラインが構成されている。このマイクロストリップラインのインピーダンスはＺMCとされ、インピーダンスＺMCの値は、ホットダイポール素子１０−８とアースダイポール素子１１−８からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル２５−８からなる給電部１４−８とがインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。 A transmission line 13-8 having a bent portion 13-8a which is narrowed from the center of the end edge of the hot dipole element 10-8 and bent in a meander line shape is drawn out. Further, a ground portion 11a-8 is formed by extending from the end of the earth dipole element 11-8. An earth land 24-8 is formed on the surface of the substrate 20-8 so as to face the earth dipole element 11-8 at the boundary with the ground portion 11a-8. The earth land 24-8 and the earth dipole element 11-8 are electrically connected by a plurality of through holes. As described above, the transmission line 13-8 having the bent portion 13-8a faces the ground portion 11a-8 serving as the ground, thereby forming a microstrip line. The impedance of this microstrip line is Z MC, and the value of the impedance Z MC is the dipole antenna composed of the hot dipole element 10-8 and the earth dipole element 11-8, and the power feeding section 14-8 composed of the coaxial cable 25-8. Are impedance-matched impedances.
給電部１４−８において、同軸ケーブル２５−８の芯線が屈曲部１３−８ａの先端に接続されると共に、同軸ケーブル２５−８のシールド部がアースランド２４−８に接続されて、同軸ケーブル２５−８からアンテナ装置９−２に給電されている。また、アースダイポール素子１１−８と同軸ケーブル２５−８との電気的な結合を防止するために、基板２０−８の表面に比誘電率がほぼ１とされたスペーサ２６−８が設けられ、このスペーサ２６−８上に同軸ケーブル２５−８が配置される。ただし、スペーサ２６−８の比誘電率が１以上であってもよい。上記構成の第９実施例のアンテナ装置９−２は、伝送ライン１３−８に屈曲部１３−８ａが形成されていることから、伝送ライン１３−８と、伝送ライン１３−８に対面するグランド部１１ａ−８の長さを短くすることができ、アンテナ装置９−２をより小型化することができる。
第９実施例のアンテナ装置９−２においては、内蔵する伝送ライン１３−８およびグランド部１１ａ−８からなるマイクロストリップラインによる整合回路によりホットダイポール素子１０−８およびアースダイポール素子１１−８からなるダイポールアンテナと給電部１４−８とのインピーダンスマッチングをとるようにしたことから、広帯域のアンテナ装置９−２とすることができる。また、アンテナ装置９−２は基板２０−８に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
In the feeding portion 14-8, the core wire of the coaxial cable 25-8 is connected to the tip of the bent portion 13-8a, and the shield portion of the coaxial cable 25-8 is connected to the earth land 24-8. Power is supplied from −8 to the antenna device 9-2. In order to prevent electrical coupling between the earth dipole element 11-8 and the coaxial cable 25-8, a spacer 26-8 having a relative dielectric constant of about 1 is provided on the surface of the substrate 20-8. A coaxial cable 25-8 is disposed on the spacer 26-8. However, the relative dielectric constant of the spacer 26-8 may be 1 or more. In the antenna device 9-2 of the ninth embodiment having the above-described configuration, since the bent portion 13-8a is formed in the transmission line 13-8, the transmission line 13-8 and the ground facing the transmission line 13-8 are provided. The length of the part 11a-8 can be shortened, and the antenna device 9-2 can be further downsized.
In the antenna device 9-2 of the ninth embodiment, a hot dipole element 10-8 and an earth dipole element 11-8 are formed by a matching circuit using a microstrip line including a built-in transmission line 13-8 and a ground portion 11a-8. Since impedance matching is performed between the dipole antenna and the power feeding unit 14-8, the broadband antenna device 9-2 can be obtained. Further, the antenna device 9-2 is configured by a pattern formed on the substrate 20-8, and a matching circuit is built in, so that the antenna device 9-2 can be a small antenna device.
次に、本発明の第１０実施例のアンテナ装置９−３の構成を図４６ないし図４８に示す。なお、図４６は本発明にかかるアンテナ装置９−３の構成を示す正面図であり、図４７は本発明にかかるアンテナ装置９−３の構成を示す側面図であり、図４８は本発明にかかるアンテナ装置９−３の構成を示す背面図である。
第１０実施例のアンテナ装置９−３は、高周波特性の良好な絶縁性のプリント基板２０−９の表面と裏面とにプリントパターンとして形成された、ダイポールアンテナを構成するホットダイポール素子１０−９とアースダイポール素子１１−９とを備えている。この場合、基板２０−９は細長い矩形状とされており、基板２０−９の一端部側の表面に細長い矩形状とされたホットダイポール素子１０−９が形成されており、基板２０−９の他端部側の裏面に細長い矩形状とされたアースダイポール素子１１−９が形成されている。
Next, the configuration of the antenna device 9-3 according to the tenth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 46 is a front view showing the configuration of the antenna device 9-3 according to the present invention, FIG. 47 is a side view showing the configuration of the antenna device 9-3 according to the present invention, and FIG. It is a rear view which shows the structure of this antenna apparatus 9-3.
An antenna device 9-3 according to the tenth embodiment includes a hot dipole element 10-9 constituting a dipole antenna, formed as a printed pattern on the front and back surfaces of an insulating printed board 20-9 having good high frequency characteristics. And an earth dipole element 11-9. In this case, the substrate 20-9 has an elongated rectangular shape, and the hot dipole element 10-9 having an elongated rectangular shape is formed on the surface on one end portion side of the substrate 20-9. An elongated dipole earth dipole element 11-9 is formed on the back surface on the other end side.
ホットダイポール素子１０−９の端縁の２カ所から幅が細くされた伝送ライン１３−９が引き出され、一方の伝送ライン１３−９の先端が屈曲されて他方の伝送ライン１３−９の中途に接続されている。また、アースダイポール素子１１−９の端部からグランド部１１ａ−９が延伸されて形成されている。基板２０−９の表面において、グランド部１１ａ−９との境界におけるアースダイポール素子１１−９と対面するようアースランド２４−９が形成されている。アースランド２４−９とアースダイポール素子１１−９は、複数のスルーホールにより電気的に接続されている。このように、２本のラインを有する伝送ライン１３−９がグランドとなるグランド部１１ａ−９に対面していることにより、２本のマイクロストリップラインが構成されている。この２本のマイクロストリップラインのインピーダンスはＺMC，ＺMC’とされ、インピーダンスＺMC，ＺMC’の値は、ホットダイポール素子１０−９とアースダイポール素子１１−９からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル２５−９からなる給電部１４−９とが、それぞれ異なる２周波においてインピーダンスマッチングされるインピーダンスとされている。 A transmission line 13-9 having a narrow width is drawn out from two locations on the edge of the hot dipole element 10-9, and the tip of one transmission line 13-9 is bent so that it is in the middle of the other transmission line 13-9. It is connected. Further, a ground portion 11a-9 is formed by extending from the end of the earth dipole element 11-9. An earth land 24-9 is formed on the surface of the substrate 20-9 so as to face the earth dipole element 11-9 at the boundary with the ground portion 11a-9. The earth land 24-9 and the earth dipole element 11-9 are electrically connected by a plurality of through holes. As described above, the transmission line 13-9 having two lines faces the ground part 11a-9 serving as the ground, thereby forming two microstrip lines. The impedances of the two microstrip lines are Z MC and Z MC ′, and the values of the impedances Z MC and Z MC ′ are dipole antennas and coaxial cables composed of a hot dipole element 10-9 and an earth dipole element 11-9. The power supply unit 14-9 made up of 25-9 is impedance-matched at two different frequencies.
給電部１４−９において、同軸ケーブル２５−９の芯線が２本のラインが１本になった伝送ライン１３−９の先端に接続されると共に、同軸ケーブル２５−９のシールド部がアースランド２４−９に接続されて、同軸ケーブル２５−９からアンテナ装置９−３に給電されている。また、アースダイポール素子１１−９と同軸ケーブル２５−９との電気的な結合を防止するために、基板２０−９の表面に比誘電率がほぼ１とされたスペーサ２６−９が設けられ、このスペーサ２６−９上に同軸ケーブル２５−９が配置される。ただし、スペーサ２６−９の比誘電率が１以上であってもよい。上記構成の第９実施例のアンテナ装置９−３は、２本のラインを有する伝送ライン１３−９として２周波において整合させるようにしたことから、２周波において整合することができるアンテナ装置９−３とすることができる。
第９実施例のアンテナ装置９−３においては、内蔵する伝送ライン１３−９およびグランド部１１ａ−９からなる２本のマイクロストリップラインによる整合回路によりホットダイポール素子１０−９およびアースダイポール素子１１−９からなるダイポールアンテナと給電部１４−９とのインピーダンスマッチングを２周波で行うようにしたことから、広帯域のアンテナ装置９−３とすることができる。また、アンテナ装置９−３は基板２０−９に形成されたパターンにより構成されていると共に、整合回路が内蔵されていることから小型のアンテナ装置とすることができる。
In the power feeding unit 14-9, the core wire of the coaxial cable 25-9 is connected to the tip of the transmission line 13-9 in which two lines become one, and the shield portion of the coaxial cable 25-9 is connected to the
In the antenna device 9-3 of the ninth embodiment, a hot dipole element 10-9 and an earth dipole element 11- are provided by a matching circuit formed by two microstrip lines including a built-in transmission line 13-9 and a ground portion 11a-9. Since the impedance matching between the dipole antenna consisting of 9 and the power feeding unit 14-9 is performed at two frequencies, a broadband antenna device 9-3 can be obtained. In addition, the antenna device 9-3 is configured by a pattern formed on the substrate 20-9 and has a built-in matching circuit, so that it can be a small antenna device.
以上説明した本発明にかかるアンテナ装置は、携帯電話機において送受信電力増強のための外部アンテナとして用いたり、アンテナを装着していない通信モジュールのアンテナとして利用することができる。また、本発明にかかるアンテナ装置の使用周波数帯域は２ＧＨｚ帯に限るものではなく、ホットダイポール素子およびアースダイポール素子の寸法等を変更することにより所望の周波数帯域とすることができる。 The antenna device according to the present invention described above can be used as an external antenna for enhancing transmission / reception power in a cellular phone or as an antenna of a communication module not equipped with an antenna. In addition, the use frequency band of the antenna device according to the present invention is not limited to the 2 GHz band, and a desired frequency band can be obtained by changing dimensions of the hot dipole element and the earth dipole element.
１〜９ アンテナ装置、１０ ホットダイポール素子、１０−１〜１０−９ ホットダイポール素子、１０−７ａ 屈曲部、１１ アースダイポール素子、１１−１〜１１−９ アースダイポール素子、１１−７ａ 屈曲部、１１ａ グランド部、１１ａ−１〜１１ａ−９ グランド部、１２ 整合回路、１３ 伝送ライン、１３−１〜１３−９ 伝送ライン、１３−８ａ 屈曲部、１４ 給電部、１４−１〜１４−９ 給電部、１５−１，１５−２ コプレーナライン、１５−３ 集中定数素子、２０ 基板、２０−１〜２０−９ 基板、２１ ホット側パターン、２２ アース側パターン、２３ ストリップライン、２４ アースランド、２４−１〜２４−９ アースランド、２４ａ スルーホール、２５ 同軸ケーブル、２５−１〜２５−４，２５−６〜２５−９ 同軸ケーブル、２５−５ 給電ライン、２５ａ 芯線、２５ｂ シールド部、２６ スペーサ、２６−１〜２５−３，２６−７〜２６−９ スペーサ、２７ フェライトコア、１００ アンテナ装置、１１０ アースダイポール素子、１１０ ホットダイポール素子、１１１ アースダイポール素子、１１１ ホットダイポール素子、１１４ 給電部、１２０ 基板、１２１ ホット側パターン、１２２ アース側パターン、１２４ アースランド、２００ アンテナ装置、２１０ ホットダイポール素子、２１１ アースダイポール素子、２１１ａ グランド部、２１４ 給電部、２２０ 基板、３００ アンテナ装置、３１０ ホットダイポール素子、３１１ａ グランド部、３１４ 給電部、３１４ａ 整合回路、３２０ 基板、４００ａ 伝送ライン、４００ｂ 基板、４００ｃ グランド、５００ アンテナ、５１０ ホットダイポール素子、５１１ アースダイポール素子、５１２ 給電部、５２０ 基板、５２１ ホット側パターン、５２２ アース側パターン、５２３ 同軸ケーブル 1-9 antenna device, 10 hot dipole element, 10-1 to 10-9 hot dipole element, 10-7a bent part, 11 earth dipole element, 11-1 to 11-9 earth dipole element, 11-7a bent part, 11a ground part, 11a-1 to 11a-9 ground part, 12 matching circuit, 13 transmission line, 13-1 to 13-9 transmission line, 13-8a bent part, 14 feeding part, 14-1 to 14-9 feeding 15-1, 15-2 coplanar line, 15-3 lumped constant element, 20 substrate, 20-1 to 20-9 substrate, 21 hot side pattern, 22 ground side pattern, 23 strip line, 24 earth land, 24 -1 to 24-9 Earth land, 24a through hole, 25 coaxial cable, 25-1 to 25-4, 25-6 to 25-9 coaxial cable, 25-5 feeder line, 25a core wire, 25b shield part, 26 spacer, 26-1 to 25-3, 26-7 to 26-9 spacer, 27 ferrite core, 100 antenna device, 110 earth dipole Element, 110 Hot dipole element, 111 Earth dipole element, 111 Hot dipole element, 114 Feeding part, 120 Substrate, 121 Hot side pattern, 122 Ground side pattern, 124 Earth land, 200 Antenna device, 210 Hot dipole element, 211 Earth dipole Element, 211a Ground part, 214 Feeding part, 220 Substrate, 300 Antenna device, 310 Hot dipole element, 311a Ground part, 314 Feeding part, 314a Matching circuit, 320 Substrate, 400a Transmission Inn, 400b substrate, 400c ground, 500 antenna, 510 hot dipole elements, 511 ground dipole elements, 512 feeding section, 520 a substrate, 521 a hot-side pattern, 522 ground-side pattern, 523 coaxial cable
Claims (8)
前記基板の他面に他端から細長い矩形状に形成されたアースダイポール素子と、
該アースダイポール素子の縁から前記ホットダイポール素子側へ延伸されると共に、前記ホットダイポール素子に重ならないように前記基板に形成されたグランド部と、
前記ホットダイポール素子の端部から前記アースダイポール素子方向に引き出され、前記グランド部と前記基板を介して対面する伝送ラインと、
前記基板のほぼ中央部に配置された前記伝送ラインの先端と、前記基板のほぼ中央部に配置された前記グランド部と前記アースダイポール素子との境界との間に給電する給電ケーブルからなる給電手段とを備え、
前記伝送ラインと前記グランド部とにより構成される線路により、前記ホットダイポール素子と前記アースダイポール素子からなるダイポールアンテナと、前記給電手段とのインピーダンスマッチングを行う整合回路が構成されていることを特徴とするアンテナ装置。 And hot dipole element formed from one end to the elongated rectangular shape on one surface of the insulating substrate,
An earth dipole element formed in a rectangular shape elongated from the other end on the other surface of the substrate;
Extending from the edge of the earth dipole element to the hot dipole element side, and a ground portion formed on the substrate so as not to overlap the hot dipole element;
A transmission line drawn from the end of the hot dipole element in the direction of the earth dipole element and facing the ground part via the substrate;
A power feeding means comprising a power feeding cable for feeding power between a tip of the transmission line disposed at a substantially central portion of the substrate and a boundary between the ground portion and the earth dipole element disposed at a substantially central portion of the substrate. And
A matching circuit that performs impedance matching between the dipole antenna composed of the hot dipole element and the earth dipole element and the feeding means is constituted by a line constituted by the transmission line and the ground portion. Antenna device to do.
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