JP5442347B2 - ダイポールアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮ対応２周波ダイポールアンテナに関する発明であり、主としてノートＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの電子機器に搭載されるものである。

従来、電子機器に搭載する無線ＬＡＮ用アンテナには、平面アンテナが使用されることが多かった（特許文献１及び２参照。）。従来のアンテナでは、図１２に示すように、第２の放射素子１２上に給電ケーブルが重なるように、給電ケーブル１３が放射素子に接続されていた。

特開２００４−１０４３３３号公報 特開２００８−１６０３１９号公報

第２の放射素子１１２上に給電ケーブル１３が重なると、第２の放射素子１１２に流れる電流と、給電ケーブル１３に流れる電流とで結合が生じ、第２の放射素子１１２上の給電ケーブル１３の位置によって当該結合が変化する。そのため、従来は、第２の放射素子１１２上に給電ケーブル１３が重なるため、給電ケーブル１３の引き回し具合によって、アンテナ９１及びアンテナ９２の特性が大きく変わってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、アンテナの特性に対する給電ケーブルの配置の影響を低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るダイポールアンテナは、給電ケーブルが第２の放射素子と重ならないような位置で、給電ケーブルを第１の放射素子及び第２の放射素子に接続したことを特徴とする。

具体的には、本発明に係るダイポールアンテナは、同一面上に配置された第１の放射素子及び第２の放射素子を備えるダイポールアンテナであって、前記第１の放射素子は給電ケーブルの内部導体と第１の給電点で接続され、前記第２の放射素子は前記給電ケーブルの外部導体と第２の給電点で接続され、前記第１の給電点及び前記第２の給電点を結ぶ延長線が前記第２の放射素子と重ならないことを特徴とする。

第１の給電点及び第２の給電点を結ぶ延長線上が前記第２の放射素子と重ならないことで、給電ケーブルが第２の放射素子の上に配置されるのを防ぐことができる。これにより、第２の放射素子と給電ケーブルとの結合の変化を防ぐことができる。したがって、本発明により、アンテナの特性に対する給電ケーブルの配置の影響を低減することができる。

本発明に係るダイポールアンテナは、同一面上に配置された第１の放射素子及び第２の放射素子と、前記第１の放射素子に内部導体が接続され、前記第２の放射素子に外部導体が接続され、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子に高周波電力を供給する給電ケーブルと、を備えるダイポールアンテナであって、前記同一面上への前記給電ケーブルの投影形状が前記第２の放射素子と重ならないことを特徴とする。

同一面上への給電ケーブルの投影形状が第２の放射素子と重ならないことで、給電ケーブルが第２の放射素子の上に配置されるのを防ぐことができる。これにより、第２の放射素子と給電ケーブルとの結合の変化を防ぐことができる。したがって、本発明により、アンテナの特性に対する給電ケーブルの配置の影響を低減することができる。

本発明に係るダイポールアンテナでは、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は、互いの最近接部分に、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子の配列方向と略垂直に伸びる対向部を有し、前記第１の放射素子における前記対向部の端部は、前記第２の放射素子から遠ざかる方向に突出していることが好ましい。
対向部を備えることでインピーダンス整合をとることができる。さらに対向部の端部が第２の放射素子から遠ざかる方向に突出していることで、対向部の長さを短くすることができる。したがって、小型で入力特性に優れたアンテナとすることができる。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、アンテナの特性に対する給電ケーブルの配置の影響を低減することができる。

本実施形態に係るダイポールアンテナの構成概略図であり、（ａ）は給電ケーブルが接続されていない状態を示し、（ｂ）は給電ケーブルが接続されている状態を示す。 実施形態１に係るダイポールアンテナの入力特性の一例を示す。 マッチング素子があるときとないときのダイポールアンテナの入力特性の一例を示す。 実施形態２に係るダイポールアンテナの構成概略図であり、（ａ）は給電ケーブルが接続されていない状態を示し、（ｂ）は給電ケーブルが接続されている状態を示す。 実施形態２に係るダイポールアンテナの入力特性の一例を示す。 本実施形態に係るダイポールアンテナのノートＰＣへの実装例を示す。 実施形態３に係るダイポールアンテナの入力特性の一例を示す。 実施形態３に係るダイポールアンテナの２．４ＧＨｚでの放射特性の一例を示す。 実施形態３に係るダイポールアンテナの５．２ＧＨｚでの放射特性の一例を示す。 実施形態３に係るダイポールアンテナの５．７２５ＧＨｚでの放射特性の一例を示す。 実施形態３に係るダイポールアンテナの平均利得の一例を示す。 従来のアンテナの構成概略図である。 比較例に係るダイポールアンテナの構成概略図である。 比較例に係るダイポールアンテナの入力特性の一例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るダイポールアンテナの構成概略図であり、（ａ）は給電ケーブルが接続されていない状態を示し、（ｂ）は給電ケーブルが接続されている状態を示す。本実施形態に係るダイポールアンテナ１０１ａ及びダイポールアンテナ１０１ｂは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、同一面上に配置された第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２を備えるダイポールアンテナである。

図１（ｂ）に示すように、給電ケーブル１３は、第１の放射素子１１に内部導体３１が接続され、第２の放射素子１２に外部導体３２が接続され、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２に高周波電力を供給する。第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２との接続は、例えば半田などの導電性材料で固着する。

図１（ａ）に示すように、第１の放射素子１１は給電ケーブル１３の内部導体３１と第１の給電点Ｐ１で接続され、第２の放射素子１２は給電ケーブル１３の外部導体３２と第２の給電点Ｐ２で接続され、第１の給電点Ｐ１及び第２の給電点Ｐ２を結ぶ延長線が第２の放射素子１２と重ならない。すなわち、図１（ｂ）に示すように、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２の配置されている同一面上への給電ケーブル１３の投影形状が第２の放射素子１２と重ならない。

具体的には、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２の配列方向がｚ軸方向の場合、第１の給電点Ｐ１及び第２の給電点Ｐ２のｙ座標は、第２の放射素子１２よりも大きくなる。このような構成とすることで、給電ケーブル１３と第２の放射素子１２が重ならないようにすることができる。これにより、給電ケーブル１３の引き回しによるアンテナの特性への影響を小さくすることができる。

図１（ｂ）に示すダイポールアンテナにおいて、給電ケーブル１３をｚ軸上に配置した状態Ａのときと、給電ケーブル１３をｚ軸上から−ｙ方向に湾曲させた状態Ｂのときと、給電ケーブル１３をｚ軸上からｙ方向に湾曲させた状態Ｃのときと、の３パターンについてのダイポールアンテナ１０１ｂの入力特性を測定した。第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２全体での高さＨが４８ｍｍ、幅Ｗが８ｍｍであるときの入力特性の測定結果を図２に示す。状態Ａでの第２の放射素子１２と給電ケーブル１３の距離は、１ｍｍとした。

比較例についても同様の測定を行なった。図１３に、比較例に係るダイポールアンテナの構成概略図を示す。図１３に示すダイポールアンテナ１０３は、図１（ｂ）に示すダイポールアンテナ１０１ｂにおけるマッチング素子２３を備えず、かつ、第２の放射素子１２の中央に給電ケーブル１３を配置している。図１４に、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２全体での高さＨが４８ｍｍ、幅Ｗが８ｍｍであるときの測定結果を示す。

図２及び図１４において、縦軸はＶＳＷＲを示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。破線が状態Ａのとき、太い実線が状態Ｂのとき、細い実線が状態Ｃのときを示す。状態Ａのとき、本実施形態に係るダイポールアンテナの構成とすることで、比較例に比べて入力特性が向上した。また、比較例に係るダイポールアンテナでは、いずれの状態であってもＶＳＷＲ値に変化はなかったが、本実施形態に係るダイポールアンテナでは、状態Ｂのように給電ケーブル１３と第２の放射素子１２が重ならない限り、良好な入力特性が得られた。

本実施形態に係るダイポールアンテナ１０１ａ及び１０１ｂでは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２は、互いの最近接部分に、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２の配列方向と略垂直に伸びる対向部を有することが好ましい。これにより、インピーダンス整合を取ることができる。適度な長さにわたって第１の放射素子１１と第２の放射素子１２を対向させることが好ましく、例えば、対向部は、第１の放射素子１１の幅Ｗ以上であることが好ましい。

さらに、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の放射素子１１はマッチング素子２３を有することが好ましい。マッチング素子２３は、第１の放射素子１１における対向部の端部であって、第２の放射素子１２から遠ざかる方向に突出している部分である。マッチング素子２３を有することで、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２の対向部のｙ軸方向への幅を広げることなく、インピーダンス整合を取ることができる。したがって、ダイポールアンテナの幅Ｗが細く、狭小部に搭載可能な入力特性に優れたダイポールアンテナを提供することができる。

図１（ｂ）に示すダイポールアンテナにおいて、マッチング素子２３があるときとないときのアンテナの入力特性を測定した。第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２全体での高さＨが４８ｍｍ、幅Ｗが８ｍｍであるときの測定結果を図３に示す。

図３において、縦軸はＶＳＷＲを示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。実線はマッチング素子を有する場合を示し、破線はマッチング素子を有しない場合を示す。図３に示すように、マッチング素子を有することで、マッチング素子を有しない場合に比較して、周波数３．５ＧＨｚ以上６ＧＨｚ以下におけるＶＳＷＲ値が低下し、入力特性が改善された。

なお、本実施形態に係るダイポールアンテナ１０１ａ及び１０１ｂは、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２の形状は限定されないが、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の放射素子１１の導電性薄膜パターンの中央部に導体の配置されていない中抜き部２４を備えることが好ましい。これにより、第１の放射素子１１の外縁に流れる電流密度を高めることができる。第２の放射素子１２についても同様に、第２の放射素子１２の導電性薄膜パターンの中央部に導体の配置されていない中抜き部２５を備えることが好ましい。

また、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２は、杯形状を有していることが好ましい。杯形状を有している場合、第１の放射素子１１の幅Ｗは、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２の最近接部分からｚ軸方向に所定長さにわたって一定であり、そこから円弧を描くように広がり、再度一定幅となる。第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２が杯形状を有していることで、第１の放射素子１１の幅Ｗを小さくする場合であっても、アンテナの特性の劣化を防ぐことができる。

（実施形態２）
図４は、本実施形態に係るダイポールアンテナの構成概略図であり、（ａ）は給電ケーブルが接続されていない状態を示し、（ｂ）は給電ケーブルが接続されている状態を示す。本実施形態に係るダイポールアンテナ１０２ａ及び１０２ｂは、図４（ａ）に示すように、第１の給電点Ｐ１及び第２の給電点Ｐ２を結ぶ延長線が第２の放射素子１２と重ならない。すなわち、図４（ｂ）に示すように、第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２の配置されている同一面上への給電ケーブル１３の投影形状が第２の放射素子１２と重ならないことを特徴とする。

図４（ｂ）に示すダイポールアンテナにおいて、給電ケーブル１３をｚ軸上に配置した状態Ａのときと、給電ケーブル１３をｚ軸上から−ｙ方向に湾曲させた状態Ｂのときと、給電ケーブル１３をｚ軸上からｙ方向に湾曲させた状態Ｃのときと、の３パターンについてのアンテナの入力特性を測定した。

第１の放射素子１１及び第２の放射素子１２全体での高さＨが４８ｍｍ、第１の放射素子１１の幅Ｗが８ｍｍであるときの測定結果を図５に示す。第２の放射素子１２の幅Ｗは、第１の放射素子１１の幅Ｗの７５％に相当する６ｍｍとした。第２の放射素子１２のｙｚ平面への投影形状は、ｙ方向の端部が、幅２ｍｍにわたって除去された形状となっている。そして、第２の放射素子１２の除去された部分に、給電ケーブル１３の幅の１２．５％を配置している。状態Ａでの第２の放射素子１２と給電ケーブル１３の距離は、１ｍｍとした。

図５において、縦軸はＶＳＷＲを示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。破線が状態Ａのとき、太い実線が状態Ｂのとき、細い実線が状態Ｃのときを示す。図５に示すように、第２の放射素子１２の一部を除去してもＶＳＷＲ値は劣化していない。このため、給電ケーブル１３が第２の放射素子１２に重ならない限り、良好な入力特性が得られることが分かった。したがって、本実施形態に係るダイポールアンテナは、入力特性を維持しつつ、ｙ軸方向への幅をさらに小さくすることができる。

なお、図４（ａ）に示すように、第２の放射素子１２の外縁に電流を流れやすくするために中抜き部２５を形成する場合は、当然のことながら、中抜き部２５のループ形状を維持するように第２の放射素子１２の端部を除去する。このため、第２の放射素子１２の端部を除去する際に、中抜き部２５のｙ軸方向の幅を小さくしたり、中抜き部２５を−ｙ方向若しくはｚ方向又はこれら両方向にずらしたりしてもよい。

（実施形態３）
図６は、本実施形態に係るダイポールアンテナのノートＰＣへの実装例を示す。本実施形態に係るダイポールアンテナ１００は狭小な部分であっても搭載することができるため、例えば、ノートＰＣ５０のＬＣＤ５１（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）上部に搭載することができる。

本実施形態に係るダイポールアンテナ１００は、第１の放射素子１１と第２の放射素子１２と給電ケーブル１３をＬＣＤ５１の外縁に沿って配置することができる。そのため、給電ケーブル１３の配線経路を、ＬＣＤ５１の外縁に沿った直線的な経路とすることができる。これにより、ノートＰＣ５０をさらに薄型化することが可能となる。

図６に示すダイポールアンテナ１００に図１（ｂ）に示すダイポールアンテナ１０１ｂを搭載したときの入力特性と放射特性と平均利得を測定した。入力特性の測定結果を図７に、２．４ＧＨｚでの放射特性を図８に、５．２ＧＨｚでの放射特性を図９に、５．７２５ＧＨｚでの放射特性を図１０に、平均利得を図１１に示す。

図７に示す入力特性の測定結果から、２．４ＧＨｚ以上２．７ＧＨｚ以下及び４．９ＧＨｚ以上５．７２５ＧＨｚ以下の周波数帯域において、良好な入力特性が得られることが分かった。２．４ＧＨｚ以上２．７ＧＨｚ以下及び４．９ＧＨｚ以上５．７２５ＧＨｚ以下の周波数帯域は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の使用周波数帯域であることから、本実施形態に係るダイポールアンテナは、無線ＬＡＮ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に適用することができる。

図８〜図１０における放射特性は、−４０ｄＢｉ以上１０ｄＢｉ以下の範囲を示す。図８〜図１０に示すように、本実施形態に係るダイポールアンテナの放射特性は、２．４ＧＨｚ、５．２ＧＨｚ及び５．７２５ＧＨｚのいずれの周波数においても０ｄＢｉ以上の最大利得を有している。

図１１において、縦軸は平均利得（ｄＢｉ）を示し、横軸は周波数を示す。図１１に示すように、本実施形態に係るダイポールアンテナを用いることで、２．４ＧＨｚ、５．２ＧＨｚ及び５．７２５ＧＨｚのいずれの周波数においても、−５ｄＢｉ以上の平均利得が得られた。これにより、本実施形態に係るダイポールアンテナ１００が、無線ＬＡＮ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に適用することができることが分かった。

本発明は、無線ＬＡＮ対応２周波アンテナに関する発明であり、主としてノートＰＣなどの電子機器に搭載されるので、情報通信産業に利用することができる。

１１、１１１：第１の放射素子
１２、１１２：第２の放射素子
１３：給電ケーブル
２３：マッチング素子
２４、２５：中抜き部
３１：内部導体
３２：外部導体
５０：ノートＰＣ
５１：ＬＣＤ
９１、９２：アンテナ
１００、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１０３：ダイポールアンテナ
Ｐ１：第１の放射素子への給電点
Ｐ２：第２の放射素子への給電点

Claims (2)

1. 同一面上に配置された第１の放射素子及び第２の放射素子を備えるダイポールアンテナであって、
   前記第１の放射素子は給電ケーブルの内部導体と第１の給電点で接続され、
   前記第２の放射素子は前記給電ケーブルの外部導体と第２の給電点で接続され、
   前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は、互いの最近接部分に、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子の配列方向と略垂直に伸びる対向部を有し、
   前記対向部の一端に前記第１の給電点及び前記第２の給電点が配置され、
   前記第１の給電点及び前記第２の給電点を結ぶ延長線が前記第２の放射素子と重ならならず、
   前記第１の放射素子における前記対向部の他端が前記第２の放射素子から遠ざかる方向に突出しており、前記第１の放射素子における前記対向部の両端の形状が非対称になっていることを特徴とするダイポールアンテナ。
2. 同一面上に配置された第１の放射素子及び第２の放射素子と、
   前記第１の放射素子に内部導体が接続され、前記第２の放射素子に外部導体が接続され、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子に高周波電力を供給する給電ケーブルと、
   を備えるダイポールアンテナであって、
   前記第１の放射素子と前記第２の放射素子は、互いの最近接部分に、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子の配列方向と略垂直に伸びる対向部を有し、
   前記対向部の一端に前記第１の給電点及び前記第２の給電点が配置され、
   前記同一面上への前記給電ケーブルの投影形状が前記第２の放射素子と重ならならず、
   前記第１の放射素子における前記対向部の他端が前記第２の放射素子から遠ざかる方向に突出しており、前記第１の放射素子における前記対向部の両端の形状が非対称になっていることを特徴とするダイポールアンテナ。

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