JP5635787B2 - アンテナ - Google Patents
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Description
従来、このシステム用の上記小出力アンテナとしては、屋内の通話エリア設計のため、アンテナには無指向性の特性が要求されることから、ダイポールアンテナやモノポールアンテナが使用されてきた(特許文献1参照)。
これを解決するために、平面状で無指向性のループアンテナが提案され、その一例としては、複数の線状ループを備えたクローバ形アンテナがある。このクローバ形アンテナは、線状ループで構成されているため、単一の周波数帯にしか対応できず、所定のVSWR値が得られる周波数域は狭帯域に限定されていた。従って、従来のクローバ形アンテナでは、携帯電話の周波数分割複信(FDD;Friquency Division Duplex)における複数の周波数全体を、ひとつのアンテナでカバーすることが困難であった。
図1,図2,図3に於て、本発明に係るアンテナAの第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態の全てに共通する構成を説明すると、3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子1を一点C廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部3をもって相互に近接して配設している。また、薄片面状アンテナ素子1は、一点Cから最も離れた箇所に最外角部10を備えると共に、一点Cから最外角部10へ向かうラジアルスリット2を有している。さらに、ラジアルスリット2の内端は、微小間隙部3の内端に連続している。
また、アンテナAは、一点Cを、3個以上のアンテナ素子1の共通の第1給電点E1とし、ラジアルスリット2の内端と微小間隙部3の内端とが連続する内角部12に第2給電点E2を配設している。アンテナAには、第1給電点E1から第2給電点E2に通電するように図示省略の導線が接続されている。
また、金属膜、透明導電膜及び導電塗料膜を、直接ガラス及び電子基板等に成膜して使用したり、一旦樹脂シート、樹脂フィルム等に成膜したものを更にガラス及び電子基板に貼設して使用することもできる。
導電塗料膜としては、金属ペーストやカーボンペーストを使用でき、スクリーン印刷、ロールコーティング、転写等で製造することができる。
窓ガラス等のガラス面に貼設して使用するときは、可視光線の透過率を70%以上にすることが望ましく、このような透明性を求められる用途では金属メッシュ型、極めて薄い(例えば0.05μmの)金属箔、あるいは、透明導電膜や金属半透明膜から構成することが好ましい。金属半透明膜としては、Ag−Cu,Ag−Pd,Ni−Au等を使用することができる。
なお、貼設又は貼着とは、ガラス面の外面に接着剤や粘着剤等で貼ったり、あるいは、焼付けて積層したり、それ以外にもガラス層の間に挟設・挟着させる場合も本発明を包含する。
ここで、アンテナ素子1に於て、外周縁部13とは、アンテナ素子1の輪郭のうちラジアルスリット2を除いた範囲を意味し、内周縁部14とは、アンテナ素子1の輪郭のうちラジアルスリット2の範囲を意味している。
また、電気的波長λeとは、周波数Fの電流が波長短縮率Kを有するアンテナ素子1を流れる状態での波長であって、次式で表される。
また、外周ループ18の外周経路長寸法L18は、微小間隙部3の外端部を形成する薄片面状アンテナ素子1の近接角部11,11を、円弧状に面取りし、円弧の曲率半径R11を適宜設定することにより調整可能である。
なお、最外角部10は、ラジアルスリット2の外端との間に、0.5mm〜2.0mmの残部を残して形成されている。最外角部10は、適当な曲率半径を有していても良く、例えば、曲率半径が0.5mmとなるように形成すれば良い。
また、ラジアルスリット2の幅寸法W2は1.0mm〜5.0mm、微小間隙部3の間隙寸法W3は0.5mm〜2.0mmに設定されるのが望ましい。ラジアルスリット2の外端は、テーパー状に形成されている場合を図示しているが、適当な曲率半径を有していれば良く、尖っていても良い。ラジアルスリット2の内端は、テーパー状に形成され微小間隙部3の内端と同じ幅員に減少し、微小間隙部3の内端に連続している。ラジアルスリット2と微小間隙部3とが連続する箇所は、弯曲状とし、円弧状の内角部12を形成している。
図2に示す第2の実施の形態のアンテナAは、3個の略四角形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が略正三角形状に成形されている。アンテナAの各頂点に配設された最外角部10は、角度60°かつ尖鋭状に形成されている。アンテナAは、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって3個の薄片面状アンテナ素子1を一体に連結している。
図3に示す第3の実施の形態のアンテナAは、3個の略正六角形状薄片面状アンテナ素子1を備え、全体が三叉状に形成されている。3個の薄片面状アンテナ素子1は、夫々の最外角部10を角度120°かつ尖鋭状に形成され、第1給電点E1(一点C)を有する中央連結部によって一体状に連結されている。
図4に示すように、本発明のアンテナAは、携帯電話の電波を室内に引き込むための屋内中継用アンテナ30に接続され、屋外の電波をビルの室内31や地下街32等の閉じた室内空間に、電波が及ぶように中継する。アンテナAは、ビルの室内31や地下街32の室内空間の天井に、突出することなく設置される。
アンテナAは、携帯電話の双方向無線通信に於て、例えば、周波数分割複信(FDD)の受信電波(周波数:1.94GHz〜1.96GHz)及び送信電波(周波数:2.13GHz〜2.15GHz)の両方に対応する。
図9に示すグラフ図は、比較例のアンテナ100であって、材質がCu,厚さ寸法35μmに設定し、1.6mm厚のエポキシガラス基板(波長短縮率K=62%)に形成したときの実測データを図示し、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。
一方、図9に於ては、比較例のアンテナが、VSWR値2.0以下を示す周波数帯域が非常に狭く、受信電波の周波数(1.94GHz)と送信電波の周波数(2.15GHz)の両方に対応することができない単峰的な(VSWR値の最小値ピークが1つのみ)VSWR特性となっていることが判る。
各アンテナの条件は、以下の表1及び表2の通りである。
さらに、各アンテナに於て、外周経路長寸法L18と下限周波数FLに対応する電気的波長λeLとの倍率と、内周経路長寸法L19と上限周波数FHに対応する電気的波長λeHとの倍率とを、表3に示す。
図10に於て、測定グラフ線(i)と測定グラフ線(ii)は、最外角部10,10間の長さ寸法L0が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。最外角部10,10間の長さ寸法L0を短く設定することによりVSWR特性を示すグラフが全体的に高周波数側にシフトすることが判る。
また、測定グラフ線(ii)〜測定グラフ線(v)は、近接角部11の曲率半径R11が夫々異なる条件に設定されたアンテナから得たVSWR特性を示している。近接角部11の曲率半径R11を大きく設定することにより、VSWR特性を示すグラフの低域側の整合周波数のみが高周波数側にシフトすることが判る。
また、測定グラフ線(viii)は、実施例と同様のアンテナであるが四隅の最外角部10を2mm面取りしたアンテナから得たVSWR特性を示している。測定グラフ線(ix)は、実施例のアンテナの四隅の最外角部10を5mm面取りしたアンテナから得たVSWR特性を示している。四隅の最外角部10を面取りすることはアンテナのVSWR特性にほとんど影響を与えないことが判る。
以上、表1〜表3及び測定グラフ線(i)〜測定グラフ線(ix)にて示したアンテナのVSWR特性を検証すると、隣り合う2つの最外角部10,10間の長さ寸法L0と、近接角部11の曲率半径R11及びラジアルスリット2の長さ寸法L2を適宜設定することで、所要の周波数帯域に対応するアンテナが得られることが確認される。言い換えると、携帯電話の周波数分割複信(FDD)における受信電波(周波数:1.94GHz〜1.96GHz)及び送信電波(周波数:2.13GHz〜2.15GHz)の両方に対応した周波数帯域の設定は、外周ループ18の外周経路長寸法L18を受信電波の周波数に対応する電気的波長の約2倍とし、かつ、内周ループ19の内周経路長寸法L19を送信電波の周波数に対応する電気的波長の約1.5倍とすることで達成される。
2 ラジアルスリット
3 微小間隙部
10 最外角部
11 近接角部
12 内角部
13 外周縁部
14 内周縁部
18 外周ループ
19 内周ループ
C 一点
E1 第1給電点
E2 第2給電点
L0 長さ寸法
L18 外周経路長寸法
FL 下限周波数
λeL 電気的波長
L19 内周経路長寸法
FH 上限周波数
λeH 電気的波長
Claims (2)
- 3個以上の導電性材料から成る薄片面状アンテナ素子(1)を一点(C)廻りに回転対称として、かつ、微小間隙部(3)をもって相互に近接して配設し、
上記薄片面状アンテナ素子(1)は、上記一点(C)から最も離れた箇所に最外角部(10)を備えると共に、上記一点(C)から上記最外角部(10)へ向かうラジアルスリット(2)を有し、該ラジアルスリット(2)の内端は、上記微小間隙部(3)の内端に連続して形成し、さらに、上記一点(C)を上記3個以上のアンテナ素子(1)の共通の第1給電点(E 1 )とすると共に、各々の上記アンテナ素子(1)に於て、上記ラジアルスリット(2)の内端と上記微小間隙部(3)の内端とが連続する内角部(12)に第2給電点(E 2 )を配設し、上記第1給電点(E 1 )と上記第2給電点(E 2 )とを上記アンテナ素子(1)の外周縁部(13)に沿って結んで外周ループ(18)を形成し、かつ、上記第1給電点(E 1 )と上記第2給電点(E 2 )とを上記アンテナ素子(1)の内周縁部(14)に沿って結んで内周ループ(19)を形成するように構成されたことを特徴とするアンテナ。 - 上記外周ループ(18)の外周経路長寸法(L 18 )が所要周波数帯域の下限周波数(F L )に対応する電気的波長(λ eL )の1.8倍〜2.2倍に、上記内周ループ(19)の内周経路長寸法(L 19 )が所要周波数帯域の上限周波数(F H )に対応する電気的波長(λ eH )の1.3倍〜1.7倍になるように構成した請求項1記載のアンテナ。
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