JP5737095B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1に記載の相互結合中和器では、対をなすパッチアンテナ間の逆の相互結合を予め定められた周波数帯域にわたって中和するために、キャパシタを予め定められた大きさに形成する必要がある。また、各アンテナから引き出した同等振幅逆位相で注入する必要があり、アンテナレイアウトが複雑化し、小型化を含め、容易にアンテナや相互結合を調整することが困難であった。
また、特許文献2に記載のアンテナ装置では、給電ストリップ部の端部からブリッジ部までの距離により素子間相互結合を調整するため、不安定要素が大きく、生産性に乏しいと同時に、小型化が困難であった。さらに、近接した短絡ストリップ部同士の結合が発生し、グランド側への高周波電流の影響で、グランドを介して相互結合してしまい、グランドサイズ、アンテナサイズ等の設計条件に左右され、十分な相互結合抑制の実現は困難であった。
例えば、同軸ケーブルがグランドパターンの直上で該グランドパターンと平行に配置された場合、互いに流れる高周波電流が同位相になり、同軸ケーブルに流れる高周波電流に影響を与えてアンテナ性能に対して不安定要素が増大してしまうが、本発明では、上記両高周波電流の位相が異なるため、第1アンテナ部と第2アンテナ部とについて、それぞれ同軸ケーブルからグランド面への高周波電流の流れを安定して確保することができる。さらに、同軸ケーブルが両側領域の直上を一部経由することにより、同軸ケーブルからの輻射による両側領域との電磁結合を適度に利用し、アンテナ部から中間領域へ高周波電流を効果的に流すことができる。
このアンテナ装置では、同軸ケーブルが、アンテナ側給電点から前記離間する方向の反対方向に両側領域の直上まで延在する第1ケーブル部と、両側領域の直上から前記直交する方向にグランド面非形成領域まで延在する第2ケーブル部と、グランド面非形成領域の直上から前記離間する方向の反対方向に回路側給電点まで延在する第3ケーブル部とから構成されているので、第1〜第3ケーブル部の長さを調整することで位相調整と電磁結合調整と相互結合レベル調整とをそれぞれ行うことができる。
すなわち、第1ケーブル部の長さを調整することで、グランドパターンと同軸ケーブルとの間の高周波電流の流れの位相調整が可能である。また、第2ケーブル部の長さを調整することで、グランド面(両側領域)と同軸ケーブルとの間の電磁結合を調整可能である。さらに、第3ケーブル部の長さを調整することで、第1アンテナ部と第2アンテナ部との相互結合レベルを調整することができる。
すなわち、このアンテナ装置では、同軸ケーブルが使用周波数に対応する波長の4分の1以上の長さに設定されているので、同軸ケーブルの輻射及び両側領域との間の電磁結合を効果的に利用することができる。なお、同軸ケーブルが使用周波数に対応する波長の4分の1未満の長さであると、アンテナ部から見た高周波電流の流れを最大限に利用できなくなると共に、グランドパターンに流れる高周波電流との影響により、アンテナ性能に対して不安定要素が増大してしまう。
すなわち、このアンテナ装置では、アンテナエレメントの先端部に誘電体アンテナのアンテナ素子が設けられているので、誘電体アンテナであるアンテナ素子の選択によって、アンテナエレメントを短くでき、小型化および高性能化が可能になる。
本発明のアンテナ装置によれば、グランド面が、一対のアンテナエレメントの近傍まで形成された一対の両側領域と、一対のグランドパターンの中間部分であってグランドパターンに対してグランド面非形成領域を介して離間して形成された中間領域とを有しているので、グランド経由の互いの干渉により相互結合レベルが劣化することを抑制することができ、小型化が可能で高性能なアンテナ特性を得ることができる。
したがって、同一基板上にBluetooth(登録商標)やワイヤレスLAN等の同一周波数帯を使用する2つのアンテナを設計する場合に、アンテナ間の距離を大きく離さなくても相互結合によるアンテナ性能の劣化を抑制でき、省スペース化(小型化、薄型化)が可能である。
上記グランドパターン6は、前記直交する方向Yに延在している。すなわち、グランドパターン6は、前記離間する方向Xに直交する方向Yに向けて延在した長方形状にパターン形成されている。したがって、一対のグランドパターン6は、互いに対向して平行に形成されている。
上記第1受動素子P1及び第2受動素子P2は、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパー線等が採用される。
また、この同軸ケーブル4は、使用周波数に対応する波長の4分の1以上の長さに設定されている。
回路基板本体2は、長方形状であり、互いに対向する両辺側にそれぞれグランド面GNDが形成されていない実装用領域が形成され、これら領域にそれぞれ長方形状のアンテナ基板5が、回路基板本体2の上記両辺に沿って実装されている。すなわち、これら一対のアンテナ基板5は、互いに平行に同一方向に向けて延在して配置されている。これらアンテナ基板5は、回路基板本体2にネジ止めや接着剤等により固定される。
まず、第1アンテナ部3Aと第2アンテナ部3Bとが互いに対向しているため、アンテナ部間のグランド面GNDを介して結合が少なからず発生する。また、グランドパターン6とグランド面GNDとは、同軸ケーブル4によってグランド接続されている。
これに対して、図3の(a)に示すように、本実施形態では、グランドパターン6とグランド面GNDとの間の間隔を空けるためにグランド面を形成しないグランド面非形成領域2aを設けている。この場合、グランドパターン6とグランド面GND(中間領域GND1)との間隔が広いために、互いの干渉が少なくグランド経由での相互結合レベルが抑制される。
e<g、g≠0
同軸ケーブルの全長≧g≧使用周波数に対応する波長の4分の1
これらに対して同軸ケーブル4が両側領域GND2の直上を一部経由する上記実施形態(図3の(a))では、上記電磁結合が適度に行われると共に上記両高周波電流の位相が異なるため、第1アンテナ部3Aと第2アンテナ部3Bとについて、それぞれ同軸ケーブル4からグランド面GNDへの高周波電流の流れを安定して確保することができる。
また、アンテナエレメント7の先端部に誘電体アンテナのアンテナ素子ATが設けられているので、誘電体アンテナであるアンテナ素子ATの選択によって、アンテナエレメント7を短くでき、小型化および高性能化が可能になる。
この結果からわかるように、所望の周波数帯において相互結合が大幅に抑制されており、2442MHzにおいて−34.0dBが得られている。
この結果からわかるように、グランド面非形成領域2aが無い場合、2442MHzにおいて−16.8dBとなり、本発明の第1実施例(−34.0dB)に比べて17.2dB劣化している。
この結果からわかるように、同軸ケーブル4がグランド面GNDの直上のみを経由した場合、2442MHzにおいて−25.0dBとなり、上記比較例よりは、相互結合レベルが向上しているが、本発明の第1実施例(−34.0dB)に比べて9.0dB劣化している。
例えば、上記実施形態では、第1アンテナ部と第2アンテナ部とが、同一の周波数帯を使用するアンテナを構成するが、互いに異なる周波数帯を使用するアンテナとしても構わない。
Claims (4)
- 絶縁性の回路基板本体と、
該回路基板本体の表面に互いに離間して設けられ前記離間する方向に対して直交する方向であって同一方向に向けて延在する第1アンテナ部及び第2アンテナ部と、
前記回路基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたグランド面と、
前記第1アンテナ部及び前記第2アンテナ部に設けられた一対のアンテナ側給電点とこれらアンテナ側給電点に対応して前記グランド面に設けられた一対の回路側給電点とを接続する一対の同軸ケーブルとを備え、
前記第1アンテナ部及び前記第2アンテナ部が、前記回路基板本体の表面に設けられた絶縁性領域と、該絶縁性領域にそれぞれ金属箔でパターン形成されたグランドパターン及びアンテナエレメントとをそれぞれ備え、
前記グランドパターンが、前記直交する方向に延在し、
前記アンテナエレメントが、前記グランドパターンの先端に設けられた前記アンテナ側給電点に基端が接続され前記直交する方向に開放端を向けて配置され、
前記グランド面が、一対の前記アンテナエレメントの近傍まで形成された一対の両側領域と、互いに対向配置された一対の前記グランドパターンの中間部分であって前記グランドパターンに対してグランド面非形成領域を介して離間して形成された中間領域とを有し、
前記同軸ケーブルが、前記アンテナ側給電点から前記グランドパターンの直上を避け前記両側領域の直上を経由した後、前記グランド面非形成領域の直上を通って前記中間領域に設けられた前記回路側給電点に配線され、
前記同軸ケーブルの一端側の芯線が、前記アンテナ側給電点に接続されていると共に、前記同軸ケーブルの他端側のグランド線が、前記グランドパターンに接続され、
前記同軸ケーブルの他端側の芯線が、前記回路側給電点に接続されていると共に、前記同軸ケーブルの他端側のグランド線が、前記中間領域に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置において、
前記同軸ケーブルが、前記アンテナ側給電点から前記離間する方向の反対方向に前記両側領域の直上まで延在する第1ケーブル部と、前記両側領域の直上から前記直交する方向に前記グランド面非形成領域まで延在する第2ケーブル部と、前記グランド面非形成領域の直上から前記離間する方向の反対方向に前記回路側給電点まで延在する第3ケーブル部とから構成されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1又は2に記載のアンテナ装置において、
前記同軸ケーブルが、使用周波数に対応する波長の4分の1以上の長さに設定されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナエレメントの先端部に誘電体アンテナのアンテナ素子が設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
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