JP5930917B2 - 基板型アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、薄型の基板上にアンテナを構成した基板型アンテナに関する。

従来の基板型アンテナとして、誘電体からなる基板と、この基板の一方の基板面に形成されて一ヶ所で分断したループ状の第一結合部パターンと、基板の他方の基板面に形成されて一ヶ所で分断すると共に、分断した両端にそれぞれ給電点を接続したループ状の第二結合部パターンとを有し、第一結合部パターンおよび第二結合部パターン間を静電容量結合および磁気誘導結合し、第一結合部パターンの一方端にアンテナを接続して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−１４２６６６号公報

しかしながら、従来の基板型アンテナでは、一枚の基板上に一つの共振周波数帯域を持つアンテナを構成するという考え方しかなかったため、薄型の基板を使用する効果を十分に活用することができないでいた。

本発明の目的は、薄型の基板上に簡単な構成で複数のアンテナを構成した基板型アンテナを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、誘電体からなる基板の一方側基板面に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターンを形成し、この第一結合部パターンの分断した位置の両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記基板上に形成した給電点とアース点から送受信信号を送受信する基板型アンテナにおいて、前記基板の他方側基板面に、前記第一結合部パターンに対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターンを形成し、この第二結合部パターンの分断した位置の一方側に第二アンテナを構成するアンテナ素子を接続し、前記第一アンテナの一方の前記アンテナ素子に前記給電点を構成し、前記第一アンテナの他方の前記アンテナ素子に接地用アース点を構成し、前記接地用アース点に一端を接続し他端を接地した接地ケーブルを設け、前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点からそれぞれ送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、一枚の薄型の基板と、これを使用した基板型アンテナを小型化しても、接地ケーブルによる接地によって、共振周波数帯域のＶＳＷＲ値が望ましい値に抑えることができ、給電点側から二つの共振周波数帯域の送受信信号を感度良く送受信することが可能となる。従って、比較的簡単な構成で、小型で高性能の基板アンテナを容易に得ることができる。

また本発明は、上記の構成に加えて、前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点からそれぞれ異なる共振周波数帯域の送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする。

また本発明は、上記の構成に加えて、前記接地ケーブルは、その径を０．１ｍｍ以上で０．５ｍｍ以下とした導線で構成したことを特徴とする。

また本発明は、上記の構成に加えて、前記接地ケーブルは、その長さの増減によって共振周波数帯域の微調整を調整可能にしたことを特徴とする。

本発明による基板型アンテナによれば、一枚の薄型の基板と、これを使用した基板型アンテナを小型化しても、接地ケーブルによる接地によって、基板の一方側基板面に構成した第一アンテナにおける共振周波数帯域のＶＳＷＲ値を望ましい値に抑えることができ、給電点側から二つの共振周波数帯域の送受信信号を感度良く送受信することが可能となる。従って、比較的簡単な構成で、小型で高性能の基板アンテナを容易に得ることができる。

本発明の一実施の形態による基板型アンテナを示す平面図である。 図１に示した基板型アンテナの一方側基板面を示す平面図である。 図１に示した基板型アンテナの他方側基板面を示す平面図である。 図１に示した基板型アンテナにおける接地ケーブルの長さに対するＶＳＷＲ値の変化を示す特性図である。 比較のために示す他の基板型アンテナの一方側基板面を示す平面図である。 比較のために示す他の基板型アンテナの一方側基板面を示す平面図である。 共振周波数に対するＶＳＷＲ値を示す特性図である。 共振周波数に対する利得を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による基板型アンテナの平面図であり、図２は、その一方側基板面のみを示す平面図である。

基板１は、誘電体、例えばガラスエポキシ機材によって製作され、この一枚の基板１の一方側基板面２には、図１および図２に示したようにギャップ３によって一箇所を分断したループ状、例えば略Ｃ字状にした第一結合部パターン４を形成し、この第一結合部パターン４の分断した両端部を使用して第一アンテナが構成されている。第一結合部パターン４の分断した一方端側には、電路５を介してアンテナ素子６が接続されている。この第一アンテナにおけるアンテナ素子６の他方端部には、給電点７が形成されている。アンテナ素子６に近接して並ぶようにアース部８が配置され、このアース部８によって、給電点７に与えられる電位を安定させている。また、給電点７の近傍に位置するアース部８には、アース点９が形成されている。給電点７には、長さ１００ｍｍ程度のＵ．ＦＬコネクタケーブル等の同軸ケーブル１０における中心部信号線１１が接続され、アース点９には同軸ケーブル１０の外周部シールド線１２が接続されている。

これに対して、第一結合部パターン４の分断した他方端側には、アンテナ素子１３が接続され、このアンテナ素子１３の端部には、接地用アース点１４が形成されている。アンテナ素子１３の接地用アース点１４には、接地ケーブル１５の一端が半田付けで接続されている。この接地ケーブル１５は、長さ１００ｍｍ程度で、径ｒが０．１≦ｒ≧０．５［ｍｍ］の導線１６を絶縁被覆（裸線でも良い）したもので、その他端は後に接地されることになる。このようにして第一アンテナは、給電点１１とアース点１２間でモノポール方式アンテナを構成している。

図３は，上述した基板１の裏面側である他方側基板面を示す平面図である。

同じ基板１の他方側基板面１７には、図２に示した第一結合部パターン４のギャップ３に位置を合致させて形成したギャップ１８を有したほぼ同ループ状の第二結合部パターン１９を形成しており、ギャップ１８によって分断した第二結合部パターン１９の一方端側には電路２０を介して第二アンテナを構成するアンテナ素子２１が接続されている。

この実施の形態では、アンテナ素子６およびアンテナ素子１３から成る第一アンテナの共振周波数帯域は、例えば８００ＭＨｚ帯域、詳細には８００〜９７５ＭＨｚであり、一方、アンテナ素子２１から成る第二アンテナの共振周波数帯域は、先の第一アンテナの周波数帯域よりも高い方の周波数帯域、例えば２ＧＨｚ帯域、詳細には１７００〜２２００ＭＨｚである。

このときの基板１は、厚さ０．３ｍｍ、長さ６５ｍｍ、幅１０ｍｍ程度の外形寸法を有して矩形に成され、小型化されている。第一結合部パターン４は、中心部に５ｍｍ程度の円形の切り欠き部２２を有し、またギャップ３の幅は０．５ｍｍ程度である。アンテナ素子１３は、長さ２３ｍｍ、幅９．５ｍｍ程度で、アンテナ素子６は、長さ３４ｍｍ、幅２ｍｍである。またアース部８は、長さ３０．２５ｍｍ、幅６．５ｍｍ程度である。また、第二結合部パターン１９は、第一結合部パターン４とほぼ同形状であり、中心部に５ｍｍ程度の円形の切り欠き部２３を有し、ギャップ１８の幅は０．５ｍｍ程度である。第二アンテナを構成するアンテナ素子２１は、長さ２４ｍｍ、幅２ｍｍ程度である。

このようにして、一枚の薄型の基板１を使用して、その一方側基板面２に第一結合部パターン４を形成し、その他方側基板面１７に第二結合部パターン１９を形成すると、両結合部パタン４，１９間は基板１の静電容量を介して静電容量結合されると共に、磁気誘導結合される。従って、見かけ上は１枚の薄型の基板１でありながら、二つの第一アンテナおよび第二アンテナを構成することができ、しかも共通の給電点７で異なる二つの周波数帯域の信号を送受信するモノポール方式アンテナを構成することができる。

しかし、基板１の小型化を図ると、詳細については後述するように低い方の共振周波数帯域のＶＳＷＲ値が上がってしまうことが分かった。これに対して、低い方の周波数帯域のために構成した第一アンテナでは、ループ状に形成した第一結合部パターン４の分断した一方側に電路５を介してアンテナ素子６を接続し、このアンテナ素子６に設けた給電点７で送受信信号を送受信するだけでなく、ループ状に形成した第一結合部パターン４の分断した他方側に接地用アース点１４を有するアンテナ素子１３を接続し、このアンテナ素子１３の接地用アース点１４に一端を接続した接地ケーブル１５で接地するようにしている。

アンテナ素子１３に形成した接地用アース点１４を接地ケーブル１５で接地することによって、一枚の薄型の基板１と、これを使用した基板型アンテナを小型化しても、低い方の共振周波数帯域のＶＳＷＲ値を望ましい値まで下げることができ、同軸ケーブル１０から８００ＭＨｚ帯域と２ＧＨｚ帯域の送受信信号を感度良く送受信することが可能となる。従って、比較的簡単な構成で、小型で、高感度の基板アンテナを容易に得ることができる。

しかも、アンテナ素子１３に形成した接地用アース点１４を接地ケーブル１５で接地すると、その接地ケーブル１５の長さを調整することによって共振周波数の微調整を図ることができるようになる。

図４は、接地ケーブル１５の長さを変えた場合の第一アンテナにおける共振周波数帯域のＶＳＷＲ値の変化を示す特性図である。接地ケーブル１５の長さを１２ｃｍとしたときの特性曲線３０と、接地ケーブル１５の長さを１０ｃｍとしたときの特性曲線３１を併記している。両者の比較から分かるように、接地ケーブル１５の長さを１２ｃｍとしたときは、特性曲線３０に示すようにＶＳＷＲ値を下げることができる。

このように、アンテナ素子１３に形成した接地用アース点１４を接地ケーブル１５で接地すると、接地ケーブル１５の長さを調整することによって共振周波数の微調整を図ることができる。この特性を利用して、共振周波数に応じて接地ケーブル１５の長さを調整することによって、微調整を行うことができるので、基板１における第一アンテナを構成するためのパターンを変えることなく、このパターンの大きさおよび形状は標準化を図って構成を簡略することができる。

次に、一枚の薄型の基板１と、これを使用した基板型アンテナを小型化しても、第一アンテナによって構成した低い方の共振周波数帯域のＶＳＷＲ値を望ましい値まで下げる効果について説明する。これは、一枚の基板を使用して一つの共振周波数を持つように構成して二枚の基板を組み合わせた従来の基板型アンテナと、図５および図６に示した基板型アンテナと、上述した図１〜図３に示した基板型アンテナとを使用し、各特性上の変化について説明する。

先ず、図５および図６に示した基板型アンテナ、つまり、図１に示した接地線１５を使用しないで、基板１の一方側基板面２側に第一アンテナを構成し、他方側基板面１７に第二アンテナを構成した基板型アンテナについて説明する。尚、図１〜図３に示したものとの同等物には同一符号をつけて詳細な説明を省略する。

図５に示すように基板１の表面側である一方側基板面２の構成は、図２とほぼ同様であるが、第一結合パターン４の一方側端部に結合したアンテナ素子１３には、接地ケーブル接続用の接地点はない。しかし、第一結合パターン４の他方側端部に結合したアンテナ素子６には給電点７が形成され、その近傍に配置したアース部８には接地点９が形成され、給電点７および接地点９には同軸ケーブル１０が接続されている。

しかし、基板１の裏面側である他方側基板面１７には、図６に示すように第二結合部パターン１９を有し、この第二結合部パターン１９の分断した一方側端部には、電路２０を介して第二アンテナを構成するアンテナ素子２１を接続している。さらに第二結合部パターン１９の分断した他方側端部には、第二結合部パターン１９の外周部に外側に突出するように細長い微調整用アンテナ素子２４を形成している。この微調整用アンテナ素子２４は、その突出長を調整することによって共振周波数の微調整が行えるようにしている。

この種の構成の基板型アンテナでは、基板１は、厚さ０．３ｍｍ、長さ７８ｍｍ、幅２０ｍｍ程度の外形寸法を有して矩形に成されている。図５に示した第一アンテナを構成する方の第一結合部パターン４は、中心部に６ｍｍ程度の円形の切り欠き部２２を有し、ギャップ３の幅は０．５ｍｍ程度である。アンテナ素子１３は、長さ２９．２５ｍｍ、幅１３ｍ皿程度で、アンテナ素子６は、長さ３６ｍｍ、幅２ｍｍである。またアース部７は、長さ２８．５ｍｍ、幅１３．２５ｍｍ程度である。

また第二アンテナを構成する方の第二結合部パターン１９は、第一結合部パターン４と同様の大きさである。アンテナ素子２１は、長さ２４ｍｍ、幅２ｍｍ程度で、アンテナ素子２４は、長さ３ｍｍ、幅１．５ｍｍ程度である。

このような構成の基板型アンテナでも、共通の同軸ケーブル１０を使用して給電点１０から二つの異なる共振周波数帯域の送受信信号を送受信することができるようになる。このとき、アンテナ素子４およびアンテナ素子６から成る第一アンテナの共振周波数帯域としては、例えば８００ＭＨｚ帯域、第二アンテナの共振周波数帯域は、例えば２ＧＨｚ帯域とすることができる。また、一枚の基板を使用して一つの共振周波数を持つように構成して二枚の基板を組み合わせた従来の基板型アンテナに比べて、基板１の面積を約７０％に小型化することができる。

しかし、この種のモノポール方式アンテナでは、所望の共振周波数にマッチングするために、その都度、長さや形状などのアンテナパターンを変更しなければならない。また、アース部８の面積も大きい方が特性が安定し、第一アンテナおよび第二アンテナを構成するアンテナ素子の長さもλ／２に近い方が共振を取りやすい傾向を持っているため、基板１は長さが７８ｍｍ、幅が２０ｍｍとなってしまい、基板１をさらに小型化するのが難しかった。しかも、基板１を小型化しようとすると、図７に示すように低い方の共振周波数帯域のＶＳＷＲ値が上がってしまうということも明らかになった。

図７は、共振周波数に対するＶＳＷＲ値を示す特性図であり、第一アンテナの共振周波数帯域としては８００〜９７５ＭＨｚ帯域、第二アンテナの共振周波数帯域は１７００〜２２００ＧＨｚ帯域としている。図４および図５に示した基板型アンテナの特性曲線２５は、基板１の小型化によって低い方の共振周波数帯域、つまり８００ＭＨｚ帯域のＶＳＷＲ値が大きくなっている。これに対して、図１〜図３に示した基板型アンテナの特性曲線２６では、低い方の共振周波数帯域、詳細には８００〜９７５ＭＨｚで、ＶＳＷＲ値を望ましい値である３．００以下に保持することができる。しかも、第一アンテナの共振周波数帯域８００〜９７５ＭＨｚと、第二アンテナの共振周波数帯域１７００〜２２００ＭＨｚでのＶＳＷＲ値を２．５０以下で安定させることが可能となった。

図８は、改善した低い方の共振周波数帯域における利得特性図である。一枚の基板に一つの共振周波数帯域を持つように構成すると共に、共振周波数帯域の異なる二枚の基板を組み合わせた従来の基板型アンテナの利得特性曲線２７と、図５および図６に示した基板型アンテナの利得特性曲線２８と、上述した図１〜図３に示した基板型アンテナの利得特性曲線２９とを示している。

同図から分かるように低い方の共振周波数帯域８００〜９７５ＭＨｚにおいて、図１〜図３に示した基板型アンテナの利得特性曲線２９は、図５および図６に示した基板型アンテナの利得特性曲線２８よりも殆ど高利得となっている。しかも、利得特性曲線２９は、従来の基板型アンテナの利得特性曲線２７にほぼ匹敵する高感度の利得を得ることができる。

図１〜図３に示した基板型アンテナでは、第一アンテナに設けた給電点７と、これに近接配置したアース点９とに接続した同軸ケーブル１０を設け、二つの共振周波数帯域の送受信信号を送受信するだけでなく、第一アンテナに形成した接地用アース点１４に一端を接続した接地ケーブル１５を設け、この接地ケーブル１５の他端を接地している。

このような基板型アンテナによれば、一枚の薄型の基板１と、これを使用した基板型アンテナを小型化しても、接地ケーブル１５による接地によって、基板の一方側基板面に構成した第一アンテナにおける共振周波数帯域のＶＳＷＲ値が望ましい値に抑えることができ、同軸ケーブル１０から異なる二つの共振周波数帯域の送受信信号を感度良く送受信することが可能となる。従って、比較的簡単な構成で、小型で高性能の基板アンテナを容易に得ることができる。例えば、図５および図６に示した基板型アンテナにおける基板１は、長さが７８ｍｍ、幅が２０ｍｍであるのに対して、図１〜図３に示した基板型アンテナにおける基板１は、長さ６５ｍｍ、幅１０ｍｍ程度であり、基板１の大きさを４２％程度まで縮小することができる。

また一枚の薄型の基板１を使用して、その一方側基板面２に第一結合部パターン４を形成し、その他方側基板面１７に第二結合部パターン１９を形成し、見かけ上は１枚の薄型の基板１でありながら、二つの第一アンテナおよび第二アンテナを構成することができる。一枚の基板１における一方側基板面２と他方側基板面１７を利用しないで、従来のような複数枚の基板を使用したものと比較すると、本構造の基板１は、約３０％の面積にまで縮小することができる。

尚、上述の説明では、一枚の基板１に構成した異なる共振周波数帯域として８００ＭＨｚ帯域と２ＧＨｚ帯域とを例示したが、これに限定するものではない。また、図３に示したアンテナ素子２１は、第二結合部パターン１９の一方側端部に電路２０を介して接続したが、第二結合部パターン１９の他方側端部に電路２０を介して接続しても同様の効果を得ることができる。

以上説明した本発明の基板型アンテナは、誘電体からなる基板１の一方側基板面２に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターン４を形成し、この第一結合部パターン４の分断した位置の一方側端部に低い方の共振周波数と成る第一アンテナを構成するアンテナ素子６を、また第一結合部パターン４の分断した位置の他方側端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子１３を接続し、基板１に形成した給電点７とアース点９から送受信信号を送受信する基板アンテナにおいて、基板１の他方側基板面１７に、第一結合部パターン４に対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターン１９を形成し、第二結合部パターン１９の分断した位置の一方側端部に他の共振周波数帯域となる第二アンテナを構成するアンテナ素子２１を接続し、第一アンテナおよび第二アンテナは、共通の給電点７から異なる共振周波数帯域の送受信信号を送受信可能に構成し、第一アンテナの他方のアンテナ素子１３に接地用アース点１４を構成し、この接地用アース点１４に一端を接続し他端を接地した接地ケーブル１５を設けている。

このような基板型アンテナによれば、見かけ上は簡単な一枚の薄い基板アンテナでありながら、第一アンテナと第二アンテナを構成することができ、共通の給電点７およびアース点９を使用しながら薄型の基板１に二つのアンテナを簡単に構成することができる。

しかも、第一結合部パターン４の分断した他方側端部に接続したアンテナ素子１３の接地用アース点１４に一端を接続した接地ケーブル１５で接地するようにしているため、一枚の薄型の基板１と、これを使用した基板型アンテナを小型化しても、接地ケーブル１５による接地によって、一方側基板面に構成した第一アンテナにおける共振周波数帯域のＶＳＷＲ値が望ましい値に抑えることができ、同軸ケーブル１０から異なる二つの共振周波数帯域の送受信信号を感度良く送受信することが可能となる。従って、比較的簡単な構成で、小型で高性能の基板アンテナを容易に得ることができる。

また接地ケーブル１５としては、その径を０．１ｍｍ以上で０．５ｍｍ以下とした導線（絶縁被覆或いは裸線）で構成している。

径を０．１ｍｍ以上としたのは、これ以上細くすると作業に支障が生じるためであり、また、０．５ｍｍ以下としたのは、これ以上太くした場合抵抗が増え感度の良い送受信を確定するためのチューニングが難しくなるためである。

また接地ケーブル１５は、その長さの増減によって共振周波数帯域の微調整を調整可能にしたため、図６に示すように第二結合部パターン１９の外周部に外側に突出するように細長い微調整用アンテナ素子２４を形成し、この微調整用アンテナ素子２４の長さなどを調整する必要がなくなり、基板１におけるアンテナ構成のためのパターンの大きさおよび形状の標準化を図ることができるようになり、接地ケーブル１５側で簡単に調整することができるようになる。

１ 基板
２ 一方側基板面
４ 第一結合部パターン
６ アンテナ素子
７ 給電点
８ アース部
９ アース点
１０ 同軸ケープル
１３ アンテナ素子
１４ 接地用アース点
１５ 接地ケーブル
１７ 他方側基板面
１９ 第二結合部パターン
２１ アンテナ素子

Claims (4)

1. 誘電体からなる基板の一方側基板面に、一箇所を分断したループ状の第一結合部パターンを形成し、この第一結合部パターンの分断した位置の両端部に第一アンテナを構成するアンテナ素子をそれぞれ接続し、前記基板上に形成した給電点から送受信信号を送受信する基板型アンテナにおいて、
   前記基板の他方側基板面に、前記第一結合部パターンに対向する位置に一箇所を分断したループ状の第二結合部パターンを形成し、この第二結合部パターンの分断した位置の一方側に第二アンテナを構成するアンテナ素子を接続し、前記第一アンテナの一方の前記アンテナ素子に前記給電点を構成し、前記第一アンテナの他方の前記アンテナ素子に接地用アース点を構成し、前記接地用アース点に一端を接続し他端を接地した接地ケーブルを設け、前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点からそれぞれ送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする基板型アンテナ。
2. 前記第一アンテナおよび前記第二アンテナは、共通の前記給電点からそれぞれ異なる共振周波数帯域の送受信信号を送受信可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板型アンテナ。
3. 前記接地ケーブルは、その径を０．１ｍｍ以上で０．５ｍｍ以下とした導線で構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板型アンテナ。
4. 前記接地ケーブルは、その長さの増減によって共振周波数帯域の微調整を調整可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の基板型アンテナ。

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