JP6971283B2 - アンテナ構造 - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナ構造に関し、特に、広帯域で良好な反射損失を有するアンテナ構造に関する。
従来のスロット結合マイクロストリップラインパッチアンテナは、計３層の金属層を有し、中間の金属層は、接地面（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）であり、上層の金属層は、パッチ（Ｐａｔｃｈ）アンテナであり、下層の金属層は、フィードマイクロストリップラインであり、金属層の間は、メディアボードにより分離する。中間の金属層は、１つのスロットを開け、下方に位置するマイクロストリップラインが入力信号をスロットによって電界結合をパッチアンテナにフィードする。
従来のスロット結合マイクロストリップラインパッチアンテナは、インピーダンス整合（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ）の調整は容易ではなく、広帯域も上層のパッチアンテナのサイズが励起するモーダルに制限される。したがって、従来のパッチアンテナ設計は、広帯域の欠点を有し、例えば、ＲＦＩＤの米国規格（０．９０２ＧＨｚ−０．９２８ＧＨｚ）周波数帯のような広帯域の設計上、２０ｄＢのような高い反射損失の要求を達成するのは容易ではない。
本発明は、広帯域で良好な反射損失を有するアンテナ構造を提供する。
本発明のアンテナ構造は、アンテナパターン、接地層及び２つのマイクロストリップラインを含む。アンテナパターンは、第一部分及び第二部分を含み、第一部分は矩形であり、順に繋がる第一辺、第二辺、第三辺及び第四辺を含み、第二部分は、第一辺と第二辺からなる１つの角から外に延びて突出する。接地層は、アンテナパターンの下方に配置され、２つのスロットを含み、２つのスロットのアンテナパターンに対する投影は、それぞれ第三辺と第四辺に近い。２つのマイクロストリップラインは、接地層の下方に配置され、２つのマイクロストリップラインのアンテナパターンに対する投影は、第三辺と第四辺に垂直であり、接地層に対する投影は、２つのスロットを横切り、各マイクロストリップラインは、延伸方向に沿って第一段と第二段に分けられ、第二段のアンテナパターンに対する投影は、第一段のアンテナパターンに対する投影より第一部分の中心に近く、第一段の幅は、第二段の幅より大きい。
本発明の実施形態において、上記アンテナ構造は、第一の回路基板及び第二の回路基板を更に含む。アンテナパターンは、第一の回路基板の上表面に配置される。第二の回路基板は、第一の回路基板の下方に配置され、接地層は、第二の回路基板の上表面に配置され、２つのマイクロストリップラインは、第二の回路基板の下表面に配置される。
本発明の実施形態において、上記アンテナ構造は、第一の回路基板と第二の回路基板との間に配置されるスペーサを更に含む。
本発明の実施形態において、上記アンテナ構造は、周波数帯を共振するのに適し、第一の回路基板と第二の回路基板との間の間隔は、周波数帯の０．１倍の波長である。
本発明の実施形態において、上記第二部分は、Ｌ形を示す。
本発明の実施形態において、上記第二部分が第一辺に突出する長さは、第四辺の長さの０．０５倍〜０．１倍の間にあり、第二辺に突出する長さは、第三辺の長さの０．０５倍〜０．１倍の間にある。
本発明の実施形態において、上記アンテナ構造は、周波数帯を共振するのに適し、各マイクロストリップラインの長さは、周波数帯の０．２倍の波長〜０．３倍の波長の間にある。
本発明の実施形態において、上記各マイクロストリップラインの第一段の幅は、第二段の幅の１．１倍〜２倍の間にある。
本発明の実施形態において、上記各スロットの延伸方向は、対応するマイクロストリップラインの延伸方向に垂直である。
本発明の実施形態において、上記マイクロストリップラインの一方の延伸方向は、マイクロストリップラインの他方の延伸方向に垂直である。
上記より、本発明のアンテナ構造は、マイクロストリップラインの第一段の幅を第二段の幅より大きい設計によってインピーダンス整合を調整でき、本発明のアンテナ構造のアンテナパターンと組み合わせて、第二部分を第一辺と第二辺からなる１つの角から外に延びて突出することで、本発明のアンテナ構造を、広帯域で高い反射損失のアンテナとする。
本発明の上述した特徴と利点を更に明確化するために、以下に、実施例を挙げて図面と共に詳細な内容を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるアンテナ構造の上面概略図である。 図２は、図１のアンテナ構造の断面概略図である。 図３は、図１のアンテナ構造の第一の回路基板の上面概略図である。 図４は、図１のアンテナ構造の第二の回路基板の上面概略図である。 図５は、図１のアンテナ構造の第二の回路基板の底面概略図である。 図６は、図１のアンテナ構造の周波数−反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）の概略図である。
図１は、本発明の実施形態によるアンテナ構造の上面概略図である。図２は、図１のアンテナ構造の断面概略図である。説明することとして、図１では、接地層１２０とマイクロストリップライン１３０はいずれもアンテナパターン１１０の下方に位置しているため、破線で表している。また、図２の断面は、図１の折れ曲がった破線に沿った断面の概略図である。
図１と図２を参照すると、本実施形態のアンテナ構造１００は、二重スロット結合給電マイクロストリップラインパッチアンテナを例としているが、アンテナ構造１００の種類はこれに限定しない。本実施形態において、アンテナ構造１００は、広帯域で高い反射損失の効果を有しており、様々な異なる形式のＲＦＩＤリーダの使用に適用される。アンテナ構造１００の使用周波数帯は、例えば、０．９０２ＧＨｚ〜０．９２８ＧＨｚである。当然ながら、アンテナ構造１００の使用及び周波数帯は、これに限定しない。
図２からわかるように、本実施形態のアンテナ構造１００は、上から下に、アンテナパターン１１０、接地層１２０及び２つのマイクロストリップライン１３０を含む。図３は、図１のアンテナ構造１００の第一の回路基板の上面概略図である。図１と図３を合わせると、本実施形態において、アンテナパターン１１０は、例えば、パッチアンテナである。図１に示すように、アンテナパターン１１０は、第一部分１１２及び第二部分１１８を含み、第一部分１１２は矩形であり、例えば、長方形や正方形である。第一部分１１２は、順に繋がる第一辺１１３、第二辺１１４、第三辺１１５及び第四辺１１６を含み、第二部分１１８は、第一辺１１３と第二辺１１４からなる１つの角から外に延びて突出する。
アンテナパターン１１０の第二部分１１８は、第一部分１１２が共振する周波数帯を低周波に少し偏らせて、周波数帯全体を広げるのに用いてもよい。本実施形態において、第二部分１１８は、例えば、Ｌ形を示す。当然ながら、第二部分１１８の形状はこれに限定せず、その他の実施形態において、第二部分１１８は、四分の三の円形、鋸歯形、弧形又は不規則形であってもよい。図３に示すように、本実施形態において、第二部分１１８が第一辺１１３に突出する長さＬ２は、第四辺１１６の長さＬ１の０．０５倍〜０．１倍の間にあり、第二部分１１８が第二辺１１４に突出する長さＬ４は、第三辺１１５の長さＬ３の０．０５倍〜０．１倍の間にある。実験を経て、上記長さの関係により、アンテナ構造１００がより良いインピーダンス整合を有することができる。当然ながら、長さＬ１、Ｌ２の関係は、これに限定しない。
図４は、図１のアンテナ構造の第二の回路基板の上面概略図である。図１と図４を合わせると、接地層１２０は、アンテナパターン１１０の下方に配置される。接地層１２０は、金属層であり、２つのスロット１２２を含む。図１からわかるように、２つのスロット１２２のアンテナパターン１１０に対する投影は、それぞれ第三辺１１５と第四辺１１６に近い。
図２に示すように、２つのマイクロストリップライン１３０は、接地層１２０の下方に配置される。図５は、図１のアンテナ構造の第二の回路基板の底面概略図である。図１と図５を合わせると、２つのマイクロストリップライン１３０のアンテナパターン１１０に対する投影は、第三辺１１５と第四辺１１６に垂直であり、２つのマイクロストリップライン１３０の接地層１２０に対する投影は、２つのスロット１２２を横切る。本実施形態において、各マイクロストリップライン１３０は、延伸方向に沿って第一段１３２と第二段１３４に分けられ、第二段１３４のアンテナパターン１１０に対する投影は、第一段１３２のアンテナパターン１１０に対する投影より第一部分１１２の中心に近く、第一段１３２の幅は、第二段１３４の幅より大きい。
本実施形態のアンテナ構造１００は、マイクロストリップライン１３０のアンテナパターン１１０に対する投影が第三辺１１５と第四辺１１６を横切る位置に配置され、マイクロストリップライン１３０の第一段１３２の幅が第二段１３４の幅より大きい設計であることによって、インピーダンス整合を調整できる。上記設計は、アンテナパターン１１０と組み合わせて、第二部分１１８を第一辺１１３と第二辺１１４からなる１つの角から外に延びて突出することで、アンテナ構造１００を広帯域で高い反射損失のアンテナとする。
本実施形態において、マイクロストリップライン１３０の一方の延伸方向は、もう１つのマイクロストリップライン１３０の他方の延伸方向に垂直であり、各スロット１２２の延伸方向は、対応するマイクロストリップライン１３０の延伸方向に垂直である。当然ながら、その他の実施形態において、２つのマイクロストリップライン１３０の延伸方向は、これに限定せず、各スロット１２２の延伸方向と対応するマイクロストリップライン１３０の延伸方向の間の関係は、これに限定しない。
図２に戻ると、本実施形態において、アンテナ構造１００は、第一の回路基板１４０、第二の回路基板１５０及びスペーサ１６０を更に含む。アンテナパターン１１０は、第一の回路基板１４０の上表面１４２に配置される。第二の回路基板１５０は、第一の回路基板１４０の下方に配置される。接地層１２０は、第二の回路基板１５０の上表面１５２に配置され、２つのマイクロストリップライン１３０は、第二の回路基板１５０の下表面１５４に配置される。スペーサ１６０は、第一の回路基板１４０と第二の回路基板１５０との間に配置されて、第一の回路基板１４０と第二の回路基板１５０を隔てて、アンテナパターン１１０と接地層１２０に特定の距離を保持させる。本実施形態において、スペーサ１６０は、例えば、プラスチックコラムであるが、スペーサ１６０の種類はこれに限定しない。
本実施形態において、アンテナ構造１００は、ある周波数帯（例えば、０．９０２ＧＨｚ〜０．９２８ＧＨｚ）を共振するのに適しており、第一の回路基板１４０と第二の回路基板１５０との間の間隔は、およそこの周波数帯の０．１倍の波長であり、約５ｍｍ〜１０ｍｍである。
言及すべきこととして、その他の実施形態において、アンテナ構造１００は、１つの回路基板の設計であってもよい。即ち、アンテナパターン１１０、接地層１２０及び２つのマイクロストリップライン１３０は、それぞれ同じ回路基板にある異なる層であり、アンテナパターン１１０と接地層１２０との間及び接地層１２０と２つのマイクロストリップライン１３０との間は、２つの誘電体層によって隔てている。アンテナパターン１１０と接地層１２０との間の誘電体層の厚さは、およそアンテナ構造１００が共振する周波数帯の０．１倍の波長であってもよい。
また、図５からわかるように、本実施形態において、各マイクロストリップライン１３０の長さは、周波数帯の０．２倍の波長〜０．３倍の波長の間にあり、例えば、０．２５倍の波長であり、各マイクロストリップライン１３０の第一段１３２の幅は、第二段１３４の幅の１．１倍〜２倍の間にある。測定を経て、マイクロストリップライン１３０は、上記範囲にある時、アンテナ構造１００は、好適な反射損失を有する。
図６は、図１のアンテナ構造の周波数−反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）の概略図である。図６を参照すると、本実施形態において、アンテナ構造１００は、マイクロストリップライン１３０によって第二の回路基板１５０の辺縁の部位にフィードし、２本のマイクロストリップライン１３０を有することから、アンテナ構造１００は、２つのフィード端を有する。図１の下方に位置するフィード端（即ち、下方のマイクロストリップライン１３０から第二の回路基板１５０の辺縁の部位）が得る共振モーダルは太線で表示し、アンテナ構造１００の図１の左方に位置するフィード端（即ち、左方のマイクロストリップライン１３０から第二の回路基板１５０の辺縁の部位）が得る共振モーダルは細線で表示する。図６からわかるように、０．９０２ＧＨｚ〜０．９２８ＧＨｚの区間の２つのフィード端が得る共振モーダルの反射損失は、２０ｄＢ以上であり、良好である。
以上より、本発明のアンテナ構造は、マイクロストリップラインの第一段の幅を第二段の幅より大きい設計によってインピーダンス整合を調整でき、本発明のアンテナ構造のアンテナパターンと組み合わせて、第二部分を第一辺と第二辺からなる１つの角から外に延びて突出することで、本発明のアンテナ構造を、広帯域で高い反射損失のアンテナとする。
本文は以上の実施例のように示したが、本発明を限定するためのものではなく、当業者が本発明の精神の範囲から逸脱しない範囲において、変更又は修正することが可能であるが故に、本発明の保護範囲は後続の特許請求の範囲に定義しているものを基準とする。
本発明は、広帯域で良好な反射損失を有するアンテナ構造を提供する。
Ｉ：間隔
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５：長さ
Ｗ１、Ｗ２：幅
１００：アンテナ構造
１１０：アンテナパターン
１１２：第一部分
１１３：第一辺
１１４：第二辺
１１５：第三辺
１１６：第四辺
１１８：第二部分
１２０：接地層
１２２：スロット
１３０：マイクロストリップライン
１３２：第一段
１３４：第二段
１４０：第一の回路基板
１４２：上表面
１５０：第二の回路基板
１５２：上表面
１５４：下表面
１６０：スペーサ

Claims (10)

  1. 矩形であり、順に繋がる第一辺、第二辺、第三辺及び第四辺を含む第一部分及び前記第一辺と前記第二辺からなる１つの角から外に延びて突出する第二部分を含むアンテナパターンと、
    前記アンテナパターンの下方に配置され、前記アンテナパターンに対する投影がそれぞれ前記第三辺と前記第四辺に近い２つのスロットを含む接地層と、
    前記接地層の下方に配置され、前記アンテナパターンに対する投影が前記第三辺と前記第四辺に垂直であり、前記接地層に対する投影が前記２つのスロットを横切る２つのマイクロストリップラインと、を含み、
    各前記マイクロストリップラインは、延伸方向に沿って第一段と第二段に分けられ、前記第二段の前記アンテナパターンに対する投影は、前記第一段の前記アンテナパターンに対する投影より前記第一部分の中心に近く、前記第一段の幅は、前記第二段の幅より大きい、
    アンテナ構造。
  2. 第一の回路基板と、前記第一の回路基板の下方に配置される第二の回路基板と、を更に含み、
    前記アンテナパターンは、前記第一の回路基板の上表面に配置され、前記接地層は、前記第二の回路基板の上表面に配置され、前記２つのマイクロストリップラインは、前記第二の回路基板の下表面に配置される、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
  3. 前記第一の回路基板と前記第二の回路基板との間に配置されるスペーサを更に含む、
    請求項２に記載のアンテナ構造。
  4. 前記アンテナ構造は、周波数帯を共振するのに適し、前記第一の回路基板と前記第二の回路基板との間の間隔は、前記周波数帯の０．１倍の波長である、
    請求項２に記載のアンテナ構造。
  5. 前記第二部分は、Ｌ形を示す、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
  6. 前記第二部分が前記第一辺に突出する長さは、前記第四辺の長さの０．０５倍〜０．１倍の間にあり、前記第二辺に突出する長さは、前記第三辺の長さの０．０５倍〜０．１倍の間にある、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
  7. 前記アンテナ構造は、周波数帯を共振するのに適し、各前記マイクロストリップラインの長さは、前記周波数帯の０．２倍の波長〜０．３倍の波長の間にある、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
  8. 各前記マイクロストリップラインの前記第一段の幅は、前記第二段の幅の１．１倍〜２倍の間にある、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
  9. 各前記スロットの延伸方向は、対応する前記マイクロストリップラインの延伸方向に垂直である、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
  10. 前記マイクロストリップラインの一方の延伸方向は、前記マイクロストリップラインの他方の延伸方向に垂直である、
    請求項１に記載のアンテナ構造。
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