JPWO2008139826A1 - スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】薄型の状態でアンテナの広帯域化を実現する。【解決手段】開口孔形状のスロットを有するアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと対向して配置された反射板と、前記アンテナエレメントと前記反射板とに物理的及び電気的に接続された給電手段と、前記アンテナエレメントと前記反射板との間を電気的に短絡する短絡手段と、アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段とを有している。アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段を有しているため、アンテナを薄型化したとしても、アンテナのリアクタンス成分を低減することができ、薄型にも拘わらず、アンテナの広帯域化を実現することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、反射板を備えたスロットアンテナに関し、特に薄型であって、広帯域性能を有するスロットアンテナに関する。

近年の携帯無線端末の薄型化、及び様々な無線ネットワークへの接続機能が求められている。これに伴い、携帯無線端末に搭載するアンテナについても、実装スペースの制約から、薄型化の要求、及び各種無線サービスに接続する必要性からマルチバンド対応の要求が高まりつつある。

端末の薄型が進むに連れて、端末使用時に手や人体などの外部要因と端末に搭載されているアンテナとの距離が近くなることで影響が受けやすくなり、アンテナ特性の劣化による端末の通信性能の低下、特に通話時のアンテナ特性の劣化という問題が生じる。

影響低減構造としては、アンテナと外部の損失要因との間に金属板（反射板）を挿入する構造が知られている。反射板を供えたアンテナ構造は反射板とアンテナの距離が近づくと一般的に動作帯域が狭くなるため、反射板を供えたアンテナ構造の広帯域化の技術として、複数のアンテナエレメントをスタックした構造が開示されている（例えば、特許文献１，特許文献２）。

特許文献１に開示されたアンテナ装置は図６（ａ），（ｂ）に示すように、誘電体基板３２上に放射素子３０を備えたマイクロストリップアンテナが形成され、そのマイクロストリップアンテナ上に無給電素子３１が装荷され、マイクロストリップアンテナ、特に放射素子３０と無給電素子３１による複共振を利用した広帯域化技術である。

特許文献２に開示された２周波共用マイクロストリップアンテナは図７に示すように、２つのマイクロストリップアンテナ４０，４１を上下にスタックしたアンテナ構造のものであって、それぞれ共振周波数の異なる２つのマイクロストリップアンテナ４０，４１に電力を給電して、２周波共用特性を実現させて広帯域化を図る技術である。
特開２００１−３２６５２８号公報 特開２００３−２４９８１８号公報

しかし、特許文献１及び２に開示されたアンテナでは、複共振特性を実現するためにアンテナエレメントを上下に重ね合わせた構造であり、アンテナが厚くなるという課題がある。

本発明の目的は、反射板を有するスロットアンテナに関し、薄型であって、広帯域性能を実現したスロットアンテナを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るスロットアンテナは、開口孔形状のスロットを有するアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントと対向して配置された反射板と、前記アンテナエレメントと前記反射板とに物理的及び電気的に接続された給電手段と、前記アンテナエレメントと前記反射板との間を電気的に短絡する短絡手段と、アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、薄型であって広帯域性能を実現したスロットアンテナを提供できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施形態に係るスロットアンテナは図１及び図２に示すように、基本的構成として、開口孔形状のスロット１を有するアンテナエレメント２と、前記アンテナエレメント２と対向して配置された反射板３と、前記アンテナエレメント２と前記反射板３とに物理的及び電気的に接続された給電手段４と、前記アンテナエレメント２と前記反射板３との間を電気的に短絡する短絡手段５と、アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段とを有するものである。

ここで、前記給電手段４は、送信アンテナの場合、送信信号を送出するためにアンテナエレメント及び反射板に電力供給を行う給電端子として機能し、受信アンテナの場合、到来した電磁波でアンテナ上に誘起される電流を取り込む受電端子として機能する。

スロットアンテナは、金属板に細長い切り抜きを入れてアンテナとしたものであって、前記切り抜きによって形成されるスロットは、両端が閉塞された構造と、一端が開放された構造（ノッチ形状）とがある。本発明の実施形態に係るスロットアンテナは、後者の構造、すなわち一端が開放された構造を対象とするものである。

本発明の実施形態において、送信アンテナとして機能する場合を考えると、スロット１の短絡端１ｂの周辺に配置した給電手段４から給電を行って、スロット１に電界及び磁界を発生させると、スロット長が使用周波数の１／４となるときに電界がスロット１の開放端１ａで最大、閉塞端１ｂで最小となるような共振が生じ、アンテナとして動作する。

特にアンテナを薄くするのに伴って、アンテナのリアクタンス成分は増加するため、アンテナの帯域は狭帯化される。本発明の実施形態では、アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段を有している。したがって、本発明の実施形態によれば、アンテナを薄型化したとしても、アンテナのリアクタンス成分を低減する構造であるため、薄型にも拘わらず、アンテナの広帯域化を実現することができる。

以下、具体例を用いて、本発明の実施形態に係るスロットアンテナを詳細に説明する。
（実施例１）

本発明の実施例１に係るスロットアンテナは図１（ａ），図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、開口孔形状のスロット１を有するアンテナエレメント２と、反射板３と、給電手段４と、短絡手段５と、低減手段とを有している。

アンテナエレメント２は図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、放射板２ａと、スロット１とを有している。放射板２ａは、縦長形状の金属製の平板から形成されている。スロット１は、放射板２ａに細長く切り抜いて形成されたものであって、スロット１の長辺側の一端（開放端）１ａは放射板２ａの端縁２ｂから外部に開放され、スロット１の長辺側の他端（閉塞端）１ｂは、放射板２ａの端縁２ｂより内側に位置して閉塞された構造になっている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す実施例１では、スロット１に追加して別のスロット６を設けている。スロット６はスロット１と同様に、放射板２ａに細長く切り抜いて形成されたものであって、スロット６の長辺側の一端（開放端）６ａは放射板２ａの端縁２ｂから外部に開放され、スロット６の長辺側の他端（閉塞端）６ｂは、放射板２ａの端縁２ｂより内側に位置して閉塞された構造になっている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）では、アンテナエレメント２のスロット１及び６は、Ｌ型形状に形成され、その長さは、使用周波数の１／４波長の電気長に設定されている。

反射板３は図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、アンテナエレメント２よりも大きいサイズの金属製の縦長の平板として形成されている。反射板３は、アンテナエレメント２と対向して配置され、電磁波を反射するものである。反射板３の端縁３ａと、スロット１，６の開口端１ａ，６ａが設けられたアンテナエレメント２の端縁２ｂとは、同一面になるように配置されている。

給電手段４は図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、アンテナエレメント２と反射板３とに物理的及び電気的に接続されている。ここに、物理的及び電気的に接続されているとは、給電手段４がアンテナエレメント２と反射板３とに機械的に結合され、その結合状態でアンテナエレメント２及び反射板３と給電手段４とが電気的に接続されている状態を意味する。

給電手段４は図１（ｂ）に示すように、スロット１，６の閉塞端１ａ，６ａ付近で、スロット１，６の幅の狭い領域Ａでアンテナエレメント２と反射板３とに物理的及び電気的に接続されている。

短絡手段５は図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、アンテナエレメント２と反射板３とを電気的に短絡している。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す実施例１では、短絡手段５は、アンテナエレメント２と反射板３との間にあって、給電手段４の近傍に配置されて、アンテナエレメント２と反射板３とを電気的に短絡している。

さらに、図１に示す実施例１における低減手段は、アンテナのリアクタンス成分を低減するものであり、スロット１に直接設けられている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す実施例１では、給電手段４の近傍でのスロット１の開口面積を拡大した構造になっている。具体的には、Ｌ型形状に形成されたスロット１の直角コーナーの内側１ｃを斜めにカットする（低減手段）ことで、リアクタンス成分を低減させている。

ここで、スロットアンテナに用いている給電手段４は、送信アンテナの場合、送信信号を送出するためにアンテナエレメント及び反射板に電力供給を行う給電端子として機能し、受信アンテナの場合、到来した電磁波でアンテナ上に誘起される電流を取り込む受電端子として機能する。

一般にスロットアンテナは金属板に細長い切り抜きを入れ、それをアンテナとしたものである。スロットの形状としては、上記の様な細長い切り抜き形状のほかに、片端が開放端である切り欠き形状（ノッチ形状）があり、本発明の実施例では後者の切り欠き形状を有するスロットアンテナを対象としている。

図１に示す実施例１において、スロットアンテナを送信アンテナとして機能させる場合、スロット１，６の間にあってスロット６の短絡端の周辺に配置された給電手段４で電力を供給することで、スロット１，６に電界および磁界を発生させると、スロット長が使用周波数の１／４波長となるときに、電界がスロット１，６の開放端１ａ，６ａで最大、閉塞端１ｂ，６ｂで最小となるような共振が生じ、アンテナとして動作する。

図１に示す実施例１のアンテナ構造では、スロット１，６がそれぞれのスロット電気長に依存した周波数で共振が生じるが、それ以外にも、スロット６を形成したことで、スロット６の隣（上部）に形成されるＬ字型の導体（放射板２ａ）においても、その長さと幅で決まる周波数で共振が生じる。したがって、図１に示す本発明の実施例１に係るアンテナ構造では、上述した合計３周波数で共振が生じる。

次に、本発明の実施例１に係るスロットアンテナの送信アンテナとしての動作について説明する。

スロット１，６の電気長を１／４波長とした周波数の電力を給電手段４からアンテナエレメント２と反射板３に供給すると、スロット１，６で共振が引き起こされ、スロット１，６上に分布する電界、およびスロット１，６からアンテナエレメント２及び反射板３に広がった電流により電磁波が放射される。このとき、反射板３の作用により、電磁波の放射方向は指向性を有し、スロットが配置された側により強い放射が生じる。

次に、本発明の実施例１に係るスロットアンテナの受信アンテナとしての動作について説明する。

スロット１，６の電気長を１／４波長とした周波数の電磁波が到来すると、アンテナエレメント２には電流、およびスロット１，６上に電界及び磁界が誘起され、給電手段４を介して受信する。このとき、反射板３の採用により、スロット１，６が配置されている側から到来する電磁波に対してより高い感度を有する。

反射板を有する関連するアンテナの構成では、薄型化のためにアンテナエレメントと反射板との距離を縮めると、アンテナのインピーダンスが低下し、無線回路とのミスマッチングが生じ、効率良い送信受信が困難になる。なお、無線回路は、給電手段４に電気的に接続された回路であって、図１では図示するのを省略している。

図１に示す実施例１では、短絡手段５は、給電手段４の近傍、すなわち、スロット１，６の閉塞端１ｂ，６ｂ側の近傍に配置することで、アンテナのインピーダンスの低下を防止して、無線回路との整合を改善することで、効率良く送受信を行うことができる。

図１に示す実施例１のアンテナ構造では、特にスロット１をL字の直角コーナーの内側１ｃを斜めにカットした形状としており、給電手段４の近傍において開口面積（導電体を取り除いた部分）を広く取った構造である。そのため、給電手段４の周辺におけるリアクタンス成分を低減することができ、アンテナの広帯域化を実現できる。

特にアンテナが薄くなるに伴い、リアクタンス成分が急激に増加するため、本発明の実施例のような給電手段４の周辺のスロット開口面積を広くする構造は、アンテナの広帯域化に大きく寄与する。

スロット１において、Ｌ字型のコーナーを斜めにカットしたスロット形状は、スロット長が短くなり、共振周波数が高くなる。低周波数での共振を得るために、Ｌ字形状を長くしても良いが、スロットの占有面積が大きくなるので、それを避けるために、Ｌ字型のスロット形状の一部を、ミアンダ形状やスパイラル形状として占有面積を抑えて、且つスロット長を長く得るような形としても良い。

次に、給電手段４の具体例を図３〜図４に基づいて説明する。

図３に示す給電手段４は、樹脂ブロック４ａとスプリングピン４ｂとを有している。図３に示す反射板３は、複数のベタＧＮＤ層３ｂを有するプリント基板３ｃで構成されている。給電手段４の樹脂ブロック４ａは図３に示すように、反射板３上に取り付けられ、給電手段４のスプリングピン４ｂは、樹脂ブロック４ａで反射板３との間が電気的に絶縁されて、アンテナエレメント２の放射板２ａに電気的に接続されている。

図示しない無線回路からの給電線路は、スプリングピン４ｂと反射板３のベタＧＮＤ層３ｂに電気的に接続することで、送信アンテナの場合、アンテナに電力を給電する構造になっている。また、受信アンテナの場合、アンテナエレメント２に電流、スロット１，６に電界及び磁界が誘起される受信アンテナとして機能する場合、スプリングピン４ｂと反射板３のベタＧＮＤ層３ｂに接続された図示しない給電線路を介して受信信号が図示しない無線回路に伝送される。

図３に示す給電手段４は、樹脂ブロック４ａを用いてスプリングピン４ｂを絶縁した構成であり、スプリングピン４ｂの直下領域のプリント基板表層のベタＧＮＤ層３ｂを取り除く（ベタＧＮＤ層３ｂを取り除いた領域を３ｄとして示す）ことで、アンテナのリアクタンス成分を低減することができる。したがって、図３に示す給電手段４を採用することで、前述のスロット１の形状による効果に加えて更にアンテナの広帯域化を実現できる。

図３に示す実施例では、アンテナのリアクタンス成分を低減する構造（低減手段）として、スプリングピン４ｂと反射板３の間に生じるの寄生容量を低減するため、スプリングピン４ｂの直下領域のプリント基板表層のベタＧＮＤ層３ｂを取り除いた場合を説明したが、これに限られるものではない。

図４に示す給電手段４は、図３に示すスプリングピン４ｂを板バネ４ｃに変更した例である。図４に示す実施例では、給電・受信におけるアンテナのリアクタンス成分を低減する構造（低減手段）として、板バネ４ｃと反射板３の間に生じる寄生容量を低減するため、スプリングピン４ｂの直下領域のプリント基板表層のベタＧＮＤ層３ｂを取り除いている。その他の構成は、図３に示す構成と同様である。

図５に示す給電手段４は、アンテナのリアクタンス成分を低減する構造（低減手段）として、給電手段４と反射板３の間の寄生容量を低減するため、図３に示す反射板３を構成するプリント基板３ｃの表層に形成したベタＧＮＤ層３ｂを取り除き、プリント基板３ｃの裏面層のみにベタＧＮＤ層３ｂを形成した構造のものである。その他の構成は、図３に示す構成と同様である。

図４及び図５に示す給電手段４は、図３に示す給電手段４と同様の効果を奏するものである。また、図４及び図５に示す低減手段は、図３の実施例での低減手段と同様の効果を奏するものである。
（実施例２）

図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示す実施例２に係るスロットアンテナは、図１に示す実施例１を変更したものである。図１に示す実施例では、アンテナのリアクタンス成分を低減する構造（低減手段）として、給電手段４の近傍でのスロット１の開口面積を拡大した構造としたが、これに限られるものではない。図２に示す低減手段を採用してもよいものである。

図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示す実施例２では、アンテナエレメント２の端縁２ｂを反射板３の端縁３ａより外側に突き出すことで、スロット１に対するリアクタンス成分を低減させたものである。その他の構成は、図１，及び図３〜図５に示す構成と同様である。

図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示す実施例２では、アンテナエレメント２の端縁２ｂを反射板３の端縁３ａに対して外側にずらして配置したため、スロット１に対するリアクタンス成分を減少でき、アンテナ帯域を拡大することができる。特に、強い電界成分が集中するスロット１の開放端１ａの端縁２ｂを反射板３に対してずらすことで、その効果を顕著にすることができる。

また、スロット１の開放端１ａのアンテナエレメント２の端縁２ｂを反射板３の端縁３ａに対してずらして配置することで、アンテナエレメント２の辺縁部と反射板３の辺縁部間の距離を離すことが可能となり、アンテナの厚さを増加させることなく、放射や受信を妨げる誘導電流の誘起を抑えられることができ、薄型で効率良く電磁波が放射、受信可能なアンテナを実現できる。

図２では、アンテナエレメント２の端縁２ｂを反射板３に対して外側にずらして配置した構成としたが、それ以外の構成として、例えばスロット１の直下の反射板３を一部を取り除くことで、スロット１に対するリアクタンス成分を低減する構成としても良い。特に、電界成分の集中するスロット１の開放端１ａの直下の反射板３を取り除くことで、その効果を顕著とすることができる。

アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段として、図２、図３〜図５に示す低減手段を説明したが、これに限られるものではない。アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段として、反射板と給電手段の間の寄生容量を低減するもの、或いはアンテナエレメントと給電手段の間の寄生容量を低減するものであれば、図２、図３〜図５に示す低減手段以外のものであってもよいものである。

以上の説明では、アンテナエレメント２上に設けるスロット１，６の形状は、Ｌ型としたが、これに限られるものではない。給電手段４の周囲のスロット１，６の開口面積が広く取れるような構造であれば、スロット１，６の形状はＬ字型に限る必要はなく、それ以外の形状であっても良い。例えば、ストレート型やミアンダ型、U字型、Bow-Tie型などの形状を基本として、給電手段の周辺で開口面積を広くした形状とすることで、アンテナの広帯域化を実現できる。

また、スロットの占有面積を小さくしながら低い周波数での共振、アンテナ動作や、水平または垂直方向の偏波に感度を持たせることが可能となる。

スロットの数についても、スロットの数が２個の場合の例について説明してきたが、それ以上配置して多共振特性を持たせる構造としても良い。また給電手段に関しても、終電手段がひとつである様に記載したが、これに限らず、複数の給電手段を搭載しても良い。例えば２個以上のスロットが配置されている場合は、各スロットに給電手段を配置した構成であっても良いものとする。

また、スロット１のみに、リアクタンス成分を低減する構成を採用したが、これに限られるものではない。アンテナエレメント２に設けた全てのスロット１，６、或いは一部のスロットに対するリアクタンス成分を低減する構成を適宜選択して採用するようにしてもよいものである。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は２００７年５月１６日に出願された日本出願特願２００７−１３０８５０
を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

以上のように本発明によれば、アンテナを薄くした状態で給電点におけるリアクタンス成分を低減することができ、アンテナの薄型化と広帯域化を同時に実現できる。

（ａ）は、本発明の実施例１に係るスロットアンテナを示す斜視図、（ｂ）は、本発明の実施例１に係るスロットアンテナを示す平面図、（ｃ）は、本発明の実施例１に係るスロットアンテナを示す断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例２に係るスロットアンテナを示す斜視図、（ｂ）は、本発明の実施例２に係るスロットアンテナを示す平面図、（ｃ）は、本発明の実施例２に係るスロットアンテナを示す断面図である。 本発明の実施例における給電手段を示す断面図である。 本発明の実施例における給電手段を示す断面図である。 本発明の実施例における給電手段を示す断面図である。 （ａ）は、関連するアンテナを示す分解斜視図、（ｂ）は同断面図である。 関連するアンテナを示す断面図である。

符号の説明

１ スロット
１ａ スロットの開放端
１ｂ スロットの閉塞端
２ アンテナエレメント
３ 反射板
４ 給電手段
５ 短絡手段
６ スロット
６ａ スロットの開放端
６ｂ スロットの閉塞端

Claims (6)

1. 開口孔形状のスロットを有するアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントと対向して配置された反射板と、
   前記アンテナエレメントと前記反射板とに物理的及び電気的に接続された給電手段と、
   前記アンテナエレメントと前記反射板との間を電気的に短絡する短絡手段と、
   アンテナのリアクタンス成分を低減する低減手段と、を有することを特徴とするスロットアンテナ。
2. 前記低減手段は、前記スロットに直接設けられたものである、請求項１に記載のスロットアンテナ。
3. 前記低減手段は、前記給電手段の近傍での前記スロットの開口面積を拡大した構造である、請求項２に記載のスロットアンテナ。
4. 前記低減手段は、前記給電手段と反射板の間の寄生容量を低減するものである、請求項１に記載のスロットアンテナ。
5. 前記低減手段は、前記スロットの開放端が形成された前記アンテナエレメントの端縁を前記反射板の端縁に対してずらせた構造である、請求項１に記載のスロットアンテナ。
6. 前記短絡手段は、前記アンテナエレメントと前記反射板の間にあって、前記スロットの閉塞端の近傍で前記アンテナエレメントと前記反射板とを電気的に短絡するものである、請求項１に記載のスロットアンテナ。

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