WO2007094402A1

WO2007094402A1 - 小型広帯域アンテナおよび無線通信装置

Info

Publication number: WO2007094402A1
Application number: PCT/JP2007/052713
Authority: WO
Inventors: Akio Kuramoto; Takuji Mochizuki
Original assignee: Nec Corporation; Nec Electronics Corporation
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2007-08-23
Also published as: KR101109703B1; CN101385199A; TWI338973B; JPWO2007094402A1; KR20080100367A; EP1993169A1; JP4742134B2; US20100231477A1; US8125390B2; TW200742171A; AU2007215840A1; AU2007215840B2; CN101385199B; EP1993169A4

Abstract

　小型広帯域アンテナ（１０３）は、誘電体基板（１）に形成された放射素子および該放射素子に双極の電位を供給する給電手段としての同軸ケーブル（２）を備える。放射素子は、同軸ケーブルの外部導体（４）を介して接地電位が供給される接地電位部と、同軸ケーブルの中心導体（３）を介して接地電位と対の電位が供給される対極電位部とを有する。接地電位部は、誘電体基板の表裏にテーパ状に形成され且つ相互に容量結合する一対の導体（１３／１４）を含む。対極電位部は、誘電体基板の表裏にテーパ状に形成され且つ相互に容量結合する一対の導体（３１／３２）を含む。接地電位部および対極電位部は、誘電体基板の表面にある各導体（１３及び３１）のテーパ頂部にそれぞれの給電点を有する。小型広帯域アンテナ（１０３）は、更に、放射素子と給電手段との間でインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合部としてのスタブ導体（１７）を備える。

Description

明細書

小型広帯域アンテナおよび無線通信装置

技術分野

[0001] 本発明は、誘電体プリント基板を利用したアンテナに関し、特に、広帯域の無線通信に用いる小型のアンテナに関する。

背景技術

[0002] 従来、超広帯域の無線通信技術である UWB (Ultra Wide Band)技術が知られてレヽる。一般に、 UWB技術は、ワイヤレス TV、あるいは、ノートパソコンまたは携帯情報端末のための無線 LAN等に利用される。 UWB技術を用いた通信の周波数としては、例えば 3· lGHz〜4. 9GHzが想定される力その通信を実現するには、 UWBの無線通信に対処し得るアンテナが必要とされる。

[0003] 従来知られた広帯域アンテナとして、例えば、図 25に示すようなディスコーンアンテナ 200'がある。ディスコーンアンテナ 200'は、同軸中心導体 204'が同軸外部導体 205'により覆われた同軸ケーブル 203 'に、放射素子となる円板 201 'および円錐板 202'が図示の態様にて取り付けられたものである。

[0004] また、上記のディスコーンアンテナ 200'のような立体的なアンテナのほか、従来、プリント基板に放射素子が形成された平面的なアンテナがある。この種のアンテナ技術として、例えば、後述の非特許文献 1には、自己補対放射素子を用いた広帯域ァンテナが記載されている。このアンテナは、ダイポールアンテナ（Dipole Antenna :双極アンテナ）の 2系統の放射素子に相当する 2つのパターンがプリント基板に形成されたものである。 2つのパターンのうち一方はプリント基板の表面に形成され、他方は、基板の裏面において表面のパターンと対向しないよう形成される。

非特許文献 1 :電子情報通信学会論文誌（B) Vol.J88 _B No. 9、 2005年 9月、 16 62ページ〜 1673ページ

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ところで、昨今では、上記の UWB技術を利用し、携帯情報端末やノートパソコンのための USB (Universal Serial Bus)接続をワイヤレスで実現する技術が提案されている。一般に、携帯情報端末やノートパソコンに装着される USB機器のサイズは、携帯情報端末やノートパソコンのサイズや持ち運び性を考慮し、、わゆるメモリスティックのように極力小型であることが望まれる。このメモリスティックの場合、そのサイズは、長さ 60mmx幅 15mmx厚さ 8mm程度が一般的である。したがって、 UWB技術により USBを実現するにあたっては、端末に装着する無線インタフェース機器のサイズも、メモリスティックのサイズと同程度であることが要求される。

[0006] UWB技術に係るスティック形状の USB機器、すなわち端末に装着する無線インタフェース機器には、アンテナ及びそれに接続された通信回路を実装したプリント基板が搭載されている。このプリント基板の面積は、およそ長さ 50mmx幅 10mmであるが、そのうちアンテナに与えられる面積は長さ 20mmx幅 10mm程度である。

[0007] 前述のディスコーンアンテナ 200は、無線通信において広帯域な特性が得られる力図 25に示すように、その形状は立体的であり且つ大型化し易い。よって、携帯情報端末に装着する無線インタフェース機器のアンテナには不向きである。一方、非特許文献 1にて提案されているアンテナは、平面的なものであるが、アンテナに必要とされる面積が長さ 65mmx幅 40mmである。従って、この技術を、アンテナの面積が長さ 20mmx幅 10mm程度に制限される上述の無線インタフェース機器に適用することは困難である。

[0008] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、広帯域の無線通信に使用されるアンテナをより小型にプリント基板へ形成する技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明に係る小型広帯域アンテナは、誘電体基板に形成された放射素子および該放射素子に双極の電位を供給する給電手段を備え、前記放射素子は、前記給電手段力接地電位が供給される給電点を有する接地電位部と、前記給電手段から接地電位と対の電位が供給される給電点を有する対極電位部とを有し、前記接地電位部および対極電位部は、それぞれが前記誘電体基板の表裏にテーパ形状に形成され且つ相互に容量結合する一対の導体を含み、それぞれの前記給電点が前記誘電体基板の表裏いずれかの同一面の各導体のテーパ頂部に位置する。

[0010] 本発明の基本構想は、ダイポールアンテナの 2系統の放射素子をそれぞれ分割し、分割により形成された素子部分を誘電体基板の表裏に配置するというものである。よって、基板の同一面上には、 2系統の素子部分が存在する。かかる構成のアンテナに給電がなされると、表裏に形成された同一系統の素子部分は、互いに重なり合う箇所すなわち誘電体基板を介して対向する箇所で容量結合する。これにより、同一系統の素子部分が基板を介して電気的に接続される。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、放射素子を構成する接地電位部及び対極電位部のそれぞれを分割し、分割により形成された素子部分となる各導体を基板の表裏に配置したことから、アンテナの小型化を図ることができる。また、各導体をテーパ状に形成したことにより、広帯域の周波数特性を得ることができる。したがって、 UWBの無線通信により USBを実現する技術にも対処することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明の小型広帯域アンテナの第 1の実施形態の構成図である。

[図 2]第 1の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 3]本発明の小型広帯域アンテナの第 2の実施形態の構成図である。

[図 4]第 2の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 5]本発明の小型広帯域アンテナの第 3の実施形態の構成図である。

[図 6]第 3の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 7]本発明の小型広帯域アンテナの第 4の実施形態の構成図である。

[図 8]第 4の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 9]本発明の小型広帯域アンテナの第 5の実施形態の構成図である。

[図 10]第 5の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 11]本発明の小型広帯域アンテナの第 6の実施形態の構成図である。

[図 12]第 6の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 13]本発明の小型広帯域アンテナの第 7の実施形態の構成図である。

[図 14]第 7の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。園 15]本発明の小型広帯域アンテナの第 8の実施形態の構成図である。園 16]第 8の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

園 17]本発明の小型広帯域アンテナの第 9の実施形態の構成図である。園 18]第 9の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

園 19]本発明の小型広帯域アンテナの第 10の実施形態の構成図である。園 20]本発明の小型広帯域アンテナの第 11の実施形態の構成図である。園 21]本発明の小型広帯域アンテナの第 12の実施形態の構成図である。園 22]本発明の小型広帯域アンテナの第 13の実施形態の構成図である。園 23]第 13の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

園 24]本発明の小型広帯域アンテナのリターンロス特性の説明図である。園 25]従来のディスコーンアンテナの構成図である。

園 26]第 14の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

園 27]第 14の実施形態のアンテナのリターンロス特性の説明図である。園 28]第 15の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

園 29]第 16の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

[図 30]第 17の実施形態のアンテナの表裏を示す構成図である。

園 31]無線通信装置の概略ブロック図である。

符号の説明

101〜117：アンテナ

1、 61 :プリント基板 (誘電体基板）

2 :同軸ケーブル

3 :同軸中心導体

4 :同軸外部導体

5 :同軸外部導体接続線

11〜： 17、 31、 32、 41、 42 :導体

21、 51、 73 :スノレーホ一ノレ

72 :グランド 200：プリント基板 (誘電体基板）

201 :グランド

203、 301、 401 :スタブ

204 :スルーホール

発明を実施するための最良の形態

[0014] 《実施形態の構成の説明 1》

図 1に、本発明の第 1の実施形態のアンテナ 101の構成を示す。図 2は、アンテナ 1 01の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 101においては、放射素子としての後述の導体 11〜導体 16およびインピーダンス整合部として機能する導体 17がプリント基板 1上にパターン形成されている。プリント基板 1は、長手方向の寸法を「Y」および短手方向の寸法を「X」（Xく Υ)とした矩形を成す誘電体基板である。即ち、本実施形態および以下の実施形態でいうプリント基板は、その外面に導体がプリントされるべき誘電体基板のことを指す

[0015] アンテナ 101には、放射素子に双極（Dipole)の電位を供給する給電手段としての同軸ケーブル 2が接続されている。同軸ケーブル 2は、接地電位が与えられた同軸外部導体 4と、これに被覆され接地電位と対の電位を供給する同軸中心導体 3とを備る。

[0016] プリント基板 1は矩形状をなしており、放射素子はプリント基板 1の 2つの長手方向外周辺（寸法 Yの直線状外周辺）と 2つの短手方向外周辺（寸法 Xの直線状外周辺）とにより規定される矩形状のアンテナ領域に形成されている。

[0017] 導体 11は、プリント基板 1の表面において第 1の長手方向外周辺の中央近傍より上方の短手方向外周辺に向かって広がるテーパ形状の導体パターンである。この導体 11は、プリント基板 1の上方の 1つの頂点を直角点とした大略直角三角形に形成されると共に、その直角三角形の斜辺から基板 1の第 2の長手方向外周辺の方へと突出する凸部を有する。この凸部は、基板の上方端部付近で三角形または台形に形成される。 [0018] 導体 12は、プリント基板 1の裏面において第 2の長手方向外周辺の中央近傍より上方の短手方向外周辺に向かって広がるテーパ形状の導体パターンである。この導体 12は、プリント基板 1の上方の 1つの頂点を直角点とした大略直角三角形に形成されると共に、その直角三角形の斜辺から基板 1の第 1の長手方向外周辺の方へと突出する凸部を有する。この凸部は、基板の上方端部付近で三角形または台形に形成される。これら導体 11及び導体 12は、接地電位と対になる電位が供給される対極電位部に対応する構成要素である。

[0019] 導体 13は、プリント基板 1の表面において第 1の長手方向外周辺の中央近傍より下方の短手方向外周辺に向かって広がるテーパ形状の導体パターンである。導体 14 は、プリント基板 1の裏面において第 2の長手方向外周辺の中央近傍より下方の短手方向外周辺に向かって広がるテーパ形状の導体パターンである。これらは、接地電位が供給される接地電位部に対応する構成要素であり、プリント基板 1の異なる頂点を直角点とした大略直角三角形に形成される。

[0020] 導体 15及び導体 16は、プリント基板 1の第 1および第 2の長手方向外周辺に対応する両側面に形成され、導体 11及び導体 12に接合された導体であり、プリント基板 1の上方の短手方向外周辺に隣接して位置する導体 11及び導体 12間を短絡する手段である。導体 17は、プリント基板 1の表面の導体 11から伸長するカギ状 (L字状）のスタブ導体であり、その屈曲方向は該スタブ導体の先端部が導体 11に対向する（すなわち導体 11の斜辺と概ね平行になる）ように設定される。これら導体 15、導体 1 6及び導体 17は、同軸ケーブル 2の特性インピーダンスと、同軸ケーブル 2から導体 11側を見た入力インピーダンスとを整合させるためのインピーダンス整合部に対応する構成要素である。

[0021] なお、スタブとしての導体 17の形状は、その先端が開放されていれば、図示のようなカギ状に限らず、曲りのない直線的な帯状としてもよい。また、スタブの配置は、図示の導体 17のように導体 11のテーパ頂部付近とすることに限らず、インピーダンス整合の都合に応じて他の配置とすることができる。

[0022] 力、かる構成のアンテナ 101において、その給電は、図 1に示すように、同軸ケープノレ 2の同軸中心導体 3を導体 11のテーパ頂部にハンダ付けし、また、同軸外部導体 4を導体 13のテーパ頂部からプリント基板 1の第 1の長手方向外周辺に沿って一様にハンダ付けすることにより実現する。力べして、接地電位部および対極電位部の給電点は、誘電体基板 1の表面の導体 11, 13のテーパ頂部に位置する。

[0023] 以上のように、接地電位部の一対の導体 13, 14は、各導体のテーパ頂部の近傍の領域同士が誘電体基板 1を介して対向することなく配置され、各導体のテーパ頂部の近傍の領域以外の一部の領域 (下方の短手方向外周辺に隣接する領域）同士が誘電体基板 1を介して対向して配置されている。同様に、対極電位部の一対の導体 11 , 12は、各導体のテーパ頂部の近傍の領域同士が誘電体基板 1を介して対向することなく配置され、各導体のテーパ頂部の近傍の領域以外の一部の領域（上方の短手方向外周辺に隣接する領域）同士が誘電体基板 1を介して対向して配置されている。

[0024] 接地電位部および対極電位部のそれぞれの給電点の位置する導体 11， 13は、そのテーパ頂部同士がプリント基板 1の外形と一致する矩形状のアンテナ領域の第 1の長手方向辺の中央の近傍に配置され、且つテーパ頂部を挟む辺のうちの一方がァンテナ領域の第 1の長手方向辺に合致している。また、接地電位部および対極電位部のそれぞれの前記給電点の位置する導体と対をなす導体 12, 14は、そのテーパ頂部同士が前記アンテナ領域の第 2の長手方向辺の中央の近傍に配置され、且つテーパ頂部を挟む辺のうちの一方がアンテナ領域の第 2の長手方向辺に合致している。更に、接地電位部の一対の導体 13, 14のテーパ頂部を挟む辺のうちの他方 (即ち斜辺）同士が交差し、対極電位部の一対の導体 11, 12のテーパ頂部を挟む辺のうちの他方 (即ち斜辺）同士が交差している。尚、この交差は、実際に交わることを意味するものではなぐ基板の表面または裏面の法線方向から見た場合に交差して見えることを意味する。

[0025] 図 3に、本発明の第 2の実施形態のアンテナ 102の構成を示す。図 4は、アンテナ 1 02の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 102と、図 1に示す前述のアンテナ 101との差異は、導体 11及び導体 12間の短絡手段にある。具体的には、図 1のアンテナ 101の短絡手段が側面の導体 15及び導体 16であるのに対し、本実施形態のアンテナ 102は、図 3及び図 4に示すスルーホール 21を短絡手段とする。

[0026] スノレーホ一ノレ 21は、別名ビアホールと称される従来知られた短絡手段であり、その構造は、導体 11及び導体 12間に位置するプリント基板 1を貫通する穴の内壁に導体が形成されたものである。スルーホール 21の数は、図示の例では、プリント基板 1 における上方の両側面に沿って 3箇所ずつ、計 6箇所であるが、高周波的にみて、すなわち使用する波長の長さに対してスルーホール 21が十分小さいものであれば、 2 個ずつまたは 1個ずつ、あるいは 3個ずつ以上など、適宜設定が可能である。また、スルーホール 21の配置も図示のものに限らなレ、。

[0027] 図 5に、本発明の第 3の実施形態のアンテナ 103の構成を示す。図 6は、アンテナ 1 03の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 103と、図 1に示す前述のアンテナ 101との差異は、短絡手段の有無と、対極電位部となる導体パターンの形状にある。すなわち、アンテナ 103は、プリント基板 1の表裏間の短絡手段を具備せず、また、対極電位部として、図 1の導体 11 及び導体 12に替わる導体 31及び導体 32を備える。

[0028] 導体 31は、プリント基板 1の表面において第 1の長手方向外周辺の中央近傍より上方の短手方向外周辺に向かって広がるテーパ形状の導体パターンである。導体 32 は、プリント基板 1の裏面において第 2の長手方向外周辺の中央近傍より上方の短手方向外周辺に向かって広がるテーパ形状の導体パターンである。これら導体 31および導体 32は、図 5及び図 6に示すように、それぞれ前述の導体 11及び導体 12のような凸部を具備しない大略直角三角形に形成される。

[0029] 図 7に、本発明の第 4の実施形態のアンテナ 104の構成を示す。図 8は、アンテナ 1 04の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 104は、図 1に示す前述のアンテナ 101のプリント基板 1の裏面に、スタブとなる導体 41を付加したものと同等である。

[0030] 導体 41は、プリント基板 1の裏面において、一部がプリント基板 1の表面の導体 13 と対向するように形成され、本発明における接地電位部のためのインピーダンス整合部となる第 2のスタブ導体としての機能を果たす。図示の導体 41は、プリント基板 1の裏面にぉレ、て第 1の長手方向外周辺の中央近傍力、ら延びてレ、て、レ、ずれの導体パターンにも接合されることなく独立して形成されており、その屈曲方向はプリント基板

1の表面のスタブ導体 17のそれと水平方向（即ち、プリント基板 1の短手方向外周辺と平行な方向）に関して対称になるよう配置されている。すなわち、第 2のスタブ導体 41は、その屈曲方向がその先端部が第 2のスタブ導体 41と容量結合する接地電位部の導体 13に誘電体基板 1の表裏で (すなわち誘電体基板 1を介して）対向する（すなわち導体 13の斜辺と概ね平行になる）ように形成されている。なお、導体 41の形状は、プリント基板 1の表面のスタブ導体 17と同様にカギ形状 (L字状）であるが、これに替えて曲がりのない帯形状であってもよい。

[0031] 図 9に、本発明の第 5の実施形態のアンテナ 105の構成を示す。図 10は、アンテナ 105の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。

[0032] 本実施形態のアンテナ 105と、図 7に示す前述のアンテナ 104との差異は、短絡手段にある。具体的には、図 7のアンテナ 104が短絡手段としてプリント基板 1の側面の導体 15及び導体 16を具備するのに対し、アンテナ 105は、図 9に示すように、スル一ホール 21を短絡手段とする。このスルーホール 21は、図 3に示す前述のアンテナ 102が具備するものと同様のものであり、説明を省略する。

[0033] 図 11に、本発明の第 6の実施形態のアンテナ 106の構成を示す。図 12は、アンテナ 106の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 106は、図 5に示す前述のアンテナ 103、すなわち短絡手段を具備しないアンテナ 103に対し、その裏面に図 7に示す前述のアンテナ 104と同様な第 2のスタブとなる導体 41を付加したものと同等である。

[0034] 図 13に、本発明の第 7の実施形態のアンテナ 107の構成を示す。図 14は、アンテナ 107の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 107は、図 7に示す前述のアンテナ 104に対し、プリント基板 1 の表面の導体 13と、プリント基板 1の裏面に形成された第 2のスタブ導体 41とを基板側面で短絡する導体 42を付加したものと同等である。

[0035] 図 15に、本発明の第 8の実施形態のアンテナ 108の構成を示す。図 16は、アンテナ 108の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 108は、図 9に示す前述のアンテナ 105に対し、プリント基板 1 の表面の導体 13とプリント基板 1の裏面の第 2のスタブ導体 41とをスルーホール 51 により短絡したものと同等である。このスルーホール 51の構造は、プリント基板 1の上方端部にあるスルーホール 21と同様であり、説明を省略する。

[0036] 図 17に、本発明の第 9の実施形態のアンテナ 109の構成を示す。図 18は、アンテナ 109の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 109は、図 11に示す前述のアンテナ 106に対し、プリント基板 1 の表面の導体 13とプリント基板 1の裏面の第 2のスタブ導体 41とをスルーホール 51 により短絡したものと同等である。

[0037] 次に、本発明の小型広帯域アンテナにおける給電に関し、その実施形態を説明する。図 19に、第 10の実施形態のアンテナ 110の構成を示す。図示のアンテナ 110は、便宜上、前述の第 1の実施形態（図 1及び図 2)の導体パターンを適用したものである力導体パターンは、これに限らず他の実施形態のものであってもよい。

[0038] アンテナ 110の給電は、同軸ケーブル 2の同軸中心導体 3が、導体 11のテーパ頂部にハンダ付けされる一方で、同軸外部導体 4は、同軸外部導体接続線 5により導体 13のテーパ頂部に接続される。より詳しくは、同軸外部導体接続線 5の一端が同軸外部導体 4にハンダ付けされ、他端が導体 13のテーパ頂部にハンダ付けされる。

[0039] 前述の第 1〜第 9の各実施形態では、同軸ケーブル 2が、プリント基板 1に対しその長手方向に沿って配置されて接続されたのに対し、図 19に示す本実施形態では、同軸中心導体 3に曲げを施すことにより、同軸ケーブル 2がプリント基板 1に対しその長手方向にほぼ直交する方向に配置されて接続される。

[0040] 図 20に、給電に関する他の実施形態としての第 11の実施形態の構成を示す。本実施形態のアンテナ 111と、図 19に示す前述のアンテナ 110との差異は、同軸外部導体 4の接続態様にある。前述のアンテナ 110は導体 13及び同軸外部導体 4が同軸外部導体接続線 5により接続されているのに対し、本実施形態のアンテナ 111は、図 20に示すように、同軸外部導体 4が導体 13のテーパ頂部に点接触により直接的にハンダ付けされる。

[0041] このように、本発明を実施するにあたっては、同軸ケーブル 2の配線方向の都合に応じて、図 1に示すような前述の給電方法、あるいは図 19又は図 20に示す給電方法を適用すればよい。

[0042] 図 21に、本発明の第 12の実施形態の構成を示す。前述の各実施形態は、プリント基板 1の寸法がアンテナの外周寸法を規定するものであつたが、本実施形態は、前述のプリント基板 1よりも大型のプリント基板 61の一部の領域（アンテナ領域）にアンテナ 112を形成するものである。このプリント基板 61は、携帯情報端末に装着する U SB対応の無線インタフェース機器のような無線通信装置に搭載される誘電体基板であり、プリント基板 61を用いて、図示しない通信回路がアンテナ 112と共に形成される。

[0043] 即ち、誘電体基板 61は矩形状をなしており、放射素子は誘電体基板 61の長手方向外周辺の一部と短手方向外周辺の一部とにより規定される矩形状のアンテナ領域に形成されている。誘電体基板 61の長手方向とアンテナ領域の長手方向とは、一致する必要はなぐたとえば互いに直交してレ、てもよレ、。

[0044] 以上のようにして、小型広帯域アンテナと、そのプリント基板 61を用いて形成され且つ小型広帯域アンテナと電気的に接続された無線通信回路部とを含む無線通信装置が構成される。このような無線通信装置の概略ブロック図を図 31に示す。

[0045] 図 21に示すアンテナ 112は、その導体パターンとしては図 3に示すアンテナ 102のものが適用され、また、給電方法としては、図 19に示すものが適用されたものである。プリント基板 61に形成するアンテナの導体パターンとしては、図示のものに替えて他の実施形態のものを適用することができる力短絡手段を持たせる場合は、スルーホールを具備する実施形態のものを適用する。

[0046] 図 22に、本発明の第 13の実施形態の構成を示す。図 23は、本実施形態のアンテナ 113の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。

[0047] 本実施形態のアンテナ 113は、図 21に示す前述のアンテナ 112の給電手段として、同軸ケーブル 2を接続することに替えて、プリント基板 1の表裏にマイクロストリップライン 71及びグランド 72を形成したものと同等である。具体的には、図 22に示すように、同軸中心導体 3に対応するマイクロストリップライン 71をプリント基板 1の表面の導体 31に接続し、同軸外部導体 4に対応するプリント基板 1の裏面のグランド 72とプリント基板 1の表面の導体 13とをプリント基板 1に形成されたスルーホール 73により短絡する。

[0048] なお、表面の導体 13と裏面のグランド 72との短絡形態は、図示のものに限らず、例えば、棒状の導体または導線によってハンダ付けで接続する、あるいは、グランド 72 のパターンを導体 13の下まで形成し、静電容量によって両者を高周波的に短絡させるという形態がある。

[0049] 以上の実施形態では、短絡手段の一つとして、プリント基板 1の側面に形成される導体 15及び導体 16 (例えば図 1)を説明したが、短絡手段の形態としては、プリント基板 1の上方の側面、すなわち基板 1の上方の短手方向外周辺に、導体 11及び導体 12を短絡する導体を形成するという形態であってもよい。その場合、導体パターンとしては、上方端部付近で矩形を成す導体 11及び導体 12 (図 1)に替えて、図 5に示すような導体 31及び導体 32であってもよい。

[0050] また、本発明に係る小型広帯域アンテナに関し、その放射素子の形状は、上記各実施形態のものに限定されない。例えば、放射素子となる各導体パターンの形状は、大略直角三角形に替えて、直角点を有しない大略三角形であってもよい。さらにまた、給電点が設定される頂点を具備するテーパ形状であれば、上記実施形態のような直線のみにより形成される形状に限らず、例えば曲線を含む形状であってもよい。また、接地電位部および対極電位部のそれぞれの導体は、そのテーパ頂部を挟む 2 つの辺のいずれもがプリント基板の外周辺に合致しなくともよい。

[0051] 《電気的作用の説明 1》

次に、本発明の小型広帯域アンテナの電気的作用について説明する。まず、短絡手段を具備しない図 5に示すアンテナ 103を例に挙げて説明する。アンテナ 103の基本的な動作は、ダイポールアンテナに基づく。図 5より、同軸ケーブル 2はプリント基板 1の表面において導体 31及び導体 13に接続されているが、これら導体 31及び導体 13は、ダイポールアンテナの双極のエレメントに相当する。

[0052] し力、しながら、基板表面に導体 31及び導体 13を形成したのみでは、各エレメントとしての絶対的な長さが不足する。そこで、この不足分の長さを補うべく形成されているのが導体 32及び導体 14である。すなわち、表面の導体 31及び裏面の導体 32により本発明に係る対極電位部を形成し、また、表面の導体 13及び裏面の導体 14が接地電位部を形成する。

[0053] 対極電位部に関し、表面の導体 31と裏面の導体 32は、直流的には導通していないが、高周波的には接続されているとみなすことができる。高周波的な接続とは、導体 31及び導体 32間の容量結合による作用を指す。より詳細には、同軸ケーブル 2からの給電により、プリント基板 1を挟む導体 31及び導体 32の重複箇所において容量結合が生じ、結果、導体 31及び導体 32間が電気的に接続されることを指す。

[0054] したがって、アンテナ 103をダイポールアンテナとして見た場合、同軸中心導体 3に接続される放射素子の長さは、導体 31及び導体 32の長さを足したものと考えることができる。また、導体 31及び導体 32は上方端部で接続され、且つ、導体 32が裏面側に折り曲げられたものと解釈できる。

[0055] ここで、導体 31及び導体 32はそれぞれテーパ形状に形成されていることから、両者を同一平面上にて接続した状態を想定すると、その形状は、概ね平行四辺形を成す。よって、給電点となる導体 31のテーパ頂部から導体 32への電気の伝播ルートとして、多様な長さのルートを確保できる。このことは、多様な長さの波長が分布できることを意味し、すなわち、広帯域特性を得ることができる所以である。

[0056] ダイポールアンテナの他方のエレメントとなる接地電位部については、上記説明を導体 13及び導体 14に適用したものと同等であり、説明を省略する。また、導体 17は、前述したように、インピーダンス整合をとるために適正な位置に形成されたスタブである。

[0057] 次に、本発明の電気的作用について、短絡手段を具備する図 1に示すアンテナ 10 1を例に挙げて説明する。図 1のアンテナ 101の作用も、基本的には、図 5のアンテナ 103の作用と同様である。アンテナ 101とアンテナ 103との違いは、インピーダンスを整合させるための短絡手段が付加されていることである。すなわち、アンテナ 101 において、対極電位部となる導体 11及び導体 12が凸部を有しており、その凸部に接合された導体 15及び導体 16により導体 11及び導体 12が短絡されている。

[0058] 図 5のアンテナ 103に対し、図 1のアンテナ 101には上記のような構造の違いはあるが、各アンテナエレメントをプリント基板 1の端部で折り返した状態に形成し、且つ、折り返しによる重複箇所で容量結合させるということに関しては、アンテナ 101及びアンテナ 103間の差異はない。両者の構造の違いは、インピーダンスの整合手段と考えて差し支えなぐ原理的な差異はない。

[0059] このように、本発明に係る小型広帯域アンテナは、いずれも双極のエレメントを持つダイポールアンテナと原理的に同様な動作をする。

[0060] 本発明の小型広帯域アンテナの実際のアンテナ寸法について説明する。アンテナ寸法は、使用周波数の最小値の波長で計算して、例えば、短手方向を約 0. 1波長分の寸法とし、また、長手方向を約 0. 2波長分の寸法とすることができる。図 1及び図 5では、 X=約 0. 1波長、 Y =約 0. 2波長となる。

[0061] 本発明のアンテナは、前述したように、ダイポールアンテナの各エレメントの中央付近に幅を持たせ、それらを折り返したものとみなすことができる。よって、この見地によれば、折り返した状態での縦 (Υ)の長さが 0. 2波長であることは、折り返し分を伸ばせば、各エレメントの長さは 0. 2波長となる。さらに、エレメントの斜め方向、すなわち前述した擬似的な平行四辺形における対角線方向にも電流が流れることを考慮すれば、各エレメントの全長は概ね 0. 25波長になると考えられる。よって、本発明の原理力広帯域通信において十分に実用的かつ効果的なものであることがわかる。

[0062] 上記のことから、使用周波数の最小値が例えば 3. 1GHzの場合、その波長は約 9 7mmであることから、アンテナ寸法としては、約 10mm X約 20mm確保できれば実現可能である。よって、本発明によれば、 UWBにより USB接続を実現するための無線インタフェース機器に好適となる。

[0063] 図 24は、図 1の構成に関するリターンロス特性の実測値である。ここで、図 1に示すプリント基板 1の寸法は、長さ（Y)が約 20mm、幅（X)が約 10mm、厚さは約 0. 8m mとしている。また、プリント基板 1の材料は、 FR—4基板（ガラスエポキシ基板）である。図 24より、 3. 1GHz力ら 4. 9GHzのリターンロスは、糸勺 _ 7. 4dBであり、 VSWR は、 2. 5以下である。

[0064] 以上説明した実施形態によれば、 UWBのような広帯域の無線通信に対処し得るァンテナをプリント基板上に小型に形成することができる。

[0065] 《実施形態の構成の説明 2》

図 26に、本発明の第 14の実施形態の構成を示す。図 26は、本実施形態のアンテナ 114の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。本実施形態のアンテナ 114は、給電手段としてマイクロストリップ線路（71、 72)を具備する前述のアンテナ 113 (図 22及び図 23)を応用したものである。

[0066] アンテナ 114は、図 26に示すように全体が長方形、または、少なくともアンテナ 114 が形成される部分 (アンテナ領域）が長方形を成すプリント基板 200と、プリント基板 2 00の端部周辺の表裏に形成された導体 11、導体 12、導体 13及び導体 14と、給電ストリップライン 202は、本発明におけるマイクロストリップ線路を構成する第 1の導体に対応し、グランド 201は第 2の導体に対応する。

[0067] 導体 11〜導体 14の形状は、基本的には、前述の実施形態において対応するものと同様であるが、導体 13は、テーパ形状に広がった端部でグランド 201と接続されており、実質的にはグランド 201と一体化された形状を成す。元来、グランド 201は、プリント基板 200に実装される UWB用 LSI (図示略)等の部品に接地電位を供給するためにプリント基板 200上に形成される、いわゆるグランド板である。本実施形態では、導体 13をグランド 201と一体化することにより、アンテナ 114と実装部品とでグランド 201を共用する。

[0068] 図 26に示すように、アンテナ 114は、プリント基板 200の表面の導体 13のテーパ頂部から伸長する鉤状のスタブ導体であるスタブ 203を有する。スタブ 203は、その屈曲方向がスタブ先端部が導体 13に対向する（すなわち導体 13の斜辺と概ね平行になる）ように設定されている。このスタブ 203は、アンテナ 114の電気的なインピーダンスを調整するものであるから、配置及び数量は、図示のものに限らず、必要に応じて適宜変更してよい。

[0069] アンテナ 114における給電は、導体 11のテーパ頂部にスルーホール 204を介して端部は、必要に応じて、グランド 201側に実装される UWB用 LSI等の回路に接続される。

[0070] 以上のようにして、小型広帯域アンテナと、そのプリント基板 200を用いて形成され且つ小型広帯域アンテナと電気的に接続された無線通信回路部とを含む無線通信装置が構成される。

[0071] 《電気的作用の説明 2》

アンテナ 114の電気的作用は、原理的には、アンテナ 101及びアンテナ 103 (図 1 及び図 5)を例に挙げて説明した前述の電気的作用と同様である。前述の説明を引用すると、アンテナ 114は、垂直のダイポールアンテナとみなすことができる。また、ァンテナ 114は、導体 13がグランド 201と一体化されていることから、図 26における導体 13の右端も、部分的には図 5に示すアンテナに関する電気的作用の説明において記載したように、ダイポールの他方のエレメントの一部として作用する。よって、導体 13をグランド 201と接続し、導体 13上の電流がグランド 201側にも自由に流れることができるようにすることで、インピーダンスの整合の効果が高められる。

[0072] 図 27に、図 26の構成におけるリターンロス特性を示す。図示の特性は、プリント基板 200の寸法が、幅 10mm、長さ 45mm、厚さ 0. 8mmであり、基板部材としてガラスエポキシ基板（FR— 4基板）を用いた場合の実測例である。図 27に示すように、使用帯域の 3· lGHz〜4. 9GHzにおいて、 l ldBのリターンロスが得られている。この値は、 VSWRで 1. 8以下に相当する。このように良好な VSWRが得られることで、ィンピーダンスの不整合に起因してアンテナから反射される電力も減るため、アンテナの放射効率および利得が高められる。

[0073] このように、プリント基板（200)に実装される UWB用 LSI等の回路のためのグランド板（201)をアンテナと共用するよう構成することで、より良好な VSWR特性、放射効率及び利得を実現することができる。

[0074] 《実施形態の構成の説明 3》

前述したように、図 26に示すスタブ 203のようなスタブ導体の配置および数量は、図示のものに限定されない。以下、図 28、図 29及び図 30を参照して、アンテナ 114 の構成力スタブ導体（203)の配置あるいは数量を変更した実施形態について説明する。

[0075] 図 28に、本発明の第 15の実施形態の構成を示す。図 28は、本実施形態のアンテナ 115の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。前述のアンテナ 114 (図 26)力導体 13から伸長するスタブ 203を有するのに対し、本実施形態のアンテナ 115は、図 28に示すように、プリント基板 200の裏面にてマイクロストリップライン 202から伸長するスタブ 301を有する。スタブ 301は、スタブ 203と同様に鉤状を成し、その屈曲方向がスタブ先端部がプリント基板 200を介して導体 1 1に対向する（すなわち導体 11の斜辺と概ね平行になる）ように設定されている。

[0076] 図 29に、本発明の第 16の実施形態の構成を示す。図 29は、本実施形態のアンテナ 116の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。ァンテナ 116のスタブ導体は、導体 11のテーパ頂部、すなわちプリント基板 200の表面におけるスルーホール 204付近力、ら伸長する鉤状のスタブ 401である。スタブ 401 は、図 29に示すように、その屈曲方向がスタブ先端部が導体 11に対向する（すなわち導体 11の斜辺と概ね平行になる）ように設定されてレ、る。

[0077] 図 30に、本発明の第 17の実施形態の構成を示す。図 30は、本実施形態のアンテナ 117の表面及び裏面における導体パターンの態様を一括して示すものである。ァンテナ 117は、スタブ導体として、プリント基板 200の表面において導体 13から伸長する前述のスタブ 203 (図 26)と、裏面においてマイクロストリップライン 202から伸長する前述のスタブ 301 (図 28)とを備える。

[0078] 図 26に示すアンテナ 114を基本としてスタブ導体（203)の配置及び数量を変更した構成は、図 28〜図 30に示す上記のものに限らず、インピーダンス整合の都合に応じて適宜変更してよい。

産業上の利用可能性

[0079] 本発明の小型広帯域アンテナは、 UWB無線技術に用いるアンテナ、無線 LAN用アンテナ、地上波デジタル TV放送受信用アンテナ、及び、携帯電話用アンテナ等、小型に形成でき且つ広い周波数帯域を必要とする用途に好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 誘電体基板に形成された放射素子および該放射素子に双極の電位を供給する給電手段を備え、

前記放射素子は、前記給電手段から接地電位が供給される給電点を有する接地電位部と、前記給電手段から接地電位と対の電位が供給される給電点を有する対極電位部とを有し、

前記接地電位部および対極電位部は、それぞれが前記誘電体基板の表裏にテーパ形状に形成され且つ相互に容量結合する一対の導体を含み、それぞれの前記給電点が前記誘電体基板の表裏いずれかの同一面の各導体のテーパ頂部に位置することを特徴とする小型広帯域アンテナ。

[2] 前記接地電位部および対極電位部のそれぞれの前記一対の導体は、各導体のテーパ頂部の近傍の領域同士が前記誘電体基板を介して対向することなく配置され、各導体の前記テーパ頂部の近傍の領域以外の領域同士が前記誘電体基板を介して対向して配置されていることを特徴とする請求項 1記載の小型広帯域アンテナ。

[3] 前記誘電体基板は矩形状をなしており、前記放射素子は前記誘電体基板の長手方向外周辺の少なくとも一部と短手方向外周辺の少なくとも一部とにより規定される矩形状のアンテナ領域に形成されており、

前記接地電位部および対極電位部のそれぞれの前記給電点の位置する導体は、そのテーパ頂部同士が前記アンテナ領域の第 1の長手方向辺の中央の近傍に配置され且つ前記テーパ頂部を挟む辺のうちの一方が前記アンテナ領域の第 1の長手方向辺に合致しており、

前記接地電位部および対極電位部のそれぞれの前記給電点の位置する導体と対をなす導体は、そのテーパ頂部同士が前記アンテナ領域の第 2の長手方向辺の中央の近傍に配置され且つ前記テーパ頂部を挟む辺のうちの一方が前記アンテナ領域の第 2の長手方向辺に合致しており、

前記接地電位部の一対の導体の前記テーパ頂部を挟む辺のうちの他方同士が交差し、前記対極電位部の一対の導体の前記テーパ頂部を挟む辺のうちの他方同士が交差していることを特徴とする請求項 1〜2のいずれか一項記載の小型広帯域アンテナ。

[4] 更に、前記放射素子と前記給電手段との間でインピーダンスを整合させるためのィンピーダンス整合部を備えていることを特徴とする請求項 1記載の小型広帯域アンテナ。

[5] 前記インピーダンス整合部は、前記対極電位部の一方の導体から伸長し且つその端部が開放されたスタブ導体を含むことを特徴とする請求項 4記載の小型広帯域ァンテナ。

[6] 前記スタブ導体が鉤状であることを特徴とする請求項 5記載の小型広帯域アンテナ

[7] 前記インピーダンス整合部は、前記スタブ導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面と同一面にある前記接地電位部の導体と前記誘電体基板を介して相互に容量結合し、且つ前記スタブ導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面の反対面に配された第 2のスタブ導体を含むことを特徴とする請求項 5記載の小型広帯域アンテナ。

[8] 前記インピーダンス整合部は、前記誘電体基板の側面に形成され且つ前記対極電位部の一対の導体と接合され且つ該一対の導体を短絡する側面導体を含むことを特徴とする請求項 4〜7のいずれか一項記載の小型広帯域アンテナ。

[9] 前記インピーダンス整合部は、前記誘電体基板に設けられ且つ前記対極電位部の一対の導体を短絡するスルーホールを含むことを特徴とする請求項 4〜 7のいずれか一項記載の小型広帯域アンテナ。

[10] 前記接地電位部および対極電位部のそれぞれの一対の導体は、各導体が、前記テーパ形状を形成する一辺を斜辺とした大略直角三角形を成し且つ他方の導体と前記斜辺同士が交差するように配されたことを特徴とする請求項 1記載の小型広帯域アンテナ。

[11] 前記接地電位部および対極電位部のそれぞれの一対の導体は、各導体が、前記テーパ形状を形成する一辺を斜辺とした大略直角三角形を成し且つ他方の導体と前記斜辺同士が交差するように配され、

前記対極電位部の一対の導体は、それぞれの前記斜辺に付属する凸部を有し、該凸部が前記側面導体と接合されていることを特徴とする請求項 8記載の小型広帯域アンテナ。

[12] 前記接地電位部および対極電位部のそれぞれの一対の導体は、各導体が、前記テーパ形状を形成する一辺を斜辺とした大略直角三角形を成し且つ他方の導体と前記斜辺同士が交差するように配され、

前記対極電位部の一対の導体は、それぞれの前記斜辺に付属する凸部を有し、該凸部が前記スルーホールと接合されていることを特徴とする請求項 9記載の小型広帯域アンテナ。

[13] 前記インピーダンス整合部は、前記スタブ導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面の反対面に配された第 2のスタブ導体を含み、更に、前記誘電体基板の側面に形成され且つ前記第 2のスタブ導体と前記第 2のスタブ導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面の反対面に形成されている前記接地電位部の導体とを短絡すべく該導体及び前記第 2のスタブ導体に接合された側面導体を含むことを特徴とする請求項 5記載の小型広帯域アンテナ。

[14] 前記インピーダンス整合部は、前記スタブ導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面の反対面に配された第 2のスタブ導体を含み、更に、前記誘電体基板に設けられ且つ前記第 2のスタブ導体と前記第 2のスタブ導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面の反対面に形成されている前記接地電位部の導体とを短絡すべく該導体及び前記第 2のスタブ導体に接合されたスルーホールを含むことを特徴とする請求項 5記載の小型広帯域アンテナ。

[15] 前記スタブ導体は、前記対極電位部の導体のテーパ頂部から伸長し且つその鉤状の屈曲方向がその先端部が前記対極電位部の導体に対向するように形成されたことを特徴とする請求項 6に記載の小型広帯域アンテナ。

[16] 前記第 2のスタブ導体は、鉤状であり、その鉤状の屈曲方向がその先端部が前記第 2のスタブ導体と容量結合する前記接地電位部の導体に前記誘電体基板の表裏で対向するよう形成されたことを特徴とする請求項 7記載の小型広帯域アンテナ。

[17] 前記スタブ導体または第 2のスタブ導体が直線状であることを特徴とする請求項 5、 7、 13及び 14のいずれか一項に記載の小型広帯域アンテナ。

[18] 前記給電手段は、前記対極電位部の一方の導体と接合される中心導体および該中心導体を被覆し前記接地電位部に接地電位を供給する外部導体を備える同軸ケ一ブルであることを特徴とする請求項 1記載の小型広帯域アンテナ。

[19] 前記同軸ケーブルの外部導体が、前記中心導体が接合された前記対極電位部の導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面と同一面にある前記接地電位部の導体に、前記テーパ頂部を挟む辺のうちの一方であって前記誘電体基板の外周辺に合致する辺に沿って接合されていることを特徴とする請求項 18記載の小型広帯域アンテナ。

[20] 前記同軸ケーブルは前記給電点の位置する前記対極電位部および接地電位部の導体のテーパ頂部を挟む辺のうちの一方であって前記誘電体基板の外周辺に合致する辺を横切る向きに配置されていることを特徴とする請求項 18記載の小型広帯域アンテナ。

[21] 前記外部導体が接続線を介して前記導体と接合されることを特徴とする請求項 20 記載の小型広帯域アンテナ。

[22] 前記給電手段は、前記誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項 1記載の小型広帯域アンテナ。

[23] 前記マイクロストリップ線路は、前記対極電位部の一方の導体から伸長する導体と

、前記接地電位部の一方の導体に前記誘電体基板に形成されたスルーホールにより短絡された導体とを含むことを特徴とする請求項 22記載の小型広帯域アンテナ。

[24] 前記放射素子の外周を規定する寸法および形状が適用波長の最小値に基づく 0.

1波長 χθ. 2波長の矩形であることを特徴とする請求項 1記載の小型広帯域アンテナ

[25] 前記誘電体基板の寸法が前記放射素子の外周を規定する寸法と同一であることを特徴とする請求項 24記載の小型広帯域アンテナ。

[26] 請求項 1記載の小型広帯域アンテナと、該小型広帯域アンテナの誘電体基板を用レ、て形成された無線通信回路部とを含むことを特徴とする無線通信装置。

[27] 前記マイクロストリップ線路は、前記対極電位部の一方の導体に前記誘電体基板に形成されたスルーホールにより短絡された第 1の導体と、前記接地電位部の一方の導体と一体化され且つ無線通信回路が搭載される第 2の導体とを含むことを特徴とする請求項 23記載の小型広帯域アンテナ。

[28] 前記インピーダンス整合部は、前記第 2の導体と一体化された前記接地電位部の一方の導体から伸長し且つその端部が開放された鉤状のスタブ導体を含み、前記鉤状のスタブ導体は、屈曲方向がその先端部が前記接地電位部の一方の導体に対向するよう形成されたことを特徴とする請求項 27記載の小型広帯域アンテナ

[29] 前記インピーダンス整合部は、前記第 1の導体力伸長し且つその端部が開放された鉤状のスタブ導体を含み、

前記第 1の導体から伸長する前記鉤状のスタブ導体は、屈曲方向がその先端部が前記対極電位部の一方の導体に対向するよう形成されたことを特徴とする請求項 27

〜28のいずれか一項記載の小型広帯域アンテナ。

[30] 前記インピーダンス整合部は、前記第 2の導体の形成された前記誘電体基板の表裏いずれかの面と同一面に配された前記対極電位部の一方の導体から伸長し且つその端部が開放された鉤状のスタブ導体を含み、

前記鉤状のスタブ導体は、屈曲方向がその先端部が前記対極電位部の一方の導体に対向するよう形成されたことを特徴とする請求項 27記載の小型広帯域アンテナ