JP7278158B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、基板上にパターン形成したアンテナに関し、詳しくはモノポールアンテナを基本とした広帯域のアンテナに関する。

モノポールアンテナは、放射電波の４分の１波長の長さの放射素子を立てれば良いため、省スペースに配置でき小型の通信機器に広く採用されている。そして、このモノポールアンテナの広帯域化を図るために、周囲に別途導体パターンを配置して複雑なアンテナ形状としたものがある。
例えば、特許文献１では基板上に形成したモノポールアンテナの周囲にグランドに接続した放射素子を配置して広帯域化を図っている。

特開２０１２－１６５２２３号公報

上記特許文献１のアンテナは、単純なモノポールアンテナより広帯域なアンテナとすることができた。しかしながら、基板上にパターン形成した素子に加えて立体構造のエレメントを備えているためコスト高なものとなっていた。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、基板上にパターン形成するだけで、広帯域な特性を得ることが可能なアンテナを提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、基板上に形成されたグランドパッドの横方向に形成された境界部に給電部を備えて、当該給電部からグランドパッドを離れる縦方向に直線形成された第１放射素子と、第１放射素子の先端からグランドパッドの境界部に平行するよう延設された第２放射素子とを有するＴ型のモノポールアンテナと、当該モノポールアンテナに隣接してパターン形成された無給電アンテナとを有するアンテナであって、グランドパッドは、基板の表面に形成された第1グランドパッドと、裏面に形成された第２グランドパッドとを有し、モノポールアンテナ及び無給電アンテナのうち、少なくともモノポールアンテナは表面に形成される一方、第２グランドパッドは第１グランドパッドより縦に広く形成され、無給電アンテナは、グランドパッドに連結されて第２放射素子を超える部位まで延びたアース素子と、当該アース素子の先端から横方向に延びた帯状素子とを有し、一方に延びた帯状素子は第２放射素子の上部を覆う長さを有し、無給電アンテナ全体はＴ形状を成して基板の裏面に形成され、アース素子は第２グランドパッドに連結されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、基板上にパターン形成したＴ型のモノポールアンテナと無給電アンテナにより、低い周波数帯と高い周波数帯の２領域の共振周波数帯を生成でき、広帯域の周波数に対応可能となる。
また、無給電アンテナを基板の裏面に形成してアース素子を第２グランドパッドに連結するため、モノポールアンテナのカップリングを低減でき、アンテナを小型にできる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、第２放射素子から、グランドパッドに向けて第１放射素子と平行に延びたスタブを有し、スタブは第２グランドパッドとの間で静電容量結合して成ることを特徴とする。
この構成によれば、整合回路を設ける必要が無くなり、小型で安価な構成にできる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、グランドパッドは基板の中央に配置されて、基板の縦方向両端部にはアンテナパターン領域が設けられ、一方のアンテナパターン領域に、モノポールアンテナと無給電アンテナが配置され、他方のアンテナパターン領域のモノポールアンテナと対峙する位置には、モノポールアンテナと同一形状で上下及び左右を反転して形成されたモノポールアンテナが配置されて成ることを特徴徴とする。
この構成によれば、Ｔ型のモノポールアンテナと無給電アンテナの組に加えて、別途Ｔ型のモノポールアンテナを備えることで、Ｔ型モノポールアンテナの指向性の歪みを補償でき、良好な送受信特性を得ることができる。

本発明によれば、基板上にパターン形成したモノポールアンテナと無給電アンテナにより、低い周波数帯と高い周波数帯の２領域の共振周波数帯を生成でき、広帯域の周波数に対応可能となる。

本発明に係るアンテナの一例を示し、基板の表面のパターンに加えて裏面のパターンも合わせて示した正面説明図である。 基板の正面図である。 基板正面からみた背面のパターン図である。 Ａ部拡大図である。 メインアンテナのＶＳＷＲ特性図である。 サブアンテナのＶＳＷＲ特性図である。 アンテナの放射パターン図を示し、（ａ）はメインアンテナの特性、（ｂ）はサブアンテナの特性である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１～３は本発明に係るアンテナの一例を示す説明図であり、図１は基板の表面のアンテナパターンに加えて裏面に形成したアンテナパターンを合わせて表示した正面説明図、図２は基板の正面図、図３は基板正面から背面のパターン図である。１は第１モノポールアンテナ（以下、「第１アンテナ」と称する。）、２は無給電アンテナ、３は第２モノポールアンテナ（以下、「第２アンテナ」と称する。）、４はパターン形成されたグランドパッドであり、これらは誘電体から成る基板５の表面或いは裏面に銅箔によりパターン形成されている。

第１アンテナ１と無給電アンテナ２とでメインアンテナを構成し、第２アンテナ３がサブアンテナを構成している。以下、図面の上下方向、左右方向を基板５の縦方向、左右方向（横方向）として説明する。

グランドパッド４は、基板５の表裏両面に形成され、表面に第１グランドパッド４ａが形成され、裏面に第２グランドパッド４ｂが形成されている。双方のグランドパッド４ａ，４ｂは、パターンのほぼ全域が重なるよう形成され、適宜部位が連結されている。
具体的に、グランドパッド４は、基板５の中央部全体に形成され、帯状を成して基板５の左右端部に至る幅を有している。そして、基板５の縦方向の両端（上部及び下部）には一定の空間を有するよう形成され、上部及び下部の両面にグランドパターンの無いアンテナパターン領域Ｐを設けている。

第１グランドパッド４ａのアンテナパターン領域Ｐとの境界部は、左右方向に直線形成された境界線を有して形成されている。また、第２グランドパッド４ｂは第１グランドパッド４ａより上下に広く形成されている。

第１アンテナ１は、基板５の表面に形成され、上側のアンテナパターン領域Ｐに形成されている。第１グランドパッド４ａの上辺境界部に給電部６を有して、上方に棒状に伸びた第１放射素子１１と、この放射素子１１の上端において左右方向に伸びた第２放射素子１２とを備え、Ｔ型アンテナとして形成されている。

但し、第１放射素子１１の左側近傍において、第２放射素子１２から第１放射素子１１と平行にグランドパッド４に向けてスタブ１３が垂下形成されている。そして、このスタブ１３の下端は、基板５の裏面に形成された第２グランドパッド４ｂと僅かに重なるよう形成されている。

図４はＡ部を拡大した図であり、スタブ１３と第２グランドパッド４ｂとの重なり部Ｄを示している。図４に示すように、０．５ｍｍ重なるようスタブ１３は形成され、スタブ１３と第２グランドパッド４ｂとが静電容量結合している。

無給電アンテナ２は、基板５の裏面に形成され、第２グランドパッド４ｂに連結されて、途中メアンダ状に折り曲げ形成されたアース素子２１と、このアース素子２１の先端から左右方向に延びた帯状素子２２とにより構成され、全体はＴ型を成すＴ型アンテナである。
また、この無給電アンテナ２は、前面（表面）から見て第１アンテナ１の左側に隣接するよう配置され、アース素子２１は、表面に形成された第１放射素子１１を超える上方まで延びており、帯状素子２２のうち第１アンテナ１の方へ延びた一方の帯状素子２２ａは、第１アンテナ１の第２放射素子１２の上部を覆うよう延設されている。
一方、他方に延びた帯状素子２２ｂは、基板５の端部まで延設され、更に先端は下方に折り曲げられてコ字状に形成されている。

第２アンテナ３は、基板５の表面下部のアンテナパターン領域Ｐに形成され、第１アンテナ１に対峙するよう形成されている。具体的に、第１アンテナ１と同一形状で形成され、第１放射素子１１ａ、第２放射素子１２ａ、スタブ１３ａを有し、第１グランドパッド４ａとの境界部に給電部６ａを有し、左右及び上下が反転されて形成され、第１アンテナ１と点対称形状となっているＴ型アンテナである。

アンテナの主な寸法を記すと、図１に示すように第１アンテナ１の第１放射素子１１の長さは２０．５ｍｍ、第２放射素子１２の左右方向の長さは３０ｍｍ、スタブ１３の長さは１０ｍｍである。
また、無給電アンテナ２のアース素子２１はメアンダ部を伸ばすと５０ｍｍ以上の長さを有し、帯状素子２２の第１アンテナ１側は４４ｍｍの長さ、反対側は直線部が３３ｍｍの長さで形成され、その先が折り曲げられている。
尚、基板５は厚さ０．８ｍｍの誘電体基板であるＦＲ４（ガラスエポキシ基板）を使用している。

図５はメインアンテナである第１アンテナ１と無給電アンテナ２との組のＶＳＷＲ特性を示している。図５に示すように、ＶＳＷＲが３．０未満となる周波数エリアは０．６８８ＧＨｚ～１．０２９ＧＨｚの低い周波帯と１．６６７ＧＨｚ～２．７７８ＧＨｚの高い周波帯の２つ存在し、広帯域な特性を示している。
また、図６はサブアンテナである第２アンテナ３のＶＳＷＲ特性を示している。図６に示すように、ＶＳＷＲが３．０未満となる周波数エリアは１．２１４ＧＨｚ～２．８９０ＧＨｚであり、メインアンテナの上述した高い周波帯を含む帯域においてＶＳＷＲが良好な特性を示している。

図７はアンテナの放射パターン図を示し、（ａ）はメインアンテナの特性、（ｂ）はサブアンテナの特性である。尚、この特性は基板５に直交する面方向に対しての特性である。
この図７に示すように、サブアンテナである第２アンテナ３の放射パターンは、２．７ＧＨｚにおいてメインアンテナと大きな違いを有しているが、メインアンテナの放射パターンを補う特性を示している。そのため、第１アンテナ１、無給電アンテナ２、そして第２アンテナ３を組み合わせることにより、良好な放射特性を得ることができることがわかる。

このように、基板５上にパターン形成したＴ型モノポールアンテナである第１アンテナ１と無給電アンテナ２により、低い周波数帯と高い周波数帯の２領域の共振周波数帯を生成でき、広帯域の周波数に対応可能となる。
また、スタブ１３を設けるため、整合回路を減らすことが可能となり、安価な構成とすることが可能である。特に、スタブ１３とグランドパッド４とを容量結合させることで、整合回路を設ける必要が無くなり、小型で安価に構成できる。
更に、無給電アンテナ２を第１アンテナ１と異なる基板５の裏面に形成することで、第１アンテナのカップリングを低減でき、アンテナを小型にできる。
加えて、Ｔ型のモノポールアンテナである第１アンテナ１と無給電アンテナ２の組に加えて、別途Ｔ型のモノポールアンテナである第２アンテナ３を備えることで、Ｔ型モノポールアンテナの指向性の歪みを補償でき、良好な送受信特性を得ることができる。

尚、上記実施形態では、サブアンテナとして第２アンテナ３を備えているが、図５のＶＳＷＲ特性から分かるように、第１アンテナ１と無給電アンテナ２とから成るメインアンテナだけでも広帯域な周波数特性を得ることができる。
また、正面から見て第１アンテナ１の左側に無給電アンテナ２を配置したが、左右反転しても良い。この場合、第２アンテナ３も第１アンテナ１に合わせて左に移動すれば良い。

１・・第１アンテナ（第１モノポールアンテナ）、２・・無給電アンテナ、３・・第２アンテナ（第２モノポールアンテナ）、４・・グランドパッド、４ａ・・第１グランドパッド、４ｂ・・第２グランドパッド、５・・基板、６，６ａ・・給電部、１１・・第１放射素子、１２・・第２放射素子、１３・・スタブ、２１・・アース素子、２２・・帯状素子、Ｐ・・アンテナパターン領域。

Claims (3)

1. 基板上に形成されたグランドパッドの横方向に形成された境界部に給電部を備えて、当該給電部から前記グランドパッドを離れる縦方向に直線形成された第１放射素子と、前記第１放射素子の先端から前記グランドパッドの前記境界部に平行するよう延設された第２放射素子とを有するＴ型のモノポールアンテナと、当該モノポールアンテナに隣接してパターン形成された無給電アンテナとを有するアンテナであって、
   前記グランドパッドは、前記基板の表面に形成された第1グランドパッドと、裏面に形成された第２グランドパッドとを有し、
   前記モノポールアンテナ及び前記無給電アンテナのうち、少なくとも前記モノポールアンテナは表面に形成される一方、前記第２グランドパッドは前記第１グランドパッドより縦に広く形成され、
   前記無給電アンテナは、前記グランドパッドに連結されて前記第２放射素子を超える部位まで延びたアース素子と、当該アース素子の先端から横方向に延びた帯状素子とを有し、一方に延びた前記帯状素子は前記第２放射素子の上部を覆う長さを有し、
   前記無給電アンテナ全体はＴ形状を成して前記基板の裏面に形成され、前記アース素子は前記第２グランドパッドに連結されて成ることを特徴とするアンテナ。
2. 前記第２放射素子から、前記グランドパッドに向けて前記第１放射素子と平行に延びたスタブを有し、前記スタブは前記第２グランドパッドとの間で静電容量結合して成ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 前記グランドパッドは前記基板の中央に配置されて、前記基板の縦方向両端部にはアンテナパターン領域が設けられ、
   一方の前記アンテナパターン領域に、前記モノポールアンテナと前記無給電アンテナが配置され、
   他方の前記アンテナパターン領域の前記モノポールアンテナと対峙する位置には、前記モノポールアンテナと同一形状で上下及び左右を反転して形成されたモノポールアンテナが配置されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ。

Images