説明

アンテナ

【課題】広い周波数帯域にて、電波を放射又は吸収するアンテナを提供する。
【解決手段】裏面側に円形面状グランドプレーン層2を有する誘電体基板3を備え、誘電体基板3の表て面3Aに、中心点Cを給電点Eとした円形面状アンテナ素子1を積層したパッチ型アンテナに於て、円形面状アンテナ素子1に、複数のラジアルブリッジ4により分離される複数の円弧状スリット5を円形面状アンテナ素子1の外周縁と同心円状に設けている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、誘電体基板の一面に導電体材料から成るアンテナ素子を積層したパッチアンテナが知られている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−66979号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来のパッチアンテナは、単一の周波数帯にしか対応できず、送信・受信できる電波の周波数域は狭帯域に限定されていた。従って、従来のパッチアンテナでは、例えば、2GHz帯携帯電話用途として、周波数分割複信(FDD)における送信用・受信用の2種類の電波を、ひとつのアンテナでカバーすることが困難であった。
【0005】
そこで、本発明は、広い周波数帯域または、複数の周波数帯域にて、電波を送信又は受信するアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るアンテナは、裏面側に円形面状グランドプレーン層を有する誘電体基板を備え、該誘電体基板の表て面に、中心点を給電点とした円形面状アンテナ素子を積層したパッチ型アンテナに於て、上記円形面状アンテナ素子に、複数のラジアルブリッジにより分離される複数の円弧状スリットを上記円形面状アンテナ素子の外周縁と同心円状に設けたものである。
【0007】
また、上記ラジアルブリッジは、相等しい中心角度をもって3箇所〜8箇所に形成されているものである。
また、上記円形面状アンテナ素子の外周縁半径に対して、上記円弧状スリットの外周端縁のスリット外周半径、及び、上記円弧状スリットの内周端縁のスリット内周半径が、0.65R≦R、かつ、0.6R≦R、かつ、R<Rで示される関係式を満たすように設定されているものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明のアンテナによれば、周波数域の異なる2種類の電波に対応して電波の送信・受信が可能となり、広帯域化(マルチバンド化)できる。よって、1つのアンテナで、携帯電話の双方向無線通信における2種類の電波をカバーできる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施の一形態を示した平面図である。
【図2】本発明のアンテナを示した断面側面図である。
【図3】本発明のアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図4】1940MHzにおける本発明のアンテナの利得特性を示した図であって、(a)はアンテナ面に対して垂直な面内での利得特性を示したグラフ図であり、(b)は垂直面内指向性における最大放射方向((a)の点線矢印で示す約45°方向)をアンテナ面内の周囲方向に対して結んで示すグラフ図である。
【図5】2140MHzにおける本発明のアンテナの利得特性を示した図であって、(a)はアンテナ面に対して垂直な面内での利得特性を示したグラフ図であり、(b)は垂直面内指向性における最大放射方向((a)の点線矢印で示す約45°方向)をアンテナ面内の周囲方向に対して結んで示すグラフ図である。
【図6】実施例のアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図7】実施例のアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【図8】実施例のアンテナのVSWR特性を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図1と図2に示すように、本発明のアンテナは、裏面3B側に円形面状グランドプレーン層2を有する誘電体基板3を備え、誘電体基板3の表て面3Aに、中心点Cを給電点Eとした円形面状アンテナ素子1を積層したパッチ型アンテナである。
本発明のアンテナは、円形面状アンテナ素子1に、複数のラジアルブリッジ4により分離される複数の円弧状スリット5を、円形面状アンテナ素子1の外周縁と同心円状に設けている。
【0011】
誘電体基板3は、3.2mm厚のエポキシガラス板材(波長短縮率62%)から成る。
円形面状アンテナ素子1は、Cu,Al,Ag,Au等の導電性金属から成り、誘電体基板3の表て面3Aに貼着、印刷、蒸着、吹付成膜、又は、エッチング加工等の方法によって形成されている。
円形面状グランドプレーン層2は、Cu,Al,Ag,Au等の導電性金属から成り、誘電体基板3の裏面3B側に円形面状アンテナ素子1と同心円状に形成されている。円形面状グランドプレーン層2の外周縁半径Rは、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rよりも大きく設定されている。
誘電体基板3の裏面3B中央部には、給電端子として同軸コネクタ6が装着されている。同軸コネクタ6には、図示省略の無線装置のアンテナ入力回路からの給電用同軸ケーブルが接続される。同軸コネクタ6は中心導体6Aと筒状外導体6Bを備え、中心導体6Aは、誘電体基板3の中央部を貫通する貫通孔を通り円形面状アンテナ素子1に、給電点Eにて電気的に接続されている。筒状外導体6Bは、中心導体6A及び円形面状アンテナ素子1とは絶縁状態として円形面状グランドプレーン層2に電気的に接続されている。
【0012】
ラジアルブリッジ4は、相等しい中心角度θをもって3箇所〜8箇所に形成されている。
図例では、ラジアルブリッジ4は、中心点Cから見て4方放射状に形成され、4箇所(中心角度θ=90°)に均等に設けられている。
円弧状スリット5は、複数のラジアルブリッジ4のみを残して、円形面状アンテナ素子1をアウターリング1Aとインナーサークル1Bに分割していると言い換えることもできる。
【0013】
円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rに対して、円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径R、及び、円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rが、0.65R≦R、かつ、0.6R≦R、かつ、R<Rで示される関係式を満たすように設定されている。
言い換えると、円弧状スリット5は、円形面状アンテナ素子1の外周縁部1C寄りに配設されている。仮に、円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径Rが、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rの大きさの65%未満であったり、円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rが、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rの大きさの60%未満であったりすると、後述の広帯域化(マルチバンド化)の作用効果が得られない虞れがある。
【0014】
上述した本発明のアンテナの使用方法(作用)について説明する。
図3に示すように、本発明の実施例として、図1に示す円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rが57mm,円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径Rが46mm,円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rが42mmとして設定したアンテナを作製し、これをアンテナ面が水平状になるように設置して、そのVSWR特性の解析結果をグラフとして図示し、横軸に周波数(GHz),縦軸にVSWR値(電圧定在波比)をとっている。なお、アンテナ面が水平状(地面と平行面状)になるように設置した場合、本発明のアンテナからは垂直偏波が放射されることとなる。
【0015】
この実施例のアンテナは、1920MHz〜1980MHzの周波数帯域Aに於て、VSWR値2.0以下を示し、その最深部を形成する第1整合周波数Fが、周波数帯域Aのほぼ中央位置に生じている。また、2110MHz〜2170MHzの周波数帯域Aに於て、VSWR値2.0以下を示し、その最深部を形成する第2整合周波数Fが、周波数帯域Aのほぼ中央位置に生じている。即ち、実施例のアンテナのVSWR特性を示すグラフは、第1整合周波数F及び第2整合周波数Fが存在する双峰的な軌跡を描き、広帯域化(マルチバンド化)していることが判る。そして、本発明のアンテナは、例えば、携帯電話や無線LAN等の双方向無線通信に於て、周波数分割複信(FDD)の上りの電波(受信電波;周波数1920MHz〜1980MHz)及び下りの電波(送信電波;周波数2110MHz〜2170MHz)の2種類の電波に対応する広帯域にわたって、有効なVSWR特性を得たと言える。
【0016】
次に、各々1940MHz,2140MHzにおいて計測した図4及び図5に示すように、各周波数におけるアンテナの指向性について、最大放射方向に於てほぼ円形の放射パターンとなり、水平面内方向(アンテナ面方向)に対して、均一な垂直偏波が放射されていることが確認でき、ほぼ無指向性の特性を有していることが判る。つまり、本発明のアンテナは、水平方向に均一に電波を送信・受信しており、(円形面状アンテナ素子1に円弧状スリット5を設けたことにより)それぞれの周波数に対して、無指向特性が損なわれていないことが確認される。
【0017】
次に、本発明のアンテナ装置に於て、円形面状アンテナ素子1を構成する各パラメータを種々変化させた場合のVSWR特性の応答を、図6〜図8に示す。
まず、図1に示す円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径Rを40mm,円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rを38mmとし、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rを42mm,47mm,52mmと変化させた際のVSWR特性の推移を検証する。
図6に示すように、低周波側の整合周波数F,F,Fは、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rが次第に増加するのに伴って、次第に低周波側に小さく移動する。一方、高周波側の整合周波数F´,F´,F´は、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rが次第に増加するのに伴って、次第に低周波側に大きく移動することが判る。
【0018】
次に、図1に示す円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rを42mm,円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rを33mmとし、円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径Rを40.0mm,37.5mm,35.0mmと変化させた際、図7に示すように、低周波側の整合周波数F,F,Fは、円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径Rが次第に減少するように変化しても、高周波側に僅かに移動するだけで、また、高周波側の整合周波数F´,F´,F´については、ほとんど動かない。
そして、図1に示す円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rを42mm,円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径Rを40mmとし、円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rを38.0mm,35.5mm,33.0mmと変化させた際、図8に示すように、低周波側の整合周波数F,F,Fは、円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット外周半径Rが次第に減少するのに伴って、高周波側に大きく移動する。一方、円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット外周半径Rが変化しても、高周波側の整合周波数F´,F´,F´は、ほぼ変化しない。
【0019】
このように、本発明のアンテナに於て、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径R,円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径R,円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rを適宜設定することにより、2種類の電波に対応する2つの整合周波数を、各々個別に制御することが可能である。つまり、本発明のアンテナは、広帯域化(マルチバンド化)していることに加えて、その整合周波数の調整を容易に行い得る。
【0020】
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、図例ではラジアルブリッジ4を4箇所に設けたが、要旨を変更しない範囲での増減が可能である。また、給電端子を同軸コネクタ6としたが、他の端子に置き換えて構成することもできる。
【0021】
以上のように、本発明に係るアンテナは、裏面3B側に円形面状グランドプレーン層2を有する誘電体基板3を備え、誘電体基板3の表て面3Aに、中心点Cを給電点Eとした円形面状アンテナ素子1を積層したパッチ型アンテナに於て、円形面状アンテナ素子1に、複数のラジアルブリッジ4により分離される複数の円弧状スリット5を円形面状アンテナ素子1の外周縁と同心円状に設けたので、周波数域の異なる2種類の電波に対応して電波の送信・受信が可能となり、広帯域化(マルチバンド化)できる。よって、1つのアンテナで、携帯電話の双方向無線通信における2種類の電波をカバーできる。
【0022】
また、ラジアルブリッジ4は、相等しい中心角度θをもって3箇所〜8箇所に形成されているので、無指向性が損なわれることなく、水平方向にほぼ均等に電波を送信・受信できる。
【0023】
また、円形面状アンテナ素子1の外周縁半径Rに対して、円弧状スリット5の外周端縁5Aのスリット外周半径R、及び、円弧状スリット5の内周端縁5Bのスリット内周半径Rが、0.65R≦R、かつ、0.6R≦R、かつ、R<Rで示される関係式を満たすように設定されているので、第1整合周波数F及び第2整合周波数Fが存在する周波数帯域A,Aが相互に分離して、双峰的な軌跡を有するVSWR特性となり、確実に広帯域化(マルチバンド化)できる。
【符号の説明】
【0024】
1 円形面状アンテナ素子
2 円形面状グランドプレーン層
3 誘電体基板
3A 表て面
3B 裏面
4 ラジアルブリッジ
5 円弧状スリット
5A 外周端縁
5B 内周端縁
C 中心点
E 給電点
θ 中心角度
外周縁半径
スリット外周半径
スリット内周半径

【特許請求の範囲】
【請求項1】
裏面(3B)側に円形面状グランドプレーン層(2)を有する誘電体基板(3)を備え、該誘電体基板(3)の表て面(3A)に、中心点(C)を給電点(E)とした円形面状アンテナ素子(1)を積層したパッチ型アンテナに於て、
上記円形面状アンテナ素子(1)に、複数のラジアルブリッジ(4)により分離される複数の円弧状スリット(5)を上記円形面状アンテナ素子(1)の外周縁と同心円状に設けたことを特徴とするアンテナ。
【請求項2】
上記ラジアルブリッジ(4)は、相等しい中心角度(θ)をもって3箇所〜8箇所に形成されている請求項1記載のアンテナ。
【請求項3】
上記円形面状アンテナ素子(1)の外周縁半径(R)に対して、上記円弧状スリット(5)の外周端縁(5A)のスリット外周半径(R)、及び、上記円弧状スリット(5)の内周端縁(5B)のスリット内周半径(R)が、0.65R≦R、かつ、0.6R≦R、かつ、R<Rで示される関係式を満たすように設定されている請求項1又は2記載のアンテナ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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