JP4280182B2

JP4280182B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4280182B2
Application number: JP2004066117A
Authority: JP
Inventors: 政宏柳; 茂美倉島; 洋人井上; 卓也内山; 淳一赤間; 昇藤井; 隆有田
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: FCL Components Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2005260365A; US7161547B2; US20050264462A1

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特に、平板状の地板と、地板に直交する方向に、地板から所定の角度で、かつ、所定の長さだけ地板から延出した給電体とを有するアンテナ装置に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢ（ultra-wide band）を利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を広い帯域の周波数で発信して通信を行う。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには広帯域で受信が可能な構造が求められている。

少なくともＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、地板と給電他から構成されたアンテナが提案されている（非特許文献１）。

図１は従来のアンテナの一例の構成図、図２は従来のアンテナ装置の一例のブロック構成図を示す。

図１（Ａ）に示すアンテナ１０は地板１１上に、円錐を反転させた形状の給電体１２を配置した構成とされている。

なお、給電体１２を構成する円錐は、その側面が地板１１の表面に対して角度θとなるように設定されている。この角度θによって所望能特性が得られる。

図１（Ｂ）に示すアンテナ２０は地板１１上に、円錐体２２ａとそれに内接する球体２２ｂとから構成される涙滴状の給電体２２を配置した構成とされている。

このとき、アンテナ１０、２０の給電体１２は、図２に示すようにフィルタ３１に接続されている。フィルタ３１は、給電体１２で受信した電波のうち、所望の周波数帯域の成分を抽出する。フィルタ３１で抽出された成分は、送受信ユニット３２に供給される。送受信ユニット３２は、受信電波の前処理或いは後処理となる信号処理を行う。
２００３年電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ、谷口琢也・小林岳彦（東京電機大）（３月22日発表 B201教室）

しかるに、従来の広帯域アンテナ装置は、アンテナのほかに送信電波を選別するためのフィルタを設ける必要があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、構成を簡略化でき、小型、薄型のアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、平板状の導体から構成され、接地に接続される地板と、導体から構成され、前記地板の平面に対向して設けられた給電体とを有するアンテナ装置であって、前記給電体は、少なくとも、略錐体形状をなし、側面が前記地板の平面に対して所定の角度となるように配置された錐体部を含み、前記地板は、前記錐体部の頂点の周囲に、表面と裏面とを貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔は、前記貫通孔の形状により通信周波数を選択するフィルタ部を構成する。
また、本発明は、回路基板上に形成された導電パターンから構成されるアンテナ装置であって、前記導電パターンは、接地パターン及び給電パターンを含み、前記接地パターンは、縁辺部を含み、前記給電パターンは、少なくとも、略扇形状をなし、該扇形状の放射線が前記接地パターンの縁辺に対して所定の角度となるように配置された扇形パターンを含み、更に、前記接地パターンの内側には非導電パターンを含み、前記非導電パターンは、前記非導電パターンの形状により通信周波数を選択するフィルタ部を構成する。

本発明によれば、給電体あるいは給電パターンに対向して設けられる地板あるいは接地パターンに貫通孔、あるいは、接地パターンに非導電パターンなどの非導電部を設けることにより、地板と給電体との電磁的な相互作用により、所望の周波数成分を抽出でき、後段にフィルタを設ける必要がなくなり、装置の構成を簡略化できるなどの特長を有する。

〔第１実施例〕
図３は本発明の第１実施例の構成図を示す。

本実施例のアンテナ装置１００は、アンテナ１０１及び送信ユニット１０２から構成される。

図４はアンテナ１０１の構成図を示す。

アンテナ１０１は、給電体１１１、地板１１２から構成されている。給電体１１１は、金属などの導電材から構成されており、球体部１１１ａ、円錐部１１１ｂ、給電部１１１ｃを一体的に成形した構成とされている。球体部１１１ａは、円錐部１１１ｂの底面側に配置されている。球体部１１１ａは、円錐部１１１ｂの底面に埋め込まれるように成形されている。

円錐部１１１ｂは、その側面が地板１１２の表面に対して角度θとなるように設定されている。給電部１１１ｃは、円錐部１１１ｂの頂点から矢印Ｚ１方向に延出されている。給電部１１１ｃは、地板１１２の表面側から中心穴１１２ａを貫通して、地板１１２の裏面側に延出される。給電部１１１ｃは、地板１１２の裏面側で送信ユニット１０２に接続される。

地板１０１は、略円盤状に形成された導電体から構成されおり、接地されている。地板１０１の中心部には、表面側と裏面側とを貫通する中心孔１１２ａが形成されている。中心孔１１２ａには、給電体１１１の給電部１１１ｃが貫通する。このとき、給電部１１１ｃと中心孔１１２ａとの間には、絶縁体が間挿され、給電体１１１と地板１１２とは絶縁状態に維持される。

また、地板１０１には、中心から半径ｒ１の円周上に幅ｗ１の貫通孔１１１ｂが形成されている。貫通孔１１１ｂの内周側と外周側とは９０°毎に設けられたブリッジ部１１１ｃにより結合されている。ブリッジ部１１１ｃにより貫通孔１１１ｂの内周側と外周側とが分離することが防止されている。アンテナ１０１は、給電体１１１と地板１１２との間に生じる電磁波が半径ｒ１及び幅ｗ１の貫通孔１１２ｂに影響されて、透過あるいは遮断する周波数帯域が決定される。

送信ユニット１０２は、給電体１１１に接続されており、給電体１１１に送信信号を供給する。

図５はアンテナ１０１の周波数特性図を示す。図５において、横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。図５において、実線は地板１０１に貫通孔１１１ｂを有する構造における周波数特性、破線は、地板１０１に貫通孔１１１ｂが形成されていない構造における周波数特性を示す。

図５に示すように貫通孔１１２ｂを設けることにより、周波数ｆ１前後でＶＳＷＲが大きくなっていることがわかる。

〔第２実施例〕
図６は本発明の第２実施例の構成図、図７はアンテナ２０１の構成図を示す。同図中、図３、図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のアンテナ装置２００は、アンテナ２０１の構成が第１実施例とは相違する。本実施例のアンテナ２０１は、図７に示すように貫通孔２０１ｂの幅がｗ２（＞ｗ１）に拡大した構成とされている。貫通孔２１２ｂの幅をｗ２（＞ｗ１）に拡大させることにより、周波数特性を第１実施例とは異なる特性とすることができる。

図８はアンテナ２０１の周波数特性図を示す。図８において、横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。

貫通孔１１１ｂの幅をｗ２（＞ｗ１）に拡大させることにより、図７に示すように周波数ｆ２（＜ｆ１）でＶＳＷＲが大きくなることがわかる。また、ＶＳＷＲの大きさも大きくなっていることがわかる。

このように、貫通孔１１２ｂ、２１２ｂの幅ｗ１によって所望の周波数特性を得ることが可能である。したがって、本実施例によれば、フィルタなどを設けることなく、所望の周波数の電波を送信することが可能となる。

このように、第１、第２実施例によれば、貫通孔１１２ｂ、２１２ｂのサイズを変更することにより、周波数特性を変更可能となる。

なお、貫通孔１１２ｂ、２１２ｂに導電体あるいは誘電体を挿入することにより、周波数特性を微調整することが可能となる。

〔アンテナ装置の調整方法〕
図９は本発明の第１実施例の周波数特性の調整方法を説明するための図を示す。

図９（Ａ）に示すように貫通孔１１２ｂに導電体からなる導電体片１３１を測定結果などに応じて装着することにより、貫通孔１１２ｂの大きさを変えて、周波数特性を調整してもよい。本実施例によれば、貫通孔１１２ｂに導電体片１３１を装着することにより周波数特性の微調整を行うことができる。

また、図９（Ｂ）に示すように貫通孔１１２ｂを樹脂などの誘電体からなるモールド樹脂１３２でモールドすることにより、周囲と誘電率が異ならせることができるため、波長短縮効果をもたせることができる。また、周波数特性を調整することも可能となる。

図１０は本発明の第１実施例の指向性の調整方法を説明するための図を示す。

図１０に示すように貫通孔１１２ｂの形状と貫通孔１３３の形状とを非対称とすることにより、アンテナの特性を方向により不平衡にすることができるため、送出電波の指向性を調整することが可能となる。
〔第３実施例〕
図１１は本発明の第３実施例の斜視図、図１２は本発明の第３実施例の構成図を示す。

本実施例のアンテナ装置３００は、給電部３０１、地板部３０２、送信ユニット部３０３をプリント配線板３０４上に搭載した構成とされている。

給電部３０１は、プリント配線板３０４上に導電パターン３１１により形成されている。導電パターン３１１は、図３、図４に示すアンテナ１０１の中心部を地板１０２に直交する面で切断した切断面の形状に相当しており、円形パターン３２１、三角形パターン３２２、給電パターン３２３から構成される。円形パターン３２１は、第１、第２実施例の給電部１１１の球体部１１１ａに相当した部位であり、その円周の一部が三角部３２２の底辺側と結合された形状とされている。

三角形パターン３２２は、第１、第２実施例の給電部１１１の円錐部１１１ｂに相当した部位であり、頂点が地板部３０２に対向するように配置されている。給電パターン３２３は、三角形パターン３２２の頂点と送信ユニット部３０３との間に地板部３０２とは絶縁された状態で配線されており、送信ユニット部３０３から出力された送信信号を給電部１１１に供給するパターンである。

地板部３０２は、給電部３０１と送信ユニット部３０３との間に長さＬ31、幅Ｗ31に亘って形成されている。地板部３０２には、送信電波の周波数を選別するためのフィルタ部３３１と給電パターン３２３を貫通させるための貫通部３３２を含む構成とされている。

フィルタ部３３１は非導電パターンであり、地板部３０２の略中央に長さＬ32に亘って形成されている。フィルタ部３３１により、地板部３０２と給電部３０１との間の電磁的な相互作用が影響され、特定の周波数成分でＶＳＷＲが変化する。

図１３は本発明の第３実施例の周波数特性図を示す。同図中、横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。

図１３に示す特性は、Ｌ31＝２５ｍｍ、Ｌ32＝７ｍｍ、Ｗ31＝５０ｍｍとしたときの、特性である。本実施例によれば、図１３に示すように周波数ｆ31、ｆ32、ｆ33、ｆ34でＶＳＷＲが大きくなっており、特に周波数ｆ31、ｆ34でＶＳＷＲが特に大きくなっていることがわかる。

本実施例によれば、プリント配線板３０４上に導電パターン３２３でアンテナ装置３００を構成でき、さらに、送信ユニット部３０３もプリント配線板３０４上に搭載できるため、小型、薄型化が可能となる。

〔第４実施例〕
図１４は本発明の第４実施例の斜視図、図１５は本発明の第４実施例の構成図を示す。

本実施例のアンテナ装置４００は、地板部４０２をプリント配線板３０４の裏面側に配置した構成とされている。

地板部４０２は、プリント配線板３０４の裏面側において給電部３０１と送信ユニット部３０３との間に長さＬ31、幅Ｗ31に亘って形成されている。地板部３０２には、送信電波の周波数を選別するためのフィルタ部４３１を有する。

フィルタ部４３１は非導電パターンであり、地板部４０２の略中央に長さＬ32に亘って形成されている。フィルタ部４３１により、地板部４０２は、給電部３０１と電磁的に相互作用する。このとき、フィルタ部４３１により電磁的な相互作用が影響され、特定の周波数成分でＶＳＷＲが変化する。

なお、本実施例では、Ｌ31＝２５ｍｍ、Ｌ32＝７ｍｍ、Ｗ31＝５０ｍｍとしたとき、図１１と略同様な周波数特性を示す。

〔第５実施例〕
図１６は本発明の第５実施例の斜視図、図１７は本発明の第５実施例の構成図を示す。

本実施例のアンテナ装置５００は、給電部５０１、地板部５０２、送信ユニット部５０３から構成される。

給電部５０１及び地板部５０２は、プリント配線板５０４上に厚さｔの導電パターンにより形成されている。給電部５０１は、第３、第４実施例の給電部３０１の円形部３２１を矢印Ｙ方向の両端で、矢印Ｘ方向に平行に切断した形状とされている。給電部５０１は、長さＬ51、幅Ｗ51とされている。

給電部５０１は、三角形部３２２の頂点が給電点ｐとされており、この給電点ｐに送信ユニット部５０３が接続されている。

地板部５０２は、長さＬ52、幅Ｗ52に亘って形成され、接地に接続されている。地板部５０２には、給電点ｐを中心として矢印Ｙ方向の両側に凹部５３１、５３２が形成されている。

凹部５３１、５３２は、地板部５０２の中心から幅Ｗ53の外側と幅Ｗ54の内側との間に形成されている。地板部５０２は、給電部５０１と電磁的に相互作用する。このとき、凹部５３１、５３２により地板部５０２と給電部５０１とでの電磁的な相互作用が影響され、特定の周波数成分でＶＳＷＲが変化する。

図１８は本発明の第５実施例の周波数特性図を示す。同図中、横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示す。

図１８に示す特性は、ｔ＝０．８ｍｍ、Ｌ51＝２５．１ｍｍ、Ｌ52＝２５．０ｍｍ、Ｌ53＝１２．５ｍｍ、Ｗ51＝１６ｍｍ、Ｗ52＝５０ｍｍ、Ｗ53＝５ｍｍ、Ｗ54＝１０ｍｍとしたときの周波数特性である。本実施例によれば、図１８に示すように周波数ｆ51〜ｆ52の周波数帯域でＶＳＷＲが大きくなっていることがわかる。

従来のアンテナ装置の一例の構成図である。従来のアンテナ装置の一例のブロック構成図である。本発明の第１実施例の構成図である。アンテナ１０１の構成図である。アンテナ１０１の周波数特性図である。本発明の第２実施例の構成図である。アンテナ２０１の構成図である。アンテナ２０１の周波数特性図である。本発明の第１実施例の周波数特性の調整方法を説明するための図である。本発明の第１実施例の指向性の調整方法を説明するための図である。本発明の第３実施例の斜視図である。本発明の第３実施例の構成図である。本発明の第３実施例の周波数特性図である。本発明の第４実施例の斜視図である。本発明の第４実施例の構成図である。本発明の第５実施例の斜視図である。本発明の第５実施例の構成図である。本発明の第５実施例の周波数特性図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００アンテナ装置
１０１、２０１アンテナ
１１１給電体、１１２地板
１１１ａ球体部、１１１ｂ円錐部、１１１ｃ給電部
１１２ａ中心孔、１１２ｂ、２１２ｂ貫通孔、１１２ｃブリッジ部
１３１導電体片、１３２モールド樹脂、１３３貫通孔
３０１給電部、３０２、４０２地板部、３０３送信ユニット部
３１１導電パターン、
３２１円形パターン、３２２三角形パターン、３２３給電パターン

Claims

平板状の導体から構成され、接地に接続される地板と、導体から構成され、前記地板の平面に対向して設けられた給電体とを有するアンテナ装置であって、
前記給電体は、少なくとも、略錐体形状をなし、側面が前記地板の平面に対して所定の角度となるように配置された錐体部を含み、
前記地板は、前記錐体部の頂点の周囲に、表面と裏面とを貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔は、前記貫通孔の形状により通信周波数を選択するフィルタ部を構成するアンテナ装置。
前記貫通孔は、必要とする周波数に対するＶＳＷＲの特性に応じた形状及び位置に形成されている請求項１記載のアンテナ装置。
回路基板上に形成された導電パターンから構成されるアンテナ装置であって、
前記導電パターンは、接地パターン及び給電パターンを含み、
前記接地パターンは、縁辺部を含み、
前記給電パターンは、少なくとも、略扇形状をなし、該扇形状の放射線が前記接地パターンの縁辺に対して所定の角度となるように配置された扇形パターンを含み、
更に、前記接地パターンは、矩形状あるいは凹状の非導電パターンを含み、
前記非導電パターンは、前記非導電パターンの形状により通信周波数を選択するフィルタ部を構成するアンテナ装置。
前記給電パターンは、前記回路基板の一方の面に形成され、前記接地パターンは、前記回路基板の他方の面に形成されている請求項３記載のアンテナ装置。
前記非導電パターンは、必要とする周波数に対するＶＳＷＲの特性に応じた形状に形成されている請求項３又は４記載のアンテナ装置。
平板状の導体から構成され、接地に接続される地板と、導体から構成され、前記地板の平面に対向して設けられた給電体とを有し、前記給電体は、少なくとも、錐体状をなし、側面が前記地板の平面に対して所定の角度となるように配置された錐体部を含み、前記地板は、前記錐体部の頂点の周囲に、表面と裏面とを貫通する貫通孔を有するアンテナ装置の調整方法であって、
前記貫通孔は、前記貫通孔の形状により通信周波数を選択するフィルタ部を構成しており、
前記貫通孔の形状を調整することにより前記フィルタ部により選択される前記通信周波数を調整するアンテナ装置の特性調整方法。
前記貫通孔に、樹脂を注入することにより周波数に対するＶＳＷＲの特性を調整する請求項６記載のアンテナ装置の特性調整方法。
前記貫通孔の形状に応じて指向性を調整する請求項６又は７記載のアンテナ装置の特性調整方法。
回路基板上に形成された導電パターンから構成され、前記導電パターンは、接地パターン及び給電パターンを含み、前記接地パターンは、縁辺部を含み、前記給電パターンは、少なくとも、略扇形状をなし、該扇形状の放射線が前記接地パターンの縁辺に対して所定の角度となるように配置された扇形パターンを含み、更に、前記接地パターンの内側には非導電パターンを含むアンテナ装置の特性調整方法であって、
前記非導電パターンは、前記非導電パターンの形状により通信周波数を選択するフィルタ部を構成しており、
前記非導電パターンの形状を調整することにより前記フィルタ部により選択される前記通信周波数を調整するアンテナ装置の特性調整方法。