アンテナ、その調整方法およびそのアンテナを実装する電子機器
【課題】異なる機種に対して同一のアンテナ形状、整合素子を使用することが困難である。
【解決手段】無線通信用のアンテナであって、誘電体基板と、誘電体基板上に配置された接地導体部と、誘電体基板上において、接地導体部と対向して配置された放射導体部と、放射導体部と接地導体部とを接続する短絡導体部と、放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、接地導体部と高周波接続される開放導体部と、を有し、開放導体部は、接地導体部と短絡導体部との接続位置から対角方向にある接地導体部の位置から所定の長さ突出するように誘電体基板と接続されている。
【解決手段】無線通信用のアンテナであって、誘電体基板と、誘電体基板上に配置された接地導体部と、誘電体基板上において、接地導体部と対向して配置された放射導体部と、放射導体部と接地導体部とを接続する短絡導体部と、放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、接地導体部と高周波接続される開放導体部と、を有し、開放導体部は、接地導体部と短絡導体部との接続位置から対角方向にある接地導体部の位置から所定の長さ突出するように誘電体基板と接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信用のアンテナ、その調整方法およびそのアンテナを実装する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器、例えばパーソナルコンピュータでは、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信機能を備えたものが普及してきている。無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信には、例えば２．５ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の電波が使用される。無線通信機能を備えたパーソナルコンピュータは、無線通信用のアンテナを内蔵しているが、例えばダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、スロットアンテナ、逆Ｆアンテナなど、機種毎に種々のアンテナが使用されている。
【０００３】
電子機器の小型化に伴い、各種のアンテナは、限られたスペースでの実装を余儀なくされると共に、コストの低減も要求される。従って、アンテナ単独で実装されるよりも無線モジュールチップと同一の基板上にパターン化された形で実装する事により低コスト化を図っている。
【０００４】
しかし、パーソナルコンピュータ等の電子機器においてアンテナを実装した場合、アンテナの周囲に位置する部材によってアンテナの周波数特性が変化する。そのため、アンテナ単体での周波数特性と実装時の周波数特性とが異なってしまうという問題がある。従来、アンテナを電子機器に実装することによって生じるアンテナの周波数特性の変化は、アンテナ側で吸収する構成をとっている。例えば、アンテナの形状を調整するなどの方法により、実装時におけるアンテナの周波数特性が所望の特性となるようにしている。
【０００５】
特許文献１では、空胴共振器として動作する放射素子のショートスタブの部分の長さを、スルーホール位置を変えて調整することにより、共振周波数を調整する技術が開示されている。共振周波数の調整は、放射素子の一部を構成するスタブの長さを変えることにより行われている。
【０００６】
特許文献２では、マイクロストリップライン共振器に複数の先端開放スタブを予め接続形成し、スタブ先端部の近傍に開放パターンが予め形成されている状態で、はんだ付けにより短絡して共振器に接続されているスタブの容量を変えることにより、共振周波数を調整する技術が開示されている。共振周波数の調整は、同様に、放射素子の一部を構成するスタブの長さを変えることにより行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４８３２４９号明細書
【特許文献２】特開平０９−１６２６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のようにアンテナ実装時における周波数特性の変化をアンテナ形状の調整により所望の特性に合わせ込む方法では、アンテナを実装する電子機器の機種によって、実装する環境が異なるため、実装時における周波数特性の変化も一様でない。そのため、異なる機種に対して同一のアンテナを使用することができないという課題がある。
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明は、アンテナ実装時の反射特性を改善しつつ、異なる電子機器の機種に対して同一のアンテナを使用することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成する本発明に係るアンテナは、
無線通信用のアンテナであって
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置された接地導体部と、
前記誘電体基板上において、前記接地導体部と対向して配置された放射導体部と、前記放射導体部と前記接地導体部とを接続する短絡導体部と、前記放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、
前記接地導体部と高周波接続される開放導体部と、を有し、
前記開放導体部は、前記接地導体部と前記短絡導体部との接続位置から対角方向にある前記接地導体部の位置から所定の長さ突出するように前記誘電体基板と接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なる電子機器の機種に対して同一のアンテナを使用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る無線通信用のアンテナの基本構成を説明する図。
【図２】アンテナ実装基板のＧＮＤ部の長さが短い場合の反射を示す図。
【図３】２ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝１５ｍｍ固定、開放導体長Ｌｓが可変時の反射特性を示す図。
【図４】２ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝２０ｍｍ固定、開放導体長Ｌｓが可変時の反射特性を示す図。
【図５】２ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝２５ｍｍ固定、開放導体長Ｌｓが可変時の反射特性を示す図。
【図６】２ＧＨｚ帯、開放導体のアンテナ実装基板への取り付け角度が可変時の反射特性を示す図。
【図７】２ＧＨｚ帯でのアンテナ入力反射係数ＶＳＷＲ＜２．０を満足する為の接地導体部長Ｌｂと開放導体部長Ｌｓの関係を表す図。
【図８】５ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝８ｍｍ固定、開放導体部長Ｌｓ可変時の反射特性を示す図。
【図９】５ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝１１ｍｍ固定、開放導体部長Ｌｓ可変時の反射特性を示す図。
【図１０】５ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝１４ｍｍ固定、開放導体部長Ｌｓ可変時の反射特性を示す図。
【図１１】５ＧＨｚ帯、開放導体部の接地導体部への取り付け角度可変時の反射特性を示す図。
【図１２】５ＧＨｚ帯でのアンテナ入力反射係数ＶＳＷＲ＜２．０を満足する為の接地導体部長Ｌｂと開放導体部長Ｌｓとの関係を表す図。
【図１３】第２実施形態におけるアンテナの開放導体部１０６を示す図。
【図１４】複数の異なる機器への無線部実装を示す図。
【図１５】複数の異なる機器へ同一のアンテナを実装した場合の例を示す図。
【図１６】本発明の特徴である開放導体と誘電体基板の機器への取付の実施例を示す図。
【図１７】開放導体の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の無線通信用アンテナの基本構成を示す。アンテナは、アンテナ素子１０１と、誘電体基板１０４と、接地導体部１０５と、開放導体部１０６と、取り付け穴１０７と、無線モジュールチップ１０９と、コネクタ１１０とを備える。アンテナは、不図示の電子機器に内蔵される。誘電体基板１０４上には、アンテナ素子１０１と、接地導体部１０５と、開放導体部１０６と、取り付け穴１０７と、無線モジュールチップ１０９と、コネクタ１１０とが形成されている。筺体板金１０８は、誘電体基板１０４が取り付けられる不図示の電子機器本体の板金である。
【００１４】
アンテナ素子１０１は、一般的な逆Ｆアンテナであり、短絡導体部１００と、給電点１０２と、放射導体部１０３とを備える。短絡導体部１００は、放射導体部１０３と接地導体部１０５とを接続する。給電点１０２は、アンテナ素子１０１に高周波信号（高周波電流）を１点で給電する給電部である。放射導体部１０３は、接地導体部１０５と間隔を隔てて対向して配置されている。間隔は一定であってもよく、その場合放射導体部１０３と接地導体部１０５とは平行に配置されることになる。また、放射導体部１０３の短絡導体部１００との接点とは逆の端部は、給電点１０２に対して高周波的に開放された開放端１０３である。誘電体基板１０４は、アンテナ素子１０１を実装するための基板であり、この基板上には上述した各構成要素の他に、ＩＣなどの電子部品が設けられる。接地導体部１０５は、使用周波数の波長の四分の一以下の電気長を有する。接地導体部１０５は、誘電体基板上に、導体パターン形状で形成されたり、板状板金形状で形成されたりする。図１の例では、接地導体部１０５は矩形形状であるが、必ずしも矩形形状である必要はない。開放導体部１０６は、本発明の特徴部分であり、所定の接続位置で、接地導体部１０５と高周波接続される。
【００１５】
開放導体部１０６の取り付け位置は、アンテナ素子１０１が備える短絡導体部１００から観察して、破線矢印Ａで示されるように、接地導体部１０５の対角方向の位置（端部位置）である。取り付け穴１０７を介して、ねじ等を用いて接地が行われる。コネクタ１１０は、電子機器本体または無線モジュールチップ１０９へ信号を供給するためのコネクタである。
【００１６】
ここで、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の電気長（放射導体部１０３と対向する方向の長さ）は、一般的にアンテナ素子１０１を動作周波数で十分な反射係数を持って共振させるために、λ／４以上の電気長が必要である。ここで、λは動作周波数の中心周波数の波長である。
【００１７】
即ち、通常アンテナ素子１０１を実装している誘電体基板１０４のＧＮＤ部分１０５の電気長がλ／４以上確保できない場合、アンテナ素子１０１の入力反射特性は十分な特性を得られない。
【００１８】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の電気長がλ／４以上確保できない場合のアンテナ素子１０１の入力反射特性を示す。図２（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さをＬｂとする。
【００１９】
例えば、使用周波数帯を２ＧＨｚの無線ＬＡＮを想定した場合、２．４５ＧＨｚを使用周波数帯の中心周波数とすると、λ／４は約３０ｍｍ程度となる。従って、Ｌｂが３０ｍｍ以上の長さであれば、アンテナ素子１０１の反射特性が十分に得られる。一方、例えばＬｂが１８ｍｍ程度しか確保できない場合、図２（ｂ）に示されるスミス図における双方向矢印が示すように、中心から距離が遠いアンテナ素子１０１の反射特性になってしまう。
【００２０】
反射特性を示す指標としてＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）（電圧定在波比）およびＲＬ（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）（反射損失）があり、スミス図の中心からの距離が近い程良好な反射特性を示す。通常アンテナの反射特性としてＶＳＷＲ＜２．０、ＲＬ＜−９．５ｄＢを満たすようにするとよい。ここで、電圧定在波比ＶＳＷＲと反射損失ＲＬとの関係は以下のようになる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
【数２】
【００２３】
図２（ｂ）におけるｆｌ、ｆｃ、およびｆｕは、それぞれ使用周波数帯の下端、中心、および上端の周波数を示す。ＲＬが概ね−５ｄＢ以上の値となり、アンテナの反射特性として通常要求される電圧定在波比ＶＳＷＲ＜２．０（反射損失ＲＬ＜−９．５ｄＢ）は確保できなくなる。これを改善する為には、アンテナ素子パターンの変更や、整合素子の変更などが必要になってしまい、アンテナ素子、整合素子の汎用性がなくなってしまう。本発明では、このような変更を必要としなくて済むように開放導体部１０６を構成する。開放導体部１０６は、アンテナ素子１０１が実装される誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂがλ／４以上確保できない場合に、アンテナ素子１０１の入力反射特性を改善するためのものである。
【００２４】
図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４上に開放導体部１０６を取り付けた際の動作を説明する。図３（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さを１５ｍｍとして、開放導体部１０６の長さＬｓとする。図３（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示している。図３（ｂ）は、測定周波数はＷＬＡＮの２ＧＨｚ帯の中心周波数２．４４ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示すスミス図である。図３（ｂ）のスミス図の８つのポイントはＬｓ＝０ｍｍからＬｓ＝３５ｍｍまで、５ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものに対応する。誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂ＝１５ｍｍである場合、開放導体部１０６の長さＬｓ＝０ｍｍ、すなわち開放導体部１０６を取り付けていない場合、アンテナ素子１０１の入力からの反射が大きく、ＶＳＷＲ＜２．０の確保が難しい。しかしながら、開放導体部１０６の長さＬｓを調整することにより反射特性が改善されている様子がわかる。開放導体部１０６部の長さＬｓを概ね２０ｍｍ以上にすることにより、ＶＳＷＲ＜２．０の反射係数が得られる。
【００２５】
図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６が取り付けられた際の動作を説明する。図４（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを２０ｍｍとする。図４（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを２０ｍｍにした場合、図３（ｂ）の反射特性の変化と比べて、接地導体部１０５の長さが５ｍｍ長くなっていることに起因して、開放導体部１０６の長さＬｓを概ね１５ｍｍ以上にすることにより、ＶＳＷＲ＜２．０の反射係数が得られる。
【００２６】
図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６が取り付けられた際の動作を説明する。図５（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを２５ｍｍとする。図５（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。。図４（ｂ）の反射特性の変化と比べて、接地導体部１０５の長さが５ｍｍ長くなっていることに起因して、開放導体部１０６の長さを概ね１０ｍｍ以上にすることにより、ＶＳＷＲ＜２．０の反射係数が得られる。
【００２７】
以上のように、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂに応じて、開放導体部１０６の長さＬｓを変える。例えば、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂに反比例して開放導体部１０６の長さＬｓを変える。これにより、使用周波数の波長をλとした時、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂがλ／４以上の長さを確保できない場合でも、Ｌｂの長さに応じてＬｓの長さを調節することにより、アンテナ素子１０１のパターンや、整合素子を変えることなく、アンテナ素子１０１の入力反射特性を改善することができる。
【００２８】
次に、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に対する開放導体部１０６の取り付け角度を変えた場合のアンテナ素子１０１の入力反射特性の変化を説明する。図６（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを１５ｍｍ、開放導体部１０６の長さＬｓを２５ｍｍとする。図６（ｂ）は、開放導体部１０６の取り付け角度θを誘電体基板１０４の側面に対して０度から１８０度まで変化させた時のアンテナ素子１０１の入力反射の様子を示したスミス図である。図３（ｂ）は、測定周波数はＷＬＡＮの２ＧＨｚ帯の中心周波数２．４４ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示している。また、表１は、各角度θにおけるアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
図６（ｂ）より、角度θが０度の場合は開放導体部１０６が接地導体部１０５と重なり合い、開放導体部１０６がない状態と同様になる。この場合、アンテナ素子１０１の入力端からの反射が大きく、ＲＬ＝−７．０ｄＢであり、ＶＳＷＲ＜２．０（ＲＬ＜−９．５ｄＢ）の条件を確保することができない。しかしながら、角度θを大きくするにつれて、反射特性が改善されている様子がわかる。表１より、角度θが３０度以上であればＶＳＷＲ＜２．０（ＲＬ＜−９．５ｄＢ）の条件を確保できることがわかる。
【００３１】
図７は、アンテナ入力反射係数であるＶＳＷＲ＜２．０を満足するための、接地導体部１０５の長さＬｂと開放導体部１０６の長さＬｓとの関係を表すグラフである。横軸は接地導体部１０５の長さＬｂであり、縦軸は開放導体部１０６の長さＬｓである。ここで、Ｌｓ（ｍｉｎ）は接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の接地導体部１０５の長さを示す。また、Ｌｓ（ｍａｘ）は接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の接地導体部１０５の長さを示す。図７より、ＬｂとＬｓとの関係は、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の長さＬｓ（ｍｉｎ）に対しては、概ねＬｓ（ｍｉｎ)＝−Ｌｂ＋３５（１５＜Ｌｂ＜２５）の直線により関係付けられる。また、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の長さＬｓ（ｍａｘ）に対しては、概ねＬｓ（ｍａｘ）＝−Ｌｂ＋５０（１５＜Ｌｂ＜２５）の直線により関係付けられる。従って、アンテナ素子１０１の反射係数であるＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすＬｂとＬｓとの関係は、定数Ｋを用いると、Ｌｓ＝−Ｌｂ＋Ｋ、３５＜Ｋ＜５０（１５＜Ｌｂ＜２５）となる。
【００３２】
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、５ＧＨｚ帯における開放導体部１０６の取り付け時の動作を説明する。図８（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを８ｍｍとする。図８（ｂ）は、その状態で開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。測定周波数はＷＬＡＮの５ＧＨｚ帯の低域周波数５．２ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示している。また、表２は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００３３】
【表２】
【００３４】
図８（ｂ）のスミス図における各ポイントは、２ＧＨｚ帯での測定と同様に、Ｌｓ＝０ｍｍからＬｓ＝２４ｍｍまで３ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものである。誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂが８ｍｍである場合、開放導体部１０６の長さＬｓが０ｍｍ、すなわち開放導体部１０６を取り付けない場合には、アンテナ素子１０１の入力からの反射が大きいため、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を確保することが難しい。しかしながら、開放導体部１０６の長さＬｓを調整するにつれて、反射特性が改善されている様子がわかる。表２から、概ね開放導体部１０６の長さＬｓを１５ｍｍ近傍にすることによりＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たす反射係数が得られる。また、開放導体部１０６の長さＬｓを２４ｍｍ以上にすると、逆に反射特性が低下してしまうことがわかる。
【００３５】
図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６を取り付けた際の動作を説明する。図９（ａ）において、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｓを１１ｍｍとする。図９（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。また、表３は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００３６】
【表３】
【００３７】
図９（ｂ）のスミス図に示される各ポイントは、２ＧＨｚ帯での測定と同様にＬｓ＝０ｍｍからＬｓ＝２４ｍｍまで３ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものである。先に説明したように誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂは１１ｍｍである。この場合、図８（ｂ）の反射特性の変化と比べて接地導体部１０５の長さＬｂを３ｍｍ長くしたことに起因して、開放導体部１０６の長さＬｓが１２ｍｍであっても、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たす反射係数が得られることがわかる。
【００３８】
次に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６を取り付けた際の動作を説明する。図１０（ａ）において、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂを１４ｍｍとする。図１０（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。また、表４は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００３９】
【表４】
【００４０】
図１０（ｂ）のスミス図に示される各ポイントは、２ＧＨｚ帯での測定と同様にＬｓ＝０ｍｍからＬｓ＝２４ｍｍまで、３ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものである。先に説明したように誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂは１４ｍｍである。この場合、図９（ｂ）の反射特性の変化と比べて接地導体部１０５の長さＬｂを３ｍｍ長くしたことに起因して、開放導体部１０６の長さが９ｍｍであっても、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たす反射係数が得られることがわかる。
【００４１】
次に、図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照して、５ＧＨｚ帯において、開放導体部１０６の誘電体基板１０４に対する取り付け角度を変えた場合のアンテナ素子１０１の入力反射特性の変化を説明する。図１１（ａ）において、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂを１４ｍｍとする。図１１（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを１５ｍｍとして、開放導体部１０６の取り付け角度θを誘電体基板１０４の側面に対して０度から１８０度まで変化させた時のアンテナ素子１０１の入力反射の様子を示すスミス図である。測定周波数はＷＬＡＮの５ＧＨｚ帯の周波数５．２ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示すものである。また、表５は、各角度θにおけるアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００４２】
【表５】
【００４３】
表５より、角度θが０度の場合は開放導体部１０６が接地導体部１０５と重なり合い、開放導体部１０６がない状態と同様となる。そのため、アンテナ素子１０１の入力からの反射が大きくなり、ＲＬ＝−７．０ｄＢとなるためＶＳＷＲ＜２．０（ＲＬ＜−９．５ｄＢ）という条件を確保することができない。しかしながら、角度θを大きくするにつれて、反射特性が改善されている様子がわかる。表５より、角度θの範囲が３０度＜θ＜１８０度であれば、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすことがわかる。
【００４４】
図１２は、アンテナ入力反射係数がＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための、接地導体部１０５の長さＬｂと開放導体部１０６の長さＬｓとの関係を表すグラフである。横軸は接地導体部１０５の長さＬｂであり、縦軸は開放導体部１０６の長さＬｓである。Ｌｓ（ｍｉｎ）は、接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の長さである。また、Ｌｓ（ｍａｘ）は、接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の長さである。図１２のグラフより、ＬｂとＬｓとの関係は、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の長さＬｓ（ｍｉｎ）に対しては概ねＬｓ（ｍｉｎ）＝−Ｌｂ＋２３（８＜Ｌｂ＜１４）の直線により関係づけられる。また、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の長さＬｓ（ｍａｘ）に対しては概ねＬｓ（ｍａｘ）＝−Ｌｂ＋３２（８＜Ｌｂ＜１４）の直線により関係付けられる。よって、アンテナ素子１０１の反射係数がＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすＬｂとＬｓとの関係は、定数Ｌを用いて、Ｌｓ＝−Ｌｂ＋Ｌ、２３＜Ｌ＜３２（８＜Ｌｂ＜１４）となる。
【００４５】
なお、以上の説明では、角度θの調整と、開放導体部１０６の長さＬｓの調整と、を別個に行う構成を示したが、角度θと開放導体部１０６の長さＬｓとの両方を調整して、アンテナ素子１０１の反射係数がＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすようにしてもよい。
【００４６】
以上説明したように誘電体基板１０４のＧＮＤ部分１０５の長さに応じて開放導体１０６を所望の長さにする事でアンテナ素子１０１の入力反射特性が改善される。
【００４７】
次に複数の異なる機器に対して同一のアンテナを共有して使用する場合の実施例について説明する。
【００４８】
図１４は同一のアンテナを実装する３種類の機器Ａ，機器Ｂ、機器Ｃを示す。機器Ａ、Ｂ、Ｃに対して異なる実装位置に同一のアンテナ素子を実装するものとする。
【００４９】
図１５は異なる機器Ａ、Ｂ、Ｃに実装する同一のアンテナ素子を搭載した誘電体基板Ａ、Ｂ、Ｃを示す図である。図１５においてそれぞれの誘電体基板のＧＮＤ部分の長さは異なり誘電体基板Ａ、Ｂ、ＣのＧＮＤ部分の長さはそれぞれＬＡ、ＬＢ、ＬＣとする。機器Ａには誘電体基板Ａ、機器Ｂには誘電体基板Ｂ、機器Ｃには誘電体基板Ｃをそれぞれ実装するものであり、誘電体基板ＧＮＤ長ＬＡ、ＬＢ、ＬＣは使用周波数帯域の動作中心周波数の波長をλとした場合λ/４より短いＧＮＤ長を有するものである。
【００５０】
このような場合機器に実装した場合、各々の誘電体基板に実装されたアンテナ素子の反射特性は良好な特性が得られない。機器ごとに実装するアンテナ基板ＧＮＤ長が異なる為、機器ごとにアンテナ素子のパターン長を変えたり、整合素子の変更が必要になったりしてしまう。
【００５１】
このような場合に今まで説明してきたように機器毎に本発明の特徴である開放導体の長さをそれぞれの機器に実装された誘電体基板のＧＮＤ部分の長さに応じて調整する事によってアンテナ素子の反射特性を改善する事ができる。
【００５２】
図１６に本発明の特徴である開放導体と誘電体基板の機器への取付の実施例を示す。図１６Ａにおいて５００は電子機器（図示せず）内部にある筺体板金であり、誘電体基板５０２を取り付けるネジ穴５０１を有するものである。５０４は本発明の特徴である開放導体で中央部にスリット部５０５を有し誘電体基板５０２と筺体板金５００との間に挿入され、ネジ穴５０１にネジ止めされ誘電体基板５０２、開放導体５０４、筺体板金５００は接続され高周波的に接地された状態になる。
【００５３】
図１６Ｂに開放導体と誘電体基板を筺体板金に取り付けた状態を示す。この取付状態と図１で示す状態は同一のものである。図１と図１６において開放導体１０６と５０４は同一の部材である。また図１の１０８の筺体板金と図１６の筺体板金５００も同一部材である。
【００５４】
図１の誘電体基板１０４と図１６の誘電体基板５０２も同様に同一部材である。このように本発明の特徴である開放導体５０４は電子機器本体の筺体板金５００と誘電体基板５０２の間に挟み込みネジ止めする事によって高周波接続される。
【００５５】
図１７に開放導体５０４の構成を示す。図１７において５０４は開放導体であり５０５は開放導体を基板取付板金５００のネジ止めする為の長穴もしくはスリットであり、図１６Ｂに示すように誘電体基板５０２の端部から突出する長さＬｓを矢印方向に調節可能できる構成となっている。
【００５６】
よってアンテナの反射特性の調整は、誘電体基板５０２の端部から突出する開放導体の長さＬｓを矢印方向にスライドさせて変える事で行う。
【００５７】
その機種に実装される誘電体基板５０２のＧＮＤ長に応じてアンテナ基板ＧＮＤ端部から突出させる開放導体Ｌｓの長さを変える事で最適な反射特性に調整するものである。
【００５８】
以上説明してきたように、本発明によれば、アンテナ素子形状や、整合素子を変更することなくアンテナ素子の反射特性を改善する事ができ、異なる機種に対しても同一のアンテナで良好な特性を得られる。このため、アンテナの製造、管理がきわめて容易となり、コストを低減することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係るアンテナの基本構成を示す。図１で説明したアンテナの基本構成と同様であるが、図１３において、開放導体部１０６の形状が第１実施形態とは異なる。第２実施形態に係る開放導体部１０６は、板状の板金に拘らず、所望の長さを有する導体である。また、伝導率の高いフレキシブルな樹脂にコーティングされた所望の長さを有する銅箔から構成されてもよい。
【００６０】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信用のアンテナ、その調整方法およびそのアンテナを実装する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器、例えばパーソナルコンピュータでは、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信機能を備えたものが普及してきている。無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信には、例えば２．５ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の電波が使用される。無線通信機能を備えたパーソナルコンピュータは、無線通信用のアンテナを内蔵しているが、例えばダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、スロットアンテナ、逆Ｆアンテナなど、機種毎に種々のアンテナが使用されている。
【０００３】
電子機器の小型化に伴い、各種のアンテナは、限られたスペースでの実装を余儀なくされると共に、コストの低減も要求される。従って、アンテナ単独で実装されるよりも無線モジュールチップと同一の基板上にパターン化された形で実装する事により低コスト化を図っている。
【０００４】
しかし、パーソナルコンピュータ等の電子機器においてアンテナを実装した場合、アンテナの周囲に位置する部材によってアンテナの周波数特性が変化する。そのため、アンテナ単体での周波数特性と実装時の周波数特性とが異なってしまうという問題がある。従来、アンテナを電子機器に実装することによって生じるアンテナの周波数特性の変化は、アンテナ側で吸収する構成をとっている。例えば、アンテナの形状を調整するなどの方法により、実装時におけるアンテナの周波数特性が所望の特性となるようにしている。
【０００５】
特許文献１では、空胴共振器として動作する放射素子のショートスタブの部分の長さを、スルーホール位置を変えて調整することにより、共振周波数を調整する技術が開示されている。共振周波数の調整は、放射素子の一部を構成するスタブの長さを変えることにより行われている。
【０００６】
特許文献２では、マイクロストリップライン共振器に複数の先端開放スタブを予め接続形成し、スタブ先端部の近傍に開放パターンが予め形成されている状態で、はんだ付けにより短絡して共振器に接続されているスタブの容量を変えることにより、共振周波数を調整する技術が開示されている。共振周波数の調整は、同様に、放射素子の一部を構成するスタブの長さを変えることにより行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４８３２４９号明細書
【特許文献２】特開平０９−１６２６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のようにアンテナ実装時における周波数特性の変化をアンテナ形状の調整により所望の特性に合わせ込む方法では、アンテナを実装する電子機器の機種によって、実装する環境が異なるため、実装時における周波数特性の変化も一様でない。そのため、異なる機種に対して同一のアンテナを使用することができないという課題がある。
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明は、アンテナ実装時の反射特性を改善しつつ、異なる電子機器の機種に対して同一のアンテナを使用することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成する本発明に係るアンテナは、
無線通信用のアンテナであって
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置された接地導体部と、
前記誘電体基板上において、前記接地導体部と対向して配置された放射導体部と、前記放射導体部と前記接地導体部とを接続する短絡導体部と、前記放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、
前記接地導体部と高周波接続される開放導体部と、を有し、
前記開放導体部は、前記接地導体部と前記短絡導体部との接続位置から対角方向にある前記接地導体部の位置から所定の長さ突出するように前記誘電体基板と接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なる電子機器の機種に対して同一のアンテナを使用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る無線通信用のアンテナの基本構成を説明する図。
【図２】アンテナ実装基板のＧＮＤ部の長さが短い場合の反射を示す図。
【図３】２ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝１５ｍｍ固定、開放導体長Ｌｓが可変時の反射特性を示す図。
【図４】２ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝２０ｍｍ固定、開放導体長Ｌｓが可変時の反射特性を示す図。
【図５】２ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝２５ｍｍ固定、開放導体長Ｌｓが可変時の反射特性を示す図。
【図６】２ＧＨｚ帯、開放導体のアンテナ実装基板への取り付け角度が可変時の反射特性を示す図。
【図７】２ＧＨｚ帯でのアンテナ入力反射係数ＶＳＷＲ＜２．０を満足する為の接地導体部長Ｌｂと開放導体部長Ｌｓの関係を表す図。
【図８】５ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝８ｍｍ固定、開放導体部長Ｌｓ可変時の反射特性を示す図。
【図９】５ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝１１ｍｍ固定、開放導体部長Ｌｓ可変時の反射特性を示す図。
【図１０】５ＧＨｚ帯、Ｌｂ＝１４ｍｍ固定、開放導体部長Ｌｓ可変時の反射特性を示す図。
【図１１】５ＧＨｚ帯、開放導体部の接地導体部への取り付け角度可変時の反射特性を示す図。
【図１２】５ＧＨｚ帯でのアンテナ入力反射係数ＶＳＷＲ＜２．０を満足する為の接地導体部長Ｌｂと開放導体部長Ｌｓとの関係を表す図。
【図１３】第２実施形態におけるアンテナの開放導体部１０６を示す図。
【図１４】複数の異なる機器への無線部実装を示す図。
【図１５】複数の異なる機器へ同一のアンテナを実装した場合の例を示す図。
【図１６】本発明の特徴である開放導体と誘電体基板の機器への取付の実施例を示す図。
【図１７】開放導体の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の無線通信用アンテナの基本構成を示す。アンテナは、アンテナ素子１０１と、誘電体基板１０４と、接地導体部１０５と、開放導体部１０６と、取り付け穴１０７と、無線モジュールチップ１０９と、コネクタ１１０とを備える。アンテナは、不図示の電子機器に内蔵される。誘電体基板１０４上には、アンテナ素子１０１と、接地導体部１０５と、開放導体部１０６と、取り付け穴１０７と、無線モジュールチップ１０９と、コネクタ１１０とが形成されている。筺体板金１０８は、誘電体基板１０４が取り付けられる不図示の電子機器本体の板金である。
【００１４】
アンテナ素子１０１は、一般的な逆Ｆアンテナであり、短絡導体部１００と、給電点１０２と、放射導体部１０３とを備える。短絡導体部１００は、放射導体部１０３と接地導体部１０５とを接続する。給電点１０２は、アンテナ素子１０１に高周波信号（高周波電流）を１点で給電する給電部である。放射導体部１０３は、接地導体部１０５と間隔を隔てて対向して配置されている。間隔は一定であってもよく、その場合放射導体部１０３と接地導体部１０５とは平行に配置されることになる。また、放射導体部１０３の短絡導体部１００との接点とは逆の端部は、給電点１０２に対して高周波的に開放された開放端１０３である。誘電体基板１０４は、アンテナ素子１０１を実装するための基板であり、この基板上には上述した各構成要素の他に、ＩＣなどの電子部品が設けられる。接地導体部１０５は、使用周波数の波長の四分の一以下の電気長を有する。接地導体部１０５は、誘電体基板上に、導体パターン形状で形成されたり、板状板金形状で形成されたりする。図１の例では、接地導体部１０５は矩形形状であるが、必ずしも矩形形状である必要はない。開放導体部１０６は、本発明の特徴部分であり、所定の接続位置で、接地導体部１０５と高周波接続される。
【００１５】
開放導体部１０６の取り付け位置は、アンテナ素子１０１が備える短絡導体部１００から観察して、破線矢印Ａで示されるように、接地導体部１０５の対角方向の位置（端部位置）である。取り付け穴１０７を介して、ねじ等を用いて接地が行われる。コネクタ１１０は、電子機器本体または無線モジュールチップ１０９へ信号を供給するためのコネクタである。
【００１６】
ここで、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の電気長（放射導体部１０３と対向する方向の長さ）は、一般的にアンテナ素子１０１を動作周波数で十分な反射係数を持って共振させるために、λ／４以上の電気長が必要である。ここで、λは動作周波数の中心周波数の波長である。
【００１７】
即ち、通常アンテナ素子１０１を実装している誘電体基板１０４のＧＮＤ部分１０５の電気長がλ／４以上確保できない場合、アンテナ素子１０１の入力反射特性は十分な特性を得られない。
【００１８】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の電気長がλ／４以上確保できない場合のアンテナ素子１０１の入力反射特性を示す。図２（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さをＬｂとする。
【００１９】
例えば、使用周波数帯を２ＧＨｚの無線ＬＡＮを想定した場合、２．４５ＧＨｚを使用周波数帯の中心周波数とすると、λ／４は約３０ｍｍ程度となる。従って、Ｌｂが３０ｍｍ以上の長さであれば、アンテナ素子１０１の反射特性が十分に得られる。一方、例えばＬｂが１８ｍｍ程度しか確保できない場合、図２（ｂ）に示されるスミス図における双方向矢印が示すように、中心から距離が遠いアンテナ素子１０１の反射特性になってしまう。
【００２０】
反射特性を示す指標としてＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）（電圧定在波比）およびＲＬ（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）（反射損失）があり、スミス図の中心からの距離が近い程良好な反射特性を示す。通常アンテナの反射特性としてＶＳＷＲ＜２．０、ＲＬ＜−９．５ｄＢを満たすようにするとよい。ここで、電圧定在波比ＶＳＷＲと反射損失ＲＬとの関係は以下のようになる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
【数２】
【００２３】
図２（ｂ）におけるｆｌ、ｆｃ、およびｆｕは、それぞれ使用周波数帯の下端、中心、および上端の周波数を示す。ＲＬが概ね−５ｄＢ以上の値となり、アンテナの反射特性として通常要求される電圧定在波比ＶＳＷＲ＜２．０（反射損失ＲＬ＜−９．５ｄＢ）は確保できなくなる。これを改善する為には、アンテナ素子パターンの変更や、整合素子の変更などが必要になってしまい、アンテナ素子、整合素子の汎用性がなくなってしまう。本発明では、このような変更を必要としなくて済むように開放導体部１０６を構成する。開放導体部１０６は、アンテナ素子１０１が実装される誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂがλ／４以上確保できない場合に、アンテナ素子１０１の入力反射特性を改善するためのものである。
【００２４】
図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４上に開放導体部１０６を取り付けた際の動作を説明する。図３（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さを１５ｍｍとして、開放導体部１０６の長さＬｓとする。図３（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示している。図３（ｂ）は、測定周波数はＷＬＡＮの２ＧＨｚ帯の中心周波数２．４４ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示すスミス図である。図３（ｂ）のスミス図の８つのポイントはＬｓ＝０ｍｍからＬｓ＝３５ｍｍまで、５ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものに対応する。誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂ＝１５ｍｍである場合、開放導体部１０６の長さＬｓ＝０ｍｍ、すなわち開放導体部１０６を取り付けていない場合、アンテナ素子１０１の入力からの反射が大きく、ＶＳＷＲ＜２．０の確保が難しい。しかしながら、開放導体部１０６の長さＬｓを調整することにより反射特性が改善されている様子がわかる。開放導体部１０６部の長さＬｓを概ね２０ｍｍ以上にすることにより、ＶＳＷＲ＜２．０の反射係数が得られる。
【００２５】
図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６が取り付けられた際の動作を説明する。図４（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを２０ｍｍとする。図４（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを２０ｍｍにした場合、図３（ｂ）の反射特性の変化と比べて、接地導体部１０５の長さが５ｍｍ長くなっていることに起因して、開放導体部１０６の長さＬｓを概ね１５ｍｍ以上にすることにより、ＶＳＷＲ＜２．０の反射係数が得られる。
【００２６】
図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６が取り付けられた際の動作を説明する。図５（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを２５ｍｍとする。図５（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。。図４（ｂ）の反射特性の変化と比べて、接地導体部１０５の長さが５ｍｍ長くなっていることに起因して、開放導体部１０６の長さを概ね１０ｍｍ以上にすることにより、ＶＳＷＲ＜２．０の反射係数が得られる。
【００２７】
以上のように、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂに応じて、開放導体部１０６の長さＬｓを変える。例えば、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂに反比例して開放導体部１０６の長さＬｓを変える。これにより、使用周波数の波長をλとした時、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂがλ／４以上の長さを確保できない場合でも、Ｌｂの長さに応じてＬｓの長さを調節することにより、アンテナ素子１０１のパターンや、整合素子を変えることなく、アンテナ素子１０１の入力反射特性を改善することができる。
【００２８】
次に、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に対する開放導体部１０６の取り付け角度を変えた場合のアンテナ素子１０１の入力反射特性の変化を説明する。図６（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを１５ｍｍ、開放導体部１０６の長さＬｓを２５ｍｍとする。図６（ｂ）は、開放導体部１０６の取り付け角度θを誘電体基板１０４の側面に対して０度から１８０度まで変化させた時のアンテナ素子１０１の入力反射の様子を示したスミス図である。図３（ｂ）は、測定周波数はＷＬＡＮの２ＧＨｚ帯の中心周波数２．４４ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示している。また、表１は、各角度θにおけるアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
図６（ｂ）より、角度θが０度の場合は開放導体部１０６が接地導体部１０５と重なり合い、開放導体部１０６がない状態と同様になる。この場合、アンテナ素子１０１の入力端からの反射が大きく、ＲＬ＝−７．０ｄＢであり、ＶＳＷＲ＜２．０（ＲＬ＜−９．５ｄＢ）の条件を確保することができない。しかしながら、角度θを大きくするにつれて、反射特性が改善されている様子がわかる。表１より、角度θが３０度以上であればＶＳＷＲ＜２．０（ＲＬ＜−９．５ｄＢ）の条件を確保できることがわかる。
【００３１】
図７は、アンテナ入力反射係数であるＶＳＷＲ＜２．０を満足するための、接地導体部１０５の長さＬｂと開放導体部１０６の長さＬｓとの関係を表すグラフである。横軸は接地導体部１０５の長さＬｂであり、縦軸は開放導体部１０６の長さＬｓである。ここで、Ｌｓ（ｍｉｎ）は接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の接地導体部１０５の長さを示す。また、Ｌｓ（ｍａｘ）は接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の接地導体部１０５の長さを示す。図７より、ＬｂとＬｓとの関係は、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の長さＬｓ（ｍｉｎ）に対しては、概ねＬｓ（ｍｉｎ)＝−Ｌｂ＋３５（１５＜Ｌｂ＜２５）の直線により関係付けられる。また、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の長さＬｓ（ｍａｘ）に対しては、概ねＬｓ（ｍａｘ）＝−Ｌｂ＋５０（１５＜Ｌｂ＜２５）の直線により関係付けられる。従って、アンテナ素子１０１の反射係数であるＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすＬｂとＬｓとの関係は、定数Ｋを用いると、Ｌｓ＝−Ｌｂ＋Ｋ、３５＜Ｋ＜５０（１５＜Ｌｂ＜２５）となる。
【００３２】
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、５ＧＨｚ帯における開放導体部１０６の取り付け時の動作を説明する。図８（ａ）において、誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂを８ｍｍとする。図８（ｂ）は、その状態で開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。測定周波数はＷＬＡＮの５ＧＨｚ帯の低域周波数５．２ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示している。また、表２は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００３３】
【表２】
【００３４】
図８（ｂ）のスミス図における各ポイントは、２ＧＨｚ帯での測定と同様に、Ｌｓ＝０ｍｍからＬｓ＝２４ｍｍまで３ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものである。誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂが８ｍｍである場合、開放導体部１０６の長さＬｓが０ｍｍ、すなわち開放導体部１０６を取り付けない場合には、アンテナ素子１０１の入力からの反射が大きいため、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を確保することが難しい。しかしながら、開放導体部１０６の長さＬｓを調整するにつれて、反射特性が改善されている様子がわかる。表２から、概ね開放導体部１０６の長さＬｓを１５ｍｍ近傍にすることによりＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たす反射係数が得られる。また、開放導体部１０６の長さＬｓを２４ｍｍ以上にすると、逆に反射特性が低下してしまうことがわかる。
【００３５】
図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６を取り付けた際の動作を説明する。図９（ａ）において、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｓを１１ｍｍとする。図９（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。また、表３は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００３６】
【表３】
【００３７】
図９（ｂ）のスミス図に示される各ポイントは、２ＧＨｚ帯での測定と同様にＬｓ＝０ｍｍからＬｓ＝２４ｍｍまで３ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものである。先に説明したように誘電体基板１０４上の接地導体部１０５の長さＬｂは１１ｍｍである。この場合、図８（ｂ）の反射特性の変化と比べて接地導体部１０５の長さＬｂを３ｍｍ長くしたことに起因して、開放導体部１０６の長さＬｓが１２ｍｍであっても、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たす反射係数が得られることがわかる。
【００３８】
次に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して、誘電体基板１０４に開放導体部１０６を取り付けた際の動作を説明する。図１０（ａ）において、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂを１４ｍｍとする。図１０（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の入力反射特性の様子を示すスミス図である。また、表４は、開放導体部１０６の長さＬｓを変えた時のアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００３９】
【表４】
【００４０】
図１０（ｂ）のスミス図に示される各ポイントは、２ＧＨｚ帯での測定と同様にＬｓ＝０ｍｍからＬｓ＝２４ｍｍまで、３ｍｍ間隔でＬｓの長さを変えたものである。先に説明したように誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂは１４ｍｍである。この場合、図９（ｂ）の反射特性の変化と比べて接地導体部１０５の長さＬｂを３ｍｍ長くしたことに起因して、開放導体部１０６の長さが９ｍｍであっても、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たす反射係数が得られることがわかる。
【００４１】
次に、図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照して、５ＧＨｚ帯において、開放導体部１０６の誘電体基板１０４に対する取り付け角度を変えた場合のアンテナ素子１０１の入力反射特性の変化を説明する。図１１（ａ）において、誘電体基板１０４の接地導体部１０５の長さＬｂを１４ｍｍとする。図１１（ｂ）は、開放導体部１０６の長さＬｓを１５ｍｍとして、開放導体部１０６の取り付け角度θを誘電体基板１０４の側面に対して０度から１８０度まで変化させた時のアンテナ素子１０１の入力反射の様子を示すスミス図である。測定周波数はＷＬＡＮの５ＧＨｚ帯の周波数５．２ＧＨｚとし、そのポイントでの反射係数の値を示すものである。また、表５は、各角度θにおけるアンテナ素子１０１の反射損失ＲＬをｄＢ単位で表した値である。
【００４２】
【表５】
【００４３】
表５より、角度θが０度の場合は開放導体部１０６が接地導体部１０５と重なり合い、開放導体部１０６がない状態と同様となる。そのため、アンテナ素子１０１の入力からの反射が大きくなり、ＲＬ＝−７．０ｄＢとなるためＶＳＷＲ＜２．０（ＲＬ＜−９．５ｄＢ）という条件を確保することができない。しかしながら、角度θを大きくするにつれて、反射特性が改善されている様子がわかる。表５より、角度θの範囲が３０度＜θ＜１８０度であれば、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすことがわかる。
【００４４】
図１２は、アンテナ入力反射係数がＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための、接地導体部１０５の長さＬｂと開放導体部１０６の長さＬｓとの関係を表すグラフである。横軸は接地導体部１０５の長さＬｂであり、縦軸は開放導体部１０６の長さＬｓである。Ｌｓ（ｍｉｎ）は、接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の長さである。また、Ｌｓ（ｍａｘ）は、接地導体部１０５の長さＬｂに対して、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の長さである。図１２のグラフより、ＬｂとＬｓとの関係は、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最小の長さＬｓ（ｍｉｎ）に対しては概ねＬｓ（ｍｉｎ）＝−Ｌｂ＋２３（８＜Ｌｂ＜１４）の直線により関係づけられる。また、ＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすための最大の長さＬｓ（ｍａｘ）に対しては概ねＬｓ（ｍａｘ）＝−Ｌｂ＋３２（８＜Ｌｂ＜１４）の直線により関係付けられる。よって、アンテナ素子１０１の反射係数がＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすＬｂとＬｓとの関係は、定数Ｌを用いて、Ｌｓ＝−Ｌｂ＋Ｌ、２３＜Ｌ＜３２（８＜Ｌｂ＜１４）となる。
【００４５】
なお、以上の説明では、角度θの調整と、開放導体部１０６の長さＬｓの調整と、を別個に行う構成を示したが、角度θと開放導体部１０６の長さＬｓとの両方を調整して、アンテナ素子１０１の反射係数がＶＳＷＲ＜２．０という条件を満たすようにしてもよい。
【００４６】
以上説明したように誘電体基板１０４のＧＮＤ部分１０５の長さに応じて開放導体１０６を所望の長さにする事でアンテナ素子１０１の入力反射特性が改善される。
【００４７】
次に複数の異なる機器に対して同一のアンテナを共有して使用する場合の実施例について説明する。
【００４８】
図１４は同一のアンテナを実装する３種類の機器Ａ，機器Ｂ、機器Ｃを示す。機器Ａ、Ｂ、Ｃに対して異なる実装位置に同一のアンテナ素子を実装するものとする。
【００４９】
図１５は異なる機器Ａ、Ｂ、Ｃに実装する同一のアンテナ素子を搭載した誘電体基板Ａ、Ｂ、Ｃを示す図である。図１５においてそれぞれの誘電体基板のＧＮＤ部分の長さは異なり誘電体基板Ａ、Ｂ、ＣのＧＮＤ部分の長さはそれぞれＬＡ、ＬＢ、ＬＣとする。機器Ａには誘電体基板Ａ、機器Ｂには誘電体基板Ｂ、機器Ｃには誘電体基板Ｃをそれぞれ実装するものであり、誘電体基板ＧＮＤ長ＬＡ、ＬＢ、ＬＣは使用周波数帯域の動作中心周波数の波長をλとした場合λ/４より短いＧＮＤ長を有するものである。
【００５０】
このような場合機器に実装した場合、各々の誘電体基板に実装されたアンテナ素子の反射特性は良好な特性が得られない。機器ごとに実装するアンテナ基板ＧＮＤ長が異なる為、機器ごとにアンテナ素子のパターン長を変えたり、整合素子の変更が必要になったりしてしまう。
【００５１】
このような場合に今まで説明してきたように機器毎に本発明の特徴である開放導体の長さをそれぞれの機器に実装された誘電体基板のＧＮＤ部分の長さに応じて調整する事によってアンテナ素子の反射特性を改善する事ができる。
【００５２】
図１６に本発明の特徴である開放導体と誘電体基板の機器への取付の実施例を示す。図１６Ａにおいて５００は電子機器（図示せず）内部にある筺体板金であり、誘電体基板５０２を取り付けるネジ穴５０１を有するものである。５０４は本発明の特徴である開放導体で中央部にスリット部５０５を有し誘電体基板５０２と筺体板金５００との間に挿入され、ネジ穴５０１にネジ止めされ誘電体基板５０２、開放導体５０４、筺体板金５００は接続され高周波的に接地された状態になる。
【００５３】
図１６Ｂに開放導体と誘電体基板を筺体板金に取り付けた状態を示す。この取付状態と図１で示す状態は同一のものである。図１と図１６において開放導体１０６と５０４は同一の部材である。また図１の１０８の筺体板金と図１６の筺体板金５００も同一部材である。
【００５４】
図１の誘電体基板１０４と図１６の誘電体基板５０２も同様に同一部材である。このように本発明の特徴である開放導体５０４は電子機器本体の筺体板金５００と誘電体基板５０２の間に挟み込みネジ止めする事によって高周波接続される。
【００５５】
図１７に開放導体５０４の構成を示す。図１７において５０４は開放導体であり５０５は開放導体を基板取付板金５００のネジ止めする為の長穴もしくはスリットであり、図１６Ｂに示すように誘電体基板５０２の端部から突出する長さＬｓを矢印方向に調節可能できる構成となっている。
【００５６】
よってアンテナの反射特性の調整は、誘電体基板５０２の端部から突出する開放導体の長さＬｓを矢印方向にスライドさせて変える事で行う。
【００５７】
その機種に実装される誘電体基板５０２のＧＮＤ長に応じてアンテナ基板ＧＮＤ端部から突出させる開放導体Ｌｓの長さを変える事で最適な反射特性に調整するものである。
【００５８】
以上説明してきたように、本発明によれば、アンテナ素子形状や、整合素子を変更することなくアンテナ素子の反射特性を改善する事ができ、異なる機種に対しても同一のアンテナで良好な特性を得られる。このため、アンテナの製造、管理がきわめて容易となり、コストを低減することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係るアンテナの基本構成を示す。図１で説明したアンテナの基本構成と同様であるが、図１３において、開放導体部１０６の形状が第１実施形態とは異なる。第２実施形態に係る開放導体部１０６は、板状の板金に拘らず、所望の長さを有する導体である。また、伝導率の高いフレキシブルな樹脂にコーティングされた所望の長さを有する銅箔から構成されてもよい。
【００６０】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信用のアンテナであって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置された接地導体部と、
前記誘電体基板上において、前記接地導体部と対向して配置された放射導体部と、前記放射導体部と前記接地導体部とを接続する短絡導体部と、前記放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、
前記接地導体部と高周波接続される開放導体部と、を有し、
前記開放導体部は、前記接地導体部と前記短絡導体部との接続位置から対角方向にある前記接地導体部の位置から所定の長さ突出するように前記誘電体基板と接続されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記開放導体部の前記接地導体部から突出する長さが調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記接地導体部は、矩形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記開放導体部が前記接地導体部から突出する位置は、前記接地導体部の端部位置であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記開放導体の前記接地導体部から突出する長さが、前記短絡導体部が前記接地導体部へ向かう方向の前記接地導体部の長さに応じていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記放射導体部は、前記接地導体部と平行に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記端部位置は、前記接続位置から最も遠い端部位置であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記接地導体部は、前記短絡導体部が前記接地導体部へ向かう方向の前記接地導体部の長さが、前記アンテナ素子の動作中心周波数の波長の四分の一よりも短い長さであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記開放導体部は、前記接地導体部と所定の角度で接続されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
誘電体基板に配置された接地導体部と、
前記誘電体基板上において、前記接地導体部と対向して配置された放射導体部と、前記放射導体部と前記接地導体部とを接続する短絡導体部と、前記放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、
前記接地導体部と高周波接続される開放導体部とを有する、無線通信用のアンテナの調整方法であって、
前記開放導体部が前記接地導体部と前記短絡導体部との接続位置から対角方向にある前記接地導体部の位置から所定の長さ突出する長さを前記短絡導体部が前記接地導体部へ向かう方向の前記接地導体部の長さに応じて変えることにより前記アンテナ素子の入力反射係数を調節することを特徴とするアンテナの調整方法。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のアンテナを内蔵する電子機器。
【請求項１】
無線通信用のアンテナであって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置された接地導体部と、
前記誘電体基板上において、前記接地導体部と対向して配置された放射導体部と、前記放射導体部と前記接地導体部とを接続する短絡導体部と、前記放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、
前記接地導体部と高周波接続される開放導体部と、を有し、
前記開放導体部は、前記接地導体部と前記短絡導体部との接続位置から対角方向にある前記接地導体部の位置から所定の長さ突出するように前記誘電体基板と接続されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記開放導体部の前記接地導体部から突出する長さが調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記接地導体部は、矩形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記開放導体部が前記接地導体部から突出する位置は、前記接地導体部の端部位置であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記開放導体の前記接地導体部から突出する長さが、前記短絡導体部が前記接地導体部へ向かう方向の前記接地導体部の長さに応じていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記放射導体部は、前記接地導体部と平行に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記端部位置は、前記接続位置から最も遠い端部位置であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記接地導体部は、前記短絡導体部が前記接地導体部へ向かう方向の前記接地導体部の長さが、前記アンテナ素子の動作中心周波数の波長の四分の一よりも短い長さであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記開放導体部は、前記接地導体部と所定の角度で接続されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
誘電体基板に配置された接地導体部と、
前記誘電体基板上において、前記接地導体部と対向して配置された放射導体部と、前記放射導体部と前記接地導体部とを接続する短絡導体部と、前記放射導体部に高周波電流を給電する給電部とを備えるアンテナ素子と、
前記接地導体部と高周波接続される開放導体部とを有する、無線通信用のアンテナの調整方法であって、
前記開放導体部が前記接地導体部と前記短絡導体部との接続位置から対角方向にある前記接地導体部の位置から所定の長さ突出する長さを前記短絡導体部が前記接地導体部へ向かう方向の前記接地導体部の長さに応じて変えることにより前記アンテナ素子の入力反射係数を調節することを特徴とするアンテナの調整方法。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか１項に記載のアンテナを内蔵する電子機器。
【図１】
【図７】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図７】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１３８８９４（Ｐ２０１２−１３８８９４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９５６６（Ｐ２０１１−２１９５６６）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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