広帯域無指向性アンテナ
【課題】広帯域で無指向性の放射パターンを有するアンテナ素子を提供する。
【解決手段】2つの板状の導体の放射素子を有するアンテナで、一方の放射素子の形状が、鍵のような形状であり、前記鍵のような形状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成され、他方の放射素子の形状が、L字状であり、前記L字状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成される。
【解決手段】2つの板状の導体の放射素子を有するアンテナで、一方の放射素子の形状が、鍵のような形状であり、前記鍵のような形状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成され、他方の放射素子の形状が、L字状であり、前記L字状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント基板で構成するアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、2.5GHz帯や3.5GHz帯で開始される予定のWiMAX技術を用いたアンテナでは、MIMOなどの高度なダイバーシティ技術が導入される見込みであり、あらゆる方向からの反射波を受信できる無指向性アンテナが必要である。さらに、WiMAXで使用される周波数は世界中でまちまちであり、全部をカバーするには、広い帯域をカバーする必要がある。例えば、2.5GHz帯や3.5GHz帯(世界各国で使用する周波数帯域が少しずつ異なる見込みで、共通に使用するには、3.2GHz〜3.8GHzの600MHz程度の広い帯域をカバーする必要がある)を両方カバーするには、2.5GHz〜3.8GHzをカバーする必要がある。
【0003】
同様のニーズを有する機器としては、無線LANやUWBがある。無線LANでは、近年、5GHz帯が周波数拡張され、4.9GHz〜5.9GHz程度までカバーできれば、世界の5GHz帯はカバーできる。また、UWBでは、3.1GHz〜4.8GHzがメインに使用される予定である。
【0004】
このような背景から、本アンテナのような、広帯域で無指向性の放射パターンを有するアンテナは、大変重要であるといえる。
【0005】
なお、特許文献1に記載されている発明は、モノポールアンテナに関するものである。また、特許文献1には、指向性や帯域に関する記載がない。
【0006】
また、特許文献2に記載されている発明は、比帯域が狭く、30%である。
【特許文献1】特開2006−005816号公報
【特許文献2】特開平11−097915号公報
【非特許文献1】「アンテナ工学ハンドブック」著者:電子情報通信学会、発売日:1980年10月、 ISBN:4−274−02677−9、42P
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来技術のアンテナは、図20に示すような、ダイポールアンテナをプリント基板にエッチングして構成した、プリント化ダイポールと呼ばれるアンテナであった。
【0008】
図20は、従来技術のプリント基板を用いたアンテナである。プリント基板100の表、裏面に、帯状の導体よりなる放射素子101と放射素子102を反対方向に延ばして配置し、等価的ダイポールアンテナを構成するものである。放射素子101と102はそれぞれマイクロストリップライン103に接続、給電され、下側のマイクロストリップラインは、グランド104に接続される。
このアンテナは、例えば、"アンテナ工学ハンドブック(オーム社)"の42ページに掲載されている。この種のアンテナは、本アンテナのように広い帯域特性は得られず、せいぜい10%程度の比帯域が得られる程度である。また、図20において、水平面で無指向性の放射パターンを構成することもできない。特に、水平面の指向性では、プリント基板の左右横方向(図20記載)では、利得が極端に落ち込むヌルポイントがあり、通信特性の劣化を招くという欠点があった。
【0009】
そこで、本発明は、広帯域で無指向性の放射パターンを有するアンテナ素子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】
【0010】
本発明の広帯域無指向性アンテナは、プリント基板の表面に、導体より構成される180度を越える、ひとつの鈍角を有する5角形の面上の放射素子と、前記放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成されるマイクロストリップラインと、プリント基板の裏面に、導体より構成される三角形の放射素子と、前記三角形の放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成され、反対の端部がテーパ状に広がるテーパ状導体と、前記テーパ状導体が接続される、導体のグランド板より構成される。このとき、マイクロストリップラインとテーパ状導体は、プリント基板の表と裏で同一方向にのび、プリント基板の表と裏で重なる構造になっている。さらに、5角形の放射素子と三角形の放射素子は、表と裏で、互いに重ならないような位置関係に配置されている。
【0011】
または、プリント基板の表面に、導体より構成される長方形の面上の放射素子と、前記放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成されるマイクロストリップラインと、プリント基板の裏面に、導体より構成される三角形の放射素子と、前記三角形の放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成され、反対の端部がテーパ状に広がるテーパ状導体と、前記テーパ状導体が接続される、導体のグランド板より構成される。このとき、マイクロストリップラインとテーパ状導体は、プリント基板の表と裏で同一方向にのび、プリント基板の表と裏で重なる構造になっている。さらに、長方形の放射素子と三角形の放射素子は、表と裏で、互いに重ならないような位置関係に配置されている。
【発明の効果】
【0012】
(1)プリント基板にエッチングによって簡単、安価に構成でき、(2)広帯域の特性を有し、(3)水平面内(アンテナを平面状にエッチングして構成している面)で概ね無指向性の放射パターンを有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【0014】
本発明の広帯域無指向性アンテナは、パソコンなどに用いるPCMCIAカード型の先端部分に、エッチングによって簡単に形成できるアンテナで、かつ、広帯域の特性を有し、水平面、アンテナを平面状にエッチングして構成している面で概ね無指向性の放射パターンを有するものである。
【0015】
広帯域な特性を有することで、最近の多様な通信技術を用いた各種端末に利用可能である。例えば、WiMAX技術を用いた通信サービスは、現在、2.5GHz帯や3.5GHz帯で開始される予定である。特に、3.5GHz帯では、世界各国で使用する周波数帯域が少しずつ異なる見込みで、共通に使用するには、3.2GHz〜3.8GHzの600MHz程度の広い帯域をカバーする必要がある。
【0016】
このWiMAX技術を用いた通信サービスに共通に使用可能な端末機器に用いられると予想されるPCMCIAカードやコンパクトフラッシュ(登録商標)カードの先端部にエッチングによって構成可能である。
【0017】
また、無線LANの5GHz帯のサービスにおいては、全世界で多様な周波数が用いられており、すべて使用できるためには、4.9GHz〜5.9GHz程度の広い帯域で使用できることが必要である。無線LAN機能搭載のPDA端末や、パソコンのマザーボード基板の端にも、エッチングで構成できる。屋内無線LANのアクセスポイントでも同様に、内蔵されるプリント基板の端に、エッチングで構成できる。
【0018】
さらに、UWB(ウルトラワイドバンド)技術を用いたWPAN(ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク)用の機器や端末でも、日本国内では、3.4GHz〜4.8GHzの帯域で使用できる必要があり、この場合も適用可能である。
【0019】
以上のように、本発明の広帯域無指向性アンテナは、(1)プリント基板にエッチングによって簡単、安価に構成でき、(2)広帯域の特性を有し、(3)水平面内(アンテナを平面状にエッチングして構成している面)で概ね無指向性の放射パターンを有するものである。
【0020】
図1に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第1の実施例の構成図を示す。また、図2には、図1のプリント基板1の表面、裏面、透視図が示されている。図1において、本アンテナは、誘電体と表面、裏面に銅箔などの薄い導体層を有するプリント基板1上に、エッチングにより形成されたアンテナで、表面に、放射素子2、マイクロストリップライン4が、裏面に、放射素子3、テーパライン6、グランド7が形成される。
【0021】
表面のマイクロストリップライン4の途中には、電気的なインピーダンス整合を得るために、スタブ5が形成されている。裏面のテーパライン6も、スタブ5と同様に、インピーダンス整合のために設けられている。テーパライン6の勾配は、直線的であるが、曲線で形成される場合も多い。一般に、指数関数的なカーブや、三角関数のカーブ、円や楕円のカーブなどが用いられる。
【0022】
放射素子2は、2つの直角三角形の鋭角の頂点同士を接続した形状で、一方の直角三角形のもうひとつの鋭角の頂点部分が、マイクロストリップライン4の先端に接続されて給電される。
【0023】
マイクロストリップライン4は、途中に、インピーダンス整合のために、スタブ5が付加されている。この場合、スタブ5がなくてもインピーダンス整合が得られる場合は不要である。また、スタブ5の形状は、インピーダンス整合を得るために、長方形に限らず、三角形や半円形など、任意の形状となる。
【0024】
放射素子3は、直角三角形の形状で、ひとつの鋭角の頂点部分が、テーパライン6の先端に接続されて給電される。テーパライン6は、先端部は細く、徐々に幅広になっていき、グランド7に接続される。マイクロストリップライン4とテーパライン6は、プリント基板1の表裏で、マイクロストリップ線路を形成している。図2(3)の透視図でわかるように、マイクロストリップライン4は、グランド7と重なる部分で、幅が変わり、以後一定の幅となる。マイクストリップライン4は、グランド7と約50オームのマイクロストリップ線路を形成している。
【0025】
図1において、aの長さは、最低使用周波数の0.05〜0.1波長、bの長さは、0.1〜0.15波長が選ばれることが多い。実験結果では、最低使用周波数2.2GHzのとき、a=10mmで、約0.07波長、b=17mmで、約0,125波長の場合、2.2GHz〜5GHzでVSWRが2.0以下となる。この例は、図16に示されている。
【0026】
図3に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第2の実施例の構成図を示す。また、図4には、図3のプリント基板10の表面、裏面、透視図が示されている。図3において、図1との構造の違いは、マイクロストリップライン11が、テーパライン6のように、テーパ形状になっておらず、幅が一定の直線的な帯状に形成されていることである。図1と図3の違いは、主に、テーパライン6によって整合をとるか、マイクロストリップライン11によって整合をとるかの違いである。
【0027】
図3において、cの長さは、最低使用周波数の0.1〜0.13波長、dの長さは、0.18〜0.23波長が選ばれることが多い。実験結果では、最低使用周波数3.4GHzのとき、a=10mmで、約0.11波長、b=17mmで、約0.19波長の場合、3.4GHz〜6.4GHzでVSWRが2.0以下となる。この例は、図17に示されている。
【0028】
図5に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第3の実施例の構成図を示す。また、図6には、図5のプリント基板20の表面、裏面、透視図が示されている。図5において、図3との構造の違いは、放射素子2の代わりに、長方形の放射素子21が用いられていることである。
【0029】
図5において、eの長さは、最低使用周波数の0.7〜0.1波長、fの長さは、0.12〜0.16波長が選ばれることが多い。実験結果では、最低使用周波数2.5GHzのとき、a=10mmで、約0.08波長、b=17mmで、約0.14波長の場合、2.5GHz〜6.2GHzでVSWRが2.0以下となる。この例は、図18に示されている。
【0030】
図7に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第4の実施例の構成図を示す。また、図8には、図7のプリント基板30の表面、裏面、透視図が示されている。図7は、図1の構造の広帯域無指向性アンテナを2つ用いた例である。通常、ノートパソコンに挿入して使用するPCMCIAカードタイプの通信ユニットでは、そのカード先端部に、図7のようなアンテナを2つ形成して、ダイバーシティ技術などを用いて、通信に使用されることが多い。
【0031】
図9に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第5の実施例の構成図を示す。また、図10には、図9のプリント基板40の表面、裏面、透視図が示されている。図9は、図3の構造の広帯域無指向性アンテナを2つ用いた例である。
【0032】
図11に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第6の実施例の構成図を示す。また、図12には、図11のプリント基板50の表面、裏面、透視図が示されている。図11は、図5の構造の広帯域無指向性アンテナを2つ用いた例である。
【0033】
図13は、図1〜4、図7〜10における放射素子2の形状を示したものであり、図13(1)〜(7)のような変形例が考えられる。(1)は、図1〜4、図7〜10と同じ形状である。(2)は、先端部が、幅一定の帯状になったものである。(3)は、先端部が帯状で内側に曲げられている形状である。(4)は、帯状の導体をコの字上にしたものである。(5)は、L字の帯状の導体の先端部の片側をテーパ状に広げた形状である。(6)は、方形の導体の内側を半楕円でくりぬいた形状である。(7)は、方形の導体を半楕円でくりぬき、外周の直角部を円弧状にしたものである。
【0034】
図14は、図1〜12における放射素子3の形状を示したものであり、図14(1)〜(7)のような変形例が考えられる。(1)は、図1〜12と同じ形状である。(2)は、下先端部をカットしたものである。(3)は、直角三角形ではなく、通常の三角形を用いた例である。(4)は、L字の帯状の導体を用いたものである。(5)は、(4)の先端を半楕円にしたものである。(6)は、方形の導体の内側を半楕円でくりぬいた形状である。(7)は、方形の導体を半楕円でくりぬき、外周の直角部を円弧状にしたものである。
【0035】
図15は、図5〜6、図11〜12における放射素子21の形状を示したものであり、図15(1)〜(7)のような変形例が考えられる。(1)は、図5〜6、図11〜12と同じ形状である。(2)は、半楕円状の形状である。(3)は、長方形の左横部を、三角形でえぐった形状である。(4)は、長方形の左横部を、長方形でえぐった形状である。(5)は、長方形の中心を長方形でくりぬいた形状である。三角形の一辺をマイクロストリップラインに這わせた形状である。(7)は、(6)の三角形部分を左右反転させた形状である。
【0036】
図16は、第1の実施例のアンテナのリターンロス特性の実測値である。プリント基板は、厚さ1mmのガラスエポキシ基板(FR−4)を用いている。寸法は、図1でa=10mm、b=17mmである。2.2〜5GHzにおいて、リターンロスが−9.5dB以下で、VSWRが2以下になり、実用できる帯域である。
【0037】
図17は、第2の実施例のアンテナのリターンロス特性の実測値である。プリント基板は、図1と同じである。寸法は、図3でc=10mm、d=17mmである。3.4〜6.4GHzにおいて、リターンロスが−9.5dB以下で、VSWRが2以下になり、実用できる帯域である。
【0038】
図18は、第3の実施例のアンテナのリターンロス特性の実測値である。プリント基板は、図1と同じである。寸法は、図5でe=10mm、f=17mmである。2.5〜6.2GHzにおいて、リターンロスが−9.5dB以下で、VSWRが2以下になり、実用できる帯域である。
【0039】
図19は、第4の実施例のアンテナの水平面内の放射パターン特性の実測値である。図7の構成で、a=10mm、b=17mmとした場合の3.1GHzと4.8GHzの水平面の放射パターンを示す。測定値は、図7の右手前側のアンテナに給電し、左奥側のアンテナの給電点は50オームで終端している。図19で、0度方向は、Z軸方向を示している。放射パターンは、0度±100度で概ね一様な無指向性の放射パターン、すなわち、レベル変動の少ない放射パターンを示している。この場合、360度で無指向性が得られないのは、偏波と同一面にグランド31(図7)が存在するため、後方はブロックされて放射が抑制されたり、散乱による乱れが生じるためである。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明の広帯域無指向性アンテナは、WiMAX技術を用いた通信サービスの端末や基地局用アンテナとして、また、無線LAN用の端末や基地局用アンテナとして、さらに、UWBの端末用アンテナとして使用することが可能である。
【0041】
WiMAX無線技術を用いたアンテナ。MIMO技術を用いたアンテナ。UWB無線技術を用いたアンテナ。無線LAN用アンテナ。その他、小型で広い帯域と無指向性の放射特性を必要とする用途のアンテナ。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の広帯域無指向性アンテナの第1の実施例の構成図
【図2】プリント基板1の表面図及び裏面図
【図3】本発明の広帯域無指向性アンテナの第2の実施例の構成図
【図4】プリント基板10の表面図及び裏面図
【図5】本発明の広帯域無指向性アンテナの第3の実施例の構成図
【図6】プリント基板20の表面図及び裏面図
【図7】本発明の広帯域無指向性アンテナの第4の実施例の構成図
【図8】プリント基板30の表面図及び裏面図
【図9】本発明の広帯域無指向性アンテナの第5の実施例の構成図
【図10】プリント基板40の表面図及び裏面図
【図11】本発明の広帯域無指向性アンテナの第6の実施例の構成図
【図12】プリント基板50の表面図及び裏面図
【図13】放射素子2の形状
【図14】放射素子3の形状
【図15】放射素子21の形状
【図16】第1の実施例のアンテナのリターンロス特性
【図17】第2の実施例のアンテナのリターンロス特性
【図18】第3の実施例のアンテナのリターンロス特性
【図19】第4の実施例のアンテナの放射パターン特性
【図20】従来技術のプリント基板を用いたアンテナ
【符号の説明】
【0043】
1 プリント基板
2 放射素子
3 放射素子
4 マイクロストリップライン
5 スタブ
6 テーパライン
7 グランド
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント基板で構成するアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、2.5GHz帯や3.5GHz帯で開始される予定のWiMAX技術を用いたアンテナでは、MIMOなどの高度なダイバーシティ技術が導入される見込みであり、あらゆる方向からの反射波を受信できる無指向性アンテナが必要である。さらに、WiMAXで使用される周波数は世界中でまちまちであり、全部をカバーするには、広い帯域をカバーする必要がある。例えば、2.5GHz帯や3.5GHz帯(世界各国で使用する周波数帯域が少しずつ異なる見込みで、共通に使用するには、3.2GHz〜3.8GHzの600MHz程度の広い帯域をカバーする必要がある)を両方カバーするには、2.5GHz〜3.8GHzをカバーする必要がある。
【0003】
同様のニーズを有する機器としては、無線LANやUWBがある。無線LANでは、近年、5GHz帯が周波数拡張され、4.9GHz〜5.9GHz程度までカバーできれば、世界の5GHz帯はカバーできる。また、UWBでは、3.1GHz〜4.8GHzがメインに使用される予定である。
【0004】
このような背景から、本アンテナのような、広帯域で無指向性の放射パターンを有するアンテナは、大変重要であるといえる。
【0005】
なお、特許文献1に記載されている発明は、モノポールアンテナに関するものである。また、特許文献1には、指向性や帯域に関する記載がない。
【0006】
また、特許文献2に記載されている発明は、比帯域が狭く、30%である。
【特許文献1】特開2006−005816号公報
【特許文献2】特開平11−097915号公報
【非特許文献1】「アンテナ工学ハンドブック」著者:電子情報通信学会、発売日:1980年10月、 ISBN:4−274−02677−9、42P
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来技術のアンテナは、図20に示すような、ダイポールアンテナをプリント基板にエッチングして構成した、プリント化ダイポールと呼ばれるアンテナであった。
【0008】
図20は、従来技術のプリント基板を用いたアンテナである。プリント基板100の表、裏面に、帯状の導体よりなる放射素子101と放射素子102を反対方向に延ばして配置し、等価的ダイポールアンテナを構成するものである。放射素子101と102はそれぞれマイクロストリップライン103に接続、給電され、下側のマイクロストリップラインは、グランド104に接続される。
このアンテナは、例えば、"アンテナ工学ハンドブック(オーム社)"の42ページに掲載されている。この種のアンテナは、本アンテナのように広い帯域特性は得られず、せいぜい10%程度の比帯域が得られる程度である。また、図20において、水平面で無指向性の放射パターンを構成することもできない。特に、水平面の指向性では、プリント基板の左右横方向(図20記載)では、利得が極端に落ち込むヌルポイントがあり、通信特性の劣化を招くという欠点があった。
【0009】
そこで、本発明は、広帯域で無指向性の放射パターンを有するアンテナ素子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】
【0010】
本発明の広帯域無指向性アンテナは、プリント基板の表面に、導体より構成される180度を越える、ひとつの鈍角を有する5角形の面上の放射素子と、前記放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成されるマイクロストリップラインと、プリント基板の裏面に、導体より構成される三角形の放射素子と、前記三角形の放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成され、反対の端部がテーパ状に広がるテーパ状導体と、前記テーパ状導体が接続される、導体のグランド板より構成される。このとき、マイクロストリップラインとテーパ状導体は、プリント基板の表と裏で同一方向にのび、プリント基板の表と裏で重なる構造になっている。さらに、5角形の放射素子と三角形の放射素子は、表と裏で、互いに重ならないような位置関係に配置されている。
【0011】
または、プリント基板の表面に、導体より構成される長方形の面上の放射素子と、前記放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成されるマイクロストリップラインと、プリント基板の裏面に、導体より構成される三角形の放射素子と、前記三角形の放射素子の端部に接続され、給電するために、帯状の導体から構成され、反対の端部がテーパ状に広がるテーパ状導体と、前記テーパ状導体が接続される、導体のグランド板より構成される。このとき、マイクロストリップラインとテーパ状導体は、プリント基板の表と裏で同一方向にのび、プリント基板の表と裏で重なる構造になっている。さらに、長方形の放射素子と三角形の放射素子は、表と裏で、互いに重ならないような位置関係に配置されている。
【発明の効果】
【0012】
(1)プリント基板にエッチングによって簡単、安価に構成でき、(2)広帯域の特性を有し、(3)水平面内(アンテナを平面状にエッチングして構成している面)で概ね無指向性の放射パターンを有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【0014】
本発明の広帯域無指向性アンテナは、パソコンなどに用いるPCMCIAカード型の先端部分に、エッチングによって簡単に形成できるアンテナで、かつ、広帯域の特性を有し、水平面、アンテナを平面状にエッチングして構成している面で概ね無指向性の放射パターンを有するものである。
【0015】
広帯域な特性を有することで、最近の多様な通信技術を用いた各種端末に利用可能である。例えば、WiMAX技術を用いた通信サービスは、現在、2.5GHz帯や3.5GHz帯で開始される予定である。特に、3.5GHz帯では、世界各国で使用する周波数帯域が少しずつ異なる見込みで、共通に使用するには、3.2GHz〜3.8GHzの600MHz程度の広い帯域をカバーする必要がある。
【0016】
このWiMAX技術を用いた通信サービスに共通に使用可能な端末機器に用いられると予想されるPCMCIAカードやコンパクトフラッシュ(登録商標)カードの先端部にエッチングによって構成可能である。
【0017】
また、無線LANの5GHz帯のサービスにおいては、全世界で多様な周波数が用いられており、すべて使用できるためには、4.9GHz〜5.9GHz程度の広い帯域で使用できることが必要である。無線LAN機能搭載のPDA端末や、パソコンのマザーボード基板の端にも、エッチングで構成できる。屋内無線LANのアクセスポイントでも同様に、内蔵されるプリント基板の端に、エッチングで構成できる。
【0018】
さらに、UWB(ウルトラワイドバンド)技術を用いたWPAN(ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク)用の機器や端末でも、日本国内では、3.4GHz〜4.8GHzの帯域で使用できる必要があり、この場合も適用可能である。
【0019】
以上のように、本発明の広帯域無指向性アンテナは、(1)プリント基板にエッチングによって簡単、安価に構成でき、(2)広帯域の特性を有し、(3)水平面内(アンテナを平面状にエッチングして構成している面)で概ね無指向性の放射パターンを有するものである。
【0020】
図1に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第1の実施例の構成図を示す。また、図2には、図1のプリント基板1の表面、裏面、透視図が示されている。図1において、本アンテナは、誘電体と表面、裏面に銅箔などの薄い導体層を有するプリント基板1上に、エッチングにより形成されたアンテナで、表面に、放射素子2、マイクロストリップライン4が、裏面に、放射素子3、テーパライン6、グランド7が形成される。
【0021】
表面のマイクロストリップライン4の途中には、電気的なインピーダンス整合を得るために、スタブ5が形成されている。裏面のテーパライン6も、スタブ5と同様に、インピーダンス整合のために設けられている。テーパライン6の勾配は、直線的であるが、曲線で形成される場合も多い。一般に、指数関数的なカーブや、三角関数のカーブ、円や楕円のカーブなどが用いられる。
【0022】
放射素子2は、2つの直角三角形の鋭角の頂点同士を接続した形状で、一方の直角三角形のもうひとつの鋭角の頂点部分が、マイクロストリップライン4の先端に接続されて給電される。
【0023】
マイクロストリップライン4は、途中に、インピーダンス整合のために、スタブ5が付加されている。この場合、スタブ5がなくてもインピーダンス整合が得られる場合は不要である。また、スタブ5の形状は、インピーダンス整合を得るために、長方形に限らず、三角形や半円形など、任意の形状となる。
【0024】
放射素子3は、直角三角形の形状で、ひとつの鋭角の頂点部分が、テーパライン6の先端に接続されて給電される。テーパライン6は、先端部は細く、徐々に幅広になっていき、グランド7に接続される。マイクロストリップライン4とテーパライン6は、プリント基板1の表裏で、マイクロストリップ線路を形成している。図2(3)の透視図でわかるように、マイクロストリップライン4は、グランド7と重なる部分で、幅が変わり、以後一定の幅となる。マイクストリップライン4は、グランド7と約50オームのマイクロストリップ線路を形成している。
【0025】
図1において、aの長さは、最低使用周波数の0.05〜0.1波長、bの長さは、0.1〜0.15波長が選ばれることが多い。実験結果では、最低使用周波数2.2GHzのとき、a=10mmで、約0.07波長、b=17mmで、約0,125波長の場合、2.2GHz〜5GHzでVSWRが2.0以下となる。この例は、図16に示されている。
【0026】
図3に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第2の実施例の構成図を示す。また、図4には、図3のプリント基板10の表面、裏面、透視図が示されている。図3において、図1との構造の違いは、マイクロストリップライン11が、テーパライン6のように、テーパ形状になっておらず、幅が一定の直線的な帯状に形成されていることである。図1と図3の違いは、主に、テーパライン6によって整合をとるか、マイクロストリップライン11によって整合をとるかの違いである。
【0027】
図3において、cの長さは、最低使用周波数の0.1〜0.13波長、dの長さは、0.18〜0.23波長が選ばれることが多い。実験結果では、最低使用周波数3.4GHzのとき、a=10mmで、約0.11波長、b=17mmで、約0.19波長の場合、3.4GHz〜6.4GHzでVSWRが2.0以下となる。この例は、図17に示されている。
【0028】
図5に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第3の実施例の構成図を示す。また、図6には、図5のプリント基板20の表面、裏面、透視図が示されている。図5において、図3との構造の違いは、放射素子2の代わりに、長方形の放射素子21が用いられていることである。
【0029】
図5において、eの長さは、最低使用周波数の0.7〜0.1波長、fの長さは、0.12〜0.16波長が選ばれることが多い。実験結果では、最低使用周波数2.5GHzのとき、a=10mmで、約0.08波長、b=17mmで、約0.14波長の場合、2.5GHz〜6.2GHzでVSWRが2.0以下となる。この例は、図18に示されている。
【0030】
図7に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第4の実施例の構成図を示す。また、図8には、図7のプリント基板30の表面、裏面、透視図が示されている。図7は、図1の構造の広帯域無指向性アンテナを2つ用いた例である。通常、ノートパソコンに挿入して使用するPCMCIAカードタイプの通信ユニットでは、そのカード先端部に、図7のようなアンテナを2つ形成して、ダイバーシティ技術などを用いて、通信に使用されることが多い。
【0031】
図9に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第5の実施例の構成図を示す。また、図10には、図9のプリント基板40の表面、裏面、透視図が示されている。図9は、図3の構造の広帯域無指向性アンテナを2つ用いた例である。
【0032】
図11に、本発明の広帯域無指向性アンテナの第6の実施例の構成図を示す。また、図12には、図11のプリント基板50の表面、裏面、透視図が示されている。図11は、図5の構造の広帯域無指向性アンテナを2つ用いた例である。
【0033】
図13は、図1〜4、図7〜10における放射素子2の形状を示したものであり、図13(1)〜(7)のような変形例が考えられる。(1)は、図1〜4、図7〜10と同じ形状である。(2)は、先端部が、幅一定の帯状になったものである。(3)は、先端部が帯状で内側に曲げられている形状である。(4)は、帯状の導体をコの字上にしたものである。(5)は、L字の帯状の導体の先端部の片側をテーパ状に広げた形状である。(6)は、方形の導体の内側を半楕円でくりぬいた形状である。(7)は、方形の導体を半楕円でくりぬき、外周の直角部を円弧状にしたものである。
【0034】
図14は、図1〜12における放射素子3の形状を示したものであり、図14(1)〜(7)のような変形例が考えられる。(1)は、図1〜12と同じ形状である。(2)は、下先端部をカットしたものである。(3)は、直角三角形ではなく、通常の三角形を用いた例である。(4)は、L字の帯状の導体を用いたものである。(5)は、(4)の先端を半楕円にしたものである。(6)は、方形の導体の内側を半楕円でくりぬいた形状である。(7)は、方形の導体を半楕円でくりぬき、外周の直角部を円弧状にしたものである。
【0035】
図15は、図5〜6、図11〜12における放射素子21の形状を示したものであり、図15(1)〜(7)のような変形例が考えられる。(1)は、図5〜6、図11〜12と同じ形状である。(2)は、半楕円状の形状である。(3)は、長方形の左横部を、三角形でえぐった形状である。(4)は、長方形の左横部を、長方形でえぐった形状である。(5)は、長方形の中心を長方形でくりぬいた形状である。三角形の一辺をマイクロストリップラインに這わせた形状である。(7)は、(6)の三角形部分を左右反転させた形状である。
【0036】
図16は、第1の実施例のアンテナのリターンロス特性の実測値である。プリント基板は、厚さ1mmのガラスエポキシ基板(FR−4)を用いている。寸法は、図1でa=10mm、b=17mmである。2.2〜5GHzにおいて、リターンロスが−9.5dB以下で、VSWRが2以下になり、実用できる帯域である。
【0037】
図17は、第2の実施例のアンテナのリターンロス特性の実測値である。プリント基板は、図1と同じである。寸法は、図3でc=10mm、d=17mmである。3.4〜6.4GHzにおいて、リターンロスが−9.5dB以下で、VSWRが2以下になり、実用できる帯域である。
【0038】
図18は、第3の実施例のアンテナのリターンロス特性の実測値である。プリント基板は、図1と同じである。寸法は、図5でe=10mm、f=17mmである。2.5〜6.2GHzにおいて、リターンロスが−9.5dB以下で、VSWRが2以下になり、実用できる帯域である。
【0039】
図19は、第4の実施例のアンテナの水平面内の放射パターン特性の実測値である。図7の構成で、a=10mm、b=17mmとした場合の3.1GHzと4.8GHzの水平面の放射パターンを示す。測定値は、図7の右手前側のアンテナに給電し、左奥側のアンテナの給電点は50オームで終端している。図19で、0度方向は、Z軸方向を示している。放射パターンは、0度±100度で概ね一様な無指向性の放射パターン、すなわち、レベル変動の少ない放射パターンを示している。この場合、360度で無指向性が得られないのは、偏波と同一面にグランド31(図7)が存在するため、後方はブロックされて放射が抑制されたり、散乱による乱れが生じるためである。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明の広帯域無指向性アンテナは、WiMAX技術を用いた通信サービスの端末や基地局用アンテナとして、また、無線LAN用の端末や基地局用アンテナとして、さらに、UWBの端末用アンテナとして使用することが可能である。
【0041】
WiMAX無線技術を用いたアンテナ。MIMO技術を用いたアンテナ。UWB無線技術を用いたアンテナ。無線LAN用アンテナ。その他、小型で広い帯域と無指向性の放射特性を必要とする用途のアンテナ。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の広帯域無指向性アンテナの第1の実施例の構成図
【図2】プリント基板1の表面図及び裏面図
【図3】本発明の広帯域無指向性アンテナの第2の実施例の構成図
【図4】プリント基板10の表面図及び裏面図
【図5】本発明の広帯域無指向性アンテナの第3の実施例の構成図
【図6】プリント基板20の表面図及び裏面図
【図7】本発明の広帯域無指向性アンテナの第4の実施例の構成図
【図8】プリント基板30の表面図及び裏面図
【図9】本発明の広帯域無指向性アンテナの第5の実施例の構成図
【図10】プリント基板40の表面図及び裏面図
【図11】本発明の広帯域無指向性アンテナの第6の実施例の構成図
【図12】プリント基板50の表面図及び裏面図
【図13】放射素子2の形状
【図14】放射素子3の形状
【図15】放射素子21の形状
【図16】第1の実施例のアンテナのリターンロス特性
【図17】第2の実施例のアンテナのリターンロス特性
【図18】第3の実施例のアンテナのリターンロス特性
【図19】第4の実施例のアンテナの放射パターン特性
【図20】従来技術のプリント基板を用いたアンテナ
【符号の説明】
【0043】
1 プリント基板
2 放射素子
3 放射素子
4 マイクロストリップライン
5 スタブ
6 テーパライン
7 グランド
【特許請求の範囲】
【請求項1】
2つの板状の導体の放射素子を有するアンテナで、一方の放射素子の形状が、鍵のような形状であり、前記鍵のような形状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成され、他方の放射素子の形状が、L字状であり、前記L字状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項2】
請求項1に記載のアンテナにおいて、
プリント基板にエッチングして構成したアンテナであって、プリント基板に構成したマイクロストリップラインで給電され、
放射素子とマイクロストリップの先端部が、前記放射素子の先端部と前記マイクロストリップの先端部の根本との間が欠落した「ロ」の字型の形状部分を含むことを備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項3】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、三角形の形状を有する部分、四角形の形状を有する部分及び台形の形状を有する部分のうち少なくとも1つの部分を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項4】
請求項3に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、曲線状に削除された部分を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項5】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、三角形、四角形、台形又は半楕円により一部が除かれた四角形の形状を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項6】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子の外周の接線のプリント基板の表面と平行な平面における角度は、少なくとも2方向に亘り分布することを特徴とするアンテナ。
【請求項7】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、マイクロストリップラインと平行な中心線について左右非対称であることを特徴とするアンテナ。
【請求項8】
請求項2乃至6の何れか1項に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、表面及び裏面に備わることを特徴とするアンテナ。
【請求項9】
請求項8に記載のアンテナにおいて、
表面に備わる前記放射素子と裏面に備わる前記放射素子は、マイクロストリップラインについて左右非対称であることを特徴とするアンテナ。
【請求項10】
請求項8又は9に記載のアンテナにおいて、
一方の前記放射素子は、グランドと結合されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項11】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
第1の放射素子は、先端側の第1の台形の部分と根本側の第2の台形の部分を備え、第1の台形の下底と第2の台形の上底が、一致するようにして接合した形状であり、先端側の第1の台形の部分と根本側の第2の台形の部分とを備え、
前記第1の台形は、先端側の上底と、その対辺である下底と、前記マイクロストリップラインと隣接する第1の側辺とその対辺である第2の側辺を有し、
前記第1の台形の上底及び下底は、前記マイクロストリップラインと直交し、
前記第1の台形の第2の側辺は、前記マイクロストリップラインと平行であり、
前記第1の台形の下底は、前記第1の台形の上底よりも短く、
前記第2の台形は、先端側の上底と、その対辺である下底と、前記マイクロストリップラインと隣接する第1の側辺とその対辺である第2の側辺を有し、
前記第2の台形の上底は、前記第1の台形の下底と一致し、
前記第2の台形の下底は、前記マイクロストリップラインと直交し、
前記第2の台形の第2の側辺は前記マイクロストリップラインと平行であり、
前記第2の台形の下底は、前記第2の台形の上底よりも長いことを特徴とするアンテナ。
【請求項12】
請求項11に記載のアンテナにおいて、
第2の放射素子は、直角三角形から構成され、直角三角形の直角をはさむ2辺のうち、1辺は、前記マイクロストリップラインと直交し、他の辺は、前記マイクロストリップラインと平行であることを特徴としたアンテナ。
【請求項13】
請求項12に記載のアンテナにおいて、
前記第2の放射素子と同一面のマイクロストリップにテーパラインを更に備え、
前記テーパラインは、第2の放射素子から遠ざかるにしたがって、その幅が徐々に、ステップ状または、曲線状または、直線状に広がっていくテーパラインであることを特徴とするアンテナ。
【請求項14】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
第1の放射素子は、矩形部分を備えることを特徴とする広帯域無指向性アンテナ。
【請求項15】
請求項14に記載のアンテナにおいて、
第2の放射素子は、直角三角形から構成され、直角三角形の直角をはさむ2辺のうち、1辺は、前記マイクロストリップラインと直交し、他の辺は、前記マイクロストリップラインと平行であることを特徴としたアンテナ。
【請求項16】
請求項12又は13に記載のアンテナにおいて、
前記第1の放射素子と前記第2の放射素子との組を複数備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項1】
2つの板状の導体の放射素子を有するアンテナで、一方の放射素子の形状が、鍵のような形状であり、前記鍵のような形状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成され、他方の放射素子の形状が、L字状であり、前記L字状を構成する屈曲部の内側が、任意の直線または曲線で形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項2】
請求項1に記載のアンテナにおいて、
プリント基板にエッチングして構成したアンテナであって、プリント基板に構成したマイクロストリップラインで給電され、
放射素子とマイクロストリップの先端部が、前記放射素子の先端部と前記マイクロストリップの先端部の根本との間が欠落した「ロ」の字型の形状部分を含むことを備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項3】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、三角形の形状を有する部分、四角形の形状を有する部分及び台形の形状を有する部分のうち少なくとも1つの部分を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項4】
請求項3に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、曲線状に削除された部分を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項5】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、三角形、四角形、台形又は半楕円により一部が除かれた四角形の形状を有することを特徴とするアンテナ。
【請求項6】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子の外周の接線のプリント基板の表面と平行な平面における角度は、少なくとも2方向に亘り分布することを特徴とするアンテナ。
【請求項7】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、マイクロストリップラインと平行な中心線について左右非対称であることを特徴とするアンテナ。
【請求項8】
請求項2乃至6の何れか1項に記載のアンテナにおいて、
前記放射素子は、表面及び裏面に備わることを特徴とするアンテナ。
【請求項9】
請求項8に記載のアンテナにおいて、
表面に備わる前記放射素子と裏面に備わる前記放射素子は、マイクロストリップラインについて左右非対称であることを特徴とするアンテナ。
【請求項10】
請求項8又は9に記載のアンテナにおいて、
一方の前記放射素子は、グランドと結合されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項11】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
第1の放射素子は、先端側の第1の台形の部分と根本側の第2の台形の部分を備え、第1の台形の下底と第2の台形の上底が、一致するようにして接合した形状であり、先端側の第1の台形の部分と根本側の第2の台形の部分とを備え、
前記第1の台形は、先端側の上底と、その対辺である下底と、前記マイクロストリップラインと隣接する第1の側辺とその対辺である第2の側辺を有し、
前記第1の台形の上底及び下底は、前記マイクロストリップラインと直交し、
前記第1の台形の第2の側辺は、前記マイクロストリップラインと平行であり、
前記第1の台形の下底は、前記第1の台形の上底よりも短く、
前記第2の台形は、先端側の上底と、その対辺である下底と、前記マイクロストリップラインと隣接する第1の側辺とその対辺である第2の側辺を有し、
前記第2の台形の上底は、前記第1の台形の下底と一致し、
前記第2の台形の下底は、前記マイクロストリップラインと直交し、
前記第2の台形の第2の側辺は前記マイクロストリップラインと平行であり、
前記第2の台形の下底は、前記第2の台形の上底よりも長いことを特徴とするアンテナ。
【請求項12】
請求項11に記載のアンテナにおいて、
第2の放射素子は、直角三角形から構成され、直角三角形の直角をはさむ2辺のうち、1辺は、前記マイクロストリップラインと直交し、他の辺は、前記マイクロストリップラインと平行であることを特徴としたアンテナ。
【請求項13】
請求項12に記載のアンテナにおいて、
前記第2の放射素子と同一面のマイクロストリップにテーパラインを更に備え、
前記テーパラインは、第2の放射素子から遠ざかるにしたがって、その幅が徐々に、ステップ状または、曲線状または、直線状に広がっていくテーパラインであることを特徴とするアンテナ。
【請求項14】
請求項2に記載のアンテナにおいて、
第1の放射素子は、矩形部分を備えることを特徴とする広帯域無指向性アンテナ。
【請求項15】
請求項14に記載のアンテナにおいて、
第2の放射素子は、直角三角形から構成され、直角三角形の直角をはさむ2辺のうち、1辺は、前記マイクロストリップラインと直交し、他の辺は、前記マイクロストリップラインと平行であることを特徴としたアンテナ。
【請求項16】
請求項12又は13に記載のアンテナにおいて、
前記第1の放射素子と前記第2の放射素子との組を複数備えることを特徴とするアンテナ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【公開番号】特開2008−113336(P2008−113336A)
【公開日】平成20年5月15日(2008.5.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−295913(P2006−295913)
【出願日】平成18年10月31日(2006.10.31)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年5月15日(2008.5.15)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年10月31日(2006.10.31)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
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