JP2003046312A - プレーナーアンテナ装置 - Google Patents

プレーナーアンテナ装置

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JP2003046312A
JP2003046312A JP2002183735A JP2002183735A JP2003046312A JP 2003046312 A JP2003046312 A JP 2003046312A JP 2002183735 A JP2002183735 A JP 2002183735A JP 2002183735 A JP2002183735 A JP 2002183735A JP 2003046312 A JP2003046312 A JP 2003046312A
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antenna
square
substrate
conductive
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JP2002183735A
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Peter J Vernon
ヨーゼフ バーノン ピーター
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレーナーな表面上に取り付けられる改善さ
れたアンテナを提供することを一つの目的とする。 【解決手段】 二つの正方形エレメントから形成された
矩形の導電エレメントを含むプレーナーアンテナであっ
て、中央に位置しかつ二つの脚を持った二股のリターン
コンダクタによって前記矩形内で正方形エレメントが形
成され、各正方形エレメントは一端でコネクタエレメン
トに、他端で前記リターンコンダクタに接続され、正方
形エレメントの寸法は選択された無線周波数のゲインを
最大にするように選ばれるプレーナーアンテナにおい
て、該プレーナーアンテナはさらに、一つまたは二つ以
上の付加的でしかし不完全な正方形のエレメントを含
み、それぞれの付加的で不完全な正方形のエレメントは
一端において対応する正方形エレメントの近傍で終端
し、他端においてリターンコンダクタの一側にある一つ
の脚で形成されるプレーナーアンテナ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】この出願は同時係属の米国出願第09/0
98,771号の一部継続出願である。
【0002】
【発明の属する技術分野】この発明は携帯電話、GPS
位置確定システム及び他のRF用途などの無線周波数装
置とともに用いられ、表面に貼り付けられることが意図
されたアンテナに関するものである。更に、この発明は
基板の導体パターンの製造方法に関係している。
【0003】
【背景技術】現在、通信を行うためにRFアンテナが用
いられている用途は多数存在する。例えば、携帯電話、
GPSシステム、ワイアレスデータネットワークなどで
ある。携帯電話のスタブユニットのようにアンテナが装
置に設けられていることもあるが、外付けのアンテナを
提供する必要がある場合もある。さらに、車内用の携帯
電話のような用途では、信号強度を増強させるような補
助アンテナを提供するのが望ましい。従来のこのような
目的に使われる伝統的なアンテナは、一般に、車の上に
取り付けられていた。これは風雑音を増長させ、公共物
を破壊しやすく、そして車の外観を損ねてしまう。
【0004】このタイプのどのアンテナでも、様々な問
題を検討する必要がある。上記の問題から離れたとして
も、アンテナは理想的には視覚的に目立たずに、最大捕
獲領域を提供できるのが望ましい。そして、取り付けが
簡単で、さらに電気的及び構造的な信頼性が要求され
る。
【0005】車両の窓の内側にアレイを取り付けること
でアンテナを提供することが提案されている。シューメ
イカーの米国特許第5363114号には、キャリア層
に取り付けられ、そして適切な車両の表面に取り付けら
れるプレーナーで曲がった(serpentine)アンテナが説明
されている。このアンテナは、曲がったパターン配置を
待っているとして開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、プレーナ
ーな表面上に取り付けられる改善されたアンテナを提供
することを一つの目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】ひとつの見方によれば、
この発明は二つの正方形エレメントから形成された矩形
の導電エレメントを含むプレーナーアンテナであって、
中央に位置しかつ二つの脚を持った二股のリターンコン
ダクタによって前記矩形内で正方形エレメントが形成さ
れ、各正方形エレメントは一端でコネクタエレメント
に、他端で前記リターンコンダクタに接続され、正方形
エレメントの寸法は選択された無線周波数のゲインを最
大にするように選ばれるプレーナーアンテナにおいて、
該プレーナーアンテナはさらに、一つまたは二つ以上の
付加的でしかし不完全(partial)な正方形のエレメント
を含み、それぞれの付加的で不完全な正方形のエレメン
トは一端において対応する正方形エレメントの近傍で終
端し、他端においてリターンコンダクタの一側にある一
つの脚で形成されることを特徴とするプレーナーアンテ
ナ。
【0008】プレーナーという言葉は平坦な表面と、例
えば自動車のフロントガラスのように、滑らかに曲がっ
ている表面との両方を意味していることが理解されよ
う。
【0009】この発明のアンテナの配置は、存在するデ
ザインを越える多くの利点を有する。アンテナが窓のよ
うな存在する表面に接着されるような意図された用途に
おいては、導電エレメントがそれ自身構成的に剛体であ
ることは要求されず、これによりわずかな幾何学を使う
ことが可能になる。このことは、アンテナがある表面に
取り付けられ、自立できないようであっても、アンテナ
に比較的広い捕獲エリアを持たせることも可能にする。
さらに、水平にも垂直にも配置されるエレメントがある
ので、アンテナは垂直または水平方向に偏波された信号
を良好に受け取ることができる。このことは、ビルやそ
の他の建物により散乱が発生するような用途に好都合で
ある。
【0010】この発明はまた、基板上に導電エレメント
を提供する方法であって、導電インクを用いて基板上に
導体パターンを印刷するステップと、導電インクから形
成されたパターンを電気メッキ処理において電極として
使うことによって、印刷された導体パターン上にさらに
導電材料を電着させるステップを含む方法方法を提供す
る。
【0011】従来から、導電材料は銅であろう。電気メ
ッキ処理のパラメータは選択されたプロセスに依存する
であろうが、適切な銅の厚さを提供するように設定すべ
きであるが、銅の付着が多すぎてパターンが機械的故障
を受け易くなってしまうほど多くあってはならない。発
明者は携帯電話の用途では、約25ミクロンの厚さが適
切であることを見出した。
【0012】パターンはスクリーン印刷を使って適切に
プリントされる。実際に、柔軟性のある材料の大きなシ
ートを適切な道具を使って印刷し切断することで、たく
さんのアンテナアレイを提供できる。
【0013】付着した後、両面とも粘着性があり、好ま
しくは透明なフィルムを用いて、所望の表面に接着の仕
組みを提供しかつ銅の腐食を防ぐことが好ましい。
【0014】発明者はアンテナの実用的な様々な製造法
を調査してきた。発明はこの中で生まれたが、この発明
の方法は他の基板装置における導体の製造に等しく適用
できる。導電性のインクのみを使ってもアンテナにとっ
て適切な抵抗性を提供できず、莫大な試行と失敗を経
て、印刷のアプローチに電着を加えることに到達したの
である。
【0015】
【発明の実施の形態】この発明は、アドオン装置として
表面に接着されるように設計された装置という観点で、
主に説明されている。しかしなが、発明のアンテナのデ
ザインは物品の一部として、又は車両もしくは電子装置
のケーシングの部位内に形成できることは自明であろ
う。
【0016】図1は携帯電話の周波数や全地球測位シス
テム(GPS)の周波数やパーソナル通信サービス方式
(PCS)の周波数などのバンドのマルチバンドアンテ
ナとして使われるのに適したこの発明の実施例を示して
いる。
【0017】アンテナ10は概ね矩形であり、4つのエ
レメント12、13、17、18を持って形成されてい
る。2つのエレメント12と13は、コネクタエレメン
ト32、33にそれぞれ接続されている正方形のエレメ
ントである。エレメント12と13の隣辺は、コネクタ
エレメント31に接続されている共通のリターン・エレ
メントの脚41、42から形成されている。2つのエレ
メント17、18は不完全正方形のエレメントであり、
それぞれエレメント12、13内部に設けられている。
しかしながら、(正方形エレメント12と13のよう
に)コネクタエレメント32と33に接続されるのでは
なく、不完全正方形エレメント17、18はそれぞれ脚
41、42の手前で止まっている。脚41、42を有す
る二股のエレメントは、エレメント12、13、17、
18のそれぞれによって形成された正方形(又は不完全
正方形)の同じ側を形成し、中央のコネクタ31に接続
される。
【0018】このデザインは、多くの用途にとって複数
のバンドの受信が有益で、また900MHz帯の複数の
高調波は他のバンドに近いところに、GPSバンドなら
1575MHz、PCSバンドなら1800−2000
MHzのように、発生するという認識に基づいている。
エレメント12や13は900MHz+/−50MHz
に適した寸法を持っている。中央のエレメント17、1
8はGPS及びPCS帯の適切な共振を考慮に入れてい
る。
【0019】アンテナの寸法は図上に示されている。ト
ラックは直径1mm、厚さ30ミクロンで、導電性のイ
ンクと銅を含んでいるものが望ましい。コーナは直角に
示されているが、望むなら丸みを持たせるようにしても
よい。アンテナエレメントは適切な柔軟性を持った物質
で作られた、点線で示されるシート11上に取り付けら
れている。これは、クリアなポリエステルやフレキシブ
ルPCBに使われる物質などの適切な基板である。この
物質は透明であることが好ましく、とりわけ車両の中で
使う場合に視界の妨げを最小限に抑える必要がある。こ
の議論されている用途について、フィルムは75から3
00ミクロンの間の厚さが適切である。
【0020】アンテナエレメントの適切な長さは、以下
の公式より求められる。
【0021】L=K/F ここでLは長さ、Fは周波数、Kは導体を取り囲む物質
の誘電特性によって変化する定数である。上記形態の場
合には、基板の誘電特性を考慮する必要がある。使用状
態において、例えばフロントガラスに接着された表面の
誘電特性はまた、定数Kと関係がありその結果長さLと
も関係があることがわかる。
【0022】図1に描かれているような寸法のアンテナ
において、ガラス基板の共振周波数は99MHzと18
00MHz、アンテナは900MHz帯で1.08:1
のVSWRを有し、1575MHz帯で2.8:1のV
SWRを有している。
【0023】好ましい実施例に使われているクリアフィ
ルムは、例えばはんだ付けのような高温には耐えられな
い。図3は、アンテナの伝送回路への接続を可能にした
できるようにした、本発明者が開発した配置を分解図で
表している。
【0024】図2と3の実施例において、エレメント2
0は銅のトラックの接続部である。これが基板フィルム
11と両面に粘着性のあるフィルム(図示なし)との間
に置かれ、この結果単純な接続の場合のように接点が露
出していないことがわかる。シム21はエレメント20
の下に、ソケット22はエレメント20の上に置かれ
る。例えば真鍮などの導電性のリベットがシムの穴2
4、25、26、27、エレメント20及びソケット2
2の対応する穴を通して挿入される。これは、ソケット
22の本体とエレメント20の外側部16との間の電気
的接続をもたらす。さらに、別のリベットがエレメント
20の中心部分を通り、ソケット22の中心部分へ通さ
れている。そして、プラグ23は具体的には圧力嵌めの
機械的接続によって容易に接続可能であり、装置にケー
ブルのリンクが与えられて、アンテナとの接続が形成で
きる。
【0025】図2は、この発明に基づく装置の接続配置
を表している。複数のバンドが受信され、これらを個々
の装置に接続させる。具体的には、個々の装置は携帯電
話とGPS受信機である。アンテナ30はソケット22
を介してケーブル24のプラグ23に接続されている。
ケーブル24はアンテナをアンテナ出力分割ユニット2
5に接続する。これにより、携帯電話への接続26とG
PS受信機への接続27が形成される。
【0026】アンテナ出力分割器25としての使用に適
した装置は、商業的に入手できる。この装置の機能は出
力ポート26、27を互いにアイソレートして、それぞ
れの装置が互いに干渉しないようにすることである。こ
の特定の状況において、重要なことは携帯電話の送信エ
ネルギーがGPS受信機に紛れ込むことから守ることで
ある。アンテナ出力分割器がこの用途において、少なく
ても−25dBのアイソレーション度を待っていること
が望ましい。必要なアイソレーションは、アンテナ30
に接続されるための装置に依存することがわかる。
【0027】この発明が主に窓の内側に接着される車内
アンテナの文脈で説明されているが、その他たくさんの
用途が存在することが理解されるであろう。本発明のア
ンテナをビルの壁の内側や外側に取り付けたり、ワイヤ
レスLANやその他のデータネットワークを構築するの
に利用可能であろう。バンドの変化に合うように変更を
加えて、移動式や固定式のデータを記録したり転送した
りするのに使うことは容易にできる。
【0028】この発明の方法は高い導電性のパターンが
要求されるならどこでも、特に透明な基板が使われてい
るところに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の一実施例の平面図である。
【図2】複数の装置接続を可能にする本発明の別の実施
例に係る接続を概略的に示す図である。
【図3】図2のコネクタ配置の分解図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月1日(2002.7.1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【図1】
【図2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J046 AA02 AA04 AA09 AA12 AB11 MA09 5J047 AA02 AA04 AA09 AA12 AB11 EA01 EA06

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二つの正方形エレメントから形成された
    矩形の導電エレメントを含むプレーナーアンテナであっ
    て、中央に位置しかつ二つの脚を持った二股のリターン
    コンダクタによって前記矩形内で正方形エレメントが形
    成され、各正方形エレメントは一端でコネクタエレメン
    トに、他端で前記リターンコンダクタに接続され、正方
    形エレメントの寸法は選択された無線周波数のゲインを
    最大にするように選ばれるプレーナーアンテナにおい
    て、該プレーナーアンテナはさらに一つまたは二つ以上
    の付加的でしかし不完全な正方形のエレメントを含み、
    それぞれの付加的で不完全な正方形のエレメントは一端
    において対応する正方形エレメントの近傍で終端し、他
    端においてリターンコンダクタの一側にある一つの脚で
    形成されることを特徴とするプレーナーアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記導電エレメントが基板上に構成され
    ている請求項1記載のアンテナ。
  3. 【請求項3】 前記基板はフレキシブルフィルムである
    請求項2記載のアンテナ。
  4. 【請求項4】 前記基板は透明である請求項2又は3の
    アンテナ。
  5. 【請求項5】 全ての正方形のエレメントが電気的に同
    一のコネクタエレメントに接続されており、リターンコ
    ンダクタは電気的に分離されたコネクタエレメントに接
    続されている請求項1記載のアンテナ。
  6. 【請求項6】 前記導電エレメントは、 導電インクを用いて基板上に導体パターンを印刷するス
    テップと、 導電インクから形成されたパターンを電気メッキ処理に
    おいて電極として使うことによって、印刷された導体パ
    ターン上にさらに導電材料を電着させるステップを含む
    方法によって提供されている請求項2記載のアンテナ。
  7. 【請求項7】 前記導体パターンは前記基板にスクリー
    ン印刷されている請求項6記載のアンテナ。
  8. 【請求項8】 複数個の導体パターンが前記基板上に印
    刷され、電着後に保護膜が導体パターンに与えられるこ
    とを特徴とする請求項6記載のアンテナ。
  9. 【請求項9】 前記膜は両側で接着性を有する請求項8
    記載のアンテナ。
JP2002183735A 2001-06-25 2002-06-24 プレーナーアンテナ装置 Pending JP2003046312A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/888768 2001-06-25
US09/888,768 US6407706B2 (en) 1998-06-17 2001-06-25 Planar antenna device

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