JP2003258538A - 装身用端末機器のパッチアンテナと、それを使用する装身用端末機器のアンテナ装置 - Google Patents
装身用端末機器のパッチアンテナと、それを使用する装身用端末機器のアンテナ装置Info
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Abstract
帯域化を実現する。 【解決手段】 角形の誘電体11の上面、下面に放射導
体12、接地導体13を密着させて付設し、放射導体1
2に接続するビアポート用の給電ピン14を設ける。誘
電体11は、一方向に厚さtを連続的に変化させること
により、帯域幅を大きくすることができる。
Description
がら、人体に装着しても良好な通信性能を実現すること
ができる装身用端末機器のパッチアンテナと、それを使
用する装身用端末機器のアンテナ装置に関する。
末機器(以下、装身用端末機器という)として、携帯電
話や無線LANシステム、GPS利用の地上位置検索装
置、標準電波による時刻較正機能付きの腕時計などの開
発が進んでおり、これらの装身用端末機器用のアンテナ
として、パッチアンテナが広く使用されている。
に放射導体を設けるとともに、誘電体の下面に接地導体
を設けて構成されている。なお、放射導体の所定位置に
は、誘電体を貫通するビアポート(Viaport)用
の給電ピンが接続されている。そこで、このものは、誘
電体の誘電率を利用してアンテナサイズを極端に小形化
し、高性能の送受信アンテナとして作動させることがで
きる。パッチアンテナの共振周波数fo は、一般に、光
速c、放射導体の一辺の長さd、誘電体の比誘電率εと
して、 fo =c/(2dε1/2 ) によって与えられるからである。
ときは、パッチアンテナは、誘電体の比誘電率を大きく
してアンテナサイズを小形化すると、ボディエフェクト
によるゲインの低下が顕著になり、良好な通信性能を維
持することが難しいことがあるという問題があった。ま
た、パッチアンテナは、アンテナサイズを小形化する
と、帯域幅が小さくなり、たとえば周波数ホッピング形
のスペクトラム拡散方式を採用する装身用端末機器用と
して使用するとき、帯域幅が不足しがちであるという問
題もある。
術の問題に鑑み、誘電体の厚さの最小値を規定すること
によって、アンテナサイズを小形化しながら、ボディエ
フェクトによるゲインの低下を抑え、人体に装着しても
良好な通信性能を実現することができ、必要に応じて大
きな帯域幅を容易に実現することができる装身用端末機
器のパッチアンテナと、それを使用する装身用端末機器
のアンテナ装置を提供することにある。
めのこの出願に係る第1発明の構成は、角形の誘電体
と、誘電体の上面に密着させて付設する放射導体と、誘
電体の平坦な下面に密着させて付設する接地導体と、放
射導体に接続するビアポート用の給電ピンとを備えてな
り、誘電体は、厚さを一定にして使用周波数の波長の
0.02倍以上とすることをその要旨とする。
体の上面に密着させて付設する放射導体と、誘電体の平
坦な下面に密着させて付設する接地導体と、放射導体に
接続するビアポート用の給電ピンとを備えてなり、誘電
体は、厚さを一方向に連続的に変化させるとともに、最
小厚さを使用周波数の波長の0.02倍以上とすること
をその要旨とする。
1.2〜1.7倍とすることができる。
電体は、比誘電率6以上、特に好ましくは比誘電率20
以上の高誘電率のセラミック材料や高分子複合材料を使
用し、アンテナサイズを十分に小形化するものとする。
また、放射導体、接地導体は、それぞれアルミニウムや
銅、銀などの高導電性の金属材料を印刷やエッチング、
蒸着、貼着などの方法により誘電体の上面、下面に均一
な厚さに密着させて付設するものとする。
明に係るパッチアンテナと、接地導体より大面積の導電
性の遮蔽板とを備えてなり、遮蔽板は、誘電体の下面側
に配設することをその要旨とする。
むパッチアンテナの人体側に配置してもよい。
は、その一定の厚さを使用周波数の波長の0.02倍以
上とすることにより、放射導体が接地導体から十分に離
れ、誘電体の波長短縮効果を十分に利用してアンテナサ
イズを小さくすることができる上、ボディエフェクトに
よるゲインの低下を十分小さく抑えることができる。
一方向に厚さを連続的に変化させることにより、一定厚
さの場合に比して、帯域幅を格段に大きくすることがで
きる。パッチアンテナは、誘電体の厚さが一定である
と、厚さを大きくするに従って共振周波数が低い側にシ
フトする傾向があるが、厚さを連続的に変化させること
により、この傾向を分散化させることができるからであ
る。なお、誘電体は、平坦な下面に対し、凸状の滑らか
な曲面や斜めの平面によって上面を形成し、または曲
面、平面を滑らかに組み合わせて上面を形成することに
より、厚さを一方向に連続的に変化させることができ
る。
1.7倍にすれば、必要な帯域幅を好適に実現すること
ができる。最大厚さを最小厚さの1.2倍未満にする
と、帯域幅が不足するおそれがあり、1.7倍より大き
くすると、厚さの変化が過大となり、誘電体の機械的な
安定性や、放射導体の密着性が損われるおそれがあるか
らである。
蔽板は、パッチアンテナの接地導体の有効面積を拡大さ
せ、パッチアンテナのゲインを向上させることができ
る。なお、遮蔽板は、接地導体より大面積とし、誘電体
の下面側において、誘電体に十分近接させて配置すると
ともに、接地導体と電気的に一体に接続するものとす
る。
は、人体による電波吸収を抑制し、ボディエフェクトに
よるパッチアンテナのゲインの低下を最少に抑えること
ができる。
形態を説明する。
角形の誘電体11と、誘電体11の上面に密着させて付
設する放射導体12と、誘電体11の下面に密着させて
付設する接地導体13と、誘電体11を貫通して放射導
体12に接続するビアポート用の給電ピン14とを備え
てなる(図1、図2)。ただし、図2(A)、(B)
は、それぞれ図1のX−X線矢視相当断面図、平面展開
図である。
ク材料や高分子複合材料により、長さL1 、幅W1 ≒L
1 のほぼ正方形に形成されている。誘電体11の上面
は、幅W1 方向の一方向に凸状の曲面になっており、下
面は、平坦な平面になっている。なお、誘電体11の各
隅角部は、45°に面取りされている。そこで、誘電体
11の厚さtは、幅W1 方向に連続的に変化しており、
厚さtが変化する幅W1方向の中間部において最大厚さ
t1 となり、両端において、最小厚さt2 <t1、t3
<t1 となっている。ただし、t2 ≦t3 とし、以下の
説明において、t2 を最小厚さということにする。
さい長さL2 、幅W2 ≒L2 のほぼ正方形に形成され、
誘電体11の上面に倣って幅W1 、W2 方向に湾曲して
いる。接地導体13は、誘電体11の下面の全面に付設
されている。導電性の給電ピン14は、誘電体11を貫
通し、放射導体12に接続されている。なお、給電ピン
14は、放射導体12の隣接する2辺から距離δa 、δ
b だけ離して放射導体12の対角線上に設けることによ
り、給電ピン14、接地導体13に接続する給電用の同
軸ケーブルに対し、適切なインピーダンス整合を実現す
ることができる。
10の主要諸元を図3に示す。ただし、図3の実施例1
〜4は、誘電体11の最大厚さt1 が1.2t2 ≦t1
≦1.7t2 に設定され、最小厚さt2 は、使用周波数
の波長λ=15.8cmに対し、t2 ≧0.02λに設定
されている。
4に示す。ただし、図4の横軸、縦軸は、それぞれ周波
数f(GHz )、電圧定在波比VSWRであり、同図に
は、誘電体11の厚さt=5.0mm(一定)とする他、
実施例2と同一諸元の比較例の周波数特性も併せて図示
されている(同図の一点鎖線)。図4によれば、実施例
2のパッチアンテナ10は、共振周波数f=1.95GH
z における電圧定在波比VSWR<1.5であり、電圧
定在波比VSWR=3における帯域幅が比較例の約2.
4倍に拡大されている。
ンテナ10について、ボディエフェクトの影響に関する
試験データの一例を図5に示す。ただし、図5は、最小
厚さt2 が異なる多数のパッチアンテナ10について、
空間に放置する「放置状態」、十分大きな遮蔽板を介し
て接地導体13側を人体に密着させる「装着状態」にお
ける全方向のゲインGの平均値を示し、「放置状態」、
「装着状態」におけるゲインGの変動幅を「減衰幅」と
して併せて図示している。図5によれば、最小厚さt2
≧0.02λ≒3mmとすることにより、ボディエフェク
トによるゲインGの変動を十分小さく抑えることができ
る。
0は、遮蔽板21とともに、たとえば腕時計形の携帯電
話Aに対し、装身用端末機器のアンテナ装置として組み
込むことができる(図6)。ただし、図6(B)は、同
図(A)のY−Y線矢視相当拡大断面図である。パッチ
アンテナ10、遮蔽板21は、携帯電話Aの合成樹脂製
のアンテナ収納部A1 に組み込まれている。遮蔽板21
は、接地導体13より大面積の導電性の板材であり、誘
電体11の下面側において、接地導体13に近接して配
置され、接地導体13に電気的に接続されている。携帯
電話Aは、ベルトBを介して使用者の腕Pに装着するこ
とができ、遮蔽板21は、パッチアンテナ10の人体
側、すなわち腕P側に配置されている。
ッチアンテナ10のゲインGの変動データの一例を図7
に示す。遮蔽板21を設けることにより、ボディエフェ
クトに起因するゲインGの低下を効果的に抑えることが
できる。
アンテナ装置を組み込むアンテナ収納部A1 は、携帯電
話Aに対し、揺動可能に連結してよい(図8(A))。
パッチアンテナ10は、携帯電話Aに対するアンテナ収
納部A1 の傾き角度を変えることにより、最適な通信方
向を選択することができる。なお、遮蔽板21は、アン
テナ収納部A1 が腕Pに接近するとき(同図(A)の一
点鎖線)、パッチアンテナ10の腕P側に配置されるよ
うにアンテナ収納部A1 の底部に組み込まれている。ま
た、アンテナ収納部A1 は、携帯電話Aに対し、開閉可
能に搭載することもできる(同図(B))。
電体11の上面より小さくし(図9(A)、(B))、
誘電体11の上面の1隅角部側に寄せて配置してもよ
い。また、放射導体12は、誘電体11の上面の全面に
付設してもよい(図10(A)、(B))。ただし、図
9(B)、図10(B)は、それぞれ図9(A)、図1
0(A)の平面展開図である。
は、上面を凸状の曲面または平面による片斜面に形成し
て厚さtを一方向に連続的に変化させてもよく(図11
(A)、(B))、平面P1 、凸状の曲面P2 、P3 を
滑らかに組み合わせて厚さtを連続的に変化させてもよ
い(同図(C))。すなわち、誘電体11は、相対向す
る2辺の任意の1組の方向に厚さtを連続的に変化させ
ることができればよく、最大厚さt1 の位置は、厚さt
が変化する幅W1 方向の中間部でなく、一端にあっても
よい。
の給電ピン14は、誘電体11を貫通し、放射導体12
に接続するスルホールとして形成することができる。
は、帯域幅の拡大が重要でない場合は、厚さtが一定の
角形の誘電体11を使用してもよい。ただし、このとき
も、ボディエフェクトによるゲインGの低下を抑えるた
めに、厚さt≧0.02λとし、パッチアンテナ10の
人体側に遮蔽板21を設けてアンテナ装置を構成するこ
とが好ましい。
の装身用端末機器にも広く好適に適用することができ
る。
1発明によれば、角形の誘電体の厚さを一定にして使用
周波数の波長の0.02倍以上とすることによって、誘
電体の比誘電率を大きくしてアンテナサイズの小形化を
図る場合にも、ボディエフェクトによるゲインの低下を
有効に抑え、人体に装着しても良好な通信性能を実現す
ることができるという優れた効果がある。
に連続的に変化させることによって、第1発明の効果に
加えて、必要な帯域幅を容易に実現することができる。
パッチアンテナに遮蔽板を組み合わせることによって、
遮蔽板は、接地導体の有効面積を拡大してパッチアンテ
ナのゲインを向上させることができるから、人体に装着
したときのゲインの低下を一層効果的に抑制することが
できる。
Claims (5)
- 【請求項1】 角形の誘電体と、該誘電体の上面に密着
させて付設する放射導体と、前記誘電体の平坦な下面に
密着させて付設する接地導体と、前記放射導体に接続す
るビアポート用の給電ピンとを備えてなり、前記誘電体
は、厚さを一定にして使用周波数の波長の0.02倍以
上とすることを特徴とする装身用端末機器のパッチアン
テナ。 - 【請求項2】 角形の誘電体と、該誘電体の上面に密着
させて付設する放射導体と、前記誘電体の平坦な下面に
密着させて付設する接地導体と、前記放射導体に接続す
るビアポート用の給電ピンとを備えてなり、前記誘電体
は、厚さを一方向に連続的に変化させるとともに、最小
厚さを使用周波数の波長の0.02倍以上とすることを
特徴とする装身用端末機器のパッチアンテナ。 - 【請求項3】 前記誘電体は、最大厚さを最小厚さの
1.2〜1.7倍とすることを特徴とする請求項2記載
の装身用端末機器のパッチアンテナ。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれか記載
のパッチアンテナと、前記接地導体より大面積の導電性
の遮蔽板とを備えてなり、該遮蔽板は、前記誘電体の下
面側に配設することを特徴とする装身用端末機器のアン
テナ装置。 - 【請求項5】 前記遮蔽板は、装身用端末機器に組み込
む前記パッチアンテナの人体側に配置することを特徴と
する請求項4記載の装身用端末機器のアンテナ装置。
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