JP2004242297A

JP2004242297A - アンテナ

Info

Publication number: JP2004242297A
Application number: JP2004008921A
Authority: JP
Inventors: Susumu Inatsugi; 進稲継; Tomoyuki Maeda; 友之前田; Hirotaka Ishihara; 広隆石原; Koichi Ogawa; 晃一小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】移動体無線装置などに用いるアンテナに関し、アンテナ素子を低背化して小型のアンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】一端１３ａが給電点２に接続され、導体地板１の上方に延伸した中間部１３ｂが複数回折返しされた第１のアンテナ素子１３と、第１のアンテナ素子１３の他端１３ｃに一端２３ａが接続され、他端２３ｃが導体地板１に接続されると共に、導体地板１の上方に延伸した中間部２３ｂが複数回折返しされた第２のアンテナ素子２３とを備え、第１のアンテナ素子１３と、第２のアンテナ素子２３とを所定の間隙を空けて対向させてアンテナ３を構成することによって、アンテナ素子を低背化した小型のアンテナを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用などの移動体無線装置に用いられるアンテナに関するものである。

近年、車載用などの移動体無線装置のアンテナとして、線状のモノポールアンテナや折返しモノポールアンテナが一般的に用いられている。

このような従来のモノポールアンテナや折返しモノポールアンテナについて、図１１を用いて説明する。

図１１（ａ）は従来のモノポールアンテナの側面図であり、同図において、９１は銅材などの平板状の導体地板、９２は導体地板９１の中央に位置する給電点、９３は線状の銅材などのアンテナ素子であり、アンテナ素子９３は一端が給電点９２に接続されると共に、導体地板９１に対して垂直に他端が開放され高さｈ延伸してアンテナが構成されている。

また、図１１（ｂ）は従来の折返しモノポールアンテナの側面図であり、同図において、１０３はコの字状に折返しして形成された線状の銅材などのアンテナ素子である。

そして、アンテナ素子１０３は一端が給電点９２に接続されると共に、導体地板９１に垂直に高さｈ延伸した上端がコの字状に折返しされ、その他端が導体地板９１に接続されてアンテナが構成されている。

以上の構成において、いずれのアンテナもアンテナ素子９３，１０３に給電点９２より動作周波数の高周波電流が給電されると、アンテナ素子９３，１０３が励振されて送信動作すると共に、受信の場合には動作周波数の高周波電磁界によりアンテナ素子９３，１０３が励振されて受信動作が行われる。

そして、モノポールアンテナは、アンテナ素子９３の一端が給電点９２に接続され、導体地板９１に垂直に他端を開放して形成されているため、ａ−ｂ間の電流（ｉ１）と、導体地板９１にａ−ｂ間に相当するイメージ電流（ｉ１）が同相に流れ、励振されて電波が空中に放射される。

これに対し、折返しモノポールアンテナは、アンテナ素子１０３がコの字状に折返しして形成されているため、ａ−ｂ間の電流（ｉ１）とｃ−ｄ間の電流（ｉ３）に加え、導体地板９１にａ−ｂ間とｃ−ｄ間に相当するイメージ電流（ｉｌ，ｉ３）が同相に流れ、アンテナのインピーダンスが高くなり帯域を広くできるように構成されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６２−１２２４０１号公報

しかしながら、上記従来のモノポールアンテナ及び折返しモノポールアンテナにおいては、一般的にアンテナの動作は１／４波長モードで動作させることから、その機械的高さｈは動作周波数の１／４波長以上の高さが必要であり、例えば、携帯電話機に用いられる９００ＭＨｚ帯の場合、約１／４波長の８３ｍｍ以上の高さが必要となる。

従って、アンテナを小型化するためにアンテナ素子の機械的高さｈを動作周波数の１／４波長より短くして低背化すると、アンテナのインピーダンスが小さくなってインピーダンス整合が行い難くなるという課題があった。

また、上記従来のアンテナを車両内のリアトレイ部やダッシュボード部に設置した場合、アンテナの電波放射の効率を良好なものにするために、アンテナ素子９３，１０３を上方に向けて設置するのが望ましいが、アンテナを上方に向けて設置するとアンテナ素子９３，１０３が高さ方向に空間を大きく占有するため、車両内での装着個所に制約が生ずるという課題もあった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、アンテナ素子を低背化して小型のアンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、平板状の導体地板と、一端が給電点に接続され、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされた第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子の他端に一端が接続され、他端が前記導体地板に接続されると共に、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされた第２のアンテナ素子からなり、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを、所定の間隙を空けて対向配置してアンテナを構成したものであり、第１及び第２のアンテナ素子の中間部が複数回折返しされ所定の間隙を空けて対向して形成されているため、アンテナのインピーダンスが大きくなりインピーダンス整合が容易にできると共に、アンテナの低背化を図ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを、平面上に対称に対向して配置したものであり、アンテナを薄型化できるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１のアンテナ素子の他端と第２のアンテナ素子の一端を導電板を介して接続したものであり、この導電板と導体地板との間に容量が付加されてアンテナの共振周波数を低くできるため、更にアンテナを低背化できると共に、この導電板の一部を切欠くなどして上記容量を変えることができるため、所望の共振周波数が得られるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１及び第２のアンテナ素子を板状としたものであり、アンテナ素子がプレス法やエッチング法等で容易に形成できると共に、アンテナの特性を安定化できるという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明において、導体地板の上方に延伸した基体を設けると共に、この基体の一面に第１のアンテナ素子を、前記基体の他面に第２のアンテナ素子を配置したものであり、第１、第２のアンテナ素子と基体とを一体に形成できると共に、アンテナの特性を安定化できるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１、または第２のアンテナ素子と同形状の無給電のアンテナ素子を、前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子と所定の間隙を空けて対向配置すると共に、前記無給電のアンテナ素子の一端を導体地板に接続し、他端を開放したものであり、無給電のアンテナ素子も励振されることにより、アンテナの帯域を広くできるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、アンテナ素子を低背化して小型のアンテナを得ることができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１及び３〜５記載の発明について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態によるアンテナの斜視図、図２は同側面図であり、同図において、１は縦横がそれぞれ１波長以上の寸法の銅材などの平板状の導体地板、２は導体地板１の略中央に位置する給電点である。

そして、１３はその一端１３ａが給電点２に接続されると共に、導体地板１の上方に延伸した中間部１３ｂが、略コの字状に複数回折返しして形成された線状又は板状の銅材などの第１のアンテナ素子である。

また、２３はこの第１のアンテナ素子１３の他端１３ｃに、その一端２３ａが接続点４で接続されると共に、中間部２３ｂが中間部１３ｂと同様に略コの字状に複数回折返しして形成され、第１のアンテナ素子１３の背面に所定の間隙を空けて対向して配置され、他端２３ｃが導体地板１に電気的に接続された線状又は板状の銅材などの第２のアンテナ素子である。

さらに、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３が、樹脂材などの基体７の表裏に、所定の間隙ｔを空けて対向して対称に配置されてアンテナ３が構成されている。
以上のように構成されたアンテナを、例えば、携帯電話機等の９００ＭＨｚ帯に用いる場合の、具体的な製作及び評価方法について、以下、図面を用いて説明する。

まず、板厚０．２ｍｍの板状の銅板をプレス加工して、その中間部を略コの字状に複数回折返しした形状の２枚のアンテナ素子１３と２３を製作した。

なお、図２に示すように、一端１３ａを給電点２にはんだ付けして電気的に接続した第１のアンテナ素子１３の導体地板１上方に延伸した中間部１３ｂは、最初の屈曲点１３ｄまでの直線部の高さｈ１を１／１００波長の３ｍｍ、中間部１３ｂの各コの字状の間隙ｈ２と、銅板の導体幅ｈ３を、それぞれ１／１０００波長の０．４ｍｍとした。

さらに、この第１のアンテナ素子１３の他端１３ｃに、第２のアンテナ素子２３の一端２３ａを接続点４で接続し、対称に形成された中間部２３ｂを第１のアンテナ素子１３に対向して配置すると共に、他端２３ｃを導体地板１に電気的に接続してアンテナ３を形成した。

なお、直方体の形状をした発泡スチロールなどの樹脂材からなる誘電率が略１．０で板厚ｔが２ｍｍの基体７を用いて、この表裏面にアンテナ素子１３と２３を対向保持させた。

以上の様に、略コの字状に複数回折返しして形成した第１及び第２のアンテナ素子１３，２３の全長である各線路長は、１／４波長モードで動作する略５／４波長の長さに形成されているため、アンテナ３は１／４波長モードで動作させることができる。

すなわち、中間部１３ｂ，２３ｂを複数回折返しした構成とすることで、アンテナ素子の各線路長を長くしても低背化が可能であり、このように、アンテナ素子の各線路長を１／４波長モードで動作する略５／４波長の長さに形成することで、従来の１／４波長の線路長のモノポールアンテナなどに対し、本発明のアンテナは、アンテナから空中への放射効率を低下させることなく低背化が可能である。

つまり、機械的高さｈが従来のアンテナでは１／４波長の８３ｍｍ必要であったが、本発明の上記アンテナは横幅ｗを１／２２波長の１５ｍｍとすることによって、高さｈは１／１５波長の２３ｍｍとなっている。

図３は、上記のように製作したアンテナの評価結果を示すアンテナ特性図で、図３（ａ）は動作周波数におけるインピーダンスを示すスミスチャート、図３（ｂ）は動作周波数における帯域特性図であり、同図において、図３（ａ）のスミスチャート中の各点が各動作周波数（Ｂ１は８１０ＭＨｚ、Ｂ２は９００ＭＨｚ、Ｂ３は９６０ＭＨｚ）におけるインピーダンスをそれぞれ表しており、線Ａ−Ａ’上においてインピーダンスはＡ側が小さくてＡ’側が大きく、中心位置Ｂがインピーダンス整合（この場合は５０Ωを示す）している点である。

ここで、図３（ａ）から、製作したアンテナのＢ１，Ｂ２，Ｂ３の各動作周波数のインピーダンスは、中心位置Ｂの近傍に位置しており、インピーダンス整合回路（図示せず）の定数選択により、容易にインピーダンス整合が図れることを示している。

また、図３（ｂ）において、横軸は７００ＭＨｚ〜１１００ＭＨｚの周波数、縦軸は電圧定在波比を示すＶＳＷＲ（ＶｏｌｔａｇｅｓｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅｒａｔｉｏ）であり、図中の各点が各動作周波数（Ｂ１は８１０ＭＨｚ、Ｂ２は９００ＭＨｚ、Ｂ３は９６０ＭＨｚ）におけるＶＳＷＲであり、この数値が小さいほど動作周波数におけるアンテナでのインピーダンス不整合による損失が小さいことを示している。

ここで、図中にＣ−Ｃ’で示す横線がＶＳＷＲ＝３の線で、ＶＳＷＲ＝３以下をアンテナの使用可能な動作周波数帯域と定義すると、ＶＳＷＲ＝３を下回る帯域幅は１９２ＭＨｚであり、携帯電話機に用いられる９００ＭＨｚ帯に必要なＢ１（８１０ＭＨｚ）〜Ｂ３（９６０ＭＨｚ）の帯域幅１５０ＭＨｚが確保できていることを示している。

このように、導体地板１の上方に、アンテナ素子１３，２３を所定の間隙を空けて対向して対称に配置し直方体に形成することによって、その体積は高さｈ・幅ｗ・厚みｔの各寸法の積から０．８×１０マイナス６乗立方メートル（０．８ｍｌ）となって、小型化及び少容積化を図ることができる。

さらに、従来のモノポールアンテナ及び折返しモノポールアンテナの高さ８３ｍｍに比較して、アンテナ高さを２３ｍｍと略１／４の高さに低背化できるため、アンテナ３を車両内のリアトレイ部やダッシュボード部に、電波を放射する空間に面する上方に向けて設置しても、アンテナ素子１３，２３が占有する高さ方向の空間を低く抑えることができる。

なお、上記実施の形態では基体７は直方体として説明したが、これに限るものではなく、図４のように、円柱形としても、また多角形にしても良く、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３とが対向して対称になる形状であれば同様の効果を得ることができる。

さらに、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３を基体７の表裏に配置した構成について説明したが、これに限るものではなく、基体７が三角形以上の角柱体の場合には、隣合う面に第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３を配置しても良く、また、基体７が四角形以上の角柱体の場合には、一面を空けて隣合う面に第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３とを配置しても同様の効果を得ることができる。

また、図５のアンテナの斜視図に示すように、銅材などの導電板８を介して、第１のアンテナ素子１３の他端１３ｃと第２のアンテナ素子２３の一端２３ａをその頭頂部で接続することによって、導体地板１と導電板８の間に容量が生じることにより、給電点２でのアンテナのインピーダンスを更に高めることができるため、例えば、携帯電話機等に用いられる９００ＭＨｚ帯の場合には、機械的高さｈを２３ｍｍから更に低背化でき、アンテナの小型化を図ることができる。

さらに、この導電板８の一部８ａを切欠く等によって導体地板１との間の容量を変えることができるため、所望の共振周波数を容易に得ることもできる。

また、図６はアンテナの製造方法を示す平面図であり、板状の銅材などの平板をプレス法、エッチング法などにより、第１のアンテナ素子１３、第２のアンテナ素子２３、導電板８は、それぞれ繋ぎ代５１ａでフープ枠５１に一帯に連結され、同時に板状に形成されている。

そして、この後、繋ぎ代５１ａをプレスなどで切断後、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３及び導電板８を一体にプレスなどで曲げ加工して、樹脂などと立体的に一体成形することによって、図５に示したようなアンテナが製作できる。

つまり、第１、第２のアンテナ素子を板状の銅材などとすることによって、アンテナ素子をプレス法やエッチング法等で容易に形成できると共に、アンテナの特性を安定化することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２及び６記載の発明について説明する。

図７は本発明の第２の実施の形態によるアンテナの側面図であり、同図においては、実施の形態１と異なり、線状又は板状の銅材などの第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３が、同一平面上にＺ軸に対し線対称に左右に形成されてアンテナが構成されている。

以上の構成において、送信の場合には、導体地板１の中央の給電点２から高周波信号を第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３に給電すると、第１のアンテナ素子１３の高周波電流（ｉ１３）と第２のアンテナ素子２３の高周波電流（ｉ２３）が同相に励振されて、電波が空中に放射され、受信の場合は、この逆の動作で受信が行われる。

このように本実施の形態によれば、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３とを同一平面上に線対称に左右に形成することによって、実施の形態１と同等のアンテナ特性が得られると共に、アンテナ素子を薄型化できて車両のガラス面などにも取付可能なアンテナを得ることができる。

なお、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３を略くの字状や略Ｌ字状、或いは曲面に配置しても同様の効果を得ることができる。

また、以上の説明では、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３を線状又は板状の銅材などの導体を略コの字状に複数回折返ししたものとしたが、図８（ａ）のように略Ｖ字状、或いは、図８（ｂ）のように略Ｕ字状、更に螺旋状（図示せず）等に形成しても、第１、第２のアンテナ素子が複数回折返しして形成され高周波電流が同相に励振される構成であれば、同様の効果が得られるものである。

さらに、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３中間部の折返し形状は、同一形状に限るものではなく、例えば、一方を略コの字状に他方を略Ｖ字状に形成しても、同様の効果が得られるものである。

また、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３を線状又は板状の銅材などを加工したものとして説明したが、図８（ａ），（ｂ）のように、銅張基板５の銅箔で導体地板１１を形成すると同様に、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３を、銅張基板６の銅箔を所望の形状にエッチングするなどして形成しても良い。

このように、第１及び第２のアンテナ素子を箔状とし、エッチング法などで形成することによって、寸法変化が少なく安定したアンテナの特性を得ることができる。

そして、図９のように、第１のアンテナ素子１３と第２のアンテナ素子２３の中間部を、導体地板１に対して平行な横方向に形成しても、同様の効果が得られる。

また、第１及び第２のアンテナ素子１３と２３の機械的高さｈは、１／１５波長の高さ以外にも、それぞれのアンテナ素子の各線路長が５／４波長の長さ（すなわちアンテナの動作が１／４波長モードとなる各線路長の長さ）の折返し形状となる間隙ｈ２、横幅ｗを適宜選択すれば同様の効果が得られるものである。

さらに、図１０に示すように、第１のアンテナ素子１３か第２のアンテナ素子２３のいずれか一方、又は両方の対向面に、一端が導体地板１に接続され中間部が第１のアンテナ素子１３、または第２のアンテナ素子２３と同形状に複数回折返しして他端を開放した無給電のアンテナ素子３３を設けることによって、このアンテナ素子３３にも高周波電流が同相に流れて励振が強化され、更にアンテナの帯域を広くすることができる。

本発明によるアンテナは、アンテナ素子の低背化が図れ小型のアンテナを得ることができて、車載用などの移動体無線装置に用いられるアンテナに有用である。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナの斜視図同側面図同アンテナ特性図同他の形態による斜視図同斜視図同製造方法例を示す平面図本発明の第２の実施の形態によるアンテナの側面図同他の形態による平面図同斜視図同斜視図従来のアンテナの側面図

符号の説明

１導体地板
２給電点
３アンテナ
４接続点
７基体
８導電板
１３第１のアンテナ素子
２３第２のアンテナ素子
３３無給電のアンテナ素子

Claims

平板状の導体地板と、一端が給電点に接続され、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされた第１のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子の他端に一端が接続され、他端が前記導体地板に接続されると共に、前記導体地板の上方に延伸した中間部が複数回折返しされた第２のアンテナ素子からなり、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とを、所定の間隙を空けて対向配置したアンテナ。
第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを、平面上に対称に対向して配置した請求項１記載のアンテナ。
第１のアンテナ素子の他端と第２のアンテナ素子の一端とを、導電板を介して接続した請求項１記載のアンテナ。
第１及び第２のアンテナ素子を板状とした請求項１記載のアンテナ。
導体地板の上方に延伸した基体を設けると共に、
この基体の一面に第１のアンテナ素子を、前記基体の他面に第２のアンテナ素子を配置した請求項１記載のアンテナ。
第１、または第２のアンテナ素子と同形状の無給電のアンテナ素子を、
前記第１のアンテナ素子または前記第２のアンテナ素子と所定の間隙を空けて対向配置すると共に、
この無給電のアンテナ素子の一端を導体地板に接続し、他端を開放した請求項１記載のアンテナ。