JP2005534242A - 薄型パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は厚さの薄いプレート状アンテナに関し、上記アンテナは、放射エレメント（５０）と、上記放射エレメントに接続されるアンテナ給電部と、上記放射エレメントに略平行でありかつ上記エレメントから距離ｅを隔てて配置される導電面（６６）とを備える。上記導電面には上記放射エレメントに面する少なくとも一のスロット（６８）が装備されており、上記導電面と上記放射エレメントとの間の導電接続部を備える。

Description

本発明は、薄い厚さのプレート状アンテナに関する。

現在、ＰＩＦＡ型やこれに類するプレート状アンテナは、携帯型無線電話の製造に利用されている。現実に上記アンテナは、完全に携帯電話のハウジング内に配置されており、そのサイズは比較的小さい。

添付の図１は、このようなアンテナの概略垂直断面図である。これは、使用される波長及び所望のインピーダンス（典型的には５０Ω）に応じて設計された放射エレメント１０で構成される。またこのアンテナは、放射エレメント１０とほぼ平行なグランド面１２を有する。放射エレメント１０とグランド面１２との間には、短絡１４が形成される。さらに、アンテナは一般に同軸ケーブル１６によって給電され、同軸ケーブル１６はその中心導体１６ａが放射エレメント１０に電気的に接続され、シールド１６ｂはグランド面に接続される。このようなアンテナの場合、アンテナが満足のいく動作をすることを保証するため、最小スペーシングｅを供給することが必要である。典型的には、放射エレメントとグランド面との間の誘電体が空気であり、かつ周波数が２ＧＨｚ未満であるとき、最小スペーシングｅは約７ミリメートル（ｍｍ）〜１０ｍｍである。

放射エレメントとグランド面との間の距離ｅを短縮しようとすれば、達成されるアンテナは動作を限定される。即ち、通過帯域を許容できないという制限が生じる。特に、２ＧＨｚ未満の周波数の場合、即ち無線電話で、特にＧＳＭシステムで一般に使用される周波数帯域の場合、５ｍｍ未満の距離ｅを達成することは困難である。

日々進化している携帯型無線電話では、無線電話の全体厚さはますます低減されなければならない。アンテナも同様に低減された厚さのもの、及び特に距離ｅが例えば約２ｍｍ〜３ｍｍといった、７ｍｍよりも相当短いものが要求されている。

また、無線電話内部のスペースを節約するために、プリント基板（ＰＣＢ）上のメタライズ、即ちシールドその他が無線電話のグランド面を構成し、一方で放射エレメント、短絡１４及び給電ケーブル１６で構成される集合体がプリント回路上へ直接載置されるような仕様も求められる。

したがって、５ｍｍ以下の全体厚さを有し、しかも許容可能でありかつ無線電話、特にポータブルコンピュータ用のコンピュータモデム、ＰＣＭＣＩＡカード、ＰＤＡその他において従来使用されているものに対応する複数の周波数帯に渡って機能する能力のある動作状態を呈するアンテナが真に求められている。

したがって本発明の目的は、厚さを低減し、かつ現在の有効規格に適合する通過帯域を備えるプレート状アンテナを提供することにある。

本発明のこのような目的は、厚さの薄いプレート型アンテナによって達成される。上記プレート型アンテナは、
放射エレメントと、
放射エレメントに接続されるアンテナ給電部と、
放射エレメントに略平行であり、かつ前記エレメントから距離ｅを隔てて配置される導電面であって、前記導電面は放射エレメントにほぼ面して開放された、少なくとも一のスロットを有してなる導電面と、
前記導電面と前記放射エレメントとの間の導電接続部と、
を備えることを特徴とする。

なお「スロット」という用語は、本明細書においてその外形に関わらず導電面における任意の凹状を包含する意味で使用する。

上述の定義に該当するアンテナは、例えば約３ｍｍといった厚さの低減に関わらず、特にＧＳＭシステムにおいて２ＧＨｚ未満の一般に使用される周波数帯域で動作する携帯型無線電話やこれに類似するものにおける使用に適する通過帯域の取得を可能にする。この結果は、主に放射エレメントによって生成される電界に加えて、電界面に放射エレメントへ面して供給されるスロットの存在により磁界が誘発されることに起因して達成される。直角位相にあるこれらの２フィールドは合わせて、規格厚さ、即ち約７ｍｍ〜１０ｍｍのアンテナに使用される波動に対応する電磁波を生成する。

「開放スロット」という用語は、導電面の周辺部へと開放されているスロットを包含する意味で使用する。言い替えれば、スロットが開いているとき、スロットは導電エレメントによって完全には包囲されていない。上記スロットが開いていることから、スロットからの放射は回避され、アンテナの動作は大幅に向上される。

好ましくは、開放スロットの形状は放射エレメントの形状とほぼ同一とする。

本発明の一実施形態においては、スロットの形状は上記放射エレメントの外形にほぼ対応する。

本アンテナの好適な実施形態では、導電面は導電プレートで構成され、さらに本アンテナは、放射エレメント、導電プレート及び導電接続部がすべてその上に固定される絶縁性の機械的構造体を備える。

集合体はプリント回路上へ直接固定でき、またプリント回路の導電トラックへ適切に接続することも可能である。

本発明の他の特長及び優位点は、本発明を限定しない様々の実施形態に関する下記の説明からさらに明らかとなるであろう。

次に、図２Ａ〜２Ｃを参照して本発明に係るアンテナの第１の実施形態について説明する。

この実施形態では、図２Ｂから明らかなように、放射エレメント５０は、一方の端でループ５６によって合体され、かつ直進部分５２の反対端で分岐５８によって延長される２つの平行する主要部分５２及び５４を備える。放射エレメントの形状は、アンテナの動作周波数と所望されるインピーダンスとによって決定される。分岐５８は各々アンテナと短絡とのための２つの接続タブ６０及び６２によって延長され、両タブは二重接続部６４に固定される。

図２Ａは、スロット６８を有する導電面６６を示す。スロット６８は、外形が放射エレメント５０の形状に類似するが、必ずしも同一である必要はない。このスロットは、スロット部分５２’、５４’、５６’及び５８’で構成される。スロットの分岐５８’は、上述の定義した意味における開放スロットを達成するために、導電面６６の周辺部６６ａへと開放された部分７０で延長されている。スロット部分７０は、接続エリア７２と７４との間に位置される。
接続エリア７２と７４とは、それぞれ放射エレメントと導電面６６との間に電気的短絡を確立すること、及びアンテナに給電することに対応している。また二重接続部６４は、上記放射エレメントを上記導電面へ機械的に固定する手段を構成する。これによって、放射エレメントは、導電面から約２ｍｍ、どのような場合でも５ｍｍ未満の距離ｅ_１で、導電面に対して平行に保持される。

導電面６６は、導電プレートにより、または絶縁基板上のメタライズにより構成することもできる。

図３は、第１に、基準アンテナの定在波比（ＳＷＲ）を周波数Ｆの関数として与える曲線Ｉを示しており、第２に図２Ａ〜２Ｃのアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を周波数の関数として表す曲線ＩＩを示している。曲線Ｉに対応する基準アンテナは、グランド面を形成する導電面６６にスロット６８がない点を除き、図２Ａ〜２Ｃに示すものと同一のアンテナである。

図３は、曲線Ｉに対応する基準アンテナが通過帯域を示すことを明白に示している。この通過帯域は、大きく低減されており、かつ曲線ＩＩに対応する本発明に係る構成のアンテナよりも極めて小さい増幅度を有している。

図６は、本発明に係るアンテナの他の実施形態を示す。この実施形態は、図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに示す実施形態に近い。

図６は、例えば絶縁基板１４２上に形成される幾つかのメタライズで構成された導電面１４０を示している。導電面１４０には、後に詳述するスロット１４４が供給されている。本図も同様に、導電面１４０とほぼ平行な平面に配置される放射エレメント１４６を示している。この例では、放射エレメント１４６は、第１の周波数帯に対応する第１の分岐１４８と、第２の周波数帯に対応する第２の分岐１５０と、ベース１５２とを備える。第２の分岐１５０は、例えば第１の分岐１４８とほぼ平行な第１の部分１５０ａと、第１の部分１５０ａから引き出された第２の部分１５０ｂとで構成される。さらに第２の分岐１５０は、両分岐に共通するベース１５２を有する。放射エレメント１４６は、薄い膜厚の導電メタルシートを切り離して形成できる。この例では、放射エレメント１４６が二重コネクタ１５４上へ載置される。このコネクタは、放射エレメントと導電面１４０との間の第１の短絡接続部となり、かつ放射エレメントとアンテナ・ケーブル１５６との間の第２の接続部となる。放射エレメント１４６と導電面１４０との間の距離ｅは、２ｍｍである。

スロット１４４の形状１４４ａは、放射エレメント１４６の外形とほぼ完全に対応する。図６に示す例では、形状１４４ａは矩形状である。このスロットは、好適には、放射エレメントにほぼ面する状態に配置される。スロット１４４は、上記で定義された意味での開放スロットを形成するように、導電面１４０の周辺部１４０ａへと開放された延長部１５８によって適宜延長される。

上述したように、導電面は、放射エレメントの形状と関係する複数のスロットを含むことができる。好適には、このような複数のスロットは開放されているか、少なくとも一のスロットが開放されている。

次に図４に基づいて、本発明に係るアンテナの他の変形実施形態について説明する。この実施形態では、アンテナの構造は上述のものと同一であるが、アンテナ・モジュールを構成するための機械的構造体が追加されている。機械的構造体は、絶縁材料で構成され、好適には成形可能なプラスチック材料である。機械的構造体の全体は参照符号８０で図示され、その全体形状は頂壁８２と８４等の４つの側壁を有するキャップ状である。放射エレメントは、８６として簡略的に示されており、好適には頂壁８２を構成するプラスチック材料内に埋め込まれる。この放射エレメントは、図２Ｂに示す形状とすることができる。頂壁８２は、放射エレメントの一部８６ａに面して、接続凹部８８及び９０を形成している。さらに機械的構造体８０は、ハウジング９２を形成する。ハウジング９２では、二重接続部９４が適切な手法でクリップまたは載置できる。この接続部９４は、アンテナ接続部及び短絡接続部として機能する。このため接続部９４は、凹部８８及び９０へと貫通する２つの上部接点９６及び９８と、２つの下部接点１００及び１０２とを備える。

キャップ８０の側壁８４の底部は、導電面を構成する導電プレート１０６の周辺部に固定するために、厚く形成されたリム１０４を備える。プレート１０６に形成される開放スロット１０８は、簡略的に示している。さらにプレート１０６は、ハウジング９２を貫通して短絡接点１０２との電気接続を得るためのフレキシブル接点１１０を有しており、これによって放射エレメントとの接続が得られる。

また図４は、導電トラック１１４を有するプリント回路１１２の一部も示している。導電トラック１１４は、第１に電気的接地を、第２にアンテナ導体を構成する。これらの導電トラック１１４は、接続部９４の電気接点１００及び１０２に接続される。

接続部９４を有するキャップ８０で構成される集合体は、上述の電気接続を得るため、及びキャップをプリント回路上に機械的に固定するために、プリント回路１１２の表面に直接固定できることは明らかである。当然ながら本実施形態では、放射エレメント８６と導電プレート１０６との間の距離ｅ_１は、約２ｍｍである。

図５は、本発明に係るアンテナの第２の変形実施形態を示す。このアンテナは、プリント回路１２０として製造されている。この図では、厚さｅ_２が約２ｍｍであるプリント回路の絶縁基板１２２が存在することが確認できる。絶縁基板１２２の第１の面１２２ａ上には、図２Ｂまたは図６に示す形状とできる放射エレメントを形成する第１のメタライズ１２４が存在する。また絶縁基板１２２の第２の面１２２ｂ上には、第２のメタライズ１２６が形成され、アンテナの導電面を構成する。この導電面には、当然ながら１またはそれ以上の開放スロット１２８が備えられる。開放スロット１２８は、放射エレメント１２４に面し、放射エレメントの形状とほぼ同一もしくはその形状に対応した外形である。短絡は、絶縁基板１２２を通過してメタライズ１２６に接続される第１のメッキ貫通孔１３０を介して確立される。絶縁基板１２２の面１２２ｂ上には、他のメタライズ１３０が形成されており、アンテナ導体を構成する。アンテナ導体１３０は、第２のメッキ貫通孔１３４によって放射エレメント１２４に接続される。

この例は、放射エレメント１２４と導電面１２６との間の誘電体が空気でなく、プリント回路の絶縁基板１２２が製造される材質である点を除き、上述のものと全く同じ特長を備えるアンテナを提供する。

従来のＰｉＦａ型アンテナを示す図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナの導電面を示す平面図であり、図２Ｂは図２Ａに対応する放射エレメントを示す平面図であり、図２Ｃは図２Ａ及び２Ｂの構成要素を組み込んだアンテナを示す縦断面図である。 基準アンテナと図２Ａ〜２Ｃのアンテナに対応する２曲線を示すグラフである。 第１の実施形態に係るアンテナの縦断面図である。 第２の実施形態に係るアンテナの縦断面図である。 さらに他の実施形態に係るアンテナの斜視図である。

Claims (10)

1. 厚さの薄いプレート状アンテナであって、
   放射エレメントと、
   放射エレメントに接続されるアンテナ給電部と、
   放射エレメントに略平行であり、かつ前記エレメントから距離ｅを隔てて配置される導電面であって、前記導電面は放射エレメントにほぼ面して開放された、少なくとも一のスロットを有してなる導電面と、
   前記導電面と前記放射エレメントとの間の導電接続部と、
   を備えることを特徴とするプレート状アンテナ。
2. 請求項１に記載のプレート状アンテナであって、
   放射エレメントが所定の形状であり、前記一または複数のスロットは放射エレメントの所定の形状と略等しい形状であることを特徴とするアンテナ。
3. 請求項１に記載のプレート状アンテナであって、
   前記スロットの形状は放射エレメントの外形に対応していることを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のプレート状アンテナであって、
   前記導電面は導電プレートで構成されることを特徴とするアンテナ。
5. 請求項４に記載のプレート状アンテナであって、さらに、
   前記放射エレメントと、前記導電プレートと、前記導電接続部とがすべてその上に固定された、絶縁性の機械的構造体を備えることを特徴とするアンテナ。
6. 請求項５に記載のプレート状アンテナであって、
   前記機械的構造体は成形可能な材質で構成されてなり、前記構造体は放射エレメントが埋め込まれる頂部を有することを特徴とするアンテナ。
7. 請求項５または６に記載のプレート状アンテナであって、さらに、
   前記放射エレメントを前記アンテナ給電部へ電気的に接続するため、及び前記放射エレメントとグランドとの間に短絡を形成するために、前記機械的構造体上へ載置されるコネクタ要素を備えることを特徴とするアンテナ。
8. 請求項７に記載のプレート状アンテナであって、
   前記機械的構造体が、前記放射エレメントと平行に固定された前記導電プレートを有する少なくとも２つの側壁を備えることを特徴とするアンテナ。
9. 請求項１から４のいずれかに記載のプレート状アンテナであって、
   プリント回路の絶縁基板と、
   放射エレメントを形成するために前記基板の第１の面上に形成される第１のメタライズと、
   導電面を形成するために前記絶縁基板の第２の面上に形成される第２のメタライズと、
   前記基板を通過して前記電気接続部と前記アンテナ給電部とを構成する２つの電気的リンクと、
   を備えることを特徴とする記載のアンテナ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のプレート状アンテナであって、
    アンテナの動作周波数は２ＧＨｚ未満であることを特徴とするアンテナ。

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