JP2006279421A - 線状小型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】設計の自由度が高く、多品種に対応できる形態で、小型化、広帯域化が可能なアンテナを提供する。
【解決手段】線状導体２を粘着シート５上に２次のミンコウスキー形状等を用いて、略フラクタル形状に形成する。線状導体２は粘着シート５上に自由にひきまわせるので、設計自由度が高く、多品種に対応可能となると同時に、線状導体２によるアンテナが略フラクタル形状を呈しているので、比較的広帯域化、小型化が実現可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明はアンテナ設計の自由度が高く、広帯域化、小型化できる線状アンテナに関する。

アンテナの製造方法としては金型による成形や、エッチングによるものなどが一般的である。しかし何れも一旦アンテナ形状を決めてしまうと変更が困難であった。

例えば金型を用いた成形ではそれぞれのアンテナ形状に合った金型を、またエッチングを用いた作製でもそれぞれのアンテナ形状にあったマスクを準備する必要があるからである。従って携帯電話など、その機種によりアンテナ形状が変わるような製品に対してはコスト面、製作期間面で大きな問題があった。

特許文献１に示すとおり導電体を絶縁体で被覆した線状導体をアンテナ技術に適応した線状アンテナ装置が開示されている。この開示技術によるとアンテナのインピーダンス特性を最適にするため前記、線状導体を配置する平面シートに前記線状導体を自由にひきまわす事を可能としている。

従って、設計の自由度が非常に上がり、多品種、特に少量多品種のアンテナに適応させる事は非常に有効な製造手段である。

また広帯域化の一法として、特許文献２には、シェルピンスキー図形を用いたフラクタル形状を利用したアンテナが開示されている。
特開２００４−０８０１０８号公報 特表２００３−５１０８７１号公報

設計の自由度が高く、多品種に対応できる形態で、小型化、広帯域化が可能な製品を提供することが目的である。しかし特許文献１記載のアンテナ装置では線状導体を使用する事は記載しているがそのアンテナ形状に関する記載はない。

また、特許文献２記載のフラクタル形状はシェルピンスキー図形を用いたもので、図形自体が面構成であり、線状アンテナには適応できないという問題点があった。

この発明の第一の態様は線状導体を平面シート上に略フラクタル形状に形成した線状小型アンテナである。

この発明の第二の態様は、線状導体に絶縁被膜を形成した線状導体を平面シート上に略フラクタル形状に形成したことを特徴とした線状小型アンテナである。

この発明の第三の態様は、前記線状導体を交差または接触したことを特徴とした線状小型アンテナ装置である。

この発明の第四の態様は、前記フラクタル形状の始点と終点を隣接させることを特徴とした線状小型アンテナである。

この発明の第五の態様は、フラクタル形状がミンコウスキー的形状であることを特徴とした線状小型アンテナである。

この発明の第六の態様は、前記線状導体を、布線機を用いて作製する事を特徴とした線状小型アンテナである。

第一、第二の態様では、線状導体によるアンテナがフラクタル形状を呈しているので比較的広帯域化、小型化が実現可能である。

また第三の態様では、線状導体を交差または接触する事でさらにアンテナ形状の自由度が高くなり、小型化が可能となる。

第四、第五の態様では、フラクタル形状の始点と終点を隣接させることにより、前記隣接した始点と終点を接続してクローズ状態とする、または前記始点、終点を接続しないでオープン状態にする等の切り替えを可能にすることもできる。

第六の態様では、布線機を用いて前記線状導体を用いてフラクタル形状を形成していくので、簡易な製造が可能で、多品種のアンテナ形状に対しても容易に設計、製造することが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、同一機能を有する各構成部については図示及び説明簡略のため、同一符号を付して説明する。

以下示される次数はフラクタル形状の繰り返しを示しており、図９にミンコウスキー形状の次数の説明図として１次のミンコウスキー形状３０、２次のミンコウスキー形状３１、３次のミンコウスキー形状３２を示す。次数が上がる程、同一面積中に占める線状導体の密度は上がる傾向にある。

（実施例１）
図１は２次のミンコウスキー形状を用いた線状小型アンテナを説明する図である。
ここでは300MHz帯用のアンテナとして、受信効率10％を確保して、極力小型にするために２次のミンコウスキー形状を選択した。

まず、離型処理を施した厚さ５０μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムからなる基体（図示なし）と、基体上に厚さ４０μｍの熱硬化型変性エポキシ樹脂系接着剤を塗布した粘着層（図示なし）とからなる粘着シート５を形成する。次いで、前述の粘着シートの粘着層上に径３０μｍの線状導体２の布線を布線機で行った。この際、始点リード部３、終点リード部４は他の電子部品と接続する為に余長をとった構成にし、その先端に端子６を取り付けた。始点リード部３から終点リード部４までは一筆書きの要領で連続的に布線されている。但し始点リード部３と終点リード部４は接続しない状態（オープン状態）としている。

続いて、温度１５０℃、圧力１．９６×１０^５Ｐａの条件で、布線された粘着シートに対して約１時間のプレスを行い、接着剤を完全に硬化させた後、前述の基体を取り除き、線状小型アンテナ１を完成した。

なお、上記の方法とは別に、線状導体２の布線後に、線状導体２を布線した面に基材フィルムなどを張り合わせてもよい。また、粘着シートは、線状導体２を布線できるものなら上記以外のものでも構わない。例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリプロピレン等からなる基材上にゴム系粘着層、シリコン系粘着層、アクリル系粘着層、ＵＶ硬化型アクリル系粘着層等を設けた、可とう性を有するものでもよい。

ミンコウスキー形状を形成するのに要した線状導体の全長は３３２ｍｍであった。またミンコウスキー形状が占める略正方形の一辺の長さLは３１mmとなり、非常に小型の線状アンテナが実現された。

図２は線状小型アンテナ１を搭載したアンテナ装置を説明する図で、線状小型アンテナ１を、高周波回路処理を施す電子回路基板７に端子６を介して接続し、筺体に収納したアンテナ装置である。

アンテナ特性として、共振周波数ｆ０は３２５ＭＨz、VSWR3.0以下帯域Δｆは１８MHｚであった。

（実施例２）
また線状導体２に絶縁皮膜を形成した場合も実施例１に示した特性とほぼ同じ特性が得られた。

（実施例３）
図３は線状導体２の交差形状を説明する図で１１はミンコウスキー形状をなす線状導体２のコーナ部分９が交差又は接触したミンコウスキー形状のアンテナである。これによりミンコウスキー形状が占める略正方形の一辺の長さLをさらに小さくする事も可能となる。
また、そのアンテナ特性として共振周波数ｆ０は低周波側に少しシフトする傾向にあるがそれほど大きな影響は与えない程度である。

図４は線状導体の全長と共振周波数の関係を説明する図である。コーナ部分９が交差または接触を持つミンコウスキー形状の共振周波数１２と、コーナ部分９が交差または接触をもたないミンコウスキー形状の共振周波数１３と比べても共振周波数はほとんど差がなかった。

（実施例４）
また始点リード部３、終点リード部４を接続した状態をクローズ状態、始点リード部３、終点リード部４を接続しない状態をオープン状態とすると、その接続状態により共振周波数特性は変化する。
図５は始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性１４と、始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性１５を比較した図で、始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性１４は、始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性１５に比べるとその共振周波数は３００MHｚ程度高くなる。

また図６は始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナのＶＳＷＲ３．０以下帯域（ＭＨｚ）１６と、始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナのＶＳＷＲ３．０以下帯域（ＭＨｚ）１７を示している図である。

VSER３.０以下帯域はクローズ状態にすることにより格段に大きくなる。これらの特性を考慮して、始点リード部３及び終点リード部４の接続状態をオープン状態、クローズ状態にするスイッチ機能を付加することにより、双方の帯域をカバーするアンテナとしても動作させることができる。

また、フラクタル形状はその相似模様の繰り返し形状から、実際のアンテナの略正方形の大きさＬと共振周波数を関係付けることができる。
図７はミンコウスキー形状で決定されるアンテナ寸法と共振周波数の関係を説明する図で、線状導体径が0.03mmの場合について、略正方形のアンテナの１辺の長さＬと共振周波数の関係図である。２０は一次のミンコウスキー形状の場合の共振周波数と略正方形のミンコウスキー形状の1辺の長さLの関係図、１９は二次のミンコウスキー形状の場合の共振周波数と略正方形のミンコウスキー形状の1辺の長さLの関係図、１８は三次のミンコウスキー形状の場合の共振周波数と略正方形のミンコウスキー形状の1辺の長さLの関係図を示している。これにより共振周波数が決まればアンテナはどの程度の寸法になるか見当がつけられる。

（実施例５）
図８は車両のリアガラスにアンテナを搭載した一例で、車両のリアガラス２５に地上波デジタル放送などで使用される非常に広帯域なアンテナを搭載した説明図である。共振周波数ｆ０＝485MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝50MHｚ、共振周波数ｆ０＝５３５MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝70MHｚ、共振周波数ｆ０＝610MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝100MHｚ、共振周波数ｆ０＝720MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝120MHｚの４つのアンテナ２４，２３，２２，２１をミンコウスキー形状で作成し、それぞれの帯域の信号を受信するアンテナを選択する切替装置（図示せず）を用いることにより非常に薄型で、簡易な広帯域なアンテナを車両用に提供することが可能である。

２次のミンコウスキー形状を用いた線状小型アンテナを説明する図 線状小型アンテナ１を搭載したアンテナ装置を説明する図 線状導体２の交差形状を説明する図 線状導体２の全長と共振周波数の関係を説明する図 始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性１５と、始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性１６を比較した図 始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナのＶＳＷＲ３．０以下帯域（ＭＨｚ）１７と、始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナのＶＳＷＲ３．０以下帯域（ＭＨｚ）１８を示している図である。 ミンコウスキー形状で決定されるアンテナ寸法と共振周波数の関係を説明する図 車両のリアガラスにアンテナを搭載した一例 ミンコウスキー形状の次数の説明図

符号の説明

１・・・線状小型アンテナ
２・・・線状導体
３・・・始点リード部
４・・・終点リード部
５・・・粘着シート
６・・・端子
７・・・電子回路基板
８・・・筺体
９・・・コーナ部分
１０・・・交差又は接触していないミンコウスキー形状
１１・・・ミンコウスキー形状をなす線状導体２のコーナ部分９が交差又は接触したミンコウスキー形状のアンテナ
１２・・・コーナ部分９が交差または接触を持つミンコウスキー形状の共振周波数
１３・・・コーナ部分９が交差または接触をもたないミンコウスキー形状の共振周波数
１４・・・始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性
１５・・・始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナの共振周波数特性
１６・・・始点リード部３及び終点リード部４をクローズ状態にしたミンコウスキー形状アンテナのＶＳＷＲ３．０以下帯域（ＭＨｚ）
１７・・・始点リード部３及び終点リード部４をオープン状態にしたミンコウスキー形状アンテナのＶＳＷＲ３．０以下帯域（ＭＨｚ）
１８・・・三次のミンコウスキー形状の場合の共振周波数と略正方形のミンコウスキー形状の1辺の長さの関係図
１９・・・二次のミンコウスキー形状の場合の共振周波数と略正方形のミンコウスキー形状の1辺の長さの関係図
２０・・・一次のミンコウスキー形状の場合の共振周波数と略正方形のミンコウスキー形状の1辺の長さの関係図
２１・・・共振周波数ｆ０＝720MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝120MHｚ
２２・・・共振周波数ｆ０＝610MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝100MHｚ
２３・・・共振周波数ｆ０＝５３５MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝70MHｚ
２４・・・共振周波数ｆ０＝485MHz、VSER３.０以下帯域Δｆ＝50MHｚ
２５・・・車両のリアガラス
３０・・・１次のミンコウスキー形状
３１・・・２次のミンコウスキー形状
３２・・・３次のミンコウスキー形状

Claims (6)

1. 線状導体を平面シート上に略フラクタル形状に形成した線状小型アンテナ。
2. 前記線状導体は絶縁被膜を形成した線状導体であることを特徴とする請求項１記載の線状小型アンテナ。
3. 前記線状導体を交差または接触したことを特徴とする請求項2記載の線状小型アンテナ。
4. 前記フラクタル形状の始点と終点を隣接させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の線状小型アンテナ。
5. フラクタル形状がミンコウスキー形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の線状小型アンテナ。
6. 前記線状導体は、布線機を用いて作製する事を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の線状小型アンテナ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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