JP2007274099A

JP2007274099A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2007274099A
Application number: JP2006094459A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yanagi; 政宏柳; Shigemi Kurashima; 茂美倉島; Hideki Iwata; 英樹岩田; Yoshitsugu Yuzuba; 誉嗣柚場; Masahiro Kaneko; 雅博金子; Yuriko Segawa; 由利子瀬川; Takashi Arita; 隆有田
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US7408513B1; US20080204325A1

Abstract

【課題】本発明は、ＵＷＢを利用した平面状のアンテナ装置であって、VSWR−周波数特性の改善を図ることを目的とする。
【解決手段】ＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、誘電体製のベース１０１の表面１０１ａに、一つのアンテナエレメントパターン１０２と、数ｍｍと極く短いストリップ線路１０３と、一つのグランドパターン１０４と、表面実装型であるソケット型同軸コネクタ２００とを有する。ソケット型同軸コネクタ２００は、グランドパターン１０４のうち、アンテナエレメントパターン１０２の突部（給電点）１０２ａに極く近い位置に、ストリップ線路１０３の端とグランドパターン１０４とに跨って、表面実装してある。
【選択図】図３

Description

本発明はアンテナ装置に係り、特にＵＷＢ（ultra-wide band）を利用したアンテナ装置であって、平面状のアンテナ装置に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢを利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を超広帯域で通信を行う通信方式である。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには超広帯域で送受信が可能な構造が求められている。

ＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、地板と給電体から構成されたアンテナが提案されている（非特許文献１）。

図１は従来のアンテナ装置を示す。図１（Ａ）に示すアンテナ装置１０は、地板１１上に、円錐を反転させた形状の給電体１２を配置した構成である。給電体１２を構成する円錐は、その側面が軸線に対して角度θとなるように設定されている。この角度θによって所望能特性が得られる。

図１（Ｂ）に示すアンテナ装置２０は、地板１１上に、円錐体２２ａとそれに内接する球体２２ｂとから構成される涙滴状の給電体２２を配置した構成である。
２００３年電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ、谷口琢也・小林岳彦（東京電機大）（３月22日発表 B201教室）特開２０００−１９６３２７号公報

従来の広帯域アンテナ装置は、平板状の地板上に円錐形状又は涙滴形状の給電体を配置した構成であるので、大型であり、小型化、薄型化が望まれていた。

図２（Ａ），（Ｂ）は本出願人が先に特願２００６−９１６０２号において出願した明細書及び図面に記載してあるＵＷＢ平面アンテナ装置３０を示す。ＵＷＢ平面アンテナ装置３０は、誘電体製のベース３１の上面３１ａに、アンテナエレメントパターン３２と、ストリップ線路３３と、二つのグランドパターン３４，３５とを有し、ベース３１の端に表面実装型の同軸コネクタ５０が実装してある構成であり、小型化、薄型化が図られている。

グランドパターン３４、３５は、アンテナエレメントパターン３２に近接した位置でグランド電位部分を形成して、アンテナエレメントパターン３２の周囲に電気力線が形成されるように機能すると共に、ストリップ線路３３に沿う部分は、後述するように、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路４０の一部を構成する。

ストリップ線路３３と、この両側のグランドパターン３４，３５と、ベース３１とが、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路４０を構成している。同軸コネクタ４０は、アンテナエレメントパターン３２から延在しているコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路４０の終端に、ストリップ線路３３とグランドパターン３４，３５とに半田付けされて表面実装してある。

このＵＷＢ平面アンテナ装置３０は、３〜６ＧＨｚの周波数帯域が使用範囲である。

このＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWR(Voltage Standing Wave Ratio)―周波数特性は、図６に線Ｉａで示す如くであった。VSWR―周波数特性は、１．４以下ではあることが望ましい。しかし、線Ｉａで示すVSWR―周波数特性をみると、特に３ＧＨｚの付近で、VSWRが３．０以上と高くなっており、改善が望まれる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、誘電体製のベースの同じ面に、一つのアンテナエレメントパターンと一つのグランドパターンとが接近して対向して配置してあり、
表面実装型の同軸コネクタが、前記グランドパターンのうち前記アンテナエレメントパターンの給電点の近くの個所に表面実装してある構成としたことを特徴とする。

グランドパターンが一つであって、且つ、表面実装型の同軸コネクタが表面実装してある個所が、グランドパターンのうちアンテナエレメントパターンの給電点の近くの個所であるため、グランドパターンのグランド電位が安定した状態になり、これによって、VSWR―周波数特性が改善される。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図３（Ａ），（Ｂ）及び図４（Ａ），（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００を示す。Ｚ１−Ｚ２はＵＷＢ平面アンテナ装置１００の軸線方向（ベース１０１の長さ方向）、Ｘ１−Ｘ２はベース１０１の幅方向、Ｙ１−Ｙ２はベース１０１の厚さ方向である。

このＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、誘電体製のベース１０１の表面１０１ａに、一つのアンテナエレメントパターン１０２と、約1ｍｍと極く短いストリップ線路１０３と、一つのグランドパターン１０４とを有し、表面実装型であるソケット型同軸コネクタ２００が、グランドパターン１０４のうち、アンテナエレメントパターン１０２の突部（給電点）１０２ａに極く近い位置に、ストリップ線路１０３の端とグランドパターン１０４とに跨って、表面実装してある構成である。

図４（Ａ）に示すように、アンテナエレメントパターン１０２はホームベース形状を有する。アンテナエレメントパターン１０２の突部（給電点）１０２ａの部分の開き角度θは約６０度である。ストリップ線路１０３はアンテナエレメントパターン１０２の突部（給電点）１０２ａからＺ２方向に寸法ａ延在している。寸法ａは約１ｍｍと極く短い。磁界グランドパターン１０４は、四角形状であり、アンテナエレメントパターン１０２に接近してアンテナエレメントパターン１０２と対向しており、アンテナエレメントパターン１０２の給電点１０２ａに対向する部分に凹部１０４ａが形成してある。ストリップ線路１０３は凹部１０４ａ内に入り込んでいる。

ストリップ線路１０３と、グランドパターン１０４のうちストリップ線路１０３に対向する部分と、誘電体製のベース１０１とが、インピーダンスが５０Ωであるコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０を構成している。

グランドパターン１０４は、アンテナエレメントパターン１０２に近接した位置にグランド電位部分を形成して、アンテナエレメントパターン１０２の周囲に電気力線が形成されるように機能する。

ストリップ線路１０３の端とグランドパターン１０４の凹部１０４ａに臨む部分は、ソケット型同軸コネクタ２００が実装される部分であり、ランド１２０，１２１が形成してある。

このソケット型同軸コネクタ２００は、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、表面実装型であり、シールド部２００ａ、及び、信号線コネクト部２００ｂを絶縁部２００ｃにより一体的にモールド成形した構成である。

シールド部２００ａは、導電材より構成され、コネクト部２００ｄ及びコンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２、２００ｅ３から構成されている。コネクト部２００ｄは、略円筒状をなし、矢印Ｚ１方向に延出されており、プラグコネクタのシールドに係合する。コンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２、２００ｅ３は、コネクト部２００ｄに接続されており、絶縁部２００ｃの底面、矢印Ｚ２方向の面に表出している。

信号線コネクト部２００ｂは、導電材より構成され、接続ピン２００ｆ及びコンタクト部２００ｇから構成されている。中心導体２００ｆは、絶縁部２００ｃからコネクト部２００ｄの内周側に矢印Ｚ２方向に延出しており、プラグコネクタを装着時にプラグコネクタの信号線に接続される。コンタクト部２００ｇは、中心導体２００ｆに接続されており、絶縁部２００ｃの底面、矢印Ｚ２方向の面から表出している。

このソケット型同軸コネクタ２００は、コンタクト部２００ｇをストリップ線路１０３の端のランド１２０に、コンタクト部２００ｅ１、２００ｅ２をグランドパターン１０４上のランド１２１に夫々半田付けされて、表面実装してある。

ここで、マイクロ波伝送線路１１０はコプレナ線路型であるため、ストリップ線路１０３の線路幅ｓは１ｍｍ程度と広く（図４（Ａ）参照）、半田は、ストリップ線路の幅内に収まって、ストリップ線路より外にははみ出ない。このため、同軸コネクタ１２０がコプレナ線路型のマイクロ波伝送線路１１０に半田付けされた部分もインピーダンスは５０Ωとされ、インピーダンスの乱れはない。

このＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、３〜６ＧＨｚの周波数帯域が使用範囲であり、機器より延びている同軸ケーブルの端の同軸コネクタ（共に図示せず）がソケット型同軸コネクタ２００に接続された状態で使用される。アンテナエレメントパターン１０２には高周波信号が供給され、グランドパターン１０４はグランド電位とされ、アンテナエレメントパターン１０２とグランドパターン１０４とのに電気力線が形成される。

このＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWR―周波数特性は、図６に線Ｉで示す如くであった。

ここで、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWR―周波数特性を、使用の周波数帯域である３〜６ＧＨｚにおいて、図２に示すＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWR―周波数特性と比較してみる。

３ＧＨｚの付近では、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWRは１．４程度であり、ＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWRに比較して、約１／２に改善されている。

４ＧＨｚの付近では、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWRは１．１程度であり、ＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWRと略同じである。

５ＧＨｚの付近では、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWRは１．５程度であり、ＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWRに比較して、０．２程度低く、改善されている。

６ＧＨｚの付近では、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWRはＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWRと略同じである。

これより、ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWR―周波数特性は、使用の周波数帯域である３〜６ＧＨｚにおいて、図２に示すＵＷＢ平面アンテナ装置３０のVSWR―周波数特性よりも改善されていることが分かる。

ＵＷＢ平面アンテナ装置１００のVSWR―周波数特性が改善された理由としては、以下のことが考えられる。
（１）グランドパターン１０４は、一つであること。これによって、アンテナエレメントパターン１０２のうち中心よりＸ１側の部分に対向する部分のグランド電位と、アンテナエレメントパターン１０２のうち中心よりＸ２側の部分に対向する部分のグランド電位とが同電位となっていること。
（２）ソケット型同軸コネクタ２００が実装してある個所が、グランドパターン１０４のうちアンテナエレメントパターン１０２に近いこと。これによって、アンテナエレメントパターン１０２のうち中心よりＸ２側の部分に対向する部分のグランド電位が安定していること。

図７（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例２になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａを示す。

このＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａは、コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路を有していず、ソケット型同軸コネクタ２００が、アンテナエレメントパターン１０２の給電点１０２ａの個所のランド１２０と、グランドパターン１０４のうちアンテナエレメントパターン１０２の給電点１０２ａに対向する個所のランド１２１に半田付けされて、アンテナエレメントパターン１０２の給電点の個所に、アンテナエレメントパターン１０２とグランドパターン１０４とに跨って表面実装してある構成である。ソケット型同軸コネクタ２００のコンタクト部２００ｇはアンテナエレメントパターン１０２の給電点１０２ａに直接に半田付けされている。

このＵＷＢ平面アンテナ装置１００Ａは、図６に線Ｉで示す特性と同じVSWR−周波数特性を有する。

従来のアンテナ装置の一例の構成図である。本出願人が先に出願したＵＷＢ平面アンテナ装置の構造を示す図である。本発明の実施例１になるＵＷＢ平面アンテナ装置の斜視図である。図３のＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。ソケット型同軸コネクタを示す図である。図３のＵＷＢ平面アンテナ装置のVSWR−周波数特性を示す図である。本発明の実施例２になるＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。

符号の説明

１００、１００ＡＵＷＢ平面アンテナ装置
１０１誘電体製のベース
１０２アンテナエレメントパターン
１０３ストリップ線路
１０４グランドパターン
１０４ａ凹部
１１０コプレナ線路型のマイクロ波伝送線路
１２０，１２１ランド
２００ソケット型同軸コネクタ

Claims

誘電体製のベースの同じ面に、一つのアンテナエレメントパターンと一つのグランドパターンとが接近して対向して配置してあり、
表面実装型の同軸コネクタが、前記グランドパターンのうち前記アンテナエレメントパターンの給電点の近くの個所に表面実装してある構成としたことを特徴とするアンテナ装置。
誘電体製のベースの同じ面に、一つのアンテナエレメントパターンと一つのグランドパターンとが接近して対向して配置してあり、
前記アンテナエレメントパターンの給電点から、長さの短いストリップ線路が延在しており、
前記グランドパターンは、前記ストリップ線路が入り込む凹部を有し、
表面実装型の同軸コネクタが、前記グランドパターンの前記凹部の個所に、前記グランドパターンと前記ストリップ線路とに半田付けされて表面実装してある構成としたことを特徴とするアンテナ装置。
誘電体製のベースの同じ面に、一つのアンテナエレメントパターンと一つのグランドパターンとが接近して対向して配置してあり、
表面実装型の同軸コネクタが、前記アンテナエレメントの給電点と、前記グランドパターンのうち前記アンテナエレメントの前記給電点に対向する部分とに半田付けされて表面実装してある構成としたことを特徴とするアンテナ装置。