JP2008078714A - 二周波共用アンテナ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い電気的特性など安定した品質を確保することができる二周波共用アンテナを提供する。
【解決手段】細長の絶縁基板１の一方の面１１に、波長λ_１で共振する第１、第２のλ_１／４アンテナパターン３１、３２、及び波長λ_２で共振する第１、第２のλ_２／４アンテナパターン４１、４２を、それぞれ絶縁間隙２で離間して略同一直線状に長手方向へ延設し、第１のλ_１／４アンテナパターン３１と第１のλ_２／４アンテナパターン４１、及び第２のλ_１／４アンテナパターン３２と第２のλ_２／４アンテナパターン４２を、それぞれ横辺部５１、５２以外の領域で離間し、前記離間箇所に貫通穴７１、７２を設ける非接地型の二周波共用アンテナ。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの周波数帯の電波に共用できる二周波共用アンテナ及びその二周波共用アンテナを備える電子機器に関する。

近年、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の２つの周波数帯が割り当てられた無線ＬＡＮなど、同一の無線通信システムで２つの周波数帯が割り当てられたものが出現し、これに応じて、使用される電子機器に設置するアンテナを２つの周波数帯に共用できる二周波共用アンテナとすることが求められるようになった。斯様な二周波共用アンテナとしては、細長の基板の長手方向の片方にλ_２／４線条アンテナエレメントを直線状導通パターンで形成し、その他方にλ_２／４短冊形アンテナエレメントを長方形導通パターンで形成すると共に、λ_１／４円筒状アンテナエレメントを前記λ_２／４線条アンテナエレメントの外周に配置されるようにして前記基板に嵌合設置し、前記λ_２／４短冊形アンテナエレメントの入力端にＬ字状のλ_１／４短冊形アンテナエレメントを半田付けするものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−３３８７０８号公報

ところで、上記特許文献１の二周波共用アンテナは、λ_２／４アンテナエレメントが形成された絶縁基板に、別体の円筒状アンテナエレメントを位置決めして取り付け、更に、別体のλ_１／４短冊形アンテナエレメントを位置決めして半田付けで取り付けるものであるため、取付作業のバラツキにより、電気的特性など製品の品質が左右されやすいという不具合がある。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、高い電気的特性など安定した品質を確保することができる二周波共用アンテナ及びその二周波共用アンテナを備える電子機器を提供することを目的とする。

本発明の二周波共用アンテナは、細長の絶縁基板に波長λ_１で共振するアンテナパターンと、波長λ_１と異なる波長λ_２で共振するアンテナパターンとを一体的に設ける、非接地型の二周波共用アンテナであって、前記絶縁基板の一方の面に、第１、第２のλ_１／４アンテナパターン、及び第１、第２のλ_２／４アンテナパターンを、それぞれ絶縁間隙で離間して略同一直線状に長手方向へ延設し、第１のλ_１／４アンテナパターンと第１のλ_２／４アンテナパターン、及び第２のλ_１／４アンテナパターンと第２のλ_２／４アンテナパターンを、それぞれ少なくとも前記絶縁間隙近傍以外の領域で離間することを特徴とする。

また、本発明の二周波共用アンテナは、前記絶縁基板の前記第１のλ_１／４アンテナパターンと第１のλ_２／４アンテナパターンの離間箇所と前記第２のλ_１／４アンテナパターンと第２のλ_２／４アンテナパターンの離間箇所とに貫通穴を設けることを特徴とする。

また、本発明の二周波共用アンテナは、前記絶縁基板の他方の面に、第３のλ_１／４アンテナパターンを第１のλ_１／４アンテナパターンと略対応する位置に配設して前記絶縁基板のスルーホールに設ける導体を介して接続し、第３、第４のλ_２／４アンテナパターンをそれぞれ第１、第２のλ_２／４アンテナパターンと略対応する位置に配設して前記絶縁基板のスルーホールに設ける導体を介して接続することを特徴とする。

また、本発明の二周波共用アンテナは、第１、第２のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙に向かって拡幅する領域を設け、前記拡幅領域と対向するようにして、第３、第４のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙に向かって拡幅する領域を設けることを特徴とする。前記拡幅領域は、漸次拡幅する領域や段差的に拡幅する領域等とすることが可能である。更に、λ_１／４アンテナパターンにも同様の構成とすることも可能である。

また、本発明の二周波共用アンテナは、第１、第２のλ_１／４アンテナパターン、及び第１、第２のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙近傍で接続される同軸線路を前記絶縁基板の略長手方向に沿って前記他方の面側に離間して配設し、前記第１若しくは第２のλ_１／４アンテナパターンの少なくとも先端に前記同軸線路より幅広で前記同軸線路と重なって配置される突出部を設けることを特徴とする。

また、本発明の電子機器は、上記二周波共用アンテナを備えることを特徴とする。

尚、本願の発明には、各発明の部分的な構成を他の構成に変更し、或いは各発明の構成に他の構成を付加し、或いは各発明の部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化したものも含まれる。

本発明の二周波共用アンテナ及び二周波共用アンテナを備える電子機器は、第１、第２のλ_１／４アンテナパターン及び第１、第２のλ_２／４アンテナパターンを単一の絶縁基板に適切な配置で一体的に設けるので、絶縁基板に別体のアンテナエレメントを取り付ける作業を無くすことができる。従って、製造工程で製品の品質にバラツキが生ずることを防止でき、安定した電気的特性の二周波共用アンテナや前記二周波共用アンテナを備える電子機器を確実に得ることができる。

また、並設されるλ_１／４アンテナパターンとλ_２／４アンテナパターンとの離間箇所で絶縁基板に貫通穴を設けることにより、介在する空気で前記両アンテナパターン間のインピーダンスを高め、共振周波数が異なる両アンテナパターンのアイソレーションを高めることができる。

また、絶縁基板の他方の面に、λ_１／４アンテナパターンを一方の面のλ_１／４アンテナパターンと略対応する位置に配設して両パターンをスルーホールに設ける導体で接続し、λ_２／４アンテナパターンを一方の面のλ_２／４アンテナパターンと略対応する位置に配設して両パターンをスルーホールに設ける導体で接続することにより、前記一方の面と他方の面に電流分布が等しいアンテナパターンを構成することができ、略全方向に均一な利得を得ることができる。

また、第１、第２のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙に向かって拡幅する領域を設け、絶縁基板を挟んで前記拡幅領域と対向するようにして、第３、第４のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙に向かって拡幅する領域を設けることにより、波長λ_２の周波数に関し、クオリティファクターＱを低め、広帯域特性を得ることができる。

また、同軸線路を絶縁基板の他方の面側に離間して配設し、前記一方の面のλ_１／４アンテナパターンの先端に同軸線路より幅広で同軸線路と重なって配置される突出部を設けることにより、同軸線路の突出部幅内の移動に対応しつつ、漏れ電流を阻止することができる。

本発明の二周波共用アンテナの実施形態を図に沿って説明する。

本実施形態の非接地型の二周波共用アンテナは、図１〜図３に示すように、細長の長方形である絶縁基板１と、絶縁基板１の一方の面１１に密着して設けられる、波長λ_１で共振する第１、第２のλ_１／４アンテナパターン３１、３２、及び波長λ_１より短い波長λ_２で共振する第１、第２のλ_２／４アンテナパターン４１、４２と、絶縁基板１の他方の面１２に密着して設けられる、波長λ_１で共振する第３のλ_１／４アンテナパターン３３、及び波長λ_２で共振する第３、第４のλ_２／４アンテナパターン４３、４４とを備える。

絶縁基板１は、例えば比誘電率ε_ｒ＝４．７前後のガラスエポキシ系素材で形成したものとするが、適宜の絶縁性素材で形成することが可能である。各アンテナパターン３１〜３３、４１〜４４は、絶縁基板１の一方の面１１と他方の面１２にエッチングで一体的に形成され積層されると共に、絶縁基板１の長手方向略中央には、アンテナパターンが形成されず、インピーダンス調整や給電構造を担う絶縁間隙２が設けられる。尚、絶縁間隙２の幅（絶縁基板１の長手方向の長さ）を調整することにより、２つの周波数帯ともにアンテナインピーダンスを調整することが可能であり、例えば２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯では、絶縁間隙２を約２．５ｍｍ前後の幅すると良好である。

λ_１／４アンテナパターン３１、３２、３３は、絶縁基板１の長手方向へ延設される略長方形の板状に形成され、第２のλ_１／４アンテナパターン３２だけ先端にＬ字形に屈曲して延設された突出部３２１が形成されている。λ_２／４アンテナパターン４１、４２、４３、４４は、絶縁基板１の長手方向へ延設される板状に形成され、その基端側に絶縁間隙２に向かって漸次拡幅する拡幅領域４１１、４２１、４３１、４４１がそれぞれ形成されている。

第１のλ_１／４アンテナパターン３１と第１のλ_２／４アンテナパターン４１は、前記一方の面１１に於ける絶縁基板１の絶縁間隙２の上側に、その基端側を横辺部５１で連結して形成されている。第１のλ_１／４アンテナパターン３１は、前記一方の面１１に於ける幅方向の一方の端部近傍に配設され、第１のλ_２／４アンテナパターン４１は、前記一方の面１１の幅方向の他方の端部近傍に配設され、両アンテナパターン３１、４１は横辺部５１以外の領域で離間して並設され、絶縁基板１の前記離間箇所に貫通穴７１が長手方向へ延びるように形成されている。貫通穴７１により、第１のλ_１／４アンテナパターン３１と第１のλ_２／４アンテナパターン４１との間、後述の第３のλ_１／４アンテナパターン３３と第３のλ_２／４アンテナパターン４３との間に絶縁基板１よりも誘電率が小さい空気層（誘電率ε＝１．０）を介在させてインピーダンスを高め、波長λ_１と共振するアンテナパターン３１、３３と波長λ_２で共振するアンテナパターン４１、４３のアイソレーション特性を高めることができる。

第２のλ_１／４アンテナパターン３２と第２のλ_２／４アンテナパターン４２は、前記一方の面１１に於ける絶縁間隙２の下側に、その基端側を横辺部５２で連結して形成されている。第２のλ_１／４アンテナパターン３２は、前記一方の面１１に於ける幅方向の一方の端部近傍に、絶縁間隙２で離間する第１のλ_１／４アンテナパターン３１と略同一直線状になるように配設され、第２のλ_２／４アンテナパターン４２は、前記一方の面１１の幅方向の他方の端部近傍に、絶縁間隙２で離間する第１のλ_２／４アンテナパターン４１と略同一直線状になるように配設され、両アンテナパターン３２、４２は横辺部５２以外の領域で離間して並設され、絶縁基板１の前記離間箇所に貫通穴７２が長手方向へ延びるように形成されている。貫通穴７２により、上記貫通穴７１の場合と同様に、第２のλ_１／４アンテナパターン３２と第２のλ_２／４アンテナパターン４２との間に空気層を介在させ、アイソレーション特性を高めることができる。

第３のλ_１／４アンテナパターン３３と第３のλ_２／４アンテナパターン４３は、前記他方の面１２に於ける絶縁間隙２の上側に、その基端側を横辺部５３で連結して形成されている。第３のλ_１／４アンテナパターン３３は、前記他方の面１２に於ける幅方向の一方の端部近傍に配設され、第３のλ_２／４アンテナパターン４３は、前記他方の面１２の幅方向の他方の端部近傍に配設され、両アンテナパターン３３、４３は横辺部５３以外の領域で離間して並設され、絶縁基板１の前記離間箇所に貫通穴７１が配置されている。前記他方の面１２の横辺部５３で連結される第３のアンテナパターン３３、４３は、前記一方の面１１の横辺部５１で連結される第１のアンテナパターン３１、４１と略同形、同サイズで、絶縁基板１を挟んで形状が対応するように対向配置され、第１のλ_１／４アンテナパターン３１の背面側に第３のλ_１／４アンテナパターン３３が、第１のλ_２／４アンテナパターン４１、拡幅領域４１１の背面側に第３のλ_２／４アンテナパターン４３、拡幅領域４３１が、横辺部５１の背面側に横辺部５３が配置される。

第４のλ_２／４アンテナパターン４４は、前記他方の面１２に於ける絶縁間隙２の下側に、横辺部５４を絶縁間隙２に沿わせるようにして形成される。第４のλ_２／４アンテナパターン４４は、前記他方の面１２の幅方向の他方の端部近傍に配設され、その略先端部近傍に貫通穴７２が配置されている。前記他方の面１２に於ける第４のλ_２／４アンテナパターン４４及び横辺部５４は、前記一方の面１１に於ける第２のλ_２／４アンテナパターン４２及び横辺部５２と略同形、同サイズで、絶縁基板１を挟んで形状が対応するように対向配置され、第２のλ_２／４アンテナパターン４２、拡幅領域４２１、横辺部５２の背面側に第４のλ_２／４アンテナパターン４４、拡幅領域４４１、横辺部５４が配置される。尚、前記他方の面１２に於ける絶縁間隙２の下側には、λ_１／４アンテナパターンは配設されない。

各アンテナパターン３１、３３、４１〜４４と絶縁基板１の各対応する所定箇所には、厚さ方向に貫通するスルーホール６が複数形成され、各スルーホール６の周壁にはアンテナパターン３１、３３、４１〜４４と導通する導体がメッキ処理されている。絶縁基板１を挟んで対向するλ_１／４アンテナパターン３１と３３、λ_２／４アンテナパターン４１と４３、λ_２／４アンテナパターン４２と４４は、それぞれスルーホール６のメッキ処理された導体を介して導通し、前記一方の面１１と他方の面１２のアンテナパターンの電流分布が等しくなるようになっている。

各アンテナパターン３１〜３３、４１〜４４が形成された絶縁基板１は、電子機器に設置されたホルダー８の嵌合凹部８１にアンテナパターンが形成されていない基端部１３を嵌合して、電子機器に取り付けられる。

絶縁基板１の他方の面１２側には、絶縁間隙２の略下側に長手方向に沿って同軸線路９が配設されている。同軸線路９の先端側では、内部導体９１が上側のアンテナパターン３１、３３、４１、４３に導通する横辺部５３に半田付け等で接続され、第１周波数帯のアンテナパターン３１、３３と第２周波数帯のアンテナパターン４１、４３に直流的に接続されている。更に、外部導体９２が下側のアンテナパターン３２、４２、４４に導通する横辺部５４に半田付け等で接続され、第１周波数帯のアンテナパターン３２と第２周波数帯のアンテナパターン４２、４４に直流的に接続されている。また、同軸線路９の基端側はホルダー８の挿通孔８２に挿通されて電子機器内の高周波回路に接続される。同軸線路９は、ホルダー８の嵌合凹部８１と挿通孔８２との間のスペーサ部８３の厚さで、前記他方の面１２から離間して空気層２１が設けられるように所定位置に配設され、その先端近傍部分は前記半田部分で離間状態を保持するように支持されている。そして、同軸線路９は、前記離間部分の空気層２１及び絶縁基板１を挟んで、同軸線路９より幅広である第２のλ_１／４アンテナパターン３２の突出部３２１と重なるように配置される。前記同軸線路９と他方の面１２との間の離間距離は、横辺部５３と内部導体９１とのインピーダンス等を考慮し、ホルダー８側への漏れ電流を阻止できるように適宜設定することが可能である。また、突出部３２１は、外部導体９２とアンテナパターン３２等と導通する横辺部５４との接続点からホルダー側へλ_１／４の距離の近傍箇所、即ち電圧が最大となる箇所の近傍に設けるとよく、好適には前記λ_１／４の箇所から前後のλ_１／４±１０％程度の領域に設けると好適である。

上記実施形態の二周波共用アンテナは、絶縁基板１に各アンテナパターン３１〜３３、４１〜４４を一体的に形成するものであるから、製造作業のバラツキによる影響を極力排除して品質を安定させることが可能であり、安定した電気的特性の二周波共用アンテナを量産することができる。また、並行して設けられる第１周波数帯のλ_１／４アンテナパターン３１等と、第２周波数帯のλ_２／４アンテナパターン４１等との間に貫通穴７１等を設けることにより、貫通穴７１等に介在する空気層で異なる周波数帯のアンテナパターン３１と４１等のアイソレーション特性を高めることができる。また、絶縁基板１の一方の面１１にアンテナパターン３１、４１や３２、４２を形成し、他方の面１２にアンテナパターン３３、４３や４４を形成し、これらをスルーホール６に設ける導体メッキを介して接続するので、一方の面１１と他方の面１２に電流分布が等しいアンテナパターンを設けることが可能であり、アンテナ利得を略全方向に均一化することができる。また、λ_２／４アンテナパターン４１〜４４に拡幅領域４１１〜４４１を設けることにより、波長λ_２の共振のインダクタンスＬを低め、更に、絶縁基板１を挟んで対向する拡幅領域４１１と４３１、４２１と４４１で容量Ｃを高めて、クオリティファクターＱを低めることが可能であり、周波数特性を広帯域化することができる。

また、同軸線路９を絶縁基板１の他方の面１２側に離間して配設し、一方の面１１のアンテナパターン３１、４１のホルダー８側の端部と同軸線路９の外部導体９２との間のインピーダンスを高め、更に、一方の面１１のアンテナパターン３２に形成された先端の突出部３２１と同軸線路９とを、絶縁基板１と、スペーサ部８３で保持される絶縁基板１と同軸線路９の離間部分の空気層２１を挟むように重ねて配置し、アンテナパターン３２及び突出部３２１と同軸線路９との間の誘電率を絶縁基板の誘電率と空気の誘電率の合成誘電率にして低め、よりインピーダンスを高めることができ、ホルダー８側、即ち、ホルダー８が設置される電子機器側への漏れ電流防止効果を高めることができる。

尚、上記実施形態の非接地型の二周波共用アンテナは、ホルダー８を筐体に取り付けて各種の電子機器に設置することが可能であり、例えば携帯電話、携帯情報端末、ノートブックパソコンなどパーソナルコンピュータ、電子ブック、車載端末等の電子機器に設置することができる。
［実施例］
上記実施形態の非接地型の二周波共用アンテナを、λ_１／４アンテナパターン３１〜３３の対象周波数帯を第１周波数帯２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ、λ_２／４アンテナパターン４１〜４２の対象周波数帯を第２周波数帯４．９ＧＨｚ〜５．９ＧＨｚとして構成し、垂直偏波に対する水平面内放射指向特性を測定した結果を図４、図５に示す。図４は第１周波数帯２．４〜２．５ＧＨｚの垂直偏波に対する水平面内放射指向特性、図５は第２周波数帯４．９〜５．９ＧＨｚの垂直偏波に対する水平面内放射指向特性である。第１周波数帯、第２周波数帯供に、全方向に略均一な放射指向特性が得られ、無指向性で、何れの方向でもアンテナ利得は約２．１４ｄＢｉ前後であった。また、図６に示すように、第１周波数帯の全域と、第２周波数帯の全域では、ＶＳＷＲが２．０より小さくなっており、良好なＶＳＷＲ特性を示した。更に、第２周波数帯の使用周波数の中心５．３６ＧＨｚに対するＶＳＷＲ２．０の比帯域（％）は、（（０．４７ＧＨｚ＊４目盛り）／５．３６ＧＨｚ）×１００は約３５％となり、第２周波数帯では非常に広帯域特性を示した。

本発明の二周波共用アンテナは、例えば無線ＬＡＮに使用される電子機器のアンテナとして利用することができる。

実施形態の二周波共用アンテナの平面図。 実施形態の二周波共用アンテナの側面図。 実施形態の二周波共用アンテナの裏面図。 実施形態の二周波共用アンテナに於ける２．４ＧＨｚ帯の垂直偏波に対する水平面内放射指向特性を示す図。 実施形態の二周波共用アンテナに於ける５ＧＨｚ帯の垂直偏波に対する水平面内放射指向特性を示す図。 実施形態の二周波共用アンテナに於けるＶＳＷＲ特性を示す図。

符号の説明

１ 絶縁基板
１１ 一方の面
１２ 他方の面
１３ 基端部
２ 絶縁間隙
２１ 空気層
３１、３２、３３ λ_１／４アンテナパターン
３２１ 突出部
４１、４２、４３、４４ λ_２／４アンテナパターン
４１１、４２１、４３１、４４１ 拡幅領域
５１、５２、５３、５４ 横辺部
６ スルーホール
７１、７２ 貫通穴
８ ホルダー
８１ 嵌合凹部
８２ 挿通孔
８３ スペーサ部
９ 同軸線路
９１ 内部導体
９２ 外部導体

Claims (6)

1. 細長の絶縁基板に波長λ_１で共振するアンテナパターンと、波長λ_１と異なる波長λ_２で共振するアンテナパターンとを一体的に設ける、非接地型の二周波共用アンテナであって、前記絶縁基板の一方の面に、第１、第２のλ_１／４アンテナパターン、及び第１、第２のλ_２／４アンテナパターンを、それぞれ絶縁間隙で離間して略同一直線状に長手方向へ延設し、第１のλ_１／４アンテナパターンと第１のλ_２／４アンテナパターン、及び第２のλ_１／４アンテナパターンと第２のλ_２／４アンテナパターンを、それぞれ少なくとも前記絶縁間隙近傍以外の領域で離間することを特徴とする二周波共用アンテナ。
2. 前記絶縁基板の前記第１のλ_１／４アンテナパターンと第１のλ_２／４アンテナパターンの離間箇所と前記第２のλ_１／４アンテナパターンと第２のλ_２／４アンテナパターンの離間箇所とに貫通穴を設けることを特徴とする請求項１記載の二周波共用アンテナ。
3. 前記絶縁基板の他方の面に、第３のλ_１／４アンテナパターンを第１のλ_１／４アンテナパターンと略対応する位置に配設して前記絶縁基板のスルーホールに設ける導体を介して接続し、第３、第４のλ_２／４アンテナパターンをそれぞれ第１、第２のλ_２／４アンテナパターンと略対応する位置に配設して前記絶縁基板のスルーホールに設ける導体を介して接続することを特徴とする請求項１又は２記載の二周波共用アンテナ。
4. 第１、第２のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙に向かって拡幅する領域を設け、前記拡幅領域と対向するようにして、第３、第４のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙に向かって拡幅する領域を設けることを特徴とする請求項３記載の二周波共用アンテナ。
5. 第１、第２のλ_１／４アンテナパターン、及び第１、第２のλ_２／４アンテナパターンに前記絶縁間隙近傍で接続される同軸線路を前記絶縁基板の略長手方向に沿って前記他方の面側に離間して配設し、前記第１若しくは第２のλ_１／４アンテナパターンの少なくとも先端に前記同軸線路より幅広で前記同軸線路と重なって配置される突出部を設けることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の二周波共用アンテナ。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の二周波共用アンテナを備えることを特徴とする電子機器。

Images