JP2019047183A - antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線機器のアンテナに関し、特に、スプリットリング共振器を用いたアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna of a wireless device, and more particularly to an antenna using a split ring resonator.
特許文献１には、スプリットリング共振器を用いたスプリットリングアンテナが示されている。特許文献１に記載のアンテナでは、誘電体層を挟んで対向する第１の導体層と第２の導体層が、それぞれ略Ｃ字状に連続する第１スプリットリング部及び第２スプリットリング部を有している。これら第１スプリットリング部及び第２スプリットリング部を導体ビアで接続することにより、スプリットリング共振器自体をアンテナ放射体としている。
給電線は、第１スプリットリング部及び第２スプリットリング部の開口部を跨いで、反対側の第１スプリットリング部と対向する領域に延伸している。給電線の一端は少なくとも一つの導体ビアに接続されており、他端はＲＦ回路に接続されている。 The feed line straddles the openings of the first split ring portion and the second split ring portion, and extends in a region facing the opposite first split ring portion. One end of the feed line is connected to at least one conductor via, and the other end is connected to the RF circuit.
スプリットリングアンテナはＧＮＤ電流を利用するため、アンテナ自身が非常に小型であり、装置を小型化できるというメリットがある。反面、ＧＮＤ電流を利用するため、アンテナの特性や性能はＧＮＤサイズやＧＮＤ形状である程度決定されてしまい、特性が改善しにくい、というデメリットもある。 Since the split ring antenna utilizes GND current, the antenna itself is very compact, and there is an advantage that the device can be miniaturized. On the other hand, there is also a disadvantage that the characteristics and performance of the antenna are determined to some extent by the GND size and the GND shape because the GND current is used, and it is difficult to improve the characteristics.
特許文献１に記載の技術を用いて２つの周波数で動作する２共振アンテナを形成する場合、スプリットリングアンテナを２つ並べ、給電部から２分岐した給電線によってそれぞれ給電する構成が考えられる。このように、スプリットリングアンテナのマルチバンド化はアンテナサイズの拡大を伴うため、小型化が課題の１つとなっている。
In the case of forming a two-resonance antenna operating at two frequencies by using the technique described in
特許文献２には、複数の周波数で動作するアンテナを小型化する技術が示されている。特許文献２に記載のアンテナでは、１つのスプリットリング共振器の開口部内に、スプリット部の先端に接続するように第１追加導体が配置されている。また、一端が当該開口部の開口縁に接続され、他端が第１追加導体と対向するように配置された第２追加導体が設けられている。第１追加導体及び第２追加導体からそれぞれ延びた導体が追加スプリット部を形成している。
特許文献２に記載のアンテナでは、電流の経路が異なることで等価的に構成されるコイルのインダクタンスが変化し、また、通過するスプリット部の数が変わることで等価的に構成されるコンデンサの容量が変化する。この構成により、アンテナサイズを拡大することなく、複数の周波数帯に対応したアンテナを実現している。
In the antenna described in
近年、高度なＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）化によりアンテナ本数が増え、アンテナも高密度で実装される。このため、スプリットリングアンテナの更なる小型化やアンテナ間干渉の低減が望まれている。 In recent years, the number of antennas has been increased by advanced multiple-input and multiple-output (MIMO), and the antennas are also mounted with high density. Therefore, further miniaturization of the split ring antenna and reduction of inter-antenna interference are desired.
特許文献３には、スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術が示されている。特許文献３では、プリント基板の端部に配置された２つのアンテナ間に、２つのアンテナから所定の距離離れた位置にダミーＳＲＲ（Sprit Ring Resonator）が配置されている。これにより、２つのアンテナから発せられた互いに向きが異なる高周波電流が吸収され、干渉が低減される。
しかしながら、特許文献２では、電流が第１スプリット部を通過するときに発生する第１共振周波数と比較して、第１スプリット部と第２スプリット部とを通過するときに発生する第２共振周波数は、第２スプリット部の容量の分だけ高い周波数となる。従って、第２共振周波数は、第１の共振周波数に対して高い周波数に設定しなければならないという制限がある。また、第２共振周波数の調整範囲は、第２スプリット部の容量が調整可能な範囲に限定されるため、共振周波数の調整範囲が狭いという課題を有している。
However, in
また、特許文献２では、帯域端で放射効率の低下が見られ帯域が狭いという課題も有している。広帯域化については、特許文献１のスプリットリングアンテナにおいても有効な手段が無く、課題の１つとなっている。さらに、特許文献３においても、所定のアイソレーションが得られる帯域幅が狭く、広帯域化が課題となっている。
Moreover, in
本発明の一態様に係るアンテナは、基板と、前記基板の開口部に形成された第１スプリットリング共振器とを備え、前記第１スプリットリング共振器は、第１スプリット部を有する第１導体パターンと、前記第１導体パターンの一端に接続された第１アンテナエレメントと、前記第１アンテナエレメント及び前記第１導体パターンと所定の間隔を隔てて配置された第２アンテナエレメントとを有する。 An antenna according to an aspect of the present invention includes a substrate and a first split ring resonator formed in an opening of the substrate, the first split ring resonator including a first conductor having a first split portion. It has a pattern, a first antenna element connected to one end of the first conductor pattern, and a second antenna element arranged at a predetermined distance from the first antenna element and the first conductor pattern.
実施の形態によれば、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、広帯域化を実現することが可能となる。 According to the embodiment, it is possible to realize a wide band without expanding the antenna area and degrading the characteristics.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、無線機器のアンテナに関し、特にスプリットリング共振器を用いたアンテナに関する。本発明は、単共振、狭帯域という特性を持つスプリットリング共振器を用いたアンテナに、新たな構造を追加して、アンテナサイズを拡大させることなく、広帯域化を実現するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention relates to an antenna of a wireless device, and more particularly to an antenna using a split ring resonator. The present invention is to realize a wide band without increasing the antenna size by adding a new structure to an antenna using a split ring resonator having characteristics of single resonance and narrow band.
実施の形態について説明する前に、図１８〜３８を参照して比較例に係るスプリットリングアンテナの問題点について説明する。図１８〜２２は、スプリットリングアンテナを２．４ＧＨｚ帯のＷｉ−Ｆｉに適用した比較例１を示している。図１８に示す比較例１では、１００ｍｍ×１００ｍｍのＧＮＤ基板３１の上端部の中央近傍にスプリットリング共振器からなるアンテナ３０が配置されている。
Before describing the embodiment, the problems of the split ring antenna according to the comparative example will be described with reference to FIGS. FIGS. 18-22 has shown the comparative example 1 which applied the split ring antenna to Wi-Fi of 2.4 GHz band. In Comparative Example 1 shown in FIG. 18, an
図１９は、図１８のアンテナ３０の拡大図である。ＧＮＤ基板３１には、１４ｍｍ×５ｍｍのサイズでＧＮＤを削除した開口部が形成されている。開口部内には、スプリット部３２を有する導体パターン３３が形成されている。導体パターン３３には、給電部３４より給電線路３５を介して給電される。図２０に、図１９のＸＸ−ＸＸ断面図を示す。図２０に示すように、給電線路３５がＧＮＤと重なる箇所では、ＧＮＤ基板３１の一部が削除され、給電線路３５が同層のＧＮＤ３６、下層のＧＮＤ３７と所定の間隔を隔てて配置される。すなわち、給電線路３５とＧＮＤ３６、ＧＮＤ３７との間にはストリップラインが形成される。
FIG. 19 is an enlarged view of the
図１８のアンテナ３０のリターンロス特性を図２１に、放射効率を図２２に示す。リターンロス特性とは、アンテナの性能を図る指標の一つである。リターンロス特性は、アンテナの給電部から入力された信号に対する、その入力信号がアンテナにおいて反射され、給電部に戻ってくる信号の比率を表す。アンテナの給電部において、アンテナ側のインピーダンスと給電部側のインピーダンスとが近ければ近い程、当該給電部での信号反射が少なく、アンテナとしての性能が向上する。
The return loss characteristic of the
図２１において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は反射率（ｄＢ）を示している。なお、以下の説明のリターンロス特性を示す図においても、横軸、縦軸は同様である。横軸は、右方向に向かうほど周波数が高くなる。縦軸は、下方向に向かうほどその周波数において反射が少ない（効率よく放射される）ことを表す。リターンロス特性を示すグラフは、インピーダンスが５０Ωに近ければ近い程小さな値になる。リターンロス特性を表すグラフにおいて、リターンロスの値が小さい部分が、アンテナが共振し電波の送受信が行われる周波数帯域となる。アンテナが良好に動作するためには、一般的にアンテナが動作する周波数においてリターンロスが−５ｄＢ以下であることが望ましい。 In FIG. 21, the horizontal axis represents frequency (MHz), and the vertical axis represents reflectance (dB). Note that the horizontal axis and the vertical axis are the same also in the figures showing return loss characteristics in the following description. In the horizontal axis, the frequency increases toward the right. The vertical axis represents that the lower the direction is, the less the reflection (the more efficiently the radiation) at that frequency. The graph showing the return loss characteristic has a smaller value as the impedance approaches 50 Ω. In the graph showing the return loss characteristic, the portion where the value of return loss is small is the frequency band in which the antenna resonates and radio waves are transmitted and received. In order for the antenna to operate well, it is generally desirable that the return loss be less than -5 dB at the frequency at which the antenna operates.
放射効率（放射特性）も、同じくアンテナの性能を図る指標の一つである。放射効率は、アンテナに入力された電力に対する、アンテナから電波となり出力された電力の比率で求められる。放射効率は、値が大きいほどアンテナ装置の性能がよいことを示す。図２２において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は放射率（ｄＢ）を示している。なお、以下の説明の放射効率を示す図においても、横軸、縦軸は同様である。図２１、２２に示すように、アンテナ３０は、２．４ＧＨｚ帯の単共振である。
The radiation efficiency (radiation characteristics) is also one of the indicators for measuring the performance of the antenna. The radiation efficiency is determined by the ratio of the power output as radio waves from the antenna to the power input to the antenna. The radiation efficiency indicates that the higher the value, the better the performance of the antenna device. In FIG. 22, the horizontal axis indicates frequency (MHz) and the vertical axis indicates emissivity (dB). In addition, also in the figure which shows the radiation efficiency of the following description, a horizontal axis and a vertical axis | shaft are the same. As shown in FIGS. 21 and 22, the
図２３〜２５は、スプリットリングアンテナを５ＧＨｚ帯のＷｉ−Ｆｉに適用した比較例２を示している。図２３は、アンテナ３０の拡大図である。ＧＮＤ基板３１には、４ｍｍ×５ｍｍのサイズでＧＮＤを削除した開口部が形成されている。開口部内には、スプリット部３２を有する導体パターン３３が形成されている。導体パターン３３には、給電部３４より給電線路３５を介して給電される。これらの構成は、上述した２．４ＧＨｚ帯のアンテナの構成と同様である。図２３のアンテナ３０のリターンロス特性を図２４に、放射効率を図２５に示す。図２４、２５に示すように、５ＧＨｚ帯の単共振である。
FIGS. 23-25 has shown the comparative example 2 which applied the split ring antenna to Wi-Fi of 5 GHz band. FIG. 23 is an enlarged view of the
２共振アンテナが必要な場合は、スプリットリングアンテナを２つ並べ、給電部から２分岐した給電線路によって給電する構成が考えられる。図２６〜２８は、スプリットリングアンテナをマルチバンド化した比較例３を示している。図２６に示すように、２共振アンテナ３０ａは、ＧＮＤ基板３１の上端部に、スプリット部３２ａを有する導体パターン３３ａとスプリット部３２ｂと有する導体パターン３３ｂが並ぶように設けられている。導体パターン３３ａ、３３ｂは、給電部３４から２分岐した給電線路３５によって給電されている。図２６のアンテナ３０のリターンロス特性を図２７に、放射効率を図２８に示す。
When a two-resonance antenna is required, a configuration may be considered in which two split ring antennas are arranged and power is supplied by a feed line branched from a feed unit into two. 26 to 28 show Comparative Example 3 in which the split ring antenna is multibanded. As shown in FIG. 26, the two-
図２７、２８に示すように、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の２共振である。しかしながら、図２６に示すアンテナ３０ａでは、スプリットリング共振器をＧＮＤ基板３１の端部に並べて配置するため、アンテナサイズが拡大してしまうという問題がある。
As shown in FIGS. 27 and 28, there are two resonances of 2.4 GHz band and 5 GHz band. However, in the
上述したように、この問題を解決する手段として、特許文献２に一例が示されている。図２９〜３３は、特許文献２の技術を用いてスプリットリングアンテナをマルチバンド化した比較例４を示している。図２９に示すように、１つのスプリットリング共振器を用いたアンテナ４０の開口部内において、スプリット部４２ａを有する導体パターン４３ａの開放端に、導体パターン４３ｂが接続されている。また、一端が当該開口部の開口縁に接続され、他端が導体パターン４３ｂと対向するように配置された導体パターン４３ｃが設けられている。導体パターン４３ｂ、４３ｃからそれぞれ延びた導体が追加のスプリット部４２ｂを形成している。導体パターン４３ｄには、給電線路４５を介して給電部４４から給電が行われる。
As mentioned above, an example is shown by
図２９のアンテナ４０のリターンロス特性を図３０に、放射効率を図３１に示す。図３０、３１に示すように、アンテナ４０の構成により、アンテナサイズを拡大することなく、アンテナの２共振化を実現している。図３１、３２に、図２９のアンテナに流れるアンテナ電流を示す。図２９の構成では、図３１に示すように、見かけ上の給電点４６及び給電点４７を中心とした２種類のアンテナ電流を発生させ、アンテナの２共振化を実現している。
The return loss characteristic of the
しかしながら、前述の２共振化手段では、スプリット部４２ａを通過するときに発生する第１共振周波数（２．４ＧＨｚ帯）と比較して、スプリット部４２ａに加えてスプリット部４２ｂを通過するときに発生する第２共振周波数（５ＧＨｚ帯）は、スプリット部４２ｂの容量の分だけ高い周波数となるという特徴がある。従って、第２共振周波数は、第１共振周波数に対して高い周波数に設定しなければならないという制限がある。また、第２共振周波数の調整範囲は、追加されたスプリット部４２ｂの容量が調整可能な範囲に限定されるため、共振周波数の調整範囲が狭いという課題を有している。
However, the above-mentioned two-resonance generating means occurs when passing through the
また、特許文献２では、帯域が狭いという課題も有している。図３１の放射効率に示すように、特に使用帯域が広い５ＧＨｚ帯では、帯域端で放射効率の低下が見られる。広帯域化については、特許文献２だけでなく、先に示した特許文献１のスプリットリングアンテナにおいても有効な手段が無く、課題の１つとなっている。
Moreover, in
スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術が、例えば、特許文献３に示されている。図３４〜３８は、スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術を説明する例である。図３４、３５は、スプリットリング共振器を適用していないアンテナの比較例５を示している。また、図３６〜３８は、スプリットリング共振器を適用したアンテナの比較例６を示している。
An inter-antenna interference reduction technique by a split ring resonator is shown, for example, in
比較例５では、１００ｍｍ×１００ｍｍのＧＮＤ基板５２の上端部において、給電部５３ａに接続されたアンテナエレメント５１ａからなるモノポールアンテナ５０ａと、給電部５３ｂに接続されたアンテナエレメント５１ｂからなるモノポールアンテナ５０ｂが形成されている。アンテナエレメント５１ｂは、アンテナエレメント５１ａから約λ／４だけ離れた位置に配置されている。
In Comparative Example 5, a
図３５は、図３４のアンテナのアイソレーション特性を示す。アイソレーションとは、複数のアンテナ同士の干渉を示す度合いである。アイソレーションが小さい状態とは、複数のアンテナ同士の干渉が大きく、互いのアンテナ特性に悪影響を及ぼしている状態である。アイソレーション特性は、給電線から出力される信号の、入力電力に対する出力電力の比率を示す。図３５において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を表し、縦軸はアイソレーション（ｄＢ）を表している。なお、以下の説明のアイソレーション特性を示す図においても、横軸、縦軸は同様である。図３５に示すように、この場合、アンテナ間の干渉が強く、アイソレーションは約１０ｄＢ程度しか得られない。 FIG. 35 shows the isolation characteristic of the antenna of FIG. Isolation is a degree that indicates interference between a plurality of antennas. The state in which the isolation is small is a state in which the interference between a plurality of antennas is large and adversely affects the antenna characteristics of each other. The isolation characteristic indicates the ratio of the output power to the input power of the signal output from the feed line. In FIG. 35, the horizontal axis represents frequency (MHz), and the vertical axis represents isolation (dB). Note that the horizontal axis and the vertical axis are the same in the drawings showing the isolation characteristics in the following description. As shown in FIG. 35, in this case, interference between the antennas is strong, and isolation is only about 10 dB.
図３６〜３８は、スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術（特許文献３）を説明する比較例６を示している。図３６に示すように、モノポールアンテナ５０ａとモノポールアンテナ５０ｂとの間には、スプリングリング共振器５４が配置されている。図３７は、図３６のアンテナの拡大図である。図３８に示すように、このときのアイソレーションは約２０ｄＢであり、スプリングリング共振器５４を配置しない場合と比較して約１０ｄＢの改善効果が見られる。しかし、この例においても、アイソレーションが２０ｄＢ得られる帯域幅は９３ＭＨｚと狭く、広帯域化が課題となっている。
36 to 38 show a comparative example 6 for explaining the inter-antenna interference reduction technique (Patent Document 3) by the split ring resonator. As shown in FIG. 36, a
実施の形態では、単共振、且つ、狭帯域という特性を持つスプリットリングアンテナに、新たな構造を追加して、アンテナサイズを拡大することなく、複数共振によるマルチバンド化を実現、又は、広帯域化を実現したことを特徴とする。以下、実施の形態について説明する。 In the embodiment, a new structure is added to a split ring antenna having single resonance and narrow band characteristics, and multiband realization by multiple resonance is realized or without increasing the antenna size. Is realized. Hereinafter, embodiments will be described.
実施の形態１
実施の形態１に係るアンテナについて、図を参照して説明する。なお、以下に説明する図において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。図１は、実施の形態１に係るアンテナ１の構成を示す図である。アンテナ１は、スプリットリング共振器８を用いたスプリングリングアンテナである。スプリットリング共振器８は、スプリット部３を有する導体パターン４ａ、４ｂ、第１アンテナエレメント５、第２アンテナエレメント７を含む。
The antenna according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings to be described below, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the
アンテナ１は、スプリットリング共振器８、給電部６、ＧＮＤ基板２を備える。ＧＮＤ基板２には、その端部にＧＮＤを除去した開口部が形成されている。スプリットリング共振器８は、該開口部内に設けられている。この開口部が、スプリットリング共振器８の領域となる。スプリットリング共振器８は、ＧＮＤ基板２の外縁に接するように配置されている。
The
開口部の右側の開口縁から、ＧＮＤ基板２の外縁に沿うように導体パターン４ａが設けられている。導体パターン４ａの一端はＧＮＤに接続されている。導体パターン４ａの他端は、ＧＮＤ基板２の外縁から垂直に、ＧＮＤ基板２の内側に向かう方向に延びている。
A
スプリットリング共振器８の領域内には、第１アンテナエレメント５が形成されている。すなわち、第１アンテナエレメント５は、ＧＮＤ基板２に形成された開口部内に形成されている。給電部６は、ＧＮＤ基板２開口部の左側の開口縁近傍に形成されている。第１アンテナエレメント５の一端は給電部６に接続され、交流電力が供給される。すなわち、第１アンテナエレメント５は、給電線路として用いられる。第１アンテナエレメント５は、ＧＮＤ基板２の外縁から所定の距離だけ内側の位置において、ＧＮＤ基板２の外縁に平行に延びている。第１アンテナエレメント５の他端には、導体パターン４ｂの一端が接続されている。
A
導体パターン４ｂは、ＧＮＤ基板２の外縁に沿うように形成されている。導体パターン４ｂの他端は、ＧＮＤ基板２の外縁から垂直に、ＧＮＤ基板２の内側に向かう方向に延びている。導体パターン４ａと導体パターン４ｂのＧＮＤ基板２の外縁から垂直に延びた部分は、所定の間隔を隔てて対向し、スプリット部３を形成している。導体パターン４ａと導体パターン４ｂとが特許請求の範囲に記載の第１導体パターンに対応する。
The
また、開口部の左側の開口縁から、ＧＮＤ基板２の外縁に沿うように第２アンテナエレメント７が設けられている。第２アンテナエレメント７の一端は、直接接地されている。第２アンテナエレメント７は、第１アンテナエレメント５及び導体パターン４ｂと所定の間隔Ｇを隔てて配置されている。図１に示す例では、第２アンテナエレメント７は第１アンテナエレメント５と平行に配置されている。また、第２アンテナエレメント７は、第１アンテナエレメント５よりＧＮＤ基板２の外周側に配置されている。
The
実施の形態１では、第１導体パターン（導体パターン４ａ、４ｂ）と第２アンテナエレメント７で形成されるループは、第１周波数帯内で変化する周波数を有する第１電流が流れたときに共振し、第１共振周波数が発生する。また、第１アンテナエレメント５と第２アンテナエレメント７で形成されるループは、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯内で変化する周波数を有する第２電流が流れたときに共振し、第２共振周波数が発生する。つまり、第１アンテナエレメント５は、給電に用いられるとともに、アンテナエレメントとしても用いられる。これにより、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、多共振化が可能となる。
In the first embodiment, the loop formed by the first conductor pattern (
さらに、実施の形態１に係るアンテナ１では、第２共振周波数は、第１アンテナエレメント５と平行な第２アンテナエレメント７の長さにより調整することが可能である。これにより、周波数の調整範囲を広くすることができる。このため、第２共振周波数を第１共振周波数付近に設定することも可能となる。このように、実施の形態１に係るアンテナ１では、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、多共振化とともに、広帯域化を実現することが可能となる。
Furthermore, in the
実施の形態２
実施の形態２に係るアンテナについて、図２〜８を参照して説明する。図２は、実施の形態２に係るアンテナの第１構成例を示す図である。図３は図２のアンテナを拡大する図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。実施の形態２において、実施の形態１と異なる点は、インダクタ９を追加している点である。
The antenna according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of the antenna according to the second embodiment. FIG. 3 is an enlarged view of the antenna of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in that an
図３に示すように、アンテナ１は、スプリットリング共振器８、給電部６、ＧＮＤ基板２、インダクタ９を備える。スプリットリング共振器８は、スプリット部３を有する導体パターン４ａ、４ｂ、第１アンテナエレメント５、第２アンテナエレメント７を含む。上述したように、第１アンテナエレメント５は、給電線路とアンテナエレメントを兼ねている。インダクタ９は、第２アンテナエレメント７とＧＮＤ基板２の開口縁との間に設けられている。第２アンテナエレメント７の一端は、インダクタ９を介して接地されている。インダクタ９は、小型化及び周波数調整を容易にするために配置される。
As shown in FIG. 3, the
第１構成例では、１００ｍｍ×１００ｍｍのＧＮＤ基板２にアンテナ１ａが配置されている。図１８に示した比較例１と同様に、ＧＮＤ基板２には、１４ｍｍ×５ｍｍのサイズでＧＮＤを削除した開口部が形成されている。この開口部が、スプリットリング共振器８の領域となる。第１アンテナエレメント５と第２アンテナエレメント７との間隔Ｇは、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とした時、最も本発明の効果が得られ易い。第１構成例では、間隔Ｇを１．５ｍｍとした。
In the first configuration example, the antenna 1 a is disposed on the
図４に示すように、第１アンテナエレメント５がＧＮＤと重なる箇所では、ＧＮＤ基板２の一部が削除され、第１アンテナエレメント５が同層のＧＮＤ１０、下層のＧＮＤ１１と所定の間隔を隔てて配置される。すなわち、第１アンテナエレメント５とＧＮＤ１０、ＧＮＤ１１との間にはストリップラインが形成される。しかしながら、第１アンテナエレメント５の構成はこれに限定されず、給電を行うことができれば他の構成としてもよい。
As shown in FIG. 4, in a portion where the
次に、第１構成例に係るアンテナ１ａの動作について、図５、６を参照して説明する。図５、６は、図２のアンテナに流れるアンテナ電流を示す図である。図５に示すように、第１構成例では、第１導体パターン（導体パターン４ａ、４ｂ）、第２アンテナエレメント７、インダクタ９で形成されるループにより第１共振周波数が発生する。この場合、第１アンテナエレメント５、第２アンテナエレメント７は、インピーダンスが５０Ωに近い給電線路として動作する。このため、見かけ上、導体パターン４ｂの第２アンテナエレメント７に近接する位置に給電点１２が存在する。この給電点１２を中心としてアンテナ電流が流れる。
Next, the operation of the antenna 1a according to the first configuration example will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are diagrams showing an antenna current flowing to the antenna of FIG. As shown in FIG. 5, in the first configuration example, a first resonance frequency is generated by a loop formed by the first conductor pattern (
また、第１アンテナエレメント５、第２アンテナエレメント７、インダクタ９で形成されるループにより第２共振周波数が発生する。この場合、見かけ上、第１アンテナエレメント５のＧＮＤ基板２の開口端に近接する位置に給電点１３が存在する。この給電点１３を中心としてアンテナ電流が流れる。このように、第１構成例では、１つのアンテナ領域で多共振化を実現することができ、アンテナを小型化することができる。
In addition, a second resonance frequency is generated by a loop formed by the
図７は、図２のアンテナのリターンロス特性を示す図である。図８は、図２のアンテナの放射効率を示す図である。図７、８から、放射効率を低下させることなく、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の２共振化を実現することが可能であることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing return loss characteristics of the antenna of FIG. FIG. 8 is a diagram showing the radiation efficiency of the antenna of FIG. It can be seen from FIGS. 7 and 8 that it is possible to realize two resonances of the 2.4 GHz band and the 5 GHz band without reducing the radiation efficiency.
また、実施の形態２に係るアンテナ１ａでは、第２共振周波数は、第１アンテナエレメント５と平行な第２アンテナエレメント７の長さ又はインダクタにより調整することが可能である。このため、第２共振周波数を第１共振周波数付近に設定することができる。また、第２共振周波数の調整範囲を、第１共振周波数から第２共振周まで連続した帯域を確保することができる。このように、実施の形態２では、第２共振周波数の調整範囲を広くすることができる。
Further, in the antenna 1 a according to the second embodiment, the second resonant frequency can be adjusted by the length of the
実施の形態２に係るアンテナの他の構成例について、図９〜１１を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係るアンテナの第２構成例を示す図である。図１０は図９のアンテナを拡大する図である。図１１は、図９のアンテナのリターンロス特性を示す図である。第２構成例は、２．４ＧＨｚ帯を広帯域化した場合の一例である。 Another configuration example of the antenna according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing a second configuration example of the antenna according to the second embodiment. FIG. 10 is an enlarged view of the antenna of FIG. FIG. 11 is a diagram showing return loss characteristics of the antenna of FIG. The second configuration example is an example when the 2.4 GHz band is broadened.
第１構成例と同様に、第２構成例では、１００ｍｍ×１００ｍｍのＧＮＤ基板２にアンテナ１ｂが配置されている。図１０に示すように、アンテナ１ｂは、スプリットリング共振器８、給電部６、ＧＮＤ基板２、インダクタ９を備える。スプリットリング共振器８は、スプリット部３を有する導体パターン４ａ、４ｂ、第１アンテナエレメント５ｂ、第２アンテナエレメント７ｂを含む。
As in the first configuration example, in the second configuration example, the
第２構成例では、第１アンテナエレメント５ｂ及び第２アンテナエレメント７ｂの長さを、第１構成例の第１アンテナエレメント５、第２アンテナエレメント７よりも長くしている。さらに、インダクタ９の定数を調整することで、第２共振周波数を２．７ＧＨｚ付近に調整することが可能である。図１１から、２．４ＧＨｚ帯におけるリターンロスが−５ｄＢ以下となる範囲を広くすることができ、広帯域化を実現することができる。
In the second configuration example, the lengths of the
図１２は、実施の形態２に係るアンテナの第３構成例を示す図である。図１３は図１２のアンテナを拡大する図である。図１４は、図１２のアンテナのリターンロス特性を示す図である。第３構成例は、５ＧＨｚ帯を広帯域化した場合の一例である。 FIG. 12 is a diagram showing a third configuration example of the antenna according to the second embodiment. FIG. 13 is an enlarged view of the antenna of FIG. FIG. 14 is a diagram showing return loss characteristics of the antenna of FIG. The third configuration example is an example when the 5 GHz band is broadened.
第１構成例と同様に、第３構成例では、ＧＮＤ基板２にアンテナ１ｃが配置されている。図１３に示すように、アンテナ１ｃは、スプリットリング共振器８、給電部６、ＧＮＤ基板２、インダクタ９を備える。スプリットリング共振器８は、スプリット部３を有する導体パターン４ａ、４ｂ、第１アンテナエレメント５ｃ、第２アンテナエレメント７ｃを含む。
As in the first configuration example, in the third configuration example, the antenna 1 c is disposed on the
第２構成例では、第１アンテナエレメント５ｃ及び第２アンテナエレメント７ｃの長さを、第１構成例の第１アンテナエレメント５、第２アンテナエレメント７よりも短くしている。このため、ＧＮＤ基板２に形成される開口部のサイズが、第１構成例の開口部のサイズよりも小さくなる。さらに、インダクタ９の定数が調整される。図１４から、５ＧＨｚ帯におけるリターンロスが−５ｄＢ以下となる範囲を広くすることができ、広帯域化を実現することができる。以上説明したように、実施の形態２では、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、多共振化を可能とするとともに、広帯域化を実現することが可能となる。
In the second configuration example, the lengths of the
実施の形態３
実施の形態３に係るアンテナについて、図１５〜１７を参照して説明する。図１５は、実施の形態３に係るアンテナの構成の一例を示す図である。図１６は、図１５のアンテナを拡大する図である。図１７は図１５のアンテナのアイソレーション特性を示す図である。実施の形態３は、アンテナ間の干渉低減に本発明のスプリットリング共振器を利用した例である。
Third Embodiment
The antenna according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of the antenna according to the third embodiment. FIG. 16 is an enlarged view of the antenna of FIG. FIG. 17 is a view showing the isolation characteristic of the antenna of FIG. The third embodiment is an example in which the split ring resonator of the present invention is used to reduce interference between antennas.
図１５、１６に示すように、アンテナ１ｄは、モノポールアンテナ２０ａ、２０ｂ、スプリットリング共振器８、ＧＮＤ基板２、インダクタ９を備える。モノポールアンテナ２０ａは、給電部２１ａに接続されたアナンテナエレメント２２ａを有し、モノポールアンテナ２０ｂは給電部２１ｂに接続されたアンテナエレメント２２ｂを有する。モノポールアンテナ２０ａ、２０ｂは、ＧＮＤ基板２の上端部において、所定の距離を隔てて配置されている。
As shown in FIGS. 15 and 16, the
モノポールアンテナ２０ａとモノポールアンテナ２０ｂとの間には、スプリットリング共振器８が配置されている。すなわち、モノポールアンテナ２０ａ、スプリットリング共振器８、モノポールアンテナ２０ｂは、ＧＮＤ基板２の同じ端辺にこの順に並ぶように形成されている。
A
図１６に示すように、スプリットリング共振器８は、スプリット部３を有する導体パターン４ａ、４ｂ、第１アンテナエレメント５ｄ、第２アンテナエレメント７ｄを含む。インダクタ９は、第２アンテナエレメント７ｄとＧＮＤ基板２の開口縁との間に設けられている。第２アンテナエレメント７ｄの一端は、インダクタ９を介して接地されている。第１アンテナエレメント５ｄの一端は接地され、他端は導体パターン４ｂが接続されている。
As shown in FIG. 16, the
図１７は、図１５のアンテナ１ｄのアイソレーション特性を示す。図１７に示すように、実施の形態３では、アイソレーションは約２０ｄＢ得られる帯域は１４０ＭＨｚとなる。図３８の比較例では、イソレーションは約２０ｄＢ得られる帯域は９３ＭＨｚであり、実施の形態３では、約１．５倍の広帯域化を実現することが可能となる。以上説明したように、実施の形態３では、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、アイソレーション特性を改善するとともに、広帯域化を実現することが可能となる。
FIG. 17 shows the isolation characteristic of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the present invention.
１ アンテナ
１ａ アンテナ
１ｂ アンテナ
１ｃ アンテナ
１ｄ アンテナ
２ ＧＮＤ基板
３ スプリット部
４ａ 導体パターン
４ｂ 導体パターン
５ 第１アンテナエレメント
５ｂ 第１アンテナエレメント
５ｃ 第１アンテナエレメント
５ｄ 第１アンテナエレメント
６ 給電部
７ 第２アンテナエレメント
７ｂ 第２アンテナエレメント
７ｃ 第２アンテナエレメント
７ｄ 第２アンテナエレメント
８ スプリットリング共振器
９ インダクタ
１ａ アンテナ
１０ ＧＮＤ
１１ ＧＮＤ
１２ 給電点
１３ 給電点
２０ａ モノポールアンテナ
２０ｂ モノポールアンテナ
２１ａ 給電部
２１ｂ 給電部
２２ａ アナンテナエレメント
２２ｂ アンテナエレメント
３０ アンテナ
３０ａ ２共振アンテナ
３１ ＧＮＤ基板
３２ スプリット部
３２ａ スプリット部
３２ｂ スプリット部
３３ 導体パターン
３３ａ 導体パターン
３３ｂ 導体パターン
３４ 給電部
３５ 給電線路
３６ ＧＮＤ
３７ ＧＮＤ
４０ アンテナ
４１ ＧＮＤ基板
４２ａ スプリット部
４２ｂ スプリット部
４３ａ 導体パターン
４３ｂ 導体パターン
４３ｃ 導体パターン
４４ 給電部
４５ 給電線路
４６ 給電点
４７ 給電点
５０ａ モノポールアンテナ
５０ｂ モノポールアンテナ
５１ａ アナンテナエレメント
５１ｂ アンテナエレメント
５２ ＧＮＤ基板
５３ａ 給電部
５３ｂ 給電部
５４ スプリングリング共振器
Ｇ 間隔
DESCRIPTION OF
11 GND
12
37 GND
40
Claims (6)
前記基板の開口部に形成された第１スプリットリング共振器とを備え、
前記第１スプリットリング共振器は、
第１スプリット部を有する第１導体パターンと、
前記第１導体パターンの一端に接続された第１アンテナエレメントと、
前記第１アンテナエレメント及び前記第１導体パターンと所定の間隔を隔てて配置された第２アンテナエレメントと、
を有する、
アンテナ。 A substrate,
And a first split ring resonator formed in the opening of the substrate,
The first split ring resonator is
A first conductor pattern having a first split portion;
A first antenna element connected to one end of the first conductor pattern;
A second antenna element disposed at a predetermined distance from the first antenna element and the first conductor pattern;
Have
antenna.
請求項１に記載のアンテナ。 The second antenna element is disposed in parallel with the first antenna element.
The antenna according to claim 1.
請求項１又は２に記載のアンテナ。 The second antenna element is disposed on the outer peripheral side of the substrate than the first antenna element.
The antenna according to claim 1 or 2.
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ。 One end of the second antenna element is grounded via an inductor or grounded without an inductor,
The antenna according to any one of claims 1 to 3.
前記第２アンテナエレメントと前記第１アンテナエレメントは、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯内で変化する周波数を有する第２電流が流れたときに共振する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ。 The first conductor pattern and the second antenna element resonate when a first current having a frequency that changes in a first frequency band flows,
The second antenna element and the first antenna element resonate when a second current having a frequency that changes in a second frequency band different from the first frequency band flows.
The antenna according to any one of claims 1 to 4.
前記第１スプリットリング共振器は、前記端部において、前記第１アンテナ回路と前記第２アンテナ回路との間に配置され、
前記第１アンテナエレメントは接地されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ。 It further comprises a first antenna circuit and a second antenna circuit formed at the end of the substrate,
The first split ring resonator is disposed at the end between the first antenna circuit and the second antenna circuit.
The first antenna element is grounded.
The antenna according to any one of claims 1 to 4.
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