JP4507507B2 - 多周波アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコン、ＰＤＡ（携帯型情報機器）、携帯電話、あるいはＶＩＣＳなどの情報端末機器等に内蔵させる多周波小型スロットアンテナあるいは無線ＬＡＮ用多周波スロットアンテナの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線ＬＡＮあるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（近距離無線データ通信システム）搭載のＰＤＡ等においては、アンテナの小型化のため、使用無線周波数帯域の広域化のみでなく、多周波化が盛んになって来ている。
その、一例として、３周波以上に対応できる逆Ｆ形の多周波アンテナが提案されている(例えば、特許文献１参照。)。
ところが、この提案では、共振周波数帯域の数に対応した数の放射電極（単位放射導体）群、アース（ＧＮＤ）板、及び短絡板等の少なくとも３個の要素を必要とするため、多周波になると、どうしても、寸法・スペースが大きくなってしまうという問題がある。他方、スペース削減のために放射電極間の間隔を狭くし過ぎると、干渉が起き易くなるという通信品質上の問題があり、小型化には、自ずと限界がある。さらには、放射電極は、強度に乏しい切片状の金属薄板であるため、同軸ケーブル等の給電線を取り付ける際の軽度の作業ミスによっても折り曲がってしまい、結果的には、アンテナの特性を悪化させてしまうという問題もあった。
これに対して、一枚の金属板に単一のスロットが放射電極として配設された単周波受信用のスロットアンテナが提案されている。このアンテナは構造が簡素化され、上記した強度の問題も解消されることから、最近注目されている（例えば、特許文献２参照。）。
ただ、この文献では、多周波用のアンテナ構造についての開示はなく、ましてや多周波用アンテナにおいて多周波に渡ってＶＳＷＲを最小化し、送受信特性の向上及び受信感度（Ｇａｉｎ）の向上といった要求特性を満足させるような方策についても何等認識されていない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６８７３６号公報
【特許文献２】
特開２００２−８４１２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、パソコン、あるいはＰＤＡ等の情報端末機器等の内部に組込む２周波数以上の多周波に対応する多周波スロットアンテナあるいは無線ＬＡＮ用多周波スロットアンテナにおいて、多周波に渡って電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が小さく、送受信特性並びに受信感度に優れるとともに小型化が実現された多周波アンテナを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、導電性基材に、互いに長さの異なる複数個の両端が閉じている直線状スロットを並置したアンテナにおいて、最も低いか又は高い周波数に対応する直線状スロットの長手方向の外周部で切り込みのＶＳＷＲが最小となる箇所を偏心給電点とし、しかも該偏心給電点を通り且つ該複数個の両端が閉じている直線状スロットと直交する仮想線を引いた際に、該仮想線に沿ってこれらスロットを特定の条件下で配設することにより、上記の課題を解決するに至った。
【０００６】
かくして、本発明によれば、以下のＡ〜Ｄの要件を具備することを特徴とする多周波アンテナが提供される。
Ａ． 導電性基材に、互いに長さの異なる複数個の両端が閉じている直線状スロットが放射電極群として並置状態で配設され、これにより２周波以上の動作機能を付与されていること；
Ｂ． 該複数個の両端が閉じている直線状スロットのうち、最も低いか又は高い周波数に対応するスロットの長手方向の外周部（ただし、該長手方向の中点に対応する外周部を除く）で該スロットの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が最小となる箇所ないしその近傍を偏心給電点として、該点に高周波同軸ケーブルの内部導体が接続されていること；そして、
Ｃ． 該偏心給電点を通り且つ該複数個の両端が閉じている直線状スロットと直交する仮想線を引いた際に、これらのスリットは、該仮想線によって分割される一方の側のスロット長（ａ）と他方の側のスロット長（ｂ）との比がａ：ｂ＝１：１．５〜１：４．５の範囲での相似的配設状態にあること。
Ｄ．該複数個の両端が閉じている直線状スロットを挟んで給電点とは反対側に設けたアースポイントに、該高周波同軸ケーブルの外部導体が接続されていること。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、２周波に対応するアンテナの例について説明する。
図１は、放射電極群として、互いに長さの異なる２個の両端が閉じている直線状スロット（以下、この“直線状スロット”は、単に”スロット“と略記する。）を並置したアンテナ素子の平面図である。
図２は、図１に示したアンテナ素子を情報端末機器内蔵用多周波アンテナに適用した例を示す平面図である。
図１〜図２において、（１）は平板状の導電性基材、（２）は導電性基材（１）の一部を切り抜いて形成された第１のスロット（第１の周波数に対応する第1放射電極）、（３）は、同様に導電性基材（１）の一部をスロット（２）の長さより短かくなるように切り抜いて形成された第２のスロット（第２の周波数に対応する第２放射電極）、（４）は高周波同軸ケーブル、（４ａ）はその内部導体、（４ｂ）はその外部導体、（５）は導電性基材(１)の取り付け穴、（Ｇ）はアースポイント、（Ｍ）は偏心給電点、（Ｐ）は偏心給電点を通り且つスロット群と直交する仮想線、（Ｌ１）はスロット(２)の長さ（全長）、（Ｌ２）はスロット(３)の長さ(全長)、（Ｗ）はスロット(２)、（３）の各幅、（Ｄ）はスロット(２)とスロット（３）との隣接間隔、そして、（Ｃ）は各スロットの中点である。また、仮想線（Ｐ）によって分割される一方の側のスロット長（ａ）については、説明の便宜上、スロット（２）のスロット長さをａ１で、スロット（３）の長さをａ２で示した。同様に、仮想線（Ｐ）によって分割される他方の側のスロット長（ｂ）についても、スロット（２）のスロット長さをｂ１で、スロット（３）の長さをｂ２で示した。
【０００８】
本発明で特徴的なことは、スロット（２）、（３）を偏心給電点（Ｍ）の位置に関連して、要件Ｃで特定したように、ａ：ｂ（図１では、ａ1：ｂ1、ａ２：ｂ２）＝１：１．５〜１：４．５の範囲での相似的配設状態にすることにある。これにより、後揚の表１にも示すように、アンテナ素子全体としての複数の共振点近傍でのＶＳＷＲを最小に維持し、送受信特性を向上させ、しかも、アンテナの受信感度（Ｇａｉｎ）も格段に向上させることができる。
これらの点について、図１を参照しながら、さらに詳細な説明をする。
先ず、並置状態で配設されたスロット（２）及びスロット（３）のうち、スロット（２）の外周部で該スロットのＶＳＷＲが最小となる箇所ないしその近傍（Ｍ）を偏心給電点とする。そして、該偏心給電点（Ｍ）を通り且つスロット(２)及び(３)と直交するような仮想線（Ｐ）を描いた際に、該仮想線（Ｐ）に沿ってスロット(２)及び(３)を、上述したａ：ｂの比（要件Ｃ）でもって相似的に配設する。
偏心給電点（Ｍ）は、前述のように、スロット(２)又は(３)の外周部で、スロット(２)又は(３)のＶＳＷＲが最小となる位置あるいはその近傍に設定される。この場合の偏心量は、スロット(２)の長手方向の中点（Ｃ）を０点とするＸ，Ｙの座標軸の第２象限又はスロット（３）の長手方向の中点（Ｃ）を０点とするＸ，Ｙの座標軸の第1象限において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに２０ ％〜４０ ％の範囲にあるのが好ましい。さらに、スロットのその他の要件について述べると、スロット（２）の長さ（Ｌ１）は３５〜４５ｍｍ、スロット（３）の長さ（Ｌ２）は６３〜７３ｍｍの範囲から適宜選定される。このときの各スロットの幅（Ｗ）は０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲から適宜採択すればよい。又、スロット（２）とスロット（３）との隣接間隔（Ｄ）が、小さ過ぎると干渉が生じ、逆に該間隔（Ｄ）が大き過ぎるとスペース効率が悪くなる。このことを勘案すると、該隣接間隔（Ｄ）は０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
さらに、導電性基材(１)に配設されるスロットは、多周波受信ということから、共振周波数帯域の数に対応した複数個、通常は２または３個配設される。このときの導電性基材としては、洋白（白銅）、銅、鉄、あるいは黄銅等の導電性の金属基材が好ましい。その中でも洋白（白銅）が強度、加工性、及び耐腐食性に優れているので、特に好ましい。基材の形状は、図示したように通常は平板状で採用される。この“平板状”の典型的な例は金属板である。その際、安定した動作を確保するためには、該金属板は少なくとも７０ｍｍ２以上の面積が必要とされる。実用的には、１４０ｍｍ２〜４２０ｍｍ２の範囲とすることが望ましい。また、その厚さについては格段の制約はないが、強度を考慮して０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲内で適宜選択すればよい。また、導電性基材としては、上述した金属のほか、樹脂フィルム上に金属を蒸着させた金属蒸着フィルム、あるいは銅箔等の導電部を設けた平板状基材であってもよい。そして、これらの基材については、切り込みのほかにエッチングによりスロットを形成してもよい。
以上、図１を通してアンテナ素子について説明したが、該素子から実際に多周波アンテナを構成する際は、図２に示すようにスロット（２）及び（３）を挟んで偏心給電点（Ｍ）とその反対側にアースポイント（Ｇ）を設ける。このアースポイント（Ｇ）は、仮想線（Ｐ）上あるいはその近傍、またはスロット（３）中点（Ｃ）を０点とするＸ、Ｙの座標軸の第４象限において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に共に０〜２０％偏心した箇所に設ければよい。そして、これらの偏心給電点（Ｍ）及びアースポイント（Ｇ）には、高周波同軸ケーブル（４）等の給電部材を接続すればよい。このとき、高周波同軸ケーブル（４）の内部導体（４ａ）は偏心給電点（Ｍ）に他方、外部導体（４ｂ）はアースポイント（Ｇ）に接続される。高周波同軸ケーブル（４）としては、周知のフッ素樹脂被覆等の高周波同軸ケーブルが採用される。高周波同軸ケーブル（４）を偏心給電点（Ｍ）及びアースポイント（Ｇ）に接続するには、ハンダ付あるいは超音波接続等を利用すればよい。
最後に、本発明のアンテナを情報端末機器に取付ける際には、取り付け穴（５）を利用することにより簡単に取り付けができる。
【０００９】
以下に、図１の２周波に対応する多周波素子を適用した情報端末機器内蔵用アンテナの具体例を示す。
先ず、縦７０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの洋白板からなる平板状導電性基材（１）の中央部に簡易プレス機により２．４５ＧＨｚ帯に対応した長さ６８ｍｍ、幅１ｍｍのスロット（２）を穿けて第１放射電極を形成した。このとき、スロット（２）のＶＳＷＲが最小となる偏心給電点（Ｍ）の位置は、スロット（２）の中点（Ｃ）を０点とするＸ、Ｙの座標軸の第２象限において、Ｘ軸方向に１５％、Ｙ軸方向に共に３０％偏心した箇所であった。したがって、スロット（２）の偏心給電点（Ｍ）を通り且つスロット（２）、（３）と直交する仮想線（Ｐ）によって分割されるスロット（２）において、一方の側のスロット長（ａ１）及び他方の側のスロット長（ｂ１）は、それぞれに１９ｍｍ（ａ１）及び４９ｍｍ（ｂ1）であり、ａ1：ｂ1＝１：２．５８となる。
次に、図1に示すように、スロット（２）の右側に、５．２５ＧＨｚ帯に対応する第２放射電極として、長さ（Ｌ２）が４０ｍｍ、幅（Ｗ）が１ｍｍのスロット（３）を１ｍｍの隣接間隔（Ｄ）で並置した。このとき、仮想線（Ｐ）によって分割されるスロット（３）において、一方の側のスロット長（ａ２）と他方の側のスロット長（ｂ２）は、それぞれに１１．４ｍｍ（ａ２）及び２８．６ｍｍ（ｂ２）であり、ａ２：ｂ２＝１：２．５０となる。このようにして、両スロット（２）及び（３）を仮想線（Ｐ）に沿って相似的に並置・配設した。さらに、図２に示すように、スロット（３）の中点（Ｃ）を０点とするＸ、Ｙの座標軸の第４象限において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に共に１５％偏心した箇所にアースポイント（Ｇ）を設けた。
最後に、上記の給電点（Ｍ）及びアースポイント（Ｇ）に、外径０．９３ｍｍ、導体径０．２４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）同軸ケーブル（４）の内部導体（４ａ）及び外部導体（４ｂ）をそれぞれハンダにより接続することにより、２周波に対応する情報端末機器内蔵用アンテナを得た。
以下、表１に本発明の効果を従来例（比較例）との比較において説明する。
ここで、実施例は仮想線（Ｐ）によって分割される各スロットにおいて、一方の側のスロット長（ａ）と他方の側のスロット長（ｂ）との比がａ：ｂ＝１：２．５の場合を示し、比較例１はａ：ｂ＝１：５の場合（本発明の上限であるａ：ｂ＝１：４．５を超えた場合）を示し、比較例２はａ：ｂ＝１：１の場合（本発明の下限であるａ：ｂ＝１：１．５未満の場合）を示している。なお比較例での周波数等のその他の条件は本発明と同一とした。
【表１】
上記、表１から明らかに、本発明の要件Ｃを満足する場合、多周波（第１周波数及び第２周波数）に渡ってＶＳＷＲが小さく送受信特性に優れるとともにＧａｉｎまでも改善された高能率のアンテナが得られることが判る。
このようなアンテナは、パソコンをはじめとしてＰＤＡ等、各種情報端末機器を始めとし、家電製品あるいは自動車関連機器へも内蔵できる。もちろん、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であることは言うまでもない。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来と比較してＶＳＷＲが小さく送受信特性並びにＧａｉｎが大幅に向上し、しかも小型化が実現された多周波アンテナが提供され、このアンテナはパソコン等の情報端末機器内蔵用としてその機能を如何なく発揮するという格別顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２周波に対応する本発明のアンテナにおいて、放射電極群として、互いに長さの異なる２個の両端が閉じている直線状スロットを並置したアンテナ素子の平面図。
【図２】 図１に示した本発明のアンテナ素子を情報端末機器内蔵用多周波アンテナに適用した例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 導電性基材
２ 第１放射電極を形成するスロット
３ 第２放射電極を形成するスロット
４ 高周波同軸ケーブル
４ａ 高周波同軸ケーブル（４）の内部導体
４ｂ 高周波同軸ケーブル（４）の外部導体
５ 取り付け穴
Ｇ アースポイント
Ｍ 偏心給電点
Ｐ 偏心給電点（Ｍ）を通り且つスロット群(２)、（３）に直交する仮想線
ａ1 仮想線（Ｐ）によって分割されるスロット(２)の 一方の側のスロット長
ｂ1 仮想線（Ｐ）によって分割されるスロット(２)の他方の側のスロット長
ａ2 仮想線（Ｐ）によって分割されるスロット(３)の 一方の側のスロット長
ｂ2 仮想線（Ｐ）によって分割されるスロット（３）の他方の側のスロット
Ｌ１ スロット(２)の長さ
Ｌ２ スロット(３)の長さ
Ｗ スロット(２)、（３）の幅
Ｃ スロット(２)、（３）の中点
Ｄ スロット(２)とスロット（３）との隣接間隔

Claims (1)

1. 以下のＡ〜Ｄの要件を具備することを特徴とする多周波アンテナ。
   Ａ． 導電性基材に、互いに長さの異なる複数個の両端が閉じている直線状スロットが放射電極群として並置状態で配設され、これにより２周波以上の動作機能を付与されていること；
   Ｂ． 該複数個の両端が閉じている直線状スロットのうち、最も低いか又は高い周波数に対応するスロットの長手方向の外周部（ただし、該長手方向の中点に対応する外周部を除く）で該スロットの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が最小となる箇所ないしその近傍を偏心給電点として、該点に高周波同軸ケーブルの内部導体が接続されていること；そして、
   Ｃ． 該偏心給電点を通り且つ該複数個の両端が閉じている直線状スロットと直交する仮想線を引いた際に、これらのスリットは、該仮想線によって分割される一方の側のスロット長（ａ）と他方の側のスロット長（ｂ）との比がａ：ｂ＝１：１．５〜１：４．５の範囲での相似的配設状態にあること。
   Ｄ．該複数個の両端が閉じている直線状スロットを挟んで給電点とは反対側に設けたアースポイントに、該高周波同軸ケーブルの外部導体が接続されていること。