JP5498533B2 - ANTENNA DEVICE AND RADIO DEVICE - Google Patents
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Description
この発明の実施形態は、アンテナ装置及び無線装置に係り、特に複数の周波数帯において使用することのできるアンテナ装置及び該アンテナ装置を備えた無線装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an antenna device and a wireless device, and more particularly, to an antenna device that can be used in a plurality of frequency bands and a wireless device including the antenna device.
携帯電話機や無線機能を備えたパーソナルコンピュータ(PC)等において多用途・多機能化が進み、これらの機器に使用されるアンテナ装置の多共振化(多周波化)や広帯域化が求められている。このような要請に応えるため、多共振化(多周波化)又は広帯域化を図ったアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照。)。
As mobile phones and personal computers (PCs) equipped with wireless functions have become more versatile and multi-functional, antenna devices used in these devices are required to have multiple resonances (multi-frequency) and a wider band. . In order to meet such a demand, an antenna device that is designed to be multi-resonant (multi-frequency) or wide-band (for example, see
上記の特許文献1に記載された多周波化アンテナ(マルチバンドアンテナ)は、給電線路と短絡線路と第1の開放線路とからなる逆F型アンテナの構成において、給電線路に対して第1の開放線路と反対側に略矩形状の第2の開放線路を設けたものである。上記の構成によって、例えば2.4ギガヘルツ(GHz)帯及び5.2GHz帯における共振特性を得られるというシミュレーションの結果が記載されている。
The multi-frequency antenna (multi-band antenna) described in
上記の特許文献2は、印刷基板の表面に導体パターンとして形成された逆F型アンテナ、逆L型アンテナ及びグランドパターンからなるパターンアンテナを開示している。給電されて励振される逆F型アンテナと、該逆F型アンテナを囲むように配設された無給電素子として励振される逆L型アンテナの共振周波数をそれぞれの素子長によって選ぶことにより、少なくとも2周波化を図ることが記載されている。
上記の特許文献1に開示されたマルチバンドアンテナについては、無線ローカルエリアネットワーク(無線LAN)に適用する実施例が説明されている。給電線路に対して第1の開放線路と反対側に略矩形状の第2の開放線路を設けるという構成から、第1の開放線路と第2の開放線路を合わせて並列共振を生じることがあり、当該マルチバンドアンテナを例えば携帯電話等のより低い周波数帯に適用した場合にその近傍の広帯域性を損なう可能性がある。
As for the multiband antenna disclosed in the above-mentioned
上記の特許文献2に開示されたパターンアンテナは、無給電素子が逆F型アンテナを囲むように配設され、素子長が短い方の逆F型アンテナの開放端までの全素子長にわたって無給電素子と近接する位置関係をとるものと解される(明細書の段落「0035」参照。)。ところが給電される素子と無給電素子をこのような位置関係におくと、電圧結合と電流結合の効果が相殺するように作用して、無給電素子を所望の周波数で励振することを難しくする場合がある。これを避けるために例えば両素子の開放端側を離間させるように配設すると、該アンテナを内蔵する無線装置の低姿勢化を妨げる可能性がある。
In the pattern antenna disclosed in
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、並列共振や低姿勢化を妨げる要因の発生を回避しながら、アンテナ装置を多共振化できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to make it possible to make an antenna device have multiple resonances while avoiding the occurrence of factors that hinder parallel resonance and low profile.
実施形態によれば、アンテナ装置は、基板に設けられた接地導体と、第1の部分素子と第2の部分素子からなるアンテナ素子と、前記接地導体に接続された接地端と開放された開放端からなる無給電素子とを具備し、前記第1の部分素子は面形状であって、交差する第1の辺と第2の辺を有し、前記第1の辺の前記第2の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有し、前記第2の部分素子は前記第2の辺の少なくとも一部分において前記第1の部分素子から分岐し、 前記無給電素子の接地端は前記給電箇所に対して前記第1の部分素子と同じ側に位置し、前記無給電素子の開放端は前記第2の部分素子の先端の近傍に位置する。 According to the embodiment, an antenna device includes a ground conductor provided on a substrate, an antenna element including a first partial element and a second partial element, and a ground end connected to the ground conductor and an open opening. A parasitic element having an end, and the first partial element has a planar shape and has a first side and a second side intersecting, and the second side of the first side The second subelement is branched from the first subelement in at least a part of the second side, and the grounding end of the parasitic element is the power supply. It is located on the same side as the first partial element with respect to the location, and the open end of the parasitic element is located in the vicinity of the tip of the second partial element .
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
なお、以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直(鉛直)をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直(鉛直)を意味するものとする。また、各図の間で共通の符号は、同一の構成を表すものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In addition, when referring to the following figures, up, down, left, right, horizontal, vertical (vertical) means up, down, left, right, horizontal, vertical (vertical) on the paper on which the figure is represented, unless otherwise specified. To do. Moreover, the code | symbol common between each figure shall represent the same structure.
以下、図1ないし図21を参照して、本発明の実施例1を説明する。図1は、本発明の実施例1に係るアンテナ装置1の構成を表す図である。アンテナ装置1は、図示しない無線装置に内蔵されて用いられる。該無線装置は、図1に示した基板2を有している。アンテナ装置1は、基板2の接地導体3と、その近傍に配設されたアンテナ素子(後述する複数の部分素子からなる。)を有する。当該アンテナ素子は、接地導体3に設けられた給電線4を介して、図示しない無線回路に接続される。基板2は、フレキシブルな材質で構成される場合もある。
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an
アンテナ装置1に含まれる上記のアンテナ素子は、例えば図1において破線の楕円で囲まれた範囲の、基板2の導体パターンにより形成される。なお上記のアンテナ素子は、接地導体3の近傍にあるならば基板2の導体パターンでなくてもよい。給電線4は例えば同軸ケーブルであるが、他の種類の線材を用いてもよく、基板2の導体パターンによるコプレナー線路としてもよい。
The antenna element included in the
次に図2を参照して、アンテナ装置1の主要な部分の構成を詳しく説明する。図2は、図1に示したアンテナ装置1の主要な部分の構成と形状を表す図である。アンテナ装置1に含まれる上記のアンテナ素子は、給電線4に接続される給電箇所10を含む第1部分素子11と、第1部分素子11から分岐した第2部分素子12と、無給電素子20を有する。
Next, with reference to FIG. 2, the structure of the main part of the
第1部分素子11は、接地導体3の端辺に対向する下側の辺(下辺)13と、接地導体3の端辺に交差する向きの左側の辺(左辺)14を含む周縁を有する面をなしている。給電箇所10は、第1部分素子11の下辺13の左側の一端(左端)の近傍に位置している。
The first
第2部分素子12は、第1部分素子11の左辺14の給電箇所10から遠い側の一端(上端)である分岐箇所15において、第1部分素子11から分岐している。第2部分素子12は分岐箇所15から左向きに、すなわち給電箇所10から第1部分素子11の下辺13の右側の一端(右端)16への向きと略逆向きに形成されている。第2部分素子12の先端17は、開放されている。
The second
無給電素子20は、一端が第1部分素子11の下辺13の右端16の近傍において接地導体3に接続された接地端21である。無給電素子20の他端は、第2部分素子12の先端17の近傍において開放された開放端22である。
The
図3ないし図5を参照して、アンテナ装置1が給電箇所10において給電されたときの高周波電流の経路のうちの3通りについて説明する。図3ないし図5の各々には、アンテナ装置1のアンテナ素子の形状を再掲している(接地導体3の図示は省略する。)。
With reference to FIGS. 3 to 5, three types of high-frequency current paths when the
図3は、アンテナ装置1が給電箇所10において給電されたときの給電箇所10から第1部分素子11の下辺13の右端16を経て右側の辺の上端までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。図3に表した経路に沿って高周波電流が分布することにより、アンテナ装置1を当該経路長が4分の1波長に相当する周波数(値をF3とする。)において共振させることができる。
FIG. 3 shows the distribution path of the high-frequency current from the
図4は、アンテナ装置1が給電箇所10において給電されたときの給電箇所10から分岐箇所15を経て第2部分素子12の先端17までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。図4に表した経路に沿って高周波電流が分布することにより、アンテナ装置1を当該経路長が4分の1波長に相当する周波数(値をF4とする。)において共振させることができる。
FIG. 4 shows a distribution path of the high-frequency current from the
図5は、アンテナ装置1が給電箇所10において給電されたときの無給電素子20における開放端22から接地端21までの高周波電流の分布経路を、両向きの矢印で表している。無給電素子20は、開放端21において近接する第2部分素子12の先端17に電圧結合し、図5に表した経路に沿って高周波電流が分布する。その結果、アンテナ装置1を当該経路長が4分の1波長に相当する周波数(値をF5とする。)において共振させることができる。
FIG. 5 shows a distribution path of the high-frequency current from the
以上に説明したようなアンテナ装置1の構成、形状によれば、図3ないし図5の各々に表した高周波電流が分布する経路は互いに重複しないので、1つの経路長を変えて対応する共振周波数を変えたとしても、他の共振周波数に対する影響が小さい。すなわち、上記の各経路長によって定まる共振周波数の設定の独立性が高いという特徴がある。
According to the configuration and shape of the
上記の各経路長のうち、一例として図5に表した無給電素子20に沿うものが最長であるとすると、共振周波数F3、F4及びF5のうちF5が最も低い。F5相当の周波数を無給電素子以外の構成により実現するには、第1部分素子11のいずれかの箇所から先端開放の素子をさらに分岐させ、給電箇所10から当該先端までの経路長を周波数F5の4分の1波長相当とすることが考えられる。
Of the above path lengths, assuming that the one along the
しかし、上述したようにさらに素子を分岐させた場合には、当該さらに分岐させた素子の先端から第2部分素子12の先端17までの間で周波数F5とF4の中間の周波数において並列共振を生じ、広帯域化を妨げる可能性がある。アンテナ装置1は、最も低い周波数を無給電素子20の共振点に設定することによって、そのような問題を回避することができる。また、F5の3倍波の共振を利用して少なくともF4より高い共振周波数(=F5×3)を設定し、高周波数域における広帯域化を図ることも可能である。このような広帯域特性の面での実施例1の効果については、後で図6ないし図12を参照して具体的に説明する。
However, when the element is further branched as described above, parallel resonance occurs at a frequency intermediate between the frequencies F5 and F4 between the tip of the further branched element and the
無給電素子20の開放端22は、上述したように第2部分素子12の先端17の近傍に設けられ、アンテナ装置1が給電箇所10において給電されたとき先端17に電圧結合する。電圧結合を確実にするために、開放端22と先端17の距離をある程度以下にすることが必要である。この条件は、開放端22と先端17の距離がアンテナ装置1を内蔵する無線装置の筐体の厚み方向に位置する場合、筐体の低姿勢化に寄与するという派生的な効果をもたらす。上記の開放端22と先端17の距離に関する条件については、後で図13ないし図15を参照して具体的に説明する。
The
図3に表した高周波電流の分布経路の一部が接地導体3の端辺に対向することから、第1部分素子11の下辺13と接地導体3の端辺の間隔は周波数F3の近傍の特性に影響することが考えられる。上記の第1部分素子11の下辺13と接地導体3の端辺の間隔に関する条件については、後で図16ないし図18を参照して具体的に説明する。
Since a part of the high-frequency current distribution path shown in FIG. 3 faces the end of the
無給電素子20の接地端21は、上述したように第1部分素子11の下辺13の右端16の近傍に設けられる。接地端21を給電箇所10からある程度以上離隔することにより、上記の電圧結合に対して相殺的に作用する場合がある電流結合を抑制することが好ましい。上記の接地端21と給電箇所10の距離に関する条件については、後で図19ないし図21を参照して具体的に説明する。
The grounding
図6は、アンテナ装置1の広帯域特性をシミュレーションにより評価するためのモデル(以下、モデル1という。)の形状と寸法を表す図である。図6は、図2に表したのと同じアンテナ装置1の構成及び形状の各部にモデルの条件として与えた寸法(単位はミリメートル(mm))を記入したものである。図6に表した符号10ないし12及び20は図2と共通であるが、図2に表したその他の符号は図6では煩雑を避けるため省略するものとし、図2を適宜参照する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the shape and dimensions of a model (hereinafter referred to as model 1) for evaluating the broadband characteristics of the
図6において、モデル1の第1部分素子11は接地導体3の端辺から1mm隔てて配設され、給電箇所10から下辺13の右端16までの長さは6.5mmである。また、接地導体3の端辺から左辺14の上端に当る分岐箇所15までの長さは6.5mmである。第2部分素子12の長さは図6には示していないが、次の段落で述べるように26mmである。
In FIG. 6, the first
無給電素子20の接地端21は給電箇所10から10mm隔てて配設され、開放端22は接地導体3の端辺から8mm隔てて配設される。無給電素子20は横置きの逆L字型をなし、L字の水平、垂直の部分は対向する第1部分素子11の上側の端辺(又は第2部分素子12)、対向する第1部分素子11の右側の端辺にそれぞれ1.5mm、3.5mmの間隔を隔てて平行とする。L字の屈曲箇所から開放端22までの長さは36mmとし、開放端22は第2部分素子12の先端16と水平方向に揃うように位置する。したがって、第2部分素子12の長さは36mmから給電箇所10と接地端21の間隔10mmを差し引いた26mmである。
The grounding
以上説明したモデル1の各部の寸法は、およそ1.5GHzから2.7GHzにわたる帯域と、およそ5GHzから8GHzにわたる帯域をカバーするように設定したものである。およそ1.5GHzから2.7GHzにわたる帯域は、全地球航法システム(GPS)、第3世代携帯電話(UHF帯を除く。)、無線ローカルエリアネットワーク(無線LAN)、WiMAX(登録商標)と呼ばれる高速無線通信等に利用される。およそ5GHzから8GHzにわたる帯域は、無線LAN、超広帯域無線(UWB)等に利用される。
The dimensions of each part of the
図7は、特性比較の対象とするためアンテナ装置1から無給電素子20を取り去って構成したアンテナ装置1Aのモデル(以下、モデル1Aという。)の形状と寸法を表す図である。図7に示した構成を表す符号10ないし12及び他の各部を表す図示されない符号は、便宜上アンテナ装置1と共通とする。第1部分素子11及び第2部分素子12の形状、寸法及び接地導体3との位置関係は、図6を参照して説明したのと同じであるから説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram showing the shape and dimensions of a model (hereinafter referred to as
図8は、アンテナ装置1から第1部分素子11を取り去ると共に、第2部分素子12に代えて給電箇所10まで逆L字型をなして延伸された逆L字型素子12Bを設けたアンテナ装置1Bのモデル(以下、モデル1Bという。)の形状と寸法を表す図である。その他の図8に示した構成を表す符号20及び他の各部を表す図示されない符号は、便宜上アンテナ装置1と共通とする。逆L字型素子12Bはアンテナ装置1の第1部分素子11の左辺14に相当する部分と第2部分素子12を合わせたものであり、それらと無給電素子20の形状、寸法及び接地導体3との位置関係は、図6を参照して説明したのと同じであるから説明を省略する。
FIG. 8 shows an antenna apparatus in which the first
図9は、図6ないし図8にそれぞれ表したモデル1、1A及び1Bの給電箇所10における電圧定在波比(VSWR)の周波数特性(1.2ないし3ギガヘルツ(GHz)の範囲)を表す図である。横軸は周波数、縦軸はVSWRを表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル1、1A及び1Bそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 9 shows the frequency characteristics of the voltage standing wave ratio (VSWR) at the
図10は、図6ないし図8にそれぞれ表したモデル1、1A及び1Bの給電箇所10におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性(1.2ないし3GHzの範囲)を表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル1、1A及び1Bそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 10 is a diagram illustrating the frequency characteristics (range of 1.2 to 3 GHz) of the imaginary part of the antenna impedance at the feeding points 10 of the
図10の曲線がゼロ値を横切るか又は接近する箇所と図9の曲線が極小となる箇所はほぼ一致しており、それらの箇所に対応する周波数が各モデルの共振周波数である。周波数の低い方から、初めにモデル1及び1Bが1.7GHz付近に共振周波数を有する。この周波数は、モデル1、1Bが共通に有する無給電素子20の共振周波数であって、図5を参照して説明した周波数F5に相当する。
The location where the curve in FIG. 10 crosses or approaches the zero value and the location where the curve in FIG. 9 becomes the minimum are almost the same, and the frequency corresponding to these locations is the resonance frequency of each model. From the lower frequency, the
次に、モデル1、1A及び1Bが2.3GHz付近に共振周波数を有する。この周波数は、各モデルに共通の給電箇所10から第2部分素子12の先端16までの線路(モデル1Bにおいては逆L字型素子12B)の共振周波数であって、図4を参照して説明した周波数F4に相当する。
Next,
上記のモデル1が1.7GHz付近に有する共振周波数を無給電素子ではなく第1部分素子11から分岐する別の部分素子によって実現しようとすると、前述した並列共振の効果により1.7GHzと2.3GHzの間の周波数においてインピーダンスが上昇しVSWRが劣化する可能性がある。モデル1は無給電素子20を用いているから並列共振を生じないので、当該周波数域で目立ったVSWRの劣化を見ることなく広帯域性が保たれている。
If the
図11は、上述したモデル1、1A及び1Bの給電箇所10におけるVSWRの周波数特性(3ないし8GHzの範囲)を表す図である。横軸は周波数、縦軸はVSWRを表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル1、1A及び1Bそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 11 is a diagram illustrating the frequency characteristics (range of 3 to 8 GHz) of the VSWR at the
図12は、上述したモデル1、1A及び1Bの給電箇所10におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性(3ないし8GHzの範囲)を表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線及び点線からなる曲線は、モデル1、1A及び1Bそれぞれのシミュレーションによって得られた特性を表す。
FIG. 12 is a diagram illustrating the frequency characteristics (range of 3 to 8 GHz) of the imaginary part of the antenna impedance at the
図12の曲線がゼロ値を横切るか又は接近する箇所と図11の曲線が極小となる箇所はほぼ一致しており、それらの箇所に対応する周波数が各モデルの共振周波数である。モデル1は5GHz付近に共振周波数を有し、この値は無給電素子20における基本波(1.7GHz付近)の3倍波に相当する。モデル1の無給電素子20は、このような3倍波の周波数を利用してアンテナ装置1の広帯域化に寄与することができる。
The location where the curve of FIG. 12 crosses or approaches the zero value and the location where the curve of FIG. 11 becomes the minimum are substantially coincident, and the frequency corresponding to these locations is the resonance frequency of each model. The
上記の無給電素子20における3倍波は、近接して配置され比較的近くに共振周波数を有する第1部分素子11を通じて励振されると考えられる。そのため、第1部分素子11を持たないモデル1Bの場合は、無給電素子20を有していても上記の3倍波の共振が見られない。
It is considered that the third harmonic wave in the
次に、モデル1、1A及び1Bが6.5ないし7GHz付近に共振周波数を有する。この周波数は、各モデルに共通の給電箇所10から第1部分素子11の下辺13の右端16を経て右側の辺の上端までの経路長により定まる共振周波数であって、図3を参照して説明した周波数F3に相当する。この共振周波数により、アンテナ装置1に5GHz帯よりさらに高い周波数帯までの広帯域性を持たせることができる。
Next,
図13は、第2部分素子12の先端17と無給電素子20の開放端22の距離がアンテナ装置1の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図6と同様に表す図である。
当該モデルは、給電箇所10から第1部分素子11の下辺13の右端16までの長さを8.5mmとし、かつ、横置きの逆L字型をなす無給電素子20の水平部分と該水平部分に平行な第1部分素子11の上側の端辺又は第2部分素子12との間隔(したがって、先端17と無給電素子20の開放端22の距離)をパラメータ“d”とする他は、図6に表したモデル1と同じである。
FIG. 13 shows the shape and dimensions of a model for evaluating the influence of the distance between the
In the model, the length from the
図14は、図13に表したモデルのパラメータdの値を2ないし5mmの範囲で与え、給電箇所10におけるVSWRの周波数特性(1.2ないし3GHzの範囲)をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はVSWRを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれdの値を2、3、4又は5mmとしたとき得られた特性を表す。
FIG. 14 is a diagram in which the value of the parameter d of the model shown in FIG. 13 is given in the range of 2 to 5 mm, and the VSWR frequency characteristic (range of 1.2 to 3 GHz) at the
図15は、図13に表したモデルのパラメータdの値を2ないし5mmの範囲で与え、給電箇所10におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性(1.2ないし3GHzの範囲)をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれdの値を2、3、4又は5mmとしたとき得られた特性を表す。
15 gives the value of the parameter d of the model shown in FIG. 13 in the range of 2 to 5 mm, and obtains the frequency characteristic (1.2 to 3 GHz range) of the imaginary part of the antenna impedance at the
図14及び図15を参照すると、周波数1.5ないし1.6GHzの近傍で共振特性を得るためにはdの値が5mm以下(周波数F5=1.5GHzの40分の1波長相当)であることが必要で、さらには3mm以下であることが好ましい。 Referring to FIGS. 14 and 15, in order to obtain resonance characteristics in the vicinity of a frequency of 1.5 to 1.6 GHz, the value of d is 5 mm or less (frequency F5 = 1.5 GHz corresponding to 1/40 wavelength). It is necessary that it is 3 mm or less.
図16は、第1部分素子11の下辺13と接地導体3の端辺の間隔がアンテナ装置1の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図6と同様に表す図である。
当該モデルは、給電箇所10から第1部分素子11の下辺13の右端16までの長さを8.5mmとし、かつ、上記の接地端21と右端16の距離をパラメータ“g”とする他は、図6に表したモデル1と同じである。前述した周波数F3の当該モデルにおける値は、例えばg=2.5mmと仮定すると6GHzである。
FIG. 16 shows the shape and dimensions of a model for evaluating the influence of the distance between the
The model is that the length from the
図17は、図16に表したモデルのパラメータgの値を1ないし4mmの範囲で与え、給電箇所10におけるVSWRの周波数特性(3ないし8GHzの範囲)をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はVSWRを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれgの値を1、2、3又は4mmとしたとき得られた特性を表す。
FIG. 17 is a diagram in which the value of the parameter g of the model shown in FIG. 16 is given in the range of 1 to 4 mm, and the frequency characteristic of VSWR (the range of 3 to 8 GHz) at the
図17を参照すると、gの値が3mm以上のときには周波数5GHzの前後と7GHz以上の帯域においてVSWRの値が4を超え、高周波数域における広帯域化の点で好ましくない。したがって、gの値を3mm(周波数F3=6GHzとしたときの20分の1波長相当)以下とすることが適切である。 Referring to FIG. 17, when the value of g is 3 mm or more, the value of VSWR exceeds 4 in the frequency band around 5 GHz and in the band of 7 GHz or more, which is not preferable in terms of widening the band in the high frequency range. Accordingly, it is appropriate to set the value of g to 3 mm (corresponding to 1/20 wavelength when the frequency F3 = 6 GHz) or less.
図18は、図16に表したモデルにおいてgの値を1ないし3mmの範囲で与えたときの周波数3ないし8GHzにおけるスミス線図である。このようなgの値の範囲では共振点において整合の条件に比較的近いインピーダンス特性を得られることが分かる。また、gの値を大きくすることでスミスチャートの軌跡が右側に、gの値を小さくすることでスミスチャートの軌跡が左側に移動することから、gの値を調整することで、3ないし8GHzの帯域におけるインピーダンスを調整できることがわかる。 FIG. 18 is a Smith diagram at a frequency of 3 to 8 GHz when the value of g is given in the range of 1 to 3 mm in the model shown in FIG. It can be seen that impedance characteristics that are relatively close to the matching condition can be obtained at the resonance point in the range of the value of g. Also, by increasing the value of g, the Smith chart trajectory moves to the right, and by decreasing the value of g, the Smith chart trajectory moves to the left. By adjusting the value of g, 3 to 8 GHz It can be seen that the impedance in the band can be adjusted.
図19は、無給電素子20の接地端21と給電箇所10の距離がアンテナ装置1の周波数特性に及ぼす影響をシミュレーションにより評価するためのモデルの形状と寸法を、図6と同様に表す図である。
当該モデルの第1部分素子11は接地導体3の端辺から1mm隔てて配設され、給電箇所10から下辺13の右端16までの長さは後述するパラメータ“s”の値によって決まる。接地導体3の端辺から左辺14の上端に当る分岐箇所15までの長さは6.5mmである。
FIG. 19 is a diagram showing the shape and dimensions of a model for evaluating the influence of the distance between the
The first
無給電素子20の接地端21は給電箇所10からパラメータ“s”で表す距離を隔てて配設され、開放端22は接地導体3の端辺から7.5mm隔てて配設される。無給電素子20は横置きの逆L字型をなし、L字の水平、垂直の部分は対向する第1部分素子11の上側の端辺又は第2部分素子12にそれぞれ1mm、2mmの間隔を隔てて平行とする。L字の屈曲箇所から開放端22までの長さは36mmとし、開放端22は第2部分素子12の先端16と水平方向に揃うように位置する。
The grounding
図20は、図19に表したモデルのパラメータsの値を2ないし5mmの範囲で与え、給電箇所10におけるVSWRの周波数特性(1.2ないし2.4GHzの範囲)をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はVSWRを表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれsの値を5、4、3又は2mmとしたとき得られた特性を表す。 FIG. 20 is a diagram in which the value of the parameter s of the model shown in FIG. 19 is given in the range of 2 to 5 mm, and the frequency characteristic of the VSWR at the power supply point 10 (range of 1.2 to 2.4 GHz) is obtained by simulation. It is. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents VSWR. Curves composed of a solid line, a broken line, a dotted line, and an alternate long and short dash line represent characteristics obtained when the value of s is 5, 4, 3 or 2 mm, respectively.
図20は、図19に表したモデルのパラメータsの値を2ないし5mmの範囲で与え、給電箇所10におけるアンテナインピーダンスの虚数部の周波数特性(1.2ないし2.4GHzの範囲)をシミュレーションにより求めて表す図である。横軸は周波数、縦軸はアンテナインピーダンスの虚数部を表す。実線、破線、点線及び一点鎖線からなる曲線は、それぞれsの値を5、4、3又は2mmとしたとき得られた特性を表す。
FIG. 20 gives the value of the parameter s of the model shown in FIG. 19 in the range of 2 to 5 mm, and simulates the frequency characteristics (1.2 to 2.4 GHz range) of the imaginary part of the antenna impedance at the
図20及び図21を参照すると、周波数1.5ないし1.6GHzの近傍で共振特性を得るためにはsの値が2mm(周波数F5=1.5GHzの100分の1波長相当)以上であることが必要である。 20 and 21, in order to obtain resonance characteristics in the vicinity of a frequency of 1.5 to 1.6 GHz, the value of s is 2 mm (corresponding to 1/100 wavelength of frequency F5 = 1.5 GHz) or more. It is necessary.
なお、実施例1に対して、無給電素子20の開放端22が第2部分素子12の少なくとも一部(先端17を除く)の近傍において開放された変形例を考えることができる。このような変形例についても、無給電素子20を第2部分素子12に対して電圧結合させることができれば、以上に述べた実施例1についての説明が当てはまる。
In contrast to the first embodiment, a modification in which the
本発明の実施例1によれば、第1部分素子、第2部分素子及び無給電素子を有するアンテナ装置を構成し、各部の形状、寸法及び位置関係を選ぶことにより、例えば1.5ないし2.7GHz帯及び5ないし8GHz帯のような広帯域にわたる特性を実現することができる。 According to the first embodiment of the present invention, an antenna device having a first partial element, a second partial element, and a parasitic element is configured, and by selecting the shape, size, and positional relationship of each part, for example, 1.5 to 2 Characteristics over a wide band such as 7 GHz band and 5 to 8 GHz band can be realized.
以下、図22ないし図41を参照して、本発明の実施例2を説明する。実施例2は、実施例1に係るアンテナ装置1の各部の構成の複数の変形例からなる。以下、各変形例に対応する図面を参照して説明する。なお説明の便宜上、各変形例の主な構成は実施例1の対応する構成と同じ符号を付して、接地導体3、給電箇所10、第1部分素子11、第2部分素子12、無給電素子20のように表す。
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The second embodiment includes a plurality of modifications of the configuration of each part of the
図22に係る変形例は、実施例1に係るアンテナ装置1に付加的無給電素子40をさらに追加したものである。付加的無給電素子40は一端が給電箇所10の近傍において接地され、他端が開放されている。付加的無給電素子40は第1部分素子11の左辺の部分に電流結合し、全長によって定まる共振周波数を有する。図22に係る変形例は、付加的無給電素子40を設けることによって、実施例1に係るアンテナ装置1よりもさらに多共振化を図ることができる。
The modification according to FIG. 22 is obtained by further adding an additional
図23に係る変形例は、無給電素子20の全長を実施例1に係るアンテナ装置1の場合より伸ばして、先端を含む部分をメアンダ形に形成したものである。図23に係る変形例は、無給電素子20の全長を伸ばすことによって、実施例1に係るアンテナ装置1よりも低周波数域に共振点を持つことができる。
In the modification according to FIG. 23, the entire length of the
図24に係る変形例は、無給電素子20を折り返して先端を接地したものである。図24に係る変形例は、無給電素子20を折り返しモノポール型アンテナのように構成することによって、低周波数域におけるアンテナインピーダンスを高める等の折り返しモノポール的な特徴を持たせることができる。
In the modification according to FIG. 24, the
図25に係る変形例は、無給電素子20の接地端から遠くない箇所を接地したものである。図25に係る変形例は、無給電素子20を逆F型アンテナのように構成することによって、低周波数域におけるアンテナインピーダンスの整合を改善する等の逆F型アンテナ的な特徴を持たせることができる。また、図26に係る変形例は図24及び図25にそれぞれ係る変形例の折衷例で、折り返しモノポール型と逆F型の中間的な特徴を持ち得る構成である。
In the modification according to FIG. 25, a portion not far from the ground end of the
図27又は図28に係る変形例は、無給電素子20の接地端から遠くない箇所を幅広に形成したものである。図26又は図27に表したように形成された無給電素子20も、接地端から開放端までの経路長によって定まる共振周波数を有する。
In the modification according to FIG. 27 or FIG. 28, a portion not far from the ground end of the
図29に係る変形例は、第2部分素子12の全長を実施例1に係るアンテナ装置1の場合より伸ばして先端を含む部分をメアンダ形に形成することにより、第2部分素子12の長さによって定まる共振周波数を実施例1に係るアンテナ装置1の場合よりも低周波数域側に移すことができる。
In the modification according to FIG. 29, the length of the
図30に係る変形例は、第2部分素子12を折り返して先端を接地したものである。図30に係る変形例は、第2部分素子12を折り返しモノポール型アンテナのように構成することによって、第2部分素子12の長さによって定まる共振周波数におけるアンテナインピーダンスを高める等の折り返しモノポール的な特徴を持たせることができる。また、図31に係る変形例は、図30に係る変形例の第2部分素子12の折り返し箇所の前後を短絡し、第1部分素子11に対してスタブとして作用するように構成したものである。
In the modification according to FIG. 30, the second
図32に係る変形例は、第2部分素子12の第1部分素子11から分岐した箇所から遠くない箇所を接地したものである。図32に係る変形例は、無給電素子20を逆F型アンテナのように構成することによって、第2部分素子12の長さによって定まる共振周波数におけるアンテナインピーダンスの整合を改善する等の逆F型アンテナ的な特徴を持たせることができる。図33に係る変形例は図30及び図32にそれぞれ係る変形例の折衷例で、折り返しモノポール型と逆F型の中間的な特徴を持ち得る構成である。
In the modification according to FIG. 32, a portion not far from the portion branched from the first
図34に係る変形例は、図29に係る変形例の第2部分素子12と給電箇所10の間を幅広に形成したものである。図35に係る変形例は、第1部分素子11を周縁部分だけで構成したものである。図36、図37又は図38に係る変形例は、第1部分素子11の形状を変形したものである。これらの変形例によっても、アンテナ装置1と同等の効果を得ることができる。
The modification according to FIG. 34 is formed by widening the space between the second
図39又は図40に係る変形例は、実施例1に係るアンテナ装置1に第3部分素子13をさらに追加したものである。第3部分素子13は第1部分素子11の周縁の1箇所から分岐し、先端が開放されている。図39又は図40に係る変形例は、第3部分素子13を設けることによって、実施例1に係るアンテナ装置1よりもさらに多共振化を図ることができる。
The modification according to FIG. 39 or FIG. 40 is obtained by further adding the
図41に係る変形例は、無給電素子20の全長を実施例1に係るアンテナ装置1の場合より伸ばして、接地端に近い部分をメアンダ形に形成したものである。図41に係る変形例は、無給電素子20の全長を伸ばすことによって、実施例1に係るアンテナ装置1よりも低周波数域に共振点を持つことができる。
In the modification according to FIG. 41, the total length of the
以上に述べた変形例のほかにも、さまざまな変形例を考えることができる。また、以上に述べた変形例のうちからいくつかを組み合わせることによっても、他の変形例を構成することができる。また、一部に集中定数素子を装荷する等の変形も考えられる。 In addition to the modifications described above, various modifications can be considered. Further, another modification can be configured by combining some of the modifications described above. Further, a modification such as loading a lumped constant element in a part can be considered.
本発明の実施例2によれば、アンテナ装置の部分素子又は無給電素子の変形、追加又は組合せ等により実施例1に係るアンテナ装置と同等の効果を得ることができ、さらなる多共振化等の付加的効果を得ることもできる。 According to the second embodiment of the present invention, an effect equivalent to that of the antenna device according to the first embodiment can be obtained by modification, addition, or combination of a partial element or a parasitic element of the antenna device. Additional effects can also be obtained.
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
なお、以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 基板に設けられた接地導体と、前記接地導体の端辺に対向する第1の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第2の辺を含む周縁を有して面をなし、前記第1の辺の前記第2の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第1の部分素子と、前記第2の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第1の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第1の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第2の部分素子と、一端が前記第1の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなし、他端が前記第2の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
In addition, the invention described in the initial claims of the present application will be appended below.
[1] A surface having a peripheral surface including a ground conductor provided on the substrate, a first side facing the end side of the ground conductor, and a second side facing the end side of the ground conductor. None, the first partial element having a feeding point in the vicinity of one end of the first side close to the second side, and in the vicinity of one end of the second side far from the feeding point A second partial element branched from the first partial element and formed in a direction substantially opposite to the direction from the feeding point to the other end of the first side and having an open end; A parasitic element having a grounding end connected to the grounding conductor in the vicinity of the other end of the first side and an open end in which the other end is open in the vicinity of at least a part of the second partial element; An antenna device comprising:
[2] 前記無給電素子の開放端は、前記第2の部分素子の少なくとも一部から前記無給電素子の共振周波数の40分の1波長相当以下の距離をおいて配設されたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
[2] The open end of the parasitic element is disposed at a distance equal to or less than 1/4 wavelength of a resonance frequency of the parasitic element from at least a part of the second partial element. The antenna device according to
[3] 前記第2の部分素子の少なくとも一部は、前記第2の部分素子の開放された先端であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
[3] The antenna device according to
[4] 前記無給電素子の接地端は、前記給電箇所から前記無給電素子の共振周波数の100分の1波長相当以上の距離をおいて前記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 [4] The grounding end of the parasitic element is connected to the grounding conductor at a distance equivalent to 1/100 wavelength or more of the resonance frequency of the parasitic element from the feeding point. The antenna device according to 1.
[5] 前記第1の部分素子は、前記第1の辺と前記接地導体の端辺の間隔が前記給電箇所から前記第1の辺の他端までの距離を含む経路長によって定まる共振周波数の20分の1波長相当以下であるように配設されたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
[5] The first subelement has a resonance frequency determined by a path length including a distance from the feeding point to the other end of the first side so that an interval between the first side and the end side of the ground conductor is included. The antenna device according to
[6] 一端が前記給電箇所の近傍において前記接地導体に接続され、他端が開放されてなる付加的無給電素子をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
[6] The antenna device according to
[7] 接地導体が設けられた基板と、
前記接地導体の端辺に対向する第1の辺と前記接地導体の端辺に交差する向きの第2の辺を含む周縁を有して面をなすと共に前記第1の辺の前記第2の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有する第1の部分素子と、前記第2の辺の前記給電箇所から遠い側の一端の近傍において前記第1の部分素子から分岐すると共に前記給電箇所から前記第1の辺の他端への向きと略逆向きに形成され、かつ、先端が開放されてなる第2の部分素子と、一端が前記第1の辺の他端の近傍において前記接地導体に接続された接地端をなすと共に他端が前記第2の部分素子の少なくとも一部の近傍において開放された開放端をなす無給電素子とを有してなるアンテナとを備えたことを特徴とする無線装置。
[7] a substrate provided with a ground conductor;
The second side of the first side has a peripheral edge including a first side opposite to the end side of the ground conductor and a second side facing the end side of the ground conductor. A first partial element having a feeding point in the vicinity of one end on the side close to the side; and a branching from the first partial element in the vicinity of the one end on the second side far from the feeding point and the feeding point A second partial element formed in a direction substantially opposite to the direction from the first side to the other end of the first side and having an open end, and the grounding in the vicinity of the other end of the first side. An antenna having a grounding end connected to a conductor and a parasitic element having an open end that is open in the vicinity of at least a part of the second partial element. A wireless device.
[8] 前記アンテナは、前記無給電素子の開放端が前記第2の部分素子の少なくとも一部から前記無給電素子の共振周波数の40分の1波長相当以下の距離をおいて配設されたことを特徴とする請求項7に記載の無線装置。
[8] In the antenna, the open end of the parasitic element is disposed at a distance equal to or less than a quarter wavelength of the resonance frequency of the parasitic element from at least a part of the second partial element. The wireless device according to
[9] 前記第2の部分素子の少なくとも一部は、前記第2の部分素子の開放された先端であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の無線装置。
[9] The wireless device according to
[10] 前記アンテナは、前記無給電素子の接地端が前記給電箇所から前記無給電素子の共振周波数の100分の1波長相当以上の距離をおいて前記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項7に記載の無線装置。
[10] The antenna is characterized in that the grounding end of the parasitic element is connected to the grounding conductor at a distance equivalent to 1/100 wavelength or more of the resonance frequency of the parasitic element from the feeding point. The wireless device according to
[11] 前記アンテナは、前記第1の辺と前記接地導体の端辺の間隔が前記給電箇所から前記第1の辺の他端までの距離を含む経路長によって定まる共振周波数の20分の1波長相当以下であるように前記第1の部分素子が配設されたことを特徴とする請求項7に記載の無線装置。
[11] In the antenna, the distance between the first side and the end of the ground conductor is 1/20 of the resonance frequency determined by the path length including the distance from the feeding point to the other end of the first side. The radio apparatus according to
[12] 前記アンテナは、一端が前記給電箇所の近傍において前記接地導体に接続され、他端が開放されてなる付加的無給電素子をさらに有してなることを特徴とする請求項7に記載の無線装置。
[12] The antenna according to
1…アンテナ装置、2…基板、3…接地導体、4…給電線、10…給電箇所、11…第1部分素子、12…第2部分素子、13…下辺、14…左辺、15…分岐箇所、16…右端、17…先端、20…無給電素子、21…接地端、22…開放端。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
第1の部分素子と第2の部分素子からなるアンテナ素子と、
前記接地導体に接続された接地端と開放された開放端からなる無給電素子とを具備し、
前記第1の部分素子は面形状であって、交差する第1の辺と第2の辺を有し、前記第1の辺の前記第2の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有し、
前記第2の部分素子は前記第2の辺の少なくとも一部分において前記第1の部分素子から分岐し、
前記無給電素子の接地端は前記給電箇所に対して前記第1の部分素子と同じ側に位置し、
前記無給電素子の開放端は前記第2の部分素子の先端の近傍に位置するアンテナ装置。 A ground conductor provided on the substrate;
An antenna element comprising a first partial element and a second partial element;
A parasitic element including a ground end connected to the ground conductor and an open open end ;
The first partial element has a planar shape, has a first side and a second side that intersect each other, and a feeding point is located near one end of the first side closer to the second side. Have
The second subelement branches from the first subelement in at least a portion of the second side;
The grounding end of the parasitic element is located on the same side as the first partial element with respect to the feeding point,
An antenna device in which an open end of the parasitic element is positioned in the vicinity of a tip of the second partial element .
アンテナと
を具備し、
前記アンテナは、
第1の部分素子と第2の部分素子からなるアンテナ素子と、
前記接地導体に接続された接地端と開放された開放端からなる無給電素子とを具備し、
前記第1の部分素子は面形状であって、交差する第1の辺と第2の辺を有し、前記第1の辺の前記第2の辺に近い側の一端の近傍に給電箇所を有し、
前記第2の部分素子は前記第2の辺の少なくとも一部分において前記第1の部分素子から分岐し、
前記無給電素子の接地端は前記給電箇所に対して前記第1の部分素子と同じ側に位置し、
前記無給電素子の開放端は前記第2の部分素子の先端の近傍に位置する無線装置。 A substrate provided with a ground conductor;
An antenna,
The antenna is
An antenna element comprising a first partial element and a second partial element;
A parasitic element including a ground end connected to the ground conductor and an open open end ;
The first partial element has a planar shape, has a first side and a second side that intersect each other, and a feeding point is located near one end of the first side closer to the second side. Have
The second subelement branches from the first subelement in at least a portion of the second side;
The grounding end of the parasitic element is located on the same side as the first partial element with respect to the feeding point,
A wireless device in which an open end of the parasitic element is located near a tip of the second partial element .
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