JP5742426B2 - 板状逆fアンテナ - Google Patents
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Description
板状逆Fアンテナ200は、回路基板のGND面上に設置される板状の接地要素100と、接地要素100と略平行に延びている板状の放射要素120(長さL1、高さH)と、接地要素100と放射要素120を短絡する板状の短絡要素140,160とを備える。短絡要素160には、回路基板からの無線信号が印加される給電部Fが設けられる。板状逆Fアンテナ200は、文字通り全体として逆Fの字の形状で構成されている。
図2には、この板状逆Fアンテナ200を回路基板のGND面上に実装した状態を示している。図2に示すように、K1×K2の大きさのGND面(X−Z平面)上に板状逆Fアンテナ200の接地要素100が取り付けられている。図2に示すように、板状逆Fアンテナ200は、回路基板上に実装される他の部品と干渉しないように回路基板上の端部に実装されることがある。
この板状逆Fアンテナは、
(A)接地面を形成する接地要素;
(B)接地面と離間しつつ接地要素と同一方向に延びている第1放射要素;
(C)接地要素と第1放射要素を短絡する要素であって、第1放射要素の端部に設けられる第1短絡要素;
(D)接地要素と第1放射要素を短絡する要素であって、第1短絡要素と離間して設けられる第2短絡要素;
(E)第1短絡要素または前記第2短絡要素のいずれかに設けられた給電部;
(F)接地面と平行で、かつ第1放射要素に対して長手方向に沿って部分的に延設されている要素であって、給電部の近傍において実質的に第1放射要素の幅を広げるようにして設けられている第2放射要素;
を備える。ここで、第2放射要素の長さは、第1短絡要素と第2短絡要素の間の距離よりも長い。
(1−1)板状逆Fアンテナの構造
先ず、第1の実施形態の板状逆Fアンテナの構造について、図4および図5を参照して説明する。図4は、実施形態に係る板状逆Fアンテナ1を示す斜視図である。図5は、図4に示した板状逆Fアンテナ1が通信モジュールの回路基板に実装された状態を示す図である。
図4に示すように、本実施形態の板状逆Fアンテナ1は、板状の複数の要素を含む板金またはフィルムアンテナである。すなわち、板状逆Fアンテナ1は、接地要素10、第1放射要素12、第1短絡要素14、第2短絡要素16および第2放射要素18を備える。本実施形態の板状逆Fアンテナ1の板金の材料は、例えば銅や洋白(銅と亜鉛、ニッケルから構成される合金)などの金属であることが好ましい。
接地要素10は、GND(グランド)面(接地面)を形成しており、このGND面は、板状逆Fアンテナ1が取り付けられる通信モジュールの回路基板のGND面(基板GND面)に取り付けられる。接地要素10の長手方向の長さは、取り付け対象となる回路基板のGND面の領域を超えない程度であればよい。具体的には、図5に示すように、K1×K2の大きさのGND面(X−Z平面)上に本実施形態の板状逆Fアンテナ1の接地要素10を取り付ける場合を想定すると、接地要素10の長手方向の長さはK1と同一か、またはそれよりも短ければよい。なお、図5に示すように、板状逆Fアンテナ1は、回路基板上に実装される他の部品と干渉しないように回路基板の基板GND面上の端部に実装されることがあるが、取り付け位置は図5に示した位置に限られない。
また、図4では第2放射要素18の幅をWで示しているが、第2放射要素18は、給電部Fの近傍において実質的に第1放射要素12の幅を広げるようにして設けられている。これにより、後述するように、板状逆Fアンテナ1の共振時において、第1放射要素12の幅Wの広さに応じた複数の電流経路を設けることが可能となっている。ここで、本実施形態の板状逆Fアンテナ1では、第1放射要素12が形成される面とGND面が直交し、第2放射要素18が形成される面とGND面とが平行になっている。そのため、第2放射要素18の幅Wを広くすることは、板状逆Fアンテナ1の高さHを大きくすることにならず、板状逆Fアンテナ1全体を低姿勢とすることができる。
次に、本実施形態の板状逆Fアンテナ1の取付例について、図6〜8を参照して説明する。
図6は、本実施形態の板状逆Fアンテナ1の一取付例を示す図である。図5に示したように、本実施形態の板状逆Fアンテナ1は、通信モジュールの基板GND面に取り付けられた状態では、特に第1放射要素12の剛性が低く、図4に示した形状を維持することが難しいことが考えられる。そこで、図6に示すように、接地要素10と第2放射要素18の間に誘電体ブロック50を介挿し、この誘電体ブロック50に第1放射要素12を当接させる、あるいは接着させるようにしてもよい。図6に示す取付例では、誘電体ブロック50の底部が基板GND面に接着剤等で接着させられる。誘電体ブロック50の材料としては、例えばABS等のプラスチック等でよい。
次に、図9を参照して、本実施形態の板状逆Fアンテナ1の動作を説明する。図9は、本実施形態の板状逆Fアンテナの動作を説明するための図である。
次に、図10および図11を参照して、本実施形態の板状逆Fアンテナ1のL1,L2(図4参照)を変更したときの特性例について説明する。図10において、(a)は第2放射要素18の長さL2を変更したときの板状逆Fアンテナ1の帯域幅BW(Band Width)(VSWR=2のとき)を、(b)はアンテナ共振時の第1放射要素12の長さL1と第2放射要素18の長さL2の関係を、それぞれ示している。図11は、板状逆Fアンテナ1の電磁界シミュレータによる結果であり、本実施形態の板状逆Fアンテナ1の(a)VSWR特性と、(b)X−Y平面における指向性とを示している。なお、図10および図11は、図4において、H=9mm、短絡要素間の間隔=4〜5mm、各短絡要素の幅=2mm、アンテナの各要素の板厚を0.4mmとし、図5において、K1=K2=70mmとした場合の結果である。また、図10および図11に示した例では、本実施形態の板状逆Fアンテナ1は、中心周波数(動作周波数)が1GHzで動作するアンテナとして設計したものである。
図10(b)から、空気(air)が挿入されている場合には、L1が板状逆Fアンテナ1の動作周波数のλ/4に相当する約70mm(1GHzではλ=300mm)であるときに共振していることが分かる。誘電体ブロック(比誘電率をεr=3)が挿入されている場合には、誘電体による波長短縮効果から等価的にアンテナ実効長が短くなり、L1が約54mmであるときに共振していることが分かる。
このようなことが生ずる理由は、L2を長くし過ぎると、図9に示した、板状逆Fアンテナ1の動作において等価な複数の電流が生じ難くなり、放射要素の幅が全域で広くなった板状逆Fアンテナと同一の特性に近くなっていくためである。放射要素の幅が全域で広くなると、電流経路が異なる複数の共振モードが生じない。L2を長くし過ぎる場合であってもL2=L1でなければ、等価な複数の電流による効果はある程度得られると考えられるが、共振時における第1放射要素12の先端近傍における電流はゼロに近く、等価な複数の電流の分散が生じ難くなるため、その効果は限られる。
よって、第2放射要素18を設けることで帯域幅は増加するが、その増加代を極大化するためには、第2放射要素18の長さL2は概ね、L1×1/4〜L1×3/4の範囲にあることが好ましい。
本実施形態の板状逆Fアンテナは、図4に示した形状以外の様々な形状に改変することができる。
例えば、板状逆Fアンテナ1は、取り付け対象となる通信モジュールの筐体のサイズによる制約条件に応じて、適宜改変することができる。例えば、図12に例示するように、第1放射要素12の長手方向において筐体のサイズに制限がある場合には、その筐体にアンテナを収容できるように、第1放射要素12の先端部に折り曲げ部12aを設け、アンテナ実効長を確保しつつ通信モジュールの所定の大きさの筐体に収容できるようにしてもよい。
以下、第2の実施形態の板状逆Fアンテナについて説明する。
第2の実施形態の板状逆Fアンテナの構造について、図14を参照して説明する。図14は、本実施形態に係る板状逆Fアンテナ2を示す斜視図である。
図14に示すように、本実施形態の板状逆Fアンテナ2は、前述した板状逆Fアンテナ1と同様、板状の複数の要素を含む板金またはフィルムアンテナである。すなわち、板状逆Fアンテナ2は、接地要素20、第1放射要素22、第1短絡要素24、第2短絡要素26および第2放射要素38を備える。
また、第1の実施形態の第2放射要素18と同様に、本実施形態の第2放射要素38は、給電部Fの近傍において実質的に第1放射要素22の幅を広げるようにして設けられている。これにより、板状逆Fアンテナ2の共振時において、第1放射要素22の幅の広さに応じた複数の電流経路を設けることが可能となっている。板状逆Fアンテナ2の共振動作は、第1の実施形態で述べた動作を同様である。ここで、本実施形態の板状逆Fアンテナ2では、第1放射要素22および第2放射要素38が形成される面とGND面が平行になっている。そのため、第2放射要素38の幅を広くすることは、板状逆Fアンテナ2の高さを大きくすることにならず、板状逆Fアンテナ2全体を低姿勢とすることができる。
板状の複数の要素を含む板状逆Fアンテナであって、
接地面を形成する接地要素と、
前記接地面と離間しつつ接地要素と同一方向に延びている第1放射要素と、
接地要素と第1放射要素を短絡する要素であって、第1放射要素の端部に設けられる第1短絡要素と、
接地要素と第1放射要素を短絡する要素であって、第1短絡要素と離間して設けられる第2短絡要素と、
前記第1短絡要素または前記第2短絡要素のいずれかに設けられた給電部と、
前記接地面と平行で、かつ第1放射要素に対して長手方向に沿って部分的に延設されている要素であって、前記給電部の近傍において実質的に前記第1放射要素の幅を広げるようにして設けられている第2放射要素と、
を備えた、板状逆Fアンテナ。
前記第2放射要素は、前記第1放射要素と直交した平面に設けられていることを特徴とする、
付記1に記載された板状逆Fアンテナ。
前記第2放射要素は、前記第1放射要素と同一平面に設けられていることを特徴とする、
付記1に記載された板状逆Fアンテナ。
前記第1放射要素の長手方向の長さをL1としたとき、前記第2放射要素の長手方向の長さはL1×1/4〜L1×3/4の範囲にあることを特徴とする、
付記1〜3のいずれかに記載された板状逆Fアンテナ。
前記第2放射要素は、前記第1放射要素の両端のうち前記第1短絡要素が設けられている端から、第1放射要素の長手方向に沿って延設されている矩形要素であることを特徴とする、
付記1〜4のいずれかに記載された板状逆Fアンテナ。
前記第2放射要素は、前記第1放射要素の両端のうち前記第1短絡要素が設けられている端から、第1放射要素の長手方向へ延びるにつれて幅が狭くなっている要素であることを特徴とする、
付記1〜4のいずれかに記載された板状逆Fアンテナ。
前記第1放射要素と前記接地要素の間に介挿される誘電体ブロックをさらに備えることを特徴とする、
付記1〜6のいずれかに記載された板状逆Fアンテナ。
10,20…接地要素
12,22…第1放射要素
14,24…第1短絡要素
16,26…第2短絡要素
18,28,38…第2放射要素
F…給電部
Claims (4)
- 板状の複数の要素を含む板状逆Fアンテナであって、
接地面を形成する接地要素と、
前記接地面と離間しつつ接地要素と同一方向に延びている第1放射要素と、
接地要素と第1放射要素を短絡する要素であって、第1放射要素の端部に設けられる第1短絡要素と、
接地要素と第1放射要素を短絡する要素であって、第1短絡要素と離間して設けられる第2短絡要素と、
前記第1短絡要素または前記第2短絡要素のいずれかに設けられた給電部と、
前記接地面と平行で、かつ第1放射要素に対して長手方向に沿って部分的に延設されている要素であって、前記給電部の近傍において実質的に前記第1放射要素の幅を広げるようにして設けられている第2放射要素と、
を備え、
前記第2放射要素の長さは、前記第1短絡要素と前記第2短絡要素の間の距離よりも長い、板状逆Fアンテナ。 - 前記第2放射要素は、前記第1放射要素と直交した平面に設けられていることを特徴とする、
請求項1に記載された板状逆Fアンテナ。 - 前記第2放射要素は、前記第1放射要素と同一平面に設けられていることを特徴とする、
請求項1に記載された板状逆Fアンテナ。 - 前記第1放射要素の長手方向の長さをL1としたとき、前記第2放射要素の長手方向の長さはL1×1/4〜L1×3/4の範囲にあることを特徴とする、
請求項1〜3のいずれかに記載された板状逆Fアンテナ。
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