JP6004173B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1には、チップアンテナの長さ及び回路基板の長さ、各々の調整により、回路基板に励振させる共振電流をコントロールする必要があり、アンテナ設計、回路基板設計、基板サイズ等、各設計の自由度が無く、所望の指向性をフレキシブルに調整することは困難である。また、各チップアンテナの長手方向がモジュールの長手方向に直交する配置となっているため、主な指向性方向はチップアンテナが直交する方向(基板の長手方向)に限定されてしまい、所望の指向性をフレキシブルに調整することは困難である。
また、各チップアンテナには、送受信周波数の波長(λ)に対してλ/2またはλ/4で励振する放射電極と接地電極とを有し、接地電極が回路基板の長手方向の一辺側に向くように配置されているため、アンテナの設置状態、回路基板、周辺のGND配置等の影響により、回路基板内を励振させる共振電流を所望の方向に流すことは困難であり、小型化と同時に所望の指向性をフレキシブルに調整することは困難である。
さらに、特許文献1には、回路基板の一辺近傍に設置された2つのチップアンテナが互いに直交する向きに設置されていると共に回路基板の前記一辺に対して平行又は直交している例も記載されているが、一方のチップアンテナからの放射が他方に干渉してしまうために、この場合も回路基板の長手方向に指向性が限定されてしまう不都合があった。
また、特許文献2では、アンテナ性能、特に、指向性方向が基板サイズ及び基板形状に影響を受けてしまい、設計の自由度が限られると共に、所望の指向性を含めたアンテナ性能をフレキシブルに実現することは困難である。さらに、位相切り替え機を必要としており、各アンテナ間の間隔、アンテナ占有領域の影響により、複雑化、周波数調整、インピーダンス調整が困難な場合が発生すると共に、各アンテナ間の干渉等により、所望のダイバーシチ効果をフレキシブルに実現することは困難である。
すなわち、このアンテナ装置では、一対のアンテナエレメントの基端側に配されたグランド面の端辺が、基板本体の前記端辺に直交する方向に対して45°と−45°とに傾斜して延在しているので、一対のアンテナ間で感度の弱い方向・偏波を補完し合い、等方性に近い特性を得ることができる。
すなわち、このアンテナ装置では、一対のアンテナエレメントのアンテナ素子が、互いに反対側、すなわち互いに外側に先端を向けて延在しているので、互いに内側に先端を向けて配置する場合に比べて、干渉し難く、良好なアンテナ特性を得ることができる。
すなわち、このアンテナ装置では、グランド接続延在部にインピーダンス調整用の受動素子が接続され、一対のアンテナエレメントのグランド接続延在部が、互いに内側に向けて配されているので、受動素子の設定によりフレキシブルにインピーダンス調整を行うことができると共に、グランド接続延在部が、外側に向いたアンテナ素子とグランド面との間で干渉せず、良好なアンテナ特性が得られる。また、各アンテナ間に配置されたグランド面にアンテナ素子から効果的に高周波電流を流すことができる。
すなわち、このアンテナ装置では、アンテナ素子とグランド面との距離が、共振周波数に応じた波長をλとしたときに、λ/16以下に設定されているので、アンテナ占有領域の小型化とアンテナ特性の高性能化との両立が可能になる。
すなわち、このアンテナ装置では、一対の給電点の間の距離が、共振周波数に応じた波長をλとしたときに、λ/4以下に設定されているので、基板本体全体の小型化とアンテナ特性の高性能化との両立が可能になる。
本発明のアンテナ装置によれば、一対のアンテナエレメントの基端側に配されたグランド面の端辺が、一方に対して他方が異なる方向に延在していると共に少なくとも一方が基板本体の前記端辺に対して傾斜しているので、一対のアンテナエレメントの放射が互いに干渉せず、傾斜した角度に応じて各アンテナ間の放射パターンが傾き、所望の指向性が得られてフレキシブルなダイバーシチ効果を実現可能である。
また、一対のアンテナエレメント3A,3Bの基端側に配されたグランド面GNDの端辺G1,G2が、一方に対して他方が異なる方向に延在していると共に少なくとも一方が基板本体2の端辺2aに対して傾斜している。すなわち、グランド面GNDの端辺G1,G2の少なくとも一方は、基板本体2の端辺2aに対して絶対値で0°を超えて90°未満の角度で延在している。
また、一対のアンテナエレメント3A,3Bのグランド接続延在部3aは、互いに内側に向けて配されている。
上記一対のアンテナ占有領域OP1,OP2は、基板本体2の同じ端辺2aの両端にある一対の角部に、グランド面GNDを三角形状に切り欠いた形状で設けられている。また、各アンテナ占有領域OP1,OP2に接するグランド面GNDの端辺G1,G2は、互いに直交する方向に延在している。
なお、グランド面GNDには、RF回路部品実装領域を設けることができ、複数の部品が実装可能である。
上記給電点FPには、例えば高周波回路に接続された同軸ケーブル(図示略)の芯線が接続され、該同軸ケーブルのグランド線は、近傍のグランド面GNDに接続される。
上記アンテナ素子AT1,AT2は、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図3に示すように、セラミックス等の誘電体21の表面にAg等の導体パターン22が形成されたチップアンテナである。
例えば、図5の(b)に示すように、通常のパターンアンテナ13で形成された逆F型アンテナを考えた場合、基板サイズ、周辺の設計条件によっても異なるが、図6に示すように、パターンアンテナ13とグランド面GNDとの距離aは、距離を離すほど性能は向上し、λ/4程度で飽和する傾向となる。また、その際のパターンアンテナ13の長さがλ/4程度と長くなるため、小型化と高性能化とを容易に両立することは困難となる。
そのため、当然、アンテナ素子AT1,AT2とグランド面GNDとの距離aは離した方が望ましいが、図6に示すように、本発明の実施形態では、距離aをλ/16以下にしても、アンテナ利得の低下が小さく、高性能化を実現可能となる。これにより、アンテナ占有領域OP1,OP2の小型化と同時に、高性能化の両立を実現できる。
また、一対のアンテナエレメント3A,3Bのアンテナ素子AT1,AT2が、互いに反対側、すなわち互いに外側に先端を向けて延在しているので、互いに内側に先端を向けて配置する場合に比べて、干渉し難く、良好なアンテナ特性を得ることができる。
さらに、一対の給電点FPの間の距離が、波長の4分の1以下に設定されているので、基板本体2全体の小型化とアンテナ特性の高性能化との両立が可能になる。
また、各受動素子として、第1受動素子P1aは8.7nHのインダクタであり、第1受動素子P1bは35.0nHのインダクタである。また、第2受動素子P2は4.0nHのインダクタである。
また、基板本体2の長手方向でアンテナ占有領域側に向かう方向をX方向とし、基板本体のアンテナ占有領域側の端辺2aに沿った方向でアンテナ占有領域OP1からアンテナ占有領域OP2へ向かう方向をY方向とし、基板本体2の表面に対する垂直方向をZ方向とした。この際のXY面に対する電力利得を測定した。
なお、アンテナエレメント3Aは、中心周波数:914MHz、中心周波数のVSWE:1.04、VSWR=3以下の帯域幅:41.5MHzであった。また、アンテナエレメント3Bは、中心周波数:914MHz、中心周波数のVSWE:1.05、VSWR=3以下の帯域幅:41.2MHzであった。
また、図8の(a)に示す一方のアンテナエレメント3Aの放射特性と、図8の(b)に示す他方のアンテナエレメント3Bの放射特性とからわかるように、2つのアンテナで感度の弱い方向・偏波を補完し合い、等方性に近い感度を得ることが可能であり、ダイバーシチ方式に効果的な特性が実現できる。
また、上記実施形態では、一対のアンテナエレメントにおいて同じアンテナ素子及び同じ定数の受動素子を採用しているが、条件により互いに異なるアンテナ素子や受動素子を採用しても構わない。
Claims (5)
- 絶縁性の基板本体と、
該基板本体に金属箔でパターン形成されたグランド面と、
該グランド面が形成されていない領域として前記基板本体上に前記グランド面の一部を挟んで前記基板本体の一つの端辺側に配された一対のアンテナ占有領域と、
前記一対のアンテナ占有領域内に金属箔でパターン形成され前記グランド面近傍に配された基端側に給電点がそれぞれ設けられる一対のアンテナエレメントとを備え、
前記アンテナエレメントが、基端側の少なくとも一部が前記給電点近傍の前記グランド面の端辺に対して直交する方向に延在し、前記直交する方向に延在した部分に受動素子が接続されていると共に先端側に前記グランド面の端辺に沿った方向に延在する誘電体アンテナのアンテナ素子が接続され、
前記一対のアンテナエレメントの基端側に配された前記グランド面の端辺が、一方に対して他方が異なる方向に延在していると共に少なくとも一方が前記基板本体の前記端辺に対して傾斜しており、
一対の前記アンテナ占有領域が、前記基板本体の前記端辺の両端にある一対の角部に設けられ、
前記一対のアンテナエレメントの前記アンテナ素子が、互いに反対側に先端を向けていると共に前記基板本体の前記端辺と反対側に先端を向けて延在し、前記グランド面よりも前記基板本体の角に近く配され、
前記アンテナエレメントが、前記基板本体の前記端辺の近傍まで延在していることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置において、
前記一対のアンテナエレメントの基端側に配された前記グランド面の端辺が、前記基板本体の前記端辺に直交する方向に対して45°と−45°とに傾斜して延在していることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1又は2に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナエレメントが、前記基端側の途中に一端が接続され他端が前記給電点から離間した位置で前記グランド面に接続されたグランド接続延在部を有し、前記グランド接続延在部にインピーダンス調整用の受動素子が接続され、
前記一対のアンテナエレメントの前記グランド接続延在部が、互いに内側に向けて配されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ素子と前記グランド面との距離が、共振周波数に応じた波長をλとしたときに、λ/16(16分の1波長)以下に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
一対の前記給電点の間の距離が、共振周波数に応じた波長をλとしたときに、λ/4(4分の1波長)以下に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
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