(57)【要約】【課題】  分配回路の線路の配線自由度が高く、しかもより小型化が可能なアンテナを提供する。【解決手段】  円筒の内側に位置する第１の基板２に、第１のアンテナパターン２１を螺旋状に配設し、さらに、この第１のアンテナパターン２１に信号を給電する第１の分配回路２２を配設する。円筒の外側に位置する第２の基板３に、第１のアンテナパターン２１と間隔を隔てて第２のアンテナパターン３１を螺旋状に配設し、さらに、この第２のアンテナパターン３１に信号を給電する第２の分配回路３２を配設する。第１の分配回路２２と第２の分配回路３２の間には、接地層４を配設する。【選択図】  図１
2010021618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配設された第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメントに信号を給電する第１の分配回路と、
前記第１の分配回路が配設された面と対向する面に配設され、前記第２のアンテナエレメントに信号を給電する第２の分配回路と、
前記第１の分配回路と第２の分配回路との間に配設された接地層と、
を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記基板の一方の面に、前記第１のアンテナエレメントと第１の分配回路とが配設され、
前記基板の他方の面に、前記第２のアンテナエレメントと第２の分配回路とが配設され、前記基板は筒状に形成することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記基板が、前記第１のアンテナエレメントと第１の分配回路とが配設された第１の基板と、
前記第２のアンテナエレメントと第２の分配回路とが配設された第２の基板と、からなることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記基板がひとつの基板から構成されている、ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星を利用した移動体通信の端末用アンテナとして用いられるヘリカルアンテナなど、分配回路を備えたアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばヘリカルアンテナは、放射素子であるアンテナエレメントが螺旋状に配設されたアンテナであり、複数のアンテナエレメントを配設し、各アンテナエレメントに位相差を持たせて信号を給電するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このヘリカルアンテナは、誘電性の円筒部材の外周面に、送・受信波の３／４波長相当の長さのアンテナエレメントが、相互に間隔をおいて螺旋状に配設されている。また、このような円筒部材の下方に、各アンテナエレメントに９０度の位相差を持たせて高周波信号を給電する分配回路が実装された回路基板が配設されている。そして、送信の際には、分配回路から各アンテナエレメントに対して、振幅が等しく位相が９０度ずつ異なる信号が分配給電され、それぞれの信号が各アンテナエレメントで共振して、電磁波に変換され衛星などに送信される。また、受信の際には、衛星などから送信された信号が、振幅が等しく位相が９０度ずつ異なる信号として各アンテナエレメントによって受信され、これらの信号が分配回路に送られて合成されるものである。なお、このようなヘリカルアンテナは、軸方向に強い円偏波を放射するようになっている。
【０００３】
また、アンテナエレメントと分配回路とを一体化することで、ヘリカルアンテナの小型化を図ったものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、ヘリカルアンテナは携帯端末などに取り付けられるため、その収容容積が制限され、できるだけ小型化することが望まれる。しかしながら、特許文献１のヘリカルアンテナでは、アンテナエレメントが配設された円筒部材と、分配回路が実装された回路基板とが別体であるため、ヘリカルアンテナが大型化する。このため、基板の一方の面、つまり円筒状に形成した際に外側に位置する面に、複数のアンテナエレメントを配設し、このアンテナエレメントの下方の同一面上に分配回路パターンを配設したものである。
【特許文献１】特開２００１−０５３５３１号公報
【特許文献２】特表２００２−５００４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、分配回路は、通信に使用される送・受信波の周波数などに応じて構成する必要がある。つまり、送・受信波の周波数などに応じて、インピーダンスなどを調整するとともに、通過ロスが低い適正な分配回路を構成する必要がある。これに対して、上記特許文献２のヘリカルアンテナでは、アンテナエレメントと同一面上に分配回路を配設するため、その配設面積が制限され、分配回路の線路の配線自由度が低い。このため、送・受信波の周波数によっては、適正な分配回路を配設することが困難な場合が生じる。例えば、１．０ＧＨｚ程度の低い周波数では長い線路長を要し、通過ロスを低減するには幅広の線路が望ましいが、配設面積が小さく制限されているため、このような線路の分配回路を配設することが困難となる。あるいは、適正な分配回路を配設するには、分配回路の配設面積を大きくする必要があり、ヘリカルアンテナ全体が大型化する。
【０００５】
そこでこの発明は、分配回路の線路の配線自由度が高く、しかもより小型化が可能なアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、基板に配設された第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントと、前記第１のアンテナエレメントに信号を給電する第１の分配回路と、前記第１の分配回路が配設された面と対向する面に配設され、前記第２のアンテナエレメントに信号を給電する第２の分配回路と、前記第１の分配回路と第２の分配回路との間に配設された接地層と、を備えることを特徴とするアンテナである。
【０００７】
この発明によれば、第１の分配回路と第２の分配回路とが対向して配設され、しかも、第１の分配回路と第２の分配回路との間に接地層が配設された三層構造となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナにおいて、前記基板の一方の面に、前記第１のアンテナエレメントと第１の分配回路とが配設され、前記基板の他方の面に、前記第２のアンテナエレメントと第２の分配回路とが配設され、前記基板は筒状に形成することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナにおいて、前記基板が、前記第１のアンテナエレメントと第１の分配回路とが配設された第１の基板と、前記第２のアンテナエレメントと第２の分配回路とが配設された第２の基板と、からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のアンテナにおいて、前記基板がひとつの基板から構成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、対向する２つの面に分けて分配回路を配設するとともに、両分配回路の間に接地層を設けたため、接地層の面積を縮小することなく、分配回路の配設面積を広く確保することができる。つまり、基板の端部などを配設部として分配回路を配設する場合に、その配設部の両面を分配回路の配設面とすることができるため、分配回路の線路の配線自由度が高くなる。この結果、同じ大きさの配設部に対して、片面のみに配設する場合の２倍程度の配設面積が確保されるため、送・受信波の周波数に応じた長い線路や、幅広の線路の分配回路を配設することが、容易に可能となる。また、片面のみに分配回路を配設する場合に比べ本発明は、半分程度の配設部を確保すればよいため、アンテナを小型化することが可能となる。さらに、２つの分配回路で接地層を挟んだ三層構造となるため、強度、剛性が高まる。この結果、基板として薄い基板材や低強度の基板材を用いても、所定の強度、剛性を確保することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、基板を筒状に形成して円筒状のカバーに挿入などすることで、ヘリカルアンテナやホイップアンテナなどを容易に製作することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、二枚の基板から構成されているため、薄い基板材や低強度の基板材を用いても、所定の強度、剛性を確保することが可能となる。また、それぞれにアンテナエレメントと分配回路が配設された基板を重ね合わせるだけで、アンテナを容易に製作することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、基板がひとつの基板から構成されているため、アンテナが薄型化し、より軽量化、小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜６は、この実施の形態に係るヘリカルアンテナ（アンテナ）１を示す図である。このヘリカルアンテナ１は、円筒状の基板にアンテナエレメントが螺旋状に配設されたアンテナであり、主として、第１の基板２と、第２の基板３と、グランド層（接地層）４とを備えている。
【００１７】
図２は、第１の基板２の展開図であり、この第１の基板２は、ポリイミドなど曲げやすく円筒状に形成可能な材料で構成されたシート状で、略平行四辺形のエレメント配設部２Ａと、このエレメント配設部２Ａの下方に位置する略長方形の分配回路配設部２Ｂとが、一体的に形成されている。エレメント配設部２Ａの傾斜角θ、つまり平行四辺形の底辺と側辺とのなす角および長さＬは、第１の基板２を螺旋状に巻いて円筒状に形成した際に、所定の巻き数と円筒長さが得られるように設定されている。また、エレメント配設部２Ａの表面には、２つの第１のアンテナパターン（第１のアンテナエレメント）２１が、後述するような所定の間隔を置いて平行に配設されている。
【００１８】
この第１のアンテナパターン２１は、導電性部材例えば銅箔で構成され、略直線状の第１の送信パターン２１Ａと第１の受信パターン２１Ｂとを備え、それらが分配回路配設部２Ｂ側である下端部で接続されている。第１の送信パターン２１Ａの長さは、送信帯域の周波数で共振するように、例えば、送信波の３／４波長相当に設定され、第１の受信パターン２１Ｂの長さは、受信帯域の周波数で共振するように、例えば、受信波の３／４波長相当に設定されている。ここで、この実施の形態では、送信帯域の周波数が受信帯域の周波数よりも低く、第１の送信パターン２１Ａが第１の受信パターン２１Ｂよりも長く設定されている。
【００１９】
分配回路配設部２Ｂは、図３で示す領域で、その表面には、第１の分配回路２２が配設されている。この第１の分配回路２２は、２つの第１のアンテナパターン２１に接続され、後述するようにして、各第１のアンテナパターン２１に対して信号を送受信する回路であり、導電性部材例えば銅箔から構成されている。また、分配回路配設部２Ｂには接続用孔２Ｃが形成され、後述するようにグランド層４と重ねた際に、この接続用孔２Ｃからグランド層４が臨むようになっている。
【００２０】
図４は、第２の基板３の展開図であり、この第２の基板３は、第１の基板２と線対称な形状をしており、第１の基板２と同等の構成となっている。すなわち、エレメント配設部３Ａの表面に、２つの第２のアンテナパターン（第２のアンテナエレメント）３１が配設され、分配回路配設部３Ｂの表面に、第２の分配回路３２が配設されている。ここで、第２のアンテナパターン３１は、第１の送信パターン２１Ａに相当する第２の送信パターン３１Ａと、第１の受信パターン２１Ｂに相当する第２の受信パターン３１Ｂとから構成されている。また、第１の基板２と第１の基板３とを重ねた際に、第１のアンテナパターン２１と第２のアンテナパターン３１とが交互に位置し、かつ、所定の間隔を隔てて位置するように、第１のアンテナパターン２１と第２のアンテナパターン３１とが配設されている。
【００２１】
第１の分配回路２２および第２の分配回路３２は、各アンテナパターン２１、３１に対して、振幅が等しく位相が順次９０度ずつ異なる信号、つまり０度、９０度、１８０度、２７０度の信号を入出力するように構成されている。すなわち、送信の際には、送信波信号を振幅が等しく位相が順次９０度ずつ異なる信号として、各アンテナパターン２１、３１の送信パターン２１Ａ、３１Ａに出力、給電する。例えば、一方（図２中左側）の第１のアンテナパターン２１の第１の送信パターン２１Ａには、位相が０度の信号を出力し、一方（図４中右側）の第２のアンテナパターン３１の第２の送信パターン３１Ａには、位相が９０度の信号を出力し、他方（図２中右側）の第１のアンテナパターン２１の第１の送信パターン２１Ａには、位相が１８０度の信号を出力し、他方（図４中左側）の第２のアンテナパターン３１の第２の送信パターン３１Ａには、位相が２７０度の信号を出力する。また、受信の際には、各アンテナパターン２１、３１の受信パターン２１Ｂ、３１Ｂで受信された振幅が等しく位相が順次９０度ずつ異なる信号を、合成して受信波信号を生成するものである。このように、２つの分配回路２２、３２によって、４つのアンテナパターン２１、３１に対して信号の入出力を行っており、言い換えると、４つのアンテナパターン２１、３１に対する分配回路が２つの分配回路２２、３２に分けて構成されている。
【００２２】
また、第１の分配回路２２および第２の分配回路３２には、図３、５に示すように、それぞれ第１の貫通孔２２ａ、第２の貫通孔３２ａが形成されている。この第１の貫通孔２２ａと第２の貫通孔３２ａは、同径で、第１の基板２と第１の基板３とを重ねた際に、同心に位置するように形成されている。
【００２３】
グランド層４は、導電性部材例えば銅箔で構成され、分配回路配設部２Ｂ、３Ｂに挟まれた状態で、第１の貫通孔２２ａおよび第２の貫通孔３２ａと同心に位置するように、貫通孔が形成されている。この貫通孔は、第１の貫通孔２２ａよりも大径で、後述する芯線１０２がグランド層４に接触しないようになっている。
【００２４】
このような第１の基板２と第２の基板３とグランド層４とを重ねて、ヘリカルアンテナ１が構成されている。すなわち、第１の基板２の裏面と第２の基板３の裏面とを合わせ、分配回路配設部２Ｂ、３Ｂでグランド層４を挟んだ状態で、第１の基板２と第２の基板３とが重ねられている。そして、このような重ね基板を、第１の基板２が内側に位置するように螺旋状に巻いて円筒状にし、その両端部が固定されてヘリカルアンテナ１が形成されている。このような状態では、円筒状の重ね基板の内面に、２つの第１のアンテナパターン２１が螺旋状に配設され、第１の分配回路２２が円筒状に配設されている。同様に、重ね基板の外面に、２つの第２のアンテナパターン３１が螺旋状に配設され、第２の分配回路３２が円筒状に配設されている。さらに、第１のアンテナパターン２１と第２のアンテナパターン３１とが交互に位置し、かつ、第１のアンテナパターン２１と第２のアンテナパターン３１とが所定の一定間隔を隔てて配設されている。また、第１の分配回路２２と第２の分配回路３２とが対向し、両分配回路２２、３２に挟まれるように、第１の基板２と第２の基板３との間にグランド層４が配設されている。
【００２５】
ここで、第１の基板２と第２の基板３とグランド層４の積層状態を図６に示す。この図に示すように、分配回路配設部２Ｂ、３Ｂにおいては、ヘリカルアンテナ１の内面側から順次、第１の分配回路２２、接着層、第１の基板２、接着層、グランド層４、接着層、第２の基板３、接着層、第２の分配回路３２となっている。また、エレメント配設部２Ａ、３Ａにおいては、内面側から順次、第１のアンテナパターン２１、接着層、第１の基板２、接着フィルム、第２の基板３、接着層、第２のアンテナパターン３１となっている。
【００２６】
このようなヘリカルアンテナ１は、円筒外に円筒状のカバーが装着されて、携帯端末に取り付けられる。また、分配回路配設部２Ｂ、３Ｂとグランド層４とを貫通する固定用孔１Ａが形成され、この固定用孔１Ａにカバーの固定部が嵌合することで、ヘリカルアンテナ１が筒状に固定される。そして、携帯端末内の送受信回路に、第１の分配回路２２の入出力ポートが接続され、第１の分配回路２２を介して第２の分配回路３２が送受信回路に接続されている。すなわち、図３に示すように、送受信回路からのケーブル１００の網線１０１が、接続用孔２Ｃから臨むグランド層４にハンダにより接続され、さらにケーブル１００の芯線１０２が、貫通孔２２ａ、３２ａを通り周りの導電性部材例えば銅箔にハンダにより接続されている。
【００２７】
次に、このような構成のヘリカルアンテナ１の作用について説明する。
【００２８】
まず、送信の際には、携帯端末内の送受信回路から分配回路２２、３２に送信波信号が伝達されると、上記のように分配回路２２、３２によって、振幅が等しく位相が順次９０度ずつ異なる信号が、各アンテナパターン２１、３１の送信パターン２１Ａ、３１Ａに出力される。これにより、各信号がそれぞれの送信パターン２１Ａ、３１Ａで共振し、電磁波に変換されて放射される。そして、４つの送信パターン２１Ａ、３１Ａから放射された電磁波が空間で合成されて、所定の高周波信号として送信される。また、受信の際には、衛星などから送信された高周波信号が各アンテナパターン２１、３１の受信パターン２１Ｂ、３１Ｂによって受信される。このとき、４つの受信パターン２１Ｂ、３１Ｂで受信される信号は、上記のように、振幅が等しく位相がそれぞれ順次９０度ずつ異なる信号であり、これらの信号が分配回路２２、３２で合成され、受信波信号として携帯端末内の送受信回路に伝達されるものである。
【００２９】
以上のように、このヘリカルアンテナ１によれば、４つのアンテナパターン２１、３１に対する分配回路を２つの分配回路２２、３２に分けて構成し、それらを重ねて配設するため、ヘリカルアンテナ１を小型化することが可能となる。すなわち、２つの分配回路２２、３２をひとつの面に配設する場合、２つの分配回路配設部２Ｂ、３Ｂに相当する程度の配設部を要する。これに対して、この実施の形態によれば、２つの分配回路２２、３２の配設に要する面積の半分程度の面積の分配回路配設部２Ｂ、３Ｂを有すればよいため、ヘリカルアンテナ１を小型化することができる。一方、ヘリカルアンテナ１の大きさが規定され、分配回路を配設する配設部の大きさが制限されている場合でも、その両面をそれぞれ分配回路配設部２Ｂ、３Ｂとして分配回路２２、３２を配設するため、分配回路の線路の配線自由度が高くなる。つまり、各分配回路２２、３２を配設できる面積が従来の２倍程度に広くなり、その配線自由度が高くなる。この結果、送・受信波の周波数や、要求される通信品質などに応じて、柔軟に分配回路を配設することが容易に可能となる。例えば、送・受信波が、１．０ＧＨｚ程度の低い周波数になったとしても、ヘリカルアンテナ１を大きくすることなく適正な分配回路を容易に配設することが可能となり、また、線路間の結合を解消したり、線路を幅広にして通過ロスを低減したりすることが、容易に可能となる。さらに、分配回路２２、３２の多段化による広帯域化などが可能となる。
【００３０】
また、分配回路配設部２Ｂ、３Ｂにおいては、グランド層４を挟んだ三層構造となるため、強度、剛性が高まる。この結果、第１の基板２および第２の基板３として、薄い基板材やポリイミドなどの低強度、低剛性の基板材を用いても、所定の強度、剛性を確保することが可能となる。
【００３１】
（実施の形態２）
この実施の形態では、アンテナエレメントを配設する基板がひとつの基板で構成されている点で、実施の形態１と構成が異なる。ここで、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略し、以下の実施の形態においても同様とする。
【００３２】
すなわち、図７に示すように、分配回路配設部２Ｂ、３Ｂにおいては、ヘリカルアンテナ１の内面側から順次、第１の分配回路２２、第１の基板２、接着層、グランド層４、接着層、第２の基板３、第２の分配回路３２となっている。また、エレメント配設部２Ａ、３Ａにおいては、内面側から順次、第１のアンテナパターン２１、第１の基板２、第２のアンテナパターン３１となっている。このような構成によれば、ひとつの基板２の両面にそれぞれアンテナパターン２１、３１が配設されているため、ヘリカルアンテナ１が薄型化し、より軽量化、小型化することが可能となる。
【００３３】
（実施の形態３）
図８は、この実施の形態に係るフィルムアンテナ（アンテナ）１０を示す平面図である。
【００３４】
この実施の形態では、第１の基板２と第２の基板３がともに長方形状で、第１の基板２の表面に第１のアンテナパターン２１と第１の分配回路２２が配設され、第２の基板３の表面に第２のアンテナパターン３１と第２の分配回路３２が配設されている。そして、図９に示すように、第１の分配回路２２が配設されている部分の裏面と、第２の分配回路３２が配設されている部分の裏面とを重ね合わせることで、第１の基板２と第２の基板３とが接続されている。また、第１の基板２と第２の基板３の重なり部を貫通する貫通孔１０Ａが形成され、実施の形態１と同様に、この貫通孔１０Ａにケーブル１００の芯線１０２が通され、芯線１０２が分配回路２２、３２に接続されている。
【００３５】
このような構成のフィルムアンテナ１０によれば、第１の分配回路２２と第２の分配回路３２とが対向して重なるように配設されているため、分配回路２２、３２の配設領域、占有空間を小さくしてフィルムアンテナ１０を小型化することが可能となる。
【００３６】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、第１の基板２に２つの第１のアンテナパターン２１が配設され、第２の基板３に２つの第２のアンテナパターン３１が配設されているが、送受信する信号の位相差、位相差数に応じた数のアンテナパターン２１、３１を配設すればよい。また、第１のアンテナパターン２１と第２のアンテナパターン３１とが交互に位置するように配設されているが、第１のアンテナパターン２１同士を隣接して配設し、その隣に第２のアンテナパターン３１同士を隣接したり、第１のアンテナパターン２１間に２つの第２のアンテナパターン３１を配設したりしてもよい。さらに、アンテナパターンと分配回路の配設数は上記に限らず、例えば、第１の基板２にひとつの第１のアンテナパターン２１を配設し、第２の基板３に３つの第２のアンテナパターン３１を配設したり、異なる数の分配回路を第１の基板２と第２の基板３に配設してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、この発明に係るアンテナは、送・受信波の周波数などに柔軟に対応することが可能で、しかもより小型化が可能なものとして極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るヘリカルアンテナを示す斜視図である。
【図２】図１のヘリカルアンテナの第１の基板の展開図である。
【図３】図２の第１の基板の分配回路配設部の拡大図である。
【図４】図１のヘリカルアンテナの第２の基板の展開図である。
【図５】図４の第２の基板の分配回路配設部の拡大図である。
【図６】図１のヘリカルアンテナの積層状態を示す拡大断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るヘリカルアンテナの積層状態を示す拡大断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るフィルムアンテナの平面図である。
【図９】図８のフィルムアンテナの正面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１          ヘリカルアンテナ（アンテナ）
２          第１の基板
２１        第１のアンテナパターン（第１のアンテナエレメント）
２２        第１の分配回路
２２ａ      第１の貫通孔
３          第２の基板
３１        第２のアンテナパターン（第２のアンテナエレメント）
３２        第２の分配回路
３２ａ      第２の貫通孔
２Ａ、３Ａ  エレメント配設部
２Ｂ、３Ｂ  分配回路配設部
４          グランド層（接地層）
【図１】
2010021618.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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