(57)【要約】  【課題】  放射抵抗の高い折り返しダイポールアンテナおよびそれを用いた通信装置を提供する。  【解決手段】  誘電体基板２０と、誘電体基板２０の第１の主面または内部に設けられた第１の線路状導体１１と、誘電体を介して第１の線路状導体１１と対向するように設けられているとともに、給電線路が接続された第２の線路状導体１２と、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の両端を接続する第１の接続導体５１および第２の接続導体５２とを有し、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２および誘電体基板２０で構成される伝送線路の特性インピーダンスが、誘電体基板２０および第２の線路状導体１２のみで構成したダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍よりも小さいことを特徴とする折り返しダイポールアンテナおよびそれを用いた通信装置とする。【選択図】  図２
2014150334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
該誘電体基板の第１の主面または内部に設けられた第１の線路状導体と、
前記誘電体基板を形成する誘電体を介して前記第１の線路状導体と対向するように、前記誘電体基板の第２の主面または内部に設けられているとともに、長さ方向の中央に一対の給電線路が接続された第２の線路状導体と、
前記第１の線路状導体および前記第２の線路状導体の一方端同士を接続する第１の接続導体と、
前記第１の線路状導体および前記第２の線路状導体の他方端同士を接続する第２の接続導体と、
を少なくとも有する折り返しダイポールアンテナであって、
前記第１の線路状導体，前記第２の線路状導体および前記誘電体基板で構成される伝送線路の特性インピーダンスが、前記誘電体基板および前記第２の線路状導体のみで構成したダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍よりも小さいことを特徴とする折り返しダイポールアンテナ。
【請求項２】
前記第１の線路状導体および前記第２の線路状導体の各々にインダクタが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の折り返しダイポールアンテナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の折り返しダイポールアンテナと、該折り返しダイポールアンテナに接続された受信回路および送信回路の少なくとも一方とを、少なくとも有していることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、折り返しダイポールアンテナおよびそれを用いた通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイポールアンテナにインダクタを挿入することによって小型化する技術が知られている。また、放射効率を高めるために放射抵抗を高くしたダイポールアンテナとして、折り返しダイポールアンテナが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０５１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の折り返しダイポールアンテナの放射抵抗も充分ではなく、特に、小型化を図るためにインダクタを挿入すると、放射抵抗が小さくなり、それによって放射効率が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、放射抵抗が高い折り返しダイポールアンテナおよびそれを用いた通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の折り返しダイポールアンテナは、誘電体基板と、該誘電体基板の第１の主面または内部に設けられた第１の線路状導体と、前記誘電体基板を形成する誘電体を介して前記第１の線路状導体と対向するように、前記誘電体基板の第２の主面または内部に設けられているとともに、長さ方向の中央に一対の給電線路が接続された第２の線路状導体と、前記第１の線路状導体および前記第２の線路状導体の一方端同士を接続する第１の接続導体と、前記第１の線路状導体および前記第２の線路状導体の他方端同士を接続する第２の接続導体と、を少なくとも有する折り返しダイポールアンテナであって、前記第１の線路状導体，前記第２の線路状導体および前記誘電体基板で構成される伝送線路の特性インピーダンスが、前記誘電体基板および前記第２の線路状導体のみで構成したダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍よりも小さいことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の通信装置は、前記ダイポールアンテナと、該折り返しダイポールアンテナに接続された受信回路および送信回路の少なくとも一方とを、少なくとも有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の折り返しダイポールアンテナによれば、放射抵抗が高いアンテナを得ることができる。本発明の通信装置によれば、高性能な通信装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の第２の例の折り返しダイポールアンテナの構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の第２の例の折り返しダイポールアンテナの構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の第３の例の通信装置を模式的に示すブロック図である。
【図９】折り返しダイポールアンテナの放射特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の折り返しダイポールアンテナならびにそれを用いた通信装置を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態の第１の例）
図１，図２は、本発明の実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナの構成を模式的に示す斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ’線断面図である。なお、図２においては、図１における誘電体基板２０を透視した状態を示している。
【００１２】
本例の折り返しダイポールアンテナは、図１〜図４に示すように、誘電体基板２０と、第１の線路状導体１１と、第２の線路状導体１２と、第１の接続導体５１と、第２の接続導体５２と、給電線路３１と、給電線路３２とを有している。
【００１３】
誘電体基板２０の比誘電率は、例えば２〜２０程度とされる。誘電体基板２０の材質としては、特に限定するものではなく、ガラスエポキシ等の樹脂を使用することも可能であるが、誘電体基板２０を形成する際の精度および製造の容易性の点からは誘電体セラミックスを使用することが望ましい。誘電体基板２０の厚みは、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍ程度とされる。
【００１４】
第１の線路状導体１１は、誘電体基板２０の第１の主面２０ａに設けられている。第２の線路状導体１２は、誘電体基板２０を形成する誘電体を介して第１の線路状導体１１と対向するように、誘電体基板２０の第２の主面２０ｂに設けられている。また、第２の線路状導体１２の長さ方向の中央に一対の給電線路３１，３２が接続されている。詳細には、第２の線路状導体１２の長さ方向の中央が分割されており、その分割部における一方の端部に給電線路３１が接続されており、分割部における他方の端部に給電線路３２が接続されている。すなわち、第２の線路状導体１２は、同じ長さを有する線路状導体１２ａと線路状導体１２ｂとに分割されており、分割部における線路状導体１２ａの端部に給電線路３１が接続されており、分割部における線路状導体１２ｂの端部に給電線路３２が接続されている。また、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の長さは、基本的には、使用周波数の波長の１／２に設定される。
【００１５】
第１の接続導体５１は、誘電体基板２０を貫通するように設けられており、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の一方端同士を接続している。第２の接続導体５２は、誘電体基板２０を貫通するように設けられており、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の他方端同士を接続している。
【００１６】
第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２，給電線路３１，給電線路３２，第１の
接続導体５１および第２の接続導体５２は、導電性の良い種々の材料を用いて形成することができる。例えば、金，銀，銅およびそれらの合金等の、良導電性の金属を用いて形成することができる。また、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２，給電線路３１，給電線路３２の厚みは、例えば、３μｍ〜５０μｍ程度とされる。第１の接続導体５１および第２の接続導体５２としては、例えば、スルーホールやビアホールを好適に用いることができる。
【００１７】
このような構成を有する本例の折り返しダイポールアンテナは、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２，第１の接続導体５１，第２の接続導体５２および誘電体基板２０によって折り返しダイポールアンテナが構成されており、給電線路３１，３２を介して給電されることによって、折り返しダイポールアンテナとして機能する。
【００１８】
本例の折り返しダイポールアンテナは、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２および誘電体基板２０で構成される伝送線路の特性インピーダンスが、誘電体基板２０および第２の線路状導体１２のみで構成したダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍よりも小さくなるように設定されている。
【００１９】
第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２および誘電体基板２０で構成される伝送線路とは、例えば、図４に示すように、誘電体基板２０を介して対向するように配置された第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の２つの線路導体によって紙面に垂直な方向に電気信号が伝送される伝送線路のことである。伝送線路の特性インピーダンスは、測定やシミュレーションによって求めることができるが、例えば、図４に示した構造の場合には、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の幅をｗとし、第１の線路状導体１１と第２の線路状導体１２との間隔をｄとし、誘電体基板２０の比誘電率をεｒとし、誘電体基板２０の比透磁率μｒとし、フリンジング係数をＫとすると、伝送線路の特性インピーダンスＺｔは、
Ｚｔ＝３７７／Ｋ×（μｒ／εｒ）０．５×ｄ／ｗ
として計算で求めることもできる。すなわち、伝送線路の特性インピーダンスＺｔを小さくするためには、誘電体基板２０の比誘電率εｒを大きくし、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の幅ｗを大きくし、第１の線路状導体１１と第２の線路状導体１２との間隔ｄを小さくすればよい。
【００２０】
第２の線路状導体１２のみで構成したダイポールアンテナ（第１の線路状導体１１，第１の接続導体５１および第２の接続導体５２を取り除いた、折り返しがないダイポールアンテナ）の放射インピーダンスは、測定やシミュレーションによって求めることができる。また、折り返しがないダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍は、折り返しダイポールアンテナの放射インピーダンスに一致する。
【００２１】
すなわち、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２および誘電体基板２０で構成される伝送線路の特性インピーダンスが、誘電体基板２０および第２の線路状導体１２のみで構成したダイポールアンテナの放射インピーダンスの４倍よりも小さくなるように設定することにより、電流が、折り返しダイポールアンテナを伝送線路モード（非放射モード）で流れやすくなる。これにより、アンテナが電磁波を放射する放射モードの共振周波数の近傍に非放射モードの反共振を生じさせることができるので、放射抵抗を高くすることができる。これにより放射効率の高い折り返しダイポールアンテナを得ることができる。
【００２２】
（実施の形態の第２の例）
図５，図６は、本発明の実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナの構成を模式的に示す斜視図である。図７は、図５のＣ−Ｃ’線断面図である。なお、図６におい
ては、図５における誘電体基板２０を透視した状態を示している。また、本例においては、前述した実施の形態の第１の例と異なる部分について説明し、同様の要素には同様の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００２３】
図５〜図７に示すように、本例の折り返しダイポールアンテナは、図１〜図４に示した実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナに加えて、第１の線路状導体１１に挿入されたインダクタ４１，４２と、第２の線路状導体１２に挿入されたインダクタ４３，４４とを更に有している。すなわち、本例の折り返しダイポールアンテナは、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の各々にインダクタが挿入されている。なお、インダクタ４１，４２，４３，４４としては、既知の種々のインダクタを用いることができる。例えば、チップインダクタでもよく、導体パターンによってインダクタを形成しても構わない。
【００２４】
詳細には、第２の線路状導体１２は、長さ方向の中央に位置する第１の分割部で分割された上に、その分割部の両側の近傍に位置する第２および第３の分割部おいて更に分割されている。よって、第２の線路状導体１２は、その一方端から順番に、線路状導体１２ｃ，線路状導体１２ｄ，線路状導体１２ｅ，線路状導体１２ｆの４つに分割されている。第１の分割部（第２の線路状導体１２の長さ方向の中央の分割部であり、線路状導体１２ｄと線路状導体１２ｅとの分割部）には、給電線路３１，３２が接続されている。第２の分割部（線路状導体１２ｃと線路状導体１２ｄとの分割部）にはインダクタ４３が配置されており、線路状導体１２ｃと線路状導体１２ｄとがインダクタ４３を介して接続されている。の第３の分割部（線路状導体１２ｅと線路状導体１２ｆとの分割部）にはインダクタ４４が配置されており、線路状導体１２ｅと線路状導体１２ｆとがインダクタ４４を介して接続されている。
【００２５】
また、第１の線路状導体１１は、誘電体基板２０を挟んで第２の分割部と対向する位置にある第４の分割部と、誘電体基板２０を挟んで第３の分割部と対向する位置にある第５の分割部との、２つの分割部で分割されている。よって、第１の線路状導体１１は、その一方端から順番に、線路状導体１１ａ，線路状導体１１ｂ，線路状導体１１ｃの３つに分割されている。第４の分割部（線路状導体１１ａと線路状導体１１ｂとの分割部）にはインダクタ４１が配置されており、線路状導体１１ａと線路状導体１１ｂとがインダクタ４１を介して接続されている。の第５の分割部（線路状導体１１ｂと線路状導体１１ｃとの分割部）にはインダクタ４２が配置されており、線路状導体１１ｂと線路状導体１１ｃとがインダクタ２４を介して接続されている。
【００２６】
このような構成を有する本例の折り返しダイポールアンテナは、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の各々にインダクタが挿入されていることから、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の長さを短縮することができる。これにより、さらに小型の折り返しダイポールアンテナを得ることができる。
【００２７】
（実施の形態の第３の例）
図８は本発明の実施の形態の第３の例の通信装置を模式的に示すブロック図である。本例の通信装置は、実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナ８１と、折り返しダイポールアンテナ８１に接続された、受信回路８３および送信回路８４とを備えている。なお、第１の例の折り返しダイポールアンテナ８１と、受信回路８３および送信回路８４との間には、アンテナ共用器が挿入されており、受信回路８３および送信回路８４は、アンテナ共用器８２を介して折り返しダイポールアンテナ８１に接続されている。
【００２８】
このように、本例の通信装置は、実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナ８１と、折り返しダイポールアンテナ８１に接続された受信回路８３および送信回路８４
の少なくとも一方とを、少なくとも有している。これにより、放射抵抗の高い折り返しダイポールアンテナ８１を利用して通信信号の送信および受信の少なくとも一方を行うことできるので、高性能な通信装置を得ることができる。
【００２９】
（変形例）
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
【００３０】
例えば、図１〜図７においては、図示を簡略化するために、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２が直線状である場合を示したが、これに限定されるものではない。第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２は、誘電体基板２０を俯瞰したときに互いに重なるような形状および配置であれば良く、種々の形状であって構わない。
【００３１】
また、前述した実施の形態の第３の例においては、折り返しダイポールアンテナとして実施の形態の第１の例の折り返しダイポールアンテナを用いた例を示したが、これに限定されるものではない。実施の形態の第２の例の折り返しダイポールアンテナであっても良く、他の構造を有する折り返しダイポールアンテナであっても構わない。
【実施例】
【００３２】
まず、図５〜図７に示した本発明の実施の形態の第２の例の折り返しダイポールアンテナである第１の折り返しダイポールアンテナの放射特性を、シミュレーションによって算出した。このシミュレーションにおいては、誘電体基板２０の比誘電率を３．１とした。第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２は、それぞれ、幅を５０μｍとし、全長を３００ｍｍとした。第１の線路状導体１１と第２の線路状導体１２との間隔（図４におけるｄ）は５０μｍとした。インダクタ４１，４２，４３，４４のインダクタンスは、各々５００ｎＨとした。このとき、誘電体基板２０および第２の線路状導体１２のみで構成したダイポールアンテナ（折り返しなしのダイポールアンテナ）の放射インピーダンスは６１Ωであり、その４倍は２４４Ωであった。そして、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２および誘電体基板２０で構成される伝送線路の特性インピーダンスは７２Ωであり、２４４Ωよりも小さかった。
【００３３】
また、比較例である第２の折り返しダイポールアンテナの放射特性をシミュレーションした。第２の折り返しダイポールアンテナでは、第１の線路状導体１１を、誘電体基板２０の第２の主面２０ｂに、第２の線路状導体１２と横並べに配置して、第１の線路状導体１１および第２の線路状導体１２の両端を接続導体で接続した。第１の線路状導体１１と第２の線路状導体１２との間隔は１０ｍｍとした。インダクタ４１，４２，４３，４４のインダクタンスは、各々４００ｎＨとした。その他の条件は、第１の折り返しダイポールアンテナと同じとした。このとき、誘電体基板２０および第２の線路状導体１２のみで構成したダイポールアンテナ（折り返しなしのダイポールアンテナ）の放射インピーダンスは６１Ωであり、その４倍は２４４Ωであった。そして、第１の線路状導体１１，第２の線路状導体１２および誘電体基板２０で構成される伝送線路の特性インピーダンスは７２０Ωであり、２４４Ωよりも大きかった。
【００３４】
放射特性のシミュレーション結果を図９に示す。図９に示すグラフにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスの実部を示している。また、第１の折り返しダイポールアンテナの放射特性を実線で示し、第２の折り返しダイポールアンテナの放射特性を破線で示す。グラフによれば、第１の折り返しダイポールアンテナの放射特性においては、２５０ＭＨｚ付近に伝送線路モード（非放射モード）の反共振が生じており、これによって、その近傍の周波数におけるインピーダンスの実部の値が大きくなっていることがわかる。
【００３５】
そして、第２の折り返しダイポールアンテナの放射モードの共振周波数は２０６ＭＨｚであり、そのときの放射抵抗は５５．９Ωであった。第１の折り返しダイポールアンテナの放射モードの共振周波数は２２０ＭＨｚであり、そのときの放射抵抗は６４．４Ωであり、第２の折り返しダイポールアンテナの放射抵抗よりも高かった。これにより、本発明の有効性が確認できた。
【符号の説明】
【００３６】
１１：第１の線路状導体
１２：第２の線路状導体
２０：誘電体基板
３１，３２：給電線路
５１：第１の接続導体
５２：第２の接続導体
４１，４２，４３，４４：インダクタ
８１：折り返しダイポールアンテナ
８３：受信回路
８４：送信回路
【図１】
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【図２】
2014150334.tif 000004
【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】
2014150334.tif 000009
【図８】
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【図９】
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