(57)【要約】      （修正有）【課題】アンテナにおいて発生するＲＦエネルギーの望ましくない蓄積を改善し、帯域幅の拡大を図る。【解決手段】基準面２０４と、基準面と対向するように配置される導電性多角形板２０２と、基準面および板２０２に接続された給電部２０６とからなるアンテナを含む。給電部２０６は送電線として配置される。給電部は互いに平行に配置された少なくとも２つの平面導体２０８ａ、２０８ｂからなり、平面導体の１つ２０８ｂは給電体に接続され、平面導体のもう１つ２０８ａは基準面に接続する。給電部は共面ストリップ形式でもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準面と、前記基準面と対向するように配置される導電性多角形板と、前記基準面から前記板へと延び、前記基準面および前記板に接続された給電部とからなり、
前記給電部が、前記導電板に給電信号を提供する第１導体と前記基準面に接続された第２導体とからなり、前記第１導体と前記第２導体とで送電線を構成することを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナに係り、特に、平板アンテナあるいは平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスおよび通信技術の進歩に伴い、民生用デバイスをより高性能かつ小型にしようとする動きが出てきている。特に移動通信の分野では、電話機、コンピュータ、およびパーソナル電子手帳などの通信デバイスに関し、その性能を劣化させずに、より小型化することが絶えず要求されている。
【０００３】
アンテナ設計においては、大きさおよび重さに関する設計目標と性能に関する設計目標とが相反する領域がある。アンテナの性能は、例えば利得、特異吸収率（ＳＡＲ）、インピーダンス帯域幅、およびインプット・インピーダンスなどのさまざまなパラメータによって測定できる。従来から移動電話機にはロッド・アンテナが用いられ、これはコストに比して高性能である。しかし、このアンテナはデバイスのハウジングから延びるものなので、破損しやすい。また、ロッド・アンテナを小さくすると利得も減少してしまい、望ましくない。したがって、通信デバイスが小型化するにつれて、ロッド・アンテナは適切ではなくなっている。
【０００４】
したがって、デバイス内部に配置できるアンテナを開発することが望ましい。このようなアンテナの例としては、アンテナ技術では公知の逆Ｆ字型平面アンテナ（ＰＩＦＡｓ）のような、平板あるいは薄型アンテナがある。ＰＩＦＡは、グランドプレーンのような基準電圧面より高い位置に、平面導電板を有し、この導電板は空気誘電体あるいは固体誘電体によって、基準電圧面から離されている。導電板のコーナは接続スタブを介してグランドプレーンに接続し、導電板に誘電負荷を与える。導電板は、所望の動作周波数でπ／４の電気的長さを持つように設計される。給電体が接地コーナに隣接する導電板の縁部に接続される。給電体は同軸線の内部導体であってもよい。同軸線の外部導体はグランドプレーンまで延び、これに接続する。内部導体はグランドプレーン、誘電体があるならこれを経由して、放射板まで延びる。このように外部導体に被覆されている給電体部分はグランドプレーンまで延び、被覆されていない部分は放射板まで延びる。
【０００５】
ＰＩＦＡは単位長さあたりのキャパシタンスおよびインダクタンスを有する共振回路を構成する。給電点は、コーナからの距離がその点でのアンテナのインピーダンスと給電線の外部インピーダンスとが一致する（一般的には５０オーム）ような導電板上の位置に配置される。ＰＩＦＡに対する共振メインモードは、短絡エッジと開回路エッジとの間にあり、したがってＰＩＦＡの持つ共振周波数は導電板の横幅に依存し、導電板の長さや厚さにはほとんど関係がない。
【０００６】
逆Ｆ字型平面アンテナは、例えば無線電話機、パーソナル電子手帳およびラップトップ・コンピュータなどの携帯無線デバイスに特に適している。このアンテナの有する高利得性・全方向放射方式が特に適している。平面アンテナはまた、良好な周波数選択性が要求されるところでの使用にも適している。また、このアンテナは比較的小さいので、デバイスのハウジング内に組み込むことができ、したがってデバイスの全体的な美的外観を損なわない。さらに、アンテナをハウジング内部に配置するということは、アンテナが破損する可能性がほとんどないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特にデバイスの帯域幅特性に関しては、ロッド・アンテナに匹敵する性能を提供する平面アンテナを設計することは困難である。一般にアンテナの損失は次の２つの原因による。１つは要求される放射であり、もう１つはアンテナに蓄積される望ましくないエネルギーである。平面アンテナは望ましくない低インピーダンス帯域幅を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従えば、基準面、基準面と対向するように配置される導電性多角形板、および送電線として基準面および板に接続された給電部とからなるアンテナが提供される。給電部は送電線（導波管とも呼ばれる）として配置されているので、送電線の導体間にはエネルギーが導かれて内包される。これによって、Ｑファクターが低くなり、したがって従来給電方式の平面アンテナより高いインピーダンス帯域幅を実現できる。平面アンテナ製造の効率、規模、および容易さを保持しながら、帯域幅をかなり拡大できる。給電部はできるだけ損失を少なくするべきである。
【０００９】
好適には給電部は、基準面に隣接する給電部の端部において、給電体（一般には５０Ω線）のインピーダンスと一致するインピーダンスを有することが望ましい。好適には給電部は、板に隣接する給電部の端部において、アンテナのインピーダンスと一致するインピーダンスを有することが望ましい。このように給電部は、一端では給電体のインピーダンス特性に一致させ、他端では放射板のインピーダンス特性に一致させるインピーダンス変圧器として作動する。一般に給電部は、その長さに従って段階的に変化するインピーダンス特性を有し、アンテナに誘導負荷を与える。好都合にこのインピーダンスは給電部の長さに従って一様に変化する。
【００１０】
一般に給電部は、給電信号を導電板に供給する第１導体と、基準面に接続する第２導体とからなり、第１導体と第２導体とで送電線が形成される。このように給電部の導体はＥＭ接続されていて、導波管として作動する。エネルギーは、従来の平面アンテナでそうであったように、基準面に結合する短絡用の導体に蓄積されるのではなく、２つの導体に沿って導かれる。したがって、本発明によるアンテナは公知のアンテナに比して非常に効率的である。
【００１１】
好適には２つの導体の幅は同じ大きさであることが望ましい。
【００１２】
好適には給電部は、マイクロストリップラインおよび／または共面ストリップからなることが望ましい。特に好適な実施形態においては、給電部は、基準面に平行なマイクロストリップラインからなる第１部分と、基準面から導電板へと斜めに延びる共面ストリップからなる第２部分とからなる。しかし、例えば同軸線などの他の送電線を用いてもよい。
【００１３】
このように本発明によるアンテナは、効率性を犠牲にすることなく、公知の平面アンテナよりもインピーダンス帯域幅を広くすることができる。エネルギーが送電線給電部の導体に沿って導かれるために、給電部からの放射がほとんどない。さらに、本発明によるアンテナは単純なので、製造コストが相対的に安価である。
【００１４】
第１導体は導電板に誘導負荷を与える。
【００１５】
本発明は、その一つの実施態様に、次のようなアンテナを含む。このアンテナは、基準面と、前記基準面と対向するように配置される導電性多角形板と、前記基準面から前記板へと延び、前記基準面および前記板に接続された給電部とからなり、前記給電部が、前記導電板に給電信号を提供する第１導体と前記基準面に接続された第２導体とからなり、前記第１導体と前記第２導体とで送電線を構成することを特徴とする。
【００１６】
上記のアンテナのさらに具体的な実施態様は、次のようなアンテナを含む。
・    前記給電部が、互いに平行に配置された少なくとも２つの平面導体からなり、前記平面導体の１つは給電体に接続され、前記導体のもう１つは基準面に接続されているアンテナ。
・    前記給電部が前記導電板の縁部に隣接する位置に接続され、前記縁部に隣接する前記導体が前記基準面に接続され、前記縁部から離れた前記導体が前記給電体に接続されているアンテナ。
・    前記給電部が前記導電板のコーナ縁部に隣接して接続するアンテナ。
・    給電部がストリップラインからなるアンテナ。
・    前記給電部がマイクロストリップからなるアンテナ。
・    前記給電部が共面ストリップからなるアンテナ。
・    前記給電部が前記基準面に平行なマイクロストリップラインからなる第１部分と、前記基準面から前記導電板へと斜めに延びる共面ストリップからなる第２部分とからなるアンテナ。
【００１７】
本発明は、その別の実施態様に、次のようなアンテナを含む。このアンテナは、逆Ｆ字型平面アンテナであって、ｎが奇数の場合に、ｆ＝ｎλ／４で共振するように調整された平面導体と、前記平面導体に接続されたショートポストおよび前記平面導体と前記基準面の間に短絡回路を提供する基準面と、前記平面導体に給電信号を供給する給電体とからなり、前記給電体および前記ショートポストが相互作用して送電線となることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、その一実施態様に、本発明によるアンテナが組込まれた移動電話ハンドセットや携帯無線デバイスを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明の実施形態を、例として添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１のアンテナ２０は導電材からできた板２０２からなる。板は、通常はグランドプレーンである基準面２０４と対向して配置される。給電部２０６は板を共振させる給電体とアンテナの接地点とを提供する。給電部は、２つの平面金属導体２０８を有する送電線からなり、共面接続ストリップからなる第１部分２０６ａと、マイクロストリップ送電線からなる第２部分２０６ｂとを有する。給電部に隣接する板２０２の縁部２１０に最も近い導体２０８ａは、板２０２から離れた端部でグランドプレーン２０４に接地接続している。離れた導体２０８ｂは給電体である。給電部は、インピーダンスの遷移と、伝搬モードの遷移とが可能となるように構成されている。
【００２１】
送電線２０６は、あるポイント（給電信号の源）から別のポイント（放射アンテナ）へ電力を送る。また送電線２０６は送電線の属性が考慮される、つまり給電部が低損失導波管として作動するように調整されている。送電線の導体は密結合の細い線であり、２つ以上の伝搬モードを提供することができる。    グランドプレーン２０４に隣接する給電部２０６の端部においては、給電部はグランドプレーンの送電線のインピーダンス（一般的には５０Ω）と一致するインピーダンスを有する。板２０２に隣接する給電部２０６の端部においては、給電部はアンテナの給電点におけるインピーダンス（一般的には２００Ω）と一致するインピーダンスを有する。このインピーダンスは給電部の長さに沿って一様に変化する。
【００２２】
このように板２０２への給電はバランスが保たれる。２０６ｂ部分においては電界が導体２０８とグランドプレーン間に制限され、２０６ａ部分においては電界が導体２０８間に制限される。
【００２３】
中心周波数は、アンテナ板２０２の縁部２１４上の開回路から給電部２０６に沿って、給電部がグランドプレーンと接するポイント２１２まで延びる共振回路の電気的長さによって決定される。この電気的長さは通常所望の周波数の１／４の波長となるように設計される。
【００２４】
図２乃至４を参照すると、例えば、共振周波数が約１．１ＧＨｚで、ｘ＝７．８ｍｍ、ｙ＝３３ｍｍの大きさで、グランドプレーンからの距離Ｄが８ｍｍの板２０２を有し、導体２０８の幅ｗが０．６ｍｍで、導体２０８間の距離ｄが０．６ｍｍで、第１部分２０６ａの長さｌが１１．３ｍｍであるアンテナが考えられる。給電部はグランドプレーン２０４から板２０２へ４５°の角度で延びる。共面ストリップ（ＣＰＳ）線に対して、トラックの幅−ギャップ（ｗ，ｄ）寸法が、所望のインピーダンス変換を実現するために、公知の公式を使用して計算されてもよい。これはまた、他の形式の送電線についても同様である。
【００２５】
アンテナは従来のプリント回路基板の手法を用いて製造してもよく、この場合には製造コストを節約できる。
【００２６】
アンテナのインピーダンス帯域幅は以下のように計算される。
【００２７】
ＢＺ＝Ｂ−６ｄＢ／ｆ０×１００
ここでＢＺはインピーダンス帯域幅を、Ｂ−６ｄＢは−６ｄＢの時の帯域幅を、そしてｆ０は中心周波数を表す。
【００２８】
図５からわかるように、−６ｄＢの時のアンテナの帯域幅は１６６ＭＨｚで、インピーダンス帯域幅の１６％になる。これは、一般に約７％の最大インピーダンス帯域幅を有する従来給電方式の平面アンテナと比較して、実質的な拡大である。この中で説明したような給電部を用いれば２３％の、特性を改善するために負荷も行われれば３１％のインピーダンス帯域幅を提供できることがわかっている。
【００２９】
図６には、給電部２０６を構成するために用いられるストリップ送電線の４つの例が示されている。図６（ａ）は支持誘電体６２内部に埋め込まれた導体６０からなるストリップラインを示している。基準面６４は導体６０の両側に配置されている。電界は導体６０と基準面６４との間に制限される。この実施の形態では、既述したように導体６０が給電体を構成し、基準面の１つが接地点を構成する。このように板２０２は基準面６４に接続される。
【００３０】
図６（ｂ）は、誘電体６２によって基準面６４から分離された単一の導体６０からなるマイクロストリップを示している。電界は導体６０と基準面６４の間に制限される。この実施の形態では、既述したように導体６０が給電体を構成し、基準面６４が接地点を構成する。このように板２０２は基準面６４に接続される。
【００３１】
図６（ｃ）は、誘電体６２の表面に位置する単一の導体６０からなる共面導波管を示している。基準面６４は誘電体表面上にある導体６０の両側に配置されている。電界は導体６０と基準面６４との間に制限される。この実施の形態では、既述したように導体６０が給電体を構成し、基準面の１つが接地点を構成する。このように板２０２は基準面６４に接続される。
【００３２】
図６（ｄ）は、誘電体６２の表面に位置する２つの導体６０からなる共面ストリップ（ＣＰＳ）を示している。基準面６４は誘電体６２の別の側に配置されている。電界は２つの導体の間に制限される。この実施の形態では、１つの導体６０が給電体を構成し、もう１つの導体６０が接地点を構成する。このように板２０２から離れた導体の一端が基準面６４に接続される。
【００３３】
図７は給電部の別の実施の形態を示している。給電部７０は内部導体７２と外部導体７４を有する同軸線からなる。内部導体７２と外部導体７４との間の隙間には誘電体が充填される（図示せず）。内部導体７２の一端７２ａは板２０２に接続し、内部導体７２の他端７２ｂは給電信号の源に接続する（図示せず）。外部導体７４の一端７４ａは板２０２に接続し、端部７４ａから離れた外部導体の部分７４ｂはグランドプレーン２０４に接続する。同軸線の外形はインピーダンス変圧できるように傾斜している。グランドプレーン２０４に隣接する給電部７０の端部においては、給電部は給電体のインピーダンス（一般には５０Ω）と一致するインピーダンスを有する。板２０２に隣接する給電部７０の端部においては、給電部はアンテナの給電点におけるインピーダンス（一般には２００Ω）と一致するインピーダンスを有する。好適には、たとえ一様でない変化が選択されたとしても、インピーダンスは給電部の長さに沿って一様に変化することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるアンテナの１実施形態の斜視図。
【図２】図１のアンテナの側面図。
【図３】図１のアンテナの平面図。
【図４】図３に示したアンテナの部分Ａの拡大図。
【図５】本発明によるアンテナの利得を示すグラフ。
【図６】本発明によるアンテナの給電部を形成する送電線の例を示す図。
【図７】給電部が同軸線である場合の本発明の第２の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
２０２      導電板
２０４      グランドプレーン
２０６      送電線
２０８ａ    短絡線
２０８ｂ    給電線
２１０      導電板２０２の縁部
２１２      給電部がグランドプレーンと接するポイント
２１４      導電板２０２の縁部
【図１】
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【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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