(57)【要約】【課題】小型且つ高帯域、高効率なアンテナを提供する。【解決手段】給電点から縦方向に線状に形成された給電線路と、給電線路から左横向けに形成されたボウタイエレメントと、給電線路から右横向けに形成されたＬ型エレメントと、給電線路からＬ型エレメントと給電線路との間に形成されたマッチング回路であって、Ｌ型エレメントに沿った平面部を有し、Ｌ型エレメントに流れる電流と同相の電流が流れる形状であるマッチング回路と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2015061202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上に構成されたアンテナであって、
接地パターンの給電点から、該接地パターンから離れる方向に線状に形成された給電線路と、
前記給電線路から、該給電線路の形成方向に対して横方向に形成されたエレメントであって、前記給電線路との接続部から端部に向けて幅が広がるエレメントであるボウタイエレメントと、
前記給電線路から、前記ボウタイエレメントと反対方向に形成されたエレメントであって、前記給電線路と略垂直に形成された水平部および該水平部から略垂直に形成された垂直部を有するＬ型エレメントと、
前記給電線路から、前記Ｌ型エレメントと前記給電線路との間に形成されたマッチング回路であって、前記Ｌ型エレメントに沿った平面部を有し、前記Ｌ型エレメントに流れる電流と同相の電流が流れる形状であるマッチング回路と、
を備えたアンテナ。
【請求項２】
前記給電線路は、途中で前記ボウタイエレメント側に屈曲し、その屈曲部に前記マッチング回路が接続され、先端部の接続部に前記ボウタイエレメントおよびＬ型エレメントが接続されている請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
ボウタイエレメントの下側の辺のみが斜辺に形成され、全体形状の少なくとも上辺、右辺および左辺が長方形の輪郭に沿っている請求項１または請求項２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、プリント基板などの誘電体基板上に形成されるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンなどの携帯電子機器は、高集積化、小型化が進行しており、内蔵されるアンテナにも小型化が望まれている。また、通信が高速化しているため、アンテナの広帯域化も望まれている。また、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）に対応するには、水平偏波、垂直偏波の両偏波に対応することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２１２１２５号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００４−２０１２７８号公報
【０００５】
【特許文献３】特開２００５−０８６５３６号公報
【０００６】
【特許文献４】特開２０１１−０３５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、例えば特許文献１〜４に示すように種々のアンテナ構造が提案されているが、小型化と広帯域化および水平／垂直の両偏波放射とは相反する要求であり、これらを両立させるのは困難である。また、小型化した場合、アンテナエレメントの電流による電磁界が他の線路（たとえばマッチング線路）の電流による電磁界によって相殺されてしまい、放射効率が低下してしまう場合もあった。
【０００８】
この発明は、小型且つ高帯域、高効率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】
【０００９】
この発明は、誘電体基板上に構成されたアンテナであって、接地パターンの給電点から、この接地パターンから離れる方向（上向き）に線状に形成された給電線路と、給電線路から、この給電線路の形成方向に対して横方向（左向き）に形成されたエレメントであって、給電線路との接続部から端部に向けて幅が広がるエレメントであるボウタイエレメントと、給電線路から、ボウタイエレメントと反対方向（右向き）に形成されたエレメントであって、給電線路と略垂直に形成された水平部および該水平部から略垂直に形成された垂直部を有するＬ型エレメントと、給電線路から、Ｌ型エレメントと給電線路との間に形成されたマッチング回路であって、Ｌ型エレメントに沿った平面部を有し、Ｌ型エレメントに流れる電流と同相の電流が流れる形状であるマッチング回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明は、このようにボウタイエレメントとＬ型エレメントを組み合わせて高効率化を図ったものであり、且つ、マッチング回路がＬ型エレメントに沿った平面部を持つため、小さい面積で放射抵抗のマッチングをとることができる。また、マッチング回路を流れる電流がＬ型エレメントに流れる電流と同相であるため、Ｌ型エレメントには、主偏波と交差する偏波が生じる。
【００１１】
上記発明において、給電線路が、途中で前記ボウタイエレメント側に屈曲し、その屈曲部にマッチング回路が接続され、先端部の接続部にボウタイエレメントおよびＬ型エレメントが接続されてもよい。
【００１２】
給電線路を屈曲させることにより、アンテナ全体の高さを低く抑えることができ、この屈曲をボウタイエレメント側に屈曲させることにより、小さいスペースでＬ型エレメントの長さを長くすることができる。
【００１３】
上記発明において、ボウタイエレメントの下側の辺のみが斜辺に形成され、全体形状の少なくとも上辺、右辺および左辺が長方形の輪郭に沿うようにしてもよい。アンテナの形状を長方形とすることにより、狭いスペースを有効に活用してアンテナを配置することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、プリント基板上に形成されるパターンアンテナ等において、小型化、および、高帯域化、高効率化を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態であるパターンアンテナの構成図
【図２】パターンアンテナを２．４５ＧＨｚ帯に適用した実施例である２．４５ＧＨｚ帯用パターンアンテナの各部の寸法を示す図
【図３】２．４５ＧＨｚ帯用パターンアンテナの周波数マッチング特性を示す図
【図４】２．４５ＧＨｚ帯用パターンアンテナの水平・垂直の放射特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照してこの発明の実施形態であるパターンアンテナについて説明する。図１はこの発明の実施形態であるパターンアンテナ１の平面構造を示す図である。このパターンアンテナ１は、誘電体基板１００上に貼付された銅箔をエッチング等でパターン形成することによって作成されたものである。以下の説明では、図面における方向（上下左右）をそのままパターンアンテナ１の方向として用いる。また、パターンアンテナ１の指向特性を表すための座標軸を同図に示す矢印のように設定する。すなわち、図の右から左方向にＸ軸、図の下から上方向にＹ軸、図の表面側から裏面方向にＺ軸を設定する。
【００１７】
誘電体基板１００の表面にグラウンドパターン１０１が形成され、その上辺から給電線路１１が取り出される。すなわち、グラウンドパターン１０１と給電線路１１の接続点が給電点１０である。給電線路１１は、給電点１０から屈曲部１１Ａまで上行したのち左行し、接続点１１Ｂまで形成されている。屈曲部１１Ａの右側に、マッチング回路１４が接続されている。接続部１１Ｂから左方向にボウタイエレメント１２が分岐して形成されている。また、接続部１１Ｂから右方向にＬ型エレメント部１３が形成されている。
【００１８】
ボウタイエレメント１２は、エレメントの幅（上下の長さ）が、給電線路１１との接続点１２Ａで最も細く、左端の先端１２Ｂへ行くほどエレメント幅が広くなるボウタイ状の形状をなしている。エレメントの最大幅は、エレメント長の１／４以上であることが好ましい。また、最も細い接続点１２Ａ付近から最も太い先端１２Ｂ付近へは約３倍に拡幅している。なお、ボウタイエレメント１２の下側の斜辺１２Ｃは連続的にインピーダンスが変化するように滑らかな傾斜の輪郭にされている。また、この実施形態では、パターンアンテナ１全体の高さを抑えるために、ボウタイエレメント１２の下側の辺１２Ｃのみ斜辺にして幅を広げているが、上側の辺も同じように斜辺にして幅を広げてもよい。パターンアンテナ１の共振周波数は、このボウタイエレメント１２のエレメント長（左右の長さ）を調整することで調整することができる。
【００１９】
また、Ｌ型エレメント１３は、給電線路１１の接続部１１Ｂから右向きに形成されている水平部３１および水平部３１の右端の屈曲部１３Ａから下向きに形成されている垂直部３２を有する略Ｌ字形状に形成されている。エレメント幅は、給電線路１１と同じか若干太い程度にされており、垂直部３２の先端部は短い線路長で容量性のインピーダンスとなるように太くされている。なお、このＬ型エレメント１３は、ボウタイエレメント１２よりも若干高い周波数に共振するように形成される。
【００２０】
マッチング回路１４は、パターンアンテナ１と給電点１０とのインピーダンスマッチングをとるための回路である。マッチング回路１４は、上辺および右辺はＬ型エレメント１３の内側の周に沿う形状になっており、小さい占有面積で大きなインピーダンスを得られる矩形に形成されている。マッチング回路１４のアンテナの放射抵抗（インピーダンス）のインピーダンス調整は、図中破線で示すマッチング調整部１４Ａの長さ（図中矢印参照）を調整することで行えばよい。
【００２１】
高周波電流は、各線路に沿って流れるとともに、マッチング回路１４の矩形の辺に沿って流れる。この電流が、Ｌ型エレメント１３と同相になるよう各線路の長さが設計される。各線路の長さは電磁界シミュレーションで割り出せばよい。具体的には、例えば、図２に示すような寸法になる。
【００２２】
これにより、ボウタイエレメント１２およびＬ型エレメント１３の水平部３１からも電磁界放射が生じて電磁界成分が相殺されることなく高効率に放射され、給電線路１１から照射される主偏波（垂直偏波）と交差する偏波成分（水平偏波）が生じるようになる。
【００２３】
図２は、図１に示したパターンアンテナ１を２．４５ＧＨｚ帯に適用した場合の各部の寸法図である（単位：ミリメートル）。なお、回路基板は、ガラスエポキシＦＲ４（εｒ＝４．２／１ＧＨｚ）の０．９３ｍｍ厚のものを用いる。基板表面のソルダーレジストは、εｒ＝３．６／１ＧＨｚ、０．０３５ｍｍ厚とした。ただし、これら数値は一例であり、使用周波数や寸法上の要求などに合わせて適宜変更可能である。図２のような寸法で制作されたパターンアンテナ１は、図３、図４に示すような特性を持つ。
【００２４】
図３は、図２に示すパターンアンテナ１の給電点１０における｜Ｓ１１｜特性を示す図である。２．３５ＧＨｚ付近から２．５１ＧＨｚ付近までの広い範囲で−１０ｄＢ以下の値となっており、目的の２．４５ＧＨｚ帯を含む広い帯域のマッチング特性を有していることが判る。
【００２５】
図４は、図２に示すパターンアンテナ１のＺ−Ｘ平面における指向特性を示す図である。２．４５ＧＨｚの同図において５０が垂直偏波成分のゲイン曲線、５１が水平偏波成分のゲイン曲線である。ゲイン値は、アイソトロピックアンテナを基準とする値（ｄＢｉ）で示している。垂直偏波は無指向性であり、平均ゲインは−５．２ｄＢｉ、ピークゲインは−１．１ｄＢｉである。また、水平偏波は前後左右方向の間の斜め方向に指向性を有し
平均ゲインは−１５．９ｄＢｉ、ピークゲインは−１２．０ｄＢｉである。このように、パターンアンテナ１は、水平、垂直の両偏波成分を良好に放射していることが判る。
【００２６】
なお、この図において破線で示す曲線５２、５３は、それぞれ、シミュレーションで求めた垂直偏波、水平偏波のゲイン曲線のである。シミュレーションでは、垂直偏波は左右方向にノッチが生じているが、実測では実線のゲイン曲線５０に示したように無指向性の特性が得られた。これは、実際のプリント基板１００は、シミュレーション（オープン・モーメント法）の誘電体のように無限の広がりを持つものではなく、有限の大きさを持つからである。
【００２７】
上記実施形態において、ボウタイエレメント１２およびＬ型エレメント１３の形状、大きさは上記のものに限定されない。ただし、上述したように、ボウタイエレメント１２は、その最大幅が長さの４分の１以上の最大幅であることが好ましい。または、ボウタイエレメント１２は、最細部と最太部との比が４以上であることが好ましい。
【００２８】
また、この実施形態では、基板表面にパターンを形成したパターンアンテナについて説明したが、両面基板上に形成されるマイクロストリップを用いたパッチアンテナに本発明の構造を用いてもよく、チップアンテナに本発明の構造を用いてもよい。また、パターンアンテナの一部線路にチップ部品等のプリント配線パターン以外の部分を含んでいてもよい。また、本実施形態では、パターンアンテナ１を送信用アンテナとして用いる場合、すなわち、電磁界放射させる場合について説明したが、このアンテナは受信用アンテナとしても使用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  パターンアンテナ
１０  給電点
１１  給電線路
１２  ボウタイエレメント
１３  Ｌ型エレメント
１４  マッチング回路
【図１】
2015061202.tif 000003
【図２】
2015061202.tif 000004
【図３】
2015061202.tif 000005
【図４】
2015061202.tif 000006