(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板本体と、
前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたグランド面と、
前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成され前記グランド面側の基端に給電点が設けられて延在するアンテナエレメントと、
前記基板本体の表面に設けられていると共に前記アンテナエレメントの先端に接続された誘電体アンテナのアンテナ素子と、
該アンテナ素子の先端に接続され前記基板本体から突出した導体膜又は導体板で形成された容量装荷部材とを備え、
前記アンテナエレメントが、前記グランド面から離間する方向に延在する主延在部を有し、
前記アンテナ素子が、前記主延在部の延在方向に延在し、
前記容量装荷部材が、前記基板本体から突出して設置され、先端に向けて幅が漸次広くなった略扇状又は略台形状とされたフレキシブルプリント基板又は金属の薄板で形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記容量装荷部材が、前記アンテナ素子よりも幅広に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
前記容量装荷部材が、前記基板本体の表面に対して垂直方向に突出して設置されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
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、
前記アンテナエレメントが、前記主延在部の途中に先端が接続されていると共に基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ているグランド側延在部を有し、
前記主延在部の途中に受動素子が接続されていると共に、前記グランド側延在部の途中にインピーダンス調整用受動素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に低周波数帯の無線通信において小型化に適したアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や無線通信機能内蔵のノート型パーソナルコンピュータだけでなく車載用など様々な分野で無線通信機器が使用されるようになり、その薄型化や小型化が要望されている。例えば、特許文献１には、誘電体アンテナの先端にミアンダパターンを追加したアンテナ装置が提案されている。このアンテナ装置では、ミアンダパターンによって物理長として短縮が可能になると共に、アンテナ装置の広帯域化や高利得化を図ることができる。
【０００３】
また、特許文献２には、アンテナ素子が給電部に接続された第１導体部と、第１導体部に折り返し部を介して接続された第２導体部とを有したアンテナ装置が記載されている。さらに、特許文献３には、素子保持部の上面に板状の放射素子を設けた逆Ｆアンテナを有するアンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３２９５７９号公報（図９）
【特許文献２】特開２００８−２５２２０１号公報
【特許文献３】特開２０１０−７４４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、高い周波数帯に使用する際にミアンダパターンの性能は確保可能であるが、低い周波数帯で調整しようとした場合、誘電体アンテナの先端に装荷される容量成分が小さくなり、アンテナの放射効率を改善するためには誘電体アンテナの実効長を長く（大型化）する必要があることから、小型化と高性能化との両立が困難になってしまう。
また、特許文献２に記載の技術では、折り返し部をアンテナ素子の３以上の奇数であるＮ次共振時における電位の節に位置させる必要があり、Ｎ次電流は強め合う場合があるが、複共振化され放射効率が分散し、全体的な放射効率の改善にはならない不都合がある。また、低い周波数帯で調整しようとした場合、さらに放射効率が劣化してしまうため、アンテナ素子を大きくする必要があり、小型化と高性能化との両立が困難になってしまう。
さらに、特許文献３に記載の技術では、素子保持部の側面に給電用及び短絡用の板状素子が必要であり、特に低い周波数帯で調整しようとした場合、各放射素子部及び素子保持部における長さ、高さが必要になり、上記文献と同様に小型化と高性能化との両立が困難になってしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、低い周波数帯においても小型化と高性能化との両立が可能なアンテナ装置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】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたグランド面と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成され前記グランド面側の基端に給電点が設けられて延在するアンテナエレメントと、前記基板本体の表面に設けられていると共に前記アンテナエレメントの先端に接続された誘電体アンテナのアンテナ素子と、該アンテナ素子の先端に接続され前記基板本体から突出した導体膜又は導体板で形成された容量装荷部材とを備え、前記アンテナエレメントが、前記グランド面から離間する方向に延在する主延在部を有し、前記アンテナ素子が、前記主延在部の延在方向に延在し、前記容量装荷部材が、前記基板本体から突出して設置されていることを特徴とする。
【０００８】
このアンテナ装置では、アンテナ素子が主延在部の延在方向に延在し、容量装荷部材が、基板本体から突出して設置されているので、放射抵抗が低下すること無くアンテナ素子の先端側に容量を装荷することができ、アンテナの実効長を長くして高性能化が可能になる。また、アンテナ素子を大型化しなくても、容量装荷部材によってアンテナ側に流れる高周波電流を効果的に流すことができる。さらに、基板本体上のアンテナ占有領域が少ない場合でも、ＦＰＣや板金等を用いて容量装荷部材とすることで、高性能化を図ることも可能である。したがって、アンテナエレメントの先端側に容量装荷部材を設けた構成によって小型化できると共に、低い周波数帯においても広帯域化等の高性能化が可能になる。
【０００９】
第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記容量装荷部材が、前記アンテナ素子よりも幅広に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、容量装荷部材が、アンテナ素子よりも幅広に形成されているので、幅広の容量装荷部材によって大きな容量を装荷させることができる。
【００１０】
第３の発明に係るアンテナ装置は、第１又は第２の発明において、前記容量装荷部材が、前記基板本体の表面に対して垂直方向に突出して設置されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、容量装荷部材が、基板本体の表面に対して垂直方向に突出して設置されているので、基板本体と平行に突出した場合に比べて帯域幅を広くすることができる。なお、容量装荷部材が、基板本体の表面に対して立設することで、帯域幅が広くなる理由は、アンテナ素子に対して直交すると共に、アンテナ素子よりも高さが高くなるため、アンテナ全体としての体積が大きくなり、帯域幅及び放射効率が改善するからである。
【００１１】
第４の発明に係るアンテナ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記アンテナエレメントが、前記主延在部の途中に先端が接続されていると共に基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ているグランド側延在部を有し、前記主延在部の途中に受動素子が接続されていると共に、前記グランド側延在部の途中にインピーダンス調整用受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、主延在部の途中に受動素子が接続されていると共に、グランド側延在部の途中にインピーダンス調整用受動素子が接続されているので、主延在部の受動素子により共振周波数等の調整が可能になると共にインピーダンス調整用受動素子によりグランド面への高周波電流の流れを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、アンテナ素子が主延在部の延在方向に延在し、容量装荷部材が、基板本体から突出して設置されているので、小型化できると共に、低い周波数帯においても広帯域化等の高性能化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態において、アンテナ装置を示す平面図である。
【図２】第１実施形態において、アンテナ装置の高周波電流の流れを示すための説明図である。
【図３】第１実施形態において、アンテナ素子を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、正面図（ｃ）および底面図（ｄ）である。
【図４】従来の逆Ｆ型アンテナであるアンテナ装置（ａ）及び第１実施形態のアンテナ装置（ｂ）の動作イメージを示すための説明図である。
【図５】本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態において、アンテナ装置を示す側面図である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、アンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例において、アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。
【図８】本発明の従来例、第１実施形態及び第２実施形態に対応した実施例において、帯域幅を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１及び図２に示すように、絶縁性の基板本体２と、基板本体２の表面に金属箔でパターン形成されたグランド面ＧＮＤと、基板本体２の表面に金属箔でパターン形成されグランド面ＧＮＤ側の基端に給電点ＦＰが設けられて延在するアンテナエレメント３と、基板本体２の表面に設けられていると共にアンテナエレメント３の先端に接続された誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴと、該アンテナ素子ＡＴの先端に接続され基板本体２から突出した導体膜又は導体板で形成された容量装荷部材４とを備えている。
【００１６】
上記アンテナエレメント３は、グランド面ＧＮＤから離間する方向に延在する上記主延在部３ａと、該主延在部３ａの途中に先端が接続されていると共に基端が給電点ＦＰから離間した位置でグランド面ＧＮＤに接続されているグランド側延在部３ｂとを有している。
また、上記主延在部３ａの途中には、２つの受動素子Ｐ１が直列に接続されていると共に、グランド側延在部３ｂの途中にインピーダンス調整用受動素子Ｐ２が接続されている。
なお、受動素子Ｐ１及びインピーダンス調整用受動素子Ｐ２は、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパー線等が採用される。
【００１７】
上記アンテナ素子ＡＴは、主延在部３ａの延在方向に延在し、さらに上記容量装荷部材４は、基板本体２から突出して設置されている。すなわち、本実施形態の容量装荷部材４は、アンテナ素子ＡＴの延在方向に延在して、基板本体２の端部から突出している。
この容量装荷部材４は、アンテナ素子ＡＴよりも幅広に形成されている。すなわち、本実施形態の容量装荷部材４は、図１に示すように、先端に向けて幅が漸次広くなった略扇状又は略台形状のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）で形成されている。この容量装荷部材４は、基端がアンテナ素子ＡＴの先端を接着しているランド部（図示略）に半田付け等によって接着固定され、アンテナ素子ＡＴとＦＰＣの銅箔とが電気的に接続されている。なお、容量装荷部材４は、銅薄板等の金属板で形成しても構わない。
【００１８】
上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。なお、本実施形態の基板本体２のサイズは、縦：８６ｍｍ×横：５４ｍｍである。また、グランド面ＧＮＤのサイズは、縦：７０．５ｍｍ×横：５４ｍｍ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の芯線が接続され、該同軸ケーブルのグランド線は、グランド面ＧＮＤに接続される。
【００１９】
上記アンテナ素子ＡＴ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１０１の表面にＡｇ等の導体パターン１０２が形成されたチップアンテナである。このアンテナ素子ＡＴは、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターンの形状等が選択される。なお、本実施形態のアンテナ素子ＡＴのサイズは、横幅：１０．５ｍｍ、奥行き：３．０ｍｍ、高さ：０．８ｍｍである。
【００２０】
このアンテナ装置１では、図２に示すように、高周波電流としては、アンテナ素子ＡＴ側へ流れる高周波電流の流れＩａと、グランド側延在部３ｂからグランド面ＧＮＤ側に流れる高周波電流の流れＩｇとの２つの流れが生じる。
低い周波数帯で使用すると、アンテナの使用周波数の波長に対して、グランド面ＧＮＤのサイズが小さい場合が多いため、グランド面ＧＮＤ側への高周波電流Ｉｇを効果的に流すことが困難である。
【００２１】
また、アンテナの使用周波数の波長が長いため、波長に対してアンテナ素子ＡＴのサイズも小さくなってしまい、アンテナ素子ＡＴ側に流れる高周波電流Ｉａが高周波電流Ｉｇより少なくなってしまうため、十分なアンテナ性能を確保できない。
また、アンテナ素子ＡＴ側へ流れる高周波電流Ｉａを増やそうとした場合にも、アンテナ素子ＡＴを大型化する必要があり、小型化や薄型化が困難になるため、容易に特性を改善することができない。
【００２２】
これに対して本実施形態のアンテナ装置１では、ローディング素子であるアンテナ素子ＡＴの先端に容量装荷部材４が追加されているので、インダクタンス成分と容量成分とを装荷することができる。このように、高インピーダンスとなるアンテナ素子ＡＴの先端に容量成分が装荷されるため、容量装荷によるアンテナエレメントの短縮効果が得られ、アンテナ素子ＡＴ側へ流れる高周波電流Ｉａを効果的に流すことができる。
また、アンテナ素子ＡＴ側への高周波電流Ｉａを効果的に流すことができるため、基板本体２のサイズ（特にグランド面ＧＮＤのサイズ）が小さくなるほど効果的である。
【００２３】
給電点から延びた逆Ｌ型のアンテナパターンを有する従来の１／４波長タイプのアンテナ装置に比べて、図４の（ａ）に示す逆Ｆ型アンテナである従来のアンテナ装置では、より良好なアンテナ性能を得ることができる。しかしながら、低い周波数帯で使用する場合、アンテナ素子ＡＴの放射抵抗が下がってしまい、受動素子Ｐ１による損失分が増大してしまうことで、十分なアンテナ性能を確保することができない。
【００２４】
これに対して、図４の（ｂ）に示す本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナ素子ＡＴの先端に容量装荷部材４によって容量Ｃ１を装荷するので、アンテナ素子ＡＴの放射抵抗を上げると共に、受動素子Ｐ１による損失分を低減し、高いアンテナ性能を確保することができる。すなわち、アンテナ素子ＡＴを対向するグランド面ＧＮＤの端部に対して垂直方向に向けて延在させて配置すると共にアンテナ素子ＡＴの先端に容量装荷部材４を接続することで、アンテナ素子ＡＴとグランド面ＧＮＤとの間の浮遊容量の代わりに容量装荷部材４による浮遊容量Ｃ１が発生し、アンテナ素子ＡＴの放射抵抗を改善することができる。
なお、容量装荷部材４で装荷する容量成分は、大きいことが望ましい。
【００２５】
このように本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナ素子ＡＴが主延在部３ａの延在方向に延在し、容量装荷部材４が、基板本体２から突出して設置されているので、放射抵抗が低下すること無くアンテナ素子ＡＴの先端側に容量を装荷することができ、アンテナの実効長を長くして高性能化が可能になる。また、アンテナ素子ＡＴを大型化しなくても、容量装荷部材４によってアンテナ側に流れる高周波電流を効果的に流すことができる。さらに、基板本体２上のアンテナ占有領域が少ない場合でも、ＦＰＣや板金等を用いて容量装荷部材４とすることで、高性能化を図ることも可能である。したがって、アンテナエレメントの先端側に容量装荷部材４を設けた構成によって小型化できると共に、低い周波数帯においても広帯域化等の高性能化が可能になる。
【００２６】
また、容量装荷部材４が、アンテナ素子ＡＴよりも幅広に形成されているので、幅広の容量装荷部材４によって大きな容量を装荷させることができる。
さらに、主延在部３ａの途中に受動素子Ｐ１が接続されていると共に、グランド側延在部３ｂの途中にインピーダンス調整用受動素子Ｐ２が接続されているので、主延在部３ａの受動素子Ｐ１により共振周波数等の調整が可能になると共にインピーダンス調整用受動素子Ｐ２によりグランド面ＧＮＤへの高周波電流の流れを抑制することができる。
【００２７】
次に、本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態について、図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２８】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、容量装荷部材４がアンテナ素子ＡＴと同方向、すなわち対向するグランド面ＧＮＤの端辺に垂直で基板本体２と平行な方向に延在しているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１では、図５に示すように、容量装荷部材４が、基板本体２の表面に対して垂直方向に突出して設置されている点である。
【００２９】
すなわち、第２実施形態の容量装荷部材４は、基板本体２の表面から該表面に直交する方向に立設されており、アンテナ素子ＡＴの延在方向に対して垂直に延在している。
したがって、第２実施形態のアンテナ装置２１では、容量装荷部材４が、基板本体２の表面に対して垂直方向に突出して設置されているので、基板本体２と平行に突出した場合に比べて帯域幅を広くすることができる。
【実施例】
【００３０】
次に、上記本発明の第１実施形態に基づいて作製したアンテナ装置の実施例について、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）と放射パターンとを測定した結果を、図６及び図７を参照して説明する。
なお、主延在部３ａ及びアンテナ素子ＡＴの延在方向を−Ｘ方向とし、主延在部３ａ及びアンテナ素子ＡＴの延在方向に直交し基板本体２に沿った方向をＹ方向とし、グランド面ＧＮＤに対する垂直方向（表面に向けた垂直方向）を＋Ｚ方向とした。この際のＹＺ面に対する垂直偏波を測定した。
【００３１】
また、２つの受動素子Ｐ１は、それぞれ３００ｎＨ、３３ｎＨのインダクタを使用した。また、インピーダンス調整用受動素子Ｐ２は、０．５ｐＦのコンデンサを使用した。
これらの結果からわかるように、ＶＳＷＲは１．１０（共振周波数：３１５ＭＨｚ）、帯域幅は１１．４ＭＨｚ（ＶＳＷＲ≦３．０）と良好なアンテナ利得及び広帯域化が得られていると共に、無指向性の放射パターンが得られている。
【００３２】
次に、図４に示す逆Ｆ型アンテナである従来のアンテナ装置（従来（付加：無））と、第１実施形態に対応した実施例のアンテナ装置（楕円形／直線配置）と、第２実施形態に対応した実施例のアンテナ装置（楕円形／垂直配置）とにおいて、帯域幅を比較したグラフを図８に示す（容量装荷部材は、略扇状又は略台形状であるが、楕円形にも似ているため、グラフ中は楕円形と記載している。）。
なお、いずれも受動素子及びアンテナ素子は上記第１実施形態の実施例のアンテナ装置（本発明の実施例）と同様のものを使用した（図４中、２つの受動素子Ｐ１は省略して１つだけ図示している。）。
【００３３】
これらの結果からわかるように、従来のアンテナ装置に比べて、第１実施形態に対応した実施例のアンテナ装置は、帯域幅が広くなっており、さらに容量装荷部材が垂直に設置された第２実施形態に対応した実施例のアンテナ装置では、さらに帯域幅が広くなっている。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１，２１…アンテナ装置、２…基板本体、３…アンテナエレメント、３ａ…主延在部、３ｂ…グランド側延在部、４…容量装荷部材、ＡＴ…アンテナ素子、ＦＰ…給電点、ＧＮＤ…グランド面、Ｐ１…受動素子、Ｐ２…インピーダンス調整用受動素子
【図１】
0005821750.tif 000002
【図２】
0005821750.tif 000003
【図３】
0005821750.tif 000004
【図４】
0005821750.tif 000005
【図５】
0005821750.tif 000006
【図６】
0005821750.tif 000007
【図７】
0005821750.tif 000008
【図８】
0005821750.tif 000009