(57)【要約】【課題】双方向への指向性が得られ小型化が可能なスパイラルスロットアンテナを提供すること。【解決手段】表面層となる平板状の第１の誘電体１と裏面層となる平板状の第２の誘電体２の間に内層となる導体板３を挟み込んだ多層基板からなり、導体板３にスパイラル状スロット６，７を設け、第１および第２の誘電体１，２における導体板３と対向しない面にそれぞれマイクロストリップ線路４，５を形成し、導体板３とマイクロストリップ線路４，５を接続するスルーホール９，１０をそれぞれ第１および第２の誘電体１，２内に設け、マイクロストリップ線路４，５をスパイラル状スロット６，７に給電する平衡給電路とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面層となる平板状の第１の誘電体と裏面層となる平板状の第２の誘電体の間に内層となる導体板を挟み込んだ多層基板からなり、前記導体板にスパイラル状スロットを設け、前記第１および第２の誘電体における前記導体板と対向しない面にそれぞれマイクロストリップ線路を形成し、前記導体板と前記マイクロストリップ線路を接続するスルーホールをそれぞれ前記第１および第２の誘電体内に設け、前記マイクロストリップ線路を前記スパイラル状スロットに給電する平衡給電路としたことを特徴とするスパイラルスロットアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のスパイラルスロットアンテナにおいて、
前記多層基板は、アンテナを使用する無線装置を構成する多層プリント基板が使用され、多層プリント基板の表裏面の一方または両方に、前記無線装置を構成する電子部品が実装される回路パターンが設けられていると共に、表裏面の両方に前記マイクロストリップ線路が設けられ、表面層または裏面層となるいずれか一方の前記誘電体における他方の前記誘電体と対向する面には、アンテナ素子となる前記スパイラル状スロットが形成された前記導体板が設けられていることを特徴とするスパイラルスロットアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラルスロットアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮ装置は、装置単体で利用されることは少なく、各種装置に組み込まれることが多いことから、その小型化が求められ、従来は、インダクタ装荷によるモノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、ミアンダ構造アンテナ、逆Ｆアンテナなどが主に利用されていた。しかし、これらのアンテナは、無線ＬＡＮ装置の回路基板上に設置したり、基板端の導体層に別途構成していたため、装置で占めるアンテナは、必ずしも小型ではなかった。アンテナの小型化には、放射抵抗の減少を招き、実質的な放射効率が低くなる傾向があった。また、小型化は相対的に導体層の増加となり、これを考慮した範囲内での小型化となっていた。
【０００３】
このような無線ＬＡＮ装置のアンテナについては、誘電体による短縮作用を用いた小型化が行われているが、誘電体による短縮度と誘電体損失は相反しており、これを避けることができない状況であった。また、誘電体を用いることにより製品コストの増加となっていた。
【０００４】
そこで、無線ＬＡＮ装置のアンテナとしてスパイラルスロットアンテナを用いることが考えられている。スパイラルスロットアンテナに関する技術は、たとえば特開平３−２４８０５号公報、特開昭６２−２１６４０７号公報、特表２００２−５２０９３５号公報等に開示されている。
【０００５】
特開平３−２４８０５号公報に開示されている技術は、衛星通信用の単一方向の指向性を得るために、誘電体基板の表裏両面に一対の導体板を敷設し、一方の導体板にスパイラルスロットアンテナを構成して、誘電体内に形成した給電線路から給電するものである。
【０００６】
特開昭６２−２１６４０７号公報に開示されている技術は、２個一対のスパイラルスロット素子を絶縁基板の表面上に設けると共に、絶縁基板の裏面に給電線を設けて給電するものや、種々のスパイラル巻き方法およびスパイラル構造に関するものである。
【０００７】
特表２００２−５２０９３５号公報に開示されている技術は、携帯電話関連用アンテナにおいて、二周波数に対応するために、対になっているスパイラルアンテナのエレメント長を個々の周波数に合わせてデュアルバンド化するものである。
【特許文献１】特開平３−２４８０５号公報
【特許文献２】特開昭６２−２１６４０７号公報
【特許文献３】特表２００２−５２０９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開平３−２４８０５号公報や特開昭６２−２１６４０７号公報に開示されている技術では、単一方向の指向性しか得ることができず、また小型化されていないため、機器へ組み込むことが困難である。
【０００９】
また、特表２００２−５２０９３５号公報に開示されている技術では、二周波数への対応を目指したもので大型化し、また、マッチングブリッジや負性抵抗を備える必要があり、製品コストが増加するという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑みて、双方向への指向性が得られ小型化が可能なスパイラルスロットアンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明のスパイラルスロットアンテナは、表面層となる平板状の第１の誘電体と裏面層となる平板状の第２の誘電体の間に内層となる導体板を挟み込んだ多層基板からなり、前記導体板にスパイラル状スロットを設け、前記第１および第２の誘電体における前記導体板と対向しない面にそれぞれマイクロストリップ線路を形成し、前記導体板と前記マイクロストリップ線路を接続するスルーホールをそれぞれ前記第１および第２の誘電体内に設け、前記マイクロストリップ線路を前記スパイラル状スロットに給電する平衡給電路としたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパイラルスロットアンテナにおいて、前記多層基板は、アンテナを使用する無線装置を構成する多層プリント基板が使用され、多層プリント基板の表裏面の一方または両方に、前記無線装置を構成する電子部品が実装される回路パターンが設けられていると共に、表裏面の両方に前記マイクロストリップ線路が設けられ、表面層または裏面層となるいずれか一方の前記誘電体における他方の前記誘電体と対向する面には、アンテナ素子となる前記スパイラル状スロットが形成された前記導体板が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、インピーダンスの変換回路等が不要な上、多層基板の表裏面に対して垂直な両方向への指向性が得られ、基板外への突出部もなく、小型化されたスパイラルスロットアンテナが得られる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、無線装置を構成する多層回路基板にスパイラルスロットアンテナを形成するため、アンテナ専用の誘電体部品が不要となり大幅にコストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るスパイラルスロットアンテナの構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解平面図、（ｃ）は断面図である。
【００１７】
スパイラルスロットアンテナは、同一寸法の平板状の誘電体１および２と、誘電体１および２の間に配置された同一寸法の導体板３との三層構造からなる。誘電体１および２と導体板３の三層構造は、たとえば、それぞれ低誘電率の誘電体からなる表面層（誘電体１）および裏面層（誘電体２）の間に導体からなる内層（導体板３）を挟み込んだ三層基板が利用される。
【００１８】
内層となる導体板３は、たとえば、誘電体１または２の表面に印刷により形成される。また、導体板３には、一対の所定幅のスパイラル状スロット６および７が形成され、これらの最外周のスロット端は、同幅に形成された結合用スロット８で接続されている。
【００１９】
スパイラル状スロット６および７は、内層の必要な場所に角形スパイラル状にその巻き方向が同一方向になるように構成される。なお、本実施の形態ではスパイラル状スロット６および７は、角形スパイラル状に形成されているが、広帯域化を考慮する場合アルキメデス形状スパイラルの構造などを用いても良い。アンテナをさらに小型化する場合には、スロット幅およびスロット間隔を狭くすることで実現できる。
【００２０】
表面層となる誘電体１の表面側には、マイクロストリップ線路４が構成されている。また、裏面層となる誘電体２の裏面側（導体板３と接する面の反対側）にはマイクロストリップ線路５が構成されている。マイクロストリップ線路４および５は、誘電体１および２の表面に印刷によって設けられた一定幅の細長形状を有するストリップ導体によって形成される。マイクロストリップ線路４および５の各先端は、それぞれ、結合用スロット８のほぼ中間部の両側の導体部分に、誘電体１および２にそれぞれ構成されたスルーホール９および１０を介して接続され、それにより、マイクロストリップ線路４および５は、スパイラル状スロット６および７へ給電するための平衡伝送線路を構成する。
【００２１】
上述の構成のスパイラルスロットアンテナは、平衡伝送線路を構成するマイクロストリップ線路４および５から供給される励振信号で結合用スロット８を介してスパイラル状スロット６および７を励振すると、各スパイラルスロット状６，７の巻き方向は同一方向に設定してあるので、各スロットに流入する磁流によって各スパイラル状スロット６，７から放射される直線偏波における電界ベクトルの方向が同一となり、合成された放射界偏波は双方向の直線偏波となる。
【実施例１】
【００２２】
次に、スパイラルスロットアンテナの実施例について説明する。この実施例では、スパイラル状スロット６および７のスロット幅と間隔を０．００１２λとして、スパイラルスロットアンテナ全体の形状を約０．０８λ×０．０４λで構成した場合のスパイラルスロットアンテナとその特性について説明する。
【００２３】
この構成では、低誘電率の全体厚さ０．８ｍｍの三層基板を用いている。三層基板の誘電体１，２間にある内層の導体板３に、前述のスパイラル状スロット６および７を一対で構成する。
【００２４】
すなわち、この三層基板は、無線ＬＡＮ装置を構成する多層プリント基板が利用され、多層プリント基板の表裏面の一方または両方に、無線ＬＡＮ装置を構成する電子部品が実装される回路パターンが印刷されていると共に、表裏面の両方にマイクロストリップ線路４および５が印刷され、表面層または裏面層となるいずれか一方の誘電体における他方の誘電体と対向する面には、アンテナ素子となるスパイラル状スロット６，７が形成された導体板３が内層として印刷により形成されたものである。
【００２５】
具体的には、たとえば、図２に示すように、三層プリント基板の表裏面の一方に無線ＬＡＮ装置を構成する電子部品、たとえばＲＦデバイス１１が実装される回路パターンが印刷されていると共に、表裏面の両方にマイクロストリップ線路４および５が印刷され、表面層または裏面層となるいずれか一方の誘電体における他方の誘電体と対向する面には、アンテナ素子となるスパイラル状スロット６，７が形成された導体板３が内層として印刷により形成されている。ＲＦデバイス１１の一方の端子１１ａは、マイクロストリップ線路４の一端に接続され、他方の端子１１ｂは、表裏面を貫通するスルーホール１２を介してマイクロストリップ線路５の一端に接続されている。マイクロストリップ線路４および５の他端は、それぞれ、結合用スロット８のほぼ中間部の両側の導体３，３部分に、三層プリント基板の表裏面の誘電体と内層３間に設けられたスルーホール９および１０を介して接続されている。
【００２６】
一対のスパイラル状スロット６，７の巻き方向は同一方向として、それぞれの最外周のスロット端の相互を同幅の長さ０．００４λの結合用スロット８で接続する。スロットへの給電は、一対のスパイラル状スロット６，７を接続した結合用スロット８の中央部の両側導体部へ、それぞれスルーホール９および１０を介して、表面層および裏面層に構成したマイクロストリップ線路４，５による平衡伝送線路で給電を行う。
【００２７】
図３に示すように、このような構成のスパイラルスロットアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性は、共振周波数ｆ0 、帯域幅３００ｋＨｚにて電圧定在波比２．０以下が得られている。
【００２８】
また、図４に示すように、スパイラルスロットアンテナの入力インピーダンス特性は、共振周波数ｆ0 にてほぼ５０Ωであることから、通常のスロットアンテナへの給電の際に必要となっているインピーダンス変換回路等が不要で給電線への接続が可能となっている。
【００２９】
また、図５に示すように、スパイラルスロットアンテナのＸ−Ｚ面の放射パターン特性は、三層基板の断面線に一致する角度０度と１８０度を結ぶ線に対して上下両方向（すなわち、三層基板の表裏面に対して垂直な方向）に強く放射する特性となっている。なお、Ｙ−Ｚ面の放射パターン特性も、Ｘ−Ｚ面の放射パターン特性と同等の特性となる。
【００３０】
以上のように、無線ＬＡＮ装置に用いられるスパイラルスロットアンテナとして、無線ＬＡＮ装置回路基板の内層にスパイラル状の狭間隔スロット構造のアンテナを形成して、内層と表裏層により平衡給電路を構成して給電するアンテナとすることで、インピーダンスの変換回路等が不要な上、装置基板表裏面に対して垂直な両方向への指向性が得られ、装置外への突出部もなく、０．０８λ×０．０４λという小型なアンテナを実現した。
【００３１】
また、無線ＬＡＮ装置を構成する多層回路基板にスパイラルスロットアンテナを形成するため、アンテナ専用の誘電体部品が不要となり大幅にコストを削減できる。また、アンテナ素子を印刷で作成するので量産性が良い。
【００３２】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るスパイラルスロットアンテナの構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解平面図、（ｃ）は断面図である。
【図２】無線ＬＡＮ装置を構成する三層プリント基板で構成される場合のスパイラルスロットアンテナの構成例を示す略図である。
【図３】本発明のスパイラルスロットアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性を示す図である。
【図４】本発明のスパイラルスロットアンテナの入力インピーダンス特性を示すスミスチャート図である。
【図５】本発明のスパイラルスロットアンテナのＸ−Ｚ面の放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    誘電体（第１の誘電体）
２    誘電体（第２の誘電体）
３    導体板
４    マイクロストリップ線路
５    マイクロストリップ線路
６    スパイラル状スロット
７    スパイラル状スロット
８    結合用スロット
９    スルーホール
１０  スルーホール
【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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