特許第6624650号(P6624650)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6624650
(24)【登録日】2019年12月6日
(45)【発行日】2019年12月25日
(54)【発明の名称】アンテナ
(51)【国際特許分類】
   H01Q 9/04 20060101AFI20191216BHJP
   H01Q 21/30 20060101ALI20191216BHJP
   H01Q 21/28 20060101ALI20191216BHJP
   H01Q 5/371 20150101ALI20191216BHJP
【FI】
   H01Q9/04
   H01Q21/30
   H01Q21/28
   H01Q5/371
【請求項の数】5
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2017-165278(P2017-165278)
(22)【出願日】2017年8月30日
(65)【公開番号】特開2019-47183(P2019-47183A)
(43)【公開日】2019年3月22日
【審査請求日】2018年12月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000227205
【氏名又は名称】NECプラットフォームズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 雅樹
【審査官】 新田 亮
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−131319(JP,A)
【文献】 特開2016−152450(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2007/0285321(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01Q 9/04
H01Q 5/371
H01Q 21/28
H01Q 21/30
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板の開口部に形成された第1スプリットリング共振器とを備え、
前記第1スプリットリング共振器は、
第1スプリット部を有する第1導体パターンと、
前記第1導体パターンの一端に接続された第1アンテナエレメントと、
前記第1アンテナエレメント及び前記第1導体パターンと所定の間隔を隔てて配置された第2アンテナエレメントと、
を有し、
前記第1導体パターンと前記第2アンテナエレメントは、第1周波数帯内で変化する周波数を有する第1電流が流れたときに共振し、
前記第2アンテナエレメントと前記第1アンテナエレメントは、前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯内で変化する周波数を有する第2電流が流れたときに共振する、
アンテナ。
【請求項2】
基板と、
前記基板の開口部に形成された第1スプリットリング共振器とを備え、
前記第1スプリットリング共振器は、
第1スプリット部を有する第1導体パターンと、
前記第1導体パターンの一端に接続された第1アンテナエレメントと、
前記第1アンテナエレメント及び前記第1導体パターンと所定の間隔を隔てて配置された第2アンテナエレメントと、
を有し、
前記基板の端部に形成された第1アンテナ回路、第2アンテナ回路をさらに備え、
前記第1スプリットリング共振器は、前記端部において、前記第1アンテナ回路と前記第2アンテナ回路との間に配置され、
前記第1アンテナエレメントは接地されている、
アンテナ。
【請求項3】
前記第2アンテナエレメントは、前記第1アンテナエレメントと平行に配置されている、
請求項1又は2に記載のアンテナ。
【請求項4】
前記第2アンテナエレメントは、前記第1アンテナエレメントより前記基板の外周側に配置されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のアンテナ。
【請求項5】
前記第2アンテナエレメントの一端は、インダクタを介して接地されている又はインダクタを介さずに接地されている、
請求項1〜のいずれか1項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線機器のアンテナに関し、特に、スプリットリング共振器を用いたアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、スプリットリング共振器を用いたスプリットリングアンテナが示されている。特許文献1に記載のアンテナでは、誘電体層を挟んで対向する第1の導体層と第2の導体層が、それぞれ略C字状に連続する第1スプリットリング部及び第2スプリットリング部を有している。これら第1スプリットリング部及び第2スプリットリング部を導体ビアで接続することにより、スプリットリング共振器自体をアンテナ放射体としている。
【0003】
給電線は、第1スプリットリング部及び第2スプリットリング部の開口部を跨いで、反対側の第1スプリットリング部と対向する領域に延伸している。給電線の一端は少なくとも一つの導体ビアに接続されており、他端はRF回路に接続されている。
【0004】
スプリットリングアンテナはGND電流を利用するため、アンテナ自身が非常に小型であり、装置を小型化できるというメリットがある。反面、GND電流を利用するため、アンテナの特性や性能はGNDサイズやGND形状である程度決定されてしまい、特性が改善しにくい、というデメリットもある。
【0005】
特許文献1に記載の技術を用いて2つの周波数で動作する2共振アンテナを形成する場合、スプリットリングアンテナを2つ並べ、給電部から2分岐した給電線によってそれぞれ給電する構成が考えられる。このように、スプリットリングアンテナのマルチバンド化はアンテナサイズの拡大を伴うため、小型化が課題の1つとなっている。
【0006】
特許文献2には、複数の周波数で動作するアンテナを小型化する技術が示されている。特許文献2に記載のアンテナでは、1つのスプリットリング共振器の開口部内に、スプリット部の先端に接続するように第1追加導体が配置されている。また、一端が当該開口部の開口縁に接続され、他端が第1追加導体と対向するように配置された第2追加導体が設けられている。第1追加導体及び第2追加導体からそれぞれ延びた導体が追加スプリット部を形成している。
【0007】
特許文献2に記載のアンテナでは、電流の経路が異なることで等価的に構成されるコイルのインダクタンスが変化し、また、通過するスプリット部の数が変わることで等価的に構成されるコンデンサの容量が変化する。この構成により、アンテナサイズを拡大することなく、複数の周波数帯に対応したアンテナを実現している。
【0008】
近年、高度なMIMO(multiple-input and multiple-output)化によりアンテナ本数が増え、アンテナも高密度で実装される。このため、スプリットリングアンテナの更なる小型化やアンテナ間干渉の低減が望まれている。
【0009】
特許文献3には、スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術が示されている。特許文献3では、プリント基板の端部に配置された2つのアンテナ間に、2つのアンテナから所定の距離離れた位置にダミーSRR(Sprit Ring Resonator)が配置されている。これにより、2つのアンテナから発せられた互いに向きが異なる高周波電流が吸収され、干渉が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際公開第2013/027824号
【特許文献2】特開2016−063239号公報
【特許文献3】特開2015−046681号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献2では、電流が第1スプリット部を通過するときに発生する第1共振周波数と比較して、第1スプリット部と第2スプリット部とを通過するときに発生する第2共振周波数は、第2スプリット部の容量の分だけ高い周波数となる。従って、第2共振周波数は、第1の共振周波数に対して高い周波数に設定しなければならないという制限がある。また、第2共振周波数の調整範囲は、第2スプリット部の容量が調整可能な範囲に限定されるため、共振周波数の調整範囲が狭いという課題を有している。
【0012】
また、特許文献2では、帯域端で放射効率の低下が見られ帯域が狭いという課題も有している。広帯域化については、特許文献1のスプリットリングアンテナにおいても有効な手段が無く、課題の1つとなっている。さらに、特許文献3においても、所定のアイソレーションが得られる帯域幅が狭く、広帯域化が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一態様に係るアンテナは、基板と、前記基板の開口部に形成された第1スプリットリング共振器とを備え、前記第1スプリットリング共振器は、第1スプリット部を有する第1導体パターンと、前記第1導体パターンの一端に接続された第1アンテナエレメントと、前記第1アンテナエレメント及び前記第1導体パターンと所定の間隔を隔てて配置された第2アンテナエレメントとを有する。
【発明の効果】
【0014】
実施の形態によれば、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、広帯域化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】実施の形態1に係るアンテナの構成の一例を示す図である。
図2】実施の形態2に係るアンテナの第1構成例を示す図である。
図3図2のアンテナを拡大する図である。
図4図3のIV−IV断面図である。
図5図2のアンテナに流れるアンテナ電流を示す図である。
図6図2のアンテナに流れるアンテナ電流を示す図である。
図7図2のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図8図2のアンテナの放射効率を示す図である。
図9】実施の形態2に係るアンテナの第2構成例を示す図である。
図10図9のアンテナを拡大する図である。
図11図9のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図12】実施の形態2に係るアンテナの第3構成例を示す図である。
図13図12のアンテナを拡大する図である。
図14図12のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図15】実施の形態3に係るアンテナの構成の一例を示す図である。
図16図15のアンテナを拡大する図である。
図17図15のアンテナのアイソレーション特性を示す図である。
図18】比較例1のアンテナの構成を示す図である。
図19図18のアンテナを拡大する図である。
図20図18のアンテナのXX−XX断面図である。
図21図18のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図22図18のアンテナの放射効率を示す図である。
図23】比較例2のアンテナの構成を示す図である。
図24図23のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図25図23のアンテナの放射効率を示す図である。
図26】比較例3のアンテナの構成を示す図である。
図27図26のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図28図26のアンテナの放射効率を示す図である。
図29】比較例4のアンテナの構成を示す図である。
図30図29のアンテナのリターンロス特性を示す図である。
図31図29のアンテナの放射効率を示す図である。
図32図29のアンテナに流れるアンテナ電流を示す図である。
図33図29のアンテナに流れるアンテナ電流を示す図である。
図34】比較例5のアンテナの構成を示す図である。
図35図34のアンテナのアイソレーション特性を示す図である。
図36】比較例6のアンテナの構成を示す図である。
図37図36のアンテナを拡大する図である。
図38図36のアンテナのアイソレーション特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、無線機器のアンテナに関し、特にスプリットリング共振器を用いたアンテナに関する。本発明は、単共振、狭帯域という特性を持つスプリットリング共振器を用いたアンテナに、新たな構造を追加して、アンテナサイズを拡大させることなく、広帯域化を実現するものである。
【0017】
実施の形態について説明する前に、図18〜38を参照して比較例に係るスプリットリングアンテナの問題点について説明する。図18〜22は、スプリットリングアンテナを2.4GHz帯のWi−Fiに適用した比較例1を示している。図18に示す比較例1では、100mm×100mmのGND基板31の上端部の中央近傍にスプリットリング共振器からなるアンテナ30が配置されている。
【0018】
図19は、図18のアンテナ30の拡大図である。GND基板31には、14mm×5mmのサイズでGNDを削除した開口部が形成されている。開口部内には、スプリット部32を有する導体パターン33が形成されている。導体パターン33には、給電部34より給電線路35を介して給電される。図20に、図19のXX−XX断面図を示す。図20に示すように、給電線路35がGNDと重なる箇所では、GND基板31の一部が削除され、給電線路35が同層のGND36、下層のGND37と所定の間隔を隔てて配置される。すなわち、給電線路35とGND36、GND37との間にはストリップラインが形成される。
【0019】
図18のアンテナ30のリターンロス特性を図21に、放射効率を図22に示す。リターンロス特性とは、アンテナの性能を図る指標の一つである。リターンロス特性は、アンテナの給電部から入力された信号に対する、その入力信号がアンテナにおいて反射され、給電部に戻ってくる信号の比率を表す。アンテナの給電部において、アンテナ側のインピーダンスと給電部側のインピーダンスとが近ければ近い程、当該給電部での信号反射が少なく、アンテナとしての性能が向上する。
【0020】
図21において、横軸は周波数(MHz)を示し、縦軸は反射率(dB)を示している。なお、以下の説明のリターンロス特性を示す図においても、横軸、縦軸は同様である。横軸は、右方向に向かうほど周波数が高くなる。縦軸は、下方向に向かうほどその周波数において反射が少ない(効率よく放射される)ことを表す。リターンロス特性を示すグラフは、インピーダンスが50Ωに近ければ近い程小さな値になる。リターンロス特性を表すグラフにおいて、リターンロスの値が小さい部分が、アンテナが共振し電波の送受信が行われる周波数帯域となる。アンテナが良好に動作するためには、一般的にアンテナが動作する周波数においてリターンロスが−5dB以下であることが望ましい。
【0021】
放射効率(放射特性)も、同じくアンテナの性能を図る指標の一つである。放射効率は、アンテナに入力された電力に対する、アンテナから電波となり出力された電力の比率で求められる。放射効率は、値が大きいほどアンテナ装置の性能がよいことを示す。図22において、横軸は周波数(MHz)を示し、縦軸は放射率(dB)を示している。なお、以下の説明の放射効率を示す図においても、横軸、縦軸は同様である。図21、22に示すように、アンテナ30は、2.4GHz帯の単共振である。
【0022】
図23〜25は、スプリットリングアンテナを5GHz帯のWi−Fiに適用した比較例2を示している。図23は、アンテナ30の拡大図である。GND基板31には、4mm×5mmのサイズでGNDを削除した開口部が形成されている。開口部内には、スプリット部32を有する導体パターン33が形成されている。導体パターン33には、給電部34より給電線路35を介して給電される。これらの構成は、上述した2.4GHz帯のアンテナの構成と同様である。図23のアンテナ30のリターンロス特性を図24に、放射効率を図25に示す。図24、25に示すように、5GHz帯の単共振である。
【0023】
2共振アンテナが必要な場合は、スプリットリングアンテナを2つ並べ、給電部から2分岐した給電線路によって給電する構成が考えられる。図26〜28は、スプリットリングアンテナをマルチバンド化した比較例3を示している。図26に示すように、2共振アンテナ30aは、GND基板31の上端部に、スプリット部32aを有する導体パターン33aとスプリット部32bと有する導体パターン33bが並ぶように設けられている。導体パターン33a、33bは、給電部34から2分岐した給電線路35によって給電されている。図26のアンテナ30のリターンロス特性を図27に、放射効率を図28に示す。
【0024】
図27、28に示すように、2.4GHz帯及び5GHz帯の2共振である。しかしながら、図26に示すアンテナ30aでは、スプリットリング共振器をGND基板31の端部に並べて配置するため、アンテナサイズが拡大してしまうという問題がある。
【0025】
上述したように、この問題を解決する手段として、特許文献2に一例が示されている。図29〜33は、特許文献2の技術を用いてスプリットリングアンテナをマルチバンド化した比較例4を示している。図29に示すように、1つのスプリットリング共振器を用いたアンテナ40の開口部内において、スプリット部42aを有する導体パターン43aの開放端に、導体パターン43bが接続されている。また、一端が当該開口部の開口縁に接続され、他端が導体パターン43bと対向するように配置された導体パターン43cが設けられている。導体パターン43b、43cからそれぞれ延びた導体が追加のスプリット部42bを形成している。導体パターン43dには、給電線路45を介して給電部44から給電が行われる。
【0026】
図29のアンテナ40のリターンロス特性を図30に、放射効率を図31に示す。図30、31に示すように、アンテナ40の構成により、アンテナサイズを拡大することなく、アンテナの2共振化を実現している。図31、32に、図29のアンテナに流れるアンテナ電流を示す。図29の構成では、図31に示すように、見かけ上の給電点46及び給電点47を中心とした2種類のアンテナ電流を発生させ、アンテナの2共振化を実現している。
【0027】
しかしながら、前述の2共振化手段では、スプリット部42aを通過するときに発生する第1共振周波数(2.4GHz帯)と比較して、スプリット部42aに加えてスプリット部42bを通過するときに発生する第2共振周波数(5GHz帯)は、スプリット部42bの容量の分だけ高い周波数となるという特徴がある。従って、第2共振周波数は、第1共振周波数に対して高い周波数に設定しなければならないという制限がある。また、第2共振周波数の調整範囲は、追加されたスプリット部42bの容量が調整可能な範囲に限定されるため、共振周波数の調整範囲が狭いという課題を有している。
【0028】
また、特許文献2では、帯域が狭いという課題も有している。図31の放射効率に示すように、特に使用帯域が広い5GHz帯では、帯域端で放射効率の低下が見られる。広帯域化については、特許文献2だけでなく、先に示した特許文献1のスプリットリングアンテナにおいても有効な手段が無く、課題の1つとなっている。
【0029】
スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術が、例えば、特許文献3に示されている。図34〜38は、スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術を説明する例である。図34、35は、スプリットリング共振器を適用していないアンテナの比較例5を示している。また、図36〜38は、スプリットリング共振器を適用したアンテナの比較例6を示している。
【0030】
比較例5では、100mm×100mmのGND基板52の上端部において、給電部53aに接続されたアンテナエレメント51aからなるモノポールアンテナ50aと、給電部53bに接続されたアンテナエレメント51bからなるモノポールアンテナ50bが形成されている。アンテナエレメント51bは、アンテナエレメント51aから約λ/4だけ離れた位置に配置されている。
【0031】
図35は、図34のアンテナのアイソレーション特性を示す。アイソレーションとは、複数のアンテナ同士の干渉を示す度合いである。アイソレーションが小さい状態とは、複数のアンテナ同士の干渉が大きく、互いのアンテナ特性に悪影響を及ぼしている状態である。アイソレーション特性は、給電線から出力される信号の、入力電力に対する出力電力の比率を示す。図35において、横軸は周波数(MHz)を表し、縦軸はアイソレーション(dB)を表している。なお、以下の説明のアイソレーション特性を示す図においても、横軸、縦軸は同様である。図35に示すように、この場合、アンテナ間の干渉が強く、アイソレーションは約10dB程度しか得られない。
【0032】
図36〜38は、スプリットリング共振器によるアンテナ間の干渉低減技術(特許文献3)を説明する比較例6を示している。図36に示すように、モノポールアンテナ50aとモノポールアンテナ50bとの間には、スプリングリング共振器54が配置されている。図37は、図36のアンテナの拡大図である。図38に示すように、このときのアイソレーションは約20dBであり、スプリングリング共振器54を配置しない場合と比較して約10dBの改善効果が見られる。しかし、この例においても、アイソレーションが20dB得られる帯域幅は93MHzと狭く、広帯域化が課題となっている。
【0033】
実施の形態では、単共振、且つ、狭帯域という特性を持つスプリットリングアンテナに、新たな構造を追加して、アンテナサイズを拡大することなく、複数共振によるマルチバンド化を実現、又は、広帯域化を実現したことを特徴とする。以下、実施の形態について説明する。
【0034】
実施の形態1
実施の形態1に係るアンテナについて、図を参照して説明する。なお、以下に説明する図において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。図1は、実施の形態1に係るアンテナ1の構成を示す図である。アンテナ1は、スプリットリング共振器8を用いたスプリングリングアンテナである。スプリットリング共振器8は、スプリット部3を有する導体パターン4a、4b、第1アンテナエレメント5、第2アンテナエレメント7を含む。
【0035】
アンテナ1は、スプリットリング共振器8、給電部6、GND基板2を備える。GND基板2には、その端部にGNDを除去した開口部が形成されている。スプリットリング共振器8は、該開口部内に設けられている。この開口部が、スプリットリング共振器8の領域となる。スプリットリング共振器8は、GND基板2の外縁に接するように配置されている。
【0036】
開口部の右側の開口縁から、GND基板2の外縁に沿うように導体パターン4aが設けられている。導体パターン4aの一端はGNDに接続されている。導体パターン4aの他端は、GND基板2の外縁から垂直に、GND基板2の内側に向かう方向に延びている。
【0037】
スプリットリング共振器8の領域内には、第1アンテナエレメント5が形成されている。すなわち、第1アンテナエレメント5は、GND基板2に形成された開口部内に形成されている。給電部6は、GND基板2開口部の左側の開口縁近傍に形成されている。第1アンテナエレメント5の一端は給電部6に接続され、交流電力が供給される。すなわち、第1アンテナエレメント5は、給電線路として用いられる。第1アンテナエレメント5は、GND基板2の外縁から所定の距離だけ内側の位置において、GND基板2の外縁に平行に延びている。第1アンテナエレメント5の他端には、導体パターン4bの一端が接続されている。
【0038】
導体パターン4bは、GND基板2の外縁に沿うように形成されている。導体パターン4bの他端は、GND基板2の外縁から垂直に、GND基板2の内側に向かう方向に延びている。導体パターン4aと導体パターン4bのGND基板2の外縁から垂直に延びた部分は、所定の間隔を隔てて対向し、スプリット部3を形成している。導体パターン4aと導体パターン4bとが特許請求の範囲に記載の第1導体パターンに対応する。
【0039】
また、開口部の左側の開口縁から、GND基板2の外縁に沿うように第2アンテナエレメント7が設けられている。第2アンテナエレメント7の一端は、直接接地されている。第2アンテナエレメント7は、第1アンテナエレメント5及び導体パターン4bと所定の間隔Gを隔てて配置されている。図1に示す例では、第2アンテナエレメント7は第1アンテナエレメント5と平行に配置されている。また、第2アンテナエレメント7は、第1アンテナエレメント5よりGND基板2の外周側に配置されている。
【0040】
実施の形態1では、第1導体パターン(導体パターン4a、4b)と第2アンテナエレメント7で形成されるループは、第1周波数帯内で変化する周波数を有する第1電流が流れたときに共振し、第1共振周波数が発生する。また、第1アンテナエレメント5と第2アンテナエレメント7で形成されるループは、前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯内で変化する周波数を有する第2電流が流れたときに共振し、第2共振周波数が発生する。つまり、第1アンテナエレメント5は、給電に用いられるとともに、アンテナエレメントとしても用いられる。これにより、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、多共振化が可能となる。
【0041】
さらに、実施の形態1に係るアンテナ1では、第2共振周波数は、第1アンテナエレメント5と平行な第2アンテナエレメント7の長さにより調整することが可能である。これにより、周波数の調整範囲を広くすることができる。このため、第2共振周波数を第1共振周波数付近に設定することも可能となる。このように、実施の形態1に係るアンテナ1では、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、多共振化とともに、広帯域化を実現することが可能となる。
【0042】
実施の形態2
実施の形態2に係るアンテナについて、図2〜8を参照して説明する。図2は、実施の形態2に係るアンテナの第1構成例を示す図である。図3図2のアンテナを拡大する図であり、図4図3のIV−IV断面図である。実施の形態2において、実施の形態1と異なる点は、インダクタ9を追加している点である。
【0043】
図3に示すように、アンテナ1は、スプリットリング共振器8、給電部6、GND基板2、インダクタ9を備える。スプリットリング共振器8は、スプリット部3を有する導体パターン4a、4b、第1アンテナエレメント5、第2アンテナエレメント7を含む。上述したように、第1アンテナエレメント5は、給電線路とアンテナエレメントを兼ねている。インダクタ9は、第2アンテナエレメント7とGND基板2の開口縁との間に設けられている。第2アンテナエレメント7の一端は、インダクタ9を介して接地されている。インダクタ9は、小型化及び周波数調整を容易にするために配置される。
【0044】
第1構成例では、100mm×100mmのGND基板2にアンテナ1aが配置されている。図18に示した比較例1と同様に、GND基板2には、14mm×5mmのサイズでGNDを削除した開口部が形成されている。この開口部が、スプリットリング共振器8の領域となる。第1アンテナエレメント5と第2アンテナエレメント7との間隔Gは、1mm〜2mm程度とした時、最も本発明の効果が得られ易い。第1構成例では、間隔Gを1.5mmとした。
【0045】
図4に示すように、第1アンテナエレメント5がGNDと重なる箇所では、GND基板2の一部が削除され、第1アンテナエレメント5が同層のGND10、下層のGND11と所定の間隔を隔てて配置される。すなわち、第1アンテナエレメント5とGND10、GND11との間にはストリップラインが形成される。しかしながら、第1アンテナエレメント5の構成はこれに限定されず、給電を行うことができれば他の構成としてもよい。
【0046】
次に、第1構成例に係るアンテナ1aの動作について、図5、6を参照して説明する。図5、6は、図2のアンテナに流れるアンテナ電流を示す図である。図5に示すように、第1構成例では、第1導体パターン(導体パターン4a、4b)、第2アンテナエレメント7、インダクタ9で形成されるループにより第1共振周波数が発生する。この場合、第1アンテナエレメント5、第2アンテナエレメント7は、インピーダンスが50Ωに近い給電線路として動作する。このため、見かけ上、導体パターン4bの第2アンテナエレメント7に近接する位置に給電点12が存在する。この給電点12を中心としてアンテナ電流が流れる。
【0047】
また、第1アンテナエレメント5、第2アンテナエレメント7、インダクタ9で形成されるループにより第2共振周波数が発生する。この場合、見かけ上、第1アンテナエレメント5のGND基板2の開口端に近接する位置に給電点13が存在する。この給電点13を中心としてアンテナ電流が流れる。このように、第1構成例では、1つのアンテナ領域で多共振化を実現することができ、アンテナを小型化することができる。
【0048】
図7は、図2のアンテナのリターンロス特性を示す図である。図8は、図2のアンテナの放射効率を示す図である。図7、8から、放射効率を低下させることなく、2.4GHz帯及び5GHz帯の2共振化を実現することが可能であることがわかる。
【0049】
また、実施の形態2に係るアンテナ1aでは、第2共振周波数は、第1アンテナエレメント5と平行な第2アンテナエレメント7の長さ又はインダクタにより調整することが可能である。このため、第2共振周波数を第1共振周波数付近に設定することができる。また、第2共振周波数の調整範囲を、第1共振周波数から第2共振周まで連続した帯域を確保することができる。このように、実施の形態2では、第2共振周波数の調整範囲を広くすることができる。
【0050】
実施の形態2に係るアンテナの他の構成例について、図9〜11を参照して説明する。図9は、実施の形態2に係るアンテナの第2構成例を示す図である。図10図9のアンテナを拡大する図である。図11は、図9のアンテナのリターンロス特性を示す図である。第2構成例は、2.4GHz帯を広帯域化した場合の一例である。
【0051】
第1構成例と同様に、第2構成例では、100mm×100mmのGND基板2にアンテナ1bが配置されている。図10に示すように、アンテナ1bは、スプリットリング共振器8、給電部6、GND基板2、インダクタ9を備える。スプリットリング共振器8は、スプリット部3を有する導体パターン4a、4b、第1アンテナエレメント5b、第2アンテナエレメント7bを含む。
【0052】
第2構成例では、第1アンテナエレメント5b及び第2アンテナエレメント7bの長さを、第1構成例の第1アンテナエレメント5、第2アンテナエレメント7よりも長くしている。さらに、インダクタ9の定数を調整することで、第2共振周波数を2.7GHz付近に調整することが可能である。図11から、2.4GHz帯におけるリターンロスが−5dB以下となる範囲を広くすることができ、広帯域化を実現することができる。
【0053】
図12は、実施の形態2に係るアンテナの第3構成例を示す図である。図13図12のアンテナを拡大する図である。図14は、図12のアンテナのリターンロス特性を示す図である。第3構成例は、5GHz帯を広帯域化した場合の一例である。
【0054】
第1構成例と同様に、第3構成例では、GND基板2にアンテナ1cが配置されている。図13に示すように、アンテナ1cは、スプリットリング共振器8、給電部6、GND基板2、インダクタ9を備える。スプリットリング共振器8は、スプリット部3を有する導体パターン4a、4b、第1アンテナエレメント5c、第2アンテナエレメント7cを含む。
【0055】
第2構成例では、第1アンテナエレメント5c及び第2アンテナエレメント7cの長さを、第1構成例の第1アンテナエレメント5、第2アンテナエレメント7よりも短くしている。このため、GND基板2に形成される開口部のサイズが、第1構成例の開口部のサイズよりも小さくなる。さらに、インダクタ9の定数が調整される。図14から、5GHz帯におけるリターンロスが−5dB以下となる範囲を広くすることができ、広帯域化を実現することができる。以上説明したように、実施の形態2では、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、多共振化を可能とするとともに、広帯域化を実現することが可能となる。
【0056】
実施の形態3
実施の形態3に係るアンテナについて、図15〜17を参照して説明する。図15は、実施の形態3に係るアンテナの構成の一例を示す図である。図16は、図15のアンテナを拡大する図である。図17図15のアンテナのアイソレーション特性を示す図である。実施の形態3は、アンテナ間の干渉低減に本発明のスプリットリング共振器を利用した例である。
【0057】
図15、16に示すように、アンテナ1dは、モノポールアンテナ20a、20b、スプリットリング共振器8、GND基板2、インダクタ9を備える。モノポールアンテナ20aは、給電部21aに接続されたアナンテナエレメント22aを有し、モノポールアンテナ20bは給電部21bに接続されたアンテナエレメント22bを有する。モノポールアンテナ20a、20bは、GND基板2の上端部において、所定の距離を隔てて配置されている。
【0058】
モノポールアンテナ20aとモノポールアンテナ20bとの間には、スプリットリング共振器8が配置されている。すなわち、モノポールアンテナ20a、スプリットリング共振器8、モノポールアンテナ20bは、GND基板2の同じ端辺にこの順に並ぶように形成されている。
【0059】
図16に示すように、スプリットリング共振器8は、スプリット部3を有する導体パターン4a、4b、第1アンテナエレメント5d、第2アンテナエレメント7dを含む。インダクタ9は、第2アンテナエレメント7dとGND基板2の開口縁との間に設けられている。第2アンテナエレメント7dの一端は、インダクタ9を介して接地されている。第1アンテナエレメント5dの一端は接地され、他端は導体パターン4bが接続されている。
【0060】
図17は、図15のアンテナ1dのアイソレーション特性を示す。図17に示すように、実施の形態3では、アイソレーションは約20dB得られる帯域は140MHzとなる。図38の比較例では、イソレーションは約20dB得られる帯域は93MHzであり、実施の形態3では、約1.5倍の広帯域化を実現することが可能となる。以上説明したように、実施の形態3では、アンテナ領域の拡大や特性の低下をさせる事なく、アイソレーション特性を改善するとともに、広帯域化を実現することが可能となる。
【0061】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【0062】
1 アンテナ
1a アンテナ
1b アンテナ
1c アンテナ
1d アンテナ
2 GND基板
3 スプリット部
4a 導体パターン
4b 導体パターン
5 第1アンテナエレメント
5b 第1アンテナエレメント
5c 第1アンテナエレメント
5d 第1アンテナエレメント
6 給電部
7 第2アンテナエレメント
7b 第2アンテナエレメント
7c 第2アンテナエレメント
7d 第2アンテナエレメント
8 スプリットリング共振器
9 インダクタ
1a アンテナ
10 GND
11 GND
12 給電点
13 給電点
20a モノポールアンテナ
20b モノポールアンテナ
21a 給電部
21b 給電部
22a アナンテナエレメント
22b アンテナエレメント
30 アンテナ
30a 2共振アンテナ
31 GND基板
32 スプリット部
32a スプリット部
32b スプリット部
33 導体パターン
33a 導体パターン
33b 導体パターン
34 給電部
35 給電線路
36 GND
37 GND
40 アンテナ
41 GND基板
42a スプリット部
42b スプリット部
43a 導体パターン
43b 導体パターン
43c 導体パターン
44 給電部
45 給電線路
46 給電点
47 給電点
50a モノポールアンテナ
50b モノポールアンテナ
51a アナンテナエレメント
51b アンテナエレメント
52 GND基板
53a 給電部
53b 給電部
54 スプリングリング共振器
G 間隔
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23
図24
図25
図26
図27
図28
図29
図30
図31
図32
図33
図34
図35
図36
図37
図38