JPH0897624A - プリントアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリントアンテナにおいてアース導体への漏
れ電流を阻止しつつ、給電線路と良好な整合特性が得ら
れるようにする。 【構成】 誘電体基板１の一方の面と他方の面にそれぞ
れ形成されたストリップ導体３とアース導体５により、
給電用ストリップ線路２が形成されている。アース導体
５はその上方から下方に折返された約１／４波長の折返
線路６，７が設けられており、ストリップ導体３の上方
には約１／４波長の放射導体４が設けられており、スト
リップ導体３の放射導体４との接続部には幅がストリッ
プ導体３の給電側より広く長さが約１／４波長である帯
状部８が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば各種データ通
信，移動体通信等の無線機用アンテナとして使用される
ストリップ線路を用いたプリントアンテナの改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、準マイクロ波帯における各種の移
動体通信が脚光を浴びつつあり、そのような中で車載ま
たは携帯端末等の移動局用アンテナの小型化、薄型化が
重要課題となっている。これに適したアンテナとして
は、製造も容易でかつ小型，薄型化を図ることができる
ストリップ線路によるプリントアンテナが挙げられる。
ストリップ線路は誘電体基板の表面にストリップ導体を
設け、誘電体基板の裏面にストリップ導体の背面の広い
接地面積のアース導体を設けて形成されており、この表
面のストリップ導体と接続するように放射導体を設け、
アンテナが形成される。放射導体の長さは通常共振波長
の約１／４とされ、ストリップ線路により給電される。
プリントアンテナは、ストリップ導体およびアース導体
をプリント基板に作成するような方法で加工して作成さ
れる。

【０００３】図５は、実開平１−６７８１５に示された
従来のプリントアンテナの一例の斜視図である。図にお
いて、誘電体基板１の一方の面にプリントされたストリ
ップ導体３と他方の面にプリントされたアース導体５に
より構成されるストリップ線路２と、ストリップ導体３
より上方に伸びた共振波長の約１／４の長さの放射導体
４と、アース導体５の上部両端９，１０より下方に延び
た約１／４波長の折返線路６，７等から構成されてい
る。このアンテナは、ストリップ導体３およびアース導
体５によって形成されるストリップ線路２を介して給電
され、モノポールアンテナ素子を形成する放射導体４が
励振され、また、折返線路６，７によってアース導体５
に流れる漏れ電流を阻止している。

【０００４】図６は、実公平５−５６８７に示される従
来のプリントアンテナの他の一例の斜視図である。前記
の図５のアンテナにおける放射導体４の代わりに、互い
に異なる共振波長のほぼ１／４にそれぞれ一致する長さ
の複数個のたとえば２個の放射素子１１，１２をストリ
ップ導体３の一端に設けることにより広帯域化を図った
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般にアンテナと接続
される給電線（同軸ケーブル）の特性インピーダンス
は、５０Ωまたは７５Ωのものが広く用いられている。
一方、アンテナの入力インピーダンスは、種類，形状に
よって大きく異なるため、給電線とアンテナを直接接続
するとインピーダンス不整合による効率の低下を生じ
る。これを防ぐため、アンテナの入力インピーダンスを
給電線の特性インピーダンスに整合させる必要がある。

【０００６】図７のスミスチャートの実線の曲線Ａは、
図５に示したアンテナの入力インピーダンス特性の一例
を示したものであり、図を見て明らかなように、このア
ンテナは良好なインピーダンス整合特性を示していな
い。そこで、同図のアンテナを給電線路に整合させるた
め、図５の折返線路の６，７の長さおよび放射導体４の
長さを調整することにより、アンテナ入力インピーダン
スを変化させる方法がある。たとえば、折返線路６，７
の長さを短くし、放射導体４の長さを長くすることによ
り、給電線の特性インピーダンスに整合させることが可
能である。ところが、こうすることにより、折返線路
６，７の長さは１／４波長ではなくなるため、アース導
体５に流れる漏れ電流が大きくなり、これにより、指向
性やゲインの特性が乱れるという不具合が生じる。

【０００７】図８のスミスチャートの実線の曲線Ｂは、
図６に示されるアンテナのように複数個の共振周波数の
異なる放射素子を設けることによって広帯域化し、これ
によりその入力インピーダンス整合がとられている一例
である。この場合、複数個の放射素子を設けているため
形状が大きくなり、また、形状を大きくしないように、
放射素子を折曲げることにより小型化した場合や、折返
線路６，７間の距離を小さくしてアンテナの小型化を図
る場合に、入力インピーダンスは非常に低くなり、複数
個の共振周波数の異なる放射素子を設けるだけでは、良
好なインピーダンス整合特性を得ることができない。ま
た、極端に各放射素子の共振周波数をずらすことによ
り、指向性にひずみが出ることも考えられる。

【０００８】前述のように、プリントアンテナはその形
状および生産性より、移動体通信の車載または携帯端末
の移動局用アンテナに適しているが、実際に移動局用ア
ンテナとして用いる場合、マルチパスフェージングの影
響を非常に大きく受け、それにより受信電力が大きく変
動し、高品質な通信を保つことができない。そこで、た
とえば従来例に示したプリントアンテナを、フェージン
グ防止のための空間ダイバーシティのアンテナ素子とし
て用いたとき、前述のような問題点により、各アンテナ
素子の指向性が乱れることが考えられ、これにより、空
間ダイバーシティとしての効果が小さくなるということ
が考えられる。

【０００９】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、その目的は、アース導体への漏れ電流を阻止
しつつ、また、アンテナの大きさを変化させることな
く、給電線路と良好な整合が得られるプリントアンテナ
を提供することにある。

【００１０】その結果、１枚の誘電体基板に本発明によ
る複数個のプリントアンテナと切換スイッチを設けて、
小型で良好なダイバーシティ効果を持つダイバーシティ
アンテナを供給することができる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるアンテナ
は、誘電体基板の表面に形成したストリップ導体と裏面
に形成したアース導体により構成される給電用ストリッ
プ線路と、裏面アース導体の上部において下方に折返さ
れてその長さが共振波長の約１／４となるように形成さ
れた折返線路と、誘電体基板の表面に形成され、折返線
路の上端に相当する位置より上方に向かって伸びその長
さが共振波長の約１／４となるように形成された放射導
体とを備えており、上記ストリップ導体の上端部と上記
放射素子の下端部との接続部に、幅が上記ストリップ導
体の給電側より広く、長さが共振波長の約１／４である
帯状部を設けた。

【００１２】

【作用】上記のように構成されたアンテナは、裏面に設
けた約１／４波長の折返線路により、アース導体に流れ
る漏れ電流を阻止でき、帯状部の長さ，幅によりアンテ
ナの入力インピーダンスを変化させることができ、給電
ストリップ線路とのインピーダンス整合を良好に取るこ
とができる。また、アンテナの使用状況に合わせて、帯
状導体の幅を予め広くして、入力インピーダンスを低め
に整合させておくことにより、アンテナに導体板が近接
した時に良好なインピーダンス整合特性が得られるよう
に調整しておくことも可能である。

【００１３】また、複数個の上記アンテナ素子を同一基
板上に平行に、あるいは９０°の角度を持って交わるよ
うに設け、アンテナ切換回路により切換えることによ
り、空間，指向性，あるいは偏波ダイバーシティを行な
うことができる。この時、各アンテナ素子はアース導体
に流れる漏れ電流を阻止しているため、指向性が乱れる
ことなく、良好なダイバーシティ効果が得られる。これ
により、マルチパスフェージングによる受信電力の低下
を抑え、高品質の通信を保つことができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を示
す。

【００１５】図１は、本発明によるアンテナの第１の実
施例を示す斜視図であり、図５と同一の部分は同一の符
号で表わされる。図１において、誘電体基板１の表面
に、エッチング等により形成された使用周波数の共振波
長の約１／４の長さの放射導体４とストリップ導体３が
形成され、ストリップ導体３と放射導体４との接続部に
幅がストリップ導体３の給電側より広く長さが約１／４
波長の幅の広い帯状部８を有している。また、誘電体基
板１の裏面にはストリップ導体３と共に給電用のストリ
ップ線路２を形成し、帯状部８を含むストリップ導体３
の背面を広く覆うアース導体５が設けられており、アー
ス導体５の上部両端部９，１０より下方に向かって約１
／４波長延びている折返線路６，７等を有している。以
上のように構成された図１のアンテナは、ストリップ線
路２の下端より給電され、折返線路６，７によってアー
ス導体５に漏れ電流が流れるのを阻止している。

【００１６】図１のアンテナは、帯状部８がストリップ
導体３の給電側より幅を広く構成され、かつ約１／４波
長の長さになっているため給電線路とアンテナ入力イン
ピーダンスとの整合を取るためのインピーダンス変成器
としての働きをし、図５に示される従来のアンテナよ
り、良好な入力インピーダンス整合特性を得ることがで
きる。また、アンテナの小型化を図るため２つの折返線
路６，７の距離、つまり本アンテナの全幅を小さくした
り、放射導体４を折曲げ形状導体にしてアンテナ高を小
さくすることにより、アンテナの入力インピーダンスは
より低くなる傾向にある。本発明は、このような場合に
も非常に有効であり、帯状部８の幅をより大きくするだ
けで簡単に良好なインピーダンス整合特性を得ることが
可能である。また、アンテナの形状によっては、アンテ
ナの入力インピーダンスのリアクタンス成分が大きくな
るため、リアクタンス成分の性質により、帯状部８の長
さは１／４波長よりも短く、または、長く構成したほう
が良い場合もある。また、本実施例では、アース導体５
の両側に長さの等しい折返線路６，７を設けているが、
図２に示すように、折返線路はアース導体後の片側、た
とえば、図２では左側の折返線路７でもよく、また折返
線路６，７は真っ直ぐ下方に折返されている必要がな
く、途中で折曲げられていてもよい。

【００１７】また、本発明のアンテナのようなプリント
アンテナは、その形状の特徴により、壁面等に備えつけ
て使用されることが考えられる。アンテナの使用状況に
応じては、付近の導体がアンテナ側面に近接した状態に
なることがあり、これにより、アンテナの入力インピー
ダンス特性は大きく変化する。このようなとき、アンテ
ナの使用状況に合わせて、帯状部８の幅を予め広くし
て、入力インピーダンスを低めに整合させておくことに
より、導体が近接したときに良好なインピーダンス整合
特性が得られるように調節しておくことも可能である。

【００１８】図３は、本発明による第２の実施例の斜視
図であり、１枚の誘電体基板１上にエッチング等によ
り、図１に示したアンテナを２個、それらの放射導体４
ａ，４ｂを約０．５波長程度の空間を隔てて形成したも
のであり、表面にそれぞれ２つの放射導体４ａ，４ｂ
と、帯状部８ａ，８ｂを有するストリップ導体３ａ，３
ｂと、アンテナ切換回路２４とを有し、また、裏面には
２組の折返線路６ａ，６ｂおよびストリップ導体３ａ，
３ｂ，３ｃと共にストリップ線路２１，２２，２３を形
成する共通のアース導体５を有している。アンテナ切換
回路２４は、ストリップ線路２３とストリップ線路２１
および２２との接続部に設けられ、たとえばＰＩＮダイ
オードを用いて、直流電圧により切換えるスイッチ回路
である。

【００１９】本アンテナは、ストリップ線路２３より給
電され、アンテナ切換回路２４によって、ストリップ線
路２１側もしくはストリップ線路２２側のどちらか片方
がＯＮとなるように切換えられ、それにより、上記２つ
のアンテナ素子のうちの片方が動作し、空間ダイバーシ
ティアンテナとして動作する。上述のように２つのアン
テナの放射導体間隔は約０．５波長程度となっているた
め、２つのアンテナ素子間の相関係数、相互結合は共に
十分小さく、良好なダイバーシティ効果が得られる。

【００２０】空間ダイバーシティとしては、各アンテナ
素子は無指向性であることがのぞましい。たとえば、従
来例のアンテナを空間ダイバーシティに用いた場合、前
述のように給電線に整合させると、アース導体５に漏れ
電流が流れ、指向性にひずみが出ることが考えられ、空
間ダイバーシティの効果は小さくなる。本発明の図３の
アンテナは各アンテナ素子がそれぞれ給電線との良好な
インピーダンス整合が取られ、かつアース導体５に漏れ
電流が流れないため、水平面内無指向性の特性が維持さ
れているため、より良好な空間ダイバーシティ効果が得
られる。これにより、たとえば、本アンテナを移動体通
信における移動局アンテナとして用いたとき、マルチパ
スフェージングによる受信電力の変動を抑制することが
でき、高品質の通信を保つことが可能である。

【００２１】また、図３のアンテナにおいて、アンテナ
の素子間隔を０．５波長よりも小さくすることにより、
２つのアンテナ素子間の相互結合が大きくなる。これを
積極的に利用し、アンテナ切換時の動作していないほう
の放射導体（非励振素子）を導波器または反射器となる
ように、放射導体間隔を設定することにより、図３のア
ンテナは指向性ダイバーシティアンテナとしても動作さ
せることができる。これにより、放射導体間隔を小さく
することができ、より小型のダイバーシティアンテナを
構成することができる。たとえば放射導体間隔を約０．
１波長程度にすることにより、動作していないほうの放
射導体（非励振素子）は反射器として動作し、各放射導
体は非励振素子側にヌル（ｎｕｌｌ）を持つ指向性とな
り、良好な指向性ダイバーシティ効果が得られる。

【００２２】また、図３のアンテナを誘電体等のアンテ
ナ筐体にいれる時、筐体とアンテナ素子間の距離が小さ
くなると、上記２つのアンテナ素子のそれぞれ外側にあ
る折返線路６ａ，６ｂがアンテナ筐体による影響を受
け、各々のアンテナ素子は２周波共振特性を示し、イン
ピーダンス整合が取れなくなる等の特性を乱れを生じる
ことがある。これを防ぐため、２組の折返線路の長さを
変えること、たとえば外側の折返線路６ａ，６ｂを内側
の折返線路７ａ，７ｂよりも短くすることにより、アン
テナ筐体収納時に良好な特性となるようなアンテナを提
供することができる。

【００２３】図４は、本発明による第３の実施例の斜視
図であり、１枚の誘電体基板１上にエッチング等によ
り、図２に示したアンテナを基本素子として、このアン
テナ素子を約９０°の角度を持って交わるように形成し
たものである。表面にそれぞれ帯状部８ａ，８ｂを有す
るストリップ導体３ａ，３ｂと、第１の放射導体４ｃお
よびアンテナ切換回路２４を有し、裏面には２つの折返
線路６ｃ，６ｄ及び第２の放射導体４ｄおよびストリッ
プ導体３ａ，３ｂ，３ｃとともにストリップ線路を形成
する共通のアース導体５を有し、第２の放射導体４ｄは
スルーホールめっき層１３により帯状部８ａと導通して
いる。

【００２４】一方のアンテナ素子は放射導体４ｃ，帯状
部８ｂ，折返線路６ｄ，ストリップ線路２１により構成
され、他方のアンテナ素子は、放射導体４ｄ，帯状部８
ａ，折返線路６ｃ，ストリップ線路２２およびスルーホ
ールめっき層１３により構成されている。放射導体４ｃ
と放射導体４ｄは直交する。

【００２５】本実施例においては、図２のアンテナを基
本素子として用いたが、図１のアンテナを基本素子とし
て用いてもよい。図４の折返線路６ｃ，６ｄがそれぞれ
途中で折曲げられているのは、アンテナをより小型化す
るためである。本アンテナは第２の実施例と同様に、ア
ンテナ切換回路２４によって切換を行なうことにより、
上記２つのアンテナ素子のうちのどちらか片方が動作
し、各アンテナ素子の偏波は直線偏波でありその偏波面
は直交するため、偏波ダイバーシティアンテナとして良
好な動作をする。これにより、第２の実施例と同様にマ
ルチパスフェージングの影響を抑制でき、高品質の通信
を保つことが可能である。偏波面は、たとえば折返線路
６ｃ，６ｄが図２のように真っ直ぐ延びている場合は、
その偏波面は放射導体４ｃあるいは４ｄと平行な面とな
るが、図４の実施例においては、２つの折返線路６ｃ，
６ｄは、ともに途中で折り曲げられているため、それぞ
れの偏波は折り曲げられている方向に回転し傾く。

【００２６】しかし、折返線路の６ｃ，６ｄの折り曲げ
位置や角度を調整することによって、両偏波面の角度を
調整でき、その直交性は保つことができる。また、放射
導体４ｃ，４ｄをそれぞれ折り曲げることよっても、偏
波面の傾きを制御することができる。

【００２７】アンテナの占有面積を大きくしてもよい場
合は、両放射導体を誘電体基板の一方の面に設けること
ができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本出願のアンテナは、誘電
体基板表面に放射導体と帯状部を有するストリップ導体
を形成し、裏面にアース導体および折り返し線路を形成
したものであり、これによりアース導体への漏れ電流を
阻止しつつ、放射導体の形状に関わらず、良好なインピ
ーダンス整合特性が得られる。これにより、プリントア
ンテナの小型化を図ることも可能である。また、アンテ
ナの使用状況に応じては、たとえば導体がアンテナ側面
に近接した状態になることがあり、これによりアンテナ
のインピーダンス特性は大きく変化する。このようなと
き、アンテナを使用状況に合わせて帯状部の幅を予め広
くしておくことにより、導体が近接したときに良好なイ
ンピーダンス整合特性が得られるように調節しておくこ
とも可能である。

【００２９】上記アンテナを基本素子として１枚の誘電
体基板上に切換回路，給電回路と共に一方の面に複数個
の放射導体を形成したり、あるいは両面に放射導体を形
成することにより、薄型の空間，指向性，ダイバーシテ
ィアンテナが構成でき、良好なダイバーシティ効果を得
ることができる。これにより、移動体通信の移動局アン
テナとして用いたとき、マルチパスフェージングによる
影響を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例の変形の斜視図である。

【図３】本発明の第２の実施例の斜視図である。

【図４】本発明の第３の実施例の斜視図である。

【図５】従来のプリントアンテナの一例の斜視図であ
る。

【図６】従来のプリントアンテナの他の例の斜視図であ
る。

【図７】図５のアンテナの入力インピーダンスの一例の
スミスチャートである。

【図８】図６のプリントアンテナの入力インピーダンス
の一例のスミスチャートである。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ２，２１，２２，２３ ストリップ線路 ３ ストリップ導体 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 放射導体 ５ アース導体 ６，６ａ，６ｂ，７，７ａ，７ｂ 折返線路 ８ 帯状部 １３ スルーホールめっき層 ２４ アンテナ切換回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の表面に形成されたストリッ
   プ導体と誘電体基板の裏面に形成された共振波長の約１
   ／４の長さの折返線路を有するアース導体とよりなるス
   トリップ線路と、ストリップ導体に接続されストリップ
   線路により給電される共振波長の約１／４の長さの放射
   導体とよりなるプリントアンテナにおいて、ストリップ
   導体の放射導体との接続部に幅がストリップ導体の給電
   部側より広く長さが共振波長の約１／４である幅の広い
   帯状部を設けたことを特徴とするプリントアンテナ。
2. 【請求項２】 複数の放射導体が平行に誘電体基板の面
   に配列されていることを特徴とする請求項１記載のプリ
   ントアンテナ。
3. 【請求項３】 複数の放射導体が誘電体基板の面に交差
   するように配置されていることを特徴とする請求項１記
   載のプリントアンテナ。