JP6163381B2 - パターンアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、パターンアンテナおよびパターンアンテナを備えるアンテナ装置に関する。

近年、小型機器に無線機能が搭載されることが多くなっており、当該小型機器に搭載するためのアンテナの小型化の要求が高まっている。

従来より、小型機器に搭載するためのアンテナとして、Ｆ字型のパターンアンテナが広く用いられている。Ｆ字型のパターンアンテナは、プリント基板の表面に、アンテナ素子を、Ｆ字型となるようにパターン形成させることで構成される。これにより、プリント基板上の比較的小さい面積の部分において、高周波用のアンテナを形成することができる。

また、Ｆ字型のパターンアンテナにおいて、アンテナ素子の形状（プリント基板上のパターン形状）を変形させて、アンテナ特性を改善する技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１９４７８３号公報

しかしながら、上記従来の技術では、所望のアンテナ特性のアンテナを実現するのが困難な場合がある。これについて、図１０を用いて説明する。

図１０は、従来のＦ字型パターンアンテナ９００の一例を示す図である。図１０に示すように、Ｆ字型パターンアンテナ９００は、基板９１と、基板９１上にパターン形成されたグランド面９２と、グランド面９２に接続されたアンテナ素子９３と、を備える。また、Ｆ字型パターンアンテナ９００は、図１０に示すように、給電点９４、９５を備える。

Ｆ字型パターンアンテナ９００で使用する搬送波の波長をλとすると、図１０のアンテナ素子９３の長さＬ９１を約λ／４とすることで、良好なアンテナ特性（周波数特性）を得ることができる。また、Ｆ字型パターンアンテナ９００において、入力インピーダンスを５０Ωに整合しようとする場合、給電点９４からＧＮＤ面までの距離（図１０に矢印Ｍ１で示した部分の距離）と、給電点９４の位置（図１０にＬ９２で示した長さ）と調整することで、キャパシタンス成分およびインダクタンス成分が調整され、入力インピーダンスを５０Ωに近づけることができる。

図１０に示すＦ字型パターンアンテナ９００では、アンテナ素子９３が、図１０の縦方向に延びる構成を有しており、長さＬ９１を約λ／４の長さにする必要があるので、より小さい面積の領域に、Ｆ字型パターンアンテナ９００のアンテナ性能を維持しつつ、パターンアンテナを構成するのは困難である。

そこで、図１１に示すパターンアンテナ９００Ａのように、アンテナ素子部分を折り曲げることで（アンテナ素子部分をメアンダ状に形成することで）、アンテナ素子部分の長さを確保しつつ、より小さい面積の領域にパターンアンテナを構成することが考えられる。

しかしながら、図１１に示すパターンアンテナ９００Ａでは、アンテナ素子部９３Ａの最もＧＮＤ面９２Ａ側のメアンダ状の部分から給電点９４Ａに向かって延びる短絡部９３１Ａに必要な領域が狭くなる。つまり、図１１に示すように、短絡部９３１Ａの位置を調整できる範囲が限定されるので、パターンアンテナ９００Ａでは、短絡部９３１Ａの位置を調整し、所望のアンテナ特性を得ることや、適切にインピーダンス整合をとることが困難となる。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、所望のアンテナ特性を有し、かつ、小さい面積の領域にも形成することができるパターンアンテナを実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、
第１の発明は、基板と、基板の第１面に形成されたグランド部と、アンテナ素子部と、短絡部と、接続部と、を備えるパターンアンテナである。

アンテナ素子部は、基板の第１面に、折り曲げ部が複数形成されるように設けられた導体パターンであって、グランド部と電気的に接続されている導体パターンを含む。
短絡部は、第１面のアンテナ素子部の導体パターンと、基板の第１面とは異なる面である第２面に、平面視において、アンテナ素子部の導体パターンの少なくとも一部と重なるように設けられた導体パターンを含む。

接続部は、アンテナ素子部の導体パターンと、短絡部の導体パターンとを電気的に接続する。

このパターンアンテナでは、アンテナ素子部の導体パターンが、基板の第１面に、折り曲げ部が複数形成されるように設けられているので、必要なアンテナの導体パターンの長さを確保しつつ、小さい面積の領域にアンテナ素子部を設けることができる。また、このパターンアンテナでは、短絡部が、基板の第１面のアンテナ素子部と電気的に接続されており、かつ、基板の第２面に形成されているので、小さい面積においても、十分な大きさ（長さ）の短絡部を形成することができる。そして、このパターンアンテナでは、平面視で、短絡部の導体パターンとアンテナ素子部の導体パターンとの重なり具合を調整することで、入力インピーダンスに容量性（キャパシタンス成分）を付与することができる。

したがって、このパターンアンテナでは、所望のアンテナ特性を実現しやすく、また、入力インピーダンス調整もしやすい。その結果、インピーダンス調整のために必要となる送受信回路の回路規模を低減させることができる。つまり、このパターンアンテナでは、パターンアンテナを形成するのに必要な面積を小さくすることができ、かつ、所望のアンテナ特性を容易に実現させることができる。

なお、基板は、多層基板であってもよく、基板の一層に第１面が形成され、別の一層に第２面が形成されていてもよい。

第２の発明は、第１の発明であって、アンテナ素子部は、メアンダ状に形成された導体パターンを含む。

これにより、このパターンアンテナでは、アンテナ素子部の導体パターンがメアンダ状に形成されるため、アンテナ素子部を小さい面積の領域に構成することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明であって、基板の第２面において、短絡部に電気的に接続され、平面視において、アンテナ素子部の導体パターンの少なくとも一部と重なるように形成された導体パターンを含む突起部をさらに備える。

これにより、このパターンアンテナでは、不要な信号（電磁波）に対するアンテナ感度を低減させることができる。つまり、アンテナ素子部が複雑な形状である場合に、マルチバンド特性となることがある。このような場合であっても、このパターンアンテナでは、突起部を設け、当該突起部の形状および位置を調整することで、不要な信号（電磁波）に対するアンテナ感度を低減させることができる。その結果、このパターンアンテナでは、マルチバンド特性となることを適切に防止することができる。

また、このパターンアンテナでは、平面視における突起部の導体パターンと、アンテナ素子部の導体パターンとの重なり具合を調整することで、所望の容量性（キャパシタンス成分）を付与することができる。したがって、このパターンアンテナでは、所望のアンテナ特性を容易に実現することができる。

第４の発明は、第３の発明であって、短絡部および突起部は、矩形状である。

突起部は、短絡部の平面視における長手方向の中心線から、突起部の先端部までの距離が、パターンアンテナで除外する対象とする電磁波の波長をλとすると、λ／４±０．３×（λ／４）を満たす長さとなるように形成されている。

これにより、このパターンアンテナでは、短絡部から突起部の先端部で全反射して戻ってきた波長λの電磁波（除外対象の電磁波）と、短絡部から給電点（アンテナ送受信部を接続するための短絡部上の接続点）に伝搬する波長λの電磁波（除外対象の電磁波）との位相差が約πとなり、逆相となる。つまり、直接給電点へ伝搬される波長λの電磁波と、突起部で全反射して給電点へ伝搬される波長λの電磁波とは、相殺される。その結果、このパターンアンテナでは、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を低減させることができる。

第５の発明は、第３の発明であって、短絡部および突起部は、矩形状である。

突起部は、
基板の比誘電率をεｒとし、
短絡部の平面視における長手方向の中心線から、突起部の先端部までの距離が、パターンアンテナで除外する対象とする電磁波の波長をλとすると、
λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）
Ｌ１＝λ０／４±０．３×（λ０／４）
ｓｑｒｔ（ｘ）：ｘの平方根を取得する関数
を満たす長さＬ１となるように形成されている。

これにより、このパターンアンテナでは、波長短縮効果を考慮して、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を低減させることができる。

波長短縮効果とは、高周波信号（高周波数の電磁波）が導体部分を通過する場合に、当該高周波信号が、通過する導体部分の周辺の物質の比誘電率の影響を受けて、導体部分を通過する高周波信号の波長が短縮する効果をいう。波長短縮効果を考慮した波長λ０は、通過する導体部分の周辺の物質の比誘電率をεｒとすると、λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）により算出される。

第６の発明は、第３の発明であって、短絡部および突起部は、矩形状である。

突起部は、
基板の比誘電率をεｒとし、
平面視において、アンテナ素子部の導体パターンと、突起部の導体パターンが重なることで生じるキャパシタンス寄与率をＫｃ（０≦Ｋｃ≦１）とし、
短絡部の平面視における長手方向の中心線から、突起部の先端部までの距離が、パターンアンテナで除外する対象とする電磁波の波長をλとすると、
λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）
Ｌ２＝Ｋｃ×λ０／４±０．３×Ｋｃ×（λ０／４）
ｓｑｒｔ（ｘ）：ｘの平方根を取得する関数
を満たす長さＬ２となるように形成されている。

これにより、このパターンアンテナでは、波長短縮効果を考慮し、さらに、平面視において、アンテナ素子部の導体パターンと、突起部の導体パターンが重なることで生じるキャパシタンス寄与率をＫｃ（０≦Ｋｃ≦１）をも考慮して、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を低減させることができる。

平面視において、アンテナ素子部の導体パターンと、突起部の導体パターンが重なることでパターンアンテナの入力インピーダンスに容量成分（キャパシタンス成分）が付与されるため、このパターンアンテナでは、当該容量成分（キャパシタンス成分）の影響を考慮したキャパシタンス寄与率Ｋｃを用いて、上記数式により長さＬ２を決定することで、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を低減させるとともに、さらに、突起部の大きさを小さくすることができる。その結果、このパターンアンテナでは、より小さい面積により構成でき、かつ、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を適切に低減することができる。

第７の発明は、第３から第６のいずれかの発明であって、基板の第２面において、突起部が、互いに重ならないように、複数形成されている。

これにより、このパターンアンテナでは、複数の突起部により、例えば、複数の不要な周波数の電磁波に対するアンテナ感度を低減させることができる。また、このパターンアンテナでは、平面視で、複数の突起部の導体パターンと、アンテナ素子部の導体パターンとの重なり具合を調整することで、所望の容量性（キャパシタンス成分）を付与することができる。したがって、このパターンアンテナでは、所望のアンテナ特性を容易に実現することができる。

本発明によれば、所望のアンテナ特性を有し、かつ、小さい面積の領域にも形成することができるパターンアンテナを実現することができる。

第１実施形態に係るパターンアンテナ１０００の概略構成図。 第１の実施形態のパターンアンテナの一例であるパターンアンテナ１０００Ａの平面図。 第１の実施形態のパターンアンテナの一例であるパターンアンテナ１０００Ｂの平面図。 パターンアンテナ１０００Ａの周波数−定在波比特性を示す図、および、パターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンスのスミスチャート図。 パターンアンテナ１０００Ｂの周波数−定在波比特性を示す図、および、パターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンスのスミスチャート図。 第２実施形態に係るパターンアンテナ２０００の概略構成図。 第２実施形態のパターンアンテナ２０００のアンテナ特性（一例）を示す図。 パターンアンテナ２０００における短絡部３Ｃと、突起部３Ｄとを抽出し、不要周波数の信号波ｗ１〜ｗ５を模式的に示した図。 パターンアンテナ２０００の突起部の位置について、説明するための図。 従来のＦ字型パターンアンテナ９００の一例を示す図。 パターンアンテナ９００Ａ（一例）を示す図。

［第１実施形態］
第１実施形態について、図面を参照しながら、以下、説明する。

図１は、第１実施形態に係るパターンアンテナ１０００の概略構成図である。

図１に、第１実施形態のパターンアンテナ１０００の平面図（上段の図）と、Ａ−Ａ断面図（中段の図）と、上記パターンアンテナ１０００の底面図（下段の図）とを示す。また、図１に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸を設定する。

パターンアンテナ１０００は、図１に示すように、基板Ｂと、基板Ｂの第１面上にパターン形成されたグランド部（ＧＮＤ部）１と、グランド部１に接続されたメアンダ状のアンテナ素子部２と、を備える。また、パターンアンテナ１０００は、図１に示すように、第１面の裏面である第２面上に、短絡部３と、を備える。

基板Ｂは、例えば、プリント基板（例えば、ガラスエポキシ基板）であり、第１面および第２面（第１面とは異なる面）上に、導体（例えば、銅箔）によりパターンを形成することができる。基板Ｂは、例えば、比誘電率が４．３程度の素材（例えば、ガラスエポキシ樹脂）により形成されている。図１では、第１面が基板Ｂの表面であり、第２面が第１面と反対側の表面（裏面）である場合を示しているが、これに限定されることはない。基板Ｂは、多層基板であってもよく、基板Ｂの一層に第１面が形成され、別の一層に第２面が形成されていてもよい。以下では、説明便宜のため、図１の場合（第１面が基板Ｂの表面であり、第２面が第１面と反対側の表面（裏面）である場合）について、説明する。

グランド部１は、基板Ｂの第１面上に形成されたパターンであり、ＧＮＤ電位と接続される。

アンテナ素子部２は、基板Ｂの第１面上に形成されたメアンダ状のパターン（折り曲げ部が繰り返し形成されているパターン）である。アンテナ素子部２は、図１に示すように、グランド部１の端部から、折り曲げ部を繰り返し形成しながら、Ｘ軸正方向に延びるように形成されたパターンである。アンテナ素子部２のパターンは、導体（例えば、銅箔）により形成されている。

また、アンテナ素子部２は、図１に示すように、アンテナ素子部２のパターン上において、第２面と電気的に接続させるためのスルーホール（ビアホール）Ｖ１が形成されている。なお、スルーホールＶ１は、アンテナ素子部２のメアンダ状のパターンのＹ軸方向の第１端（図１に、Ｙ座標「ｙ０」で示した端部）と第２端（図１に、Ｙ座標「ｙ１」で示した端部）との中点を通り、Ｘ軸に平行な線と、アンテナ素子部２のパターンとが交差する交点付近に設けられることが好ましい。

短絡部３は、基板Ｂの第２面上に形成されており、第２面のおけるスルーホールＶ１を含む位置からＸ軸負方向（グランド部１への方向）に延びるパターンである。短絡部３のパターンは、導体（例えば、銅箔）により形成されている。短絡部３は、スルーホールＶ１に、例えば、半田等の導体を充填することで、第１面のアンテナ素子部２と電気的に接続される。

また、平面視で、短絡部３のグランド部１側の端部付近と、グランド部１との間に、アンテナ送受信部（例えば、アンテナ送受信用回路）が設置される。

例えば、パターンアンテナ１０００を送信アンテナとして機能させる場合、短絡部３の給電点３１と、グランド部１との間に、送信部（例えば、アンテナ用送信回路）を接続する。また、例えば、パターンアンテナ１０００を受信アンテナとして機能させる場合、短絡部３の給電点３１と、グランド部１との間に、受信部（例えば、アンテナ用受信回路）を接続する。

なお、給電点３１は、一例であり、上記に限定されない。例えば、短絡部３のグランド部１側の端部の他の部分を給電点としてもよい。また、給電点は、点に限定されず、線状の領域や面状の領域（例えば、短絡部３のグランド部１側の端点の側面の一部または全部の領域）であってもよい。

以上のように構成されたパターンアンテナ１０００では、短絡部３が、アンテナ素子部２のパターンが形成されている第１面とは別の第２面に形成されているので、短絡部３の長さを長くすることができる。例えば、図１１に示す、第１面のみにアンテナ素子部９３Ａと短絡部９３１Ａとを形成させた場合の短絡部９３１Ａの長さｄ９に比べて、パターンアンテナ１０００では、図１に示すように、短絡部３の長さｄ１をかなり長くすることができる。

これにより、パターンアンテナ１０００では、アンテナ特性を改善することができる。つまり、パターンアンテナ１０００では、第１面のアンテナ素子部２と、第２面の短絡部３とが、基板Ｂ（例えば、比誘電率が４．３程度の基板）を挟んで、配置されており、平面視において、第１面のアンテナ素子部２の一部と、第２面の短絡部３の一部とが重なるので、容量結合を生じさせることができる。具体的には、図１のＡ−Ａ断面図（中段の図）の領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３において、アンテナ素子部２の導体パターンと、短絡部３の導体パターンとが、基板Ｂを挟んで配置されており、この領域ＡＲ１、ＡＲ２およびＡＲ３において、アンテナ素子部２とグランド部１との間に、並列にコンデンサが挿入されているのと等価であると考えることができる。したがって、パターンアンテナ１０００では、図１に示すように、短絡部３を形成することで、容量結合を生じさせることができ、その結果、アンテナ特性を改善させることができる。また、パターンアンテナ１０００では、短絡部３の幅を調整することで、容量結合の程度を調整することができるため、所望のアンテナ特性を取得しやすい。さらに、パターンアンテナ１０００では、短絡部３を、第１面とは別の第２面に形成しているので、短絡部を形成するために必要な面積を小さくすることができ、その結果、所望のアンテナ特性を実現するパターンアンテナ１０００を小さな面積に構成することができる。

従来技術では、アンテナ特性を改善させる、あるいは、インピーダンス調整を行うために、アンテナとは、別に、ＬＣ回路を設ける必要があった。それに対して、パターンアンテナ１０００では、図１に示すように、短絡部３を形成することで、容量結合を生じさせることができるので、従来、所望のアンテナ特性を実現させるために、あるいは、インピーダンス調整を行うために必要であったＬＣ回路等を不要にする、あるいは、その回路規模を小さくすることができる。つまり、パターンアンテナ１０００では、所望のアンテナ特性を実現することができ、また、インピーダンス調整を適切に行うことができるとともに、パターンアンテナ１０００に接続するアンテナ用回路の回路規模を低減させることができる。

≪インピーダンス調整≫
次に、第１の実施形態のパターンアンテナ１０００におけるインピーダンス調整（目標インピーダンスを５０［Ω］とする。）について、以下、説明する。

図２は、第１の実施形態のパターンアンテナの一例であるパターンアンテナ１０００Ａの平面図（図１の上段の図と同様の図）である。図２のパターンアンテナ１０００Ａにおいて、アンテナ素子部２の長手方向の長さＬ１（図２にＬ１で示した長さ）が、３３．４［ｍｍ］であり、アンテナ素子部２の幅Ｗ１（図２にＷ１で示した長さ）が、１５．８［ｍｍ］であり、短絡部３Ａの長手方向の長さＬ２（図２にＬ２で示した長さ）が、１４．７［ｍｍ］であり、短絡部３Ａの幅Ｗ２（図２にＷ２で示した長さ）が、１．８５［ｍｍ］である。

図３は、第１の実施形態のパターンアンテナの一例であるパターンアンテナ１０００Ｂの平面図（図１の上段の図と同様の図）である。図３のパターンアンテナ１０００Ｂにおいて、アンテナ素子部２の長手方向の長さＬ１（図２にＬ１で示した長さ）は、図２の場合と同じで、３３．４［ｍｍ］であり、アンテナ素子部２の幅Ｗ１（図２にＷ１で示した長さ）は、図２の場合と同じで、１５．８［ｍｍ］である。短絡部３の長手方向の長さＬ２（図２にＬ２で示した長さ）は、図２の場合と同じで、１４．７［ｍｍ］であり、短絡部３Ｂの幅Ｗ２（図２にＷ２で示した長さ）は、２．９２［ｍｍ］である。なお、図３では、パターンアンテナ１０００Ｂの短絡部３Ｂは、平面視で、グランド部１側の端部の形状が、円弧状であるが、これに限定されることはなく、短絡部３Ｂは、平面視で矩形状であってもよい。

また、図４に、パターンアンテナ１０００Ａの周波数−定在波比特性（上図）、および、パターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンスのスミスチャート図（下図）を示す。

また、図５に、パターンアンテナ１０００Ｂの周波数−定在波比特性（上図）、および、パターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンスのスミスチャート図（下図）を示す。

なお、パターンアンテナ１０００Ａおよび１０００Ｂでは、使用信号（パターンアンテナにより送受信しようとする信号（電磁波））の周波数が９２５［ＭＨｚ］であるものとして、以下、説明する。

図４の周波数−定在波比特性（上図）から分かるように、パターンアンテナ１０００Ａでは、９２５［ＭＨｚ］で、定在波比が−１２．４［ｄＢ］である。

図４の入力インピーダンスのスミスチャート図（下図）におけるＫ１点は、９２５［ＭＨｚ］におけるパターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンスを示している。つまり、９２５［ＭＨｚ］における、パターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンスＺは、複素表現で、
Ｚ＝６４．９＋ｊ×２４．１
ｊ：虚数単位
であり、パターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンス（Ｚの絶対値）は、６９．１［Ω］である。

パターンアンテナ１０００Ａでは、例えば、短絡部３Ａの給電点３１Ａとグランド部１との間に、インピーダンス整合用の回路を設け、９２５［ＭＨｚ］において、Ｚ＝６４．９＋ｊ×２４．１が、Ｚ＝５０となるように、調整することで、パターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンスを５０［Ω］に近づけることができる。

また、図５の周波数−定在波比特性（上図）から分かるように、パターンアンテナ１０００Ｂでは、９２５［ＭＨｚ］で、定在波比が−１５．７［ｄＢ］である。

図５の入力インピーダンスのスミスチャート図（下図）におけるＫ２点は、９２５［ＭＨｚ］におけるパターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンスを示している。つまり、９２５［ＭＨｚ］における、パターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンスＺは、複素表現で、
Ｚ＝６３．５＋ｊ×１２．９
ｊ：虚数単位
であり、パターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンス（Ｚの絶対値）は、６４．９［Ω］である。

パターンアンテナ１０００Ｂでは、例えば、短絡部３Ｂの給電点３１Ｂとグランド部１との間に、インピーダンス整合用の回路を設け、９２５［ＭＨｚ］において、Ｚ＝６３．５＋ｊ×１２．９が、Ｚ＝５０となるように、調整することで、パターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンスを５０［Ω］に近づけることができる。

図２、図３から分かるように、パターンアンテナ１０００Ｂの短絡部３Ｂの幅Ｗ２は、パターンアンテナ１０００Ａの短絡部３Ａの幅よりも太い。したがって、平面視において、パターンアンテナ１０００Ｂでは、アンテナ素子部２のパターンと短絡部３Ｂとが重なる面積（例えば、図３に示すＴＢ１、ＴＢ２の面積）が、パターンアンテナ１０００Ａのアンテナ素子部２のパターンと短絡部３Ａとが重なる面積（例えば、図２に示すＴＡ１、ＴＡ２の面積）よりも大きい。その結果、パターンアンテナ１０００Ｂでは、パターンアンテナ１０００Ａに比べて、短絡部３Ｂの給電点３１Ｂとグランド部１との間に並列に挿入される容量成分（キャパシタンス成分）が大きくなる。つまり、９２５［ＭＨｚ］において、パターンアンテナ１０００Ａの入力インピーダンスは、Ｚ＝６４．９＋ｊ×２４．１であるが、パターンアンテナ１０００Ｂの入力インピーダンスは、Ｚ＝６３．５＋ｊ×１２．９であり、容量性が付与され（虚数部の値が小さくなっており）、より目標入力インピーダンスである５０［Ω］に近くなっている。

また、図４，図５から分かるように、パターンアンテナ１０００Ｂでは、９２５［ＭＨｚ］における定在波比が−１５．７［ｄＢ］であり、パターンアンテナ１０００Ａの９２５［ＭＨｚ］における定在波比（−１２．４［ｄＢ］）よりも、３．３［ｄＢ］改善されている。

このように、本発明のパターンアンテナでは、パターンアンテナの短絡部の幅を調整するだけで、アンテナの周波数特性および入力インピーダンス特性が所望の特性に近づくように、容易に調整することができる。

その結果、本発明のパターンアンテナでは、所望のアンテナ特性を実現することができ、また、インピーダンス調整を適切に行うことができるとともに、パターンアンテナに接続するアンテナ用回路の回路規模を低減させることができる。

なお、基板Ｂの第１面（グランド部１とアンテナ素子部２とが形成されている面）と、第２面（短絡部３が形成されている面）との間の比誘電率を所定の値となるように調整し、上記のように、平面視における、アンテナ素子部２と、短絡部３との位置関係や形状等を調整し、パターンアンテナ１０００の入力インピーダンスを調整するようにしてもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について、図面を参照しながら、以下、説明する。

なお、本実施形態において、第１実施形態と同様の部分については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態に係るパターンアンテナ２０００の概略構成図である。

図６に、第２実施形態のパターンアンテナ２０００の平面図（上段の図）と、Ａ−Ａ断面図（中段の図）と、上記パターンアンテナ２０００の底面図（下段の図）とを示す。また、図６に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸を設定する。

パターンアンテナ２０００は、図６に示すように、基板Ｂと、基板Ｂの第１面上にパターン形成されたグランド部（ＧＮＤ部）１と、グランド部１に接続されたメアンダ状のアンテナ素子部２と、を備える。また、パターンアンテナ２０００は、図６に示すように、第１面の裏面である第２面上に、短絡部３Ｃと、短絡部３ＣからＹ軸方向に延びた突起部３Ｄと、を備える。

突起部３Ｄは、図６に示すように、短絡部３Ｃの幅方向（Ｙ軸方向）の略中心位置からＹ軸方向に長さＬ３を有するように形成されている。長さＬ３は、例えば、除外したい信号（パターンアンテナで送受信したくない信号）の周波数成分の波長をλとすると、λ／４と略等しい長さにするようにしてもよい。

また、突起部３Ｄは、図６に示すように、平面視において、アンテナ素子部２のパターンと重なるように、形成されている。これにより、平面視で、短絡部３Ｃのパターンとアンテナ素子部２のパターンとの重なっている部分が、短絡部３Ｃの給電点３１Ｃとグランド部１と並列に設置されたコンデンサと等価となり、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンスに容量性（キャパシタンス成分）を付与することができる。

なお、図６に示した、突起部３Ｄの長さＬ３は、以下のように、決定されるものであってもよい。

基板Ｂの比誘電率をεｒとすると、
長さＬ３は、
λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）
Ｌ３Ａ＝λ０／４±０．３×（λ０／４）
ｓｑｒｔ（ｘ）：ｘの平方根を取得する関数
を満たす長さＬ３Ａと等しくなるようにしてもよい。

さらに、平面視で、アンテナ素子部２の導体パターンと、突起部３Ｄの導体パターンが重なることで生じるキャパシタンス寄与率をＫｃ（０≦Ｋｃ≦１）とすると、
長さＬ３は、
λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）
Ｌ３Ｂ＝Ｋｃ×λ０／４±０．３×Ｋｃ×（λ０／４）
ｓｑｒｔ（ｘ）：ｘの平方根を取得する関数
を満たす長さＬ３Ｂと等しくなるようにしてもよい。

例えば、パターンアンテナ２０００の大きさが、図３に示したパターンアンテナ１０００Ｂと同様である場合、一例として、
λ＝ｃ／ｆ
（ｃ：光速、ｆ：除外したい信号の周波数）
ｆ＝２．５［ＧＨｚ］
Ｋｃ＝０．５５
εｒ＝４．３
とすると、
λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）＝０．０３／ｓｑｒｔ（４．３）≒５７．９７［ｍｍ］
Ｌ３Ｂ＝Ｋｃ×λ０／４
＝０．５５×λ０／４
≒０．５５×５７．９７／４［ｍｍ］
≒０．５５×５７．９７／４［ｍｍ］
≒８［ｍｍ］
である。

したがって、上記の場合、Ｌ３≒８［ｍｍ］とすることで、周波数が２．５［ＧＨｚ］付近の不要信号を適切に除外することができる。つまり、パターンアンテナ２０００において、周波数が２．５［ＧＨｚ］付近の不要信号のアンテナ感度を適切に低減することができる。

なお、キャパシタンス寄与率Ｋｃは、平面視で、アンテナ素子部２の導体パターンと、突起部３Ｄの導体パターンとが重なる部分における、（１）アンテナ素子部２の導体パターンと、突起部３Ｄの導体パターンとの間の物質（例えば、基板Ｂ）の比誘電率や、（２）平面視で、アンテナ素子部２の導体パターンと、突起部３Ｄの導体パターンとが重なる部分の面積等に決定される。

つまり、パターンアンテナの構成が決定されれば、キャパシタンス寄与率Ｋｃは決定できるので、決定されたキャパシタンス寄与率Ｋｃに基づいて、上記のように、突起部の形状（例えば、長さＬ３）を決定することができる。

以上のように、図６に示した、突起部３Ｄの長さＬ３を決定してもよい。

第１実施形態で示したパターンアンテナ１０００や本実施形態のパターンアンテナ２０００のように、アンテナ素子部２が複雑な形状をしているアンテナは、マルチバンド特性となることが多い。例えば、図４のアンテナ特性から分かるように、パターンアンテナ１０００Ａでは、使用信号の周波数９２５［ＭＨｚ］以外に、２．５［ＧＨｚ］において、定在波比が小さく、２．５［ＧＨｚ］の信号（電磁波）に対しても良好なアンテナ特性を示している。つまり、パターンアンテナ１０００Ａは、周波数９２５［ＭＨｚ］の信号と、２．５［ＧＨｚ］の信号を良好に送受信することができるマルチバンド特性を有している。しかしながら、周波数９２５［ＭＨｚ］の信号のみを使用したい場合、２．５［ＧＨｚ］の信号は、不要信号であり、２．５［ＧＨｚ］あたりのアンテナ特性を改善（２．５［ＧＨｚ］あたりの信号が送受信されないように特性を改善）する必要がある。

そこで、本実施形態のパターンアンテナ２０００では、図６に示すように、突起部３Ｄを設けている。これにより、マルチバンド特性を有する場合に、不要信号の周波数付近における入力インピーダンスを変化させ、当該不要信号のアンテナ送受信感度を低下させる。

これにより、本実施形態のパターンアンテナ２０００では、使用信号の周波数付近においてのみ良好なアンテナ送受信感度を有し、当該使用信号のみを送受信することができる。

図７に、本実施形態のパターンアンテナ２０００のアンテナ特性（一例）を示す。具体的には、図７は、図５のアンテナ特性を有するパターンアンテナ１０００Ｂにおいて、突起部３Ｄを追加したパターンアンテナ２０００の周波数−定在波比特性（上図）、および、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンスのスミスチャート図（下図）を示している。

図７の周波数−定在波比特性（上図）から分かるように、パターンアンテナ２０００では、９２５［ＭＨｚ］で、定在波比が−１７．９［ｄＢ］である。

図７の入力インピーダンスのスミスチャート図（下図）におけるＫ３点は、９２５［ＭＨｚ］におけるパターンアンテナ２０００の入力インピーダンスを示している。つまり、９２５［ＭＨｚ］における、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンスＺは、複素表現で、
Ｚ＝６３．６＋ｊ×５．０
ｊ：虚数単位
であり、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンス（Ｚの絶対値）は、６３．８［Ω］である。

パターンアンテナ２０００では、例えば、短絡部３Ｃの給電点３１Ｃとグランド部１との間に、インピーダンス整合用の回路を設け、９２５［ＭＨｚ］において、Ｚ＝６３．６＋ｊ×５．０が、Ｚ＝５０となるように、調整することで、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンスを５０［Ω］に近づけることができる。

また、図７から分かるように、パターンアンテナ２０００の周波数−定在波比特性（上図）では、図５のパターンアンテナ１０００Ｂの周波数−定在波比特性（上図）において存在していた２．５［ＧＨｚ］あたりのピークがなくなっており、マルチバンド特性を示さなくなっている。つまり、パターンアンテナ２０００では、突起部３Ｄを設けたことにより、２．５［ＧＨｚ］あたりの入力インピーダンスが変化し、２．５［ＧＨｚ］あたりの信号を通過させないように特性が改善されている。

さらに、突起部３Ｄを設けたことにより容量性（キャパシタンス成分）が付加され、９２５［ＭＨｚ］における、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンスも改善されている（図５の場合に比べて、入力インピーダンスの虚数成分が小さなっている）。

これにより、パターンアンテナ２０００では、第１実施形態のパターンアンテナに比べてさらに入力インピーダンスが５０［Ω］に近づいているので、入力インピーダンスを５０［Ω］に調整するために、パターンアンテナに接続するアンテナ用回路の回路規模をさらに低減させることができる。

なお、ここで、パターンアンテナ２０００において、突起部３Ｄを設けることで、不要周波数の信号を受信しないようにできる（不要周波数の信号のアンテナ送受信感度を低くできる）原理について、図８を用いて説明する。

図８は、パターンアンテナ２０００における短絡部３Ｃと、突起部３Ｄとを抽出し、不要周波数の信号波ｗ１〜ｗ５を模式的に示した図である。

図８に示すように、アンテナ素子部２側から入射してきた不要周波数の信号波ｗ１は、図８に示すＡ１点で、突起部３Ｄ側と、給電点側へと伝搬する。

ここで、Ａ１点から突起部３Ｄの先端までのＹ軸方向の距離をＬ３とし、不要周波数の信号波の波長をλ１とすると、
Ｌ３＝λ１／４
であるものとする。

Ａ１点から突起部３Ｄ側へ伝搬する不要周波数の信号波ｗ２は、突起部３Ｄの先端部で反射する。突起部３Ｄは、オープンスタブであるので、信号波ｗ２は、開放端で全反射するので、位相が変化せずに（位相差０で）反射し、反射波ｗ３として、Ａ１点へと伝搬する。

Ａ１点に到達した反射波ｗ３は、Ａ１点からアンテナ素子部２側と、給電点側に信号波ｗ５として伝搬される。

ここで、信号波ｗ５は、Ａ１点から突起部３Ｄの先端までの距離を往復しているので、つまり、２×λ１／４の距離を伝搬しているので、信号波ｗ５は、信号波ｗ１がそのまま給電点側に伝搬された信号Ｗ４に対して、πだけ位相がずれている。つまり、信号波ｗ４と信号波ｗ５とは逆相であるので、両者の信号成分は相殺される。その結果、給電点へは、不要周波数の信号が伝搬されない。

このように、パターンアンテナ２０００において、短絡部３Ｃの幅方向の中心から突起部３Ｄの先端までの距離を不要信号の波長の１／４にすることで、当該不要信号が、パターンアンテナ２０００の給電点側に伝搬されることを防止することができる。

これにより、パターンアンテナ２０００において、上記のように突起部３Ｄを設けることで、不要周波数成分のアンテナ送受信感度を劣化させ、パターンアンテナ２０００のアンテナ特性を改善することができる。

さらに、パターンアンテナ２０００において、波長短縮効果を考慮して、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を低減させるようにしてもよい。

波長短縮効果とは、高周波信号（高周波数の電磁波）が導体部分を通過する場合に、当該高周波信号が、通過する導体部分の周辺の物質の比誘電率の影響を受けて、導体部分を通過する高周波信号の波長が短縮する効果をいう。波長短縮効果を考慮した波長λ０は、通過する導体部分の周辺の物質の比誘電率をεｒとすると、λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）により算出される。

さらに、平面視において、アンテナ素子部２の導体パターンと、突起部３Ｄの導体パターンが重なることで生じるキャパシタンス寄与率をＫｃ（０≦Ｋｃ≦１）をも考慮して、除外対象の電磁波に対するアンテナ感度を低減させるようにしてもよい。

また、パターンアンテナ２０００の突起部３Ｄの位置は、上記で説明した位置以外でもよい。例えば、図９に示した３Ｆ〜３Ｉのいずれかの位置に、短絡部３Ｃから延びるように、突起部を形成するようにしてもよい。また、図９において３Ｄ〜３Ｉで示した、いずれか２つ以上の位置に突起部を形成するようにしてもよい。

さらに、短絡部３Ｃから、任意の方向（例えば、斜め方向）に延びるように、突起部が形成されてもよい。

上記のいずれの場合においても、短絡部３Ｃの幅方向（Ｙ軸方向）の中心線上の点から、任意の方向に延びた突起部の先端までの距離を、例えば、アンテナにより送受信したくない信号（除去したい信号）の波長の約１／４とすることで、当該信号成分（不要信号の信号成分）を効率よく除去することができる。

以上のように、パターンアンテナ２０００では、短絡部３Ｃから延びる突起部３Ｄにより、不要信号を効率良く除去でき、アンテナ特性を改善することができるとともに、容量性（キャパシタンス成分）を付与することで、入力インピーダンスも所望の値に近くなる。これにより、パターンアンテナ２０００では、インピーダンス調整に必要な回路規模を低減することができる。

また、基板Ｂの第１面（グランド部１とアンテナ素子部２とが形成されている面）と、第２面（短絡部３Ｃ、突起部３Ｄ（３Ｅ〜３Ｉ）が形成されている面）との間の比誘電率を所定の値となるように調整し、上記のように、平面視における、アンテナ素子部２と、短絡部３との位置関係や形状等を調整し、パターンアンテナ２０００の入力インピーダンスを調整するようにしてもよい。

なお、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。

１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ、２０００ パターンアンテナ
１ グランド部
２ アンテナ素子部
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 短絡部
３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、３Ｉ 突起部
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 給電点

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の第１面に形成されたグランド部と、
   前記基板の前記第１面に、折り曲げ部が複数形成されるように設けられた導体パターンであって、前記グランド部と電気的に接続されている前記導体パターンを含むアンテナ素子部と、
   前記第１面の前記アンテナ素子部の前記導体パターンと、前記基板の前記第１面とは異なる面である第２面に、平面視において、前記アンテナ素子部の前記導体パターンの少なくとも一部と重なるように設けられた導体パターンを含む短絡部と、
   前記アンテナ素子部の前記導体パターンと、前記短絡部の前記導体パターンとを電気的に接続する接続部と、
   前記基板の前記第２面において、前記短絡部に電気的に接続され、平面視において、前記アンテナ素子部の前記導体パターンの少なくとも一部と重なるように形成された導体パターンを含む突起部と、
   を備えるパターンアンテナ。
2. 前記アンテナ素子部は、メアンダ状に形成された前記導体パターンを含む、
   請求項１に記載のパターンアンテナ。
3. 前記短絡部および前記突起部は、矩形状であり、
   前記突起部は、前記短絡部の平面視における長手方向の中心線から、前記突起部の先端部までの距離が、パターンアンテナで除外する対象とする電磁波の波長をλとすると、λ／４±０．３×（λ／４）を満たす長さとなるように形成されている、
   請求項１又は２に記載のパターンアンテナ。
4. 前記短絡部および前記突起部は、矩形状であり、
   前記突起部は、
   前記基板の比誘電率をεｒとし、
   前記短絡部の平面視における長手方向の中心線から、前記突起部の先端部までの距離が、パターンアンテナで除外する対象とする電磁波の波長をλとすると、
   λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）
   Ｌ１＝λ０／４±０．３×（λ０／４）
   ｓｑｒｔ（ｘ）：ｘの平方根を取得する関数
   を満たす長さＬ１となるように形成されている、
   請求項１又は２に記載のパターンアンテナ。
5. 前記短絡部および前記突起部は、矩形状であり、
   前記突起部は、
   前記基板の比誘電率をεｒとし、
   平面視において、前記アンテナ素子部の前記導体パターンと、前記突起部の前記導体パターンが重なることで生じるキャパシタンス寄与率をＫｃ（０≦Ｋｃ≦１）とし、
   前記短絡部の平面視における長手方向の中心線から、前記突起部の先端部までの距離が、パターンアンテナで除外する対象とする電磁波の波長をλとすると、
   λ０＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ）
   Ｌ２＝Ｋｃ×λ０／４±０．３×Ｋｃ×（λ０／４）
   ｓｑｒｔ（ｘ）：ｘの平方根を取得する関数
   を満たす長さＬ２となるように形成されている、
   請求項１又は２に記載のパターンアンテナ。
6. 前記基板の前記第２面において、前記突起部が、互いに重ならないように、複数形成されている、
   請求項１から５のいずれかに記載のパターンアンテナ。
   

Images