JP7104089B2 - 折り返しアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、小型で低背な折り返しアンテナに関する。

この種の折り返しアンテナとして、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に記載された折り返しアンテナは、導電性の地板（グランド）に立設された立上素子と、折曲部で給電され、第１素子と接続素子と折り返し素子を経て先端が立上素子に接続されたアンテナエレメントと、を備えている。

そして、地板からアンテナエレメントの各素子までの高さ寸法を変更（調節）することで、インピーダンスの調整を行っている。さらに、折り返しアンテナの垂直偏波／水平面（地板と平行面）での利得を最大限大きくするために、上記高さ寸法は最大限高くしておく必要がある。

特開２０１３－１７０３４号公報

前記従来の折り返しアンテナでは、アンテナのもう一つの特性であるインピーダンスの調整をする際、再度高さを変更してインピーダンス性能を担保させるが、この時利得特性が低下する可能性があった。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、アンテナの利得を高く保った状態で、インピーダンスを調整でき、かつ、入力インピーダンスを安定させることができる小型で低背な折り返しアンテナを提供することにある。

本発明の態様に係る折り返しアンテナは、誘電体の基材と、前記誘電体の基材の一方の面に配置されたグランドと、を有する基板と、前記基板に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、前記折り曲げ部から前記基板に対して平行な方向の内側に更に折り曲げられ、前記誘電体の基材を介して前記グランドと容量結合された折り返し部と、を有するアンテナエレメントと、を備え、前記アンテナエレメントは、一端側に給電部と第１折り曲げ部を有した第１素子と、一端側に前記第１素子の他端側と第１折り返し部を介して連設され、他端側に前記折り曲げ部を介して前記折り返し部を有した第２素子と、を備え、前記第１素子は、前記一端側に給電部と前記第１折り曲げ部とを有しており、前記第１折り曲げ部は、前記基板に対して垂直方向に折り曲げられ、前記給電部は、前記第１折り曲げ部から内側にＬ字状に折り曲げられて、前記基板のストリップラインの一端側にハンダ付け等により電気的に接続され、前記第２素子は、前記一端側に前記第１素子の前記他端側と前記第１折り返し部を介して連設され、前記折り曲げ部の高さ寸法を変えずに前記折り返し部の幅寸法を可変させてその面積を調節することでインピーダンスの調整を行うようにしたものである。

前記折り返し部は、前記第２折り返し部であり、前記折り曲げ部は、前記第２折り曲げ部であり、前記第２折り曲げ部の高さ寸法を変えずに前記第２折り返し部の幅寸法を可変させてその面積を調節することでインピーダンスの調整を行うようにすることが好ましい。

前記グランドは、前記誘電体の基材の一方の面の全面に形成された銅箔であることが好ましい。

前記折り返し部は、前記折り曲げ部から内側にＬ字状に折り曲げられた矩形板状であり、前記矩形板状の折り返し部は、前記誘電体の基材の他方の面に形成された固定用パターンにハンダ付けにて固定されていることが好ましい。

本発明によれば、アンテナの利得を高く保った状態で、インピーダンスを調整でき、かつ、入力インピーダンスを安定させることができる小型で低背な折り返しアンテナを提供することができる。

本発明の実施形態に係る折り返しアンテナの一例を示す斜視図である。 上記折り返しアンテナのアンテナユニットの斜視図である。 上記アンテナユニットのアンテナエレメントの斜視図である。 上記アンテナユニットを裏側から見た斜視図である。 上記アンテナユニットの要部の側面図である。 図５中Ｘ部分の拡大断面図である。 上記折り返しアンテナの電圧定在波比の周波数特性を示すグラフである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る折り返しアンテナについて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る折り返しアンテナの一例を示す斜視図である。図２は折り返しアンテナのアンテナユニットの斜視図である。図３はアンテナユニットのアンテナエレメントの斜視図である。図４はアンテナユニットを裏側から見た斜視図である。図５はアンテナユニットの要部の側面図である。図６は図５中Ｘ部分の拡大断面図である。

図１、図２に示すように、折り返しアンテナ１は、１つの基板１０と一対のアンテナエレメント２０，２０とを備えたアンテナユニット２を下面側が開口した箱形の上蓋３と矩形板状の下蓋４との間に収容されることで構成されている。すなわち、折り返しアンテナ１は、２本のアンテナとなる左右対称に形成された一対のアンテナエレメント２０，２０を有している。そして、この一対のアンテナエレメント２０，２０には、一対の同軸ケーブル（ケーブル）３０，３０を介してそれぞれ給電されるようになっている。

図４、図６に示すように、基板１０は、誘電体の基材１１と、誘電体の基材１１の裏面（一方の面）１１ｂの全面に形成され、グランドとして作用する銅箔１２と、を有する。また、図２に示すように、誘電体の基材１１の表面（他方の面）１１ａの片側の中央には、各同軸ケーブル３０より供給された電力が流れるＵ字状のストリップライン１３が一対形成されている。さらに、誘電体の基材１１の表面１１ａの片側の両サイドには、後述する第２折り返し部２７をハンダ付けにて固定する固定用パターン１４が一対形成されている。尚、基板１０には、丸孔１５が一対形成されている。

図２、図３に示すように、各アンテナエレメント２０は、矩形状の金属板を折り曲げ成形してなる第１素子２１と第２素子２５とを備えていて、折り返しアンテナ１として作用し所望周波数の電波を放射するものである。

図２、図３に示すように、第１素子２１は、一端２１ａ側に給電部２２と第１折り曲げ部２３とを有している。この第１折り曲げ部２３は、基板１０に対して垂直方向に折り曲げられている。また、給電部２２は、第１折り曲げ部２３から内側にＬ字状に折り曲げられていて、基板１０のＵ字状のストリップライン１３の一端１３ａ側にハンダ付け等により電気的に接続されている。

図２、図３、図５に示すように、第２素子２５は、一端２５ａ側に第１素子２１の他端２１ｂ側と第１折り返し部２４を介して連設され、他端２５ｂ側に第２折り曲げ部（折り曲げ部）２６を介して折り曲げられた第２折り返し部（折り返し部）２７を有している。第２折り曲げ部２６は、基板１０に対して垂直方向に折り曲げられている。また、第２折り返し部２７は、第２折り曲げ部２６から基板１０に対して平行な方向に更に折り曲げられ、誘電体の基材１１を介して銅箔（グランド）１２と容量結合されている。すなわち、第２折り返し部２７は、第２折り曲げ部２６から内側にＬ字状に折り曲げられた矩形板状に形成されている。そして、第２折り曲げ部２６の高さ寸法Ｈを変えずに、第２折り返し部２７の幅寸法Ｒを可変させてその面積を調節することで、インピーダンスの調整を行うことが可能になっている。

各アンテナエレメント２０は、第２素子２５の第２折り返し部２７が誘電体の基材１１を介して銅箔（グランド）１２と容量結合するように、誘電体の基材１１の表面１１ａに配置される。この容量結合は、第２折り返し部２７を誘電体の基材１１の表面１１ａに形成された固定用パターン１４にハンダ付けすることによって実現される。これにより、基板１０を折り返しアンテナ１のグランドとして利用することが可能となる。すなわち、基板１０に対して第２折り返し部２７の位置が固定できないと、アンテナ特性に影響を与えるため、第２折り返し部２７は、誘電体の基材１１の表面１１ａに形成された固定用パターン１４にハンダ付けにて固定されている。

また、固定用パターン１４も第２折り返し部２７と同様に誘電体の基材１１の裏面１１ｂの銅箔（グランド）１２と容量結合されていて、アンテナ特性に影響を与えるため、それを踏まえた設計（固定用パターン１４の面積や位置等）を行う必要がある。ここでは、例えば、固定用パターン１４をＴ字形状等に形成して、第２折り返し部２７に接触する固定用パターン１４の面積や位置を可変させている。

図７は折り返しアンテナ１の電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）の周波数特性を示すグラフである。ここでは、各アンテナエレメント２０の第２素子２５の第２折り曲げ部２６の高さ寸法Ｈを変えずに、第２折り返し部２７の幅寸法Ｒを７．０ｍｍ、１２．８ｍｍ、１８．６ｍｍと変化させてその面積を調節した場合のそれぞれについて、ＶＳＷＲ特性を測定した。この測定結果より、幅寸法Ｒが１２．８ｍｍで最も共振している（Ｑが高い、つまり、電気が通りやすい）ことが確認できる。

図５に示すように、各同軸ケーブル３０は、その断面の内側から外側に向かって順に、内側導体３１、絶縁体３２、外側導体３３、外皮３４を備えて構成されている。そして、図２に示すように、内側導体３１は、基板１０のＵ字状のストリップライン１３の他端１３ｂ側にハンダ付け等により電気的に接続されている。

以上実施形態の折り返しアンテナ１によれば、アンテナ利得が高くなるアンテナエレメント２０の高さを変えることなく、アンテナエレメント２０と基板１０の容量結合状態をコントロールすることで、折り返しアンテナ１のインピーダンス特性を調整できる。具体的には、第２素子２５の第２折り曲げ部２６の高さ寸法Ｈを変えずに、第２折り返し部２７の幅寸法Ｒを７．０ｍｍ、１２．８ｍｍ、１８．６ｍｍと変化させてその面積を調節することで、折り返しアンテナ１のインピーダンス特性を調整することができる。

このように、第２素子２５の第２折り曲げ部２６の高さ寸法Ｈを変えずに、第２折り返し部２７の幅寸法Ｒを変化させてその面積を調節することで、小型で低背な折り返しアンテナ１の垂直偏波／水平面での利得を極力大きくすることができる。すなわち、折り返しアンテナ１の利得を高く保った状態で、インピーダンスを調整でき、かつ、入力インピーダンスを安定させることができる。

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

すなわち、前記実施形態によれば、第２素子の第２折り返し部を矩形板状に形成したが、この第２折り返し部の形状は、矩形板状に限らず、三角板状やＴ字板状等の各種の形状でも良い。

また、前記実施形態によれば、第２素子の第２折り返し部を第２折り曲げ部から内側にＬ字状に折り曲げ形成したが、第２折り返し部を第２折り曲げ部から外側の逆向きにＬ字状に折り曲げ形成しても良い。

さらに、前記実施形態によれば、第２素子の第２折り返し部と基板とをハンダ付けにて固定したが、第２折り返し部と基板とを接着剤等により固定しても良い。

さらに、前記実施形態によれば、アンテナエレメントを２つ備えたが、アンテナエレメントは１つでも３つ以上でも良い。

１ 折り返しアンテナ
１０ 基板
１１ 誘電体の基材
１１ａ 表面（他方の面）
１１ｂ 裏面（一方の面）
１２ 銅箔（グランド）
１３ ストリップライン
１３ａ 一端
１４ 固定用パターン
２０ アンテナエレメント
２１ 第１素子
２１ａ 一端
２１ｂ 他端
２２ 給電部
２３ 第１折り曲げ部
２４ 第１折り返し部
２５ 第２素子
２５ａ 一端
２５ｂ 他端
２６ 第２折り曲げ部（折り曲げ部）
２７ 第２折り返し部（折り返し部）
Ｈ 折り曲げ部の高さ寸法
Ｒ 折り返し部の幅寸法

Claims (4)

1. 誘電体の基材と、前記誘電体の基材の一方の面に配置されたグランドと、を有する基板と、
   前記基板に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、前記折り曲げ部から前記基板に対して平行な方向の内側に更に折り曲げられ、前記誘電体の基材を介して前記グランドと容量結合された折り返し部と、を有するアンテナエレメントと、を備え、
   前記アンテナエレメントは、一端側に給電部と第１折り曲げ部を有した第１素子と、一端側に前記第１素子の他端側と第１折り返し部を介して連設され、他端側に前記折り曲げ部を介して前記折り返し部を有した第２素子と、を備え、
   前記第１素子は、前記一端側に給電部と前記第１折り曲げ部とを有しており、
   前記第１折り曲げ部は、前記基板に対して垂直方向に折り曲げられ、前記給電部は、前記第１折り曲げ部から内側にＬ字状に折り曲げられて、前記基板のストリップラインの一端側にハンダ付け等により電気的に接続され、
   前記第２素子は、前記一端側に前記第１素子の前記他端側と前記第１折り返し部を介して連設され、
   前記折り曲げ部の高さ寸法を変えずに前記折り返し部の幅寸法を可変させてその面積を調節することでインピーダンスの調整を行うようにした折り返しアンテナ。
2. 前記折り返し部は、前記第２折り返し部であり、
   前記折り曲げ部は、前記第２折り曲げ部であり、
   前記第２折り曲げ部の高さ寸法を変えずに前記第２折り返し部の幅寸法を可変させてその面積を調節することでインピーダンスの調整を行うようにした、請求項１に記載の折り返しアンテナ。
3. 前記グランドは、前記誘電体の基材の一方の面の全面に形成された銅箔である、請求項１又は２に記載の折り返しアンテナ。
4. 前記折り返し部は、前記折り曲げ部から内側にＬ字状に折り曲げられた矩形板状であり、
   前記矩形板状の折り返し部は、前記誘電体の基材の他方の面に形成された固定用パターンにハンダ付けにて固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の折り返しアンテナ。

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