JP4268096B2

JP4268096B2 - バラン装置及びアンテナ装置

Info

Publication number: JP4268096B2
Application number: JP2004191278A
Authority: JP
Inventors: 渡野口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006014157A

Description

本発明は、不平衡給電線路と平衡給電線路との間の線路変換を行うバラン装置と、上記バラン装置を用いたダイポールアンテナ又は八木宇田アンテナなどのアンテナ装置と、基板上に形成されたアンテナ装置に関する。

無線ＬＡＮシステムやブルーツース（Bluetooth）に使用するアンテナは、低コストでの生産可能な設計を要求される。一般に利用されるアンテナとして、高誘電体を構成要素とする「誘電体アンテナ」が挙げられるが、主に小型化を重視しているため、銅などの金属板で作られたアンテナと比較すると、利得が低く性能面で劣っているものが多い。また、誘電体アンテナは、非常に高誘電率であるセラミックを材料に使用しており、その誘電率に影響を及ぼすような環境の変化により性能が大きく左右される。例えば、実際に製品に使用する場合には、筐体の影響を十分に考慮に入れ、アンテナの配置を検討し、設計し調整しなければならない。

これらの問題点を解決するために、基板に印刷するパターンアンテナの技術が広まっているが、一般に使用されているパターンアンテナの多くは、同軸ケーブルを接続する必要もあることから、不平衡型アンテナを導体パターンで形成したものがほとんどであり、そのアンテナの導体パターンは基板の片面に形成されている。

特開平６−１８８６１０号公報。

例えば、不平衡給電線路である同軸ケーブルを平衡給電線路に変換するためのプリント基板用バランが特許文献１の図４（ｂ）において開示されている。この従来技術に係るプリント基板用バランは、図９に示すように、１／４λ（λは伝送する無線信号の波長である。）の長さを持った分岐導体型バランを基本に設計しているため、バランをプリント基板の両面に印刷する必要があり、基板厚の影響を十分に考慮に入れなければならない。図９においては、２本のアンテナ素子４２ａ，４２ｂからなるダイポールアンテナ４２に同軸ケーブル４１が接続され、同軸ケーブル４１の芯線導体４１ａが接続導線４４により分岐導体用同軸ケーブル４３のアンテナ側端部の芯線導体４３ａ及び接地導体４３ｂに接続されるとともに、同軸ケーブル４３の接地導体４１ｂが接続導線４５により同軸ケーブル４３の開放端側接地導体４３ｂに接続されている。

また、図１０において、プリント配線基板５０の一方の面上に形成された２本のアンテナ素子５２ａ，５２ｂからなるダイポールアンテナ５２において、分岐導体型バランを適用する場合においては、特許文献１の図２において開示されているように、アンテナ素子５２ａ，５２ｂの中心側各端部に接続された分岐導体５３に沿って同軸ケーブル４１の接地導体４１ｂを接続するように固定し、その同軸ケーブル４１の芯線導体４１ａを接続導線４４により分岐導体５３のアンテナ５２ｂ側端部に接続する必要がある。

図１０の従来例では、図９の同軸ケーブル４３を用いずに分岐導体５３を形成しているので、同軸ケーブル４１とダイポールアンテナ５２との間のインピーダンス整合がなされておらず、同軸ケーブル４４の芯線導体４１ａの引き回しによる影響を十分に考慮に入れなければならないため、実用的とはいえない。

さらに、上述のように、アンテナ素子の導体パターンをプリント配線基板の片面上に形成しているが、基板厚が例えば１ｍｍ以上の厚い基板であるとき、当該基板の裏面方向への電磁波の放射が減衰してアンテナ利得が低下するという問題点があった。

本発明の第１の目的は以上の問題点を解決し、不平衡給電線路と平衡給電線路との間の線路変換を行うバラン装置において、従来技術よりも小型・軽量であって誘電体基板上に形成でき、しかも確実にインピーダンス整合を行うことができるバラン装置及びそれを用いたアンテナ装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は以上の問題点を解決し、基板上に形成されるアンテナであっても、当該基板の裏面方向への電磁波の放射が減衰してアンテナ利得が低下することがないアンテナ装置を提供することにある。

第１の発明に係るバラン装置は、基板上に形成され、不平衡側端部と平衡側端部とを有するストリップ形状の芯線導体と、
上記基板上であって上記芯線導体から所定の間隔だけ離間するように上記芯線導体の両側に形成され、不平衡側端部と平衡側端部とをそれぞれ有するストリップ形状の第１と第２の接地導体と、
上記基板上であって上記各接地導体の平衡側端部から延在してかつ上記芯線導体とは反対側に折り曲げられてその端部が開放端となり、上記各接続導体から所定の間隔だけ離間するように形成されたストリップ形状の第１と第２の折り返し導体とを備え、
上記第１の接地導体の不平衡側端部と、上記第２の接地導体の不平衡側端部とは互いに接続されて不平衡側接地端子となり、上記芯線導体の不平衡側端部が不平衡側芯線端子となり、
上記芯線導体の平衡側端部は第１の平衡側接続端子となり、上記第２の接地導体の平衡側端部は第２の平衡側接続端子となることを特徴とする。

上記バラン装置において、上記芯線導体と、上記第１と第２の接地導体と、上記第１と第２の折り返し導体は、実質的に、伝送する無線信号の波長の１／４の奇数倍の長さを有することを特徴とする。

第２の発明に係るアンテナ装置は、上記バラン装置と、
上記基板上に互いに所定の間隔だけ離間してかつ一直線上で形成された２本の第１のアンテナ素子からなり、上記バラン装置の第１と第２の平衡側接続端子に接続されたダイポールアンテナとを備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記バラン装置の芯線導体、第１と第２の接続導体及び第１と第２の折り返し導体は、上記２本の第１のアンテナ素子に対して、傾斜するように、もしくは垂直となるように形成されたことを特徴とする。

また、上記アンテナ装置において、上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記２本の第１のアンテナ素子はそれぞれ、
上記基板の第１の面上に形成された第１の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第１の素子導体と対向するように形成され、上記第１の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第２の素子導体とを備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記ダイポールアンテナと平行であって所定の間隔だけ離間して形成された第２のアンテナ素子からなり、上記ダイポールアンテナよりも長い長さを有する反射アンテナ素子をさらに備えたことを特徴とする。

また、上記アンテナ装置において、上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記第２のアンテナ素子は、
上記基板の第１の面上に形成された第３の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第３の素子導体と対向するように形成され、上記第３の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第４の素子導体とを備えたことを特徴とする。

さらに、上記アンテナ装置において、上記ダイポールアンテナと平行であって所定の間隔だけ離間して形成された第３のアンテナ素子からなり、上記ダイポールアンテナよりも短い長さを有する導波アンテナ素子をさらに備えたことを特徴とする。

またさらに、上記アンテナ装置において、上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記第３のアンテナ素子は、
上記基板の第１の面上に形成された第５の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第５の素子導体と対向するように形成され、上記第５の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第６の素子導体とを備えたことを特徴とする。

上記アンテナ装置において、上記別のバラン装置と、
上記基板上に互いに所定の間隔だけ離間してかつ一直線上で形成された２本の第４のアンテナ素子からなり、上記別のバラン装置の第１と第２の平衡側接続端子に接続された別のダイポールアンテナとを備えたことを特徴とする。

また、上記アンテナ装置において、上記別のバラン装置の芯線導体、第１と第２の接続導体及び第１と第２の折り返し導体は、上記２本の第４のアンテナ素子に対して、傾斜するように、もしくは垂直になるように形成されたことを特徴とする。

さらに、上記アンテナ装置において、上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記２本の第４のアンテナ素子はそれぞれ、
上記基板の第１の面上に形成された第７の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第７の素子導体と対向するように形成され、上記第７の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第８の素子導体とを備えたことを特徴とする。

またさらに、上記アンテナ装置において、上記バラン装置の不平衡側芯線端子及び不平衡側接地端子に接続された第１の不平衡線路と、上記別のバラン装置の不平衡側芯線端子及び不平衡側接地端子に接続された第２の不平衡線路とを選択的に切り替えて無線機に接続する切換手段をさらに備えたことを特徴とする。

第３の発明に係るアンテナ装置は、互いに実質的に平行な第１と第２の面を有する基板と、
上記基板の第１の面上に形成された第１の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第１の素子導体と対向するように形成され、上記第１の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第２の素子導体とを備え、
上記第１と第２の素子導体の一端を開放端とし、上記第１と第２の素子導体の他端を給電端としたことを特徴とする。

第４の発明に係るアンテナ装置は、互いに実質的に平行な第１と第２の面を有する基板と、
上記基板上に互いに所定の間隔だけ離間してかつ一直線上で形成された２本の第１のアンテナ素子からなるダイポールアンテナとを備え、
上記２本の第１のアンテナ素子はそれぞれ、
上記基板の第１の面上に形成された第１の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第１の素子導体と対向するように形成され、上記第１の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第２の素子導体とを備えたことを特徴とする。

また、上記アンテナ装置において、上記第２のアンテナ素子は、
上記基板の第１の面上に形成された第３の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第３の素子導体と対向するように形成され、上記第３の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第４の素子導体とを備えたことを特徴とする。

またさらに、上記アンテナ装置において、上記第３のアンテナ素子は、
上記基板の第１の面上に形成された第５の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第５の素子導体と対向するように形成され、上記第５の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第６の素子導体とを備えたことを特徴とする。

またさらに、上記アンテナ装置において、上記基板上に互いに所定の間隔だけ離間してかつ一直線上で形成された２本の第４のアンテナ素子からなり、上記別のバラン装置の第１と第２の平衡側接続端子に接続された別のダイポールアンテナとを備え、
上記２本の第４のアンテナ素子はそれぞれ、
上記基板の第１の面上に形成された第７の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第７の素子導体と対向するように形成され、上記第７の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第８の素子導体とを備えたことを特徴とする。

従って、本発明に係るバラン装置によれば、プリント配線基板などの基板上でその厚さと同様の厚さで導体パターンを形成することにより、バラン装置を形成できる。当該バラン装置は、不平衡給電線路と平衡給電線路との間の線路変換を行うバラン装置において、従来技術よりも小型・軽量であって基板上に形成でき、しかも確実にインピーダンス整合を行うことができる。

また、本発明に係るバラン装置を備えたアンテナ装置によれば、プリント配線基板などの基板上でその厚さと同様の厚さで導体パターンを形成することにより、バラン装置を備えたアンテナ装置を形成できる。当該アンテナ装置は、従来技術よりも小型・軽量であって基板上に形成でき、しかも確実にインピーダンス整合を行うことができる。

さらに、本発明に係るアンテナ装置によれば、基板の両面に放射アンテナ素子を形成したので、基板の裏面方向へも電波を放射することができ、アンテナ利得を低下させることを防止できる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。

第１の実施形態．
図１は本発明の第１の実施形態に係る２素子八木宇田アンテナ装置のおもて面を示す平面図であり、図２は図１の２素子八木宇田アンテナ装置の裏面を示す裏面図である。第１の実施形態に係る２素子八木宇田アンテナ装置は、ダイポールアンテナである放射アンテナ素子Ａ１と、それに平行に形成された反射アンテナ素子Ａ３とを備えて構成され、放射アンテナ素子Ａ１と、不平衡給電線路である同軸ケーブル２０との間に、プリント配線基板である誘電体基板１０のおもて面上に形成されたバラン装置Ｂ１を挿入したことを特徴としている。ここで、バラン装置Ｂ１は、図８のシュペルトップバラン装置７０をそれが構成する同軸ケーブル６０の中心軸を通過する断面での導体を、誘電体基板１０上に形成することにより構成したことを特徴としている。当該バランＢ１は、不平衡給電線路である同軸ケーブル２０と、平衡アンテナのダイポールアンテナである放射アンテナ素子Ａ１との間の線路変換機能及びインピーダンス整合機能を有している。

図１及び図２において、平行平板である誘電体基板１０は例えばガラスエポキシ基板又はテフロン（登録商標）基板などのプリント配線基板にてなり、互いに実質的に平行なおもて面と裏面とを有する。誘電体基板１０のおもて面上に、バラン装置Ｂ１と、放射アンテナ素子Ａ１の素子導体１ａ及び２ａと、反射アンテナ素子Ａ３の素子導体７ａとがプリント配線印刷法を用いて形成されている。一方、誘電体基板１０の裏面上に、素子導体１ａ，２ａ，７ａとそれぞれ誘電体基板１０を介して対向するように、放射アンテナ素子Ａ１の素子導体１ｂ及び２ｂと、反射アンテナ素子Ａ３の素子導体７ｂとがプリント配線印刷法を用いて形成されている。なお、誘電体基板１０には、その厚さ方向に貫通する複数の取り付けネジ用孔１５を形成している。

放射アンテナ素子Ａ１において、素子導体１ａ，２ａ，１ｂ，２ａは放射する電波の実質的に１／４波長の長さを有するストリップ形状を有し、素子導体１ａと２ａとは、実質的に一直線上で形成され、素子導体１ｂと２ｂとは、実質的に一直線上で形成される。また、素子導体１ａ及び１ｂの両端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールを形成し、当該スルーホールに導体を充填することにより、それぞれスルーホール導体１１ａ，１１ｂを形成し、これにより、素子導体１ａ及び１ｂをその両端部で接続している。さらに、素子導体２ａ及び２ｂの両端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールを形成し、当該スルーホールに導体を充填することにより、それぞれスルーホール導体１２ａ，１２ｂを形成し、これにより、素子導体２ａ及び２ｂをその両端部で接続している。以上のように構成した放射アンテナ素子Ａ１は、半波長ダイポールアンテナを形成している。

なお、放射アンテナ素子Ａ１の素子導体を片面のみならず、両面に形成しているのは以下の理由による。片面のみに形成した場合、例えばガラスエポキシ基板である誘電体基板１０の厚さが１ｍｍであるとき、放射アンテナ素子Ａ１から誘電体基板１０の裏面方向への放射電波が約１ｄＢ程度減衰してアンテナ利得が低下するため、これを防止するために両面に形成している。

反射アンテナ素子Ａ３において、素子導体７ａ，７ｂは１／４波長よりも若干長い長さを有するストリップ形状を有し、放射アンテナ素子Ａ１から、放射する電波の例えば１／４波長の間隔ｄ１だけ離れて形成される。また、素子導体７ａ，７ｂの両端部において、誘電体基板１０を厚さ方向に貫通するスルーホールを形成し、当該スルーホールに導体を充填することにより、それぞれスルーホール導体１３ａ，１３ｂを形成し、これにより、素子導体７ａ，７ｂをその両端部で接続している。以上のように構成した反射アンテナ素子Ａ３は、放射アンテナ素子Ａ１に対する反射器を形成している。従って、放射アンテナ素子Ａ１と反射アンテナ素子Ａ３とにより、２素子八木宇田アンテナ装置を構成している。

次いで、バラン装置Ｂ１の構成について以下に説明する。バラン装置Ｂ１は、上述のように、図８のシュペルトップバラン装置７０をそれが構成する同軸ケーブル６０の中心を通過する断面での導体を、それぞれ約１／４波長の長さ（誘電体基板１０の短縮率を考慮し、１／４波長よりも若干短くなるが、これは設計事項であり、図８において１／４λ’と図示されている。）を有するストリップ導体３，４，５，４ｓ，５ｓとして誘電体基板１０上に形成することにより構成している。なお、バラン装置Ｂ１を構成する各ストリップ形状を有する導体３，４，５，４ｓ，５ｓはその長手方向が放射アンテナ素子Ａ１の長手方向に対して約６０度だけ傾斜されるように形成される。これは、バラン装置Ｂ１が占有する図１の横方向の長さをできる限り短くするためであり、これにより、当該アンテナ装置全体の大きさが小さくなる。なお、第１の実施形態では、バラン装置Ｂ１を放射アンテナ素子Ａ１に対して傾斜して形成しているが、本発明はこれに限らず、傾斜せずに、実質的に垂直な方向となるように形成してもよい。

バラン装置Ｂ１の芯線導体３は、素子導体１ａのスルーホール導体１１ｂ側の端部（平衡側端部である。）に接続されかつそれから延在して形成され、その端部に矩形形状の芯線端子導体３ｔが連結して形成され、当該端部は不平衡側端部となる。また、芯線端子導体３ｔから、芯線導体３の長手方向で所定の間隔だけ離間して矩形形状の接地端子導体６が形成される。さらに、芯線導体３を挟みその両側（芯線導体３から見て外側であり、以下、外側という。）に所定の間隔だけ離れかつ芯線導体３と平行となるように接地導体４ｓ，５ｓが形成される。接地導体４ｓの放射アンテナ素子Ａ１側の端部は例えば曲線形状で芯線導体３から離れる方向で外側に１８０度折り曲げられ、接地導体４ｓと平行となるように延在して折り返し導体４を形成する一方、接地導体４ｓの他端部は接地導体４ｓの長手方向でそのまま延在して接地端子導体６と連結して形成され、当該他端部は不平衡側端部となる。また、接地導体５ｓの放射アンテナ素子Ａ１側の端部は例えば曲線形状で芯線導体３から離れる方向で外側に１８０度折り曲げられ、接地導体５ｓと平行となるように延在して折り返し導体５を形成する一方、接地導体５ｓの他端部は接地導体５ｓの長手方向でそのまま延在して接地端子導体６と連結して形成され、当該他端部は不平衡側端部となる。また、接地導体５ｓの放射アンテナ素子Ａ１側の端部（平衡側端部である。）は、スルーホール導体５ａを介して誘電体基板１０の裏面上に形成された接続導体８の一端に接続され、接続導体８の他端は素子導体２ｂのスルーホール導体１２ｂ側の端部に接続される。

無線送受信機（図示せず。）からの給電線路である同軸ケーブル２０は、芯線導体２１と、接地導体２２とから構成され、芯線導体２１は芯線端子導体３ｔで例えば半田付けにより電気的に接続され、接地導体２２は接地端子導体６で例えば半田付けにより電気的に接続される。同軸ケーブル２０は不平衡線路であるが、芯線端子導体３ｔとその両側に形成された接地導体４ｓ，５ｓ、並びに、芯線導体３とその両側に形成された接地導体４ｓ，５ｓはそれぞれ、平衡線路であるコプレナー線路を構成している。すなわち、接地端子導体３ｔ付近で、同軸ケーブル２０からコプレナー線路への線路変換を行っている。そして、折り返し導体４，５は放射電波の波長の約１／４倍の長さで構成され、それぞれ接地導体４ｓ，５ｓに対して一定の間隔を有して、折り返して配線形成され、その先端部は開放端となっており、短絡された状態と同様にインピーダンスが無限大となり、バラン装置Ｂ１は従来技術に係る図８のシュペルトップバラン装置７０と同様に、インピーダンス整合機能及び線路変換機能を有する。

以上のように構成されたバラン装置Ｂ１を備えた２素子八木宇田アンテナ装置においては、上記無線送受信機から同軸ケーブル２０を介して送信された無線信号は、バラン装置Ｂ１により不平衡線路から平衡線路への線路変換並びに、同軸ケーブル２０と放射アンテナ素子Ａ１との間のインピーダンス整合が行われた後、その無線信号の電波が放射アンテナ素子Ａ１から放射される。ここで、放射アンテナ素子Ａ１の素子導体１ａ，２ａ，１ｂ２ｂは誘電体基板１０の両面に形成されているので、その裏面からも放射される。また、反射器である反射アンテナ素子Ａ３が形成されているので、上記無線信号の電波は、放射アンテナ素子Ａ１の長手方向に対して垂直な方向であって、反射アンテナ素子Ａ３とは反対側に向けて主ビームを有して放射される。

以上のように構成されたバラン装置Ｂ１は誘電体基板１０上にプリント配線パターンの導体のみで形成されているので、誘電体基板１０とほぼ同じ厚さでバラン装置１０を形成でき、従来技術に比較して小型・軽量であり、確実に線路変換やインピーダンス整合を行うことができる。

第１の実施形態の変形例．
以上の実施形態においては、放射アンテナ素子Ａ１と反射アンテナ素子Ａ３とを備えた２素子八木宇田アンテナ装置を構成しているが、本発明はこれに限らず、放射アンテナ素子Ａ１を中心として、反射アンテナ素子Ａ３とは反対側であって、放射アンテナ素子Ａ１から、約１／４波長離間して、放射アンテナ素子Ａ１よりも短い長さを有し反射アンテナ素子Ａ３と同様の構成を有する導波器のアンテナ素子を形成することにより、３素子八木宇田アンテナ装置を構成してもよい。また、反射器や導波器の数は１つに限定されず、複数であってもよい。さらに、反射アンテナ素子Ａ３を形成せずに、半波長ダイポールアンテナ装置を形成してもよい。

また、当該半波長ダイポールアンテナ装置のうちの１つのアンテナ素子を用いてモノポールアンテナ装置を構成してもよい。この場合、バラン装置Ｂ１を介さず、同軸ケーブル２０を直接にモノポールアンテナ装置に接続できる。

以上実施形態においては、放射アンテナ素子Ａ１及び反射アンテナ素子Ａ３の各素子導体を誘電体基板１０の両面に形成しているが、本発明はこれに限らず、その片面のみに形成してもよい。

以上の実施形態において、バラン装置Ｂ１の各導体３，４，５，４ｓ，５ｓの長さは約１／４波長の長さを有しているが、本発明はこれに限らず、（２ｎ−１）／４波長（ここで、ｎは自然数である。）の長さを有して形成してもよい。

第２の実施形態．
図３は本発明の第２の実施形態に係る３素子八木宇田アンテナ装置のおもて面を示す平面図であり、図４は図３の３素子八木宇田アンテナ装置の裏面を示す裏面図である。図３及び図４において、第２の実施形態に係る３素子八木宇田アンテナ装置は、図１及び図２の第１の実施形態に係る２素子八木宇田アンテナ装置に比較して、反射アンテナ素子Ａ３を中心として、放射アンテナ素子Ａ１とは反対側に、反射アンテナ素子Ａ３から所定の距離ｄ１だけ離間して、放射アンテナ素子Ａ２及びそれに接続されたバラン装置Ｂ２がさらに形成されたことが異なる。この相違点について以下に説明する。

図３及び図４において、放射アンテナ素子Ａ２は、放射アンテナ素子Ａ１と同様に、両端がスルーホール導体１１１ａ，１１１ｂにより接続された素子導体１０１ａ，１０１ｂと、両端がスルーホール導体１１２ａ，１１２ｂにより接続された素子導体１０２ａ，１０２ｂとを備えて構成され、放射アンテナ素子Ａ１と同様に動作するが、放射電波の主ビームの方向は放射アンテナ素子Ａ１とは反対方向になる。

また、バラン装置Ｂ２は、バラン装置Ｂ１と同様に、芯線導体１０３と、その両側に形成された接地導体１０４ｓ，１０５ｓと、接地導体１０４ｓ，１０５ｓからそれぞれ延在しかつ折り曲げられて接地導体１０４ｓ，１０５ｓと平行となるように形成された折り返し導体１０４，１０５とを備えて構成され、バラン装置Ｂ１と同様に、線路変換機能及びインピーダンス整合機能を有する。ここで、芯線導体３は芯線端子導体１０３ｔに接続され、接地導体４ｓ，５ｓは接地端子導体１０６に接続される。上記無線送受信機からの給電線路である同軸ケーブル１２０は、芯線導体１２１と、接地導体１２２とから構成され、芯線導体１２１は芯線端子導体１０３ｔで例えば半田付けにより電気的に接続され、接地導体１２２は接地端子導体１０６で例えば半田付けにより電気的に接続される。さらに、接地導体１０５ｓの放射アンテナ素子Ａ３側の端部は、スルーホール導体１０５ａを介して、誘電体基板１０の裏面に形成された接続導体１０８の一端に接続され、当該接続導体１０８の他端は素子導体１０２ｂのスルーホール導体１１２ｂ側端部に接続される。

図５は図３及び図４の放射アンテナ素子Ａ１，Ａ３に接続された無線送受信機装置の構成を示すブロック図である。

図５において、放射アンテナ素子Ａ１はスイッチＳＷの接点ａを介してサーキュレータ８１に接続され、放射アンテナ素子Ａ３はスイッチＳＷの接点ｂを介してサーキュレータ８１に接続される。放射アンテナ素子Ａ１又はＡ３で受信された無線信号は、スイッチＳＷ及びサーキュレータ８１を介して無線受信機回路８２に入力され、高周波増幅、周波数変換、周波数増幅、復調などの処理がなされる。一方、無線送信機回路８３から送信される無線信号はサーキュレータ８１及びスイッチＳＷを介して放射アンテナ素子Ａ１又はＡ３に出力されて放射される。コントローラ８０は、無線受信機回路８２及び無線送信機回路８３の動作を制御し、例えば、放射アンテナ素子Ａ１で受信された無線信号の信号レベルと、放射アンテナ素子Ａ３で受信された無線信号の信号レベルとを比較して、より高い信号レベルを受信した放射アンテナ素子を選択するようにスイッチＳＷを切り換えて、無線信号の送受信を行う。

以上のように構成された第２の実施形態に係るバラン装置Ｂ１，Ｂ２を備えた３素子八木宇田アンテナ装置は、誘電体基板１０上にプリント配線パターンの導体のみで形成されているので、誘電体基板１０とほぼ同じ厚さで形成でき、従来技術に比較して小型・軽量であり、また、バラン装置Ｂ１，Ｂ２を用いて確実に線路変換やインピーダンス整合を行うことができる。さらに、互いに異なり反対方向の主ビームを有する２つの放射アンテナ素子Ａ１，Ａ２を選択的に切り替えて無線信号を送受信できる。

第２の実施形態の変形例．
以上の実施形態においては、２本の放射アンテナ素子Ａ１と反射アンテナ素子Ａ３とを備えた３素子八木宇田アンテナ装置を構成しているが、本発明はこれに限らず、放射アンテナ素子Ａ１を中心として、反射アンテナ素子Ａ３とは反対側であって、放射アンテナ素子Ａ１から、約１／４波長離間して、放射アンテナ素子Ａ１よりも短い長さを有し反射アンテナ素子Ａ３と同様の構成を有する導波器のアンテナ素子をそれぞれ形成することにより、５素子八木宇田アンテナ装置を構成してもよい。また、反射器や導波器の数はそれぞれ１つ、２つに限定されず、それ以上の複数であってもよい。さらに、反射アンテナ素子Ａ３を形成せず、２つのダイポールアンテナ装置を形成し、スペースダイバーシチのアンテナ素子を形成してもよい。

以上実施形態においては、放射アンテナ素子Ａ１，Ａ２及び反射アンテナ素子Ａ３の各素子導体を誘電体基板１０の両面に形成しているが、本発明はこれに限らず、その片面のみに形成してもよい。

以上の実施形態においては、２つの放射アンテナ素子Ａ１，Ａ２は互いに平行となるように形成しているが、本発明はこれに限らず、平行とならないように形成してもよい。この場合、ビーム方向又は指向特性が異なる。

以上の実施形態においては、反射アンテナ素子Ａ３を２つの放射アンテナ素子Ａ１，Ａ２で共用しているが、本発明はこれに限らず、第１の実施形態のアンテナ装置を複数個形成しかつ、例えば互いに主ビーム方向が異なるように誘電体基板１０上に形成してもよい。

本発明者らは、第１の実施形態において反射アンテナ素子Ａ３が形成されておらず、中心動作周波数が５．２ＧＨｚであるダイポールアンテナ装置を試作して以下の実験を行ってその結果を得た。

図６（ａ）は第１の実施形態の変形例に係るダイポールアンテナ装置の水平面指向特性を示す特性図であり、図６（ｂ）は第１の実施形態の変形例に係るダイポールアンテナ装置の垂直面指向特性を示す特性図である。図６から明らかなように、通常のダイポールアンテナ装置の指向特性を得ることができる。

図７は第１の実施形態の変形例に係るバラン装置を備えたダイポールアンテナ装置の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示すグラフである。図７から明らかなように、中心動作周波数５．２ＧＨｚでＶＳＷＲが１．５以下の周波数帯域幅として約８００ＭＨｚが得られている。

以上のように形成された実施形態又は変形例に係るアンテナ装置は、プリント配線印刷法を用いて高精度で導体のパターンニングができるため、量産した場合であっても、周波数特性や指向特性のばらつきがきわめて小さい。また、誘電体基板１０の誘電率が多少ずれた場合においてもほとんど放射特性に影響しない。

以上の実施形態又は変形例においては、誘電体基板１０を用いているが、本発明はこれに限らず、半導体基板などの他の種類の基板、もしくは誘電体フィルムを用いてもよい。

以上説明したように、本発明に係るバラン装置によれば、プリント配線基板などの基板上でその厚さと同様の厚さで導体パターンを形成することにより、バラン装置を形成できる。当該バラン装置は、不平衡給電線路と平衡給電線路との間の線路変換を行うバラン装置において、従来技術よりも小型・軽量であって基板上に形成でき、しかも確実にインピーダンス整合を行うことができる。

以上説明したように、バラン内蔵のパターンアンテナを使用することで、ガラスエポキシ基板やテフロン（登録商標）基板など通常の電気回路用基板への実装のみならず、フィルム状の印刷物、さらには製品筐体へ直接、金属を含む塗料で塗布することが可能となる。低コストでの製造が容易に行えると同時に、導体パターンを構成する物質の持つ誘電率による影響も少ないため、製品などにおけるアンテナの配置も比較的問題とならない。また、無給電素子パターンを配置することで、容易に指向性を持たせることも可能であるため、任意の方向への放射を行いたい場合など、使用用途は広い。例えば、無線ＬＡＮシステムやブルーツース（Bluetooth）を応用した家電製品、及びその他の無線通信を利用した機器すべてに使用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る２素子八木宇田アンテナ装置のおもて面を示す平面図である。図１の２素子八木宇田アンテナ装置の裏面を示す裏面図である。本発明の第２の実施形態に係る３素子八木宇田アンテナ装置のおもて面を示す平面図である。図３の３素子八木宇田アンテナ装置の裏面を示す裏面図である。図３及び図４の放射アンテナ素子Ａ１，Ａ３に接続された無線送受信機装置の構成を示すブロック図である。（ａ）は第１の実施形態の変形例に係るダイポールアンテナ装置の水平面指向特性を示す特性図であり、（ｂ）は第１の実施形態の変形例に係るダイポールアンテナ装置の垂直面指向特性を示す特性図である。第１の実施形態の変形例に係るバラン装置を備えたダイポールアンテナ装置の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を示すグラフである。第１及び第２の実施形態に係るバラン装置Ｂ１，Ｂ２の原型であるシュペルトップバラン装置７０の外観を示す斜視図である。第１の従来例に係る分岐導体型バラン装置の構成を示す斜視図である。第２の従来例に係る分岐導体型バラン装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２…放射アンテナ素子、
Ａ３…反射アンテナ素子、
Ｂ１，Ｂ２…バラン装置、
ＳＷ…スイッチ、
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，７ａ，７ｂ，１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０２ｂ…素子導体、
３，１３０…芯線導体、
３ｔ，１０３ｔ…芯線端子導体、
４，５，１０４，１０５…折り返し導体、
４ａ，５ｓ，１０４ｓ，１０５ｓ…接地導体、
５ａ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１０５ａ，１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ…スルーホール導体、
６…接地端子導体、
８…接続導体、
１０…誘電体基板、
１５…取り付けネジ用孔、
２０，１２０…同軸ケーブル、
２１，１２１…芯線導体、
２２，１２２…接地導体、
８０…コントローラ、
８１…サーキュレータ、
８２…無線受信機回路、
８３…無線送信機回路。

Claims

基板上に形成され、不平衡側端部と平衡側端部とを有するストリップ形状の芯線導体と、
上記基板上であって上記芯線導体から所定の間隔だけ離間するように上記芯線導体の両側に形成され、不平衡側端部と平衡側端部とをそれぞれ有するストリップ形状の第１と第２の接地導体と、
上記基板上であって上記各接地導体の平衡側端部から延在してかつ上記芯線導体とは反対側に折り曲げられてその端部が開放端となり、上記各接続導体から所定の間隔だけ離間するように形成されたストリップ形状の第１と第２の折り返し導体とを備え、
上記第１の接地導体の不平衡側端部と、上記第２の接地導体の不平衡側端部とは互いに接続されて不平衡側接地端子となり、上記芯線導体の不平衡側端部が不平衡側芯線端子となり、
上記芯線導体の平衡側端部は第１の平衡側接続端子となり、上記第２の接地導体の平衡側端部は第２の平衡側接続端子となり、
上記芯線導体と、上記第１と第２の接地導体と、上記第１と第２の折り返し導体は、実質的に、伝送する無線信号の波長の１／４の奇数倍の長さを有することを特徴とするバラン装置。
請求項１記載のバラン装置と、
上記基板上に互いに所定の間隔だけ離間してかつ一直線上で形成された２本の第１のアンテナ素子からなり、上記バラン装置の第１と第２の平衡側接続端子に接続されたダイポールアンテナとを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
上記バラン装置の芯線導体、第１と第２の接続導体及び第１と第２の折り返し導体は、上記２本の第１のアンテナ素子に対して、傾斜するように、もしくは垂直となるように形成されたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記２本の第１のアンテナ素子はそれぞれ、
上記基板の第１の面上に形成された第１の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第１の素子導体と対向するように形成され、上記第１の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第２の素子導体とを備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のアンテナ装置。
上記ダイポールアンテナと平行であって所定の間隔だけ離間して形成された第２のアンテナ素子からなり、上記ダイポールアンテナよりも長い長さを有する反射アンテナ素子をさらに備えたことを特徴とする請求項２乃至４のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記第２のアンテナ素子は、
上記基板の第１の面上に形成された第３の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第３の素子導体と対向するように形成され、上記第３の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第４の素子導体とを備えたことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
上記ダイポールアンテナと平行であって所定の間隔だけ離間して形成された第３のアンテナ素子からなり、上記ダイポールアンテナよりも短い長さを有する導波アンテナ素子をさらに備えたことを特徴とする請求項２乃至６のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記第３のアンテナ素子は、
上記基板の第１の面上に形成された第５の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第５の素子導体と対向するように形成され、上記第５の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第６の素子導体とを備えたことを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
請求項１記載の別のバラン装置と、
上記基板上に互いに所定の間隔だけ離間してかつ一直線上で形成された２本の第４のアンテナ素子からなり、上記別のバラン装置の第１と第２の平衡側接続端子に接続された別のダイポールアンテナとを備えたことを特徴とする請求項２乃至８のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。
上記別のバラン装置の芯線導体、第１と第２の接続導体及び第１と第２の折り返し導体は、上記２本の第４のアンテナ素子に対して、傾斜するように、もしくは垂直になるように形成されたことを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
上記基板は互いに実質的に平行な第１と第２の面を有し、
上記２本の第４のアンテナ素子はそれぞれ、
上記基板の第１の面上に形成された第７の素子導体と、
上記基板の第２の面上であって上記第７の素子導体と対向するように形成され、上記第７の素子導体の両端とそれぞれ、上記基板を厚さ方向に貫通して形成されたスルーホール導体を介して接続された両端を有する第８の素子導体とを備えたことを特徴とする請求項９又は１０記載のアンテナ装置。
上記バラン装置の不平衡側芯線端子及び不平衡側接地端子に接続された第１の不平衡線路と、上記別のバラン装置の不平衡側芯線端子及び不平衡側接地端子に接続された第２の不平衡線路とを選択的に切り替えて無線機に接続する切換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項９乃至１１のうちのいずれか１つに記載のアンテナ装置。