誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナ

专利摘要:
本発明は、高誘電率を有する誘電体を用いた従来のアンテナの長所である小型化を維持しながらアンテナ利得と効率及び帯域幅を高めるために低誘電率を有する誘電体と高透磁率を有する磁性体を垂直周期構造に配列した複合構造体を用いたアンテナを提供することを目的とする。このために、本発明は、基板と、基板の上に形成される放射パッチと、を備え、基板は、誘電体及び磁性体が垂直周期構造を有する複合構造体に形成されることを特徴とする誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナを提供する。
公开号:JP2011515983A
申请号:JP2011501730
申请日:2009-04-08
公开日:2011-05-19
发明作者:クン ジ、ジョン；モ スン、ウォン；フーン リョウ、ビュン
申请人:イーエムダブリュ カンパニー リミテッド；
IPC主号:H01Q13-08

专利说明:

[0001] 本発明は、高誘電率を有する誘電体を用いた従来のアンテナの長所である小型化を維持しながらアンテナ利得と効率及び帯域幅を高めるために低誘電率を有する誘電体と高透磁率を有する磁性体を垂直周期構造に配列した複合構造体を用いたアンテナに関する。]
背景技術

[0002] 最近、地上波ＤＭＢをはじめとする種々のデジタルマルチメディア放送システムが本格的なサービスを提供し始めている。これに備えて、放送システムはもとより、このようなＤＭＢ放送を受信可能な携帯端末の開発も盛んになされている。]
[0003] また、現在広く商用化している移動携帯電話システムを取り入れて、２種類のサービスを単一の携帯端末により同時に受けられる複合型端末の開発も盛んになされている。]
[0004] しかしながら、かかるＤＭＢに採用された周波数帯域は１７４〜２１６ＭＨｚと主にＵＨＦやＶＨＦなどの低周波帯域であり、これにより、いくつかの携帯端末の開発に対する制約事項が発生していた。]
[0005] 最も代表的なのが、携帯端末に基本的に使用されるアンテナのサイズに関する問題である。]
[0006] 一般的に、アンテナのサイズは使用される周波数が低くなるにつれてそのサイズが大きくなる。ＵＨＦやＶＨＦ帯域向けにアンテナを製作するためには、普通、数十センチメートル（Ｃｍ）の長さを必要とする。しかしながら、この種のアンテナは携帯用端末に適用するには不向きである。この理由から、携帯端末用アンテナのサイズを減らすための研究開発も盛んになされている。]
[0007] 既存に汎用されていたモノポールタイプのホイップ（ｗｈｉｐ）アンテナやヘリカル（ｈｅｌｉｃａｌ）アンテナは携帯端末の外側に突き出る構造を有していることから、最近にはこのようなタイプのアンテナの使用を避けており、アンテナを携帯端末の内部に完全に埋め込んで外部に突出しないタイプの内蔵型アンテナが多くの関心を引き寄せるとともに、内蔵型アンテナを適用している種々の携帯端末が登場している。]
[0008] 内蔵型アンテナの一つが、プリント回路基板アンテナ（PrintedCircuit Board Antenna：以下、「ＰＣＢアンテナ」と称する。）である。]
[0009] ＰＣＢアンテナは、アンテナが主としてフラット状に使用され、コイル状のアンテナに比べて回路実現が容易であり、しかも、低コストであり、工程上の問題点を解消することができる。]
[0010] 図１は、従来の内蔵型アンテナであるＰＣＢアンテナを示す（ａ）平面図及び前記平面図のＩ−Ｉ’を切り取った（ｂ）断面図である。]
[0011] 図１を参照すると、既存のＰＣＢアンテナは、携帯端末の部品が実装されるプリント回路基板（ＰＣＢ）１０と、前記プリント回路基板１０の上に所定の形状にパターニングされた放射体としての役割を果たすアンテナパターン２０と、を備えている。一般的に、ＰＣＢに汎用される材質はＦＲ４であり、アンテナパターンは銅（Ｃｕ）を用いて印刷する。]
[0012] しかしながら、図１に示す内蔵型アンテナであるＰＣＢアンテナの場合にも、周波数とアンテナサイズとの相関関係から自由ではないため、やはり内蔵型アンテナのサイズも現在のところ極めて大きい。サイズは次第に小型化しつつあり、機能は次第に多くなりつつある現在の携帯端末の傾向に鑑みるとき、このような内蔵型アンテナもまた携帯端末の小型化を制約する重大な一つの制限要素となっている。]
[0013] 特に、ＤＭＢ用携帯端末の場合、１７４〜２１６ＭＨｚのＵＨＦやＶＨＦなどの低周波帯域において動作するため、図１に示す既存のＰＣＢアンテナを使用するのに多くの難点がある結果、一層小さなサイズのアンテナが切望される。]
[0014] このような問題点を解消するために、高誘電体を用いて基板を形成し、前記基板の上に放射パターンを形成する技術が開発されて採用されている。しかしながら、高誘電体を用いてアンテナを実現する場合、アンテナの小型化は達成することができるとはいえ、アンテナの利得と帯域幅が減少するといった短所は避けられない。]
[0015] このように高誘電体を用いたアンテナは、広い帯域幅と高い利得が求められる地上波ＤＭＢをはじめとする種々のデジタルマルチメディア放送システムに不向きであり、その結果、アンテナの小型化が進むにつれて、広い帯域幅及び高い利得を満足可能な方法の開発が望まれるのが現状である。]
発明が解決しようとする課題

[0016] 上記の問題点を解消するためになされた本発明は、高誘電率を有する誘電体を用いた従来のアンテナの長所である小型化を維持しながらアンテナ利得と効率及び帯域幅を高めるために低誘電率を有する誘電体と高透磁率を有する磁性体を垂直周期構造に配列した複合構造体を用いたアンテナを提供することを目的とする。]
課題を解決するための手段

[0017] 上記の目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板の上に形成される放射パッチと、を備え、前記基板は誘電体及び磁性体が垂直周期構造を有する複合構造体に形成されることを特徴とする誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナを提供する。]
[0018] 好ましくは、前記アンテナは多重帯域において共振することを特徴とする。]
[0019] また、好ましくは、前記放射パッチは１７０ｍｍ×１７０ｍｍの寸法を有し、前記基板は３００ｍｍ×３００ｍｍ×２０ｍｍの寸法に形成されることを特徴とする。]
[0020] さらに、好ましくは、前記基板には、１０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、２０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、３０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、４０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、６０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、または１００ｍｍ周期の誘電体及び磁性体が周期的に垂直配列されていることを特徴とする。]
[0021] さらに、好ましくは、前記誘電体は誘電率２．２、透磁率１．０の低誘電率を有し、前記磁性体は誘電率１６、透磁率１６の高透磁率を有することを特徴とする。]
[0022] また、本発明は、前記アンテナを備える無線端末装置を提供する。]
発明の効果

[0023] 以上のように、本発明は、高誘電率を有する誘電体を用いた従来のアンテナの長所である小型化を維持しながらアンテナ利得と効率及び帯域幅を高めるために低誘電率を有する誘電体と高透磁率を有する磁性体を垂直周期構造に配列した複合構造体を用いたアンテナを提供することができる。]
図面の簡単な説明

[0024] 従来の内蔵型アンテナであるＰＣＢアンテナを示す（ａ）平面図及び前記平面図のＩ−Ｉ’を切り取った（ｂ）断面図である。
本発明の好適な一実施形態による誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナを示す図である。
垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。
垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。
垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。
垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。
垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。
垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。
誘電率が約３５の高誘電体を用いて実現した本発明の一実施形態と同じサイズのパッチアンテナの反射損失を示す図である。]
実施例

[0025] 本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施により達成される目的を十分に理解するためには、本発明の好適な実施形態を例示する添付図面及び添付図面に記載の内容を参照する必要がある。]
[0026] 以下、添付図面に基づき本発明の好適な実施形態を説明することにより、本発明を詳述する。]
[0027] 図２は、本発明の好適な一実施形態による誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナを示す図である。] 図２
[0028] 図２を参照すると、本発明のアンテナは、基板１００と、基板１００の上に形成される放射パッチ２００と、を備え、基板１００は誘電体１１０と磁性体１２０が垂直周期構造を有する複合構造体に形成される。] 図２
[0029] より詳しくは、誘電体１１０は誘電率２．２及び透磁率１．０程度の低誘電率を有する誘電体であり、磁性体１２０は誘電率１６、透磁率１６程度の高透磁率を有する磁性体であることが好ましい。]
[0030] 例えば、放射パッチ２００の寸法は１７０ｍｍ×１７０ｍｍであり、複合体基板１００の全体寸法は３００ｍｍ×３００ｍｍ×２０ｍｍであることができる。]
[0031] 以下、図面及び表に基づき、上記の構成を有する本発明のアンテナの動作特性を説明する。]
[0032] 図３〜図８は、垂直周期構造に配列された様々な複合構造体の上に実現したパッチアンテナの反射損失を示す図である。] 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0033] より詳しくは、図３は、基板１００を、誘電体１０ｍｍ、磁性体１０ｍｍの周期をもって垂直配列した場合、図４は、誘電体２０ｍｍ、磁性体２０ｍｍの周期をもって垂直配列した場合、図５は、誘電体３０ｍｍ、磁性体３０ｍｍの周期をもって垂直配列した場合、図６は、誘電体４０ｍｍ、磁性体４０ｍｍの周期をもって垂直配列した場合、図７は、誘電体６０ｍｍ、磁性体６０ｍｍの周期をもって垂直配列した場合、図８は、誘電体１００ｍｍ、磁性体１００ｍｍの周期をもって垂直配列した場合の反射損失を示す。] 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0034] 垂直配列したそれぞれの場合に対し、垂直周期構造を有する複合構造体の全長は、上述したように３００ｍｍと同じであり、各層は同じ周期を有する。]
[0035] 上記の場合、多重帯域アンテナが実現され、高い利得と効率及び帯域幅が得られることを確認することができる。]
[0036] 図９は、誘電率が約３５の高誘電体を用いて実現した本発明の一実施形態と同じサイズのパッチアンテナの反射損失を示す図である。] 図９
[0037] 図９を参照すると、誘電体及び磁性体が垂直周期構造に配列された複合構造体を有する本発明のアンテナと比較するとき、高誘電体を用いて基板を実現した従来のアンテナの場合には帯域幅が狭く、利得が約−１５ｄＢに過ぎないため、本発明のアンテナに比べて利得及び効率の面で劣っていることを確認することができる。] 図９
[0038] ]
[0039] 上記の表１は、図３〜図８に示す本発明の６つの実施形態と高誘電率を有する誘電体の実施形態に対するアンテナ特性を比較したものである。] 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0040] ここで、比較データは、最初の共振周波数に対する帯域幅、利得、効率を計算したものである。上記の表１を参照すると、本発明の６つの実施形態が高誘電率を有する誘電体を用いた場合と比較して同じアンテナサイズにおいて帯域幅、利得、効率などが向上することを確認することができる。なお、それぞれの垂直周期構造に対して給電位置を変えることにより、様々な共振周波数を得ることができる。]
[0041] このように、本発明は、低誘電率を有する誘電体と高透磁率を有する磁性体を垂直周期構造に配列した複合構造体を用いてアンテナの小型化を図るとともに、向上したアンテナ利得と効率及び帯域幅、並びに様々な共振周波数を有するアンテナを設計することができる。]
[0042] 本発明は図示の一実施形態を参考として説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、この技術分野における通常の知識を持った者であれば、これより種々の変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は登録請求範囲の技術的思想により定められるべきである。]

权利要求:

請求項1
基板と、前記基板の上に形成される放射パッチと、を備え、前記基板は誘電体及び磁性体が垂直周期構造を有する複合構造体に形成される、誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナ。
請求項2
前記アンテナは多重帯域において共振する、請求項１に記載の誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナ。
請求項3
前記放射パッチは１７０ｍｍ×１７０ｍｍの寸法を有し、前記基板は３００ｍｍ×３００ｍｍ×２０ｍｍの寸法に形成される、請求項１に記載の誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナ。
請求項4
前記基板には、１０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、２０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、３０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、４０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、６０ｍｍ周期の誘電体及び磁性体、または１００ｍｍ周期の誘電体及び磁性体が周期的に垂直配列されている、請求項３に記載の誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナ。
請求項5
前記誘電体は誘電率２．２、透磁率１．０の低誘電率を有し、前記磁性体は誘電率１６、透磁率１６の高透磁率を有する、請求項４に記載の誘電体及び磁性体の垂直周期構造を有する複合構造体を用いたアンテナ。
請求項6
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のアンテナを備える無線端末装置。