JP2010050895A - Circularly polarized wave antenna and communication apparatus mounting it - Google Patents
Circularly polarized wave antenna and communication apparatus mounting it Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010050895A JP2010050895A JP2008215426A JP2008215426A JP2010050895A JP 2010050895 A JP2010050895 A JP 2010050895A JP 2008215426 A JP2008215426 A JP 2008215426A JP 2008215426 A JP2008215426 A JP 2008215426A JP 2010050895 A JP2010050895 A JP 2010050895A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circularly polarized
- antenna
- helical
- ground plane
- rectangular ground
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ＧＰＳなどの機能を備えた移動体通信装置等に用いる円偏波アンテナ、およびそれを搭載した通信装置に関する。 The present invention relates to a circularly polarized antenna used in a mobile communication device or the like having a function such as GPS, and a communication device equipped with the same.
近年、移動体通信の発展に伴い、移動体通信端末局に搭載する小型かつ高性能な円偏波アンテナの要求が高まっている。すなわち、移動体通信、とりわけ衛星からの電波を利用するＧＰＳ端末においては、衛星と端末相互の姿勢が時々刻々と変化するため、その姿勢変化の影響を受けにくい円偏波を利用することで、安定した通信を確保できる。さらに、携帯用端末装置はその性質上、軽量化、小型化が望まれるが、それに伴いアンテナの小型軽量化も要求される。 In recent years, with the development of mobile communication, there is an increasing demand for a small and high-performance circularly polarized antenna mounted on a mobile communication terminal station. That is, in mobile communication, especially in GPS terminals that use radio waves from satellites, since the attitude between the satellite and the terminal changes from moment to moment, by using circularly polarized waves that are less affected by the attitude change, Stable communication can be secured. Furthermore, although the portable terminal device is desired to be lighter and smaller due to its nature, the antenna is also required to be smaller and lighter.
ここで、ヘリカルアンテナは、円偏波アンテナとしてよく知られている。ヘリカルアンテナは、らせん状に導体を巻いて構成されたアンテナであるが、周長（ないし半径）およびピッチの波長に対する大きさを変化させると、放射する電波の特性は大きく異なることが知られている。波長と同程度の周長を有するヘリカルアンテナは、軸方向に最大の放射を得ることができるとともに、円偏波を発生させるのであるが、これは軸モードと呼ばれている。一方、波長に比べて十分小さい周長を有するヘリカルアンテナは、モノポールアンテナと同様の八の字型の放射特性を有するとともに、直線偏波ないし直線偏波に近い楕円偏波を発生させる。これはノーマルモードと呼ばれる。 Here, the helical antenna is well known as a circularly polarized antenna. A helical antenna is an antenna that is formed by winding a conductor in a spiral shape, but it is known that the characteristics of the radiated radio waves differ greatly if the size of the circumference (or radius) and pitch with respect to the wavelength is changed. Yes. A helical antenna having a circumference equal to the wavelength can obtain maximum radiation in the axial direction and generate circularly polarized waves, which is called an axial mode. On the other hand, a helical antenna having a circumferential length sufficiently smaller than the wavelength has an 8-shaped radiation characteristic similar to that of a monopole antenna, and generates a linearly polarized wave or an elliptically polarized wave close to a linearly polarized wave. This is called normal mode.
例えば、軸モードを利用したヘリカルアンテナとして（特許文献１）がある。また、ノーマルモードを利用したヘリカルアンテナとして（特許文献２）、（特許文献３）がある。（特許文献２）には、横方向長さが１．１２λ、縦方向長さが０．５７λの基板（金属板上に絶縁層を形成したもの）の中央に直径０．１０５λのヘリカルアンテナが設けられた構成が開示されている。（特許文献３）には、大きな地板を用いる必要がないヘリカルアンテナが開示されている。 For example, there is (Patent Document 1) as a helical antenna using an axial mode. Further, there are (Patent Document 2) and (Patent Document 3) as helical antennas using the normal mode. (Patent Document 2) discloses a helical antenna having a diameter of 0.105λ in the center of a substrate (in which an insulating layer is formed on a metal plate) having a horizontal length of 1.12λ and a vertical length of 0.57λ. The provided configuration is disclosed. (Patent Document 3) discloses a helical antenna that does not require the use of a large ground plane.
また、市販されている小型ＧＰＳ用アンテナとしては、（１）高誘電率基板上の正方形パッチアンテナ（２０ｍｍ角程度）に切り欠きを設けたものや、（２）正方形パッチアンテナの四隅に多数のフィンを設けたもの（１２ｍｍ角）、および、（３）Ｑｕａｄｒａ−ｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｘ ｔｙｐｅ ａｎｔｅｎｎａ（１２φ×１８．５Ｈｍｍ）などがある。その他、市販されている小型アンテナとしては、（４）逆Ｆタイプや（５）巻き線タイプ、（６）変形逆Ｆタイプのものがある。
しかし、（特許文献１）に記載のヘリカルアンテナをはじめ、軸モードを利用するヘリカルアンテナは、円偏波を軸方向に放射するという、姿勢が随時変化する携帯用端末装置にとっては良好な放射特性を有するものの、通常ＧＰＳで用いられる軸モードヘリカルアンテナは、ヘリカルの直径が６〜７センチとなるためアンテナ部分の体積が極めて大きくなるという欠点を有しており、携帯用端末装置には不向きであった。携帯用端末装置の例として、ＧＰＳ端末や、衛星を利用した携帯電話が挙げられる。 However, the helical antenna described in (Patent Document 1) and the helical antenna using the axial mode radiate circularly polarized waves in the axial direction, which is good radiation characteristics for portable terminal devices whose posture changes from time to time. However, the axial mode helical antenna usually used in GPS has the disadvantage that the volume of the antenna becomes extremely large because the helical diameter is 6 to 7 cm, and is not suitable for portable terminal devices. there were. Examples of the portable terminal device include a GPS terminal and a mobile phone using a satellite.
また、（特許文献２）、（特許文献３）に記載のアンテナはノーマルモードを利用するものであるが、ノーマルモードのヘリカルアンテナは通常モノポールアンテナと同じ放射特性を有するので、モノポールアンテナをコンパクトにする手段として用いられる。しかし、アンテナ長がλ／１９以上と長いため、薄型携帯端末に搭載するには必ずしも適しているとはいえない。しかも、ノーマルモードヘリカルアンテナは、モノポールアンテナと同じ垂直面内で八の字型の指向性を有するので、軸方向にヌル点が存在し、衛星からの電波を受信する際、携帯用端末装置の姿勢によっては受信できない方向が存在するので、携帯用端末装置にとって適当な放射特性を有するアンテナではない。 The antennas described in (Patent Document 2) and (Patent Document 3) use the normal mode, but the normal mode helical antenna has the same radiation characteristics as the normal monopole antenna. Used as a means to make it compact. However, since the antenna length is as long as λ / 19 or more, it is not necessarily suitable for mounting on a thin portable terminal. Moreover, since the normal mode helical antenna has an 8-shaped directivity in the same vertical plane as the monopole antenna, there is a null point in the axial direction, and when receiving radio waves from a satellite, a portable terminal device Since there is a direction in which reception is not possible depending on the attitude of the mobile phone, it is not an antenna having radiation characteristics suitable for a portable terminal device.
さらに、市販のアンテナについては、（１）（２）（３）は円偏波を放射するものの、携帯用端末装置に搭載するにはサイズが大きい。また（４）（５）（６）は垂直・水平偏波成分を共有するが、軸対称性が良好とはいえず、また、垂直・水平面内で８の字の指向性を有するのでヌル点が存在し、全天空にわたる広角度の受信に不感帯を生じるという課題がある。 Furthermore, although commercially available antennas (1), (2), and (3) radiate circularly polarized waves, they are large in size to be mounted on a portable terminal device. Also, (4), (5) and (6) share vertical and horizontal polarization components, but they cannot be said to have good axial symmetry, and because they have an 8-shaped directivity in the vertical and horizontal planes, the null point There is a problem that there is a dead zone in wide-angle reception over the entire sky.
以上の通り、携帯用端末装置に搭載する円偏波アンテナとして、小型で放射特性の良好な円偏波アンテナが望まれている。 As described above, a small-sized circularly polarized antenna having good radiation characteristics is desired as a circularly polarized antenna mounted on a portable terminal device.
そこで、本発明は、携帯用端末装置に搭載する円偏波アンテナとして、小型で放射特性の良好な円偏波アンテナを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a circularly polarized antenna having a small size and good radiation characteristics as a circularly polarized antenna mounted on a portable terminal device.
本発明の請求項１記載の円偏波アンテナは、方形地板と、上記方形地板面に対し垂直に設けられ下端を接地したヘリカルと、上記ヘリカルの略中心に上記方形地板面に対して垂直に立てられている中心導体とからなり、上記ヘリカルは上記方形地板の四隅の内の一つに設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項２記載の円偏波アンテナは、請求項１記載の円偏波アンテナであって、方形地板の寸法は、幅０．２６３〜０．２８４λ、長さ０．５０９〜０．６８３λ（λ：波長）であることを特徴とする。
本発明の請求項３記載の円偏波アンテナは、請求項１記載の円偏波アンテナであって、ヘリカルが設けられるのは、方形地板の幅方向に対して右上隅、または左下隅であることを特徴とする。
本発明の請求項４記載の円偏波アンテナは、請求項１記載の円偏波アンテナであって、ヘリカルは、外径がλ／１９以下であることを特徴とする。
本発明の請求項５記載の通信装置は、請求項１から４記載の円偏波アンテナを搭載したことを特徴とする。
The circularly polarized antenna according to claim 1 of the present invention includes a rectangular ground plane, a helix provided perpendicularly to the rectangular ground plane and grounded at a lower end, and substantially perpendicular to the rectangular ground plane at the center of the helical. The helical member is provided at one of the four corners of the rectangular ground plane.
A circularly polarized antenna according to a second aspect of the present invention is the circularly polarized antenna according to the first aspect, wherein the rectangular ground plane has a width of 0.263 to 0.284λ and a length of 0.509 to 0.00. It is 683λ (λ: wavelength).
The circularly polarized antenna according to claim 3 of the present invention is the circularly polarized antenna according to claim 1, wherein the helical is provided at the upper right corner or the lower left corner with respect to the width direction of the rectangular ground plane. It is characterized by that.
The circularly polarized antenna according to claim 4 of the present invention is the circularly polarized antenna according to claim 1, wherein the helical has an outer diameter of λ / 19 or less.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a communication apparatus including the circularly polarized antenna according to the first to fourth aspects.
請求項１記載の本発明によれば、サイズの小さいヘリカルアンテナから、良好な円偏波が軸方向に発生するという効果を発揮するものである。
請求項２記載の本発明によれば、この幅および長さに収まる方形地板を使うことにより、縦横比が円に近い良好な円偏波を発生するという効果を発揮するものである。また、垂直面内指向性は水平面からの仰角が３０°以上で特に良好なレベルを達成しており、衛星からの電波を受けるために必要とされるための条件を十分満たすものである。さらに、水平面内指向性も、全方向でほぼ良好なレベルを達成している。さらに、このサイズは通信装置、特に携帯用端末装置に搭載するのに適したコンパクトなサイズでもある。
請求項３記載の本発明によれば、ヘリカルを方形地板の右上ないし左下隅に配置することで、方形地板に生じる電流分布により、良好な右旋円偏波を発生するという効果を発揮するものである。
請求項４記載の本発明によれば、良好な円偏波を発生するとともに、コンパクトな円偏波アンテナを実現するという効果を発揮するものである。
請求項５記載の本発明によれば、実用上、垂直面、水平面のどの方向にも感度の高い通信装置を実現するという効果を発揮するものである。
According to the first aspect of the present invention, the effect that a good circularly polarized wave is generated in the axial direction from a small-sized helical antenna is exhibited.
According to the second aspect of the present invention, by using a square ground plane that fits within this width and length, the effect of generating a good circularly polarized wave having an aspect ratio close to a circle is exhibited. In addition, the directivity in the vertical plane achieves a particularly good level when the elevation angle from the horizontal plane is 30 ° or more, and sufficiently satisfies the conditions necessary for receiving radio waves from the satellite. Furthermore, the directivity in the horizontal plane has also achieved a substantially good level in all directions. Furthermore, this size is also a compact size suitable for mounting on a communication device, particularly a portable terminal device.
According to the third aspect of the present invention, by arranging the helical in the upper right or lower left corner of the rectangular ground plane, the effect of generating a good right-handed circularly polarized wave due to the current distribution generated in the rectangular ground plane is exhibited. It is.
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to generate a good circularly polarized wave and to achieve an effect of realizing a compact circularly polarized antenna.
According to the present invention described in claim 5, practically, an effect of realizing a communication device having high sensitivity in any direction of a vertical plane and a horizontal plane is exhibited.
本発明の実施の形態について、図１〜２を参照して以下に説明する。
図１は、本発明の実施形態の一つである円偏波アンテナの概略を示す上面図である。また図２は、図１のＡ−Ｂ線に沿って切断したヘリカルアンテナ部分の断面側面図および上面図である。図１、２に示すように本実施の形態の円偏波アンテナ１は、方形地板２、ヘリカル３、中心導体４を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a top view schematically showing a circularly polarized antenna that is one embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional side view and a top view of the helical antenna portion cut along the line AB in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the circularly polarized antenna 1 of the present embodiment includes a rectangular ground plane 2, a helical 3, and a central conductor 4.
方形地板２は、幅Ｗ、長さＬの方形である。そして、好ましい実施例として後述するように、波長との関係で所定の幅Ｗ、長さＬを有するものである。また、方形地板２は、絶縁体の両面に導電体である銅をプリントした構成を有している。絶縁体は、例えば、ガラス繊維からなる板にテフロンコーティングが施されている。そして、方形地板２は、携帯用端末装置の構成部品の一部でもある。例えば、この方形地板２の裏面上に、携帯用端末装置の各種部品、例えば、通信機能部品やワンセグレシーバの部品が搭載されていてもよい。 The square ground plane 2 is a square having a width W and a length L. As will be described later as a preferred embodiment, it has a predetermined width W and length L in relation to the wavelength. Moreover, the square ground plane 2 has the structure which printed copper which is a conductor on both surfaces of an insulator. As for the insulator, for example, a Teflon coating is applied to a plate made of glass fiber. And the square ground plane 2 is also a part of component of a portable terminal device. For example, various parts of the portable terminal device, for example, communication function parts and one-seg receiver parts may be mounted on the back surface of the rectangular ground plane 2.
ヘリカル３は、銅線、錫めっき線、エナメル線、燐青銅線、金メッキ線などの導電体のワイヤーをらせん状に形成したものである。そして、このように形成したヘリカル３は、方形地板２の四隅のうちの一つ、望ましくは、図１のように幅方向に対して右上隅に、もしくは図示しない左下隅に、その軸を方形地板２の面に対して垂直となるよう配置されている。右上隅ないし左下隅に配置した場合、本アンテナからは右旋円偏波がヘリカル３の軸方向に発生する。その他の場合は、左旋円偏波となる。そして、ヘリカル３下端部は方形地板２の上面の導電体に接地されている。図２においては、その一例として、金属製のワッシャーを介して、半田付けにより所定の場所に設置されている。 The helical 3 is formed by spirally forming a conductor wire such as a copper wire, a tin-plated wire, an enameled wire, a phosphor bronze wire, or a gold-plated wire. The helical 3 formed in this way has a rectangular axis at one of the four corners of the rectangular ground plane 2, preferably at the upper right corner as shown in FIG. 1 or at the lower left corner (not shown). It arrange | positions so that it may become perpendicular | vertical with respect to the surface of the ground plane 2. FIG. When arranged in the upper right corner or the lower left corner, a right-handed circularly polarized wave is generated in the axial direction of the helical 3 from this antenna. In other cases, it becomes a left-handed circularly polarized wave. The lower end portion of the helical 3 is grounded to the conductor on the upper surface of the rectangular ground plane 2. In FIG. 2, as an example, it is installed at a predetermined place by soldering through a metal washer.
そして、中心導体４は、図１，２に示すとおり、ヘリカル３の略中心部分に同心状に、方形地板２に対して垂直に立てられている。中心導体４は、ヘリカル３と同じ材料を用いることができる。中心導体４の下端は、方形地板２に設けられた穴を貫通し、マイクロストリップライン５に接続されている。マイクロストリップライン５は、方形地板２の裏面にプリントされた銅箔を線状に残して形成されている。なお、マイクロストリップラインに代えて、同軸中心導体に接続してもよい。マイクロストリップライン５の先は、図示しない受信機への伝送線路を形成している。このように設けられた中心導体４は、ヘリカル３を励振し、ヘリカル３とともにヘリカルアンテナを構成する。そして、この構成は、インピーダンス整合に重要な役割を有する。つまり、この構成によれば、システムインピーダンスとの整合を取り、かつ放射を最大にすることが可能である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the center conductor 4 is erected on the substantially central portion of the helical 3 concentrically and perpendicularly to the rectangular ground plane 2. The same material as the helical 3 can be used for the center conductor 4. The lower end of the center conductor 4 passes through a hole provided in the rectangular ground plane 2 and is connected to the microstrip line 5. The microstrip line 5 is formed by leaving a copper foil printed on the back surface of the rectangular ground plane 2 in a linear shape. In place of the microstrip line, a coaxial central conductor may be connected. The tip of the microstrip line 5 forms a transmission line to a receiver (not shown). The central conductor 4 thus provided excites the helical 3 and constitutes a helical antenna together with the helical 3. This configuration has an important role in impedance matching. That is, according to this configuration, it is possible to match the system impedance and maximize the radiation.
以上の構成により、本円偏波アンテナは、以下の動作により円偏波を発生するものである。 With the above configuration, this circularly polarized antenna generates circularly polarized waves by the following operation.
無限地板上に設置した小型ヘリカルアンテナは、アンテナ軸に平行な直線偏波を放射する。しかし、方形地板２の隅にヘリカル３を設置し、方形地板２の寸法を適当に選ぶと、方形地板２上に生じる電流分布により地板天頂方向に円偏波が発生する。なぜならば、直線偏波アンテナは、アンテナ装着位置を地板中心からオフセットさせると，アンテナ単体では有しない直交偏波成分を放射するからである。これは、地板上に発生する面電流が給電点をオフセットすると、非対称に発生することに起因している。このとき、発生電流は基板端部に集中し、その波長比で表した縦横寸法に依存した位相を有することとなる。ダイポールアンテナの波長比寸法で入力インピーダンスが変化するのと同様な特性である。したがって、携帯端末装置に小型直線偏波アンテナを基板隅に垂直に立てて装着すると、基板寸法によって天頂方向に円偏波を放射するアンテナが構成出来るのである。
以下に、本発明の円偏波アンテナの実施例を示す。
A small helical antenna installed on an infinite ground plane radiates linearly polarized waves parallel to the antenna axis. However, when the helical 3 is installed at the corner of the square ground plane 2 and the dimensions of the square ground plane 2 are appropriately selected, circularly polarized waves are generated in the zenith direction due to the current distribution generated on the rectangular ground plane 2. This is because linearly polarized antennas radiate orthogonal polarization components that the antenna alone does not have when the antenna mounting position is offset from the center of the ground plane. This is because the surface current generated on the ground plane is generated asymmetrically when the feeding point is offset. At this time, the generated current is concentrated at the edge of the substrate and has a phase depending on the vertical and horizontal dimensions expressed by the wavelength ratio. This is the same characteristic that the input impedance changes depending on the wavelength ratio dimension of the dipole antenna. Therefore, when a small linearly polarized antenna is mounted on a portable terminal device so as to be perpendicular to the corner of the substrate, an antenna that radiates circularly polarized waves in the zenith direction can be configured depending on the substrate size.
Examples of the circularly polarized antenna of the present invention are shown below.
（１）ヘリカルアンテナ
本実施例で採用するヘリカルの外径は、ヘリカル３の直径（６．４ｍｍ）にヘリカル３を構成するワイヤの直径（１．２ｍｍ）を加えた７．６ｍｍであり、波長比で換算するとλ／２５である。周波数は，ＧＰＳで用いられている１．５７５ＧＨｚを用い、これに対応する波長λは約１９０．４ｍｍである。表１に、本実施例のヘリカルアンテナの寸法を示す。なお、アンテナの寸法増加で利得や帯域幅も増大するのであるが、アンテナの小型化のためには外径は１０ｍｍ以下（波長比換算でλ／１９）であることが望ましい。
同様に、ヘリカル３の高さについても携帯用端末装置に用いるためには１０ｍｍ以下にアンテナ高さを抑えることが要求されることから、ヘリカル３の高さも１０ｍｍ以下（波長比換算でλ／１９）であることが望ましい。
表１に示した各部寸法を用いてモーメント法ＩＥ３Ｄによりシミュレーションを行った。ヘリカル巻き数の４０／１２は、解析に用いた一回り１２セグメントに対して４０セグメント、すなわち３．３３回である。このアンテナを無限地板上に設置した時は、モノポールアンテナと同様の指向性を示し、直線偏波利得：−０．４７ｄＢｉを得ている。これを、幅Ｗ：５４ｍｍ×長さＬ：１１０ｍｍの方形地板２の、幅方向に対して右隅（７ｍｍ×７ｍｍ）の位置に、方形地板２の面に対して垂直に立てた状態を想定した。以下、このシミュレーションによって得られた値を計算値と呼ぶ。
(1) Helical antenna The outer diameter of the helical employed in the present example is 7.6 mm, which is obtained by adding the diameter of the helical 3 (6.4 mm) to the diameter of the wire constituting the helical 3 (1.2 mm). In terms of ratio, it is λ / 25. The frequency used is 1.575 GHz used in GPS, and the corresponding wavelength λ is about 190.4 mm. Table 1 shows the dimensions of the helical antenna of this example. Although the gain and bandwidth increase as the antenna size increases, the outer diameter is desirably 10 mm or less (λ / 19 in terms of wavelength ratio) in order to reduce the size of the antenna.
Similarly, since the height of the helical 3 is required to be 10 mm or less for use in a portable terminal device, the height of the helical 3 is also 10 mm or less (λ / 19 in terms of wavelength ratio). ) Is desirable.
The simulation was performed by the moment method IE3D using the dimensions of each part shown in Table 1. The helical winding number 40/12 is 40 segments, that is, 3.33 times with respect to 12 rounds used in the analysis. When this antenna is installed on an infinite ground plane, it exhibits directivity similar to that of a monopole antenna, and a linear polarization gain: −0.47 dBi is obtained. Assuming a state in which the rectangular ground plane 2 having a width W of 54 mm × a length L of 110 mm is set perpendicularly to the surface of the rectangular ground plane 2 at the right corner (7 mm × 7 mm) with respect to the width direction. did. Hereinafter, a value obtained by this simulation is referred to as a calculated value.
これとは別に、表１の寸法を有するヘリカルアンテナを実際に作成した。ヘリカルには、直径１．２ｍｍの錫メッキ線を用い、表１に示すヘリカル直径、中心導体直径を用いてヘリカルアンテナを実際に作成した。巻数２．７回、高さ５．６ｍｍ、中心導体長５．４ｍｍで目的周波数に共振できた。これを上記寸法の地板の同様の位置に設置し、各種の測定を行った。以下、これによって得られた値を実測値と呼ぶ。 Separately, a helical antenna having the dimensions shown in Table 1 was actually created. As the helical, a tin-plated wire having a diameter of 1.2 mm was used, and a helical antenna was actually created using the helical diameter and the central conductor diameter shown in Table 1. It was able to resonate at the target frequency with 2.7 turns, height 5.6 mm, and center conductor length 5.4 mm. This was installed in the same position of the ground plate of the said dimension, and various measurements were performed. Hereinafter, the value obtained by this will be referred to as an actual measurement value.
図３は本発明の円偏波アンテナのリターンロス特性を表す特性図である。図３において、縦軸はリターンロス、横軸は周波数を表し、計算値を点線で、実測値を実線で示す。図３によれば、計算値のリターンロスの最低は−１８．６ｄＢであり、実用のアンテナとしての良好な使用目安である−１０ｄＢ以下の帯域幅は６ＭＨｚであった。一方、実測値のリターンロス特性は最低−１８．５ｄＢであり、実用のアンテナとしての良好な使用目安の−１０ｄＢ以下の帯域幅は１６ＭＨｚであった。以上のように、寸法に若干の違いは認められるものの、実際のアンテナの製作においてもその特性を十分に実現できるものである。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the return loss characteristic of the circularly polarized antenna of the present invention. In FIG. 3, the vertical axis represents return loss, the horizontal axis represents frequency, the calculated value is indicated by a dotted line, and the actually measured value is indicated by a solid line. According to FIG. 3, the lowest return loss of the calculated value was −18.6 dB, and the bandwidth of −10 dB or less, which is a good guideline for practical use, was 6 MHz. On the other hand, the return loss characteristic of the measured value was at least -18.5 dB, and the bandwidth of -10 dB or less, which is a good standard for use as a practical antenna, was 16 MHz. As described above, although a slight difference in dimensions is recognized, the characteristics can be sufficiently realized even in the actual manufacture of the antenna.
図４は、方形地板２上の電流分布を表す模式図である。このように、地板の上縁横方向および右端縦方向に電流が集中して生じる。その波長比寸法は，幅Ｗ方向がλ/２より短かく（Ｃａｐａｓｉｔｉｖｅ：進み），長さＬ方向はλ/２より長め（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ：遅れ）となって、両者の位相が約９０度異なり、横から縦方向に位相回転が起こり、基板天頂方向に右旋円偏波を放射するものである。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the current distribution on the square ground plane 2. In this way, current concentrates in the horizontal direction of the upper edge of the main plate and the vertical direction of the right end. The wavelength ratio is such that the width W direction is shorter than λ / 2 (capacitive: advance), the length L direction is longer than λ / 2 (inductive: delay), and the phases of both differ by about 90 degrees. Phase rotation occurs from the horizontal direction to the vertical direction and radiates right-handed circularly polarized waves in the direction of the zenith of the substrate.
なお、本実施例ではヘリカルアンテナは基板の幅方向に対して右上隅に設置したが、左下隅に設置しても同様の結果が得られる。 In this embodiment, the helical antenna is installed in the upper right corner with respect to the width direction of the substrate. However, the same result can be obtained even if it is installed in the lower left corner.
（２）地板
より良好な円偏波を発生させる円偏波アンテナを実現するため、方形地板２の寸法を、携帯端末装置に採用されている幅Ｗ：４４ｍｍから５４ｍｍの範囲、および長さＬ：７０ｍｍから１４０ｍｍの範囲で変化させて計算値、実測値を求めた。なお、計算値においては、幅Ｗ：４４ｍｍ、５０ｍｍ、５４ｍｍについてシミュレーションを行い、実測値については、幅Ｗ：５４ｍｍについて測定を行った。
(2) Ground plate In order to realize a circularly polarized antenna that generates a better circularly polarized wave, the size of the rectangular ground plate 2 is set to a width W of 44 mm to 54 mm and a length L, which is employed in the mobile terminal device. : The calculated value and the actual measurement value were obtained by changing in the range of 70 mm to 140 mm. In addition, about the calculated value, it simulated about width W: 44mm, 50mm, 54mm, and about the measured value, it measured about width W: 54mm.
図５は、地板の幅Ｗ、長さＬを変化させたときの円偏波軸比特性を表す特性図である。図５において縦軸は円偏波軸比、横軸は地板の長さＬを表し、点線は幅Ｗ：４４ｍｍの場合における計算値、実線は幅Ｗ：５５ｍｍの場合における計算値、太線は幅Ｗ：５４ｍｍの場合における計算値、楕円は幅Ｗ：５４ｍｍの場合における実測値を表す。軸比の最低値は、幅Ｗ：４４ｍｍの場合は、長さＬ：１２０ｍｍで、幅Ｗ：５０ｍｍおよび幅Ｗ：５４ｍｍ（計算値、実測値とも）の場合は長さＬ：１１０ｍｍで発生し、このときの軸比はそれぞれ２．２ｄＢ、０．５ｄＢ、１．０ｄＢであった。このように、計算値と実測値は、その特性がほぼ一致しているので、計算値により実際のアンテナの仕様を決定することが可能であると言える。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing the circular polarization axial ratio characteristics when the width W and length L of the ground plane are changed. In FIG. 5, the vertical axis represents the circular polarization axis ratio, the horizontal axis represents the length L of the ground plane, the dotted line represents the calculated value when the width W is 44 mm, the solid line is the calculated value when the width W is 55 mm, and the bold line is the width The calculated value in the case of W: 54 mm, and the ellipse represent the actually measured value in the case of width W: 54 mm. The minimum axis ratio occurs when the width W is 44 mm, the length L is 120 mm, and when the width W is 50 mm and the width W is 54 mm (both calculated and measured), the length L is 110 mm. The axial ratios at this time were 2.2 dB, 0.5 dB, and 1.0 dB, respectively. As described above, since the characteristics of the calculated value and the actually measured value are substantially the same, it can be said that the actual antenna specification can be determined based on the calculated value.
そして、実用のアンテナとしての良好な使用目安である３ｄＢ以下が実現できる地板幅Ｗは、５０ｍｍから５４ｍｍであり、地板長さＬは、９７ｍｍから１３０ｍｍであり、それぞれ波長比で換算すると、Ｗ：０．２６３〜０．２８４λ、Ｌ：０．５０９〜０．６８３λである。さらに好ましくは、２ｄＢ以下が実現できる地板長さは、１００ｍｍから１２５ｍｍであり、同様に波長比で換算すると、０．５２５〜０．６５７λである。また、６ｄＢの円偏波軸比は、約２対１になるが、この程度の軸比であっても円偏波として十分受信は可能である。このときの地板幅Ｗは、４４ｍｍから５４ｍｍであり、地板長さＬは、８５ｍｍ以上であり、それぞれ波長比で換算すると、Ｗ：０．２３１〜０．２８４λ、Ｌ：０．４４６λ以上である。このように、円偏波は真円でなくても、ある程度円に近ければ実用上使用に耐えうる。 And, the ground plane width W that can realize 3 dB or less, which is a good standard for use as a practical antenna, is 50 mm to 54 mm, and the ground plane length L is 97 mm to 130 mm. 0.263 to 0.284λ, L: 0.509 to 0.683λ. More preferably, the ground plane length capable of realizing 2 dB or less is 100 mm to 125 mm, and similarly converted to a wavelength ratio, is 0.525 to 0.657λ. In addition, the 6 dB circular polarization axial ratio is about 2 to 1, but even such an axial ratio can be sufficiently received as circular polarization. The ground plane width W at this time is 44 mm to 54 mm, the ground plane length L is 85 mm or more, and W: 0.231 to 0.284λ and L: 0.446λ or more when converted in terms of wavelength ratios, respectively. . Thus, even if the circularly polarized wave is not a perfect circle, it can be practically used if it is close to a certain circle.
図６は、地板幅Ｗ：５０ｍｍの場合における、地板長さＬを変化させたときの、Ｘ−Ｚ面内、地板天頂方向（θ＝０）でのＥθ成分、およびＥφ成分の利得（ｄＢｉ）の変化を表した特性図である。なお、θは地板天頂方向からの角度、φはＸＹ平面内におけるＸ軸からの角度を表す。図６によれば、方形地板２の長さＬの変化でＥθは大きく変化しないが、Ｅφのレベルは徐々に減少している。これは地板長さＬ方向の発生電流の振幅が変化したためであり，長さＬ：１１０ｍｍで、長さＬ：８０ｍｍの最大値：０ｄＢｉより３ｄＢ低下してＥφとほぼ一致している。このとき、図５より、円偏波軸比：０．５ｄＢｉが得られていることがわかる。 FIG. 6 shows the gain (dBi) of the Eθ component and the Eφ component in the XZ plane and in the zenith direction (θ = 0) in the XZ plane when the ground plane length L is changed in the case of the ground plane width W: 50 mm. It is a characteristic diagram showing the change of). Θ represents an angle from the zenith direction of the ground plane, and φ represents an angle from the X axis in the XY plane. According to FIG. 6, Eθ does not change greatly due to the change in the length L of the square ground plane 2, but the level of Eφ gradually decreases. This is because the amplitude of the generated current in the ground plane length L direction has changed. The length L is 110 mm, and the length L is 80 dB, which is 3 dB lower than the maximum value: 0 dBi, and almost coincides with Eφ. At this time, it can be seen from FIG. 5 that the circular polarization axial ratio: 0.5 dBi is obtained.
なお、通信装置に搭載する場合に生じるヘリカルアンテナ部分の突出を避けるため、ヘリカルアンテナ搭載部分の方形地板を窪ませて形成しておいてもよい。
このように、有限地板隅に小型ヘリカルアンテナを設置して、その地板寸法を適当に選べば、良好な円偏波を発生するという効果を発揮するものである。
In addition, in order to avoid the protrusion of the helical antenna portion that occurs when mounted on the communication device, the rectangular ground plane of the helical antenna mounting portion may be recessed.
As described above, if a small helical antenna is installed at a corner of a finite ground plane and the size of the ground plane is appropriately selected, the effect of generating a good circularly polarized wave is exhibited.
（３）円偏波の放射特性（指向性と利得）
図７、８は、方形地板２の寸法が，幅Ｗ：５４ｍｍ×長さＬ：１１０ｍｍにおける、φ＝０°（ＸＺ面内）、およびφ＝９０°（ＹＺ面内）での垂直面内右旋円偏波指向性を表す特性図である。点線は計算値を、実線は測定値を示す。ひと目盛りは１０ｄＢを表す。右旋円偏波の最大値は、ヘリカルアンテナ軸方向電流と基板上ＸおよびＹ方向電流とのベクトル和でθ＝−３０°付近で発生し、これより±６０°の範囲で５ｄＢ程度減少している。θ＝０°での利得は−０．２ｄＢｉｃであった。なお、図７において、θ＝９０°でレベルの低下があるが、これはヘリカル３自身が存在するために生じる影響である。また、実測値と計算値とは後方ローブおよびヌル点深さに違いが認められるが、特性はほぼ一致している。したがって、実際のアンテナの設計に計算値を用いてもよいといえる。
(3) Radiation characteristics of circularly polarized waves (directivity and gain)
FIGS. 7 and 8 show the in-plane in which the dimensions of the rectangular ground plane 2 are φ = 0 ° (in the XZ plane) and φ = 90 ° (in the YZ plane) when the width W is 54 mm × the length L is 110 mm. It is a characteristic view showing right-handed circular polarization directivity. The dotted line indicates the calculated value, and the solid line indicates the measured value. A single scale represents 10 dB. The maximum value of right-handed circularly polarized wave occurs in the vicinity of θ = -30 ° as the vector sum of the helical antenna axial current and the X and Y currents on the substrate, and decreases by about 5 dB in the range of ± 60 °. ing. The gain at θ = 0 ° was −0.2 dBic. In FIG. 7, there is a level decrease at θ = 90 °, which is an effect caused by the presence of the helical 3 itself. In addition, the measured value and the calculated value are different in the back lobe and the null point depth, but the characteristics are almost the same. Therefore, it can be said that the calculated value may be used in the actual antenna design.
図９は、水平面内（ＸＹ面内）の円偏波指向性を表す特性図である。点線は計算値を、実線は測定値を表す。図９の上方がφ＝０°、すなわち，基板の横方向（アンテナ側）であり，この方向にレベルの落ち込みが認められる。これは図７におけるθ＝９０°でのレベル低下に対応し、上述の利得最大値のθ＝−３０°からは１５０°離れており、携帯端末装置を使用する際、実用上使用することのない範囲での落ち込みである。また、実測値と計算値とは、特性はほぼ一致している。したがって、実際のアンテナの設計に計算値を用いてもよいといえる。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing the circular polarization directivity in the horizontal plane (in the XY plane). The dotted line represents the calculated value, and the solid line represents the measured value. The upper part of FIG. 9 is φ = 0 °, that is, the horizontal direction of the substrate (antenna side), and a level drop is observed in this direction. This corresponds to the level drop at θ = 90 ° in FIG. 7, which is 150 ° away from the above-mentioned maximum gain value of θ = −30 °, and is practically used when using the mobile terminal device. There is a decline in the range. In addition, the characteristics of the actual measurement value and the calculation value are almost the same. Therefore, it can be said that the calculated value may be used for designing an actual antenna.
（４）通信装置（携帯用端末装置）
図１０は、本発明の円偏波アンテナが搭載されている携帯用端末装置の使用状態を説明する図である。方形地板２の上には通常数字等の入力キーが配置されているが、説明のためこれは省略している。方形地板２の寸法は、ほぼ携帯用端末装置の幅や長さに近いものである。このように、本発明の方形地板２は、通常の携帯端末装置に適した大きさとなっている。
(4) Communication device (portable terminal device)
FIG. 10 is a diagram for explaining a usage state of a portable terminal device on which the circularly polarized antenna of the present invention is mounted. An input key such as a number is usually arranged on the rectangular ground plane 2, but this is omitted for explanation. The dimensions of the rectangular ground plane 2 are approximately the width and length of the portable terminal device. Thus, the square ground plane 2 of the present invention has a size suitable for a normal mobile terminal device.
図１０のように、携帯用端末装置を手に持って操作するときは、通常、水平面から約３０度程度傾けて保持している。図１０は、説明のため、図７から９の特性図を縮小して表示している。図７、８でも説明したとおり、利得の最大値は方形地板２の面に対して垂直方向から約３０°、ヘリカルアンテナとは逆の方向に倒れていることがわかる。そして、これは、図１０のように、携帯用端末装置を所持している使用者の左斜め後方を向いている。しかし、図７から９で説明した通り、少なくとも方形地板２のヘリカルアンテナ側の円偏波指向性はほぼ均一であり、またθ＝±６０°でのレベル変化も５ｄＢの減少に収まっているので、使用者が携帯用端末装置をどの方位に向けても良好な受信が可能である。 As shown in FIG. 10, when a portable terminal device is held and operated, the portable terminal device is usually held at an angle of about 30 degrees from the horizontal plane. FIG. 10 shows the characteristic diagrams of FIGS. 7 to 9 in a reduced scale for explanation. 7 and 8, it can be seen that the maximum value of the gain is about 30 ° from the direction perpendicular to the surface of the rectangular ground plane 2 and is tilted in the direction opposite to the helical antenna. And this is facing diagonally left rear of the user carrying the portable terminal device as shown in FIG. However, as explained in FIGS. 7 to 9, at least the circular polarization directivity of the rectangular ground plane 2 on the helical antenna side is almost uniform, and the level change at θ = ± 60 ° is also within 5 dB reduction. Good reception is possible regardless of the orientation of the portable terminal device by the user.
また、図１１に示すとおり、アンテナ設置位置を現位置と逆対称の左下隅に置き換えると、携帯用端末装置を手に取ったとき、利得の最大値は方形地板２の面に対して垂直方向から約３０°、ヘリカルアンテナとは逆の方向に倒れることから、使用者の右斜め前方側、つまりほぼ天頂方向に利得最大が生じる。そして同様に、θ＝±６０°でのレベル変化は５ｄＢの減少に収まっているので、ヘリカルアンテナを右上隅に設ける場合に比べて、より良好な受信が可能である。
なお、本実施例では、方形地板２を数字入力キーの下に配置したが、これに限られるものではない。
Further, as shown in FIG. 11, when the antenna installation position is replaced with the lower left corner that is inversely symmetric with the current position, the maximum value of the gain is perpendicular to the surface of the rectangular ground plane 2 when the portable terminal device is picked up. From about 30 ° to the direction opposite to that of the helical antenna, the maximum gain occurs in the diagonally forward right direction of the user, that is, substantially in the zenith direction. Similarly, since the level change at θ = ± 60 ° falls within a reduction of 5 dB, better reception is possible compared to the case where the helical antenna is provided in the upper right corner.
In this embodiment, the rectangular ground plane 2 is arranged under the numeric input keys, but the present invention is not limited to this.
本発明の円偏波アンテナは、円偏波を利用する通信装置に搭載して用いることができるものであり、特に小型化が要求される携帯用端末装置、例えば電話用送信機、受信機、ワンセグ受信機、ＧＰＳ受信機に使用できるものである。もちろん、携帯用のみならず、移動を伴わない通信装置にも用いることができるものである。
また、移動体通信の端末のみならず，ＧＰＳ機能搭載通信モジュールを用いた広域ＲＦＩＤに適用して、ＧＰＳ、ＣＤＭＡ（８１５〜９２５ＭＨｚ）アンテナを基板上に一体化すれば、より利便性が向上する。
The circularly polarized antenna of the present invention can be used by being mounted on a communication device that uses circularly polarized waves, and particularly portable terminal devices that are required to be miniaturized, such as transmitters for telephones, receivers, It can be used for one-segment receivers and GPS receivers. Of course, it can be used not only for portable purposes but also for communication devices that do not move.
In addition to the mobile communication terminal, if it is applied to a wide-area RFID using a communication module equipped with a GPS function, and a GPS and CDMA (815 to 925 MHz) antenna are integrated on a substrate, the convenience is further improved. .
本発明の円偏波アンテナは、円偏波を採用しうるあらゆる通信装置、一例として移動体通信用端末に用いることができる。 The circularly polarized antenna of the present invention can be used in any communication device that can employ circularly polarized waves, for example, a mobile communication terminal.
１ 円偏波アンテナ
２ 方形地板
３ ヘリカル
４ 中心導体
1 Circularly polarized antenna 2 Rectangular ground plane 3 Helical 4 Central conductor
Claims (5)
A communication apparatus equipped with the circularly polarized antenna according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008215426A JP2010050895A (en) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Circularly polarized wave antenna and communication apparatus mounting it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008215426A JP2010050895A (en) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Circularly polarized wave antenna and communication apparatus mounting it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010050895A true JP2010050895A (en) | 2010-03-04 |
Family
ID=42067587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008215426A Withdrawn JP2010050895A (en) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Circularly polarized wave antenna and communication apparatus mounting it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010050895A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013541246A (en) * | 2010-08-11 | 2013-11-07 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | Method for manufacturing antenna for electronic device in tire |
-
2008
- 2008-08-25 JP JP2008215426A patent/JP2010050895A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013541246A (en) * | 2010-08-11 | 2013-11-07 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | Method for manufacturing antenna for electronic device in tire |
| US9496618B2 (en) | 2010-08-11 | 2016-11-15 | Compagnie Generale Des Etablissements Michelin | Process for manufacturing an antenna for an electronic device in a tyre |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ta et al. | Multi-band, wide-beam, circularly polarized, crossed, asymmetrically barbed dipole antennas for GPS applications | |
| Zhou et al. | A broadband and high-gain planar complementary Yagi array antenna with circular polarization | |
| Anjani et al. | A wide-beam circularly polarized asymmetric-microstrip antenna | |
| Mak et al. | Circularly polarized patch antenna for future 5G mobile phones | |
| CN101286592B (en) | Multimodal satellite navigation terminal antennae with wide-band circular polarized wide wave beam | |
| US8810467B2 (en) | Multi-band dipole antennas | |
| Bai et al. | Millimeter-wave circularly polarized tapered-elliptical cavity antenna with wide axial-ratio beamwidth | |
| Mandal et al. | High gain wide-band U-shaped patch antennas with modified ground planes | |
| Ge et al. | A low-profile dual-band antenna with different polarization and radiation properties over two bands for vehicular communications | |
| Liu et al. | Single-feed dual-band single/dual-beam U-slot antenna for wireless communication application | |
| Luo et al. | A miniaturized wide-beamwidth circularly polarized planar antenna via two pairs of folded dipoles in a square contour | |
| CN105576353B (en) | A kind of helical antenna | |
| Liang et al. | Multiband monopole mobile phone antenna with circular polarization for GNSS application | |
| Bao et al. | Printed circularly polarised antenna with ultra-wide axial-ratio bandwidth | |
| Caso et al. | A compact dual-band PIFA for DVB-T and WLAN applications | |
| GB2552828A (en) | A compact broadband circularly polarized crossed dipole antenna for GNSS applications | |
| Liu et al. | Circularly polarized patch-helix hybrid antenna with small ground | |
| CN108598675B (en) | Wide-beam magnetic dipole antenna | |
| Chang et al. | A novel dual band circularly polarized GNSS antenna for handheld devices | |
| CN215342996U (en) | Circularly polarized antenna | |
| King et al. | Helical antennas | |
| Zhang et al. | A printed hemispherical helical antenna for GPS receivers | |
| Singh et al. | A broadband wide beamwidth circulary polarized microstrip patch antenna with conformal radome for high-speed airborne communication | |
| JP2010050895A (en) | Circularly polarized wave antenna and communication apparatus mounting it | |
| Cao et al. | Compact Mobile Terminal Antenna with End-fire Circularly Polarized Beam for Satellite Communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20111101 |