JP2016025592A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの異なる周波数の電波を送受信するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device that transmits and receives radio waves having two different frequencies.
特許文献1には、誘電体基板上に第1周波数の電波に対応するパッチアンテナ素子と、第2周波数に対応するコイルアンテナ素子を組み合わせて配置することによって、2つの異なる周波数の電波を送受信するアンテナ装置が開示されている。
In
より具体的には、誘電体基板の片面(表面とする)において、コイルアンテナ素子の内側にパッチアンテナ素子を配置するとともに、パッチアンテナ素子用の地板を誘電体基板の裏面に配置する。ここで、パッチアンテナ素子の外周とコイルアンテナ素子を、それぞれが地板の外周に対して誘電体基板の厚みの2倍以上、互いに逆方向に離して配置する。 More specifically, the patch antenna element is disposed inside the coil antenna element on one surface (the front surface) of the dielectric substrate, and the ground plane for the patch antenna element is disposed on the back surface of the dielectric substrate. Here, the outer periphery of the patch antenna element and the coil antenna element are arranged apart from each other in the opposite directions by at least twice the thickness of the dielectric substrate with respect to the outer periphery of the ground plane.
そのようにパッチアンテナ素子とコイルアンテナ素子を離して配置することで、アンテナ素子間のアイソレーションを低減し、それぞれのアンテナ素子における放射特性を確保する。 By disposing the patch antenna element and the coil antenna element in such a manner, the isolation between the antenna elements is reduced, and the radiation characteristics of each antenna element are ensured.
なお、ここでのアイソレーションとは、一方のアンテナ素子(対象素子とする)から電波を放射させた場合に、他方のアンテナ素子(非対象素子とする)で受信される信号の大きさを指す。対象素子からの電波によって、非対象素子に電流が流れてしまうと、対象素子に対応する周波数の電波の放射特性を劣化させてしまう。 Here, the isolation refers to the magnitude of a signal received by the other antenna element (non-target element) when radio waves are emitted from one antenna element (target element). . When a current flows through a non-target element due to a radio wave from the target element, the radiation characteristics of a radio wave having a frequency corresponding to the target element are deteriorated.
一般に、アイソレーションの大きさは、送受信の対象とする電波の波長に対する2つのアンテナ素子間の位置関係(距離など)などによって定まる。アンテナ素子間の距離が、対象とする電波の波長に対して十分に離れている場合には、非対象素子に電流は誘起されにくい。言い換えれば、アンテナ素子間の距離が、送受信の対象とする電波の波長に対して十分に近い距離(干渉距離とする)となっている場合に、非対象素子に電流が流れてしまう。 In general, the magnitude of isolation is determined by the positional relationship (distance, etc.) between two antenna elements with respect to the wavelength of a radio wave to be transmitted and received. When the distance between the antenna elements is sufficiently far away from the wavelength of the target radio wave, current is hardly induced in the non-target element. In other words, when the distance between the antenna elements is sufficiently close to the wavelength of the radio wave to be transmitted / received (interference distance), a current flows through the non-target element.
特許文献1では、2つのアンテナ素子、すなわちパッチアンテナ素子とコイルアンテナ素子を離して配置することで、アンテナ素子間のアイソレーションを低減させている。
In
しかしながら、アンテナ素子間の距離を離すということは、アンテナ装置の大型化につながってしまう。また、車両などの移動体への搭載性の観点から、アンテナ装置のさらなる小型化が望まれている。すなわち、アンテナ素子間のアイソレーションを所望の許容範囲内に収めつつ、アンテナ装置の小型化を実現したいといった要求がある。 However, increasing the distance between the antenna elements leads to an increase in the size of the antenna device. Further, further miniaturization of the antenna device is desired from the viewpoint of mountability on a moving body such as a vehicle. That is, there is a demand for realizing a reduction in size of the antenna device while keeping the isolation between the antenna elements within a desired allowable range.
なお、電波は周波数が低いほど波長は長くなるため、送受信の対象とする電波の周波数が低いほど干渉距離は長くなり、アイソレーションを所望の許容範囲に収めるために必要なアンテナ素子間の距離は長くなる。 Since the frequency of radio waves is lower as the frequency is lower, the interference distance is longer as the frequency of radio waves to be transmitted / received is lower, and the distance between antenna elements necessary to keep the isolation within a desired tolerance range is become longer.
したがって、第1、第2周波数の電波を対象とするアンテナ装置においては、相対的に低い周波数の電波におけるアイソレーションが、相対的に高い周波数の電波におけるアイソレーションよりも問題となりやすい。 Therefore, in an antenna device that targets radio waves of the first and second frequencies, isolation in a radio wave having a relatively low frequency is more problematic than isolation in radio waves having a relatively high frequency.
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、2つの異なる周波数の電波のそれぞれに対応する2つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置において、アンテナ装置を小型化しつつ、2つの周波数のうちの相対的に低い方の周波数の電波に対するアイソレーションの抑制が可能なアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made based on this situation, and an object of the present invention is to reduce the size of the antenna device in an antenna device including two antenna elements corresponding to radio waves having two different frequencies. On the other hand, an object of the present invention is to provide an antenna device capable of suppressing isolation of radio waves having a relatively lower frequency of two frequencies.
その目的を達成するための本発明は、導体地板(2)と、第1周波数の電波の送信及び受信の少なくとも何れか一方を実施するための素子であって、導体地板と所定の間隔をおいて対向配置される平板状の第1周波数用素子(3、3B)と、第1周波数用素子と給電線とを電気的に接続する第1給電部(4、4B)と、第1周波数より低い第2周波数の電波の送信及び受信の少なくとも何れか一方を実施するための線状素子である第2周波数用素子(5、5B、5C、6,6B)と、を備え、第2周波数用素子は、導体地板の外部に設けられてあって、導体地板の外周の一部及び第1周波数用素子の外周の一部のそれぞれと対向する第2素子側対向部(51、51B、51C、61、61B)を備え、導体地板は、第2素子側対向部と対向する外周部分であって、かつ、当該導体地板において第2素子側対向部に最も近接する部分である地板側対向部(21、21B、22、22B)を備え、第1周波数用素子は、第2素子側対向部と対向する外周部分であって、かつ、当該第1周波数用素子において第2素子側対向部に最も近接する部分である第1素子側対向部(32、32B、33、33B)を備え、第2素子側対向部に対して導体地板及び第1周波数用素子のそれぞれは、第2周波数用素子に流れる電流によって、地板側対向部及び第1素子側対向部に、略同振幅及び略同位相の電界が生じる位置となっており、第1給電部は、第1周波数用素子において、その中心部よりも第1素子側対向部側に設けることを特徴とする。 In order to achieve the object, the present invention is an element for carrying out at least one of transmission and reception of a conductor ground plane (2) and a radio wave of the first frequency, and has a predetermined distance from the conductor ground plane. From the first frequency, the first frequency element (3, 3B) having a flat plate shape, the first frequency feeding element (4, 4B) electrically connecting the first frequency element and the power supply line, A second frequency element (5, 5B, 5C, 6, 6B) that is a linear element for performing at least one of transmission and reception of a radio wave having a low second frequency, for the second frequency The element is provided outside the conductor ground plane, and is opposed to a second element side facing portion (51, 51B, 51C, 51) facing a part of the outer periphery of the conductor ground plane and a part of the outer periphery of the first frequency element. 61, 61B), and the conductor ground plane faces the second element side facing portion. An outer peripheral portion and a ground plane side facing portion (21, 21B, 22, 22B) which is a portion closest to the second element side facing portion in the conductor ground plane, and the first frequency element is a second A first element side facing portion (32, 32B, 33, 33B) which is an outer peripheral portion facing the element side facing portion and is a portion closest to the second element side facing portion in the first frequency element. Each of the conductor ground plane and the first frequency element with respect to the second element side facing portion has substantially the same amplitude in the ground plane side facing portion and the first element side facing portion due to a current flowing through the second frequency element. In the first frequency element, the first power supply portion is provided closer to the first element side facing portion side than the center portion thereof.
上記構成では、第2周波数の電波を送信する際、第2周波数用素子に流れる電流によって、第1周波数用素子には、第1素子側対向部を始点とする電界が生じる。当該電界は、第1素子側対向部から離れるにつれて減衰するとともに位相は遅れていく。また、導体地板にも、第2周波数用素子に流れる電流によって、地板側対向部を始点とする電界が生じる。 In the above configuration, when transmitting radio waves of the second frequency, an electric field starting from the first element side facing portion is generated in the first frequency element due to the current flowing through the second frequency element. The electric field is attenuated and the phase is delayed as the distance from the first element side facing portion increases. In addition, an electric field starting from the ground plane side facing portion is also generated on the conductor ground plane due to the current flowing through the second frequency element.
一般的には、第2周波数の電波を送信する際に第1周波数用素子に電界が生じると、第1給電部に電流が流れてしまう。 Generally, when an electric field is generated in the first frequency element when transmitting a radio wave of the second frequency, a current flows through the first power feeding unit.
しかしながら、上記構成では、第2周波数用素子に流れる電流によって第1素子側対向部に発生する電界及び地板側対向部に発生する電界は、略同振幅、略同位相となる。したがって、仮に第1給電部を第1素子側対向部付近に設けた場合には、導体地板と第1周波数用素子の間の電界の差は小さく、第1給電部には電流が流れにくい。 However, in the above configuration, the electric field generated in the first element side facing portion and the electric field generated in the ground plane side facing portion due to the current flowing in the second frequency element have substantially the same amplitude and phase. Therefore, if the first power feeding part is provided in the vicinity of the first element side facing part, the difference in electric field between the conductor ground plane and the first frequency element is small, and current does not easily flow through the first power feeding part.
なお、ここでの第1素子側対向部と地板側対向部の電界の振幅、位相が略同一であるという状態とは、第1給電部を第1素子側対向部付近に設けた場合に、それらの電界の差によって、第1給電部を流れる電流が所定の許容範囲に収まる範囲となっている状態を指す。 In addition, the state where the amplitude and phase of the electric field of the first element side facing portion and the ground plane side facing portion here are substantially the same is when the first power feeding portion is provided in the vicinity of the first element side facing portion. A state in which the current flowing through the first power feeding unit is within a predetermined allowable range due to the difference between the electric fields.
また、導体地板に生じている電界と、第1周波数用素子に生じている電界の振幅、位相のずれは、第2周波数用素子から離れるにつれて大きくなっていく。このため、第1給電部の設置位置を第1素子側対向部から離していくにつれて、第1給電部を流れる電流は増加していく。しかし、第1素子側対向部からある程度離れていても、それらの電界のずれによって第1給電部に流れる電流は、許容範囲に収まる場合も想定される。少なくとも、第1給電部が、第1周波数用素子において中心部よりも第1素子側対向部側に設けられていれば、導体地板の電界と、第1周波数用素子の電界の振幅、位相のずれに起因する電流は抑制されると期待できる。 Further, the deviation in amplitude and phase between the electric field generated in the conductor ground plane and the electric field generated in the first frequency element increases as the distance from the second frequency element increases. For this reason, the electric current which flows through a 1st electric power feeding part increases as the installation position of a 1st electric power feeding part is separated from the 1st element side opposing part. However, even if it is some distance from the first element side facing portion, it is assumed that the current flowing through the first power feeding portion due to the deviation of the electric field falls within the allowable range. If at least the first power feeding portion is provided on the first element side facing portion side of the first frequency element, the electric field of the conductor ground plane and the amplitude and phase of the electric field of the first frequency element It can be expected that the current caused by the deviation is suppressed.
したがって、上記構成によれば、2つの異なる周波数の電波のそれぞれに対応する2つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置において、2つの周波数のうちの相対的に低い方の周波数(すなわち第2周波数)の電波に対するアンテナ素子間のアイソレーションを抑制することができる。 Therefore, according to the above configuration, in an antenna device including two antenna elements corresponding to radio waves of two different frequencies, the lower one of the two frequencies (that is, the second frequency) Isolation between antenna elements for radio waves can be suppressed.
また、第1素子側対向部と地板側対向部に、略同振幅、略同位相とみなせる電界が、第2周波数用素子に流れる電流によって発生する構成としては様々な構成が想定されうる。そのような構成の中には、第1周波数用素子と、導体地板と、第2周波数用素子とが第2周波数の電波の波長に対して十分に(例えば波長の50分の1以下に)近接している構成が含まれる。 In addition, various configurations can be assumed as the configuration in which the electric field that can be regarded as having substantially the same amplitude and phase in the first element side facing portion and the ground plane side facing portion is generated by the current flowing through the second frequency element. In such a configuration, the first frequency element, the conductor ground plane, and the second frequency element are sufficiently sufficient for the wavelength of the radio wave of the second frequency (for example, less than 1/50 of the wavelength). Configurations that are close together are included.
すなわち、以上の構成によれば、第1周波数用素子と、導体地板と、第2周波数用素子とを、第2周波数の電波の波長に応じて定まる干渉距離だけ離す必要がない。これによって、アンテナ装置を小型化することができる。 That is, according to the above configuration, it is not necessary to separate the first frequency element, the conductor ground plane, and the second frequency element by an interference distance determined according to the wavelength of the second frequency radio wave. Thereby, the antenna device can be downsized.
したがって、以上の構成によれば、2つの異なる周波数の電波のそれぞれに対応する2つのアンテナ素子を備えたアンテナ装置において、アンテナ装置を小型化しつつ、相対的に低い方の周波数の電波に対するアイソレーションを抑制することができる。 Therefore, according to the above configuration, in an antenna device including two antenna elements corresponding to radio waves of two different frequencies, the antenna device is reduced in size and is isolated from radio waves of a relatively lower frequency. Can be suppressed.
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The technical scope of this invention is limited is not.
<実施形態>
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図1は、本実施形態に係るアンテナ装置100の概略的な構成の一例を示す斜視図である。図2は、当該アンテナ装置100の平面図である。
<Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a schematic configuration of an
このアンテナ装置100は、例えば車両で用いられ、2つの異なる周波数の円偏波を送受信、又は、送信と受信の何れか一方を実施するものである。より具体的には、アンテナ装置100は、ETC(Electronic Toll Collection:登録商標)システムで用いられる路側機との通信で用いられる周波数帯の電波を送受信するとともに、衛星測位システムで用いられる衛星から送信される電波を受信する。アンテナ装置100は、例えば車両のフロントガラス上部などに取り付けられればよい。
The
ETCシステムの路側機との無線通信には、5.8GHz帯の電波が用いられている。また、衛星測位システムで用いられる衛星とは、例えばGPS(Global Positioning System)で用いられるGPS衛星などが該当する。GPS電波には、1.5GHz帯が用いられている。 A radio wave of 5.8 GHz band is used for wireless communication with the roadside device of the ETC system. The satellite used in the satellite positioning system corresponds to, for example, a GPS satellite used in GPS (Global Positioning System). The 1.5 GHz band is used for GPS radio waves.
すなわち、アンテナ装置100は、第1周波数として、5.8GHz帯の円偏波を送受信するとともに、第2周波数として、1.5GHz帯の電波を送受信する。なお、第1周波数における電波の波長(第1波長とする)は、真空中において約52mmであり、第2周波数における電波の波長(第2波長とする)は、約200mmである。もちろん、これらの長さは、誘電体の波長短縮効果などよってアンテナ装置100にとっては、より短くなる。
That is, the
アンテナ装置100は、例えば同軸ケーブルを介して無線機(何れも図示略)と接続されており、アンテナ装置100が受信した信号は逐次無線機に出力される。無線機は、アンテナ装置100が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置100に対して送信信号に応じた高周波電力を供給するものである。なお、本実施形態ではアンテナ装置100への給電線として同軸ケーブルを採用する場合を想定して説明するが、フィーダ線など、その他の周知の給電線を用いても良い。
The
アンテナ装置100と無線機とは、第1周波数と第2周波数のそれぞれに対応する2つの同軸ケーブルで接続されてあっても良いし、1つの同軸ケーブルで接続されてあっても良い。本実施形態では一例として、送受信の対象とする信号の周波数を切り替えるためのスイッチ回路やフィルタ回路などを利用して、1つの同軸ケーブルでアンテナ装置100は無線機と接続されている構成とする。
The
もちろん、他の態様として、アンテナ装置100と無線機とは、第1周波数の信号を送受信するための同軸ケーブルと、第2周波数の信号を送受信するための同軸ケーブルの2つのケーブルで接続されていてもよい。
Of course, as another aspect, the
(全体の構成について)
以下、このアンテナ装置100の具体的な構成及び作動について述べる。図1及び図2に示すようにアンテナ装置100は、基板1、地板2、パッチアンテナ素子3、第1給電部4、被給電素子5、無給電素子6、及び第2給電部7を備えている。なお、図2に示すIII−III線におけるアンテナ装置100の断面図を図3に示す。
(About overall configuration)
Hereinafter, a specific configuration and operation of the
このアンテナ装置100は、図4に示す第1周波数の電波を送受信するための構成(第1周波数用構成101)と、図5に示す第2周波数の電波を送受信するための構成(第2周波数用構成102)とを組み合わせたものである。
The
第1給電部4は、パッチアンテナ素子3及び地板2と、同軸ケーブルとの電気的な接続部分である。より具体的には、第1給電部4は、同軸ケーブルの外部導体(マイナス側の導体)と地板2とを電気的に接続するとともに、同軸ケーブルの内部導体(プラス側の導体)とパッチアンテナ素子3とを電気的に接続することによって実現される。なお、第1給電部4は、後述するように、パッチアンテナ素子3が地板2に対して所定の間隔D21をおいて対向配置された姿勢となるように支持する支持部材としての役割も担う。
The 1st electric
第2給電部7は、被給電素子5及び地板2と、同軸ケーブルとの電気的な接続部分である。第2給電部7は、同軸ケーブルの外部導体と地板2とを電気的に接続するとともに、同軸ケーブルの内部導体と被給電素子5とを電気的に接続することによって実現される。
The 2nd electric
なお、本実施形態では、第1給電部4と第2給電部7の両方に地板2と同軸ケーブルの外部導体との電気的な接続部を設ける構成とするが、他の態様として、何れか一方でのみ同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続する構成としてもよい。
In addition, in this embodiment, although it is set as the structure which provides the electrical connection part of the
また、パッチアンテナ素子3と同軸ケーブルの内部導体との間や、被給電素子5と同軸ケーブルの内部導体との間には、インピーダンス整合回路やスイッチ回路、フィルタ回路などの種々の回路が介在していてもよい。地板2と同軸ケーブルとの接続部分も同様である。
Various circuits such as an impedance matching circuit, a switch circuit, and a filter circuit are interposed between the
基板1は、樹脂などの電気絶縁材料からなる平板状の部材である。本実施形態では一例として、当該基板1の片面(表面とする)側に、地板2、パッチアンテナ素子3、第1給電部4、被給電素子5、無給電素子6、第2給電部7を設ける構成とする。地板2、被給電素子5、無給電素子6は、同一平面上、すなわち基板1の表面に直接配置される。
The
基板1の形状は、地板2、被給電素子5、無給電素子6を配置するために十分な大きさ及び形状となっていればよい。本実施形態では、一例として正方形とするが、その他、長方形や円形(楕円を含む)であってもよい。基板1の材料は、所望の比誘電率を有する材料を適宜選定して用いれば良い。
The shape of the board |
地板2は、銅などの導体を素材とする平板状(箔や膜を含む)の部材である。この地板2が請求項に記載の導体地板に相当する。地板2は、同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続される。当該地板2の形状は、一例として1辺の電気的な長さが、第2波長の4分の1未満であって、第1波長の半波長よりも大きい所定の長さとする正方形とする。
The
電気的な長さとは、フリンジング電界や、誘電体(例えば基板1)による波長短縮効果などの影響を考慮して定まる値であって、実効的な長さとも称される。本実施形態では、地板2の形状を正方形とするが、その他、長方形であってもよいし、円形であってもよい。
The electrical length is a value determined in consideration of the influence of a fringing electric field and a wavelength shortening effect by a dielectric (for example, the substrate 1), and is also referred to as an effective length. In the present embodiment, the shape of the
この地板2は、その外周部分に相当する4つの辺のうちの、或る辺21上の1点において無給電素子6と電気的に接続される。また、地板2は、無給電素子6が接続されている辺21と直交する辺22上の1点において、第2給電部7を介して被給電素子5と接続される。地板2において、無給電素子6と接続する点を無給電側接続点と称し、第2給電部7を介して被給電素子5と接続する点を、被給電側接続点と称する。地板2の被給電側接続点は、同軸ケーブルの外部導体(マイナス側の導体)との電気的な接続点を指す。なお、同軸ケーブルの内部導体は、被給電素子5と電気的に接続されている。
The
パッチアンテナ素子3は、導体を素材とする板状の部材である。パッチアンテナ素子3の形状は、正方形の1組の対角部に切り欠き部31を設けた形状となっている。切り欠き部31は、円偏波を放射(又は受信)するための構造であって、周知の縮退分離素子や摂動素子と称されるものに相当するものである。切り欠き部31によって、元の正方形から削られる部分の面積は、周知の縮退分離法によって定まる面積となっていればよい。
The
このパッチアンテナ素子3は、地板2と所定の間隔D21をおいて平行(略平行を含む)であって、かつ、パッチアンテナ素子3の各辺と、地板2の各辺とは互いに対向するように配置される。ここでのパッチアンテナ素子3の辺とは、切り欠き部31を無視した場合の形状、すなわち正方形における辺に相当する外周部分を指す。
The
図2中の辺32は、地板2の辺21と対向する辺であり、辺33は地板2の辺22と対向する辺を示している。パッチアンテナ素子3の1辺の電気的な長さは、図4に示すように、第1波長の半分の長さとする。なお、図4中のλ1は、基板1による波長短縮効果によって短縮された、基板1表面における第1周波数の電波の波長を表している。このパッチアンテナ素子3が請求項に記載の第1周波数用素子に相当する。
A
本実施形態では、パッチアンテナ素子3は、第1給電部4によって、地板2と所定の間隔D21をおいて対向するように支持される(図3参照)。本実施形態では、地板2とパッチアンテナ素子3との間を中空とするため、第1給電部4は、パッチアンテナ素子3に第1周波数に応じた高周波電流を供給する役割に加えて、地板2とパッチアンテナ素子3とを所定の間隔D21をおいて対向するように支持する役割を担う。
In the present embodiment, the
例えば、第1給電部4は、パッチアンテナ素子3と同軸ケーブルの内部導体とを電気的に接続する導電性のピンを、樹脂などの電気絶縁材料で覆った柱状の部材とすればよい。もちろん、パッチアンテナ素子3を地板2に対して所定の間隔D21をおいて対向するように支持する方法は、これに限らない。パッチアンテナ素子3と地板2との間に、樹脂などの電気絶縁材料からなり、所定の厚みD21を有する板状の部材を配置することによって、パッチアンテナ素子3と地板2とが対向するように支持してもよい。
For example, the first
第1給電部4は、パッチアンテナ素子3の外周部分が備える4つの辺のうち、被給電素子5の長手部分に対向する辺32の中央(近傍を含む)に設けられる。
The
被給電素子5は、略直線形状のモノポール導体素子を、その途中(直角部とする)において直角(略直角を含む)で曲げた、いわゆるL型のモノポール導体素子である。以降では、被給電素子5の片方の端部から直角部までの部分と、他端から直角部までの部分の、2つの部分のうち、相対的に長い方の部分を長手部51と称し、相対的に短い方の部分を短手部と称する。
The fed
線状の被給電素子5が備える2つの端部のうち、短手部側の端部は、同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続される。すなわち、被給電素子5は、短手部側の端部において第2給電部7を介して地板2の被給電側接続点と接続される。ここでの被給電素子5と地板2との第2給電部7を介した接続とは、被給電素子5の一端を同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続し、地板2の被給電側接続点を同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続することを指す。すなわち、被給電素子5と地板2とは、直流的には浮いた状態となっている。
Of the two ends of the line-fed
地板2と接続していない方の端部(すなわち長手部51側の端部)は、開放端となる。この被給電素子5が、請求項に記載の第2周波数用素子、特に、被給電第2周波数用素子に相当する。
The end portion that is not connected to the main plate 2 (that is, the end portion on the
被給電素子5は、長手部51が地板の外周に対して対向するように基板1上に配置される。より具体的には、被給電素子5は長手部51が、地板2の外周を形成する4つの辺のうち、被給電側接続点が設けられている辺21に対して、所定の間隔D22をおいて略平行であって、かつ、被給電側接続点が開放端よりも無給電素子6側に位置するように配置される。第2給電部7の大きさを無視すれば、被給電素子5の長手部と地板2との距離D22は、被給電素子5の短手部の長さに相当する。長手部51が請求項に記載の第2素子側対向部、特に被給電第2素子側対向部の一例に相当する。
The fed
なお、ここでの略平行が指し示す範囲とは、後述するように、地板2が備える辺のうち、当該長手部51に対向する辺21付近に、長手部51を流れる電流によって所望の大きさのイメージ電流が誘起される範囲とする。被給電素子5の電気的な長さは、この被給電素子5に電流を流した場合に地板2に所望の大きさのイメージ電流を誘起する長さとなっていればよく、本実施形態では一例として、第2波長の8分の1とする。
Here, the range indicated by the substantially parallel means that, as will be described later, of the sides provided in the
無給電素子6は、被給電素子5と同様に、L型のモノポール導体素子である。無給電素子6が備える2つの端部のうち、短手部側の端部が無給電側接続点で地板2と接続される。地板2と接続していない方の端部、すなわち、長手部61側の端部は、開放端となる。この無給電素子6が、請求項に記載の無給電第2周波数用素子に相当する。
The
無給電素子6は、当該無給電素子6の長手部61が地板の外周に対して対向するように基板1上に配置される。より具体的には、無給電素子6は、その長手部61が地板2の外周を形成する4つの辺のうち、無給電側接続点が設けられている辺22に略平行であって、かつ、無給電側接続点が開放端よりも被給電素子5側に位置するように配置される。
The
ここでの略平行が指す範囲については、長手部51と辺21の位置関係と同様の関係を満たす範囲である。無給電素子6の電気的な長さは、被給電素子5と同様に、第2波長の8分の1の長さとする。長手部61が請求項に記載の第2素子側対向部、特に無給電第2素子側対向部の一例に相当する。
The range indicated by the substantially parallel here is a range that satisfies the same relationship as the positional relationship between the
以上で述べたアンテナ装置100の全体的な構成における、地板2、パッチアンテナ素子3、被給電素子5、及び無給電素子6の位置関係についてまとめる。前述の通り、被給電素子5の長手部51、及び無給電素子6の長手部61は、地板2が備える互いに直交する2つの辺21、22のそれぞれと対向している。また、パッチアンテナ素子3は、その各辺と、地板2の各辺とが互いに対向する姿勢となっている(図2参照)。
The positional relationship among the
すなわち、パッチアンテナ素子3が備える4つの辺のうち、被給電素子5が設けられている側の辺32は、被給電素子5の長手部51と対向する。また、パッチアンテナ素子3が備える4つの辺のうち、無給電素子6が設けられている側の辺33は、無給電素子6の長手部61と対向する。
That is, of the four sides provided in the
以降では、便宜上、パッチアンテナ素子3において、被給電素子5の長手部51に対向する辺32をパッチ側対向辺と称し、地板2において被給電素子5の長手部51に対向する辺21を、地板側対向辺と称する。パッチ側対向辺32が請求項に記載の第1素子側対向部の一例に相当し、地板側対向辺21が請求項に記載の地板側対向部の一例に相当する。
Hereinafter, for convenience, in the
図3は、図2に示すIII−III線におけるアンテナ装置100の断面図において、被給電素子5付近を拡大した図である。図中のD1は、被給電素子5とパッチアンテナ素子3の被給電素子5側の端部との距離(素子間距離とする)を、D21は、地板2とパッチアンテナ素子3との距離(第1対地板距離とする)を、D22は被給電素子5と地板2の被給電素子5側の端部との距離(第2対地板距離とする)を、それぞれ表している。例えば、素子間距離D1は、第2波長の50分の1(約4mm)とする。また、第1対地板距離D21、第2対地板距離D22はそれぞれ第2波長の100分の1(約2mm)とする。
3 is an enlarged view of the vicinity of the fed
アンテナ装置100の各部の大きさや、長さ、形状は適宜、設計されればよい。ただし、本実施形態の構成は、第1周波数の円偏波及び第2周波数の円偏波を送受信するアンテナ装置の小型化を意図したものである。ここでは、アンテナ装置100の小型化のために、素子間距離D1を第2波長の50分の1とし、非常に近接させた構成としている。
The size, length, and shape of each part of the
(第1周波数の電波の送受信について)
次に、当該アンテナ装置100の動作について説明する。まず、図4を用いて第1周波数の電波を送受信する際の作動について説明する。
(About transmission and reception of radio waves of the first frequency)
Next, the operation of the
図4に示すように、第1周波数の円偏波を送受信するための第1周波数用構成101は、周知のパッチアンテナを用いて円偏波を送受信する構成と同様である。すなわち、電波の送信時には、第1給電部4から供給された電力によって、パッチアンテナ素子3には、互いに直交し、かつ、位相が90°ずれた2つ電流Ia、Ibが励振される。そして、電流Ia、Ibによって円偏波(ここでは右旋円偏波)を空間に放射する。
As shown in FIG. 4, the
ここでは、第1周波数の電波を送信する際の作動について述べたが、送受信の可逆性を有するため、図4に示す構成によって第1周波数の円偏波を受信することもできる。 Here, the operation when transmitting the radio wave of the first frequency has been described. However, since it has reversibility of transmission and reception, the circularly polarized wave of the first frequency can also be received by the configuration shown in FIG.
(第2周波数の電波の送受信について)
次に、図5を用いて第2周波数の電波を送受信する際の作動について説明する。図5に示すように、第2周波数の円偏波を送受信するための第2周波数用構成102は、地板2、被給電素子5、無給電素子6、及び第2給電部7を備える。
(About transmission and reception of radio waves of the second frequency)
Next, the operation | movement at the time of transmitting / receiving the electromagnetic wave of a 2nd frequency is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 5, the
前述の通り、被給電素子5と無給電素子6は、地板2との接続部分が近接するように地板2の互いに直交する辺21、22に沿って配置される。言い換えれば、被給電素子5と無給電素子6は、それぞれの長手方向が直交し、かつ、各開放端が離れるように配置される。
As described above, the power-supplied
なお、各開放端が離れるような配置とは、被給電素子5の直角部から開放端に向かって伸びる半直線が無給電素子6の長手部61を通る直線と交差せず、かつ、無給電素子6の直角部から開放端に向かって伸びる半直線が被給電素子5の長手部51を通る直線と交差しない配置を指す。
The arrangement in which the open ends are separated from each other means that a half line extending from the right-angled portion of the fed
便宜上、図5に示すように、地板2の外周部における被給電側接続点の位置を符号25で指し示し、無給電側接続点の位置を符号26で指し示す。また、被給電側接続点25が設けられる辺21の両端に相当する頂点をそれぞれA、Bとし、無給電側接続点26が設けられる辺の両端に相当する頂点をB、Cとする。辺21と辺22は、頂点Bを共有する。
For convenience, as shown in FIG. 5, the position of the power supply side connection point on the outer peripheral portion of the
図6は、地板2の辺21及び辺22上における、被給電側接続点25及び無給電側接続点26の位置関係を説明するための概念図である。なお、図5及び図6を比較すれば分かるように、図6における頂点Aから頂点Cまでの線分のうち、頂点Aから頂点Bまでの区間が辺21を表し、頂点Bから頂点Cまでの区間が辺22を表す。辺22を表す区間と、辺21を表す区間は、実際には直角である。
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the positional relationship between the power-supplied
被給電側接続点25は、地板2の外周上における頂点Cからの距離が、電気的に第2波長の4分の1波長となる位置に設ける。すなわち、辺22の長さ(=辺21の長さ)と頂点Bから被給電側接続点25までの長さの和が電気的に第2波長の4分の1となる位置に設ける。なお、図4中のλ2は、基板1による波長短縮効果によって短縮された、地板2における第2周波数の電波の波長(いわゆる導波波長)を表している。
The fed-
また、無給電側接続点26は、地板2の外周上における頂点Aからの距離が電気的に第2波長の4分の1となる位置に設ける。すなわち、無給電側接続点26の位置は、辺21の長さと頂点Bから無給電側接続点26までの長さの和が電気的に第2波長の4分の1となる位置に設ける。
Further, the non-feed
参考までに、地板2における第2周波数の導波波長を約117mmとする場合には、地板2の1辺の長さは、導波波長の4分の1に相当する長さ(約29mm)よりも短い値となっていれば良く、例えば25mmとすればよい。その場合、頂点Bから被給電側接続点25までの距離は4〜5mmとすればよい。すなわち、1辺と頂点Bから被給電側接続点25までの電気的な長さの和が、導波波長の4分の1に相当する長さとなっていればよい。
For reference, when the waveguide frequency of the second frequency in the
なお、本実施形態では、頂点Cから被給電側接続点25までの電気的長さと、頂点Aから無給電側接続点26までの電気的長さのそれぞれを、第2波長の4分の1となるように配置する構成としたが、これに限らない。他の態様として、頂点Cから被給電側接続点25までの電気的長さ、及び頂点Aから無給電側接続点26までの電気的長さは、第2波長の4分の1の整数倍となっていればよく、例えば第2波長の2分の1や、4分の3に相当する長さであってもよい。
In the present embodiment, the electrical length from the vertex C to the power-supplied
次に、以上で述べた構成となっている第2周波数用構成102の作動について説明する。第2周波数用構成102の送信時の作動と受信時の作動は対称性を有するため、以降では、第2周波数の電波を送信する場合を例にとって説明する。
Next, the operation of the
第2周波数の電波の送信時には、図7に示すように第2給電部7から第2周波数に応じた高周波電流が被給電素子5に供給され、被給電素子5上を開放端に向かって電流I1が流れる。この被給電素子5を流れる電流I1によって、地板2の外周付近にはイメージ電流I2が誘起される。イメージ電流I2は、頂点Aから辺21に沿って無給電側接続点26に向かう方向に誘起される。
At the time of transmitting the radio wave of the second frequency, as shown in FIG. 7, a high-frequency current corresponding to the second frequency is supplied from the second
なお、電流I1によって、実際には地板2の外周部において、辺21及び辺22以外の部分、例えば地板2の辺22の対辺にもイメージ電流が誘起されうる。しかし、頂点Aから無給電側接続点26までの電気的な長さが、対象電波の4分の1波長分の長さとなっていることから、イメージ電流I2は、無給電側接続点26及び頂点Aのそれぞれを節(又は腹)とする定常波を形成しやすい。したがって、電流I1によって誘起されるイメージ電流I2は主として頂点Aから無給電側接続点26の間に発生する。また、上記理由によって、頂点Aをイメージ電流I2の始点と見なすことができる。
Note that the image current can also be induced by the current I1 in the outer peripheral portion of the
頂点Aから無給電側接続点26に向かって流れるイメージ電流I2は、無給電側接続点26から無給電素子6に流入する。その成分を便宜上、電流I3とする。なお、無給電素子6に流れる電流I3の位相は、頂点Aから無給電側接続点26までの電気的な長さが、第2波長の4分の1となっているため、イメージ電流I2に対して90度遅れたものとなる。
The image current I <b> 2 that flows from the vertex A toward the
そして、無給電素子6上に電流I3が発生することによって、図8に示すように辺22を中心に、イメージ電流I4が誘起される。イメージ電流I4の向きは頂点Cから被給電側接続点25に向かう向きである。また、イメージ電流I4の位相は、イメージ電流I2に対して90度遅れている。
Then, when the current I3 is generated on the
イメージ電流I4が、主として頂点Cから被給電側接続点25までの間に発生する理由は、頂点Cから被給電側接続点25までの電気的な長さが、第2波長の4分の1となっているためである。すなわち、共振状態における安定性からイメージ電流I4は、頂点Cから被給電側接続点25の間に発生する。ここでの共振状態の安定性とは、定常波の節の形成のしやすさを指す。
The reason why the image current I4 is generated mainly from the vertex C to the fed-
無給電側接続点26から被給電側接続点25まで区間においては、イメージ電流I2とイメージ電流I4とが重なる。イメージ電流I2とイメージ電流I4とは、互いに逆方向の電流であるため、互いに打ち消し合うように振る舞う。
In the section from the non-feed
図9は、以上で述べた第2周波数用構成102の作動をまとめたものである。地板2の頂点Aから被給電側接続点25の間には、被給電素子5に流れる電流I1に起因するイメージ電流I2aが流れる。また、地板2の頂点Cから無給電側接続点26の間には、イメージ電流I2aに対して位相が90度遅れたイメージ電流I4aが流れる。さらに、イメージ電流I2a、I4aが生じる辺21と辺22は、図5に示すように直角である。
FIG. 9 summarizes the operation of the
すなわち、イメージ電流I2a、I4aは互いに直交し、かつ、位相が90度ずれたものとなる。また、電流の振幅も同程度となるため、これらのイメージ電流I2a、I4aによって、第2周波数の円偏波が送信される。 That is, the image currents I2a and I4a are orthogonal to each other and are 90 degrees out of phase. In addition, since the amplitude of the current is approximately the same, circular polarization of the second frequency is transmitted by these image currents I2a and I4a.
なお、第2周波数の円偏波は、地板2に垂直な方向に放射される。すなわち、第2周波数用構成102によって放射される円偏波は、パッチアンテナ素子3が存在する方向に放射される。
The circularly polarized wave having the second frequency is radiated in a direction perpendicular to the
(第1周波数用構成101と第2周波数用構成の相互作用について)
第2周波数の円偏波の送信時には、被給電素子5に電流が流れる。この被給電素子5に流れる電流によって、パッチアンテナ素子3には、図10に示すように電界Ebが発生する。図10の電界Ebはパッチアンテナ素子3において、パッチ側対向辺32近傍に発生する電界を表している。
(About the interaction between the
When transmitting circularly polarized waves of the second frequency, a current flows through the fed
もちろん、パッチアンテナ素子3には、パッチ側対向辺32の近傍だけでなく、その他の領域にも電界は生じる。パッチアンテナ素子3に生じる電界は、被給電素子5から離れるほど振幅が減衰するとともに、位相が遅れていく。すなわち、パッチアンテナ素子3に生じする電界は、パッチ側対向辺32近傍に生じる電界が最も強く、被給電素子5から離れるにつれて、弱くなっていく。
Of course, the
また、地板2にも、被給電素子5に流れる電流によって、図10に示すように電界Eaが発生する。図10の電界Eaは地板2において、地板側対向辺21近傍に発生する電界を表している。地板2に生じる電界も、パッチアンテナ素子3と同様に、地板側対向辺21近傍が最も振幅が大きく、被給電素子5から離れるにつれて、振幅が小さくなっていくように分布した電界が生じる。
Further, an electric field Ea is also generated on the
ところで、アンテナ装置100の小型化のために、被給電素子5と、地板2と、パッチアンテナ素子3はそれぞれ第2波長に対して非常に近接させている。より具体的には、素子間距離D1は第2波長の50分の1程度であり、第1対地板距離D21及び第2対地板距離D22も第2波長の略100分の1程度となっている。
Incidentally, in order to reduce the size of the
すなわち、被給電素子5と、地板2と、パッチアンテナ素子3が、それぞれ第2波長に対して非常に近接しており、さらに、第1対地板距離D21もまた、第2波長に対して非常に小さい値となっている。
That is, the fed
このため、地板側対向辺21付近に発生している電界Eaと、パッチ側対向辺32近傍に発生する電界Ebは、それぞれの振幅及び位相が略同一となる。なお、ここでの略同一とは、その差を無視できる範囲とする。
For this reason, the electric field Ea generated in the vicinity of the ground
したがって、第1給電部4を、パッチ側対向辺32の近傍、例えば図10中のP1で示す位置に設置した場合には、パッチアンテナ素子3の電界と、地板2の電界との振幅の差、及び位相差が小さいため、第1給電部4のピンに電流が流れにくい。なお、ここでの近傍とは、地板2の電界との振幅の差、及び位相差が小さく、第1給電部4のピンに流れる電流によって、第2周波数の電波の放射特性を劣化させない範囲とすればよい。
Therefore, when the first
一方、被給電素子5から離れるほど、地板2に発生している電界の位相及び振幅と、パッチアンテナ素子3において発生している電界の位相及び振幅とのずれは、大きくなっていく。例えばP2の位置に第1給電部4を設けた場合には、P1に設けた場合よりも、パッチアンテナ素子3と地板2の電界の振幅及び位相のずれが大きく、第1給電部4に電流が流れやすい。すなわち、例えばP2などの被給電素子5から離れた位置に第1給電部4を設けた場合には、第1周波数用構成101に電流が流れることになり、第2周波数の電波の放射特性を劣化させてしまう。
On the other hand, the distance between the phase and amplitude of the electric field generated in the
以上を鑑みて、アンテナ装置100は、第1給電部4をパッチアンテナ素子3において被給電素子5に対向する辺32近傍に設置することとする。このような構成によれば、第2周波数の電波を送受信する際に、第1給電部4に流れる電流を抑制することが出来る。すなわち、このような構成によれば、アンテナ装置100の小型化と、第2周波数の電波におけるアイソレーションを両立させることができる。
In view of the above, the
なお、被給電素子5に流れる電流によって、パッチ側対向辺32近傍と地板側対向辺21近傍に、同振幅かつ同位相の電界が生じる条件は、上述した設計値に限らない。被給電素子5の長手部51と、パッチ側対向辺32と地板側対向辺21のそれぞれとの距離D1、D22が、第2波長の25分の1以内となっている場合には、被給電素子5に流れる電流によって、パッチ側対向辺32近傍と地板側対向辺21近傍に、同振幅かつ同位相と見なすことができる電界Ea、Ebが生じると想定される。
The conditions under which electric fields having the same amplitude and the same phase are generated in the vicinity of the patch-
もちろん、3つの要素間の距離が小さければ小さいほど、パッチ側対向辺32近傍と地板側対向辺21近傍に生じる電界Ea、Ebの振幅及び位相は等しくなる。そして、第1給電部4を、パッチ側対向辺32に近い位置に設けるほど、電界の差による電流は流れにくくなり、アイソレーションを改善することができる。
Of course, as the distance between the three elements is smaller, the amplitudes and phases of the electric fields Ea and Eb generated in the vicinity of the patch-
したがって、第1給電部4は、アイソレーションを確保する観点においては、パッチアンテナ素子3の中央部Pcを通って被給電素子5の長手部51に平行な直線L2よりも、被給電素子5側に設けることが好ましい。ここでの中央部Pcは、パッチアンテナ素子3の点対称の中心を指す。
Therefore, from the viewpoint of ensuring isolation, the first
ただし、第1給電部4の位置は、アイソレーションの他、同軸ケーブルとのインピーダンスを整合させるといった観点から、パッチ側対向辺32から中央部側にずれた位置に設けられてあっても良い。
However, the position of the 1st electric
また、本実施形態では、第1周波数用構成101としてより好ましく動作するように、第1給電部4を、パッチアンテナ素子3の中央部Pcを通って無給電素子6の長手部61に平行な直線L1上に設ける例を述べたが、これに限らない。第1給電部4は、直線L1からやや無給電素子6側に寄せた位置P3に設けても良い。
Further, in the present embodiment, the
以上、第2周波数の円偏波を送信する際の、第1周波数用構成101と第2周波数用構成の相互作用について述べたが、第2周波数の円偏波を受信する際についても同様である。
The interaction between the
なお、上記構成では、第1周波数の電波を送受信する際の第2給電部7に流れる電流は無視できる値(許容範囲内の値)となる。これは、主として、素子間距離D1や第1対地板距離D21、第2対地板距離D22は、第1波長(50mm)にとっては十分に長く、また、第1周波数用構成101が相対的に狭帯域な周波数特性となっているためである。第1の周波数における第1周波数用構成101と第2周波数用構成102とのアイソレーションは、第1給電部4の位置に依らず、十分小さい値となる。
In the above configuration, the current flowing through the second
(本実施形態の効果)
以下、図11に示す比較構成100Xを導入し、本実施形態におけるアンテナ装置100の効果について説明する。図11に示す比較構成100Xは、第1給電部4の位置を、パッチアンテナ素子3が備える辺のうち、パッチ側対向辺32の対辺、すなわち、被給電素子5から最も離れた辺の中央部に設けた構成である。
(Effect of this embodiment)
Hereinafter, the
この比較構成100Xと本実施形態のアンテナ装置100のそれぞれの構成における、第2周波数の電波に対するアイソレーションを比較した結果を図12に示す。なお、ここでの第2周波数の電波に対するアイソレーション(単位はdB)とは、第2周波数用構成102から第2周波数の電波を放射させた場合の、第2周波数用構成102に入力した電力と、第1周波数用構成101から戻ってきた電力の比の大きさを表すものである。
FIG. 12 shows the result of comparing the isolation with respect to the radio waves of the second frequency in the respective configurations of the
図12に示す実線が、本実施形態におけるアンテナ装置100での第2周波数の電波に対するアイソレーションを示し、破線が、比較構成100Xでの第2周波数の電波に対するアイソレーションを示している。ここで、第2周波数の電波としてGPS電波を想定しているため、GPS電波が利用されている1.575GHzを中心とした値を横軸にとっている。
The solid line shown in FIG. 12 indicates the isolation of the second frequency radio wave in the
図12に示すように、また、比較構成100Xでは、いずれの周波数においても−7〜8dBの値となっているのに対し、本実施形態の構成によれば、素子間距離D1を第2波長の50分の1と近接させていても、アイソレーションを−15db程度に抑制することができる。
As shown in FIG. 12, the
また、図13は、比較構成100Xと本実施形態のアンテナ装置100のそれぞれの構成における、第2周波数の円偏波の軸比を比較した結果を表す図である。一般にアイソレーションが劣化すると、円偏波の軸比もまた劣化してしまう。なお、軸比が大きいほど、円偏波が楕円となっていることを示す。横軸は、図12と同様に周波数を示している。
FIG. 13 is a diagram illustrating a result of comparing the axial ratios of the circularly polarized waves of the second frequency in the configurations of the
図13に示すように、比較構成100Xにおいては、下に凸となる極小値においてもその軸比は3以上となっているのに対し、本実施形態の構成においては、極小値において1未満とすることができる。
As shown in FIG. 13, in the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The following modification is also contained in the technical scope of this invention, Furthermore, the summary other than the following is also included. Various modifications can be made without departing from the scope.
以上では、第1周波数として、5.8GHzを採用し、第2周波数として1.5GHzを採用したが、もちろん、第1周波数や第2周波数の組み合わせは、これらに限らない。その他の周波数を、第1周波数や第2周波数としてもよい。 In the above description, 5.8 GHz is adopted as the first frequency and 1.5 GHz is adopted as the second frequency. Of course, the combination of the first frequency and the second frequency is not limited to these. Other frequencies may be the first frequency or the second frequency.
また、素子間距離D1は、第2波長の50分の1に限らず、100分の1など50分の1以下の値となっていてもよいし、25分の1など、50分の1以上の値となっていても良い。すなわち、素子間距離D1は、地板側対向辺21とパッチ側対向辺32に、同振幅、同位相と見なすことができる電界を生じさせる距離となっていれば良い。第1対地板距離D21や第2対地板距離D22も同様に適宜変更されてもよい。例えば第1対地板距離D21は、第2波長の50分の1に相当する長さとなっていても良い。
The inter-element distance D1 is not limited to 1/50 of the second wavelength, but may be a value of 1/50 or less, such as 1/100, or 1/50, or 1/50. It may be the above value. That is, the inter-element distance D <b> 1 only needs to be a distance that generates an electric field that can be regarded as having the same amplitude and the same phase on the ground plane
<変形例1>
上述した実施形態では、基板1の表側に、第1周波数用構成101と第2周波数用構成102の両方を設けた構成としたが、これに限らない。基板1の表面に第1周波数用構成101を配置し、裏面に第2周波数用構成102を配置してもよい。また、そのような構成において、地板2は実施形態と同様に第1周波数用構成101と第2周波数用構成102とで共用させても良いし、それぞれ別の地板2に相当する部材を表面と裏面の両側に配置してもよい。
<
In the above-described embodiment, both the
<変形例2>
以上では、第1給電部4を設ける位置を、パッチアンテナ素子3において被給電素子5に対向する辺32の近傍とする構成について例示したが、これに限らない。
<
In the above, the configuration in which the position where the first
第2周波数用構成102において、被給電素子5と無給電素子6は図9に示すように対称的に作動する。したがって、第1給電部4を、図14に示すように、パッチアンテナ素子3において無給電素子6に対向する辺33近傍に設けても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the
この変形例2のアンテナ装置100Aでは、第1給電部4は、アイソレーションを確保する観点においては、直線L1よりも無給電素子6側に配置されていることが好ましく、特に、パッチアンテナ素子3において無給電素子6に対向する辺近傍に第1給電部4を設けた構成が最も好ましい。もちろん、第1周波数の円偏波の軸比を維持するといった観点からは、第1給電部4は、直線L2上に配置されることが好ましい。第1給電部4の実際の位置は、同軸ケーブルとのインピーダンスの整合が取れるように適宜調整すればよい。
In the
<変形例3>
また、以上ではアンテナ装置が備える各部(例えば地板2やパッチアンテナ素子3など)の形状として、正方形や長方形といった形状を基本とした構成を例示した。しかし、アンテナ装置を構成する各部の形状は、正方形や長方形といった形状に限らない。さらには、六角形や八角形といった多角形にも限らない。例えば、円形(楕円を含む)を基本とした構成に変形してもよい(これを変形例3とする)。
<
In addition, the configuration based on a shape such as a square or a rectangle is exemplified as the shape of each part (for example, the
この変形例3におけるアンテナ装置100Bは、図15に示すように、円形の基板(図示略)、地板2B、パッチアンテナ素子3B、第1給電部4B、被給電素子5B、無給電素子6B、及び第2給電部7Bを備える。
As shown in FIG. 15, the
地板2B、パッチアンテナ素子3B、第1給電部4B、被給電素子5B、無給電素子6B、及び第2給電部7はそれぞれ記載している順に、実施形態における地板2、パッチアンテナ素子3、第1給電部4、被給電素子5、無給電素子6、及び第2給電部7に相当するものである。
The
すなわち、地板2B、パッチアンテナ素子3B、及び第1給電部4Bからなる構成が第1周波数の円偏波を送受信するための構成であって、地板2B、被給電素子5B、無給電素子6B、及び第2給電部7Bからなる構成が、第2周波数における円偏波を送受信する構成に相当する。
That is, the configuration including the
このような構成においても、パッチアンテナ素子3Bの外周のうち、被給電素子5Bの長手部51B又は無給電素子6Bの長手部61Bに対向する部分32B、33B近傍に、第1給電部4Bを設けることによって、第2周波数におけるアイソレーションを抑制することができる。
Even in such a configuration, the
なお、地板2Bの外周部のうち、21B及び22Bで指し示す部分が、長手部51Bに対向する部分、すなわち実施形態における地板側対向辺に相当する部分である。
In addition, the part pointed by 21B and 22B among the outer peripheral parts of the
<変形例4>
さらに、以上では、第2周波数の電波を送受信するための構成として、被給電素子5、無給電素子6を用いて円偏波を送受信する構成を採用したアンテナ装置100を例示したが、これに限らない。
<
Furthermore, in the above, the
第2周波数の電波を送受信するための構成は、直線偏波を送受信するものであってもよい。そのような構成(変形例4とする)の一例を図16に示す。 The configuration for transmitting and receiving radio waves of the second frequency may be one that transmits and receives linearly polarized waves. An example of such a configuration (referred to as Modification 4) is shown in FIG.
図16に示すアンテナ装置100Cは、実施形態における被給電素子5、無給電素子6、第2給電部7に代わって、L型のモノポール導体素子である被給電素子5Cと、被給電素子5Cに給電するための第2給電部7Cと、を備える。被給電素子5Cの電気的な長さは、第2波長の4分の1となっており、被給電素子5C、地板2、及び第2給電部7Cによって、周知のモノポールアンテナと同様の構成となっている。
An antenna device 100C illustrated in FIG. 16 includes a fed element 5C that is an L-type monopole conductor element, and a fed element 5C in place of the fed
なお、被給電素子5Cの長手部は、実施形態における被給電素子5の長手部と同様に、地板2及びパッチアンテナ素子3のそれぞれの1辺と略平行となっているものとする。便宜上、地板2において被給電素子5Cの長手部と対抗している辺、及びパッチアンテナ素子3において被給電素子5Cの長手部と対抗している辺のそれぞれを、実施形態と同様に地板側対向辺、パッチ側対向辺と称する。
It is assumed that the longitudinal portion of the fed element 5C is substantially parallel to one side of each of the
この変形例4に示す構成においても、第1給電部4を、パッチ側対向辺近傍に設けることによって、被給電素子5Cの長手部、地板側対向辺、及びパッチ側対向辺のそれぞれが近接している場合であっても、第2周波数の電波に対するアイソレーションを低減することができる。
Also in the configuration shown in
なお、変形例4では、第2周波数の電波を直線偏波で送信(及び受信)する構成について述べたが、第1周波数の電波を送受信するための構成も同様に、円偏波ではなく、直線偏波で送信及び受信するものであってもよい。すなわち、パッチアンテナ素子3は、切り欠き部31を備えない構成であっても良い。
In the
100、100A・100B・100C アンテナ装置、101 第1周波数用構成、102 第2周波数用構成、1 基板、2・2B 地板(導体地板)、3・3B パッチアンテナ素子(第1周波数用素子)、4・4B 第1給電部、5・5B・5C 被給電素子(第2周波数用素子、被給電第2周波数用素子)、6・6B 無給電素子(第2周波数用素子、無給電第2周波数用素子)、7・7B・7C 第2給電部、21・21B・22・22B 地板側対向辺(地板側対向部)、32・33 パッチ側対向辺(第1素子側対向部) 100, 100A / 100B / 100C antenna device, 101 first frequency configuration, 102 second frequency configuration, 1 substrate, 2 / 2B ground plane (conductor ground plane), 3 / 3B patch antenna element (first frequency element), 4 · 4B 1st feeding section, 5 · 5B · 5C Feeded element (second frequency element, fed second frequency element), 6 · 6B Parasitic element (second frequency element, parasitic second frequency) Element), 7 · 7B · 7C second feeding portion, 21 · 21B · 22 · 22B ground plane side facing side (ground plate side facing portion), 32 · 33 patch side facing side (first device side facing portion)
Claims (6)
第1周波数の電波の送信及び受信の少なくとも何れか一方を実施するための素子であって、前記導体地板と所定の間隔をおいて対向配置される平板状の第1周波数用素子(3、3B)と、
前記第1周波数用素子と給電線とを電気的に接続する第1給電部(4、4B)と、
前記第1周波数より低い第2周波数の電波の送信及び受信の少なくとも何れか一方を実施するための線状素子である第2周波数用素子(5、5B、5C、6、6B)と、を備え、
前記第2周波数用素子は、前記導体地板の外部に設けられてあって、前記導体地板の外周の一部及び前記第1周波数用素子の外周の一部のそれぞれと対向する第2素子側対向部(51、51B、51C、61、61B)を備え、
前記導体地板は、前記第2素子側対向部と対向する外周部分であって、かつ、当該導体地板において前記第2素子側対向部に最も近接する部分である地板側対向部(21、21B、22、22B)を備え、
前記第1周波数用素子は、前記第2素子側対向部と対向する外周部分であって、かつ、当該第1周波数用素子において前記第2素子側対向部に最も近接する部分である第1素子側対向部(32、32B、33、33B)を備え、
前記第2素子側対向部に対して前記導体地板及び前記第1周波数用素子のそれぞれは、前記第2周波数用素子に流れる電流によって、前記地板側対向部及び前記第1素子側対向部に、略同振幅及び略同位相の電界が生じる位置となっており、
前記第1給電部は、前記第1周波数用素子において、その中心部よりも前記第1素子側対向部側に設けることを特徴とするアンテナ装置。 A conductor ground plane (2);
A first frequency element (3, 3B) which is an element for performing at least one of transmission and reception of radio waves of the first frequency, and is disposed to face the conductor ground plane with a predetermined interval. )When,
A first power feeding section (4, 4B) for electrically connecting the first frequency element and a power feeding line;
A second frequency element (5, 5B, 5C, 6, 6B) that is a linear element for performing transmission and reception of radio waves having a second frequency lower than the first frequency. ,
The second frequency element is provided on the outside of the conductor ground plane, and faces the second element side facing a part of the outer periphery of the conductor ground plane and a part of the outer periphery of the first frequency element. Part (51, 51B, 51C, 61, 61B),
The conductor ground plane is an outer peripheral portion facing the second element side facing portion, and is a portion closest to the second element side facing portion in the conductor ground plane (21, 21B, 22 and 22B)
The first frequency element is a first element that is an outer peripheral part facing the second element side facing part and is a part closest to the second element side facing part in the first frequency element. With side facing parts (32, 32B, 33, 33B),
With respect to the second element side facing portion, each of the conductor ground plane and the first frequency element is caused to flow into the ground plane side facing portion and the first element side facing portion by a current flowing through the second frequency element. It is a position where electric fields with substantially the same amplitude and phase are generated,
The antenna device according to claim 1, wherein the first power feeding unit is provided closer to the first element side facing portion than the center of the first frequency element.
前記第2素子側対向部と前記第1素子側対向部との距離、及び前記第2素子側対向部と前記地板側対向部との距離はいずれも、前記第2周波数の電波の波長の25分の1以下となっていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 1,
The distance between the second element side facing portion and the first element side facing portion and the distance between the second element side facing portion and the ground plane side facing portion are both 25 of the wavelength of the radio wave of the second frequency. An antenna device characterized in that the antenna device is less than one part.
前記導体地板と、前記第1周波数用素子との間隔は、前記第2周波数の電波の波長の50分の1以下となっていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 2,
The antenna device, wherein an interval between the conductor ground plane and the first frequency element is 1/50 or less of the wavelength of the radio wave of the second frequency.
前記第1周波数用素子の形状は、円偏波を送受信するための摂動素子(31)を備えた正方形状であって、
前記第1周波数用素子と前記第1給電部と前記導体地板は、第1周波数の円偏波を送受信可能なパッチアンテナとして動作するように構成されていることを特徴とするアンテナ装置。 In any one of Claims 1-3,
The first frequency element has a square shape including a perturbation element (31) for transmitting and receiving circularly polarized waves,
The antenna device, wherein the first frequency element, the first feeding portion, and the conductive ground plane are configured to operate as a patch antenna capable of transmitting and receiving a circularly polarized wave having a first frequency.
前記アンテナ装置は、前記第2周波数用素子として、
線状素子であって、一方の端が当該素子に給電するための第2給電部(7)を介して前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている被給電第2周波数用素子(5)と、
線状であって、一方の端が前記導体地板と接続され、他方の端が前記導体地板と接続された無給電第2周波数用素子(6)と、備え、
前記導体地板は正方形状であって、
前記被給電第2周波数用素子、無給電第2周波数用素子、及び前記導体地板は同一平面状に配置されてあって、
前記被給電第2周波数用素子は、前記導体地板の外周と対向している被給電第2素子側対向部を備え、
前記無給電第2周波数用素子は、前記導体地板と外周と対向し、かつ、前記被給電第2素子側対向部と直交する無給電第2素子側対向部と、備え、
前記第2給電部と前記導体地板との接続部は、前記被給電第2周波数用素子の開放端よりも前記無給電第2周波数用素子側に設けられてあって、前記無給電第2周波数用素子と前記導体地板との接続部は、当該素子の開放端よりも前記被給電第2周波数用素子側に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 4,
The antenna device as the second frequency element,
A fed second frequency which is a linear element, one end of which is connected to the conductor ground plane via a second feeding portion (7) for feeding the element, and the other end is an open end. Element (5),
A parasitic second frequency element (6) which is linear and has one end connected to the conductor ground plane and the other end connected to the conductor ground plane;
The conductor ground plane has a square shape,
The power-supplied second frequency element, the non-powered second frequency element, and the conductor ground plane are arranged in the same plane,
The power-supplied second frequency element includes a power-supplied second element side facing portion facing the outer periphery of the conductor ground plane,
The parasitic second frequency element includes a parasitic second element side facing portion that is opposed to the conductor base plate and the outer periphery and orthogonal to the fed second element side facing portion,
The connection portion between the second power feeding portion and the conductor ground plane is provided on the parasitic second frequency element side of the open second end of the powered second frequency element, and the parasitic second frequency is provided. The antenna device is characterized in that the connection portion between the element for use and the conductor ground plane is provided closer to the element to be fed second frequency than the open end of the element.
前記第1周波数用素子は、誘電体を材料とする基板(1)の片面(表面とする)に設けられてあって、
前記被給電第2周波数用素子、前記無給電第2周波数用素子、前記導体地板は、前記基板の裏面に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 5,
The first frequency element is provided on one side (surface) of a substrate (1) made of a dielectric material,
The antenna device, wherein the fed second frequency element, the parasitic second frequency element, and the conductive ground plane are provided on a back surface of the substrate.
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