JP2016025592A - Antenna device - Google Patents

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光成 阿部
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慶人 有馬
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和則 前田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device capable of making downsizing compatible with suppression of isolation between antenna elements with respect to a radio wave in a relatively lower frequency between two frequencies, the antenna device including the two antenna elements corresponding to radio waves in the two different frequencies.SOLUTION: An antenna device 100 includes: a ground plate 2; a plate-like patch antenna element 3 disposed oppositely to the ground plate while interposing a predetermined interval D21 therebetween; and a power supplied element 5 and a parasitic element 6 which are L-shaped linear elements and connected with the ground plate 2, respectively, in such a manner that their length parts are orthogonal with each other. In such a configuration, a distance among the power supplied element 5, the patch antenna element 3 and the ground plate 2 is made proximate equal to or less than a 1/50 wavelength of a radio wave in a second frequency and further, a first power supply section 4 for supplying power to the patch antenna element 3 is provided in the vicinity of a side of the patch antenna element 3 proximate to the power supplied element 5.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 Patent Document 1, radio waves having two different frequencies are transmitted and received by arranging a patch antenna element corresponding to a first frequency radio wave and a coil antenna element corresponding to a second frequency on a dielectric substrate. An antenna device is disclosed.

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.

特許第4142523号公報Japanese Patent No. 4142523

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 Patent Document 1, two antenna elements, that is, a patch antenna element and a coil antenna element are arranged apart from each other, thereby reducing isolation between the antenna elements.

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.

本実施形態に係るアンテナ装置100の概略的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of antenna device 100 concerning this embodiment. 本実施形態に係るアンテナ装置100の概略的な構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the antenna apparatus 100 which concerns on this embodiment. 図2におけるIII−III線における断面図である。It is sectional drawing in the III-III line in FIG. アンテナ装置100において第1周波数の電波を送受信するための構成を抜き出した図である。It is the figure which extracted the structure for transmitting / receiving the electromagnetic wave of 1st frequency in the antenna device. アンテナ装置100において第2周波数の電波を送受信するための構成を抜き出した図である。It is the figure which extracted the structure for transmitting / receiving the electromagnetic wave of 2nd frequency in the antenna apparatus. 地板2に対する被給電素子5及び無給電素子6の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the to-be-powered element 5 and the parasitic element 6 with respect to the ground plane 2. FIG. 第2周波数の電波を送受信する際のアンテナ装置100の作動を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the action | operation of the antenna apparatus 100 at the time of transmitting / receiving the electromagnetic wave of a 2nd frequency. 第2周波数の電波を送受信する際のアンテナ装置100の作動を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the action | operation of the antenna apparatus 100 at the time of transmitting / receiving the electromagnetic wave of a 2nd frequency. 第2周波数の電波を送信する際のアンテナ装置100の作動を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the action | operation of the antenna apparatus 100 at the time of transmitting the electromagnetic wave of a 2nd frequency. 第2周波数の電波を送受信する際の、第1周波数用構成101と第2周波数用構成102の相互作用について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the interaction of the structure for 1st frequency 101 and the structure for 2nd frequency 102 at the time of transmitting / receiving the electromagnetic wave of a 2nd frequency. 比較構成100Xの概略的な構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the schematic structure of the comparison structure 100X. 比較構成100Xと実施形態のアンテナ装置100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表す図である。It is a figure showing the result of having compared the isolation with respect to the electromagnetic wave of a 2nd frequency in the comparison structure 100X and the antenna apparatus 100 of embodiment. 比較構成100Xと実施形態のアンテナ装置100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。It is a figure showing the result of having compared the axial ratio of the circularly polarized wave of the 2nd frequency in the comparison structure 100X and the antenna apparatus 100 of embodiment. 変形例2におけるアンテナ装置100Aの概略的な構成の一例を示す平面図である。10 is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of an antenna device 100A according to Modification 2. FIG. 変形例3におけるアンテナ装置100Bの概略的な構成の一例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of an antenna device 100B according to Modification 3. 変形例4におけるアンテナ装置100Cの概略的な構成の一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating an example of a schematic configuration of an antenna device 100C according to Modification 4.

<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 antenna device 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of the antenna device 100.

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 antenna device 100 is used, for example, in a vehicle, and transmits / receives circularly polarized waves having two different frequencies, or performs either one of transmission and reception. More specifically, the antenna device 100 transmits and receives radio waves in a frequency band used for communication with a roadside device used in an ETC (Electronic Toll Collection: registered trademark) system, and transmits from a satellite used in a satellite positioning system. Receive radio waves. The antenna device 100 may be attached to, for example, an upper part of a windshield of a vehicle.

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 antenna device 100 transmits and receives 5.8 GHz band circularly polarized waves as the first frequency, and transmits and receives 1.5 GHz band radio waves as the second frequency. The wavelength of the radio wave at the first frequency (referred to as the first wavelength) is approximately 52 mm in vacuum, and the wavelength of the radio wave at the second frequency (referred to as the second wavelength) is approximately 200 mm. Of course, these lengths are shorter for the antenna device 100 due to the wavelength shortening effect of the dielectric.

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 antenna device 100 is connected to a radio (not shown) via a coaxial cable, for example, and signals received by the antenna device 100 are sequentially output to the radio. The wireless device uses a signal received by the antenna device 100 and supplies high-frequency power corresponding to the transmission signal to the antenna device 100. In the present embodiment, description will be made on the assumption that a coaxial cable is employed as a feed line to the antenna device 100, but other known feed lines such as a feeder line may be used.

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 antenna device 100 and the radio device may be connected by two coaxial cables corresponding to the first frequency and the second frequency, respectively, or may be connected by one coaxial cable. In the present embodiment, as an example, the antenna device 100 is connected to a radio using a single coaxial cable using a switch circuit or a filter circuit for switching the frequency of a signal to be transmitted / received.

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 antenna device 100 and the wireless device are connected by two cables: a coaxial cable for transmitting and receiving a first frequency signal and a coaxial cable for transmitting and receiving a second frequency signal. May be.

(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 antenna device 100 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the antenna device 100 includes a substrate 1, a ground plane 2, a patch antenna element 3, a first feeding unit 4, a fed element 5, a parasitic element 6, and a second feeding unit 7. Yes. 3 is a cross-sectional view of the antenna device 100 taken along the line III-III shown in FIG.

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 antenna device 100 has a configuration for transmitting / receiving a first frequency radio wave shown in FIG. 4 (first frequency configuration 101) and a configuration for transmitting / receiving a second frequency radio wave shown in FIG. 5 (second frequency). And the configuration 102).

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 power feeding part 4 is an electrical connection part of the patch antenna element 3 and the ground plane 2, and a coaxial cable. More specifically, the first feeder 4 electrically connects the outer conductor (minus side conductor) of the coaxial cable and the ground plane 2, and also connects the inner conductor (plus side conductor) of the coaxial cable and the patch antenna. This is realized by electrically connecting the element 3. In addition, the 1st electric power feeding part 4 also plays the role of the support member which supports the patch antenna element 3 so that it may become the attitude | position arrange | positioned facing the ground plane 2 with the predetermined space | interval D21 so that it may mention later.

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 power feeding part 7 is an electrical connection part of the to-be-powered element 5, the ground plane 2, and a coaxial cable. The second power feeding unit 7 is realized by electrically connecting the outer conductor of the coaxial cable and the ground plane 2 and electrically connecting the inner conductor of the coaxial cable and the fed element 5.

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 ground plane 2 and the outer conductor of a coaxial cable in both the 1st electric power feeding part 4 and the 2nd electric power feeding part 7, as any other aspect, Only one side may be configured to be electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable.

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 patch antenna element 3 and the inner conductor of the coaxial cable and between the fed element 5 and the inner conductor of the coaxial cable. It may be. The same applies to the connecting portion between the main plate 2 and the coaxial cable.

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 substrate 1 is a flat plate member made of an electrically insulating material such as resin. In the present embodiment, as an example, the base plate 2, the patch antenna element 3, the first feeding unit 4, the fed element 5, the parasitic element 6, and the second feeding unit 7 are provided on one side (the front side) of the substrate 1. It is set as the structure to provide. The ground plane 2, the fed element 5, and the parasitic element 6 are arranged directly on the same plane, that is, on the surface of the substrate 1.

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 | substrate 1 should just be sufficient magnitude | size and shape in order to arrange | position the base plate 2, the to-be-powered element 5, and the parasitic element 6. FIG. In the present embodiment, a square is used as an example, but a rectangle or a circle (including an ellipse) may be used. As the material of the substrate 1, a material having a desired relative dielectric constant may be appropriately selected and used.

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 ground plane 2 is a flat plate member (including a foil and a film) made of a conductor such as copper. This ground plane 2 corresponds to the conductor ground plane described in the claims. The ground plane 2 is electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable. As an example, the shape of the ground plane 2 is a square in which the electrical length of one side is less than a quarter of the second wavelength and has a predetermined length greater than the half wavelength of the first wavelength.

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 base plate 2 is a square, but may be a rectangle or a circle.

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 ground plane 2 is electrically connected to the parasitic element 6 at one point on a certain side 21 among four sides corresponding to the outer peripheral portion. The ground plane 2 is connected to the power-supplied element 5 through the second power supply unit 7 at one point on the side 22 orthogonal to the side 21 to which the parasitic element 6 is connected. In the ground plane 2, a point connected to the parasitic element 6 is referred to as a parasitic side connection point, and a point connected to the powered element 5 via the second feeding unit 7 is referred to as a fed side connection point. The power supply side connection point of the ground plane 2 refers to an electrical connection point with the outer conductor (minus side conductor) of the coaxial cable. The inner conductor of the coaxial cable is electrically connected to the power-supplied element 5.

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 patch antenna element 3 is a plate-like member made of a conductor. The shape of the patch antenna element 3 is a shape in which a cutout portion 31 is provided in a pair of diagonal portions of a square. The notch 31 is a structure for radiating (or receiving) circularly polarized waves, and corresponds to a so-called degenerate separation element or perturbation element. The area of the portion cut from the original square by the notch 31 may be an area determined by a well-known degenerate separation method.

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 patch antenna element 3 is parallel to the ground plane 2 with a predetermined distance D21 (including substantially parallel), and each side of the patch antenna element 3 and each side of the ground plane 2 face each other. Placed in. Here, the side of the patch antenna element 3 indicates a shape when the cutout portion 31 is ignored, that is, an outer peripheral portion corresponding to a side of a square.

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λ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 side 32 in FIG. 2 is a side facing the side 21 of the ground plane 2, and a side 33 is a side facing the side 22 of the ground plane 2. The electrical length of one side of the patch antenna element 3 is half the first wavelength, as shown in FIG. Note that λ 1 in FIG. 4 represents the wavelength of the first frequency radio wave on the surface of the substrate 1 shortened by the wavelength shortening effect of the substrate 1. The patch antenna element 3 corresponds to the first frequency element recited in the claims.

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 patch antenna element 3 is supported by the first feeding portion 4 so as to face the ground plane 2 with a predetermined distance D21 (see FIG. 3). In the present embodiment, since the space between the ground plane 2 and the patch antenna element 3 is made hollow, the first feeding unit 4 serves to supply the high frequency current corresponding to the first frequency to the patch antenna element 3. 2 and the patch antenna element 3 are supported so as to face each other with a predetermined distance D21.

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 power feeding unit 4 may be a columnar member in which conductive pins that electrically connect the patch antenna element 3 and the inner conductor of the coaxial cable are covered with an electrically insulating material such as resin. Of course, the method of supporting the patch antenna element 3 so as to face the ground plane 2 with a predetermined distance D21 is not limited thereto. By arranging a plate-like member made of an electrically insulating material such as resin and having a predetermined thickness D21 between the patch antenna element 3 and the ground plane 2, the patch antenna element 3 and the ground plane 2 are opposed to each other. You may support.

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 first feeding unit 4 is provided at the center (including the vicinity) of the side 32 facing the longitudinal part of the fed element 5 among the four sides provided in the outer peripheral part of the patch antenna element 3.

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 element 5 is a so-called L-shaped monopole conductor element in which a substantially linear monopole conductor element is bent at a right angle (including a substantially right angle) in the middle (a right-angle portion). Hereinafter, the relatively longer part of the two parts, that is, the part from one end part to the right-angle part of the power-supplied element 5 and the part from the other end to the right-angle part is referred to as the longitudinal part 51. The relatively short part is referred to as the short part.

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 element 5, the end on the short side is electrically connected to the inner conductor of the coaxial cable. That is, the power-supplied element 5 is connected to the power-supplied-side connection point of the ground plane 2 via the second power-feeding portion 7 at the end on the short side. Here, the connection of the power-supplied element 5 and the ground plane 2 via the second power feeding unit 7 is to electrically connect one end of the power-supplied element 5 to the inner conductor of the coaxial cable, and to connect the power-supplied side of the ground plane 2. It refers to electrically connecting a point with the outer conductor of a coaxial cable. That is, the fed element 5 and the ground plane 2 are in a floating state in terms of direct current.

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 longitudinal portion 51 side) is an open end. The power-supplied element 5 corresponds to the second frequency element described in the claims, particularly the power-supplied second frequency element.

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 element 5 is disposed on the substrate 1 such that the longitudinal portion 51 faces the outer periphery of the ground plane. More specifically, the power-supplied element 5 has a predetermined interval D22 with respect to the side 21 where the power-feed-side connection point is provided among the four sides where the longitudinal portion 51 forms the outer periphery of the ground plane 2. The power supply side connection point is positioned so as to be positioned closer to the parasitic element 6 than the open end. If the size of the second power feeding unit 7 is ignored, the distance D22 between the long part of the power-supplied element 5 and the ground plane 2 corresponds to the length of the short part of the power-fed element 5. The longitudinal portion 51 corresponds to an example of a second element side facing portion, particularly a powered second element side facing portion described in the claims.

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 main plate 2, the range of the desired size is obtained by the current flowing through the longitudinal portion 51 near the side 21 facing the longitudinal portion 51. The range in which the image current is induced. The electrical length of the power-supplied element 5 only needs to be a length that induces an image current of a desired magnitude in the ground plane 2 when a current is passed through the power-supplied element 5. In the present embodiment, an example is given. As above, it is assumed that the second wavelength is 1/8.

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 parasitic element 6 is an L-type monopole conductor element, like the powered element 5. Of the two ends provided in the parasitic element 6, the end on the short side is connected to the ground plane 2 at the parasitic side connection point. The end portion that is not connected to the main plate 2, that is, the end portion on the longitudinal portion 61 side is an open end. The parasitic element 6 corresponds to the parasitic second frequency element recited in the claims.

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 parasitic element 6 is disposed on the substrate 1 such that the longitudinal portion 61 of the parasitic element 6 faces the outer periphery of the ground plane. More specifically, the parasitic element 6 is substantially parallel to the side 22 where the parasitic side connection point is provided, among the four sides whose longitudinal portion 61 forms the outer periphery of the ground plane 2, and The non-feeding side connection point is arranged so as to be located closer to the fed element 5 than the open end.

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 longitudinal portion 51 and the side 21. The electrical length of the parasitic element 6 is set to one-eighth of the second wavelength, similarly to the powered element 5. The longitudinal portion 61 corresponds to an example of a second element side facing portion, particularly a parasitic second element side facing portion described in the claims.

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 ground plane 2, the patch antenna element 3, the fed element 5 and the parasitic element 6 in the overall configuration of the antenna device 100 described above will be summarized. As described above, the longitudinal part 51 of the power-supplied element 5 and the longitudinal part 61 of the parasitic element 6 face each of the two sides 21 and 22 that are perpendicular to each other provided in the ground plane 2. The patch antenna element 3 has a posture in which each side and each side of the ground plane 2 face each other (see FIG. 2).

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 patch antenna element 3, the side 32 on the side where the fed element 5 is provided faces the longitudinal portion 51 of the fed element 5. Of the four sides included in the patch antenna element 3, the side 33 on the side where the parasitic element 6 is provided faces the longitudinal portion 61 of the parasitic element 6.

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 patch antenna element 3, the side 32 facing the longitudinal part 51 of the power-supplied element 5 is referred to as a patch-side facing side, and the side 21 facing the longitudinal part 51 of the power-supplied element 5 in the ground plane 2 is This is called the main plate side facing side. The patch side facing side 32 corresponds to an example of a first element side facing portion recited in the claims, and the ground plane side facing side 21 corresponds to an example of a ground plane side facing portion recited in the claims.

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 element 5 in the cross-sectional view of the antenna device 100 taken along the line III-III shown in FIG. In the figure, D1 is the distance between the fed element 5 and the end of the patch antenna element 3 on the fed element 5 side (the distance between the elements), and D21 is the distance between the ground plane 2 and the patch antenna element 3 ( D22 represents the distance between the power-supplied element 5 and the end of the ground plane 2 on the power-supplied element 5 side (referred to as the second ground plane distance). For example, the inter-element distance D1 is set to 1/50 (about 4 mm) of the second wavelength. Further, the first ground plane distance D21 and the second ground plane distance D22 are each 1 / 100th (about 2 mm) of the second wavelength.

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 antenna device 100 may be designed as appropriate. However, the configuration of the present embodiment is intended to reduce the size of the antenna device that transmits and receives the circularly polarized wave having the first frequency and the circularly polarized wave having the second frequency. Here, in order to reduce the size of the antenna device 100, the inter-element distance D1 is set to be 1/50 of the second wavelength and is very close to each other.

(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 antenna device 100 will be described. First, the operation | movement at the time of transmitting / receiving the electromagnetic wave of a 1st frequency is demonstrated using FIG.

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 first frequency configuration 101 for transmitting and receiving the circularly polarized wave of the first frequency is the same as the configuration for transmitting and receiving the circularly polarized wave using a known patch antenna. That is, at the time of transmission of radio waves, two currents Ia and Ib that are orthogonal to each other and shifted in phase by 90 ° are excited in the patch antenna element 3 by the power supplied from the first power feeding unit 4. Then, circularly polarized waves (here, right-handed circularly polarized waves) are radiated into the space by the currents Ia and Ib.

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 second frequency configuration 102 for transmitting and receiving the circularly polarized wave of the second frequency includes a ground plane 2, a fed element 5, a parasitic element 6, and a second feeding unit 7.

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 element 5 and the parasitic element 6 are disposed along the sides 21 and 22 of the ground plane 2 that are orthogonal to each other so that the connection portion between the ground plane 2 and the ground plane 2 is close. In other words, the fed element 5 and the parasitic element 6 are arranged such that their longitudinal directions are orthogonal to each other and the open ends are separated from each other.

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 element 5 toward the open end does not intersect with a straight line passing through the longitudinal portion 61 of the parasitic element 6 and The arrangement is such that the half line extending from the right-angled portion of the element 6 toward the open end does not intersect with the straight line passing through the longitudinal portion 51 of the fed element 5.

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 ground plane 2 is indicated by reference numeral 25, and the position of the non-power supply side connection point is indicated by reference numeral 26. Further, apexes corresponding to both ends of the side 21 where the power-supplied side connection point 25 is provided are A and B, respectively, and apexes corresponding to both ends of the side where the non-feed side connection point 26 is provided are B and C. Side 21 and side 22 share vertex B.

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 side connection point 25 and the non-power-supply side connection point 26 on the side 21 and the side 22 of the ground plane 2. As can be seen by comparing FIG. 5 and FIG. 6, in the line segment from vertex A to vertex C in FIG. 6, the section from vertex A to vertex B represents side 21, and from vertex B to vertex C Represents the side 22. The section representing the side 22 and the section representing the side 21 are actually perpendicular.

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λ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-side connection point 25 is provided at a position where the distance from the vertex C on the outer periphery of the ground plane 2 is electrically a quarter wavelength of the second wavelength. That is, the sum of the length of the side 22 (= the length of the side 21) and the length from the apex B to the power-supplied side connection point 25 is electrically provided at a position where it is a quarter of the second wavelength. Note that λ 2 in FIG. 4 represents the wavelength of the second frequency radio wave (so-called waveguide wavelength) in the ground plane 2 shortened by the wavelength shortening effect by the substrate 1.

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 side connection point 26 is provided at a position where the distance from the apex A on the outer periphery of the ground plane 2 is electrically a quarter of the second wavelength. That is, the position of the parasitic side connection point 26 is provided at a position where the sum of the length of the side 21 and the length from the apex B to the parasitic side connection point 26 is electrically a quarter of the second wavelength.

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 ground plane 2 is about 117 mm, the length of one side of the ground plane 2 is a length corresponding to a quarter of the waveguide wavelength (about 29 mm). For example, it may be set to 25 mm. In that case, the distance from the vertex B to the power-supplied side connection point 25 may be 4 to 5 mm. That is, the sum of the electrical lengths from one side and the vertex B to the fed-side connection point 25 only needs to be a length corresponding to a quarter of the waveguide wavelength.

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 connection point 25 and the electrical length from the vertex A to the non-power-feeding connection point 26 are each a quarter of the second wavelength. However, the present invention is not limited to this. As another aspect, the electrical length from the vertex C to the fed-side connection point 25 and the electrical length from the vertex A to the non-feed-side connection point 26 are integral multiples of a quarter of the second wavelength. For example, it may be a length corresponding to one-half of the second wavelength or three-fourths.

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 second frequency configuration 102 having the configuration described above will be described. Since the operation at the time of transmission and the operation at the time of reception of the second frequency configuration 102 have symmetry, the following description will be given taking as an example the case of transmitting a radio wave of the second frequency.

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 power feeding unit 7 to the power-supplied element 5, and the current on the power-supplied element 5 is directed toward the open end. I1 flows. An image current I2 is induced in the vicinity of the outer periphery of the ground plane 2 by the current I1 flowing through the fed element 5. The image current I <b> 2 is induced in a direction from the vertex A toward the parasitic connection point 26 along the side 21.

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 ground plane 2 in parts other than the side 21 and the side 22, for example, the opposite side of the side 22 of the ground plane 2. However, since the electrical length from the vertex A to the non-feed side connection point 26 is a length corresponding to a quarter wavelength of the target radio wave, the image current I2 is the non-feed side connection point 26 and It is easy to form a standing wave having nodes (or antinodes) at each of the vertices A. Therefore, the image current I2 induced by the current I1 is mainly generated between the apex A and the non-feed side connection point 26. For the above reason, the vertex A can be regarded as the starting point of the image current I2.

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 parasitic connection point 26 flows into the parasitic element 6 from the parasitic connection point 26. The component is referred to as current I3 for convenience. Note that the phase of the current I3 flowing through the parasitic element 6 is such that the electrical length from the apex A to the parasitic connection point 26 is ¼ of the second wavelength. It will be 90 degrees behind.

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 parasitic element 6, an image current I4 is induced around the side 22 as shown in FIG. The direction of the image current I4 is the direction from the vertex C toward the power supply side connection point 25. Further, the phase of the image current I4 is delayed by 90 degrees with respect to the image current I2.

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-side connection point 25 is that the electrical length from the vertex C to the fed-side connection point 25 is ¼ of the second wavelength. This is because. That is, the image current I4 is generated between the vertex C and the power-supplied side connection point 25 due to the stability in the resonance state. Here, the stability of the resonance state refers to the ease of forming a standing wave node.

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 side connection point 26 to the fed side connection point 25, the image current I2 and the image current I4 overlap. Since the image current I2 and the image current I4 are currents in opposite directions, they behave so as to cancel each other.

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 second frequency configuration 102 described above. Between the vertex A of the ground plane 2 and the power supply side connection point 25, an image current I2a caused by the current I1 flowing through the power supplied element 5 flows. In addition, an image current I4a whose phase is delayed by 90 degrees with respect to the image current I2a flows between the vertex C of the ground plane 2 and the non-feed side connection point 26. Further, the sides 21 and 22 where the image currents I2a and I4a are generated are at right angles as shown in FIG.

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 ground plane 2. That is, the circularly polarized wave radiated by the second frequency configuration 102 is radiated in the direction in which the patch antenna element 3 exists.

(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 first frequency configuration 101 and the second frequency configuration)
When transmitting circularly polarized waves of the second frequency, a current flows through the fed element 5. The patch antenna element 3 generates an electric field Eb as shown in FIG. An electric field Eb in FIG. 10 represents an electric field generated in the vicinity of the patch-side facing side 32 in the patch antenna element 3.

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 patch antenna element 3 generates an electric field not only in the vicinity of the patch side facing side 32 but also in other regions. The electric field generated in the patch antenna element 3 is attenuated in amplitude and delayed in phase as the distance from the powered element 5 increases. That is, the electric field generated in the patch antenna element 3 is strongest in the vicinity of the patch-side facing side 32 and becomes weaker as the distance from the powered element 5 increases.

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 ground plane 2 as shown in FIG. An electric field Ea in FIG. 10 represents an electric field generated in the vicinity of the ground plane side facing side 21 in the ground plane 2. Similarly to the patch antenna element 3, the electric field generated in the ground plane 2 has a maximum amplitude in the vicinity of the ground plane side facing side 21, and an electric field distributed so that the amplitude decreases as the distance from the fed element 5 increases.

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 antenna device 100, the fed element 5, the ground plane 2, and the patch antenna element 3 are very close to the second wavelength. More specifically, the inter-element distance D1 is about 1/50 of the second wavelength, and the first ground plane distance D21 and the second ground plane distance D22 are also about 1/100 of the second wavelength. Yes.

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 element 5, the ground plane 2, and the patch antenna element 3 are very close to the second wavelength, respectively, and the first ground plane distance D 21 is also very close to the second wavelength. It is a small value.

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 side opposing side 21 and the electric field Eb generated in the vicinity of the patch side opposing side 32 have substantially the same amplitude and phase. Here, “substantially the same” means that the difference can be ignored.

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 power feeding unit 4 is installed in the vicinity of the patch-side facing side 32, for example, at the position indicated by P1 in FIG. 10, the difference in amplitude between the electric field of the patch antenna element 3 and the electric field of the ground plane 2 Since the phase difference is small, it is difficult for current to flow through the pins of the first power feeding unit 4. The vicinity here means a range in which the amplitude difference and the phase difference from the electric field of the ground plane 2 are small, and the radiation characteristic of the radio wave of the second frequency is not deteriorated by the current flowing through the pin of the first power feeding unit 4. do it.

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 ground plane 2 and the phase and amplitude of the electric field generated in the patch antenna element 3 increase as the distance from the powered element 5 increases. For example, when the first power feeding unit 4 is provided at the position P2, the amplitude and phase shift of the electric field between the patch antenna element 3 and the ground plane 2 is larger than when the first power feeding unit 4 is provided at P1, and the current is supplied to the first power feeding unit 4. Is easy to flow. That is, for example, when the first power feeding unit 4 is provided at a position away from the power-supplied element 5 such as P2, a current flows through the first frequency component 101, and the radiation characteristic of the radio wave of the second frequency is reduced. It will deteriorate.

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 antenna device 100 installs the first feeding unit 4 in the vicinity of the side 32 of the patch antenna element 3 that faces the fed element 5. According to such a configuration, it is possible to suppress the current flowing through the first power feeding unit 4 when transmitting and receiving radio waves of the second frequency. That is, according to such a configuration, it is possible to achieve both the size reduction of the antenna device 100 and the isolation in the radio wave of the second frequency.

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-side facing side 32 and in the vicinity of the ground plane-side facing side 21 due to the current flowing through the power-supplied element 5 are not limited to the above-described design values. When the distances D1 and D22 between the longitudinal portion 51 of the power-supplied element 5 and the patch-side facing side 32 and the ground-plate-side facing side 21 are within 1 / 25th of the second wavelength, It is assumed that the electric currents Ea and Eb that can be regarded as having the same amplitude and the same phase are generated in the vicinity of the patch side facing side 32 and in the vicinity of the ground plane side facing side 21 due to the current flowing through the element 5.

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-side facing side 32 and in the vicinity of the ground plane-side facing side 21 become equal. Then, as the first power feeding unit 4 is provided closer to the patch-side facing side 32, current due to the difference in electric field is less likely to flow, and isolation can be improved.

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 power supply unit 4 passes through the central portion Pc of the patch antenna element 3 and is closer to the element to be fed 5 than the straight line L2 parallel to the longitudinal part 51 of the power feed element 5. It is preferable to provide in. The central portion Pc here indicates a point-symmetric center of the patch antenna element 3.

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 power feeding part 4 may be provided in the position which shifted | deviated from the patch side opposing edge 32 to the center part side from a viewpoint of matching impedance with a coaxial cable besides isolation.

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 first feeding portion 4 is parallel to the longitudinal portion 61 of the parasitic element 6 through the central portion Pc of the patch antenna element 3 so that the first frequency configuration 101 operates more preferably. Although the example provided on the straight line L1 was described, it is not restricted to this. The 1st electric power feeding part 4 may be provided in the position P3 approached to the parasitic element 6 side a little from the straight line L1.

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 first frequency configuration 101 and the second frequency configuration when transmitting the second frequency circular polarization has been described above, but the same applies when receiving the second frequency circular polarization. is there.

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 power feeding unit 7 when transmitting / receiving the radio wave of the first frequency is a negligible value (a value within an allowable range). This is mainly because the inter-element distance D1, the first ground plane distance D21, and the second ground plane distance D22 are sufficiently long for the first wavelength (50 mm), and the first frequency component 101 is relatively narrow. This is because the frequency characteristics are in a band. The isolation between the first frequency configuration 101 and the second frequency configuration 102 at the first frequency is a sufficiently small value regardless of the position of the first power feeding unit 4.

(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 comparative configuration 100X shown in FIG. 11 will be introduced, and the effects of the antenna device 100 in this embodiment will be described. In the comparative configuration 100X shown in FIG. 11, the position of the first feeding unit 4 is the opposite side of the patch-side facing side 32 among the sides of the patch antenna element 3, that is, the central portion of the side farthest from the fed element 5. It is the structure provided in.

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 comparative configuration 100X and the antenna device 100 of the present embodiment. Here, the isolation (unit: dB) with respect to the second frequency radio wave is the power input to the second frequency radio frequency 102 when the second frequency radio wave 102 is radiated. And the magnitude of the ratio of the power returned from the first frequency configuration 101.

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 antenna device 100 according to the present embodiment, and the broken line indicates the isolation of the second frequency radio wave in the comparative configuration 100X. Here, since the GPS radio wave is assumed as the radio wave of the second frequency, the horizontal axis represents a value centering on 1.575 GHz where the GPS radio wave is used.

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 comparison configuration 100X has a value of −7 to 8 dB at any frequency, whereas according to the configuration of the present embodiment, the inter-element distance D1 is set to the second wavelength. Isolation can be suppressed to about -15 db even if it is made close to 1/50 of.

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 comparative configuration 100X and the antenna device 100 of the present embodiment. In general, when isolation is degraded, the axial ratio of circularly polarized waves is also degraded. In addition, it shows that circular polarization becomes an ellipse, so that an axial ratio is large. The horizontal axis indicates the frequency as in FIG.

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 comparative configuration 100X, the axial ratio is 3 or more even in the minimum value that protrudes downward, whereas in the configuration of this embodiment, the minimum value is less than 1. can do.

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 side facing side 21 and the patch side facing side 32. Similarly, the first ground plane distance D21 and the second ground plane distance D22 may be appropriately changed. For example, the first ground plane distance D21 may be a length corresponding to 1/50 of the second wavelength.

<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。
<Modification 1>
In the above-described embodiment, both the first frequency configuration 101 and the second frequency configuration 102 are provided on the front side of the substrate 1. However, the present invention is not limited to this. The first frequency component 101 may be disposed on the front surface of the substrate 1 and the second frequency component 102 may be disposed on the back surface. Further, in such a configuration, the ground plane 2 may be shared by the first frequency configuration 101 and the second frequency configuration 102 as in the embodiment, and members corresponding to different ground planes 2 may be used as the surface. You may arrange | position on the both sides of a back surface.

<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。
<Modification 2>
In the above, the configuration in which the position where the first power feeding unit 4 is provided is illustrated in the vicinity of the side 32 of the patch antenna element 3 that faces the power-supplied element 5, but is not limited thereto.

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 second frequency configuration 102, the fed element 5 and the parasitic element 6 operate symmetrically as shown in FIG. Therefore, even if the first power feeding section 4 is provided in the vicinity of the side 33 facing the parasitic element 6 in the patch antenna element 3 as shown in FIG. 14, the same effects as in the above-described embodiment can be obtained.

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 antenna device 100A according to the second modification, the first feeding unit 4 is preferably arranged on the parasitic element 6 side with respect to the straight line L1 from the viewpoint of ensuring isolation, and in particular, the patch antenna element 3 The configuration in which the first power feeding unit 4 is provided in the vicinity of the side facing the parasitic element 6 is most preferable. Of course, from the viewpoint of maintaining the axial ratio of the circularly polarized wave of the first frequency, it is preferable that the first power feeding unit 4 is disposed on the straight line L2. What is necessary is just to adjust the actual position of the 1st electric power feeding part 4 suitably so that the impedance matching with a coaxial cable can be taken.

<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)。
<Modification 3>
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 ground plane 2 and the patch antenna element 3) provided in the antenna device. However, the shape of each part constituting the antenna device is not limited to a shape such as a square or a rectangle. Furthermore, it is not limited to polygons such as hexagons and octagons. For example, you may deform | transform into the structure based on circular (an ellipse is included) (this is set as the modification 3).

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 antenna device 100B in Modification 3 includes a circular substrate (not shown), a ground plane 2B, a patch antenna element 3B, a first feeding unit 4B, a fed element 5B, a parasitic element 6B, The 2nd electric power feeding part 7B is provided.

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 ground plane 2B, the patch antenna element 3B, the first feeding part 4B, the fed element 5B, the parasitic element 6B, and the second feeding part 7 are in the order described, respectively, in the order described in the ground plane 2, the patch antenna element 3, the first This corresponds to the one power feeding unit 4, the power fed element 5, the parasitic element 6, and the second power feeding unit 7.

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 ground plane 2B, the patch antenna element 3B, and the first feeding unit 4B is a configuration for transmitting and receiving circularly polarized waves of the first frequency, and includes the ground plane 2B, the fed element 5B, the parasitic element 6B, And the structure which consists of 2nd electric power feeding part 7B is corresponded to the structure which transmits / receives the circularly polarized wave in a 2nd frequency.

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 first feeding portion 4B is provided in the vicinity of the portions 32B and 33B facing the longitudinal portion 51B of the fed element 5B or the longitudinal portion 61B of the parasitic element 6B on the outer periphery of the patch antenna element 3B. Thus, isolation at the second frequency can be suppressed.

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 base plate 2B is a part facing the longitudinal part 51B, that is, a part corresponding to the base plate side facing side in the embodiment.

<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。
<Modification 4>
Furthermore, in the above, the antenna device 100 that employs a configuration for transmitting and receiving circularly polarized waves using the fed element 5 and the parasitic element 6 is illustrated as a configuration for transmitting and receiving the radio wave of the second frequency. Not exclusively.

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 element 5, the parasitic element 6, and the second feeding unit 7 in the embodiment. A second power supply unit 7C for supplying power to the power supply. The electrical length of the fed element 5C is a quarter of the second wavelength, and the same structure as a known monopole antenna is provided by the fed element 5C, the ground plane 2, and the second feeding unit 7C. It has become.

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 ground plane 2 and the patch antenna element 3, similarly to the longitudinal portion of the fed element 5 in the embodiment. For convenience, the side facing the longitudinal part of the fed element 5C in the ground plane 2 and the side facing the longitudinal part of the fed element 5C in the patch antenna element 3 are respectively opposed to the ground plane side as in the embodiment. The side is referred to as the patch side facing side.

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 Modification 4, by providing the first power feeding unit 4 in the vicinity of the patch-side facing side, the longitudinal portion of the power-supplied element 5C, the ground-plate-side facing side, and the patch-side facing side are close to each other. Even if it is a case, the isolation with respect to the electromagnetic wave of a 2nd frequency can be reduced.

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 modification 4, the configuration for transmitting (and receiving) the radio wave of the second frequency with the linearly polarized wave has been described, but the configuration for transmitting and receiving the radio wave of the first frequency is not circularly polarized as well, You may transmit and receive by a linearly polarized wave. That is, the patch antenna element 3 may be configured not to include the notch 31.

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)

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、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.
請求項1において、
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.
請求項2において、
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.
請求項1から3の何れか1項において、
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.
請求項4において、
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.
請求項5において、
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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