JP4182161B2

JP4182161B2 - 立体アンテナ

Info

Publication number: JP4182161B2
Application number: JP37224498A
Authority: JP
Inventors: 正仁岩澤; 亮介三輪
Original assignee: Optex Co Ltd
Current assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000196338A; US6201514B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば人体検出器において人体検出を無線信号で送信するのに使用され、電界放射パターンが均一な立体アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放射指向特性（指向性）および電界利得はアンテナの重要な性質である。等方性アンテナは、全方向に一様にエネルギーを放射するもので、指向性を示す曲線はどの面においても円である。アンテナの指向性は用途によって要求が異なるが、人体検出器などにおける送信機用のアンテナは、人体検出器を取り付ける場所によって受信機との相対位置が変化するため、等方性であることが望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ダイポールアンテナで代表される線状のアンテナであるロッドアンテナは、電界利得は大きく、効率の良いアンテナである。しかし、例えば図５（ａ）に示す長さ方向をｚ方向とする微小ダイポールアンテナ１００の場合、図５（ｂ）に示すように、微小ダイポールアンテナ１００に垂直な面、つまりｘｙ平面では線１０１のように無指向性であるが、図５（ｃ）に示すように、微小ダイポールアンテナ１００を含む面、つまりｙｚ平面では線１０２のように８の字形指向性となるため、等方性ではない。また、ロッドアンテナを効率良いものとするためには、高さ方向であるｚ方向の長さを例えばλ／２，３λ／８，λ／４等にして波長λに対して共振させる必要があり、長いアンテナとなって小型化することが困難である。
【０００４】
これに対し、小型化するのに適しているのが、図６（ａ）に示すループアンテナ１１０である。ループアンテナ１１０は、波長λに対して１周長をλとして用いられる。しかし、ループアンテナ１１０も、図６（ｂ）に線１１１、および図６（ｃ）に線１１２でそれぞれ示すように、ループアンテナ１１０を含むｙｚ平面では８の字形指向性となるため、等方性でない。また、電界利得はロッドアンテナに比べて小さい。
【０００５】
そこで本発明は、小型でありながら、電界放射パターンは均一で、かつ利得が大きい立体アンテナを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の立体アンテナは、接地された平面状の導電パターンと、前記導電パターンと直交する軸心を持つ螺旋ループ状のアンテナ本体と、前記導電パターンと直交する方向に延び、前記アンテナ本体を導電パターンに接続するアンテナ接続部とを備え、前記アンテナ本体の導電パターンから前記螺旋ループの最上部までの高さＨと、前記アンテナ本体の前記螺旋ループの直径Ｄの比Ｈ／Ｄが、０．１以上１以下に設定され、前記導電パターンは、前記アンテナ本体と軸方向に対向して位置するほぼ全周に延びた平面視で環状の対向部を有している。
【０００７】
この構成によれば、立体アンテナ本体は螺旋ループ状であり、線状の長いものでないため、小型である。また、立体アンテナ本体の導電パターンからの高さＨとアンテナ本体の直径Ｄの比Ｈ／Ｄが、０．１以上であり、アンテナ接続部を備えているので、ループアンテナとは異なる構造である。一方、高さＨと直径Ｄの比Ｈ／Ｄが１以下であるので、ロッドアンテナとも異なる構造である。このように、アンテナ本体と接続部とを備えた立体的な構造とすることで、電界放射パターンが均一な等方性のアンテナとなる。また、このような構造とすることで、アンテナのキャパシタンス成分は導電パターンとアンテナ本体との距離に依存し、インダクタンス成分はアンテナの全長に依存する。したがって、アンテナが同調するためには導電パターンとアンテナ本体との距離およびアンテナの全長を調整すればよく、アンテナの全長のみを調整して同調させるロッドアンテナのようにアンテナを長くする必要がなく、アンテナを小型にすることができる。また、同調させることでアンテナの利得を大きくすることができる。
しかも、導電パターンは、アンテナ本体と軸方向に対向して位置するほぼ全周に延びた平面視で環状の対向部を有しているので、導電パターンの対向部がアンテナ本体と同程度の平面上の寸法を有するので、キャパシタンス成分を大きくしてアンテナを同調させることができる。
【０００９】
本発明の立体アンテナの好ましい実施形態では、前記アンテナ本体は１巻から４重巻に形成されている。この構成によれば、アンテナ本体が４重巻よりも大きいと、ロッドアンテナの形状に近づくために、指向性や利得において十分な特性が得られにくいが、巻数を４重巻以下にすることで、等方性、かつ利得の大きいアンテナとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、本発明の立体アンテナ１は、接地（図示せず）された平面状の導電パターン２と、この導電パターン２と直交する軸心Ｃ０を持つ螺旋ループ状のアンテナ本体３と、このアンテナ本体３を導電パターン２に接続するアンテナ接続部４とを備えた送信機用のアンテナである。導電パターン２は、樹脂のような絶縁性材料からなる基板５にパターン形成されている。また、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、アンテナ本体３の導電パターン２からの高さＨとアンテナ本体３の直径Ｄの比Ｈ／Ｄは約０．５である。Ｈ／Ｄは０．１以上１以下の範囲であればよいが、好ましくは０．５である。０．１未満であると、従来の二次元的なループアンテナと同様な構造および特性となり、１を越えると、従来のロッドアンテナと同様な構造および特性となる。Ｈ／Ｄを０．１〜１の範囲内に設定することで、ループアンテナおよびロッドアンテナとは異なる立体的な構造となり、電界放射パターンが均一な等方性のアンテナとなる。また、立体的な構造とすることで、アンテナのキャパシタンス成分は導電パターン２とアンテナ本体３との距離に依存し、インダクタンス成分はアンテナの全長に依存する。したがって、アンテナが同調するためには導電パターン２とアンテナ本体３との距離およびアンテナ１の全長を調整すればよい。
【００１１】
また、本実施形態ではアンテナ本体３は軸方向Ｚから見た平面視で円形であるが、楕円形、長円形、または角形などのいかなる形状でもよい。
【００１２】
導電パターン２は伝導性材料から成る円盤状であり、破線のハッチングで示すその外周部がアンテナ本体３と軸方向Ｚに対向して位置する全周に延びた、平面視で環状の対向部２１を有している。この対向部２１は平面上の寸法である外径がアンテナ本体３と同程度に大きいので、キャパシタンス成分を大きくしてアンテナを同調させることができる。導電パターン２は、アンテナ本体３の平面形状に合わせて、平面視で楕円形、長円形、または角形とされる。
【００１３】
また、アンテナ本体３は２重巻に形成されている。２重巻とは、導線を直径Ｄとなるように２回巻いたものである。アンテナ本体３が４重巻よりも大きいと、従来のロッドアンテナの形状に近づくために、利得および指向性において十分な特性が得られにくい。したがって、アンテナ本体３は１巻以上４重巻以下の範囲内が好ましく、特に２重巻が、生産性と小型化の面から好ましい。
【００１４】
本実施形態においては、導電パターン２は円盤状としたが、対向部２１のみを有するリング状であってもよい。また、対向部２１の一部が切れたものでもよい。つまり、所定のキャパシタンス成分を得ることができれば、対向部はいかなる形状でもよい。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ）に従来の円形ループアンテナ、図２（ｃ），（ｄ）にその電界利得の放射パターン、図３（ａ），（ｂ）に本実施形態による立体アンテナ、図３（ｃ），（ｄ）にその電界利得の放射パターンを示す。
まず、図２（ａ），（ｂ）に示すように、従来のループアンテナ１１０は基板１１５上に取り付けられている。円形状のループアンテナ１１０で囲まれたアンテナ面ＡＳは、基板１１５に直交している。この図２（ａ）のように、ループアンテナ１１０のアンテナ軸Ｃ１を垂直に配置して、アンテナ面ＡＳに沿い、かつアンテナ軸Ｃ１と直交する水平なＸ１方向における垂直偏波（実線）と水平偏波（破線）の測定した電界利得が、図２（ｃ）の０°における中心から放射方向への長さである。次に、ループアンテナ１１０の中心ＣＥを通る垂直なアンテナ軸Ｃ１を中心として、ループアンテナ１１０を矢印Ｒ１方向に４５°回転して垂直偏波と水平偏波の測定した電界利得が、図２（ｃ）の４５°における中心から放射方向への長さである。このように、図２（ｃ）に示す実線および破線は、図２（ａ）のループアンテナ１１０を矢印Ｒ１方向に回転させた時の電界利得の放射パターンである。
図２（ｄ）に示す実線および破線は、図２（ｂ）に示すように従来のループアンテナ１１０を配置して、アンテナ軸Ｃ１に沿った水平なＹ１方向を基準とし、基板１１５の表面に沿ってアンテナ面ＡＳと直交する軸Ｃ２を中心として矢印Ｒ２方向に回転させた時の電界利得の放射パターンである。図２（ａ）のようにループアンテナ１１０を配置した場合には、図２（ｃ）に示すように、アンテナ軸Ｃ１を中心として９０°または２７０°回転すると垂直偏波の電界利得が小さくなり、電界放射パターンは均一ではない、つまり等方性ではない。
【００１６】
図３（ａ），（ｂ）に示す本実施形態の立体アンテナ１も、前述のとおり、基板５上に取り付けられている。図３（ｃ）に示す実線および破線は、図３（ａ）に示すようにアンテナ本体３の軸心Ｃ０を垂直に配置して、軸心Ｃ０に直交する水平なＸ方向を基準とし、軸心Ｃ０を中心として矢印Ｒ３方向に回転させた時の電界利得の放射パターンである。また、図３（ｄ）は、図３（ｂ）に示すようにアンテナ本体３の軸心Ｃ０を水平に配置して、軸心Ｃ０に沿った水平なＹ方向を基準とし、導電パターン２に沿って軸心Ｃ０に直交する軸Ｃ４を中心として矢印Ｒ４方向に回転させた時の電界利得の放射パターンである。図３（ｃ）および（ｄ）からわかるように、立体アンテナ１をＲ３方向またはＲ４方向に回転しても垂直偏波および水平偏波の電界利得はほとんど変化せず、等方性である。また、電界利得の大きさは図２（ｃ），（ｄ）の従来のループアンテナよりも大きく、効率が良いことがわかる。
【００１７】
図４（ａ），（ｂ）に、図１（ｂ）に示した立体アンテナ１のアンテナ本体３の導電パターン２からの高さＨとアンテナ本体３の直径Ｄの比Ｈ／Ｄが２の場合の電界放射パターンを比較例として示す。図４（ａ）に示す実線および破線は、図３（ａ）に示すようにアンテナ本体３の軸心Ｃ０を垂直に配置して、軸Ｃ０に直交する水平なＸ方向を基準とし、軸心Ｃ０を中心として矢印Ｒ３方向に回転させた時の電界利得の放射パターンであり、つまり、図３（ｃ）に対応する。図４（ｂ）に示す実線および破線は、図３（ｂ）に示すようにアンテナ本体３の軸心Ｃ０を水平に配置して、軸心Ｃ０に沿った水平なＹ方向を基準とし、導電パターン２に沿って軸心Ｃ０に直交する軸Ｃ４を中心として矢印Ｒ４方向に回転させた時の電界利得の放射パターンであり、つまり、図３（ｄ）に対応する。図４（ｂ）に示すように、アンテナ軸Ｃ４を中心として０°に配置、または１８０°回転すると、水平偏波の電界利得が小さくなり、電界放射パターンは均一ではない、つまり等方性ではない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の立体アンテナによれば、ループアンテナとも、ロッドアンテナとも異なる立体的な構造が得られ、電界放射パターンが均一な等方性のアンテナとなる。また、アンテナが同調するためには導電パターンとアンテナ本体との距離およびアンテナの全長を調整すればよく、アンテナの全長のみを調整して同調させるロッドアンテナのようにアンテナを長くする必要がなく、アンテナを小型にすることができる。さらに、同調させることでアンテナの利得を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態にかかる立体アンテナの斜視図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその平面図である。
【図２】（ａ）は従来のループアンテナのＸ方向の電界利得の測定方法を示す正面図、（ｂ）はＹ方向の電界利得の測定方法を示す側面図、（ｃ）は（ａ）の測定による電界利得の放射パターン図、（ｄ）は（ｂ）の測定による電界利得の放射パターン図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態にかかる立体アンテナのＸ方向の電界利得の測定方法を示す正面図、（ｂ）はＹ方向の電界利得の測定方法を示す側面図、（ｃ）は（ａ）の測定による電界利得の放射パターン図、（ｄ）は（ｂ）の測定による電界利得の放射パターン図である。
【図４】高さＨとアンテナ本体３の直径Ｄの比Ｈ／Ｄが２の場合の電界利得の放射パターン図である。
【図５】（ａ）は従来の微小ダイポールアンテナの斜視図、（ｂ）は微小ダイポールアンテナに垂直な平面における指向性を示す図、（ｃ）は微小ダイポールアンテナを含む平面における指向性を示す図である。
【図６】（ａ）は従来のループアンテナの正面図、（ｂ）はループアンテナに直交する平面における指向性を示す図、（ｃ）はループアンテナを含む平面における指向性を示す図である。
【符号の説明】
１…立体アンテナ、２…導電パターン、３…アンテナ本体、４…接続部、２１…対向部、Ｃ０…軸心。

Claims

接地された平面状の導電パターンと、前記導電パターンと直交する軸心を持つ螺旋ループ状のアンテナ本体と、前記導電パターンと直交する方向に延び、前記アンテナ本体を導電パターンに接続するアンテナ接続部とを備え、
前記アンテナ本体の導電パターンから前記螺旋ループの最上部までの高さＨと、前記アンテナ本体の前記螺旋ループの直径Ｄの比Ｈ／Ｄが、０．１以上１以下に設定され、
前記導電パターンは、前記アンテナ本体と軸方向に対向して位置するほぼ全周に延びた平面視で環状の対向部を有している立体アンテナ。
請求項１において、前記アンテナ本体は１巻から４重巻に形成されている立体アンテナ。