JP4551151B2 - Biconical antenna - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信をおこなうためのバイコニカル・アンテナに関するものである。   The present invention relates to a biconical antenna for performing wireless communication.

近年、超広帯域を利用する通信技術であるＵＷＢ（Ultra Wideband）が注目されている（非特許文献１、非特許文献２参照）。ＵＷＢは、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの帯域において、幅がわずか１ｎｓ程度のパルスを使用する。周波数上で見ると、数ＧＨｚ幅という非常に広い帯域を占有する格好になる。したがって、高速通信をおこなうことが可能となる。   In recent years, attention has been paid to UWB (Ultra Wideband), which is a communication technology using ultra-wideband (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). UWB uses a pulse having a width of only about 1 ns in a band of 3.1 GHz to 10.6 GHz. When viewed in terms of frequency, it looks like it occupies a very wide band of several GHz width. Therefore, high-speed communication can be performed.

ＵＷＢでは通信可能距離が短いため、コンピュータと周辺機器とのデータ伝送をおこなうための無線インターフェースへの利用が考えられている（非特許文献３、非特許文献４参照）。   Since the communicable distance is short in UWB, use for a wireless interface for performing data transmission between a computer and peripheral devices is considered (see Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4).

ＵＷＢで使用されるアンテナには、バイコニカル・アンテナがある。バイコニカル・アンテナに関しては、特許文献１や特許文献２に、その構造などが開示されている。   An antenna used in UWB is a biconical antenna. Regarding the biconical antenna, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose the structure thereof.

図２２に示すように、一般的なバイコニカル・アンテナ４０は、円錐台形状の金属がギャップ４６を介して対向している。その内の一方が給電部４２であり、他方がグランド部４４である。給電部４２は、同軸ケーブル２４の中心線２０に接続されている。グランド部４４は、同軸ケーブル２４のシールド導体２２に接続されている。給電部４２の側面で電磁波の放射または受信をおこなう。   As shown in FIG. 22, a general biconical antenna 40 has a truncated cone-shaped metal facing each other through a gap 46. One of them is a power feeding part 42 and the other is a ground part 44. The power feeding unit 42 is connected to the center line 20 of the coaxial cable 24. The ground portion 44 is connected to the shield conductor 22 of the coaxial cable 24. Radiation or reception of electromagnetic waves is performed on the side surface of the power feeding unit 42.

上述したように、コンピュータでＵＷＢを使用することが考えられている。したがって、アンテナ４０をコンピュータに取り付けたりする必要があり、小型化することが望ましい。特にノート型パソコンに取り付ける場合は、アンテナ４０の小型化が望まれる。例えば、特許文献２では、ギャップ４６の長さが数ｃｍ、その他の部分も数十ｃｍくらいの大きさがあり、非常に大型である。なお、特許文献１には大きさは記載されていない。特許文献１や特許文献２には、アンテナ４０を小型化し、コンピュータの無線インターフェースとして使用するようなことは記載されていない。従来技術のままでは、バイコニカル・アンテナ４０を用いたコンピュータの無線インターフェースは断念しなくてはならない。   As described above, it is considered to use UWB in a computer. Therefore, it is necessary to attach the antenna 40 to the computer, and it is desirable to reduce the size. In particular, when attaching to a notebook personal computer, it is desired to reduce the size of the antenna 40. For example, in Patent Document 2, the length of the gap 46 is several centimeters, and the other portions are about tens of centimeters, which is very large. Patent Document 1 does not describe the size. Patent Documents 1 and 2 do not describe that the antenna 40 is miniaturized and used as a wireless interface of a computer. With the prior art, the computer's wireless interface using the biconical antenna 40 must be abandoned.

特開２００１−１８５９４２号公報JP 2001-185942 A 特開平９−８５５０号公報JP-A-9-8550 日経エレクトロニクス ２００３ ２−１７ no.８４１ 日経ＢＰ社Nikkei Electronics 2003 2-17 no.841 Nikkei Business Publications, Inc. NIKKEIMICRODEVICES ２００３．８ No.２１８ 日経ＢＰ社NIKKEIMICRODEVICES 2003.8 No.218 Nikkei Business Publications, Inc. 日経エレクトロニクス ２００４ ２−１６ no.８６７ 日経ＢＰ社Nikkei Electronics 2004 2-16 no.867 Nikkei BP 日経エレクトロニクス ２００４ ３−１５ no.８６９ 日経ＢＰ社Nikkei Electronics 2004 3-15 no.869 Nikkei Business Publications, Inc.

本発明の目的は、コンピュータなどの無線インターフェースとして利用可能なように小型化されたバイコニカル・アンテナを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a biconical antenna that is miniaturized so that it can be used as a wireless interface of a computer or the like.

本発明のバイコニカル・アンテナの要旨は、導体で形成され、頂部に平面を有する円錐台形状である給電部と、導体で形成され、頂部に平面を有する円錐台形状であり、前記給電部とは平面同士がギャップを有して対向しているグランド部と、前記給電部とグランド部との間を満たす誘電体と、を有する。   The gist of the biconical antenna of the present invention is a feeding portion that is formed of a conductor and has a truncated cone shape having a flat surface at the top, and a truncated cone shape that is formed of a conductor and has a flat surface at the top portion. The plane portion includes a ground portion facing each other with a gap, and a dielectric filling the gap between the power feeding portion and the ground portion.

前記給電部とグランド部とは、円錐台形状の高さが同じであってもよい。   The power feeding portion and the ground portion may have the same height of the truncated cone shape.

前記給電部とグランド部とは、円錐台形状の高さが異なっていてもよい。   The power feeding portion and the ground portion may have different frustoconical heights.

前記給電部とグランド部において、円錐台形状の高さが異なる場合、給電部の方が円錐台形状の高さが高くなっている。   When the height of the truncated cone shape is different between the feeding portion and the ground portion, the height of the truncated cone shape is higher in the feeding portion.

円錐台形の高さが異なる場合、円柱形状の導体で形成され、前記グランド部の底部に接続されたグランド補強部を有する。   When the frustoconical shapes have different heights, a ground reinforcing portion is formed of a cylindrical conductor and connected to the bottom portion of the ground portion.

前記給電部の頂部に円盤形状のリフレクターを設けてもよい。   A disk-shaped reflector may be provided on the top of the power feeding unit.

カットする周波数にあわせて前記円盤形状の直径が異なるようにする。   The diameter of the disk shape is made different according to the frequency to be cut.

本発明は、給電部とグランド部との間を誘電体で満たすことによって、小型化が可能である。これは誘電体の比誘電率が空気よりも高く、アンテナ内での電磁波（信号）の波長を短くすることができるためである。小型化されることにより、コンピュータなどに取り付けが容易になる。   The present invention can be miniaturized by filling a gap between the power feeding portion and the ground portion with a dielectric. This is because the relative permittivity of the dielectric is higher than that of air, and the wavelength of the electromagnetic wave (signal) in the antenna can be shortened. The downsizing makes it easy to attach to a computer or the like.

次に、本発明のバイコニカル・アンテナの実施形態について図面を用いて説明する。   Next, an embodiment of the biconical antenna of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１の本発明のバイコニカル・アンテナ１０ａは、給電部１２ａとグランド部１４ａを有する。給電部１２ａとグランド部１４ａは、頂部Ａ，Ａ’に平面を有する円錐台形状である。頂部Ａ，Ａ’同士がギャップ１６ａを有して対向している。給電部１２ａとグランド部１４ａの頂部Ａ，Ａ’同士および底部Ｂ，Ｂ’同士は平行になっている。給電部１２ａとグランド部１４ａは銅などの導体で形成される。また、給電部１２ａとグランド部１４ａの内部を樹脂などで形成し、その表面を導体で覆う構成であっても良い。これは、いわゆる表皮厚さまでしか、電磁波が導体内を伝搬できないからである。なお、後の実施例２などで示すリフレクターやグランド補強部についても同様である。   The biconical antenna 10a of the present invention shown in FIG. 1 has a power feeding part 12a and a ground part 14a. The power feeding portion 12a and the ground portion 14a have a truncated cone shape having a flat surface at the top portions A and A '. The top portions A and A 'are opposed to each other with a gap 16a. The top portions A and A 'and the bottom portions B and B' of the power feeding portion 12a and the ground portion 14a are parallel to each other. The power feeding portion 12a and the ground portion 14a are formed of a conductor such as copper. Moreover, the structure which forms the inside of the electric power feeding part 12a and the ground part 14a with resin etc., and covers the surface with a conductor may be sufficient. This is because electromagnetic waves can propagate through the conductor only up to the so-called skin thickness. The same applies to the reflector and the ground reinforcing portion shown in the second embodiment.

給電部１２ａとグランド部１４ａの間を誘電体１８で満たしている。すなわち、給電部１２ａとグランド部１４ａの頂部Ａ，Ａ’同士および側面同士は、誘電体１８を介して対向している。給電部１２ａ、グランド部１４ａおよび誘電体１８で円柱形状になる。   The space between the power feeding part 12a and the ground part 14a is filled with a dielectric 18. That is, the top portions A and A ′ and the side surfaces of the power feeding portion 12 a and the ground portion 14 a are opposed to each other via the dielectric 18. The power feeding portion 12a, the ground portion 14a, and the dielectric 18 are cylindrical.

給電部１２ａとグランド部１４ａの間を誘電体１８で満たすことによって、バイコニカル・アンテナ１０ａの小型化が可能となる。これは、空気と比べて誘電体１８の方が比誘電率が高く、アンテナ１０ａ内での電磁波（信号）の波長が短くなるためである。誘電体１８としては、例えばエポキシ樹脂やアルミナなどである。なお、給電部１２ａとグランド部１４ａの間は、図１に示すように、円錐台形状の傾斜面同士の間を含む。   By filling the space between the power feeding portion 12a and the ground portion 14a with the dielectric 18, the size of the biconical antenna 10a can be reduced. This is because the dielectric 18 has a higher dielectric constant than air, and the wavelength of the electromagnetic wave (signal) in the antenna 10a is shortened. The dielectric 18 is, for example, an epoxy resin or alumina. In addition, as shown in FIG. 1, between the electric power feeding part 12a and the ground part 14a includes between the frustoconical inclined surfaces.

バイコニカル・アンテナ１０ａは、信号が伝搬する中心導体２０と、中心導体２０を被覆する絶縁体と、絶縁体を被覆するシールド導体２２とを有する同軸ケーブル２４を有する。中心導体２０と絶縁体とは、グランド部１４ａの中心を貫き、中心導体２０は給電部１２ａの頂部Ａに接続される。シールド導体２２は、グランド部１４ａに接続されている。   The biconical antenna 10a has a coaxial cable 24 having a center conductor 20 through which a signal propagates, an insulator covering the center conductor 20, and a shield conductor 22 covering the insulator. The center conductor 20 and the insulator penetrate the center of the ground portion 14a, and the center conductor 20 is connected to the top portion A of the power feeding portion 12a. The shield conductor 22 is connected to the ground part 14a.

同軸ケーブル２４は、コネクタ２６が設けられており、種々の回路にアンテナ１０ａが接続できるようになっている。   The coaxial cable 24 is provided with a connector 26 so that the antenna 10a can be connected to various circuits.

以上が本発明のバイコニカル・アンテナの基本的な形状であり、以下、図１の形状をはじめとして、種々の形状について説明する。   The above is the basic shape of the biconical antenna of the present invention, and various shapes including the shape of FIG. 1 will be described below.

給電部１２ａとグランド部１４ａとが同一形状の場合について説明する。給電部１２ａとグランド部１４ａは同じ形状である。ギャップ１６ａの中心において、給電部１２ａとグランド部１４ａとが対象になっている。   A case where the power feeding unit 12a and the ground unit 14a have the same shape will be described. The power feeding part 12a and the ground part 14a have the same shape. In the center of the gap 16a, the power feeding part 12a and the ground part 14a are targeted.

バイコニカル・アンテナ１０ａの形状の一例としては、円錐台形状の底部Ｂ，Ｂ’は直径１５ｍｍ、頂部Ａ，Ａ’は直径２．４ｍｍ、高さは１３ｍｍである。給電部１２ａとグランド部１４ａの頂部Ａ，Ａ’同士が平行になっている。ギャップ６ａは１．５ｍｍである。誘電体１８の比誘電率は３．６である。   As an example of the shape of the biconical antenna 10a, the bottoms B and B 'of the truncated cone shape have a diameter of 15 mm, the tops A and A' have a diameter of 2.4 mm, and the height is 13 mm. The top portions A and A 'of the power feeding portion 12a and the ground portion 14a are parallel to each other. The gap 6a is 1.5 mm. The relative dielectric constant of the dielectric 18 is 3.6.

図１の場合のシミュレーション結果を図２に示す。このシミュレーションにおいては、同軸ケーブル２４はグランド部１４ａの底部Ｂ’で終了するように設定している。シミュレーションはＡｎｓｏｆｔ社のＨＦＳＳを使用している。ＵＷＢ使用帯域である３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚにおいてＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）が２以下となっている。ＶＳＷＲは１に近いほうがアンテナ特性としてよく、２以下であれば十分にアンテナとして使用できる。   The simulation result in the case of FIG. 1 is shown in FIG. In this simulation, the coaxial cable 24 is set to end at the bottom B ′ of the ground portion 14a. The simulation uses Ansoft HFSS. The VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) is 2 or less in the UWB usage band of 3.1 GHz to 10.6 GHz. The VSWR is closer to 1 for better antenna characteristics, and if it is 2 or less, it can be used as an antenna.

実際に作成したバイコニカル・アンテナのＶＳＷＲを図３に示す。同軸ケーブル２４の長さは、グランド部１４ａの底面Ｂ’から３０〜４０ｍｍである。シミュレーション結果と同様に、ＵＷＢ使用帯域においてＶＳＷＲが２以下になっている。シミュレーションと同様に、本発明はアンテナ特性が良いことがわかる。   FIG. 3 shows the VSWR of the actually created biconical antenna. The length of the coaxial cable 24 is 30 to 40 mm from the bottom surface B 'of the ground portion 14a. Similar to the simulation result, VSWR is 2 or less in the UWB usage band. As with the simulation, it can be seen that the present invention has good antenna characteristics.

上記の形状から、一部の形状を変更して、種々のシミュレーションをおこない、上記の形状が最適であることを求めたので、以下に示す。   Various shapes were changed from the above shapes, and various simulations were performed to find that the above shapes are optimal.

誘電体１８の比誘電率を４．０にし、ギャップ１６ａを変化させた場合、図４に示すように、１．５ｍｍの場合に最も良い結果が得られた。また、ギャップ１６ａが１．２ｍｍや１．８ｍｍであっても結果は良好であった。ギャップ１６ａは１．２〜１．７ｍｍ程度が良く、１ｍｍより短くなったり、２ｍｍより長くなったりするとアンテナ特性が悪くなる。   When the relative permittivity of the dielectric 18 was set to 4.0 and the gap 16a was changed, the best result was obtained in the case of 1.5 mm as shown in FIG. The results were good even when the gap 16a was 1.2 mm or 1.8 mm. The gap 16a is preferably about 1.2 to 1.7 mm, and if it is shorter than 1 mm or longer than 2 mm, the antenna characteristics deteriorate.

バイコニカル・アンテナ１０ａの給電部１２ａおよびグランド部１４ａの高さを変化させた場合のＶＳＷＲを図５に示す。高さが、１２ｍｍまたは１３ｍｍの場合に良好なアンテナ特性が得られている。この高さの変化は１ｍｍの変化で、ＶＳＷＲの値が大きく変化することがわかる。   FIG. 5 shows the VSWR when the heights of the power feeding portion 12a and the ground portion 14a of the biconical antenna 10a are changed. Good antenna characteristics are obtained when the height is 12 mm or 13 mm. It can be seen that the height change is 1 mm, and the value of VSWR changes greatly.

バイコニカル・アンテナ１０ａのアンテナ幅、すなわち給電部１２ａとグランド部１４ａの底面Ｂ，Ｂ’の直径を変化させた場合のＶＳＷＲの値を図６に示す。１５ｍｍから１７ｍｍでアンテナ特性が良いのが確認できる。１３ｍｍとなるとアンテナ特性が悪化する帯域が現れる。アンテナの小型化を考慮すると、１５ｍｍが最も良い。   FIG. 6 shows the value of VSWR when the antenna width of the biconical antenna 10a, that is, the diameters of the bottom surfaces B and B 'of the power feeding portion 12a and the ground portion 14a is changed. It can be confirmed that the antenna characteristics are good at 15 mm to 17 mm. When it is 13 mm, a band in which the antenna characteristic deteriorates appears. Considering the miniaturization of the antenna, 15 mm is the best.

小型形状にすることを目的とすると誘電体１８の比誘電率を高くすることが考えられる。このことについて、比誘電率を種々変化させたシミュレーション結果を図７に示す。比誘電率が３．６のときに最もよい結果がでており、４．０の場合でもほぼ良好な結果である。単に比誘電率を高くしても、アンテナとして所望の働きをしないことがわかる。   For the purpose of reducing the size, it is conceivable to increase the relative dielectric constant of the dielectric 18. FIG. 7 shows the simulation results for various changes in the relative permittivity. The best result is obtained when the relative dielectric constant is 3.6, and the result is almost satisfactory even when the relative dielectric constant is 4.0. It can be seen that simply increasing the relative dielectric constant does not perform the desired function as an antenna.

以上、種々のシミュレーションおよび実験において、給電部１２ａとグランド部１４ａとの間に誘電体１８を有するバイコニカル・アンテナ１０ａは、アンテナとして所望の働きをすることがわかった。必要な帯域でＶＳＷＲが２以下となり、アンテナとして実用的である。誘電体１８を設けたことによって、従来と比べて小型化されている。小型になったことによって、コンピュータなどに取り付けたときに場所をとらないなどメリットが大きい。   As described above, in various simulations and experiments, it was found that the biconical antenna 10a having the dielectric 18 between the power feeding unit 12a and the ground unit 14a functions as an antenna. In a necessary band, VSWR is 2 or less, which is practical as an antenna. By providing the dielectric 18, the size is reduced as compared with the prior art. Due to the small size, there are great advantages such as saving space when attached to a computer.

バイコニカル・アンテナ１０ａの製造は、（１）導体を円錐台形の形状に削りだすか、または銅板を金型で打ち抜いた電極で給電部１２ａとグランド部１４ａを形成する。また、樹脂などで円錐台形を形成し、その表面に無電解メッキなどをおこない、導体で覆ってもよい。   The biconical antenna 10a is manufactured by (1) forming a power feeding portion 12a and a ground portion 14a with electrodes obtained by cutting a conductor into a truncated cone shape or punching a copper plate with a die. Alternatively, a truncated cone shape may be formed of resin or the like, and electroless plating or the like may be performed on the surface and covered with a conductor.

（２）グランド部１４ａの導体の中心を貫通する穴を形成し、同軸ケーブル２４をその穴に通す。   (2) A hole penetrating the center of the conductor of the ground portion 14a is formed, and the coaxial cable 24 is passed through the hole.

（３）同軸ケーブル２４の中心導体２０を給電部１２ａに接続し、シールド導体２２は穴の中でグランド部１４ａに接続する。このとき、給電部１２ａとグランド部１４ａは頂部が対向するようにする。また、給電部１２ａとグランド部１４ａとは所定のギャップ１６ａを有して配置される。   (3) The central conductor 20 of the coaxial cable 24 is connected to the power feeding part 12a, and the shield conductor 22 is connected to the ground part 14a in the hole. At this time, the tops of the power feeding unit 12a and the ground unit 14a are opposed to each other. Further, the power feeding part 12a and the ground part 14a are arranged with a predetermined gap 16a.

（４）給電部１２ａとグランド部１４ａとの間を誘電体１８で満たす。誘電体１８を満たす方法は、（Ａ）円筒形の容器に上記（３）までで形成された中間製品を入れる。（Ｂ）円筒形の容器の中に溶融された誘電体１８を流し込み、誘電体１８を固化させる。このとき、誘電体１８に空気が入り込まないように、真空引きによって脱泡することが望ましい。すなわち、脱泡成形をおこなう。（Ｃ）容器から誘電体１８が固化された中間製品を取り出し、誘電体１８の不要な部分を削り、円柱形状にする。   (4) The space between the power feeding portion 12a and the ground portion 14a is filled with the dielectric 18. In the method of filling the dielectric 18, (A) the intermediate product formed up to the above (3) is placed in a cylindrical container. (B) The molten dielectric 18 is poured into a cylindrical container, and the dielectric 18 is solidified. At this time, it is desirable to defoam by vacuuming so that air does not enter the dielectric 18. That is, defoaming is performed. (C) The intermediate product in which the dielectric 18 is solidified is taken out from the container, and unnecessary portions of the dielectric 18 are cut into a cylindrical shape.

（５）同軸ケーブル２４にコネクタ２６を接続することによって、バイコニカル・アンテナ１０ａが完成する。なお、（５）の工程は（４）の工程の前におこなっていてもよい。   (5) By connecting the connector 26 to the coaxial cable 24, the biconical antenna 10a is completed. In addition, the process of (5) may be performed before the process of (4).

従来と比較して、誘電体１８を形成する上記（４）の工程が追加されている。（４）の工程を追加することによって、アンテナ１０ａの形状が小型化されるメリットがある。   Compared with the prior art, the step (4) for forming the dielectric 18 is added. By adding the step (4), there is an advantage that the shape of the antenna 10a is reduced.

給電部１２ｂとグランド部１４ｂとの形状が異なる場合について説明する。図８に示すように、給電部１２ｂとグランド部１４ｂとは、円錐台形状の高さが異なる。給電部１２ｂとグランド部１４ｂにおいて、給電部１２ｂの方が円錐台形状の高さが高くなっている。   A case where the shapes of the power feeding unit 12b and the ground unit 14b are different will be described. As shown in FIG. 8, the power feeding portion 12b and the ground portion 14b have different truncated cone heights. In the power supply part 12b and the ground part 14b, the power supply part 12b has a higher truncated cone shape.

給電部１２ｂの頂部Ａにはリフレクター３０ｂを設ける。リフレクター３０ｂは円盤形状である。リフレクター３０ｂは、高域周波数を緩やかにカットする働きがある。なお、リフレクター３０ｂの無い構成であっても良い。   A reflector 30b is provided at the top A of the power feeding unit 12b. The reflector 30b has a disk shape. The reflector 30b has a function of gently cutting the high frequency. In addition, the structure without the reflector 30b may be sufficient.

円柱形状の導体で形成され、グランド部１４ｂの底部Ｂ’に接続されたグランド補強部２８ｂを有する。例えば、グランド部１４ｂの底部Ｂ’の直径とグランド補強部２８ｂの直径は、同じである。グランド補強部２８ｂは、グランド部１４ｂの高さが、給電部１２ｂより低くなっているため、グランドとしての容量が小さくなっているのを補うものである。   It has a ground reinforcing portion 28b formed of a cylindrical conductor and connected to the bottom portion B 'of the ground portion 14b. For example, the diameter of the bottom part B 'of the ground part 14b and the diameter of the ground reinforcing part 28b are the same. The ground reinforcement portion 28b compensates for a reduction in the capacitance as the ground because the height of the ground portion 14b is lower than that of the power feeding portion 12b.

バイコニカル・アンテナ１０ｂの形状の一例を以下に示す。給電部１２ｂおよびグランド部１４ｂの底部Ｂ，Ｂ’と頂部Ａ，Ａ’の直径は、それぞれ１１．０ｍｍと２．８ｍｍである。給電部１２ｂの高さは８．０ｍｍ、グランド部１４ｂの高さは５．０ｍｍである。リフレクター３０ｂの直径は２．８ｍｍであり、高さは１．０ｍｍである。グランド部１４ｂの頂部Ａ’からリフレクター３０ｂまでのギャップ１６ｂは２．８ｍｍである。グランド補強部２８ｂの高さは１３．０ｍｍである。誘電体１８の比誘電率は３．６である。実施例１と比較して全体の高さは高くなっているが、直径が小さくなっている。   An example of the shape of the biconical antenna 10b is shown below. The diameters of the bottom portions B and B 'and the top portions A and A' of the power feeding portion 12b and the ground portion 14b are 11.0 mm and 2.8 mm, respectively. The height of the power feeding part 12b is 8.0 mm, and the height of the ground part 14b is 5.0 mm. The reflector 30b has a diameter of 2.8 mm and a height of 1.0 mm. A gap 16b from the top A 'of the ground part 14b to the reflector 30b is 2.8 mm. The height of the ground reinforcing portion 28b is 13.0 mm. The relative dielectric constant of the dielectric 18 is 3.6. Compared to Example 1, the overall height is higher, but the diameter is smaller.

上記の形状のバイコニカル・アンテナ１０ｂのＶＳＷＲのシミュレーション結果を図９に示す。同軸ケーブル２４が、グランド補強部２８ｂの底面Ｄからはみ出さない状態でシミュレーションをおこなっている。ＵＷＢの使用帯域においてＶＳＷＲは２以下となっている。また、使用帯域外ではＶＳＷＲが高くなっている。特に３．１ＧＨｚ付近で、急激にＶＳＷＲが高くなっており、アンテナとして必要な周波数のみを使用できることがわかる。すなわち、必要な帯域だけ使用することができ、アンテナ特性として良好である。また、小型になっており、場所をとらない。   FIG. 9 shows a simulation result of the VSWR of the biconical antenna 10b having the above shape. The simulation is performed in a state where the coaxial cable 24 does not protrude from the bottom surface D of the ground reinforcing portion 28b. The VSWR is 2 or less in the UWB usage band. Further, the VSWR is high outside the use band. In particular, in the vicinity of 3.1 GHz, the VSWR is rapidly increased, and it can be seen that only the frequency necessary for the antenna can be used. That is, only a necessary band can be used, and the antenna characteristics are good. In addition, it is small and does not take up space.

図９のシミュレーション結果に基づいて、上記の形状のバイコニカル・アンテナ１０ｂを実際に制作し、そのＶＳＷＲの値を図１０に示す。同軸ケーブル２４の長さは、グランド補強部２８ｂの底部Ｄから３０〜４０ｍｍである。シミュレーション結果と同様の結果となっている。アンテナとして良好な結果となっている。   Based on the simulation result of FIG. 9, the biconical antenna 10b having the above shape is actually produced, and the value of the VSWR is shown in FIG. The length of the coaxial cable 24 is 30 to 40 mm from the bottom D of the ground reinforcing portion 28b. The result is similar to the simulation result. It is a good result as an antenna.

上記の形状から、一部の形状を変更して、種々のシミュレーションをおこない、上記の形状が最適であることを求めたので、以下に示す。   Various shapes were changed from the above shapes, and various simulations were performed to find that the above shapes are optimal.

バイコニカル・アンテナ１０ｂのギャップ１６ｂを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を図１１に示す。ギャップ１６ｂが２．８ｍｍの場合に最も良いアンテナ特性となる。２．２ｍｍや３．４ｍｍとなると低域または高域の周波数でＶＳＷＲが２以上となり、アンテナ特性が悪化するのがわかる。   FIG. 11 shows a simulation result of VSWR when the gap 16b of the biconical antenna 10b is changed. The best antenna characteristics are obtained when the gap 16b is 2.8 mm. It can be seen that when the thickness is 2.2 mm or 3.4 mm, the VSWR becomes 2 or more at low or high frequencies, and the antenna characteristics deteriorate.

図１２に、バイコニカル・アンテナ１０ｂの給電部１２ｂの高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す。給電部１２ｂは、８ｍｍのときが最もアンテナ特性がよい。また、６ｍｍや１０ｍｍとなると低域または高域の周波数でＶＳＷＲが２以上となり、アンテナ特性が悪化するのがわかる。数ミリの高さの違いによってアンテナ特性が大きく変化するのがわかる。   FIG. 12 shows a simulation result of VSWR when the height of the power feeding unit 12b of the biconical antenna 10b is changed. The power feeding unit 12b has the best antenna characteristics when it is 8 mm. It can also be seen that when the thickness is 6 mm or 10 mm, the VSWR becomes 2 or more at a low frequency or high frequency, and the antenna characteristics deteriorate. It can be seen that the antenna characteristics change greatly depending on the height difference of several millimeters.

バイコニカル・アンテナ１０ｂのグランド部１４ｂの高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を図１３に示す。また、上記の形状の中でグランド部１４ｂの高さを変化させてシミュレーションをおこなった場合、５．０ｍｍが最適である。グランド部１４ｂの高さが、４．０ｍｍ以下または６．０ｍｍ以上になると、ＶＳＷＲの値が３．１ＧＨｚ付近で高くなり、アンテナ特性が悪化する。   FIG. 13 shows the VSWR simulation result when the height of the ground portion 14b of the biconical antenna 10b is changed. Further, when the simulation is performed by changing the height of the ground portion 14b in the above shape, 5.0 mm is optimal. When the height of the ground portion 14b is 4.0 mm or less or 6.0 mm or more, the value of VSWR increases in the vicinity of 3.1 GHz, and the antenna characteristics deteriorate.

バイコニカル・アンテナ１０ｂのグランド補強部２８ｂの高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を図１４に示す。グランド補強部２８ｂの高さが１３ｍｍから１５ｍｍの場合にアンテナ特性が良いのがわかる。１１ｍｍとなると、低域周波数でＶＳＷＲが２以上となり、アンテナ特性が悪化する。これは、ある一定以上の高さとなると、グランドとしての十分な機能を確保できるからである。アンテナの小型化を考慮すると、１３ｍｍが最も良い。   FIG. 14 shows a VSWR simulation result when the height of the ground reinforcing portion 28b of the biconical antenna 10b is changed. It can be seen that the antenna characteristics are good when the height of the ground reinforcing portion 28b is 13 mm to 15 mm. When it is 11 mm, the VSWR becomes 2 or more at a low frequency, and the antenna characteristics deteriorate. This is because a sufficient function as a ground can be secured when the height exceeds a certain level. Considering miniaturization of the antenna, 13 mm is the best.

図１５に、バイコニカル・アンテナ１０ｂの幅、すなわち給電部１２ｂとグランド部１４ｂの底部Ｂ，Ｂ’の直径を変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す。直径が１１ｍｍまたは１２ｍｍの場合にＶＳＷＲが２以下となり、アンテナ特性がよい。アンテナの小型化を考慮すると、１１ｍｍが好ましい。   FIG. 15 shows a VSWR simulation result when the width of the biconical antenna 10b, that is, the diameters of the bottom portions B and B 'of the power feeding portion 12b and the ground portion 14b is changed. When the diameter is 11 mm or 12 mm, the VSWR is 2 or less, and the antenna characteristics are good. In consideration of miniaturization of the antenna, 11 mm is preferable.

バイコニカル・アンテナ１０ｂのリフレクター３０ｂの高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を図１６に示す。リフレクター３０ｂによって、高域の周波数をカットできるのがわかる。ＵＷＢ使用帯域からはずれたところでＶＳＷＲが２以上となっており、必要な周波数以外をカットできるのがわかる。リフレクター３０ｂの高さが１．０ｍｍまたは１．５ｍｍでアンテナ特性が良くなっている。小型化を考慮すると、高さが１．０ｍｍが好ましい。   FIG. 16 shows the simulation result of VSWR when the height of the reflector 30b of the biconical antenna 10b is changed. It can be seen that the high frequency can be cut by the reflector 30b. The VSWR is 2 or more when it deviates from the UWB usage band, and it can be seen that other than the necessary frequency can be cut. The antenna characteristics are good when the height of the reflector 30b is 1.0 mm or 1.5 mm. In consideration of miniaturization, the height is preferably 1.0 mm.

誘電体１８の比誘電率を変化させた場合のシミュレーション結果を図１７に示す。比誘電率３．６の場合が最も良く、その他３．０や４．０の場合もアンテナ特性はよい。したがって、単に比誘電率を高くするだけでは、アンテナの特性としては良くならないことがわかる。   FIG. 17 shows a simulation result when the relative dielectric constant of the dielectric 18 is changed. The relative dielectric constant of 3.6 is the best, and the antenna characteristics are also good when the dielectric constant is 3.0 or 4.0. Therefore, it can be seen that simply increasing the relative dielectric constant does not improve the antenna characteristics.

以上、給電部１２ｂとグランド部１４ｂの高さを異なるようにすることによって、アンテナ１０ｂの形状を小型にできることが確認できた。コンピュータやその周辺機器に取り付ける場合に有利である。   As described above, it was confirmed that the shape of the antenna 10b can be reduced by making the heights of the power feeding portion 12b and the ground portion 14b different. This is advantageous when it is attached to a computer or a peripheral device.

実施例１のバイコニカル・アンテナ１０ａを基にして、図１８に示すようにリフレクター３０ｃを設けた場合の実施例を説明する。リフレクター３０ｃは、給電部１２ｃの頂部に設ける。リフレクター３０ｃは、円盤形状である。リフレクター３０ｃの高さは１ｍｍである。   Based on the biconical antenna 10a of the first embodiment, an embodiment in which a reflector 30c is provided as shown in FIG. 18 will be described. The reflector 30c is provided on the top of the power feeding unit 12c. The reflector 30c has a disk shape. The height of the reflector 30c is 1 mm.

リフレクター３０ｃの直径Ｃを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を図１９に示す。直径１０ｍｍのリフレクター３０ｃを用いると５ＧＨｚ帯域をカットできることがわかる。すなわち、リフレクター３０ｃによって、バンド・ストップ・フィルターを構成できることが確認できる。リフレクター３０ｃによって所望の周波数をカットできる場合、アンテナ１０ｃに接続するバンド・ストップ・フィルターを設ける必要が無くなる。   A simulation result of VSWR when the diameter C of the reflector 30c is changed is shown in FIG. It can be seen that the 5 GHz band can be cut by using the reflector 30c having a diameter of 10 mm. That is, it can be confirmed that the band stop filter can be configured by the reflector 30c. When a desired frequency can be cut by the reflector 30c, it is not necessary to provide a band stop filter connected to the antenna 10c.

実施例２のバイコニカル・アンテナ１０ｂを基にして、リフレクター３０ｄの直径Ｃを図２０に示すように変化させた場合のシミュレーション結果を図２１に示す。５ＧＨｚ以上の高域周波数をカットできることがわかる。小型でかつ高域の周波数をカットできることができる。高域の周波数をカットしたい場合、図２０のバイコニカル・アンテナ１０ｄを使用することによって、アンテナ１０ｄに接続されるバンド・ストップ・フィルターなどを削除することができる。   FIG. 21 shows a simulation result when the diameter C of the reflector 30d is changed as shown in FIG. 20 based on the biconical antenna 10b of the second embodiment. It can be seen that a high frequency of 5 GHz or more can be cut. It is small and can cut high frequency. When it is desired to cut a high frequency, the band stop filter connected to the antenna 10d can be deleted by using the biconical antenna 10d of FIG.

実施例３および実施例４において、リフレクター３０ｃ，３０ｄによって特定の周波数をカットできることがわかった。バイコニカル・アンテナ１０ｃ，１０ｄに接続されるバンド・ストップ・フィルターなどを削除することも可能となる。アンテナ１０ｃ，１０ｄで特定の周波数カットをおこなっても良いし、アンテナ１０ｃ，１０ｄに接続される回路で特定の周波数カットをおこなっても良く、アンテナ１０ｃ，１０ｄや回路の設計の柔軟性が高まる。   In Example 3 and Example 4, it turned out that a specific frequency can be cut with the reflectors 30c and 30d. It is also possible to delete the band stop filter connected to the biconical antennas 10c and 10d. A specific frequency cut may be performed by the antennas 10c and 10d, or a specific frequency cut may be performed by a circuit connected to the antennas 10c and 10d, so that the flexibility of designing the antennas 10c and 10d and the circuit is increased.

以上、実施例１から実施例４において種々の実験およびシミュレーションをおこなった。本発明は誘電体１８を設けることによって、空気と比較して比誘電率が高くなるため、アンテナの小型化が可能となった。アンテナをコンピュータなどに取り付けるのも容易になり、ケーブルなしてデータの送受信をおこなうことが可能となる。また、種々の実験およびシミュレーションにより、小型でかつ最適なアンテナ特性を示すアンテナを設計することができた。   As described above, various experiments and simulations were performed in Example 1 to Example 4. In the present invention, by providing the dielectric 18, the relative permittivity becomes higher than that of air, so that the antenna can be downsized. The antenna can be easily attached to a computer or the like, and data can be transmitted and received without a cable. Also, through various experiments and simulations, it was possible to design a small antenna that exhibits optimum antenna characteristics.

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。   In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, modifications, and changes are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the gist thereof.

本発明のバイコニカル・アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the biconical antenna of this invention. 図１のバイコニカル・アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR of the biconical antenna of FIG. 図１のバイコニカル・アンテナの実際のＶＳＷＲの測定値を示す図である。It is a figure which shows the measured value of actual VSWR of the biconical antenna of FIG. 図１のバイコニカル・アンテナのギャップを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the gap of the biconical antenna of FIG. 図１のバイコニカル・アンテナの給電部およびグランド部の高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the height of the electric power feeding part and ground part of the biconical antenna of FIG. 図１のバイコニカル・アンテナの給電部とグランド部の底面の直径を変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the VSWR simulation result at the time of changing the diameter of the electric power feeding part of the biconical antenna of FIG. 1, and the bottom face of a ground part. 図１のバイコニカル・アンテナの比誘電率を変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the dielectric constant of the biconical antenna of FIG. 給電部とグランド部とが非対称になっているバイコニカル・アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the biconical antenna with which an electric power feeding part and a ground part are asymmetrical. 図８のバイコニカル・アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR of the biconical antenna of FIG. 図８のバイコニカル・アンテナの実際のＶＳＷＲの測定値を示す図である。It is a figure which shows the measured value of actual VSWR of the biconical antenna of FIG. 図８のバイコニカル・アンテナのギャップを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the gap of the biconical antenna of FIG. 図８のバイコニカル・アンテナの給電部の高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the VSWR simulation result at the time of changing the height of the electric power feeding part of the biconical antenna of FIG. 図８のバイコニカル・アンテナのグランド部の高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the height of the ground part of the biconical antenna of FIG. 図８のバイコニカル・アンテナのグランド補強部の高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the height of the ground reinforcement part of the biconical antenna of FIG. 図８に示すバイコニカル・アンテナの給電部とグランド部の底部の直径を変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the VSWR simulation result at the time of changing the diameter of the feed part of the biconical antenna shown in FIG. 8, and the bottom part of a ground part. 図８のバイコニカル・アンテナのリフレクターの高さを変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the height of the reflector of the biconical antenna of FIG. 図８のバイコニカル・アンテナのリフレクターの比誘電率を変化させた場合のＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR at the time of changing the dielectric constant of the reflector of the biconical antenna of FIG. リフレクターを取り付けたバイコニカル・アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the biconical antenna which attached the reflector. 図１８のバイコニカル・アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR of the biconical antenna of FIG. リフレクターを取り付けたバイコニカル・アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the biconical antenna which attached the reflector. 図２０のバイコニカル・アンテナのＶＳＷＲのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of VSWR of the biconical antenna of FIG. 従来のバイコニカル・アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional biconical antenna.

符号の説明Explanation of symbols

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，４０：バイコニカル・アンテナ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，４２：給電部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，４４：グランド部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，４６：ギャップ
１８：誘電体
２０：中心導体
２２：シールド導体
２４：同軸ケーブル
２６：コネクタ
２８ｂ，２８ｄ：グランド補強部
３０ｂ，３０ｃ，２０ｄ：リフレクター 10a, 10b, 10c, 10d, 40: Biconical antenna 12a, 12b, 12c, 12d, 42: Feeding part 14a, 14b, 14c, 14d, 44: Ground part 16a, 16b, 16c, 16d, 46: Gap 18: Dielectric 20: Center conductor 22: Shield conductor 24: Coaxial cable 26: Connector 28b, 28d: Ground reinforcement part 30b, 30c, 20d: Reflector

Claims (3)

少なくとも表面が導体で形成され、頂部に平面を有する円錐台形状である給電部と、
少なくとも表面が導体で形成され、頂部に平面を有する円錐台形状であり、前記給電部とは頂部の平面同士がギャップを有し、対向して配置されているグランド部と、
前記給電部とグランド部との間を満たす誘電体と、
を有するバイコニカル・アンテナであって、
前記給電部の頂部に円柱形状のリフレクターを有し、
前記給電部の頂部に備えられた前記円柱形状のリフレクターの直径を変化させることにより、カットする周波数を変化させ得ることを特徴とするバイコニカル・アンテナ。 A power feeding portion having a truncated cone shape having at least a surface formed of a conductor and having a flat surface at the top;
At least the surface is formed of a conductor and has a truncated cone shape having a flat surface at the top, and the power supply portion has a gap between the flat surfaces at the top and a ground portion disposed opposite to the ground portion,
A dielectric that fills between the power feeding portion and the ground portion;
A biconical antenna having
It has a cylindrical reflector at the top of the power feeding unit,
The biconical antenna, wherein a frequency to be cut can be changed by changing a diameter of the columnar reflector provided at the top of the power feeding unit. 請求項１に記載のバイコニカル・アンテナであって、
前記円柱形状のリフレクターの高さが略１ｍｍであり、直径が略２．８ｍｍであることを特徴とするバイコニカル・アンテナ。 The biconical antenna according to claim 1,
A biconical antenna, wherein the cylindrical reflector has a height of about 1 mm and a diameter of about 2.8 mm. 請求項１および／または２に記載のバイコニカル・アンテナであって、
前記給電部とグランド部との間を満たす誘電体はエポキシ樹脂であることを特徴とするバイコニカル・アンテナ。 Biconical antenna according to claim 1 and / or 2,
The biconical antenna, wherein the dielectric that fills between the power feeding portion and the ground portion is an epoxy resin.
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