JP4555060B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
この発明は、放射導体部にスイッチ機構を装荷し、スイッチの切り替えにより素子単体で直交する直線偏波を共用したり、あるいは右/左施円偏波を共用したりできる、レーダ等のアンテナ装置に関するものである。 The present invention provides an antenna device such as a radar, in which a switch mechanism is loaded on a radiating conductor, and linearly polarized waves orthogonal to each other can be shared by switching the switches, or right / left applied circularly polarized waves can be shared. It is about.
近年、レーダの分野において、目標を認識する意外に類別するという機能が求められている。このためには、以前よりも多くの情報を得ることで精度を高める必要がある。一方で、レーダシステムの設置場所の縮小も叫ばれている。すなわち、アンテナに求められる技術は小形化を図りつつの機能拡大にある。取得情報量を増やすためには、使用周波数を拡大する、使用偏波を増やすなどが考えられる。これらをアンテナ単体で実現できれば小形化も達成される。例えば、マイクロストリップアンテナ(あるいはパッチアンテナ)において、使用周波数を拡大する、すなわち、広帯域化する技術として、放射導体上方に無給電素子を設けることが一般的である。近年では、U字スロットパッチアンテナが盛んに研究されている(例えば、特許文献1参照)。
また、半導体で使われるシリコンウエハやガラス基板上に、主に半導体の製造技術を用いて作る非常に微細で新しい加工技術であるMEMS(Micro−Electro−Mechanical Systems)は、加工高精度化、量産容易性に優れている特徴をもつ。この技術を用いて電子回路と機械部品を一体形成することで精密な動作制御の可能性が開けるといった利点もある。近年は、このMEMS技術は通信分野にも適用されつつあるが、前記レーダ分野においても、その発展が期待されている。
In recent years, in the field of radar, a function of unexpectedly recognizing targets has been demanded. For this purpose, it is necessary to improve accuracy by obtaining more information than before. On the other hand, the reduction of the installation location of the radar system is also screamed. That is, the technology required for the antenna is to expand the function while reducing the size. In order to increase the amount of acquired information, it is conceivable to increase the use frequency or increase the use polarization. If these can be realized with a single antenna, miniaturization can be achieved. For example, in a microstrip antenna (or patch antenna), a parasitic element is generally provided above a radiating conductor as a technique for expanding a use frequency, that is, for widening the band. In recent years, a U-shaped slot patch antenna has been actively studied (for example, see Patent Document 1).
In addition, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), which is a very fine and new processing technology that is mainly made using semiconductor manufacturing technology on silicon wafers and glass substrates used in semiconductors, has improved processing accuracy and mass production. It has a feature that is easy to use. There is also an advantage that the possibility of precise operation control is opened by integrally forming an electronic circuit and a mechanical part using this technique. In recent years, the MEMS technology is being applied to the communication field, but its development is also expected in the radar field.
U字スロットパッチアンテナは、一般に広帯域特性を有することが示されている。また、給電ピンを放射導体の中央に配置しているので、給電ピンからの再放射による放射特性の非対称性を緩和することができる利点もある。しかしながら、広帯域に亘って直線偏波を放射するが、その他の偏波をアンテナ素子単体で共用することは不可能であった。共用するには、ごく近傍に90度回転させた状態の別素子を配置しなくてはならず、設置場所の縮小には困難を極めるものとなった。特に、アレー化する際には異なる偏波素子間の素子間結合などの課題も考慮しなければならなかった。 U-slot patch antennas have been shown to generally have wideband characteristics. Further, since the feed pin is arranged at the center of the radiation conductor, there is an advantage that asymmetry of the radiation characteristic due to re-radiation from the feed pin can be reduced. However, although linearly polarized waves are radiated over a wide band, it is impossible to share other polarized waves with a single antenna element. In order to share it, another element rotated 90 degrees must be disposed in the very vicinity, and it has become extremely difficult to reduce the installation location. In particular, when arraying, problems such as inter-element coupling between different polarization elements had to be considered.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、素子単体にて広帯域に亘って複数偏波特性を有するアンテナ装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an antenna device having a plurality of polarization characteristics over a wide band with a single element.
この発明に係るアンテナ装置は、素子単体で複数の偏波を共用するアンテナ装置であって、誘電体基板の表面に形成された方形の放射導体と、前記誘電体基板の裏面に形成された地導体と、前記放射導体の中央に接続され、前記地導体側から前記放射導体に給電する導体ピンと、前記放射導体と前記導体ピンの接続位置を取り囲むよう、かつ前記放射導体の辺に平行となるように前記放射導体上に設けられ、一辺の長さが使用周波数の波長に対して短く、順に隣り合う第1、第2、第3及び第4の辺から構成される方形ループ状のスロット線路と、前記方形ループ状のスロット線路上に所定の間隔で配置され、前記スロット線路の遮断の有無を切り替える複数の切り替え手段と、前記スロット線路の第1の辺に配置された複数の切り替え手段をON状態にして前記スロット線路をそれぞれ遮断し、第1の直線偏波が放射されるよう、第1のU字スロットを形成するとともに、前記スロット線路の第1の辺と隣り合う第2の辺に配置された複数の切り替え手段をON状態にして前記スロット線路をそれぞれ遮断し、前記第1の直線偏波と直交する第2の直線偏波が放射されるよう、第2のU字スロットを形成する制御回路とを設けたものである。
An antenna device according to the present invention is an antenna device that shares a plurality of polarizations with a single element, and includes a rectangular radiation conductor formed on the surface of a dielectric substrate and a ground formed on the back surface of the dielectric substrate. A conductor, a conductor pin that is connected to the center of the radiation conductor, feeds the radiation conductor from the ground conductor side , and surrounds a connection position of the radiation conductor and the conductor pin , and is parallel to the side of the radiation conductor. As described above , a rectangular loop-shaped slot line comprising first, second, third, and fourth sides, which are provided on the radiation conductor and have a length of one side that is shorter than the wavelength of the used frequency and that are sequentially adjacent to each other. When the are arranged at predetermined intervals on the square loop-shaped slot line, a plurality of switching means for switching whether blocking of the slot line, a plurality of switching means arranged on a first side of said slot line A first U-shaped slot is formed so that the slot lines are respectively cut off and the first linearly polarized waves are radiated, and a second side adjacent to the first side of the slot line is formed. The second U-shaped slot is formed so that a plurality of switching means arranged in the block are turned on to cut off the slot lines and radiate a second linearly polarized wave orthogonal to the first linearly polarized wave. And a control circuit to be formed.
この発明に係るアンテナ装置は、素子単体にて広帯域に亘って複数偏波特性を得ることができるという効果を奏する。
また、MEMS技術による切り替え手段とアンテナとの一体加工で構成する場合には、小型化、量産製造容易性等のメリットも得られる。
The antenna device according to the present invention has an effect that a plurality of polarization characteristics can be obtained over a wide band with a single element.
Moreover, when it comprises by the integral process of the switching means and antenna by a MEMS technique, merit, such as size reduction and mass-production manufacture ease, is also acquired.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置について図1から図4までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成と動作を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
An antenna device according to
図1(a)において、上段はアンテナ装置を上方より見た図、下段は上段のAA’線における断面を示す図である。 In FIG. 1A, the upper part is a view of the antenna device as viewed from above, and the lower part is a view showing a cross section taken along the line AA 'of the upper part.
図1において、この実施の形態1に係るアンテナ装置は、誘電体基板1と、誘電体基板1の裏面に形成された地導体2と、誘電体基板1の表面に形成された放射導体3と、導体ピン4と、放射導体3上に設けられたスロット線路5と、スロット線路5を遮断するための複数の切り替え手段(スイッチ)6とが設けられている。
1, the antenna device according to the first embodiment includes a
導体ピン4は、放射導体3とその中央で接続し、地導体2との間でギャップ給電できるような構造をもち、配置されている(給電点)。一般に、同軸線路の芯線を給電用導体ピンに用いるが、この場合、同軸線路の外導体と地導体2とは接続され、地導体2中に接続を避ける穴を介して芯線は放射導体3と接続される構造をとる。
The
放射導体3上に設けられたスロット線路5は、給電点の周りを方形ループ状に取り囲んでいる。この方形ループ状スロット線路5のサイズは、整合する際のパラメータとなる。スロット線路5を遮断するための切り替え手段(スイッチ)6は、ON状態でスロット線路5を遮断しており、OFF状態は逆に開放している。なお、切り替え手段(スイッチ)6のON、OFFを制御する制御回路については、後述する実施の形態3で説明する。
The
つぎに、この実施の形態1に係るアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the antenna device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
特許文献1に記載されたU字スロットパッチアンテナは、図1(a)において、切り替え手段6がなく、また、方形ループ状スロット線路5の上辺(図上)がなくU字状となっている。つまり、スロット線路5は、放射導体3上に設けられ給電点の周りをU字状に取り囲んでいる。このU字状スロットの位置、長さによって使用周波数帯域が異なる。通常のピン給電タイプのパッチアンテナでは、整合を取るために給電ピンの位置を放射導体中央から端部にずらした位置、例えば、図1では点線AA‘と中心にて直交する直線がスロット線路5と交わった点(通常のパッチアンテナの給電ピン位置)に配置する。しかし、U字スロットパッチアンテナの場合、給電ピンは放射導体3の中央に設ける。スロット線路5は、整合素子としての働きをし、上記通常のパッチアンテナの給電ピン位置に設けた場合と同様な整合状態を実現することが特許文献1に記されている。U字スロットパッチアンテナの場合、点線AA‘と直交する方向、すなはち、U字スロットの開放している方向の直線偏波を放射する。以後の説明では送信に用いる場合について説明するが、アンテナの可逆性から直線偏波を受信することも可能である。
The U-shaped slot patch antenna described in
この実施の形態1では、U字スロットを実現するために、方形ループ状スロット線路5における、ある部分に装荷されている複数の切り替え手段6をON状態とする。ここで、切り替え手段6の装荷される間隔は、使用周波数の波長に対して無視できる長さであればよい。
In this
図1(b)では、方形ループ状スロット線路5の4つの辺のうち上側の辺上に装荷されている切り替え手段6(濃いハッチングがされている)をON状態とする。これにより、図の点線で囲まれた部分にU字スロットが形成され、矢印方向(垂直方向)の直線偏波が放射される。一方、図1(c)のように切り替え手段6の状態を変化させると水平方向に直線偏波が放射される。
In FIG. 1 (b), the switching means 6 (highly hatched) loaded on the upper side of the four sides of the square
以上のように、切り替え手段6のスイッチングによって、アンテナ素子単体において直交する直線2偏波を自由に切り替えることが実現できる。 As described above, by switching of the switching means 6, it is possible to freely switch between two orthogonal linearly polarized waves in the antenna element alone.
図1では、方形パッチアンテナのサイズを縦と横で異なるように記しており、それに伴ってループ状スロットの形も長方形としている。この場合、垂直偏波と水平偏波とでは周波数が異なることになる。言うもでもなく、両偏波で周波数を等しくするためには方形パッチおよびループ状スロット線路5を正方形にすればよい。
In FIG. 1, the size of the rectangular patch antenna is shown to be different vertically and horizontally, and accordingly, the shape of the loop-shaped slot is also rectangular. In this case, the frequency differs between vertical polarization and horizontal polarization. Needless to say, in order to equalize the frequencies of both polarized waves, the square patch and the loop-shaped
実際、直交2偏波を実現するには、方形ループ状スロット線路5の全周に切り替え手段6を設ける必要はなく、接する2辺のみに切り替え手段6を設ければよい。この実施の形態で全周に設けているのは以下の事由による。導体ピン4を放射導体3の中央となる位置に配しているので、導体ピン4からの再放射による放射特性の非対称性はないが、スロットを放射導体3上に設けており、これがパッチアンテナのE面カット内(偏波方向に一致する)においては非対称に設けられているので、その影響で多少なりにもE面パターンには非対称性が生じる。そこで、図1(b)において、ON状態の切り替え手段6を給電点に対して反対側とすることでE面パターンの非対称性を180度反転させることができる。僅かではあるが、スイッチングにより指向性の切り替えが可能となる。
Actually, in order to realize orthogonal two polarized waves, it is not necessary to provide the switching means 6 on the entire circumference of the square
給電点を取り囲むループ状スロットの形状であるが、方形ループでなければならないというものではなく、楕円形、円形、多角形などであってもかまわない。 The shape of the loop-shaped slot surrounding the feeding point is not limited to a square loop, and may be an ellipse, a circle, a polygon, or the like.
図2(a)では、方形ループ状スロット線路5の各頂点にのみ切り替え手段6を設けている構造が示されている。任意の隣り合う頂点に配置されている2個の切り替え手段6をON状態とする。ここで、ON状態の切り替え手段6に挟まれるループ状スロット線路5の一辺の長さが使用周波数の波長に対して短い、例えば1/2波長以下であれば、上記で説明してきたU字スロットパッチアンテナとしての動作をし、切り替え手段6のON/OFF状態を切り替えることで直線偏波の偏波方向の切り替えができる。
FIG. 2A shows a structure in which the switching means 6 is provided only at each vertex of the square
図2(a)では、図1に比べて切り替え手段6の個数を低減できるので、構造を容易にでき、コスト削減を実現できる。 In FIG. 2A, since the number of switching means 6 can be reduced as compared with FIG. 1, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
さらに、図2(b)は方形ループ状スロット線路5の任意の3頂点にのみ切り替え手段6を設けている構造が示されている。この3個の切り替え手段6のうち任意の隣り合う頂点に配置されている2個の切り替え手段6をON状態とする。これによっても上記のようにU字スロットパッチアンテナとしての動作をし、切り替え手段6のON/OFF状態を切り替えることで直線偏波の偏波方向の切り替えができる。図2(a)に対して、さらなる切り替え手段6の個数の削減が可能である。
Further, FIG. 2B shows a structure in which the switching means 6 is provided only at arbitrary three vertices of the rectangular
図3は、図1に示すアンテナ装置での方形の放射導体3の対向する2つの頂点の部分に切り欠き7を施したものである。直線偏波を放射することができる図1に示したアンテナ装置において、その直線偏波方向に沿った線分に対して放射導体3を線対称とならないように変形させる。図3(a)及び(b)では、放射導体3の対向する2つの頂点の部分に切り欠き部7を設けている。これにより、楕円偏波を放射することが可能となる。
FIG. 3 shows a structure in which a
また、放射導体3が正方形である場合には、上記の切り欠き部7を設けることで円偏波を放射することができる。
Further, when the
さらに、切り欠き部7を放射導体3の対向するもう一方の頂点に移動させることなく、上記で述べた、直交する直線偏波を切り替える切り替え手段6のスイッチング動作によって円偏波で右旋、左旋を切り替えることができる。
Furthermore, without moving the
図4は、図1に示すアンテナ装置において切り替え手段6のON/OFF状態を変えたものである。図4において、8は放射導体3における一方の対角線、9はループ状スロット5と切り替え手段6とで構成されたスロット線路である。10は同様な特性を有するピン給電タイプのパッチアンテナにおける給電点位置を示す。
FIG. 4 shows a change in the ON / OFF state of the switching means 6 in the antenna apparatus shown in FIG. In FIG. 4, 8 is one diagonal line in the
スロット線路9は点線で囲んだ形となっており、放射導体3の対角線8に対して線対称となっている。この場合、通常のピン給電タイプのパッチアンテナとしたときの給電点位置は、図中の点10とみなせる。このとき、通常のピン給電タイプのパッチアンテナは放射導体3が長方形である場合に円偏波を発生することから、図4に示すアンテナ装置においても円偏波を発生させることが可能となる。切り替え手段6のON/OFF状態のスイッチングによりアンテナ素子単体で円偏波を右旋と左旋に切り替えることが可能である。なお、スロット線路9の形状が方形ループの2辺のみで構成されるV字状となってもかまわない。
The
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置について図5及び図6を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
An antenna device according to
図5は、アンテナ装置の概略図(上方より見る)を示している。図5において、上記実施の形態1と同様のものについては説明を省略する。ここで、放射導体3は円形となっており、円形パッチアンテナを構成している。導体ピン4を放射導体3の中央に接続し、この位置を取り囲むように円形ループ状のスロット線路5を放射導体3上に設けている。また、スロット線路5の遮断の有無を切り替える手段6をスロット線路5上に任意の間隔を隔てて複数配置されている。なお、切り替え手段(スイッチ)6のON、OFFを制御する制御回路については、後述する実施の形態3で説明する。
FIG. 5 shows a schematic diagram (viewed from above) of the antenna device. In FIG. 5, the description of the same components as those in the first embodiment is omitted. Here, the
つぎに、この実施の形態2に係るアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the antenna device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
円形ループ状のスロット線路5に装荷されている切り替え手段6のうち、ある一部分の切り替え手段6をON状態とする。これにより導体ピン4が放射導体3と接続されている位置(給電点)を取り囲むスロット線路5が一部分遮断された状態となる。上記実施の形態1で述べたように、スロット線路5が遮断された部分と給電点を結ぶ直線に沿った直線偏波を発生することができる。ここで、ON状態となる切り替え手段6の位置を変えることによって偏波方向の切り替えが離散的ではあるが360度可能である。すなわち、切り替え手段6をできる限り密に装荷することで連続的な偏波方向の切り替えが実現できる。
Among the switching means 6 loaded on the circular loop-shaped
放射導体3およびスロット線路5が給電点に対して点対称の関係にあるため切り替えたときの各状態におけるアンテナ特性はどれも同一である。これより、水平方向での角度依存性がないことになる。
Since the radiating
図5ではスロット線路5を円形ループとしているが、切り替え手段6の装荷する位置を頂点とした正多角形としても問題ない。
In FIG. 5, the
図6は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の別の構成を示す図である。図6(a)及び(b)は、円形放射導体3の中心(すなわち給電点)と切り替える手段6がON状態となっている部分(濃いハッチングがされている)とを結ぶ線分(直線偏波方向)21に対して円形放射導体3の中心と斜め45度に交差する線分22において、放射導体3の端部と交わる、円形放射導体3の中心に対して対向する部分に凹型の切り欠き部23、あるいは凸型の突出部24を設けている。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the antenna apparatus according to
次に、動作について説明する。切り替え手段6をスイッチングすることで直線偏波を図6に示す方向に向けられるアンテナ装置において、図6に示すように直線偏波方向を示す線分21に対して給電点にて斜め45度に交差する線分22と放射導体3の端部との交点の位置に凹型の切り欠き部23、あるいは凸型の突出部24を設けているので、円偏波を放射することが可能である。そこで、図6の直線偏波方向とは直交する直線偏波を形成するように切り替え手段6のスイッチング動作を行なうことで、円偏波の偏波成分(右旋/左旋)を切り替えることが可能となる。
Next, the operation will be described. In the antenna device in which the linearly polarized wave is directed in the direction shown in FIG. 6 by switching the switching means 6, as shown in FIG. 6, the
放射導体3が円形でなく楕円形である場合、あるいは、線分22が線分21と斜め45度で交差しない場合には、楕円偏波を発生させることができる。
When the radiating
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置について図7から図9までを参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の構成を示す図である。また、図8は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の切り替え手段の詳細構成を示す図である。
An antenna device according to
図7は、アンテナ装置の概略図(上方より見る)を示している。図7において、上記実施の形態1と同様のものについては説明を省略する。ここで、スロット線路5の遮断の有無を切り替える切り替え手段6として可動電極を高周波回路と分離して構成されるMEMSスイッチを想定する。バイアス線路31は可動電極側に接続され、バイアス線路32は吸引電極側に接続されている。なお、図7ではバイアス線路は一組の切り替える手段6に関してのみ図示している。
FIG. 7 shows a schematic diagram (viewed from above) of the antenna device. In FIG. 7, the description of the same components as those in the first embodiment is omitted. Here, a MEMS switch configured by separating the movable electrode from the high-frequency circuit is assumed as the switching means 6 for switching whether the
図8は、図7中のA部の詳細構造を示す。図8において、絶縁体33は放射導体3に接続されている。ストリップ導体34は絶縁体33に設けられ、可動電極35は同じく絶縁体33に設けられ、導線36は可動電極35同士を接続する。また、吸引電極37はスロット線路5内に設けられ、導線38は吸引電極37同士を接続する。導線36、38はそれぞれ2個の可動電極35、吸引電極37を同電位とするために設けるものである。
FIG. 8 shows the detailed structure of part A in FIG. In FIG. 8, the
次に、図8のスイッチの動作について説明する。バイアス線路31、32、ストリップ導体34、可動電極35、導線36、吸引電極37、導線38、及びDC電源でスイッチの制御回路が構成されている。可動電極35と吸引電極37との間に所望の電圧値がかかると両者は引き付け合い、接触する。これに伴い、絶縁体33に設けられたストリップ導体34はスロット線路5によって分離されている放射導体3を短絡する。これはスイッチのON状態である。逆に、電圧が所望値からずれると可動電極35と吸引電極37との間の吸引力は低下し、両者は離れ、ストリップ導体34も放射導体3から離れる。これはスイッチのOFF状態である。ここで、可動電極35にはバイアス線路31、吸引電極37にはバイアス線路32がそれぞれ接続されており、両線路はDC電源につながれており、電極間に電圧をかけることができる。このDC電源を制御することで所望の電圧を任意に設定でき、スイッチの切り替えが可能となる。
Next, the operation of the switch of FIG. 8 will be described. The
次に、本実施の形態3のアンテナ装置の動作説明であるが、上記実施の形態1等で述べたことと同様であるのでここでは説明を省略する。さて、スロット線路5の遮断の有無を切り替える切り替え手段6をMEMSスイッチで構成するため、MEMSプロセス加工により本アンテナ装置を一体加工でき、大量生産に優れている利点がある。また、微細加工技術であるため、アンテナの小型化も可能である。
Next, the operation of the antenna apparatus according to the third embodiment will be described. Since it is the same as that described in the first embodiment, the description thereof is omitted here. Now, since the switching means 6 for switching the presence / absence of blocking of the
スロット線路5に対して遮断の有無を切り替えるスイッチを装荷しているため、上記スイッチを制御するためのバイアス線路31、32を放射導体3上に配線することができる。そして、そのバイアス線路31、32を束ねて、給電点近傍の誘電体基板1に貫通穴を設け、そこからバイアス線路31、32を地導体2の裏面にまで配線できることから、バイアス線路31、32の存在によるアンテナ特性への悪影響を低減できる構造が実現できる。これは、パッチアンテナでは放射導体3の中央、ここでいう給電点の位置は短絡特性を有するので、バイアス線路31、32をそこに配置してもアンテナ特性に影響を及ぼさないからである。
Since the switch which switches the presence or absence of interruption | blocking with respect to the
図9は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の切り替える手段の別の詳細構成を示す図である。図9は、スロット線路5の遮断の有無を切り替える切り替え手段6として可動電極を高周波回路と一体化して構成されるカンチレバー型のMEMSスイッチを想定した場合のバイアス線路41の配線について示したものである。図9において、上記実施の形態1と同様のものについては説明を省略する。吸引電極39、カンチレバー40には、高周波信号およびスイッチ制御用の直流信号が共に流れる。貫通穴42がバイアス線路41を配線するために誘電体基板1に設けられている。
FIG. 9 is a diagram showing another detailed configuration of the switching means of the antenna device according to
次に、スイッチの動作について説明する。吸引電極39とそれに接続されたバイアス線路41、カンチレバー40、放射導体3、導体ピン4、及びDC電源でスイッチの制御回路が構成され、ある所望の電圧がかけられると、吸引電極39とカンチレバー40とが引き合い、カンチレバー40と放射導体3とが接続し、スロット線路5が遮断される。逆に、電圧が所望値からずれると吸引力は低下し、カンチレバー40は放射導体3から離れ、スロット線路5は開放状態となる。前記制御電圧の可変によりスイッチの切り替えが可能となる。
Next, the operation of the switch will be described. The
カンチレバー40は高周波信号およびスイッチ制御用の直流信号が流れる。このため、カンチレバー40へのバイアス線路の接続は不要となり、図8に示すスイッチに対してバイアス線路の本数を半減させることができ、コスト低減、回路構造の容易性が得られる。なお、直流電源に高周波信号が流れないように、高周波信号を遮断する手段43を設けている。例えば、LPF、高抵抗線路などが考えられる。
The
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置について図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
An antenna device according to
図10は、アンテナ装置の上方より見た構成図を示している。図10において、上記実施の形態1と同様のものについては説明を省略する。ここで、放射導体3上に設けられたスロット線路5は導体ピン4が放射導体3に接続されている給電点の位置を同心とする同心円状に複数個設けられている。これら複数個のスロット線路5には遮断の有無を切り替える切り替え手段6が装荷されている。
FIG. 10 shows a configuration diagram viewed from above the antenna device. In FIG. 10, the description of the same components as those in the first embodiment is omitted. Here, a plurality of
つぎに、この実施の形態4に係るアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the antenna device according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
図10において、内側のスロット線路5に装荷されている切り替え手段6、すなわち、スイッチは上記実施の形態1と同様にON状態とOFF状態を選択してU字状スロットを構成している。また、外側のスロット線路5に装荷されているスイッチ6は全てON状態とし、見かけ上スロット線路は存在しない状態を成している。この場合に対し、外側のスロット線路5においてU字状スロットを構成し、内側のスロット線路5はスイッチをON状態として見かけ上存在しない状態を作る。これらはスイッチの切り替えにより時分割的に自由に設定できる。U字状スロットのサイズの大小でパッチアンテナの動作周波数を可変できる。すなわち、サイズ小の場合に対しサイズを大きくすると動作周波数を低域にシフトできる効果がある。
In FIG. 10, the switching means 6 loaded on the
図10では、方形パッチアンテナで、方形のループ状スロット線路について記してあるが、言うまでもなく円形パッチアンテナで円形ループ状のスロット線路としてもかまわない。 In FIG. 10, a rectangular patch antenna and a square loop slot line are described, but it goes without saying that a circular patch antenna may be used as a circular loop slot line.
ループ状の内側のスロット線路5の頂点に装荷されているスイッチの接続の向きであるが、外側のスロット線路5のように頂点から多少ずらした位置にスロット線路と直交するように配置しても問題ない。
The direction of the connection of the switch loaded on the apex of the loop-shaped
図11は、この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の別の構成を示す図である。図11は、放射導体3の周囲に別の導体を設けた構造のアンテナ装置を示している。図11において、導体51が放射導体3の周囲にある間隔を隔てて設けられている。この導体51は、電気信号が導通する有無を切り替える切り替え手段を介して放射導体3とつながれている。この電気信号が導通する有無を切り替える切り替え手段は、スロット線路5の遮断の有無を切り替える切り替え手段6と同様の働きをするので同一のものを用いる。
FIG. 11 is a diagram showing another configuration of the antenna apparatus according to
次に、動作について説明する。切り替える手段6の状態をスイッチングしてU字状スロットを有するパッチアンテナを構成し、直線偏波方向を切り替える動作等は上記各実施の形態で示してきていることと同様であるのでここでは説明を省略する。図11に示すように、放射導体3の周囲に切り替え手段6を介して別の導体51が配置されている。これらは切り替え手段6をON状態とすることで放射導体3と電気的に接続され、パッチアンテナサイズを大きくみせることが可能となり、ひいては、パッチアンテナとしての動作周波数を低域にシフトすることができる。もちろん、OFF状態とすることで元のパッチアンテナサイズになるので動作周波数を高域にシフトできる。
Next, the operation will be described. The operation of switching the state of the switching means 6 to form a patch antenna having a U-shaped slot and switching the linearly polarized wave direction is the same as that shown in each of the above embodiments, so the description will be given here. Omitted. As shown in FIG. 11, another
図11では、放射導体3の頂点近傍に小さい導体51が設けられており、それらも切り替え手段6によって隣接する導体51と接続されている。切り替え手段6の状態を図11のように選択することで、パッチアンテナが切り欠きをもった状態を実現でき、上記実施の形態1で述べたように円偏波を放射することができる。もちろん、スイッチングによって、U字状スロットの向きあるいは切り欠きの位置を選択することで右旋/左旋の切り替えが可能である。
In FIG. 11, a
言うまでもなく、導体51の形状は図に示すものに限ったことではない。また、導体51の個数も任意である。
Needless to say, the shape of the
1 誘電体基板、2 地導体、3 放射導体、4 導体ピン、5 スロット線路、6 切り替え手段、7 切り欠き部、23 切り欠き部、24 突出部、31 バイアス線路、32 バイアス線路、33 絶縁体、34 ストリップ導体、35 可動電極、36 導線、37 吸引電極、38 導線、39 吸引電極、40 カンチレバー、41 バイアス線路、42 貫通穴、43 高周波信号を遮断する手段、51 導体。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
誘電体基板の表面に形成された方形の放射導体と、
前記誘電体基板の裏面に形成された地導体と、
前記放射導体の中央に接続され、前記地導体側から前記放射導体に給電する導体ピンと、
前記放射導体と前記導体ピンの接続位置を取り囲むよう、かつ前記放射導体の辺に平行となるように前記放射導体上に設けられ、一辺の長さが使用周波数の波長に対して短く、順に隣り合う第1、第2、第3及び第4の辺から構成される方形ループ状のスロット線路と、
前記方形ループ状のスロット線路上に所定の間隔で配置され、前記スロット線路の遮断の有無を切り替える複数の切り替え手段と、
前記スロット線路の第1の辺に配置された複数の切り替え手段をON状態にして前記スロット線路をそれぞれ遮断し、第1の直線偏波が放射されるよう、第1のU字スロットを形成するとともに、前記スロット線路の第1の辺と隣り合う第2の辺に配置された複数の切り替え手段をON状態にして前記スロット線路をそれぞれ遮断し、前記第1の直線偏波と直交する第2の直線偏波が放射されるよう、第2のU字スロットを形成する制御回路と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device sharing a plurality of polarizations with a single element,
A rectangular radiation conductor formed on the surface of the dielectric substrate;
A ground conductor formed on the back surface of the dielectric substrate;
A conductor pin connected to the center of the radiation conductor and feeding the radiation conductor from the ground conductor side;
So as to surround the connection position of the conductor pin and the radiating conductor, and the provided on the radiating conductor so as to be parallel to the side of the radiation conductor, shorter than the wavelength of the used frequency length of one side, next to the order A square loop-shaped slot line composed of first, second, third and fourth sides to be matched ;
A plurality of switching means arranged at predetermined intervals on the rectangular loop-shaped slot line, and for switching the presence or absence of blocking of the slot line ;
A plurality of switching means arranged on the first side of the slot line are turned on to cut off the slot lines and form a first U-shaped slot so that the first linearly polarized wave is emitted. In addition, a plurality of switching means arranged on the second side adjacent to the first side of the slot line are turned on to shut off the slot line, respectively, and the second orthogonal to the first linearly polarized wave. And a control circuit for forming a second U-shaped slot so that the linearly polarized wave is radiated .
前記制御回路は、隣り合う前記第1及び第2の頂点に配置された切り替え手段をON状態にして前記スロット線路をそれぞれ遮断し、第1の直線偏波が放射されるよう、第1のU字スロットを形成するとともに、隣り合う前記第2及び第3の頂点に配置された切り替え手段をON状態にして前記スロット線路をそれぞれ遮断し、前記第1の直線偏波と直交する第2の直線偏波が放射されるよう、第2のU字スロットを形成する
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 The switching means is arranged at at least three first, second and third vertices among four vertices on the rectangular loop slot line ,
The control circuit turns on the switching means arranged at the first and second vertices adjacent to each other to cut off the slot lines, so that a first linearly polarized wave is emitted. A second straight line orthogonal to the first linearly polarized wave, which forms a character slot and turns on the switching means arranged at the second and third apexes adjacent to each other to cut off the slot lines. The antenna device according to claim 1 , wherein the second U-shaped slot is formed so that the polarized wave is radiated .
ことを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the rectangular radiating conductor is cut out at two opposing apex portions.
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載のアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the switching means is a MEMS switch having a movable electrode separated from a high-frequency circuit .
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載のアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the switching unit is a MEMS switch having a configuration in which a movable electrode is shared with a high-frequency circuit .
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