JP4836268B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関する。
The present invention relates to an antenna device.
近年、建造物内に位置する移動体通信端末に対する不感知対策、又は通信負荷の分散を図る目的で、建造物内に移動通信システムが導入されるケースが増加している。その場合、建造物内に設置される基地局用のアンテナ装置は、屋外を飛び交う電波とのオーバーラップを避けるため、高いＦＢ（Ｆｒｏｎｔ ｔｏ Ｂａｃｋ）比を実現可能な構成であることが望ましい。また、建造物内に対しても、そのアンテナ装置のカバーエリアを広く確保することが望ましい。これらの要求に対し、最近、放射指向性が繭型の形状をするアンテナ装置が考案された。これによると、地板上に形成された放射器の周囲に導波器として機能する寄生素子を配置したパッチアンテナ又はλ／４短絡型のマイクロストリップアンテナを利用することで、水平面内の放射指向性を繭型に形成することが可能になる。 In recent years, there have been increasing cases in which mobile communication systems are introduced into buildings for the purpose of non-sensing measures for mobile communication terminals located in buildings or for the purpose of distributing communication loads. In that case, it is desirable that the antenna device for the base station installed in the building has a configuration capable of realizing a high FB (Front to Back) ratio in order to avoid overlap with radio waves flying outdoors. Also, it is desirable to secure a wide cover area for the antenna device even in the building. In response to these demands, an antenna device having a radiant radiation directivity has recently been devised. According to this, by using a patch antenna or a λ / 4 short-circuited microstrip antenna in which a parasitic element functioning as a director is arranged around a radiator formed on a ground plane, radiation directivity in a horizontal plane is used. Can be formed into a bowl shape.
一方、放射方向を切り替えることが可能な指向性切替型のアンテナ装置の需要も高まっている。この点に関し、例えば、下記の特許文献１〜３には、放射指向性を切り替える手段の一例が開示されている。これによると、１つの給電素子の周囲に複数の無給電素子を配置して形成されたパッチアンテナについて、その無給電素子の短絡／開放を切り替えることで放射指向性を制御する手段が提案されている。また、無給電素子の入力ポートを選択して指向性を切り替える手段が提案されている。
On the other hand, there is an increasing demand for a directivity switching type antenna device capable of switching the radiation direction. In this regard, for example,
しかし、上記の指向性切り替え手段を適用すると、給電回路が複雑になる上、無給電素子と給電素子とが同程度の大きさを有するため、アンテナ装置を小型化するのが困難である。その結果、小型の端末装置等に搭載することが難しいという問題がある。 However, when the above directivity switching means is applied, the feeding circuit becomes complicated, and the parasitic element and the feeding element have the same size, so it is difficult to downsize the antenna device. As a result, there is a problem that it is difficult to mount on a small terminal device or the like.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より簡単な構造で放射指向性を切り替えることが可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved antenna device capable of switching radiation directivity with a simpler structure. There is to do.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、地板上に並置された２つの寄生素子と、前記２つの寄生素子の間に配置された１つの給電素子と、前記地板と前記２つの寄生素子とを各々短絡させるための２つのスイッチとを備え、各前記スイッチの短絡又は開放に応じて放射指向性が切り替わることを特徴とする、アンテナ装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, two parasitic elements juxtaposed on a ground plane, one feeding element disposed between the two parasitic elements, the ground plane, There is provided an antenna device comprising two switches for short-circuiting two parasitic elements, and the radiation directivity is switched according to short-circuiting or opening of each of the switches.
また、前記寄生素子及び前記給電素子は、前記地板に略並行な平板状に形成された平板部分と、前記平板部分の一端に形成されて前記地板に短絡された短絡部分と、前記短絡部分に対向する前記平板部分の他端に形成された開口部分とを有する構成であってもよい。 Further, the parasitic element and the feeding element are formed in a flat plate portion formed in a flat plate shape substantially parallel to the ground plate, a short-circuit portion formed at one end of the flat plate portion and short-circuited to the ground plate, and the short-circuit portion. The structure which has an opening part formed in the other end of the said flat plate part which opposes may be sufficient.
また、前記給電素子が有する前記開口部分が所定の方向に向いて形成され、前記２つの寄生素子が有する前記開口部分がいずれも前記所定の方向と逆方向に向いて形成されてもよい。 The opening portion of the power feeding element may be formed in a predetermined direction, and the opening portions of the two parasitic elements may be formed in a direction opposite to the predetermined direction.
また、前記２つの寄生素子と前記１つの給電素子とが第１の方向に沿って並置される場合、各前記寄生素子が有する前記短絡部分と前記開口部分とは、前記第１の方向に略直交する第２の方向に沿って前記平板部分の両端部に各々形成され、前記給電素子が有する前記短絡部分と前記開口部分とは、前記第２の方向と逆向きの方向に沿って前記平板部分の両端部に各々形成されてもよい。 Further, when the two parasitic elements and the one feeding element are juxtaposed along the first direction, the short-circuit portion and the opening portion of each parasitic element are substantially in the first direction. The short-circuit portion and the opening portion, which are formed at both ends of the flat plate portion along a second direction orthogonal to each other, and the feeding element has, are formed along the direction opposite to the second direction. It may be formed at both ends of the part.
また、前記地板と各前記寄生素子の平板部分との間の距離ｈｐは、前記地板と前記給電素子の平板部分との距離ｈｒよりも大きく（ｈｐ＞ｈｒ）なるように構成されてもよい。さらに、前記寄生素子の幅Ｓｘは、前記給電素子の幅Ｓｒｘよりも小さく（Ｓｘ＜Ｓｒｘ）なるように構成されていてもよい。 The distance hp between the ground plane and the flat plate portion of each parasitic element may be configured to be greater than the distance hr (hp> hr) between the ground plane and the flat plate portion of the power feeding element. Furthermore, the width Sx of the parasitic element may be configured to be smaller than the width Srx of the feeding element (Sx <Srx).
また、上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、上記のアンテナ装置を備える無線装置が提供される。例えば、一般的な無線装置が備えるアンテナ装置に代えて前記のアンテナ装置を備える無線装置を構成することができる。 Moreover, in order to solve the said subject, according to the other viewpoint of this invention, a radio | wireless apparatus provided with said antenna device is provided. For example, a wireless device including the antenna device can be configured instead of an antenna device included in a general wireless device.
上記の構成を採用すると、寄生素子の短絡／開放を用いて寄生素子付きのパッチアンテナ又はλ／４短絡型マイクロストリップアンテナの指向性を切り替えることが可能になり、指向性切替型のアンテナ装置及び無線装置をより小型化することができる。 When the above configuration is adopted, it becomes possible to switch the directivity of the patch antenna with a parasitic element or the λ / 4 short-circuited microstrip antenna by using the short circuit / opening of the parasitic element. The wireless device can be further downsized.
以上説明したように本発明によれば、簡単な構造で放射指向性を切り替えることが可能なアンテナ装置、及び無線装置を提供することが可能になる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an antenna device and a radio device that can switch radiation directivity with a simple structure.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
［繭型指向性を有するアンテナ装置１０の構成］
本発明の実施形態に係るアンテナ装置の構成について説明をするに先立ち、図１を参照しながら、繭型の放射指向性を実現することが可能なアンテナ装置１０の構成について説明する。図１（Ａ）は、繭型指向性を実現可能なアンテナ装置１０の構成を示す説明図である。図１（Ｂ）は、アンテナ装置１０による放射指向性を示す説明図である。
[Configuration of
Prior to describing the configuration of the antenna device according to the embodiment of the present invention, the configuration of the
図１（Ａ）に示すように、アンテナ装置１０は、主に、地板１２と、給電素子１４と、給電部１６と、２つの寄生素子１８、２０とにより構成される。給電素子１４、及び２つの寄生素子１８、２０は、例えば、λ／４短絡型マイクロストリップアンテナ（以下、ＭＳＡ）により構成される。このとき、給電素子１４は、放射器として機能する。また、２つの寄生素子１８、２０は、給電素子１４の両側にそれぞれ並置され、Ｈ面（ｙｚ）内に導波器として機能する。
As shown in FIG. 1A, the
上記の構成を適用すると、図１（Ｂ）に示すような繭型のＨ面指向性Ｈ１０が得られる。図１（Ｂ）を参照すると、Ｈ面指向性Ｈ１０は、ｚ方向の前方に膨らみ、＋４５度及び−４５度付近に放射ピークが位置する形状（所謂、繭型）を成すことが分かる。このように、アンテナ装置１０の構成を適用すると、アンテナ素子にＭＳＡを用いることで小型化が実現され、２つの寄生素子１８、２０が設置されることで繭型のＨ面指向性Ｈ１０が実現されている。そこで、以下に示す実施形態では、上記のアンテナ装置１０が有する利点を生かしながら、Ｈ面指向性を切り替えることが可能なアンテナ装置について、その構成及び効果について詳細に説明する。
When the above configuration is applied, a bowl-shaped H-plane directivity H10 as shown in FIG. 1B is obtained. Referring to FIG. 1B, it can be seen that the H-plane directivity H10 swells forward in the z direction, and has a shape (so-called saddle shape) in which the radiation peak is located near +45 degrees and −45 degrees. Thus, when the configuration of the
＜第１実施形態＞
次に、図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置１００の構成について説明する。また、図３を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置１００により得られる指向性の特徴について説明する。図２は、本実施形態に係るアンテナ装置１００の全体構造を示す説明図である。図３は、本実施形態に係るアンテナ装置１００により得られる指向性の特徴を示す説明図である。
<First Embodiment>
Next, the configuration of the
本実施形態に係るアンテナ装置１００は、上記のアンテナ装置１０の構成を基本とし、２つの寄生素子の中で片方の寄生素子による影響を除去することで、Ｈ（ｙｚ）面の放射指向性を切り替える構成に特徴を有する。なお、地板と寄生素子の上部とを短絡させることによって寄生素子の影響を除去することができる。
The
［アンテナ装置１００の構成］
図２に示すように、アンテナ装置１００は、主に、地板１１０と、給電素子１２０と、給電部１２２と、２つの寄生素子１３０、１４０と、スイッチ１３２、１４２とにより構成される。
[Configuration of Antenna Device 100]
As shown in FIG. 2, the
給電部１２２は、給電素子１２０に接続され、給電素子１２０に対して電力を供給する。給電素子１２０、及び２つの寄生素子１３０、１４０は、所定の方向（ｙ方向）に沿って地板１１０上に並置されており、２つの寄生素子１３０、１４０の間に給電素子１２０が配置されている。寄生素子１３０には、スイッチ１３２が接続されており、スイッチ１３２のオン／オフに応じて寄生素子１３０と地板１１０との間の短絡／開放が制御される。同様に、寄生素子１４０には、スイッチ１４２が接続されており、スイッチ１４２のオン／オフに応じて寄生素子１４０と地板１１０との間の短絡／開放が制御される。従って、２つのスイッチ１３２、１４２のオン／オフを切り替えることにより、アンテナ装置１００のＨ面指向性を切り替えることが可能である。
The
図２に示すように、２つの寄生素子１３０、１４０と、給電素子１２０とは、地板１１０に略平行な平板状の部分（以下、平板部分）と、平板部分の一端から延設され、地板１１０に短絡される短絡部分と、平板部分の他端に形成される開口部分とにより構成される。アンテナ装置１００は、上記のアンテナ装置１０と同様に、２つの寄生素子１３０、１４０の開口部分と、給電素子１２０の開口部分とが同じ方向（ｙ方向）を向いて形成されている。
As shown in FIG. 2, the two
以下、２つの寄生素子１３０、１４０の平板部分について、ｘ方向の長さをＳｘ、ｙ方向の長さをＳｙと表記する。また、給電素子１２０の平板部分について、ｘ方向の長さをＳｒｘ、ｙ方向の長さをＳｒｙと表記する。さらに、給電素子１２０の平板部分と地板１１０との間の距離をｈｒ、２つの寄生素子１３０、１４０の平板部分と地板１１０との間の距離をｈｐと表記する。そして、給電素子１２０と各寄生素子１３０、１４０との間のｘ方向の距離をＬｐと表記する。
Hereinafter, regarding the flat plate portions of the two
ここで、距離ｈｒは、距離ｈｐよりも小さい（ｈｒ＜ｈｐ）と仮定する。また、給電素子１２０の平板部分（上面）から各寄生素子１３０、１４０の平板部分（上面）までの距離ＨｐをＨｐ＝ｈｐ−ｈｒと定義する。但し、これらの表記又は定義は、実施の態様に応じて、アンテナ素子の厚み等が考慮されて適当な誤差が含まれることがある。なお、以下の説明において、パラメータＳｘ、Ｓｙ、Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、ｈｐ、ｈｒ、Ｈｐ、Ｌｐは、特に断らない限り上記と同様の意味を有するものと仮定する。
Here, it is assumed that the distance hr is smaller than the distance hp (hr <hp). Further, the distance Hp from the flat plate portion (upper surface) of the
［アンテナ装置１００のＨ面指向性］
次に、図３を参照しながら、アンテナ装置１００によるＨ面指向性の特徴について説明する。図３（Ａ）は、アンテナ装置１００によるＨ面指向性Ｈ１００を示す説明図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）よりも好適なＨ面指向性Ｈ２００を示す説明図である。
[H-plane directivity of antenna device 100]
Next, the characteristics of the H-plane directivity by the
図３（Ａ）を参照すると、図１（Ｂ）に示した繭型のＨ面指向性Ｈ１０に比べて左側（ａ方向）に傾いていることが分かる。これは、給電素子１２０の開口部分に向かって右側（−ｙ方向）に位置する寄生素子１３０を短絡させたことによる。つまり、スイッチ１３２をオンにして短絡させ、スイッチ１４２をオフにして開放した状態を示している。その結果、右側の寄生素子１３０が無効にされ、左側の寄生素子１４０のみが導波器として機能するため、Ｈ面指向性Ｈ１００がａ方向にチルトするのである。
Referring to FIG. 3 (A), it can be seen that it is tilted to the left (a direction) as compared with the bowl-shaped H-plane directivity H10 shown in FIG. 1 (B). This is because the
ところで、図３（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性Ｈ１００に２つの放射ピークＰ１、Ｐ２が存在することが分かる。このような繭型のＨ面指向性は、Ｈ面前方に満遍なく電波を行き渡らせる目的においては好適であるが、特定の方向に対して強い放射を得る目的の場合、図３（Ｂ）に示すような一方向に最大放射ピークＰを持つＨ面指向性の方が好適である。本実施形態のように指向性を切り替えて運用するようなケースでは、図３（Ｂ）に示すようなＨ面指向性が望まれるケースが多いと思われる。そこで、図３（Ｂ）と同様に１つの最大放射ピークを有するＨ面指向性を実現可能なアンテナ装置の構成について以下で説明する。 By the way, referring to FIG. 3A, it can be seen that there are two radiation peaks P1 and P2 in the H-plane directivity H100. Such saddle-shaped H-plane directivity is suitable for the purpose of spreading radio waves uniformly in front of the H-plane, but in the case of obtaining strong radiation in a specific direction, it is shown in FIG. Such H-plane directivity having the maximum radiation peak P in one direction is preferable. In the case where the directivity is switched and operated as in the present embodiment, there are many cases where the H-plane directivity as shown in FIG. 3B is desired. Therefore, a configuration of an antenna device capable of realizing H-plane directivity having one maximum radiation peak as in FIG. 3B will be described below.
＜第２実施形態＞
まず、図４〜図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置２００の構成について説明する。次いで、図７を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置２００の電流分布について説明する。次いで、図８を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置２００により得られる指向性の特徴について説明する。次いで、図９を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置２００におけるＬｐ依存性について説明する。次いで、図１０を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置２００におけるＨｐ依存性について説明する。次いで、図１１を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置２００におけるＳｘ依存性について説明する。
Second Embodiment
First, the configuration of the
図４は、本実施形態に係るアンテナ装置２００の全体構造を示す説明図である。図５は、本実施形態に係るアンテナ装置２００の断面構造を示す説明図である。図６は、本実施形態の変形例に係るアンテナ装置２００の断面構造を示す説明図である。図７は、本実施形態に係るアンテナ装置２００の電流分布を示す説明図である。図８は、本実施形態に係るアンテナ装置２００により得られる指向性の特徴を示す説明図である。図９は、本実施形態に係るアンテナ装置２００におけるＬｐ依存性を示す説明図である。図１０は、本実施形態に係るアンテナ装置２００におけるＨｐ依存性を示す説明図である。本実施形態に係るアンテナ装置２００におけるＳｘ依存性を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the overall structure of the
［アンテナ装置２００の構成］
図４に示すように、アンテナ装置２００は、主に、地板２１０と、給電素子２２０と、給電部２２２と、２つの寄生素子２３０、２４０と、スイッチ２３２、２４２とにより構成される。
[Configuration of Antenna Device 200]
As shown in FIG. 4, the
給電部２２２は、給電素子２２０に接続され、給電素子２２０に対して電力を供給する。給電素子２２０、及び２つの寄生素子２３０、２４０は、所定の方向（ｙ方向）に沿って地板２１０上に並置されており、２つの寄生素子２３０、２４０の間に給電素子２２０が配置されている。寄生素子２３０には、スイッチ２３２が接続されており、スイッチ２３２のオン／オフに応じて寄生素子２３０と地板２１０との間の短絡／開放が制御される。同様に、寄生素子２４０には、スイッチ２４２が接続されており、スイッチ２４２のオン／オフに応じて寄生素子２４０と地板２１０との間の短絡／開放が制御される。従って、２つのスイッチ２３２、２４２のオン／オフを切り替えることにより、アンテナ装置２００のＨ面指向性を切り替えることが可能である。
The
図４に示すように、２つの寄生素子２３０、２４０と、給電素子２２０とは、地板２１０に略平行な平板状の部分（以下、平板部分）と、平板部分の一端から延設され、地板２１０に短絡される短絡部分と、平板部分の他端に形成される開口部分とにより構成される。なお、短絡部分は、例えば、地板２１０、又は平板部分に対して略垂直な平面板により構成される。アンテナ装置２００は、上記の第１実施形態に係るアンテナ装置１００とは異なり、２つの寄生素子１３０、１４０の開口部分（−ｙ方向）と、給電素子１２０の開口部分（ｙ方向）とが逆方向を向いて形成されている。
As shown in FIG. 4, the two
以下、２つの寄生素子２３０、２４０の平板部分について、ｘ方向の長さをＳｘ、ｙ方向の長さをＳｙと表記する。さらに、給電素子２２０の平板部分と地板２１０との間の距離をｈｒ、２つの寄生素子２３０、２４０の平板部分と地板２１０との間の距離をｈｐと表記する。そして、給電素子２２０と各寄生素子２３０、２４０との間のｘ方向の距離をＬｐと表記する。また、給電素子２２０の平板部分（上面）から各寄生素子２３０、２４０の平板部分（上面）までの距離ＨｐをＨｐ＝ｈｐ−ｈｒと定義する。但し、これらの表記又は定義は、実施の態様に応じて、アンテナ素子の厚み等が考慮されて適当な誤差が含まれることがある。
Hereinafter, regarding the flat plate portions of the two
上記の通り、給電素子２２０が有する開口部分がｙ方向に向いて形成され、２つの寄生素子２３０、２４０が有する開口部分がいずれも−ｙ方向に向いて形成される点が、上記の第１実施形態との構成上の相違点である。また、Ｈ面指向性が単方向に最大放射ピークを有する放射特性を実現するため、例えば、２つの寄生素子２３０、２４０の幅Ｓｘを給電素子２２０の幅Ｓｒｘよりも小さく（Ｓｘ＜Ｓｒｘ）なるように構成してもよい。
As described above, the opening portion of the
次に、図５を参照しながら、アンテナ装置２００の構造について説明する。図５は、図４に示すＩ−Ｉ線に沿って切断し、−ｘ方向に見たアンテナ装置２００の断面図である。
Next, the structure of the
図５を参照すると、給電素子２２０と寄生素子２３０とのｚ方向の高さ関係が理解される。また、寄生素子２３０と地板２１０とを短絡／開放するためのスイッチ２３２の構成も理解される。図５では、スイッチ２３２を模式的に表現しているが、例えば、図６に示すように、ショートピン２３４により構成され、そのショートピン２３４の上下に設けられたギャップを短絡／開放する２つのスイッチ２３６、２３８により実現することも可能である。このとき、一方のスイッチ２３６は、ショートピン２３４の一端と寄生素子２３０の平板部分とに接続され、他方のスイッチ２３８は、ショートピン２３４の他端と地板２１０とに接続される。なお、後述するが、寄生素子２３０の高さｈｐと給電素子２２０の高さｈｒとの差分Ｈｐ（＝ｈｐ−ｈｒ）は、Ｈ面指向性の最大放射方向Ａｍ、及びその方向に対するアンテナ利得Ｌｆに影響を与える。
Referring to FIG. 5, the height relationship in the z direction between the feeding
［アンテナ装置２００の電流分布］
次に、図７を参照しながら、アンテナ装置２００の電流分布について説明する。図７（Ａ）は、スイッチ２４２をオンにして寄生素子２４０を短絡させ、かつ、スイッチ２３２をオフにして寄生素子２３０を開放した状態の電流分布を示している。一方、図７（Ｂ）は、２つのスイッチ２３２、２４２をオフにし、２つの寄生素子２３０、２４０を開放した状態での電流分布を示している。また、給電素子２２０、及び２つの寄生素子２３０、２４０に対応する位置において、濃色の部分で大きな電流が流れていることを示しており、淡色の部分にはあまり電流が流れていないことを示している。
[Current distribution of antenna device 200]
Next, the current distribution of the
図７（Ａ）に示すように、寄生素子２４０を短絡すると、寄生素子２４０上に流れていた電流が打ち消され、寄生素子２４０が導波器として動作しなくなることが分かる。一方、寄生素子２３０が導波器として動作していることから、寄生素子２４０を短絡すると、Ｈ面指向性が寄生素子２３０の方向に傾けられる。
As shown in FIG. 7A, it can be seen that when the
［アンテナ装置２００のＨ面指向性］
そこで、図８を参照しながら、具体的なアンテナ装置２００のＨ面指向性について説明する。図８（Ａ）は、寄生素子２４０のみを短絡させた状態におけるＨ面指向性Ｈ２０２を示している。図８（Ｂ）は、２つの寄生素子２３０、２４０を開放した状態におけるＨ面指向性Ｈ２０４を示している。
[H-plane directivity of antenna device 200]
Therefore, a specific H plane directivity of the
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を比較すると、寄生素子２４０のみを短絡させた場合に、Ｈ面指向性Ｈ２０２の最大放射方向が、Ｈ面指向性Ｈ２０４に比べて３０°程度チルトしていることが分かる。もちろん、この傾斜角度は、給電素子２２０と寄生素子２３０、２４０との間の距離Ｌｐ及びＨｐ、又は寄生素子２３０、２４０の幅Ｓｘ等に依存する。しかし、図８からは、（１）給電素子２２０の開口部分と寄生素子２３０、２４０の開口部分とを逆方向に向けて配置することで、単数の最大放射ピークを有するＨ面指向性が実現される点、及び（２）２つの寄生素子２３０、２４０のいずれかを短絡することにより、Ｈ面指向性を所望の方向に切り替えることができる点が理解される。
8A and 8B, when only the
［アンテナ装置２００のＬｐ依存性］
次に、図９を参照しながら、アンテナ装置２００のＬｐ依存性について考察する。図９（Ａ）は、Ｈ面（ｙｚ）指向性に関するＬｐ依存性を示している。一方、図９（Ｂ）は、Ｅ面（ｚｘ）指向性に関するＬｐ依存性を示している。
[Lp dependency of antenna device 200]
Next, the Lp dependency of the
まず、最大放射方向Ａｍ（実線）に関するＬｐ依存性について考察する。図９（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性に関して、最大放射方向Ａｍは、給電素子２２０と寄生素子２３０、２４０との距離Ｌｐが大きくなるにつれてチルト角が正の方向に向けて変化している。特に、所定のＬｐ値（この例では約３３ｍｍ）を超えると反対方向にチルト角が振れることも分かる。逆に、所定のＬｐ値（この例では約１５ｍｍ）以下の場合、チルト角に対する影響が小さいことも分かる。
First, Lp dependence regarding the maximum radiation direction Am (solid line) will be considered. Referring to FIG. 9A, regarding the H-plane directivity, the maximum radiation direction Am is such that the tilt angle changes in the positive direction as the distance Lp between the
一方、図９（Ｂ）を参照すると、Ｅ面指向性に関して、最大放射方向Ａｍは、距離Ｌｐが大きくなるにつれてチルト角が負の方向に向けて変化している。特に、所定のＬｐ値（この例では約３３ｍｍ）を超えると反対方向にチルト角が振れることも分かる。逆に、所定のＬｐ値（この例では約１５ｍｍ）以下の場合、チルト角に対する影響が小さいことも分かる。 On the other hand, referring to FIG. 9B, regarding the E-plane directivity, the maximum radiation direction Am changes in the tilt angle toward the negative direction as the distance Lp increases. In particular, it can also be seen that the tilt angle varies in the opposite direction when a predetermined Lp value (about 33 mm in this example) is exceeded. On the other hand, it can also be seen that the influence on the tilt angle is small when the value is not more than the predetermined Lp value (about 15 mm in this example).
次に、Ａｍ方向の利得Ｌｆ（鎖線）に関するＬｐ依存性について考察する。図９（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性に関して、利得Ｌｆは、距離Ｌｐが大きくなるにつれて、なだらかに増加している。また、図９（Ｂ）を参照すると、Ｅ面指向性についても、利得Ｌｆは、距離Ｌｐが大きくなるにつれて、なだらかに増加している。そして、いずれの場合も、所定のＬｐ値を超えると利得Ｌｆの増加率が減少することが分かる。 Next, the Lp dependence regarding the gain Lf (chain line) in the Am direction will be considered. Referring to FIG. 9A, regarding the H-plane directivity, the gain Lf increases gently as the distance Lp increases. In addition, referring to FIG. 9B, also in the E plane directivity, the gain Lf increases gently as the distance Lp increases. In any case, it can be seen that when the predetermined Lp value is exceeded, the increase rate of the gain Lf decreases.
［アンテナ装置２００のＨｐ依存性］
次に、図１０を参照しながら、アンテナ装置２００のＨｐ依存性について考察する。図１０（Ａ）は、Ｈ面（ｙｚ）指向性に関するＨｐ依存性を示している。一方、図１０（Ｂ）は、Ｅ面（ｚｘ）指向性に関するＨｐ依存性を示している。
[Hp dependency of antenna device 200]
Next, the Hp dependency of the
まず、最大放射方向Ａｍ（実線）に関するＨｐ依存性について考察する。図１０（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性に関して、最大放射方向Ａｍは、給電素子２２０の高さｈｒと寄生素子２３０、２４０の高さｈｐとの差分Ｈｐが大きくなるにつれてチルト角が負の方向に向けて変化する。特に、所定のＨｐ値（この例では約２ｍｍ）を超えると反対方向にチルト角が振れることも分かる。さらに、所定のＨｐ値（この例では約８ｍｍ）を超えると、チルト角に対する影響が小さくなると共に、そのグラフが振動的な振る舞いを示している。
First, consideration will be given to the Hp dependence regarding the maximum radiation direction Am (solid line). Referring to FIG. 10A, with respect to the H-plane directivity, the maximum radiation direction Am has a negative tilt angle as the difference Hp between the height hr of the
一方、図１０（Ｂ）を参照すると、Ｅ面指向性に関して、最大放射方向Ａｍは、給電素子２２０と寄生素子２３０、２４０との距離Ｈｐが大きくなるにつれてチルト角が正の方向に向けて変化する。特に、所定のＨｐ値（この例では約２ｍｍ）を超えると反対方向にチルト角が振れることも分かる。さらに、所定のＨｐ値（この例では約８ｍｍ）を超えると、チルト角に対する影響が小さくなると共に、そのグラフが振動的な振る舞いを示している。
On the other hand, referring to FIG. 10B, regarding the E-plane directivity, the maximum radiation direction Am changes in the positive tilt direction as the distance Hp between the feeding
次に、Ａｍ方向の利得Ｌｆ（鎖線）に関するＨｐ依存性について考察する。図１０（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性に関して、利得Ｌｆは、平均的にみると距離Ｈｐが大きくなるにつれて減少している。また、図１０（Ｂ）を参照すると、Ｅ面指向性についても、利得Ｌｆは、平均的にみると距離Ｈｐが大きくなるにつれて減少している。 Next, consideration will be given to the Hp dependency regarding the gain Lf (chain line) in the Am direction. Referring to FIG. 10A, regarding the H-plane directivity, the gain Lf decreases as the distance Hp increases on average. In addition, referring to FIG. 10B, the gain Lf of the E plane directivity also decreases as the distance Hp increases on average.
［アンテナ装置２００のＳｘ依存性］
次に、図１１を参照しながら、アンテナ装置２００のＳｘ依存性について考察する。図１１（Ａ）は、Ｈ面（ｙｚ）指向性に関するＳｘ依存性を示している。一方、図１０（Ｂ）は、Ｅ面（ｚｘ）指向性に関するＳｘ依存性を示している。
[Sx dependency of antenna device 200]
Next, the Sx dependency of the
まず、最大放射方向Ａｍ（実線）に関するＳｘ依存性について考察する。図１１（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性に関して、最大放射方向Ａｍは、寄生素子２３０、２４０の幅Ｓｘが大きくなるにつれてチルト角が一旦負の方向に向けて変化した後、正の方向に向けて変化している。一方、図１１（Ｂ）を参照すると、Ｅ面指向性に関して、最大放射方向Ａｍは、寄生素子２３０、２４０の幅Ｓｘが大きくなるにつれてチルト角が正の方向に向けて変化している。従って、Ｓｘ依存性に関しては、Ｈ面指向性とＥ面指向性との間で大きく影響が異なることが分かる。
First, Sx dependence regarding the maximum radiation direction Am (solid line) will be considered. Referring to FIG. 11A, regarding the H-plane directivity, the maximum radiation direction Am is a positive direction after the tilt angle once changes in the negative direction as the width Sx of the
次に、Ａｍ方向の利得Ｌｆ（鎖線）に関するＳｘ依存性について考察する。図１１（Ａ）を参照すると、Ｈ面指向性に関して、利得Ｌｆは、幅Ｓｘが大きくなるにつれて減少している。また、図１１（Ｂ）を参照すると、Ｅ面指向性についても、利得Ｌｆは、幅Ｓｘが大きくなるにつれて減少している。 Next, the Sx dependency on the gain Lf (chain line) in the Am direction will be considered. Referring to FIG. 11A, with respect to the H-plane directivity, the gain Lf decreases as the width Sx increases. Further, referring to FIG. 11B, also in the E-plane directivity, the gain Lf decreases as the width Sx increases.
上記の結果が示すように、アンテナ装置２００の最大放射方向Ａｍは、少なくともＬｐ値、Ｈｐ値、又はＳｘ値に依存しており、これらを適切に設定することによって所望の放射角を実現することが可能になる。また、利得ＬｆについてもＬｐ値、Ｈｐ値、又はＳｘ値に依存するため、利得Ｌｆを十分に確保しつつ、上記のチルト角を決定することが望ましい。
As the above result shows, the maximum radiation direction Am of the
以上説明したように、上記の実施形態を適用すると、λ／４短絡型パッチアンテナの周辺に寄生素子を配置し、その寄生素子の短絡／開放を制御することで指向性を切り替えるアンテナ装置を実現することができる。そのため、寄生素子の入力ポートの選択により指向性を切り替える手段を利用するよりも、より給電回路の構造を簡単化することが可能になるため、小型の指向性切替型λ／４短絡型パッチアンテナを実現することができる。 As described above, when the above-described embodiment is applied, an antenna device that switches the directivity by arranging a parasitic element around the λ / 4 short-circuited patch antenna and controlling the short-circuit / opening of the parasitic element is realized. can do. Therefore, it is possible to simplify the structure of the feeder circuit rather than using a means for switching the directivity by selecting the input port of the parasitic element. Therefore, the small directivity switching type λ / 4 short-circuited patch antenna Can be realized.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上記実施形態では、λ／４短絡型マイクロストリップアンテナをアンテナ素子に適用する例について説明したが、本発明は係る例に限定されない。例えば、寄生素子付きのパッチアンテナに本発明と同様のスイッチ機構を付加して指向性を切り替える構成を適用することも可能である。 For example, in the above embodiment, an example in which the λ / 4 short-circuited microstrip antenna is applied to an antenna element has been described, but the present invention is not limited to such an example. For example, it is also possible to apply a configuration in which directivity is switched by adding a switch mechanism similar to the present invention to a patch antenna with a parasitic element.
１０ アンテナ装置
１２ 地板
１４ 給電素子
１６ 給電部
１８、２０ 寄生素子
１００ アンテナ装置
１１０ 地板
１２０ 給電素子
１２２ 給電部
１３０、１４０ 寄生素子
１３２、１４２ スイッチ
２００ アンテナ装置
２１０ 地板
２２０ 給電素子
２２２ 給電部
２３０、２４０ 寄生素子
２３４ ショートピン
２３２、２３６、２３８、２４２ スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記２つの寄生素子の間に配置された１つの給電素子と、
前記地板と前記２つの寄生素子とを各々短絡させるための２つのスイッチと、
を備え、
各前記スイッチの短絡又は開放に応じて放射指向性が切り替わり、
前記寄生素子、及び前記給電素子は、前記地板に略並行な平板状に形成された平板部分と、前記平板部分の一端に形成されて前記地板に短絡された短絡部分と、前記短絡部分に対向する前記平板部分の他端に形成された開口部分と、を有し、
前記給電素子が有する前記開口部分が所定の方向に向いて形成され、前記２つの寄生素子が有する前記開口部分がいずれも前記所定の方向と逆方向に向いて形成される
ことを特徴とする、アンテナ装置。 Two parasitic elements juxtaposed on the ground plane;
One feeding element disposed between the two parasitic elements;
Two switches for short-circuiting the ground plane and the two parasitic elements,
With
Ri radiation directivity is switched in response to a short circuit or open of each of said switch,
The parasitic element and the feeding element are opposed to the flat plate portion formed in a flat plate shape substantially parallel to the ground plate, a short-circuit portion formed at one end of the flat plate portion and short-circuited to the ground plate, and the short-circuit portion. An opening formed at the other end of the flat plate portion, and
The opening part of the power feeding element is formed in a predetermined direction, and the opening parts of the two parasitic elements are formed in a direction opposite to the predetermined direction . Antenna device.
各前記寄生素子が有する前記短絡部分と前記開口部分とは、前記第１の方向に略直交する第２の方向に沿って前記平板部分の両端部に各々形成され、
前記給電素子が有する前記短絡部分と前記開口部分とは、前記第２の方向と逆向きの方向に沿って前記平板部分の両端部に各々形成される
ことを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
When the two parasitic elements and the one feeding element are juxtaposed along the first direction,
The short-circuit portion and the opening portion of each parasitic element are respectively formed at both ends of the flat plate portion along a second direction substantially orthogonal to the first direction,
Wherein A the short portion and the opening portion feed element has, characterized in that it is respectively formed at both ends of the second direction opposite the flat portion along the direction of, claim 1 Antenna device.
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