WO2022009697A1 - アンテナ搭載システム - Google Patents
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- H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
Definitions
- the antenna mounting system in particular, regarding the antenna mounting system in which the antenna device using the 0th-order resonance is installed on the installed conductor plate.
- a flat plate-shaped main plate that is connected to the outer conductor of the feeding cable and functions as a ground, and a flat plate-shaped main plate that is arranged facing the main plate and has a feeding point at an arbitrary position.
- an antenna device provided with a conductor plate of the above and a short-circuit portion for electrically connecting the main plate and the conductor plate (for example, Patent Document 1).
- the antenna device using the 0th-order resonance is a single antenna device, if the short-circuit portion is arranged in the center of the conductor plate, radiation in the direction perpendicular to the main plate does not occur. ..
- the antenna device when the antenna device is installed on an installation conductor plate made of a conductor such as a vehicle body, a current flows through the installation conductor plate due to the electromagnetic coupling between the antenna device and the installation conductor plate, and this current causes the main plate to be vertical. In some cases, unwanted radiation in the direction was generated.
- the present disclosure has been made based on this circumstance, and the purpose of the present disclosure is to make the antenna device vertical to the main plate even when the antenna device is installed on the installation conductor plate in the antenna device using the 0th-order resonance.
- the purpose is to provide an antenna-mounted system that can suppress unnecessary radiation.
- the main plate which is a flat conductor member, A flat plate-shaped conductor member installed at a predetermined distance from the main plate, and an opposed conductor plate that is electrically connected to the feeder line.
- An installation conductor plate made of conductor on which the antenna device is installed It is an antenna-equipped system equipped with The short-circuit pin has a polarization component in which radio waves radiated in the direction perpendicular to the main plate from the antenna device vibrate in a direction parallel to the main polarization plane of the radio waves radiated in the direction perpendicular to the main plate from the installation conductor plate, and the installation conductor.
- the opposing conductor plate and the main plate are short-circuited at a position where the radio wave is 90 degrees or more and 270 degrees or less deviated from the phase of the radio wave radiated from the plate in the vertical direction of the main plate.
- radio waves are also radiated from the antenna device in the vertical direction of the main plate.
- the main plane of polarization of the radio wave radiated from the antenna device in the vertical direction of the main plate can be adjusted by the direction in which the short-circuit pin is connected when viewed from the center of the opposite conductor plate.
- the phase of the radio wave radiated from the antenna device in the vertical direction of the main plate can be adjusted by the distance from the center of the opposed conductor plate to the short-circuit pin.
- the radio waves radiated by the antenna device in the vertical direction of the main plate have a polarization component that vibrates in the direction parallel to the main polarization plane of the radio waves radiated in the vertical direction of the main plate from the installed conductor plate.
- the phase of the radio wave radiated in the vertical direction of the main plate by the antenna device is 90 degrees or more and 270 degrees or less deviated from the phase of the radio wave radiated in the vertical direction of the main plate of the installed conductor plate.
- the figure which shows the radiation gain of the antenna-mounted system 10 when ⁇ 0 mm.
- the figure which shows the radiation gain of the antenna-mounted system 10 when ⁇ 3mm.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the antenna mounting system 10 of the present embodiment.
- the antenna mounting system 10 has a configuration in which the antenna device 20 is installed on the installation conductor plate 30.
- the installation conductor plate 30 in FIG. 1 is an experimental iron plate, and has a rectangular shape with a length and width of 650 ⁇ 80 mm.
- the longitudinal direction of the installation conductor plate 30 is defined as the X direction
- the width direction is defined as the Y direction
- the direction perpendicular to the XY plane is defined as the Z direction.
- various conductor plates such as vehicle pillars and vehicle roof plates can be used as the installation conductor plate 30.
- the antenna device 20 has a center in a plan view at a position deviated by 30 mm in the Y direction from the center of the installed conductor plate 30 (hereinafter, the center of the installed conductor plate) 31.
- the plan view means to see from the direction perpendicular to the XY plane.
- the installation position of the antenna device 20 in the X direction is the same as that of the center 31 of the installation conductor plate.
- FIG. 2 shows a perspective view of the antenna device 20.
- the antenna device 20 is mounted on the installation conductor plate 30 via a dielectric isolation plate 40.
- the shape of the isolation plate 40 is a square thin plate. In the isolation plate 40, a pair of sides of a square is parallel to the X-axis, and another pair of sides is parallel to the Y-axis.
- the shape of the isolation plate 40 shown in FIG. 2 is an example.
- the isolation plate 40 is provided for the purpose of separating the antenna device 20 and the installation conductor plate 30, and the shape thereof is not particularly limited. Further, the antenna device 20 may be installed directly on the installation conductor plate 30 without the isolation plate 40.
- the antenna device 20 includes a main plate 21, a support plate 22, an opposed conductor plate 23, and a short-circuit pin 24.
- the main plate 21 is a plate-shaped conductor member made of a conductor such as copper.
- the main plate 21 is provided along the lower side surface of the support plate 22.
- the plate shape also includes a thin film shape such as a metal foil. That is, the main plate 21 may be a pattern formed on the surface of a resin plate such as a printed wiring board by electroplating or the like.
- the main plate 21 is electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable to provide a ground potential (in other words, a ground potential).
- the connection means an electrical connection.
- the main plate 21 has a size that matches the isolation plate 40 in a plan view. Therefore, the main plate 21 is formed in a flat and square shape. However, the shape of the main plate 21 is not limited to a square.
- the main plate 21 preferably has a line-symmetrical shape (hereinafter referred to as a two-way line-symmetrical shape) with each of the two straight lines orthogonal to each other as the axis of symmetry.
- the two-way axisymmetric shape refers to a figure that is axisymmetric with a certain straight line as the axis of symmetry and is also axisymmetric with respect to other straight lines orthogonal to the straight line.
- the bidirectional axisymmetric shape includes, for example, an elliptical shape, a rectangle, a circle, a square, a regular hexagon, a regular octagon, a rhombus, and the like.
- the main plate 21 is preferably formed to have a diameter larger than that of a circle having one wavelength.
- the support plate 22 has a shape that overlaps the main plate 21 and the isolation plate 40 in a plan view.
- the support plate 22 plays a role of arranging the main plate 21 and the opposing conductor plate 23 so as to face each other at a predetermined interval.
- the support plate 22 is realized by using a dielectric having a predetermined relative permittivity.
- a printed circuit board using a glass epoxy resin or the like as a base material can be used.
- a glass epoxy resin having a relative permittivity of 4.3 can be used for the support plate 22.
- the thickness of the support plate 22 By adjusting the thickness of the support plate 22, the distance between the opposing conductor plate 23 and the main plate 21 can be adjusted, and at the same time, the length of the short-circuit pin 24 can be adjusted.
- the frequency of the radio wave transmitted and received by the antenna device 20 changes.
- the specific value of the thickness of the support plate 22 may be appropriately determined by simulation or test so that the frequency of the radio wave transmitted and received by the antenna device 20 becomes a desired frequency.
- the thickness of the support plate 22 is, for example, about 1 to 3 mm. This thickness is much shorter than 1/10 of the wavelength of the radio wave transmitted and received by the antenna device 20.
- a configuration in which a resin as a support plate 22 is filled between the main plate 21 and the opposing conductor plate 23 is adopted, but the present invention is not limited to this.
- the space between the main plate 21 and the opposing conductor plate 23 may be hollow or vacuum. Further, the resin and the space may be combined.
- the facing conductor plate 23 is a plate-shaped conductor member made of a conductor such as copper. As described above, the plate shape here also includes a thin film shape such as copper foil. The facing conductor plate 23 is arranged so as to face the main plate 21 via the support plate 22. Similar to the main plate 21, the opposed conductor plate 23 may also have a pattern formed on the surface of a resin plate such as a printed wiring board. Moreover, the parallelism here is not limited to perfect parallelism. It may be tilted from several degrees to ten degrees. That is, it may include a state of being substantially parallel (so-called substantially parallel state).
- the opposed conductor plate 23 is formed to have a size that forms an inductance provided in a current path such as a short-circuit pin 24 and a capacitance that resonates in parallel at a predetermined target frequency.
- the target frequency refers to the frequency to be transmitted / received.
- the area of the opposing conductor plate 23 may be appropriately designed to provide the desired capacitance (and thus to operate at the target frequency).
- the opposed conductor plate 23 is formed in a square shape having a side of 13 mm. The length of this one side electrically corresponds to 0.2 ⁇ in consideration of the wavelength shortening effect of the support plate 22. Of course, the length of one side of the opposed conductor plate 23 can be changed as appropriate.
- the shape of the opposing conductor plate 23 is a square, but as another configuration, the planar shape of the opposing conductor plate 23 may be a circle, a regular octagon, a regular hexagon, or the like. Further, the opposed conductor plate 23 may have a rectangular shape, an oblong shape, or the like. The opposed conductor plate 23 preferably has a bidirectional axisymmetric shape. Further, the opposed conductor plate 23 is more preferably a point-symmetrical figure such as a circle, a square, a rectangle, or a parallelogram.
- the facing conductor plate 23 may be provided with a slit or may have rounded corners.
- the edge portion of the opposed conductor plate 23 may be partially or wholly formed in a meander shape.
- the bidirectional line symmetric shape also includes a shape in which minute irregularities (about several mm) are provided at the edges thereof. The unevenness provided on the edge of the opposed conductor plate 23 to the extent that it does not affect the operation can be ignored and handled.
- the technical idea for the planar shape of the opposed conductor plate 23 is the same for the above-mentioned main plate 21.
- a feeder line 25 is connected to the facing conductor plate 23.
- the position where the feeder line 25 is connected to the opposed conductor plate 23 is on a line that passes through the center of the opposed conductor plate 23 and divides the opposed conductor plate 23 in half.
- the straight lines Lx and Ly are lines that pass through the center of the opposed conductor plate 23 and divide the opposed conductor plate 23 in half
- the straight line Lx is parallel to the X axis
- the straight line Ly is parallel to the Y axis. be.
- the intersection of these two straight lines Lx and Ly is the center of the opposed conductor plate 23.
- the position where the feeder line 25 is connected to the opposed conductor plate 23 may be provided at a position where the input / output impedance with respect to the opposed conductor plate 23 matches.
- the position where the feeder line 25 is connected to the opposed conductor plate 23 is, for example, the edge portion or the central region of the opposed conductor plate 23.
- the electromagnetic coupling method is a feeding method using an electromagnetic coupling between a microstrip line for feeding and an opposed conductor plate 23.
- the facing conductor plate 23 is arranged to face the main plate 21 in a posture in which one set of opposite sides is parallel to the X axis and the other set of opposite sides are parallel to the Y axis. Further, in the present embodiment, the opposed conductor plate 23 is arranged so that the center of the main plate 21 and the center of the opposed conductor plate 23 overlap each other in a plan view.
- the short-circuit pin 24 is a conductive member that connects the main plate 21 and the opposing conductor plate 23.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the antenna mounting system 10 cut through a straight line Ly and in a plane perpendicular to the opposing conductor plate 23 and the main plate 21.
- One end of the short-circuit pin 24 is connected to the opposing conductor plate 23, and the other end is connected to the main plate 21.
- the short-circuit pin 24 is realized by using a via provided on the printed circuit board as, for example, the support plate 22.
- the short-circuit pin 24 may be realized by using a conductive pin.
- the intensity and phase of the radio wave radiated by the antenna device 20 in the vertical direction of the main plate can be adjusted.
- the short-circuit pin 24 is located at a position deviated from the center of the opposed conductor plate 23 in the Y-axis direction toward the center in the width direction of the installed conductor plate 30 with the opposed conductor plate 23. You are connected.
- the position of the short-circuit pin 24 is set to a position deviated from the center of the opposed conductor plate 23 by 3 mm. The reason for this will be described later with reference to FIG.
- the opposing conductor plate 23 and the main plate 21 are short-circuited by the short-circuit pin 24, and the antenna device 20 has a resonance frequency determined by the inductance provided by the short-circuit pin 24 and the like and the capacitance between the opposing conductor plate 23 and the main plate 21.
- the distance between the opposing conductor plate 23 and the main plate 21, that is, the thickness of the support plate 22, is much shorter than the wavelength of the radio waves transmitted and received by the antenna device 20, as described above. This resonance is the 0th order resonance.
- the vertical polarization of the main plate refers to a radio wave in which the vibration direction of the electric field is perpendicular to the main plate 21 and the opposing conductor plate 23.
- the vertical polarization of the main plate refers to the polarization perpendicular to the ground (that is, the normal vertical polarization).
- FIG. 4 conceptually shows the current flowing through the installed conductor plate 30.
- i1 to i7 indicate the direction of the current flowing through the installed conductor plate 30.
- radio waves are radiated from the installed conductor plate 30.
- the radio waves radiated from the installation conductor plate 30 are also radiated in the vertical direction when viewed from the installation conductor plate 30.
- Both the arrows i1 and i7 indicate the current along one side in the longitudinal direction of the installation conductor plate 30, and are symmetrical with respect to the position where the antenna device 20 is installed.
- the currents indicated by the arrows i1 and i7 have the same magnitude but different directions by 180 degrees. The reason is that the position where the antenna device 20 is installed on the installation conductor plate 30 is the center in the longitudinal direction of the installation conductor plate 30 and the end in the width direction.
- Radio waves radiated from currents of the same size but 180 degrees different from each other have the same size and opposite directions. Therefore, the radio wave radiated vertically from the installation conductor plate 30 by the current indicated by the arrow i1 and the radio wave radiated vertically from the installation conductor plate 30 by the current indicated by the arrow i7 cancel each other out. For the same reason as the arrows i1 and i7, the radio waves caused by the X component of the arrow i2 and the arrow i6 and the X component of the arrow i3 and the arrow i5 also cancel each other out.
- the installation conductor plate 30 For radio waves radiated in the vertical direction of the installation conductor plate 30 due to the Y component of the arrows i2, i3, i5, i6 and the current indicated by the arrow i4 parallel to the Y axis, the installation conductor plate 30 The radio waves to be canceled are not radiated from.
- the radio waves radiated in the vertical direction of the installed conductor plate 30 due to the current component parallel to the Y axis are linearly polarized waves in which the vibration direction of the electric field is parallel to the Y axis.
- the main plane of polarization of this linearly polarized light is a plane perpendicular to the main plate 21 and the opposing conductor plate 23, and is parallel to the Y axis, that is, parallel to the YZ plane.
- linearly polarized light radiated in the Z-axis direction and whose vibration direction of the electric field is parallel to the Y-axis is referred to as Y-axis parallel polarized light.
- Arrows i1 to i7 indicate only a part of the current flowing through the installed conductor plate 30. However, for the same reason as the radio wave radiated in the vertical direction of the installation conductor plate 30 by the X component of the arrows i1 to i7, the radio wave radiated in the vertical direction of the installation conductor plate 30 by the X component of the current flowing through the installation conductor plate 30. Are canceled out against each other.
- the radio waves to be canceled are not radiated from the installed conductor plate 30. Therefore, in the present embodiment, the radio wave that cancels the Y-axis parallel polarization radiated from the installed conductor plate 30 is radiated from the antenna device 20.
- FIG. 5 shows the current flowing through the opposed conductor plate 23.
- the short-circuit pin 24 is short-circuited with the opposed conductor plate 23 at a position deviated from the center of the opposed conductor plate 23. Therefore, as shown in FIG. 5A, the symmetry of the current distribution flowing through the opposed conductor plate 23 is broken.
- the short-circuit pin 24 is connected to the opposed conductor plate 23 at a position deviated from the center of the opposed conductor plate 23 in the Y-axis direction. Therefore, the current flowing through the opposed conductor plate 23 becomes asymmetric with respect to the opposed conductor plate 23 in the Y-axis direction.
- the radio wave radiated by the current component in the Y-axis direction flowing through the opposite conductor plate 23 remains uncancelled. Therefore, linearly polarized light whose electric field vibration direction is parallel to the Y axis is radiated from the opposing conductor plate 23 in the direction perpendicular to the opposing conductor plate 23. That is, in the present embodiment, the Y-axis parallel polarized light is also radiated from the antenna device 20.
- the main polarization plane of the linearly polarized wave radiated from the antenna device 20 includes the direction in which the short-circuit pin 24 is connected from the center of the opposed conductor plate 23, and becomes a plane perpendicular to the XY plane.
- the short-circuit pin 24 is in the direction parallel to the Y axis when viewed from the center of the opposed conductor plate 23, the main polarization plane is parallel to the YZ plane.
- FIG. 6 shows the relationship between the offset amount ⁇ of the short-circuit pin 24 and the radiation gain of the linearly polarized wave radiated from the opposite conductor plate 23 by the antenna device 20. Note that FIG. 6 shows the gain of the antenna device 20 that is not installed on the installed conductor plate 30 as a single unit.
- the offset amount ⁇ is the length obtained by moving the connection position of the short-circuit pin 24 in the Y direction from the center of the opposed conductor plate 23. Further, the plus side is the direction in which the center 31 of the installation conductor plate is located.
- the radiation gain increases as the absolute value of the offset amount ⁇ increases.
- the reason for this is that in the opposed conductor plate 23, the difference between the current flowing in the positive direction of the Y-axis from the short-circuit pin 24 and the current flowing in the negative direction of the Y-axis from the short-circuit pin 24 becomes large.
- ⁇ 5 dBi is the radiation gain of the linearly polarized wave radiated by the installed conductor plate 30 in the antenna mounting system 10, and is a separately measured value.
- the offset amount ⁇ should be ⁇ 3 mm or ⁇ 5.5 mm. I know it's good.
- the appropriate offset amount ⁇ changes depending on the radiation gain of the linearly polarized wave radiated by the installed conductor plate 30 in the antenna mounting system 10. Then, the radiation gain of the linearly polarized wave radiated by the installed conductor plate 30 changes depending on the magnitude of the current flowing through the installed conductor plate 30. The magnitude of the current flowing through the installation conductor plate 30 varies depending on the size of the installation conductor plate 30, the position of the antenna device 20 on the installation conductor plate 30, and the like. Therefore, the appropriate offset amount ⁇ needs to be appropriately determined by measurement or the like.
- FIG. 7 is also the data of the antenna device 20 alone. Looking at the negative side of the offset amount ⁇ , the larger the absolute value of the offset amount ⁇ , the larger the phase difference. In other words, when the offset amount ⁇ is on the minus side, the phase difference becomes smaller as the offset amount ⁇ approaches 0.
- the phase difference on the side where the offset amount ⁇ is positive is the value obtained by adding 180 degrees to the phase difference on the negative side of the same absolute value. This is because if the offset direction is different, the direction of the current will be opposite. As for the phase difference on the side where the offset amount ⁇ is positive, the larger the absolute value of the offset amount ⁇ , the larger the phase difference.
- the phase of the Y-axis parallel polarization radiated by the antenna device 20 and the installation conductor plate 30 are used.
- the reason why the phase difference is different when the sign is different is that, as described above, the direction of the current is reversed when the offset direction is different. Because.
- the direction in which the short-circuit pin 24 is connected from the center of the opposite conductor plate 23 is opposite to the direction in which the antenna device 20 is installed when viewed from the center 31 of the installation conductor plate. Is the direction.
- the relationship between the offset amount ⁇ and the phase difference also changes depending on the inductance of the opposed conductor plate 23. Therefore, from the viewpoint of phase difference, it is necessary to appropriately determine the appropriate offset amount ⁇ by measurement or the like.
- the offset amount ⁇ is preferably 3 mm in consideration of the phase difference in addition to the radiation gain.
- G ( ⁇ ) is the gain of Y-axis parallel polarization
- G ( ⁇ ) is the gain of vertical polarization of the main plate.
- the antenna device 20 has a configuration that emits a radio wave that cancels a part of this unnecessary radio wave. Specifically, the antenna device 20 short-circuits the opposed conductor plate 23 and the main plate 21 in a direction in which the short-circuit pin 24 is deviated from the center of the opposed conductor plate 23. As a result, radio waves are also radiated from the antenna device 20 in the direction perpendicular to the main plate.
- the main polarization plane of the radio wave radiated from the antenna device 20 in the vertical direction of the main plate can be adjusted by which direction the short-circuit pin 24 is connected to when viewed from the center of the opposite conductor plate 23.
- the short-circuit pin 24 is positioned in a direction parallel to the Y-axis when viewed from the center of the opposed conductor plate 23.
- the phase of the radio wave radiated from the antenna device 20 in the vertical direction of the main plate can be adjusted by the distance from the center of the opposed conductor plate 23 to the short-circuit pin 24. Therefore, in the present embodiment, this distance is adjusted so that the phase of the Y-axis parallel polarized light radiated by the antenna device 20 is 180 degrees out of phase with the phase of the Y-axis parallel polarized light radiated by the installed conductor plate 30. There is.
- the signal strength of the combined wave of the Y-axis parallel polarized wave radiated by the installed conductor plate 30 and the Y-axis parallel polarized wave radiated by the antenna device 20 is radiated by the installed conductor plate 30. It is lower than the strength of Y-axis parallel polarization. Therefore, the radiation in the vertical direction of the main plate, which is unnecessary radiation, is suppressed.
- the antenna device 20 is moved only in the Y-axis direction from the center 31 of the installed conductor plate.
- the installation position of the antenna device 20 is arbitrary.
- FIG. 10 shows an example in which the antenna device 20 is installed at a position moved from the center 31 of the installation conductor plate in both the Y-axis direction and the X-axis direction.
- the direction toward the center of the antenna device 20 on the installation conductor plate 30 when viewed from the center 31 of the installation conductor plate is defined as the antenna installation direction Da.
- FIG. 11 shows the pin connection direction Dp.
- the pin connection direction Dp is a direction from the center of the opposite conductor plate 23 toward the position where the short-circuit pin 24 is connected in the opposite conductor plate 23.
- the angle difference ⁇ D between the antenna installation direction Da and the pin connection direction Dp is 180 degrees.
- the angle difference ⁇ D between the antenna installation direction Da and the pin connection direction Dp is the pin connection direction with the arrow indicating the antenna installation direction Da when the start points of the antenna installation direction Da and the pin connection direction Dp are aligned. This is the smaller side of the difference in angle from the arrow indicating Dp.
- the antenna installation direction Da means the direction of the main polarization plane of the radio wave radiated by the installation conductor plate 30.
- the pin connection direction Dp means the direction of the main polarization plane of the radio wave radiated from the opposite conductor plate 23 by the antenna device 20. Therefore, unless the pin connection direction Dp is orthogonal to the antenna installation direction Da, the radio waves radiated from the antenna device 20 in the vertical direction of the main plate are parallel to the main polarization plane of the radio waves radiated from the installation conductor plate 30 in the vertical direction of the main plate. It has a polarization component that vibrates in the direction.
- the main polarization planes of the radio waves are parallel to each other. Therefore, it is preferable that the pin connection direction Dp and the antenna installation direction Da are close to parallel, and it is most preferable that the pin connection direction Dp is parallel to the antenna installation direction Da. From this viewpoint, it is preferable that the angle difference ⁇ D is 0 degrees or more and 30 degrees or less, or 150 degrees or more and 180 degrees or less. FIG. 11 illustrates the range of this preferable angle difference ⁇ D.
- the direction of offsetting the short-circuit pin 24 is opposite to the direction in which the antenna device 20 is installed when viewed from the center 31 of the installation conductor plate.
- the direction is preferred. That is, it is particularly preferable that the angle difference ⁇ D is 150 degrees or more and 180 degrees or less. Further, a narrower angle range, for example, an angle difference ⁇ D of 165 degrees or more and 180 degrees or less is preferable.
- phase difference between the phase of the radio wave radiated by the opposite conductor plate 23 of the antenna device 20 and the phase of the radio wave radiated by the installed conductor plate 30 is 180 degrees.
- the phase difference is most preferably 180 degrees.
- the signal strength of the combined wave can be weaker than the radio wave radiated by the installed conductor plate 30.
- the phase difference becomes smaller than 180 degrees, the degree to which the radio waves radiated by the opposite conductor plate 23 of the antenna device 20 cancel the radio waves radiated by the installed conductor plate 30 decreases, and in a certain phase range, the radio waves of each other become smaller. Strengthen each other. When the phase difference is 0 degrees, the combined waves strengthen each other most.
- the phase difference is ⁇ 90 degrees with respect to 180 degrees
- the signal strength of the combined wave can be weaker than the radio wave radiated by the installed conductor plate 30. That is, when the phase of the radio wave radiated by the opposite conductor plate 23 of the antenna device 20 is 90 degrees or more and 270 degrees or less deviated from the phase of the radio wave radiated by the installed conductor plate 30, the signal strength of the combined wave is increased. It can be weaker than the radio waves radiated by the installed conductor plate 30.
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Abstract
地板(21)と対向導体板(23)と短絡ピン(24)とを備えたアンテナ装置(20)と、アンテナ装置(20)が設置される設置導体板(30)とを備えたアンテナ搭載システムであって、短絡ピン(24)は、アンテナ装置(20)から地板垂直方向に放射される電波が、設置導体板(30)から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面と平行な方向に振動する偏波成分を持ち、かつ、設置導体板(30)から地板垂直方向に放射される電波の位相から90度以上であって270度以下ずれている電波となる位置において、対向導体板(23)と地板(21)とを短絡している。
Description
この出願は、2020年7月6日に日本に出願された特許出願第2020-116682号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
アンテナ搭載システムに関し、特に、0次共振を利用したアンテナ装置が設置導体板に設置されているアンテナ搭載システムに関する。
0次共振を利用したアンテナ装置として、給電ケーブルの外部導体と接続されてグランドとして機能する平板状の地板と、当該地板に対向して配置され、任意の位置に給電点が設けられた平板状の導体板と、地板と導体板とを電気的に接続する短絡部と、を備えるアンテナ装置がある(たとえば特許文献1)。
特許文献1にも示されているように、0次共振を利用したアンテナ装置は、アンテナ装置単体であれば、短絡部を導体板中央に配置すると、地板に垂直な方向への放射は生じない。
しかし、アンテナ装置が、車両ボディなどの導体製の設置導体板に設置されている場合、アンテナ装置と設置導体板との電磁結合により、設置導体板にも電流が流れ、この電流により、地板垂直方向への不要な放射が生じてしまう場合があった。
本開示は、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、0次共振を利用したアンテナ装置において、アンテナ装置を設置導体板に設置した場合にも、地板垂直方向への不要放射を抑制できるアンテナ搭載システムを提供することにある。
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。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、開示した技術的範囲を限定するものではない。
上記目的を達成するための1つの開示は、
平板状の導体部材である地板と、
地板と所定の間隔をおいて設置された平板状の導体部材であって、給電線と電気的に接続する対向導体板と、
対向導体板と地板とを電気的に接続する短絡ピンと、を備えたアンテナ装置と、
アンテナ装置が設置される導体製の設置導体板と、
を備えたアンテナ搭載システムであって、
短絡ピンは、アンテナ装置から地板垂直方向に放射される電波が、設置導体板から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面と平行な方向に振動する偏波成分を持ち、かつ、設置導体板から地板垂直方向に放射される電波の位相から90度以上であって270度以下ずれている電波となる位置において、対向導体板と地板とを短絡している。
平板状の導体部材である地板と、
地板と所定の間隔をおいて設置された平板状の導体部材であって、給電線と電気的に接続する対向導体板と、
対向導体板と地板とを電気的に接続する短絡ピンと、を備えたアンテナ装置と、
アンテナ装置が設置される導体製の設置導体板と、
を備えたアンテナ搭載システムであって、
短絡ピンは、アンテナ装置から地板垂直方向に放射される電波が、設置導体板から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面と平行な方向に振動する偏波成分を持ち、かつ、設置導体板から地板垂直方向に放射される電波の位相から90度以上であって270度以下ずれている電波となる位置において、対向導体板と地板とを短絡している。
このアンテナ搭載システムは、アンテナ装置と設置導体板との電磁結合により、設置導体板にも電流が流れる。この電流により、設置導体板から地板垂直方向に不要な電波が放射される。
しかし、このアンテナ搭載システムでは、アンテナ装置からも、地板垂直方向に電波が放射される。アンテナ装置から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面は、対向導体板の中心から見て短絡ピンが接続している方向により調整できる。また、アンテナ装置から地板垂直方向に放射される電波の位相は、対向導体板の中心から短絡ピンまでの距離により調整できる。
このアンテナ搭載システムでは、アンテナ装置が地板垂直方向に放射する電波は、設置導体板から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面と平行な方向に振動する偏波成分を持つ。加えて、アンテナ装置が地板垂直方向に放射する電波の位相は、設置導体板が地板垂直方向に放射する電波の位相から90度以上であって270度以下ずれている。この位相差がある場合、合成波の信号強度は、設置導体板からの地板垂直方向に放射される電波の強度よりも低下する。したがって、地板垂直方向への放射が抑制される。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態のアンテナ搭載システム10の構成を示す図である。アンテナ搭載システム10は、アンテナ装置20が設置導体板30に設置された構成である。
図1の設置導体板30は、実験用の鉄製の板であり、縦横の長さが650×80mmの長方形状である。以下、設置導体板30の長手方向をX方向、幅方向をY方向、XY平面に垂直な方向をZ方向とする。アンテナ装置20が実際に使用される場合、車両のピラー、車両の屋根板など、種々の導体板を設置導体板30として用いることができる。
アンテナ装置20は、設置導体板30の中心(以下、設置導体板中心)31からY方向に30mmずれた位置に平面視の中心がある。なお、平面視はXY平面に垂直な方向から見ることを意味する。アンテナ装置20のX方向の設置位置は、設置導体板中心31と同じである。
図2にアンテナ装置20の斜視図を示す。アンテナ装置20は、誘電体製の隔離板40を介して設置導体板30の上に搭載されている。隔離板40の形状は、正方形状の薄板である。隔離板40は、正方形の1対の辺がX軸に平行になり、別の1対の辺がY軸に平行である。ただし、図2に示す隔離板40の形状は一例である。隔離板40は、アンテナ装置20と設置導体板30とを隔離する目的で設けられており、その形状に特に制限はない。また、隔離板40をなしにして、アンテナ装置20を設置導体板30に直接設置してもよい。
アンテナ装置20は、地板21、支持板22、対向導体板23、短絡ピン24を備える。地板21は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。地板21は、支持板22の下側面に沿って設けられている。板状には金属箔のような薄膜状も含まれる。つまり、地板21はプリント配線板等の樹脂製の板の表面に電気メッキ等によってパターン形成されたものでもよい。この地板21は、同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されて、グランド電位(換言すれば接地電位)を提供する。なお、以下、特に明記しない場合、接続は電気的な接続を意味する。
地板21は、平面視で隔離板40と一致する大きさである。したがって、地板21は平面で正方形状に形成されている。ただし、地板21の形状は正方形に限られない。地板21は、互いに直交する2つの直線のそれぞれを対称の軸として線対称な形状(以降、2方向線対称形状)であることが好ましい。2方向線対称形状とは、ある直線を対称の軸として線対称であって、かつ、その直線と直交する他の直線についても線対称な図形を指す。2方向線対称形状には、たとえば、楕円形や、長方形、円形、正方形、正六角形、正八角形、ひし形などが該当する。地板21は、直径が1波長の円よりも大きく形成されていることが好ましい。
支持板22は、平面視で地板21および隔離板40に重なる形状である。支持板22は、地板21と対向導体板23とを所定の間隔をおいて互いに対向配置する役割を担う。支持板22は所定の比誘電率を有する誘電体を用いて実現されている。支持板22は、ガラスエポキシ樹脂などを基材とするプリント基板を援用することができる。たとえば、支持板22には比誘電率4.3のガラスエポキシ樹脂を用いることができる。
支持板22の厚さを調整することで、対向導体板23と地板21との間隔を調整すると同時に、短絡ピン24の長さを調整することができる。対向導体板23と地板21との間隔および短絡ピン24の長さが変化すると、アンテナ装置20が送受信する電波の周波数が変化する。支持板22の厚さの具体的な値は、アンテナ装置20が送受信する電波の周波数が所望の周波数になるように、シミュレーションや試験によって適宜決定されればよい。アンテナ装置20が送受信する電波の周波数が2.45GHzである場合、支持板22の厚さは、たとえば、1~3mm程度になる。この厚さは、アンテナ装置20が送受信する電波の波長の1/10よりもずっと短い。
なお、本実施形態において地板21と対向導体板23の間は、支持板22としての樹脂が充填された構成を採用するが、これに限らない。地板21と対向導体板23の間は、中空や真空となっていてもよい。さらに、樹脂と空間とが組み合わされていてもよい。
対向導体板23は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。ここでの板状には、前述の通り、銅箔などの薄膜状も含まれる。対向導体板23は、支持板22を介し、地板21と対向するように配置されている。対向導体板23もまた地板21と同様にプリント配線板等の、樹脂製の板の表面にパターン形成されたものでもよい。また、ここでの平行とは完全な平行に限らない。数度から十度程度傾いていてもよい。つまり概ね平行である状態(いわゆる略平行な状態)を含みうる。
対向導体板23と地板21とは、互いに対向配置されることで、対向導体板23の面積や、対向導体板23と地板21との間隔に応じた静電容量を形成する。対向導体板23は、短絡ピン24などの電流経路が備えるインダクタンスと、所定の対象周波数において並列共振する静電容量を形成する大きさに形成されている。対象周波数は、送受信の対象とする周波数を指す。
対向導体板23の面積は、所望の静電容量を提供するように(ひいては対象周波数で動作するように)適宜設計されればよい。たとえば対向導体板23は、一辺が13mmの正方形状に形成されている。この一辺の長さは、支持板22の波長短縮効果を考慮すると、電気的に0.2λに相当する。もちろん、対向導体板23の一辺の長さは適宜変更可能である。
なお、ここでは一例として対向導体板23の形状は正方形とするが、その他の構成として、対向導体板23の平面形状は、円形や、正八角形、正六角形などであってもよい。また、対向導体板23は、長方形状や長楕円形などであってもよい。対向導体板23は2方向線対称形状であることが好ましい。また、対向導体板23は、円形や正方形、長方形、平行四辺形など、点対称な図形であることがより好ましい。
なお、対向導体板23には、スリットが設けられたり、角部を丸められたりしていてもよい。対向導体板23の縁部は、部分的にまたは全体的にミアンダ形状に形成されていてもよい。2方向線対称形状には、その縁部に微小な(数mm程度の)凹凸が設けられている形状も含まれる。対向導体板23の縁部に設けられた、動作に影響を与えない程度の凹凸は無視して取り扱うことができる。当該対向導体板23の平面形状に対する技術思想は、前述の地板21についても同様である。
対向導体板23には給電線25が接続されている。本実施形態において、給電線25が対向導体板23に接続している位置は、対向導体板23の中心を通り、対向導体板23を半分に分割する線上である。図2において、直線Lx、Lyは、それぞれ、対向導体板23の中心を通り、対向導体板23を半分に分割する線であって直線LxはX軸に平行、直線LyはY軸に平行である。これら2つの直線Lx、Lyの交点が対向導体板23の中心である。
なお、給電線25が対向導体板23に接続される位置は、対向導体板23に対する入出力インピーダンスが整合する位置に設けられればよい。給電線25が対向導体板23に接続される位置は、たとえば対向導体板23の縁部や中央領域などである。
また、対向導体板23への給電方式としては、本実施形態の給電方式である直結給電方式のほか、電磁結合方式など多様な方式を採用可能である。電磁結合方式は、給電用のマイクロストリップ線路等と対向導体板23との電磁結合を利用した給電方式である。
対向導体板23は、ある1組の対辺がX軸と平行となり、かつ、他の組の対辺がY軸に平行となる姿勢で地板21と対向配置されている。また、本実施形態では、対向導体板23は、地板21の中心と対向導体板23の中心とが平面視で重なるように配置されている。
短絡ピン24は、地板21と対向導体板23とを接続する導電性の部材である。図3は、直線Lyを通り、対向導体板23および地板21に垂直な平面でアンテナ搭載システム10を切断した断面図である。短絡ピン24は、一端が対向導体板23に接続しており、他端が地板21に接続している。短絡ピン24は、たとえば支持板22としてのプリント基板に設けられたビアを用いて実現されている。短絡ピン24は、導電性のピンを用いて実現されていてもよい。短絡ピン24の長さや径を調整することによって、短絡ピン24が備えるインダクタンスを調整することができる。
また、短絡ピン24の位置を調整することで、アンテナ装置20が地板垂直方向に放射する電波の強度と位相を調整することができる。図2に示すように、短絡ピン24は、対向導体板23の中心から見て、Y軸方向であって設置導体板30の幅方向中心に向かう方向にずれた位置において、対向導体板23と接続している。本実施形態では、短絡ピン24の位置を、対向導体板23の中心から3mmずれた位置としている。この理由は、図7を用いて後述する。
〔アンテナ搭載システム10の作動〕
次に、このように構成されたアンテナ搭載システム10の作動を説明する。対向導体板23と地板21は短絡ピン24で短絡されており、アンテナ装置20は、短絡ピン24などが備えるインダクタンスと、対向導体板23と地板21との間の静電容量とにより定まる共振周波数にてLC並列共振する。対向導体板23と地板21との距離、すなわち支持板22の厚さは、前述したように、アンテナ装置20が送受信する電波の波長よりもずっと短い。この共振が0次共振である。
次に、このように構成されたアンテナ搭載システム10の作動を説明する。対向導体板23と地板21は短絡ピン24で短絡されており、アンテナ装置20は、短絡ピン24などが備えるインダクタンスと、対向導体板23と地板21との間の静電容量とにより定まる共振周波数にてLC並列共振する。対向導体板23と地板21との距離、すなわち支持板22の厚さは、前述したように、アンテナ装置20が送受信する電波の波長よりもずっと短い。この共振が0次共振である。
このLC並列共振により、地板21と対向導体板23との間には、地板21および対向導体板23に垂直な電界が発生する。この垂直電界は、短絡ピン24から対向導体板23の縁部に向かって伝搬していき、対向導体板23の縁部において地板垂直偏波になって空間を伝搬していく。地板垂直偏波とは、電界の振動方向が地板21や対向導体板23に垂直な電波を指す。アンテナ装置20が水平面に平行な姿勢で使用されている場合、地板垂直偏波は地面に垂直な偏波(つまり通常の垂直偏波)を指す。
加えて、上記LC並列共振が生じるとき、設置導体板30と対向導体板23との間にも電界が発生する。この電界に起因して、設置導体板30には電流が流れる。図4には、設置導体板30に流れる電流を概念的に示している。図4において、i1~i7は、設置導体板30に流れる電流の方向を示している。
設置導体板30に発生する電圧は、アンテナ装置20の直下において最小となるので、図4に示しているように、設置導体板30には、アンテナ装置20の直下に向かう電流が流れる。
そして、設置導体板30に電流が流れることにより、設置導体板30から電波が放射される。設置導体板30から放射される電波は、設置導体板30から見て垂直方向にも放射される。本実施形態のアンテナ搭載システム10において、設置導体板30から見て垂直方向への放射は不要であるとする。
矢印i1、i7は、ともに、設置導体板30の長手方向の一方の辺に沿った電流を示しており、アンテナ装置20が設置されている位置を中心として対称である。これら矢印i1、i7が示す電流は、大きさが同じで向きが相互に180度異なる。その理由は、アンテナ装置20が設置導体板30に設置されている位置が、設置導体板30の長手方向の中心であって、かつ、幅方向の端だからである。
大きさが同じで、向きが相互に180度異なる電流からそれぞれ放射される電波は、大きさが同じで、向きが互いに逆向きになる。したがって、矢印i1が示す電流により設置導体板30から垂直方向に放射される電波と、矢印i7が示す電流により設置導体板30から垂直方向に放射される電波は互いに打ち消し合う。矢印i1、i7と同じ理由により、矢印i2と矢印i6のX成分、矢印i3と矢印i5のX成分に起因する電波も、互いに打ち消し合う。
しかし、矢印i2、i3、i5、i6のY成分や、Y軸に平行な矢印i4が示している電流に起因して設置導体板30の垂直方向に放射される電波については、設置導体板30からは、打ち消す電波は放射されない。
Y軸に平行な電流成分に起因して設置導体板30の垂直方向に放射される電波は、電界の振動方向がY軸に平行な直線偏波である。この直線偏波の主偏波面は、地板21および対向導体板23に垂直な平面であって、かつ、Y軸に平行、すなわちYZ平面に平行である。以下、Z軸方向に放射され、電界の振動方向がY軸に平行な直線偏波をY軸平行偏波とする。
矢印i1~i7は、設置導体板30に流れる電流の一部を示しているのみである。しかし、矢印i1~i7のX成分により設置導体板30の垂直方向に放射される電波と同じ理由により、設置導体板30に流れる電流のX成分により設置導体板30の垂直方向に放射される電波は互いに打ち消される。
一方、設置導体板30に流れる電流のY成分により設置導体板30の垂直方向に放射される電波については、設置導体板30からは、打ち消す電波は放射されない。そこで、本実施形態では、設置導体板30から放射されるY軸平行偏波を打ち消す電波を、アンテナ装置20から放射させる。
図5には、対向導体板23に流れる電流を示している。短絡ピン24は、対向導体板23の中心からずれた位置において対向導体板23と短絡している。そのため、図5の(A)に示すように対向導体板23に流れる電流分布の対称性が崩れる。
詳しくは、短絡ピン24は、対向導体板23の中心からY軸方向にずれた位置において、対向導体板23と接続している。そのため、対向導体板23を流れる電流は、Y軸方向において、対向導体板23を中心として非対称になる。
その結果、同図(B)に示すように、対向導体板23を流れるY軸方向の電流成分が放射する電波が打ち消されずに残る。そのため、電界振動方向がY軸に平行な直線偏波が、対向導体板23から、対向導体板23に垂直な方向に向けて放射される。つまり、本実施形態では、アンテナ装置20からもY軸平行偏波が放射される。
なお、X軸方向の電流成分は対称性が維持されるため、Y軸方向に電界が振動する直線偏波は打ち消し合う。したがって、対向導体板23から放射される、電界の振動方向がX軸に平行な直線偏波は無視できるレベルとなる。
このアンテナ装置20とは異なり、短絡ピン24が対向導体板23の中心から見てX軸方向にずれている場合、電界振動方向がX軸に平行な直線偏波が、対向導体板23から、対向導体板23に垂直な方向に向けて放射される。
上記説明から分かるように、短絡ピン24が対向導体板23の中心からずれている場合、電界の振動方向が対向導体板23の中心から見て短絡ピン24が接続している方向に平行である直線偏波が、対向導体板23から放射される。つまり、短絡ピン24が対向導体板23の中心からずれている場合、電界の振動方向が対向導体板23に平行である直線偏波が対向導体板23から放射される。
また、アンテナ装置20から放射される上記直線偏波の主偏波面は、対向導体板23の中心から短絡ピン24が接続している方向を含み、XY平面に垂直な平面になる。たとえば、上述のように、短絡ピン24が対向導体板23の中心から見てY軸に平行な方向にあれば、上記主偏波面はYZ平面と平行になる。
〔短絡ピン24の位置と直線偏波の利得〕
図6には、短絡ピン24のオフセット量δと、アンテナ装置20が対向導体板23から放射する直線偏波の放射利得の関係を示している。なお、図6は、設置導体板30に設置していないアンテナ装置20の単体での利得である。オフセット量δは、対向導体板23の中心からY方向に、短絡ピン24の接続位置を移動させた長さである。また、プラス側は、設置導体板中心31がある方向である。
図6には、短絡ピン24のオフセット量δと、アンテナ装置20が対向導体板23から放射する直線偏波の放射利得の関係を示している。なお、図6は、設置導体板30に設置していないアンテナ装置20の単体での利得である。オフセット量δは、対向導体板23の中心からY方向に、短絡ピン24の接続位置を移動させた長さである。また、プラス側は、設置導体板中心31がある方向である。
図6に示すように、オフセット量δの絶対値が大きくなると放射利得が高くなる。この理由は、対向導体板23において、短絡ピン24よりもY軸プラス方向に流れる電流と、短絡ピン24よりもY軸マイナス方向に流れる電流との差が大きくなるからである。図6において、-5dBiは、アンテナ搭載システム10において設置導体板30が放射する直線偏波の放射利得であり、別途、測定した値である。
図6を見ると、設置導体板30が放射するY軸平行偏波を、アンテナ装置20が放射するY軸平行偏波で相殺するには、オフセット量δを±3mmあるいは±5.5mmにすればよいことが分かる。
ただし、適切なオフセット量δは、アンテナ搭載システム10において設置導体板30が放射する直線偏波の放射利得により変化する。そして、設置導体板30が放射する直線偏波の放射利得は、設置導体板30に流れる電流の大きさにより変化する。設置導体板30に流れる電流の大きさは、設置導体板30の大きさ、設置導体板30におけるアンテナ装置20の位置などにより変化する。したがって、適切なオフセット量δは、適宜、測定等により決定する必要がある。
〔短絡ピン24の位置と直線偏波の位相〕
図7には、短絡ピン24のオフセット量δと、オフセット量δ=0のときの位相に対する位相差を示している。図7も、アンテナ装置20の単体でのデータである。オフセット量δがマイナス側を見ると、オフセット量δの絶対値が大きくなるほど位相差が大きくなる。換言すれば、オフセット量δがマイナス側では、オフセット量δが0に近くづくほど位相差が小さくなる。
図7には、短絡ピン24のオフセット量δと、オフセット量δ=0のときの位相に対する位相差を示している。図7も、アンテナ装置20の単体でのデータである。オフセット量δがマイナス側を見ると、オフセット量δの絶対値が大きくなるほど位相差が大きくなる。換言すれば、オフセット量δがマイナス側では、オフセット量δが0に近くづくほど位相差が小さくなる。
オフセット量δがプラスである側の位相差は、同じ絶対値のマイナス側の位相差に180度を加えた値になっている。オフセットする方向が異なると、電流の向きが逆になるからである。オフセット量δがプラスである側の位相差も、オフセット量δの絶対値が大きくなるほど位相差が大きくなる。
オフセット量δの絶対値が大きくなるほど、オフセット量δ=0mmの場合の位相との位相差が大きくなる理由は、オフセット量δの絶対値が大きくなるほどインダクタンスが増えるからである。
設置導体板30が放射するY軸平行偏波をアンテナ装置20が放射するY軸平行偏波で打ち消すためには、アンテナ装置20が放射するY軸平行偏波の位相と、設置導体板30が放射するY軸平行偏波の位相との位相差が180度になることが最も好ましい。オフセット量δ=0mmのときに上記位相差が0度であるとすると、図7から、オフセット量δは3mmが好ましいことが分かる。
図6に示した放射利得と異なり、オフセット量δの絶対値が同じでも、符号が異なると位相差が異なる理由は、前述したように、オフセットする方向が異なると、電流の向きが逆になるからである。図7におけるオフセット量δがプラス側は、対向導体板23の中心から短絡ピン24が接続されている方向が、設置導体板中心31から見てアンテナ装置20が設置されている方向とは正反対になる方向である。
なお、オフセット量δと位相差との関係も、対向導体板23が持つインダクタンスにより変化する。したがって、位相差の観点でも、適切なオフセット量δは、適宜、測定等により決定する必要がある。
今回の実験条件において、放射利得に加えて位相差を考慮すると、オフセット量δは3mmが好ましい。図8、図9を用いて実施形態の効果を説明する。図8、図9においてG(φ)はY軸平行偏波の利得であり、G(θ)は地板垂直偏波の利得である。図8はオフセット量δ=0mmのときのアンテナ搭載システム10の放射利得である。図9はオフセット量δ=3mmのときのアンテナ搭載システム10の放射利得である。
図8と図9において、破線で囲んだ部分を比較すると、オフセット量δ=3mmとすることで、Z軸方向の利得を低減できていることが分かる。
〔実施形態のまとめ〕
このアンテナ搭載システム10は、アンテナ装置20と設置導体板30との電磁結合により、設置導体板30にも電流が流れる。この電流により、設置導体板30から地板垂直方向に不要な電波が放射される。本実施形態において、設置導体板30から地板垂直方向に放射される不要な電波はY軸平行偏波である。
このアンテナ搭載システム10は、アンテナ装置20と設置導体板30との電磁結合により、設置導体板30にも電流が流れる。この電流により、設置導体板30から地板垂直方向に不要な電波が放射される。本実施形態において、設置導体板30から地板垂直方向に放射される不要な電波はY軸平行偏波である。
アンテナ装置20は、この不要な電波の一部を打ち消す電波を放射する構成を備える。具体的には、アンテナ装置20は、短絡ピン24が対向導体板23の中心からずれた方向において対向導体板23と地板21とを短絡している。これにより、アンテナ装置20からも、地板垂直方向に電波が放射される。
アンテナ装置20から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面は、対向導体板23の中心から見て短絡ピン24が接続している位置をどの方向にするかで調整できる。本実施形態では、短絡ピン24を、対向導体板23の中心から見てY軸に平行な方向に位置させている。これにより、設置導体板30から放射される電波と同様、アンテナ装置20からも、Y軸平行偏波が放射される。
また、アンテナ装置20から地板垂直方向に放射される電波の位相は、対向導体板23の中心から短絡ピン24までの距離により調整できる。そこで、本実施形態では、この距離を調整して、アンテナ装置20が放射するY軸平行偏波の位相を、設置導体板30が放射するY軸平行偏波の位相から180度ずれた位相としている。
180度の位相差があることにより、設置導体板30が放射するY軸平行偏波と、アンテナ装置20が放射するY軸平行偏波の合成波の信号強度は、設置導体板30が放射するY軸平行偏波の強度よりも低下する。したがって、不要放射である地板垂直方向への放射が抑制される。
以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、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できる。
<変形例1>
[アンテナの位置と短絡ピンの位置の他の形態]
実施形態では、アンテナ装置20を設置導体板中心31からY軸方向にのみ移動させていた。しかし、アンテナ装置20の設置位置は任意である。図10に、設置導体板中心31からY軸方向にもX軸方向にも移動した位置に、アンテナ装置20を設置した例を示している。設置導体板中心31から見て設置導体板30上においてアンテナ装置20の中心へ向かう方向をアンテナ設置方向Daとする。
[アンテナの位置と短絡ピンの位置の他の形態]
実施形態では、アンテナ装置20を設置導体板中心31からY軸方向にのみ移動させていた。しかし、アンテナ装置20の設置位置は任意である。図10に、設置導体板中心31からY軸方向にもX軸方向にも移動した位置に、アンテナ装置20を設置した例を示している。設置導体板中心31から見て設置導体板30上においてアンテナ装置20の中心へ向かう方向をアンテナ設置方向Daとする。
図11には、ピン接続方向Dpを示している。ピン接続方向Dpは対向導体板23の中心から対向導体板23において短絡ピン24が接続している位置へ向かう方向である。また、図11に示す例では、アンテナ設置方向Daとピン接続方向Dpの角度差ΔDは180度である。アンテナ設置方向Daとピン接続方向Dpの角度差ΔDは、図11に示すように、アンテナ設置方向Daとピン接続方向Dpの始点を揃えたときに、アンテナ設置方向Daを示す矢印とピン接続方向Dpを示す矢印との角度の差のうち小さい側である。
アンテナ設置方向Daは、設置導体板30が放射する電波の主偏波面の方向を意味している。また、ピン接続方向Dpは、アンテナ装置20が対向導体板23から放射する電波の主偏波面の方向を意味している。したがって、ピン接続方向Dpがアンテナ設置方向Daに直交しない限り、アンテナ装置20から地板垂直方向に放射される電波は、設置導体板30から地板垂直方向に放射される電波の主偏波面と平行な方向に振動する偏波成分を持つ。
アンテナ装置20が対向導体板23から放射する電波で、設置導体板30が放射する電波を打ち消すためには、互いの電波の主偏波面が平行であることが好ましい。したがって、ピン接続方向Dpとアンテナ設置方向Daが平行に近いほど好ましく、ピン接続方向Dpがアンテナ設置方向Daに平行であることが最も好ましい。この観点から、角度差ΔDが0度以上30度以下、または、150度以上180度以下であることが好ましい。図11には、この好ましい角度差ΔDの範囲を図示している。
さらに、位相差の観点からは、図7に示されているように、短絡ピン24をオフセットする方向が、設置導体板中心31から見てアンテナ装置20が設置されている方向とは反対になる方向が好ましい。つまり、上記角度差ΔDは150度以上180度以下であることが特に好ましい。さらには、より狭い角度範囲、たとえば、角度差ΔDが165度以上180度以下が好ましい。
<変形例2>
[位相差の他の形態]
実施形態では、アンテナ装置20の対向導体板23が放射する電波の位相と、設置導体板30が放射する電波の位相との位相差が180度であった。合成波の信号強度を弱くするためには位相差は180度が最も好ましい。しかし、位相差が180度でなくても、合成波の信号強度を設置導体板30が放射する電波よりも弱くすることはできる。
[位相差の他の形態]
実施形態では、アンテナ装置20の対向導体板23が放射する電波の位相と、設置導体板30が放射する電波の位相との位相差が180度であった。合成波の信号強度を弱くするためには位相差は180度が最も好ましい。しかし、位相差が180度でなくても、合成波の信号強度を設置導体板30が放射する電波よりも弱くすることはできる。
位相差が180度よりも小さくなるにつれ、アンテナ装置20の対向導体板23が放射する電波が、設置導体板30が放射する電波を打ち消す程度が減少するとともに、ある位相範囲では、互いの電波が強め合う。そして、位相差が0度であると、合成波は最も強め合う。
これらのことから、位相差が180度を基準として±90度であれば合成波の信号強度を設置導体板30が放射する電波よりも弱くすることができる。すなわち、設置導体板30が放射する電波の位相から、アンテナ装置20の対向導体板23が放射する電波の位相が90度以上であって270度以下ずれている場合に、合成波の信号強度を設置導体板30が放射する電波よりも弱くできる。もちろん位相差が180度に近いほど好ましいので、たとえば、位相差が135度以上225度以下であることが好ましい。
Claims (3)
- 平板状の導体部材である地板(21)と、
前記地板と所定の間隔をおいて設置された平板状の導体部材であって、給電線(25)と電気的に接続する対向導体板(23)と、
前記対向導体板と前記地板とを電気的に接続する短絡ピン(24)と、を備えたアンテナ装置(20)と、
前記アンテナ装置が設置される導体製の設置導体板(30)と、
を備えたアンテナ搭載システムであって、
前記短絡ピンは、前記アンテナ装置から地板垂直方向に放射される電波が、前記設置導体板から前記地板垂直方向に放射される電波の主偏波面と平行な方向に振動する偏波成分を持ち、かつ、前記設置導体板から前記地板垂直方向に放射される電波の位相から90度以上であって270度以下ずれている電波となる位置において、前記対向導体板と前記地板とを短絡している、アンテナ搭載システム。 - 請求項1に記載のアンテナ搭載システムであって、
前記設置導体板の中心から前記アンテナ装置が設置されている位置へ向かう方向であるアンテナ設置方向(Da)と、前記対向導体板の中心から前記対向導体板において前記短絡ピンが接続している位置へ向かう方向であるピン接続方向(Dp)との角度差が、0度以上30度以下、または、150度以上180度以下である、アンテナ搭載システム。 - 請求項2に記載のアンテナ搭載システムであって、
前記アンテナ設置方向と前記ピン接続方向との角度差が、150度以上180度以下である、アンテナ搭載システム。
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-
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Patent Citations (3)
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