JP2014003436A - Antenna device using ebg structure - Google Patents

Antenna device using ebg structure Download PDF

Info

Publication number
JP2014003436A
JP2014003436A JP2012136890A JP2012136890A JP2014003436A JP 2014003436 A JP2014003436 A JP 2014003436A JP 2012136890 A JP2012136890 A JP 2012136890A JP 2012136890 A JP2012136890 A JP 2012136890A JP 2014003436 A JP2014003436 A JP 2014003436A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ebg
metal patch
metal
unit cell
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012136890A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keisuke Sato
啓介 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DKK Co Ltd
Original Assignee
Denki Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denki Kogyo Co Ltd filed Critical Denki Kogyo Co Ltd
Priority to JP2012136890A priority Critical patent/JP2014003436A/en
Publication of JP2014003436A publication Critical patent/JP2014003436A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a degree of freedom in design of an antenna device by downsizing an EBG unit cell constituting an EBG structure while maintaining a low profile and broadband characteristics thereof.SOLUTION: An antenna device comprises an EBG structure in which a plurality of EBG unit cells (10) are periodically arranged, and an antenna disposed on the EBG structure. Each of the EBG unit cells (10) has a regular polygon shape with a side length W1, the shape allowing the cells to be periodically arranged at an interval of a predetermined gap width δ, and it includes a first metal patch (12) arranged by being spaced by a height hfrom a ground layer (11), and second metal patches (13) each of which has a regular 2n-polygonal (n is 2, 3, 4...) shape with a side length W2(<W1) and that are arranged so that the first metal patches (12) adjacent to each other are symmetrically overlaid therewith.

Description

本発明は、高インピーダンス表面を有するEBG構造体を反射面として用いたアンテナ装置に関するものである。   The present invention relates to an antenna device using an EBG structure having a high impedance surface as a reflecting surface.

アンテナの放射ビームに単一方向の指向性を持たせるための手段として、反射板が用いられる。一般的に、この反射板は板状の金属から構成され、それによる反射波は入射波に対して180度位相反転される電気壁特性を有する。従って、使用周波数帯の中心周波数fの波長をλ、アンテナ高をhとすると、h≒λ/4の場合に放射効率が最良となり、hが低くなるにつれて、180度位相反転された反射波の影響により放射効率の低下を引き起こす。 A reflector is used as a means for giving the antenna radiation beam directivity in a single direction. Generally, this reflecting plate is made of a plate-like metal, and the reflected wave thereby has an electric wall characteristic in which the phase is inverted 180 degrees with respect to the incident wave. Thus, 0 the wavelength of the center frequency f 0 of the frequency band used lambda, when the antenna height and h, the radiation efficiency is the best in the case of h ≒ lambda 0/4, as h is decreased, which is 180 degrees out of phase inversion Radiation efficiency decreases due to the influence of reflected waves.

アンテナの低姿勢化による放射効率の低下を抑制するために、反射面にEBG(Electromagnetic Band Gap:電磁界バンドギャップ)構造体を採用することが提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。
図13は従来のEBG構造体における単位セルの上面図を示し、図14は図13のB−B断面図を示す。このEBG単位セル100は、金属からなるグランド層101からhEBGだけ離隔した高さ部位に水平に配置された一辺がWの正方形状金属パッチ102と、この金属パッチ102をグランド層101に接続する金属ピン103とを備えている。
In order to suppress a decrease in radiation efficiency due to the low attitude of the antenna, it has been proposed to employ an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure on the reflecting surface (for example, Non-Patent Document 1, Patent). Reference 1).
FIG. 13 is a top view of a unit cell in a conventional EBG structure, and FIG. 14 is a sectional view taken along line BB in FIG. The EBG unit cell 100 is connected to the ground layer 101 by a square-shaped metal patch 102 horizontally arranged at a height portion separated from the ground layer 101 made of metal by h EBG and having a side W. And a metal pin 103.

EBG構造体は、上記EBG単位セル100を縦横に配列することによって構成される。このEBG構造体においては、各EBG単位セル100の金属パッチ102が二次元平面を構成するように周期的に配置され、これによって上記反射面が構成される。なお、隣接する金属パッチ102は幅δのギャップで隔てられている。 The EBG structure is configured by arranging the EBG unit cells 100 vertically and horizontally. In this EBG structure, the metal patches 102 of each EBG unit cell 100 are periodically arranged so as to form a two-dimensional plane, thereby forming the reflection surface. The metal patch 102 adjacent are separated by a gap of width [delta] G.

ここで、グランド層101と金属パッチ102間に発生するキャパシタ成分をC、金属ピン103により発生するインダクタ成分をL、隣接する金属パッチ102間のギャップδから発生するキャパシタ成分をC、金属パッチ200の縁部によるインダクタ成分をLとすると、図15に示すLC等価回路を描くことができる。このLC等価回路は、L、Cのパラメータを適切に設定することにより、任意の周波数で共振させることができる。 Here, the capacitor component generated between the ground layer 101 and the metal patch 102 is C 1 , the inductor component generated by the metal pin 103 is L 1 , and the capacitor component generated from the gap δ G between the adjacent metal patches 102 is C 2. , an inductor component by the edge of the metal patch 200 When L 2, it is possible to draw the LC equivalent circuit shown in FIG. 15. This LC equivalent circuit can be resonated at an arbitrary frequency by appropriately setting the L and C parameters.

このようなEBG単位セル100を用いて構成されるEBG構造体の反射面は、高インピーダンスであるため、上記LC等価回路による共振周波数において同位相の反射波を発生させる。すなわち、理想的には、アンテナ高hが0の場合に使用周波数fにおいて放射効率が最良となる磁気壁特性を有することになる。
なお、構造の簡易化のために金属ピン103を省略しても、上記に示した電気的特徴を有することができる。
Since the reflection surface of the EBG structure configured using such an EBG unit cell 100 has high impedance, a reflected wave having the same phase is generated at the resonance frequency by the LC equivalent circuit. In other words, ideally, when the antenna height h is 0, the magnetic wall characteristic has the best radiation efficiency at the use frequency f 0 .
Even if the metal pin 103 is omitted for simplification of the structure, the above-described electrical characteristics can be obtained.

Fan Yang, etc. ,”Reflection Phase Characterizations of the EBG Ground Plane for Low Profile Wire Antenna Applications”. IEEE, Trans. on Antennas and Prop., vol. 51, No. 10, Oct. 2003.Fan Yang, etc., “Reflection Phase Characterizations of the EBG Ground Plane for Low Profile Wire Antenna Applications”. IEEE, Trans. On Antennas and Prop., Vol. 51, No. 10, Oct. 2003. 特開2003−306113号公報JP 2003-306113 A

図16に上記EBG単位セル100の反射位相特性を示す。なお、この反射位相特性は、金属ピン103を省略した場合のものである。この反射位相特性に示すように、hEBG=0.028λ、δ=0.006λ、W=0.307λの場合には、周波数fにおける反射位相φが約0度となる。また、反射位相φが−90〜+90度となる周波数帯域幅は0.17fとなる。同様の特性を示す構造パラメータ組合せはこの限りではなく、無数に存在する。 FIG. 16 shows the reflection phase characteristics of the EBG unit cell 100. This reflection phase characteristic is obtained when the metal pin 103 is omitted. As shown in the reflection phase characteristic, when h EBG = 0.028λ 0 , δ G = 0.006λ 0 , and W = 0.307λ 0 , the reflection phase φ at the frequency f 0 is about 0 degree. The frequency bandwidth at which the reflection phase φ is −90 to +90 degrees is 0.17f 0 . The number of structural parameter combinations exhibiting similar characteristics is not limited to this, and there are innumerable numbers.

EBG構造体からなる反射板は、上記のような反射位相特性を実現する構造パラメータを有したEBG単位セル100を周期的に配列しなければ、放射効率が最良となる磁気壁特性を得ることができない。
EBG単位セル100の周期配置の自由度は、金属パッチ102の一辺の長さWを小さくすることによって、つまり、EBG単位セルの面積を小さくすることによって向上する。そして、この周期配置の自由度が向上すれば、グランド層に種々の形状を持たせることが可能になる。しかし、従来のEBG構造体は、金属パッチ102の一辺の長さWを小さくしていくのに伴ってhEBGを高くしていく必要があるので、低姿勢を維持できないという問題を生じる。
If the EBG unit cells 100 having the structural parameters that realize the reflection phase characteristics as described above are not periodically arranged, the reflection plate made of the EBG structure can obtain the magnetic wall characteristics with the best radiation efficiency. Can not.
The degree of freedom of periodic arrangement of the EBG unit cell 100 is improved by reducing the length W of one side of the metal patch 102, that is, by reducing the area of the EBG unit cell. And if the freedom degree of this periodic arrangement | positioning improves, it will become possible to give a various shape to a ground layer. However, since the conventional EBG structure needs to increase h EBG as the length W of one side of the metal patch 102 is reduced, there is a problem that the low posture cannot be maintained.

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、その目的は、EBG構造体を構成するEBG単位セルを低姿勢および広帯域特性を維持しながら小型化して、設計の自由度の高いアンテナ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reduce the size of an EBG unit cell constituting an EBG structure while maintaining a low attitude and wideband characteristics, and to provide an antenna having a high degree of freedom in design. To provide an apparatus.

本発明は、複数のEBG単位セルを周期的に配列してなるEBG構造体と、該EBG構造体上に配置したアンテナとを備えるアンテナ装置であって、前記EBG単位セルが、所定のギャップ幅δをおいて周期的に配置させることが可能な辺長W1の正多角形状を有し、グラウンド層から高さhEBGだけ隔てて配置された第1の金属パッチと、辺長W2(<W1)の正2n(nは2,3,4・・・)角形状を有し、隣接する前記第1の金属パッチに対称的に跨るように配置された第2の金属パッチと、を備える。 The present invention is an antenna device comprising an EBG structure formed by periodically arranging a plurality of EBG unit cells, and an antenna disposed on the EBG structure, wherein the EBG unit cell has a predetermined gap width. has a [delta] G a dude periodically arranged so it is possible regular polygon of side length W1, a first metal patches spaced by a height h EBG from ground layer, the side length W2 (< W1) having a positive 2n (n is 2, 3, 4...) Square shape, and a second metal patch disposed so as to symmetrically straddle the adjacent first metal patch. .

実施例においては、前記第2の金属パッチが前記第1の金属パッチの高さhEBGよりも高い位置に配置されている。しかし、前記第2の金属パッチは、前記第1の金属パッチの高さhEBGよりも低い位置に配置しても良い。
また、実施例においては、前記第1の金属パッチと第2の金属パッチを、それぞれ誘電体基板の一方の面と他方の面に貼着した金属箔によって形成している。
In an embodiment, the second metal patch is disposed at a position higher than the height h EBG of the first metal patch. However, the second metal patch may be disposed at a position lower than the height h EBG of the first metal patch.
In the embodiment, the first metal patch and the second metal patch are formed by metal foils adhered to one surface and the other surface of the dielectric substrate, respectively.

前記第1の金属パッチの高さhEBGは、例えば0.02λ以上に設定することが望ましい。また、前記前記第1の金属パッチの辺長W1は、例えば0.2λ以下に設定することが望ましい。
また、前記アンテナには、例えば、ダイポールアンテナが使用される。
The height h EBG of the first metal patches, it is desirable to set, for example, 0.02 [lambda] 0 or more. Further, side length W1 of the first metal patch, for example, it is desirable to set the 0.2? 0 or less.
In addition, for example, a dipole antenna is used as the antenna.

本発明によれば、EBG構造体を構成するEBG単位セルが低姿勢および広帯域特性を維持しながら小型化されるので、EBG単位セルの周期配置の自由度が向上され、これによって、設計の自由度の高いアンテナ装置を提供することができる。   According to the present invention, since the EBG unit cells constituting the EBG structure are reduced in size while maintaining a low profile and wideband characteristics, the degree of freedom of periodic arrangement of the EBG unit cells is improved, thereby allowing freedom of design. An antenna device having a high degree can be provided.

本発明に係るEBG単位セルの一構成例を示す平面図である。It is a top view which shows one structural example of the EBG unit cell which concerns on this invention. 図1のA−A線による断面図である。It is sectional drawing by the AA line of FIG. EBG単位セルの反射位相特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reflection phase characteristic of an EBG unit cell. EBG単位セルを二次元平面状にN段周期配列してなるEBG構造体の平面図である。It is a top view of the EBG structure formed by N-stage periodic arrangement of EBG unit cells in a two-dimensional plane. EBG単位セルの配列段数を変化させた場合の反射位相の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the reflection phase at the time of changing the arrangement | sequence number of an EBG unit cell. EBG構造体上にダイポールアンテナを配置して構成した本発明に係るアンテナ装置の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the antenna device which concerns on this invention comprised by arrange | positioning a dipole antenna on an EBG structure. 図6のアンテナ装置のVSWR特性を示すグラフである。7 is a graph showing the VSWR characteristics of the antenna device of FIG. 正方形状のグランドを使用したEBG構造体におけるEBG単位セルの周期配列形態を示す平面図である。It is a top view which shows the periodic arrangement | sequence form of the EBG unit cell in the EBG structure using a square-shaped ground. 円形状のグランドを使用したEBG構造体におけるEBG単位セルの周期配列形態を示す平面図である。It is a top view which shows the periodic arrangement | sequence form of the EBG unit cell in the EBG structure which uses a circular-shaped ground. 長方形状のグランドを使用したEBG構造体におけるEBG単位セルの周期配列形態を示す平面図である。It is a top view which shows the periodic arrangement | sequence form of the EBG unit cell in the EBG structure which uses a rectangular-shaped ground. EBG単位セルの他の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the other structure of an EBG unit cell. 図2に示す上側の金属パッチと下側の金属パッチを逆に配置したEBG単位セルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the EBG unit cell which has arrange | positioned the upper metal patch and lower metal patch which were shown in FIG. 2 reversely. 従来のEBG単位セルの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the conventional EBG unit cell. 図13のB−B線による断面図である。It is sectional drawing by the BB line of FIG. 従来のEBG単位セルの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the conventional EBG unit cell. 従来のEBG単位セルの反射位相特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reflection phase characteristic of the conventional EBG unit cell.

図1は、本発明に係るアンテナ装置に使用されるEBG構造体の単位セルの構成を示す平面図である。また、図2は図1のA−A線による断面図である。
EBG単位セル10は、グランド層11から高さhEBGだけ隔てられた部位に水平配置された辺長W1の正方形状の金属パッチ12と、この金属パッチ12の各辺部上に位置された辺長W2(<W1)である正方形状の金属パッチ13と、を備えている。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a unit cell of an EBG structure used in an antenna device according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
The EBG unit cell 10 includes a square-shaped metal patch 12 having a side length W1 that is horizontally disposed in a portion separated from the ground layer 11 by a height h EBG , and sides positioned on the sides of the metal patch 12. A square-shaped metal patch 13 having a length W2 (<W1).

EBG構造体は、このようなEBG単位セル10を縦横に周期的に配列することによって、すなわち、2次元平面状に周期配列することによって構成される。このEBG構造体においては、各単位セル10の金属パッチ12がギャップ幅δを介して密に配列することになる。 The EBG structure is configured by periodically arranging such EBG unit cells 10 vertically and horizontally, that is, by periodically arranging them in a two-dimensional plane. In the EBG structure, so that the metal patch 12 of each unit cell 10 is closely arranged via a gap width [delta] G.

図2に示すように、金属パッチ12及び金属パッチ13は、比誘電率εr(≧1)、誘電正接tanδ(≧0)の誘電体基板14の下面及び上面に貼着された金属箔(例えば銅箔)によってそれぞれ形成されている。このような金属箔からなる金属パッチ12,13は、プリント配線パターンの形成手法を用いて形成することができる。なお、図1は誘電体基板14が透明であると仮定した透視図であるので、金属パッチ12が実線で表されている。 As shown in FIG. 2, the metal patch 12 and the metal patch 13 are made of a metal foil (attached to the lower and upper surfaces of the dielectric substrate 14 having a relative dielectric constant ε r (≧ 1) and a dielectric loss tangent tan δ (≧ 0) For example, copper foil). The metal patches 12 and 13 made of such metal foil can be formed by using a printed wiring pattern forming method. Since FIG. 1 is a perspective view assuming that the dielectric substrate 14 is transparent, the metal patch 12 is represented by a solid line.

金属パッチ13は、隣接する金属パッチ12に対称的に跨る形態で設けられているので、各EBG単位セル10の境界線(一点鎖線参照)がその中心線上に位置している。この金属パッチ13は、金属パッチ12との間に浮遊容量を形成する。後述するように、この浮遊容量はEBG単位セル10の金属パッチ12の小面積化に寄与する。   Since the metal patch 13 is provided symmetrically across the adjacent metal patch 12, the boundary line (see the alternate long and short dash line) of each EBG unit cell 10 is located on the center line. The metal patch 13 forms a stray capacitance with the metal patch 12. As will be described later, this stray capacitance contributes to a reduction in the area of the metal patch 12 of the EBG unit cell 10.

本実施形態では、前記従来のEBG単位セルのパラメータ値を参照して、hEBG= 0.028λ、δ=0.006λとし、また、ε=1、tanδ=0、W1=0.157λ、W2= 0.067λとしている。ここで、λは使用周波数帯の中心周波数fの波長である。
EBG単位セル10は、一点鎖線で示す周期的境界条件(PBC:Periodic Boundary Condition)下で、すなわち、二次元平面状に無限周期で配列するという条件下でその動作特性が解析される。
In this embodiment, referring to the parameter values of the conventional EBG unit cell, h EBG = 0.028λ 0 , δ G = 0.006λ 0, and ε r = 1, tan δ = 0, W1 = 0 .157λ 0 and W 2 = 0.067λ 0 . Here, λ 0 is the wavelength of the center frequency f 0 of the used frequency band.
The operation characteristics of the EBG unit cells 10 are analyzed under a periodic boundary condition (PBC) indicated by a one-dot chain line, that is, under a condition that they are arranged in an infinite period in a two-dimensional plane.

図3に、パラメータ値を上記のように設定したEBG単位セル10の反射位相特性を示す。この特性図に示すように、使用中心周波数fにおける反射位相φがほぼ0度となり、また、反射位相φが−90〜+90度となる周波数帯域幅がほぼ0.17fとなる。この反射位相特性は、図16に示した従来のEBG単位セル100の反射位相特性と同等である。 FIG. 3 shows the reflection phase characteristics of the EBG unit cell 10 in which the parameter values are set as described above. As shown in this characteristic diagram, the reflection phase φ at the use center frequency f 0 is approximately 0 degrees, and the frequency bandwidth at which the reflection phase φ is −90 to +90 degrees is approximately 0.17 f 0 . This reflection phase characteristic is equivalent to the reflection phase characteristic of the conventional EBG unit cell 100 shown in FIG.

上記EBG単位セル10は、金属パッチ12の辺長W1が0.157λであるが、図13に示した従来のEBG単位セル100は、金属パッチ102の辺長Wが0.307λである。従って、上記EBG単位セル10によれば、従来のEBG単位セル100と同等の高さ(hEBG= 0.028λ)及び反射位相特性を有するにもかかわらず、51%の小型化(面積比においては26%の小型化。つまり、約1/4の面積になる。)を実現することができる。
このような小型化は、上記金属パッチ13によって形成される浮遊容量に基づいて実現される。なぜなら、上記浮遊容量は、図15におけるインダクタ成分Lの減少、つまり、金属パッチ12の面積の縮小を可能にするからである。
The EBG unit cell 10 is the side length W1 of the metal patch 12 is 0.157Ramuda 0, conventional EBG unit cell 100 shown in FIG. 13, the side length W of the metal patch 102 is 0.307Ramuda 0 . Therefore, according to the EBG unit cell 10 described above, although it has the same height (h EBG = 0.028λ 0 ) and reflection phase characteristics as those of the conventional EBG unit cell 100, it is 51% smaller (area ratio). , The size can be reduced by 26%, that is, about 1/4 of the area).
Such miniaturization is realized based on the stray capacitance formed by the metal patch 13. This is because the stray capacitance is decreased inductance component L 2 in FIG. 15, that is, because that allows a reduction in area of the metal patch 12.

上記EBG単位セル10における構造パラメータの値は一例であり、同様の特性を示すパラメータ値の組合せは無数にある。しかし、アンテナの低姿勢化と広帯域特性の双方を実現しながらEBG単位セル10の小型化を図るには、上記金属パッチ12の高さhEBGを0.02λ≦hEBG≦0.1λの範囲で選定し、金属パッチ12の辺長W1を0.2λ以下に設定することが望ましい。また、ギャップ幅δは、自身が発生するキャパシタ成分(図15のC参照)が小さいほど金属パッチ12のインダクタ成分(図15のL参照)を大きくする必要、つまり、金属パッチ12の面積を大きくする必要があるので、0.012λ以下に設定して、上記キャパシタ成分をできるだけ大きくすることが望ましい。
なお、金属パッチ13は、相互が重ならないようにしなければならない。このため、上記実施形態では、金属パッチ13の辺長W2をW2<(W1+δ)/2の範囲に設定している。
The value of the structural parameter in the EBG unit cell 10 is an example, and there are innumerable combinations of parameter values exhibiting similar characteristics. However, the height h EBG of the metal patch 12 is set to 0.02λ 0 ≦ h EBG ≦ 0.1λ 0 in order to reduce the size of the EBG unit cell 10 while realizing both the low profile of the antenna and the broadband characteristics. selected in the range of, it is desirable to set the side length W1 of metal patches 12 in 0.2? 0 or less. Further, the gap width δ G needs to increase the inductor component (see L 2 in FIG. 15) of the metal patch 12 as the capacitor component (see C 2 in FIG. 15) generated by the gap width δ G decreases. it is necessary to increase the area, is set to 0.012Ramuda 0 or less, it is desirable to maximize the capacitor components.
Note that the metal patches 13 should not overlap each other. Therefore, in the above embodiment, it is set side lengths W2 of the metal patch 13 in the range of W2 <(W1 + δ G) / 2.

図4は、上記EBG単位セル10を二次元平面状にN段(N=2〜∞)周期配列したEBG構造体の平面図を示す。また、図5は、配列段数Nを変化させた場合の反射位相φの周波数特性を示す。
図5に示すように、N≧16の場合に無限周期構造とほぼ同様の反射位相特性が得られる。一方、N<16の場合には、Nが少なくなるほど反射位相φがφ≒0度となる周波数が高くなる。この場合、使用周波数fに合わせるように、別途、単位セル10のパラメータの調整を行う必要がある。
FIG. 4 is a plan view of an EBG structure in which the EBG unit cells 10 are periodically arranged in N dimensions (N = 2 to ∞) in a two-dimensional plane. FIG. 5 shows frequency characteristics of the reflection phase φ when the number N of arrangement stages is changed.
As shown in FIG. 5, when N ≧ 16, substantially the same reflection phase characteristic as that of the infinite periodic structure is obtained. On the other hand, when N <16, the frequency at which the reflection phase φ becomes φ≈0 degrees increases as N decreases. In this case, to match the operating frequency f 0, it is necessary to perform an additional adjustment of the parameters of the unit cell 10.

図6に本発明に係るアンテナ装置の実施形態を示す。このアンテナ装置は、上記EBG単位セル10を用いて構成したEBG構造体上にダイポールアンテナ15を配置した構成を有する。
このアンテナ装置は、例えばグランド層11からのダイポールアンテナ15の高さhが0.043λに設定されている場合、図7に示すようなVSWR(定在波比)特性を示す。
このアンテナ装置によれば、VSWR≦2となる周波数帯域は13%と算出される。これは、低姿勢な構成にもかかわらず良好な放射特性が得られることを示している。
FIG. 6 shows an embodiment of an antenna device according to the present invention. This antenna device has a configuration in which a dipole antenna 15 is disposed on an EBG structure configured using the EBG unit cell 10.
The antenna apparatus, for example when the height h A of the dipole antenna 15 from the ground layer 11 is set to 0.043Ramuda 0, showing a VSWR (standing wave ratio) characteristic shown in FIG.
According to this antenna device, the frequency band where VSWR ≦ 2 is calculated as 13%. This indicates that good radiation characteristics can be obtained despite the low-profile configuration.

図8は正方形状のグランド層11を有するEBG構造体での単位セル10の周期配置形態を、図9は円形状のグランド層11を有するEBG構造体でのそれを、更に、図10は長方形状のグランド層11を有するEBG構造体でのそれをそれぞれ示している。
小型に構成された上記単位セル10は、周期配置の自由度が高いことから、グランド層11が曲線等を含む複雑な形状を有している場合であっても、その形状に対応するように周期配置することができる。したがって、本発明のアンテナ装置は設計の自由度が高い。
8 shows a periodic arrangement of unit cells 10 in an EBG structure having a square ground layer 11, FIG. 9 shows that in an EBG structure having a circular ground layer 11, and FIG. Each of them is shown in an EBG structure having a ground layer 11 having a shape.
Since the unit cell 10 configured in a small size has a high degree of freedom in periodic arrangement, even when the ground layer 11 has a complicated shape including a curve or the like, the unit cell 10 corresponds to the shape. Periodic arrangement is possible. Therefore, the antenna device of the present invention has a high degree of design freedom.

本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば、以下に示すような種々の変異態様を含み得るものである。
(a)図1に示すEBG単位セル10では、正方形状の金属パッチ12を使用しているが、例えば、図11に示すEBG単位セル20のように、正六角形状の金属パッチ22を使用することも可能である。
なお、上記金属パッチ12,22に相当する金属パッチには、上記ギャップ幅δをおいて周期的に配置させることが可能であるという条件を満たす正多角形状を有するものが適用される。例えば、正五角形状を有するものは、周期的に配置した場合に、上記ギャップ幅δを維持できない箇所が存在することになるので、つまり、上記条件を満たすことができないので適用できない。
(b)図1に示すEBG単位セル10では、正四角形状の容量付加用金属パッチ13を使用している。しかし、この容量付加用金属パッチは、正2n(nは2,3,4・・・)角形状のものであれば適用可能である。
(c)図2に示すEBG単位セル10では、金属パッチ12の上方側に金属パッチ13を配置しているが、図12に示すように、金属パッチ12の下方側に金属パッチ13を配置することも可能である。
(d)図2に示すEBG単位セル10では、金属パッチ12,13間に誘電体基板14を介在させているが、この金属パッチ12,13間に空気を介在させても良く、また、金属パッチ12,13間が真空であっても良い。
(e)上記実施形態では、金属パッチ12をグランド層11に接続するための金属ピンを省略しているが、必要に応じてこの金属ピンを設けることも可能である。
(f)EBG構造体上に配置するアンテナは、実施形態として示したダイポールアンテナ15に限定されず、ループアンテナ等の他のアンテナを配置しても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may include various variations as shown below, for example.
(A) In the EBG unit cell 10 shown in FIG. 1, the square-shaped metal patch 12 is used. For example, the regular hexagonal metal patch 22 is used as in the EBG unit cell 20 shown in FIG. It is also possible.
In addition, what has the regular polygon shape which satisfy | fills the metal patch equivalent to the said metal patches 12 and 22 satisfy | filling the said gap width (delta) G and being periodically arrangeable is applied. For example, those having a regular pentagon shape, when periodically arranged, it means that portion can not be maintained the gap width [delta] G is present, that is, can not be applied since it can not satisfy the above conditions.
(B) The EBG unit cell 10 shown in FIG. 1 uses a square-shaped capacitor addition metal patch 13. However, this capacity-adding metal patch can be applied as long as it has a regular 2n (n is 2, 3, 4...) Square shape.
(C) In the EBG unit cell 10 shown in FIG. 2, the metal patch 13 is arranged above the metal patch 12. However, as shown in FIG. 12, the metal patch 13 is arranged below the metal patch 12. It is also possible.
(D) In the EBG unit cell 10 shown in FIG. 2, the dielectric substrate 14 is interposed between the metal patches 12 and 13, but air may be interposed between the metal patches 12 and 13. A vacuum may be applied between the patches 12 and 13.
(E) Although the metal pin for connecting the metal patch 12 to the ground layer 11 is omitted in the above embodiment, this metal pin may be provided as necessary.
(F) The antenna arranged on the EBG structure is not limited to the dipole antenna 15 shown as the embodiment, and another antenna such as a loop antenna may be arranged.

10,20 EBG単位セル10
11 グランド層
12,22 金属パッチ
13,23 金属パッチ
14 誘電体基板
10,20 EBG unit cell 10
11 Ground Layer 12, 22 Metal Patch 13, 23 Metal Patch 14 Dielectric Substrate

Claims (5)

複数のEBG単位セルを周期的に配列してなるEBG構造体と、該EBG構造体上に配置したアンテナとを備えるアンテナ装置であって、前記EBG単位セルが、
所定のギャップ幅δをおいて周期的に配置させることが可能な辺長W1の正多角形状を有し、グランド層から高さhEBGだけ隔てて配置された第1の金属パッチと、
辺長W2(<W1)の正2n(nは2,3,4・・・)角形状を有し、隣接する前記第1の金属パッチに対称的に跨るように配置された第2の金属パッチと、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
An antenna device comprising an EBG structure formed by periodically arranging a plurality of EBG unit cells, and an antenna disposed on the EBG structure, wherein the EBG unit cell comprises:
Has a regular polygonal shape with a predetermined gap width [delta] G capable of periodically spaced side length W1, a first metal patches spaced by a height h EBG from the ground layer,
A second metal having a positive 2n (n is 2, 3, 4...) Square shape having a side length W2 (<W1) and symmetrically straddling the adjacent first metal patch. Patches,
An antenna device comprising:
前記第2の金属パッチを前記第1の金属パッチの高さhEBGEGBよりも高い位置に配置したことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the second metal patch is disposed at a position higher than a height h EBG h EGB of the first metal patch. 前記第1の金属パッチと第2の金属パッチを、それぞれ誘電体基板の一方の面と他方の面に形成したことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the first metal patch and the second metal patch are formed on one surface and the other surface of the dielectric substrate, respectively. 前記第1の金属パッチが正方形状前記第1の金属パッチの高さhEBGを0.02λ以上に設定し、前記第1の金属パッチの辺長W1を0.2λ以下に設定したことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 The first metal patch is square, the height h EBG of the first metal patch is set to 0.02λ 0 or more, and the side length W1 of the first metal patch is set to 0.2λ 0 or less. The antenna device according to claim 1. 前記アンテナがダイポールアンテナであることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。   The antenna apparatus according to claim 1, wherein the antenna is a dipole antenna.
JP2012136890A 2012-06-18 2012-06-18 Antenna device using ebg structure Pending JP2014003436A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012136890A JP2014003436A (en) 2012-06-18 2012-06-18 Antenna device using ebg structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012136890A JP2014003436A (en) 2012-06-18 2012-06-18 Antenna device using ebg structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014003436A true JP2014003436A (en) 2014-01-09

Family

ID=50036224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012136890A Pending JP2014003436A (en) 2012-06-18 2012-06-18 Antenna device using ebg structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014003436A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114552211A (en) * 2022-03-04 2022-05-27 电子科技大学 High-gain multi-beam periodic impedance modulation surface antenna loaded with EBG structure
CN116706532A (en) * 2023-08-08 2023-09-05 安徽大学 High front-to-back ratio ultrahigh frequency radio frequency identification reader antenna
WO2024070207A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 株式会社ジャパンディスプレイ Radio wave reflection device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008236027A (en) * 2007-03-16 2008-10-02 Nec Corp Common mode current suppression ebg filter
JP2009188895A (en) * 2008-02-08 2009-08-20 Mitsubishi Electric Corp Antenna device
JP2009218971A (en) * 2008-03-11 2009-09-24 Nec Tokin Corp Antenna system and rfid tag

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008236027A (en) * 2007-03-16 2008-10-02 Nec Corp Common mode current suppression ebg filter
JP2009188895A (en) * 2008-02-08 2009-08-20 Mitsubishi Electric Corp Antenna device
JP2009218971A (en) * 2008-03-11 2009-09-24 Nec Tokin Corp Antenna system and rfid tag

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114552211A (en) * 2022-03-04 2022-05-27 电子科技大学 High-gain multi-beam periodic impedance modulation surface antenna loaded with EBG structure
CN114552211B (en) * 2022-03-04 2023-04-18 电子科技大学 High-gain multi-beam periodic impedance modulation surface antenna loaded with EBG structure
WO2024070207A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 株式会社ジャパンディスプレイ Radio wave reflection device
CN116706532A (en) * 2023-08-08 2023-09-05 安徽大学 High front-to-back ratio ultrahigh frequency radio frequency identification reader antenna
CN116706532B (en) * 2023-08-08 2023-10-03 安徽大学 High front-to-back ratio ultrahigh frequency radio frequency identification reader antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9825369B2 (en) Antenna device
WO2016155393A1 (en) Dielectric resonator antenna element
US6828947B2 (en) Nested cavity embedded loop mode antenna
US11197366B2 (en) Electromagnetic band gap structutre for antenna array
US8648762B2 (en) Loop array antenna system and electronic apparatus having the same
JP6397563B2 (en) Leaky wave antenna
JP5674838B2 (en) Antenna device
US20210320409A1 (en) Multi-Band Antenna Structure
US10826188B2 (en) Electromagnetically reflective plate with a metamaterial structure and miniature antenna device including such a plate
JP2014003436A (en) Antenna device using ebg structure
JP4503459B2 (en) Multi-frequency antenna
JP2007060082A (en) Multifrequency shared antenna
JP5336874B2 (en) Antenna device and RFID tag
JP5054174B2 (en) antenna
Dong et al. Miniaturized zeroth order resonance antenna over a reactive impedance surface
JP2011087241A (en) Antenna, and array antenna
JP5473737B2 (en) Planar antenna
JP5858844B2 (en) Antenna device
JP5520989B2 (en) Antenna and base station antenna
WO2020021594A1 (en) Antenna device
JP5698394B2 (en) Planar antenna
JP5050084B2 (en) antenna
JP6721352B2 (en) Waveguide/transmission line converter and antenna device
JP5435507B2 (en) Omnidirectional antenna
KR102315385B1 (en) Resonant cavity antenna

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131203

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140328