JP2022177343A - Antenna and wireless communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、アンテナ及び無線通信装置に関する。 The present disclosure relates to antennas and wireless communication devices.
従来、ケーブルを介してスモールセル基地局に接続され、屋内の天井や内壁等の窓ガラスの周辺部分に取り付けられるアンテナが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an antenna is known that is connected to a small cell base station via a cable and attached to a peripheral portion of a window glass such as an indoor ceiling or inner wall (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の技術では、アンテナ素子の形状を変えずにアンテナの動作周波数を変更することは難しい。 However, with conventional technology, it is difficult to change the operating frequency of the antenna without changing the shape of the antenna element.
本開示は、アンテナ素子の形状を変えずに動作周波数を変更可能なアンテナ、及び当該アンテナを備える無線通信装置を提供する。 The present disclosure provides an antenna capable of changing the operating frequency without changing the shape of the antenna element, and a wireless communication device including the antenna.
本開示は、
正面と裏面とを有する基板と、
前記正面又は前記基板の内部に設けられ、主輻射の方向が前記裏面とは反対側に向く少なくとも一つのアンテナ素子と、
前記基板の正面視で前記アンテナ素子に重なり、前記正面に対して着脱可能に装着される誘電体カバーとを備え、
前記誘電体カバーの着脱により、動作周波数が変化する、アンテナ、及び当該アンテナを備える無線通信装置を提供する。
This disclosure is
a substrate having a front surface and a back surface;
at least one antenna element provided on the front surface or inside the substrate and having a main radiation direction opposite to the back surface;
a dielectric cover that overlaps the antenna element in a front view of the substrate and is detachably attached to the front surface,
Provided are an antenna and a wireless communication device including the antenna, the operating frequency of which is changed by attaching and detaching the dielectric cover.
本開示の技術によれば、アンテナ素子の形状を変えずにアンテナの動作周波数を変更できる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to change the operating frequency of the antenna without changing the shape of the antenna element.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解の容易のため、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。本明細書では、3軸方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)の3次元直交座標系を用い、基板の幅方向をX軸方向とし、基板の高さ方向をY軸方向とし、基板の厚さ方向をZ軸方向とする。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. For ease of understanding, the scale of each member in the drawings may differ from the actual scale. In this specification, a three-dimensional orthogonal coordinate system with three axial directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) is used, the width direction of the substrate is the X-axis direction, and the height direction of the substrate is the Y-axis direction. , the thickness direction of the substrate is the Z-axis direction.
平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本開示の技術の効果を損なわない程度のずれが許容される。X軸方向、Y軸方向、Z軸方向は、それぞれ、X軸に平行な方向、Y軸に平行な方向、Z軸に平行な方向を表す。X軸方向とY軸方向とZ軸方向は、互いに直交する。XY平面、YZ平面、ZX平面は、それぞれ、X軸方向及びY軸方向に平行な仮想平面、Y軸方向及びZ軸方向に平行な仮想平面、Z軸方向及びX軸方向に平行な仮想平面を表す。 In directions such as parallel, right angle, orthogonal, horizontal, vertical, up and down, left and right, misalignment to the extent that the effect of the technology of the present disclosure is not impaired is allowed. The X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction represent directions parallel to the X-axis, directions parallel to the Y-axis, and directions parallel to the Z-axis, respectively. The X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other. The XY plane, YZ plane, and ZX plane are virtual planes parallel to the X-axis direction and Y-axis direction, virtual planes parallel to the Y-axis direction and Z-axis direction, and virtual planes parallel to the Z-axis direction and X-axis direction, respectively. represents
図1は、一実施形態におけるアンテナの積層構成の一例を模式的に示す断面図である。図1に示すアンテナ100は、基地局用のアンテナである。基地局には、中継局が含まれてもよい。基地局は、所望の通信エリアをカバーする無線通信装置の一例であり、無線通信端末等との間で無線通信を行う。図1に示す基地局400は、アンテナ100と通信制御部300とを備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a laminated structure of an antenna according to one embodiment.
通信制御部300は、アンテナ100による無線通信を制御する。通信制御部300は、ベースバンド部及びRF(Radio Frequency)部などの公知の構成を有する。
A
通信制御部300は、同軸ケーブル等の給電配線53を介してアンテナ100に接続されるので、アンテナ100と通信制御部300のそれぞれの設置場所を分離でき、それぞれの設置の自由度が向上する。例えば、アンテナ100を壁200の壁面201側に設置でき、通信制御部300を壁面201の裏側(壁面202側)又は壁200の内部に設置できる。その結果、通信制御部300が壁200に隠れ、意匠性などが向上する。
Since the
アンテナ100は、通信エリアをアンテナ100の正面側(この例では、XY平面に対してZ軸方向の正側)に形成する指向性アンテナである。アンテナ100は、物(例えば、建造物又はその一部)の表面に対向するように設置して使用されるアンテナの一例である。物は、樹木などの自然物でもよい。建造物は、建築物でもよいし、工作物でもよい。建造物は、その具体例として、地上施設(建物、橋、塔、競技場、地上駅、トンネルなど)、地下施設(地下駅、地下トンネルなど)、門、塀、電柱、看板などがあるが、これら以外でもよい。建造物の一部とは、建造物の一部を構成する部分である。建造物の一部は、その具体例として、壁、天井、窓ガラス、床、柱、扉などがあるが、これら以外でもよい。
The
図1に示す例では、アンテナ100は、その背面が壁200の壁面201に対向するように設置して使用されるアンテナユニットである。壁200は、壁面201と壁面202とを有する。壁面201は、建造物又はその一部の第1の表面の一例であり、壁面202は、第1の表面とは反対側の第2の表面の一例である。壁面201及び壁面202の法線方向は、Z軸方向に平行である。壁面201は、平面に限らず、曲面でもよい。アンテナ100による通信エリアを屋内に形成する場合には、壁面201は、屋内側の内壁であるが、アンテナ100による通信エリアを屋外に形成する場合には、壁面201は、屋外側の外壁である。
In the example shown in FIG. 1, the
アンテナ100は、壁面201に取り付けて使用される機器であり、アンテナ100に対して壁面201とは反対側(図1の場合、XY平面に対してZ軸方向の正側)に向けて電磁波の送受信を行う。アンテナ100は、例えば、第5世代移動通信システム(いわゆる、5G)、ブルートゥース(登録商標)等の無線通信規格、IEEE802.11ac等の無線LAN(Local Area Network)規格に対応する電波を送受可能に形成されている。なお、アンテナ100は、これら以外の規格に対応する電磁波を送受可能に形成されてもよいし、複数の異なる周波数の電磁波を送受可能に形成されてもよい。
The
アンテナ100は、その正面側(図1の場合、XY平面に対してZ軸方向の正側)に、電波を放射し、通信エリアを形成する。図1に示すアンテナ100は、基板10、少なくとも一つのアンテナ素子20及び誘電体カバー30を備える。
The
基板10は、例えば、正面12が壁面201に対して平行に設けられる。基板10は、Z軸方向の正側からの平面視(正面視)において、例えば、矩形に形成されており、正面12及び裏面11を有する。正面12は、アンテナ100が電波を放射する側を向くように設けられ、図1に示す形態では、壁面201と同じ方向を向くように設けられる。裏面11は、正面12とは反対側の表面であり、壁面201に対向する。裏面11は、壁面201に接触してもよいし、壁面201との間に誘電体(空気でもよい)があってもよい。正面12及び裏面11は、いずれも平面であるが、少なくとも一方が曲面でもよい。基板10は、Z軸方向の正側からの平面視(正面視)において、矩形とは異なる形状(例えば、円形、三角形などの多角形)に形成されてもよい。
The
基板10は、正面12が壁面201に対して所定の角度を有するように、設けられてもよい。アンテナ100は、アンテナ素子20が設置される基板10(の法線方向)が壁面201(の法線方向)に対して傾斜した状態で、電磁波を放射する場合がある。例えば、床面や地表面などの底面よりも比較的上方の箇所(天井近くの内壁やビルの外壁など)に設置されたアンテナ100が、当該底面に向けて電磁波を放射して通信エリアを形成する場合などがある。基板10全体が壁面201に対して傾斜してもよいし、裏面11が壁面201に対して平行で正面12が壁面201に対して傾斜してもよい。
The
基板10を形成する材料は、アンテナ素子20に求められるパワーや指向性などアンテナ性能に応じて設計され、例えば、ガラスや樹脂などの誘電体、金属、又はそれらの複合体などを用いることができる。
The material forming the
アンテナ素子20は、主輻射の方向が裏面11とは反対側(図1の場合、XY平面に対してZ軸方向の正側)に向く少なくとも一つの放射素子である。"主輻射の方向がXY平面に対してZ軸方向の正側に向く"とは、主輻射の方向が、XY平面に対してZ軸方向の正側において、ZX平面又はYZ平面に平行な場合に限られず、ZX平面に対してY軸方向の正側又は負側に傾いている場合、YZ平面に対してX軸方向の正側又は負側に傾いている場合、もしくはその両方の場合を含んでよい。
The
アンテナ素子20は、所望の周波数帯の電波を送受可能に形成されるアンテナ導体である。所望の周波数帯として、例えば、周波数が0.3~3GHzのUHF(Ultra High Frequency)帯、周波数が3~30GHzのSHF(Super High Frequency)帯、周波数が30~300GHzのEHF(Extremely High Frequency)などが挙げられる。アンテナ素子20は、放射器(輻射器)として機能する。アンテナ素子20は、単一のアンテナ素子でもよいし、給電点が互いに異なる複数のアンテナ素子を含んでもよい。複数のアンテナ素子20により、MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)が実現されてもよい。
アンテナ素子20は、基板10の正面12に設けられる。なお、アンテナ素子20は、基板10の内部に設けられてもよい。例えば、コイル状に形成されたアンテナ素子20を基板10の内部に設けることができる。
An
アンテナ素子20は、例えば、平面状に形成された導体である。アンテナ素子20を形成する金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、クロム、鉛、亜鉛、ニッケル又は白金などの導電性材料を用いることができる。導電性材料は、合金でもよく、例えば、銅と亜鉛の合金(黄銅)、銀と銅の合金、銀とアルミニウムの合金などがある。アンテナ素子20は、薄膜であってもよい。アンテナ素子20の形状は、矩形状でも円状でもよいが、これらの形状に限られない。
The
アンテナ素子20は、例えば、基板10内部又は裏面11に形成された接地層をグランド基準とする給電点により給電される。アンテナ素子20の種類として、例えば、パッチ状の素子(パッチアンテナ)、ダイポール素子(ダイポールアンテナ)、スロットアンテナなどがある。
The
アンテナ素子20を形成する別の材料としては、フッ素添加錫酸化物(FTO)やインジウム錫酸化物(ITO)等が挙げられる。
Other materials for forming the
図2は、誘電体カバーの全部が着脱可能な一例を模式的に示す図である。図3は、誘電体カバーの一部が着脱可能な一例を模式的に示す図である。図2及び図3に示すように、誘電体カバー30は、基板10の正面視でアンテナ素子20に重なり、正面12に対して着脱可能に装着される。誘電体カバー30が着脱可能なことにより、誘電体カバー30の着脱状態の違いによって、アンテナ素子20に近接する領域の誘電率が変化するので、アンテナ素子20の形状を変えずにアンテナ100の動作周波数を容易に変更することができる。誘電体カバー30は、正面12に対して装着している状態で、正面12と接触しているが、正面12との間にギャップがあってもよい。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example in which the entire dielectric cover is detachable. FIG. 3 is a diagram schematically showing an example in which a part of the dielectric cover is detachable. As shown in FIGS. 2 and 3, the
誘電体カバー30が着脱可能なことにより、基板10の製造とは別の段階で誘電体カバー30を後付けできるので、使用する電波の周波数が地域や国ごとに異なっても、基板10を共通化できる。その結果、基板10の品番やコストの増加を抑制できる。
Since the
誘電体カバー30の有無によって、アンテナ素子20の周辺の誘電率が変化するため、アンテナ100の動作周波数を容易に変更できる。誘電体カバー30を、比誘電率と厚さとのうち少なくとも一つの特性が異なる別の誘電体カバーに交換しても、アンテナ100の動作周波数を容易に変更できる。
Since the dielectric constant around the
アンテナ100の反射強度と全放射効率との両方を動作周波数において確保する点で、平板状の誘電体カバー30のZ軸方向の厚さtは、4.5mm以下が好ましく、3.0mm以下がより好ましく、2.6mm以下がより好ましく、2.2mm以下がより一層好ましい。厚さtが4.5mmを超えると、アンテナ100の反射強度と全放射効率との両方を動作周波数において確保することが難しい。厚さtの下限は、誘電体カバー30に要求される強度を確保可能な0mmよりも大きな値であることが好ましい。
In terms of ensuring both the reflection intensity and the total radiation efficiency of the
アンテナ100の反射強度と全放射効率との両方を動作周波数において確保する点で、誘電体カバー30の比誘電率εrは、11以下が好ましく、9以下がより好ましい。比誘電率εrが11を超えると、アンテナ100の反射強度と全放射効率との両方を動作周波数において確保することが難しい。比誘電率εrの下限は、1よりも大きければよい。
In terms of ensuring both the reflection intensity and the total radiation efficiency of the
アンテナ100の反射強度と全放射効率との両方を動作周波数において確保する点で、誘電体カバー30の動作周波数における誘電正接tanδは、0.13以下が好ましく、0.05以下がより好ましく、0.01以下がより一層好ましい。動作周波数における誘電正接tanδが0.13を超えると、アンテナ100の反射強度と全放射効率との両方を動作周波数において確保することが難しい。動作周波数における誘電正接tanδの下限は、0よりも大きければよい。
In terms of ensuring both the reflection intensity and the total radiation efficiency of the
図3に示すように、誘電体カバー30の一部が着脱可能でもよい。誘電体カバー30は、カバー31とカバー32とを有する。カバー31は、正面12に接着等により固定され、カバー32が正面12に対して着脱可能に装着される。
As shown in FIG. 3, a portion of the
アンテナ100は、壁に貼っても、引っ掛けても、ねじ止めしてもよい。これらのような設置方法によって、取り付けの容易性と意匠性が向上する。図4は、アンテナの第1の取り付け例を模式的に示す斜視図である。図4に示すように、アンテナ100を壁面201に固定具40によって固定してもよい。図5に示すように、アンテナ100を壁面201に固定具40によって吊り下げてもよい。
誘電体カバー30は、アンテナ100を固定するための少なくとも一つの固定具40によって、正面12に対して固定されてもよい。これにより、誘電体カバー30の固定とアンテナ100の固定とを、共通の固定具40で兼用できる。
アンテナ100は、天井203に対向するように設置されてもよい。
図6は、給電配線とコネクタとの第1の接続例を模式的に示す斜視図であり、コネクタが基板10の外周縁の一部を形成する一対の対辺のそれぞれに設けられる形態を例示する。基板10は、アンテナ外部にある給電配線53との接続に使用されるコネクタ51,52を有する。一対の対辺のうちの一方の辺に設けられるコネクタ51に接続される給電配線53は、壁面201に形成された壁孔204を通って、壁面201の裏側に配置される通信制御部300と接続される。一対の対辺のうちの他方の辺に設けられるコネクタ52に接続される給電配線54は、壁面201に形成された壁孔205を通って、壁面201の裏側に配置される通信制御部300と接続される。これにより、通信制御部300を壁面201の裏側に隠すことができる。コネクタ51,52は、それぞれ、複数のアンテナ素子20のうち対応するアンテナ素子に接続される複数の端子を有する。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing a first connection example between the power supply wiring and the connector, and illustrates a form in which the connectors are provided on each of a pair of opposite sides forming part of the outer periphery of the
図7は、給電配線とコネクタとの第2の接続例を模式的に示す斜視図であり、コネクタが基板10の外周縁の一部を形成する一対の対辺のそれぞれに設けられる形態を例示する。この例では、給電配線53,54は、共通の壁孔204を通って、通信制御部300と接続される。給電配線53,54が共通の壁孔204を通ることにより、壁面201に設ける壁孔の数や大きさを削減でき、意匠性や施工容易性が向上する。給電配線54は、壁面201に沿って壁孔204に引き回されているが、壁面201とアンテナ100の基板10との間を通ってもよい。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a second connection example between the power supply wiring and the connector, and illustrates a form in which the connectors are provided on each of a pair of opposite sides forming part of the outer periphery of the
図8は、給電配線とコネクタとの第3の接続例を模式的に示す斜視図である。この例では、コネクタ51は、基板10の外周縁の一部を形成する一対の対辺のうち、片側の辺のみに設けられている。これにより、壁面201に設ける壁孔の数や大きさを削減でき、意匠性や施工容易性が向上する。
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a third connection example between the power supply wiring and the connector. In this example, the
図26,27,28は、給電配線とコネクタとの第4の接続例を模式的に示す図であり、コネクタが基板10の裏面11に設けられる形態を例示する。図26,27,28は、それぞれ、基板10の正面側を示す斜視図、基板10の裏面側を示す斜視図、基板10の側面図である。図26,27,28では、誘電体カバーの図示は省略され、図27,28では、給電配線53の図示は省略され、図27では、壁200の図示は省略されている。
26, 27, and 28 are diagrams schematically showing a fourth connection example between the power supply wiring and the connector, and illustrate a form in which the connector is provided on the
基板10は、アンテナ外部にある給電配線53との接続に使用されるコネクタ58を裏面11に有する。コネクタ58は、裏面11に縦横に配列されている複数の端子57を有する。コネクタ58が裏面11に設けられているので、コネクタ58だけでなく、給電配線53の一部又は全部を、壁面201と基板10との間に隠すことができ、意匠性が向上する。
The
図27において、基板10は、コネクタ58とアンテナ素子20との間を接続する給電線18を有する。図27に示す例では、給電線18の少なくとも一部は、裏面11に設けられている。給電線18は、複数のアンテナ素子のうち対応するアンテナ素子と複数の端子のうち対応する端子との間を接続する複数の線路19を有する。給電線18は、コネクタ58とアンテナ素子20との間を、スロット給電などの非接触給電部を介して接続してもよい。
In FIG. 27,
図9は、コネクタとアンテナ素子との間を接続する給電線を模式的に示す断面図である。コネクタ51は、基板10の外周縁(この例では、Y軸方向の正側の外周縁)に設けられる。基板10は、コネクタ51とアンテナ素子20との間を接続する給電線18を有する。コネクタ51は、複数の端子(この例では、端子55,56)を有する。給電線18は、複数のアンテナ素子のうち対応するアンテナ素子と複数の端子のうち対応する端子との間を接続する複数の線路を有する。図9に示す例では、給電線18は、アンテナ素子21と端子55とを接続する線路13と、アンテナ素子22と端子56とを接続する線路14とを有する。給電線18は、コネクタ51とアンテナ素子20との間を、スロット給電などの非接触給電部を介して接続してもよい。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a feeder line connecting the connector and the antenna element. The
線路13と線路14が互いに同じ電気長を有すると、アンテナの校正を最小限にすることができる。校正用の結合器をコネクタ51付近又は線路13,14に配置してもよい。
If
誘電体カバー30は、アンテナ素子20と対向する遮光領域を有してもよい。これにより、アンテナ素子20を正面視で視認できなくなるので、意匠性を高めることができる。遮光領域の色は、黒でもよいし、黒以外でもよい。誘電体カバー30の色を壁面201と同系色にすることで、誘電体カバー30及びアンテナ100が目立たなくなり、意匠性が向上する。絵画、模様、文字などを誘電体カバー30に印刷又は表示させることで、誘電体カバー30及びアンテナ100の存在を目立たなくしてもよい。
図10は、アンテナ素子を平面視で示す分解図である。図10に示すアンテナ100Aは、アンテナ100の一例である。アンテナ100Aの基板10は、正面12上に縦横に配列された方形の複数のアンテナ素子20を有する。誘電体カバー30を正面12側に装着することで、アンテナ素子20が見え難くなるので、視認性が向上する。
FIG. 10 is an exploded view showing the antenna element in plan view. An
図11は、基板の第1の構成例を示す図である。基板10Bは、基板10の一例であり、基板10Bを備えるアンテナ100Bは、アンテナ100の一例である。基板10Bは、誘電体基板61と、接地層62、接着層63と、誘電体基板64と、給電線15とを有する。給電線15は、アンテナ素子20とコネクタとの間を少なくとも一つのビアを介して接続する。給電線15は、アンテナ素子20とコネクタとの間を、スロット給電などの非接触給電部を介して接続してもよい。接着層63は、例えば、プリプレグ等の基板用接着剤である。
FIG. 11 is a diagram showing a first configuration example of the substrate. The
基板10Bは、正面12と給電線15との間に誘電体基板61を有する。誘電体基板61は、アンテナ素子20が形成された正面(正面12)と、接地層62として機能する導体が形成された背面とを有し、アンテナ素子20を正面12上に保持する。誘電体基板61は、アンテナ素子20及び接地層62とともに、アンテナ100Bを動作させる。誘電体基板61は、第1の誘電体層の一例である。
The
基板10Bは,給電線15に接する誘電体基板64を、誘電体基板61と給電線15との間に有する。誘電体基板64は、接着層63により接地層62に接着した正面と、給電線15が形成された背面(裏面11)とを有し、給電線15及び接地層62とともに、マイクロストリップラインのような伝送線路を形成する。誘電体基板64は、第2の誘電体層の一例である。
The
基板10Bは、誘電体基板61と給電線15との間に接地層62を有する。接地層62がアンテナ素子20と給電線15との間に介在することで、接地層62のシールド効果により、アンテナ素子20の上に被せる誘電体カバー30の装着有無が給電線15を含む伝送線路の特性に与える影響を抑制できる。接地層62は、アンテナ素子20のグランド、及び、給電線15を含む伝送線路のグランドとして機能する。
The
図12は、基板の第2の構成例を示す図である。基板10Cは、基板10の一例であり、基板10Cを備えるアンテナ100Cは、アンテナ100の一例である。基板10Cは、誘電体基板65,68,70,73,75と、接地層67,71,76と、給電線16,17と、接着層66,69,72,74とを有する。給電線16,17は、アンテナ素子20とコネクタとの間を少なくとも一つのビアを介して接続する。給電線16,17は、アンテナ素子20とコネクタとの間を、スロット給電などの非接触給電部を介して接続してもよい。接着層66,69,72,74は、例えば、プリプレグ等の基板用接着剤である。
FIG. 12 is a diagram showing a second configuration example of the substrate. The substrate 10C is an example of the
基板10Cは、正面12と給電線16との間に誘電体基板65を有する。誘電体基板65は、アンテナ素子20が形成された正面(正面12)と、接着層66により接地層67に接着した背面とを有し、アンテナ素子20を正面12上に保持する。誘電体基板65は、アンテナ素子20及び接地層67とともに、アンテナ100Cを動作させる。誘電体基板65は、第1の誘電体層の一例である。
Substrate 10C has a
基板10Cは,給電線16に接する第2の誘電体層(この例では、接着層69及び誘電体基板68)を、誘電体基板65と給電線16との間に有する。誘電体基板68は、接地層67として機能する導体が形成された正面と、接着層69により誘電体基板70の正面に接着した背面とを有する。接地層67は、誘電体基板65の背面に接着層66により接着される。接地層67は、誘電体基板65の背面に形成されてもよい。誘電体基板70は、給電線16が形成された正面と、接地層71として機能する導体が形成された背面とを有する。給電線16は、誘電体基板68の背面に形成されてもよい。誘電体基板68及び誘電体基板70は、給電線16及び接地層67,71とともに、ストリップラインのような伝送線路を形成する。また、接着層69及び誘電体基板68の各々の厚さにより、誘電体カバー30と給電線16,17との間の距離を長くすることができ、誘電体カバー30の装着有無が給電線16,17を含む伝送線路の特性に与える影響を抑制できる。
The substrate 10C has a second dielectric layer (
基板10Cは、誘電体基板65と給電線16との間に接地層67を有する。接地層67がアンテナ素子20と給電線16,17との間に介在することで、接地層67のシールド効果により、誘電体カバー30の装着有無が給電線16,17を含む伝送線路の特性に与える影響を抑制できる。接地層67は、アンテナ素子20のグランドとして機能する。
The substrate 10C has a
基板10Cは、誘電体基板65と給電線17との間に接地層71を有する。接地層71がアンテナ素子20と給電線17との間に介在することで、接地層71のシールド効果により、誘電体カバー30の装着有無が給電線17を含む伝送線路の特性に与える影響を抑制できる。接地層71は、給電線16,17を含む伝送線路のグランドとして機能する。
The substrate 10C has a
基板10Cは、給電線17に接する第3の誘電体層(この例では、誘電体基板73)を、接地層67と給電線17との間に有する。誘電体基板73は、接着層72により接地層71に接着した正面と、給電線17が形成された背面とを有する。接地層71は、誘電体基板73の正面に形成されてもよい。誘電体基板75は、接着層74により誘電体基板73の背面に接着した正面と、接地層76として機能する導体が形成された背面とを有する。給電線17は、誘電体基板75の正面に形成されてもよい。誘電体基板73及び誘電体基板75は、給電線17及び接地層71,76とともに、ストリップラインのような伝送線路を形成する。また、誘電体基板73の厚さにより、誘電体カバー30と給電線17との間の距離を長くすることができ、誘電体カバー30の装着有無が給電線17を含む伝送線路の特性に与える影響を抑制できる。
The
図13は、基板の第3の構成例を示す図である。基板10Dは、基板10の一例であり、基板10Dを備えるアンテナ100Dは、アンテナ100の一例である。基板10Dは、誘電体基板65,68,70と、接地層67,71と、給電線16と、接着層66,69とを有する。図11及び図12の場合と同様に、接地層のシールド効果が奏するとともに、誘電体カバー30と給電線16との間の距離を長くすることができ、誘電体カバー30の装着有無が給電線16を含む伝送線路の特性に与える影響を抑制できる。
FIG. 13 is a diagram showing a third configuration example of the substrate. The
図14は、誘電体カバーの厚さ違いによる、反射強度|S11|の周波数特性の一例を示す図である。図14に示すように、誘電体カバー30の厚さtを変えると、アンテナ100の動作周波数が変化した。図15は、誘電体カバーの厚さ違いによる、全放射効率ηの周波数特性の一例を示す図である。図15に示すように、誘電体カバー30の厚さtを変えても、動作周波数における全放射効率ηは高い状態で維持された。図16は、誘電体カバーの厚さと中心周波数と全放射効率との関係の一例を示す図である。図16に示すように、誘電体カバー30の厚さtは、4.5mm以下であると、動作周波数(中心周波数fc)における全放射効率ηの低下が抑制された。
FIG. 14 is a diagram showing an example of frequency characteristics of reflection intensity |S11| depending on the thickness of the dielectric cover. As shown in FIG. 14, changing the thickness t of the
図14,15,16は、基板10D(図13)を備えるアンテナの動作をシミュレーションした結果の一例を示す。図14,15,16のシミュレーションにおいて、図10に示す各部の寸法や特性は、
L1:50mm
L2:50mm
L3:50mm
L4:50mm
L5:16.46mm
アンテナ素子20の個数:1(=横1個×縦1個)
誘電体カバー30の比誘電率:4
誘電体カバー30の誘電正接:0.004
とした。
14, 15, and 16 show an example of results of simulating the operation of an
L1: 50mm
L2: 50mm
L3: 50mm
L4: 50mm
L5: 16.46mm
Number of antenna elements 20: 1 (= 1 horizontal x 1 vertical)
Relative permittivity of dielectric cover 30: 4
Dielectric loss tangent of dielectric cover 30: 0.004
and
図17は、誘電体カバーの比誘電率の違いによる、反射強度|S11|の周波数特性の一例を示す図である。図17に示すように、誘電体カバー30の比誘電率εrを変えると、アンテナ100の動作周波数が変化した。図18は、誘電体カバーの比誘電率の違いによる、全放射効率ηの周波数特性の一例を示す図である。図18に示すように、誘電体カバー30の比誘電率εrを変えても、動作周波数における全放射効率ηは高い状態で維持された。図19は、誘電体カバーの比誘電率と中心周波数と全放射効率との関係の一例を示す図である。図19に示すように、誘電体カバー30の比誘電率εrは、1よりも大きく11以下であると、動作周波数(中心周波数fc)における全放射効率ηの低下が抑制された。
FIG. 17 is a diagram showing an example of frequency characteristics of the reflection intensity |S11| depending on the difference in dielectric constant of the dielectric cover. As shown in FIG. 17, when the dielectric constant εr of the
図17,18,19は、基板10D(図13)を備えるアンテナの動作をシミュレーションした結果の一例を示す。εr=1とは、誘電体カバー30が無い場合を示す。図17,18,19のシミュレーションにおいて、図10に示す各部の寸法や特性は、比誘電率εrを変化させ厚さtを0.5mmに固定した点を除いて、図14のシミュレーション時の上掲の条件と同じとした。
17, 18, and 19 show an example of results of simulating the operation of an
図20は、動作周波数での、全放射効率と誘電正接との関係の一例を示す図である。図20に示すように、誘電体カバーの、アンテナの動作周波数における誘電正接は、0.13以下であると、動作周波数における全放射効率ηの低下が抑制された。 FIG. 20 is a diagram showing an example of the relationship between total radiation efficiency and dielectric loss tangent at operating frequencies. As shown in FIG. 20, when the dielectric loss tangent of the dielectric cover at the operating frequency of the antenna was 0.13 or less, a decrease in the total radiation efficiency η at the operating frequency was suppressed.
図20は、基板10D(図13)を備えるアンテナの動作をシミュレーションした結果の一例を示す。図20のシミュレーションにおいて、図10に示す各部の寸法や特性は、誘電正接tanδを変化させ厚さtを1.0mmに固定した点を除いて、図14のシミュレーション時の上掲の条件と同じとした。
FIG. 20 shows an example of the result of simulating the operation of an antenna comprising the
図21は、第1の構成例の基板10B(図11)を備えるアンテナの指向性をシミュレーションした結果の一例を示す図であり、動作周波数が4.85GHzにおいて、Y軸方向からの視点でのZX平面におけるアンテナ利得を示す。図21において、0°は、Z軸方向の正側、90°は、X軸方向の負側を表す。図22は、第1の構成例の基板10B(図11)を備えるアンテナの指向性をシミュレーションした結果の一例を示す図であり、動作周波数が4.85GHzにおいて、X軸方向からの視点でのYZ平面におけるアンテナ利得を示す。図22において、0°は、Z軸方向の正側、90°は、Y軸方向の正側を表す。図21,22に示すように、第1の構成例の基板10B(図11)を備えるアンテナは、主輻射の方向がXY平面に対してZ軸方向の正側に向く指向性アンテナとして動作するという結果が得られた。
FIG. 21 is a diagram showing an example of the result of simulating the directivity of the antenna provided with the
図21,22のシミュレーションにおいて、図10に示す各部の寸法や特性は、
L1:約30mm
L2:407.99mm
L3:約30mm
L4:407.99mm
L5:16.46mm
アンテナ素子20の個数:8(=横1個×縦8個)
誘電体カバー30の比誘電率:4
誘電体カバー30の厚さ:0.5mm
誘電体カバー30の誘電正接:0.004
とした。
In the simulations of FIGS. 21 and 22, the dimensions and characteristics of each part shown in FIG.
L1: about 30mm
L2: 407.99mm
L3: about 30mm
L4: 407.99mm
L5: 16.46mm
Number of antenna elements 20: 8 (= 1 horizontal x 8 vertical)
Relative permittivity of dielectric cover 30: 4
Thickness of dielectric cover 30: 0.5 mm
Dielectric loss tangent of dielectric cover 30: 0.004
and
図23は、第2の構成例の基板10C(図12)を備えるアンテナの反射強度|S11|の周波数特性をシミュレーションした結果の一例を示す図である。図23に示すように、アンテナは、Sub6領域の周波数帯4.75GHz~4.95GHzで共振している。誘電体カバーの比誘電率と厚さとのうち少なくとも一つの特性を変えることで、アンテナが共振する周波数領域は周波数軸上で左右に動き、Sub6領域の周波数帯(4.1~5.0GHz、例えば3GPPのn79帯である4.4GHz~5.0GHz)をカバーできる。図24は、第2の構成例の基板10C(図12)を備えるアンテナの指向性をシミュレーションした結果の一例を示す図であり、動作周波数が4.85GHzにおいて、Y軸方向からの視点でのZX平面におけるアンテナ利得を示す。図24において、0°は、Z軸方向の正側、90°は、X軸方向の負側を表す。図25は、第2の構成例の基板10C(図12)を備えるアンテナの指向性をシミュレーションした結果の一例を示す図であり、動作周波数が4.85GHzにおいて、X軸方向からの視点でのYZ平面におけるアンテナ利得を示す。図25において、0°は、Z軸方向の正側、90°は、Y軸方向の正側を表す。図24,25に示すように、第2の構成例の基板10C(図12)を備えるアンテナは、主輻射の方向がXY平面に対してZ軸方向の正側に向く指向性アンテナとして動作するという結果が得られた。 FIG. 23 is a diagram showing an example of simulation results of the frequency characteristics of the reflection intensity |S11| of the antenna provided with the substrate 10C (FIG. 12) of the second configuration example. As shown in FIG. 23, the antenna resonates in the frequency band 4.75 GHz to 4.95 GHz in the Sub6 region. By changing at least one characteristic of the relative permittivity and thickness of the dielectric cover, the frequency range in which the antenna resonates moves left and right on the frequency axis, and the frequency band of the Sub6 range (4.1 to 5.0 GHz, For example, 3GPP n79 band (4.4 GHz to 5.0 GHz) can be covered. FIG. 24 is a diagram showing an example of the result of simulating the directivity of the antenna provided with the substrate 10C (FIG. 12) of the second configuration example. 4 shows the antenna gain in the ZX plane. In FIG. 24, 0° represents the positive side in the Z-axis direction, and 90° represents the negative side in the X-axis direction. FIG. 25 is a diagram showing an example of the result of simulating the directivity of the antenna provided with the substrate 10C (FIG. 12) of the second configuration example. Antenna gain in the YZ plane is shown. In FIG. 25, 0° represents the positive side in the Z-axis direction, and 90° represents the positive side in the Y-axis direction. As shown in FIGS. 24 and 25, the antenna provided with the substrate 10C (FIG. 12) of the second configuration example operates as a directional antenna in which the main radiation direction is directed to the positive side of the Z-axis direction with respect to the XY plane. The result was obtained.
図23,24,25のシミュレーションにおいて、図10に示す各部の寸法や特性は、
L1:245.71mm
L2:407.99mm
L3:245.71mm
L4:407.99mm
L5:16.46mm
アンテナ素子20の個数:64(=横8個×縦8個)
誘電体カバー30の比誘電率:3.63
誘電体カバー30の厚さ:0.2mm
誘電体カバー30の誘電正接:0.004
とした。
In the simulations of FIGS. 23, 24, and 25, the dimensions and characteristics of each part shown in FIG.
L1: 245.71mm
L2: 407.99mm
L3: 245.71mm
L4: 407.99mm
L5: 16.46mm
Number of antenna elements 20: 64 (=8 horizontal×8 vertical)
Relative permittivity of dielectric cover 30: 3.63
Thickness of dielectric cover 30: 0.2 mm
Dielectric loss tangent of dielectric cover 30: 0.004
and
以上、実施形態を説明したが、本開示の技術は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。 Although the embodiments have been described above, the technology of the present disclosure is not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements such as combination or replacement with part or all of other embodiments are possible.
例えば、アンテナは、基地局用に限られず、基地局以外の無線通信装置(例えば、路車間通信などに使用される路側機など)に用いられてもよい。 For example, antennas are not limited to base stations, and may be used in wireless communication devices other than base stations (for example, roadside units used for road-to-vehicle communication, etc.).
また、アンテナは、当該アンテナが対向する表面に固定されて使用されなくてもよい。アンテナが物(例えば、建造物又はその一部)の表面に対向するように、当該アンテナを、天井から吊り下げたり、当該表面の周辺に存在する突起物(例えば、壁の外縁を保持するフレーム等)に固定させたりすることも可能である。アンテナは、当該アンテナが対向する表面に接触した状態で設置されてもよいし、当該アンテナが対向する表面に接触せずに近接した状態で設置されてもよい。 Also, the antenna need not be used fixed to the surface it faces. The antenna is suspended from the ceiling so that the antenna faces the surface of an object (e.g., a building or part thereof), or a frame that holds projections that exist around the surface (e.g., the outer edge of a wall). etc.). The antennas may be placed in contact with the facing surfaces, or may be placed in close proximity without contacting the facing surfaces.
10,10B,10C,10D 基板
11 裏面
12 正面
13,14,19 線路
15,16,17,18 給電線
20,21,22 アンテナ素子
30 誘電体カバー
40 固定具
51,52,58 コネクタ
53,54 給電配線
55,56,57 端子
61,64,65,68,70,73,75 誘電体基板
62,67,71,76 接地層
63,66,69,72,74 接着層
100,100A アンテナ
200 壁
201,202 壁面
203 天井
300 通信制御部
400 基地局
10, 10B, 10C,
Claims (23)
前記正面又は前記基板の内部に設けられ、主輻射の方向が前記裏面とは反対側に向く少なくとも一つのアンテナ素子と、
前記基板の正面視で前記アンテナ素子に重なり、前記正面に対して着脱可能に装着される誘電体カバーとを備え、
前記誘電体カバーの着脱により、動作周波数が変化する、アンテナ。 a substrate having a front surface and a back surface;
at least one antenna element provided on the front surface or inside the substrate and having a main radiation direction opposite to the back surface;
a dielectric cover that overlaps the antenna element in a front view of the substrate and is detachably attached to the front surface;
An antenna whose operating frequency is changed by attachment and detachment of the dielectric cover.
前記給電線は、複数の前記アンテナ素子のうち対応するアンテナ素子と前記複数の端子のうち対応する端子との間を接続する複数の線路を有する、請求項2から6のいずれか一項に記載のアンテナ。 The connector has a plurality of terminals,
7. The feed line according to any one of claims 2 to 6, wherein the feed line has a plurality of lines connecting between corresponding antenna elements among the plurality of antenna elements and corresponding terminals among the plurality of terminals. antenna.
前記通信制御部は、前記物の表面の裏側に設置される、無線通信装置。 An antenna according to claim 20 or 21, and a communication control unit that controls wireless communication by the antenna,
The wireless communication device, wherein the communication control unit is installed on the back side of the surface of the object.
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