JP2004228650A - Antenna device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device having a simple plane configuration, and capable of radiating a circularly polarized wave at one-point power feeding and obtaining half-value widths which are different from each other on two planes crossing at right angles. <P>SOLUTION: The antenna device is provided with a first antenna group and a second antenna group. In the first antenna group, a rhombic antenna element in which antenna elements 1, 2 each having a first wavelength and being bent at an angle α at the center portion of the element are arranged, and a rhombic antenna element consisting of antenna elements 3, 4 similar to the antennas 1, 2 are connected each other in parallel by a first line pair having a length d1. In the second antenna group, a rhombic antenna element in which two antenna elements 7, 8 being bent at an angle β at the center of the similar element are arranged, and a rhombic antenna element consisting of antenna elements 9, 10 similar to the antenna elements 7, 8 are connected each other in parallel by a second line pair having a length d2. The first and the second antenna groups are arranged so that they cross at right angles on the same plane, and a power feeding section 13 is provided between a connection point connecting any one of middle points of the first line pair to any one of middle point of the second line pair and a connection point connecting the other of the middle points of the first line pair and the other of the middle points of the second line pair. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路車間通信システム、その他の無線通信システムに使用されるアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、狭域無線通信(Dedicated Short Range Communication:DSRC)や高速道路の自動料金収受(Electronic Toll Collection:ETC)などの路車間通信の路側器に利用されるアンテナ装置として、例えば、図14に示すように、1波長の導体の中央部で90度屈曲したアンテナ素子21と22、23と24、25と26、27と28をそれぞれ菱形形状をなすように対向して配置し、更にアンテナ素子21、22、23、24の偏波とアンテナ素子25、26、27、28の偏波とが互いに直交するように配置し、アンテナ素子21、22、23、24を第1の高周波信号源29で励振し、アンテナ素子25、26、27、28を第2の高周波信号源30で励振するように構成したものが知られている(例えば、特許文献1)。
【0003】
このアンテナ装置によれば、第1の高周波信号源29と第2の高周波信号源30の信号の位相差を90度とすることによって、+Z方向および−Z方向に円偏波の電波が放射され、高い指向性利得が得られる。
【0004】
また、他のアンテナ装置として、4つの円偏波パッチアンテナ素子を各素子の中心が菱形形状をなすように配置し、1つの給電点からマイクロストリップラインを分岐して等しい電力で4つの円偏波パッチアンテナ素子を励振するように構成したものが知られている(例えば、特許文献2)。
【0005】
このアンテナ装置によれば、菱形の2つの対角線の長さを調整することにより、最大放射方向と短い対角線を含む面と、最大放射方向と長い対角線を含む面で、異なる半値幅を設定することができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−355030号公報(第7−10頁、第9図)
【特許文献2】
実開平5−91019号公報(第5−6頁、第2図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載された従来のアンテナ装置においては、2つの給電点を有するため、高周波信号源を1つとする場合には、電力を2等分して90度の位相差を与えるハイブリッド回路などが必要となり、また、直交する偏波を放射するそれぞれのアンテナ素子が互いに近接しているため、直交する2偏波のアイソレーションの確保が困難であるという問題があった。
【0008】
また、路車間通信の路側器に要求される通信エリアは多様化しており、例えば、ETCやドライブスルーのように、車両が進行していても通信を確保するためには、車長(車線)方向に通信エリアを広くする必要があり、また、駐車場管理システムなどでは、並列駐車した複数の自動車をひとつの路側器で管理するために、車幅方向に通信エリアを広くする必要があり、これらにそれぞれ対応する必要があるが、従来のアンテナ装置では、直交する2平面の半値幅がほぼ等しいという問題があった。
【0009】
また、特許文献2に記載された従来のアンテナ装置においては、直交する2平面において異なる半値幅の設定が可能であるが、4つのパッチアンテナ素子がそれぞれ円偏波を放射する形状としなければならない上に分岐給電線路の構成が複雑であるという問題があった。
【0010】
本発明は、以上のような従来の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な平面構成で、特別な回路を必要とせず、1点給電で円偏波を放射することができ、しかも、直交する2平面で異なる半値幅を得ることができ、かつ、直交する2偏波のアイソレーションも容易に確保できるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は、偏波方向を一致させて並列に配置した2つの直線偏波アンテナ素子と、2つの直線偏波アンテナ素子を互いに接続するとともに2つの直線偏波アンテナ素子の物理的位置関係を決定する長さd1の第1線路対とを備えた第1アンテナ群と、偏波方向を一致させて並列に配置した2つの直線偏波アンテナ素子と、2つの直線偏波アンテナ素子を互いに接続するとともに2つの直線偏波アンテナ素子の物理的位置関係を決定する長さd2の第2線路対とを備えた第2アンテナ群とを備え、第1、第2アンテナ群は互いに直交するように配置され、第1、第2線路対の中央部に給電部が設けられ、第1アンテナ群の直線偏波アンテナ素子と第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子とにおける励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように、その長さd1、d2が設定された構成を有している。
【0012】
この構成により、1点給電で円偏波を放射することができ、直交する2平面で異なる半値幅を得ることができ、かつ、直交する2偏波のアイソレーションも容易に確保することができる。
【0013】
また、本発明のアンテナ装置は、第1、第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子が、中央部において屈曲された略1波長のアンテナ素子を互いに2つ対向して配置した菱形アンテナ素子である構成を有している。
【0014】
この構成により、アンテナ装置を菱形アンテナ素子で容易に簡単な平面構成とすることができ、高利得を得ることができる。
【0015】
また、本発明のアンテナ装置は、第1、第2線路対の中央部間にそれぞれ第1、第2線路対を互いに接続する第3の線路対を設け、第1、第2線路対の長さd1、d2を第3線路対を含めて第1アンテナ群の直線偏波アンテナ素子と第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子とにおける励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように設定されている構成を有している。
【0016】
この構成により、第1、第2の線路対の長さを同一にしても、第3の線路対の長さを所定の長さに設定することによって、第1、第2アンテナ群における励振位相を互いに略90度異なるように設定することができ、結果として、効果的に円偏波を放射することができるようになり、直交する2偏波のアイソレーションもより確実に確保することができる。
【0017】
また、本発明のアンテナ装置は、菱形アンテナ素子を構成する2つのアンテナ素子の屈曲角度を任意に設定可能な構成を有している。
【0018】
この構成により、直交する2平面でそれぞれ異なる半値幅を得、その上、高利得を得るか、あるいは、利得を多少犠牲にしても半値幅の角度を大きく取るかなど、これらを任意に設定することができる。
【0019】
また、本発明のアンテナ装置は、第1、第2アンテナ群の少なくとも一方のアンテナ群が菱形アンテナ素子を複数連結した構成を有している。
【0020】
この構成により、菱形アンテナ素子の数が増え、その分、円偏波指向性利得をより高くすることができる。
【0021】
また、本発明のアンテナ装置は、第1、第2アンテナ群において菱形アンテナ素子の数が互いに異なる構成を有している。
【0022】
この構成により、直交する2平面で、より異なる半値幅を得ることができ、その上、高利得で、かつ、直交する2偏波のアイソレーションもより確保できるアンテナ装置を提供することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0024】
なお、実施の形態では、アンテナ装置の動作周波数を5.8GHz帯とし、それに合わせた寸法を明示しているが、アンテナ装置の動作周波数や寸法は、それぞれ明示された周波数や寸法以外であってもよい。
【0025】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ装置の概略構成図である。
【0026】
本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ装置は、図1に示すように、長さが約1波長(51mm)のアンテナ素子1、2を中央部においてそれぞれ角度α屈曲し、この2つのアンテナ素子1、2で菱形アンテナ素子を構成し、同様に、長さが約1波長(51mm)のアンテナ素子3、4を中央部においてそれぞれ角度α屈曲し、この2つのアンテナ素子3、4で菱形アンテナ素子を構成し、これらの菱形アンテナ素子間を、長さd1の2つの線路5、6から成る第1線路対で互いに並列に接続して第1アンテナ群を構成している。
【0027】
また、長さが約1波長のアンテナ素子7、8を中央部においてそれぞれ角度β屈曲し、この2つのアンテナ素子7、8で菱形アンテナ素子を構成し、同様に、長さが約1波長のアンテナ素子9、10を中央部においてそれぞれ角度β屈曲し、この2つのアンテナ素子9、10で菱形アンテナ素子を構成し、これらの菱形アンテナ素子間を、長さd2の2つの線路11、12から成る第2線路対で互いに並列に接続して第2アンテナ群を構成している。
【0028】
そして、第1アンテナ群と第2アンテナ群とを、同一平面上で直交するように配置し、第1線路対の一方の線路5の中点と第2線路対の一方の線路11の中点とを互いに接続し、第1線路対の他方の線路6の中点と第2線路対の他方の線路12の中点とを互いに接続して、それぞれの接続点間に給電部13を設けている。
【0029】
なお、本実施の形態において、第1、第2線路対は、それぞれ第1アンテナ群の直線偏波アンテナ素子と第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子とにおける励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように、その長さd1、d2が設定されている。
【0030】
以上のように構成された本実施の形態のアンテナ装置について、図2、図3を用いてその動作を説明する。
【0031】
まず、アンテナ素子1、2、3、4と、第1線路対5、6から成る第1アンテナ群から放射される電波は、偏波方向がY軸方向の直線偏波(以降垂直偏波と称する)であり、アンテナ素子7、8、9、10と、第2線路対11、12から成る第2アンテナ群から放射される電波は、偏波方向がX軸方向の直線偏波(以降水平偏波と称する)である。
【0032】
また、第1、第2線路対は、それぞれ第1、第2アンテナ群における励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように、その長さd1、d2が設定されているため、ハイブリッド回路などの特別な回路を用いることなく、線路対間の接続点より1点給電することで、垂直偏波と水平偏波の位相差を90度に設定し、+Z方向に最大放射を有する右旋円偏波、−Z方向に最大放射を有する左旋円偏波をそれぞれ放射することができる。
【0033】
本実施の形態において、今、角度α、βを共に90度、長さd1を約5分の2波長(22mm)、長さd2を0mmに設定したところ、約9dBiの円偏波指向性利得を得ることができる。また、右旋円偏波の放射パターン、及び、軸比パターンはそれぞれ次の通りである。
【0034】
図2は、このようにして構成した本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の放射パターンを示しており、図2(a)がXZ面、図2(b)がYZ面の特性を示している。図2において、放射角θ=0度が+Z方向、放射角θ=90度が+Xおよび+Y方向を示している。
【0035】
図2より明らかなように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2をそれぞれ前述の通り設定したことによって、XZ面の利得半値幅が約27度であるのに対し、YZ面の利得半値幅は約40度とXZ面の利得半値幅より広くなっている。
【0036】
図3は、同様に、本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の軸比パターンを示しており、図2と同様、図3(a)がXZ面、図3(b)がYZ面の特性を示している。
【0037】
図3より明らかなように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2を上述の通り設定したことによって、XZ面の軸比が3dB以下となる角度範囲(以降軸比半値幅と称する)は約25度であるのに対し、YZ面の軸比半値幅は約38度とXZ面の軸比半値幅より広くなっている。
【0038】
このように、本実施の形態によれば、第1、第2アンテナ群における励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように、第1、第2線路対の長さd1、d2を設定しているため、垂直偏波と水平偏波の位相差を容易に90度に設定することができ、容易に正確に円偏波を放射することができる。また、XZ面とYZ面とでそれぞれアレイファクタが異なるため、XZ面とYZ面とでそれぞれ異なる半値幅を得ることができる。
【0039】
また、垂直偏波を放射するアンテナ素子と水平偏波を放射するアンテナ素子との間隔を第1、第2線路対の長さd1、d2によって比較的広くすることが可能になり、直交する2偏波のアイソレーションを充分に確保することができるようになる。
【0040】
このように、本発明の第1の実施の形態によれば、第1、第2アンテナ群を構成するそれぞれの直線偏波アンテナ素子を菱形アンテナ素子で構成しており、簡単な平面構成のアンテナ装置とすることができ、第1、第2線路対の長さd1、d2をそれぞれ前述したように所定の値に設定することにより、1点給電で容易に円偏波を放射することができるようになり、直交する2平面で異なる半値幅を容易に得ることができ、直交する2偏波のアイソレーションも充分確保することができるという効果を有する。
【0041】
なお、ここで、所定の値とは、d1=約5分の2波長(22mm)、d2=0mmに限定されず、第1、第2アンテナ群における励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるようになる長さであればよいことは言うまでもないことである。
【0042】
なお、本実施の形態では、直線偏波アンテナ素子を菱形アンテナ素子で構成しているが、菱形アンテナに代えてダイポールアンテナ、ループアンテナ、パッチアンテナなどで構成してもよく、これらを互いに接続する第1、第2線路対の長さd1、d2を所定の値とすることにより同様な効果が得られる。
【0043】
また、アンテナ素子を誘電体基板上の銅箔パターンで構成すれば、波長短縮によって小型化することができ、更に半値幅を広角にすることができる。
【0044】
また、アンテナ素子が位置する面と約4分の1波長(13mm)の距離を隔てて反射板を配置すれば、約12dBiの指向性利得を得ることができ、半値幅も更に広角になるという効果を有する。
【0045】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置について、図4、図5を用いて説明する。
【0046】
図4は、本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置の概略構成図、図5は、その要部の概略構成図である。図4、図5において、図1と同一の符号を付したものは、図1と同様のものを示している。
【0047】
本実施の形態におけるアンテナ装置は、図4、図5に示すように、先に述べた第1の実施の形態におけるアンテナ装置と比較し次の点で異なるだけである。
【0048】
すなわち、本実施の形態では、第1、第2の線路対の長さd1、d2を、共に約10分の7波長(36mm)と等しく設定し、第1アンテナ群を構成する第1線路対と第2アンテナ群を構成する第2線路対を互いに直接接続せず、長さ約5分の2波長(23mm)の2つの線路14、15から成る第3の線路対を介して互いに接続するようにしている。
【0049】
そして、第1線路対の一方の線路5の中点と第2線路対の一方の線路12の中点を第3線路対の一方の線路14に接続し、第1線路対の他方の線路6の中点と第2線路対の他方の線路11の中点を第3線路対の他方の線路15に接続して、線路5と線路14の接続点と、線路6と線路15の接続点のそれぞれの間に給電部13を設けるようにしている。
【0050】
以上のように構成された本実施の形態におけるアンテナ装置について、図6、図7を用いてその動作を説明する。
【0051】
まず、アンテナ素子1、2、3、4と第1線路対5、6から成る第1アンテナ群から放射される電波は垂直偏波であり、アンテナ素子7、8、9、10と第2線路対11、12から成る第2アンテナ群から放射される電波は水平偏波である。
【0052】
また、第1線路対5、6と第2線路対11、12とは同じ長さであるが、第3線路対14、15が存在するため、第3線路対14、15の働きで、ハイブリッド回路などの特別な回路を用いることなく、1点給電で垂直偏波と水平偏波の位相差を90度に設定することができる。
【0053】
すなわち、この実施の形態でも、第1の実施の形態と同様、+Z方向に最大放射を有する右旋円偏波と、−Z方向に最大放射を有する左旋円偏波とをそれぞれ放射することができ、約10dBiの円偏波指向性利得のアンテナ装置を得ることができる。
【0054】
図6は、本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の放射パターンを示しており、図6(a)がXZ面、図6(b)がYZ面の特性を示している。図6より明らかなように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、XZ面の利得半値幅はYZ面の利得半値幅とほぼ等しく約25度である。
【0055】
また、図7は、同様のアンテナ装置の、右旋円偏波の軸比パターンを示しており、図7(a)がXZ面、図7(b)がYZ面の特性を示している。図7より明らかなように、本実施の形態におけるアンテナ装置よれば、XZ面の軸比半値幅はYZ面の軸比半値幅とほぼ等しく約20度である。
【0056】
このように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態に比べ、約1dBi高い指向性利得が得られ、XZ面とYZ面の半値幅はほぼ等しくなる。すなわち、第3線路対の長さを前述の値にすることにより、垂直偏波と水平偏波の位相差を容易に90度に設定することができ、円偏波を放射することができるようになる。また、第1、第2の線路対の長さd1、d2を等しくすることにより、XZ面とYZ面でアレイファクタを等しくすることができるようになり、XZ面とYZ面でほぼ等しい半値幅を得ることができるようになる。
【0057】
また、垂直偏波を放射するアンテナ素子と水平偏波を放射するアンテナ素子との間隔をより広く採ることができるため、直交する2偏波のアイソレーションもより大きく確保することができる。
【0058】
以上のように、本発明の第2の実施の形態によれば、第1アンテナ群と第2アンテナ群のそれぞれの給電点を互いに接続する第3線路対を設け、この第3線路対の長さを所定の値にし、第1、第2線路対の長さを同じにしているため、簡単な平面構成、かつ、1点給電で円偏波を放射することができ、しかも、直交する2平面で等しい半値幅を得ることができ、高利得、かつ、直交する2偏波のアイソレーションも充分確保できるアンテナ装置を得ることができる。
【0059】
なお、第1、第2線路対の長さd1、d2や、第3線路対の長さは、本実施の形態に限るものではなく、垂直偏波と水平偏波の位相差が90度となり、かつ直交する2平面において所望の半値幅を得るように設定すればよい。すなわち、第1、第2線路対の長さd1、d2は、必ずしも同一である必要はなく、第3の線路対を含めて、第1、第2アンテナ群における励振位相がそれぞれ互いに略90度異なる長さであればよく、このような長さに設定することによって一点給電で容易に円偏波を放射させることができるようになる。また、第1、第2線路対の長さd1、d2が互いに異なる場合には、直交する2平面で互いに異なる半値幅を得ることができる。
【0060】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態におけるアンテナ装置について説明する。
【0061】
本実施の形態におけるアンテナ装置は、図1に示すように、第1の実施の形態と同じ構成を有している。そして、異なる点は、第1線路対の長さd1が約半波長(26mm)、角度αが120度、角度βが60度という点だけである。
【0062】
以上のように構成された本実施の形態について、図8および図9を用いてその動作を説明する。
【0063】
まず、アンテナ素子1、2、3、4と第1線路対5、6から成る第1アンテナ群から放射される電波は垂直偏波であり、アンテナ素子7、8、9、10と第2線路対11、12から成る第2アンテナ群から放射される電波は水平偏波である。
【0064】
また、第1、第2線路対の長さd1、d2がそれぞれ前述の通り異なる長さに設定されているため、ハイブリッド回路などの特別な回路を用いることなく、1点給電で垂直偏波と水平偏波の位相差を90度に設定することができる。すなわち、この実施の形態でも、+Z方向に最大放射を有する右旋円偏波と、−Z方向に最大放射を有する左旋円偏波とをそれぞれ放射させることができ、約8dBiの円偏波指向性利得が得られる。
【0065】
図8は、本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の放射パターンを示しており、図8(a)がXZ面、図8(b)がYZ面の特性を示している。図8より明らかなように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2の差と、角度α、βによって、XZ面の利得半値幅が約25度に対してYZ面の利得半値幅が約60度と広くなっている。
【0066】
図9は、同様に、本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の軸比パターンを示しており、図9(a)がXZ面、図9(b)がYZ面の特性を示している。図9より明らかなように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2の差と、角度α、βによって、XZ面の軸比半値幅が約25度に対してYZ面の軸比半値幅が約57度と広くなっている。
【0067】
このように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態に比して、指向性利得が約1dB低くなるものの、YZ面の半値幅が約20度広くなっている。すなわち、第1、第2の線路対の長さd1、d2や、角度α、βをそれぞれ前述の通り設定することにより、垂直偏波と水平偏波の位相差を90度に設定することが可能になり、円偏波を放射することができるとともに、XZ面とYZ面とでアレイファクタを異ならせることができるため、XZ面とYZ面で異なる半値幅を得ることも可能になる。
【0068】
また、垂直偏波を放射するアンテナ素子と水平偏波を放射するアンテナ素子との間隔が広くなるため、直交する2偏波のアイソレーションも容易に確保することができるようになる。
【0069】
以上のように、本発明の第3の実施の形態によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2は、第1の実施の形態と同様であるが、、角度α、βが異なることから、異なる特性を得ることができ、かつ、直交する2偏波のアイソレーションも容易に確保することができる。
【0070】
なお、第1、第2線路対の長さd1、d2や、角度α、βは、本実施の形態に限るものではなく、垂直偏波と水平偏波の位相差が90度となり、かつ、直交する2平面において所望の半値幅を得るように設定すればよい。例えば、長さd1、d2や角度α、βを任意に変更可能なように構成しておけば、用途に応じてそれらを任意に変更し、設定することが可能になり、有効である。
【0071】
(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置について、図10を用いて説明する。
【0072】
図10は、本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置の概略構成図であり、図1と同一符号を付したものは、図1と同一のものを示している。
【0073】
本実施の形態におけるアンテナ装置は、図10に示すように、第1の実施の形態におけるアンテナ装置に、更に、アンテナ素子1a、2aよりなる菱形アンテナ素子、及び、アンテナ素子3a、4aよりなる菱形アンテナ素子を付加したものである。すなわち、本実施の形態では、アンテナ素子1、2から成る菱形アンテナ素子の開放端にアンテナ素子1a、2aから成る菱形アンテナ素子を直列に接続し、アンテナ素子3、4から成る菱形アンテナ素子の開放端にアンテナ素子3a、4aから成る菱形アンテナ素子を直列に接続している。
【0074】
なお、ここで、アンテナ素子1a、2aよりなる菱形アンテナ素子、及び、アンテナ素子3a、4aよりなる菱形アンテナ素子は、それぞれアンテナ素子1、2よりなる菱形アンテナ素子、及び、アンテナ素子3、4よりなる菱形アンテナ素子と同寸法、同形状に形成されている。
【0075】
以上のように構成された本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置について、図11、図12を用いてその動作を説明する。
【0076】
まず、アンテナ素子1、2、3、4とアンテナ素子1a、2a、3a、4a、及び、第1線路対5、6から成る第1アンテナ群から放射される電波は垂直偏波であり、アンテナ素子7、8、9、10と第2線路対11、12から成る第2アンテナ群から放射される電波は水平偏波である。また、第1、第2線路対の長さd1、d2をそれぞれ前述の通り設定したため、ハイブリッド回路などの特別な回路を用いることなく、1点給電で、垂直偏波と水平偏波の位相差を90度に設定することができ、+Z方向に最大放射を有する右旋円偏波と、−Z方向に最大放射を有する左旋円偏波とをそれぞれ放射することができる。また、第1アンテナ群の菱形アンテナ素子を多段構成としたことによって、約10dBiの円偏波指向性利得が得られる。
【0077】
図11は、本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の放射パターンを示しており、図11(a)がXZ面、図11(b)がYZ面の特性を示している。図11より明らかなように、本実施の形態によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2の差と、第1アンテナ群を構成する菱形アンテナ素子を多段構成としたことによって、XZ面の利得半値幅が約18度に対して、YZ面の利得半値幅が約40度と広くなっている。
【0078】
図12は、同様に、本実施の形態におけるアンテナ装置の、右旋円偏波の軸比パターンを示しており、図12(a)がXZ面、図12(b)がYZ面の特性を示している。図12より明らかなように、本実施の形態によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2の差と、第1アンテナ群を構成する菱形アンテナ素子を多段構成としたことによって、XZ面の軸比半値幅が約15度に対して、YZ面の軸比半値幅が約33度と広くなっている。
【0079】
このように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態のアンテナ装置と比較して、指向性利得が約1dB高くなり、XZ面の半値幅が約10度狭くなる。すなわち、第1、第2線路対の長さd1、d2の差と、菱形素子の多段数を所定の値とすることにより、垂直偏波と水平偏波の位相差を容易に90度に設定でき、円偏波を放射することができるようになる。また、XZ面とYZ面でアレイファクタが異なるため、XZ面とYZ面で異なる半値幅を得ることができる。
【0080】
また、垂直偏波を放射するアンテナ素子と水平偏波を放射するアンテナ素子との間隔が広いため、直交する2偏波のアイソレーションが確保できる。
【0081】
以上のように本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置によれば、菱形アンテナ素子を複数連結しており、その分、利得を向上させることができる。また、第1、第2の線路対の長さd1、d2の差と、第1アンテナ群を構成する菱形アンテナ素子の段数を所定の値とすることにより、簡単な平面構成、かつ、1点給電で円偏波を放射することの可能なアンテナ装置とすることができ、直交する2平面で異なる半値幅を得ることも可能で、かつ、直交する2偏波のアイソレーションも充分確保することができるようになる。
【0082】
なお、第1、第2線路対の長さd1、d2、角度α、β、及び、菱形アンテナ素子の段数は、本実施の形態に限るものではなく、垂直偏波と水平偏波の位相差が90度となり、かつ、直交する2平面において所望の半値幅を得るように設定すればよい。例えば、図13に示すように、菱形アンテナ素子数を8とした構造では、約12dBiの指向性利得が得られ、約20度の半値幅が得られる。
【0083】
また、菱形アンテナ素子の多段数を給電点を中心に対称としない場合は、最大放射方向を±Z方向から傾けることもできる。
【0084】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンテナ装置によれば、第1、第2線路対の長さd1、d2を所定の値とすることにより、簡単な平面構成、かつ、1点給電で円偏波を放射することができ、直交する2平面で異なる利得半値幅を得ることができ、かつ、直交する2偏波のアイソレーションも確保できるアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1、第3の実施の形態におけるアンテナ装置の概略構成図
【図2】(a)本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における放射パターンを示す特性図
(b)本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における放射パターンを示す特性図
【図3】(a)本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における軸比パターンを示す特性図
(b)本発明の第1の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における軸比パターンを示す特性図
【図4】本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置の概略構成図
【図5】本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置の給電部付近の構成を示す斜視図
【図6】(a)本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における放射パターンを示す特性図
(b)本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における放射パターンを示す特性図
【図7】(a)本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における軸比パターンを示す特性図
(b)本発明の第2の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における軸比パターンを示す特性図
【図8】(a)本発明の第3の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における放射パターンを示す特性図
(b)本発明の第3の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における放射パターンを示す特性図
【図9】(a)本発明の第3の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における軸比パターンを示す特性図
(b)本発明の第3の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における軸比パターンを示す特性図
【図10】本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置の概略構成図
【図11】(a)本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における放射パターンを示す特性図
(b)本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における放射パターンを示す特性図
【図12】(a)本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置のXZ面における軸比パターンを示す特性図
(b)本発明の第4の実施の形態におけるアンテナ装置のYZ面における軸比パターンを示す特性図
【図13】本発明の第4の実施の形態における別のアンテナ装置の概略構成図
【図14】従来のアンテナ装置の概略構成図
【符号の説明】
1、2、3、4、7、8、9、10 アンテナ素子
5、6 第1線路対
11、12 第2線路対
13 給電部
14、15 第3線路対
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device used for a road-vehicle communication system and other wireless communication systems.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an antenna device used in a roadside device for road-to-vehicle communication such as narrow-area wireless communication (Dedicated Short Range Communication: DSRC) and automatic toll collection (Electronic Toll Collection: ETC) on an expressway, for example, FIG. As described above, the antenna elements 21 and 22, 23 and 24, 25 and 26, and 27 and 28 bent at 90 degrees at the center of the one-wavelength conductor are opposed to each other so as to form a rhombic shape. , 22, 23, and 24 and the polarizations of the antenna elements 25, 26, 27, and 28 are arranged so as to be orthogonal to each other, and the antenna elements 21, 22, 23, and 24 are arranged by the first high-frequency signal source 29. So that the antenna elements 25, 26, 27, 28 are excited by the second high-frequency signal source 30. Those configurations are known (e.g., Patent Document 1).
[0003]
According to this antenna device, by setting the phase difference between the signals of the first high-frequency signal source 29 and the second high-frequency signal source 30 to 90 degrees, circularly polarized radio waves are radiated in the + Z direction and the -Z direction. , A high directivity gain is obtained.
[0004]
Further, as another antenna device, four circularly polarized patch antenna elements are arranged so that the center of each element forms a rhombus shape, and a microstrip line is branched from one feed point to obtain four circularly polarized patch antenna elements with equal power. A device configured to excite a wave patch antenna element is known (for example, Patent Document 2).
[0005]
According to this antenna device, by adjusting the lengths of the two diagonal lines of the rhombus, different half-widths are set for the surface including the maximum radiation direction and the short diagonal and the surface including the maximum radiation direction and the long diagonal. Can be.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-355030 (pages 7-10, FIG. 9)
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-91019 (Page 5-6, FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional antenna device described in Patent Document 1 has two feeding points, when a single high-frequency signal source is used, the power is divided into two equal parts to give a 90-degree phase difference to the hybrid. A circuit or the like is required, and since the antenna elements that emit orthogonal polarizations are close to each other, there is a problem that it is difficult to secure isolation between two orthogonal polarizations.
[0008]
In addition, the communication area required for the roadside device for road-to-vehicle communication is diversified. For example, in order to secure communication even when the vehicle is traveling, such as ETC or drive-through, the vehicle length (lane) It is necessary to widen the communication area in the direction, and in the parking lot management system, etc., it is necessary to widen the communication area in the vehicle width direction in order to manage multiple cars parked in parallel with one roadside device, Each of these needs to be dealt with, but the conventional antenna device has a problem that the half-widths of two orthogonal planes are substantially equal.
[0009]
In the conventional antenna device described in Patent Literature 2, different half-widths can be set in two orthogonal planes, but the four patch antenna elements must each have a shape that radiates circularly polarized waves. Above, there was a problem that the configuration of the branch feed line was complicated.
[0010]
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and has a simple planar configuration, does not require a special circuit, and can radiate a circularly polarized wave with one-point power supply. It is an object of the present invention to provide an antenna device that can obtain different half-value widths on two orthogonal planes and easily ensure isolation of two orthogonal polarizations.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An antenna device according to the present invention includes two linearly polarized antenna elements arranged in parallel with the same polarization direction, and two linearly polarized antenna elements connected to each other and a physical position of the two linearly polarized antenna elements. A first antenna group including a first line pair having a length d1 for determining the relationship, two linearly polarized antenna elements arranged in parallel with the same polarization direction, and two linearly polarized antenna elements A second antenna group including a second line pair having a length d2 connected to each other and determining a physical positional relationship between the two linearly polarized antenna elements, wherein the first and second antenna groups are orthogonal to each other. And a feeder is provided at the center of the pair of first and second lines, and the excitation phases of the linearly polarized antenna elements of the first antenna group and the linearly polarized antenna elements of the second antenna group are mutually different. About 9 In every different, it has a configuration in which its length d1, d2 is set.
[0012]
With this configuration, it is possible to radiate a circularly polarized wave with one-point power supply, to obtain different half-widths on two orthogonal planes, and to easily secure isolation between two orthogonally polarized waves. .
[0013]
Further, in the antenna device of the present invention, the linearly polarized antenna elements of the first and second antenna groups are rhomboid antenna elements in which two antenna elements of approximately one wavelength bent at the center are arranged to face each other. It has a configuration.
[0014]
According to this configuration, the antenna device can be easily formed into a simple planar configuration with the rhombic antenna element, and a high gain can be obtained.
[0015]
Further, the antenna device of the present invention includes a third line pair that connects the first and second line pairs to each other between the central portions of the first and second line pairs, and provides a length of the first and second line pairs. The lengths d1 and d2, including the third line pair, are set such that the excitation phases of the linearly polarized antenna elements of the first antenna group and the linearly polarized antenna elements of the second antenna group are different from each other by approximately 90 degrees. It has a configuration.
[0016]
According to this configuration, even if the lengths of the first and second line pairs are the same, the excitation phase in the first and second antenna groups is set by setting the length of the third line pair to a predetermined length. Can be set to be substantially 90 degrees different from each other, and as a result, circularly polarized waves can be radiated effectively, and isolation between two orthogonally polarized waves can be ensured more reliably. .
[0017]
Further, the antenna device of the present invention has a configuration in which the bending angles of the two antenna elements constituting the rhombic antenna element can be set arbitrarily.
[0018]
With this configuration, it is possible to arbitrarily set these values such as whether to obtain different half-value widths on two orthogonal planes and obtain a high gain, or to increase the angle of the half-value width even if the gain is somewhat sacrificed. be able to.
[0019]
Further, the antenna device of the present invention has a configuration in which at least one of the first and second antenna groups is formed by connecting a plurality of rhombic antenna elements.
[0020]
With this configuration, the number of rhombic antenna elements is increased, and the circularly polarized wave directivity gain can be further increased accordingly.
[0021]
The antenna device of the present invention has a configuration in which the number of rhombic antenna elements in the first and second antenna groups is different from each other.
[0022]
With this configuration, it is possible to provide an antenna device that can obtain a different half-value width on two orthogonal planes, and that can achieve high gain and also ensure isolation of orthogonal two polarizations.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
In the embodiment, the operating frequency of the antenna device is set to the 5.8 GHz band, and the size corresponding to the operating frequency is specified. However, the operating frequency and the size of the antenna device are other than the specified frequency and size. Is also good.
[0025]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
[0026]
As shown in FIG. 1, in the antenna device according to the first embodiment of the present invention, antenna elements 1 and 2 each having a length of about one wavelength (51 mm) are bent at an angle α at a central portion. Elements 1 and 2 constitute a rhombic antenna element. Similarly, antenna elements 3 and 4 each having a length of about 1 wavelength (51 mm) are bent at an angle α at the center, and the two antenna elements 3 and 4 are rhombic. An antenna element is formed, and these rhombic antenna elements are connected in parallel with each other by a first line pair including two lines 5 and 6 having a length d1, thereby forming a first antenna group.
[0027]
In addition, the antenna elements 7 and 8 having a length of about one wavelength are bent at an angle β at the center, respectively, and these two antenna elements 7 and 8 constitute a rhombic antenna element. The antenna elements 9 and 10 are bent at an angle β at the center, respectively, and a rhombic antenna element is formed by the two antenna elements 9 and 10. The rhombic antenna elements are separated from the two lines 11 and 12 having the length d2 by two lines 11 and 12. The second pair of lines is connected in parallel with each other to form a second antenna group.
[0028]
Then, the first antenna group and the second antenna group are arranged so as to be orthogonal on the same plane, and the midpoint of one line 5 of the first line pair and the midpoint of one line 11 of the second line pair. Are connected to each other, the midpoint of the other line 6 of the first line pair and the midpoint of the other line 12 of the second line pair are connected to each other, and a feeder 13 is provided between the connection points. I have.
[0029]
In the present embodiment, the first and second line pairs have excitation phases of the linearly polarized antenna element of the first antenna group and the linearly polarized antenna element of the second antenna group which are respectively different from each other by approximately 90 degrees. Thus, the lengths d1 and d2 are set.
[0030]
The operation of the antenna device of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0031]
First, radio waves radiated from the first antenna group including the antenna elements 1, 2, 3, 4 and the first line pairs 5, 6 are linearly polarized in the Y-axis direction (hereinafter referred to as vertical polarization). The radio waves radiated from the second antenna group including the antenna elements 7, 8, 9, 10 and the second line pair 11, 12 are linearly polarized in the X-axis direction (hereinafter referred to as horizontal polarization). Polarization).
[0032]
Further, the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are set so that the excitation phases of the first and second antenna groups respectively differ from each other by approximately 90 degrees. Without using a simple circuit, by feeding one point from the connection point between the line pairs, the phase difference between the vertical polarization and the horizontal polarization is set to 90 degrees, and the right-handed circular polarization having the maximum radiation in the + Z direction , -Z direction can be radiated, respectively.
[0033]
In the present embodiment, when the angles α and β are both set to 90 degrees, the length d1 is set to about two-fifth wavelength (22 mm), and the length d2 is set to 0 mm, the circular polarization directivity gain of about 9 dBi is obtained. Can be obtained. The radiation pattern of right-handed circularly polarized wave and the axial ratio pattern are as follows.
[0034]
FIGS. 2A and 2B show radiation patterns of right-handed circularly polarized waves of the antenna device according to the present embodiment configured as described above. FIG. 2A shows the XZ plane, and FIG. 2B shows the YZ plane. The characteristics are shown. In FIG. 2, the radiation angle θ = 0 degrees indicates the + Z direction, and the radiation angle θ = 90 degrees indicates the + X and + Y directions.
[0035]
As is clear from FIG. 2, according to the antenna device of the present embodiment, the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are set as described above, so that the gain half-value width on the XZ plane is about While the angle is 27 degrees, the gain half width of the YZ plane is about 40 degrees, which is wider than the gain half width of the XZ plane.
[0036]
FIG. 3 similarly shows an axial ratio pattern of right-handed circular polarization of the antenna device according to the present embodiment. As in FIG. 2, FIG. 3A is an XZ plane, and FIG. This shows the characteristics of the YZ plane.
[0037]
As is clear from FIG. 3, according to the antenna device of the present embodiment, the axial ratio of the XZ plane is 3 dB or less by setting the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs as described above. The angle range (hereinafter referred to as the axial ratio half width) is about 25 degrees, while the axial ratio half width on the YZ plane is about 38 degrees, which is wider than the axial ratio half width on the XZ plane.
[0038]
As described above, according to the present embodiment, the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are set such that the excitation phases of the first and second antenna groups differ from each other by approximately 90 degrees. Therefore, the phase difference between the vertical polarization and the horizontal polarization can be easily set to 90 degrees, and the circular polarization can be easily and accurately radiated. Further, since the array factors are different between the XZ plane and the YZ plane, different half widths can be obtained between the XZ plane and the YZ plane.
[0039]
In addition, the distance between the antenna element that radiates vertically polarized waves and the antenna element that radiates horizontally polarized waves can be relatively widened by the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs. Polarization isolation can be sufficiently ensured.
[0040]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, each of the linearly polarized antenna elements constituting the first and second antenna groups is constituted by the rhombic antenna element, and the antenna has a simple planar configuration. By setting the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs to predetermined values as described above, it is possible to easily radiate a circularly polarized wave by one-point feeding. As a result, it is possible to easily obtain different half-widths on two orthogonal planes, and it is possible to obtain sufficient isolation between orthogonal two polarizations.
[0041]
Here, the predetermined values are not limited to d1 = about two-fifths wavelength (22 mm) and d2 = 0 mm, and are set so that the excitation phases in the first and second antenna groups are different from each other by approximately 90 degrees. Needless to say, a certain length is sufficient.
[0042]
In the present embodiment, the linearly polarized antenna element is configured by a rhombic antenna element, but may be configured by a dipole antenna, a loop antenna, a patch antenna, or the like instead of the rhombic antenna, and these are connected to each other. Similar effects can be obtained by setting the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs to predetermined values.
[0043]
In addition, if the antenna element is formed of a copper foil pattern on a dielectric substrate, the antenna can be reduced in size by shortening the wavelength, and the half-width can be widened.
[0044]
In addition, if the reflector is disposed at a distance of about a quarter wavelength (13 mm) from the surface on which the antenna element is located, a directivity gain of about 12 dBi can be obtained, and the half-width becomes wider. Has an effect.
[0045]
(Second embodiment)
Next, an antenna device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0046]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an antenna device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a main part thereof. 4 and 5, the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same components as in FIG. 1.
[0047]
As shown in FIGS. 4 and 5, the antenna device according to the present embodiment differs from the above-described antenna device according to the first embodiment only in the following points.
[0048]
That is, in this embodiment, the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are both set to be equal to about 7/10 wavelength (36 mm), and the first line pair constituting the first antenna group is set. And the second pair of lines constituting the second antenna group are not directly connected to each other, but are connected to each other via a third pair of lines 14 and 15 having a length of about two-fifths of a wavelength (23 mm). Like that.
[0049]
Then, the midpoint of one line 5 of the first line pair and the midpoint of one line 12 of the second line pair are connected to one line 14 of the third line pair, and the other line 6 of the first line pair is connected. And the middle point of the other line 11 of the second line pair to the other line 15 of the third line pair, and the connection point of the line 5 and the line 14 and the connection point of the line 6 and the line 15 A power supply unit 13 is provided between each of them.
[0050]
The operation of the antenna device configured as above according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0051]
First, radio waves radiated from the first antenna group including the antenna elements 1, 2, 3, 4 and the first line pair 5, 6 are vertically polarized waves, and the antenna elements 7, 8, 9, 10 and the second line Radio waves radiated from the second antenna group composed of pairs 11 and 12 are horizontally polarized waves.
[0052]
The first line pair 5, 6 and the second line pair 11, 12 have the same length, but since the third line pair 14, 15 exists, the hybrid operation of the third line pair 14, 15 is performed. The phase difference between the vertically polarized wave and the horizontally polarized wave can be set to 90 degrees by one-point feeding without using a special circuit such as a circuit.
[0053]
That is, also in this embodiment, similarly to the first embodiment, a right-handed circularly polarized wave having the maximum radiation in the + Z direction and a left-handed circularly polarized wave having the maximum radiation in the −Z direction can be radiated. As a result, it is possible to obtain an antenna device having a circular polarization directional gain of about 10 dBi.
[0054]
6A and 6B show radiation patterns of right-handed circularly polarized waves of the antenna device according to the present embodiment. FIG. 6A shows the characteristics of the XZ plane, and FIG. 6B shows the characteristics of the YZ plane. As is apparent from FIG. 6, according to the antenna device of the present embodiment, the half-gain width on the XZ plane is approximately equal to the half-width on the YZ plane, that is, about 25 degrees.
[0055]
7A and 7B show the right-handed circularly polarized wave axial ratio pattern of the same antenna device. FIG. 7A shows the characteristics on the XZ plane, and FIG. 7B shows the characteristics on the YZ plane. As is apparent from FIG. 7, according to the antenna device of the present embodiment, the axial ratio half width on the XZ plane is substantially equal to the axial ratio half width on the YZ plane, and is about 20 degrees.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, a directivity gain higher by about 1 dBi is obtained as compared with the first embodiment, and the half-value widths of the XZ plane and the YZ plane are substantially equal. That is, by setting the length of the third line pair to the above-mentioned value, the phase difference between the vertically polarized wave and the horizontally polarized wave can be easily set to 90 degrees, and the circularly polarized wave can be radiated. become. Further, by equalizing the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs, the array factor can be made equal between the XZ plane and the YZ plane, and the half-value widths are substantially equal between the XZ plane and the YZ plane. Can be obtained.
[0057]
Further, since the distance between the antenna element that radiates vertically polarized waves and the antenna element that radiates horizontal polarized waves can be made wider, the isolation between two orthogonally polarized waves can be further secured.
[0058]
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the third line pair that connects the feed points of the first antenna group and the second antenna group to each other is provided, and the length of the third line pair is set. Is set to a predetermined value, and the lengths of the first and second line pairs are set to be the same. Therefore, it is possible to radiate a circularly polarized wave with a simple planar configuration and a single-point feed, and furthermore, the two orthogonal lines It is possible to obtain an antenna device that can obtain an equal half-value width on a plane, high gain, and sufficient isolation of two orthogonal polarizations.
[0059]
Note that the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the length of the third line pair are not limited to the present embodiment, and the phase difference between the vertically polarized wave and the horizontally polarized wave is 90 degrees. And a desired half-width on two orthogonal planes. That is, the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs do not necessarily have to be the same, and the excitation phases of the first and second antenna groups including the third line pair are substantially 90 degrees from each other. The length may be different, and by setting such a length, circularly polarized waves can be easily radiated by one-point feeding. When the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are different from each other, different half widths can be obtained on two orthogonal planes.
[0060]
(Third embodiment)
Next, an antenna device according to a third embodiment of the present invention will be described.
[0061]
The antenna device according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, as shown in FIG. The only difference is that the length d1 of the first line pair is about half a wavelength (26 mm), the angle α is 120 degrees, and the angle β is 60 degrees.
[0062]
The operation of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0063]
First, radio waves radiated from the first antenna group including the antenna elements 1, 2, 3, 4 and the first line pair 5, 6 are vertically polarized waves, and the antenna elements 7, 8, 9, 10 and the second line Radio waves radiated from the second antenna group composed of pairs 11 and 12 are horizontally polarized waves.
[0064]
Further, since the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are respectively set to different lengths as described above, the single-point feeding and the vertical polarization can be performed without using a special circuit such as a hybrid circuit. The phase difference of horizontal polarization can be set to 90 degrees. That is, also in this embodiment, the right-handed circularly polarized wave having the maximum radiation in the + Z direction and the left-handed circularly polarized wave having the maximum radiation in the −Z direction can be respectively radiated, and the circular polarization of about 8 dBi can be obtained. Sex gain is obtained.
[0065]
8A and 8B show radiation patterns of right-handed circularly polarized waves of the antenna device according to the present embodiment. FIG. 8A shows characteristics on the XZ plane, and FIG. 8B shows characteristics on the YZ plane. As is clear from FIG. 8, according to the antenna device of the present embodiment, the half value width of the gain on the XZ plane is reduced by the difference between the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the angles α and β. The half width of the gain on the YZ plane is wider at about 60 degrees than at 25 degrees.
[0066]
Similarly, FIG. 9 shows a right-handed circularly polarized wave axial ratio pattern of the antenna device according to the present embodiment. FIG. 9A shows the characteristics of the XZ plane, and FIG. 9B shows the characteristics of the YZ plane. Is shown. As apparent from FIG. 9, according to the antenna device of the present embodiment, the axial ratio half-value width of the XZ plane depends on the difference between the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the angles α and β. The axial ratio half width of the YZ plane is about 57 degrees, which is wider than about 25 degrees.
[0067]
As described above, according to the present embodiment, although the directivity gain is lower by about 1 dB than in the first embodiment, the FWHM of the YZ plane is wider by about 20 degrees. That is, by setting the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the angles α and β as described above, the phase difference between the vertical polarization and the horizontal polarization can be set to 90 degrees. As a result, circularly polarized waves can be radiated, and the array factor can be made different between the XZ plane and the YZ plane, so that different half widths can be obtained between the XZ plane and the YZ plane.
[0068]
In addition, since the distance between the antenna element that radiates vertically polarized waves and the antenna element that radiates horizontally polarized waves is widened, isolation between two orthogonally polarized waves can be easily secured.
[0069]
As described above, according to the third embodiment of the present invention, the lengths d1, d2 of the first and second line pairs are the same as in the first embodiment, but the angles α, β , Different characteristics can be obtained, and isolation between two orthogonally polarized waves can be easily ensured.
[0070]
The lengths d1 and d2 and the angles α and β of the first and second line pairs are not limited to the present embodiment, and the phase difference between the vertically polarized wave and the horizontally polarized wave is 90 degrees, and What is necessary is just to set so that a desired half value width may be obtained in two orthogonal planes. For example, if the lengths d1 and d2 and the angles α and β are configured to be arbitrarily changeable, they can be arbitrarily changed and set according to the application, which is effective.
[0071]
(Fourth embodiment)
Next, an antenna device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0072]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an antenna device according to a fourth embodiment of the present invention, in which components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components as in FIG.
[0073]
As shown in FIG. 10, the antenna device according to the present embodiment is different from the antenna device according to the first embodiment in that a rhombic antenna element including antenna elements 1a and 2a and a rhombic antenna element including antenna elements 3a and 4a. An antenna element is added. That is, in the present embodiment, the rhombic antenna element composed of the antenna elements 1 and 2 is connected in series to the open end of the rhombic antenna element composed of the antenna elements 1 and 2, and the rhombic antenna element composed of the antenna elements 3 and 4 is opened. A diamond-shaped antenna element composed of the antenna elements 3a and 4a is connected in series at the end.
[0074]
Here, the rhombic antenna element composed of the antenna elements 1a and 2a and the rhombic antenna element composed of the antenna elements 3a and 4a are referred to as the rhombic antenna element composed of the antenna elements 1 and 2 and the antenna elements 3 and 4 respectively. It has the same dimensions and the same shape as the rhombic antenna element.
[0075]
The operation of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0076]
First, radio waves radiated from the first antenna group including the antenna elements 1, 2, 3, 4 and the antenna elements 1a, 2a, 3a, 4a and the first line pair 5, 6 are vertically polarized waves. Radio waves radiated from the second antenna group including the elements 7, 8, 9, 10 and the second line pairs 11, 12 are horizontally polarized waves. In addition, since the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are set as described above, the phase difference between the vertically polarized wave and the horizontally polarized wave can be supplied at one point without using a special circuit such as a hybrid circuit. Can be set to 90 degrees, and a right-handed circularly polarized wave having the maximum radiation in the + Z direction and a left-handed circularly polarized wave having the maximum radiation in the −Z direction can be respectively radiated. Further, by forming the rhombic antenna elements of the first antenna group in a multi-stage configuration, a circularly polarized wave directivity gain of about 10 dBi can be obtained.
[0077]
FIG. 11 shows the radiation pattern of right-handed circular polarization of the antenna device according to the present embodiment. FIG. 11A shows the characteristics of the XZ plane, and FIG. 11B shows the characteristics of the YZ plane. As is clear from FIG. 11, according to the present embodiment, the difference between the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the multi-stage configuration of the rhombic antenna elements constituting the first antenna group are provided. , The half width of the gain on the XZ plane is about 18 degrees, while the half width of the gain on the YZ plane is as wide as about 40 degrees.
[0078]
Similarly, FIG. 12 shows a right-handed circularly polarized wave axial ratio pattern of the antenna device according to the present embodiment. FIG. 12A shows the characteristics of the XZ plane, and FIG. 12B shows the characteristics of the YZ plane. Is shown. As is clear from FIG. 12, according to the present embodiment, the difference between the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the rhombic antenna elements constituting the first antenna group have a multi-stage configuration. , The axial ratio half width of the XZ plane is about 15 degrees, while the axial ratio half width of the YZ plane is as wide as about 33 degrees.
[0079]
As described above, according to the present embodiment, the directivity gain is increased by about 1 dB and the half-width on the XZ plane is reduced by about 10 degrees as compared with the antenna apparatus of the first embodiment. That is, by setting the difference between the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the number of stages of the rhombic element to a predetermined value, the phase difference between the vertical polarization and the horizontal polarization can be easily set to 90 degrees. As a result, it becomes possible to emit circularly polarized waves. Further, since the array factor is different between the XZ plane and the YZ plane, different half widths can be obtained between the XZ plane and the YZ plane.
[0080]
Further, since the distance between the antenna element that radiates vertically polarized waves and the antenna element that radiates horizontal polarized waves is wide, isolation between two orthogonally polarized waves can be ensured.
[0081]
As described above, according to the antenna device of the fourth embodiment of the present invention, a plurality of rhombic antenna elements are connected, and the gain can be improved accordingly. Further, by setting the difference between the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs and the number of rhombic antenna elements constituting the first antenna group to a predetermined value, a simple planar configuration and one point An antenna device that can radiate circularly polarized waves by feeding can be obtained, and different half widths can be obtained on two orthogonal planes, and sufficient isolation between orthogonally polarized waves can be sufficiently ensured. Will be able to
[0082]
The lengths d1 and d2 of the first and second line pairs, the angles α and β, and the number of stages of the rhombic antenna element are not limited to the present embodiment, and the phase difference between the vertically polarized wave and the horizontally polarized wave is not limited to this embodiment. May be set to 90 degrees and a desired half-width is obtained in two orthogonal planes. For example, as shown in FIG. 13, in a structure in which the number of rhombic antenna elements is 8, a directivity gain of about 12 dBi is obtained and a half value width of about 20 degrees is obtained.
[0083]
If the number of rhombic antenna elements is not symmetrical with respect to the feeding point, the maximum radiation direction can be inclined from the ± Z direction.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the antenna device of the present invention, by setting the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs to predetermined values, a simple planar configuration and circular polarization with one-point feeding can be achieved. It is possible to obtain an antenna device that can radiate a wave, obtain different half-widths of gain in two orthogonal planes, and ensure isolation of two orthogonal polarizations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an antenna device according to first and third embodiments of the present invention.
FIG. 2A is a characteristic diagram showing a radiation pattern on an XZ plane of the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
(B) Characteristic diagram showing a radiation pattern on the YZ plane of the antenna device according to the first embodiment of the present invention
FIG. 3A is a characteristic diagram showing an axial ratio pattern on an XZ plane of the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
(B) A characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the YZ plane of the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an antenna device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration near a power supply unit of an antenna device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a characteristic diagram showing a radiation pattern on an XZ plane of the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
(B) Characteristic diagram showing a radiation pattern on the YZ plane of the antenna device according to the second embodiment of the present invention
FIG. 7A is a characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the XZ plane of the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
(B) A characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the YZ plane of the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a characteristic diagram showing a radiation pattern on an XZ plane of the antenna device according to the third embodiment of the present invention.
(B) A characteristic diagram showing a radiation pattern on the YZ plane of the antenna device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the XZ plane of the antenna device according to the third embodiment of the present invention.
(B) A characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the YZ plane of the antenna device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an antenna device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11A is a characteristic diagram illustrating a radiation pattern on an XZ plane of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention.
(B) A characteristic diagram showing a radiation pattern on the YZ plane of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 (a) is a characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the XZ plane of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention.
(B) A characteristic diagram showing an axial ratio pattern on the YZ plane of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of another antenna device according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a conventional antenna device.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10 antenna element
5, 6 First track pair
11, 12 Second line pair
13 Power supply unit
14, 15 Third line pair

Claims (6)

偏波方向を一致させて並列に配置した2つの直線偏波アンテナ素子と、前記2つの直線偏波アンテナ素子を互いに接続するとともに前記2つの直線偏波アンテナ素子の物理的位置関係を決定する長さd1の第1線路対とを備えた第1アンテナ群と、偏波方向を一致させて並列に配置した2つの直線偏波アンテナ素子と、前記2つの直線偏波アンテナ素子を互いに接続するとともに前記2つの直線偏波アンテナ素子の物理的位置関係を決定する長さd2の第2線路対とを備えた第2アンテナ群とを備え、前記第1、第2アンテナ群は、互いに直交するように配置され、前記第1、第2線路対の中央部に給電部が設けられ、前記第1アンテナ群の直線偏波アンテナ素子と前記第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子とにおける励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように、長さd1、d2が設定されていることを特徴とするアンテナ装置。Two linearly polarized antenna elements arranged in parallel with the same polarization direction, and a length for connecting the two linearly polarized antenna elements to each other and determining a physical positional relationship between the two linearly polarized antenna elements. A first antenna group including a first line pair having a length d1; two linearly polarized antenna elements arranged in parallel with the same polarization direction; and connecting the two linearly polarized antenna elements to each other. And a second antenna group including a second line pair having a length d2 for determining a physical positional relationship between the two linearly polarized antenna elements, wherein the first and second antenna groups are orthogonal to each other. And a feeder is provided at the center of the first and second line pairs, and the excitation phases of the linearly polarized antenna element of the first antenna group and the linearly polarized antenna element of the second antenna group are Respectively Iniryaku 90 degrees differently, the antenna apparatus characterized by lengths d1, d2 are set. 前記第1、第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子が、中央部において屈曲された略1波長のアンテナ素子を互いに2つ対向して配置した菱形アンテナ素子で構成されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。The linearly polarized antenna elements of the first and second antenna groups are constituted by rhomboid antenna elements in which two antenna elements of approximately one wavelength bent at the center are arranged opposite to each other. The antenna device according to claim 1. 前記第1、第2線路対の中央部間に、それぞれ前記第1、第2線路対を互いに接続する第3の線路対を設け、前記第1、第2線路対の長さd1、d2が、前記第3線路対を含め、前記第1アンテナ群の直線偏波アンテナ素子と前記第2アンテナ群の直線偏波アンテナ素子とにおける励振位相がそれぞれ互いに略90度異なるように設定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンテナ装置。A third line pair connecting the first and second line pairs to each other is provided between central portions of the first and second line pairs, and the lengths d1 and d2 of the first and second line pairs are set to be equal to each other. , Including the third line pair, the excitation phases of the linearly polarized antenna elements of the first antenna group and the linearly polarized antenna elements of the second antenna group are set so as to differ from each other by approximately 90 degrees. The antenna device according to claim 1 or 2, wherein: 前記菱形アンテナ素子を構成する2つのアンテナ素子の屈曲角度を任意に設定可能に構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。4. The antenna device according to claim 1, wherein a bending angle of two antenna elements constituting the rhombic antenna element can be arbitrarily set. 5. 前記第1、第2アンテナ群の少なくとも一方のアンテナ群を、前記菱形アンテナ素子を複数連結して構成したことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ装置。The antenna device according to any one of claims 2 to 4, wherein at least one of the first and second antenna groups is configured by connecting a plurality of the rhombic antenna elements. 前記第1、第2アンテナ群を構成する前記菱形アンテナ素子の連結数が互いに異なることを特徴とする請求項5に記載のアンテナ装置。The antenna device according to claim 5, wherein the number of connected rhombic antenna elements constituting the first and second antenna groups is different from each other.
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