JP2005072915A - Antenna assembly - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a horizontally or vertically polarized mean beam tilted in the horizontal direction, using a small size flat structure easily mountable on a small size radiotelephone. <P>SOLUTION: Linear elements 101a-101d each having a length in a range of about 1/4 to about 3/8 of the wavelength of an operating frequency are disposed in a rhombic shape, and folded bypass elements 102a, 102b are connected to a set of opposite apexes. A feed point 103 is provided on one apex of the other set of opposite apexes and the linear elements are connected to the other apex. A reflection plate is disposed at a position with a distance h parallel from the layout plane of the linear elements 101a-101d. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、無線LANシステムのアンテナ装置に関し、例えば、固定無線機及び端末無線機に適用して好適なものである。   The present invention relates to an antenna device of a wireless LAN system, and is suitable for application to, for example, a fixed wireless device and a terminal wireless device.

無線LANシステムなどの高速無線通信においては、マルチパスフェージングやシャドーイングにより伝送品質が劣化するという問題があり、特に屋内では顕著である。このため、このような伝送品質の劣化を回避するため、無線通信装置に搭載される指向性アンテナには主ビームを全ての方位に向けられるように制御できるアンテナ装置が求められており、その一つの方法としてセクタアンテナが検討されている。セクタアンテナとは、異なる方向に主ビームが向けられた複数のアンテナ素子を配置し、電波伝搬環境に応じて複数のアンテナ素子を選択的に切り換えるものである。   In high-speed wireless communication such as a wireless LAN system, there is a problem that transmission quality deteriorates due to multipath fading and shadowing, which is particularly noticeable indoors. For this reason, in order to avoid such deterioration in transmission quality, a directional antenna mounted on a wireless communication apparatus is required to have an antenna apparatus that can control the main beam to be directed in all directions. Sector antennas have been studied as one method. A sector antenna is one in which a plurality of antenna elements with main beams directed in different directions are arranged, and the plurality of antenna elements are selectively switched according to the radio wave propagation environment.

また、一般的に、机上で使用されるノートパソコン用の端末無線機や天井に設置される固定無線機に搭載されるアンテナには、それら無線機の構造上の理由から平面構造であることが求められると共に、主ビームの仰角がアンテナ面に対して垂直方向から水平方向に傾斜(チルト)していることが求められる。   Also, in general, antennas mounted on terminal radios for laptop computers used on desks and fixed radios installed on the ceiling may have a planar structure for reasons of the structure of those radios. It is required that the elevation angle of the main beam is tilted (tilted) from the vertical direction to the horizontal direction with respect to the antenna surface.

このような放射特性を実現するセクタアンテナとして、非特許文献1に開示されたモノポール八木・宇田アレーを用いたマルチセクタアンテナが提案されている(従来例1)。図15は、従来例1のマルチセクタアンテナの構成を示す図である。この図が示すセクタアンテナは、円形の地板11上に複数のモノポールアレー12が円筒型のリフレクタの周囲に放射状に配列されている。モノポールアレーの間にはアレー間の結合を抑えるために金属フィン13が配置されている。このとき、モノポールアレーの単体特性としては、垂直面の仰角θが70度の方向に主ビームが形成され、円錐面の半値角が30度となる。このようなモノポールアレーを水平面に30度間隔で配列し、各モノポールアレーを選択的に給電することにより、360度を12分割した12セクタアンテナを実現している。このセクタアンテナの寸法は、例えば、動作周波数が5GHzの場合、直径が586mm(9.76波長)であり、面積は269703平方mmとなる。   As a sector antenna that realizes such radiation characteristics, a multi-sector antenna using a monopole Yagi / Uda array disclosed in Non-Patent Document 1 has been proposed (conventional example 1). FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a multi-sector antenna according to Conventional Example 1. In the sector antenna shown in this figure, a plurality of monopole arrays 12 are arranged radially on a circular ground plane 11 around a cylindrical reflector. Metal fins 13 are arranged between the monopole arrays in order to suppress the coupling between the arrays. At this time, as a single characteristic of the monopole array, the main beam is formed in the direction in which the elevation angle θ of the vertical surface is 70 degrees, and the half-value angle of the conical surface is 30 degrees. By arranging such monopole arrays on a horizontal plane at intervals of 30 degrees and selectively feeding each monopole array, a 12-sector antenna that is divided into 360 degrees by 12 is realized. For example, when the operating frequency is 5 GHz, the sector antenna has a diameter of 586 mm (9.76 wavelength) and an area of 269703 square mm.

また、非特許文献2に開示されたスロット八木・宇田アレーを用いた平面マルチセクタアンテナが提案されている(従来例2)。図16は、従来例2のマルチセクタアンテナの構成を示す図である。この図が示すセクタアンテナは、基板21上に6個のスロットアレー22a〜22fを放射状に円形配列したものである。6個のスロットアレー22a〜22fは、それぞれ5素子のスロットから構成されている。このとき、スロットアレーの単体特性としては、垂直面の仰角θが60度の方向の主ビームが形成され、円錐面の半値角は約56度となる。このようなスロットアレーを水平面に60度間隔で配列し、各スロットアレーを選択的に給電することで、360度を6分割した6セクタアンテナを構成することができる。このセクタアンテナの寸法は、例えば、動作周波数が5GHzの場合、直径が273mm(4.55波長)であり、面積は58535平方mmとなる。   In addition, a planar multi-sector antenna using the slot Yagi-Uda array disclosed in Non-Patent Document 2 has been proposed (Conventional Example 2). FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a multi-sector antenna according to the second conventional example. The sector antenna shown in this figure has six slot arrays 22a to 22f arranged on a substrate 21 in a circular pattern in a radial pattern. Each of the six slot arrays 22a to 22f is composed of five element slots. At this time, as a single characteristic of the slot array, a main beam having an elevation angle θ of 60 degrees in the vertical plane is formed, and the half-value angle of the conical plane is about 56 degrees. By arranging such slot arrays at intervals of 60 degrees on a horizontal plane and selectively feeding each slot array, a 6-sector antenna obtained by dividing 360 degrees into 6 can be configured. For example, when the operating frequency is 5 GHz, the sector antenna has a diameter of 273 mm (4.55 wavelength) and an area of 58535 square mm.

さらに、非特許文献3に開示された導波素子共有パッチ八木・宇田アレーを用いたマルチビームアンテナが提案されている(従来例3)。図17は、従来例3のマルチビームアンテナの構成を示す図である。この図が示すマルチビームアンテナは、円形の誘電体基板31の表面に形成され、正六角形型導波素子32の周囲に放射状に長方形パッチの導波素子33が配列され、さらに導波素子列の外側に給電素子34を配置して構成される。このように3列の導波素子列が正六角形型導波素子32を中心に互いに60度の角度で交差することで、6列のパッチ八木・宇田アレーを構成している。ここで、1つの給電素子を給電した場合、正六角形型導波素子を含めた導波素子列が八木・宇田アレーとして動作する。このとき、垂直面の仰角θが45度の方向に主ビームを形成し、円錐面の半値角は約63度となる。このように給電素子を選択的に給電することで、360度を6分割した6セクタアンテナを構成することができる。このセクタアンテナの寸法は、例えば、動作周波数が5GHzの場合、直径が1.83波長(110mm)であり、面積は9503平方mmとなる。
電子情報通信学会論文誌(B−II), Vol.J80-B-II, No.5, pp.424-433, May 1997. 電子情報通信学会論文誌(B), Vol.J85-B, No.9,pp1633-1643, Sep. 2002. 電子情報通信学会技術研究報告, A・P2001-81, Oct. 2001.
Furthermore, a multi-beam antenna using a waveguide element shared patch Yagi-Uda array disclosed in Non-Patent Document 3 has been proposed (Conventional Example 3). FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a multi-beam antenna according to Conventional Example 3. The multi-beam antenna shown in this figure is formed on the surface of a circular dielectric substrate 31, and rectangular patch waveguide elements 33 are arrayed radially around a regular hexagonal waveguide element 32. A power feeding element 34 is arranged outside. In this way, three rows of waveguide elements intersect each other at an angle of 60 degrees with the regular hexagonal waveguide elements 32 as the center, thereby constituting six rows of patch Yagi-Uda arrays. Here, when one power feeding element is fed, a waveguide element array including a regular hexagonal waveguide element operates as a Yagi-Uda array. At this time, the main beam is formed in a direction where the elevation angle θ of the vertical surface is 45 degrees, and the half-value angle of the conical surface is about 63 degrees. By selectively feeding the feeding elements in this way, a 6-sector antenna obtained by dividing 360 degrees into 6 can be configured. The dimensions of the sector antenna are, for example, when the operating frequency is 5 GHz, the diameter is 1.83 wavelengths (110 mm), and the area is 9503 square mm.
IEICE Transactions (B-II), Vol.J80-B-II, No.5, pp.424-433, May 1997. IEICE Transactions (B), Vol.J85-B, No.9, pp1633-1643, Sep. 2002. IEICE technical report, A / P2001-81, Oct. 2001.

しかしながら、上記従来例1のモノポール八木・宇田アレーを用いたマルチセクタアンテナは、突起物を有した構成であるため、平面構造であることが求められる端末無線機や固定無線機に搭載されるアンテナとして適さないことに加え、生産性が低いという問題がある。   However, since the multi-sector antenna using the monopole Yagi / Uda array of the above-described conventional example 1 has a projection, it is mounted on a terminal radio or a fixed radio that is required to have a planar structure. In addition to being unsuitable as an antenna, there is a problem that productivity is low.

また、上記従来例2のスロット八木・宇田アレーを用いた平面マルチセクタアンテナは、セクタ毎に各アレーアンテナを独立して動作させるため、セクタ数分のアレーアンテナを必要とするので、平面寸法が大きくなるという問題がある。また、各アレーアンテナを放射状に配置するため、円形形状となり、小型無線機に搭載しにくいという問題がある。   In addition, the planar multi-sector antenna using the slot Yagi / Uda array of the above-described conventional example 2 operates each array antenna independently for each sector, and therefore requires as many array antennas as the number of sectors. There is a problem of growing. Further, since each array antenna is arranged radially, there is a problem that it becomes a circular shape and is difficult to be mounted on a small wireless device.

また、上記従来例3の導波素子共有パッチ八木・宇田アレーを用いたマルチビームアンテナは、正六角形型無給電素子を中心に放射状に長方形パッチを配置しなければならないため、円形形状となり、小型無線機に搭載しにくいという問題がある。   In addition, the multi-beam antenna using the waveguide element shared patch Yagi / Uda array of the above-mentioned conventional example 3 has a circular shape because a rectangular patch has to be arranged radially around a regular hexagonal parasitic element, and is small in size. There is a problem that it is difficult to install in a radio.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小型無線機に搭載しやすい小型な平面構造で、水平方向にチルトした水平偏波又は垂直偏波の主ビームを形成するアンテナ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides an antenna device that forms a horizontally polarized or vertically polarized main beam tilted in the horizontal direction with a small planar structure that can be easily mounted on a small wireless device. For the purpose.

かかる課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の長さを有し、平面上にひし形形状に配置された4本の線状素子と、第1線状素子の一端及び第2線状素子の一端に給電する給電手段と、前記第1線状素子の他端と第3線状素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第1線状迂回素子と、前記第2線状素子の他端と第4線状素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第2線状迂回素子と、前記線状素子が配置された平面と略平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、を具備し、前記第3線状素子の他端と前記第4線状素子の他端とが接続された構成を採る。   In order to solve such a problem, the antenna device of the present invention has four lines each having a length of approximately ¼ wavelength to approximately 3/8 wavelength of the operating frequency and arranged in a rhombus shape on a plane. Connected to a linear element, a feeding means for feeding power to one end of the first linear element and one end of the second linear element, the other end of the first linear element and one end of the third linear element, A folded first linear detour element having a length of approximately ¼ wavelength, connected to the other end of the second linear element and one end of the fourth linear element, and has a total length of approximately ¼ wavelength. A folded second linear detour element having a length of: and a reflector disposed at a predetermined interval substantially parallel to a plane on which the linear element is disposed, and the third line The other end of the linear element and the other end of the fourth linear element are connected.

この構成によれば、第1及び第2線状迂回素子により、第1及び第2線状素子と第3及び第4線状素子との電流位相がずれ、これにより放射される電波と、反射板によって反射される電波の合成により、水平方向にチルトした水平偏波を有する主ビームを形成することができ、また、小型で平面構造のアンテナ装置を実現することができる。   According to this configuration, the first and second linear detour elements shift the current phase between the first and second linear elements and the third and fourth linear elements, thereby radiating radio waves and reflections. By synthesizing the radio waves reflected by the plates, a main beam having a horizontally polarized wave tilted in the horizontal direction can be formed, and a small and planar antenna device can be realized.

本発明のアンテナ装置は、それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の長さを有し、平面上にひし形形状に配置された4本の線状素子と、第1線状素子の一端及び第2線状素子の一端に給電する第1給電手段と、第3線状素子の一端及び第4線状素子の一端に給電する第2給電手段と、前記第1線状素子の他端と前記第3線状素子の他端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第1線状迂回素子と、前記第2線状素子の他端と前記第4線状素子の他端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第2線状迂回素子と、前記線状素子が配置された平面と略平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、を具備する構成を採る。   The antenna device according to the present invention has four linear elements each having a length of approximately ¼ wavelength to approximately / wavelength of the used frequency and arranged in a rhombus shape on a plane, and a first line. A first feeding means for feeding power to one end of the linear element and one end of the second linear element; a second feeding means for feeding power to one end of the third linear element and one end of the fourth linear element; and the first linear shape. A folded first linear detour element having a length of approximately ¼ wavelength and connected to the other end of the element and the other end of the third linear element, and the other of the second linear element A folded second linear detour element having an overall length of approximately ¼ wavelength, connected to the end and the other end of the fourth linear element, and a plane on which the linear element is disposed. And a reflector arranged at a predetermined interval in parallel.

この構成によれば、第1給電手段と第2給電手段からの給電を選択的に切り替えることにより、水平方向にチルトした水平偏波を有する主ビームを形成することができ、また、小型で平面構造の2方向のマルチビームアンテナを実現することができる。   According to this configuration, by selectively switching the power supply from the first power supply means and the second power supply means, it is possible to form a main beam having a horizontally polarized wave that is tilted in the horizontal direction. A two-directional multi-beam antenna with a structure can be realized.

本発明のアンテナ装置は、所定の誘電率である誘電体基板と、前記誘電体基板面に形成された導体層と、それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の長さを有し、前記導体層にひし形形状に形成された4本のスロット素子と、第1スロット素子の一端と第2スロット素子の一端とが接続された位置で給電する第1給電手段と、前記第1スロット素子の他端と第3スロット素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第1スロット迂回素子と、前記第2スロット素子の他端と第4スロット素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第2スロット迂回素子と、前記導体層から略平行に所定の間隔を隔てた位置に配置された反射板と、
を具備し、前記第3スロット素子の他端と前記第4スロット素子の他端とが接続された構成を採る。
The antenna device according to the present invention includes a dielectric substrate having a predetermined dielectric constant, a conductor layer formed on the surface of the dielectric substrate, and a length of approximately ¼ wavelength to approximately / wavelength of the use frequency. Four slot elements formed in a rhombus shape in the conductor layer, and a first feeding means for feeding power at a position where one end of the first slot element and one end of the second slot element are connected, A folded first slot bypass element connected to the other end of the first slot element and one end of the third slot element and having a total length of approximately ¼ wavelength; the other end of the second slot element; A folded second slot bypass element connected to one end of the fourth slot element and having a total length of approximately ¼ wavelength, and disposed at a position substantially parallel to the conductor layer and spaced apart from the conductor layer. A reflector,
And the other end of the third slot element and the other end of the fourth slot element are connected.

この構成によれば、第1及び第2スロット迂回素子により、第1及び第2スロット素子と第3及び第4スロット素子との電流位相がずれ、これにより放射される電波と、反射板によって反射される電波の合成により、水平方向にチルトした垂直偏波を有する主ビームを形成することができ、また、小型で平面構造のアンテナ装置を実現することができる。   According to this configuration, the first and second slot detour elements shift the current phases of the first and second slot elements and the third and fourth slot elements, and the radio waves radiated thereby are reflected by the reflector. By combining the generated radio waves, a main beam having a vertically polarized wave tilted in the horizontal direction can be formed, and a small and planar antenna device can be realized.

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記第3スロット素子の他端と前記第4スロット素子の他端とが接続された位置で給電する第2給電手段と、前記第1及び第2給電手段からの給電を選択的に切り替える切替手段と、を具備する構成を採る。   In the antenna device of the present invention, in the above configuration, the second feeding unit that feeds power at a position where the other end of the third slot element and the other end of the fourth slot element are connected, and the first and second feedings. And a switching unit that selectively switches power supply from the unit.

この構成によれば、切替手段が第1給電手段と第2給電手段からの給電を選択的に切り替えることにより、水平方向にチルトした水平偏波を有する主ビームを形成することができ、また、小型で平面構造の2方向のマルチビームアンテナを実現することができる。   According to this configuration, the switching unit can selectively switch the power supply from the first power supply unit and the second power supply unit, thereby forming a main beam having a horizontally polarized wave that is tilted in the horizontal direction. A small and planar multi-beam antenna having a planar structure can be realized.

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記給電手段として、前記誘電体基板の前記導体層が形成された基板の裏面に設けられたマイクロストリップラインを用いる構成を採る。   The antenna device according to the present invention employs a configuration in which, in the above configuration, a microstrip line provided on the back surface of the substrate on which the conductor layer of the dielectric substrate is formed is used as the feeding unit.

この構成によれば、マイクロストリップラインの長さを調節することでインピーダンス整合をとることができ、給電が容易になると共に、アンテナ装置の小型化や生産性の向上を図ることができる。   According to this configuration, impedance matching can be achieved by adjusting the length of the microstrip line, facilitating power feeding, and miniaturization of the antenna device and improvement in productivity.

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記マイクロストリップラインが、前記スロット素子との結合部から略1/4波長の奇数倍の位置に、短絡と給電とを切り替える切替手段を具備する構成を採る。   The antenna device of the present invention has a configuration in which, in the above configuration, the microstrip line includes switching means for switching between short-circuiting and feeding at a position that is an odd multiple of a quarter wavelength from the coupling portion with the slot element. take.

この構成によれば、指向性利得が高く、F/B比が良好なアンテナ装置を実現することができる。   According to this configuration, an antenna device having a high directivity gain and a good F / B ratio can be realized.

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記マイクロストリップラインが、前記スロット素子との結合部から略1/2波長の整数倍の位置に、開放と給電とを切り替える切替手段を具備する構成を採る。   The antenna device of the present invention has a configuration in which, in the above configuration, the microstrip line includes switching means for switching between opening and feeding at a position that is approximately an integral multiple of a half wavelength from the coupling portion with the slot element. take.

この構成によれば、指向性利得が高く、F/B比が良好なアンテナ装置を実現することができる。   According to this configuration, an antenna device having a high directivity gain and a good F / B ratio can be realized.

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、ひし形形状に形成されたスロット素子に囲まれた内側の導体層と外側の導体層とが、前記4本のスロット素子の略中央にそれぞれ銅箔パターンで形成された接続導体により接続された構成を採る。   In the antenna device of the present invention, in the above configuration, the inner conductor layer and the outer conductor layer surrounded by the diamond-shaped slot elements are each formed in a copper foil pattern in the approximate center of the four slot elements. The structure connected by the formed connection conductor is taken.

この構成によれば、インピーダンス整合が容易にとれ、F/B比が良好なアンテナ装置を実現することができる。   According to this configuration, it is possible to realize an antenna device that can easily achieve impedance matching and has a good F / B ratio.

本発明のアンテナ装置は、上記いずれかに記載のアンテナ装置を複数用いて、前記複数のアンテナ装置を平面上にそれぞれ等角度ずつ回転して配置された構成を採る。   The antenna device of the present invention employs a configuration in which a plurality of the antenna devices described above are used, and the plurality of antenna devices are respectively rotated on a plane by equal angles.

この構成によれば、複数のアンテナ装置に選択的に給電することにより、所望の方向に主ビームを形成するセクタアンテナを実現することができる。   According to this configuration, it is possible to realize a sector antenna that forms a main beam in a desired direction by selectively feeding power to a plurality of antenna devices.

本発明のアンテナ装置は、上記いずれかに記載の3個のアンテナ装置を直線上に一列に配置し、前記3個のアンテナ装置をそれぞれ60度ずつ回転して配置された構成を採る。   The antenna device of the present invention employs a configuration in which the three antenna devices described in any of the above are arranged in a line on a straight line, and the three antenna devices are respectively rotated by 60 degrees.

この構成によれば、180度異なる方向に主ビームを形成するアンテナ装置を60度ずつ回転して配置することにより、小型無線機に搭載する際に適した平面構造で小型な6セクタアンテナを実現することができる。   According to this configuration, a small 6-sector antenna is realized with a planar structure suitable for mounting on a small wireless device by rotating and arranging antenna devices that form main beams in directions different by 180 degrees by 60 degrees. can do.

以上説明したように、本発明によれば、それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の範囲の長さを有する線状素子又はスロット素子をひし形形状に配置し、対向する一組の頂点に折り返し形状の迂回素子をそれぞれ接続し、さらに、線状素子又はスロット素子の配置面に対して平行に所定の間隔を隔てた位置に反射板を配置することにより、水平方向にチルトした水平偏波又は垂直偏波の主ビームを形成することができる。   As described above, according to the present invention, linear elements or slot elements each having a length in the range of approximately ¼ wavelength to approximately / wavelength of the operating frequency are arranged in a rhombus shape and face each other. By connecting each of the folded detour elements to a pair of vertices, and further arranging a reflector at a position spaced in parallel with the arrangement surface of the linear element or slot element, in the horizontal direction A tilted horizontally or vertically polarized main beam can be formed.

また、迂回素子を接続したひし形形状の線状素子又はスロット素子を複数個、平面上に等角度ずつ回転して配置することにより、小型無線機に搭載する際に適した平面構造で小型なセクタアンテナを実現することができる。   In addition, by arranging a plurality of rhombus-shaped linear elements or slot elements connected to the detour element by rotating them at equal angles on the plane, a small sector with a planar structure suitable for mounting on a small radio device. An antenna can be realized.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す図である。以下、アンテナの動作周波数を5GHzとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, the operation frequency of the antenna will be described as 5 GHz. For convenience of explanation, coordinate axes as shown in the figure are defined.

図1(a)は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。この図において、線状素子101a〜101dは、素子長L1が約1/3波長(20mm)の長さを有し、素子幅が例えば1mmの導体である。これらの線状素子101a〜101dは図1に示すように正方形形状に配置される。   Fig.1 (a) is a top view which shows the structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. In this figure, linear elements 101a to 101d are conductors having an element length L1 of about 1/3 wavelength (20 mm) and an element width of 1 mm, for example. These linear elements 101a to 101d are arranged in a square shape as shown in FIG.

線状迂回素子102a及び102bは、全長が約1/4波長(15mm)で、長さL2が約1/8波長(7.5mm)で折り返し形状の導体であり、素子幅が例えば1mmである。線状迂回素子102aは、線状素子101aと線状素子101cの間に接続され、線状迂回素子102bは、線状素子101bと線状素子101dの間に接続される。ここでは、線状迂回素子102aと線状迂回素子102bとの結合や線状迂回素子102aと線状素子101a及び101cとの結合や線状迂回素子102bと線状素子101b及び101dとの結合による放射特性の劣化を最小限に抑えるために、線状迂回素子102a及び102bを正方形形状の外側に突出するように接続している。   The linear detour elements 102a and 102b are folded conductors having an overall length of about 1/4 wavelength (15 mm), a length L2 of about 1/8 wavelength (7.5 mm), and an element width of, for example, 1 mm. . The linear bypass element 102a is connected between the linear element 101a and the linear element 101c, and the linear bypass element 102b is connected between the linear element 101b and the linear element 101d. Here, by the coupling between the linear detour element 102a and the linear detour element 102b, the coupling between the linear detour element 102a and the linear elements 101a and 101c, or the coupling between the linear detour element 102b and the linear elements 101b and 101d. In order to minimize degradation of the radiation characteristics, the linear detour elements 102a and 102b are connected so as to protrude outward from the square shape.

給電部103は、線状素子101aと線状素子101bの間に設けられ、線状素子に給電を行う。なお、線状素子101cと線状素子101dは接続されている。   The power supply unit 103 is provided between the linear element 101a and the linear element 101b and supplies power to the linear element. The linear element 101c and the linear element 101d are connected.

このように構成された線状素子101a〜101d、線状迂回素子102a及び102b、給電部103により、線状アンテナ素子が構成される。   The linear elements 101a to 101d, the linear detour elements 102a and 102b, and the power feeding unit 103 configured as described above constitute a linear antenna element.

図1(b)は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図1(a)の矢印方向、すなわち、−Y側から見た図である。この図において、反射板104は、線状アンテナ素子が配置された面(XY平面)から距離hが0.42波長(25mm)だけ−Z側に離れた位置に配置された導体板である。   FIG.1 (b) is an arrow line view which shows the structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and is the figure seen from the arrow direction of Fig.1 (a), ie, -Y side. In this figure, the reflector 104 is a conductor plate disposed at a position where the distance h is 0.42 wavelength (25 mm) away from the surface (XY plane) on which the linear antenna element is disposed on the −Z side.

次に、上述した構成を有するアンテナ装置の動作について、図を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の線状素子101a〜101d上の電流分布を示す図であり、図2(a)は電流振幅特性、図2(b)は電流位相特性を示している。なお、図2の横軸に示されている記号(A)〜(D)は、図1に示されている記号(A)〜(D)の位置と対応している。   Next, the operation of the antenna device having the above-described configuration will be described with reference to the drawings. 2A and 2B are diagrams showing a current distribution on the linear elements 101a to 101d of the antenna device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2A is a current amplitude characteristic, and FIG. 2B is a current phase. The characteristics are shown. Note that the symbols (A) to (D) shown on the horizontal axis in FIG. 2 correspond to the positions of the symbols (A) to (D) shown in FIG.

図2(a)において、電流振幅特性201aは線状素子101aと線状素子101bの電流振幅特性を示しており、線状素子101aと線状素子101bの接続部で電流振幅がピーク値をとることが確認できる。同様に、電流振幅特性201bは線状素子101cと線状素子101dの電流振幅特性を示しており、線状素子101cと線状素子101dの接続部で電流振幅がピーク値をとることが確認できる。   In FIG. 2A, a current amplitude characteristic 201a indicates a current amplitude characteristic of the linear element 101a and the linear element 101b, and the current amplitude takes a peak value at the connection portion between the linear element 101a and the linear element 101b. I can confirm that. Similarly, the current amplitude characteristic 201b indicates the current amplitude characteristic of the linear element 101c and the linear element 101d, and it can be confirmed that the current amplitude has a peak value at the connection portion between the linear element 101c and the linear element 101d. .

また、図2(b)において、電流位相特性202aは、線状素子101aと線状素子101bのY方向成分の電流位相特性を示しており、電流位相特性202bは、線状素子101cと線状素子101dのY方向成分の電流位相特性を示している。図2(a)及び(b)から、電流振幅のピーク点間におけるY方向成分の電流位相差は、約150度になることが確認できる。この電流位相差は、ピーク点間の距離が、線状素子101aと線状迂回素子102aと線状素子101cを足した長さ(あるいは、線状素子101bと線状迂回素子102bと線状素子101dを足した長さ)であるため、約11/12波長(330度)となり、またピーク点間でY方向成分の電流位相が180度反転するために生じる。   In FIG. 2B, the current phase characteristic 202a indicates the current phase characteristic of the Y direction component of the linear element 101a and the linear element 101b, and the current phase characteristic 202b is linear with the linear element 101c. The current phase characteristic of the Y direction component of the element 101d is shown. 2A and 2B, it can be confirmed that the current phase difference of the Y-direction component between the peak points of the current amplitude is about 150 degrees. This current phase difference is the length of the distance between the peak points plus the linear element 101a, the linear detour element 102a, and the linear element 101c (or the linear element 101b, the linear detour element 102b, and the linear element. This is because the current phase of the Y direction component is inverted by 180 degrees between the peak points.

ここで、線状素子101a及び101bを一組のアンテナ素子として見なした場合、素子中央で電流のピーク点が存在するため、Y方向偏波の半波長ダイポールに近い動作になると考えられる。同様に、線状素子101c及び101dを一組のアンテナ素子と見なした場合も、Y方向偏波の半波長ダイポールに近い動作になると考えられる。また、図2(b)において、これらのアンテナ素子の位相差が150度であることから、図1に示すアンテナ装置はX方向に2素子配列した半波長ダイポールアレーを150度の位相差を持たせて給電した場合とほぼ同様な動作と見なすことができる。   Here, when the linear elements 101a and 101b are regarded as a pair of antenna elements, it is considered that the operation is close to a half-wave dipole having a Y-direction polarization because a peak point of current exists at the center of the element. Similarly, when the linear elements 101c and 101d are regarded as a pair of antenna elements, it is considered that the operation is close to a half-wave dipole having a Y-direction polarization. Further, in FIG. 2B, since the phase difference between these antenna elements is 150 degrees, the antenna apparatus shown in FIG. 1 has a half-wave dipole array in which two elements are arranged in the X direction with a phase difference of 150 degrees. It can be considered that the operation is almost the same as when power is supplied.

次に、アンテナ装置の動作を垂直(XZ)面に着目して説明する。垂直(XZ)面に着目すると、Y方向偏波の半波長ダイポールの指向性は等方性であるので、点波源でモデル化することができる。   Next, the operation of the antenna device will be described focusing on the vertical (XZ) plane. Focusing on the vertical (XZ) plane, the directivity of the half-wave dipole of the Y-direction polarization is isotropic, and can be modeled with a point wave source.

図3は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の動作を点波源モデルで示す模式図である。具体的には、2素子の半波長ダイポールアレーを垂直(XZ)面に着目して2素子の点波源にモデル化した図である。点波源301aは、線状素子101a及び線状素子101bをモデル化したもので、点波源301bは、線状素子101c及び線状素子101dをモデル化したものである。ここで、図2(b)より、点波源301aの励振位相は点波源301bの励振位相に対して150度だけ進むことになる。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the antenna device according to the first embodiment of the present invention using a point wave source model. Specifically, it is a diagram in which a two-element half-wave dipole array is modeled as a two-element point wave source focusing on the vertical (XZ) plane. The point wave source 301a is a model of the linear element 101a and the linear element 101b, and the point wave source 301b is a model of the linear element 101c and the linear element 101d. Here, from FIG. 2B, the excitation phase of the point wave source 301a advances by 150 degrees with respect to the excitation phase of the point wave source 301b.

また、反射板104の効果を、写像の原理を用いてモデル化すると、点波源301a及び301bから−Z側に2h(0.84波長(50mm))離れた位置にそれぞれイメージ波源302a及び302bを想定することができる。このとき、イメージ波源302a及び302bの励振位相は、点波源301a及び301bの励振位相に対してそれぞれ180度反転することになる。   Further, when the effect of the reflector 104 is modeled using the principle of mapping, the image wave sources 302a and 302b are respectively located at positions 2h (0.84 wavelength (50 mm)) away from the point wave sources 301a and 301b on the -Z side. Can be assumed. At this time, the excitation phases of the image wave sources 302a and 302b are inverted by 180 degrees with respect to the excitation phases of the point wave sources 301a and 301b, respectively.

また、点波源301a及び301bのX方向の位置は、線状素子上の電流振幅のピーク点としているので、点波源301aと301bの間隔L3は約1/2波長(30mm)となる。   Since the position of the point wave sources 301a and 301b in the X direction is the peak point of the current amplitude on the linear element, the distance L3 between the point wave sources 301a and 301b is about ½ wavelength (30 mm).

以上のように構成された点波源301a、301bとイメージ波源302a、302bの4素子アレーによる放射は、±Z方向からチルト角α(55度)だけチルトした方向に主ビーム303a、303bが形成されることになる。しかし、実際は反射板104が存在するため、主ビーム303aの方向のみとなる。   Radiation by the four-element array of the point wave sources 301a and 301b and the image wave sources 302a and 302b configured as described above forms main beams 303a and 303b in a direction tilted by a tilt angle α (55 degrees) from the ± Z direction. Will be. However, since the reflector 104 actually exists, only the direction of the main beam 303a is obtained.

図4は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図4(a)は垂直(XZ)面の指向性を、図4(b)は仰角θが55度における円錐面の指向性を示している。   FIG. 4 is a diagram showing the directivity of the antenna device according to Embodiment 1 of the present invention. 4A shows the directivity of the vertical (XZ) plane, and FIG. 4B shows the directivity of the conical surface when the elevation angle θ is 55 degrees.

図4(a)において、指向性401は、水平偏波(Eφ)成分の指向性を示しており、仰角θが55度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。   In FIG. 4A, directivity 401 indicates the directivity of the horizontally polarized wave (Eφ) component, and it can be confirmed that a main beam tilted in the direction where the elevation angle θ is 55 degrees can be obtained.

また、図4(b)において、指向性402は、指向性401と同様に水平偏波(Eφ)成分の指向性を示しており、主ビームが+X方向に向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は10.5dBi、円錐面の半値角は57度、F/B比(主ビームとバックローブの比)は7dBである。   In FIG. 4B, the directivity 402 indicates the directivity of the horizontally polarized wave (Eφ) component similarly to the directivity 401, and it can be confirmed that the main beam is directed in the + X direction. At this time, the directivity gain of the main beam is 10.5 dBi, the half-value angle of the conical surface is 57 degrees, and the F / B ratio (ratio between the main beam and the back lobe) is 7 dB.

次に、線状迂回素子を正方形形状の内側に接続した場合について、図5を用いて説明する。図5(a)は、線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の構成を示す平面図である。図5(b)は、線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図5(a)の矢印方向、すんわち、−Y側から見た図である。ただし、これらの図において、図1と共通する部分には図1と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。   Next, the case where the linear detour element is connected to the inner side of the square shape will be described with reference to FIG. Fig.5 (a) is a top view which shows the structure of the antenna apparatus at the time of connecting a linear detour element inside a square. FIG. 5B is an arrow view showing the configuration of the antenna device when the linear detour element is connected to the inside of the square, and is viewed from the arrow direction in FIG. 5A, that is, from the −Y side. It is a figure. However, in these drawings, the same reference numerals as those in FIG.

図5(a)において、線状迂回素子501a及び501bは、全長が約1/4波長(15mm)で、素子幅が例えば1mmの導体であり、長さL4が約1/8波長(7.5mm)で折り返されている。線状迂回素子501aは線状素子101a及び線状素子101cの間に接続され、線状迂回素子501bは線状素子101b及び線状素子101dの間に接続される。   In FIG. 5A, linear detour elements 501a and 501b are conductors having a total length of about 1/4 wavelength (15 mm) and an element width of, for example, 1 mm, and a length L4 of about 1/8 wavelength (7. 5mm). The linear bypass element 501a is connected between the linear element 101a and the linear element 101c, and the linear bypass element 501b is connected between the linear element 101b and the linear element 101d.

図6は、線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の指向性を示す図である。図6において、図6(a)は垂直(XZ)面の指向性を、図6(b)は仰角θが50度における円錐面の指向性を示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating the directivity of the antenna device when the linear detour element is connected to the inside of the square. 6A shows the directivity of the vertical (XZ) plane, and FIG. 6B shows the directivity of the conical surface when the elevation angle θ is 50 degrees.

図6(a)において、指向性601は、水平偏波(Eφ)成分の指向性を示しており、仰角θが50度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。   In FIG. 6A, the directivity 601 indicates the directivity of the horizontal polarization (Eφ) component, and it can be confirmed that a main beam tilted in the direction of the elevation angle θ of 50 degrees can be obtained.

また、図6(b)において、指向性602は、指向性601と同様に水平偏波(Eφ)成分の指向性を示しており、主ビームが+X方向に向いていることが確認できる。また、このとき、主ビームの指向性利得は9.6dBi、円錐面の半値角は57度、F/B比は5.5dBである。   In FIG. 6B, the directivity 602 indicates the directivity of the horizontal polarization (Eφ) component similarly to the directivity 601, and it can be confirmed that the main beam is directed in the + X direction. At this time, the directivity gain of the main beam is 9.6 dBi, the half-value angle of the conical surface is 57 degrees, and the F / B ratio is 5.5 dB.

このように、線状迂回素子を線状素子により構成された正方形の内側に接続することにより、線状迂回素子を正方形の外側に突出させて接続した場合と比べて、アンテナ装置のY方向の大きさを約35%小さくすることができる。ただし、線状迂回素子と線状素子間の結合や線状迂回素子間の結合により利得が1dB程度低下し、F/B比が1.5dB劣化する。このため、用途に応じて線状迂回素子の接続する向きを決定することが望ましい。   In this way, by connecting the linear detour element to the inner side of the square formed by the linear elements, compared to the case where the linear detour element is protruded to the outer side of the square and connected, The size can be reduced by about 35%. However, the gain is reduced by about 1 dB due to the coupling between the linear detour elements and the linear detour elements, and the coupling between the linear detour elements, and the F / B ratio is degraded by 1.5 dB. For this reason, it is desirable to determine the connection direction of the linear detour element according to the application.

このように本実施の形態によれば、正方形形状に形成された線状素子と正方形の対向する一組の頂点に折り返し形状の線状迂回素子を設けて、正方形形状の線状素子から所定の距離を隔てて反射板を配置することにより、小型無線機に搭載するのに適した小型で平面構造のアンテナ装置を実現することができると共に、垂直面のチルト角が55度の水平偏波を有した主ビームを形成することができる。また、線状迂回素子を正方形形状の内側に配置することにより、より小型なアンテナ装置を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a linear detour element having a folded shape is provided at a pair of vertices of a square and a linear element formed in a square shape. By disposing the reflectors at a distance, it is possible to realize a small and planar antenna device suitable for mounting on a small wireless device, and to produce a horizontally polarized wave with a vertical tilt angle of 55 degrees. The main beam can be formed. Further, by arranging the linear detour element inside the square shape, a smaller antenna device can be realized.

(実施の形態2)
図7(a)は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。また、図7(b)は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す矢視図であり、図7(a)の矢印方向、すなわち、−Y側から見た図である。ただし、これらの図において、図1と共通する部分には図1と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。以下、アンテナの動作周波数を5GHzとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
(Embodiment 2)
Fig.7 (a) is a top view which shows the structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. Moreover, FIG.7 (b) is an arrow line view which shows the structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention, and is the figure seen from the arrow direction of Fig.7 (a), ie, -Y side. . However, in these drawings, the same reference numerals as those in FIG. 1 are attached to the portions common to those in FIG. 1, and the detailed description thereof is omitted. Hereinafter, the operation frequency of the antenna will be described as 5 GHz. For convenience of explanation, coordinate axes as shown in the figure are defined.

給電部701は、線状素子101cと線状素子101dの間に設けられ、線状素子に給電を行う。   The power supply unit 701 is provided between the linear element 101c and the linear element 101d, and supplies power to the linear element.

このような構成を有するアンテナ装置において、給電部103から線状アンテナ素子が励振される場合、給電部701は短絡され、線状素子101cと線状素子101dが接続するように動作する。また、給電部701から線状アンテナ素子が励振される場合、給電部103は短絡され、線状素子101aと線状素子101bが接続するように動作する。このように動作させることにより、1つのアンテナ素子で主ビームを2方向に切り替えることが可能となる。   In the antenna device having such a configuration, when the linear antenna element is excited from the power feeding unit 103, the power feeding unit 701 is short-circuited and operates so that the linear element 101c and the linear element 101d are connected. Further, when the linear antenna element is excited from the power supply unit 701, the power supply unit 103 is short-circuited and operates so that the linear element 101a and the linear element 101b are connected. By operating in this way, the main beam can be switched in two directions with one antenna element.

図8は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図8において、図8(a)は垂直(XZ)面の指向性を、図8(b)は仰角θが55度における円錐面の指向性を示している。   FIG. 8 is a diagram showing the directivity of the antenna device according to Embodiment 2 of the present invention. 8A shows the directivity of the vertical (XZ) plane, and FIG. 8B shows the directivity of the conical surface when the elevation angle θ is 55 degrees.

図8(a)において、実線で示す指向性801aは、給電部103から線状アンテナ素子を励振し、給電部701を短絡したときの水平偏波(Eφ)成分の指向性を示している。このとき、仰角θが55度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。また、点線で示す指向性801bは、給電部701から線状アンテナ素子を励振し、給電部103を短絡したときの水平偏波(Eφ)成分の指向性を示している。このとき、仰角θが55度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。   In FIG. 8A, the directivity 801a indicated by a solid line indicates the directivity of the horizontally polarized wave (Eφ) component when the linear antenna element is excited from the power supply unit 103 and the power supply unit 701 is short-circuited. At this time, it can be confirmed that a main beam tilted in a direction in which the elevation angle θ is 55 degrees can be obtained. A directivity 801b indicated by a dotted line indicates the directivity of the horizontal polarization (Eφ) component when the linear antenna element is excited from the power supply unit 701 and the power supply unit 103 is short-circuited. At this time, it can be confirmed that a main beam tilted in a direction in which the elevation angle θ is 55 degrees can be obtained.

図8(b)において、実線で示す指向性802aは、図8(a)の指向性801aと同様に、給電点103から線状アンテナ素子を励振し、給電部701を短絡したときの水平偏波(Eφ)成分の指向性を示しており、主ビームが+X方向に向いていることが確認できる。また、点線で示す指向性802bは、図8(a)の指向性801bと同様に、給電点701から線状アンテナ素子を励振し、給電部103を短絡したときの水平偏波(Eφ)成分の指向性を示しており、主ビームが−X方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性802a及び802bのどちらも主ビームの指向性利得は10.5dBi、円錐面の半値角は57度である。   In FIG. 8B, the directivity 802a indicated by the solid line is the horizontal deviation when the linear antenna element is excited from the feed point 103 and the feed portion 701 is short-circuited, as in the directivity 801a of FIG. The directivity of the wave (Eφ) component is shown, and it can be confirmed that the main beam is directed in the + X direction. In addition, the directivity 802b indicated by a dotted line is a horizontal polarization (Eφ) component when the linear antenna element is excited from the feeding point 701 and the feeding unit 103 is short-circuited, similarly to the directivity 801b of FIG. It can be confirmed that the main beam is directed in the -X direction. At this time, in both the directivity 802a and 802b, the directivity gain of the main beam is 10.5 dBi, and the half-value angle of the conical surface is 57 degrees.

このように本実施の形態によれば、正方形形状に形成された線状素子と正方形の対向する一組の頂点に折り返し形状の線状迂回素子を設け、他の一組の頂点にそれぞれ給電部を設け、正方形形状の線状素子から所定の距離を隔てて反射板を配置し、一方の給電部からアンテナ装置を励振し、他方の給電部は短絡状態となるように動作させ、2つの給電部の動作を切り替えることにより、2方向に主ビームを形成し、小型で平面構造のマルチビームアンテナを実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, the linear element formed in a square shape and the linear detour element having a folded shape are provided at a set of opposing vertices of the square, and the power feeding unit is provided at each of the other set of vertices. The reflector is arranged at a predetermined distance from the square-shaped linear element, the antenna device is excited from one of the feeding units, and the other feeding unit is operated so as to be in a short-circuited state. By switching the operation of the unit, a main beam can be formed in two directions, and a multi-beam antenna having a small planar structure can be realized.

(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。図9において、紙面上部は+Z側から見た平面図であり、紙面下部は−Y側から見た平面図である。ただし、これらの図において、図1と共通する部分には図1と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。以下、アンテナの動作周波数を5GHzとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the antenna device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 9, the upper part of the drawing is a plan view seen from the + Z side, and the lower part of the drawing is a plan view seen from the −Y side. However, in these drawings, the same reference numerals as those in FIG. 1 are attached to the portions common to those in FIG. 1, and the detailed description thereof is omitted. Hereinafter, the operation frequency of the antenna will be described as 5 GHz. For convenience of explanation, coordinate axes as shown in the figure are defined.

図9において、基板901は、比誘電率εrが例えば2.6で、厚さが1.6mmである誘電体であり、寸法L5×L6は0.67波長×0.77波長(40mm×46mm)である。   In FIG. 9, a substrate 901 is a dielectric having a relative dielectric constant εr of, for example, 2.6 and a thickness of 1.6 mm, and the dimension L5 × L6 is 0.67 wavelength × 0.77 wavelength (40 mm × 46 mm). ).

銅箔層902は、基板901のZ側面に接着された銅箔である。スロット素子903a〜903dは、銅箔層902を削剥して形成された空隙(銅箔パターン)であり、素子長L7が約1/3λe(16.6mm)、素子幅が例えば1mmである。ここで、λeは、基板901上におけるスロット素子の実効的な波長であり、自由空間の波長(λ0)の約83%となる。すなわち、λe=0.83λ0である。これらのスロット素子903a〜903dは、図9に示すように正方形形状に配置される。   The copper foil layer 902 is a copper foil bonded to the Z side surface of the substrate 901. The slot elements 903a to 903d are voids (copper foil pattern) formed by scraping the copper foil layer 902, the element length L7 is about 1 / 3λe (16.6 mm), and the element width is, for example, 1 mm. Here, λe is an effective wavelength of the slot element on the substrate 901, and is about 83% of the wavelength (λ0) in free space. That is, λe = 0.83λ0. These slot elements 903a to 903d are arranged in a square shape as shown in FIG.

接続導体904a〜904dは、スロット素子903a〜903dに、例えば銅箔パターンで正方形形状に形成され、スロット素子903a〜903dのほぼ中央でそれぞれのスロット素子903a〜903dを分断するようにスロット素子の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続している。このように、接続導体904a〜904dによりスロット素子903a〜903dを分断することで、インピーダンス整合が容易にとれ、F/B比が良好なアンテナ装置を実現することができるようになる。   The connection conductors 904a to 904d are formed in the slot elements 903a to 903d in a square shape, for example, with a copper foil pattern, and the slot elements 903a to 903d are separated from each other at approximately the center of the slot elements 903a to 903d. The copper foil layer and the outer copper foil layer are connected. As described above, by dividing the slot elements 903a to 903d by the connection conductors 904a to 904d, impedance matching can be easily achieved and an antenna apparatus having a good F / B ratio can be realized.

スロット迂回素子905a及び905bは、銅箔層902を削剥して形成された空隙であり、全長が約1/4λe(12.5mm)で、長さL8が約1/8λe(6.25mm)で折り返されて形成されている。素子幅は例えば1mmである。スロット迂回素子905aはスロット素子903aとスロット素子903cの間に接続され、スロット迂回素子905bはスロット素子903bとスロット素子903dの間に接続されている。ここでは、スロット迂回素子回路905a及び905bを正方形形状の外側に突出するように接続されている。なお、スロット素子903aとスロット素子903b、スロット素子903cとスロット素子903dはそれぞれ接続されている。   The slot detour elements 905a and 905b are voids formed by scraping the copper foil layer 902, and have a total length of about 1 / 4λe (12.5 mm) and a length L8 of about 1 / 8λe (6.25 mm). It is folded and formed. The element width is 1 mm, for example. The slot bypass element 905a is connected between the slot element 903a and the slot element 903c, and the slot bypass element 905b is connected between the slot element 903b and the slot element 903d. Here, the slot detour element circuits 905a and 905b are connected so as to protrude outward from the square shape. The slot element 903a and the slot element 903b, and the slot element 903c and the slot element 903d are connected to each other.

このように構成されたスロット素子903a〜903d、接続導体904a〜904d、スロット迂回素子905a及び905bにより、スロットアンテナ素子が構成される。   The slot elements 903a to 903d, the connecting conductors 904a to 904d, and the slot detour elements 905a and 905b configured as described above constitute a slot antenna element.

マイクロストリップライン906は、基板901の−Z側面にスロット素子903aとスロット素子903bの接続部を通過するようにX方向に沿って銅箔パターンにより形成されている。マイクロストリップライン906の幅W1は、特性インピーダンスが50Ωとなるように4.6mmに設定されている。また、マイクロストリップライン906の先端とスロット素子903aとスロット素子903bの接続部との距離L9は例えば1.5mmに設定されている。   The microstrip line 906 is formed by a copper foil pattern along the X direction on the −Z side surface of the substrate 901 so as to pass through the connection portion between the slot element 903a and the slot element 903b. The width W1 of the microstrip line 906 is set to 4.6 mm so that the characteristic impedance is 50Ω. Further, a distance L9 between the tip of the microstrip line 906 and the connecting portion between the slot element 903a and the slot element 903b is set to 1.5 mm, for example.

以上のような構成を有することにより、マイクロストリップライン906とスロットアンテナ素子は電磁的に結合されるため、給電部907からの信号をマイクロストリップライン906を介してスロットアンテナ素子へ供給することができる。また、距離L9を適切な長さに設定することで、インピーダンス整合が可能となる。このように、平面回路であるマイクロストリップラインからの給電が容易となり、アンテナ装置の小型化や生産性の向上を図ることができる。   With the above configuration, since the microstrip line 906 and the slot antenna element are electromagnetically coupled, a signal from the power feeding unit 907 can be supplied to the slot antenna element via the microstrip line 906. . Further, impedance matching can be performed by setting the distance L9 to an appropriate length. In this way, power supply from the microstrip line, which is a planar circuit, is facilitated, and the antenna device can be reduced in size and productivity can be improved.

ここで、図9に示す本実施の形態のアンテナ装置は、図1に示すアンテナ装置の線状素子をスロット素子に置き換えたものとほぼ同等と考えることができるため、その動作は電界と磁界を置き換えて説明することができる。したがって、図1に示すアンテナ装置の主偏波成分は水平(Eφ)成分であるのに対して、図9に示すアンテナ装置の主偏波成分は垂直(Eθ)成分となる。   Here, the antenna device of the present embodiment shown in FIG. 9 can be considered to be almost equivalent to the antenna device shown in FIG. 1 in which the linear elements are replaced with slot elements. It can be replaced and explained. Therefore, the main polarization component of the antenna apparatus shown in FIG. 1 is a horizontal (Eφ) component, whereas the main polarization component of the antenna apparatus shown in FIG. 9 is a vertical (Eθ) component.

図10は、本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図10において、図10(a)は垂直(XZ)面の指向性を、図10(b)は仰角θが45度における円錐面の指向性を示している。   FIG. 10 is a diagram showing the directivity of the antenna device according to Embodiment 3 of the present invention. 10A shows the directivity of the vertical (XZ) plane, and FIG. 10B shows the directivity of the conical surface when the elevation angle θ is 45 degrees.

図10(a)において、指向性1001は、垂直偏波(Eθ)成分の指向性を示しており、仰角θが45度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。   In FIG. 10A, directivity 1001 indicates the directivity of the vertically polarized wave (Eθ) component, and it can be confirmed that a main beam tilted in the direction where the elevation angle θ is 45 degrees can be obtained.

また、図10(b)において、指向性1002は、指向性1001と同様に垂直偏波(Eθ)成分の指向性を示しており、主ビームが+X方向に向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は9.8dBi、円錐面の半値角は62度、F/B比は10dBである。   In FIG. 10B, the directivity 1002 indicates the directivity of the vertically polarized wave (Eθ) component similarly to the directivity 1001, and it can be confirmed that the main beam is directed in the + X direction. At this time, the directivity gain of the main beam is 9.8 dBi, the half-value angle of the conical surface is 62 degrees, and the F / B ratio is 10 dB.

このように本実施の形態によれば、誘電体基板の表面に正方形形状に形成されたスロット素子と正方形の対向する一組の頂点にスロット迂回素子を設け、誘電体基板の裏面にマイクロストリップラインを配置し、さらにスロット素子面から所定の距離を隔てて反射板を配置することにより、小型無線機に搭載するのに適した小型で平面構造のアンテナ装置を実現することができると共に、垂直面のチルト角が45度の主ビームを形成することができ、主偏波を垂直偏波(Eθ)とすることができる。また、平面回路であるマイクロストリップラインからの給電が容易となり、マイクロストリップライン長を変化させるだけでインピーダンス整合も可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the slot element formed in a square shape on the surface of the dielectric substrate and the slot bypass element are provided at a pair of vertices facing the square, and the microstrip line is provided on the back surface of the dielectric substrate. Further, by arranging the reflector at a predetermined distance from the slot element surface, it is possible to realize a small and planar antenna device suitable for mounting on a small wireless device, and The main beam having a tilt angle of 45 degrees can be formed, and the main polarization can be set to the vertical polarization (Eθ). In addition, power supply from the microstrip line, which is a planar circuit, is facilitated, and impedance matching is possible only by changing the microstrip line length.

なお、本実施の形態では、スロット素子を誘電体基板上の銅箔パターンによって形成しているが、例えば、導体板に空隙を設けてスロット素子を形成しても同様な効果が得られる。   In the present embodiment, the slot element is formed by a copper foil pattern on a dielectric substrate. However, for example, the same effect can be obtained by forming a slot element by providing a gap in a conductor plate.

また、本実施の形態では、接続導体をスロット素子内に銅箔パターンで形成し、スロット素子のほぼ中央で分断するようにスロット素子の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続するとして説明したが、接続導体をマイクロストリップラインと同一平面上に形成し、スルーホールを介して正方形形状の内側の銅箔層と外側の銅箔層を接続しても同様な効果が得られる。   Further, in the present embodiment, the connection conductor is formed in the slot element in a copper foil pattern, and the inner copper foil layer and the outer copper foil layer of the slot element are connected so as to be divided at substantially the center of the slot element. As described above, the same effect can be obtained by forming the connecting conductor on the same plane as the microstrip line and connecting the square inner copper foil layer and the outer copper foil layer through the through holes.

(実施の形態4)
図11は、本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。図11において、図11(a)は+Z側から見た平面図と−Y側から見た平面図であり、図11(b)は反射板104を除いて−Z側から見た平面図である。ただし、図11(a)及び図11(b)において、図9と共通する部分には図9と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。以下、アンテナの動作周波数を5GHzとして説明する。また、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the antenna device according to Embodiment 4 of the present invention. 11A is a plan view seen from the + Z side and a plan view seen from the −Y side, and FIG. 11B is a plan view seen from the −Z side excluding the reflector 104. is there. However, in FIG. 11A and FIG. 11B, the same reference numerals as those in FIG. Hereinafter, the operation frequency of the antenna will be described as 5 GHz. For convenience of explanation, coordinate axes as shown in the figure are defined.

スイッチ1101は、2つの入力端子1102a及び1102bと、2つの出力端子1102c及び1102dを有したDPDT(Double Pole Double Throw)スイッチである。このスイッチ1101は、入力端子1102aが出力端子1102cと接続されるとき、入力端子1102bと出力端子1102dが接続され、また入力端子1102aが出力端子1102dと接続されるとき、入力端子1102bと出力端子1102cが接続されるように動作する。   The switch 1101 is a DPDT (Double Pole Double Throw) switch having two input terminals 1102a and 1102b and two output terminals 1102c and 1102d. The switch 1101 has an input terminal 1102b and an output terminal 1102d connected when the input terminal 1102a is connected to the output terminal 1102c, and an input terminal 1102b and an output terminal 1102c when the input terminal 1102a is connected to the output terminal 1102d. Works to be connected.

入力端子1102aには、銅箔パターン1103を介して給電部1104が接続され、入力端子1102bは銅箔パターン1105に接続され、スルーホール1106を介して接地導体である銅箔層902に接地される。また、出力端子1102cには、マイクロストリップライン1107aが接続され、出力端子1102dにはマイクロストリップライン1107bが接続される。銅箔パターン1103及び1105は、基板901の−Z側面に形成された銅箔パターンである。   The power supply unit 1104 is connected to the input terminal 1102a via the copper foil pattern 1103, the input terminal 1102b is connected to the copper foil pattern 1105, and is grounded to the copper foil layer 902 which is a ground conductor via the through hole 1106. . Further, a microstrip line 1107a is connected to the output terminal 1102c, and a microstrip line 1107b is connected to the output terminal 1102d. Copper foil patterns 1103 and 1105 are copper foil patterns formed on the −Z side surface of the substrate 901.

マイクロストリップライン1107aは、基板901の−Z側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子903aとスロット素子903bの接続部を通過するように配置され、他端はスイッチ1101の出力端子1102cに接続されている。同様に、マイクロストリップライン1107bも、基板901の−Z側面に銅箔パターンにより形成され、一端はスロット素子903cとスロット素子903dの接続部を通過するように配置され、他端はスイッチ1101の出力端子1102dに接続されている。   The microstrip line 1107a is formed by a copper foil pattern on the −Z side surface of the substrate 901, one end is disposed so as to pass through the connection portion between the slot element 903a and the slot element 903b, and the other end is connected to the output terminal 1102c of the switch 1101. It is connected. Similarly, the microstrip line 1107b is also formed by a copper foil pattern on the −Z side surface of the substrate 901, and one end is disposed so as to pass through the connection between the slot element 903c and the slot element 903d, and the other end is the output of the switch 1101. It is connected to the terminal 1102d.

マイクロストリップライン1107a及び1107bの幅W2は、特性インピーダンスが50Ωとなるように4.6mmに設定さていれる。また、マイクロストリップライン1107aの先端とスロット素子903aとスロット素子903bの接続部との距離L10及びマイクロストリップライン1107bの先端とスロット素子903cとスロット素子903dの接続部との距離L10は1.5mmに設定されている。   The width W2 of the microstrip lines 1107a and 1107b is set to 4.6 mm so that the characteristic impedance is 50Ω. Also, the distance L10 between the tip of the microstrip line 1107a and the connecting portion between the slot element 903a and the slot element 903b and the distance L10 between the tip of the microstrip line 1107b and the connecting portion between the slot element 903c and the slot element 903d are 1.5 mm. Is set.

次に、上述した構成を有するアンテナ装置において、マイクロストリップライン1107aからアンテナ装置を励振する場合の動作について説明する。給電部1104から励振された信号は、スイッチ1101の入力端子1102aに入力される。このとき、スイッチ1101は、入力端子1102aと出力端子1102c、入力端子1102bと出力端子1102dがそれぞれ接続されるように動作する。このため、入力端子1102aに入力された信号は、出力端子1102cを介してマイクロストリップライン1107aに入力される。   Next, the operation in the case of exciting the antenna device from the microstrip line 1107a in the antenna device having the above-described configuration will be described. A signal excited from the power feeding unit 1104 is input to the input terminal 1102 a of the switch 1101. At this time, the switch 1101 operates so that the input terminal 1102a and the output terminal 1102c are connected, and the input terminal 1102b and the output terminal 1102d are connected. Therefore, the signal input to the input terminal 1102a is input to the microstrip line 1107a via the output terminal 1102c.

また、マイクロストリップライン1107bは、出力端子1102d及び入力端子1102bを介して接地される。ここで、アンテナ素子がスロット素子で構成されているため、線状素子の場合の電界と磁界を置き換えて考えられるので、マイクロストリップライン1107bとスロット素子との結合部の位置では開放状態、すなわち、接地する必要がある。このため、マイクロストリップライン1107bとスロット素子との結合部から接地点までの長さ、つまりマイクロストリップライン1107b及び銅箔パターン1105、スルーホール1106、スイッチ1101の全体の電気的な長さを1/4波長の奇数倍に設定しなければならない。これにより、指向性利得が高く、F/B比を良好とすることができる。なお、マイクロストリップライン1107aから励振されたアンテナ装置の動作は、実施の形態3で説明した動作と同様であるので、ここでの説明は省略する。   The microstrip line 1107b is grounded via the output terminal 1102d and the input terminal 1102b. Here, since the antenna element is constituted by a slot element, it can be considered to replace the electric field and magnetic field in the case of a linear element. Therefore, at the position of the coupling portion between the microstrip line 1107b and the slot element, Must be grounded. For this reason, the length from the coupling portion of the microstrip line 1107b and the slot element to the ground point, that is, the electrical length of the entire microstrip line 1107b, the copper foil pattern 1105, the through hole 1106, and the switch 1101 is 1 /. Must be set to an odd multiple of 4 wavelengths. Thereby, the directivity gain is high and the F / B ratio can be improved. Note that the operation of the antenna device excited from the microstrip line 1107a is the same as the operation described in Embodiment 3, and thus the description thereof is omitted here.

同様に、マイクロストリップライン1107bからアンテナ装置を励振する場合は、スイッチ1101は、入力端子1102aと出力端子1102d、入力端子1102bと出力端子1102cがそれぞれ接続されるように動作する。このとき、マイクロストリップライン1107aとスロット素子との結合部の位置で開放状態とする必要があるため、マイクロストリップライン1107aとスロット素子との結合部から接地点までの長さを1/4波長の奇数倍に設定しなければならない。   Similarly, when the antenna device is excited from the microstrip line 1107b, the switch 1101 operates so that the input terminal 1102a and the output terminal 1102d, and the input terminal 1102b and the output terminal 1102c are connected to each other. At this time, since it is necessary to open at the position of the coupling portion between the microstrip line 1107a and the slot element, the length from the coupling portion between the microstrip line 1107a and the slot element to the grounding point is set to 1/4 wavelength Must be set to an odd multiple.

図12は、本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図12において、図12(a)は垂直(XZ)面の指向性を、図12(b)は仰角θが45度における円錐面の指向性を示している。   FIG. 12 is a diagram showing the directivity of the antenna device according to Embodiment 4 of the present invention. 12A shows the directivity of the vertical (XZ) plane, and FIG. 12B shows the directivity of the conical surface when the elevation angle θ is 45 degrees.

図12(a)において、指向性1201aはマイクロストリップライン1107aからスロットアンテナ素子を励振したときの垂直偏波(Eθ)成分の指向性を示しており、仰角θが45度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。また、指向性1201bはマイクロストリップライン1107bからスロットアンテナ素子を励振したときの垂直偏波(Eθ)成分の指向性を示しており、仰角θが45度の方向にチルトした主ビームが得られることが確認できる。   In FIG. 12A, directivity 1201a indicates the directivity of the vertically polarized wave (Eθ) component when the slot antenna element is excited from the microstrip line 1107a, and the main angle tilted in the direction where the elevation angle θ is 45 degrees. It can be confirmed that a beam is obtained. The directivity 1201b indicates the directivity of the vertically polarized wave (Eθ) component when the slot antenna element is excited from the microstrip line 1107b, and a main beam tilted in the direction where the elevation angle θ is 45 degrees can be obtained. Can be confirmed.

図12(b)において、指向性1202aは、図12(a)の指向性1201aと同様に、マイクロストリップライン1107aからスロットアンテナ素子を励振したときの垂直偏波(Eθ)成分の指向性を示しており、主ビームが+X方向に向いていることが確認できる。また、指向性1202bは、図12(a)の指向性1201bと同様に、マイクロストリップライン1107bからスロットアンテナ素子を励振したときの垂直偏波(Eθ)成分の指向性を示しており、主ビームが−X方向に向いていることが確認できる。このとき、指向性1202a及び1202bのどちらも主ビームの指向性利得は9.8dBi、円錐面の半値角は62度である。   In FIG. 12B, the directivity 1202a indicates the directivity of the vertical polarization (Eθ) component when the slot antenna element is excited from the microstrip line 1107a, similarly to the directivity 1201a in FIG. It can be confirmed that the main beam is directed in the + X direction. Similarly to the directivity 1201b in FIG. 12A, the directivity 1202b indicates the directivity of the vertical polarization (Eθ) component when the slot antenna element is excited from the microstrip line 1107b. It can be confirmed that is oriented in the -X direction. At this time, in both the directivity 1202a and 1202b, the directivity gain of the main beam is 9.8 dBi, and the half-value angle of the conical surface is 62 degrees.

このように本実施の形態によれば、誘電体基板の表面に正方形形状に形成されたスロット素子と正方形の対向する一組の頂点にスロット迂回素子を設け、他の一組の頂点で誘電体基板の裏面にマイクロストリップラインをそれぞれ配置し、スロット素子面から所定の距離を隔てて反射板を配置し、一方のマイクロストリップラインからスロットアンテナ素子を励振し、他方のマイクロストリップラインとスロット素子との結合部の位置が開放状態となるようにスイッチで切り替え動作を行うことにより、2方向に主ビームを形成し、主偏波成分が垂直偏波であり、小型で平面構造のマルチビームアンテナを実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, the slot element formed in a square shape on the surface of the dielectric substrate and the slot detour element are provided at a pair of opposing vertices of the square, and the dielectric is formed at the other pair of vertices. A microstrip line is disposed on the back surface of the substrate, a reflector is disposed at a predetermined distance from the slot element surface, a slot antenna element is excited from one microstrip line, and the other microstrip line and slot element are The main beam is formed in two directions by switching operation so that the position of the coupling portion of the antenna is in an open state, the main polarization component is vertical polarization, and a small and planar multi-beam antenna is formed. Can be realized.

なお、本実施の形態では、スイッチとして1つのDPDTスイッチを用いて説明したが、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)を3つ用いて構成するように、複数のスイッチを用いてもよい。   In the present embodiment, the description has been made using one DPDT switch as the switch. However, for example, a plurality of switches may be used so as to be configured using three single pole double throws (SPDT).

また、本実施の形態では、スイッチの一端子を接地し、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを1/4波長の奇数倍として説明したが、例えば、スイッチの一端子を開放とし、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部から接地点までの長さを1/2波長の整数倍とするように、マイクロストリップラインとスロット素子との結合部の位置で開放状態となるような構成でも、指向性利得が高く、F/B比を良好とすることができる。   In the present embodiment, one terminal of the switch is grounded, and the length from the coupling portion between the microstrip line and the slot element to the ground point is described as an odd multiple of 1/4 wavelength. One terminal is opened, and the length from the coupling portion between the microstrip line and the slot element to the ground point is opened at the position of the coupling portion between the microstrip line and the slot element so as to be an integral multiple of ½ wavelength. Even in such a configuration, the directivity gain is high and the F / B ratio can be improved.

(実施の形態5)
図13は、本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図13において、図13(a)は+Z側から見た平面図であり、図13(b)は反射板を除いて−Z側から見た平面図である。図13に示すアンテナ装置は、図11に示すスロットアンテナ素子を直線上に3個配列してセクタアンテナとして構成したものである。なお、説明の都合上、図に示すような座標軸を定義している。
(Embodiment 5)
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 13, FIG. 13A is a plan view seen from the + Z side, and FIG. 13B is a plan view seen from the −Z side excluding the reflector. The antenna device shown in FIG. 13 is configured as a sector antenna by arranging three slot antenna elements shown in FIG. 11 on a straight line. For convenience of explanation, coordinate axes as shown in the figure are defined.

図13において、スロットアンテナ素子1301a〜1301cは、図11に示すアンテナ装置と同一の構成である。また、スロットアンテナ素子1301a〜1301cは、主ビーム方向1302a〜1302fが水平(XY)面において360度を6分割するように60度ずつ異なるように回転させて直線上に配列されている。   In FIG. 13, slot antenna elements 1301a to 1301c have the same configuration as the antenna device shown in FIG. The slot antenna elements 1301a to 1301c are arranged on a straight line by rotating the main beam directions 1302a to 1302f by 60 degrees so that 360 degrees are divided into six in the horizontal (XY) plane.

スロットアンテナ素子1301aは、マイクロストリップライン1303a及び1303bから給電され、スイッチ1304aにより、主ビーム方向1302a又は1302bに切り替えられる。同様に、スロットアンテナ素子1301bは、マイクロストリップライン1303c及び1303dから給電され、スイッチ1304bにより、主ビーム方向1302c又は1302dに切り替えられる。さらに、スロットアンテナ素子1301cは、マイクロストリップライン1303e及び1303fから給電され、スイッチ1304cにより、主ビーム方向1302e又は1302fに切り替えられる。これらの各スロットアンテナ素子の動作は、実施の形態4で説明した動作と同様であるので、ここでの説明を省略する。   The slot antenna element 1301a is supplied with power from the microstrip lines 1303a and 1303b, and is switched to the main beam direction 1302a or 1302b by the switch 1304a. Similarly, the slot antenna element 1301b is fed from the microstrip lines 1303c and 1303d, and is switched to the main beam direction 1302c or 1302d by the switch 1304b. Further, the slot antenna element 1301c is fed from the microstrip lines 1303e and 1303f, and is switched to the main beam direction 1302e or 1302f by the switch 1304c. Since the operation of each of these slot antenna elements is the same as that described in the fourth embodiment, description thereof is omitted here.

スイッチ1305は、1つの入力端子と3つの出力端子から構成されるSP3T(Single Pole 3 Throw)スイッチである。スイッチ1305の入力端子は、マイクロストリップライン1307を介して給電部1306に接続され、3つの出力端子は、マイクロストリップライン1308a〜1308cを介して、スイッチ1304a〜1304cの入力端子にそれぞれ接続される。   The switch 1305 is an SP3T (Single Pole 3 Throw) switch composed of one input terminal and three output terminals. The input terminal of the switch 1305 is connected to the power feeding unit 1306 via the microstrip line 1307, and the three output terminals are connected to the input terminals of the switches 1304a to 1304c via the microstrip lines 1308a to 1308c, respectively.

このように、スロットアンテナ素子1301a〜1301cをスイッチ1304a〜1304c及び1305を用いて選択的に給電することにより、水平(XY)面の360度を6分割した6セクタアンテナを実現することができる。   As described above, by selectively feeding the slot antenna elements 1301a to 1301c using the switches 1304a to 1304c and 1305, a six-sector antenna obtained by dividing 360 degrees on the horizontal (XY) plane into six parts can be realized.

以上のように構成された6セクタアンテナの外形寸法は、アンテナの動作周波数を5GHzとした場合、L11が0.67波長(40mm)、L12が1.57波長(94mm)であり、面積は3760平方mmとなる。この面積は、図17に示す従来の6セクタアンテナの面積の約2/5の大きさとなり、大幅に小型化されている。   The external dimensions of the 6-sector antenna configured as described above are such that when the operating frequency of the antenna is 5 GHz, L11 is 0.67 wavelength (40 mm), L12 is 1.57 wavelength (94 mm), and the area is 3760. Square mm. This area is about 2/5 of the area of the conventional 6-sector antenna shown in FIG. 17, and is greatly reduced in size.

また、アンテナの動作周波数が25GHzの場合、6セクタアンテナの外形寸法は、8.0mm×18.8mmの長方形形状となり、例えばノートパソコン用の小型無線機に搭載されるアンテナとして適した形状及び大きさとなる。   In addition, when the operating frequency of the antenna is 25 GHz, the external dimensions of the 6-sector antenna are 8.0 mm × 18.8 mm rectangular shape, for example, a shape and size suitable as an antenna mounted on a small wireless device for a notebook personal computer. It becomes.

次に、図13に示すセクタアンテナの指向性を示す。図14は、本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図14(a)〜(c)は、スロットアンテナ素子1301a〜1301cの主ビーム方向である仰角θが45度の円錐面における垂直偏波(Eθ)成分の指向性1401a〜1401fをそれぞれ示している。   Next, the directivity of the sector antenna shown in FIG. 13 is shown. FIG. 14 is a diagram showing the directivity of the antenna apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. FIGS. 14A to 14C show the directivity 1401a to 1401f of the vertically polarized wave (Eθ) component in the conical surface having an elevation angle θ of 45 degrees which is the main beam direction of the slot antenna elements 1301a to 1301c, respectively. .

図15から分かるように、水平(XY)面において60度ずつ異なる方向に主ビームが向けられていることが確認できる。このとき、いずれも主ビームの指向性利得は9.8dBi、円錐面の半値角は62度である。このため、利得が最も低くなる隣接する指向性の中間点でも最大利得より約−3dBの利得が得られることになる。   As can be seen from FIG. 15, it can be confirmed that the main beam is directed in different directions by 60 degrees on the horizontal (XY) plane. In this case, the directivity gain of the main beam is 9.8 dBi, and the half-value angle of the conical surface is 62 degrees. For this reason, a gain of about −3 dB from the maximum gain can be obtained even at an intermediate point between adjacent directivities where the gain is lowest.

このように本実施の形態によれば、3個のスロットアンテナ素子を直線上に60度ずつ回転させて配列し、複数のスイッチにより各スロットアンテナ素子を選択的に給電することにより、小型な6セクタアンテナを実現することができる。   As described above, according to this embodiment, three slot antenna elements are rotated and arranged 60 degrees on a straight line, and each slot antenna element is selectively fed by a plurality of switches. A sector antenna can be realized.

なお、本実施の形態では、スロット素子として説明したが、線状素子を用いてもよい。   In this embodiment, the slot element is described, but a linear element may be used.

また、本実施の形態では、6セクタアンテナを実現する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、複数のセクタアンテナを実現する場合にも適用することができる。   In the present embodiment, the case where a 6-sector antenna is realized has been described. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to a case where a plurality of sector antennas are realized.

また、本実施の形態では、4つのスイッチを用いてスロットアンテナ素子を選択的に給電すると説明したが、スイッチの構成はこれに限るものではない。   In the present embodiment, it has been described that the slot antenna element is selectively fed using four switches. However, the configuration of the switch is not limited to this.

なお、上述した各実施の形態では、線状素子から反射板までの距離hを0.42波長として説明したが、距離hを変化させることにより垂直面チルト角αを変化させることができる。距離hを小さくすると垂直面チルト角は小さくなり、距離hを大きくすると垂直面チルト角は大きくなる傾向にある。ただし、距離hを大きくしていくと、−X方向の主ビーム方向と反対の方向にバックローブが生じてしまうため、用途に応じた距離hを1/4波長から1/2波長の範囲で適切に選ぶことが望ましい。本実施の形態では、距離hを0.42波長としており、これは垂直面チルト角とF/B比を最適にする値である。   In each of the above-described embodiments, the distance h from the linear element to the reflecting plate has been described as 0.42 wavelength. However, the vertical plane tilt angle α can be changed by changing the distance h. When the distance h is reduced, the vertical plane tilt angle tends to decrease, and when the distance h is increased, the vertical plane tilt angle tends to increase. However, as the distance h is increased, a back lobe is generated in the direction opposite to the main beam direction in the −X direction. Therefore, the distance h corresponding to the application is changed from a 1/4 wavelength to a 1/2 wavelength. It is desirable to choose appropriately. In this embodiment, the distance h is 0.42 wavelength, which is a value that optimizes the vertical plane tilt angle and the F / B ratio.

また、上述した各実施の形態では、線状素子の長さを1/3波長として説明したが、線状素子の長さを変化させることにより垂直面チルト角αを変化させることができる。このため、用途に応じて線状素子の長さを1/4波長から3/8波長の範囲で適切に選ぶことが望ましい。本実施の形態では、線状素子の長さを1/3波長としており、これは垂直面チルト角とF/B比を最適にする値である。   In each of the above-described embodiments, the length of the linear element is described as 1/3 wavelength. However, the vertical plane tilt angle α can be changed by changing the length of the linear element. For this reason, it is desirable to appropriately select the length of the linear element in the range of ¼ wavelength to 3 wavelength according to the application. In this embodiment, the length of the linear element is 1/3 wavelength, which is a value that optimizes the vertical plane tilt angle and the F / B ratio.

また、上述した各実施の形態では、線状迂回素子の長さを1/4波長として説明したが、線状迂回素子の長さを変化させることにより垂直面チルト角αを変化させることができる。このため、用途に応じて線状迂回素子の長さを0.2波長から0.35波長の範囲で適切に選ぶことが望ましい。本実施の形態では、線状迂回素子の長さを1/4波長としており、これは垂直面チルト角とF/B比を最適にする値である。   In each of the above-described embodiments, the length of the linear detour element is described as ¼ wavelength. However, the vertical plane tilt angle α can be changed by changing the length of the linear detour element. . For this reason, it is desirable to appropriately select the length of the linear detour element in the range of 0.2 wavelength to 0.35 wavelength according to the application. In the present embodiment, the length of the linear detour element is ¼ wavelength, which is a value that optimizes the vertical plane tilt angle and the F / B ratio.

また、上述した各実施の形態では、線状素子を正方形形状に配置して説明したが、ひし形形状に配置し、線状素子間の角度を変化させることにより、垂直面及び円錐面の半値角を変化させることができる。   In each of the above-described embodiments, the linear elements are arranged in a square shape. However, the half-value angles of the vertical surface and the conical surface can be obtained by arranging the linear elements in a rhombus shape and changing the angle between the linear elements. Can be changed.

本発明にかかるアンテナ装置は、水平方向にチルトした水平偏波又は垂直偏波の主ビームを形成し、小型無線機に搭載する際に適した平面構造で小型なセクタアンテナを実現するという効果を有し、固定無線機や端末無線機等の小型無線機に適用できる。   The antenna device according to the present invention forms a horizontally polarized or vertically polarized main beam tilted in the horizontal direction, and realizes a small sector antenna having a planar structure suitable for mounting on a small radio. And can be applied to small wireless devices such as fixed wireless devices and terminal wireless devices.

(a)本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す平面図、(b)本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す矢視図(A) The top view which shows the structure of the antenna device which concerns on Embodiment 1 of this invention, (b) The arrow view which shows the structure of the antenna device which concerns on Embodiment 1 of this invention (a)本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の線状素子上の電流振幅特性を示す図、(b)本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の線状素子上の電流位相特性を示す図(A) The figure which shows the current amplitude characteristic on the linear element of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, (b) Current phase characteristic on the linear element of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention Figure showing 本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の動作を点波源モデルで示す模式図The schematic diagram which shows the operation | movement of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention with a point wave source model (a)本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の垂直面の指向性を示す図、(b)本発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の仰角θが55度における円錐面の指向性を示す図(A) The figure which shows the directivity of the perpendicular | vertical surface of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, (b) The directivity of the conical surface in case the elevation angle (theta) of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention is 55 degree | times. Figure showing (a)線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の構成を示す平面図、(b)線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の構成を示す矢視図(A) The top view which shows the structure of the antenna apparatus when a linear detour element is connected inside a square, (b) The arrow view which shows the structure of the antenna apparatus when a linear detour element is connected inside a square (a)線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の垂直面の指向性を示す図、(b)線状迂回素子を正方形の内側に接続した場合のアンテナ装置の仰角θが50度の円錐面の指向性を示す図(A) The figure which shows the directivity of the vertical surface of an antenna apparatus when a linear detour element is connected inside a square, (b) The elevation angle θ of the antenna apparatus when a linear detour element is connected inside a square is The figure which shows the directivity of the conical surface of 50 degrees (a)本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す平面図、(b)本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す矢視図(A) The top view which shows the structure of the antenna device which concerns on Embodiment 2 of this invention, (b) The arrow view which shows the structure of the antenna device which concerns on Embodiment 2 of this invention (a)本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の垂直面の指向性を示す図、(b)本発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の仰角θが55度における円錐面の指向性を示す図(A) The figure which shows the directivity of the perpendicular | vertical surface of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention, (b) The directivity of the conical surface in case the elevation angle (theta) of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention is 55 degree | times. Figure showing 本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の構成示す平面図Plan view showing the configuration of the antenna device according to Embodiment 3 of the present invention (a)本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の垂直面の指向性を示す図、(b)本発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の仰角θが45度における円錐面の指向性を示す図(A) The figure which shows the directivity of the perpendicular | vertical surface of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention, (b) The directivity of the conical surface in case the elevation angle (theta) of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention is 45 degree | times. Figure showing 本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の構成を+Z側及び−Y側から見た平面図The top view which looked at the structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention from the + Z side and -Y side 本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の構成を反射板を除いて−Z側から見た平面図The top view which looked at the structure of the antenna device which concerns on Embodiment 4 of this invention from the -Z side except for the reflecting plate (a)本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の垂直面の指向性を示す図、(b)本発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の仰角θが45度における円錐面の指向性を示す図(A) The figure which shows the directivity of the perpendicular | vertical surface of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention, (b) The directivity of the conical surface in case the elevation angle (theta) of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention is 45 degree | times. Figure showing (a)本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置の構成を+Z側から見た平面図、(b)本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置の構成を反射板を除いて−Z側から見た平面図(A) The top view which looked at the structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention from the + Z side, (b) The structure of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention removes a reflecting plate, and is -Z side Plan view seen from 本発明の実施の形態5に係るアンテナ装置の指向性を示す図The figure which shows the directivity of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention. 従来例1のマルチセクタアンテナの構成を示す図The figure which shows the structure of the multi-sector antenna of the prior art example 1. 従来例2のマルチセクタアンテナの構成を示す図The figure which shows the structure of the multi-sector antenna of the prior art example 2. 従来例3のマルチビームアンテナの構成を示す図The figure which shows the structure of the multi-beam antenna of the prior art example 3.

符号の説明Explanation of symbols

101a〜101d 線状素子
102a、102b、501a、501b 線状迂回素子
103、701、907、1104、1306 給電部
104 反射板
901 基板
902 銅箔層
903a〜903d スロット素子
904a〜904d 接続導体
905a、905b スロット迂回素子
906、1107a、1107b、1303a〜1303f、1307、1308a〜1308c マイクロストリップライン
1101、1304a〜1304c、1305 スイッチ
1103、1105 銅箔パターン
1106 スルーホール
101a to 101d Linear element 102a, 102b, 501a, 501b Linear detour element 103, 701, 907, 1104, 1306 Feeding part 104 Reflector 901 Substrate 902 Copper foil layer 903a to 903d Slot element 904a to 904d Connection conductor 905a, 905b Slot detour element 906, 1107a, 1107b, 1303a to 1303f, 1307, 1308a to 1308c Microstrip line 1101, 1304a to 1304c, 1305 Switch 1103, 1105 Copper foil pattern 1106 Through hole

Claims (10)

それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の長さを有し、平面上にひし形形状に配置された4本の線状素子と、
第1線状素子の一端及び第2線状素子の一端に給電する給電手段と、
前記第1線状素子の他端と第3線状素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第1線状迂回素子と、
前記第2線状素子の他端と第4線状素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第2線状迂回素子と、
前記線状素子が配置された平面と略平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、
を具備し、
前記第3線状素子の他端と前記第4線状素子の他端とが接続されたことを特徴とするアンテナ装置。
Four linear elements each having a length of approximately ¼ wavelength to approximately / wavelength of the used frequency and arranged in a rhombus shape on a plane;
Power supply means for supplying power to one end of the first linear element and one end of the second linear element;
A folded first linear detour element connected to the other end of the first linear element and one end of the third linear element and having a total length of approximately ¼ wavelength;
A folded second linear detour element connected to the other end of the second linear element and one end of the fourth linear element and having a total length of approximately ¼ wavelength;
A reflector disposed at a predetermined interval substantially parallel to a plane on which the linear elements are disposed;
Comprising
An antenna apparatus, wherein the other end of the third linear element and the other end of the fourth linear element are connected.
それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の長さを有し、平面上にひし形形状に配置された4本の線状素子と、
第1線状素子の一端及び第2線状素子の一端に給電する第1給電手段と、
第3線状素子の一端及び第4線状素子の一端に給電する第2給電手段と、
前記第1線状素子の他端と前記第3線状素子の他端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第1線状迂回素子と、
前記第2線状素子の他端と前記第4線状素子の他端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第2線状迂回素子と、
前記線状素子が配置された平面と略平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
Four linear elements each having a length of approximately ¼ wavelength to approximately / wavelength of the used frequency and arranged in a rhombus shape on a plane;
First feeding means for feeding power to one end of the first linear element and one end of the second linear element;
A second power feeding means for feeding power to one end of the third linear element and one end of the fourth linear element;
A folded first linear detour element connected to the other end of the first linear element and the other end of the third linear element and having a total length of approximately ¼ wavelength;
A second linear detour element having a folded shape connected to the other end of the second linear element and the other end of the fourth linear element and having a total length of approximately ¼ wavelength;
A reflector disposed at a predetermined interval substantially parallel to a plane on which the linear elements are disposed;
An antenna device comprising:
所定の誘電率である誘電体基板と、
前記誘電体基板面に形成された導体層と、
それぞれが使用周波数の略1/4波長から略3/8波長の長さを有し、前記導体層にひし形形状に形成された4本のスロット素子と、
第1スロット素子の一端と第2スロット素子の一端とが接続された位置で給電する第1給電手段と、
前記第1スロット素子の他端と第3スロット素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第1スロット迂回素子と、
前記第2スロット素子の他端と第4スロット素子の一端とに接続され、全長が略1/4波長の長さを有する折り返し形状の第2スロット迂回素子と、
前記導体層から略平行に所定の間隔を隔てた位置に配置された反射板と、
を具備し、
前記第3スロット素子の他端と前記第4スロット素子の他端とが接続されたことを特徴とするアンテナ装置。
A dielectric substrate having a predetermined dielectric constant;
A conductor layer formed on the dielectric substrate surface;
Four slot elements each having a length of approximately 1/4 wavelength to approximately 3/8 wavelength of the operating frequency, and formed in a rhombus shape in the conductor layer;
First feeding means for feeding power at a position where one end of the first slot element and one end of the second slot element are connected;
A folded first slot detour element connected to the other end of the first slot element and one end of a third slot element and having a total length of approximately 1/4 wavelength;
A folded second slot bypass element connected to the other end of the second slot element and one end of the fourth slot element and having a total length of approximately 1/4 wavelength;
A reflector disposed at a predetermined distance from the conductor layer substantially in parallel;
Comprising
An antenna device, wherein the other end of the third slot element and the other end of the fourth slot element are connected.
前記第3スロット素子の他端と前記第4スロット素子の他端とが接続された位置で給電する第2給電手段と、
前記第1及び第2給電手段からの給電を選択的に切り替える切替手段と、
を具備することを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。
Second power feeding means for feeding power at a position where the other end of the third slot element and the other end of the fourth slot element are connected;
Switching means for selectively switching power supply from the first and second power supply means;
The antenna device according to claim 3, further comprising:
前記給電手段として、前記誘電体基板の前記導体層が形成された基板の裏面に設けられたマイクロストリップラインを用いることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のアンテナ装置。   5. The antenna device according to claim 3, wherein a microstrip line provided on a back surface of the substrate on which the conductor layer of the dielectric substrate is formed is used as the power feeding unit. 前記マイクロストリップラインは、前記スロット素子との結合部から略1/4波長の奇数倍の位置に、短絡と給電とを切り替える切替手段を具備することを特徴とする請求項5に記載のアンテナ装置。   6. The antenna device according to claim 5, wherein the microstrip line includes switching means for switching between short-circuiting and feeding at a position that is an odd multiple of a quarter wavelength from a coupling portion with the slot element. . 前記マイクロストリップラインは、前記スロット素子との結合部から略1/2波長の整数倍の位置に、開放と給電とを切り替える切替手段を具備することを特徴とする請求項5に記載のアンテナ装置。   6. The antenna apparatus according to claim 5, wherein the microstrip line includes switching means for switching between open and feed at a position that is an integral multiple of approximately ½ wavelength from the coupling portion with the slot element. . ひし形形状に形成されたスロット素子に囲まれた内側の導体層と外側の導体層とが、前記4本のスロット素子の略中央にそれぞれ銅箔パターンで形成された接続導体により接続されたことを特徴とする請求項3から請求項7のいずれかに記載のアンテナ装置。   The inner conductor layer and the outer conductor layer surrounded by the slot elements formed in a rhombus shape are connected to the approximate centers of the four slot elements by connection conductors formed by copper foil patterns, respectively. The antenna device according to any one of claims 3 to 7, wherein the antenna device is characterized. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のアンテナ装置を複数用いて、前記複数のアンテナ装置を平面上にそれぞれ等角度ずつ回転して配置されたことを特徴とするアンテナ装置。   9. An antenna device using a plurality of antenna devices according to claim 1, wherein the plurality of antenna devices are arranged on a plane while being rotated by equal angles. 請求項4から請求項6のいずれかに記載の3個のアンテナ装置を直線上に一列に配置し、前記3個のアンテナ装置をそれぞれ60度ずつ回転して配置されたことを特徴とする請求項9に記載のアンテナ装置。   The three antenna devices according to any one of claims 4 to 6 are arranged in a line on a straight line, and the three antenna devices are arranged by rotating 60 degrees each. Item 10. The antenna device according to Item 9.
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