JP2005218080A - Antenna system - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、広帯域通信システムや超広帯域通信システムなどでの使用に好適なアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device suitable for use in a broadband communication system, an ultra-wideband communication system, and the like.
マイクロ波帯以上の周波数では広い周波数帯の利用が可能になるため、画像等の大容量データの高速伝送に適した広帯域な無線システムが実現できる。そして、近年では、さらなる広帯域・高速度の通信を可能にする通信技術の実現に向けた開発が進められている。このような高速の情報伝送を無線で行う手段の一つとして、超広帯域(UWB:Ultra Wide Band)無線技術を用いた通信システム(UWB無線システム)が注目されている。 Since a wide frequency band can be used at frequencies above the microwave band, a broadband wireless system suitable for high-speed transmission of large-capacity data such as images can be realized. In recent years, development toward the realization of communication technology that enables further broadband and high-speed communication has been underway. As one of means for wirelessly performing such high-speed information transmission, a communication system (UWB wireless system) using an ultra wide band (UWB) wireless technology has attracted attention.
UWB無線システムは、数ギガヘルツ幅以上の非常に広い周波数帯域を使用するため、使用されるアンテナ装置の周波数特性は、たとえば下限周波数からその2〜10倍程度の周波数範囲に及ぶ極めて広帯域であることが要求される。 Since the UWB wireless system uses a very wide frequency band of several gigahertz width or more, the frequency characteristics of the antenna device to be used is, for example, an extremely wide band extending from the lower limit frequency to a frequency range of about 2 to 10 times the frequency range. Is required.
このような広帯域特性を有するアンテナ装置として、たとえばディスコーンアンテナ、バイコニカルアンテナ、ブラウンアンテナ、コニカルホイップアンテナなどがある。これらのアンテナ装置は、棒状、円柱状、円筒状、円錐状あるいは円板状の金属導体で構成されるアンテナ素子の組み合わせ(一般には、同一または異なる形状の2つのアンテナ素子の組み合わせ)で構成される。 As an antenna device having such a broadband characteristic, for example, there are a discone antenna, a biconical antenna, a brown antenna, a conical whip antenna, and the like. These antenna devices are configured by a combination of antenna elements (generally a combination of two antenna elements having the same or different shapes) composed of metal conductors in the form of rods, columns, cylinders, cones, or disks. The
図8にディスコーンアンテナの構造を示す。図示するように、ディスコーンアンテナは、円錐導体素子21と、円錐導体素子21の頂点を通る回転中心軸に回転中心軸が一致するようにして円錐導体素子21の頂点側に所定の間隔をあけて近接配置された円板導体素子22とで構成されている。そして、同軸ケーブル14により、円板導体素子22の中心を給電点Pとして信号が給電され、円錐導体素子21の頂点を給電点Pとして接地電位が給電される。
FIG. 8 shows the structure of a discone antenna. As shown in the figure, the discone antenna has a
図9にバイコニカルアンテナの構造を示す。バイコニカルアンテナは、2つの円錐導体素子23,24から構成されており、それぞれの頂点を通る回転中心軸を相互に一致させ、且つ各頂点を向かい合わせて所定の間隔をあけて近接配置したものである。そして、各頂点を給電点Pとして信号が給電される。
FIG. 9 shows the structure of the biconical antenna. The biconical antenna is composed of two
図10にブラウンアンテナの構造を示す。ブラウンアンテナは、円錐導体素子25と、円錐導体素子25の頂点を通る回転中心軸に回転中心軸が一致するようにして円錐導体素子25の頂点側に所定の間隔をあけて近接配置された柱状導体素子26とで構成されている。そして、柱状導体素子26の端部を給電点Pとして信号が給電され、円錐導体素子25の頂点を給電点Pとして接地電位が給電される。
FIG. 10 shows the structure of the brown antenna. The brown antenna is a columnar conductor element that is arranged close to the apex side of the
ここで、アンテナ装置を構成するアンテナ素子における実際の製品レベルでの構造の一例を図11および図12に示す。図11においては、円錐導体素子21が、線状の円環導体部21aと、この円環導体部21aと頂点とを結んで等間隔に配置された複数の線状の放射状導体部21bとで構成されている。また、図12においては、このような円錐導体素子21に加えて、円板導体素子22が、線状の円環導体部22aと、この円環導体部22aと中心点とを結んで等間隔に配置された複数の線状の放射状導体部22bとで構成されている。
Here, FIG. 11 and FIG. 12 show an example of the structure at the actual product level in the antenna element constituting the antenna device. In FIG. 11, the
このように、アンテナ素子が線状部材で構成される場合には、所望のアンテナ形状および構成となるように、たとえばフッ素樹脂やABS樹脂などの絶縁物からなるセパレータ等の付属部材を用いて線状部材である素子構成部材を固定・保持することが必要になる。そのため、構造が複雑になり、実装のために多くの工数が必要となる。 As described above, when the antenna element is configured by a linear member, a wire is used by using an accessory member such as a separator made of an insulator such as a fluororesin or an ABS resin so as to have a desired antenna shape and configuration. It is necessary to fix and hold the element constituent member which is a shaped member. This complicates the structure and requires a lot of man-hours for mounting.
このような構造上および実装上の問題を解決するための技術として、たとえば特開2001−313514号公報には、筒体の内面にヘリカル状のメッキを施したアンテナが開示されている。 As a technique for solving such structural and mounting problems, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313514 discloses an antenna in which a cylindrical body is subjected to helical plating.
しかしながら、前述した技術はアンテナ素子の1つを示しているに過ぎず、このままでは信号の送受信をするアンテナ装置を構成することはできない。 However, the above-described technique only shows one of the antenna elements, and an antenna device that transmits and receives signals cannot be configured as it is.
そこで、本発明は、簡易な構造で実装の容易なアンテナ装置およびそれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device that has a simple structure and can be easily mounted, and a wireless communication device using the antenna device.
本発明のアンテナ装置は、円柱状または円錐台状の外形を有すると共に一方の底面側に第1の円錐空間が形成され他方の底面側に前記第1の円錐空間と頂点を向かい合わせにして第2の円錐空間が形成された誘電体基材と、第1の円錐空間の内周面に形成された第1のアンテナ素子と、第2の円錐空間の内周面に第1のアンテナ素子から隔てて形成された第2のアンテナ素子とを備えたものである。このアンテナ装置では、第1および第2の円錐空間の回転中心軸を相互に一致させるようにすることが好ましい。また、第1のアンテナ素子11および第2のアンテナ素子12の各頂点のうち、一方を信号源からの信号が給電される給電点とし、他方を接地電位が給電される給電点とすることが好ましい。
The antenna device of the present invention has a cylindrical or frustoconical outer shape, a first conical space is formed on one bottom surface side, and the first conical space and the apex face each other on the other bottom surface side. A dielectric base material formed with two conical spaces, a first antenna element formed on the inner peripheral surface of the first conical space, and a first antenna element on the inner peripheral surface of the second conical space. And a second antenna element formed separately. In this antenna device, it is preferable that the rotation center axes of the first and second conical spaces coincide with each other. In addition, one of the vertices of the
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のアンテナ素子と第2のアンテナ素子とが誘電体の基材に形成されて一体化されているので、素子構成部材と付属部材とを用いて所望の形状のアンテナ素子を組み立てる必要がなくなり、簡易な構造でそのまま実装可能なアンテナ装置が得られる。 As described above, according to the antenna device of the present invention, since the first antenna element and the second antenna element are formed and integrated on the dielectric base material, the element constituent member and the accessory member Thus, there is no need to assemble an antenna element having a desired shape, and an antenna device that can be mounted as it is with a simple structure is obtained.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. Here, in the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate descriptions are omitted. The embodiment of the invention is a particularly useful embodiment in which the present invention is implemented, and the present invention is not limited to the embodiment.
図1は本発明の一実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図2は本発明の他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図3は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図4は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図5は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を示す斜視図、図6は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図、図7は本発明のさらに他の実施の形態であるアンテナ装置を一部を破断して示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a partially broken antenna device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a partially broken antenna device according to another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing a partially broken antenna device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partially broken view of the antenna device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view showing an antenna device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a partially cutaway view showing an antenna device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing a partially broken antenna device according to still another embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態のアンテナ装置10はディスコーンアンテナを形成しており、誘電体で構成された円柱状の基材10aを有している。基材10aには円錐状の内部空間が形成されており、その内周面には金属導体層がパターニングされた第1のアンテナ素子11が形成されている。また、基材10aの外側に面した平坦面上には、同じく金属導体層が円形にパターニングされた第2のアンテナ素子12が、第1のアンテナ素子11と所定の間隔をあけてこの第1のアンテナ素子11の頂点側に形成されている。そして、第1のアンテナ素子11および第2のアンテナ素子12は、それぞれの回転中心軸が相互に一致するように配置されている。
As shown in FIG. 1, the
なお、基材10aを構成する誘電体としては、たとえばセラミック(コーディライト、フォルステライト、アルミナ、ガラス系セラミック、酸化チタン系セラミック等、またはこれらの混合物)、樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ビスマレイミド、トリアジン、液晶ポリマー等)、あるいはセラミックと樹脂とのコンポジット材料等がある。
In addition, as a dielectric material which comprises the
このようなアンテナ装置10を無線通信装置に内蔵する場合には、第1のアンテナ素子11が基板(図示せず)の実装面に向かい合うようにして搭載する。そして、図示するように、給電線である同軸ケーブル14により、第2のアンテナ素子12の中心を給電点Pとして信号源(図示せず)から信号を給電し、第1のアンテナ素子11の頂点を給電点Pとして接地電位を給電する。そして、図1に示すディスコーンアンテナの場合には、アンテナが共振する一番低い周波数の4〜8倍程度の広い周波数帯域で共振が得られる。
When such an
第1のアンテナ素子11、第2のアンテナ素子12および給電点Pを構成する電極は、銅や銀などの金属導体層をパターニングして形成されている。具体的には、たとえば銀等の金属ペーストをパターン印刷して焼き付ける方法、金属パターン層をメッキで形成する方法、薄い金属膜をエッチングによりパターニングする方法、板金加工などで作成した金属を装着する方法などにより形成されている。
The electrodes constituting the
なお、以下に説明する場合を含め、第1のアンテナ素子11を接地電位とし、第2のアンテナ素子12に信号を給電するようにしてもよい。
In addition, including the case described below, the
また、この図1および後述する図6以外では、図示の簡略化のために同軸ケーブル14は省略されている。また、本発明のアンテナ装置としては、同軸ケーブルなどの給電線は必須ではない。
In addition to FIG. 1 and FIG. 6 described later, the
このように、本実施の形態のアンテナ装置10によれば、第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子12とが誘電体の基材10aに形成されて一体化されているので、従来のアンテナ装置にようにアンテナ素子の構成部材と付属部材とを用いて所望の形状のアンテナ素子を組み立てる必要がなくなる。したがって、簡易な構造になるとともに、アンテナ装置10をそのまま基板上に実装することが可能になる。
As described above, according to the
また、第1のアンテナ素子11を基材10aの内周面に形成しているので、アンテナ装置10の取り扱い時や基板への実装時などにおいて第1のアンテナ素子11が傷つくおそれが緩和される。
In addition, since the
以上説明したアンテナ装置10は、図2に示すように実装方向を逆にし、第2のアンテナ素子12が基板(図示せず)の実装面に向かい合うようにして搭載してもよい。なお、この場合には、第1のアンテナ素子11には信号を給電し、第2のアンテナ素子12には接地電位を給電する。
The
次に、本発明のアンテナ装置をディスコーンアンテナ以外に適用した場合について説明する。 Next, a case where the antenna device of the present invention is applied to a device other than a discone antenna will be described.
図3に示すアンテナ装置10はバイコニカルアンテナを形成しており、円柱状の基材10aには、それぞれの回転中心軸が相互に一致するようにして、2つの円錐状の内部空間が各頂点を向かい合わせにして形成されている。そして、一方の内周面には第1のアンテナ素子11が、他方の内周面には第2のアンテナ素子12がそれぞれ形成されている。なお、図3に示すアンテナ装置10では、第1のアンテナ素子11および第2のアンテナ素子12の頂点を給電点Pとして信号が給電される。
The
次に、図4に示すアンテナ装置10はブラウンアンテナを形成している。円柱状の基材10aには円錐状の内部空間が形成されて第1のアンテナ素子11が形成されている。また、第1のアンテナ素子11の回転中心軸に回転中心軸が一致するようにして円柱状の穴が形成されており、この穴の内周面には金属導体層がパターニングされた第2のアンテナ素子12が形成されている。なお、図4に示すアンテナ装置10では、第1のアンテナ素子11の頂点および第2のアンテナ素子12の第1のアンテナ素子11側の端部が給電点Pとされる。
Next, the
図5に示すアンテナ装置10はディスコーンアンテナを形成するものであるが、基材10aの形状が円錐台状となっている。このように、基材10aの形状は円錐台状であってもよい。さらに、本発明において基材10aは、図5に示す円錐台状あるいは図1〜図4に示す円柱状に限定されるものではなく、たとえば筒状、角錐状、角錐台状などの形状とすることができる。
Although the
また、周面に形成されたアンテナ素子は円錐状に限定されるものではなく、角錐状、柱状(円柱状および多角柱状)、筒状(円筒状および多角筒状)、螺旋状など、様々な三次元的形状とすることができる。そして、三次元的形状で形成されている限り、周方向の全体にわたって形成されている必要はない。さらに、平坦面に形成されたアンテナ素子についても面状であればよく、正方形、長方形、楕円形や円形、さらにはこれら以外の様々な二次元的な形状であってもよい。 In addition, the antenna element formed on the peripheral surface is not limited to a conical shape, and includes various shapes such as a pyramid shape, a columnar shape (a columnar shape and a polygonal columnar shape), a tubular shape (a cylindrical shape and a polygonal cylindrical shape), and a spiral shape. It can be a three-dimensional shape. As long as it is formed in a three-dimensional shape, it does not have to be formed over the entire circumferential direction. Further, the antenna element formed on the flat surface may be planar, and may be square, rectangular, elliptical, circular, or various other two-dimensional shapes.
なお、これらのアンテナ素子の形状は、金属導体層を当該形状に沿って全面にパターニングして形成することもできるが、たとえばある1点から放射状に線状の金属導体層を多数形成して全体として円錐状や円状を形成したり、メッシュ構造で所望の形状を構成するようにしてもよい。なお、本明細書において、円錐状や角錐状などの錐状には、頂点部分が欠けた円錐台状や角錐台状の形状も含まれる。 The shape of these antenna elements can be formed by patterning a metal conductor layer on the entire surface along the shape. For example, a large number of linear metal conductor layers can be formed radially from one point. Alternatively, a conical shape or a circular shape may be formed, or a desired shape may be configured with a mesh structure. Note that in this specification, the conical shapes such as the conical shape and the pyramid shape include a truncated cone shape and a truncated pyramid shape in which the apex portion is missing.
そして、以上の説明においては、第1のアンテナ素子11および第2のアンテナ素子12の少なくとも何れかが基材10aの内周面に形成されているが、図6に示すように、基材10aの外周面に形成してもよい。なお、図示する場合には、1つのアンテナ素子を外周面に形成しているが、2つのアンテナ素子を何れも外周面に形成することもできる。
In the above description, at least one of the
さらに、アンテナ装置10には、信号および接地電位の何れも給電されない無給電の第3のアンテナ素子13を設けてもよい。つまり、たとえば図7に示すダイポールアンテナにおいて、円筒形の基材10aの両端から形成された2つの内部空間にそれぞれ円筒状の第1のアンテナ素子11および第2のアンテナ素子12が形成されており、無線通信装置に搭載された状態においては、同軸ケーブル14により、円筒状の各アンテナ素子11,12の端面を給電点Pとして、信号および接地電位がそれぞれ給電されるようになっている。そして、基材10aの外周面に、第1のアンテナ素子11および第2のアンテナ素子12と基材10aの厚み分の間隔を隔てて第3のアンテナ素子13が形成されている。
Further, the
このような無給電の第3のアンテナ素子13を設けることにより、アンテナ装置10を所望のアンテナ特性にチューニングすることができる。
By providing such a parasitic
図7においては、第3のアンテナ素子13は基材10aの外周面に形成されているが、内周面あるいは平坦面に形成することもできる。また、その形状についても自由に設定することができる。
In FIG. 7, the
以上説明したアンテナ装置10は、たとえば携帯電話機、移動端末、無線LANカードの内蔵アンテナ等、様々な無線通信装置に搭載することができる。
The
10…アンテナ装置、10a…基材、11…第1のアンテナ素子、12…第2のアンテナ素子、13…第3のアンテナ素子、14…同軸ケーブル、P…給電点。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の円錐空間の内周面に形成された第1のアンテナ素子と、
前記第2の円錐空間の内周面に、前記第1のアンテナ素子から隔てて形成された第2のアンテナ素子と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 It has a cylindrical or frustoconical outer shape, a first conical space is formed on one bottom surface side, and a second conical space is formed on the other bottom surface side with the first conical space facing the apex. A dielectric substrate,
A first antenna element formed on an inner peripheral surface of the first conical space;
An antenna device comprising: a second antenna element formed on an inner peripheral surface of the second conical space so as to be separated from the first antenna element.
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the first and second conical spaces are formed such that respective rotation center axes thereof coincide with each other.
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。 Of the vertices of the first antenna element 11 and the second antenna element 12, one is a feeding point to which a signal from a signal source is fed, and the other is a feeding point to which a ground potential is fed. The antenna device according to claim 1 or 2.
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