JP2005252585A - Circularly-polarized wave antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用等に好適なパッチアンテナ構造の円偏波アンテナに係り、特に、低コスト化に有利な円偏波アンテナに関する。 The present invention relates to a circularly polarized antenna having a patch antenna structure suitable for in-vehicle use and the like, and more particularly to a circularly polarized antenna that is advantageous for cost reduction.
車載用アンテナにおいては、円偏波信号を用いて送受信を行うことにより、移動中でも偏波方向に対する制御が不要になるという利点がある。そのため、パッチアンテナ構造の小型の円偏波アンテナが、車載用として従来より広く採用されている。 In-vehicle antennas have the advantage that control over the polarization direction is unnecessary even during movement by performing transmission and reception using circularly polarized signals. For this reason, a small circularly polarized antenna having a patch antenna structure has been widely used for in-vehicle use.
図6は、この種の円偏波アンテナの代表的な従来例を示す平面図である(例えば、特許文献1参照)。同図に示すアンテナ装置1は、円偏波パッチアンテナと称されるもので、誘電体基板2の片面に印刷等の金属薄膜形成技術によって放射導体(パッチ電極)3が設けられており、誘電体基板2の他面にはほぼ全面に図示せぬ接地導体が設けられている。放射導体3は略正方形で、その相対向する一対の角部が切り欠かれて縮退分離素子4,5となっている。放射導体3内の所定の給電点には、誘電体基板2および前記接地導体を貫通する給電ピン6の一端が半田付けされており、この給電ピン6の他端は図示せぬ給電回路に接続されている。
FIG. 6 is a plan view showing a typical conventional example of this type of circularly polarized antenna (see, for example, Patent Document 1). The antenna device 1 shown in FIG. 1 is called a circularly polarized patch antenna, and is provided with a radiation conductor (patch electrode) 3 on one surface of a
このように概略構成されたアンテナ装置1は、給電ピン6を介して放射導体3に所定の高周波信号を供給することにより、放射導体3を共振させて電界を放射させることができる。この放射導体3は、縮退分離素子4,5の存する対角線方向の共振モードの共振長が、該対角線に直交するもう一つの対角線方向の共振モードの共振長に比べて短くなっている。それゆえ、縮退分離素子4,5の大きさ(切欠き面積)を適宜調整して両共振モードを同等の振幅かつ約90度の位相差で励振させることにより、両共振モードを合成した主モードが励振されて、このアンテナ装置1を円偏波アンテナとして動作させることができる。
上述したように従来の円偏波パッチアンテナ(アンテナ装置1)は、誘電体基板2の片面に放射導体3を設けて該放射導体3に給電ピン6を接続するという構成になっているが、誘電体損失の少ない誘電体基板2は高価であり、金属薄膜形成技術によって放射導体3を形成する工程も煩雑なため、この種のアンテナ装置1は安価に製造できないという問題があった。特に、共振周波数が高い場合には、アンテナ効率を確保するために誘電体基板2の材料として誘電体損失の極力少ない誘電体が要求されるが、そのような誘電体は非常に高価で材料費が高騰してしまうため、例えば共振周波数が5.8GHzであるETC(自動料金収受システム)用の円偏波アンテナを前記従来技術で製造しようとすると、極めて高価なものになってしまう。
As described above, the conventional circularly polarized patch antenna (antenna device 1) has a configuration in which the
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、安価に製造できて信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナを提供することにある。 The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and an object thereof is to provide a circularly polarized antenna having a patch antenna structure that can be manufactured at low cost and has high reliability.
上述した目的を達成するため、本発明の円偏波アンテナでは、外形が略正多角形または略円形な金属板からなり接地導体上に所定の間隔を存して配置された放射導体板と、該放射導体板の給電点から延出して給電回路に接続された給電ピンと、前記放射導体板の外周縁から延出して前記接地導体とは絶縁された状態で該放射導体板を支持する4本の脚片とを備え、前記4本の脚片が、前記放射導体板上でその中心を通って互いに直交する2本の直線のうちの一方の直線の両端に配置された第1の脚片および第2の脚片と、他方の直線の両端に配置されて前記一方の直線に対して線対称な位置関係にある第3の脚片および第4の脚片とからなると共に、前記給電点と前記放射導体板の中心とを結ぶ直線が前記2本の直線に対して略45度の角度をなすように該給電点を配置し、前記一方の直線に沿う共振モードの共振長が前記他方の直線に沿う共振モードの共振長よりも長くなるように設定した。 In order to achieve the above-described object, in the circularly polarized antenna of the present invention, a radiation conductor plate made of a metal plate whose outer shape is a substantially regular polygon or a substantially circular shape and disposed on a ground conductor with a predetermined interval, Four feed pins that extend from the feed point of the radiation conductor plate and are connected to the feed circuit, and that support the radiation conductor plate in a state of being insulated from the ground conductor and extending from the outer periphery of the radiation conductor plate. The four leg pieces are arranged on both ends of one of two straight lines passing through the center of the radiation conductor plate and orthogonal to each other on the radiation conductor plate. And the second leg piece, and the third leg piece and the fourth leg piece that are disposed at both ends of the other straight line and are in a symmetrical relationship with the one straight line, and the feeding point And a straight line connecting the center of the radiation conductor plate is an angle of approximately 45 degrees with respect to the two straight lines. The power feed point and arranged to form the resonant length of the resonant modes along the one straight line is set to be longer than the resonant length of the resonant modes along the other linear.
このように構成された円偏波アンテナは、第1および第2の脚片を結ぶ直線に沿う共振モードの共振長が、第3および第4の脚片を結ぶ直線に沿う共振モードの共振長に比べて所定量長くなるように設計することによって、両共振モードを同等の振幅かつ約90度の位相差で励振させることができるため、1点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。また、この円偏波アンテナは、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板と給電ピンと4本の脚片がすべて形成でき、高価な誘電体も不要なため、極めて安価に製造することができる。また、この円偏波アンテナは、放射導体板を4本の脚片によって安定した姿勢に保持することができると共に、誘電体材料のばらつきや印刷パターン精度のばらつき等に起因するアンテナ特性の劣化が回避できることから、高信頼性を確保することも容易である。 In the circularly polarized antenna thus configured, the resonance length of the resonance mode along the straight line connecting the first and second leg pieces is the resonance length of the resonance mode along the straight line connecting the third and fourth leg pieces. By designing the antenna to be a predetermined amount longer than the two modes, both resonance modes can be excited with the same amplitude and a phase difference of about 90 degrees, so that it can be operated as a single-point feed type circularly polarized antenna. it can. In addition, this circularly polarized antenna can be manufactured at a very low price by pressing a single metal plate to form a radiation conductor plate, a feed pin, and all four leg pieces, and no expensive dielectric is required. be able to. In addition, this circularly polarized antenna can hold the radiation conductor plate in a stable posture by the four leg pieces, and the antenna characteristics are deteriorated due to variations in dielectric materials and variations in print pattern accuracy. Since it can be avoided, it is easy to ensure high reliability.
具体的な構成例としては、第1および第2の脚片どうしの間隔を第3および第4の脚片どうしの間隔よりも長く設定すればよい。この場合、例えば、4本の脚片がそれぞれ放射導体板の外周縁に設けた切欠き部から延出しており、これら4箇所の切欠き部のうち、第1および第2の脚片の位置する切欠き部を第3および第4の脚片の位置する切欠き部よりも浅く形成しておけばよい。 As a specific configuration example, the interval between the first and second leg pieces may be set longer than the interval between the third and fourth leg pieces. In this case, for example, four leg pieces each extend from a notch provided on the outer peripheral edge of the radiation conductor plate, and the positions of the first and second leg pieces among these four notches are provided. What is necessary is just to form the notch part to shallower than the notch part in which the 3rd and 4th leg piece is located.
また、他の具体的な構成例としては、4本の脚片の先端部にキャパシタを付設すると共に、第1および第2の脚片に付加される容量値を第3および第4の脚片に付加される容量値よりも大きく設定すればよい。この場合、例えば、前記キャパシタが上面の4箇所に半田ランドを設けて下面にアース電極を設けた誘電体基板からなり、該キャパシタを前記接地導体上に載置して前記半田ランド上で4本の脚片を半田付けすると共に、第1および第2の脚片が半田付けされる半田ランドを第3および第4の脚片が半田付けされる半田ランドよりも大きく形成しておけばよい。 As another specific configuration example, capacitors are attached to the tip portions of four leg pieces, and capacitance values added to the first and second leg pieces are set to the third and fourth leg pieces. What is necessary is just to set larger than the capacity | capacitance value added to. In this case, for example, the capacitor is made of a dielectric substrate having solder lands provided at four locations on the upper surface and a ground electrode provided on the lower surface. The capacitor is placed on the ground conductor and four capacitors are formed on the solder land. The solder lands to be soldered and the solder lands to which the first and second leg pieces are soldered may be formed larger than the solder lands to be soldered to the third and fourth leg pieces.
かかる構成の円偏波アンテナにおいては、放射導体板の外形が略正方形であって、その各辺の中心に4本の脚片が配置されていると共に、該正方形の一方の対角線上に給電点が配置されていることが好ましい。このように放射導体板を外形が略正方形の金属板にしておけば、設計が容易になると共に、プレス抜きや折曲加工を効率的に行うことができるため、製造コストが一層低減できて非常に安価な円偏波アンテナが得られる。 In the circularly polarized antenna having such a configuration, the outer shape of the radiation conductor plate is substantially square, and four leg pieces are arranged at the center of each side, and a feeding point is provided on one diagonal line of the square. Is preferably arranged. In this way, if the radiation conductor plate is a metal plate having a substantially square outer shape, the design is facilitated and the punching and bending processes can be efficiently performed. An inexpensive circularly polarized antenna can be obtained.
本発明の円偏波アンテナは、放射導体板を支持する4本の脚片のうち、相対向する脚片の間隔をそれぞれ異ならせたり、隣り合う脚片に異なる容量値を付加するなどして、互いに直交する二つの共振モードの共振長に所定の差を生じさせることができるため、1点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。また、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板と給電ピンと各脚片がすべて形成でき、高価な誘電体は不要である。したがって、安価に製造できて信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナが得られる。 The circularly polarized wave antenna of the present invention is such that, among the four leg pieces supporting the radiation conductor plate, the distance between the leg pieces facing each other is different, or different capacitance values are added to the adjacent leg pieces. Since a predetermined difference can be generated between the resonance lengths of the two resonance modes orthogonal to each other, it can be operated as a one-point feeding type circularly polarized antenna. Further, by pressing a single metal plate, the radiation conductor plate, the feed pin, and each leg piece can be formed, and an expensive dielectric is unnecessary. Therefore, a circularly polarized antenna having a patch antenna structure that can be manufactured at low cost and has high reliability can be obtained.
実施の形態を図面を参照して説明すると、図1は本発明の第1実施形態例に係る円偏波アンテナの斜視図、図2は該円偏波アンテナの平面図、図3は該円偏波アンテナの断面図である。 1 is a perspective view of a circularly polarized antenna according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the circularly polarized antenna, and FIG. It is sectional drawing of a polarization antenna.
図1〜図3に示す円偏波アンテナのアンテナ素子10は、一枚の金属板をプレス加工することによって形成された放射導体板11と給電ピン12と4本の脚片13〜16とを備えている。このアンテナ素子10は、上面に接地導体17を設けた基板18上に載置固定されている。放射導体板11は外形が略正方形であって、その外周縁の4箇所(該正方形の各辺の中心)に設けた切欠き部11a〜11dからそれぞれ下向きに切り起こし片である脚片13〜16が延出している。ただし、図2から明らかなように、相対向する脚片13,14の位置する切欠き部11a,11bは、相対向する脚片15,16の位置する切欠き部11c,11dよりも浅く形成されている。各脚片13〜16の下端部は基板18の対応する位置に設けられた取付孔19に挿入されて半田付けされているが、図3から明らかなように、各脚片13〜16は接地導体17と絶縁されており、電気的には開放端となっている。そして、基板18に機械的に固定されたこれら4本の脚片13〜16によって、放射導体板11は接地導体17に対して略平行な姿勢に保持されている。また、放射導体板11の一方の対角線上に設定された給電点から下向きに切り起こし片である給電ピン12が延出しており、この給電ピン12の下端部は基板18のスルーホール18a内で半田付けされている。これにより、給電ピン12は基板18の下面に設けられた図示せぬ給電回路と接続されるため、給電ピン12を介して放射導体板11に所定の高周波信号を供給することができる。
The
このアンテナ素子10は、放射導体板11の切欠き部11a,11bを切欠き部11c,11dよりも浅く形成することによって、相対向する脚片13,14どうしの間隔が相対向する脚片15,16どうしの間隔よりも所定量長くなるように設定されている。また、両端に脚片13,14が存する直線Aと、両端に脚片15,16が存する直線Bに対して、給電ピン12の存する対角線Cが45度の角度をなすように設定されている。これにより、放射導体板11の互いに直交する二つの共振モード(直線Aに沿う共振モードと直線Bに沿う共振モード)の共振長に所定の差を生じさせることができるため、切欠き部11a〜11dの深さや脚片13〜16の大きさを適宜調整することによって、これら両共振モードを同等の振幅かつ約90度の位相差で励振させることが可能となり、1点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。
In this
また、このアンテナ素子10は、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板11と給電ピン12と4本の脚片13〜16がすべて形成でき、高価な誘電体も不要なため、極めて安価に製造することができる。しかも、このアンテナ素子10の放射導体板11は外形が略正方形の金属板からなるため、設計が容易であると共に、プレス抜きや折曲加工を効率的に行うことができ、それゆえ製造コストのさらなる低減が容易である。
Further, the
また、このアンテナ素子10は、放射導体板11を4本の脚片13〜16によって安定した姿勢に保持することができると共に、誘電体材料のばらつきや印刷パターン精度のばらつき等に起因するアンテナ特性の劣化を回避することができるため、高信頼性を確保することも容易である。
Further, the
図4は本発明の第2実施形態例に係る円偏波アンテナの平面図、図5は該円偏波アンテナの断面図であって、図1〜図3と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は適宜省略する。 FIG. 4 is a plan view of a circularly polarized antenna according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the circularly polarized antenna. Therefore, overlapping description will be omitted as appropriate.
図4および図5に示す円偏波アンテナにおいて、アンテナ素子20はキャパシタ21を介して基板18の接地導体17上に載置固定されている。また、放射導体板11の切欠き部11a〜11dの深さはすべて同等なため、相対向する脚片13,14どうしの間隔と相対向する脚片15,16どうしの間隔は同等である。キャパシタ21は、誘電体基板22の上面の4箇所に半田ランド23a〜23dを設け、かつ誘電体基板22の下面にアース電極24を設けて構成されており、各半田ランド23a〜23d上でそれぞれ脚片13〜16が半田付けされている。ただし、第1および第2の脚片13,14が半田付けされる半田ランド23a,23bは、第3および第4の脚片15,16が半田付けされる半田ランド23c,23dよりも大きく形成されているので、第1および第2の脚片13,14の先端部に付加される容量値は第3および第4の脚片15,16の先端部に付加される容量値よりも若干大きくなっている。なお、給電ピン12の下端部は誘電体基板22を貫通して基板18のスルーホール18a内で半田付けされている。
In the circularly polarized antenna shown in FIGS. 4 and 5, the
このように本実施形態例では、アンテナ素子20と接地導体17との間にキャパシタ21を介在させて、相対向する一対の脚片13,14に付加される容量値が、相対向する他の一対の脚片15,16に付加される容量値よりも大きくなるように構成してあるため、両端に脚片13,14が存する直線に沿う共振モードの共振長が、両端に脚片15,16が存する直線に沿う共振モードの共振長に比べて長くなる。したがって、脚片13,14や脚片15,16の付加容量値を適宜調整することによって、これら両共振モードを同等の振幅かつ約90度の位相差で励振させることが可能となり、1点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、上述した第1および第2実施形態例では、いずれも放射導体板11の外形が略正方形の場合について説明したが、放射導体板の外形が他の正多角形または円形であっても、該放射導体板を支える4本の脚片の相互の位置関係や付加容量値、給電ピンの配置等を適宜設定しておくことにより、安価で高信頼性の円偏波アンテナとして動作させることはできる。
In each of the first and second embodiments described above, the case where the outer shape of the
10,20 アンテナ素子
11 放射導体板
11a〜11d 切欠き部
12 給電ピン
13〜16 脚片
17 接地導体
18 基板
21 キャパシタ
22 誘電体基板
23a〜23d 半田ランド
24 アース電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記4本の脚片が、前記放射導体板上でその中心を通って互いに直交する2本の直線のうちの一方の直線の両端に配置された第1の脚片および第2の脚片と、他方の直線の両端に配置されて前記一方の直線に対して線対称な位置関係にある第3の脚片および第4の脚片とからなると共に、前記給電点と前記放射導体板の中心とを結ぶ直線が前記2本の直線に対して略45度の角度をなすように該給電点を配置し、前記一方の直線に沿う共振モードの共振長が前記他方の直線に沿う共振モードの共振長よりも長くなるように設定したことを特徴とする円偏波アンテナ。 A radiating conductor plate having a substantially regular polygonal or substantially circular outer shape and arranged on the ground conductor at a predetermined interval, and extending from a feeding point of the radiating conductor plate and connected to a feeding circuit A feed pin and four leg pieces that extend from the outer periphery of the radiation conductor plate and support the radiation conductor plate in a state of being insulated from the ground conductor;
A first leg piece and a second leg piece arranged on both ends of one of the two straight lines passing through the center of the four leg pieces and orthogonal to each other on the radiation conductor plate; A third leg piece and a fourth leg piece that are disposed at both ends of the other straight line and have a line-symmetrical positional relationship with respect to the one straight line, and the feeding point and the center of the radiation conductor plate The feed point is arranged so that the straight line connecting the two lines forms an angle of approximately 45 degrees with respect to the two straight lines, and the resonance length of the resonance mode along the one straight line is that of the resonance mode along the other straight line. A circularly polarized antenna characterized by being set to be longer than the resonance length.
The outer shape of the radiation conductor plate according to any one of claims 1 to 5, wherein the outer shape of the radiation conductor plate is substantially square, the four leg pieces are arranged at the center of each side, and one of the squares The circularly polarized antenna is characterized in that the feeding point is arranged on a diagonal line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004059260A JP2005252585A (en) | 2004-03-03 | 2004-03-03 | Circularly-polarized wave antenna |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7893879B2 (en) | 2006-09-21 | 2011-02-22 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Antenna apparatus |
US9722314B2 (en) | 2014-11-26 | 2017-08-01 | Fujitsu Limited | Patch antenna |
-
2004
- 2004-03-03 JP JP2004059260A patent/JP2005252585A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7893879B2 (en) | 2006-09-21 | 2011-02-22 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Antenna apparatus |
US9722314B2 (en) | 2014-11-26 | 2017-08-01 | Fujitsu Limited | Patch antenna |
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