JP2006135415A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、広帯域な特性を有するアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device having broadband characteristics.
従来のアンテナ装置として、アンテナ寸法を小さくすることができるボウタイアンテナがある(例えば、特許文献1参照)。このアンテナ装置は、二等辺三角形の形状をした導体における互いに等しい辺を曲線状または階段状にすることにより、アンテナ寸法を小さくすることができる。 As a conventional antenna device, there is a bow tie antenna capable of reducing the antenna size (for example, see Patent Document 1). This antenna device can reduce the size of the antenna by making equal sides of a conductor having an isosceles triangle shape into a curved shape or a staircase shape.
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。一般に、アンテナを広帯域化するためには、非励振素子を装荷する手法が用いられる。しかし、従来のアンテナ装置は、広帯域化するために非励振素子を装荷した場合には、給電部からの反射特性はよくなるものの、高い周波数帯域で放射特性が劣化し、アンテナの利得が低下する現象が生じるという問題点がある。 However, the prior art has the following problems. In general, a method of loading a non-excitation element is used to broaden the antenna. However, when a conventional antenna device is loaded with a non-excitation element in order to widen the band, the reflection characteristic from the power supply section improves, but the radiation characteristic deteriorates in a high frequency band, and the antenna gain decreases. There is a problem that occurs.
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、非励振素子を装荷した場合にも、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを動作させることのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an antenna device capable of operating an antenna while suppressing deterioration of radiation characteristics or a decrease in antenna gain even when a non-excitation element is loaded. The purpose is to obtain.
本発明に係るアンテナ装置は、第1の誘電体基板の表面に形成され、同一の二等辺三角形の形状を有する第1の導体および第2の導体と、第1の導体および第2の導体の二等辺三角形の等しい辺がなす頂点にそれぞれ設けられた給電部とを有し、第1の導体と第2の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した励振素子を備えたアンテナ装置において、第1の誘電体基板に対して階層的に設けられた第2の誘電体基板の表面に形成され、第1の導体および第2の導体と同一の二等辺三角形の形状を有する第3の導体および第4の導体を有し、第3の導体と第4の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した非励振素子をさらに備え、第3の導体および第4の導体のそれぞれに間隙を設けたものである。 The antenna device according to the present invention is formed on the surface of the first dielectric substrate, and includes the first conductor and the second conductor having the same isosceles triangle shape, and the first conductor and the second conductor. Power supply portions respectively provided at the vertices formed by equal sides of the isosceles triangle, and the bases of the isosceles triangles other than the equal sides of the first conductor and the second conductor with respect to an axis parallel to each base In an antenna device including an excitation element arranged with a gap so as to be axially symmetric, a first conductor is formed on a surface of a second dielectric substrate provided hierarchically with respect to the first dielectric substrate. And the third conductor and the fourth conductor having the same isosceles triangle shape as the second conductor, and the bases of the isosceles triangles other than the equal sides of the third conductor and the fourth conductor are the bases. With a gap so that it is axisymmetric with respect to an axis parallel to Further comprising a parasitic element that is obtained by providing a gap in each of the third conductor and the fourth conductor.
本発明によれば、非励振素子を構成するそれぞれの導体に間隙を設けることにより、非励振素子を装荷した場合にも、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを動作させることのできるアンテナ装置を得ることができる。 According to the present invention, by providing a gap in each conductor constituting the non-excitation element, even when the non-excitation element is loaded, the antenna can be operated while suppressing the deterioration of the radiation characteristic or the decrease in the antenna gain. An antenna device that can be used can be obtained.
以下、本発明のアンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明のアンテナ装置は、間隙構造を有する導体を備えた非励振素子を装荷することにより、放射特性の劣化あるいはアンテナ利得の低下現象を抑えてアンテナを広帯域化することができることを特徴としている。
Hereinafter, preferred embodiments of an antenna device of the present invention will be described with reference to the drawings.
The antenna device of the present invention is characterized in that by loading a non-excitation element having a conductor having a gap structure, it is possible to widen the antenna band while suppressing deterioration of radiation characteristics or a decrease in antenna gain.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるアンテナ装置の構成図である。このアンテナ装置は、第1の誘電体基板(図示せず)の表面に形成された励振素子10と、第1の誘電体基板に対して階層的に設置された第2の誘電体基板(図示せず)の表面に形成された非励振素子20とで構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram of an antenna device according to
さらに、励振素子10は、ともに同一の二等辺三角形の形状を有する第1の導体11および第2の導体12で構成される。また、第1の導体11と第2の導体12のそれぞれの頂点には、給電部13が設けられており、この給電部13に信号が入力される。
Further, the
第1の導体11と第2の導体12とは、等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって、それぞれの給電部13が対向するように配置されて、第1の誘電体基板の表面に形成される。なお、図1においてL1として表されている寸法は、このように配置された第1の導体11と第2の導体12との寸法を表すものである。
The first conductor 11 and the second conductor 12 are opposed to each other with a gap so that the bases of the isosceles triangles other than equal sides are axisymmetric with respect to an axis parallel to each base, and the respective
一方、非励振素子20は、ともに第1の導体11および第2の導体12と同一の二等辺三角形の形状を有する第3の導体21および第4の導体22で構成される。第3の導体21と第4の導体22とは、等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって、それぞれの二等辺三角形の等しい辺がなす頂点が対向するように配置されて、第2の誘電体基板の表面に形成される。なお、図1においてL2として表されている寸法は、このように配置された第3の導体21と第4の導体22との寸法を表すものである。
On the other hand, the non-excitation element 20 includes a
次に動作について説明する。図1の構成において、給電部13から入力された信号は、給電部13から第1の導体11および第2の導体12を伝搬する。そして、伝搬する信号のうち、第1の導体11と第2の導体12との寸法L1が概ね2分の1波長となる周波数より高い周波数帯の信号は、アンテナが自己補対構造のため、周波数に依存することなく空間と整合が取れ、放射される。
Next, the operation will be described. In the configuration of FIG. 1, a signal input from the
一方、第1の導体11と第2の導体12との寸法L1が概ね2分の1波長となる周波数より低い周波数の信号は、アンテナの電気長が足りないために放射抵抗が急激に低下し、放射されない。したがって、このようなアンテナは、第1の導体11と第2の導体12との寸法L1が概ね2分の1波長となる周波数より高い周波数帯域で放射する広帯域なアンテナ装置となる。 On the other hand, the signal having a frequency lower than the frequency at which the dimension L1 between the first conductor 11 and the second conductor 12 is approximately one-half wavelength has a sudden decrease in radiation resistance because the antenna has an insufficient electrical length. Not emitted. Therefore, such an antenna is a broadband antenna device that radiates in a frequency band higher than the frequency at which the dimension L1 between the first conductor 11 and the second conductor 12 is approximately a half wavelength.
第1の導体11と第2の導体12との寸法L1としては、使用周波数帯域の下限周波数をf1とした場合に、下式(1)に示す寸法が必要となる。なお、式(1)におけるcは、自由空間における光速である。 As the dimension L1 between the first conductor 11 and the second conductor 12, the dimension shown in the following equation (1) is required when the lower limit frequency of the use frequency band is f1. In addition, c in Formula (1) is the speed of light in free space.
L1=c/(2×f1) (1) L1 = c / (2 × f1) (1)
第1の誘電体基板の表面に形成された励振素子10から放射された電波は、第1の誘電体基板に対して階層的に設置された第2の誘電体基板の表面に形成された非励振素子20の第3の導体21および第4の導体22と結合して放射される。ここで,非励振素子20に間隙を設けない場合および隙間を設けた場合について比較する。ここで、非励振素子20に設けられる間隙とは、第3の導体21自身に設けられた第1の間隙23、および第4の導体22自身に設けられた第2の間隙24に相当する。
A radio wave radiated from the
図2は、本発明の実施の形態1における非励振素子20に間隙を設けない場合の非励振素子20上の電流分布およびアンテナ放射パターンを示した図である。また、図3は、本発明の実施の形態1における非励振素子20に間隙を設けた場合の非励振素子20上の電流分布およびアンテナ放射パターンを示した図である。図2および図3は、どちらも周波数がf1〜f4の4通りに対して示されており、この周波数の大小関係は、f1<f2<f3<f4である。 FIG. 2 is a diagram showing a current distribution on the non-excitation element 20 and an antenna radiation pattern when no gap is provided in the non-excitation element 20 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a current distribution on the non-excitation element 20 and an antenna radiation pattern when a gap is provided in the non-excitation element 20 in the first embodiment of the present invention. 2 and 3 both show four frequencies f1 to f4, and the magnitude relationship of these frequencies is f1 <f2 <f3 <f4.
図2に示すように、非励振素子20に間隙を設けない場合には、非励振素子20上の電流分布は、周波数が高くなっても大きく変化しない。そのため、高い周波数では、素子間隔の広い2素子のアンテナのように動作するため、放射特性が劣化することとなる。 As shown in FIG. 2, when no gap is provided in the non-exciting element 20, the current distribution on the non-exciting element 20 does not change greatly even if the frequency increases. For this reason, at a high frequency, the antenna operates like a two-element antenna with a wide element interval, so that the radiation characteristics are degraded.
一方、図3に示すように、非励振素子20に間隙を設けた場合には、非励振素子20上の電流分布は、周波数が高くなると中央部分の電流分布が大きくなる。そのため、高い周波数では、素子間隔の広い2素子のアンテナのような電流分布とならないため、放射特性の劣化が緩和されることとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, when a gap is provided in the non-exciting element 20, the current distribution on the non-exciting element 20 increases as the frequency increases. For this reason, at a high frequency, the current distribution is not different from that of a two-element antenna having a wide element interval, so that the deterioration of the radiation characteristics is alleviated.
図4は、本発明の実施の形態1における非励振素子20に間隙を設けない場合および間隙を設けた場合のアンテナ正面方向での利得周波数特性を示した図である。非励振素子20に間隙を設けない場合には、上述したように放射特性が劣化するため、高い周波数帯で利得が低下する。一方、非励振素子20に間隙を設けた場合には、上述したように放射特性の劣化が緩和されるため、高い周波数帯での利得低下が緩和されていることがわかる。 FIG. 4 is a diagram showing gain frequency characteristics in the antenna front direction when no gap is provided in the non-excitation element 20 according to the first embodiment of the present invention and when a gap is provided. When the non-excitation element 20 is not provided with a gap, the radiation characteristic is deteriorated as described above, so that the gain is reduced in a high frequency band. On the other hand, when the non-excited element 20 is provided with a gap, the deterioration of the radiation characteristic is alleviated as described above, and thus it can be seen that the gain reduction in the high frequency band is alleviated.
実施の形態1によれば、励振素子に非励振素子を装荷した場合のアンテナ装置において、非励振素子に間隙を設けることで、高い周波数帯における放射特性の劣化およびアンテナ利得の低下現象を抑えることができ、安定した動作特性を有するアンテナ装置を得ることができる。 According to the first embodiment, in the antenna device in which a non-excitation element is loaded on the excitation element, a gap is provided in the non-excitation element, thereby suppressing deterioration in radiation characteristics and a decrease in antenna gain in a high frequency band. Thus, an antenna device having stable operating characteristics can be obtained.
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2におけるアンテナ装置の構成図である。図5において、実施の形態1の構成図である図1と同一部分あるいは相当部分には、同一符号を付している。
FIG. 5 is a configuration diagram of the antenna device according to
本実施の形態2における励振素子10および非励振素子20は、二等辺三角形の形状を有する第1の導体11、第2の導体12、第3の導体21および第4の導体22のそれぞれの二等辺三角形の底辺を円弧状としている。すなわち、実施の形態2において、二等辺三角形の形状と称しているそれぞれの導体形状は、図5に示すように、扇形形状を指すものである。
The
基本的な動作は、実施の形態1で説明した動作と同じであり、励振素子10から放射された電波は、励振素子10に対して階層的に設けられた非励振素子20の第3の導体21および第4の導体22と結合して放射される。
The basic operation is the same as that described in the first embodiment, and the radio wave radiated from the
実施の形態2によれば、二等辺三角形の底辺を円弧状として励振素子および非励振素子を構成した場合においても、非励振素子に間隙を設けることで、高い周波数帯における放射特性の劣化およびアンテナ利得の低下現象を抑えることができ、安定した動作特性を有するアンテナ装置を得ることができる。さらに、実施の形態1のアンテナ装置と比較すると、サイズは大きくなるものの、帯域をより大きく取れるメリットがある。 According to the second embodiment, even when the excitation element and the non-excitation element are configured with the base of the isosceles triangle being arcuate, the radiation characteristics are deteriorated in the high frequency band and the antenna is provided by providing a gap in the non-excitation element. It is possible to suppress the phenomenon of lowering the gain and obtain an antenna device having stable operating characteristics. Further, compared with the antenna device of the first embodiment, although the size is increased, there is an advantage that a larger band can be obtained.
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3におけるアンテナ装置の構成図である。図6において、実施の形態1の構成図である図1と同一部分あるいは相当部分には、同一符号を付している。
FIG. 6 is a configuration diagram of the antenna device according to
本実施の形態3の励振素子10および非励振素子20は、二等辺三角形の形状を有する第1の導体11、第2の導体12、第3の導体21、および第4の導体22のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状としたものである。すなわち、実施の形態3において、二等辺三角形の形状と称しているそれぞれの導体形状は、図6に示すように、曲線状の二辺を有する形状を指すものである。
The
基本的な動作は、実施の形態1、2で説明した動作と同じであり、励振素子10から放射された電波は、励振素子10に対して階層的に設けられた非励振素子20の第3の導体21および第4の導体22と結合して放射される。
The basic operation is the same as the operation described in the first and second embodiments, and the radio wave radiated from the
その際、アンテナ装置の下限周波数が決まる第1の導体11と第2の導体12との寸法L1、および第3の導体21と第4の導体22との寸法L2に相当するそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状にすることにより、二等辺三角形の等しい辺を直線状にした場合と比較して、電気長をかせぐことができ、その結果としてアンテナ寸法を小さくすることができる。
At that time, the respective isosceles triangles corresponding to the dimension L1 of the first conductor 11 and the second conductor 12 and the dimension L2 of the
実施の形態3によれば、非励振素子に間隙を設けることで実施の形態1、2と同様の効果を得ることができる。さらに、アンテナの下限周波数が決まる第1の導体、第2の導体、第3の導体、および第4の導体のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状とすることにより、電気長をかせぎ、アンテナ寸法を小さくすることができる。 According to the third embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained by providing a gap in the non-excitation element. Furthermore, by making the equal sides of the isosceles triangles of the first conductor, the second conductor, the third conductor, and the fourth conductor that determine the lower limit frequency of the antenna into a curved shape, the electric length is increased, Antenna dimensions can be reduced.
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4におけるアンテナ装置の構成図である。図7において、実施の形態1の構成図である図1と同一部分あるいは相当部分には、同一符号を付している。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram of the antenna device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those in FIG. 1 that is the configuration diagram of the first embodiment.
本実施の形態3の励振素子10および非励振素子20は、二等辺三角形の形状を有する第1の導体11、第2の導体12、第3の導体21、および第4の導体22のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を階段形状としたものである。すなわち、実施の形態4において、二等辺三角形の形状と称しているそれぞれの導体形状は、図7に示すように、階段状の二辺を有する形状を指すものである。
The
基本的な動作は、実施の形態1〜3で説明した動作と同じであり、励振素子10から放射された電波は、励振素子10に対して階層的に設けられた非励振素子20の第3の導体21および第4の導体22と結合して放射される。
The basic operation is the same as the operation described in the first to third embodiments, and the radio wave radiated from the
その際、アンテナ装置の下限周波数が決まる第1の導体11と第2の導体12との寸法L1、および第3の導体21と第4の導体22との寸法L2に相当するそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を曲線状にすることにより、二等辺三角形の等しい辺を直線状にした場合と比較して、電気長をかせぐことができ、その結果としてアンテナ寸法を小さくすることができる。
At that time, the respective isosceles triangles corresponding to the dimension L1 of the first conductor 11 and the second conductor 12 and the dimension L2 of the
実施の形態4によれば、非励振素子に間隙を設けることで実施の形態1、2と同様の効果を得ることができる。さらに、アンテナの下限周波数が決まる第1の導体、第2の導体、第3の導体、および第4の導体のそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を階段状にすることにより、実施の形態3と同様に、電気長をかせぎ、アンテナ寸法を小さくすることができる。 According to the fourth embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained by providing a gap in the non-excitation element. Further, the equal sides of the isosceles triangles of the first conductor, the second conductor, the third conductor, and the fourth conductor that determine the lower limit frequency of the antenna are stepped to form the third embodiment and Similarly, the electrical length can be increased and the antenna size can be reduced.
10 励振素子、11 第1の導体、12 第2の導体、13 給電部、20 非励振素子、21 第3の導体、22 第4の導体、23 第1の間隙、24 第2の間隙。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の導体および前記第2の導体の二等辺三角形の等しい辺がなす頂点にそれぞれ設けられた給電部と
を有し、
前記第1の導体と前記第2の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を当該各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した励振素子を備えたアンテナ装置において、
前記第1の誘電体基板に対して階層的に設置された第2の誘電体基板の表面に形成され、前記第1の導体および前記第2の導体と同一の二等辺三角形の形状を有する第3の導体および第4の導体を有し、
前記第3の導体と前記第4の導体の等しい辺以外の二等辺三角形の底辺を当該各底辺に平行な軸線に対して軸対称となるように空隙をもって配置した非励振素子をさらに備え、
前記第3の導体および前記第4の導体のそれぞれに間隙を設けたことを特徴とするアンテナ装置。 A first conductor and a second conductor formed on the surface of the first dielectric substrate and having the same isosceles triangle shape;
A feeding section provided at each apex formed by an equal side of an isosceles triangle of the first conductor and the second conductor;
In an antenna apparatus including an excitation element in which bases of isosceles triangles other than equal sides of the first conductor and the second conductor are arranged with a gap so as to be axially symmetric with respect to an axis parallel to the bases. ,
A first dielectric substrate formed on the surface of a second dielectric substrate arranged hierarchically with respect to the first dielectric substrate and having the same isosceles triangle shape as the first conductor and the second conductor. 3 conductors and a fourth conductor,
A non-exciting element in which a base of an isosceles triangle other than equal sides of the third conductor and the fourth conductor is arranged with a gap so as to be axially symmetric with respect to an axis parallel to the base;
An antenna device, wherein a gap is provided in each of the third conductor and the fourth conductor.
前記第1の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第1の導体および前記第2の導体と、前記第2の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第3の導体および前記第4の導体とのそれぞれの二等辺三角形の底辺を円弧状にしたことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
The first and second conductors having the shape of an isosceles triangle formed on the surface of the first dielectric substrate, and the isosceles triangle formed on the surface of the second dielectric substrate. An antenna device characterized in that the bases of the isosceles triangles of the third conductor and the fourth conductor having a shape are arcuate.
前記第1の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第1の導体および前記第2の導体と、前記第2の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第3の導体および前記第4の導体とのそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を任意の曲線状にしたことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1 or 2,
The first and second conductors having the shape of an isosceles triangle formed on the surface of the first dielectric substrate, and the isosceles triangle formed on the surface of the second dielectric substrate. An antenna device, wherein an equal side of each of the isosceles triangles of the third conductor and the fourth conductor having a shape is formed into an arbitrary curved shape.
前記第1の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第1の導体および前記第2の導体と、前記第2の誘電体基板の表面に形成された二等辺三角形の形状を有する前記第3の導体および前記第4の導体とのそれぞれの二等辺三角形の等しい辺を任意の階段状にしたことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1 or 2,
The first and second conductors having the shape of an isosceles triangle formed on the surface of the first dielectric substrate, and the isosceles triangle formed on the surface of the second dielectric substrate. An antenna device characterized in that equal sides of respective isosceles triangles of the third conductor and the fourth conductor having a shape are formed in an arbitrary step shape.
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JP2008166856A (en) * | 2006-11-14 | 2008-07-17 | Ykc:Kk | Antenna structure |
US7948445B2 (en) | 2008-02-18 | 2011-05-24 | Nec Corporation | Wideband antenna and clothing and articles using the same |
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