JP2007221320A - Variable directivity antenna and information apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable directivity antenna capable of being used in a frequency in a wide band and having a size in the same extent as a non-directional antenna, and to provide an information apparatus using the variable directivity antenna. <P>SOLUTION: The variable directivity antenna is constituted so as to have an electric-field distribution changing means composed of a non-directional discone antenna 70 connected to a coaxial line 71, a short-circuit line 74 changing the electric-field distribution of the coaxial line 71 and a switch 75. The variable directivity antenna is constituted so as to further have a TE11-mode reflecting structure 76 on the coaxial line 71 on the reverse side to the direction directed towards the discone antenna 70 from the electric-field distribution changing means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、アンテナの指向性を切替える指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器に関する。   The present invention relates to a directivity variable antenna that switches the directivity of an antenna and an information device that uses the directivity variable antenna.

近年の無線通信技術の飛躍的な発展に伴い、無線通信技術を利用した製品が広く普及し始め、無線通信路の伝送容量拡大に大きな期待がかけられている。特に最近は、時間や空間、偏波、符号といった多次元にわたる信号の多重化によって、伝送容量の拡大を図る研究が活発に行われている。   With the rapid development of wireless communication technology in recent years, products using wireless communication technology have started to spread widely, and great expectations are placed on expanding the transmission capacity of wireless communication paths. Recently, researches have been actively conducted to increase the transmission capacity by multiplexing signals in multiple dimensions such as time, space, polarization, and code.

空間による多重化は、複数の無指向性アンテナでその信号をベクトル合成する回路からなるアダプティブアレイアンテナで実現されると考えられているが、アダプティブアレイアンテナを構成する各アンテナの大きさや間隔が大きくなるため、その応用を制限する原因となっていた。   Multiplexing by space is considered to be realized by an adaptive array antenna that consists of a circuit that synthesizes the signal with a plurality of omnidirectional antennas, but the size and spacing of each antenna constituting the adaptive array antenna is large. Therefore, it has become a cause of limiting its application.

特に、移動通信端末でアンテナを使用する為には、アンテナの大きさをできるだけ小さくすることが望まれている。そこで、指向性可変アンテナは、通常、一組のアンテナと給電回路でその指向性を変化させることができることから、アダプティブアレイアンテナよりも小さくできる可能性があり、空間による多重化を実現する小型アンテナの候補として期待されているが、指向性可変アンテナの小型化に関してはその研究例が少なく、その開発が期待されてきている。   In particular, in order to use an antenna in a mobile communication terminal, it is desired to reduce the size of the antenna as much as possible. Therefore, a directivity variable antenna can usually be made smaller than an adaptive array antenna because its directivity can be changed by a pair of antennas and a feeding circuit, and a small antenna that realizes multiplexing by space Although there are few examples of research on miniaturization of variable directivity antennas, the development of such antennas is expected.

従来の指向性可変アンテナの一例が、特許文献1に開示されている。図1は、特許文献1の図1を引用した図である。図1で放射素子10の周囲を反射素子11が、機械的に周回するようになっているので、このアンテナの指向性を変化させることができるが、特許文献1に開示されたアンテナの場合、反射素子11が付加されたことにより、アンテナの大きさは格段に大きくなっている。   An example of a conventional directional variable antenna is disclosed in Patent Document 1. FIG. 1 is a diagram in which FIG. 1 of Patent Document 1 is cited. Since the reflective element 11 is configured to mechanically circulate around the radiating element 10 in FIG. 1, the directivity of this antenna can be changed, but in the case of the antenna disclosed in Patent Document 1, Due to the addition of the reflective element 11, the size of the antenna is significantly increased.

また、特許文献2には、電気的に指向性を切替え可能なアンテナの例が開示されている。図2は、特許文献2の図1を引用した図である。図2では、円形の接地導体13上に中央駆動素子12と、中央駆動素子12を放射状に取り囲む位置にパラスティック素子14とが配置されている。パラスティック素子14の下部にはインピーダンス負荷が設けてあり、このインピーダンスの切替えにより指向性を切替える。中央駆動素子12とパラスティック素子14の間隔はλ/4程度の値となり、アンテナ全体では2λ以上の大きさを持つ。   Patent Document 2 discloses an example of an antenna capable of electrically switching directivity. FIG. 2 is a diagram in which FIG. 1 of Patent Document 2 is cited. In FIG. 2, a central driving element 12 and a parasitic element 14 are arranged on a circular ground conductor 13 at positions that radially surround the central driving element 12. An impedance load is provided below the parasitic element 14, and the directivity is switched by switching the impedance. The distance between the central driving element 12 and the parasitic element 14 is about λ / 4, and the whole antenna has a size of 2λ or more.

また、従来の指向性可変アンテナの例としては、特許文献3に開示されている。図3は、特許文献3の図1を引用した図である。図3では、円形の接地導体15上に給電アンテナ素子A0とそれを放射状に取り囲む位置に無給電可変リアクタンス素子A1〜A6が配置されている。給電アンテナ素子と無給電可変リアクタンス素子の間隔dはλ/4程度の値となり、アンテナ全体ではλ程度の大きさを持つ。   An example of a conventional variable directivity antenna is disclosed in Patent Document 3. FIG. 3 is a diagram in which FIG. 1 of Patent Document 3 is cited. In FIG. 3, the feeding antenna element A0 and the parasitic variable reactance elements A1 to A6 are arranged on the circular ground conductor 15 at positions that radially surround the feeding antenna element A0. The distance d between the feeding antenna element and the parasitic variable reactance element has a value of about λ / 4, and the entire antenna has a size of about λ.

以上のように、従来の指向性可変アンテナは、放射器の周辺に無給電素子を配し、放射器と無給電素子の電磁的な相互結合を利用してアンテナの指向性を制御していた。従来の指向性可変アンテナに用いられた方法では、アンテナの等価的な合成開口を大きくすることになるので利得が高くなり、アンテナの指向性を制御することができるが、この動作原理上、アンテナの大きさを無指向性アンテナと同じ大きさまで小さくすることは難しい。そこで、本発明者らは、アンテナの等価的な合成開口を大きくすることなく、アンテナの指向性を変化させる技術を発明し、その発明が特許文献4に開示されている。   As described above, in the conventional variable directivity antenna, a parasitic element is arranged around the radiator, and the directivity of the antenna is controlled by using electromagnetic mutual coupling between the radiator and the parasitic element. . In the method used in the conventional variable directivity antenna, the equivalent synthetic aperture of the antenna is increased, so that the gain is increased and the directivity of the antenna can be controlled. It is difficult to reduce the size of to the same size as the omnidirectional antenna. Therefore, the present inventors invented a technique for changing the directivity of an antenna without increasing the equivalent synthetic aperture of the antenna, and the invention is disclosed in Patent Document 4.

通常、無指向性アンテナの給電には同軸線路を用いるが、その給電電界分布は、同軸線路内で均一となっている。また、同軸線路の電界分布を何らかの方法により変化させても、その後同軸線路を伝搬する内に電界分布はすぐに均一となってしまう。しかし、特許文献4では、無指向性アンテナの給電部の直前で同軸線路の電界分布を変化させてやれば、電界分布が均一になる前にアンテナの放射モードと結合する為、無指向性アンテナの給電電界分布を片寄らせることが可能となることを開示している。   Normally, a coaxial line is used for feeding the omnidirectional antenna, but the feeding electric field distribution is uniform in the coaxial line. Further, even if the electric field distribution of the coaxial line is changed by any method, the electric field distribution becomes uniform immediately after propagation through the coaxial line. However, in Patent Document 4, if the electric field distribution of the coaxial line is changed immediately before the feeding portion of the omnidirectional antenna, the antenna radiation mode is combined before the electric field distribution becomes uniform. It is disclosed that it is possible to offset the power supply electric field distribution.

以上のように、特許文献1〜3で開示されている指向性可変アンテナは、無指向性アンテナに比べて大きくなってしまっていたが、特許文献4で開示されている指向性可変アンテナは、無指向性アンテナと同程度の大きさである。また、非特許文献1では、特許文献4に開示したアンテナの実現形態の詳細が説明され、無指向性アンテナと同等な大きさで広い周波数帯域にわたって指向性が変えられることが示されている。   As described above, the directional variable antennas disclosed in Patent Documents 1 to 3 are larger than the omnidirectional antenna, but the directional variable antenna disclosed in Patent Document 4 is It is about the same size as an omnidirectional antenna. Non-Patent Document 1 describes the details of the antenna implementation disclosed in Patent Document 4, and shows that the directivity can be changed over a wide frequency band with the same size as an omnidirectional antenna.

図4は、特許文献4に開示したアンテナとほぼ同様の非特許文献1の図1を引用した図で、動作原理を実験で確認したアンテナの構成図である。図4(a)に示したアンテナは、放射器22および地板23からなるディスコーンアンテナ20に給電するための同軸線路21とディスコーンアンテナ20との接続部に設けた短絡線24でアンテナ指向性を変化させる。なお、短絡線24は、同軸線路21を構成する内導体21Aと外導体21Bとを短絡させる。破線で示した部分を上から見た図を図4(b)に示している。図4に示したアンテナの反射損周波数特性は、図5に示すように、広い周波数範囲にわたって、短絡線の有無に関わらずほぼ同程度となっている。
特開平6−350334号公報 特開平10−154911号公報 特開2001−24431号公報 特開2004−304785号公報 菅原、星、廣居、佐藤、「同軸短絡構造によるアンテナ指向性制御技術の提案」、信学技報、AP2003−274. 、2004
FIG. 4 is a diagram quoting FIG. 1 of Non-Patent Document 1 that is substantially the same as the antenna disclosed in Patent Document 4, and is a configuration diagram of the antenna whose operation principle has been confirmed by experiments. The antenna shown in FIG. 4A has an antenna directivity by a short-circuit wire 24 provided at a connection portion between the coaxial line 21 and the discone antenna 20 for feeding the discone antenna 20 including the radiator 22 and the ground plane 23. To change. Note that the short-circuit line 24 short-circuits the inner conductor 21A and the outer conductor 21B constituting the coaxial line 21. The figure which looked at the part shown with the broken line from the top is shown in FIG.4 (b). As shown in FIG. 5, the reflection loss frequency characteristics of the antenna shown in FIG. 4 are substantially the same over a wide frequency range regardless of the presence or absence of a short-circuit line.
JP-A-6-350334 Japanese Patent Laid-Open No. 10-154911 JP 2001-24431 A JP 2004-304785 A Sakakibara, Hoshi, Aoi, Sato, “Proposal of antenna directivity control technology using coaxial short-circuit structure”, IEICE Technical Report, AP2003-274. , 2004

図4に示したアンテナでは、図5を詳細に見てみると、一部の周波数(27GHz付近や33GHz付近)において短絡線を装荷することにより反射損が増加していることがわかる。図5の例では、短絡線無しの場合の反射損もやや高めなので、短絡線無しの場合の反射損が図5より低い場合の例を図6(a)に示す。   When the antenna shown in FIG. 4 is viewed in detail, it can be seen that the reflection loss is increased by loading a short-circuit wire at some frequencies (around 27 GHz or around 33 GHz). In the example of FIG. 5, the reflection loss without the short-circuit line is slightly higher, so an example in which the reflection loss without the short-circuit line is lower than that in FIG. 5 is shown in FIG.

図6(a)の点線で表している短絡線無しの場合の反射損は、広い帯域で−10dB以下となっている。一方、図6(a)の実線で表している短絡線ありの場合の反射損では、27GHz付近や33GHz付近で反射損が大きくなっているのがわかる。またこの様に反射損が増加する27GHz付近や33GHz付近の周波数では、アンテナ指向性の変化特性にも変化が生じていることが本発明者らの研究によりわかっている。図6(b)は、図6(a)の反射損特性を持つアンテナの周波数に対する指向性変化量(同軸線路を短絡した側のアンテナ利得とその反対側のアンテナ利得の比)を示している。図6(b)からわかるように、図6(a)で反射特性の増加が見られた27GHz付近や33GHzで、指向性変化量も急激に変化していることがわかる。   The reflection loss when there is no short-circuit line represented by the dotted line in FIG. 6A is −10 dB or less in a wide band. On the other hand, it can be seen that in the case of the reflection loss in the case of the short-circuit line represented by the solid line in FIG. 6A, the reflection loss is large near 27 GHz or 33 GHz. Further, it has been found by the present inventors that the change in the antenna directivity changes at the frequencies near 27 GHz and 33 GHz where the reflection loss increases. FIG. 6B shows the change in directivity with respect to the frequency of the antenna having the reflection loss characteristic of FIG. 6A (ratio of the antenna gain on the side shorted with the coaxial line and the antenna gain on the opposite side). . As can be seen from FIG. 6B, it can be seen that the directivity change amount also changes abruptly in the vicinity of 27 GHz or 33 GHz where the increase in the reflection characteristics is seen in FIG. 6A.

図4に示したアンテナでは、同軸線路内で軸対称な電界分布を持つTEMモードに加えて、電界分布が軸対象とならない高次モードが発生している。なお、同軸線路の各高次モードは、同軸線路の構造で決まるカットオフ周波数を持ち、カットオフ周波数以下の周波数の電磁波は同軸線路を伝搬することができず、カットオフ以上の周波数の電磁波は同軸線路を伝搬することができる。また、同軸線路に発生した高次モードの進行方向は、場の対象性から同軸線路の軸方向に対して正負両方向であり、短絡線からアンテナ方向に進行する高次モードと、短絡線からアンテナとは反対側の同軸線路へ進行する高次モードの両方が発生する。   In the antenna shown in FIG. 4, in addition to the TEM mode having an axially symmetric electric field distribution in the coaxial line, a higher-order mode in which the electric field distribution is not an axis target is generated. Each higher-order mode of the coaxial line has a cutoff frequency determined by the structure of the coaxial line, and electromagnetic waves having a frequency lower than the cutoff frequency cannot propagate through the coaxial line. It can propagate along the coaxial line. In addition, the traveling direction of the higher-order mode generated in the coaxial line is both positive and negative with respect to the axial direction of the coaxial line due to the subjectivity of the field. Both higher-order modes traveling to the opposite coaxial line are generated.

アンテナ方向に進行するときの高次モードがアンテナ指向性を変化させるが、アンテナとは反対側の同軸線路へ進行する高次モードにおいて、カットオフ周波数以下では、同軸線路を伝搬できないため大きな問題は無いが、カットオフ周波数以上では、図6に示したように一部の周波数において反射損が増加したり、指向性変化量が急変するといった現象が生じてしまう。この現象は、図4に示したアンテナとは反対側の同軸線路へ進行した高次モードが同軸線路の不連続部で反射を起こし、一種の共振現象を引き起こすために生じるものである。   The higher-order mode when traveling in the antenna direction changes the antenna directivity, but in the higher-order mode traveling to the coaxial line opposite to the antenna, the major problem is that it cannot propagate through the coaxial line below the cutoff frequency. However, at a cutoff frequency or higher, as shown in FIG. 6, a phenomenon such as an increase in reflection loss or a sudden change in directivity change occurs at some frequencies. This phenomenon occurs because a higher-order mode that has traveled to the coaxial line on the opposite side of the antenna shown in FIG. 4 causes reflection at a discontinuous portion of the coaxial line and causes a kind of resonance phenomenon.

以上、図4に示したアンテナのように、無指向性アンテナと同程度の大きさの小型な指向性可変アンテナが提案されていたが、特定の周波数において、反射損が増加したり指向性変化量が急変してしまい、指向性可変アンテナにおける使用可能な周波数帯域を狭めるため、指向性可変アンテナを広帯域で使用する際の妨げになっているという課題があった。   As described above, a small variable directivity antenna as large as an omnidirectional antenna has been proposed, such as the antenna shown in FIG. 4, but the reflection loss increases or the directivity changes at a specific frequency. Since the amount has changed suddenly and the usable frequency band of the directional variable antenna is narrowed, there has been a problem that the directional variable antenna is hindered when used in a wide band.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさになる指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and includes a directional variable antenna that can be used in a wideband frequency and has the same size as an omnidirectional antenna, and the directional variable antenna. The purpose is to provide information equipment to be used.

本発明の指向性可変アンテナは、同軸線路と接続された無指向性のアンテナ素子と、前記同軸線路の電界分布を変化させる電界分布変化手段と、前記電界分布変化手段から前記アンテナ素子に向かう方向とは反対側の前記同軸線路に、TE11モードを含む高次モードの電磁波を反射する反射手段とを備えた構成を有している。
この構成により、電界分布変化手段からアンテナ素子に向かう方向とは反対側へ進行した高次モードの電磁波が反射手段で反射されるので、電界分布変化手段を設けたことによる一部周波数での反射損の増加が抑制されることにより、広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
The directional variable antenna of the present invention includes a non-directional antenna element connected to a coaxial line, electric field distribution changing means for changing the electric field distribution of the coaxial line, and a direction from the electric field distribution changing means toward the antenna element. The coaxial line on the opposite side of the antenna has a configuration including reflection means for reflecting electromagnetic waves of higher-order modes including the TE11 mode.
With this configuration, high-order mode electromagnetic waves traveling in the direction opposite to the direction from the electric field distribution changing means toward the antenna element are reflected by the reflecting means. Therefore, reflection at a partial frequency due to the provision of the electric field distribution changing means. By suppressing the increase in loss, it is possible to realize a directional variable antenna that can be used in a wideband frequency and has the same size as an omnidirectional antenna.

また、前記同軸線路にある前記反射手段を経由して前記アンテナ素子に給電される場合、給電時の損失をできるだけ減らすことが望ましいため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射手段においては、TEMモードに対する反射率が第1の定数以下であって、TE11モードに対する反射率が第2の定数以上である構成を有している。
この構成により、通常、アンテナ素子の給電はTEMモードで行われるので、TEMモードに対する反射手段の反射率を低くして、TE11モードに対する反射手段の反射率を高く保てば、TEMモードの不要な反射を避けることができる。従って、TEMモードの反射が抑制され、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
In addition, when the antenna element is fed via the reflecting means in the coaxial line, it is desirable to reduce the loss during feeding as much as possible, so the directivity variable antenna of the present invention is The reflectivity for the TEM mode is equal to or less than the first constant, and the reflectivity for the TE11 mode is equal to or greater than the second constant.
With this configuration, since the antenna element is normally fed in the TEM mode, if the reflectance of the reflecting means for the TEM mode is lowered and the reflectance of the reflecting means for the TE11 mode is kept high, the TEM mode is unnecessary. Reflection can be avoided. Therefore, reflection in the TEM mode is suppressed, and a directional variable antenna that can be used in a wide frequency range and has the same size as that of an omnidirectional antenna can be realized.

また、本発明の指向性可変アンテナの前記反射手段を、同軸線路に最も簡単に形成するには、TEMモードに対してはインピーダンス変化が無いように見えるのに、高次モードからは大きなインピーダンス変化に見えるようにすればよいため、前記反射手段は、前記同軸線路を構成する内導体の径、前記同軸線路を構成する外導体の径、および前記内導体と前記外導体との間の誘電率を含む構造パラメータが調節されて形成されている反射構造である構成を有している。
この構成により、非常に簡単な構成で、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
Further, in order to form the reflecting means of the directional variable antenna of the present invention in the simplest way on the coaxial line, it seems that there is no impedance change for the TEM mode, but a large impedance change from the higher order mode. The reflection means includes a diameter of an inner conductor constituting the coaxial line, a diameter of an outer conductor constituting the coaxial line, and a dielectric constant between the inner conductor and the outer conductor. The structure is a reflective structure formed by adjusting the structural parameters including.
With this configuration, it is possible to realize a directional variable antenna having a very simple configuration and usable in a wideband frequency and having the same size as an omnidirectional antenna.

また、本発明の指向性可変アンテナにおいて、前記反射構造を形成する前記同軸線路のTE11モードのカットオフ周波数は、前記反射構造でない前記同軸線路のTE11モードのカットオフ周波数より高い構成を有している。
この構成により、反射構造でない前記同軸線路ではTE11モードが伝搬可能な周波数においても、反射構造のTE11モードのカットオフ周波数までは非常に大きな反射率を得ることができる。また、TEMモードに対してはインピーダンス変化が無いように見えるのに、反射構造のTE11モードのカットオフ周波数までは非常に大きな反射率を得ることができるため、非常に簡単な構成で、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
In the variable directivity antenna of the present invention, the cutoff frequency of the TE11 mode of the coaxial line forming the reflective structure is higher than the cutoff frequency of the TE11 mode of the coaxial line that is not the reflective structure. Yes.
With this configuration, a very large reflectance can be obtained up to the cutoff frequency of the TE11 mode of the reflective structure even at a frequency at which the TE11 mode can propagate in the coaxial line that is not a reflective structure. In addition, although it seems that there is no impedance change with respect to the TEM mode, a very large reflectance can be obtained up to the cutoff frequency of the TE11 mode of the reflecting structure, so that it has a very simple configuration and a wide bandwidth. It is possible to realize a variable directivity antenna that can be used at a frequency and has the same size as an omnidirectional antenna.

同軸線路の内導体に段差がある場合、エバネッセントな高次のTMモードが発生し、寄生キャパシタンスが生じるため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造を形成する前記同軸線路の内導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の内導体の径とが同じである構成を有している。
この構成により、内導体の径を同じ径にすることにより、内導体段差部における不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてTEMモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、内導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。
When there is a step in the inner conductor of the coaxial line, an evanescent high-order TM mode is generated, and a parasitic capacitance is generated. Therefore, the variable directivity antenna of the present invention has an inner conductor of the coaxial line that forms the reflective structure. The diameter and the diameter of the inner conductor of the coaxial line that is not the reflective structure are the same.
With this configuration, by making the diameter of the inner conductor the same, generation of unnecessary capacitance at the inner conductor stepped portion can be eliminated, so that the reflectivity for the TEM mode can be kept low in the reflecting structure. Further, if the inner conductor has the same diameter, the processing becomes very easy.

同様に、同軸線路の外導体に段差がある場合も、エバネッセントな高次のTMモードが発生し、寄生キャパシタンスが生じるため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造を形成する前記同軸線路の外導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の外導体の径とが同じである構成を有している。
この構成により、外導体の径を同じ径にすることにより、不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてTEMモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、外導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。
Similarly, even when there is a step in the outer conductor of the coaxial line, an evanescent high-order TM mode is generated and a parasitic capacitance is generated. Therefore, the directional variable antenna of the present invention has the coaxial line that forms the reflective structure. The diameter of the outer conductor and the diameter of the outer conductor of the coaxial line that is not the reflective structure are the same.
With this configuration, the generation of unnecessary capacitance can be eliminated by setting the outer conductor to the same diameter, so that the reflectivity for the TEM mode can be kept low in the reflective structure. Moreover, if the diameter of the outer conductor is the same, processing becomes very easy.

同軸線路の内外の導体間の誘電率に大きな変化がある場合、その境界面前後で同軸線路の特性インピーダンスが同じ一定であったとしてもある程度の反射が生じるため、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造を形成する前記同軸線路の前記誘電率と、前記反射構造でない前記同軸線路の前記誘電率とが同じである構成を有している。
この構成により、誘電率が同じであるため、反射構造においてTEMモードに対する反射率を低く抑えることが可能となり、加工を行う上でも、内導体と外導体との間にある誘電体に同一の材質を利用でき、加工が非常に容易になる。
When there is a large change in the dielectric constant between the inner and outer conductors of the coaxial line, some reflection occurs even if the characteristic impedance of the coaxial line is the same and constant before and after the boundary surface. The dielectric constant of the coaxial line that forms the reflective structure and the dielectric constant of the coaxial line that is not the reflective structure are the same.
With this configuration, since the permittivity is the same, the reflectivity for the TEM mode can be kept low in the reflective structure, and the same material is used for the dielectric between the inner conductor and the outer conductor in processing. Can be used and processing becomes very easy.

上述した反射構造は、電界分布変化手段に近接して形成すればよいが、数十GHzと非常に高い周波数ではわずか数mmの長さでも共振を起こしてしまうことになるため、これを回避するための定量的な指針として、TE11モードの反射構造と電界分布変化手段の間の長さが、動作周波数全域に渡って共振を起こさない様な長さ、すなわち、TE11モードの実行波長の半分より小さな値となっていればよいので、本発明の指向性可変アンテナは、前記反射構造と前記電界分布変化手段との長さをL、前記同軸線路の誘電率をεr、TE11モードにおいて前記同軸線路を伝搬可能な周波数に対応する波長をλとしたときに、式1を満たす構成としている。
この構成により、広帯域の周波数で使用可能で、無指向性アンテナと同程度の大きさの指向性可変アンテナを実現することが可能となる。
The above-described reflection structure may be formed close to the electric field distribution changing means, but this is avoided because resonance occurs even at a length of only a few millimeters at a frequency as high as several tens of GHz. As a quantitative guideline, the length between the TE11 mode reflection structure and the electric field distribution changing means is such that the resonance does not occur over the entire operating frequency, that is, half the effective wavelength of the TE11 mode. Since the directional variable antenna of the present invention has only a small value, the length of the reflection structure and the electric field distribution changing means is L, the dielectric constant of the coaxial line is εr, and the coaxial line in the TE11 mode. Is set to satisfy the formula 1, where λ is a wavelength corresponding to a frequency capable of propagating.
With this configuration, it is possible to realize a directional variable antenna that can be used in a wide band frequency and has the same size as an omnidirectional antenna.

反射構造の内導体および外導体の径と、同軸線路の内導体および外導体の径とが大きく異なる場合、TEMモードに対する特性インピーダンスが50Ωで一定であったとしても、反射構造の境界部に寄生するキャパシタンス等の影響によりTEMモードに対する反射率が大きくなってしまうため、本発明の指向性可変アンテナは、前記同軸線路の内導体または外導体の径のうち少なくとも1つの径が連続的に変化して前記反射構造が形成される構成としている。
この構成により、内導体または外導体の径のうち少なくとも1つの径が連続的に変化するため、同軸線路から反射構造に遷移する境界部分に、同軸線路と反射構造との中間的な特性を持つ遷移領域が設けられ、TEMモードに対する反射率を低減することができる。
When the diameters of the inner conductor and outer conductor of the reflective structure differ greatly from the diameters of the inner conductor and outer conductor of the coaxial line, even if the characteristic impedance for the TEM mode is constant at 50Ω, it is parasitic on the boundary of the reflective structure. Since the reflectivity for the TEM mode is increased due to the influence of the capacitance and the like, at least one of the inner conductor and outer conductor diameters of the coaxial line continuously changes. Thus, the reflection structure is formed.
With this configuration, at least one of the inner conductor and outer conductor diameters continuously changes, and therefore has an intermediate characteristic between the coaxial line and the reflective structure at the boundary where the coaxial line changes to the reflective structure. A transition region is provided and the reflectivity for the TEM mode can be reduced.

本発明の指向性可変アンテナは、前記電界分布変化手段が、前記同軸線路を構成する内導体と外導体との一部を短絡して前記同軸線路の電界分布を変化させる構成を有している。
この構成により、非常に簡単な構成で、広帯域の周波数の電界分布を変化させることができる。
The variable directivity antenna of the present invention has a configuration in which the electric field distribution changing means changes the electric field distribution of the coaxial line by short-circuiting a part of the inner conductor and the outer conductor constituting the coaxial line. .
With this configuration, it is possible to change the electric field distribution of a broadband frequency with a very simple configuration.

本発明の指向性可変アンテナを具備した情報機器は、無指向性アンテナと同程度の小型化が可能で、小型の情報端末に特に有用である。   The information equipment provided with the directional variable antenna of the present invention can be downsized as much as the omnidirectional antenna, and is particularly useful for a small information terminal.

以上のように本発明は、電界分布変化手段からアンテナ素子に向かう方向とは反対側へ進行した高次モードの電磁波が反射手段で反射されるので、電界分布変化手段を設けたことによる一部周波数での反射損の増加が抑制されることにより、広帯域の周波数で使用可能であり、無指向性アンテナと同程度の大きさになる指向性可変アンテナおよびこの指向性可変アンテナを使用する情報機器を提供するものである。   As described above, according to the present invention, since the high-order mode electromagnetic wave traveling in the direction opposite to the direction from the electric field distribution changing means toward the antenna element is reflected by the reflecting means, a part of the provision of the electric field distribution changing means is provided. A directional variable antenna that can be used in a wideband frequency and has the same size as an omnidirectional antenna by suppressing an increase in reflection loss at the frequency, and an information device using the directional variable antenna Is to provide.

以下、本発明の実施の形態に係る指向性可変アンテナについて、図面を用いて説明する。   Hereinafter, a variable directivity antenna according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(本発明の第1の実施の形態)
図7は、本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナの概略図である。図7(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。図7に示した指向性可変アンテナは、給電用の同軸線路71に接続された無指向性のアンテナ素子としては、円錐状の放射器72および地板73によって構成されるディスコーンアンテナ70を採用している。勿論、本発明に関わる無指向性のアンテナ素子としては、ディスコーンアンテナに限定されるものでない。
(First embodiment of the present invention)
FIG. 7 is a schematic diagram of the variable directivity antenna according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7A is a cross-sectional view of the variable directivity antenna according to the first embodiment of the present invention. The directional variable antenna shown in FIG. 7 employs a discone antenna 70 composed of a conical radiator 72 and a ground plane 73 as an omnidirectional antenna element connected to a coaxial line 71 for feeding. ing. Of course, the non-directional antenna element according to the present invention is not limited to the discone antenna.

また、図7に示した指向性可変アンテナは、同軸線路71の電界分布を変化させる電界分布変化手段を有し、電界分布変化手段の一例としては、同軸線路71を構成する内導体71Aと外導体71Bとを短絡線74で短絡する方法を採用している。   7 has electric field distribution changing means for changing the electric field distribution of the coaxial line 71. As an example of the electric field distribution changing means, the inner conductor 71A constituting the coaxial line 71 and the outer conductor 71A are arranged. A method of short-circuiting the conductor 71B with the short-circuit line 74 is adopted.

図7(a)では、電界分布変化手段は、短絡線74と、短絡線74の途中には電気的に内導体71Aと外導体71Bとの短絡をON/OFFすることができるスイッチ75とによって構成され、破線で示されている。ここで一例として、破線で示した電界分布変化手段を上から見た図を図7(b)に示す。図7(b)に示すように、短絡線74およびスイッチ75は、地板73の面上に4つ形成されている。   In FIG. 7A, the electric field distribution changing means includes a short-circuit line 74 and a switch 75 that can electrically turn on / off the short-circuit between the inner conductor 71A and the outer conductor 71B in the middle of the short-circuit line 74. Constructed and shown with dashed lines. Here, as an example, FIG. 7B shows a view of the electric field distribution changing means indicated by a broken line as viewed from above. As shown in FIG. 7B, four short-circuit lines 74 and switches 75 are formed on the surface of the ground plane 73.

図8は、スイッチ75の一例を示す図である。スイッチ75は、指向性可変アンテナの外部より、図示しないバイアス線を用いて電気的にON/OFFの状態を制御できるPINダイオード75D、キャパシタ75C、インダクタ75L、および抵抗75Rを備えている。なお、図8に示した端子75A、75B、75Eについては、端子75Aが内導体71Aに、端子75Bが外導体71Bに、端子75Eが図示しないバイアス線に、それぞれ接続される。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the switch 75. The switch 75 includes a PIN diode 75D, a capacitor 75C, an inductor 75L, and a resistor 75R that can be electrically controlled on / off using a bias line (not shown) from the outside of the variable directivity antenna. In addition, regarding the terminals 75A, 75B, and 75E shown in FIG. 8, the terminal 75A is connected to the inner conductor 71A, the terminal 75B is connected to the outer conductor 71B, and the terminal 75E is connected to a bias line (not shown).

また、PINダイオード75Dは、キャパシタ75Cによって高周波的に接地されている。端子75Eに加えるDCバイアスの値を変化させることにより、PINダイオード75Dの抵抗値が大きく変わるため、スイッチとして動作させることができる。   The PIN diode 75D is grounded at a high frequency by a capacitor 75C. By changing the value of the DC bias applied to the terminal 75E, the resistance value of the PIN diode 75D is greatly changed, so that it can be operated as a switch.

4つの短絡線74それぞれに設けられた全てのスイッチ75をOFFにすれば同軸線路71の電界分布に乱れはなく、指向性可変アンテナの放射パターンは無指向性のままとなる。一方、スイッチ75を1つだけONにした場合には、同軸線路71内の電界が乱され、指向性可変アンテナの放射パターンは指向性を持つようになる。また、4つのスイッチ75のうち何れか1つをONに切替えることにより、指向性可変アンテナの指向性の方向も切替えることが可能である。   If all the switches 75 provided in each of the four short-circuit lines 74 are turned OFF, the electric field distribution of the coaxial line 71 is not disturbed, and the radiation pattern of the directional variable antenna remains omnidirectional. On the other hand, when only one switch 75 is turned ON, the electric field in the coaxial line 71 is disturbed, and the radiation pattern of the variable directivity antenna has directivity. In addition, by switching any one of the four switches 75 to ON, the directionality of the directivity variable antenna can be switched.

図7に示した指向性可変アンテナは、短絡線74およびスイッチ75によって構成された電界分布変化手段に近接して、無指向性のアンテナ素子との接続側の同軸線路71に、高次モードの電磁波を反射する反射手段とを備えている。より詳細には、反射手段は、同軸線路71内で無指向性のアンテナ素子へ向かう方向とは反対の方向へ発生する高次モードの電磁波が伝搬できないようにしている。   The directivity variable antenna shown in FIG. 7 is close to the electric field distribution changing means constituted by the short-circuit line 74 and the switch 75, and is connected to the coaxial line 71 on the connection side with the non-directional antenna element in the higher-order mode. Reflection means for reflecting electromagnetic waves. More specifically, the reflecting means prevents high-order mode electromagnetic waves generated in the direction opposite to the direction toward the non-directional antenna element in the coaxial line 71 from propagating.

また、反射手段においては、TEMモードに対する反射率が第1の定数以下であって、TE11モードに対する反射率が第2の定数以上となっており、好ましい例としては、第1の定数を10%とし、TEMモードに対する反射率が10%以下、第2の定数を90%とし、TE11モードに対する反射率が90%以上である。   In the reflecting means, the reflectance for the TEM mode is not more than the first constant and the reflectance for the TE11 mode is not less than the second constant. As a preferable example, the first constant is 10%. The reflectance for the TEM mode is 10% or less, the second constant is 90%, and the reflectance for the TE11 mode is 90% or more.

さらに、反射手段は、例えば図7に示すように、少なくとも最も低いカットオフ周波数をもつTE11モードの電磁波を反射するTE11モード反射構造76として形成されている。TE11モード反射構造76は、給電用の同軸線路71の構造パラメータを調節して形成することで実現される。なお、構造パラメータには、例えば、同軸線路71を構成する内導体71Aの径、外導体71Bの径、および内導体71Aと外導体71Bとの間の誘電率が含まれる。   Further, for example, as shown in FIG. 7, the reflecting means is formed as a TE11 mode reflecting structure 76 that reflects TE11 mode electromagnetic waves having at least the lowest cutoff frequency. The TE11 mode reflecting structure 76 is realized by adjusting the structural parameters of the feeding coaxial line 71. The structural parameters include, for example, the diameter of the inner conductor 71A constituting the coaxial line 71, the diameter of the outer conductor 71B, and the dielectric constant between the inner conductor 71A and the outer conductor 71B.

例えば図7に示した指向性可変アンテナでは、給電用の同軸線路71を構成する内導体71A、外導体71Bの断面が円状になっており、内導体71Aの直径が1.3mm、外導体71Bの直径が4.2mm、内外導体間の誘電率が2.0となっている。この給電用の同軸線路71に形成されるTE11モード反射構造76については、内導体の直径が1.3mm、外導体の直径が2.9mm、内外導体間の誘電率が1.0となっている。なお、内導体71A、外導体71Bの断面は、円状に限定されることはない。   For example, in the directivity variable antenna shown in FIG. 7, the inner conductor 71A and the outer conductor 71B constituting the coaxial line 71 for feeding are circular in cross section, the inner conductor 71A has a diameter of 1.3 mm, and the outer conductor. The diameter of 71B is 4.2 mm, and the dielectric constant between the inner and outer conductors is 2.0. Regarding the TE11 mode reflection structure 76 formed on the feeding coaxial line 71, the inner conductor diameter is 1.3 mm, the outer conductor diameter is 2.9 mm, and the dielectric constant between the inner and outer conductors is 1.0. Yes. The cross sections of the inner conductor 71A and the outer conductor 71B are not limited to a circular shape.

ここで、給電用の同軸線路71の内導体の直径は、TE11モード反射構造76の内導体の直径と同じになっているため、反射損が低減され、加工が容易となる。   Here, since the diameter of the inner conductor of the coaxial line 71 for feeding is the same as the diameter of the inner conductor of the TE11 mode reflecting structure 76, the reflection loss is reduced and the processing becomes easy.

また、給電用の同軸線路71においてTE11モードのカットオフ周波数が25.9GHzであるのに対し、TE11モード反射構造76でのTE11モードのカットオフ周波数が46.8GHzと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路71では、TE11モードが伝搬可能な26GHz〜46.8GHzにおいて、TE11モードの反射率はほぼ1となっている。   In addition, since the cutoff frequency of the TE11 mode is 25.9 GHz in the coaxial line 71 for power feeding, the cutoff frequency of the TE11 mode in the TE11 mode reflecting structure 76 is set to be as high as 46.8 GHz. In the coaxial line 71 for power feeding, the reflectance of the TE11 mode is approximately 1 at 26 GHz to 46.8 GHz where the TE11 mode can propagate.

また、図7に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εrが2.0、46.8GHz以下の周波数ではTE11モードの波長λが6mm以上となるので、式1の関係を満たすように、TE11モード反射構造76と電界分布変化手段との間の長さLを1.5mmと短くした構成となっている。

Figure 2007221320
Further, in the variable directivity antenna shown in FIG. 7, the TE11 mode wavelength λ is 6 mm or more when the effective dielectric constant εr is 2.0 or 46.8 GHz or less, so that the relationship of Equation 1 is satisfied. Further, the length L between the TE11 mode reflecting structure 76 and the electric field distribution changing means is shortened to 1.5 mm.
Figure 2007221320

図9は、図7に示した指向性可変アンテナの反射損特性を説明するための図である。図9(a)に示すように、横軸に周波数、縦軸に反射損を示しており、図中の実線はスイッチ75を一箇所ONにして短絡した場合を、図中の点線は全てのスイッチ75をOFFにした場合を示している。   FIG. 9 is a diagram for explaining the reflection loss characteristic of the variable directivity antenna shown in FIG. As shown in FIG. 9 (a), the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the reflection loss. The solid line in the figure indicates a case where the switch 75 is turned on at one position and the short line indicates all the dotted lines in the figure. The case where the switch 75 is turned OFF is shown.

図9(a)から明らかなように、図5や図6で見られた様な、27GHz付近や33GHz当たりの周波数における反射損の増大が、本実施例では生じておらず、広い帯域に渡って反射損が−10dB以下の良好な特性が得られていることがわかる。   As is clear from FIG. 9 (a), the increase in reflection loss near 27 GHz or at a frequency per 33 GHz as seen in FIGS. 5 and 6 does not occur in this embodiment, and it extends over a wide band. It can be seen that good characteristics with a reflection loss of -10 dB or less are obtained.

図9(b)は、図7に示した指向性可変アンテナの周波数に対する指向性変化量について説明するための図である。図9(b)から明らかなように、20GHz以上ではほぼ一定の指向性変化量が得られており、図6(b)で見られたような、特定周波数における指向性変化量の急激な変化はなくなっていることがわかる。   FIG. 9B is a diagram for explaining the change in directivity with respect to the frequency of the directivity variable antenna shown in FIG. As is clear from FIG. 9B, a substantially constant directivity change amount is obtained at 20 GHz or more, and a rapid change in the directivity change amount at a specific frequency as seen in FIG. 6B. You can see that it is gone.

図10は、図7に示した指向性可変アンテナの指向性について説明するための図である。図10では、地板73より45度の仰角をもつ円錐状の放射器72について、図7に示した4つのスイッチ75のうち0度にあるスイッチをONにしたとき、0度から360度までに対応した利得を実線で示している。また、点線については、全てのスイッチをOFFにした場合の利得を示している。   FIG. 10 is a diagram for explaining the directivity of the directivity variable antenna shown in FIG. In FIG. 10, when the switch at 0 degree is turned on among the four switches 75 shown in FIG. 7 with respect to the conical radiator 72 having an elevation angle of 45 degrees from the ground plane 73, from 0 degree to 360 degrees. The corresponding gain is indicated by a solid line. A dotted line indicates a gain when all the switches are turned off.

図10から明らかなように、全てのスイッチをOFFにした場合は、どの角度にも一定の利得となり、無指向性となる。また、スイッチをONにすることにより、指向性が変化し、ONにしたスイッチと反対の方向の放射強度が強くなることを示している。   As is apparent from FIG. 10, when all the switches are turned OFF, a constant gain is obtained at any angle, and omnidirectionality is obtained. Further, it is shown that the directivity changes by turning on the switch, and the radiation intensity in the direction opposite to the switch that is turned on becomes stronger.

以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、電界分布変化手段からアンテナ素子に向かう方向とは反対方向へ進行した高次モードの電磁波が反射手段で反射されるので、電界分布変化手段を設けたことによる一部周波数での反射損の増加が抑制されることにより、無指向性アンテナと同程度の大きさで、広い帯域に渡って指向性の切替えを行うことが可能である。また、内導体の径を同じ径にすることにより、不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてTEMモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、内導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。   As described above, the variable directivity antenna according to the first embodiment of the present invention reflects high-order mode electromagnetic waves that have traveled in a direction opposite to the direction from the electric field distribution changing means toward the antenna element by the reflecting means. Therefore, the increase in reflection loss at some frequencies due to the provision of electric field distribution changing means is suppressed, so that the directivity can be switched over a wide band with the same size as an omnidirectional antenna. Can be done. In addition, since the generation of unnecessary capacitance can be eliminated by setting the diameter of the inner conductor to the same diameter, it is possible to keep the reflectivity for the TEM mode low in the reflective structure. Further, if the inner conductor has the same diameter, the processing becomes very easy.

(本発明の第2の実施の形態)
図11は、本発明の第2の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。なお、本発明の第2の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素のうち、本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。
(Second embodiment of the present invention)
FIG. 11 is a cross-sectional view of a variable directivity antenna according to the second embodiment of the present invention. Of the constituent elements constituting the directivity variable antenna according to the second embodiment of the present invention, the same constituent elements as those constituting the directivity variable antenna according to the first embodiment of the present invention. Are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図11に示した指向性可変アンテナでは、内導体71Aの直径が1.3mm、外導体71Bの直径が4.2mm、内外導体間の誘電率が2.0となっている。この給電用の同軸線路71に形成されるTE11モード反射構造77については、内導体の直径が1.8mm、外導体の直径が4.2mm、内外導体間の誘電率が1.0となっている。   In the variable directivity antenna shown in FIG. 11, the inner conductor 71A has a diameter of 1.3 mm, the outer conductor 71B has a diameter of 4.2 mm, and the dielectric constant between the inner and outer conductors is 2.0. For the TE11 mode reflecting structure 77 formed on the coaxial line 71 for feeding, the inner conductor diameter is 1.8 mm, the outer conductor diameter is 4.2 mm, and the dielectric constant between the inner and outer conductors is 1.0. Yes.

ここで、給電用の同軸線路71の外導体の直径は、TE11モード反射構造77の外導体の直径と同じになっているため、反射損が低減され、加工が容易となる。   Here, since the diameter of the outer conductor of the power supply coaxial line 71 is the same as the diameter of the outer conductor of the TE11 mode reflecting structure 77, the reflection loss is reduced and the processing becomes easy.

また、給電用の同軸線路71においてTE11モードのカットオフ周波数が25.9GHzであるのに対し、TE11モード反射構造77でのTE11モードのカットオフ周波数が32.8GHzと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路71では、TE11モードが伝搬可能な26GHz〜32.8GHzにおいて、TE11モードの反射率はほぼ1となっている。   In addition, the cutoff frequency of the TE11 mode in the power supply coaxial line 71 is 25.9 GHz, whereas the cutoff frequency of the TE11 mode in the TE11 mode reflection structure 77 is set to be as high as 32.8 GHz. In the feeding coaxial line 71, the reflectance of the TE11 mode is almost 1 at 26 GHz to 32.8 GHz in which the TE11 mode can propagate.

また、図11に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εrが2.0、32.8GHz以下の周波数ではTE11モードの波長λが8mm以上となるので、上述の式1の関係を満たすように、TE11モード反射構造77と電界分布変化手段との間の長さLを1.5mmと短くした構成となっている。   In the directivity variable antenna shown in FIG. 11, the effective dielectric constant εr is 2.0, and the wavelength λ of the TE11 mode is 8 mm or more at a frequency of 32.8 GHz or less. The length L between the TE11 mode reflecting structure 77 and the electric field distribution changing means is shortened to 1.5 mm so as to satisfy the condition.

以上説明したように、本発明の第2の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、外導体の径を同じ径にすることにより、不要なキャパシタンスの発生を無くせるので、反射構造においてTEMモードに対する反射率を低く抑えることが可能となる。また、外導体の径が同じであると加工が非常に容易になる。   As described above, the variable directivity antenna according to the second embodiment of the present invention can eliminate the generation of unnecessary capacitance by setting the diameter of the outer conductor to the same diameter. It is possible to keep the reflectance with respect to low. Moreover, if the diameter of the outer conductor is the same, processing becomes very easy.

(本発明の第3の実施の形態)
図12は、本発明の第3の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。なお、本発明の第3の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素のうち、本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。
(Third embodiment of the present invention)
FIG. 12 is a sectional view of a variable directivity antenna according to the third embodiment of the present invention. Of the constituent elements constituting the directivity variable antenna according to the third embodiment of the present invention, the same constituent elements as those constituting the directivity variable antenna according to the first embodiment of the present invention. Are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図12に示した指向性可変アンテナでは、内導体71Aの直径が1.3mm、外導体71Bの直径が4.2mm、内外導体間の誘電率が2.0となっている。この給電用の同軸線路71に形成されるTE11モード反射構造78については、内導体の直径が0.8mm、外導体の直径が2.6mm、内外導体間の誘電率が2.0となっている。   In the variable directivity antenna shown in FIG. 12, the inner conductor 71A has a diameter of 1.3 mm, the outer conductor 71B has a diameter of 4.2 mm, and the dielectric constant between the inner and outer conductors is 2.0. The TE11 mode reflection structure 78 formed on the power supply coaxial line 71 has an inner conductor diameter of 0.8 mm, an outer conductor diameter of 2.6 mm, and a dielectric constant between the inner and outer conductors of 2.0. Yes.

ここで、内導体71Aと外導体71Bとの間にある誘電体が同じ材質(例えば、PTFE)であるため、給電用の同軸線路71の誘電率とTE11モード反射構造78の誘電率とが同じになっており、反射損が低減され、加工が容易となる。   Here, since the dielectric between the inner conductor 71A and the outer conductor 71B is made of the same material (for example, PTFE), the dielectric constant of the feeding coaxial line 71 and the dielectric constant of the TE11 mode reflecting structure 78 are the same. Thus, the reflection loss is reduced and the processing becomes easy.

また、給電用の同軸線路71においてTE11モードのカットオフ周波数が25.9GHzであるのに対し、TE11モード反射構造78でのTE11モードのカットオフ周波数が40.8GHzと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路71では、TE11モードが伝搬可能な26GHz〜40.8GHzにおいて、TE11モードの反射率はほぼ1となっている。   In addition, the cutoff frequency of the TE11 mode in the coaxial line 71 for feeding is 25.9 GHz, whereas the cutoff frequency of the TE11 mode in the TE11 mode reflecting structure 78 is set to be as high as 40.8 GHz. In the feeding coaxial line 71, the reflectance of the TE11 mode is almost 1 at 26 GHz to 40.8 GHz in which the TE11 mode can propagate.

また、図12に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εrが2.0、40.8GHz以下の周波数ではTE11モードの波長λが7mm以上となるので、上述の式1の関係を満たすように、TE11モード反射構造78と電界分布変化手段との間の長さLを1.5mmと短くした構成となっている。   In the variable directivity antenna shown in FIG. 12, the TE11 mode wavelength λ is 7 mm or more when the effective dielectric constant εr is 2.0 or 40.8 GHz or less. The length L between the TE11 mode reflecting structure 78 and the electric field distribution changing means is shortened to 1.5 mm so as to satisfy the condition.

以上説明したように、本発明の第3の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、給電用の同軸線路71の誘電率とTE11モード反射構造78の誘電率とが同じであるため、TE11モード反射構造78でTEMモードに対する反射率を低く抑えることが可能となり、加工を行う上でも、誘電率が一定であれば同一の材質を利用でき、加工が非常に容易になる。   As described above, in the variable directivity antenna according to the third embodiment of the present invention, the dielectric constant of the feeding coaxial line 71 and the dielectric constant of the TE11 mode reflecting structure 78 are the same. The reflection structure 78 can keep the reflectivity for the TEM mode low, and the same material can be used for processing as long as the dielectric constant is constant.

(本発明の第4の実施の形態)
図13は、本発明の第4の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図である。なお、本発明の第4の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素のうち、本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナを構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。
(Fourth embodiment of the present invention)
FIG. 13 is a cross-sectional view of a variable directivity antenna according to the fourth embodiment of the present invention. Of the constituent elements constituting the directivity variable antenna according to the fourth embodiment of the present invention, the same constituent elements as those constituting the directivity variable antenna according to the first embodiment of the present invention. Are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図13に示した指向性可変アンテナでは、内導体71Aの直径が1.3mm、外導体71Bの直径が4.2mm、内外導体間の誘電率が2.0となっている。この給電用の同軸線路71に形成されるTE11モード反射構造79については、内導体の直径が0.6mm、外導体の直径が2.0mm、内外導体間の誘電率が2.0となっている。   In the variable directivity antenna shown in FIG. 13, the inner conductor 71A has a diameter of 1.3 mm, the outer conductor 71B has a diameter of 4.2 mm, and the dielectric constant between the inner and outer conductors is 2.0. The TE11 mode reflection structure 79 formed on the power supply coaxial line 71 has an inner conductor diameter of 0.6 mm, an outer conductor diameter of 2.0 mm, and a dielectric constant between the inner and outer conductors of 2.0. Yes.

ここで、内導体71Aと外導体71Bとの間にある誘電体が同じ材質(例えば、PTFE)であるため、給電用の同軸線路71の誘電率とTE11モード反射構造79の誘電率とが同じになっており、反射損が低減され、加工が容易となる。   Here, since the dielectric between the inner conductor 71A and the outer conductor 71B is made of the same material (for example, PTFE), the dielectric constant of the feeding coaxial line 71 and the dielectric constant of the TE11 mode reflection structure 79 are the same. Thus, the reflection loss is reduced and the processing becomes easy.

さらに、図13に示すように、同軸線路71の内導体71Aおよび外導体71Bの径が連続的に変化し、同軸線路71からTE11モード反射構造79に遷移する境界部分に、同軸線路71とTE11モード反射構造79との中間的な特性を持つ遷移領域が設けられる。   Further, as shown in FIG. 13, the diameters of the inner conductor 71A and the outer conductor 71B of the coaxial line 71 are continuously changed, and the coaxial line 71 and the TE11 are changed to a boundary portion where the coaxial line 71 changes to the TE11 mode reflection structure 79. A transition region having intermediate characteristics with the mode reflection structure 79 is provided.

また、給電用の同軸線路71においてTE11モードのカットオフ周波数が25.9GHzであるのに対し、TE11モード反射構造79でのTE11モードのカットオフ周波数が54.4GHzと高くなるようにしているため、給電用の同軸線路71では、TE11モードが伝搬可能な26GHz〜54.4GHzにおいて、TE11モードの反射率はほぼ1となっている。   Further, the cutoff frequency of the TE11 mode in the feeding coaxial line 71 is 25.9 GHz, whereas the cutoff frequency of the TE11 mode in the TE11 mode reflection structure 79 is set to be as high as 54.4 GHz. In the feeding coaxial line 71, the reflectance of the TE11 mode is almost 1 at 26 GHz to 54.4 GHz in which the TE11 mode can propagate.

また、図13に示した指向性可変アンテナでは、実効的な誘電率εrが2.0、54.4GHz以下の周波数ではTE11モードの波長λが5mm以上となるので、上述の式1の関係を満たすように、TE11モード反射構造79と電界分布変化手段との間の長さLを1.5mmと短くした構成となっている。   Further, in the variable directivity antenna shown in FIG. 13, the effective dielectric constant εr is 2.0 and the wavelength λ of the TE11 mode is 5 mm or more at a frequency of 54.4 GHz or less. The length L between the TE11 mode reflecting structure 79 and the electric field distribution changing means is shortened to 1.5 mm so as to satisfy the condition.

以上説明したように、本発明の第4の実施の形態に係る指向性可変アンテナは、同軸線路71からTE11モード反射構造79に遷移する境界部分に、同軸線路71とTE11モード反射構造79との中間的な特性を持つ遷移領域が設けられるため、TEMモードに対する反射率を低減することができる。   As described above, the variable directivity antenna according to the fourth embodiment of the present invention has the boundary between the coaxial line 71 and the TE11 mode reflection structure 79 at the boundary where the coaxial line 71 transitions to the TE11 mode reflection structure 79. Since a transition region having intermediate characteristics is provided, the reflectance for the TEM mode can be reduced.

以上、本発明の実施の形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上述した本発明の実施の形態で説明した形状、その他の要素との組合わせなどの要件に本発明が限定されるものでは決してない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。   The present invention has been described above based on the embodiment of the present invention. However, the present invention is limited to requirements such as the shape described in the above-described embodiment of the present invention and the combination with other elements. It is never a thing. With respect to these points, the present invention can be changed within a range that does not detract from the gist of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

なお、本発明の実施の形態に係る指向性可変アンテナを具備したパソコンや携帯機器などの情報機器は、無指向性アンテナと同程度の小型化が可能であり、小型の情報端末に特に有用である。   Note that an information device such as a personal computer or a portable device equipped with a directional variable antenna according to an embodiment of the present invention can be as small as an omnidirectional antenna, and is particularly useful for a small information terminal. is there.

特許文献1における従来の指向性可変アンテナを説明するための図The figure for demonstrating the conventional directivity variable antenna in patent document 1 特許文献2における従来の指向性可変アンテナを説明するための図The figure for demonstrating the conventional directivity variable antenna in patent document 2 特許文献3における従来の指向性可変アンテナを説明するための図The figure for demonstrating the conventional directivity variable antenna in patent document 3 非特許文献1における従来の指向性可変アンテナを説明するための図The figure for demonstrating the conventional directivity variable antenna in a nonpatent literature 1. 従来の指向性可変アンテナの反射損特性について説明するための図The figure for demonstrating the reflection loss characteristic of the conventional variable directivity antenna 従来の指向性可変アンテナの特性を示す図The figure which shows the characteristic of the conventional directivity variable antenna 本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナの概略図Schematic diagram of a variable directivity antenna according to a first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナのスイッチの一例を示す図The figure which shows an example of the switch of the directivity variable antenna which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナの反射損特性について説明するための図The figure for demonstrating the reflection loss characteristic of the directivity variable antenna which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態に係る指向性可変アンテナの指向性について説明するための図The figure for demonstrating the directivity of the directivity variable antenna which concerns on the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図Sectional drawing of the directivity variable antenna which concerns on the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第3の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図Sectional drawing of the directivity variable antenna which concerns on the 3rd Embodiment of this invention 本発明の第4の実施の形態に係る指向性可変アンテナの断面図Sectional drawing of the directivity variable antenna which concerns on the 4th Embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

10 放射素子
11 反射素子
12 中央駆動素子
13 接地導体
14 パラスティック素子
15 接地導体
20、70 ディスコーンアンテナ
21、71 同軸線路
21A、71A 内導体
21B、71B 外導体
22、72 放射器
23、73 地板
24、74 短絡線
75 スイッチ
75C キャパシタ
75D PINダイオード
75L インダクタ
75R 抵抗
76、77、78、79 TE11モード反射構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Radiation element 11 Reflection element 12 Central drive element 13 Ground conductor 14 Parasitic element 15 Ground conductor 20, 70 Discone antenna 21, 71 Coaxial line 21A, 71A Inner conductor 21B, 71B Outer conductor 22, 72 Radiator 23, 73 Ground plane 24, 74 Short-circuit wire 75 Switch 75C Capacitor 75D PIN diode 75L Inductor 75R Resistor 76, 77, 78, 79 TE11 mode reflection structure

Claims (11)

同軸線路と接続された無指向性のアンテナ素子と、
前記同軸線路の電界分布を変化させる電界分布変化手段と、
前記電界分布変化手段から前記アンテナ素子に向かう方向とは反対側の前記同軸線路に、TE11モードを含む高次モードの電磁波を反射する反射手段とを備えたことを特徴とする指向性可変アンテナ。
An omnidirectional antenna element connected to the coaxial line;
Electric field distribution changing means for changing the electric field distribution of the coaxial line;
A variable directivity antenna, comprising: a reflection unit configured to reflect an electromagnetic wave of a higher order mode including a TE11 mode on the coaxial line opposite to a direction from the electric field distribution changing unit toward the antenna element.
前記反射手段においては、TEMモードに対する反射率が第1の定数以下であって、TE11モードに対する反射率が第2の定数以上であることを特徴とする請求項1に記載の指向性可変アンテナ。   2. The variable directivity antenna according to claim 1, wherein the reflection means has a reflectivity for the TEM mode that is equal to or less than a first constant and a reflectivity for the TE11 mode that is equal to or greater than a second constant. 前記反射手段は、前記同軸線路を構成する内導体の径、前記同軸線路を構成する外導体の径、および前記内導体と前記外導体との間の誘電率を含む構造パラメータが調節されて形成されている反射構造であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の指向性可変アンテナ。   The reflecting means is formed by adjusting structural parameters including a diameter of an inner conductor constituting the coaxial line, a diameter of an outer conductor constituting the coaxial line, and a dielectric constant between the inner conductor and the outer conductor. The variable directivity antenna according to claim 1, wherein the directional variable antenna is a reflective structure. 前記反射構造を形成する前記同軸線路のTE11モードのカットオフ周波数は、前記反射構造でない前記同軸線路のTE11モードのカットオフ周波数より高いことを特徴とする請求項3に記載の指向性可変アンテナ。   The directional variable antenna according to claim 3, wherein a cutoff frequency of the TE11 mode of the coaxial line forming the reflective structure is higher than a cutoff frequency of the TE11 mode of the coaxial line that is not the reflective structure. 前記反射構造を形成する前記同軸線路の内導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の内導体の径とが同じであることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の指向性可変アンテナ。   5. The directivity according to claim 3, wherein the diameter of the inner conductor of the coaxial line forming the reflective structure is the same as the diameter of the inner conductor of the coaxial line that is not the reflective structure. Variable antenna. 前記反射構造を形成する前記同軸線路の外導体の径と、前記反射構造でない前記同軸線路の外導体の径とが同じであることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の指向性可変アンテナ。   5. The directivity according to claim 3, wherein a diameter of the outer conductor of the coaxial line that forms the reflective structure is the same as a diameter of the outer conductor of the coaxial line that is not the reflective structure. Variable antenna. 前記反射構造を形成する前記同軸線路の前記誘電率と、前記反射構造でない前記同軸線路の前記誘電率とが同じであることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の指向性可変アンテナ。   5. The variable directivity antenna according to claim 3, wherein the dielectric constant of the coaxial line forming the reflective structure is the same as the dielectric constant of the coaxial line that is not the reflective structure. . 前記同軸線路の誘電率をεr、TE11モードにおいて前記同軸線路を伝搬可能な周波数に対応する波長をλとしたときに、前記反射構造と前記電界分布変化手段との長さをLが、下記式を満たすことを特徴とする請求項3から請求項7までの何れかに記載の指向性可変アンテナ。
Figure 2007221320
When the dielectric constant of the coaxial line is εr and the wavelength corresponding to the frequency that can propagate through the coaxial line in the TE11 mode is λ, the length of the reflection structure and the electric field distribution changing means is L, The directional variable antenna according to any one of claims 3 to 7, wherein:
Figure 2007221320
前記同軸線路の内導体または外導体の径のうち少なくとも1つの径が連続的に変化して前記反射構造が形成されることを特徴とする請求項3から請求項8までの何れかに記載の指向性可変アンテナ。   9. The reflection structure according to claim 3, wherein at least one of the diameters of the inner conductor and the outer conductor of the coaxial line is continuously changed to form the reflection structure. 10. Directional variable antenna. 前記電界分布変化手段は、前記同軸線路を構成する内導体と外導体との一部を短絡して前記同軸線路の電界分布を変化させることを特徴とする請求項1から請求項9までの何れかに記載の指向性可変アンテナ。   The electric field distribution changing means changes the electric field distribution of the coaxial line by short-circuiting a part of the inner conductor and the outer conductor constituting the coaxial line. The directional variable antenna according to the above. 請求項1から請求項10までの何れかに記載の指向性可変アンテナを具備することを特徴とする情報機器。   An information device comprising the variable directivity antenna according to any one of claims 1 to 10.
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