JP2008061085A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、指向性を電気的に制御するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device that electrically controls directivity.
主に屋内で利用される無線通信システムとして無線LANがある。無線通信システムが屋内で用いられる場合、部屋の構造物や什器等によって、電波の反射や散乱、回折が生じたり、電波の伝搬路が遮蔽されることがある。さらに、人や物の移動によって電波のフェージング環境が変化することがある。これらは通信品質の劣化の要因となるため、このような無線通信システムでは、フェージングによる影響を低減することのできるアンテナの利用が望ましい。 There is a wireless LAN as a wireless communication system mainly used indoors. When a wireless communication system is used indoors, reflection, scattering, or diffraction of radio waves may occur or the propagation path of radio waves may be shielded by room structures or furniture. Furthermore, the fading environment of radio waves may change due to movement of people or objects. Since these cause degradation of communication quality, it is desirable to use an antenna that can reduce the influence of fading in such a wireless communication system.
フェージングによる影響を低減できるアンテナとして、フェーズドアレーアンテナが知られている。フェーズドアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を有するサブアレーアンテナと、サブアレーアンテナ毎に接続された可変移相器及び可変振幅調整器(可変利得増幅器又は可変減衰器)を備える。各サブアレーアンテナのアンテナ素子は、移相器によって制御された位相で、可変振幅調整器によって調整された振幅の電波を出力するため、フェーズドアレーアンテナは所望の指向性を実現できる。しかし、このフェーズドアレーアンテナは、サブアレーアンテナ毎に移相器及び可変振幅調整器を備えるため、構成が複雑かつ大型である。また、製造コストが高い。 A phased array antenna is known as an antenna that can reduce the influence of fading. The phased array antenna includes a subarray antenna having a plurality of antenna elements, and a variable phase shifter and a variable amplitude adjuster (variable gain amplifier or variable attenuator) connected to each subarray antenna. Since the antenna element of each sub-array antenna outputs a radio wave having an amplitude adjusted by the variable amplitude adjuster with a phase controlled by the phase shifter, the phased array antenna can realize a desired directivity. However, since this phased array antenna includes a phase shifter and a variable amplitude adjuster for each subarray antenna, the configuration is complicated and large. Moreover, the manufacturing cost is high.
特許文献1に記載された発明は、構成が単純であって製造コストが低い、指向性を制御可能なアレーアンテナ装置を提供することを目的としている。このアレーアンテナ装置は、図12に示すように、中心に配置された第1のアンテナ素子と、第1のアンテナ素子から等距離で互いに等間隔をもって配列された複数の第2のアンテナ素子群と、第1のアンテナ素子への給電の位相を変化させる移相器5と、移相器5を制御する移相制御器6と、複数の第2のアンテナ素子に接続され、隣り合う第2のアンテナ素子同士で所定の位相差をもって、第2のアンテナ素子の各々に給電する給電器7と、移相器5と給電器7に接続され、移相器5及び給電器7への電力の分配又は移相器5及び給電器7からの電力の合成を行う分配/合成器8とを備える。このアレーアンテナ装置では、移相器5が第1のアンテナ素子の励振位相を変化させることにより、アレーアンテナ装置の指向性を変化させる。
An object of the invention described in Patent Document 1 is to provide an array antenna device having a simple configuration and low manufacturing cost and capable of controlling directivity. As shown in FIG. 12, the array antenna apparatus includes a first antenna element arranged at the center, and a plurality of second antenna element groups arranged at equal distances from the first antenna element at equal intervals. , A
上記説明したアレーアンテナ装置は、フェーズドアレーアンテナと比較すると移相器の数は少ないものの、第1のアンテナ素子に接続される移相器5は必要であり、第2のアンテナ素子の各々に給電する給電器7も必要である。また、上記説明したアレーアンテナ装置は、励振するアンテナ素子の位相差を利用しているため、利用できる周波数が限られる。このため、対応可能な周波数帯域が狭い。
Although the array antenna apparatus described above has a smaller number of phase shifters than the phased array antenna, the
本発明の目的は、広い周波数帯域で指向性を制御できる、構成が単純なアンテナ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an antenna device with a simple configuration that can control directivity in a wide frequency band.
本発明は、第1のアンテナ素子と、複数の第2のアンテナ素子と、給電点からの信号経路を、前記第1のアンテナ素子に通ずる第1の経路と、前記複数の第2のアンテナ素子に通ずる第2の経路とに分配する分配部と、前記複数の第2のアンテナ素子の一部を選択して、当該選択した第2のアンテナ素子と前記分配部とを接続する切替部と、を備え、前記複数の第2のアンテナ素子に含まれる互いに隣接した2つの第2のアンテナ素子は、当該2つの第2のアンテナ素子のそれぞれと前記第1のアンテナ素子を結ぶ2本の直線が180度及び360度以外の所定の角度で交わるよう配置されたアンテナ装置を提供する。 The present invention includes a first antenna element, a plurality of second antenna elements, a first path that connects a signal path from a feeding point to the first antenna element, and the plurality of second antenna elements. A distribution unit that distributes to a second path that communicates with the switch, a switching unit that selects a part of the plurality of second antenna elements and connects the selected second antenna element and the distribution unit; The two second antenna elements adjacent to each other included in the plurality of second antenna elements have two straight lines connecting each of the two second antenna elements and the first antenna element. Provided is an antenna device arranged to intersect at a predetermined angle other than 180 degrees and 360 degrees.
上記アンテナ装置では、前記複数の第2のアンテナ素子は、前記第1のアンテナ素子からそれぞれ等距離に配置される。 In the antenna device, the plurality of second antenna elements are arranged at an equal distance from the first antenna element.
上記アンテナ装置では、前記所定の角度は90度又は270度である。 In the antenna device, the predetermined angle is 90 degrees or 270 degrees.
上記アンテナ装置では、前記第1のアンテナ素子及び前記複数の第2のアンテナ素子は同一平面上に配置される。 In the antenna device, the first antenna element and the plurality of second antenna elements are arranged on the same plane.
本発明に係るアンテナ装置によれば、移送器を備えていないため、広い周波数帯域で指向性を制御でき、構成も単純である。 According to the antenna device of the present invention, since no transfer device is provided, directivity can be controlled in a wide frequency band, and the configuration is simple.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図である。図2は、第1の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図である。図3は、第1の実施形態のアンテナ装置のブロック図である。図1及び図2に示すように、第1の実施形態のアンテナ装置は、第1のアンテナ素子11と、2つの第2のアンテナ素子13a,13bとを備える。第1のアンテナ素子11及び2つの第2のアンテナ素子13a,13bは、半波長ダイポールアンテナである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the arrangement of antenna elements included in the antenna device of the first embodiment. FIG. 2 is a top view showing the arrangement of antenna elements included in the antenna device of the first embodiment. FIG. 3 is a block diagram of the antenna device of the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the antenna device of the first embodiment includes a
第2のアンテナ素子13a,13bは、第1のアンテナ素子11を中心とした半径がλ/2の円の円周上に配置されている。すなわち、第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子13aとの間隔及び第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子13bとの間隔はどちらもλ/2であり等しい。また、第2のアンテナ素子13a,13bは、第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子13aを結ぶ直線と第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子13bを結ぶ直線とが直交するよう配置されている。
The
本実施形態のアンテナ装置は、第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子13a,13bに加えて、分配部15とスイッチ部17とを備える。分配部15は、給電点19から入力された高周波信号を2つに分配する。なお、分配比率は1:1である。分配部15で分配された一方の高周波信号は第1のアンテナ素子11に供給され、もう一方の高周波信号はスイッチ部17に供給される。スイッチ部17は、第2のアンテナ素子13a,13bのいずれかを選択して、当該選択した第2のアンテナ素子と分配部15とを接続する。このため、スイッチ部17に供給された高周波信号は、当該選択した第2のアンテナ素子に供給される。なお、スイッチ部17による第2のアンテナ素子の選択は、図示しない制御部によって制御される。
The antenna device of the present embodiment includes a
図4及び図5は、本実施形態のアンテナ装置の水平面(図1中のXY面)における指向特性図である。図4は第2のアンテナ素子13aが選択された際の指向特性図であり、図5は第2のアンテナ素子13bが選択された際の指向特性図である。第2のアンテナ素子13aが選択されたとき、第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子13aから高周波信号が放射される。第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子13aから放射された高周波信号は、図2に示すX方向では互いに強め合い、図2に示すY方向では互いに弱め合う。その結果、図4に示すように、第2のアンテナ素子13aが選択された際の指向性はX方向に強く、Y方向に弱い特性となる。なお、このときの電力半値角は約50度である。
4 and 5 are directional characteristics diagrams on the horizontal plane (XY plane in FIG. 1) of the antenna device of the present embodiment. FIG. 4 is a directivity characteristic diagram when the
一方、第2のアンテナ素子13bが選択されたとき、第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子13bから高周波信号が放射される。第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子13bから放射された高周波信号は、X方向では互いに弱め合い、Y方向では互いに強め合う。その結果、図5に示すように、第2のアンテナ素子13bが選択された際の指向性はX方向に弱く、Y方向に強い特性となる。なお、このときの電力半値角は約50度である。
On the other hand, when the
このように、第1のアンテナ素子11から放射された高周波信号と第2のアンテナ素子から放射された高周波信号は互いに影響し合い、第2のアンテナ素子の配置に応じてXY面の指向性が変化する。本実施形態のように、異なる指向性を選択的に実現するためには、第2のアンテナ素子13a,13bのそれぞれと第1のアンテナ素子11を結ぶ2本の直線が180度又は360度以外の所定の角度(本実施形態では90度)で交わるよう、第2のアンテナ素子13a,13bが配置されている必要がある。
Thus, the high-frequency signal radiated from the
以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置によれば、高周波信号を供給する第2のアンテナ素子を切り替えると、水平面における指向性が変化する。第2のアンテナ素子の切り替えは、スイッチ部17を制御することによって行われる。このように、本実施形態のアンテナ装置は移相器を備える必要がない。したがって、指向性を制御可能なアンテナ装置を簡単な構成で実現できるため、アンテナ装置を小型化できる。また、簡単な構成であるため製造コストを低減できる。また、本実施形態のアンテナ装置では、アンテナ素子に信号を供給する際に位相を変化させる必要がないため、アンテナ素子単体の周波数特性をそのまま利用できる。このため、広い周波数帯域に対応することができる。
As described above, according to the antenna device of the present embodiment, the directivity in the horizontal plane changes when the second antenna element that supplies a high-frequency signal is switched. Switching of the second antenna element is performed by controlling the
なお、本実施形態では、第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子13a,13bとの間隔をλ/2を例に説明したが、これら間隔は等距離であればλ/2に限らない。
In the present embodiment, the distance between the
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す斜視図である。図7は、第2の実施形態のアンテナ装置が有するアンテナ素子の配置を示す上面図である。第2の実施形態のアンテナ装置が第1の実施形態のアンテナ装置と異なる点は、第2のアンテナ素子の配置である。この点以外は第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing the arrangement of antenna elements included in the antenna device of the second embodiment. FIG. 7 is a top view showing the arrangement of antenna elements included in the antenna device of the second embodiment. The antenna device of the second embodiment is different from the antenna device of the first embodiment in the arrangement of the second antenna element. Except for this point, the second embodiment is the same as the first embodiment.
第2の実施形態のアンテナ装置は、第1の実施形態と同様の第1のアンテナ素子11と、2つの第2のアンテナ素子23a,23bとを備える。第2のアンテナ素子23aは第1のアンテナ素子11からλ/2の位置に配置され、第2のアンテナ素子23bは第1のアンテナ素子11から2λ/5の位置に配置されている。また、第2のアンテナ素子23a,23bは、第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子23aを結ぶ直線と第1のアンテナ素子11と第2のアンテナ素子23bを結ぶ直線とが直交するよう配置されている。
The antenna device of the second embodiment includes a
図8及び図9は、本実施形態のアンテナ装置の水平面(図6中のXY面)における指向特性図である。図8は第2のアンテナ素子23aが選択された際の指向特性図であり、図9は第2のアンテナ素子23bが選択された際の指向特性図である。第2のアンテナ素子23aが選択されたとき、第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子23aから高周波信号が放射される。このときの指向性は図7に示すX方向では互いに強め合い、図7に示すY方向では互いにやや弱め合う。その結果、図8に示すように、第2のアンテナ素子23aが選択された際の指向性はX方向に強く、Y方向にやや弱い特性となる。なお、このときの電力半値角は約80度である。
8 and 9 are directional characteristics diagrams on the horizontal plane (XY plane in FIG. 6) of the antenna device of the present embodiment. FIG. 8 is a directivity characteristic diagram when the
一方、第2のアンテナ素子23bが選択されたとき、第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子23bから高周波信号が放射される。第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子23bから放射された高周波信号は、X方向では互いに弱め合い、Y方向では互いに強め合う。その結果、図9に示すように、第2のアンテナ素子23bが選択された際の指向性はX方向に弱く、Y方向に強い特性となる。なお、このときの電力半値角は約50度である。
On the other hand, when the
このように、第2のアンテナ素子の第1のアンテナ素子11からの距離に応じて電力半値角が変化する。例えば、Y方向に配置される第2のアンテナ素子の第1のアンテナ素子11からの距離を変えることによって、アンテナ装置のX方向の指向性における電力半値角が変化する。このため、第2のアンテナ素子の第1のアンテナ素子11からの距離を変えることによって、電力半値角を制御することができる。
Thus, the half-power angle changes according to the distance of the second antenna element from the
以上説明した第1及び第2の実施形態では、2つの第2のアンテナ素子のそれぞれと第1のアンテナ素子11を結ぶ2本の直線が直交する例を説明した。上述したように、異なる指向性を選択的に実現するためには、これら2本の直線は180度又は360度以外の所定の角度で交わるよう第2のアンテナ素子が配置されている必要がある。このため、これら2本の直線が交差する角度は直角に限られず、例えば図10及び図11に示すように、105度であっても良い。
In the first and second embodiments described above, an example in which two straight lines connecting each of the two second antenna elements and the
また、第1及び第2の実施形態では、第1のアンテナ素子11及び第2のアンテナ素子13a,13b,23a,23bとして半波長ダイポールアンテナを例に説明したが、モノポールアンテナやスリーブアンテナ等の線状アンテナであっても良い。さらに、第2のアンテナ素子の数が2つの場合を例に説明したが、3つ以上であっても良い。3つ以上の第2のアンテナ素子を備える場合、スイッチ部17によって選択され分配器15に接続される第2のアンテナ素子は1つに限らず、複数であっても良い。但し、全ての第2のアンテナ素子を分配器15に接続する形態を除く。またこの場合、複数の第2のアンテナ素子を複数のグループに分けてグループ単位でスイッチ部17によって切り替えても良い。
In the first and second embodiments, half-wave dipole antennas have been described as examples of the
本発明に係るアンテナ装置は、広い周波数帯域で指向性を電気的に制御できるアンテナ等として有用である。 The antenna device according to the present invention is useful as an antenna that can electrically control directivity in a wide frequency band.
11 第1のアンテナ素子
13a,13b,23a,23b 第2のアンテナ素子
15 分配部
17 スイッチ部
11
Claims (4)
複数の第2のアンテナ素子と、
給電点からの信号経路を、前記第1のアンテナ素子に通ずる第1の経路と、前記複数の第2のアンテナ素子に通ずる第2の経路とに分配する分配部と、
前記複数の第2のアンテナ素子の一部を選択して、当該選択した第2のアンテナ素子と前記分配部とを接続する切替部と、を備え、
前記複数の第2のアンテナ素子に含まれる互いに隣接した2つの第2のアンテナ素子は、当該2つの第2のアンテナ素子のそれぞれと前記第1のアンテナ素子を結ぶ2本の直線が180度及び360度以外の所定の角度で交わるよう配置されたことを特徴とするアンテナ装置。 A first antenna element;
A plurality of second antenna elements;
A distribution unit that distributes a signal path from a feeding point to a first path that communicates with the first antenna element and a second path that communicates with the plurality of second antenna elements;
A switching unit that selects a part of the plurality of second antenna elements and connects the selected second antenna element and the distribution unit;
The two second antenna elements adjacent to each other included in the plurality of second antenna elements are 180 degrees with two straight lines connecting each of the two second antenna elements and the first antenna element. An antenna device arranged to intersect at a predetermined angle other than 360 degrees.
前記複数の第2のアンテナ素子は、前記第1のアンテナ素子からそれぞれ等距離に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
The plurality of second antenna elements are arranged equidistant from the first antenna element, respectively.
前記所定の角度は90度又は270度であることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
The antenna apparatus according to claim 1, wherein the predetermined angle is 90 degrees or 270 degrees.
前記第1のアンテナ素子及び前記複数の第2のアンテナ素子は同一平面上に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
The antenna device, wherein the first antenna element and the plurality of second antenna elements are arranged on the same plane.
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JP2006237625A JP2008061085A (en) | 2006-09-01 | 2006-09-01 | Antenna |
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