JP2009246460A - Microstrip antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクタンス可変回路を備えるマイクロストリップアンテナに関する。 The present invention relates to a microstrip antenna including a reactance variable circuit.
従来、パッチ型のマイクロストリップアンテナとして、アンテナの放射主軸に対して直角であって、相互に直交するP軸・Q軸の軸線上の方向に1個または複数個の線状もしくは帯状の非励振素子をパッチ周縁の外側に近接して設け、パッチの共振モードの方向をP軸とし、前記P軸線上の方向に設けた非励振素子は誘電体基板に垂直な素子であり、前記Q軸線上の方向に設けた非励振素子は、誘電体基板面に平行して誘電体基板面から離して、P軸方向に延在して配置した水平な素子もしくは前記水平素子の中心を誘電体基板面に接地したT型の素子であることを特徴とするマイクロストリップアンテナが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a patch-type microstrip antenna, one or a plurality of linear or strip-like non-excitations are perpendicular to the antenna main axis and orthogonal to each other on the P-axis and Q-axis. The element is provided close to the outer periphery of the patch, the resonance mode direction of the patch is P-axis, and the non-excitation element provided in the direction on the P-axis is an element perpendicular to the dielectric substrate, and is on the Q-axis. The non-excited element provided in the direction of is parallel to the dielectric substrate surface and is separated from the dielectric substrate surface and extends in the P-axis direction or the center of the horizontal element is the dielectric substrate surface. There is known a microstrip antenna characterized in that it is a T-type element grounded on the ground (see, for example, Patent Document 1).
一方、アンテナの指向性を制御可能なアンテナ構造体として、給電素子と少なくとも1本の無給電素子とが所定の間隔をおいて配置され、それらの素子がループ型若しくは逆F型からなるとともに、無給電素子は、可変リアクタンス素子を含み、電気長が変更できる構成とされていることを特徴とするアンテナ構造体が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、マイクロストリップアンテナにおいて、非励振素子に接続されたリアクタンス可変回路によってリアクタンスを変えることによってアンテナの指向性を制御する場合、リアクタンス可変回路の設置場所によっては、マイクロストリップアンテナが全体として大きくなり、マイクロストリップアンテナを採用することによる小型化のメリットを生かすことができない。 However, in the microstrip antenna, when the directivity of the antenna is controlled by changing the reactance by the reactance variable circuit connected to the non-excitation element, depending on the installation location of the reactance variable circuit, the microstrip antenna becomes large as a whole, It is not possible to take advantage of the miniaturization of the microstrip antenna.
そこで、本発明は、小型の指向性制御可能なマイクロストリップアンテナの提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a small microstrip antenna capable of directivity control.
上記目的を達成するため、本発明に係るマイクロストリップアンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板に設けられたパッチと、
前記パッチの縁部の外側に設けられ、前記誘電体基板に対して垂直方向に間隔を空けて設けられた、ダイポール型の導波器又は反射器を構成する一対の非励振素子と、
前記一対の非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路とを備える、マイクロストリップアンテナであって、
前記リアクタンス可変回路が、前記一対の非励振素子に挟まれる中間部位と前記誘電体基板との間に設けられた部材に取り付けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a microstrip antenna according to the present invention includes:
A dielectric substrate;
A patch provided on the dielectric substrate;
A pair of non-excited elements constituting a dipole-type director or reflector, provided outside the edge of the patch and spaced apart in a direction perpendicular to the dielectric substrate;
A reactance variable circuit connected to the pair of non-excitation elements, and a microstrip antenna,
The reactance variable circuit is attached to a member provided between an intermediate portion sandwiched between the pair of non-excitation elements and the dielectric substrate.
ここで、前記一対の非励振素子の一方の素子である第1の非励振素子の前記中間部位側の第1の端部を通る仮想面であって前記誘電体基板に垂直な第1の仮想面と、前記一対の非励振素子の他方の素子である第2の非励振素子の前記中間部位側の第2の端部を通る仮想面であって前記誘電体基板に垂直な第2の仮想面と、の間に挟まれる範囲内で、前記リアクタンス可変回路が前記部材に取り付けられると好適である。 Here, a first virtual plane that passes through a first end portion on the intermediate portion side of the first non-excitation element, which is one element of the pair of non-excitation elements, is perpendicular to the dielectric substrate. A second virtual plane perpendicular to the dielectric substrate and passing through the second end of the second non-excitation element, which is the other element of the pair of non-excitation elements, on the intermediate portion side It is preferable that the reactance variable circuit is attached to the member within a range sandwiched between the members.
また、前記リアクタンス可変回路が、前記第1の非励振素子と前記第2の非励振素子にそれぞれ設定され、
前記第1の非励振素子に第1のリアクタンス可変回路が接続され、前記第2の非励振素子に第2のリアクタンス可変回路が接続されると好適である。また、前記リアクタンス可変回路が、前記部材の前記誘電体基板に垂直な取付面に取り付けられると好適である。さらに、前記取付面の垂線方向は、前記一対の非励振素子の延伸方向又は該延伸方向に垂直な方向と一致すると好ましい。
The reactance variable circuit is set to each of the first non-excitation element and the second non-excitation element,
It is preferable that a first reactance variable circuit is connected to the first non-excitation element, and a second reactance variable circuit is connected to the second non-excitation element. In addition, it is preferable that the reactance variable circuit is attached to an attachment surface of the member perpendicular to the dielectric substrate. Furthermore, it is preferable that the perpendicular direction of the mounting surface coincides with the extending direction of the pair of non-excitation elements or the direction perpendicular to the extending direction.
本発明によれば、指向性制御可能なマイクロストリップアンテナを小型化することができる。 According to the present invention, a microstrip antenna capable of directivity control can be reduced in size.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図1は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ100の構成図である。マイクロストリップアンテナ100は、その指向性を電気的に制御可能なエスパーアンテナである。マイクロストリップアンテナ100は、誘電体基板1と、誘電体基板1の表面に設けられた方形のパッチ(導体)3と、パッチ3の4辺のうちの一つである辺3dの外側に設けられダイポール型の導波器を構成する一対の非励振素子10a,10bと、パッチ3の辺3dに対向する辺3cの外側に設けられダイポール型の導波器を構成する一対の非励振素子20a,20bと、一対の非励振素子10a,10bに電気的に結合されるリアクタンス可変回路(垂直部材14に取り付け)と、一対の非励振素子20a,20bに電気的に結合されるリアクタンス可変回路(垂直部材24に取り付け)とを備える。なお、図1において、X方向及びY方向は、誘電体基板1の表面(パッチ3の表面)に平行な方向であり、互いに直交する方向である。すなわち、X方向及びY方向は、パッチ3の放射主軸の方向(Z方向)に対して直角である。図1の場合、Y方向はパッチ3の辺3d(3c)に平行な方向であり、X方向は辺3d(3c)に垂直な方向である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a
誘電体基板1の表面にはパッチ3が形成され、誘電体基板1の裏面には銅箔等の導電材によって導電性の地板2が形成されている。放射素子であるパッチ3への給電は、誘電体基板1の裏面側から行われ、4はその給電点である。給電点4は、例えば、誘電体基板1の表面側と裏面側とを結ぶピン構造をしている。給電点4及びそのピンは、地板2には電気的に接続されていない。すなわち、誘電体基板1の裏側の給電部は、その裏側の給電部の僅かな周囲を除いて、導電材で覆われている。給電点4は、Y方向ではパッチ3の中心に位置し、X方向ではパッチ3の一方の辺側にずれて位置する(図1では、辺3d側にずれている)。したがって、X方向が、共振電流が流れる方向であって、共振モードの方向である。
A patch 3 is formed on the front surface of the
非励振素子10a,10b及び非励振素子20a,20bは、線状又は帯状の素子であって、放射器であるパッチ3との間で電磁界結合が取れる位置に配置される。例えば、非励振素子10a,10b及び非励振素子20a,20bは、パッチ3の中心から互いに等距離に位置する。具体例を挙げれば、電磁波の波長をλとすると、非励振素子10a,10bとパッチ10の縁部である辺3dとのX方向の間隔は、0.05λ以上0.5λ以下に設定され、非励振素子10a,10bと誘電体基板1とのZ方向の間隔は、0.1λ以上0.2λ以下に設定されるとよい。非励振素子20a,20bについても同様である。
The non-exciting
非励振素子10a,10bは、誘電体などから形成された台座11の表面上に設けられている。非励振素子10a,10bは、誘電体基板1の表面に平行且つ一定の間隔を空けながら、Y方向に互いに反対向きに延伸している。また、非励振素子10a,10bを誘電体基板1から離して所定の位置に安定して設置するためのスペーサ12a,12bが設けられている。また、スペーサ12a,12bは、台座11を固定する。なお、非励振素子20a,20b及びその周辺構造は、図1に示されるように、非励振素子10a,10bと同様であるため、説明を省略する。以下でも、同様の理由により、説明を省略する場合がある。
The
図2は、非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路の一例である。非励振素子は、リアクタンス可変回路と接続することにより、指向性を可変することができる。非励振素子10aと10bのそれぞれに、このリアクタンス可変回路Xが設けられる。リアクタンス可変回路Xは、抵抗51、第1の誘導素子53、第2の誘導素子55の順番で入力端子dcから出力端子RFに向けて直列に接続され、抵抗51と第1の誘導素子53との中間点と接地点との間に容量素子52が設けられ、第1の誘導素子53と第2の誘導素子55との中間点と接地点との間にバラクタ54が設けられた、回路である。リアクタンス可変回路Xは、入力端子dcから入力される直流電圧値に応じてバラクタ54の特性を変位させることで、リアクタンスを変化させる回路である。出力端子RFが非励振素子に接続される。このリアクタンスの値に応じて、一対の非励振素子は導波器になるため(又は、反射器になるため)、マイクロストリップアンテナ100の指向性を変化させることができる。
FIG. 2 is an example of a reactance variable circuit connected to a non-excitation element. A non-excitation element can change directivity by connecting with a reactance variable circuit. The reactance variable circuit X is provided in each of the
図3は、リアクタンス可変回路Xの配置についての説明図である。図3は、一対の非励振素子が台座に取り付けられた4つの構成例A〜Dを示している。(a*)と(b*)は表裏の関係にあり、(a*)は表面側から見た図であり、(b*)は裏面側から見た図である。Aは、通常のダイポール型の導波器である。Bは、Aの構成にリアクタンス可変回路Xを追加した導波器である。台座51の表面上にリアクタンス可変回路Xを追加すると、非励振素子の全長B2が長くなり、パッチ3の一辺の長さよりも長くなり得る。すなわち、ダイポール型の導波器は、Aのようにλ/4素子を互いに少し間隔A1を空けて配置されるが、間隔A1にリアクタンス可変回路Xが介在することによって、Bのようにλ/4素子同士が離れ(A1<A2)、指向性やインピーダンス特性に影響を与えてしまうおそれがある。また、Cのように、台座51の裏側にリアクタンス可変回路Xを設置する構成も考えられるが、λ/4素子の直下にリアクタンス可変回路Xが存在するため、アンテナの放射の妨害となり得る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the arrangement of the reactance variable circuit X. FIG. 3 shows four configuration examples A to D in which a pair of non-excitation elements are attached to a pedestal. (A *) and (b *) are in a front-back relationship, (a *) is a view from the front side, and (b *) is a view from the back side. A is a normal dipole-type waveguide. B is a director obtained by adding a reactance variable circuit X to the configuration of A. When the reactance variable circuit X is added on the surface of the
そこで、Dのように、一対の非励振素子10a,10bに挟まれた範囲内で台座11の裏側(誘電体基板1側)に、非励振素子10aに接続されるリアクタンス可変回路X1aと非励振素子10bに接続されるリアクタンス可変回路X1bとを設置する。このように設置することによって、指向性やインピーダンス特性に与える影響を抑え、通常のλ/2アンテナの特性が得られる。
Therefore, as shown in D, the reactance variable circuit X1a connected to the
図4は、リアクタンス可変回路Xの詳細な配置図である。リアクタンス可変回路Xは、垂直部材14に取り付けられる。例えば、垂直部材14は、一対の非励振素子10a,10bの延伸方向に対して垂直な方向に、非励振素子10aと10bに挟まれる中間部位13から延伸する部材である。垂直部材14は、誘電体基板1の表面に当接する。垂直部材14は、リアクタンス可変回路X又はリアクタンス可変回路Xが実装された回路基板を取り付け可能な取付平面を有している。当該取付平面は、例えば、誘電体基板1の表面に垂直な面である。
FIG. 4 is a detailed layout diagram of the reactance variable circuit X. The reactance variable circuit X is attached to the
図4(a)は、取付平面14aと取付平面14bの垂線方向が、非励振素子10a,10bの延伸方向に一致する場合を示している。図4(b)は、取付平面14cと取付平面14dの垂線方向が、非励振素子10a,10bの延伸方向に垂直な方向に一致する場合を示している(14dは、14cの反対面であるため、図上、不指示)。
FIG. 4A shows a case where the perpendicular direction of the mounting
図4(a)の場合、非励振素子10aに導線15aを介して接続されるリアクタンス可変回路X1aは取付平面14aに取り付けられ、非励振素子10bに導線15bを介して接続されるリアクタンス可変回路X1bは取付平面14bに取り付けられる。図4(b)の場合、非励振素子10aに導線15aを介して接続されるリアクタンス可変回路X1cは取付平面14cに取り付けられ、非励振素子10bに導線15bを介して接続されるリアクタンス可変回路X1dは取付平面14dに取り付けられる(X1dは、14cの反対面である取付平面14dに取り付けられるため、図上、不指示)。
In the case of FIG. 4A, the reactance variable circuit X1a connected to the
また、台座11の表面側に設置された非励振素子と台座11の裏側に設置されたリアクタンス可変回路は、台座11の貫通孔を通る導線を介して、互いに接続される。導線15aは、非励振素子10aの中間部位13側の端部10aaに接続される。導線15bは、非励振素子10bの中間部位13側の端部10bbに接続される。導線15aが接続される端部10aaを通る仮想面であって誘電体基板1の表面に垂直な仮想面P1と導線15bが接続される端部10bbを通る仮想面であって誘電体基板1の表面に垂直な仮想面P2との間に挟まれる空間内で、リアクタンス可変回路Xが垂直部材14の平面に取り付けられる。リアクタンス可変回路Xがこの空間内にあると、図3(C)の場合のようにアンテナの放射に妨害とならず、リアクタンス可変回路の配置によるアンテナの放射特性への影響を抑えることができる。また、図3(B)の場合に比べ、非励振素子の全長が長くなることを抑え、非励振素子同士が離れることによるアンテナの放射特性への影響を抑えることができる。
In addition, the non-excitation element installed on the front surface side of the
また、リアクタンス可変回路Xの構成部品(図2で示した誘導素子や容量素子やバラクタなどの構成部品)の取付平面からの高さが低い場合には、図4(a)のように配置しても、端部10aaと端部10bbとの間の延伸方向の距離を狭めることができる。また、リアクタンス可変回路Xの構成部品の取付平面からの高さが高い場合には、端部10aaと端部10bbとの間の距離が長くなってしまうので、図4(b)のように配置することによって、端部10aaと端部10bbとの間の延伸方向の距離を狭めることができる。 In addition, when the height of the component of the reactance variable circuit X (the component such as the inductive element, the capacitive element, and the varactor shown in FIG. 2) from the mounting plane is low, it is arranged as shown in FIG. However, the distance in the extending direction between the end 10aa and the end 10bb can be reduced. Further, when the height of the component of the reactance variable circuit X from the mounting plane is high, the distance between the end portion 10aa and the end portion 10bb becomes long, so that the arrangement as shown in FIG. By doing, the distance of the extending direction between edge part 10aa and edge part 10bb can be narrowed.
なお、図4では、仮想面P1及びP2の垂線方向が、非励振素子10a,10bの延伸方向と同一方向である場合を示している。理想的にはこの範囲内であるのがよいが、当該延伸方向と同一でない方向である場合の仮想面P1,P2に挟まれる空間内で、リアクタンス可変回路Xが垂直部材14の平面に取り付けられてもよい。
FIG. 4 shows a case where the perpendicular direction of the virtual planes P1 and P2 is the same direction as the extending direction of the
したがって、マイクロストリップアンテナ100は、リアクタンス可変回路を設けたとしても、小型化しやすく、良好なアンテナ特性を得ることができる。また、非励振素子の誘電率を上げなくても、非励振素子の必要な長さを確保して、有効な指向性誘導が可能となる。
Therefore, even if the
また、マイクロストリップアンテナ100は、特に、車外の通信設備や放送設備と送受信又は受信を無線でするための車載アンテナ装置としての使用に適している。地板2を有しているので、車両の外板に設置しやすい。この場合の車載アンテナ装置は、例えば、人や自転車などの自車周辺の障害物などを検知するためのアンテナとして使用されると好適である。また、車載アンテナ装置は、例えば、人や自転車などの自車周辺の障害物に関する検知情報や車両周辺情報、車両登録情報、音声情報、画像情報、通話情報、車車間通信情報、ETC用通信情報、テレビ放送波などのデータを受信又は送受信するために用いられると好適である。特に、マイクロ波やミリ波の周波数帯で使用されると好適であり、例えば、2.4GHz帯や5.8GHz帯での周波数帯での使用が可能である。
The
図5は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ200の構成図である。マイクロストリップアンテナ200は、方形のパッチ3の4辺全ての外側に、ダイポール型の導波器を構成する一対の非励振素子を備える。非励振素子30a,30bや非励振素子40a,40bについては、その周辺構造を含めた構造やパッチ3との配置関係が上述の実施例と同様に考えればよいため、説明を省略する。これによって、X方向の指向性制御に加えY方向の指向性も制御しやすくなり、指向性を360°の範囲で誘導できるようにすることができる。図5では、非励振素子30aと30bのいずれか一方に接続されるリアクタンス可変回路X3dが、垂直部材34の取付面であってY方向にその垂線が一致する取付面(図5の場合、取付面34d)に取り付けられているが、X方向にその垂線が一致する取付面に取り付けられてもよい。なお、リアクタンス可変回路X3dと異なるもう一つのリアクタンス可変回路が、リアクタンス可変回路X3dに接続される非励振素子と異なるもう一方の非励振素子に接続されて、垂直部材34に取り付けられている。非励振素子40aと40bのいずれか一方に接続されるリアクタンス可変回路X4cについても上記同様である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a
図6は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ300の構成図である。マイクロストリップアンテナ300は、X方向に配置された非励振素子の外側に(非励振素子に対してパッチ3と反対側に)λ/4型モノポール16,26を誘電体基板1の垂線方向に直立させて備えている。16,26を配置することによって、X方向の指向性の制御を更に強くすることができる。
FIG. 6 is a configuration diagram of a
図7は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ400の構成図である。マイクロストリップアンテナ400は、X方向に配置された非励振素子の外側に、λ/4相当のT型モノポール17,27を備えている。17,27を備えることによって、X方向の指向性を強くしつつ、図6の場合に比べ、マイクロストリップアンテナの低背化をすることが可能である。図6に例示の単純なモノポールでは、Z方向に長くなるので、マイクロストリップアンテナを覆うレドームの高さが高くなってしまうからである。また、逆F型アンテナ等の低背型の非励振素子を使用してもよい。
FIG. 7 is a configuration diagram of a
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述の実施例において、パッチ3への給電方式を、位相をずらした2点給電方式、又は縮退分離素子を使用した1点給電方式とすることによって、直線偏波に限らず、円偏波を制御することができる。 For example, in the above-described embodiment, the feeding method to the patch 3 is a two-point feeding method in which the phase is shifted, or a one-point feeding method using a degenerative separation element, so that the patch 3 is not limited to a linearly polarized wave. The waves can be controlled.
また、14などの垂直部材は、リアクタンス可変回路が取り付け可能な側面を有する多角柱でもよいし、円柱の側部を削って当該側面を形成した柱でもよい。また、リアクタンス可変回路を垂直部材に内蔵させてもよい。 Further, the vertical member such as 14 may be a polygonal column having a side surface to which the reactance variable circuit can be attached, or may be a column in which the side surface of the column is cut to form the side surface. Further, the reactance variable circuit may be built in the vertical member.
1 誘電体基板
2 地板
3 パッチ
4 給電点
10,20,30,40,50 非励振素子
11,21,31,41,51 台座
12,22,32,42 スペーサ
13,23,33,43 中間部位
14,24,34,44 垂直部材
100,200,300,400 マイクロストリップアンテナ
X リアクタンス可変回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記誘電体基板に設けられたパッチと、
前記パッチの縁部の外側に設けられ、前記誘電体基板に対して垂直方向に間隔を空けて設けられた、ダイポール型の導波器又は反射器を構成する一対の非励振素子と、
前記一対の非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路とを備える、マイクロストリップアンテナであって、
前記リアクタンス可変回路が、前記一対の非励振素子に挟まれる中間部位と前記誘電体基板との間に設けられた部材に取り付けられていることを特徴とする、マイクロストリップアンテナ。 A dielectric substrate;
A patch provided on the dielectric substrate;
A pair of non-excited elements constituting a dipole-type director or reflector, provided outside the edge of the patch and spaced apart in a direction perpendicular to the dielectric substrate;
A reactance variable circuit connected to the pair of non-excitation elements, and a microstrip antenna,
The microstrip antenna, wherein the reactance variable circuit is attached to a member provided between an intermediate portion sandwiched between the pair of non-excitation elements and the dielectric substrate.
前記第1の非励振素子に第1のリアクタンス可変回路が接続され、前記第2の非励振素子に第2のリアクタンス可変回路が接続される、請求項1又は2に記載のマイクロストリップアンテナ。 The reactance variable circuit is set to each of the first non-excitation element and the second non-excitation element,
The microstrip antenna according to claim 1 or 2, wherein a first reactance variable circuit is connected to the first non-excitation element, and a second reactance variable circuit is connected to the second non-excitation element.
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