JP2009278356A - Antenna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a flat antenna which is constituted of a single dielectric substrate, whose manufacturing process is easy, and whose operation frequency range is wide. <P>SOLUTION: In the antenna 100, an EBG 10 is arranged adjacent to both sides along the longitudinal direction of a radiator 102 on the same surface of that of the radiator 102, and formed by periodically arranging metal layers in the predetermined shapes. Furthermore, a grounding electrode 104 consists of a metal layer, and is arranged so as to cover the whole surface or approximately the whole surface of an area equivalent to the rear surface side in the area where the radiator 102 and the EBG 10 are arranged on the other surface of the dielectric substrate 101. Then the EBG 10 is set so as to cause resonance to be high impedance in a resonance frequency of the radiator 102. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、板状の誘電体上に形成されるアンテナに関する。   The present invention relates to an antenna formed on a plate-like dielectric.

従来、平面アンテナの代表的な構造に、パッチアンテナがある。パッチアンテナとは、送受信する高周波信号において共振する寸法の四角形や円形状の金属パターンを、誘電体基板の一表面に形成して放射器として利用し、基板の裏面に形成した金属膜を接地電極として用いる構成である。このように、一般的なパッチアンテナは裏面に接地電極を有するので、電波がアンテナの表面(正面)方向に向いた指向性を示す。   Conventionally, there is a patch antenna as a typical structure of a planar antenna. A patch antenna uses a rectangular or circular metal pattern with dimensions that resonate in a high-frequency signal to be transmitted and received on one surface of a dielectric substrate as a radiator, and a metal film formed on the back surface of the substrate is a ground electrode. It is the structure used as. As described above, since the general patch antenna has the ground electrode on the back surface, the radio wave exhibits directivity directed toward the front surface (front surface) of the antenna.

また、接地電極のおかげで、移動機器の金属筐体に直接貼り付けても、アンテナ放射素子がシールドされるため、正しく動作する。この特徴を活かし、パッチアンテナは、機器の表面に貼り付けたり、壁面に設置したりして、アンテナの正面方向に向かって電波を送受信する用途に用いられることが多い。   Also, thanks to the ground electrode, the antenna radiating element is shielded even if it is attached directly to the metal casing of the mobile device, so that it operates correctly. Taking advantage of this feature, patch antennas are often used for applications in which radio waves are transmitted and received in the front direction of an antenna by being attached to the surface of a device or installed on a wall surface.

一方、パッチアンテナは誘電体基板上に形成した金属電極の共振現象を用いており、金属電極の短部から誘電体に向かう電界の閉じ込め現象により、急峻な共振が発生する。この結果共振する帯域、すなわちアンテナとして動作可能な周波数帯域は狭いものになってしまう。   On the other hand, the patch antenna uses a resonance phenomenon of a metal electrode formed on a dielectric substrate, and steep resonance occurs due to an electric field confinement phenomenon from a short part of the metal electrode toward the dielectric. As a result, the resonating band, that is, the frequency band capable of operating as an antenna becomes narrow.

ところで、アンテナと組み合わせて、アンテナの不要放射抑制や、小型化を図る技術として、HIP(ハイインピーダンス・プレーン)やPBG(フォトニック・バンドギャップ)あるいはEBG(エレクトロマグネティック・バンドギャップ)と呼ばれる構造がある(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。なお、HIP、PBG、EBGは、基本的には同様の構造を指しているため、本明細書においては代表してEBGと示す。   By the way, in combination with an antenna, as a technology for suppressing unnecessary radiation of the antenna and reducing the size, there is a structure called HIP (high impedance plane), PBG (photonic band gap) or EBG (electromagnetic band gap). Yes (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). Note that HIP, PBG, and EBG basically indicate the same structure, and thus are represented as EBG as a representative in this specification.

EBGの一例としては、特許文献1にあるように、誘電体基板を利用し、表面に周期的に配置した金属パッチと、裏面に配置した接地電極と、それぞれのパッチに設けられ、表面の金属パッチと裏面の接地電極とを接続するビアホールで形成された、いわゆるマッシュルーム構造が知られている。   As an example of EBG, as disclosed in Patent Document 1, a dielectric substrate is used, a metal patch periodically disposed on the surface, a ground electrode disposed on the back surface, and a metal on the surface provided on each patch. A so-called mushroom structure formed by a via hole connecting the patch and the ground electrode on the back surface is known.

このEBGでは、周期構造の等価回路がインダクタLとキャパシタCとが直列接続された特性を持ち、これらLCが直列共振することにより、高いインピーダンスになることが知られており、この高いインピーダンスをとる周波数帯をバンドギャップと呼んでいる。   In this EBG, it is known that an equivalent circuit of a periodic structure has a characteristic in which an inductor L and a capacitor C are connected in series, and these LCs have a high impedance due to series resonance, and take this high impedance. The frequency band is called the band gap.

EBGとパッチアンテナの組み合わせとして、特許文献1では、金属線をらせん状に加工したカールアンテナとEBGとを組み合わせ、利得の高い平面アンテナを作る技術が開示されている。EBGをバンドギャップの周波数で使うと、EBG表面のインピーダンスが高いため、カールアンテナと近接してEBGを接地しても、金属線に流れる電流をEBGが妨げることなく、アンテナが正しく動作する。この結果、EBGが電波を効率よく反射させアンテナの利得を向上させることが可能となる。   As a combination of an EBG and a patch antenna, Patent Document 1 discloses a technique for combining a curl antenna obtained by processing a metal wire into a spiral shape and an EBG to make a planar antenna having a high gain. When the EBG is used at a band gap frequency, the impedance of the EBG surface is high, so that even if the EBG is grounded in the vicinity of the curl antenna, the antenna operates correctly without preventing the current flowing in the metal wire from being interrupted by the EBG. As a result, the EBG can efficiently reflect radio waves and improve the gain of the antenna.

さらに、この従来技術では、金属線を放射素子に使っているため、一般にパッチアンテナに比べて共振の強さが小さく、動作する周波数帯域が広いというメリットもある。
また別の例として、特許文献2では、EBGと類似の構造に直接給電することにより、EBG構造そのものをアンテナとして動作させる技術が開示されている。この従来技術もアンテナの動作周波数範囲を広げるという効果がある。
Further, in this prior art, since a metal wire is used for the radiating element, there are advantages that the resonance strength is generally smaller than that of the patch antenna and the operating frequency band is wide.
As another example, Patent Document 2 discloses a technique for operating the EBG structure itself as an antenna by directly feeding power to a structure similar to the EBG. This prior art also has the effect of extending the operating frequency range of the antenna.

このように、広い周波数範囲で利用可能な、平面構造のアンテナを形成する従来技術が知られている。
一方、これらアンテナを利用する無線通信システムは、基地局と移動局とが通信する形態と、移動局相互が直接通信する形態に大別でき、それぞれに必要なアンテナの特性が異なる。
Thus, a conventional technique for forming a planar antenna that can be used in a wide frequency range is known.
On the other hand, wireless communication systems using these antennas can be broadly classified into a form in which a base station and a mobile station communicate with each other, and a form in which mobile stations directly communicate with each other, and different antenna characteristics are required for each.

基地局と移動局とが通信する形態は、携帯電話をはじめ、携帯情報端末向けのデータ配信、自動車の料金課金システム、業務用移動体向け通信などがある。また、TVやラジオも放送ではあるが、やはりアンテナを利用する。また、人工衛星を使ったGPSや衛星電話などもこの形態の一種である。これらのシステムでは、基地局は電波の飛びやすさを考慮し、比較的高い位置にアンテナを設置することが多い。従って、これらを受信する移動局は、上方からくる電波を受信し、また上方に向かって電波を送信する必要があるため、移動局用のアンテナは、垂直面のビームが上方を向いていることが要求される。   The form of communication between the base station and the mobile station includes data distribution for mobile information terminals such as mobile phones, automobile fee billing systems, communication for commercial mobile units, and the like. TVs and radios are also broadcasts, but they also use antennas. In addition, GPS and satellite telephones using artificial satellites are also a kind of this form. In these systems, the base station often installs an antenna at a relatively high position in consideration of the ease of radio wave flight. Therefore, since the mobile station that receives them needs to receive radio waves coming from above and transmit radio waves upward, the mobile station antenna must have a vertical beam facing upwards. Is required.

これに対し、移動局相互が直接通信する形態の例として、自動車相互で無線通信を行う車車間通信の用途がある。ここで、図18に車車間通信の利用形態を示す。自動車201に搭載された車車間通信装置は、無線通信を利用して周辺の車両と通信し、互いの車両の位置等を交換する。そして、車車間通信装置は、交換した情報に基づいて、例えば建物202の陰(死角)に入っている車両等、衝突の危険性のある車両を検出し警告することで事故を防止する。この場合、自動車201等の車両は、主に前方と後方の車両と通信する必要があり、水平面のアンテナビームは前後方向に強い利得を持つことが望ましい。また、垂直面では、例えばアンテナを車の屋根に搭載した場合に、天頂ではなく前後水平方向に強い利得を持つことが好ましい。すなわち、車車間通信に用いるアンテナは、通信対象が自らと同じ高さに位置するため、特に垂直面のビーム特性において、基地局と移動局とが通信する形態とは異なるアンテナビーム特性(例えば203に示す指向性)が必要とされる。
特開2007−235460 特開2007−104211
On the other hand, as an example of a form in which mobile stations directly communicate with each other, there is use of inter-vehicle communication in which wireless communication is performed between vehicles. Here, FIG. 18 shows a usage form of inter-vehicle communication. The inter-vehicle communication device mounted on the automobile 201 communicates with surrounding vehicles using wireless communication, and exchanges the positions of the vehicles with each other. Based on the exchanged information, the inter-vehicle communication device prevents an accident by detecting and warning a vehicle having a risk of collision, such as a vehicle in the shadow (dead zone) of the building 202, for example. In this case, the vehicle such as the automobile 201 needs to communicate mainly with the front and rear vehicles, and it is desirable that the horizontal antenna beam has a strong gain in the front-rear direction. In addition, on the vertical plane, for example, when the antenna is mounted on the roof of a car, it is preferable to have a strong gain in the front-rear horizontal direction, not the zenith. That is, since the antenna used for vehicle-to-vehicle communication is located at the same height as itself, especially in the vertical plane beam characteristics, the antenna beam characteristics (for example, 203) different from the form in which the base station and mobile station communicate with each other. The directivity shown in Fig. 1 is required.
JP2007-235460A JP2007-104211

アンテナの利用可能周波数範囲を広げることは、一つのアンテナで複数の周波数チャネルや複数のシステムを利用することが可能であり、利用範囲は広い。しかしながら、特許文献1にある従来技術では、金属線とEBGを積層した構造をとるため、複数の誘電体基板や、加工した金属線を重ねて製作する必要があり、製造工程が複雑になるという問題点がある。   Extending the usable frequency range of the antenna allows a single antenna to use a plurality of frequency channels and a plurality of systems, and the use range is wide. However, the conventional technique disclosed in Patent Document 1 has a structure in which a metal wire and an EBG are stacked, and thus it is necessary to manufacture a plurality of dielectric substrates and processed metal wires, which complicates the manufacturing process. There is a problem.

この点において特許文献2では、単一の誘電体基板の表裏に金属層を配した構造であるため、一般的なプリント基板製作工程で簡易に構成できるというメリットがある。しかしながら、アンテナへの給電方法が差動給電になり、一般的な電子回路との接続が複雑になるという課題がある。   In this regard, Patent Document 2 has a merit that it can be easily configured in a general printed circuit board manufacturing process because it has a structure in which metal layers are arranged on the front and back of a single dielectric substrate. However, there is a problem that the method of feeding the antenna is a differential feeding, and the connection with a general electronic circuit is complicated.

また、特許文献2の技術では、アンテナのビームが出る方向が、アンテナ平面と直交する方向が最も強くなるという特性がある。この特性は、アンテナを利用する用途によっては好ましくない場合がある。すなわち、このアンテナを例えば自動車の屋根に搭載した場合、基地局や人工衛星との通信にはふさわしいビーム特性となるが、車車間通信のように、水平方向に強い利得を必要とされる場合には不向きとなるという課題がある。   Further, the technique of Patent Document 2 has a characteristic that the direction in which the antenna beam is emitted is strongest in the direction orthogonal to the antenna plane. This characteristic may not be preferable depending on the application using the antenna. In other words, when this antenna is mounted on the roof of an automobile, for example, the beam characteristics are suitable for communication with a base station or an artificial satellite, but when a strong gain is required in the horizontal direction, such as inter-vehicle communication. Has the problem of becoming unsuitable.

本発明は、これら問題を考慮し、単一の誘電体基板で構成された製造工程が容易な構造で、かつ、動作周波数範囲の広い平面アンテナを実現することを目的とする。加えて、アンテナの利用用途によってそれぞれ異なるアンテナビームパターンの要求に対しても、所望のビームを実現することを目的とする。   In view of these problems, an object of the present invention is to realize a planar antenna having a structure with a simple manufacturing process and a wide operating frequency range, which is formed of a single dielectric substrate. In addition, it is an object to realize a desired beam even in response to a request for an antenna beam pattern that varies depending on the application of the antenna.

かかる目的を達成するために成された請求項1に記載のアンテナにおいては、板状に形成された誘電体に、放射器、周期構造体、および裏面側金属層を備えて構成されている。放射器は、外部装置からの配線が接続される接続部を備え、誘電体における一方の面に配置され、帯状に形成された金属層から構成されている。   In order to achieve this object, the antenna according to claim 1 is configured by including a radiator, a periodic structure, and a back-side metal layer on a plate-shaped dielectric. The radiator includes a connection portion to which wiring from an external device is connected, and is configured from a metal layer disposed on one surface of the dielectric and formed in a band shape.

そして、周期構造体は、放射器と同一の面において、放射器の長手方向に沿った両側に隣接して配置されおり、所定形状の金属層を周期的に並べて形成されている。さらに、
裏面側金属層は、金属層から成り、誘電体における他方の面において、放射器および周期構造体が配置された領域における裏面側に相当する領域の全面または略全面を覆うように配置されている。そして、周期構造体は、放射器の共振周波数において、高インピーダンスとなる共振を起こすように設定されている。
And the periodic structure is arrange | positioned adjacent to the both sides along the longitudinal direction of a radiator on the same surface as a radiator, and forms the metal layer of a predetermined shape periodically. further,
The back surface side metal layer is made of a metal layer, and is disposed on the other surface of the dielectric so as to cover the entire surface or substantially the entire surface corresponding to the back surface side in the region where the radiator and the periodic structure are disposed. . The periodic structure is set so as to cause a resonance with a high impedance at the resonance frequency of the radiator.

即ち、本発明においては、まず、アンテナの放射素子(放射器)に細長い帯状の金属を用いる構成とした。帯状の金属は、従来技術である金属線と同じく、放射素子に用いるとパッチアンテナに比べて帯域が広くなることが期待されるからである。ところが、単純に帯状の金属を放射素子として誘電体上に配置し、裏面に接地電極を配置すると、裏面の電極に放射素子の電流とは逆方向のイメージ電流が励起され、アンテナとして動作しない。このため、特許文献1の技術では、さらに、線状アンテナの下(電波の送信方向とは反対側)にEBGを配置して、イメージ電流を抑制し、この問題を解決している。   That is, in the present invention, first, an elongated strip-shaped metal is used for the antenna radiation element (radiator). This is because a band-like metal is expected to have a wider band than a patch antenna when used in a radiating element, like a metal wire that is a conventional technique. However, when a band-shaped metal is simply arranged on the dielectric as a radiating element and a ground electrode is arranged on the back surface, an image current in the direction opposite to the current of the radiating element is excited on the back surface electrode and does not operate as an antenna. For this reason, the technique of Patent Document 1 further solves this problem by arranging an EBG below the linear antenna (on the opposite side to the radio wave transmission direction) to suppress the image current.

一方で、本発明においては、EBG構造を帯状の金属の放射素子と同一平面状に隣接して配置している。従来においては、EBG構造を本発明のように配置する思想は開示されていなかったが、本発明者によって、本発明の配置であってもイメージ電流抑制効果があり、放射素子を動作可能にできることが立証されたからである。   On the other hand, in the present invention, the EBG structure is arranged adjacent to the strip-shaped metal radiation element in the same plane. Conventionally, the idea of disposing the EBG structure as in the present invention has not been disclosed, but the present inventor has an image current suppressing effect even with the disposition of the present invention, and can make the radiation element operable. Because it was proved.

本発明の構成において放射素子を動作可能にする効果が得られる理由は、次のように考えられる。即ち、パッチ状の放射器(図1(c)参照)を流れる電流は、放射器全体に拡散され、その際の電流の方向が一方向には規定され難いのに対して、帯状に形成された放射器(図1(b)参照)を流れる電流は、放射器内における電流の向きが容易に一方向に規定される。   The reason why the effect of enabling operation of the radiating element in the configuration of the present invention can be considered as follows. That is, the current flowing through the patch-like radiator (see FIG. 1C) is diffused throughout the radiator, and the current direction at that time is difficult to be defined in one direction, whereas it is formed in a band shape. The current flowing through the radiator (see FIG. 1B) is easily defined in one direction.

このため、帯状に形成された放射器を流れる電流によって発生する磁界は、一定方向に均一に発生するが予想される。ここで、本発明では、EBGを放射器に隣接配置しているので、この磁界を有効に遮断することができるものと考えられる(図1(a)参照)。なお、パッチ状の放射器においては、放射器自体が広がりを持つ形状なので、磁界の向きが不均一となる。また、この放射器にEBGを近接配置したとしても、放射器の中央部分はEBGと近接することができない。よって、帯状に形成された放射器のほうがパッチ状の放射器よりも、発生する磁界を有効に遮断することができるものと考えられる。   For this reason, it is expected that the magnetic field generated by the current flowing through the radiator formed in a belt shape is uniformly generated in a certain direction. Here, in the present invention, since the EBG is disposed adjacent to the radiator, it is considered that this magnetic field can be effectively cut off (see FIG. 1A). In the patch-shaped radiator, the radiator itself has a wide shape, so the direction of the magnetic field is not uniform. Further, even if the EBG is disposed close to the radiator, the central portion of the radiator cannot be brought close to the EBG. Therefore, it is considered that the radiator formed in a band shape can effectively block the generated magnetic field more than the patch-shaped radiator.

なお、従来技術ではパッチ状の放射器において、誘電体を薄くしたり、あるいは誘電率を高くしたりして、パッチの共振の強さを強く(Qを大きく)し、パッチ状の放射器を流れる電流が広がらずに一方向にそろえる手法も知られている。しかしQを大きくすると、動作する周波数の帯域が狭くなるという副作用があることが知られている。一方、帯状の放射器では、Qを高めなくとも電流の方向をそろえることができるため、周波数帯域を広くとることが出来る。この点からも帯状の放射器を用いることは有効である。   In the conventional technology, the patch-type radiator is made thin (or the dielectric constant is increased) to increase the resonance strength of the patch (Q is increased). There is also known a method in which the flowing current is aligned in one direction without spreading. However, it is known that increasing Q has the side effect of narrowing the operating frequency band. On the other hand, in the band-shaped radiator, the current direction can be aligned without increasing the Q, so that the frequency band can be widened. Also from this point, it is effective to use a belt-like radiator.

ただし、本発明でいう「帯状」とは、放射器内における電流の向きが概ね一方向に規定される形状をいう。また、裏面側金属層は、シールドとして作用する。
この構造により、単一の誘電体層を用いた構造で、帯状の金属の放射素子を動作させることが可能となり、かつ、パッチアンテナと同様に裏面に接地電極を配置した構造を実現することができる。これにより、アンテナの製造は、広く知られているプリント基板の製造技術で容易に実現でき、パッチアンテナと同様に金属筐体に直接貼り付けるなどの利用が可能で、かつ、帯状の金属の効果により、パッチアンテナより広い動作周波数帯域を得ることができる。
However, the “strip shape” as used in the present invention refers to a shape in which the direction of current in the radiator is generally defined in one direction. The back side metal layer acts as a shield.
With this structure, it is possible to operate a strip-shaped metal radiating element with a structure using a single dielectric layer, and to realize a structure in which a ground electrode is arranged on the back surface like a patch antenna. it can. As a result, the antenna can be easily manufactured with a well-known printed circuit board manufacturing technique, and can be applied directly to a metal casing as with a patch antenna. Thus, an operating frequency band wider than that of the patch antenna can be obtained.

ところで、請求項1に記載のアンテナにおいて、周期構造体は、請求項2に記載のように、周期的に構成されたインダクタ成分とキャパシタンス成分とを有しており、共振する際にはLC共振を起こすよう設定されていてもよい。   By the way, in the antenna according to claim 1, the periodic structure has an inductor component and a capacitance component that are periodically formed as described in claim 2, and LC resonance occurs when resonating. It may be set to wake up.

このようなアンテナによれば、周期構造体はLC共振を起こして高いインピーダンスを示す構造としているので、周期構造体を従来技術であるEBGで実現でき、従来のEBGの設計手法を用いて共振周波数を計算・設計することができる。   According to such an antenna, since the periodic structure has a structure exhibiting high impedance by causing LC resonance, the periodic structure can be realized by the conventional EBG, and the resonant frequency can be realized by using the conventional EBG design method. Can be calculated and designed.

請求項1または請求項2に記載のアンテナにおいては、当該アンテナをいわゆるモノポール構造とすることもできるし、ダイポール構造とすることもできる。まず、当該アンテナをモノポール構造とする場合には、例えば請求項3〜請求項5に記載のように構成すればよい。   In the antenna according to claim 1 or 2, the antenna can have a so-called monopole structure or a dipole structure. First, when the antenna has a monopole structure, it may be configured as described in claims 3 to 5, for example.

つまり、請求項3に記載のアンテナのように、放射器は、一方の端部に接続部を備えているとともに、他方の端部が開放状態とされており、放射器の長さは、放射器の共振周波数における線路内波長の(2n−1)/4倍(ただし、nは自然数。)に設定されていてもよい。   That is, as in the antenna according to claim 3, the radiator has a connection portion at one end and the other end is in an open state. It may be set to (2n-1) / 4 times the wavelength in the line at the resonance frequency of the device (where n is a natural number).

このようなアンテナによれば、所望の周波数で放射器を効率よく共振させることができる。また、接続部が1点(1箇所)で構成できるため、例えば同軸ケーブルなどを容易に接続することができる。   According to such an antenna, the radiator can be efficiently resonated at a desired frequency. Moreover, since a connection part can be comprised by one point (one place), a coaxial cable etc. can be connected easily, for example.

また、請求項3に記載のアンテナにおいては、請求項4に記載のように、放射器と同一の面において、放射器に対して周期構造体を隔てて配置された1または複数の金属製の寄生素子を備えていてもよい。   Further, in the antenna according to claim 3, as described in claim 4, the antenna is made of one or a plurality of metals arranged on the same plane as the radiator with a periodic structure separated from the radiator. A parasitic element may be provided.

このようなアンテナによれば、放射素子と寄生素子とが電磁界結合をし、寄生素子にも電流が流れることにより、放射器に加え寄生素子も放射源となる。そして、寄生素子のインピーダンスや位置を適切に配置することにより、アンテナビームの方向を変化させることが可能となる。   According to such an antenna, the radiating element and the parasitic element are electromagnetically coupled, and a current flows through the parasitic element, so that the parasitic element becomes a radiation source in addition to the radiator. And it becomes possible to change the direction of an antenna beam by arrange | positioning the impedance and position of a parasitic element appropriately.

さらに、請求項4に記載のアンテナにおいて、寄生素子は、請求項5に記載のように、放射器に対して平行に配置された帯状の金属層によって形成されており、この金属層の一方の端部が金属製の接続部材によって裏面側金属層と接続されているとともに、金属層の他方の端部が開放状態とされていてもよい。   Further, in the antenna according to claim 4, the parasitic element is formed by a band-shaped metal layer arranged in parallel to the radiator as described in claim 5, and one of the metal layers is formed. The end portion may be connected to the back side metal layer by a metal connecting member, and the other end portion of the metal layer may be in an open state.

このようなアンテナによれば、アンテナ全体がモノポールアンテナの八木宇多アンテナとして作用する。この結果、公知技術である八木宇多アンテナの設計手法が適用でき、例えば寄生素子の長さを放射素子より短く設定することで、寄生素子側にアンテナのビームが向く導波器として作用させることができる。また、逆に寄生素子の長さを放射素子より長く設定することで、寄生素子と反対側にアンテナのビームが向く反射器として作用させることもできる。   According to such an antenna, the entire antenna functions as a monopole antenna as a Yagi Uta antenna. As a result, the Yagi-Uta antenna design method, which is a well-known technique, can be applied. For example, by setting the length of the parasitic element to be shorter than that of the radiating element, it is possible to act as a waveguide in which the antenna beam faces the parasitic element side. it can. Conversely, by setting the length of the parasitic element longer than that of the radiating element, it is possible to act as a reflector in which the antenna beam is directed to the opposite side of the parasitic element.

次に、当該アンテナをダイポール構造とする場合には、例えば請求項6〜請求項9に記載のように構成すればよい。
つまり、請求項6に記載のアンテナのように、放射器は、一直線上に並んだ2本の帯状の金属層からなり、該各金属層のお互い近い側の端部に外部装置に繋がる配線が接続される給電部をそれぞれ備えているとともに、放射器における各金属層の合計の長さは、放射器の共振周波数における線路内波長の(2n−1)/2倍(ただし、nは自然数。)に設定されていればよい。
Next, when the antenna has a dipole structure, it may be configured as described in claims 6 to 9, for example.
That is, like the antenna according to claim 6, the radiator is composed of two strip-shaped metal layers arranged in a straight line, and wirings connected to an external device are provided at the ends of the metal layers on the sides close to each other. Each of the power supply units to be connected is provided, and the total length of each metal layer in the radiator is (2n-1) / 2 times the wavelength in the line at the resonance frequency of the radiator (where n is a natural number). ) Should be set.

このようなアンテナによれば、従来から広く利用されているダイポールアンテナを平面アンテナとして実現することができる。また、このアンテナは、裏面側金属層が他の金属層で覆われた状態で動作できるため、金属製の筐体等に直接貼り付けるような設置方法も可能である。   According to such an antenna, a dipole antenna that has been widely used in the past can be realized as a planar antenna. In addition, since this antenna can operate in a state where the back side metal layer is covered with another metal layer, an installation method in which the antenna is directly attached to a metal housing or the like is also possible.

請求項6に記載のアンテナにおいては、請求項7に記載のように、放射器と同一の面において、放射器に対して前記周期構造体を隔てて配置された1または複数の金属製の寄生素子を備えていてもよい。   In the antenna according to claim 6, as described in claim 7, the parasitic element made of one or more metals arranged on the same plane as the radiator with the periodic structure separated from the radiator is provided. An element may be provided.

このようなアンテナによれば、ダイポールアンテナにおいて、寄生素子によるアンテナビームパターンを制御する効果を実現することができる。
請求項7に記載のアンテナにおいては、請求項8に記載のように、寄生素子は、帯状の金属層で形成されており、両端とも開放状態にされていてもよい。
According to such an antenna, the effect of controlling the antenna beam pattern by the parasitic element can be realized in the dipole antenna.
In the antenna described in claim 7, as described in claim 8, the parasitic element is formed of a band-shaped metal layer, and both ends may be open.

このようなアンテナによれば、広く知られた八木宇多アンテナを平面アンテナとして構成することができる。従って、寄生素子の長さを変えて、導波器や反射器として作用させるなど、八木宇多アンテナの設計手法を適用することができる。   According to such an antenna, the well-known Yagi Uta antenna can be configured as a planar antenna. Therefore, it is possible to apply the Yagi-Uta antenna design technique, such as changing the length of the parasitic element to act as a director or a reflector.

請求項6〜請求項8に記載のアンテナにおいては、請求項9に記載のように、放射器における各給電部には、お互い逆の位相となる、差動給電がなされるよう構成されていてもよい。   In the antenna according to any one of claims 6 to 8, as described in claim 9, each power feeding unit in the radiator is configured to be differentially fed with phases opposite to each other. Also good.

このようなアンテナによれば、ダイポールアンテナに効率よく給電することができる。
さらに、請求項1〜請求項9の何れかに記載のアンテナにおいて、裏面側金属層は、請求項10に記載のように、当該アンテナに対して給電を行う機器からみて、接地電位に設定されていてもよい。
According to such an antenna, power can be efficiently supplied to the dipole antenna.
Furthermore, in the antenna according to any one of claims 1 to 9, the back-side metal layer is set to a ground potential as viewed from the device that feeds power to the antenna as described in claim 10. It may be.

このようなアンテナによれば、アンテナに接続される機器と接地電位を共通にし、アンテナや機器での不要輻射やノイズの影響を抑制することが可能となる。
なお、アンテナを接続する回路によっては、集積回路(IC)を直接アンテナに接続する用途にも利用することができる。
According to such an antenna, it becomes possible to share the ground potential with the device connected to the antenna, and to suppress the influence of unnecessary radiation and noise on the antenna and the device.
Note that, depending on a circuit to which the antenna is connected, the integrated circuit (IC) can be used for the purpose of directly connecting to the antenna.

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図2は第1実施形態のモノポールアンテナ100の基本構造を示す平面図および断面図である。なお、図2(a)は誘電体基板101の裏面に外部機器(送受信機または受信機)からの配線が接続される接続手法である裏面給電を示す説明図であり、図2(b)は誘電体基板101の側面に外部装置が接続される接続手法である側面給電を示す説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing the basic structure of the monopole antenna 100 of the first embodiment. 2A is an explanatory diagram showing back surface feeding, which is a connection method in which wiring from an external device (transmitter / receiver or receiver) is connected to the back surface of the dielectric substrate 101, and FIG. It is explanatory drawing which shows the side surface electric power feeding which is a connection method in which an external apparatus is connected to the side surface of the dielectric substrate.

本実施形態のモノポールアンテナ100においては、図2(a)、図2(b)に示すように、誘電体基板101の表面中央に帯状の金属でできた放射器102を配置した。そして、放射器102と同一平面であって、放射器102の両側にはEBG10(周期構造体)の構造を配置した。   In the monopole antenna 100 of the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, a radiator 102 made of a band-shaped metal is disposed at the center of the surface of the dielectric substrate 101. And the structure of EBG10 (periodic structure) was arrange | positioned in the same plane as the radiator 102, and the both sides of the radiator 102. FIG.

このEBG構造については後ほど詳しく構造について説明する。なお、EBG10は、少なくとも放射器102の長手方向両側の領域に配置されていればよいが、放射器102の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。図2(b)には、EBG10が放射器102の三方を取り囲む例を示す。   The EBG structure will be described in detail later. The EBG 10 may be disposed at least in regions on both sides in the longitudinal direction of the radiator 102, but may be disposed so as to surround the periphery of the radiator 102. FIG. 2B shows an example in which the EBG 10 surrounds three sides of the radiator 102.

次に、誘電体基板101の裏面には、ほぼ全域に接地電極104(裏面側金属層)を配置した。なお、接地電極104は、金属層から成り、少なくとも放射器102およびEBG10が配置された領域の裏面側に相当する領域の全面を覆うよう配置されている。   Next, on the back surface of the dielectric substrate 101, the ground electrode 104 (back surface side metal layer) was disposed almost entirely. The ground electrode 104 is made of a metal layer and is disposed so as to cover at least the entire region corresponding to the back side of the region where the radiator 102 and the EBG 10 are disposed.

特に、図2(a)に示す裏面給電では、放射器102の一端に給電部103(接続部)を設けている。この給電部103においては誘電体基板101に穴を開け、裏面より同軸ケーブル105の芯線を通して放射器102に接続した。また同軸ケーブル105の外部導体、すなわち接地導体は、給電部103の裏で接地電極104と接続した。   In particular, in the back surface power feeding shown in FIG. 2A, a power feeding portion 103 (connecting portion) is provided at one end of the radiator 102. In the power feeding unit 103, a hole was made in the dielectric substrate 101, and the dielectric substrate 101 was connected to the radiator 102 through the core wire of the coaxial cable 105 from the back surface. Further, the outer conductor of the coaxial cable 105, that is, the ground conductor, was connected to the ground electrode 104 on the back side of the power feeding unit 103.

また、図2(b)に示すように、側面給電では、給電部103を誘電体基板の端部に来るよう、放射器102を基板の縁にずらせて配置し、基板側面方向から同軸ケーブル105を接続し、同軸ケーブル105の芯線を放射器102に、同軸ケーブル105の外部導体を接地電極104に、それぞれ接続すればよい。   In addition, as shown in FIG. 2B, in the side feeding, the radiator 102 is shifted from the edge of the substrate so that the feeding unit 103 comes to the end of the dielectric substrate, and the coaxial cable 105 is arranged from the side of the substrate. And the core wire of the coaxial cable 105 may be connected to the radiator 102, and the outer conductor of the coaxial cable 105 may be connected to the ground electrode 104.

ここで、モノポールアンテナ100の動作周波数は、放射器102の長さとEBG10の共振周波数の双方を調整することで設定可能である。具体的には、裏面の接地電極104、誘電体基板101、および表面の放射器102がマイクロストリップ線路を構成するため、これらの構成要素形状等の各種パラメータに基づいて、誘電体基板101の比誘電率を考慮した線路内波長を計算することができる。   Here, the operating frequency of the monopole antenna 100 can be set by adjusting both the length of the radiator 102 and the resonance frequency of the EBG 10. Specifically, since the ground electrode 104 on the back surface, the dielectric substrate 101, and the radiator 102 on the front surface constitute a microstrip line, the ratio of the dielectric substrate 101 is determined based on various parameters such as the shape of these components. It is possible to calculate the in-line wavelength considering the dielectric constant.

例えば、放射器102の長さに対しては、線路内波長の(2n−1)/4倍(ただし、nは自然数。例えば3/4倍)の長さにおいて共振する。
またEBG10に対しては、等価的なインダクタ成分Lおよびキャパシタンス成分Cから共振周波数を求める設計手法が知られている。なお、本明細書における各アンテナにおいては、このLCの直列共振周波数にて、EBG10の表面が高いインピーダンスをとるよう設定される。
For example, the length of the radiator 102 resonates at a length of (2n-1) / 4 times the wavelength in the line (where n is a natural number, for example, 3/4 times).
For EBG 10, a design method for obtaining a resonance frequency from an equivalent inductor component L and capacitance component C is known. In each antenna in this specification, the surface of the EBG 10 is set to have a high impedance at the LC series resonance frequency.

また、より正確には、EBG構造を電磁界シミュレータにより解析し、EBG表面での反射位相を計算し、この位相が−90度から+90度の範囲に入る周波数帯をアンテナの動作周波数にあわせて利用すればよい。   More precisely, the EBG structure is analyzed by an electromagnetic field simulator, the reflection phase on the EBG surface is calculated, and the frequency band in which this phase falls within the range of −90 degrees to +90 degrees is adjusted to the operating frequency of the antenna. Use it.

図3にEBG10のより詳細な実施形態を示す。図3は、誘電体基板101の表面(第1導電層)に形成する単位金属構造(EBG単位セル)の形状を示す。帯状セルのEBG11は、紙面横方向には単位セルが周期的に配置され、EBG特性を示すが、紙面縦方向は連続した金属であり通常の金属帯として動作する。このEBG11はいわゆる1次元のEBGの一種である。   A more detailed embodiment of the EBG 10 is shown in FIG. FIG. 3 shows the shape of a unit metal structure (EBG unit cell) formed on the surface (first conductive layer) of the dielectric substrate 101. In the EBG 11 of the band-like cell, unit cells are periodically arranged in the horizontal direction of the paper, and show EBG characteristics, but the vertical direction of the paper is a continuous metal and operates as a normal metal band. The EBG 11 is a kind of so-called one-dimensional EBG.

角型セルのEBG12は面内いずれの方向にもEBG特性を示す2次元のEBGである。さらに六角形セルのEBG13も、単位セルの形状が6角形であるが12と同じく2次元のEBGである。ここで、11から13のEBGには、いずれも特定の間隔Pで配置されたビアホール25が形成されており、このビアホールにより、表面の単位セルと裏面の接地電極104とを電気的に接続している。   The square cell EBG 12 is a two-dimensional EBG exhibiting EBG characteristics in any direction in the plane. Furthermore, the hexagonal cell EBG 13 is also a two-dimensional EBG similar to 12 although the unit cell has a hexagonal shape. Here, all of the EBGs 11 to 13 are formed with via holes 25 arranged at a specific interval P, and the via unit electrically connects the unit cell on the front surface and the ground electrode 104 on the back surface. ing.

これらEBGでは、単位セルが向き合うギャップの部分がキャパシタンス成分Cとなり、単位セルとビアホールの接続部がインダクタ成分Lとして作用し、EBGの特性を作り出している。   In these EBGs, the gap portion where the unit cells face each other is a capacitance component C, and the connection portion between the unit cell and the via hole acts as an inductor component L to create the characteristics of the EBG.

また別のEBGの実施例として、ユニプレーナ構造のEBG14を利用してもよい。このEBGは表面の金属層のみでLとCの成分を作り出している。従ってビアホールを設けなくともEBGを形成することができる。   As another EBG embodiment, an EBG 14 having a uniplanar structure may be used. This EBG produces L and C components only with the metal layer on the surface. Therefore, an EBG can be formed without providing a via hole.

これらのEBGのうち、帯状セルのEBG11、角型セルのEBG12、六角形セルのEBG13について、モノポールの放射器102と組み合わせたより詳細な構造を、それぞれ、図4〜図6に示す。   Among these EBGs, more detailed structures of the EBG 11 of the strip cell, the EBG 12 of the square cell, and the EBG 13 of the hexagonal cell combined with the monopole radiator 102 are shown in FIGS.

図4に示すモノポールアンテナ111(例1)では、帯状セルのEBGのうち、EBGとして働く方向をモノポールの放射器102と平行になるように配置した。また、図5、図6に示すモノポールアンテナ112(例2),113(例3)では、角型、六角形のセル配置と放射器102との関係を一例として示した。   In the monopole antenna 111 (Example 1) shown in FIG. 4, among the EBGs of the band-like cells, the direction serving as the EBG is arranged so as to be parallel to the monopole radiator 102. Further, in the monopole antennas 112 (example 2) and 113 (example 3) shown in FIGS. 5 and 6, the relationship between the rectangular and hexagonal cell arrangement and the radiator 102 is shown as an example.

これら本発明の第1実施形態の、アンテナとしての性能を評価するために、アンテナの反射損失の周波数依存性を比較した。この結果を図7に示す。この結果は、アンテナの設計に広く用いられている電磁界解析ソフトウエアにより、それぞれのアンテナ構造をモデル化し、特性を計算したものである。計算値は実際の作成したアンテナとほぼ等しい特性が得られていることを確認済みである。   In order to evaluate the performance of the first embodiment of the present invention as an antenna, the frequency dependence of the reflection loss of the antenna was compared. The result is shown in FIG. This result is obtained by modeling each antenna structure and calculating the characteristics using electromagnetic field analysis software widely used in antenna design. It has been confirmed that the calculated value is almost the same as the actual antenna.

ここで、この解析には、図4〜図6で示す、111、112、113のアンテナに加え、図8に示す、公知技術であるパッチアンテナ119も比較に用いた。これらアンテナは、すべて共通の誘電体基板101を用いている。   Here, in this analysis, in addition to the antennas 111, 112, and 113 shown in FIGS. 4 to 6, a patch antenna 119 that is a known technique shown in FIG. 8 was used for comparison. These antennas all use a common dielectric substrate 101.

具体的には、誘電体基板101の大きさは、60×60×3.2mmで、比誘電率は2.6である。また111,112,113においては、放射器102の長さはLe=22.5mm、放射器の幅はWe=2.0mm、放射器とEBGとの間隔Ge=0.4mmとした。これらはいずれも5〜6GHz帯の周波数で共振する設計である。比較の為に検討したパッチアンテナ119も、5.5GHzで共振するように設計した。   Specifically, the size of the dielectric substrate 101 is 60 × 60 × 3.2 mm, and the relative dielectric constant is 2.6. In 111, 112, and 113, the length of the radiator 102 is Le = 22.5 mm, the width of the radiator is We = 2.0 mm, and the distance Ge between the radiator and the EBG is 0.4 mm. These are all designed to resonate at a frequency in the 5-6 GHz band. The patch antenna 119 studied for comparison was also designed to resonate at 5.5 GHz.

図7の結果を見ると、いずれのアンテナも反射損失が低くなる領域が観測されており、アンテナが共振し、電波が反射されずに正しく動作していることがわかる。動作周波数帯域の目安となる、反射損失が−10dBより小さくなる周波数範囲を比べると、従来技術のパッチアンテナ119に比べ、111,112,113のアンテナいずれも、動作周波数範囲が広くなることがわかる。このように、本発明のアンテナは、課題のひとつである、動作周波数を広げるという効果が確かに発揮できることが確かめられた。   From the results shown in FIG. 7, it can be seen that in each antenna, a region where the reflection loss is low is observed, and the antenna resonates and operates correctly without reflection of radio waves. Comparing the frequency range in which the reflection loss is smaller than −10 dB, which is a guideline for the operating frequency band, it can be seen that the operating frequency range of all of the antennas 111, 112, and 113 is wider than that of the patch antenna 119 of the prior art. . Thus, it was confirmed that the antenna of the present invention can surely exhibit the effect of widening the operating frequency, which is one of the problems.

なお、アンテナの構造に関しては、これまでに説明したように、単一の誘電体基板の表面上にパターンを形成し、EBGを構成する部分に必要に応じてビアホールを設けるだけで構成でき、通常のプリント基板製作方法で容易に製作できる構造である。   As described above, the antenna structure can be configured by simply forming a pattern on the surface of a single dielectric substrate and providing a via hole as needed in the portion constituting the EBG. This structure can be easily manufactured by the printed circuit board manufacturing method.

(第1実施形態による効果)
上記に詳述したアンテナ100,111〜113においては、板状に形成された誘電体基板101に、放射器102、EBG10、および接地電極104が形成された構成にされている。放射器102は、外部装置(送受信機や受信機)からの配線(同軸ケーブル105等)が接続される給電部103を備え、誘電体基板101における一方の面に配置され、帯状に形成された金属層から構成されている。
(Effect by 1st Embodiment)
In the antennas 100 and 111 to 113 described in detail above, the radiator 102, the EBG 10, and the ground electrode 104 are formed on the dielectric substrate 101 formed in a plate shape. The radiator 102 includes a power feeding unit 103 to which wiring (coaxial cable 105 or the like) from an external device (transmitter / receiver or receiver) is connected. The radiator 102 is disposed on one surface of the dielectric substrate 101 and formed in a band shape. It is composed of a metal layer.

そして、EBG10は、放射器102と同一の面において、放射器102の長手方向に沿った両側に隣接して配置されおり、所定形状の金属層を周期的に並べて形成されている。さらに、接地電極104は、金属層から成り、誘電体基板101における他方の面において、放射器102およびEBG10が配置された領域における裏面側に相当する領域の全面または略全面を覆うように配置されている。そして、EBG10は、放射器102の共振周波数において、高インピーダンスとなる共振を起こすように設定されている。   And EBG10 is arrange | positioned adjacent to the both sides along the longitudinal direction of the radiator 102 in the same surface as the radiator 102, and the metal layer of a predetermined shape is arranged side by side periodically. Further, the ground electrode 104 is made of a metal layer, and is disposed on the other surface of the dielectric substrate 101 so as to cover the entire surface or substantially the entire surface corresponding to the back surface side in the region where the radiator 102 and the EBG 10 are disposed. ing. The EBG 10 is set so as to cause resonance with high impedance at the resonance frequency of the radiator 102.

即ち、本実施形態においては、EBG構造を帯状の金属の放射器102と同一平面状に隣接して配置している。従来においては、EBG構造を本発明のように配置する思想は開示されていなかったが、本発明者によって、本発明の配置であってもイメージ電流抑制効果があり、放射素子を動作可能にすることができることが立証された。   That is, in this embodiment, the EBG structure is arranged adjacent to the strip-shaped metal radiator 102 in the same plane. Conventionally, the idea of disposing the EBG structure as in the present invention has not been disclosed, but the present inventor has an image current suppression effect even with the disposition of the present invention, and enables the radiation element to operate. It was proved that it was possible.

本発明の構成において放射素子を動作可能にする効果が得られる理由は、次のように考えられる。即ち、パッチ状の放射器(図1(c)参照)を流れる電流は、放射器全体に拡散され、その方向が一方向に規定され難いのに対して、帯状に形成された放射器102(図1(b)参照)を流れる電流は、放射器102内における電流の向きが容易に一方向に規定される。   The reason why the effect of enabling operation of the radiating element in the configuration of the present invention can be considered as follows. That is, the current flowing through the patch-shaped radiator (see FIG. 1C) is diffused throughout the radiator, and its direction is difficult to be defined in one direction, whereas the radiator 102 formed in a band shape ( In the current flowing through FIG. 1B, the direction of the current in the radiator 102 is easily defined in one direction.

このため、帯状に形成された放射器102を流れる電流によって発生する磁界は、一定方向に均一に発生するが予想される。ここで、本発明では、EBG10を放射器102に隣接配置しているので、この磁界を有効に遮断することができるものと考えられる(図1(a)参照)。なお、パッチ状の放射器においては、放射器自体が広がりを持つ形状なので、磁界の向きが不均一となる。また、この放射器にEBG10を近接配置したとしても、放射器の中央部分はEBGと近接することができない。よって、帯状に形成された放射器102のほうがパッチ状の放射器よりも、発生する磁界を有効に遮断することができるものと考えられる。   For this reason, it is expected that the magnetic field generated by the current flowing through the radiator 102 formed in a band shape is uniformly generated in a certain direction. Here, in the present invention, since the EBG 10 is disposed adjacent to the radiator 102, it is considered that this magnetic field can be effectively blocked (see FIG. 1A). In the patch-shaped radiator, the radiator itself has a wide shape, so the direction of the magnetic field is not uniform. Further, even if the EBG 10 is disposed close to the radiator, the central portion of the radiator cannot approach the EBG. Therefore, it is considered that the radiator 102 formed in a strip shape can more effectively block the generated magnetic field than the patch-shaped radiator.

ただし、本発明でいう「帯状」とは、放射器102,107内における電流の向きが概ね一方向に規定される形状をいう。また、接地電極104は、シールドとして作用する。
この構造により、単一の誘電体基板101層を用いた構造で、帯状の金属の放射素子を動作させることが可能となり、かつ、パッチアンテナ100,111〜113と同様に裏面に接地電極を配置した構造を実現することができる。これにより、アンテナ100,111〜113の製造は、広く知られているプリント基板の製造技術で容易に実現でき、パッチアンテナ100,111〜113と同様に金属筐体に直接貼り付けるなどの利用が可能で、かつ、帯状の金属の効果により、パッチアンテナ100,111〜113より広い動作周波数帯域を得ることができる。
However, the “strip shape” as used in the present invention refers to a shape in which the direction of current in the radiators 102 and 107 is generally defined in one direction. The ground electrode 104 acts as a shield.
With this structure, it is possible to operate a band-shaped metal radiating element with a structure using a single dielectric substrate 101 layer, and a ground electrode is disposed on the back surface in the same manner as the patch antennas 100 and 111 to 113. Can be realized. As a result, the antennas 100 and 111 to 113 can be easily manufactured by a widely known printed circuit board manufacturing technique. An operating frequency band wider than that of the patch antennas 100 and 111 to 113 can be obtained by the effect of the band-shaped metal.

また、アンテナ100,111〜113において、EBG10は、周期的に構成されたインダクタ成分とキャパシタンス成分とを有しており、共振する際にはLC共振を起こすよう設定されている。   In the antennas 100 and 111 to 113, the EBG 10 has an inductor component and a capacitance component that are periodically configured, and is set to cause LC resonance when resonating.

このようなアンテナ100,111〜113によれば、EBG10はLC共振を起こして高いインピーダンスを示す構造としているので、EBG10を従来技術であるEBGで実現でき、従来のEBGの設計手法を用いて共振周波数を計算・設計することができる。   According to such antennas 100 and 111 to 113, since the EBG 10 has a structure exhibiting high impedance by causing LC resonance, the EBG 10 can be realized by the conventional EBG, and is resonated by using a conventional EBG design method. The frequency can be calculated and designed.

さらに、アンテナ100,111〜113において、放射器102は、一方の端部に給電部103を備えているとともに、他方の端部が開放状態とされており、放射器102の長さは、放射器102の共振周波数における線路内波長の(2n−1)/4倍(ただし、nは自然数。)に設定されている。   Further, in the antennas 100 and 111 to 113, the radiator 102 includes the power feeding unit 103 at one end, and the other end is in an open state. The length of the radiator 102 is radiated. It is set to (2n-1) / 4 times the wavelength in the line at the resonance frequency of the capacitor 102 (where n is a natural number).

このようなアンテナ100,111〜113によれば、所望の周波数で放射器102を効率よく共振させることができる。また、給電部103が1点(1箇所)で構成できるため、例えば同軸ケーブル105などを容易に接続することができる。   According to such antennas 100 and 111 to 113, the radiator 102 can be efficiently resonated at a desired frequency. Further, since the power feeding unit 103 can be configured at one point (one place), for example, the coaxial cable 105 or the like can be easily connected.

さらに、アンテナ100,111〜113において、接地電極104は、当該アンテナ100,111〜113に対して給電を行う機器からみて、接地電位に設定されている。
このようなアンテナ100,111〜113によれば、アンテナ100,111〜113に接続される機器と接地電位を共通にし、アンテナ100,111〜113や機器での不要輻射やノイズの影響を抑制することが可能となる。
Further, in the antennas 100 and 111 to 113, the ground electrode 104 is set to the ground potential as viewed from a device that supplies power to the antennas 100 and 111 to 113.
According to such antennas 100 and 111 to 113, the ground potential is shared by the devices connected to the antennas 100 and 111 to 113, and the influence of unnecessary radiation and noise on the antennas 100, 111 to 113 and the devices is suppressed. It becomes possible.

なお、アンテナ100,111〜113を接続する回路によっては、集積回路(IC)を直接アンテナ100,111〜113に接続する用途にも利用することができる。
(第2実施形態)
図9に本発明の第2実施形態の寄生素子付アンテナ110を示す。この実施形態は、第1実施形態の構成に加え寄生素子を新たに追加したものである。なお、第2実施形態以下では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Note that, depending on a circuit connecting the antennas 100 and 111 to 113, the integrated circuit (IC) can be used for the purpose of directly connecting the antennas 100 and 111 to 113.
(Second Embodiment)
FIG. 9 shows an antenna 110 with parasitic elements according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a parasitic element is newly added to the configuration of the first embodiment. In the following description of the second embodiment, the description will focus on parts that are different from the first embodiment.

本実施形態における寄生素子付アンテナ110では、図9の平面図に示すように、第1実施形態と共通のモノポール型の放射器102に加え、これと平行に寄生素子106を配置した。なお、本実施形態においては、図9のAA断面図に示すように、裏面給電を採用している。   In the antenna 110 with parasitic elements in this embodiment, as shown in the plan view of FIG. 9, in addition to the monopole radiator 102 common to the first embodiment, the parasitic elements 106 are arranged in parallel therewith. In the present embodiment, as shown in the AA sectional view of FIG.

そして、寄生素子付アンテナ110は、図9のBB断面図に示すように、寄生素子106に一方の端はビアホールによって、裏面の接地電極104に、電気的に接続されている。また、寄生素子106のもう一方の端は、開放状態とした。   As shown in the BB cross-sectional view of FIG. 9, the parasitic element-equipped antenna 110 is electrically connected to the parasitic element 106 at one end thereof to the ground electrode 104 on the back surface by a via hole. Further, the other end of the parasitic element 106 is in an open state.

これら寄生素子106の左右には、EBG10を配置してある。つまり、寄生素子106は、放射器102に隣接して配置されたEBG10を隔てて配置されており、この寄生素子106の長手方向に沿った両側にも、EBG10(を構成する単位セル)が近接して並べて配置されている。   EBGs 10 are arranged on the left and right sides of these parasitic elements 106. That is, the parasitic element 106 is arranged with the EBG 10 arranged adjacent to the radiator 102 being spaced apart, and the EBG 10 (unit cell constituting the EBG 10) is also adjacent to both sides along the longitudinal direction of the parasitic element 106. Are arranged side by side.

また、この実施形態では、寄生素子106を放射器102よりわずかに短く設定し、放射器と平行に配置することで、従来技術の八木宇多アンテナの導波器として作用させ、寄生素子のある側のアンテナ利得を高くするように、アンテナビームを制御した。   Further, in this embodiment, the parasitic element 106 is set slightly shorter than the radiator 102 and is arranged in parallel with the radiator so that it acts as a waveguide of the Yagi Uta antenna of the prior art, and the side where the parasitic element is present The antenna beam was controlled to increase the antenna gain.

なお、図9に示す寄生素子付アンテナ110の構造は、同軸ケーブル105の給電が、基板の裏面からの給電(裏面給電)となっているが、第1実施形態で説明したように、同軸ケーブルを基板の側面に接続して給電する方法(側面給電)を利用してもよい。   In the structure of the antenna with parasitic elements 110 shown in FIG. 9, the feeding of the coaxial cable 105 is feeding from the back side of the substrate (backside feeding). However, as described in the first embodiment, the coaxial cable 105 is fed. A method of feeding power by connecting to the side of the substrate (side feeding) may be used.

この実施形態による、より具体的な実施例を図10と図11に示す。図10に示すアンテナ114は第2実施形態の第1の例であり、帯状セルのEBG11を用いたものである。また図11に示すアンテナ115は第2の例であり、六角形セルのEBG13を用いたものである。   More specific examples according to this embodiment are shown in FIGS. An antenna 114 shown in FIG. 10 is a first example of the second embodiment, and uses an EBG 11 of a band cell. Moreover, the antenna 115 shown in FIG. 11 is a 2nd example, and uses EBG13 of a hexagonal cell.

いずれの例も中央に放射器102を配置し、その両側にEBG、さらにその横に寄生素子106を配置した。さらに寄生素子106の横にもEBGを配置している。
これら図10,図11に示した第2実施形態についても、アンテナの反射損失の周波数依存性を解析した。図12に計算例を示す。この計算結果も、アンテナの構造をモデル化し、広く利用されている電磁界解析ソフトウエアを使ってシミュレーションした。
In each example, the radiator 102 is arranged in the center, the EBG is arranged on both sides thereof, and the parasitic element 106 is arranged on the side thereof. Further, an EBG is also arranged beside the parasitic element 106.
For the second embodiment shown in FIGS. 10 and 11, the frequency dependence of the reflection loss of the antenna was also analyzed. FIG. 12 shows a calculation example. This calculation result was also simulated by using the widely used electromagnetic field analysis software by modeling the antenna structure.

解析した実施形態は、114、115のアンテナいずれも、60×60×3.2mmの大きさで、比誘電率2.6の誘電体基板101基板を用いた。また放射器102の長さはLe=22.5mm、幅はWe=2.0mm、寄生素子106の長さはLp=19.5mm、幅はWe=2.0mmとした。放射器および寄生素子とEBGとの間隔はGe=Gp=0.5mm、放射器と寄生素子との距離はDp=14.8mmである。   In the analyzed embodiment, a dielectric substrate 101 having a size of 60 × 60 × 3.2 mm and a relative dielectric constant of 2.6 was used for both the antennas 114 and 115. The length of the radiator 102 is Le = 22.5 mm, the width is We = 2.0 mm, the length of the parasitic element 106 is Lp = 19.5 mm, and the width is We = 2.0 mm. The distance between the radiator and the parasitic element and the EBG is Ge = Gp = 0.5 mm, and the distance between the radiator and the parasitic element is Dp = 14.8 mm.

例1のアンテナ114は5.0〜5.5GHzの範囲で−6dBの反射損失を示しており、弱いながらも共振が発生していることがわかる。例2の115のアンテナは共振が強く、5.8GHzを中心として、反射損失が−10dB以下となる範囲が500MHz以上得られることがわかった。このように、特に動作周波数範囲を広く取りたい場合には、例2の構造を利用すると良く、寄生素子106がない場合に比べやや動作周波数範囲は狭くなるものの、図8に119で示したような従来技術を使ったパッチアンテナに比べれば、依然として広い周波数を得られることがわかる。   The antenna 114 of Example 1 shows a reflection loss of −6 dB in the range of 5.0 to 5.5 GHz, and it can be seen that resonance occurs although it is weak. It was found that the antenna of 115 in Example 2 has strong resonance, and a range in which the reflection loss is −10 dB or less around 5.8 GHz is obtained at 500 MHz or more. Thus, when it is desired to take a wide operating frequency range, the structure of Example 2 may be used. Although the operating frequency range is slightly narrower than that without the parasitic element 106, as shown by 119 in FIG. It can be seen that a wide frequency can still be obtained as compared with a patch antenna using conventional technology.

ここで、第2実施形態の特徴としては、寄生素子106によりアンテナのビームパターンを制御できるという点がある。そこで本発明者らは、アンテナを実際に試作し、そのビームパターンを測定した。   Here, the feature of the second embodiment is that the beam pattern of the antenna can be controlled by the parasitic element 106. Therefore, the inventors actually made a prototype of the antenna and measured its beam pattern.

図13にアンテナビームパターンの計測方法を示す。電波暗室内に試作したアンテナを配置し、暗室内に設けた基準アンテナから、基準信号を送信し、試作したアンテナでその基準信号を受信して、受信電力強度を計測することにより、アンテナの利得を計測した。この状態で、アンテナを回転することにより、各方向の利得の変化を求め、アンテナビームのパターンを測定した。今回、垂直平面(z−x平面)内で水平偏波利得Gφを、水平平面(x−y平面)内で、水平偏波利得Gφと垂直偏波利得Gθとをそれぞれ計測した。   FIG. 13 shows an antenna beam pattern measurement method. The antenna gain is obtained by placing the prototype antenna in the anechoic chamber, transmitting the reference signal from the reference antenna installed in the darkroom, receiving the reference signal with the prototype antenna, and measuring the received power intensity. Was measured. In this state, the antenna was rotated to determine the change in gain in each direction, and the pattern of the antenna beam was measured. This time, the horizontal polarization gain Gφ was measured in the vertical plane (z-x plane), and the horizontal polarization gain Gφ and the vertical polarization gain Gθ were measured in the horizontal plane (xy plane).

計測したデータの例を図14に示す。ここでは図6で示した第1実施形態・例3のアンテナ113と、図10で示した、第2実施形態・例2のアンテナ115のビームパターンを比較した。これらはいずれも六角形セルのEBGを用いたモノポールアンテナであり、113が寄生素子なし、115が放射器の両側に寄生素子106を配置したものである。   An example of measured data is shown in FIG. Here, the beam patterns of the antenna 113 of the first embodiment / example 3 shown in FIG. 6 and the antenna 115 of the second embodiment / example 2 shown in FIG. 10 were compared. These are monopole antennas using hexagonal cell EBGs, 113 having no parasitic elements, and 115 having parasitic elements 106 arranged on both sides of the radiator.

図14(a)で示す垂直平面(z−x平面)での利得を見ると、寄生素子を配置したものでは、寄生素子のある方向、すなわち±90度方向の利得が、寄生素子のないものに比べて10dB程度高くなっていることがわかる。また、図14(b)で示す水平平面(x−y平面)のデータでもこの傾向は現れており、寄生素子を配置したものでは、0度および180度方向の利得が、寄生素子のないものに比べて高くなっている。   Looking at the gain on the vertical plane (z-x plane) shown in FIG. 14A, in the case where the parasitic element is arranged, the gain in the direction where the parasitic element is present, that is, the direction of ± 90 degrees, is not present in the parasitic element. It can be seen that it is about 10 dB higher than. Further, this tendency appears also in the data on the horizontal plane (xy plane) shown in FIG. 14B. When the parasitic elements are arranged, the gains in the directions of 0 degrees and 180 degrees do not have the parasitic elements. It is higher than

また、図14(c)で示す垂直偏波の利得Gθも、寄生素子を配置したものでは、0度と180度に近い領域が、寄生素子のないものに比べて高くなっていることが確認できた。この寄生素子を用いたビームパターンの制御は、例えば、本アンテナを自動車の天井に配置し、図13において、x軸を前方方向になるように設置した場合、図18に示した車車間通信に要求されるビームパターンに近くなる。すなわち垂直平面では、前後水平方向の利得が強くなり、水平平面では前後方向に強い利得を示すことがわかる。   Also, it is confirmed that the vertical polarization gain Gθ shown in FIG. 14C is higher in the region where the parasitic elements are arranged, in the region close to 0 degree and 180 degrees than that without the parasitic elements. did it. The beam pattern control using this parasitic element is performed, for example, when the antenna is disposed on the ceiling of an automobile and the x-axis is set in the forward direction in FIG. Close to the required beam pattern. That is, it can be seen that the vertical plane has a strong front-rear horizontal gain, and the horizontal plane has a strong front-rear gain.

(第2実施形態による効果)
上記に詳述したアンテナ114,115においては、放射器102と同一の面において、放射器102に対してEBG10を隔てて配置された1または複数の金属製の寄生素子106を備えている。
(Effect by 2nd Embodiment)
The antennas 114 and 115 described in detail above include one or more metal parasitic elements 106 arranged on the same plane as the radiator 102 with the EBG 10 being spaced from the radiator 102.

このようなアンテナ114,115によれば、放射素子と寄生素子106とが電磁界結合をし、寄生素子106にも電流が流れることにより、放射器102に加え寄生素子106も放射源となる。そして、寄生素子106のインピーダンスや位置を適切に配置することにより、アンテナ114,115のビームの方向を変化させることが可能となる。   According to such antennas 114 and 115, the radiating element and the parasitic element 106 are electromagnetically coupled and a current flows through the parasitic element 106, so that the parasitic element 106 in addition to the radiator 102 also serves as a radiation source. Then, by appropriately arranging the impedance and position of the parasitic element 106, the beam directions of the antennas 114 and 115 can be changed.

また、アンテナ114,115において、寄生素子106は、放射器102に対して平行に配置された帯状の金属層によって形成されており、この金属層の一方の端部が金属製の給電部103によって接地電極104と接続されているとともに、金属層の他方の端部が開放状態とされている。   In the antennas 114 and 115, the parasitic element 106 is formed by a band-shaped metal layer arranged in parallel to the radiator 102, and one end of the metal layer is formed by the metal power feeding unit 103. While being connected to the ground electrode 104, the other end of the metal layer is opened.

このようなアンテナ114,115によれば、アンテナ114,115全体がモノポールアンテナの八木宇多アンテナとして作用する。この結果、公知技術である八木宇多アンテナの設計手法が適用でき、例えば寄生素子106の長さを放射素子より短く設定することで、寄生素子106側にアンテナ114,115のビームが向く導波器として作用させることができる。また、逆に寄生素子106の長さを放射素子より長く設定することで、寄生素子106と反対側にアンテナ114,115のビームが向く反射器として作用させることもできる。   According to such antennas 114 and 115, the antennas 114 and 115 as a whole function as a monopole antenna Yagi Uta antenna. As a result, the Yagi-Uta antenna design method, which is a known technique, can be applied. For example, by setting the length of the parasitic element 106 to be shorter than that of the radiating element, the waveguide in which the beams of the antennas 114 and 115 are directed toward the parasitic element 106 Can act as Conversely, by setting the length of the parasitic element 106 to be longer than that of the radiating element, it is possible to act as a reflector in which the beams of the antennas 114 and 115 are directed to the side opposite to the parasitic element 106.

(第3実施形態)
図15に第3実施形態の寄生素子付アンテナ120を示す。本実施形態は、基本的構成は第2実施形態と同様であるが、寄生素子106がひとつしかない場合の例である。放射器、寄生素子の構成、給電方法などは第2の実施形態と共通のため省略する。
(Third embodiment)
FIG. 15 shows an antenna 120 with parasitic elements according to the third embodiment. This embodiment is an example in which the basic configuration is the same as that of the second embodiment, but there is only one parasitic element 106. The configuration of the radiator, the parasitic element, the power feeding method, and the like are the same as those in the second embodiment, and are omitted.

ここで、寄生素子106の長さを放射器102よりわずかに短く設定すると、八木宇多アンテナの導波器として作用し、導波器のある側のアンテナ利得が高くなるようにビームを制御することができる。   Here, if the length of the parasitic element 106 is set slightly shorter than that of the radiator 102, it acts as a director of the Yagi Uta antenna and controls the beam so that the antenna gain on the side where the director is located becomes high. Can do.

さらに本実施形態では、寄生素子の効果において、従来技術の八木宇多アンテナやアレイアンテナの設計理論を適用できるため、寄生素子を放射器より長く設定して、反射器として利用し、反射器と反対方向の利得を高くしたり、放射器と同じ長さの寄生素子を用いて正面方向の利得を高くするために利用したりも可能である。すなわち、用途に応じて適切なビームパターンを得ることができる。   Furthermore, in this embodiment, the design theory of the conventional Yagi Uta antenna and array antenna can be applied to the effect of the parasitic element. Therefore, the parasitic element is set longer than the radiator and used as a reflector, opposite to the reflector. It is also possible to increase the gain in the direction, or to increase the gain in the front direction by using a parasitic element having the same length as the radiator. That is, an appropriate beam pattern can be obtained according to the application.

(第4実施形態)
図16に第4実施形態のダイポールアンテナ130を示す。本実施形態は、基本構成は第1実施形態と同様であるが、放射器107がモノポールではなくダイポールアンテナになっている点が異なる。放射器107は、誘電体基板101基板101上に帯状の金属として形成されているが、2本の分かれた帯からなり、内側にそれぞれ給電部103が設けられている。
(Fourth embodiment)
FIG. 16 shows a dipole antenna 130 of the fourth embodiment. This embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment except that the radiator 107 is not a monopole but a dipole antenna. The radiator 107 is formed as a band-shaped metal on the dielectric substrate 101 substrate 101, but is composed of two separate bands, and the power feeding unit 103 is provided on each of the inner sides.

この給電部103には、従来技術のダイポールアンテナで広く行われているように、お互い逆の位相となるように差動給電を行えばよい。より具体的には図16(a)に示すように2本の同軸ケーブルを使って差動給電を行う方法を用いればよい。   The power feeding unit 103 may be differentially fed so that the phases are opposite to each other, as is widely done with dipole antennas of the prior art. More specifically, as shown in FIG. 16A, a method of performing differential power feeding using two coaxial cables may be used.

また、無線機の機能を集約したICや高周波集積モジュールに直接アンテナを接続する場合には、図16(b)に示すようにICのアンテナ出力端子を直接ダイポール型放射器107の端子に直接接続してもよい。   Further, when an antenna is directly connected to an IC or a high-frequency integrated module that integrates the functions of a radio device, the IC antenna output terminal is directly connected to the terminal of the dipole radiator 107 as shown in FIG. May be.

放射器107の長さは、従来からよく知られているように、双方の放射器107の長さ合計がアンテナ動作周波数における電波の線路内波長の(2n−1)/2倍(ただし、nは自然数。例えば1/2倍)に設定すればよい。また、EBG10の構造は第1実施形態と同様な構造を用いればよく、EBGの共振周波数をアンテナの動作周波数に合わせればよい。   As is well known in the art, the length of radiator 107 is such that the total length of both radiators 107 is (2n−1) / 2 times the in-line wavelength of the radio wave at the antenna operating frequency (where n Is a natural number (for example, 1/2 times). Moreover, the structure of EBG10 should just use the structure similar to 1st Embodiment, and should just match the resonant frequency of EBG with the operating frequency of an antenna.

(第4実施形態による効果)
上記に詳述したアンテナ130において、放射器107は、一直線上に並んだ2本の帯状の金属層からなり、該各金属層のお互い近い側の端部に外部装置に繋がる配線が接続される給電部103をそれぞれ備えているとともに、放射器107における各金属層の合計の長さは、放射器107の共振周波数における線路内波長の(2n−1)/2倍(ただし、nは自然数。)に設定されている。
(Effect by 4th Embodiment)
In the antenna 130 described in detail above, the radiator 107 is composed of two strip-shaped metal layers arranged in a straight line, and wirings connected to an external device are connected to the ends of the metal layers on the sides close to each other. Each of the power supply units 103 is provided, and the total length of each metal layer in the radiator 107 is (2n−1) / 2 times the in-line wavelength at the resonance frequency of the radiator 107 (where n is a natural number). ) Is set.

このようなアンテナ130によれば、従来から広く利用されているダイポールアンテナ130を平面アンテナとして実現することができる。また、このアンテナ130は、接地電極104が他の金属層で覆われた状態で動作できるため、金属製の筐体等に直接貼り付けるような設置方法も可能である。   According to such an antenna 130, the dipole antenna 130 that has been widely used conventionally can be realized as a planar antenna. In addition, since the antenna 130 can operate in a state where the ground electrode 104 is covered with another metal layer, an installation method in which the antenna 130 is directly attached to a metal housing or the like is also possible.

(第5実施形態)
図17に第5実施形態のアンテナ131を示す。この実施形態は、広く知られている八木宇多アンテナと同様の構造を実現したものである。放射器の構造はダイポール構造としており、第4実施形態と共通の構造を持つ。従って給電方法も第4実施形態と同様にすることができる。
(Fifth embodiment)
FIG. 17 shows an antenna 131 of the fifth embodiment. This embodiment implements a structure similar to the widely known Yagi Uta antenna. The structure of the radiator is a dipole structure, which is the same as that of the fourth embodiment. Therefore, the power feeding method can be the same as that in the fourth embodiment.

本実施形態のアンテナ131において誘電体基板101上には、放射器107に加え、同一の平面上に放射器107と同じく第1の導電層を用いて反射器141と導波器142を形成した。放射器107、反射器141、導波器142、の間・両側にはそれぞれEBG10が配置されている。反射器141と導波器142は帯状の金属とし、両端は開放状態とした。   In the antenna 131 of this embodiment, on the dielectric substrate 101, in addition to the radiator 107, the reflector 141 and the waveguide 142 are formed on the same plane using the same first conductive layer as the radiator 107. . EBGs 10 are disposed between and on both sides of the radiator 107, the reflector 141, and the waveguide 142. The reflector 141 and the director 142 are band-shaped metal, and both ends are opened.

(第5実施形態による効果)
上記のアンテナ131においては、放射器107と同一の面において、放射器107に対してEBG10を隔てて配置された1または複数の金属製の寄生素子である導波器142を備えている。また、アンテナ131において、導波器142は、帯状の金属層で形成されており、両端とも開放状態にされている。
(Effect by 5th Embodiment)
The antenna 131 includes a waveguide 142 which is one or more metal parasitic elements arranged on the same plane as the radiator 107 with the EBG 10 being spaced from the radiator 107. In the antenna 131, the director 142 is formed of a band-shaped metal layer, and both ends are open.

このようなアンテナ131によれば、ダイポールアンテナにおいて、導波器142によるアンテナビームパターンを制御する効果を実現することができる。
このようなアンテナ131によれば、広く知られた八木宇多アンテナを平面アンテナとして構成することができる。従って、導波器142の長さを変えて、導波器や反射器として作用させるなど、八木宇多アンテナの設計手法を適用することができる。
According to such an antenna 131, the effect of controlling the antenna beam pattern by the director 142 can be realized in a dipole antenna.
According to such an antenna 131, a well-known Yagi Uta antenna can be configured as a planar antenna. Therefore, the design method of the Yagi Uta antenna can be applied, for example, by changing the length of the director 142 so as to act as a director or a reflector.

また、この形態をとることにより、導波器142の方向にアンテナビームを鋭く集中させることが可能となる。なお、本実施形態の例では導波器/反射器ともそれぞれ1つずつの構成であるが、従来技術である八木宇多アンテナで実施されているように、導波器を複数配置し、導波器方向へのアンテナビームの集中をさらに強くし、ビームを細く絞ることも可能である。   Further, by taking this form, it becomes possible to concentrate the antenna beam sharply in the direction of the director 142. In the example of this embodiment, each of the directors / reflectors has one configuration. However, as in the case of the conventional Yagi Uta antenna, a plurality of directors are arranged and guided. It is also possible to further concentrate the antenna beam in the direction of the vessel and narrow the beam narrowly.

この際には、複数配置する導波器の間と、先端に位置する導波器の側方にもEBGを配置すればよい。この構造をとることにより、平面アンテナの構造でも、八木宇多アンテナと等しい効果を持つアンテナを実現することができる。   In this case, the EBG may be disposed between the plurality of waveguides disposed on the side of the waveguide positioned at the tip. By adopting this structure, an antenna having an effect equivalent to that of the Yagi-Uta antenna can be realized even with a planar antenna structure.

さらにアンテナ131において、放射器107における各給電部103には、お互い逆の位相となる、差動給電がなされるよう構成されている。
このようなアンテナ131によれば、ダイポールアンテナに効率よく給電することができる。
Further, in the antenna 131, each feeding unit 103 in the radiator 107 is configured to be differentially fed with phases opposite to each other.
According to such an antenna 131, it is possible to efficiently supply power to the dipole antenna.

発明の原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle of invention. 第1実施形態のモノポールアンテナ100の基本構造を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the basic structure of the monopole antenna 100 of 1st Embodiment. EBG10のより詳細な実施形態を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the more detailed embodiment of EBG10. 第1実施形態において帯状セルのEBG11を採用した実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment which employ | adopted EBG11 of the strip | belt-shaped cell in 1st Embodiment. 第1実施形態において角型セルのEBG12を採用した実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment which employ | adopted square cell EBG12 in 1st Embodiment. 第1実施形態において六角形セルのEBG13を採用した実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment which employ | adopted EBG13 of the hexagonal cell in 1st Embodiment. 第1実施形態に示す各アンテナにおける反射損失の周波数依存性の計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the frequency dependence of the reflection loss in each antenna shown in a 1st embodiment. 公知技術であるパッチアンテナ119を示す平面図である。It is a top view which shows the patch antenna 119 which is a well-known technique. 第2実施形態の寄生素子付アンテナ110を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the antenna 110 with a parasitic element of 2nd Embodiment. 第2実施形態において帯状セルのEBG11を採用した実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment which employ | adopted EBG11 of the strip | belt-shaped cell in 2nd Embodiment. 第2実施形態において六角形セルのEBG13を採用した実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment which employ | adopted EBG13 of the hexagonal cell in 2nd Embodiment. 第2実施形態に示す各アンテナにおける反射損失の周波数依存性の計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the frequency dependence of the reflection loss in each antenna shown in a 2nd embodiment. アンテナビームパターンの計測方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measuring method of an antenna beam pattern. アンテナビームパターンの計測結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement result of an antenna beam pattern. 第3実施形態の寄生素子付アンテナ120を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the antenna 120 with a parasitic element of 3rd Embodiment. 第4実施形態のダイポールアンテナ130を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the dipole antenna 130 of 4th Embodiment. 第5実施形態のアンテナ131を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the antenna 131 of 5th Embodiment. 車車間通信の利用形態を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows the utilization form of vehicle-to-vehicle communication.

符号の説明Explanation of symbols

10〜14…EBG、25…ビアホール、100,110〜115,119,120,130,131…アンテナ、101…誘電体基板、102…放射器、103…給電部、104…接地電極、105…同軸ケーブル、106…寄生素子、107…放射器、141…反射器、142…導波器、201…自動車。   10-14 ... EBG, 25 ... via hole, 100,110-115,119,120,130,131 ... antenna, 101 ... dielectric substrate, 102 ... radiator, 103 ... feeding part, 104 ... ground electrode, 105 ... coaxial Cable 106 106 Parasitic element 107 Radiator 141 Reflector 142 Wave director 201 Automobile

Claims (10)

外部装置からの配線が接続される接続部を備え、板状に形成された誘電体における一方の面に配置され、帯状に形成された金属層から成る放射器と、
前記放射器と同一の面において、前記放射器の長手方向に沿った両側に隣接して配置され、所定形状の金属層を周期的に並べて形成された周期構造体と、
前記誘電体における他方の面において、前記放射器および前記周期構造体が配置された領域における裏面側に相当する領域の全面または略全面を覆う金属層から成る裏面側金属層と、
を備え、
前記周期構造体は、前記放射器の共振周波数において、高インピーダンスとなる共振を起こすように設定されていること
を特徴とするアンテナ。
A radiator comprising a metal layer formed in a strip shape, disposed on one surface of a plate-shaped dielectric, having a connection portion to which wiring from an external device is connected;
A periodic structure that is arranged adjacent to both sides along the longitudinal direction of the radiator on the same surface as the radiator, and is formed by periodically arranging metal layers having a predetermined shape;
On the other surface of the dielectric, a back surface side metal layer comprising a metal layer covering the entire surface or substantially the entire surface corresponding to the back surface side in the region where the radiator and the periodic structure are disposed;
With
The antenna is characterized in that the periodic structure is set so as to cause a resonance having a high impedance at a resonance frequency of the radiator.
請求項1に記載のアンテナにおいて、
前記周期構造体は、周期的に構成されたインダクタ成分とキャパシタンス成分とを有しており、共振する際にはLC共振を起こすよう設定されていること
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 1, wherein
The periodic structure has an inductor component and a capacitance component that are periodically configured, and is configured to cause LC resonance when resonating.
請求項1または請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射器は、一方の端部に前記接続部を備えているとともに、他方の端部が開放状態とされており、
前記放射器の長さは、前記放射器の共振周波数における線路内波長の(2n−1)/4倍(ただし、nは自然数。)に設定されていること
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 1 or 2,
The radiator includes the connecting portion at one end, and the other end is in an open state.
The antenna is characterized in that the length of the radiator is set to (2n-1) / 4 times the wavelength in the line at the resonance frequency of the radiator (where n is a natural number).
請求項3に記載のアンテナにおいて、
前記放射器と同一の面において、前記放射器に対して前記周期構造体を隔てて配置された1または複数の金属製の寄生素子を備えたこと
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 3,
An antenna comprising one or more metal parasitic elements arranged on the same plane as the radiator with the periodic structure being spaced apart from the radiator.
請求項4に記載のアンテナにおいて、
前記寄生素子は、前記放射器に対して平行に配置された帯状の金属層によって形成されており、該金属層の一方の端部が金属製の接続部材によって前記裏面側金属層と接続されているとともに、前記金属層の他方の端部が開放状態とされていること
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 4, wherein
The parasitic element is formed by a band-shaped metal layer arranged in parallel to the radiator, and one end of the metal layer is connected to the back-side metal layer by a metal connecting member. And the other end of the metal layer is in an open state.
請求項1または請求項2に記載のアンテナにおいて、
前記放射器は、一直線上に並んだ2本の帯状の金属層からなり、該各金属層のお互い近い側の端部に外部装置に繋がる配線が接続される給電部をそれぞれ備えているとともに、
前記放射器における各金属層の合計の長さは、前記放射器の共振周波数における線路内波長の(2n−1)/2倍(ただし、nは自然数。)に設定されていること
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 1 or 2,
The radiator is composed of two strip-shaped metal layers arranged in a straight line, and each of the metal layers includes a power feeding unit to which a wiring connected to an external device is connected to an end portion on the side close to each other,
The total length of each metal layer in the radiator is set to (2n-1) / 2 times the wavelength in the line at the resonance frequency of the radiator (where n is a natural number). Antenna.
請求項6に記載のアンテナにおいて、
前記放射器と同一の面において、前記放射器に対して前記周期構造体を隔てて配置された1または複数の金属製の寄生素子を備えたこと
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 6,
An antenna comprising one or more metal parasitic elements arranged on the same plane as the radiator with the periodic structure being spaced apart from the radiator.
請求項7に記載のアンテナおいて、
前記寄生素子は、帯状の金属層で形成されており、両端とも開放状態であること
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 7, wherein
The antenna is characterized in that the parasitic element is formed of a band-shaped metal layer, and both ends are open.
請求項6〜請求項8の何れかに記載のアンテナにおいて、
前記放射器における各給電部には、お互い逆の位相となる、差動給電がなされること
を特徴とするアンテナ。
The antenna according to any one of claims 6 to 8,
The antenna is characterized in that differential feeding is performed on each feeding section of the radiator in opposite phases.
請求項1〜請求項9の何れかに記載のアンテナにおいて、
前記裏面側金属層は、当該アンテナに対して給電を行う機器からみて、接地電位にあることを特徴とするアンテナ。
The antenna according to any one of claims 1 to 9,
The antenna, wherein the back side metal layer is at a ground potential as viewed from a device that feeds power to the antenna.
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