JP2011146851A - Wideband unidirectional antenna - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、八木宇田アンテナと同様に導波器と反射器を備えるが、広帯域に単指向性が得られ、指向性方向を大幅に短縮して低姿勢にした広帯域単指向性アンテナに関している。 The present invention relates to a wideband unidirectional antenna that includes a director and a reflector as in the case of the Yagi-Uda antenna, but has a unidirectional characteristic in a wide band, and has a directional direction greatly shortened to a low attitude.
一般に、通信あるいは放送受信において、外部擾乱からの影響を抑制するためには、高指向性アンテナが有利である事が知られている。例えば、単指向性アンテナの場合、無指向性のものより利得が向上する。このような利得の向上により、通信範囲の拡大に加え、望まない他システムとの干渉を低減する効果も得ることができる。また、単指向性のアンテナを組み合わせて、複数の方向の領域をカバーすることは容易である。 In general, it is known that a highly directional antenna is advantageous in order to suppress the influence from external disturbances in communication or broadcast reception. For example, in the case of a unidirectional antenna, the gain is improved as compared with a non-directional antenna. By improving the gain in this way, in addition to expanding the communication range, it is possible to obtain the effect of reducing interference with other systems that are not desired. In addition, it is easy to cover a region in a plurality of directions by combining unidirectional antennas.
単指向性アンテナとして種々のアンテナが知られているが、例えばUHF帯のテレビ放送受信(470−770MHz)では、棒状の素子で構成された八木宇田アンテナがよく使われている。 Various antennas are known as unidirectional antennas. For example, in UHF band television broadcast reception (470-770 MHz), a Yagi-Uda antenna composed of rod-shaped elements is often used.
一般に、八木宇田アンテナでは、その指向性方向に反射素子と給電素子と導波素子を順に備えるため、その指向性方向に長い、という特徴がある。また、上記の470−770MHzの周波数帯を1つの八木宇田アンテナでカバーするためには、特別な工夫が必要である。 In general, the Yagi-Uda antenna is characterized in that it is long in the directionality direction because it includes a reflection element, a feed element, and a waveguide element in that direction. Further, in order to cover the above 470-770 MHz frequency band with a single Yagi-Uda antenna, a special device is required.
指向性方向を大幅に短縮した八木宇田アンテナとしては、特許文献1(特願2008−262172号明細書)の開示がある。これは、素子間隔を約0.05波長以下としたもので、反射素子にインダクタに相当する部分を備えることで、整合をとり、かつ指向性を鋭くするようにしたものである。 As a Yagi-Uda antenna whose directivity direction is significantly shortened, there is a disclosure of Patent Document 1 (Japanese Patent Application No. 2008-262172). This is an element spacing of about 0.05 wavelength or less, and the reflective element is provided with a portion corresponding to an inductor so as to achieve matching and sharp directivity.
また、使用に適する周波数帯域を広帯域化したものとして、特許文献2(米国特許第3、364、491号明細書)には、2つの立体楕円体を用いたダイポールアンテナが開示されている。また、特許文献3(米国特許第4、370、660号明細書)には、平面状楕円を用いたダイポールアンテナが開示されている。 In addition, as a broadened frequency band suitable for use, Patent Document 2 (US Pat. No. 3,364,491) discloses a dipole antenna using two solid ellipsoids. Patent Document 3 (US Pat. No. 4,370,660) discloses a dipole antenna using a planar ellipse.
特許文献1から3を組合わせた場合には、導波素子と反射素子とは類似の形状となるが、本発明では、それらは類似ではないので、これらの特許文献を組合わせても、実現できるものでないことは明らかである。
When
一般に、低姿勢で単指向性のアンテナは設置自由度が高く広範囲に適用できる。つまり、低姿勢なアンテナは装置筐体などに貼り付けるように設置することができ、単指向性であれば、筐体などに貼り付けるように設置しても、アンテナ特性への影響が小さい。さらに、広い分野に利用できるためには、周波数特性に関して広帯域な特性であることが望ましい。 In general, a low-profile, unidirectional antenna has a high degree of installation flexibility and can be applied in a wide range. In other words, a low-profile antenna can be installed so as to be attached to a device housing or the like, and if it is unidirectional, even if it is installed to be attached to a housing or the like, the influence on the antenna characteristics is small. Further, in order to be usable in a wide range of fields, it is desirable that the frequency characteristic is a broadband characteristic.
本発明の広帯域単指向性アンテナは、互いに離れて順に並行するそれぞれの面上にある導波素子と給電素子と反射素子とを含み、上記導波素子は、2枚の面状導体を同一面上に所定の距離をおいて配置したものである。特に、上記給電素子は、2枚の面状導体を同一面上に所定の距離をおいて配置し、該2枚の面状導体に平衡給電するものであり、上記反射素子は、2枚の面状導体を同一面上に該面状導体の相対する点を短絡したものである。また、導波素子、給電素子、反射素子の順に並べることで、八木宇田アンテナ類似の構成とする。 The wideband unidirectional antenna of the present invention includes a waveguide element, a feed element, and a reflection element on respective planes that are separated from each other in parallel, and the waveguide element has two planar conductors on the same plane. It is arranged at a predetermined distance on the top. In particular, the power feeding element is configured such that two planar conductors are arranged on the same plane at a predetermined distance, and balanced power is supplied to the two planar conductors. The planar conductor is short-circuited on the same surface at opposite points of the planar conductor. Moreover, it is set as the structure similar to a Yagi-Uda antenna by arranging in order of a waveguide element, a feed element, and a reflective element.
上記導波素子の2枚の面状導体間は、キャパシタで結合されていてもよい。キャパシタとしては、例えば平行平板型のキャパシタである。 The two planar conductors of the waveguide element may be coupled by a capacitor. The capacitor is, for example, a parallel plate type capacitor.
また、上記面状導体の形状は、すくなくとも一部の形状が円形または楕円形である。全体が円形または楕円形であっても差し支えない。 Further, at least a part of the shape of the planar conductor is circular or elliptical. The whole may be round or oval.
上記導波素子と反射素子との距離は、上記給電素子に給電する高周波信号波長の10分の1以下である。その中間に給電素子を設けることが望ましい。 The distance between the waveguide element and the reflection element is 1/10 or less of the wavelength of the high frequency signal fed to the feeding element. It is desirable to provide a feeding element in the middle.
上記導波素子と給電素子と反射素子におけるそれぞれの面状導体は、それぞれ同一の平面状導体から形成したものである。例えば、印刷基板を用いて容易に形成することができる。 Each planar conductor in the waveguide element, the feeding element, and the reflecting element is formed from the same planar conductor. For example, it can be easily formed using a printed board.
広帯域に単指向性の得られる低姿勢なアンテナを実現することができる。 A low-profile antenna capable of obtaining unidirectionality in a wide band can be realized.
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.
素子間隔を通常の0.25波長に対して、約5分の1の0.049波長に小形化する3素子の八木宇田アンテナにおいて、素子ダイポールを2つの楕円で構成し、導波器は2つの楕円を開放状態にし、反射器は短絡状態にすることにより、動作利得劣化が1dB以内の比帯域を約29%に広帯域化することができる。 In a three-element Yagi-Uda antenna that reduces the element spacing to 0.049 wavelength, which is about 1/5 of the normal 0.25 wavelength, the element dipole is composed of two ellipses, and the waveguide is 2 By opening one ellipse and short-circuiting the reflector, it is possible to widen the ratio band with an operating gain degradation within 1 dB to about 29%.
図1は、高周波信号源5からの高周波信号波長λについて本発明の広帯域単指向性アンテナの構成例を示す図である。この例では、導波器は、0.532λの長径と0.84λの短径をもつ楕円状の導体1Aと1Bを約0.001λの距離を置いて同一平面上に配置したものである。また、給電素子は、導波器の導体1A、1Bと同サイズの楕円形の導体2A、2Bを約0.001λの距離を置いて同一平面上に配置し、導体2A、2Bには、平衡給電線4を通じて、高周波信号源5からの高周波信号を印加する。また、反射素子は、導波器の導体1A、1Bと同サイズの楕円形の導体3A、3Bを一端で短絡するように同一平面上に配置したものである。上記の導波器と給電素子と反射器とは、重なるように、0.049λの距離をおいて順に配置する。この広帯域単指向性アンテナの指向方向は、反射器から導波器に向かう方向である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wideband unidirectional antenna of the present invention for a high frequency signal wavelength λ from a high
図2は、UHF帯における地上デジタルテレビ放送受信用の広帯域単指向性アンテナの構成例を示す図である。地上デジタルの中心周波数である590MHzの0.1波長である約5cmの奥行きのアンテナにより、周波数470−710MHzの比帯域約41%の帯域で約5dBi以上の動作利得を実現する構成が可能である。この場合、アンテナの長さは約41cm、幅は26cmである。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a wideband unidirectional antenna for receiving digital terrestrial television broadcasting in the UHF band. An antenna having a depth of about 5 cm, which is a 0.1 wavelength of 590 MHz, which is the center frequency of terrestrial digital, can be configured to realize an operation gain of about 5 dBi or more in a specific band of about 41% of a frequency of 470-710 MHz. . In this case, the length of the antenna is about 41 cm and the width is 26 cm.
上記の導波器と給電素子と反射器においては、楕円形の導体を用いたが、円形の導体でもよく、また一部が楕円型または円形の導体であってもよい。また、導波器、給電素子、反射器の大きさは全て同じとしたが、異なっても良い。 In the above-described director, feed element, and reflector, an elliptical conductor is used. However, a circular conductor may be used, or a part of the conductor may be an elliptical or circular conductor. Moreover, although the sizes of the director, the feeding element, and the reflector are all the same, they may be different.
図3の例では、導波器は、114mmの長径と90mmの短径をもつ楕円状の導体1Aと1Bをキャパシタで結合したものである。また、給電素子は、導波器の導体1A、1Bと同サイズの楕円形の導体2A、2Bを約0.001λの距離を置いて同一平面上に配置し、導体2A、2Bには、平衡型給電線4を通じて、高周波信号源5からの高周波信号を印加する。導体2A、2B間の距離は、波長λに比べて十分に小さい値とすることが望ましい。また、反射素子は、導波器の導体1A、1Bと同サイズの楕円形の導体3A、3Bを一端で短絡するように同一平面上に配置したものである。上記の導波器と給電素子と反射器とは、重なるように、10.5mmの距離をおいて順に配置する。
In the example of FIG. 3, the director is obtained by coupling
図4に、図3の例において電気容量が(a)6.9pFの場合と、(b)0pF(開放)の場合の動作利得Gw、絶対利得Ga、不整合損(1/M)の周波数特性を示す。(a)電気容量が6.9pFの場合、0.72GHz付近でビームが得られ、動作利得低下が1dBの比帯域が約3.8%になる。特許文献1の構造の場合は約1.5%であるが、これに比べれば広帯域になっている。また、0.72GHzでなく、一般の周波数に対する寸法で表した寸法図を図5に示す。導波器に装荷するリアクタ6のリアクタンス値は−31Ωとなる。一方、(b)の開放した場合は実施例1の図1の構成となり、ビームができる周波数が約1.35GHzに高周波数化するが、比帯域は約29%に広帯域化される。
FIG. 4 shows the frequency of operating gain Gw, absolute gain Ga, and mismatch loss (1 / M) when the capacitance is (a) 6.9 pF and (b) 0 pF (open) in the example of FIG. Show properties. (A) When the electric capacity is 6.9 pF, a beam is obtained in the vicinity of 0.72 GHz, and the ratio band where the operating gain reduction is 1 dB is about 3.8%. In the case of the structure of
また、図4(a)と(b)との比較から、図3におけるキャパシタ容量を変えて調整することによって、利得の高くなる周波数とその帯域幅を調整することができることが分かる。 4A and 4B, it can be seen that the frequency at which the gain is increased and the bandwidth thereof can be adjusted by changing and adjusting the capacitor capacity in FIG.
上記導波素子と給電素子と反射素子におけるそれぞれの面状導体は、それぞれ同一の平面状導体から形成したものである。これらは、例えば、印刷基板を用いてよく知られた方法で容易に形成することができる。 Each planar conductor in the waveguide element, the feeding element, and the reflecting element is formed from the same planar conductor. These can be easily formed by a well-known method using, for example, a printed board.
図6に本発明の広帯域単指向性アンテナと、マイクロストリップアンテナ等の他のアンテナとの利得や帯域の比較を示す。マイクロストリップアンテナは、広帯域となるように、パッチと地板の間に誘電体がなく、間隔を0.03波長と通常に比べて大きい場合の特性を示している。本発明の広帯域単指向性アンテナは、他のアンテナに比べて、帯域幅が格別に広いことが分かる。 FIG. 6 shows a comparison of gain and band between the broadband unidirectional antenna of the present invention and another antenna such as a microstrip antenna. The microstrip antenna has characteristics in the case where there is no dielectric between the patch and the ground plane so that the band is wide, and the interval is 0.03 wavelength, which is larger than usual. It can be seen that the broadband unidirectional antenna of the present invention has a significantly wider bandwidth than other antennas.
本発明は、上記の様に、広い周波数帯域において単指向性の要求されるアンテナとして利用可能である。比較的低姿勢なので、筐体面に貼り付けるように設置することが可能であり、その場合、単指向性なので、特性の劣化が少ない。例えば、地上デジタル受信用の薄型アンテナとしての利用が考えられる。 As described above, the present invention can be used as an antenna requiring unidirectionality in a wide frequency band. Since it has a relatively low posture, it can be installed so as to be attached to the surface of the housing. In that case, since it is unidirectional, there is little deterioration in characteristics. For example, use as a thin antenna for terrestrial digital reception is conceivable.
1A、1B 導波器用導体
2A、2B 給電素子用導体
3A、3B 反射器用導体
4 給電線
5 高周波信号源
6 リアクタ
1A,
Claims (5)
上記導波素子は、2枚の面状導体を同一面上に所定の距離をおいて配置したものであり、
上記給電素子は、2枚の面状導体を同一面上に所定の距離をおいて配置し、該2枚の面状導体に平衡給電するものであり、
上記反射素子は、2枚の面状導体を同一面上に該面状導体の相対する点を短絡したものであることを特徴とする広帯域単指向性アンテナ。 Including a waveguide element, a feed element, and a reflection element on respective surfaces that are spaced apart from each other in parallel;
The waveguide element has two planar conductors arranged at a predetermined distance on the same plane,
The power feeding element is one in which two planar conductors are arranged on the same plane at a predetermined distance, and the two planar conductors are balancedly fed.
2. The broadband unidirectional antenna according to claim 1, wherein the reflecting element is obtained by short-circuiting two planar conductors on the same surface at opposite points of the planar conductor.
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