JP2011217205A - Planar antenna - Google Patents

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JP2011217205A
JP2011217205A JP2010084598A JP2010084598A JP2011217205A JP 2011217205 A JP2011217205 A JP 2011217205A JP 2010084598 A JP2010084598 A JP 2010084598A JP 2010084598 A JP2010084598 A JP 2010084598A JP 2011217205 A JP2011217205 A JP 2011217205A
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Masayuki Arai
雅行 荒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar antenna which can be configured in a small size and at low cost and can be operated in a plurality of frequency bands as an antenna of an apparatus related to RFID for instance.SOLUTION: On the surface of a dielectric substrate 12 provided with a ground conductor 18 on the back surface, a U-shaped strip line 14 and a patch conductor 16 extending from one end of the U-shaped strip line 14 to the other end of the U-shaped strip line are formed. A microstrip line type loop antenna to be operated at a first frequency is configured by the U-shaped strip line 14, and a patch antenna to be operated at a second frequency is configured by the patch conductor 16.

Description

本発明は、例えばRFID関連の機器のアンテナとして、小型で安価に構成することができ、複数周波帯で動作することも可能な平面アンテナに関する。   The present invention relates to a planar antenna that can be configured to be small and inexpensive and can operate in a plurality of frequency bands, for example, as an antenna of an RFID-related device.

近年、非接触ICカードや無線ICタグなどを使用した技術が盛んに使用されるようになっており、例えば、セキュリティ応用として入退出管理やオフィスセキュリティ管理などでの使用が多くなり、据え置き型または機器組み込み型のRFIDリーダライタ機器の用途が広がってきている。   In recent years, technologies using non-contact IC cards, wireless IC tags, etc. have been actively used. For example, as security applications, they are increasingly used in entrance / exit management, office security management, etc. Applications of built-in RFID reader / writer devices are expanding.

RFIDリーダライタ機器用のアンテナとしては、13.56MHzのHF帯用プリントループコイル、950MHz帯用の共振型のダイポールアンテナ、2.45GHz用のパッチアンテナが知られている。   Known antennas for RFID reader / writer devices include a 13.56 MHz HF band print loop coil, a 950 MHz band resonant dipole antenna, and a 2.45 GHz patch antenna.

従来は、それぞれの帯域用として別個の機器として使用されていたが、これらを一体化したリーダライタ機器が必要不可欠となっており、そのため、複数周波帯域で動作することができ、小型で安価な一体型の平面アンテナの実用化が望まれている。   Conventionally, it has been used as a separate device for each band, but a reader / writer device that integrates these devices is indispensable, so it can operate in multiple frequency bands, and is small and inexpensive. The practical application of an integrated planar antenna is desired.

従来の平面アンテナとしては、例えば、特許文献1〜2記載のアンテナが知られている。   As conventional planar antennas, for example, antennas described in Patent Documents 1 and 2 are known.

特許文献1記載のものでは、一方の面に放射導体を、他方の面に接地導体を設け、電波方式で利用される2.45GHz帯の周波数帯において動作するパッチアンテナと、コイル状導体を有し、電磁誘導方式で利用される13.56MHz帯の周波数帯において動作するアンテナとを、誘電体保持基体を介して積層することを開示する。   The one described in Patent Document 1 has a radiating conductor on one side and a grounding conductor on the other side, and has a patch antenna that operates in the frequency band of 2.45 GHz band used in the radio wave system, and a coiled conductor. Then, it is disclosed that an antenna operating in a 13.56 MHz frequency band used in an electromagnetic induction system is stacked via a dielectric holding base.

特許文献2記載のものでは、誘電体基板の上面に、周辺部に沿って四角形状の13.56MHz用のコイルアンテナを形成し、誘電体基板の中央部に円形の2.4GHz用のパッチアンテナを形成し、誘電体基板の裏面にパッチアンテナに対応したグランド面を形成することを開示する。   In the one described in Patent Document 2, a rectangular 13.56 MHz coil antenna is formed on the upper surface of a dielectric substrate along the peripheral portion, and a circular 2.4 GHz patch antenna is formed at the center of the dielectric substrate. And forming a ground plane corresponding to the patch antenna on the back surface of the dielectric substrate.

こうして、従来の平面アンテナでは、パッチアンテナとコイル状導体との組み合わせで2周波に対応するようにしている。   Thus, in the conventional planar antenna, the combination of the patch antenna and the coiled conductor is adapted to handle two frequencies.

特開2008−125115号公報JP 2008-125115 A 特開2005−51536号公報JP 2005-51536 A

本発明は、小型で安価に構成することができ、1周波以上の所望の周波で動作することができる新規な構成の平面アンテナを提供することをその目的とする。   An object of the present invention is to provide a planar antenna having a novel configuration that is small and inexpensive and can be operated at a desired frequency of one frequency or more.

上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明による平面アンテナは、裏面にグランド導体が設けられた誘電体基板の表面に、コ字状ストリップラインと、該コ字状ストリップラインの一端からコ字状ストリップラインの他端に向かって延びるパッチ導体とが形成され、コ字状ストリップラインによって、第1周波数で動作するマイクロストリップライン型ループアンテナが構成され、パッチ導体によって第2周波数で動作するパッチアンテナが構成される、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a planar antenna according to the present invention as claimed in claim 1 is characterized in that a U-shaped stripline and one end of the U-shaped stripline are formed on the surface of a dielectric substrate having a ground conductor on the back surface. And a U-shaped stripline extending toward the other end of the U-shaped stripline, and the U-shaped stripline forms a microstrip line type loop antenna that operates at the first frequency. An operating patch antenna is configured.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の平面アンテナにおいて、前記コ字状ストリップラインの外周囲に、または、前記コ字状ストリップラインと並列し、または、グランド導体と離間して、前記アンテナとは異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体が設けられることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the planar antenna according to the first aspect, the outer periphery of the U-shaped stripline, or in parallel with the U-shaped stripline, or spaced apart from a ground conductor, A coiled conductor that operates in a frequency band different from that of the antenna and performs transmission by an electromagnetic induction method is provided.

請求項3記載の発明による平面アンテナは、裏面にグランド導体が設けられた誘電体基板の表面に、コ字状ストリップラインと、該コ字状ストリップラインと対向して該コ字状ストリップラインの一端から連続的にその一端が繋がる第2コ字状ストリップラインとが形成され、コ字状ストリップラインの他端と第2コ字状ストリップラインの他端との間にはギャップが形成され、コ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインの一端からはコ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインの他端に向かって延びるパッチ導体が形成され、コ字状ストリップラインと第2コ字状ストリップラインの長さがわずかに異なり、コ字状ストリップラインと第2コ字状ストリップラインとで第1周波数に対する双ループが形成されて、第1周波数における円偏波を発生する、ことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a planar antenna having a U-shaped stripline on the surface of a dielectric substrate having a ground conductor on the back surface, and the U-shaped stripline facing the U-shaped stripline. A second U-shaped strip line continuously connected from one end is formed, and a gap is formed between the other end of the U-shaped strip line and the other end of the second U-shaped strip line; Patch conductors extending from one end of the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line toward the other end of the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line are formed. The two U-shaped strip lines are slightly different in length, and the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line form a double loop for the first frequency. Generating a circularly polarized wave in the first frequency, characterized in that.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の平面アンテナにおいて、前記パッチ導体によって第2周波数で動作するパッチアンテナが構成されることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the planar antenna according to the third aspect, a patch antenna that operates at a second frequency is configured by the patch conductor.

請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の平面アンテナにおいて、前記コ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインの外周囲に、または、前記コ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインと並列し、または、グランド導体と離間して、前記アンテナとは異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体が設けられることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the planar antenna according to the third or fourth aspect, the outer periphery of the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line, or the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line. A coiled conductor that operates in a frequency band different from that of the antenna and performs transmission by an electromagnetic induction system is provided in parallel with the letter-shaped stripline or apart from the ground conductor.

本発明によれば、小型で安価に構成することができる平面アンテナを実現することができる。また、コ字状ストリップラインがループアンテナ放射素子を構成し、パッチ導体がパッチアンテナ放射素子として構成することで、2周波で動作するアンテナとして構成することができる。さらにコイル状導体を設けることで、2周波以上で動作するアンテナとして構成することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the planar antenna which can be comprised small and cheaply is realizable. Further, the U-shaped strip line constitutes a loop antenna radiating element, and the patch conductor is constituted as a patch antenna radiating element, whereby an antenna that operates at two frequencies can be constructed. Furthermore, by providing a coiled conductor, it can be configured as an antenna that operates at two or more frequencies.

また、本発明の平面アンテナは、RFID関連の機器のアンテナとして、13.56MHz、950MHzまたはその近傍のUHF帯の周波数、2.45GHzで動作するアンテナとして使用することができる。   In addition, the planar antenna of the present invention can be used as an antenna for RFID-related devices as an antenna that operates at a frequency of 13.56 MHz, 950 MHz, or a UHF band in the vicinity thereof, 2.45 GHz.

本発明の第1実施形態に係る平面アンテナの斜視図である。1 is a perspective view of a planar antenna according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態の平面図である。It is a top view of a 1st embodiment. 第1実施形態の側面図である。It is a side view of a 1st embodiment. 第1実施形態において、第1周波数を950MHz、第2周波数を2.45GHzとしたときの800MHzから2.6GHzまでのリターンロス特性のシミュレーション結果である。In the first embodiment, it is a simulation result of return loss characteristics from 800 MHz to 2.6 GHz when the first frequency is 950 MHz and the second frequency is 2.45 GHz. 第1実施形態において、第1周波数を950MHz、第2周波数を2.45GHzとしたときの放射特性のシミュレーション結果である。In 1st Embodiment, it is a simulation result of a radiation characteristic when the 1st frequency is 950 MHz and the 2nd frequency is 2.45 GHz. 第1実施形態の変形例を表す斜視図である。It is a perspective view showing the modification of 1st Embodiment. 第1実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a 1st embodiment. 第1実施形態の別の変形例を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing another modification of 1st Embodiment. 第1実施形態のさらに別の変形例を表す斜視図である。It is a perspective view showing another modification of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る平面アンテナの斜視図である。It is a perspective view of the planar antenna which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の平面図である。It is a top view of a 2nd embodiment. 第2実施形態の第1周波数近傍での電流分布を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the electric current distribution in the 1st frequency vicinity of 2nd Embodiment. 第2実施形態において、第1周波数を950MHz、第2周波数を2.45GHzとしたときの800MHzから2.6GHzまでのリターンロス特性のシミュレーション結果である。In 2nd Embodiment, it is a simulation result of the return loss characteristic from 800 MHz to 2.6 GHz when the 1st frequency is 950 MHz and the 2nd frequency is 2.45 GHz. 第2実施形態において、第1周波数を950MHzとしたときの900〜970MHzの軸比特性のシミュレーション結果である。In 2nd Embodiment, it is a simulation result of the axial ratio characteristic of 900-970 MHz when the 1st frequency is 950 MHz. 第2実施形態において、第1周波数を950MHz、第2周波数を2.45GHzとしたときの放射特性のシミュレーション結果である。In 2nd Embodiment, it is a simulation result of a radiation characteristic when the 1st frequency is 950 MHz and the 2nd frequency is 2.45 GHz.

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
(第1実施形態)
図1〜図3は、本発明の第1実施形態に係る平面アンテナを表す。図において、平面アンテナ10は、誘電体基板12の表面に、コ字状ストリップライン14と、パッチ導体16と、が形成される。誘電体基板12の裏面の、少なくとも、コ字状ストリップライン14と、パッチ導体16に対向する部分は、グランド導体18となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 3 show a planar antenna according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the planar antenna 10 has a U-shaped strip line 14 and a patch conductor 16 formed on the surface of a dielectric substrate 12. At least a portion of the back surface of the dielectric substrate 12 facing the U-shaped strip line 14 and the patch conductor 16 is a ground conductor 18.

コ字状ストリップライン14は、具体的には、第1横辺部14A(長さL1、幅W)と、第1横辺部14Aに対して直交する第1縦辺部14B(長さL2、幅W)と、第1縦辺部14Bに直交し第1横辺部14Aに平行な第2横辺部14C(長さL3、幅W)とからなる放射エレメントからなる。そして、長さL1+L2+L3は、第1周波数(例えば、950MHz)の波長λ1に対して、誘電体基板12の誘電率による波長の短縮率を考慮した波長λg1の約1波長分に相当している。 Specifically, the U-shaped strip line 14 includes a first horizontal side portion 14A (length L1, width W) and a first vertical side portion 14B (length L2) orthogonal to the first horizontal side portion 14A. , Width W) and a second horizontal side portion 14C (length L3, width W) orthogonal to the first vertical side portion 14B and parallel to the first horizontal side portion 14A. The length L1 + L2 + L3 corresponds to the wavelength λ 1 of the first frequency (for example, 950 MHz) corresponding to about one wavelength of the wavelength λ g1 in consideration of the wavelength shortening rate due to the dielectric constant of the dielectric substrate 12. Yes.

パッチ導体16(幅a、長さb)は、コ字状ストリップライン14の一端である第1横辺部14Aの端部からコ字状ストリップライン14の他端である第2横辺部14Cの端部に向かって延びている。パッチ導体16の基端部は、第1横辺部14Aに向かって幅狭になるテーパ部16a(長さg)となっている。そして、パッチ導体16の長さbを、第2周波数(例えば、2.45GHz)の波長λ2に対して、誘電体基板12の誘電率による波長の短縮率を考慮した波長λg2の1/2波長分に相当させる。 The patch conductor 16 (width a, length b) extends from the end of the first lateral side 14A, which is one end of the U-shaped stripline 14, to the second lateral side 14C, which is the other end of the U-shaped stripline 14. It extends toward the end of the. The base end portion of the patch conductor 16 is a tapered portion 16a (length g) that becomes narrower toward the first lateral side portion 14A. Then, the length b of the patch conductor 16 is set to 1 / of the wavelength λ g2 in consideration of the wavelength shortening rate due to the dielectric constant of the dielectric substrate 12 with respect to the wavelength λ 2 of the second frequency (for example, 2.45 GHz). This corresponds to two wavelengths.

給電は、送受信回路から整合回路30を介して(図7参照)、パッチ導体16の基端部付近へと給電用同軸線路20を用いて行う。   Power feeding is performed from the transmitting / receiving circuit to the vicinity of the proximal end portion of the patch conductor 16 through the matching circuit 30 (see FIG. 7) using the power feeding coaxial line 20.

以上のように構成される平面アンテナ10において、第1周波数での平衡給電を行うことにより、コ字状ストリップライン14がその1波長に相当することから、第1周波数で動作するマイクロストリップライン型ループアンテナが構成され、第1周波数の直線偏波の放射を行うことができる。また、第2周波数での平衡給電を行うことにより、パッチ導体16が1/2波長に相当することから、第2周波数で動作するパッチアンテナが構成され、第2周波数での直線偏波の放射を行うことができる。   In the planar antenna 10 configured as described above, by performing balanced feeding at the first frequency, the U-shaped stripline 14 corresponds to one wavelength thereof, so that the microstripline type that operates at the first frequency is used. A loop antenna is configured, and radiation of a linearly polarized wave having the first frequency can be performed. In addition, by performing balanced feeding at the second frequency, the patch conductor 16 corresponds to ½ wavelength, so that a patch antenna that operates at the second frequency is configured, and radiation of linearly polarized waves at the second frequency is achieved. It can be performed.

図4及び図5は、第1周波数を950MHz、第2周波数を2.45GHzとしたときの800MHz〜2.6GHzのリターンロス特性及び放射特性のシミュレーション結果を表す。このときの各種パラメータは、L1=49mm、L2=57mm、L3=45.5mm、W=8mm、a=13mm、b=32mm、c=46.5mm、f=5mm、g=2.5mm、誘電体基板12の厚みh=3.2mmであり、誘電体基板12の誘電率は4.3である。   4 and 5 show simulation results of the return loss characteristic and the radiation characteristic of 800 MHz to 2.6 GHz when the first frequency is 950 MHz and the second frequency is 2.45 GHz. Various parameters at this time are: L1 = 49 mm, L2 = 57 mm, L3 = 45.5 mm, W = 8 mm, a = 13 mm, b = 32 mm, c = 46.5 mm, f = 5 mm, g = 2.5 mm, dielectric The thickness h of the body substrate 12 is 3.2 mm, and the dielectric constant of the dielectric substrate 12 is 4.3.

図4から、1.8GHz近傍に不要の共振特性が示されるが、950MHz及び2.45GHzに共振特性が得られることが分かる。950MHz及び2.4GHzのリターンロス特性で、−10dB以下の帯域幅は約2.0%である。また、図5から950MHzにおいて45度指向性直線偏波が確認できる。   FIG. 4 shows that unnecessary resonance characteristics are shown in the vicinity of 1.8 GHz, but resonance characteristics are obtained at 950 MHz and 2.45 GHz. With a return loss characteristic of 950 MHz and 2.4 GHz, a bandwidth of −10 dB or less is about 2.0%. Moreover, 45 degree directivity linearly polarized wave can be confirmed in FIG. 5 from 950 MHz.

これによって、2周波対応のアンテナとすることができ、また、第2周波数を使用しない場合には、第1周波数のみの1周波対応のアンテナとすることもできる。   As a result, an antenna compatible with two frequencies can be obtained, and when the second frequency is not used, an antenna corresponding to one frequency of only the first frequency can be obtained.

または、図6に示すように、ストリップライン14とパッチ導体16の外周囲の誘電体基板12表面であって、グランド導体18に対向しない部分にHF帯(13.56MHz)のためのコイル状導体34を形成することができる。この場合、図7に示すように、送受信回路36からコイル状導体34に給電を行うことによって、13.56MHzにおける電磁誘導方式による伝送を行うことができ、2周波または3周波対応のアンテナとすることができる。   Alternatively, as shown in FIG. 6, a coiled conductor for the HF band (13.56 MHz) on the surface of the dielectric substrate 12 around the outer periphery of the strip line 14 and the patch conductor 16 and not facing the ground conductor 18. 34 can be formed. In this case, as shown in FIG. 7, by transmitting power from the transmission / reception circuit 36 to the coiled conductor 34, transmission by an electromagnetic induction method at 13.56 MHz can be performed, and an antenna for two frequencies or three frequencies is obtained. be able to.

または、図8に示すように、コイル状導体34は、誘電体基板12に対してスペーサによってグランド導体18から離隔した平面に設けるか、または、図9に示すように、同じ誘電体基板12の表面のグランド導体18と対向しない部分に、ストリップライン14と並列して設けることも可能である。   Alternatively, as shown in FIG. 8, the coiled conductor 34 is provided on a plane separated from the ground conductor 18 by a spacer with respect to the dielectric substrate 12, or, as shown in FIG. It is also possible to provide in parallel with the strip line 14 in a portion not facing the ground conductor 18 on the surface.

また、誘電体基板12のtanδの誘電体損失による影響を受けるものの誘電体基板12の厚みを厚く(3mm以上)して、Qを下げて利得を上げることにより、誘電体基板12をFR−4のような低グレードで構成することができて、安価で小型のアンテナとすることができる。そして、950MHzまたはその近傍のUHF帯の周波数、2.45GHz及びその近傍の周波数及び13.56MHzまたはその近傍のHF帯の周波数で動作するRFID関連の機器として、例えばリーダ側アンテナとして、または、ICチップと組み合わせることによりタグ側またはカード側のアンテナとして、使用することができる。   Although the dielectric substrate 12 is affected by the dielectric loss of tan δ, the dielectric substrate 12 is increased in thickness by increasing the thickness of the dielectric substrate 12 (3 mm or more) and decreasing the Q to increase the gain. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and small antenna. Then, as an RFID-related device operating at a frequency of 950 MHz or a nearby UHF band, a frequency of 2.45 GHz and a nearby frequency, and a frequency of 13.56 MHz or a nearby HF band, for example, as a reader-side antenna or an IC By combining with a chip, it can be used as an antenna on the tag side or card side.

(第2実施形態)
図10及び図11は、本発明の第2実施形態に係る平面アンテナを表す。この実施形態では、第1実施形態に加えて、コ字状ストリップライン14の一端から連続的に第2コ字状ストリップライン24が形成されている。
(Second Embodiment)
10 and 11 show a planar antenna according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the first embodiment, a second U-shaped strip line 24 is continuously formed from one end of the U-shaped strip line 14.

第2コ字状ストリップライン24は、コ字状ストリップライン14と同様に、具体的には、第1横辺部24A(長さL5、幅W)と、第1横辺部24Aに対して直交する第1縦辺部14B(長さL2、幅W)と、第1縦辺部24Bに直交し第1横辺部24Aに平行な第2横辺部24C(長さL4、幅W)とからなる放射エレメントからなる。   The second U-shaped strip line 24 is specifically similar to the U-shaped strip line 14, specifically with respect to the first lateral side portion 24A (length L5, width W) and the first lateral side portion 24A. A first vertical side portion 14B (length L2, width W) orthogonal to each other and a second horizontal side portion 24C (length L4, width W) orthogonal to the first vertical side portion 24B and parallel to the first horizontal side portion 24A. It consists of a radiating element consisting of

第1横辺部14Aの一端と第1横辺部24Aの一端が連続している一方で、コ字状ストリップライン14の他端と第2コ字状ストリップライン24の他端との間にはギャップ26が形成され、コ字状ストリップライン14と第2コ字状ストリップライン24とでギャップ26付き矩形ループが形成される。   While one end of the first lateral side portion 14A and one end of the first lateral side portion 24A are continuous, between the other end of the U-shaped strip line 14 and the other end of the second U-shaped strip line 24 A gap 26 is formed, and the U-shaped strip line 14 and the second U-shaped strip line 24 form a rectangular loop with a gap 26.

パッチ導体16(幅a、長さb)は、コ字状ストリップライン14の一端である第1横辺部14Aの端部及び第2コ字状ストリップライン24の一端である第1横辺部24Aの端部からコ字状ストリップライン14の他端である第2横辺部14Cの端部及び第2コ字状ストリップライン24の他端である第2横辺部24Cの端部に向かって、即ちギャップ26に向かって延びている。   The patch conductor 16 (width a, length b) has an end portion of the first lateral side portion 14A which is one end of the U-shaped strip line 14 and a first lateral side portion which is one end of the second U-shaped strip line 24. From the end of 24 </ b> A toward the end of the second lateral side 14 </ b> C that is the other end of the U-shaped strip line 14 and the end of the second lateral side 24 </ b> C that is the other end of the second U-shaped strip line 24. That is, it extends toward the gap 26.

コ字状ストリップライン14と第2コ字状ストリップライン24とを合わせた長さL1+2L2+L3+L4+L5は、第1周波数(例えば、950MHz)の波長λ1に対して、誘電体基板12の誘電率による波長の短縮率を考慮した波長λg1の約2波長分に相当し、コ字状ストリップライン14と第2コ字状ストリップライン24とで第1周波数の双ループを構成する。但し、コ字状ストリップライン14と第2コ字状ストリップライン24の長さは僅かに異なっており、即ち、第1横辺部14Aの長さL1と第1横辺部24Aの長さL5は異なり、また、第2横辺部14Cの長さL3と第2横辺部24Cの長さL4は異なっている。よって、ギャップ26及びパッチ導体16の位置は左右中心から左右にずれており、コ字状ストリップライン14とパッチ導体16とで囲まれる領域の面積A1と、第2コ字状ストリップライン24とパッチ導体16とで囲まれる領域の面積A2も異なっている。面積A1とA2の面積比は1:0.92(または0.87〜0.94)程度になるようにする。 The combined length L1 + 2L2 + L3 + L4 + L5 of the U-shaped strip line 14 and the second U-shaped strip line 24 is a wavelength λ 1 of the first frequency (for example, 950 MHz) of the wavelength due to the dielectric constant of the dielectric substrate 12. The U-shaped stripline 14 and the second U-shaped stripline 24 constitute a double loop of the first frequency, corresponding to about two wavelengths λ g1 in consideration of the shortening rate. However, the lengths of the U-shaped strip line 14 and the second U-shaped strip line 24 are slightly different, that is, the length L1 of the first lateral side portion 14A and the length L5 of the first lateral side portion 24A. Further, the length L3 of the second lateral side portion 14C and the length L4 of the second lateral side portion 24C are different. Accordingly, the positions of the gap 26 and the patch conductor 16 are shifted from the left and right center to the left and right, and the area A1 of the region surrounded by the U-shaped stripline 14 and the patch conductor 16 and the second U-shaped stripline 24 and the patch The area A2 of the region surrounded by the conductor 16 is also different. The area ratio between the areas A1 and A2 is about 1: 0.92 (or 0.87 to 0.94).

給電は、パッチ導体16の基端部付近から給電用同軸線路20を用いて行う。   Power feeding is performed from the vicinity of the base end portion of the patch conductor 16 using the power feeding coaxial line 20.

以上のように構成される平面アンテナ10において、第1周波数での平衡給電を行うことにより、ギャップ26による容量結合に起因して双ループに2つの共振周波数特性が表れる。この位相差が90度になることで、第1周波数近傍での円偏波を発生させることができる。   In the planar antenna 10 configured as described above, by performing balanced feeding at the first frequency, two resonance frequency characteristics appear in the double loop due to capacitive coupling by the gap 26. When this phase difference is 90 degrees, circular polarization near the first frequency can be generated.

図12は、第1周波数近傍での周波数の変化と電流分布との関係を表している。この例では、左側の面積A1が右側の面積A2よりも小さくなっており、図12(a)に示すように第1周波数よりも小さい周波数に対しては、右側のループからの放射の寄与が高く、そして、水平方向からの放射が大きい。これに対して、図12(b)に示すように第1周波数よりも大きい周波数に対しては、左側のループからの放射の寄与が高く、そして、垂直方向からの放射が大きい。よって、この中間に相当する第1周波数近傍においては、両方のループからの寄与が得られ、これらが90度の位相差を持つことで、円偏波を発生させることができる。ここで、右側のループと左側のループのそれぞれの共振周波数の差が第1周波数に対して約5%程度になるようにするとよい。   FIG. 12 shows the relationship between the change in frequency near the first frequency and the current distribution. In this example, the area A1 on the left side is smaller than the area A2 on the right side, and as shown in FIG. 12 (a), the contribution of radiation from the right loop is made to a frequency smaller than the first frequency. High and horizontal radiation is large. On the other hand, as shown in FIG. 12B, for the frequency higher than the first frequency, the contribution of radiation from the left loop is high, and the radiation from the vertical direction is large. Therefore, in the vicinity of the first frequency corresponding to the middle, contributions from both loops are obtained, and circular polarization can be generated by having a phase difference of 90 degrees. Here, it is preferable that the difference between the resonance frequencies of the right and left loops is about 5% of the first frequency.

また、第2周波数での平衡給電を行うことにより、パッチ導体16が1/2波長に相当することから第2周波数の直線偏波の放射を行うことができる。   Further, by performing balanced feeding at the second frequency, since the patch conductor 16 corresponds to ½ wavelength, linearly polarized radiation at the second frequency can be performed.

図13ないし図15は、第1周波数を950MHz、第2周波数を2.45GHzとしたときの800MHz〜2.6GHzのリターンロス特性、軸比特性及び放射特性のシミュレーション結果を表す。このときの各種パラメータは、L1=51.5mm、L2=57mm、L3=48.5mm、L4=51.5mm、L5=55.5mm、ギャップ26の間隔d=7mm、W=8mm、a=20mm、b=32mm、c1=43.5mm、c2=47.5mm、f=9mm、g=2.5mm、誘電体基板12の厚みh=3.2mmであり、誘電体基板12の誘電率は3.8である。   FIGS. 13 to 15 show simulation results of return loss characteristics, axial ratio characteristics, and radiation characteristics from 800 MHz to 2.6 GHz when the first frequency is 950 MHz and the second frequency is 2.45 GHz. Various parameters at this time are as follows: L1 = 51.5 mm, L2 = 57 mm, L3 = 48.5 mm, L4 = 51.5 mm, L5 = 55.5 mm, gap 26 interval d = 7 mm, W = 8 mm, a = 20 mm , B = 32 mm, c1 = 43.5 mm, c2 = 47.5 mm, f = 9 mm, g = 2.5 mm, the thickness h of the dielectric substrate 12 is 3.2 mm, and the dielectric constant of the dielectric substrate 12 is 3 .8.

図13から、950MHz近傍に2つの共振特性があり円偏波の共振特性が示され、2.45GHzに共振特性が得られることが分かる。そして、図14の900〜970MHzの軸比特性から、最大放射方向において、930MHzで約1.5dB〜2dBの軸比が得られ、軸比3dB以下となる比帯域幅は約2%である。そして旋回方向が右旋回となることが確認された。また、パッチ導体16を左右に移動させてA1>A2とすることで、左旋回にできることも確認された。   From FIG. 13, it can be seen that there are two resonance characteristics near 950 MHz, a circular polarization resonance characteristic is obtained, and a resonance characteristic is obtained at 2.45 GHz. Then, from the axial ratio characteristics of 900 to 970 MHz in FIG. 14, an axial ratio of about 1.5 dB to 2 dB is obtained at 930 MHz in the maximum radiation direction, and the relative bandwidth at which the axial ratio is 3 dB or less is about 2%. It was confirmed that the turning direction was right turning. It was also confirmed that the left turn could be achieved by moving the patch conductor 16 left and right so that A1> A2.

これによって、第1周波数における円偏波と第2周波数における直線偏波の2周波対応のアンテナとすることができ、また、第2周波数を使用しない場合には、第1周波数の円偏波の1周波対応のアンテナとすることもできる。円偏波特性を持たせることで、平面アンテナ10に対して対象物(タグまたはカード等)との向きを考慮する必要がなくなる。   As a result, it is possible to provide a two-frequency antenna of circularly polarized wave at the first frequency and linearly polarized wave at the second frequency. When the second frequency is not used, the circularly polarized wave of the first frequency is It can also be a single frequency antenna. By providing the circular polarization characteristic, it is not necessary to consider the orientation of the planar antenna 10 with the object (tag or card).

更には、HF帯(13.56MHz)のためのコイル状導体34を、ストリップライン14、26の外周囲に設けるか、ストリップライン14、26と並列させるか、または、誘電体基板12に対してスペーサによってグランド導体18から離隔した平面に設けることも可能であり、これによって、2周波または3周波対応のアンテナとすることができる。   Further, a coiled conductor 34 for the HF band (13.56 MHz) is provided on the outer periphery of the strip lines 14, 26, or in parallel with the strip lines 14, 26, or with respect to the dielectric substrate 12. It is also possible to provide the antenna on a plane separated from the ground conductor 18 by a spacer, whereby a two-frequency or three-frequency antenna can be obtained.

10 平面アンテナ
12 誘電体基板
14 コ字状ストリップライン
16 パッチ導体
18 グランド導体
24 第2コ字状ストリップライン
26 ギャップ
34 コイル状導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Planar antenna 12 Dielectric board | substrate 14 U-shaped stripline 16 Patch conductor 18 Ground conductor 24 2nd U-shaped stripline 26 Gap 34 Coiled conductor

Claims (5)

裏面にグランド導体が設けられた誘電体基板の表面に、コ字状ストリップラインと、該コ字状ストリップラインの一端からコ字状ストリップラインの他端に向かって延びるパッチ導体とが形成され、コ字状ストリップラインによって、第1周波数で動作するマイクロストリップライン型ループアンテナが構成され、パッチ導体によって第2周波数で動作するパッチアンテナが構成される、ことを特徴とする平面アンテナ。   A U-shaped strip line and a patch conductor extending from one end of the U-shaped strip line toward the other end of the U-shaped strip line are formed on the surface of the dielectric substrate provided with the ground conductor on the back surface, A planar antenna, wherein a microstrip line type loop antenna that operates at a first frequency is configured by a U-shaped strip line, and a patch antenna that operates at a second frequency is configured by a patch conductor. 前記コ字状ストリップラインの外周囲に、または、前記コ字状ストリップラインと並列し、または、グランド導体と離間して、前記アンテナとは異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体が設けられることを特徴とする、請求項1記載の平面アンテナ。   A coil that operates in a frequency band different from that of the antenna and performs transmission by an electromagnetic induction method around the outer periphery of the U-shaped strip line, in parallel with the U-shaped strip line, or apart from the ground conductor. The planar antenna according to claim 1, wherein a planar conductor is provided. 裏面にグランド導体が設けられた誘電体基板の表面に、コ字状ストリップラインと、該コ字状ストリップラインと対向して該コ字状ストリップラインの一端から連続的にその一端が繋がる第2コ字状ストリップラインとが形成され、コ字状ストリップラインの他端と第2コ字状ストリップラインの他端との間にはギャップが形成され、コ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインの一端からはコ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインの他端に向かって延びるパッチ導体が形成され、コ字状ストリップラインと第2コ字状ストリップラインの長さがわずかに異なり、コ字状ストリップラインと第2コ字状ストリップラインとで第1周波数に対する双ループが形成されて、第1周波数における円偏波を発生する、ことを特徴とする平面アンテナ。   On the surface of the dielectric substrate having the ground conductor on the back surface, a U-shaped strip line and a second end of the U-shaped strip line continuously connected to one end of the U-shaped strip line so as to face the U-shaped strip line. A U-shaped strip line is formed, and a gap is formed between the other end of the U-shaped strip line and the other end of the second U-shaped strip line, and the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line are formed. A patch conductor extending from one end of the strip line toward the other end of the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line is formed, and the length of the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line is slightly In contrast, the U-shaped stripline and the second U-shaped stripline form a double loop with respect to the first frequency to generate a circularly polarized wave at the first frequency. Planar antenna according to claim. 前記パッチ導体によって第2周波数で動作するパッチアンテナが構成されることを特徴とする請求項3記載の平面アンテナ。   The planar antenna according to claim 3, wherein a patch antenna that operates at a second frequency is constituted by the patch conductor. 前記コ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインの外周囲に、または、前記コ字状ストリップライン及び第2コ字状ストリップラインと並列し、または、グランド導体と離間して、前記アンテナとは異なる周波数帯で動作し電磁誘導方式による伝送を行うコイル状導体が設けられることを特徴とする、請求項3または4記載の平面アンテナ。   The antenna around the outer periphery of the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line, in parallel with the U-shaped strip line and the second U-shaped strip line, or separated from the ground conductor. The planar antenna according to claim 3 or 4, further comprising a coiled conductor that operates in a frequency band different from the above and performs transmission by an electromagnetic induction method.
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