JP2011229072A - Antenna apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射器を備えたアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device provided with a reflector.
従来、この種のアンテナ装置として、平面視矩形状の反射器と、この反射器に対向配置されたダイポール素子とを備えたアンテナが知られている（特許文献１参照）。このアンテナでは、反射器とダイポール素子との間は1／４波長以下（０．１／波長）離され、ダイポール素子の物理長は０．６波長以上１波長未満で構成されている。 Conventionally, as this type of antenna device, an antenna including a rectangular reflector in plan view and a dipole element disposed to face the reflector is known (see Patent Document 1). In this antenna, the reflector and the dipole element are separated by a quarter wavelength or less (0.1 / wavelength), and the physical length of the dipole element is configured to be not less than 0.6 wavelengths and less than one wavelength.
しかしながら、従来のアンテナ（装置）において、反射器とダイポール素子（放射器）との間隔を１／４／波長以下にした場合には、電気長を確保すべく反射器の面積を大きくするだけではなく、ダイポール素子の物理長も０．６波長以上にする必要があるため、アンテナ装置が大型化して小型の電子機器等に搭載することができない問題があった。 However, in the conventional antenna (device), when the distance between the reflector and the dipole element (radiator) is ¼ / wavelength or less, it is only necessary to increase the area of the reflector to ensure the electrical length. In addition, since the physical length of the dipole element needs to be 0.6 wavelengths or more, there is a problem that the antenna device becomes large and cannot be mounted on a small electronic device or the like.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の薄型化・小型化を図ることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and even when the distance between the radiator and the reflector is ¼ wavelength or less, the overall thickness of the apparatus is reduced without increasing the reflector itself. An object of the present invention is to provide an antenna device capable of achieving the above.
本発明のアンテナ装置は、放射器と、前記放射器に対して平行に設けられると共に当該放射器の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射器とを備え、前記反射器には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部が形成されていることを特徴とする。 The antenna device of the present invention is a reflector made of a conductive material that is provided in parallel to the radiator and disposed at a distance shorter than ¼ wavelength of the resonance frequency of the radiator. And an insulating part extending in a direction orthogonal to the electric field direction is formed in the reflector.
この構成によれば、反射器には電界方向と直交する方向に絶縁部が形成されているので、反射器で励振された表面電流は絶縁部の形成領域を避けるように迂回し、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりも長くすることができる。従って、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射器の電気長を確保することができるので、反射器自体を大きくすることなく、アンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。 According to this configuration, since the insulating portion is formed in the reflector in the direction orthogonal to the electric field direction, the surface current excited by the reflector is bypassed so as to avoid the region where the insulating portion is formed. The electrical length can be longer than the physical length of the reflector. Therefore, even when the distance between the radiator and the reflector is ¼ wavelength or less, the electrical length of the reflector can be secured according to the distance, so that the antenna device can be obtained without increasing the reflector itself. The overall thickness and size can be reduced.
本発明は、上記アンテナ装置において、前記絶縁部は、電界方向と直交する方向に延びる単一の第１のスロットで形成されていることを特徴とする。 In the antenna device according to the present invention, the insulating portion is formed of a single first slot extending in a direction orthogonal to the electric field direction.
この構成によれば、簡易な構成により絶縁部を形成することができ、アンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。 According to this configuration, the insulating portion can be formed with a simple configuration, and the entire antenna device can be reduced in thickness and size.
本発明は、上記アンテナ装置において、前記反射器には、前記第１のスロットに平行であって、前記電界方向に直交する方向に延びる第２のスロットを形成してもよい。 According to the present invention, in the antenna device, the reflector may be formed with a second slot that is parallel to the first slot and extends in a direction orthogonal to the electric field direction.
この構成によれば、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。 According to this configuration, since the electrical length of the reflector can be made longer than the physical length of the reflector, the entire antenna device can be further reduced in thickness and size without increasing the reflector itself. Can do.
本発明は、上記アンテナ装置において、前記反射器は板状に形成されており、前記反射器には、当該反射器の一部を当該反射器の平面部に対して垂直に切り起こした切り起こし部が形成され、この切り起こしによって前記スロットに平行な開口部が形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the antenna device, the reflector is formed in a plate shape, and the reflector includes a cut-and-raised part of the reflector that is cut and raised perpendicularly to a plane portion of the reflector. And an opening parallel to the slot is formed by the cut and raised portion.
この構成によれば、スロットに平行な開口部が形成されているので、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。また、切り起こし部を、例えば、放射器が設けられる基板を支持する支持部として機能させることもできる。 According to this configuration, since the opening parallel to the slot is formed, the electrical length of the reflector can be made longer than the physical length of the reflector, so without making the reflector itself large, Further, the antenna device as a whole can be reduced in thickness and size. In addition, the cut-and-raised part can function as, for example, a support part that supports the substrate on which the radiator is provided.
本発明は、上記アンテナ装置において、前記放射器は誘電体基板上に設けられ、前記誘電体基板は、前記反射器に形成された複数の切り起こし部により支持されていることを特徴とする。 In the antenna device according to the present invention, the radiator is provided on a dielectric substrate, and the dielectric substrate is supported by a plurality of cut and raised portions formed in the reflector.
この構成によれば、複数の切り起こし部により誘電体基板を支持するので、支持部材を追加することなく簡易な構成で、誘電体基板の安定性を保つことができる。 According to this configuration, since the dielectric substrate is supported by the plurality of cut and raised portions, the stability of the dielectric substrate can be maintained with a simple configuration without adding a support member.
本発明は、上記アンテナ装置において、前記複数の切り起こし部には、開口部が形成されていることを特徴とする。 In the antenna device according to the present invention, an opening is formed in the plurality of cut and raised portions.
この構成によれば、複数の切り起こし部に開口部が形成されているので、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。 According to this configuration, since the openings are formed in the plurality of cut and raised portions, the electrical length of the reflector can be made longer than the physical length of the reflector, so that the reflector itself can be enlarged. In addition, the entire antenna device can be reduced in thickness and size.
本発明によれば、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の小型化を図ることができる。 According to the present invention, even when the distance between the radiator and the reflector is ¼ wavelength or less, the entire apparatus can be reduced in size without increasing the reflector itself.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置をグランド形成面から見た斜視図である。図２は、本実施の形態に係る誘電体基板をグランド形成面側から見た平面図である。図３は、本実施の形態に係る反射板の平面図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view of an antenna device according to an embodiment of the present invention as viewed from a ground forming surface. FIG. 2 is a plan view of the dielectric substrate according to the present embodiment as viewed from the ground forming surface side. FIG. 3 is a plan view of the reflector according to the present embodiment.
図１に示すように、アンテナ装置１は、誘電体基板（回路基板）２と、誘電体基板２に対向して設けられた反射板３とを備えている。誘電体基板２は、平面視矩形状に形成され、外周縁部を除く主面には銅泊からなるグランドパターン４が形成されている。本実施の形態では誘電体基板２の全体形状は長方形状で構成されているが、正方形状又は実機器に組み込むために周辺機器の形状に合わせたその他の形状でも良い。以下では、誘電体基板２の下側の長辺を第１の辺部Ｌ１、第１の辺部Ｌ１に対向する上側の長辺を第２の辺部Ｌ２、第１の辺部Ｌ１に隣接する２つの短辺を第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４として説明する。 As shown in FIG. 1, the antenna device 1 includes a dielectric substrate (circuit substrate) 2 and a reflection plate 3 provided to face the dielectric substrate 2. The dielectric substrate 2 is formed in a rectangular shape in plan view, and a ground pattern 4 made of copper is formed on the main surface excluding the outer peripheral edge. In the present embodiment, the overall shape of the dielectric substrate 2 is a rectangular shape, but may be a square shape or other shapes that match the shape of the peripheral device for incorporation into an actual device. In the following, the lower long side of the dielectric substrate 2 is adjacent to the first side L1, the upper long side opposite to the first side L1 is adjacent to the second side L2, and the first side L1. The two short sides will be described as third and fourth side portions L3 and L4.
誘電体基板２の第１の辺部Ｌ１の近傍には、グランドパターン４の下側外縁部を一部残すようにして、当該第１の辺部Ｌ１に沿って平行にスロット５が形成されている。スロット５は、所定幅で帯状に延びる平面視長方形状に形成されると共に、誘電体基板２の第１の辺部Ｌ１の中心から左右方向に同じ長さに形成されている。スロット５には、給電部となる給電ライン６が設けられている。給電ライン６は、２本のライン給電部６ａ，６ｂに分岐されており、２本のライン給電部６ａ，６ｂがスロット５の長手方向の中心を挟んで対称位置にてスロット５の長手方向と直交する方向に架け渡されている。スロット５及び給電ライン６は、スロットアンテナからなる給電アンテナ素子（放射器）７を構成している。 In the vicinity of the first side portion L1 of the dielectric substrate 2, a part of the lower outer edge portion of the ground pattern 4 is left, and a slot 5 is formed in parallel along the first side portion L1. Yes. The slot 5 is formed in a rectangular shape in plan view extending in a strip shape with a predetermined width, and is formed in the same length in the left-right direction from the center of the first side portion L1 of the dielectric substrate 2. The slot 5 is provided with a power supply line 6 serving as a power supply unit. The feed line 6 is branched into two line feed portions 6a and 6b, and the two line feed portions 6a and 6b are symmetrical with respect to the longitudinal direction of the slot 5 with the longitudinal center of the slot 5 in between. It is bridged in the orthogonal direction. The slot 5 and the feed line 6 constitute a feed antenna element (radiator) 7 composed of a slot antenna.
誘電体基板２の主面において、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４の側方外縁部が、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４に沿って所定幅の銅箔が除去され、銅箔が除去された領域には、平面視Ｌ字状の無給電アンテナ素子（放射器）８，９がそれぞれ形成されている。以下、第３の辺部Ｌ３に沿って銅箔が除去された領域を銅箔除去領域Ａ１と呼び、第４の辺部Ｌ４に沿って銅箔が除去された領域を銅箔除去領域Ａ２と呼ぶ。銅箔除去領域Ａ１側の無給電アンテナ素子８は、隣接するグランドパターン４の第２の辺部Ｌ２側の角部から第２の辺部Ｌ２に沿って第３の辺部Ｌ３側に向かって直線状に形成されると共に、第３の辺部Ｌ３に沿って第１の辺部Ｌ１の近傍までミアンダ形状に形成されている。一方、銅箔除去領域Ａ２に設けられた無給電アンテナ素子９は、隣接するグランドパターン４の第２の辺部Ｌ２側の角部から第２の辺部Ｌ２に沿って第４の辺部Ｌ４側に向かって直線状に形成され、第４の辺部Ｌ４に沿って第１の辺部Ｌ１の近傍までミアンダ形状に形成されている。無給電アンテナ素子８，９は、スロット５の長手方向の中心位置からアンテナ共振周波数の波長λの略１／４の位置にそれぞれ形成されている。 In the main surface of the dielectric substrate 2, the lateral outer edges of the third and fourth side portions L3 and L4 are removed from the copper foil having a predetermined width along the third and fourth side portions L3 and L4. In the region where the copper foil has been removed, parasitic antenna elements (radiators) 8 and 9 having an L shape in plan view are formed. Hereinafter, a region where the copper foil is removed along the third side L3 is referred to as a copper foil removal region A1, and a region where the copper foil is removed along the fourth side L4 is referred to as a copper foil removal region A2. Call. The parasitic antenna element 8 on the copper foil removal region A1 side is directed from the corner on the second side L2 side of the adjacent ground pattern 4 toward the third side L3 along the second side L2. In addition to being formed in a straight line shape, it is formed in a meander shape along the third side portion L3 to the vicinity of the first side portion L1. On the other hand, the parasitic antenna element 9 provided in the copper foil removal region A2 has a fourth side L4 along the second side L2 from the corner of the adjacent ground pattern 4 on the second side L2 side. It is formed in a straight line shape toward the side, and is formed in a meander shape along the fourth side portion L4 to the vicinity of the first side portion L1. The parasitic antenna elements 8 and 9 are respectively formed at a position substantially 1/4 of the wavelength λ of the antenna resonance frequency from the longitudinal center position of the slot 5.
このようにスロットアンテナからなる給電アンテナ素子７及びモノポールアンテナからなる無給電アンテナ素子８，９が、方形状をなす誘電体基板２の外周縁部に沿って形成されており、それら３本のアンテナ素子で囲まれた基板中央部に電子回路を構成する電気部品が実装される。また、必要に応じて誘電体基板２の裏面側に電子回路を構成する電気部品が実装される。 Thus, the feed antenna element 7 made of a slot antenna and the parasitic antenna elements 8 and 9 made of a monopole antenna are formed along the outer peripheral edge of the dielectric substrate 2 having a square shape. An electrical component constituting an electronic circuit is mounted on the center of the substrate surrounded by the antenna elements. In addition, electrical components constituting an electronic circuit are mounted on the back side of the dielectric substrate 2 as necessary.
図３に示すように、反射板３は、平面視矩形状に形成され、銅やアルミニウム等の導電性材料で形成されている。この反射板３は、誘電体基板２（給電アンテナ素子７及び無給電アンテナ素子８，９）に対して平行に設けられ、当該給電アンテナ素子７の共振周波数の波長の１／４より短い距離（例えば、１／１０）を設けて配設されている。なお、反射板３の全体形状は、図３に示す長方形状ではなく正方形状又は実機器に組み込むために周辺機器の形状に合わせたその他の形状でも良い。以下では、反射板３の下側の長辺を第１の辺部Ｌ１１、第１の辺部Ｌ１１に対向する上側の長辺を第２の辺部Ｌ１２，第１の辺部Ｌ１１に隣接する２つの短辺を第３，第４の辺部Ｌ１３，Ｌ１４として説明する。 As shown in FIG. 3, the reflecting plate 3 is formed in a rectangular shape in plan view, and is made of a conductive material such as copper or aluminum. The reflector 3 is provided in parallel to the dielectric substrate 2 (the feed antenna element 7 and the parasitic antenna elements 8 and 9), and is a distance shorter than 1/4 of the wavelength of the resonance frequency of the feed antenna element 7 ( For example, 1/10) is provided. Note that the overall shape of the reflector 3 may be a square shape other than the rectangular shape shown in FIG. 3 or another shape that matches the shape of the peripheral device for incorporation into an actual device. Hereinafter, the lower long side of the reflector 3 is adjacent to the first side L11, and the upper long side opposite to the first side L11 is adjacent to the second side L12 and the first side L11. Two short sides will be described as third and fourth side portions L13 and L14.
反射板３の第１の辺部Ｌ１１の近傍には、電界方向（Ｘ方向）に直交する方向に延びる絶縁部１０が形成されている。さらに、反射板３の第２の辺部Ｌ１２の近傍には、絶縁部１０に平行であって、電界方向に直交する方向に延びる絶縁部１１が形成されている。図３に示す反射板３において、絶縁部１０，１１は、所定幅で帯状に延びる平面視長方形状のスロットで形成されており、反射板３の第１，第２の辺部Ｌ１１，Ｌ１２の中心から左右方向に同じ長さに形成されている。なお、絶縁部１０，１１の形状は、図３に示す長方形状に限定されるものではなく、電界方向に直交する方向に延在するものであれば、任意の形状で形成可能である。例えば、図４に示すように、絶縁部１０，１１を、平面視帯状（ａ）、両端部を外方に拡開させた形状（杵状）（ｂ）、平面視Ｈ字状（ｃ）、両端部を略円形状にした形状（ｄ）又は平面視凹状（ｅ）等に形成してもよい。 An insulating portion 10 extending in a direction orthogonal to the electric field direction (X direction) is formed in the vicinity of the first side portion L11 of the reflecting plate 3. Further, an insulating portion 11 is formed in the vicinity of the second side portion L12 of the reflector 3 so as to be parallel to the insulating portion 10 and extend in a direction orthogonal to the electric field direction. In the reflecting plate 3 shown in FIG. 3, the insulating portions 10 and 11 are formed by rectangular slots in plan view extending in a band shape with a predetermined width, and the first and second side portions L11 and L12 of the reflecting plate 3 are formed. The same length is formed in the left-right direction from the center. In addition, the shape of the insulating parts 10 and 11 is not limited to the rectangular shape shown in FIG. 3, but can be formed in any shape as long as it extends in a direction orthogonal to the electric field direction. For example, as shown in FIG. 4, the insulating portions 10 and 11 have a band shape (a) in a plan view, a shape in which both end portions are expanded outward (a bowl shape) (b), and a H shape (c) in a plan view. Alternatively, both ends may be formed in a substantially circular shape (d) or a concave shape (e) in plan view.
反射板３の絶縁部１０，１１間には、反射板３の一部を切り起こした左右一対の切り起こし部１２、１３が、スロット１０の長辺部に対して平行に形成され、この切り起こしによってスロット１０に平行な左右一対の開口部１２ａ，１３ａが形成されている（図１）。一対の切り起こし部１２，１３は、反射板３の中央側の一部が当該反射板３の平面部に対して垂直方向に切り起こされ、その自由端側が誘電体基板２の下面を支持するように構成されている。各切り起こし部１２，１３には、開口部１２ｃ，１３ｃが形成されている。本実施の形態では、反射板３には、一対の切り起こし部が反射板３の短辺方向に所定の間隔で二列に形成され、これら４つの切り起こし部１２，１３，１４，１５の自由端側により誘電体基板２の角部近傍が均一に支持される。これにより、支持部材を追加することなく簡易な構成で、誘電体基板２の安定的に支持することができる。また、これら４つの切り起こし部１２，１３，１４，１５の切り起こしによって、一対の開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが、反射板３の短辺方向に二列に形成される。 Between the insulating portions 10 and 11 of the reflector 3, a pair of left and right cut-and-raised portions 12 and 13 that are formed by cutting and raising a part of the reflector 3 are formed in parallel to the long side portion of the slot 10. A pair of left and right openings 12a and 13a parallel to the slot 10 are formed by raising (FIG. 1). The pair of cut-and-raised parts 12 and 13 are partly cut and raised in the center of the reflecting plate 3 in the direction perpendicular to the flat part of the reflecting plate 3, and the free end side supports the lower surface of the dielectric substrate 2. It is configured as follows. Openings 12c and 13c are formed in the cut and raised portions 12 and 13, respectively. In the present embodiment, a pair of cut-and-raised portions are formed in the reflective plate 3 in two rows at a predetermined interval in the short side direction of the reflective plate 3, and the four cut-and-raised portions 12, 13, 14, 15 are formed. The vicinity of the corner of the dielectric substrate 2 is uniformly supported by the free end side. Thereby, it is possible to stably support the dielectric substrate 2 with a simple configuration without adding a support member. In addition, the pair of openings 12 a, 13 a, 14 a, and 15 a are formed in two rows in the short side direction of the reflecting plate 3 by cutting and raising these four raised portions 12, 13, 14, and 15.
以上のように、給電アンテナ素子７を構成するスロット５と、無給電アンテナ素子８，９を構成する導体部とは直交している。給電アンテナ素子７は、給電によって生じる表面電流の向きがスロット５の長手方向（Ｙ方向）となり、放射電界方向はスロット５の長手方向と直交する方向（Ｘ方向）となる。一方、無給電アンテナ素子８，９は、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４と平行なＸ方向に延びるモノポールアンテナを構成しており、励振時に生じる電流の向きがＸ方向となり、電界方向もＸ方向となる。このため、給電アンテナ素子７と、無給電アンテナ素子８，９とは、励振時の電界方向が略同一方向となるので、給電アンテナ素子７と無給電アンテナ素子８，９とが励振時の放射電界位相関係で互いの電界をＺ方向では合成して放射され、Ｙ方向では打ち消す関係で放射を抑えられ、直交配置された給電スロットアンテナと無給電モノポールアンテナ素子でアレイアンテナを構成することができる。 As described above, the slot 5 constituting the feeding antenna element 7 and the conductor parts constituting the parasitic antenna elements 8 and 9 are orthogonal to each other. In the feeding antenna element 7, the direction of the surface current generated by feeding is the longitudinal direction (Y direction) of the slot 5, and the radiation electric field direction is the direction (X direction) orthogonal to the longitudinal direction of the slot 5. On the other hand, the parasitic antenna elements 8 and 9 constitute a monopole antenna extending in the X direction parallel to the third and fourth side portions L3 and L4, and the direction of current generated during excitation is in the X direction. The direction is also the X direction. For this reason, the feeding antenna element 7 and the parasitic antenna elements 8 and 9 have substantially the same electric field direction during excitation. Therefore, the feeding antenna element 7 and the parasitic antenna elements 8 and 9 emit radiation during excitation. It is possible to synthesize and radiate each other's electric field in the Z direction due to the electric field phase relationship, and suppress radiation in a relationship that cancels in the Y direction, and an array antenna can be configured by feed slot antennas and parasitic monopole antenna elements arranged orthogonally. it can.
一対の無給電アンテナ素子８，９は、スロット５の中心位置からそれぞれ略λ／８〜λ／４だけ離れている。無給電アンテナ素子８，９では、λ／４〜λ／２離れていて、アレイアンテナとして機能する。上記した通り、給電アンテナ素子７と無給電アンテナ素子８，９の電界方向は同一方向であるので、モノポールアンテナからなる一対の無給電アンテナ素子８，９と、スロットアンテナからなる給電アンテナ素子７とでアレイアンテナを構成することができる。なお、本実施の形態では、放射器を種類の異なるアンテナ素子の組み合わせた構成（無給電モノポールアンテナ及び給電スロットアンテナ）としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、給電スロットアンテナのみや、給電ダイポールアンテナ及び無給電スロットアンテナ、無給電ダイポールアンテナで構成してもよい。 The pair of parasitic antenna elements 8 and 9 are separated from the center position of the slot 5 by approximately λ / 8 to λ / 4, respectively. The parasitic antenna elements 8 and 9 are separated from each other by λ / 4 to λ / 2 and function as array antennas. As described above, since the electric field directions of the feeding antenna element 7 and the parasitic antenna elements 8 and 9 are the same direction, the pair of parasitic antenna elements 8 and 9 made of a monopole antenna and the feeding antenna element 7 made of a slot antenna. And an array antenna can be comprised. In the present embodiment, the radiator is configured by combining different types of antenna elements (a parasitic monopole antenna and a feeding slot antenna). However, the present invention is not limited to this configuration. Or a feed dipole antenna, a parasitic slot antenna, and a parasitic dipole antenna.
また、反射板３には、電界方向に直交する方向に延在する２つの平行なスロット（絶縁部）１０，１１が対向して形成され、２つのスロット（絶縁部）１０，１１間には、反射板３の切り起こしによってスロット１０（１１）に平行な４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成されている。２つのスロット１０，１１及び４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａは、反射板３の電界方向と直交する方向に延在するため、反射板３で励振された表面電流を、これら絶縁部（２つのスロット１０，１１及び４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ）の形成領域を避けるように迂回させ、反射板３の電気長を当該反射板３の物理長よりも長くすることができる。そのため、放射器と反射板３との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射板３の電気長を確保することができ、反射板３の面積を大きくすることなく、アンテナ装置１全体の薄型化・小型化を図ることができる。また各切り起こし部１２〜１５には、開口部１２ｃ〜１５ｃが形成されているので、さらに反射板３の電気長を確保することもできる。なお、反射板３に形成されるスロット１０（１１）及び開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａの長さ及び数は、誘電体基板２（放射器）と反射板３との距離（つまり放射器の電気長）に応じて、調整される。 Further, two parallel slots (insulating portions) 10 and 11 extending in a direction orthogonal to the electric field direction are formed on the reflecting plate 3 so as to face each other, and between the two slots (insulating portions) 10 and 11 are formed. Four openings 12a, 13a, 14a, 15a parallel to the slot 10 (11) are formed by cutting and raising the reflecting plate 3. Since the two slots 10 and 11 and the four openings 12a, 13a, 14a, and 15a extend in a direction orthogonal to the electric field direction of the reflecting plate 3, the surface current excited by the reflecting plate 3 is supplied to these insulating portions. By detouring so as to avoid the formation region of (two slots 10, 11 and four openings 12a, 13a, 14a, 15a), the electrical length of the reflector 3 may be longer than the physical length of the reflector 3. it can. Therefore, even when the distance between the radiator and the reflection plate 3 is ¼ wavelength or less, the electrical length of the reflection plate 3 can be secured according to the distance, and the area of the reflection plate 3 is not increased. Therefore, the antenna device 1 as a whole can be reduced in thickness and size. Moreover, since the opening parts 12c-15c are formed in each raising part 12-15, the electrical length of the reflecting plate 3 can also be ensured. Note that the length and number of the slots 10 (11) and the openings 12a, 13a, 14a, and 15a formed in the reflector 3 are the distance between the dielectric substrate 2 (radiator) and the reflector 3 (that is, the radiator). Is adjusted according to the electrical length).
次に、以上のように構成されたアンテナ装置１の指向特性について説明する。
スロットアンテナで構成される給電アンテナ素子７は、スロット中心を挟んで左右の対称位置に架け渡された２本のライン給電部６ａ，６ｂによって給電される構成としている。これにより、相対的に電界の強いスロット中央部から外れた位置に給電ラインを配置するので、電界の強いスロット中央部に給電ラインを配置する構成に比べて、スロット長を確保して指向特性を強くすることができる。ただし、スロットアンテナとして機能させるのであれば、給電箇所は１か所でもよい。
Next, directivity characteristics of the antenna device 1 configured as described above will be described.
The power feeding antenna element 7 constituted by a slot antenna is configured to be fed by two line power feeding portions 6a and 6b that are bridged at left and right symmetrical positions across the slot center. As a result, the feed line is arranged at a position away from the central portion of the slot where the electric field is relatively strong. Therefore, the slot length is ensured and the directivity characteristics are ensured as compared with the configuration where the feed line is arranged in the central portion of the slot where the electric field is strong. Can be strong. However, as long as it functions as a slot antenna, the number of feeding points may be one.
スロットアンテナは、原則としてスロット中心位置で電界が最大で磁界が最小となり、スロット端部位置で電界が最小で磁界が最大となる。スロットアンテナにおいてスロット中央部は電界が集中している。スロットアンテナを共振回路とみなせば、電界が集中している場所に給電ラインを配置することで共振周波数が低下することを意味する。共振回路（スロットアンテナ）の共振周波数を維持するのであれば、スロット長を短くしなければならない。ところが、スロットアンテナのスロット長を短縮すると、スロット両端での位相差が小さくなり指向特性が劣化する。そこで、図１及び図２に示すように、電界が集中しているスロット中央部を避けて、スロット中央部に比べて電界集中が少ないスロット中央部から離間した位置にライン給電部６ａ，６ｂを配置することとした。これにより、アンテナに要求される共振周波数を達成しつつ、充分なスロット長を維持することができ、指向特性の強いアンテナを実現できる。また、一対のライン給電部６ａ，６ｂは、スロット中央部から離間した対称位置に配置されているので、指向特性も対称にすることができる。 In principle, the slot antenna has a maximum electric field and a minimum magnetic field at the slot center position, and a minimum electric field and a maximum magnetic field at the slot end position. In the slot antenna, the electric field is concentrated at the center of the slot. If the slot antenna is regarded as a resonance circuit, it means that the resonance frequency is lowered by arranging the feeding line in a place where the electric field is concentrated. If the resonant frequency of the resonant circuit (slot antenna) is maintained, the slot length must be shortened. However, when the slot length of the slot antenna is shortened, the phase difference between both ends of the slot is reduced, and the directivity is deteriorated. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the line feeders 6a and 6b are arranged at positions separated from the central portion of the slot where the electric field concentration is small compared to the central portion of the slot, avoiding the central portion of the slot where the electric field is concentrated. Decided to place. As a result, a sufficient slot length can be maintained while achieving the resonance frequency required for the antenna, and an antenna with strong directivity can be realized. Further, since the pair of line power feeding portions 6a and 6b are arranged at symmetrical positions separated from the center portion of the slot, the directivity can be made symmetric.
一方、無給電アンテナ素子８，９は、電気長Ｍがλ／２を基準としたその近傍（±α）に設定されている。無給電アンテナ素子８，９は電気長Ｍが略λ／２の時に共振周波数ｆ０に対して最も効率よく励振されるが、無給電アンテナ素子８，９が共振周波数ｆ０に対してアンテナとして機能する程度に励振する範囲を、λ／２を基準としたその近傍（±α）としている。なお、無給電アンテナ素子８，９の電気長Ｍは、導体部の物理長だけでなく、周辺環境にも影響される。 On the other hand, in the parasitic antenna elements 8 and 9, the electrical length M is set in the vicinity (± α) with λ / 2 as a reference. The parasitic antenna elements 8 and 9 are most efficiently excited with respect to the resonance frequency f0 when the electrical length M is approximately λ / 2, but the parasitic antenna elements 8 and 9 function as antennas with respect to the resonance frequency f0. The excitation range is set to the vicinity (± α) with λ / 2 as a reference. The electrical length M of the parasitic antenna elements 8 and 9 is influenced not only by the physical length of the conductor part but also by the surrounding environment.
無給電アンテナ素子８，９の製造段階では、電気長Ｍがλ／２＋αとなるように設定し、用途に応じて求められる指向特性に応じて、所望の指向特性を実現する電気長となるように調整してもよい。無給電アンテナ素子８，９の電気長は、無給電アンテナ素子８，９を構成する導体部の自由端部側をトリミングすることにより調整できる。 In the manufacturing stage of the parasitic antenna elements 8 and 9, the electrical length M is set to be λ / 2 + α so that the electrical length that achieves a desired directional characteristic is obtained according to the directional characteristic required according to the application. You may adjust it. The electrical lengths of the parasitic antenna elements 8 and 9 can be adjusted by trimming the free end side of the conductor portion constituting the parasitic antenna elements 8 and 9.
無給電アンテナ素子８，９は、無給電アンテナ素子８，９の電気長Ｍがλ／２よりも長ければ（λ／２＋α）、反射器として機能する。図２において、基板右端に位置する無給電アンテナ素子８が反射器として機能する場合、給電アンテナ素子７から放射され基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。また、基板左端に位置する無給電アンテナ素子９が反射器として機能する場合、給電アンテナ素子７から放射される基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。また、図１及び図３において、反射板３は、給電アンテナ素子７から放射された基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。その結果、基板左右方向から基板中央方向に向けて反射された電波と、無給電アンテナ素子８，９から放射される電波と、給電スロットアンテナからの放射電波と、反射板３から放射される電波とが合成され、基板面に対して垂直となる前方方向（図１に示すＺ方向）に合成された電波が放射される前方指向特性となる。 The parasitic antenna elements 8 and 9 function as a reflector if the electrical length M of the parasitic antenna elements 8 and 9 is longer than λ / 2 (λ / 2 + α). In FIG. 2, when the parasitic antenna element 8 located at the right end of the substrate functions as a reflector, the radio wave radiated from the feeding antenna element 7 and incident from the center side of the substrate is reflected toward the center side of the substrate. Further, when the parasitic antenna element 9 located at the left end of the substrate functions as a reflector, the radio wave incident from the substrate center side radiated from the feed antenna element 7 is reflected toward the substrate center side. In FIGS. 1 and 3, the reflector 3 reflects the radio waves incident from the center side of the substrate radiated from the feeding antenna element 7 toward the center side of the substrate. As a result, the radio wave reflected from the left-right direction of the board toward the center of the board, the radio wave radiated from the parasitic antenna elements 8 and 9, the radiated radio wave from the feed slot antenna, and the radio wave radiated from the reflector 3 Are combined to obtain a forward directivity characteristic in which radio waves synthesized in the forward direction (Z direction shown in FIG. 1) perpendicular to the substrate surface are radiated.
図５は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の指向特性を示している。図６は、比較例に係る反射板を有しないアンテナ装置の指向特性を示している。図５及び図６において、（ａ）はアンテナ指向特性の３次元空間における指向特性、（ｂ）はＹ−Ｚ平面における指向特性、（ｃ）はＸ−Ｚ平面における指向特性、（ｄ）はＸ−Ｙ平面における指向特性、（ｅ）は共振特性を示している。図６（ｂ）（ｃ）に示すように、反射板を設けないアンテナ装置では、基板面に垂直なＺ方向（フロントローブＦ及びバックローブＢ）の指向特性が強く出ており、全方向指向特性となっていることがわかる。 FIG. 5 shows the directivity characteristics of the antenna device 1 according to the present embodiment. FIG. 6 shows the directivity characteristics of an antenna device that does not have a reflector according to a comparative example. 5 and 6, (a) is the directivity characteristic in the three-dimensional space of the antenna directivity characteristics, (b) is the directivity characteristic in the YZ plane, (c) is the directivity characteristic in the XZ plane, and (d) is the directivity characteristic. Directional characteristics in the XY plane, (e) shows resonance characteristics. As shown in FIGS. 6B and 6C, in the antenna device without the reflector, the directivity characteristic in the Z direction (front lobe F and back lobe B) perpendicular to the substrate surface is strong, and the omnidirectional directivity is obtained. It turns out that it is a characteristic.
一方、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、反射板を設けたアンテナ装置では、基板面に垂直なＺ方向のうちバックローブＢ側の指向特性が抑えられ、フロントローブＦ側にのみ指向特性が強く出ており、前方指向特性となっていることがわかる。また、サイドローブＳ側についても、比較例と比べると指向特性が抑えられていることがわかる。また、図５（ｅ）に示すように、アンテナ装置１の共振周波数である共振ポイントＰ１は２．４ＧＨｚであるが、２．４ＧＨｚよりも低周波側及び高周波側に反射板３の共振ポイント及び無給電アンテナ素子の共振ポイントＰ２，Ｐ３が現れている。 On the other hand, as shown in FIGS. 5B and 5C, in the antenna device provided with the reflector, the directivity characteristic on the back lobe B side in the Z direction perpendicular to the substrate surface is suppressed, and only on the front lobe F side. It can be seen that the directivity characteristics are strong and the front directivity characteristics. Also, it can be seen that the directivity is suppressed on the side lobe S side as compared with the comparative example. Further, as shown in FIG. 5 (e), the resonance point P1, which is the resonance frequency of the antenna device 1, is 2.4 GHz, but the resonance point of the reflector 3 and the resonance frequency of the reflector 3 are lower and higher than 2.4 GHz. Resonant points P2 and P3 of the parasitic antenna element appear.
このように、本実施の形態によれば、反射板３には電界方向と直交する方向に絶縁部１０（１１）が形成されているので、反射板３で励振される表面電流が絶縁部１０（１１）の形成領域を避けるように迂回し、反射板３の電気長を当該反射板３の物理長よりも長くすることができる。従って、放射器と反射板３との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射板３の電気長を確保することができるので、反射板３自体を大きくすることなく、アンテナ装置１全体の薄型化・小型化を図ることができる。 Thus, according to the present embodiment, since the insulating portion 10 (11) is formed in the reflecting plate 3 in the direction orthogonal to the electric field direction, the surface current excited by the reflecting plate 3 is generated by the insulating portion 10. By detouring so as to avoid the formation region of (11), the electrical length of the reflecting plate 3 can be made longer than the physical length of the reflecting plate 3. Therefore, even when the distance between the radiator and the reflector 3 is ¼ wavelength or less, the electrical length of the reflector 3 can be secured according to the distance, so that the reflector 3 itself is not enlarged. Therefore, the antenna device 1 as a whole can be reduced in thickness and size.
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not limited to this embodiment. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
本発明は、反射器を備えたアンテナ装置であり、センサ装置、通信モジュール等の電子機器に用いられる高指向性・高性能アンテナ装置として有用である。 The present invention is an antenna device provided with a reflector, and is useful as a high directivity and high performance antenna device used in electronic devices such as sensor devices and communication modules.
１ アンテナ装置
２ 誘電体基板（回路基板）
３ 反射板（反射器）
４ グランドパターン
５ スロット
６ 給電ライン
６ａ，６ｂ ライン給電部
７ 給電アンテナ素子（放射器）
８，９ 無給電アンテナ素子（放射器）
１０，１１ 絶縁部（スロット）
１２，１３，１４，１５ 切り起こし部
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ 開口部
１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ 開口部
1 Antenna device 2 Dielectric substrate (circuit board)
3 reflector (reflector)
4 Ground pattern 5 Slot 6 Feed line 6a, 6b Line feed part 7 Feed antenna element (radiator)
8,9 Parasitic antenna element (radiator)
10, 11 Insulation part (slot)
12, 13, 14, 15 Cut-and-raised part 12a, 13a, 14a, 15a Opening part 12c, 13c, 14c, 15c Opening part
Claims (6)
前記反射器には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 A radiator, and a reflector made of a conductive material provided in parallel to the radiator and disposed at a distance shorter than a quarter wavelength of the wavelength of the resonance frequency of the radiator,
The antenna device according to claim 1, wherein the reflector is formed with an insulating portion extending in a direction orthogonal to the electric field direction.
前記反射器には、当該反射器の一部を当該反射器の平面部に対して垂直に切り起こした切り起こし部が形成され、この切り起こしによって前記スロットに平行な開口部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。 The reflector is formed in a plate shape,
In the reflector, a cut-and-raised portion is formed by cutting and raising a part of the reflector perpendicularly to the flat portion of the reflector, and an opening parallel to the slot is formed by the cut-and-raised portion. The antenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna device is provided.
前記誘電体基板は、前記反射器に形成された複数の切り起こし部により支持されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。 The radiator is provided on a dielectric substrate;
5. The antenna device according to claim 1, wherein the dielectric substrate is supported by a plurality of cut and raised portions formed in the reflector.
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