JP2012120001A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ユビキタス通信や無線通信サービスに向けた平面形状を有する指向性アンテナ装置に関する。 The present invention relates to a directional antenna device having a planar shape for ubiquitous communication and wireless communication service.
昨今、ユビキタス社会の進展により、無線LANやBluetooth(登録商標)などの小形のアンテナを有する電子機器が普及してきている。これらの小型アンテナは、電子機器に内蔵される場合が多い。 In recent years, electronic devices having a small antenna such as a wireless LAN or Bluetooth (registered trademark) have become widespread due to the progress of a ubiquitous society. These small antennas are often built into electronic devices.
一方、アンテナ装置(アンテナ付き通信用モジュール)も普及してきており、USB端子などを介してパソコンなどに接続される。これらのアンテナ装置は、アンテナ、通信用IC、パソコンとの接続インタフェースなどから構成されている。 On the other hand, antenna devices (communication modules with antennas) have become widespread and are connected to personal computers through USB terminals and the like. These antenna devices include an antenna, a communication IC, a connection interface with a personal computer, and the like.
多くのアンテナ装置には、モノポールアンテナが多く使用されている。しかし、モノポールアンテナはサイズが小さくなるので多く用いられているが、グランドに電流が流れ、グランドの影響を大きく受けるという問題がある。 Many antenna devices use a monopole antenna. However, although the monopole antenna is often used because of its small size, there is a problem that current flows through the ground and is greatly affected by the ground.
また、一般的には、アンテナは内蔵化されると利得が低下する。 In general, the gain decreases when the antenna is built-in.
関連するアンテナに関する技術は、例えば 特許文献1や特許文献2に記載されている。特許文献1および特許文献2には、基板パターンを用いた八木式アンテナ(八木・宇田アンテナ(いわゆる八木アンテナ(登録商標)))が記載されている。
The related antenna technology is described in, for example,
特許文献1に記載されたアンテナを図10に示す。
図10に図示された220はアンテナ部であり、誘電体基板221に設けられている。アンテナ部220の各素子は、誘電体基板221上に銅箔パターンによって形成されている。(a)に図示の223は放射素子として、222(a),222(b),222(c)は導波器として、224は1次反射器として動作する。また、226はアンテナ保持金具であるとともに、その端部を構成する保持部231は2次反射器として動作する。(b)に図示の八木式アンテナでは、反射器224を省略して、保持部231のみを反射器として用いている。図中の八木式アンテナでは、図中のd1およびd2を約1/4波長に合わせ、保持部231を反射器として動作させる。なお、この八木式アンテナの放射素子223への給電は、同軸線路227によって、アンテナ外部から給電されている。また、アンテナ部220と図示されていない無線通信回路とは、同軸線路227を介して接続される。
An antenna described in
上記構成で基板パターン上に良好な利得を得られる八木式アンテナは構成できる。一方、無線通信回路とアンテナとの接続が同軸線路(ケーブル)を用いるため、コンパクトかつ安価には実現できていない。また、無線通信回路はアンテナとは別に設けられている。 The Yagi type antenna that can obtain a good gain on the substrate pattern with the above configuration can be configured. On the other hand, since the connection between the radio communication circuit and the antenna uses a coaxial line (cable), it cannot be realized in a compact and inexpensive manner. The wireless communication circuit is provided separately from the antenna.
特許文献2に記載された平面アンテナを図11に示す。
図11に図示されたように、基板の両面に、八木式アンテナを構成するアンテナ要素(放射素子、導波素子および反射素子)を配置して平面アンテナを構成している。図中では、実線は表面、斜線は裏面のパターンを示している。当該平面アンテナのダイポール放射素子への給電は、基板の両面を用いてマイクロストリップラインを構成して行われている。また、片面のマイクロストリップラインの形状にテーパを与え、バランとして機能させている。また、マイクロストリップラインの端部に接続される無線通信回路の一部を、平面アンテナを構成した基板上に設けてもよいことも記載されている。ただし、基板上に実装する部品は、マイクロストリップライン上に限定されて設けられることが記載されている。
A planar antenna described in
As shown in FIG. 11, antenna elements (radiating elements, waveguide elements, and reflecting elements) constituting the Yagi antenna are arranged on both sides of the substrate to constitute a planar antenna. In the figure, the solid line indicates the pattern on the front surface and the oblique line indicates the pattern on the back surface. Power supply to the dipole radiating element of the planar antenna is performed by forming a microstrip line using both surfaces of the substrate. Also, the shape of the microstrip line on one side is tapered to function as a balun. It is also described that a part of the wireless communication circuit connected to the end of the microstrip line may be provided on a substrate that forms a planar antenna. However, it is described that the components to be mounted on the substrate are limited to be provided on the microstrip line.
アンテナの提供にあたり、良好な指向性特性および利得特性を有するアンテナが望まれている。また、個々の装置に内蔵してもその装置に対して容易にマッチングが行なえることが望まれている。加えて、小型であり安価であることが望まれる。 In providing an antenna, an antenna having good directivity characteristics and gain characteristics is desired. In addition, it is desired that matching can be easily performed for each device even if it is incorporated in each device. In addition, it is desired to be small and inexpensive.
しかしながら、上記複数の要求に対して良好なアンテナが提供されていない。 However, a satisfactory antenna is not provided for the plurality of requirements.
特許文献1に記載された八木式アンテナでは、特性は良いものの小型化ができていない。また、特許文献2に記載された八木式アンテナでは、特性が良く、一部の部品をマイクロストリップライン上に実装するものの、無線通信回路にかかる他の多くの実装部品を別基板に乗せる必要がある。また、アンテナとマイクロストリップラインとのマッチングを行なっているものの、実装部品を考慮したマッチングを行なえない。すなわち、特許文献1および特許文献2に記載された八木式アンテナは、低容積化およびマッチングについて課題を残している。
The Yagi antenna described in
低容積化についてユビキタス通信に用いるアンテナを想定して説明すれば、個々の端末装置(ノード)の小形化により、端末装置に組み込むアンテナ装置に割当てられる容積が低下している。このとき、無線通信回路についての容積が削減できずに固定的であるとすれば、アンテナが使用できる容積が低下することを指す。このことに対して、アンテナが使用する容積を削減しつつ利得等の特性の維持する対策を採ることは、非常に困難である。
端末装置の小型化に加え通信距離を維持する対策として、アンテナとしての性能を維持しつつ、通信モジュールとしての低容積化を図る必要がある。
センサーノードとして用いる端末装置では、個々の端末装置が広い範囲に配置され、サーバとの通信距離が長くなる傾向にある。特に2.4GHz帯を使用周波数帯域として使用した場合には、米国などで使用されている900MHz帯よりも通信距離が短くなるため、サーバ側に高価な高利得アンテナが用いられている。このため、サーバ側および端末装置側に良好な利得を有しつつ小型且つ安価な高利得アンテナの登場が期待されてきている。
If the antenna used for ubiquitous communication is described with regard to the reduction in volume, the volume allocated to the antenna device incorporated in the terminal device is reduced due to the downsizing of each terminal device (node). At this time, if the volume of the wireless communication circuit cannot be reduced and is fixed, it means that the volume that the antenna can use is reduced. On the other hand, it is very difficult to take measures to maintain characteristics such as gain while reducing the volume used by the antenna.
As a measure for maintaining the communication distance in addition to the miniaturization of the terminal device, it is necessary to reduce the volume as the communication module while maintaining the performance as the antenna.
In the terminal device used as a sensor node, individual terminal devices are arranged in a wide range, and the communication distance with the server tends to be long. In particular, when the 2.4 GHz band is used as the use frequency band, the communication distance is shorter than the 900 MHz band used in the United States and the like, and therefore, an expensive high gain antenna is used on the server side. For this reason, the appearance of a small and inexpensive high gain antenna while having good gain on the server side and the terminal device side has been expected.
なお、高利得アンテナとしてパッチアンテナが用いられることがある。しかし、パッチアンテナは厚みが薄いと高い利得が得られない特性を有するため、基板上のパターンをアンテナ素子として用いることは現実的でない。 A patch antenna may be used as a high gain antenna. However, since the patch antenna has a characteristic that a high gain cannot be obtained if the thickness is thin, it is not practical to use a pattern on the substrate as an antenna element.
また、アンテナを内蔵する筐体や他の部品などとの配置によって、アンテナ周囲の静電容量などに変化が生じることに対して、事後的にマッチングを取ることも望まれる。 In addition, it is also desired to perform matching after the fact that the capacitance around the antenna changes due to the arrangement of the housing with the antenna or other components.
本発明の目的は、指向性と高い利得を有し、低容積且つ安価で、マッチングが容易なアンテナ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an antenna device having directivity and high gain, low volume, low cost, and easy matching.
本発明にかかるアンテナ装置は、平面基板上に、放射素子と、前記放射素子と並行に配置され前記放射素子よりも短い導波素子と、前記放射素子と並行に配置され前記放射素子よりも長い反射素子と、前記導波素子又は前記反射素子の領域内に、前記導波素子又は前記反射素子を構成する導体を回路パターンとして用いて実装された無線通信回路とを有する。 An antenna device according to the present invention includes, on a flat substrate, a radiating element, a waveguide element that is arranged in parallel with the radiating element and shorter than the radiating element, and is arranged in parallel with the radiating element and longer than the radiating element. A reflection element; and a wireless communication circuit mounted in the region of the waveguide element or the reflection element by using a conductor constituting the waveguide element or the reflection element as a circuit pattern.
本発明によれば、指向性と高い利得を有し、低容積且つ安価で、マッチングが容易なアンテナ装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an antenna device having directivity and high gain, low volume, low cost, and easy matching.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、第1の実施の一形態であるアンテナ装置1を示す構成図である。
本実施の一形態のアンテナ装置1は、アンテナとして基板パターンを用いて構成した指向性を有するパターンアンテナを用いる。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an
The
アンテナ装置1は、プリント基板2上に、放射素子3、導波素子4、反射素子5、給電線路6を、基板パターンを用いて形成している。加えて、反射素子5は、無線通信回路7の実装領域としても使用する。給電線路6は平行2線線路であり、これにより、放射素子3を給電している。
In the
無線通信回路部7、すなわちRF部は、RFICおよび整合回路より構成され、給電線路に接続する。RFICの出力ポート10より平衡信号が平衡系の平行2線線路である給電線路6に向けて出力され、さらに整合回路を介して、給電線路6に出力されて、放射素子3に給電される。
The wireless
放射素子3と平行2線線路である給電線路6の間には、平衡系アンテナを平衡系線路で給電するTマッチと言う整合回路11を挿入している。Tマッチは調整用キャパシタ12を左右対称に有している。
Between the radiating
なお、Tマッチではなく、整合用キャパシタを有さないデルタマッチ(Yマッチとも言う)で整合させてもよい。 In addition, you may match not by T match but by the delta match (it is also called Y match) which does not have a matching capacitor.
放射素子3、導波素子4、および反射素子5は、図示するようにプリント基板2上に並行に配置され、各エレメント長が導波素子長<放射素子長<反射素子長である。
The radiating
放射素子3と反射素子4の間隔は、おおよそ実効波長の1/4か、それよりもやや小さく構成する。放射素子3と反射素子5の間隔は、おおよそ実効波長の1/4か、それよりもやや小さく構成する。
The distance between the radiating
反射素子5のパターン領域内には、無線通信回路7(RF部)と制御回路8(制御部)、入出力インタフェースが実装される。無線通信回路7には、RFICや、LC等で構成された整合回路などが含まれる。
A wireless communication circuit 7 (RF unit), a control circuit 8 (control unit), and an input / output interface are mounted in the pattern area of the
整合回路は、事後的にマッチングを取ることに用いる。無線通信回路7の電気回路の一部であるグランド(回路パターン)は、反射素子5を構成する導体を用いる。また、他の信号ラインなどのパターン(図示せず)も適に反射素子5を構成する導体を用いて形成される。当該実装は、アンテナ特性に影響を与えにくいという見識を得ている。
また、実装は、ビア等を用いて両面実装としてもよい。RFICは、整合回路を介して給電線路6に給電する。制御回路8には制御用MCUが実装されており、入出力インタフェース(A/Dポート、シリアル、USB規格など)に接続している。
The matching circuit is used for subsequent matching. The ground (circuit pattern) that is a part of the electric circuit of the
The mounting may be double-sided mounting using vias or the like. The RFIC feeds power to the
なお、実装領域は、反射素子5との共用でなく、導波素子4との共用でもよい。
The mounting area may be shared with the
また、アンテナ装置1は、放射素子3近傍に整合回路を設けても良い。その整合方法は、平衡型アンテナを平衡型の線路で給電できるようにしたデルタマッチ(Yマッチ)もしくはTマッチが好ましい。
The
このように基板上にパターンアンテナを形成するとともに、アンテナ要素となる反射素子または導波素子上に無線通信回路、必要に応じて制御回路などを実装することによって、指向性と良好な利得を得つつ、低容積且つ安価であるアンテナ装置を実現できる。また、アンテナ要素となる放射素子、導波素子、反射素子、および給電線路が1枚の回路実装基板に一体的に作り込めるため、低コストでコンパクトな高利得且つ指向性を有するアンテナを構成できるとともに、無線通信回路などの実装による影響が少ないアンテナ装置を実現できる。 In this way, a patterned antenna is formed on a substrate, and a radio communication circuit, a control circuit, etc. are mounted on a reflective element or a waveguide element as an antenna element, thereby obtaining directivity and good gain. On the other hand, an antenna device having a low volume and a low price can be realized. In addition, since the radiating element, waveguide element, reflecting element, and feed line serving as antenna elements can be integrally formed on a single circuit mounting board, a compact and high gain and directivity antenna can be configured at low cost. In addition, an antenna device that is less affected by the mounting of a wireless communication circuit or the like can be realized.
また、整合回路を設けることによって、アンテナと給電線路とのマッチングに加えて、無線通信回路の実装と筐体などへの実装による影響をも合わせてマッチングできる。また、図1の構成の放射素子3は、一つの導体であるが、放射素子3を2つの導体を中央で給電するダイポールアンテナで置き換えても同様である。
Further, by providing the matching circuit, in addition to matching between the antenna and the feed line, matching can be performed by combining the effects of mounting the wireless communication circuit and mounting on the housing. The radiating
次に、第2の実施の一形態を示す。第2の実施の一形態では、調整しやすくするため、RFICからの平衡信号を一旦、不平衡系に変換してマイクロストリップ線路に接続して整合回路を通し、さらに平衡系に変換して放射素子に給電している。 Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, for easy adjustment, the balanced signal from the RFIC is once converted into an unbalanced system, connected to a microstrip line, passed through a matching circuit, and further converted into a balanced system for radiation. Power is supplied to the element.
図2のRFICの出力ポート10からは、平衡信号が出力される。この平衡信号はバランを介して、不平衡系のマイクロストリップ線路に出力され、整合回路を介して、放射素子3に給電される。放射素子3への給電は、給電線6(マイクロストリップ線路)と整合回路11(ガンママッチ)を介しておこなわれている。ガンママッチは、不平衡信号を平衡信号に変換するとともに、整合調整も同時に行う。ガンママッチを行なう整合回路11では、整合用チップキャパシタ12とスルーホールビア13を介してマイクロストリップ給電線路のグランド部9と放射素子3とを接続している。マイクロストリップ線路6のグランド部9はテーパ状になっていて、放射素子3に与えるグランドの影響を低減させている。
A balanced signal is output from the
第1の実施の一形態と同様に、アンテナ装置1は、平面基板上にアンテナ要素とRF部(無線通信回路部)、制御部(制御回路)、入出力部(入出力インタフェース)を有しており、制御部には制御用MCUを有している。
As in the first embodiment, the
また、図3に示す第3の実施の一形態のように、ガンママッチを変形してもよい。図3では、整合回路11(ガンママッチ)とアンテナ要素が、図2とは基板の逆面にある。この構成でも、ガンママッチになり、同様のアンテナ装置となる。 Further, as in the third embodiment shown in FIG. 3, the gamma match may be modified. In FIG. 3, the matching circuit 11 (gamma match) and the antenna element are on the opposite side of the substrate from FIG. Even in this configuration, a gamma match is obtained, and a similar antenna device is obtained.
次に、第4の実施の一形態を示す。第4の実施の一形態では、導波素子領域内に無線通信回路の実装領域を構成する。 Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, a radio communication circuit mounting area is formed in the waveguide element area.
図4は、第4の実施の一形態であるアンテナ装置1を示す構成図である。図4に示すように、アンテナ装置1では、放射素子と反射素子および導波素子との関係を第2の実施の一形態のアンテナ装置1と逆としている。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an
アンテナ装置1では、反射素子5は無線通信回路7などの実装を伴わない。他方、導波素子4領域上に、無線通信回路7、制御回路8などの実装部品が両面に実装される。また、放射素子3に基板2を介して対向するように整合回路11が設けられている。
In the
整合回路11は、ガンママッチを採用し、整合用チップキャパシタ12とスルーホールビア13を介して給電線路9と放射素子3とを接続している。整合用チップキャパシタ12を適に取り替えることで、整合線路の容量を変更させ、特性のマッチングが行える。なお、整合回路11は、整合線路上に容量を変更させる実装部品を載せるパターンを有していることによって、事後的にマッチングを取ることを可能としている。
The matching
アンテナ装置1は、無線通信回路7(導波素子4側)から給電線路6,9に給電すると、放射素子3に電流定在波が分布する。その後、放射素子3が導波素子4、反射素子5を励振し、それらの相互作用の結果として、導波素子4側に指向性を発生させる。
When the
本実施の一形態の構成においても、第2の実施の一形態と同様に、平面基板を用いるアンテナ装置として、導波素子領域に、無線通信回路を実装したとしても、指向性と良好な利得を維持できる。また、低容積、安価、マッチングの容易性を実現できる。 Even in the configuration of the present embodiment, as in the second embodiment, even if a wireless communication circuit is mounted in the waveguide element region as an antenna device using a planar substrate, directivity and good gain are achieved. Can be maintained. In addition, low volume, low cost, and easy matching can be realized.
同様に、放射素子をおおよそ実効波長/4の長さの導体を2つ並べ、片側に通信回路、制御回路、入出力ポートなどの回路をのせて、モノポールとして動作させ、前後に導波素子、反射素子を置いても、同様に指向性アンテナ装置として機能する。また、図5に示すように、ガンママッチを変形してもよい。 Similarly, radiating elements are arranged with two conductors of approximately effective wavelength / 4 length, and a communication circuit, a control circuit, an input / output port, etc. are placed on one side to operate as a monopole. Even if a reflective element is placed, it similarly functions as a directional antenna device. Further, as shown in FIG. 5, the gamma match may be modified.
次に、実施例を示し、本発明を説明する。 Next, an Example is shown and this invention is demonstrated.
以下の実施例の説明は、実際に試作評価した図2と同様の形状のアンテナ装置で行う。 The following description will be made with an antenna apparatus having the same shape as that of FIG.
図6に示すアンテナ装置101は、2.4GHz帯のアンテナ一体型センサーノード用アンテナ装置である。当該アンテナ装置は、制御部やUSB等の外部インタフェースを載せて、Zigbee(登録商標)モジュールとして動作する。
The
アンテナ装置101は、60×60×0.8mmのFR4(Flame Retardant Type 4)基板102上にパターンアンテナの形成と無線通信回路107の実装を行なっている。
The
チップ等の実装領域は反射素子105を兼ね、60×20mmを確保し、反射素子105を除くアンテナ領域は60×40mmである。
A mounting area such as a chip also serves as the
反射素子105のパターンは、アンテナ要素として機能させるとともに、ZigbeeモジュールのRF部、制御部、入出力部の実装領域として利用する。
The pattern of the
放射素子103は、実装されたzigbee通信用の無線通信回路107からマイクロストリップライン106及び109を介して給電される。
The radiating
放射素子103と反射素子105との間隔d1は実効波長をλeとして、0.15〜0.25λe程度にとられる。放射素子103と導波素子104との間隔d2は0.1〜0.25λe程度にとられる。
The distance d1 between the radiating
マイクロストリップライン106及び109は、それぞれ基板102の片面に対向するように配置され、反射素子105の実装領域の端部中央から放射素子103に延びている。
The microstrip lines 106 and 109 are arranged so as to face one side of the
マイクロストリップラインのグランド109は、放射素子103に近づくにつれて放射素子103への影響を小さくするため、細く窄まったようになっている。
The
また、マイクロストリップライン106の先に整合回路111が設けられている。
A
整合回路111は、ガンママッチを採用し、整合用チップキャパシタ112とスルーホールビア113を有しており、整合用チップキャパシタ112を調整することによってマッチング調整を行えるように形成される。
The
整合方法は、オメガマッチなど別の整合方法を用いても良い。ガンママッチ、オメガマッチは、平衡型アンテナを不平衡型給電線路で給電する際に使用される。 As a matching method, another matching method such as an omega match may be used. Gamma match and omega match are used when a balanced antenna is fed by an unbalanced feed line.
無線通信回路107(RF部)は、アンテナ装置101をZigbeeモジュールとして動作させるRFIC、チップコンデンサ、バラン、LC整合回路などから構成される。
The wireless communication circuit 107 (RF unit) includes an RFIC, a chip capacitor, a balun, an LC matching circuit, and the like that operate the
無線通信回路107は、反射素子105のパターン領域内に実装され、反射素子105として用いられるパターン領域内に設けられた 電源やグランドとする回路パターンを用いて電気回路として動作する。また、無線通信回路107を機能させるための部品間の配線パターンも適に反射素子105領域内に回路パターンとして形成されて用いられる。
The
ここで、筐体等の影響について説明する。説明の為、アンテナ装置101をポリカーボネイト製ケース120に入れた状態を例示する。アンテナ装置101の寸法は、適に筐体やアンテナ周囲の実装部品などの誘電率等を考慮して調整する。
Here, the influence of the housing and the like will be described. For the sake of explanation, a state in which the
ポリカーボネイト製ケース120は、厚み1.5mmのポリカーボネイト製であり、アンテナ装置101の全面を覆っている。ポリカーボネイト製ケース120とアンテナ装置101との関係を図7に示す。なお、無線通信回路107の図示は省略する。
The
アンテナ装置101が、図7のポリカーボネイト製ケース120に実装されている状態で調整した導体パターンのサイズは、以下のとおりである。
The size of the conductor pattern adjusted in a state where the
放射素子103のサイズは5×41mm、導波素子104のサイズは5×36mm、反射素子105のサイズは回路実装領域のサイズである20×60mmである。
The size of the radiating
放射素子103と導波素子4の間隔は13.4mm、反射素子105(実装領域端部)と放射素子103の間隔は14mmである。すなわち、放射素子103の中心から導波素子104の中心までの距離は18.4mmである。
The distance between the radiating
放射素子103の長さL1は実効波長の1/2程度にしている。アンテナ要素に対する実効波長は、基板102の誘電率やポリカーボネイト製ケース120の誘電率の影響などで、自由空間波長よりも短くなっている。そのため、放射素子103のエレメント長は、自由空間波長の1/2よりも短くてもよい。
導波素子104の長さL2および反射素子105の長さL3も同様に、ケースなどの影響を考慮して、自由空間での長さよりも短くとる。
各エレメント長の関係は、導波素子104の長さL2<放射素子103の長さL1<反射素子105の長さL3である。
The length L1 of the radiating
Similarly, the length L2 of the
The relationship between the element lengths is that the length L2 of the
ポリカーボネイト製ケース120は、厚みtc=1.5mmであり、基板102とのギャップg1=0.3mmである(図7参照)。また、基板102のアンテナパターン側のギャップg2=2.5mm、裏側のギャップg3=2mmである(図7参照)。
The
図7のポリカーボネイト製ケース120に無線通信回路107を実装したアンテナ装置101で評価した場合の評価測定結果を図8および図9に示す。なお、マッチングを行った結果の整合用チップキャパシタ112の値は、4.7pFであった。
図8は実測リターンロスであり、図9は実測放射特性である。
図8を参照すれば、2.4−2.5GHz帯に対して、リターンロス−15dB以下と、極めて広帯域な整合特性が得られていることが確認できる。
また、図9を参照すれば、放射特性は、導波素子方向に最大利得6.3dBiが得られていることが確認できる。
FIG. 8 and FIG. 9 show the evaluation measurement results when the
FIG. 8 shows measured return loss, and FIG. 9 shows measured radiation characteristics.
Referring to FIG. 8, it can be confirmed that an extremely wide matching characteristic with a return loss of -15 dB or less is obtained for the 2.4-2.5 GHz band.
In addition, referring to FIG. 9, it can be confirmed that the radiation characteristic has a maximum gain of 6.3 dBi in the waveguide element direction.
このように、実施例によって、低容積且つ安価であるアンテナ装置101が良好な指向性特性と高い利得を得られていることを確認できた。
As described above, according to the embodiment, it was confirmed that the
また、整合回路111(ガンママッチ部)の整合用チップキャパシタやRF部に設けた整合回路の変更によってマッチングを図り、アンテナ装置101の置かれる環境に対して容易にマッチングできることを確認できた。
In addition, matching was achieved by changing the matching chip capacitor of the matching circuit 111 (gamma match portion) and the matching circuit provided in the RF portion, and it was confirmed that the matching could be easily performed with respect to the environment where the
すなわち、平面基板を用いるアンテナ装置として、反射素子領域に、無線通信回路を実装したとしても、指向性と高い利得を維持する智見を確認できた。 That is, even when a wireless communication circuit is mounted in the reflective element region as an antenna device using a flat substrate, it was possible to confirm the wisdom that maintains directivity and high gain.
加えて、低容積、安価、マッチングの容易性を実現できた。 In addition, low volume, low cost, and easy matching were realized.
また、無線通信回路を構成している実装部品は、平面基板に、埋め込むように実装することとしても良い。このように実装すれば、無線通信回路を構成するチップ高さ分の厚みを更に低減できる。また、このように放射素子または導波素子領域内に埋め込むように無線通信回路を実装したとしても、アンテナ装置としての指向性と高い利得を維持できる。加えて更なる小容積化が図れる。 Further, the mounting components constituting the wireless communication circuit may be mounted so as to be embedded in the flat substrate. If mounted in this way, the thickness corresponding to the height of the chip constituting the wireless communication circuit can be further reduced. Even if the wireless communication circuit is mounted so as to be embedded in the radiating element or waveguide element region, the directivity and high gain as the antenna device can be maintained. In addition, the volume can be further reduced.
また、上記説明では、導波素子を1つのみ記載しているが、導波素子は適に複数としてもよい。また、導波素子は両面に設けるようにしてもよい。 In the above description, only one waveguide element is described, but a plurality of waveguide elements may be appropriately provided. The waveguide element may be provided on both sides.
また、上記したように、アンテナ装置に用いる基板や周囲の筐体などの配置によって、アンテナ要素に対しての誘電率(あるいは透磁率)が変化して、波長短縮効果が生じる。このため、各要素の長さは、当該効果を考慮した上で実質的な長さを調節すればよい。 In addition, as described above, the dielectric constant (or magnetic permeability) with respect to the antenna element changes depending on the arrangement of the substrate used in the antenna device and the surrounding housing, and the wavelength shortening effect is generated. For this reason, what is necessary is just to adjust the length of each element in consideration of the said effect.
また、アンテナ装置に用いる材質としては、プリント基板(PWB:printed wiring board)に換えてFPC(Flexible Printed Circuit)にアンテナ素子をプリンティングして無線通信回路等を実装するようにしてもよい。 In addition, as a material used for the antenna device, a wireless communication circuit or the like may be mounted by printing an antenna element on an FPC (Flexible Printed Circuit) instead of a printed wiring board (PWB).
また、多層基板を用いて、アンテナ要素やマイクロストリップラインなどを内層を用いて形成するようにしてもよい。 Alternatively, a multilayer substrate may be used to form antenna elements, microstrip lines, etc. using an inner layer.
また、アンテナ装置を、USB端子などによって脱着可能に構成することによって、指向性と高い利得を得つつ、低容積且つ安価であるアンテナ一体型通信モジュールを提供できる。当該アンテナ一体型通信モジュールは、容易にマッチングでき利便性に富む。 Further, by configuring the antenna device to be detachable with a USB terminal or the like, it is possible to provide an antenna-integrated communication module that is low in volume and inexpensive while obtaining directivity and high gain. The antenna-integrated communication module can be easily matched and is convenient.
本発明は、例えばセンサーノード、無線LANなどで使用される小容積の指向性アンテナに利用できる。また、本発明は、Bluetoothなどの外付け無線モジュールの内蔵アンテナなどに利用できる。 The present invention can be used for a small-volume directional antenna used in, for example, a sensor node and a wireless LAN. The present invention can also be used for an internal antenna of an external wireless module such as Bluetooth.
1、101 アンテナ装置
2、102 プリント基板
3、103 放射素子(放射器)
4、104 導波素子(導波器)
5、105 反射素子(反射器)
6、9 給電線路
7、107 無線通信回路
8 制御回路(制御部)
10 出力ポート(RFICの給電ポート)
11、111 整合回路
12、112 整合用チップキャパシタ
13、113 スルーホールビア
106、109 マイクロストリップライン
120 ポリカーボネイト製ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Antenna apparatus 2,102 Printed circuit board 3,103 Radiation element (radiator)
4,104 Waveguide element (waveguide)
5, 105 Reflective element (reflector)
6, 9
10 Output port (RFIC power supply port)
11, 111
Claims (12)
放射素子と、
前記放射素子と並行に配置され前記放射素子よりも短い導波素子と、
前記放射素子と並行に配置され前記放射素子よりも長い反射素子と、
前記導波素子又は前記反射素子の領域内に、前記導波素子又は前記反射素子を構成する導体を回路パターンとして用いて実装された無線通信回路と
を有することを特徴とするアンテナ装置。 On a substrate having a plane,
A radiating element;
A waveguide element disposed in parallel with the radiating element and shorter than the radiating element;
A reflective element arranged in parallel with the radiating element and longer than the radiating element;
An antenna device comprising: a wireless communication circuit mounted in a region of the waveguide element or the reflective element by using a conductor constituting the waveguide element or the reflective element as a circuit pattern.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the wireless communication circuit is mounted so that a conductor constituting the waveguide element or the reflective element is used as a ground.
ことを特徴とする請求項5または6に記載のアンテナ装置。 A matching provided by electrically connecting a conductor pattern formed on the opposite side of the surface of the substrate having the radiating element so as to face the radiating element to a conductor constituting the radiating element by a via. 7. The antenna device according to claim 5, further comprising a matching circuit connected to a conductor used as the microstrip line.
当該給電線路がTマッチ又はデルタマッチにより、前記放射素子に整合していることを特徴とする請求項4記載のアンテナ装置。 The feeding line is a balanced line using two parallel wires,
5. The antenna device according to claim 4, wherein the feed line is matched with the radiating element by T match or delta match.
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