JP2012120150A - アンテナ装置、及び無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】略矩形のパッチアンテナと、前記パッチアンテナの各辺の周囲にそれぞれ配置された複数の寄生素子と、前記各寄生素子の電気長を切り替える切替手段と、を備え、前記切替手段は、前記寄生素子が反射器として機能するように前記電気長を切り替えることが可能である、アンテナ装置が提供される。また、これを搭載した無線通信装置が提供される。
【選択図】図1A
Description
以下、本発明の第1実施形態に係るアンテナ装置100について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1Aは、第1実施形態に係るアンテナ装置100の構成を示す斜視図である。図1Aに示すように、アンテナ装置100は、グラウンド導体101と、パッチアンテナ102と、寄生素子103、104、105、106(無給電素子)と、を備える。例えば、寄生素子103、104、105、106は、金属ワイヤにより構成される。なお、金属ワイヤの材質としては、例えば、鉄やアルミ等の導体が用いられる。
次に、図3〜図6を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置100の動作について説明する。なお、本実施形態に係るアンテナ装置100は、スイッチSW1、SW2、SW3を制御して指向性を切り替える際、例えば、対向配置された一対の寄生素子103、105を組にして制御し、対向配置された一対の寄生素子104、106を組にして制御する。例えば、アンテナ装置100は、寄生素子104を導波器、寄生素子106を反射器として動作させたり、或いは、寄生素子104を反射器、寄生素子106を導波器として動作させたりする。寄生素子103、105の組についても同様である。
まず、図3を参照しながら、寄生素子103、104、105、106の機能と放射特性との関係について説明する。図3は、寄生素子103、104、105、106の制御に伴う放射特性の変化を示したグラフである。
次に、本発明の第2実施形態に係るアンテナ装置200について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図7Aは、本実施形態に係るアンテナ装置200の構成を示す斜視図である。図7Aに示すように、アンテナ装置200は、グラウンド導体201と、パッチアンテナ202と、寄生素子203、204、205、206(無給電素子)と、を備える。なお、第1実施形態に係る寄生素子103、104、105、106は金属ワイヤで構成されていたが、本実施形態に係る寄生素子203、204、205、206は、グラウンド導体201(誘電体基板)上に金属材料の薄板を複数枚積層する形で形成されている。また、金属材料としては、例えば、鉄やアルミ等の導体を用いることができる。
次に、本発明の第3実施形態に係るアンテナ装置300について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図8は、本実施形態に係るアンテナ装置300の構成を示す斜視図である。図8に示すように、アンテナ装置300は、グラウンド導体301と、パッチアンテナ302と、複数の寄生素子303、304、305、306と、誘電体基板310と、を備える。
次に、図10A、図10B、及び図11を参照しながら、ダイオードD1、D2の切り替えと、指向性の変化との関係について述べる。なお、図10A及び図10Bにおいて、ダイオードD1、D2をそれぞれ丸で表した。また、白丸はOFFの状態、黒丸はONの状態を表す。
パッチアンテナ102、202、302において、給電点107、207、307を設ける位置を変更することにより偏波を切り替えられる。例えば、パッチアンテナ102、202、302の中心に対して給電点107、207、307を90°回転させた位置に他の給電点を配置してもよい。この場合、これら2つの給電点のうち、利用する給電点を切り替えることにより、偏波を可変することが可能になる。
次に、本発明の第4実施形態に係るアンテナ装置400について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図12A〜図12Cは、本実施形態に係るアンテナ装置400の構成を示す図である。図12Aは斜視図であり、図12Bは上側から見た図であり、図12Cは下側から見た図である。図12A及び図12Bに示すように、アンテナ装置400は、パッチアンテナ402と、寄生素子403、404、405、406と、誘電体基板410とで構成される。また、パッチアンテナ402には、それぞれ検波方向が規定される位置に給電点407、408が設けられている。さらに、図12Cに示すように、誘電体基板310の下面には、グラウンド導体401が設けられている。なお、寄生素子403、404、405、406は、L字型の金属ワイヤにより構成される。金属ワイヤの材質としては、例えば、鉄やアルミ等の導体が用いられる。
ここで、本実施形態に係るアンテナ装置400の一変形例について説明する。
次に、図14〜図22Bを参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置400の動作及び放射特性の変化について説明する。なお、図15A、図16A、図17A、図18A、図19A、図20A、図21Aに示したシミュレーション結果は、次の条件(図12A〜図12Cを参照)で算出されたものである。hp=1.4mm、h=1.6mm、w=80mm、ε=4.8(誘電率)、a=23.6mm、d=4.5mm、lp=23.1mm、dp=12.5mm、g=1.0mm、b=33.0mm、w1=3.0mm、w2=2.0mm、w3=5.8mm。
まず、図14〜図17Bを参照しながら、アンテナ装置400の動作及び放射特性の変化について考察する。ここでは、図14に示すように、給電点407を利用し、寄生素子403、405を制御する場合における放射特性の変化について考えてみたい。
次に、図18〜図21Bを参照しながら、アンテナ装置400の動作及び放射特性の変化について更に考察する。ここでは、図18に示すように、給電点408を利用し、寄生素子404、406を制御する場合における放射特性の変化について考えてみたい。
101、401 グラウンド導体
102、202、302、402 パッチアンテナ
103、104、105、106、203、204、205、206、303、304、305、306、403、404、405、406 寄生素子
107、207、307、407、408 給電点
310、410 誘電体基板
D1、D2 ダイオード
SW1、SW2、SW3、SW スイッチ
Claims (13)
- 略矩形のパッチアンテナと、
前記パッチアンテナの各辺の周囲にそれぞれ配置された複数の寄生素子と、
前記各寄生素子の電気長を切り替える切替手段と、
を備え、
前記切替手段は、前記寄生素子が反射器として機能するように前記電気長を切り替えることが可能である
ことを特徴とする、アンテナ装置。 - 前記切替手段は、前記寄生素子が導波器として機能するように前記電気長を切り替えることが可能である
ことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記各寄生素子は、前記パッチアンテナの一辺と略平行になる1本の長辺と、当該長辺の端部に一端が接続され、かつ、他端がグラウンド導体に接続される2本の短辺とで構成される金属ワイヤにより形成される
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。 - 前記切替手段は、
前記長辺の中央付近に設けられ、オフの状態で当該長辺を分断する第1スイッチと、
前記2本の短辺にそれぞれ設けられ、オフの状態で当該短辺を分断する2つの第2スイッチと、
を含み、
前記第1及び第2スイッチが全てオンの状態で前記金属ワイヤの長さが前記パッチアンテナの共振周波数における波長の1/2の長さより長くなり、前記第1スイッチがオン、かつ、前記第2スイッチがオフの状態で前記金属ワイヤの長さが前記パッチアンテナの共振周波数における波長の1/2の長さより短くなる
ことを特徴とする、請求項3に記載のアンテナ装置。 - 前記各寄生素子は、前記パッチアンテナの一辺と略平行な方向を長手方向とし、前記パッチアンテナが設置される誘電体基板上に積層された導体薄板により形成され、
前記導体薄板の中央付近には、前記切替手段が形成される
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。 - 前記各寄生素子は、
前記パッチアンテナの一辺と略平行な方向を長手方向とする第1の導体薄板と、
前記第1の導体薄板よりも前記パッチアンテナの一辺から遠ざかった位置に配置され、前記パッチアンテナの一辺と略平行な方向を長手方向とする第2の導体薄板と、
により形成され、
前記導体薄板の中央付近には、前記切替手段が形成される
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。 - 前記切替手段は、オフの状態で前記導体薄板を分断するスイッチであり、
前記スイッチがオンの状態で前記導体薄板の長さが前記パッチアンテナの共振周波数における波長の1/2の長さより長くなる
ことを特徴とする、請求項5又は6に記載のアンテナ装置。 - 前記寄生素子は、前記パッチアンテナが設置される誘電体基板を貫通して、当該誘電体基板の裏面に設けられた前記切替手段に接続される
ことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記各寄生素子は、前記パッチアンテナの各辺に沿った方向に延伸し、電気的に分離した2つの部分で構成される金属材料により形成され、
前記金属材料の各部分は、前記パッチアンテナが設置される誘電体基板を貫通して、当該誘電体基板の裏面に設けられた前記切替手段に接続される
ことを特徴とする、請求項8に記載のアンテナ装置。 - 前記金属材料は、金属箔又はL字型金属ワイヤである
ことを特徴とする、請求項9に記載のアンテナ装置。 - 前記切替手段は、オンの状態で前記金属材料の2つの部分を接続し、オフの状態で前記金属材料の2つの部分を分断するスイッチであり、
前記金属材料の2つの部分の合計長さは、前記パッチアンテナの共振周波数における波長の1/2の長さより長い
ことを特徴とする、請求項9又は10に記載のアンテナ装置。 - 複数の給電点をさらに備え、
利用する前記給電点を切り替えることにより偏波を可変する
ことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載のアンテナ装置と、
前記切替手段を制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とする、無線通信装置。
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