JP2013157811A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナに関し、特に、アレーアンテナと線状アンテナとを備えたアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna, and more particularly to an antenna including an array antenna and a linear antenna.
アレーアンテナとして、無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて配置された複数の非励振素子とを円形地板上に備え、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより、指向性が変化するアレーアンテナが知られている（たとえば、特許文献１）。なお、この形式のアレーアンテナは電子走査導波器アレーアンテナと呼ばれことも多いが、以下では、単にアレーアンテナという。 As an array antenna, an excitation element for receiving a radio signal and a plurality of non-excitation elements arranged at a predetermined distance from the excitation element are provided on a circular ground plane and connected to each non-excitation element. An array antenna is known in which directivity changes as the reactance values of a plurality of variable reactance elements change (for example, Patent Document 1). This type of array antenna is often referred to as an electronic scanning waveguide array antenna, but is hereinafter simply referred to as an array antenna.
アレーアンテナは指向性が可変であることを利用して、無線端末（たとえば、無線タグ）の方向探知に用いられることがある。また、無線タグの方向探知を利用した不審者侵入防止システムが知られている。 An array antenna may be used for direction detection of a wireless terminal (for example, a wireless tag) by utilizing the fact that the directivity is variable. A suspicious person intrusion prevention system using direction detection of a wireless tag is also known.
無線タグの方向探知を利用した不審者侵入防止システムでは、監視エリアに侵入した者が許可者かそうでないかを区別するため、許可者にアクティブタグを所持させる。そして、監視センサで検出した物標方位とアレーアンテナで探知したタグ方位とが一致する場合には許可者であると判定する。 In the suspicious person intrusion prevention system using the direction detection of the wireless tag, the authorized person possesses an active tag in order to distinguish whether the person who has entered the monitoring area is the authorized person or not. When the target direction detected by the monitoring sensor matches the tag direction detected by the array antenna, it is determined that the person is an authorized person.
上記不審者侵入防止システムにおいて、アクティブタグの電池寿命を長くするためには、監視エリア外では出来る限り通信頻度を低くする一方、監視エリアに判定対象者が入った際には、迅速にタグリーダによって判定対象者の方位判定を行なうことが求められる。迅速な方位判定のためには、判定対象者が監視エリアに入る前に通信頻度を高頻度に変更する必要があり、そのためには、判定対象者が監視エリアに入る直前に、アクティブタグとタグリーダとの間の通信を確立させる必要がある。 In the above suspicious person intrusion prevention system, in order to extend the battery life of the active tag, the communication frequency is lowered as much as possible outside the monitoring area, but when a judgment target person enters the monitoring area, the tag reader quickly It is required to determine the direction of the person to be determined. In order to quickly determine the direction, it is necessary to change the communication frequency to a high frequency before the determination target person enters the monitoring area. For this purpose, immediately before the determination target person enters the monitoring area, the active tag and the tag reader are changed. It is necessary to establish communication with
人に携帯されるアクティブタグとの間で迅速に通信を確立させるには、人体回折に有利な水平偏波を利用することが好ましいが、上記アレーアンテナは水平偏波に対する感度が低い。そこで、アレーアンテナとは別に、水平偏波アンテナを設けることが考えられる。 In order to quickly establish communication with an active tag carried by a person, it is preferable to use horizontal polarization advantageous for human diffraction, but the array antenna has low sensitivity to horizontal polarization. Therefore, it is conceivable to provide a horizontally polarized antenna separately from the array antenna.
ところで、不審者侵入防止システムにおいてタグリーダは、家屋壁面付近に設置される場合が多い。従って、水平偏波利得を前方見開き１８０度範囲で同等にすることで、前方見開き１８０度範囲における通信距離をできるだけ均等とすることが望ましい。
By the way, in a suspicious person intrusion prevention system, a tag reader is often installed near the wall surface of a house. Therefore, it is desirable to make the communication distance in the
水平偏波を水平面内で無指向性に放射するアンテナとしては、ターンスタイルアンテナが広く知られている。しかし、ターンスタイルアンテナをタグリーダに搭載するとすれば、アレーアンテナが要求する円形地板サイズ（半径０．５波長）に加え、ターンスタイルアンテナの領域として０．５波長正方領域が必要となる。よって、ターンスタイルアンテナを円形地板と同じ面内に配置する場合も、また他面内に配置する場合も、タグリーダの体格が大きくなってしまう。 A turn style antenna is widely known as an antenna that radiates horizontally polarized waves omnidirectionally in a horizontal plane. However, if the turn style antenna is mounted on the tag reader, in addition to the circular ground plane size (radius 0.5 wavelength) required by the array antenna, a 0.5 wavelength square area is required as the area of the turn style antenna. Therefore, both when the turn-style antenna is disposed in the same plane as the circular ground plane and when disposed in the other plane, the size of the tag reader is increased.
加えて、ターンスタイルアンテナを機能させるにはターンスタイルアンテナへの給電が必須であるが、給電は９０度の位相差給電で行なう必要がある。この位相差給電を行なう方法としては、パターンを利用する方法や、小型チップ移相器を用いる方法が考えられる。しかし、前者は０．２５波長正方領域が必要となることから、体格の一層の大型化を招き、後者は一層のコストアップ要因となる。 In addition, power supply to the turn style antenna is indispensable for the function of the turn style antenna, but the power supply needs to be performed with a phase difference power supply of 90 degrees. As a method of performing this phase difference feeding, a method using a pattern or a method using a small chip phase shifter is conceivable. However, since the former requires a 0.25 wavelength square region, the physique is further increased in size, and the latter is a further cost increase factor.
さらに、ターンスタイルアンテナを用いる場合には、通信エリア（監視エリア）でない後方見開き１８０度の範囲に対しても前方と同等の利得を持つことから、家屋壁面からの反射と前方への放射位相の逆相合成によって前方通信エリアの不感帯（空間上のヌル点）が発生する可能性もある。 Furthermore, when a turn-style antenna is used, it has a gain equivalent to that of the front for a 180-degree spread range that is not a communication area (monitoring area). There is a possibility that a dead zone (a null point in space) of the front communication area may occur due to the reverse phase synthesis.
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、大型化を抑制しつつ、アレーアンテナに加えて水平偏波アンテナを備え、この水平偏波アンテナが見開き１８０度範囲において利得の変化が小さく且つ不感帯の発生も抑制されているアンテナを提供することにある。 The present invention has been made based on this situation, and an object of the present invention is to provide a horizontally polarized antenna in addition to an array antenna while suppressing an increase in size. It is an object of the present invention to provide an antenna in which the gain change is small in the range of temperature and the generation of the dead band is suppressed.
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、
板状の誘電体基板に円形地板が配置され、この円形地板に、無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子とが円形地板から絶縁された状態で設けられ、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより指向性が変化するアレーアンテナと、
線状アンテナと、
を備えたアンテナであって、
前記円形地板は、半径が０．５波長以上であり、
前記線状アンテナは、
１．互いに直交する第１直線部および第２直線部を有するＬ型の線状アンテナであって、
２．前記誘電体基板において、円形地板と同一面上、且つ、その円形地板が配置されていない部分に配置され、
３．前記第１直線部において第２直線部との連結側ではない側の端部、および、前記第２直線部において第１直線部との連結側ではない側の端部のいずれか一方に給電され、
４．給電されていない側の端部は、前記円形地板から、０．００６〜０．０１７波長離隔しており、
５．給電されている側の端部を有する直線部は、アンテナの通信エリアとする前方と通信不要エリアである後方とを区分するとともに前記円形地板の中心を通る直線状の設置軸に平行であり、
６．線幅が０．００５〜０．０１波長であり、
７．前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線（Ｄ２）と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線（Ｄ１）との成す角をβ、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線（Ｄ１）と、前記設置軸との成す角をφとすると、β、φが、以下の（１）〜（１１）のいずれかの条件を満たし、
８．前記線状アンテナの給電側の端部を延長して前記円形地板の外周と交差する点および前記円形地板の中心を結ぶ直線（Ｄ３）と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線（Ｄ２）との成す角をδとしたとき、給電されている側の端部は、βよりもδが十分に小さくなる位置となっていることを特徴とする。
（１） β＝２８ ４３≦φ≦４７
（２） ２８＜β＜２９ ４４≦φ≦４６
（３） β＝２９ ４４≦φ≦４６、５２≦φ≦５７．５
（４） ２９＜β＜３０ ４４≦φ≦４６、５２≦φ≦５７．５
（５） β＝３０ ４０≦φ≦４９、５１．５≦φ≦６２．５
（６） ３０＜β＜３１ ４０≦φ≦４９
（７） β＝３１ ４０≦φ≦６７
（８） ３１＜β＜３２ ５３．５≦φ≦６７
（９） β＝３２ ５３．５≦φ≦６７
（１０）３２＜β＜３３ ５９．５≦φ≦６７
（１１） β＝３３ ４５≦φ≦５０、５９．５≦φ≦６７．５
上記条件を線状アンテナが満たす場合、半値角が１８０度〜２１５度程度となることをシミュレーションにより確認できた。半値角が１８０度を超えていることから、見開き１８０度の範囲における利得変化が少なくなり、且つ、半値角はせいぜい２１５度程度と３６０度よりはずっと狭いことから、逆相合成によって不感帯が生じてしまうことも抑制できる。また、この線状アンテナは、アレーアンテナの誘電体基板上に配置されることから、アンテナの大型化を抑制することができる。
In order to achieve the object, the invention according to
A circular ground plane is arranged on a plate-shaped dielectric substrate, and on this circular ground plane, an excitation element for receiving a radio signal and a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined interval from the excitation element are circular. An array antenna that is provided in a state of being insulated from the ground plane, and whose directivity changes by changing reactance values of a plurality of variable reactance elements respectively connected to each non-excitation element;
A linear antenna;
An antenna with
The circular ground plane has a radius of 0.5 wavelength or more,
The linear antenna is
1. An L-shaped linear antenna having a first straight portion and a second straight portion orthogonal to each other,
2. In the dielectric substrate, disposed on the same surface as the circular ground plane, and in a portion where the circular ground plane is not disposed,
3. Power is supplied to either the end of the first straight portion that is not connected to the second straight portion or the end of the second straight portion that is not connected to the first straight portion. ,
4). The end of the non-powered side is spaced from the circular ground plane by 0.006 to 0.017 wavelength,
5. The straight line portion having the end on the side being fed is parallel to the linear installation axis passing through the center of the circular ground plane while separating the front as the antenna communication area and the rear as the communication unnecessary area,
6). The line width is 0.005 to 0.01 wavelength,
7). A straight line (D2) connecting the center of the circular ground plane and the end of the linear antenna on the feeding side, and a straight line (D1) connecting the center of the circular ground plane and the end of the linear antenna on the non-powered side Where β is the angle formed by the straight axis (D1) connecting the center of the circular ground plane and the end of the linear antenna that is not fed and the angle between the installation axis and β, φ are Satisfy any of the following conditions (1) to (11),
8). A straight line (D3) connecting the center of the circular ground plane and a point intersecting the outer periphery of the circular ground plane by extending an end portion of the linear antenna on the power feeding side, and the center of the circular ground plane and the feeding side of the linear antenna When the angle formed by the straight line (D2) connecting the end portion is δ, the end portion on the power feeding side is at a position where δ is sufficiently smaller than β.
(1) β = 28 43 ≦ φ ≦ 47
(2) 28 <β <29 44 ≦ φ ≦ 46
(3) β = 29 44 ≦ φ ≦ 46, 52 ≦ φ ≦ 57.5
(4) 29 <β <30 44 ≦ φ ≦ 46, 52 ≦ φ ≦ 57.5
(5) β = 30 40 ≦ φ ≦ 49, 51.5 ≦ φ ≦ 62.5
(6) 30 <β <31 40 ≦ φ ≦ 49
(7) β = 31 40 ≦ φ ≦ 67
(8) 31 <β <32 53.5 ≦ φ ≦ 67
(9) β = 32 53.5 ≦ φ ≦ 67
(10) 32 <β <33 59.5 ≦ φ ≦ 67
(11) β = 33 45 ≦ φ ≦ 50, 59.5 ≦ φ ≦ 67.5
When the above condition is satisfied by the linear antenna, it can be confirmed by simulation that the half-value angle is about 180 degrees to 215 degrees. Since the half-value angle exceeds 180 degrees, the gain change in the range of 180-degree spread is reduced, and the half-value angle is at most about 215 degrees and much narrower than 360 degrees. Can also be suppressed. Moreover, since this linear antenna is arrange | positioned on the dielectric substrate of an array antenna, the enlargement of an antenna can be suppressed.
このように構成されたアンテナにおける線状アンテナの利得変化が小さい範囲が監視範囲をカバーするようにアンテナを配置することで、不審者監視システムにおけるタグリーダ用のアンテナとして好適に使用することができる。 By arranging the antenna so that the range in which the gain change of the linear antenna in the antenna configured as described above covers the monitoring range, the antenna can be suitably used as an antenna for a tag reader in the suspicious person monitoring system.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用されたアンテナ１００の構成図である。アンテナ１００は、電子制御導波器アレーアンテナ（以下、単にアレーアンテナ）１と、線状アンテナ２０とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an
アレーアンテナ１は、１本の励振素子１０と６本の非励振素子１１Ａ〜１１Ｆとを備えている。これら励振素子１０、非励振素子１１Ａ〜１１Ｆは、円形地板１７の上に、その円形地板１７から絶縁された状態に設けられている。
The
励振素子１０および６本の非励振素子１１Ａ〜１１Ｆはいずれも直棒形状であって円形地板１７から垂直に突き出している。これらの素子１０、１１は、円形地板１７の上面から素子上端までの長さがいずれも同一の長さであり、ここでは約λ／４となっている。また、励振素子１０は円形地板１７の中心に配置される一方、非励振素子１１Ａ〜１１Ｆは、励振素子１０を中心とする円周上に等間隔に設けられており、励振素子１０と非励振素子１１との間もλ／４に設定されている。なお、λは、アレーアンテナ１が受信する電波の波長である。
The
円形地板１７は導体性であり、その形状は真円である。また、半径はたとえばλ／２である。この円形地板１７は、矩形（より詳しくは正方形）板状の誘電体基板１９に固定されている。円形地板１７の誘電体基板１９上の位置は、誘電体基板１９の中心に、円形地板１７の中心が一致する位置となっている。また、誘電体基板１９の各辺の長さは、円形地板１７の直径よりもやや大きい程度となっている。
The
励振素子１０の給電点は同軸ケーブル３０に接続されている。非励振素子１１Ａ〜１１Ｆには、可変リアクタンス回路１８Ａ〜１８Ｆがそれぞれ接続されている。この可変リアクタンス回路１８は、電子制御導波器アレーアンテナにおいて一般的に用いられるものと同一の回路であり、たとえば、バイアス電圧が印加されることによってリアクタンス値が変化する可変リアクタンス素子（例えば可変容量ダイオード）を含む回路として構成される。この回路は、高周波的に円形地板１７に接続されている。リアクタンス値は電子的に変化させられ、リアクタンス値が変化させられることにより、アレーアンテナ１は方位角が変化する。
A feeding point of the
線状アンテナ２０は、Ｌ型であり、誘電体基板１９において円形地板１７と同一面、且つ、円形地板１７が配置されていない、誘電体基板１９の隅部に設けられている。
The
図２は、線状アンテナ２０の構成を詳しく示す図である。この図２を用いて線状アンテナ２０の構成を詳しく説明する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
（線状アンテナ２０の形状）
線状アンテナ２０の形状は、前述のようにＬ型であり、第１直線部２１と第２直線部２２とからなる。第１直線部２１、第２直線部２２との成す角は直角である。
(Shape of the linear antenna 20)
The shape of the
（直線部２１、２２の方向）
線状アンテナ２０は、第１直線部２１、第２直線部２２のうちのいずれか一方（以下では、図２に示すように、第２直線部２２とする）が設置軸Ｃと平行となるように配置される。ここで、設置軸Ｃとは、円形地板１７の中心を通るとともに、円形地板１７と同一面上の軸である。このアンテナ１を備えたタグリーダが家屋壁面付近に配置された場合には、この設置軸Ｃが家屋壁面と平行となるように、且つ、励振素子１０および非励振素子１１が鉛直となるように配置される。図示しないが、タグリーダは、上記設置軸Ｃの方向を外部形状から判断できるようになっている。たとえば、タグリーダの筐体において、家屋壁面に向けて配置される側の面が設置軸Ｃと平行となっていることにより、設置軸Ｃの方向が外部形状から判断できるようになっている。この設置軸Ｃを基準として、家屋とは反対側が、アンテナ１００が通信する必要がある範囲すなわち前方であり、図２で両矢印で示す範囲が、水平面における見開き１８０度範囲である。一方、設置軸Ｃを基準として、家屋側は、通信不要範囲すなわち後方である。
(Direction of
In the
また、タグリーダが家屋壁面あるいはその付近に配置された状態では、誘電体基板１９は、線状アンテナ２０が配置された隅部が、家屋壁面から遠い側の隅部となるようにタグリーダに収容される。
Further, in a state where the tag reader is disposed on or near the wall surface of the house, the
第２直線部２２が設置軸Ｃと平行となるように配置された状態では、この第２直線部２２は、誘電体基板１９の一つの辺１９ａと平行となっている。また、このとき、第１直線部２１は、辺１９ａと直交する誘電体基板１９の辺１９ｂと平行となっている。
In a state where the second
（線状アンテナ２０の給電点）
第２直線部２２において、第１直線部２１と連結されていない側の端部は、円形地板１７に対して僅かな隙間を有して位置している。この端部には、円形地板１７の裏面より図示しない給電ケーブルが接続されており、これにより、この端部が線状アンテナ２０の給電点となる。上記給電点から線状アンテナ２０に給電を行なうことにより、図２に直線矢印で示す方向に水平偏波の電波が放射される。
(Feeding point of the linear antenna 20)
In the second
給電点と円形地板１７との隙間の大きさは、以下のようにβ、δを定義したとき、δがβよりも十分に小さくなるようにする。
The size of the gap between the feeding point and the
βは次のように定義する。第１直線部２１の開放端と円形地板１７の中心点Ｏとを結ぶ直線をＤ１とし、給電点と円形地板１７の中心点Ｏとを結ぶ直線をＤ２とし、これら直線Ｄ１と直線Ｄ２との成す角をβとする。
β is defined as follows. A straight line connecting the open end of the first
δは次のように定義する。線状アンテナ２０の給電側の端部を第２直線部２２と平行に延長して円形地板１７の外周と交差する点と、円形地板１７の中心Ｏとを結ぶ直線をＤ３とする。この直線Ｄ３と、前述した直線Ｄ２との成す角をδとする。
δ is defined as follows. A straight line connecting a point where the end of the
この成す角δをβよりも十分に小さい角度とすると、線状アンテナ２０の第２直線部２２の長さは、δを無視して考えてもよいことになる。たとえば、δをβの１／１０以下とし、より好ましくは、１／２０以下とする。なお、後述するシミュレーションでは、給電点と円形地板１７との間の隙間は、後述するクリアランスαと同じとした。
If the angle δ formed is sufficiently smaller than β, the length of the second
また、後述するが、開放端と円形地板１７との間のクリアランスαはアンテナ特性に影響する。これに対し、給電点は給電の影響が大きいことから、開放端と異なり、給電点と円形地板との間の隙間はアンテナ特性に影響しない。よって、給電点と円形地板１７との隙間は、必ずしもクリアランスαと同じ範囲に制限されるものではなく、δがβよりも十分に小さくなれば、すなわち、線状アンテナ２０の第２直線部２２の長さにδが影響しない小さなδとなる隙間であればよい。
As will be described later, the clearance α between the open end and the
（線状アンテナ２０の詳細位置）
以上の条件のもとでは、線状アンテナ２０の詳細な位置は、次のパラメータφ、β、αにより定まる。
(Detailed position of the linear antenna 20)
Under the above conditions, the detailed position of the
φは、前述の直線Ｄ１と設置軸Ｃとの成す角であり、端点角と呼ぶ。αは、第１直線部２１の開放端から円形地板１７の外周までのクリアランスである。
φ is an angle formed by the straight line D1 and the installation axis C, and is called an end point angle. α is a clearance from the open end of the first
端点角φとクリアランスαにより、第１直線部２１の開放端の位置が定まる。また、前述したように、第１直線部２１と第２直線部２２の方向は定まっている。また、第２直線部２２の給電点は、δがβよりも十分に小さくなる位置である。よって、第１直線部２１の開放端の位置が定まった状況において、さらに上記成す角βが定まると、線状アンテナ２０の詳細位置が定まるのである。
The position of the open end of the first
（線状アンテナ２０の特性）
本願の発明者は上記パラメータφ、β、α、円形地板１７の半径（以下、地板半径）ｒ、線状アンテナ２０の線幅ｗを変化させることで、線状アンテナ２０の半値角を前方見開き１８０〜２１５度程度とすることができることを見出した。以下、シミュレーション結果を用いて、φ、β、α、ｒ、ｗと半値角との関係を説明する。
(Characteristics of the linear antenna 20)
The inventor of the present application changes the above-mentioned parameters φ, β, α, the radius of the circular ground plane 17 (hereinafter referred to as the ground plane radius) r, and the line width w of the
（φ、βと半値角との関係）
図３は、φ、βと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ＝１２２ｍｍ（２．４５ＧＨｚ）、α＝０．８ｍｍ、ｒ＝６１ｍｍ（０．５λ）、ｗ＝１ｍｍとした。
(Relationship between φ, β and half-value angle)
FIG. 3 is a simulation result showing the relationship between φ and β and the half-value angle. In this simulation, the values of other parameters were λ = 122 mm (2.45 GHz), α = 0.8 mm, r = 61 mm (0.5λ), and w = 1 mm.
本発明では、半値角を１８０度以上とすることを目的としている。図３のグラフにおいて、半値角が１８０度以上となる範囲は以下の通りである。
（Ａ） β＝２８（●印）のとき ４３≦φ≦４７
（Ｂ） β＝２９（▲印）のとき ４４≦φ≦４６、５２≦φ≦５７．５
（Ｃ） β＝３０（■印）のとき ４０≦φ≦４９、５１．５≦φ≦６２．５
（Ｄ） β＝３１（▼印）のとき ４０≦φ≦６７
（Ｅ） β＝３２（◆印）のとき ５３．５≦φ≦６７
（Ｆ） β＝３３（○印）のとき ４５≦φ≦５０、５９．５≦φ≦６７．５
上記（Ａ）〜（Ｆ）の範囲では、半値角は１８０度以上となるものの、１８０度よりも極端に広い半値角とはならず、最大でも２１５度程度となる。
The object of the present invention is to set the half-value angle to 180 degrees or more. In the graph of FIG. 3, the range in which the half-value angle is 180 degrees or more is as follows.
(A) When β = 28 (marked with ●) 43 ≦ φ ≦ 47
(B) When β = 29 (▲) 44 ≦ φ ≦ 46, 52 ≦ φ ≦ 57.5
(C) When β = 30 (■ mark) 40 ≦ φ ≦ 49, 51.5 ≦ φ ≦ 62.5
(D) When β = 31 (marked with ▼) 40 ≦ φ ≦ 67
(E) When β = 32 (marked with ◆) 53.5 ≦ φ ≦ 67
(F) When β = 33 (circle) 45 ≦ φ ≦ 50, 59.5 ≦ φ ≦ 67.5
In the range of (A) to (F), the half-value angle is 180 degrees or more, but the half-value angle is not extremely wider than 180 degrees, and is about 215 degrees at the maximum.
また、上記（Ａ）〜（Ｆ）を比較すると、β＝３１度に限定した場合には、端点角φが４０度〜６７度の範囲で半値角が１８０度以上となることが分かる。よって、β＝３１度に限定した場合には、端点角φの自由度、ひいては、線状アンテナ２０の配置の自由度が大きくなる。
In addition, when the above (A) to (F) are compared, it can be seen that when β is limited to 31 degrees, the half angle is 180 degrees or more when the end point angle φ is in the range of 40 degrees to 67 degrees. Therefore, when it is limited to β = 31 degrees, the degree of freedom of the end point angle φ, and thus the degree of freedom of the arrangement of the
図３のグラフにおいてβは離散点であるが、たとえば、隣接するβの角度（たとえばβ＝２８度と２９度）でともに半値角が１８０度を超えているφの範囲においては、その間のβでも半値角が１８０度を超えていると推定できる。よって、図３において数値を示した以外のβについては、半値角が１８０度以上となるφの範囲を以下のように推定できる。
（Ａ）、（Ｂ）におけるφの重複範囲より、２８＜β＜２９のとき４４≦φ≦４６
（Ｂ）、（Ｃ）におけるφの重複範囲より、２９＜β＜３０のとき４４≦φ≦４６、５２≦φ≦５７．５
（Ｃ）、（Ｄ）におけるφの重複範囲より、３０＜β＜３１のとき４０≦φ≦４９
（Ｄ）、（Ｅ）におけるφの重複範囲より、３１＜β＜３２のとき５３．５≦φ≦６７
（Ｅ）、（Ｆ）におけるφの重複範囲より、３２＜β＜３３のとき５９．５≦φ≦６７
以上をまとめると、β、φの範囲は特許請求の範囲に記載の（１）〜（１１）となる。
In the graph of FIG. 3, β is a discrete point. For example, in the range of φ in which the half-value angle exceeds 180 degrees at adjacent β angles (for example, β = 28 degrees and 29 degrees), β However, it can be estimated that the half-value angle exceeds 180 degrees. Therefore, for β other than the numerical values shown in FIG. 3, the range of φ in which the half-value angle is 180 degrees or more can be estimated as follows.
From the overlapping range of φ in (A) and (B), when 28 <β <29, 44 ≦ φ ≦ 46
From the overlapping range of φ in (B) and (C), 44 ≦ φ ≦ 46, 52 ≦ φ ≦ 57.5 when 29 <β <30.
From the overlapping range of φ in (C) and (D), 40 ≦ φ ≦ 49 when 30 <β <31
From the overlapping range of φ in (D) and (E), when 31 <β <32, 53.5 ≦ φ ≦ 67
From the overlapping range of φ in (E) and (F), 59.5 ≦ φ ≦ 67 when 32 <β <33.
In summary, the ranges of β and φ are (1) to (11) described in the claims.
（クリアランスαと半値角との関係）
図４は、αと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ＝１２２ｍｍ、ｒ＝６１ｍｍ、β＝３１度、φ＝５５度、ｗ＝１ｍｍとした。
(Relationship between clearance α and half-value angle)
FIG. 4 is a simulation result showing the relationship between α and the half-value angle. In this simulation, the values of the other parameters were λ = 122 mm, r = 61 mm, β = 31 degrees, φ = 55 degrees, and w = 1 mm.
図４から、０．７ｍｍ≦α≦２．０５ｍｍの範囲であれば半値角が１８０度以上となることが分かる。これを波長λで正規化すると、０．００６λ≦α≦０．０１７λとなる。 From FIG. 4, it can be seen that the half-value angle is 180 degrees or more in the range of 0.7 mm ≦ α ≦ 2.05 mm. When this is normalized by the wavelength λ, 0.006λ ≦ α ≦ 0.017λ is obtained.
（地板半径ｒと半値角との関係）
図５は、地板半径ｒと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ＝１２２ｍｍ、α＝０．８ｍｍ、β＝３１度、φ＝５５度、ｗ＝１ｍｍとした。図５から、地板半径ｒは６１ｍｍ以上であればよいことが分かる。これを波長λで正規化すると、λ／２≦ｒとなる。
(Relationship between ground plane radius r and half-value angle)
FIG. 5 is a simulation result showing the relationship between the ground plane radius r and the half-value angle. In this simulation, the values of the other parameters were λ = 122 mm, α = 0.8 mm, β = 31 degrees, φ = 55 degrees, and w = 1 mm. FIG. 5 shows that the ground plane radius r should be 61 mm or more. When this is normalized by the wavelength λ, λ / 2 ≦ r.
（線状アンテナ２０の線幅ｗと半値角の関係）
図６は、線状アンテナ２０の線幅ｗと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ＝１２２ｍｍ、ｒ＝６１ｍｍ、α＝０．８ｍｍ、β＝３１度、φ＝５５度とした。図６から、線幅ｗは０．５１≦ｗ≦１．２５ｍｍであればよいことが分かる。これを波長λで正規化すると、０．００４λ≦ｗ≦０．０１λとなる。
(Relationship between the line width w of the
FIG. 6 is a simulation result showing the relationship between the line width w of the
（代表指向性）
図７に、上述の種々のパラメータ条件を満たした線状アンテナ２０の代表指向性を示す。この図７に示す指向性は、λ＝１２２ｍｍ、α＝０．８ｍｍ（０．００６５λ）、β＝３１度、φ＝５５度、ｒ＝６１ｍｍ（λ／２）としたときのものである。指向性は、メインローブが３２０度の方向にあり、半値角が２１２．９度となっている。
(Representative directivity)
FIG. 7 shows the representative directivity of the
（アンテナの利用例）
図８はアンテナ１００の利用例である。図８において、監視装置２００は、前述のタグリーダとしての機能、および、レーザセンサ等の侵入検知センサよって物体検知を行なう機能を備える。
(Example of antenna use)
FIG. 8 shows an example of use of the
この監視装置２００は、家屋の壁３００の付近に設置される。また、図８には設置軸Ｃも示している。図８に示すように、設置軸Ｃが家屋の壁３００と平行になるように監視装置２００は設置される。よって、監視装置２００が線状アンテナ２０によりアクティブタグと通信を行なうことができる通信エリア２１０は、おおよそ前方（設置軸Ｃに対して壁３００と反対側）見開き１８０度となる。また、侵入検知センサが侵入者を検知するセンサ検知エリア２２０は同図に示すように、通信エリア２１０よりもやや小さい範囲に設定される。
This
図９は、この監視装置２００が行なう処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では侵入検知センサによって移動物の検出を行なう。ステップＳ２では、ステップＳ１における移動物検出処理の結果、人を検知したかどうかを判断する。人を検知していなければ（Ｓ２：Ｎｏ）、ステップＳ１へ戻り、人を検知したと判断した場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では侵入検知センサが検知した人が、タグを所持しているかどうかを、タグと通信できるか、および、通信できたタグの方位が侵入検知センサが検知した人の方位と一致するか否かにより判断する。
FIG. 9 is a flowchart showing processing performed by the
タグの方位と侵入検知センサが検知した人の方位とが一致する場合には、ステップＳ４へ進み、侵入検知センサが検知した人は家人と判定する。一方、タグの方位と侵入検知センサが検知した人の方位とが一致しない場合には、ステップＳ５へ進み、侵入検知センサが検知した人は不審者であると判定する。そして、警報を行なう（ステップＳ６）。 If the tag orientation matches the orientation of the person detected by the intrusion detection sensor, the process proceeds to step S4, and the person detected by the intrusion detection sensor is determined to be a householder. On the other hand, if the orientation of the tag does not match the orientation of the person detected by the intrusion detection sensor, the process proceeds to step S5, and the person detected by the intrusion detection sensor is determined to be a suspicious person. Then, an alarm is given (step S6).
このような利用例において、アクティブタグとの通信に用いる線状アンテナ２０は、前方見開き１８０度範囲において利得変化が小さいことから、通信エリア２１０の境界までの距離を監視装置２００からの方向によらず略一定にすることができる。よって、アクティブタグの無駄な電力消費を抑制しつつ、センサ検知エリア２２０に近づいた場合には、迅速に、アクティブタグとの通信を確立することができる。
In such a usage example, the
１ アレーアンテナ、 １０ 励振素子、 １１ 非励振素子、 １７ 円形地板、 １８ 可変リアクタンス回路、 １９ 誘電体基板、 １９ａ 誘電体基板の辺、 １９ｂ 誘電体基板の辺、 ２０ 線状アンテナ、 ２１ 第１直線部、 ２２ 第２直線部、 ３０ 同軸ケーブル、 １００ アンテナ、 ２００ 監視装置、 ２１０ 通信エリア、 ２２０ センサ検知エリア、 ３００ 家屋の壁
DESCRIPTION OF
Claims (1)
線状アンテナと、
を備えたアンテナであって、
前記円形地板は、半径が０．５波長以上であり、
前記線状アンテナは、
互いに直交する第１直線部および第２直線部を有するＬ型の線状アンテナであって、
前記誘電体基板において、円形地板と同一面上、且つ、その円形地板が配置されていない部分に配置され、
前記第１直線部において第２直線部との連結側ではない側の端部、および、前記第２直線部において第１直線部との連結側ではない側の端部のいずれか一方に給電され、
給電されていない側の端部は、前記円形地板から、０．００６〜０．０１７波長離隔しており、
給電されている側の端部を有する直線部は、アンテナの通信エリアとする前方と通信不要エリアである後方とを区分するとともに前記円形地板の中心を通る直線状の設置軸に平行であり、
線幅が０．００５〜０．０１波長であり、
前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線（Ｄ２）と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線（Ｄ１）との成す角をβ、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線（Ｄ１）と、前記設置軸との成す角をφとすると、β、φが、以下の（１）〜（１１）のいずれかの条件を満たし、
前記線状アンテナの給電側の端部を延長して前記円形地板の外周と交差する点および前記円形地板の中心を結ぶ直線（Ｄ３）と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線（Ｄ２）との成す角をδとしたとき、給電されている側の端部は、βよりもδが十分に小さくなる位置となっていることを特徴とするアンテナ
（１） β＝２８ ４３≦φ≦４７
（２） ２８＜β＜２９ ４４≦φ≦４６
（３） β＝２９ ４４≦φ≦４６、５２≦φ≦５７．５
（４） ２９＜β＜３０ ４４≦φ≦４６、５２≦φ≦５７．５
（５） β＝３０ ４０≦φ≦４９、５１．５≦φ≦６２．５
（６） ３０＜β＜３１ ４０≦φ≦４９
（７） β＝３１ ４０≦φ≦６７
（８） ３１＜β＜３２ ５３．５≦φ≦６７
（９） β＝３２ ５３．５≦φ≦６７
（１０）３２＜β＜３３ ５９．５≦φ≦６７
（１１） β＝３３ ４５≦φ≦５０、５９．５≦φ≦６７．５ A circular ground plane is arranged on a plate-shaped dielectric substrate, and on this circular ground plane, an excitation element for receiving a radio signal and a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined interval from the excitation element are circular. An array antenna that is provided in a state of being insulated from the ground plane, and whose directivity changes by changing reactance values of a plurality of variable reactance elements respectively connected to each non-excitation element;
A linear antenna;
An antenna with
The circular ground plane has a radius of 0.5 wavelength or more,
The linear antenna is
An L-shaped linear antenna having a first straight portion and a second straight portion orthogonal to each other,
In the dielectric substrate, disposed on the same surface as the circular ground plane, and in a portion where the circular ground plane is not disposed,
Power is supplied to either the end of the first straight portion that is not connected to the second straight portion or the end of the second straight portion that is not connected to the first straight portion. ,
The end of the non-powered side is spaced from the circular ground plane by 0.006 to 0.017 wavelength,
The straight line portion having the end on the side being fed is parallel to the linear installation axis passing through the center of the circular ground plane while separating the front as the antenna communication area and the rear as the communication unnecessary area,
The line width is 0.005 to 0.01 wavelength,
A straight line (D2) connecting the center of the circular ground plane and the end of the linear antenna on the feeding side, and a straight line (D1) connecting the center of the circular ground plane and the end of the linear antenna on the non-powered side Where β is the angle formed by the straight axis (D1) connecting the center of the circular ground plane and the end of the linear antenna that is not fed and the angle between the installation axis and β, φ are Satisfy any of the following conditions (1) to (11),
A straight line (D3) connecting the center of the circular ground plane and a point intersecting the outer periphery of the circular ground plane by extending an end portion of the linear antenna on the power feeding side, and the center of the circular ground plane and the feeding side of the linear antenna When an angle formed by a straight line (D2) connecting with the end portion is δ, the end portion on the side to which power is supplied is at a position where δ is sufficiently smaller than β. 1) β = 28 43 ≦ φ ≦ 47
(2) 28 <β <29 44 ≦ φ ≦ 46
(3) β = 29 44 ≦ φ ≦ 46, 52 ≦ φ ≦ 57.5
(4) 29 <β <30 44 ≦ φ ≦ 46, 52 ≦ φ ≦ 57.5
(5) β = 30 40 ≦ φ ≦ 49, 51.5 ≦ φ ≦ 62.5
(6) 30 <β <31 40 ≦ φ ≦ 49
(7) β = 31 40 ≦ φ ≦ 67
(8) 31 <β <32 53.5 ≦ φ ≦ 67
(9) β = 32 53.5 ≦ φ ≦ 67
(10) 32 <β <33 59.5 ≦ φ ≦ 67
(11) β = 33 45 ≦ φ ≦ 50, 59.5 ≦ φ ≦ 67.5
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