JP2017063345A - Planar antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体層を挟んで放射器と地板とが配置された平面アンテナに関する。 The present invention relates to a planar antenna in which a radiator and a ground plane are arranged with a dielectric layer in between.
一般に、平面アンテナは、誘電体層となる誘電体基板の片面に、放射器となるパッチ或いはマイクロストリップラインを構成する導電体層を形成し、誘電体基板の他面の略全域に、地板(グランドパターン)となる導電体層を形成することにより構成されている。 In general, in a planar antenna, a conductor layer constituting a patch or a microstrip line as a radiator is formed on one surface of a dielectric substrate serving as a dielectric layer, and a ground plane ( It is configured by forming a conductor layer serving as a ground pattern.
また、この種の平面アンテナにおいては、放射器が形成された誘電体基板の基板面(つまり、平面アンテナの放射方向)に、空気層を含む複数の誘電体層を積層することで、アンテナ利得を改善することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Also, in this type of planar antenna, antenna gain is obtained by laminating a plurality of dielectric layers including an air layer on the surface of the dielectric substrate on which the radiator is formed (that is, the radiation direction of the planar antenna). Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかし、上記提案の平面アンテナは、電波の放射方向に配置される多層誘電体層が導波器として機能し、多層誘電体層を備えていないものに比べてアンテナ利得を高めることはできるものの、半値角度が狭くなり、通信可能範囲が制限されるという問題がある。 However, in the proposed planar antenna, the multilayer dielectric layer arranged in the radiation direction of the radio wave functions as a director, and although the antenna gain can be increased as compared with the antenna without the multilayer dielectric layer, There is a problem that the half-value angle becomes narrow and the communicable range is limited.
なお、半値角度は、電波の放射方向でアンテナ利得が最大となる中心軸を0度としたとき、アンテナ利得が半減(−3dBとなる)放射角度のことである。
このため、上記提案の技術では、アンテナ利得を犠牲にしてでも、半値角度(延いては通信可能範囲)を広げたいという要求には応えることができない。
The half-value angle is a radiation angle at which the antenna gain is halved (-3 dB) when the central axis that maximizes the antenna gain in the radio wave radiation direction is 0 degree.
For this reason, the proposed technique cannot meet the demand for expanding the half-value angle (and thus the communicable range) even at the sacrifice of the antenna gain.
また、上記提案の平面アンテナは、放射器や地板を構成する導電体層が形成された誘電体基板の導電体層側に多層誘電体層を積層する必要があるため、製造工程が複雑になるという問題もある。 In addition, the proposed planar antenna requires a multilayer dielectric layer to be laminated on the conductor layer side of the dielectric substrate on which the conductor layers constituting the radiator and the ground plane are formed, and thus the manufacturing process becomes complicated. There is also a problem.
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、アンテナ利得及び半値角度を要求に応じて適宜設定でき、しかも構成が簡単な平面アンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a planar antenna that can appropriately set an antenna gain and a half-value angle as required and that has a simple configuration.
本発明の平面アンテナは、放射器を構成する第1の導電体層と、第1の導電体層に対し間隔を空けて配置され、放射器に対する地板を構成する第2の導電体層とを備え、第1の導電体層と第2の導電体層との間の中間層として、空気層を含む複数の誘電体層を備える。 The planar antenna of the present invention includes a first conductor layer that constitutes a radiator, and a second conductor layer that is disposed at a distance from the first conductor layer and that constitutes a ground plane for the radiator. And a plurality of dielectric layers including an air layer as an intermediate layer between the first conductor layer and the second conductor layer.
このため、上述した従来の平面アンテナのように、放射器を挟むように誘電体層と多層誘電体層とを配置する必要がないため、従来の平面アンテナに比べて装置構成を簡単にし、製造し易くすることができる。 Therefore, unlike the conventional planar antenna described above, it is not necessary to arrange the dielectric layer and the multilayer dielectric layer so as to sandwich the radiator, so that the device configuration is simplified and manufactured compared to the conventional planar antenna. Can be made easier.
また、中間層は空気層を含む複数の誘電体層にて構成されるが、この中間層における空気層の厚みを大きくすれば、アンテナ利得が高くなり、半値角度が狭くなる。逆に、誘電体層の厚みを大きくすれば、アンテナ利得が低くなり、半値角度が広くなる。 The intermediate layer is composed of a plurality of dielectric layers including an air layer. If the thickness of the air layer in the intermediate layer is increased, the antenna gain is increased and the half-value angle is reduced. Conversely, if the thickness of the dielectric layer is increased, the antenna gain is decreased and the half-value angle is increased.
従って、本発明の平面アンテナによれば、中間層を構成する空気層及び誘電体層の厚みを適宜調整することで、所望のアンテナ利得、半値角度が得られる平面アンテナを容易に実現できることになる。 Therefore, according to the planar antenna of the present invention, a planar antenna capable of obtaining a desired antenna gain and half-value angle can be easily realized by appropriately adjusting the thicknesses of the air layer and the dielectric layer constituting the intermediate layer. .
ここで、中間層は、例えば、空気層を挟むように一対の誘電体層を間隔を空けて配置するようにしてもよく、空気層及び誘電体層を更に多く積層するようにしてもよい。これに対し、平面アンテナの構成をより簡単にするには、中間層は、一つの空気層と一つの誘電体層とにより構成するとよい。 Here, as the intermediate layer, for example, a pair of dielectric layers may be arranged so as to sandwich the air layer, or more air layers and dielectric layers may be stacked. On the other hand, in order to make the configuration of the planar antenna simpler, the intermediate layer may be composed of one air layer and one dielectric layer.
また、この場合、第1の導電体層は、誘電体層に積層し、第2の導電体層は、誘電体層の第1の導電体層とは反対側に、空気層を挟んで配置するようにすれば、第2の導電体層を構成する地板の厚みを厚くすることで、平面アンテナの強度を確保することができる。 In this case, the first conductor layer is laminated on the dielectric layer, and the second conductor layer is disposed on the opposite side of the dielectric layer from the first conductor layer with the air layer interposed therebetween. If it does so, the intensity | strength of a planar antenna can be ensured by thickening the thickness of the ground plane which comprises a 2nd conductor layer.
また、この場合、放射器を構成する第1の導電体層にてパッチアンテナのパッチを形成するときには、誘電体層に積層されるパッチの面方向の大きさを、誘電体層と同じか、または、誘電体層よりも小さくするとよい。また、誘電体層において、空気層を挟んで第2の導電体層と対向する対向面方向の大きさは、第2の導電体層と同じか、または、第2の導電体層よりも小さくするとよい。 Further, in this case, when the patch antenna patch is formed with the first conductor layer constituting the radiator, the size in the surface direction of the patch laminated on the dielectric layer is the same as the dielectric layer, Alternatively, it may be smaller than the dielectric layer. In addition, the size of the dielectric layer facing the second conductor layer across the air layer is the same as the second conductor layer or smaller than the second conductor layer. Good.
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態の平面アンテナ2は、例えば、RFIDタグから識別情報を読み取るのに用いられるものであり、円偏波の電波を放射可能なパッチアンテナとして構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The
このため、平面アンテナ2は、図1〜図3に示すように、パッチアンテナの放射器を構成するパッチ4が形成(積層)された誘電体基板6と、誘電体基板6のパッチ4とは反対側の板面に対し、所定の間隔を空けて配置された金属板8と、を備える。
Therefore, as shown in FIGS. 1 to 3, the
金属板8は、平面アンテナ2の地板を構成する第2の導電体層であり、誘電体基板6及び誘電体基板6との間の空気層9からなる中間層10を挟んで、第1の導電体層であるパッチ4に対し平行となるように配置されている。
The
また、誘電体基板6と金属板8との間には、合成樹脂等の絶縁性材料からなる5つのスペーサ12が設けられており、誘電体基板6と金属板8との間隔は、このスペーサ12にて一定間隔に保持されている。
Further, five
なお、誘電体基板6と金属板8とは、対向する面方向の大きさ、及び、形状が同じであり、パッチ4の面方向の大きさは、パッチ4が積層される誘電体基板6の基板面よりも小さい。
The
また、図2に示すように、パッチ4は略正方形であり、5つのスペーサ12は、パッチ4の略中心位置と、その中心位置を通ってパッチ4の四隅(角部)を結ぶ対角線上の4箇所にそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 2, the
また、パッチ4において、互いに直交する2辺に平行な2つの中心軸14a、14b上で、インピーダンスが所定値(例えば、50Ω)となる位置は、円偏波送受信用の給電点16a、16bとして設定されている。
In the
この給電点16a、16bには、金属板8側から挿通される同軸ケーブル(図示せず)の中心軸が接続され、金属板8には、その同軸ケーブルの外部導体が接続される。
このように、本実施形態の平面アンテナ2は、放射器を構成する第1の導電体層であるパッチ4と、地板を構成する第2の導電体層である金属板8との間の中間層10が、誘電体層である誘電体基板6と空気層9とにより構成されている。
A central axis of a coaxial cable (not shown) inserted from the
Thus, the
表1は、このように構成された本実施形態の平面アンテナ2において、中間層10全体の厚みを8.2mmとし、誘電率εが約1.0となる空気層9の厚みtaを0〜8.2mmに変化させたときの、アンテナ利得と半値角度との変化を測定した測定結果を表す。
Table 1 shows that in the
この測定結果から明らかなように、中間層10全体の厚みを一定にした場合、空気層9の厚みを大きくして、誘電体基板6の厚みを小さくすれば、アンテナ利得が高く、半値角度が狭い(換言すれば指向性の鋭い)平面アンテナを実現できる。
As is clear from this measurement result, when the thickness of the entire
また逆に、誘電体基板6の厚みを大きくし、空気層9の厚みを小さくすれば、アンテナ利得が低くなるものの、半値角度が広い(換言すれば送受信可能範囲が広い)平面アンテナを実現できる。
Conversely, if the thickness of the
よって、本実施形態の平面アンテナ2によれば、中間層10を構成する誘電体基板6及び空気層9の厚みを適宜調整することで、所望のアンテナ利得、半値角度が得られる平面アンテナを容易に実現できることになる。
Therefore, according to the
また、アンテナ利得を高めるために、従来のように、平面アンテナの放射面(パッチ4が配置される誘電体基板6の基板面)に多層誘電体層を配置する必要がない。また、パッチ4を有する誘電体基板6は、プリント配線基板にて構成することができる。
Further, in order to increase the antenna gain, it is not necessary to dispose a multilayer dielectric layer on the radiation surface of the planar antenna (the substrate surface of the
このため、本実施形態の平面アンテナ2は、パッチ4となる導電体層を形成したプリント配線基板と、地板となる金属板8とを、間隔を空けて平行に配置するだけで、簡単に構成することができ、製造コストを低減することができる。
For this reason, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、誘電体基板6と金属板8とは、対向する面方向の形状及び大きさが同じであり、誘電体基板6は、パッチ4よりも大きいものとして説明した。これに対し、パッチ4が配置される誘電体基板6の面方向の大きさは、図4に示すように、パッチ4と同じで、金属板8よりも小さくなるようにしてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various aspect can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the embodiment described above, the
平面アンテナ2をこのように構成すると、パッチ4の板面よりも外側に誘電体基板6がなく、パッチ4の板面周囲が空気層となるため、表2に示すように、誘電体基板6の大きさを金属板8と一致させた場合に比べて、アンテナ利得を高くすることができる。但し、この場合、半値角度は狭くなる。
When the
従って、本実施形態の平面アンテナ2によれば、パッチ4を配置する誘電体基板6の大きさを調整することによっても、アンテナ特性(アンテナ利得、半値角度)を任意に設定することができる。
Therefore, according to the
次に、上記実施形態では、パッチアンテナの放射器となるパッチ4を、誘電体基板6に形成し、地板となる金属板8は、誘電体基板6に対し間隔を空けて配置するものとして説明したが、地板となる導電体層をもう一つの誘電体基板に形成するようにしてもよい。
Next, in the above-described embodiment, the
この場合、2つの誘電体基板を、地板及びパッチを外側にして、間隔を空けて配置するようにすれば、上記実施形態と同様の効果が得られる平面アンテナ2を実現できる。
また、パッチ4を金属板にて構成し、地板となる導電体層を誘電体基板に形成して、これらを所定間隔で配置するようにしても、同様の効果を得ることができる。
In this case, if the two dielectric substrates are arranged with the ground plate and the patch outside and spaced apart from each other, the
Further, the same effect can be obtained by configuring the
またパッチ4の形状は、正方形でなくてもよく、例えば、円形若しくは楕円形であっても、長方形であってもよい。
また、上記実施形態では、空気層9を形成するためにスペーサ12を用いるものとして説明したが、例えば、パッチ4が形成された誘電体基板6や地板となる金属板8を合成樹脂製のケース内に収納することで、空気層9を形成するようにしてもよい。つまり、これら各部をケース内に固定する固定部材にて、空気層9を形成するようにしてもよい。
The shape of the
Moreover, although the said embodiment demonstrated as what uses the
また、上記実施形態では、パッチ4への給電点は、互いに直交する中心軸上に配置された2点(16a、16b)であるものとして説明したが、例えば、パッチ4への給電点は、1箇所であってもよく、或いは、3箇所或いはそれ以上であってもよい。
In the above embodiment, the feeding point to the
また、上記実施形態では、平面アンテナ2はパッチアンテナを構成するものであるとして説明したが、例えば、誘電体基板6に所定形状のマイクロストリップラインを形成することで、放射器を構成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
なお、本発明の参考例として、図5に、上記実施形態とは異なる構成の平面アンテナ2Aを示す。
図5に示すように、この参考例の平面アンテナ2Aは、上記実施形態の平面アンテナ2において、誘電体基板6におけるパッチ4の形成(積層)面が空気層9を挟んで金属板8と対向するよう、スペーサ12を介して、誘電体基板6と金属板8とを接続することにより構成されている。
As a reference example of the present invention, FIG. 5 shows a
As shown in FIG. 5, the
このように構成された参考例の平面アンテナ2Aにおいては、誘電体基板6が、パッチ4(つまり放射器)に対する導波器として機能するため、特許文献1に記載のものと同様、アンテナ利得を高めることができる。しかし、放射器としてのパッチ4と、地板としての金属板8との間は、空気層9になるため、その空気層9の厚み(換言すればスペーサ12の高さ)で、半値角度を調整できる。
In the
2…平面アンテナ、4…パッチ(放射器,第1の導電体層)、6…誘電体基板(誘電体層)、8…金属板(第2の導電体層)、9…空気層、10…中間層、12…スペーサ、14a,14b…中心軸、16a,16b…給電点。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の導電体層に対し間隔を空けて配置され、前記放射器に対する地板を構成する第2の導電体層と、
を備え、
前記第1の導電体層と前記第2の導電体層との間の中間層として、空気層を含む複数の誘電体層を備えた、平面アンテナ。 A first conductor layer constituting the radiator;
A second conductor layer disposed at a distance from the first conductor layer and constituting a ground plane for the radiator;
With
A planar antenna comprising a plurality of dielectric layers including an air layer as an intermediate layer between the first conductor layer and the second conductor layer.
前記第1の導電体層は、前記誘電体層に積層され、
前記第2の導電体層は、前記誘電体層の前記第1の導電体層とは反対側に、前記空気層を挟んで配置されている、請求項1に記載の平面アンテナ。 The intermediate layer includes one air layer and one dielectric layer,
The first conductor layer is laminated on the dielectric layer;
2. The planar antenna according to claim 1, wherein the second conductor layer is disposed on the opposite side of the dielectric layer from the first conductor layer with the air layer interposed therebetween.
前記パッチの面方向の大きさは、前記誘電体層と同じか、または、前記誘電体層よりも小さい、請求項2に記載の平面アンテナ。 The first conductor layer constitutes a patch antenna patch as the radiator,
The planar antenna according to claim 2, wherein the size of the patch in the surface direction is the same as or smaller than that of the dielectric layer.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108309371A (en) * | 2018-02-06 | 2018-07-24 | 上海数斐信息科技有限公司 | A kind of installation method of surgical instrument and the surgical instrument RFID tag |
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2015
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Non-Patent Citations (3)
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CN108309371A (en) * | 2018-02-06 | 2018-07-24 | 上海数斐信息科技有限公司 | A kind of installation method of surgical instrument and the surgical instrument RFID tag |
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