JP2018056937A - Patch antenna assembly and patch antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的にはアンテナ、具体的にはパッチアンテナ組立体およびパッチアンテナに関するものである。 The present invention relates generally to antennas, and more particularly to patch antenna assemblies and patch antennas.
従来のパッチアンテナは、例えば、特開平6-224620号公報(特許文献1)に見られるように、正方形の平面形状を有する誘電体基板の上面にパッチ状の放射電極すなわちパッチ電極が、またその底面にはグラウンド電極が形成され、さらに誘電体基板の中心付近に誘電体基板を貫通する単一の給電ピンが設けられ、この給電ピンを経由してパッチ電極に給電する1点給電構造が一般的である。 A conventional patch antenna has a patch-like radiation electrode, that is, a patch electrode on the top surface of a dielectric substrate having a square planar shape, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-24620 (Patent Document 1). A ground electrode is formed on the bottom surface, and a single power supply pin that penetrates the dielectric substrate is provided near the center of the dielectric substrate, and a one-point power supply structure that supplies power to the patch electrode via this power supply pin is generally used. Is.
近年の無線通信装置では、例えば2.4GHzと5GHz周波数帯など、2つの周波数帯域において互いに独立して同時に動作する複数個の無線チップが単一の基板上に搭載されたデュアルバンド・コンカレント(独立動作)対応のシステムが主力となりつつある。また、複数のアンテナを使い、それぞれのアンテナから異なるデータを送信し、また複数のアンテナで同時にデータを受信することで通信を行なうMIMO(Multi-Input Multi-Output、マルチ入出力)アンテナと、それに対応可能な領域が増加傾向にある。 In recent wireless communication devices, for example, dual-band concurrent (independent operation) in which a plurality of wireless chips that operate simultaneously and independently in two frequency bands such as 2.4 GHz and 5 GHz frequency bands are mounted on a single substrate. ) Corresponding systems are becoming the mainstay. Also, a MIMO (Multi-Input Multi-Output) antenna that communicates by using multiple antennas, transmitting different data from each antenna, and receiving data simultaneously with multiple antennas, and Available areas are increasing.
従来のMIMO用アンテナでは、例えば、PALNEX社製ブロードバンドルータ BLW-HPMM-U(非特許文献1)にて公知のように、モノポールアンテナを3本使用して3チャネルの送受信、すなわち3×3通信を実現したものがある。 In a conventional MIMO antenna, for example, as known in the PALNEX broadband router BLW-HPMM-U (Non-Patent Document 1), three monopole antennas are used to transmit and receive three channels, that is, 3 × 3. Some have realized communication.
例えば、4×4MIMOアンテナを上述のような従来の1点給電方式によるパッチアンテナで実現しようとすると、4個のアンテナが必要となる。また、例えば2.4GHz帯域と5GHz帯域のアンテナをデュアルバンド・コンカレント動作させようとすると、計8個のパッチアンテナが必要となり、大きなスペースを要することとなる。 For example, if a 4 × 4 MIMO antenna is to be realized with the conventional patch antenna of the above-described one-point feeding method, four antennas are required. For example, if a 2.4-GHz band and a 5-GHz band antenna are to be operated in a dual-band concurrent manner, a total of eight patch antennas are required, which requires a large space.
パッチアンテナは、例えば街路のマンホールや屋内の天井に配設され、移動端末との間でIEEE(米国電気電子学会)規格802.11に基づくWiFi(商標)通信に多く使用される。このような移動体通信にMIMOアンテナや複数帯域同時動作アンテナを低コストおよび省スペースで有利に適用するには、複数の送/受信アンテナ相互間の電磁的信号分離すなわちアイソレーションを安定的に確保することが課題となる。 The patch antenna is disposed, for example, in a street manhole or indoor ceiling, and is often used for WiFi (trademark) communication based on IEEE (American Institute of Electrical and Electronics Engineers) standard 802.11 with a mobile terminal. In order to apply MIMO antennas and multi-band simultaneous operation antennas to such mobile communications advantageously at low cost and in a space-saving manner, electromagnetic signal separation, that is, isolation between multiple transmitting / receiving antennas can be secured stably. It becomes a problem to do.
一般に、アンテナ相互間のアイソレーションは、アンテナの送受信する波長の半分に相当する距離以上離隔すれば、確保される。しかし、そのようなアイソレーションを確保しながらMIMOアンテナや複数帯域同時動作アンテナなどの多素子アンテナを構成しようとすると、装置全体の大きさが増し、移動体通信用途に適さなくなってしまう。 In general, isolation between antennas is ensured if they are separated by a distance equal to or more than half the wavelength transmitted and received by the antennas. However, if an attempt is made to construct a multi-element antenna such as a MIMO antenna or a multi-band simultaneous operation antenna while ensuring such isolation, the overall size of the device increases, making it unsuitable for mobile communication applications.
本発明は、複数のパッチアンテナの省スペース搭載に適したパッチアンテナ組立体およびパッチアンテナを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a patch antenna assembly and a patch antenna suitable for space-saving mounting of a plurality of patch antennas.
本発明によれば、平面形状が実質的に正方形の導電性材料から成る複数のアンテナ素子が平板状の誘電体から成る支持体に形成され、それぞれアンテナ素子について、正方形の中心から隣り合う2辺への実質的な法線上において中心から正方形の1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する距離だけ正方形の中心から離隔して1対の給電点が配置され、複数のアンテナ素子のそれぞれは、対応する1対の給電点を介してアンテナ素子に信号を送受する回路と電磁的に結合されている。 According to the present invention, a plurality of antenna elements made of a conductive material having a substantially square planar shape are formed on a support made of a plate-like dielectric, and each antenna element has two sides adjacent from the center of the square. A pair of feed points are separated from the center of the square by a distance substantially equivalent to 54% of the length corresponding to half of the length of one side of the square on the substantial normal to Each of the plurality of antenna elements is electromagnetically coupled to a circuit that transmits and receives signals to the antenna elements via a corresponding pair of feed points.
本発明の一態様によれば、次のようなパッチアンテナ組立体が提供される。すなわち、本パッチアンテナ組立体は、1辺の長さが第1の長さである実質的に正方形の平面形状を有して導電性材料から成る第1のアンテナ素子と、1辺の長さが第1の長さとは異なる第2の長さである実質的に正方形の平面形状を有し、導電性材料から成る第2のアンテナ素子と、一方の主面に第1および第2のアンテナ素子を担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、この支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、第1のアンテナ素子に対して信号を送受する第1の回路、および第2のアンテナ素子に対して信号を送受する第2の回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、第1のアンテナ素子、支持体および回路基板には、第1のアンテナ素子と支持体および回路基板とを貫通する第1のスルーホールとして第1の対の給電点が形成され、第2のアンテナ素子、支持体および回路基板には、第2のアンテナ素子と支持体および回路基板とを貫通する第2のスルーホールとして第2の対の給電点が形成され、第1の対の給電点のそれぞれは、第1のアンテナ素子の正方形の中心から正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上にあって、この法線上において前記中心から正方形の1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する第1の距離だけ中心から離隔配置され、第2の対の給電点は、第2のアンテナ素子の正方形の中心から正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上にあって、この法線上において前記中心から正方形の1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する第1の距離だけ該中心から離隔配置され、第1のアンテナ素子は、第1の対の給電点を介して回路パターンに電磁的に結合され、第2のアンテナ素子は、第2の対の給電点を介して回路パターンに電磁的に結合されている。 According to one aspect of the present invention, the following patch antenna assembly is provided. That is, the patch antenna assembly includes a first antenna element having a substantially square planar shape whose one side is a first length and made of a conductive material, and a length of one side. Has a substantially square planar shape having a second length different from the first length and made of a conductive material, and the first and second antennas on one main surface A first circuit that supports the element and is made of a plate-like dielectric; a first circuit that is spaced apart from the support by a predetermined distance and that transmits and receives signals to and from the first antenna element; and And a circuit board on which a second circuit for transmitting and receiving signals to and from the antenna element is mounted as a circuit pattern. The first antenna element, the support body, and the circuit board include the first antenna element and the support body. And a first through hole penetrating the circuit board. A pair of feeding points is formed, and the second antenna element, the support and the circuit board have a second pair of feeding points as a second through hole penetrating the second antenna element, the support and the circuit board. And each of the first pair of feed points is substantially on a normal line from the center of the square of the first antenna element to two adjacent sides of the square, and is on the normal line from the center. The second pair of feed points are spaced apart from the center by a first distance substantially corresponding to 54% of the length corresponding to half the length of one side of the square. The center of the square is substantially normal to the two adjacent sides of the square, and has a length corresponding to half the length of one side of the square from the center on the normal. Spaced apart from the center by a first distance corresponding to 54%, The na element is electromagnetically coupled to the circuit pattern via the first pair of feed points, and the second antenna element is electromagnetically coupled to the circuit pattern via the second pair of feed points. .
本発明の一態様によれば、次のようなパッチアンテナが提供される。すなわち、本パッチアンテナは、実質的に正方形の平面形状を有して導電性材料から成るアンテナ素子と、このアンテナ素子を一方の主面に担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、アンテナ素子に対して信号を送受する回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、アンテナ素子、支持体および回路基板には、アンテナ素子、支持体および回路基板を貫通するスルーホールとして1対の給電点が形成され、1対の給電点のそれぞれは、前記正方形の中心から正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上にあって、この法線上において前記中心から正方形の1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する距離だけ中心から離隔配置され、アンテナ素子は、1対の給電点を介して回路パターンに電磁的に結合されている。 According to one aspect of the present invention, the following patch antenna is provided. That is, this patch antenna has an antenna element made of a conductive material having a substantially square planar shape, and a support made of a flat plate-like dielectric material carrying the antenna element on one main surface, And a circuit board on which a circuit for transmitting and receiving signals to and from the antenna element is mounted as a circuit pattern. The antenna element, the support body, and the circuit board include an antenna element. A pair of feed points are formed as through holes penetrating the support and the circuit board, and each of the pair of feed points is substantially on a normal line from the center of the square to two adjacent sides of the square. On the normal line, the antenna element is spaced apart from the center by a distance corresponding to substantially 54% of the length corresponding to 1/2 of the length of one side of the square from the center. Power supply It is electromagnetically coupled to the circuit pattern through.
本願に開示の発明概念は、後述の請求の範囲の記載以外の態様で定義してもよい。発明概念は、とりわけ明示的もしくは暗示的サブタスクまたは達成する利点の観点から本発明を考察すると、いくつかの別個の発明から成ることがある。そのような場合、請求項に記載の属性のうちのいくつかは、別個の発明概念の観点から余分なことがある。基本的発明概念の枠組み内であれば、さまざまな実施例の特徴事項を他の実施例について適用可能である。 The inventive concept disclosed in the present application may be defined in a manner other than that described in the claims below. The inventive concept may consist of several separate inventions, especially considering the present invention in terms of explicit or implicit subtasks or benefits to be achieved. In such cases, some of the claimed attributes may be redundant in terms of separate inventive concepts. Within the framework of the basic inventive concept, the features of the various embodiments can be applied to other embodiments.
本発明によれば、1つのパッチアンテナについて2つの給電点を割り当てることで省スペース化を実現させている。また、このように省スペース化するに際して、パッチアンテナ相互間に高いアイソレーションを安定的に保持するとともに、良好な整合状態を提供して回路内部のリターンロスを減少させている。 According to the present invention, space saving is realized by assigning two feeding points to one patch antenna. Further, when saving the space as described above, high isolation is stably maintained between the patch antennas, and a good matching state is provided to reduce the return loss inside the circuit.
このように本発明によれば、マルチバンドの特性でアイソレーションが最大限によくなるような給電点の配列をとり、両面構造の放射バッチアンテナで広い帯域幅を確保している。 As described above, according to the present invention, the feed points are arranged so that the isolation is maximized due to the multiband characteristics, and a wide bandwidth is secured by the radiation batch antenna having the double-sided structure.
次に、添付図面を参照して本発明によるパッチアンテナ組立体の実施例を詳細に説明する。図1を参照すると、本発明の実施例によるパッチアンテナ組立体100は、全体として実質的に正方形の平面形状をなし、薄くて平板な組立体である。組立体100は、同じく実質的に正方形の平面形状を有して図1における下側の主面すなわち裏面に2種類のパッチアンテナ102Aおよび102Bが形成されたアンテナ地板104と、これと実質的に同じ平面形状の回路基板106とを含む。アンテナ地板104は、パッチアンテナ102Aおよび102Bを担持する支持体として機能している。
Embodiments of a patch antenna assembly according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, a
パッチアンテナ102Aおよび102Bは、本実施例ではこのようにアンテナ地板104の裏面に形成されているが、それに代わって、これと反対側の主面すなわち表面に形成されていてもよい。なお、各図において同様の要素は同じ参照符号で示す。また、以下にも説明するいずれの図においても、本発明の理解に必要な要素のみを簡略かつ概念的に示し、実際の装置には、これら以外の要素も搭載されていることは、言うまでもない。さらに、各図に示す要素の寸法は、必ずしも実際の寸法に比例するように描写されず、とくに図4のように、発明を理解しやすいように特定の部位や寸法が誇張されていることもある。
In this embodiment, the
アンテナ地板104および回路基板106は、本実施例では、図2に示すようにそれぞれの4隅にある円形開口108および109を通るビス112が所定の高さH(図4)のスペーサ110を介してナット114と係合することによって、相互に緊締されている。勿論、緊締手段はビスやナットに限らず、係合などの他の固定的手段であってもよい。これによって、パッチアンテナ102Aおよび102Bと回路基板との間には、所定の間隔Hの空隙が形成され、したがってパッチアンテナ102Aおよび102Bがアンテナ素子として機能する場合の誘電体は、厚さHで比誘電率を実質的に1とする空気の層である。
As shown in FIG. 2, the
パッチアンテナ102Aおよび102Bは、図1における下方からパッチアンテナ地板104を見た図3から分かるように、地板104の裏面にCu、Auなどの導電材料の導体パターンによって形成され、パッチアンテナの放射体および/または受波体として機能するアンテナ素子である。
The
本実施例では、パッチアンテナ組立体100は、例えば街路のマンホールや屋内の天井に配設され、移動端末(図示せず)との間でIEEE(米国電気電子学会)規格802.11に基づくWiFi通信に有利に適用される。本実施例ではさらに、一方のパッチアンテナ102Aが両面構造の5.5GHz帯域用素子として、また他方のパッチアンテナ102Bが両面構造の2.4GHz帯域用素子として構成され、これによってパッチアンテナ組立体100は、例えば移動体通信に適したMIMO(Multi-Input Multi-Output、マルチ入出力)動作可能なデュアルバンド・コンカレント動作のアンテナが実現される。
In this embodiment, the
本発明は、このようなWiFi通信やここに記載の特定の周波数帯域に限定されるものでなく、例えばBluetooth(商標)などの他の通信方式にも有利に適用される。また、WiFi通信であっても、2.5GHz帯域および5GHz帯域に限られず、時代の進展、および/または国や地域の相違に応じて実施例とは異なる周波数帯域にも適用可能であることは、言うまでもない。 The present invention is not limited to such WiFi communication or the specific frequency band described herein, but is also advantageously applied to other communication methods such as Bluetooth (trademark). In addition, even WiFi communication is not limited to the 2.5 GHz band and 5 GHz band, it can be applied to a frequency band different from the embodiment according to the progress of the times and / or differences in countries and regions, Needless to say.
本実施例では、このように2種類のパッチアンテナ102Aおよび102Bが2組配設されているが、本発明は、3種類以上のパッチアンテナにも、また3組以上のパッチアンテナにも、例えばパッチアンテナ102Bの側方に第3の周波数帯のパッチアンテナ(図示せず)を配設するなどして、有利に適用され、マルチバンド・コンカレント動作が可能である。
In this embodiment, two sets of two types of
パッチアンテナ地板104は、本実施例ではFR4などのガラスエポキシ樹脂で形成され、パッチアンテナ側誘電体を構成している。電波138(図6)は、本実施例ではこのパッチアンテナ側誘電体104を通してパッチアンテナ102Aおよび102Bの放射面104A側から送受波される。回路基板106は、やはりガラスエポキシ樹脂基板であり、その図1における下方から見た一方の主面すなわち裏面106Aには、図5に示すようにフィルタ回路116を含む回路パターン118がCu、Auなどの導電材料で形成されている。フィルタ回路116には、図5に符号120で示すようにグラウンド接合部が形成され、これには、無線モジュール122(図6)などの無線周波を送信および/または受信する利用回路からの同軸ケーブル124のグラウンド側が接続される。同軸ケーブル124の給電は、フィルタ回路116を経て導体パターン118の給電点126Aおよび126Bに接続される。回路基板106のアンテナ地板104に対向する面106Bは、回路基板106、ならびにパッチアンテナ102Aおよび102Bの接地をとるグランド面を構成している。
In this embodiment, the patch
一方の給電点126Aはパッチアンテナ102Aに対応し、すなわち電磁的に結合され、他方の給電点126Bはパッチアンテナ102Bに対応し、すなわち電磁的に結合されている。より詳細には、給電点126Aは、図4に拡大して示すように、パッチアンテナ地板104におけるパッチアンテナ102Aと対応する回路基板106における導体パターン118とを貫通するスルーホール128の内孔面にAgペーストなどの導電材料が被着され、これによって導電パターン118とパッチアンテナ102Aの電磁的結合を達成している。
One
一般に、本実施例のような直線偏波型パッチアンテナは、誘電体を挟んで導体パターンと接地導体が対向する層構造をなす基板上に1辺が約1/2波長に対応する長さの正方形導体パターンを配置するとともに、それらを共振させるための給電部を設けることによって形成される。その正方形導体パターンの1辺の寸法L(図4)は、以下の式によって算出される。 In general, a linearly polarized patch antenna such as this embodiment has a length corresponding to about 1/2 wavelength on one side of a substrate having a layer structure in which a conductor pattern and a ground conductor face each other with a dielectric interposed therebetween. It is formed by arranging square conductor patterns and providing a power feeding part for resonating them. The dimension L (FIG. 4) of one side of the square conductor pattern is calculated by the following equation.
L = λ/2/ε1/2 = C/(2f)×ε-1/2 (1)
ただし、Cは真空中の光速、fはアンテナ素子の共振周波数、εは誘電体の比誘電率である。例えば特開2006-279202号公報(特許文献2)参照。
L = λ / 2 / ε 1/2 = C / (2f) × ε -1/2 (1)
Where C is the speed of light in vacuum, f is the resonance frequency of the antenna element, and ε is the relative dielectric constant of the dielectric. For example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-279202 (Patent Document 2).
本実施例では、正方形金属素子102Aおよび102Bをアンテナ素子として使用するために、給電点126Aおよび126Bは、この正方形金属素子102Aおよび102Bのそれぞれの中心130Aおよび130Bから所定の距離D1(図4)にあって隣り合う2点に設けられている。一方の給電点126Aは、中心130Aに対して0度の位相角の位置に、また他方の給電点126Bは、これと90度の位相角で隔たった位置に配設されている。換言すれば、例えばアンテナ素子102Aについて、1対の給電点126Aのそれぞれは、そのアンテナ素子の正方形の中心130Aからその正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上に配置されている。他方のアンテナ素子102Bについても同様に、1対の給電点126Bのそれぞれは、そのアンテナ素子の正方形の中心130Bからその正方形の互いに隣接する実質的に2辺への実質的に法線上に配置されている。
In this embodiment, since the
本実施例では、一方のパッチアンテナ102Aは、2.4GHz帯用の正方形状アンテナ素子として機能する。その正方形状の1辺の長さL(図4)は、前述のように誘電体層が厚さHの空気であるので、式(1)によれば、送受波波長λの実質的に1/2に対応した長さ、48.0 mmである。また、他方のパッチアンテナ102Bも同様に、5GHz帯用の正方形状アンテナ素子として機能し、その正方形状の1辺の長さは22.0 mmである。誘電体層の厚さHは、本実施例では4 mmである。
In this embodiment, one
一般に、送/受信信号のチャネル相互間の電磁的分離すなわちアイソレーションは、送受信波長λの半分に相当する距離を離隔すれば、確保される。しかし、そのようなアイソレーションを確保しながらMIMOアンテナや複数帯域同時動作アンテナなどの多素子アンテナを構成しようとすると、装置全体の大きさが増し、移動体通信用途に適さなくなってしまう。 In general, electromagnetic separation, that is, isolation between channels of transmission / reception signals is ensured by separating a distance corresponding to half of the transmission / reception wavelength λ. However, if an attempt is made to construct a multi-element antenna such as a MIMO antenna or a multi-band simultaneous operation antenna while ensuring such isolation, the overall size of the device increases, making it unsuitable for mobile communication applications.
そこで発明者らは、鋭意、様々な実験や研究を行なった結果、図4に示す2.4GHz用パッチアンテナ102Aを例にとると、1対の給電点126Aは、上述のように、そのパッチアンテナの正方形の中心130Aからその正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上に配設し、つまり一方の給電点を位相角0度とすれば、他方の給電点は実質的に90度の位置に配設するのが有利であり、そのうえで、1対の給電点126Aのそれぞれは、パッチアンテナの中心130Aからの距離D1をパッチアンテナ102Aの正方形状の中心点130Aから1辺までの距離Dの実質的に32%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは54%程度に設定すると、良好なアイソレーションが確保できることが分かった。アンテナ素子の正方形状の1辺の長さLは、実質的に半波長λ/2に対応する長さであるから、本実施例の場合、パッチアンテナ102Aの正方形状の1辺の長さLは、上述のように48.0 mmであり、したがって給電点126Aの中心130Aからの距離D1は、13.0 mmである。
Accordingly, as a result of diligently conducting various experiments and researches, the inventors have taken the 2.4
同様にして、5GHz用パッチアンテナ102Bについても、1対の給電点126Bのそれぞれは、一方の給電点を位相角0度とすれば、他方の給電点は実質的に90度の位置に配設するのが有利である。また、1対の給電点126Bのそれぞれは、パッチアンテナの中心130Bからの距離をパッチアンテナ102Bの正方形状の中心点130B(図3)から1辺までの距離の実質的に32%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは54%程度に設定すると、良好なアイソレーションが確保できる。パッチアンテナ102Bについても、1辺の長さは、実質的に半波長λ/2に対応しているから、本実施例の場合、パッチアンテナ102Bの正方形状の1辺の長さは、上述のように22.0 mmであり、したがって給電点126Bの中心130Bからの距離は、5.5 mmである。
Similarly, for the 5
給電点126Aおよび126Bの位置、換言すれば、上述の距離D1もしくはD2(図4)、または距離Dに対する距離D1の比は、パッチアンテナ102Aまたは102Bの環境に依存する。環境とは、例えば、パッチアンテナ地板102および回路基板104の材料、両者間にある誘電体層の比誘電率および層厚などである。本実施例では、パッチアンテナ地板102および回路基板104はガラスエポキシ樹脂でよく、誘電体層は空気であり、その層厚はスペーサ110の高さH(図4)である。
The position of the feeding points 126A and 126B, in other words, the above-mentioned distance D1 or D2 (FIG. 4) or the ratio of the distance D1 to the distance D depends on the environment of the
本実施例では、パッチアンテナ地板04に2.4GHz用パッチアンテナ102Aが2個、また5GHz用パッチアンテナ102Bが2個、図3に示すように互いに対角的に交互に配置されている。その配列のピッチp、すなわちパッチアンテナ102Aおよび102Bのそれぞれの中心130Aおよび130Bの間の距離は、本実施例の場合、同図の縦横何れの方向でも73.0 mmである。既述のように、一般には、送受信信号のチャネル相互間の電磁的分離すなわちアイソレーションは、アンテナの送受信波長λの半分λ/2に相当する距離だけ離隔すれば、確保されるが、本実施例では、上述した本実施例特有の給電点126Aおよび126Bの配列により、上述したピッチpでパッチアンテナ102Aおよび102Bを配列しても十分な電磁的チャネル分離を確保することができ、従来に比べてコンパクトなパッチアンテナ組立体100を達成することができる。
In the present embodiment, two 2.4
このような両面構造のパッチアンテナ102Aおよび102Bへの給電は背面同軸給電方式をとっている。本実施例では、回路基板106およびパッチアンテナ地板104のスルーホール128(図4)を貫くように構成された同軸線路124(図6)およびコネクタ120を用いて、アンテナ組立体100の背面から放射素子すなわちパッチアンテナ102Aおよび102Bに給電する構成をとっている。既述のように、給電点126Aおよび126Bを放射素子102Aおよび102B上の適切な位置に設定することで、反射波を最小化するインピーダンス整合を得ている。
Power feeding to the
回路基板106に搭載されたフィルタ回路116の等価回路を示す図7を参照すると、実施例のフィルタ回路116は全体として、2つのフィルタ132(FIL1)および134(FIL2)と、インピーダンス調整回路136とを含み、これらが図示のように接続されている。図5から分かるように、このような構成のフィルタ回路116は、回路基板106上の4つの回路パターン118に対応して4回路設けられている。図7は、それらのうちの1回路を示すが、他の回路も同じ構成でよい。
Referring to FIG. 7 showing an equivalent circuit of the
回路基板106に形成されたグラウンド接合部120には、無線モジュール122(図6)などの利用回路からの同軸ケーブル124が接続される。接合部120にはフィルタ132が接続され、フィルタ132は、入力信号の周波数帯域2.4GHzおよび5GHzのみを透過させるデュプレクサなどの汎用の帯域通過フィルタである。透過された2.4GHz帯域の信号は、フィルタ134の抵抗R11Aおよびインピーダンス調整回路136の抵抗R13Aを通って給電点126Aに供給され、また、同じく透過された5GHz帯域の信号は、フィルタ134の抵抗R11Bおよびインピーダンス調整回路136の抵抗R13Bを通って給電点126Bに供給される。このようにフィルタ回路116は全体として、アンテナ素子102Aおよび102Bと共振する周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタを構成している。
A
このようにして、パッチアンテナ102Aには2.4GHz帯域の信号のみが給電され、またパッチアンテナ102Bには5GHz帯域の信号のみが給電される。また、パッチアンテナ102Aで受波された2.4GHz帯域の信号は、給電点126Aから接合部120Aおよび120へ出力され、パッチアンテナ102Bで受波された5GHz帯域の信号は、給電点126Bから接合部120Bおよび120へ出力される。
In this way, only the 2.4 GHz band signal is fed to the
本実施例のフィルタ回路116は、2.4GHz帯域の信号のみが供給される接合部120Aと、5GHz帯域の信号のみが供給される接合部120Bも有している。2.4GHzおよび5GHz帯域の信号はそれぞれ、インピーダンス調整回路136の抵抗R13AおよびR13Bを通って給電点126Aおよび126Bに供給される。また、同じ目的で本実施例では、フィルタ134はフィルタ132の近傍に配置され、インピーダンス調整回路136は給電点126Aおよび126Bの近傍に配置されている。
The
本実施例では、パッチアンテナ組立体100全体の回路インピーダンスが実質的に50オームに整合され、回路素子相互間に生じ得る反射波を最小化している。フィルタ回路116における抵抗R11A〜R13A、R11B〜R13B、およびコンデンサC11A〜C15A、およびC11B〜C15Bは、このようなインピーダンス整合のために設けられている。
In this embodiment, the overall circuit impedance of the
次に本実施例のパッチアンテナの特性例を説明する。ここでは、図1に示す構成のアンテナ組立体100を用いて実測した指向性を図8Aおよび図8Bに、またアイソレーション特性を図9Aおよび図9Bに示す。両図は、それぞれパッチアンテナ102Aおよび102Bについて、アンテナ地板104に垂直な方向Yの平面上における指向性の分布を示している。
Next, a characteristic example of the patch antenna according to the present embodiment will be described. Here, the directivities measured using the
この実施例のパッチアンテナ組立体100では、図8Aに示す2.4GHz帯域用パッチアンテナ102Aについての指向性実測値は、2472MHzで最大利得が8.23[dB]、平均利得は1.63[dB]を呈し、また図8Bに示す5GHz帯域用パッチアンテナ102Bについての指向性実測値は、5500MHzで最大利得が7.23[dB]、平均利得は0.94[dB]を呈した。これから分かるように、図8Aおよび図8Bのいずれにおいても、方位角0度の方向、すなわち電波の放射面104Aの前方(図6における矢印138の方向)に良好な指向性を示し、期待する利得が得られた。
In the
図9Aは、図9Aに示す2.4GHz帯域用パッチアンテナ102Aについて、横軸が周波数100kHzから8.5GHzを対数目盛で示し、縦軸は2つの給電点126Aの間の伝送量すなわちアイソレーションを-10dBから-90dBまで示している。同図によれば、2つの給電点126Aの相互間のアイソレーションは、2472MHzで-29.1dBが得られた(点A)ことが分かる。
FIG. 9A shows a 2.4 GHz
図9Bは、5GHz帯域用パッチアンテナ102Bについて、横軸は図9Aと同じであるが、縦軸は2つの給電点126Bの間の伝送量を-10dBから-45dBまでを示している。この図から、2つの給電点126Bの相互間のアイソレーションは、5500MHzで-20.29dBが得られた(点B)ことが分かる。このように、いずれも十分なアイソレーション値が達成された。
FIG. 9B shows the 5 GHz
図1に示す実施例のパッチアンテナ組立体100は、このよう十分なアイソレーションを安定して得ることができる。したがって、例えば2.4GHzおよび5GHzのデュアルバンド・コンカレント(独立動作)に対応するように複数個の無線チップを基板上に搭載し、対応する複数のパッチアンテナを構成し、それぞれのアンテナから異なるデータを同時に送信し、またこれら複数のアンテナで同時にデータを受信することで通信する、例えば4×4MIMOまたは8×8MIMOを達成することができる。こうして、省スペースなパッチアンテナ組立体が提供される。
The
本発明は、上述した各実施例のみに限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施例の一部または全部を任意に組み合わせたり、それらを部分的に抽出したりしても、その適用範囲が及ぶ。 The present invention is not limited only to the above-described embodiments. In other words, the present invention covers the scope of application even if a part or all of the above-described embodiments are arbitrarily combined or partially extracted.
本発明を特定の実施例を参照して説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。いわゆる当業者は、本発明の範囲および概念から逸脱しない範囲で、とくに将来の技術の進展に伴って、これらの実施例を変更または修正することができることは、認識されるべきである。 Although the invention has been described with reference to particular embodiments, it is not intended that the invention be limited to these embodiments. It should be recognized that those skilled in the art can change or modify these embodiments without departing from the scope and concept of the present invention, particularly as the technology advances in the future.
100 パッチアンテナ組立体
102A、102B パッチアンテナ
104 パッチアンテナ地板
104A パッチアンテナの放射面
106 回路基板
106A 回路基板の回路面
106B 回路基板およびパッチアンテナのグラウンド面
116 フィルタ回路
118 回路パターン
120 接合部
126A、126B 給電点
100 patch antenna assembly
102A, 102B patch antenna
104 Patch antenna ground plane
Radiation surface of 104A patch antenna
106 Circuit board
Circuit surface of 106A circuit board
106B Circuit board and patch antenna ground plane
116 Filter circuit
118 Circuit pattern
120 joints
126A, 126B Feeding point
Claims (8)
1辺の長さが第1の長さとは異なる第2の長さである実質的に正方形の平面形状を有し、導電性材料から成る第2のアンテナ素子と、
一方の主面に第1および第2のアンテナ素子を担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、
該支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、第1のアンテナ素子に対して信号を送受する第1の回路、および第2のアンテナ素子に対して信号を送受する第2の回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、
第1のアンテナ素子、前記支持体および回路基板には、第1のアンテナ素子と該支持体および回路基板とを貫通する第1のスルーホールとして第1の対の給電点が形成され、
第2のアンテナ素子、前記支持体および回路基板には、第2のアンテナ素子と該支持体および回路基板とを貫通する第2のスルーホールとして第2の対の給電点が形成され、
第1の対の給電点のそれぞれは、第1のアンテナ素子の正方形の中心から該正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上にあって、該法線上において前記中心から該正方形の前記1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する第1の距離だけ該中心から離隔配置され、
第2の対の給電点は、第2のアンテナ素子の正方形の中心から該正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上にあって、該法線上において前記中心から該正方形の前記1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する第1の距離だけ該中心から離隔配置され、
第1のアンテナ素子は、第1の対の給電点を介して前記回路パターンに電磁的に結合され、第2のアンテナ素子は、第2の対の給電点を介して前記回路パターンに電磁的に結合されていることを特徴とするパッチアンテナ組立体。 A first antenna element having a substantially square planar shape, the length of one side being the first length, and made of a conductive material;
A second antenna element having a substantially square planar shape, the length of one side being a second length different from the first length, and made of a conductive material;
A support body that carries the first and second antenna elements on one main surface and is made of a flat plate-like dielectric;
A first circuit that is spaced apart from the support by a predetermined distance and that transmits and receives signals to the first antenna element, and a second circuit that transmits and receives signals to and from the second antenna element Circuit board mounted as a circuit pattern,
The first antenna element, the support and the circuit board are formed with a first pair of feeding points as a first through hole penetrating the first antenna element, the support and the circuit board,
In the second antenna element, the support and the circuit board, a second pair of feeding points is formed as a second through hole penetrating the second antenna element, the support and the circuit board,
Each of the first pair of feed points is substantially normal from the center of the square of the first antenna element to two adjacent sides of the square, and the square of the square from the center on the normal. Spaced apart from the center by a first distance substantially corresponding to 54% of the length corresponding to one-half the length of the one side;
The second pair of feeding points is substantially on the normal line from the center of the square of the second antenna element to two adjacent sides of the square, and the first of the square from the center on the normal line. Spaced apart from the center by a first distance substantially corresponding to 54% of the length corresponding to half the length of the side;
The first antenna element is electromagnetically coupled to the circuit pattern via a first pair of feed points, and the second antenna element is electromagnetically coupled to the circuit pattern via a second pair of feed points. A patch antenna assembly, wherein the patch antenna assembly is coupled to the antenna.
該アンテナ素子を一方の主面に担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、
該支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、前記アンテナ素子に対して信号を送受する回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、
前記アンテナ素子、支持体および回路基板には、該アンテナ素子、支持体および回路基板を貫通するスルーホールとして1対の給電点が形成され、
該1対の給電点のそれぞれは、前記正方形の中心から該正方形の互いに隣接する2辺への実質的に法線上にあって、該法線上において前記中心から該正方形の1辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54%に相当する距離だけ該中心から離隔配置され、
前記アンテナ素子は、前記1対の給電点を介して前記回路パターンに電磁的に結合されていることを特徴とするパッチアンテナ。 An antenna element having a substantially square planar shape and made of a conductive material;
The antenna element is supported on one main surface, and a support made of a plate-shaped dielectric material;
A circuit board that is arranged at a predetermined distance opposite to the support and on which a circuit that transmits and receives signals to and from the antenna element is mounted as a circuit pattern;
In the antenna element, the support body, and the circuit board, a pair of feeding points is formed as a through hole penetrating the antenna element, the support body and the circuit board,
Each of the pair of feeding points is substantially on a normal line from the center of the square to two adjacent sides of the square, and has a length of one side of the square from the center on the normal line. Spaced apart from the center by a distance corresponding to substantially 54% of the length corresponding to 1/2,
The patch antenna, wherein the antenna element is electromagnetically coupled to the circuit pattern via the pair of feeding points.
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