JP2018148334A - Slot antenna - Google Patents
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Description
本発明はスロットアンテナに関する。 The present invention relates to a slot antenna.
平板状の放射導体を用いたアンテナ装置としては、パッチアンテナの他にスロットアンテナが広く知られている(特許文献1及び2参照)。スロットアンテナは、平板状の放射導体にスロット(閉じた開口部)形成された構造を有しており、スロットの位置や形状、給電点の位置などを調整することによって所望の周波数で共振させることができる。
As an antenna device using a flat radiation conductor, a slot antenna is widely known in addition to a patch antenna (see
しかしながら、特許文献1に記載されたスロットアンテナは、同軸ケーブルを用いて給電を行っていることから給電構造が複雑であり、スマートフォンなどの携帯型電子機器への適用が困難であるという問題があった。また、特許文献2に記載されたスロットアンテナは、マイクロストリップラインを用いて給電を行っていることから、マイクロストリップラインと放射導体との結合が弱いという問題があった。また、特許文献1及び2に記載されたスロットアンテナは、いずれもアンテナ利得が低いという問題もあった。
However, since the slot antenna described in
したがって、本発明の目的は、給電構造がシンプルであり、且つ、高いアンテナ利得を得ることが可能なスロットアンテナを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a slot antenna having a simple feeding structure and capable of obtaining a high antenna gain.
本発明によるスロットアンテナは、スロットを介して両側に位置する第1及び第2の領域を有する平板状の放射導体と、前記放射導体と重なるよう、前記放射導体と平行に配置された平板状の反射導体と、前記放射導体に対して垂直に延在し、前記放射導体の前記第1の領域に接続された給電導体と、前記放射導体に対して垂直に延在し、前記放射導体の前記第2の領域に接続された接地導体とを備えることを特徴とする。 The slot antenna according to the present invention includes a flat plate-like radiation conductor having first and second regions located on both sides of the slot, and a flat plate-like shape arranged in parallel with the radiation conductor so as to overlap the radiation conductor. A reflective conductor; a feed conductor extending perpendicular to the radiation conductor; connected to the first region of the radiation conductor; and extending perpendicular to the radiation conductor; And a ground conductor connected to the second region.
本発明によれば、放射導体に対して垂直な給電導体および接地導体を用いていることから、シンプル且つ確実な給電を行うことができる。しかも、反射導体側に放射された電磁波は、反射導体によって反射し、反対側へと放射されることから、従来のスロットアンテナと比べて高いアンテナ利得を得ることが可能となる。 According to the present invention, since the feeding conductor and the grounding conductor perpendicular to the radiation conductor are used, simple and reliable feeding can be performed. Moreover, since the electromagnetic wave radiated to the reflective conductor is reflected by the reflective conductor and radiated to the opposite side, it is possible to obtain a higher antenna gain than the conventional slot antenna.
本発明において、前記給電導体は、前記反射導体を貫通して設けられていても構わない。これによれば、給電導体と反射導体の干渉をシンプルな構造によって防止することができる。 In the present invention, the power supply conductor may be provided through the reflective conductor. According to this, interference between the feeding conductor and the reflecting conductor can be prevented with a simple structure.
本発明において、前記接地導体は、前記反射導体に接続されていても構わないし、前記反射導体を貫通して設けられていても構わない。前者は反射導体にグランド電位を与える場合に好適であり、後者は反射導体にグランド電位とは異なる電位を与える場合に好適である。 In the present invention, the ground conductor may be connected to the reflective conductor or may be provided through the reflective conductor. The former is suitable when a ground potential is applied to the reflective conductor, and the latter is suitable when a potential different from the ground potential is applied to the reflective conductor.
本発明によるスロットアンテナは、前記反射導体と同一平面上に設けられた別の接地導体をさらに備え、前記接地導体の端部が前記別の接地導体に接続されていても構わない。これによれば、反射導体と別の接地導体を同時に形成することができることから、製造工程を増やすことなく、簡単な構成によって接地導体にグランド電位を与えることが可能となる。 The slot antenna according to the present invention may further include another ground conductor provided on the same plane as the reflective conductor, and an end portion of the ground conductor may be connected to the other ground conductor. According to this, since the reflective conductor and another ground conductor can be formed at the same time, it is possible to give the ground potential to the ground conductor with a simple configuration without increasing the number of manufacturing steps.
本発明において、前記放射導体と前記反射導体の距離は、アンテナ共振信号の波長の1/4以下であることが好ましい。これによれば、全体の厚みを薄くすることができるとともに、反射導体による反射効率を高めることが可能となる。 In the present invention, the distance between the radiation conductor and the reflection conductor is preferably ¼ or less of the wavelength of the antenna resonance signal. According to this, the overall thickness can be reduced, and the reflection efficiency by the reflection conductor can be increased.
本発明によるスロットアンテナは、誘電体層をさらに備え、前記放射導体は前記誘電体層の一方の表面又はその近傍に形成され、前記反射導体は前記誘電体層の他方の表面又はその近傍に形成されていても構わない。これによれば、プリント基板やLTCC基板などの基板自体にスロットアンテナを形成することが可能となる。 The slot antenna according to the present invention further includes a dielectric layer, wherein the radiation conductor is formed on or near one surface of the dielectric layer, and the reflective conductor is formed on or near the other surface of the dielectric layer. It does not matter. According to this, it becomes possible to form a slot antenna on a board itself such as a printed board or an LTCC board.
本発明によるスロットアンテナは、前記放射導体から見て前記反射導体とは反対側に位置し、前記放射導体と重なるよう、前記放射導体と平行に配置された平板状の励振導体をさらに備えていても構わない。これによれば、励振導体が放射導体によって励振されることから、アンテナ特性を向上させることが可能となる。 The slot antenna according to the present invention further includes a flat plate-like excitation conductor that is positioned on the opposite side of the reflection conductor from the radiation conductor and is disposed in parallel with the radiation conductor so as to overlap the radiation conductor. It doesn't matter. According to this, since the excitation conductor is excited by the radiation conductor, the antenna characteristics can be improved.
この場合、前記励振導体はフローティング状態であっても構わないし、前記放射導体の前記スロットと重なる位置にスロットが形成されていても構わない。前者によればアンテナ帯域を広帯域化することが可能となり、後者によればデュアルバンド化することが可能となる。また、後者の場合、前記励振導体は、前記スロットを介して両側に位置する第3及び第4の領域を有し、前記給電導体は、前記放射導体の前記第1の領域及び前記励振導体の前記第3の領域に接続され、前記接地導体は、前記放射導体の前記第2の領域及び前記励振導体の前記第4の領域に接続されていても構わない。これによれば、励振導体が放射導体と同様に振る舞うことから、アンテナ特性をより向上させることが可能となる。 In this case, the excitation conductor may be in a floating state, or a slot may be formed at a position overlapping the slot of the radiation conductor. According to the former, it is possible to widen the antenna band, and according to the latter, it is possible to make a dual band. In the latter case, the excitation conductor has third and fourth regions located on both sides of the slot, and the feed conductor includes the first region of the radiating conductor and the excitation conductor. The ground conductor may be connected to the third region, and the ground conductor may be connected to the second region of the radiation conductor and the fourth region of the excitation conductor. According to this, since the excitation conductor behaves in the same manner as the radiation conductor, it is possible to further improve the antenna characteristics.
このように、本発明によるスロットアンテナは給電構造がシンプルであり、且つ、高いアンテナ利得を得ることが可能となる。 As described above, the slot antenna according to the present invention has a simple feeding structure and can obtain a high antenna gain.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態によるスロットアンテナ10Aの構造を示す略斜視図である。また、図2はスロットアンテナ10Aの平面図であり、図3は図2のA−A線に沿った断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of a
図1〜図3に示すように、本実施形態によるスロットアンテナ10Aは、xy平面を有する平板状の放射導体20と、xy平面を有する平板状の反射導体30とを備えている。特に限定されるものではないが、本実施形態では放射導体20と反射導体30の平面サイズが同じであり、両者はz方向に重なるよう配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the slot antenna 10 </ b> A according to the present embodiment includes a flat plate-
放射導体20のx方向における中央部には、y方向に延在するスロットS1が形成されている。スロットS1は閉じた開口部であり、スロットS1を介してx方向の両側に位置する第1の領域21と第2の領域22は、スロットS1のy方向における両端に位置する接続部23を介して接続されている。
A slot S1 extending in the y direction is formed at the center of the
放射導体20の第1の領域21には、給電導体41が接続されている。給電導体41は、RF回路100から出力される送信信号を放射導体20の第1の領域21に供給するとともに、放射導体20によって受信した受信信号をRF回路100に供給する役割を果たす。給電導体41はz方向に延在しており、本実施形態においては、反射導体30の一部を切り欠いた貫通孔31を介して放射導体20に接続されている。これにより、給電導体41と反射導体30の接触が防止されている。
A
一方、放射導体20の第2の領域22には、接地導体42が接続されている。接地導体42は、放射導体20の第2の領域22にグランド電位を供給する役割を果たす。接地導体42もz方向に延在している。本実施形態においては、反射導体30にグランド電位が与えられており、放射導体20の第2の領域22と反射導体30を接地導体42によって接続することにより、放射導体20の第2の領域22にグランド電位が与えられる。
On the other hand, a
反射導体30は、放射導体20から放射される電磁波を反射する役割を果たす。つまり、放射導体20からは、主にz方向における両側に向けて電磁波が放射されるところ、下側(z方向のマイナス側)に放射された電磁波の一部が反射導体30によって反射し、上側(z方向のプラス側)に放射される。これにより、上側(z方向のプラス側)に放射される電磁波が強められることから、アンテナ利得が向上する。しかも、本実施形態では、z方向に延在する給電導体41を用いることによって放射導体20の第1の領域21に直接給電していることから、シンプルな構造によって確実な給電を行うことができる。
The
放射導体20と反射導体30のz方向における距離L1は、アンテナ共振周波数をもつ信号の波長の1/4以下であることが好ましい。これによれば、スロットアンテナ10Aの全体の厚みを薄くすることができるとともに、反射導体30による反射効率を高めることが可能となる。但し、放射導体20と反射導体30の距離L1が近すぎると、放射導体と反射導体とが容量結合するという問題が発生するため、放射導体20と反射導体30のz方向における距離は、アンテナ共振信号の波長の1/10以上とすることが好ましい。ここで「波長」とは、放射導体20と反射導体30の間が自由空間である場合には、自由空間における1波長の長さを指し、放射導体20と反射導体30との間に誘電体が介在する場合には、誘電体の波長短縮効果を考慮した1波長の長さを指す。
The distance L1 between the
図4及び図5は、スロットアンテナ10Aの支持方法を説明するための略断面図である。
4 and 5 are schematic cross-sectional views for explaining a method of supporting the
図4に示す例では誘電体層50を用い、誘電体層50の一方の表面50aに放射導体20を形成し、誘電体層50の他方の表面50bに反射導体30を形成している。給電導体41及び接地導体42は、誘電体層50を貫通して設けられている。誘電体層50としては、プリント基板やLTCC基板などの回路基板の一部を用いることができ、この場合、給電導体41及び接地導体42は回路基板の一部を貫通するスルーホール導体によって構成される。かかる構成によれば、誘電体層50の表裏に導体パターンを形成するとともに、スルーホール導体を形成することによってスロットアンテナ10Aを構成することが可能となる。また、放射導体20を一方の表面50aではなくその近傍に形成しても構わないし、反射導体30を他方の表面50bではなくその近傍に形成しても構わない。
In the example shown in FIG. 4, the
図5に示す例では、互いに対向する2つの支持体51,52を用い、支持体51の表面に放射導体20を形成し、支持体52の表面に反射導体30を形成している。給電導体41及び接地導体42は、支持体51と支持体52との間に設けられ、例えば接続ピンなどを用いることができる。支持体51,52としては、プリント基板などの回路基板のほか、携帯型電子機器の筐体などを用いることができる。かかる構成によれば、携帯型電子機器の内部に形成される空間を利用してスロットアンテナ10Aを構成することが可能となる。
In the example shown in FIG. 5, the two
<第2の実施形態>
図6は、本発明の第2の実施形態によるスロットアンテナ10Bの構造を示す平面図であり、図7は図6のB−B線に沿った断面図である。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a plan view showing the structure of the
図6及び図7に示すように、本実施形態によるスロットアンテナ10Bは、反射導体30に別の貫通孔32が設けられており、貫通孔32を介して接地導体42が設けられている点において、第1の実施形態によるスロットアンテナ10Aと相違している。その他の構成は、第1の実施形態によるスロットアンテナ10Aと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the slot antenna 10 </ b> B according to the present embodiment is different in that another through
本実施形態においては、接地導体42と反射導体30が接触しないことから、反射導体30に任意の電位を与えることが可能となる。一例として、反射導体30に電源電位を与えても構わないし、基板に形成された信号配線の一部を反射導体30として用いることも可能である。
In the present embodiment, since the
また、変形例である図8に示すように、反射導体30に切り欠き32aを設け、切り欠き32aに囲まれた領域内に、反射導体30と接しないよう同一平面上に別の接地導体42aを形成しても構わない。接地導体42aは、接地導体42と平面視で重なる位置に設けられ、接地導体42の下端部と接続される。このように、反射導体30と同一平面上に位置する接地導体42aを設ければ、製造工程を増やすことなく、簡単な構成によって接地導体42にグランド電位を与えることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 8 which is a modified example, a
本実施形態が例示するように、本発明において反射導体30にグランド電位を与えることは必須でない。
As illustrated in the present embodiment, it is not essential to apply a ground potential to the
<第3の実施形態>
図9は、本発明の第3の実施形態によるスロットアンテナ10Cの構造を示す略斜視図であり、図10はスロットアンテナ10Cの断面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a schematic perspective view showing the structure of a
図9及び図10に示すように、本実施形態によるスロットアンテナ10Cは、励振導体60が追加されている点において、第1の実施形態によるスロットアンテナ10Aと相違している。その他の構成は、第1の実施形態によるスロットアンテナ10Aと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
励振導体60は、放射導体20から見て反射導体30とは反対側に位置する平板状の導体であり、放射導体20及び反射導体30とz方向に重なるよう、放射導体20及び反射導体30と平行に配置される。つまり、励振導体60もxy平面を有し、励振導体60と反射導体30によって放射導体20が挟まれた構造を有している。本実施形態においては放射導体20、反射導体30及び励振導体60の平面サイズが同じであり、これらはz方向に重なるよう配置されている。
The
励振導体60は、どの配線にも接続されることなくフローティング状態であり、放射導体20から放射される電磁波によって励振される。これにより、励振導体60からも電磁波が放射されることから、アンテナ帯域を広帯域化することが可能となる。励振導体60の平面サイズや、励振導体60と放射導体20との距離L2については、励振導体60に求められる放射特性に応じて設計すればよい。
The
<第4の実施形態>
図11は、本発明の第4の実施形態によるスロットアンテナ10Dの構造を示す略斜視図であり、図12はスロットアンテナ10Dの断面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 11 is a schematic perspective view showing the structure of a
図11及び図12に示すように、本実施形態によるスロットアンテナ10Dは、励振導体60にスロットS2が設けられている点において、第3の実施形態によるスロットアンテナ10Cと相違している。その他の構成は、第3の実施形態によるスロットアンテナ10Cと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
励振導体60に設けられたスロットS2は、放射導体20に設けられたスロットS1と重なる位置に設けられ、スロットS1と同じ形状及び同じサイズを有している。つまり、スロットS2はy方向に延在する閉じた開口部であり、スロットS2を介してx方向の両側に位置する第3の領域61と第4の領域62は、スロットS2のy方向における両端に位置する接続部63を介して接続されている。
The slot S2 provided in the
かかる構成により、放射導体20によって励振される励振導体60が別のスロットアンテナとして機能することから、デュアルバンド化することが可能となる。励振導体60の平面サイズ、励振導体60と放射導体20との距離L2、スロットS2の位置、形状、サイズなどについては、励振導体60に求められる放射特性に応じて設計すればよい。
With this configuration, the
<第5の実施形態>
図13は、本発明の第5の実施形態によるスロットアンテナ10Eの構造を示す略斜視図であり、図14はスロットアンテナ10Eの断面図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 13 is a schematic perspective view showing the structure of a
図13及び図14に示すように、本実施形態によるスロットアンテナ10Eは、給電導体41によって放射導体20の第1の領域21と励振導体60の第3の領域61が接続され、接地導体42によって放射導体20の第2の領域22と励振導体60の第4の領域62が接続されている点において、第4の実施形態によるスロットアンテナ10Dと相違している。その他の構成は、第4の実施形態によるスロットアンテナ10Dと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIGS. 13 and 14, in the
本実施形態においては、励振導体60の第3の領域61に直接給電されるとともに、励振導体60の第4の領域にグランド電位が直接与えられる。このため、励振導体60は放射導体20によって励振されるだけでなく、実質的に別の放射導体としても機能する。これにより、アンテナ利得をよりいっそう高めることが可能となる。
In the present embodiment, power is directly supplied to the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
例えば、上述した各実施形態では単一のスロットアンテナについて説明したが、複数のスロットアンテナをライン状あるいはマトリクス状に配置することによって、いわゆるフェーズドアレイを構成することも可能である。 For example, in each of the above-described embodiments, a single slot antenna has been described. However, a so-called phased array can be configured by arranging a plurality of slot antennas in a line shape or a matrix shape.
10A〜10E スロットアンテナ
20 放射導体
21 第1の領域
22 第2の領域
23 接続部
30 反射導体
31,32 貫通孔
32a 切り欠き
41 給電導体
42,42a 接地導体
50 誘電体層
50a,50b 表面
51,52 支持体
60 励振導体
61 第3の領域
62 第4の領域
63 接続部
100 RF回路
S1,S2 スロット
10A to
Claims (11)
前記放射導体と重なるよう、前記放射導体と平行に配置された平板状の反射導体と、
前記放射導体に対して垂直に延在し、前記放射導体の前記第1の領域に接続された給電導体と、
前記放射導体に対して垂直に延在し、前記放射導体の前記第2の領域に接続された接地導体と、を備えることを特徴とするスロットアンテナ。 A flat plate-like radiation conductor having first and second regions located on both sides of the slot;
A flat reflective conductor disposed in parallel with the radiation conductor so as to overlap the radiation conductor;
A feed conductor extending perpendicular to the radiation conductor and connected to the first region of the radiation conductor;
And a grounding conductor extending perpendicularly to the radiation conductor and connected to the second region of the radiation conductor.
前記放射導体は前記誘電体層の一方の表面又はその近傍に形成され、前記反射導体は前記誘電体層の他方の表面又はその近傍に形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。 Further comprising a dielectric layer;
7. The radiating conductor is formed on one surface of the dielectric layer or in the vicinity thereof, and the reflective conductor is formed on the other surface of the dielectric layer or in the vicinity thereof. The slot antenna as described in any one.
前記給電導体は、前記放射導体の前記第1の領域及び前記励振導体の前記第3の領域に接続され、
前記接地導体は、前記放射導体の前記第2の領域及び前記励振導体の前記第4の領域に接続されることを特徴とする請求項10に記載のスロットアンテナ。 The excitation conductor has third and fourth regions located on both sides through the slot,
The feeding conductor is connected to the first region of the radiation conductor and the third region of the excitation conductor;
The slot antenna according to claim 10, wherein the ground conductor is connected to the second region of the radiating conductor and the fourth region of the excitation conductor.
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