JP2020080487A - Antenna, wireless communication equipment and antenna formation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナ、無線通信機器およびアンテナ形成方法に関し、特に、ダイポールアンテナを用いるアンテナ、無線通信機器およびアンテナ形成方法に関する。 The present invention relates to an antenna, a wireless communication device and an antenna forming method, and more particularly to an antenna using a dipole antenna, a wireless communication device and an antenna forming method.
無線通信機器同士の通信は、如何なる機器同士であってもシームレスに通信を行うことが可能であることが重要である。例えば、無線通信機器の一例である無線親機あるいは無線基地局は、如何なる無線子機であってもシームレスな通信を行うことが務めである。そのためには、無線通信機器に搭載するアンテナが、最も重要な構成要素であり、シームレスな通信が可能になるように最適化しなければならない。 For communication between wireless communication devices, it is important that any device can communicate seamlessly. For example, a wireless master device or a wireless base station, which is an example of a wireless communication device, is responsible for seamless communication with any wireless slave device. For that purpose, the antenna mounted on the wireless communication device is the most important component and must be optimized so that seamless communication is possible.
しかし、最適化のためにアンテナの価格が高価なものになってしまうことは、ユーザには受け入れられない。価格が安く、かつ、良い性能を発揮することができるアンテナを提供することを可能にする技術開発が必要である。例えば、特許文献1の特開2017−139685号公報「アンテナ装置および無線通信装置」においては、SSR(Split-Ring-Resonator)アンテナに限定しているが、基板面に対して垂直方向にアンテナを設置することを低コストで実現することができるという技術提案がなされている。 However, it is unacceptable to the user that the cost of the antenna becomes expensive due to the optimization. There is a need for technological development that makes it possible to provide an antenna that is inexpensive and that can exhibit good performance. For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2017-139685 “Antenna device and wireless communication device” of Patent Document 1, although the antenna is limited to an SSR (Split-Ring-Resonator) antenna, the antenna is arranged in a direction perpendicular to the substrate surface. A technical proposal has been made that installation can be realized at low cost.
家庭用に用いる無線通信機器の一例であるWiFiホームルータ(無線親機)は、様々な無線子機と無線通信を行う。無線子機としては、スマートフォン、PC(Personal Computer)等がある。通常、無線子機は、家中を移動し、かつ、様々な姿勢で使われる。無線親機と無線子機との間の無線通信では、両者の間の無線電波の偏波が互いに合致することが重要である。合致しない場合には、無線親機や無線子機からの無線電波が相手の無線通信機器に届き難く、無線通信は途切れ易くなってしまう。 A WiFi home router (wireless master device), which is an example of a wireless communication device used for home use, performs wireless communication with various wireless slave devices. Examples of wireless slave devices include smartphones and PCs (Personal Computers). Usually, the wireless slave device moves around the house and is used in various postures. In the wireless communication between the wireless master device and the wireless slave device, it is important that the polarizations of the radio waves between them match each other. If they do not match, it is difficult for the radio wave from the wireless master device or the wireless slave device to reach the partner's wireless communication device, and the wireless communication is likely to be interrupted.
図7は、一般的な2つのダイポールアンテナにおける無線電波の偏波の一致状態と不一致状態とを示すイメージ図である。図7(A)は、2つのダイポールアンテナの無線電波の偏波が一致している状態を示し、図7(B)は、2つのダイポールアンテナの無線電波の偏波が不一致になっている状態を示している。無線電波の偏波は、アンテナエレメントと同一面に発生する。したがって、図7(A)のように、2つのアンテナ11Bと12Bとを平行に配置している状態においては、両アンテナにおける無線電波の偏波は一致状態になり、互いに無線電波をキャッチすることが可能である。しかし、図7(B)のように、2つのアンテナ11B,12Bを直交配置している状態においては、両アンテナにおける無線電波の偏波が不一致状態になり、互いに無線電波をキャッチすることは理論上できない。
FIG. 7 is an image diagram showing a matched state and a mismatched state of polarization of radio waves in two general dipole antennas. FIG. 7A shows a state in which the radio waves of the two dipole antennas have the same polarization, and FIG. 7B shows a state in which the polarizations of the radio waves of the two dipole antennas are not the same. Is shown. The polarized wave of the radio wave is generated on the same plane as the antenna element. Therefore, as shown in FIG. 7A, when the two
ただし、図7(B)のように、2つのアンテナ11B,12Bを直交配置している状態においても、実際には、壁等における反射によって、アンテナ11B,12Bにおける偏波が直交ではなくなり、近距離では送受信が可能になる場合が多い。しかし、2つのアンテナ11B,12Bが直交配置されている状態では、届く無線電波の電界強度は弱く、通信が途絶し易い。
However, even in the state where the two
図8は、現状の技術のダイポールアンテナを用いた一般的なホームルータのアンテナ構成を示す模式図である。図8(A)は、ホームルータ10Bの外観を示す斜視図であり、図8(B)は、該ホームルータ10Bの内部のアンテナ構成を図8(A)よりも拡大して示した模式図である。図8(A)の斜視図に示すように、ホームルータ10Bの筐体1内には、大地に対して垂直な状態で基板2が実装されている。そして、図8(B)に示すように、基板2の上には、無線IC(Integrated Circuit)3が搭載されている。該無線IC3は、半波長ダイポールアンテナ4の給電点4aに同軸ケーブル5を介して接続されている。同軸ケーブル5を用いることにより、無線IC3から半波長ダイポールアンテナ4の給電点4aに対して電力のロスを抑えて給電することができる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an antenna configuration of a general home router using a dipole antenna of the current technology. FIG. 8A is a perspective view showing the appearance of the
また、半波長ダイポールアンテナ4は、基板2の面に平行に配置されていて、大地に対して垂直な状態で実装されている。したがって、半波長ダイポールアンテナ4からは、大地に対して垂直な偏波しか出力されない。このため、該ホームルータ10Bと無線接続する無線子機側のアンテナ状態が大地に対して平行な状態に変化して、大地に対して水平な偏波だけを要求している場合には、該ホームルータ10Bとの通信が困難になってしまう。つまり、通信相手となる無線子機の姿勢が種々の状態に変化することが想定されるホームルータ10Bのアンテナ構成としては、図8(B)に示すような垂直な偏波のみが良好な通信状態になるアンテナは、最適なアンテナ構成とは言い難い。
Further, the half-wave dipole antenna 4 is arranged in parallel with the surface of the
また、図9は、図8に示したホームルータ10Bの半波長ダイポールアンテナ4のアンテナ放射パターンを表現する際のX軸、Y軸、Z軸の設定状態を示す模式図である。図9(A)は、図8に示したホームルータ10Bの基板2、無線IC3、半波長ダイポールアンテナ4、同軸ケーブル5それぞれのX、Y、Z軸上の位置関係を示す模式図である。図9(B)は、半波長ダイポールアンテナ4のアンテナ放射パターンを表現するためのXZ、YZ、XYの3面と半波長ダイポールアンテナ4との位置関係を示す模式図である。なお、図9(A),(B)に示されるXZ、YZ、XYの3面と半波長ダイポールアンテナ4との位置関係の概念図は、アンテナ放射パターンを表現する際に通常用いられる一般的な表現方法である。図9の概念図を参照して、XZ、YZ、XYの3面それぞれに対して直交する直交偏波および平行な平行偏波の電界強度を特性曲線として描くことができ、次に説明する図10のように、アンテナ放射パターンを表現することができる。
Further, FIG. 9 is a schematic diagram showing a setting state of the X axis, the Y axis, and the Z axis when expressing the antenna radiation pattern of the half-wavelength dipole antenna 4 of the
図10は、図8に示したホームルータ10Bの半波長ダイポールアンテナ4のアンテナ放射パターンを示すパターン図であり、図9(B)の模式図に示すような位置関係にある半波長ダイポールアンテナ4のXZ面、YZ面、XY面のそれぞれにおけるアンテナ放射パターンを示している。なお、図10においては、アンテナ放射パターンの水平偏波の特性曲線を太線で示し、垂直偏波の特性曲線を細線で示している。図10のパターン図に示すように、XZ面、YZ面においては、それぞれの面に平行な偏波すなわち垂直偏波は存在するものの、それぞれの面に直交する偏波すなわち水平偏波が全くないことが分かる。また、XY面においても、XY面に直交する偏波すなわち垂直偏波は存在するものの、XY面に平行な偏波すなわち水平偏波が全くないことが分かる。したがって、図8に示すような半波長ダイポールアンテナ4のアンテナは、全方向に万遍なく無線電波の偏波を出力して、いずれの方向に対しても通信を行うことができるとは言い難い構成である。
FIG. 10 is a pattern diagram showing an antenna radiation pattern of the half-wavelength dipole antenna 4 of the
(本開示の目的)
本開示の目的は、前述したようなダイポールアンテナのアンテナ課題に鑑み、ダイポールアンテナとして全方向に万遍なく無線電波の偏波を出力することが可能なアンテナ、無線通信機器およびアンテナ形成方法の提供にある。
(Purpose of the present disclosure)
In view of the above-described antenna problem of the dipole antenna, an object of the present disclosure is to provide an antenna, a wireless communication device, and an antenna forming method capable of uniformly outputting polarized waves of a radio wave in all directions as a dipole antenna. It is in.
前述の課題を解決するため、本発明によるアンテナ、無線通信機器およびアンテナ形成方法は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。 In order to solve the above problems, the antenna, the wireless communication device, and the antenna forming method according to the present invention mainly employ the following characteristic configurations.
(1)本発明によるアンテナは、
あらかじめ指定した任意の周波数において半波長の長さのエレメントを上下対称な位置に配置して形成した半波長ダイポールアンテナと、
半波長の長さを有するZ字形状の半波長Z字型非接触エレメントと、
を有し、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと非接触の状態で空間結合する位置に配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントの中央部を、前記半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と最も近接するように配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在させた状態で配置する、
ことを特徴とする。
(1) The antenna according to the present invention is
A half-wavelength dipole antenna formed by arranging half-wavelength elements at vertically symmetrical positions at an arbitrary frequency specified in advance,
A Z-shaped half-wavelength Z-shaped non-contact element having a half-wavelength length;
Have
The half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged at a position where it is spatially coupled to the half-wavelength dipole antenna in a non-contact state,
And,
The central portion of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged so as to be closest to the central portion where the feeding point of the half-wavelength dipole antenna is located,
And,
Arranging the half-wavelength Z-shaped non-contact element in a state of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna,
It is characterized by
(2)本発明による無線通信機器は、
あらかじめ指定した任意の周波数において半波長の長さのエレメントを上下対称な位置に配置して形成した半波長ダイポールアンテナを備え、
前記半波長ダイポールアンテナの給電点と接続する無線IC(Integrated Circuit)を搭載した基板と、
半波長の長さを有するZ字形状の半波長Z字型非接触エレメントと、
を有し、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと非接触の状態で空間結合する位置に配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントの中央部を、前記半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と最も近接するように配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在させた状態で配置する、
ことを特徴とする。
(2) The wireless communication device according to the present invention is
Equipped with a half-wavelength dipole antenna formed by arranging half-wavelength elements at vertically symmetrical positions at an arbitrary frequency specified in advance,
A substrate having a wireless IC (Integrated Circuit) connected to a feeding point of the half-wave dipole antenna;
A Z-shaped half-wavelength Z-shaped non-contact element having a half-wavelength length;
Have
The half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged at a position where it is spatially coupled to the half-wavelength dipole antenna in a non-contact state,
And,
The central portion of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged so as to be closest to the central portion where the feeding point of the half-wavelength dipole antenna is located,
And,
Arranging the half-wavelength Z-shaped non-contact element in a state of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna,
It is characterized by
(3)本発明によるアンテナ形成方法は、
あらかじめ指定した任意の周波数において半波長の長さのエレメントを上下対称な位置に配置して形成した半波長ダイポールアンテナと、
半波長の長さを有するZ字形状の半波長Z字型非接触エレメントと、
を互いに非接触の状態で空間結合する位置に配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントの中央部を、前記半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と最も近接するように配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在させた状態で配置する、
ことを特徴とする。
(3) The antenna forming method according to the present invention is
A half-wavelength dipole antenna formed by arranging half-wavelength elements at vertically symmetrical positions at an arbitrary frequency specified in advance,
A Z-shaped half-wavelength Z-shaped non-contact element having a half-wavelength length;
Are placed in positions where they are spatially coupled to each other in a non-contact state,
And,
The central portion of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged so as to be closest to the central portion where the feeding point of the half-wavelength dipole antenna is located,
And,
Arranging the half-wavelength Z-shaped non-contact element in a state of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna,
It is characterized by
本発明のアンテナ、無線通信機器およびアンテナ形成方法によれば、主に、以下のような効果を奏することができる。 According to the antenna, the wireless communication device and the antenna forming method of the present invention, the following effects can be mainly achieved.
すなわち、本発明においては、半波長ダイポールアンテナに対して直交する方向に延在させるように配置した半波長Z字型非接触エレメントを互いの中央部を最も近接された状態で該半波長ダイポールアンテナに空間結合させることを可能にしているので、アンテナ構造として無線通信性能の向上に欠かせない無線電波の偏波特性を改善することができ、かつ、安価でシンプルに実現することも可能になっている。 That is, according to the present invention, the half-wavelength Z-shaped non-contact elements arranged so as to extend in the direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna are arranged such that the central portions of the half-wavelength Z-shaped non-contact elements are closest to each other. Since it can be spatially coupled to the antenna, it is possible to improve the polarization characteristics of radio waves, which is essential for improving wireless communication performance as an antenna structure, and it is also possible to realize it inexpensively and simply. Is becoming
以下、本発明によるアンテナ、無線通信機器およびアンテナ形成方法の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、本発明によるアンテナは、任意の波長の無線電波を放射するダイポールアンテナに関するものであり、また、本発明による無線通信機器は、ダイポールアンテナを搭載した無線通信機器に関するものである。また、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことは言うまでもない。 Preferred embodiments of an antenna, a wireless communication device, and an antenna forming method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The antenna according to the present invention relates to a dipole antenna that radiates a radio wave having an arbitrary wavelength, and the wireless communication device according to the present invention relates to a wireless communication device equipped with the dipole antenna. In addition, the drawing reference symbols attached to the following drawings are added for convenience to each element as an example for helping understanding, and it goes without saying that the present invention is not intended to be limited to the illustrated embodiments. Yes.
(本発明の特徴)
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、あらかじめ指定した任意の周波数において半波長の長さのエレメントを上下対称な位置に配置した半波長ダイポールアンテナと、該半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在することが可能なエレメントを有するZ字形状の無給電エレメントとを有し、該無給電エレメントが半波長ダイポールアンテナと空間結合(非接触)の関係であって、かつ、該無給電エレメントの中央部が半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と近接して配置され、かつ、該無給電エレメントが、約半波長の長さであることを、主要な特徴としている。つまり、本発明は、前述のような構造からなる(ダイポール+Z字型非接触無給電)アンテナとして形成されていることを主要な特徴としている。
(Characteristics of the present invention)
Prior to the description of the embodiments of the present invention, the features of the present invention will be outlined first. The present invention relates to a half-wavelength dipole antenna in which elements having a half-wavelength length are arranged vertically symmetrically at an arbitrary frequency designated in advance, and an element capable of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna. And a Z-shaped parasitic element, the parasitic element having a spatial coupling (non-contact) relationship with the half-wavelength dipole antenna, and the central portion of the parasitic element has a half-wavelength dipole antenna. The main feature is that the parasitic element is arranged close to the central portion where the feeding point is located and the parasitic element has a length of about a half wavelength. That is, the main feature of the present invention is that it is formed as a (dipole+Z-shaped contactless parasitic) antenna having the above-mentioned structure.
(本発明の実施形態の構成例)
次に、本発明に係るアンテナのアンテナ構成の一例について、図1を用いてまず説明する。図1は、本発明に係るアンテナのアンテナ構成の一例を示す模式図である。ここで、図1(A)は、本発明の一例であるアンテナを正面視した場合を示し、図1(B)は、本発明の一例であるアンテナを側面視した場合を示している。なお、本発明の一例として図1に示すアンテナ11は、現状の技術として図8に示したホームルータ10Bの半波長ダイポールアンテナ4と同様の半波長ダイポールアンテナを対象としている。
(Example of configuration of the embodiment of the present invention)
Next, an example of the antenna configuration of the antenna according to the present invention will be described first with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an antenna configuration of an antenna according to the present invention. Here, FIG. 1A illustrates a case where the antenna which is an example of the present invention is viewed from the front, and FIG. 1B illustrates a case where the antenna which is an example of the present invention is viewed from a side. As an example of the present invention, the
図1(A)および図1(B)に示すように、本発明の一例であるアンテナ11は、半波長ダイポールアンテナ4の他に、該半波長ダイポールアンテナ4の中央部に設けられる給電点4aの位置に、該半波長ダイポールアンテナ4とは非接触でかつ近接した状態(空間結合した状態)で、半波長の長さのZ字形状からなる無給電エレメントを、半波長Z字型非接触エレメント6として、配置している。つまり、アンテナ11は、(半波長ダイポールアンテナ4+半波長Z字型非接触エレメント6)として形成されている。
As shown in FIGS. 1(A) and 1(B), an
ここで、給電点4aとは、同軸ケーブルやストリップラインを介してアンテナ11に信号電力が給電される部位であり、上下対称の状態で直線状に2本のエレメントを延在させた半波長ダイポールアンテナ4の始まりとなる。また、対象とする波長は、あらかじめ任意に指定した周波数における波長であり、半波長ダイポールアンテナ4を構成する2本のエレメントそれぞれの半波長の長さについても、あらかじめ指定した任意の周波数における長さである。
Here, the feeding point 4a is a portion where signal power is fed to the
また、半波長Z字型非接触エレメント6は、半波長の一本の直線状のエレメントを直角に折り曲げて形成された上辺部エレメントと接続部エレメントと下辺部エレメントとの3つの部位からなっている。そして、図1(A)に示すように、上辺部エレメントと下辺部エレメントとを、それぞれ、接続部エレメントが接続された端部から、該接続部エレメントと直角になる面上を互いの反対方向に延在させた状態で配置することにより、Z字形状のエレメントとして形成される。つまり、上辺部エレメントと下辺部エレメントとは、互いに平行な位置関係にあり、かつ、接続部エレメントと直交する位置関係にある。そして、半波長ダイポールアンテナ4の給電点4aが位置する中央部と接続部エレメントの中央部とを近接させた状態で、接続部エレメントを、半波長ダイポールアンテナ4と平行になるように配置することにより、上辺部エレメントと下辺部エレメントとが、半波長ダイポールアンテナ4と直交する状態に配置されることになる。
The half-wavelength Z-shaped
つまり、半波長Z字型非接触エレメント6の上辺部エレメントと下辺部エレメントとを接続する接続部エレメントが半波長ダイポールアンテナ4と平行な位置関係になり、上辺部エレメントと下辺部エレメントとの双方が半波長ダイポールアンテナ4と直交するような位置関係になるように配置される。言い換えると、半波長Z字型非接触エレメント6は、上辺部エレメントと下辺部エレメントとが半波長ダイポールアンテナ4と直交する方向に延在している。
That is, the connecting element connecting the upper side element and the lower side element of the half-wavelength Z-shaped
そして、半波長Z字型非接触エレメント6は、半波長ダイポールアンテナ4とは非接触の状態で、半波長ダイポールアンテナ4の中央部すなわち給電点4aに対して半波長Z字型非接触エレメント6の中央部が最も近接するように配置される。
Then, the half-wavelength Z-shaped
かくのごとく、半波長Z字型非接触エレメント6の中央部を半波長ダイポールアンテナ4の中央部に近接して配置して、(ダイポール+Z字型非接触無給電)アンテナとして形成することにより、詳細は後述するが、アンテナ11から無線電波の偏波が出力されない面数を軽減することが可能になる。
As described above, by disposing the central portion of the half-wavelength Z-shaped
次に、本発明に係る無線通信装置の一例として、図1に本発明の一例として示したアンテナ11を搭載した無線通信装置の構成例について図2を用いて説明する。ここで、図2の無線通信装置は、現状の技術として図8に示したホームルータ10Bと同様のホームルータの場合を例にして説明する。
Next, as an example of the wireless communication apparatus according to the present invention, a configuration example of a wireless communication apparatus equipped with the
図2は、本発明の一例として図1に示したアンテナ11を用いたホームルータのアンテナ構成の一例を示す模式図である。図2(A)は、ホームルータ10の外観を示す斜視図であり、図2(B)は、該ホームルータ10の内部のアンテナ構成を図1(A)よりも拡大して示した模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an antenna configuration of a home router using the
図2(A)の斜視図に示すように、ホームルータ10の筐体1内には、大地に対して垂直な状態で基板2が実装されている。そして、図2(B)に示すように、基板2の上には、無線IC(Integrated Circuit)3が搭載されていて、該無線IC3は、半波長ダイポールアンテナ4の給電点4aと同軸ケーブル5を介して接続されている。前述したように、同軸ケーブル5を用いることにより、無線IC3から半波長ダイポールアンテナ4の給電点4aに対して信号電力のロスを抑えて出力することができる。なお、同軸ケーブル5の代わりに、ストリップラインを用いて、無線IC3と半波長ダイポールアンテナ4の給電点4aとを接続するようにしても良い。
As shown in the perspective view of FIG. 2A, the
さらに、図1にアンテナ11として説明したように、半波長ダイポールアンテナ4の中央部に位置する給電点4aに対して近接するように、半波長Z字型非接触エレメント6が配置されている。つまり、アンテナ11の構成は、図1に示したように、現状の技術として示した図8のアンテナ構成に対して、半波長Z字型非接触エレメント6をさらに備えて、(ダイポール+Z字型非接触無給電)アンテナとして、より正確には、(半波長ダイポールアンテナ4+半波長Z字型非接触エレメント6)として、形成されている。
Further, as described as the
図3は、図2に示したホームルータ10のアンテナ11(すなわち(ダイポール+Z字型非接触無給電)アンテナ)のアンテナ放射パターンの一例を示すパターン図であり、アンテナ11のXZ面、YZ面、XY面それぞれにおけるアンテナ放射パターンを示している。なお、水平偏波の特性曲線を太線で示し、垂直偏波の特性曲線を細線で示している。図3のパターン図に示すように、XZ面、YZ面、XY面の3面のうち、XZ面の垂直偏波を除いて、いずれも、無線電波の偏波が存在している。
FIG. 3 is a pattern diagram showing an example of an antenna radiation pattern of the
現状の技術として図8に示したアンテナのように半波長ダイポールアンテナ4のみからなる場合のアンテナ放射パターンにおいては、図10に示したように、XZ面、YZ面、XY面の3面いずれも無線電波の垂直偏波が全く存在していなかった。かかる現状の技術の場合に比して、図2に示したホームルータ10のアンテナ11のアンテナ構成は、全方向に万遍無く通信を行うという要求の実現に近づきつつあることを示している。
In the antenna radiation pattern in the case where only the half-wavelength dipole antenna 4 like the antenna shown in FIG. 8 is used as the current technology, as shown in FIG. 10, all of the XZ plane, the YZ plane, and the XY plane are used. There was no vertical polarization of radio waves. Compared with the case of the current technology, the antenna configuration of the
(本発明の他の実施形態の構成例)
次に、本発明に係る無線通信装置の異なる構成例について、図4を用いて説明する。ここで、図4の無線通信装置は、図2に前述した場合と同様のホームルータを例にして説明する。図4は、本発明の一例として図1に示したアンテナ11を用いたホームルータの図2とは異なるアンテナ構成の一例を示す模式図である。つまり、図4のホームルータ10Aは、基板2上とは異なる場所にアンテナ11を実装している図2のホームルータ10の場合とは異なるアンテナの実装例を示している。
(Configuration example of another embodiment of the present invention)
Next, a different configuration example of the wireless communication device according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, the wireless communication device of FIG. 4 will be described by taking a home router similar to that described above with reference to FIG. 2 as an example. FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an antenna configuration different from that of FIG. 2 of a home router using the
図4のホームルータ10Aにおいては、基板2上にアンテナ11の半波長ダイポールアンテナ4を直接搭載するととともに、給電点4aと無線IC3との間を、同軸ケーブルまたはストリップライン5Aを用いて接続する構成としている。つまり、基板2上の部品実装スペースに余裕がある場合には、基板2上にアンテナ11の半波長ダイポールアンテナ4を直接搭載することにすれば、図2の場合よりもコスト低減を図ることができる。
In the
なお、半波長ダイポールアンテナ4の実装位置の図2からの変更に伴い、アンテナ11の半波長Z字型非接触エレメント6の配置位置についても、その中央部が、半波長ダイポールアンテナ4の中央部の給電点4aに近接する位置まで図2から移動して、図1に示したアンテナ11と同一の位置関係になっている。したがって、図4のホームルータ10Aにおけるアンテナ11のアンテナ放射パターンは、図2のホームルータ10において前述した図3のアンテナ放射パターンとほぼ同じである。
With the change of the mounting position of the half-wavelength dipole antenna 4 from FIG. 2, the center portion of the half-wavelength Z-shaped
次に、図1に示したアンテナ11とは異なるアンテナ構成について、図5を用いて説明する。図5は、本発明に係るアンテナのアンテナ構成の図1とは異なる例を示す模式図である。ここで、図5(A)は、本発明の図1とは異なる例であるアンテナ11Aを正面視した場合を示し、図5(B)は、本発明の図1とは異なる例であるアンテナ11Aを側面視した場合を示している。図5に示すアンテナ11Aは、図1のアンテナ11の場合と同様、半波長ダイポールアンテナ4の中央部に設けられる給電点4aの位置に、該半波長ダイポールアンテナ4とは非接触でかつ近接した状態(空間結合した状態)で配置しているが、半波長の長さの半波長Z字型の無給電エレメントの形状が、図1の半波長Z字型非接触エレメント6とは異なっている。
Next, an antenna configuration different from the
すなわち、図5に示すアンテナ11Aにおける前記半波長Z字型の無給電エレメントは、図5(A)、図5(B)に示すように、図1に示した半波長Z字型非接触エレメント6の上辺部エレメントを90度ひねった形状を有しており、半波長ひねりZ字型非接触エレメント6Aとして形成される。
That is, the half-wavelength Z-shaped parasitic element in the antenna 11A shown in FIG. 5 is the half-wavelength Z-shaped non-contact element shown in FIG. 1 as shown in FIGS. 5(A) and 5(B). The
つまり、半波長ひねりZ字型非接触エレメント6Aは、図1に示した半波長Z字型非接触エレメント6の上辺部エレメントを、接続部エレメントが接続されている端部を中心にして、接続部エレメントと直角になる面上を90度ひねった形状(折り曲げた形状)としており、上辺部エレメントと下辺部エレメントとのそれぞれを延長すると、互いに直交する位置関係になる。言い換えると、半波長ひねりZ字型非接触エレメント6Aは、半波長ダイポールアンテナ4と直交する方向に延在している上辺部エレメントと下辺部エレメントとが、さらに、互いに直交する方向に延在するように形成されている。
That is, the half-wavelength twisted Z-shaped non-contact element 6A connects the upper side element of the half-wavelength Z-shaped
図6は、図2に示したホームルータ10のアンテナとして、図1のアンテナ11の代わりに図5のアンテナ11Aを搭載した場合のアンテナ放射パターンの一例を示すパターン図であり、アンテナ11AのXZ面、YZ面、XY面それぞれにおけるアンテナ放射パターンを示している。なお、水平偏波の特性曲線を太線で示し、垂直偏波の特性曲線を細線で示している。
FIG. 6 is a pattern diagram showing an example of an antenna radiation pattern when the antenna 11A of FIG. 5 is mounted instead of the
図6のパターン図に示すように、XZ面、YZ面、XY面の3面のいずれにおいても、無線電波の水平偏波および垂直偏波が存在している。現状の技術として図10に示したパターン図において、XZ面、YZ面、XY面の3面いずれも無線電波の垂直偏波が全く存在していなかった場合や、図3に示したパターン図において、XZ面に垂直偏波が存在していなかった場合に比して、図6に示したアンテナ11Aは、互いに直交する方向にエレメントを配置した半波長ひねりZ字型非接触エレメント6Aの採用により、全方向に万遍無く通信を行うことが可能になっている。ただし、大元の電力を分配しているので、XZ面、YZ面、XY面の3面の個々の放射電力は小さくなっている。 As shown in the pattern diagram of FIG. 6, horizontal polarization and vertical polarization of radio waves exist on all three surfaces of the XZ plane, the YZ plane, and the XY plane. In the pattern diagram shown in FIG. 10 as the current technology, in the case where there is no vertical polarization of the radio wave in all three planes of the XZ plane, the YZ plane, and the XY plane, or in the pattern diagram shown in FIG. , The antenna 11A shown in FIG. 6 adopts a half-wave twist Z-shaped non-contact element 6A in which elements are arranged in directions orthogonal to each other as compared with the case where there is no vertically polarized wave in the XZ plane. , It is possible to communicate in all directions. However, since the original power is distributed, the individual radiated powers of the three surfaces of the XZ plane, the YZ plane, and the XY plane are small.
なお、ホームルータとして図5に示した半波長ダイポールアンテナ4と半波長ひねりZ字型非接触エレメント6Aとからなるアンテナ11Aを実装する場合において、図4のホームルータ10Aの場合と同様に、基板2上の部品実装スペースに余裕がある場合には、基板2上にアンテナ11Aの半波長ダイポールアンテナ4を直接搭載した構成にすることも勿論可能である。
In the case where the antenna 11A including the half-wavelength dipole antenna 4 and the half-wavelength twisted Z-shaped non-contact element 6A shown in FIG. 5 is mounted as a home router, the board is similar to the case of the
(実施形態の効果の説明)
以上に詳細に説明したように、本発明に係る実施形態においては、次のような効果を奏することができる。
(Explanation of the effect of the embodiment)
As described in detail above, the following effects can be achieved in the embodiment according to the present invention.
すなわち、ダイポールアンテナに対して、直交する方向に延在させた上辺部エレメントと下辺部エレメントとを配置したZ字型非接触エレメントや上辺部エレメントをさらに90度ひねって互いに直交する方向に延在させたひねりZ字型非接触エレメントを配置した構造を採用することにより、アンテナ構造として無線通信性能の向上に欠かせない無線電波の偏波特性を改善することができ、かつ、安価でシンプルに実現することも可能になっている。 That is, with respect to the dipole antenna, the Z-shaped non-contact element and the upper side element in which the upper side element and the lower side element extending in the direction orthogonal to each other are further twisted by 90 degrees and extend in the direction orthogonal to each other. By adopting the structure in which the twisted Z-shaped non-contact element is arranged, it is possible to improve the polarization characteristic of the radio wave which is essential for improving the wireless communication performance as an antenna structure, and it is cheap and simple. It is also possible to realize.
以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。 The configuration of the preferred embodiment of the present invention has been described above. However, it should be noted that such an embodiment is merely an example of the present invention and does not limit the present invention in any way. Those skilled in the art can easily understand that various modifications and changes can be made according to a specific application without departing from the scope of the present invention.
1 筐体
2 基板
3 無線IC
4 半波長ダイポールアンテナ
4a 給電点
5 同軸ケーブル
5A 同軸ケーブルまたはストリップライン
6 半波長Z字型非接触エレメント
6A 半波長ひねりZ字型非接触エレメント
10 ホームルータ
10A ホームルータ
10B ホームルータ
11 アンテナ
11A アンテナ
11B アンテナ
12B アンテナ
1
4 Half-wavelength dipole antenna
Claims (10)
半波長の長さを有するZ字形状の半波長Z字型非接触エレメントと、
を有し、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと非接触の状態で空間結合する位置に配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントの中央部を、前記半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と最も近接するように配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在させた状態で配置する、
ことを特徴とするアンテナ。 A half-wavelength dipole antenna formed by arranging half-wavelength elements at vertically symmetrical positions at an arbitrary frequency specified in advance,
A Z-shaped half-wavelength Z-shaped non-contact element having a half-wavelength length;
Have
The half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged at a position where it is spatially coupled to the half-wavelength dipole antenna in a non-contact state,
And,
The central portion of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged so as to be closest to the central portion where the feeding point of the half-wavelength dipole antenna is located,
And,
Arranging the half-wavelength Z-shaped non-contact element in a state of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna,
An antenna characterized by that.
かつ、
前記上辺部エレメントと前記下辺部エレメントとを、それぞれ、前記接続部エレメントが接続された端部から、前記接続部エレメントと直角になる面上を互いの反対方向に延在させた状態で配置し、
かつ、
前記接続部エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと平行になるように配置する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。 The half-wavelength Z-shaped non-contact element includes an upper side element, a connection element and a lower side element formed by bending a half-wavelength linear element at a right angle,
And,
The upper side element and the lower side element are respectively arranged in a state in which they extend from the ends to which the connecting element is connected, on the surfaces perpendicular to the connecting element in mutually opposite directions. ,
And,
Arranging the connecting element so as to be parallel to the half-wave dipole antenna,
The antenna according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ。 The upper side element of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is further twisted by 90 degrees on a plane perpendicular to the connecting section element with the end portion to which the connecting section element is connected as the center, and the upper side A half-wave twist Z-shaped non-contact element arranged in a positional relationship such that the sub-element and the lower side element are orthogonal to each other,
The antenna according to claim 2, wherein:
前記半波長ダイポールアンテナの給電点と接続する無線IC(Integrated Circuit)を搭載した基板と、
半波長の長さを有するZ字形状の半波長Z字型非接触エレメントと、
を有し、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと非接触の状態で空間結合する位置に配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントの中央部を、前記半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と最も近接するように配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在させた状態で配置する、
ことを特徴とする無線通信機器。 Equipped with a half-wavelength dipole antenna formed by arranging half-wavelength elements at vertically symmetrical positions at an arbitrary frequency specified in advance,
A substrate having a wireless IC (Integrated Circuit) connected to a feeding point of the half-wave dipole antenna;
A Z-shaped half-wavelength Z-shaped non-contact element having a half-wavelength length;
Have
The half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged at a position where it is spatially coupled to the half-wavelength dipole antenna in a non-contact state,
And,
The central portion of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged so as to be closest to the central portion where the feeding point of the half-wavelength dipole antenna is located,
And,
Arranging the half-wavelength Z-shaped non-contact element in a state of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna,
A wireless communication device characterized by the above.
かつ、
前記上辺部エレメントと前記下辺部エレメントとを、それぞれ、前記接続部エレメントが接続された端部から、前記接続部エレメントと直角になる面上を互いの反対方向に延在させた状態で配置し、
かつ、
前記接続部エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと平行になるように配置する、
ことを特徴とする請求項4に記載の無線通信機器。 The half-wavelength Z-shaped non-contact element includes an upper side element, a connection element and a lower side element formed by bending a half-wavelength linear element at a right angle,
And,
The upper side element and the lower side element are respectively arranged in a state in which they extend from the ends to which the connecting element is connected, on the surfaces perpendicular to the connecting element in mutually opposite directions. ,
And,
Arranging the connecting element so as to be parallel to the half-wave dipole antenna,
The wireless communication device according to claim 4, wherein.
ことを特徴とする請求項5に記載の無線通信機器。 The upper side element of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is further twisted by 90 degrees on a plane perpendicular to the connecting section element with the end portion to which the connecting section element is connected as the center, and the upper side A half-wave twist Z-shaped non-contact element arranged in a positional relationship such that the sub-element and the lower side element are orthogonal to each other,
The wireless communication device according to claim 5, wherein:
ことを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の無線通信機器。 The half-wavelength Z-shaped non-contact element or the half-wavelength twisted Z-shaped non-contact element is mounted on the substrate, or mounted in a place different from the substrate.
The wireless communication device according to any one of claims 4 to 6, wherein
半波長の長さを有するZ字形状の半波長Z字型非接触エレメントと、
を互いに非接触の状態で空間結合する位置に配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントの中央部を、前記半波長ダイポールアンテナの給電点が位置する中央部と最も近接するように配置し、
かつ、
前記半波長Z字型非接触エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと直交する方向に延在させた状態で配置する、
ことを特徴とするアンテナ形成方法。 A half-wavelength dipole antenna formed by arranging half-wavelength elements at vertically symmetrical positions at an arbitrary frequency specified in advance,
A Z-shaped half-wavelength Z-shaped non-contact element having a half-wavelength length;
Are placed in positions where they are spatially coupled in a non-contact state,
And,
The central portion of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is arranged so as to be closest to the central portion where the feeding point of the half-wavelength dipole antenna is located,
And,
Arranging the half-wavelength Z-shaped non-contact element in a state of extending in a direction orthogonal to the half-wavelength dipole antenna,
An antenna forming method characterized by the above.
かつ、
前記上辺部エレメントと前記下辺部エレメントとを、それぞれ、前記接続部エレメントが接続された端部から、前記接続部エレメントと直角になる面上を互いの反対方向に延在させた状態で配置し、
かつ、
前記接続部エレメントを、前記半波長ダイポールアンテナと平行になるように配置する、
ことを特徴とする請求項8に記載のアンテナ形成方法。 The half-wavelength Z-shaped non-contact element includes an upper side element, a connecting element and a lower side element formed by bending a half-wavelength linear element at a right angle,
And,
The upper side element and the lower side element are respectively arranged in a state in which they extend from the ends to which the connecting element is connected, on the surfaces perpendicular to the connecting element in mutually opposite directions. ,
And,
Arranging the connecting element so as to be parallel to the half-wave dipole antenna,
The antenna forming method according to claim 8, wherein
ことを特徴とする請求項9に記載のアンテナ形成方法。 The upper side element of the half-wavelength Z-shaped non-contact element is further twisted by 90 degrees on a plane perpendicular to the connecting section element with the end portion to which the connecting section element is connected as the center, and the upper side A half-wave twist Z-shaped non-contact element arranged in a positional relationship such that the sub-element and the lower side element are orthogonal to each other,
The method for forming an antenna according to claim 9, wherein:
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