JP2023130159A

JP2023130159A - 指向性アンテナ装置

Info

Publication number: JP2023130159A
Application number: JP2022034667A
Authority: JP
Inventors: 健三浦; Takeshi Miura
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2023-09-20

Abstract

【課題】構造的に単純でかつ安価で、指向性を有することができる指向性アンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１００は、基板１０１上に配置されたスプリットリング共振器１０３と、基板１０１上で、スプリットリング共振器１０３と同一の面に形成されたＧＮＤプレーン１０２と、スプリットリング共振器１０３に対して、基板１０１に垂直な方向で離間し、所望の周波数で共振可能な無給電素子１０４とを備え、無給電素子１０４は、基板１０１に平行で、ＧＮＤプレーン１０２と対向し、基板１０１に垂直な方向で無給電素子１０４を基板１０１に投影した投影面の少なくとも一部がスプリットリング共振器１０３と重なるようにした。
【選択図】図１

Description

本開示は指向性アンテナ装置に関する。

近年、通信機器の通信距離がユーザーから求められている。通信相手が特定の方向である場合、指向性アンテナを用いた方が無指向性アンテナと比べ、通信距離は広がる。この指向性アンテナの一例として、装置基板上にパッチ型のアンテナを用いる場合がある。

特開２０２１－１９０７５６号公報

特許文献１に記載されたアンテナは装置基板上の金属面に装置基板上の無線回路からの信号を、ピンなどを用いて給電する必要がある。そのため、強度が必要になる装置ではピンを含めたアンテナ全体をモールドなどで固定するため、どうしてもアンテナのコストがかかるという問題がある。

一実施形態の指向性アンテナ装置は、基板上に配置されたスプリットリング共振器と、前記基板上で、前記スプリットリング共振器と同一の面に形成されたＧＮＤプレーンと、前記スプリットリング共振器に対して、基板に垂直な方向で離間し、所望の周波数で共振可能な無給電素子とを備え、前記無給電素子は、前記基板に平行で、前記ＧＮＤプレーンと対向し、前記基板に垂直な方向で前記無給電素子を前記基板に投影した投影面の少なくとも一部が前記スプリットリング共振器と重なるようにした。

本開示の指向性アンテナ装置によれば、構造的に単純でかつ安価で、指向性を有することができる。

実施の形態１にかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態１にかかるアンテナ装置の構成を示す三面図である。実施の形態１にかかるアンテナ装置の電流の方向を示す拡大図である。実施の形態１にかかるアンテナ装置１００の電波放射の一例を示す断面図である。無給電素子１０４の無いアンテナのＹ－Ｚ面における放射パターンを示す図である。無給電素子１０４があるアンテナ装置１００のＹ－Ｚ面における放射パターンを示す図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置の一例を示す斜視図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置の一例を示す三面図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置のＹ－Ｚ面における放射パターンを示す図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置の電流の方向を示す拡大図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置の変形例を示す斜視図である。実施の形態２にかかるアンテナ装置の変形例を示す三面図である。、実施の形態２にかかるアンテナ装置の変形例の電流の方向を示す拡大図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図２は、実施の形態１にかかるアンテナ装置の構成を示す三面図である。図１及び図２において、アンテナ装置１００は、基板１０１と、ＧＮＤプレーン１０２と、スプリットリング共振器１０３と、無給電素子１０４とを備える。

基板１０１は、樹脂等の電気絶縁材料からなる平板上の部材である。樹脂としては、例えば、ガラス布機材エポキシ樹脂等が挙げられる。

ＧＮＤプレーン１０２は、基板１０１上で、スプリットリング共振器１０３と同一の面に形成されたグラウンドパターンである。例えば、ＧＮＤプレーン１０２は、銅等の導体からなる板状の導体部材である。具体的には、ＧＮＤプレーン１０２は、送受信回路や信号処理回路等の電気回路のアース導体である。

スプリットリング共振器１０３は、図示しない無線回路に接続され、基板１０１上に配置されている。例えば、無線回路は、基板１０１の裏面（ＧＮＤプレーン１０２の形成されていない面）に形成されてもよい。

無給電素子１０４は、スプリットリング共振器１０３に対して、基板１０１に垂直な方向で離間し、所望の周波数で共振可能な素子である。例えば、無給電素子１０４の全長は、所望の周波数の半波長の整数倍である。具体的には、無給電素子１０４の全長は、所望の周波数の半波長であってもよい。また、無給電素子１０４の全長は、所望の周波数の一波長であってもよい。また、無給電素子１０４は、基板１０１に平行で、ＧＮＤプレーン１０２と対向している。無給電素子１０４は直線形状の素子である。また、無給電素子１０４は、銅、真ちゅう、アルミニウム等の線状又は細長い板状の導体で形成される。

そして基板１０１に垂直な方向で無給電素子１０４を基板１０１に投影した投影面の少なくとも一部がスプリットリング共振器１０３と重なる位置関係にある。

次に、アンテナ装置１００の動作について説明する。図３は、実施の形態１にかかるアンテナ装置の電流の方向を示す拡大図である。まず、図示しない無線回路からスプリットリング共振器１０３に信号が入力されると、装置基板端にアンテナ電流３０１が流れる。すると、無給電素子１０４に逆向きの電流３０２が発生する。無給電素子１０４に電流が流れると、図４に示すように無給電素子１０４から電波が放射される。図４は、実施の形態１にかかるアンテナ装置１００の電波放射の一例を示す断面図である。ここで、基板１０１側に放射された電波は、基板１０１のＧＮＤプレーン１０２によって反射する。そのため、無給電素子１０４側への電波が大きくなり、その反対側への電波は小さくなる。この結果、指向性アンテナが得られる。

次にアンテナの指向性について説明する。図５は、無給電素子１０４の無いアンテナのＹ－Ｚ面における放射パターンを示す図である。図６は、無給電素子１０４があるアンテナ装置１００のＹ－Ｚ面における放射パターンを示す図である。図６に示すように、アンテナ装置１００では、－Ｙ方向に指向性を持った特性であるため、無給電素子１０４を追加したことで、指向性アンテナに変わったことが確認できる。

このように実施の形態１のアンテナ装置によれば、単純な無給電素子１０４を追加することにより、安価に指向性アンテナを実現できる。また、実施の形態１のアンテナ装置によれば、この指向性アンテナを電波の到来方向に向きを合わせることで通信距離が広がる。

実施の形態２
実施の形態２では、水平偏波成分についても指向性をもたせるアンテナ装置について説明する。

実施の形態１では、無給電素子１０４形状を追加することにより、－Ｙ方向の垂直偏波は指向性を持たせることが可能となったが、水平偏波成分については十分な指向性が実現できていない。これは、無給電素子１０４に、水平方向の高周波電流がほとんどないためである。これを解決するため、実施の形態２では、無給電素子１０４の途中を折り曲げた形状にする。

図７は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の一例を示す斜視図である。また、図８は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の一例を示す三面図である。図７において、アンテナ装置７００は、基板１０１と、ＧＮＤプレーン１０２と、スプリットリング共振器１０３と、無給電素子７０４とを備える。図７及び図８において、図１及び図２と同一の構成は、同じ番号を付し、説明を省略する。

無給電素子７０４は、スプリットリング共振器１０３に対して、基板１０１に垂直な方向で離間し、所望の周波数で共振可能な素子である。また、無給電素子７０４は、基板１０１に平行で、ＧＮＤプレーン１０２と対向している。例えば、無給電素子７０４の全長は、所望の周波数の半波長の整数倍である。具体的には、無給電素子７０４の全長は、所望の周波数の一波長であってもよい。また、無給電素子７０４は、基板１０１に平行で、ＧＮＤプレーン１０２と対向している。

無給電素子７０４は第１の直線形状の素子７１１と第２の直線形状の素子７１２とが端部で接続している。そして、第１の直線形状の素子７１１と第２の直線形状の素子７１２とが所定の角度を為している。垂直偏波成分と水平偏波成分に指向性を持たせる場合、第１の直線形状の素子７１１と第２の直線形状の素子７１２とが直交していることが望ましい。

次にアンテナの指向性について説明する。図９は、実施の形態２にかかるアンテナ装置のＹ－Ｚ面における放射パターンを示す図である。図９に示すようにアンテナ装置７００では、－Ｙ方向の水平偏波が発生する。この時の無給電素子７０４に流れる電流は図１０のようになっている。図１０は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の電流の方向を示す拡大図である。

このように実施の形態２のアンテナ装置によれば、無給電素子１０４の形状を途中で折り曲げた形状とすることで、水平、垂直偏波共に指向性を持つアンテナが実現できる。

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２では、無給電素子７０４の全長を１波長としたが、全長が半波長としてもよい。図１１は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の変形例を示す斜視図である。また、図１２は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の変形例を示す三面図である。また図１３は、実施の形態２にかかるアンテナ装置の変形例の電流の方向を示す拡大図である。

ただし、図１１の例では、図７と比較して無給電素子７０４の効果がある帯域が狭くなる傾向がある。これは、図１で示すような無給電素子１０４に発生する電流が、折り曲げたことで小さくなったためである。しかし、使用帯域が狭い場合では十分使える技術である。実施の形態２の変形例は、無給電素子７０４を小型化しても水平、垂直偏波共に指向性を持つアンテナが実現できる。

１００、７００アンテナ装置
１０１基板
１０２ＧＮＤプレーン
１０３スプリットリング共振器
１０４、７０４無給電素子
７１１第１の直線形状の素子
７１２第２の直線形状の素子

Claims

基板上に配置されたスプリットリング共振器と、
前記基板上で、前記スプリットリング共振器と同一の面に形成されたＧＮＤプレーンと、
前記スプリットリング共振器に対して、基板に垂直な方向で離間し、所望の周波数で共振可能な無給電素子とを備え、
前記無給電素子は、前記基板に平行で、前記ＧＮＤプレーンと対向し、
前記基板に垂直な方向で前記無給電素子を前記基板に投影した投影面の少なくとも一部が前記スプリットリング共振器と重なる、指向性アンテナ装置。
前記無給電素子は、直線形状の素子である請求項１に記載の指向性アンテナ装置。
前記無給電素子は、第１の直線形状の素子と第２の直線形状の素子とが端部で接続している請求項１に記載の指向性アンテナ装置。
前記第１の直線形状の素子と、前記第２の直線形状の素子が直交している請求項３に記載の指向性アンテナ装置。
前記無給電素子の全長は、所望の周波数の半波長の整数倍である請求項２から４のいずれかに記載の指向性アンテナ装置。
前記無給電素子の全長は、所望の周波数の半波長である請求項５に記載の指向性アンテナ装置。
前記無給電素子の全長は、所望の周波数の一波長である請求項５に記載の指向性アンテナ装置。