JP3754258B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動体通信における車載用、屋内天井取付用等に使用される小形軽量で広帯域垂直偏波水平面無指向性のアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、移動体通信における小型軽量の車載用、屋内天井取付用の垂直偏波水平面無指向性アンテナは、例えばモノポール形、逆L形、逆F形等の方式を使用し、単一周波数帯で使用されている。
【0003】
図7は、従来のモノポールアンテナの構成を示すものである。図7において、1はアース板で、このアース板1に同軸接栓2を図示下方側から取付け、その中心導体3をアース板1と絶縁し、上方へ約1/4λ延長している。このとき中心導体3の詳細な寸法は、インピーダンス特性に依存するもので、それに基づいて決定される。
【0004】
また、図8は、逆L形アンテナの構成を示すもので、アース板1に取付けた同軸接栓2の中心導体3を上方へ約1/4λ延長し、その中心部から水平方向に90°折り曲げている。このとき中心導体3の詳細な寸法は、インピーダンス特性に依存し決定される。
【0005】
また、図9は、逆F形アンテナの構成を示すもので、アース板1に取付けた同軸接栓2の中心導体3を上方へ延長すると共に、その先端に逆L字状素子4の所定の位置を電気的に接続する。上記逆L字状素子4は、中心導体3と並行している垂直部の下端をアース板1に電気的に接続し、水平部を中心導体3の先端に接続している。このとき中心導体3と逆L字状素子4の位置関係及び詳細な寸法は、インピーダンス特性に依存し決定される。
【0006】
上記従来技術によれば、単一周波数においては、良好な通信を行なうことができ、小形軽量なアンテナ装置を実現することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のアンテナ装置では、何れの場合もインピーダンス特性は狭帯域で、例えば定在波比2.0以下では比帯域は数%〜十数%にすぎず、多周波数帯共用は困難である。
【0008】
近年では、多くの周波数帯が混在しており、例えば携帯電話においては、800MHz帯、1500MHz帯、次世代の2000MHz帯が混在しており、各周波数帯に対応するアンテナをそれぞれ設置する必要がある。
しかし、設置スペースの都合や、美観の問題等から、制約を受けることがあり、アンテナを何種類も設置することが困難となる場合が生じてきている。また、上記設置場所の制約の問題から何種類もアンテナを設置できない場合は、限られた周波数帯しか利用できないという問題がある。
【0009】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、多周波数帯共用が可能な広帯域特性を有するアンテナ装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係るアンテナ装置は、アース板と、このアース板の下側に装着され、中心導体が該アース板の上側面から突出して設けられる同軸接栓と、上記アース板の上側中央部に垂直に設けられるプリント基板と、このプリント基板の一方の面に頂部が上記アース板側に位置するように形成された半円状銅箔と、この半円状銅箔の頂部と上記同軸接栓の中心導体とを電気的に接続する手段と、上記プリント基板の他方の面に上記アース板側に位置するように形成された帯状銅箔と、上記プリント基板の両側に設けられ、上端が上記プリント基板上方中心部より半円状銅箔に電気的に接続され、下端が上記アース板に電気的に接続される金属板とを具備し、上記金属板は上記プリント基板に対して所定の傾斜角度で配置したことを特徴とする。
【0011】
第2の発明は、上記第1の発明に係るアンテナ装置において、アース板の上側に形成された構成部品を絶縁カバーにより覆ったことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る広帯域垂直偏波水平面無指向性のアンテナ装置の構成を示すもので、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は背面図、(d)は上面図である。また、図2は、同実施形態におけるプリント基板に蒸着される半円状銅箔及び帯状銅箔の設定寸法を説明するためのもので、(a)は正面図、(b)は背面図である。
【0013】
図1において、11はアース板で、例えば0.5λ0 (λ0 :中心波長)以上の直径を有している。上記アース板11には、下側中央に同軸接栓12を装着し、その中心導体13をアース板11の上側に突出させている。この場合、中心導体13は、アース板11と絶縁した状態に保持される。また、上記アース板11の上側中央には、矩形状のプリント基板14を垂直に配置し、金属板15a、15bにより保持している。
【0014】
上記プリント基板14には、図1(a)に示すように同軸接栓12の中心導体13と対向する一方の面に半円状銅箔14aが蒸着されると共に、図1(c)に示すように他方の面にアース板11に近接して帯状銅箔14bが蒸着される。上記半円状銅箔14aは、アース板11と絶縁されるよう適宜絶縁物により絶縁し、また、帯状銅箔14bは、他の金属とは絶縁状態となるように配置する。
【0015】
上記プリント基板14の半円状銅箔14aは、図2(a)に示すように最大幅w1が0.3λ0 〜0.4λ0 、高さh1が0.15λ0 〜0.2λ0 の範囲で設定され、円弧の頂部近傍(アース板11側)に同軸接栓12の中心導体13が電気的に接続される。また、帯状銅箔14bは、図2(b)に示すように幅w2が0.3λ0 〜0.4λ0 、高さh2が0.05λ0 〜0.1λ0 の範囲で設定される。
【0016】
そして、図1(b)に示すようにプリント基板14の上端両側に金属板15a、15bの上端をねじ16により固定し、半円状銅箔14aと金属板15a、15bとの間を電気的に接続している。この場合、金属板15a、15bは、プリント基板14とのなす角θが30°〜45°となるように配置し、その下部をアース板11に電気的に接続する。上記金属板15a、15bの幅w3は、0.05λ0 〜0.2λ0 の範囲で設定される。なお、上記プリント基板14の半円状銅箔14aと金属板15a、15bとの電気的接続は、ねじ止め以外の他の方法によっても良いことは勿論である。
以上の詳細な寸法は、所望の周波数帯域、インピーダンス特性に依存し決定される。
【0017】
更に、上記アース板11の上側には、図3に示すようにプリント基板14、及び金属板15a、15b等のアンテナ素子部分を保護するための絶縁カバー17が装着される。図3(a)は、絶縁カバー17を装着した状態を示すアンテナ装置の正面図、同図(b)は上面図である。
【0018】
上記したようにプリント基板14に設けた半円状銅箔14aと金属板15a、15bの一端を電気的に接続し、金属板15a、15bの他端をアース板11に接続する構造とすることにより、周波数特性におけるインピーダンスの変化が緩やかとなるアンテナ素子形状を構成し、更に帯状銅箔14bによるインピーダンス補正を行なって広帯域化を図ると共に、金属板15a、15bにより半円状銅箔14aからアース板11に電気的に接続する折り返し構造とすることで、低姿勢化を図ることができる。
【0019】
また、アンテナ素子部分を絶縁カバー17で覆うことにより、美観上優れた形状とすることができる。
更に、本発明によるアンテナ装置は、プリント基板14、並びにプレス部品である金属板15a、15b等により簡易な構造で実現でき、低コスト化を図ることができる。
【0020】
図4は、上記実施形態で示したアンテナ装置において、中心周波数f0 を1.8GHzとした場合の定在波比特性を示す図である。この特性図からも分かるように定在波比2.0以下における比帯域で約60%の広帯域特性が得られている。
【0021】
また、図5は上記アンテナ装置の垂直偏波水平面指向性を示す図、図6は垂直偏波垂直面指向性を示す図で、垂直偏波水平面無指向性アンテナとして良好に動作している。
【0022】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、小形軽量、広帯域、垂直偏波水平面無指向性アンテナ装置を美観に優れた形状、低コストで実現することができる。また、使用可能な周波数帯を減らすことなく、アンテナ数を少なくでき、設置スペースの都合や、美観の問題等から制約を受けるような場所においても設置が可能となる。更に、アンテナ数が少なくて済むことから、工事施工時の作業負担も軽減でき、高い経済性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を示し、(a)は絶縁カバーを外してアンテナ素子部分を示す正面図、(b)は側面図、(c)は背面図、(d)は上面図。
【図2】同実施形態において、プリント基板に蒸着される半円状銅箔及び帯状銅箔の設定寸法を説明するための図。
【図3】同実施形態におけるアンテナ装置の絶縁カバーを装着した状態を示したもので、(a)は正面図、(b)は上面図。
【図4】同実施形態における定在波比特性を示す図。
【図5】同実施形態における垂直偏波水平面指向性を示す図。
【図6】同実施形態における垂直偏波垂直面指向性を示す図。
【図7】従来のモノポールアンテナの構成を示す図。
【図8】従来の逆L形アンテナの構成を示す図。
【図9】従来の逆F形アンテナの構成を示す図。
【符号の説明】
11 アース板
12 同軸接栓
13 中心導体
14 プリント基板
14a 半円状銅箔
14b 帯状銅箔
15a、15b 金属板
16 ねじ
17 絶縁カバー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a small, lightweight, wide-band vertically polarized horizontal plane omnidirectional antenna device used for, for example, in-vehicle use and indoor ceiling mounting in mobile communication.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, vertically polarized horizontal plane omnidirectional antennas for small and light in-vehicle and indoor ceiling mounting in mobile communication use, for example, monopole type, inverted L type, inverted F type, etc., single frequency band Used in.
[0003]
FIG. 7 shows a configuration of a conventional monopole antenna. In FIG. 7,
[0004]
FIG. 8 shows a configuration of an inverted L-shaped antenna. The
[0005]
FIG. 9 shows the configuration of an inverted F-shaped antenna. The
[0006]
According to the above-described prior art, good communication can be performed at a single frequency, and a small and lightweight antenna device can be realized.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any of the above conventional antenna devices, the impedance characteristic is a narrow band in any case, for example, when the standing wave ratio is 2.0 or less, the ratio band is only a few percent to a few dozen percent, and multi-frequency band sharing is difficult. is there.
[0008]
In recent years, many frequency bands are mixed. For example, in mobile phones, 800 MHz band, 1500 MHz band, and next generation 2000 MHz band are mixed, and it is necessary to install antennas corresponding to each frequency band. .
However, there are cases where it is difficult to install several types of antennas due to limitations of installation space, aesthetic problems, and the like. In addition, there is a problem that only a limited frequency band can be used when many types of antennas cannot be installed due to the above-described problem of installation location restrictions.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device having a wideband characteristic that can be shared by multiple frequency bands.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An antenna device according to a first aspect of the present invention includes a ground plate, a coaxial plug that is attached to the lower side of the ground plate, and a center conductor is provided so as to protrude from the upper side surface of the ground plate, and an upper central portion of the ground plate. A printed circuit board that is perpendicular to the printed circuit board, a semicircular copper foil formed on one surface of the printed circuit board so that the top is located on the ground plate side, and the top of the semicircular copper foil and the coaxial contact Means for electrically connecting the central conductor of the stopper, a strip-shaped copper foil formed on the other surface of the printed circuit board so as to be positioned on the ground plate side, provided on both sides of the printed circuit board, and having an upper end A metal plate electrically connected to the semicircular copper foil from the upper central portion of the printed circuit board and having a lower end electrically connected to the ground plate ; characterized by being arranged at an inclination angle
[0011]
According to a second aspect of the invention, in the antenna device according to the first aspect of the invention, a component formed on the upper side of the ground plate is covered with an insulating cover.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A and 1B show a configuration of a wideband vertical polarization horizontal plane omnidirectional antenna device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a side view, and FIG. , (D) is a top view. Moreover, FIG. 2 is for demonstrating the setting dimension of the semicircle copper foil and strip | belt-shaped copper foil vapor-deposited on the printed circuit board in the embodiment, (a) is a front view, (b) is a rear view. is there.
[0013]
In FIG. 1,
[0014]
As shown in FIG. 1A, a
[0015]
As shown in FIG. 2A, the
[0016]
And as shown in FIG.1 (b), the upper end of the
The above detailed dimensions are determined depending on the desired frequency band and impedance characteristics.
[0017]
Further, an insulating
[0018]
As described above, the
[0019]
Further, by covering the antenna element portion with the insulating
Furthermore, the antenna device according to the present invention can be realized with a simple structure by using the printed
[0020]
FIG. 4 is a diagram showing the standing wave ratio characteristics when the center frequency f0 is 1.8 GHz in the antenna device shown in the above embodiment. As can be seen from this characteristic diagram, a broadband characteristic of about 60% is obtained in a specific band at a standing wave ratio of 2.0 or less.
[0021]
FIG. 5 is a diagram showing the vertical polarization horizontal plane directivity of the antenna device, and FIG. 6 is a diagram showing the vertical polarization vertical plane directivity. The antenna device operates well as a vertical polarization horizontal plane omnidirectional antenna.
[0022]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize a small, lightweight, wide-band, vertically polarized horizontal plane omnidirectional antenna device with an aesthetically pleasing shape and at low cost. In addition, the number of antennas can be reduced without reducing the usable frequency band, and installation is possible even in places where there are restrictions due to the convenience of installation space, aesthetic problems, and the like. Furthermore, since the number of antennas can be reduced, the work burden during construction can be reduced, and high economic efficiency can be obtained.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an antenna device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front view showing an antenna element portion with an insulating cover removed, FIG. 1B is a side view, FIG. ) Is a top view.
FIG. 2 is a view for explaining set dimensions of a semicircular copper foil and a strip-shaped copper foil deposited on a printed circuit board in the embodiment.
3A and 3B show a state in which an insulating cover of the antenna device according to the embodiment is mounted, in which FIG. 3A is a front view, and FIG. 3B is a top view.
FIG. 4 is a diagram showing a standing wave ratio characteristic in the embodiment.
FIG. 5 is a view showing vertical polarization horizontal plane directivity in the same embodiment;
FIG. 6 is a view showing vertical polarization vertical plane directivity in the same embodiment;
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional monopole antenna.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional inverted L antenna.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional inverted F antenna.
[Explanation of symbols]
Claims (2)
上記金属板は上記プリント基板に対して所定の傾斜角度で配置したことを特徴とするアンテナ装置。A grounding plate, a coaxial plug mounted on the lower side of the grounding plate and having a central conductor protruding from the upper side surface of the grounding plate, a printed circuit board provided perpendicular to the upper central portion of the grounding plate, A semicircular copper foil formed so that the top portion is located on one side of the printed board on the ground plate side, and the top portion of the semicircular copper foil and the central conductor of the coaxial plug are electrically connected. And a strip-shaped copper foil formed on the other surface of the printed circuit board so as to be positioned on the ground plate side, provided on both sides of the printed circuit board, and the upper end is semicircular from the upper central part of the printed circuit board A metal plate electrically connected to the copper foil and having a lower end electrically connected to the ground plate, and an insulating cover covering the components formed on the upper side of the ground plate,
The antenna apparatus according to claim 1, wherein the metal plate is arranged at a predetermined inclination angle with respect to the printed circuit board .
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