JP3967264B2

JP3967264B2 - Dual frequency antenna

Info

Publication number: JP3967264B2
Application number: JP2002376704A
Authority: JP
Inventors: 一憲加藤; 篤北内
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2004208151A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２つの周波数の電波を送受信することができる２周波数共用アンテナに関し、特にパッチアンテナを使用したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パッチアンテナは、パッチアンテナ素子と、アース板とからなり、パッチアンテナを使用する周波数によって、パッチアンテナ素子の寸法とアース板の最小寸法とが定まる。また、必要とされる指向性等の性能によって、パッチアンテナ素子とアース板との間隔や、パッチアンテナ素子における給電位置が定まる。例えば、正方形のパッチアンテナ素子を使用する場合、送受信しようとする周波数が決定されると、その周波数の電波の約１／２波長の長さが基準となって、パッチアンテナ素子の一辺の長さが決定され、１波長の長さが基準となってアース板の一辺の寸法が決まる。指向性等の他の性能によって、パッチアンテナ素子とアース板との間隔が決定される。従って、パッチアンテナを小型化しようとしても、使用周波数やその他の性能によって最小寸法が決定される。
【０００３】
ところで、最近、インターネットへの接続のために、２．４ＧＨｚ帯の周波数の通信機器が使用されている。また、より高速、大容量を目的とした５．２ＧＨｚの周波数帯を使用した通信機器も一部で使用され始めている。そのため、２．４ＧＨｚ帯及び５．２ＧＨｚ帯の両周波数帯域において使用できるアンテナの要望が高まっている。さらに、上記のような目的で使用するアンテナとしては、卓上に設置しても、場所を取らない小型なアンテナが希望されている。例えば、インターネット接続用として充分な性能を持つ２．４ＧＨｚ帯用のパッチアンテナは、１０ｃｍ角で、厚さが１ｃｍのサイズに設計することができ、同５．２ＧＨｚ帯のパッチアンテナは、６ｃｍ角で、厚さが６ｍｍのサイズに設計することができる。
【０００４】
そのため、上述したようなパッチアンテナを２．４ＧＨｚ帯や５．２ＧＨｚ帯のアンテナとして使用することが考えられている。しかし、実際には２つの周波数に対応するためには、パッチアンテナ素子を２枚使用しなければならない。これら２つのパッチアンテナ素子を、１枚のアース板状に並べて配置する場合、小型化するために、２枚のパッチアンテナ素子を接近させて配置すると、２つのパッチアンテナ素子の間で干渉が生じ、所望の性能が得られなくなる。そのため、２つのパッチアンテナ素子の中心間を、２．４ＧＨｚ帯の電波の１波長以上、約１２．５ｃｍ以上を基準にして離しておく必要がある。そのため、アース板に長方形状のものを使用した場合、長辺の寸法が約２０ｃｍにもなる。即ち、２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯の２周波数に対応するアンテナを小型に設計する場合には、１つのアース板上に２つのパッチアンテナ素子を並べて配置する構成は不適である。また、アース板の長辺が大きいので、アンテナ全体も大きくなり、部品から梱包まで全て大型化するため、コストが高くなり、高価なアンテナとなる。
【０００５】
そこで、本願出願人は、２つのパッチアンテナ素子のうち、寸法の大きい２．４ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子を、アース板に平行に配置し、寸法の小さい５．２ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子を、２．４ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子の上に平行に重ねて配置した２周波数共用アンテナを提案した（特願２００２−１１２１７９号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この提案を基に実際にアンテナを設計製作してみると、５．２ＧＨｚ帯用の正方形パッチアンテナ素子の一辺の長さは、１波長（約５７ｍｍ）の１／２である２８ｍｍ程度しかない。また、このパッチアンテナ素子をアースするため及びアース板に固定するために導電性のネジによってパッチアンテナ素子をアース板に、所望の間隔をあけて保持する。このために、パッチアンテナ素子の中央に、サイズがＭ３ネジ（頭部直径が約５．５ｍｍ）を設けると、給電点を設けることができる範囲は、このＭ３ネジの外縁からパッチアンテナ素子の辺までの直線距離の範囲である。この距離は、中心から辺までの距離である約１４ｍｍからＭ３ネジの頭部半径である約３ｍｍを減算したわずか約１１ｍｍである。そのため、給電点の周りとアースとは、コンパクトな構造にする必要があった。
【０００７】
本発明は、２つの周波数を送受信するために設けられた２つのパッチアンテナ素子の給電点周りとアースとをコンパクトに構成した２周波数共用アンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による２周波数共用アンテナは、アース板を有している。このアース板は、金属製のもので、対向する２つのアンテナ主表面を有している。第１周波数用の金属製の第１パッチアンテナ素子が、対向する２つの第１アンテナ主表面を有し、一方の第１アンテナ主表面が、前記アース板の一方のアース主表面と間隔を隔てて、ほぼ平行に配置されている。第２周波数用の金属製の第２パッチアンテナ素子も、対向する２つの第２アンテナ主表面を有し手いる。一方の第２アンテナ主表面が、第１パッチアンテナ素子の他方の第１アンテナ主表面と間隔を隔てて、前記アース板のアース主表面及び第１のアンテナ主表面とほぼ平行に配置されている。第２周波数としては、第２パッチアンテナ素子を第１パッチアンテナ素子よりも小さくするために、第１の周波数よりも高い周波数とすることが望ましい。第１及び第２のパッチアンテナ素子としては、公知の種々の形状のものを使用することができ、例えば正方形または円形のものを使用することができる。前記第１パッチアンテナ素子の給電点から前記アース板の他方のアース主表面側に第１の給電部が導出されている。第１の給電部としては、例えば導電性の棒上部を使用することができる。前記第１パッチアンテナ素子の一方の第１アンテナ主表面における第１パッチアンテナ素子の給電点とは異なる位置と前記一方のアース主表面とに金属製のスペーサの端部が接触している。金属製スペーサには、前記一方の第１アンテナ主表面と前記アース主表面とを繋ぐ方向に沿って内部孔が貫通し、この内部孔にめねじが形成されている。金属製スペーサの一方の端部が第１パッチアンテナ素子及びアース板の一方に着脱不能に結合されている。絶縁性おねじが、金属製スペーサの他方の端部から前記内部孔に進入して前記めねじに螺合して、第１パッチアンテナ素子及び前記アース板の他方を前記スペーサにねじ結合している。この絶縁性ネジには、前記スペーサの長さ方向に沿って貫通した挿通孔が内部に形成されている。前記第２パッチアンテナ素子の給電点から前記挿通孔を介して前記アース板の他方のアース主表面側に第２の給電部が導出されている。第２の給電部も、導電性の棒状部とすることができる。
【０００９】
このように構成した２周波数共用アンテナでは、第１パッチアンテナ素子を電気的にアース板に接続すると共に第１パッチアンテナ素子とアース板との間に所定の間隔を維持しているスペーサの内部を、第２パッチアンテナ素子からの第２給電部が通過している。従って、第１パッチアンテナ素子とアース板との電気的接続位置及び第１パッチアンテナ素子とアース板との間隔の保持位置と、第２パッチアンテナ素子の給電位置とが、平面的に見るとほぼ同一の位置で行われており、第２パッチアンテナ素子上にスペースが少なくても、第２パッチアンテナ素子の給電を確実に行うことができる。しかも、第２のパッチアンテナ素子の第２給電部は、絶縁性おねじ内を通して導出している。従って第２給電部は、導電性のスペーサ内に挿通された絶縁性のおねじ内に挿通されているので、いわゆる同軸ケーブルと同等の構成となり、不要な放射が第２の給電部から生じにくい。また、おねじによって、アース板とスペーサとの結合または第１パッチアンテナ素子とアース板との結合を行っているので、アース板は常に第１パッチアンテナ素子と機械的に結合されていない。従って、アース板には、他のパッチアンテナにも使用することができるアース板を共通に使用することができ、在庫管理が容易になる。但し、おねじに金属製のものを使用すると、おねじ内に挿通される第２の導電部がおねじに接触してショートし、第２パッチアンテナ素子が正常に動作しない。これを防止するために絶縁性おねじを使用している。
【００１０】
スペーサは、第１パッチアンテナ素子のほぼ中央に設けることが望ましい。即ち、第２の給電部が、第１パッチアンテナ素子のほぼ中央を通過することが望ましい。第１パッチアンテナ素子と第２パッチアンテナ素子との中心を重ね合わせた構造にすると、第２の給電部の位置が第１パッチアンテナ素子の中心とは離れた位置になる。第２の給電部からの放射が第１パッチアンテナ素子の電位に干渉し、第１パッチアンテナ素子のアンテナ性能を損なうことがある。そこで、第２パッチアンテナ素子の第２給電部が、第１パッチアンテナ素子の電位が最も影響を受けないほぼ中央のアース点を通過するように構成している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態の２周波数共用アンテナ２は、第１の周波数、例えば２．４ＧＨｚ帯と第２の周波数、例えば５．２ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において送受信が可能なものである。この２周波数共用アンテナ２は、各図に示すように、アース板４を有している。アース板４は、図１に示すように、相対向する２つのアース主表面４ａ、４ｂを有する導体、例えばアルミニウムまたは銅製の長方形状のものである。
【００１２】
このアース板４のアース主表面４ａと所定の間隔、例えば７ｍｍを隔てて、第１のパッチアンテナ素子、例えば２．４ＧＨｚ帯用パッチアンテナ素子６が配置されている。このパッチアンテナ素子６は、例えば正方形状に形成された導体、例えばアルミニウムまたは銅製のもので、その一辺の長さは、２．４ＧＨｚの電波の半波長（約６．２５ｃｍ）に選択されている。このパッチアンテナ素子６は、相対向するアンテナ主表面６ａ、６ｂを有している。これら主表面６ａ、６ｂが、アース板４の主表面４ａ、４ｂと平行になるように、パッチアンテナ素子６が配置されている。
【００１３】
このパッチアンテナ素子６とアース板４との間には、これらと直交するようにスペーサ８が配置されている。スペーサ８は、導体で剛性の大きい材料、例えばアルミニウムまたは銅製の円柱状のものである。このスペーサ８の一端部が、図３に示すように、パッチアンテナ素子６の中央に機械的結合、例えばカシメられている。このスペーサ８の他端部は、アース板４のアース主表面４ａに接触している。従って、スペーサ８も７ｍｍの長さを有している。図１に示すように、このスペーサ８の内部には、その長さ方向に沿って一端部から他端部まで挿通孔が形成されている。その挿通孔には、その長さ方向に沿ってめねじ１０が形成されている。このめねじ１０には、アース板４のアース主表面４ｂ側から、絶縁性おねじ１２が、中途まで螺合しており、スペーサ８をアース板４に固定している。絶縁性おねじ１２の先端は、アース主表面４ａから例えば４．８ｍｍの位置に位置している。パッチアンテナ素子６は、アース板４と所定の間隔を隔てて保持されると共に、パッチアンテナ素子６の中央が接地されている。この絶縁性おねじ１２は、樹脂成形されたもので、その中央には、長さ方向に沿って挿通孔１４が形成されている。
【００１４】
図３に示すように、パッチアンテナ素子６の主表面６ａにおいて中心から離れた所定の位置に給電点１６が設けられている。この給電点１６は、水平または垂直偏波の電波を受信するかによって、その位置が変化するが、この給電点１６には、図１に示すように、第１の給電部、例えば細い棒状の給電ピン１８の一端が半田付けされている。この給電ピン１８は、パッチアンテナ素子６を垂直に貫通し、アース板４側に伸び、アース板４のアース主表面４ａ、４ｂを貫通して、アース主表面４ｂ側に突出している。
【００１５】
パッチアンテナ素子６の主表面６ａと間隔を隔てて、第２のパッチアンテナ素子、例えば５．２ＧＨｚ帯用のパッチアンテナ素子２０が配置されている。このパッチアンテナ素子２０は、相対向する主表面２０ａ、２０ｂを有する導体、例えばアルミニウムまたは銅製のもので、概略正方形状に形成されている。このパッチアンテナ素子２０の一辺の長さは、５．２ＧＨｚの電波の半波長（約２．９ｃｍ）に選択されている。このパッチアンテナ素子２０のアンテナ主表面２０ａ、２０ｂが、パッチアンテナ素子６の主表面６ａ、６ｂと平行になるように、パッチアンテナ素子２０は、パッチアンテナ素子６と所定の間隔を隔てて配置されている。
【００１６】
図３に示すように、このパッチアンテナ素子２０の中心には、結合具、例えばおねじ２２が挿通されている。このおねじ２２は、図１に示すように、パッチアンテナ素子２０に直交して、パッチアンテナ素子６に伸び、その先端部がパッチアンテナ素子６に螺合している。このおねじ２２は、導電性のもので、アンテナ素子２０をパッチアンテナ素子６に取り付けると共に、パッチアンテナ素子２０の中心をパッチアンテナ素子６に電気的に結合するために使用されている。アース板４とパッチアンテナ素子６とをスペーサ８で電気的に結合させ、スペーサ８の挿通孔に給電ピン２８を挿通することにより、パッチアンテナ素子２０をアース板として機能させている。おねじ２２は、パッチアンテナ素子２０とパッチアンテナ素子６との間隔を所定の間隔に維持するための絶縁性のスペーサ２４内に挿通され、パッチアンテナ素子６、２０にそれぞれ端部が接触している。おねじ２２は、例えばＭ３サイズのものである。
【００１７】
パッチアンテナ素子２０の主表面２０ａは、図３に示すように、水平または垂直偏波の電波を送受信するための給電点２６を有している。図１に示すように、この給電点２６がスペーサ８の中心と一致するように、パッチアンテナ素子２０は、パッチアンテナ素子６上に配置されている。この給電点２６に、第２の給電部、例えば細長い給電ピン２８の一端が半田付けされ、その先端部は、パッチアンテナ素子２０に直交して、スペーサ８内に侵入し、絶縁性のおねじ１２の挿通孔１４を通って、アース板４のアース主表面４ｂ側に導出されている。絶縁性のおねじ１２内を給電ピン２８が通っているので、給電ピン２８の位置がずれても、スペーサ８と電気的に接続されることはない。
【００１８】
アース板４のアース主表面４ｂ側には、これに接触した状態で、基板スペーサ３０が配置されている。この基板スペーサ３０も相対向する主表面３０ａ、３０ｂを有し、主表面３０ａがアース板４のアース主表面４ｂに接触している。基板スペーサ３０の主表面３０ｂ側に基板３２が配置されている。この基板３２も、相対向する主表面３２ａ、３２ｂを有し、主表面３２ａが基板スペーサ３０の主表面３０ｂに接触している。基板３２の主表面３２ｂ側には、伝送路（図示せず）が形成されている。この伝送路には、給電ピン１８、２８の先端部が半田付けされている。この伝送路は、図示していないが、給電線、例えば同軸ケーブルに接続され、所定の通信機器に接続される。なお、アース板４の短辺及び長辺の長さは、２．４ＧＨｚの１波長（１２．５ｃｍ）よりも長い長さにそれぞれ選択されている。
【００１９】
このように構成された２周波数共用アンテナ２の組み立ては、例えば次のように行われる。パッチアンテナ素子６にスペーサ８をカシメる。次にパッチアンテナ素子２０を絶縁性スペーサ２４を介しておねじ２２によってパッチアンテナ素子６に取り付ける。スペーサ８の端部をアース板４の主表面４ａに接触させて、主表面４ｂ側から絶縁性おねじ１２によってアース板４にスペーサ８を固定する。図２に示すように、基板スペーサ３０と基板３２とを積層して、基板スペーサ３０の主表面３０ａをアース板４の主表面４ｂに接触させ、適当なねじ（図示せず）によってアース板４に取り付ける。給電ピン２８を給電点２６から絶縁性おねじ１２の挿通孔１４を通して基板３２側に引き出し、給電ピン２８の両端部をパッチアンテナ素子２０の主表面２０ａ側及び基板３２の主表面３２ｂ側に半田付けする。同様に給電点１６から給電ピン１８を挿通し、基板３２に通し、給電ピン１８の両端部をパッチアンテナ素子６の主表面６ａ側及び基板３２の主表面３２ｂ側に半田付けする。
【００２０】
この２周波数共用アンテナ２では、２．４ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子６をアース板４に対して固定すると共に電気的に接続するために用いているスペーサ８内に、５．２ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子２０の給電ピン２８を通しているので、２．４ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子６の接地と、５．２ＧＨｚ帯のパッチアンテナ素子２０の給電とを平面的に見て同じ場所で行うことができる。従って、２周波数共用アンテナ２を小型化することができる。しかも、給電ピン２８は、パッチアンテナ素子６の電位が零である部分（パッチアンテナ素子６の中心）を通過するので、パッチアンテナ素子６のアンテナ性能に影響を殆ど与えない。しかも、スペーサ８と、絶縁性おねじ１２と給電ピン２８とが同軸構造をなすので、スペーサ８の周囲に５．２ＧＨｚ帯の電波の放射が殆ど生じることがなく、益々パッチアンテナ素子６のアンテナ性能にパッチアンテナ素子２０が影響を与えることがない。また、アース板４は、絶縁性おねじ１２によってスペーサ８に結合されている。従って、アース板４は、他のパッチアンテナ、例えば２．４ＧＨｚ帯専用のパッチアンテナに使用するアース板と共通のものを使用することができる。もし、パッチアンテナ素子６とスペーサ８との結合、アース板４とスペーサ６との結合を、それぞれカシメまたは溶接によって行ったなら、他のパッチアンテナと共通に使用可能なアース板４であるにも拘わらず、パッチアンテナ素子の寸法がパッチアンテナの機種によって異なるため、アース板４とパッチアンテナ素子とが固定されて大きなサイズとなって部品を他種類在庫管理しなければならない。しかし、絶縁性おねじ１２によってアース板４とスペーサ８とを結合するようにすれば、アース板４は、他の機種と共通に使用することができ、在庫管理が容易になる。
【００２１】
上記の実施の形態では、スペーサ８はパッチアンテナ素子６側にカシメられ、アース板４側で絶縁性おねじ１２によってねじ止めされたが、逆にスペーサ８をアース板４側にカシメて、パッチアンテナ素子６とスペーサ８とをおねじ１２によって螺合することもできる。或いは、スペーサ８をアース板４及びパッチアンテナ素子６それぞれにねじ止めすることもできる。上記の実施の形態では、パッチアンテナ素子６、２０は、共に正方形状のものを使用したが、これに限ったものではなく、公知の種々のパッチアンテナ素子、例えば円形のパッチアンテナ素子を使用することもできる。また、上記の実施の形態では、スペーサ８はパッチアンテナ素子６の中心に配置したが、場合によっては、中心以外の位置に配置することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第１の周波数用のパッチアンテナ素子のアース板への電気的接続及びアース板への機械的結合を行うスペーサの内部に、第２周波数用のパッチアンテナ素子の給電部を通過させるように構成しているので、第２のパッチアンテナ素子への給電と、第１パッチアンテナ素子及びアース板の電気的及び機械的接続とを平面的に見た場合、同一箇所で行っているので、２周波数共用アンテナを小型化することができる。さらに、アース板がパッチアンテナ素子と分離可能であるので、アース板は他のパッチアンテナに使用するものと共通のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の２周波数共用アンテナの縦断側面図である。
【図２】図１の２周波数共用アンテナの組み立て図である。
【図３】図１の２周波数共用アンテナの平面図である。
【符号の説明】
２２周波数共用アンテナ
４アース板
４ａ４ｂアース主表面
６２．４ＧＨｚ帯用パッチアンテナ素子（第１周波数パッチアンテナ素子）
６ａ６ｂアンテナ主表面（第１アンテナ主表面）
８スペーサ
１０めねじ
１２絶縁性おねじ
１４挿通孔
１８給電ピン（第１の給電部）
２０５．２ＧＨｚ帯用パッチアンテナ素子（第２周波数パッチアンテナ素子）
２０ａ２０ｂアンテナ主表面（第２アンテナ主表面）
２８給電ピン（第２の給電部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dual-frequency antenna that can transmit and receive radio waves of at least two frequencies, and more particularly to an antenna using a patch antenna.
[0002]
[Prior art]
The patch antenna includes a patch antenna element and a ground plate, and the size of the patch antenna element and the minimum size of the ground plate are determined by the frequency at which the patch antenna is used. Further, the distance between the patch antenna element and the ground plate and the feeding position in the patch antenna element are determined by the required performance such as directivity. For example, when a square patch antenna element is used, when the frequency to be transmitted / received is determined, the length of one side of the patch antenna element is based on the length of about ½ wavelength of the radio wave of that frequency. And the dimension of one side of the ground plate is determined based on the length of one wavelength. The distance between the patch antenna element and the ground plate is determined by other performance such as directivity. Accordingly, even if the patch antenna is to be miniaturized, the minimum dimension is determined by the operating frequency and other performance.
[0003]
Recently, a communication device having a frequency of 2.4 GHz band is used for connection to the Internet. In addition, some communication devices using the 5.2 GHz frequency band aiming at higher speed and larger capacity have begun to be used. Therefore, there is an increasing demand for antennas that can be used in both the 2.4 GHz band and the 5.2 GHz band. Furthermore, as an antenna used for the above-mentioned purposes, a small antenna that does not take up space even when installed on a desktop is desired. For example, a 2.4 GHz band patch antenna with sufficient performance for Internet connection can be designed to be 10 cm square and 1 cm thick, and a 5.2 GHz band patch antenna is 6 cm square. Thus, the thickness can be designed to be 6 mm.
[0004]
For this reason, it is considered that the patch antenna as described above is used as an antenna in the 2.4 GHz band or the 5.2 GHz band. However, in practice, two patch antenna elements must be used to support two frequencies. When these two patch antenna elements are arranged side by side on a single ground plate, if the two patch antenna elements are arranged close to each other to reduce the size, interference occurs between the two patch antenna elements. The desired performance cannot be obtained. Therefore, it is necessary to separate the centers of the two patch antenna elements with reference to at least one wavelength of a 2.4 GHz band radio wave and about 12.5 cm. For this reason, when a rectangular earth plate is used, the dimension of the long side is about 20 cm. That is, when an antenna corresponding to two frequencies of the 2.4 GHz band and the 5.2 GHz band is designed in a small size, a configuration in which two patch antenna elements are arranged side by side on one ground plate is inappropriate. In addition, since the long side of the ground plate is large, the entire antenna is also large, and everything from parts to packaging is increased in size, resulting in an increase in cost and an expensive antenna.
[0005]
Therefore, the applicant of the present invention arranges a patch antenna element of 2.4 GHz band having a large size out of the two patch antenna elements in parallel to the ground plate and replaces the patch antenna element of 5.2 GHz band having a small dimension with 2. A dual-frequency shared antenna arranged in parallel on a 4 GHz band patch antenna element has been proposed (Japanese Patent Application No. 2002-112179).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when actually designing and manufacturing the antenna based on this proposal, the length of one side of the square patch antenna element for the 5.2 GHz band is only about 28 mm which is 1/2 of one wavelength (about 57 mm). Absent. Further, in order to ground the patch antenna element and fix it to the ground plate, the patch antenna element is held on the ground plate at a desired interval by a conductive screw. For this reason, when an M3 screw (having a head diameter of about 5.5 mm) is provided at the center of the patch antenna element, the feed point can be provided from the outer edge of the M3 screw to the side of the patch antenna element. It is the range of the linear distance to. This distance is only about 11 mm obtained by subtracting about 3 mm which is the head radius of the M3 screw from about 14 mm which is the distance from the center to the side. Therefore, it is necessary to make the structure around the feeding point and the ground compact.
[0007]
An object of the present invention is to provide a dual-frequency shared antenna in which the area around the feeding point of two patch antenna elements provided for transmitting and receiving two frequencies and the ground are compactly configured.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The dual-frequency shared antenna according to the present invention has a ground plate. The ground plate is made of metal and has two antenna main surfaces facing each other. The metal first patch antenna element for the first frequency has two first antenna main surfaces facing each other, and one first antenna main surface is spaced from one ground main surface of the ground plate. Are arranged almost in parallel. The metal second patch antenna element for the second frequency also has two second antenna main surfaces facing each other. One second antenna main surface is disposed substantially parallel to the ground main surface and the first antenna main surface of the ground plate at a distance from the other first antenna main surface of the first patch antenna element. . The second frequency is desirably higher than the first frequency in order to make the second patch antenna element smaller than the first patch antenna element. As the first and second patch antenna elements, those having various known shapes can be used, for example, square or circular ones can be used. A first feeding portion is led out from the feeding point of the first patch antenna element to the other ground main surface side of the ground plate. For example, a conductive bar upper portion can be used as the first power feeding unit. The end of the metal spacer is in contact with a position different from the feeding point of the first patch antenna element on one first antenna main surface of the first patch antenna element and the one ground main surface. An internal hole passes through the metal spacer along a direction connecting the first antenna main surface and the ground main surface, and a female screw is formed in the internal hole. One end of the metal spacer is non-detachably coupled to one of the first patch antenna element and the ground plate. An insulating male screw enters the internal hole from the other end of the metal spacer and is screwed into the female screw, and the other of the first patch antenna element and the ground plate is screwed to the spacer. Yes. The insulating screw is formed with an insertion hole penetrating along the length direction of the spacer. A second feeding part is led out from the feeding point of the second patch antenna element to the other earth main surface side of the earth plate through the insertion hole. The second power feeding portion can also be a conductive rod-like portion.
[0009]
In thus constituted second frequency shared antenna, internal spacer which maintains a predetermined distance from the first patch antenna element is electrically connected to the ground plate and both the first patch antenna element and the ground plate Through the second feed antenna element from the second patch antenna element. Accordingly, the electrical connection position between the first patch antenna element and the ground plate, the holding position of the distance between the first patch antenna element and the ground plate, and the feeding position of the second patch antenna element are almost the same in plan view. Even if there is little space on the second patch antenna element, it is possible to reliably feed the second patch antenna element. In addition, the second feeding portion of the second patch antenna element is led out through the insulating male screw. Accordingly, since the second power feeding portion is inserted into an insulating male screw inserted into the conductive spacer, the second power feeding portion has the same configuration as a so-called coaxial cable, and unnecessary radiation hardly occurs from the second power feeding portion. . Further, since the ground plate and the spacer or the first patch antenna element and the ground plate are coupled by the male screw, the ground plate is not always mechanically coupled to the first patch antenna element. Therefore, a ground plate that can be used for other patch antennas can be used in common as the ground plate, and inventory management becomes easy. However, if a male screw is used, the second conductive portion inserted into the male screw contacts the male screw and short-circuits, and the second patch antenna element does not operate normally. Insulating male screws are used to prevent this.
[0010]
It is desirable that the spacer is provided at substantially the center of the first patch antenna element. That is, it is desirable that the second power feeding portion passes through substantially the center of the first patch antenna element. When the center of the first patch antenna element and the second patch antenna element is superposed, the position of the second feeding portion is away from the center of the first patch antenna element. Radiation from the second power feeding unit may interfere with the potential of the first patch antenna element, thereby impairing the antenna performance of the first patch antenna element. Therefore, the second feeding portion of the second patch antenna element is configured to pass through a substantially central ground point where the potential of the first patch antenna element is not affected most.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The dual-frequency shared antenna 2 according to the embodiment of the present invention can transmit and receive in two frequency bands of a first frequency, for example, a 2.4 GHz band and a second frequency, for example, a 5.2 GHz band. The dual-frequency shared antenna 2 has a ground plate 4 as shown in each drawing. As shown in FIG. 1, the ground plate 4 is a conductor having two ground main surfaces 4a and 4b facing each other, for example, a rectangular shape made of aluminum or copper.
[0012]
A first patch antenna element, for example, a 2.4 GHz band patch antenna element 6 is disposed at a predetermined distance, for example, 7 mm, from the ground main surface 4 a of the ground plate 4. The patch antenna element 6 is, for example, a conductor formed in a square shape, for example, made of aluminum or copper, and the length of one side thereof is selected to be a half wavelength (about 6.25 cm) of a 2.4 GHz radio wave. . The patch antenna element 6 has antenna main surfaces 6a and 6b that face each other. Patch antenna element 6 is arranged such that main surfaces 6a and 6b are parallel to main surfaces 4a and 4b of ground plate 4.
[0013]
A spacer 8 is disposed between the patch antenna element 6 and the ground plate 4 so as to be orthogonal thereto. The spacer 8 is a cylindrical material made of a conductor and a material having high rigidity, for example, aluminum or copper. As shown in FIG. 3, one end of the spacer 8 is mechanically coupled, for example, caulked to the center of the patch antenna element 6. The other end of the spacer 8 is in contact with the ground main surface 4 a of the ground plate 4. Therefore, the spacer 8 also has a length of 7 mm. As shown in FIG. 1, an insertion hole is formed in the spacer 8 from one end to the other end along the length direction. A female screw 10 is formed in the insertion hole along the length direction. An insulating male screw 12 is screwed into the female screw 10 from the ground main surface 4 b side of the ground plate 4 halfway, and the spacer 8 is fixed to the ground plate 4. The tip of the insulating male screw 12 is located at a position of, for example, 4.8 mm from the ground main surface 4a. The patch antenna element 6 is held at a predetermined distance from the ground plate 4 and the center of the patch antenna element 6 is grounded. The insulating male screw 12 is resin-molded, and an insertion hole 14 is formed in the center along the length direction.
[0014]
As shown in FIG. 3, a feeding point 16 is provided at a predetermined position away from the center on the main surface 6 a of the patch antenna element 6. The feed point 16 changes its position depending on whether it receives horizontal or vertically polarized radio waves. As shown in FIG. 1, the feed point 16 has a first feed part, for example, a thin rod-like shape. One end of the power supply pin 18 is soldered. The feed pin 18 vertically penetrates the patch antenna element 6, extends to the ground plate 4 side, passes through the ground main surfaces 4 a and 4 b of the ground plate 4, and protrudes to the ground main surface 4 b side.
[0015]
A second patch antenna element, for example, a patch antenna element 20 for a 5.2 GHz band, is disposed at a distance from the main surface 6 a of the patch antenna element 6. The patch antenna element 20 is a conductor having main surfaces 20a and 20b facing each other, for example, made of aluminum or copper, and is formed in a substantially square shape. The length of one side of the patch antenna element 20 is selected to be a half wavelength (about 2.9 cm) of a 5.2 GHz radio wave. The patch antenna element 20 is arranged at a predetermined interval from the patch antenna element 6 so that the antenna main surfaces 20a, 20b of the patch antenna element 20 are parallel to the main surfaces 6a, 6b of the patch antenna element 6. ing.
[0016]
As shown in FIG. 3, a coupler, for example, a male screw 22 is inserted through the center of the patch antenna element 20. As shown in FIG. 1, the male screw 22 extends perpendicularly to the patch antenna element 20 and extends to the patch antenna element 6, and a tip portion thereof is screwed to the patch antenna element 6. The male screw 22 is conductive and is used to attach the antenna element 20 to the patch antenna element 6 and to electrically couple the center of the patch antenna element 20 to the patch antenna element 6. The ground plate 4 and the patch antenna element 6 are electrically coupled by the spacer 8, and the feed pin 28 is inserted into the insertion hole of the spacer 8, thereby causing the patch antenna element 20 to function as a ground plate. The male screw 22 is inserted into an insulating spacer 24 for maintaining the distance between the patch antenna element 20 and the patch antenna element 6 at a predetermined distance. Yes. The male screw 22 is of M3 size, for example.
[0017]
As shown in FIG. 3, the main surface 20a of the patch antenna element 20 has a feeding point 26 for transmitting and receiving radio waves of horizontal or vertical polarization. As shown in FIG. 1, the patch antenna element 20 is arranged on the patch antenna element 6 so that the feeding point 26 coincides with the center of the spacer 8. One end of a second feeding part, for example, an elongated feeding pin 28, is soldered to the feeding point 26, and the tip part of the feeding part 26 penetrates into the spacer 8 perpendicularly to the patch antenna element 20 to insulate the male screw. 12 through the insertion hole 14 and led out to the ground main surface 4 b side of the ground plate 4. Since the power supply pin 28 passes through the insulating male screw 12, even if the position of the power supply pin 28 is shifted, it is not electrically connected to the spacer 8.
[0018]
A substrate spacer 30 is disposed on the ground main surface 4 b side of the ground plate 4 in contact with the ground plate 4. The substrate spacer 30 also has main surfaces 30 a and 30 b facing each other, and the main surface 30 a is in contact with the ground main surface 4 b of the ground plate 4. A substrate 32 is disposed on the main surface 30 b side of the substrate spacer 30. The substrate 32 also has main surfaces 32 a and 32 b facing each other, and the main surface 32 a is in contact with the main surface 30 b of the substrate spacer 30. A transmission path (not shown) is formed on the main surface 32 b side of the substrate 32. The front ends of the power supply pins 18 and 28 are soldered to the transmission path. Although not shown, this transmission line is connected to a feeder line, for example, a coaxial cable, and is connected to a predetermined communication device. The lengths of the short side and the long side of the ground plate 4 are selected to be longer than one wavelength (12.5 cm) of 2.4 GHz.
[0019]
Assembly of the dual-frequency shared antenna 2 configured in this way is performed, for example, as follows. The spacer 8 is caulked to the patch antenna element 6. Next, the patch antenna element 20 is attached to the patch antenna element 6 with the screw 22 through the insulating spacer 24. The end of the spacer 8 is brought into contact with the main surface 4a of the ground plate 4, and the spacer 8 is fixed to the ground plate 4 by the insulating male screw 12 from the main surface 4b side. As shown in FIG. 2, the substrate spacer 30 and the substrate 32 are laminated, the main surface 30a of the substrate spacer 30 is brought into contact with the main surface 4b of the ground plate 4, and the ground plate 4 is connected by an appropriate screw (not shown). Attach to. The feeding pin 28 is drawn from the feeding point 26 to the substrate 32 side through the insertion hole 14 of the insulating male screw 12, and both ends of the feeding pin 28 are soldered to the main surface 20 a side of the patch antenna element 20 and the main surface 32 b side of the substrate 32. Attach. Similarly, the feeding pin 18 is inserted from the feeding point 16 and passed through the substrate 32, and both ends of the feeding pin 18 are soldered to the main surface 6 a side of the patch antenna element 6 and the main surface 32 b side of the substrate 32.
[0020]
In the dual-frequency shared antenna 2, the patch antenna element of the 5.2 GHz band is provided in the spacer 8 used for fixing and electrically connecting the patch antenna element 6 of the 2.4 GHz band to the ground plate 4. Since the 20 feeding pins 28 are passed, the grounding of the 2.4 GHz band patch antenna element 6 and the feeding of the 5.2 GHz band patch antenna element 20 can be performed at the same place as viewed in plan. Therefore, the dual frequency shared antenna 2 can be reduced in size. In addition, since the feed pin 28 passes through a portion where the potential of the patch antenna element 6 is zero (center of the patch antenna element 6), the antenna performance of the patch antenna element 6 is hardly affected. In addition, since the spacer 8, the insulating male screw 12, and the feed pin 28 have a coaxial structure, there is almost no emission of 5.2 GHz band radio waves around the spacer 8, and the antenna of the patch antenna element 6 is increasingly used. The patch antenna element 20 does not affect the performance. The ground plate 4 is coupled to the spacer 8 by an insulating male screw 12. Accordingly, the ground plate 4 can be the same as the ground plate used for other patch antennas, for example, a patch antenna dedicated to the 2.4 GHz band. If the connection between the patch antenna element 6 and the spacer 8 and the connection between the ground plate 4 and the spacer 6 are performed by caulking or welding, respectively, the ground plate 4 can be used in common with other patch antennas. Regardless, since the dimensions of the patch antenna element differ depending on the model of the patch antenna, the ground plate 4 and the patch antenna element are fixed to have a large size, and other types of parts must be managed in stock. However, if the ground plate 4 and the spacer 8 are connected by the insulating male screw 12, the ground plate 4 can be used in common with other models, and inventory management becomes easy.
[0021]
In the above embodiment, the spacer 8 is crimped to the patch antenna element 6 side and screwed to the ground plate 4 side by the insulating male screw 12, but conversely the spacer 8 is crimped to the ground plate 4 side to patch The antenna element 6 and the spacer 8 can be screwed together with the external screw 12. Alternatively, the spacer 8 can be screwed to the ground plate 4 and the patch antenna element 6 respectively. In the above embodiment, the patch antenna elements 6 and 20 are both square. However, the present invention is not limited to this, and various known patch antenna elements, for example, circular patch antenna elements are used. You can also. In the above-described embodiment, the spacer 8 is disposed at the center of the patch antenna element 6, but may be disposed at a position other than the center depending on circumstances.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the patch antenna for the second frequency is provided inside the spacer that electrically connects the patch antenna element for the first frequency to the ground plate and mechanically couples it to the ground plate. Since it is configured to pass through the power feeding portion of the element, when the power supply to the second patch antenna element and the electrical and mechanical connection of the first patch antenna element and the ground plate are viewed in a plane, Since it is performed in the same place, the dual-frequency shared antenna can be reduced in size. Furthermore, since the ground plate can be separated from the patch antenna element, the same ground plate as that used for other patch antennas can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view of a dual frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is an assembly diagram of the dual-frequency antenna shown in FIG. 1. FIG.
3 is a plan view of the dual frequency antenna shown in FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
2 Dual frequency antenna 4 Ground plate 4a 4b Ground main surface 6 2.4GHz band patch antenna element (first frequency patch antenna element)
6a 6b Antenna main surface (first antenna main surface)
8 Spacer 10 Female screw 12 Insulating male screw 14 Insertion hole 18 Feeding pin (first feeding part)
20 5.2 GHz band patch antenna element (second frequency patch antenna element)
20a 20b Antenna main surface (second antenna main surface)
28 Power supply pin (second power supply unit)

Claims

A metal ground plate having two opposing antenna main surfaces;
There are two first antenna main surfaces facing each other, and one first antenna main surface is made of a metal for a first frequency disposed substantially parallel to and spaced from one ground main surface of the ground plate . A first patch antenna element of
There are two opposing second antenna main surfaces, and one of the second antenna main surfaces is spaced apart from the other first antenna main surface of the first patch antenna element, A metal second patch antenna element for a second frequency disposed substantially parallel to the antenna main surface of the first antenna;
A first feeding portion led out from the feeding point of the first patch antenna element to the other ground main surface side of the ground plate;
One end of each first antenna main surface of the first patch antenna element is in contact with a position different from the feeding point of the first patch antenna element and the one main ground surface of the first patch antenna element. An internal hole penetrates along the direction connecting the surface and the main earth surface , the internal hole has a female screw, and one end thereof is detachably coupled to one of the first patch antenna element and the ground plate. Metal spacers,
The other end of the metal spacer enters the internal hole and is screwed into the female screw, and the other of the first patch antenna element and the ground plate is screwed to the spacer, and the length of the spacer An insulating male screw having an insertion hole penetrating along the direction,
A second feeding part led out from the feeding point of the second patch antenna element to the other earth main surface side of the earth plate through the insertion hole,
A dual-frequency shared antenna.

2. The dual frequency shared antenna according to claim 1, wherein the spacer is located substantially in the center of the first patch antenna element.