JP3981678B2 - Self-complementary antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、放射特性を可変可能な自己補対アンテナ装置に関する。 The present invention relates to a self-complementary antenna apparatus capable of changing radiation characteristics.
近年、携帯電話や無線LANなどの複数の無線システムを搭載する無線端末が開発されている。これらの無線端末では、装置の小型化の観点から、一つのアンテナが、複数の無線システムで使用される。しかし、無線システムごとに無線周波数が異なるために、アンテナは、複数の周波数で動作する必要がある。 In recent years, wireless terminals equipped with a plurality of wireless systems such as mobile phones and wireless LANs have been developed. In these wireless terminals, one antenna is used in a plurality of wireless systems from the viewpoint of device miniaturization. However, since the radio frequency is different for each radio system, the antenna needs to operate at a plurality of frequencies.
複数の周波数で動作するアンテナのひとつに、自己補対アンテナがある(非特許文献1)。自己補対アンテナは、切り欠き部を有する第1の導体板と、第1の導体板の切り欠き部と同じ形状の第2の導体板とで構成され、第1の導体板の切り欠き部と第2の導体板が線対称な位置に配置される。そして、第1の導体板と第2の導体板の間に給電点が設けられる。 One of antennas operating at a plurality of frequencies is a self-complementary antenna (Non-patent Document 1). The self-complementary antenna is composed of a first conductor plate having a notch portion and a second conductor plate having the same shape as the notch portion of the first conductor plate, and the notch portion of the first conductor plate. And the second conductor plate are arranged in line-symmetric positions. A feeding point is provided between the first conductor plate and the second conductor plate.
自己補対アンテナは、上記条件を満たすならば、切り欠き部の形状、言い換えれば第2の導体板の形状は問わない。この条件において、自己補対アンテナは周波数に依存しないで一定のインピーダンス60πΩ(≒188.4Ω)の入力インピーダンスとなる性質がある。従って、アンテナの入力インピーダンスが周波数に依存しないので、複数の周波数で用いることができる。 If the self-complementary antenna satisfies the above conditions, the shape of the notch, in other words, the shape of the second conductor plate is not limited. Under this condition, the self-complementary antenna has the property of having an input impedance with a constant impedance of 60πΩ (≈188.4Ω) independent of the frequency. Therefore, since the input impedance of the antenna does not depend on the frequency, it can be used at a plurality of frequencies.
自己補対アンテナは、原理的には、無限の大きさの導体板を必要とする。このため、第1および第2の導体板を60πΩの抵抗で接続することにより、無限の大きさの胴体板と等価的に同じにしている。この結果、全ての周波数で一定のインピーダンス60πΩが得られる。
しかしながら、60πΩの抵抗を用いて小型化を行うと、この抵抗の部分で電力が消費され、アンテナの放射効率が劣化してしまう。特に、第2の導体板からの電波の放射量が少なくなると、放射効率の劣化量が増える。放射量が少なくなるのは、第2の導体板の大きさが、放射電波の周波数で共振しない場合である。 However, if the size is reduced using a resistance of 60πΩ, power is consumed at this resistance portion, and the radiation efficiency of the antenna is deteriorated. In particular, when the amount of radio waves radiated from the second conductor plate decreases, the amount of radiation efficiency degradation increases. The amount of radiation decreases when the size of the second conductor plate does not resonate with the frequency of the radiated radio wave.
このように、従来は、自己補対アンテナの小型化を行った場合に、入力インピーダンスが周波数に依存しないで一定となっても、放射効率が周波数に依存して変化してしまうという問題があった。この他、放射パターンの制御、小型化および低コスト化などの問題もあった。 As described above, conventionally, when the self-complementary antenna is downsized, the radiation efficiency changes depending on the frequency even if the input impedance is constant without depending on the frequency. It was. In addition, there are problems such as radiation pattern control, miniaturization, and cost reduction.
本発明の目的は、小型化が可能で、複数の周波数で高放射効率が得られる自己補対アンテナ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a self-complementary antenna device that can be miniaturized and can obtain high radiation efficiency at a plurality of frequencies.
本発明の一態様によれば、所定形状の切り欠き部を有する第1の導体板と、前記第1の導体板とは離間して前記切り欠き部と線対称な位置に配置され、前記切り欠き部と略同一形状および略同一サイズの第2の導体板と、前記切り欠き部と前記第2の導体板とに近接して配置され、前記第1および第2の導体板に給電を行う給電点と、前記第1および第2の導体板の間に接続される抵抗素子と、前記切り欠き部の対向する2辺同士を少なくとも一箇所で短絡または開放可能な第1の切替回路と、を備え、前記第2の導体板は、互いに分離して近接配置される第1および第2の導体部と、前記給電点からの距離が前記第1の切替回路と略等しく、前記第1および第2の導体部を少なくとも一箇所で短絡または開放可能な第2の切替回路と、を有し、前記切り欠き部は、2以上の分岐部を有する形状であり、前記第1の切替回路は、前記2以上の分岐部のそれぞれについて、対向する2辺同士を短絡または開放可能な複数の第1切替部を有し、前記第2の導体板は、前記切り欠き部の分岐部それぞれと略同一形状および略同一サイズで、互いに分離して近接配置される複数の分岐部を有し、前記第2の切替回路は、前記給電点からの距離が前記複数の第1切替部と略等しい位置にそれぞれ配置されて、異なる2つの分岐部同士を短絡または開放可能な複数の第2切替部を有することを特徴とする自己補対アンテナ装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, the first conductor plate having a notch with a predetermined shape and the first conductor plate are spaced apart and arranged in a line-symmetric position with the notch. A second conductor plate having substantially the same shape and the same size as the notch, the notch and the second conductor plate are disposed in proximity to each other, and supplies power to the first and second conductor plates. A feeding point; a resistance element connected between the first and second conductor plates; and a first switching circuit capable of short-circuiting or opening two opposing sides of the notch at least at one place. The second conductor plate is separated from each other in proximity to the first and second conductor portions, and the distance from the feeding point is substantially equal to that of the first switching circuit, and the first and second conductor plates are A second switching circuit capable of short-circuiting or opening at least one conductor part of The notch has a shape having two or more branch portions, and the first switching circuit has a plurality of second sides that can short-circuit or open two opposing sides of each of the two or more branch portions. The second conductor plate has a plurality of branch portions that are substantially the same shape and the same size as each of the branch portions of the notch portion and are arranged in close proximity to each other, The second switching circuit includes a plurality of second switching units that are arranged at positions that are substantially equal to the plurality of first switching units, and that are capable of short-circuiting or opening two different branch units. A self-complementary antenna device is provided.
本発明によれば、自己補対アンテナを構成する第1および第2の導体板のそれぞれに、対称的に第1または第2の切替回路を設けるため、周波数に依存することなく、一定の入力インピーダンスが得られ、かつ複数の周波数で高放射効率が得られる。 According to the present invention, since the first or second switching circuit is provided symmetrically on each of the first and second conductive plates constituting the self-complementary antenna, a constant input is obtained without depending on the frequency. Impedance is obtained, and high radiation efficiency is obtained at a plurality of frequencies.
以下、図面を参照しながら、本実施形態の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は本実施形態の第1の実施形態に係る自己補対アンテナ装置の平面図である。図1の自己補対アンテナ装置は、切り欠き部1を有する第1の導体板2と、第1の導体板2とは離間して切り欠き部1と線対称な位置に配置される第2の導体板3と、第1および第2の導体板1,3に給電を行う給電点4と、第1および第2の導体板1,3の間に接続される60πΩの抵抗素子5と、切り欠き部1の対向する2辺同士を少なくとも一箇所で短絡または開放可能な第1の切替回路6と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of a self-complementary antenna device according to the first embodiment of the present embodiment. The self-complementary antenna apparatus of FIG. 1 has a
第2の導体板3は、切り欠き部1と略同一形状および略同一サイズである。給電点4は、切り欠き部1と第2の導体板3との対称軸付近に配置されている。より詳しくは、給電点4は、第1の導体板2の切り欠き部1の外端部分と第2の導体板3との間に配置される。
The
第2の導体板3は、互いに分離して隣接配置される第1および第2の導体部11,12と、第1および第2の導体部11,12を短絡または開放可能な第2の切替回路13と、を有する。第2の切替回路13は、給電点4からの距離が第1の切替回路6と略同一になるように配置されている。
The
以下、図1の自己補対アンテナ装置の動作を説明する。本実施形態の自己補対アンテナ装置は、第1および第2の切替回路6,13の切替制御により、2種類の自己補対アンテナを切り替えることができる。以下では、2種類の自己補対アンテナを、第1および第2の自己補対アンテナと呼ぶ。
Hereinafter, the operation of the self-complementary antenna apparatus of FIG. 1 will be described. The self-complementary antenna device of this embodiment can switch between two types of self-complementary antennas by switching control of the first and
第1の自己補対アンテナは、第1の切替回路6をオンして、第2の切替回路13をオフした場合に得られる。この場合、第1の導体板2におけるアンテナとしての動作範囲は、給電点4から第1の切替回路6までの範囲であり、第2の導体板3におけるアンテナとしての動作範囲は、給電点4から第2の切替回路13までの範囲である。
The first self-complementary antenna is obtained when the
このような第1および第2の切替回路6,13により、等価的に図2に示す自己補対アンテナが得られる。図2の自己補対アンテナでは、原理的に入力インピーダンスが周波数に依存しない。また、切り欠き部1の長さ(第2の導体板3の長さ)d1で共振する周波数で高放射効率が実現できる。ここで、長さd1で共振する周波数とは、d1の長さが1/4波長の整数倍となる周波数である。
By such first and
第2の自己補対アンテナは、第1の切替回路6をオフして、第2の切替回路13をオンした場合に得られる。この場合、第1の導体板2におけるアンテナとしての動作範囲は、切り欠き部1全体であり、第2の導体板3におけるアンテナとしての動作範囲は、給電点4から第2の導体板3全体である。
The second self-complementary antenna is obtained when the
このような第1および第2の切替回路6,13により、等価的に図3に示す自己補対アンテナが得られる。図3の自己補対アンテナでは、原理的に入力インピーダンスが周波数に依存しない。また、切り欠き部1の長さ(第2の導体板3の長さ)d1+d2で共振する周波数で高放射効率が実現できる。ここで、長さd1+d2で共振する周波数とは、d1+d2の長さが1/4波長の整数倍となる周波数である。
By such first and
次に、動作原理を証明するために行ったシミュレーション結果を示す。切り欠き部1の長さ全体を70mmとし、d1を50mm、d2を20mmとする。 Next, a simulation result performed to prove the operation principle is shown. The entire length of the notch 1 is 70 mm, d1 is 50 mm, and d2 is 20 mm.
図4は入力インピーダンスの周波数特性をスミスチャート上に表した結果を示す図である。図4からわかるように、第1および第2の自己補対アンテナのいずれの場合の入力インピーダンスも、周波数0.9GHzから1.7GHzまででほぼ一定の60πΩである。 FIG. 4 is a diagram showing the result of expressing the frequency characteristics of the input impedance on the Smith chart. As can be seen from FIG. 4, the input impedance of each of the first and second self-complementary antennas is substantially constant 60πΩ from the frequency of 0.9 GHz to 1.7 GHz.
図5は放射効率の周波数特性を示す図である。第1及び第2の切替回路13を切り替える2通りの状態において、異なる周波数でほぼ100%の放射効率が実現できている。
FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics of radiation efficiency. In two states where the first and
第1の自己補対アンテナとなる状態では、d1の長さ50mmが共振する長さに対応する。周波数1.4GHzでは、4分の1波長はほぼ50mmであり、共振する長さと一致する。 In the state of being the first self-complementary antenna, the length of d1 corresponding to 50 mm corresponds to the resonance length. At a frequency of 1.4 GHz, the quarter wavelength is approximately 50 mm, which matches the length of resonance.
第2の自己補対アンテナとなる状態では、d1+d2の長さ70mmが共振する長さに対応する。周波数1GHzでは、4分の1波長はほぼ70mmであり、共振する長さとなる。なお、ここでは、共振となる波長は自由空間の波長に比べて95%程度短縮した長さとなる。これは、一般的に、半波長ダイポールアンテナの長さを5%程度短縮化して設計することと、同等の原理である。 In the state of the second self-complementary antenna, the length of 70 mm of d1 + d2 corresponds to the resonance length. At a frequency of 1 GHz, the quarter wavelength is approximately 70 mm, which is a resonance length. It should be noted that here the resonance wavelength is about 95% shorter than the free space wavelength. This is generally the same principle as designing a half-wave dipole antenna with a length reduced by about 5%.
以上、図4および図5からわかるように、本実施形態の自己補対アンテナでは、周波数に依存しないで一定の入力インピーダンス特性が得られる特徴と複数の周波数で高放射効率が得られる特徴の2つの特徴を同時に満足するアンテナを実現することができる。 As described above, as can be seen from FIGS. 4 and 5, the self-complementary antenna according to the present embodiment has the characteristics that a constant input impedance characteristic can be obtained without depending on the frequency and the characteristics that a high radiation efficiency can be obtained at a plurality of frequencies. It is possible to realize an antenna that satisfies the three characteristics simultaneously.
ここでは、切り欠き部1の形状を長方形としているが、長方形以外の任意の形状を採用可能である。第1の導体板2の切り欠き部1と第2の導体板3が同一形状(すなわち、自己補対構造)であれば、任意の形状とすることができる。たとえば、図6に示すように、L状の切り欠き部1を設けて低姿勢化を行うことは、小型の無線機を実現する上で有効である。L状にする代わりに、切り欠き部1をカーブさせて低姿勢化を図ってもよい。
Here, the shape of the notch 1 is a rectangle, but any shape other than a rectangle can be adopted. As long as the cutout portion 1 of the
以下では、本アンテナの各部の詳細に関して説明する。給電点4、60πΩの抵抗および切替回路の順に説明を行う。
Below, the detail of each part of this antenna is demonstrated. Description will be made in the order of the
給電点4は、第1の導体板2と第2の導体板3の間に電圧差を与えるものであり、第1の導体板2の切り欠き部1と第2の導体板3とに近接して配置される。給電点4には、不図示の無線機からの給電線路が接続される。図7は給電線路に同軸線路21を用いた例を示す図である。同軸線路の外導体は第1の導体板2に接地され、同軸線路の内導体と第2の導体板3を線状導体22で接続することで、アンテナの給電点4が形成される。
The
図8は給電線路にマイクロストリップ線路を用いた例を示す図である。図8において、第1の導体板2上には、誘電体層23が存在し、その上にマイクロストリップ線路24が存在する。そして、マイクロストリップ線路24の先端と第2の導体板3を線状導体で接続することで、その接続位置に給電点4が形成される。このほかにも、任意の給電線路を用いて給電点4は形成される。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which a microstrip line is used as a feed line. In FIG. 8, a
次に60πΩの抵抗について説明する。抵抗素子5は、一般的な2端子抵抗部品を用いて、図9のように第1および第2の導体板1,3を接続するように配置すればよい。そして、給電点4とは異なる第1の導体板2の外周と切り欠き部1の境界部分と、第2の導体板3を接続する。抵抗素子5には、カーボン抵抗や、チップ抵抗と呼ばれる小型の素子を用いても良い。また、図4に示したように、小型化を行った自己補対アンテナでは、第1の地板が有限となる影響で、アンテナの入力インピーダンスは厳密に一定とならないでほぼ一定値となる特徴がある。従って、60πΩに近い値の抵抗値で代用することもでき、60πΩ以外でも特性劣化は少ない。
Next, the resistance of 60πΩ will be described. The
次に、第1の切替回路6に関して説明をする。切替回路のオン/オフ特性を実現する素子としては、ピンダイオード、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)、MEMS(Micro Electro Mechanical System)素子などのアクティブ素子を用いた切替回路を用いることができる。
Next, the
図10は第1の切替回路6の一例を示す回路図である。図10において、アクティブ素子31は、直流電圧カット用キャパシタ素子C1,C2を介して、切り欠き部1の対向する2辺で第1の導体板2に接続されている。また、アクティブ素子31の動作を切り替えるための直流電圧は、電圧源32からインダクタ素子L1,L2を介して供給される。このような構成とすることで、アクティブ素子31へ供給する電圧を切り替えることで、高周波的な特性が切り替わり、オン/オフ動作を行うことができる。第1の切替回路6を構成する各部品は、誘電体上に配置される。
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of the
なお、第1の切替回路6のオン/オフ動作は、厳密には、数Ωのインピーダンスと、数千Ωのインピーダンスを切り替えるように設計してあればよい。また、アクティブ素子31は、動作スピード、動作電圧、消費電流、コスト、サイズなどとのトレードオフで、設計すればよい。また、キャパシタ素子C1,C2とインダクタ素子L1,L2は、要求される周波数に対して所望の動作を行うように、素子の値を選択すればよい。
Strictly speaking, the on / off operation of the
次に第2の切替回路13について説明をする。第2の切替回路13は第1の切替回路6と同じように構成すればよい。例えば、図11のように構成することができる。図11の回路は、図10と同様に、電圧源31と、インダクタ素子L1,L2と、キャパシタ素子C1,C2と、アクティブ素子31とを有する。
Next, the
このように、第1の実施形態では、第1の導体板2の切り欠き部1と第2の導体板3にそれぞれ第1または第2の切替回路13を配置し、これら第1および第2の切替回路6,13の動作を切り替えることで、周波数に依存しないで一定の入力インピーダンスが得られ、かつ2つの周波数で高効率の放射パターンを得ることができる。
As described above, in the first embodiment, the first or
また、本実施形態の自己補対アンテナにおいては、図6に示すように、第2の導体板3を低姿勢化する場合にも有効となる。一般的には、アンテナを低姿勢化した場合には、入力インピーダンスが大幅に変化し、インピーダンスの不整合が発生する。しかし、本実施形態においては、入力インピーダンスが一定となるために、入力インピーダンスの変化を気にすることなくアンテナの形状を設計でき、また、高放射効率を複数の周波数で実現することができる。
In addition, the self-complementary antenna of the present embodiment is also effective when the
また、本実施形態では、2つの周波数を切り替える場合で説明を行ったが、切替回路の数を増やして、3以上の周波数で高放射効率を実現するようにすることも可能である。 Further, in the present embodiment, the case where two frequencies are switched has been described, but it is also possible to increase the number of switching circuits so as to realize high radiation efficiency at three or more frequencies.
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、切替回路の数を増やして、2種類の自己補対アンテナの切替を行えるようにしたものである。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the number of switching circuits is increased so that two types of self-complementary antennas can be switched.
図12は本実施形態の第2の実施形態に係る自己補対アンテナの平面図である。本実施形態における自己補対アンテナは、分岐された切り欠き部1を有する第1の導体板2と、第1の導体板2の切り欠き部1と同一形状の第2の導体板3とを備え、第1の導体板2の切り欠き部1と第2の導体板3の間にアンテナの給電点4及び60πΩの抵抗素子5が接続される。
FIG. 12 is a plan view of a self-complementary antenna according to the second embodiment of the present embodiment. The self-complementary antenna in this embodiment includes a
第2の導体板3は、第1の切り欠き部1と線対称な位置に配置される。給電点4は、第1の導体板2の切り欠き部1の外端部分と、第2の導体板3との間に配置される。また、60πΩの抵抗素子5は、給電点4とは別に、第1の導体板2の切り欠き部1の外端部分と第2の導体板3とを接続するように配置される。そして、第1の導体板2の切り欠き部1は、第1の導体板2の内部で2分岐されている。
The
同様に、第2の導体板3は、第1の導体板2の切り欠き部1と同一形状およびサイズで2分岐する形状をもつ。そして、第1の導体板2は、切り欠き部1の2分岐された位置付近に、切り欠き部1の一部を短絡あるいは開放する第1の切替回路41と第2の切替回路42を有する。
Similarly, the
第2の導体板3は、2分岐する部分を中心に3つの部分に分離され、給電点4に接続される導体部と、給電点4に接続されない2つの導体部の接続を短絡あるいは開放する第3の切替回路43と第4の切替回路44を有する。
The
第1の切替回路41と第3の切替回路43は、線対称な位置に配置され、第2の切替回路42と第4の切替回路44は線対称な位置に配置されている。
The
本実施形態の自己補対アンテナは、第1、第2、第3および第4の切替回路41〜44を切り替えることで、周波数に依存しない一定の入力インピーダンス特性と複数の放射パターン特性とを得ることができる。
The self-complementary antenna of this embodiment obtains a constant input impedance characteristic independent of frequency and a plurality of radiation pattern characteristics by switching the first, second, third and
以下、第2の実施形態のアンテナ装置の動作原理を説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成要素に関しては、説明を省略する。 Hereinafter, the operation principle of the antenna device of the second embodiment will be described. Note that description of the same components as those in the first embodiment is omitted.
本実施形態の自己補対アンテナは、第1、第2、第3および第4の切替回路41〜44の制御で、2種類の自己補対アンテナを切り替えることができる。
The self-complementary antenna of the present embodiment can switch between two types of self-complementary antennas under the control of the first, second, third and
第1の自己補対アンテナの状態は、第1の切替回路41をオフ(開放)、第2の切替回路42をオン(短絡)、そして、第3の切替回路43をオン(短絡)、第4の切替回路44をオフ(開放)とした場合である。
The state of the first self-complementary antenna is as follows: the
この場合には、第1の導体板2の切り欠き部1のうちアンテナとして動作する範囲は、給電点4から2分岐するまでの部分と、第1の切替回路41が存在する側の切り欠き部1の部分である。第2の導体板3のアンテナとして動作する範囲は、給電点4から2分岐するまでの部分と、第3の切替回路43により接続される導体部である。
In this case, the range of the cutout portion 1 of the
このような第1〜第4の切替回路41〜44の切替により、図13に示すような自己補対アンテナと同等の動作を実現することができる。従って、図13に示す自己補対アンテナでは、入力インピーダンスは周波数に依存しないで一定値を得ることができ、また、第1の導体板2の切り欠き部1と第2の導体板3の形状から決まる第1の放射パターン特性が得られる。
By switching the first to
一方、第2の自己補対アンテナの状態は、第1の切替回路41をオン(短絡)、第2の切替回路42をオフ(開放)、そして、第3の切替回路43をオフ(開放)、第4の切替回路44をオン(短絡)とした場合である。
On the other hand, in the state of the second self-complementary antenna, the
この場合には、第1の導体板2の切り欠き部1のうち、アンテナとして動作する範囲は、給電点4から2分岐するまでの部分と、第2の切替回路42が存在する側の切り欠き部1の部分である。第2の導体板3のアンテナとして動作する範囲は、給電点4から2分岐するまでの部分と、第4の切替回路44により接続される動体部である。
In this case, of the cutout portion 1 of the
このような第1〜第4の切替回路41〜44の切替により、図14に示すような自己補対アンテナと同等の動作を実現することができる。従って、図14に示す自己補対アンテナでは、入力インピーダンスは周波数に依存しない一定値が得られ、また、第1の導体板2の切り欠き部1と、第2の導体板3の形状から決まる第2の放射パターン特性が得られる。
By switching the first to
この結果、本実施形態の自己補対アンテナでは、第1〜第4の切替回路41〜44の切り替え動作を行うことで、図13と図14の自己補対アンテナを実現することができる。これら2つの自己補対アンテナは、放射パターンが異なる特性を持っているが、入力インピーダンスは同じ値になる特徴がある。
As a result, in the self-complementary antenna of this embodiment, the self-complementary antenna shown in FIGS. 13 and 14 can be realized by performing the switching operation of the first to
ここで、一般的に、アンテナの放射パターンを変える場合には、放射の波源となる導体板上の電流分布を変える必要がある。ここで、電流分布が変わると、オームの法則から分かるように、アンテナの入力インピーダンスが変わってしまうという問題がある。つまり、一般的には、アンテナの放射パターンを変えるような操作を行うと、アンテナの入力インピーダンスも一緒に変化してしまう。従って、変化させられる放射パターンの自由度が少なくなったり、変化したインピーダンスに対応する整合回路を挿入したり、などの対策が必要である。 Here, in general, when changing the radiation pattern of the antenna, it is necessary to change the current distribution on the conductor plate which is the source of radiation. Here, when the current distribution changes, there is a problem that the input impedance of the antenna changes, as can be seen from Ohm's law. That is, generally, when an operation that changes the radiation pattern of the antenna is performed, the input impedance of the antenna also changes together. Therefore, it is necessary to take measures such as reducing the degree of freedom of the radiation pattern to be changed and inserting a matching circuit corresponding to the changed impedance.
これに対して、本実施形態の自己補対アンテナでは、任意の放射パターンを実現するために、第1の導体板2の切り欠き部1の形状、言い換えれば、第2の導体板3の形状を、任意の形状としても、入力インピーダンスは一定値となる非常に優れた特徴があり、実現できる放射パターンの制限も少なく、また、整合回路も必要としない。
On the other hand, in the self-complementary antenna of this embodiment, in order to realize an arbitrary radiation pattern, the shape of the cutout portion 1 of the
従って、小型の無線機用に用いる場合に、アンテナの設置スペースの制約があって、アンテナ形状に制限があっても、本実施形態によれば、入力インピーダンスは変化しない。また、小型の無線機に用いる場合に、2つの放射パターンを実現できることから、ダイバーシチアンテナとして用いることができる。 Therefore, when used for a small wireless device, the input impedance does not change according to the present embodiment even if the antenna installation space is limited and the antenna shape is limited. Moreover, when using for a small radio | wireless machine, since two radiation patterns are realizable, it can be used as a diversity antenna.
このように、第2の実施形態では、2つの放射パターンを実現することができ、また、アンテナの入力インピーダンスは変化しないといった特徴を有する。 Thus, in the second embodiment, two radiation patterns can be realized, and the input impedance of the antenna does not change.
また、第1の実施形態と同様に、切り欠き部1の長さを、動作させたい周波数で共振する長さとすることで、高放射効率な2種類の放射パターン特性を、同じ値の入力インピーダンスで実現できる。 Similarly to the first embodiment, by setting the length of the notch 1 to a length that resonates at the frequency to be operated, two types of radiation pattern characteristics with high radiation efficiency can be obtained with the same input impedance. Can be realized.
また、図13と図14の2種類の自己補対アンテナを切り替える場合で説明を行ったが、第1の切替回路41をオフ、第2の切替回路42をオフ、第3の切替回路43をオン、第4の切替回路44をオンとすることで、切り欠き部1全体と、第2の導体板3全体をアンテナとして動作させ、第3の放射パターンを実現することができる。
In addition, the case where the two types of self-complementary antennas of FIGS. 13 and 14 are switched has been described. However, the
また、これとは逆に、第1の切替回路41をオン、第2の切替回路42をオン、第3の切替回路43をオフ、第4の切替回路44をオフとすることで、給電点4から2分岐する手前までの切り欠き部分と、給電点4から2分岐する手前までの第2の導体板3の部分をアンテナとして動作させ、第4の放射パターンを実現することができる。
On the other hand, the
また、本実施例では、2分岐する場合で説明を行ったが、3分岐上の場合にも同様に適用することができる。この場合には、切替回路の数を増やすことで、3種類以上の放射パターンを実現することができ、このときにも、アンテナのインピーダンスは変化しないという優れた特徴を有する。 Further, in the present embodiment, the description has been given on the case of two branches, but the same can be applied to the case of three branches. In this case, by increasing the number of switching circuits, it is possible to realize three or more types of radiation patterns, and at this time, it has an excellent feature that the impedance of the antenna does not change.
(その他の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、給電点4から等距離に切替回路を置くことで、複数の自己補対アンテナを実現する手法について説明した。ところが、自己補対アンテナを小型の携帯無線機に搭載する場合には、アンテナの近傍を手で保持してしまうおそれがある。手でアンテナ部分を覆うと、アンテナ上に流れる電流や磁流の見かけ上の波長が変化し、共振周波数が変化してしまう。特に、第1の導体板2には手が近接し、第2の導体板3に手が近接しない場合などで、第1の導体板2の切り欠き部1分と第2の導体板3の部分で波長が異なっているようになる場合がある。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, the method of realizing a plurality of self-complementary antennas by placing switching circuits equidistant from the
このような場合には、図15に示すように、複数の切替回路を用いて、短絡または開放する場所を第1の導体板2と第2の導体板3でそれぞれ調整するようにすることができる。このときには、物理的には、自己補対アンテナの構造にならないが、電気的観点からは、自己補対アンテナとなり、一定の入力インピーダンス特性を得ることが可能となる。
In such a case, as shown in FIG. 15, a plurality of switching circuits may be used to adjust the locations where the short circuit or the open circuit is made between the
特に、携帯電話の場合には、アンテナ部分を常に手で保持する可能性があり、このような方法は有効になると考えられる。 In particular, in the case of a mobile phone, there is a possibility that the antenna portion is always held by hand, and such a method is considered to be effective.
この他、一定の入力インピーダンス特性と高放射効率特性を複数の周波数で実現できるため、無線通信を行う無線端末以外の装置のアンテナとしても用いることができる。例えば、電波監視装置用のアンテナに用いることができる。電波監視では、複数の周波数の電波を監視する場合もあり、また、微弱な電波を検出する必要もあるので、本実施形態の複数の周波数で一定の入力インピーダンスとなり、また、高放射効率特性のアンテナを用いることは有効となる。 In addition, since a certain input impedance characteristic and high radiation efficiency characteristic can be realized at a plurality of frequencies, it can also be used as an antenna of a device other than a wireless terminal performing wireless communication. For example, it can be used for an antenna for a radio wave monitoring device. In radio wave monitoring, radio waves of multiple frequencies may be monitored, and it is necessary to detect weak radio waves. Therefore, the input impedance is constant at the multiple frequencies of this embodiment, and high radiation efficiency characteristics are also achieved. It is effective to use an antenna.
また、本実施形態のアンテナを、アダプティブアンテナ、スマートアンテナ、フェーズドアレーアンテナ、MIMO(Multiple Input Multiple Output)などのような複数のアンテナを用いる装置に適用することもできる。複数のアンテナを用いる場合には、アンテナ間結合が発生し、アンテナの共振周波数が変化してしまう場合がある。しかし、本実施形態の自己補対アンテナを用いれば、アンテナの入力インピーダンスが周波数に対して一定である特性があるので、共振周波数が変化してしまうという問題がない。また、複数の周波数帯域で高放射効率を実現できる特徴もある。また、複数アンテナを用いる場合には、設置スペースの都合でアンテナを小型化しなくてはならない場合もある。本実施形態の自己補対アンテナでは、アンテナ形状の自由度が大きいので、素子間隔を非常に小さくしなくてはならない場合などに、アンテナ特性を変えないで、容易にアンテナ形状を小型化することができる。 Further, the antenna of this embodiment can be applied to an apparatus using a plurality of antennas such as an adaptive antenna, a smart antenna, a phased array antenna, and MIMO (Multiple Input Multiple Output). When using a plurality of antennas, inter-antenna coupling may occur, and the resonance frequency of the antenna may change. However, if the self-complementary antenna according to the present embodiment is used, there is a problem that the resonance frequency is changed because the input impedance of the antenna is constant with respect to the frequency. In addition, there is a feature that can realize high radiation efficiency in a plurality of frequency bands. In addition, when using a plurality of antennas, it may be necessary to reduce the size of the antenna for the convenience of installation space. In the self-complementary antenna of this embodiment, since the degree of freedom of the antenna shape is large, it is possible to easily downsize the antenna shape without changing the antenna characteristics when the element spacing must be made extremely small. Can do.
1 切り欠き部
2 第1の導体板
3 第2の導体板
4 給電点
5 抵抗素子
6 第1の切替回路
11 第1の導体部
12 第2の導体部
13 第2の切替回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記第1の導体板とは離間して前記切り欠き部と線対称な位置に配置され、前記切り欠き部と略同一形状および略同一サイズの第2の導体板と、
前記切り欠き部と前記第2の導体板とに近接して配置され、前記第1および第2の導体板に給電を行う給電点と、
前記第1および第2の導体板の間に接続される抵抗素子と、
前記切り欠き部の対向する2辺同士を少なくとも一箇所で短絡または開放可能な第1の切替回路と、を備え、
前記第2の導体板は、
互いに分離して近接配置される第1および第2の導体部と、
前記給電点からの距離が前記第1の切替回路と略等しく、前記第1および第2の導体部を少なくとも一箇所で短絡または開放可能な第2の切替回路と、を有し、
前記切り欠き部は、2以上の分岐部を有する形状であり、
前記第1の切替回路は、前記2以上の分岐部のそれぞれについて、対向する2辺同士を短絡または開放可能な複数の第1切替部を有し、
前記第2の導体板は、前記切り欠き部の分岐部それぞれと略同一形状および略同一サイズで、互いに分離して近接配置される複数の分岐部を有し、
前記第2の切替回路は、前記給電点からの距離が前記複数の第1切替部と略等しい位置にそれぞれ配置されて、異なる2つの分岐部同士を短絡または開放可能な複数の第2切替部を有することを特徴とする自己補対アンテナ装置。 A first conductor plate having a notch of a predetermined shape;
A second conductor plate that is spaced apart from the first conductor plate and is positioned in line symmetry with the notch, substantially the same shape and size as the notch,
A feeding point that is disposed adjacent to the notch and the second conductor plate and feeds power to the first and second conductor plates;
A resistance element connected between the first and second conductor plates;
A first switching circuit capable of short-circuiting or opening two opposing sides of the notch at least at one location;
The second conductor plate is
First and second conductor portions arranged in close proximity to each other;
The distance from the feeding point substantially equal to said first switching circuit, have a, a second switching circuit that can be short or open at least one location the first and second conductor portions,
The notch has a shape having two or more branches,
The first switching circuit has a plurality of first switching units capable of short-circuiting or opening two opposing sides for each of the two or more branch portions,
The second conductor plate has a plurality of branch portions that are substantially the same shape and the same size as each of the branch portions of the notch, and are arranged in close proximity to each other.
The second switching circuit is disposed at a position where the distance from the feeding point is substantially equal to the plurality of first switching units, and a plurality of second switching units capable of short-circuiting or opening two different branch units. self-complementary antenna apparatus characterized by having a.
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