JP4014924B2

JP4014924B2 - Multi-frequency antenna

Info

Publication number: JP4014924B2
Application number: JP2002131879A
Authority: JP
Inventors: 功日笠
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: JP2003324314A

Description

【０００１】
本発明は、例えば１つの筐体内に複数のアンテナ素子を設けた１つのアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータが、一般家庭や職場等にかなり普及し、複数台のパーソナルコンピュータを相互に接続するＬＡＮ等の利用も盛んである。ＬＡＮ接続には、配線の煩わしさから逃れるために、無線ＬＡＮが使用されている。無線ＬＡＮでは、２．４ＧＨｚ帯が主に使用されている。しかし、法の規制によって余り広い帯域をとることができず、大きい伝送速度をとることができない。例えば５．２ＧＨｚ帯のような高い周波数帯の使用も考慮されている。２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯の両周波数帯を使用する場合、例えば、図７に示すように、２．４ＧＨｚ帯のアンテナ２と、５．２ＧＨｚ帯のアンテナ４とを、アンテナ切替器６によって切替えて、アクセスポイント８を介してパーソナルコンピュータ１０に接続することが考えられる。これらアンテナ２、４は、別々の筐体内に収容されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成では、２つのアンテナ２、４に対する筐体が必要なだけでなく、アンテナ切替器を設けなければならず、構成が複雑になっていた。
【０００４】
本発明は、例えば１つの筐体内に複数のアンテナ素子を収容した１つのアンテナ装置であって、複数の周波数の信号を送受信でき、しかも構成が簡易な多周波数用アンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による多周波数用アンテナは、第１の周波数用アンテナ素子と、第２の周波数用アンテナ素子とを、備えている。第１と第２の周波数とは互いに異なる周波数である。第１の周波数用アンテナは、第１の周波数の電波のみを送受信するものに限ったものではなく、例えば第１の周波数を含む第１の周波数帯域の電波も送受信可能なものとすることもできる。同様に、第２の周波数用アンテナは、第２の周波数を含む第２の周波数帯域の電波を送受信することが可能なものとすることもできる。これらアンテナ素子としては、種々の素子を使用することができるが、パッチアンテナ素子を使用することが小型化の点から望ましい。これらパッチアンテナ素子は１つの筐体内に収容することが望ましい。第１及び第２のアンテナ素子に加えて、第１及び第２のフィルタ手段が設けられている。第１のフィルタ手段は、第１の周波数用アンテナ素子に接続され、第２のフィルタ手段も、第２の周波数用アンテナ素子に接続されている。第１のフィルタ手段は、第１の周波数の信号を通過させるが、第２の周波数の信号を遮断する。第２のフィルタ手段は、第２の周波数の信号を通過させるが、第１の周波数の信号を遮断する。例えば第１の周波数が第２の周波数よりも低いと仮定するなら、第１のフィルタ手段としては、遮断周波数が第１及び第２の周波数の間にあるローパスフィルタを、第２のフィルタ手段として遮断周波数が第１及び第２の周波数の間にあるハイパスフィルタを使用することができる。また、第１のフィルタ手段として、通過帯域に第１の周波数を含む帯域通過フィルタを使用し、第２のフィルタ手段として、通過帯域に第２の周波数を含む帯域通過フィルタを使用することもできるし、第１のフィルタ手段として、遮断帯域に第１の周波数を含まない帯域除去フィルタを使用し、第２のフィルタ手段として、遮断帯域に第２の周波数を含んでいない帯域除去フィルタを使用することもできる。第１及び第２のフィルタ手段と外部接続端子との間に整合手段が設けられている。更に、第１及び第２のフィルタ手段と、整合手段とが、同一の基板上にパターンによって形成されている。整合手段は、第１及び第２の周波数の間の周波数の１／４波長の長さを持ち、その一端が、パターン線路を介して外部接続端子に接続され、他端が、パターンによって形成された２つの部分によって、両側に分けられている。２つの部分の一方の先端が第１の周波数用アンテナ素子に接続され、前記２つの部分の他方の先端が第２の周波数用アンテナ素子に接続されている。２つの部分の一方における整合手段から予め定めた一定距離離れた位置に第１のフィルタ手段が設けられ、２つの部分の他方における整合手段から前記一定距離離れた位置に第２のフィルタ手段が設けられている。即ち、第１及び第２のフィルタ手段は、整合手段からそれぞれ等距離にある。なお、第１及び第２の周波数用のアンテナ素子の他に、他の周波数用のアンテナ素子を設けることもできる。この場合、他の周波数の信号を通過させ、第１及び第２の周波数の信号を遮断させるフィルタ手段を設け、これを介して他の周波数用のアンテナ素子を整合手段に接続することが望ましい。
【０００６】
このように構成された多周波数用アンテナを用いて第１及び第２の周波数の電波を受信する場合、第１の周波数用アンテナで受信された第１の周波数の信号は、第１フィルタ手段、整合手段を介して外部接続端子に供給され、第２の周波数用アンテナで受信された第２の周波数の信号は、第２フィルタ手段、整合手段を介して外部接続端子に供給される。このとき、第１フィルタ手段は第１の周波数の信号を通過させるが、第２の周波数の信号を遮断するので、整合手段から第１の周波数用アンテナに第２の周波数信号が伝送されることは無い。同様に、第２フィルタ手段は、第２の周波数の信号を通過させるが、第１の周波数の信号を遮断するので、整合手段から第２の周波数用アンテナに第１の周波数信号が伝送されることは無い。よって、アンテナ切替器を設けていなくとも、第１及び第２周波数の信号を良好に受信することができる。なお、アンテナ素子には可逆性があるので、第１及び第２の周波数の信号を良好に受信できる限り、これら第１及び第２の周波数の信号を良好に送信することができる。この多周波数用アンテナでは、第１及び第２のフィルタ手段及び整合手段が、同一の基板上に形成されているので、この多周波数用アンテナを小型化することができるし、同時に両方の周波数での送受信が可能である。
【０００７】
第１の周波数用アンテナ素子として複数のアンテナ素子を複数設けることができる。この場合、複数のアンテナ素子のうち、選択されたものを第１のフィルタ手段に接続する第１の選択手段が設けられている。
【０００８】
このように構成すると、第１の選択手段によって選択する第１の周波数用の各アンテナ素子を変更することができ、例えば第１の周波数であって、異なる偏波面を持つ電波をそれぞれ送信または受信することができるし、或いはアンテナダイバシティを実現することもできる。
【０００９】
さらに、第１の選択手段を、前記基板上に設けることもできる。このように構成すると、益々構成を簡略化することができる。
【００１０】
或いは、第１の選択手段を、前記外部接続端子に供給された制御信号に基づいて第１の周波数用アンテナ素子としての複数のアンテナ素子のうち１つを選択するように構成することもできる。制御信号として例えば直流電圧を使用し、この直流電圧の値を変化させたり、この直流電圧を供給または停止したりすることによって、第１の選択手段を切り替えることができる。このように構成すると、遠隔制御が容易になる。
【００１１】
或いは、第２の周波数用アンテナ素子として複数のアンテナ素子を設けることもできる。これら第２の周波数用の各アンテナ素子のうち、選択されたものを第２のフィルタ手段の前記一方のポートに接続する第２の選択手段が設けられている。このように構成すると、第１及び第２の周波数それぞれにおいて、偏波面の切替えやアンテナダイバシティを実現可能である。
【００１２】
更に、第１及び第２の選択手段を、前記基板上に設けることもできる。このように構成すると、第１及び第２のフィルタ手段、整合手段に加えて、第１及び第２の選択手段も、同一の基板上に構成されているので、この多周波数用アンテナを小型化することができる。
【００１３】
或いは、第２の選択手段を、前記制御信号に基づいて第２の周波数用アンテナ素子としての複数のアンテナ素子のうち１つを選択するものとすることもできる。制御信号としては、例えば第１及び第２の切替え手段のうち一方を選択するための制御信号と、選択された切り替え手段において実際にアンテナ素子を選択するための制御信号との２種類の制御信号を使用することができる。このように構成すると、２つの周波数用のアンテナ素子を、所望の条件に従って、それぞれ遠隔制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の多周波数用アンテナ１２は、図１に示すように、例えば無線ＬＡＮ用の送受信アンテナであって、アクセスポイント１４を介してパーソナルコンピュータ１６に接続されている。
【００１５】
この多周波数用アンテナ１２は、アンテナ部１８を有している。アンテナ部１８は、第１の周波数、例えば２．４ＧＨｚ用のアンテナ素子２０と、第２の周波数、例えば５．２ＧＨｚ用のアンテナ素子２２とを備えている。これらアンテナ素子２０、２２は、例えばパッチアンテナ素子によって構成されている。これらアンテナ素子２０、２２は地板と協働するもので、１つの筐体内に地板が設けられ、この地板の一方の主表面の上方に、これと所定の間隔をおいてアンテナ素子２０、２２が設けられている。地板の他方の主表面側に、基板１７が設けられている。なお、１つの筐体内に設けてある点では代わりがないが、上述したような地板を設けずに、基板１７の一部を地板として使用することもできる。
【００１６】
これらアンテナ素子２０、２２は、基板１７上に設けられた分波・混合部２４に接続されている。この分波・混合部２４は、２つのフィルタ手段、例えばフィルタ２６、２８と整合手段、例えば整合部３０とを備えている。フィルタ２６は、２つのポート２６ａと２６ｂとを有し、一方のポート２６ａがアンテナ素子２０に接続され、他方のポート２６ｂが整合部３０に接続されている。同様に、フィルタ２８は、２つのポート２８ａと２８ｂとを有し、一方のポート２８ａがアンテナ素子２２に接続され、他方のポート２８ｂが整合部３０に接続されている。
【００１７】
フィルタ２６は、２．４ＧＨｚの信号を通過させ、５．２ＧＨｚの信号を遮断するもので、例えば遮断周波数が２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚとの間の周波数に選択されたローパスフィルタに構成されている。或いは、２．４ＧＨｚを通過帯域内に含む帯域通過フィルタ、または除去帯域に２．４ＧＨｚを含まない帯域除去フィルタを使用することもできる。フィルタ２８は、５．２ＧＨｚの信号を通過させ、２．４ＧＨｚの信号を遮断するもので、例えば遮断周波数が２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚとの間の周波数に選択されたハイパスフィルタに構成されている。或いは、５．２ＧＨｚを通過帯域内に含む帯域通過フィルタ、または除去帯域に５．２ＧＨｚを含まない帯域除去フィルタを使用することもできる。
【００１８】
整合部３０は、基板１７上に設けられた外部接続端子３２にインピーダンス整合させて、フィルタ２６、２８を接続するためのものである。
【００１９】
実際には、分波・混合部２４は、図２に示すようにマイクロストリップラインによって構成されている。即ち、整合部３０は、特性インピーダンスＺ０、例えば５０オームの整合線路３４を介して外部接続端子３２に接続されている。整合部３０は、特性インピーダンスＺ０を２の平方根で除算した値、例えば約３５オームの線路幅を有し、更に、第１及び第２の周波数、この実施の形態では２．４ＧＨｚと５．２ＧＨｚとの間の周波数の約１／４波長の最適化された線路長を持っている。この整合部３０は、特性インピーダンスの線路幅を持つ２つの部分３０ａ、３０ｂに分けられている。部分３０ａの先端は、アンテナ素子２０に接続され、部分３０ｂの先端は、アンテナ素子２２に接続されている。
【００２０】
部分３０ａ、３０ｂにおいて、整合部３０から等距離の位置に、フィルタ２６、２８が設けられている。図２では、フィルタ２６は、５．２ＧＨｚの信号を遮断するトラップフィルタに形成され、フィルタ２８は、２．４ＧＨｚの信号を遮断するトラップフィルタに形成されている。
【００２１】
従って、外部接続端子３２からの信号が２．４ＧＨｚの信号であると、２．４ＧＨｚ帯のアンテナ素子２０に伝送され、５．２ＧＨｚの信号であると、５．２ＧＨｚ帯のアンテナ素子２２に伝送される。逆に、アンテナ素子２０において受信された信号は、反対側にあるアンテナ素子２２側には流れず、アンテナ素子２２において受信された信号は、アンテナ素子２０側には流れず、外部接続端子３２にのみ伝送される。
【００２２】
アンテナ素子２０、２２及び外部接続端子３２以外の回路は、基板１７上に例えばエッチング等の作業のみによって形成することができ、何ら特別な部品が不要である。従って、簡単な構成であり、かつ低損失の特性が得られる。
【００２３】
第２の実施の形態の多周波数用アンテナ１２ａを図３、図４及び図５に示す。この実施の形態の多周波数用アンテナは、第１の周波数用アンテナである２．４ＧＨｚのアンテナ素子が複数、例えば２基設けられている。即ち、アンテナ部１８ａは、２基の２．４ＧＨｚのアンテナ素子２０ａ、２０ｂを有している。これらアンテナ素子２０ａ、２０ｂは、第１の実施形態の多周波数用アンテナ１２におけるアンテナ素子２０と同様にパッチアンテナ素子である。アンテナ素子２０ａは垂直偏波用のものであり、アンテナ素子２０ｂは水平偏波用のものである。
【００２４】
アンテナ素子２０ａ、２０ｂは、第１の選択手段、例えば偏波切換回路３４を介してフィルタ２６のポート２６ａに接続されている。この偏波切換回路３４も基板１７上に設けられている。他の構成は、第１の実施形態の多周波数用アンテナ１２と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
偏波切換回路３４は、外部接続端子３２に制御信号、例えば直流電圧が供給されているか否かによってアンテナ素子２０ａ、２０ｂの一方をフィルタ２６のポート２６ａに接続する。
【００２６】
図４に、偏波切換回路３４の回路図を示す。外部接続端子３２に外部から直流電圧が供給されていると、この直流電圧は、整合部３０及びフィルタ２６を介して、偏波切換回路３４のストリップ線路３８に供給される。
【００２７】
このストリップ線路３８の電圧に基づいて、スイッチング手段、例えばＰＩＮダイオード４０、インダクタンス４２、抵抗器４４に電流が流れ、ＰＩＮダイオード４０が導通する。その結果、アンテナ素子２０ａに接続されているストリップ線路４６がコンデンサ４８を介してストリップ線路３８と接続され、アンテナ素子２０ａからの垂直偏波の信号が、ストリップ線路４６、コンデンサ４８、ストリップ線路３８を経てフィルタ２６に供給される。
【００２８】
ストリップ線路３８の電圧によって、抵抗器５０、ストリップ線路５２、スイッチング手段、例えばＰＩＮダイオード５４に電流が流れる。これによって、ＰＩＮダイオード５４が導通し、アンテナ素子２０ｂに接続されているストリップ線路５８がコンデンサ６０、ＰＩＮダイオード５４を介して接地される。その結果、アンテナ素子２０ｂからの水平偏波の信号は、ストリップ線路５２、３８には伝送されないので、フィルタ２６にも伝送されない。即ち、アンテナ素子２０ａからの垂直偏波の信号のみがフィルタ２６に伝送される。なお、外部接続端子３２に２．４ＧＨｚの信号が供給された場合、この信号は、同様にしてアンテナ素子２０ａにのみ伝送される。
【００２９】
一方、外部接続端子３２に直流電圧が供給されていないとき、２つのＰＩＮダイオード４０、５４は、共に非導通状態である。従って、ストリップ線路４６、３８は非接続状態であり、アンテナ素子２０ａからの垂直偏波の信号は、ストリップ線路３８には伝送されない。しかし、ストリップ線路５８は、コンデンサ６０によってストリップ線路５２に接続され、このストリップ線路５２はコンデンサ６２を介してストリップ線路３８に接続されているので、アンテナ素子２０ｂからの水平偏波の信号は、ストリップ線路５８、コンデンサ６０、ストリップ線路５２、コンデンサ６２及びストリップ線路３８を介してフィルタ２６に供給される。即ち、外部接続端子３２に直流電圧が供給されていない状態では、アンテナ素子２０ｂからの水平偏波の信号のみがフィルタ２６に供給される。外部接続端子３２に２．４ＧＨｚの信号が供給された場合でも、同様にしてアンテナ素子２０ｂにのみ伝送される。なお、図４において、符号６４で示すのはバイパスコンデンサである。
【００３０】
図５に、この偏波切換回路３４のパターン図を示す。このパターン図において、符号６６、６８、７０で示すのは接地電位面である。ストリップ線路３８と、ストリップ線路５２とは、接地電位面６６、６８間に形成されている。ストリップ線路４６は、接地電位面６６、７０間に形成されている。ストリップ線路４６とストリップ線路３８との間に、インダクタンス４２のパッド４２ａが形成されている。また、接地電位面６８、７０間にストリップ線路５８が形成されている。
【００３１】
パッド４２ａとストリップ線路４６との間にコンデンサ４８が接続され、パッド４２ａとストリップ線路３８との間にＰＩＮダイオード４０が接続されている。インダクタンス４２の先端部４２ｂと接地電位面７０との間に抵抗器４４とコンデンサ６４との並列回路が接続されている。ストリップ線路３８、５２の間に抵抗器５０とコンデンサ６２との並列回路が接続され、ストリップ線路５２と接地電位面６８との間にＰＩＮダイオード５４が接続され、ストリップ線路５２、５８の間にコンデンサ６０が接続されている。
【００３２】
この多周波数用アンテナ１２ａでは、アンテナ素子２０ａ、２０ｂのうち所望の偏波用のものを選択して、フィルタ２６に接続することができる。この偏波切換回路３４では、ストリップ線路４６、３８間に直列にダイオード４０を接続し、ストリップ線路５８、５２を接続し、その接続点と接地電位との間にダイオード５４を接続し、これらＰＩＮダイオード４０、５４を同時に導通または非導通状態として、ストリップ線路４６または５８を伝送されるアンテナ素子２０ａまたは２０ｂの信号の一方を、ストリップ線路３８に伝送している。
【００３３】
ストリップ線路５８、５２間にも直列にＰＩＮダイオード５４を接続する構成も考えられる。しかし、この構成では、ＰＩＮダイオード４０、５４のいずれを導通させるかによって、外部接続端子３２に供給する直流電圧の値を変化させ、いずれの電圧が供給されているかを判定する比較回路等が必要になり、回路構成が複雑になる。
【００３４】
第３の実施の形態の多周波数用アンテナ１２ｂを図６に示す。この多周波数用アンテナ１２ｂでは、第１周波数用のアンテナだけでなく、第２の周波数用のアンテナも、複数、例えば２基設けられている。即ち、アンテナ部１８ｂは、２基の２．４ＧＨｚのアンテナ素子２２ａ、２２ｂも有している。これらアンテナ素子２２ａ、２２ｂは、第１の実施形態の多周波数用アンテナ１２におけるアンテナ素子２２と同様にパッチアンテナ素子である。アンテナ素子２２ａは垂直偏波用のものであり、アンテナ素子２２ｂは水平偏波用のものである。アンテナ素子２０ａ、２０ｂは、第２の実施の形態のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと同一のものである。
【００３５】
これらアンテナ素子２２ａ、２２ｂは、第２の選択手段、例えば偏波切換回路３４ｂを介してフィルタ２８に接続されている。偏波切換回路３４ｂは、アンテナ素子２０ａ、２０ｂをフィルタ２６に接続している第１の選択手段、例えば偏波切換回路３４ａと共に、第２の実施の形態の多周波数用アンテナ１２ａにおける偏波切換回路３４と同一の構成である。これら偏波切換回路３４ａ、３４ｂは、基板１７上に設けられている。
【００３６】
従って、外部接続端子３２に直流電圧が供給されたとき、アンテナ素子２０ａが偏波切換回路３４ａによって選択されて、フィルタ２６に接続されると共に、アンテナ素子２２ａが偏波切換回路３４ｂによって選択されて、フィルタ２８に接続される。外部接続端子３２に直流電圧が非供給のとき、アンテナ素子２０ｂが偏波切換回路３４ａによって選択されて、フィルタ２６に接続されると共に、アンテナ素子２２ｂが偏波切換回路３４ｂによって選択されて、フィルタ２８に供給される。即ち、アンテナ素子２０ａ、２２ａが連動して選択され、アンテナ素子２０ｂ、２２ｂが連動して選択される。従って、アンテナ素子２０ａ、２０ｂのうち所望のものからの信号と、アンテナ素子２２ａ、２２ｂのうち所望のものからの信号とを、同時に伝送することができる。
【００３７】
例えば基板１７上に電圧比較回路と、パルス検出回路とを設け、外部接続端子３２に、直流電圧とパルス信号との組み合わせからなる制御信号を供給すれば、各アンテナ素子２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂのうち所望の１つを選択することも可能である。例えば直流電圧の値を３Ｖとして、これにパルス信号を重畳していないとき、アンテナ素子２０ａが選択されるように構成し、直流電圧の値が６Ｖで、これにパルス信号が重畳されていないとき、アンテナ素子２０ｂが選択されるように構成し、直流電圧の値が３Ｖで、これにパルス信号が重畳されているとき、アンテナ素子２２ａが選択されるように構成し、直流電圧の値が６Ｖで、これにパルス信号が重畳されているとき、アンテナ素子２２ｂが選択されるように構成することができる。
【００３８】
上記の各実施の形態では、アンテナ素子に、２．４ＧＨｚ帯、５．２ＧＨｚ帯の電波を送受信するためのものを使用したが、これに限ったものではなく、他の周波数帯の電波を送受信するためのものを使用してもよい。更に、上記の各実施の形態では、２つの異なる周波数用のアンテナ素子を設けたが、さらに多くの異なる周波数用のアンテナ素子を設けることもできる。また、第２及び第３の実施の形態では、偏波切換回路３４、３４ａ、３４ｂを基板１７上に設けたが、アンテナ素子側に設けることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、１つの筐体内に複数のアンテナ素子を収容したアンテナ装置で複数の周波数の信号を送受信でき、１つの基板上に主要構成部品が設けられているので、構成が簡易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の多周波数用アンテナのブロック図である。
【図２】図１の多周波数用アンテナの分波・混合部のパターン図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の多周波数用アンテナのブロック図である。
【図４】図３の多周波数用アンテナの偏波切換回路の回路図である。
【図５】図４の偏波切換回路のパターン図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の多周波数用アンテナのブロック図である。
【図７】従来の多周波数用アンテナのブロック図である。
【符号の説明】
１７基板
２０アンテナ素子（第１の周波数用アンテナ素子）
２２アンテナ素子（第２の周波数用アンテナ素子）
２６フィルタ（第１フィルタ手段）
２８フィルタ（第２フィルタ手段）
３０整合部（整合手段）
３４偏波切換回路（第１の選択手段）
３４ａ偏波切換回路（第１の選択手段）
３４ｂ偏波切換回路（第２の選択手段）[0001]
The present invention relates to, for example, one antenna device in which a plurality of antenna elements are provided in one housing.
[0002]
[Prior art]
In recent years, personal computers have become quite popular in ordinary homes and workplaces, and the use of LANs for connecting a plurality of personal computers to each other is also active. A wireless LAN is used for the LAN connection in order to avoid wiring troublesomeness. In the wireless LAN, the 2.4 GHz band is mainly used. However, due to legal restrictions, a very wide band cannot be obtained, and a high transmission rate cannot be obtained. For example, use of a high frequency band such as the 5.2 GHz band is also considered. When both the 2.4 GHz band and the 5.2 GHz band are used, for example, as shown in FIG. 7, the 2.4 GHz band antenna 2 and the 5.2 GHz band antenna 4 are connected to the antenna switch 6. And switching to the personal computer 10 via the access point 8 can be considered. These antennas 2 and 4 are accommodated in separate housings.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a configuration, not only a housing for the two antennas 2 and 4 is required, but an antenna switch must be provided, and the configuration is complicated.
[0004]
An object of the present invention is to provide a multi-frequency antenna that is a single antenna device that accommodates a plurality of antenna elements in a single housing and that can transmit and receive signals of a plurality of frequencies and that has a simple configuration. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The multi-frequency antenna according to the present invention includes a first frequency antenna element and a second frequency antenna element. The first and second frequencies are different from each other. The first frequency antenna is not limited to the one that transmits and receives only the first frequency radio wave. For example, the first frequency antenna can also transmit and receive a first frequency band radio wave including the first frequency. . Similarly, the second frequency antenna may be capable of transmitting and receiving radio waves in the second frequency band including the second frequency. Although various elements can be used as these antenna elements, it is desirable to use a patch antenna element from the viewpoint of miniaturization. These patch antenna elements are desirably housed in one housing. In addition to the first and second antenna elements, first and second filter means are provided. The first filter means is connected to the first frequency antenna element, and the second filter means is also connected to the second frequency antenna element. The first filter means allows the signal having the first frequency to pass but blocks the signal having the second frequency. The second filter means allows the signal of the second frequency to pass, but blocks the signal of the first frequency. For example, if it is assumed that the first frequency is lower than the second frequency, the first filter means is a low-pass filter having a cutoff frequency between the first and second frequencies as the second filter means. A high-pass filter with a cutoff frequency between the first and second frequencies can be used. Further, a band pass filter including the first frequency in the pass band can be used as the first filter means, and a band pass filter including the second frequency in the pass band can be used as the second filter means. Then, a band elimination filter that does not include the first frequency in the cutoff band is used as the first filter means, and a band elimination filter that does not contain the second frequency in the cutoff band is used as the second filter means. You can also. Matching means is provided between the first and second filter means and the external connection terminal. Further, the first and second filter means and the matching means are formed by a pattern on the same substrate. The matching means has a length of 1/4 wavelength of the frequency between the first and second frequencies, one end of which is connected to the external connection terminal via the pattern line, and the other end is formed by the pattern. It is divided into two sides by two parts. One end of the two portions is connected to the first frequency antenna element, and the other end of the two portions is connected to the second frequency antenna element. A first filter means is provided at a predetermined distance away from the matching means in one of the two parts, and a second filter means is provided at a position away from the matching means in the other of the two parts. It has been. That is, the first and second filter means are each equidistant from the matching means. In addition to the antenna elements for the first and second frequencies, antenna elements for other frequencies can be provided. In this case, it is desirable to provide filter means for passing signals of other frequencies and blocking the signals of the first and second frequencies, and to connect the antenna elements for other frequencies to the matching means via this.
[0006]
When receiving radio waves of the first and second frequencies using the multi-frequency antenna configured in this way, the first frequency signal received by the first frequency antenna is the first filter means, A signal of the second frequency supplied to the external connection terminal via the matching means and received by the second frequency antenna is supplied to the external connection terminal via the second filter means and the matching means. At this time, the first filter means passes the signal of the first frequency but cuts off the signal of the second frequency, so that the second frequency signal is transmitted from the matching means to the first frequency antenna. There is no. Similarly, the second filter means passes the signal of the second frequency, but blocks the signal of the first frequency, so that the first frequency signal is transmitted from the matching means to the second frequency antenna. There is nothing. Therefore, it is possible to satisfactorily receive the first and second frequency signals without providing an antenna switch. Note that since the antenna element is reversible, the signals of the first and second frequencies can be transmitted satisfactorily as long as the signals of the first and second frequencies can be received well. In this multi-frequency antenna, since the first and second filter means and matching means are formed on the same substrate, the multi-frequency antenna can be reduced in size, and at both frequencies at the same time. Can be sent and received.
[0007]
A plurality of antenna elements can be provided as the first frequency antenna element. In this case, first selection means for connecting a selected one of the plurality of antenna elements to the first filter means is provided.
[0008]
If comprised in this way, each antenna element for 1st frequencies selected by the 1st selection means can be changed, for example, it is the 1st frequency, respectively, and the radio wave which has a different polarization plane is transmitted or received, respectively. Or antenna diversity can be achieved.
[0009]
Furthermore, the first selection means can be provided on the substrate. If comprised in this way, a structure can be simplified more and more.
[0010]
Alternatively, the first selection means may be configured to select one of a plurality of antenna elements as the first frequency antenna element based on a control signal supplied to the external connection terminal. The first selection means can be switched by using, for example, a DC voltage as the control signal and changing the value of the DC voltage or supplying or stopping the DC voltage. If comprised in this way, remote control will become easy.
[0011]
Alternatively, a plurality of antenna elements can be provided as the second frequency antenna element. Second selecting means for connecting a selected one of the antenna elements for the second frequency to the one port of the second filter means is provided. With this configuration, polarization plane switching and antenna diversity can be realized at each of the first and second frequencies.
[0012]
Furthermore, first and second selection means can be provided on the substrate. With this configuration, in addition to the first and second filter means and the matching means, the first and second selection means are also configured on the same substrate, so the multi-frequency antenna can be reduced in size. can do.
[0013]
Alternatively, the second selection means may select one of a plurality of antenna elements as the second frequency antenna element based on the control signal. As the control signal, for example, two kinds of control signals, that is, a control signal for selecting one of the first and second switching means and a control signal for actually selecting an antenna element in the selected switching means. Can be used. If comprised in this way, the antenna element for two frequencies can each be remotely controlled according to desired conditions.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the multi-frequency antenna 12 according to the first embodiment of the present invention is a transmission / reception antenna for a wireless LAN, for example, and is connected to a personal computer 16 via an access point 14.
[0015]
This multi-frequency antenna 12 has an antenna section 18. The antenna unit 18 includes an antenna element 20 for a first frequency, for example, 2.4 GHz, and an antenna element 22 for a second frequency, for example, 5.2 GHz. These antenna elements 20 and 22 are constituted by, for example, patch antenna elements. The antenna elements 20 and 22 cooperate with the ground plane, and the ground plane is provided in one housing, and the antenna elements 20 and 22 are spaced above the main surface of the ground plane at a predetermined interval. Is provided. A substrate 17 is provided on the other main surface side of the main plate. Although there is no substitute in that it is provided in one housing, a part of the substrate 17 can be used as a ground plate without providing the ground plate as described above.
[0016]
These antenna elements 20 and 22 are connected to a demultiplexing / mixing unit 24 provided on the substrate 17. The demultiplexing / mixing unit 24 includes two filter means such as filters 26 and 28 and a matching means such as a matching unit 30. The filter 26 has two ports 26 a and 26 b, one port 26 a is connected to the antenna element 20, and the other port 26 b is connected to the matching unit 30. Similarly, the filter 28 has two ports 28 a and 28 b, one port 28 a is connected to the antenna element 22, and the other port 28 b is connected to the matching unit 30.
[0017]
The filter 26 passes a 2.4 GHz signal and cuts off a 5.2 GHz signal. For example, the filter 26 is configured as a low-pass filter whose cutoff frequency is selected to a frequency between 2.4 GHz and 5.2 GHz. Yes. Alternatively, a band-pass filter that includes 2.4 GHz in the pass band, or a band-reject filter that does not include 2.4 GHz in the rejection band can be used. The filter 28 passes a signal of 5.2 GHz and blocks a signal of 2.4 GHz. For example, the filter 28 is configured as a high-pass filter whose cutoff frequency is selected to a frequency between 2.4 GHz and 5.2 GHz. Yes. Alternatively, a band-pass filter that includes 5.2 GHz in the pass band, or a band-reject filter that does not include 5.2 GHz in the rejection band can be used.
[0018]
The matching unit 30 is for impedance matching with an external connection terminal 32 provided on the substrate 17 to connect the filters 26 and 28.
[0019]
Actually, the demultiplexing / mixing unit 24 is configured by a microstrip line as shown in FIG. That is, the matching unit 30 is connected to the external connection terminal 32 via a matching line 34 having a characteristic impedance Z0, for example, 50 ohms. The matching unit 30 has a value obtained by dividing the characteristic impedance Z0 by the square root of 2, for example, a line width of about 35 ohms, and further, the first and second frequencies, in this embodiment, 2.4 GHz and 5.2 GHz. And has an optimized line length of about 1/4 wavelength of the frequency between. The matching portion 30 is divided into two portions 30a and 30b having a characteristic impedance line width. The tip of the portion 30 a is connected to the antenna element 20, and the tip of the portion 30 b is connected to the antenna element 22.
[0020]
Filters 26 and 28 are provided at positions equidistant from the matching portion 30 in the portions 30a and 30b. In FIG. 2, the filter 26 is formed as a trap filter that blocks a 5.2 GHz signal, and the filter 28 is formed as a trap filter that blocks a 2.4 GHz signal.
[0021]
Therefore, if the signal from the external connection terminal 32 is a 2.4 GHz signal, it is transmitted to the 2.4 GHz band antenna element 20, and if it is a 5.2 GHz signal, it is transmitted to the 5.2 GHz band antenna element 22. Is done. On the contrary, the signal received at the antenna element 20 does not flow to the antenna element 22 side on the opposite side, and the signal received at the antenna element 22 does not flow to the antenna element 20 side, Only transmitted.
[0022]
Circuits other than the antenna elements 20 and 22 and the external connection terminal 32 can be formed on the substrate 17 only by an operation such as etching, and no special parts are required. Therefore, a simple configuration and low loss characteristics can be obtained.
[0023]
The multi-frequency antenna 12a of the second embodiment is shown in FIGS. The multi-frequency antenna of this embodiment is provided with a plurality of, for example, two, 2.4 GHz antenna elements which are first frequency antennas. That is, the antenna unit 18a has two 2.4 GHz antenna elements 20a and 20b. These antenna elements 20a and 20b are patch antenna elements similarly to the antenna element 20 in the multi-frequency antenna 12 of the first embodiment. The antenna element 20a is for vertical polarization, and the antenna element 20b is for horizontal polarization.
[0024]
The antenna elements 20a and 20b are connected to the port 26a of the filter 26 via first selection means, for example, a polarization switching circuit 34. This polarization switching circuit 34 is also provided on the substrate 17. Since other configurations are the same as those of the multi-frequency antenna 12 of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0025]
The polarization switching circuit 34 connects one of the antenna elements 20 a and 20 b to the port 26 a of the filter 26 depending on whether or not a control signal such as a DC voltage is supplied to the external connection terminal 32.
[0026]
FIG. 4 shows a circuit diagram of the polarization switching circuit 34. When a DC voltage is supplied to the external connection terminal 32 from the outside, the DC voltage is supplied to the strip line 38 of the polarization switching circuit 34 via the matching unit 30 and the filter 26.
[0027]
Based on the voltage of the strip line 38, a current flows through the switching means, for example, the PIN diode 40, the inductance 42, and the resistor 44, and the PIN diode 40 becomes conductive. As a result, the strip line 46 connected to the antenna element 20 a is connected to the strip line 38 via the capacitor 48, and the vertically polarized signal from the antenna element 20 a passes through the strip line 46, the capacitor 48, and the strip line 38. Then, it is supplied to the filter 26.
[0028]
Due to the voltage of the strip line 38, a current flows through the resistor 50, the strip line 52, and the switching means such as the PIN diode 54. As a result, the PIN diode 54 becomes conductive, and the strip line 58 connected to the antenna element 20 b is grounded via the capacitor 60 and the PIN diode 54. As a result, the horizontally polarized signal from the antenna element 20 b is not transmitted to the strip lines 52 and 38, and therefore not transmitted to the filter 26. That is, only the vertically polarized signal from the antenna element 20 a is transmitted to the filter 26. When a 2.4 GHz signal is supplied to the external connection terminal 32, this signal is similarly transmitted only to the antenna element 20a.
[0029]
On the other hand, when no DC voltage is supplied to the external connection terminal 32, the two PIN diodes 40 and 54 are both non-conductive. Therefore, the strip lines 46 and 38 are not connected, and the vertically polarized signal from the antenna element 20 a is not transmitted to the strip line 38. However, since the strip line 58 is connected to the strip line 52 by the capacitor 60, and the strip line 52 is connected to the strip line 38 via the capacitor 62, the horizontally polarized signal from the antenna element 20b is stripped. The signal is supplied to the filter 26 via the line 58, the capacitor 60, the strip line 52, the capacitor 62 and the strip line 38. That is, in a state where no DC voltage is supplied to the external connection terminal 32, only the horizontally polarized signal from the antenna element 20b is supplied to the filter 26. Even when a 2.4 GHz signal is supplied to the external connection terminal 32, the signal is similarly transmitted only to the antenna element 20b. In FIG. 4, reference numeral 64 denotes a bypass capacitor.
[0030]
FIG. 5 shows a pattern diagram of the polarization switching circuit 34. In this pattern diagram, reference numerals 66, 68, and 70 denote ground potential planes. The strip line 38 and the strip line 52 are formed between the ground potential surfaces 66 and 68. The strip line 46 is formed between the ground potential surfaces 66 and 70. A pad 42 a having an inductance 42 is formed between the strip line 46 and the strip line 38. A strip line 58 is formed between the ground potential surfaces 68 and 70.
[0031]
A capacitor 48 is connected between the pad 42 a and the strip line 46, and a PIN diode 40 is connected between the pad 42 a and the strip line 38. A parallel circuit of a resistor 44 and a capacitor 64 is connected between the tip 42 b of the inductance 42 and the ground potential surface 70. A parallel circuit of a resistor 50 and a capacitor 62 is connected between the strip lines 38 and 52, a PIN diode 54 is connected between the strip line 52 and the ground potential plane 68, and a capacitor is connected between the strip lines 52 and 58. 60 is connected.
[0032]
In the multi-frequency antenna 12a, a desired polarized wave antenna can be selected from the antenna elements 20a and 20b and connected to the filter 26. In this polarization switching circuit 34, a diode 40 is connected in series between the strip lines 46 and 38, strip lines 58 and 52 are connected, and a diode 54 is connected between the connection point and the ground potential. The diodes 40 and 54 are turned on or off at the same time, and one of the signals of the antenna element 20a or 20b transmitted through the strip line 46 or 58 is transmitted to the strip line 38.
[0033]
A configuration in which a PIN diode 54 is connected in series between the strip lines 58 and 52 is also conceivable. However, in this configuration, a comparison circuit or the like is required to determine which voltage is supplied by changing the value of the DC voltage supplied to the external connection terminal 32 depending on which of the PIN diodes 40 and 54 is made conductive. This complicates the circuit configuration.
[0034]
A multi-frequency antenna 12b of the third embodiment is shown in FIG. In the multi-frequency antenna 12b, a plurality of, for example, two antennas for the second frequency are provided in addition to the antenna for the first frequency. That is, the antenna unit 18b also includes two 2.4 GHz antenna elements 22a and 22b. These antenna elements 22a and 22b are patch antenna elements similarly to the antenna element 22 in the multi-frequency antenna 12 of the first embodiment. The antenna element 22a is for vertical polarization, and the antenna element 22b is for horizontal polarization. The antenna elements 20a and 20b are the same as the antenna elements 20a and 20b of the second embodiment.
[0035]
These antenna elements 22a and 22b are connected to the filter 28 via second selection means, for example, a polarization switching circuit 34b. The polarization switching circuit 34b is coupled with the first selection means for connecting the antenna elements 20a and 20b to the filter 26 , for example, the polarization switching circuit 34a, and the polarization switching in the multi-frequency antenna 12a of the second embodiment. The configuration is the same as that of the circuit 34. These polarization switching circuits 34 a and 34 b are provided on the substrate 17.
[0036]
Therefore, when a DC voltage is supplied to the external connection terminal 32, the antenna element 20a is selected by the polarization switching circuit 34a and connected to the filter 26, and the antenna element 22a is selected by the polarization switching circuit 34b. , Connected to the filter 28. When the DC voltage is not supplied to the external connection terminal 32, the antenna element 20b is selected by the polarization switching circuit 34a and connected to the filter 26, and the antenna element 22b is selected by the polarization switching circuit 34b. 28. That is, the antenna elements 20a and 22a are selected in conjunction with each other, and the antenna elements 20b and 22b are selected in conjunction with each other. Therefore, a signal from a desired one of the antenna elements 20a and 20b and a signal from a desired one of the antenna elements 22a and 22b can be transmitted simultaneously.
[0037]
For example, if a voltage comparison circuit and a pulse detection circuit are provided on the substrate 17 and a control signal composed of a combination of a DC voltage and a pulse signal is supplied to the external connection terminal 32, each antenna element 20a, 20b, 22a, 22b is supplied. It is also possible to select one of the desired ones. For example, when the DC voltage value is 3V and the pulse signal is not superimposed on the antenna element 20a, the antenna element 20a is selected. The DC voltage value is 6V and the pulse signal is not superimposed on the antenna element 20a. The antenna element 20b is selected, the DC voltage value is 3V, and when the pulse signal is superimposed on the antenna element 22a, the antenna element 22a is selected and the DC voltage value is 6V. Thus, when the pulse signal is superimposed on the antenna element 22b, the antenna element 22b can be selected.
[0038]
In each of the above embodiments, the antenna element used for transmitting and receiving radio waves in the 2.4 GHz band and the 5.2 GHz band is used. However, the present invention is not limited to this, and radio waves in other frequency bands are transmitted and received. You may use what you do. Further, in each of the above-described embodiments, two different frequency antenna elements are provided, but many different frequency antenna elements may be provided. In the second and third embodiments, the polarization switching circuits 34, 34a, and 34b are provided on the substrate 17, but may be provided on the antenna element side.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, signals of a plurality of frequencies can be transmitted / received by an antenna device in which a plurality of antenna elements are accommodated in one housing, and main components are provided on one substrate. The configuration is simple.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a multi-frequency antenna according to a first embodiment of the present invention.
2 is a pattern diagram of a demultiplexing / mixing unit of the multi-frequency antenna of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a block diagram of a multi-frequency antenna according to a second embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a polarization switching circuit of the multi-frequency antenna of FIG. 3. FIG.
5 is a pattern diagram of the polarization switching circuit of FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram of a multi-frequency antenna according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a conventional multi-frequency antenna.
[Explanation of symbols]
17 Substrate 20 Antenna element (first frequency antenna element)
22 Antenna element (second frequency antenna element)
26 Filter (first filter means)
28 Filter (second filter means)
30 Alignment part (Alignment means)
34 Polarization switching circuit (first selection means)
34a Polarization switching circuit (first selecting means)
34b Polarization switching circuit (second selection means)

Claims

A first frequency antenna element;
A second frequency antenna element different from the first frequency;
A first filter means connected to the first frequency antenna element for passing a first frequency signal but blocking a second frequency signal;
A second filter means connected to the second frequency antenna element for passing a signal of the second frequency but blocking the signal of the first frequency;
A matching means provided between the first and second filter means and the external connection terminal;
The first and second filter means and the matching means are formed by a pattern on the same substrate;
The matching means has a length of a quarter wavelength of the frequency between the first and second frequencies, one end of which is connected to the external connection terminal via a pattern line, and the other end depending on the pattern. Divided into two sides by the two parts formed,
One tip of the two parts is connected to a first frequency antenna element, and the other tip of the two parts is connected to a second frequency antenna element,
A first filter means is provided at a predetermined distance away from the matching means in one of the two parts, and a second filter is provided at a position away from the matching means in the other of the two parts. A multi-frequency antenna provided with filter means .

2. The multi-frequency antenna according to claim 1, wherein a plurality of antenna elements are provided as the first frequency antenna elements, and a first selection means for connecting a selected one of the antenna elements to the first filter means is provided. Multi-frequency antenna.

3. The multi-frequency antenna according to claim 2, wherein the first selection means is provided on the substrate.

3. The multi-frequency antenna according to claim 2, wherein the first selection means selects one of a plurality of antenna elements as the first frequency antenna based on a control signal supplied to the external connection terminal. Multi-frequency antenna.

3. The multi-frequency antenna according to claim 2, wherein a plurality of antenna elements are provided as the second frequency antenna elements, and second selection means for connecting a selected one of them to the second filter means is provided. Multi-frequency antenna.

6. The multi-frequency antenna according to claim 5, wherein the first and second selection means are provided on the substrate.

6. The multi-frequency antenna according to claim 5, wherein the second selection means selects one of a plurality of antenna elements as the second frequency antenna based on the control signal.