JP4310687B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、自由度の高い形状で、かつ、小型化して、広帯域特性を実現するようにしたアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly, to an antenna device that has a high degree of freedom and is miniaturized to realize broadband characteristics.
従来の板状広帯域アンテナの例として、文献、R.M.Taylor.,“A Brodband Omnidirectional Antenna,”に半円形導体板を用いたアンテナ装置が示されている。その構成例を図1および図2に示す。 As an example of a conventional plate-shaped broadband antenna, an antenna device using a semicircular conductor plate is shown in the literature, R.M. Taylor., “A Brodband Omnidirectional Antenna,”. An example of the configuration is shown in FIGS.
図1Aは、半楕円形状の放射板(導体板)1a,1bを備えたアンテナ装置を示しており、図1Bは、半円形状の放射板1a,1bを備えたアンテナ装置を示している。放射板1a,1bは、それぞれの半円円弧の頂点2a,2bが対向するように配置されている。給電部3は、この頂点2a,2bの間に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。
FIG. 1A shows an antenna device provided with semi-elliptical radiation plates (conductor plates) 1a and 1b, and FIG. 1B shows an antenna device provided with
図2は、二等辺三角形状の放射板1a,1bを備えたアンテナ装置を示している。放射板1a,1bは、それぞれの頂点2a,2bが対向するように、かつ、その頂角を90度以上広げるようにして配置されている。給電部3は、この頂点2a,2bの間に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。
FIG. 2 shows an antenna device provided with
ここで、図3に示されるように、半円形の放射板1a,1bの半径rを0.25λ=25mmとした場合のアンテナ装置のVSWR(Voltage Standing Wave Ratio:定在波比)特性を図4に示す。図4において、縦軸はVSWR特性を表わし、横軸は周波数(GHz)を表わしている。また、横軸の1目盛りは、800MHzである。一般に、VSWR≦2.0となる帯域が使用帯域とされることから、この条件を満たす最低周波数は、1.7GHzほどであり、広帯域特性を持つことがわかる。
Here, as shown in FIG. 3, the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) characteristic of the antenna device when the radius r of the
ところで、広帯域特性を持つアンテナ装置を実現するためには、最低周波数に応じて面形状を大きくする必要がある。また、図1および図2に示した放射板1a,1bは、その形状は異なるものの、いずれも、対称面形状の中心線を含む頂点を近接させて給電する構造を特徴としている。これは、給電部3(頂点)を原点として、各波長に対応した幾何学的な面積の相似比を、容易に得ることができる構造とするためである。すなわち、図1乃至図3において、影が施されている部分の放射板1a,1bの小さいアンテナ装置と、影が施されている部分を含む放射板1a,1bの大きいアンテナ装置は、電磁界が互いに相似であって、この大小2つのアンテナ装置は、全く等しい特性を持つことになる。
By the way, in order to realize an antenna device having broadband characteristics, it is necessary to increase the surface shape according to the lowest frequency. The
このように、相似構造のアンテナ装置は、電磁界の相似の理と呼ばれ、周波数に無関係な特性を持ったアンテナ装置であることがわかる(例えば、非特許文献1参照)。 As described above, the antenna device having a similar structure is called an electromagnetic field similarity theory, and it is understood that the antenna device has a characteristic irrelevant to the frequency (see, for example, Non-Patent Document 1).
図5は、図1に示した双極型(ダイポール型)のアンテナ装置の1つの放射素子である半円形の放射板1と、電気影像面として作用する平面導体地板11により構成し、図1に示したアンテナ装置と等価な動作をする単極型(モノポール型)のアンテナ装置を示している。半円形の放射板1は、その円弧頂点2が平面導体地板11上に近接対向するように垂直に配置される。給電部3は、円弧頂点2、または、円弧頂点2と平面導体地板11の間に設けられ、同軸給電ケーブル12から給電される。平面導体地板11は、放射板1の電気影像を、放射板1が配置される面を表面とした場合の裏面に形成し、図1に示したアンテナ装置と等価な動作をする。
FIG. 5 includes a semicircular
広帯域特性を持つダイポール型のアンテナ装置は、図1および図2に示したように、放射板1a,1bの形状が少なくとも一頂点を原点とする対称面形状に構成し、かつ、放射板1a,1bの頂点2a,2bを近接させて中央給電する必要があった。
As shown in FIGS. 1 and 2, the dipole antenna device having a wideband characteristic is configured such that the shape of the
また、アンテナ装置の構造上、給電部3から離れるに従って、幾何学的に水平方向(図1乃至図3の紙面において横方向)に拡大するような放射面構造を有するものであるため、装置が大型化する課題があった。
In addition, because of the structure of the antenna device, the antenna device has a radiation surface structure that geometrically expands in the horizontal direction (lateral direction in the plane of FIG. 1 to FIG. 3) as the distance from the
さらに、広帯域特性を持つモノポール型のアンテナ装置は、図5に示したように、例えば、車体などの平面導体地板11上に取り付けた場合、その重心が高くなるため、構造的および流体力学的に不安定となり、自由度が少ない形状となる課題があった。
Further, as shown in FIG. 5, the monopole antenna device having a wide band characteristic has a high center of gravity when mounted on a flat
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、自由度の高い形状で、広帯域特性を実現することができるようにするものである。また、使用用途に応じて、小型化することができるようにするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to realize broadband characteristics with a highly flexible shape. Moreover, it enables it to reduce in size according to a use application.
本発明のアンテナ装置は、第1の放射板と第2の放射板が対向するように近接配置され、近接配置された第1の放射板と第2の放射板の間には間隙が形成され、前記間隙の開口端寄りの位置であって、前記間隙の長手方向の長さをsとしたときにs/3±10%で表される範囲の位置に給電部が設けられ、前記給電部から離れた開口端の前記間隙の幅より、前記給電部に近い開口端の前記間隙の幅が広くなるように、かつ、前記給電部が設けられる位置の前記間隙の幅が0.1乃至0.5mmの幅になるように、前記給電部から両開口端に向けて前記第1の放射板と前記第2の放射板の形状がテーパ状に形成される。 The antenna device of the present invention is disposed in proximity so that the first radiation plate and the second radiation plate face each other, and a gap is formed between the first radiation plate and the second radiation plate disposed in proximity to each other, A power feeding unit is provided at a position near the opening end of the gap and in a range represented by s / 3 ± 10% when the length of the gap in the longitudinal direction is s, and is separated from the power feeding unit. The width of the gap at the opening end close to the power feeding portion is larger than the width of the gap at the opening end, and the width of the gap at the position where the power feeding portion is provided is 0.1 to 0.5 mm. The first radiating plate and the second radiating plate are formed in a tapered shape from the power feeding portion toward both opening ends so as to have a width of.
前記第1の放射板および第2の放射板の間に形成される間隙の長手方向の長さをs、第1の放射板の最大広がり幅をkとした場合、縦横比mは、s/2kで表わされ、その値は、0.3<m<0.7の範囲とされるようにすることができる。 When the length in the longitudinal direction of the gap formed between the first radiation plate and the second radiation plate is s and the maximum spread width of the first radiation plate is k, the aspect ratio m is s / 2k. And the value can be in the range of 0.3 <m <0.7.
本発明においては、第1の放射板と第2の放射板が対向するように近接配置され、近接配置された第1の放射板と第2の放射板の間には間隙が形成され、前記間隙の開口端寄りの位置であって、前記間隙の長手方向の長さをsとしたときにs/3±10%で表される範囲の位置に給電部が設けられ、前記給電部から離れた開口端の前記間隙の幅より、前記給電部に近い開口端の前記間隙の幅が広くなるように、かつ、前記給電部が設けられる位置の前記間隙の幅が0.1乃至0.5mmの幅になるように、前記給電部から両開口端に向けて前記第1の放射板と前記第2の放射板の形状がテーパ状に形成される。 In the present invention, the first radiation plate and the second radiation plate are disposed close to each other so that a gap is formed between the first radiation plate and the second radiation plate that are disposed close to each other. A power feeding part is provided at a position near the opening end and in a range represented by s / 3 ± 10%, where s is the length in the longitudinal direction of the gap, and the opening is separated from the power feeding part. The width of the gap at the opening end close to the power feeding part is wider than the width of the gap at the end, and the width of the gap at the position where the power feeding part is provided is 0.1 to 0.5 mm. Thus, the first radiation plate and the second radiation plate are tapered from the feeding portion toward both opening ends.
本発明によれば、広帯域特性を実現することができる。特に、自由度の高い形状で、広帯域特性を実現することが可能となる。 According to the present invention , wideband characteristics can be realized. In particular, broadband characteristics can be realized with a highly flexible shape.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図6は、本発明に係る広帯域アンテナ装置の原理的構成例を示す図である。なお、従来と対応する部分には、同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。正方形状の放射板1a,1bは、例えば、各1辺が25mmとされ、放射板1a,1bの間に、1mmのスロット形状の間隙(ギャップ)21(図6において、影で示される領域)を有するように近接配置される。給電部3−1乃至3−3は、このスロット形状の間隙21の一端に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the basic configuration of the wideband antenna apparatus according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part corresponding to the past, and the description is abbreviate | omitted suitably. Each of the square-
放射板1a,1bは、アルミ材や銅などの材質からなり、その形状は、薄状または板状などのいずれでもよい。
The
間隙21の幅(スロット幅)は、概ね放射板1a,1bの間の結合度を変えることによるインピーダンスの平均的な整合手段を目的に構成するものである。給電部3−1乃至3−3(以下、給電部3−1乃至3−3を個々に区別する必要がない場合、単に給電部3と称する)は、間隙21のスロット長手方向の所定の位置であって、所要帯域全体にわたって、ほぼ低VSWRとなるような位置に設定される。
The width (slot width) of the
ここで、間隙21のスロット長手方向の所定の位置について説明する。まず、図6のアンテナ装置の間隙21において、給電部3をスロット長手方向(図6の紙面において上下方向)にスライドさせ、各位置におけるVSWR特性を測定する。
Here, the predetermined position of the
図7は、給電部3−1(ほぼ中央位置)における場合のVSWR特性を示し、図8は、給電部3−2,3−3における場合のVSWR特性を示している。図7および図8において、縦軸はVSWR特性を表わし、横軸は周波数(GHz)を表わしている。また、横軸の1目盛りは、800MHzである。 FIG. 7 shows the VSWR characteristics in the case of the power feeding unit 3-1 (approximately the center position), and FIG. 8 shows the VSWR characteristics in the case of the power feeding units 3-2 and 3-3. 7 and 8, the vertical axis represents VSWR characteristics, and the horizontal axis represents frequency (GHz). One scale on the horizontal axis is 800 MHz.
給電部3−1では、図7に示されるように、2GHz付近の周波数(図中、P1)において1.9のVSWR特性が得られ、4GHz付近の周波数(図中、P2)において1.6のVSWR特性が得られ、6GHz付近の周波数(図中、P3)において3.1のVSWR特性が得られ、8GHz付近の周波数(図中、P4)において4.4のVSWR特性が得られた。 In the power feeding unit 3-1, as shown in FIG. 7, a VSWR characteristic of 1.9 is obtained at a frequency near 2 GHz (P1 in the figure), and a VSWR characteristic of 1.6 is obtained at a frequency near 4 GHz (P2 in the figure). As a result, a VSWR characteristic of 3.1 was obtained at a frequency around 6 GHz (P3 in the figure), and a VSWR characteristic of 4.4 was obtained at a frequency around 8 GHz (P4 in the figure).
また、給電部3−2,3−3では、図8に示されるように、2GHz付近の周波数(図中、P11)において1.9のVSWR特性が得られ、4GHz付近の周波数(図中、P12)において1.8のVSWR特性が得られ、6GHz付近の周波数(図中、P13)において1.9のVSWR特性が得られ、8GHzの周波数付近(図中、P14)において2.2のVSWR特性が得られた。 Further, as shown in FIG. 8, the power feeding units 3-2 and 3-3 obtain a VSWR characteristic of 1.9 at a frequency near 2 GHz (P11 in the figure), and a frequency around 4 GHz (P12 in the figure). A VSWR characteristic of 1.8 was obtained, a VSWR characteristic of 1.9 was obtained at a frequency around 6 GHz (P13 in the figure), and a VSWR characteristic of 2.2 was obtained around a frequency of 8 GHz (P14 in the figure).
一般に、VSWR≦2.0となる帯域が使用帯域とされることから、給電部3−1では狭帯域なVSWR特性(図7)が得られ、給電部3−2,3−3では、広帯域なVSWR特性(図8)が得られる。すなわち、間隙21のスロット長手方向の開放端寄りに設けられた給電部3−2,3−3の位置において、広帯域特性が得られることがわかる。この給電部3−2,3−3は、本件発明者の経験上、スロット開放端(放射板1a,1bの上端部または下端部)から7乃至8mm内側で得られる位置とされる。
In general, since a band where VSWR ≦ 2.0 is used, a narrow band VSWR characteristic (FIG. 7) is obtained in the power feeding unit 3-1, and a wide band VSWR is obtained in the power feeding units 3-2 and 3-3. Characteristics (FIG. 8) are obtained. That is, it can be seen that broadband characteristics can be obtained at the positions of the power feeding units 3-2 and 3-3 provided near the open end of the
このように、間隙21のスロット長手方向の全長の中心位置(給電部3−1の位置)に対してオフセットさせ、開放端寄りの給電部3−2,3−3を利用することにより、広帯域特性を得ることが可能となる。
As described above, the
なお、2箇所の給電部3−2,3−3で広帯域特性が得られる理由は、次のとおりである。給電部3−2,3−3におけるVSWR特性(図8)は、給電部3−1におけるVSWR特性(図7)と比較して、1乃至4GHz付近では、ほとんど特性変化が見られないが、4GHzより高い周波数では、VSWR特性が大幅に改善されている。すなわち、周波数の高い領域において、三角形板状面積の相似構造が、この給電部3−2,3−3を基点として形成しやすい位置であることがわかる。 The reason why the broadband characteristics can be obtained by the two power feeding units 3-2 and 3-3 is as follows. The VSWR characteristics in the power feeding units 3-2 and 3-3 (FIG. 8) are hardly seen in the vicinity of 1 to 4 GHz as compared with the VSWR characteristics in the power feeding unit 3-1 (FIG. 7). At frequencies higher than 4 GHz, the VSWR characteristics are greatly improved. That is, it can be seen that in the high frequency region, the similar structure of the triangular plate area is a position where the feeding portions 3-2 and 3-3 are easily formed.
周波数が高い場合、アンテナ形状に比して波長が短くなり、給電部3より入った電流は有限長であるアンテナ末端まで到達しないうちに、ほとんどが電波となって空中に放射されてしまう。そのため、アンテナ末端での電流は、わずかなものとなり、その形状にはあまり影響を受けない。換言すれば、給電部3付近のみの三角形板状面積の相似構造の有無が、給電部3より入った電流に大きく影響することになる。また、給電部3から離れた末端のアンテナ形状は、有限的な最低周波数を決定することになる。
When the frequency is high, the wavelength is shorter than that of the antenna shape, and most of the current entered from the
以上のことから、給電部3−1乃至3−3のうち、給電部近傍において三角形板状面積の相似構造が得られやすい位置は、間隙21のスロット開口端(放射板1a,1bの上端または下端の切り口)寄りであることがわかる。
From the above, among the power feeding units 3-1 to 3-3, the position where the similar structure of the triangular plate area is easily obtained in the vicinity of the power feeding unit is the slot opening end of the gap 21 (the upper end of the
図9は、給電部3−2を基点として三角形板状面積の相似構造を形成する例を模式的に示している。 FIG. 9 schematically illustrates an example in which a similar structure with a triangular plate area is formed using the power feeding unit 3-2 as a base point.
放射板1a,1bの給電部3−2から入った電流は、矢印31a,31bで示される幾何学的な相似を形成しやすい方向にそれぞれ伝達される。ここで、放射板1aを、給電部3−2を軸にして時計方向に45度回転させるとともに、放射板1bを、給電部3−2を軸にして半時計方向に45度回転させることにより形成されるアンテナ装置は、あたかも従来型の一頂点を原点とする対称面形状に構成される。
Currents that enter from the power feeding units 3-2 of the
図10は、給電部3−3を基点として三角形板状面積の相似構造を形成する例を模式的に示している。 FIG. 10 schematically illustrates an example in which a similar structure with a triangular plate area is formed with the power feeding unit 3-3 as a base point.
放射板1a,1bの給電部3−3から入った電流は、図9と同様に、矢印31a,31bで示される幾何学的な相似を形成しやすい方向にそれぞれ伝達される。ここで、放射板1aを、給電部3−3を軸に半時計方向に45度回転させ、放射板1bを、給電部3−2を軸に時計方向に45度回転させることにより形成されるアンテナ装置は、あたかも従来型の一頂点を原点とする対称面形状に構成される。
Similarly to FIG. 9, the currents entered from the power feeding units 3-3 of the
図9および図10に示されるように、放射板1a,1bを、給電部3−2,3−3を軸にして展開させることにより形成されるアンテナ装置は、従来型の頂点構造のアンテナ装置としての機能を備え、その展開角(スロット形状の間隙21の幅)が、アンテナインピーダンスを最適なものにしたり、装置を小型化することができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, the antenna device formed by deploying the
以上のことから、本発明を実施するための最良の形態である広帯域アンテナ装置は、放射板1a,1bを、所定の幅(以下において、適宜、ギャップ長と称する)のスロット形状の間隙21を有するように近接配置させるとともに、間隙21のスロット開口端(放射板1a,1bの上端または下端の切り口)寄りの所定の位置に給電部3を設けるようにすることにより、アンテナ装置の帯域特性のうち、高域側の特性を任意に可変することが可能になる。
From the above, the wideband antenna device which is the best mode for carrying out the present invention has the
次に、図6に示した広帯域アンテナ装置の原理を実現する具体例について説明する。 Next, a specific example for realizing the principle of the broadband antenna apparatus shown in FIG. 6 will be described.
図11は、広帯域アンテナ装置の一実施の形態の構成例を示す図である。この広帯域アンテナ装置は、1/4円形状の放射板1a,1bを備えている。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a wideband antenna device. This wideband antenna apparatus includes ¼
放射板1a,1bは、所定のギャップ長の間隙21を有するように、対称線Lを境界にして近接配置される。この間隙21は、給電部3を基点として、開口端(切り口)に向かって徐々に、その幅が広くなるように形成されている。また、放射板1a,1bの開口端は、適宜テーパ状に形成される。給電部3は、間隙21のスロット長手方向における開口端(図11の例の場合、放射板1a,1bの下端の切り口)寄りの所定の位置に設けられ、図示せぬ同軸給電ケーブルから給電される。
The
図11において、sは、間隙21のスロット長手方向の全長を表わしている。fは、間隙21の開口端(図11の例の場合、放射板1a,1bの下端の切り口)から給電部3までの距離を表わしており、s/3±10%が推奨値とされる。kは、対称線Lを中心とした放射板1a,1bの水平方向(図11の紙面において横方向)の最大広がり幅を表わしており、所要最低周波数のλ/4長とされる。ga,gb,gfは、間隙21のギャップ長を表わしている。
In FIG. 11, s represents the total length of the
より具体的には、間隙21付近の部分拡大図である図12に示されるように、gaは、給電部3を基点として、給電部3に近い開口端(図12の例の場合、放射板1a,1bの下端の切り口)の間隙21のギャップ長を規定するものであり、主に、周波数の高い領域におけるVSWR特性に影響する。なぜなら、給電部3の近傍における三角形板状面積の相似構造が、主に、周波数の高い領域での放射特性に強く影響するためである。
More specifically, as shown in FIG. 12 which is a partially enlarged view in the vicinity of the
gbは、給電部3を基点として、給電部3から離れた開口端(図12の例の場合、放射板1a,1bの上端の切り口)の間隙21のギャップ長を規定するものである。換言すれば、放射板1a,1bを、給電部3を軸として所定の回転角度だけ展開させた状態を規定するものであり、主に、アンテナインピーダンスの平均的な特性に影響する。
gb defines the gap length of the
そして、ga,gbの規定にともなって形成される間隙21の開口端(切り口)は、特定の周波数においてインピーダンスの不整合が起きないようにするために、図12中において、一点破線で示されるように、テーパ状に角の丸め込み処理が行われる。
Then, the open end (cut) of the
gfは、間隙21の給電部3付近のギャップ長を規定するものであり、2mm以下が望ましく、0.1乃至0.5mmが推奨値とされる。このgfは、アンテナ形状が大きくなるほど、その値を小さくする方が(すなわち、ギャップ長を狭くする方が)高い周波数において良好な特性が得られる。
gf defines the gap length of the
以上のようなga,gb,gfの規定にともなって形成されるスロット形状の間隙21を、放射板1a,1bの間に設けることにより、放射板1a,1bの形状に対して、自由度の高い形状で、広帯域アンテナ装置の形成を行うことが可能となる。
By providing the slot-shaped
縦横比mは、スロット全長sを縦方向とした場合における放射板1a,1bの横方向への最大広がり幅kとの比を表わしている。図11に示されるように、放射板1a,1bの最大広がり幅を2kとした場合、縦横比mはs/2kで表わされる。この最大広がり幅2kは、ほぼ最低周波数を決定するもので、λ/2長に相当する。
The aspect ratio m represents a ratio with the maximum spread width k in the horizontal direction of the
例えば、半径25mmの円板を、スロット形状の間隙21を形成するように2等分割した場合、その縦横比mは1(=50/50)とされる。
For example, when a disk having a radius of 25 mm is divided into two equal parts so as to form a slot-shaped
また例えば、1辺25mmの正方形を、スロット形状の間隙21を形成するように縦または対角に等分割した場合、その縦横比mは1(=25/25(縦分割)=25√2/25√2(対角分割))とされる。
Further, for example, when a square having a side of 25 mm is equally divided vertically or diagonally so as to form a slot-shaped
さらにまた例えば、短軸s、長軸2kからなる楕円板を、スロット形状の間隙21を形成するように短軸上で分割した場合、その縦横比mはs/2kとされる。これに対し、長軸上で分割した場合、その縦横比mは2k/sとされる。
Furthermore, for example, when an elliptical plate composed of the short axis s and the long axis 2k is divided on the short axis so as to form the slot-shaped
次に、図13乃至図18を参照して、アンテナ装置の縦横比mを変化させた場合における各VSWR特性についてさらに説明する。図13は、間隙21のギャップ長ga,gb,gfがいずれも1mmであり、縦横比mの値が、1,0.82,0.67,0.49、および0.33における場合のアンテナ装置の構成例をそれぞれ示している。図14乃至図18は、図13に示した各縦横比におけるアンテナ装置のVSWR特性をそれぞれ示している。なお、図14乃至図18において、縦軸はVSWR特性を表わし、横軸は周波数(GHz)を表わしている。また、横軸の1目盛りは、800MHzである。
Next, with reference to FIGS. 13 to 18, each VSWR characteristic when the aspect ratio m of the antenna device is changed will be further described. FIG. 13 shows a configuration example of the antenna device when the gap lengths ga, gb, and gf of the
図14は、縦横比m=1の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図14の例の場合、最低周波数近傍のVSWR特性が急激に悪化しており、VSWR≦2.0となる使用帯域もリップル症状が現われている。従って、縦横比m=1の場合には、狭帯域なVSWR特性が得られる。 FIG. 14 shows the VSWR characteristics of the antenna device when the aspect ratio m = 1. In the case of the example of FIG. 14, the VSWR characteristics near the lowest frequency are rapidly deteriorated, and ripples appear in the use band where VSWR ≦ 2.0. Therefore, when the aspect ratio m = 1, a narrow band VSWR characteristic is obtained.
図15は、縦横比m=0.82の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図15の例の場合、図14と同様に、最低周波数近傍のVSWR特性が急激に悪化している。従って、縦横比m=0.82の場合にも、狭帯域なVSWR特性が得られる。 FIG. 15 shows the VSWR characteristics of the antenna device when the aspect ratio m = 0.82. In the case of the example of FIG. 15, the VSWR characteristics near the lowest frequency are rapidly deteriorated, as in FIG. Therefore, even when the aspect ratio m = 0.82, a narrow band VSWR characteristic can be obtained.
図16は、縦横比m=0.67の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図16の例の場合、図14および図15に較べると、最低周波数近傍のVSWR特性はかなり改善されている。従って、縦横比m=0.67の場合には、比較的広帯域なVSWR特性が得られる。 FIG. 16 shows the VSWR characteristics of the antenna device when the aspect ratio is m = 0.67. In the case of the example of FIG. 16, the VSWR characteristics in the vicinity of the lowest frequency are considerably improved as compared with FIGS. Therefore, when the aspect ratio m = 0.67, a relatively wide band VSWR characteristic can be obtained.
図17は、縦横比m=0.49の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図17の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.2GHzほどであり、周波数全体にわたって良好なVSWR特性が得られている。従って、縦横比m=0.49の場合には、広帯域なVSWR特性が得られる。 FIG. 17 shows the VSWR characteristics of the antenna device when the aspect ratio is m = 0.49. In the case of the example of FIG. 17, the minimum frequency where VSWR ≦ 2.0 is about 2.2 GHz, and good VSWR characteristics are obtained over the entire frequency. Therefore, when the aspect ratio is m = 0.49, a broadband VSWR characteristic is obtained.
図18は、縦横比m=0.33の場合におけるアンテナ装置のVSWR特性を示している。図18の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.3GHzほどであり、図17と同様に、周波数全体にわたって良好なVSWR特性が得られている。従って、縦横比m=0.33の場合には、広帯域なVSWR特性が得られる。 FIG. 18 shows the VSWR characteristics of the antenna device when the aspect ratio m = 0.33. In the case of the example of FIG. 18, the lowest frequency satisfying VSWR ≦ 2.0 is about 2.3 GHz, and good VSWR characteristics are obtained over the entire frequency as in FIG. Therefore, when the aspect ratio m = 0.33, a wide-band VSWR characteristic can be obtained.
図14および図15に示されるように、縦横比mが0.82以上(本件発明者の経験上、実際には縦横比mが0.7以上)では、最低周波数近傍のVSWR特性の悪化が顕著となる。または、縦横比mが0.7以上になると、リップル症状が現われ、良好な広帯域特性が得られなくなる。さらに、縦横比mが0.3以下になると、図示は省略するが、周波数全体にわたって良好なVSWR特性が得られなくなる(すなわち、VSWR特性の値が下がらなくなる)。 As shown in FIGS. 14 and 15, when the aspect ratio m is 0.82 or more (in practice, the aspect ratio m is actually 0.7 or more), the deterioration of the VSWR characteristics near the lowest frequency becomes remarkable. Alternatively, when the aspect ratio m is 0.7 or more, ripple symptoms appear and good broadband characteristics cannot be obtained. Furthermore, when the aspect ratio m is 0.3 or less, although not shown, good VSWR characteristics cannot be obtained over the entire frequency (that is, the value of the VSWR characteristics cannot be reduced).
以上のことから、放射板1a,1bを対称線Lを境界にして近接配置するとともに、その放射板1a,1bの間にスロット形状の間隙21を形成するようにした広帯域アンテナ装置においては、縦横比mの値がVSWR特性に影響することがわかり、0.3<m<0.7の範囲内におさまるように、放射板1a,1bを形成することが望ましい。しかしながら、上記範囲内におさまらなくても、gf<<gbとなるように、給電部3から、スロット形状の間隙21をテーパ状に広げていくことにより、広帯域特性を得るようにすることができる。すなわち、gf<<gbとなるようにスロット形状の間隙21をテーパ状に広げていくことで、いわば、従来型の一頂点を原点とする対称面形状の構造を形成することになる。
From the above, in the wideband antenna device in which the
次に、上述した条件を満たす広帯域アンテナ装置を実際に設計して、そのVSWR特性を測定した。以下、いくつか具体例を挙げて説明する。なお、λ=100mmとし、間隙21の構造は、図12に示した構造に準ずるものとして説明する。
Next, a broadband antenna device that satisfies the above-described conditions was actually designed, and its VSWR characteristics were measured. Hereinafter, some specific examples will be described. In the following description, it is assumed that λ = 100 mm and the structure of the
図19は、スロット全長sが0.25λであり、放射板1a,1bの最大広がり幅2kが0.5λ(=2×0.25λ)であり、縦横比mが0.5(=0.25λ/0.5λ)における場合の1/4円形状の放射板1a,1bを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図20は、図19に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図20の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.05GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。
In FIG. 19, the total slot length s is 0.25λ, the maximum spread width 2k of the
図21は、スロット全長sが0.20λであり、放射板1a,1bの最大広がり幅2kが0.5λ(=2×0.25λ)であり、縦横比mが0.4(=0.20λ/0.5λ)における場合の変形の1/4円形状の放射板1a,1bを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図22は、図21に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図22の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.1GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。
In FIG. 21, the total slot length s is 0.20λ, the maximum spread width 2k of the
図23は、スロット全長sが0.25λであり、放射板1a,1bの最大広がり幅2kが0.5λ(=2×0.25λ)であり、縦横比mが0.5(=0.25λ/0.5λ)における場合の半楕円形状の放射板1a,1bを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図24は、図23に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図24の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.1GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。
In FIG. 23, the total slot length s is 0.25λ, the maximum spread width 2k of the
図25は、スロット全長sが0.20λであり、放射板1a,1bの最大広がり幅2kが0.5λ(=2×0.25λ)であり、縦横比mが0.4(=0.20λ/0.5λ)における場合の二等辺三角形状の放射板1a,1bを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図26は、図25に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図26の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、2.3GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。
In FIG. 25, the total slot length s is 0.20λ, the maximum spread width 2k of the
図27は、スロット全長sが0.25λであり、放射板1a,1bの最大広がり幅2kが0.5λ(=2×0.25λ)であり、縦横比mが0.5(=0.25λ/0.5λ)における場合の正方形状の放射板1a,1bを備えた広帯域アンテナ装置の構成例を示している。図28は、図27に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図28の例の場合、VSWR≦2.0となる最低周波数は、1.9GHzほどであり、広帯域なVSWR特性が得られている。
In FIG. 27, the total slot length s is 0.25λ, the maximum spread width 2k of the
以上のように、本発明の広帯域アンテナ装置は、従来のアンテナ装置の設計指標に対して、1/2の面積で形成することが可能となる。また、使用帯域であるVSWR≦2.0となる最低周波数は、従来の場合、多少リップル的ではあるが、設計指標値より低く、1.7GHzほどである。これに対し、本発明の広帯域アンテナ装置の場合、図19乃至図28で示されたように、縦横比mを0.4乃至0.5で設計することにより、リップルは抑制され、最低周波数は、2.05乃至2.3GHzほどとなるが、より良好なVSWR特性を得ることができる。これを同等特性とする幾何学形状比に換算した場合、形状的に多少大きくなるものの、実質、従来比70乃至80パーセントに小型化された広帯域アンテナ装置を実現することができる。 As described above, the wide-band antenna device of the present invention can be formed with a half area with respect to the design index of the conventional antenna device. Further, the lowest frequency that satisfies VSWR ≦ 2.0, which is the use band, is somewhat ripple-like in the conventional case, but is lower than the design index value and is about 1.7 GHz. On the other hand, in the case of the wideband antenna device of the present invention, as shown in FIGS. 19 to 28, by designing the aspect ratio m to 0.4 to 0.5, the ripple is suppressed and the minimum frequency is 2.05 to 2.3. Although it is about GHz, better VSWR characteristics can be obtained. When this is converted into a geometric shape ratio having equivalent characteristics, a wide-band antenna device that is actually downsized to 70 to 80 percent compared to the conventional one can be realized although the shape is somewhat larger.
次に、使用周波数に対する幾何学形状比を確認するため、図29に示されるように、図19に示した放射板1a,1bの形状を4.6倍の大きさで設計し、そのVSWR特性を測定した。このアンテナ装置においては、m=0.41、2k=230mm、gf=0.1mm、f=30mm、ga=5mm、gb=8mm、さらに、間隙21の開口端には、テーパ状に角の丸め込め処理が行われたものが用いられている。図30は、図29に示すアンテナ装置のVSWR特性を示している。図30の例の場合、設計最低周波数は、650MHzであり、VSWR≦2.0となる使用帯域は、500MHz乃至9GHzとなり、広帯域なVSWR特性が得られている。
Next, in order to confirm the geometric shape ratio with respect to the operating frequency, as shown in FIG. 29, the shapes of the
以上のように、同一形状の放射板1a,1bをスロット形状の間隙21を有するように近接配置した本発明の広帯域アンテナ装置は、整合性に優れ、比較的自由度の高い小型のアンテナ装置を構成することができる。また本発明の広帯域アンテナ装置の帯域特性は、小型化を実現しつつ、従来と同等の帯域特性を得ることができる。
As described above, the wideband antenna device of the present invention in which the
なお、上述したVSWR特性の測定結果は、50Ω同軸による不平衡給電による結果であるが、当然、平衡型給電においても、同様の結果が得られることは言うまでもない。 Note that the above-described measurement result of the VSWR characteristic is a result of unbalanced power feeding by 50Ω coaxial, but it goes without saying that the same result can be obtained even by balanced power feeding.
また以上においては、双極型(ダイポール型、λ/2型)である場合における広帯域アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、単極型(モノポール型、λ/4型)に適用することも勿論可能である。 In the above description, the broadband antenna device in the case of the bipolar type (dipole type, λ / 2 type) has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the single pole type (monopole type, λ / Of course, it is also possible to apply to 4 type).
図31は、単極型の広帯域アンテナ装置の構成例を示す図である。この例の場合、平面導体地板11上に垂直に1/4円形状の放射板1を配置し、図示せぬ給電線の外部導体を平面導体地板11に接地することにより、直下に電気影像面として形成される放射板1´が、上述した双極型のアンテナ装置の放射板1bと等価な動作を得ることができるようになされている。なお、放射板1は、平面導体地板11との間に、所定のギャップ長のスロット形状の間隙21を有するように、平面導体地板11上に近接配置される、また、間隙21のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部3が設けられる。
FIG. 31 is a diagram illustrating a configuration example of a single-pole type broadband antenna device. In the case of this example, the ¼
このように、放射板1を、平面導体地板11に対して、所定のギャップ長の間隙21を有するように近接配置することで、整合性に優れ、広帯域アンテナ装置をより小型化することが可能となる。
Thus, by arranging the
また以上においては、同一形状の放射板1a,1bにより構成される広帯域アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、異形状の放射板1a,1bにより構成される場合にも、良好な帯域特性を得ることができる。
Further, in the above description, the broadband antenna device configured by the
図32は、放射板1bを放射板1aと異なる形状の放射板に置き換えた場合の広帯域アンテナ装置の構成例を示している。放射板1a,1bは、所定のギャップ長のスロット形状の間隙21を有するように近接配置され、間隙21のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部3が設けられる。図32の例の場合、放射板1bは、放射板1aのスロット長手方向の全長と同じ大きさに形成されているが、水平方向(図32の紙面において横方向)の最大広がり幅は異なる大きさに形成されている。また、放射板1bには、機器シャーシなどへの接地用穴41が設けられている。
FIG. 32 shows a configuration example of the wideband antenna device when the
図33は、放射板1bを放射板1aと異なる形状の放射板に置き換えた場合の広帯域アンテナ装置の他の構成例を示している。放射板1a,1bは、所定のギャップ長のスロット形状の間隙21を有するように近接配置され、間隙21のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部3が設けられる。図33の例の場合、放射板1bは、放射板1aのスロット長手方向の全長および水平方向(図33の紙面においてほぼ横方向)の最大広がり幅と異なる大きさに形成されている。また、放射板1bには、機器シャーシなどへの接地用穴41が設けられている。
FIG. 33 shows another configuration example of the wideband antenna device when the
図34は、放射板1bを放射板1aと異なる形状の放射板に置き換えた場合の広帯域アンテナ装置の他の構成例を示している。放射板1a,1bは、所定のギャップ長のスロット形状の間隙21を有するように近接配置され、間隙21のスロット開口端寄りの所定の位置には、給電部3が設けられる。図34の例の場合、放射板1bは、放射板1aのスロット長手方向の全長と同じ大きさに形成されているが、水平方向(図34の紙面において横方向)の最大広がり幅は異なる大きさに形成されている。
FIG. 34 shows another configuration example of the wideband antenna device when the
このように、図32乃至図34に示す広帯域アンテナ装置は、基本的には、単極型(モノポール型、λ/4型)の半接地方式として構成され、図示せぬ給電線の外部導体を放射板1bに接続する不平衡給電接地型とされる。この広帯域アンテナ装置において、接地用パターンを構成する放射板1bが、放射板1aとの間に所定のギャップ長のスロット形状の間隙21を有するように近接配置されることにより、整合性に優れ、より良好なVSWR特性を得ることができる。すなわち、放射板1aは、主に、小型チップアンテナやパターンアンテナで構成し、この放射板1aにスロット形状の間隙21を有するように接地側パターンである放射板1bを設けることにより、広帯域アンテナ装置を実現するようにしている。
As described above, the broadband antenna apparatus shown in FIGS. 32 to 34 is basically configured as a single-pole type (monopole type, λ / 4 type) semi-grounding system, and has an external conductor of a feeder line (not shown). Is an unbalanced power supply ground type that connects to the
以上においては、板状の広帯域アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、円筒状に形成するようにすることも可能である。その場合の構成例を図35に示す。図35Aは、双極型(ダイポール型、λ/2型)のアンテナ装置において、中心線Qが円筒の中心軸となるように、円筒状に形成されている。図35Bは、単極型(モノポール型、λ/4型)のアンテナ装置において、中心線Qが円筒の中心軸となるように、円筒状に形成されている。 In the above description, the plate-shaped broadband antenna device has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, it may be formed in a cylindrical shape. A configuration example in that case is shown in FIG. FIG. 35A shows a bipolar (dipole type, λ / 2 type) antenna device that is formed in a cylindrical shape so that the center line Q is the central axis of the cylinder. FIG. 35B shows a single pole type (monopole type, λ / 4 type) antenna device that is formed in a cylindrical shape so that the center line Q is the central axis of the cylinder.
以上のように、放射板1a,1bを円筒型に形成することにより、スペース効率に優れたアンテナ装置を実現することが可能となる。
As described above, by forming the
1a,1b 放射板, 3 給電部, 11 平面導体接地板, 21 間隙 1a, 1b Radiation plate, 3 Feeder, 11 Planar conductor ground plate, 21 Gap
Claims (2)
近接配置された前記第1の放射板と前記第2の放射板の間には間隙が形成され、
前記間隙の開口端寄りの位置であって、前記間隙の長手方向の長さをsとしたときにs/3±10%で表される範囲の位置に給電部が設けられ、
前記給電部から離れた開口端の前記間隙の幅より、前記給電部に近い開口端の前記間隙の幅が広くなるように、かつ、前記給電部が設けられる位置の前記間隙の幅が0.1乃至0.5mmの幅になるように、前記給電部から両開口端に向けて前記第1の放射板と前記第2の放射板の形状がテーパ状に形成される
アンテナ装置。 The first radiation plate and the second radiation plate are arranged close to each other so as to face each other,
A gap is formed between the first radiating plate and the second radiating plate which are disposed in proximity to each other,
A power feeding portion is provided at a position near the opening end of the gap, and in a range represented by s / 3 ± 10%, where s is the length in the longitudinal direction of the gap,
The width of the gap at the opening end close to the power feeding portion is larger than the width of the gap at the opening end away from the power feeding portion, and the width of the gap at the position where the power feeding portion is provided is 0. An antenna device in which the shape of the first radiation plate and the second radiation plate is formed in a tapered shape from the feeding portion toward both opening ends so as to have a width of 1 to 0.5 mm .
請求項1に記載のアンテナ装置。 When the length in the longitudinal direction of the gap formed between the first radiation plate and the second radiation plate is s and the maximum spread width of the first radiation plate is k, the aspect ratio m is s The antenna device according to claim 1, wherein the antenna device is expressed by / 2k, and the value is in a range of 0.3 <m <0.7 .
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