JP4558548B2 - Microstrip antenna, radio module, radio system, and microstrip antenna control method - Google Patents

Microstrip antenna, radio module, radio system, and microstrip antenna control method Download PDF

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本発明は、マイクロストリップアンテナ、無線モジュール、無線システム及びマイクロストリップアンテナの制御方法に関し、特に、多周波に対応可能で、かつ、指向性制御が可能なマイクロストリップアンテナ、無線モジュール、無線システム及びマイクロストリップアンテナの制御方法に関する。   The present invention relates to a microstrip antenna, a radio module, a radio system, and a control method for a microstrip antenna, and more particularly, a microstrip antenna, a radio module, a radio system, and a micro that can handle multiple frequencies and can control directivity. The present invention relates to a strip antenna control method.

従来、衛星通信、移動体通信等の無線通信においては、等方的な放射強度分布を持つ無指向性アンテナが用いられていた。   Conventionally, omnidirectional antennas having an isotropic radiation intensity distribution have been used in wireless communications such as satellite communications and mobile communications.

しかし、無指向性アンテナによる無線通信が同一エリア内で行われた場合、他の無線による電波が他の無線通信のノイズ源となってしまうことがある。無線通信においてノイズが発生すると、任意のポイントにおける受信したい信号の振幅とそのポイントでの雑音信号の振幅との比率であるS/N(signal to noise ratio)が低下し、伝送誤り率が増加してしまうというデメリットが生じる。また、通信品質を保つためには高出力の送信が必要となるので、消費電力を増加せざるを得ない。   However, when wireless communication using an omnidirectional antenna is performed in the same area, radio waves generated by other radio waves may become noise sources for other wireless communication. When noise occurs in wireless communication, the S / N (signal to noise ratio) between the amplitude of a signal desired to be received at an arbitrary point and the amplitude of the noise signal at that point decreases, and the transmission error rate increases. The demerit that it will occur. Moreover, since high output transmission is required to maintain communication quality, power consumption must be increased.

近年では、電波も有限な資源とみなす電波エコロジが提唱され、電波の周波数や電力を効率良く使用することのできる指向性アンテナが注目されている。なお、指向性アンテナとは特定の方向の電波のみを選択的に送受信するアンテナのことである。   In recent years, radio wave ecology where radio waves are regarded as finite resources has been proposed, and directional antennas that can efficiently use the frequency and power of radio waves have attracted attention. A directional antenna is an antenna that selectively transmits and receives only radio waves in a specific direction.

この指向性アンテナを用いることで同一エリア内の電波を空間的に分離することができ、エリア内での通信容量を飛躍的に向上させることが可能となる。また、指向性制御アンテナはビームの最大放射角方向におけるアンテナ利得が無指向性アンテナより大きいので、受信側に用いれば、受信電力の向上、S/Nの改善を図ることができる。さらに、ノイズ源に対して放射強度が小さいポイントであるヌル点を向ければ、妨害波・干渉波の受信強度を縮小できるので、S/Nの改善、伝送誤り率の縮減を図ることが可能となる。さらに、無線通信の送信側に指向性アンテナを用いれば、最大放射角方向でのアンテナ利得が大きいので、送信電力が少なくて済み、消費電力の低減が期待できる。   By using this directional antenna, radio waves in the same area can be spatially separated, and the communication capacity in the area can be dramatically improved. Moreover, since the antenna gain in the direction of the maximum radiation angle of the beam is larger than that of the omnidirectional antenna, the directivity control antenna can improve reception power and S / N when used on the reception side. Furthermore, if the null point, which is a point where the radiation intensity is low, is directed to the noise source, the reception intensity of the interference wave / interference wave can be reduced, so that the S / N can be improved and the transmission error rate can be reduced. Become. Furthermore, if a directional antenna is used on the transmission side of wireless communication, the antenna gain in the maximum radiation angle direction is large, so that transmission power can be reduced and reduction of power consumption can be expected.

通常の伝搬環境はマルチパスフェージング環境であり、電波の電界強度の変化(フェージング)が発生してしまう。このマルチパスフェージングを根本的に解決するためには伝搬路を最小にする必要があり、この点からも指向性アンテナは重要視されている。   A normal propagation environment is a multipath fading environment, and a change in electric field strength (fading) of radio waves occurs. In order to fundamentally solve this multipath fading, it is necessary to minimize the propagation path. From this point of view, the directional antenna is regarded as important.

特に、現在においては、携帯電話ではPDC、FOMA、CDMA2000、PHS等、無線LANではIEEE802.11aやBluetooth等、ITSではGPS、 VICS、ETC等のように複数の無線規格が同時に採用されており、将来的にも複数の規格が並存する環境が続くと予想される。そのため1個の装置で複数の無線規格に対応できるマルチバンド(多周波対応可能)な指向性アンテナが注目されている。   In particular, at present, a plurality of wireless standards such as PDC, FOMA, CDMA2000, PHS, etc. are used for mobile phones, IEEE802.11a and Bluetooth are used for wireless LANs, and GPS, VICS, ETC, etc. are used simultaneously for ITS. In the future, it is expected that an environment in which multiple standards coexist will continue. Therefore, a multi-band (multi-frequency compatible) directional antenna capable of supporting a plurality of wireless standards with a single device has attracted attention.

このような多周波対応可能な指向性アンテナに関する技術としては次のものが提案されている。   The followings have been proposed as techniques related to such directional antennas that can handle multiple frequencies.

特許文献1では、金属片をPINダイオードで接続してダイポールアンテナを構成し、該PINダイオードにバイアスを印加して導通/遮断を切り替えて共振長を変化させ、指向性を制御するアンテナ装置が提案されている。   In Patent Document 1, a dipole antenna is configured by connecting metal pieces with a PIN diode, and an antenna device that controls directivity by changing the resonance length by applying a bias to the PIN diode to switch between conduction and cutoff is proposed. Has been.

また、特許文献2では、アンテナ素子に1個の給電点と複数の接地点を設け、接地点を対応するスイッチで切り替えることで共振長を変化させ指向性を制御するアンテナ装置が提案されている。   Further, Patent Document 2 proposes an antenna device in which one feeding point and a plurality of ground points are provided in an antenna element, and the directivity is controlled by changing the resonance length by switching the ground point with a corresponding switch. .

また、特許文献3では、RFフロントエンド回路に移相器を設けフェイズドアレイアンテナを利用して、アンテナの放射ビームパターンを自車位置の高精度検知情報に基づいて電子的に可変制御する自動車用アンテナ装置が提案されている。   In Patent Document 3, a phase shifter is provided in an RF front-end circuit, and a phased array antenna is used, and the radiation beam pattern of the antenna is electronically variably controlled based on high-precision detection information of the vehicle position. An antenna device has been proposed.

また、非特許文献1では、マトリクス状に配置された要素素子が各々FETスイッチで接続され、平衡電流によって1箇所の給電点で励振されるアンテナ装置が提案されている。このアンテナ装置においては、該FETスイッチのON/OFFの組み合わせによって放射素子の形状を変化させ、周波数と指向性を切り替えることが可能となっている。
特開2000−236209号公報 特開2002−261533号公報 特開2000−156606号公報 The GTRI Prototype Reconfigurable Aperture Antenna(2003年IEEE Antenna and Propagation Society International Symposium Digest,p683〜686)
Non-Patent Document 1 proposes an antenna device in which element elements arranged in a matrix are connected by FET switches and excited at one feeding point by a balanced current. In this antenna device, the shape of the radiating element can be changed by the ON / OFF combination of the FET switch, and the frequency and directivity can be switched.
JP 2000-236209 A JP 2002-261533 A JP 2000-156606 A The GTRI Prototype Reconfigurable Aperture Antenna (2003 IEEE Antenna and Propagation Society International Digest, p683-686)

しかし、上記の技術は以下の問題点を有している。   However, the above technique has the following problems.

特許文献1に記載のアンテナ装置では、ダイポールアンテナを平衡電流で励振する必要があるが、RF回路に用いられる線路はマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の不平衡電流を用いる場合が多いので、平衡電流が必要な場合はアンテナと線路の間にバランを設けなければならない。一般にバランは帯域が狭いので複数の周波数には対応できず、1個の周波数に対して1個ずつバランが必要となる。そのため、マルチバンドに対応するためにはダイポールアンテナの給電点近傍にマルチバンドの数だけバランを配置する必要があり、バランの設置面積でマルチバンドの数が制限されてしまう。よって、デュアルバンド等の周波数帯の少ないものいは対応することができるが、周波数帯の多いマルチバンドには対応することができない。   In the antenna device described in Patent Document 1, it is necessary to excite the dipole antenna with a balanced current. However, the line used in the RF circuit often uses an unbalanced current such as a microstrip line or a coplanar line. If it is necessary, a balun must be provided between the antenna and the track. In general, since the balun has a narrow band, it cannot cope with a plurality of frequencies, and one balun is required for each frequency. Therefore, in order to cope with multiband, it is necessary to arrange baluns in the vicinity of the feeding point of the dipole antenna by the number of multibands, and the number of multibands is limited by the installation area of the baluns. Therefore, it can cope with a low frequency band such as a dual band, but cannot deal with a multiband with a large frequency band.

また、特許文献2に記載のアンテナ装置では、スイッチで短絡点を切り替えるため各周波数でアンテナの入力インピーダンスが変化してしまう。よって、整合の取れる範囲内でしか接地点を動かすことができず、マルチバンドで可変しうる周波数範囲を大きくすることができない。実際に特許文献2で開示された可変周波数帯は1.55〜2.2GHzであり、中心周波数1.8GHzに対して30%と小さい。そのため、携帯電話等の比較的近接した周波数帯を用いる場合は対応可能であるが、無線LANのように2.4GHz帯と5GHZ帯を用いる場合には対応することができない。   Further, in the antenna device described in Patent Document 2, since the short-circuit point is switched by the switch, the input impedance of the antenna changes at each frequency. Therefore, the ground point can be moved only within a matching range, and the frequency range that can be varied in multiband cannot be increased. Actually, the variable frequency band disclosed in Patent Document 2 is 1.55 to 2.2 GHz, which is as small as 30% with respect to the center frequency of 1.8 GHz. For this reason, it is possible to cope with a case where a relatively close frequency band such as a cellular phone is used, but not to use a 2.4 GHz band and a 5 GHz band as in a wireless LAN.

また、特許文献1、特許文献2に記載のアンテナ装置は、指向性制御について何ら記載がなく、指向性制御を行うことができないと考えられる。   Further, the antenna devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have no description of directivity control, and it is considered that directivity control cannot be performed.

また、特許文献3に記載のアンテナ装置では、1個のフェイズドアレイアンテナを多周波化(多周波対応)する方法について全く提案しておらず、指向性制御と多周波化を同時に実現するためにはファイズドアレイアンテナを必要なバンドの数だけ準備する必要がある。そのため、コストが高くなり、無線LAN等では現実的ではない。   In addition, the antenna device described in Patent Document 3 has not proposed any method for multi-frequency (corresponding to multi-frequency) of one phased array antenna, so that directivity control and multi-frequency can be realized at the same time. It is necessary to prepare the required number of fuzzed array antennas for the required number of bands. For this reason, the cost becomes high, and it is not realistic in a wireless LAN or the like.

また非特許文献1のアンテナ装置では、FETスイッチのON/OFFを遺伝的アルゴリズムを用いて選択するため演算回路が複雑になってしまう。また、給電点が1箇所であり、放射素子の入力インピーダンスを給電線の特性インピーダンスに合わせる必要があるので、放射素子の形状の自由度が小さく可変できる周波数範囲が制限され手しまう。実際に上記の文献で報告された可変周波数範囲は1〜2GHz程度であり、±50%の帯域幅に対応できる程度であった。また、平衡電流で励振することからRF回路に広く用いられているマイクロストリップ線路やコプレナー線路に接続するためにバランが必要となるので、バランの設置面積によってマルチバンドの数が制限されるという問題もある。   Further, in the antenna device of Non-Patent Document 1, the operation circuit becomes complicated because the ON / OFF of the FET switch is selected using a genetic algorithm. In addition, since there is only one feeding point and the input impedance of the radiating element needs to be matched with the characteristic impedance of the feeding line, the frequency range in which the degree of freedom of the shape of the radiating element can be varied is limited. Actually, the variable frequency range reported in the above-mentioned document was about 1 to 2 GHz, which was enough to accommodate a bandwidth of ± 50%. In addition, since a balun is required to connect to a microstrip line or coplanar line widely used in an RF circuit because excitation is performed with a balanced current, the number of multibands is limited by the installation area of the balun. There is also.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、多周波に対応し、かつ、指向性の制御を行うことができ、さらに、対応する可変周波数帯が広いマイクロストリップアンテナ、無線モジュール、無線システム及びマイクロストリップアンテナの制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can cope with multiple frequencies and can control directivity, and further has a wide corresponding variable frequency band. An object of the present invention is to provide a radio system and a method for controlling a microstrip antenna.

本発明にかかるマイクロストリップアンテナは、The microstrip antenna according to the present invention is
地板と、  With the main plate,
前記地板の上方に配置された給電素子と、  A feed element disposed above the ground plane;
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、  A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
前記給電素子、前記第1の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、  A conductor connecting each element of the feeding element and the first parasitic element;
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、を有し、  First switch means provided between the ground plate and the first parasitic element, for switching whether to short-circuit the first parasitic element to the ground plate,
前記給電素子単体を共振することで高周波に対応し、  Corresponding to high frequency by resonating the feeding element alone,
前記給電素子及びマトリクス状に配置された前記第1の無給電素子で構成される第1の放射素子を共振することで低周波に対応し、  Corresponding to low frequency by resonating the first radiating element composed of the feeding element and the first parasitic element arranged in a matrix,
前記高周波対応時には、前記第1のスイッチ手段を切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とする。  The antenna directivity is controlled by switching the first switch means at the time of the high frequency response.

本発明にかかるマイクロストリップアンテナは、The microstrip antenna according to the present invention is
地板と、  With the main plate,
前記地板の上方に配置された給電素子と、  A feed element disposed above the ground plane;
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、  A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
前記マトリクス状に配置された前記第1の無給電素子を中心にマトリクス状に複数周配置された第2の無給電素子と、  A plurality of second parasitic elements arranged in a matrix around the first parasitic element arranged in the matrix; and
前記給電素子、前記第1の無給電素子、前記第2の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、  A conductor connecting each of the feeding element, the first parasitic element, and the second parasitic element; and
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、  A first switch means provided between the ground plane and the first parasitic element, for switching whether or not the first parasitic element is short-circuited to the ground plane;
前記地板と前記第2の無給電素子との間に設けられ、当該第2の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、を有し、  Second switch means provided between the ground plane and the second parasitic element, and switching whether to short-circuit the second parasitic element to the ground plane,
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段を切り替えることで、複数周波でアンテナの指向性を制御することを特徴とする。  The directivity of the antenna is controlled at a plurality of frequencies by switching the first switch means and the second switch means.

本発明にかかるマイクロストリップアンテナの制御方法は、The method of controlling the microstrip antenna according to the present invention includes:
地板と、  With the main plate,
前記地板の上方に配置された給電素子と、  A feed element disposed above the ground plane;
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、  A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
前記給電素子、前記第1の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、  A conductor connecting each element of the feeding element and the first parasitic element;
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、を有するマイクロストリップアンテナの制御方法であって、  A method of controlling a microstrip antenna, comprising: first switch means provided between the ground plane and the first parasitic element, for switching whether or not the first parasitic element is short-circuited to the ground plane. Because
前記給電素子単体を共振させることで高周波に対応させ、  Resonating the power feeding element alone to cope with high frequency,
前記給電素子及びマトリクス状に配置された第1の無給電素子で構成される第1の放射素子を共振させることで低周波に対応させ、  Resonating the first radiating element composed of the feeding element and the first parasitic element arranged in a matrix to correspond to a low frequency,
前記高周波対応時には、前記第1のスイッチ手段を切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とする。  The antenna directivity is controlled by switching the first switch means at the time of the high frequency response.

本発明にかかるマイクロストリップアンテナの制御方法は、The method of controlling the microstrip antenna according to the present invention includes:
地板と、  With the main plate,
前記地板の上方に配置された給電素子と、  A feed element disposed above the ground plane;
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、  A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
前記給電素子、前記第1の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、  A conductor connecting each element of the feeding element and the first parasitic element;
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、  A first switch means provided between the ground plane and the first parasitic element, for switching whether or not the first parasitic element is short-circuited to the ground plane;
前記第1の放射素子を中心にマトリクス状に配置され、前記第1の放射素子と同じ周波数で共振する無給電の第2の放射素子と、  A parasitic second radiating element that is arranged in a matrix around the first radiating element and resonates at the same frequency as the first radiating element;
前記地板と前記第2の放射素子との間に設けられ、当該第2の放射素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、を有するマイクロストリップアンテナの制御方法であって、  And a second switch unit that is provided between the ground plane and the second radiating element and switches between whether or not the second radiating element is short-circuited to the ground plane. And
前記給電素子単体を共振させることで高周波に対応させ、  Resonating the power feeding element alone to cope with high frequency,
前記給電素子及びマトリクス状に配置された第1の無給電素子で構成される第1の放射素子を共振させることで低周波に対応させ、  Resonating the first radiating element composed of the feeding element and the first parasitic element arranged in a matrix to correspond to a low frequency,
前記高周波対応時には、前記第1のスイッチ手段を切り替えることでアンテナの指向性を制御し、  At the time of the high frequency response, the directivity of the antenna is controlled by switching the first switch means,
前記低周波対応時には、前記第2のスイッチ手段を切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とする。  The antenna directivity is controlled by switching the second switch means when the low frequency is supported.

本発明にかかるマイクロストリップアンテナの制御方法は、The method of controlling the microstrip antenna according to the present invention includes:
地板と、  With the main plate,
前記地板の上方に配置された給電素子と、  A feed element disposed above the ground plane;
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、  A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
前記マトリクス状に配置された前記第1の無給電素子を中心にマトリクス状に複数周配置された第2の無給電素子と、  A plurality of second parasitic elements arranged in a matrix around the first parasitic element arranged in the matrix; and
前記給電素子、前記第1の無給電素子、前記第2の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、  A conductor connecting each of the feeding element, the first parasitic element, and the second parasitic element; and
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、  A first switch means provided between the ground plane and the first parasitic element, for switching whether or not the first parasitic element is short-circuited to the ground plane;
前記地板と前記第2の無給電素子との間に設けられ、当該第2の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、を有するマイクロストリップアンテナの制御方法であって、  A control method for a microstrip antenna, comprising: a second switch means provided between the ground plane and the second parasitic element, for switching whether or not the second parasitic element is short-circuited to the ground plane. Because
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段を切り替えることで、複数周波でアンテナの指向性を制御することを特徴とする。  The directivity of the antenna is controlled at a plurality of frequencies by switching the first switch means and the second switch means.

本発明により、マイクロストリップアンテナを多周波に対応させることが可能となる。また、同マイクロストリップアンテナにおいて指向性の制御を行うことが可能となる。さらには、対応する可変周波数帯を大きくすることが可能となる。   According to the present invention, the microstrip antenna can be adapted to multiple frequencies. Also, directivity can be controlled in the microstrip antenna. Furthermore, the corresponding variable frequency band can be increased.

以下、本発明にかかる実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、図18に示す座標系を用いて、空間内の位置をXYZの3軸による直交座標で表し、X軸からY軸への回転角をφ、Z軸からXY平面への回転角をθと表記する。なお、Z軸の正方向は天頂方向を表し、XY平面は水平面を表す。また、X軸は給電素子の励振方向と垂直な軸(H面方向)、Y軸は給電素子の励振方向と平行な軸(E面方向)を表す。   Embodiments according to the present invention will be described below. In the following description, using the coordinate system shown in FIG. 18, the position in the space is represented by orthogonal coordinates with three axes of XYZ, the rotation angle from the X axis to the Y axis is φ, and the Z axis is the XY plane. The rotation angle to is expressed as θ. The positive direction of the Z axis represents the zenith direction, and the XY plane represents the horizontal plane. The X axis represents an axis perpendicular to the excitation direction of the feed element (H plane direction), and the Y axis represents an axis parallel to the excitation direction of the feed element (E plane direction).

<第1の実施形態>
第1の実施形態のマイクロストリップアンテナ(MSA)について説明する。本実施形態のMSAは、低周波と高周波の2モードで動作する2周波アンテナであり、高周波モード時に指向性切り替えを行うことが可能となっている。
<First Embodiment>
The microstrip antenna (MSA) of the first embodiment will be described. The MSA of the present embodiment is a two-frequency antenna that operates in two modes of low frequency and high frequency, and can switch directivity in the high frequency mode.

図1、図2に本実施形態のMSAの構成を示す。なお、図1はMSAの上面図、図2はMSAの断面図を示す。   1 and 2 show the configuration of the MSA of this embodiment. 1 is a top view of the MSA, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the MSA.

MSAは、地板1と、誘電体2と、給電素子3と、第1の無給電素子4と、微小導体5と、給電点6と、第1のスイッチ7と、第1の基板8と、整合回路9と、給電線10と、から構成される。   The MSA includes a ground plane 1, a dielectric 2, a feeding element 3, a first parasitic element 4, a minute conductor 5, a feeding point 6, a first switch 7, a first substrate 8, It comprises a matching circuit 9 and a feeder line 10.

第1の基板8の上には地板1が設けられ、地板1の上には誘電体2が設けられている。誘電体2の上部には、矩形形状の給電素子3と、給電素子3を中心としてマトリクス状に配置された第1の無給電素子4が積層されている。なお、無給電素子4は、矩形形状の給電素子3と同形状である。また、隣接する給電素子3と第1の無給電素子4との間及び隣接する第1の無給電素子4同士の間は、対向する辺の幅よりも短い幅の微小導体5で接続されている。   A ground plane 1 is provided on the first substrate 8, and a dielectric 2 is provided on the ground plane 1. On top of the dielectric 2, a rectangular feed element 3 and a first parasitic element 4 arranged in a matrix with the feed element 3 as the center are stacked. The parasitic element 4 has the same shape as the rectangular feeding element 3. Further, between the adjacent feeding element 3 and the first parasitic element 4 and between the adjacent first parasitic elements 4 are connected by a minute conductor 5 having a width shorter than the width of the opposing sides. Yes.

給電素子3には給電点6が設けられている。この給電点6は、誘電体2、地板1及び第1の基板8を貫通するビアホール19と給電線10とを介して整合回路9に接続されている。なお、給電線10はマイクロストリップ線路で構成される。   The feeding element 3 is provided with a feeding point 6. The feed point 6 is connected to the matching circuit 9 via a via hole 19 penetrating the dielectric 2, the ground plane 1, and the first substrate 8 and the feed line 10. Note that the feeder line 10 is formed of a microstrip line.

第1の無給電素子4には第1のスイッチ7が設けられている。第1のスイッチ7は、第1の無給電素子4と地板1間の導通/遮断状態の切り替えを行う。第1のスイッチ7が導通状態の場合には第1の無給電素子4は地板1と短絡し、遮断状態の場合には第1の無給電素子4は地板から開放される。なお、第1のスイッチ7の切り替えはバイアスラインを介してなされる。   The first parasitic element 4 is provided with a first switch 7. The first switch 7 switches between a conduction / cutoff state between the first parasitic element 4 and the ground plane 1. When the first switch 7 is in a conductive state, the first parasitic element 4 is short-circuited with the ground plane 1, and when the first switch 7 is in a disconnected state, the first parasitic element 4 is released from the ground plane. The first switch 7 is switched via a bias line.

なお、以下の説明では、給電素子3、第1の無給電素子4、微小導体5から構成される放射系を、「第1の放射素子20」と表記する。この第1の放射素子20は、図1の点線で囲まれた箇所に該当する。   In the following description, a radiation system including the feed element 3, the first parasitic element 4, and the minute conductor 5 is referred to as “first radiation element 20”. The first radiating element 20 corresponds to a portion surrounded by a dotted line in FIG.

本実施形態のMSAにおいて、第1の放射素子20の共振モードとしては、給電素子3のY方向の長さL1を概ね半波長とする共振モードと、第1の放射素子20のY方向の長さL2を概ね半波長とする共振モードの2種類のモードが存在する。以下、具体的に説明する。   In the MSA of the present embodiment, the resonance mode of the first radiating element 20 includes a resonance mode in which the length L1 of the feeding element 3 in the Y direction is approximately a half wavelength, and the length of the first radiating element 20 in the Y direction. There are two types of resonance modes, the length L2 of which is approximately a half wavelength. This will be specifically described below.

本実施形態のMSAにおいて、第1の放射素子20の第1の無給電素子4の第1のスイッチ7を全て遮断した場合には、第1の放射素子20のY方向の長さL2を概ね半波長とする共振モードとなる。ここでは、この共振モードを「低周波側の共振モード」と呼ぶことにする。なお、実際には、共振周波数は第1の放射素子20に生じる定在波の電流パスが微小導体5によって長くなるため低周波側へ数10%シフトする。   In the MSA of the present embodiment, when all the first switches 7 of the first parasitic element 4 of the first radiating element 20 are shut off, the length L2 of the first radiating element 20 in the Y direction is approximately set. The resonance mode is a half wavelength. Here, this resonance mode is referred to as a “low frequency side resonance mode”. Actually, the resonance frequency shifts by several tens of percent to the low frequency side because the current path of the standing wave generated in the first radiating element 20 becomes longer by the minute conductor 5.

この低周波側の共振モードと一致するRF信号(無線周波数信号)を給電素子3に与えると、低周波で共振する。よって、第1の放射素子20を低周波に対応させることが可能となる。   When an RF signal (radio frequency signal) coinciding with the resonance mode on the low frequency side is given to the power feeding element 3, it resonates at low frequency. Therefore, it becomes possible to make the 1st radiation element 20 respond | correspond to a low frequency.

他方、給電素子3のY方向の長さL1を概ね半波長とするRF信号を給電素子3に与えると、RF信号は給電素子3のX方向の辺で反射され、概ねL1を半波長とする定在波が生じる。この共振モードを「高周波側の共振モード」と呼ぶことにする。なお、実際の共振周波数は給電素子3に接続された微小導体5の幅等によってシフトする。   On the other hand, when an RF signal having a half-wavelength L1 in the Y direction of the feed element 3 is applied to the feed element 3, the RF signal is reflected by the side of the feed element 3 in the X direction, and L1 has a half wavelength. Standing waves are generated. This resonance mode is referred to as a “high-frequency side resonance mode”. The actual resonance frequency is shifted depending on the width of the minute conductor 5 connected to the power feeding element 3.

この際に、給電素子3に接続された第1の無給電素子では、給電素子3との素子間相互結合によって給電素子3と同じ周波数の電流が励起されるので、第1の放射素子20を高周波に対応させることが可能となる。なお、全ての第1のスイッチ7を遮断した場合、すなわち第1の無給電素子4を地板から開放した場合には、放射パターンは給電素子3と8個の第1の無給電素子4の放射パターンが合成された形となるので、ビームは天頂方向を向く。   At this time, in the first parasitic element connected to the feed element 3, a current having the same frequency as that of the feed element 3 is excited by mutual coupling between the feed element 3 and the first radiating element 20 is It becomes possible to cope with high frequency. When all the first switches 7 are shut off, that is, when the first parasitic element 4 is opened from the ground plane, the radiation pattern is the radiation of the feeding element 3 and the eight first parasitic elements 4. Since the pattern is a composite shape, the beam is directed toward the zenith.

次に、高周波側の共振モードでの指向性の制御方法について説明する。指向性の制御は、第1の放射素子20において、給電素子3を取り囲む8個の第1の給電素子5の短絡状態を切り替えること、言い換えれば第1のスイッチ7の導通/遮断状態を切り替えることでなされる。   Next, a directivity control method in the resonance mode on the high frequency side will be described. The directivity control is performed by switching the short-circuit state of the eight first power supply elements 5 surrounding the power supply element 3 in the first radiating element 20, in other words, switching the conduction / cut-off state of the first switch 7. Made in

例えば、高周波側の共振モードにおいて、1個の無給電素子5のみを地板1から開放し、他の7個の第1の無給電素子4を地板1と短絡するような第1のスイッチ7の導通/遮断の組み合わせを選択すると、地板1と短絡した7個の第1の無給電素子4の電流は大きく低下するが、地板1から開放された1個の第1の無給電素子4と給電素子3には大きな電流が流れる。   For example, in the resonance mode on the high frequency side, only one parasitic element 5 is released from the ground plane 1 and the other seven first parasitic elements 4 are short-circuited to the ground plane 1. When the combination of conduction / interruption is selected, the currents of the seven first parasitic elements 4 short-circuited to the ground plane 1 are greatly reduced, but the power is fed to the first parasitic element 4 opened from the ground plane 1. A large current flows through the element 3.

そのため、この第1の放射素子20における放射パターンは給電素子3と地板1から開放された1個の無給電素子5に大きく影響され、地板1から開放された無給電素子5とは反対側に傾くかたちでビームが放射される。   Therefore, the radiation pattern in the first radiating element 20 is greatly influenced by the parasitic element 5 opened from the grounding plate 1 and the parasitic element 5 opened from the ground plane 1. The beam is emitted in a tilted form.

このように本実施形態のMSAでは、第1の放射素子20が低周波側の共振モードと高周波側の共振モードの2つの共振モードを持つので、低周波と高周波の2周波に対応させることが可能となる。また、高周波側の共振モードにおいては、第1の無給電素子4の短絡状態によってビームの切り替え、すなわち指向性制御を行うことが可能となる。   As described above, in the MSA of the present embodiment, the first radiating element 20 has two resonance modes of the low frequency side resonance mode and the high frequency side resonance mode. It becomes possible. In the resonance mode on the high frequency side, it is possible to perform beam switching, that is, directivity control, depending on the short-circuit state of the first parasitic element 4.

本実施形態のMSAにおいて、地板1をCu板で、誘電体2を比誘電率2.2のテフロン(登録商標)ガラスファイバー基板で、給電素子3を4.4mm四方のCu板で、第1の無給電素子4を4.4mm四方のCu板で、微小導体5を幅800μmのCu板で構成し、かつ、給電素子3をマトリクス状に取り囲む第1の無給電素子を0.4mm間隔で配置した場合には、φ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向で20〜35°傾けることができ、ビーム切り替えが実現できた。   In the MSA of this embodiment, the ground plate 1 is a Cu plate, the dielectric 2 is a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate having a relative dielectric constant of 2.2, the feeding element 3 is a 4.4 mm square Cu plate, The parasitic element 4 is a 4.4 mm square Cu plate, the minute conductor 5 is a 800 μm wide Cu plate, and the first parasitic element surrounding the feeding element 3 in a matrix is disposed at intervals of 0.4 mm. When arranged, the beam can be tilted by 20 to 35 ° in the θ direction at φ = 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 °, etc., and beam switching was realized.

なお、MSAの入力インピーダンスには、アンテナ端での入力インピーダンスRaとインセット給電での入力インピーダンスRinとがあるが、この値は以下の数式から算出することができる。   Note that the input impedance of the MSA includes an input impedance Ra at the antenna end and an input impedance Rin at inset power feeding. This value can be calculated from the following equation.

Figure 0004558548
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Figure 0004558548
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上記の式の各パラメータは以下の通りである。図3に各パラメータが示唆するものを示す。
L:共振方向の辺の長さ
W:共振方向と直交する辺の長さ
L´:給電点のインセット位置
εr:誘電体の比誘電率
Each parameter of the above equation is as follows. FIG. 3 shows what each parameter suggests.
L: Length of side in resonance direction W: Length of side perpendicular to resonance direction L ′: Inset position of feeding point εr: Dielectric constant of dielectric

上記の数式から、アンテナ端での入力インピーダンスRaは(L/W)2に比例し、インセット給電での入力インピーダンスRinは(L´/L)の値により変動することがわかる。 From the above formula, it can be seen that the input impedance Ra at the antenna end is proportional to (L / W) 2 , and the input impedance Rin at the inset power supply varies depending on the value of (L ′ / L).

上記の数式は、本実施形態のMSAにも適応することができる。   The above formula can also be applied to the MSA of this embodiment.

本実施形態のMSAにおいては、給電素子3単体で共振する高周波側の共振モードと、第1の放射素子20で共振する低周波側での共振モードとでは(L´/L)が大きく異なるので、入力インピーダンスが同値とはならない。そのため、給電素子3の入力インピーダンスを給電線10の特性インピーダンス(50Ω)に合わせて低周波側の共振モードを実行すると、アンテナの入力インピーダンスが給電線10の特性インピーダンスと大きくずれるので、反射が大きくなってしまう。   In the MSA of the present embodiment, (L ′ / L) differs greatly between the resonance mode on the high frequency side that resonates with the power feeding element 3 alone and the resonance mode on the low frequency side that resonates with the first radiation element 20. The input impedance is not the same value. Therefore, when the low-frequency resonance mode is executed by matching the input impedance of the feed element 3 with the characteristic impedance (50Ω) of the feed line 10, the input impedance of the antenna greatly deviates from the characteristic impedance of the feed line 10, so that reflection is large. turn into.

そこで、本実施形態のMSAでは、整合回路9を設けることで上記の反射問題の解決を図る。以下、整合回路について説明する。   Therefore, in the MSA of this embodiment, the matching circuit 9 is provided to solve the reflection problem. Hereinafter, the matching circuit will be described.

整合回路9の構成を、図4を参照して説明する。整合回路9は、スパイラルインダクタ11とキャパシタ12をπ型に組み合わせた回路から構成される。なお、整合回路9と50Ωの給電線10の接続ラインの切り替えは、切り替えスイッチ13によって行われる。   The configuration of the matching circuit 9 will be described with reference to FIG. The matching circuit 9 is composed of a circuit in which a spiral inductor 11 and a capacitor 12 are combined in a π type. Note that the changeover switch 13 switches the connection line between the matching circuit 9 and the 50Ω feed line 10.

次に、整合回路9と給電線10との切り替え制御について説明する。   Next, switching control between the matching circuit 9 and the feeder line 10 will be described.

例えば、給電素子3の入力インピーダンスが50Ωになるように給電点6を配置した場合、高周波側の共振モードでは切り替えスイッチ13を50Ωの給電線10側に入れてアンテナとRF回路を直結する。その結果、高周波側の共振モードでは、アンテナの入力インピーダンスが指向性切り替えを行った場合でも給電素子3の入力インピーダンスとほぼ同値になるので、反射が抑制されて良好な送受信を行うことが可能となる。   For example, when the feed point 6 is arranged so that the input impedance of the feed element 3 is 50Ω, in the resonance mode on the high frequency side, the changeover switch 13 is placed on the 50Ω feed line 10 side to directly connect the antenna and the RF circuit. As a result, in the resonance mode on the high frequency side, even when the input impedance of the antenna is switched to directivity, the input impedance of the feed element 3 is almost the same value, so that reflection can be suppressed and good transmission / reception can be performed. Become.

他方、低周波側の共振モードでは切り替えスイッチ13を整合回路9側に入れてアンテナとRF回路を接続する。この際に、整合回路9のL、Cの定数を適切に選ぶことによって、第1の放射素子20の入力インピーダンスを50Ωに整合することができるので、低周波側の共振モードでも反射が抑制されて良好な送受信を行うことが可能となる。   On the other hand, in the resonance mode on the low frequency side, the selector switch 13 is placed on the matching circuit 9 side to connect the antenna and the RF circuit. At this time, by appropriately selecting the L and C constants of the matching circuit 9, the input impedance of the first radiating element 20 can be matched to 50Ω, so that reflection is suppressed even in the resonance mode on the low frequency side. And good transmission / reception can be performed.

このようにMSAに整合回路9を設けることによって、反射を抑制することができ2周波とも良好な送受信を行うことが可能となる。   By providing the matching circuit 9 in the MSA in this manner, reflection can be suppressed and good transmission / reception can be performed at both frequencies.

なお、上記の整合回路9はπ型の回路構成であるとしているが、π型に限らずT型やL型の回路構成でもよい。また、スパイラルインダクタとキャパシタだけではなく、λ/4変成器や移相器を組み合わせた構成であってもよい。   The matching circuit 9 has a π-type circuit configuration, but is not limited to the π-type, and may have a T-type or L-type circuit configuration. Further, not only a spiral inductor and a capacitor but also a combination of a λ / 4 transformer and a phase shifter may be used.

また、定数が変更可能な整合回路を用いる場合には、アンテナに整合回路を直結し、高周波側/低周波側でのアンテナの入力インピーダンスに合わせて定数を適切に選ぶことによって整合が可能となり、良好な送受信を行うことが可能となる。   In addition, when using a matching circuit that can change the constant, matching is possible by directly connecting the matching circuit to the antenna and appropriately selecting the constant according to the input impedance of the antenna on the high frequency side / low frequency side, Good transmission / reception can be performed.

本実施形態のMSAにおいて、第1のスイッチ7にはPINダイオードを用いることができる。PINダイオードは安価に入手でき、かつ20GHzまでは良好に高周波信号を遮断できることから、2.4GHzや5GHzの無線LANや携帯端末における2周波対応の指向性制御アンテナを構成することができる。   In the MSA of the present embodiment, a PIN diode can be used for the first switch 7. Since the PIN diode can be obtained at a low price and can satisfactorily block high-frequency signals up to 20 GHz, a directivity control antenna corresponding to 2.4 GHz or 5 GHz wireless LAN or a portable terminal can be configured.

PINダイオードは、誘電体2の裏面の地板1を一部切り取り、切り取られた領域に実装する。この際に、PINダイオードの一端を地板1と接続し、他端を誘電体2を貫通するビアホールを介して第1の無給電素子4と接続する。なお、PINダイオードを制御するバイアスラインは第1の基板8上に配線し、第1の基板8を貫通するビアホールによってPINダイオードと接続する。   The PIN diode is partly cut off the ground plane 1 on the back surface of the dielectric 2 and mounted in the cut area. At this time, one end of the PIN diode is connected to the ground plane 1 and the other end is connected to the first parasitic element 4 through a via hole penetrating the dielectric 2. The bias line for controlling the PIN diode is wired on the first substrate 8 and connected to the PIN diode by a via hole penetrating the first substrate 8.

また、第1のスイッチ7としてMEMSスイッチを用いることもできる。MEMSスイッチは、100GHz程度までの高周波信号も良好に遮断でき、かつ挿入ロスも小さいことから、例えばサブミリ波〜ミリ波のような高い周波数を対象とした2周波対応の指向性制御アンテナを構成することができる。   A MEMS switch can also be used as the first switch 7. The MEMS switch can satisfactorily cut off high-frequency signals up to about 100 GHz and has a small insertion loss, so that it constitutes a directivity control antenna for two frequencies for high frequencies such as submillimeter waves to millimeter waves. be able to.

MEMSスイッチの実装は、上述のPINダイオードと同様に誘電体2下面に設置する。また、第1の基板8にMEMSスイッチをバルクマイクロマシーンプロセスあるいは表面マイクロマシンプロセスによって形成した後、誘電体2の下面に第1の基板8を貼り付け、MEMSスイッチの一端を地板1と接続し、他端を誘電体2を貫通するビアホールを介して第1の無給電素子4と接続することで実装させることもできる。このような方法を用いるとMEMSスイッチを制御するバイアスラインを第1の基板8上に配線することができる。   The MEMS switch is mounted on the lower surface of the dielectric 2 in the same manner as the PIN diode described above. Further, after forming the MEMS switch on the first substrate 8 by a bulk micromachine process or a surface micromachine process, the first substrate 8 is attached to the lower surface of the dielectric 2, and one end of the MEMS switch is connected to the ground plane 1. The other end can also be mounted by connecting to the first parasitic element 4 through a via hole penetrating the dielectric 2. When such a method is used, a bias line for controlling the MEMS switch can be wired on the first substrate 8.

なお、本実施形態では、給電素子3と第1の無給電素子4は同形状であるとしたが、給電素子3単体で共振した場合に素子間相互結合によって第1の無給電素子4が励振できればよいので、同一である必要はなく、ほぼ同形状であればよい。   In the present embodiment, the feeding element 3 and the first parasitic element 4 have the same shape. However, when the feeding element 3 alone resonates, the first parasitic element 4 is excited by mutual coupling between the elements. As long as it is possible, it is not necessary to have the same shape, and it is not necessary to have the same shape.

<第2の実施形態>
第2の実施形態のマイクロストリップアンテナ(MSA)について説明する。
<Second Embodiment>
A microstrip antenna (MSA) according to a second embodiment will be described.

第1の実施形態のMSAでは、隣接する給電素子3と第1の無給電素子4の間及び隣接する第1の無給電素子4同士の間は1個の微小導体5で接続されているので内部に大きな空隙が生じてしまう。そのため、第1の放射素子20で共振する低周波側の共振モードでは、この空隙が空隙により帯域幅が低下してしまう。   In the MSA according to the first embodiment, the adjacent feeding element 3 and the first parasitic element 4 and the adjacent first parasitic elements 4 are connected by one minute conductor 5. Large voids are generated inside. Therefore, in the resonance mode on the low frequency side that resonates with the first radiating element 20, the bandwidth of the air gap is reduced due to the air gap.

上記の帯域幅の問題を改善するには空隙をなくすことが望ましいが、空隙を完全になくしてしまうと第1の放射素子20は純四角形となってしまい、給電素子3の辺で電流が反射しないため高周波側の共振モードを得ることができない。   It is desirable to eliminate the air gap in order to improve the above bandwidth problem. However, if the air gap is completely eliminated, the first radiating element 20 becomes a pure square, and the current is reflected by the sides of the power feeding element 3. Therefore, the resonance mode on the high frequency side cannot be obtained.

そこで、本実施形態のMSAでは、図5に示すように、隣接する給電素子3と第1の無給電素子4との間及び隣接する第1の無給電素子4同士の間を複数(図では2つ)の微小導体5で接続する。   Therefore, in the MSA of the present embodiment, as shown in FIG. 5, there are a plurality of gaps between the adjacent parasitic elements 3 and the first parasitic elements 4 and between the adjacent first parasitic elements 4 (in the figure). Two) the small conductors 5 are connected.

このように構成することにより、低周波側の共振モードでは、第1の放射素子20内部の空隙が減少し帯域幅が改善される。また、高周波側の共振モードでは、第1の放射素子20内部に給電素子3の辺が存在するので、比較的大きな定在波を得ることができ、微小導体5が1個のMSAと比較して高周波側の共振モードでのアンテナ利得低下を小さくできる。   With this configuration, in the resonance mode on the low frequency side, the gap inside the first radiating element 20 is reduced and the bandwidth is improved. Further, in the resonance mode on the high frequency side, since the side of the feed element 3 exists inside the first radiating element 20, a relatively large standing wave can be obtained, and the minute conductor 5 is compared with one MSA. Thus, a decrease in antenna gain in the resonance mode on the high frequency side can be reduced.

具体的な比較例を挙げて説明する。Cu層からなる地板1と、比誘電率2.2のテフロン(登録商標)ガラスファイバー基板からなる誘電体2と、Cu層からなる4.4mm四方の給電素子3と、Cu層からなる4.4mm四方の第1の無給電素子4と、Cuからなる幅800μmの微小導体5とで構成し、かつ、給電素子3をマトリクス状に取り囲む第1の無給電素子を0.4mm間隔で配置したMSAにおいて、素子間の微小導体5が1個であるMSA(第1の実施形態のMSA/図1)の低周波側の共振モードでの帯域幅と、素子間の微小導体5が2個であるMSA(本実施形態のMSA/図5)の低周波側の共振モードでの帯域幅とを比較した場合、後者の帯域幅のほうが約15%大きいという比較結果が得られた。   A specific comparative example will be described. 3. Ground plate 1 made of a Cu layer, dielectric 2 made of a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate having a relative dielectric constant of 2.2, a 4.4 mm square feed element 3 made of a Cu layer, and a Cu layer made of 4. The first parasitic elements 4 each having a width of 4 mm and the minute conductor 5 made of Cu having a width of 800 μm and the first parasitic elements surrounding the feeder elements 3 in a matrix are arranged at intervals of 0.4 mm. In the MSA, the bandwidth in the resonance mode on the low frequency side of the MSA (MSA of the first embodiment / FIG. 1) having one microconductor 5 between the elements, and two microconductors 5 between the elements When comparing the bandwidth in the resonance mode on the low frequency side of a certain MSA (MSA of the present embodiment / FIG. 5), a comparison result that the latter bandwidth is about 15% larger was obtained.

なお、本実施形態のMSAにおいて、微小導体5の個数や幅については、要求されるアンテナの帯域幅、アンテナ利得等に応じて決定される。   In the MSA of the present embodiment, the number and width of the minute conductors 5 are determined according to the required antenna bandwidth, antenna gain, and the like.

<第3の実施形態>
第3の実施形態のマイクロストリップアンテナ(MSA)について説明する。
<Third Embodiment>
A microstrip antenna (MSA) according to a third embodiment will be described.

第1の実施形態のMSAでは、高周波側の共振モードでのビームのチルト角は給電素子3と地板1から開放された第1の無給電素子4によってほぼ決まる。つまり、給電素子3と第1の無給電素子4のピッチ間隔に強く影響される。また、低周波側の共振モードの共振周波数は第1の放射素子20のL2によってほぼ決まるので、こちらも給電素子3と第1の無給電素子4のピッチ間隔に強く影響される。   In the MSA of the first embodiment, the tilt angle of the beam in the resonance mode on the high frequency side is almost determined by the feed element 3 and the first parasitic element 4 opened from the ground plane 1. That is, it is strongly influenced by the pitch interval between the feed element 3 and the first parasitic element 4. Further, since the resonance frequency of the resonance mode on the low frequency side is substantially determined by L2 of the first radiating element 20, this is also strongly influenced by the pitch interval between the feeding element 3 and the first parasitic element 4.

そのため高周波側の共振モードにおいて、ビームのチルト角と、低周波側の共振モードでの共振周波数と、を独立に制御することが困難である。   Therefore, it is difficult to independently control the tilt angle of the beam and the resonance frequency in the resonance mode on the low frequency side in the resonance mode on the high frequency side.

そこで、本実施形態のMSAでは、図6に示すように、隣接する給電素子3と第1の無給電素子4との間及び隣接する第1の無給電素子4同士の間を屈曲した微小導体5で接続する。なお、図6においては、2箇所で直角に屈曲した微小導体を用いている。   Therefore, in the MSA of the present embodiment, as shown in FIG. 6, a microconductor that is bent between adjacent feeding elements 3 and first parasitic elements 4 and between adjacent first parasitic elements 4. Connect with 5. In FIG. 6, micro conductors bent at right angles at two locations are used.

このように構成することにより、給電素子3と第1の無給電素子4のピッチ間隔を一定としたまま第1の放射素子20の電流パスを長くすることができるので、高周波側の共振モードでのビームのチルト角をほとんど変化させずに低周波側の共振モードを低周波化できる。すなわち、高周波側の共振モードでのビームのチルト角と、低周波側の共振モードでの共振周波数と、をほぼ独立に制御することが可能となる。   With this configuration, the current path of the first radiating element 20 can be lengthened while the pitch interval between the feeding element 3 and the first parasitic element 4 is kept constant. The resonance frequency on the low frequency side can be lowered without changing the tilt angle of the beam. That is, the tilt angle of the beam in the resonance mode on the high frequency side and the resonance frequency in the resonance mode on the low frequency side can be controlled almost independently.

具体的な比較例を挙げて説明する。Cu層からなる地板1と、比誘電率2.2のテフロン(登録商標)ガラスファイバー基板からなる誘電体2と、Cu層からなる4.4mm四方の給電素子3と、Cu層からなる4.4mm四方の第1の無給電素子4と、Cuからなる幅800μmの微小導体5とで構成し、かつ、給電素子3をマトリクス状に取り囲む第1の無給電素子を0.4mm間隔で配置したMSAにおいて、微小導体5がひとつであるMSA(第1の実施形態のMSA/図1)と、2箇所で直角に屈曲した微小導体5が3つ設けられたMSA(本実施形態のMSA/図6)とを比較した場合、後者のMSAの方が低周波側の共振周波数が約15%小さいという比較結果が得られた。   A specific comparative example will be described. 3. Ground plate 1 made of a Cu layer, dielectric 2 made of a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate having a relative dielectric constant of 2.2, a 4.4 mm square feed element 3 made of a Cu layer, and a Cu layer made of 4. The first parasitic elements 4 each having a width of 4 mm and the minute conductor 5 made of Cu having a width of 800 μm and the first parasitic elements surrounding the feeder elements 3 in a matrix are arranged at intervals of 0.4 mm. In the MSA, an MSA having one microconductor 5 (MSA of the first embodiment / FIG. 1) and an MSA having three microconductors 5 bent at right angles at two locations (MSA / FIG. Of the present embodiment) In comparison with 6), the comparison result was obtained that the resonance frequency on the lower frequency side of the latter MSA was lower by about 15%.

なお、微小導体5の屈曲形状については限定されるものではなく、給電素子3と第1の無給電素子4のピッチ間隔を一定としたまま第1の放射素子20の電流パスを長くすることのできる形状であればよい。   The bent shape of the minute conductor 5 is not limited, and the current path of the first radiating element 20 can be lengthened while the pitch interval between the feeding element 3 and the first parasitic element 4 is kept constant. Any shape can be used.

<第4の実施形態>
第4の実施形態のマイクロストリップアンテナ(MSA)について説明する。図7、図8に本実施形態のMSAの構成を示す。なお、図7はMSAの上面図、図8はMSAの断面図を示す。
<Fourth Embodiment>
A microstrip antenna (MSA) according to a fourth embodiment will be described. 7 and 8 show the configuration of the MSA of this embodiment. 7 is a top view of the MSA, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the MSA.

本実施形態のMSAは、第1の実施形態のMSAの第1の放射素子20と、第1の放射素子20とほぼ同一の周波数で共振する給電されていない「第2の放射素子21」とから構成され、第2の放射素子21が第1の放射素子20を中心としてマトリクス状に配置されている。この第2の放射素子21は、素子単体で構成されている。また、第2の放射素子21は、地板1と接続する第2のスイッチ14が設けられており、この第2のスイッチ14の導通/遮断状態の切り替え制御はバイアスラインを介してなされる。   The MSA of the present embodiment includes a first radiating element 20 of the MSA of the first embodiment and an unpowered “second radiating element 21” that resonates at substantially the same frequency as the first radiating element 20. The second radiating elements 21 are arranged in a matrix with the first radiating elements 20 as the center. The second radiating element 21 is composed of a single element. Further, the second radiating element 21 is provided with a second switch 14 connected to the ground plane 1, and switching control of the conduction / cutoff state of the second switch 14 is performed via a bias line.

本実施形態のMSAにおいて第1の放射素子20の第1の無給電素子4を短絡する第1のスイッチ7を全て遮断した場合には、第1の放射素子20のY方向の長さL2を概ね半波長とする低周波側の共振モードが生じる。よって、給電素子3に低周波側の共振モードと一致するRF信号を与えることで低周波対応を実現できる。   In the MSA of the present embodiment, when all the first switches 7 that short-circuit the first parasitic element 4 of the first radiating element 20 are shut off, the length L2 of the first radiating element 20 in the Y direction is set to A resonance mode on the low frequency side having a half wavelength is generated. Therefore, the RF element corresponding to the resonance mode on the low frequency side can be provided to the feeding element 3 to realize low frequency response.

また、本実施形態のMSAでは第1の放射素子20とほぼ同じ共振周波数を持つ第2の放射素子21によって第1の放射素子20が取り囲まれているため、低周波側の共振モードでは第1の放射素子20と第2の放射素子21との素子間相互結合によって第2の放射素子21に第1の放射素子20と同じ共振周波数(低周波側の共振モード)の電流が誘起される。その結果、低周波側での共振モードの放射パターンは第1の放射素子20と第2の放射素子21の合成された形となる。第2の放射素子21には地板1と短絡する第2のスイッチ14が設けられているので、第1の放射素子20に対し対称に配置された一対の第2の放射素子21のうち一方を地板1と短絡することで、放射パターンを傾かせることが可能となる。   Further, in the MSA of the present embodiment, the first radiating element 20 is surrounded by the second radiating element 21 having substantially the same resonance frequency as that of the first radiating element 20, and therefore, the first radiating element 20 in the resonance mode on the low frequency side. Due to the mutual coupling between the radiating element 20 and the second radiating element 21, a current having the same resonance frequency (resonance mode on the low frequency side) as that of the first radiating element 20 is induced in the second radiating element 21. As a result, the resonance mode radiation pattern on the low frequency side is a combined form of the first radiation element 20 and the second radiation element 21. Since the second radiating element 21 is provided with the second switch 14 that is short-circuited with the ground plane 1, one of the pair of second radiating elements 21 arranged symmetrically with respect to the first radiating element 20 is selected. By short-circuiting with the ground plane 1, the radiation pattern can be tilted.

他方、本実施形態のMSAに給電素子3のY方向の長さL1を概ね半波長とするRF信号を給電素子に3与えると、RF信号は給電素子3のX方向の辺でほぼ反射されるので、高周波側の共振モードが実現できる。この共振モードにおいては、給電素子3は8個の第1の無給電素子4によって取り囲まれているので、第1のスイッチ7によって第1の無給電素子4の短絡制御をすることにより高周波側の共振モードでの指向性切り替えを実現できる。   On the other hand, when the RF signal having the half length of the length L1 in the Y direction of the feed element 3 is given to the MSA of the present embodiment to the feed element 3, the RF signal is substantially reflected on the side of the feed element 3 in the X direction. Therefore, a resonance mode on the high frequency side can be realized. In this resonance mode, since the feed element 3 is surrounded by the eight first parasitic elements 4, the first switch 7 controls the short-circuiting of the first parasitic element 4 to control the high frequency side. Directivity switching in the resonance mode can be realized.

なお、第2の放射素子21と給電素子3とではピッチ及び共振周波数が大きく異なり、素子間相互結合が小さい。そのため、第2の放射素子21には高周波側の共振モードがほとんど立たないので、第2の放射素子21が放射パターンへ与える影響は非常に小さいものとなる。   Note that the second radiating element 21 and the feed element 3 have greatly different pitches and resonance frequencies, and the mutual coupling between the elements is small. For this reason, since the second radiating element 21 hardly has a resonance mode on the high frequency side, the influence of the second radiating element 21 on the radiation pattern is very small.

また、第2のスイッチ14によって第2の放射素子21を地板1に短絡させると、第2の放射素子21の電流は更に抑制される。よって、第2の放射素子21の短絡制御を行うことで、高周波側の共振モードの指向性切り替えに対する第2の放射素子21の影響を更に小さくすることができる。   Further, when the second radiating element 21 is short-circuited to the ground plane 1 by the second switch 14, the current of the second radiating element 21 is further suppressed. Therefore, by performing the short circuit control of the second radiating element 21, it is possible to further reduce the influence of the second radiating element 21 on the directivity switching of the resonance mode on the high frequency side.

このように本実施形態のMSAでは、給電素子3と第1の無給電素子4が微小導体5で接続され一体となった第1の放射素子20が2つの共振モードを持つので、低周波と高周波の2周波対応を実現できる。また、高周波側の共振モードでは、8個の第1のスイッチ7の導通/遮断の組み合わせによってビームの切り替え、すなわち指向性の制御が可能となる。また、低周波側の共振モードでも、8個の第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせによってビームの切り替え、すなわち指向性の制御が可能となる。   As described above, in the MSA of the present embodiment, the first radiating element 20 in which the feeding element 3 and the first parasitic element 4 are connected by the minute conductor 5 and integrated has two resonance modes. High frequency 2 frequency response can be realized. In the resonance mode on the high frequency side, the switching of the beam, that is, the directivity can be controlled by the combination of conduction / cutoff of the eight first switches 7. Even in the resonance mode on the low frequency side, beam switching, that is, directivity control can be performed by the combination of conduction / cutoff of the eight second switches 14.

本実施形態のMSAにおいて、地板1をCu板で、誘電体2を比誘電率2.2のテフロン(登録商標)ガラスファイバー基板で、給電素子3を4.4mm四方のCu板で、第1の無給電素子4を4.4mm四方のCu板で、微小導体5を幅800μmのCu板で構成し、かつ、第1の無給電素子4を間隔4.8mmピッチで配置することで第1の放射素子20を形成し、さらに、この第1の放射素子20の周りに14.0mm四方(第1の放射素子20と同サイズ)の第2の放射素子21を間隔幅1.0mmで配置して構成した場合には、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせによって、φ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向に20〜30°傾けることができ、ビーム切り替えが実現できた。また、第2のスイッチ14を全て導通して第2の放射素子21を地板1と短絡させた場合、第1のスイッチ7の導通/遮断の組み合わせによって、φ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向に20〜35°傾けることができ、高周波側の共振モードでもビーム切り替えが実現できた。   In the MSA of this embodiment, the ground plate 1 is a Cu plate, the dielectric 2 is a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate having a relative dielectric constant of 2.2, the feeding element 3 is a 4.4 mm square Cu plate, The parasitic element 4 is formed of a 4.4 mm square Cu plate, the minute conductor 5 is formed of a 800 μm wide Cu plate, and the first parasitic elements 4 are arranged at a pitch of 4.8 mm. Further, a second radiating element 21 of 14.0 mm square (the same size as the first radiating element 20) is arranged around the first radiating element 20 with an interval width of 1.0 mm. In this case, depending on the conduction / cutoff combination of the second switch 14, the beam is directed 20 to 30 in the θ direction at φ = 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 °, etc. ° Can be tilted and beam switching is realized Came. Further, when all the second switches 14 are turned on and the second radiating element 21 is short-circuited with the ground plane 1, φ = 0, 45, 90, 135, depending on the combination of conduction / cutoff of the first switch 7. The beam can be tilted by 20 to 35 ° in the θ direction at 180, 225, 270, 315 °, etc., and beam switching can be realized even in the resonance mode on the high frequency side.

なお、第2のスイッチ14にはPINダイオードを用いることができる。PINダイオードは安価に入手でき、かつ20GHzまでは良好に高周波信号を遮断できることから、2.4GHzや5GHzの無線LANや携帯端末における2周波対応の指向性制御アンテナを構成することができる。   Note that a PIN diode can be used for the second switch 14. Since the PIN diode can be obtained at a low price and can satisfactorily block high-frequency signals up to 20 GHz, a directivity control antenna corresponding to 2.4 GHz or 5 GHz wireless LAN or a portable terminal can be configured.

PINダイオードは、誘電体2の裏面の地板1を一部切り取り、切り取られた領域に実装する。この際に、PINダイオードの一端を地板1と接続し、他端を誘電体2を貫通するビアホールを介して第2の放射素子21と接続する。なお、PINダイオードを制御するバイアスラインは第1の基板8上に配線し、第1の基板8を貫通するビアホールによってPINダイオードと接続する。   The PIN diode is partly cut off the ground plane 1 on the back surface of the dielectric 2 and mounted in the cut area. At this time, one end of the PIN diode is connected to the ground plane 1 and the other end is connected to the second radiating element 21 through a via hole penetrating the dielectric 2. The bias line for controlling the PIN diode is wired on the first substrate 8 and connected to the PIN diode by a via hole penetrating the first substrate 8.

また、第2のスイッチ14としてMEMSスイッチを用いることもできる。MEMSスイッチは、100GHz程度までの高周波信号も良好に遮断でき、かつ挿入ロスも小さいことから、例えばサブミリ波〜ミリ波のような高い周波数を対象とした2周波対応の指向性制御アンテナを構成することができる。   A MEMS switch can also be used as the second switch 14. The MEMS switch can satisfactorily cut off high-frequency signals up to about 100 GHz and has a small insertion loss, so that it constitutes a directivity control antenna for two frequencies for high frequencies such as submillimeter waves to millimeter waves. be able to.

MEMSスイッチの実装は、上述のPINダイオードと同様に誘電体2下面に設置する。また、第1の基板8にMEMSスイッチをバルクマイクロマシーンプロセスあるいは表面マイクロマシンプロセスによって形成した後、誘電体2の下面に第1の基板8を貼り付け、MEMSスイッチの一端を地板1と接続し、他端を誘電体2を貫通するビアホールを介して第2の放射素子21と接続することで実装させることもできる。このような方法を用いるとMEMSスイッチを制御するバイアスラインを第1の基板8上に配線することができる。   The MEMS switch is mounted on the lower surface of the dielectric 2 in the same manner as the PIN diode described above. Further, after forming the MEMS switch on the first substrate 8 by a bulk micromachine process or a surface micromachine process, the first substrate 8 is attached to the lower surface of the dielectric 2, and one end of the MEMS switch is connected to the ground plane 1. The other end can be mounted by connecting to the second radiating element 21 through a via hole penetrating the dielectric 2. When such a method is used, a bias line for controlling the MEMS switch can be wired on the first substrate 8.

なお、上記の説明においては、第2の放射素子21の形状を14.0mm四方としたが、第1の放射素子20との素子間相互結合によって効率的に電流が誘起され、第1の放射素子20とほぼ同じ共振周波数を持つのであればこれに限定されるものではない。   In the above description, the shape of the second radiating element 21 is 14.0 mm square. However, the current is efficiently induced by the mutual coupling between the first radiating element 20 and the first radiating element 20. The present invention is not limited to this as long as it has substantially the same resonance frequency as the element 20.

また、上記の説明においては、給電素子3と第1の無給電素子4は同形状であるとしたが、給電素子3単体で共振した場合に素子間相互結合によって第1の無給電素子4が励振できればよいので、同一である必要はなく、略同形状であればよい。   In the above description, the feeding element 3 and the first parasitic element 4 have the same shape. However, when the feeding element 3 alone resonates, the first parasitic element 4 is As long as they can be excited, they do not have to be the same, and may have substantially the same shape.

また、本実施形態では、第1の放射素子20の各素子間を接続する微小導体5は1つであるが、第2の実施形態のMSAのように、各素子間を接続する微小導体5は複数であってもよい。このように構成することにより、低周波側の共振モードでの帯域幅を改善することができる。また、第3の実施形態のように微小導体5を屈曲形状にしてもよい。このように構成することにより、高周波側のビームのチルト角と低周波側の共振周波数をほぼ独立に制御することが可能となる。   Further, in this embodiment, there is one microconductor 5 that connects each element of the first radiating element 20, but the microconductor 5 that connects each element as in the MSA of the second embodiment. May be plural. With this configuration, the bandwidth in the resonance mode on the low frequency side can be improved. In addition, the microconductor 5 may be bent as in the third embodiment. With this configuration, the tilt angle of the high frequency beam and the resonance frequency on the low frequency side can be controlled almost independently.

<第5の実施形態>
第5の実施形態のマイクロストリップアンテナ(MSA)について説明する。図9、図10に本実施形態のMSAの構成を示す。なお、図9はMSAの上面図、図10はMSAの断面図を示す。
<Fifth Embodiment>
A microstrip antenna (MSA) according to a fifth embodiment will be described. 9 and 10 show the configuration of the MSA of this embodiment. FIG. 9 is a top view of the MSA, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the MSA.

本実施形態のMSAは、第4の実施形態のMSAにおいて、第2の放射素子21が第2の無給電素子15をマトリクス状に配置し、素子間を微小導体5で接続した構成となっている。すなわち、第2の放射素子21が第1の放射素子20とほぼ同じ配置構成をとっている。なお、第2の放射素子21には地板1と短絡する第2のスイッチ14が複数個(図8では3つ)設けられている。   The MSA of the present embodiment is the same as the MSA of the fourth embodiment except that the second radiating element 21 has the second parasitic elements 15 arranged in a matrix and the elements are connected by the minute conductors 5. Yes. That is, the second radiating element 21 has substantially the same arrangement configuration as the first radiating element 20. The second radiating element 21 is provided with a plurality (three in FIG. 8) of second switches 14 that are short-circuited with the ground plane 1.

本実施形態の構造では、第2の放射素子21の形状が第1の放射素子20と略同形状であるため、第2の放射素子21が第1の放射素子20の低周波側の共振モードと同じ共振モードを持つことになる。そのため第1の放射素子20が低周波側の共振モードで励起された場合、第2の放射素子21には第1の放射素子20との素子間相互結合によって大きな電流が誘起されるので、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせによって、低周波側の共振モードにおいて効率的にビームを傾かせることが可能となる。   In the structure of the present embodiment, since the shape of the second radiating element 21 is substantially the same as that of the first radiating element 20, the second radiating element 21 has a resonance mode on the low frequency side of the first radiating element 20. Will have the same resonance mode. Therefore, when the first radiating element 20 is excited in the resonance mode on the low frequency side, a large current is induced in the second radiating element 21 due to mutual coupling between the first radiating element 20 and the first radiating element 20. The combination of conduction / interruption of the second switch 14 makes it possible to efficiently tilt the beam in the resonance mode on the low frequency side.

本実施形態のMSAにおいて、地板1をCu板で、誘電体2を比誘電率2.2のテフロン(登録商標)ガラスファイバー基板で、給電素子3を4.4mm四方のCu板で、第1の無給電素子4を4.4mm四方のCu板で、微小導体5を幅800μmのCu板で構成し、かつ、第1の無給電素子4を0.4mm間隔で配置することで第1の放射素子20を形成し、さらに、Cu層からなる4.4mm四方の第2の無給電素子15が0.4mm間隔で3×3のマトリクス状に配置された第2の放射素子21を、第1の放射素子20の周りに間隔幅1.0mmで配置して構成した場合には、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせにより、φ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向で最大25〜35°傾けることができ、低周波側の共振モードでビーム切り替えが実現できた。   In the MSA of this embodiment, the ground plate 1 is a Cu plate, the dielectric 2 is a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate having a relative dielectric constant of 2.2, the feeding element 3 is a 4.4 mm square Cu plate, The parasitic element 4 is made of a 4.4 mm square Cu plate, the minute conductor 5 is made of a 800 μm wide Cu plate, and the first parasitic elements 4 are arranged at intervals of 0.4 mm. A radiating element 20 is formed, and further, a second radiating element 21 in which 4.4 mm square second parasitic elements 15 made of a Cu layer are arranged in a 3 × 3 matrix at intervals of 0.4 mm, 1 is arranged around the radiating element 20 with an interval width of 1.0 mm, φ = 0, 45, 90, 135, 180, 225, depending on the combination of conduction / cutoff of the second switch 14. 270, 315 degrees, etc., the beam is up to 25-3 in the θ direction The beam can be switched in the resonance mode on the low frequency side by tilting 5 °.

さらに、本構成では、第2の放射素子21に3個の第2のスイッチ14を設けており、導通させるスイッチ数を変えることで第2の放射素子21に誘起される電流を調整できるので、θ方向でのビームのチルト角の微調整が可能となる。   Further, in this configuration, the second radiating element 21 is provided with three second switches 14, and the current induced in the second radiating element 21 can be adjusted by changing the number of switches to be conducted. Fine adjustment of the tilt angle of the beam in the θ direction becomes possible.

上記の説明から、本構成により、低周波側の共振モードにおいて第2の放射素子21に効率的に電流を誘起することができ、第2のスイッチ14によって第2の放射素子21を短絡制御することで指向性切り替えを効率的に実現できる。また、第2の放射素子21に複数の第2のスイッチ14を設けて制御することにより、低周波側の共振モードにおいてより細かい指向性制御が可能となる。   From the above description, according to the present configuration, a current can be efficiently induced in the second radiating element 21 in the resonance mode on the low frequency side, and the second radiating element 21 is short-circuit controlled by the second switch 14. Therefore, directivity switching can be realized efficiently. Further, by providing the second radiating element 21 with a plurality of second switches 14, finer directivity control is possible in the resonance mode on the low frequency side.

なお、上記の説明においては、第2のスイッチ数14を3個としているが、第2のスイッチ数14は3個に限定されるものではない。また、第2のスイッチ14を設ける箇所についても、図9に示す箇所に限定されるものではない。また、第1の放射素子20と第2の放射素子21の配置形状を略同一としたが、第1の放射素子20で共振する低周波側での共振モードで第2の放射素子21が効率的に励振されるのであれば、略同一である必要はない。   In the above description, the second switch number 14 is three, but the second switch number 14 is not limited to three. Further, the location where the second switch 14 is provided is not limited to the location shown in FIG. Further, although the arrangement shapes of the first radiating element 20 and the second radiating element 21 are substantially the same, the second radiating element 21 is efficient in the resonance mode on the low frequency side that resonates with the first radiating element 20. If they are excited, they need not be substantially the same.

<実施形態6>
第6の実施形態のマイクロストリップアンテナ(MSA)について説明する。本実施形態のMSAは、低周波、中間周波、高周波の3モードで動作する3周波アンテナであり、かつ各々の周波数帯で指向性の切り替えを行うことが可能となっている。
<Embodiment 6>
A microstrip antenna (MSA) according to a sixth embodiment will be described. The MSA of this embodiment is a three-frequency antenna that operates in three modes of low frequency, intermediate frequency, and high frequency, and can switch directivity in each frequency band.

図11、図12に本実施形態のMSAの構成を示す。なお、図11はMSAの上面図、図12はMSAの断面図を示す。   11 and 12 show the configuration of the MSA of this embodiment. 11 shows a top view of the MSA, and FIG. 12 shows a cross-sectional view of the MSA.

MSAは、地板1と、誘電体2と、給電素子3と、第1の無給電素子4と、微小導体5と、給電点6と、第1のスイッチ7と、第1の基板8と、整合回路9と、給電線10と、第2のスイッチ14と、第2の無給電素子15と、から構成される。   The MSA includes a ground plane 1, a dielectric 2, a feeding element 3, a first parasitic element 4, a minute conductor 5, a feeding point 6, a first switch 7, a first substrate 8, The matching circuit 9, the feeder line 10, the second switch 14, and the second parasitic element 15 are configured.

第1の基板8の上には地板1が設けられ、地板1の上には誘電体2が設けられている。誘電体2の上部には、矩形形状の給電素子3と、給電素子3を中心としてマトリクス状に配置された第1の無給電素子4が積層されている。なお、無給電素子5は、矩形形状の給電素子3と同形状である。また、隣接する給電素子3と第1の無給電素子4との間及び隣接する第1の無給電素子4同士の間は、対向する辺の幅よりも短い幅の微小導体5で接続されている。   A ground plane 1 is provided on the first substrate 8, and a dielectric 2 is provided on the ground plane 1. On top of the dielectric 2, a rectangular feed element 3 and a first parasitic element 4 arranged in a matrix with the feed element 3 as the center are stacked. The parasitic element 5 has the same shape as the rectangular feeding element 3. Further, between the adjacent feeding element 3 and the first parasitic element 4 and between the adjacent first parasitic elements 4 are connected by a minute conductor 5 having a width shorter than the width of the opposing sides. Yes.

給電素子3には給電点6が設けられている。この給電点6は、誘電体2、地板1及び第1の基板8を貫通するビアホール19と給電線10とを介して整合回路9に接続されている。なお、給電線10はマイクロストリップ線路で構成される。また、第1の無給電素子4には第1のスイッチ7が設けられている。第1のスイッチ7は、第1の無給電素子4と地板1間の導通/遮断状態の切り替えを行う。第1のスイッチ7が導通状態の場合には第1の無給電素子4は地板1と短絡し、遮断状態の場合には第1の無給電素子4は地板から開放される。この給電素子3、第1の無給電素子4、微小導体5は第1の放射素子20を構成する。   The feeding element 3 is provided with a feeding point 6. The feed point 6 is connected to the matching circuit 9 via a via hole 19 penetrating the dielectric 2, the ground plane 1, and the first substrate 8 and the feed line 10. Note that the feeder line 10 is formed of a microstrip line. The first parasitic element 4 is provided with a first switch 7. The first switch 7 switches between a conduction / cutoff state between the first parasitic element 4 and the ground plane 1. When the first switch 7 is in a conductive state, the first parasitic element 4 is short-circuited with the ground plane 1, and when the first switch 7 is in a disconnected state, the first parasitic element 4 is released from the ground plane. The feeding element 3, the first parasitic element 4, and the minute conductor 5 constitute a first radiating element 20.

また、誘電体2の上部には、第1の放射素子20をマトリクス状に取り囲むように、第2の無給電素子15が積層されている。第2の無給電素子15の形状は第1の無給電素子4と略同形状である。この第2の無給電素子15は、第1の放射素子20を6周取り囲んでいる。また、隣接する第1の無給電素子4と第2の無給電素子15の間及び隣接する第2の無給電素子15の間は、対向する辺の幅よりも短い幅の微小導体5で接続されている。   A second parasitic element 15 is stacked on the dielectric 2 so as to surround the first radiating elements 20 in a matrix. The shape of the second parasitic element 15 is substantially the same as that of the first parasitic element 4. The second parasitic element 15 surrounds the first radiating element 20 for six turns. Further, the adjacent first parasitic element 4 and the second parasitic element 15 and the adjacent second parasitic element 15 are connected by the minute conductor 5 having a width shorter than the width of the opposing side. Has been.

第2の無給電素子15には第2のスイッチ14が設けられている。第2のスイッチ14は第2の無給電素子15と地板1の導通/遮断状態の切り替えを行う。なお、第1のスイッチ7や第2のスイッチ14のスイッチ切り替え選択はバイアスラインを介してなされる。   The second parasitic element 15 is provided with a second switch 14. The second switch 14 switches the conduction / cut-off state between the second parasitic element 15 and the ground plane 1. Note that the switch selection of the first switch 7 and the second switch 14 is made via a bias line.

次に、本実施形態のMSAにおいて、各周波数毎の共振モードの制御について説明する。   Next, resonance mode control for each frequency in the MSA of the present embodiment will be described.

まず、高周波側の共振モードにおける制御について説明する。本実施形態のMSAにおいて、給電素子3のY方向の長さL1を概ね半波長とするRF信号を給電素子3に与えると、RF信号は給電素子3のX方向の辺でほぼ反射されるので、高周波側の共振モードが実現できる。また、給電素子3は8個の第1の無給電素子4によって取り囲まれているので、第1のスイッチ7によって第1の無給電素子4の短絡制御を行うことにより、高周波側の共振モードでの指向性の切り替えを行うことができる。   First, control in the resonance mode on the high frequency side will be described. In the MSA of the present embodiment, when an RF signal having a half-wavelength L1 in the Y direction of the feed element 3 is applied to the feed element 3, the RF signal is substantially reflected on the side of the feed element 3 in the X direction. A resonance mode on the high frequency side can be realized. In addition, since the feed element 3 is surrounded by the eight first parasitic elements 4, the first switch 7 performs short-circuit control on the first parasitic element 4, so that the resonance mode on the high frequency side is achieved. The directivity can be switched.

さらに、本実施形態のMSAでは、第2の無給電素子15が、第1の無給電素子4及び給電素子3と略同形状であるため、第1の放射素子20と近接している第2の無給電素子15は、高周波側の共振モードで励振している給電素子3や第1の無給電素子4との素子間相互結合によって高周波側の共振モードで励起される。そのため、第1の放射素子20に近接した第2の無給電素子15によって、高周波側の共振モードの放射パターンを若干制御することができる。具体的な一例を挙げれば、地板1から開放されている第1の無給電素子4に近接した第2の無給電素子15を地板1から開放すると、ビームのチルト角をエンハンスすることができる。   Furthermore, in the MSA of the present embodiment, the second parasitic element 15 has substantially the same shape as the first parasitic element 4 and the feeder element 3, and thus the second parasitic element 15 is close to the first radiating element 20. The parasitic element 15 is excited in the resonance mode on the high frequency side by mutual coupling between the feed element 3 and the first parasitic element 4 that are excited in the resonance mode on the high frequency side. For this reason, the second parasitic element 15 close to the first radiating element 20 can slightly control the resonance mode radiation pattern on the high frequency side. As a specific example, when the second parasitic element 15 close to the first parasitic element 4 opened from the ground plane 1 is opened from the ground plane 1, the tilt angle of the beam can be enhanced.

次に、中間周波側の共振モードについて説明する。本実施形態のMSAでは、給電素子3と第1の無給電素子4が微小導体5で接続されて第1の放射素子を20形成しているので、第1のスイッチ7を全て遮断した場合は第1の放射素子のY方向の長さL2を概ね半波長とする中間周波数帯の共振モードが生じる。そのため給電素子3に中間周波数帯の共振モードと一致するRF信号を与えると、中間周波数帯で共振するので中間周波数に対応させることができる。   Next, the resonance mode on the intermediate frequency side will be described. In the MSA of the present embodiment, since the feed element 3 and the first parasitic element 4 are connected by the minute conductor 5 to form the first radiating element 20, when all the first switches 7 are cut off, A resonance mode in an intermediate frequency band having a half-wavelength L2 in the Y direction of the first radiating element is generated. For this reason, when an RF signal that matches the resonance mode in the intermediate frequency band is given to the feed element 3, resonance occurs in the intermediate frequency band, so that it can correspond to the intermediate frequency.

ここで、第1の放射素子20は第2の無給電素子15に取り囲まれており、かつ、第2の無給電素子15同士は微小導体5で接続されているため、第1の放射素子20に近接した3×3素子の領域は第1の放射素子20との強い素子間相互結合を受けて中間周波数の共振モードで励振される。この3×3の素子領域を第2の放射素子21とみた場合、図13のように、第1の放射素子20の周囲に3×3素子からなる第2の放射素子21が8個マトリクス状に配置されているとみなすことができる。   Here, since the first radiating element 20 is surrounded by the second parasitic element 15 and the second parasitic elements 15 are connected to each other by the minute conductor 5, the first radiating element 20 is provided. A region of 3 × 3 elements close to is subjected to strong inter-element coupling with the first radiating element 20 and is excited in an intermediate frequency resonance mode. When this 3 × 3 element region is regarded as the second radiating element 21, as shown in FIG. 13, eight second radiating elements 21 made of 3 × 3 elements are arranged in a matrix around the first radiating element 20. It can be considered that it is arranged.

よって、第2のスイッチ14を用いて第2の放射素子21の短絡制御を行うことで、中間周波数帯でも指向性切り替えを行うことが可能となる。   Therefore, directivity switching can be performed even in the intermediate frequency band by performing short-circuit control of the second radiating element 21 using the second switch 14.

また、第2の放射素子21には複数の第2のスイッチ14が設けられているので、同一の第2の放射素子21に接続された第2のスイッチ14の導通/遮断を組み合わせることで、θ方向でビームのチルト角の微調整を行うことが可能となる。   In addition, since the second radiating element 21 is provided with a plurality of second switches 14, by combining conduction / cutoff of the second switch 14 connected to the same second radiating element 21, It is possible to finely adjust the tilt angle of the beam in the θ direction.

次に、低周波側の共振モードについて説明する。本実施形態のMSAでは、第1の放射素子20と第2の無給電素子15が微小導体5によって接続されているので、第1のスイッチ7を全て遮断し、かつ、第1の放射素子20に隣接した16個の第2の無給電素子15を地板1から開放すると、図14に示す5×5の形状の「第3の放射素子22」として機能し、第3の放射素子22のY方向の長さL3を概ね半波長とする低周波数側の共振モードが生じる。よって、給電素子3に低周波数側の共振モードと一致するRF信号を与えると、低周波数側で共振するので低周波対応が実現できる。   Next, the resonance mode on the low frequency side will be described. In the MSA of the present embodiment, since the first radiating element 20 and the second parasitic element 15 are connected by the minute conductor 5, all the first switches 7 are cut off, and the first radiating element 20 is used. When the 16 second parasitic elements 15 adjacent to the base plate 1 are opened from the ground plane 1, it functions as a “third radiating element 22” having a shape of 5 × 5 shown in FIG. A resonance mode on the low frequency side in which the length L3 in the direction is approximately a half wavelength occurs. Therefore, when an RF signal that matches the resonance mode on the low frequency side is given to the power feeding element 3, resonance occurs on the low frequency side, so that low frequency response can be realized.

この第3の放射素子22は、第1の無給電素子4と同じ形状の第2の無給電素子15で5周取り囲まれており、かつ、第2の無給電素子15同士は微小導体5で接続されている。よって、第3の放射素子22に近接した5×5形状の「第4の放射素子23」は、第3の放射素子22との強い素子間相互結合を受けて低周波側の共振モードで励振される。   The third radiating element 22 is surrounded by a second parasitic element 15 having the same shape as that of the first parasitic element 4, and the second parasitic elements 15 are minute conductors 5. It is connected. Therefore, the “fourth radiating element 23” having a 5 × 5 shape adjacent to the third radiating element 22 is excited in the resonance mode on the low frequency side due to strong mutual coupling with the third radiating element 22. Is done.

上述のMSAの状態は、5×5サイズの給電素子を含む放射素子(第3の放射素子22)の周りに同一サイズの無給電素子で構成された放射素子(第4の放射素子23)が8個マトリックス状に配置された形と見なすことができる。よって、第4の放射素子23に接続された第2のスイッチ14を制御して第3の放射素子22に隣接した第4の放射素子23の短絡制御を行うことで、低周波側でも指向性切り替えを行うことが可能となる。   The state of the above-mentioned MSA is that a radiating element (fourth radiating element 23) composed of parasitic elements of the same size is arranged around a radiating element (third radiating element 22) including a 5 × 5 size feeding element. It can be regarded as a shape arranged in a matrix of eight. Therefore, by controlling the second switch 14 connected to the fourth radiating element 23 and performing the short-circuit control of the fourth radiating element 23 adjacent to the third radiating element 22, directivity can be achieved even on the low frequency side. Switching can be performed.

また、第4の放射素子23には複数の第2のスイッチ14が設けられているので、同一の第4の放射素子23に接続された第2のスイッチ14の導通/遮断を組み合わせにより、θ方向でビームのチルト角の微調整を行うことが可能となる。   In addition, since the plurality of second switches 14 are provided in the fourth radiating element 23, the combination of conduction / cut-off of the second switches 14 connected to the same fourth radiating element 23 makes θ It becomes possible to finely adjust the tilt angle of the beam in the direction.

このように本実施形態では、低周波、中間周波、高周波の3モードで動作するので3つの共振モードに対応することが可能となる。かつ、各々の周波数帯で指向性の切り替えを行うことが可能となる。   Thus, in this embodiment, since it operates in three modes of low frequency, intermediate frequency, and high frequency, it is possible to cope with three resonance modes. In addition, the directivity can be switched in each frequency band.

図11のMSAにおいて、第1の放射素子20を、Cu層からなる地板1と、比誘電率2.2のテフロン(登録商標)ガラスファイバー基板からなる誘電体2と、Cu層からなる4.4mm四方の給電素子3と、Cu層からなる4.4mm四方の第1の無給電素子4と、Cuからなる幅800μmの微小導体5とを用いて、給電素子3をマトリクス状に取り囲む第1の無給電素子を0.4mm間隔で配置して構成し、この第1の放射素子20の周囲をCu層からなる4.4mm四方の第2の無給電素子15によって素子間隔0.4mmでマトリクス状に6周取り囲み、隣接する第1の無給電素子4と第2の無給電素子15の間及び第2の無給電素子15同士の間をCuからなる幅800μmの微小導体5で接続した場合には、第1のスイッチ7、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせによって、高周波側の共振モードにおいて、φ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向に20〜40°傾けることができた。また、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせによって、中間周波数帯の共振モードにおいてもφ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向に25〜35°傾けることができた。さらに、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせによって、低周波側の共振モードにおいても、φ=0、45、90、135、180、225、270、315°等で、ビームをθ方向に15〜30°傾けることができた。つまり、低周波、中間周波、高周波の3つの周波数帯でXYの2次元でのビーム切り替え、指向性の切り替えを行うことができた。   11, the first radiating element 20 includes a ground plane 1 made of a Cu layer, a dielectric 2 made of a Teflon (registered trademark) glass fiber substrate having a relative dielectric constant of 2.2, and a Cu layer. A first feed element 3 surrounding the feed element 3 in a matrix using a 4 mm square feed element 3, a 4.4 mm square first parasitic element 4 made of a Cu layer, and a minute conductor 5 made of Cu having a width of 800 μm. The parasitic elements are arranged at intervals of 0.4 mm, and the periphery of the first radiation element 20 is matrixed by a second parasitic element 15 of 4.4 mm square made of a Cu layer at an element interval of 0.4 mm. 6 rounds, and when the adjacent first parasitic element 4 and the second parasitic element 15 and between the second parasitic elements 15 are connected by the micro conductor 5 having a width of 800 μm made of Cu. In the first switch 7 Depending on the combination of conduction / cutoff of the second switch 14, in the resonance mode on the high frequency side, φ = 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 °, etc., and the beam is 20-40 in the θ direction. I was able to tilt. Further, by the combination of conduction / cutoff of the second switch 14, even in the resonance mode of the intermediate frequency band, φ = 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 °, etc., and the beam is 25 in the θ direction. It was possible to tilt ~ 35 °. Further, by the combination of conduction / cutoff of the second switch 14, even in the resonance mode on the low frequency side, the beam is directed in the θ direction at φ = 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 °, etc. It was possible to tilt 15-30 °. In other words, XY two-dimensional beam switching and directivity switching could be performed in the three frequency bands of low frequency, intermediate frequency, and high frequency.

なお、本実施形態のMSAは上述したように3周波対応であるため、各周波数帯で放射素子のL´/Lが大きく異なってしまうので、良好な送受信を行うことができない恐れがある。そこで、定数の変更することのできる整合回路9を用いて調整を行う。以下、具体的に説明する。   Since the MSA of the present embodiment is compatible with three frequencies as described above, the L ′ / L of the radiating element is greatly different in each frequency band, so that there is a possibility that good transmission / reception cannot be performed. Therefore, adjustment is performed using the matching circuit 9 whose constant can be changed. This will be specifically described below.

整合回路9の構成を、図15を参照して説明する。整合回路9は、バラクタダイオード16とスパイラルインダクタ11をC−L−Cでπ型に組んだ回路から構成される。整合回路9と50Ωの給電線10の切り替えは、切り替えスイッチ13によって行われる。   The configuration of the matching circuit 9 will be described with reference to FIG. The matching circuit 9 is composed of a circuit in which a varactor diode 16 and a spiral inductor 11 are assembled in a π type by CLC. Switching between the matching circuit 9 and the 50Ω feed line 10 is performed by a changeover switch 13.

例えば、給電素子3の入力インピーダンスが50Ωになるように給電点3を配置した場合、高周波側での共振モードでは、切り替えスイッチ13を50Ωの給電線10側に入れてアンテナとRF回路を直結する。その結果、高周波側の共振モードではアンテナの入力インピーダンスは指向性切り替えを行っても給電素子3の入力インピーダンスとほぼ等しくなるので、反射が抑制され良好な送受信が可能となる。   For example, when the feed point 3 is arranged so that the input impedance of the feed element 3 is 50Ω, in the resonance mode on the high frequency side, the changeover switch 13 is placed on the 50Ω feed line 10 side to directly connect the antenna and the RF circuit. . As a result, in the resonance mode on the high frequency side, the input impedance of the antenna is almost equal to the input impedance of the feed element 3 even if the directivity is switched, and thus reflection is suppressed and good transmission / reception is possible.

また、中間周波側の共振モードと低周波側の共振モードでは、切り替えスイッチ13を整合回路9側に入れ、整合回路9を介してアンテナとRF回路を接続する。整合回路9のバラクタダイオードのCを適切に選ぶことで第1の放射素子20の入力インピーダンスや第3の放射素子22の入力インピーダンスを50Ωに整合させれば、中間周波側の共振モード、低周波側の共振モードとも反射が抑制され良好な送受信が可能となる。   In the resonance mode on the intermediate frequency side and the resonance mode on the low frequency side, the changeover switch 13 is placed on the matching circuit 9 side, and the antenna and the RF circuit are connected via the matching circuit 9. If the input impedance of the first radiating element 20 and the input impedance of the third radiating element 22 are matched to 50Ω by appropriately selecting C of the varactor diode of the matching circuit 9, the resonance mode on the intermediate frequency side, the low frequency In both resonance modes, reflection is suppressed and good transmission / reception is possible.

上記説明のように、定数を変更できる整合回路9を用いることによって3周波とも良好な送受信が可能となる。   As described above, by using the matching circuit 9 that can change the constant, good transmission and reception can be performed for all three frequencies.

なお、上述の整合回路9はπ型整合回路であるが、このような型の整合回路に限られるものではなく、T型、L型の整合回路であってもよい。また、バラクタダイオード16とスパイラルインダクタ11の組み合わせのみに限らず、移相器、インダクタ、キャパシタの組み合わせでも何ら構わない。   The matching circuit 9 described above is a π-type matching circuit, but is not limited to such a type of matching circuit, and may be a T-type or L-type matching circuit. Further, not only the combination of the varactor diode 16 and the spiral inductor 11, but also a combination of a phase shifter, an inductor, and a capacitor may be used.

また、上記説明では、定数が可変できる素子としてバラクタダイオード16を用いたが、これに限らず、MEMSによる可変インダクタを用いてもよい。   In the above description, the varactor diode 16 is used as an element that can change the constant. However, the present invention is not limited to this, and a variable inductor by MEMS may be used.

また、空間的余裕がある場合には、中間周波側用の固定式の整合回路と低周波側用の固定式の整合回路を各々設け、切り替えスイッチによって各周波数帯で50Ωの給電線と中間周波数用/低周波側用の2個の整合回路を切り替えるようにしてもよい。   In addition, when there is a space, a fixed matching circuit for the intermediate frequency side and a fixed matching circuit for the low frequency side are provided, respectively, and a 50Ω feed line and an intermediate frequency are set in each frequency band by a changeover switch. The two matching circuits for the low frequency side may be switched.

本実施形態のMSAにおいて、第1のスイッチ7、第2のスイッチ14にはPINダイオードを用いることができる。PINダイオードは安価に入手でき、かつ20GHzまでは良好に高周波信号を遮断できることから、2.4GHzや5GHzの無線LANや携帯端末における3周波対応の指向性制御アンテナを構成することができる。   In the MSA of the present embodiment, PIN diodes can be used for the first switch 7 and the second switch 14. Since the PIN diode can be obtained at a low cost and can cut off high-frequency signals well up to 20 GHz, a directivity control antenna for 2.4 GHz or 5 GHz wireless LAN or a mobile terminal can be configured.

PINダイオードは、誘電体2の裏面の地板1を一部切り取り、切り取られた領域に実装する。この際に、PINダイオードの一端を地板1と接続し、他端を誘電体2を貫通するビアホールを介して第1の無給電素子4、第2の無給電素子15と接続する。なお、PINダイオードを制御するバイアスラインは第1の基板8上に配線し、第1の基板8を貫通するビアホールによってPINダイオードと接続する。   The PIN diode is partly cut off the ground plane 1 on the back surface of the dielectric 2 and mounted in the cut area. At this time, one end of the PIN diode is connected to the ground plane 1 and the other end is connected to the first parasitic element 4 and the second parasitic element 15 through a via hole penetrating the dielectric 2. The bias line for controlling the PIN diode is wired on the first substrate 8 and connected to the PIN diode by a via hole penetrating the first substrate 8.

また、第1のスイッチ7、第2のスイッチ14としてMEMSスイッチを用いることもできる。MEMSスイッチは、100GHz程度までの高周波信号も良好に遮断でき、かつ挿入ロスも小さいことから、例えばサブミリ波〜ミリ波のような高い周波数を対象とした3周波対応の指向性制御アンテナを構成することができる。   Also, MEMS switches can be used as the first switch 7 and the second switch 14. The MEMS switch can satisfactorily cut off a high-frequency signal up to about 100 GHz and has a small insertion loss. Therefore, the MEMS switch constitutes a directivity control antenna corresponding to a high frequency such as a submillimeter wave to a millimeter wave. be able to.

MEMSスイッチの実装は、上述のPINダイオードと同様に誘電体2下面に設置する。また、第1の基板8にMEMSスイッチをバルクマイクロマシーンプロセスあるいは表面マイクロマシンプロセスによって形成した後、誘電体2の下面に第1の基板8を貼り付け、MEMSスイッチの一端を地板1と接続し、他端を誘電体2を貫通するビアホールを介して第1の無給電素子4、第2の無給電素子15と接続することで実装させることもできる。このような方法を用いるとMEMSスイッチを制御するバイアスラインを第1の基板8上に配線することができる。   The MEMS switch is mounted on the lower surface of the dielectric 2 in the same manner as the PIN diode described above. Further, after forming the MEMS switch on the first substrate 8 by a bulk micromachine process or a surface micromachine process, the first substrate 8 is attached to the lower surface of the dielectric 2, and one end of the MEMS switch is connected to the ground plane 1. The other end can also be mounted by connecting to the first parasitic element 4 and the second parasitic element 15 via a via hole penetrating the dielectric 2. When such a method is used, a bias line for controlling the MEMS switch can be wired on the first substrate 8.

また、本実施形態のMSAにおいて、第2の実施形態のMSAと同様に、隣接する各素子同士を複数の微小導体5で接続すれば、第1/第2/第3/第4の放射素子内部の空隙を小さくすることができ、中間周波側の共振モード・低周波側の共振モードの帯域幅の改善を図ることが可能となる。   Further, in the MSA of the present embodiment, similarly to the MSA of the second embodiment, if the adjacent elements are connected by a plurality of microconductors 5, the first / second / third / fourth radiating elements are provided. The internal gap can be reduced, and the bandwidth of the resonance mode on the intermediate frequency side and the resonance mode on the low frequency side can be improved.

また、第3の実施形態のMSAのように屈曲構造の微小導体5を用いることで、中間周波側の共振モード・低周波側の共振モードでは電流パスが長くなって低周波化するので、高周波側のビームのチルト角と中間周波側・低周波側の共振周波数をほぼ独立に制御することが可能となる。   Further, by using the microconductor 5 having a bent structure as in the MSA of the third embodiment, the current path becomes longer and the frequency is lowered in the resonance mode on the intermediate frequency side and the resonance mode on the low frequency side. It is possible to control the tilt angle of the side beam and the resonance frequency on the intermediate frequency side / low frequency side almost independently.

なお、本実施形態のMSAにおいては、給電素子3と、第1の無給電素子4と、第2の無給電素子15は同一形状としたが、給電素子3単体で共振した場合に第1の無給電素子4や第2の無給電素子15が素子間相互結合によって励振されれば良いので、同一である必要はなく、略同形状であれば良い。   In the MSA of the present embodiment, the feed element 3, the first parasitic element 4, and the second parasitic element 15 have the same shape. However, when the feed element 3 alone resonates, Since the parasitic element 4 and the second parasitic element 15 need only be excited by mutual coupling between the elements, they need not be the same and may have substantially the same shape.

また、本実施形態のMSAにおいては、第1の放射素子20を第2の無給電素子15が6周取り囲む構造であるため3周波対応となっているが、第1の放射素子20を更に多くの第2の無給電素子15でマトリクス状に取り囲めば、より多くの周波数帯で指向性切り替えが可能となる。   In the MSA of the present embodiment, the first radiating element 20 has a structure in which the second parasitic element 15 surrounds six circumferences, so that it corresponds to three frequencies. However, the first radiating element 20 is further increased. If the second parasitic element 15 surrounds the second parasitic element 15 in a matrix, the directivity can be switched in more frequency bands.

また、本実施形態のMSAにおいては、第2の無給電素子15の全てに地板1と短絡する第2のスイッチ14を設けたが、要求されるアンテナのチルト角によっては一部の第2の無給電素子にのみ第2のスイッチ14を設ければよい。   Further, in the MSA of the present embodiment, the second switch 14 that is short-circuited to the ground plane 1 is provided in all of the second parasitic elements 15, but depending on the required tilt angle of the antenna, a part of the second switch 14 is provided. The second switch 14 may be provided only in the parasitic element.

<第7の実施形態>
次に、本発明の第7の実施形態として、上記のMSAを利用した無線モジュールについて説明する。本実施形態の無線モジュールは、搭載するMSAとして第6の実施形態のMSAを用いている。
<Seventh Embodiment>
Next, a radio module using the above MSA will be described as a seventh embodiment of the present invention. The wireless module of the present embodiment uses the MSA of the sixth embodiment as the MSA to be mounted.

以下、具体的に説明する。図16は、無線モジュールを説明するための図であり、第6の実施形態のMSAを用いた無線モジュールを示す。   This will be specifically described below. FIG. 16 is a diagram for explaining the radio module, and shows a radio module using the MSA of the sixth embodiment.

無線モジュールは、多孔質ポリイミド基板からなる第2の基板17上にMSAが設けられた構造を持つ。第2の基板17には、チップ部品からなるフロントエンド回路18が構成されており、第2の基板17を貫通するビアホール19によってフロントエンド回路18と給電線10が接続されている。   The wireless module has a structure in which an MSA is provided on a second substrate 17 made of a porous polyimide substrate. A front-end circuit 18 made of a chip component is configured on the second substrate 17, and the front-end circuit 18 and the feeder line 10 are connected by a via hole 19 that penetrates the second substrate 17.

本実施形態の無線モジュールは、第6の実施形態のMSAを用いているので、3周波制御ができ、かつ、各々の周波数での指向性制御が可能となっている。そのため各周波数帯で所望波の方向にアンテナの最大放射角を向けることができるので、大きな利得が得られ良好な送受信を行うことが可能となる。また、3周波に対応できるため1個の無線モジュールで複数の規格に対応でき、無線モジュールの小型化に資することが可能となる。   Since the wireless module of the present embodiment uses the MSA of the sixth embodiment, three-frequency control is possible and directivity control at each frequency is possible. Therefore, since the maximum radiation angle of the antenna can be directed in the direction of the desired wave in each frequency band, a large gain can be obtained and good transmission / reception can be performed. Moreover, since it can respond | correspond to 3 frequencies, it can respond | correspond to several standards with one radio | wireless module, and it can contribute to size reduction of a radio | wireless module.

なお、上記の説明においては、第6の実施形態のMSAを用いた無線モジュールについて説明したが、第1〜第5の実施形態のMSAを用いてもよい。   In the above description, the wireless module using the MSA of the sixth embodiment has been described. However, the MSA of the first to fifth embodiments may be used.

また、上記の説明においては、第2の基板17にフロントエンド回路18のみを実装したが、フロントエンド回路とベースバンド回路の両方を実装してもよい。また、フロントエンド回路とベースバンド回路の一部のみを実装してもよい。このように構成することにより、無線モジュールの小型化を図ることが可能となる。   In the above description, only the front end circuit 18 is mounted on the second substrate 17, but both the front end circuit and the baseband circuit may be mounted. Further, only a part of the front end circuit and the baseband circuit may be mounted. With this configuration, it is possible to reduce the size of the wireless module.

<第8の実施形態>
次に、本発明の第8の実施形態として、第7の実施形態の無線モジュールを利用した無線システムについて説明する。図17は本実施形態の無線システムの回路構成を示すものであり、第6の実施形態のMSAを利用した無線モジュール(図16)を利用している。
<Eighth Embodiment>
Next, a wireless system using the wireless module of the seventh embodiment will be described as an eighth embodiment of the present invention. FIG. 17 shows a circuit configuration of the wireless system of the present embodiment, which uses a wireless module (FIG. 16) using the MSA of the sixth embodiment.

本実施形態の無線システムは、MSAと、整合回路9と、フロントエンド回路18と、制御回路31と、第1のスイッチバイアス発生回路32と、第2のスイッチバイアス発生回路33と、切り替えスイッチバイアス発生回路34と、バラクダダイオードバイアス発生回路35と、送受信切り替えスイッチバイアス発生回路36と、送受信切り替えスイッチ37と、から構成される   The wireless system of the present embodiment includes an MSA, a matching circuit 9, a front end circuit 18, a control circuit 31, a first switch bias generation circuit 32, a second switch bias generation circuit 33, and a switching switch bias. The circuit includes a generation circuit 34, a barracuda diode bias generation circuit 35, a transmission / reception changeover switch bias generation circuit 36, and a transmission / reception changeover switch 37.

本実施形態の無線システムは、所望の周波数、指向性を達成できるように、制御回路31によって第1のスイッチ7、第2のスイッチ14の導通/遮断の組み合わせを設定する。   In the wireless system of the present embodiment, the control circuit 31 sets the conduction / cutoff combination of the first switch 7 and the second switch 14 so that a desired frequency and directivity can be achieved.

そして、高周波対応であれば、制御回路31から制御信号Aを第1のスイッチバイアス発生回路32に、制御信号Bを第2のスイッチバイアス発生回路33に与えることで所定のバイアスを発生させ、第1のスイッチ7、第2のスイッチ14の導通/遮断を行い、地板と1短絡させる第1の無給電素子4、第2の無給電素子15を切り替えてXYの2次元でビーム切り替えを行う。   If it is compatible with a high frequency, a predetermined bias is generated by applying a control signal A from the control circuit 31 to the first switch bias generation circuit 32 and a control signal B to the second switch bias generation circuit 33, The first switch 7 and the second switch 14 are turned on / off, and the first parasitic element 4 and the second parasitic element 15 that are short-circuited with the ground plane are switched to perform two-dimensional XY beam switching.

また、中間周波対応であれば、制御回路31から制御信号Aを第1のスイッチバイアス発生回路32に与えて所定のバイアスを発生させ、第1のスイッチ7を遮断状態にして第1の無給電素子4を地板1から開放して第1の放射素子20を形成し、さらに、制御回路31から制御信号Bを第2のスイッチバイアス発生回路33に与えて所定のバイアスを発生させ、第2のスイッチ14を遮断あるいは導通して3×3素子の第2の無給電素子15と微小導体5からなる第2の放射素子21を地板1と開放/短絡させXYの2次元でビーム切り替えを行う。   Further, if it is compatible with the intermediate frequency, the control signal A is supplied from the control circuit 31 to the first switch bias generation circuit 32 to generate a predetermined bias, and the first switch 7 is turned off to make the first parasitic power supply. The element 4 is released from the ground plane 1 to form the first radiating element 20, and the control signal B is supplied from the control circuit 31 to the second switch bias generation circuit 33 to generate a predetermined bias. The switch 14 is cut off or turned on to open / short-circuit the second radiating element 21 composed of the 3 × 3 second parasitic element 15 and the minute conductor 5 with the ground plane 1 to perform beam switching in two dimensions XY.

また、低周波対応であれば、制御回路31から制御信号Aを第1のスイッチバイアス発生回路回路32に、制御信号Bを第2のスイッチバイアス発生回路33に与えることで所定のバイアスを発生させて、第1のスイッチ7と、第1の放射素子20に隣接する第2の無給電素子15に接続された第2のスイッチ14を遮断状態にし第3の放射素子22を形成する。そして、その他の第2の無給電素子15に接続された第2のスイッチ14を遮断/導通して、第3の放射素子22に隣接した5×5素子の第2の無給電素子21と微小導体5からなる第4の放射素子23を地板1と開放/短絡させることでXYの2次元でビーム切り替えを行う。   In addition, if low frequency is supported, a predetermined bias is generated by applying a control signal A from the control circuit 31 to the first switch bias generation circuit 32 and a control signal B to the second switch bias generation circuit 33. Thus, the first switch 7 and the second switch 14 connected to the second parasitic element 15 adjacent to the first radiating element 20 are cut off to form the third radiating element 22. Then, the second switch 14 connected to the other second parasitic element 15 is cut off / conducted, and the 5 × 5 second parasitic element 21 adjacent to the third radiating element 22 is minutely connected. The fourth radiating element 23 made of the conductor 5 is opened / short-circuited with the ground plane 1 to perform beam switching in two dimensions of XY.

なお、3周波でのインピーダンス整合は、制御回路31から制御信号Cを切り替えスイッチバイアス発生回路34に与えることで所定のバイアスを発生させ、整合回路9の切り替えスイッチ13の切り替え制御を行う。具体的には、高周波対応ではアンテナをフロントエンド回路18に給電線10を介して接続し、中間周波対応、低周波対応ではアンテナを整合回路9に接続してからフロントエンド回路18に接続する。   For impedance matching at three frequencies, a predetermined bias is generated by supplying a control signal C from the control circuit 31 to the changeover switch bias generation circuit 34, and the changeover control of the changeover switch 13 of the matching circuit 9 is performed. Specifically, the antenna is connected to the front end circuit 18 via the feeder line 10 for high frequency, and the antenna is connected to the matching circuit 9 and connected to the front end circuit 18 for intermediate frequency and low frequency.

なお、中間周波/低周波対応では、制御信号Cをバラクタダイオードバイアス発生回路35にも与えることで所定のバイアスを発生させ、整合回路9のバラクタダイオード16の定数を変化させ中間周波数帯/低周波側でのアンテナの入力インピーダンスを50Ωにマッチングさせる。   For intermediate frequency / low frequency, the control signal C is also applied to the varactor diode bias generation circuit 35 to generate a predetermined bias, and the constant of the varactor diode 16 of the matching circuit 9 is changed to change the intermediate frequency band / low frequency. Match the input impedance of the antenna on the side to 50Ω.

さらに、送信あるいは受信モードの切り替えのために、制御回路31から制御信号Dを送受信切り替えスイッチバイアス発生回路36に与えることで所定のバイアスを発生させ、送受信切り替えスイッチ37にて送受信の切り替えを行いアンテナとフロントエンド回路を電気的に導通して通信を行う。   Further, in order to switch between transmission and reception modes, a predetermined bias is generated by applying a control signal D from the control circuit 31 to the transmission / reception changeover switch bias generation circuit 36, and transmission / reception is changed over by the transmission / reception changeover switch 37. The front-end circuit is electrically connected to perform communication.

上述したように、本実施形態の無線システムは3周波に対応して指向性制御を行うことが可能である。よって、1個の無線システムで3つの周波数規格に対応でき、無線システム自体を小型化できる。また、指向性制御が可能であるため、所望の方向に放射パターンを向けることによって高い利得を実現でき、良好な送受信を行うことが可能である。さらに、電波状況によっては周波数や指向性を切り替えることができるので、絶えず良好な送受信を行うことが可能である。   As described above, the wireless system of this embodiment can perform directivity control corresponding to three frequencies. Therefore, one radio system can support three frequency standards, and the radio system itself can be miniaturized. In addition, since directivity control is possible, high gain can be realized by directing a radiation pattern in a desired direction, and favorable transmission and reception can be performed. Furthermore, since the frequency and directivity can be switched depending on the radio wave condition, it is possible to constantly perform good transmission / reception.

なお、上述した無線システムは一例であり、このような形態に限られるものではなく、バイアス発生回路を省略し、第1のスイッチ7、第2のスイッチ14、切り替えスイッチ13、送受信切り替えスイッチ37に、制御信号A/B/C/Dを直接与えることで導通/遮断制御を行ってもよい。   The above-described wireless system is an example, and is not limited to such a form. The bias generation circuit is omitted, and the first switch 7, the second switch 14, the changeover switch 13, and the transmission / reception changeover switch 37 are used. The conduction / shut-off control may be performed by directly supplying the control signals A / B / C / D.

第1の実施形態のMSAの上面図である。It is a top view of MSA of a 1st embodiment. 第1の実施形態のMSAの断面図である。It is sectional drawing of MSA of 1st Embodiment. 給電素子の拡大図である。It is an enlarged view of a feed element. 整合回路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a matching circuit. 第2の実施形態のMSAを示す図である。It is a figure which shows MSA of 2nd Embodiment. 第3の実施形態のMSAを示す図である。It is a figure which shows MSA of 3rd Embodiment. 第4の実施形態のMSAの上面図である。It is a top view of MSA of a 4th embodiment. 第4の実施形態のMSAの断面図である。It is sectional drawing of MSA of 4th Embodiment. 第5の実施形態のMSAの上面図である。It is a top view of MSA of a 5th embodiment. 第5の実施形態のMSAの断面図である。It is sectional drawing of MSA of 5th Embodiment. 第6の実施形態のMSAの上面図である。It is a top view of MSA of a 6th embodiment. 第6の実施形態のMSAの断面図である。It is sectional drawing of MSA of 6th Embodiment. 中間周波対応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating correspondence with an intermediate frequency. 低周波対応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating low frequency response. 整合回路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a matching circuit. 無線モジュールを示す図である。It is a figure which shows a wireless module. 無線システムを示す図である。It is a figure which shows a radio | wireless system. 座標系を示す図である。It is a figure which shows a coordinate system.

符号の説明Explanation of symbols

3 給電素子
4 第1の無給電素子
5 微小導体
7 第1のスイッチ
9 整合回路
14 第2のスイッチ
15 第2の無給電素子
20 第1の放射素子
21 第2の放射素子
22 第3の放射素子
23 第4の放射素子
31 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Feeding element 4 1st parasitic element 5 Micro conductor 7 1st switch 9 Matching circuit 14 2nd switch 15 2nd parasitic element 20 1st radiation element 21 2nd radiation element 22 3rd radiation Element 23 Fourth radiating element 31 Control circuit

Claims (30)

地板と、
前記地板の上方に配置された給電素子と、
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、
前記給電素子、前記第1の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、を有し、
前記給電素子単体を共振することで高周波に対応し、
前記給電素子及びマトリクス状に配置された前記第1の無給電素子で構成される第1の放射素子を共振することで低周波に対応し、
前記高周波対応時には、前記第1のスイッチ手段切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
With the main plate,
A feed element disposed above the ground plane ;
A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
A conductor connecting each element of the feeding element and the first parasitic element;
First switch means provided between the ground plate and the first parasitic element, for switching whether to short-circuit the first parasitic element to the ground plate ,
Corresponding to high frequency by resonating the feeding element alone,
It corresponds to a low frequency by resonating a first radiating element constituted by the first parasitic element disposed on the feed element and a matrix,
The high frequency to the corresponding time, microstrip antenna and controls the directivity of the antenna by switching the first switch means.
前記給電素子と前記第1の無給電素子とは略同一形状であることを特徴とする請求項1記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to claim 1, wherein the feeding element and the first parasitic element have substantially the same shape. 前記導体の幅は、前記導体が接続する前記各素子の対抗する辺よりも短いことを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロストリップアンテナ。   3. The microstrip antenna according to claim 1, wherein a width of the conductor is shorter than a side opposite to each element to which the conductor is connected. 4. 前記給電素子は、整合回路に接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the feed element is connected to a matching circuit. 前記第1のスイッチ手段は、PINダイオードであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the first switch means is a PIN diode. 前記第1のスイッチ手段は、MEMSスイッチであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the first switch means is a MEMS switch. 前記導体は、前記導体が接続する前記各素子間に複数設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of the conductors are provided between the elements to which the conductors are connected. 前記導体は屈曲した形状であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to claim 1, wherein the conductor has a bent shape. 前記第1の放射素子を中心にマトリクス状に配置され、前記第1の放射素子と同じ周波数で共振する無給電の第2の放射素子と、
前記地板と前記第2の放射素子との間に設けられ、当該第2の放射素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、をさらに有し、
前記低周波対応時には、前記第2のスイッチ手段切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。
A parasitic second radiating element that is arranged in a matrix around the first radiating element and resonates at the same frequency as the first radiating element;
A second switch means provided between the ground plate and the second radiating element, for switching whether to short-circuit the second radiating element to the ground plate ;
Wherein the low frequency response when the microstrip antenna according to any one of claims 1 to 8, characterized in that to control the directivity of the antenna by switching the second switch means.
前記第2のスイッチ手段は、PINダイオードであることを特徴とする請求項9記載のマイクロストリップアンテナ。   10. The microstrip antenna according to claim 9, wherein the second switch means is a PIN diode. 前記第2のスイッチ手段は、MEMSスイッチであることを特徴とする請求項9記載のマイクロストリップアンテナ。   10. The microstrip antenna according to claim 9, wherein the second switch means is a MEMS switch. 前記第2の放射素子は、1つの第2の無給電素子から構成されることを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 9 to 11, wherein the second radiating element includes one second parasitic element. 前記第2の放射素子は、複数の第2の無給電素子と、前記無給電素子間を接続する前記導体と、から構成されることを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The said 2nd radiation | emission element is comprised from the some 2nd parasitic element and the said conductor which connects between the said parasitic elements, The any one of Claim 9 to 11 characterized by the above-mentioned. The described microstrip antenna. 前記複数の第2の無給電素子のうち少なくとも1つは、前記第2のスイッチ手段を有することを特徴とする請求項13記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to claim 13, wherein at least one of the plurality of second parasitic elements includes the second switch means. 前記第2の放射素子は、前記第1の放射素子と同一の配置構成であることを特徴とする請求項13または14に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to claim 13 or 14, wherein the second radiating element has the same arrangement configuration as the first radiating element. 地板と、
前記地板の上方に配置された給電素子と、
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、
前記マトリクス状に配置された前記第1の無給電素子を中心にマトリクス状に複数周配置された第2の無給電素子と、
前記給電素子、前記第1の無給電素子、前記第2の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、
前記地板と前記第2の無給電素子との間に設けられ、当該第2の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、を有し、
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段を切り替えることで、複数周波でアンテナの指向性を制御することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
With the main plate,
A feed element disposed above the ground plane ;
A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
A plurality of second parasitic elements arranged in a matrix around the first parasitic element arranged in the matrix; and
A conductor connecting each of the feeding element, the first parasitic element, and the second parasitic element; and
Provided between said base plate first passive element, a first switching means for switching whether to short-circuit the first parasitic elements該地plate,
It provided between the base plate and the second parasitic element, and a second switching means for switching whether to short-circuit the second parasitic elements該地plate, and
A microstrip antenna, wherein the directivity of the antenna is controlled at a plurality of frequencies by switching between the first switch means and the second switch means.
前記給電素子と、前記第1の無給電素子と、前記第2の無給電素子と、は略同一形状であることを特徴とする請求項16記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to claim 16, wherein the feeding element, the first parasitic element, and the second parasitic element have substantially the same shape. 前記導体の幅は、前記導体が接続する前記各素子の対抗する辺よりも短いことを特徴とする請求項16または17に記載のマイクロストリップアンテナ。   18. The microstrip antenna according to claim 16, wherein a width of the conductor is shorter than a side opposite to each element to which the conductor is connected. 前記給電素子は、整合回路に接続されていることを特徴とする請求項16から18のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 18, wherein the feeding element is connected to a matching circuit. 前記第1のスイッチ手段は、PINダイオードであることを特徴とする請求項16から19のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 19, wherein the first switch means is a PIN diode. 前記第1のスイッチ手段は、MEMSスイッチであることを特徴とする請求項16から19のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 19, wherein the first switch means is a MEMS switch. 前記第2のスイッチ手段は、PINダイオードであることを特徴とする請求項16から21のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 21, wherein the second switch means is a PIN diode. 前記第2のスイッチ手段は、MEMSスイッチであることを特徴とする請求項16から21のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 21, wherein the second switch means is a MEMS switch. 前記導体は、前記導体が接続する前記各素子間に複数設けられていることを特徴とする請求項16から23のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 23, wherein a plurality of the conductors are provided between the elements to which the conductors are connected. 前記導体は屈曲した形状であることを特徴とする請求項16から24のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナ。   The microstrip antenna according to any one of claims 16 to 24, wherein the conductor has a bent shape. 請求項1から25のいずれか1項に記載のマイクロストリップアンテナを用いた無線モジュール。   A wireless module using the microstrip antenna according to any one of claims 1 to 25. 請求項26記載の無線モジュールを用いた無線システム。   27. A wireless system using the wireless module according to claim 26. 地板と、
前記地板の上方に配置された給電素子と、
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、
前記給電素子、前記第1の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、を有するマイクロストリップアンテナの制御方法であって、
前記給電素子単体を共振させることで高周波に対応させ、
前記給電素子及びマトリクス状に配置された第1の無給電素子で構成される第1の放射素子を共振させることで低周波に対応させ、
前記高周波対応時には、前記第1のスイッチ手段切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とするマイクロストリップアンテナの制御方法。
With the main plate,
A power feeding element disposed above the ground plane ;
A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
A conductor connecting each element of the feeding element and the first parasitic element;
A control method for a microstrip antenna, comprising: first switch means provided between the ground plane and the first parasitic element, for switching whether to short-circuit the first parasitic element to the ground plane. Because
By making the power feeding element alone resonate,
Resonating the first radiating element composed of the feeding element and the first parasitic element arranged in a matrix to correspond to a low frequency,
The high frequency to the corresponding time, the control method of the microstrip antenna and controlling the antenna directivity by switching the first switch means.
地板と、
前記地板の上方に配置された給電素子と、
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、
前記給電素子、前記第1の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、
前記第1の放射素子を中心にマトリクス状に配置され、前記第1の放射素子と同じ周波数で共振する無給電の第2の放射素子と、
前記地板と前記第2の放射素子との間に設けられ、当該第2の放射素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、を有するマイクロストリップアンテナの制御方法であって、
前記給電素子単体を共振させることで高周波に対応させ、
前記給電素子及びマトリクス状に配置された第1の無給電素子で構成される第1の放射素子を共振させることで低周波に対応させ、
前記高周波対応時には、前記第1のスイッチ手段切り替えることでアンテナの指向性を制御し、
前記低周波対応時には、前記第2のスイッチ手段切り替えることでアンテナの指向性を制御することを特徴とするマイクロストリップアンテナの制御方法。
With the main plate,
A feed element disposed above the ground plane ;
A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
A conductor connecting each element of the feeding element and the first parasitic element;
Provided between said base plate first passive element, a first switching means for switching whether to short-circuit the first parasitic elements該地plate,
A parasitic second radiating element that is arranged in a matrix around the first radiating element and resonates at the same frequency as the first radiating element;
Provided between the base plate and the second radiating element, a control method of a microstrip antenna having a second switching means for switching whether to short-circuit the second radiating element to該地plate, the And
Resonating the power feeding element alone to cope with high frequency,
Resonating the first radiating element composed of the feeding element and the first parasitic element arranged in a matrix to correspond to a low frequency,
Wherein the frequency corresponding time, and controls the directivity of the antenna by switching the first switch means,
A microstrip antenna control method, wherein the directivity of the antenna is controlled by switching the second switch means at the time of the low frequency response.
地板と、
前記地板の上方に配置された給電素子と、
前記給電素子を中心にマトリクス状に配置された第1の無給電素子と、
前記マトリクス状に配置された前記第1の無給電素子を中心にマトリクス状に複数周配置された第2の無給電素子と、
前記給電素子、前記第1の無給電素子、前記第2の無給電素子、の各素子間を接続する導体と、
前記地板と前記第1の無給電素子との間に設けられ、当該第1の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第1のスイッチ手段と、
前記地板と前記第2の無給電素子との間に設けられ、当該第2の無給電素子を該地板に短絡するか否かを切り替える第2のスイッチ手段と、を有するマイクロストリップアンテナの制御方法であって、
前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイッチ手段を切り替えることで、複数周波でアンテナの指向性を制御することを特徴とするマイクロストリップアンテナの制御方法。
With the main plate,
A feed element disposed above the ground plane ;
A first parasitic element arranged in a matrix around the feeding element;
A plurality of second parasitic elements arranged in a matrix around the first parasitic element arranged in the matrix; and
A conductor connecting each of the feeding element, the first parasitic element, and the second parasitic element; and
Provided between said base plate first passive element, a first switching means for switching whether to short-circuit the first parasitic elements該地plate,
Provided between the base plate and the second parasitic element, a control method of a microstrip antenna having a second switching means for switching whether to short-circuit the second parasitic elements該地plate, the Because
A method of controlling a microstrip antenna, wherein the directivity of an antenna is controlled at a plurality of frequencies by switching between the first switch means and the second switch means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3039328B1 (en) * 2015-07-22 2017-08-25 Thales Sa RADIOELECTRIC RADIOELECTRIC WAVE TRANSMIT-RECEIVE DEVICE AND ASSOCIATED RADIO ALTIMETRY SYSTEM
JP6747624B2 (en) * 2018-03-30 2020-08-26 株式会社村田製作所 Antenna module and communication device equipped with the same
WO2020050341A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 株式会社村田製作所 Antenna element, antenna module, and communication device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003258533A (en) * 2002-02-28 2003-09-12 Tsutomu Yoneyama Directivity switching antenna
JP2003536338A (en) * 2000-06-23 2003-12-02 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Antenna device
JP2004242168A (en) * 2003-02-07 2004-08-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Antenna device
JP2004304226A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Antenna device and radio communication apparatus using the same
JP2005051572A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Nec Corp Antenna assembly and radio communication device using the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10190347A (en) * 1996-12-26 1998-07-21 Nippon Avionics Co Ltd Patch antenna device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003536338A (en) * 2000-06-23 2003-12-02 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Antenna device
JP2003258533A (en) * 2002-02-28 2003-09-12 Tsutomu Yoneyama Directivity switching antenna
JP2004242168A (en) * 2003-02-07 2004-08-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Antenna device
JP2004304226A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Antenna device and radio communication apparatus using the same
JP2005051572A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Nec Corp Antenna assembly and radio communication device using the same

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