JP4562556B2 - Multi-frequency antenna switch and multi-frequency antenna using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多周波アンテナ用スイッチおよび多周波アンテナに関し、詳細には、多周波通信システムなどに利用できる多周波アンテナ用スイッチおよびそれを用いた多周波アンテナに関するものである。 The present invention relates to a multi-frequency antenna switch and a multi-frequency antenna, and more particularly to a multi-frequency antenna switch that can be used in a multi-frequency communication system and the like and a multi-frequency antenna using the same.
最近、通信技術の発達により、複数の周波数を1つのアンテナで送受信する要求が出てきている。基本的に、周波数はアンテナサイズや材料特性の影響によって決まるため、通常は複数のアンテナが必要になる。
特開2003-283240号公報(特許文献1参照)に記載の『多周波共振積層バッチアンテナ』は、図10に示すように、3つの周波数に対応した積層アンテナであり、3つのアンテナを積層することによってサイズを小さくし、あたかも1つのアンテナであるかのように構成し、小型化している。
Recently, with the development of communication technology, there has been a demand for transmitting and receiving multiple frequencies with one antenna. Basically, since the frequency is determined by the influence of the antenna size and material characteristics, usually a plurality of antennas are required.
As shown in FIG. 10, a “multi-frequency resonant laminated batch antenna” described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-283240 (see Patent Document 1) is a laminated antenna corresponding to three frequencies, and the three antennas are laminated. Therefore, the size is reduced, and it is configured as if it is one antenna, and is downsized.
また、特開2003-152431号公報(特許文献2参照)に記載の『多周波平面アンテナ』は、図11に示すように、各周波数に応じたアンテナサイズの枠をあらかじめ同心状に設けておき、周波数に応じて枠を切り換えるというものである。 Moreover, as shown in FIG. 11, the “multi-frequency planar antenna” described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-152431 (see Patent Document 2) has antenna size frames corresponding to each frequency provided in a concentric manner in advance. The frame is switched according to the frequency.
しかしながら、特開2003-283240号公報に記載の提案は、積層しているため製造プロセスが複雑になる可能性がある。また、特開2003-152431号公報に記載の提案は、給電点を複数用意しなければならないため、同軸給電を考えると狭い場所に複数の同軸を配線するのは製作上困難である。また、どちらも多周波対応は可能であるが、両方ともアンテナのパターンが一定であるため、あらかじめ決まっている周波数でしか使用できない。 However, since the proposal described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-283240 is laminated, the manufacturing process may be complicated. In addition, since the proposal described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-152431 requires a plurality of feeding points, it is difficult to manufacture a plurality of coaxial lines in a narrow place when considering coaxial feeding. Both can support multiple frequencies, but both can be used only at a predetermined frequency because the antenna pattern is constant.
そこで、本発明者および本出願人は、比較的製作が容易で、複数のアンテナを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる多周波対応MSAを提案した(特願2005-019700号明細書および図面(特許文献3参照)の『多周波対応パッチアンテナおよび多周波対応パッチアンテナシステム』。この提案では、図9に示すように、多周波アンテナ(以下MSAと呼ぶ)上に設けたスイッチ4を使い、アンテナ素子1,3間を電気的に接続し、励振長を変えることで周波数を可変できるようにしていた。この方法は、小型化が容易であり、大変有効な手段である。ただ、スイッチ4がMSAの上にあり、つまり放射する部分にあるため、多少なりともその影響が出てしまう。また、MSAとスイッチがOFFの時はその空間を十分とれない場合も出てくる。
Accordingly, the present inventor and the present applicant have proposed a multi-frequency MSA that is relatively easy to manufacture and that allows a plurality of frequencies to be selected without preparing a plurality of antennas (Japanese Patent Application 2005- [019700] "Multi-frequency compatible patch antenna and multi-frequency compatible patch antenna system" in the specification and drawings (see Patent Document 3) In this proposal, as shown in Fig . 9, on a multi-frequency antenna (hereinafter referred to as MSA) The switch 4 is used to electrically connect the
特許文献1などのように、積層しているものでは、製造プロセスが複雑になるという問題点がある。また、特許文献2などのように、給電点を複数用意しなければならないものは、同軸給電を考えると狭い場所に複数の同軸を配線するのは製作上困難であるという問題点がある。また、特許文献1,2などは、アンテナのパターンが一定であるため、あらかじめ決まっている周波数でしか使用できないという問題点もあった。
さらに、特許文献3などのように、MSA上に設けたスイッチを使い、アンテナ素子間を電気的に接続し、励振長を変えるものでは、スイッチがMSAの上にあるため、その影響が出てしまうこと、および、MSAとスイッチがOFFの時はその空間を十分とれないという問題点もあった
As in
Furthermore, as in
(目的)
そこで、本発明の目的は、スイッチをMSAの下部に配置し、流体の圧力をスイッチの駆動源にすることにより、MSAとスイッチの空間を十分とり、スイッチの影響を小さくすることが可能な多周波アンテナ用スイッチおよびそれを用いた多周波アンテナを提供することである。
(the purpose)
Therefore, an object of the present invention is to arrange a switch under the MSA and use the fluid pressure as a drive source of the switch, so that a sufficient space between the MSA and the switch can be taken and the influence of the switch can be reduced. To provide a switch for a frequency antenna and a multi-frequency antenna using the same.
本発明は、給電点を含む給電素子と給電点を含まない無給電素子をスイッチによって電気的に接続または切断する(スイッチング)ことにより、送受信周波数を変えるマイクロストリップアンテナ(以下MSA)において、素子同士をスイッチングする動作を、流体の圧力を用いて行なうものである。従って、流体の圧力を利用するため、スイッチングのストロークが大きく取れるので、スイッチをMSAの下部に配置することにより、放射への影響をなくすことが可能である。 The present invention relates to a microstrip antenna (hereinafter referred to as MSA) that changes a transmission / reception frequency by electrically connecting or disconnecting (switching) a feeding element including a feeding point and a parasitic element not including a feeding point by a switch. Is switched using the pressure of the fluid. Accordingly, since the fluid pressure is used, a large switching stroke can be obtained. Therefore, by arranging the switch below the MSA, it is possible to eliminate the influence on radiation.
本発明によれば、下記のような効果を奏する。
まず、アンテナ素子同士をスイッチングする動作を、流体の圧力を用いて行なうので、スイッチ構造が簡単になる。
また、スイッチはMSA放射面よりも下に位置するので、放射への影響をなくすことができる。
また、流体の圧力を用いてスイッチ板を移動させるため、スイッチ板の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
First, since the operation of switching between the antenna elements is performed using the pressure of the fluid, the switch structure is simplified.
Moreover , since the switch is located below the MSA radiation surface, the influence on radiation can be eliminated.
Further, for moving the switch plate with the pressure of the fluid, it is possible to increase the movement stroke of the switch plate, when MSA and switch is OFF, concern the effects of capacitive coupling-ring is eliminated.
また、MSAと接触するスイッチの導電部が薄板で、薄板を湾曲させてスイッチングするので、スイッチングのストロークを大きくとることができ、容量カップリングなどの心配がなくなる。
また、MSAとスイッチの導電部の間にストッパーを設けたので、MSAの姿勢が変わっても誤ってスイッチがONになることはなくなる。
また、MSAと接触するスイッチの導電部が導電性弾性体(ゴム状)で、膨張させてスイッチングするので、スイッチングのストロークを大きくとることができ、容量カップリングなどの心配がなくなり、さらにMSAの姿勢が変わっても誤ってスイッチがONになることはなくなる。
In addition , since the conductive portion of the switch that contacts the MSA is a thin plate, and the thin plate is bent to perform switching, a large switching stroke can be taken, and there is no concern about capacitive coupling.
In addition , since a stopper is provided between the MSA and the conductive part of the switch, the switch will not be accidentally turned on even if the attitude of the MSA changes.
In addition , the conductive part of the switch in contact with the MSA is a conductive elastic body (rubber-like), which is expanded and switched, so the switching stroke can be increased, and there is no need to worry about capacitive coupling. The switch will not turn on accidentally even if the posture changes.
また、流体は空気などの気体を使用できるので、コストもほとんどかからない。
また、流体は水などの液体を使用できるので、コストはほとんどかからない。
また、流体の動作圧力発生させる手段としてマイクロポンプを使用するので、MSAが大きくならない。
また、マイクロポンプがMEMSで作られているので、さらに小さくできる。
The fluid than can be used gases such as air, cost also hardly applied.
Moreover , since liquids, such as water, can be used for a fluid, there is almost no cost.
In addition , since a micropump is used as a means for generating the operating pressure of the fluid, the MSA does not increase.
Moreover , since the micropump is made of MEMS, it can be made even smaller.
また、流体の動作圧力発生させる手段としてヒータによる加熱方式を使用するので、小さくでき、可動部がないため信頼性も上げられる。
また、動作圧力を発生させる手段が、各スイッチ部に設置されているので、流路やマイクロバルブ等の必要がなくなり簡素化でき、制御性も良くなる。
また、上述のスイッチを搭載したので、小型で性能の良いMSAを提供できる。
Further , since a heating method using a heater is used as a means for generating an operating pressure of the fluid, it is possible to reduce the size and to improve reliability because there is no movable part.
In addition , since the means for generating the operating pressure is installed in each switch unit, the need for a flow path, a micro valve, etc. is eliminated, and the controllability is improved.
In addition, since the above-described switch is mounted, a small and high performance MSA can be provided.
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
なお、以降に使用する図は説明をわかりやすくするため、誇張したり一部省略して描いてある。また説明しやすくするため、少ないパッチで説明している。
図9は、本発明者および本出願人が先に出願した多周波対応MSAの構成図である。
図9(a)は平面図、図9(b)は図9(a)のA-A'断面図である。図9(a)の平面図では、誘電体基板7と地板10は省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The drawings used hereinafter are exaggerated or partly omitted for easy understanding. For ease of explanation, the explanation is made with a few patches.
FIG. 9 is a configuration diagram of a multi-frequency compatible MSA previously filed by the present inventor and the present applicant.
FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 9A. In the plan view of FIG. 9A, the
基本となる給電素子1は反対側に地板10を設けた誘電体基板7の表面に配置されている。給電素子1は給電点2が設けられ、ここから給電を受けるようになっている。この給電素子1で励振方向の長さに対応したMSAとして働くようになっている。給電素子1の横には無給電素子3が配置され、この無給電素子3には給電はされておらず、電気的に浮いている状態である。給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するためのスイッチ板4が配置されている。スイッチ板4は駆動電極5を持ち、上部電極5aと下部電極5bの間の静電力によって引き合う力が発生し、静電力をコントロールすることにより、図9(b)の矢印の方向に動き、スイッチングできるようになっている。電極間は直接接触しないように絶縁体が設けられ、素子を直接電気的につなぐスイッチ板4の間にも絶縁体が設けられ、これにより絶縁されている。
The
スイッチ板4が下がり、給電素子1と無給電素子3がスイッチ板4を介して電気的に接続されると、MSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。ただ、スイッチがMSAの上にあり、つまり放射する部分にあるため、多少なりともその影響が出てしまう。また、MSAとスイッチがOFFの時はその空間を十分とれない場合も出てくる。
When the switch plate 4 is lowered and the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. However, since the switch is on the MSA, that is, in the radiating part, the effect is somewhat affected. In addition, when the MSA and switch are OFF, there may be cases where there is not enough space.
そこで、本発明では、スイッチをMSAの下部に配置し、流体の圧力をスイッチの駆動源にすることにより、MSAとスイッチの空間を十分とり、スイッチの影響を小さくしようとしている。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係る多周波アンテナの平面構造図である。
図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のB-B'断面図である。平面図では、地板10は省略している。
基本となる給電素子1は、反対側に地板10を設けた誘電体基板7の表面に配置されている。給電素子1には給電点2が設けられ、ここから給電を受けるようになっている。
この給電素子1で、励振方向の長さに対応したMSAとして働くようになっている。給電素子1の横には無給電素子3が配置され、この無給電素子3には給電はされておらず、電気的に浮いている状態である。
Therefore, in the present invention, the switch is disposed below the MSA, and the pressure of the fluid is used as the drive source of the switch, so that sufficient space between the MSA and the switch is taken to reduce the influence of the switch.
Example 1
FIG. 1 is a plan view of a multi-frequency antenna according to
1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In the plan view, the
The
This
給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するためのスイッチ板4が給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。このスイッチ板4は、流体の圧力を利用することにより、図1(b)の矢印の方向に動くことで、スイッチングできるようになっている。つまり、流体基板9に設けられた流路8を通して圧力室6に圧力がかかった場合には、スイッチ板4が上がりON、圧力が下がればスイッチ板4が下がりOFFになるようになっている。この例の場合には、圧力室6の密封度がそれほど高くない構造の例なので、流体は空気などの気体が望ましい。なお、圧力のかけ方は、流路基板外部のマイクロポンプから気体を送り、各スイッチのON/OFFの選択を流路基板内に設けられたマイクロバルブによって行なう(図8参照)。
Between the
図1(c)は、圧力室6に圧力がかかることでスイッチ板4が上がり、給電素子1と無給電素子3がスイッチ板4を介して電気的に接続されている例である。このときのMSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチ4がMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるため、その影響がなくなる。また、流体の圧力を用いてスイッチ板4を移動させるため、スイッチ板4の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。
FIG. 1C shows an example in which the pressure is applied to the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Also, since the switch 4 is under the MSA, that is, under the radiating part, the influence is eliminated. Further, since the switch plate 4 is moved using the pressure of the fluid, the moving stroke of the switch plate 4 can be increased, and there is no need to worry about the influence of capacitive coupling when the MSA and the switch are OFF.
(実施例2)
図2は、本発明の実施例2に係る多周波アンテナの断面構造図である。
図2の構造は、図1の構造とほぼ同じであり、給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するためのスイッチ板4が弾性薄膜11を介して給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。このスイッチ板4は、流体の圧力を利用することにより、図2(a)の矢印の方向に動くことでスイッチングできるようになっている。
つまり、流体基板9に設けられた流路8を通して弾性薄膜11で囲まれた圧力室6に圧力がかかった場合には、スイッチ板4が上がりON、圧力が下がればスイッチ板4が下がりOFFになるようになっている。この例の場合は、弾性薄膜11を設けたことにより、圧力室6の密封度が高い構造の例なので、流体は気体だけでなく水等の液体も使用可能である。
なお、圧力のかけ方は、流路基板外部のマイクロポンプから気体または液体を送り、各スイッチのON/OFFの選択を流路基板内に設けられたマイクロバルブによって行なう(図8参照)。
(Example 2)
FIG. 2 is a cross-sectional structure diagram of a multi-frequency antenna according to
The structure of FIG. 2 is substantially the same as the structure of FIG. 1, and a switch plate 4 for electrically connecting both elements via the elastic
That is, when pressure is applied to the
Note that the pressure is applied by sending gas or liquid from a micro pump outside the flow path substrate, and selecting each switch ON / OFF by a micro valve provided in the flow path substrate (see FIG. 8).
図2(b)は、圧力室6に圧力がかかり、弾性薄膜11が伸びることによりスイッチ板4が上がり、給電素子1と無給電素子3がスイッチ板4を介して電気的に接続されている例である。このときのMSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチがMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるためその影響がなくなる。また、密封された流体の圧力を用いてスイッチ板4を移動させるため、圧力ロスがなくなり安定した動作でスイッチ板4の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。
また、スイッチ板4が弾性薄膜に保持されているので、MSAの設置姿勢についても、どのような姿勢で使用されても誤ってスイッチがONになることはない。
In FIG. 2B, pressure is applied to the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Also, the effect is eliminated because the switch is under the MSA, that is, under the radiating part. In addition, since the switch plate 4 is moved using the pressure of the sealed fluid, there is no pressure loss, and the movement stroke of the switch plate 4 can be increased with a stable operation, and the capacity when the MSA and the switch are OFF. No worries about coupling effects.
In addition, since the switch plate 4 is held by the elastic thin film, the switch is not accidentally turned on regardless of the installation posture of the MSA.
(実施例3)
図3は、本発明の実施例3に係る多周波アンテナの断面構造図である。
図3の構造は、図1の構造とほぼ同じであり、給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するための薄いスイッチ板4が、素子との間にストッパー12をはさんで給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。ストッパー12は、圧力が低い場合にMSAの姿勢が変わってもスイッチ板4が誤って素子に接触しないよう、常にOFFになるようにするために設けられている。
(Example 3)
FIG. 3 is a sectional structural view of a multi-frequency antenna according to
The structure of FIG. 3 is substantially the same as the structure of FIG. 1, and a thin switch plate 4 for electrically connecting both elements between the feeding
このスイッチ板4は、流体の圧力を利用することにより、図3(a)の矢印の方向に湾曲し、スイッチングできるようになっている。つまり、流体基板9に設けられた流路8を通して圧力室6に圧力がかかった場合にはスイッチ板4が湾曲してON、圧力が下がればスイッチ板4が戻りOFFになるようになっている。この例の場合には、圧力室6の密封度がそれほど高くない構造の例なので、流体は空気などの気体が望ましい。なお、圧力のかけ方は、流路基板外部のマイクロポンプから気体を送り、各スイッチのON/OFFの選択を流路基板内に設けられたマイクロバルブによって行なう(図8参照)。
The switch plate 4 is bent in the direction of the arrow in FIG. 3A by using the pressure of the fluid, and can be switched. That is, when pressure is applied to the
図3(b)は、圧力室6に圧力がかかることによりスイッチ板4が湾曲し、給電素子1と無給電素子3がスイッチ板4を介して電気的に接続されている例である。このときのMSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチがMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるためその影響がなくなる。また、流体の圧力を用いてスイッチ板を湾曲させるため、スイッチ板の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。また、スイッチ板と素子間にストッパーがあるので、MSAの設置姿勢についても、どのような姿勢で使用されても誤ってスイッチがONになることはない。
FIG. 3B shows an example in which the pressure is applied to the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Also, the effect is eliminated because the switch is under the MSA, that is, under the radiating part. In addition, since the switch plate is bent using the pressure of the fluid, the switch plate can be moved in a large stroke, and there is no need to worry about the effect of capacitive coupling when the MSA and the switch are OFF. In addition, since there is a stopper between the switch plate and the element, the MSA will not be accidentally turned on no matter what position the MSA is installed in.
(実施例4)
図4は、本発明の実施例4に係る多周波アンテナの断面構造図である。
図4の構造は、図1の構造とほぼ同じであり、給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するための薄いスイッチ板4が素子との間にストッパー12をはさんで、かつ、弾性薄膜11を介して給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。このスイッチ板4は、流体の圧力を利用することにより、図4(a)の矢印の方向に湾曲してスイッチングできるようになっている。つまり、流体基板9に設けられた流路8を通して圧力室6に圧力がかかった場合には、スイッチ板4が湾曲してON、圧力が下がればスイッチ板4が戻りOFFになるようになっている。この例の場合は、弾性薄膜11を設けたことにより圧力室6の密封度が高い構造の例なので、流体は気体だけでなく水等の液体も使用可能である。なお、圧力のかけ方は、流路基板外部のマイクロポンプから気体または液体を送り、各スイッチのON/OFFの選択を流路基板内に設けられたマイクロバルブによって行なう(図8参照)。
Example 4
FIG. 4 is a cross-sectional structure diagram of a multi-frequency antenna according to Example 4 of the present invention.
The structure of FIG. 4 is substantially the same as the structure of FIG. 1, and a thin switch plate 4 for electrically connecting both elements is provided between the
図4(b)は、圧力室6に圧力がかかり、弾性薄膜11が伸びてスイッチ板4がたわみ、給電素子1と無給電素子3がスイッチ板4を介して電気的に接続されている例である。
このときのMSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチがMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるため、その影響がなくなる。また、密封された流体の圧力を用いてスイッチ板を移動させるため、圧力ロスがなくなり安定した動作でスイッチ板の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。
また、スイッチ板4と素子間にストッパー12があり、かつ、スイッチ板4が弾性薄膜11に保持されているので、MSAの設置姿勢についても、どのような姿勢で使用されても誤ってスイッチがONになることはない。
FIG. 4B shows an example in which pressure is applied to the
The frequency as the MSA at this time is a frequency corresponding to the electrical length in the excitation direction of the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Also, since the switch is under the MSA, that is, under the radiating part, the effect is eliminated. In addition, since the switch plate is moved using the pressure of the sealed fluid, there is no pressure loss and the switch plate can be moved with a large stroke with stable operation. Capacitive coupling when the MSA and the switch are OFF No worries about the effects of
In addition, since there is a
(実施例5)
図5は、本発明の実施例5に係る多周波アンテナの断面構造図である。
図5の構造は、図1の構造とほぼ同じであり、給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するための導電性弾性体13が給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。この導電性弾性体13は流体の圧力を利用することにより、図5(a)の矢印の方向に膨張収縮し、スイッチングできるようになっている。つまり、流体基板9に設けられた流路8を通して導電性弾性体13で囲まれた圧力部6aに圧力がかかった場合には、導電性弾性体13が膨張してON、圧力が下がれば導電性弾性体13が収縮してOFFになるようになっている。この例の場合は、圧力部6aの密封度が高い構造の例なので、流体は気体だけでなく水等の液体も使用可能である。なお、圧力のかけ方は、流路基板外部のマイクロポンプから気体または液体を送り、各スイッチのON/OFFの選択を流路基板内に設けられたマイクロバルブによって行なう(図8参照)。
(Example 5)
FIG. 5 is a sectional structural view of a multi-frequency antenna according to Example 5 of the present invention.
The structure of FIG. 5 is substantially the same as the structure of FIG. 1, and a conductive
図5(b)は、圧力室6aに圧力がかかり、導電性弾性体13が膨張することにより、給電素子1と無給電素子3が導電性弾性体13を介して電気的に接続されている例である。
このときのMSAとしての周波数は、給電素子1と導電性弾性体13と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチがMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるため、その影響がなくなる。また、密封された流体の圧力を用いて導電性弾性体を膨張収縮させるため、圧力ロスがなくなり安定した動作で導電性弾性体の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。また、導電性弾性体はMSAの姿勢が傾いても移動しない構造なので、どのような姿勢で使用されても誤ってスイッチがONになることはない。
In FIG. 5B, when the pressure is applied to the
The frequency as MSA at this time is a frequency corresponding to the electrical length of the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Also, since the switch is under the MSA, that is, under the radiating part, the effect is eliminated. In addition, since the conductive elastic body is expanded and contracted using the pressure of the sealed fluid, there is no pressure loss and the movement stroke of the conductive elastic body can be increased with stable operation. When the MSA and switch are OFF No worries about the effects of capacitive coupling. In addition, since the conductive elastic body does not move even if the attitude of the MSA is tilted, the switch is not accidentally turned on regardless of the attitude.
(実施例6)
図6は、本発明の実施例6に係る多周波アンテナの断面構造図である。
図6の構造は、図1の構造とほぼ同じであり、給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するためのスイッチ板4が給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。このスイッチ板4は流体の圧力を利用することにより、図6の矢印の方向に動くことで、スイッチングできるようになっている。圧力室6に圧力がかかった場合にはスイッチ板4が上がりON、圧力が下がればスイッチ板4が下がりOFFになるようになっている。この例の場合は、圧力室6の密封度がそれほど高くない構造の例なので、流体は空気などの気体が望ましい。各スイッチ板4の下部には、それぞれMEMSポンプ基板16に設置されたMEMSポンプ14が設けられ、各スイッチ板4はMEMSポンプ14から圧力を受けるようになっている。各スイッチ板4のON/OFFの選択を、MEMSポンプ14によって行なう。
(Example 6)
FIG. 6 is a sectional structural view of a multi-frequency antenna according to
The structure of FIG. 6 is substantially the same as the structure of FIG. 1, and a switch plate 4 for electrically connecting both elements is provided between the
スイッチがONのときのMSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチ板4がMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるためその影響がなくなる。また、流体の圧力を用いてスイッチ板を移動させるため、スイッチ板4の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。
また、各スイッチ部にMEMSポンプが配置されるため、流路基板と流路選択用のマイクロバルブが必要なくなり、簡素化でき、制御性も良くなる。
The frequency of the MSA when the switch is ON is a frequency corresponding to the electrical length of the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Further, since the switch plate 4 is under the MSA, that is, under the radiating portion, the influence is eliminated. Further, since the switch plate is moved using the pressure of the fluid, the moving stroke of the switch plate 4 can be increased, and there is no concern about the influence of capacitive coupling when the MSA and the switch are OFF.
In addition, since the MEMS pump is disposed in each switch unit, the flow path substrate and the micro valve for selecting the flow path are not necessary, which can be simplified and the controllability is improved.
(実施例7)
図7は、本発明の実施例7に係る多周波アンテナの断面構造図である。
図7の構造は、図1の構造とほぼ同じであり、給電素子1と無給電素子3の間には、両方の素子を電気的に接続するためのスイッチ板4が弾性薄膜11を介して給電素子1および無給電素子3の下部に配置されている。このスイッチ板4は流体の圧力を利用することにより、図7の矢印の方向に動き、スイッチングできるようになっている。
弾性薄膜11の薄膜で囲まれた圧力室6に圧力がかかった場合には、スイッチ板4が上がりON、圧力が下がればスイッチ板4が下がりOFFになるようになっている。この例の場合は、弾性薄膜11を設けたことにより、圧力室6の密封度が高い構造の例なので、流体は気体だけでなく水等の液体も使用可能である。各スイッチ板4の下部には、それぞれヒータ基板17に設置されたヒータ15が設けられ、各スイッチ板4はヒータ15を加熱することによる流体の膨張によって圧力を受けるようになっている。各スイッチ板4のON/OFFの選択を、ヒータ15によって行なう。
(Example 7)
FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram of a multi-frequency antenna according to Example 7 of the present invention.
The structure of FIG. 7 is almost the same as the structure of FIG. 1, and a switch plate 4 for electrically connecting both elements through the elastic
When pressure is applied to the
スイッチがONのときのMSAとしての周波数は、給電素子1とスイッチ板4と無給電素子3の励振方向の電気的な長さに対応した周波数になる。なお、給電点2の入力インピーダンスは、図示していない整合回路によって、常に最適なインピーダンスになるように調整されている。
このように構成されることにより、複数のMSAを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる。また、スイッチ板4がMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるためその影響がなくなる。また、密封された流体の圧力を用いてスイッチ板4を移動させるため、圧力ロスがなくなり安定した動作でスイッチ板の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチ板4がOFFのときの、容量カップリングの影響の心配がなくなる。また、スイッチ板4が弾性薄膜に保持されているので、MSAの設置姿勢についても、どのような姿勢で使用されても誤ってスイッチがONになることはない。
また、各スイッチ部にヒータ15が配置されるため、流路基板と流路選択用のマイクロバルブが必要なくなり、簡素化でき、制御性も良くなる。
The frequency of the MSA when the switch is ON is a frequency corresponding to the electrical length of the
With this configuration, it is possible to select a plurality of frequencies without preparing a plurality of MSAs. Further, since the switch plate 4 is under the MSA, that is, under the radiating portion, the influence is eliminated. Also, since the switch plate 4 is moved using the pressure of the sealed fluid, there is no pressure loss, and the switch plate can be moved with a large stroke with a stable operation. When the MSA and the switch plate 4 are OFF, No worries about the effects of capacitive coupling. In addition, since the switch plate 4 is held by the elastic thin film, the switch is not accidentally turned on regardless of the installation posture of the MSA.
In addition, since the
以上、本発明の実施例を説明してきたが、これらの実施例に限定されることなく、給電点は1つでなく、複数個存在してもかまわない。また、実施例では給電素子を1つとして例としたが、給電素子が複数個あっても何ら問題ない。さらに、無給電素子は必要に応じてGNDに落としたり浮かしたりしてもかまわない。
また、多周波対応として本発明を説明してきたが、多周波対応のみならず、他の機能の対応に用いてもなんら問題はない。さらに、各実施例で述べた形状、構造をいろいろ組み合わせても良いことはいうまでもない。
以上述べてきたように、本発明を使用することにより、比較的製作が容易で、複数のアンテナを用意することなく、複数の周波数を選択することが可能となる多周波対応MSA等を実現できる。さらに、スイッチがMSAの下にあり、つまり放射する部分の下にあるためその影響がなくなり、流体の圧力を用いてスイッチ板を移動させるため、スイッチ板の移動ストロークを大きくとることができ、MSAとスイッチがOFFのときの、容量カップリング等の影響の心配がなくなる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and there may be a plurality of feeding points instead of one. In the embodiment, the number of power feeding elements is one. However, there is no problem if there are a plurality of power feeding elements. Furthermore, the parasitic element may be dropped to GND or floated as necessary.
Although the present invention has been described as multi-frequency compatible, there is no problem if it is used not only for multi-frequency compatible but also for other functions. Furthermore, it goes without saying that various shapes and structures described in the embodiments may be combined.
As described above, by using the present invention, it is possible to realize a multi-frequency compatible MSA or the like that can be manufactured relatively easily and can select a plurality of frequencies without preparing a plurality of antennas. . In addition, since the switch is under the MSA, that is, under the radiating part, the effect is eliminated, and the switch plate is moved using the pressure of the fluid. And there is no need to worry about the effects of capacitive coupling when the switch is OFF.
1:給電素子
2:給電点
2a:給電線
3:無給電素子
4:スイッチ板
5:駆動電極
5a:上部電極
5b:下部電極
6:圧力室
6a:圧力部
7:誘電体基板
8:流路
9:流体ガイド板
10:地板
11:弾性薄膜
12:ストッパー
13:導電性弾性体
14:MEMSポンプ
15:ヒータ
16:MEMSポンプ用基板
17:ヒータ用基板
1: Feeding element
2: Feeding point
2a: Feed line
3: Parasitic element
4: Switch plate
5: Drive electrode
5a: Upper electrode
5b: Lower electrode
6: Pressure chamber
6a: Pressure part
7: Dielectric substrate
8: Flow path
9: Fluid guide plate
10: ground plane
11: Elastic thin film
12: Stopper
13: Conductive elastic body
14: MEMS pump
15: Heater
16: MEMS pump substrate
17: Heater substrate
Claims (13)
前記アンテナ素子が配置される誘電体基板内に設けられ、前記スイッチ板が移動する圧力室と、
該圧力室に、該圧力室で前記スイッチ板を圧力で移動させるための流体を送り込むポンプ手段と
を有し、
該ポンプ手段から前記圧力室に送り込まれる流体の圧力で、該圧力室における前記スイッチ板を移動させ、前記給電点を含む給電アンテナ素子と前記給電点を含まない無給電アンテナ素子とを接続する
ことを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the multi-frequency antenna switch that changes the transmission / reception frequency of the multi-frequency antenna by electrically connecting or disconnecting the feed antenna element including the feed point and the parasitic antenna element not including the feed point by moving the switch plate,
A pressure chamber provided in a dielectric substrate on which the antenna element is disposed, and in which the switch plate moves;
Pump means for feeding fluid into the pressure chamber for moving the switch plate with pressure in the pressure chamber;
Have
The switch plate in the pressure chamber is moved by the pressure of the fluid fed from the pump means to the pressure chamber, and the feeding antenna element including the feeding point and the parasitic antenna element not including the feeding point are connected < A multi-frequency antenna switch characterized by the above.
前記ポンプ手段からの流体を前記圧力室まで送り出す流路を具備した流体基板と、
前記圧力室と前記流体基板の流路との間に設けられ、該流体基板の流路から前記圧力室への流体の送り込みを規制して該圧力室における前記スイッチ板の移動を制御することで、前記給電点を含む給電アンテナ素子と前記給電点を含まない無給電アンテナ素子との前記スイッチ板による電気的な接続または切断を行うバルブ手段と
を有することを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 The multi-frequency antenna switch according to claim 1,
A fluid substrate having a flow path for delivering fluid from the pump means to the pressure chamber;
Provided between the pressure chamber and the flow path of the fluid substrate, and controlling the movement of the switch plate in the pressure chamber by regulating the flow of fluid from the flow path of the fluid substrate to the pressure chamber. A switch for a multi-frequency antenna, comprising: a valve means for electrically connecting or disconnecting a feeding antenna element including the feeding point and a parasitic antenna element not including the feeding point by the switch plate.
前記ポンプ手段を、前記圧力室毎に設置したことを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 The multi-frequency antenna switch according to claim 1 ,
A switch for a multi-frequency antenna , wherein the pump means is installed for each pressure chamber .
前記スイッチ板は、平板の導電部からなることを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the switch for multifrequency antennas in any one of Claims 1-3 ,
Before kissing switch plate, switch multi-frequency antenna according to claim Rukoto a conductive portion of the flat plate.
前記スイッチ板は、前記流体の圧力で湾曲する薄板の導電部からなり、湾曲した状態の導電部で前記給電点を含む給電アンテナ素子と前記給電点を含まない無給電アンテナ素子とを接続することを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the switch for multifrequency antennas in any one of Claims 1-3 ,
Before kissing switch plate made of a conductive portion of the sheet to be bent by the pressure of the fluid, connecting the parasitic antenna element that does not include the feeding antenna elements the feed points including the feeding point at the conductive portion of the curved state multi-frequency switch for antenna according to claim to Rukoto.
前記圧力室に、
前記スイッチ板の導電部が湾曲していない状態で前記アンテナ素子と接続することを防止するストッパー手段を設けたことを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 The multi-frequency antenna switch according to claim 5 ,
In the pressure chamber,
A switch for a multi-frequency antenna , comprising stopper means for preventing connection with the antenna element when the conductive portion of the switch plate is not curved .
前記スイッチ板は、前記流体の圧力で膨張する導電性弾性体からなり、
前記スイッチ板は、前記流体の圧力で膨張した状態で前記給電点を含む給電アンテナ素子と前記給電点を含まない無給電アンテナ素子とを接続し、
前記流体の圧力がなくなり前収縮した状態で前記給電点を含む給電アンテナ素子と前記給電点を含まない無給電アンテナ素子とを電気的に遮断することを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the switch for multifrequency antennas in any one of Claims 1-3 ,
Before kissing switch plate is made of a conductive elastic material that expands by the pressure of the fluid,
The switch plate connects a feeding antenna element including the feeding point and a parasitic antenna element not including the feeding point in a state of being expanded by the pressure of the fluid,
A multi-frequency antenna switch characterized by electrically shutting off a feeding antenna element including the feeding point and a parasitic antenna element not including the feeding point in a state in which the pressure of the fluid disappears and is pre-shrinked .
前記流体は気体であることを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the switch for multifrequency antennas in any one of Claims 1-7,
The switch for a multi-frequency antenna, wherein the fluid is a gas.
前記流体は液体であることを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the switch for multi-frequency antennas according to any one of claims 1 to 27 ,
The switch for a multi-frequency antenna, wherein the fluid is a liquid.
前記圧力室に、前記ポンプ手段から送り込まれる流体の圧力で膨張する弾性薄膜を設け、
該弾性薄膜上に前記スイッチ板を設けたことを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 A multi-frequency antenna switch according to any one of claims 1 to 9,
Provided in the pressure chamber is an elastic thin film that expands with the pressure of the fluid fed from the pump means;
A switch for a multi-frequency antenna, wherein the switch plate is provided on the elastic thin film.
前記ポンプ手段がMEMSで作られていることを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 In the switch for multifrequency antennas in any one of Claims 1-10 ,
Multi-frequency switch antenna before Kipo pump means is characterized by being made of MEMS.
前記ポンプ手段として、ヒータによる加熱で流体を膨張収縮させて前記スイッチ板を移動させる圧力を発生させる手段を用いることを特徴とする多周波アンテナ用スイッチ。 The multifrequency antenna switch according to any one of claims 1 to 11 ,
A switch for a multi-frequency antenna, characterized in that as the pump means, means for generating pressure to move the switch plate by expanding and contracting a fluid by heating with a heater is used.
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