JP4627295B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関し、特に円偏波を放射乃至受信するためのアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device for emitting or receiving circularly polarized waves.
従来、特許文献1に示すように、円偏波を放射乃至受信するための広帯域平面アンテナが知られている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, a broadband planar antenna for emitting or receiving circularly polarized waves is known.
特許文献1に示されるアンテナ(アンテナ装置)は、基板と、基板の一面に配置され、溝付き開口部を複数有する導電性層(導電層)と、基板の導電性層配置面の裏面に配置され、アンテナエレメントとしての溝付き開口部に給電する伝送ライン(給電線)とを備えている。そして、複数の溝付き開口部は、アンテナ軸を同一として螺旋状に設けられている。また、基板の平面方向において、伝送ラインは、複数のスロットのうち、それぞれの内周側の端部付近と基板を介して重なるように設けられている。すなわち、電磁気的な結合により、伝送ラインから螺旋状の溝付き開口部に対してそれぞれ内周側から給電され、これによって円偏波を放射乃至受信することができるように構成されている。
ところで、伝送ラインは、一方の端部に外部(コネクタ)との接続部を有し、他方の端部に終端抵抗を有している。また、インピーダンスマッチングのための整合部も有している。このように、伝送ラインは所定の長さを有しており、配置には所定の面積が必要である。したがって、基板の平面方向において、溝付き開口部の内周側に配置する場合には、伝送ラインがアンテナの平面方向の大きさに与える影響が大きいため、伝送ラインと溝付き開口部との給電位置の関係を確保しつつアンテナの平面方向の大きさを小型化するのが困難である。 By the way, the transmission line has a connection portion with the outside (connector) at one end, and a termination resistor at the other end. It also has a matching section for impedance matching. Thus, the transmission line has a predetermined length, and a predetermined area is required for arrangement. Therefore, if the transmission line is arranged on the inner peripheral side of the grooved opening in the plane direction of the substrate, the transmission line has a great influence on the size of the antenna in the plane direction. It is difficult to reduce the size of the antenna in the plane direction while ensuring the positional relationship.
本発明は上記問題点に鑑み、小型化されたアンテナ装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a miniaturized antenna device.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、平板状の導電部材に対し、アンテナエレメントとして導電部材の板厚方向に貫通する螺旋状のスロットを、アンテナ軸を同一として複数設けてなる導電層と、誘電体を介して、導電層と所定距離隔てて配置され、スロットに給電する給電線と、を備えるアンテナ装置であって、導電層の平面方向において、給電線は、複数のスロットのうち、それぞれの外周側の端部付近と誘電体を介して重なるように設けられ、導電部材のうち、スロットに対する内周側部位と、スロットに対する外周側部位が、導電部材とは異なる繋ぎ線によって、電気的に接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a plurality of spiral slots penetrating in the plate thickness direction of the conductive member as antenna elements are provided for the flat conductive member with the same antenna axis. An antenna device including a conductive layer and a feed line that is disposed at a predetermined distance from the conductive layer via a dielectric, and feeds power to the slot. Each slot is provided so as to overlap the vicinity of the outer peripheral end of each slot via a dielectric, and among the conductive members, the inner peripheral side portion with respect to the slot and the outer peripheral side portion with respect to the slot are connected differently from the conductive member. It is electrically connected by a wire.
このように本発明によれば、アンテナエレメントとして導電部材に螺旋状のスロットを設けているので、円偏波を放射乃至受信することができる。また、アンテナ軸を同一として、このようなスロットを複数設けているので、アンテナ特性を向上(円偏波の指向性を向上)することができる。 As described above, according to the present invention, since the spiral slot is provided in the conductive member as the antenna element, circularly polarized waves can be emitted or received. In addition, since the antenna axis is the same and a plurality of such slots are provided, the antenna characteristics can be improved (the directivity of circular polarization can be improved).
また、それぞれのスロットに対して外周側の端部付近から給電するように給電線を設けているので、スロットの内周側から給電する構成に比べて、給電線の大きさがアンテナ装置の平面方向の大きさに与える影響を小さくすることができる。すなわち、従来よりもアンテナ装置の体格を小型化することができる。なお、外周側の端部付近とは、スロットの外周側端部又は端部近傍の部位を意味している。 In addition, since a power supply line is provided so that power is supplied from the vicinity of the outer peripheral end of each slot, the size of the power supply line is smaller than that of the configuration in which power is supplied from the inner peripheral side of the slot. The influence on the size of the direction can be reduced. That is, the physique of the antenna device can be made smaller than before. In addition, the vicinity of the outer peripheral end means the outer peripheral end of the slot or a portion in the vicinity of the end.
また、導電部材はGNDとして機能する。導電層の平面方向において、アンテナ装置の体格を小型化しようとすると、導電部材のスロットに対する内周側部位はスロットに対する外周側部位よりも小さくなるため、スロットに対して外周側から給電すると、内周側部位の電位が高周波的に不安定となることが考えられる。これに対し、本発明においては、導電部材の内周側部位と外周側部位とを、導電部材とは異なる繋ぎ線によって電気的に接続しているので、アンテナ特性を安定化させることができる。 The conductive member functions as GND. If the size of the antenna device is reduced in the planar direction of the conductive layer, the inner peripheral portion of the conductive member with respect to the slot is smaller than the outer peripheral portion of the slot. It is conceivable that the potential at the peripheral portion becomes unstable in terms of high frequency. On the other hand, in this invention, since the inner peripheral part and outer peripheral part of an electrically-conductive member are electrically connected by the connecting wire different from an electrically-conductive member, an antenna characteristic can be stabilized.
請求項1に記載の発明においては、請求項2に記載のように、導電層の平面方向において、繋ぎ線と導電部材の外周側部位との接続部位が、給電線と外部(たとえばコネクタ)との接続部位近傍とされた構成とすると良い。 In the first aspect of the present invention, as described in the second aspect, in the planar direction of the conductive layer, the connecting portion between the connecting wire and the outer peripheral portion of the conductive member is a feeder line and the outside (for example, a connector). It is good to set it as the structure made into the connection part vicinity.
これによれば、繋ぎ線と導電部材の外周側部位との接続部位が給電線と外部との接続部位から離れた位置とされた構成に比べて、繋ぎ線によって内周側部位から外周側部位に逃がした電流の外周側部位における給電線と外部との接続部位方向への伝達距離が短いので、アンテナ特性をより向上することができる。 According to this, as compared with the configuration in which the connecting portion between the connecting wire and the outer peripheral portion of the conductive member is located away from the connecting portion between the feeder line and the outside, the connecting portion and the outer peripheral portion from the inner peripheral portion. Since the transmission distance in the direction of the connecting portion between the feeder line and the outside in the outer peripheral side portion of the current that has escaped to the outside is short, the antenna characteristics can be further improved.
請求項1又は請求項2に記載の発明においては、請求項3に記載のように、誘電体が平板状の誘電体基板であり、誘電体基板の一面側に導電層が設けられ、導電層が設けられた面の裏面側に給電線が設けられて、繋ぎ線が、誘電体基板を貫通し、導電部材の内周側部位と電気的に接続された内周側貫通部及び導電部材の外周側部位と電気的に接続された外周側貫通部と、誘電体基板の裏面側において内周側貫通部と外周側貫通部とを電気的に接続する接続部とを含む構成とすると良い。
In the invention described in
このように誘電体として平板状の誘電体基板を採用すると、導電層、給電線、及び繋ぎ線の相対的な位置を決定するとともに、保持しやすい。また、構成を簡素とすることができる。 When a flat dielectric substrate is employed as the dielectric as described above, the relative positions of the conductive layer, the feed line, and the connecting line are determined and easily held. Further, the configuration can be simplified.
請求項1〜3いずれかの発明においては、請求項4に記載のように、複数のスロットとして、互いに電気長の異なる少なくとも2種類のスロットをそれぞれ複数含む構成とすることが好ましい。 In the invention according to any one of claims 1 to 3, it is preferable that the plurality of slots include a plurality of at least two types of slots having different electrical lengths.
これによれば、1つのアンテナ装置において、波長の異なる複数の円偏波を放射乃至受信することができる。また、それぞれにおいて、アンテナ特性を向上することができる。 Accordingly, it is possible to radiate or receive a plurality of circularly polarized waves having different wavelengths in one antenna device. In each case, the antenna characteristics can be improved.
請求項4に記載の発明においては、請求項5に記載のように、導電層の平面方向において、複数のスロットのうち、電気長(スロットの長さ)を同じくするスロットが、アンテナ軸を中心として回転対称に設けられた構成と良い。これによれば、対称性がよくなり、アンテナ特性をさらに向上することができる。 In the invention described in claim 4, as described in claim 5, the slot having the same electrical length (slot length) among the plurality of slots in the planar direction of the conductive layer is centered on the antenna axis. And a configuration provided in a rotationally symmetric manner. According to this, the symmetry is improved and the antenna characteristics can be further improved.
請求項1〜5いずれかに記載の発明においては、請求項6に記載のように、複数のスロットが、螺旋状の螺旋部と、螺旋部の外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる延設部を有し、給電線がスロットの延設部と重なるように設けられた構成とすることが好ましい。これによれば、給電線を複雑な形状としなくとも、スロットに対して給電することができる。 In the invention according to any one of claims 1 to 5, as described in claim 6, the plurality of slots change the direction from the vicinity of the spiral portion and the end portion on the outer periphery side of the spiral portion to the outer periphery. It is preferable to have a configuration in which an extending portion extending in the direction is provided so that the feeder line overlaps with the extending portion of the slot. According to this, power can be supplied to the slot without making the power supply line complicated.
請求項1〜6いずれかに記載の発明においては、請求項7に記載のように、導電層上であって、スロットの少なくとも一部を被覆するように、誘電体よりも比誘電率の高い高誘電部材が前記導電層に対して接触配置された構成とすることが好ましい。 In the invention according to any one of claims 1 to 6, as described in claim 7, the dielectric constant is higher than that of the dielectric so as to cover at least a part of the slot on the conductive layer. It is preferable that the high dielectric member is arranged in contact with the conductive layer.
これによれば、高誘電部材の波長短縮効果によって所望の周波数に対するスロットの電気長を短くすることができる。すなわち、アンテナ装置の体格をより小型化することができる。また、同じ電気長において、高誘電部材のない構成よりも低い周波数の円偏波を放射乃至受信することができる。 According to this, the electrical length of the slot for a desired frequency can be shortened by the wavelength shortening effect of the high dielectric member. That is, the size of the antenna device can be further reduced. In addition, it is possible to emit or receive circularly polarized waves having a lower frequency than the configuration without the high dielectric member at the same electrical length.
なお、請求項7に記載の発明においては、請求項8に記載のように、高誘電部材によって、スロットが全て被覆された構成とすると良い。スロットに対する高誘電部材による被覆範囲が増えるほど、波長短縮効果の影響が大きくなる。したがって、スロットが全て被覆された構成とすると一部が被覆された構成よりも、アンテナ装置の体格を小型化することができる。
In the invention described in claim 7, as described in
請求項1〜8いずれかに記載の発明においては、請求項9に記載のように、導電層に対して、間に給電線を挟むように所定距離隔てて配置された電波反射部材又は電波吸収部材を備える構成としても良い。これによれば、電波反射部材又は電波吸収部材によって、導電層の誘電体配置側に放射される円偏波の放射乃至導電層の誘電体配置側からの受信を低減することができる。したがって、円偏波の放射乃至受信方向を、導電層の誘電体配置側の反対側に規定することができる。 In the invention according to any one of claims 1 to 8, as described in claim 9, the radio wave reflecting member or the radio wave absorber disposed at a predetermined distance with respect to the conductive layer so as to sandwich the feeder line therebetween. It is good also as a structure provided with a member. According to this, by the radio wave reflecting member or the radio wave absorbing member, it is possible to reduce circularly polarized radiation radiated to the dielectric arrangement side of the conductive layer or reception from the dielectric arrangement side of the conductive layer. Therefore, the radiation or reception direction of circularly polarized waves can be defined on the side opposite to the dielectric arrangement side of the conductive layer.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンテナ装置を、導電層側から見た平面図である。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。図3は、アンテナ装置を、給電パターン側から見た平面図である。なお、図1においては、スロットと給電パターンの位置関係を示すために、給電パターンを破線で図示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of the antenna device according to the first embodiment of the present invention as viewed from the conductive layer side. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a plan view of the antenna device as viewed from the power feeding pattern side. In FIG. 1, in order to show the positional relationship between the slot and the power supply pattern, the power supply pattern is shown by a broken line.
図2に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置100は、主要部として、平板状(平面円形状)の導電部材142に対し、螺旋状のスロット144を複数設けてなる導電層140と、誘電体120を介して導電層140と所定距離隔てて配置され、電磁気的な結合によってスロット144に高周波電流を給電する給電パターン160と、を備えるものである。
As shown in FIG. 2, the
誘電体120としては、樹脂基板(少なくとも樹脂を含むものであり、例えばガラスエポキシ樹脂も含む概念)、セラミック基板、ガラス基板等を採用することができる。好ましくは、誘電体120の表面に、導電層140と給電パターン160を保持できるものが良い。本実施形態においては、誘電体120として、対向する両面に導体箔(例えば銅箔)が貼着された樹脂からなる誘電体基板120を採用している。そして、導体箔をそれぞれパターニングして、導電層140と給電パターン160としている。このような構成を採用すると、公知のプリント基板の製造方法を適用することができる。それ以外にも、例えば誘電体120としてガラス基板を採用し、基板表面に蒸着によって導電層140と給電パターン160を構成しても良い。また、誘電体120として、気体層(例えば空気層)を採用することも可能であるが、導電層140と給電パターン160とを位置決め状態で保持するるために、支持部材が必要である。このように誘電体120として平板状の誘電体基板120を採用すると、導電層140、給電パターン160、及び繋ぎパターン172の相対的な位置を決定するとともに、保持しやすい。また、構成を簡素とすることができる。なお、以下においては、誘電体120と誘電体基板120として示す。
As the dielectric 120, a resin substrate (contains at least a resin, for example, a concept including a glass epoxy resin), a ceramic substrate, a glass substrate, or the like can be employed. Preferably, the dielectric 120 can hold the
導電層140は、アンテナエレメントとして導電部材142の板厚方向に貫通する螺旋状のスロット144を、アンテナ軸102を同一として複数設けてなるものである。本実施形態においては、誘電体基板120の一面全面に貼着された導電部材142としての導体箔をエッチングすることにより、導体箔に溝部を形成して複数のスロット144が構成されている。また、複数のスロット144として、図1に示すように、電気長(共振長)の異なる2種類のスロット146,148をそれぞれ複数含んでいる。より詳しくは、スロット146が、周波数1.575GHzにて共振するように電気長が設定され、スロット148は、周波数1.227GHzにて共振するように電気長が設定されている。すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置100は、RTK−GPS(Real Time Kinematic GPS)用のアンテナ装置として構成されている。このように、互いに電気長の異なる少なくとも2種類のスロット144(146,148)をそれぞれ複数含む構成とすると、1つのアンテナ装置100において、波長の異なる複数の円偏波を放射乃至受信することができる。また、それぞれにおいて、アンテナ特性を向上することができる。
The
2種類のスロット146,148は、アンテナ軸102を同一としており、アンテナ軸102を中心に反時計方向に螺旋を巻く左旋の螺旋部146a,148aと、螺旋部146a,148aの外周側端部から、アンテナ軸102を中心として外周側に放射状に延びる延設部146b,148bをそれぞれ有している。螺旋部146a,148aは、隣接する螺旋部146a,148aの間隔が一定であるアルキメデススパイラルとされており、その長さがそれぞれ所定周波数で共振する長さに設定されている。なお、所定周波数で共振する長さとは、所定周波数をλとすると、誘電体基板120による波長短縮効果を除いた状態で、n・λ/4(nは自然数)の長さである。本実施形態においては、誘電体基板120の比誘電率が小さく、螺旋部146a,148aの長さを1波長程度(n=4)としている。また、延設部146b,148bは、その長さが互いに等しく設定されており、図1及び図2に示すように、導電層140の平面方向において、給電パターン160と重なるように配置されている。すなわち、延設部146b,148bは、スロット146,148において、電磁気的な結合によって給電パターン160から高周波電流が供給される部位としての機能を果たす。このように、複数のスロット144(146,148)が、螺旋部146a,148aの外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる延設部146b,148bを有し、給電パターン160が延設部146b,148bと重なるように設けられた構成とすると、給電パターン160を複雑な形状としなくとも、スロット144(146,148)に対して給電することができる。
The two types of
また、スロット146,148はともに4本ずつ設けられており、導電層140の平面方向において、螺旋部146a,148aが外周側から交互に配置され、各4本のスロット146,148がアンテナ軸102を中心として回転対称にそれぞれ設けられている。このように、導電層140の平面方向において、複数のスロット144のうち、電気長を同じくするスロット144(146,148)が、アンテナ軸102を中心として回転対称に設けられた構成とすると、対称性がよくなり、アンテナ特性(円偏波の指向性)をさらに向上することができる。なお、本実施形態においては、それぞれのスロット144(146,148)において、螺旋部146a,148aと延設部146b,148bとの連結部を、アンテナ軸102を中心とした同一円周上としている。したがって、図1,2に示すように、電気長の関係上、電気長の長いスロット148の螺旋部148aが、内周側において、間に螺旋部146aを挟まずに連続して設けられている。
In addition, four
また、導電層140において、導電部材142はGNDとして機能する。以下において、導電部材142のうち、スロット144(146,148)の螺旋部146a,148aよりも外周側を外周側部位142a、螺旋部146a,148aよりも内周側を内周側部位142b、螺旋部146a,148aの間を螺旋間部位142cとする。なお、外周側部位142aの面積は、内周側部位142bの面積よりも大きく、GNDとして機能するに足る面積に設定されている。このような構成とすると、内周側部位142bの面積を大きくして、GNDとしての機能を発揮する構成に比べて、誘電体基板120(導電層140)の平面方向にけるアンテナ装置100の体格を小型化することができる。
In the
給電パターン160は、スロット144(146,148)へ高周波信号を給電するための給電線(特許請求の範囲に記載の給電線に相当)であり、スロット144(146,148)に対して外周側の端部付近から給電すべく、誘電体基板120(導電層140)の平面方向において、導電部材142の内周側部位142bとは重ならず、少なくとも外周側部位142aと重なるように設けられている。本実施形態においては、誘電体基板120の導電層140形成面の裏面に貼着された導体箔をエッチングして所定のパターンとすることにより、全てが導電部材142の外周側部位142aと重なるように給電パターン160が構成されている。
The
ここで、同じ長さの給電パターン160を、導電部材142の内周側部位142bと外周側部位142aにそれぞれ設けるとする。アンテナ軸102を中心とした円を考えた場合、中心からの距離が長くなるほどそれに比例して円周の長さも長くなる。したがって、内周側部位142bにおける配置では給電パターン160を例えば4重の螺旋としなければならないところを、外周側部位142aであれば例えば1重の螺旋ですむこととなる。すなわち、誘電体基板120(導電層140)の平面方向において、給電パターン160を外周側部位142aに配置した方が、内周側部位142bに配置するよりも、アンテナ装置100の体格を小型化することができる。
Here, it is assumed that the
より具体的には、図3に示すように、給電パターン160は、外周側の端部に設けられた外部(本実施形態においてはコネクタ)との接続部である外部接続部162と、外部接続部162を介して外部から給電された高周波信号をインピーダンスマッチング(整合)する整合部164と、整合された高周波信号を電磁気的な結合によってスロット144(146,148)に供給する供給部166と、供給部166の終端に設けられた終端抵抗部168と、終端抵抗部168に隣接して設けられ、終端抵抗部168と導電部材142の外周側部位142aとを電気的に接続するスルーホール170とにより構成される。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
供給部166は、誘電体基板120(導電層140)の平面方向において、スロット144(146,148)の延設部146b,148bのそれぞれと重なるように設けられている。本実施形態においては、全ての延設部146b,148bが、給電パターン160と2回重なるように、供給部166が、導電層140側から見て螺旋部146a,148aと逆旋(給電パターン160側から見て反時計周り)の螺旋状に設けられている。なお、図1に示すように、延設部148bの1つを除いて残りの延設部146b,148bが、供給部166と2回重なる構成とされているが、全ての延設部146b,148bが、供給部166と2回重なる構成としても良い。また、給電パターン160とスロット144(146,148)の延設部146b,148bとの重なりは、2箇所に限定されるものではない。3箇所以上としても良いし、1箇所としても良い。同一の延設部146b,148bにおいて、重なり部分を複数とする場合には、高周波信号の位相差を考慮して、高周波信号を互いに打ち消しあわないように重なり部分の間隔を設定すれば良い。
The
繋ぎパターン172は、導電部材142の内周側部位142bと外周側部位142aとを電気的に接続するものであり、特許請求の範囲に記載の繋ぎ線のうち、接続部に相当する。本実施形態においては、給電パターン160と同一の製造工程により、誘電体基板120の一面に繋ぎパターン172が構成されている。すなわち、誘電体基板120の導電層140形成面の裏面に貼着された導体箔をエッチングして所定のパターンとすることにより、繋ぎパターン172が構成されている。図1及び図3に示すように、繋ぎパターン172の一端は、誘電体基板120に設けられたスルーホール174(特許請求の範囲に記載の内周側貫通部)を介して、導電部材142の内周側部位142bと電気的に接続されている。また、繋ぎパターン172の他端は、上述したスルーホール170(特許請求の範囲に記載の外周側貫通部としての機能を兼ねる)を介して、導電部材142の外周側部位142aと電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、図1に示すように、スルーホール174をアンテナ軸102と重なる位置に設けている。しかしながら、スルーホール174の形成位置は、その一端が内周側部位142bと接する位置であれば、特に限定されるものではない。
The
また、スルーホール170(繋ぎパターン172と外周側部位142aとの接続部位)は、給電パターン160と外部との接続部である外部接続部162の近傍に設けられている。すなわち、誘電体基板120(導電層140)の平面方向において、繋ぎパターン172は、内周側部位142bから外周側部位142aの外部接続部162の方向に引き出された構成となっている。
Further, the through hole 170 (a connection portion between the
なお、誘電体基板120の給電パターン160形成面には、上述した給電パターン160と繋ぎパターン172以外にも、外部(コネクタ)のGND端子と電気的に接続されるGND接続部176が設けられている。このGND接続部176は、誘電体基板120に設けられたスルーホール176aを介して、導電部材142の外周側部位142aと電気的に接続されている。このように、外部接続部162と同一面にGND接続部176を設けているので、外部との接続が容易である。
In addition to the
次に、このように構成されるアンテナ装置100において、図1及び図3を用いて、アンテナの動作を説明する。外部接続部162及びGND接続部176にコネクタが電気的に接続された状態で、コネクタを介して高周波信号が給電されると、外部接続部162に注入された高周波信号は整合部164にて整合され、供給部166に沿って螺旋状に進行していく。そして、高周波信号は、供給部166の終端に設けられた終端抵抗部168及びスルーホール170を介して、GNDである導電部材142の外周側部位142aへ伝達される。給電パターン160を進行する過程で、高周波信号はスロット144(146,148)の延設部146b,148bと電磁気的に結合する。これにより、延設部146b,148bを介して高周波電流が螺旋部146a,148aに伝達され、螺旋部146a,148aの螺旋形状に沿って高周波電流が流れることとなる。したがって、スロット144周辺(主として螺旋部146a,148a)に高周波電流に起因した電磁界が生じるので、アンテナ軸102に沿って、導電層140の前方(誘電体基板120との反対側)及び後方(誘電体基板120側)の両方向に対して円偏波を放射乃至受信することができる。なお、本実施形態においては、螺旋部146a,148aの内周側端部に高周波電流が到達すると、高周波電流は、GNDである導電部材142の内周側部位142bに設けられたスルーホール174を介して、繋ぎパターン172に伝達される。そして、繋ぎパターン172及びスルーホール170を介して、GNDである導電部材142の外周側部位142aへ伝達される。
Next, in the
このように本実施形態に係るアンテナ装置100によると、アンテナエレメントとして導電部材142に螺旋状のスロット144を設けているので、円偏波を放射乃至受信することができる。また、アンテナ軸102を同一として、このようなスロット144を複数設けているので、アンテナ特性を向上(円偏波の指向性を向上)することができる。また、複数のスロット144として、互いに電気長の異なる少なくとも2種類のスロット146,148をそれぞれ複数含むので、1つのアンテナ装置100において、波長の異なる複数の円偏波を放射乃至受信することができるとともに、それぞれにおいてアンテナ特性を向上することができる。さらには、誘電体基板120(導電層140)の平面方向において、スロット146及びスロット148を、それぞれアンテナ軸102を中心として回転対称に設けているので、アンテナ特性をさらに向上することができる。
As described above, according to the
また、本実施形態においては、それぞれのスロット144(146,148)に対して外周側の端部付近から給電するように給電パターン160を設けている。したがって、スロット144に対して内周側から給電する構成に比べて、給電パターン160の大きさがアンテナ装置100の平面方向の大きさに与える影響を小さくすることができる。すなわち、従来よりもアンテナ装置100の体格を小型化することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、複数のスロット144(146,148)として、螺旋部146a,148aの外周側端部からアンテナ軸102を中心として外周方向に放射状に延びる延設部146b,148bを設け、延設部146b,148bに対して給電パターン160から高周波電流が供給されるようにしている。したがって、部分的にスロット144と重なるように給電パターン160を複雑な形状としなくとも、スロット144に対して給電することができる。なお、延設部146b,148bの形状は放射状に限定されるものではない。また、螺旋部146a,148aの外周側端部に連結する構成に限定されるものではない。螺旋部146a,148aの外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる形状であれば採用することができる。
Further, in the present embodiment,
また、本実施形態においては、繋ぎパターン172(及び、スルーホール170,174)によって、導電部材142の内周側部位142bと外周側部位142aとを電気的に接続している。したがって、スロット144(146,148)に対して外周側から給電しても、高周波電流は内周側部位142bから外周側部位142aに逃げるので、内周側部位142bの電位が高周波的に不安定とならず、アンテナ特性を安定化させることができる。
Moreover, in this embodiment, the inner
また、本実施形態においては、繋ぎパターン172と導電部材142の外周側部位142aとの接続部位(スルーホール170)が、給電パターン160の外部接続部162近傍とされている。接続部位が外部接続部162から離れていると、繋ぎパターン172によって内周側部位142bから外周側部位142aに逃がした高周波電流は、外周側部位142aにおいて、外部接続部162方向(GND接続部176方向)へ伝達されるので、その分、アンテナ特性が低下する恐れがある。これに対し、本実施形態に示すように、接続部位を外部接続部162の近傍とすると、逃がした高周波電流の外周側部位142aにおける伝達を抑制し、アンテナ特性をより向上することができる。
In the present embodiment, the connection part (through hole 170) between the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を、図4及び図5に基づいて説明する。図4は、本実施形態に係るアンテナ装置100の概略構成を示す分解斜視図である。図5は、組み付けた状態を示す斜視図である。なお、図4においては、給電パターン160と繋ぎパターン172を誘電体基板120と離して図示しているが、実際は、第1実施形態に示したように、誘電体基板120上に配置されている。
(Second Embodiment)
Next, 2nd Embodiment of this invention is described based on FIG.4 and FIG.5. FIG. 4 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the
第2実施形態に係るアンテナ装置100は、第1実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態と同一の構成要素については、第1実施形態と同一の符号を付与する。
Since the
図4及び図5に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置100は、第1実施形態に示したアンテナ装置100に対し、要部として、高誘電部材180と反射部材200をさらに付加した点を特徴とする。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
高誘電部材180は、誘電体基板120よりも比誘電率の高い材料からなり、導電層140上であって、スロット144(146,148)の少なくとも一部を被覆するように導電層140に対して接触配置される。このように、高誘電部材180を導電層140(換言すればスロット144)に対して接触配置すると、誘電体中において波長が短くなる波長短縮効果が大きいため、この効果によって、所望の周波数で共振するスロット144(146,148)の電気長を効果的に短くすることができる。すなわち、アンテナ装置100の体格を、第1実施形態に示す構成に対して、さらに小型化することができる。また、同じ電気長であれば、高誘電部材180のない構成よりも低い周波数の円偏波を放射乃至受信することができる。なお、誘電体基板120による波長短縮効果によっても、スロット144(146,148)の電気長を短くすることができる。しかしながら、誘電体基板120の場合、導電層140、給電パターン160、及び繋ぎパターン172を所望の位置関係に保持する機能を果たすため、波長短縮効果のみを考慮して厚さや大きさを設計することができない。これに対し、誘電体基板120とは別に高誘電部材180を設けることで、スロット144(146,148)の電気長を効果的に短くすることができる。
The
本実施形態においては、高誘電部材180として、セラミック等を含み、比誘電率が15〜20程度のものを採用している。そして、図4及び図5に示すように、スロット144(146,148)が全て被覆されるように、導電層140に対して接触配置している。より詳しくは、高誘電部材180の平面形状及び大きさを、誘電体基板120の平面形状及び大きさと同一としている。このように、スロット144(146,148)において、高誘電部材180による被覆範囲が増えるほど、波長短縮効果の影響が大きくなり、結果としてアンテナ装置100の体格をより小型化することができる。なお、第1実施形態においては、螺旋部146a,148aの長さを1波長程度としていたが、同一の構成に高誘電部材180の効果を付与することにより、本実施形態においては、スロット146の螺旋部146aの長さを70mm、スロット148の螺旋部148aの長さを90mmとしている。ただし、スロット144を被覆する高誘電部材180の体積が増加すると、誘電損失も増加するため、誘電損失と波長短縮効果との間でバランスをとることが好ましい。
In the present embodiment, as the
反射部材200は、特許請求の範囲に記載の電波反射部材に相当し、導電層140の後方(誘電体基板120側)に放射されるスロット144の螺旋方向とは逆旋の円偏波、又は、導電層140の誘電体基板120側からの受信を低減するものであり、導電層140に対して、間に給電パターン160を挟むように所定距離隔てて配置(すなわち、導電層140に対して平行配置)される。
The reflecting
このような反射部材200としては公知のものを採用することができる。本実施形態においては、その一例としてEBG(Electromagnetic Band Gap)を採用している。EBGは、誘電体基板上の表面に多角形(例えば六角形)の金属電極を周期的に配置し、各金属電極と誘電体基板の裏面に形成された金属膜との間を、誘電体基板を貫通するビアホール内の接続材料にてそれぞれ電気的に接続してなる構造体である。EBGは、上述した構造がインダクタ(L)とキャパシタ(C)が連続的に接続された回路の特性を示すため、特定周波数においてLCの共振が発生し、表面を高周波信号が伝達する際のインピーダンスが高くなる現象が発生する。このインピーダンスが高くなる周波数領域をバンドギャップと呼んでいる。本実施形態においては、導電層140の後方にEBGを配置し、スロット144(146,148)とEBGの共振周波数を合致させている。したがって、導電層140の後方に放射された高周波信号を、EBGのLC共振の効果によって減衰させることができる。すなわち、反射部材200の効果によって、導電層140の前方(誘電体基板120と反対側)に円偏波を効率よく放射することができる。
As such a reflecting
なお、図4及び図5に示す符号220は、支持部材である。本実施形態おいて、支持部材220は、誘電体基板120の平面形状と同一の内周形状を有する金属製の筒状部材として構成されている。そして、一方の開口端が接触するように反射部材200の一面上に支持部材220が配置された状態で、筒内に給電パターン160が配置されるように、支持部材220の他方の開口端上に誘電体基板120の給電パターン160形成面が接触配置されている。そして、誘電体基板120の導電層140形成面上に高誘電部材180が接触配置されて、アンテナ装置100が構成されている。
In addition, the code |
次に、本実施形態に係るアンテナ装置100の効果について、図6及び図7を用いて説明する。図6は、アンテナの指向性を示す図であり、(a)は1.575GHz(スロット146)、(b)は1.227GHz(スロット148)である。図7は、周波数と電圧定在波比(VSWR)との関係を示す図である。なお、図6(a),(b)においては、導電層140とアンテナ軸102との交点を中心とし、アンテナ軸102に沿う導電層140の前方(誘電体基板120と反対側)位置を0°、導電層140の平面に沿う方向を90°,270°、アンテナ軸102に沿う導電層140の後方(誘電体基板120側)位置を180°としている。また、図6(a),(b)においては、反時計方向の螺旋(左旋)の螺旋部146a,148aに対し、右旋の円偏波を実線で示し、弱いながらも右旋の円偏波とともに放射される左旋の円偏波も参考として破線で示している。
Next, the effect of the
図6(a),(b)に示すように、それぞれの周波数(1.575GHz、1.227GHz)において、導電層140の前方(誘電体基板120と反対側)に円偏波を効率よく放射することができることが明らかである。また、それぞれの周波数において、アンテナ特性(円偏波の指向性)が向上されていることが明らかである。また、図7に示すように、それぞれの周波数において、VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)が2以下であるので、実用上特に問題がないことが明らかである。 As shown in FIGS. 6A and 6B, at each frequency (1.575 GHz, 1.227 GHz), circularly polarized waves are efficiently emitted in front of the conductive layer 140 (on the side opposite to the dielectric substrate 120). Obviously you can. It is also clear that the antenna characteristics (circular polarization directivity) are improved at each frequency. Further, as shown in FIG. 7, it is clear that there is no particular problem in practical use because VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) is 2 or less at each frequency.
このように本実施形態に係るアンテナ装置100によると、高誘電部材180の効果によって、スロット144(146,148)の電気長を短くすることができる。すなわち、アンテナ装置100の体格を小型化することができる。
As described above, according to the
また、反射部材200の効果によって、導電層140の後方に放射される高周波信号を低減し、導電層140の前方(誘電体基板120と反対側)に円偏波を効率よく放射することができる。
Further, the high-frequency signal radiated to the back of the
また、本実施形態においては、支持部材220としての筒状部材を金属製としている。したがって、支持部材220が導電部材142とともにGNDとしての機能を果たすので、アンテナ特性をより安定化することができる。また、反射部材200として筒状部材を採用すると、高周波信号を減衰させるために、導電層140と反射部材200との対向距離を所定距離(例えば1/4波長程度)にするような場合、筒状部材の長さによって対向距離を規定することができる。
In the present embodiment, the cylindrical member as the
なお、本実施形態においては、アンテナ装置100として、高誘電部材180と反射部材200をともに備える例を示した。しかしながら、高誘電部材180と反射部材200の一方のみを備える構成としても良い。
In the present embodiment, an example in which the
また、本実施形態においては、導電層140の後方に放射される高周波信号を低減するために、反射部材200としてEBGを配置する例を示した。しかしながら、高周波信号を吸収する公知の電波吸収部材を配置することで、導電層140の後方に放射される高周波信号を低減するようにしても良い。
Moreover, in this embodiment, in order to reduce the high frequency signal radiated | emitted behind the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態においては、誘電体基板120の両表面に配置された導体箔をパターニングして、導電層140、給電パターン160、及び繋ぎパターン172が構成されている例を示した。しかしながら、誘電体基板120の両面にそれぞれ構成される導電層140、給電パターン160、及び繋ぎパターン172は上記例に限定されるものではない。例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷することによって構成されても良い。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態においては、誘電体基板120及び導電層140の平面方向における外周形状が円形である例を示した。しかしながら、円形に特に限定されるものではなく、矩形状等を採用することもできる。また、誘電体基板120と導電層140を互いに異なる形状としても良い。
In the present embodiment, an example in which the outer peripheral shape in the planar direction of the
本実施形態においては、スロット144(146,148)の螺旋部146a,148aの形状が、アルキメデススパイラルの例を示した。しかしながら、螺旋部146a,148aの形状は、特に上記例に限定されるものではなく、螺旋状であれば良い。
In the present embodiment, the shape of the
本実施形態においては、複数のスロット144として、電気長の異なる2種類のスロット146,148をそれぞれ複数含む例を示した。しかしながら、スロット144として、すべてを同じ電気長としても良いし、電気長の異なる3種類以上のスロット144をそれぞれ複数含んでも良い。
In the present embodiment, an example in which a plurality of
本実施形態においては、スロット144(146,148)が、それぞれ螺旋部146a,148aと延設部146b,148bを有し、給電パターン160が延設部146b,148bと重なって配置される例を示した。しかしながら、給電パターン160は、少なくとも螺旋部146a,148aを有し、スロット144の一部として外周側の端部付近と重なって配置されれば良い。
In the present embodiment, the slot 144 (146, 148) has
また、本実施形態においては、螺旋部146a,148aが、アンテナ軸102を中心に反時計方向に螺旋を巻く左旋の例を示した。しかしながら、アンテナ軸102を中心に時計方向に螺旋を巻く右旋としても良い。すなわち、導電層140側から見て、螺旋部146a,148aと給電パターン160の供給部166の螺旋方向を同一向きとしても良い。この場合にも、導電層140側から見て、螺旋部146a,148aと給電パターン160の供給部166の螺旋方向が逆向きと同等乃至それに準ずる効果を期待することができる。
In the present embodiment, the example in which the
100・・・アンテナ装置
102・・・アンテナ軸
120・・・誘電体基板(誘電体)
140・・・導電層
142・・・導電部材
142a・・・外周側部位
142b・・・内周側部位
144,146,148・・・スロット
146a,148a・・・螺旋部
146b,148b・・・延設部
160・・・給電パターン(給電線)
172・・・繋ぎパターン(繋ぎ線のうち、接続部)
DESCRIPTION OF
140 ...
172... Connection pattern (connection portion of connection lines)
Claims (9)
誘電体を介して、前記導電層と所定距離隔てて配置され、前記スロットに給電する給電線と、を備えるアンテナ装置であって、
前記導電層の平面方向において、前記給電線は、複数の前記スロットのうち、それぞれの外周側の端部付近と前記誘電体を介して重なるように設けられ、
前記導電部材のうち、前記スロットに対する内周側部位と、前記スロットに対する外周側部位が、前記導電部材とは異なる繋ぎ線によって、電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。 For a flat conductive member, a conductive layer provided with a plurality of spiral slots penetrating in the thickness direction of the conductive member as antenna elements with the same antenna axis;
An antenna device including a feeding line that is disposed at a predetermined distance from the conductive layer via a dielectric and feeds power to the slot;
In the planar direction of the conductive layer, the feeder line is provided so as to overlap with the vicinity of the outer peripheral end of each of the plurality of slots via the dielectric,
An antenna device, wherein an inner peripheral side portion with respect to the slot and an outer peripheral side portion with respect to the slot among the conductive members are electrically connected by a connecting wire different from the conductive member.
前記誘電体基板の一面側に前記導電層が設けられ、前記導電層が設けられた面の裏面側に前記給電線が設けられ、
前記繋ぎ線は、前記誘電体基板を貫通し、前記導電部材の内周側部位と電気的に接続された内周側貫通部及び前記導電部材の外周側部位と電気的に接続された外周側貫通部と、前記誘電体基板の裏面側において前記内周側貫通部と前記外周側貫通部とを電気的に接続する接続部とを含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。 The dielectric is a flat dielectric substrate,
The conductive layer is provided on one surface side of the dielectric substrate, the power supply line is provided on the back side of the surface on which the conductive layer is provided,
The connecting line penetrates through the dielectric substrate and is electrically connected to an inner peripheral side through portion electrically connected to an inner peripheral side portion of the conductive member and an outer peripheral side electrically connected to an outer peripheral side portion of the conductive member. 3. The method according to claim 1, further comprising: a penetrating portion; and a connecting portion that electrically connects the inner peripheral side penetrating portion and the outer peripheral side penetrating portion on the back surface side of the dielectric substrate. Antenna device.
前記給電線は、前記スロットの延設部と重なるように設けられていることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載のアンテナ装置。 The plurality of slots have a spiral portion and an extending portion extending in the outer peripheral direction by changing the direction from the vicinity of the end portion on the outer peripheral side of the spiral portion,
The antenna device according to claim 1, wherein the feeder line is provided so as to overlap with an extended portion of the slot.
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