JP4710457B2 - Dual-band antenna and configuration method thereof - Google Patents
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Description
本発明はＧＨｚ帯、特に無線ＬＡＮに使用される２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚの電波を送受信するに好適なように改良したデュアルバンドアンテナに関するものである。 The present invention relates to a dual band antenna which is improved so as to be suitable for transmitting and receiving 2.4 GHz and 5 GHz radio waves used in a GHz band, particularly, a wireless LAN.
この種のアンテナとして、特開２００４−０６４２８２号公報に記載されたアンテナが公知である。
この公知発明のアンテナは、デュアルバンドの片方の電波にλ／４で共振するアンテナ素子と、他方の電波にλ／４で共振するアンテナ素子とを形成し、それぞれのアンテナ素子の開放端を励振器の特定２箇所に静電容量結合するものであって、この公知発明が出願された当時においては画期的な先端技術としてアンテナ産業の発達に寄与した功績が多大であった。
As this type of antenna, an antenna described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-064282 is known.
The antenna according to the known invention forms an antenna element that resonates with one radio wave of a dual band at λ / 4 and an antenna element that resonates with the other radio wave at λ / 4, and excites the open end of each antenna element. Capacitance coupling is performed at two specific locations of the device, and at the time when this known invention was filed, the achievement of contributing to the development of the antenna industry as a revolutionary advanced technology was great.
しかし、その後のＩＴ技術が長足に進歩し、更に高度の要請が為されるに至った。
無線ＬＡＮ用のアンテナ仕様として電子機器メーカーからアンテナ技術界に対する要望を整理すると、
（ａ）一層の小型化。例えば長さ３５ミリメートル以下、高さ６ミリメートル以下。
（ｂ）無線ＬＡＮに使用するため、２．４ＧＨｚと、５ＧＨｚとのデュアル特性。
（ｃ）５ＧＨｚ近傍における広い同調周波数帯域。
（ｄ）基板材料による誘電体損失の防止。
（ｅ）設置場所の制約解消（換言すれば、超薄型化）。
さらに、アンテナメーカーの立場から、（ｆ）製造コストが低廉であること、および、（ｇ）製品の性能修正（ないし性能調節）を簡単に行ない得ることが望ましい。
As an antenna specification for wireless LAN, organizing requests from the electronics manufacturer to the antenna technology world,
(A) Further downsizing. For example, the length is 35 mm or less and the height is 6 mm or less.
(B) Dual characteristics of 2.4 GHz and 5 GHz for use in a wireless LAN.
(C) A wide tuning frequency band in the vicinity of 5 GHz.
(D) Prevention of dielectric loss due to the substrate material.
(E) Elimination of restrictions on installation locations (in other words, ultra-thinness).
Further, from the standpoint of an antenna manufacturer, it is desirable that (f) the manufacturing cost is low, and (g) the product performance correction (or performance adjustment) can be easily performed.
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、
α）２．４ＧＨｚと、５ＧＨｚとのデュアル特性を有し、
β）５ＧＨｚ付近で広い同調周波数帯域を有し、
γ）超小形薄形であって、
δ）誘電体損失を防止すること（基板を使用しないこと）も可能であり、
ε）製造コストが低廉で、
ζ）製品の性能修正を簡単に行ない得る、
新規な構成のデュアルバンドアンテナを提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances,
α) It has a dual characteristic of 2.4 GHz and 5 GHz,
β) has a wide tuning frequency band around 5 GHz,
γ) Ultra small and thin,
δ) It is also possible to prevent dielectric loss (without using a substrate),
ε) Manufacturing cost is low,
ζ) Product performance can be easily modified.
The present invention intends to provide a dual band antenna having a novel configuration.
本発明を創作するに至った研究開発の経過について、図５を参照しつつ、次に述べる。説明の便宜上、グランド１に平行なＸ軸と、グランド１に垂直なＺ軸とを想定する。
ただし、この直交座標軸Ｘ−Ｚは、地球を基準とするものではなく、アンテナの使用状態を限定しない。
図５（Ａ）は、公知の逆Ｆ形アンテナの模式図である。
グランド１から＋Ｚ方向に立ち上がり部２ａが延出し、その先端から＋Ｘ方向に水平部２ｂが伸びている。
立ち上がり部２ａの接地点Ｅはインピーダンスがゼロであり、水平部２ｂの先端はインピーダンス無限大である。両者の中間のインピーダンス５０Ωの箇所に給電点Ｓが設定されている。
The progress of research and development that led to the creation of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, an X axis parallel to the ground 1 and a Z axis perpendicular to the ground 1 are assumed.
However, this orthogonal coordinate axis XZ is not based on the earth, and does not limit the state of use of the antenna.
FIG. 5A is a schematic diagram of a known inverted-F antenna.
A rising portion 2a extends from the ground 1 in the + Z direction, and a horizontal portion 2b extends from the tip thereof in the + X direction.
The grounding point E of the rising portion 2a has zero impedance, and the tip of the horizontal portion 2b has infinite impedance. A feeding point S is set at a location having an impedance of 50Ω between the two.
この逆Ｆ形アンテナを、周波数ｆの電波に、１／４波長で共振させると、破線ｆで示したような定在波が形成される。
次に、上記電波の第３高調波を共振させると、１点鎖線３ｆで示したように、周波数３ｆの定在波が形成される。
これは、周波数の比が１対３のデユアルバンドアンテナであって、本発明が目的としている１対２のデユアルバンド特性は得られない。（注）無線ＬＡＮに使用される２．４ＧＨｚと５ＧＨｚとの周波数比は、約１対２である。
When this inverted F-shaped antenna is resonated with a radio wave of frequency f at a quarter wavelength, a standing wave as shown by a broken line f is formed.
Next, when the third harmonic of the radio wave is resonated, a standing wave having a frequency of 3f is formed as indicated by a one-
This is a dual-band antenna having a frequency ratio of 1: 3, and the one-to-two dual-band characteristic which is the object of the present invention cannot be obtained. (Note) The frequency ratio between 2.4 GHz and 5 GHz used for wireless LAN is about 1: 2.
上記の逆Ｆ形アンテナを、周波数ｆと周波数２ｆとに共振させるように改造する手法を説明する。
図５（Ａ）に１点鎖線で示した３ｆの定在波（電流値）がゼロの箇所は、すなわち電圧値最大の箇所である。この部分にローディングを付与すると高調波の周波数が減少する。すなわち、３ｆから２ｆに近づく。
このようにして、図５（Ｂ）に示した改良逆Ｆ形アンテナのように、周波数ｆと２ｆとに共振（同調）させることができる。
上記の改良に伴って、基本波ｆが若干変化するが、設計的に修正可能である。
前記のローディングを付与するとは、線状アンテナであれば局部的に径を太くし、短冊状アンテナであれば局部的に幅を広くし、又は、局部的にグランド１に対して静電容量を持たせることをいう。
A method of modifying the above inverted F-shaped antenna so as to resonate at the frequency f and the frequency 2f will be described.
A portion where the standing wave (current value) of 3f indicated by a one-dot chain line in FIG. 5A is zero is a portion where the voltage value is maximum. When loading is applied to this part, the harmonic frequency is reduced. That is, 3f approaches 2f.
In this way, it is possible to resonate (tune) the frequencies f and 2f as in the improved inverted F antenna shown in FIG.
With the above improvement, the fundamental wave f slightly changes, but can be modified in design.
Giving the above-mentioned loading means increasing the diameter locally for a linear antenna, increasing the width locally for a strip antenna, or increasing the capacitance locally to the ground 1. To have it.
上記の改良逆Ｆ形アンテナによって、前記（ａ）項から（ｇ）項までの７項目の目的の内で、（ｂ）項の２．４ＧＨｚと、５ＧＨｚとのデュアル特性は得られるが、５ＧＨｚ付近の同調周波数帯域は狭く、一層の小型化は未達成であり、誘電体損失の防止に関して格別の効果は無い。
そこで本発明者らは、この改良形アンテナについて、更に改良すべく鋭意工夫研究を続けた。
本発明を完成させる研究経過の途中における「試案の変形逆Ｆ形アンテナ」を図５（Ｃ）に示す。
The above-mentioned improved inverted F-shaped antenna provides the dual characteristics of 2.4 GHz and 5 GHz in the item (b) within the purpose of the seven items from the item (a) to the item (g). The tuning frequency band in the vicinity is narrow, and further miniaturization has not been achieved, and there is no particular effect on prevention of dielectric loss.
Therefore, the present inventors have continued intensive studies to further improve the improved antenna.
FIG. 5 (C) shows a “proposed modified inverted F-shaped antenna” in the course of research to complete the present invention.
図５の（Ｃ）を同（Ｂ）に比べると、グランド１から立ち上がり部（２ａ，４ａ）が＋Ｚ方向に延出していて、そのインピーダンス５０Ωの箇所に給電点Ｓを設定したことは同様である。
（Ｂ）において給電点Ｓから＋Ｘ方向に伸びていた線条アンテナ素子が、（Ｃ）においては不等辺コの字形に折り曲げられている。
上記の折り曲げは、ローディング部の両端部で為されている。その結果、（Ｂ）図において水平であったローディング部２ｃが、（Ｃ）図では垂直ローディング部４ｃになっている。
前記不等辺コの字形の＋Ｘ方向の端部を点線４ｅのように−Ｚ方向に折り下げて、その先端をグランド１に対向させて静電容量を持たせると、Ｘ軸方向の長さがいっそう短縮される。
Comparing (C) in FIG. 5 to (B), the rising portion (2a, 4a) extends from the ground 1 in the + Z direction, and the feeding point S is set at a location where the impedance is 50Ω. is there.
The linear antenna element extending in the + X direction from the feeding point S in (B) is bent into an unequal side U-shape in (C).
The above bending is performed at both ends of the loading portion. As a result, the loading portion 2c that is horizontal in FIG. 5B becomes the vertical loading portion 4c in FIG.
If the end in the + X direction of the unequal side U-shape is folded down in the −Z direction as indicated by the
これにより、改良逆Ｆ形アンテナ（Ｂ）は、その電気的な作動をほとんど変化させることなく、Ｘ軸方向の機械的長さ寸法を著しく短縮することができた。
しかしながら、電気的な作動がほとんど変化していないので、５ＧＨｚ付近における同調周波数帯域が狭い。
As a result, the improved inverted-F antenna (B) was able to significantly shorten the mechanical length dimension in the X-axis direction with almost no change in its electrical operation.
However, since the electrical operation has hardly changed, the tuning frequency band in the vicinity of 5 GHz is narrow.
そこで本発明者らは、図５（Ｄ）に示すように、逆Ｌ形無給電素子５を追加した。
上記逆Ｌ形無給電素子５は、周波数２ｆ（具体的には５ＧＨｚ）の電波に対してλ／４で共振するアンテナエレメントであって、 その一端をグランド１に接地するとともに、
接地部と反対側の開放端が、前記の垂直ローディング部４ｃに対して電磁界結合Ｃされている。
上記垂直ローディング部は、定在波の電圧値が最大の箇所であったことを御想起願う。
この（Ｄ）図の構成によれば、周波数２ｆ（具体的には５ＧＨｚ）の電波に対して、逆Ｌ形無給電素子５が広い周波数帯域で同調する。
前記逆Ｌ形無給電素子５は、必ずしも逆Ｌ字形に限定されない。要するに、「デュアル同調性能の内で、高い側の周波数の電波に対してλ／４で共振するアンテナエレメント」であればよい。従って、これをメアンダー形の無給電素子で構成するなどの応用例が考えられる。
Therefore, the inventors added an inverted L-type
The inverted L-type
The open end opposite to the grounding portion is electromagnetically coupled C to the vertical loading portion 4c.
Recall that the vertical loading section was the place where the voltage value of the standing wave was the maximum.
According to the configuration of FIG. (D), the inverted L-type
The inverted L-type
以上に説明した原理に基づく具体的な構成として、請求項１の発明に係るデュアルアンテナは、 ＧＨｚ帯における周波数ｆの電波と、周波数約２ｆの電波とを送受信するデュアルバンドアンテナにおいて（図１参照）、
直交座標Ｘ−Ｚを想定するとともに、それぞれの座標軸に＋−の方向を設定し、
グランド１から＋Ｚ方向に延出する立ち上がり部４ａと、
上記立ち上がり部４ａの先端に連結されて＋Ｘ方向に伸びる短水平部４ｂと、
上記短水平部４ｂに接続されて＋Ｚ方向に伸びる垂直ローディング部４ｃと、
上記垂直ローディング部４ｃに接続されて−Ｘ方向に伸びる長水平部４ｄと、
を具備しており、
かつ、一端をグランド１に接地され、周波数約２ｆで共振する無給電素子５の他端（開放端）が、前記の垂直ローディング部４ｃに対向離間して電磁界結合されていることを特徴とする。
ただし、前記の座標軸Ｘ，Ｚや、該座標軸の＋，−、並びに「水平」，「垂直」の語句は、説明を分かり易くするために用いた便宜上のものであって、地球を基準とする姿勢を限定するものではない。
As a specific configuration based on the principle described above, the dual antenna according to the invention of claim 1 is a dual-band antenna that transmits and receives a radio wave having a frequency f in the GHz band and a radio wave having a frequency of about 2f (see FIG. 1). ),
Assuming Cartesian coordinates X-Z and setting the +-direction for each coordinate axis,
A rising
A short horizontal portion 4b connected to the tip of the rising
A vertical loading portion 4c connected to the short horizontal portion 4b and extending in the + Z direction;
A long horizontal portion 4d connected to the vertical loading portion 4c and extending in the -X direction;
It has
In addition, the other end (open end) of the
However, the coordinate axes X and Z, + and − of the coordinate axes, and the terms “horizontal” and “vertical” are for convenience used for easy understanding of the explanation, and are based on the earth. The posture is not limited.
請求項２の発明に係るデュアルアンテナは、前記請求項１の発明の構成要件に加えて（図３参照）
前記のグランド１、立ち上がり部４ａ、短水平部４ｂ、垂直ローディング部４ｃ、長水平部４ｄ、及び無給電素子５が、金属板から打ち抜いて一体に形成された板金製の部材であって、
グランド１を支持することによって、これに連結された立ち上がり部４ａ、短水平部４ｂ、垂直ローディング部４ｃ、長水平部４ｄ、及び無給電素子５が、固体の誘電体を介在させることなく自立し得ることを特徴とする。
The dual antenna according to the invention of
The ground 1, the rising
By supporting the ground 1, the rising
請求項３の発明に係るデュアルアンテナは、前記請求項２の構成要件に加えて（図３参照）、
前記の一体に形成された板金製の連結部材に、同軸ケーブル６が接続されて１個のアッセンブリ部品を構成していることを特徴とする。
The dual antenna according to the invention of
A coaxial cable 6 is connected to the integrally formed connecting member made of sheet metal to constitute one assembly component.
請求項４の発明に係るデュアルアンテナは、前記請求項１または請求項３の構成要件に加えて（図１〜３参照）、
前記の周波数約２ｆで共振する無給電素子（５）が、Ｘ軸方向の辺とＺ軸方向の辺とから成るＬ字形の部材であることを特徴とする。
The dual antenna according to the invention of
The parasitic element (5) resonating at a frequency of about 2f is an L-shaped member composed of a side in the X-axis direction and a side in the Z-axis direction.
請求項５の発明に係るデュアルアンテナは前記請求項１ないし請求項４の構成要件に加えて、（図１〜３参照）、
前記長水平部４ｄの−Ｘ方向の端が、−Ｚ方向に屈曲して折り下げ部４ｅを形成し、その−Ｚ方向端がグランド１に対向していることを特徴とする。
In addition to the constituent features of the first to fourth aspects, the dual antenna according to the invention of claim 5 (see FIGS. 1 to 3),
An end in the −X direction of the long horizontal portion 4d is bent in the −Z direction to form a folded
請求項６の発明に係るデュアルアンテナは、前記請求項１ないし請求項５の発明の構成要件に加えて、
前記無給電素子５と垂直ローディング部４）との電磁界結合部が、臨界結合しており、又は、臨界結合状態よりも若干密に結合していることを特徴とする。
The dual antenna according to the invention of claim 6 is added to the constituent features of the inventions of claims 1 to 5,
The electromagnetic field coupling portion between the
請求項７に係る発明方法の構成は、（図５参照）、
逆Ｆ形アンテナを改良して、ＧＨｚ帯の電波を送受信するデュアルバンドアンテナを構成する方法において、
イ．デュアルバンドの低い方の周波数をｆとし、高い方の周波数を約２ｆとして、
ロ．直交座標Ｘ−Ｚを想定するとともに、座標軸の方向に＋−を設定し、
ハ．グランド１から＋Ｚ方向に延出する立ち上がり部２ａと、該立ち上がり部の先端から＋Ｘ方向に伸びる水平部２ｂと、該水平部２ｂの途中に設定された給電点Ｓを設けたＦ形アンテナを母体とし、
ニ．上記水平部２ｂを不等辺コの字形に折り曲げることにより、立ち上がり部４ａの先端に連結されて−Ｘ方向に伸びる短水平部４ｂと、上記短水平部４ｂの先端に連結された垂直部４ｃと、該垂直部４ｃの先端から＋Ｘ方向に伸びる長水平部４ｄとを構成するとともに、
ホ．前記垂直部４ｃにローディングを付与して垂直ローディング部４ｃとし、
ヘ．かつ、一端をグランド１に接地された、「周波数約２ｆの電波に対して共振する無給電素子５」の開放端を「前記長水平部４ｄと逆Ｌ形無給電素子５との接続部」近傍に対向させて電磁界結合せしめることにより、
α．低い方の周波数ｆの電波を送受信するときは、不等辺コの字形に折り曲げた逆Ｆ形アンテナ部分を、λ／４逆Ｆ形アンテナとして作用せしめ、
β．高い方の周波数約２ｆの電波を送受信するときは、前記無給電素子（５）をλ／４アンテナとして作用せしめることを特徴とする。
The configuration of the inventive method according to claim 7 (see FIG. 5),
In the method of constructing a dual-band antenna that improves the inverted F-shaped antenna and transmits and receives GHz band radio waves,
I. Assuming that the lower frequency of the dual band is f and the higher frequency is about 2f,
B. Assuming Cartesian coordinates X-Z, set +-in the direction of the coordinate axes,
C. An F-shaped antenna provided with a rising portion 2a extending in the + Z direction from the ground 1, a horizontal portion 2b extending in the + X direction from the tip of the rising portion, and a feeding point S set in the middle of the horizontal portion 2b age,
D. By bending the horizontal portion 2b into an unequal side U-shape, a short horizontal portion 4b connected to the tip of the rising
E. Loading the vertical portion 4c to form a vertical loading portion 4c;
F. In addition, an open end of “the
α. When transmitting and receiving radio waves of the lower frequency f, the inverted F-shaped antenna portion bent into an unequal side U-shape is allowed to act as a λ / 4 inverted F-shaped antenna,
β. When transmitting / receiving a radio wave having a higher frequency of about 2f, the parasitic element (5) is made to act as a λ / 4 antenna.
請求項１の発明に係るデュアルバンドアンテナを適用すると、デュアル性能の内、低い方の周波数ｆ（例えば２．４Ｇ）に対しては逆Ｆアンテナとして同調し、高い方の周波数約２ｆ（例えば５ＧＨｚ）に対してはλ／４アンテナとして広周波数帯域で同調することができるので、無線ＬＡＮ用のアンテナとして好適である。
しかも、従来技術に係るアンテナ（例えば逆Ｆ形アンテナ）に比して著しく小型に構成することができる。
When the dual-band antenna according to the first aspect of the invention is applied, the lower frequency f (for example, 2.4 G) of the dual performance is tuned as an inverted F antenna, and the higher frequency is about 2 f (for example, 5 GHz). ) Can be tuned in a wide frequency band as a λ / 4 antenna, and is suitable as an antenna for a wireless LAN.
Moreover, the antenna can be remarkably reduced in size as compared with an antenna according to the prior art (for example, an inverted F antenna).
請求項２の発明を、前記請求項１の発明に併用すると、低廉な製造コストで、基板に因る誘電体損失を完全に防止することができる。
すなわち、請求項１の発明に係るデュアルバンドアンテナは、基板上の導通パターンとして製作することもでき、板金加工によって製作することもでき、いずれの場合も小型、広帯域の優れた効果を奏する。しかし、基板の導通パターンとして製作する場合、誘電体損失を軽減するには高価な材質の基板（例えばテフロン（登録商標）基板など）を用いなければならない。
この点、本請求項２の発明を併用すると、基板を用いないので誘電体損失を生じる虞れが無い。
When the invention of
That is, the dual-band antenna according to the invention of claim 1 can be manufactured as a conductive pattern on a substrate, or can be manufactured by sheet metal processing, and in any case, excellent effects of small size and wide band can be obtained. However, when manufacturing as a conductive pattern of a substrate, an expensive material substrate (for example, a Teflon (registered trademark) substrate) must be used to reduce dielectric loss.
In this regard, when the invention of
請求項３の発明を前記請求項２の発明に併用すると、請求項２の構成である板金一体形という特性を生かして、市場流通性を有する商品たり得る一つのアンテナ装置が形成される。
これにより無線機器メーカーは、専門工場で製作された高品質のアンテナアッセンブリの供給を受けて、これを迅速容易に組み込むことができる。
このようにして、アンテナ産業の分業性が確立され、ＩＴ産業の総合的な発達に寄与するところ多大である。
When the invention of
As a result, the wireless device manufacturer can receive a high-quality antenna assembly manufactured in a specialized factory and quickly and easily incorporate it.
In this way, the division of labor in the antenna industry is established, which greatly contributes to the overall development of the IT industry.
請求項４の発明によると、請求項１の必須構成部材である「周波数約２ｆで共振する無給電素子」を、低コスト、小型軽量に構成することができ、特に板金加工で大量生産するに適している。
すなわち、請求項１における無給電素子は、周波数約２ｆの電波に対してλ／４で共振することが必要条件であって、真っすぐな線条アンテナ素子として構成することもでき、ソレノイド形に構成することもでき、メアンダー形に構成することもできる。しかし、本請求項４を適用して逆Ｌ字形に構成すると、線条アンテナ素子よりも小型であり、ソレノイド素子よりも薄型であり、メアンダー素子よりも自立性（板金構成した場合の剛性）が大きくて、実用的価値が高い。
According to the invention of
That is, the parasitic element in claim 1 is required to resonate at λ / 4 with respect to a radio wave having a frequency of about 2f, and can be configured as a straight wire antenna element, and is configured in a solenoid shape. It can also be configured in a meander shape. However, when this
請求項５の発明によると、請求項１に係るデュアルバンドアンテナの機械的な長さ寸法を更に短縮することができ、しかも生産コストをほとんど増加せしめない。
According to the invention of
請求項６の発明を適用すると、デュアルバンド性能の内で高い方の周波数の電波に対する同調周波数帯域を最大限に広くすることもでき、又は、所望の周波数帯域内において最大のアンテナ利得を得ることもできる。 When the invention of claim 6 is applied, the tuning frequency band for the radio wave having the higher frequency in the dual band performance can be widened to the maximum, or the maximum antenna gain can be obtained in the desired frequency band. You can also.
請求項７の発明方法によると、公知の逆Ｆ形アンテナを改良してデュアルバンドアンテナを構成し、しかも、デュアルバンドの内の高い方の周波数付近で広い同調周波数帯域を得ることができ、
その上、従来技術に係るアンテナ装置よりも著しく小型軽量に構成することができる。
According to the invention method of
In addition, the antenna device can be significantly smaller and lighter than the conventional antenna device.
図２は本発明に係るデュアルバンドアンテナの１実施形態を示す３面図であって、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各図それぞれに異なる座標軸を付記してあることに御留意を願う。
このアンテナ装置は、任意所望の姿勢で使用に供することができるものであって、本質的に上下，左右の区別は無い。しかし、説明の便宜上、図面に付記したように直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定する。
なお、説明の便宜上、Ｘ軸とＺ軸とに＋−の方向性を指定する。Ｙ軸については、特に方向性を指定する必要が無い。
上記座標軸は、後掲の図２、図３にも共通している。ただし、Ｘ軸、Ｚ軸の＋−を逆転させて構成しても本発明の技術的範囲から逃避することはできない。（注）これらの図１〜図３を、前掲の図５に比較すると、座標軸は同じであるが、アンテナエレメントの形状は左右反対（鏡像対称）になっている。
FIG. 2 is a trihedral view showing one embodiment of a dual-band antenna according to the present invention,
(A) is a plan view, (B) is a front view, and (C) is a side view.
Please note that different coordinate axes are added to each of the diagrams (A), (B), and (C).
This antenna device can be used in any desired posture, and there is essentially no distinction between up and down and left and right. However, for convenience of explanation, orthogonal three axes X, Y, and Z are assumed as appended to the drawings.
For convenience of explanation, + -direction is designated for the X axis and the Z axis. There is no need to specify the direction of the Y axis.
The coordinate axes are common to FIGS. 2 and 3 described later. However, it is impossible to escape from the technical scope of the present invention even if the X-axis and Z-axis are reversed in the positive and negative directions. (Note) When these FIGS. 1 to 3 are compared with FIG. 5 described above, the coordinate axes are the same, but the shape of the antenna element is opposite (mirror symmetry).
（図１参照）本実施形態のデュアルバンドアンテナは（Ｃ側面図）に見られるように、
全体的にＬ形鋼に類似した形状（ただし、遥かに小さい）をしている。
符号１を付して示したのはグランドであって、無線機器のグランド板に接続し易いように取り付け孔１ａが穿たれている。
（Ｂ正面図）に表されているように、グランド１から＋Ｚ方向に数種類のアンテナ素子が一体に連設されている。
(See FIG. 1) The dual-band antenna of this embodiment can be seen in (C side view)
The overall shape is similar to L-shaped steel (but much smaller).
Reference numeral 1 indicates a ground, and an attachment hole 1a is formed so as to be easily connected to a ground plate of a wireless device.
As shown in (B front view), several types of antenna elements are integrally connected from the ground 1 in the + Z direction.
前記図２（Ｂ）の正面図を抽出して、見易いようにＺ軸方向の寸法を拡大した模式図を図１に示す。従って、図１は本実施形態の正確な投影図ではない。平行斜線はグランドをシンボルしている。斑点は、読図の便を図ったものである。
グランド１から＋Ｚ方向に立ち上がり部４ａが延出している。
上記立ち上がり部４ａの先端（図において上端）から、＋Ｚ方向に短水平部４ｂが伸びている。
該短水平部の先端（図において右端）から＋Ｚ方向に、幅広の垂直ローディング部４ｃが連設されている。
上記垂直ローディング部の先端（図において上端）から−Ｘ方向に長水平部４ｄが伸びており、その先端が下方に屈曲して折り下げ部４ｅを形成している。
FIG. 1 is a schematic diagram in which the front view of FIG. 2B is extracted and the dimension in the Z-axis direction is enlarged for easy viewing. Accordingly, FIG. 1 is not an accurate projection of this embodiment. Parallel diagonal lines symbolize the ground. Spots are intended to facilitate reading.
A rising
A short horizontal portion 4b extends in the + Z direction from the tip (upper end in the figure) of the rising
A wide vertical loading portion 4c is continuously provided in the + Z direction from the front end (right end in the figure) of the short horizontal portion.
A long horizontal portion 4d extends in the −X direction from the tip (upper end in the figure) of the vertical loading portion, and the tip is bent downward to form a folded
一方グランド１から＋Ｚ方向に逆Ｌ形無給電素子５が延出し、中ほどで−Ｘ方向に屈曲して、その先端（図において左端）が、前記垂直ローディング部４ｃに対向して電磁界結合ｃを形成している。
この実施形態に係るデュアルバンドアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を図４に示した。
２．４ＧＨｚと５ＧＨｚとに明白なデュアルバンド特性が現れており、かつ、５ＧＨｚ付近において広帯域性が認められる。
On the other hand, the inverted L-type
FIG. 4 shows the VSWR (voltage standing wave ratio) of the dual-band antenna according to this embodiment.
A clear dual-band characteristic appears at 2.4 GHz and 5 GHz, and a broadband property is recognized in the vicinity of 5 GHz.
図１のアンテナ装置が図４のアンテナ性能を示したことは実験的事実である。
このように、５ＧＨｚ付近で広い同調周波数帯域が得られた理由は、スタガー理論によると次の通りである。
すなわち、変形逆Ｆアンテナとλ／４アンテナ素子（逆Ｌ形無給電素子５）との、二つの共振状態が合成（静電容量結合）されて広帯域の同調特性が現出されたものと考えられる。
It is an experimental fact that the antenna device of FIG. 1 has shown the antenna performance of FIG.
Thus, the reason why a wide tuning frequency band is obtained in the vicinity of 5 GHz is as follows according to the stagger theory.
In other words, it is considered that the two resonance states of the modified inverted-F antenna and the λ / 4 antenna element (inverted L-type parasitic element 5) are combined (capacitive coupling), and a broadband tuning characteristic has appeared. It is done.
上述の理論から推察し得るように、逆Ｌ形無給電素子５と垂直ローディング部４ｃとの電磁界結合の粗密によって同調特性が変化する。
一般に、二つの同調回路を容量結合させ、又は誘導結合させたとき、結合が疎であると単峰性の同調特性を示し、結合が密であると双峰性の同調特性を示す。そして両者の中間の状態では、峰の頂上が平らになって、いわば高原性の同調特性を示す。この状態は臨界結合と呼ばれる。
本発明のデュアルバンドアンテナにおいては、逆Ｌ形無給電素子５と垂直ローディング部４ｃとを、臨界状態ならしめ、又は臨界状態よりも若干密に結合させておくことが望ましい。
臨界状態を超えて結合を密にすると、同調曲線の頂上の平らな部分が垂れ下がる形になって双峰性の同調曲線に近づくとともに、同調周波数帯域はいっそう広くなる。
本発明の請求項６において『臨界状態よりも密に結合する』とは、際限無く密ならしめる意ではなく、『同調曲線の垂れ下がり部分が送受信に耐え得る範囲内で密に結合する』
ことをいう。
As can be inferred from the above theory, the tuning characteristics change depending on the density of electromagnetic coupling between the inverted L-type
In general, when two tuning circuits are capacitively coupled or inductively coupled, if the coupling is sparse, a unimodal tuning characteristic is exhibited, and if the coupling is dense, a bimodal tuning characteristic is exhibited. And in the middle state between the two, the top of the peak becomes flat, so to speak, it shows a high-quality tuning characteristic. This state is called critical coupling.
In the dual-band antenna of the present invention, it is desirable that the inverted L-type
When the coupling is increased beyond the critical state, the flat portion at the top of the tuning curve hangs down and approaches the bimodal tuning curve, and the tuning frequency band becomes wider.
In the sixth aspect of the present invention, “tightly coupled than the critical state” does not mean that the region is densely bounded indefinitely, but “tightly couples within a range in which the hanging portion of the tuning curve can withstand transmission / reception”.
That means.
結合状態の調節は、逆Ｌ形無給電素子５と垂直ローディング部４ｃとが対向している箇所の距離と対向面積との何れか（若しくは両方）を変えれば良いので、容易に行なうことができる。上記対向面積の修正は、実際問題としては対向している２辺の長さを変えることになる。
大量生産されたアンテナ装置の特性を高精度で微妙に調節することは、従来技術の逆Ｆ形アンテナでは極めて困難であったが、本発明においては迅速かつ容易に行なうことができる。
Adjustment of the coupling state can be easily performed because it is only necessary to change either (or both) the distance and the facing area of the portion where the inverted L-type
It has been extremely difficult to finely adjust the characteristics of mass-produced antenna devices with high accuracy using the conventional inverted-F antenna, but can be performed quickly and easily in the present invention.
図３は、図１に示した実施形態のデュアルバンドアンテナを模式的に描いた斜視図である。模式化してあるので、写実的な投影図ではない。
読図の便を図って変形した事項は、主として次の通りである。
イ．実形よりも板厚を拡大し、ロ．実形よりもＺ方向の寸法を拡大し、かつ、
ハ．グランド１と立ち上がり部４ａとの折り曲げ部、及び、グランド１と逆Ｌ形無給電素子５との折り曲げ部に丸みを付してある。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the dual band antenna of the embodiment shown in FIG. It is not a realistic projection because it is schematic.
The items that have been modified for the convenience of reading are as follows.
I. The plate thickness is increased compared to the actual model. Enlarge the dimension in the Z direction than the actual shape, and
C. A bent portion between the ground 1 and the rising
本例は板金加工で作成してあるから、グランド１を無線機器に装着したとき、その他のアンテナエレメントは自立し得る。
さらに、板金製の部材であるから、先に述べた結合の粗密を調節し易い。また、板金製であるから、工業的生産に適し、均一品質の製品を大量に製作できる。
その上、グランド１が板金製であるから、取付け相手の機器に対して、容易にかつ強固に装着することができる。
Since this example is created by sheet metal processing, when the ground 1 is attached to a wireless device, other antenna elements can stand by themselves.
Furthermore, since it is a sheet metal member, it is easy to adjust the density of the connection described above. Moreover, because it is made of sheet metal, it is suitable for industrial production and can produce a large amount of products of uniform quality.
In addition, since the ground 1 is made of sheet metal, it can be easily and firmly attached to the device to which it is attached.
同軸ケーブル６の芯線を、短水平部４ｂの給電点Ｓに接続導通（ハンダ付け）するとともに、外部導体をグランド１に接地Ｅ（ハンダ付け）してある。
図示を省略したが、前記同軸ケーブル６の多端には同軸ソケットが接続してあり、図外の高周波回路の出力端に対して迅速容易に接続することができる。
本図３のように１個のアッセンブリ部品として構成すると、市場流通性を生じて、アンテナ産業の分業化を支援し、総合的にＩＴ産業の発達に寄与する。
The core wire of the coaxial cable 6 is connected and connected (soldered) to the feeding point S of the short horizontal portion 4b, and the external conductor is grounded E (soldered) to the ground 1.
Although not shown, a coaxial socket is connected to multiple ends of the coaxial cable 6 and can be quickly and easily connected to an output end of a high-frequency circuit (not shown).
If it is configured as one assembly component as shown in FIG. 3, it will generate market distribution, support the division of labor of the antenna industry, and contribute to the development of the IT industry comprehensively.
２．４ＧＨｚと５ＧＨｚとのデュアルバンドアンテナである本実施形態（図３）において、グランド１を除く部分の機械的な長さ寸法Ｌは４３．８ミリメートル、高さ寸法Ｈは５ミリメートルである。従来技術では達成することの出来なかった小型化が見事に実現された。 In this embodiment (FIG. 3), which is a dual band antenna of 2.4 GHz and 5 GHz, the mechanical length dimension L of the portion excluding the ground 1 is 43.8 millimeters, and the height dimension H is 5 millimeters. The miniaturization that could not be achieved with the prior art was brilliantly realized.
１…グランド
１ａ…取り付け孔
２ａ…立ち上がり部
２ｂ…水平部
２ｃ…ローディング部
３…高周波回路
４ａ…立ち上がり部
４ｂ…短水平部
４ｃ…垂直ローディング部
４ｄ…長水平部
４ｅ…折り下げ部
５…逆Ｌ形無給電素子
６…同軸ケーブル
Ｃ…電磁界結合
Ｅ…接地
Ｈ…グランドを除いた機械的な長さ寸法
Ｌ…グランドを除いた機械的な高さ寸法
Ｓ…給電点
Ｘ…アンテナ素子の長さ方向の座標軸
Ｙ…アンテナ素子の厚み方向の座標軸
Ｚ…アンテナ素子の高さ方向の座標軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ground 1a ... Mounting hole 2a ... Rising part 2b ... Horizontal part 2c ... Loading
4c ... Vertical loading section
4d ... Long horizontal part
4e ... Folding part
5 ... Inverted L-shaped parasitic element
6 ... Coaxial cable
C: Electromagnetic coupling
E ... Grounding
H: Mechanical length dimension excluding ground L: Mechanical height dimension excluding ground S: Feeding point
X: Coordinate axis in the length direction of the antenna element
Y: Coordinate axis in the thickness direction of the antenna element
Z: Coordinate axis in the height direction of the antenna element
Claims (7)
直交座標Ｘ−Ｚを想定するとともに、それぞれの座標軸に＋−の方向を設定し、
グランド（１）から＋Ｚ方向に延出する立ち上がり部（４ａ）と、
上記立ち上がり部（４ａ）の先端に連結されて＋Ｘ方向に伸びる短水平部（４ｂ）と、
上記短水平部（４ｂ）に接続されて＋Ｚ方向に伸びる垂直ローディング部（４ｃ）と、
上記垂直ローディング部（４ｃ）に接続されて−Ｘ方向に伸びる長水平部（４ｄ）と、
を具備しており、
かつ、一端をグランド（１）に接地されて、周波数約２ｆで共振する無給電素子（５）の開放端が、前記垂直ローディング部（４ｃ）に対向して電磁界結合されていることを特徴とする、デュアルバンドアンテナ。 In a dual-band antenna that transmits and receives radio waves with a frequency f in the GHz band and radio waves with a frequency of about 2f,
Assuming Cartesian coordinates X-Z and setting the +-direction for each coordinate axis,
A rising portion (4a) extending in the + Z direction from the ground (1);
A short horizontal portion (4b) connected to the tip of the rising portion (4a) and extending in the + X direction;
A vertical loading portion (4c) connected to the short horizontal portion (4b) and extending in the + Z direction;
A long horizontal portion (4d) connected to the vertical loading portion (4c) and extending in the -X direction;
It has
In addition, the open end of the parasitic element (5) having one end grounded to the ground (1) and resonating at a frequency of about 2f is electromagnetically coupled to face the vertical loading portion (4c). And a dual-band antenna.
グランド（１）を支持することによって、これに連結された立ち上がり部（４ａ）、短水平部（４ｂ）、垂直ローディング部（４ｃ）、長水平部（４ｄ）、及び無給電素子（５）が、固体の誘電体を介在させることなく自立し得ることを特徴とする、請求項１に記載したデュアルバンドアンテナ。 The ground (1), the rising portion (4a), the short horizontal portion (4b), the vertical loading portion (4c), the long horizontal portion (4d), and the parasitic element (5) are formed by punching from a metal plate. And
By supporting the ground (1), a rising part (4a), a short horizontal part (4b), a vertical loading part (4c), a long horizontal part (4d), and a parasitic element (5) connected thereto are provided. The dual-band antenna according to claim 1, wherein the dual-band antenna can stand on its own without interposing a solid dielectric.
イ．デュアルバンドの低い方の周波数をｆとし、高い方の周波数を約２ｆとして、
ロ．直交座標Ｘ−Ｚを想定するとともに、座標軸の方向に＋−を設定し、
ハ．グランド（１）から＋Ｚ方向に延出する立ち上がり部（２ａ）と、該立ち上がり部の先端から＋Ｘ方向に伸びる水平部（２ｂ）と、該水平部（２ｂ）の途中に設定された給電点（Ｓ）を設けたＦ形アンテナを母体とし、
ニ．上記水平部（２ｂ）を不等辺コの字形に折り曲げて、立ち上がり部（４ａ）の先端に連結されて−Ｘ方向に伸びる短水平部（４ｂ）と、該短水平部（４ｂ）の先端に連結された垂直部（４ｃ）と、該垂直部（４ｃ）の先端から＋Ｘ方向に伸びる長水平部（４ｄ）とを構成するとともに、
ホ．前記の垂直部（４ｃ）に電気的ローディングを付与して垂直ローディング部（４ｃ）とし、
ヘ．かつ、一端をグランド（１）に接地された、「周波数約２ｆの電波に対して共振する無給電素子（５）」の開放端を「前記長水平部（４ｄ）と逆Ｌ形無給電素子（５）との接続部」近傍に対向させて電磁界結合せしめることにより、
α．デュアルの内で低い方の周波数ｆの電波を送受信するときは、不等辺コの字形に折り曲げた逆Ｆ形アンテナ部分を、λ／４逆Ｆ形アンテナとして同調作用せしめ、
β．デュアルの内で高い方の周波数約２ｆの電波を送受信するときは、前記の無給電素子（５）をλ／４アンテナとして同調作用せしめることを特徴とする、デュアルバンドアンテナの構成方法。
In the method of constructing a dual-band antenna that improves the inverted F-shaped antenna and transmits and receives GHz band radio waves,
I. Assuming that the lower frequency of the dual band is f and the higher frequency is about 2f,
B. Assuming Cartesian coordinates X-Z, set +-in the direction of the coordinate axes,
C. A rising portion (2a) extending in the + Z direction from the ground (1), a horizontal portion (2b) extending in the + X direction from the tip of the rising portion, and a feeding point set in the middle of the horizontal portion (2b) ( The F-type antenna provided with S) is used as a base,
D. The horizontal part (2b) is bent into an unequal side U-shape, connected to the tip of the rising part (4a) and extended in the -X direction, and at the tip of the short horizontal part (4b) The connected vertical part (4c) and a long horizontal part (4d) extending in the + X direction from the tip of the vertical part (4c) are configured,
E. Electrical loading is applied to the vertical part (4c) to form a vertical loading part (4c),
F. In addition, the open end of the “parasitic element (5) that resonates with a radio wave having a frequency of about 2 f” with one end grounded to the ground (1) is connected to the long horizontal portion (4d) and the inverted L-shaped parasitic element. (5) By connecting it with the electromagnetic field opposite to the vicinity of the "connection part with"
α. When transmitting / receiving radio waves of the lower frequency f in the dual, the inverted F-shaped antenna portion bent into an unequal side U-shape is tuned as a λ / 4 inverted F-shaped antenna,
β. A method of constructing a dual-band antenna, wherein when the radio wave having a higher frequency of about 2f is transmitted / received, the parasitic element (5) is tuned as a λ / 4 antenna.
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