JP5470155B2 - Antenna device - Google Patents

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Description

本発明は、複数の周波数帯で水平面内ビーム幅が同一の放射パターンで同一の無線ゾーンをカバーする陸上移動無線通信用の基地局に適用可能なアンテナ装置に関する。   The present invention relates to an antenna device applicable to a base station for land mobile radio communication that covers the same radio zone with a radiation pattern having the same horizontal plane beam width in a plurality of frequency bands.

図6、及び図7は、従来のアンテナ装置の構造例を示す模式図である。図6(a)〜(c)において、9は金属からなる反射板、10は複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナである。図7(a)〜(c)において、11は金属からなる反射板(コーナレフレクタ)、12は複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナである。ここで説明する従来技術は、非特許文献1に述べられている反射板付ダイポールアンテナ(図6)、及びアンテナ(図7)の例である。   6 and 7 are schematic diagrams illustrating a structure example of a conventional antenna device. 6A to 6C, 9 is a reflector made of metal, and 10 is a multi-frequency or broadband antenna that operates in a plurality of frequency bands. 7A to 7C, 11 is a reflector made of metal (corner reflector), and 12 is a multi-frequency or broadband antenna that operates in a plurality of frequency bands. The prior art described here is an example of a dipole antenna with a reflector (FIG. 6) and an antenna (FIG. 7) described in Non-Patent Document 1.

金属からなる反射板9、11の寸法(W9×L9、W11×L11)、反射板9、11とアンテナ10、12との距離(D9、D11)、及びコーナレフレクタの頂角(α9)は、非特許文献1にあるように、利得や、ビーム幅等の設計条件によって決定される。   The dimensions (W9 × L9, W11 × L11) of the reflectors 9 and 11 made of metal, the distances (D9 and D11) between the reflectors 9 and 11 and the antennas 10 and 12, and the apex angle (α9) of the corner reflector are As described in Non-Patent Document 1, it is determined by design conditions such as gain and beam width.

図8は、従来技術によるアンテナ装置の3つの異なる周波数帯域における水平面内放射パターンを示す概念図である。3つの異なる周波数帯域F1、F2、F3における水平面内放射パターンを示す。従来技術による反射板付ダイポールアンテナ(図6)や、コーナレフレクタアンテナ(図7)においては、単一の周波数帯域において、所望の利得や、ビーム幅が得られるように、金属からなる反射板9や、コーナレフレクタ11の構造パラメータを設定していた。   FIG. 8 is a conceptual diagram showing radiation patterns in a horizontal plane in three different frequency bands of the antenna device according to the prior art. The radiation patterns in the horizontal plane in three different frequency bands F1, F2, F3 are shown. In a conventional dipole antenna with a reflector (FIG. 6) and a corner reflector antenna (FIG. 7), a reflector 9 made of metal is used so that a desired gain and beam width can be obtained in a single frequency band. In addition, the structural parameters of the corner reflector 11 are set.

アンテナ工学ハンドブック(第2版)、 第4章、 pp. 145-146、 オーム社、 2008年Antenna Engineering Handbook (Second Edition), Chapter 4, pp. 145-146, Ohmsha, 2008

上述したように、従来技術による反射板付ダイポールアンテナや、コーナレフレクタアンテナにおいては、単一の周波数帯域において、所望の利得や、ビーム幅が得られるように、金属反射板や、コーナレフレクタの構造パラメータを設定していたため、励振素子を複数の周波数帯域で動作する多周波数共用アンテナや、広帯域アンテナを用いて、複数の周波数帯域において動作させた場合には、利得や、ビーム幅を、複数の周波数帯域に渡って一定にすることができない。   As described above, in a conventional dipole antenna with a reflector and a corner reflector antenna, a metal reflector and a corner reflector can be obtained so that a desired gain and beam width can be obtained in a single frequency band. Since the structural parameters were set, when operating the excitation element in multiple frequency bands using a multi-frequency shared antenna that operates in multiple frequency bands or a broadband antenna, multiple gains and beam widths Cannot be made constant over the frequency band.

ゆえに、複数の周波数帯で水平面内ビーム幅が同一の放射パターンで同一の無線ゾーンをカバーする陸上移動無線通信用の従来の基地局アンテナ構成としては、所望の周波数帯域の各々に対して、反射板付ダイポールアンテナや、コーナレフレクタアンテナを設計し、周波数帯域の数に相当するアンテナを個別に設置しなければならず、アンテナ設置スペース効率が悪くなる欠点があった。   Therefore, as a conventional base station antenna configuration for land mobile radio communication that covers the same radio zone with the same radiation pattern in the horizontal plane in a plurality of frequency bands, reflection is performed for each desired frequency band. A dipole antenna with a plate and a corner reflector antenna must be designed, and antennas corresponding to the number of frequency bands must be individually installed, resulting in a disadvantage that the efficiency of antenna installation space is deteriorated.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、所望の周波数帯域の各々に対して、反射板付ダイポールアンテナやコーナレフレクタアンテナを設計することなく、1つのアンテナ装置で複数の周波数を共用することができ、アンテナ設置のスペース効率を向上させることができるアンテナ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to design a single antenna without designing a reflector dipole antenna or a corner reflector antenna for each desired frequency band. An object of the present invention is to provide an antenna device that can share a plurality of frequencies in the device and can improve the space efficiency of antenna installation.

上述した課題を解決するために、本発明は、メタマテリアルからなる複数の誘電体板と、複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナとを具備し、前記複数の誘電体板を、前記複数の周波数帯域においてバンドギャップが形成されるように、前記複数の周波数帯域の数の相当数設置し、前記複数の誘電体板それぞれは、矩形形状を有し、前記矩形形状の一辺と、該一辺に直交する異なる辺とそれぞれの長さが、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一であり、前記アンテナとの距離が、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一の距離となる位置に、前記複数の誘電体板が互いに平行に配置されていることを特徴とするアンテナ装置である。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a plurality of dielectric plates made of a metamaterial and a multi-frequency shared or broadband antenna that operates in a plurality of frequency bands, and the plurality of dielectric plates. Are installed in a number corresponding to the number of the plurality of frequency bands so that band gaps are formed in the plurality of frequency bands, and each of the plurality of dielectric plates has a rectangular shape, and one side of the rectangular shape. And the different sides orthogonal to the one side and the respective lengths are the same in terms of wavelength at the center frequency of the reflected frequency band among the plurality of frequency bands, and the distance to the antenna is the plurality of frequency bands antenna, characterized in that at a position the same distance in terms of wavelength at the center frequency of the frequency band to be reflected, the plurality of dielectric plates are disposed parallel to each other among the It is the location.

また、本発明は、メタマテリアルからなる複数の誘電体板と、複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナとを具備し、前記複数の誘電体板を、前記複数の周波数帯域においてバンドギャップが形成されるように、前記複数の周波数帯域の数の相当数設置し、前記複数の誘電体板それぞれは、矩形形状の平面板を該平面板の一辺に平行な折り曲げ軸に沿って、同一の角度で2つに折り曲げられたV字形状を有し、前記矩形形状の一辺と、該一辺に直交する異なる辺とそれぞれの長さが、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一であり、前記アンテナとの距離が、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数にける波長換算で同一の距離となる位置に配置され、前記複数の誘電体板の前記折り曲げ軸が、同一平面上にあることを特徴とするアンテナ装置である。 The present invention also includes a plurality of dielectric plates made of a metamaterial and a multi-frequency shared or broadband antenna that operates in a plurality of frequency bands, and the plurality of dielectric plates are arranged in the plurality of frequency bands. The number of the plurality of frequency bands is set so that a band gap is formed at each of the plurality of frequency plates, and each of the plurality of dielectric plates has a rectangular flat plate along a bending axis parallel to one side of the flat plate. And having a V-shape bent in two at the same angle, and one side of the rectangular shape, a different side orthogonal to the one side, and the length of each of the plurality of frequency bands to be reflected. are identical in terms of wavelength at the center frequency of the band, the distance between the antenna, disposed at a position the same distance in your Keru wavelength converted to the center frequency of the frequency band to be reflected out of said plurality of frequency bands Is the bending axis of the plurality of dielectric plates, an antenna apparatus characterized by coplanar.

本発明は、上記の発明において、前記複数の誘電体板のうち最も大きい誘電体板を金属からなる反射板により置き換えたことを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記複数の誘電体板は、誘電体を周期構造となるように配列したメタマテリアルの構造を有することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記複数の誘電体板は、円柱形状の誘電体が、それぞれの円柱形状の中心軸を平行してマトリクス状に配列されたメタマテリアルの構造を有することを特徴とする。
The present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the largest dielectric plate among the plurality of dielectric plates is replaced by a reflector made of metal.
The present invention is characterized in that, in the above invention, the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which dielectrics are arranged in a periodic structure.
According to the present invention, in the above invention, the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which cylindrical dielectrics are arranged in a matrix in parallel with the central axis of each cylindrical shape. And

本発明は、上記の発明において、前記複数の誘電体板は、角柱形状の誘電体が、第1の平面において平行かつ等間隔に配置され、該第1の平面と平行な異なる第2の平面において該第1の平面に配置された誘電体と直行して等間隔に配置された格子形状を該第1の平面及び該第2の平面に対して垂直方向に繰り返したメタマテリアルの構造を有することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記複数の誘電体板は、板状の誘電体に互いの中心軸が平行な円柱状の孔をマトリックス状に設けられているメタマテリアルの構造を有することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、前記複数の誘電体板は、複数の球状の誘電体が面心立方格子状に配列されたメタマテリアルの構造を有することを特徴とする。
According to the present invention, in the above invention, the plurality of dielectric plates include different second planes in which prismatic dielectrics are arranged in parallel and at equal intervals in the first plane, and are parallel to the first plane. And having a metamaterial structure in which a lattice shape arranged at equal intervals perpendicular to the dielectric disposed in the first plane is repeated in a direction perpendicular to the first plane and the second plane. It is characterized by that.
According to the present invention, in the above invention, the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which plate-like dielectrics are provided with columnar holes whose central axes are parallel to each other in a matrix shape. Features.
According to the present invention, in the above invention, the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which a plurality of spherical dielectrics are arranged in a face-centered cubic lattice.

この発明によれば、所望の周波数帯域の各々に対して、反射板付ダイポールアンテナやコーナレフレクタアンテナを設計することなく、1つのアンテナ装置で複数の周波数を共用することができ、アンテナ設置のスペース効率を向上させることができる。   According to the present invention, a plurality of frequencies can be shared by one antenna device without designing a dipole antenna with a reflector or a corner reflector antenna for each desired frequency band, and the space for antenna installation Efficiency can be improved.

本発明の第1実施形態によるアンテナ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the antenna device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態によるアンテナ装置のメタマテリアルからなる誘電体板の構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the dielectric material board which consists of metamaterials of the antenna device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態によるアンテナ装置の第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板の透過係数を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the transmission coefficient of the dielectric material board which consists of the 1st-3rd metamaterial of the antenna apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態によるアンテナ装置の水平面内放射パターンを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the radiation pattern in the horizontal surface of the antenna apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態によるアンテナ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the antenna device by 2nd Embodiment of this invention. 従来技術によるアンテナ装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the antenna apparatus by a prior art. 従来技術によるアンテナ装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the antenna apparatus by a prior art. 従来技術によるアンテナ装置の水平面内放射パターンを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the radiation pattern in the horizontal surface of the antenna apparatus by a prior art.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

A.第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態によるアンテナ装置の構成を示す模式図である。なお、以下の説明においては、同図に示すようにXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図1(a)は、X軸方向における本実施形態のアンテナ装置の平面視した形状を示す図である。図1(b)は、アンテナ装置の斜視図である。図1(c)は、Z軸方向におけるアンテナ装置の平面視した形状を示す図である。
図1において、1は第1のメタマテリアルからなる誘電体板、2は第2のメタマテリアルからなる誘電体板、3は第3のメタマテリアルからなる誘電体板、4は複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナである。また、誘電体板1〜3は、信号を送受信する方向(X軸方向)に垂直な平面(YZ平面)に対して平行に設けられている。ここで、メタマテリアルは、非特許文献1(14頁)にも記載されているように、自然界に存在しない性質を有する人工的な周期構造を有する物質であり、誘電率ε及び透磁率μが共に負の値を有し、負屈折率物質ともいわれる。
A. First Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an antenna device according to a first embodiment of the present invention. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set as shown in the figure, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. FIG. 1A is a diagram showing the shape of the antenna device of the present embodiment in plan view in the X-axis direction. FIG. 1B is a perspective view of the antenna device. FIG.1 (c) is a figure which shows the shape of planar view of the antenna apparatus in a Z-axis direction.
In FIG. 1, 1 is a dielectric plate made of a first metamaterial, 2 is a dielectric plate made of a second metamaterial, 3 is a dielectric plate made of a third metamaterial, and 4 is a plurality of frequency bands. A multi-frequency or broadband antenna that operates. In addition, the dielectric plates 1 to 3 are provided in parallel to a plane (YZ plane) perpendicular to the signal transmission / reception direction (X-axis direction). Here, as described in Non-Patent Document 1 (page 14), the metamaterial is a substance having an artificial periodic structure having a property that does not exist in nature, and has a dielectric constant ε and a magnetic permeability μ. Both have negative values and are also called negative refractive index substances.

また、第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3の寸法(W1〜W3、L1〜L3)は、各々の周波数帯域の中心周波数において波長比でほぼ同一となるように設定されている。すなわち、第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3の寸法(W1〜W3、L1〜L3)は、各々の周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一である。   The dimensions (W1 to W3, L1 to L3) of the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials are set so as to be substantially the same in wavelength ratio at the center frequency of each frequency band. ing. That is, the dimensions (W1 to W3, L1 to L3) of the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials are the same in terms of wavelength at the center frequency of each frequency band.

また、第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3と、アンテナ4とのそれぞれの距離(D1〜D3)は、各々の周波数帯域の中心周波数において波長比でほぼ同一となるように設定されている。すなわち、誘電体板1〜3は、信号を送信する方向(X軸方向)において、アンテナ4から近い順に誘電体板3、誘電体板2、誘電体板1の順に配置されている(距離D3<D2<D1)。   Further, the distances (D1 to D3) between the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials and the antenna 4 are substantially equal in wavelength ratio at the center frequency of each frequency band. Is set to That is, the dielectric plates 1 to 3 are arranged in the order of the dielectric plate 3, the dielectric plate 2, and the dielectric plate 1 in the order from the antenna 4 in the signal transmission direction (X-axis direction) (distance D3). <D2 <D1).

また、誘電体板1〜3の寸法(W1〜W3、L1〜L3)は、反射する周波数が低い順に、大きくなる。ここで、誘電体板1〜3それぞれの寸法(W1〜W3、L1〜L3)、及びアンテナ4との距離(D1〜D3)は、送受信する信号の中心周波数に応じたシミュレーションの結果や実測値などに基づいて、定められる。   In addition, the dimensions (W1 to W3, L1 to L3) of the dielectric plates 1 to 3 are increased in the order of decreasing reflection frequency. Here, the dimensions (W1 to W3, L1 to L3) of the dielectric plates 1 to 3 and the distances (D1 to D3) with respect to the antenna 4 are simulation results or measured values according to the center frequency of the signal to be transmitted and received It is determined based on.

図2は、第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3の構造例を示す模式図である。第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3は、図2(a)〜(d)に示すように、誘電体を周期構造となるように配列している。図2(a)〜(d)において、示すXYZ直交座標系は、図1において示したXYZ直交座標系と同じであり、図2(a)〜(d)に示すメタマテリアルは、YZ平面と平行な誘電体板1〜3の構造を示している。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a structure example of the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials. As shown in FIGS. 2A to 2D, the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials are arranged so that the dielectrics have a periodic structure. 2A to 2D, the XYZ orthogonal coordinate system shown is the same as the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1, and the metamaterial shown in FIGS. 2A to 2D is the YZ plane. The structure of the parallel dielectric plates 1-3 is shown.

図2(a)は、円柱形状の誘電体がXY平面においてマトリクス状に等間隔に配列され、各円柱形状の中心軸が信号の送信方向(X軸方向)に対して垂直に、かつ、互いの中心軸が平行になるように配置されている誘電体による構造を示している。
図2(b)は、角柱形状の誘電体がYZ平面と平行な第1の平面において第1の軸方向(Z軸方向)に対して平行に等間隔に配置され、角柱形状の誘電体が厚さ方向(X軸方向)に異なるYZ平面と平行な第2の平面において第1の軸方向と垂直な方向(Y軸方向)に対して平行に等間隔に配置された格子形状を厚さ方向に周期的に繰り返した構造を示している。また、第1の平面に配置された角柱形状の誘電体と、第2の平面に配置された角柱形状の誘電体とは、接して配置されている。
In FIG. 2A, cylindrical dielectrics are arranged at equal intervals in a matrix on the XY plane, and the central axes of the cylindrical shapes are perpendicular to the signal transmission direction (X-axis direction) and are mutually connected. The structure by the dielectric material arrange | positioned so that the center axis | shaft may become parallel may be shown.
FIG. 2B shows that prismatic dielectrics are arranged at equal intervals in parallel to the first axial direction (Z-axis direction) on a first plane parallel to the YZ plane. Thickness of lattice shapes arranged at equal intervals in parallel to the direction (Y-axis direction) perpendicular to the first axis direction on the second plane parallel to the YZ plane that differs in the thickness direction (X-axis direction) A structure periodically repeated in the direction is shown. Further, the prismatic dielectric disposed on the first plane and the prismatic dielectric disposed on the second plane are disposed in contact with each other.

図2(c)は、板状の誘電体に、信号の送信方向(X軸方向)に対して垂直な方向を中心軸にし、互いの中心軸が平行な円柱状の孔をXY平面において等間隔にマトリックス状に設けた構造を示している。
図2(d)は、複数の球体形状の誘電体が面心立方格子構造をなし、誘電体板を構成する構造を示している。
なお、図2(a)〜(c)それぞれの構造における誘電体の間隔は、反射する周波数帯域の中心周波数に応じて定められる。また、図2(d)の構造における誘電体の球体形状の半径は、反射する周波数帯域の中心周波数に応じて定められる。また、誘電体板1〜3を構成する誘電体は、反射する周波数帯域の中心周波数に応じて定められる誘電率εを有する誘電体が選択される。
FIG. 2C shows a plate-like dielectric having a cylindrical hole whose center axis is a direction perpendicular to the signal transmission direction (X-axis direction) and whose center axes are parallel to each other in the XY plane. A structure provided in a matrix at intervals is shown.
FIG. 2D shows a structure in which a plurality of spherical dielectrics form a face-centered cubic lattice structure to constitute a dielectric plate.
2A to 2C is determined according to the center frequency of the reflected frequency band. Further, the radius of the spherical shape of the dielectric in the structure of FIG. 2D is determined according to the center frequency of the frequency band to be reflected. Moreover, the dielectric material which has the dielectric constant (epsilon) defined according to the center frequency of the frequency band to reflect is selected as the dielectric material which comprises the dielectric plates 1-3.

図3は、本第1実施形態によるアンテナ装置の第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3の透過係数を示す概念図である。−10dBで評価したとき、3つのバンドギャップ(電波が透過しない帯域)が形成されている。中心周波数F1の帯域において第1のメタマテリアルからなる誘電体板1の透過係数が小さくなるように設計している。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing transmission coefficients of the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials of the antenna device according to the first embodiment. When evaluated at −10 dB, three band gaps (bands through which radio waves do not pass) are formed. The dielectric plate 1 made of the first metamaterial is designed to have a small transmission coefficient in the band of the center frequency F1.

このため、この帯域内では、電磁波は、誘電体板1で反射し、バンドギャップ帯域以外の周波数において、誘電体板1を透過することができる。すなわち、誘電体板1は、バンドギャップ帯域において、金属製の反射板と等価に動作する。同様に、第2、及び第3の誘電体板2、3は、中心周波数F2、及びF3の帯域において、バンドギャップを形成し、各々の帯域において金属製の反射板と等価に動作する。   Therefore, in this band, electromagnetic waves can be reflected by the dielectric plate 1 and transmitted through the dielectric plate 1 at frequencies other than the band gap band. That is, the dielectric plate 1 operates equivalently to a metal reflector in the band gap band. Similarly, the second and third dielectric plates 2 and 3 form a band gap in the bands of the center frequencies F2 and F3, and operate equivalently to the metal reflector in each band.

図4は、本第1実施形態によるアンテナ装置の水平面内放射パターンを示す概念図である。第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板1〜3の寸法、及び誘電体板1〜3とアンテナ4との距離は、各々のバンドギャップ周波数帯域の中心周波数において波長比でほぼ同一となるように設定されているため、3つの周波数帯域において同一の水平面内放射パターン、及びビーム幅を実現することができる。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing a radiation pattern in the horizontal plane of the antenna device according to the first embodiment. The dimensions of the dielectric plates 1 to 3 made of the first to third metamaterials, and the distance between the dielectric plates 1 to 3 and the antenna 4 are substantially the same in wavelength ratio at the center frequency of each band gap frequency band. Therefore, the same horizontal plane radiation pattern and beam width can be realized in the three frequency bands.

なお、上述した第1実施形態においては、3つの周波数帯域において同一の水平面内放射パターン、及びビーム幅を有する場合、すなわち3周波数共用アンテナ装置の場合の例について説明したが、4周波数以上の周波数共用アンテナ素子に対しても、メタマテリアルからなる誘電体板を付加することにより、全く同様に適用可能である。メタマテリアルからなる誘電体板の構造例は、図2に示したものに限定されるものではなく、種々の構造、その組合せが考えられる。   In the first embodiment described above, an example in the case of having the same in-plane radiation pattern and beam width in three frequency bands, that is, a case of a three-frequency shared antenna device has been described. The same applies to the shared antenna element by adding a dielectric plate made of a metamaterial. The structure example of the dielectric plate made of the metamaterial is not limited to that shown in FIG. 2, and various structures and combinations thereof are conceivable.

また、第1実施形態においては、3周波数共用アンテナ装置を例にして、3つのメタマテリアルからなる誘電体板を用いた場合を例に説明したが、最大寸法となるメタマテリアルからなる誘電体板(図1では誘電体板1)を、通常の金属反射板で置き換えても、同一の水平面内放射パターン、及びビーム幅が得られるようにしてもよい。   In the first embodiment, the case where a dielectric plate made of three metamaterials is used as an example in the case of a three-frequency shared antenna device is taken as an example, but the dielectric plate made of a metamaterial having the maximum dimension is used. Even if (the dielectric plate 1 in FIG. 1) is replaced with a normal metal reflector, the same horizontal plane radiation pattern and beam width may be obtained.

B.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図5は、本第2実施形態によるアンテナ装置の構成を示す模式図である。本第2実施形態によるアンテナ装置は、コーナレフレクタアンテナへの適用例である。図5(a)は、X軸方向における本実施形態のアンテナ装置の平面視した形状を示す図である。図5(b)は、アンテナ装置の斜視図である。図5(c)は、Z軸方向におけるアンテナ装置の平面視した形状を示す図である。
図5において、5は第1のメタマテリアルからなる誘電体板、6は第2のメタマテリアルからなる誘電体板、7は第3のメタマテリアルからなる誘電体板、8は複数の周波数帯域で動作する多周波数共用アンテナ、又は広帯域アンテナである。
B. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the antenna device according to the second embodiment. The antenna device according to the second embodiment is an application example to a corner reflector antenna. FIG. 5A is a diagram illustrating the shape of the antenna device of the present embodiment in plan view in the X-axis direction. FIG. 5B is a perspective view of the antenna device. FIG. 5C is a diagram illustrating the shape of the antenna device in plan view in the Z-axis direction.
In FIG. 5, 5 is a dielectric plate made of a first metamaterial, 6 is a dielectric plate made of a second metamaterial, 7 is a dielectric plate made of a third metamaterial, and 8 is a plurality of frequency bands. It is a multi-frequency shared antenna or a broadband antenna that operates.

第1〜第3のメタマテリアルからなる誘電体板5〜7は、矩形形状の平面板を当該矩形形状の一辺に平行な折り曲げ軸(Z軸)に沿って、2つに折り曲げられたV字形状を有している。また、誘電体板5〜7を折り曲げることにより形成される2つの面それぞれの幅と長さ(W5〜W7、L5〜L7)、及び誘電体板5〜7とアンテナ8との距離(D5〜D7)、は、距離が各々の周波数帯域の中心周波数において波長比でほぼ同一となるように設定されている。すなわち、誘電体板5〜7を折り曲げることにより形成される2つの面それぞれの幅と長さ(W5〜W7、L5〜L7)は、それぞれの誘電体板5〜7が反射する周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一の寸法を有する。   The dielectric plates 5 to 7 made of the first to third metamaterials are V-shaped by bending a rectangular flat plate into two along a bending axis (Z axis) parallel to one side of the rectangular shape. It has a shape. Further, the width and length (W5 to W7, L5 to L7) of each of the two surfaces formed by bending the dielectric plates 5 to 7 and the distance between the dielectric plates 5 to 7 and the antenna 8 (D5 to D5). D7) is set such that the distance is substantially the same in wavelength ratio at the center frequency of each frequency band. That is, the width and length (W5 to W7, L5 to L7) of each of the two surfaces formed by bending the dielectric plates 5 to 7 are the centers of the frequency bands reflected by the dielectric plates 5 to 7, respectively. It has the same dimension in terms of wavelength in frequency.

また、誘電体板5〜7を折り曲げることにより形成される2つの面は、折り曲げ軸に対して対称になるように折り曲げられている。また、コーナレフレクタの頂角(α5〜α7)は、同一の開き角度となるように設定されている。
ここで、誘電体板5〜7それぞれの寸法(W5〜W7、L5〜L7)、コーナレフレクタの頂角(α5〜α7)、及びアンテナ4との距離(D5〜D7)は、送受信する信号の中心周波数に応じたシミュレーションの結果や実測値などに基づいて、定められる。
Further, the two surfaces formed by bending the dielectric plates 5 to 7 are bent so as to be symmetric with respect to the bending axis. Further, the apex angles (α5 to α7) of the corner reflector are set to be the same opening angle.
Here, the dimensions (W5 to W7, L5 to L7) of the dielectric plates 5 to 7, the vertex angle (α5 to α7) of the corner reflector, and the distance (D5 to D7) with the antenna 4 are signals to be transmitted and received. It is determined based on the result of the simulation or the actual measurement value according to the center frequency.

このように、コーナレフレクタアンテナへの適用した場合においても、図3と同様、3つのバンドギャップ(電波が透過しない帯域)特性が得られ、各々の帯域内では、電磁波は、誘電体板5〜7で反射し、バンドギャップ帯域以外の周波数において、電磁波は、誘電体板5〜7を透過することができる。このため、図4に示した放射パターンと同様に、3つの周波数帯域において同一の水平面内放射パターン、及びビーム幅を実現することができる。   Thus, even when applied to a corner reflector antenna, three band gaps (bands through which radio waves do not pass) can be obtained as in FIG. 3, and within each band, electromagnetic waves are transmitted through the dielectric plate 5. The electromagnetic waves can be transmitted through the dielectric plates 5 to 7 at a frequency other than the band gap band. Therefore, similarly to the radiation pattern shown in FIG. 4, the same horizontal plane radiation pattern and beam width can be realized in the three frequency bands.

上述した第1、第2実施形態のアンテナ装置によれば、従来技術の反射板付ダイポールアンテナや、コーナレフレクタアンテナの金属の反射板に替わり、メタマテリアルの構造を有する誘電体板を、複数の所望周波数帯域において、バンドギャップ(電波が透過しない帯域)が形成されるように、所望の周波数帯域の数の相当数設置することによって、各々の帯域において、メタマテリアルの構造を有する誘電体板を、金属製の反射板と等価に動作させることが可能となる。   According to the antenna device of the first and second embodiments described above, a plurality of dielectric plates having a metamaterial structure can be used instead of the conventional dipole antenna with reflector and the metal reflector of the corner reflector antenna. By installing a considerable number of desired frequency bands so that a band gap (a band through which radio waves do not pass) is formed in the desired frequency band, a dielectric plate having a metamaterial structure is provided in each band. It is possible to operate equivalent to a metal reflector.

これにより、複数の周波数帯域において、同一の水平面内放射パターン、及びビーム幅を実現することができるので、各々の所望の周波数帯域に対して、反射板付ダイポールアンテナや、コーナレフレクタアンテナを設計する必要がなく、1つのアンテナ装置で複数の周波数を共用することができ、アンテナ設置スペース効率を向上させることができる。   As a result, the same horizontal plane radiation pattern and beam width can be realized in a plurality of frequency bands. Therefore, a dipole antenna with a reflector and a corner reflector antenna are designed for each desired frequency band. There is no need, and a single antenna device can share a plurality of frequencies, and the efficiency of antenna installation space can be improved.

1,2,3,5,6,7…誘電体板
4,8…アンテナ
1, 2, 3, 5, 6, 7 ... Dielectric plates 4, 8 ... Antenna

Claims (8)

メタマテリアルからなる複数の誘電体板と、
複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナと
を具備し、
前記複数の誘電体板を、前記複数の周波数帯域においてバンドギャップが形成されるように、前記複数の周波数帯域の数の相当数設置し、
前記複数の誘電体板それぞれは、
矩形形状を有し、
前記矩形形状の一辺と、該一辺に直交する異なる辺とそれぞれの長さが、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一であり、
前記アンテナとの距離が、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数にける波長換算で同一の距離となる位置に、前記複数の誘電体板が互いに平行に配置されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
A plurality of dielectric plates made of metamaterials;
Multi-frequency shared or broadband antenna that operates in multiple frequency bands
Comprising
The plurality of dielectric plates are installed in a number corresponding to the number of the plurality of frequency bands so that band gaps are formed in the plurality of frequency bands,
Each of the plurality of dielectric plates is
Has a rectangular shape,
The sides of the rectangular shape, the different sides orthogonal to the one side, and the respective lengths are the same in terms of wavelength at the center frequency of the frequency band to be reflected among the plurality of frequency bands,
The distance between the antenna, in a position the same distance in your Keru wavelength converted to the center frequency of the frequency band to be reflected out of said plurality of frequency bands, said plurality of dielectric plates are parallel to each other features and to Rua antenna device.
メタマテリアルからなる複数の誘電体板と、
複数の周波数帯域で動作する多周波数共用、又は広帯域のアンテナと
を具備し、
前記複数の誘電体板を、前記複数の周波数帯域においてバンドギャップが形成されるように、前記複数の周波数帯域の数の相当数設置し、
前記複数の誘電体板それぞれは、
矩形形状の平面板を該平面板の一辺に平行な折り曲げ軸に沿って、同一の角度で2つに折り曲げられたV字形状を有し、
前記矩形形状の一辺と、該一辺に直交する異なる辺とそれぞれの長さが、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数における波長換算で同一であり、
前記アンテナとの距離が、前記複数の周波数帯域のうち反射する周波数帯域の中心周波数にける波長換算で同一の距離となる位置に配置され、
前記複数の誘電体板の前記折り曲げ軸が、同一平面上にある
ことを特徴とするアンテナ装置。
A plurality of dielectric plates made of metamaterials;
Multi-frequency shared or broadband antenna that operates in multiple frequency bands
Comprising
The plurality of dielectric plates are installed in a number corresponding to the number of the plurality of frequency bands so that band gaps are formed in the plurality of frequency bands,
Each of the plurality of dielectric plates is
A rectangular planar plate has a V-shape bent in two at the same angle along a folding axis parallel to one side of the planar plate,
The sides of the rectangular shape, the different sides orthogonal to the one side, and the respective lengths are the same in terms of wavelength at the center frequency of the frequency band to be reflected among the plurality of frequency bands,
The distance between the antenna is placed at a position the same distance in your Keru wavelength converted to the center frequency of the frequency band to be reflected out of said plurality of frequency bands,
It said plurality of said bending axis of the dielectric plate, characterized and to luer antenna device that are coplanar.
前記複数の誘電体板のうち最も大きい誘電体板を金属からなる反射板により置き換えたことを特徴とする請求項又は請求項のいずれかに記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the largest dielectric plate of the plurality of dielectric plates was replaced by a reflection plate made of a metal. 前記複数の誘電体板は、誘電体を周期構造となるように配列したメタマテリアルの構造を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which dielectrics are arranged to have a periodic structure. 前記複数の誘電体板は、円柱形状の誘電体が、それぞれの円柱形状の中心軸を平行してマトリクス状に配列されたメタマテリアルの構造を有することを特徴とする請求項に記載のアンテナ装置。 5. The antenna according to claim 4 , wherein the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which cylindrical dielectrics are arranged in a matrix in parallel with the central axis of each cylindrical shape. apparatus. 前記複数の誘電体板は、角柱形状の誘電体が、第1の平面において平行かつ等間隔に配置され、該第1の平面と平行な異なる第2の平面において該第1の平面に配置された誘電体と直行して等間隔に配置された格子形状を該第1の平面及び該第2の平面に対して垂直方向に繰り返したメタマテリアルの構造を有することを特徴とする請求項に記載のアンテナ装置。 In the plurality of dielectric plates, prismatic dielectrics are arranged in parallel and at equal intervals in the first plane, and are arranged in the first plane in different second planes parallel to the first plane. and a dielectric lattice shape equally spaced and orthogonal to claim 4, characterized in that it comprises a structure of metamaterial repeated in a direction perpendicular to the first plane and the second plane The antenna device described. 前記複数の誘電体板は、板状の誘電体に互いの中心軸が平行な円柱状の孔をマトリックス状に設けられているメタマテリアルの構造を有することを特徴とする請求項に記載のアンテナ装置。 Wherein the plurality of dielectric plates, according to claim 4, characterized in that it comprises a structure of metamaterial central axis of each other in a plate-shaped dielectric body is provided with parallel cylindrical pores in a matrix Antenna device. 前記複数の誘電体板は、複数の球状の誘電体が面心立方格子状に配列されたメタマテリアルの構造を有することを特徴とする請求項に記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 4 , wherein the plurality of dielectric plates have a metamaterial structure in which a plurality of spherical dielectrics are arranged in a face-centered cubic lattice.
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