JP5696677B2 - Metamaterial antenna - Google Patents
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Description
本発明は、メタマテリアルアンテナに関するものである。 The present invention relates to a metamaterial antenna.
従来、基板の一面に導電パターンを形成し、基板の反対面にグランドパターンを形成したパッチアンテナ（マイクロストリップラインアンテナ）が広く普及している。このようなパッチアンテナでは、電波が伝搬する方向に進むに従い位相が回転する。 Conventionally, patch antennas (microstrip line antennas) in which a conductive pattern is formed on one surface of a substrate and a ground pattern is formed on the opposite surface of the substrate have been widely used. In such a patch antenna, the phase rotates as it travels in the direction of propagation of radio waves.
また、基板の一面に導電パターンを形成し、基板の反対面にグランドパターンを形成し、導電パターンとグランドパターン間をスルーホールで導通させるようにして、電波の伝搬方向に進んでも位相が回転しないようにしたメタマテリアルアンテナと呼ばれるパッチアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In addition, a conductive pattern is formed on one surface of the substrate, a ground pattern is formed on the opposite surface of the substrate, and the conductive pattern and the ground pattern are electrically connected by a through hole. A patch antenna called a metamaterial antenna has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献１に記載されたメタマテリアルアンテナは、絶縁基板の一面に導電パターンを形成し、絶縁基板の反対面にグランドパターンを形成し、導電パターンとグランドパターン間をスルーホールで導通させるように構成し、スルーホールのインダクタンス成分と導電パターンとグランドパターン間のキャパシタンス成分との並列共振により、絶縁基板に形成されたグランドパターンに対して垂直で、かつ、導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生するようになっている。
In the metamaterial antenna described in
このようなメタマテリアルアンテナでは、スルーホールの数を少なくして、導電パターンの占有面積を小さくすると、帯域幅が狭くなる等、アンテナ性能が低下してしまう。したがって、このようなメタマテリアルアンテナでは、４本〜６本程度のスルーホールを一定間隔毎に基板に配置するようにして、アンテナ性能を確保するようにしている。 In such a metamaterial antenna, if the number of through holes is reduced and the area occupied by the conductive pattern is reduced, the antenna performance is degraded, for example, the bandwidth is reduced. Therefore, in such a metamaterial antenna, about 4 to 6 through holes are arranged on the substrate at regular intervals to ensure the antenna performance.
このように、上記したようなメタマテリアルアンテナは、アンテナ性能の確保と導電パターンの占有面積の縮小化を両立するのが難しく、特に小型の無線通信機への採用が困難であるといった問題があった。 As described above, the metamaterial antenna as described above has a problem that it is difficult to achieve both the securing of the antenna performance and the reduction of the occupied area of the conductive pattern, and it is particularly difficult to adopt it for a small wireless communication device. It was.
本発明は上記問題に鑑みたもので、アンテナ性能の確保と導電パターンの占有面積の縮小化の両立を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to ensure both antenna performance and a reduction in the area occupied by a conductive pattern.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、一面に形成された導電パターン（１１ａ）と反対面に形成されたグランドパターン（１１ｂ）間を導通させるスルーホール（１１ｃ）が形成された第１の絶縁層（１１）を有し、給電パターン（１２）への給電に応じて、スルーホール（１１ｃ）のインダクタンス成分と、導電パターン（１１ａ）とグランドパターン（１１ｂ）間のキャパシタンス成分との並列共振により、第１の絶縁層（１１）に形成されたグランドパターン（１１ｂ）に対して垂直で、かつ、導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と、第１の絶縁層（１１）の一面側と反対面側の少なくとも一方に積層配置された第２の絶縁層（２１、４１）と、一面に形成された導電パターン（３１ａ、５１ａ）と反対面に形成されたグランドパターン（３１ｂ、５１ｂ）間を導通させるスルーホール（３１ｃ、５１ｃ）が形成され、第２の絶縁層（２１、４１）を介して第１の絶縁層（１１）と積層配置された第３の絶縁層（３１、５１）を有し、第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と容量結合して、第３の絶縁層（３１、５１）のスルーホール（３１ｃ、５１ｃ）のインダクタンス成分と第３の絶縁層（３１、５１）の導電パターン（３１ａ、５１ａ）とグランドパターン（３１ｂ、５１ｂ）間のキャパシタンス成分との並列共振により、第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と同一方向で、かつ、第３の絶縁層（３１、５１）の導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する１または複数の第２のメタマテリアルアンテナ（３０、５０）と、を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is formed a through hole (11c) that conducts between a conductive pattern (11a) formed on one surface and a ground pattern (11b) formed on the opposite surface. In addition, the first insulating layer (11) has an inductance component of the through hole (11c) and a capacitance component between the conductive pattern (11a) and the ground pattern (11b) according to the power supply to the power supply pattern (12). In parallel with the ground pattern (11b) formed in the first insulating layer (11), and polarized so that the electric field is directed in the same direction at an arbitrary position on the conductive pattern. The generated first metamaterial antenna (10) and the second insulating layer (21, 41) stacked on at least one side of the first insulating layer (11) opposite to the one surface side. Through-holes (31c, 51c) are formed between the conductive patterns (31a, 51a) formed on one surface and the ground patterns (31b, 51b) formed on the opposite surface to form a second insulating layer (21 41) and the third insulating layer (31, 51) laminated with the first insulating layer (11) through the first metamaterial antenna (10) and capacitively coupled, Inductance components of the through holes (31c, 51c) of the insulating layers (31, 51) and capacitance components between the conductive patterns (31a, 51a) and the ground patterns (31b, 51b) of the third insulating layers (31, 51). Due to the parallel resonance, the electric field is directed in the same direction as the first metamaterial antenna (10) and at any position on the conductive pattern of the third insulating layer (31, 51). And generating a power sale Do
このような構成によれば、一面に形成された導電パターン（３１ａ、５１ａ）と反対面に形成されたグランドパターン（３１ｂ、５１ｂ）間を導通させるスルーホール（３１ｃ、５１ｃ）が形成され、第２の絶縁層（２１、４１）を介して第１の絶縁層（１１）と積層配置された第３の絶縁層（３１、５１）を有し、第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と容量結合して、第３の絶縁層（３１、５１）のスルーホール（３１ｃ、５１ｃ）のインダクタンス成分と第３の絶縁層（３１、５１）の導電パターン（３１ａ、５１ａ）とグランドパターン（３１ｂ、５１ｂ）間のキャパシタンス成分との並列共振により、第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と同一方向で、かつ、第３の絶縁層（３１、５１）の導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する１または複数の第２のメタマテリアルアンテナ（３０、５０）を備えたので、スルーホールの数を少なくして、導電パターンの占有面積を小さくしても、アンテナ性能の確保することができ、アンテナ性能の確保と導電パターンの占有面積の縮小化の両立を図ることができる。 According to such a configuration, through holes (31c, 51c) are formed to conduct between the conductive patterns (31a, 51a) formed on one surface and the ground patterns (31b, 51b) formed on the opposite surface. A third insulating layer (31, 51) laminated with the first insulating layer (11) via two insulating layers (21, 41), and the first metamaterial antenna (10) and the capacitance Combined, the inductance component of the through hole (31c, 51c) of the third insulating layer (31, 51), the conductive pattern (31a, 51a) of the third insulating layer (31, 51) and the ground pattern (31b, 51b) due to the parallel resonance with the capacitance component between the first metamaterial antenna (10) and electric current at an arbitrary position on the conductive pattern of the third insulating layer (31, 51). Since one or a plurality of second metamaterial antennas (30, 50) that generate polarized waves that point in the same direction are provided, the number of through holes is reduced, and the occupied area of the conductive pattern is reduced. However, the antenna performance can be ensured, and both the securing of the antenna performance and the reduction of the occupied area of the conductive pattern can be achieved.
また、請求項２に記載の発明は、第３の絶縁層（３１、５１）の一面には、導電パターン（３１ａ、５１ａ）と接続された給電パターン（３２、５２）が形成されており、第２のメタマテリアルアンテナ（３０、５０）は、第１のメタマテリアルアンテナ（１０）との容量結合と、第３の絶縁層（３１、５１）の一面に形成された給電パターン（３０、５０）への給電に応じて偏波を発生することを特徴としている。
In the invention according to
このように、第３の絶縁層（３１、５１）の一面に、導電パターン（３１ａ、５１ａ）と接続された給電パターン（３２、５２）を形成し、第２のメタマテリアルアンテナ（３０、５０）は、第１のメタマテリアルアンテナ（１０）との容量結合と、第３の絶縁層（３１、５１）の一面に形成された給電パターン（３０、５０）への給電に応じて偏波を発生するように構成することもできる。 In this way, the feeding pattern (32, 52) connected to the conductive pattern (31a, 51a) is formed on one surface of the third insulating layer (31, 51), and the second metamaterial antenna (30, 50) is formed. ) Is polarized in response to capacitive coupling with the first metamaterial antenna (10) and feeding to the feeding pattern (30, 50) formed on one surface of the third insulating layer (31, 51). It can also be configured to occur.
なお、第１の絶縁層（１１）に形成されたスルーホール（１１ｃ）の数と、第３の絶縁層（３１、５１）に形成されたスルーホール（３１ｃ、５１）の数は、請求項３に記載の発明のように同一としてもよく、また、請求項４に記載の発明のように異ならせるようにしてもよい。
The number of through holes (11c) formed in the first insulating layer (11) and the number of through holes (31c, 51) formed in the third insulating layer (31, 51) are as follows. It may be the same as in the invention described in
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るメタマテリアルアンテナの構造を図１に示す。また、図１中の矢印Ａ方向からメタマテリアルアンテナを見た様子を図２に示す。本メタマテリアルアンテナは、ＵＨＦ帯の周波数を使用する車々間通信等のインフラ強調システムに用いられる。なお、本メタマテリアルアンテナは、所謂、左手系メタマテリアル技術を用いて構成されている。また、図１、２では、第１の絶縁層１１と第２の絶縁層２１の間と、第２の絶縁層２１と第３の絶縁層３１の間に隙間を設けて示してあるが、実際には、第１の絶縁層１１、第２の絶縁層２１および第３の絶縁層３１が、隙間を設けることなく積層配置されている。
(First embodiment)
The structure of the metamaterial antenna according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 shows a metamaterial antenna viewed from the direction of arrow A in FIG. This metamaterial antenna is used in an infrastructure enhancement system such as inter-vehicle communication using a UHF band frequency. The metamaterial antenna is configured by using a so-called left-handed metamaterial technology. 1 and 2, gaps are provided between the first
本メタマテリアルアンテナは、第１の絶縁層１１を有するメタマテリアルアンテナ１０に、第２の絶縁層２１を介して、第３の絶縁層３１を有するメタマテリアルアンテナ３０を積層配置した構成となっている。
This metamaterial antenna has a configuration in which a
第１の絶縁層１１の一面（図２中、上面）には導電パターン１１ａが形成され、第１の絶縁層１１の反対面（図２中、下面）にはグランドパターン１１ｂが形成されている。また、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂの間には、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂ間を導通させるスルーホール１１ｃが形成されている。また、導電パターン１１ａには、給電のための給電パターン１２が接続されている。
A
また、第１の絶縁層１１の一面側には第２の絶縁層２１が積層配置されている。
A second
第３の絶縁層３１の一面（図２中、上面）には導電パターン３１ａが形成され、第３の絶縁層３１の反対面（図２中、下面）にはグランドパターン３１ｂが形成されている。また、導電パターン３１ａとグランドパターン３１ｂ間には、導電パターン３１ａとグランドパターン３１ｂ間を導通させるスルーホール３１ｃが形成されている。また、第３の絶縁層３１は、第２の絶縁層２１を介して第１の絶縁層１１と積層配置されている。
A
本実施形態において、図２中の１段目、２段目に示すように、メタマテリアルアンテナ１０の第１の絶縁層１１に形成されたスルーホール１１ｃとメタマテリアルアンテナ３０の第３の絶縁層３１に形成されたスルーホール３１ｃを含む領域を１つのブロックとして説明する。
In the present embodiment, as shown in the first and second stages in FIG. 2, the through
また、本実施形態では、図２に示したように、メタマテリアルアンテナ１０とメタマテリアルアンテナ３０を有するメタマテリアルアンテナを２層構成として説明する。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the metamaterial antenna which has the
すなわち、本実施形態に係るメタマテリアルアンテナは、給電パターン１２に近い一方のブロックを１段目、他方のブロックを２段目とした、２層、２段として構成されている。
That is, the metamaterial antenna according to the present embodiment is configured in two layers and two stages in which one block close to the
図３に、１つの絶縁層１１に４本のスルーホール１１ｃを形成した１層、４段構成のメタマテリアルアンテナの構造を示す。図に示すように、このメタマテリアルアンテナは、絶縁層１１の一面に導電パターン１１ａが形成され、絶縁層の反対面にグランドパターン１１ｂが形成され、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂの間には、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂ間を接続する４本のスルーホール１１ｃが形成されている。
FIG. 3 shows the structure of a one-layer, four-stage metamaterial antenna in which four through
図４に、図３に示したメタマテリアルアンテナの等価回路を示す。図中のインダクタンス成分Ｌ１１は、各スルーホール１１ｃのインダクタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ１は、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂ間のキャパシタンス成分である。また、インダクタンス成分Ｌ１２は、スルーホール１１ｃ間の導電パターンのインダクタンス成分である。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the metamaterial antenna shown in FIG. An inductance component L11 in the figure is an inductance component of each through
図３に示したメタマテリアルアンテナは、スルーホール１１ｃのインダクタンス成分Ｌ１１と、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂ間のキャパシタンス成分Ｃ１の並列共振により、グランドパターン１１ｂに対して垂直で、かつ、導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する。
The metamaterial antenna shown in FIG. 3 is perpendicular to the
図５に、図１、２に示した本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの等価回路を示す。図中のインダクタンス成分Ｌ１１は、メタマテリアルアンテナ１０の各スルーホール１１ｃのインダクタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ１は、導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂ間のキャパシタンス成分である。また、インダクタンス成分Ｌ１２は、スルーホール１１ｃ間の導電パターンのインダクタンス成分である。
FIG. 5 shows an equivalent circuit of the metamaterial antenna according to the present embodiment shown in FIGS. An inductance component L11 in the drawing is an inductance component of each through
また、図中のインダクタンス成分Ｌ３１は、メタマテリアルアンテナ３０の各スルーホール３１ｃのインダクタンス成分であり、キャパシタンス成分Ｃ３は、導電パターン３１ａとグランドパターン３１ｂ間のキャパシタンス成分である。また、インダクタンス成分Ｌ３２は、スルーホール３１ｃ間の導電パターン３１ａのインダクタンス成分であり、インダクタンス成分Ｌ３３は、スルーホール３１ｃ間のグランドパターン３１ｂのインダクタンス成分である。
In addition, an inductance component L31 in the figure is an inductance component of each through
メタマテリアルアンテナ１０は、給電パターン１２への給電に応じて、スルーホール１１ｃのインダクタンス成分と導電パターン１１ａとグランドパターン１１ｂ間のキャパシタンス成分との並列共振により、グランドパターン１１ｂに対して垂直で、かつ、導電パターン１１ａ上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する。
The
また、メタマテリアルアンテナ３０は、メタマテリアルアンテナ１０と容量結合して、第３の絶縁層３１のスルーホール３１ｃのインダクタンス成分Ｌ３１と第３の絶縁層３１の導電パターン３１ａとグランドパターン３１ｂ間のキャパシタンス成分Ｃ３との並列共振により、メタマテリアルアンテナ１０と同一方向で、かつ、第３の絶縁層３１の導電パターン３１ａ上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する。
In addition, the
図６に、本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの電界分布を示す。なお、図６には、図１中の矢印Ａ方向から本実施形態に係るメタマテリアルアンテナを見た場合の電界分布が示されている。 FIG. 6 shows an electric field distribution of the metamaterial antenna according to the present embodiment. FIG. 6 shows the electric field distribution when the metamaterial antenna according to the present embodiment is viewed from the direction of arrow A in FIG.
この図に示されているように、導電パターン１２への給電に応じて、メタマテリアルアンテナ１０により、グランドパターン１１ｂに対して垂直で、かつ、導電パターン１１ａ上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波が発生し、更に、メタマテリアルアンテナ３０により、メタマテリアルアンテナ１０と同一方向で、かつ、第３の絶縁層３１の導電パターン３１ａ上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波が発生する。このように、メタマテリアルアンテナ１０により発生した偏波と、メタマテリアルアンテナ３０により発生した偏波とが互いに強め合う構成となっている。
As shown in this figure, according to the feeding of the
図７に、本実施形態に係るメタマテリアルアンテナと図３に示したメタマテリアルアンテナの周波数に対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の特性を示す。また、図８に、図１、図２に示した本実施形態に係る２層、２段構成のメタマテリアルアンテナと、１層構成のメタマテリアルアンテナの比帯域幅を示す。なお、比帯域幅は、帯域幅を中心周波数で割った値である。また、図中、１層構成のメタマテリアルアンテナについては、１段〜５段について示してある。 FIG. 7 shows the characteristics of the voltage standing wave ratio (VSWR) with respect to the frequency of the metamaterial antenna according to the present embodiment and the metamaterial antenna shown in FIG. FIG. 8 shows the relative bandwidths of the two-layer, two-stage metamaterial antenna and the one-layer metamaterial antenna according to the present embodiment shown in FIGS. The specific bandwidth is a value obtained by dividing the bandwidth by the center frequency. In addition, in the figure, the metamaterial antenna having a single layer structure is shown for one to five stages.
図８に示すように、１層構成のメタマテリアルアンテナについて、段数が多くなるほど比帯域幅が大きくなっている。 As shown in FIG. 8, the specific bandwidth of the metamaterial antenna having a single-layer structure increases as the number of stages increases.
車々間通信等のインフラ強調システムでは、７００ＭＨｚ帯の周波数が使用される。このようなインフラ強調システムでは、図７に示すように、ＶＳＷＲ≦３で、比帯域幅≧１．５パーセント（％）が要求される。なお、比帯域幅≧１．５％というのは、占有帯域幅が約１０メガヘルツ以上に相当する。 In infrastructure emphasis systems such as inter-vehicle communication, frequencies in the 700 MHz band are used. In such an infrastructure emphasizing system, as shown in FIG. 7, VSWR ≦ 3 and specific bandwidth ≧ 1.5 percent (%) are required. Note that the specific bandwidth ≧ 1.5% corresponds to an occupied bandwidth of about 10 megahertz or more.
図８に示すように、１層構造のメタマテリアルアンテナでは、ＶＳＷＲ≦３で、比帯域幅≧１．５パーセント（％）を実現するためには、３段以上の構成とする必要がある。 As shown in FIG. 8, a metamaterial antenna having a single-layer structure needs to have three or more stages in order to realize VSWR ≦ 3 and a specific bandwidth ≧ 1.5 percent (%).
しかし、図１、図２に示した本実施形態に係るメタマテリアルアンテナは、２層、２段で構成されており、比較的小さな占有面積にも関わらず、ＶＳＷＲ≦３で、比帯域幅＝２．５（％）を実現している。 However, the metamaterial antenna according to the present embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 is composed of two layers and two stages. Despite a relatively small occupation area, VSWR ≦ 3 and specific bandwidth = 2.5 (%) has been achieved.
上記した構成によれば、一面に形成された導電パターン３１ａと反対面に形成されたグランドパターン３１ｂ間を導通させるスルーホール３１ｃが形成され、第２の絶縁層２１を介して第１の絶縁層１１と積層配置された第３の絶縁層３１を有し、メタマテリアルアンテナ１０と容量結合して、第３の絶縁層３１のスルーホール３１ｃのインダクタンス成分と第３の絶縁層３１の導電パターン３１ａとグランドパターン３１ｂ間のキャパシタンス成分との並列共振により、メタマテリアルアンテナ１０と同一方向で、かつ、第３の絶縁層３１の導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生するメタマテリアルアンテナ３０を備えたので、スルーホールの数を少なくして、導電パターンの占有面積を小さくしても、アンテナ性能の確保することができ、アンテナ性能の確保と導電パターンの占有面積の縮小化の両立を図ることができる。
According to the configuration described above, the through
（第２実施形態）
本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの構造を図９に示す。また、図９中の矢印Ａ方向からメタマテリアルアンテナを見た様子を図１０に示す。なお、上記実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
The structure of the metamaterial antenna according to this embodiment is shown in FIG. Further, FIG. 10 shows a state in which the metamaterial antenna is viewed from the direction of arrow A in FIG. The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, different points are mainly described.
上記第１実施形態では、メタマテリアルアンテナ３０の第３の絶縁層３１に、メタマテリアルアンテナ１０の第１の絶縁層１１と同じ２つのスルーホール３１ｃが形成されているが、本実施形態では、メタマテリアルアンテナ３０の第３の絶縁層３１に、１つのスルーホール３１ｃが形成されている。
In the first embodiment, the same two through
このように、メタマテリアルアンテナ３０の第３の絶縁層３１に、１つのスルーホール３１ｃを形成した構成でも、メタマテリアルアンテナ３０から、メタマテリアルアンテナ１０と同一方向で、かつ、第３の絶縁層３１の導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生させることが可能である。
As described above, even in the configuration in which one through
図１１に、本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの周波数に対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の特性を示す。図に示すように、７６０ＭＨｚ帯において、ＶＳＷＲ≦３で、比帯域幅≧１．７パーセント（％）を実現している。 In FIG. 11, the characteristic of the voltage standing wave ratio (VSWR) with respect to the frequency of the metamaterial antenna which concerns on this embodiment is shown. As shown in the figure, in the 760 MHz band, VSWR ≦ 3 and specific bandwidth ≧ 1.7 percent (%) are realized.
本実施形態に係るメタマテリアルアンテナでは、メタマテリアルアンテナ１０による７６０メガヘルツ（ＭＨｚ）帯と、メタマテリアルアンテナ３０による８２０ＭＨｚ帯に、それぞれＶＳＷＲが小さくなるポイントがある。メタマテリアルアンテナ１０とメタマテリアルアンテナ３０の二重共振により、メタマテリアルアンテナ１０による７６０メガヘルツ（ＭＨｚ）帯の比帯域が広がっているものと考えられる。
In the metamaterial antenna according to the present embodiment, there are points where the VSWR becomes small in the 760 megahertz (MHz) band by the
（第３実施形態）
本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの構造を図１２に示す。また、図１２中の矢印Ａ方向からメタマテリアルアンテナを見た様子を図１３に示す。上記第２実施形態では、メタマテリアルアンテナ１０の上方に、第２の絶縁層２１を介してメタマテリアルアンテナ３０を配置したが、本実施形態に係るメタマテリアルアンテナは、更に、メタマテリアルアンテナ１０の下方に、第４の絶縁層を介してメタマテリアルアンテナ５０を配置した構成となっている。なお、メタマテリアルアンテナ５０は、一面に形成された導電パターン５１ａと反対面に形成されたグランドパターン５１ｂが形成された第５の絶縁層５１を有している。この第５の絶縁層５１には、２つのスルーホール５１ｃが形成されている。
(Third embodiment)
The structure of the metamaterial antenna according to this embodiment is shown in FIG. FIG. 13 shows the metamaterial antenna viewed from the direction of arrow A in FIG. In the second embodiment, the
図１４に、本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの周波数に対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の特性を示す。図に示すように、８００ＭＨｚ帯において、ＶＳＷＲ≦３で、比帯域幅≧２．１パーセント（％）を実現している。 In FIG. 14, the characteristic of the voltage standing wave ratio (VSWR) with respect to the frequency of the metamaterial antenna which concerns on this embodiment is shown. As shown in the figure, in the 800 MHz band, VSWR ≦ 3 and specific bandwidth ≧ 2.1 percent (%) are realized.
（第４実施形態）
本実施形態に係るメタマテリアルアンテナの構造を図１５に示す。また、図１５中の矢印Ａ方向からメタマテリアルアンテナを見た様子を図１６に示す。上記第２実施形態では、マテリアルアンテナ１０の第１の絶縁層１１に２つのスルーホール１１ｃが形成されているが、本実施形態におけるメタマテリアルアンテナは、マテリアルアンテナ１０の第１の絶縁層１１に４つのスルーホール１１ｃが形成されている。
(Fourth embodiment)
The structure of the metamaterial antenna according to this embodiment is shown in FIG. FIG. 16 shows the metamaterial antenna viewed from the direction of arrow A in FIG. In the second embodiment, two through
上記第１〜第３実施形態のように、直線上にスルーホールを配置するのではなく、本実施形態のように、平面上にスルーホールを配置するように構成することで、より小型化することが可能である。 Instead of arranging a through hole on a straight line as in the first to third embodiments, it is possible to further reduce the size by configuring the through hole on a plane as in this embodiment. It is possible.
（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms based on the gist of the present invention.
例えば、上記第１〜第４実施形態では、本発明のメタマテリアルアンテナを、ＵＨＦ帯の周波数を使用する車々間通信等のインフラ強調システムに用いるものとして説明したが、このような用途に限定されるものではない。また、使用周波数や周波数帯域幅等についても、上記実施形態に記載された内容に限定されるものではない。 For example, in the first to fourth embodiments described above, the metamaterial antenna of the present invention has been described as being used in an infrastructure enhancement system such as inter-vehicle communication that uses a UHF band frequency, but is limited to such applications. It is not a thing. Further, the use frequency, the frequency bandwidth, and the like are not limited to the contents described in the above embodiment.
また、スルーホールの数や配置、メタマテリアルアンテナ３０、５０の組合せ等についても、上記実施形態に記載された内容に限定されるものではない。
Further, the number and arrangement of the through holes, the combination of the
また、上記第１〜第４実施形態では、メタマテリアルアンテナ１０の第１の絶縁層１１に、導電パターン１０ａに接続された給電パターン１２を形成した構成を示したが、例えば、図１６に示すように、第１の絶縁層１１だけでなく、第３の絶縁層３１にも導電パターン３１に接続された給電パターン３２を形成しておき、第１の絶縁層１１に形成された給電パターン１２と第３の絶縁層３１に形成された給電パターン３２の両方で給電するように構成してもよい。この場合、メタマテリアルアンテナ３０は、メタマテリアルアンテナ１０との容量結合と、第３の絶縁層３１の一面に形成された給電パターン３２への給電に応じて偏波を発生する。
Moreover, although the said 1st-4th embodiment showed the structure which formed the electric
また、図１７に示すように、メタマテリアルアンテナ３０の第３の絶縁層３１に、導電パターン３１ａに接続される給電パターン３２を形成するとともに、メタマテリアルアンテナ５０の第５の絶縁層５１に、導電パターン５１ａに接続される給電パターン５２を形成し、給電パターン１２、給電パターン３２および給電パターン５２から給電するように構成してもよい。この場合、メタマテリアルアンテナ５０は、メタマテリアルアンテナ１０との容量結合と、第５の絶縁層５１の一面に形成された給電パターン５２への給電に応じて偏波を発生する。
In addition, as shown in FIG. 17, the
１０ メタマテリアルアンテナ
１１ 第１の絶縁層
１１ａ 導電パターン
１１ｂ グランドパターン
１１ｃ スルーホール
１２ 給電パターン
２１ 第２の絶縁層
３０ メタマテリアルアンテナ
３１ 第３の絶縁層
３１ａ 導電パターン
３１ｂ グランドパターン
３１ｃ スルーホール
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第１の絶縁層（１１）の一面側と反対面側の少なくとも一方に積層配置された第２の絶縁層（２１、４１）と、
一面に形成された導電パターン（３１ａ、５１ａ）と反対面に形成されたグランドパターン（３１ｂ、５１ｂ）間を導通させるスルーホール（３１ｃ、５１ｃ）が形成され、前記第２の絶縁層（２１、４１）を介して前記第１の絶縁層（１１）と積層配置された第３の絶縁層（３１、５１）を有し、前記第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と容量結合して、前記第３の絶縁層（３１、５１）の前記スルーホール（３１ｃ、５１ｃ）のインダクタンス成分と前記第３の絶縁層（３１、５１）の前記導電パターン（３１ａ、５１ａ）と前記グランドパターン（３１ｂ、５１ｂ）間のキャパシタンス成分との並列共振により、前記第１のメタマテリアルアンテナ（１０）と同一方向で、かつ、前記第３の絶縁層（３１、５１）の前記導電パターン上の任意の位置で電界が同一方向を向くような偏波を発生する１または複数の第２のメタマテリアルアンテナ（３０、５０）と、を備えたことを特徴とするメタマテリアルアンテナ。 It has a first insulating layer (11) in which a through hole (11c) is formed between the conductive pattern (11a) formed on one surface and the ground pattern (11b) formed on the opposite surface. 12) The first insulating layer (11c) is caused by parallel resonance between the inductance component of the through hole (11c) and the capacitance component between the conductive pattern (11a) and the ground pattern (11b) in response to power supply to 12). 11) a first metamaterial antenna (10) that generates a polarization that is perpendicular to the ground pattern (11b) formed in 11) and has an electric field directed in the same direction at an arbitrary position on the conductive pattern. )When,
A second insulating layer (21, 41) disposed on at least one side of the first insulating layer (11) opposite to the one surface side;
Through holes (31c, 51c) are formed between the conductive patterns (31a, 51a) formed on one surface and the ground patterns (31b, 51b) formed on the opposite surface, and the second insulating layer (21, 51c) is formed. 41) having a third insulating layer (31, 51) laminated with the first insulating layer (11) through, and capacitively coupling with the first metamaterial antenna (10), An inductance component of the through hole (31c, 51c) of the third insulating layer (31, 51), the conductive pattern (31a, 51a) of the third insulating layer (31, 51), and the ground pattern (31b, 51b) due to parallel resonance with the capacitance component between the first metamaterial antenna (10) and the conductive pattern of the third insulating layer (31, 51). Metamaterial antenna, characterized in that it comprises a one or more second metamaterial antenna field is generated a polarization that face the same direction (30, 50) at any position of the above.
前記第２のメタマテリアルアンテナ（３０、５０）は、前記第１のメタマテリアルアンテナ（１０）との容量結合と、前記第３の絶縁層（３１、５１）の一面に形成された前記給電パターン（３０、５０）への給電に応じて前記偏波を発生することを特徴とする請求項１に記載のメタマテリアルアンテナ。 On one surface of the third insulating layer (31, 51), a feeding pattern (32, 52) connected to the conductive pattern (31a, 51a) is formed,
The second metamaterial antenna (30, 50) includes capacitive coupling with the first metamaterial antenna (10), and the feeding pattern formed on one surface of the third insulating layer (31, 51). The metamaterial antenna according to claim 1, wherein the polarized wave is generated in response to power supply to (30, 50).
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