JP5845933B2 - アンテナ - Google Patents
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Description
板状の誘電体基板に円形地板が配置され、この円形地板に、無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子とが円形地板から絶縁された状態で設けられ、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより指向性が変化するアレーアンテナと、
線状アンテナと、
を備えたアンテナであって、
前記円形地板は、半径が0.5波長以上であり、
前記線状アンテナは、
1.互いに直交する第1直線部および第2直線部を有するL型の線状アンテナであって、
2.前記誘電体基板において、円形地板と同一面上、且つ、その円形地板が配置されていない部分に配置され、
3.前記第1直線部において第2直線部との連結側ではない側の端部、および、前記第2直線部において第1直線部との連結側ではない側の端部のいずれか一方に給電され、
4.給電されていない側の端部は、前記円形地板から、0.006〜0.017波長離隔しており、
5.給電されている側の端部を有する直線部は、アンテナの通信エリアとする前方と通信不要エリアである後方とを区分するとともに前記円形地板の中心を通る直線状の設置軸に平行であり、
6.線幅が0.005〜0.01波長であり、
7.前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線(D2)と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線(D1)との成す角をβ、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線(D1)と、前記設置軸との成す角をφとすると、β、φが、以下の(1)〜(11)のいずれかの条件を満たし、
8.前記線状アンテナの給電側の端部を延長して前記円形地板の外周と交差する点および前記円形地板の中心を結ぶ直線(D3)と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線(D2)との成す角をδとしたとき、給電されている側の端部は、βよりもδが十分に小さくなる位置となっていることを特徴とする。
(1) β=28 43≦φ≦47
(2) 28<β<29 44≦φ≦46
(3) β=29 44≦φ≦46、52≦φ≦57.5
(4) 29<β<30 44≦φ≦46、52≦φ≦57.5
(5) β=30 40≦φ≦49、51.5≦φ≦62.5
(6) 30<β<31 40≦φ≦49
(7) β=31 40≦φ≦67
(8) 31<β<32 53.5≦φ≦67
(9) β=32 53.5≦φ≦67
(10)32<β<33 59.5≦φ≦67
(11) β=33 45≦φ≦50、59.5≦φ≦67.5
上記条件を線状アンテナが満たす場合、半値角が180度〜215度程度となることをシミュレーションにより確認できた。半値角が180度を超えていることから、見開き180度の範囲における利得変化が少なくなり、且つ、半値角はせいぜい215度程度と360度よりはずっと狭いことから、逆相合成によって不感帯が生じてしまうことも抑制できる。また、この線状アンテナは、アレーアンテナの誘電体基板上に配置されることから、アンテナの大型化を抑制することができる。
線状アンテナ20の形状は、前述のようにL型であり、第1直線部21と第2直線部22とからなる。第1直線部21、第2直線部22との成す角は直角である。
線状アンテナ20は、第1直線部21、第2直線部22のうちのいずれか一方(以下では、図2に示すように、第2直線部22とする)が設置軸Cと平行となるように配置される。ここで、設置軸Cとは、円形地板17の中心を通るとともに、円形地板17と同一面上の軸である。このアンテナ1を備えたタグリーダが家屋壁面付近に配置された場合には、この設置軸Cが家屋壁面と平行となるように、且つ、励振素子10および非励振素子11が鉛直となるように配置される。図示しないが、タグリーダは、上記設置軸Cの方向を外部形状から判断できるようになっている。たとえば、タグリーダの筐体において、家屋壁面に向けて配置される側の面が設置軸Cと平行となっていることにより、設置軸Cの方向が外部形状から判断できるようになっている。この設置軸Cを基準として、家屋とは反対側が、アンテナ100が通信する必要がある範囲すなわち前方であり、図2で両矢印で示す範囲が、水平面における見開き180度範囲である。一方、設置軸Cを基準として、家屋側は、通信不要範囲すなわち後方である。
第2直線部22において、第1直線部21と連結されていない側の端部は、円形地板17に対して僅かな隙間を有して位置している。この端部には、円形地板17の裏面より図示しない給電ケーブルが接続されており、これにより、この端部が線状アンテナ20の給電点となる。上記給電点から線状アンテナ20に給電を行なうことにより、図2に直線矢印で示す方向に水平偏波の電波が放射される。
以上の条件のもとでは、線状アンテナ20の詳細な位置は、次のパラメータφ、β、αにより定まる。
本願の発明者は上記パラメータφ、β、α、円形地板17の半径(以下、地板半径)r、線状アンテナ20の線幅wを変化させることで、線状アンテナ20の半値角を前方見開き180〜215度程度とすることができることを見出した。以下、シミュレーション結果を用いて、φ、β、α、r、wと半値角との関係を説明する。
図3は、φ、βと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ=122mm(2.45GHz)、α=0.8mm、r=61mm(0.5λ)、w=1mmとした。
(A) β=28(●印)のとき 43≦φ≦47
(B) β=29(▲印)のとき 44≦φ≦46、52≦φ≦57.5
(C) β=30(■印)のとき 40≦φ≦49、51.5≦φ≦62.5
(D) β=31(▼印)のとき 40≦φ≦67
(E) β=32(◆印)のとき 53.5≦φ≦67
(F) β=33(○印)のとき 45≦φ≦50、59.5≦φ≦67.5
上記(A)〜(F)の範囲では、半値角は180度以上となるものの、180度よりも極端に広い半値角とはならず、最大でも215度程度となる。
(A)、(B)におけるφの重複範囲より、28<β<29のとき44≦φ≦46
(B)、(C)におけるφの重複範囲より、29<β<30のとき44≦φ≦46、52≦φ≦57.5
(C)、(D)におけるφの重複範囲より、30<β<31のとき40≦φ≦49
(D)、(E)におけるφの重複範囲より、31<β<32のとき53.5≦φ≦67
(E)、(F)におけるφの重複範囲より、32<β<33のとき59.5≦φ≦67
以上をまとめると、β、φの範囲は特許請求の範囲に記載の(1)〜(11)となる。
図4は、αと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ=122mm、r=61mm、β=31度、φ=55度、w=1mmとした。
図5は、地板半径rと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ=122mm、α=0.8mm、β=31度、φ=55度、w=1mmとした。図5から、地板半径rは61mm以上であればよいことが分かる。これを波長λで正規化すると、λ/2≦rとなる。
図6は、線状アンテナ20の線幅wと半値角との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、その他のパラメータの値は、λ=122mm、r=61mm、α=0.8mm、β=31度、φ=55度とした。図6から、線幅wは0.51≦w≦1.25mmであればよいことが分かる。これを波長λで正規化すると、0.004λ≦w≦0.01λとなる。
図7に、上述の種々のパラメータ条件を満たした線状アンテナ20の代表指向性を示す。この図7に示す指向性は、λ=122mm、α=0.8mm(0.0065λ)、β=31度、φ=55度、r=61mm(λ/2)としたときのものである。指向性は、メインローブが320度の方向にあり、半値角が212.9度となっている。
図8はアンテナ100の利用例である。図8において、監視装置200は、前述のタグリーダとしての機能、および、レーザセンサ等の侵入検知センサよって物体検知を行なう機能を備える。
Claims (1)
- 板状の誘電体基板に円形地板が配置され、この円形地板に、無線信号を受信するための励振素子と、その励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子とが円形地板から絶縁された状態で設けられ、各非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子のリアクタンス値が変化することにより指向性が変化するアレーアンテナと、
線状アンテナと、
を備えたアンテナであって、
前記円形地板は、半径が0.5波長以上であり、
前記線状アンテナは、
互いに直交する第1直線部および第2直線部を有するL型の線状アンテナであって、
前記誘電体基板において、円形地板と同一面上、且つ、その円形地板が配置されていない部分に配置され、
前記第1直線部において第2直線部との連結側ではない側の端部、および、前記第2直線部において第1直線部との連結側ではない側の端部のいずれか一方に給電され、
給電されていない側の端部は、前記円形地板から、0.006〜0.017波長離隔しており、
給電されている側の端部を有する直線部は、アンテナの通信エリアとする前方と通信不要エリアである後方とを区分するとともに前記円形地板の中心を通る直線状の設置軸に平行であり、
線幅が0.005〜0.01波長であり、
前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線(D2)と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線(D1)との成す角をβ、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電されていない側の端部とを結ぶ直線(D1)と、前記設置軸との成す角をφとすると、β、φが、以下の(1)〜(11)のいずれかの条件を満たし、
前記線状アンテナの給電側の端部を延長して前記円形地板の外周と交差する点および前記円形地板の中心を結ぶ直線(D3)と、前記円形地板の中心と線状アンテナの給電側の端部とを結ぶ直線(D2)との成す角をδとしたとき、給電されている側の端部は、βよりもδが十分に小さくなる位置となっていることを特徴とするアンテナ
(1) β=28 43≦φ≦47
(2) 28<β<29 44≦φ≦46
(3) β=29 44≦φ≦46、52≦φ≦57.5
(4) 29<β<30 44≦φ≦46、52≦φ≦57.5
(5) β=30 40≦φ≦49、51.5≦φ≦62.5
(6) 30<β<31 40≦φ≦49
(7) β=31 40≦φ≦67
(8) 31<β<32 53.5≦φ≦67
(9) β=32 53.5≦φ≦67
(10)32<β<33 59.5≦φ≦67
(11) β=33 45≦φ≦50、59.5≦φ≦67.5
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2012
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