JP5965370B2 - Antenna device and reflector arrangement method - Google Patents
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Description
本発明は、複数の周波数の電磁波を送受信するアンテナ装置及び該アンテナ装置の反射板配置方法に関する。 The present invention relates to an antenna device that transmits and receives electromagnetic waves having a plurality of frequencies, and a reflector arrangement method for the antenna device.
近年、誘電体または導体の周期配列構造を有することで当該構造中を伝搬する電磁波の伝播特性を人工的に制御する技術(メタマテリアル技術)が提案されている。メタマテリアルは、その周期配列構造に応じて、入射される電磁波のうち特定の周波数帯域に属する電磁波のみを反射(遮断)する特性を有するものが存在する。例えば、上述したメタマテリアル技術を用いたものとして、下記非特許文献1には、板面が導体(金属)で皮膜された誘電体基板(プリント基板)の導体被膜部分を所定の格子状周期配列パターンでパターニングすることで作製された周波数選択板(FSS:Frequency Selective Surface)が開示されている。
In recent years, there has been proposed a technique (metamaterial technique) for artificially controlling the propagation characteristics of electromagnetic waves propagating through a structure having a periodic arrangement of dielectrics or conductors. Some metamaterials have a characteristic of reflecting (blocking) only electromagnetic waves belonging to a specific frequency band among incident electromagnetic waves according to the periodic arrangement structure. For example, using the above-mentioned metamaterial technology, the following Non-Patent
このような周波数選択板は、人工的な周期配列構造により負の誘電率を実現し、その格子状の周期配列構造の周期間隔や形状に対応したバンドギャップ帯域を有している。バンドギャップ帯域とは、当該メタマテリアル反射板に入射する電磁波が所定の比率以上で反射する場合における当該電磁波の周波数帯域のことである。 Such a frequency selection plate realizes a negative dielectric constant by an artificial periodic arrangement structure, and has a band gap band corresponding to the period interval and shape of the lattice-like periodic arrangement structure. The band gap band is a frequency band of the electromagnetic wave when the electromagnetic wave incident on the metamaterial reflector is reflected at a predetermined ratio or more.
ところで、バンドギャップ帯域が異なる複数の上記周波数選択板と、複数の周波数の電磁波を放射または吸収するアンテナ素子とを用いて、複数の周波数帯の電磁波を送受信できるアンテナ装置が考案されている。このアンテナ装置では、例えば、複数の周波数選択板が、アンテナ素子から所定距離だけ離間されながら、それぞれの板面の法線ベクトルの向きが一致するように配されるとともに、それぞれに投射される電磁波のうち最大の周波数以外の周波数帯の電磁波を透過するように構成される。ここで、周波数選択板は、表面の導体(金属箔)がアンテナ素子に向くように配置されている。 By the way, an antenna device has been devised that can transmit and receive electromagnetic waves of a plurality of frequency bands by using a plurality of frequency selection plates having different band gap bands and an antenna element that radiates or absorbs electromagnetic waves of a plurality of frequencies. In this antenna device, for example, a plurality of frequency selection plates are arranged so that the directions of the normal vectors of the respective plate surfaces coincide with each other while being spaced apart from the antenna element by a predetermined distance, and the electromagnetic waves projected on each of them. Are configured to transmit electromagnetic waves in a frequency band other than the maximum frequency. Here, the frequency selection plate is arranged so that the conductor (metal foil) on the surface faces the antenna element.
しかしながら、このようなアンテナ装置では、周波数選択板表面の導体の影響よって、アンテナ素子のインピーダンスが変化し、アンテナ素子のインピーダンスとアンテナ素子に接続される給電線のインピーダンスとの不整合によって、VSWR(電圧定在波比:voltage standing wave ratio)特性が劣化するという問題が発生していた。 However, in such an antenna device, the impedance of the antenna element changes due to the influence of the conductor on the surface of the frequency selection plate, and the VSWR ( There has been a problem that the voltage standing wave ratio characteristic deteriorates.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、VSWR特性の劣化を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to suppress deterioration of VSWR characteristics.
上記目的を達成するために、本発明では、アンテナ装置に係る第1の解決手段として、複数の周波数帯の電磁波を送受信するアンテナ素子と、誘電体基板の一方の板面上に金属箔を周期的に配置して形成された複数の周波数選択板とを具備し、前記複数の周波数選択板は、前記アンテナ素子から所定距離だけ離間されながら、それぞれの板面の法線ベクトルの向きが一致するように配置されると共に、それぞれに投射される電磁波のうち最大の周波数以外の周波数帯の電磁波を透過するアンテナ装置であって、前記複数の周波数選択板は、前記金属箔を配置していない側の板面をアンテナ素子に向けて配置される、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solving means related to an antenna device, an antenna element that transmits and receives electromagnetic waves in a plurality of frequency bands, and a metal foil on one plate surface of a dielectric substrate are periodically A plurality of frequency selection plates formed and arranged, and the plurality of frequency selection plates are spaced apart from the antenna element by a predetermined distance, and the directions of the normal vectors of the respective plate surfaces coincide with each other. And an antenna device that transmits electromagnetic waves in a frequency band other than the maximum frequency among the electromagnetic waves projected to each of the plurality of frequency selection plates, on the side where the metal foil is not disposed A means is adopted in which the plate surface is arranged facing the antenna element.
本発明では、アンテナ装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、誘電体基板の一方の板面全体が金属箔で皮膜された金属反射板をさらに具備し、前記金属反射板は、前記アンテナ素子から、前記複数の周波数選択板よりもさらに離間されながら、その板面の法線ベクトルの向きが、前記複数の周波数選択板の板面の法線ベクトルの向きと一致すると共に、前記金属箔で皮膜されていない側の板面をアンテナ素子に向けて配置される、という手段を採用する。 According to the present invention, as a second solving means relating to the antenna device, in the first solving means described above, further comprising a metal reflecting plate in which one whole plate surface of the dielectric substrate is coated with a metal foil, and the metal reflecting While the plate is further away from the antenna element than the plurality of frequency selection plates, the direction of the normal vector of the plate surface coincides with the direction of the normal vector of the plate surface of the plurality of frequency selection plates. At the same time , a means is adopted in which the plate surface on the side not coated with the metal foil is arranged facing the antenna element.
また、本発明では、反射板配置方法に係る解決手段として、複数の周波数帯の電磁波を送受信するアンテナ素子と、誘電体基板の一方の板面上に金属箔を周期的に配置して形成された複数の周波数選択板とを具備し、前記複数の周波数選択板は、前記アンテナ素子から所定距離だけ離間されながら、それぞれの板面の法線ベクトルの向きが一致するように配置されると共に、それぞれに投射される電磁波のうち最大の周波数以外の周波数帯の電磁波を透過するアンテナ装置の前記複数の周波数選択板を、前記金属箔を配置していない側の板面がアンテナ素子に向くように配置する、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as a means for solving the reflector arrangement method, an antenna element that transmits and receives electromagnetic waves in a plurality of frequency bands and a metal foil is periodically arranged on one plate surface of the dielectric substrate. A plurality of frequency selection plates, and the plurality of frequency selection plates are arranged so that the directions of the normal vectors of the respective plate surfaces coincide with each other while being separated from the antenna element by a predetermined distance, The plurality of frequency selection plates of the antenna device that transmits electromagnetic waves in a frequency band other than the maximum frequency among the electromagnetic waves projected to each of the plurality of frequency selection plates so that the plate surface on the side where the metal foil is not disposed faces the antenna element. The means of arranging is adopted.
本発明によれば、複数の周波数選択板が、導体(金属箔)を配置していない側の板面をアンテナ素子に向けて配置されることによって、アンテナ素子と周波数選択板の金属箔とが離れるために、アンテナ素子のインピーダンスの変化が抑制され、VSWR特性の劣化を抑制できる。 According to the present invention, the plurality of frequency selection plates are arranged with the plate surface on the side where the conductor (metal foil) is not disposed facing the antenna element, whereby the antenna element and the metal foil of the frequency selection plate are arranged. Since the antenna elements are separated from each other, a change in impedance of the antenna element is suppressed, and deterioration of VSWR characteristics can be suppressed.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るアンテナ装置Aは、図1に示すように、アンテナ素子E、第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3を備える。なお、以降においては、図示するように互いに直交するx軸、y軸、z軸の方向を規定して説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the antenna device A according to this embodiment includes an antenna element E, a first reflector M1, a second reflector M2, and a metal reflector M3. In the following description, the directions of the x-axis, y-axis, and z-axis that are orthogonal to each other are defined as shown in the figure.
アンテナ素子Eは、異なる複数の周波数帯の電磁波を大気中へ放射するものである。アンテナ素子Eの給電点E1は、図示しない給電線を介して高周波電源に接続されている。アンテナ素子Eは、上記高周波電源から入力される高周波信号に基づいて電磁波を大気中へ放射する。なおアンテナ素子Eは、大気中を伝搬する異なる複数の周波数帯の電磁波を吸収して受信する受信素子としても機能する。 The antenna element E radiates electromagnetic waves in a plurality of different frequency bands to the atmosphere. A feeding point E1 of the antenna element E is connected to a high frequency power source via a feeding line (not shown). The antenna element E radiates electromagnetic waves into the atmosphere based on the high frequency signal input from the high frequency power source. The antenna element E also functions as a receiving element that absorbs and receives electromagnetic waves in different frequency bands that propagate in the atmosphere.
つまり、アンテナ素子Eは、異なる複数の周波数帯の電磁波を送受信するものである。アンテナ素子Eは、例えば、800MHz、2GHz、4GHzの3つの異なる周波数帯の電磁波を大気中へ放射する。このようなアンテナ素子Eは、例えば、複数の周波数帯で共用される周波数共用アンテナ素子、あるいは複数の周波数帯を含む広範囲な帯域の電磁波を送受信する広帯域アンテナ素子である。 That is, the antenna element E transmits and receives electromagnetic waves in a plurality of different frequency bands. The antenna element E radiates, for example, electromagnetic waves in three different frequency bands of 800 MHz, 2 GHz, and 4 GHz to the atmosphere. Such an antenna element E is, for example, a frequency sharing antenna element shared by a plurality of frequency bands or a broadband antenna element that transmits and receives electromagnetic waves in a wide band including a plurality of frequency bands.
また、アンテナ素子Eは、図1に示すように、±z軸に沿って延在したダイポールアンテナとして図示しているが、このような態様に限定されない。例えば、アンテナ素子Eは、必要に応じてモノポールアンテナ、パッチアンテナ、またはホーンアンテナ等であってもよい。 Moreover, although the antenna element E is illustrated as a dipole antenna extending along the ± z axis as shown in FIG. 1, it is not limited to such a mode. For example, the antenna element E may be a monopole antenna, a patch antenna, a horn antenna, or the like as necessary.
第1反射板M1及び第2反射板M2は、誘電体基板の板面に導体の格子状周期配列パターンが形成された周波数選択板(FSS:Frequency Selective Surface)である。この第1反射板M1及び第2反射板M2は、例えば、板面が導体(金属箔)で皮膜された誘電体基板(プリント基板)の導体被膜部分を、所定の格子状周期配列パターンでパターニングして作製される。第1反射板M1及び第2反射板M2は、導体及び誘電体の格子状周期配列パターンに基づいて定まる特定の周波数帯域に属する電磁波のみを透過し、それ以外の周波数帯の電磁波を反射する特性を有している。 The first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are frequency selective surfaces (FSS) in which a grid-like periodic arrangement pattern of conductors is formed on the plate surface of the dielectric substrate. For example, the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are formed by patterning a conductor coating portion of a dielectric substrate (printed substrate) whose plate surface is coated with a conductor (metal foil) with a predetermined lattice-shaped periodic arrangement pattern. Is produced. The first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 transmit only electromagnetic waves belonging to a specific frequency band determined based on a lattice-like periodic arrangement pattern of conductors and dielectrics, and reflect electromagnetic waves in other frequency bands. have.
第1反射板M1及び第2反射板M2は、それぞれ異なる周期配列パターンが形成されている。このため、第1反射板M1及び第2反射板M2は、互いに異なる特性を有している。つまり、第1反射板M1及び第2反射板M2は、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、互いに異なる周波数帯の電磁波のみを反射するように構成されている。 The first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are formed with different periodic arrangement patterns. For this reason, the first reflector M1 and the second reflector M2 have different characteristics. That is, the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are configured to reflect only electromagnetic waves in different frequency bands from among the electromagnetic waves radiated from the antenna element E.
例えば、第1反射板M1は、アンテナ素子Eが放射する電磁波(4GHz、2GHz、800MHz)のうち、4GHzの電磁波のみを反射するように構成されている。また、第2反射板M2は、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、2GHzの電磁波のみを反射するように構成されている。なお、第1反射板M1及び第2反射板M2の周期配列パターン及びその特性の例については後述する。 For example, the first reflector M1 is configured to reflect only 4 GHz electromagnetic waves out of the electromagnetic waves (4 GHz, 2 GHz, 800 MHz) radiated from the antenna element E. The second reflector M2 is configured to reflect only 2 GHz electromagnetic waves among the electromagnetic waves radiated from the antenna element E. In addition, the periodic arrangement pattern of the 1st reflecting plate M1 and the 2nd reflecting plate M2 and the example of the characteristic are mentioned later.
金属反射板M3は、誘電体基板の一方の面全体が導体(金属箔)で皮膜されたものである。したがって、金属反射板M3は、あらゆる周波数の電磁波を反射し、所定の周波数帯域に属する電磁波のみを透過する特性は有さない。なお、金属反射板M3は、後述するように、アンテナ装置Aにおいて、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、第1反射板M1、第2反射板M2から透過されてきた最も低い周波数(800MHz)の電磁波のみを反射するように構成されている。 The metal reflector M3 is formed by coating the entire one surface of the dielectric substrate with a conductor (metal foil). Therefore, the metal reflector M3 does not have a characteristic of reflecting electromagnetic waves of all frequencies and transmitting only electromagnetic waves belonging to a predetermined frequency band. As will be described later, the metal reflector M3 is the lowest frequency (800 MHz) transmitted from the first reflector M1 and the second reflector M2 among the electromagnetic waves radiated by the antenna element E in the antenna device A. It is configured to reflect only the electromagnetic wave.
このような第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3は、アンテナ素子Eと、それぞれ一定の離間距離をもって、アンテナ素子Eに対して同一方向(−x方向)に設置されている。また、第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3は、いずれもその板面が互いに平行になるように配置されている。 The first reflecting plate M1, the second reflecting plate M2, and the metal reflecting plate M3 are installed in the same direction (−x direction) with respect to the antenna element E with a certain distance from the antenna element E. Yes. The first reflecting plate M1, the second reflecting plate M2, and the metal reflecting plate M3 are all disposed so that their plate surfaces are parallel to each other.
上記第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3のうち、4GHzの電磁波を反射する第1反射板M1は、図2(a)に示すように、アンテナ素子Eから距離s1だけ−x方向に離間された位置に配されている。また、2GHzの電磁波を反射する第2反射板M2は、アンテナ素子Eから、距離s1よりも大きい距離s2だけ−x方向に離間された位置に配されている。 Of the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3, the first reflector M1 that reflects electromagnetic waves of 4 GHz is only a distance s1 from the antenna element E, as shown in FIG. They are arranged at positions separated in the −x direction. The second reflecting plate M2 that reflects 2 GHz electromagnetic waves is disposed at a position separated from the antenna element E by a distance s2 larger than the distance s1 in the −x direction.
このように、第1反射板M1及び第2反射板M2は、アンテナ素子Eから所定距離だけ離間されながら、それぞれの板面が平行となって、各板面の法線ベクトルの向きが±x方向に一致するように配置されている。 As described above, the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are spaced apart from the antenna element E by a predetermined distance, but the respective plate surfaces are parallel, and the direction of the normal vector of each plate surface is ± x. Arranged to match the direction.
図2(a)に示したアンテナ装置Aの構成(第1反射板M1及び第2反射板M2の配置の仕方)により、第1反射板M1には、アンテナ素子Eが放射する全ての周波数(4GHz、2GHz、800MHz)を含む電磁波が投射されることとなる。したがって、第1反射板M1は、後述する伝送特性に基づいて、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、4GHzのみを反射する反射板として機能する。 Due to the configuration of the antenna device A shown in FIG. 2A (how to dispose the first reflector M1 and the second reflector M2), the first reflector M1 has all the frequencies radiated from the antenna element E ( Electromagnetic waves including 4 GHz, 2 GHz, and 800 MHz) are projected. Therefore, the first reflecting plate M1 functions as a reflecting plate that reflects only 4 GHz of the electromagnetic waves radiated from the antenna element E based on transmission characteristics described later.
一方、図2(a)に示すように、アンテナ素子Eと第2反射板M2との間には、第1反射板M1が存在している。よって第2反射板M2には、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、第1反射板M1が反射する4GHzの電磁波が投射されず、第1反射板M1が透過する2GHz、800MHzの電磁波のみが投射されることとなる。したがって、第2反射板M2は、反射特性に基づいて、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、2GHzのみを反射する反射板として機能する。 On the other hand, as shown in FIG. 2A, the first reflector M1 exists between the antenna element E and the second reflector M2. Therefore, 4 GHz electromagnetic waves reflected by the first reflecting plate M1 are not projected on the second reflecting plate M2, and only 2 GHz and 800 MHz electromagnetic waves transmitted by the first reflecting plate M1 are not projected. Projected. Therefore, the second reflecting plate M2 functions as a reflecting plate that reflects only 2 GHz of the electromagnetic wave radiated from the antenna element E based on the reflection characteristics.
さらに、金属反射板M3は、アンテナ素子Eから最も離れた距離s3(>s2>s1)だけ離間されながら、その板面の法線ベクトルの向きが、第1反射板M1の板面の法線ベクトルの向き(−x方向)と一致するように配置されている。 Further, while the metal reflector M3 is separated by the distance s3 (> s2> s1) farthest from the antenna element E, the direction of the normal vector of the plate surface is the normal of the plate surface of the first reflector M1. They are arranged so as to coincide with the vector direction (−x direction).
このような配列順により、金属反射板M3には、第1反射板M1及び第2反射板M2が反射する4GHz及び2GHzの電磁波が投射されず、第1反射板M1及び第2反射板M2がともに透過する800MHzの電磁波のみが投射されることとなる。したがって、金属反射板M3は、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、最も低い周波数である800MHzのみを反射する反射板として機能する。なお、本実施形態では、距離s1は18.8mmに、距離s2は43.5mmに、距離s3は93.8mmに設定されている。 Due to such an arrangement order, 4 GHz and 2 GHz electromagnetic waves reflected by the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are not projected onto the metal reflecting plate M3, and the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 are not projected. Only an electromagnetic wave of 800 MHz that passes through both is projected. Therefore, the metal reflector M3 functions as a reflector that reflects only 800 MHz, which is the lowest frequency, of the electromagnetic waves radiated from the antenna element E. In the present embodiment, the distance s1 is set to 18.8 mm, the distance s2 is set to 43.5 mm, and the distance s3 is set to 93.8 mm.
なお、第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3の板面は、一辺がそれぞれL1、L2、L3の正方形をなしている(図2参照)。この板面の大きさ(L1、L2、L3の長さ)は、アンテナ装置Aが扱う電磁波の放射特性(ビーム幅)に基づいて決定される。ここでビーム幅とは、アンテナ装置Aの水平面(xy平面)についての半値ビーム幅(水平面内強度分布が半値となる方位間の角度)のことである。 The plate surfaces of the first reflecting plate M1, the second reflecting plate M2, and the metal reflecting plate M3 are squares whose sides are L1, L2, and L3, respectively (see FIG. 2). The size of the plate surface (length of L1, L2, L3) is determined based on the radiation characteristics (beam width) of the electromagnetic wave handled by the antenna device A. Here, the beam width is a half-value beam width (angle between directions at which the intensity distribution in the horizontal plane becomes a half value) with respect to the horizontal plane (xy plane) of the antenna device A.
上述した構成からなるアンテナ装置Aによれば、アンテナ素子Eから放射される複数の周波数帯の電磁波が、その周波数帯に応じて第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3のいずれかによる反射の影響を受け、それぞれが所望する指向性を得る仕組みとなっている。 According to the antenna device A having the above-described configuration, electromagnetic waves of a plurality of frequency bands radiated from the antenna element E are generated by the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3 according to the frequency bands. Under the influence of reflection by either of them, each has a mechanism for obtaining a desired directivity.
次に、このように構成された本アンテナ装置Aの作用について説明する。
例えば、第1反射板M1及び第2反射板M2の周期配列パターンは、図3(a)、(b)に示すように形成されている。なお、図3(a)、(b)において、網掛けされた領域は導体の部分を示しており、それ以外の領域は誘電体の部分を示している。
Next, the operation of the antenna device A configured as described above will be described.
For example, the periodic arrangement pattern of the first reflector M1 and the second reflector M2 is formed as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). In FIGS. 3A and 3B, the shaded area indicates a conductor portion, and the other area indicates a dielectric portion.
第1反射板M1の周期配列パターンは、各パラメータがd1=115.0mm、a11=40.1mm、a12=105.0mm、w11=2.6mm、w12=11.3mmと設定されている。 In the periodic arrangement pattern of the first reflector M1, the parameters are set as d1 = 115.0 mm, a11 = 40.1 mm, a12 = 105.0 mm, w11 = 2.6 mm, and w12 = 11.3 mm.
このような第1反射板M1は、4GHzを中心とした周波数帯においては、高い反射特性を有し、一方2GHz及び800MHzを中心とした周波数帯において低い反射特性を有している。つまり、第1反射板M1には、アンテナ素子Eが放射する電磁波(4GHz、2GHz、800MHz)のうち、最大周波数の4GHzの電磁波のみを反射可能とし、それ以外の周波数である2GHz、800MHzの電磁波を透過する特性を有するように周期配列パターンが形成されている。 Such a first reflector M1 has high reflection characteristics in a frequency band centered on 4 GHz, and has low reflection characteristics in frequency bands centered on 2 GHz and 800 MHz. That is, only the maximum electromagnetic wave of 4 GHz among the electromagnetic waves (4 GHz, 2 GHz, 800 MHz) radiated from the antenna element E can be reflected on the first reflecting plate M1, and the electromagnetic waves of 2 GHz and 800 MHz, which are other frequencies, can be reflected. The periodic array pattern is formed so as to have a characteristic of transmitting the light.
ここで、「透過する」とは、第1反射板M1及び第2反射板M2が特定の周波数帯域に属する周波数の電磁波を完全に透過するという意味ではなく、第1反射板M1及び第2反射板M2の反射特性が所定値以下(例えば−10dB以下)であることを表している。 Here, “transmitting” does not mean that the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 completely transmit electromagnetic waves having a frequency belonging to a specific frequency band, but the first reflecting plate M1 and the second reflecting plate. It represents that the reflection characteristic of the plate M2 is a predetermined value or less (for example, −10 dB or less).
一方、第2反射板M2の周期配列パターンは、各パラメータがd2=115.3mm、a2=105.3mm、w2=11.5mmと設定されている。なお、第1反射板M1及び第2反射板M2は、ともに基板厚1.6mm、比誘電率2.6 (誘電正接tanδ at 12GHz) のプリント基板を用いている。 On the other hand, in the periodic arrangement pattern of the second reflector M2, the parameters are set as d2 = 15.3 mm, a2 = 105.3 mm, and w2 = 11.5 mm. Both the first reflector M1 and the second reflector M2 are printed boards having a substrate thickness of 1.6 mm and a relative dielectric constant of 2.6 (dielectric loss tangent tan δ at 12 GHz).
このような第2反射板M2は、2GHzを中心とした周波数帯においては、高い反射特性を有し、一方800MHzを中心とした周波数帯において低い反射特性を有している。つまり、第2反射板M2には、アンテナ素子Eから自身に投射される周波数(2GHz、800MHz)のうち2GHzの電磁波のみを反射可能とし、それ以外の周波数である800MHzの電磁波を透過する特性を有するように周期配列パターンが形成される。 Such a second reflector M2 has high reflection characteristics in the frequency band centered on 2 GHz, and has low reflection characteristics in the frequency band centered on 800 MHz. In other words, the second reflector M2 has a characteristic that only the electromagnetic wave of 2 GHz among the frequencies (2 GHz, 800 MHz) projected from the antenna element E to itself can be reflected, and transmits the electromagnetic wave of 800 MHz that is other frequency. A periodic array pattern is formed to have.
このように構成された第1反射板M1及び第2反射板M2と、金属反射板M3とは、導体(金属箔)を配置していない側の板面をアンテナ素子Eに向けて配置されている。つまり、従来、反射板は、導体がアンテナ素子Eに向くように配置されていたが、本実施形態では、第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3が、図2(b)に示すように、導体(金属箔)側をアンテナ素子Eと反対方向を向くように配置される。これは、アンテナ素子Eと反射板の導体とが近接することによって、アンテナ素子Eのインピーダンスが変化して、VSWR特性が劣化することを抑制するためである。 The first reflecting plate M1 and the second reflecting plate M2 thus configured, and the metal reflecting plate M3 are arranged with the plate surface on the side where no conductor (metal foil) is arranged facing the antenna element E. Yes. That is, conventionally, the reflector is arranged so that the conductor faces the antenna element E. However, in the present embodiment, the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3 are shown in FIG. ), The conductor (metal foil) side is arranged to face the direction opposite to the antenna element E. This is to prevent the impedance of the antenna element E from changing due to the proximity of the antenna element E and the conductor of the reflector, thereby degrading the VSWR characteristics.
図4は、従来構成(第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3の導体がアンテナ素子Eに向くように配置されたもの)と、本実施形態との周波数に応じたVSWR特性を示したものである。なお、図4(a)は低周波数におけるVSWR特性を示し、図4(b)は高周波数におけるVSWR特性を示している。図4に示されるように、本実施形態のVSWR特性は、従来構成よりも低下、つまり、改善されている。 FIG. 4 shows a conventional configuration (where the conductors of the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3 are arranged so as to face the antenna element E) and the VSWR corresponding to the frequency of this embodiment. It shows the characteristics. 4A shows the VSWR characteristic at a low frequency, and FIG. 4B shows the VSWR characteristic at a high frequency. As shown in FIG. 4, the VSWR characteristic of the present embodiment is lower, that is, improved than the conventional configuration.
また、図5は、従来構成と、本実施形態との第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3の基板厚毎(1.6mmと5.0mm)の周波数に応じたVSWR特性を示したものである。なお、図5(a)は従来構成におけるVSWR特性を示し、図5(b)は本実施形態におけるVSWR特性を示している。図5(a)と(b)と比較してわかるように、基板厚1.6mmと5.0mm両方の場合において、本実施形態のVSWR特性は、従来構成よりも低下、つまり、改善されている。 Further, FIG. 5 shows the VSWR corresponding to the frequency of each substrate thickness (1.6 mm and 5.0 mm) of the conventional reflector and the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3 in the present embodiment. It shows the characteristics. 5A shows the VSWR characteristics in the conventional configuration, and FIG. 5B shows the VSWR characteristics in the present embodiment. As can be seen from comparison with FIGS. 5A and 5B, the VSWR characteristics of the present embodiment are lower than that of the conventional configuration, that is, improved in both cases where the substrate thickness is 1.6 mm and 5.0 mm. Yes.
このような本実施形態によれば、第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3が、導体(金属箔)を配置していない側の板面をアンテナ素子に向けて配置されることによって、アンテナ素子と第1反射板M1、第2反射板M2及び金属反射板M3の金属箔とが離れるために、アンテナ素子のインピーダンスの変化が抑制され、VSWR特性の劣化を抑制できる。 According to this embodiment, the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3 are arranged with the plate surface on the side where no conductor (metal foil) is arranged facing the antenna element. As a result, the antenna element and the metal foil of the first reflector M1, the second reflector M2, and the metal reflector M3 are separated from each other, so that a change in impedance of the antenna element is suppressed, and deterioration of the VSWR characteristic can be suppressed.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)上記実施形態は、2つの周波数選択板、つまり第1反射板M1及び第2反射板M2を備えているが、本発明はこれに限定されない。例えば、アンテナ装置Aは、周波数選択板を3つ以上備える態様であってもよい。この場合、アンテナ装置Aは、異なる4以上の周波数からなる電磁波を放射可能で、各周波数選択板は、アンテナ素子Eが放射する電磁波のうち、それぞれ異なる一の周波数のみを反射するように構成される。また、この場合においても金属反射板M3は、アンテナ素子Eから最も離れて離間されて配され、最も低い周波数の電磁波を反射する。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) Although the above embodiment includes two frequency selection plates, that is, the first reflection plate M1 and the second reflection plate M2, the present invention is not limited to this. For example, the antenna device A may be provided with three or more frequency selection plates. In this case, the antenna device A can radiate electromagnetic waves having four or more different frequencies, and each frequency selection plate is configured to reflect only one different frequency among the electromagnetic waves radiated by the antenna element E. The Also in this case, the metal reflector M3 is disposed farthest away from the antenna element E and reflects the electromagnetic wave having the lowest frequency.
(2)上記実施形態は、金属反射板M3を備えているが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態は、金属反射板M3をなくして、第1反射板M1及び第2反射板Mとアンテナ素子Eのみによって構成されていてもよい。つまり、本発明において、金属反射板は必須の要件ではない。 (2) Although the said embodiment is provided with the metal reflecting plate M3, this invention is not limited to this. For example, the above embodiment may be configured by only the first reflector M1, the second reflector M, and the antenna element E without the metal reflector M3. That is, in the present invention, the metal reflector is not an essential requirement.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
A…アンテナ装置、E…アンテナ素子、M1…第1反射板、M2…第2反射板、M3…金属反射板、E1…給電点 A ... Antenna device, E ... Antenna element, M1 ... First reflector, M2 ... Second reflector, M3 ... Metal reflector, E1 ... Feed point
Claims (3)
前記複数の周波数選択板は、前記金属箔を配置していない側の板面をアンテナ素子に向けて配置されることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna element for transmitting and receiving electromagnetic waves in a plurality of frequency bands; and a plurality of frequency selection plates formed by periodically disposing metal foils on one plate surface of the dielectric substrate. The plates are arranged so that the directions of the normal vectors of the respective plate surfaces coincide with each other while being spaced apart from the antenna element by a predetermined distance, and in the frequency band other than the maximum frequency among the electromagnetic waves projected to each. An antenna device that transmits electromagnetic waves,
The antenna device, wherein the plurality of frequency selection plates are arranged with a plate surface on which the metal foil is not disposed facing an antenna element.
前記金属反射板は、前記アンテナ素子から、前記複数の周波数選択板よりもさらに離間されながら、その板面の法線ベクトルの向きが、前記複数の周波数選択板の板面の法線ベクトルの向きと一致すると共に、前記金属箔で皮膜されていない側の板面をアンテナ素子に向けて配置されることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 Further comprising a metal reflector coated with a metal foil on one entire plate surface of the dielectric substrate;
While the metal reflector is further away from the antenna element than the plurality of frequency selection plates, the direction of the normal vector of the plate surface is the direction of the normal vector of the plate surfaces of the plurality of frequency selection plates. The antenna device according to claim 1, wherein the antenna device is arranged so that a plate surface on the side not coated with the metal foil faces the antenna element.
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