JP6178292B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ装置に関し、特に複数の周波数で動作するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device that operates at a plurality of frequencies.
今日の携帯無線機器は複数の無線通信規格に対応することが多く、アンテナも複数の周波数帯に対応する必要がある。一般的に複数の周波数に対応するためにはアンテナは大型化する傾向にある。一方で今日の携帯無線機器の小型化は著しく、アンテナにも小型化が望まれている。したがって、アンテナサイズを大型化することなく複数の周波数で動作するアンテナを実現することで携帯無線機器を大型化することなく複数の周波数帯に対応可能となる。 Today's portable wireless devices often support multiple wireless communication standards, and antennas also need to support multiple frequency bands. In general, an antenna tends to increase in size in order to cope with a plurality of frequencies. On the other hand, miniaturization of today's portable wireless devices is remarkable, and miniaturization of antennas is also desired. Therefore, by realizing an antenna that operates at a plurality of frequencies without increasing the antenna size, it is possible to support a plurality of frequency bands without increasing the size of the portable wireless device.
図11に既存のアンテナの構成例を示す。本図はスプリットリング共振器を有するアンテナ(SRRアンテナ)の基本形態を示す図である。 FIG. 11 shows a configuration example of an existing antenna. This figure is a diagram showing a basic form of an antenna (SRR antenna) having a split ring resonator.
図11はスプリットリング共振器1と、給電部2と、GND板3を有し、スプリット共振器1をGND板3の外周に接するように配置した構成となっている。
FIG. 11 includes a
図12は図11に示したSRRアンテナの基本形態のスプリットリング共振器1を拡大した図である。スプリットリング共振器1は、GND板3の外周に接するように配置された開口部11を有し、給電部2には給電導体12が接続され、給電部2から交流電力が給電される。開口縁と給電導体12に接続するように第1の導体13が配置され、開口縁と接続するように第2の導体14を配置した構成となっている。また第1の導体13と第2の導体14が最も接近する部分に第1の導体13と第2の導体14からそれぞれ伸びた導体が対向するスプリット部15を形成している。
FIG. 12 is an enlarged view of the
図13は図11および図12で示したSRRアンテナの動作周波数における電流の流れを模式的に表わしたもので、点線の矢印で示しているのが電流である。SRRアンテナの動作周波数は、給電部2と、給電導体12と、第1の導体13の一部と、第2の導体14と、第2の導体14と.開口部11との接続部から給電部2までをつなぐ開口部11の外周で等価的に構成されるコイル部分と、スプリット部15に等価的に構成されるコンデンサ部分とが直列共振回路を構成することで、直列共振回路の共振周波数によって決定される。
FIG. 13 schematically shows the flow of current at the operating frequency of the SRR antenna shown in FIGS. 11 and 12, and the current is indicated by the dotted arrow. The operating frequency of the SRR antenna is fed from the
図14に図11および図12に示したSRRアンテナのインピーダンス特性を示す。これはスミスチャートを用いて周波数に対するインピーダンスの軌跡を示した図である。インピーダンスの軌跡がスミスチャートの中心に最接近する点がアンテナの動作周波数である。 FIG. 14 shows the impedance characteristics of the SRR antenna shown in FIGS. This is a diagram showing the locus of impedance with respect to frequency using a Smith chart. The point at which the locus of impedance is closest to the center of the Smith chart is the operating frequency of the antenna.
一方、図15に図11および図12に示したSRRアンテナのリターンロス特性を示す。リターンロスとは図14に示したインピーダンス特性と全く同じ測定をするもので、単にチャート(図表)が異なるだけである。インピーダンスが50Ωに近ければ近い程小さな値になる様に作られた図表で、図5では周波数1においてインピーダンスが50Ωに近くアンテナの特性が良くなる事を示す。この谷の部分はアンテナの共振と呼ばれる。すなわち谷の部分がアンテナとして動作している周波数を示していることになる。また、アンテナが良好に動作するためには、一般的にアンテナが動作する周波数においてリターンロスが-5dB以下であることが望ましい。図15からリターンロスが-5dB以下となるような谷の部分は周波数1のみであることが分かる。つまり、このアンテナは図15で示されている周波数範囲内において周波数1でのみ動作するアンテナである。
On the other hand, FIG. 15 shows the return loss characteristics of the SRR antenna shown in FIGS. The return loss is the same measurement as the impedance characteristic shown in FIG. 14, and the chart (diagram) is merely different. A chart made so that the closer the impedance is to 50Ω, the smaller the value is. FIG. 5 shows that at
今日の携帯無線機器は複数の無線通信規格に対応することが多く、アンテナも複数の周波数帯に対応する必要があるが、上記のSRRアンテナの基本形態では複数の周波数帯に対応することは困難である。 Today's portable wireless devices often support multiple wireless communication standards, and antennas also need to support multiple frequency bands, but it is difficult to support multiple frequency bands with the basic form of the above SRR antenna It is.
上記の問題を解決するために、特許文献1に示されるようなSRRアンテが提案されている。しかしこのSRRアンテナは、複数の周波数帯に対応するために複数のスプリットリング共振器を一つの導体プレーン上に並べて配置する。そのため、アンテナが大型化するという問題がある。
In order to solve the above problem, an SRR antenna as shown in
本発明の目的は複数の周波数帯に対応ししかも小型のアンテナ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a small antenna device that supports a plurality of frequency bands.
本発明は、GND板にスプリットリング共振器を配置して前記スプリットリング共振器によって決まる周波数で動作するアンテナ装置であって、前記アンテナ装置を構成する導体に、前記アンテナ装置の開口部内で第1の追加導体部を接続することを特徴とするアンテナ装置である。 The present invention relates to an antenna device that operates at a frequency determined by the split ring resonator by disposing a split ring resonator on a GND plate, and the conductor constituting the antenna device is connected to the first in the opening of the antenna device. The additional conductor portion is connected to the antenna device.
本発明によれば、複数の周波数帯に対応ししかも小型のアンテナ装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a small antenna device that supports a plurality of frequency bands.
(第1の実施形態)
(構成の説明)
図1は第1の実施形態のアンテナを示す平面図である。アンテナは、スプリットリング共振器1と、給電部2と、GND板3を有し、スプリット共振器1をGND板3の外周に接するように配置した構成となっている。図11のアンテナとの相違は、スプリットリング共振器1の開口部11の中に第1の追加導体部4と第2の追加導体部5を追加している事である。
(動作の説明)
図2は図1のSRRアンテナのスプリットリング共振器1を拡大した図である。第2の導体14のスプリット部15側の先端に接続するように第1の追加導体41を配置し、開口部11の開口縁に接続し他端は第1の追加導体41と対向するように第2の追加導体42を配置している。第1の追加導体41と第2の追加導体42からそれぞれ伸びた導体が第1の追加スプリット部43を構成している。
(First embodiment)
(Description of configuration)
FIG. 1 is a plan view showing the antenna of the first embodiment. The antenna has a
(Description of operation)
FIG. 2 is an enlarged view of the
さらに、第2の追加導体42の第1の追加スプリット部43側の先端に接続するように第3の追加導体51を配置し、開口部11の開口縁に接続し他端は第3の追加導体51と対向するように第4の追加導体52を配置している。第3の追加導体51と第4の追加導体52からそれぞれ伸びた導体が第2の追加スプリット部53を構成している。
Further, the third additional conductor 51 is arranged so as to be connected to the tip of the second
図3に本実施形態のアンテナのインピーダンス特性を示す。この図3から、周波数1、周波数2、周波数3においてインピーダンスの軌跡がスミスチャートの中心に最接近または中心を通る水平線と交差していることが分かる。
FIG. 3 shows the impedance characteristics of the antenna of this embodiment. From FIG. 3, it can be seen that at
また図4に本実施形態のアンテナのリターンロス特性を示す。この図から、図3のインピーダンス特性で示した周波数1、周波数2、周波数3でリターンロス-5dB以下の谷の部分になっていることから、周波数1、周波数2、周波数3でアンテナとして動作していることが分かる。また、図3は図11(背景技術)のSRRアンテナのリターンロス特性を示す図15と同じ周波数範囲を示していることから、図11のSRRアンテナに比べて多くの周波数で動作することになる。
FIG. 4 shows the return loss characteristics of the antenna of this embodiment. From this figure, since it is a valley portion with a return loss of -5 dB or less at
図5(a)、(b)、(c)はそれぞれ前述の周波数1、周波数2、周波数3におけるスプリットリング共振器上の電流の流れを模式的に示している。これらの図から、各周波数における電流の経路が異なることがわかる。電流の経路が異なることで等価的に構成されるコイルのインダクタンスが変化し、また通過するスプリット部の数が変わることで等価的に構成されるコンデンサの容量が変化する。これによって、スプリットリング共振器に三種類の共振周波数が発生する。したがって、本実施形態に示すアンテナでは3つの異なる周波数で動作することになる。
5A, 5B, and 5C schematically show current flows on the split ring resonator at the above-described
なお第1の追加導体41と第2の追加導体42で構成されるSRR共振器の追加によって共振周波数2が発生する。また第3の追加導体51と第4の追加導体52で構成されるSRR共振器の追加によって共振周波数3が発生する。
The
また、図2の第1の追加スプリット部43および.第2の追加スプリット部53の長さやスプリットの間隔、を変えることで、これらのスプリット部によって等価的に構成されコンデンサの容量が変化し、周波数2、周波数3を変化させることができる。
(効果)
以上説明したように、SRRアンテナの開口部の中に第1の追加導体部4と第2の追加導体部5を追加することで、アンテナサイズを大型化することなくアンテナの動作周波数を増やすことができる。
(第2の実施形態)
図6に第2の実施形態を示す。図6は本実施形態におけるSRRアンテナのスプリットリング共振器部分を拡大した図である。第1の実施形態(図1)との相違は第1の追加導体41を第2の導体14の先端ではなく中間部に接続し、第1の追加導体41と対向するように第2の追加導体42の位置を移動している点である。さらに、第3の追加導体51を第2の追加導体42の先端ではなく中間部に接続し、第3の追加導体51と対向するように第4の追加導体52の位置を移動している点である。このような構成でも第1の実施形態と同様の効果が得られる。図7(a)、(b)、(c)にそれぞれ本実施形態の周波数1、2、3の電流の流れを模式的に示す。
(第3の実施形態)
第1の実施形態では第1の追加導体41はスプリット部13の先端に接続し、第3の追加導体42も第1の追加スプリット部43の先端に接続している。また第2の実施形態では第1の追加導体41を第2の導体14の途中に接続し、第3の追加導体51を第2の追加導体42の途中に接続している。
Further, by changing the length of the first additional split section 43 and the second additional split section 53 and the split interval in FIG.
(effect)
As explained above, by adding the first
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a second embodiment. FIG. 6 is an enlarged view of the split ring resonator portion of the SRR antenna in this embodiment. The difference from the first embodiment (FIG. 1) is that the first
(Third embodiment)
In the first embodiment, the first
本第3の実施形態はこの両者を折衷したものである。つまり第1の追加導体41はスプリット部13の先端に接続し、第3の追加導体51は第2の追加導体42の途中に接続している。このような構成でも同様の効果が得られる。
(第4の実施形態)
第1〜第3の実施形態では、第1、第2の追加導体部を設けた場合を述べた。しかし第1の追加導体部4だけを追加してもよい。図8にその例を示す。給電部2、給電導体12、第1の導体13,第2の導体14は第1、第2の実施形態と同様である。本実施形態ではそれに第1の追加導体41及び第2の追加導体42だけを追加しており、第3、第4の追加導体51,52は追加していない。
The third embodiment is a compromise between the two. That is, the first
(Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, the case where the first and second additional conductor portions are provided has been described. However, only the first
図8には周波数2の電流の流れも太い矢印で示している。図9は本実施形態のアンテナのインピーダンス特性を示す。元々の周波数1に加えて周波数2が追加されている。図10はリターンロス特性であり、この図からも周波数2が追加されていることが分かる。
(第5の実施形態)
第1〜第4の実施形態では、スプリット部は、第1、第2の導体の先端、第1の追加導体と第2の追加導体の先端、及び、第3の追加導体と第4の追加導体の先端を曲げて対向させて形成していた。しかし必ずしも先端を曲げる必要はなく、スプリット部が形成された導体を追加すれば動作周波数を増加させることができる。
(第6の実施形態)
第1〜第5の実施形態では、基板層は一層である。しかし本発明は多層基板にも適用できる。具体的には、誘電体基板を挟んだ上下の導体層に同形状のスプリットリングを形成し、層間を導体ビアで接続してアンテナを構成する。
In FIG. 8, the current flow of
(Fifth embodiment)
In the first to fourth embodiments, the split portion includes the tips of the first and second conductors, the tips of the first additional conductor and the second additional conductor, and the third additional conductor and the fourth addition. The tip of the conductor was bent and faced. However, it is not always necessary to bend the tip, and the operating frequency can be increased by adding a conductor in which a split portion is formed.
(Sixth embodiment)
In the first to fifth embodiments, the substrate layer is a single layer. However, the present invention can also be applied to a multilayer substrate. Specifically, an antenna is configured by forming split rings having the same shape on upper and lower conductor layers sandwiching a dielectric substrate and connecting the layers with conductor vias.
1 スプリットリング共振器
2 給電部
3 GND板
4 第1の追加導体部
5 第2の追加導体部
11 開口部
12 給電導体
13 第1の導体
14 第2の導体
15 スプリット部
41 第1の追加導体
42 第2の追加導体
43 第1の追加スプリット部
51 第3の追加導体
52 第4の追加導体
53 第2の追加スプリット部
1 Split ring resonator
2 Power supply unit
3 GND plate
4 First additional conductor
5 Second additional conductor
11 opening
12 Feeding conductor
13 First conductor
14 Second conductor
15 Split section
41 First additional conductor
42 Second additional conductor
43 First additional split section
51 Third additional conductor
52 4th additional conductor
53 Second additional split section
Claims (7)
前記第1のスプリット部、前記第1または第2の導体及び前記GND板で囲われた前記スプリットリング共振器の開口部内で、前記第1または第2の導体に第1の追加導体を接続し、第2のスプリット部を挟んで前記第1の追加導体に対向する第2の追加導体を前記GND板の外周に接続して、第1の追加スプリットリング共振器を形成することを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device in which a split ring resonator including a first conductor and a second conductor facing each other with a first split portion interposed therebetween is disposed so as to be in contact with the outer periphery of a GND plate,
A first additional conductor is connected to the first or second conductor within an opening of the split ring resonator surrounded by the first split portion, the first or second conductor, and the GND plate. The second additional conductor facing the first additional conductor across the second split portion is connected to the outer periphery of the GND plate to form a first additional split ring resonator. Antenna device.
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