JP6232946B2 - 平面アンテナ - Google Patents
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Description
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
この平面アンテナは、一端が給電点と接続され、他端が開放端となっているか、または接地電極と短絡される導線を含むマイクロストリップラインをマイクロストリップアンテナとして利用する。そのため、この平面アンテナでは、マイクロストリップアンテナを流れる電流が導線の他端で反射されることにより、その電流が定常波となる。そして定常波の節点(nodal point)では、流れる電流が極小となり、かつ、その周囲の電場の強度が極大となる。そこでこの平面アンテナでは、マイクロストリップラインを形成する導線と同一平面上における、その定常波の節点(nodal point)の何れかの近傍におけるマイクロストリップアンテナと電磁結合可能な範囲内に、少なくとも一つの共振器が配置される。これにより、この平面アンテナは、アンテナ表面の近傍における電場の均一性及び強度を向上させる。
図4は、シミュレーションに利用した各部の寸法を示すシェルフアンテナ1の平面図である。図5は、シェルフアンテナ1のSパラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。また図6は、シェルフアンテナ1の表面近傍に形成される電場のシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションにおいて、基板10を形成する誘電体の比誘電率εrは4.0、誘電正接tanδは0.01である。また、接地電極11、導体12及び共振器13−1〜13−4の何れも、銅(導電率σ=5.8×107S/m)で形成される。
さらに、導体12の幅は6mmであり、給電点12aから開放端12bまでの長さは417mmである。一方、各共振器13−1〜13−4を形成する導体の幅は3mmであり、長手方向に沿った2本の導体間の間隔は5mmである。さらに、各共振器の長手方向に沿った長さは85mm(ループの内側の長手方向に沿った間隔は79mm)である。そして、導体12の開放端12bから共振器13−1までの距離は84mmである。さらに、共振器13−1と共振器13−2の間隔及び共振器13−3と共振器13−4の間隔は171mmである。そして共振器13−4から給電点12aまでの距離は40mmである。
図7は、この変形例によるシェルフアンテナ2の平面図である。シェルフアンテナ2は、上記の実施形態によるシェルフアンテナ1と比較して、共振器の形状のみが異なる。そこで以下では、共振器について説明する。
この変形例では、各共振器23−1〜23−4は、それぞれ、ヘアピン状に形成されたダイポールアンテナであり、図1に示された各共振器13−1〜13−4と比較して、導体12から離れている側の端部が開放されている点で異なる。ただし、この例でも、各共振器23−1〜23−4の長手方向の長さは設計波長の1/2に設定される。また、各共振器は、基板10の上側の面に導体12を挟んで交互に配置されている。また隣接する二つの共振器についての導体12と電磁結合する側の端部間の間隔が設計波長の1/2となるように、すなわち、隣接する二つの共振器は、それぞれ、その一端が導体12の隣接する二つの節点近傍における導体12と電磁結合可能な範囲内に位置するように配置される。
図10は、この変形例によるシェルフアンテナ3の平面図である。シェルフアンテナ3は、第1の実施形態によるシェルフアンテナ1と比較して、共振器の形状のみが異なる。そこで以下では、共振器について説明する。
この変形例では、各共振器33−1〜33−4は、それぞれ、直線状の導体により形成されたダイポールアンテナである。ただし、この例でも、各共振器33−1〜33−4の長手方向の長さは設計波長の1/2に設定される。また、各共振器は、基板10の上側の面に導体12を挟んで交互に配置されている。また隣接する二つの共振器についての導体12と電磁結合する側の端部間の間隔が設計波長の1/2となるように、すなわち、隣接する二つの共振器は、それぞれ、その一端が導体12の隣接する二つの節点近傍における導体12と電磁結合可能な範囲内に位置するように配置される。この変形例では、各共振器33−1〜33−4がマイクロストリップラインと電磁結合するために、各共振器とマイクロストリップラインを形成する導体12間の間隔は、第1の実施形態または上記の変形例による共振器と導体間の間隔よりも狭いことが好ましい。
第2の実施形態によるシェルフアンテナ4においても、4個の共振器43−1〜43−4は、それぞれ、長手方向に沿って設計波長の略1/2の長さを持つループ状の導体で形成され、基板10の上側の面に設けられる。すなわち、各共振器43−1〜43−4と導体12は同一平面に配置される。ただし、第1の実施形態によるシェルフアンテナ1と異なり、シェルフアンテナ4では、共振器43−1及び43−2は、それぞれ、長手方向が導体12の長手方向と略平行となるように、すなわち、共振器43−3及び43−4と略直交するように配置される。さらに、共振器43−1及び43−2は、マイクロストリップラインを流れる電流の定常波の腹の部分、すなわち、マイクロストリップラインを流れる電流により生じる磁場が極大となる部分に近接するように配置される。そして共振器43−1及び43−2は、それぞれ、その一端が、共振器43−3及び43−4が配置された、マイクロストリップラインを流れる電流の定常波の節の近傍に配置される。共振器43−1及び43−2の長手方向の長さは設計波長λの略1/2であり、かつ、定常波の節点から隣接する腹までの距離はλ/4なので、共振器43−1及び43−2の中央付近がマイクロストリップラインを流れる電流の定常波の腹の部分に近接する。これにより、マイクロストリップラインを流れる電流またはその電流により生じる磁場によってマイクロストリップラインと共振器43−1及び43−2が電磁結合する。なお、共振器43−1及び43−2は、導体12と略平行に配置される。そのため、共振器43−1及び43−2と導体12の間隔は、共振器43−3及び43−4と導体12の間隔よりも広くても、共振器43−1及び43−2は、導体12と電磁結合できる。
なお、導体12と略平行に配置される共振器43−1及び43−2は、導体12を流れる電流の定常波の腹に近接していればよく、その共振器の一端の導体12の長手方向に沿った位置は、導体12と略直交に配置される何れの共振器の位置と異なっていてもよい。
図14は、第2の実施形態によるシェルフアンテナ4のアンテナ特性のシミュレーションに用いた各部の寸法を示す、シェルフアンテナ4の平面図である。図15は、シェルフアンテナ4のSパラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。また図16(a)〜図16(c)は、シェルフアンテナ4の表面近傍に形成される電場の向きの時間変化のシミュレーション結果を示す図である。なお、このシミュレーションにおける、各部の寸法及び電気特性は、第1のシミュレーションにおける各部の寸法及び電気特性と比較して、共振器43−1及び43−2の寸法及び配置と基板10の幅のみが異なる。このシミュレーションでは、基板10の幅は180mmである。また、共振器43−1及び43−2の長手方向の長さは87mmであり、共振器43−1と43−2間の間隔は95mmである。また、給電点12aから共振器43−1までの距離、及び、給電点12aから共振器43−2までの距離は、それぞれ、給電点12aから共振器43−3、43−4までの距離と等しい。さらに、共振器43−1及び43−2と導体12間の間隔は3mmであり、共振器43−3及び43−4と導体12間の間隔は2mmである。
図17は、この変形例によるシェルフアンテナ5の平面図である。シェルフアンテナ5は、上記の第2の実施形態によるシェルフアンテナ4と比較して、共振器の形状のみが異なる。そこで以下では、共振器について説明する。
図22は、シミュレーションに利用した各部の寸法を示すシェルフアンテナ8の平面図である。図23は、シェルフアンテナ8のSパラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。また図24は、シェルフアンテナ8の表面近傍に形成される電場のシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションにおいて、基板10を形成する誘電体の比誘電率εrは2.2、誘電正接tanδは0.00である。また、レッヘル線81及び共振器83−1〜83−4の何れも、銅(導電率σ=5.8×107S/m)で形成される。
さらに、レッヘル線81の各導線81a、81bの幅は2mmであり、導線間の間隔は4mmである。給電点81cから開放端81dまでの長さは670mmである。一方、各共振器83−1〜83−4を形成する導体の幅は6mmである。さらに、各共振器の長手方向に沿った長さは140.8mmである。そして、開放端81dから共振器83−1、83−3までの距離は146mmである。さらに、共振器83−1と共振器83−2の間隔及び共振器83−3と共振器83−4の間隔は292mmである。そして共振器83−2、83−4から給電点81cまでの距離は220mmである。また、各共振器とレッヘル線81との間隔は0.2mmである。
10 基板
11 接地電極
12、22、32 導体
12a、32a 給電点
32c、32d マイクロストリップライン
12b 開放端
81 レッヘル線
13−1〜13−4 共振器
23−1〜23−4 共振器
33−1〜33−4 共振器
43−1〜43−4 共振器
53−1〜53−4 共振器
63、64 共振器
73 共振器
83−1〜83−4 共振器
Claims (4)
- 誘電体により形成される基板と、
前記基板の他方の面に配置される接地電極と、前記基板の一方の面に配置される線状の導体とを有するマイクロストリップラインであり、一端が給電され、他端が開放端または接地される分布定数線路と、
前記分布定数線路から放射または前記分布定数線路により受信される所定の設計波長を持つ電波に応じた、前記分布定数線路を流れる電流の定常波の節点の何れかの近傍における前記分布定数線路と電磁結合可能な範囲内でかつ前記基板の前記一方の面に配置される、少なくとも一つの第1の共振器と、
前記電流の定常波の腹の何れかの近傍における前記導体と電磁結合可能な範囲内でかつ前記基板の前記一方の面において、前記導体と平行に配置される、少なくとも一つの第2の共振器と、
を有し、
前記少なくとも一つの第1の共振器は、前記少なくとも一つの第2の共振器と直交するように配置される平面アンテナ。 - 前記少なくとも一つの第1の共振器は複数の第1の共振器を有し、前記複数の第1の共振器のそれぞれは、前記導体を挟んで交互に配置され、かつ、隣接する二つの第1の共振器のそれぞれが前記導体を流れる電流の隣接する二つの節点における電磁結合可能な範囲に配置される、請求項1に記載の平面アンテナ。
- 前記複数の第1の共振器のそれぞれは、該第1の共振器の長手方向に沿って前記設計波長の1/2の長さを有する、請求項1または2に記載の平面アンテナ。
- 前記導体は、前記第1の共振器と前記第2の共振器の組が一つ配置される度に折り曲げられるように形成され、かつ、前記導体の長手方向に沿って、前記導体の同一の側に、前記第1の共振器と前記第2の共振器とが前記設計波長の間隔で交互に配置される、請求項1に記載の平面アンテナ。
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