JP6282469B2 - antenna - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナに関する。 The present invention relates to an antenna.
天井や壁などに設置されて屋内で使用されるアンテナとしては、設置や景観上の観点から、平面構造で薄型であることが求められる。
メタマテリアル技術を用いたEBG(Electromagnetic Band Gap)構造体を反射板として用いることにより、アンテナを低姿勢化することが可能である。
An antenna that is installed on a ceiling or a wall and used indoors is required to have a thin planar structure from the viewpoint of installation and landscape.
By using an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure using a metamaterial technique as a reflector, the antenna can be lowered.
特許文献1には、反射波の位相を制御する反射板を用いて、送信側装置から一次放射された電波を、反射によって所望エリアに対して二次放射するように構成されている無線通信システムであって、前記反射板は、前記送信側装置から一次放射された電波を、鏡面反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されている無線通信システムが記載されている。 Patent Document 1 discloses a radio communication system configured to secondarily radiate a radio wave primarily emitted from a transmission-side device to a desired area by reflection using a reflector that controls the phase of a reflected wave. The reflection plate has a reflection characteristic set so as to reflect the radio wave primarily radiated from the transmission side device as a plane wave having an equal phase directed in a direction different from a reflection angle in the case of specular reflection. A communication system is described.
ところで、平面構造のアンテナを室内で使用する場合、アンテナが設置される位置とアンテナからの電波を送受信する位置との関係から、平面構造の平面に垂直な方向から傾いた(チルトした)方向に電波が送受信されることが求められる。
本発明の目的は、反射板の垂直な方向から傾いた方向に電波を送受信できる低姿勢なアンテナを提供することにある。
By the way, when a planar antenna is used indoors, it is inclined (tilted) from a direction perpendicular to the plane of the planar structure because of the relationship between the position where the antenna is installed and the position where radio waves are transmitted and received from the antenna. It is required that radio waves are transmitted and received.
An object of the present invention is to provide a low-profile antenna that can transmit and receive radio waves in a direction inclined from a direction perpendicular to a reflector.
かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナは、導電材料で構成された導体と、導電材料で構成され、導体を含む面に直交する方向に、予め定められた第1の距離に配置され、予め定められた面積当りにおける導体に対向する表面積の割合が、予め定められた方向において変化する領域を有する複数の導体パッチと、導体を含む面に直交する方向に、複数の導体パッチから予め定められた第2の距離に設けられ、給電点を有し当該給電点を介して電波の送受信を行う放射素子と、を備え、放射素子は、複数の導体パッチの表面積の割合が大きい側に傾いた方向に電波の送受信に対する指向性を有することを特徴とする。
このようなアンテナにおいて、導体を含む面に直交する方向に、複数の導体パッチから予め定められた第3の距離に設けられ、他の給電点を有し当該他の給電点を介して、放射素子の送受信する電波の偏波と交差する偏波の電波の送受信を行う他の放射素子をさらに備え、他の放射素子は、複数の導体パッチの表面積の割合が大きい側に傾いた方向に電波の送受信に対する指向性を有することを特徴とすることができる。
これにより、偏波共用のアンテナとすることができる。
For this purpose, an antenna to which the present invention is applied is arranged at a first predetermined distance in a direction perpendicular to a plane made of a conductive material and a conductor made of a conductive material. A plurality of conductor patches having a region where the ratio of the surface area facing the conductor per predetermined area varies in a predetermined direction, and a plurality of conductor patches in a direction perpendicular to the plane including the conductor. provided in the second predetermined distance, and a radiating element for transmitting and receiving radio waves through the feed point has a feed point, radiating elements, side ratio of the surface area of the plurality of conductor patches is large It is characterized by having directivity for transmission / reception of radio waves in a direction inclined to .
In such an antenna, in a direction orthogonal to the plane including the conductor, provided at a predetermined third distance from the plurality of conductor patches, and having another feeding point and radiating through the other feeding point. It further includes another radiating element that transmits and receives a radio wave having a polarization that intersects with the polarization of the radio wave that is transmitted and received by the element. It has the directivity with respect to transmission / reception of .
Thereby, it can be set as the antenna of polarization sharing.
また、複数のパッチの前述の領域における導体に対向する表面積の割合の変化は、この領域に含まれるパッチの表面積の変化であることを特徴とすることができる。
そして、複数のパッチの間隔が、予め定められた方向と予め定められた方向と直交する方向とで異なることを特徴とすることができる。
これにより、両偏波の指向性を別々に制御することができる。
Further, the change in the ratio of the surface area facing the conductor in the aforementioned region of the plurality of patches may be a change in the surface area of the patch included in this region.
In addition, the interval between the plurality of patches may be different between a predetermined direction and a direction orthogonal to the predetermined direction.
Thereby, the directivity of both polarized waves can be controlled separately.
一方、複数のパッチの前述の領域における導体に対向する表面積の割合の変化は、前述の領域に含まれるパッチの間の距離の変化であることを特徴とすることができる。 On the other hand, the change in the ratio of the surface area facing the conductor in the aforementioned region of the plurality of patches may be a change in the distance between the patches included in the aforementioned region.
さらに、放射素子又は他の放射素子のいずれか一方又は両方の中心が、予め定められた方向において、前述の領域の中心からずれて配置されていることを特徴とすることができる。
これにより、送受信できる電波の方向を反射板の垂直な方向から大きくできる。
Furthermore, the center of either or both of the radiating element and the other radiating element may be arranged so as to be deviated from the center of the aforementioned region in a predetermined direction.
As a result, the direction of radio waves that can be transmitted and received can be increased from the direction perpendicular to the reflector.
そして、複数の導体パッチは、放射素子又は他の放射素子のいずれか一方又は両方が面する部分を除くように設けられている。
これにより、放射素子又は他の放射素子への給電が容易になる。
The plurality of conductor patches are provided so as to exclude a portion facing either or both of the radiating element and the other radiating element.
This facilitates power feeding to the radiating element or other radiating elements.
本発明によれば、反射板の垂直な方向から傾いた方向に電波を送受信できる低姿勢なアンテナを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the low attitude | position antenna which can transmit / receive an electromagnetic wave in the direction inclined from the perpendicular | vertical direction of the reflecting plate can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態が適用されるアンテナ1の全体構成の一例を示す斜視図である。
図1に示すように、アンテナ1は、導電材料で構成された導体11と導体11を含む面に対して直交する方向に予め定められた距離(後述する図2における距離L3)に平行に並べられた導電材料で構成された複数の導体パッチ12とを含む反射板10と、複数の導体パッチ12から、導体11を含む面に対して直交する方向の予め定められた距離(後述する図2における距離L2)に設けられた放射素子の一例としてのダイポール素子20とを備えている。
反射板10は、導体11と複数の導体パッチ12とで、EBG構造体を構成している。
図1では、反射板10における導体パッチ12とダイポール素子20とを区別するため、ダイポール素子20に網点を施している。他の図においても同様である。
なお、反射板10の導体11は四角形であるとし、この四角形の辺に沿って、図1の下側から上側に向う方向を垂直方向、左側から右側に向う方向を水平方向とする。
そして、複数の導体パッチ12は、後述する図3で説明するように、導体パッチ12の表面の面積(表面積)が、垂直方向において変化するように構成されている。すなわち、複数の導体パッチ12は、表面積が垂直方向の上部から下部に向うにつれて小さくなるように設定されている。
ここでは、複数の導体パッチ12のそれぞれを導体パッチ12と表記することがあり、複数の導体パッチ12をまとめて導体パッチ12と表記することがある。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of an antenna 1 to which the first embodiment is applied.
As shown in FIG. 1, the antenna 1 is arranged in parallel with a
The
In FIG. 1, in order to distinguish the
It is assumed that the
The plurality of
Here, each of the plurality of
ダイポール素子20は、垂直方向に1組の素子部20aと素子部20bとを備えている。ダイポール素子20は、垂直偏波を送受信する。そして、偏波(垂直偏波)の方向は、複数の導体パッチ12において表面積が小さくなっていく方向に一致する。
なお、ダイポール素子20は、素子部20a、20b(図3参照)の中央部分に給電点を有し電波を送受信する。ここでは、ダイポール素子20への給電の方法については、説明を省略する。
The
The
アンテナ1が電波を送信する場合、ダイポール素子20に給電されると、反射板10に対して垂直に立てた垂線の方向(垂線方向)から、導体パッチ12の表面積の大きい側に角度θ(チルト角θ)傾いた方向(放射方向)にメインビームを放射する。
アンテナの可逆性により、電波を受信する場合においても同様である。
When the antenna 1 transmits radio waves, when the
The same applies to the case of receiving radio waves due to the reversibility of the antenna.
導体11は導電材料で構成されていればよく、例えばAl、Cuなどの金属板が適用できる。さらに、導体11は、ガラスエポキシなどの誘電材料で構成された基板上に設けられたAl、Cuなどの金属層であってもよい。
同様に、導体パッチ12も導電材料で構成されていればよく、例えばAl、Cuなどの金属板が適用できる。さらに、導体パッチ12も、ガラスエポキシなどの誘電材料で構成された基板上に設けられたAl、Cuなどの金属層によって構成されたものであってもよい。
そして、ダイポール素子20も、素子部20a、20bが導電材料で構成されていればよく、例えばAl、Cuなどの金属板が適用できる。また、板状に限らず、Al、Cuなどの金属棒であってもよい。さらに、素子部20a、20bも、ガラスエポキシなどの誘電材料で構成された基板上に設けられたAl、Cuなどの金属層によって構成されたものであってもよい。
The
Similarly, the
The
図2は、第1の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図及び断面図である。図2(a)はアンテナ1の平面図、図2(b)はアンテナ1の図2(a)におけるIIb−IIb線での断面図、図2(c)はアンテナ1の図2(a)におけるIIc−IIc線での断面図である。
図2(a)に示すように、アンテナ1は、導体11及び複数の導体パッチ12を含む反射板10とダイポール素子20とを備えている。そして、例えば、導体11は、一辺長L1の正方形である。
図2(b)に示すように、ダイポール素子20は反射板10の導体パッチ12から第2の距離の一例としての距離L2の位置に設けられている。そして、反射板10において、複数の導体パッチ12は導体11から第1の距離の一例としての距離L3の位置に設けられている。
図2(a)、(c)に示すように、反射板10の複数の導体パッチ12は、垂直方向の上部から下部に向う方向において、表面積が小さくなるように構成されている。
そして、反射板10の垂直方向の下端からダイポール素子20の中心までが距離L4、反射板10の垂直方向の上端からダイポール素子20の中心までが距離L5である。
ここでは、反射板10における導体11と導体パッチ12とは接続されていない。しかし、導体11と導体パッチ12とを、導電材料で接続して、所謂マッシュルーム構造としてもよい。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the antenna 1 to which the first embodiment is applied. 2A is a plan view of the antenna 1, FIG. 2B is a cross-sectional view of the antenna 1 taken along line IIb-IIb in FIG. 2A, and FIG. 2C is FIG. 2A of the antenna 1. It is sectional drawing in the IIc-IIc line | wire in.
As shown in FIG. 2A, the antenna 1 includes a
As shown in FIG. 2B, the
As shown in FIGS. 2A and 2C, the plurality of
The distance L4 is from the lower end in the vertical direction of the reflecting
Here, the
図3は、第1の実施の形態が適用されるアンテナ1の反射板10における複数の導体パッチ12及びダイポール素子20の構成を示す図である。図3(a)は反射板10の複数の導体パッチ12の構成、図3(b)はダイポール素子20の構成を示す図である。
図3(a)に示すように、反射板10の複数の導体パッチ12は、垂直方向の上部から下部に向って一辺長が変化していく正方形の導体パッチ12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12iを備えている。
なお、導体パッチ12は、水平方向には一辺長が同じものが、水平方向の中心に対して対称になるように複数配置されている。
導体パッチ12aは一辺長L7、導体パッチ12bは一辺長L9、導体パッチ12cは一辺長L10、導体パッチ12dは一辺長L11、導体パッチ12eは一辺長L12、導体パッチ12fは一辺長L13、導体パッチ12gは一辺長L14、導体パッチ12hは一辺長L15、導体パッチ12iは一辺長L16である。
そして、導体パッチ12は、水平方向には間隔L6で配置され、垂直方向には間隔L8で配置されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the plurality of
As shown in FIG. 3A, the plurality of
A plurality of
And the
図3(b)に示すように、ダイポール素子20は、素子部20a、20bが垂直方向に配置されている。素子部20a、20bの水平方向は幅L17、垂直方向に配置された素子部20a、20bの全体は長さL19である。
As shown in FIG. 3B, the
ここで、図2、図3に示したアンテナ1における一辺長L1などの数値の一例を説明する。アンテナ1が送受信する電波は、自由空間において中心波長λ0(中心周波数f0)であるとする。
この場合、反射板10の導体11の一辺長L1は1.3λ0、反射板10における導体パッチ12とダイポール素子20との距離L2は0.02λ0、反射板10における導体11と導体パッチ12との距離L3は0.04λ0、反射板10の垂直方向の下端からダイポール素子20の中心までの距離L4は0.5λ0、上端からダイポール素子20の中心までの距離L5は0.8λ0である。
Here, an example of numerical values such as the side length L1 in the antenna 1 shown in FIGS. 2 and 3 will be described. The radio wave transmitted and received by the antenna 1 is assumed to have a center wavelength λ 0 (center frequency f 0 ) in free space.
In this case, the side length L1 of the
ダイポール素子20は、反射板10の垂直方向における中心より、0.15λ0下側にずらして配置されている。ダイポール素子20の中心を導体11の中心から導体パッチ12の表面積が小さい側にずらして配置した方がチルト角θを大きくできるためである。
すなわち、導体パッチ12の端(図3(a)において導体パッチ12aの上端)とダイポール素子20の中心との距離もチルト角θに影響する。
That is, the distance between the end of the conductor patch 12 (the upper end of the
導体パッチ12aの一辺長L7は0.24λ0、導体パッチ12bの一辺長L9は0.21λ0、導体パッチ12cの一辺長L10は0.18λ0、導体パッチ12dの一辺長L11は0.15λ0、導体パッチ12eの一辺長L12は0.13λ0、導体パッチ12fの一辺長L13は0.1λ0、導体パッチ12gの一辺長L14は0.07λ0、導体パッチ12hの一辺長L15は0.04λ0、導体パッチ12iの一辺長L16は0.02λ0である。
そして、導体パッチ12の水平方向の間隔L6は0.02λ0、垂直方向の間隔L8は0.02λ0である。すなわち、第1の実施の形態では、反射板10における導体パッチ12は、垂直方向及び水平方向において、同じ間隔(間隔L6=間隔L8)で配置されている。
Side length L7 is 0.24Ramuda 0 conductor patches 12a, one side length L9 is 0.21Ramuda 0 conductor patches 12b, one side length L10 of the
The horizontal interval L6 of the
さらに、ダイポール素子20の素子部20a、20bの幅L17は0.12λ0、素子部20a、20bの全体の長さL19は0.38λ0である。
Further, the width L17 of the
以上説明したように、第1の実施の形態が適用されるアンテナ1では、EBG構造体である反射板10を用いることで、反射板10における導体11からダイポール素子20までの高さ(距離L2+距離L3)が、0.06λ0となる。
これに対して、導体11のみを反射板10とする場合では、一般的に導体11からダイポール素子20までの高さは、約0.25λ0となる。
すなわち、第1の実施の形態が適用されるアンテナ1は、EBG構造体である反射板10を用いない場合に比べて、低姿勢化できる。
As described above, in the antenna 1 to which the first embodiment is applied, the height (distance L2 +) from the
In contrast, in the case of only the
That is, the antenna 1 to which the first embodiment is applied can be lowered in posture as compared with the case where the
さらに、アンテナ1が電波を送信する場合において、メインビームの放射方向を反射板10の垂線方向に対して、導体パッチ12の面積が大きい方向に傾ける(チルト角θ)ことができる。
これは、EBG構造体により構成される反射板10を用いたアンテナ1では、反射板10を構成する導体パッチ12の表面形状及び導体パッチ12相互間の間隔によって、導体11と導体パッチ12間のインダクタンス、導体パッチ12相互間のキャパシタンスが異なる。よって、反射板10における垂直方向の上部から下部に向かって導体パッチ12の表面積を変えてゆくことで、インダクタンス又は/及びキャパシタンスに分布が生じる。
これにより、アンテナ1が電波を送信する場合において、ダイポール素子20が放射する電波のメインビームの方向を傾かせる(チルトさせる)ことができる。また、アンテナ1の垂直方向の指向性も制御することができる。
アンテナの可逆性により、電波を受信する場合においても同様である。
Furthermore, when the antenna 1 transmits radio waves, the radiation direction of the main beam can be tilted (tilt angle θ) in the direction in which the area of the
This is because, in the antenna 1 using the reflecting
Thereby, when the antenna 1 transmits radio waves, the direction of the main beam of the radio waves emitted from the
The same applies to the case of receiving radio waves due to the reversibility of the antenna.
なお、図1、図2に示すアンテナ1では、導体11から予め定められた距離、例えば平行に設けられた複数の導体パッチ12が全て垂直方向において表面積が変化していくように構成されている。
このことは、最も大きな表面積の導体パッチ12を含むように予め設定された面積当りに導体パッチ12が占める表面積の割合が垂直方向(予め定められた方向)において変化していくと考えることができる。
そして、導体パッチ12の表面積又は導体パッチ12が占める表面積の割合の変化は垂直方向の距離に応じて設定されればよく、これらの変化の割合によってチルト角及び指向性が制御できる。
また、図3に示すように、導体パッチ12の面積は、垂直方向において1個毎に連続して変化させているが、複数個毎に変化させるようにしてもよく、数の異なる個数毎に変化させてもよい。
The antenna 1 shown in FIGS. 1 and 2 is configured such that a plurality of
This can be considered that the ratio of the surface area occupied by the
The change in the surface area of the
Further, as shown in FIG. 3, the area of the
また、図1、図2に示すアンテナ1では、導体11から予め定められた距離、例えば平行に設けられた複数の導体パッチ12が全て垂直方向において表面積が変化するように構成されている。しかし、この垂直方向において表面積が変化する複数の導体パッチ12が含まれる範囲を領域とし、この領域の外側に、表面積が変化しない導体パッチ12が設けられていてもよい。そして、ダイポール素子20が、この垂直方向において表面積が変化する複数の導体パッチ12が含まれる領域に設けられていればよい。
In the antenna 1 shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、アンテナ1におけるダイポール素子20は、1組の素子部20a、素子部20bを備え、垂直偏波を送受信した。
第2の実施の形態では、アンテナ1において、放射素子の他の一例として4個のダイポール素子21、22、23、24を用いるとともに、垂直偏波に加えて、垂直偏波に直交する水平偏波を送受信できるようにしている。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the
In the second embodiment, in the antenna 1, four
図4は、第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の全体構成の一例を示す斜視図である。
反射板10の構成は、第1の実施の形態と同様である。ダイポール素子21、22、23、24の構成については、後述する。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of the overall configuration of the antenna 1 to which the second embodiment is applied.
The configuration of the
図5は、第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図及び断面図である。図5(a)はアンテナ1の平面図、図5(b)はアンテナ1の図5(a)におけるVb−Vb線での断面図、図5(c)はアンテナ1の図5(a)におけるVc−Vc線での断面図である。
4個のダイポール素子21、22、23、24を用いている以外は、図2に示した第1の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
そして、距離L4は、反射板10の垂直方向の下端からダイポール素子21又はダイポール素子23の中心までの距離、距離L5は、反射板10の垂直方向の上端からダイポール素子21又はダイポール素子23の中心までが距離である。
ここでは、ダイポール素子21、22、23、24と反射板10における導体パッチ12とは、距離L2で設けられているとした。なお、垂直偏波素子であるダイポール素子21、23と、水平偏波素子であるダイポール素子22、24とで、反射板10における導体パッチ12までの距離を異ならせてもよい。このとき、ダイポール素子21、23と反射板10における導体パッチ12までの距離が第2の距離の一例であり、ダイポール素子22、24と反射板10における導体パッチ12までの距離が第3の距離の一例である。第2の距離と第3の距離が同じであってもよい。
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view of the antenna 1 to which the second embodiment is applied. 5A is a plan view of the antenna 1, FIG. 5B is a cross-sectional view of the antenna 1 taken along line Vb-Vb in FIG. 5A, and FIG. It is sectional drawing in the Vc-Vc line | wire in.
Since it is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 2 except that four
The distance L4 is the distance from the lower end of the reflecting
Here, it is assumed that the
図6は、第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の反射板10における導体パッチ12及びダイポール素子21、22、23、24の構成を示す図である。図6(a)は反射板10における導体パッチ12の構成、図6(b)はダイポール素子21、22、23、24の構成を示す図である。
図6(a)に示す反射板10の導体パッチ12の構成は、図3(a)に示した第1の実施の形態と同様である。よって、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the
The configuration of the
図6(b)において、4つのダイポール素子21、22、23、24について説明する。
ダイポール素子21の素子部21a、21bとダイポール素子23の素子部23a、23bは、垂直方向に配列され、ダイポール素子22の素子部22a、22bとダイポール素子24の素子部24a、24bは、水平方向に配列されている。
すなわち、ダイポール素子21、23は垂直偏波を送受信し、ダイポール素子22、24は水平偏波を送受信する。よって、アンテナ1は、偏波共用である。ここでは、ダイポール素子21及びダイポール素子23を垂直偏波素子と、ダイポール素子22及びダイポール素子24を水平偏波素子と表記する。
なお、ダイポール素子21、23のいずれか一方及び/又はダイポール素子22、24のいずれか一方を省いてもよい。
In FIG. 6B, the four
The
That is, the
Note that either one of the
ダイポール素子21の素子部21a、21b、ダイポール素子22の素子部22a、22b、ダイポール素子23の素子部23a、23b、ダイポール素子24の素子部24a、24bはそれぞれ幅L17である。
また、ダイポール素子21、22、23、24の全体は長さL19である。なお、全体の長さL19は、ダイポール素子21、22、23、24のそれぞれの素子部(素子部21a、21b、素子部22a、22b、素子部23a、23b、素子部24a、24b)の端から端までの長さである。
さらに、ともに垂直偏波を送受信するダイポール素子21とダイポール素子23との中心間は距離L18である。同様に、ともに水平偏波を送受信するダイポール素子22とダイポール素子24との中心間も距離L18である。
なお、ダイポール素子21、22、23、24の素子部は、例えば素子部21aと素子部22bのように互いがL字状に近接する部分において、斜めに切り取られている。
また、第2の実施の形態では、ダイポール素子21とダイポール素子23との中心間の距離と、ダイポール素子22とダイポール素子24との中心間の距離を同じとしたが、求められる指向性(ビーム幅)に応じてそれぞれ別々の距離に設定してもよい。
The
The
Furthermore, the distance between the centers of the
Note that the element portions of the
In the second embodiment, the distance between the centers of the
そして、ダイポール素子21、22、23、24も、それぞれの素子部(素子部21a、21b、素子部22a、22b、素子部23a、23b、素子部24a、24b)が導電材料で構成されていればよく、例えばAl、Cuなどの金属板が適用できる。また、素子部21a、21b、素子部22a、22b、素子部23a、23b、素子部24a、24bは、例えばAl、Cuなどの金属棒であってもよい。さらに、素子部21a、21b、素子部22a、22b、素子部23a、23b、素子部24a、24bは、ガラスエポキシなどの誘電材料で構成された基板上に設けられたAl、Cuなどの金属層により構成されたものであってもよい。
Each of the
図5、図6に示したアンテナ1における一辺長L1などの数値の一例は、第1の実施の形態と同様である。なお、ともに垂直偏波を送受信するダイポール素子21とダイポール素子23との中心間及びともに水平偏波を送受信するダイポール素子22とダイポール素子24との中心間の距離L18は0.42λ0である。
Examples of numerical values such as the side length L1 in the antenna 1 shown in FIGS. 5 and 6 are the same as those in the first embodiment. The distance L18 between the centers of the
図7は、第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直方向(垂直面内)における指向性及びその周波数(f)依存性を示す図である。図7(a)はf=0.94f0における垂直偏波素子の指向性、図7(b)はf=f0における垂直偏波素子の指向性、図7(c)はf=1.06f0における垂直偏波素子の指向性、図7(d)はf=0.94f0における水平偏波素子の指向性、図7(e)はf=f0における水平偏波素子の指向性、図7(f)はf=1.06f0における水平偏波素子の指向性を示す図である。
なお、本指向性は、全てのダイポール素子21、22、23、24を同相で給電したものであるが、垂直偏波素子(図4、5においてはダイポール素子21、23)、水平偏波素子(図4、5においてはダイポール素子22、24)それぞれに対して位相を異ならせて給電し、チルト角θ等の電波の放射方向(ビーム方向)を適宜調整してもよい。
これらの指向性は、シミュレーションによって求めた。
FIG. 7 is a diagram illustrating the directivity in the vertical direction (in the vertical plane) and the frequency (f) dependency of the antenna 1 to which the second embodiment is applied. 7A shows the directivity of the vertical polarization element at f = 0.94f 0 , FIG. 7B shows the directivity of the vertical polarization element at f = f 0 , and FIG. 7C shows f = 1. The directivity of the vertical polarization element at 06f 0 , FIG. 7 (d) shows the directivity of the horizontal polarization element at f = 0.94f 0 , and FIG. 7 (e) shows the directivity of the horizontal polarization element at f = f 0 . FIG 7 (f) are diagrams showing the directivity of horizontal polarization element in f = 1.06f 0.
In this directivity, all
These directivities were obtained by simulation.
垂直偏波素子のチルト角θは、f=0.94f0(図7(a))において6.5°、f=f0(図7(b))において10.5°、f=1.06f0(図7(c))において16.8°である。
さらに、水平偏波素子のチルト角θは、f=0.94f0(図7(d))において15.3°、f=f0(図7(e))において23°、f=1.06f0(図7(f))において21.3°である。
The tilt angle θ of the vertical polarization element is 6.5 ° at f = 0.94f 0 (FIG. 7A), 10.5 ° at f = f 0 (FIG. 7B), f = 1. The angle is 16.8 ° in 06f 0 (FIG. 7C).
Further, the tilt angle θ of the horizontal polarization element is 15.3 ° at f = 0.94f 0 (FIG. 7D), 23 ° at f = f 0 (FIG. 7E), f = 1. It is 21.3 ° in 06f 0 (FIG. 7 (f)).
このように、第2の実施の形態が適用されるアンテナ1では、導体パッチ12の面積を垂直方向の上部から下部に向けて小さくしているので、垂直偏波素子及び水平偏波素子のメインビームの放射方向を反射板10の垂線方向から傾ける(チルトさせる)ことができる。
なお、周波数fによってチルト角θが異なるのは、導体11と導体パッチ12間のインダクタンス、導体パッチ12相互間のキャパシタンスが周波数依存性を有するためである。
As described above, in the antenna 1 to which the second embodiment is applied, the area of the
The reason why the tilt angle θ varies depending on the frequency f is that the inductance between the
[第3の実施の形態]
第2の実施の形態では、4個のダイポール素子21、22、23、24を用いるとともに、垂直偏波と水平偏波とを共に送受信できる偏波共用とした。
しかし、第2の実施の形態が適用されるアンテナ1では、図7(a)、(b)、(c)に示す垂直偏波素子の指向性と図7(d)、(e)、(f)に示す水平偏波素子の指向性とを比べると、同じ周波数fに対して、水平偏波素子が垂直偏波素子に比べてチルト角θが大きい(深い)。そして、図7(e)において破線で囲ったα部分と図7(f)において破線で囲ったβ部分のように、水平偏波素子の指向性は、垂直偏波素子の指向性に比べ、乱れが大きい。
例えは、図7(d)のf=0.94f0における水平偏波素子の指向性が、図7(f)に対応するf=1.06f0において得られれば、チルト角θが15.3°と浅くなって、図7(c)に示す垂直偏波素子のチルト角θの16.8°に近くなる。そして、指向性の乱れも少なくなる。
そこで、第3の実施の形態では、水平偏波素子と垂直偏波素子とにおけるチルト角θの差及び水平偏波素子の指向性の乱れを抑制している。
[Third Embodiment]
In the second embodiment, four
However, in the antenna 1 to which the second embodiment is applied, the directivity of the vertical polarization element shown in FIGS. 7A, 7 </ b> B, and 7 </ b> C and FIGS. Comparing the directivity of the horizontal polarization element shown in f), the tilt angle θ of the horizontal polarization element is larger (deeper) than the vertical polarization element for the same frequency f. And the directivity of a horizontal polarization element is compared with the directivity of a vertical polarization element like (alpha) part enclosed with the broken line in FIG.7 (e), and (beta) part enclosed with the broken line in FIG.7 (f). Disturbance is great.
For example, if the directivity of the horizontal polarization element at f = 0.94f 0 in FIG. 7D is obtained at f = 1.06f 0 corresponding to FIG. It becomes as shallow as 3 °, which is close to 16.8 ° of the tilt angle θ of the vertical polarization element shown in FIG. And the disturbance of directivity is also reduced.
Therefore, in the third embodiment, the difference in tilt angle θ between the horizontal polarization element and the vertical polarization element and disturbance in the directivity of the horizontal polarization element are suppressed.
図8は、EBG構造体で構成された反射板10における入射波に対する反射波の反射位相差と導体パッチ12の間隔dとの関係を示す図である。図8(a)は導体パッチ12の間隔dを説明する図、図8(b)は反射板10に対する入射波と反射波とを説明する図、図8(c)は周波数fに対する反射位相差と導体パッチ12の間隔dとの関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the reflection phase difference of the reflected wave with respect to the incident wave and the distance d between the
図8(c)に示す、周波数fに対する反射位相差と導体パッチ12の間隔dとの関係は、次のようにして求めた。まず、無限大の面積の導体11から予め定められた距離、例えば平行に、導体パッチ12を間隔dで無限に配置したと仮定する(図8(a)参照)。そして、反射板10に対して平面波を入射波とし、入射波に対する反射波の反射位相差を計算した(図8(c)参照)。
図8(c)では、間隔dが最も小さい場合において、反射位相差が0°となる周波数fを中心周波数f0として示している。
そして、間隔dが最も小さい場合においては、反射位相差は、f=0.5f0における150°から、f=1.8f0の−150°まで変化する。
なお、EBG構造体で構成された反射板10では、反射位相差が−90から90°の範囲で使用されることが多い。
The relationship between the reflection phase difference with respect to the frequency f and the distance d between the
In FIG. 8C, the frequency f at which the reflection phase difference is 0 ° when the interval d is the smallest is shown as the center frequency f 0 .
Then, when the distance d is the smallest, the reflected phase difference changes from 150 ° in f = 0.5f 0, until -150 ° of f = 1.8f 0.
In addition, in the reflecting
そして、図8(c)に示すように、導体パッチ12の間隔dが大きく(広く)なるにつれ、反射位相差が0°となる周波数fが高くなる。すなわち、反射位相差を表すグラフが、周波数fの高い側にシフトする。
このことから、反射板10における導体パッチ12の間隔dを大きく(広く)して、周波数fを高い側にシフトさせれば、図7(d)に示したf=0.94f0での水平偏波素子の指向性を、f=1.06f0において得ることができるようになると考えられる。
Then, as shown in FIG. 8C, the frequency f at which the reflection phase difference becomes 0 ° increases as the distance d between the
Therefore, if the interval d between the
図9は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1の全体構成の一例を示す斜視図である。
図9に示すように、アンテナ1において、図6(a)に示した第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の反射板10における導体パッチ12の水平方向の間隔L6を、間隔L6より広い間隔L6′としている。なお、導体パッチ12の垂直方向の間隔L8は、図6(a)に示した第2の実施の形態が適用されるアンテナ1と同じである。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the overall configuration of the antenna 1 to which the third embodiment is applied.
As shown in FIG. 9, in the antenna 1, the horizontal interval L6 of the
図10は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図である。
なお、反射板10における導体11の一辺長L1は、図5(a)に示した第2の実施の形態と同じである。
図10に示すように、反射板10における導体パッチ12は、水平方向が図5(a)に示した第2の実施の形態が適用される間隔L6より広い間隔L6′で配置されているので、図5(a)に示した第2の実施の形態の場合に比べて、導体パッチ12が水平方向に広がって配置されている。
他の構成は、第2の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 10 is a plan view of the antenna 1 to which the third embodiment is applied.
Note that the side length L1 of the
As shown in FIG. 10, the
Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
図11は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直方向(垂直面内)における指向性及びその周波数(f)依存性を示す図である。図11(a)はf=0.94f0における垂直偏波素子の指向性、図11(b)はf=f0における垂直偏波素子の指向性、図11(c)はf=1.06f0における垂直偏波素子の指向性、図11(d)はf=0.94f0における水平偏波素子の指向性、図11(e)はf=f0における水平偏波素子の指向性、図11(f)はf=1.06f0における水平偏波素子の指向性を示す図である。
これらの指向性は、間隔L6′=2×間隔L6=0.04λ0として、シミュレーションにより求めた。
FIG. 11 is a diagram showing the directivity in the vertical direction (in the vertical plane) of the antenna 1 to which the third embodiment is applied and its frequency (f) dependency. 11A shows the directivity of the vertical polarization element at f = 0.94f 0 , FIG. 11B shows the directivity of the vertical polarization element at f = f 0 , and FIG. 11C shows f = 1. Directivity of the vertical polarization element at 06f 0 , FIG. 11D shows the directivity of the horizontal polarization element at f = 0.94f 0 , and FIG. 11E shows the directivity of the horizontal polarization element at f = f 0 . FIG 11 (f) are diagrams showing the directivity of horizontal polarization element in f = 1.06f 0.
These directivity, as the interval L6 '= 2 × distance L6 = 0.04 0, obtained by simulation.
垂直偏波素子のチルト角θは、f=0.94f0(図11(a))において6.3°、f=f0(図11(b))において10°、f=1.06f0(図11(c))において15.5°である。これら垂直偏波素子のチルト角θは、図7(a)、(b)、(c)に示した第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直偏波素子のチルト角θに近い。
一方、水平偏波素子のチルト角θは、f=0.94f0(図11(d))において7.5°、f=f0(図11(e))において10.3°、f=1.06f0(図11(f))において13.8°である。これら水平偏波素子のチルト角θは、図7(d)、(e)、(f)に示した第2の実施の形態が適用されるアンテナ1の水平偏波素子のチルト角θより小さく(浅く)、且つ指向性の乱れも少なくなっている。
The tilt angle θ of the vertical polarization element is 6.3 ° at f = 0.94f 0 (FIG. 11A), 10 ° at f = f 0 (FIG. 11B), and f = 1.06f 0. In FIG. 11C, it is 15.5 °. The tilt angle θ of these vertical polarization elements is close to the tilt angle θ of the vertical polarization element of the antenna 1 to which the second embodiment shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C is applied. .
On the other hand, the tilt angle θ of the horizontal polarization element is 7.5 ° at f = 0.94f 0 (FIG. 11 (d)), 10.3 ° at f = f 0 (FIG. 11 (e)), f = It is 13.8 degrees in 1.06f 0 (FIG. 11 (f)). The tilt angle θ of these horizontal polarization elements is smaller than the tilt angle θ of the horizontal polarization element of the antenna 1 to which the second embodiment shown in FIGS. 7D, 7E, and 7F is applied. (Shallow) and less disturbed directivity.
以上説明したように、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1では、導体パッチ12の面積を垂直方向の上部から下部に向けて小さくするとともに、導体パッチ12の水平方向を間隔L6′と、第2の実施の形態が適用される間隔L6より広くした。これにより、垂直偏波素子及び水平偏波素子のメインビームの放射方向を反射板10の垂線方向から傾ける(チルトさせる)ことができるとともに、同じ周波数fにおける垂直偏波素子と水平偏波素子とでのチルト角θの差を抑制している。また、水平偏波素子の指向性の乱れも抑制できている。
As described above, in the antenna 1 to which the third embodiment is applied, the area of the
第3の実施の形態では、反射板10における導体パッチ12の水平方向は、第2の実施の形態が適用される間隔L6から、間隔L6より広い間隔L6′としたが、垂直方向は、間隔L8と同じにしている。これにより、垂直偏波素子の指向性を、第2の実施の形態のアンテナ1と同様に維持しつつ、水平偏波素子の指向性を変化させている。
すなわち、水平方向の間隔L6と垂直方向の間隔L8とをそれぞれ別々に設定することで、水平偏波素子及び垂直偏波素子の指向性を別々に制御することができる。
In the third embodiment, the horizontal direction of the
That is, by setting the horizontal interval L6 and the vertical interval L8 separately, the directivity of the horizontal polarization element and the vertical polarization element can be controlled separately.
次に、ダイポール素子21、23の中心を反射板10の中心(反射板中心)から、垂直方向にずらして配置することについて説明する。なお、ダイポール素子22、24の位置も、ダイポール素子21、23とともにずらして配置している。よって、ダイポール素子21、22、23、24をまとめてダイポール素子と表記し、ダイポール素子21、23の中心をダイポール素子中心と表記する。
図12は、反射板中心からダイポール素子中心を垂直方向にずらして配置することを説明する図である。図12(a)は、反射板中心からダイポール素子中心を垂直方向の正側、すなわち導体パッチ12の表面積が大きい側にずらして配置した場合、図12(b)は、反射板中心にダイポール素子中心を配置した場合、図12(c)は、反射板中心からダイポール素子中心を垂直方向の負側、すなわち導体パッチ12の表面積が小さい側にずらして配置した場合を示す。
そして、反射板中心(反射板10の中心)に対するダイポール素子中心(ダイポール素子20の中心)の位置を位置Rとすると、位置Rは、図12(a)では0.4λ0、図12(b)では0、図12(c)では−0.4λ0である。
Next, it will be described that the centers of the
FIG. 12 is a diagram illustrating that the center of the dipole element is shifted from the center of the reflector in the vertical direction. 12A shows a case where the center of the dipole element is shifted from the center of the reflector to the positive side in the vertical direction, that is, the side where the surface area of the
When the position of the dipole element center (center of the dipole element 20) with respect to the reflector center (center of the reflector 10) is a position R, the position R is 0.4λ 0 in FIG. 12A and FIG. ) Is 0 , and in FIG. 12C is -0.4λ0.
図13は、反射板中心に対するダイポール素子中心の位置Rとチルト角θとの関係を示す図である。
垂直偏波素子及び水平偏波素子のチルト角θは、位置Rとともに変化する。位置Rが負であると、チルト角θが正、すなわちメインビームが垂直方向の正側(導体パッチ12の表面積が大きい側)に傾く。一方、位置Rが正であると、チルト角θが負、すなわちメインビームが垂直方向の負側(導体パッチ12の表面積が小さい側)に傾く。
しかし、図13に示すように、位置Rが負である場合には、垂直偏波素子のチルト角θと水平偏波素子のチルト角θとの差が、位置Rが正である場合に比べて小さい。よって、ダイポール素子は、位置Rが負である側、すなわち導体パッチ12の表面積が小さい側にずらして配置することが好ましい。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the position R of the dipole element center relative to the center of the reflector and the tilt angle θ.
The tilt angle θ of the vertical polarization element and the horizontal polarization element changes with the position R. When the position R is negative, the tilt angle θ is positive, that is, the main beam is inclined to the positive side in the vertical direction (the side where the surface area of the
However, as shown in FIG. 13, when the position R is negative, the difference between the tilt angle θ of the vertical polarization element and the tilt angle θ of the horizontal polarization element is larger than that when the position R is positive. Small. Therefore, it is preferable that the dipole element is shifted from the side where the position R is negative, that is, the side where the surface area of the
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態では、アンテナ1において、反射板10の複数の導体パッチ12の内、ダイポール素子21、22、23、24が対向する部分に導体パッチ12を設けていない。これにより、ダイポール素子21、22、23、24に給電する給電回路を設けやすくしている。
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, in the antenna 1, the
図14は、第4の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図である。
図14に示すように、アンテナ1では、図10に示す第3の実施の形態が適用されるアンテナ1の複数の導体パッチ12において、水平方向に配置された複数の導体パッチ12cの内、水平方向の中央に設けられた1つが設けられていない。同様に、水平方向に配置された複数の導体パッチ12dの内、水平方向の中央に設けられた3つが設けられていない。さらに、水平方向に配置された複数の導体パッチ12eの内、水平方向の中央に設けられた3つが設けられていない。
他の構成は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 14 is a plan view of the antenna 1 to which the fourth embodiment is applied.
As shown in FIG. 14, in the antenna 1, in the plurality of
Other configurations are the same as those of the antenna 1 to which the third embodiment is applied.
図15は、第4の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直方向(垂直面内)における指向性を示す図である。図15(a)はf=f0における垂直偏波素子の指向性、図15(b)はf=f0における水平偏波素子の指向性である。
図15(a)に示すように、垂直偏波素子のチルト角θはf=f0において9.3°、図15(b)に示すように、水平偏波素子のチルト角θはf=f0において12.8°である。
このように、ダイポール素子21、22、23、24が設けられる部分に導体パッチ12を設けなくとも、垂直偏波素子及び水平偏波素子のメインビームの放射方向を反射板10の垂線方向から傾ける(チルトさせる)ことができる。
FIG. 15 is a diagram illustrating the directivity in the vertical direction (in the vertical plane) of the antenna 1 to which the fourth embodiment is applied. FIG. 15A shows the directivity of the vertical polarization element at f = f 0 , and FIG. 15B shows the directivity of the horizontal polarization element at f = f 0 .
As shown in FIG. 15A, the tilt angle θ of the vertical polarization element is 9.3 ° at f = f 0 , and as shown in FIG. 15B, the tilt angle θ of the horizontal polarization element is f = It is 12.8 ° at f 0 .
As described above, the radiation direction of the main beam of the vertical polarization element and the horizontal polarization element is tilted from the normal direction of the
[第5の実施の形態]
第1の実施の形態から第4の実施の形態では、アンテナ1において、反射板10の複数の導体パッチ12は表面形状を正方形とした。第5の実施の形態では、アンテナ1において、反射板10の複数の導体パッチ12の表面形状を長方形としている。
[Fifth Embodiment]
In the first to fourth embodiments, in the antenna 1, the plurality of
図16は、第5の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図である。
図16に示すように、アンテナ1では、図10に示す第3の実施の形態が適用されるアンテナ1の導体パッチ12の表面形状を正方形から長方形にした。
他の構成は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 16 is a plan view of the antenna 1 to which the fifth embodiment is applied.
As shown in FIG. 16, in the antenna 1, the surface shape of the
Other configurations are the same as those of the antenna 1 to which the third embodiment is applied.
図17は、第5の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直方向(垂直面内)における指向性を示す図である。図17(a)はf=f0における垂直偏波素子の指向性、図17(b)はf=f0における水平偏波素子の指向性である。
図17(a)に示すように、垂直偏波素子のチルト角θはf=f0において11.5°である。しかし、図17(b)に示すように、水平偏波素子では、f=f0における指向性が乱れている。第3の実施の形態で説明したように、水平方向の間隔L6′をさらに広くするなどにより、水平偏波素子の指向性の乱れを抑制するとともに、チルト角θを垂直偏波素子と同様な値に設定することができる。
このように、導体パッチ12の表面形状を長方形としても、垂直偏波素子及び水平偏波素子のメインビームの放射方向を反射板10の垂線方向から傾ける(チルトさせる)ことができる。
なお、図16に示すアンテナ1では、導体パッチ12を水平方向が垂直方向より長い長方形としたが、水平方向が垂直方向より短い長方形としてもよい。
FIG. 17 is a diagram showing the directivity in the vertical direction (in the vertical plane) of the antenna 1 to which the fifth embodiment is applied. FIG. 17A shows the directivity of the vertical polarization element at f = f 0 , and FIG. 17B shows the directivity of the horizontal polarization element at f = f 0 .
As shown in FIG. 17A, the tilt angle θ of the vertical polarization element is 11.5 ° at f = f 0 . However, as shown in FIG. 17B, the directivity at f = f 0 is disturbed in the horizontal polarization element. As described in the third embodiment, by further increasing the horizontal distance L6 ′, the disturbance of directivity of the horizontal polarization element is suppressed, and the tilt angle θ is the same as that of the vertical polarization element. Can be set to a value.
Thus, even if the surface shape of the
In the antenna 1 shown in FIG. 16, the
[第6の実施の形態]
第5の実施の形態では、アンテナ1において、反射板10の複数の導体パッチ12の表面形状を円形としている。
[Sixth Embodiment]
In the fifth embodiment, in the antenna 1, the surface shape of the plurality of
図18は、第6の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図である。
第6の実施の形態が適用されるアンテナ1では、図10に示す第3の実施の形態が適用されるアンテナ1の導体パッチ12の表面形状を正方形から円形にしている。
他の構成は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 18 is a plan view of the antenna 1 to which the sixth embodiment is applied.
In the antenna 1 to which the sixth embodiment is applied, the surface shape of the
Other configurations are the same as those of the antenna 1 to which the third embodiment is applied.
図19は、第6の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直方向(垂直面内)における指向性を示す図である。図19(a)はf=f0における垂直偏波素子の指向性、図19(b)はf=f0における水平偏波素子の指向性である。
図19(a)に示すように、垂直偏波素子のチルト角θはf=f0において6°、図19(b)に示すように、水平偏波素子のチルト角θはf=f0において8°である。
このように、導体パッチ12の表面形状を円形としても、垂直偏波素子及び水平偏波素子のメインビームの放射方向を反射板10の垂線方向から傾ける(チルトさせる)ことができる。
なお、導体パッチ12の表面形状を楕円形にしてもよい。
FIG. 19 is a diagram showing the directivity in the vertical direction (in the vertical plane) of the antenna 1 to which the sixth embodiment is applied. FIG. 19A shows the directivity of the vertical polarization element at f = f 0 , and FIG. 19B shows the directivity of the horizontal polarization element at f = f 0 .
As shown in FIG. 19A, the tilt angle θ of the vertical polarization element is 6 ° at f = f 0 , and as shown in FIG. 19B, the tilt angle θ of the horizontal polarization element is f = f 0. At 8 °.
Thus, even if the surface shape of the
The surface shape of the
[第7の実施の形態]
第7の実施の形態では、アンテナ1において、反射板10の複数の導体パッチ12の表面形状を同じ表面積の正方形とし、垂直方向の間隔を変えた。
[Seventh Embodiment]
In the seventh embodiment, in the antenna 1, the surface shape of the plurality of
図20は、第7の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図である。
第7の実施の形態が適用されるアンテナ1では、導体パッチ12の表面形状を同じ表面積の正方形にした。そして、導体パッチ12を垂直方向の下部から上部に向って、間隔L81、L82、L83、L84、L85、L86とし、徐々に狭めて配置している(L81>L82>L83>L84>L85>L86)。
他の構成は、第3の実施の形態が適用されるアンテナ1と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 20 is a plan view of the antenna 1 to which the seventh embodiment is applied.
In the antenna 1 to which the seventh embodiment is applied, the surface shape of the
Other configurations are the same as those of the antenna 1 to which the third embodiment is applied.
図21は、第7の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直方向(垂直面内)における指向性を示す図である。図21(a)はf=f0における垂直偏波素子の指向性、図21(b)はf=f0における水平偏波素子の指向性である。
図21(a)に示すように、垂直偏波素子のチルト角θはf=f0において5.3°、図21(b)に示すように、水平偏波素子のチルト角θはf=f0において14.3°である。
このように、導体パッチ12を表面積が同じ形状とし、垂直方向の間隔を変えて配置しても、垂直偏波素子及び水平偏波素子のメインビームの放射方向を反射板10の垂線方向から傾ける(チルトさせる)ことができる。
FIG. 21 is a diagram illustrating the directivity in the vertical direction (in the vertical plane) of the antenna 1 to which the seventh embodiment is applied. FIG. 21A shows the directivity of the vertical polarization element at f = f 0 , and FIG. 21B shows the directivity of the horizontal polarization element at f = f 0 .
As shown in FIG. 21A, the tilt angle θ of the vertical polarization element is 5.3 ° at f = f 0 , and as shown in FIG. 21B, the tilt angle θ of the horizontal polarization element is f = It is 14.3 ° at f 0 .
As described above, even if the
[第8の実施の形態]
第1の実施の形態では、アンテナ1において、ダイポール素子20を、第2の実施の形態から第7の実施の形態では、アンテナ1において、ダイポール素子21、22、23、24を用いた。第8の実施の形態では、アンテナ1において、放射素子のさらに他の一例であるパッチ素子を用い、反射板10と組み合わせてパッチアンテナとしている。
[Eighth Embodiment]
In the first embodiment, the
図22は、第8の実施の形態が適用されるアンテナ1の全体構成の一例を示す斜視図である。
第8の実施の形態が適用されるアンテナ1では、図1に示す第1の実施の形態が適用されるアンテナ1のダイポール素子20をパッチ素子25にしている。そして、パッチ素子25はパッチ部25aと給電部25bとを備えている。反射板10の裏面側から給電部25bに給電される。
他の構成は、第1の実施の形態が適用されるアンテナ1と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 22 is a perspective view showing an example of the overall configuration of the antenna 1 to which the eighth embodiment is applied.
In the antenna 1 to which the eighth embodiment is applied, the
Other configurations are the same as those of the antenna 1 to which the first exemplary embodiment is applied, and thus the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
[第9の実施の形態]
第1の実施の形態から第8の実施の形態では、反射板10における導体パッチ12は、垂直方向において表面積が変化していた。
第9の実施の形態においては、反射板10における導体パッチ12は、垂直方向に加え、水平方向においても表面積が変化している。
[Ninth Embodiment]
In the first to eighth embodiments, the surface area of the
In the ninth embodiment, the surface area of the
図23は、第9の実施の形態が適用されるアンテナ1の全体構成の一例を示す斜視図である。ここでは、図23に示すように反射板10の一方の辺に沿う方向(紙面において下に向う方向)をx方向(垂直方向)、一辺の辺と直交する方向(紙面において右に向う方向)をy方向(水平方向)とする。そして、反射板10に垂直な方向をz方向とする。そして、x方向とy方向との間の方向をφ45°方向とする。
そして、図23に示すように、アンテナ1の反射板10では、x方向に向うにつれて、表面積が小さくなるように導体パッチ12が配置されるとともに、y方向に向うにつれて、表面積が小さくなるように導体パッチ12が配置されている。すなわち、x方向とy方向との2方向において、表面積が小さくなる導体パッチ12が配置されている。
ダイポール素子21、22、23、24などの他の構成は、第2の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 23 is a perspective view showing an example of the overall configuration of the antenna 1 to which the ninth embodiment is applied. Here, as shown in FIG. 23, the direction along one side of the reflecting plate 10 (downward direction on the paper surface) is the x direction (vertical direction), and the direction orthogonal to one side (direction toward the right side on the paper surface). Is the y direction (horizontal direction). The direction perpendicular to the reflecting
As shown in FIG. 23, in the
Other configurations such as the
図24は、第9の実施の形態が適用されるアンテナ1の平面図である。
図24に示すように、反射板10における導体パッチ12は、x方向及びy方向に沿って、表面積が小さくなる導体パッチ12が配置されている。そして、導体パッチ12間の間隔も、x方向及びy方向に沿って、大きくなっている。
他の構成は、第2の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 24 is a plan view of the antenna 1 to which the ninth embodiment is applied.
As shown in FIG. 24, the
Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
図25は、第9の実施の形態が適用されるアンテナ1の垂直偏波素子の指向性を示す図である。図25(a)は、x−z平面での垂直偏波素子の指向性、図25(b)は、y−z平面での垂直偏波素子の指向性、図25(c)は、φ45°−z平面での垂直偏波素子の指向性である。
図25(a)に示すように、アンテナ1の垂直偏波素子のチルト角θは、−x方向、すなわち導体パッチ12の表面積が大きくなる方向に10.3°である。また、図25(b)に示すように、アンテナ1の垂直偏波素子のチルト角θは、−y方向、すなわち導体パッチ12の表面積が大きくなる方向に5.8°である
そして、図25(c)に示すように、アンテナ1の垂直偏波素子のチルト角θは、−φ45°方向に10.3°である。
FIG. 25 is a diagram illustrating the directivity of the vertical polarization element of the antenna 1 to which the ninth embodiment is applied. 25 (a) shows the directivity of the vertical polarization element in the xz plane, FIG. 25 (b) shows the directivity of the vertical polarization element in the yz plane, and FIG. 25 (c) shows φ This is the directivity of the vertical polarization element in the 45 ° -z plane.
As shown in FIG. 25A, the tilt angle θ of the vertical polarization element of the antenna 1 is 10.3 ° in the −x direction, that is, the direction in which the surface area of the
以上説明したように、導体パッチ12の表面積、すなわち最も大きな表面積の導体パッチ12を含むように予め設定された面積当りに導体パッチ12が占める表面積の割合を複数の方向において変化させることにより、予め定められた方向にメインビームのチルト角θや指向性を設定することができる。
As described above, the surface area of the
なお、ダイポール素子21、22、23、24の代わりに、第8の実施の形態で説明したパッチ素子25を用いてもよい。
Instead of the
以上説明したように、EBG構造体による反射板10を用いたアンテナ1では、反射板10を構成する導体パッチ12の表面形状及び導体パッチ12相互間の間隔によって、導体11と導体パッチ12間のインダクタンス、導体パッチ12相互間のキャパシタンスが変化する。よって、反射板10において、インダクタンス又は/及びキャパシタンスに分布を持たせることで、放射素子(ダイポール素子20、21、22、23、24、パッチ素子25)が送受信する電波のメインビームの反射板10の垂線方向に対するチルト角θ及び指向性を制御することができる。なお、チルト角θ及び指向性は、導体パッチ12の表面形状、面積、間隔などにより設定できる。
As described above, in the antenna 1 using the
第1の実施の形態から第4の実施の形態及び第7の実施の形態から第9の実施の形態では、導体パッチ12の表面形状を正方形とし、第5の実施の形態では、導体パッチ12の表面形状を長方形とした。さらに、第6の実施の形態では、導体パッチ12の表面形状を円形とした。導体パッチ12の表面形状は、多角形としてもよく、曲線で囲まれた形状であってもよい。さらに、直線と曲線とで囲まれた形状であってもよい。
In the first to fourth embodiments and the seventh to ninth embodiments, the surface shape of the
また、第2の実施の形態から第7の実施の形態及び第9の実施の形態において、電波は垂直偏波及び水平偏波が送受信できるとした。例えば、電波が±45°の偏波であるときは、放射素子(ダイポール素子20、21、22、23、24)をその中心の周りで45°回転させればよい。
In the second to seventh embodiments and the ninth embodiment, the radio wave can be transmitted and received in the vertical polarization and the horizontal polarization. For example, when the radio wave has a polarization of ± 45 °, the radiating element (
さらに、送受信できる電波の帯域を広げるなどのために、アンテナ1における放射素子(ダイポール素子20、21、22、23、24、パッチ素子25)の周囲又は/及び導体11から遠い側に無給電素子を設けてもよい。
Further, in order to widen the band of radio waves that can be transmitted and received, a parasitic element around the radiation element (
1…アンテナ、10…反射板、11…導体、12、12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i…導体パッチ、20、21、22、23、24…ダイポール素子、25…パッチ素子、θ…チルト角、λ0…中心波長、f0…中心周波数 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antenna, 10 ... Reflecting plate, 11 ... Conductor, 12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i ... Conductor patch, 20, 21, 22, 23, 24 ... Dipole element, 25 ... Patch element, θ ... Tilt angle, λ 0 ... Center wavelength, f 0 ... Center frequency
Claims (7)
導電材料で構成され、前記導体を含む面に直交する方向に、予め定められた第1の距離に配置され、予め定められた面積当りにおける当該導体に対向する表面積の割合が、予め定められた方向において変化する領域を有する複数の導体パッチと、
前記導体を含む面に直交する方向に、前記複数の導体パッチから予め定められた第2の距離に設けられ、給電点を有し当該給電点を介して電波の送受信を行う放射素子と、を備え、
前記放射素子は、前記複数の導体パッチの前記表面積の割合が大きい側に傾いた方向に電波の送受信に対する指向性を有することを特徴とするアンテナ。 A conductor made of a conductive material;
A ratio of a surface area that is made of a conductive material and is disposed at a predetermined first distance in a direction orthogonal to the plane including the conductor and that faces the conductor per predetermined area is determined in advance. A plurality of conductor patches having regions that vary in direction;
In a direction perpendicular to the plane containing the conductor, provided in the second predetermined distance from said plurality of conductor patches, a radiating element for transmitting and receiving radio waves through the feed point has a feeding point, a Prepared ,
The antenna is characterized in that the radiating element has directivity for transmission / reception of radio waves in a direction inclined to a side where the ratio of the surface area of the plurality of conductor patches is large .
前記他の放射素子は、前記複数の導体パッチの前記表面積の割合が大きい側に傾いた方向に電波の送受信に対する指向性を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。 Transmission / reception of the radiating element is provided at a predetermined third distance from the plurality of conductor patches in a direction orthogonal to the plane including the conductor and has another feeding point through the other feeding point. further comprising another radiating element for transmitting and receiving radio waves polarization intersecting the polarization of the radio wave,
2. The antenna according to claim 1, wherein the other radiating element has directivity for transmission / reception of radio waves in a direction inclined to a side where the ratio of the surface area of the plurality of conductor patches is large .
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