JP6555610B2 - ANTENNA DEVICE AND DOPPLER SENSOR HAVING THE SAME - Google Patents

ANTENNA DEVICE AND DOPPLER SENSOR HAVING THE SAME Download PDF

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Description

本発明は、アンテナ装置及びそれを備えたドップラセンサに関し、より詳細には、指向性を調整することが可能なアンテナ装置及びそれを備えたドップラセンサに関する。   The present invention relates to an antenna device and a Doppler sensor including the antenna device, and more particularly to an antenna device capable of adjusting directivity and a Doppler sensor including the antenna device.

従来、この種のアンテナ装置としては、接地板と、平板状の放射素子と、平板状の導波素子と、を備え、放射素子の表面と導波素子の表面とを平行に維持しつつ、放射素子の中心と導波素子の中心とを結んだ直線と、接地板への垂線との交角を、調整可能な交角調整手段を有する平板パッチアンテナが知られている(特許文献1)。   Conventionally, this type of antenna device includes a ground plate, a flat radiating element, and a flat waveguide element, while maintaining the surface of the radiating element and the surface of the waveguide element in parallel, There is known a flat patch antenna having crossing angle adjusting means capable of adjusting a crossing angle between a straight line connecting the center of the radiating element and the center of the waveguide element and a perpendicular to the ground plate (Patent Document 1).

また、ドップラセンサとしては、発振器と、送信アンテナと、受信アンテナと、ミキサと、信号処理回路と、を備えた構成が知られている(特許文献2)。   As a Doppler sensor, a configuration including an oscillator, a transmission antenna, a reception antenna, a mixer, and a signal processing circuit is known (Patent Document 2).

特公平7−93532号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-93532 特開2010−223623号公報JP 2010-223623 A

アンテナ装置の分野では、指向性の調整の自由度が高いアンテナ装置の開発が望まれている。   In the field of antenna devices, it is desired to develop an antenna device with a high degree of freedom in adjusting directivity.

本発明の目的は、指向性の調整の自由度を高めることが可能なアンテナ装置及びそれを備えたドップラセンサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an antenna device capable of increasing the degree of freedom of directivity adjustment and a Doppler sensor including the antenna device.

本発明のアンテナ装置は、アンテナユニットと、前記アンテナユニットから放射させる電磁波の指向性を調整する指向性調整部と、を備える。前記アンテナユニットは、給電アンテナ素子と、無給電アンテナ素子と、を備える。前記給電アンテナ素子は、第1誘電体基板と、前記第1誘電体基板の表面に形成された第1導体層と、前記第1誘電体基板の裏面に形成されたグラウンド層と、給電点と、を備え、電気信号を電磁波として空間に放射するように構成されている。前記無給電アンテナ素子は、第2誘電体基板と、前記第2誘電体基板の表面に形成された第2導体層と、を備え、前記第2導体層が、前記給電アンテナ素子から放射される電磁波の波長で共振するように構成されている。前記指向性調整部は、前記給電アンテナ素子と前記無給電アンテナ素子との間を所定距離に保ち、かつ、前記給電アンテナ素子の厚さ方向に沿った第1中心線と前記無給電アンテナ素子の厚さ方向に沿った第2中心線との交点の位置を保ちながら、前記第1中心線と前記第2中心線とのなす角度を変化できるように構成されている。   The antenna device of the present invention includes an antenna unit and a directivity adjusting unit that adjusts the directivity of electromagnetic waves radiated from the antenna unit. The antenna unit includes a feeding antenna element and a parasitic antenna element. The feeding antenna element includes a first dielectric substrate, a first conductor layer formed on a surface of the first dielectric substrate, a ground layer formed on a back surface of the first dielectric substrate, a feeding point, , And is configured to radiate electric signals as electromagnetic waves to the space. The parasitic antenna element includes a second dielectric substrate and a second conductor layer formed on a surface of the second dielectric substrate, and the second conductor layer is radiated from the feeder antenna element. It is configured to resonate at the wavelength of the electromagnetic wave. The directivity adjusting unit maintains a predetermined distance between the feeding antenna element and the parasitic antenna element, and the first center line along the thickness direction of the feeding antenna element and the parasitic antenna element. While maintaining the position of the intersection with the second center line along the thickness direction, the angle formed by the first center line and the second center line can be changed.

本発明のドップラセンサは、電磁波を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信され物体で反射された電磁波を捕そくする受信アンテナと、前記送信アンテナから送信した電磁波の周波数と前記受信アンテナで受信した電磁波の周波数との差分に相当する周波数の出力信号を出力するミキサと、前記ミキサの出力信号に基づいて物体を検出する信号処理装置と、を備え、前記送信アンテナは、上述のアンテナ装置により構成されている。   The Doppler sensor of the present invention includes a transmitting antenna that transmits electromagnetic waves, a receiving antenna that captures electromagnetic waves transmitted from the transmitting antenna and reflected by an object, a frequency of the electromagnetic waves transmitted from the transmitting antenna, and reception by the receiving antenna. A mixer that outputs an output signal having a frequency corresponding to a difference from the frequency of the electromagnetic wave, and a signal processing device that detects an object based on the output signal of the mixer. It is configured.

本発明のアンテナ装置においては、指向性の調整の自由度を高めることが可能となる。   In the antenna device of the present invention, the degree of freedom in adjusting directivity can be increased.

本発明のドップラセンサにおいては、送信アンテナの指向性の調整の自由度を高めることが可能となる。   In the Doppler sensor of the present invention, the degree of freedom in adjusting the directivity of the transmission antenna can be increased.

図1Aは、実施形態のアンテナ装置の正面側から見た要部概略斜視図である。図1Bは、実施形態のアンテナ装置の背面側から見た要部概略斜視図である。FIG. 1A is a schematic perspective view of a main part viewed from the front side of the antenna device according to the embodiment. FIG. 1B is a schematic perspective view of a main part viewed from the back side of the antenna device according to the embodiment. 図2は、実施形態のアンテナ装置の要部概略側面図である。FIG. 2 is a schematic side view of a main part of the antenna device according to the embodiment. 図3は、実施形態のアンテナ装置における可動体及び給電アンテナ素子の概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view of a movable body and a feeding antenna element in the antenna device of the embodiment. 図4Aは、実施形態のアンテナ装置における可動体及び無給電アンテナ素子の背面側から見た概略斜視図である。図4Bは、図4Aの要部拡大図である。FIG. 4A is a schematic perspective view seen from the back side of the movable body and the parasitic antenna element in the antenna device of the embodiment. FIG. 4B is an enlarged view of a main part of FIG. 4A. 図5Aは、実施形態における給電アンテナ素子の概略正面図である。図5Bは、実施形態における給電アンテナ素子の概略側面図である。FIG. 5A is a schematic front view of a feeding antenna element in the embodiment. FIG. 5B is a schematic side view of the feeding antenna element in the embodiment. 図6Aは、実施形態における無給電アンテナ素子の概略正面図である。図6Bは、実施形態における無給電アンテナ素子の概略側面図である。FIG. 6A is a schematic front view of a parasitic antenna element according to the embodiment. FIG. 6B is a schematic side view of the parasitic antenna element according to the embodiment. 図7Aは、給電アンテナ素子の概略断面図である。図7Bは、給電アンテナ素子の概略正面図である。図7Cは、給電アンテナ素子の指向特性図である。FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of a feeding antenna element. FIG. 7B is a schematic front view of the feeding antenna element. FIG. 7C is a directivity characteristic diagram of the feeding antenna element. 図8Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第1例を示す概略断面図である。図8Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第1例を示す概略正面図である。図8Cは、第1例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 8A is a schematic cross-sectional view illustrating a first example of a relative positional relationship between a feeding antenna element and a parasitic antenna element. FIG. 8B is a schematic front view illustrating a first example of a relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 8C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the first example. 図9Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第2例を示す概略断面図である。図9Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第2例を示す概略正面図である。図9Cは、第2例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing a second example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 9B is a schematic front view showing a second example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 9C is a directional characteristic diagram of the antenna unit in the second example. 図10Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第3例を示す概略断面図である。図10Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第3例を示す概略正面図である。図10Cは、第3例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 10A is a schematic cross-sectional view illustrating a third example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 10B is a schematic front view showing a third example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 10C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the third example. 図11Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第4例を示す概略断面図である。図11Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第4例を示す概略正面図である。図11Cは、第4例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 11A is a schematic cross-sectional view showing a fourth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 11B is a schematic front view showing a fourth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 11C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the fourth example. 図12Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第5例を示す概略断面図である。図12Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第5例を示す概略正面図である。図12Cは、第5例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 12A is a schematic cross-sectional view illustrating a fifth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 12B is a schematic front view showing a fifth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 12C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the fifth example. 図13Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第6例を示す概略断面図である。図13Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第6例を示す概略正面図である。図13Cは、第6例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 13A is a schematic cross-sectional view illustrating a sixth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 13B is a schematic front view illustrating a sixth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 13C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the sixth example. 図14Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第7例を示す概略断面図である。図14Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第7例を示す概略正面図である。図14Cは、第7例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 14A is a schematic cross-sectional view illustrating a seventh example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 14B is a schematic front view showing a seventh example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 14C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the seventh example. 図15Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第8例を示す概略断面図である。図15Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第8例を示す概略正面図である。図15Cは、第8例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 15A is a schematic cross-sectional view illustrating an eighth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 15B is a schematic front view showing an eighth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 15C is a directivity characteristic diagram of the antenna unit in the eighth example. 図16Aは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第9例を示す概略断面図である。図16Bは、給電アンテナ素子と無給電アンテナ素子との相対的な位置関係の第9例を示す概略正面図である。図16Cは、第9例でのアンテナユニットの指向特性図である。FIG. 16A is a schematic cross-sectional view showing a ninth example of the relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 16B is a schematic front view illustrating a ninth example of a relative positional relationship between the feeding antenna element and the parasitic antenna element. FIG. 16C is a directional characteristic diagram of the antenna unit in the ninth example. 図17Aは、実施形態における第2導体層の第1変形例の概略正面図である。図17Bは、実施形態における第2導体層の第2変形例の概略正面図である。図17Cは、実施形態における第2導体層の第3変形例の概略正面図である。図17Dは、実施形態における第2導体層の第4変形例の概略正面図である。図17Eは、実施形態における第2導体層の第5変形例の概略正面図である。図17Fは、実施形態における第2導体層の第6変形例の概略正面図である。FIG. 17A is a schematic front view of a first modification of the second conductor layer in the embodiment. FIG. 17B is a schematic front view of a second modification of the second conductor layer in the embodiment. FIG. 17C is a schematic front view of a third modification of the second conductor layer in the embodiment. FIG. 17D is a schematic front view of a fourth modification of the second conductor layer in the embodiment. FIG. 17E is a schematic front view of a fifth modification of the second conductor layer in the embodiment. FIG. 17F is a schematic front view of a sixth modification of the second conductor layer in the embodiment. 図18Aは、第2導体層の長手方向と第2導体層へ入射する電磁波の偏波方向とが同じである場合の動作説明図である。図18Bは、第2導体層の短手方向と第2導体層へ入射する電磁波の偏波方向とが同じである場合の動作説明図である。図18Cは、第2導体層に入射する電磁波の偏波方向に応じて第2導体層に流れる電流の向きの説明図である。図18Dは、第2導体層へ入射する電磁波の偏波方向に応じて第2導体層に流れる電流の向きの説明図である。FIG. 18A is an operation explanatory diagram in the case where the longitudinal direction of the second conductor layer is the same as the polarization direction of the electromagnetic wave incident on the second conductor layer. FIG. 18B is an operation explanatory diagram in the case where the short side direction of the second conductor layer is the same as the polarization direction of the electromagnetic wave incident on the second conductor layer. FIG. 18C is an explanatory diagram of the direction of the current flowing through the second conductor layer according to the polarization direction of the electromagnetic wave incident on the second conductor layer. FIG. 18D is an explanatory diagram of the direction of the current flowing through the second conductor layer according to the polarization direction of the electromagnetic wave incident on the second conductor layer. 図19は、実施形態におけるドップラセンサの回路ブロック図である。FIG. 19 is a circuit block diagram of the Doppler sensor in the embodiment.

下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。   Each figure described in the following embodiment is a schematic diagram, and the ratio of each size and thickness of each component does not necessarily reflect an actual dimensional ratio.

以下では、本実施形態のアンテナ装置1について図1〜18に基づいて説明する。   Below, the antenna apparatus 1 of this embodiment is demonstrated based on FIGS.

アンテナ装置1は、アンテナユニット2と、アンテナユニット2から放射させる電磁波の指向性を調整する指向性調整部5と、を備える。アンテナユニット2は、給電アンテナ素子3と、無給電アンテナ素子4と、を備える。給電アンテナ素子3は、図5A及5Bに示すように、第1誘電体基板31と、第1誘電体基板31の表面311に形成された第1導体層32と、第1誘電体基板31の裏面312に形成されたグラウンド層33と、給電点34と、を備える。給電アンテナ素子3は、電気信号を電磁波として空間に放射するように構成されている。無給電アンテナ素子4は、図6A及び6Bに示すように、第2誘電体基板41と、第2誘電体基板41の表面411に形成された第2導体層42と、を備える。第2導体層42は、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の波長で共振するように構成されている。指向性調整部5は、給電アンテナ素子3の厚さ方向に沿った第1中心線30(図8A参照)と無給電アンテナ素子4の厚さ方向に第2中心線40(図8A参照)とのなす角度θ(図8A参照)を変化できるように構成されている。指向性調整部5は、給電アンテナ素子3と無給電アンテナ素子4との間を所定距離L1(図3参照)に保ち、かつ、第1中心線30と第2中心線40との交点の位置を保ちながら、第1中心線30と第2中心線40とのなす角度θを変化できるように構成されている。以上の構成のアンテナ装置1では、指向性の調整の自由度を高めることが可能となる。「アンテナユニット2から放射される電磁波の指向性」とは、アンテナユニット2から放射される電磁波の放射方向と放射強度との関係を意味する。なお、図7A、7B、8A、8B、9A、9B、10A、10B、11A、11B、12A、12B、13A、13B、14A、14B、15A、15B、16A及び16Bそれぞれの右下には、直交座標系を示してある。直交座標系は、第1導体層32の表面の中心点を原点として、第1導体層32の表面において互いに直交するx軸とy軸とを規定し、第1導体層32の表面に直交するz軸を規定してある。図7C、8C、9C、10C、11C、12C、13C、14C及び15Cでは、直交座標系におけるx軸とz軸とを含むxz平面でのアンテナユニット2の指向特性を極座標表示してある。図16Cは、第1導体層32の1つの対角線(正面視において給電アンテナ素子3と無給電アンテナ素子4との並ぶ方向に沿った対角線)とz軸とを含む平面でのアンテナユニット2の指向特性を極座標表示してある。   The antenna device 1 includes an antenna unit 2 and a directivity adjustment unit 5 that adjusts the directivity of electromagnetic waves radiated from the antenna unit 2. The antenna unit 2 includes a feeding antenna element 3 and a parasitic antenna element 4. As shown in FIGS. 5A and 5B, the feed antenna element 3 includes a first dielectric substrate 31, a first conductor layer 32 formed on the surface 311 of the first dielectric substrate 31, and the first dielectric substrate 31. A ground layer 33 formed on the back surface 312 and a feeding point 34 are provided. The feeding antenna element 3 is configured to radiate an electric signal as an electromagnetic wave into the space. The parasitic antenna element 4 includes a second dielectric substrate 41 and a second conductor layer 42 formed on the surface 411 of the second dielectric substrate 41 as shown in FIGS. 6A and 6B. The second conductor layer 42 is configured to resonate at the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feed antenna element 3. The directivity adjusting unit 5 includes a first center line 30 (see FIG. 8A) along the thickness direction of the feeding antenna element 3 and a second center line 40 (see FIG. 8A) along the thickness direction of the parasitic antenna element 4. The angle θ (see FIG. 8A) formed by can be changed. The directivity adjusting unit 5 maintains a predetermined distance L1 (see FIG. 3) between the feeding antenna element 3 and the parasitic antenna element 4, and the position of the intersection of the first center line 30 and the second center line 40. The angle θ formed by the first center line 30 and the second center line 40 can be changed while maintaining the above. In the antenna device 1 having the above configuration, the degree of freedom in adjusting the directivity can be increased. “Directivity of electromagnetic waves radiated from the antenna unit 2” means the relationship between the radiation direction and the radiation intensity of the electromagnetic waves radiated from the antenna unit 2. 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, 13B, 14A, 14B, 15A, 15B, 16A, and 16B are orthogonal to the lower right. A coordinate system is shown. The orthogonal coordinate system defines an x-axis and a y-axis that are orthogonal to each other on the surface of the first conductor layer 32 with the center point of the surface of the first conductor layer 32 as an origin, and is orthogonal to the surface of the first conductor layer 32 The z axis is defined. 7C, 8C, 9C, 10C, 11C, 12C, 13C, 14C, and 15C, the directional characteristics of the antenna unit 2 in the xz plane including the x axis and the z axis in the orthogonal coordinate system are displayed in polar coordinates. FIG. 16C shows the directivity of the antenna unit 2 in a plane including one diagonal line of the first conductor layer 32 (a diagonal line along the direction in which the feeding antenna element 3 and the parasitic antenna element 4 are arranged in front view) and the z axis. The characteristics are displayed in polar coordinates.

アンテナ装置1の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。   Each component of the antenna device 1 will be described in more detail below.

アンテナユニット2から放射させる電磁波は、給電アンテナ素子3から放射された電磁波と、無給電アンテナ素子4から再放射された電磁波と、の合成波である。よって、アンテナ装置1では、指向性調整部5によって、給電アンテナ素子3と無給電アンテナ素子4との相対的な位置関係を変えることにより、アンテナユニット2から放射される電磁波に関して、放射強度が最大となる放射方向を調整することが可能となる。   The electromagnetic wave radiated from the antenna unit 2 is a composite wave of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3 and the electromagnetic wave re-radiated from the parasitic antenna element 4. Therefore, in the antenna device 1, the radiation intensity of the electromagnetic wave radiated from the antenna unit 2 is maximized by changing the relative positional relationship between the feeding antenna element 3 and the parasitic antenna element 4 by the directivity adjusting unit 5. It becomes possible to adjust the radiation direction.

給電アンテナ素子3から放射させる電磁波は、例えば、周波数が24GHzの電波である。   The electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3 is, for example, a radio wave having a frequency of 24 GHz.

図5A及び5Bに示す給電アンテナ素子3における第1誘電体基板31の平面形状は、正方形状である。第1誘電体基板31は、誘電体により形成された基板である。第1誘電体基板31は、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板である。ガラスエポキシ樹脂基板は、例えば、UL746E規格によるFR−4.0のグレードを満たすのが好ましい。第1誘電体基板31は、一例として、平面サイズが4mm×4mm、厚さが1mm、比誘電率が4.2である。   The planar shape of the first dielectric substrate 31 in the feed antenna element 3 shown in FIGS. 5A and 5B is a square shape. The first dielectric substrate 31 is a substrate formed of a dielectric material. The first dielectric substrate 31 is, for example, a glass epoxy resin substrate. The glass epoxy resin substrate preferably satisfies, for example, the FR-4.0 grade according to the UL746E standard. As an example, the first dielectric substrate 31 has a plane size of 4 mm × 4 mm, a thickness of 1 mm, and a relative dielectric constant of 4.2.

第1導体層32の平面形状は、正方形状である。第1導体層32は、銅により形成された金属はくである。要するに、第1導体層32は、導体により形成されている。第1導体層32は、一例として、平面サイズを2.7mm×2.7mmとしてある。   The planar shape of the first conductor layer 32 is a square shape. The first conductor layer 32 is a metal foil formed of copper. In short, the first conductor layer 32 is formed of a conductor. As an example, the first conductor layer 32 has a planar size of 2.7 mm × 2.7 mm.

グラウンド層33の平面形状は、正方形状である。グラウンド層33は、銅により形成された金属はくである。要するに、グラウンド層33は、導体により形成されている。   The planar shape of the ground layer 33 is a square shape. The ground layer 33 is a metal foil formed of copper. In short, the ground layer 33 is formed of a conductor.

給電アンテナ素子3は、一例として、FR−4.0のグレードを満たすガラス布・エポキシ樹脂銅張積層板から形成されている。   As an example, the feed antenna element 3 is formed of a glass cloth / epoxy resin copper-clad laminate satisfying the FR-4.0 grade.

給電アンテナ素子3の第1中心線30は、第1誘電体基板31の表面311の中心点、裏面312の中心点及び第1導体層32の表面の中心点を通る。   The first center line 30 of the feed antenna element 3 passes through the center point of the front surface 311 of the first dielectric substrate 31, the center point of the back surface 312, and the center point of the surface of the first conductor layer 32.

給電アンテナ素子3は、給電アンテナ素子3への給電用の高周波同軸ケーブル7の先端に設けられたコネクタ8の内導体を第1導体層32に電気的に接続でき、かつ、コネクタ8の外導体81をグラウンド層33に電気的に接続できるように構成されている。給電アンテナ素子3は、第1誘電体基板31の中央部に、コネクタ8の内導体を入れることができる孔333が形成されている。孔333は、第1誘電体基板31の厚さ方向に貫通している。高周波同軸ケーブル7は、絶縁被覆を剥いで露出させた芯線がコネクタ8の内導体に電気的に接続され、同軸外導体がコネクタ8の外導体81に電気的に接続されている。   The feeding antenna element 3 can electrically connect the inner conductor of the connector 8 provided at the tip of the high-frequency coaxial cable 7 for feeding to the feeding antenna element 3 to the first conductor layer 32, and the outer conductor of the connector 8. 81 is configured to be electrically connected to the ground layer 33. In the feeding antenna element 3, a hole 333 into which the inner conductor of the connector 8 can be inserted is formed at the center of the first dielectric substrate 31. The hole 333 passes through the first dielectric substrate 31 in the thickness direction. In the high-frequency coaxial cable 7, the exposed core wire is electrically connected to the inner conductor of the connector 8, and the coaxial outer conductor is electrically connected to the outer conductor 81 of the connector 8.

給電点34は、例えば、第1導体層32のうち、第1誘電体基板31の孔333により露出した部位である。より詳細には、給電点34は、給電アンテナ素子3において第1導体層32へコネクタ8の内導体が接続される点である。   The feeding point 34 is, for example, a part of the first conductor layer 32 exposed by the hole 333 of the first dielectric substrate 31. More specifically, the feeding point 34 is a point where the inner conductor of the connector 8 is connected to the first conductor layer 32 in the feeding antenna element 3.

コネクタ8は、高周波同軸コネクタであるのが好ましい。高周波同軸コネクタとしては、例えば、SMA型コネクタを採用することができる。SMA型コネクタは、例えば、JIS C5411やMIL−PRF−39012等の規格を満たすか準拠しているのが好ましい。コネクタ8は、SMA型コネクタに限らず、アンテナユニット2から放射させる電磁波の周波数に応じて適宜の高周波同軸コネクタを用いればよい。   The connector 8 is preferably a high frequency coaxial connector. As the high-frequency coaxial connector, for example, an SMA connector can be adopted. The SMA connector preferably satisfies or conforms to standards such as JIS C5411 and MIL-PRF-39012. The connector 8 is not limited to an SMA connector, and an appropriate high-frequency coaxial connector may be used according to the frequency of electromagnetic waves radiated from the antenna unit 2.

図6A及び6Bに示す無給電アンテナ素子4における第2誘電体基板41の平面形状は、正方形状である。第2誘電体基板41は、誘電体により形成された基板である。第2誘電体基板41は、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板である。ガラスエポキシ樹脂基板は、例えば、FR−4.0のグレードを満たすのが好ましい。第2誘電体基板41は、一例として、平面サイズが4mm×4mm、厚さが1mm、比誘電率が4.2である。   The planar shape of the second dielectric substrate 41 in the parasitic antenna element 4 shown in FIGS. 6A and 6B is a square shape. The second dielectric substrate 41 is a substrate formed of a dielectric material. The second dielectric substrate 41 is, for example, a glass epoxy resin substrate. For example, the glass epoxy resin substrate preferably satisfies the FR-4.0 grade. As an example, the second dielectric substrate 41 has a plane size of 4 mm × 4 mm, a thickness of 1 mm, and a relative dielectric constant of 4.2.

第2導体層42の平面形状は、正方形状である。無給電アンテナ素子4の第2中心線は、第2誘電体基板41の表面411の中心点、裏面412の中心点及び第2導体層42の表面の中心点を通る。第2導体層42は、一例として、平面サイズを2.7mm×2.7mmとしてある。   The planar shape of the second conductor layer 42 is a square shape. The second center line of the parasitic antenna element 4 passes through the center point of the front surface 411 of the second dielectric substrate 41, the center point of the back surface 412, and the center point of the surface of the second conductor layer 42. As an example, the second conductor layer 42 has a planar size of 2.7 mm × 2.7 mm.

無給電アンテナ素子4は、一例として、FR−4.0のグレードを満たすガラス布・エポキシ樹脂銅張積層板から形成されている。   As an example, the parasitic antenna element 4 is formed of a glass cloth / epoxy resin copper-clad laminate satisfying the FR-4.0 grade.

無給電アンテナ素子4は、給電アンテナ素子3の前方に配置される。無給電アンテナ素子4における第2導体層42の平面サイズは、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の波長で共振するように設定されている。より詳細には、平面形状が正方形状の第2導体層42の1辺の長さが、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の波長で共振する長さに設定されている。   The parasitic antenna element 4 is disposed in front of the feeding antenna element 3. The planar size of the second conductor layer 42 in the parasitic antenna element 4 is set so as to resonate at the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feeder antenna element 3. More specifically, the length of one side of the second conductor layer 42 having a square planar shape is set to a length that resonates at the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3.

無給電アンテナ素子4では、第2導体層42が、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の波長で共振するように構成されている。したがって、無給電アンテナ素子4は、給電アンテナ素子3から放射された電磁波により第2導体層42に電流が流れ、第2導体層42から電磁波が放射される。   In the parasitic antenna element 4, the second conductor layer 42 is configured to resonate at the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3. Therefore, in the parasitic antenna element 4, a current flows through the second conductor layer 42 due to the electromagnetic wave radiated from the feed antenna element 3, and the electromagnetic wave is radiated from the second conductor layer 42.

図7Cは、図7A及び7Bに示す給電アンテナ素子3単体の場合の指向特性(放射パターン)を、FDTD法(Finite-Difference Time-Domain method)を利用してシミュレーションした結果である。「FDTD法」は、時間領域差分法又は有限差分時間領域法と呼ばれている。また、図8C、9C、10C、11C、12C、13C、14C、15C及び16Cは、アンテナユニット2の指向特性を、FDTD法を利用してシミュレーションした結果である。以下の説明では、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の真空における波長をλとする。   FIG. 7C shows the result of simulating the directivity (radiation pattern) in the case of the single feeding antenna element 3 shown in FIGS. 7A and 7B using the FDTD method (Finite-Difference Time-Domain method). The “FDTD method” is called a time domain difference method or a finite difference time domain method. 8C, 9C, 10C, 11C, 12C, 13C, 14C, 15C, and 16C are results of simulating the directivity characteristics of the antenna unit 2 using the FDTD method. In the following description, the wavelength in a vacuum of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3 is λ.

第1例(図8A及び8B)は、給電アンテナ素子3の第1中心線30と無給電アンテナ素子4の第2中心線40とのなす角度θが15°、所定距離L1が3mm(0.24λ)であり、図8Cに示すような指向特性が得られた。   In the first example (FIGS. 8A and 8B), the angle θ formed by the first center line 30 of the feed antenna element 3 and the second center line 40 of the parasitic antenna element 4 is 15 °, and the predetermined distance L1 is 3 mm (0. 24λ), and the directivity as shown in FIG. 8C was obtained.

第2例(図9A及び9B)は、角度θが30°、所定距離L1が3mm(0.24λ)であり、図9Cに示すような指向特性が得られた。   In the second example (FIGS. 9A and 9B), the angle θ is 30 °, the predetermined distance L1 is 3 mm (0.24λ), and the directivity as shown in FIG. 9C was obtained.

第3例(図10A及び10B)は、角度θが45°、所定距離L1が3mm(0.24λ)であり、図10Cに示すような指向特性が得られた。   In the third example (FIGS. 10A and 10B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 3 mm (0.24λ), and the directivity as shown in FIG. 10C was obtained.

第4例(図11A及び11B)は、角度θが45°、所定距離L1が2mm(0.16λ)であり、図11Cに示すような指向特性が得られた。   In the fourth example (FIGS. 11A and 11B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 2 mm (0.16λ), and the directivity as shown in FIG. 11C was obtained.

第5例(図12A及び12B)は、角度θが45°、所定距離L1が4mm(0.32λ)であり、図12Cに示すような指向特性が得られた。   In the fifth example (FIGS. 12A and 12B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 4 mm (0.32λ), and the directivity as shown in FIG. 12C was obtained.

第6例(図13A及び13B)は、角度θが45°、所定距離L1が5mm(0.40λ)であり、図13Cに示すような指向特性が得られた。   In the sixth example (FIGS. 13A and 13B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 5 mm (0.40λ), and the directivity as shown in FIG. 13C was obtained.

第7例(図14A及び14B)は、角度θが45°、所定距離L1が6mm(0.48λ)であり、図14Cに示すような指向特性が得られた。   In the seventh example (FIGS. 14A and 14B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 6 mm (0.48λ), and the directivity as shown in FIG. 14C was obtained.

第8例(図15A及び15B)は、角度θが45°、所定距離L1が7mm(0.56λ)であり、図15Cに示すような指向特性が得られた。   In the eighth example (FIGS. 15A and 15B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 7 mm (0.56λ), and the directivity as shown in FIG. 15C was obtained.

第9例(図16A及び16B)は、角度θが45°、所定距離L1が3mm(0.24λ)であり、図16Cに示すような指向特性が得られた。   In the ninth example (FIGS. 16A and 16B), the angle θ is 45 °, the predetermined distance L1 is 3 mm (0.24λ), and the directivity as shown in FIG. 16C was obtained.

図7C、8C、9C、10C、11C、12C、13C、14C及び16Cの結果から、アンテナユニット2では、給電アンテナ素子3と無給電アンテナ素子4との相対的な位置関係を変えることにより、指向特性を調整できると推考される。   From the results of FIGS. 7C, 8C, 9C, 10C, 11C, 12C, 13C, 14C, and 16C, in the antenna unit 2, the directivity is changed by changing the relative positional relationship between the feeding antenna element 3 and the parasitic antenna element 4. It is assumed that the characteristics can be adjusted.

図8C、9C、10C及び16Cの結果から、所定距離L1を一定として角度θを変えることにより、指向特性を調整できることが分かる。より詳細には、アンテナユニット2では、給電アンテナ素子3から無給電アンテナ素子4の方向への放射強度を高めることが可能となる。要するに、アンテナユニット2は、給電アンテナ素子3を基準位置として無給電アンテナ素子4の方向にメインローブ(main lobe)を形成することが可能となる。また、アンテナユニット2では、角度θを小さくするほど、指向性を強くすることが可能となる。したがって、アンテナ装置1では、給電アンテナ素子3を基準位置としてアンテナユニット2の放射強度を高めたい方向に無給電アンテナ素子4を移動させることで、所望の指向特性を得ることが可能となる。   From the results of FIGS. 8C, 9C, 10C, and 16C, it can be seen that the directivity can be adjusted by changing the angle θ while keeping the predetermined distance L1 constant. More specifically, in the antenna unit 2, the radiation intensity in the direction from the feeding antenna element 3 to the parasitic antenna element 4 can be increased. In short, the antenna unit 2 can form a main lobe in the direction of the parasitic antenna element 4 with the feeding antenna element 3 as a reference position. In the antenna unit 2, the directivity can be increased as the angle θ is decreased. Therefore, in the antenna device 1, it is possible to obtain desired directivity characteristics by moving the parasitic antenna element 4 in a direction in which the radiation intensity of the antenna unit 2 is desired to be increased with the feeding antenna element 3 as a reference position.

また、図8C〜16Cの結果から、所定距離L1は、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の真空における波長の0.15倍以上0.4倍以下であるのが好ましい。これにより、アンテナ装置1では、給電アンテナ素子3から無給電アンテナ素子4の方向への放射強度を高めることが可能となる。   8C to 16C, it is preferable that the predetermined distance L1 is not less than 0.15 times and not more than 0.4 times the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3 in vacuum. Thereby, in the antenna device 1, it is possible to increase the radiation intensity in the direction from the feeding antenna element 3 to the parasitic antenna element 4.

無給電アンテナ素子4における第2導体層42は、n回回転対称性(n≧3)を有する平面形状に形成されているのが好ましい。これにより、アンテナ装置1では、給電アンテナ素子3から放射された電磁波の偏波方向によらず、指向特性を調整することが可能となる。「n回回転対称性」とは、図形を回転軸のまわりで360度のn分の1だけ回転させたときにはじめの図形と一致する性質を意味する。   The second conductor layer 42 in the parasitic antenna element 4 is preferably formed in a planar shape having n-fold rotational symmetry (n ≧ 3). As a result, the antenna device 1 can adjust the directivity regardless of the polarization direction of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3. “N-fold rotational symmetry” means a property that coincides with the first figure when the figure is rotated around the rotation axis by 1 / n of 360 degrees.

第2導体層42の平面形状が図18Aに示すような長方形の場合、第2導体層42は、2回回転対称性を有する。図18Aでは、長方形の長辺の長さが、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の波長で共振する長さに設定されている。したがって、図18Aに白抜き矢印で示す偏波方向(第2導体層42の長手方向と同じ方向)の電磁波が第2導体層42に入射したとき、第2導体層42には、一点鎖線の矢印で示す向きに電流が流れる。これにより、アンテナ装置1では、指向特性を調整することができる。これに対し、図18Bに白抜き矢印で示す偏波方向(第2導体層42の短手方向と同じ方向)の電磁波が第2導体層42に入射したときには、第2導体層42には、電流がほとんど流れない。このため、アンテナ装置1では、放射強度を高めたい方向を制御できない。   When the planar shape of the second conductor layer 42 is a rectangle as shown in FIG. 18A, the second conductor layer 42 has two-fold rotational symmetry. In FIG. 18A, the length of the long side of the rectangle is set to a length that resonates at the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3. Therefore, when an electromagnetic wave in the polarization direction indicated by the white arrow in FIG. 18A (the same direction as the longitudinal direction of the second conductor layer 42) is incident on the second conductor layer 42, the second conductor layer 42 has an alternate long and short dash line. Current flows in the direction indicated by the arrow. Thereby, in the antenna device 1, the directivity can be adjusted. On the other hand, when an electromagnetic wave in the polarization direction indicated by the white arrow in FIG. 18B (the same direction as the short direction of the second conductor layer 42) is incident on the second conductor layer 42, the second conductor layer 42 includes: Almost no current flows. For this reason, in the antenna apparatus 1, the direction which wants to raise radiation intensity cannot be controlled.

また、第2導体層42の平面形状が図18Cに示すような正三角形枠の場合、第2導体層42は、3回回転対称性を有する。図18Cでは、正三角形枠の1辺の長さが、給電アンテナ素子3から放射される電磁波の波長で共振する長さに設定されている。したがって、図18Cに白抜き矢印で示すように正三角形枠の1辺に平行な偏波方向の電磁波が第2導体層42に入射したとき、第2導体層42には、一点鎖線の矢印で示すように3辺それぞれに沿った向きに電流が流れる。これにより、アンテナ装置1では、指向特性を調整することができる。また、図18Dに示す白抜き矢印で示す偏波方向(正面視で3辺のうち底辺となる1つの辺に直交する方向)の電磁波が第2導体層42に入射したとき、第2導体層42には、一点鎖線の矢印で示すように2つの辺(斜辺)それぞれに沿った向きに電流が流れる。これにより、アンテナ装置1では、指向特性を調整することができる。   Further, when the planar shape of the second conductor layer 42 is an equilateral triangular frame as shown in FIG. 18C, the second conductor layer 42 has a three-fold rotational symmetry. In FIG. 18C, the length of one side of the equilateral triangle frame is set to a length that resonates at the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3. Therefore, when an electromagnetic wave having a polarization direction parallel to one side of the equilateral triangular frame is incident on the second conductor layer 42 as shown by a white arrow in FIG. 18C, the second conductor layer 42 is indicated by a one-dot chain line arrow. As shown, current flows in the direction along each of the three sides. Thereby, in the antenna device 1, the directivity can be adjusted. When the electromagnetic wave in the polarization direction indicated by the white arrow shown in FIG. 18D (the direction orthogonal to one of the three sides in front view) is incident on the second conductor layer 42, the second conductor layer A current flows through 42 in the direction along each of the two sides (slanted sides) as indicated by the dashed-dotted arrows. Thereby, in the antenna device 1, the directivity can be adjusted.

第2導体層42は、n回回転対称性(n≧3)を有する平面形状に形成されていればよく、正方形に限らない。第2導体層42は、例えば、図17A、17B、17C、17D、17E及び17Fのいずれかの平面形状に形成されていてもよい。   The 2nd conductor layer 42 should just be formed in the planar shape which has n times rotational symmetry (n> = 3), and is not restricted to a square. For example, the second conductor layer 42 may be formed in any one of the planar shapes of FIGS. 17A, 17B, 17C, 17D, 17E, and 17F.

図17Aに示した第2導体層42は、平面形状が正三角形であり、3回回転対称性を有する。図17Bに示した第2導体層42は、平面形状が円形である。図17Cに示した第2導体層42は、平面形状が+字状であり、4回回転対称性を有する。図17Dに示した第2導体層42は、平面形状が正三角形枠状であり、3回回転対称性を有する。図17Eに示した第2導体層42は、平面形状が正五角形であり、5回回転対称性を有する。図17Fに示した第2導体層42は、平面形状が正六角形であり、6回回転対称性を有する。   The planar shape of the second conductor layer 42 shown in FIG. 17A is a regular triangle, and has three-fold rotational symmetry. The second conductor layer 42 shown in FIG. 17B has a circular planar shape. The second conductor layer 42 shown in FIG. 17C has a + -shape in plan view and has four-fold rotational symmetry. The second conductor layer 42 shown in FIG. 17D has a regular triangular frame shape and has three-fold rotational symmetry. The second conductor layer 42 shown in FIG. 17E has a regular pentagonal planar shape and has five-fold rotational symmetry. The second conductor layer 42 shown in FIG. 17F has a regular hexagonal planar shape and has 6-fold rotational symmetry.

指向性調整部5は、一例として、図1A及び1Bに示すように、半球殻状のドーム51と、ドーム51の内側の球面512に沿って回転できるように構成された可動体52と、を備える。ドーム51及び可動体52は、誘電体により形成されている。アンテナユニット2は、ドーム51における球面511との距離が一定(所定距離L1)であるドーム51の中心に給電アンテナ素子3が配置され、可動体52に無給電アンテナ素子4が配置されている。これにより、アンテナ装置1では、給電アンテナ素子3の位置を変更することなく無給電アンテナ素子4を動かすことでアンテナユニット2の指向性を調整することが可能となるので、アンテナユニット2の指向性を容易に調整することが可能となる。   As an example, the directivity adjusting unit 5 includes a hemispherical shell-shaped dome 51 and a movable body 52 configured to be rotatable along a spherical surface 512 inside the dome 51, as shown in FIGS. 1A and 1B. Prepare. The dome 51 and the movable body 52 are formed of a dielectric material. In the antenna unit 2, the feeding antenna element 3 is arranged at the center of the dome 51 where the distance from the spherical surface 511 in the dome 51 is constant (predetermined distance L <b> 1), and the parasitic antenna element 4 is arranged on the movable body 52. Thereby, in the antenna device 1, the directivity of the antenna unit 2 can be adjusted by moving the parasitic antenna element 4 without changing the position of the feed antenna element 3. Can be easily adjusted.

可動体52は、球帽状の第1可動部521と、球帽状の第2可動部522と、を軸部523(図4A及び4B参照)により連結してある。第1可動部521の内側の球面は、ドーム51の外側の球面511と半径が同じであるのが好ましい。第2可動部522の外側の球面は、ドーム51の内側の球面512と半径が同じであるのが好ましい。   The movable body 52 has a spherical cap-shaped first movable portion 521 and a spherical cap-shaped second movable portion 522 connected by a shaft portion 523 (see FIGS. 4A and 4B). The inner spherical surface of the first movable part 521 preferably has the same radius as the outer spherical surface 511 of the dome 51. It is preferable that the outer spherical surface of the second movable portion 522 has the same radius as the inner spherical surface 512 of the dome 51.

ドーム51には、可動体52の軸部523を移動できるように構成された複数のスリット513が円周方向において等間隔で形成されている。これにより、指向性調整部5は、可動体52をドーム51に沿って回転させることにより、給電アンテナ素子3と無給電アンテナ素子4との距離を所定距離L1に保ちつつ、無給電アンテナ素子4を動かすことが可能となる。なお、アンテナ装置1では、スリット513の幅を適宜設計しておくことにより可動体52を動かした後にその位置で可動体52を保持することができる。アンテナ装置1は、ドーム51に沿って回転させた後のドーム51と可動体52との相対的な位置ずれを防止するために、可動体52を位置決めする部材を別途に備えていてもよい。   In the dome 51, a plurality of slits 513 configured to be able to move the shaft portion 523 of the movable body 52 are formed at equal intervals in the circumferential direction. As a result, the directivity adjusting unit 5 rotates the movable body 52 along the dome 51 to maintain the distance between the feeding antenna element 3 and the parasitic antenna element 4 at the predetermined distance L1 while maintaining the parasitic antenna element 4. Can be moved. In the antenna device 1, the movable body 52 can be held at the position after the movable body 52 is moved by appropriately designing the width of the slit 513. The antenna device 1 may further include a member for positioning the movable body 52 in order to prevent a relative displacement between the dome 51 and the movable body 52 after being rotated along the dome 51.

アンテナ装置1は、アンテナユニット2と、指向性調整部5と、を収納したケースを備えるのが好ましい。ケースは、ベースと、カバーと、で構成される。ベースとカバーとは、例えば、複数の螺子等により結合すればよい。   The antenna device 1 preferably includes a case that houses the antenna unit 2 and the directivity adjusting unit 5. The case is composed of a base and a cover. For example, the base and the cover may be coupled by a plurality of screws or the like.

ベースは、アンテナユニット2及び指向性調整部5を保持できるように構成されるのが好ましい。ベースは、例えば、円板状のベース本体を備え、ベース本体の第1面に給電アンテナ素子3を保持する第1保持部と、ドーム51を保持する第2保持部と、を備えるのが好ましい。第2保持部は、例えば、同心円状に配置された2つの円環状リブにより構成することができる。ベースは、ドーム51の複数のスリット513それぞれを所定幅に保つ複数の突起が、2つの円環状リブの間において形成されているのが好ましい。ベースは、ベース本体の第2面を建物の屋内の壁面側として壁面等に設置できるように構成されているのが好ましい。   The base is preferably configured to hold the antenna unit 2 and the directivity adjusting unit 5. The base preferably includes, for example, a disc-shaped base body, and includes a first holding part that holds the feeding antenna element 3 on a first surface of the base body, and a second holding part that holds the dome 51. . The second holding part can be constituted by, for example, two annular ribs arranged concentrically. It is preferable that the base has a plurality of protrusions that keep the plurality of slits 513 of the dome 51 at a predetermined width between the two annular ribs. The base is preferably configured so that the second surface of the base body can be installed on the wall surface or the like with the indoor wall surface side of the building.

ベースは、導電性材料により形成されているのが好ましい。導電性材料としては、金属が好ましい。金属としては、例えば、アルミニウム、亜鉛合金等が好ましい。導電性材料がアルミニウムの場合、ベースは、例えば、アルミダイキャスト法により形成することができる。   The base is preferably made of a conductive material. A metal is preferable as the conductive material. As the metal, for example, aluminum or zinc alloy is preferable. When the conductive material is aluminum, the base can be formed by, for example, an aluminum die casting method.

カバーは、アンテナユニット2及び指向性調整部5を保護するレドーム(radome)である。カバーは、アンテナユニット2から放射させる電磁波を透過する材料により形成されている。より詳細には、カバーは、24GHzの電磁波を透過する材料により形成されている。カバーは、24GHzの電磁波に対する透過率が60%以上であることが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、80%以上であるのが更に好ましい。   The cover is a radome that protects the antenna unit 2 and the directivity adjusting unit 5. The cover is formed of a material that transmits electromagnetic waves radiated from the antenna unit 2. More specifically, the cover is made of a material that transmits electromagnetic waves of 24 GHz. The cover preferably has a transmittance for electromagnetic waves of 24 GHz of 60% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 80% or more.

カバーの材料としては、例えば、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、ポリフェニレンオキサイド等を採用することができる。カバーは、例えば、ポリカーボネートに白色顔料を添加した材料の成形品により構成されているのが好ましい。白色顔料としては、無機顔料が好ましい。白色顔料としては、例えば、二酸化チタン、亜鉛華(酸化亜鉛)等を採用することができる。   As a material for the cover, for example, polycarbonate, fluorine resin, polyphenylene oxide, or the like can be used. The cover is preferably made of a molded article made of a material obtained by adding a white pigment to polycarbonate, for example. As the white pigment, an inorganic pigment is preferable. Examples of white pigments that can be used include titanium dioxide and zinc white (zinc oxide).

図19は、アンテナ装置1を備えたドップラセンサ9の回路ブロック図である。   FIG. 19 is a circuit block diagram of the Doppler sensor 9 including the antenna device 1.

ドップラセンサ9は、電磁波を送信する送信アンテナ91と、送信アンテナ91から送信され物体で反射された電磁波を捕そくする受信アンテナ92と、発振器93と、を備える。ドップラセンサ9は、送信アンテナ91から送信した電磁波の周波数と受信アンテナ92で受信した電磁波の周波数との差分に相当する周波数の出力信号を出力するミキサ94と、ミキサ94の出力信号に基づいて物体を検出する信号処理装置95と、を備える。送信アンテナ91は、アンテナ装置1により構成されている。これにより、ドップラセンサ9では、送信アンテナ91の指向性の調整の自由度を高めることが可能となる。物体は、例えば、人である。   The Doppler sensor 9 includes a transmission antenna 91 that transmits electromagnetic waves, a reception antenna 92 that captures electromagnetic waves transmitted from the transmission antenna 91 and reflected by an object, and an oscillator 93. The Doppler sensor 9 includes a mixer 94 that outputs an output signal having a frequency corresponding to the difference between the frequency of the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna 91 and the frequency of the electromagnetic wave received by the receiving antenna 92, and an object based on the output signal of the mixer 94. And a signal processing device 95 for detecting. The transmission antenna 91 is configured by the antenna device 1. As a result, the Doppler sensor 9 can increase the degree of freedom in adjusting the directivity of the transmission antenna 91. The object is, for example, a person.

ドップラセンサ9では、送信アンテナ91から発振器93から出力される送信信号(電気信号)を電磁波として送信させる(空間へ放射させる)。ミキサ94は、発振器93から出力される送信信号の周波数と受信アンテナ92で受信して電気信号に変換された受信信号の周波数との差分の周波数を持つ出力信号を出力する。   In the Doppler sensor 9, a transmission signal (electric signal) output from the oscillator 93 from the transmission antenna 91 is transmitted as an electromagnetic wave (radiated to space). The mixer 94 outputs an output signal having a frequency difference between the frequency of the transmission signal output from the oscillator 93 and the frequency of the reception signal received by the reception antenna 92 and converted into an electrical signal.

信号処理装置95は、例えば、コンピュータ(例えば、マイクロコンピュータ)に所定のプログラムを実行させることにより実現することができる。所定のプログラムは、例えば、コンピュータのメモリに記憶されていればよい。信号処理装置95は、ミキサ94から出力される出力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路によって増幅された出力信号をディジタルの出力信号に変換して出力するA/D変換器と、を備えるのが好ましい。   The signal processing device 95 can be realized, for example, by causing a computer (for example, a microcomputer) to execute a predetermined program. For example, the predetermined program may be stored in a memory of a computer. The signal processing device 95 includes an amplifier circuit that amplifies the output signal output from the mixer 94, and an A / D converter that converts the output signal amplified by the amplifier circuit into a digital output signal and outputs the digital output signal. Is preferred.

実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。   The materials, numerical values, and the like described in the embodiments are merely preferred examples and are not intended to be limiting. Furthermore, the present invention can be appropriately modified in configuration without departing from the scope of its technical idea.

例えば、第1誘電体基板31及び第2誘電体基板41は、ガラスエポキシ樹脂基板に限らず、例えば、フッ素樹脂系基板(例えば、ポリ四フッ化エチレン樹脂基板等)、セラミック基板により形成されていてもよい。また、第1導体層32、グラウンド層33及び第2導体層42は、例えば、銅ペースト、銀ペースト等を利用して形成されていてもよい。   For example, the first dielectric substrate 31 and the second dielectric substrate 41 are not limited to glass epoxy resin substrates, and are formed of, for example, a fluororesin substrate (for example, a polytetrafluoroethylene resin substrate) or a ceramic substrate. May be. Moreover, the 1st conductor layer 32, the ground layer 33, and the 2nd conductor layer 42 may be formed using a copper paste, a silver paste, etc., for example.

また、アンテナ装置1では、第2可動部522が第2誘電体基板41を兼ねてもよい。   In the antenna device 1, the second movable portion 522 may also serve as the second dielectric substrate 41.

また、給電アンテナ素子3は、第1導体層32に連続した給電用のマイクロストリップ線路を設けて、マイクロストリップ線路に対してコネクタ8の内導体を半田等により接続してもよい。   In addition, the feeding antenna element 3 may be provided with a feeding microstrip line continuous to the first conductor layer 32, and the inner conductor of the connector 8 may be connected to the microstrip line by soldering or the like.

また、アンテナ装置1は、ケースを備えていない場合、ドーム51を、例えば、建築物の壁又は天井、アンテナ装置1を設置する機器内の取付部、アンテナ装置1を設置する水栓カラン内の壁等に固定するようにしてもよい。   In addition, when the antenna device 1 does not include a case, the dome 51 is placed in, for example, a wall or ceiling of a building, a mounting portion in a device in which the antenna device 1 is installed, and a faucet curan in which the antenna device 1 is installed. You may make it fix to a wall etc.

また、ドップラセンサは、2周波(多周波)方式のドップラセンサや、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式のドップラセンサ等でもよい。   The Doppler sensor may be a two-frequency (multi-frequency) type Doppler sensor, an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) type Doppler sensor, or the like.

また、給電アンテナ素子3から放射させる電磁波の周波数は、24GHzに限らず、例えば、2.4GHzでもよい。この場合、給電アンテナ素子3は、電磁波の周波数が2.4GHzの場合、周波数が24GHzの場合に比べて、第1導体層32の平面サイズを10倍(つまり、27mm×27mm)に設定するのが好ましい。   Further, the frequency of the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna element 3 is not limited to 24 GHz, and may be, for example, 2.4 GHz. In this case, when the frequency of the electromagnetic wave is 2.4 GHz, the feeding antenna element 3 sets the plane size of the first conductor layer 32 to 10 times (that is, 27 mm × 27 mm) compared to the case where the frequency is 24 GHz. Is preferred.

1 アンテナ装置
2 アンテナユニット
3 給電アンテナ素子
30 第1中心線
31 第1誘電体基板
32 第1導体層
33 グラウンド層
4 無給電アンテナ素子
40 第2中心線
41 第2誘電体基板
42 第2導体層
5 指向性調整部
51 ドーム
52 可動体
512 球面
L1 所定距離
θ 角度
9 ドップラセンサ
91 送信アンテナ
92 受信アンテナ
93 発振器
94 ミキサ
95 信号処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna apparatus 2 Antenna unit 3 Feeding antenna element 30 1st center line 31 1st dielectric substrate 32 1st conductor layer 33 Ground layer 4 Parasitic antenna element 40 2nd center line 41 2nd dielectric substrate 42 2nd conductor layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Directionality adjustment part 51 Dome 52 Movable body 512 Spherical surface L1 Predetermined distance (theta) Angle 9 Doppler sensor 91 Transmission antenna 92 Reception antenna 93 Oscillator 94 Mixer 95 Signal processing apparatus

Claims (5)

アンテナユニットと、前記アンテナユニットから放射させる電磁波の指向性を調整する指向性調整部と、を備え、
前記アンテナユニットは、給電アンテナ素子と、無給電アンテナ素子と、を備え、
前記給電アンテナ素子は、第1誘電体基板と、前記第1誘電体基板の表面に形成された第1導体層と、前記第1誘電体基板の裏面に形成されたグラウンド層と、給電点と、を備え、電気信号を電磁波として空間に放射するように構成され、
前記無給電アンテナ素子は、第2誘電体基板と、前記第2誘電体基板の表面に形成された第2導体層と、を備え、前記第2導体層が、前記給電アンテナ素子から放射される電磁波の波長で共振するように構成され、
前記指向性調整部は、前記給電アンテナ素子と前記無給電アンテナ素子との間を所定距離に保ち、かつ、前記給電アンテナ素子の厚さ方向に沿った第1中心線と前記無給電アンテナ素子の厚さ方向に沿った第2中心線との交点の位置を保ちながら、前記第1中心線と前記第2中心線とのなす角度を変化できるように構成されている、
ことを特徴とするアンテナ装置。
An antenna unit, and a directivity adjustment unit that adjusts the directivity of electromagnetic waves radiated from the antenna unit,
The antenna unit includes a feeding antenna element and a parasitic antenna element,
The feeding antenna element includes a first dielectric substrate, a first conductor layer formed on a surface of the first dielectric substrate, a ground layer formed on a back surface of the first dielectric substrate, a feeding point, And configured to radiate electric signals as electromagnetic waves into space,
The parasitic antenna element includes a second dielectric substrate and a second conductor layer formed on a surface of the second dielectric substrate, and the second conductor layer is radiated from the feeder antenna element. Configured to resonate at the wavelength of the electromagnetic wave,
The directivity adjusting unit maintains a predetermined distance between the feeding antenna element and the parasitic antenna element, and the first center line along the thickness direction of the feeding antenna element and the parasitic antenna element. The angle between the first center line and the second center line can be changed while maintaining the position of the intersection with the second center line along the thickness direction.
An antenna device characterized by that.
前記所定距離は、前記電磁波の真空における波長の0.15倍以上0.4倍以下である、
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
The predetermined distance is not less than 0.15 times and not more than 0.4 times the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum.
The antenna device according to claim 1.
前記無給電アンテナ素子における前記第2導体層は、n回回転対称性(n≧3)を有する平面形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
The second conductor layer in the parasitic antenna element is formed in a planar shape having n-fold rotational symmetry (n ≧ 3).
The antenna device according to claim 1 or 2, wherein
前記指向性調整部は、半球殻状のドームと、前記ドームの内側の球面に沿って回転できるように構成された可動体と、を備え、
前記ドーム及び前記可動体は、誘電体により形成され、
前記アンテナユニットは、前記ドームにおける前記球面との距離が一定である前記ドームの中心に前記給電アンテナ素子が配置され、前記可動体に前記無給電アンテナ素子が配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
The directivity adjusting unit includes a hemispherical dome, and a movable body configured to be rotatable along a spherical surface inside the dome.
The dome and the movable body are formed of a dielectric,
In the antenna unit, the feeding antenna element is arranged at the center of the dome where the distance from the spherical surface in the dome is constant, and the parasitic antenna element is arranged in the movable body.
The antenna apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
電磁波を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信され物体で反射された電磁波を捕そくする受信アンテナと、発振器と、前記送信アンテナから送信した電磁波の周波数と前記受信アンテナで受信した電磁波の周波数との差分に相当する周波数の出力信号を出力するミキサと、前記ミキサの出力信号に基づいて物体を検出する信号処理装置と、を備え、
前記送信アンテナは、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のアンテナ装置により構成されている、
ことを特徴とするドップラセンサ。
A transmitting antenna for transmitting electromagnetic waves, a receiving antenna for capturing electromagnetic waves transmitted from the transmitting antenna and reflected by an object, an oscillator, a frequency of electromagnetic waves transmitted from the transmitting antenna, and a frequency of electromagnetic waves received by the receiving antenna And a mixer that outputs an output signal having a frequency corresponding to the difference between and a signal processing device that detects an object based on the output signal of the mixer,
The transmitting antenna is configured by the antenna device according to any one of claims 1 to 4.
Doppler sensor characterized by that.
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