JP6563805B2 - Antenna, method for manufacturing cylindrical periodic structure, cylindrical periodic structure, and sheet for cylindrical periodic structure - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ、筒型周期構造体の製造方法、筒型周期構造体、及び筒型周期構造体用シートに関する。 The present invention relates to an antenna, a method for manufacturing a cylindrical periodic structure, a cylindrical periodic structure, and a sheet for a cylindrical periodic structure.
例えば、携帯電話等の移動体通信基地局用のアンテナには、無線信号を送受信するアンテナ素子と、指向性を調整するための反射板及び導波器(無給電素子)とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 For example, an antenna for a mobile communication base station such as a mobile phone includes an antenna element that transmits and receives a radio signal, a reflector for adjusting directivity, and a director (a parasitic element). It is known (see, for example, Patent Document 1).
しかし、上記アンテナでは、アンテナ素子以外に反射板及び導波器を備える必要があるため、その分だけアンテナ全体の重量が増加し、製造コストが高くなるという問題があった。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でアンテナ素子の指向性を調整することができるようにすることを目的とする。
However, since the antenna needs to include a reflector and a director in addition to the antenna element, there is a problem in that the weight of the entire antenna increases and the manufacturing cost increases.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to enable adjustment of the directivity of an antenna element with a simple configuration.
本発明の一態様に係るアンテナは、アンテナ素子と、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを有し、前記アンテナ素子を覆う筒型周期構造体と、を備え、前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットと、を有し、前記筒型周期構造体は、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを含む、アンテナ。 An antenna according to an aspect of the present invention includes an antenna element, and a cylindrical periodic structure that includes a plurality of unit cells periodically arranged in a circumferential direction and an axial direction, and covers the antenna element. The unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor, and the cylindrical period The structure includes an antenna including a plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slot.
本発明の一態様に係る筒型周期構造体の製造方法は、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体の製造方法であって、一方向及び他方向に周期的に配置された複数のユニットセルが設けられたシートであって、前記ユニットセルが、ループ外導体、前記ループ外導体の内側に配置された内導体、及び前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットを有し、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを含む当該シートを準備する工程と、芯棒を準備する工程と、前記芯棒の周面に被覆層を複数積層する工程と、前記複数の被覆層のうちのいずれか一の被覆層の内周面又は外周面において、前記複数のユニットセルが前記一の被覆層の周方向及び軸方向に沿って配置されるように前記シートを巻き付ける工程と、を含む筒型周期構造体の製造方法。 A manufacturing method of a cylindrical periodic structure according to an aspect of the present invention is a manufacturing method of a cylindrical periodic structure that includes a plurality of unit cells that are periodically arranged in a circumferential direction and an axial direction and covers an antenna element. A sheet provided with a plurality of unit cells periodically arranged in one direction and the other direction, wherein the unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and Preparing a sheet including a plurality of types of unit cells having a loop slot formed between the outer loop conductor and the inner conductor and having different outer peripheral lengths of the loop slot; and preparing a core rod The step of laminating a plurality of coating layers on the peripheral surface of the core rod, and the inner cell or the outer peripheral surface of any one of the plurality of coating layers, the plurality of unit cells are One coating layer The wound sheet process and method of manufacturing a tubular periodic structure comprising a so as to be arranged along the circumferential direction and the axial direction.
本発明の一態様に係る筒型周期構造体の製造方法は、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体の製造方法であって、基礎筒体を準備する工程と、ループ外導体、前記ループ外導体の内側に配置された内導体、及び前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットを有するユニットセルであって、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の当該ユニットセルを、前記基礎筒体の外周面の周方向に沿って複数印刷する工程と、前記複数のユニットセルの外周面に、当該ユニットセルを保護する保護層を形成する工程と、を含む筒型周期構造体の製造方法。 A manufacturing method of a cylindrical periodic structure according to an aspect of the present invention is a manufacturing method of a cylindrical periodic structure that includes a plurality of unit cells that are periodically arranged in a circumferential direction and an axial direction and covers an antenna element. A base cell, a unit cell having a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor And, the step of printing a plurality of types of the unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slot along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the basic cylinder, and the outer peripheral surface of the plurality of unit cells, Forming a protective layer for protecting the unit cell. A method for manufacturing a cylindrical periodic structure.
本発明の一態様に係る筒型周期構造体は、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体であって、前記筒型周期構造体により前記アンテナ素子を覆うことで、当該アンテナ素子の指向性が変化するように、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備える筒型周期構造体。 A cylindrical periodic structure according to one embodiment of the present invention is a cylindrical periodic structure that covers an antenna element, and the directivity of the antenna element is changed by covering the antenna element with the cylindrical periodic structure. A cylindrical periodic structure comprising a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction.
本発明の一態様に係る筒型周期構造体用シートは、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体の構成部材として、その周方向に沿って配置される筒型周期構造体用シートであって、前記周方向となる一方向、及び他方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットとを有し、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを備える筒型周期構造体用シート。 The cylindrical periodic structure sheet according to one aspect of the present invention is a cylindrical periodic structure sheet disposed along the circumferential direction as a constituent member of the cylindrical periodic structure covering the antenna element, The unit cell includes a plurality of unit cells periodically arranged in one direction that is the circumferential direction and the other direction, and the unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and A sheet for a cylindrical periodic structure having a plurality of types of unit cells, each having a loop slot formed between an outer conductor of a loop and a loop slot formed between the inner conductors, and having different outer peripheral lengths.
本発明によれば、簡単な構成でアンテナ素子の指向性を調整することができる。 According to the present invention, the directivity of an antenna element can be adjusted with a simple configuration.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本願発明者は、鋭意研究の結果、筒型周期構造体において周方向及び軸方向に沿って周期的に配置される複数のユニットセルに形成されたループスロットの外周長の違いにより、アンテナ素子の指向性が変化することを見い出し、かかる知見に基づいて本発明の実施形態を完成させた。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
(1) As a result of earnest research, the inventor of the present application, due to the difference in the outer peripheral length of loop slots formed in a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction in the cylindrical periodic structure, The present inventors have found that the directivity of the antenna element changes, and have completed the embodiment of the present invention based on such knowledge.
すなわち、本発明の実施形態に係るアンテナは、アンテナ素子と、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを有し、前記アンテナ素子を覆う筒型周期構造体と、を備え、前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットと、を有し、前記筒型周期構造体は、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを含む。
上記(1)のアンテナによれば、ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類のユニットセルを有する筒型周期構造体によってアンテナ素子を覆うという簡単な構成により、アンテナ素子の指向性を調整することができる。
That is, an antenna according to an embodiment of the present invention includes an antenna element and a cylindrical periodic structure that includes a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction and covers the antenna element. The unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor, and the tube The mold periodic structure includes a plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slots.
According to the antenna of (1) above, the directivity of the antenna element can be adjusted with a simple configuration in which the antenna element is covered with a cylindrical periodic structure having a plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slot. Can do.
(2)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体は真円筒状に形成されているのが好ましい。
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、筒型周期構造体を真円筒状とすることで、アンテナ素子の指向性が効果的に変化することを見い出し、かかる知見に基づいて上記(2)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の指向性の調整を行うことができる。
(2) In the antenna, the cylindrical periodic structure is preferably formed in a true cylindrical shape.
As a result of further earnest research, the inventor of the present application has found that the directivity of the antenna element is effectively changed by making the cylindrical periodic structure into a true cylindrical shape. Based on this finding, the above (2) An embodiment of the invention has been completed. Thereby, the directivity of the antenna element can be adjusted.
(3)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体は、その周方向に分割された複数の分割領域を有し、前記各分割領域には所定数の前記ユニットセルが含まれており、前記各分割領域における前記所定数のユニットセルは、当該分割領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従って、前記ループスロットの外周長が段階的に小さくなるように形成されているのが好ましい。 (3) In the antenna, the cylindrical periodic structure has a plurality of divided regions divided in a circumferential direction, and each divided region includes a predetermined number of the unit cells, It is preferable that the predetermined number of unit cells in the divided region is formed such that the outer peripheral length of the loop slot decreases stepwise from one circumferential direction to the other circumferential side of the divided region.
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、前記各分割領域における所定数のユニットセルについて、当該分割領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従ってループスロットの外周長を段階的に小さく形成することで、アンテナ素子の指向性が効果的に変化することを見い出し、かかる知見に基づいて上記(3)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の指向性の調整を効果的に行うことができる。 As a result of further diligent research, the inventor of the present application has formed a loop slot with an outer peripheral length that gradually decreases from one side in the circumferential direction to the other side in the circumferential direction of the predetermined number of unit cells in each divided region. Thus, the directivity of the antenna element was found to change effectively, and the embodiment of the invention according to the above (3) was completed based on this knowledge. Thereby, the directivity of the antenna element can be adjusted effectively.
(4)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体は、その軸線に対して直交する断面視における外形が、互いに離反した少なくとも2つの焦点を有する非真円形状となるように形成され、前記2つの焦点それぞれの周りに二次曲線又はその二次曲線に近似する直線群により形成された曲がり領域を有し、前記各曲がり領域には、所定数の前記ユニットセルが含まれており、前記各曲がり領域における前記所定数のユニットセルは、当該曲がり領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従って、前記ループスロットの外周長が段階的に小さくなるように形成されていてもよい。 (4) In the antenna, the cylindrical periodic structure is formed such that an outer shape in a cross-sectional view orthogonal to an axis thereof is a non-circular shape having at least two focal points separated from each other. Each of the focal points has a curved region formed by a quadratic curve or a group of straight lines approximating the quadratic curve, and each curved region includes a predetermined number of the unit cells, The predetermined number of unit cells in the bent region may be formed such that the outer peripheral length of the loop slot decreases stepwise from one circumferential direction side to the other circumferential side of the bent region.
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、筒型周期構造体の断面外形を、2つの焦点を有する非真円形状とし、各焦点の周りに形成された曲がり領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従ってループスロットの外周長を段階的に小さく形成することで、アンテナ素子の水平面指向性のビーム幅が狭くなることを見い出し、かかる知見に基づいて上記(4)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の水平面指向性のビーム幅を狭くすることができる。 As a result of further earnest research, the inventor of the present invention has made the cross-sectional outer shape of the cylindrical periodic structure into a non-circular shape having two focal points, and the circumferential direction from one circumferential side of the bending region formed around each focal point. It has been found that the beam width of the horizontal plane directivity of the antenna element becomes narrower by forming the outer peripheral length of the loop slot to be gradually reduced toward the other side, and based on such knowledge, the implementation of the invention according to the above (4) Completed the form. Thereby, the beam width of the horizontal directivity of the antenna element can be narrowed.
(5)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体は、その周方向の一部に前記ユニットセルが配置されていない無配置領域をさらに有し、前記無配置領域の周方向一端には、一の前記曲がり領域の前記周方向一方側が接続され、前記無配置領域の周方向他端には、他の前記曲がり領域の前記周方向一方側が接続されているのが好ましい。 (5) In the antenna, the cylindrical periodic structure further includes a non-arrangement region in which the unit cell is not disposed in a part of the circumferential direction, and one end in the circumferential direction of the non-arrangement region has one It is preferable that one side in the circumferential direction of the bent region is connected, and the other side in the circumferential direction of the non-arranged region is connected to one side in the circumferential direction of the other bent region.
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、筒型周期構造体の周方向の一部をユニットセルが配置されていない無配置領域とし、その無配置領域の周方向両端それぞれに、曲がり領域の周方向一方側、つまり他のループスロットよりも外周長が大きいループスロットを有するユニットセル側の部分を接続することで、アンテナ素子の水平面指向性のビーム幅が狭くなることを見い出し、かかる知見に基づいて上記(5)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の水平面指向性のビーム幅を狭くすることができる。 As a result of further earnest study, the inventor of the present application has determined that a part of the cylindrical periodic structure in the circumferential direction is a non-arranged region where no unit cells are arranged, and each of the circumferential ends of the non-arranged region has a circumference of the bent region. Based on this knowledge, we found that the beam width of the antenna element in the horizontal plane is narrowed by connecting the unit cell side part having a loop slot whose outer peripheral length is larger than that of the other loop slot. Thus, the embodiment of the invention according to the above (5) has been completed. Thereby, the beam width of the horizontal directivity of the antenna element can be narrowed.
(6)上記アンテナにおいて、前記所定数のユニットセルは、前記周方向一方側から前記周方向他方側に向かうに従って、前記アンテナ素子の指向性を向ける方向から徐々に遠ざかるように配置されているのが好ましい。
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、前記所定数のユニットセルを、アンテナ素子の指向性を向ける方向から順次遠ざかるに従って、ループスロットの外周長が小さくなるように配置することで、アンテナ素子の指向性が向上すること見い出し、かかる知見に基づいて上記(6)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の指向性の調整をさらに効果的に行うことができる。
(6) In the antenna, the predetermined number of unit cells are arranged so as to gradually move away from a direction in which the directivity of the antenna element is directed from the one side in the circumferential direction toward the other side in the circumferential direction. Is preferred.
As a result of further earnest research, the inventor of the present application has arranged the predetermined number of unit cells such that the outer peripheral length of the loop slot becomes smaller as the distance from the direction in which the directivity of the antenna element is directed sequentially becomes smaller. It was found that the directivity was improved, and the embodiment of the invention according to the above (6) was completed based on such knowledge. Thereby, the directivity of the antenna element can be adjusted more effectively.
(7)上記アンテナにおいて、前記ループスロットの外周長は、0.55λ以下(λは所望周波数帯域の自由空間波長)であるのが好ましい。
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、平面配置時に所望周波数帯域よりも高い周波数帯域で電磁波を通過させる特性を有する周波数選択板、すなわちループスロットの外周長を所望周波数帯域の自由空間波長に対応する長さよりも短くした周波数選択板を用いることで、アンテナ素子の指向性が向上すること見い出し、かかる知見に基づいて上記(7)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の指向性の調整をさらに効果的に行うことができる。
(7) In the antenna, the outer peripheral length of the loop slot is preferably 0.55λ or less (λ is a free space wavelength in a desired frequency band).
As a result of further earnest research, the inventor of the present application has found that the frequency selection plate having the characteristic of allowing electromagnetic waves to pass in a frequency band higher than the desired frequency band when arranged in a plane, that is, the outer circumference of the loop slot corresponds to the free space wavelength of the desired frequency band It was found that the directivity of the antenna element was improved by using a frequency selection plate that was shorter than the length to be used, and the embodiment of the invention according to (7) was completed based on this knowledge. Thereby, the directivity of the antenna element can be adjusted more effectively.
(8)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体の軸線に対して直交する断面視において、前記複数のユニットセルのループスロットは、前記筒型周期構造体の中心を通過する仮想直線を挟んで線対称に形成されているのが好ましい。この場合、筒型周期構造体をさらに簡単な構成とすることができる。 (8) In the antenna, in a cross-sectional view orthogonal to the axis of the cylindrical periodic structure, the loop slots of the plurality of unit cells sandwich an imaginary straight line passing through the center of the cylindrical periodic structure. It is preferably formed in line symmetry. In this case, the cylindrical periodic structure can be further simplified.
(9)上記アンテナにおいて、前記複数のユニットセルは、周方向に隣り合う前記ユニットセルのループスロット同士の中心間距離が互いに同一となるように配置されているのが好ましい。この場合、筒型周期構造体をさらに簡単な構成とすることができる。 (9) In the antenna, it is preferable that the plurality of unit cells are arranged such that distances between centers of loop slots of the unit cells adjacent in the circumferential direction are the same. In this case, the cylindrical periodic structure can be further simplified.
(10)上記アンテナにおいて、前記複数のユニットセルにおけるループスロットのスロット幅が互いに同一とされているのが好ましい。この場合、筒型周期構造体をさらに簡単な構成とすることができる。 (10) In the antenna, it is preferable that the slot widths of the loop slots in the plurality of unit cells are the same. In this case, the cylindrical periodic structure can be further simplified.
(11)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体は、その周方向の一部に配置された反射板をさらに有し、前記反射板は、前記複数の分割領域のうちの少なくとも1つにおける前記周方向他方側の位置またはその近接位置に配置されているのが好ましい。
本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、筒型周期構造体の周方向の一部を反射板とし、その反射板を上記分割領域の周方向他方側、つまり他のループスロットよりも外周長が小さいループスロットが形成されているユニットセルの位置またはその近接位置に配置することで、アンテナ素子の指向性におけるF/Bが向上すること見い出し、かかる知見に基づいて上記(11)に係る発明の実施形態を完成させた。これにより、アンテナ素子の指向性におけるF/Bを改善することができる。
(11) In the antenna, the cylindrical periodic structure may further include a reflector disposed in a part of the circumferential direction, and the reflector may include the reflector in at least one of the plurality of divided regions. It is preferable that it is arranged at a position on the other side in the circumferential direction or at a position close thereto.
As a result of further earnest research, the inventor of the present application made a part of the cylindrical periodic structure in the circumferential direction a reflecting plate, and the reflecting plate has an outer peripheral length that is the other side in the circumferential direction of the divided region, that is, the other loop slot. It has been found that the F / B in the directivity of the antenna element is improved by disposing it at the position of the unit cell where the small loop slot is formed or at a position close thereto, and based on this knowledge, the invention according to the above (11) An embodiment was completed. Thereby, F / B in the directivity of the antenna element can be improved.
(12)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体の軸方向に隣接して配置された複数の前記ユニットセルにおけるループスロットの外周長は互いに同一とされているのが好ましい。この場合、筒型周期構造体をさらに簡単な構成とすることができる。 (12) In the antenna, it is preferable that the outer peripheral lengths of the loop slots in the plurality of unit cells arranged adjacent to each other in the axial direction of the cylindrical periodic structure are the same. In this case, the cylindrical periodic structure can be further simplified.
(13)上記アンテナにおいて、前記筒型周期構造体がレドームとされているのが好ましい。この場合、アンテナを簡単な構成とすることができる。 (13) In the antenna, it is preferable that the cylindrical periodic structure is a radome. In this case, the antenna can have a simple configuration.
(14)本発明の実施形態に係る筒型周期構造体の製造方法は、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体の製造方法であって、一方向及び他方向に周期的に配置された複数のユニットセルが設けられたシートであって、前記ユニットセルが、ループ外導体、前記ループ外導体の内側に配置された内導体、及び前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットを有し、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを含む当該シートを準備する工程と、芯棒を準備する工程と、前記芯棒の周面に被覆層を複数積層する工程と、前記複数の被覆層のうちのいずれか一の被覆層の内周面又は外周面において、前記複数のユニットセルが前記一の被覆層の周方向及び軸方向に沿って配置されるように前記シートを巻き付ける工程と、を含む。
上記筒型周期構造体の製造方法によれば、上記(1)に記載のアンテナの筒型周期構造体を得ることができる。
(14) A method for manufacturing a cylindrical periodic structure according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells periodically arranged in a circumferential direction and an axial direction, and manufacturing a cylindrical periodic structure covering an antenna element. A sheet comprising a plurality of unit cells arranged periodically in one direction and the other direction, wherein the unit cells are arranged outside the loop outer conductor and the inner loop outer conductor. Preparing a sheet including a conductor and a plurality of types of unit cells having loop slots formed between the outer loop conductor and the inner conductor, the outer circumferences of the loop slots being different from each other; In the step of preparing a rod, the step of laminating a plurality of coating layers on the circumferential surface of the core rod, and the inner or outer circumferential surface of any one of the plurality of coating layers, the plurality of units The cell is And a step of winding the sheet so as to be arranged along the circumferential direction and the axial direction of the coating layer.
According to the manufacturing method of the cylindrical periodic structure, the cylindrical periodic structure of the antenna described in (1) can be obtained.
(15)上記筒型周期構造体の製造方法において、前記シートを巻き付ける工程において前記シートよりも外周側に前記被覆層が積層される場合、前記複数の被覆層のうち最も外周側に積層された被覆層に、前記アンテナ素子の指向性を向ける方向を視認可能な目印を付与する工程をさらに含むのが好ましい。
この場合、前記目印によりアンテナ素子の指向性を向ける方向を容易に確認することができる。
(15) In the method for manufacturing a cylindrical periodic structure, in the step of winding the sheet, when the coating layer is stacked on the outer peripheral side of the sheet, the coating layer is stacked on the outermost peripheral side among the plurality of coating layers. Preferably, the method further includes a step of providing the covering layer with a mark that allows the direction of directivity of the antenna element to be visually recognized.
In this case, the direction of directivity of the antenna element can be easily confirmed by the mark.
(16)本発明の実施形態に係る筒型周期構造体の製造方法は、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体の製造方法であって、基礎筒体を準備する工程と、ループ外導体、前記ループ外導体の内側に配置された内導体、及び前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットを有するユニットセルであって、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の当該ユニットセルを、前記基礎筒体の外周面の周方向に沿って複数印刷する工程と、前記複数のユニットセルの外周面に、当該ユニットセルを保護する保護層を形成する工程と、を含む。
上記筒型周期構造体の製造方法によれば、上記(1)に記載のアンテナの筒型型周期構造体を得ることができる。
(16) A method for manufacturing a cylindrical periodic structure according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction, and manufacturing the cylindrical periodic structure covering an antenna element. A method of preparing a base cylinder, a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor A plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slots, and printing the plurality of unit cells along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the basic cylinder, and outer peripheries of the plurality of unit cells Forming a protective layer for protecting the unit cell on the surface.
According to the manufacturing method of the cylindrical periodic structure, the cylindrical periodic structure of the antenna described in (1) can be obtained.
(17)上記(16)の筒型周期構造体の製造方法において、前記保護層に、前記アンテナ素子の指向性を向ける方向を視認可能な目印を付与する工程をさらに含むのが好ましい。この場合、前記目印によりアンテナ素子の指向性を向ける方向を容易に確認することができる。 (17) In the method for manufacturing a cylindrical periodic structure according to (16), it is preferable that the method further includes a step of providing the protective layer with a mark that allows the direction of directivity of the antenna element to be visually recognized. In this case, the direction of directivity of the antenna element can be easily confirmed by the mark.
(18)本発明の実施形態に係る筒型周期構造体は、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体であって、前記筒型周期構造体により前記アンテナ素子を覆うことで、当該アンテナ素子の指向性が変化するように、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備える。
本願発明者は、上記(1)で述べたように、筒型周期構造体において周方向及び軸方向に沿って周期的に配置される複数のユニットセルにより、アンテナ素子の指向性が変化することを見い出し、かかる知見に基づいて上記(15)の発明の実施形態を完成させた。
(18) A cylindrical periodic structure according to an embodiment of the present invention is a cylindrical periodic structure that covers an antenna element, and the antenna element is covered with the cylindrical periodic structure, thereby directing the antenna element. A plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction are provided so that the characteristics change.
As described in the above (1), the inventor of the present application changes the directivity of the antenna element by the plurality of unit cells periodically arranged along the circumferential direction and the axial direction in the cylindrical periodic structure. And the embodiment of the invention of (15) was completed based on this finding.
上記(18)の筒型周期構造体によれば、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備えた筒型周期構造体によってアンテナ素子を覆うという簡単な構成により、アンテナ素子の指向性を調整することができる。 According to the cylindrical periodic structure of the above (18), the antenna element is covered with a simple structure in which the antenna element is covered with the cylindrical periodic structure including a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction. The directivity of the element can be adjusted.
(19)上記筒型周期構造体において、前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットと、を有し、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを備えるのが好ましい。
この場合、当該筒型周期構造体によりアンテナ素子を覆うことで、上記(1)に記載のアンテナと同様の作用効果を奏する。
(19) In the cylindrical periodic structure, the unit cell is formed between a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and the loop outer conductor and the inner conductor. It is preferable that a plurality of types of unit cells having a loop slot and having different outer peripheral lengths of the loop slot are provided.
In this case, the same effect as the antenna described in (1) is achieved by covering the antenna element with the cylindrical periodic structure.
(20)本発明の実施形態に係る筒型周期構造体用シートは、アンテナ素子を覆う筒型周期構造体の構成部材として、その周方向に沿って配置される筒型周期構造体用シートであって、前記周方向となる一方向、及び他方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットとを有し、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを備える。
上記筒型周期構造体用シートによれば、当該筒型周期構造体用シートを備えた筒型周期構造体によりアンテナ素子を覆うことで、上記(1)に記載のアンテナと同様の作用効果を奏する。
(20) The cylindrical periodic structure sheet according to the embodiment of the present invention is a cylindrical periodic structure sheet disposed along the circumferential direction as a constituent member of the cylindrical periodic structure covering the antenna element. A plurality of unit cells periodically arranged in one circumferential direction and the other direction, wherein the unit cell includes a loop outer conductor and an inner conductor disposed inside the loop outer conductor. And a plurality of types of unit cells having outer circumferential lengths of the loop slots different from each other.
According to the cylindrical periodic structure sheet, the antenna element is covered with the cylindrical periodic structure provided with the cylindrical periodic structure sheet, so that the same effect as the antenna described in (1) above can be obtained. Play.
(21)上記筒型周期構造体用シートにおいて、前記複数のユニットセルは、前記筒型周期構造体用シートの前記一方向の中央部から両端部にそれぞれ向かうに従って、前記ループスロットの外周長が段階的に小さくなるように形成されているのが好ましい。
本願発明者は、上記(6)で述べたように、アンテナ素子の指向性を向ける方向から順次遠ざかるに従って、ループスロットの外周長が小さくなるように複数のユニットセルを配置することで、アンテナ素子の指向性が向上すること見い出し、かかる知見に基づいて上記(21)に係る発明の実施形態を完成させた。
(21) In the cylindrical periodic structure sheet, the plurality of unit cells may have an outer peripheral length of the loop slot as they go from the central portion of the one direction to both ends of the cylindrical periodic structure sheet. It is preferable that it is formed so as to be reduced stepwise.
As described in (6) above, the inventor of the present application arranges a plurality of unit cells so that the outer peripheral length of the loop slot becomes smaller as the distance from the direction in which the directivity of the antenna element is directed becomes smaller. The embodiment of the invention according to the above (21) has been completed based on this finding.
これにより、筒型周期構造体用シートの前記中央部をアンテナ素子の指向性を向ける方向に配置することで、アンテナ素子の指向性の調整を高精度に行うことができる。また、上記のように筒型周期構造体用シートを配置することで、アンテナ素子の指向性を向ける方向に、筒型周期構造体用シートの周方向の両端部が配置されることがない。したがって、前記両端部の間に隙間が生じることに起因して、アンテナ素子の指向性の調整精度が低下するのを防止することができる。 Thereby, the directivity of the antenna element can be adjusted with high accuracy by arranging the central portion of the sheet for the cylindrical periodic structure in a direction in which the directivity of the antenna element is directed. Further, by arranging the cylindrical periodic structure sheet as described above, both end portions in the circumferential direction of the cylindrical periodic structure sheet are not arranged in the direction in which the directivity of the antenna element is directed. Therefore, it is possible to prevent the adjustment accuracy of the directivity of the antenna element from being deteriorated due to the occurrence of a gap between the both end portions.
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
[全体構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンテナ1を示しており、(a)は平面図、(b)は側断面図である。本実施形態のアンテナ1は、携帯電話などの移動端末との間で無線通信を行う基地局のアンテナ(送受信アンテナ)として好適に用いられる。アンテナ1は、アンテナ素子2と、アンテナ素子2を覆う筒型周期構造体3とを備えている。本実施形態の筒型周期構造体3は、真円筒状に形成された円筒型周期構造体とされている。
アンテナ素子2は、円筒型周期構造体3の中心部に配置されている。円筒型周期構造体3は、アンテナ素子2の指向性を変化させるものであり、本実施形態ではレドームとしても機能する。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
[overall structure]
FIG. 1 shows an
The
本実施形態の円筒型周期構造体3は、例えばFRP(Fiber Reinforced Plastics;繊維強化プラスチック)等の樹脂製の基礎筒体3Aと、この基礎筒体3Aの周面に沿って筒状に湾曲して固定された周波数選択板4(FSS;Frequency Selective Surface)とを備えている。本実施形態の基礎筒体3Aは、円筒状に形成された基礎円筒体とされている。周波数選択板4(筒型周期構造体用シート)は、所定の周波数帯域で電磁波を通過または反射させる特性(FSS特性)を有するものである(図5参照)。
なお、円筒型周期構造体3は、レドームと別体として設けられていてもよい。この場合、円筒型周期構造体3は、周波数選択板4のみによって構成されていてもよい。
The cylindrical
The cylindrical
図2は、周波数選択板4の展開図である。周波数選択板4は、誘電体からなる基板5(図4も参照)に、金属素子であるユニットセル6を周期的に配置して構成されたものである。本実施形態のユニットセル6は、円筒型周期構造体3の周方向(図2では左右方向)及び軸方向(図2では上下方向)にマトリックス状に配置されている。
FIG. 2 is a development view of the
[ユニットセル]
図3は、ユニットセル6単体を示しており、(a)は正面図、(b)は斜視図である。本実施形態のユニットセル6は、基板5上に接合された金属箔(例えば銅箔、真鍮箔またはアルミ箔等)をエッチング加工することによって形成されている。
図3(a)において、ユニットセル6は、その外形が正四角形状に形成されており、ループ外導体7と、そのループ外導体7の内側に配置された内導体8と、ループ外導体7と内導体8との間に形成されたループスロット9とを有する。周方向及び軸方向に隣り合うユニットセル6のループ外導体7同士は隙間なく配置されている(図2参照)。
[Unit cell]
FIG. 3 shows the
3A, the
ループ外導体7は、上記金属箔における図中のハッチング部分からなり、その外形及び内形は正四角形状に形成されている。内導体8は、上記金属箔における図中のクロスハッチング部分からなり、その外形は正四角形状に形成されている。ループスロット9は、ループ外導体7の内形と内導体8の外形との間に形成された、図中の白抜き部分からなる。このため、ループスロット9の外形及び内形も正四角形状に形成されている。図3(b)に示すように、ループ外導体7のハッチング部分、内導体8のクロスハッチング部分、およびこれらのハッチング部分の間に形成されるループスロット9の開口部分は、同一面上に配置されている。
なお、ユニットセル6は、金属ペーストを基板5に印刷することによって形成してもよいし、予めループ外導体7及び内導体8の各形状に形成された金属箔を基板5に貼り付けてもよい。
The
The
図2において、周波数選択板4は、周方向に分割された複数(ここでは2個)の分割領域4A,4Bを有する。本実施形態の分割領域4A,4Bは、周波数選択板4の周方向の中心線Cを挟んで周方向に180°ずつ均等に分割されている(図4も参照)。
各分割領域4A,4Bには、所定数のユニットセル6が含まれている。各分割領域4A,4Bにおいて、所定数のユニットセル6は、その周長が全て同一となるように形成されている。また、分割領域4A,4Bには、ループスロット9の外形の周長である外周長が互いに異なる複数種類(ここでは7種類)のユニットセル6が周方向に複数列(ここでは7列)配置されている。
In FIG. 2, the
Each divided
各列において、軸方向に隣接して配置された複数のユニットセル6におけるループスロット9は、その外周長が互いに同一となるように形成されている。また、周方向および軸方向に配置された複数のユニットセル6は、隣り合うループスロット9同士の中心間距離Pが互いに同一となるように配置されている。さらに、複数のユニットセル6におけるループスロット9のスロット幅W(図3(a)参照)は互いに同一に形成されている。
なお、複数のユニットセル6は、周方向および軸方向の少なくとも一方向で前記中心間距離Pが異なるように配置されていてもよい。
In each row, the
The plurality of
第1分割領域4Aにおける複数列のユニットセル6は、第1分割領域4Aの中心線C側である周方向一方側(図2では右側)から周方向他方側(図2では左側)に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
同様に、第2分割領域4Bにおける複数列のユニットセル6は、第2分割領域4Bの中心線C側である周方向一方側(図2では左側)から周方向他方側(図2では右側)に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
The plurality of rows of
Similarly, the plurality of rows of
これにより、周波数選択板4における複数列のユニットセル6は、周波数選択板4の周方向の中央部(中心線C)から当該周方向の両端部にそれぞれ向かうに従って、ループスロット9の外周長が段階的に小さくなるように形成されている。
ここで、「段階的に小さくなる」とは、本実施形態のように周方向に配置された複数のループスロット9の外周長が、1個ずつ小さくなる場合だけでなく、複数個ずつ小さくなる場合や、ランダムの個数ごとに小さくなる場合も含む意味である。但し、限られたスペースにおいて異なる外周長のループスロット9を多く配置することができるという観点では、1個ずつ小さくなるほうが好ましい。
As a result, the plurality of rows of
Here, “decrease in steps” means not only the case where the outer peripheral lengths of the plurality of
図4は、周波数選択板4を湾曲させた使用状態における断面模式図である。なお、図中のループスロット9は、その外形を分かり易くするために、ユニットセル6よりも径方向外側に浮き出した状態で示している(後述する図16、図19、図23、図25、図28、図31、図34、図36、図39及び図42も同様)。また、周方向に隣り合うユニットセル6同士の区切りは実際には存在しないが、図中では当該区切りを分かり易くするために実線で示している(後述する図16、図19、図23、図25、図28、図31、図34、図36、図39及び図42も同様)。
図4に示す断面視において、分割領域4Aにおけるユニットセル6のループスロット9、及び分割領域4Bにおけるユニットセル6のループスロット9は、円筒状の周波数選択板4の中心(円筒型周期構造体3の軸線Y)および上記中心線C(図2も参照)を通過する仮想直線Kを挟んで線対称に形成されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in a use state in which the
4, the
また、上記仮想直線Kは、アンテナ素子2の指向性を向ける方向(図4の太線矢印方向)に沿って配置されている。これにより、各分割領域4A,4Bの複数列のユニットセル6は、周方向一方側(図4では上側)から周方向他方側(図4では下側)に向かうに従って、アンテナ素子2の指向性を向ける方向から徐々に遠ざかるように配置されている。
The virtual straight line K is disposed along the direction in which the directivity of the
[ループスロットの外周長とFSS特性との関係]
図3(a)において、ユニットセル6の一辺の長さをL1とした場合、全てのユニットセル6の一辺の長さL1は、0.15λ以下となるように設定されている。ここで、λは所望周波数帯域の自由空間波長(以下、同様)である。本実施形態では、所望周波数帯域は2.0GHzであり、ユニットセル6の一辺の長さL1は22.3mm(=0.15λ)に設定されている。また、ループスロット9の幅であるスロット幅をWとした場合、全てのループスロット9のスロット幅Wは0.9mmに設定されている。また、ユニットセル6の一辺の長さL1は、隣り合うループスロット9同士の中心間距離P(図2参照)と同じ長さである。
[Relationship between outer circumference of loop slot and FSS characteristics]
In FIG. 3A, when the length of one side of the
ループスロット9の外形の一辺の長さをL2とした場合、ループスロット9の外周長(=4×L2)は、0.55λ以下となるように設定されている。本実施形態では、外周長が最も大きいループスロット9a(図2参照)の前記長さL2は、20.75mmに設定されている。これによりループスロット9aの外周長(最大外周長)は、83.0mm(=4×20.75=0.55λ)に設定されている。また、外周長が最も小さいループスロット9g(図2参照)の前記長さL2は、8.75mmに設定されている。これによりループスロット9gの外周長(最小外周長)は、35.0mm(=4×8.75=0.23λ)に設定されている。
When the length of one side of the outer shape of the
最大外周長を有するループスロット9aと、最小外周長を有するループスロット9gとの間に配置された、5個のループスロット9b〜9f(図2参照)の各外周長は、順に75.0mm、67.0mm、59.0mm、51.0mm、43.0mmに設定されている。すなわち、本実施形態では、7個のループスロット9a〜9gにおいて周方向に隣り合うループスロット9の外周長の差(スロット外周長差)dSは8.0mmに設定されている。
Each of the five
図5は、周波数選択板に配置される全てのユニットセルが上記最大外周長のループスロット9aを有する場合において、その周波数選択板を平面上に配置した場合のFSS特性を示している。図5に示すように、この周波数選択板は、所望周波数帯域の2.0GHz帯よりも高い3.5GHz帯で電磁波を通過させるFSS特性を有している。
FIG. 5 shows the FSS characteristics when the frequency selection plates are arranged on a plane when all the unit cells arranged on the frequency selection plate have the
図6は、周波数選択板に配置される全てのユニットセル6が上記最小外周長のループスロット9gを有する場合において、その周波数選択板を平面上に配置した場合のFSS特性を示している。図6に示すように、この周波数選択板は、所望周波数帯域の2.0GHz帯よりも高い10.9GHz帯で電磁波を通過させるFSS特性を有している。
FIG. 6 shows the FSS characteristics when the frequency selection plates are arranged on a plane when all the
したがって、図5及び図6のFSS特性に基づけば、本実施形態の周波数選択板4は、平面上に配置した場合に所望周波数帯域よりも高い周波数帯域で電磁波を通過させるFSS特性となる外周長を有するループスロット9が形成されたユニットセル6を複数種類備えたものであるといえる。
なお、周波数選択板4は、平面上に配置した場合に所望周波数帯域よりも高い周波数帯域で電磁波を通過させるFSS特性とならない外周長を有するループスロット9が形成されたユニットセル6を少なくとも1種類備えたものであってもよい。
Therefore, based on the FSS characteristics of FIGS. 5 and 6, the
The
[円筒型周期構造体の製造方法]
図7は、円筒型周期構造体3の製造方法を示す説明図である。図7に示すように、本実施形態の円筒型周期構造体3は、例えばフィラメントワインディング法により製造することができる。なお、円筒型周期構造体3は、フィラメントワインディング法以外に、シートワインディング法、ハンドレイアップ法、またはスプレーアップ法等により製造してもよい。
以下、本実施形態の製造方法について図7等を参照しながら説明する。まず、図2に示すように、ループスロット9の外周長が互いに異なる複数種類のユニットセル6を備えた周波数選択板4(シート)を準備する。
[Manufacturing method of cylindrical periodic structure]
FIG. 7 is an explanatory view showing a method for manufacturing the cylindrical
Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2, a frequency selection plate 4 (sheet) including a plurality of types of
次に、図7に示すように、ガラスフィラメント(短繊維)を収束したストランド21aを所定の本数に引き揃えて円筒状に巻き取った複数(ここでは3個)のガラスロービング21、溶融状態の熱可塑性樹脂22を貯溜した樹脂含浸槽23、および円柱状の心棒24を準備する。
心棒24の軸方向両端部は、支持台25に対して、心棒24の軸線X回りに回転自在に支持されている。なお、心棒24の準備工程は、周波数選択板4の準備工程の前に行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 7, a plurality of (three in this case)
Both ends of the
次に、複数のガラスロービング21から引き出したストランド21aに、樹脂含浸槽23で熱可塑性樹脂22を含浸させた後、ストランド21aを、テンションをかけながら、回転している心棒21に連続的に巻き付ける。これにより、図8(a)に示すように、心棒24の周面には多数の被覆層3Bが積層された基礎円筒体3Aが形成される。
Next, after the
次に、図8(b)に示すように、基礎円筒体3Aの最も外周側に積層された被覆層3Bの外周面に沿って周波数選択板4を円筒状に巻き付けて、当該被覆層3Bの外周面に周波数選択板4を固着する。そして、最後に基礎円筒体3Aを心棒21から抜き取ることで、円筒型周期構造体3を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 8B, the
なお、心棒21から抜き取る工程は、周波数選択板4を基礎円筒体3Aに巻き付ける工程の前に行ってもよい。この場合、周波数選択板4は、基礎円筒体3Aの最も内周側に配置された被覆層3Bの内周面に沿って周波数選択板4を円筒状に巻き付けてもよい。
また、周波数選択板4の巻き付け工程は、心棒24の周面に被覆層3Bを積層する工程の前に行ってもよい。この場合には、心棒24の周面に周波数選択板4を円筒状に巻き付けた後、その巻き付けた周波数選択板4の外周面に沿って被覆層3Bを積層すればよい。さらに、周波数選択板4の巻き付け工程は、心棒24の周面に被覆層3Bを積層する工程の途中に行ってもよい。
The step of extracting from the
Further, the winding process of the
周波数選択板4の巻き付け工程が、上記のように被覆層3Bを積層する工程の前または途中に行われた場合、基礎円筒体3Aの最も外周側に配置されるのは被覆層3Bとなり、周波数選択板4を視認することができない。したがって、この場合には、後述するように最も外周側に積層された被覆層3Bに、アンテナ素子2の指向性を向ける方向を視認可能な目印11(図9(c)参照)を付与する工程をさらに含む。これにより、周波数選択板4の外周側に被覆層3Bが積層されていても、アンテナ素子2の指向性を向ける方向を目印11により容易に確認することができる。
When the winding process of the
[円筒型周期構造体の他の製造方法]
図9は、円筒型周期構造体3の他の製造方法を示す説明図である。以下、その製造方法について図9を参照しながら説明する。
まず、図9(a)に示すように、例えば押し出し成形等により予め形成された基礎円筒体3Aを準備する。次に、図9(b)に示すように、基礎円筒体3Aの外周面に、図示しない印刷機によって、ループスロット9の外周長が互いに異なる複数種類のユニットセル6を当該外周面の周方向に沿って印刷する。これにより、基礎円筒体3Aの外周面には、上記ユニットセル6を含む金属導体層3Cが形成される。
[Other manufacturing method of cylindrical periodic structure]
FIG. 9 is an explanatory view showing another method for manufacturing the cylindrical
First, as shown in FIG. 9A, a basic
次に、図9(c)に示すように、金属導体層3Cの外周面全体に保護塗料を塗装し、当該ユニットセル6を保護する保護層3Dを形成する。そして最後に、保護層3Dにアンテナ素子2の指向性を向ける方向を視認可能な目印11を付与する。
Next, as shown in FIG. 9C, a protective coating is applied to the entire outer peripheral surface of the
以上の製造方法により、円筒型周期構造体3を得ることができる。また、ユニットセル6が保護層3Dにより覆われていても、目印11によりアンテナ素子2の指向性を向ける方向を容易に確認することができる。
なお、図9(c)では、保護層3Dにおいて前記指向性を向ける方向となる周方向の位置に、目印11として黒塗り円を付与しているが、目印11を視認することができれば、その他の任意の形状を付与してもよい。また、上記製造方法では、基礎円筒体3Aにユニットセル6を印刷しているが、ユニットセル6を備えた周波数選択板(シート)を基礎円筒体3Aの外周面又は内周面に貼り付けてもよい。また、上記製造方法の場合、基礎円筒体3Aは、FRP以外に、ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)等の他の樹脂材料により形成されていてもよい。
The cylindrical
In FIG. 9C, a black circle is provided as a
[アンテナ素子の指向性]
図10は、比較例1のアンテナ素子の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。比較例1のアンテナは、円筒型周期構造体3を有しないもの、つまりアンテナ素子2単体で構成されたもので、図10(a)及び図10(b)は、アンテナ素子2単体の水平面指向性(図1のXY面の指向性)および垂直面指向性(図1のXZ面の指向性)を示している。
図10(a)に示すように、アンテナ素子2の水平面指向性では、ビーム幅が360°の無指向性となっており、F/B(Front to Back ratio:前後比)は0dBである。また、図10(b)に示すように、アンテナ素子2の垂直面指向性では、90°方向(270°方向)のビーム幅は80°となっている。
[Direction of antenna elements]
FIG. 10 shows the directivity of the antenna element of Comparative Example 1, where (a) shows the horizontal plane directivity and (b) shows the vertical plane directivity. The antenna of Comparative Example 1 does not have the cylindrical
As shown in FIG. 10A, the horizontal directionality of the
図11は、比較例2のアンテナ素子の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。比較例2のアンテナは、円筒型周期構造体を有しているが、その円筒型周期構造体は、図5に示すFSS特性を有する周波数選択板(全ユニットセル6のループスロット9の外周長を最大外周長とした周波数選択板)を備えている点で本実施形態と相違する。
FIG. 11 shows the directivity of the antenna element of Comparative Example 2, where (a) is the horizontal plane directivity and (b) is the vertical plane directivity. The antenna of Comparative Example 2 has a cylindrical periodic structure, and the cylindrical periodic structure has a frequency selection plate having the FSS characteristic shown in FIG. 5 (the outer peripheral length of the
図10(b)の比較例1の垂直面指向性と、図11(b)の比較例2の垂直面指向性とを比較すると、90°方向(アンテナ素子2の指向性を向ける方向)のビーム幅は、比較例1では80°だったのに対して、比較例2では33°に変化している。しかし、図10(a)の比較例1の水平面指向性と、図11(a)の比較例2の水平面指向性とを比較すると、両者のビーム幅はほとんど変化していない。
したがって、図5のFSS特性を有する周波数選択板を円筒状に湾曲させた場合、アンテナ素子2の垂直面指向性を調整することはできるが、水平面指向性を調整することはできないのが分かる。
When the vertical plane directivity of Comparative Example 1 in FIG. 10B and the vertical plane directivity of Comparative Example 2 in FIG. 11B are compared, the 90 ° direction (the direction in which the directivity of the
Therefore, when the frequency selection plate having the FSS characteristic shown in FIG. 5 is curved in a cylindrical shape, it is understood that the vertical plane directivity of the
図12は、本実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。本実施形態のアンテナ1における円筒型周期構造体3は、図2に示す周波数選択板4、すなわち、各分割領域4A,4Bにおいて周方向の一方側から他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されており、スロット外周長差dS=8.0に設定されている周波数選択板4を備えている。
図10(a)の比較例1の水平面指向性と、図12(a)の本実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向(アンテナ素子2の指向性を向ける方向)のビーム幅は、比較例1では360°だったのが、本実施形態では105°に変化している。またF/Bは、比較例1では0dBだったのが、本実施形態では21.3dBに変化している。
FIG. 12 shows the directivity of the
When the horizontal plane directivity of Comparative Example 1 in FIG. 10A and the horizontal plane directivity of the present embodiment in FIG. 12A are compared, the beam width in the 0 ° direction (the direction in which the directivity of the
また、図10(b)の比較例1の垂直面指向性と、図12(b)の本実施形態の垂直面指向性とを比較すると、90°方向のビーム幅は、比較例1では80°だったのが、本実施形態では39°に変化している。
したがって、本実施形態の周波数選択板4を円筒状に湾曲させた場合、アンテナ素子2の水平面指向性および垂直面指向性を両方とも調整できるのが分かる。
Further, when comparing the vertical surface directivity of Comparative Example 1 in FIG. 10B and the vertical surface directivity of the present embodiment in FIG. 12B, the beam width in the 90 ° direction is 80 in Comparative Example 1. In this embodiment, the angle is changed to 39 °.
Therefore, it can be seen that when the
[ループスロットのスロット外周長差を変化させた場合のアンテナ素子の指向性]
図13は、本実施形態において、外周長が異なる7個のループスロット9a〜9gのスロット外周長差dSを変更した場合のアンテナ素子2の指向性を示している。図13(a)及び(b)はスロット外周長差dS=4.0とした場合の水平面指向性及び垂直面指向性、図13(c)及び(d)はスロット外周長差dS=6.0とした場合の水平面指向性及び垂直面指向性である。
[Directivity of the antenna element when the slot outer peripheral length difference of the loop slot is changed]
FIG. 13 shows the directivity of the
なお、スロット外周長差dSを変更する際には、最大外周長であるループスロット9aの外周長(83.0mm)を固定値とし、その最大外周長を基準としてループスロット9b〜9gの各外周長を変更した。したがって、ここでは、スロット外周長差dSが大きくなるほど、最小外周長であるループスロット9gの外周長が小さくなることを意味している。
When changing the slot outer peripheral length difference dS, the outer peripheral length (83.0 mm) of the
図14は、上記のようにスロット外周長差dSを変更したときのアンテナ素子2の指向性の変化を示している。図14(a)は水平面指向性および垂直面指向性の各ビーム幅の変化、(b)は水平面指向性のF/Bの変化である。なお、ここでは、スロット外周長差dS=0として、上記比較例2(図11(a)及び(b)参照)のビーム幅及びF/Bの各値を使用した。また、スロット外周長差dS=8.0として、本実施形態(図12(a)及び(b)参照)のビーム幅及びF/Bの各値を使用した。
FIG. 14 shows a change in directivity of the
図14(a)に示すように、スロット外周長差dSが大きくなるに従って、水平面指向性のビーム幅が徐々に狭くなっているのが分かる。また、垂直面指向性のビーム幅は、スロット外周長差dSが大きくなっても、アンテナ単体のビーム幅(80°)よりも狭いビーム幅(約40°)を維持しているのが分かる。
また、図14(b)に示すように、スロット外周長差dSが大きくなるに従って、水平面指向性のF/Bの値も徐々に大きくなっており、F/Bが改善されているのが分かる。
As shown in FIG. 14A, it can be seen that the beam width of the horizontal plane directivity gradually narrows as the slot outer peripheral length difference dS increases. Further, it can be seen that the beam width of the vertical plane directivity maintains a beam width (about 40 °) narrower than the beam width (80 °) of the single antenna even when the slot outer peripheral length difference dS increases.
Further, as shown in FIG. 14B, as the slot outer peripheral length difference dS increases, the horizontal plane directivity F / B value gradually increases, and it can be seen that F / B is improved. .
[周方向のユニットセルの列数を変化させた場合のアンテナ素子の指向性]
図15は、本実施形態において周方向のユニットセル6の列数Nを変更した場合のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。本実施形態の図2では、各分割領域4A,4bにユニットセル6が7列ずつ配置されているので、本実施形態の上記列数Nは14である。これに対して、図15では、上記列数Nを10とした場合の指向性を示している。
なお、列数Nを変更する際には、ユニットセル6単体の大きさ(周長)を変化させずに、円筒型周期構造体3の直径を変化させることで列数Nを変更した。
[Directivity of antenna elements when the number of rows of unit cells in the circumferential direction is changed]
FIG. 15 shows the directivity of the
When changing the number of columns N, the number of columns N was changed by changing the diameter of the cylindrical
図15(a)の水平面指向性と、図10(a)の比較例1(アンテナ素子2単体)の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅が、比較例1の360°から図15(a)では約120°に変化している。また、図15(b)の本実施形態の垂直面指向性と、図10(b)の比較例1の垂直面指向性とを比較すると、90°方向のビーム幅が、比較例1の80°から図15(b)では約45°に変化している。
したがって、周方向のユニットセル6の列数Nを変化させた場合でもアンテナ素子2の水平面指向性および垂直面指向性を両方とも調整できるのが分かる。
When comparing the horizontal plane directivity of FIG. 15A with the horizontal plane directivity of Comparative Example 1 (
Therefore, it can be seen that both the horizontal plane directivity and the vertical plane directivity of the
[作用効果]
以上、第1実施形態のアンテナ1によれば、ループスロット9の外周長が互いに異なる複数種類のユニットセル6を有する円筒型周期構造体3によってアンテナ素子2を覆うという簡単な構成により、アンテナ素子2の指向性を調整することができる。
[Function and effect]
As described above, according to the
また、円筒型周期構造体3は、その周方向及び軸方向に分割された複数の分割領域4A,4Bを有し、各分割領域4A,4Bにおける所定数のユニットセル6は、当該分割領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が段階的に小さくなるように形成されているので、アンテナ素子2の指向性の調整を効果的に行うことができる。
Moreover, the cylindrical
また、各分割領域4A,4Bにおける所定数のユニットセル6は、前記周方向一方側から前記周方向他方側に向かうに従って、アンテナ素子2の指向性を向ける方向から徐々に遠ざかるように配置されているので、アンテナ素子2の指向性の調整をさらに効果的に行うことができる。
Further, the predetermined number of
また、ユニットセル6のループスロット9の外周長は、所望周波数帯域の自由空間波長λに対して0.55λ以下となるように設定されている。すなわち、周波数選択板4は、平面上に配置した場合に所望周波数帯域(2.0GHz)よりも高い周波数帯域で電磁波を通過させるFSS特性となる外周長を有するループスロット9が形成されたユニットセル6を備えているので、アンテナ素子2の指向性の調整をさらに効果的に行うことができる。
また、円筒型周期構造体3の軸線Yに対して直交する断面視(図4参照)において、複数のユニットセル6のループスロット9は、円筒型周期構造体の中心を通過する仮想直線Kを挟んで線対称に形成されているので、円筒型周期構造体3をさらに簡単な構成とすることができる。
The outer peripheral length of the
In addition, in a cross-sectional view orthogonal to the axis Y of the cylindrical periodic structure 3 (see FIG. 4), the
また、複数のユニットセル6は、隣り合うユニットセル6のループスロット9同士の中心間距離P(図2参照)が互いに同一となるように配置されているので、円筒型周期構造体3をさらに簡単な構成とすることができる。
また、複数のユニットセル6におけるループスロット9のスロット幅W(図3(a)参照)は互いに同一とされているので、円筒型周期構造体3をさらに簡単な構成とすることができる。
Further, since the plurality of
Further, since the slot widths W (see FIG. 3A) of the
また、ユニットセル6は、円筒型周期構造体3の軸方向に沿って隣接して配置された複数のユニットセル6におけるループスロット9の外周長は互いに同一とされているため、円筒型周期構造体3をさらに簡単な構成とすることができる。
また、円筒型周期構造体3はレドームとされているので、アンテナ1を簡単な構成とすることができる。
The
Further, since the cylindrical
また、複数のユニットセル6は、周波数選択板4の周方向の中央部から両端部にそれぞれ向かうに従って、ループスロット9の外周長が段階的に小さくなるように形成されている。このため、周波数選択板4の前記中央部をアンテナ素子2の指向性を向ける方向に配置することで、アンテナ素子2の指向性の調整を高精度に行うことができる。
また、上記のように周波数選択板4を配置することで、アンテナ素子2の指向性を向ける方向に、周波数選択板4の周方向の両端部が配置されることがない。したがって、前記両端部の間に隙間が生じることに起因して、アンテナ素子2の指向性の調整精度が低下するのを防止することができる。
Further, the plurality of
Further, by arranging the
[周波数選択板の変形例] [Modification of frequency selection plate]
図16は、周波数選択板4の変形例を示す断面模式図である。本変形例では、周波数選択板4の周方向の中央部(中心線C)の位置を0°とした場合、アンテナ素子2の指向性を向ける方向(図中の太線矢印方向)は、0°方向および180°方向とされている。これに伴い、本変形例の周波数選択板4は、周方向に90°ずつ分割された4個の分割領域4A,4B,4C,4Dを有する。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the
各分割領域4A〜4Dには、周方向に複数列(ここでは4列)のユニットセル6が配置されている。第1分割領域4Aにおける複数列のユニットセル6は、周方向一方側(図16では上側)から周方向他方側(図16では左側)に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
第2分割領域4Bにおける複数列のユニットセル6は、周方向一方側(図16では上側)から周方向他方側(図16では右側)に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
In each of the divided
In the plurality of rows of
第3分割領域4Cにおける複数列のユニットセル6は、周方向一方側(図16では下側)から周方向他方側(図16では右側)に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
第4分割領域4Dにおける複数列のユニットセル6は、周方向一方側(図16では下側)から周方向他方側(図16では左側)に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
The plurality of rows of
The plurality of rows of
これにより、周波数選択板4における複数のユニットセル6は、0°の位置から90°及び270°の位置にそれぞれ向かうに従ってループスロット9の外周長が段階的に小さくなるように形成されるとともに、180°の位置から90°及び270°の位置にそれぞれ向かうに従ってループスロット9の外周長が段階的に小さくなるように形成されている。
Thereby, the plurality of
第1及び第4分割領域4A,4Dにおけるユニットセル6のループスロット9、及び第2及び第3分割領域4B,4Cにおけるユニットセル6のループスロット9は、円筒型周期構造体3の中心(軸線Y)および上記中心線Cを通過する仮想直線Kを挟んで線対称に形成されている。上記仮想直線Kは、アンテナ素子2の指向性を向ける方向である0°方向及び180°方向に沿って配置されている。
The
これにより、各分割領域4A,4Bの複数列のユニットセル6は、周方向一方側(0°付近)から周方向他方側(90°付近または270°付近)に向かうに従って、アンテナ素子2の指向性を向ける方向から徐々に遠ざかるように配置されている。
同様に、各分割領域4C,4Dの複数列のユニットセル6は、周方向一方側(180°付近)から周方向他方側(90°付近または270°付近)に向かうに従って、アンテナ素子2の指向性を向ける方向から徐々に遠ざかるように配置されている。なお、周波数選択板4は、3分割または5分割以上の分割領域に分割されていてもよい。
[ユニットセルの変形例]
Thereby, the
Similarly, the plurality of rows of
[Modification of unit cell]
図17は、ユニットセル6の変形例を示す拡大図である。図17(a)に示すユニットセル6では、ループ外導体7の内形と内導体8の外形とが真円状に形成されている。これにより、ループスロット9は真円環状に形成されている。図17(b)に示すユニットセル6では、ループ外導体7の内形と内導体8の外形とが正三角形状に形成されている。これにより、ループスロット9の外形及び内形も正三角形状に形成されている。図17(c)に示すユニットセル6では、ループ外導体7の内形と内導体8の外形とが楕円形状に形成されている。これにより、ループスロット9は楕円環状に形成されている。
FIG. 17 is an enlarged view showing a modification of the
図18は、ユニットセル6の他の変形例を示す拡大図である。このユニットセル6は、ループ外導体7の外形及び内形が正六角形状に形成され、内導体8の外形も正六角形状に形成されている。これにより、ループスロット9の外形及び内形も正六角形状に形成されている。
複数のユニットセル6は、ハニカム状に配置されており、図例では、左下側に配置されたユニットセル6、中央上側に配置されたユニットセル6、右下側に配置されたユニットセル6の順に、ループスロット9の外周長が小さくなるように配置されている。
FIG. 18 is an enlarged view showing another modification of the
The plurality of
図18に示す変形例では、本実施形態のように正四角形状のユニットセル6を複数配置する場合に比べて、隣り合うループスロット9同士の中心間距離Pを短くすることができるので、ループスロット9の外周長が異なるユニットセル6の種類を増やすことができる点で有利である。
なお、ユニットセル6は、上記図16及び図17に示す形状以外の他の形状に形成されていてもよい。
In the modification shown in FIG. 18, the center-to-center distance P between the
The
[第2実施形態]
図19は、本発明の第2実施形態に係るアンテナ1の円筒型周期構造体3の断面図である。本実施形態の円筒型周期構造体3は、その周方向の一部に反射板10を備えている点で、第1実施形態と異なる。本実施形態の反射板10は、金属導体からなり、図19の断面視において、円筒型周期構造体3の軸線Yを中心として、所定の中心角ηを有する円弧形状とされている。
[Second Embodiment]
FIG. 19 is a cross-sectional view of the cylindrical
これに伴い、本実施形態の周波数選択板4は、図19の断面視において、反射板10が配置されていない角度範囲である(360−η)°の中心角を有するように円弧状に湾曲している。
本実施形態では、反射板10の中心角ηは153°に設定されており、周波数選択板4の中心角は207°(=360°−153°)に設定されている。これにより、周波数選択板4は、その周方向の中心線Cを挟んで周方向に103.5°ずつ、均等に分割され分割領域4A,4Bを有する。
Accordingly, the
In the present embodiment, the central angle η of the reflecting
反射板10は、アンテナ素子2の指向性を向ける方向(図19の太線矢印方向)と反対側の位置において、仮想直線Kを挟んで線対称に形成されている。反射板10の周方向一端部(図中の左端部)は、第1分割領域4Aの周方向他方側(図中の左端部)に近接して配置され、反射板10の周方向他端部(図中の右端部)は、第2分割領域4Bの周方向他方側(図中の右端部)に近接して配置されている。
図19に示す本実施形態の円筒型周期構造体3と図4に示す第1実施形態の円筒型周期構造体3とを比較すると、本実施形態の反射板10は、第1実施形態の周波数選択板4において、他のループスロット9a〜9dよりも外周長が小さいループスロット9e〜9gが形成されたユニットセル6が配置されている位置に、これらのユニットセル6の代わりに配置されている。なお、本実施形態の反射板10は、分割領域4A,4Bの周方向他方側に近接して配置されているが、第1実施形態(図4参照)の分割領域4A,4Bにおける周方向他方側の位置(例えばループスロット9e〜9gが形成されている位置)において、その外周側を覆うように配置されていてもよい。また、第1実施形態の前記周方向他方側の位置において、ループスロット9e〜9gを無くした状態、すなわちループ外導体と内導体とを一体化した状態とすることで、周波数選択板4の一部を分割板10として用いてもよい。また、第2実施形態において説明を省略した点は、第1実施形態と同様である。
The
When comparing the cylindrical
[アンテナ素子の指向性]
図20は、第2実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図20(a)の第2実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、第2実施形態における0°方向のビーム幅は、第1実施形態と同程度のビーム幅を維持しているのが分かる。また、F/Bは、第2実施形態のほうが180°方向の利得が低減されているのが分かる。
[Direction of antenna elements]
FIG. 20 shows the directivity of the
さらに、図20(b)の第2実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第2実施形態における90°方向のビーム幅は、第1実施形態と同程度のビーム幅を維持しているのが分かる。
したがって、外周長が小さいループスロット9e〜9gが形成されたユニットセル6の代わりに反射板10を配置することで、アンテナ素子2の水平面指向性及び垂直面指向性のビーム幅を維持しながらF/Bを改善できるのが分かる。
Further, when the vertical plane directivity of the second embodiment in FIG. 20B and the vertical plane directivity of the first embodiment in FIG. 12B are compared, the beam width in the 90 ° direction in the second embodiment is compared. It can be seen that the same beam width as that in the first embodiment is maintained.
Therefore, by arranging the
図21は、本実施形態において、反射板10の中心角ηを変更した場合のアンテナ素子2の指向性を示している。図21(a)及び(b)は中心角η=51°とした場合の水平面指向性及び垂直面指向性を示し、図21(c)及び(d)は中心角η=102°とした場合の水平面指向性及び垂直面指向性を示している。
FIG. 21 shows the directivity of the
図22は、上記のように反射板10の中心角ηを変更したときのアンテナ素子2の指向性の変化を示している。図22(a)は水平面指向性および垂直面指向性の各ビーム幅の変化、(b)は水平面指向性のF/Bの変化である。なお、ここでは、中心角η=0°として、第1実施形態(図12(a)及び(b)参照)のビーム幅及びF/Bの各値を使用した。また、中心角η=153°として、第2実施形態(図20(a)及び(b)参照)のビーム幅及びF/Bの各値を使用した。
FIG. 22 shows a change in directivity of the
図22(a)に示すように、反射板10の中心角ηが変化しても、水平面指向性のビーム幅は95°〜105°の範囲で変化しており、ほぼ一定であることが分かる。また、垂直面指向性のビーム幅は、38°で一定であり、アンテナ単体のビーム幅(80°)よりも狭いビーム幅を維持しているのが分かる。
また、図22(b)に示すように、反射板10の中心角ηが大きくなるに従って、水平面指向性のF/Bの値は、21dB(η=0)から25dB(η=153°)まで徐々に大きくなっており、F/Bが改善されているのが分かる。
As shown in FIG. 22 (a), it can be seen that even if the central angle η of the
Further, as shown in FIG. 22B, as the central angle η of the
以上、第2実施形態のアンテナ1によれば、円筒型周期構造体3の周方向の一部を反射板10とし、その反射板10を分割領域A,Bの周方向他方側、つまり外周長が小さいループスロット9が形成されているユニットセル6に近接して配置することで、アンテナ素子の水平面指向性におけるF/Bを改善することができる。
As described above, according to the
[第3実施形態]
図23は、本発明の第3実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。本実施形態は、第1実施形態の変形例であり、図23に示すように筒型周期構造体3がその軸線Yに対して直交する断面視において真円の近似多角形状となるように形成されている点で第1実施形態と異なる。
図23において、本実施形態の筒型周期構造体3は、上記断面視において正14角形に形成された外形を有する基礎筒体3Aと、この基礎筒体3Aの外周面に沿って固定された周波数選択板4とを備えている。
[Third Embodiment]
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
In FIG. 23, the cylindrical
周波数選択板4は、上記断面視において正14角形に折り曲げて形成された基板5の各面に、複数列(ここでは14列)のユニットセル6の各列をそれぞれ配置して構成されている。
なお、筒型周期構造体3(基礎筒体3A)の断面外形は、正14角形以外の多角形に形成されていてもよい。また、第3実施形態において説明を省略した点は、第1実施形態と同様である。
The
In addition, the cross-sectional external shape of the cylindrical periodic structure 3 (basic
図24は、第3実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図24(a)の第3実施形態の水平面指向性と、図10(a)の比較例1の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、比較例1では360°だったのが、本実施形態では99.1°に変化している。またF/Bは、比較例1では0dBだったのが、本実施形態では20.8dBに変化している。
FIG. 24 shows the directivity of the
さらに、図24(b)の第3実施形態の垂直面指向性と、図10(b)の比較例1の垂直面指向性とを比較すると、90°方向のビーム幅は、比較例1では80°だったのが、第3実施形態では38.5°に変化している。
したがって、本実施形態のように筒型周期構造体3の断面外形を真円の近似多角形状となるように形成した場合でも、アンテナ素子2の水平面指向性および垂直面指向性を両方とも調整できるのが分かる。
Further, when comparing the vertical surface directivity of the third embodiment in FIG. 24B and the vertical surface directivity of Comparative Example 1 in FIG. 10B, the beam width in the 90 ° direction is The angle of 80 ° is changed to 38.5 ° in the third embodiment.
Therefore, both the horizontal plane directivity and the vertical plane directivity of the
[第4実施形態]
図25は、本発明の第4実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。本実施形態は、第1実施形態の変形例であり、筒型周期構造体3の図25に示す断面視における外形が、互いに離反した2つの焦点F1,F2を有する非真円形状に形成されている点で第1実施形態と異なる。
本実施形態における筒型周期構造体3の基礎筒体3Aは、上記断面視において各焦点F1,F2を中心として半円弧形状に形成された一対の半円弧部3A1,3A2と、これらの半円弧部3A1,3A2の各端部同士を繋ぐ一対の直線部3A3,3A4とにより小判形状に形成されている。半円弧部3A1,3A2は、第1実施形態の基礎円筒体3Aと同一径に形成されている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
The basic
上記焦点F1及びF2は、アンテナ素子2の指向性を向ける方向(図25の太線矢印方向)に対して直交する方向(図中の左右方向)に互いに離反しており、仮想直線Kを挟んで線対称に配置されている。
直線部3A3は上記指向性を向ける方向の位置に配置され、直線部3A4は、上記指向性を向ける方向と反対側の位置に配置されている。
The focal points F1 and F2 are separated from each other in a direction (left and right direction in the figure) orthogonal to the direction in which the directivity of the
The straight line portion 3A3 is disposed at a position in the direction in which the directivity is directed, and the straight line portion 3A4 is disposed at a position opposite to the direction in which the directivity is directed.
筒型周期構造体3の周波数選択板4は、基礎筒体3Aの外周面に沿って固定されており、上記断面視において基礎筒体3Aの半円弧部3A1に沿って半円弧形状に形成された第1分割領域4Aと、基礎筒体3Aの半円弧部3A2に沿って半円弧形状に形成された第2分割領域4Bとを有している。
本実施形態では、第1分割領域4Aは、焦点F1の周りに二次曲線(円弧曲線)により形成された第1曲がり領域とされ、第2分割領域4Bは、焦点F2の周りに二次曲線(円弧曲線)により形成された第2曲がり領域とされている。なお、本実施形態の曲がり領域は、円弧曲線により形成されているが、楕円曲線、放物線又は双曲線等の他の二次曲線により形成されていてもよい。
The
In the present embodiment, the first divided
周波数選択板4は、第1曲がり領域4A及び第2曲がり領域4Bの各端部同士を繋ぐ第1直線領域4Eと第2直線領域4Fとをさらに有している。
第1直線領域4Eは、直線部3A3の外側、つまり指向性を向ける方向の位置に配置されている。第2直線領域4Fは、直線部3A4の外側、つまり指向性を向ける方向と反対側の位置に配置されている。
The
The first
図26は、図25の周波数選択板4の側面図であり、(a)は0°方向から見た側面図であり、(a)は180°方向から見た側面図である。
図25及び図26において、各曲がり領域4A,4Bには、所定数のユニットセル6が含まれている。具体的には、各曲がり領域4A,4Bには、ループスロット9の外周長が互いに異なる複数種類(ここでは7種類)のユニットセル6が周方向に複数列(ここでは7列)配置されている。
FIG. 26 is a side view of the
25 and 26, each bending
第1曲がり領域4Aにおける複数列のユニットセル6は、第1直線領域4E側である周方向一方側から第2直線領域4F側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
同様に、第2曲がり領域4Bにおける複数列のユニットセル6は、第1直線領域4E側である周方向一方側から第2直線領域4F側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
In the plurality of rows of
Similarly, the plurality of rows of
第1直線領域4Eには、所定数のユニットセル6が1列だけ含まれている。これらのユニットセル6は、各曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も大きいループスロット9aと同じ外周長を有するループスロット9hを有している。
第2直線領域4Fには、第1直線領域4Eと同様に、所定数のユニットセル6が1列だけ含まれている。これらのユニットセル6は、各曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も小さいループスロット9gと同じ外周長を有するループスロット9iを有している。
The first
Similarly to the first
なお、第1直線領域4Eのユニットセル6におけるループスロット9hは、ループスロット9aの外周長よりも大きい外周長を有していてもよい。同様に、第2直線領域4Fのユニットセル6におけるループスロット9iは、ループスロット9gの外周長よりも小さい外周長を有していてもよい。また、第4実施形態において説明を省略した点は、第1実施形態と同様である。
The
図27は、第4実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図27(a)の第4実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第4実施形態では78.5°まで狭くなっている。また、第4実施形態のF/Bは20.6dBであり、第1実施形態のF/B(21.3dB)と同程度であるのが分かる。
FIG. 27 shows the directivity of the
さらに、図27(b)の第4実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第4実施形態における90°方向のビーム幅は31.5°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
したがって、本実施形態のように筒型周期構造体3の断面外形を非真円形状(小判形状)とし、各曲がり領域4A,4Bの周方向一方側から周方向他方側に向かうに従ってループスロット9の外周長を段階的に小さく形成することで、アンテナ素子2の水平面指向性のF/B及び垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
Further, when the vertical plane directivity of the fourth embodiment in FIG. 27B and the vertical plane directivity of the first embodiment in FIG. 12B are compared, the beam width in the 90 ° direction in the fourth embodiment is compared. Is 31.5 °, which is comparable to the beam width (39 °) of the first embodiment.
Therefore, as in the present embodiment, the cross-sectional outer shape of the cylindrical
以上、第4実施形態のアンテナ1によれば、筒型周期構造体3を、その軸線Yに対して直交する断面視(図25参照)において、互いに離反した2つの焦点F1,F2を有する非真円形状となるように形成し、各焦点F1,F2の周りに形成された曲がり領域4A,4Bの周方向一方側から周方向他方側に向かうに従ってループスロット9の外周長を段階的に小さく形成することで、アンテナ素子2の水平面指向性のビーム幅を狭くすることができる。
As described above, according to the
[第5実施形態]
図28は、本発明の第5実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。また、図29は、図28の筒型周期構造体3における周波数選択板4を0°方向から見た側面図である。
図28及び図29において、本実施形態は、第4実施形態の変形例であり、周波数選択板4の第1直線領域4Eにユニットセル6が配置されていない点で第4実施形態と異なる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
28 and 29, the present embodiment is a modification of the fourth embodiment, and differs from the fourth embodiment in that the
本実施形態における周波数選択板4の第1直線領域4Eは、基板5上にユニットセル6が配置されていない無配置領域とされている。これにより、無配置領域4Eの周方向一端(図28の左端)には、第1曲がり領域4Aの最大外周長を有するループスロット9a側の周端が接続され、無配置領域4Eの周方向他端(図28の右端)には、第2曲がり領域4Bの最大外周長を有するループスロット9a側の周端が接続されている。なお、第5実施形態において説明を省略した点は、第4実施形態と同様である。
The first
図30は、第5実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図30(a)の第5実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第5実施形態では79.1°まで狭くなっている。また、第5実施形態のF/Bは21.6dBであり、第1実施形態のF/B(21.3dB)と同程度であるのが分かる。
FIG. 30 shows the directivity of the
さらに、図30(b)の第5実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第5実施形態における90°方向のビーム幅は30°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
したがって、本実施形態のように、筒型周期構造体3における第1直線領域4Eを、ユニットセル6が配置されていない無配置領域としても、アンテナ素子2の水平面指向性のF/B及び垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
Furthermore, when the vertical plane directivity of the fifth embodiment in FIG. 30B and the vertical plane directivity of the first embodiment in FIG. 12B are compared, the beam width in the 90 ° direction in the fifth embodiment is compared. Is 30 °, which is about the same as the beam width (39 °) of the first embodiment.
Therefore, as in the present embodiment, even if the first
以上、第5実施形態のアンテナ1によれば、筒型周期構造体3の周方向の一部をユニットセル6が配置されていない無配置領域4Eとし、その無配置領域4Eの両周端それぞれに、各曲がり領域4A,4Bの最大外周長を有するループスロット9側の周端を接続することで、アンテナ素子2の水平面指向性のビーム幅を狭くすることができる。
As described above, according to the
[第6実施形態]
図31は、本発明の第6実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。また、図32は、図31の筒型周期構造体3における周波数選択板4の側面図であり、(a)は0°方向から見た側面図であり、(a)は180°方向から見た側面図である。
図31及び図32において、本実施形態は、第4実施形態の変形例であり、筒型周期構造体3の断面外形が第4実施形態よりも偏平の小判形状に形成されている点で第4実施形態と異なる。
[Sixth Embodiment]
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
31 and FIG. 32, this embodiment is a modification of the fourth embodiment, and is the point that the cross-sectional outer shape of the cylindrical
具体的には、本実施形態における周波数選択板4の各曲がり領域4A,4Bは、第4実施形態よりも小径に形成されており、かつ各直線領域4E,4Fは、第4実施形態よりも長く形成されている。
また、本実施形態の周波数選択板4では、各曲がり領域4A,4Bに6列のユニットセル6が配置され、各直線領域4E,4Fに2列のユニットセル6が配置されている。
Specifically, the
Further, in the
各曲がり領域4A,4Bにおける6列のユニットセル6は、第1直線領域4E側である周方向一方側から第2直線領域4F側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。本実施形態では、各曲がり領域4A,4Bに形成されるループスロット9a〜9fにおいて隣り合うループスロット9のスロット外周長差dSは9.6mmに設定されている。
The six rows of
第1直線領域4Eにおける2列のユニットセル6は、互いに同じ外周長を有するループスロット9hを有している。そして、これらのループスロット9hは、各曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も大きいループスロット9aと同じ外周長を有している。
第2直線領域4Fにおける2列のユニットセル6は、互いに同じ外周長を有するループスロット9iを有している。そして、これらのループスロット9iは、各曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も小さいループスロット9fと同じ外周長を有している。
The two rows of
The two rows of
なお、第1直線領域4Eのユニットセル6におけるループスロット9hは、ループスロット9aの外周長よりも大きい外周長を有していてもよい。同様に、第2直線領域4Fのユニットセル6におけるループスロット9iは、ループスロット9fの外周長よりも小さい外周長を有していてもよい。また、各直線領域4E.4Fには、3列以上のユニットセル6が配置されていてもよく、この場合には、各直線領域4E.4Fの複数列のユニットセル6は、当該直線領域4E.4Fの長手方向の中央部から両端部に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されていてもよい。また、第6実施形態において説明を省略した点は、第4実施形態と同様である。
The
図33は、第6実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図33(a)の第6実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第6実施形態では71.8°まで狭くなっている。また、第6実施形態のF/Bは21.6dBであり、第1実施形態のF/B(22.4dB)と同程度であるのが分かる。
FIG. 33 shows the directivity of the
さらに、図33(b)の第6実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第6実施形態における90°方向のビーム幅は31.5°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
したがって、本実施形態のように、筒型周期構造体3の断面外形を偏平の小判形状とし、各曲がり領域4A,4Bに配置するユニットセル6の列数を少なくするとともに、各直線領域4E,4Fに配置するユニットセル6の列数を多くした場合でも、アンテナ素子2の水平面指向性のF/B及び垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
Further, when the vertical plane directivity of the sixth embodiment in FIG. 33B and the vertical plane directivity of the first embodiment in FIG. 12B are compared, the beam width in the 90 ° direction in the sixth embodiment is compared. Is 31.5 °, which is comparable to the beam width (39 °) of the first embodiment.
Therefore, as in the present embodiment, the cross-sectional outer shape of the cylindrical
[第7実施形態]
図34は、本発明の第7実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。本実施形態は、第4実施形態の変形例であり、複数個のアンテナ素子2を備えている点で第4実施形態と異なる。
本実施形態におけるアンテナ1は、筒型周期構造体3内に2個のアンテナ素子2を備えている。これら2個のアンテナ素子2は、筒型周期構造体3の断面外形である非真円形状(小判形状)の焦点F1,F2にそれぞれ配置されている。本実施形態のその他の構成は、第4実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[Seventh Embodiment]
FIG. 34 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
The
図35は、第7実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図35(a)の第7実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第7実施形態では77.1°まで狭くなっている。また、第7実施形態のF/Bは21.3dBであり、第1実施形態のF/B(22.4dB)と同程度であるのが分かる。
FIG. 35 shows the directivity of the
さらに、図35(b)の第7実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第7実施形態における90°方向のビーム幅は31.7°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
したがって、本実施形態のように、筒型周期構造体3の断面外形を非真円形状(小判形状)とし、かつその内部に2個のアンテナ素子2を配置した場合でも、アンテナ素子2の水平面指向性のF/B及び垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
Furthermore, comparing the vertical plane directivity of the seventh embodiment in FIG. 35B and the vertical plane directivity of the first embodiment in FIG. 12B, the beam width in the 90 ° direction in the seventh embodiment. Is 31.7 °, which is comparable to the beam width (39 °) of the first embodiment.
Therefore, even when the cross-sectional outer shape of the cylindrical
[第8実施形態]
図36は、本発明の第8実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。また、図37は、図36の筒型周期構造体3における周波数選択板4の側面図であり、(a)は0°方向から見た側面図であり、(a)は180°方向から見た側面図である。
図36及び図37において、本実施形態は、第4実施形態の変形例であり、アンテナ素子2の指向性を向ける方向(図中の太線矢印方向)が、0°方向および180°方向の双方向とされている点で第4実施形態と異なる。
[Eighth Embodiment]
FIG. 36 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
36 and 37, this embodiment is a modification of the fourth embodiment, and the direction in which the directivity of the
本実施形態の周波数選択板4は、4個の第1〜第4分割領域4A〜4Dと、2個の第1〜第2直線領域4E,4Fとを有する。第1分割領域4Aは、基礎筒体3Aの半円弧部3A1において270°側の周端位置から0°側の周端位置まで沿って円弧状に形成されている。この第1分割領域4Aは、焦点F1の周りに二次曲線(円弧曲線)により形成された第1曲がり領域とされている。
第2分割領域4Bは、基礎筒体3Aの半円弧部3A2において0°側の周端位置から90°側の周端位置まで沿って円弧状に形成されている。この第2分割領域4Bは、焦点F2の周りに二次曲線(円弧曲線)により形成された第2曲がり領域とされている。
The
The second divided
第3分割領域4Cは、基礎筒体3Aの半円弧部3A2において90°側の周端位置から180°側の周端位置まで沿って円弧状に形成されている。この第3分割領域4Cは、焦点F2の周りに二次曲線(円弧曲線)により形成された第3曲がり領域とされている。
第4分割領域4Dは、基礎筒体3Aの半円弧部3A1において180°側の周端位置から270°側の周端位置まで沿って円弧状に形成されている。この第4分割領域4Dは、焦点F1の周りに二次曲線(円弧曲線)により形成された第4曲がり領域とされている。
The third
The fourth divided region 4D is formed in an arc shape from the circumferential end position on the 180 ° side to the circumferential end position on the 270 ° side in the semicircular arc portion 3A1 of the
第1直線領域4Eは、第1曲がり領域4A及び第2曲がり領域4Bの0°側の周端同士を繋いでおり、第2直線領域4Fは、第3曲がり領域4C及び第4曲がり領域4Dの180°側の周端同士を繋いでいる。
なお、本実施形態では、第2曲がり領域4B及び第3曲がり領域4Cの90°側の周端同士、並びに第4曲がり領域4D及び第1曲がり領域4Aの270°側の周端同士は、いずれも直接繋がっているが、直線領域4E,4Fと同様に構成された直線領域を介して繋いでもよい。この場合、筒型周期構造体3は、4個の曲がり領域4A〜4Dそれぞれの中心点となる4つの焦点を有する非真円形状として形成される。また、上記90°側の周端同士を繋ぐ直線領域、及び上記270°側の周端同士を繋ぐ直線領域には、後述するループスロット9iを配置すればよい。
The first
In this embodiment, the 90 ° side peripheral ends of the second
各曲がり領域4A〜4Dには、所定数のユニットセル6が含まれている。具体的には、各曲がり領域4A〜4Dには、ループスロット9の外周長が互いに異なる複数種類(ここでは3種類)のユニットセル6が周方向に複数列(ここでは3列)配置されている。
Each
第1曲がり領域4Aにおける複数列のユニットセル6は、0°側である周方向一方側から270°側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
第2曲がり領域4Aにおける複数列のユニットセル6は、0°側である周方向一方側から90°側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
In the plurality of rows of
In the plurality of rows of
第3曲がり領域4Cにおける複数列のユニットセル6は、180°側である周方向一方側から90°側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
第4曲がり領域4Dにおける複数列のユニットセル6は、180°側である周方向一方側から270°側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。本実施形態では、各曲がり領域4A〜4Dに形成されるループスロット9a〜9cにおいて隣り合うループスロット9のスロット外周長差dSは20.0mmに設定されている。
The plurality of rows of
The plurality of rows of
第2曲がり領域4B及び第3曲がり領域4Cの90°側の周端同士の繋ぎ部分には、両曲がり領域4B,4Cを跨いで1列のユニットセル6が配置されている。同様に、第4曲がり領域4D及び第1曲がり領域4Aの270°側の周端同士の繋ぎ部分には、両曲がり領域4D,4Aを跨いで1列のユニットセル6が配置されている。
これらの各繋ぎ部分に配置されたユニットセル6は、隣り合う曲がり領域4B,4C(4D,4A)において外周長が最も小さいループスロット9cと同じ外周長を有するループスロット9iを有している。なお、ループスロット9iは、ループスロット9cの外周長よりも小さい外周長を有していてもよい。
One row of
The
第1直線領域4Eには、所定数のユニットセル6が1列だけ含まれている。これらのユニットセル6は、隣り合う曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も大きいループスロット9aと同じ外周長を有するループスロット9hを有している。
第2直線領域4Fには、第1直線領域4Eと同様に、所定数のユニットセル6が1列だけ含まれている。これらのユニットセル6は、隣り合う曲がり領域4C,4Dにおいて外周長が最も大きいループスロット9aと同じ外周長を有するループスロット9hを有している。
The first
Similarly to the first
なお、直線領域4Eのユニットセル6及び直線領域4Fのユニットセル6のうち少なくとも一方のループスロット9hは、ループスロット9aの外周長よりも大きい外周長を有していてもよい。また、本実施形態では、直線領域4Eの0°方向にユニットセル6の中央が配置されているが、隣り合うユニットセル6の境界が前記0°方向に配置されていてもよい。また、第8実施形態において説明を省略した点は、第4実施形態と同様である。
Note that at least one
図38は、第8実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図38(a)の第8実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第8実施形態では61.9°まで狭くなっている。また、図38(b)の第8実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第8実施形態における90°方向のビーム幅は34.9°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
FIG. 38 shows the directivity of the
したがって、本実施形態のように筒型周期構造体3の断面外形を非真円形状(小判形状)とし、かつアンテナ素子2の指向性を向ける方向を0°方向と180°方向の双方向とした場合でも、アンテナ素子2の垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
本実施形態のアンテナ1は、例えば地下街において、水平方向の一方向及びその反対方向に指向性を調整する場合に特に有効である。
Therefore, as in the present embodiment, the cross-sectional outer shape of the cylindrical
The
なお、本実施形態では、アンテナ素子2の指向性を向ける方向を0°方向および180°方向としているが、90°方向および270°方向としてもよい。この場合、周波数選択板4には、0°側と180°側に最小外周長を有するループスロット9を形成し、90°側と270°側に最大外周長を有するループスロット9を形成すればよい。
In the present embodiment, the direction in which the directivity of the
[第9実施形態]
図39は、本発明の第9実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。本実施形態は、第4実施形態の変形例であり、筒型周期構造体3の断面外形が楕円形状に形成されている点で第4実施形態と異なる。
具体的には、本実施形態における筒型周期構造体3の基礎筒体3Aは、図39に示す断面視において、アンテナ素子2の指向性を向ける方向(図中の太線矢印方向)に対して直交する方向(図中の左右方向)に互いに離反した2つの焦点F1,F2を有する楕円形状に形成されている。
[Ninth Embodiment]
FIG. 39 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
Specifically, the basic
筒型周期構造体3の周波数選択板4は、仮想直線K(中心線C)を挟んで周方向に180°ずつ均等に分割された2個の第1及び第2分割領域4A,4Bを有している。
本実施形態では、第1分割領域4Aは、焦点F1の周りに二次曲線(楕円曲線)により形成された第1曲がり領域とされ、第2分割領域4Bは、焦点F2の周りに二次曲線(楕円曲線)により形成された第2曲がり領域とされている。
The
In the present embodiment, the first divided
図40は、図39の筒型周期構造体3における周波数選択板4の側面図であり、(a)は0°方向から見た側面図であり、(a)は180°方向から見た側面図である。
図39及び図40において、各曲がり領域4A,4Bには、所定数のユニットセル6が含まれている。具体的には、各曲がり領域4A,4Bには、ループスロット9の外周長が互いに異なる複数種類(ここでは7種類)のユニットセル6が周方向に複数列(ここでは7列)配置されている。
40 is a side view of the
39 and 40, a predetermined number of
第1曲がり領域4Aにおける複数列のユニットセル6は、0°側である周方向一方側から180°側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
同様に、第2曲がり領域4Bにおける複数列のユニットセル6は、0°側である周方向一方側から180°側である周方向他方側に向かうに従って、ループスロット9の外周長が列毎に段階的に小さくなるように形成されている。
In the plurality of rows of
Similarly, the plurality of rows of
第1曲がり領域4A及び第2曲がり領域4Bの0°側の周端同士の繋ぎ部分には、両曲がり領域4A,4Bを跨いで1列のユニットセル6が配置されている。これらのユニットセル6は、隣り合う曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も大きいループスロット9aと同じ外周長を有するループスロット9hを有している。
なお、上記繋ぎ部分に配置されたユニットセル6におけるループスロット9hは、ループスロット9aの外周長よりも大きい外周長を有していてもよい。また、上記繋ぎ部分において0°方向にユニットセル6の中央が配置されているが、隣り合うユニットセル6の境界が前記0°方向に配置されていてもよい。
One row of
In addition, the
第1曲がり領域4A及び第2曲がり領域4Bの180°側の周端同士の繋ぎ部分には、両曲がり領域4A,4Bを跨いで1列のユニットセル6が配置されている。これらのユニットセル6は、隣り合う曲がり領域4A,4Bにおいて外周長が最も小さいループスロット9gと同じ外周長を有するループスロット9iを有している。
なお、上記繋ぎ部分に配置されたユニットセル6におけるループスロット9iは、ループスロット9gの外周長よりも小さい外周長を有していてもよい。また、第9実施形態において説明を省略した点は、第4実施形態と同様である。
One row of
In addition, the loop slot 9i in the
図41は、第9実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図41(a)の第9実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第9実施形態では74.9°まで狭くなっている。また、第9実施形態のF/Bは27.4dBであり、第1実施形態のF/B(22.4dB)と同程度であるのが分かる。
FIG. 41 shows the directivity of the
さらに、図41(b)の第9実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第9実施形態における90°方向のビーム幅は29.1°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
したがって、本実施形態のように、筒型周期構造体3の断面外形を楕円形状とした場合でも、アンテナ素子2の水平面指向性のF/B及び垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
Further, comparing the vertical surface directivity of the ninth embodiment in FIG. 41B and the vertical surface directivity of the first embodiment in FIG. 12B, the beam width in the 90 ° direction in the ninth embodiment. Is 29.1 °, which is comparable to the beam width (39 °) of the first embodiment.
Accordingly, even when the cross-sectional outer shape of the cylindrical
なお、本実施形態では、筒型周期構造体3の断面外形は、楕円形状に形成されているが、楕円形状の近似多角形状としてもよいし、楕円形状又はその近似多角形状を仮想直線K(図39参照)に沿って切断し、その切断した周端同士を、第4実施形態のように直線領域で繋ぐようにしてもよい。
In the present embodiment, the cross-sectional outer shape of the cylindrical
[第10実施形態]
図42は、本発明の第10実施形態に係るアンテナ1の筒型周期構造体3の断面模式図である。また、図43は、図42の筒型周期構造体3における周波数選択板4の側面図であり、(a)は0°方向から見た側面図であり、(a)は180°方向から見た側面図である。
図42及び図43において、本実施形態は、第4実施形態の変形例であり、筒型周期構造体3の断面外形が小判形状の近似多角形状に形成されている点で第4実施形態と異なる。
[Tenth embodiment]
FIG. 42 is a schematic cross-sectional view of the cylindrical
42 and 43, the present embodiment is a modification of the fourth embodiment, and is different from the fourth embodiment in that the cross-sectional outer shape of the cylindrical
具体的には、本実施形態の筒型周期構造体3における基礎筒体3Aの半円弧部3A1,3A2の外形は、図42に示す断面視において、各焦点F1,F2を中心とした半円弧形状に近似する直線群(以下、近似直線群ともいう)により形成されている。そして、この近似直線群を構成する各直線部分は全て同一長さに形成されている。つまり、本実施形態の半円弧部3A1及び3A2は、第3実施形態(図23)の正14角形に形成された外形を有する基礎筒体3Aを、仮想直線K上で切断して2つに分割したものと同じ形状とされている。
Specifically, the outer shapes of the semicircular arc portions 3A1 and 3A2 of the basic
筒型周期構造体3の周波数選択板4は、基礎筒体3Aの外周面に沿って固定されており、上記断面視において基礎筒体3Aの半円弧部3A1の近似直線群に沿って形成された第1分割領域4Aと、基礎筒体3Aの半円弧部3A2の近似直線群に沿って形成された第2分割領域4Bとを有している。
本実施形態では、第1分割領域4Aは、焦点F1の周りにおいて二次曲線(円弧曲線)に近似する直線群により形成された第1曲がり領域とされ、第2分割領域4Bは、焦点F2の周りにおいて二次曲線(円弧曲線)に近似する直線群により形成された第2曲がり領域とされている。
The
In the present embodiment, the first divided
各曲がり領域4A,4Bにおいて、上記近似直線群の各直線部分に対応する箇所それぞれにはユニットセル6が1列ずつ配置され、周方向に合計7列配置されている。なお、本実施形態のその他の構成は、第4実施形態と同様であるため、説明を省略する。
In each of the
図44は、第10実施形態のアンテナ素子2の指向性を示しており、(a)は水平面指向性、(b)は垂直面指向性である。図44(a)の第10実施形態の水平面指向性と、図12(a)の第1実施形態の水平面指向性とを比較すると、0°方向のビーム幅は、第1実施形態では105°であるのに対して、第10実施形態では74.6°まで狭くなっている。また、第10実施形態のF/Bは23.9dBであり、第1実施形態のF/B(22.4dB)と同程度であるのが分かる。
FIG. 44 shows the directivity of the
さらに、図44(b)の第10実施形態の垂直面指向性と、図12(b)の第1実施形態の垂直面指向性とを比較すると、第10実施形態における90°方向のビーム幅は30.2°であり、第1実施形態のビーム幅(39°)と同程度であるのが分かる。
したがって、本実施形態のように、筒型周期構造体3の断面外形を小判形状の近似多角形状とした場合でも、アンテナ素子2の水平面指向性のF/B及び垂直面指向性のビーム幅を第1実施形態と同程度に維持しつつ、水平面指向性のビーム幅を狭くできるのが分かる。
Further, comparing the vertical surface directivity of the tenth embodiment of FIG. 44B and the vertical surface directivity of the first embodiment of FIG. 12B, the beam width in the 90 ° direction in the tenth embodiment. Is 30.2 °, which is comparable to the beam width (39 °) of the first embodiment.
Therefore, even when the cross-sectional outer shape of the cylindrical
なお、上記第4〜第10実施形態では、筒型周期構造体3の断面外形は、2つの焦点を有する非真円形状として、小判形状や楕円形状、並びにこれらの近似多角形状とした場合について説明したが、瓢箪形状やこれに近似する直線群からなる形状など、他の形状に形成されていてもよい。つまり、少なくとも2つの焦点それぞれの周りに二次曲線又はその近似直線群により形成された曲がり領域を有していれば、これら2つの曲がり領域同士を繋ぐ部分の形状は、直線形状や二次曲線形状など任意の形状に形成されていればよい。また、筒型周期構造体3の断面外形は、3つ以上の焦点を有する非真円形状に形成されていてもよい。
In the fourth to tenth embodiments, the cross-sectional outer shape of the cylindrical
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 アンテナ
2 アンテナ素子
3 筒型周期構造体(レドーム)
3A 基礎筒体
3A1,3A2 半円弧部
3A3,3A4 直線部
3B 被覆層
3C 金属導体層
3D 保護層
4 周波数選択板(シート,筒型周期構造体用シート)
4A 第1分割領域(第1曲がり領域)
4B 第2分割領域(第2曲がり領域)
4C 第3分割領域(第3曲がり領域)
4D 第4分割領域(第4曲がり領域)
4E 第1直線領域(無配置領域)
4F 第2直線領域
5 基板
6 ユニットセル
7 ループ外導体
8 内導体
9 ループスロット
9a〜9i ループスロット
10 反射板
11 目印
21 ガラスロービング
21a ストランド
22 熱可塑性樹脂
23 樹脂含浸槽
24 心棒
25 支持台
C 中心線
dS スロット外周長差
F1 焦点
F2 焦点
K 仮想直線
P 中心間距離
W スロット幅
X 心棒の軸線
Y 筒型周期構造体の軸線
1
3A Basic cylindrical body 3A1, 3A2 Semicircular arc part 3A3, 3A4
4A 1st division area (1st curve area)
4B Second divided area (second bent area)
4C 3rd division area (3rd bend area)
4D 4th division area (4th curve area)
4E 1st straight line area (non-arrangement area)
4F 2nd
Claims (20)
周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを有し、前記アンテナ素子を覆う筒型周期構造体と、を備え、
前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットと、を有し、
前記筒型周期構造体は、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを含む、アンテナ。 An antenna element;
A plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction, and a cylindrical periodic structure covering the antenna element,
The unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor,
The cylindrical periodic structure includes an antenna including a plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slots.
前記各分割領域における前記所定数のユニットセルは、当該分割領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従って、前記ループスロットの外周長が段階的に小さくなるように形成されている、請求項1又は請求項2に記載のアンテナ。 The cylindrical periodic structure has a plurality of divided regions divided in the circumferential direction, and each divided region includes a predetermined number of unit cells,
The predetermined number of unit cells in each divided region is formed such that the outer peripheral length of the loop slot decreases stepwise from one circumferential direction to the other circumferential side of the divided region. The antenna of Claim 1 or Claim 2.
前記各曲がり領域には、所定数の前記ユニットセルが含まれており、
前記各曲がり領域における前記所定数のユニットセルは、当該曲がり領域の周方向一方側から周方向他方側に向かうに従って、前記ループスロットの外周長が段階的に小さくなるように形成されている、請求項1に記載のアンテナ。 The cylindrical periodic structure is formed so that an outer shape in a cross-sectional view orthogonal to the axis thereof is a non-circular shape having at least two focal points separated from each other, and two around each of the two focal points. A curved region formed by a group of straight lines approximating a quadratic curve or a quadratic curve thereof,
Each bend region includes a predetermined number of the unit cells;
The predetermined number of unit cells in each of the bent regions are formed such that the outer peripheral length of the loop slot decreases stepwise from one circumferential direction side to the other circumferential side of the bent region. Item 10. The antenna according to Item 1.
前記無配置領域の周方向一端には、一の前記曲がり領域の前記周方向一方側が接続され、
前記無配置領域の周方向他端には、他の前記曲がり領域の前記周方向一方側が接続されている、請求項4に記載のアンテナ。 The cylindrical periodic structure further has a non-arrangement region in which the unit cells are not arranged in a part of the circumferential direction thereof,
One end in the circumferential direction of the non-arranged region is connected to one side in the circumferential direction of the one bent region,
The antenna according to claim 4, wherein the other circumferential side end of the non-arranged region is connected to the other circumferential side of the curved region.
前記反射板は、前記複数の分割領域のうちの少なくとも1つにおける前記周方向他方側の位置またはその近接位置に配置されている請求項3に記載のアンテナ。 The cylindrical periodic structure further includes a reflector disposed in a part of the circumferential direction thereof,
The antenna according to claim 3, wherein the reflecting plate is disposed at a position on the other side in the circumferential direction in at least one of the plurality of divided regions, or a position adjacent thereto.
一方向及び他方向に周期的に配置された複数のユニットセルが設けられたシートであって、前記ユニットセルが、ループ外導体、前記ループ外導体の内側に配置された内導体、及び前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットを有し、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを含む当該シートを準備する工程と、
芯棒を準備する工程と、
前記芯棒の周面に被覆層を複数積層する工程と、
前記複数の被覆層のうちのいずれか一の被覆層の内周面又は外周面において、前記複数のユニットセルが前記一の被覆層の周方向及び軸方向に沿って配置されるように前記シートを巻き付ける工程と、
を含む筒型周期構造体の製造方法。 A manufacturing method of a cylindrical periodic structure comprising a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction and covering an antenna element,
A sheet provided with a plurality of unit cells periodically arranged in one direction and the other direction, wherein the unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and the loop. Preparing a sheet including a plurality of types of unit cells having a loop slot formed between an outer conductor and the inner conductor, and the outer peripheral length of the loop slot being different from each other;
Preparing a core rod;
A step of laminating a plurality of coating layers on the peripheral surface of the core rod;
The sheet so that the plurality of unit cells are arranged along the circumferential direction and the axial direction of the one coating layer on the inner circumferential surface or the outer circumferential surface of any one of the plurality of coating layers. Winding process,
Of manufacturing a cylindrical periodic structure.
基礎筒体を準備する工程と、
ループ外導体、前記ループ外導体の内側に配置された内導体、及び前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットを有するユニットセルであって、前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の当該ユニットセルを、前記基礎筒体の外周面の周方向に沿って複数印刷する工程と、
前記複数のユニットセルの外周面に、当該ユニットセルを保護する保護層を形成する工程と、
を含む筒型周期構造体の製造方法。 A manufacturing method of a cylindrical periodic structure comprising a plurality of unit cells periodically arranged in the circumferential direction and the axial direction and covering an antenna element,
A step of preparing a basic cylinder;
A unit cell having a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor, wherein an outer peripheral length of the loop slot is A step of printing a plurality of different types of unit cells along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the basic cylinder, and
Forming a protective layer for protecting the unit cells on the outer peripheral surfaces of the plurality of unit cells;
Of manufacturing a cylindrical periodic structure.
前記筒型周期構造体により前記アンテナ素子を覆うことで、当該アンテナ素子の指向性が変化するように、周方向及び軸方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、
前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットと、を有し、
前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを備える筒型周期構造体。 A cylindrical periodic structure covering the antenna element,
Covering the antenna element with the cylindrical periodic structure comprises a plurality of unit cells arranged periodically in the circumferential direction and the axial direction so that the directivity of the antenna element changes,
The unit cell includes a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor,
A cylindrical periodic structure including a plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slot.
前記周方向となる一方向、及び他方向に周期的に配置された複数のユニットセルを備え、
前記ユニットセルは、ループ外導体と、前記ループ外導体の内側に配置された内導体と、前記ループ外導体と前記内導体との間に形成されたループスロットとを有し、
前記ループスロットの外周長が互いに異なる複数種類の前記ユニットセルを備える筒型周期構造体用シート。 As a constituent member of the cylindrical periodic structure covering the antenna element, a cylindrical periodic structure sheet disposed along the circumferential direction,
A plurality of unit cells periodically arranged in one direction that is the circumferential direction and the other direction,
The unit cell has a loop outer conductor, an inner conductor disposed inside the loop outer conductor, and a loop slot formed between the loop outer conductor and the inner conductor,
A sheet for a cylindrical periodic structure comprising a plurality of types of unit cells having different outer peripheral lengths of the loop slot.
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