JP6601335B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ本体部から同軸ケーブルの外部導体へ電流が漏洩することを抑制するための構造を有するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device having a structure for preventing current from leaking from an antenna body to an outer conductor of a coaxial cable.
アンテナ装置において接地電位を提供する平板状の導体部材(以降、グランド部)の面積が、送受信の対象とする電波の波長(以降、対象波長)に対して不十分である場合、アンテナ素子に生じた放射電流によってグランド部に励起されたイメージ電流が同軸ケーブルの外部導体に漏洩してしまうことが知られている。 When the area of a flat conductor member (hereinafter referred to as a ground portion) that provides a ground potential in the antenna device is insufficient with respect to the wavelength of a radio wave to be transmitted / received (hereinafter referred to as a target wavelength), it occurs in the antenna element. It is known that the image current excited to the ground portion by the radiated current leaks to the outer conductor of the coaxial cable.
同軸ケーブルの外部導体へ漏洩する電流の量は、グランド部の面積が小さいほど増大してしまう傾向がある。同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流が大きくなると、同軸ケーブルの長さや引き回しによってアンテナ装置の特性が不安定となり、アンテナが十分な利得を得られなくなることがある。つまり、アンテナ装置の特性を十分に安定させるためには、対象波長に応じた面積のグランド部を必要とする。 The amount of current leaking to the outer conductor of the coaxial cable tends to increase as the area of the ground portion decreases. When the leakage current to the outer conductor of the coaxial cable becomes large, the characteristics of the antenna device may become unstable due to the length and routing of the coaxial cable, and the antenna may not obtain sufficient gain. That is, in order to sufficiently stabilize the characteristics of the antenna device, a ground portion having an area corresponding to the target wavelength is required.
特許文献1には、グランド部の小型化と漏洩電流の抑制を両立させるため、同軸ケーブルの外部導体に、電気的に対象波長の4分の1に相当する長さを有するシュペルトップバランを設けたアンテナ装置が開示されている。電気的な長さが対象波長の4分の1となるように形成されたシュペルトップバランを外部導体に取り付けることで、開放端のインピーダンスが大きくなり、同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流を抑制することができる。なお、λは対象波長を表している。
In
なお、電気的な長さとは、誘電体の比誘電率等によって定まる電波にとっての長さである。電気的に対象波長の4分の1となる長さとは、送受信の対象とする電波の実効波長の4分の1に相当する。 The electrical length is the length for radio waves determined by the relative dielectric constant of the dielectric. The length that is electrically a quarter of the target wavelength corresponds to a quarter of the effective wavelength of the radio wave to be transmitted and received.
特許文献1に開示の構成では、電気的に対象波長の4分の1の長さを有するシュペルトップバランを追加するため、その分だけアンテナ装置全体としてのサイズは大きくなってしまう。
In the configuration disclosed in
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、グランド部の小型化と、漏洩電流の抑制を両立可能なアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made based on this situation, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of achieving both a reduction in size of a ground portion and suppression of leakage current.
その目的を達成するための本発明は、所定の周波数の電波を送受信するためのアンテナ本体部(100)と、アンテナ本体部に接続された同軸ケーブル(200)と、を備えるアンテナ装置であって、アンテナ本体部は、同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されたグランド接続点を有しており、平板状の導体部材であるグランド部(20)と、同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続された放射素子(40、91、92)と、グランド部の外縁部と所定の間隔をおいて対向するように配置された線状の導体素子であるアース素子(50)と、を備え、アース素子は、電気的に送受信の対象とする電波の波長である対象波長の2分の1に相当する長さに形成されており、アース素子は、その中央部においてグランド部の外縁部と電気的に接続されており、同軸ケーブルは、平面視においてアース素子と交差し、かつ、外部導体がアース素子と容量結合するように、アンテナ本体部に取り付けられていることを特徴とする。 In order to achieve the object, the present invention is an antenna device comprising an antenna main body (100) for transmitting and receiving radio waves of a predetermined frequency, and a coaxial cable (200) connected to the antenna main body. The antenna body portion has a ground connection point electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable, and is electrically connected to the ground portion (20) that is a flat conductor member and the inner conductor of the coaxial cable. A connected radiating element (40, 91, 92), and a grounding element (50), which is a linear conductor element arranged to face the outer edge of the ground part at a predetermined interval, The earth element is formed to have a length corresponding to one half of the target wavelength, which is the wavelength of the radio wave to be electrically transmitted and received, and the earth element is electrically connected to the outer edge of the ground portion at the center. Contact Are, coaxial cable, intersects the ground element in a plan view, and, as the outer conductor is coupled grounding element and the capacitor, characterized in that attached to the antenna body.
以上の構成においてアース素子は、電気的に対象波長の半波長に相当する長さを有するように形成されている。そのため、グランド部に発生したイメージ電流は、同軸ケーブルの外部導体よりもアース素子へと流れこみやすい。また、アース素子は、同軸ケーブルの外部導体と容量結合するように配置されているため、アース素子に流れ込んだイメージ電流は、同軸ケーブルの外部導体を通ってグランド接続点からグランド部へと戻る。 In the above configuration, the ground element is formed so as to have a length corresponding to a half wavelength of the target wavelength. Therefore, the image current generated in the ground portion flows more easily into the earth element than the outer conductor of the coaxial cable. Further, since the earth element is disposed so as to be capacitively coupled to the outer conductor of the coaxial cable, the image current flowing into the earth element returns from the ground connection point to the ground portion through the outer conductor of the coaxial cable.
その結果、グランド部の外縁部においてアース素子に対向する部分(以降、アース対向部)とアース素子との間にループ状の電流経路が形成される。グランド部に発生したイメージ電流が上述した電流経路を還流することによって、イメージ電流は熱となって減衰する。その結果、同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流が低減される。 As a result, a loop-shaped current path is formed between the portion facing the earth element (hereinafter referred to as the earth facing portion) at the outer edge of the ground portion and the earth element. When the image current generated in the ground part flows back through the above-described current path, the image current is attenuated as heat. As a result, the leakage current to the outer conductor of the coaxial cable is reduced.
また、以上の構成では、上記の効果を得るためにシュペルトップ等のバランは不要である。そのため、バランを導入することに伴う装置全体としての大型化を抑制することができる。つまり、以上の構成によれば、アンテナ装置の小型化と同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流の抑制を両立することができる。 Further, in the above configuration, a balun such as a super top is not necessary to obtain the above effect. Therefore, the enlargement of the whole apparatus accompanying introducing a balun can be suppressed. That is, according to the above configuration, it is possible to achieve both reduction in size of the antenna device and suppression of leakage current to the outer conductor of the coaxial cable.
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The technical scope of this invention is limited is not.
[実施形態]
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。本実施形態に係るアンテナ装置1は、概略的には、周知のパッチアンテナと同様の動作原理によって所定の周波数の円偏波を送受信するように構成されている。送受信の対象とする電波の周波数は、適宜設計されればよく、ここでは一例として1.575GHzとする。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The
もちろん当該アンテナ装置1は、送信と受信の何れか一方のみに供されても良い。以降では、送受信の対象とする電波のことを対象電波と称するとともに、対象電波の波長のことを対象波長とも称する。本実施形態では動作周波数として1.575GHzを想定しているため、空気中を伝搬時の対象波長は約191mmとなる。
Of course, the
<アンテナ装置1の構成>
図1は、本実施形態に係るアンテナ装置1の概略的な構成の一例を示す外観斜視図である。また、アンテナ装置1の上面図を図2に示す。図3は、図2に示すIII−III線におけるアンテナ装置1の断面図である。
<Configuration of
FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a schematic configuration of an
アンテナ装置1は、対象電波の送受信を実現する本体部100と、給電線としての同軸ケーブル200とを備えている。すなわち、同軸ケーブル200は、本体部100と図示しない無線通信機とを接続する役割を担う。無線通信機は、アンテナ装置1が受信した信号の復調等を実施するとともに、当該アンテナ装置1に対して送信信号に応じた高周波電力を供給するものである。
The
本体部100は、主要な部材として、基板10、メイングランド部20、サブグランド部20A、パッチ部40、支持部30、アース素子50、及びブリッジ部60を備える。
The
基板10は、樹脂などの電気絶縁材料(つまり誘電体)を素材とする、板状の部材である。本実施形態では一例として基板10は、比誘電率εr=4.3の誘電体を用いて実現されているものとする。そのため、基板10上における対象波長は、基板10の波長短縮効果によって略110mmとなる。
The
基板10の一方の面(以降、上面とする)には、メイングランド部20、及び、アース素子50が配置されており、他方の面(以降、下面とする)には、サブグランド部20Aが配置されている。なお、アンテナ装置1は、メイングランド部20や後述するパッチ部40などが設けられている側を相対的に上側とし、サブグランド部20Aが設けられている側を相対的に下側として用いられる。
The
本実施形態において基板10の平面視における形状(以降、平面形状)は、正方形状とする。もちろん、基板10の平面形状は正方形でなくともよい。他の構成として基板10の平面形状は、その他の多角形状であってもよいし、円形(楕円を含む)状であってもよい。もちろん、それらを組み合わせた形状であってもよい。基板10の大きさ及び形状は、メイングランド部20及びアース素子50を配置するために十分な大きさ及び形状となっていればよい。
In the present embodiment, the shape of the
便宜上以降では、それぞれが互いに直交するX、Y、Z軸を備える三次元座標系の概念を適宜導入して、アンテナ装置1の構成を説明する。X軸は正方形状の基板10が備える或る1つの辺に平行な軸とし、Y軸は基板10と平行な平面においてX軸と直交する軸とする。Z軸は、X軸及びY軸のそれぞれと直交し、かつ、基板10の下面から上面に向かう方向を正方向とする軸とする。
For convenience, the configuration of the
メイングランド部20は、銅などの導体を素材とする板状(箔を含む)の部材である。本実施形態においてメイングランド部20の平面形状は正方形状とする。これにより、メイングランド部20は、正方形の各辺に対応する正方形状の外縁部を備える。メイングランド部20は、基板10の上面において1組の対辺がX軸と平行であり、他の組の対辺がY軸と平行となるように配置されている。
The
便宜上、メイングランド部20の外縁部のうち、正方形の或る1辺に相当する部分を第1外縁部21とし、第1外縁部21に接続する他の1辺に相当する外縁部を第2外縁部22とする。第1外縁部21はX軸方向に平行であり、第2外縁部22はY軸に平行である。
For convenience, a portion corresponding to one side of the square of the outer edge portion of the
メイングランド部20の上には、支持部30及びパッチ部40が配置されている。本実施形態では一例として、メイングランド部20の1辺の長さは、電気的に対象波長の5分の1に相当するように形成されている。なお、電気的な長さとは、誘電体の誘電率等によって定まる対象電波にとっての長さである。電気的に対象波長の5分の1となる長さとは、実効波長の5分の1に相当する。電気的な長さは、実効長とも称される。なお、本実施形態においてメイングランド部20の平面形状は正方形状とするが、これに限らない。他の態様として、長方形や円形状などであっても良い。ここではメイングランド部20の重心のことをメイングランド部20の中心と見なすものとする。メイングランド部20の中心が請求項に記載のグランド部の中心に相当する。
A
サブグランド部20Aも、メイングランド部20と同様の形状を有する板状の部材である。メイングランド部20とサブグランド部20Aとは、図3に示すように、複数のグランド架橋部70によって電気的に接続されている。グランド架橋部70は、メイングランド部20とサブグランド部20Aとを電気的に接続するための導電性の部材であって、例えばショートピンや、基板10に設けられたビアなどを用いて実現することができる。
The
図2に示す点P1、P2は、グランド架橋部70の設置位置を表している。なお、メイングランド部20とサブグランド部20Aとを接続する点は、3箇所以上であってもよい。また、メイングランド部20とサブグランド部20Aとを接続するグランド架橋部70の設置箇所は適宜設計されればよい。
Points P1 and P2 shown in FIG. 2 represent the installation positions of the
また、サブグランド部20Aは、図4に示すように導電性の部材(以降、外部導体接続部)80によって同軸ケーブルの外部導体220と電気的に接続されている。これにより、メイングランド部20は、サブグランド部20A及びグランド架橋部70を介して外部導体220と電気的に接続される。すなわち、メイングランド部20及びサブグランド部20Aは、アンテナ装置1におけるグランド電位(換言すれば接地電位)を提供する。
Further, the
図2に示す点P3は、サブグランド部20Aと同軸ケーブルの外部導体220とを接続する点(以降、接地点)の位置を表している。接地点P3の位置は、外部導体接続部80の位置に相当する。外部導体接続部80は、例えば市販されている同軸ケーブル取付ピンであってもよいし、はんだであってもよい。外部導体接続部80は、同軸ケーブル200を本体部100に固定する役割も担う。
A point P3 shown in FIG. 2 represents the position of a point (hereinafter referred to as a grounding point) connecting the
外部導体接続部80(接地点P3)から最も近い位置に存在するグランド架橋部70と、メイングランド部20との接続点が、請求項に記載のグランド接続点に相当する。具体的には本実施形態では、点P1がグランド接続点に相当する。なお、グランド接続点を提供するグランド架橋部70は、平面視において外部導体接続部80のできるだけ近くに配置することが好ましい。つまり、点P1とP3はできるだけ近接していることが好ましい。また、グランド接続点を提供するグランド架橋部70と、外部導体接続部80とは平面視において重なる位置に設けられていることがより好ましい。
A connection point between the
支持部30は、比誘電率が約16のセラミックスを素材とする板状の部材である。支持部30は、メイングランド部20から所定の間隔をおいてパッチ部40を対向配置するための部材である。支持部30は、この役割を果たせればよく、支持部30の形状は板状に限らない。支持部30は、メイングランド部20とパッチ部40とを所定の間隔をおいて対向するように支持する複数の柱であってもよい。
The
また、本実施形態では一例として支持部30を、セラミックスを用いて形成するものとするが、これに限らない。その他、樹脂などを用いて実現されていても良い。ただし、波長を短縮し、パッチ部40を小型化するために、例えば比誘電率が10以上の材料を用いて実現されていることが好ましい。なお、本実施形態では、支持部30の材料としてセラミックスを採用することで、支持部30での実効波長は50mmとなっているものとする。
Moreover, in this embodiment, although the
パッチ部40は、銅などの導体を素材とする板状部材である。パッチ部40は、支持部30を介してメイングランド部20と平行(略平行を含む)となるように対向配置されている。パッチ部40が請求項に記載の放射素子に相当する。
The
パッチ部40の形状は、正方形の1組の対角部に切り欠き部41を設けた形状となっている。切り欠き部41は、円偏波を放射するための構造であり、周知の縮退分離素子や摂動素子と称されるものに相当する。切り欠き部41によって、元の正方形から削られる部分の面積は、周知の縮退分離法によって定まる面積となっていればよい。
The shape of the
パッチ部40の1辺の長さは、電気的に対象波長の約半分の長さとなっている。ここでは支持部30によって対象電波の波長が短縮されるため、パッチ部40の1辺の物理的な長さは約25mmとなっている。なお、ここでの1辺の長さとは、切り欠き部41を無視した場合の形状、すなわち正方形における1辺の長さである。
The length of one side of the
なお、本実施形態ではパッチ部40の平面形状を、正方形に切り欠き部41を設けた形状とするが、これに限らない。その他の構成としてパッチ部40の平面形状は、長方形状であってもよいし、長方形以外の形状(例えば円形や八角形等)であってもよい。
In the present embodiment, the planar shape of the
図2に示す点P4は、パッチ部40が同軸ケーブル200の内部導体(いわゆる芯線)210と電気的に接続される点(以降、給電点)を表している。内部導体210とパッチ部40とは、直接接続されていても良いし、マイクロストリップ線路や、導電性のピン、基板10に設けられたビアを介して間接的に接続されていてもよい。
A point P4 shown in FIG. 2 represents a point (hereinafter referred to as a feeding point) where the
なお、本実施形態では一例として、パッチ部40の中心に給電点P4を設ける態様とするが、これに限らない。給電点P4の位置は適宜決定されればよい。また、パッチ部40に切り欠き部41を設けるのではなく、給電点P4を2箇所に設ける方式(いわゆる二点給電方式)によって、円偏波を送受信させてもよい。
In the present embodiment, as an example, the power supply point P4 is provided at the center of the
アース素子50は、基板10の上面において第1外縁部21及び第2外縁部22と所定の間隔Dをおいて対向するように、L字型に形成された線状の導体素子である。換言すれば、アース素子50は、X軸に平行となるように形成された線状の導体素子と、Y軸に平行となるように形成された線状の導体素子とを接続した線状導体素子である。便宜上、第1外縁部21と対向する部分を第1素子部51、第2外縁部22と対向する部分を第2素子部52と称する。
The
第1素子部51、第2素子部52はそれぞれ電気的に対象波長の4分の1に相当する長さんに形成されている。つまり、アース素子50の全長は、電気的に対象波長の2分の1(つまり半分)となるように形成されている。
The
間隔Dは、対象波長の実効長に対して十分に小さければ良く、具体的な値はシミュレーションや試験(以降、試験等)によって適宜決定されれば良い。本実施形態では一例として、対象波長の50分の1に相当する長さとする。アース素子50自体の幅も、対象波長の実効長に対して十分に小さければ良く、その具体的な値は適宜設計されればよい。
The interval D only needs to be sufficiently small with respect to the effective length of the target wavelength, and a specific value may be appropriately determined by a simulation or a test (hereinafter, a test or the like). In the present embodiment, as an example, the length is equivalent to 1/50 of the target wavelength. The width of the
なお、アース素子50とメイングランド部20との間隔Dが対象波長に対して大きすぎると、アース素子50が独立したアンテナエレメントとして励振し、アンテナ装置1全体としての特性(指向性や利得)を乱してしまう。そのため、間隔Dは、対象波長の50分の1以下とすることが好ましい。
If the distance D between the
ブリッジ部60は、アース素子50とメイングランド部20とを接続する導電性の部材である。ブリッジ部60は、アース素子50の中央に位置する素子中央部53と、メイングランド部20の第1角部とを接続するように形成されている。メイングランド部20の第1角部とは、第1外縁部21と第2外縁部22とが接続する部分である。アース素子50の中央とは、一端から他端までの中間に位置する部分を指す。
The
同軸ケーブル200は、以上のように構成された本体部100に対して、アース素子50と交差し、かつ、外部導体220がアース素子50と容量結合するように取り付けられている。ここでは同軸ケーブル200は本体部100の底面に対して、同軸ケーブル200の保護被膜(いわゆるシース)が密着するように取り付けられているものとする。本体部100の底面とは、基板10の下面や、サブグランド部20Aを含む面である。
The
本体部100に対する同軸ケーブル200の係止は、はんだづけや、かしめによって実現されば良い。前述の外部導体接続部80も、同軸ケーブル200を本体部100に係止するために寄与する。また、金具等を用いて本体部100に対して同軸ケーブル200を係止してもよい。種々の方法によって本体部100に対する同軸ケーブル200の引出し位置は固定されている。
The locking of the
本実施形態では一例として同軸ケーブル200は、第2素子部52の中点P5の下方を通るように本体部100の底面に取り付けられているものとする。中点P5が、平面視において同軸ケーブル200とアース素子50とが交差する点(以降、交差点)に相当する。素子中央部53から中点P5までの距離は全長の4分の1に相当するため、素子中央部53から中点P5までの距離は、電気的に対象波長の8分の1に相当する。つまり、本実施形態における同軸ケーブル200は、アース素子50の素子中央部53から電気的に対象波長の8分の1に相当する距離だけ離れた位置で、アース素子50と交差するように本体部100に取り付けられている。
In the present embodiment, as an example, the
なお、本実施形態では一例として交差点が第2素子部52の中点P5となるように同軸ケーブル200を本体部100に取り付けた態様を開示しているが、これに限らない。例えば交差点は、中点P5からY軸方向にずれていてもよい。また、同軸ケーブル200は、第1素子部51と交差するように取り付けられていてもよい。
In the present embodiment, as an example, a mode in which the
さらに、同軸ケーブル200は、アース素子50と外部導体220とが容量結合するように取り付けられていればよく、必ずしも本体部100と密着して取り付けられている必要はない。同軸ケーブル200と本体部の底面との間には、アース素子50と外部導体220とが容量結合する範囲において外所定の離隔が設けられていても良い。
Furthermore, the
なお、アース素子50と外部導体220とが容量結合するこれらの離隔の最大値は、送受信の対象とする電波の周波数(つまり対象周波数)に応じて定まる。アース素子50と外部導体220とが容量結合しうる離隔の値域は、実試験やシミュレーション等によって特定されればよく、その値域の中で所望の結合度合いを得られる離隔を採用すればよい。
Note that the maximum value of the distance at which the
また、同軸ケーブル200は、基板10の上面に取り付けられていてもよい。その場合には、ストリップ線路によって給電点や接地点が形成されるものとする。また、ストリップ線路を用いて外部導体220とサブグランド部20Aとを接続する場合には、当該ストリップ線路がアース素子50と交差するように形成するものとする。
The
<アンテナ装置1の作動>
次に、本実施形態のアンテナ装置1の作動及び効果について、比較構成として、一般的な(換言すればアース素子50を備えない)パッチアンテナを用いて説明する。なお、アンテナ装置1が電波を放射する際の作動と、電波を受信する際の作動は、互いに可逆性を有する。したがって、ここでは電波を放射する際の作動について説明し、電波を受信する際の作動についての説明は省略する。
<Operation of
Next, the operation and effect of the
一般的に、パッチアンテナのパッチ部に放射電流が流れると、グランド部には放射電流とは逆向きのイメージ電流が発生する。図5は、比較構成における電波放射時の電流分布を表した図である。 Generally, when a radiated current flows through the patch portion of the patch antenna, an image current in the direction opposite to the radiated current is generated at the ground portion. FIG. 5 is a diagram showing a current distribution during radio wave emission in the comparative configuration.
便宜上、図5では比較構成に対しても、本実施形態におけるアンテナ装置1が備える部材に対応する部材については同一の符号を付与して図示している。図中の実線矢印は、パッチ部40を流れる電流(つまり放射電流)を表しており、破線矢印は、放射電流によってメイングランド部20に誘起される電流(つまりイメージ電流)を表している。
For convenience, in FIG. 5, the members corresponding to the members included in the
このような比較構成において、メイングランド部20の面積が相対的に小さいと、イメージ電流が同軸ケーブル200の外部導体220に漏洩する。外部導体220にイメージ電流が漏洩することで、同軸ケーブル200から電波が放射されるようになり、指向性を乱してしまう。
In such a comparative configuration, when the area of the
本実施形態のアンテナ装置1もまた、メイングランド部20、サブグランド部20A、及びパッチ部40によって、周知のパッチアンテナとして動作する。そのため、パッチ部40に放射電流が流れると、メイングランド部20には放射電流とは逆向きのイメージ電流が発生する。
The
しかしながら、本実施形態ではメイングランド部20の外周に沿って、アース素子50を設けている。アース素子50は、電気的に対象波長の半波長に相当する長さに形成されているため、メイングランド部20に発生したイメージ電流は、ブリッジ部60を通ってアース素子50へと流れこみやすい。メイングランド部20に発生したイメージ電流にとっては、同軸ケーブル200よりもアース素子50のほうがインピーダンスが小さく振る舞うためである。
However, in the present embodiment, the
また、同軸ケーブル200は、外部導体220がアース素子50と容量結合する位置関係で配置されている。さらに、外部導体220においてアース素子と容量結合している部分(以降、容量結合部)からみて、無線通信機と接続されている側よりも、メイングランド部20を含む本体部100と接続している側のほうが入力インピーダンスは小さい。そのため、アース素子50に流れ込んだイメージ電流は、外部導体220を通って接地点からサブグランド部20Aへ戻り、更にはメイングランド部20へと戻る。
Further, the
また、メイングランド部20の第2外縁部22近傍領域では、イメージ電流の進行方向はアース素子50へ流れ込む方向となる。つまり、第2外縁部22近傍領域では、アース素子50の第2素子部52を流れる電流とは逆向きにイメージ電流が流れる。その結果、図6に示すように、ブリッジ部60、アース素子50の第2素子部52、外部導体220、及びメイングランド部20の第2外縁部22を通る、ループ状の電流経路が形成される。
Further, in the region near the second
メイングランド部20に発生したイメージ電流が上述した電流経路を還流することによって、イメージ電流は熱となって減衰していく。その結果、本体部100から同軸ケーブル200の外部導体220への漏洩する電流が低減される。
As the image current generated in the
なお、グランド架橋部70によって実現されるグランド接続点は、メイングランド部20の中心よりも、第2外縁部22側となる領域に配置されていればよい。ただし、グランド接続点は第2外縁部22近傍に設けられていることがより好ましい。例えばグランド接続点は、Y軸方向において、第2外縁部22から電気的に対象波長の20分の1以内となる領域に設けられていることが好ましい。そのような態様によれば、メイングランド部20に流れるイメージ電流を第2外縁部22に集中させることができ、上述した効果を高めることができるためである。
It should be noted that the ground connection point realized by the
図7は、シミュレーション等の試験によって得られた、本実施形態のアンテナ装置1の指向性と、比較構成の指向性とを表した図である。図7における実線が本実施形態のアンテナ装置1の指向性を、破線が比較構成の指向性をそれぞれ表している。なお、何れの構成も、同軸ケーブルを取り外した状態において0°方向の利得が最大となるように設計されている。0°方向は、Z軸の正方向に相当する。
FIG. 7 is a diagram showing the directivity of the
図7に示すように、比較構成では、同軸ケーブル200の外部導体220に流れる漏洩電流によって、放射利得が最大となる方向(以降、最大放射方向)が同軸ケーブル200を引き出している方向である90°方向に傾斜してしまっている。また、図示は省略しているが、試験等によって同軸ケーブル200が長くなるほど、最大放射方向が90°方向に傾いていくことが確認されている。一方、本実施形態の構成によれば、図7において実線で示すように、最大放射方向が0°方向に維持することができる。
As shown in FIG. 7, in the comparative configuration, the direction in which the radiation gain is maximized (hereinafter, the maximum radiation direction) due to the leakage current flowing in the
また、図8は、本実施形態と比較構成のそれぞれにおいて、同軸ケーブル200の外部導体220上を流れる漏洩電流の強度分布を測定した結果を表した図である。縦軸は、外部導体220とサブグランド部20Aとの接続点からの距離を表しており、縦軸は、電流振幅を表している。なお、電流の振幅は給電点での電流値で正規化している。実線が本実施形態の特性を、破線が比較構成の特性をそれぞれ表している。
FIG. 8 is a diagram showing the result of measuring the intensity distribution of the leakage current flowing on the
図8に示す結果からも、本実施形態によれば同軸ケーブル200の外部導体220への電流の漏洩を抑制できる事がわかる。特に、接続点からの距離が80mm以上となる領域では、比較構成に比べて40dB程度抑制できることが分かる。
From the results shown in FIG. 8, it can be seen that according to the present embodiment, leakage of current to the
また、以上の構成では、上記の効果を得るためにシュペルトップ等のバランは不要である。そのため、バランを導入することに伴う装置全体としての大型化を抑制することができる。つまり、以上の構成によれば、アンテナ装置1の小型化と同軸ケーブル200の外部導体220への漏洩電流の抑制を両立することができる。また、バランを導入することに伴う製造コストの増大も回避することができる。
Further, in the above configuration, a balun such as a super top is not necessary to obtain the above effect. Therefore, the enlargement of the whole apparatus accompanying introducing a balun can be suppressed. That is, according to the above configuration, both the size reduction of the
上述したアンテナ装置1は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)で用いられる測位衛星から送信される電波を受信するGNSS受信機として用いることができる。また、上述したアンテナ装置1は、道路利用料金課金システムで用いられる周波数帯の電波を送受信するために利用されても良い。道路利用料金課金システムは、車両に搭載された無線通信機と、有料道路の出入り口に設けられている通信装置とが無線通信を実施することで有料道路の利用料金の精算処理を実施するシステムである。道路利用料金課金システムとしては、例えば、ETC(Electronic Toll Collection:登録商標)システムが知られている。
The
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various modifications described below are also contained in the technical scope of this invention, and also in addition to the following However, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
なお、前述の実施形態で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。 In addition, about the member which has the same function as the member described in the above-mentioned embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In addition, when only a part of the configuration is mentioned, the configuration of the above-described embodiment can be applied to the other portions.
[変形例1]
以上では対象周波数を1.575GHzとする態様を例示したが、対象周波数は、5.8GHzや、2.4GHz、700MHzなど、任意の周波数を採用することができる。さらに、以上では円偏波を送受信するための構成を開示したが、これに限らない。水平偏波や垂直偏波といった直線偏波を送受信する構成としてもよい。
[Modification 1]
Although the aspect which made the object frequency 1.575 GHz was illustrated above, arbitrary frequencies, such as 5.8 GHz, 2.4 GHz, and 700 MHz, can be employ | adopted for an object frequency. Furthermore, although the configuration for transmitting and receiving circularly polarized waves has been disclosed above, the configuration is not limited thereto. It is good also as a structure which transmits / receives linearly polarized waves, such as horizontal polarization and vertical polarization.
[変形例2]
上述した実施形態では、第2素子部52の中点P5の下方又は上方において、同軸ケーブル200とアース素子50とが交差するように、同軸ケーブル200を本体部100に取り付けた態様を開示したが、これに限らない。
[Modification 2]
In the above-described embodiment, the aspect in which the
平面視において同軸ケーブル200とアース素子50とが交差する点(つまり交差点)は、ブリッジ部60とアース素子50との接続部(つまり素子中央部53)から離れた位置とすることが好ましい。交差点を素子中央部53から離れた位置とするほど、図9に示すように、イメージ電流が還流する経路長が長くなり、イメージ電流を熱に変換する効果が高くなる。換言すれば、同軸ケーブル200の外部導体220への漏洩電流を抑制する効果を高めることができる。
The point where the
なお、図9では、グランド架橋部70と外部導体接続部80とを平面視において重なる位置に設けた態様を示している。パッチ部40への給電は、内部導体210から延設されたマイクロストリップ線路(図示略)によって実現されればよい。
FIG. 9 shows a mode in which the
[変形例3]
上述した実施形態では、基板10の下面にもグランド電位を提供する導体パターン(つまり、サブグランド部)を設ける態様を例示したが、これに限らない。図10に示すようにサブグランド部20Aを備えずに、グランド電位を提供する導体パターンとしてメイングランド部20のみを備える態様を採用してもよい。その場合、メイングランド部20と外部導体220との接続点が請求項に記載のグランド接続点に相当する。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, the conductor pattern (that is, the sub-ground portion) that provides the ground potential is also provided on the lower surface of the
[変形例4]
上述した実施形態では本体部100を、パッチアンテナとして動作するように構成した態様を例示したが、これに限らない。換言すれば、放射素子は平板状の部材でなくともよい。
[Modification 4]
In the above-described embodiment, the aspect in which the
例えば図11に示すように、本体部100が備える放射素子は、メイングランド部20に立設するように設けられた線状の導体素子91であってもよい。つまり、本体部100はモノポールアンテナとして動作するように構成されていてもよい。また、本体部100が備える放射素子は、図12に示すように、基板10に設けられた線状の導体素子92であってもよい。
For example, as shown in FIG. 11, the radiating element included in the
[変形例5]
上述した実施形態ではアース素子50をL字型とした態様を例示したが、これに限らない。アース素子50は、メイングランド部20の外縁部に沿って、電気的に対象波長の半波長に相当する長さを有するように形成されていれば良い。したがって、アース素子50は、例えば図13に示すようにコの字型(換言すれば角括弧状)に配置してもよい。
[Modification 5]
In the above-described embodiment, the
また、アース素子50の形状は、メイングランド部20の平面形状に応じて決定されれば良く、仮にメイングランド部20が図14に示すように円形である場合には、アース素子50は円弧状に形成すればよい。いずれの態様においても、アース素子50は、その中央部においてメイングランド部20と電気的に接続されているものとする。
Further, the shape of the
メイングランド部20の平面形状は、前述のとおり、長方形や、五角形、六角形などの多角形や、円、楕円など、種々の形状を採用することができる。また、それらの図形の一部に切り欠き部を設けたり、角部を丸めたりした形状も採用することができる。なお、図13、図14においては、パッチ部40や同軸ケーブル200等の図示を省略している。
As described above, various shapes such as a rectangle, a polygon such as a pentagon and a hexagon, a circle, and an ellipse can be adopted as the planar shape of the
[変形例6]
さらに、アース素子50は、例えば図15に示すようにコイル54が挿入されることで、全体としての物理的な長さが短縮されていてもよい。コイル54が備えるべきインダクタンスは適宜設計されればよい。なお、図15においては、パッチ部40や同軸ケーブル200等の図示を省略している。
[Modification 6]
Further, the
100 本体部(アンテナ本体部)、200 同軸ケーブル、10 基板、20 メイングランド部(グランド部)、20A サブグランド部、21 第1外縁部(アース対向縁部)、22 第2外縁部(アース対向縁部)、30 支持部、40 パッチ部、50 アース素子、51 第1素子部、52 第2素子部、53 素子中央部、60 ブリッジ部、70 グランド架橋部、80 外部導体接続部、91・92 導体素子(放射素子) 100 Main body portion (antenna main body portion), 200 Coaxial cable, 10 Substrate, 20 Main ground portion (ground portion), 20A Sub-ground portion, 21 First outer edge portion (earth facing edge portion), 22 Second outer edge portion (earth facing) Edge part), 30 support part, 40 patch part, 50 ground element, 51 first element part, 52 second element part, 53 element central part, 60 bridge part, 70 ground bridge part, 80 external conductor connection part, 91. 92 Conductor element (radiating element)
Claims (3)
前記アンテナ本体部は、
前記同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されたグランド接続点を有しており、平板状の導体部材であるグランド部(20)と、
前記同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続された放射素子(40、91、92)と、
前記グランド部の外縁部と所定の間隔をおいて対向するように配置された線状の導体素子であるアース素子(50)と、を備え、
前記アース素子は、電気的に送受信の対象とする電波の波長である対象波長の2分の1に相当する長さに形成されており、
前記アース素子は、その中央部において前記グランド部の外縁部と電気的に接続されており、
前記同軸ケーブルは、平面視において前記アース素子と交差し、かつ、前記外部導体が前記アース素子と容量結合するように、前記アンテナ本体部に取り付けられていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device comprising: an antenna main body (100) for transmitting and receiving radio waves of a predetermined frequency; and a coaxial cable (200) connected to the antenna main body,
The antenna body is
A ground connection point electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable, and a ground part (20) which is a flat conductor member;
A radiating element (40, 91, 92) electrically connected to the inner conductor of the coaxial cable;
A grounding element (50), which is a linear conductor element arranged to face the outer edge of the ground part with a predetermined interval,
The earth element is formed to have a length corresponding to one half of the target wavelength which is the wavelength of the radio wave to be electrically transmitted and received,
The grounding element is electrically connected to the outer edge of the ground part at the center thereof,
The antenna device, wherein the coaxial cable is attached to the antenna main body so that the coaxial cable intersects with the ground element in a plan view and the outer conductor is capacitively coupled to the ground element.
前記同軸ケーブルは、前記アース素子の中央部から、電気的に対象波長の8分の1に相当する距離以上離れた位置で前記アース素子と交差するように前記アンテナ本体部に取り付けられていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 1,
The coaxial cable is attached to the antenna main body so as to intersect the ground element at a position that is electrically separated from the center of the ground element by a distance equivalent to one-eighth of the target wavelength. An antenna device characterized by the above.
前記グランド接続点は、前記グランド部の中心よりも、前記アース素子が設けられている側となる領域に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 1 or 2,
Before Kigu land connection point, the center of the ground portion, the antenna device, characterized in that the grounding element is provided in a region to be a side that is provided.
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