JP6624020B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の周波数の円偏波を送受信可能なアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device capable of transmitting and receiving circularly polarized waves having a plurality of frequencies.
従来、円偏波を送受信可能なアンテナ装置として、パッチアンテナに給電点を２つ設けた構成が知られている。そのような構成では、２つの給電点は互いに直交する２つの直線上にそれぞれ配置される必要がある。また、各給電点は、放射素子上に流れる電流の位相差が９０°となるように調整された位相調整路と接続されている必要がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an antenna device capable of transmitting and receiving circularly polarized waves, a configuration in which two feeding points are provided in a patch antenna is known. In such a configuration, the two feeding points need to be arranged on two straight lines orthogonal to each other. Further, each feeding point needs to be connected to a phase adjustment path adjusted so that the phase difference of the current flowing on the radiating element is 90 °.
また、特許文献１には、複数の周波数の円偏波を送受信可能なパッチアンテナとして、正方形状の第１放射素子の外側に、環状の第２放射素子を配置した構成が開示されている。第１放射素子と第２放射素子のそれぞれには、給電点が２つずつ設けられている。また、放射素子毎に（換言すれば周波数毎に）、位相調整回路としての９０°ハイブリッド回路も設けられている。このような構成によれば２つの周波数の円偏波を受信することができる。
特許文献１に開示の構成では、送受信の対象とする周波数毎に、２つの給電点と位相調整回路が必要となる。そのため、給電系の回路が複雑化してしまう。仮に１つの位相調整回路を用いて複数周波数の円偏波を送受信させようとすると、位相調整回路の動作周波数とは異なる周波数を送受信するための給電点間の電流位相差が９０°からずれてしまう。その結果、例えば円偏波の軸比などといった、円偏波を受信するアンテナ装置としての性能が劣化してしまう。
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、複数の周波数の円偏波を受信可能なアンテナ装置において、各周波数での動作性能を維持しつつ、給電系の回路構成を簡略化できる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 receiving circularly polarized waves of a plurality of frequencies while maintaining the operation performance at each frequency while supplying power. An object of the present invention is to provide an antenna device capable of simplifying a system circuit configuration.
その目的を達成するための第１の発明は、板状の導体部材である地板（１０）と、地板と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材であって、給電点が２箇所に設けられている第１パッチパターン（２０）と、地板と第１パッチパターンとの間に、第１パッチパターンと所定の間隔をおいて対向するように設置されている板状の導体部材である第２パッチパターン（３０）と、第１パッチパターンに設けられている２つの給電点のうちの一方である第１給電点、他方の給電点である第２給電点、及び、同軸ケーブルの内部導体のそれぞれと電気的に接続されている位相調整回路（７０）と、を備え、第１パッチパターンは、所定の第１周波数で共振する形状に構成されており、第２パッチパターンは、第１周波数よりも低い第２周波数で共振する形状に構成されており、第１給電点は、第１パッチパターンの中心を通る第１中心線上に配置されており、第２給電点は、第１パッチパターンの中心を通って第１中心線と直交する第２中心線上に配置されており、第１パッチパターンと第２パッチパターンの間隔は、第２周波数において第１パッチパターンと第２パッチパターンとが容量結合するように、第２周波数の波長よりも十分に小さく設定されており、位相調整回路は、第１給電点側に出力される電流と第２給電点側に出力される電流の位相差が所定の動作周波数において９０°になるように構成されており、動作周波数は、第１周波数と第２周波数の何れか一方と一致しており、第１パッチパターン及び第２パッチパターンのうち、共振周波数が動作周波数と一致していない部材である不整合パッチパターンの端部には、動作周波数と共振周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第１摂動素子及び第２摂動素子が設けられていることを特徴とする。 A first invention for achieving the object is a base plate (10), which is a plate-shaped conductor member, and a plate-shaped conductor member provided so as to face the base plate at a predetermined interval, A first patch pattern (20) provided with two feeding points, and a plate installed between the ground plate and the first patch pattern so as to face the first patch pattern at a predetermined interval. A second patch pattern (30) which is a conductor member having a shape, a first feeding point which is one of two feeding points provided in the first patch pattern, a second feeding point which is the other feeding point, And a phase adjustment circuit (70) electrically connected to each of the inner conductors of the coaxial cable, wherein the first patch pattern is configured to resonate at a predetermined first frequency. The two patch pattern is lower than the first frequency The first feed point is arranged on a first center line passing through the center of the first patch pattern, and the second feed point is located at the center of the first patch pattern. The first patch pattern and the second patch pattern are arranged on a second center line that is perpendicular to the first center line. The first patch pattern and the second patch pattern are capacitively coupled at the second frequency at the second frequency. As described above, the phase is set to be sufficiently smaller than the wavelength of the second frequency, and the phase adjustment circuit determines that the phase difference between the current output to the first feeding point side and the current output to the second feeding point side is a predetermined value. The operating frequency is set to 90 °, and the operating frequency matches one of the first frequency and the second frequency, and the resonance frequency of the first patch pattern and the second patch pattern is Operating frequency A first perturbation element and a second perturbation are provided at the end of the mismatched patch pattern, which is a member that does not match with, as a perturbation element for correcting a phase difference of a current resulting from a shift between an operating frequency and a resonance frequency. An element is provided.
以上の構成を備えるアンテナ装置は、次のように作動する。なお、アンテナ装置は送受信の作動に可逆性があるため、ここでは電波を送信する場合を例にとって説明する。また、一例として、位相調整回路が第２周波数の電流に対して９０°の位相差を生じさせるように構成されている場合について説明する。その場合、第１パッチパターンが不整合パッチパターンに相当する。 The antenna device having the above configuration operates as follows. Since the antenna device has reversible transmission / reception operations, a case where radio waves are transmitted will be described here as an example. Further, as an example, a case will be described in which the phase adjustment circuit is configured to generate a phase difference of 90 ° with respect to the current of the second frequency. In that case, the first patch pattern corresponds to the mismatched patch pattern.
まず、上述した構成では、第１パッチパターンと第２パッチパターンとの間隔は、第２周波数において容量結合する大きさとしている。そのため、同軸ケーブルから第２周波数の電流が位相調整回路を介して第１パッチパターンに入力された場合、当該第１パッチパターンに入力された電流は、第２パッチパターンへと流入する。その結果、第２周波数においては、第１給電点と重なる部分、及び、第２給電点と重なる部分が第２パッチパターンにとっての２つの給電点として作動する。つまり、第２パッチパターンにおいて互いに直交する直線上に、第２パッチパターンにとって実質的に給電点として機能する部分が形成される。また、位相調整回路の動作周波数が第２周波数に設定されているため、第２パッチパターンの各給電点には９０°位相がずれた電流が励振する。その結果、第２パッチパターンには９０°位相がずれた電流が互いに直交する方向に励振するため、第２周波数の円偏波を放射することができる。 First, in the above-described configuration, the interval between the first patch pattern and the second patch pattern is set to a size that allows capacitive coupling at the second frequency. Therefore, when a current of the second frequency is input from the coaxial cable to the first patch pattern via the phase adjustment circuit, the current input to the first patch pattern flows into the second patch pattern. As a result, at the second frequency, the portion overlapping the first feeding point and the portion overlapping the second feeding point operate as two feeding points for the second patch pattern. In other words, portions that substantially function as feeding points for the second patch pattern are formed on straight lines orthogonal to each other in the second patch pattern. Further, since the operating frequency of the phase adjustment circuit is set to the second frequency, a current having a phase shifted by 90 ° is excited at each feeding point of the second patch pattern. As a result, currents that are 90 ° out of phase are excited in the second patch pattern in directions orthogonal to each other, so that a circularly polarized wave of the second frequency can be emitted.
一方、第１周波数の電流を同軸ケーブルから位相調整回路に入力した場合、位相調整回路が出力する電流の位相差は、９０°から所定の角度ずれた値となる。そのため、位相調整回路から第１給電点、第２給電点に給電される電流の位相差も９０°から所定の角度ずれた状態となる。しかし、第１パッチパターンには、動作周波数と共振周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第１摂動素子及び第２摂動素子が設けられている。そのため、第１パッチパターンにも、９０°位相がずれた第１周波数の電流を互いに直交する方向に流すことができる。その結果、アンテナ装置は、第１周波数の円偏波を放射する。当然、電流位相差が９０°に設定できている場合には、軸比の劣化等は生じない。 On the other hand, when the current of the first frequency is input from the coaxial cable to the phase adjustment circuit, the phase difference of the current output from the phase adjustment circuit has a value shifted from 90 ° by a predetermined angle. Therefore, the phase difference between the currents supplied from the phase adjustment circuit to the first feeding point and the second feeding point is also shifted from 90 ° by a predetermined angle. However, the first patch pattern is provided with a first perturbation element and a second perturbation element as perturbation elements for correcting a phase difference of a current resulting from a difference between an operating frequency and a resonance frequency. Therefore, currents of the first frequency, which are 90 ° out of phase, can also flow in the first patch pattern in directions orthogonal to each other. As a result, the antenna device radiates circularly polarized waves of the first frequency. Naturally, when the current phase difference can be set to 90 °, deterioration of the axial ratio does not occur.
そして、以上の構成において、アンテナ装置が備えるべき位相調整回路は１つだけで良い。そのため、特許文献１の構成に比べて給電系の回路の構成を簡略化できる。つまり、以上の構成によれば、複数の周波数の円偏波を受信可能なアンテナ装置において、各周波数での動作性能を維持しつつ、給電系の回路構成を簡略化できる。
In the above configuration, the antenna device needs to have only one phase adjustment circuit. Therefore, the configuration of the circuit of the power supply system can be simplified as compared with the configuration of
なお、以上では位相調整回路の動作周波数が第２周波数に設定されている場合の作動について説明した。他の態様として位相調整回路の動作周波数が第１周波数に設定されている場合には、第２パッチパターンに第１摂動素子、及び、第２摂動素子が設けられる。そのような構成においても上述した作動原理によって、上記目的は達成される。 In the above, the operation when the operating frequency of the phase adjustment circuit is set to the second frequency has been described. As another aspect, when the operating frequency of the phase adjustment circuit is set to the first frequency, a first perturbation element and a second perturbation element are provided in the second patch pattern. Even in such a configuration, the above object is achieved by the above-described operation principle.
また、上記目的を達成するための第２の発明は、板状の導体部材である地板（１０）と、地板と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材であって、給電点が２箇所に設けられている第１パッチパターン（２０）と、地板と第１パッチパターンとの間に、第１パッチパターンと所定の間隔をおいて対向するように設置されている板状の導体部材である第２パッチパターン（３０）と、第１パッチパターンに設けられている２つの給電点のうちの一方である第１給電点、他方の給電点である第２給電点、及び、同軸ケーブルの内部導体のそれぞれと電気的に接続されている位相調整回路（７０）と、を備え、第１パッチパターンは、所定の第１周波数で共振する形状に構成されており、第２パッチパターンは、第１周波数よりも低い第２周波数で共振する形状に構成されており、第１給電点は、第１パッチパターンの中心を通る第１中心線上に配置されており、第２給電点は、第１パッチパターンの中心を通って第１中心線と直交する第２中心線上に配置されており、第１パッチパターンと第２パッチパターンの間隔は、第２周波数において第１パッチパターンと第２パッチパターンとが容量結合するように、第２周波数の波長よりも十分に小さく設定されており、位相調整回路は、第１給電点側に出力される電流と第２給電点側に出力される電流の位相差が所定の動作周波数において９０°になるように構成されており、動作周波数は、第１周波数と第２周波数の何れとも異なる周波数であり、第１パッチパターンの端部には、動作周波数と第１周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第１パッチ用第１摂動素子及び第１パッチ用第２摂動素子が設けられており、第２パッチパターンの端部には、動作周波数と第２周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第２パッチ用第１摂動素子及び第２パッチ用第２摂動素子が設けられていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a ground plate (10), which is a plate-shaped conductor member, and a plate-shaped conductor member provided so as to face the ground plate at a predetermined interval. A first patch pattern (20) provided with two feeding points, and a ground plate and the first patch pattern, which are installed so as to face the first patch pattern at a predetermined interval. A second patch pattern (30), which is a plate-shaped conductor member, and a first power supply point, which is one of two power supply points provided in the first patch pattern, and a second power supply point, which is the other power supply point. A point and a phase adjusting circuit (70) electrically connected to each of the inner conductors of the coaxial cable, wherein the first patch pattern is configured to resonate at a predetermined first frequency. , The second patch pattern is the first frequency The first feeding point is located on a first center line passing through the center of the first patch pattern, and the second feeding point is located on the first patch pattern. The first patch pattern and the second patch pattern are arranged on a second center line passing through the center and orthogonal to the first center line. The phase adjustment circuit sets the phase difference between the current output to the first feeding point side and the current output to the second feeding point side to be sufficiently smaller than the wavelength of the second frequency so as to couple. It is configured to be 90 ° at a predetermined operating frequency, and the operating frequency is a frequency different from any of the first frequency and the second frequency. For deviation from frequency A first perturbation element for the first patch and a second perturbation element for the first patch are provided as perturbation elements for correcting a phase difference of the derived current, and an operating frequency is provided at an end of the second patch pattern. A first perturbation element for a second patch and a second perturbation element for a second patch are provided as perturbation elements for correcting a phase difference of a current resulting from a shift between the second patch and the second frequency. .
上述した構成においても、不整合パッチパターンに相当する第１パッチパターンと第２パッチパターンのそれぞれには、２つの摂動素子がそれぞれ設けられている。したがって、第１の発明と同様の動作原理によって、上記目的は達成される。 Also in the above-described configuration, two perturbation elements are provided in each of the first patch pattern and the second patch pattern corresponding to the mismatched patch pattern. Therefore, the above object is achieved by the same operation principle as in the first invention.
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。 The reference numerals in parentheses described in the claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described below as one aspect, and limit the technical scope of the present invention. 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１００は、以下の説明の通り、第１周波数と第２周波数の所定の２つの周波数の右旋円偏波を送受信するように構成されている。ここでは一例として第１周波数は１５７５ＭＨｚに設定されており、第２周波数は１２２７ＭＨｚに設定されている。送受信の対象とする２つの周波数のうち、相対的に高いほうを第１周波数とする。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As described below, the
もちろん、送受信の対象とする電波（以降、対象電波）は適宜設計されれば良く、他の態様として例えば１１７６ＭＨｚや、７６０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、５．９ＧＨｚ等の電波としてもよい。また、右旋円偏波ではなく左旋円偏波を送受信するように構成しても良い。さらに、当該アンテナ装置１００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、第１周波数の電波の波長のことを第１波長と称するとともに、第２周波数の電波の波長のことを第２波長と称する。
Of course, the radio wave to be transmitted / received (hereinafter, the target radio wave) may be appropriately designed, and may be a radio wave such as 1176 MHz, 760 MHz, 900 MHz, or 5.9 GHz as another embodiment. Further, a configuration may be adopted in which left-handed circularly polarized waves are transmitted and received instead of right-handed circularly polarized waves. Further, the
このアンテナ装置１００は、例えば同軸ケーブルを介して図示しない無線機と接続されており、アンテナ装置１００が受信した信号は逐次無線機に出力される。また、アンテナ装置１００は無線機から入力される電気信号を電波に変換して空間に放射する。無線機は、アンテナ装置１００が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置１００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
アンテナ装置１００と同軸ケーブルとの接続部分には、後述する位相調整回路７０が設けられている。なお、アンテナ装置１００と同軸ケーブルの接続部分には、位相調整回路７０のほかに、周知のインピーダンス整合回路が設けられていても良い。また、本実施形態ではアンテナ装置１００と無線機とを同軸ケーブルで接続する場合を想定して説明するが、フィーダ線など、その他の周知の通信ケーブルを用いて接続しても良い。
A
＜アンテナ装置１００の構成＞
以下、アンテナ装置１００の具体的な構成について述べる。アンテナ装置１００は、図１及び図２に示すように、地板１０、第１パッチパターン２０、第２パッチパターン３０、支持部４０、第１給電点５０、第２給電点６０、及び位相調整回路７０を備える。便宜上以降では、地板１０に対して第１パッチパターン２０が設けられている側を、アンテナ装置１００にとっての上側として各部の説明を行う。
<Configuration of
Hereinafter, a specific configuration of the
地板１０は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の導体部材である。この地板１０は、同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されて、アンテナ装置１００におけるグランド電位（換言すれば接地電位）を提供する。なお、地板１０は、アンテナ装置１００を安定して動作させるために必要な大きさを備えていればよい。地板１０の面積は、少なくとも第２パッチパターン３０よりは大きく、第２パッチパターン３０の面積の１．５倍以上であることが好ましい。
The
また、地板１０を上側から見た形状（以降、平面形状）は適宜設計されればよい。ここでは一例として地板１０の平面形状を正方形状とするが、他の態様として地板１０の平面形状は、正方形以外の長方形であってもよいし、その他の多角形状であってもよい。また、円形（楕円を含む）状であってもよい。もちろん、直線部分と曲線部分とを組み合わせた形状であってもよい。
Further, the shape (hereinafter, planar shape) of the
第１パッチパターン２０は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。第１パッチパターン２０は、支持部４０によって、地板１０と対向するように配置されている。なお、ここでは一例として第１パッチパターン２０の上面視における形状（以降、平面形状）は正方形とする。他の態様として第１パッチパターン２０は、円形であってもよい。
The
第１パッチパターン２０の１辺の長さＷ１は、電気的に第１波長の半分の長さとなっている。ここでの電気的な長さとは、フリンジング電界や、誘電体による波長短縮効果などを考慮した、実効的な長さである。仮に支持部４０によって第１周波数の電波の波長が短縮されている場合には、その短縮された波長の半分の長さとなっていれば良い。フリンジング電界を考慮すれば１辺の実体的な長さは、第１波長の半分以下に設定することもできる。例えば１辺の長さＷ１は、第１波長の４割程度の長さに設定できる場合もある。なお、第１パッチパターン２０の１辺の長さとは、後述する第１摂動素子２１及び第２摂動素子２２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。このように第１パッチパターン２０は、第１周波数において共振するように構成されている。
The length W1 of one side 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１００の構成を説明する。Ｘ軸は第１パッチパターン２０が備える或る１つの辺に平行な軸とし、Ｙ軸は、Ｘ軸を含む第１パッチパターン２０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、地板１０から第１パッチパターン２０に向かう方向を正方向とする軸とする。
Hereinafter, for convenience, the configuration of the
第１パッチパターン２０には、第１給電点５０、第２給電点６０が設けられている。第１給電点５０及び第２給電点６０はそれぞれ、同軸ケーブルの内部導体と第１パッチパターン２０とが、位相調整回路７０を介して電気的に接続される部分である。
The
第１給電点５０は、図３に示すように、Ｙ軸に平行であって、かつ、第１パッチパターン２０の中心を通る直線（以降、第１中心線）Ｌｎ１上に配置されている。第１パッチパターン２０の中心は、第１パッチパターン２０の対角線が交差する点である。以降では、第１パッチパターン２０の中心のことを第１パッチ中心点とも記載する。
As shown in FIG. 3, the
第１パッチ中心点と、第１給電点５０との距離は適宜設計されれば良い。例えば第１周波数又は第２周波数において、同軸ケーブルの特性インピーダンスと当該アンテナ装置１００とのインピーダンスとが整合する距離に設定されればよい。インピーダンスの整合が取れている状態とは、完全な整合状態に限らず、インピーダンスの不整合による損失が所定の許容範囲内となっている状態を含む。
The distance between the first patch center point and the
第１給電点５０と位相調整回路７０との接続は、図２に示すように導電性のピン（以降、第１給電ピン）５１を用いて実現される。第１給電ピン５１は、地板１０、第２パッチパターン３０、及び支持部４０を貫通して、第１パッチパターン２０の第１給電点５０と接続している。第１給電ピン５１の他端は地板１０の下方に突出している。なお、図４に示すように第２パッチパターン３０において第１給電点５０と重なる位置には、第１給電ピン５１と通すための孔部３１が設けられており、当該孔部３１によって、第２パッチパターン３０と第１給電ピン５１との電気的な非接続は保持される。地板１０にも同様に第１給電ピン５１を通すための孔部が設けられている。
The connection between the
第２給電点６０は、Ｘ軸に平行であって、かつ、第１パッチ中心点を通る直線（以降、第２中心線）Ｌｎ２上に配置されている。第１パッチ中心点と第２給電点６０との距離は適宜設計されれば良い。例えば第１周波数又は第２周波数において、同軸ケーブルの特性インピーダンスと、当該アンテナ装置１００とのインピーダンスとが整合する距離に設定されれば良い。
The
第２給電点６０と位相調整回路７０との接続もまた、図２に示すように導電性のピン（以降、第２給電ピン）６１を用いて実現される。第２給電ピン６１は、地板１０、第２パッチパターン３０、及び支持部４０を貫通して、第１パッチパターン２０の第２給電点６０と接続している。第２給電ピン６１の他端は地板１０の下方に突出している。なお、第２パッチパターン３０及び地板１０のそれぞれにおいて第２給電点６０と重なる位置には、第２給電ピン６１と通すための孔部が設けられている。当該孔部によって、第２パッチパターン３０と第２給電ピン６１との電気的な非接続、及び、地板１０と第１給電ピン５１との電気的な非接続は保持される。
The connection between the
なお、本実施形態では第１パッチパターン２０への給電方式として導電性のピンを用いた直結給電方式を採用しているが、これに限らない。他の態様として、マイクロストリップ線路等を用いた電磁結合給電方式を採用しても良い。
In the present embodiment, a direct connection power supply method using a conductive pin is adopted as a power supply method to the
第１パッチパターン２０が備える４つの角部のうち、１つの辺の両端としての２つの角部には、電流の経路長を調整する部材（いわゆる摂動素子）としての第１摂動素子２１及び第２摂動素子２２が設けられている。第１摂動素子２１は、時計回りにおいて第１中心線Ｌｎ１となす角度が４５°となる対角線上に位置する角部のうち、相対的に第１給電点５０に近いほうの角部に設けられている。また、第２摂動素子２２は、第１摂動素子２１が設けられている対角線とは異なる対角線上に位置する角部の何れか一方に設けられている。
Of the four corners included in the
このような構成は、第１パッチ中心点から第１給電点に向かうベクトル（以降、第１ベクトル）を時計回りに４５°回転させた方向に存在する角部に第１摂動素子２１を設け、かつ、第１ベクトルを時計回りに１３５°回転させた方向に存在する角部に第２摂動素子を設けた構成に相当する。各摂動素子の技術的な意義については別途後述する。第１摂動素子２１及び第２摂動素子２２は、ここでは一例として、上述した角部に正方形状の導体を付加することによって実現されている。
In such a configuration, the
なお、本実施形態では後述するように位相調整回路７０の動作周波数が第２周波数に設定されるため、第１パッチパターン２０が請求項に記載の不整合パッチパターンに該当する。故に、第１パッチパターン２０の４つの角部が第１端部、第２端部、第３端部、及び第４端部に相当する。また、第１パッチ中心点から紙面右上の角部に向かうベクトルが第２ベクトルに相当し、第１パッチ中心点から紙面左下の角部に向かうベクトルが第３ベクトルに相当し、第１パッチ中心点から紙面右下の角部に向かうベクトルが第４ベクトルに相当する。時計回りにおいて第１中心線Ｌｎ１となす角度が４５°となる対角線が請求項に記載の回転直線に相当する。
In the present embodiment, since the operating frequency of the
第２パッチパターン３０は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の導体部材である。この第２パッチパターン３０は、地板１０と第１パッチパターン２０の間に、第１パッチパターン２０と所定の間隔Ｈ１をおいて対向するように配置されている。本実施形態における第２パッチパターン３０の平面形状は、正方形である。他の態様として第２パッチパターン３０は、円形であってもよい。
The
第２パッチパターン３０の１辺の長さＷ２は、電気的に第２波長の半分の長さとなっている。ここでの電気的な長さとは、前述の通り、フリンジング電界や、誘電体による波長短縮効果などを考慮した、実効的な長さである。仮に支持部４０によって第２周波数の電波の波長が短縮されている場合には、その短縮された波長の半分の長さとなっていれば良い。このように第２パッチパターン３０は、第２周波数において共振するように構成されている。なお、本実施形態における第２パッチパターン３０は、第１パッチパターン２０から摂動素子を付加する前の形状（つまり正方形）を、第１波長と第２波長の比に応じて相似拡大した形状と見なすこともできる。
The length W2 of one side of the
第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０との間隔Ｈ１は、第２周波数において第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０とが容量結合するように、第２波長よりも十分に小さい値、例えば第２波長の１０分の１未満に設定されている。また、間隔Ｈ１は、第１周波数においては容量結合しない程度の値、例えば第１波長の１０分の１以上の値に設定されているものとする。
The interval H1 between the
第２パッチパターン３０は、第１パッチパターン２０の対角線と第２パッチパターン３０の対角線とが上面視において重なるように配置されている。そのような構成によれば、第２パッチパターン３０は、その中心（以降、第２パッチ中心点）が第１パッチパターン２０の中心と上面視において重なるように配置された状態となる。
The
第２パッチパターン３０において第１給電点５０と重なる位置には、第１給電ピン５１との非接触を確保するための孔部（以降、第１孔部）３１が設けられている。また、第２パッチパターン３０において第２給電点６０と重なる位置には、第２給電ピン６１との非接触を確保するための孔部（以降、第２孔部）３２が設けられている。
A hole (hereinafter referred to as a first hole) 31 for ensuring non-contact with the first
支持部４０は、地板１０に対する第１パッチパターン２０及び第２パッチパターン３０の位置及び姿勢を支持するための部材である。支持部４０は、例えば、誘電体を素材とする２つの板状の部材である第１支持層と第２支持層とを用いて実現されれば良い。第１支持層は、地板１０の上側に配置又は形成され、地板１０に対する第２パッチパターン３０の位置や姿勢を支持する。第２支持層は、第２パッチパターン３０が設けられた第１支持層の上に配置又は形成され、第１パッチパターン２０を支持する。第２支持層の厚みが、第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０との間隔Ｈ１に相当する。
The
支持部４０は、例えば樹脂などの誘電体を用いて実現されれば良い。なお、本実施形態において第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０の間、及び、地板１０と第２パッチパターン３０の間には、支持部４０としての樹脂が充填された構成を採用するが、これに限らない。各部材で挟まれる空間は、中空や真空となっていてもよい。なお、アンテナ装置１００がプリント配線板をベースに実現される場合には、プリント配線板が備える複数の導体層を、地板１０や、第１パッチパターン２０、第２パッチパターン３０として利用してもよい。
The
位相調整回路７０は、同軸ケーブルの内部導体から入力された所定の周波数（以降、動作周波数）の電流を９０°の位相差を有する２つの電流に分配して出力する回路である。位相調整回路７０は、周知の９０°ハイブリッド回路（換言すればブランチ・ライン・カプラ）を用いて実現されれば良い。本実施形態における位相調整回路７０の動作周波数は第２周波数に設定されている。つまり、本実施形態の位相調整回路７０は、第２周波数の入力電流に対して９０°の位相差を生じさせて出力するように構成されている。そのため、本実施形態では第１パッチパターン２０が請求項に記載の不整合パッチパターンに相当する。
The
なお、位相調整回路７０は、地板１０の下側に設けられた図示しないプリント基板の内部又は裏面に設けられていればよい。プリント基板の裏面とは地板１０等が設けられていない側の面である。もちろん、その他、位相調整回路７０は地板１０の周りなど、プリント基板において適宜設計される領域に形成されれば良い。
The
以上で述べたアンテナ装置１００は、例えば、車両などの移動体で用いられる。当該アンテナ装置１００を車両で用いる場合には、車両の屋根部において、地板１０が略水平であって、地板１０から第１パッチパターン２０に向かう方向が天頂方向と略一致するように設置されればよい。
The
＜アンテナ装置１００の作動＞
次に、アンテナ装置１００の作動、及び、第１パッチパターン２０に設けられている２つの摂動素子の役割について説明する。なお、アンテナ装置１００は送受信時の作動に可逆性があるため、ここでは電波を送信する場合を例にとり、摂動素子の役割について説明する。
<Operation of the
Next, the operation of the
まずは第２周波数でのアンテナ装置１００の作動について説明する。上述した構成では、第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０との間隔Ｈ１を、第２周波数において容量結合する大きさとしている。そのため、同軸ケーブルから第２周波数の電流が位相調整回路７０を介して第１パッチパターン２０に入力された場合、当該第１パッチパターン２０に入力された電流は、第２パッチパターン３０へと流入する。つまり、同軸ケーブルから位相調整回路７０に入力された第２周波数の電流は、第１パッチパターン２０を介して第２パッチパターン３０に供給される。
First, the operation of the
その結果、第２周波数においては、第１孔部３１近傍領域、及び、第２孔部３２近傍領域が第２パッチパターン３０における２つの給電点として作動する。つまり、第２パッチ中心点を通って互いに直交する直線上に位置している２つの孔部近傍領域が、第２パッチパターン３０において実質的に給電点として機能する。
As a result, at the second frequency, the area near the
また、第２パッチパターン３０は、１辺が第２波長の半分に相当する長さを有する正方形状に形成されており、かつ、位相調整回路７０は、第２周波数の電流に対して９０°の位相差を生じさせるように構成されている。したがって、第２パッチパターン３０上には、９０°位相がずれた電流が、互いに直交する方向に流れる。その結果、第２パッチパターン３０が放射素子として機能し、アンテナ装置１００は第２周波数の円偏波を放射する。
Further, the
次に、第１周波数でのアンテナ装置１００の作動について説明する。第１周波数の電流を同軸ケーブルから位相調整回路７０に入力した場合、第１周波数は位相調整回路７０の動作周波数とは異なる周波数であるため、位相調整回路７０が出力する電流の位相差は、９０°から所定の角度ずれた値となる。
Next, the operation of the
そのため、位相調整回路７０から第１パッチパターン２０の第１給電点５０、第２給電点６０に給電される電流の位相差も９０°から所定の角度ずれた状態となる。ここで、仮に第１パッチパターン２０に第１摂動素子２１や第２摂動素子２２が設けられていない場合には、位相調整回路７０で生じた電流位相差がそのまま第１パッチパターン２０においてＸ軸方向、Ｙ軸方向に流れる電流の位相差となる。その結果、第１周波数の軸比が劣化してしまう。
Therefore, the phase difference of the current supplied from the
そのような問題を解決するための手段として本実施形態のアンテナ装置１００に導入されているのが、第１摂動素子２１と第２摂動素子２２である。つまり、第１パッチパターン２０に設けられている第１摂動素子２１及び第２摂動素子２２は、第１パッチパターン２０をＸ軸方向に流れる電流の位相と、Ｙ軸方向に流れる電流の位相の差を９０°に調整（換言すれば補正）する構成として作動する。
The
図５は、摂動素子の１辺の長さ（以降、摂動素子長）Ｋと、Ｘ軸方向に流れる電流と、Ｙ軸方向に流れる電流の位相との対応関係を示した図である。図５のグラフ中の一点鎖線は、Ｘ軸方向に流れる電流と摂動素子長Ｋとの関係を表しており、二点鎖線は、Ｙ軸方向に流れる電流と摂動素子長Ｋとの関係を表している。実線は、Ｘ軸方向に流れる電流とＹ軸方向に流れる電流の位相差（以降、電流位相差）と摂動素子長Ｋとの関係を表している。 FIG. 5 is a diagram illustrating the correspondence between the length K of one side of the perturbation element (hereinafter referred to as perturbation element length), the current flowing in the X-axis direction, and the phase of the current flowing in the Y-axis direction. 5 indicates the relationship between the current flowing in the X-axis direction and the perturbation element length K, and the two-dot chain line indicates the relationship between the current flowing in the Y-axis direction and the perturbation element length K. ing. The solid line represents the relationship between the phase difference between the current flowing in the X-axis direction and the current flowing in the Y-axis direction (hereinafter, current phase difference) and the perturbation element length K.
図５に示すように摂動素子長Ｋを調整することにより、第１パッチパターン２０に流れる電流位相差を９０°に設定することができる。具体的には、摂動素子長Ｋを１．７５ｍｍに設定することで、第１パッチパターン２０に、９０°位相がずれた電流を互いに直交する方向に流すことができる。その結果、アンテナ装置１００は、第１周波数の円偏波を放射する。このとき、第１パッチパターン２０が放射素子として機能し、第２パッチパターン３０が実質的に地板として機能する。
By adjusting the perturbation element length K as shown in FIG. 5, the phase difference of the current flowing through the
なお、電流位相差は９０°に完全には一致していなくともよい。近似的に９０°とみなす事ができる所定の範囲、例えば９０°±５°の範囲に収まっていれば良い。近似的に９０°とみなす事ができる角度範囲とは、円偏波の軸比が所定の許容範囲内（例えば３ｄＢ以下）に収まる範囲に対応する。 Note that the current phase difference does not have to completely match 90 °. What is necessary is just to fall within a predetermined range that can be approximately regarded as 90 °, for example, a range of 90 ° ± 5 °. The angle range that can be approximately regarded as 90 ° corresponds to a range in which the axial ratio of the circularly polarized wave falls within a predetermined allowable range (for example, 3 dB or less).
図６は、摂動素子長Ｋ＝１．７５に設定した時の第１周波数におけるアンテナ装置１００の放射特性を示している。図７は、第１比較構成として、第１摂動素子２１及び第２摂動素子２２を設けなかった場合の放射特性を表している。図６、図７における実線は右旋円偏波の利得を表しており、破線は左旋円偏波の利得を表している。図６、図７を比較すれば分かるように、２つの摂動素子を設けることによって、Ｚ軸方向における左旋円偏波の利得が低減される。これにより、Ｚ軸方向における右旋円偏波の利得を、第１周波数用の位相調整回路を別途設けた構成と同程度にすることができる。
FIG. 6 shows the radiation characteristics of the
＜本実施形態のまとめ＞
一般的に、２点給電方式で第１周波数の円偏波を送受信するためには、給電点毎の電流の位相差が第１周波数において９０°となるように設計された位相調整回路を導入する必要がある。つまり、第２周波数用の位相調整回路７０に加えて、別途、第１周波数用の位相調整回路が必要となる。
<Summary of this embodiment>
Generally, in order to transmit and receive circularly polarized waves of the first frequency in the two-point feeding method, a phase adjustment circuit designed so that the phase difference of current at each feeding point is 90 ° at the first frequency is introduced. There is a need to. That is, in addition to the
一方、上記の構成では、第１周波数の円偏波を送受信するための構成である第１パッチパターン２０に、２つの摂動素子を設けることによって、第１給電点５０、第２給電点６０に流れる電流の位相差を９０°にする。その結果、動作周波数が第２周波数に設定されている位相調整回路７０を用いて第１周波数の円偏波も送受信可能となる。
On the other hand, in the above configuration, by providing two perturbation elements in the
また、第２パッチパターン３０には直接的な給電点は設けられていないが、第２周波数において第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０とは容量結合するため、第２パッチパターン３０上の第１給電点５０、第２給電点６０に対応する領域が給電点として機能する。その結果、第２パッチパターン３０にも互いに直交する方向に９０°位相がずれた電流が流れ、第２周波数の円偏波を送受信可能となる。
Although the
つまり、以上の構成によれば、１つの位相調整回路７０を用いて第１周波数と第２周波数の円偏波を送受信可能である。第１周波数と第２周波数の円偏波を送受信する上で、位相調整回路７０が１つだけで済むため、給電系の回路が複雑化することを抑制できる。
That is, according to the above configuration, it is possible to transmit and receive the circularly polarized waves of the first frequency and the second frequency using one
また、上記の構成によれば、給電点の数も全体として２つだけで良い。つまり、特許文献１に開示されているように各周波数に対応する部材に給電点を２つずつ設ける構成に比べて、給電点の数を低減できる。そのため、給電系の回路構成をより一層簡素化することができる。
Further, according to the above configuration, the number of feeding points may be only two as a whole. That is, the number of feeding points can be reduced as compared with a configuration in which two feeding points are provided on a member corresponding to each frequency as disclosed in
なお、図８は第２比較構成として、第１摂動素子２１を、時計回りにおいて第１中心線Ｌｎ１となす角度が−４５°となる対角線上に位置する角部のうち、相対的に第１給電点５０に近いほうの角部に配置し、かつ、第２摂動素子２２を第１摂動素子２１とは反対の角部（つまり対角）に設けた構成を表している。第２比較構成は、換言すれば、第１中心線を時計回りに−４５°回転させた対角線上に存在する２つの角部のそれぞれに摂動素子を設けた構成である。
FIG. 8 illustrates a second comparative configuration in which the
図９は、第２比較構成における摂動素子長Ｋを調整したときの、Ｘ軸方向に流れる電流Ｉｘの位相と、Ｙ軸方向に流れる電流Ｉｙの位相のシミュレーション結果を示している。図９中の各線の線種が示す項目は図５と同様である。図９に示すように第２比較構成によれば摂動素子長Ｋを調整することによって、Ｘ軸方向に流れる電流の位相を大きく変更できる。また、摂動素子長Ｋを２ｍｍに設定することで電流位相差を９０°に設定することができる。しかしながら、電流位相差が相対的に小さい区間（例えば４５°未満）が多く、電流位相差を形成しにくいといった傾向がある。 FIG. 9 shows a simulation result of the phase of the current Ix flowing in the X-axis direction and the phase of the current Iy flowing in the Y-axis direction when the perturbation element length K in the second comparative configuration is adjusted. Items indicated by the line type of each line in FIG. 9 are the same as those in FIG. As shown in FIG. 9, according to the second comparative configuration, the phase of the current flowing in the X-axis direction can be largely changed by adjusting the perturbation element length K. Also, by setting the perturbation element length K to 2 mm, the current phase difference can be set to 90 °. However, there are many sections where the current phase difference is relatively small (for example, less than 45 °), and there is a tendency that it is difficult to form the current phase difference.
また、図１０は第３比較構成として、第１摂動素子２１を、時計回りにおいて第１中心線Ｌｎ１となす角度が４５°となる対角線上に位置する角部のうち、相対的に第１給電点５０に近いほうの角部に配置し、かつ、第２摂動素子２２を第１摂動素子２１とは反対の角部（つまり対角）に設けた構成を表している。第３比較構成は、換言すれば、第１中心線を時計回りに４５°回転させた対角線上に存在する２つの角部のそれぞれに摂動素子を設けた構成である。
FIG. 10 shows a third comparative configuration in which the
図１１は、第３比較構成における摂動素子長Ｋを調整したときの、Ｘ軸方向に流れる電流Ｉｘの位相と、Ｙ軸方向に流れる電流Ｉｙの位相のシミュレーション結果を示している。図１１中の各線の線種が示す項目は図５と同様である。図１１に示すように第３比較構成によれば摂動素子長Ｋを調整することによって、Ｙ軸方向に流れる電流の位相を大きく変更できる。また、摂動素子長Ｋを０．７５ｍｍや１．４ｍｍに設定することで電流位相差を９０°に設定することができる。しかしながら、電流位相差が９０°となる点での傾きが急峻であるため、摂動素子長Ｋが少しでも目標値からずれると、軸比が劣化し、性能が低下してしまう。換言すれば、第３比較構成は、摂動素子長Ｋを高精度に形成する必要があり、製造上の難しさがある。 FIG. 11 shows simulation results of the phase of the current Ix flowing in the X-axis direction and the phase of the current Iy flowing in the Y-axis direction when the perturbation element length K in the third comparative configuration is adjusted. Items indicated by the line type of each line in FIG. 11 are the same as those in FIG. As shown in FIG. 11, according to the third comparative configuration, the phase of the current flowing in the Y-axis direction can be largely changed by adjusting the perturbation element length K. Also, by setting the perturbation element length K to 0.75 mm or 1.4 mm, the current phase difference can be set to 90 °. However, since the inclination at the point where the current phase difference is 90 ° is steep, even if the perturbation element length K deviates from the target value even a little, the axial ratio is deteriorated and the performance is reduced. In other words, in the third comparison configuration, it is necessary to form the perturbation element length K with high accuracy, and there is difficulty in manufacturing.
このように２つの摂動素子をそれぞれ対角（換言すれば、点対称な位置）に配置した構成では、所望の電流位相差（つまり９０°）を形成しにくい。そのため、実施形態として開示したように、２つの摂動素子は、１つの辺の両端としての２つの角部に設けることが好ましい。 In such a configuration in which the two perturbation elements are arranged diagonally (in other words, point-symmetric positions), it is difficult to form a desired current phase difference (that is, 90 °). Therefore, as disclosed in the embodiment, it is preferable that two perturbation elements are provided at two corners as both ends of one side.
なお、２つの摂動素子は、図１２に示すように、第１ベクトルを時計回りに−４５°回転させた方向に存在する角部に第１摂動素子２１を設け、かつ、第１ベクトルを時計回りに−１３５°回転させた方向に存在する角部に第２摂動素子を設けてもよい。つまり、２つの摂動素子は第２中心線Ｌｎ２と交差する辺のうち、第２給電点６０との距離が近い方の辺の両端に設けられていても良い。
As shown in FIG. 12, the two perturbation elements are provided with a
また、２つの摂動素子は、図１３に示すように、第１ベクトルを時計回りに４５°回転させた方向に存在する角部に第１摂動素子２１を設け、かつ、第１ベクトルを時計回りに−４５°回転させた方向に存在する角部に第２摂動素子を設けてもよい。つまり、２つの摂動素子は第１中心線Ｌｎ１と交差する辺のうち、第１給電点５０との距離が近い方の辺の両端に設けられていても良い。
Further, as shown in FIG. 13, the two perturbation elements are provided with a
また、摂動素子の形状は正方形状に限らない。図１４に示すように円形であっても良い。また図１５に示すように、３つの角部が突出するように正方形状の摂動素子を設けても良い。さらに、以上では電流の経路長を増加させる作用を奏する摂動素子を設ける態様を開示したがこれに限らない。摂動素子は、電流の経路長を短くする構成（例えば切り欠き部）であってもよい。具体的には、摂動素子は図１６に示すように角部を三角形状に切除してなる構成であってもよい。 Further, the shape of the perturbation element is not limited to a square shape. It may be circular as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 15, a square perturbation element may be provided so that three corners protrude. Furthermore, the embodiment in which the perturbation element having the effect of increasing the path length of the current is provided has been described above, but is not limited thereto. The perturbation element may be configured to shorten the current path length (for example, a notch). Specifically, the perturbation element may have a configuration in which the corners are cut off in a triangular shape as shown in FIG.
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 described above, the embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications described below are also included in the technical scope of the present invention. Various changes 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。 Note that members having the same functions as the members described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. When only a part of the configuration is mentioned, the configuration of the above-described embodiment can be applied to the other part.
［変形例１］
摂動素子の数は２つに限らない。図１７に示すように、第３摂動素子２３が設けられていても良い。第３摂動素子２３の位置は、第１摂動素子や第２摂動素子が設けられていない角部に設けられればよい。
[Modification 1]
The number of perturbation elements is not limited to two. As shown in FIG. 17, a
［変形例２］
以上では、第１パッチパターン２０の形状を正方形状とする構成を開示したがこれに限らない。第１パッチパターン２０は、図１８に示すように円形状に構成されていてもよい。その場合の半径は、第１周波数の電波の半波長に応じた長さになっていれば良い。第１周波数の電波の半波長に応じた長さとは、電気的に第１周波数の電波の半波長に相当する長さである。
[Modification 2]
In the above, the configuration in which the shape of the
なお、この変形例２においては、第１パッチ中心点とは円の中心に相当する。第１パッチ中心点と第１給電点５０とを通る直線が第１中心線Ｌｎ１に相当し、第１パッチ中心点から第１給電点５０に向かうベクトルが第１ベクトルに相当する。このとき、第１中心線Ｌｎ１と直交し、第１パッチ中心点を通る直線が第２中心線Ｌｎ２に相当する。第２給電点６０は、第２中心線Ｌｎ２上に設けられていれば良い。
In the second modification, the first patch center point corresponds to the center of the circle. A straight line passing through the first patch center point and the
第１摂動素子２１は、第１ベクトルを時計回りに４５°又は−４５°回転させた方向に存在する端部に設けられれば良い。また、第２摂動素子２２は、第１パッチ中心点から第１摂動素子２１に向かう直線に対してなす角度が９０°となる直線上に存在する端部に設けられればよい。
The
第２パッチパターン３０も同様に、第２周波数の電波の半波長に応じた長さを半径とする円形状に構成されていてもよい。また、ここでは一例として第２パッチパターン３０は第１パッチパターン２０の相似形状となっている必要はない。例えば、第１パッチパターン２０を正方形状とし、第２パッチパターン３０を円形状としても良い。
Similarly, the
［変形例３］
以上では、位相調整回路７０の動作周波数を第２周波数に設定し、第１パッチパターン２０に２つの摂動素子を設けた構成を開示したが、これに限らない。位相調整回路７０の動作周波数を第１周波数に設定し、第２パッチパターン３０に２つの摂動素子を設けてもよい。つまり、第２パッチパターン３０が不整合パッチパターンとなるように位相調整回路７０を構成しても良い。
[Modification 3]
In the above, a configuration in which the operating frequency of the
第２パッチパターン３０において摂動素子を設ける位置は、第１パッチパターン２０に設ける場合と同様である。第２パッチパターン３０において第１給電点と重なる点と、第２パッチ中心点とを基準として決定されれば良い。
The position where the perturbation element is provided in the
［変形例４］
また、位相調整回路７０の動作周波数は、第１周波数及び第２周波数の何れとも異なる周波数であっても良い。つまり、第１パッチパターン２０と第２パッチパターン３０の両方が請求項に記載の不整合パッチパターンに該当するように位相調整回路７０を構成しても良い。その場合には、第１パッチパターン２０及び第２パッチパターン３０のそれぞれに摂動素子を２つずつ配置すればよい。
[Modification 4]
Further, the operating frequency of the
第１パッチパターン２０に設けられる２つの摂動素子が、第１パッチ用第１摂動素子と第１パッチ用第２摂動素子に相当する。また、第２パッチパターン３０に設けられる２つの摂動素子が、第２パッチ用第１摂動素子と第２パッチ用第２摂動素子に相当する。
The two perturbation elements provided in the
［変形例５］
アンテナ装置１００は、図１９に示すように、第２パッチパターン３０と地板１０の間に、第３パッチパターン８０を配置し、第１周波数、第２周波数、第３周波数の３つの周波数の円偏波を送受信可能に構成されていてもよい。以下、実施形態と同様に、位相調整回路７０の動作周波数が第２周波数に設定されている場合を例にとって、３つの周波数の円偏波を１つの位相調整回路７０で送受信可能な構成について説明する。なお、第３周波数は第２周波数よりも低い周波数である。
[Modification 5]
As shown in FIG. 19, the
第３パッチパターン８０は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の導体部材である。この第３パッチパターン８０は、地板１０と第２パッチパターン３０の間に、第２パッチパターン３０と所定の間隔Ｈ２をおいて対向するように配置されている。本変形例における第３パッチパターン８０の平面形状は、一例として正方形とする。他の態様として第３パッチパターン８０は、円形であってもよい。
The
第３パッチパターン８０の１辺の長さは、電気的に第３周波数の電波の波長（以降、第３波長）の半分の長さとなっている。第２パッチパターン３０と第３パッチパターン８０との間隔Ｈ２は、第３周波数において第２パッチパターン３０と第３パッチパターン８０とが容量結合するように、第３波長よりも十分に小さい値、例えば第３波長の１０分の１未満に設定されている。また、間隔Ｈ１は、第１周波数や第２周波数においては容量結合しない程度の値、例えば第２波長の１０分の１以上の値に設定されているものとする。
The length of one side of the
第３パッチパターン８０は、その対角線が第１パッチパターン２０や第２パッチパターン３０の対角線と上面視において重なるように配置されている。そのような構成によれば、第２パッチパターン３０は、その中心（以降、第３パッチ中心点）が第１パッチパターン２０及び第２パッチパターン３０の中心と上面視において重なるように配置された状態となる。なお、第３パッチパターン８０において第１給電点５０及び第２給電点６０のそれぞれと重なる位置には、第１給電ピン５１や第２給電ピン６１との非接触を確保するための孔部が設けられている。
The
また、第３パッチパターン８０には、第１パッチパターン２０と同様に、１つの辺の両端としての２つの角部のそれぞれに、所定の大きさを有する摂動素子が設けられている。摂動素子を設ける角部は、前述と同様の思想に基づき、第３パッチパターン８０において第１給電点５０と重なる位置と、第３パッチ中心点と、を基準として決定されれば良い。なお、第３パッチパターン８０に設けられている２つの摂動素子が請求項に記載の第３パッチ用第１摂動素子及び第３パッチ用第２摂動素子に相当する。
Similarly to the
このような構成によれば、第３周波数において第１パッチパターン２０、第２パッチパターン３０を介して、第３パッチパターン８０に電流が流れ込み、第３パッチパターン８０において第１給電点５０及び第２給電点６０のそれぞれに対応する領域が給電点として機能する。また、第３パッチパターン８０には、摂動素子が設けられているため、第１パッチパターン２０と同様の動作原理によって、第３パッチパターン８０にも互いに直交する方向に９０°位相がずれた電流が流れる。故に、第１周波数と第２周波数に加えて、第３周波数の円偏波を送受信できる。
According to such a configuration, a current flows into the
なお、以上では３つの周波数の円偏波を１つの位相調整回路７０を用いて送受信可能な構成の一例として、位相調整回路７０の動作周波数を第２周波数とする構成を開示したが、これに限らない。位相調整回路７０の動作周波数は第３周波数に設定されていても良い。その場合、第３パッチパターン８０に摂動素子を設ける必要はない。その代わりに、第１パッチパターン２０、第２パッチパターン３０のそれぞれに摂動素子が設けられる。
In the above description, a configuration in which the operating frequency of the
また、位相調整回路７０の動作周波数は第１周波数に設定されていても良い。その場合には、第３パッチパターン８０に摂動素子を設ける必要はなく、第２パッチパターン３０、第３パッチパターン８０のそれぞれに摂動素子を２つずつ設ければよい。つまり、１組の摂動素子は、位相調整回路７０の動作周波数とは異なる周波数を送受信の対象とするパッチパターンに設けられればよい。
Further, the operating frequency of the
１００ アンテナ装置、１０ 地板、２０ 第１パッチパターン（不整合パッチパターン）、２１ 第１摂動素子、２２ 第２摂動素子、３０ 第２パッチパターン、４０ 支持部、５０ 第１給電点、５１ 第１給電ピン、６０ 第２給電点、６１ 第２給電ピン、７０ 位相調整回路、８０ 第３パッチパターン
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
前記地板と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材であって、給電点が２箇所に設けられている第１パッチパターン（２０）と、
前記地板と前記第１パッチパターンとの間に、前記第１パッチパターンと所定の間隔をおいて対向するように設置されている板状の導体部材である第２パッチパターン（３０）と、
前記第１パッチパターンに設けられている２つの前記給電点のうちの一方である第１給電点、他方の前記給電点である第２給電点、及び、同軸ケーブルの内部導体のそれぞれと電気的に接続されている位相調整回路（７０）と、を備え、
前記第１パッチパターンは、所定の第１周波数で共振する形状に構成されており、
前記第２パッチパターンは、前記第１周波数よりも低い第２周波数で共振する形状に構成されており、
前記第１給電点は、前記第１パッチパターンの中心を通る直線である第１中心線上に配置されており、
前記第２給電点は、前記第１パッチパターンの中心を通って前記第１中心線と直交する直線である第２中心線上に配置されており、
前記第１パッチパターンと前記第２パッチパターンの間隔は、前記第２周波数において前記第１パッチパターンと前記第２パッチパターンとが容量結合するように、前記第２周波数の波長よりも十分に小さく設定されており、
前記位相調整回路は、第１給電点側に出力される電流と第２給電点側に出力される電流との位相差が所定の動作周波数において９０°になるように構成されており、
前記動作周波数は、前記第１周波数と前記第２周波数の何れか一方と一致しており、
前記第１パッチパターン及び前記第２パッチパターンのうち、共振周波数が前記動作周波数と一致していないほうの部材である不整合パッチパターンの端部には、前記動作周波数と共振周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第１摂動素子及び第２摂動素子が設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 A ground plate (10) which is a plate-shaped conductor member;
A first patch pattern (20), which is a plate-shaped conductor member provided so as to face the ground plate at a predetermined distance, wherein power supply points are provided at two places;
A second patch pattern (30), which is a plate-shaped conductor member provided between the ground plate and the first patch pattern so as to face the first patch pattern at a predetermined interval;
One of the two feeding points provided in the first patch pattern, the first feeding point, the other feeding point, the second feeding point, and the inner conductor of the coaxial cable, respectively. And a phase adjustment circuit (70) connected to
The first patch pattern is configured to resonate at a predetermined first frequency,
The second patch pattern is configured to resonate at a second frequency lower than the first frequency,
The first feeding point is arranged on a first center line that is a straight line passing through the center of the first patch pattern,
The second feeding point is disposed on a second center line that is a straight line passing through the center of the first patch pattern and orthogonal to the first center line,
The distance between the first patch pattern and the second patch pattern is sufficiently smaller than the wavelength of the second frequency so that the first patch pattern and the second patch pattern are capacitively coupled at the second frequency. Is set,
The phase adjustment circuit is configured such that a phase difference between a current output to the first feeding point side and a current output to the second feeding point side becomes 90 ° at a predetermined operating frequency,
The operating frequency is equal to one of the first frequency and the second frequency,
Of the first patch pattern and the second patch pattern, the end of the mismatched patch pattern, which is the member whose resonance frequency does not match the operating frequency, has a difference between the operating frequency and the resonance frequency. An antenna device, comprising: a first perturbation element and a second perturbation element as perturbation elements for correcting a phase difference of a derived current.
前記第１摂動素子は、前記不整合パッチパターンの中心から前記第１給電点が存在する方向に向かうベクトルである第１ベクトルを上面視において時計回りに４５°回転させた方向に存在する端部である第１端部、前記第１ベクトルを時計回りに１３５°回転させた方向に存在する端部である第２端部、前記第１ベクトルを時計回りに−４５°回転させた方向に存在する端部である第３端部、及び前記第１ベクトルを時計回りに−１３５°回転させた方向に存在する端部である第４端部の何れか１つに設けられており、
前記第２摂動素子は、前記第１端部、前記第２端部、前記第３端部及び前記第４端部のうち、前記第１摂動素子が設けられていない何れか１つ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,
The first perturbation element is an end that is a vector that is a vector that is directed from the center of the mismatched patch pattern in a direction in which the first feeding point is present, and is rotated in a clockwise direction by 45 ° in a top view. A second end, which is an end that exists in a direction obtained by rotating the first vector clockwise by 135 °, and a second end that exists in a direction obtained by rotating the first vector clockwise by −45 °. A third end, which is an end of the first vector, and a fourth end, which is an end existing in a direction obtained by rotating the first vector in a clockwise direction by -135 °,
The second perturbation element is provided at any one of the first end, the second end, the third end, and the fourth end where the first perturbation element is not provided. An antenna device comprising:
前記第１摂動素子は、前記第１端部又は前記第２端部に配置されており、
前記第２摂動素子は、上面視において、前記不整合パッチパターンの中心から前記第１摂動素子に向かう直線に対してなす角度が９０°となる直線上に配置されている前記第２端部に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 2,
The first perturbation element is disposed at the first end or the second end;
The second perturbation element is disposed on a second end portion which is disposed on a straight line having an angle of 90 ° with respect to a straight line from the center of the mismatched patch pattern toward the first perturbation element when viewed from above. An antenna device, which is provided.
前記第２パッチパターンと前記地板との間に、前記第１パッチパターンと所定の間隔をおいて対向するように設置されている板状の導体部材である第３パッチパターン（８０）を備え、
前記第３パッチパターンは、前記第２周波数よりも低い第３周波数で共振する形状に構成されており、
前記第２パッチパターンと前記第３パッチパターンの間隔は、前記第３周波数において前記第２パッチパターンと前記第３パッチパターンとが容量結合するように、前記第３周波数の波長よりも十分に小さく設定されており、
前記第３パッチパターンの端部には、前記動作周波数と前記第３周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第３パッチ用第１摂動素子及び第３パッチ用第２摂動素子が設けられており、
前記第３パッチ用第１摂動素子は、前記第３パッチパターンの中心を通って前記第１ベクトルに平行なベクトルの延長線上に位置する端部に配置されており、
前記第３パッチ用第２摂動素子は、上面視において、前記第３パッチパターンの中心から前記第３パッチ用第１摂動素子に向かう直線に対してなす角度が９０°となる直線上に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 2 or 3,
A third patch pattern (80), which is a plate-shaped conductor member, provided between the second patch pattern and the base plate so as to face the first patch pattern at a predetermined interval;
The third patch pattern is configured to resonate at a third frequency lower than the second frequency,
The interval between the second patch pattern and the third patch pattern is sufficiently smaller than the wavelength of the third frequency so that the second patch pattern and the third patch pattern are capacitively coupled at the third frequency. Is set,
A first perturbation element for a third patch and a third patch are provided at an end of the third patch pattern as perturbation elements for correcting a phase difference of a current resulting from a shift between the operating frequency and the third frequency. A second perturbation element is provided,
The first perturbation element for the third patch is disposed at an end located on an extension of a vector parallel to the first vector through the center of the third patch pattern,
The second perturbation element for the third patch is disposed on a straight line having an angle of 90 ° with a straight line from the center of the third patch pattern toward the first perturbation element for the third patch when viewed from above. An antenna device comprising:
前記地板と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材であって、給電点が２箇所に設けられている第１パッチパターン（２０）と、
前記地板と前記第１パッチパターンとの間に、前記第１パッチパターンと所定の間隔をおいて対向するように設置されている板状の導体部材である第２パッチパターン（３０）と、
前記第１パッチパターンに設けられている２つの前記給電点のうちの一方である第１給電点、他方の前記給電点である第２給電点、及び、同軸ケーブルの内部導体のそれぞれと電気的に接続されている位相調整回路（７０）と、を備え、
前記第１パッチパターンは、所定の第１周波数で共振する形状に構成されており、
前記第２パッチパターンは、前記第１周波数よりも低い第２周波数で共振する形状に構成されており、
前記第１給電点は、前記第１パッチパターンの中心を通る直線である第１中心線上に配置されており、
前記第２給電点は、前記第１パッチパターンの中心を通って前記第１中心線と直交する直線である第２中心線上に配置されており、
前記第１パッチパターンと前記第２パッチパターンの間隔は、前記第２周波数において前記第１パッチパターンと前記第２パッチパターンとが容量結合するように、前記第２周波数の波長よりも十分に小さく設定されており、
前記位相調整回路は、第１給電点側に出力される電流と第２給電点側に出力される電流との位相差が所定の動作周波数において９０°になるように構成されており、
前記動作周波数は、前記第１周波数と前記第２周波数の何れとも異なる周波数であり、
前記第１パッチパターンの端部には、前記動作周波数と前記第１周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第１パッチ用第１摂動素子及び第１パッチ用第２摂動素子が設けられており、
前記第２パッチパターンの端部には、前記動作周波数と前記第２周波数とのずれに由来する電流の位相差を補正するための摂動素子として、第２パッチ用第１摂動素子及び第２パッチ用第２摂動素子が設けられていることを特徴とするアンテナ装置。 A ground plate (10) which is a plate-shaped conductor member;
A first patch pattern (20), which is a plate-shaped conductor member provided so as to face the ground plate at a predetermined distance, wherein power supply points are provided at two places;
A second patch pattern (30), which is a plate-shaped conductor member provided between the ground plate and the first patch pattern so as to face the first patch pattern at a predetermined interval;
One of the two feeding points provided in the first patch pattern, the first feeding point, the other feeding point, the second feeding point, and the inner conductor of the coaxial cable, respectively. And a phase adjustment circuit (70) connected to
The first patch pattern is configured to resonate at a predetermined first frequency,
The second patch pattern is configured to resonate at a second frequency lower than the first frequency,
The first feeding point is arranged on a first center line that is a straight line passing through the center of the first patch pattern,
The second feeding point is disposed on a second center line that is a straight line passing through the center of the first patch pattern and orthogonal to the first center line,
The distance between the first patch pattern and the second patch pattern is sufficiently smaller than the wavelength of the second frequency so that the first patch pattern and the second patch pattern are capacitively coupled at the second frequency. Is set,
The phase adjustment circuit is configured such that a phase difference between a current output to the first feeding point side and a current output to the second feeding point side becomes 90 ° at a predetermined operating frequency,
The operating frequency is a frequency different from any of the first frequency and the second frequency,
A first perturbation element for a first patch and a first patch are provided at an end of the first patch pattern as perturbation elements for correcting a phase difference of a current resulting from a shift between the operating frequency and the first frequency. A second perturbation element is provided,
A first perturbation element for a second patch and a second patch are provided at ends of the second patch pattern as perturbation elements for correcting a phase difference of a current resulting from a shift between the operating frequency and the second frequency. An antenna device comprising a second perturbation element for use.
前記第１パッチ用第１摂動素子は、上面視において前記第１中心線に対してなす角度が４５°となる直線である回転直線上に配置されており、
前記第１パッチ用第２摂動素子は、上面視において、前記第１パッチパターンの中心から前記第１パッチ用第１摂動素子に向かう直線に対してなす角度が９０°となる直線上に配置されており、
前記第２パッチ用第１摂動素子は、前記第２パッチパターンを含む平面内において、前記第２パッチパターンの中心を通り、且つ、前記回転直線に平行又は上面視において直交する直線上に配置されており、
前記第２パッチ用第２摂動素子は、上面視において前記第２パッチパターンの中心から前記第２パッチ用第１摂動素子に向かう直線に対してなす角度が９０°となる直線上に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 5,
The first perturbation element for the first patch is disposed on a rotation straight line that is a straight line that forms an angle of 45 ° with the first center line in a top view,
The second perturbation element for the first patch is disposed on a straight line having an angle of 90 ° with a straight line from the center of the first patch pattern toward the first perturbation element for the first patch, as viewed from above. And
The first perturbation element for the second patch is arranged on a straight line that passes through the center of the second patch pattern and is parallel to the rotation straight line or orthogonal to the rotation straight line in a plane including the second patch pattern. And
The second perturbation element for the second patch is disposed on a straight line having an angle of 90 ° with a straight line from the center of the second patch pattern toward the first perturbation element for the second patch in a top view. An antenna device.
前記第２パッチパターンと前記地板との間に、前記第１パッチパターンと所定の間隔をおいて対向するように設置されている板状の導体部材である第３パッチパターン（８０）を備え、
前記第３パッチパターンは、前記第２周波数よりも低い第３周波数で共振する形状に構成されており、
前記動作周波数は前記第３周波数と一致しており、
前記第１パッチパターン、前記第２パッチパターン、及び前記第３パッチパターンは、それぞれの中心が上面視において重なるように配置されており、
前記第２パッチパターンと前記第３パッチパターンの間隔は、前記第３周波数において前記第２パッチパターンと前記第３パッチパターンとが容量結合するように、前記第３周波数の波長よりも十分に小さく設定されていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 6,
A third patch pattern (80), which is a plate-shaped conductor member, provided between the second patch pattern and the base plate so as to face the first patch pattern at a predetermined interval;
The third patch pattern is configured to resonate at a third frequency lower than the second frequency,
The operating frequency is equal to the third frequency,
The first patch pattern, the second patch pattern, and the third patch pattern are arranged such that their respective centers overlap in a top view,
The interval between the second patch pattern and the third patch pattern is sufficiently smaller than the wavelength of the third frequency so that the second patch pattern and the third patch pattern are capacitively coupled at the third frequency. An antenna device characterized by being set.
前記第３パッチパターンは、前記第３周波数で共振する形状として、前記第３周波数の電波の半波長に応じた長さを１辺の長さとする正方形状、又は、前記第３周波数の電波の半波長に応じた長さを半径とする円形状に構成されていることを特徴とするアンテナ装置。 In claim 4 or 7,
The third patch pattern may have a shape that resonates at the third frequency, a square shape having a length corresponding to a half wavelength of the third frequency radio wave as one side, or a third frequency radio wave. An antenna device having a circular shape having a radius corresponding to a half wavelength.
前記第１パッチパターンは、前記第１周波数で共振する形状として、前記第１周波数の電波の半波長に応じた長さを１辺の長さとする正方形状、又は、前記第１周波数の電波の半波長に応じた長さを半径とする円形状に構成されていることを特徴とするアンテナ装置。 In any one of claims 1 to 8,
The first patch pattern has a shape resonating at the first frequency, a square shape having a length corresponding to a half wavelength of the radio wave of the first frequency on one side, or a radio wave of the first frequency radio wave. An antenna device having a circular shape having a radius corresponding to a half wavelength.
前記第２パッチパターンは、前記第２周波数で共振する形状として、前記第２周波数の電波の半波長に応じた長さを１辺の長さとする正方形状、又は、前記第２周波数の電波の半波長に応じた長さを半径とする円形状に構成されていることを特徴とするアンテナ装置。 In any one of claims 1 to 9,
The second patch pattern may have a shape that resonates at the second frequency, a square shape having a length corresponding to a half wavelength of the radio wave of the second frequency on one side, or a radio wave of the second frequency. An antenna device having a circular shape having a radius corresponding to a half wavelength.
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