JP6642851B2

JP6642851B2 - Antenna device

Info

Publication number: JP6642851B2
Application number: JP2015226699A
Authority: JP
Inventors: 貴裕篠島; 勝美佐久間
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: JP2017098662A

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device.

自動車において、遠方の他の走行車や障害物等を検出するために、ミリ波を用いた車載レーダが使用されている。ミリ波を用いた車載レーダでは、送信波をビーム状にしてエネルギーの分散を最小にすることが求められる。このため、単一周波数のレーダでは、水平垂直方向の検出範囲が狭まることに対し、モータ等の駆動機構を設け物理的に送信波のビームを走査することで、検出範囲を広範囲にしている。また、基板上に液晶を用いて静電容量を可変させることでビームの方向を変える方法もある。 2. Description of the Related Art In an automobile, an on-vehicle radar using a millimeter wave is used to detect a distant traveling vehicle or an obstacle. In an on-vehicle radar using millimeter waves, it is required to minimize the energy dispersion by forming a transmission wave into a beam. For this reason, in a single-frequency radar, the detection range in the horizontal and vertical directions is narrowed, but a drive mechanism such as a motor is provided to physically scan the transmission wave beam to widen the detection range. There is also a method of changing the direction of a beam by changing the capacitance using liquid crystal on a substrate.

国際公開第２０１０／０１３４９６号International Publication No. 2010/013496 特開２０１５−０２６９１５号公報JP-A-2005-026915 国際公開第２０１１／１５２０５５号International Publication No. 2011/152055 特開２００９−１４１６６０号公報JP 2009-141660 A

モータ等の駆動機構により送信波のビームを走査する方法では、走査に要する時間や機械的な故障が問題となる。また、液晶により静電容量を可変させてビームを走査する方法では、液晶を使用することでコストが上がるという問題がある。 In a method of scanning a beam of a transmission wave by a driving mechanism such as a motor, there is a problem of a time required for scanning and a mechanical failure. Further, in the method of scanning a beam by changing the capacitance by using a liquid crystal, there is a problem that the cost is increased by using the liquid crystal.

また、複数の周波数を用いてビームを走査する方法もあるが、この場合、アンテナ設計で考慮すべき要素が増えるため、アンテナ設計の工数が増え、アンテナ設計後も製品ごとのばらつきが大きく、機械的にビームを走査する方法よりも精度が低いという問題がある。 There is also a method of scanning a beam using a plurality of frequencies, but in this case, the number of factors to be considered in antenna design increases, so the man-hour for antenna design increases, and even after the antenna design, there is large variation among products, and mechanical There is a problem that accuracy is lower than the method of scanning a beam.

本発明は、簡易にビームを走査することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an antenna device that can easily scan a beam.

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、第１の態様は、
一平面上に設置される複数の導体板による第１導体板群と、
前記第１導体板群と平行に設置される複数の導体板による第２導体板群と、
前記第２導体板群の前記複数の導体板のうち少なくとも１つを接地に短絡するか否かを切り替えるスイッチと、
を備えるアンテナ装置である。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the first aspect is:
A first conductor plate group including a plurality of conductor plates installed on one plane,
A second conductor plate group including a plurality of conductor plates installed in parallel with the first conductor plate group;
A switch for switching whether or not to short-circuit at least one of the plurality of conductor plates of the second conductor plate group to ground;
An antenna device comprising:

本発明によれば、簡易にビームを走査することができるアンテナ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an antenna device that can easily scan a beam.

図１は、アンテナ装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the antenna device. 図２は、１つのＳＲＲとその周囲の平板（第２導体板群）についての等価回路の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit for one SRR and its surrounding flat plate (second conductive plate group). 図３は、アンテナ装置のビーム方位特性の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of beam azimuth characteristics of the antenna device. 図４は、スイッチパターンの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the switch pattern. 図５は、アンテナ装置のビーム方位特性の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a beam azimuth characteristic of the antenna device. 図６は、アンテナ装置の変形例１の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a first modification of the antenna device. 図７は、アンテナ装置の変形例２の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of Modification 2 of the antenna device.

以下、図面を参照して、本発明にかかるメタマテリアル構造、アンテナ装置について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は開示の実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, a metamaterial structure and an antenna device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the disclosed embodiment.

〔実施形態〕
（メタマテリアル構造）
メタマテリアル構造は、自然界に存在しない特性を有する人工物等の構造である。メタマテリアル構造の一種であるＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造は、特定の周波数帯において電磁波伝搬が抑制される特性を有し、導体等で構成される複数個のセルを周期的に配列させて形成する構造である。ＥＢＧ構造がアンテナに使用されることで、電磁波の放射効率の向上を図ることができる。ＥＢＧ構造のセルとしてＳＲＲ（Sprit Ring Resonator：スプリットリング共振器）を用いる方法がある。ＳＲＲは、リングの一部を切除したＣ字型の導体による共振器である。本実施形態では、アンテナ素子として、ＳＲＲを用いる。 [Embodiment]
(Metamaterial structure)
The metamaterial structure is a structure such as an artificial object having characteristics that do not exist in the natural world. The EBG (Electromagnetic Band Gap) structure, which is a type of metamaterial structure, has the property of suppressing electromagnetic wave propagation in a specific frequency band, and is formed by periodically arranging a plurality of cells composed of conductors and the like. It is a structure to do. By using the EBG structure for the antenna, the radiation efficiency of electromagnetic waves can be improved. There is a method using an SRR (Sprit Ring Resonator) as a cell having an EBG structure. The SRR is a resonator made of a C-shaped conductor in which a part of a ring is cut off. In the present embodiment, an SRR is used as an antenna element.

（構成例）
図１は、本実施形態のアンテナ装置の構成例を示す図である。図１は、アンテナ装置１の斜視図である。アンテナ装置１は、第１導体板群１０、第１導体板群１０の少なくとも一部に対向する第２導体板群２０、第２導体板群２０を接地に短絡するか否かを切り替えるスイッチ３０を備える。アンテナ装置１は、所定の周波数の電磁波を送受信しうる。図１の斜視図において、右下に示すように、奥から手前の方向をｘ方向（ｘ軸）、左から右の方向をｙ方向（ｙ軸）、下から上の方向をｚ方向（ｚ軸）と呼ぶ。以下、他の同様の斜視図において同様である。 (Configuration example)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the antenna device of the present embodiment. FIG. 1 is a perspective view of the antenna device 1. The antenna device 1 includes a first conductor plate group 10, a second conductor plate group 20 facing at least a part of the first conductor plate group 10, and a switch 30 for switching whether or not to short-circuit the second conductor plate group 20 to ground. Is provided. The antenna device 1 can transmit and receive an electromagnetic wave having a predetermined frequency. In the perspective view of FIG. 1, as shown in the lower right, the direction from the back to the near side is the x direction (x axis), the direction from the left to the right is the y direction (y axis), and the direction from the bottom to the top is the z direction (z direction). Axis). Hereinafter, the same applies to other similar perspective views.

第１導体板群１０は、複数のＣ字型の導体であるＳＲＲ１１及びＴ字型のマッチング素子１２を含む。ＳＲＲ１１及びマッチング素子１２は、同一平面上に配置される。ＳＲＲ１１及びマッチング素子１２は、例えば、平らな板状である。１つのＳＲＲ１１は、長方形（外側の長方形）から当該長方形より小さい長方形をくり抜き、さらに、外側の長方形の一辺の中央部分からくり抜かれた小さい長方形に接続する長方形をくり抜かれた形状を有する。くり抜かれた長方形の部分がＳＲＲにおける切り欠け部分（スプリット部分）に相当する。１つのマッチング素子１２は、第１の長方形の長辺の中央部分で第２の長方形の１辺に接続するＴ字型形状を有する。第１の長方形の第２の長方形に接続されない方の長辺は、ＳＲＲ１１の一辺と対向する。このようにすることで、アンテナの整合が取りやすくなる。図１の例では、２つのマッチング素子１２の間に３つのＳＲＲ１１が挟まれている。ＳＲＲ１１は、所定の間隔を置いてｙ方向に１列に配置されている。マッチング素子１２とＳＲＲ１１とは、所定の間隔を置いて配置されている。一方のマッチング素子１２は、省略されてもよい。各ＳＲＲ１１及び各マッチング素子１２は、それぞれ、電気的に絶縁されている。マッチング素子１２には、信号の送信または受信に使用されるアンプのＩＣ等が接続される。 The first conductor plate group 10 includes a plurality of C-shaped conductors SRR 11 and a T-shaped matching element 12. The SRR 11 and the matching element 12 are arranged on the same plane. The SRR 11 and the matching element 12 have, for example, a flat plate shape. One SRR 11 has a shape in which a rectangle smaller than the rectangle (outside rectangle) is cut out from the rectangle (outside rectangle), and a rectangle connected to a small rectangle cut out from the center of one side of the outer rectangle is cut out. The cut-out rectangular portion corresponds to a notched portion (split portion) in the SRR. One matching element 12 has a T-shape connected to one side of the second rectangle at the center of the long side of the first rectangle. The longer side of the first rectangle that is not connected to the second rectangle faces one side of the SRR 11. By doing so, it becomes easier to match the antenna. In the example of FIG. 1, three SRRs 11 are sandwiched between two matching elements 12. The SRRs 11 are arranged in a row at a predetermined interval in the y direction. The matching element 12 and the SRR 11 are arranged at a predetermined interval. One matching element 12 may be omitted. Each SRR 11 and each matching element 12 are electrically insulated. The matching element 12 is connected to an amplifier IC or the like used for transmitting or receiving a signal.

第１導体板群１０のＳＲＲ１１、マッチング素子１２のサイズは、所望の周波数の電磁波（信号）を効率よく送受信できるように、設計される。ＳＲＲ１１のリングの位置、大
きさ、幅、リングの切欠部の大きさ、マッチング素子１２の位置、大きさなどを変更することにより、アンテナ装置１のキャパシタンスやリアクタンスが調整される。アンテナ装置１で送受信される所望の周波数の電磁波の効率は、ＳＲＲ１１のキャパシタンスやリアクタンス等に依存する。第１導体板群１０は、例えば、誘電体基板の１面に配線される。 The sizes of the SRR 11 and the matching element 12 of the first conductor plate group 10 are designed so that electromagnetic waves (signals) of a desired frequency can be transmitted and received efficiently. By changing the position, size and width of the ring of the SRR 11, the size of the notch of the ring, the position and size of the matching element 12, the capacitance and the reactance of the antenna device 1 are adjusted. The efficiency of the electromagnetic wave of a desired frequency transmitted and received by the antenna device 1 depends on the capacitance and reactance of the SRR 11 and the like. The first conductor plate group 10 is wired, for example, on one surface of a dielectric substrate.

第２導体板群２０は、複数の導体の平板２１及び平板２２を含む。第２導体板群２０は、第１導体板群１０と平行に設置される。平板２１及び平板２２は、例えば、平らな板状である。第２導体板群２０の平板２１には、接地に短絡するか否かを切り替えるスイッチ３０が接続される。第１導体板群１０及び第２導体板群２０によって、コンデンサが形成される。ただし、平板２１がスイッチ３０により接地された場合、当該平板２１と第１導体板群１０とによるキャパシタンスＣは、ほぼ０となる。即ち、平板２１がスイッチ３０により接地された場合、アンテナ装置１は、電気回路としては当該平板２１が存在しない構成（当該平板によるコンデンサが存在しない構成）と同様の構成となる。よって、第１導体板群１０及び第２導体板群２０の接地されていない平板２１及び平板２２によって、コンデンサが形成される。第２導体板群２０の各平板２１及び各平板２２は、同一の平面上に存在しなくてもよい。図１の例では、各平板２１及び各平板２２の形状は、長方形であるが、長方形に限定されるものではない。スイッチ３０に接続されない平板２２は、全く存在しなくてもよい。 The second conductor plate group 20 includes a plurality of conductor flat plates 21 and 22. The second conductor plate group 20 is installed in parallel with the first conductor plate group 10. The flat plate 21 and the flat plate 22 are, for example, flat plate shapes. A switch 30 for switching whether or not to short-circuit to ground is connected to the flat plate 21 of the second conductor plate group 20. The first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 form a capacitor. However, when the flat plate 21 is grounded by the switch 30, the capacitance C between the flat plate 21 and the first conductive plate group 10 becomes substantially zero. That is, when the flat plate 21 is grounded by the switch 30, the antenna device 1 has the same configuration as the electric circuit in which the flat plate 21 does not exist (the configuration in which the flat-plate capacitor does not exist). Therefore, a capacitor is formed by the non-grounded flat plates 21 and 22 of the first conductive plate group 10 and the second conductive plate group 20. Each flat plate 21 and each flat plate 22 of the second conductor plate group 20 need not be present on the same plane. In the example of FIG. 1, the shape of each flat plate 21 and each flat plate 22 is rectangular, but is not limited to a rectangular shape. The flat plate 22 not connected to the switch 30 may not be present at all.

第２導体板群２０の平板２１、平板２２の位置やサイズは、所望の周波数の電磁波（信号）を所望の方向に効率よく送受信できるように、設計される。平板２１、平板２２の位置、大きさなどを変更することにより、アンテナ装置１のキャパシタンスやリアクタンスが変更される。また、平板２１、平板２２と、第１導体板群１０との距離を変更することによって、キャパシタンス等が変更されてもよい。アンテナ装置１で送受信される所望の周波数の電磁波のビーム方向は、アンテナ装置１のキャパシタンスやリアクタンス等に依存する。 The position and size of the flat plate 21 and the flat plate 22 of the second conductive plate group 20 are designed so that electromagnetic waves (signals) of a desired frequency can be efficiently transmitted and received in a desired direction. By changing the position, size, and the like of the flat plate 21 and the flat plate 22, the capacitance and the reactance of the antenna device 1 are changed. Further, the capacitance and the like may be changed by changing the distance between the flat plates 21 and 22 and the first conductive plate group 10. The beam direction of the electromagnetic wave of a desired frequency transmitted and received by the antenna device 1 depends on the capacitance, reactance, and the like of the antenna device 1.

ｘｙ平面に直交する方向（ｚ方向）からアンテナ装置１を見た時に、第１導体板群１０と第２導体板群２０とが、重なる部分があっても、重ならない部分があってもよい。第１導体板群１０と第２導体板群２０とが重なる部分では結合が強くなり、第１導体板群１０と第２導体板群２０とが重ならない部分では結合が弱くなる。図１の例では、ｚ方向から見たとき、第２導体板群２０のうち、右側の３つの平板（２つの平板２１と１つの平板２２）と、左側の３つの平板（２つの平板２１と１つの平板２２）とは、第１導体板群１０のＳＲＲ１１と重なっている。また、図１の例では、ｚ方向から見たとき、第２導体板群２０の他の平板は、隣接する２つのＳＲＲ１１の間の空間に存在する。 When the antenna device 1 is viewed from a direction (z direction) orthogonal to the xy plane, the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 may or may not overlap. . The coupling is strong at the portion where the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 overlap, and weak at the portion where the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 do not overlap. In the example of FIG. 1, when viewed from the z direction, three right flat plates (two flat plates 21 and one flat plate 22) and three left flat plates (two flat plates 21) of the second conductor plate group 20. And one flat plate 22) overlaps the SRR 11 of the first conductive plate group 10. In the example of FIG. 1, when viewed from the z direction, another flat plate of the second conductive plate group 20 exists in a space between two adjacent SRRs 11.

第１導体板群１０及び第２導体板群２０は、例えば、それぞれ、１枚の基板（誘電体基板）の一方の面及び他方の面に配置される。このとき、第１導体板群１０と第２導体板群２０との間は、基板の誘電体によって満たされる。第１導体板群１０及び第２導体板群２０は、それぞれ、別々の基板の１つの面に配置され、第１導体板群１０と第２導体板群２０とが平行に対向するように設置されてもよい。このとき、第１導体板群１０と第２導体板群２０との間の誘電体は空気となる。また、第１導体板群１０及び第２導体板群２０は、それぞれ、別々の基板の１つの面に配置され、２つの基板が平行に重ねられて設置されてもよい。第１導体板群１０及び第２導体板群２０の配線は、例えば、誘電体基板に対する既存のプリント配線によって実現できる。 The first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20, for example, are respectively arranged on one surface and the other surface of one substrate (dielectric substrate). At this time, the space between the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 is filled with the dielectric of the substrate. The first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 are respectively arranged on one surface of separate substrates, and are installed such that the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 face each other in parallel. May be done. At this time, the dielectric between the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 is air. Further, the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 may be arranged on one surface of separate substrates, respectively, and the two substrates may be installed in parallel. The wiring of the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 can be realized by, for example, existing printed wiring on a dielectric substrate.

スイッチ３０は、第２導体板群２０の平板２１と接地との間に配置される。スイッチ３０は、接続された平板２１を接地するか否かを切り替える。平板２１を接地しない場合、当該平板２１は、電気的に浮いた状態なる。スイッチ３０の数がｎ個であるとすると、アンテナ装置１は、２^ｎ種類のパターンのアンテナに切り替えることができる。図１の例で
は、スイッチ３０が４個であるので、１６種類のパターンのアンテナに切り替えることができる。スイッチ３０がＯＮの場合に平板２１が接地され、スイッチ３０がＯＦＦの場合に平板２１が接地されない。図１の例では、１つのスイッチ３０に対して、２つの平板２１が接続されている。１つのスイッチ３０に接続される平板２１の数は、２つに限定されない。図１の例では、４つのスイッチが存在するが、右側から順に、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４と呼ぶ。スイッチ３０の切り替えによって、第１導体板群１０及び第２導体板群２０によるキャパシタンスが変更されることにより、所望の周波数の電磁波のビーム方向が変更される。 The switch 30 is arranged between the flat plate 21 of the second conductor plate group 20 and the ground. The switch 30 switches whether or not the connected flat plate 21 is grounded. When the flat plate 21 is not grounded, the flat plate 21 is in an electrically floating state. Assuming that the number of switches 30 is n, the antenna device 1 can switch to ²ⁿ types of antennas. In the example of FIG. 1, since there are four switches 30, it is possible to switch to 16 types of antennas. When the switch 30 is ON, the flat plate 21 is grounded, and when the switch 30 is OFF, the flat plate 21 is not grounded. In the example of FIG. 1, two flat plates 21 are connected to one switch 30. The number of flat plates 21 connected to one switch 30 is not limited to two. In the example of FIG. 1, there are four switches, which are called SW1, SW2, SW3, and SW4 in order from the right. By switching the switch 30, the capacitance of the first conductor plate group 10 and the second conductor plate group 20 is changed, so that the beam direction of the electromagnetic wave having a desired frequency is changed.

図２は、１つのＳＲＲとその周囲の平板（第２導体板群）についての等価回路の例を示す図である。図２の（Ａ）は、スイッチ３０がＯＮにされた場合の等価回路の例である。スイッチ３０がＯＮにされると、ＳＲＲ１１と接地されていない平板２２によるコンデンサＣ１が現れるが、接地された平板２１によるコンデンサは、等価回路には現れない。コンデンサＣ１には、ＳＲＲ１１自体による分も含まれる。図２の（Ｂ）は、スイッチ３０がＯＦＦにされた場合の等価回路の例である。スイッチ３０がＯＮにされると、ＳＲＲ１０と接地されていない平板２２によるコンデンサＣ１、接地されていない平板２１によるコンデンサＣ２、Ｃ３が小等価回路に現れる。等価回路のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、並列に接続される。当該コンデンサ群（コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３）は、直列に、他のＳＲＲ１１に接続される。スイッチ３０をＯＦＦからＯＮに切り替えることで、現れるコンデンサが変化し、１つのＳＲＲの周囲のキャパシタンスの大きさが変化する。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit for one SRR and its surrounding flat plate (second conductive plate group). FIG. 2A is an example of an equivalent circuit when the switch 30 is turned on. When the switch 30 is turned on, the capacitor C1 formed by the SRR 11 and the flat plate 22 not grounded appears, but the capacitor formed by the grounded flat plate 21 does not appear in the equivalent circuit. The capacitor C1 includes the amount of the power from the SRR 11 itself. FIG. 2B is an example of an equivalent circuit when the switch 30 is turned off. When the switch 30 is turned on, the SRR 10 and the capacitor C1 formed by the flat plate 22 not grounded, and the capacitors C2 and C3 formed by the flat plate 21 not grounded appear in the small equivalent circuit. The capacitors C1, C2, and C3 of the equivalent circuit are connected in parallel. The group of capacitors (capacitors C1, C2, C3) are connected to another SRR 11 in series. By switching the switch 30 from OFF to ON, the appearing capacitor changes, and the magnitude of the capacitance around one SRR changes.

図３及び図４は、アンテナ装置のビーム方位特性の例とスイッチパターンの例を示す図である。図３は、図１の中央のＳＲＲ１１の中央を原点として、アンテナ装置１のｘｚ平面の、所望の周波数の電磁波におけるビーム方位特性の例を示す図である。図３の横軸は方位を表し、縦軸はビームの強度を表す。方位は、図１の＋ｘ方向が９０度であり、＋ｚ方向が０度であり、−ｘ方向が−９０度である。また、図３のグラフのピークにつけられている数字は、スイッチ３０のパターンの番号を表す。図４は、スイッチ３０の１６種類のパターンの番号とスイッチ３０のＯＮ、ＯＦＦの関係を示す。 3 and 4 are diagrams illustrating an example of a beam azimuth characteristic and an example of a switch pattern of the antenna device. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a beam azimuth characteristic of an electromagnetic wave of a desired frequency on the xz plane of the antenna device 1 with the center at the center of the SRR 11 in FIG. The horizontal axis in FIG. 3 represents the azimuth, and the vertical axis represents the beam intensity. The azimuth is 90 degrees in the + x direction in FIG. 1, 0 degrees in the + z direction, and -90 degrees in the -x direction. The numbers attached to the peaks in the graph of FIG. 3 indicate the numbers of the patterns of the switch 30. FIG. 4 shows the relationship between the numbers of the 16 patterns of the switch 30 and the ON / OFF state of the switch 30.

例えば、スイッチ３０のＳＷ１がＯＮ、ＳＷ２がＯＦＦ、ＳＷ３がＯＮ、ＳＷ４がＯＦＦの場合、パターン６となる。図３のグラフでは、スイッチ３０のパターン６は、−１０°の方向にピークを有する。即ち、スイッチ３０のＳＷ１をＯＮ、ＳＷ２をＯＦＦ、ＳＷ３をＯＮ、ＳＷ４をＯＦＦとすると、アンテナ装置１は、所望の周波数の電磁波について−１０°の方向にピークを有する。図３のグラフは、すべてのスイッチ３０のパターンについてのビーム方位特性を足し合わせて１つのグラフに示したものである。スイッチ３０のパターンにより、ピークとなる方位が異なる。１つのパターンのビーム方位特性では、ピークの方位以外の強度がピークの強度より低くなる。ピークの方向とスイッチ３０のパターンとの関係は、スイッチ３０の各パターンについて、ピークの方向を調べることで、実験的に求めることができる。所望のピークの方向が得られない場合には、ＳＲＲ１１、平板２１、平板２２の位置、大きさ等を変更することにより、ピークの方向を調整することができる。 For example, when SW1 of the switch 30 is ON, SW2 is OFF, SW3 is ON, and SW4 is OFF, the pattern 6 is obtained. In the graph of FIG. 3, the pattern 6 of the switch 30 has a peak in the direction of −10 °. That is, when the switch 30 of the switch 30 is turned on, the switch SW2 is turned off, the switch SW3 is turned on, and the switch SW4 is turned off, the antenna device 1 has a peak in the direction of −10 ° with respect to an electromagnetic wave having a desired frequency. The graph of FIG. 3 shows the beam azimuth characteristics for all the patterns of the switches 30 in one graph. The peak direction differs depending on the pattern of the switch 30. In the beam direction characteristics of one pattern, the intensity other than the peak direction becomes lower than the peak intensity. The relationship between the direction of the peak and the pattern of the switch 30 can be determined experimentally by examining the direction of the peak for each pattern of the switch 30. If the desired peak direction cannot be obtained, the peak direction can be adjusted by changing the position, size, and the like of the SRR 11, the flat plate 21, and the flat plate 22.

図５は、アンテナ装置のビーム方位特性の例を示す図である。図５は、図１の中央のＳＲＲ１１の中央を原点として、アンテナ装置１のｘｚ平面の、所望の周波数の電磁波におけるビーム方位特性の例を示す図である。方位は、図３と同様に、図１の＋ｘ方向が９０度であり、＋ｚ方向が０度であり、−ｘ方向が−９０度である。図５に表わされるように、０°±７０°の範囲に、ピークが見られる。従来型のアンテナ装置では、０°±３０°程度である。したがって、アンテナ装置１は、スイッチ３０のパターンを切り替えることにより、広範囲にビームの方向を変更することができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a beam azimuth characteristic of the antenna device. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a beam azimuth characteristic of an electromagnetic wave having a desired frequency on the xz plane of the antenna device 1 with the center of the SRR 11 in FIG. Similar to FIG. 3, the azimuth is 90 degrees in the + x direction of FIG. 1, 0 degree in the + z direction, and -90 degrees in the -x direction. As shown in FIG. 5, a peak is observed in the range of 0 ° ± 70 °. In a conventional antenna device, it is about 0 ° ± 30 °. Therefore, the antenna device 1 can change the direction of the beam over a wide range by switching the pattern of the switch 30.

（変形例１）
図６は、アンテナ装置の変形例１の例を示す図である。図６のアンテナ装置１は、図１のアンテナ装置１と第２導体板群２０の構成が異なる。図６のアンテナ装置１では、１つのスイッチ３０に対して、１つの平板２１が接続される。また、第２導体板群２０にスイッチに接続されない平板２２が存在しない。このようにすることにより、構成をより簡易にすることができる。 (Modification 1)
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a first modification of the antenna device. The antenna device 1 of FIG. 6 differs from the antenna device 1 of FIG. 6, one flat plate 21 is connected to one switch 30. In the antenna device 1 of FIG. Further, there is no flat plate 22 not connected to the switch in the second conductor plate group 20. By doing so, the configuration can be simplified.

（変形例２）
図７は、アンテナ装置の変形例２の例を示す図である。図７のアンテナ装置１は、図１のアンテナ装置１と第２導体板群２０、スイッチ３０の構成が異なる。図７のアンテナ装置１では、２１個の平板２１が表され、各平板２１にそれぞれスイッチ３０が接続されている。このようにすることにより、様々なパターンのキャパシタンスを形成することができ、適切なパターンを使用することで、ビームの方向についてより細かい制御を行うことができる。 (Modification 2)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of Modification 2 of the antenna device. The antenna device 1 of FIG. 7 is different from the antenna device 1 of FIG. 1 in the configuration of the second conductor plate group 20 and the switch 30. In the antenna device 1 of FIG. 7, 21 flat plates 21 are represented, and a switch 30 is connected to each flat plate 21. In this way, various patterns of capacitance can be formed, and by using an appropriate pattern, finer control of the beam direction can be performed.

（変形例３）
図１等のアンテナ装置１では、第１導体板群１０のアンテナとして、ＳＲＲ１１が使用されたが、第１導体板群１０のアンテナとして、ＳＲＲ１１以外のアンテナが使用されてもよい。例えば、第１導体板群１０のアンテナとして、アレーアンテナが使用され得る。アレーアンテナのアンテナ素子の近傍に複数の平板を配置し、当該平板に、当該平板を接地するか否かを切り替えるスイッチを接続することで、スイッチによってアンテナ素子と平板との間のキャパシタンスを変更し、図１等のアンテナ装置１と同様に、アレーアンテナのビームの方向を制御することができる。 (Modification 3)
Although the SRR 11 is used as the antenna of the first conductor plate group 10 in the antenna device 1 of FIG. 1 and the like, an antenna other than the SRR 11 may be used as the antenna of the first conductor plate group 10. For example, an array antenna can be used as the antenna of the first conductor plate group 10. By arranging a plurality of flat plates in the vicinity of the antenna element of the array antenna and connecting a switch for switching whether or not the flat plate is grounded to the flat plate, the switch changes the capacitance between the antenna element and the flat plate. 1 and the like, the direction of the beam of the array antenna can be controlled.

（実施形態の作用、効果）
本実施形態のアンテナ装置１は、第１導体板群１０のＳＲＲ１１及びマッチング素子１２と、第２導体板群２０の平板２１及び平板２２による複層構造でアンテナを形成する。接地されていない複数の平板２１及び平板２２によって、結合キャパシタンスが生成される。アンテナ装置１には、第２導体板群２０の平板２１を選択的に接地することができるスイッチ３０が設けられる。アンテナ装置１は、スイッチ３０の切り替えにより、第１導体板群１０及び第２導体板群２０によるキャパシタンスが変動する。このキャパシタンスの変動により、アンテナ装置１におけるビーム角を拡大、縮小、若しくは、ビーム方向をチルトさせることが可能となる。 (Operation and effect of the embodiment)
The antenna device 1 of the present embodiment forms an antenna with a multilayer structure including the SRR 11 and the matching element 12 of the first conductor plate group 10 and the flat plates 21 and 22 of the second conductor plate group 20. The plurality of non-grounded flat plates 21 and 22 create a coupling capacitance. The antenna device 1 is provided with a switch 30 that can selectively ground the flat plate 21 of the second conductor plate group 20. In the antenna device 1, the capacitance of the first conductor plate group 10 and the capacitance of the second conductor plate group 20 fluctuate by switching the switch 30. Due to the change in the capacitance, the beam angle in the antenna device 1 can be enlarged or reduced, or the beam direction can be tilted.

アンテナ装置１は、キャパシタンスの変動をスイッチ３０の切り替えによって実現するため、構成が簡易であり、キャパシタンスを液晶で変更する構成等に比べて、低コストでアンテナ装置１を形成することができる。アンテナ装置１は、スイッチ３０の切り替えで、ビームの方向を変更することができるので、物理的（機械的）にアンテナの向きを変える構成に比べて、簡易に、ビームの方向を走査することができる。 Since the antenna device 1 realizes the change in the capacitance by switching the switch 30, the configuration is simple, and the antenna device 1 can be formed at a lower cost as compared with a configuration in which the capacitance is changed by liquid crystal. Since the antenna device 1 can change the direction of the beam by switching the switch 30, it is easier to scan the direction of the beam as compared to a configuration in which the direction of the antenna is physically (mechanically) changed. it can.

１アンテナ装置
１０第１導体板群
１１ＳＲＲ
１２マッチング素子
２０第２導体板群
２１平板
２２平板
３０スイッチ 1 antenna device
10 First conductor plate group
11 SRR
12 Matching element
20 Second conductor plate group
21 flat plate
22 flat plate
30 switches

Claims

A first conductor plate group including a plurality of conductor plates installed on one plane,
A second conductor plate group including a plurality of conductor plates installed in parallel with the first conductor plate group;
A switch for switching whether or not to short-circuit at least one of the plurality of conductor plates of the second conductor plate group to ground;
Equipped with a,
The antenna device , wherein the plurality of conductor plates of the first conductor plate group include a plurality of SRRs (Split Ring Resonators) arranged in one direction .