JP6953807B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、複数周波数の円偏波を送信又は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 or 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。 Conventionally, as an antenna device capable of transmitting and receiving circularly polarized waves, a configuration in which a patch antenna is provided with two feeding points 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 adjusting 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。
Further,
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、給電点を2つずつ設ける必要がある。例えば、特許文献1に開示のアンテナ装置を、仮に2つの周波数で動作させるためには、給電点を合計4つ設ける必要がある。当然、給電点の数が多いほど、例えば位相調整回路やインピーダンス調整回路といった、給電系の回路が複雑化してしまう。
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、2つの周波数の円偏波を受信可能であって、かつ、給電点の数を抑制可能なアンテナ装置を提供することにある。なお、ここでの円偏波とは、軸比が1dBとなる(つまり真円)の円偏波に限らず、例えば軸比が3dBとなるような楕円偏波も円偏波に該当するものとする。 The present invention has been made based on this circumstance, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of receiving circularly polarized waves of two frequencies and suppressing the number of feeding points. To provide. The circularly polarized wave here is not limited to circularly polarized waves having an axial ratio of 1 dB (that is, a perfect circle), and for example, elliptically polarized waves having an axial ratio of 3 dB also correspond to circularly polarized waves. And.
その目的を達成するための第1のアンテナ装置は、所定の第1周波数の円偏波と、第1周波数よりも高い所定の第2周波数の円偏波のそれぞれを送信又は受信するためのアンテナ装置であって、板状の導体部材である地板(1)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、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸である第1軸(Ax1)と第2軸(Ay1)のそれぞれに対して線対称な形状に形成されているパッチパターン(2)と、給電点としての第1給電点(5)と、第1給電点とは異なる位置に設けられた給電点としての第2給電点(6)と、を備え、パッチパターンの第1軸方向の長さ及び第2軸方向の長さは、何れも電気的に第1周波数の電波の波長である第1波長の半分に相当する長さに設定されており、パッチパターンには、第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅を有するスリット(4)が少なくとも1つ配置されており、スリットは、パッチパターンと相似形状であって、第1軸に平行な直線と第2軸に平行な直線のそれぞれに対して線対称な形状のサブパッチ部(21)をパッチパターンの縁部の一部と協働して形成するように配置されており、サブパッチ部の、第1軸に平行であってサブパッチ部の対称軸として作用する直線である第3軸が延びる方向の長さ、及び、第2軸に平行であってサブパッチ部の対称軸として作用する直線である第4軸が延びる方向の長さは、何れも電気的に第2周波数の電波の波長である第2波長の半分に相当する長さに設定されており、パッチパターンにおいてサブパッチ部以外の領域である剰余領域とサブパッチ部とは少なくとも1箇所で電気的に接続されており、第1給電点は、サブパッチ部において、第1軸と第4軸とが交わる点に配置されており、第2給電点は、サブパッチ部において、第2軸と第3軸とが交わる点に配置されていることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための第2のアンテナ装置は、所定の第1周波数の円偏波と、第1周波数よりも高い所定の第2周波数の円偏波のそれぞれを送信又は受信するためのアンテナ装置であって、板状の導体部材である地板(1)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、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸である第1軸(Ax1)と第2軸(Ay1)のそれぞれに対して線対称な形状に形成されているパッチパターン(2)と、給電点としての第1給電点(5)と、第1給電点とは異なる位置に設けられた給電点としての第2給電点(6)と、を備え、パッチパターンの第1軸方向の長さ及び第2軸方向の長さは、何れも電気的に第1周波数の電波の波長である第1波長の半分に相当する長さに設定されており、パッチパターンには、第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅を有するスリット(4)が少なくとも1つ配置されており、スリットは、パッチパターンと相似形状であって、第1軸に平行な直線と第2軸に平行な直線のそれぞれに対して線対称な形状のサブパッチ部(21)をパッチパターンの縁部の一部と協働して形成するように配置されており、サブパッチ部の、第1軸に平行であってサブパッチ部の対称軸として作用する直線である第3軸が延びる方向の長さ、及び、第2軸に平行であってサブパッチ部の対称軸として作用する直線である第4軸が延びる方向の長さは、何れも電気的に第2周波数の電波の波長である第2波長の半分に相当する長さに設定されており、パッチパターンにおいてサブパッチ部以外の領域である剰余領域とサブパッチ部とは少なくとも1箇所で電気的に接続されており、第1給電点は、第1軸と第2軸との交点を中心とし、かつ、所定の第1長さを半径とする円である第1円と、第3軸と第4軸との交点を中心とし、かつ、第1長さよりも短い所定の第2長さを半径とする円である第2円との交点のうちの何れか一方に配置されており、第2給電点は、第1円と第2円との交点のうちの他方に配置されていることを特徴とする。
さらに、上記目的を達成するための第3のアンテナ装置は、所定の第1周波数の円偏波と、第1周波数よりも高い所定の第2周波数の円偏波のそれぞれを送信又は受信するためのアンテナ装置であって、板状の導体部材である地板(1)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、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸である第1軸(Ax1)と第2軸(Ay1)のそれぞれに対して線対称な形状に形成されているパッチパターン(2)と、給電点としての第1給電点(5)と、第1給電点とは異なる位置に設けられた給電点としての第2給電点(6)と、を備え、パッチパターンの第1軸方向の長さ及び第2軸方向の長さは、何れも電気的に第1周波数の電波の波長である第1波長の半分に相当する長さに設定されており、パッチパターンには、第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅を有するスリット(4)が少なくとも1つ配置されており、スリットは、パッチパターンと相似形状であって、第1軸に平行な直線と第2軸に平行な直線のそれぞれに対して線対称な形状のサブパッチ部(21)をパッチパターンの縁部の一部と協働して形成するように配置されており、サブパッチ部の、第1軸に平行であってサブパッチ部の対称軸として作用する直線である第3軸が延びる方向の長さ、及び、第2軸に平行であってサブパッチ部の対称軸として作用する直線である第4軸が延びる方向の長さは、何れも電気的に第2周波数の電波の波長である第2波長の半分に相当する長さに設定されており、パッチパターンにおいてサブパッチ部以外の領域である剰余領域とサブパッチ部とは少なくとも1箇所で電気的に接続されており、第1給電点及び第2給電点は、サブパッチ部に配置されており、第3軸が第1軸とは重ならず、且つ、第4軸が第2軸と重ならないようにスリットは形成されていることを特徴とする。
The first antenna device for achieving the purpose is an antenna for transmitting or receiving each of a predetermined first frequency circular polarization and a predetermined second frequency circular polarization higher than the first frequency. A device, which is a plate-shaped conductor member (1) which is a plate-shaped conductor member and a plate-shaped conductor member installed so as to face the main plate at a predetermined distance, and the angle formed by each other is regarded as a quadrangle. A patch pattern (2) formed in a line-symmetrical shape with respect to each of the first axis (Ax1) and the second axis (Ay1), which are two axes having an angle of formation, and as a feeding point. A first feeding point (5) and a second feeding point (6) as a feeding point provided at a position different from the first feeding point are provided, and the length of the patch pattern in the first axial direction and the second feeding point are provided. The length in the axial direction is electrically set to a length corresponding to half of the first wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the first frequency, and in the patch pattern, the propagation of the current of the first frequency is set. At least one slit (4) having a width that does not hinder the propagation of the current of the second frequency is arranged, and the slit has a shape similar to the patch pattern and is a straight line parallel to the first axis. Subpatch portions (21) having a shape symmetrical with respect to each of the straight lines parallel to the second axis are arranged so as to cooperate with a part of the edge portion of the patch pattern, and the subpatch portion of the subpatch portion has a second shape. The length in the direction in which the third axis extends, which is a straight line parallel to one axis and acts as the axis of symmetry of the subpatch portion, and the straight line parallel to the second axis and acting as the axis of symmetry of the subpatch portion. The length in the direction in which the four axes extend is electrically set to a length corresponding to half of the second wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the second frequency, and is a region other than the subpatch portion in the patch pattern. The surplus area and the subpatch portion are electrically connected at at least one place, and the first feeding point is arranged at the point where the first axis and the fourth axis intersect in the subpatch portion, and the second feeding point. Is arranged at a point where the second axis and the third axis intersect in the subpatch portion.
Further, the second antenna device for achieving the above object transmits or receives each of a predetermined first frequency circular polarization and a predetermined second frequency circular polarization higher than the first frequency. The antenna device of the above, the main plate (1) which is a plate-shaped conductor member, and the plate-shaped conductor member installed so as to face the main plate at a predetermined distance, and the angles formed by each other are parallel. A patch pattern (2) formed in a line-symmetrical shape with respect to each of the first axis (Ax1) and the second axis (Ay1), which are two axes having an angle that can be seen, and a feeding point. The first feeding point (5) as a feeding point and the second feeding point (6) as a feeding point provided at a position different from the first feeding point are provided, and the length of the patch pattern in the first axial direction and The length in the second axis direction is electrically set to a length corresponding to half of the first wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the first frequency, and the patch pattern includes the current of the first frequency. At least one slit (4) having a width that hinders the propagation of the current of the second frequency while not hindering the propagation is arranged, and the slit has a shape similar to the patch pattern and is parallel to the first axis. A subpatch portion (21) having a line-symmetrical shape with respect to each of the straight line and the straight line parallel to the second axis is arranged so as to cooperate with a part of the edge portion of the patch pattern, and the subpatch portion is formed. , The length in the direction in which the third axis extends, which is a straight line parallel to the first axis and acts as the axis of symmetry of the subpatch portion, and the straight line parallel to the second axis and acting as the axis of symmetry of the subpatch portion. The length in the direction in which a certain fourth axis extends is electrically set to a length corresponding to half of the second wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the second frequency, and is a region other than the subpatch portion in the patch pattern. The surplus area and the subpatch portion are electrically connected at at least one place, and the first feeding point is centered on the intersection of the first axis and the second axis and has a predetermined first length. A first circle, which is a circle having a radius, and a second circle, which is a circle centered on the intersection of the third and fourth axes and having a predetermined second length shorter than the first length as a radius. The second feeding point is arranged at any one of the intersections of the above, and the second feeding point is arranged at the other of the intersections of the first circle and the second circle.
Further, the third antenna device for achieving the above object transmits or receives each of a predetermined first frequency circular polarization and a predetermined second frequency circular polarization higher than the first frequency. The antenna device of the above, the main plate (1) which is a plate-shaped conductor member, and the plate-shaped conductor member installed so as to face the main plate at a predetermined distance, and the angles formed by each other are parallel. A patch pattern (2) formed in a line-symmetrical shape with respect to each of the first axis (Ax1) and the second axis (Ay1), which are two axes having an angle that can be seen, and a feeding point. The first feeding point (5) as a feeding point and the second feeding point (6) as a feeding point provided at a position different from the first feeding point are provided, and the length of the patch pattern in the first axial direction and The length in the second axis direction is electrically set to a length corresponding to half of the first wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the first frequency, and the patch pattern includes the current of the first frequency. At least one slit (4) having a width that hinders the propagation of the current of the second frequency while not hindering the propagation is arranged, and the slit has a shape similar to the patch pattern and is parallel to the first axis. A subpatch portion (21) having a line-symmetrical shape with respect to each of the straight line and the straight line parallel to the second axis is arranged so as to cooperate with a part of the edge portion of the patch pattern, and the subpatch portion is formed. , The length in the direction in which the third axis extends, which is a straight line parallel to the first axis and acts as the axis of symmetry of the subpatch portion, and the straight line parallel to the second axis and acting as the axis of symmetry of the subpatch portion. The length in the direction in which a certain fourth axis extends is electrically set to a length corresponding to half of the second wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the second frequency, and is a region other than the subpatch portion in the patch pattern. The surplus area and the subpatch portion are electrically connected at at least one place, the first feeding point and the second feeding point are arranged in the subpatch portion, and the third axis overlaps with the first axis. It is characterized in that the slit is formed so that the fourth axis does not overlap with the second axis.
上記構成において、第1軸はパッチパターンにとっての1つの対称軸であり、第2軸は、パッチパターンにとっての第1軸以外の対称軸であって、第1軸と直交していると見なすことができる対称軸である。また、第3軸はパッチパターンにとっての1つの対称軸であり、第4軸は、パッチパターンにとっての第3軸以外の対称軸であって、第4軸と直交していると見なすことができる対称軸である。なお、第3軸は第1軸と平行であり、第4軸は第2軸と平行であるため、第3軸と第4軸がなす角度もまた、直角と見なすことができる角度となっている。 In the above configuration, the first axis is one axis of symmetry for the patch pattern, and the second axis is a symmetry axis other than the first axis for the patch pattern, and is considered to be orthogonal to the first axis. Is the axis of symmetry that can be created. Further, the third axis is one axis of symmetry for the patch pattern, and the fourth axis is a symmetry axis other than the third axis for the patch pattern, and can be regarded as orthogonal to the fourth axis. It is the axis of symmetry. Since the third axis is parallel to the first axis and the fourth axis is parallel to the second axis, the angle formed by the third axis and the fourth axis is also an angle that can be regarded as a right angle. There is.
パッチパターンの第1軸が延びる方向(つまり第1軸方向)の長さ、及び、第2軸が延びる方向(つまり第2軸方向)の長さは何れも電気的に第1波長の半分に相当する長さに設定されている。また、スリットの幅は第1周波数の電流の伝搬は阻害しない値に設定されているため、第1周波数でパッチパターンを励振させるうえで、スリットの存在は無視することができる。 The length of the patch pattern in the direction in which the first axis extends (that is, the direction of the first axis) and the length in the direction in which the second axis extends (that is, the direction of the second axis) are both electrically half of the first wavelength. It is set to a corresponding length. Further, since the width of the slit is set to a value that does not hinder the propagation of the current at the first frequency, the existence of the slit can be ignored in exciting the patch pattern at the first frequency.
故に、第1給電点及び第2給電点のそれぞれから、第1周波数であって且つ位相が90°ずれた電流を流すことによって、パッチパターン上に、互いに直交する向きに流れる二つの電流を90°位相で励振させることができる。すなわち、上記構成によれば、第1周波数の円偏波を送信させることができる。 Therefore, by passing a current having a first frequency and a phase shift of 90 ° from each of the first feeding point and the second feeding point, 90 two currents flowing in directions orthogonal to each other are passed on the patch pattern. Can be excited in ° phase. That is, according to the above configuration, the circularly polarized wave of the first frequency can be transmitted.
また、スリットの幅は、第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅に設定されているとともに、第1給電点及び第2給電点はサブパッチ部に配置されているため、各給電点から第2周波数の電流を入力した場合、第2周波数の電流は主としてサブパッチ部に分布する。つまり、サブパッチ部はサブパッチ部以外の領域(以降、剰余領域)とは独立して励振する。 Further, the width of the slit is set to a width that hinders the propagation of the current of the second frequency, and the first feeding point and the second feeding point are arranged in the subpatch portion, so that the second feeding point is the second from each feeding point. When a frequency current is input, the second frequency current is mainly distributed in the subpatch portion. That is, the subpatch portion is excited independently of the region other than the subpatch portion (hereinafter, the surplus region).
そして、サブパッチ部の第3軸が延びる方向(つまり第3軸方向)の長さ、及び、第4軸が延びる方向(つまり第4軸方向)の長さは何れも電気的に第2波長の半分に相当する長さに設定されている。このような構成によれば、第1給電点及び第2給電点のそれぞれから、第2周波数であって且つ位相が90°ずれた電流を流すことによって、サブパッチ部上に、互いに直交する向きに流れる二つの電流を90°位相で励振させることができる。すなわち、上記の構成によれば第2周波数の円偏波を送信させることができる。 The length in the direction in which the third axis of the subpatch portion extends (that is, the direction in which the third axis extends) and the length in the direction in which the fourth axis extends (that is, in the direction of the fourth axis) are both electrically of the second wavelength. It is set to a length equivalent to half. According to such a configuration, by passing a current having a second frequency and a phase shift of 90 ° from each of the first feeding point and the second feeding point, the directions are orthogonal to each other on the subpatch portion. The two flowing currents can be excited in 90 ° phase. That is, according to the above configuration, the circularly polarized wave of the second frequency can be transmitted.
なお、円偏波の送受信には可逆性があるため、第1周波数の円偏波を送信可能であるということは、第1周波数の円偏波を受信可能であることを意味する。つまり、上記構成によれば、第1周波数の円偏波を受信することもできる。第2周波数についても同様である。 Since the transmission and reception of circularly polarized waves are reversible, the fact that the first frequency circularly polarized waves can be transmitted means that the first frequency circularly polarized waves can be received. That is, according to the above configuration, it is also possible to receive the circularly polarized wave of the first frequency. The same applies to the second frequency.
つまり、以上で述べた構成によれば、第1周波数と第2周波数のそれぞれの円偏波を送受信可能である。また、上記構成によれば第1周波数と第2周波数のそれぞれの円偏波を送受信させるために必要となる給電点の数は2つでよい。すなわち、上記の構成によれば、2つの周波数の円偏波を受信可能なアンテナ装置において、給電点の数を抑制することができる。 That is, according to the configuration described above, it is possible to transmit and receive the circularly polarized waves of the first frequency and the second frequency. Further, according to the above configuration, the number of feeding points required to transmit and receive the circularly polarized waves of the first frequency and the second frequency may be two. That is, according to the above configuration, the number of feeding points can be suppressed in the antenna device capable of receiving circularly polarized waves of two frequencies.
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、1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, as one embodiment, the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. is not it.
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1170MHzに設定されており、第2周波数は1550MHz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、相対的に低いほうが第1周波数に該当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 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1276MHzや、760MHz、900MHz、1.575GHz、5.9GHz等の電波としてもよい。また、アンテナ装置100は、第1周波数を基準として定まる所定の周波数帯の電波を送受信可能に構成されていても良い。第2周波数についても同様である。アンテナ装置100は、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。
Of course, the radio wave to be transmitted and received (hereinafter, the target radio wave) may be appropriately designed, and may be, for example, a radio wave of 1276 MHz, 760 MHz, 900 MHz, 1.575 GHz, 5.9 GHz, or the like as another embodiment. Further, the
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。以降におけるλ1とは第1波長を指し、λ2とは第2波長を指すものとする。例えば0.5×λ1とは第1波長の半分の長さを指し、0.25×λ2は第2波長の4分の1の長さを指すものとする。 Hereinafter, the wavelength of the radio wave of the first frequency will be referred to as the first wavelength, and the wavelength of the radio wave of the second frequency will be referred to as the second wavelength. Hereinafter, λ1 refers to the first wavelength, and λ2 refers to the second wavelength. For example, 0.5 × λ1 means half the length of the first wavelength, and 0.25 × λ2 means one quarter of the length of the second wavelength.
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
なお、アンテナ装置100と同軸ケーブルとの接続部分には、インピーダンスを整合させるための回路(いわゆるインピーダンス整合回路)が設けられていても良い。また、アンテナ装置100と同軸ケーブルの接続部分には、インピーダンス整合回路のほかに、位相調整回路が設けられていても良い。位相調整回路は、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、その他の周知の給電ケーブルを用いて接続しても良い。
A circuit for matching impedance (so-called impedance matching circuit) may be provided at the connection portion between the
<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1、パッチパターン2、支持部3、L型スリット4、第1給電点5、及び第2給電点6を備える。便宜上以降では、地板1に対してパッチパターン2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1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1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1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1は、少なくともパッチパターン2以上の大きさに設定されていればよい。ここでは一例として、パッチパターン2の1.1倍程度の大きさに設定されているものとするが、他の構成として地板1はパッチパターン2と同一の寸法に形成されていても良い。
The
また、地板1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1の平面形状を正方形状とするが、他の態様として地板1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 of the
パッチパターン2は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。パッチパターン2は、支持部3によって、地板1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パッチパターン2の平面形状は正方形とする。他の態様としてパッチパターン2は、円形や正六角形、正八角形、正三角形などであってもよい。
The
パッチパターン2の1辺の長さ(以降、パッチ長)L1は、第1周波数において共振するように、電気的に0.5×λ1に相当する長さに設定されている。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。仮に誘電体を素材とする支持部3によって第1波長λ1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。ここでは一例として第1波長λ1は、支持部3によって44mmまで短縮されているものとする。
The length of one side of the patch pattern 2 (hereinafter referred to as the patch length) L1 is electrically set to a length corresponding to 0.5 × λ1 so as to resonate at the first frequency. The electrical length here is an effective length in consideration of the fringing electric field and the wavelength shortening effect of the dielectric. If the first wavelength λ1 is shortened by the
なお、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λ1の半分以下に設定することもできる。例えばパッチ長L1は、第1波長λ1の4割程度の長さに設定できる場合もある。また、パッチ長L1は、第1波長λ1の6割程度の長さに設定されていても第1周波数において共振しうる。パッチ長L1は所望のアンテナ特性(例えば軸比や利得)が得られるように微調整されるべきパラメータである。 Considering the fringed electric field, the actual length of one side can be set to half or less of the first wavelength λ1. For example, the patch length L1 may be set to a length of about 40% of the first wavelength λ1. Further, the patch length L1 can resonate at the first frequency even if it is set to a length of about 60% of the first wavelength λ1. The patch length L1 is a parameter that should be fine-tuned to obtain the desired antenna characteristics (eg, axial ratio and gain).
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軸はパッチパターン2が備える或る1つの辺に平行な軸とし、Y軸は、X軸を含むパッチパターン2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1からパッチパターン2に向かう方向を正方向とする軸とする。
For convenience, the configuration of the
パッチパターン2には、給電点としての第1給電点5、第2給電点6が設けられている。第1給電点5及び第2給電点6はそれぞれ、同軸ケーブルの内部導体とパッチパターン2とが、位相調整回路を介して電気的に接続される部分である。パッチパターン2上における第1給電点5や第2給電点6の設置位置については別途後述する。
The
支持部3は、地板1に対するパッチパターン2の位置及び姿勢を支持するための部材である。ここでは一例として支持部3は、樹脂等の誘電体を素材とする所定の厚みを備える板状の部材とする。支持部3の厚みは第1波長λ1や第2波長λ2に応じて適宜設計されればよい。例えば厚みは5mmに設定されている。
The
支持部3は、所定の比誘電率を備える誘電体材料を用いて形成されればよい。例えば支持部3は比誘電率36程度の誘電体を用いて実現されれば良い。仮に支持部3が比誘電率36の誘電体を用いて実現されている場合、当該支持部3による波長短縮効果によって、第1波長λ1や第2波長λ2は真空中の長さの6分の1程度まで短縮される。具体的には、第1波長λ1は43mm、第2波長λ2は32mmまで短縮される。もちろん、支持部3を構成する誘電体が備える比誘電率は適宜設計されればよく、30や38、40などであってもよい。
The
なお、支持部3は前述の役割を果たせればよく、支持部3の形状は板状に限らない。他の実施態様として支持部3は、地板1とパッチパターン2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。また、本実施形態において地板1とパッチパターン2の間は、樹脂(すなわち支持部3)で充填されているものとするが、これに限らない。地板1とパッチパターン2とで挟まれる空間の一部又は全部は中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用いて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1や、パッチパターン2として利用するとともに、導体層を隔てる樹脂層を支持部3として利用してもよい。
The
L型スリット4は、パッチパターン2にL字状に延設されているスリットである。L型スリット4は、その角部がパッチパターン2の1つの対角線上に位置し、かつ、直線部分がX軸及びY軸のそれぞれと平行となるように配置されている。これにより、L型スリット4とパッチパターン2の縁部とで囲まれる領域(図3中のハッチングを付与した領域)は、パッチパターン2と相似形状となる。換言すれば、L型スリット4は、パッチパターン2の縁部の一部と協働して、パッチパターン2と相似形状のサブパッチ部21を形成するように配置されている。サブパッチ部21は後述するように第2周波数において共振電流が流れる領域である。なお、本実施形態のパッチパターン2は正方形状であるためサブパッチ部21もまた正方形状となる。
The L-shaped
L型スリット4の角部は、パッチパターン2の対角線上においてサブパッチ部21の1辺の長さ(以降、サブパッチ長)L2が、電気的に0.5×λ2に相当する長さとなる位置に配置されている。すなわち、パッチパターン2の1つの角部からX軸方向に0.5×λ2離れており、且つ、当該角部からY軸方向に0.5×λ2離れた位置に配置されている。
The corners of the L-shaped
図3の符号22で指し示す領域は、パッチパターン2においてサブパッチ部21以外の領域(以降、剰余領域)である。本実施形態のサブパッチ部21は、パッチパターン2の1つの角部を共有するように形成されるため、剰余領域22は概略的に、X軸方向の長さとY軸方向の長さが等しいL字型となる。なお、X軸方向が請求項に記載の第1軸方向に相当し、Y軸方向が請求項に記載の第2軸方向に相当する。
The region indicated by
便宜上以降では、L型スリット4においてX軸に平行な部分をX軸平行部4Xと称するとともに、Y軸に平行な部分をY軸平行部4Yと称する。X軸平行部4Xは、換言すれば、パッチパターン2が備えるX軸に平行な1つの辺と、0.5×λ2をおいて対向するように形成された直線状のスリットである。また、Y軸平行部4Yは、換言すれば、パッチパターン2が備えるY軸に平行な1つの辺と、0.5×λ2をおいて対向するように形成された直線状のスリットである。
For convenience, hereinafter, the portion of the L-shaped
X軸平行部4X及びY軸平行部4Yのそれぞれの長さは、適宜設計されれば良い。X軸平行部4X及びY軸平行部4Yの長さは、後述するように第2周波数においてサブパッチ部21が剰余領域22とは独立して励振するように、サブパッチ長L2の半分(つまり0.25×λ2)よりも長い値に設定されていることが好ましい。ただし、X軸平行部4X及びY軸平行部4Yのそれぞれの長さは、サブパッチ部21と剰余領域22とが完全に分離しないように、サブパッチ長L2よりも小さい値に設定されているものとする。つまり、X軸平行部4X及びY軸平行部4Yのそれぞれの長さは、0.25×λ2よりも長く且つ0.5×λ2よりも短い値に設定される。
The lengths of the X-axis
ここでは一例として、X軸平行部4X及びY軸平行部4Yのそれぞれの長さは0.9×L2=0.45×λ2に設定されているものとする。もちろん、L2に乗じる値は、0.9に限らず、0.6や0.7、0.8などであっても良い。なお、X軸平行部4XとY軸平行部4Yは必ずしも同じ長さである必要はない。X軸平行部4XとY軸平行部4Yは異なる長さに設定されていても良い。
Here, as an example, it is assumed that the lengths of the X-axis
X軸平行部4XやY軸平行部4Yの幅(以降、スリット幅)Wは、第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、第2周波数の電流の伝搬を阻害(換言すれば抑制)する長さに設定されている。そのような設定によれば、L型スリット4は第1周波数においてはサブパッチ部21と剰余領域とが容量結合してパッチパターン2全体で励振する一方、第2周波数ではサブパッチ部21が剰余領域22とは独立して励振させる作用をもたらす。
The width (hereinafter, slit width) W of the X-axis
例えば、スリット幅Wは、第2波長λ2の10分の1以上に設定されていれば、第2周波数の電流の剰余領域22への伝搬をある程度抑制(換言すれば阻害)できる。また、スリット幅Wは大きいほど第2周波数の電流の剰余領域22への伝搬を抑制できる。故に、スリット幅Wは、第2波長λ2の10分の1以上に設定されていることが好ましい。ただし、スリット幅Wが大きすぎると、L型スリット4が第2周波数の電流の伝搬を阻害してしまうことなる。故に、スリット幅Wは、第2波長λ2の10分の1以上、且つ、第1波長λ1の10分の1以下の値に設定されていることが好ましい。
For example, if the slit width W is set to 1/10 or more of the second wavelength λ2, the propagation of the current of the second frequency to 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1が略水平であって、地板1からパッチパターン2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
<給電点の設置位置について>
ここでは図4を用いて、パッチパターン2の形状について改めて説明するとともに、当該パッチパターン2における第1給電点5及び第2給電点6の設置位置について説明する。まず、前提として本実施形態におけるパッチパターン2は正方形状であるため、パッチパターン2は、パッチパターン2の中心C1を通ってX軸に平行な直線(以降、第1横軸)Ax1に対して線対称である。また、パッチパターン2は、中心C1を通ってY軸に平行な直線(以降、第1縦軸)Ay1に対しても線対称である。すなわち、パッチパターン2は、互いに直交する2つの対称軸のそれぞれに対して線対称な形状に形成されている。
<About the installation position of the feeding point>
Here, the shape of the
また、サブパッチ部21はパッチパターン2と相似形状であるため、サブパッチ部21もまた互いに直交する2つの対称軸のそれぞれに対して線対称な形状に形成されていることとなる。すなわち、サブパッチ部21は、サブパッチ部21の中心C2を通ってX軸に平行な直線(以降、第2横軸)Ax2に対して線対称であるとともに、中心C2を通ってY軸に平行な直線(以降、第2縦軸)Ay2に対しても線対称である。第2横軸Ax2が請求項に記載の第3軸に相当し、第2縦軸Ay2が請求項に記載の第4軸に相当する。
Further, since the
第1給電点5及び第2給電点6は、図4に示すように、少なくともサブパッチ部21となる領域内に配置する。具体的には、第1給電点5は、第1横軸Ax1と第2縦軸Ay2の交点に配置するとともに、第2給電点6は、第1縦軸Ay1と第2横軸Ax2の交点に配置する。このようなレイアウトは、パッチパターン2にとっては、中心C1を通る互いに直交する2つの軸Ax1、Ay1上に1つずつ給電点が配置された構成に相当する。また、サブパッチ部21にとっても、中心C2を通る互いに直交する2つの軸Ax2、Ay2上に1つずつ給電点が配置された構成に相当する。第1横軸Ax1が請求項に記載の第1軸に相当し、第1縦軸Ay1が請求項に記載の第2軸に相当する。
As shown in FIG. 4, the
なお、第1給電点5への給電は、同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続している導電性のピン(以降、給電ピン)を用いて実現されればよい。給電ピンは、地板1、支持部3を貫通して、パッチパターン2の一点(つまり第1給電点5)と内部導体とを接続する。第2給電点6もまた、給電ピンを用いて実現されればよい。なお、地板1において第1給電点5と重なる位置には、給電ピンとの非接触を確保するための孔部が設けられている。また、地板1において第2給電点6と重なる位置にも、第2給電点6を形成する給電ピンとの非接触を確保するための孔部が設けられている。同軸ケーブルの内部導体と給電ピンとが電気的に接続している態様には、直接的に接続している態様だけでなく、それらの間にインピーダンス整合回路や位相調整回路が介在している態様も含まれる。
The feeding to the
なお、本実施形態ではパッチパターン2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 this embodiment, a direct power feeding method using a conductive pin is adopted as a power feeding method for the
<アンテナ装置100の作動>
上記の第1給電点5及び第2給電点6の設置態様は、パッチパターン2にとっては、中心C1を通る互いに直交する2つの軸Ax1、Ay1上に1つずつ給電点が配置された構成に相当する。また、パッチパターン2の第1横軸Ax1が延びる方向の長さ、第1縦軸Ay1が延びる方向の長さは何れも電気的に0.5×λ1に相当する長さに設定されている。故に、第1給電点5及び第2給電点6のそれぞれから、第1周波数であって且つ位相が90°ずれた電流を流すことによって、図5に示すように互いに直交する二つの電流をパッチパターン2上に励振させることができる。
<Operation of
The above-mentioned installation mode of the
すなわち、上記構成によれば、第1周波数の円偏波を送信させることができる。なお、電波の送信/受信には可逆性があるため、第1周波数の円偏波を送信可能であるということは、第1周波数の円偏波を受信可能であることを意味する。つまり、上記構成によれば、第1周波数の円偏波を受信することもできる。 That is, according to the above configuration, the circularly polarized wave of the first frequency can be transmitted. Since the transmission / reception of radio waves is reversible, the fact that the circularly polarized waves of the first frequency can be transmitted means that the circularly polarized waves of the first frequency can be received. That is, according to the above configuration, it is also possible to receive the circularly polarized wave of the first frequency.
また、上記の第1給電点5及び第2給電点6の設置態様は、サブパッチ部21にとっては、中心C2を通る互いに直交する2つの軸Ax2、Ay2上に1つずつ給電点が配置された構成に相当する。さらに、サブパッチ部21の第2横軸Ax2が延びる方向の長さ、第2縦軸Ay2が延びる方向の長さは何れも電気的に0.5×λ2に相当する長さに設定されている。故に、第1給電点5及び第2給電点6のそれぞれから、第2周波数であって且つ位相が90°ずれた電流を流すことによって、図6に示すように、互いに直交する二つの電流をサブパッチ部21上に励振させることができる。
Further, in the above-mentioned installation mode of the
すなわち、上記の構成によれば第2周波数の円偏波を送信させることができる。また、電波の送信/受信には可逆性があるため、第2周波数の円偏波を送信可能であるということは、第2周波数の円偏波を受信可能であることを意味する。つまり、上記構成によれば、第2周波数の円偏波を受信することもできる。 That is, according to the above configuration, the circularly polarized wave of the second frequency can be transmitted. Further, since the transmission / reception of radio waves is reversible, the fact that the circularly polarized waves of the second frequency can be transmitted means that the circularly polarized waves of the second frequency can be received. That is, according to the above configuration, it is also possible to receive the circularly polarized wave of the second frequency.
以上で述べたように本実施形態のアンテナ装置100は、第1周波数と第2周波数のそれぞれの円偏波を受信可能である。また、第1周波数と第2周波数のそれぞれの円偏波を受信するために必要となる給電点の数は2つでよい。すなわち、上記の構成によれば、2つの周波数の円偏波を受信可能なアンテナ装置において、給電点の数を抑制することができる。
As described above, the
図7は、上記構成の周波数毎の円偏波の軸比や利得を試験した結果を示したものである。図7中の実線は、周波数毎の軸比を表しており、破線は周波数毎の利得を表している。図7に示すように、上記の構成によれば第1周波数である1170MHzでは、2.5dBの軸比を達成できるとともに、4.4dBicの利得を実現することができる。また、第2周波数である1550MHzでは、2dBの軸比を達成できるとともに、4.3dBicの利得を実現することができる。つまり、第1周波数と第2周波数のそれぞれにおいて軸比と利得を両立させる事ができる。なお、円偏波を送信/受信するためのアンテナとしては軸比が3dB以下に抑制されていれば十分である。 FIG. 7 shows the results of testing the axial ratio and gain of circularly polarized waves for each frequency having the above configuration. The solid line in FIG. 7 represents the axial ratio for each frequency, and the broken line represents the gain for each frequency. As shown in FIG. 7, according to the above configuration, at 1170 MHz, which is the first frequency, an axial ratio of 2.5 dB can be achieved and a gain of 4.4 dBic can be realized. Further, at 1550 MHz, which is the second frequency, an axial ratio of 2 dB can be achieved, and a gain of 4.3 dBic can be realized. That is, it is possible to achieve both the axial ratio and the gain at each of the first frequency and the second frequency. As an antenna for transmitting / receiving circularly polarized waves, it is sufficient if the axial ratio is suppressed to 3 dB or less.
図8は第1周波数での垂直面での放射指向性を試験した結果を示す図であり、図9は第2周波数での垂直面での放射指向性を試験した結果を示す図である。図8、図9に示すように第1周波数、第2周波数の何れにおいても右旋円偏波の利得を左旋円偏波の利得よりも十分に大きく設定することができる。すなわち、第1周波数の右旋円偏波を送信又は受信するためのアンテナとして十分な性能となっている。 FIG. 8 is a diagram showing the results of testing the radiation directivity on the vertical plane at the first frequency, and FIG. 9 is a diagram showing the results of testing the radiation directivity on the vertical plane at the second frequency. As shown in FIGS. 8 and 9, the gain of right-handed circularly polarized wave can be set sufficiently larger than the gain of left-handed circularly polarized wave at both the first frequency and the second frequency. That is, the performance is sufficient as an antenna for transmitting or receiving right-handed circularly polarized waves of the first frequency.
ところで、第1周波数の右旋円偏波を送信又は受信するための他の構成(以降、比較構成)としては、第1周波数用のパッチパターンと第2周波数用のパッチパターンを積層することで、第1、第2周波数の円偏波を送受信可能なアンテナ装置を想定される。そのような比較構成では、各周波数に応じたパッチパターンを積層する必要があるため、アンテナ装置全体としての高さが高くなってしまう恐れがある。対して本実施形態のアンテナ装置100によれば、1つの平面内に第1周波数で動作する領域と、第2周波数で動作する領域が形成されているため、アンテナ装置100の高さを抑制することができる。
By the way, as another configuration for transmitting or receiving the right-handed circularly polarized wave of the first frequency (hereinafter referred to as a comparative configuration), a patch pattern for the first frequency and a patch pattern for the second frequency are laminated. , An antenna device capable of transmitting and receiving circularly polarized waves of the first and second frequencies is assumed. In such a comparative configuration, it is necessary to stack patch patterns corresponding to each frequency, so that the height of the antenna device as a whole may increase. On the other hand, according to the
さらに、上記のアンテナ装置100は、パッチパターン2にスリットを設けることによって、パッチパターン2に第2周波数で励振する領域を形成する。つまり、第2周波数の円偏波の受信機能を提供するサブパッチ部21は、パッチパターン2の内部に形成される。そのため、アンテナ装置100のXY平面でのサイズを抑制することもできる。
Further, 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。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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications described below are also included in the technical scope of the present invention, and other than the following. Can be implemented with various changes within the range that does not deviate from the gist. The members having the same functions as the members described in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, when only a part of the configuration is referred to, the configuration of the embodiment described above can be applied to the other parts.
[変形例1]
上述した実施形態では第1横軸Ax1と第2縦軸Ay2との交点、及び、第1縦軸Ay1と第2横軸Ax2との交点の、それぞれに給電点を配置した構成を開示したがこれに限らない。各給電点は、各軸からずれた位置に配置されていても良い。第1給電点5は第1横軸Ax1との距離が所定の許容距離以内であり、かつ、第2縦軸Ay2との距離が許容距離以内となる位置に配置されていれば良い。また、第2給電点6は第1縦軸Ay1との距離が許容距離以内であり、かつ、第2横軸Ax2との距離が許容距離以内となる位置に配置されていれば良い。図10のAr1は第1横軸Ax1との距離が所定の許容距離以内であり、かつ、第2縦軸Ay2との距離が許容距離以内となる領域を概念的に表している。また、図10中のAr2は、第1縦軸Ay1との距離が許容距離以内であり、かつ、第2横軸Ax2との距離が許容距離以内となる領域を概念的に表している。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the configuration in which the feeding points are arranged at the intersections of the first horizontal axis Ax1 and the second vertical axis Ay2 and the intersections of the first vertical axis Ay1 and the second horizontal axis Ax2 is disclosed. Not limited to this. Each feeding point may be arranged at a position deviated from each axis. The
ここでの許容距離とは、インピーダンスの不整合に由来する軸比及び利得の劣化が所定の許容範囲内となる距離の上限値である。なお、第1縦軸Ay1や第1横軸Ax1に対する許容距離と、第2縦軸Ay2や第2横軸Ax2に対する許容距離とは異なる値に設定されていても良い。その場合、第1縦軸Ay1や第1横軸Ax1に対する許容距離は第1波長λ1に所定の比率(例えば20分の1)を乗じた値とし、第2縦軸Ay2や第2横軸Ax2に対する許容距離は第2波長λ2に所定の比率(例えば20分の1)を乗じた値とすればよい。 The permissible distance here is an upper limit value of the distance at which the deterioration of the axial ratio and the gain due to the impedance mismatch is within a predetermined permissible range. The permissible distance with respect to the first vertical axis Ay1 and the first horizontal axis Ax1 and the permissible distance with respect to the second vertical axis Ay2 and the second horizontal axis Ax2 may be set to different values. In that case, the permissible distance with respect to the first vertical axis Ay1 and the first horizontal axis Ax1 is a value obtained by multiplying the first wavelength λ1 by a predetermined ratio (for example, 1/20), and the second vertical axis Ay2 and the second horizontal axis Ax2. The permissible distance to the second wavelength λ2 may be a value obtained by multiplying the second wavelength λ2 by a predetermined ratio (for example, 1/20).
[変形例2]
また、他の態様として、図11に示すように、中心C1を円の中心とする半径R1の円(以降、第1円)と、中心C2を円の中心とする半径R2の円(以降、第2円)の交点に給電点を配置しても良い。半径R1は中心C1から中心C2までの長さより大きい値に設定されればよい。また、半径R2の値は、半径R1と半径R2の比が第1波長λ1と第2波長λ2の比と一致するように設定されることが好ましい。半径R1が請求項に記載の第1長さに相当し、半径R2が請求項に記載の第2長さに相当する。
[Modification 2]
As another aspect, as shown in FIG. 11, a circle having a radius R1 centered on the center C1 (hereinafter, the first circle) and a circle having a radius R2 centered on the center C2 (hereinafter, the first circle). A feeding point may be arranged at the intersection of the second circle). The radius R1 may be set to a value larger than the length from the center C1 to the center C2. Further, the value of the radius R2 is preferably set so that the ratio of the radius R1 and the radius R2 matches the ratio of the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2. The radius R1 corresponds to the first length according to the claim, and the radius R2 corresponds to the second length according to the claim.
以上の構成によれば、中心C1及び中心C2のそれぞれから各給電点までの距離が等しくなるので、2つの周波数でのインピーダンスを近い値となる。その結果、2つの周波数で1つのインピーダンス整合回路を共用させることができ、回路構成を簡略化することができる。なお、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。 According to the above configuration, the distances from each of the center C1 and the center C2 to each feeding point are equal, so that the impedances at the two frequencies are close to each other. As a result, one impedance matching circuit can be shared by two frequencies, and the circuit configuration can be simplified. The impedance matching state is not limited to a perfect matching state, but includes a state in which the loss due to impedance mismatching is within a predetermined allowable range.
[変形例3]
上述した実施形態等では、ひとつながりに形成されたL字状のスリットを設けることによって、サブパッチ部21を形成する態様を開示したが、サブパッチ部21を実現するためのスリットの形成態様はこれに限らない。
[Modification 3]
In the above-described embodiment and the like, an embodiment in which the
例えば図12に示すように、直線状のスリット41、42をサブパッチ部21の縁部に沿うように配置することで、サブパッチ部21を形成しても良い。このような構成は、L型スリット4のX軸平行部4XとY軸平行部4Yとを角部で分断した構成に相当する。スリット41やX軸平行部4Xが請求項に記載の第1スリットに相当し、スリット42やY軸平行部4Yが請求項に記載の第2スリットに相当する。
For example, as shown in FIG. 12, the
また、図13に示すように、X軸平行部4X及びY軸平行部4Yの相対的に短く設定する代わりに、その延長線上に、直線状のスリット41、42を配置することでサブパッチ部21を形成しても良い。X軸方向に直列的に並ぶスリットの合計長が電気的に0.5×λ2に相当する長さとなっていれば良い。同様に、Y軸方向に直列的に並ぶスリットの合計長が電気的に0.5×λ2に相当する長さとなっていれば良い。なお、このような構成は、0.5×λ2に設定されたX軸平行部4X及びY軸平行部4Yを有するL型スリット4の途中に、サブパッチ部21と剰余領域22とを電気的に接続する架橋部を設けることによって複数区間に分割した構成に相当する。
Further, as shown in FIG. 13, instead of setting the X-axis
さらに、サブパッチ部21は、サブパッチ部21の仮想的な輪郭線に沿うように複数のスリットを断続的に配置することで実現されていても良い。その場合、サブパッチ部21の輪郭線のうち、X軸に平行な部分に沿って配置されるスリットの合計長が0.25×λ2以上となっていればよい。サブパッチ部21の輪郭線のうち、Y軸に平行な部分に沿って配置されるスリットもまた、合計長が0.25×λ2以上となっていればよい。なお、サブパッチ部21と剰余領域22とは少なくとも一箇所で電気的に接続されていればよく、図14に示すように、スリット41、スリット42がパッチパターン2の縁部と接続していても良い。
Further, the
また、サブパッチ部21は、図15に示すようにコ(又はΠ)の字状のスリット(以降、コ型スリット)4Bを設けることによって形成されてもよい。当然、図15に示すコ型スリット4Bは複数区間に分割されていてもよい。また、コ型スリット4BにおいてY軸に平行な2つの部分(換言すれば左右の足)の長さは異なる値に設定されていてもよい。
Further, the
なお、サブパッチ部21は必ずしも角部に配置されている必要は無い。図15に示すようにパッチパターン2の対称軸と、サブパッチ部21の対称軸が重ならない位置に形成されればよい。但し、角部に配置したほうが、パッチパターン2の縁部をサブパッチ部21の縁部として利用できる部分が長くなるため、サブパッチ部21を第2周波数で励振する領域として安定して動作させることができる。また、パッチパターン2に形成するスリットの長さも低減でき、加工の手間を抑制することができる。故に、サブパッチ部21は、角部に配置することが好ましい。
The
[変形例4]
以上では、パッチパターン2の形状を正方形状とする態様を開示したが、これに限らない。パッチパターン2は、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸のそれぞれに対して線対称な形状に形成されていればよい。ここでの直角と見なすことができる角度とは、90°を中心とする所定の角度範囲に含まれる角度である。ここでは60°から120°までの角度は、直角と見なす事ができるものとする。故に、正方形以外にも、円形(楕円を含む)や、正方形以外の長方形、正八角形、正六角形、正三角形なども、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸のそれぞれに対して線対称な形状に該当する。
[Modification example 4]
In the above, the aspect in which the shape of the
したがって、例えばパッチパターン2は図16に示すように長方形状に形成されていても良い。ただし、パッチパターン2を長方形状に形成する場合には、長辺と短辺のそれぞれの長さは、円偏波の軸比が所定の許容範囲(例えば3dB)となるように、電気的に0.5×λ2に相当する長さと基準として定まる値に設定されているものとする。
Therefore, for example, the
また、パッチパターン2は、図17に示すように円形状に形成されていても良い。その場合には、円弧状のスリット(以降、円弧型スリット)4Cを配置することによって、第2波長λ2の半分の長さの直径を有する円形のサブパッチ部21を形成すればよい。円弧型スリット4Cの長さは、1周の半分以上、より好ましくは7割以上となっていることが好ましい。なお、円形は、対称軸を無数に備える形状に相当する。第1横軸Ax1や第1縦軸Ay1に相当する軸とは、円の中心を通って互いに直交する2つの線を採用すればよい。なお、円の中心を通って互いになす角度が60°以上となる2つの線を第1横軸Ax1や第1縦軸Ay1として採用しても良い。第2横軸Ax2は、第1横軸Ax1に平行であって、サブパッチ部21の中心を通る線とすればよい。第2縦軸Ay2は第1縦軸Ay1に平行であって、サブパッチ部21の中心を通る線とすればよい。
Further, the
100 アンテナ装置、1 地板、2 パッチパターン、3 支持部、4 L型スリット、5 第1給電点、6 第2給電点、21 サブパッチ部、Ax1 第1横軸、Ay1 第1縦軸、Ax2 第2横軸、Ay2 第2縦軸
100 Antenna device, 1 base plate, 2 patch pattern, 3 support part, 4 L-shaped slit, 5 1st feeding point, 6th 2nd feeding point, 21 sub-patch part, Ax1 1st horizontal axis, Ay1 1st vertical axis,
Claims (9)
板状の導体部材である地板(1)と、
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、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸である第1軸(Ax1)と第2軸(Ay1)のそれぞれに対して線対称な形状に形成されているパッチパターン(2)と、
給電点としての第1給電点(5)と、
前記第1給電点とは異なる位置に設けられた給電点としての第2給電点(6)と、を備え、
前記パッチパターンの第1軸方向の長さ及び第2軸方向の長さは、何れも電気的に前記第1周波数の電波の波長である第1波長の半分に相当する長さに設定されており、
前記パッチパターンには、前記第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、前記第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅を有するスリット(4)が少なくとも1つ配置されており、
前記スリットは、前記パッチパターンと相似形状であって、前記第1軸に平行な直線と前記第2軸に平行な直線のそれぞれに対して線対称な形状のサブパッチ部(21)を前記パッチパターンの縁部の一部と協働して形成するように配置されており、
前記サブパッチ部の、前記第1軸に平行であって前記サブパッチ部の対称軸として作用する前記直線である第3軸が延びる方向の長さ、及び、前記第2軸に平行であって前記サブパッチ部の対称軸として作用する前記直線である第4軸が延びる方向の長さは、何れも電気的に前記第2周波数の電波の波長である第2波長の半分に相当する長さに設定されており、
前記パッチパターンにおいて前記サブパッチ部以外の領域である剰余領域と前記サブパッチ部とは少なくとも1箇所で電気的に接続されており、
前記第1給電点は、前記サブパッチ部において、前記第1軸と前記第4軸とが交わる点に配置されており、
前記第2給電点は、前記サブパッチ部において、前記第2軸と前記第3軸とが交わる点に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device for transmitting or receiving each of a predetermined first frequency circularly polarized wave and a predetermined second frequency circularly polarized wave higher than the first frequency.
The main plate (1), which is a plate-shaped conductor member, and
The first axis (Ax1), which is a plate-shaped conductor member installed so as to face the main plate at a predetermined distance, and the angle formed by each other is an angle that can be regarded as a right angle. ) And the patch pattern (2) formed in a line-symmetrical shape with respect to each of the second axis (Ay1).
The first feeding point (5) as a feeding point and
A second feeding point (6) as a feeding point provided at a position different from the first feeding point is provided.
The length in the first axis direction and the length in the second axis direction of the patch pattern are both electrically set to a length corresponding to half of the first wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the first frequency. Ori,
In the patch pattern, at least one slit (4) having a width that hinders the propagation of the current of the first frequency while not hindering the propagation of the current of the second frequency is arranged.
The patch pattern has a subpatch portion (21) having a shape similar to the patch pattern and having a shape symmetrical with respect to each of a straight line parallel to the first axis and a straight line parallel to the second axis. Arranged to form in collaboration with part of the edge of the
The length of the subpatch portion in the direction in which the third axis, which is the straight line parallel to the first axis and acts as the axis of symmetry of the subpatch portion, extends, and the subpatch parallel to the second axis. The length in the direction in which the fourth axis, which is the straight line acting as the axis of symmetry of the unit, extends is electrically set to a length corresponding to half of the second wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the second frequency. And
In the patch pattern, the surplus area, which is a region other than the subpatch portion, and the subpatch portion are electrically connected at at least one place.
The first feeding point is arranged at a point where the first axis and the fourth axis intersect in the subpatch portion.
The antenna device is characterized in that the second feeding point is arranged at a point where the second axis and the third axis intersect in the subpatch portion.
板状の導体部材である地板(1)と、
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、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸である第1軸(Ax1)と第2軸(Ay1)のそれぞれに対して線対称な形状に形成されているパッチパターン(2)と、
給電点としての第1給電点(5)と、
前記第1給電点とは異なる位置に設けられた給電点としての第2給電点(6)と、を備え、
前記パッチパターンの第1軸方向の長さ及び第2軸方向の長さは、何れも電気的に前記第1周波数の電波の波長である第1波長の半分に相当する長さに設定されており、
前記パッチパターンには、前記第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、前記第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅を有するスリット(4)が少なくとも1つ配置されており、
前記スリットは、前記パッチパターンと相似形状であって、前記第1軸に平行な直線と前記第2軸に平行な直線のそれぞれに対して線対称な形状のサブパッチ部(21)を前記パッチパターンの縁部の一部と協働して形成するように配置されており、
前記サブパッチ部の、前記第1軸に平行であって前記サブパッチ部の対称軸として作用する前記直線である第3軸が延びる方向の長さ、及び、前記第2軸に平行であって前記サブパッチ部の対称軸として作用する前記直線である第4軸が延びる方向の長さは、何れも電気的に前記第2周波数の電波の波長である第2波長の半分に相当する長さに設定されており、
前記パッチパターンにおいて前記サブパッチ部以外の領域である剰余領域と前記サブパッチ部とは少なくとも1箇所で電気的に接続されており、
前記第1給電点は、前記第1軸と前記第2軸との交点を中心とし、かつ、所定の第1長さを半径とする円である第1円と、前記第3軸と前記第4軸との交点を中心とし、かつ、前記第1長さよりも短い所定の第2長さを半径とする円である第2円との交点のうちの何れか一方に配置されており、
前記第2給電点は、前記第1円と前記第2円との交点のうちの他方に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device for transmitting or receiving each of a predetermined first frequency circularly polarized wave and a predetermined second frequency circularly polarized wave higher than the first frequency.
The main plate (1), which is a plate-shaped conductor member, and
The first axis (Ax1), which is a plate-shaped conductor member installed so as to face the main plate at a predetermined distance, and the angle formed by each other is an angle that can be regarded as a right angle. ) And the patch pattern (2) formed in a line-symmetrical shape with respect to each of the second axis (Ay1).
The first feeding point (5) as a feeding point and
A second feeding point (6) as a feeding point provided at a position different from the first feeding point is provided.
The length in the first axis direction and the length in the second axis direction of the patch pattern are both electrically set to a length corresponding to half of the first wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the first frequency. Ori,
In the patch pattern, at least one slit (4) having a width that hinders the propagation of the current of the first frequency while not hindering the propagation of the current of the second frequency is arranged.
The patch pattern has a subpatch portion (21) having a shape similar to the patch pattern and having a shape symmetrical with respect to each of a straight line parallel to the first axis and a straight line parallel to the second axis. Arranged to form in collaboration with part of the edge of the
The length of the subpatch portion in the direction in which the third axis, which is the straight line parallel to the first axis and acts as the axis of symmetry of the subpatch portion, extends, and the subpatch parallel to the second axis. The length in the direction in which the fourth axis, which is the straight line acting as the axis of symmetry of the unit, extends is electrically set to a length corresponding to half of the second wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the second frequency. And
In the patch pattern, the surplus area, which is a region other than the subpatch portion, and the subpatch portion are electrically connected at at least one place.
The first feeding point is a first circle centered on the intersection of the first axis and the second axis and having a predetermined first length as a radius, and the third axis and the first feeding point. It is arranged at one of the intersections with the second circle, which is a circle centered on the intersection with the four axes and having a predetermined second length shorter than the first length as the radius.
An antenna device characterized in that the second feeding point is arranged at the other of the intersections of the first circle and the second circle.
前記第1長さ及び前記第2長さのそれぞれは、前記第1長さと前記第2長さの比が前記第1波長と前記第2波長の比と等しくなるように設定されていることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 2.
Each of the first length and the second length is set so that the ratio of the first length to the second length is equal to the ratio of the first wavelength to the second wavelength. Characterized antenna device.
前記第3軸が前記第1軸とは重ならず、且つ、前記第4軸が前記第2軸と重ならないように前記スリットは形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 3.
An antenna device characterized in that the slit is formed so that the third axis does not overlap with the first axis and the fourth axis does not overlap with the second axis.
板状の導体部材である地板(1)と、
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、互いになす角度が直角と見なすことができる角度となっている2つの軸である第1軸(Ax1)と第2軸(Ay1)のそれぞれに対して線対称な形状に形成されているパッチパターン(2)と、
給電点としての第1給電点(5)と、
前記第1給電点とは異なる位置に設けられた給電点としての第2給電点(6)と、を備え、
前記パッチパターンの第1軸方向の長さ及び第2軸方向の長さは、何れも電気的に前記第1周波数の電波の波長である第1波長の半分に相当する長さに設定されており、
前記パッチパターンには、前記第1周波数の電流の伝搬は阻害しない一方、前記第2周波数の電流の伝搬を阻害する幅を有するスリット(4)が少なくとも1つ配置されており、
前記スリットは、前記パッチパターンと相似形状であって、前記第1軸に平行な直線と前記第2軸に平行な直線のそれぞれに対して線対称な形状のサブパッチ部(21)を前記パッチパターンの縁部の一部と協働して形成するように配置されており、
前記サブパッチ部の、前記第1軸に平行であって前記サブパッチ部の対称軸として作用する前記直線である第3軸が延びる方向の長さ、及び、前記第2軸に平行であって前記サブパッチ部の対称軸として作用する前記直線である第4軸が延びる方向の長さは、何れも電気的に前記第2周波数の電波の波長である第2波長の半分に相当する長さに設定されており、
前記パッチパターンにおいて前記サブパッチ部以外の領域である剰余領域と前記サブパッチ部とは少なくとも1箇所で電気的に接続されており、
前記第1給電点及び第2給電点は、前記サブパッチ部に配置されており、
前記第3軸が前記第1軸とは重ならず、且つ、前記第4軸が前記第2軸と重ならないように前記スリットは形成されていることを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device for transmitting or receiving each of a predetermined first frequency circularly polarized wave and a predetermined second frequency circularly polarized wave higher than the first frequency.
The main plate (1), which is a plate-shaped conductor member, and
The first axis (Ax1), which is a plate-shaped conductor member installed so as to face the main plate at a predetermined distance, and the angle formed by each other is an angle that can be regarded as a right angle. ) And the patch pattern (2) formed in a line-symmetrical shape with respect to each of the second axis (Ay1).
The first feeding point (5) as a feeding point and
A second feeding point (6) as a feeding point provided at a position different from the first feeding point is provided.
The length in the first axis direction and the length in the second axis direction of the patch pattern are both electrically set to a length corresponding to half of the first wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the first frequency. Ori,
In the patch pattern, at least one slit (4) having a width that hinders the propagation of the current of the first frequency while not hindering the propagation of the current of the second frequency is arranged.
The patch pattern has a subpatch portion (21) having a shape similar to the patch pattern and having a shape symmetrical with respect to each of a straight line parallel to the first axis and a straight line parallel to the second axis. Arranged to form in collaboration with part of the edge of the
The length of the subpatch portion in the direction in which the third axis, which is the straight line parallel to the first axis and acts as the axis of symmetry of the subpatch portion, extends, and the subpatch parallel to the second axis. The length in the direction in which the fourth axis, which is the straight line acting as the axis of symmetry of the unit, extends is electrically set to a length corresponding to half of the second wavelength, which is the wavelength of the radio wave of the second frequency. And
In the patch pattern, the surplus area, which is a region other than the subpatch portion, and the subpatch portion are electrically connected at at least one place.
The first feeding point and the second feeding point are arranged in the subpatch portion .
An antenna device characterized in that the slit is formed so that the third axis does not overlap with the first axis and the fourth axis does not overlap with the second axis.
前記パッチパターンは、1辺の長さが前記第1波長の半分に相当する長さに設定された正方形状であって、
前記パッチパターンには、前記スリットとして、前記第1軸に平行に延設されているスリットである第1スリット(4X、41)と、前記第2軸に平行に延設されているスリットである第2スリット(4Y、42)と、が設けられており、
前記第1スリット及び前記第2スリットのそれぞれの長さは何れも前記第2波長の半分よりも短い値に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 5.
The patch pattern is a square shape in which the length of one side is set to a length corresponding to half of the first wavelength.
The patch pattern includes a first slit (4X, 41) which is a slit extending parallel to the first axis and a slit extending parallel to the second axis as the slit. A second slit (4Y, 42) is provided.
An antenna device characterized in that the lengths of the first slit and the second slit are both set to a value shorter than half of the second wavelength.
前記第1スリット及び前記第2スリットのそれぞれの長さは、前記第2波長の4分の1よりも長いことを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 6.
An antenna device characterized in that the length of each of the first slit and the second slit is longer than a quarter of the second wavelength.
前記スリットは、全体としてL字型であって、前記パッチパターンの1つの角部が前記サブパッチ部の1つの角部となるように配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 6 or 7.
The antenna device is characterized in that the slit is L-shaped as a whole, and one corner portion of the patch pattern is arranged so as to be one corner portion of the sub-patch portion.
前記スリットの幅は、前記第1波長の10分の1よりも小さく、かつ、前記第2波長の10分の1よりも大きい値に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 1 to 8.
An antenna device characterized in that the width of the slit is set to a value smaller than one tenth of the first wavelength and larger than one tenth of the second wavelength.
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