JP7031909B2 - 高い高調波抑制機能付き５ｇ高周波数比アンテナ - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信の技術分野に関し、特に高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナに関する。
無線通信技術の急速な発展に伴い、多数の電子機器には小型化、多機能化の傾向があり、無線通信技術の「ブリッジ」及びエアインターフェースとしてのアンテナにもこのような傾向があることが言うまでもいない。従来の単一周波数アンテナは、周波数帯が単一であり、そして高調波抑制機能がないため、実用時の要件を満たすために、通常ラジオ周波数の先端にフィルタを増設する必要があり、したがって、高調波抑制機能付きの二重周波数アンテナは発展を遂げている。しかし、通常のマイクロ波帯二重周波数アンテナは急速に発展しているミリ波技術に対応できなくなる。したがって、高周波数比二重周波数アンテナの研究は重要な課題となっている。
ブロードバンド通信ネットワーク技術、特に５Ｇ通信の急速な発展に伴い、発展のためにミリ波周波数帯の実用が望まれている。ただし、従来の二重周波数高周波数比アンテナには高調波抑制特性がない。それによりアンテナの普及が制限されている。
本発明の目的は、従来技術の欠点及び不備を解決するために、構造がコンパクトであり、構造の多用途化が実現され、マイクロ波帯４．８ＧＨｚ～５ＧＨｚ及びミリ波帯２６ＧＨｚ／２８ＧＨｚの範囲の５Ｇ無線通信システムにも適用できる、高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナを提案することである。
上記目的を達成させるために、本発明は下記技術案を提供する。
高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナであって、
第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板、ミリ波パッチアレイ、短絡ポスト、マイクロストリップケーブル、金属接地板、ベル型スロット、Ｔ字型分岐、寄生パッチ、フィーダ、及び長さの異なる２対の開回路ラインを備え、
前記第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板は積層して配置され、該第２誘電体基板は第１誘電体基板と第３誘電体基板との間に介在しており、第１誘電体基板と第３誘電体基板を離間させ、
前記ミリ波パッチアレイは第１誘電体基板の上面に設けられ、前記マイクロストリップケーブルは第１誘電体基板の下面に設けられ、
前記短絡ポストの数がミリ波パッチアレイのミリ波パッチの数と同じであり、且つ、１つの短絡ポストが１つのミリ波パッチに対応し、前記短絡ポストは第１誘電体基板を通り抜けてミリ波パッチアレイとマイクロストリップケーブルを接続し、
前記金属接地板は第３誘電体基板の上面に設けられ、前記ベル型スロットは金属接地板をエッチングすることにより得られ、マイクロ波周波数帯では放射構造として機能し、ミリ波周波数帯ではフィード構造として機能し、
前記Ｔ字型分岐はベル型スロットに接続され、前記寄生パッチは、それぞれベル型スロットの両端のスリットに設けられる２つあり、前記フィーダ及び長さの異なる２対の開回路ラインは、それぞれ第３誘電体基板の下面に設けられ、且つ、該フィーダの左右両側には、１つの短い開回路ラインと１つの長い開回路ラインが対称的に配置されており、この短い開回路ライン及び長い開回路ラインとフィーダが互いに平行し、この短い開回路ラインは長い開回路ラインとフィーダの間に位置し、前記ミリ波パッチアレイはフィーダを対称軸として左右ミラー対称となる２つの部分となり、前記ベル型スロットとフィーダとが互いに垂直であり、且つ、該ベル型スロットの両端、２つの寄生パッチ及びＴ字型分岐の横方向部分がすべてフィーダを対称軸として左右ミラー対称となる。
第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板、ミリ波パッチアレイ、短絡ポスト、マイクロストリップケーブル、金属接地板、ベル型スロット、Ｔ字型分岐、寄生パッチ、フィーダ、及び長さの異なる２対の開回路ラインを備え、
前記第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板は積層して配置され、該第２誘電体基板は第１誘電体基板と第３誘電体基板との間に介在しており、第１誘電体基板と第３誘電体基板を離間させ、
前記ミリ波パッチアレイは第１誘電体基板の上面に設けられ、前記マイクロストリップケーブルは第１誘電体基板の下面に設けられ、
前記短絡ポストの数がミリ波パッチアレイのミリ波パッチの数と同じであり、且つ、１つの短絡ポストが１つのミリ波パッチに対応し、前記短絡ポストは第１誘電体基板を通り抜けてミリ波パッチアレイとマイクロストリップケーブルを接続し、
前記金属接地板は第３誘電体基板の上面に設けられ、前記ベル型スロットは金属接地板をエッチングすることにより得られ、マイクロ波周波数帯では放射構造として機能し、ミリ波周波数帯ではフィード構造として機能し、
前記Ｔ字型分岐はベル型スロットに接続され、前記寄生パッチは、それぞれベル型スロットの両端のスリットに設けられる２つあり、前記フィーダ及び長さの異なる２対の開回路ラインは、それぞれ第３誘電体基板の下面に設けられ、且つ、該フィーダの左右両側には、１つの短い開回路ラインと１つの長い開回路ラインが対称的に配置されており、この短い開回路ライン及び長い開回路ラインとフィーダが互いに平行し、この短い開回路ラインは長い開回路ラインとフィーダの間に位置し、前記ミリ波パッチアレイはフィーダを対称軸として左右ミラー対称となる２つの部分となり、前記ベル型スロットとフィーダとが互いに垂直であり、且つ、該ベル型スロットの両端、２つの寄生パッチ及びＴ字型分岐の横方向部分がすべてフィーダを対称軸として左右ミラー対称となる。
さらに、前記ミリ波パッチの数が４ｎであり、ｎは０以外の自然数である。
従来技術に比べて、下記利点及び有益な効果を有する。
１、本発明のアンテナは、複雑なフィルタ構造を必要とせずに、良好な高調波抑制特性を実現する。
２、本発明のアンテナでは、ベル型スロットは、マイクロ波周波数帯では放射構造として機能し、ミリ波周波数帯ではフィード構造とし、それにより構造の多用途化が実現される。
３、本発明のアンテナでは、マイクロ波信号をバリアするための複雑な構造を必要とせずに、マイクロ波及びミリ波の周波数帯での放射特性を実現できる。
４、本発明のアンテナの入力ポートのリターンロスのシミュレーション結果から明らかなように、その周波帯は、マイクロ波帯４．８ＧＨｚ～５ＧＨｚとミリ波帯２６ＧＨｚ／２８ＧＨｚの範囲の５Ｇ無線通信システムに対応できる。
５、本発明のアンテナは、断面が小さく、構造がコンパクトであるという利点を有し、工事用に適しており、従来技術による高周波数比アンテナの構造が複雑で、体積が大きく、帯域幅が狭いという問題を解決する。
１、本発明のアンテナは、複雑なフィルタ構造を必要とせずに、良好な高調波抑制特性を実現する。
２、本発明のアンテナでは、ベル型スロットは、マイクロ波周波数帯では放射構造として機能し、ミリ波周波数帯ではフィード構造とし、それにより構造の多用途化が実現される。
３、本発明のアンテナでは、マイクロ波信号をバリアするための複雑な構造を必要とせずに、マイクロ波及びミリ波の周波数帯での放射特性を実現できる。
４、本発明のアンテナの入力ポートのリターンロスのシミュレーション結果から明らかなように、その周波帯は、マイクロ波帯４．８ＧＨｚ～５ＧＨｚとミリ波帯２６ＧＨｚ／２８ＧＨｚの範囲の５Ｇ無線通信システムに対応できる。
５、本発明のアンテナは、断面が小さく、構造がコンパクトであるという利点を有し、工事用に適しており、従来技術による高周波数比アンテナの構造が複雑で、体積が大きく、帯域幅が狭いという問題を解決する。
以下、特定の実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。
図１～図７に示すように、本実施例に係る高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナは、第１誘電体基板１、第２誘電体基板２、第３誘電体基板３、ミリ波パッチアレイ、短絡ポスト９、マイクロストリップケーブル８、金属接地板７、ベル型スロット１２、Ｔ字型分岐１３、寄生パッチ１１、フィーダ６、及び長さの異なる２対の開回路ライン４、５を備え、前記第１誘電体基板１、第２誘電体基板２、第３誘電体基板３は積層して配置され、該第２誘電体基板２は第１誘電体基板１と第３誘電体基板３との間に介在しており、第１誘電体基板１と第３誘電体基板３を離間させ、前記ミリ波パッチアレイは第１誘電体基板１の上面に設けられ、４ｎ個のミリ波パッチ１０からなり、ここでｎは０以外の自然数であり、一方、本実施例では、前記ミリ波パッチ１０は８個あり、図には、この８個のミリ波パッチ１０は、左右対称となる２列であり、つまり、４個を１列とし、前記マイクロストリップケーブル８は、１対（即ち２本）あり、第１誘電体基板１の下面に設けられ、前記短絡ポスト９の数がミリ波パッチアレイのミリ波パッチ１０の数と同じであり、且つ１つの短絡ポスト９が１つのミリ波パッチ１０に対応し、本実施例では、８個のミリ波パッチ１０があるため、短絡ポスト９も８個あり、この８個の短絡ポスト９は第１誘電体基板１を通り抜けて８個のミリ波パッチ１０と１対のマイクロストリップケーブル８を接続し、具体的には、１列のミリ波パッチには１本のマイクロストリップケーブル８が接続される。前記金属接地板７は第３誘電体基板３の上面に設けられ、前記ベル型スロット１２は、金属接地板７をエッチングすることにより得られ、マイクロ波周波数帯では放射構造として機能し、ミリ波周波数帯ではフィード構造として機能する。前記Ｔ字型分岐１３はベル型スロット１２に接続され、前記寄生パッチ１１は、それぞれベル型スロット１２の両端のスリットに設けられる２つある。前記フィーダ６と長さの異なる２対の開回路ライン４、５は、それぞれ第３誘電体基板３の下面に設けられ、且つ、該フィーダ６の左右両側には、１つの短い開回路ライン５と１つの長い開回路ライン４が対称的に配置されており、この短い開回路ライン５及び長い開回路ライン４とフィーダ６が互いに平行し、この短い開回路ライン５は長い開回路ライン４とフィーダ６との間に位置し、上記２列のミリ波パッチはフィーダ６を対称軸として左右ミラー対称となり、前記ベル型スロット１２とフィーダ６が互いに垂直であり、且つこのベル型スロット１２の両端では、２つの寄生パッチ１１及びＴ字型分岐１３の横方向部分はすべてフィーダ６を対称軸として左右ミラー対称となる。
本実施例の上記高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナの各部のサイズパラメータを調整した後、計算及び電磁界シミュレーションにより、本実施例の５Ｇ高周波数比アンテナについて検証シミュレーションを行い、該アンテナの３ＧＨｚ～２９ＧＨｚの周波数範囲内の｜Ｓ１１（｜入力ポートリターンロス）とゲイン（Ｇａｉｎ）のパラメータシミュレーション結果の曲線を図８に示し、図には、２本の曲線が見られ、黒色の実線は｜Ｓ１１｜のシミュレーションパラメータであり、灰色の点線はゲインのシミュレーションパラメータである。同図から分かるように、４．４ＧＨｚ～５．４６ＧＨｚ周波数帯の範囲では、実線曲線の値が－１０ｄＢ未満であり、点線の値が３．２～４ｄＢの範囲であり、２５．３ＧＨｚ～２８．５ＧＨｚ周波数帯の範囲では、実線曲線の値が－１０ｄＢ未満であり、点線の値が１３．６５～１５．５６ｄＢの範囲であり、シミュレーション結果から明らかなように、本実施例の高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナは、広い帯域幅を有し、性能に優れており、しかも６ＧＨｚ～２３ＧＨｚの周波数帯を抑制し、４．８ＧＨｚ～５ＧＨｚ及び２６ＧＨｚ／２８ＧＨｚの範囲内の５Ｇ無線通信システムに適用する場合の要件を満たす。
本実施例の高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナのＨＦＳＳシミュレーションモデルの５ＧＨｚでの放射方向図を図９に示す。本実施例の高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナのＨＦＳＳシミュレーションモデルの２６．５ＧＨｚでの放射方向図を図１０に示す。
上記実施例では、前記第１誘電体基板１、第２誘電体基板２、第３誘電体基板３は、ＦＲ－４、ポリイミド、テフロンガラスクロス及び同時焼成セラミックのうちのいずれか１種の材料で構成され、前記金属接地板７、１対の寄生パッチ１１、フィーダ６、１対のマイクロストリップケーブル８、２対の開回路ライン４、５、ミリ波パッチ１０に使用される金属は、アルミニウム、鉄、スズ、銅、銀、金、及びプラチナのうちのいずれか１種、またはアルミニウム、鉄、スズ、銅、銀、金、及びプラチナの任意の合金である。
以上は、本発明特許の好適な実施例に過ぎず、本発明特許の特許範囲はこれに制限されず、当業者が本発明特許で開示された範囲内で本発明特許の技術案及びその発明構想に基づいて行う同等置換や変化はすべて本発明特許の特許範囲に属する。
Claims (2)
- 高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナであって、
第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板、ミリ波パッチアレイ、短絡ポスト、マイクロストリップケーブル、金属接地板、ベル型スロット、Ｔ字型分岐、寄生パッチ、フィーダ、及び長さの異なる２対の開回路ラインを備え、
前記第１誘電体基板、第２誘電体基板、第３誘電体基板は積層して配置され、該第２誘電体基板は第１誘電体基板と第３誘電体基板との間に介在しており、第１誘電体基板と第３誘電体基板を離間させ、
前記ミリ波パッチアレイは第１誘電体基板の上面に設けられ、前記マイクロストリップケーブルは第１誘電体基板の下面に設けられ、
前記短絡ポストの数がミリ波パッチアレイのミリ波パッチの数と同じであり、且つ、１つの短絡ポストが１つのミリ波パッチに対応し、前記短絡ポストは第１誘電体基板を通り抜けてミリ波パッチアレイとマイクロストリップケーブルを接続し、
前記金属接地板は第３誘電体基板の上面に設けられ、前記ベル型スロットは金属接地板をエッチングすることにより得られ、マイクロ波周波数帯では放射構造として機能し、ミリ波周波数帯ではフィード構造として機能し、
前記Ｔ字型分岐はベル型スロットに接続され、前記寄生パッチは、それぞれベル型スロットの両端のスリットに設けられる２つあり、前記フィーダ及び長さの異なる２対の開回路ラインは、それぞれ第３誘電体基板の下面に設けられ、且つ、該フィーダの左右両側には、１つの短い開回路ラインと１つの長い開回路ラインが対称的に配置されており、この短い開回路ライン及び長い開回路ラインとフィーダが互いに平行し、この短い開回路ラインは長い開回路ラインとフィーダの間に位置し、前記ミリ波パッチアレイはフィーダを対称軸として左右ミラー対称となる２つの部分となり、前記ベル型スロットとフィーダとが互いに垂直であり、且つ、該ベル型スロットの両端、２つの寄生パッチ及びＴ字型分岐の横方向部分がすべてフィーダを対称軸として左右ミラー対称となる、ことを特徴とする５Ｇ高周波数比アンテナ。 - 前記ミリ波パッチの数が４ｎであり、ｎは０以外の自然数である、ことを特徴とする請求項１に記載の高い高調波抑制機能付き５Ｇ高周波数比アンテナ。
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