JPH08316723A - Spherical wave radiating dielectric antenna system using dielectric 1/4 wavelength exciting antenna - Google Patents

Spherical wave radiating dielectric antenna system using dielectric 1/4 wavelength exciting antenna

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JPH08316723A
JPH08316723A JP12190695A JP12190695A JPH08316723A JP H08316723 A JPH08316723 A JP H08316723A JP 12190695 A JP12190695 A JP 12190695A JP 12190695 A JP12190695 A JP 12190695A JP H08316723 A JPH08316723 A JP H08316723A
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JP
Japan
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antenna
dielectric
electrode
conductor
wave
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Application number
JP12190695A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Takemoto
博 竹本
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MIZUTANI PURINTEKUSU KK
Original Assignee
MIZUTANI PURINTEKUSU KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a spherical wave radiating antenna system suitable for various radio equipments for UHF to quasi-giga band. CONSTITUTION: The spherical wave radiating antenna system has a dielectric 1/4 wavelength exciting antenna ANT, a board 1 with a throughhole 2 with a throughhole electrode 3 to which the antenna is inserted and connected and with a ground conductor 5, and a matching conductor 7 connected with the board. The dielectric 1/4 wavelength exciting antenna ANT is surrounded by an antenna cap 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はUHF帯〜準ギガ帯(8
00MHz〜2.6GHz帯)の各種携帯無線機の筺体
内又は外部に設置するための球面波放射誘電体アンテナ
装置であって、誘電体1/4波長励振形アンテナと、誘
電体セラミック製のアンテナキャップと、スルーホール
電極と、環状共振電極を設けた誘電体セラミック製基
板、及び整合用導体とを具備する球面波放射誘電体アン
テナ装置に関する。
The present invention relates to the UHF band to the semi-giga band (8
A spherical wave radiation dielectric antenna device to be installed inside or outside a housing of various portable wireless devices of 00 MHz to 2.6 GHz band, which is a dielectric quarter-wave excitation antenna and a dielectric ceramic antenna. The present invention relates to a spherical wave radiation dielectric antenna device including a cap, a through-hole electrode, a dielectric ceramic substrate provided with an annular resonance electrode, and a matching conductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の内蔵アンテナとしては、ループア
ンテナ、ヘルカル状アンテナ、及び逆F型アンテナ等が
あり、使用周波数の1/2波長又は1/4波長に共振さ
せたアンテナであるので、その利得を向上させる方法は
限られている。一方、現在のUHF〜準ギガ帯における
各種携帯無線機の外形は極めて小型化され、上記の無線
機に装着されているアンテナは、コネクターによる装着
形、出し入れ自由な収納形、転倒形、固定形等であり、
使用時には何れも筺体からアンテナが外部に突出してい
る。しかし、携帯上及び操作上からは、突出したアンテ
ナは作業時に障害になる。例えば、携帯無線機を操作す
る際、アンテナを引き出して使用するために、アンテナ
部の故障が最多といわれている。
2. Description of the Related Art Conventional built-in antennas include loop antennas, helical antennas, and inverted F-type antennas, which are antennas resonated at 1/2 wavelength or 1/4 wavelength of the operating frequency. There are limited ways to improve gain. On the other hand, the external shape of various portable radios in the current UHF-quasi-giga band has been extremely miniaturized, and the antenna mounted on the above radios has a connector mounting type, a retractable storage type, a falling type, and a fixed type. Etc.,
In each case, the antenna protrudes from the housing to the outside. However, in terms of carrying and operation, the protruding antenna becomes an obstacle during work. For example, when operating a portable wireless device, it is said that the failure of the antenna section is most frequent because the antenna is pulled out and used.

【0003】高誘電率、低損失の誘電体セラミック基板
に、渦巻状、波形状、デジタル状にメタライズしたマイ
クロストリップアンテナは、PHS通信(パーソナルハ
ンディホンシステム。1.9GHz帯を使用)の端末機
には最適なアンテナであるが、筺体内に収納したアンテ
ナを引き出して使用する形態のものであり、GPS通信
(グローバルポジショニングシステム。1.57GHz
を使用)に使用されるアンテナは、完全なマイクロスト
リップアンテナであるので、そのQ値は高く、従って極
めて狭帯域な受信アンテナである。
A microstrip antenna in which a dielectric ceramic substrate having a high dielectric constant and a low loss is metallized in a spiral shape, a wave shape, or a digital shape is a terminal for PHS communication (personal handy phone system, which uses the 1.9 GHz band). Although it is the most suitable antenna for, the antenna stored in the housing is pulled out and used. GPS communication (Global Positioning System. 1.57 GHz)
The antenna used for) is a perfect microstrip antenna, so its Q-factor is high and is therefore a very narrow band receiving antenna.

【0004】しかし、現在のアンテナでは、アンテナを
小型化して各種携帯無線機の筺体内に内蔵した場合、ア
ンテナの下部放射の装置内への回り込みが阻止出来ず、
そのアンテナの指向性及びその整合度は劣化するうえ、
送信部からの放射電力は筺体の材質によって誘電損失を
生じ、放射出力は低下してしまうが、上記の筺体の誘電
損失をカバーするだけのアンテナ利得を得ることはでき
ない。故に、現在のところ、内蔵アンテナを使用してい
るUHF〜準ギガ帯の携帯無線機では、その内蔵アンテ
ナの放射利得が充分でないために、至近距離通信にのみ
有効であり、アンテナを内蔵した携帯無線機は「至近距
離用の端末機である」と言われる所以である。
However, in the current antenna, when the antenna is miniaturized and built in the housing of various portable radios, it is impossible to prevent the lower radiation of the antenna from wrapping around inside the device.
The directivity of the antenna and its matching degree deteriorate, and
The radiated power from the transmitter causes a dielectric loss depending on the material of the housing, and the radiation output is reduced, but it is not possible to obtain an antenna gain enough to cover the dielectric loss of the housing. Therefore, at the present time, in the UHF to quasi-giga band portable wireless device using the built-in antenna, the built-in antenna is not sufficient in radiation gain, and therefore is effective only for close-range communication, and the mobile phone with the built-in antenna is used. This is why wireless devices are said to be "terminals for very short distances."

【0005】又、前述したPHS通信は10mw、特定
小電力通信(データ伝送1.2GHz帯)は10mw、
構内無線(データ伝送1.2GHz帯)は100mwと
各端末機の送信出力は極めて小さく、筺体内に前記した
各種内蔵アンテナを設けた場合、アンテナと送信装置と
の整合のずれが、その放射効率に大きく影響を与える
し、又、筺体を形成している材質によってその指向性が
乱される。
Further, the above-mentioned PHS communication is 10 mw, and the specific low power communication (data transmission 1.2 GHz band) is 10 mw,
The indoor radio (data transmission 1.2 GHz band) is 100 mw, and the transmission output of each terminal is extremely small. When the above-mentioned various built-in antennas are provided in the housing, the misalignment between the antenna and the transmitter causes the radiation efficiency. And the directivity is disturbed by the material forming the housing.

【0006】ところで、出願人は、特願平3−3449
04号(特開平5−102720号公報参照)におい
て、従来の定在波形アンテナとは原理が異なる誘電体1
/4波長励振形アンテナを提案した。図14は、この誘
電体1/4波長励振形アンテナ100の構成を示す。同
図において、誘電体1/4波長励振形アンテナ100は
適当な長さと内・外径を有する誘電体製の筒体101を
備える。筒体101の内周面全体に内周面電極102が
形成され、筒体101の上端面には片端面電極103が
形成される。片端面電極103の内周縁は内周面電極1
02と接続される。一方、筒体101の外周面の一部に
は、片端面電極103と電気的に接続された外周面電極
104が形成される。こうして筒体101の外周面は、
外周面電極104が形成された部分と電極が形成されて
いない部分105とに分けられ、これらの部分の面積比
を適切に選択することにより、所望のアンテナ特性を得
ることが出来る。筒体101の中に適当な直径の給電導
体106を同軸状に挿入すると共に、接続栓107の中
心導体108を給電導体106の下端部と電気的・機械
的に接続する。給電導体106の上端部は、内周面電極
102と電気的に接触する接続部を持つ固定用金具10
9により固定され、給電導体106は、内周面電極10
2と同軸状に保持される。
By the way, the applicant has filed Japanese Patent Application No. 3-3449.
No. 04 (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-102720), a dielectric 1 having a principle different from that of a conventional standing waveform antenna.
We have proposed a / 4 wavelength excitation antenna. FIG. 14 shows the structure of this dielectric quarter-wave excitation antenna 100. In the figure, a dielectric quarter-wave excitation antenna 100 includes a dielectric cylinder 101 having an appropriate length and inner and outer diameters. The inner peripheral surface electrode 102 is formed on the entire inner peripheral surface of the cylindrical body 101, and the one end surface electrode 103 is formed on the upper end surface of the cylindrical body 101. The inner peripheral edge of the one-end surface electrode 103 is the inner peripheral surface electrode 1.
02 is connected. On the other hand, an outer peripheral surface electrode 104 electrically connected to the one-end surface electrode 103 is formed on a part of the outer peripheral surface of the cylindrical body 101. Thus, the outer peripheral surface of the cylindrical body 101 is
A desired antenna characteristic can be obtained by being divided into a portion where the outer peripheral surface electrode 104 is formed and a portion 105 where the electrode is not formed, and by appropriately selecting the area ratio of these portions. The feeding conductor 106 having an appropriate diameter is coaxially inserted into the cylindrical body 101, and the central conductor 108 of the connecting plug 107 is electrically and mechanically connected to the lower end portion of the feeding conductor 106. The upper end portion of the power supply conductor 106 has a connecting member 10 having a connecting portion that makes electrical contact with the inner peripheral surface electrode 102.
9 and the feeding conductor 106 is fixed to the inner surface electrode 10
It is held coaxially with 2.

【0007】しかし、内周面電極102に接触する固定
用金具109の接触の長さを変化させてアンテナの整合
を取る場合、送信部の出力が大きくなると、1次側と2
次側との電極が接続されているので整合回路の均衡が崩
れて不整合が生じ、反射電力が大きくなるという問題が
ある。
However, when matching the antennas by changing the contact length of the fixing metal fitting 109 that contacts the inner peripheral surface electrode 102, when the output of the transmitting section becomes large, the primary side and the secondary side are
Since the electrode on the next side is connected, there is a problem that the balance of the matching circuit is lost and mismatch occurs and the reflected power increases.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上述べた従
来の問題点に鑑みて成されたもので、本発明の目的は、
UHF帯〜準ギガ帯(800MHz〜2.6GHz帯)
の各種無線機の筺体内又は外部に設置するのに適した、
誘電体1/4波長励振形アンテナを用いた球面波放射誘
電体アンテナ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the object of the present invention is to:
UHF band to quasi-giga band (800 MHz to 2.6 GHz band)
Suitable for installation inside or outside various radios of
An object of the present invention is to provide a spherical wave radiation dielectric antenna device using a dielectric 1/4 wavelength excitation antenna.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、誘電体1/4波長励振形アンテナと、
前記誘電体1/4波長励振形アンテナの基部を受け入れ
ることができる大きさを有し且つ内面にスルーホール電
極を設けた貫通穴を有する誘電体セラミック製の基板
と、前記基板の一面の前記スルーホール電極から間隔を
保って形成された環状の共振電極と、前記基板に形成さ
れた接地面電極と、前記接地面電極に接合された整合用
導体と、を具備することを特徴とする球面波放射誘電体
アンテナ装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a dielectric quarter-wave excitation antenna,
A dielectric ceramic substrate having a size capable of receiving the base portion of the dielectric quarter-wave excitation antenna and having a through hole provided with a through hole electrode on the inner surface thereof, and the through hole on one surface of the substrate. A spherical wave comprising an annular resonance electrode formed at a distance from a hole electrode, a ground plane electrode formed on the substrate, and a matching conductor joined to the ground plane electrode. A radiating dielectric antenna device is provided.

【0010】前記誘電体1/4波長励振形アンテナは、
誘電体製の筒体と、前記筒体の内周面に形成された内周
面電極と、前記筒体の一端面を覆い且つ前記内周面電極
と電気的に接続された片端面電極と、前記筒体の外周面
の一部に形成され且つ前記片端面電極と電気的に接続さ
れた外周面電極と、前記筒体の内部に設けられ、前記内
周面電極と磁界結合する給電導体と、前記給電導体の周
囲に巻回され、一端が前記給電導体に、他端が前記接続
栓の外部導体に接続された絶縁導体からなる整合用コイ
ルと、を備える。
The dielectric quarter-wave excitation antenna is
A cylindrical body made of a dielectric material, an inner peripheral surface electrode formed on an inner peripheral surface of the cylindrical body, and a one-end surface electrode covering one end surface of the cylindrical body and electrically connected to the inner peripheral surface electrode. An outer peripheral surface electrode formed on a part of an outer peripheral surface of the cylindrical body and electrically connected to the one end surface electrode; and a power supply conductor provided inside the cylindrical body and magnetically coupled to the inner peripheral surface electrode. And a matching coil that is wound around the power supply conductor and has one end connected to the power supply conductor and the other end connected to the outer conductor of the connection plug.

【0011】同時双方向通信システムや融合端末機のた
めのアンテナ装置とするために、動作周波数の異なる複
数個の前記誘電体1/4波長励振形アンテナを設けるよ
うにしてもよい。また、前記誘電体1/4波長励振形ア
ンテナを取り囲むように誘電体セラミック製のアンテナ
キャップを装着するようにしてもよい。
In order to provide an antenna device for a simultaneous two-way communication system or a fusion terminal, a plurality of dielectric quarter-wave excitation antennas having different operating frequencies may be provided. Also, an antenna cap made of a dielectric ceramic may be attached so as to surround the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図1〜図4を参照して、本発明に係る
球面波放射誘電体アンテナ装置の一実施例の構成と動作
とについて説明する。図1は、本発明に係る球面波放射
誘電体アンテナ装置の実施例の斜視図を、図2は、図1
に示すアンテナ装置の誘電体1/4波長励振形アンテナ
以外の部分の断面図を、図3は、図1に示すアンテナ装
置から誘電体1/4波長励振形アンテナとアンテナキャ
ップとを除去したときの上面図を、図4は、図1に示す
誘電体1/4波長励振形アンテナの構造をそれぞれ示し
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration and operation of one embodiment of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is a perspective view of an embodiment of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion other than the dielectric quarter-wave excitation antenna of the antenna device shown in FIG. 3, and FIG. 3 shows a case where the dielectric quarter-wave excitation antenna and the antenna cap are removed from the antenna device shown in FIG. And FIG. 4 shows the structure of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna shown in FIG. 1, respectively.

【0013】これらの図において、誘電体1/4波長励
振形アンテナANTの基部(接続栓18)は、誘電体セ
ラミック製の基板1に形成され且つ内面にスルーホール
電極3を形成した貫通穴2に挿入、接合される。基板1
の上面に、貫通穴2を取り囲み且つ貫通穴2から適宜な
間隔を保って環状の共振電極4を設け、一方、基板1の
下面に、貫通穴2を取り囲む所定の部分を残して第1の
接地電極を形成し、基板1の側面に第1の接地電極と電
気的に接続された第2の接地電極を形成し、こうして連
続した接地面電極5を設ける。接地面電極5に、誘電体
1/4波長励振形アンテナANTの基部が通るに足る大
きさの貫通穴6を設けた整合用導体7を接合して誘電体
共振部8を構成する。この実施例では、整合用導体7の
両側の部分は下側へ折り曲げられ、折り曲げ辺7′、
7″とされる。更に、必要に応じて、誘電体1/4波長
励振形アンテナANTを囲むように誘電体セラミック製
のアンテナキャップ9が装着される。アンテナキャップ
9を共振電極4の上に装着するには、アンテナキャップ
9の切り口をメタライズし、この部分を参照数字27に
示すように共振電極4に接合すればよい。なお、2つの
導体を接合するには、例えば、クリーム半田を導体に塗
布して熱風によって半田付けし、両導体を電気的、機械
的に接続すればよい。
In these figures, the base (connecting plug 18) of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is formed in a dielectric ceramic substrate 1 and a through hole 2 having a through hole electrode 3 formed on the inner surface thereof. Is inserted and joined. Board 1
An annular resonance electrode 4 is provided on the upper surface of the substrate 1 so as to surround the through-hole 2 and keep an appropriate distance from the through-hole 2, while the first surface of the lower surface of the substrate 1 is left with a predetermined portion surrounding the through-hole 2. A ground electrode is formed, a second ground electrode electrically connected to the first ground electrode is formed on the side surface of the substrate 1, and a continuous ground plane electrode 5 is thus provided. A matching conductor 7 provided with a through hole 6 large enough for the base of the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT to pass through is joined to the ground plane electrode 5 to form a dielectric resonance part 8. In this embodiment, the parts on both sides of the matching conductor 7 are bent downward to form the bent side 7 ',
7 ″. Further, if necessary, an antenna cap 9 made of a dielectric ceramic is attached so as to surround the dielectric ¼ wavelength excitation antenna ANT. The antenna cap 9 is placed on the resonance electrode 4. For mounting, the cut end of the antenna cap 9 may be metallized, and this portion may be bonded to the resonance electrode 4 as indicated by reference numeral 27. To bond the two conductors, for example, cream solder may be used. Then, the conductors may be electrically and mechanically connected by soldering with hot air.

【0014】誘電体1/4波長励振形アンテナANT
は、従来の定在波励振形アンテナ(例えば、棒状波源で
ある半波長ダイポールアンテナ)とは放射原理を全く異
にするものであって、点波源と見做すことができ、同心
球状の球面波の電波を放射することができる。図4に示
すとおり、誘電体1/4波長励振形アンテナANTは、
誘電率が例えば40〜120の誘電体セラミック製の筒
体10と、筒体10の外周面に形成された外周面電極1
1と、筒体10の上面に外周面電極11と電気的に接続
されるように形成された片端面電極12と、筒体10の
内周面全体に片端面電極12と電気的に接続されるよう
に形成された内周面電極13と、筒体10の外周面電極
11が形成されていない部分である誘電部14とを備え
ている。筒体10の内部には、給電導体15で構成した
バランである整合用コイル16が内周面電極13と同軸
状になるように絶縁体(例えばテフロン)製の固定部1
7によって固定される。これにより整合用コイル16と
内周面電極13とは磁界結合する。接続栓18の中心導
体20は給電導体15と接続されると共に同軸ケーブル
19とも接続される。
Dielectric quarter-wave excitation antenna ANT
Has a completely different radiation principle from the conventional standing wave excitation type antenna (for example, a half-wavelength dipole antenna that is a rod-shaped wave source), and can be regarded as a point wave source. Can radiate radio waves. As shown in FIG. 4, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is
A cylindrical body 10 made of a dielectric ceramic having a dielectric constant of, for example, 40 to 120, and an outer peripheral surface electrode 1 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body 10.
1, one end surface electrode 12 formed on the upper surface of the cylindrical body 10 so as to be electrically connected to the outer peripheral surface electrode 11, and one end surface electrode 12 electrically connected to the entire inner peripheral surface of the cylindrical body 10. The inner peripheral surface electrode 13 formed as described above and the dielectric portion 14 that is a portion of the cylindrical body 10 where the outer peripheral surface electrode 11 is not formed are provided. Inside the cylindrical body 10, a fixing portion 1 made of an insulator (for example, Teflon) is provided so that a matching coil 16 which is a balun composed of a power supply conductor 15 is coaxial with the inner peripheral surface electrode 13.
Fixed by 7. As a result, the matching coil 16 and the inner peripheral surface electrode 13 are magnetically coupled. The center conductor 20 of the connection plug 18 is connected to the feeding conductor 15 and also to the coaxial cable 19.

【0015】本発明の球面波放射誘電体アンテナ装置に
用いられる誘電体1/4波長励振形アンテナANTは各
電極11、12、13によって圧縮されて1/4波長で
共振(TEMモード)し、この共振エネルギーは誘電部
14から導出される。つまり、筒体10全体が励振さ
れ、筒体10を核にして等位相面の強電界層が形成され
る。この強電界層の共振エネルギーは、筒体10を核に
して同心球状に空間に広がって行く球面波の電波であ
り、上記の圧縮された共振エネルギーのその圧縮が解放
され、波長的な通常の電界になるまでの間は、等位相面
の強電界層と考えられる。
The dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT used in the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention is compressed by the electrodes 11, 12 and 13 and resonates at 1/4 wavelength (TEM mode), This resonance energy is derived from the dielectric portion 14. That is, the entire cylindrical body 10 is excited, and a strong electric field layer having an equiphase surface is formed with the cylindrical body 10 as a nucleus. The resonance energy of the strong electric field layer is a radio wave of a spherical wave that concentrically spreads in the space with the cylindrical body 10 as a nucleus, and the compression of the above-mentioned compressed resonance energy is released, and the wavelength-constant normal energy is released. Until it becomes an electric field, it is considered to be a strong electric field layer having an equiphase surface.

【0016】このように、誘電体1/4波長励振形アン
テナANTは、従来の垂直定在波形アンテナと異なり、
筒体10の外周面に形成された外周面電極11が圧縮さ
れて1/4波長で共振し、筒体10全体が励振される。
外周面電極11、片端面電極12、内周面電極13、誘
電部14は平衡型の2次回路を構成する。従って、誘電
体1/4波長励振形アンテナANTを中心導体20を有
する不平衡回路である接続栓18と結合させるために
は、何等かのバラン(平衡/不平衡整合回路)を用いな
ければならない。そこで図4に図示するように、給電導
体15の直径、給電導体15と一端が接続された絶縁導
線の絶縁体の外径・厚み・材質・外径、該絶縁導線の巻
線間隔・巻回数等を適切に選択して整合用コイル16を
形成し、1次回路を構成する。この絶縁導線の他端は接
続栓18の外部導体と電気的に接続される。上記した各
部を変化させ、目的の周波数付近で自己共振が起るよう
に調整する。こうすると、1次回路が前述したように構
成されているので、周波数帯域幅の広い自己共振が得ら
れる。
As described above, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is different from the conventional vertical standing waveform antenna.
The outer peripheral surface electrode 11 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body 10 is compressed and resonates at a quarter wavelength, and the entire cylindrical body 10 is excited.
The outer peripheral surface electrode 11, the one end surface electrode 12, the inner peripheral surface electrode 13, and the dielectric portion 14 form a balanced secondary circuit. Therefore, some kind of balun (balanced / unbalanced matching circuit) must be used in order to couple the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT to the connection plug 18 which is an unbalanced circuit having the center conductor 20. . Therefore, as shown in FIG. 4, the diameter of the power supply conductor 15, the outer diameter / thickness / material / outer diameter of the insulator of the insulated conductor whose one end is connected to the power supply conductor 15, the winding interval of the insulated conductor, and the number of turns. Etc. are appropriately selected to form the matching coil 16 to form a primary circuit. The other end of this insulated conductor is electrically connected to the outer conductor of the connection plug 18. The above-mentioned respective parts are changed and adjusted so that self-resonance occurs near the target frequency. By doing so, since the primary circuit is configured as described above, self-resonance with a wide frequency bandwidth can be obtained.

【0017】このように、誘電体1/4波長励振形アン
テナANTでは、例えば誘電率100の誘電体セラミッ
ク製の筒体10の片端面電極12上に固定部17によっ
て給電導体15を固定し、筒体10の下部に接続栓18
を介して同軸ケーブル19が接続され、これによってア
ンテナを給電する。この誘電体1/4波長励振形アンテ
ナANTは、誘電体セラミック製の筒体10と、それと
は異質の電極、導体及び誘電体とが合体して形成された
アンテナであるので、強電界層の全方向への球面液の垂
直面内指向性は縦長の8の字型パターンである。即ち、
放射パターンは、その上部及び下部にそれぞれ欠陥があ
り、欠損した以外の放射は同心球状の球面波の電波とな
って全周方向に直接に広がって行く。しかも、実測によ
り、誘電体1/4波長励振形アンテナANTは垂直偏波
とか水平備波といった特定の偏波面を持たないアンテナ
であり、従来の定在波励振形アンテナ(棒状波源)が形
成する8の字型パターンとは、根本的にその放射原理を
異にしている。
As described above, in the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, the feeding conductor 15 is fixed by the fixing portion 17 on the one end face electrode 12 of the cylindrical body 10 made of a dielectric ceramic having a dielectric constant of 100, for example. A connection plug 18 is provided at the bottom of the cylinder 10.
A coaxial cable 19 is connected via the, and this feeds the antenna. Since this dielectric ¼ wavelength excitation antenna ANT is an antenna formed by combining a dielectric ceramic cylinder 10 with electrodes, conductors and dielectrics different from it, it is possible to realize a strong electric field layer. The vertical in-plane directivity of the spherical liquid in all directions is a vertically elongated figure-eight pattern. That is,
The radiation pattern has defects in its upper part and lower part, and the radiation other than the missing part becomes a concentric spherical wave and spreads directly in the entire circumferential direction. Moreover, as a result of actual measurement, the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT is an antenna that does not have a specific plane of polarization such as vertical polarization or horizontal wave, and is formed by the conventional standing wave excitation antenna (rod source). The radiation principle is fundamentally different from that of the figure 8 pattern.

【0018】誘電体1/4波長励振形アンテナANTの
独特の特性として、以下の点を挙げることができる。
The characteristic points of the dielectric ¼ wavelength excitation antenna ANT are as follows.

【0019】(1)所望の中心周波数やQ値を得るに
は、筒体10の誘電率・形状・寸法、及び、筒体10に
設ける外周面電極11と誘電部14との長さの比等を選
択すればよい。
(1) In order to obtain a desired center frequency and Q value, the permittivity / shape / dimension of the cylindrical body 10 and the ratio of the lengths of the outer peripheral surface electrode 11 and the dielectric portion 14 provided on the cylindrical body 10 are determined. Etc. may be selected.

【0020】(2)上記のとおり、誘電体1/4波長励
振形アンテナANTは、その構造上、誘電体セラミック
製の筒体10に設けた各電極11、12、13によっ
て、1/4波長に圧縮された共振(TEMモード)を起
して筒体10全体で励振し、等位相面の強電界層を形成
し、筒体10を核にして同心球状の球面波の電波を放射
するので、誘電体1/4波長励振形アンテナANTに導
体(金属導体・水滴・人体等)が至近距離に近接して
も、アンテナの放射効率や、アンテナインピーダンスへ
の影響は極めて小さい。
(2) As described above, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT has a structure that allows the electrodes 11, 12, 13 provided on the dielectric ceramic cylindrical body 10 to form a 1/4 wavelength. A resonance (TEM mode) that is compressed by is generated to excite the entire cylindrical body 10 to form a strong electric field layer having an equiphase surface, and the cylindrical body 10 is used as a core to radiate a concentric spherical wave. Even if a conductor (metal conductor, water droplets, human body, etc.) comes close to the dielectric ¼-wavelength excitation antenna ANT at a very short distance, the influence on the antenna radiation efficiency and the antenna impedance is extremely small.

【0021】(3)誘電体1/4波長励振形アンテナA
NTは前述したように、1/4波長に圧縮された共振エ
ネルギーが強電界層を形成し、その強電界層の圧縮が解
放されて波長的に通常の電界になるまでの間は、等位相
面の球面波の電波を放射すると考えられ、点波源と見做
すことができるので、上記の強電界層の中に波源即ちア
ンテナANTと極めて至近距離に置かれた金属導体(例
えば、反射器、板状導体、棒状導体、片面を連続接地面
にした誘電体基板等)自体の共振によって、アンテナA
NTの放射を容易に制御するとこができる。つまり、こ
の球面波の電波は、上記の金属導体により抑圧・圧縮・
共振(励振)され、特定周方向が解放された一種の電磁
ホーン(ラッパ)が構成されたと考えてよく、球面波の
電波は直接に空間に放射される。
(3) Dielectric 1/4 wavelength excitation antenna A
As described above, NT has an equal phase until the resonance energy compressed to 1/4 wavelength forms a strong electric field layer and the compression of the strong electric field layer is released to become a normal electric field in terms of wavelength. Since it is considered to radiate radio waves of spherical waves on the surface and can be regarded as a point wave source, a metal conductor (for example, a reflector) placed very close to the wave source, that is, the antenna ANT in the above-mentioned strong electric field layer. , Plate-shaped conductor, bar-shaped conductor, dielectric substrate having one side as a continuous ground plane, etc.)
The emission of NT can be controlled easily. In other words, this spherical wave is suppressed and compressed by the metal conductor.
It may be considered that a kind of electromagnetic horn (trumpet) that is resonated (excited) and released in a specific circumferential direction is configured, and a spherical wave radio wave is directly radiated into space.

【0022】(4)誘電体1/4波長励振形アンテナA
NTは、特定した偏波面を持たない球面波放射のアンテ
ナであるので、これらの金属導体を接地面や接続栓に直
結したとき、該金属導体の裏面への回り込みが大きい。
これを阻止するためには、例えば、誘電損・誘電率の小
さいテフロン等の材質の誘電体によって、上記金属導体
を接地から又は接続栓・同軸ケーブル等から浮かして絶
縁保持しなければならない。また、上記金属導体を接地
して保持した場合にも、上記金属導体はアンテナANT
の強電界層に包まれ、上記金属導体の裏面にも強磁界が
誘起されてその直角の方向に電界が放射されるので、無
指向性に近い放射を得ることができる。
(4) Dielectric 1/4 Wave Excitation Antenna A
Since NT is an antenna for spherical wave radiation that does not have a specified plane of polarization, when these metal conductors are directly connected to the ground plane or the connection plug, the metal conductors are greatly sneak to the back surface.
In order to prevent this, for example, the metal conductor must be floated from the ground or from the connection plug / coaxial cable or the like to be insulated and held by a dielectric material such as Teflon having a low dielectric loss / dielectric constant. Further, even when the metal conductor is grounded and held, the metal conductor does not interfere with the antenna ANT.
Since it is surrounded by the strong electric field layer and a strong magnetic field is induced on the back surface of the metal conductor to radiate an electric field in the direction perpendicular to the strong magnetic field, it is possible to obtain radiation that is almost omnidirectional.

【0023】(5)誘電体セラミック製の筒体10に使
用出来る現在の誘電体セラミック材料の誘電率は110
前後であり、筒体10の誘電体材料を変化させると、そ
の共振効率は向上するが、そのアンテナ利得の向上には
限度がある。
(5) The dielectric constant of the current dielectric ceramic material that can be used for the cylindrical body 10 made of dielectric ceramic is 110.
The resonance efficiency is improved by changing the dielectric material of the cylindrical body 10, but there is a limit to the improvement of the antenna gain.

【0024】(6)前記したように、この球面波を放射
する誘電体1/4波長励振形アンテナANTは、そのア
ンテナキャップ9の誘電体材質の誘電率を選択するだけ
で容易に任意のアンテナ利得が得られる。
(6) As described above, the dielectric quarter wave excitation antenna ANT that radiates the spherical wave can be easily selected by simply selecting the dielectric constant of the dielectric material of the antenna cap 9. Gain is obtained.

【0025】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナを
全天候性とし、誘電体1/4波長励振形アンテナANT
の共振周波数を緩やかに変化させるためには、図1、図
2に図示するように、誘電体1/4波長励振形アンテナ
ANTの各部と適宜な間隔を保った内周面を持つ適当な
長さと内・外径の誘電体製のアンテナキャップ9を装着
するが好ましい。こうすることにより、次のような作用
効果が奏される。
The spherical-wave radiation dielectric antenna according to the present invention is weatherproof, and the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is used.
In order to gently change the resonance frequency of the antenna, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, an appropriate length having an inner peripheral surface with an appropriate distance from each part of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is provided. It is preferable to mount an antenna cap 9 made of a dielectric material having inner and outer diameters. By doing so, the following operational effects are exhibited.

【0026】(1)アンテナキャップ9の内周面が誘電
体1/4波長励振形アンテナANTの各部と適宜な間隔
を保っているため、アンテナANTの全表面から放射さ
れる共振エネルギーはアンテナキャップ9を通して電磁
波となって再放射されるので、アンテナANTに接近し
た物体に因るアンテナの特性インピーダンスへの影響は
極めて小さい。
(1) Since the inner peripheral surface of the antenna cap 9 is kept at an appropriate distance from each part of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, the resonance energy radiated from the entire surface of the antenna ANT is the antenna cap. Since electromagnetic waves are radiated again through the antenna 9, the influence on the characteristic impedance of the antenna due to the object approaching the antenna ANT is extremely small.

【0027】(2)アンテナキャップ9を構成する誘電
体により電磁波の放射面積が大きくなり、アンテナキャ
ップ9の全側面のみならず上面からも電磁波が再放射さ
れるので、図1の球面波放射誘電体アンテナの指向性は
従来の垂直定在波励振形アンテナのような8の字型パタ
ーンではなく、縦長の8の字型パターンとなる。アンテ
ナキャップ9の誘電体を高くすると、放射パターンは繭
型となる。従って、本発明に係る球面波放射誘電体アン
テナは水平方向及び垂直方向(上方向)にアンテナ利得
を持つので、小型で効率の高いアンテナを得ることがで
き、UHF帯〜準ギガ帯(800MHz〜2.6GHz
帯)の各種携帯無線機の筺体に設置するのに好適であ
る。
(2) The dielectric material forming the antenna cap 9 increases the radiation area of the electromagnetic wave, and the electromagnetic wave is re-radiated not only from all side surfaces of the antenna cap 9 but also from the upper surface thereof. The directivity of the body antenna is a vertically long 8-shaped pattern instead of the 8-shaped pattern as in the conventional vertical standing wave excitation antenna. If the dielectric of the antenna cap 9 is raised, the radiation pattern becomes a cocoon type. Therefore, the spherical wave radiation dielectric antenna according to the present invention has an antenna gain in the horizontal direction and the vertical direction (upward direction), so that a small and highly efficient antenna can be obtained, and the UHF band to the quasi giga band (800 MHz- 2.6 GHz
It is suitable to be installed in the housings of various portable wireless devices (strips).

【0028】(3)アンテナキャップ9を構成する誘電
体の材料やその誘電率を選択することによって球面波放
射誘電体アンテナの共振周波数やQ値ばかりでなく、ア
ンテナキャップ9の全表面から再放射される電磁波の共
振電圧つまりアンテナ利得をも任意に選択することがで
きる。例えば、球面波放射誘電体アンテナの共振周波数
やQ値を低くして広帯域な特性にすることができ、アン
テナ利得を変化させることが出来る。
(3) Not only the resonance frequency and the Q value of the spherical wave radiation dielectric antenna but also the re-radiation from the entire surface of the antenna cap 9 by selecting the material and the dielectric constant of the dielectric material forming the antenna cap 9. The resonance voltage of the generated electromagnetic wave, that is, the antenna gain can also be arbitrarily selected. For example, the resonance frequency and the Q value of the spherical wave radiation dielectric antenna can be lowered to have wide band characteristics, and the antenna gain can be changed.

【0029】末尾の表1は、図1に示す球面波放射誘電
体アンテナにおいて同じ形状で誘電体材料が異なるアン
テナキャップ9を装着した場合の共振周波数fo、Q
値、共振出力電圧値及びアンテナの絶対利得Ga値を示
している。上記のとおり、誘電体1/4波長励振形アン
テナANTは、特定した偏波面を持たない等位相面の球
面波を放射するアンテナであり、放射される電波の質が
基準λ/2ダイポールアンテナ(測定用=棒状波源)と
は異なるので、誘電体1/4波長励振形アンテナANT
を基準λ/2ダイポールアンテナと比較することは不都
合である。そこで、誘電率が空気に近く、その誘電損の
極めて小さいテフロン(誘電率2.1)製のアンテナキ
ャップ9を装着した球面波放射誘電体アンテナは仮想の
等方向性アンテナ(Isotorpec Antenn
a)の放射特性に近似していることに着目して、このア
ンテナを絶対利得1.0dBの基準アンテナとし(表1
のNo.3)、各種の誘電体材料により製作したアンテ
ナキャップを装着した時の絶対利得Gaを求めた。
Table 1 at the end shows resonance frequencies fo and Q when antenna caps 9 having the same shape but different dielectric materials are mounted in the spherical wave radiation dielectric antenna shown in FIG.
Value, resonance output voltage value, and absolute gain Ga value of the antenna. As described above, the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT is an antenna that radiates a spherical wave of an equiphase surface that does not have a specified polarization plane, and the quality of the radiated radio wave is a reference λ / 2 dipole antenna ( Dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, since it is different from (measurement = rod-shaped wave source)
Is inconvenient to compare with a reference λ / 2 dipole antenna. Therefore, a spherical wave radiation dielectric antenna equipped with an antenna cap 9 made of Teflon (dielectric constant 2.1) whose permittivity is close to that of air and whose dielectric loss is extremely small is a virtual isotropic antenna (Isotorpec Antenna).
Paying attention to the fact that it is close to the radiation characteristic of a), this antenna is used as a reference antenna with an absolute gain of 1.0 dB (Table 1).
No. 3) The absolute gain Ga when the antenna cap made of various dielectric materials was attached was determined.

【0030】表1に示すように、アンテナキャップ9を
作る誘電体材料を選択することによって、任意のアンテ
ナ利得を得ることが出来る。例えば、テフロン製のアン
テナキャップ9を、表1のNo.15の誘電体プラスチ
ック(ウルテム)製と交換するだけで、アンテナの絶対
利得Gaは1.17dBに向上し、表1のNo.11の
誘電体セラミック(誘電率40)製のアンテナキャップ
9に交換すれば、そのアンテナの絶対利得Gaは2.0
1dBに向上しする。この値は1/2波長ダイポールア
ンテナの絶対利得1.64dBを上回る。更に表1のN
o.1の誘電体セラミック(誘電率93)製のアンテナ
キャップ9に交換すれば、その絶対利得は4.34dB
という大きな値となり、高利得の球面波放射誘電体アン
テナが得られる。しかも、これらの場合、表1から理解
出来るように、共振周波数fo及びQ値は低下するの
で、広帯域な特性のアンテナとなる。
As shown in Table 1, an arbitrary antenna gain can be obtained by selecting a dielectric material for forming the antenna cap 9. For example, the antenna cap 9 made of Teflon can be replaced with the one shown in No. 1 of Table 1. The absolute gain Ga of the antenna is improved to 1.17 dB simply by replacing the dielectric plastic (Ultem) of No. 15 with No. 15 in Table 1. If the antenna cap 9 made of No. 11 dielectric ceramic (dielectric constant 40) is replaced, the absolute gain Ga of the antenna is 2.0.
It is improved to 1 dB. This value exceeds the absolute gain of 1.64 dB of the 1/2 wavelength dipole antenna. Further, N in Table 1
o. If the antenna cap 9 made of 1 dielectric ceramic (dielectric constant 93) is replaced, the absolute gain is 4.34 dB.
And a high gain spherical wave radiation dielectric antenna can be obtained. Moreover, in these cases, as can be understood from Table 1, since the resonance frequency fo and the Q value are lowered, the antenna has a wide band characteristic.

【0031】ここで、図1〜図4によって説明した本発
明の球面波放射誘電体アンテナ装置に類似した構造のア
ンテナ装置について説明する。まず、図5に図示するよ
うに、誘電体1/4波長励振形アンテナANTの接続栓
18を整合用導体7の中央の貫通穴6に挿入、接合し、
誘電体1/4波長励振形アンテナANTの周囲を囲む誘
電体セラミック製のアンテナキャップ9を装着したアン
テナ装置について考察する。このアンテナ装置において
は、図5の点線で図示するように、整合用導体7の両折
り曲げ辺7′、7″の両端からアンテナANTまでの長
さを調整することによって、高周波数送信部とアンテナ
ANTとの整合をとることができる。しかし、図5に図
示するように、整合用導体7にアンテナANTの接続栓
18が直結して接合されているので、誘電体1/4波長
励振形アンテナANT独自の特性について前述したよう
に、給電導体15に整合用コイル16を巻いて内周面電
極13と同軸状になるように絶縁保持し、電磁結合した
バラン回路を用いた給電がなされ、完全な平衡回路のア
ンテナである。しかも、このアンテナ装置は点波源と見
做され、同位相面の強電界層を形成して特定の偏波面を
持たない球面波を同心球状に放射するので、整合用導体
7は上記の強電界層に包まれる。このため、球面波の電
波は整合用導体7の裏面に回り込み、接続栓18の外周
面上に高周波電流Iが流れるので、図5で図示したよう
に、整合用導体7の折り曲げ辺7′、7″の両端を点線
のように延長してもアンテナANTとの整合を完全に取
ることはできない。
An antenna device having a structure similar to the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 4 will now be described. First, as shown in FIG. 5, the connection plug 18 of the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT is inserted into the through hole 6 in the center of the matching conductor 7 and joined.
An antenna device equipped with an antenna cap 9 made of a dielectric ceramic surrounding the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT will be considered. In this antenna device, as shown by the dotted line in FIG. 5, by adjusting the length from both ends of both bent sides 7 ′, 7 ″ of the matching conductor 7 to the antenna ANT, the high frequency transmitter and the antenna are However, as shown in Fig. 5, since the connecting plug 18 of the antenna ANT is directly connected to and joined to the matching conductor 7, as shown in Fig. 5, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna. As described above for the characteristics unique to ANT, the matching coil 16 is wound around the power supply conductor 15 and insulated and held so as to be coaxial with the inner peripheral surface electrode 13, and power is supplied using a balun circuit that is electromagnetically coupled. Moreover, this antenna device is regarded as a point wave source, and since it forms a strong electric field layer of the same phase plane and radiates a spherical wave that does not have a specific plane of polarization in a concentric spherical shape, The conductor 7 is enclosed in the above-mentioned strong electric field layer, so that the radio wave of the spherical wave wraps around the back surface of the matching conductor 7 and the high-frequency current I flows on the outer peripheral surface of the connection plug 18, which is shown in FIG. As described above, even if both ends of the bent sides 7 ', 7 "of the matching conductor 7 are extended as shown by dotted lines, the matching with the antenna ANT cannot be perfectly achieved.

【0032】そこで、図6に図示するように、誘電体セ
ラミック製の基板1に誘電体1/4波長励振形アンテナ
ANTの接続栓18を挿入できる大きさの貫通穴2を穿
ち、貫通穴2の内面にスルーホール電極3を形成し、こ
のスルーホール電極3に誘電体1/4波長励振形アンテ
ナANTの接続栓18を挿入、接合し、更に誘電体1/
4波長励振形アンテナANTの周囲を囲むアンテナキャ
ップ9を装着する。これを中央に大きな(即ち、接続栓
18を通すに足る大きさの)貫通穴6を有する整合用導
体7上に接合、装着する。また、基板1の上面周辺及び
その側面はメタライズし、連続した接地面電極5を形成
する。
Therefore, as shown in FIG. 6, a through hole 2 having a size capable of inserting the connection plug 18 of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is formed in the substrate 1 made of a dielectric ceramic. The through hole electrode 3 is formed on the inner surface of the, and the connecting plug 18 of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is inserted into and bonded to the through hole electrode 3, and the dielectric 1 /
An antenna cap 9 surrounding the 4-wavelength excitation antenna ANT is attached. This is joined and mounted on a matching conductor 7 having a large through hole 6 (that is, a size sufficient for passing the connection plug 18) in the center. Further, the periphery of the upper surface of the substrate 1 and the side surface thereof are metallized to form a continuous ground plane electrode 5.

【0033】このようにして構成された図6のアンテナ
装置は、例えば、従来の垂直偏波地線導体付きダイポー
ルアンテナ(定在波励振形の棒状波源)の動作原理、即
ち、同軸ケーブルの外周面上に流れる高周波電流の阻止
を目的とする複数本の地線導体が設けられ、該地線導体
上からの電磁波の放射は殆どないという動作原理とは全
く異った原理に基づくアンテナ特性を有している。つま
り、図6に図示するように、アンテナANTは整合用導
体7から誘電体セラミック製の基板1によって絶縁保持
され、図示のアンテナ装置は特定の偏波面を持たない球
面波の共振エネルギー即ち同位相面の強電界層の中に設
けられた整合用導体7の表面上に強磁界が誘起されて整
合用導体7自体が共振し、球面波の電波を上方向に再放
射する。この放射は誘電体1/4波長励振形アンテナA
NTの放射と合成される。
The thus constructed antenna device of FIG. 6 is, for example, a principle of operation of a conventional dipole antenna with a vertically polarized ground wire conductor (standing wave excitation type rod-shaped wave source), that is, the outer circumference of a coaxial cable. Antenna characteristics based on a principle completely different from the operating principle that a plurality of ground conductors are provided for the purpose of blocking high-frequency current flowing on the surface, and electromagnetic waves are hardly radiated from the ground conductors. Have That is, as illustrated in FIG. 6, the antenna ANT is insulated and held from the matching conductor 7 by the dielectric ceramic substrate 1, and the illustrated antenna device has resonance energy of a spherical wave having no specific plane of polarization, that is, the same phase. A strong magnetic field is induced on the surface of the matching conductor 7 provided in the strong electric field layer of the surface, the matching conductor 7 resonates, and reradiates a spherical wave radio wave upward. This radiation is a dielectric quarter-wave excitation antenna A
Combined with NT radiation.

【0034】図6に示すアンテナ装置においては、誘電
体1/4波長励振形アンテナANTから整合用導体7の
両端までの長さを調整することにより、接続栓18の外
周面導体上に高周波電流が流れるのを阻止して完全に近
い整合状態を達成することができ、整合用導体7の両端
付近の放射を強め、アンテナ利得を向上させることがで
きる。しかし、整合用導体7の両端付近からも球面波の
電波が放射するので、このアンテナ装置を携帯無線機に
装着した場合、携帯無線機を保持する手の位置や人体に
よって、整合状態や放射パターンが影響される場合もあ
る。そこで、アンテナANTから整合用導体7の両端ま
での長さをできるだけ短かくしてアンテナの下部放射を
押え、垂直面内指向性をドーム型パターンにする必要が
ある。
In the antenna device shown in FIG. 6, by adjusting the length from the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT to both ends of the matching conductor 7, a high frequency current is applied to the outer peripheral surface conductor of the connection plug 18. Can be prevented from flowing and a nearly perfect matching state can be achieved, radiation near both ends of the matching conductor 7 can be strengthened, and the antenna gain can be improved. However, since spherical radio waves are radiated from both ends of the matching conductor 7 as well, when this antenna device is attached to a portable wireless device, the matching state and the radiation pattern depend on the position of the hand holding the portable wireless device and the human body. May be affected. Therefore, it is necessary to make the length from the antenna ANT to both ends of the matching conductor 7 as short as possible to suppress the lower radiation of the antenna and make the vertical in-plane directivity a dome-shaped pattern.

【0035】以上の考察に基づいて、本発明の球面波放
射誘電体アンテナ装置に想到するにいたったものであ
る。誘電体1/4波長励振形アンテナANTが放射する
共振エネルギーである1/4波長に圧縮された強電界層
の中に、つまり至近距離に誘電体セラミック製の基板1
が設けられると、基板1を構成している誘電体セラミッ
クの分子又は原子の中で分極電荷の往復運動が生じて基
板1の表面上に電荷が現われることになり、基板1上に
設けられた環状の共振電極4に強磁界が誘起されて共振
電極4が共振を起す。これによって、球面波の電波が基
板1から上方向に再放射され、アンテナANTからの球
面波の放射と合成されるので、その結果、垂直面内指向
性はドーム型パターンとなる。
Based on the above consideration, the present invention has arrived at the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention. Dielectric ceramic substrate 1 made of dielectric ceramic in the strong electric field layer compressed to 1/4 wavelength, which is the resonance energy radiated by the antenna ANT.
Is provided, the reciprocating motion of the polarization charge is generated in the molecules or atoms of the dielectric ceramic that constitutes the substrate 1, and the charge appears on the surface of the substrate 1. A strong magnetic field is induced in the ring-shaped resonance electrode 4, causing the resonance electrode 4 to resonate. As a result, the radio wave of the spherical wave is re-radiated upward from the substrate 1 and is combined with the radiation of the spherical wave from the antenna ANT, and as a result, the vertical in-plane directivity becomes a dome pattern.

【0036】また、基板1の下面と接合した整合用導体
7の両端までのアンテナANTからの長さを調整するこ
とによって、給電用の同軸ケーブルとアンテナANTと
の整合を取るようにしているが、上記のとおり、共振電
極4が強磁界を誘起して共振を起し、基板1の全表面で
上方向に球面波を再放射するので、整合用導体7の裏面
への球面波の回り込みは阻止され、整合用導体7のアン
テナから両端までの長さを短縮することが出来る。
Further, by adjusting the length from the antenna ANT to the both ends of the matching conductor 7 joined to the lower surface of the substrate 1, the feeding coaxial cable and the antenna ANT are matched. As described above, since the resonance electrode 4 induces a strong magnetic field to cause resonance and re-radiates the spherical wave upward on the entire surface of the substrate 1, the spherical wave does not wrap around to the back surface of the matching conductor 7. The length of the matching conductor 7 from the antenna to both ends can be shortened.

【0037】本発明の球面波放射誘電体アンテナ装置に
おける環状の共振電極4の共振周波数は、(1)誘電体
セラミック製の基板1の誘電率及び厚さの選択により、
(2)共振電極4の内周とスルーホール電極3の外周と
の間隔の調整によって容量性リアクタンスを増減させる
ことにより、(3)共振電極4の外周長を変化させて誘
導体リアクタンス分を増減させること、つまり、共振電
極4の面積を調整してインダクタンス分を増減させるこ
とにより、(4)共振電極4上に装着される誘電体セラ
ミック製のアンテナキャップ9の長さ及びアンテナキャ
ップ9を構成する誘導体セラミックの誘電率を選択する
ことによって、調整することができる。
The resonance frequency of the ring-shaped resonance electrode 4 in the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention is determined by (1) selection of the dielectric constant and the thickness of the dielectric ceramic substrate 1.
(2) The capacitive reactance is increased or decreased by adjusting the distance between the inner circumference of the resonance electrode 4 and the outer circumference of the through-hole electrode 3, and (3) the outer circumference length of the resonance electrode 4 is changed to increase or decrease the derivative reactance component. That is, by adjusting the area of the resonance electrode 4 to increase or decrease the inductance component, (4) the length of the antenna cap 9 made of dielectric ceramic mounted on the resonance electrode 4 and the antenna cap 9 are configured. It can be adjusted by selecting the dielectric constant of the dielectric ceramic.

【0038】次に、本発明の球面波放射誘電体アンテナ
装置を携帯無線機に実装した状態について説明する。ま
ず、図7は、1500MHz帯の携帯自動車電話用、M
CA無線用、特定小電力無線用、ワイヤーレス・マイク
用等の端末機の筺体内に、本発明に係る球面波放射誘電
体アンテナ装置を装着した状態を示しており、整合用導
体7の対向する2つの面が筐体24にネジ25によって
固定される。
Next, a state in which the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention is mounted on a portable radio will be described. First, FIG. 7 shows an M for a 1500 MHz band mobile phone.
It shows a state in which the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention is mounted in the housing of a terminal for CA radio, specific low power radio, wireless microphone, etc., and the matching conductor 7 is opposed. The two surfaces to be fixed are fixed to the housing 24 by the screws 25.

【0039】図8及び図9は、1.7GHz帯の携帯用
のGPS(グローバルポジショニングシステム)測位機
の筺体内に、本発明に係る球面波放射アンテナ装置を装
着した場合を示しており、測位位置衛星からの電波は円
偏波であるので、整合用導体7は平面型とし、誘電体セ
ラミック製の基板1、環状共振電極4、整合用導体7及
び筺体24は全て円形であり、円形の整合用導体7の端
部は筺体28の内側に挿入固定されている。
FIGS. 8 and 9 show the case where the spherical wave radiation antenna device according to the present invention is mounted in the housing of a portable GPS (Global Positioning System) positioning device in the 1.7 GHz band. Since the radio wave from the position satellite is circularly polarized, the matching conductor 7 is a plane type, and the dielectric ceramic substrate 1, the ring-shaped resonance electrode 4, the matching conductor 7 and the housing 24 are all circular and are circular. The end portion of the matching conductor 7 is inserted and fixed inside the housing 28.

【0040】図10は、本発明に係る球面波放射誘電体
アンテナ装置を1.7GHz帯移動体用GPS(グロー
バルポジショニングシステム)測位機用の外部アンテナ
として装着した状態を示しており、整合用導体7の下側
には低雑音増幅器回路用基板30が設けられ、その出力
は同軸ケーブルによって導出されてGPS測位機に供給
される。また、整合用導体7の端部は電波透過性のよい
材料で作られた保護カバー31の内面に固定される。保
護カバー31の下部は固定具32によって適宜の箇所に
取り付けられる。
FIG. 10 shows a state in which the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention is mounted as an external antenna for a GPS (Global Positioning System) positioning device for a 1.7 GHz band moving body. A substrate 30 for a low noise amplifier circuit is provided on the lower side of 7, and its output is led by a coaxial cable and supplied to a GPS positioning device. Further, the end of the matching conductor 7 is fixed to the inner surface of the protective cover 31 made of a material having a good radio wave transmission property. The lower part of the protective cover 31 is attached to an appropriate place by a fixture 32.

【0041】図8〜図10に示す球面波放射誘電体アン
テナ装置においても、円板状の整合用導体7の径を変え
ることにより、アンテナと給電用の同軸ケーブルとの整
合を取ることができる。言うまでもなく、図8〜図10
に示す球面波放射誘電体アンテナ装置はGPS通信用ば
かりではなく、テレビ中継用の移動体通信、パラボラア
ンテナの一次放射器、パーソナル無線、1.2GHz帯
のアマチュア無線、MCA通信等の外部用小型アンテナ
としても用いることができる。
Also in the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIGS. 8 to 10, the antenna and the feeding coaxial cable can be matched by changing the diameter of the disc-shaped matching conductor 7. . Needless to say, FIG. 8 to FIG.
The spherical wave radiation dielectric antenna device shown in (1) is not only for GPS communication but also for mobile communication for TV relay, primary radiator of parabolic antenna, personal radio, 1.2 GHz amateur radio, small size for external use such as MCA communication. It can also be used as an antenna.

【0042】次に、図11〜図13により、本発明に係
る球面波放射誘電体アンテナ装置の他の実施例を説明す
る。この実施例においては、共振周波数の異る2個の誘
電体1/4波長励振形アンテナANT1、ANT2が1つ
の筐体内に設置される。例えば同時双方向通信システム
においては、これらのアンテナの一方は送信アンテナ、
他方は受信アンテナとして動作する。なお、図11〜図
13において、図1〜図10に用いられたと同じ参照数
字は同じ構成要素を指し、下付きの数字1は一方の誘電
体1/4波長励振形アンテナANT1の、下付きの数字
2は他方の誘電体1/4波長励振形アンテナANT2
構成要素であることを示す。
Next, another embodiment of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, two dielectric quarter-wave excitation antennas ANT 1 and ANT 2 having different resonance frequencies are installed in one housing. For example, in a simultaneous two-way communication system, one of these antennas is a transmit antenna,
The other operates as a receiving antenna. 11 to 13, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 10 indicate the same constituent elements, and the subscript numeral 1 indicates the lower part of one of the dielectric 1/4 wavelength excitation antennas ANT 1 . The numeral 2 attached indicates that it is a constituent element of the other dielectric quarter-wave excitation antenna ANT 2 .

【0043】特に図12に図示すように、誘導体セラミ
ック製の基板1の上面に適当な間隔を保って、それぞれ
外周長の異った環状の共振電極41、42が設けられ、基
板1の裏面には連続した接地面電極5が設けられ、整合
用導体7には、適当な間隔を保って貫通穴61、62が設
けられる。図11から理解されるように、図に向かって
左側のアンテナANT1の動作周波数の方が右側のアン
テナANT2の動作周波数よりも低いので、これらのア
ンテナと給電用の同軸ケーブルとの整合を調整するため
に、整合用導体7の左右の折り曲げ辺7′、7″の長さ
は異なり、アンテナANT1から左側の折り曲げ辺7′
の端縁までの距離の方がアンテナANT2から右側の折
り曲げ辺7″の端縁までの距離よりも長い。それぞれの
アンテナの共振周波数は、給電導体の長さ、整合用コイ
ルの導線の巻き数、誘電体セラミック製の筒体の長さ、
直径、外周面電極と誘電部との長さ、及び、筒体の誘電
率等を選択することによって調整することができる。
In particular, as shown in FIG. 12, annular resonant electrodes 4 1 and 4 2 having different outer peripheral lengths are provided on the upper surface of the dielectric ceramic substrate 1 at appropriate intervals, so that the substrate 1 A continuous ground plane electrode 5 is provided on the back surface of the, and the matching conductor 7 is provided with through holes 6 1 and 6 2 with an appropriate interval. As can be understood from FIG. 11, the operating frequency of the antenna ANT 1 on the left side of the drawing is lower than the operating frequency of the antenna ANT 2 on the right side, so that matching between these antennas and the coaxial cable for power feeding should be performed. to adjust the left and right of the folding edges 7 of the matching conductor 7 ', 7 different lengths of "folding edges 7 of the left from the antenna ANT 1'
Is longer than the distance from the antenna ANT 2 to the edge of the right bent side 7 ″. The resonance frequency of each antenna depends on the length of the feeding conductor and the winding of the matching coil. Number, length of the dielectric ceramic cylinder,
It can be adjusted by selecting the diameter, the length of the outer peripheral surface electrode and the dielectric portion, the dielectric constant of the cylindrical body, and the like.

【0044】図11に示す球面波方誘電体アンテナ装置
は、同時送受信システムばかりでなく、1500MHz
帯の携帯自動車電話と1.9GHz帯のPHS(パーソ
ナルハンデイホンシステム)通信との融合端末機用のア
ンテナ装置として実現される。左側のアンテナANT1
は1500MHz帯用、右側のアンテナANT2は1.
9GHz帯用である。この他にも、衛星移動体通信(イ
リジウム衛星)と携帯自動車電話との融合端末機用、衛
星移動体通信(イリジウム衛星)とPHS通信との融合
端末機用、800MHz帯の携帯自動車電話用双方向同
時通信システム等にも使用できる。
The spherical wave dielectric antenna device shown in FIG.
It is realized as an antenna device for a fusion terminal of a mobile phone of the band and PHS (Personal Handyphone System) communication of the 1.9 GHz band. Left antenna ANT 1
For the 1500 MHz band, the right antenna ANT 2 is 1.
It is for 9 GHz band. In addition, dual terminals for satellite mobile communication (iridium satellite) and mobile phone, integrated terminals for satellite mobile communication (iridium satellite) and PHS communication, and 800 MHz band mobile phone It can also be used for directional simultaneous communication systems and the like.

【0045】この実施例においても、図1に示す球面波
放射誘電体アンテナ装置について説明したと同様に、共
振電極41、42の共振周波数の調整や、誘電体セラミッ
ク製のアンテナキャップ91、92の誘電率の選択による
アンテナのQ値、アンテナの放射利得の調整を行うこと
ができる。
Also in this embodiment, similarly to the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG. 1, the resonance frequencies of the resonance electrodes 4 1 and 4 2 are adjusted, and the dielectric ceramic antenna cap 9 1 is used. , 9 2 can be used to adjust the Q value of the antenna and the radiation gain of the antenna.

【0046】これらの誘電体1/4波長励振形アンテナ
ANT1、ANT2は特定の偏波面を持たない球面波を放
射する点波源と見做し得、「ある周波数帯域内では共振
するが、その帯域外では共振しない」という誘電体セラ
ミック共振器特有の構造のアンテナであるので、それぞ
れのアンテナに割り当てられた帯域内の周波数の電波に
対しては鋭く共振して送信又は受信の作動をするが、割
り当てられた帯域外の周波数の電波に対しては共振しな
い。つまり、アンテナANT1、ANT2はフィルター動
作を行う。したがって、これらのアンテナを並置して
も、送信波が受信用アンテナへ回り込むことは極めて小
さいことになる。
These dielectric quarter-wave excitation antennas ANT 1 and ANT 2 can be regarded as point wave sources that radiate spherical waves having no specific plane of polarization, and "are resonant in a certain frequency band, Since it is an antenna with a structure peculiar to a dielectric ceramic resonator that "it does not resonate outside the band", it sharply resonates for radio waves with a frequency within the band assigned to each antenna and operates for transmission or reception. However, it does not resonate with radio waves of frequencies outside the allocated band. That is, the antennas ANT 1 and ANT 2 perform a filter operation. Therefore, even if these antennas are juxtaposed, it is extremely small that the transmitted wave goes around to the receiving antenna.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上、この発明をその実施例について詳
細に説明したところから明らかなとおり、この発明は以
下の格別な効果を奏する。
As is apparent from the detailed description of the embodiments of the present invention, the present invention has the following special effects.

【0048】(1)前記したように、本発明に係る球面
波放射誘電体アンテナ装置は、その構造上、誘電体セラ
ミック製の筒体に設けた各電極によって1/4波長に圧
縮された共振(TEMモード)を起して筒体全体で励振
し、等位相面の強電界層を形成して筒体を核にして同心
球状の球面波の電波を放射する点波源のアンテナと見做
し得るので、従来の定在波励振形アンテナ(直線偏波の
棒状波源)の8の字型放射ではなくドーム型の放射パタ
ーンを持ち、例えば高層ビルの谷間等のような偏波面が
複雑に変化する場所での交信に特に有効である。
(1) As described above, the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention has a structure in which resonance is compressed to a quarter wavelength by each electrode provided in the dielectric ceramic cylinder. It is regarded as a point source antenna that radiates (CON mode) and excites in the entire cylinder to form a strong electric field layer of an equiphase surface and radiates radio waves of concentric spherical waves with the cylinder as the nucleus. Therefore, it has a dome-shaped radiation pattern instead of the figure 8 shape of the conventional standing wave excitation type antenna (linearly polarized rod-shaped wave source), and the polarization plane such as the valley of a high-rise building changes intricately. It is especially effective for communication in places where

【0049】(2)誘電体セラミック製の基板上に設け
た環状の共振電極の大きさ及び整合用導体の両端までの
長さをそれぞれ調整することによって、アンテナからの
下部放射を制御し、同軸ケーブルとの完全に近い整合を
得ることができる。
(2) The lower radiation from the antenna is controlled by adjusting the size of the ring-shaped resonant electrode provided on the dielectric ceramic substrate and the length to the both ends of the matching conductor, thereby controlling the lower radiation from the antenna. A near perfect match with the cable can be obtained.

【0050】(3)双方向同時通信用や融合端末機用の
アンテナ装置を構成した場合でも、損失の大きいアンテ
ナ共用器を設ける必要はなく、また、簡単な構成の損失
の小さいバンドパスフイルターやアイソレーター等を介
して送信回路及び受信回路に接続するだけで良いので、
ダイバーシテイ回路は必要としない。更に、個々の誘電
体1/4波長励振形アンテナは、至近距離に併設して
も、それぞれセラミック共振器の形状のアンテナである
ので、相互に回り込む電波は極めて小さい。
(3) Even when an antenna device for two-way simultaneous communication or a fusion terminal is configured, it is not necessary to provide an antenna duplexer with a large loss, and a band loss filter with a simple configuration and a low loss can be used. Since it is only necessary to connect to the transmission circuit and the reception circuit via an isolator etc.,
No diversity circuit is needed. Further, the individual dielectric quarter-wave excitation antennas are antennas each having the shape of a ceramic resonator even if they are placed side by side at a close distance, so that the radio waves that wrap around each other are extremely small.

【0051】(4)誘電体セラミック製の基板上に設け
た環状の共振電極が誘電体1/4波長励振形アンテナの
下部放射によって上方向に球面波の電波を再放射するの
で、このアンテナからの放射と合成される結果、本発明
に係る球面波放射誘電体アンテナ装置はドーム型の垂直
面内指向性を示し、アンテナ利得は向上する。
(4) Since the ring-shaped resonance electrode provided on the dielectric ceramic substrate re-radiates the spherical wave radio wave upward by the lower radiation of the dielectric quarter-wave excitation antenna, As a result, the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention exhibits a dome-shaped vertical in-plane directivity, and the antenna gain is improved.

【0052】(5)本発明に係る球面波放射誘電体アン
テナ装置は、Q値が高く狭帯域でアンテナの利得の低い
従来の衛星測位機のGPSアンテナとは異なり、所望の
アンテナ利得が得られるので、従来のGPSアンテナに
は必要であった高利得な低雑高増幅器を省略することが
できる。
(5) The spherical wave radiating dielectric antenna device according to the present invention can obtain a desired antenna gain, unlike the GPS antenna of the conventional satellite positioning device having a high Q value and a narrow band and a low antenna gain. Therefore, the high gain, low miscellaneous amplifier required for the conventional GPS antenna can be omitted.

【0053】(6)本発明のアンテナ装置は、各種通信
の固定局及び基地局用、テレビ中継等の移動体通信用、
各種衛星移動体通信用等の種々の用途のアンテナ装置と
して極めて有効であり、球面波を放射する点波源として
パラボラアンテナの一次放射器に最適である。
(6) The antenna device of the present invention is used for fixed stations and base stations for various communications, for mobile communications such as television relay,
It is extremely effective as an antenna device for various applications such as satellite mobile communications, and is most suitable for a primary radiator of a parabolic antenna as a point wave source that radiates spherical waves.

【0054】(7)必要によっては誘電体セラミック製
のアンテナキャップを設置し、その誘電率を選択するこ
とによって、アンテナ装置が取り付けられた筺体による
アンテナ損失をカバーするだけのアンテナ利得を得るこ
とができる。
(7) If necessary, an antenna cap made of a dielectric ceramic is installed and the permittivity thereof is selected to obtain an antenna gain sufficient to cover the antenna loss due to the housing to which the antenna device is attached. it can.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】誘電体1/4波長励振形アンテナを用いた本発
明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置の一実施例の一
部破断斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an embodiment of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention using a dielectric quarter-wave excitation antenna.

【図2】図1に示す球面波放射誘電体アンテナ装置の一
部断面図。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.

【図3】図1及び図2に示す球面波放射誘電体アンテナ
装置から誘電体1/4波長励振形アンテナ及びアンテナ
キャップを除去したときの上面図。
FIG. 3 is a top view of the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIGS. 1 and 2 when a dielectric quarter-wave excitation antenna and an antenna cap are removed.

【図4】図1の誘電体1/4波長励振形アンテナの断面
図。
4 is a sectional view of the dielectric quarter-wave excitation antenna of FIG.

【図5】図1に示す球面波放射誘電体アンテナ装置に類
似したプロトタイプのアンテナ装置の断面図。
5 is a cross-sectional view of a prototype antenna device similar to the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.

【図6】図1に示す球面波放射誘電体アンテナ装置に類
似した他のプロトタイプのアンテナ装置の断面図。
6 is a cross-sectional view of another prototype antenna device similar to the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.

【図7】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置の
応用例を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing an application example of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図8】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置の
他の応用例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing another application example of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図9】図8における球面波放射誘電体アンテナ装置の
線9−9に沿う断面図。
9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of the spherical wave radiation dielectric antenna device in FIG.

【図10】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置
の更に他の応用例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing still another application example of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図11】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置
の他の実施例を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing another embodiment of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図12】図11の球面波放射誘電体アンテナ装置にお
ける共振電極の形状を説明するための図。
12 is a diagram for explaining the shape of a resonance electrode in the spherical wave radiation dielectric antenna device of FIG.

【図13】図11の球面波放射誘電体アンテナ装置にお
ける整合用導体の形状を説明するための図。
13 is a view for explaining the shape of a matching conductor in the spherical wave radiation dielectric antenna device of FIG.

【図14】従来の誘電体1/4波長励振形アンテナの構
成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional dielectric quarter-wave excitation antenna.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板 2:貫通穴 3:スルーホール電極
4:共振電極 5:接地用電極 6:貫通穴
7:整合用導体 8:誘電共振部 9:アンテナキ
ャップ ANT:誘電体1/4波長励振形アンテナ
1: Substrate 2: Through hole 3: Through hole electrode
4: Resonance electrode 5: Grounding electrode 6: Through hole
7: Matching conductor 8: Dielectric resonance part 9: Antenna cap ANT: Dielectric 1/4 wavelength excitation antenna

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年7月30日[Submission date] July 30, 1996

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 誘電体1/4波長励振形アンテナを用
いた球面波放射誘電体アンテナ装置
Patent application title: Spherical wave radiation dielectric antenna device using dielectric quarter-wave excitation antenna

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はUHF帯〜準ギガ帯(8
00MHz〜2.6GHz帯)の各種携帯無線機の筺体
内又は外部に設置するための球面波放射誘電体アンテナ
装置であって、誘電体1/4波長励振形アンテナと、誘
電体セラミック製のアンテナキャップと、スルーホール
電極と、環状共振電極を設けた誘電体セラミック製基
板、及び整合用導体とを具備する球面波放射誘電体アン
テナ装置に関する。
The present invention relates to the UHF band to the semi-giga band (8
A spherical wave radiation dielectric antenna device to be installed inside or outside a housing of various portable wireless devices of 00 MHz to 2.6 GHz band, which is a dielectric quarter-wave excitation antenna and a dielectric ceramic antenna. The present invention relates to a spherical wave radiation dielectric antenna device including a cap, a through-hole electrode, a dielectric ceramic substrate provided with an annular resonance electrode, and a matching conductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の内蔵アンテナとしては、ループア
ンテナ、ヘルカル状アンテナ、及び逆F型アンテナ等が
あり、使用周波数の1/2波長又は1/4波長に共振さ
せたアンテナであるので、その利得を向上させる方法は
限られている。一方、現在のUHF〜準ギガ帯における
各種携帯無線機の外形は極めて小型化され、上記の無線
機に装着されているアンテナは、コネクターによる装着
形、出し入れ自由な収納形、転倒形、固定形等であり、
使用時には何れも筺体からアンテナが外部に突出してい
る。しかし、携帯上及び操作上からは、突出したアンテ
ナは作業時に障害になる。例えば、携帯無線機を操作す
る際、アンテナを引き出して使用するために、アンテナ
部の故障が最多といわれている。
2. Description of the Related Art Conventional built-in antennas include loop antennas, helical antennas, and inverted F-type antennas, which are antennas resonated at 1/2 wavelength or 1/4 wavelength of the operating frequency. There are limited ways to improve gain. On the other hand, the external shape of various portable radios in the current UHF-quasi-giga band has been extremely miniaturized, and the antenna mounted on the above radios has a connector mounting type, a retractable storage type, a falling type, and a fixed type. Etc.,
In each case, the antenna protrudes from the housing to the outside. However, in terms of carrying and operation, the protruding antenna becomes an obstacle during work. For example, when operating a portable wireless device, it is said that the failure of the antenna section is most frequent because the antenna is pulled out and used.

【0003】高誘電率、低損失の誘電体セラミック基板
に、渦巻状、波形状、デジタル状にメタライズしたマイ
クロストリップアンテナは、PHS通信(パーソナルハ
ンディホンシステム。1.9GHz帯を使用)の端末機
には最適なアンテナであるが、筺体内に収納したアンテ
ナを引き出して使用する形態のものであり、GPS通信
(グローバルポジショニングシステム。1.57GHz
を使用)に使用されるアンテナは、完全なマイクロスト
リップアンテナであるので、そのQ値は高く、従って極
めて狭帯域な受信アンテナである。
A microstrip antenna in which a dielectric ceramic substrate having a high dielectric constant and a low loss is metallized in a spiral shape, a wave shape, or a digital shape is a terminal for PHS communication (personal handy phone system, which uses the 1.9 GHz band). Although it is the most suitable antenna for, the antenna stored in the housing is pulled out and used. GPS communication (Global Positioning System. 1.57 GHz)
The antenna used for) is a perfect microstrip antenna, so its Q-factor is high and is therefore a very narrow band receiving antenna.

【0004】しかし、現在のアンテナでは、アンテナを
小型化して各種携帯無線機の筺体内に内蔵した場合、ア
ンテナの下部放射の装置内への回り込みが阻止出来ず、
そのアンテナの指向性及びその整合度は劣化するうえ、
送信部からの放射電力は筺体の材質によって誘電損失を
生じ、放射出力は低下してしまうが、上記の筺体の誘電
損失をカバーするだけのアンテナ利得を得ることはでき
ない。故に、現在のところ、内蔵アンテナを使用してい
るUHF〜準ギガ帯の携帯無線機では、その内蔵アンテ
ナの放射利得が充分でないために、至近距離通信にのみ
有効であり、アンテナを内蔵した携帯無線機は「至近距
離用の端末機である」と言われる所以である。
However, in the current antenna, when the antenna is miniaturized and built in the housing of various portable radios, it is impossible to prevent the lower radiation of the antenna from wrapping around inside the device.
The directivity of the antenna and its matching degree deteriorate, and
The radiated power from the transmitter causes a dielectric loss depending on the material of the housing, and the radiation output is reduced, but it is not possible to obtain an antenna gain enough to cover the dielectric loss of the housing. Therefore, at the present time, in the UHF to quasi-giga band portable wireless device using the built-in antenna, the built-in antenna is not sufficient in radiation gain, and therefore is effective only for close-range communication, and the mobile phone with the built-in antenna is used. This is why wireless devices are said to be "terminals for very short distances."

【0005】又、前述したPHS通信は10mw、特定
小電力通信(データ伝送1.2GHz帯)は10mw、
構内無線(データ伝送1.2GHz帯)は100mwと
各端末機の送信出力は極めて小さく、筺体内に前記した
各種内蔵アンテナを設けた場合、アンテナと送信装置と
の整合のずれが、その放射効率に大きく影響を与える
し、又、筺体を形成している材質によってその指向性が
乱される。
Further, the above-mentioned PHS communication is 10 mw, and the specific low power communication (data transmission 1.2 GHz band) is 10 mw,
The indoor radio (data transmission 1.2 GHz band) is 100 mw, and the transmission output of each terminal is extremely small. When the above-mentioned various built-in antennas are provided in the housing, the misalignment between the antenna and the transmitter causes the radiation efficiency. And the directivity is disturbed by the material forming the housing.

【0006】ところで、出願人は、特願平3−3449
04号(特開平5−102720号公報参照)におい
て、従来の定在波形アンテナとは原理が異なる誘電体1
/4波長励振形アンテナを提案した。図14は、この誘
電体1/4波長励振形アンテナ100の構成を示す。同
図において、誘電体1/4波長励振形アンテナ100は
適当な長さと内・外径を有する誘電体製の筒体101を
備える。筒体101の内周面全体に内周面電極102が
形成され、筒体101の上端面には片端面電極103が
形成される。片端面電極103の内周縁は内周面電極1
02と接続される。一方、筒体101の外周面の一部に
は、片端面電極103と電気的に接続された外周面電極
104が形成される。こうして筒体101の外周面は、
外周面電極104が形成された部分と電極が形成されて
いない部分105とに分けられ、これらの部分の面積比
を適切に選択することにより、所望のアンテナ特性を得
ることが出来る。筒体101の中に適当な直径の給電導
体106を同軸状に挿入すると共に、接続栓107の中
心導体108を給電導体106の下端部と電気的・機械
的に接続する。給電導体106の上端部は、内周面電極
102と電気的に接触する接続部を持つ固定用金具10
9により固定され、給電導体106は、内周面電極10
2と同軸状に保持される。
By the way, the applicant has filed Japanese Patent Application No. 3-3449.
No. 04 (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-102720), a dielectric 1 having a principle different from that of a conventional standing waveform antenna.
We have proposed a / 4 wavelength excitation antenna. FIG. 14 shows the structure of this dielectric quarter-wave excitation antenna 100. In the figure, a dielectric quarter-wave excitation antenna 100 includes a dielectric cylinder 101 having an appropriate length and inner and outer diameters. The inner peripheral surface electrode 102 is formed on the entire inner peripheral surface of the cylindrical body 101, and the one end surface electrode 103 is formed on the upper end surface of the cylindrical body 101. The inner peripheral edge of the one-end surface electrode 103 is the inner peripheral surface electrode 1.
02 is connected. On the other hand, an outer peripheral surface electrode 104 electrically connected to the one-end surface electrode 103 is formed on a part of the outer peripheral surface of the cylindrical body 101. Thus, the outer peripheral surface of the cylindrical body 101 is
A desired antenna characteristic can be obtained by being divided into a portion where the outer peripheral surface electrode 104 is formed and a portion 105 where the electrode is not formed, and by appropriately selecting the area ratio of these portions. The feeding conductor 106 having an appropriate diameter is coaxially inserted into the cylindrical body 101, and the central conductor 108 of the connecting plug 107 is electrically and mechanically connected to the lower end portion of the feeding conductor 106. The upper end portion of the power supply conductor 106 has a connecting member 10 having a connecting portion that makes electrical contact with the inner peripheral surface electrode 102.
9 and the feeding conductor 106 is fixed to the inner surface electrode 10
It is held coaxially with 2.

【0007】しかし、内周面電極102に接触する固定
用金具109の接触の長さを変化させてアンテナの整合
を取る場合、送信部の出力が大きくなると、1次側と2
次側との電極が接続されているので整合回路の均衡が崩
れて不整合が生じ、反射電力が大きくなるという問題が
ある。
However, when matching the antennas by changing the contact length of the fixing metal fitting 109 that contacts the inner peripheral surface electrode 102, when the output of the transmitting section becomes large, the primary side and the secondary side are
Since the electrode on the next side is connected, there is a problem that the balance of the matching circuit is lost and mismatch occurs and the reflected power increases.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上述べた従
来の問題点に鑑みて成されたもので、本発明の目的は、
UHF帯〜準ギガ帯(800MHz〜2.6GHz帯)
の各種無線機の筺体内又は外部に設置するのに適した、
誘電体1/4波長励振形アンテナを用いた球面波放射誘
電体アンテナ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the object of the present invention is to:
UHF band to quasi-giga band (800 MHz to 2.6 GHz band)
Suitable for installation inside or outside various radios of
An object of the present invention is to provide a spherical wave radiation dielectric antenna device using a dielectric 1/4 wavelength excitation antenna.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、誘電体1/4波長励振形アンテナと、
前記誘電体1/4波長励振形アンテナの基部を受け入れ
ることができる大きさを有し且つ内面にスルーホール電
極を設けた貫通穴を有する誘電体セラミック製の基板
と、前記基板の一面の前記スルーホール電極から間隔を
保って形成された環状の共振電極と、前記基板に形成さ
れた接地面電極と、前記接地面電極に接合された整合用
導体と、を具備することを特徴とする球面波放射誘電体
アンテナ装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a dielectric quarter-wave excitation antenna,
A dielectric ceramic substrate having a size capable of receiving the base portion of the dielectric quarter-wave excitation antenna and having a through hole provided with a through hole electrode on the inner surface thereof, and the through hole on one surface of the substrate. A spherical wave comprising an annular resonance electrode formed at a distance from a hole electrode, a ground plane electrode formed on the substrate, and a matching conductor joined to the ground plane electrode. A radiating dielectric antenna device is provided.

【0010】前記誘電体1/4波長励振形アンテナは、
誘電体製の筒体と、前記筒体の内周面に形成された内周
面電極と、前記筒体の一端面を覆い且つ前記内周面電極
と電気的に接続された片端面電極と、前記筒体の外周面
の一部に形成され且つ前記片端面電極と電気的に接続さ
れた外周面電極と、前記筒体の内部に設けられ、前記内
周面電極と磁界結合する給電導体と、前記給電導体の周
囲に巻回され、一端が前記給電導体に、他端が前記接続
栓の外部導体に接続された絶縁導体からなる整合用コイ
ルと、を備える。
The dielectric quarter-wave excitation antenna is
A cylindrical body made of a dielectric material, an inner peripheral surface electrode formed on an inner peripheral surface of the cylindrical body, and a one-end surface electrode covering one end surface of the cylindrical body and electrically connected to the inner peripheral surface electrode. An outer peripheral surface electrode formed on a part of an outer peripheral surface of the cylindrical body and electrically connected to the one end surface electrode; and a power supply conductor provided inside the cylindrical body and magnetically coupled to the inner peripheral surface electrode. And a matching coil that is wound around the power supply conductor and has one end connected to the power supply conductor and the other end connected to the outer conductor of the connection plug.

【0011】同時双方向通信システムや融合端末機のた
めのアンテナ装置とするために、動作周波数の異なる複
数個の前記誘電体1/4波長励振形アンテナを設けるよ
うにしてもよい。また、前記誘電体1/4波長励振形ア
ンテナを取り囲むように誘電体セラミック製のアンテナ
キャップを装着するようにしてもよい。
In order to provide an antenna device for a simultaneous two-way communication system or a fusion terminal, a plurality of dielectric quarter-wave excitation antennas having different operating frequencies may be provided. Also, an antenna cap made of a dielectric ceramic may be attached so as to surround the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図1〜図4を参照して、本発明に係る
球面波放射誘電体アンテナ装置の一実施例の構成と動作
とについて説明する。図1は、本発明に係る球面波放射
誘電体アンテナ装置の実施例の斜視図を、図2は、図1
に示すアンテナ装置の誘電体1/4波長励振形アンテナ
以外の部分の断面図を、図3は、図1に示すアンテナ装
置から誘電体1/4波長励振形アンテナとアンテナキャ
ップとを除去したときの上面図を、図4は、図1に示す
誘電体1/4波長励振形アンテナの構造をそれぞれ示し
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration and operation of one embodiment of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is a perspective view of an embodiment of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion other than the dielectric quarter-wave excitation antenna of the antenna device shown in FIG. 3, and FIG. 3 shows a case where the dielectric quarter-wave excitation antenna and the antenna cap are removed from the antenna device shown in FIG. And FIG. 4 shows the structure of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna shown in FIG. 1, respectively.

【0013】これらの図において、誘電体1/4波長励
振形アンテナANTの基部(接続栓18)は、誘電体セ
ラミック製の基板1に形成され且つ内面にスルーホール
電極3を形成した貫通穴2に挿入、接合される。基板1
の上面に、貫通穴2を取り囲み且つ貫通穴2から適宜な
間隔を保って環状の共振電極4を設け、一方、基板1の
下面に、貫通穴2を取り囲む所定の部分を残して第1の
接地電極を形成し、基板1の側面に第1の接地電極と電
気的に接続された第2の接地電極を形成し、こうして連
続した接地面電極5を設ける。接地面電極5に、誘電体
1/4波長励振形アンテナANTの基部が通るに足る大
きさの貫通穴6を設けた整合用導体7を接合して誘電体
共振部8を構成する。この実施例では、整合用導体7の
両側の部分は下側へ折り曲げられ、折り曲げ辺7′、
7″とされる。更に、必要に応じて、誘電体1/4波長
励振形アンテナANTを囲むように誘電体セラミック製
のアンテナキャップ9が装着される。アンテナキャップ
9を共振電極4の上に装着するには、アンテナキャップ
9の切り口をメタライズし、この部分を参照数字27に
示すように共振電極4に接合すればよい。なお、2つの
導体を接合するには、例えば、クリーム半田を導体に塗
布して熱風によって半田付けし、両導体を電気的、機械
的に接続すればよい。
In these figures, the base (connecting plug 18) of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is formed in a dielectric ceramic substrate 1 and a through hole 2 having a through hole electrode 3 formed on the inner surface thereof. Is inserted and joined. Board 1
An annular resonance electrode 4 is provided on the upper surface of the substrate 1 so as to surround the through-hole 2 and keep an appropriate distance from the through-hole 2, while the first surface of the lower surface of the substrate 1 is left with a predetermined portion surrounding the through-hole 2. A ground electrode is formed, a second ground electrode electrically connected to the first ground electrode is formed on the side surface of the substrate 1, and a continuous ground plane electrode 5 is thus provided. A matching conductor 7 provided with a through hole 6 large enough for the base of the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT to pass through is joined to the ground plane electrode 5 to form a dielectric resonance part 8. In this embodiment, the parts on both sides of the matching conductor 7 are bent downward to form the bent side 7 ',
7 ″. Further, if necessary, an antenna cap 9 made of a dielectric ceramic is attached so as to surround the dielectric ¼ wavelength excitation antenna ANT. The antenna cap 9 is placed on the resonance electrode 4. For mounting, the cut end of the antenna cap 9 may be metallized, and this portion may be bonded to the resonance electrode 4 as indicated by reference numeral 27. To bond the two conductors, for example, cream solder may be used. Then, the conductors may be electrically and mechanically connected by soldering with hot air.

【0014】誘電体1/4波長励振形アンテナANT
は、従来の定在波励振形アンテナ(例えば、棒状波源で
ある半波長ダイポールアンテナ)とは放射原理を全く異
にするものであって、点波源と見做すことができ、同心
球状の球面波の電波を放射することができる。図4に示
すとおり、誘電体1/4波長励振形アンテナANTは、
誘電率が例えば40〜120の誘電体セラミック製の筒
体10と、筒体10の外周面に形成された外周面電極1
1と、筒体10の上面に外周面電極11と電気的に接続
されるように形成された片端面電極12と、筒体10の
内周面全体に片端面電極12と電気的に接続されるよう
に形成された内周面電極13と、筒体10の外周面電極
11が形成されていない部分である誘電部14とを備え
ている。筒体10の内部には、給電導体15で構成した
バランである整合用コイル16が内周面電極13と同軸
状になるように絶縁体(例えばテフロン)製の固定部1
7によって固定される。これにより整合用コイル16と
内周面電極13とは磁界結合する。接続栓18の中心導
体20は給電導体15と接続されると共に同軸ケーブル
19とも接続される。
Dielectric quarter-wave excitation antenna ANT
Has a completely different radiation principle from the conventional standing wave excitation type antenna (for example, a half-wavelength dipole antenna that is a rod-shaped wave source), and can be regarded as a point wave source. Can radiate radio waves. As shown in FIG. 4, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is
A cylindrical body 10 made of a dielectric ceramic having a dielectric constant of, for example, 40 to 120, and an outer peripheral surface electrode 1 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body 10.
1, one end surface electrode 12 formed on the upper surface of the cylindrical body 10 so as to be electrically connected to the outer peripheral surface electrode 11, and one end surface electrode 12 electrically connected to the entire inner peripheral surface of the cylindrical body 10. The inner peripheral surface electrode 13 formed as described above and the dielectric portion 14 that is a portion of the cylindrical body 10 where the outer peripheral surface electrode 11 is not formed are provided. Inside the cylindrical body 10, a fixing portion 1 made of an insulator (for example, Teflon) is provided so that a matching coil 16 which is a balun composed of a power supply conductor 15 is coaxial with the inner peripheral surface electrode 13.
Fixed by 7. As a result, the matching coil 16 and the inner peripheral surface electrode 13 are magnetically coupled. The center conductor 20 of the connection plug 18 is connected to the feeding conductor 15 and also to the coaxial cable 19.

【0015】本発明の球面波放射誘電体アンテナ装置に
用いられる誘電体1/4波長励振形アンテナANTは各
電極11、12、13によって圧縮されて1/4波長で
共振(TEMモード)し、この共振エネルギーは誘電部
14から導出される。つまり、筒体10全体が励振さ
れ、筒体10を核にして等位相面の強電界層が形成され
る。この強電界層の共振エネルギーは、筒体10を核に
して同心球状に空間に広がって行く球面波の電波であ
り、上記の圧縮された共振エネルギーのその圧縮が解放
され、波長的な通常の電界になるまでの間は、等位相面
の強電界層と考えられる。
The dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT used in the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention is compressed by the electrodes 11, 12 and 13 and resonates at 1/4 wavelength (TEM mode), This resonance energy is derived from the dielectric portion 14. That is, the entire cylindrical body 10 is excited, and a strong electric field layer having an equiphase surface is formed with the cylindrical body 10 as a nucleus. The resonance energy of the strong electric field layer is a radio wave of a spherical wave that concentrically spreads in the space with the cylindrical body 10 as a nucleus, and the compression of the above-mentioned compressed resonance energy is released, and the wavelength-constant normal energy is released. Until it becomes an electric field, it is considered to be a strong electric field layer having an equiphase surface.

【0016】このように、誘電体1/4波長励振形アン
テナANTは、従来の垂直定在波形アンテナと異なり、
筒体10の外周面に形成された外周面電極11が圧縮さ
れて1/4波長で共振し、筒体10全体が励振される。
外周面電極11、片端面電極12、内周面電極13、誘
電部14は平衡型の2次回路を構成する。従って、誘電
体1/4波長励振形アンテナANTを中心導体20を有
する不平衡回路である接続栓18と結合させるために
は、何等かのバラン(平衡/不平衡整合回路)を用いな
ければならない。そこで図4に図示するように、給電導
体15の直径、給電導体15と一端が接続された絶縁導
線の絶縁体の外径・厚み・材質・外径、該絶縁導線の巻
線間隔・巻回数等を適切に選択して整合用コイル16を
形成し、1次回路を構成する。この絶縁導線の他端は接
続栓18の外部導体と電気的に接続される。上記した各
部を変化させ、目的の周波数付近で自己共振が起るよう
に調整する。こうすると、1次回路が前述したように構
成されているので、周波数帯域幅の広い自己共振が得ら
れる。
As described above, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is different from the conventional vertical standing waveform antenna.
The outer peripheral surface electrode 11 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body 10 is compressed and resonates at a quarter wavelength, and the entire cylindrical body 10 is excited.
The outer peripheral surface electrode 11, the one end surface electrode 12, the inner peripheral surface electrode 13, and the dielectric portion 14 form a balanced secondary circuit. Therefore, some kind of balun (balanced / unbalanced matching circuit) must be used in order to couple the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT to the connection plug 18 which is an unbalanced circuit having the center conductor 20. . Therefore, as shown in FIG. 4, the diameter of the power supply conductor 15, the outer diameter / thickness / material / outer diameter of the insulator of the insulated conductor whose one end is connected to the power supply conductor 15, the winding interval of the insulated conductor, and the number of turns. Etc. are appropriately selected to form the matching coil 16 to form a primary circuit. The other end of this insulated conductor is electrically connected to the outer conductor of the connection plug 18. The above-mentioned respective parts are changed and adjusted so that self-resonance occurs near the target frequency. By doing so, since the primary circuit is configured as described above, self-resonance with a wide frequency bandwidth can be obtained.

【0017】このように、誘電体1/4波長励振形アン
テナANTでは、例えば誘電率100の誘電体セラミッ
ク製の筒体10の片端面電極12上に固定部17によっ
て給電導体15を固定し、筒体10の下部に接続栓18
を介して同軸ケーブル19が接続され、これによってア
ンテナを給電する。この誘電体1/4波長励振形アンテ
ナANTは、誘電体セラミック製の筒体10と、それと
は異質の電極、導体及び誘電体とが合体して形成された
アンテナであるので、強電界層の全方向への球面液の垂
直面内指向性は縦長の8の字型パターンである。即ち、
放射パターンは、その上部及び下部にそれぞれ欠陥があ
り、欠損した以外の放射は同心球状の球面波の電波とな
って全周方向に直接に広がって行く。しかも、実測によ
り、誘電体1/4波長励振形アンテナANTは垂直偏波
とか水平偏波といった特定の偏波面を持たないアンテナ
であり、従来の定在波励振形アンテナ(棒状波源)が形
成する8の字型パターンとは、根本的にその放射原理を
異にしている。
As described above, in the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, the feeding conductor 15 is fixed by the fixing portion 17 on the one end face electrode 12 of the cylindrical body 10 made of a dielectric ceramic having a dielectric constant of 100, for example. A connection plug 18 is provided at the bottom of the cylinder 10.
A coaxial cable 19 is connected via the, and this feeds the antenna. Since this dielectric ¼ wavelength excitation antenna ANT is an antenna formed by combining a dielectric ceramic cylinder 10 with electrodes, conductors and dielectrics different from it, it is possible to realize a strong electric field layer. The vertical in-plane directivity of the spherical liquid in all directions is a vertically elongated figure-eight pattern. That is,
The radiation pattern has defects in its upper part and lower part, and the radiation other than the missing part becomes a concentric spherical wave and spreads directly in the entire circumferential direction. Moreover, as a result of actual measurement, the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT is an antenna that does not have a specific plane of polarization such as vertical polarization or horizontal polarization, and is formed by a conventional standing wave excitation antenna (rod source). The radiation principle is fundamentally different from that of the figure 8 pattern.

【0018】誘電体1/4波長励振形アンテナANTの
独特の特性として、以下の点を挙げることができる。
The characteristic points of the dielectric ¼ wavelength excitation antenna ANT are as follows.

【0019】(1)所望の中心周波数やQ値を得るに
は、筒体10の誘電率・形状・寸法、及び、筒体10に
設ける外周面電極11と誘電部14との長さの比等を選
択すればよい。
(1) In order to obtain a desired center frequency and Q value, the permittivity / shape / dimension of the cylindrical body 10 and the ratio of the lengths of the outer peripheral surface electrode 11 and the dielectric portion 14 provided on the cylindrical body 10 are determined. Etc. may be selected.

【0020】(2)上記のとおり、誘電体1/4波長励
振形アンテナANTは、その構造上、誘電体セラミック
製の筒体10に設けた各電極11、12、13によっ
て、1/4波長に圧縮された共振(TEMモード)を起
して筒体10全体で励振し、等位相面の強電界層を形成
し、筒体10を核にして同心球状の球面波の電波を放射
するので、誘電体1/4波長励振形アンテナANTに導
体(金属導体・水滴・人体等)が至近距離に近接して
も、アンテナの放射効率や、アンテナインピーダンスへ
の影響は極めて小さい。
(2) As described above, the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT has a structure that allows the electrodes 11, 12, 13 provided on the dielectric ceramic cylindrical body 10 to form a 1/4 wavelength. A resonance (TEM mode) that is compressed by is generated to excite the entire cylindrical body 10 to form a strong electric field layer having an equiphase surface, and the cylindrical body 10 is used as a core to radiate a concentric spherical wave. Even if a conductor (metal conductor, water droplets, human body, etc.) comes close to the dielectric ¼-wavelength excitation antenna ANT at a very short distance, the influence on the antenna radiation efficiency and the antenna impedance is extremely small.

【0021】(3)誘電体1/4波長励振形アンテナA
NTは前述したように、1/4波長に圧縮された共振エ
ネルギーが強電界層を形成し、その強電界層の圧縮が解
放されて波長的に通常の電界になるまでの間は、等位相
面の球面波の電波を放射すると考えられ、点波源と見做
すことができるので、上記の強電界層の中に波源即ちア
ンテナANTと極めて至近距離に置かれた金属導体(例
えば、反射器、板状導体、棒状導体、片面を連続接地面
にした誘電体基板等)自体の共振によって、アンテナA
NTの放射を容易に制御するとこができる。つまり、こ
の球面波の電波は、上記の金属導体により抑圧・圧縮・
共振(励振)され、特定周方向が解放された一種の電磁
ホーン(ラッパ)が構成されたと考えてよく、球面波の
電波は直接に空間に放射される。
(3) Dielectric 1/4 wavelength excitation antenna A
As described above, NT has an equal phase until the resonance energy compressed to 1/4 wavelength forms a strong electric field layer and the compression of the strong electric field layer is released to become a normal electric field in terms of wavelength. Since it is considered to radiate radio waves of spherical waves on the surface and can be regarded as a point wave source, a metal conductor (for example, a reflector) placed very close to the wave source, that is, the antenna ANT in the above-mentioned strong electric field layer. , Plate-shaped conductor, bar-shaped conductor, dielectric substrate having one side as a continuous ground plane, etc.)
The emission of NT can be controlled easily. In other words, this spherical wave is suppressed and compressed by the metal conductor.
It may be considered that a kind of electromagnetic horn (trumpet) that is resonated (excited) and released in a specific circumferential direction is configured, and a spherical wave radio wave is directly radiated into space.

【0022】(4)誘電体1/4波長励振形アンテナA
NTは、特定した偏波面を持たない球面波放射のアンテ
ナであるので、これらの金属導体を接地面や接続栓に直
結したとき、該金属導体の裏面への回り込みが大きい。
これを阻止するためには、例えば、誘電損・誘電率の小
さいテフロン等の材質の誘電体によって、上記金属導体
を接地から又は接続栓・同軸ケーブル等から浮かして絶
縁保持しなければならない。また、上記金属導体を接地
して保持した場合にも、上記金属導体はアンテナANT
の強電界層に包まれ、上記金属導体の裏面にも強磁界が
誘起されてその直角の方向に電界が放射されるので、無
指向性に近い放射を得ることができる。
(4) Dielectric 1/4 Wave Excitation Antenna A
Since NT is an antenna for spherical wave radiation that does not have a specified plane of polarization, when these metal conductors are directly connected to the ground plane or the connection plug, the metal conductors are greatly sneak to the back surface.
In order to prevent this, for example, the metal conductor must be floated from the ground or from the connection plug / coaxial cable or the like to be insulated and held by a dielectric material such as Teflon having a low dielectric loss / dielectric constant. Further, even when the metal conductor is grounded and held, the metal conductor does not interfere with the antenna ANT.
Since it is surrounded by the strong electric field layer and a strong magnetic field is induced on the back surface of the metal conductor to radiate an electric field in the direction perpendicular to the strong magnetic field, it is possible to obtain radiation that is almost omnidirectional.

【0023】(5)誘電体セラミック製の筒体10に使
用出来る現在の誘電体セラミック材料の誘電率は110
前後であり、筒体10の誘電体材料を変化させると、そ
の共振効率は向上するが、そのアンテナ利得の向上には
限度がある。
(5) The dielectric constant of the current dielectric ceramic material that can be used for the cylindrical body 10 made of dielectric ceramic is 110.
The resonance efficiency is improved by changing the dielectric material of the cylindrical body 10, but there is a limit to the improvement of the antenna gain.

【0024】(6)前記したように、この球面波を放射
する誘電体1/4波長励振形アンテナANTは、そのア
ンテナキャップ9の誘電体材質の誘電率を選択するだけ
で容易に任意のアンテナ利得が得られる。
(6) As described above, the dielectric quarter wave excitation antenna ANT that radiates the spherical wave can be easily selected by simply selecting the dielectric constant of the dielectric material of the antenna cap 9. Gain is obtained.

【0025】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナを
全天候性とし、誘電体1/4波長励振形アンテナANT
の共振周波数を緩やかに変化させるためには、図1、図
2に図示するように、誘電体1/4波長励振形アンテナ
ANTの各部と適宜な間隔を保った内周面を持つ適当な
長さと内・外径の誘電体製のアンテナキャップ9を装着
するが好ましい。こうすることにより、次のような作用
効果が奏される。
The spherical-wave radiation dielectric antenna according to the present invention is weatherproof, and the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is used.
In order to gently change the resonance frequency of the antenna, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, an appropriate length having an inner peripheral surface with an appropriate distance from each part of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is provided. It is preferable to mount an antenna cap 9 made of a dielectric material having inner and outer diameters. By doing so, the following operational effects are exhibited.

【0026】(1)アンテナキャップ9の内周面が誘電
体1/4波長励振形アンテナANTの各部と適宜な間隔
を保っているため、アンテナANTの全表面から放射さ
れる共振エネルギーはアンテナキャップ9を通して電磁
波となって再放射されるので、アンテナANTに接近し
た物体に因るアンテナの特性インピーダンスへの影響は
極めて小さい。
(1) Since the inner peripheral surface of the antenna cap 9 is kept at an appropriate distance from each part of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, the resonance energy radiated from the entire surface of the antenna ANT is the antenna cap. Since electromagnetic waves are radiated again through the antenna 9, the influence on the characteristic impedance of the antenna due to the object approaching the antenna ANT is extremely small.

【0027】(2)アンテナキャップ9を構成する誘電
体により電磁波の放射面積が大きくなり、アンテナキャ
ップ9の全側面のみならず上面からも電磁波が再放射さ
れるので、図1の球面波放射誘電体アンテナの指向性は
従来の垂直定在波励振形アンテナのような8の字型パタ
ーンではなく、縦長の8の字型パターンとなる。アンテ
ナキャップ9の誘電率を高くすると、放射パターンは繭
型となる。従って、本発明に係る球面波放射誘電体アン
テナは水平方向及び垂直方向(上方向)にアンテナ利得
を持つので、小型で効率の高いアンテナを得ることがで
き、UHF帯〜準ギガ帯(800MHz〜2.6GHz
帯)の各種携帯無線機の筺体に設置するのに好適であ
る。
(2) The dielectric material forming the antenna cap 9 increases the radiation area of the electromagnetic wave, and the electromagnetic wave is re-radiated not only from all side surfaces of the antenna cap 9 but also from the upper surface thereof. The directivity of the body antenna is a vertically long 8-shaped pattern instead of the 8-shaped pattern as in the conventional vertical standing wave excitation antenna. When the permittivity of the antenna cap 9 is increased, the radiation pattern becomes cocoon type. Therefore, the spherical wave radiation dielectric antenna according to the present invention has an antenna gain in the horizontal direction and the vertical direction (upward direction), so that a small and highly efficient antenna can be obtained, and the UHF band to the quasi giga band (800 MHz- 2.6 GHz
It is suitable to be installed in the housings of various portable wireless devices (strips).

【0028】(3)アンテナキャップ9を構成する誘電
体の材料やその誘電率を選択することによって球面波放
射誘電体アンテナの共振周波数やQ値ばかりでなく、ア
ンテナキャップ9の全表面から再放射される電磁波の共
振電圧つまりアンテナ利得をも任意に選択することがで
きる。例えば、球面波放射誘電体アンテナの共振周波数
やQ値を低くして広帯域な特性にすることができ、アン
テナ利得を変化させることが出来る。
(3) Not only the resonance frequency and the Q value of the spherical wave radiation dielectric antenna but also the re-radiation from the entire surface of the antenna cap 9 by selecting the material and the dielectric constant of the dielectric material forming the antenna cap 9. The resonance voltage of the generated electromagnetic wave, that is, the antenna gain can also be arbitrarily selected. For example, the resonance frequency and the Q value of the spherical wave radiation dielectric antenna can be lowered to have wide band characteristics, and the antenna gain can be changed.

【0029】末尾の表1は、図1に示す球面波放射誘電
体アンテナにおいて同じ形状で誘電体材料が異なるアン
テナキャップ9を装着した場合の共振周波数fo、Q
値、共振出力電圧値及びアンテナの絶対利得Ga値を示
している。上記のとおり、誘電体1/4波長励振形アン
テナANTは、特定した偏波面を持たない等位相面の球
面波を放射するアンテナであり、放射される電波の質が
基準λ/2ダイポールアンテナ(測定用=棒状波源)と
は異なるので、誘電体1/4波長励振形アンテナANT
を基準λ/2ダイポールアンテナと比較することは不都
合である。そこで、誘電率が空気に近く、その誘電損の
極めて小さいテフロン(誘電率2.1)製のアンテナキ
ャップ9を装着した球面波放射誘電体アンテナは仮想の
等方向性アンテナ(Isotropic Antenn
a)の放射特性に近似していることに着目して、このア
ンテナを絶対利得1.0の基準アンテナとし(表1のN
o.3)、各種の誘電体材料により製作したアンテナキ
ャップを装着した時の絶対利得Gaを求めた。
Table 1 at the end shows resonance frequencies fo and Q when antenna caps 9 having the same shape but different dielectric materials are mounted in the spherical wave radiation dielectric antenna shown in FIG.
Value, resonance output voltage value, and absolute gain Ga value of the antenna. As described above, the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT is an antenna that radiates a spherical wave of an equiphase surface that does not have a specified polarization plane, and the quality of the radiated radio wave is a reference λ / 2 dipole antenna ( Dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, since it is different from (measurement = rod-shaped wave source)
Is inconvenient to compare with a reference λ / 2 dipole antenna. Therefore, a spherical wave radiation dielectric antenna equipped with an antenna cap 9 made of Teflon (dielectric constant 2.1) whose dielectric constant is close to that of air and whose dielectric loss is extremely small is a virtual isotropic antenna (Isotropic Antenna).
Paying attention to the fact that it is close to the radiation characteristic of a), this antenna is used as a reference antenna with an absolute gain of 1.0 (N in Table 1).
o. 3) The absolute gain Ga when the antenna cap made of various dielectric materials was attached was determined.

【0030】表1に示すように、アンテナキャップ9を
作る誘電体材料を選択することによって、任意のアンテ
ナ利得を得ることが出来る。例えば、テフロン製のアン
テナキャップ9を、表1のNo.15の誘電体プラスチ
ック(ウルテム)製と交換するだけで、アンテナの絶対
利得Gaは1.17に向上し、表1のNo.11の誘電
体セラミック(誘電率40)製のアンテナキャップ9に
交換すれば、そのアンテナの絶対利得Gaは2.01に
向上しする。この値は1/2波長ダイポールアンテナの
絶対利得1.64を上回る。更に表1のNo.1の誘電
体セラミック(誘電率93)製のアンテナキャップ9に
交換すれば、その絶対利得は4.34という大きな値と
なり、高利得の球面波放射誘電体アンテナが得られる。
しかも、これらの場合、表1から理解出来るように、共
振周波数fo及びQ値は低下するので、広帯域な特性の
アンテナとなる。
As shown in Table 1, an arbitrary antenna gain can be obtained by selecting a dielectric material for forming the antenna cap 9. For example, the antenna cap 9 made of Teflon can be replaced with the No. The absolute gain Ga of the antenna is improved to 1.17 by simply replacing it with a dielectric plastic (Ultem) of No. 15 and No. 15 in Table 1. If the antenna cap 9 made of No. 11 dielectric ceramic (dielectric constant 40) is replaced, the absolute gain Ga of the antenna is improved to 2.01. This value exceeds the absolute gain of 1.64 of the 1/2 wavelength dipole antenna. Further, No. 1 in Table 1 If the antenna cap 9 made of No. 1 dielectric ceramic (dielectric constant 93) is replaced, the absolute gain becomes a large value of 4.34, and a spherical wave radiation dielectric antenna with high gain can be obtained.
Moreover, in these cases, as can be understood from Table 1, since the resonance frequency fo and the Q value are lowered, the antenna has a wide band characteristic.

【0031】ここで、図1〜図4によって説明した本発
明の球面波放射誘電体アンテナ装置に類似した構造のア
ンテナ装置について説明する。まず、図5に図示するよ
うに、誘電体1/4波長励振形アンテナANTの接続栓
18を整合用導体7の中央の貫通穴6に挿入、接合し、
誘電体1/4波長励振形アンテナANTの周囲を囲む誘
電体セラミック製のアンテナキャップ9を装着したアン
テナ装置について考察する。このアンテナ装置において
は、図5の点線で図示するように、整合用導体7の両折
り曲げ辺7′、7″の両端からアンテナANTまでの長
さを調整することによって、高周波送信部とアンテナA
NTとの整合をとることができる。しかし、図5に図示
するように、整合用導体7にアンテナANTの接続栓1
8が直結して接合されているので、誘電体1/4波長励
振形アンテナANT独自の特性について前述したよう
に、給電導体15に整合用コイル16を巻いて内周面電
極13と同軸状になるように絶縁保持し、電磁結合した
バラン回路を用いた給電がなされ、完全な平衡回路のア
ンテナである。しかも、このアンテナ装置は点波源と見
做され、同位相面の強電界層を形成して特定の偏波面を
持たない球面波を同心球状に放射するので、整合用導体
7は上記の強電界層に包まれる。このため、球面波の電
波は整合用導体7の裏面に回り込み、接続栓18の外周
面上に高周波電流Iが流れるので、図5で図示したよう
に、整合用導体7の折り曲げ辺7′、7″の両端を点線
のように延長してもアンテナANTとの整合を完全に取
ることはできない。
An antenna device having a structure similar to the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 4 will now be described. First, as shown in FIG. 5, the connection plug 18 of the dielectric quarter-wave excitation antenna ANT is inserted into the through hole 6 in the center of the matching conductor 7 and joined.
An antenna device equipped with an antenna cap 9 made of a dielectric ceramic surrounding the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT will be considered. In this antenna device, as shown by the dotted line in FIG. 5, by adjusting the lengths from both ends of both bent sides 7 ', 7 "of the matching conductor 7 to the antenna ANT, the high-frequency transmitter and the antenna A are adjusted.
It can be matched with NT. However, as shown in FIG. 5, the matching conductor 7 is connected to the connecting plug 1 of the antenna ANT.
Since 8 are directly connected and joined, as described above regarding the unique characteristics of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT, the matching coil 16 is wound around the feeding conductor 15 so as to be coaxial with the inner peripheral surface electrode 13. It is a perfect balanced circuit antenna that is insulated and held so that it is fed by using a balun circuit that is electromagnetically coupled. Moreover, since this antenna device is regarded as a point wave source and forms a strong electric field layer having the same phase plane to radiate a spherical wave having no specific plane of polarization in a concentric spherical shape, the matching conductor 7 has the above-mentioned strong electric field. Wrapped in layers. Therefore, the radio wave of the spherical wave wraps around the back surface of the matching conductor 7 and the high-frequency current I flows on the outer peripheral surface of the connection plug 18, so that as shown in FIG. Even if both ends of 7 ″ are extended as shown by dotted lines, it is not possible to perfectly match with the antenna ANT.

【0032】そこで、図6に図示するように、誘電体セ
ラミック製の基板1に誘電体1/4波長励振形アンテナ
ANTの接続栓18を挿入できる大きさの貫通穴2を穿
ち、貫通穴2の内面にスルーホール電極3を形成し、こ
のスルーホール電極3に誘電体1/4波長励振形アンテ
ナANTの接続栓18を挿入、接合し、更に誘電体1/
4波長励振形アンテナANTの周囲を囲むアンテナキャ
ップ9を装着する。これを中央に大きな(即ち、接続栓
18を通すに足る大きさの)貫通穴6を有する整合用導
体7上に接合、装着する。また、基板1の上面周辺及び
その側面はメタライズし、連続した接地面電極5を形成
する。
Therefore, as shown in FIG. 6, a through hole 2 having a size capable of inserting the connection plug 18 of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is formed in the substrate 1 made of a dielectric ceramic. The through hole electrode 3 is formed on the inner surface of the, and the connecting plug 18 of the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT is inserted into and bonded to the through hole electrode 3, and the dielectric 1 /
An antenna cap 9 surrounding the 4-wavelength excitation antenna ANT is attached. This is joined and mounted on a matching conductor 7 having a large through hole 6 (that is, a size sufficient for passing the connection plug 18) in the center. Further, the periphery of the upper surface of the substrate 1 and the side surface thereof are metallized to form a continuous ground plane electrode 5.

【0033】このようにして構成された図6のアンテナ
装置は、例えば、従来の垂直偏波地線導体付きダイポー
ルアンテナ(定在波励振形の棒状波源)の動作原理、即
ち、同軸ケーブルの外周面上に流れる高周波電流の阻止
を目的とする複数本の地線導体が設けられ、該地線導体
上からの電磁波の放射は殆どないという動作原理とは全
く異った原理に基づくアンテナ特性を有している。つま
り、図6に図示するように、アンテナANTは整合用導
体7から誘電体セラミック製の基板1によって絶縁保持
され、図示のアンテナ装置は特定の偏波面を持たない球
面波の共振エネルギー即ち同位相面の強電界層の中に設
けられた整合用導体7の表面上に強磁界が誘起されて整
合用導体7自体が共振し、球面波の電波を上方向に再放
射する。この放射は誘電体1/4波長励振形アンテナA
NTの放射と合成される。
The thus constructed antenna device of FIG. 6 is, for example, a principle of operation of a conventional dipole antenna with a vertically polarized ground wire conductor (standing wave excitation type rod-shaped wave source), that is, the outer circumference of a coaxial cable. Antenna characteristics based on a principle completely different from the operating principle that a plurality of ground conductors are provided for the purpose of blocking high-frequency current flowing on the surface, and electromagnetic waves are hardly radiated from the ground conductors. Have That is, as illustrated in FIG. 6, the antenna ANT is insulated and held from the matching conductor 7 by the dielectric ceramic substrate 1, and the illustrated antenna device has resonance energy of a spherical wave having no specific plane of polarization, that is, the same phase. A strong magnetic field is induced on the surface of the matching conductor 7 provided in the strong electric field layer of the surface, the matching conductor 7 resonates, and reradiates a spherical wave radio wave upward. This radiation is a dielectric quarter-wave excitation antenna A
Combined with NT radiation.

【0034】図6に示すアンテナ装置においては、誘電
体1/4波長励振形アンテナANTから整合用導体7の
両端までの長さを調整することにより、接続栓18の外
周面導体上に高周波電流が流れるのを阻止して完全に近
い整合状態を達成することができ、整合用導体7の両端
付近の放射を強め、アンテナ利得を向上させることがで
きる。しかし、整合用導体7の両端付近からも球面波の
電波が放射するので、このアンテナ装置を携帯無線機に
装着した場合、携帯無線機を保持する手の位置や人体に
よって、整合状態や放射パターンが影響される場合もあ
る。そこで、アンテナANTから整合用導体7の両端ま
での長さをできるだけ短かくしてアンテナの下部放射を
押え、垂直面内指向性をドーム型パターンにする必要が
ある。
In the antenna device shown in FIG. 6, by adjusting the length from the dielectric 1/4 wavelength excitation antenna ANT to both ends of the matching conductor 7, a high frequency current is applied to the outer peripheral surface conductor of the connection plug 18. Can be prevented from flowing and a nearly perfect matching state can be achieved, radiation near both ends of the matching conductor 7 can be strengthened, and the antenna gain can be improved. However, since spherical radio waves are radiated from both ends of the matching conductor 7 as well, when this antenna device is attached to a portable wireless device, the matching state and the radiation pattern depend on the position of the hand holding the portable wireless device and the human body. May be affected. Therefore, it is necessary to make the length from the antenna ANT to both ends of the matching conductor 7 as short as possible to suppress the lower radiation of the antenna and make the vertical in-plane directivity a dome-shaped pattern.

【0035】以上の考察に基づいて、本発明の球面波放
射誘電体アンテナ装置に想到するにいたったものであ
る。誘電体1/4波長励振形アンテナANTが放射する
共振エネルギーである1/4波長に圧縮された強電界層
の中に、つまり至近距離に誘電体セラミック製の基板1
が設けられると、基板1を構成している誘電体セラミッ
クの分子又は原子の中で分極電荷の往復運動が生じて基
板1の表面上に電荷が現われることになり、基板1上に
設けられた環状の共振電極4に強磁界が誘起されて共振
電極4が共振を起す。これによって、球面波の電波が基
板1から上方向に再放射され、アンテナANTからの球
面波の放射と合成されるので、その結果、垂直面内指向
性はドーム型パターンとなる。
Based on the above consideration, the present invention has arrived at the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention. Dielectric ceramic substrate 1 made of dielectric ceramic in the strong electric field layer compressed to 1/4 wavelength, which is the resonance energy radiated by the antenna ANT.
Is provided, the reciprocating motion of the polarization charge is generated in the molecules or atoms of the dielectric ceramic that constitutes the substrate 1, and the charge appears on the surface of the substrate 1. A strong magnetic field is induced in the ring-shaped resonance electrode 4, causing the resonance electrode 4 to resonate. As a result, the radio wave of the spherical wave is re-radiated upward from the substrate 1 and is combined with the radiation of the spherical wave from the antenna ANT, and as a result, the vertical in-plane directivity becomes a dome pattern.

【0036】また、基板1の下面と接合した整合用導体
7の両端までのアンテナANTからの長さを調整するこ
とによって、給電用の同軸ケーブルとアンテナANTと
の整合を取るようにしているが、上記のとおり、共振電
極4が強磁界を誘起して共振を起し、基板1の全表面で
上方向に球面波を再放射するので、整合用導体7の裏面
への球面波の回り込みは阻止され、整合用導体7のアン
テナから両端までの長さを短縮することが出来る。
Further, by adjusting the length from the antenna ANT to the both ends of the matching conductor 7 joined to the lower surface of the substrate 1, the feeding coaxial cable and the antenna ANT are matched. As described above, since the resonance electrode 4 induces a strong magnetic field to cause resonance and re-radiates the spherical wave upward on the entire surface of the substrate 1, the spherical wave does not wrap around to the back surface of the matching conductor 7. The length of the matching conductor 7 from the antenna to both ends can be shortened.

【0037】本発明の球面波放射誘電体アンテナ装置に
おける環状の共振電極4の共振周波数は、(1)誘電体
セラミック製の基板1の誘電率及び厚さの選択により、
(2)共振電極4の内周とスルーホール電極3の外周と
の間隔の調整によって容量性リアクタンスを増減させる
ことにより、(3)共振電極4の外周長を変化させて誘
導体リアクタンス分を増減させること、つまり、共振電
極4の面積を調整してインダクタンス分を増減させるこ
とにより、(4)共振電極4上に装着される誘電体セラ
ミック製のアンテナキャップ9の長さ及びアンテナキャ
ップ9を構成する誘導体セラミックの誘電率を選択する
ことによって、調整することができる。
The resonance frequency of the ring-shaped resonance electrode 4 in the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention is determined by (1) selection of the dielectric constant and the thickness of the dielectric ceramic substrate 1.
(2) The capacitive reactance is increased or decreased by adjusting the distance between the inner circumference of the resonance electrode 4 and the outer circumference of the through-hole electrode 3, and (3) the outer circumference length of the resonance electrode 4 is changed to increase or decrease the derivative reactance component. That is, by adjusting the area of the resonance electrode 4 to increase or decrease the inductance component, (4) the length of the antenna cap 9 made of dielectric ceramic mounted on the resonance electrode 4 and the antenna cap 9 are configured. It can be adjusted by selecting the dielectric constant of the dielectric ceramic.

【0038】次に、本発明の球面波放射誘電体アンテナ
装置を携帯無線機に実装した状態について説明する。ま
ず、図7は、1500MHz帯の携帯自動車電話用、M
CA無線用、特定小電力無線用、ワイヤーレス・マイク
用等の端末機の筺体内に、本発明に係る球面波放射誘電
体アンテナ装置を装着した状態を示しており、整合用導
体7の対向する2つの面が筐体24にネジ25によって
固定される。
Next, a state in which the spherical wave radiation dielectric antenna device of the present invention is mounted on a portable radio will be described. First, FIG. 7 shows an M for a 1500 MHz band mobile phone.
It shows a state in which the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention is mounted in the housing of a terminal for CA radio, specific low power radio, wireless microphone, etc., and the matching conductor 7 is opposed. The two surfaces to be fixed are fixed to the housing 24 by the screws 25.

【0039】図8及び図9は、1.7GHz帯の携帯用
のGPS(グローバルポジショニングシステム)測位機
の筺体内に、本発明に係る球面波放射アンテナ装置を装
着した場合を示しており、測位位置衛星からの電波は円
偏波であるので、整合用導体7は平面型とし、誘電体セ
ラミック製の基板1、環状共振電極4、整合用導体7及
び筺体24は全て円形であり、円形の整合用導体7の端
部は筺体28の内側に挿入固定されている。
FIGS. 8 and 9 show the case where the spherical wave radiation antenna device according to the present invention is mounted in the housing of a portable GPS (Global Positioning System) positioning device in the 1.7 GHz band. Since the radio wave from the position satellite is circularly polarized, the matching conductor 7 is a plane type, and the dielectric ceramic substrate 1, the ring-shaped resonance electrode 4, the matching conductor 7 and the housing 24 are all circular and are circular. The end portion of the matching conductor 7 is inserted and fixed inside the housing 28.

【0040】図10は、本発明に係る球面波放射誘電体
アンテナ装置を1.7GHz帯移動体用GPS(グロー
バルポジショニングシステム)測位機用の外部アンテナ
として装着した状態を示しており、整合用導体7の下側
には低雑音増幅器回路用基板30が設けられ、その出力
は同軸ケーブルによって導出されてGPS測位機に供給
される。また、整合用導体7の端部は電波透過性のよい
材料で作られた保護カバー31の内面に固定される。保
護カバー31の下部は固定具32によって適宜の箇所に
取り付けられる。
FIG. 10 shows a state in which the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention is mounted as an external antenna for a GPS (Global Positioning System) positioning device for a 1.7 GHz band moving body. A substrate 30 for a low noise amplifier circuit is provided on the lower side of 7, and its output is led by a coaxial cable and supplied to a GPS positioning device. Further, the end of the matching conductor 7 is fixed to the inner surface of the protective cover 31 made of a material having a good radio wave transmission property. The lower part of the protective cover 31 is attached to an appropriate place by a fixture 32.

【0041】図8〜図10に示す球面波放射誘電体アン
テナ装置においても、円板状の整合用導体7の径を変え
ることにより、アンテナと給電用の同軸ケーブルとの整
合を取ることができる。言うまでもなく、図8〜図10
に示す球面波放射誘電体アンテナ装置はGPS通信用ば
かりではなく、テレビ中継用の移動体通信、パラボラア
ンテナの一次放射器、パーソナル無線、1.2GHz帯
のアマチュア無線、MCA通信等の外部用小型アンテナ
としても用いることができる。
Also in the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIGS. 8 to 10, the antenna and the feeding coaxial cable can be matched by changing the diameter of the disc-shaped matching conductor 7. . Needless to say, FIG. 8 to FIG.
The spherical wave radiation dielectric antenna device shown in (1) is not only for GPS communication but also for mobile communication for TV relay, primary radiator of parabolic antenna, personal radio, 1.2 GHz amateur radio, small size for external use such as MCA communication. It can also be used as an antenna.

【0042】次に、図11〜図13により、本発明に係
る球面波放射誘電体アンテナ装置の他の実施例を説明す
る。この実施例においては、共振周波数の異る2個の誘
電体1/4波長励振形アンテナANT1、ANT2が1つ
の筐体内に設置される。例えば同時双方向通信システム
においては、これらのアンテナの一方は送信アンテナ、
他方は受信アンテナとして動作する。なお、図11〜図
13において、図1〜図10に用いられたと同じ参照数
字は同じ構成要素を指し、下付きの数字1は一方の誘電
体1/4波長励振形アンテナANT1の、下付きの数字
2は他方の誘電体1/4波長励振形アンテナANT2
構成要素であることを示す。
Next, another embodiment of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, two dielectric quarter-wave excitation antennas ANT 1 and ANT 2 having different resonance frequencies are installed in one housing. For example, in a simultaneous two-way communication system, one of these antennas is a transmit antenna,
The other operates as a receiving antenna. 11 to 13, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 10 indicate the same constituent elements, and the subscript numeral 1 indicates the lower part of one of the dielectric 1/4 wavelength excitation antennas ANT 1 . The numeral 2 attached indicates that it is a constituent element of the other dielectric quarter-wave excitation antenna ANT 2 .

【0043】特に図12に図示すように、誘導体セラミ
ック製の基板1の上面に適当な間隔を保って、それぞれ
外周長の異った環状の共振電極41、42が設けられ、基
板1の裏面には連続した接地面電極5が設けられ、整合
用導体7には、適当な間隔を保って貫通穴61、62が設
けられる。図11から理解されるように、図に向かって
左側のアンテナANT1の動作周波数の方が右側のアン
テナANT2の動作周波数よりも低いので、これらのア
ンテナと給電用の同軸ケーブルとの整合を調整するため
に、整合用導体7の左右の折り曲げ辺7′、7″の長さ
は異なり、アンテナANT1から左側の折り曲げ辺7′
の端縁までの距離の方がアンテナANT2から右側の折
り曲げ辺7″の端縁までの距離よりも長い。それぞれの
アンテナの共振周波数は、給電導体の長さ、整合用コイ
ルの導線の巻き数、誘電体セラミック製の筒体の長さ、
直径、外周面電極と誘電部との長さ、及び、筒体の誘電
率等を選択することによって調整することができる。
In particular, as shown in FIG. 12, annular resonant electrodes 4 1 and 4 2 having different outer peripheral lengths are provided on the upper surface of the dielectric ceramic substrate 1 at appropriate intervals, so that the substrate 1 A continuous ground plane electrode 5 is provided on the back surface of the, and the matching conductor 7 is provided with through holes 6 1 and 6 2 with an appropriate interval. As can be understood from FIG. 11, the operating frequency of the antenna ANT 1 on the left side of the drawing is lower than the operating frequency of the antenna ANT 2 on the right side, so that matching between these antennas and the coaxial cable for power feeding should be performed. to adjust the left and right of the folding edges 7 of the matching conductor 7 ', 7 different lengths of "folding edges 7 of the left from the antenna ANT 1'
Is longer than the distance from the antenna ANT 2 to the edge of the right bent side 7 ″. The resonance frequency of each antenna depends on the length of the feeding conductor and the winding of the matching coil. Number, length of the dielectric ceramic cylinder,
It can be adjusted by selecting the diameter, the length of the outer peripheral surface electrode and the dielectric portion, the dielectric constant of the cylindrical body, and the like.

【0044】図11に示す球面波放射誘電体アンテナ装
置は、同時送受信システムばかりでなく、1500MH
z帯の携帯自動車電話と1.9GHz帯のPHS(パー
ソナルハンデイホンシステム)通信との融合端末機用の
アンテナ装置として実現される。左側のアンテナANT
1は1500MHz帯用、右側のアンテナANT2は1.
9GHz帯用である。この他にも、衛星移動体通信(イ
リジウム衛星)と携帯自動車電話との融合端末機用、衛
星移動体通信(イリジウム衛星)とPHS通信との融合
端末機用、800MHz帯の携帯自動車電話用双方向同
時通信システム等にも使用できる。
The spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.
It is realized as an antenna device for a fusion terminal of a mobile phone of the z band and PHS (Personal Handyphone System) communication of the 1.9 GHz band. Left antenna ANT
1 is for 1500 MHz band, the right antenna ANT 2 is 1.
It is for 9 GHz band. In addition, dual terminals for satellite mobile communication (iridium satellite) and mobile phone, integrated terminals for satellite mobile communication (iridium satellite) and PHS communication, and 800 MHz band mobile phone It can also be used for directional simultaneous communication systems and the like.

【0045】この実施例においても、図1に示す球面波
放射誘電体アンテナ装置について説明したと同様に、共
振電極41、42の共振周波数の調整や、誘電体セラミッ
ク製のアンテナキャップ91、92の誘電率の選択による
アンテナのQ値、アンテナの放射利得の調整を行うこと
ができる。
Also in this embodiment, similarly to the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG. 1, the resonance frequencies of the resonance electrodes 4 1 and 4 2 are adjusted, and the dielectric ceramic antenna cap 9 1 is used. , 9 2 can be used to adjust the Q value of the antenna and the radiation gain of the antenna.

【0046】これらの誘電体1/4波長励振形アンテナ
ANT1、ANT2は特定の偏波面を持たない球面波を放
射する点波源と見做し得、「ある周波数帯域内では共振
するが、その帯域外では共振しない」という誘電体セラ
ミック共振器特有の構造のアンテナであるので、それぞ
れのアンテナに割り当てられた帯域内の周波数の電波に
対しては鋭く共振して送信又は受信の作動をするが、割
り当てられた帯域外の周波数の電波に対しては共振しな
い。つまり、アンテナANT1、ANT2はフィルター動
作を行う。したがって、これらのアンテナを並置して
も、送信波が受信用アンテナへ回り込むことは極めて小
さいことになる。
These dielectric quarter-wave excitation antennas ANT 1 and ANT 2 can be regarded as point wave sources that radiate spherical waves having no specific plane of polarization, and "are resonant in a certain frequency band, Since it is an antenna with a structure peculiar to a dielectric ceramic resonator that "it does not resonate outside the band", it sharply resonates for radio waves with a frequency within the band assigned to each antenna and operates for transmission or reception. However, it does not resonate with radio waves of frequencies outside the allocated band. That is, the antennas ANT 1 and ANT 2 perform a filter operation. Therefore, even if these antennas are juxtaposed, it is extremely small that the transmitted wave goes around to the receiving antenna.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上、この発明をその実施例について詳
細に説明したところから明らかなとおり、この発明は以
下の格別な効果を奏する。
As is apparent from the detailed description of the embodiments of the present invention, the present invention has the following special effects.

【0048】(1)前記したように、本発明に係る球面
波放射誘電体アンテナ装置は、その構造上、誘電体セラ
ミック製の筒体に設けた各電極によって1/4波長に圧
縮された共振(TEMモード)を起して筒体全体で励振
し、等位相面の強電界層を形成して筒体を核にして同心
球状の球面波の電波を放射する点波源のアンテナと見做
し得るので、従来の定在波励振形アンテナ(直線偏波の
棒状波源)の8の字型放射ではなくドーム型の放射パタ
ーンを持ち、例えば高層ビルの谷間等のような偏波面が
複雑に変化する場所での交信に特に有効である。
(1) As described above, the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention has a structure in which resonance is compressed to a quarter wavelength by each electrode provided in the dielectric ceramic cylinder. It is regarded as a point source antenna that radiates (CON mode) and excites in the entire cylinder to form a strong electric field layer of an equiphase surface and radiates radio waves of concentric spherical waves with the cylinder as the nucleus. Therefore, it has a dome-shaped radiation pattern instead of the figure 8 shape of the conventional standing wave excitation type antenna (linearly polarized rod-shaped wave source), and the polarization plane such as the valley of a high-rise building changes intricately. It is especially effective for communication in places where

【0049】(2)誘電体セラミック製の基板上に設け
た環状の共振電極の大きさ及び整合用導体の両端までの
長さをそれぞれ調整することによって、アンテナからの
下部放射を制御し、同軸ケーブルとの完全に近い整合を
得ることができる。
(2) The lower radiation from the antenna is controlled by adjusting the size of the ring-shaped resonant electrode provided on the dielectric ceramic substrate and the length to the both ends of the matching conductor, thereby controlling the lower radiation from the antenna. A near perfect match with the cable can be obtained.

【0050】(3)双方向同時通信用や融合端末機用の
アンテナ装置を構成した場合でも、損失の大きいアンテ
ナ共用器を設ける必要はなく、また、簡単な構成の損失
の小さいバンドパスフイルターやアイソレーター等を介
して送信回路及び受信回路に接続するだけで良いので、
ダイバーシテイ回路は必要としない。更に、個々の誘電
体1/4波長励振形アンテナは、至近距離に併設して
も、それぞれセラミック共振器の形状のアンテナである
ので、相互に回り込む電波は極めて小さい。
(3) Even when an antenna device for two-way simultaneous communication or a fusion terminal is configured, it is not necessary to provide an antenna duplexer with a large loss, and a band loss filter with a simple configuration and a low loss can be used. Since it is only necessary to connect to the transmission circuit and the reception circuit via an isolator etc.,
No diversity circuit is needed. Further, the individual dielectric quarter-wave excitation antennas are antennas each having the shape of a ceramic resonator even if they are placed side by side at a close distance, so that the radio waves that wrap around each other are extremely small.

【0051】(4)誘電体セラミック製の基板上に設け
た環状の共振電極が誘電体1/4波長励振形アンテナの
下部放射によって上方向に球面波の電波を再放射するの
で、このアンテナからの放射と合成される結果、本発明
に係る球面波放射誘電体アンテナ装置はドーム型の垂直
面内指向性を示し、アンテナ利得は向上する。
(4) Since the ring-shaped resonance electrode provided on the dielectric ceramic substrate re-radiates the spherical wave radio wave upward by the lower radiation of the dielectric quarter-wave excitation antenna, As a result, the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention exhibits a dome-shaped vertical in-plane directivity, and the antenna gain is improved.

【0052】(5)本発明に係る球面波放射誘電体アン
テナ装置は、Q値が高く狭帯域でアンテナの利得の低い
従来の衛星測位機のGPSアンテナとは異なり、所望の
アンテナ利得が得られるので、従来のGPSアンテナに
は必要であった高利得な低雑音増幅器を省略することが
できる。
(5) The spherical wave radiating dielectric antenna device according to the present invention can obtain a desired antenna gain, unlike the GPS antenna of the conventional satellite positioning device having a high Q value and a narrow band and a low antenna gain. Therefore, the high-gain low-noise amplifier required for the conventional GPS antenna can be omitted.

【0053】(6)本発明のアンテナ装置は、各種通信
の固定局及び基地局用、テレビ中継等の移動体通信用、
各種衛星移動体通信用等の種々の用途のアンテナ装置と
して極めて有効であり、球面波を放射する点波源として
パラボラアンテナの一次放射器に最適である。
(6) The antenna device of the present invention is used for fixed stations and base stations for various communications, for mobile communications such as television relay,
It is extremely effective as an antenna device for various applications such as satellite mobile communications, and is most suitable for a primary radiator of a parabolic antenna as a point wave source that radiates spherical waves.

【0054】(7)必要によっては誘電体セラミック製
のアンテナキャップを設置し、その誘電率を選択するこ
とによって、アンテナ装置が取り付けられた筺体による
アンテナ損失をカバーするだけのアンテナ利得を得るこ
とができる。
(7) If necessary, an antenna cap made of a dielectric ceramic is installed and the permittivity thereof is selected to obtain an antenna gain sufficient to cover the antenna loss due to the housing to which the antenna device is attached. it can.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】誘電体1/4波長励振形アンテナを用いた本発
明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置の一実施例の一
部破断斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an embodiment of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention using a dielectric quarter-wave excitation antenna.

【図2】図1に示す球面波放射誘電体アンテナ装置の一
部断面図。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.

【図3】図1及び図2に示す球面波放射誘電体アンテナ
装置から誘電体1/4波長励振形アンテナ及びアンテナ
キャップを除去したときの上面図。
FIG. 3 is a top view of the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIGS. 1 and 2 when a dielectric quarter-wave excitation antenna and an antenna cap are removed.

【図4】図1の誘電体1/4波長励振形アンテナの断面
図。
4 is a sectional view of the dielectric quarter-wave excitation antenna of FIG.

【図5】図1に示す球面波放射誘電体アンテナ装置に類
似したプロトタイプのアンテナ装置の断面図。
5 is a cross-sectional view of a prototype antenna device similar to the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.

【図6】図1に示す球面波放射誘電体アンテナ装置に類
似した他のプロトタイプのアンテナ装置の断面図。
6 is a cross-sectional view of another prototype antenna device similar to the spherical wave radiation dielectric antenna device shown in FIG.

【図7】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置の
応用例を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing an application example of a spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図8】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置の
他の応用例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing another application example of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図9】図8における球面波放射誘電体アンテナ装置の
線9−9に沿う断面図。
9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of the spherical wave radiation dielectric antenna device in FIG.

【図10】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置
の更に他の応用例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing still another application example of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図11】本発明に係る球面波放射誘電体アンテナ装置
の他の実施例を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing another embodiment of the spherical wave radiation dielectric antenna device according to the present invention.

【図12】図11の球面波放射誘電体アンテナ装置にお
ける共振電極の形状を説明するための図。
12 is a diagram for explaining the shape of a resonance electrode in the spherical wave radiation dielectric antenna device of FIG.

【図13】図11の球面波放射誘電体アンテナ装置にお
ける整合用導体の形状を説明するための図。
13 is a view for explaining the shape of a matching conductor in the spherical wave radiation dielectric antenna device of FIG.

【図14】従来の誘電体1/4波長励振形アンテナの構
成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional dielectric quarter-wave excitation antenna.

【符号の説明】 1:基板 2:貫通穴 3:スルーホール電極
4:共振電極 5:接地用電極 6:貫通穴
7:整合用導体 8:誘電共振部 9:アンテナキ
ャップ ANT:誘電体1/4波長励振形アンテナ
[Explanation of reference numerals] 1: Substrate 2: Through hole 3: Through hole electrode
4: Resonance electrode 5: Grounding electrode 6: Through hole
7: Matching conductor 8: Dielectric resonance part 9: Antenna cap ANT: Dielectric 1/4 wavelength excitation antenna

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電体1/4波長励振形アンテナと、 前記誘電体1/4波長励振形アンテナの基部を受け入れ
ることができる大きさを有し且つ内面にスルーホール電
極を設けた貫通穴を有する誘電体セラミック製の基板
と、 前記基板の一面の前記スルーホール電極から間隔を保っ
て形成された環状の共振電極と、 前記基板に形成された接地面電極と、 前記接地面電極に接合された整合用導体と、を具備する
ことを特徴とする球面波放射誘電体アンテナ装置。
1. A dielectric quarter-wave excitation antenna, and a through hole having a size capable of receiving a base portion of the dielectric quarter-wave excitation antenna and having a through-hole electrode provided on an inner surface thereof. A dielectric ceramic substrate having, a ring-shaped resonant electrode formed at a distance from the through-hole electrode on one surface of the substrate, a ground plane electrode formed on the substrate, and bonded to the ground plane electrode. And a matching conductor and a spherical wave radiation dielectric antenna device.
【請求項2】 前記誘電体1/4波長励振形アンテナ
が、 誘電体製の筒体と、 前記筒体の内周面に形成された内周面電極と、 前記筒体の一端面を覆い且つ前記内周面電極と電気的に
接続された片端面電極と、 前記筒体の外周面の一部に形成され且つ前記片端面電極
と電気的に接続された外周面電極と、 前記筒体の内部に設けられ、前記内周面電極と磁界結合
する給電導体と、 前記給電導体の周囲に巻回され、一端が前記給電導体
に、他端が前記接続栓の外部導体に接続された絶縁導体
からなる整合用コイルと、を備えることを特徴とする請
求項1記載の球面波放射誘電体アンテナ装置。
2. The dielectric quarter-wave excitation antenna covers a dielectric cylindrical body, an inner peripheral surface electrode formed on the inner peripheral surface of the cylindrical body, and one end surface of the cylindrical body. And one end surface electrode electrically connected to the inner peripheral surface electrode, an outer peripheral surface electrode formed on a part of the outer peripheral surface of the cylindrical body and electrically connected to the one end surface electrode, the cylindrical body A power supply conductor that is provided inside and that is magnetically coupled to the inner peripheral surface electrode, and is wound around the power supply conductor, and has one end connected to the power supply conductor and the other end connected to the outer conductor of the connection plug The spherical wave radiation dielectric antenna device according to claim 1, further comprising a matching coil made of a conductor.
【請求項3】 動作周波数の異なる複数個の前記誘電体
1/4波長励振形アンテナを備えることを特徴とする請
求項1又は2記載の球面波放射誘電体アンテナ装置。
3. The spherical wave radiation dielectric antenna device according to claim 1, further comprising a plurality of dielectric quarter-wave excitation antennas having different operating frequencies.
【請求項4】 前記誘電体1/4波長励振形アンテナを
取り囲むように固定された誘電体セラミック製のアンテ
ナキャップを備えることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれか1つに記載の球面波放射誘電体アンテナ装置。
4. The spherical surface according to claim 1, further comprising an antenna cap made of a dielectric ceramic, which is fixed so as to surround the dielectric quarter-wave excitation antenna. Wave radiation dielectric antenna device.
JP12190695A 1995-05-19 1995-05-19 Spherical wave radiating dielectric antenna system using dielectric 1/4 wavelength exciting antenna Pending JPH08316723A (en)

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