WO2014084058A1 - アンテナ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an antenna, and more particularly to an antenna using an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure as a reflector.
- EBG Electromagnetic Band Gap
- the antenna using the EBG structure as a reflector has a problem that the frequency characteristic becomes a narrow band.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an antenna having low attitude and wide band frequency characteristics using a reflector having an EBG structure. It is to do.
- a conductor an EBG structure having a plurality of square elements disposed on the conductor and arranged in a matrix, and a radiation element disposed on the EBG structure, the radiation element
- the distance L1 between the conductor and the EBG structure is 0.01 ⁇ o ⁇ L1 ⁇ 0.15 ⁇ o, preferably 0.025 ⁇ o ⁇ L1 ⁇ 0.085 ⁇ o.
- 0.035 ⁇ o ⁇ L1 ⁇ 0.07 ⁇ o is satisfied.
- the radiation element includes a parasitic element.
- FIG. 2 It is a perspective view which shows schematic structure of the antenna of Example 1 of this invention. It is sectional drawing of the antenna of Example 1 of this invention. It is a top view of the EBG structure of the antenna of Example 1 of the present invention. It is a top view of the radiating element of the antenna of Example 1 of this invention. It is a graph which shows the return loss characteristic of the antenna of Example 1 of this invention.
- the distance between the reflector and the radiation element (L2 in FIG. 2) is changed while keeping the distance between the radiation element and the EBG structure (L2-L1 in FIG. 2) constant. Sometimes, it is a graph showing a change in fractional bandwidth where the return loss is -10 dB.
- Example 1 1 to 4 are diagrams for explaining an example of the antenna according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an antenna of the present embodiment; 2 is a cross-sectional view of the antenna of the present embodiment,
- FIG. 3 is a plan view of the EBG structure 3 of the antenna of the present embodiment.
- FIG. 4 is a plan view of the radiation element 2 of the antenna of this embodiment.
- the antenna of the present embodiment has a reflector 1 made of a metal plate, an EBG (Electromagnetic Band Gap) structure 3 disposed on the reflector 1, and a radiation element 2 disposed on the EBG structure 3. .
- emission element 2 is comprised by a pair of dipole antenna 21 for vertical polarization, and a pair of dipole antenna 22 for horizontal polarization.
- the pair of dipole antenna elements 21 for vertical polarization and the pair of dipole antennas 22 for horizontal polarization may be formed on a dielectric substrate by printed wiring technology, or a metal rod, tube, etc. You may use As the radiation element 2, for example, it is also possible to use a patch antenna for vertical polarization, a patch antenna for horizontal polarization, or a patch antenna for sharing polarization.
- the EBG structure 3 has (7 ⁇ 7) square elements 31 arranged in a matrix.
- the EBG structure 3 may be formed on a dielectric substrate by printed wiring technology, or a metal plate or the like may be used.
- the number of square elements 31 arranged in a matrix can be increased or decreased depending on the required directivity characteristic.
- the EBG structure 3 creates a unique impedance surface to form a capacitance between the inductance of the core square element 31 and the adjacent square element 31. Then, by appropriately selecting the size and spacing of the square elements 31 of the EBG structure 3, an appropriate impedance surface can be realized, and a great effect can be obtained.
- the distance between the reflector 1 and the EBG structure 3 is 0.05 ⁇ o.
- the distance to the radiation element 2 is 0.1 ⁇ o.
- the length of one side of the reflection plate 1 is 1.52 ⁇ o.
- the length of one side of the square element 31 of the EBG structure 3 is 0.2 ⁇ o, and the distance between the adjacent square elements 31 (L5 in FIG. 3) is 0.02 ⁇ o.
- the lengths (L7 in FIG. 4) of the pair of dipole antenna elements 21 for wave and the pair of dipole antennas 22 for horizontal polarization are 0.46 ⁇ o, the pair of dipole antenna elements 21 for vertical polarization and the horizontal polarization
- the distance between the pair of dipole antennas 22 (L8 in FIG. 4) is 0.64 ⁇ o.
- FIG. 5 is a graph showing return loss (return loss) characteristics of the antenna of this embodiment.
- the relative bandwidth of the frequency characteristics for which the return loss amount is ⁇ 10 dB or less is 22.3. %.
- the design center frequency fo is 1.9 GHz
- the free space wavelength ⁇ o of the design center frequency fo is 157.9 mm.
- the relative bandwidth of the frequency characteristic is represented by (fwide ⁇ 100) / fo.
- fwide is a frequency band where the return loss is -10 dB or less.
- FIG. 11 is a graph showing return loss (return loss) characteristics of the antenna of the comparative example for comparison with the antenna of the present example.
- the antenna of the comparative example shown in FIG. 11 has the same specifications as the antenna of the present example except that the distance between the reflector 1 and the EBG structure 3 (L1 in FIG. 2) is 0.006 ⁇ o.
- the relative bandwidth of the frequency characteristics for which the return loss amount is ⁇ 10 dB or less that is, the relative bandwidth for the frequency characteristics for VSWR ⁇ 2) is 7.6%.
- the design center frequency fo is 1.9 GHz
- the free space wavelength ⁇ o of the design center frequency fo is 157.9 mm.
- the frequency characteristics can be expanded by widening the distance between the reflector 1 and the EBG structure 3 (L1 in FIG. 2). It is possible to provide an antenna having wide band frequency characteristics.
- FIG. 6 shows the distance between the reflector 1 and the radiation element 2 with the distance between the radiation element 2 and the EBG structure 3 (L2-L1 in FIG. 2) fixed (0.05 ⁇ o) in the antenna of this embodiment.
- L2 in Figure 2 it is the graph which shows the change of the relative bandwidth where return loss becomes -10dB.
- the distance between the reflector 1 and the EBG structure 3 (L1 in FIG. 2) is 0.01 ⁇ o ⁇ L1 ⁇ 0.15 ⁇ o, preferably 0.025 ⁇ o ⁇ L1 ⁇ 0.085 ⁇ o, more preferably 0.035 ⁇ o ⁇ L1 ⁇ 0.07 ⁇ o.
- FIG. 7 is a plan view of the radiation element 2 of the antenna of this embodiment.
- the antenna 5 differs from the antenna of the first embodiment in that the element 5 is included.
- the width of the parasitic element 5 (L10 in FIG. 7) is 0.18 ⁇ o
- the length of the parasitic element 5 (L9 in FIG. 7) is 0.25 ⁇ o.
- FIG. 8 is a graph showing return loss (return loss) characteristics of the antenna of this example. As can be seen from FIG.
- the relative bandwidth of the frequency characteristics where the return loss is ⁇ 10 dB or less is 58.2. %.
- the design center frequency fo is 1.9 GHz
- the free space wavelength ⁇ o of the design center frequency fo is 157.9 mm.
- the parasitic element 5 is provided to the pair of dipole antennas 21 for vertical polarization and the pair of dipole antennas 22 for horizontal polarization, which constitute the radiation element 2. This makes it possible to realize a broader frequency characteristic than the antenna of the first embodiment described above.
- FIG. 9 is a plan view of an EBG structure of an antenna according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a graph showing return loss characteristics of the antenna of the third embodiment of the present invention. As can be seen from FIG. 10, in the antenna of the present embodiment, the relative bandwidth of the frequency characteristics for which the return loss amount is ⁇ 10 dB or less (that is, the relative bandwidth for the frequency characteristics for VSWR ⁇ 2) is 52.8. %. In the graph of FIG.
- the design center frequency fo is 1.9 GHz
- the free space wavelength ⁇ o of the design center frequency fo is 157.9 mm.
- the frequency is compared with the antenna of the above-mentioned second embodiment.
- feeding of the pair of dipole antennas 21 for vertical polarization and the pair of dipole antennas 22 for horizontal polarization, which constitute the radiation element 2 is facilitated.
- the present invention is not limited to the above-mentioned example, and can be variously changed in the range which does not deviate from the gist Of course.
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Abstract
Description
メタマテリアル技術を用いたEBG構造体を反射板として用いることにより、アンテナを低姿勢化することが可能である。
下記特許文献1には、EBG反射板上に配置された2周波対応アンテナが提案されている。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、EBG構造体を有する反射板を用いて、低姿勢かつ広帯域な周波数特性を有するアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
(1)導電体と、前記導電体上に配置され、マトリクス状に配置される複数の正方形素子を有するEBG構造体と、前記EBG構造体上に配置される放射素子とを備え、前記放射素子の設計中心周波数の波長をλoとするとき、前記導電体と前記EBG構造体との間隔L1は、0.01λo≦L1≦0.15λo、好ましくは、0.025λo≦L1≦0.085λo、より好ましくは、0.035λo≦L1≦0.07λoを満足する。
(2)(1)において、前記EBG構造体は、前記放射素子に対応する部分の正方形素子が取り除かれている。
(3)(1)または(2)において、前記放射素子は、無給電素子を有する。
本発明によれば、EBG構造体を有する反射板を用いて、低姿勢かつ広帯域な周波数特性を有するアンテナを提供することが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
[実施例1]
図1ないし図4は、本発明の実施例1のアンテナの一例を説明するための図である。
図1は、本実施例のアンテナの概略構成を示す斜視図、
図2は、本実施例のアンテナの断面図、
図3は、本実施例のアンテナのEBG構造体3の平面図、
図4は、本実施例のアンテナの放射素子2の平面図である。
本実施例のアンテナは、金属板から成る反射板1と、反射板1上に配置されるEBG(Electromagnetic Band Gap)構造体3と、EBG構造体3上に配置される放射素子2とを有する。
図1、図2に示すように、放射素子2は、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ21と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22とで構成される。ここで、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子21と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22は、誘電基板上にプリント配線技術で形成してもよく、あるいは、金属の棒、管などを使用してもよい。
なお、放射素子2として、例えば、垂直偏波用のパッチアンテナ、水平偏波用のパッチアンテナ、あるいは、偏波共用のパッチアンテナを使用することも可能である。
なお、マトリクス状に配置される正方形素子31の数は、要求される指向特性によって増減することができる。
EBG構造体3は、核となる正方形素子31のインダクタンスと、隣接する正方形素子31との間でキャパシタンスを形成するため、固有のインピーダンス面を作り出す。そして、EBG構造体3の正方形素子31の大きさと間隔を適切に選ぶことにより適切なインピーダンス面を実現し、大きな効果を得ることができる。
本実施例において、アンテナの設計中心周波数foの自由空間波長をλoとするとき、反射板1とEBG構造体3との間隔(図2のL1)は、0.05λoであり、反射板1と放射素子2との間隔(図2のL2)は、0.1λoである。
また、反射板1の一辺の長さ(図2のL3)は、1.52λoである。
また、EBG構造体3の正方形素子31の一辺の長さ(図3のL4)は、0.2λoであり、隣接する正方形素子31との間隔(図3のL5)は、0.02λoである。
さらに、図4に示す放射素子2を構成する垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子21および水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22の幅(図4のL6)は、0.12λo、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子21および水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22の長さ(図4のL7)は、0.46λo、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子21および水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22の間隔(図4のL8)は、0.64λoである。
図5から分かるように、本実施例のアンテナにおいて、反射減衰量が、-10dB以下となる周波数特性の比帯域幅(即ち、VSWR≦2となる周波数特性の比帯域幅)は、22.3%である。なお、図5のグラフでは、設計中心周波数foは、1.9GHz、設計中心周波数foの自由空間波長λoは、157.9mmである。
また、周波数特性の比帯域幅は、(fwide×100)/foで表される。ここで、fwideは、反射減衰量が、-10dB以下となる周波数帯域である。
図11は、本実施例のアンテナと比較するための、比較例のアンテナの反射減衰量(リターンロス)特性を示すグラフである。
図11に示す比較例のアンテナは、反射板1とEBG構造体3との間隔(図2のL1)が、0.006λoである以外は、本実施例のアンテナと仕様が同じである。
図11から分かるように、比較例のアンテナにおいて、反射減衰量が、-10dB以下となる周波数特性の比帯域幅(即ち、VSWR≦2となる周波数特性の比帯域幅)は、7.6%である。なお、図11のグラフでも、設計中心周波数foは、1.9GHz、設計中心周波数foの自由空間波長λoは、157.9mmである。
図6は、本実施例のアンテナにおいて、放射素子2とEBG構造体3との間隔(図2のL2-L1)を一定(0.05λo)にして、反射板1と放射素子2との間隔(図2のL2)を変化させたときに、反射減衰量が、-10dBとなる比帯域幅の変化を示すグラフである。
図6に示すグラフから、本実施例のアンテナにおいて、広帯域な周波数特性を実現するためには、反射板1とEBG構造体3との間隔(図2のL1)は、0.01λo≦L1≦0.15λo、好ましくは、0.025λo≦L1≦0.085λo、より好ましくは、0.035λo≦L1≦0.07λoが望ましい。
図7は、本実施例のアンテナの放射素子2の平面図である。
本発明の実施例2のアンテナは、図7に示すように、放射素子2を構成する、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ21と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22とが無給電素子5を有する点で、前述の実施例1のアンテナと相違する。
図7において、無給電素子5の幅(図7のL10)は、0.18λo、無給電素子5の長さ(図7のL9)は、0.25λoである。
図8は、本実施例のアンテナの反射減衰量(リターンロス)特性を示すグラフである。
図8から分かるように、本実施例のアンテナにおいて、反射減衰量が、-10dB以下となる周波数特性の比帯域幅(即ち、VSWR≦2となる周波数特性の比帯域幅)は、58.2%である。なお、図8のグラフでは、設計中心周波数foは、1.9GHz、設計中心周波数foの自由空間波長λoは、157.9mmである。
このように、前述の実施例1のアンテナにおいて、放射素子2を構成する、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ21と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22に、無給電素子5を設けることにより、前述の実施例1のアンテナと比して、より広帯域な周波数特性を実現することが可能となる。
図9は、本発明の実施例3のアンテナのEBG構造体の平面図である。
本発明の実施例3のアンテナは、図9に示すように、EBG構造体3の中央の9(=3×3)個の正方形素子31を取り除いた点で、前述の実施例2のアンテナと相違する。
図10は、本発明の実施例3のアンテナの反射減衰量特性を示すグラフである。
図10から分かるように、本実施例のアンテナにおいて、反射減衰量が、-10dB以下となる周波数特性の比帯域幅(即ち、VSWR≦2となる周波数特性の比帯域幅)は、52.8%である。なお、図10のグラフでは、設計中心周波数foは、1.9GHz、設計中心周波数foの自由空間波長λoは、157.9mmである。
このように、前述の実施例2のアンテナにおいて、EBG構造体3の中央の9(=3×3)個の正方形素子31を取り除くことにより、前述の実施例2のアンテナと比して、周波数特性の比帯域幅は若干狭くなるが、EBG構造体3の中央の9(=3×3)個の正方形素子31を取り除いた箇所に、給電ラインを引き回すことができるので、本実施例では、前述の実施例2に比して、放射素子2を構成する、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ21と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ22に対する給電が容易となる。
なお、前述の実施例1のアンテナにおいても、EBG構造体3の中央の9(=3×3)個の正方形素子31を取り除くことが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
2 放射素子
3 EBG(Electromagnetic Band Gap)構造体
5 無給電素子
21 垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ
22 水平偏波用の一対のダイポールアンテナ
31 正方形素子
Claims (5)
- 導電体と、
前記導電体上に配置され、マトリクス状に配置される複数の正方形素子を有するEBG構造体と、
前記EBG構造体上に配置される放射素子とを備え、
前記放射素子の設計中心周波数の波長をλoとするとき、
前記導電体と前記EBG構造体との間隔L1は、0.01λo≦L1≦0.15λoを満足することを特徴するアンテナ。 - 前記導電体と前記EBG構造体との間隔L1は、0.025λo≦L1≦0.085λoを満足することを特徴する請求項1に記載のアンテナ。
- 前記導電体と前記EBG構造体との間隔L1は、0.035λo≦L1≦0.07λoを満足することを特徴する請求項2に記載のアンテナ。
- 前記EBG構造体は、前記放射素子に対応する部分の正方形素子が取り除かれていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ。
- 前記放射素子は、無給電素子を有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ。
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