WO2015159505A1 - 平面アンテナ装置 - Google Patents

平面アンテナ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015159505A1
WO2015159505A1 PCT/JP2015/001959 JP2015001959W WO2015159505A1 WO 2015159505 A1 WO2015159505 A1 WO 2015159505A1 JP 2015001959 W JP2015001959 W JP 2015001959W WO 2015159505 A1 WO2015159505 A1 WO 2015159505A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plate portion
small
flat plate
frequency
small plate
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/001959
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
池田 正和
一郎 重富
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Publication of WO2015159505A1 publication Critical patent/WO2015159505A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/321Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors within a radiating element or between connected radiating elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system

Definitions

  • the present disclosure relates to a planar antenna device that operates at a plurality of frequencies.
  • antenna devices that operate at a plurality of frequencies, such as the antenna device described in Patent Document 1, are known.
  • a plurality of dielectric plates are stacked in the vicinity of an antenna with a space between the dielectric plates. With this configuration, the antenna device is downsized as compared with the case where the antenna is provided for each operating frequency.
  • Patent Document 1 can suppress an increase in the size of the antenna device in the plane direction, since a plurality of dielectric plates are stacked, there is a possibility that the thickness dimension in the direction perpendicular to the plane increases.
  • the present disclosure has been made based on this situation, and an object of the present disclosure is to provide an antenna device that operates at a plurality of frequencies and can be downsized in both the planar direction and the thickness direction.
  • a ground plate a plurality of small flat plate portions separated from each other via an insulating portion, and a conductive flat plate arranged at an interval with respect to the ground plate, and the ground plate And a short circuit portion that electrically connects the flat plate, a power feeding portion connected to the flat plate, and a resonance circuit that connects the plurality of small flat plate portions to each other, the plurality of small flat plate portions including the power feeding And a first small plate portion on the short-circuit portion side, and a second small plate portion that is adjacent to the first small plate portion and is farther from the feeding portion and the short-circuit portion than the first small plate portion.
  • a planar antenna device which electrically connects the first small plate portion and the second small plate portion.
  • the flat plate is divided into a plurality of small flat plate portions.
  • the resonance circuit electrically isolates the first small plate portion and the second small plate portion at an operating frequency determined by the area of the first small plate portion, and depends on the areas of the first small plate portion and the second small plate portion. At the determined operating frequency, the first small plate portion and the second small plate portion are electrically connected.
  • this planar antenna device operates at an operating frequency determined by the area of the first small plate portion and an operating frequency determined by the area of the first small plate portion plus the second small plate portion.
  • the first small flat plate portion serves as an antenna element at a plurality of operating frequencies. Therefore, the whole flat plate can be reduced in size in the plane direction, rather than arranging antenna elements corresponding to a plurality of operating frequencies separately on the plane. Moreover, since the flat plate is not a laminated structure, the thickness direction can also be reduced.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a perspective view of a planar antenna device 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the planar antenna device 1 includes a flat substrate 10.
  • the substrate 10 is made of an insulator such as glass epoxy resin.
  • the flat plate 20 and the resonance circuits 30a to 30d are fixed to the surface 11 of the substrate 10.
  • a ground plate 40 shown in FIG. 3 is attached to the back surface 12 of the substrate 10.
  • the planar antenna device 1 also includes a power feeding unit 50 that feeds power to the flat plate 20 and a short-circuit pin 60 that electrically connects the flat plate 20 and the ground plane 40.
  • the short-circuit pin 60 corresponds to the short-circuit portion of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view of the planar antenna device 1.
  • the configuration on the surface 11 side of the substrate 10 will be described with reference to FIG.
  • the flat plate 20 has a plurality of small flat plate portions.
  • the plurality of small plate portions include a high frequency small plate portion 21 and a low frequency small plate portion 22.
  • the high frequency small flat plate portion 21 and the low frequency small flat plate portion 22 are both made of the same conductive material, for example, copper.
  • the high-frequency small flat plate portion 21 is square, and one end of the short-circuit pin 60 is connected to the center of gravity.
  • the high-frequency small flat plate portion 21 corresponds to the first small flat plate portion of the present disclosure.
  • the low frequency small flat plate portion 22 corresponds to the second small flat plate portion of the present disclosure.
  • the low frequency small flat plate portion 22 has a quadrangular ring shape surrounding the high frequency small flat plate portion 21.
  • the low-frequency small flat plate portion 22 is located farther from the power feeding unit 50 and the short-circuit pin 60 than the high-frequency small flat plate portion 21.
  • the shape of the low-frequency small flat plate portion 22 is a square shape for both the inner peripheral edge 221 and the outer peripheral edge 222.
  • the size of the inner peripheral edge 221 is larger than the outer shape of the high-frequency small flat plate portion 21.
  • a rectangular ring-shaped slit 23 is formed between the inner peripheral edge 221 and the high-frequency small flat plate portion 21.
  • the slit 23 has the same width over the entire circumference.
  • the high frequency small flat plate portion 21 and the low frequency small flat plate portion 22 are physically separated by the slit 23.
  • the slit 23 corresponds to an insulating portion of the present disclosure.
  • the resonance circuits 30a to 30d have the same configuration, and an LC parallel circuit is used in this embodiment. When it is not necessary to distinguish these resonance circuits 30a to 30d, they are simply referred to as resonance circuits 30.
  • the resonance circuit 30 connects between the high frequency small flat plate portion 21 and the low frequency small flat plate portion 22.
  • Each of the resonance circuits 30a to 30d connects the midpoint of each side of the high-frequency small flat plate portion 21 to the midpoint of each side of the inner peripheral edge 221.
  • the resonance circuits 30a to 30d are located at the midpoint of each side of the square inner periphery 221. Therefore, a point equidistant from the four resonance circuits 30a to 30d, that is, the center of gravity of the four resonance circuits 30a to 30d overlaps the center of gravity of the high-frequency small plate portion 21.
  • the overlapping of the centroids is not limited to the case where they overlap completely, but also includes the case where they can be regarded as substantially overlapping.
  • the shorting pin 60 penetrates the substrate 10, one end is connected to the high-frequency small flat plate portion 21, and the other end is the base plate 40.
  • the ground plane 40 is conductive such as copper foil and has a size larger than that of the flat plate 20.
  • the size of the base plate 40 may be the same as that of the flat plate 20.
  • the ground plane 40 is parallel to the flat plate 20.
  • the high-frequency small flat plate portion 21, the low-frequency small flat plate portion 22, and the ground plane 40 are opposed to each other through the substrate 10 that is a dielectric.
  • a capacitance exists between the flat plate portion 22 and the ground plane 40.
  • the short-circuit pin 60 has an inductance.
  • the capacitance between the high-frequency small flat plate portion 21 and the ground plane 40 is C H
  • the capacitance between the low-frequency small flat plate portion 22 and the ground plane 40 is C L
  • the inductance of the short-circuit pin 60 is L
  • the plane The equivalent circuit of the antenna device 1 is the circuit shown in FIG.
  • the capacitance C H .epsilon.s / over known relational expression d
  • the capacitance C H by adjusting the area of the high frequency Kodaira plate portion 21 can be adjusted. Therefore, the area of the high-frequency small flat plate portion 21 is an area where the operating frequency f H of the high-frequency antenna portion 1a is a desired frequency.
  • the high impedance in the present embodiment can be considered that the high-frequency small flat plate portion 21 and the low-frequency small flat plate portion 22 are electrically separated or substantially electrically separated. It means the impedance that can be done.
  • a portion where the capacitance C L is added in addition to the capacitance C H and the inductance L is defined as a low frequency antenna portion 1b.
  • the capacitance C H is set in order to set the operating frequency f H of the high-frequency antenna unit 1a to a desired frequency. Therefore, in order to make the operating frequency f L of the low frequency antenna portion 1b and the desired frequency will be adjusted capacitance C L.
  • This capacitance C L can be adjusted by the area of the low-frequency Kodaira plate portion 22.
  • the resonant frequency of the resonant circuit 30 is set.
  • the low impedance in this embodiment can be considered that the high frequency small flat plate part 21 and the low frequency small flat plate part 22 are electrically connected or substantially electrically connected. It means impedance.
  • the ratio here a ratio of the operating frequency f L of the operation frequency f H and the low-frequency antenna portion 1b of the high frequency antenna portion 1a, the area S L of the area of the high frequency Kodaira plate portion 21 S H and the low-frequency Kodaira plate portion 22 The relationship will be described.
  • FIG. 5 shows the frequency characteristics of VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) of the planar antenna device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 5 also shows the frequency characteristics of the VSWR as a reference example.
  • the flat plate 20 a is not separated into two, and the resonance circuit 30 is not provided.
  • the VSWR of the planar antenna device 1 has two valleys near 760 MHz and 1720 MHz. Therefore, it can be seen that the planar antenna device 1 operates at two frequencies.
  • there is only one valley near 760 MHz. 7 and 8 are horizontal plane radiation patterns of the vertically polarized wave of the planar antenna device 1.
  • FIG. 7 shows the case of 760 MHz and
  • FIG. 8 shows the case of 1720 MHz. 7 and 8 are measured such that the ground plane 40 and the flat plate 20 of the planar antenna device 1 are horizontal.
  • planar antenna device 1 can obtain approximately equal gain over 360 degrees in the horizontal plane for both of the two operating frequencies.
  • planar antenna device 1 hardly emits radio waves in the vertical direction in the state shown in FIGS. The reason will be explained.
  • the shorting pin 60 is connected to the center of gravity of the flat plate 20.
  • the center of gravity of the flat plate 20 is also the center of gravity of the high-frequency small flat plate portion 21. Therefore, at the operating frequency f H where only the high frequency small flat plate portion 21 operates as an antenna element, the current flowing into the shorting pin 60 is almost the same as the current flowing from the opposite direction of the shorting pin 60 in any direction. Then we cancel each other. Since the current toward the shorting pin 60 cancels out the current from the opposite direction, radiation in the direction perpendicular to the flat plate 20 is suppressed.
  • the center of gravity of the flat plate 20 overlaps the center of gravity of the resonance circuits 30a to 30d. Therefore, even when the high frequency small flat plate portion 21 and the low frequency small flat plate portion 22 are electrically coupled to each other and the operating frequency f L at which the entire flat plate 20 becomes an antenna element, the current toward the shorting pin 60 is the current from the opposite direction. And cancel each other, and radiation in a direction perpendicular to the flat plate 20 is suppressed.
  • the center of gravity of the resonance circuits 30a to 30d does not overlap with the center of gravity of the flat plate 20
  • the high frequency small plate portion 21 and the low frequency small plate portion 22 are electrically coupled. Then, radio waves are radiated in a direction perpendicular to the flat plate 20.
  • the reason is as follows.
  • the resonance circuits 30c and 30d connect the high frequency small plate portion 21 and the low frequency small plate portion 22 on the same side as the resonance circuits 30a and 30b, respectively
  • the low frequency small plate portion 22 mainly includes The two sides having the resonance circuits 30a to 30d are connected to the high-frequency small flat plate portion 21. Therefore, the center of gravity of the flat plate 20 to which the high frequency small flat plate portion 21 and the low frequency small flat plate portion 22 are coupled by the resonance circuits 30a to 30d is shifted from the center of the shape to the side where the resonance circuits 30a to 30d are arranged.
  • the position of the short-circuit pin 60 does not overlap with the center of gravity of the antenna element operating with the high-frequency small flat plate portion 21 and the low-frequency small flat plate portion 22 coupled, and the degree to which the currents cancel each other is reduced. Therefore, the radiation in the direction perpendicular to the flat plate 20 increases.
  • the center of gravity of the resonance circuits 30a to 30d overlaps the center of gravity of the flat plate 20. Therefore, even when the high-frequency small flat plate portion 21 and the low-frequency small flat plate portion 22 are electrically coupled, the short-circuit pin 60 is an antenna that is operated by coupling the high-frequency small flat plate portion 21 and the low-frequency small flat plate portion 22. It overlaps the center of gravity of the element. Therefore, in the present embodiment, radiation in the direction perpendicular to the flat plate 20 is suppressed even at the operating frequency f L where the entire flat plate 20 operates as an antenna element.
  • the flat plate 20 is divided into the high frequency small flat plate portion 21 and the low frequency small flat plate portion 22.
  • the resonant circuits 30a ⁇ 30d is the operating frequency f H is determined by the area S H of the high-frequency Kodaira plate portion 21 to electrically isolate the high frequency Kodaira plate portion 21 and the low-frequency Kodaira plate portion 22.
  • the operating frequency f L determined by the area S H + S L and the high frequency Kodaira plate portion 21 a low-frequency Kodaira plate portion 22, to electrically connect the high frequency Kodaira plate portion 21 and the low-frequency Kodaira plate portion 22.
  • the planar antenna device 1 of the first embodiment the high frequency Kodaira operating frequency f H that is determined by the area S H of the plate portion 21, the area was added low frequency Kodaira plate portion 22 to the high-frequency Kodaira plate portion 21 S H + S L It operates at an operating frequency f L determined by
  • the high frequency Kodaira plate portion 21 the two operating frequencies f H, since the antenna element is f L, two operating frequencies f H, than arranging antenna elements corresponding to f L separately on a plane, the plane The direction can be reduced.
  • the flat plate 20 is not a laminated structure, the thickness direction can also be reduced in size.
  • the short-circuit pin 60 is connected to the center of gravity of the flat plate 20, and the four resonance circuits 30 a to 30 d are arranged so that the center of gravity of the four resonance circuits 30 a to 30 d overlaps the center of gravity of the flat plate 20. Is arranged. Therefore, the radiation in the direction perpendicular to the flat plate 20 is suppressed at the two operating frequencies f H and f L. As a result, the gain in the direction parallel to the flat plate 20 is improved at both of the two operating frequencies f H and f L.
  • FIG. 9 shows a plan view of the planar antenna device 100 of the second embodiment.
  • a flat plate 120 and resonance circuits 30a to 30d and 31a to 31d are provided on the surface 11 of the same substrate 10 as in the first embodiment.
  • the flat plate 120 includes the same high-frequency small flat plate portion 21 as in the first embodiment. Moreover, the intermediate frequency small flat plate part 122 and the low frequency small flat plate part 123 are also provided. Each of the intermediate frequency small flat plate portion 122 and the low frequency small flat plate portion 123 has a square ring shape. Slits 124 and 125 functioning as insulating portions are formed between the high frequency small plate portion 21 and the intermediate frequency small plate portion 122 and between the intermediate frequency small plate portion 122 and the low frequency small plate portion 123.
  • the resonance circuits 30a to 30d have the same structure as that of the first embodiment.
  • the resonance circuits 30a to 30d connect the high frequency small plate portion 21 and the intermediate frequency small plate portion 122.
  • the resonance circuits 31a to 31d connect the intermediate frequency small plate portion 122 and the low frequency small plate portion 123 to each other.
  • the short-circuit pin 60 is connected to the center of gravity of the flat plate 120.
  • the resonance circuits 30a to 30d are arranged so that the center of gravity of the four resonance circuits 30a to 30d overlaps the center of gravity of the flat plate 120.
  • the resonance circuits 31 a to 31 d are also arranged so that the center of gravity of the four resonance circuits 31 a to 31 d overlaps the center of gravity of the flat plate 120.
  • the small plate 21 on the power supply unit 50 and the shorting pin 60 side corresponds to the first small plate.
  • the small flat plate portion 122 farther from the power feeding unit 50 and the shorting pin 60 than the small flat plate portion 21 corresponds to the second small flat plate portion.
  • the small flat plate portion 123 farther from the power feeding unit 50 and the shorting pin 60 than the small flat plate portion 122 corresponds to the third small flat plate portion.
  • FIG. 10 shows an equivalent circuit of the planar antenna device 100 according to the second embodiment.
  • the capacitance C M is the capacitance between the intermediate frequency small flat plate portion 122 and the ground plane 40
  • the capacitance C L1 is the capacitance between the low frequency small flat plate portion 123 and the ground plane 40.
  • Capacity Further, the intermediate frequency antenna unit 100b is a part obtained by adding a capacitance C M in addition to the capacitance C H and the inductance L.
  • the low frequency antenna unit 100c is a part obtained by adding a capacitance C L1 to the intermediate frequency antenna unit 100b.
  • the area S M of the intermediate frequency small flat plate portion 122 is determined so that the capacitance C M is determined from the desired operating frequency f M.
  • the area S L1 of the low-frequency small flat plate portion 123 is determined so that the capacitance C L1 is determined from the desired operating frequency f L1 .
  • the resonance frequency of the resonance circuit 31 is set so that the resonance circuit 31 has a high impedance at the frequency f M and a low impedance at the frequency f L1 .
  • the same resonance circuit 30 as in the first embodiment has high impedance at the frequency f H and low impedance at the frequencies f M and f L1 . That is, in the second embodiment, the resonance circuit 30 electrically separates the small plate portion 21 and the small plate portion 122 at a frequency f H determined by the area of the small plate portion 21.
  • the resonance circuit 30 electrically connects the small flat plate portion 21 and the small flat plate portion 122, and the resonance circuit 31 has a small flat plate portion. 122 and the small flat plate portion 123 are electrically separated. Further, at the frequency f L1 determined by the areas of the small plate portion 21, the small plate portion 122, and the small plate portion 123, the resonance circuit 30 electrically connects the small plate portion 21 and the small plate portion 122, and the resonance circuit. 31 electrically connects the small plate portion 122 and the small plate portion 123.
  • the flat plate 120 is separated into three small flat plate portions 21, 122, and 123. Then, during the high-frequency Kodaira plate portion 21 and the intermediate frequency Kodaira plate portion 122 is connected with the resonant circuit 30 becomes a high impedance at the frequency f H. Between the intermediate-frequency Kodaira plate portion 122 a low frequency Kodaira plate portion 123 is connected with the resonant circuit 31 becomes a high impedance at the frequency f M.
  • the planar antenna device 100 is operated at three operating frequencies f H , f M , and f L1 , and the high frequency small plate portion 21 and the intermediate frequency small plate portion 122 are connected to the antenna element at a plurality of operating frequencies.
  • the planar direction can be reduced compared to arranging the antenna elements corresponding to the three operating frequencies f H , f M , and f L1 separately on the plane.
  • the flat plate 120 is not a laminated structure, the thickness direction can also be reduced.
  • the flat plates 20 and 120 have a square shape, but are not limited to this shape.
  • the shape of the flat plate may be a square other than a square, or may be a shape other than a square such as a circle.
  • the number of resonance circuits 30 and 31 may be other than four.
  • the two resonance circuits 30 and 31 may be arranged at symmetrical positions with the short-circuit pin 60 as a symmetry point (Modification 2).
  • the small flat plate portion has two shapes, a circle and an annular shape arranged outside the circle, three resonance circuits may be arranged at intervals of 120 degrees (Modification 3).
  • the number of resonant circuits may be an odd number.
  • the centroids of the plurality of resonance circuits overlap with the centroid of the flat plate.
  • Modification 4 If radio wave radiation in a direction perpendicular to the flat plate is allowable, the center of gravity of the resonant circuit does not have to coincide with the center of gravity of the flat plate. In this case, one resonance circuit may be used.
  • the short-circuit portion may be connected to the edge portion of the flat plate instead of being connected to the center of gravity of the flat plate.
  • the flat plate may be divided into left and right, and a short-circuit portion and a power feeding portion may be provided on one side to form a first small flat plate portion, and the other may be a second small flat plate portion.
  • the number of small plate portions is two or three, but the number of small plate portions may be four or more.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

 平板(20)を高周波小平板部(21)と低周波小平板部(22)の2つに分離する。共振回路(30a~30d)は、動作周波数fでは、高周波小平板部(21)と低周波小平板部(22)とを電気的に分離し、動作周波数fでは、高周波小平板部(21)と低周波小平板部(22)とを電気的に接続する。これにより平面アンテナ装置(1)は、2つの動作周波数f、fで動作する。高周波小平板部(21)は2つの動作周波数f、fでアンテナ素子となることから、2つの動作周波数f、fに対応したアンテナ素子を別々に平面上に並べるよりも、平面方向を小型化できる。また、平板(20)を積層していないことから、厚み方向も小型化することができる。

Description

平面アンテナ装置 関連出願の相互参照
 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2014年4月17日に出願された日本特許出願2014-085861を基にしている。
 本開示は、複数の周波数で動作する平面アンテナ装置に関する。
 従来から、たとえば特許文献1に記載のアンテナ装置など、複数の周波数で動作するアンテナ装置が知られている。また、特許文献1では、アンテナの近傍に、複数の誘電体板を、それら誘電体板の間に空間を開けて積層している。この構成により、動作周波数別にアンテナを設ける場合に比較して、アンテナ装置を小型化している。
特開2011-244136号公報
 特許文献1の技術は、平面方向にアンテナ装置が大型化することは抑制できるが、複数の誘電体板を積層するため、平面に垂直な方向である厚み寸法が大きくなる恐れがあった。
 本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、複数の周波数で動作し、平面方向および厚み方向をともに小型化できるアンテナ装置を提供することにある。
 本開示の第1例では、地板と、絶縁部を介して互いに分離している複数の小平板部を有し、前記地板に対して間隔を隔てて配置された導電性の平板と、前記地板と前記平板とを電気的に接続する短絡部と、前記平板に接続された給電部と、前記複数の小平板部を互いに接続する共振回路とを備え、前記複数の小平板部は、前記給電部および前記短絡部側の第1小平板部と、前記第1小平板部に隣接して、当該第1小平板部よりも前記給電部および前記短絡部から遠い第2小平板部とを、少なくとも含み、前記共振回路は、前記第1小平板部と前記第2小平板部とをお互いに接続しており、前記共振回路は、前記第1小平板部の面積により定まる動作周波数では、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを電気的に分離し、前記第1小平板部と前記第2小平板部の面積により定まる動作周波数では、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを電気的に接続する平面アンテナ装置である。
 本開示によれば、平板は複数の小平板部に分かれる。共振回路は、第1小平板部の面積により定まる動作周波数では、第1小平板部と第2小平板部とを電気的に分離し、第1小平板部と第2小平板部の面積により定まる動作周波数では、第1小平板部と第2小平板部とを電気的に接続する。
 したがって、この平面アンテナ装置は、第1小平板部の面積により定まる動作周波数と、第1小平板部に第2小平板部を加えた面積により定まる動作周波数で動作する。第1小平板部は、複数の動作周波数でアンテナ素子となる。よって、平板の全体が、複数の動作周波数に対応したアンテナ素子を別々に平面上に並べるよりも、平面方向に小型化できる。また、平板は積層構造ではないことから、厚み方向も小型化することができる。
第1実施形態の平面アンテナ装置の斜視図である。 平面アンテナ装置の平面図である。 図2のIII-III線断面図である。 平面アンテナ装置の等価回路である。 平面アンテナ装置のVSWRの周波数特性を示す図である。 参考例としてのアンテナ装置の斜視図である。 760MHzにおける平面アンテナ装置の垂直偏波の水平面放射パターンを示す図である。 1720MHzにおける平面アンテナ装置の垂直偏波の水平面放射パターンを示す図である。 第2実施形態の平面アンテナ装置の平面図である。 平面アンテナ装置の等価回路である。
 (第1実施形態)
 以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本開示の第1実施形態となる平面アンテナ装置1の斜視図である。図1に示すように平面アンテナ装置1は、平板状の基板10を備えている。この基板10は、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁体製である。
 基板10の表面11には、平板20と、共振回路30a~30dとが固定されている。基板10の裏面12には、図3に示す地板40が貼り付けられている。また、平面アンテナ装置1は、平板20に給電する給電部50、平板20と地板40とを電気的に接続する短絡ピン60も備えている。短絡ピン60は本開示の短絡部に相当する。
 図2は、平面アンテナ装置1の平面図である。この図2を用いて、基板10の表面11側の構成を説明する。平板20は複数の小平板部を有する。第1実施形態では、複数の小平板部は、高周波小平板部21と低周波小平板部22とからなる。これら高周波小平板部21、低周波小平板部22は、いずれも、同じ導電性材料、たとえば、銅により構成されている。
 高周波小平板部21は正方形であり、その重心に短絡ピン60の一端が接続されている。第1実施形態では、この高周波小平板部21が本開示の第1小平板部に相当する。また、低周波小平板部22が本開示の第2小平板部に相当する。
 低周波小平板部22は、高周波小平板部21を囲う四角形の環形状である。なお、低周波小平板部22は、高周波小平板部21よりも、給電部50、短絡ピン60から遠い位置にある。低周波小平板部22の形状は、より詳しくは、内周縁221、外周縁222ともに正方形状である。内周縁221の大きさは、高周波小平板部21の外形よりも大きくなっている。
 内周縁221と高周波小平板部21との間には、四角環形状のスリット23が形成されている。このスリット23は全周にわたり同じ幅である。スリット23により、高周波小平板部21と低周波小平板部22との間は物理的に離隔されている。スリット23は本開示の絶縁部に相当する。
 共振回路30a~30dはいずれも同じ構成であり、本実施形態ではLC並列回路を用いる。これら共振回路30a~30dを区別する必要がない場合には、単に、共振回路30と記載する。共振回路30は、高周波小平板部21と低周波小平板部22との間を接続している。各共振回路30a~30dは、高周波小平板部21の各辺の中点と、内周縁221の各辺の中点とをそれぞれ接続している。
 共振回路30a~30dが正方形状の内周縁221の各辺の中点に位置している。そのため、それら4つの共振回路30a~30dから等距離にある点、すなわち4つの共振回路30a~30dの重心は、高周波小平板部21の重心と重なっている。なお、本明細書において、重心が重なるとは、完全に重なる場合に限られず、実質的に重なっているとみなすことができる場合も含む意味である。
 図2のIII-III線断面図である図3に示すように、短絡ピン60は、基板10を貫通しており、一方の端が高周波小平板部21に接続し、他方の端が地板40に接続している。地板40は、銅箔などの導電性であり、平板20よりも大きいサイズである。なお、地板40の大きさを平板20と同じ大きさとしてもよい。また、地板40は平板20と平行である。
 図3に示すように、高周波小平板部21や低周波小平板部22と地板40とが、誘電体である基板10を介して対向していることから、高周波小平板部21、低周波小平板部22と地板40との間には静電容量が存在する。また、短絡ピン60にはインダクタンスが存在する。
 高周波小平板部21と地板40との間の静電容量をC、低周波小平板部22と地板40との間の静電容量をC、短絡ピン60のインダクタンスをLとすると、平面アンテナ装置1の等価回路は図4に示す回路となる。
 静電容量C、インダクタンスLで動作する部分を高周波アンテナ部1aとすると、高周波アンテナ部1aの動作周波数fは、f=1/(2π√LC)となる。短絡ピン60のインダクタンスLが決まっている場合には、高周波アンテナ部1aの動作周波数fを調整するには、静電容量Cを調整することになる。C=εS/dの周知の関係式より、高周波小平板部21の面積を調整することにより静電容量Cは調整することができる。したがって、高周波小平板部21の面積は、高周波アンテナ部1aの動作周波数fが所望の周波数となる面積とされている。
 また、共振回路30は、この動作周波数fにおいてハイインピーダンスとなるように、共振回路30の共振周波数が設定されている。なお、本実施形態におけるハイインピーダンスとは、高周波小平板部21と低周波小平板部22とが、電気的に分離されており、または、実質的に電気的に分離されているとみなすことができるインピーダンスを意味する。
 静電容量C、インダクタンスLに加えて、静電容量Cを加えた部分を低周波アンテナ部1bとする。低周波アンテナ部1bの動作周波数fは、f=1/(2π√L(C+C))となる。そして、前述したように、高周波アンテナ部1aの動作周波数fを所望の周波数とするために静電容量Cが設定されている。したがって、低周波アンテナ部1bの動作周波数fを所望の周波数とするためには、静電容量Cを調整することになる。この静電容量Cは、低周波小平板部22の面積により調整することができる。
 共振回路30は、前述したように、動作周波数fにおいてハイインピーダンスとなることに加えて、動作周波数fにおいてローインピーダンスとなるように、共振回路30の共振周波数が設定されている。なお、本実施形態におけるローインピーダンスとは、高周波小平板部21と低周波小平板部22が、電気的に接続されており、または、実質的に電気的に接続されているとみなすことができるインピーダンスを意味する。
 ここで、高周波アンテナ部1aの動作周波数fと低周波アンテナ部1bの動作周波数fの比と、高周波小平板部21の面積Sと低周波小平板部22の面積Sとの比の関係を説明する。
 前述したように、f=1/(2π√LC)、f=1/(2π√L(C+C))である。したがって、下記のように式変形ができる。
:f=1/(2π√LC):1/(2π√L(C+C))
    =1/(√LC):1/(√L(C+C))
    =√L(C+C):√LC
    =√(C+C):√C
 さらに、C=εS/dより、
√(C+C):√C=√(ε(S+S)):√εS
           =√(S+S):√S
 動作周波数f、f、高周波小平板部21の面積Sが決まった場合、上記関係式より、低周波小平板部22の面積Sが定まる。
 図5に本実施形態の平面アンテナ装置1のVSWR(Voltage Standing Wave Ratio)の周波数特性を示す。また、図5には、参考例としてのVSWRの周波数特性も示している。参考例では、図6に示すように、平板20aが2つに分離されておらず、共振回路30を備えていない。
 図5に示される例では、平面アンテナ装置1のVSWRは、760MHz付近と、1720MHz付近の2つの谷が存在する。したがって、平面アンテナ装置1は2つの周波数で動作することが分かる。それに対して、参考例では、760MHz付近に一つの谷が存在するのみである。 
  図7、図8は、平面アンテナ装置1の垂直偏波の水平面放射パターンであり、図7は760MHz、図8は1720MHzの場合である。これら図7、図8は、平面アンテナ装置1の地板40、平板20が水平になるようにして測定している。
 この図7、図8から、平面アンテナ装置1は、2つの動作周波数ともに、水平面内において360度にわたりほぼ等しい利得が得られることが分かる。
 さらに、図示していないが、平面アンテナ装置1は、図7、図8の状態において、垂直方向へは電波はほとんど放射されない。その理由を説明する。
 短絡ピン60には360度全方向から電流が流れ込む。この短絡ピン60は、平板20の重心に接続されている。平板20の重心は高周波小平板部21の重心でもある。したがって、高周波小平板部21のみがアンテナ素子として動作する動作周波数fにおいて、短絡ピン60に流れこむ電流は、どの方向から流れこむ電流も、短絡ピン60の反対方向から流れ込む電流とほぼ同じ大きさになり、互いに打ち消し合う。短絡ピン60に向かう電流が、反対方向からの電流と互いに打ち消し合うため、平板20に垂直な方向への放射が抑制されるのである。
 また、短絡ピン60の位置において、平板20の重心が共振回路30a~30dの重心と重なっている。そのため、高周波小平板部21と低周波小平板部22が電気的に結合して、平板20全体がアンテナ素子となる動作周波数fにおいても、短絡ピン60に向かう電流が、反対方向からの電流と互いに打ち消し合い、平板20に垂直な方向への放射が抑制される。
 なお、仮定として、本実施形態とは異なり、共振回路30a~30dの重心が平板20の重心と重なっていないと、高周波小平板部21および低周波小平板部22が電気的に結合しても、平板20に垂直な方向へ電波が放射されてしまう。
 その理由は以下の通りである。たとえば、共振回路30c、30dが、それぞれ、共振回路30a、30bと同じ辺において高周波小平板部21、低周波小平板部22を接続している場合には、低周波小平板部22は、主として、それら共振回路30a~30dがある2辺が高周波小平板部21と接続されることになる。したがって、共振回路30a~30dにより高周波小平板部21および低周波小平板部22が結合した平板20の重心は、形状 上の重心よりも共振回路30a~30dが配置されている側にずれる。その結果、短絡ピン60の位置が、高周波小平板部21と低周波小平板部22が結合されて動作しているアンテナ素子の重心と重ならず、前述した電流が打ち消し合う程度が減少する。したがって、平板20に垂直な方向への放射が増えてしまうのである。
 これに対して、本実施形態では、共振回路30a~30dの重心が平板20の重心と重なっている。そのため、高周波小平板部21と低周波小平板部22が電気的に結合した場合にも、短絡ピン60は、高周波小平板部21と低周波小平板部22が結合されて動作しているアンテナ素子の重心と重なっている。したがって、本実施系形態では、平板20全体がアンテナ素子として動作する動作周波数fにおいても、平板20に垂直な方向への放射が抑制される。
 以上、説明した第1実施形態によれば、平板20が高周波小平板部21と低周波小平板部22の2つに分かれている。そして、共振回路30a~30dは、高周波小平板部21の面積Sにより定まる動作周波数fでは、高周波小平板部21と低周波小平板部22とを電気的に分離する。一方、高周波小平板部21と低周波小平板部22の面積S+Sにより定まる動作周波数fでは、高周波小平板部21と低周波小平板部22とを電気的に接続する。したがって、第1実施形態の平面アンテナ装置1は、高周波小平板部21の面積Sにより定まる動作周波数fと、高周波小平板部21に低周波小平板部22を加えた面積S+Sにより定まる動作周波数fで動作する。
 しかも、高周波小平板部21は2つの動作周波数f、fでアンテナ素子となることから、2つの動作周波数f、fに対応したアンテナ素子を別々に平面上に並べるよりも、平面方向を小型化できる。また、平板20は積層構造ではないことから、厚み方向も小型化することができる。
 また、この第1実施形態では、短絡ピン60が平板20の重心に接続されており、4つの共振回路30a~30dは、それら4つの共振回路30a~30dの重心が平板20の重心と重なるように配置されている。そのため、2つの動作周波数f、fでともに、平板20に対して垂直な方向への放射が抑制される。その結果として、2つの動作周波数f、fでともに、平板20に対して平行な方向への利得が向上する。
 <第2実施形態>
 次に、第2実施形態を説明する。この第2実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
 図9に第2実施形態の平面アンテナ装置100の平面図を示す。この平面アンテナ装置100は、第1実施形態と同じ基板10の表面11に、平板120と、共振回路30a~30d、31a~31dが設けられている。
 平板120は、第1実施形態と同じ高周波小平板部21を備える。また、中間周波小平板部122、低周波小平板部123も備える。中間周波小平板部122、低周波小平板部123は、いずれも、四角環形状である。高周波小平板部21と中間周波小平板部122の間、および、中間周波小平板部122と低周波小平板部123の間には、絶縁部として機能するスリット124、125が形成されている。
 共振回路30a~30dは、第1実施形態と同じ構造である。第2実施形態では、これら共振回路30a~30dは、高周波小平板部21と中間周波小平板部122を接続している。一方、共振回路31a~31dは、中間周波小平板部122と低周波小平板部123を接続している。
 第2実施形態においても、短絡ピン60は平板120の重心に接続されている。また、共振回路30a~30dは、それら4つの共振回路30a~30dの重心が、平板120の重心と重なるように配置されている。共振回路31a~31dも、それら4つの共振回路31a~31dの重心が、平板120の重心と重なるように配置されている。
 第2実施形態では、給電部50、短絡ピン60側の小平板部21が第1小平板部に対応する。また、小平板部21よりも給電部50、短絡ピン60から遠い小平板部122が第2小平板部に対応する。また、小平板部122よりも給電部50、短絡ピン60から更に遠い小平板部123が第3小平板部に対応する。
 図10に、第2実施形態の平面アンテナ装置100の等価回路を示している。図10において、静電容量Cは中間周波小平板部122と地板40との間の静電容量であり、静電容量CL1は低周波小平板部123と地板40との間の静電容量である。また、中間周波アンテナ部100bは、静電容量C、インダクタンスLに加えて、静電容量Cを加えた部分である。低周波アンテナ部100cは、中間周波アンテナ部100bに静電容量CL1を加えた部分である。
 中間周波アンテナ部100bの動作周波数をfとすると、静電容量Cは、f=1/(2π√L(C+C))である。所望の動作周波数fから定まる静電容量Cとなるように、中間周波小平板部122の面積Sが決定されている。
 また、低周波アンテナ部100cの動作周波数をfL1とすると、静電容量CL1は、fL1=1/(2π√L(C+C+CL1))である。所望の動作周波数fL1から定まる静電容量CL1となるように、低周波小平板部123の面積SL1が決定されている。
 共振回路31は、周波数fでハイインピーダンスとなり、周波数fL1でローインピーダンスとなるように共振回路31の共振周波数が設定されている。なお、第1実施形態と同じ共振回路30は、周波数fでハイインピーダンスとなり、周波数f、fL1でローインピーダンスとなる。すなわち、第2実施形態では、小平板部21の面積により定まる周波数fでは、共振回路30が小平板部21と小平板部122とを電気的に分離する。また、小平板部21と小平板部122との面積により定まる周波数fでは、共振回路30が小平板部21と小平板部122とを電気的に接続すると共に、共振回路31が小平板部122と小平板部123とを電気的に分離する。更に、小平板部21と小平板部122と小平板部123との面積により定まる周波数fL1では、共振回路30が小平板部21と小平板部122とを電気的に接続すると共に、共振回路31が小平板部122と小平板部123とを電気的に接続する。
 この第2実施形態の平面アンテナ装置100は、平板120を3つの小平板部21、122、123に分離している。そして、高周波小平板部21と中間周波小平板部122の間は、周波数fでハイインピーダンスとなる共振回路30で接続している。中間周波小平板部122と低周波小平板部123の間は、周波数fでハイインピーダンスとなる共振回路31で接続している。
 この構成により、平面アンテナ装置100を3つの動作周波数f、f、fL1で動作するようにしており、高周波小平板部21、中間周波小平板部122は複数の動作周波数でアンテナ素子となることから、3つの動作周波数f、f、fL1に対応したアンテナ素子を別々に平面上に並べるよりも、平面方向を小型化できる。また、平板120は積層構造ではないことから、厚み方向も小型化することができる。
 以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
 (変形例1)
 たとえば、前述の実施形態では、平板20、120は正方形状であったが、この形状に限られない。平板の形状は、正方形以外の四角形でもよいし、また、円形など四角形以外の形状でもよい。
 (変形例2、3)
 前述の実施形態では、共振回路30、31を4つずつ備えていたが、共振回路30、31の数は4つ以外の数でもよい。たとえば、2つの共振回路30、31を、短絡ピン60を対称点として対称な位置に配置してもよい(変形例2)。また、小平板部が、円形と、その円形の外側に配置された円環形の2つである場合、共振回路を120度間隔で3つ配置してもよい(変形例3)。このように、共振回路の数は奇数でもよい。なお、変形例2、3の場合にも、複数の共振回路の重心は、平板の重心と重なることになる。
 (変形例4)
 平板に対して垂直な方向への電波の放射が許容できる場合には、共振回路の重心を平板の重心に一致させなくてもよい。この場合には、共振回路は1つでもよい。
 (変形例5)
 また、平板に対して垂直な方向への電波の放射が許容できる場合には、短絡部を平板の重心に接続せず、平板の縁部などに接続してもよい。
 (変形例6)
 また、平板に対して垂直な方向への電波の放射が許容できる場合には、第2小平板部の内側に第1小平板部を配置しなくてもよい。たとえば、平板を左右に分割し、一方に短絡部と給電部とを設けて第1小平板部とし、他方を第2小平板部としてもよい。
(変形例7)
 前述の実施形態では、小平板部の個数が2つ、または3つであったが、小平板部の個数は4つ以上であってもよい。
 

 

Claims (4)

  1.  地板(40)と、
     絶縁部(23、124、125)を介して互いに分離している複数の小平板部を有し、前記地板に対して間隔を隔てて配置された導電性の平板(20、120)と、
     前記地板と前記平板とを電気的に接続する短絡部(60)と、
     前記平板に接続された給電部(50)と、
     前記複数の小平板部を互いに接続する共振回路(30、31)とを備え、
     前記複数の小平板部は、前記給電部および前記短絡部側の第1小平板部(21)と、前記第1小平板部に隣接して、当該第1小平板部よりも前記給電部および前記短絡部から遠い第2小平板部(22、122)とを、少なくとも含み、
     前記共振回路(30)は、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを互いに接続しており、
     前記共振回路(30)は、前記第1小平板部の面積により定まる動作周波数では、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを電気的に分離し、前記第1小平板部と前記第2小平板部の面積により定まる動作周波数では、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを電気的に接続する平面アンテナ装置。
  2.  前記第2小平板部は環状であり、この第2小平板部の内側に前記第1小平板部が配置されている請求項1に記載の平面アンテナ装置。
  3.  前記短絡部は、前記平板の重心に接続されており、
     前記共振回路は、複数備えられており、それら複数の共振回路の重心が前記平板の重心と重なるように、前記複数の共振回路が配置されている請求項2に記載の平面アンテナ装置。
  4.  前記複数の小平板部は、前記第2小平板部(122)に隣接して、当該第2小平板部よりも前記給電部および前記短絡部から遠い第3小平板部(123)を更に含み、
     前記共振回路(31)は、前記第2小平板部と前記第3小平板部とを互いに接続しており、
     前記第1小平板部と前記第2小平板部との面積により定まる動作周波数では、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを接続する前記共振回路(30)が前記第1小平板部と前記第2小平板部とを電気的に接続すると共に、前記第2小平板部と前記第3小平板部とを接続する前記共振回路(31)が前記第2小平板部と前記第3小平板部とを電気的に分離し、
     前記第1小平板部と前記第2小平板部と前記第3小平板部との面積により定まる動作周波数では、前記第1小平板部と前記第2小平板部とを接続する前記共振回路(30)が前記第1小平板部と前記第2小平板部とを電気的に接続すると共に、前記第2小平板部と前記第3小平板部とを接続する前記共振回路(31)が前記第2小平板部と前記第3小平板部とを電気的に接続する請求項1~3の何れか一項に記載の平面アンテナ装置。
PCT/JP2015/001959 2014-04-17 2015-04-07 平面アンテナ装置 WO2015159505A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-085861 2014-04-17
JP2014085861A JP2015207830A (ja) 2014-04-17 2014-04-17 平面アンテナ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015159505A1 true WO2015159505A1 (ja) 2015-10-22

Family

ID=54323731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/001959 WO2015159505A1 (ja) 2014-04-17 2015-04-07 平面アンテナ装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2015207830A (ja)
WO (1) WO2015159505A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10950945B2 (en) * 2016-10-19 2021-03-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. Antenna element, antenna module, and communication apparatus
EP4009441A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-08 Trimble Inc. Filtered dual-band patch antenna

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5916402A (ja) * 1982-07-19 1984-01-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 2周波共用広帯域マイクロストリツプアンテナ
US20040160373A1 (en) * 2003-02-06 2004-08-19 Fuba Automotive Gmbh & Co. Kg Antenna having a monopole design, for use in several wireless communication services
JP2008177888A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Toko Inc 多周波アンテナ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5916402A (ja) * 1982-07-19 1984-01-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 2周波共用広帯域マイクロストリツプアンテナ
US20040160373A1 (en) * 2003-02-06 2004-08-19 Fuba Automotive Gmbh & Co. Kg Antenna having a monopole design, for use in several wireless communication services
JP2008177888A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Toko Inc 多周波アンテナ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10950945B2 (en) * 2016-10-19 2021-03-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. Antenna element, antenna module, and communication apparatus
EP4009441A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-08 Trimble Inc. Filtered dual-band patch antenna

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015207830A (ja) 2015-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10826174B2 (en) Antenna module
JP6500859B2 (ja) 無線モジュール
JP6421769B2 (ja) アンテナ装置
EP3168927A1 (en) Ultra compact ultra broad band dual polarized base station antenna
US10923811B2 (en) Integrated filtering for band rejection in an antenna element
JP6977457B2 (ja) アンテナ装置
US9357633B2 (en) Structure, wiring board, and method of manufacturing wiring board
US10903575B2 (en) Antenna module
JP6528496B2 (ja) アンテナ装置
WO2016021372A1 (ja) アンテナ装置、及び、このアンテナ装置に備えられる表面電流抑制フィルタ
WO2016092794A1 (ja) アンテナ装置
US9822159B2 (en) Electromagnetic band gap element, electronic circuit, and conductor structure
WO2015159505A1 (ja) 平面アンテナ装置
CN111816996A (zh) 天线装置
JP2020174284A (ja) アンテナ装置
JP6607107B2 (ja) アンテナ
JP2022125863A (ja) アンテナ装置
JP6201651B2 (ja) アンテナ装置およびアレイアンテナ装置
JP5617593B2 (ja) アンテナ装置
JP7090330B2 (ja) アンテナ装置
JP2023131594A (ja) アンテナ装置
JP2023131592A (ja) アンテナ装置
TW202245340A (zh) 天線陣列裝置
JP2022090818A (ja) 無線モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15779381

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15779381

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1