JP2005229381A - Multiple resonance type antenna device with reflector - Google Patents
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Abstract
【課題】 スロットアンテナの外形寸法を変えることなく、電圧定在波比が良好な広帯域の小型反射板付きスロットアンテナを提供する。
【解決手段】 スロット放射素子11と反射板12とを有するアンテナにおいて、スロット放射素子11と反射板12との間に溝型の金属板13を設け、金属板13の谷側をスロット放射素子11に臨ませると共に金属板13の長手方向がスロット放射素子11に平行になるようにした多重共振型反射板付きアンテナ装置1である。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wide-band slot antenna with a small reflector having a good voltage standing wave ratio without changing the external dimensions of the slot antenna.
In an antenna having a slot radiating element 11 and a reflecting plate 12, a groove-shaped metal plate 13 is provided between the slot radiating element 11 and the reflecting plate 12, and the trough side of the metal plate 13 is disposed on the slot radiating element 11. And an antenna device 1 with a multi-resonant reflection plate in which the longitudinal direction of the metal plate 13 is parallel to the slot radiating element 11.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、通信用アンテナに関するものである。 The present invention relates to a communication antenna.
従来のスロットアンテナは、両面銅張プリント基板で形成されており、基板の片面にスロット孔加工を施し、他の片面に給電線を形成した構造となっている。このようなスロットアンテナは、多素子のアレイアンテナという形で無線通信用送受信アンテナとして広く使用されている。 A conventional slot antenna is formed of a double-sided copper-clad printed circuit board, and has a structure in which a slot hole is formed on one side of the board and a feed line is formed on the other side. Such a slot antenna is widely used as a transmission / reception antenna for wireless communication in the form of a multi-element array antenna.
スロットアンテナのスロットの長さは、誘電体の比誘電率を考慮して所望周波数の波長の1/2の長さで決まる。スロットアンテナは、スロットにおける給電線位置や反射板との間隔でアンテナ全体のインピーダンスが変化する性質を有している。このため、アンテナの大きさを余り変化させずに所望周波数の広帯域化を図るには、図5に示すようにスロットアンテナ31の無給電素子14をスロット放射素子11の開口部真上に設けてスロット放射素子11と無給電素子14との間に共振を生ぜしめる方法が知られている。
The slot length of the slot antenna is determined by a length of ½ of the wavelength of the desired frequency in consideration of the dielectric constant of the dielectric. The slot antenna has the property that the impedance of the entire antenna changes depending on the position of the feeder line in the slot and the distance from the reflector. Therefore, in order to increase the bandwidth of the desired frequency without changing the size of the antenna, the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。 The prior art document information related to the invention of this application includes the following.
しかしながら、アンテナ素子基板19に設けられたスロット放射素子11の開口長が使用周波数の波長の1/2で決まるため、所望周波数の広帯域化を図る際には、スロット開口部の真上に無給電素子14を2段、3段と重ねて多重共振を起こさせる方法を採っている。このため、アンテナ全体の形状が大きくなるという問題点があった。
However, since the opening length of the
無給電素子を多段に重ねた場合には、従来の所定形状のカバー内に収容出来ないという問題点もあった。 When parasitic elements are stacked in multiple stages, there is a problem that they cannot be accommodated in a conventional cover having a predetermined shape.
そこで、本発明の目的は、スロットアンテナの外形寸法を変えることなく、電圧定在波比が良好な広帯域の小型反射板付きスロットアンテナを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wide-band slot antenna with a small reflector having a good voltage standing wave ratio without changing the external dimensions of the slot antenna.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第1の発明は、スロット放射素子と反射板とを有するアンテナにおいて、上記スロット放射素子と上記反射板との間に溝型の金属板を設け、該金属板の谷側を上記スロット放射素子に臨ませると共に該金属板の長手方向が上記スロット放射素子に平行になるようにした多重共振型反射板付きアンテナ装置である。 The present invention has been devised to achieve the above object, and the first invention is an antenna having a slot radiating element and a reflecting plate, and a groove type is provided between the slot radiating element and the reflecting plate. The antenna device with a multiple resonance type reflector is provided with a metal plate, the trough side of the metal plate faces the slot radiating element, and the longitudinal direction of the metal plate is parallel to the slot radiating element.
第2の発明は、上記金属板の山側が上記反射板に接するものである。 In the second invention, the peak side of the metal plate is in contact with the reflecting plate.
第3の発明は、上記金属板は、その長手方向と直交する横断面が略U字状若しくはコ字状の溝型であるものである。 According to a third aspect of the present invention, the metal plate has a groove shape having a substantially U-shaped or U-shaped cross section perpendicular to the longitudinal direction.
第4の発明は、上記金属板は、その長手方向と直交する横断面が略V字状の溝型であるものである。 In a fourth aspect of the invention, the metal plate has a groove shape with a substantially V-shaped cross section orthogonal to the longitudinal direction.
本発明によれば、スロットアンテナの外形寸法を変えることなく、電圧定在波比が良好な広帯域の小型の反射板付きスロットアンテナを得られる優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect of obtaining a broadband small slot antenna with a reflector having a good voltage standing wave ratio without changing the external dimensions of the slot antenna.
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の好適実施の形態を示す多重共振型反射板付きアンテナ装置を示す。図1(a)は、多重共振型反射板付きアンテナ装置の正面図である。図1(b)は、多重共振型反射板付きアンテナ装置の斜視図である。 FIG. 1 shows an antenna device with a multiple resonance type reflector according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view of an antenna device with a multiple resonance type reflector. FIG. 1B is a perspective view of an antenna device with a multiple resonance type reflector.
多重共振型反射板付きアンテナ装置1は、スロット放射素子11が設けられたアンテナ素子基板19と、スロット放射素子11から放射される電磁波を反射する反射板12と、金属板の長手方向と直交する横断面が略片仮名のコの字状(若しくは、アルファベットの略U字状、V字状)になった溝型の金属板13と、アンテナ素子基板19に電磁波を給電するための給電部15とを備えて構成される。
The antenna device 1 with a multiple resonance type reflector includes an
多重共振型反射板付きアンテナ装置1は、スロット放射素子11と反射板12との間にコ字形状の溝型金属板13を備えている。金属板13の谷側は、スロット放射素子11に臨ませてある。また、金属板13の長手方向がスロット放射素子11に平行になっている。更に、金属板13の山側が反射板12に接しているものである。
The antenna device 1 with a multiple resonance type reflector includes a U-shaped
反射板12は、導体材質からなり、1面が開口された直方体状すなわち箱状に形成されており、その開口面12aと対向した導体材質面(以下、背面という。)12bにおいてスロット放射素子11から放射された電磁波を反射する機能を有している。
The
反射板12は、図示した直方体状のものに限らず側面の一部が開口された円筒状に形成してもよく、この開口部にアンテナ素子基板19を設けることでアンテナ機能や効果を損なわない。
The reflecting
反射板12の開口面12aには、アンテナ素子基板19が反射板側面12cを渡るように設けられ、アンテナ素子基板19の両端が各反射板側面12cの縁に固定し取り付けられている。
On the
アンテナ素子基板19は、誘電体材質の板の両面に導体材質を設けた(例えば、銅張した)プリント基板で形成されている。アンテナ素子基板19は、プリント基板の片面にエッチング等による銅の孔加工を施したスロット放射素子11が形成されている。アンテナ素子基板19は、プリント基板の他の片面に表面に設けられた銅にエッチング等による加工が施され、スロット放射素子11と直交するように給電線16が形成された構造となっている。
The
アンテナ素子基板19は、給電線16が形成された面を反射板12の背面12bに向け、スロット放射素子11が形成された面を反射板12の開口面12a正面に向けてある。
The
スロット放射素子11は、スロット長手方向の長さが使用する電磁波の波長の1/2になっている。
The
アンテナ素子基板19は、これまで説明したような形態に限定されるものではなく、板状の金属導体にスロットを設けた構造でも、アンテナ素子基板19と同様のスロットアンテナ素子としての機能を有する。
The
給電線16は、細長いマイクロストリップラインであり、スロット放射素子11に直交して横切るように設けられている。給電線16は、スロット放射素子11から放射する電磁波を給電するために設けられたラインである。マイクロストリップライン以外では同軸ケーブル給電による方法なども同様に適用される。
The
給電部15は、アンテナ素子基板19又は反射板12に取り付けられている。給電部15の芯線側は、アンテナ素子基板19に形成された給電線16の一端に接続され、給電部15のアース側は、アンテナ素子基板19又は反射板12のアースと接続されている。
The
金属板13は、金属板の長手方向と直交する横断面が略コの字状を有する溝型(チャネル形状)の導体金属板で形成されており、金属板13の山側が反射板12に接し、反射板12に固定されている。
The
図2にこのような金属板の実施の形態を示す。図2(a)は、横断面が略コ字形状を呈する溝型導体の金属板13の斜視図である。図2(b)は、横断面が略V字形状を呈する溝型導体の金属板23の斜視図である。
FIG. 2 shows an embodiment of such a metal plate. FIG. 2A is a perspective view of the grooved
金属板13、23は、長方形の金属板を長手方向に沿って屈曲させることにより、溝型としたものである。この屈曲により凸になる側を山側、凹になる側を谷側と称する。
The
金属板13は、このコの字状の角を滑らかにして、金属板の横断面が略U字状を形成してもよい。
The
金属板23は、金属板の長手方向と直交する横断面が略V字状を形成する溝型形状となっている。
The
金属板13、23は、長手方向の長さがスロット放射素子11のスロット長さよりも長い。すなわち、金属板13、23の長さは多重共振型反射板付きアンテナ装置1の使用する電磁波の波長の1/2より長くなるように設けられている。更に、金属板13、23は、溝の深さが使用する電磁波の波長の1/8以上になるように、溝の深さを形成するとよい。これは、後に詳述する電磁波の共振を生ぜしめるに際して、共振に適した寸法距離となっている。
The
金属板13、23は、所望のアンテナ放射パターンが得られるよう形状、数量等を決めるとよい。
The shape and quantity of the
金属板13、23の代わりに、例えば屈曲しない平板の金属板を用いる場合、これを背面12bと平行に一定間隔で複数枚設けることもある。
When using, for example, a flat metal plate that does not bend instead of the
次に、この多重共振型反射板付きアンテナ装置1の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the antenna device 1 with multiple resonance reflectors will be described.
給電部15に給電された所定周波数の電磁波は、アンテナ素子基板19に設けられた給電線16を伝搬される。給電線16で伝搬された電磁波は、スロット放射素子11から放射される。放射された電磁波は、一部が反射板12及び金属板13に入射する。
The electromagnetic wave having a predetermined frequency fed to the
反射板12及び金属板13に入射された電磁波の一部は、反射板12及び金属板13より反射して、反射板12の開口面(すなわちアンテナ素子基板19の方)12aに戻る。スロット放射素子11から放射された電磁波と反射板12及び金属板13より反射した電磁波とが合成されて、正面の方向に出射される。
A part of the electromagnetic wave incident on the reflecting
合成された電磁波により、アンテナ指向性パターンが形成される。このアンテナ指向性パターンの指向方向は、概ね背面12bから開口面12aに向かう方向となっており、開口面12aの鉛直方向と略一致する。
An antenna directivity pattern is formed by the synthesized electromagnetic wave. The directivity direction of this antenna directivity pattern is substantially the direction from the
多重共振型反射板付きアンテナ装置1は、スロット放射素子11と金属板13との間で電磁波の共振を生じる。
The multi-resonance type antenna device with a reflector 1 resonates between the
詳しくは、スロット放射素子11から放射された電磁波の一部が、金属板13に入射し、スロット放射素子11と金属板13との間で共振が起こる一次共振と、金属板13から反射して開口面12aに戻った電磁波がアンテナ素子基板19で反射し再度金属板13に入射して共振する二次共振とが発生している。
Specifically, a part of the electromagnetic wave radiated from the
上に触れたように金属板13は、使用する電磁波の波長の1/2より長く導体金属板を形成し、この金属板13を屈曲させて形成した溝の深さが使用する電磁波の波長の1/8以上になるように形成したことにより、共振が生じやすい寸法形状となっている。
As mentioned above, the
これに反して、使用する電磁波の波長に対して、アンテナ素子基板19と反射板12及び金属板13との距離が近すぎる場合には、スロット放射素子11から素子共振により放射されそのまま自由空間に放射される電磁波と、反射板12及び金属板13に反射され反射板共振により自由空間に放射される電磁波とが合成されるポイントが極端に制限され、多重共振が生じ難くなる。つまり、スロット放射素子11から放射される電磁波の位相と反射板12及び金属板13で反射した電磁波の位相とがずれて互いに相殺することによって、共振が起こらない状態となるためである。
On the other hand, when the distance between the
これに対して、スロット放射素子11と反射板12及び金属板13との距離を使用する電磁波の波長の1/8程度若しくはそれ以上取ることで、スロット放射素子11から放射される電磁波の位相と反射板12及び金属板13で反射した電磁波の位相が合致して、共振が起こり易い状態となっている。
On the other hand, the phase of the electromagnetic wave radiated from the
金属板13をアンテナ素子基板19と反射板12との間に設けることで多重共振を発生させることができるので、アンテナの形状、大きさを殆ど変えることなしにアンテナの広帯域化することができる。
By providing the
この多重共振型反射板付きアンテナ装置1は、図5の従来スロットアンテナ31のように無給電素子14を多段に重ねることも必要がないため、従来の所定形状のカバー内に収容出来るという経済上の効果もある。
This multi-resonance type reflector-equipped antenna device 1 does not require the
また、金属板13または金属板23を取り付けることにより、次に示すように電圧定在波比を広帯域に改善することに効果もある。
Further, by attaching the
図3、4に電圧定在波比の改善の状態をリターンロスで示したものである。 FIGS. 3 and 4 show the state of improvement of the voltage standing wave ratio as a return loss.
図3は、多重共振型反射板付きアンテナ装置にコ字形状の溝型金属板を取り付けた場合及び取り付けない場合の電圧定在波比を示す特性図である。図3の横軸は周波数(単位:GHz)を示し、縦軸はリターンロス(単位:dB)を示す。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing a voltage standing wave ratio when a U-shaped groove-shaped metal plate is attached to the antenna device with a multiple resonance type reflector and when it is not attached. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the frequency (unit: GHz), and the vertical axis indicates the return loss (unit: dB).
特性図中の実線はコ字形状の金属板13を取り付けた場合の特性曲線であり、破線はコ字形状の金属板13を取り付けない場合の特性曲線である。
A solid line in the characteristic diagram is a characteristic curve when the
図から分かるように周波数約2.6GHzにおいて、コ字形状の金属板13を取り付けない場合にはリターンロスが約−24dBであるのに対して、コ字形状の金属板13を取り付けた場合にはリターンロスが約−35.9dBとなっており、約12dBの大幅な改善がなされていることが分かる。
As can be seen from the figure, when the
図4は、多重共振型反射板付きアンテナ装置にV字形状の溝型金属板を取り付けた場合及び取り付けない場合の電圧定在波比を示す特性図である。図4の横軸は周波数(単位:GHz)を示し、縦軸はリターンロス(単位:dB)を示す。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing a voltage standing wave ratio when a V-shaped grooved metal plate is attached to and not attached to an antenna device with multiple resonance type reflectors. The horizontal axis of FIG. 4 indicates the frequency (unit: GHz), and the vertical axis indicates the return loss (unit: dB).
特性図中の実線はV字形状の金属板23を取り付けた場合の特性曲線であり、破線はV字形状の金属板23を取り付けない場合の特性曲線である。
A solid line in the characteristic diagram is a characteristic curve when the V-shaped
図から分かるように周波数約2.6GHzにおいて、V字形状の金属板23を取り付けない場合にはリターンロスが約−24dBであるのに対して、V字形状の金属板23を取り付けた場合にはリターンロスが約−31dBと約7dB改善されていることが分かる。
As can be seen from the figure, when the V-shaped
尚、本実施の形態ではスロット放射素子11が1つ設けられた場合を説明したが、スロット放射素子11が複数設けられたスロットアレイアンテナにおいても、この複数のスロット11に対応する数量の金属板13、23をアンテナ素子基板19と反射板12の背面12bとの間に設けることで、スロット放射素子11が1つのみ設けられた多重共振型反射板付アンテナ装置1と同様に広帯域化及び電圧定在波比の改善を行うことが可能である。
In this embodiment, the case where one
以上説明したように、金属板13がアンテナ素子基板19と反射板12間に設けられることで容易に多重共振を生ぜしめることができると共に、寸法・形状が従来の大きさと殆ど変わらない小型のアンテナを実現することができる。
As described above, the
この小型化されたアンテナは、金属板13を設け多重共振を生じることで、アンテナ周波数の広帯域化ができるという優れた効果を有する。
This miniaturized antenna has an excellent effect that the antenna frequency can be widened by providing the
更には、アンテナの電圧定在波比を広帯域に亘って改善することができるという優れた効果を有する。 Furthermore, it has an excellent effect that the voltage standing wave ratio of the antenna can be improved over a wide band.
また、金属板13、23の追加は、アンテナ素子基板11と反射板12との間に留まるため、従来の所定形状のカバー内に収容出来るという製造コスト、経済上の効果もある。
Further, since the addition of the
1 多重共振型反射板付きアンテナ装置
11 スロット放射素子
12 反射板
12a 開口面
12b 背面
12c 反射板側面
13 コ字型の金属板
15 給電部
16 給電線
19 アンテナ素子基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
3. The antenna device with a multiple resonance type reflector according to claim 1, wherein the metal plate has a groove shape having a substantially V-shaped cross section orthogonal to the longitudinal direction.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007251916A (en) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Corner reflector antenna with ground plane |
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2004
- 2004-02-13 JP JP2004036637A patent/JP2005229381A/en active Pending
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