JP2008177660A - Slot antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信端末のアンテナとしてのスロットアンテナに関する。 The present invention relates to a slot antenna as an antenna of a wireless communication terminal.
無線通信端末のアンテナとしては、小型のパッチアンテナが用いられることが多い。 A small patch antenna is often used as an antenna of a wireless communication terminal.
このパッチアンテナは、平板状の基板を備えており、この基板の表面(一方の板面)の中央部分には、基板よりも小さな面積とされた膜状のパッチ電極(例えば、銅箔から成るパッチ電極)が形成されている。また、この基板のパッチ電極が形成されている表面とは反対側の裏面(他方の板面)には、膜状のグランド部(例えば、銅箔から成るグランド)が全面的に形成されている。 This patch antenna includes a flat substrate, and a film-like patch electrode (for example, copper foil) having a smaller area than the substrate is formed at the center of the surface (one plate surface) of the substrate. Patch electrode) is formed. A film-like ground portion (for example, a ground made of copper foil) is entirely formed on the back surface (the other plate surface) opposite to the surface on which the patch electrode of the substrate is formed. .
このパッチ電極は、高周波信号伝送用の同軸ケーブルの内部導体とハンダにより導通しており、グランド部は、ハンダにより同軸ケーブルの外部導体と導通している。 The patch electrode is electrically connected to the inner conductor of the coaxial cable for high-frequency signal transmission by solder, and the ground portion is electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable by solder.
このような小型のパッチアンテナは、例えば、有料道路の通行料金を無線通信によって自動的に決済する自動料金収受システム(以下、ETCという)を構成するETC車載器に使用されている。 Such a small patch antenna is used in, for example, an ETC vehicle-mounted device that constitutes an automatic toll collection system (hereinafter referred to as ETC) that automatically pays tolls on toll roads by wireless communication.
ETC車載器のパッチアンテナは、車載状態ではケースに収容された状態で例えば立設されており、電波を車両前方に送信したり、車両前方から受信したりすることができる。 The patch antenna of the ETC on-vehicle device is, for example, erected in a state of being housed in a case in the on-vehicle state, and can transmit radio waves to the front of the vehicle or receive from the front of the vehicle.
このようなETC車載器が取り付けられた車両で有料道路を走行する際(例えば、高速道路のインターチェンジのETCゲートを通過する際)は、このパッチアンテナを用いて、車両のETC車載器とゲート側の通信端末との無線通信によりデータの送受信が行われる。 When traveling on a toll road with a vehicle equipped with such an ETC on-board device (for example, when passing through an ETC gate of an interchange on a highway), this patch antenna is used to connect the ETC on-vehicle device and the gate side of the vehicle. Data is transmitted and received by wireless communication with the communication terminal.
しかしながら、ゲート側の通信端末は車高よりも高い位置に設置されているため、車両がETCゲートを通過する際に、ETC車載器は、走行中の車両からは車両前方かつ車両上方に位置する通信端末と通信しなければならない。 However, since the communication terminal on the gate side is installed at a position higher than the vehicle height, when the vehicle passes through the ETC gate, the ETC on-board unit is positioned in front of the vehicle and above the vehicle from the traveling vehicle. Must communicate with a communication terminal.
従って、パッチアンテナの指向方向がETCゲート側の通信端末に向いていない場合は、データの送受信が良好には行われなくなるおそれがある。 Therefore, when the pointing direction of the patch antenna is not directed to the communication terminal on the ETC gate side, there is a possibility that data transmission / reception may not be performed satisfactorily.
そこで、パッチ電極を基板の中央部分から移動させることで、アンテナの指向方向を制御するパンチアンテナが提案されている。(特許文献1)
しかしながら、アンテナの指向方向を制御しても車がETCゲートを通過する際に、ETCゲート側の通信端末からの電波が、パッチアンテナに直接入るものと、さまざまな物によって反射して入るものがあり、反射波による妨害(マルチパス)が起こり、データの送受信が良好に行われない場合がある。 However, even if the direction of the antenna is controlled, when the car passes through the ETC gate, the radio wave from the communication terminal on the ETC gate side directly enters the patch antenna and the one reflected by various objects. In some cases, interference (multipath) by reflected waves occurs, and data transmission / reception may not be performed well.
この対策として、基板の大きさを変えずに、パッチ電極近傍の誘電率を下げて、パッチ電極だけを大きくして、パッチアンテナの指向性を狭くすることが考えられる。 As a countermeasure, it is conceivable to reduce the dielectric constant in the vicinity of the patch electrode without changing the size of the substrate, to enlarge only the patch electrode, and to narrow the directivity of the patch antenna.
しかし、基板に使用する誘電体の誘電率と送受信したい電波の周波数によってパッチ電極の大きさが決まってしまい、指向性を狭くするためにパッチ電極を大きくできない場合がある。 However, the size of the patch electrode is determined by the dielectric constant of the dielectric used for the substrate and the frequency of the radio wave to be transmitted / received, and the patch electrode may not be made large in order to narrow the directivity.
本発明は、上記事実を考慮して、基板に使用する誘電体の誘電率を考慮することなく指向性を狭くできる無線通信用のスロットアンテナを提供することが課題である。 In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a slot antenna for wireless communication capable of narrowing directivity without considering the dielectric constant of a dielectric used for a substrate.
本発明の請求項1に係るスロットアンテナは、上面に導体膜が形成された誘電体である第一基板と、前記導体膜が剥ぎ取られて形成されると共に、一軸方向へ平行に延びる一対の第一スロットと、前記導体膜が剥ぎ取られて形成されると共に、前記一軸方向と直交する二軸方向へ平行に延びる一対の第二スロットと、を備えることを特徴とする。 A slot antenna according to claim 1 of the present invention is a pair of a first substrate that is a dielectric having a conductor film formed on an upper surface thereof, and a pair of conductor films that are formed by peeling off the conductor film and extending in parallel in a uniaxial direction. A first slot and a pair of second slots formed by peeling off the conductor film and extending in parallel in a biaxial direction orthogonal to the uniaxial direction are provided.
上記構成によれば、パッチアンテナと違い、導体膜を剥ぎ取ってスロットを形成する方式なので、第一基板の誘電率を考慮することなく、一軸方向へ平行に延びる一対の第一スロット間の距離、及び二軸方向へ平行に延びる一対の第二スロット間の距離を広げることができる。このため、一対の第一スロットが互いに電波を強め合い、さらに、一対の第二スロットが互いに電波を強め合い、同一形状の基板を有するパッチアンテナと比較して指向性を狭くすることができる。 According to the above configuration, unlike the patch antenna, since the slot is formed by stripping the conductor film, the distance between the pair of first slots extending in parallel in the uniaxial direction without considering the dielectric constant of the first substrate. And a distance between the pair of second slots extending in parallel in the biaxial direction can be increased. For this reason, the pair of first slots can intensify each other's radio waves, and the pair of second slots can intensify the radio waves from each other, so that the directivity can be narrowed compared to a patch antenna having the same shape substrate.
本発明の請求項2に係るスロットアンテナは、請求項1記載において、前記第一基板の下側に設けられ、上面に前記第一スロット及び前記第二スロットと電界を形成するストリップ導体を備える第二基板と、前記第二基板の下面に設けられたグランド部と、を備えることを特徴とする。 A slot antenna according to a second aspect of the present invention is the slot antenna according to the first aspect, further comprising a strip conductor provided on a lower side of the first substrate and forming an electric field with the first slot and the second slot on an upper surface. Two substrates and a ground part provided on the lower surface of the second substrate are provided.
上記構成によれば、第二基板の上面に設けられたストリップ導体と第一スロット及び第二スロットとの間に電界が形成され、電波を送受信する。 According to the above configuration, an electric field is formed between the strip conductor provided on the upper surface of the second substrate and the first slot and the second slot to transmit and receive radio waves.
ここで、第二基板の下面には、グランド部が設けられているため、第一スロット及び第二スロットが形成される側からの必要な電波のみを送受信することができる。 Here, since the ground portion is provided on the lower surface of the second substrate, only necessary radio waves from the side where the first slot and the second slot are formed can be transmitted and received.
本発明の請求項3に係るスロットアンテナは、請求項1又は2記載において、前記第一基板は矩形状であって、一対の前記第一スロット及び前記第二スロットは、前記第一基板の辺に沿って夫々延びることを特徴とする。 A slot antenna according to a third aspect of the present invention is the slot antenna according to the first or second aspect, wherein the first substrate is rectangular, and the pair of the first slot and the second slot are sides of the first substrate. It is characterized by extending along each.
上記構成によれば、第一基板は矩形状であって、一対の第一スロット及び第二スロットは、第一基板の辺に沿って夫々延びるため、第一基板の形状を有効に利用して、一対の第一スロット間の距離、及び一対の第二スロット間の距離を広げることができ、アンテナの指向性を狭くすることができる。 According to the above configuration, the first substrate has a rectangular shape, and the pair of the first slot and the second slot each extend along the side of the first substrate. Therefore, the shape of the first substrate is effectively used. The distance between the pair of first slots and the distance between the pair of second slots can be increased, and the directivity of the antenna can be reduced.
本発明の請求項4に係るスロットアンテナは、請求項1乃至3何れか1項記載において、車両のETC車載器の無線アンテナに使用されることを特徴とする。 A slot antenna according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to third aspects, the slot antenna is used as a radio antenna of an ETC on-vehicle device of a vehicle.
上記構成によれば、スロットアンテナは車両のETC車載器の無線アンテナに使用されるため、指向性を狭くすることができ、ETCゲートを通過する際に、反射波による妨害(マルチパス)を抑制することができ、これにより、データの送受信を良好に行うことができる。 According to the above configuration, since the slot antenna is used as a radio antenna of the vehicle ETC on-board unit, the directivity can be narrowed, and interference (multipath) due to reflected waves is suppressed when passing through the ETC gate. As a result, data can be transmitted and received satisfactorily.
本発明のスロットアンテナによれば、基板に使用する誘電体の誘電率を考慮することなく指向性を狭くすることができる。 According to the slot antenna of the present invention, the directivity can be narrowed without considering the dielectric constant of the dielectric used for the substrate.
本発明に係るスロットアンテナ10について、図1〜図4に従って説明する。
A
図3に示されるように、スロットアンテナ10には、上面に導体膜である銅箔12が形成された誘電体(本実施形態ではガラスエポキシ)である正方形状の第一基板14が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
また、第一基板14の上面には、この銅箔12が剥ぎ取られて形成され、第一基板14の周辺に沿って一軸方向へ平行に延びる一対の第一スロット16と、一軸方向と直交する二軸方向に平行に延びる一対の第二スロット18が設けられている。
Further, the
詳細には、図1に示されるように、一対の第一スロット16は、第一基板14の対向する一対の辺14Aに沿って夫々延び、同一形状とされている。同様に、一対の第二スロット18は、第一基板14の対向する他の辺14Bに沿って夫々延び、同一形状とされている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the pair of
さらに、第一基板14の下側には、上方から見て、第一スロット16及び第二スロット18と直交する端部20Bを備え、第一スロット16及び第二スロット18と電界を形成する折れ線状のストリップ導体20が、第二基板22(図3参照)の上面に設けられている。
Furthermore, the lower side of the
図3に示されるように、この第二基板22は、第一基板14と同一形状とされ、さらに、第一基板14と同様に誘電体(本実施形態ではガラスエポキシ)で形成されている。
As shown in FIG. 3, the
また、ストリップ導体20には、円孔20Aが設けられ、図2に示されるように、この円孔20Aは、第二基板22の下面に設けられ、膜状の銅箔から形成されたグランド部24と導通する円筒状のスルーホール26と連結されている。なお、このスルーホール26が銅箔12と電気的に絶縁された給電点とされている。
Further, the
また、このグランド部24の下側には、高周波信号伝送用の同軸ケーブル28が設けられている。
A
詳細には、図2、図4に示されるように、同軸ケーブル28の一端部の中心導体30がL字状に折り曲げられ、スルーホール26の内部に挿入され、給電点であるスルーホール26の内壁にハンダで接続されている。さらに、中心導体30を被覆する筒状の誘電体部32の周りには、網状の外部導体34が設けられており、外部導体34は、ハンダでグランド部24に接続されている。
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 4, the
さらに、図3に示されるように、同軸ケーブル28の他端には、コネクタ36が設けられており、このコネクタ36を介してスロットアンテナ10は図示せぬ送受信モジュールと接続されている。
Further, as shown in FIG. 3, a
この送受信モジュールは、電源から電力が供給されるようになっており、同軸ケーブル28を介して送受信モジュールからスロットアンテナ10に給電できるようになっている。さらに、送受信モジュールは、第一スロット16及び第二スロット18が送信及び受信する電波を管理するようになっている。
This transmission / reception module is supplied with electric power from a power source, and can supply power to the
以上の構成から成るスロットアンテナ10によると、パッチアンテナと違い、第一基板14の誘電率を考慮することなく、一対の第一スロット16間の距離(図1に示すL1)、及び一対の第二スロット18間の距離(図1に示すL2)を広げることができる。このため、一対の第一スロット16が互いに電波を強め合い、さらに、一対の第二スロット18が互いに電波を強め合い、同一形状の基板を有するパッチアンテナと比較して指向性を狭くすることができる。
According to the
ここで、パッチアンテナの場合、基板を浮かせることで基板の誘電率を下げ、さらに、パッチ電極を広げることで、指向性を狭くすることが考えられる。しかし、このようなエアサスペンド型のパッチアンテナは、高価なアンテナとなるが、前述したスロットアンテナ10の場合は、一対の第一スロット16間の距離及び一対の第二スロット18間の距離を広げるだけであるため、安価な構成で指向性を狭くすることができる。
Here, in the case of a patch antenna, it is conceivable that the directivity is narrowed by lowering the dielectric constant of the substrate by floating the substrate and further widening the patch electrode. However, such an air suspend type patch antenna is an expensive antenna. In the case of the
また、このスロットアンテナ10の用途としては、有料道路の通行料金を無線通信によって自動的に決済する自動料金収受システム(ETC)を構成するETC車載器の無線アンテナに使用することができる。例えば、高速道路のETCゲート側の通信端末からの電波は、車両に搭載されたETC車載器のアンテナに直接入るものと、さまざまな物によって反射して入るものがあり、反射波による妨害(マルチパス)が起こり、良好な通信状態が確保できなくなる場合がある。
The
しかし、このスロットアンテナ10をETC車載器に使用することで、スロットアンテナ10の指向性を狭くすることができるため、マルチパスを抑制して良好な通信状態を保つことができる。
However, since the directivity of the
また、給電点としてのスルーホール26の位置を変えることで、送受信が可能となる電波の方向性を変えることができ、車内のルームミラーの裏面等に無理なく設置することができる。
Further, by changing the position of the through
また、第二基板22の下面には、膜状のグランド部24が設けられているため、第一スロット16及び第二スロット18が形成された側からの必要な電波のみを送受信することができる。
Further, since the film-
また、第一基板14と第二基板22は、同一材料で形成されているため、第一基板14の線膨張係数と第二基板22の線膨張係数が同一となり、環境温度が変化しても同じように膨張及び収縮する。
In addition, since the
つまり、工場出荷後に、スロットアンテナ10が実装された装置がさらされる環境温度が変化しても、第一基板14と第二基板22が同じように膨張及び収縮するため、互いに無理な応力をかけることがない。このため、環境温度の変化によるスロットアンテナ10の耐久性を向上させることができる。
That is, even if the environmental temperature to which the device on which the
なお、本願発明のスロットアンテナ10を、ETC車載器の一部を構成するアンテナとして説明したが、スロットアンテナ10は、例えば、VICS(道路交通情報通信システム)の受信機の一部を構成するアンテナ、RKE(リモートキーレスエントリー装置)の一部を構成するアンテナ、TPMS(タイヤ空気圧モニタリングシステム)の一部を構成するアンテナ、Bluetoothを利用した無線通信システムの一部を構成するアンテナ等、各種のアンテナとして適用可能である。
Although the
10 スロットアンテナ
12 銅箔(導体膜)
14 第一基板
14A 辺
14B 辺
16 第一スロット
18 第二スロット
20 ストリップ導体
22 第二基板
24 グランド部
10
14
Claims (4)
前記導体膜が剥ぎ取られて形成されると共に、一軸方向へ平行に延びる一対の第一スロットと、
前記導体膜が剥ぎ取られて形成されると共に、
前記一軸方向と直交する二軸方向へ平行に延びる一対の第二スロットと、
を備えることを特徴とするスロットアンテナ。 A first substrate which is a dielectric having a conductor film formed on the upper surface;
A pair of first slots formed by stripping the conductor film and extending parallel to a uniaxial direction;
The conductor film is formed by peeling off,
A pair of second slots extending parallel to a biaxial direction perpendicular to the uniaxial direction;
A slot antenna comprising:
前記第二基板の下面に設けられたグランド部と、
を備えることを特徴とする請求項1記載のスロットアンテナ。 A second substrate provided on a lower side of the first substrate and having a strip conductor forming an electric field with the first slot and the second slot on an upper surface;
A ground portion provided on the lower surface of the second substrate;
The slot antenna according to claim 1, further comprising:
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