JP2015204497A - Linear polarization antenna, circular polarization antenna, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】電極間にアンテナ以外の部品を配置することが可能な小型の直線偏波アンテナや円偏波アンテナ、およびこれらのアンテナを用いた電子機器を提供する。
【解決手段】直線偏波アンテナ1は、第1電極10と、第1電極10のうち互いに異なる部分と向かい合う2つの第2電極20A,20Bと、少なくとも導体を用いて構成され、2つの第2電極20A,20Bを接続する導通線路30とを備える。2つの第2電極20A,20B用の給電点50は導通線路30上に設けられている。
【選択図】図1
A compact linearly polarized antenna and circularly polarized antenna capable of arranging components other than an antenna between electrodes, and an electronic device using these antennas are provided.
A linearly polarized antenna includes a first electrode, two second electrodes facing each other and a conductor, and at least two conductors. And a conductive line 30 connecting the electrodes 20A and 20B. Two feeding points 50 for the second electrodes 20 </ b> A and 20 </ b> B are provided on the conduction line 30.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、直線偏波や円偏波を送信または受信するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for transmitting or receiving linearly polarized waves or circularly polarized waves.
例えば、特許文献1には、誘電体基板と、誘電体基板を挟んで対向するアンテナ放射電極および接地電極とを備えた直線偏波用のパッチアンテナが記載されている。また、特許文献2には、誘電体板と、誘電体板を挟んで対向する平面放射電極および接地電極とを備えた円偏波用のパッチアンテナが記載されている。
For example,
特許文献1,2に記載されたパッチアンテナでは、誘電体板があるため両電極間に他の部品を配置することができない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電極間にアンテナ以外の部品を配置することが可能な小型の直線偏波アンテナや円偏波アンテナ、およびこれらのアンテナを用いた電子機器を提供することを解決課題とする。
In the patch antennas described in
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a compact linearly polarized antenna or circularly polarized antenna capable of arranging components other than an antenna between electrodes, and an electronic device using these antennas. Providing equipment is a problem to be solved.
以上の課題を解決するため、本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナは、第1電極と、前記第1電極のうち互いに異なる部分と向かい合う2つの第2電極と、少なくとも導体を用いて構成され、前記2つの第2電極を接続する導通線路とを備え、前記2つの第2電極用の給電点が前記導通線路に設けられている、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention uses a first electrode, two second electrodes facing different portions of the first electrode, and at least a conductor. And a conduction line connecting the two second electrodes, and a feeding point for the two second electrodes is provided on the conduction line.
以上の構成によれば、導通線路は、少なくとも導体を用いて構成された線路であるから必ず波長短縮率を有する。また、2つの第2電極と両者を接続する導通線路は、第2電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。したがって、導通線路の波長短縮率により、送信または受信する電波の波長を第2電極用のアンテナエレメント上(導通線路上)で短縮することが可能になるから、アンテナを小型化することができる。また、以上の構成によれば、誘電体板をなくすことが可能になるから、第1電極と2つの第2電極との間に他の部品を配置することができる。よって、本発明の第1の態様によれば、電極間にアンテナ以外の部品を配置することが可能な小型の直線偏波アンテナを提供することができる。 According to the above configuration, since the conductive line is a line formed using at least a conductor, it always has a wavelength shortening rate. Further, the two second electrodes and the conductive line connecting the two function as one antenna element for the second electrode. Therefore, since the wavelength of the radio wave to be transmitted or received can be shortened on the antenna element for the second electrode (on the conduction line) by the wavelength shortening rate of the conduction line, the antenna can be miniaturized. Moreover, according to the above structure, since it becomes possible to eliminate a dielectric plate, other components can be arrange | positioned between a 1st electrode and two 2nd electrodes. Therefore, according to the 1st aspect of this invention, the small linearly polarized wave antenna which can arrange | position components other than an antenna between electrodes can be provided.
なお、本発明において、導通線路は少なくとも導体を用いて構成された線路であればよいから、導通線路には、例えば、銅線、同軸ケーブル、ストリップ線路、マイクロストリップ線路等が含まれる。また、導通線路は、異なる種類または同じ種類の導通線路を複数接続して構成されていてもよい。これらは、後述する本発明の第2の態様における第1の導通線路や第2の導通線路、本発明の第3の態様における導通線路、本発明の第4の態様における第1および第2の導通線路、本発明の第5の態様における第1乃至第4の導通線路についても同様である。また、本発明において、例えば、第1電極を接地電極(またはグランド電極)、第2電極を放射電極としてもよいし、第1電極を放射電極、第2電極を接地電極(またはグランド電極)としてもよい。これは後述する本発明の第2乃至第5の態様についても同様である。 In the present invention, the conductive line only needs to be a line configured using at least a conductor, and therefore the conductive line includes, for example, a copper wire, a coaxial cable, a strip line, a microstrip line, and the like. Further, the conductive line may be configured by connecting a plurality of different types or the same type of conductive lines. These are the first conductive line and the second conductive line in the second aspect of the present invention to be described later, the conductive line in the third aspect of the present invention, the first and second in the fourth aspect of the present invention. The same applies to the conductive line and the first to fourth conductive lines in the fifth aspect of the present invention. In the present invention, for example, the first electrode may be a ground electrode (or ground electrode), the second electrode may be a radiation electrode, the first electrode may be a radiation electrode, and the second electrode may be a ground electrode (or ground electrode). Also good. The same applies to the second to fifth aspects of the present invention described later.
また、本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナは、集中定数素子として機能するコイルを2つ備え、前記導通線路には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されている構成であってもよい。
このようにコイルを接続することで、導通線路の両端間のインダクタンス値を大きくすることができるから、第2電極用のアンテナエレメント上(導通線路上)で波長をより短く短縮することが可能になる。したがって、アンテナの更なる小型化が図れる。また、導通線路の両端間のインダクタンス値を大きくすることで、アンテナの共振周波数をより小さい値に設定することもできる。
The linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention includes two coils functioning as lumped constant elements, and the two conductive coils are connected to the conduction line with the feeding point interposed therebetween. It may be a configuration.
By connecting the coils in this way, the inductance value between both ends of the conducting line can be increased, so that the wavelength can be shortened on the antenna element for the second electrode (on the conducting line). Become. Therefore, the antenna can be further reduced in size. Further, the resonance frequency of the antenna can be set to a smaller value by increasing the inductance value between both ends of the conductive line.
また、本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナは、コイルとコンデンサとを含んだ集中定数回路を2つ備え、前記導通線路には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されている構成であってもよい。
集中定数回路に含まれるコイルについては、前述したように、アンテナの更なる小型化が図れるという効果と、アンテナの共振周波数をより小さい値に設定することができるという効果を奏する。また、集中定数回路に含まれるコンデンサについては、インピーダンスマッチングをより正確にとることができるという効果と、指向性の向きを調整することができるという効果を奏する。
The linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention includes two lumped constant circuits including a coil and a capacitor, and the conductive line includes the two lumped constant circuits sandwiching the feeding point. May be connected.
As described above, the coil included in the lumped constant circuit has the effect that the antenna can be further reduced in size and the resonance frequency of the antenna can be set to a smaller value. In addition, the capacitor included in the lumped constant circuit has an effect that impedance matching can be more accurately taken and an effect that the direction of directivity can be adjusted.
また、本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナにおいて、前記2つの第2電極の各々は前記第1電極側に折れ曲がった側面部を有する構成であってもよい。
前述したように本発明の第1の態様によれば、第1電極と2つの第2電極との間にアンテナ以外の部品を配置することが可能になる。しかしながら、第1電極と2つの第2電極との離間間隔を広げると、第1電極や2つの第2電極において一部の電流の向きが逆になる等、電流分布が乱れ、アンテナの送信効率や受信効率が低下してしまう。これに対し、2つの第2電極の各々に第1電極側に折れ曲がった側面部を設けると、第2電極の側面部の先端と第1電極との離間間隔を小さくすることができるから、この部分に電界が集中し、電流分布が乱れることを抑制することができる。したがって、2つの第2電極のうち側面部を除いた部分と第1電極との離間間隔が比較的大きい場合であっても、直線偏波を効率よく送信または受信することができるから、アンテナ以外の部品の実装スペースをより大きく確保することが可能になる。
In the linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention, each of the two second electrodes may have a side surface portion that is bent toward the first electrode.
As described above, according to the first aspect of the present invention, components other than the antenna can be disposed between the first electrode and the two second electrodes. However, if the separation distance between the first electrode and the two second electrodes is increased, the current distribution is disturbed, for example, the direction of a part of the current is reversed in the first electrode and the two second electrodes, and the transmission efficiency of the antenna And reception efficiency decreases. On the other hand, if each of the two second electrodes is provided with a side surface portion that is bent toward the first electrode, the distance between the tip of the side surface portion of the second electrode and the first electrode can be reduced. It is possible to prevent the electric field from concentrating on the portion and disturbing the current distribution. Therefore, even when the spacing between the first electrode and the portion excluding the side surface portion of the two second electrodes is relatively large, linearly polarized waves can be transmitted or received efficiently. It is possible to secure a larger mounting space for the parts.
また、本発明の第2の態様に係る直線偏波アンテナは、2つの第1電極と、前記2つの第1電極の各々と向かい合う2つの第2電極と、少なくとも導体を用いて構成され、前記2つの第1電極を接続する第1の導通線路と、少なくとも導体を用いて構成され、前記2つの第2電極を接続する第2の導通線路とを備え、前記2つの第1電極用の給電点が前記第1の導通線路に設けられ、前記2つの第2電極用の給電点が前記第2の導通線路に設けられている、ことを特徴とする。
以上の構成は、鏡像を利用していないものの本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナと等価であるから、本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナと同様の効果を奏する。
Further, the linearly polarized antenna according to the second aspect of the present invention is configured using two first electrodes, two second electrodes facing each of the two first electrodes, and at least a conductor, A power supply for the two first electrodes, comprising: a first conductive line connecting the two first electrodes; and a second conductive line configured using at least a conductor and connecting the two second electrodes. A point is provided on the first conductive line, and a feeding point for the two second electrodes is provided on the second conductive line.
Although the above configuration is equivalent to the linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention, although the mirror image is not used, the same effect as the linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention is obtained. .
また、本発明の第2の態様に係る直線偏波アンテナにおいて、[1]集中定数素子として機能するコイルを4つ備え、前記第1の導通線路と前記第2の導通線路との各々には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されていてもよいし、[2]コイルとコンデンサとを含んだ集中定数回路を4つ備え、前記第1の導通線路と前記第2の導通線路との各々には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されていてもよいし、[3]前記2つの第2電極の各々は、向かい合う前記第1電極側に折れ曲がった側面部を有する構成であってもよい。 The linearly polarized antenna according to the second aspect of the present invention includes [1] four coils functioning as lumped constant elements, and each of the first conductive line and the second conductive line includes The two coils may be connected across the feeding point. [2] Four lumped constant circuits including a coil and a capacitor are provided, and the first conduction line and the second conduction line are provided. Two lumped constant circuits may be connected to each of the lines across the feeding point. [3] Each of the two second electrodes is bent toward the first electrode facing each other. The structure which has a side part may be sufficient.
また、本発明の第3の態様に係る直線偏波アンテナは、第1電極と、前記第1電極と向かい合う開環状の第2電極と、少なくとも導体を用いて構成され、前記第2電極のうち互いに向かい合う2箇所を接続する導通線路とを備え、前記第2電極用の給電点が前記導通線路に設けられている、ことを特徴とする。
このように開環状の1つの第2電極において互いに向かい合う2箇所を導通線路で接続する構成であっても、小型化の点でやや劣るものの本発明の第1の態様に係る直線偏波アンテナと同様の効果を奏する。なお、開環状とは、輪の一部が切れている形状を指すが、輪(環)の形状は、四角形等の多角形の他、円形や楕円であってもよい。
Further, the linearly polarized antenna according to the third aspect of the present invention includes a first electrode, an open second electrode facing the first electrode, and at least a conductor. A conduction line connecting two locations facing each other, and a feeding point for the second electrode is provided on the conduction line.
In this way, the linearly polarized antenna according to the first aspect of the present invention is slightly inferior in size even if it is configured to connect two locations facing each other with a conductive line in one open second electrode. The same effect is produced. The open ring refers to a shape in which a part of the ring is cut, but the shape of the ring (ring) may be a circle or an ellipse in addition to a polygon such as a quadrangle.
また、本発明の第3の態様に係る直線偏波アンテナにおいても、[1]集中定数素子として機能するコイルを2つ備え、前記導通線路には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されていてもよいし、[2]コイルとコンデンサとを含んだ集中定数回路を2つ備え、前記導通線路には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されていてもよいし、[3]前記開環状の第2電極は前記第1電極側に折れ曲がった側面部を有する構成であってもよい。 The linearly polarized antenna according to the third aspect of the present invention also includes [1] two coils that function as lumped elements, and the conductive line includes two coils that sandwich the feeding point. [2] Even if two lumped constant circuits including a coil and a capacitor are provided, and the two lumped constant circuits are connected to the conduction line across the feeding point Alternatively, [3] the open annular second electrode may have a side surface portion that is bent toward the first electrode.
また、本発明の第4の態様に係る円偏波アンテナは、第1電極と、前記第1電極のうち各々異なる部分と向かい合う4つの第2電極と、少なくとも導体を用いて構成された第1および第2の導通線路とを備え、前記4つの第2電極のうち、2つの第2電極は第1の方向に配列され、残りの2つの第2電極は第2の方向に配列され、前記第1の方向に配列された第2電極同士を結ぶ線分と、前記第2の方向に配列された第2電極同士を結ぶ線分とが交差し、前記第1および第2の導通線路は、両端間のインダクタンスが異なり、一方の導通線路が前記第1の方向に配列された第2電極同士を接続し、他方の導通線路が前記第2の方向に配列された第2電極同士を接続し、前記第1および第2の導通線路が交わる部分に前記4つの第2電極用の給電点が設けられている、ことを特徴とする。 The circularly polarized antenna according to the fourth aspect of the present invention includes a first electrode, a first electrode configured by using at least a conductor and four second electrodes facing different portions of the first electrode. And the second conductive line, of the four second electrodes, two second electrodes are arranged in a first direction, and the remaining two second electrodes are arranged in a second direction, A line segment connecting the second electrodes arranged in the first direction intersects with a line segment connecting the second electrodes arranged in the second direction, and the first and second conductive lines are The inductance between the two ends is different, one conductive line connects the second electrodes arranged in the first direction, and the other conductive line connects the second electrodes arranged in the second direction. And the supply of the four second electrodes at the intersection of the first and second conductive lines. Point is provided, characterized in that.
以上の構成によれば、4つの第2電極とこれらを接続する2本の導通線路は、第2電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。したがって、給電点に給電する電流の大きさが共振周波数から3dBだけ低下する周波数をf1とf2としたとき、第2電極用のアンテナエレメントにおいて、例えば、第1の方向における両端間に流れる電流が周波数f1で共振し、第2の方向における両端間に流れる電流が周波数f2で共振するように2本の導通線路のインダクタンス値を定めることで、円偏波を送信または受信することが可能になる。
また、以上の構成によれば、2本の導通線路の各々は、少なくとも導体を用いて構成された線路であるから必ず波長短縮率を有する。したがって、導通線路の波長短縮率により、送信または受信する電波の波長を第2電極用のアンテナエレメント上(導通線路上)で短縮することが可能になる。つまり、第2電極用のアンテナエレメントにおいて第1の方向の長さと第2の方向の長さをどちらも短縮することができるから、アンテナを小型化することができる。また、以上の構成によれば、誘電体板をなくすことが可能になるから、第1電極と4つの第2電極との間に他の部品を配置することができる。よって、本発明の第4の態様によれば、電極間にアンテナ以外の部品を配置することが可能な小型の円偏波アンテナを提供することができる。
According to the above configuration, the four second electrodes and the two conductive lines connecting them function as one antenna element for the second electrode. Accordingly, through the frequency at which the magnitude of the current feeding to the feeding point is lowered by 3dB from the resonance frequency when the f 1 and f 2, the antenna element for the second electrode, for example, across the first direction By transmitting or receiving circularly polarized waves by determining the inductance values of the two conducting lines so that the current resonates at frequency f 1 and the current flowing between both ends in the second direction resonates at frequency f 2 Is possible.
Further, according to the above configuration, each of the two conductive lines is a line configured using at least a conductor, and therefore always has a wavelength shortening rate. Therefore, the wavelength of the radio wave to be transmitted or received can be shortened on the antenna element for the second electrode (on the conductive line) by the wavelength shortening rate of the conductive line. That is, since the length in the first direction and the length in the second direction can be reduced in the antenna element for the second electrode, the antenna can be reduced in size. Moreover, according to the above structure, since it becomes possible to eliminate a dielectric plate, other components can be arrange | positioned between a 1st electrode and four 2nd electrodes. Therefore, according to the 4th aspect of this invention, the small circular polarized-wave antenna which can arrange | position parts other than an antenna between electrodes can be provided.
なお、本発明において、線分が交差するとは、2つの線分が1点で交わる態様の他に、立体交差のように2つの線分自体が直接交わらないものの1点で重なる態様を含む。また、円偏波アンテナの送信性能や受信性能を高めるためには、第1の方向に配列された第2電極同士を結ぶ線分と、第2の方向に配列された第2電極同士を結ぶ線分とが直交していることが望ましい。これらは後述する本発明の第5の態様に係る円偏波アンテナについても同様である。 In addition, in the present invention, the term “a line segment intersects” includes not only an aspect in which two line segments intersect at one point, but also an aspect in which two line segments themselves do not intersect directly like a three-dimensional intersection but overlap at one point. Further, in order to improve the transmission performance and reception performance of the circularly polarized antenna, a line segment connecting the second electrodes arranged in the first direction and a second electrode arranged in the second direction are connected. It is desirable that the line segment is orthogonal. The same applies to the circularly polarized antenna according to the fifth aspect of the present invention described later.
また、本発明の第4の態様に係る円偏波アンテナは、集中定数素子として機能するコイルを4つ備え、前記第1および第2の導通線路の各々には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されている構成であってもよい。
以上の構成によれば、円偏波アンテナの場合も、アンテナの更なる小型化が図れることに加え、アンテナの共振周波数をより小さい値に設定することができる。
In addition, the circularly polarized antenna according to the fourth aspect of the present invention includes four coils functioning as lumped constant elements, and each of the first and second conductive lines has 2 on both sides of the feeding point. A configuration in which the two coils are connected may be employed.
According to the above configuration, in the case of a circularly polarized antenna, the antenna can be further reduced in size and the resonance frequency of the antenna can be set to a smaller value.
また、本発明の第4の態様に係る円偏波アンテナは、コイルとコンデンサとを含んだ集中定数回路を4つ備え、前記第1および第2の導通線路の各々には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されている構成であってもよい。
以上の構成によれば、円偏波アンテナの場合も、アンテナの更なる小型化や、アンテナの共振周波数をより小さい値に設定することが可能になることに加え、インピーダンスマッチングをより正確にとることや、指向性の向きを調整することができる。
The circularly polarized antenna according to the fourth aspect of the present invention includes four lumped constant circuits including a coil and a capacitor, and each of the first and second conductive lines includes the feeding point. A configuration may be adopted in which the two lumped constant circuits are connected to each other.
According to the above configuration, even in the case of a circularly polarized antenna, the antenna can be further downsized and the resonance frequency of the antenna can be set to a smaller value, and impedance matching can be performed more accurately. And the direction of directivity can be adjusted.
また、本発明の第4の態様に係る円偏波アンテナにおいて、前記4つの第2電極の各々は前記第1電極側に折れ曲がった側面部を有する構成であってもよい。
以上の構成によれば、円偏波アンテナの場合も、アンテナ以外の部品の実装スペースをより大きく確保することが可能になる。
In the circularly polarized antenna according to the fourth aspect of the present invention, each of the four second electrodes may have a side surface portion that is bent toward the first electrode.
According to the above configuration, even in the case of a circularly polarized antenna, it is possible to secure a larger mounting space for components other than the antenna.
また、本発明の第5の態様に係る円偏波アンテナは、互いに向かい合う第1電極および第2電極を4組備えると共に、少なくとも導体を用いて構成された第1乃至第4の導通線路を備え、前記4組の第1電極および第2電極のうち、2組の第1電極および第2電極は第1の方向に配列され、残りの2組の第1電極および第2電極は第2の方向に配列され、前記第1の方向に配列された第1電極同士または第2電極同士を結ぶ線分と、前記第2の方向に配列された第1電極同士または第2電極同士を結ぶ線分とが交差し、前記第1の導通線路は前記第1の方向に配列された第1電極同士を接続し、前記第2の導通線路は前記第2の方向に配列された第1電極同士を接続し、前記第3の導通線路は前記第1の方向に配列された第2電極同士を接続し、前記第4の導通線路は前記第2の方向に配列された第2電極同士を接続し、前記第1および第3の導通線路と、前記第2および第4の導通線路とは、両端間のインダクタンスが異なり、前記第1および第2の導通線路が交わる部分に前記4つの第1電極用の給電点が設けられ、前記第3および第4の導通線路の交わる部分に前記4つの第2電極用の給電点が設けられている、ことを特徴とする。
以上の構成は、鏡像を利用していないものの本発明の第4の態様に係る円偏波アンテナと等価であるから、本発明の第4の態様に係る円偏波アンテナと同様の効果を奏する。
In addition, the circularly polarized antenna according to the fifth aspect of the present invention includes four sets of first and second electrodes facing each other, and includes first to fourth conductive lines configured using at least a conductor. Of the four sets of the first electrode and the second electrode, two sets of the first electrode and the second electrode are arranged in the first direction, and the remaining two sets of the first electrode and the second electrode are the second electrode A line connecting the first electrodes or the second electrodes arranged in the first direction and the first electrode arranged in the first direction, and a line connecting the first electrodes or the second electrodes arranged in the second direction The first conductive line connects the first electrodes arranged in the first direction, and the second conductive line connects the first electrodes arranged in the second direction. And the third conductive line connects the second electrodes arranged in the first direction. The fourth conductive line connects the second electrodes arranged in the second direction, and the first and third conductive lines and the second and fourth conductive lines are between both ends. The four first electrode feed points are provided at the intersections of the first and second conduction lines, and the four second seconds are provided at the intersection of the third and fourth conduction lines. An electrode feeding point is provided.
Since the above configuration is equivalent to the circularly polarized antenna according to the fourth aspect of the present invention, although the mirror image is not used, the same effect as the circularly polarized antenna according to the fourth aspect of the present invention is achieved. .
また、本発明の第5の態様に係る円偏波アンテナにおいても、[1]集中定数素子として機能するコイルを8つ備え、前記第1乃至第4の導通線路の各々には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されていてもよいし、[2]コイルとコンデンサとを含んだ集中定数回路を8つ備え、前記第1乃至第4の導通線路の各々には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されていてもよいし、[3]前記4つの第2電極の各々は、向かい合う前記第1電極側に折れ曲がった側面部を有する構成であってもよい。 The circularly polarized antenna according to the fifth aspect of the present invention also includes [1] eight coils that function as lumped elements, and each of the first to fourth conductive lines includes the feeding point. The two coils may be connected to each other, and [2] eight lumped constant circuits including a coil and a capacitor are provided, and each of the first to fourth conductive lines includes the power feeding The two lumped constant circuits may be connected across a point. [3] Each of the four second electrodes may have a side portion bent toward the first electrode facing each other. Good.
また、本発明に係る電子機器は、上述したいずれかの直線偏波アンテナや円偏波アンテナを備える。例えば、直線偏波アンテナを備える電子機器として、タブレット端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、無線ルータ、携帯電話機やその基地局等を例示することができる。また、円偏波アンテナを備える電子機器として、GPS(Global Positioning System)を利用したナビゲーション装置、GPS衛星からの電波を受信して時刻を補正する機能を備えた腕時計、GPS衛星からの電波を受信して位置や速度を算出して移動距離や移動速度等を計測することが可能な携帯型ランニング機器、衛星携帯電話機、スマートフォン等を例示することができる。なお、電子機器は、直線偏波や円偏波を送信する機器であってもよいし、直線偏波や円偏波を受信する機器であってもよい。 An electronic device according to the present invention includes any one of the above-described linearly polarized antenna and circularly polarized antenna. For example, a tablet terminal, a smart phone, a personal computer, a wireless router, a mobile phone, or a base station thereof can be exemplified as an electronic device including a linearly polarized antenna. In addition, navigation devices that use GPS (Global Positioning System), wristwatches that have a function of receiving radio waves from GPS satellites and correcting the time, and receiving radio waves from GPS satellites as electronic devices equipped with circularly polarized antennas Examples thereof include a portable running device, a satellite mobile phone, and a smartphone that can calculate the position and speed and measure the moving distance and moving speed. The electronic device may be a device that transmits linearly polarized waves or circularly polarized waves, or a device that receives linearly polarized waves or circularly polarized waves.
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、図面において各部の寸法の比率は実際のものと適宜異なる。
<A.第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る直線偏波用のアンテナ1の構造を示す斜視図である。アンテナ1は、接地電極10と、2つの放射電極20A,20Bと、導通線路30とを備える。また、接地電極10上には給電点40が、導通線路30上には給電点50が設けられており、給電点40,50には送信回路100が接続されている。接地電極10および放射電極20A,20Bは、いずれも金属等の導体で構成された長方形状の平板である。放射電極20Aは、接地電極10のうち図中左側の端部と向かい合う位置に、また、放射電極20Bは、接地電極10のうち図中右側の端部と向かい合う位置に配置されている。このように2つの放射電極20A,20Bは、X軸方向に配列されており、接地電極10のうち互いに異なる部分と向かい合っている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the ratio of dimensions of each part is appropriately different from the actual one.
<A. First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a linearly
なお、図1において、X軸は接地電極10の長辺が延在する方向に延びる軸であり、Y軸は接地電極10の短辺が延在する方向に延びる軸であり、Z軸はX軸およびY軸に対して垂直な方向に延びる軸である。また、図示を省略しているが、アンテナ1を構成する各要素は、絶縁材料で構成された支持部材により支持されている。
In FIG. 1, the X axis is an axis extending in the direction in which the long side of the
導通線路30は、X軸方向に延在し、2つの放射電極20A,20Bを接続している。導通線路30は、例えば、銅線,同軸ケーブル,ストリップ線路,マイクロストリップ線路等である。このように導通線路30は、少なくとも導体を用いて構成された線路であるから、その値の大小は別として必ず波長短縮率を有する。波長短縮率kは、自由空間における1波長の長さをλ0とし、導通線路30上における1波長の長さをλkとしたとき、k=λk/λ0になる(0<k<1)。
The
なお、導通線路30の波長短縮率は、使用する導通線路30の種類や材質等によって異なる。例えば、導通線路30が銅線の場合は、銅線の太さで波長短縮率が異なる。また、導通線路30が同軸ケーブルの場合は、芯線(内部導体)の太さや材質、網線(外部導体)の形状や材質、芯線の周囲を覆う絶縁層や外皮の材質,厚さ等によって波長短縮率が異なる。また、導通線路30がマイクロストリップ線路の場合は、プリント基板(誘電体基板)の材質や厚さ、プリント基板上に形成された導通パターンの材質,幅,厚さ等によって波長短縮率が異なる。また、本実施形態において、2つの放射電極20A,20Bと両者を接続する導通線路30は、同一のXY平面上に設けられており、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する
Note that the wavelength shortening rate of the
送信回路100は、送信信号を生成する回路であり、交流電圧源を含む。送信回路100は、送信信号として、給電点40にグランド電位(例えば地面と同電位)を、給電点50に高周波電位を給電する。これにより導通線路30と、2つの放射電極20A,20Bと、接地電極10とに電流(高周波電流)が流れる。このように給電点40,50は、アンテナ1に対して送信信号を給電する位置である。また、接地電極10上に設けられた給電点40は、接地電極10用の給電点であり、導通線路30上に設けられた給電点50は、2つの放射電極20A,20B用の給電点である。
The
なお、図1に示したアンテナ1は送信用のアンテナであるが、このアンテナ1を受信用のアンテナとして利用することもできる。この場合、送信回路100の代わりに受信回路を設ければよい。また、受信用のアンテナの場合、給電点40,50は、アンテナ1から受信信号を取り出す位置、すなわちアンテナ1が捕らえた電波により発生した高周波電力を受信回路に取り出す位置になる。
Although the
図2は、従来の方形パッチアンテナ(直線偏波用)の放射電極を示す図である。方形パッチアンテナは、誘電体板と、誘電体板の一方の表面に形成された放射電極と、誘電体板の他方の表面に形成された接地電極とを備える。また、同図に示すように放射電極の共振方向(X軸方向)の長さは、このアンテナの共振周波数における1波長の長さをλとしたとき、1/2λ(またはその整数倍)になる。 FIG. 2 is a diagram showing a radiation electrode of a conventional rectangular patch antenna (for linearly polarized waves). The rectangular patch antenna includes a dielectric plate, a radiation electrode formed on one surface of the dielectric plate, and a ground electrode formed on the other surface of the dielectric plate. Also, as shown in the figure, the length of the radiation electrode in the resonance direction (X-axis direction) is ½λ (or an integral multiple thereof), where λ is the length of one wavelength at the resonance frequency of this antenna. Become.
方形パッチアンテナでは誘電体板を用いて波長短縮を行っている。例えば、誘電体板がない場合、共振周波数を1.5[GHz]とすると、放射電極の共振方向の長さとして約10cmが必要になる(光速/共振周波数/2)。これに対し、誘電体板を用いて波長短縮を行うと、誘電体板の比誘電率をεrとしたとき、放射電極の共振方向の長さを1/√εrに短縮することができるから、例えば比誘電率εrが100であれば、放射電極の共振方向の長さを1/10(約1cm)にすることができる。 A rectangular patch antenna uses a dielectric plate to shorten the wavelength. For example, when there is no dielectric plate, if the resonance frequency is 1.5 [GHz], about 10 cm is required as the length in the resonance direction of the radiation electrode (light speed / resonance frequency / 2). On the other hand, when the wavelength is shortened using the dielectric plate, the length of the radiation electrode in the resonance direction can be shortened to 1 / √ε r when the relative dielectric constant of the dielectric plate is ε r. For example, if the relative permittivity ε r is 100, the length of the radiation electrode in the resonance direction can be reduced to 1/10 (about 1 cm).
また、図2に示す放射電極において●印で示す位置に給電を行うとX軸方向やY軸方向に電流が流れるが、放射電極における電流の分布は均一でなく、中央部に比べ周縁部の電流密度が高い。このため放射電極の四方の端部に磁流が流れる。また、図2の放射電極において、図中左右の端部には1/2λの定在波が立って共振することに加え、●印で示す給電点は放射電極のうち中央より右側に設けられている。したがって、直線偏波の放射に大きく寄与する磁流は、放射電極の図中右側の端部に流れる磁流となり、この磁流を波源として電波(直線偏波)が放射される。このように従来の方形パッチアンテナ(図2)において直線偏波の送信や受信に寄与する部分は、共振方向(X軸方向)の両端に位置する左右の端部になる。 In addition, when power is supplied to the position indicated by ● in the radiation electrode shown in FIG. 2, current flows in the X-axis direction and the Y-axis direction, but the current distribution in the radiation electrode is not uniform, and the peripheral portion of the radiation electrode is smaller than the central portion. High current density. For this reason, a magnetic current flows through the four ends of the radiation electrode. In addition, in the radiation electrode of FIG. 2, in addition to the 1 / 2λ standing wave standing and resonating at the left and right ends in the figure, the feeding point indicated by ● is provided on the right side of the center of the radiation electrode. ing. Therefore, the magnetic current that greatly contributes to the radiation of the linearly polarized wave becomes a magnetic current that flows at the right end of the radiation electrode in the figure, and radio waves (linearly polarized waves) are radiated using this magnetic current as a wave source. Thus, in the conventional rectangular patch antenna (FIG. 2), the portions contributing to transmission and reception of linearly polarized waves are the left and right end portions located at both ends in the resonance direction (X-axis direction).
図3は、Z軸方向とは反対側の方向から見たときのアンテナ1の平面図である。同図において、端点P1は放射電極20Aの左端に、端点P2は放射電極20Bの右端に設けられている。また、給電点40,50の位置は、接地電極10の中心以外に設けられている。アンテナ1の共振周波数における1波長の長さをλとしたとき、アンテナ1の共振方向(X軸方向)の長さ、すなわち端点P1,P2間のX軸方向の距離は、1/2λ(またはその整数倍)になる。このようにアンテナの共振方向の長さが1/2λになる点は、従来の方形パッチアンテナと同じである。
FIG. 3 is a plan view of the
前述したように方形パッチアンテナ(図2)において直線偏波の送信や受信に寄与する部分は、共振方向(X軸方向)の両端に位置する左右の端部になる。そこで、本実施形態に係るアンテナ1では、図3に示すように、アンテナ1の共振方向(X軸方向)の両端に位置する図中左右の端部の部分だけを放射電極20A,20Bとして残し、それ以外の部分を取り除いている。
As described above, in the rectangular patch antenna (FIG. 2), the portions contributing to transmission and reception of linearly polarized waves are the left and right end portions located at both ends of the resonance direction (X-axis direction). Therefore, in the
また、従来の方形パッチアンテナでは、誘電体板による波長短縮によってアンテナの共振方向の長さを短縮している。つまり、誘電体板の比誘電率εrによって、誘電体板の内部や表面における波長(電気長)を、自由空間における波長(物理長)よりも短縮している。例えば、自由空間における1波長の長さをλ0とすると、誘電体板の内部や表面における1波長の長さλgは、λ0/√εrになる。 Further, in the conventional rectangular patch antenna, the length in the resonance direction of the antenna is shortened by shortening the wavelength by the dielectric plate. That is, the wavelength (electric length) in the dielectric plate and on the surface thereof is shortened from the wavelength (physical length) in free space due to the dielectric constant ε r of the dielectric plate. For example, assuming that the length of one wavelength in free space is λ 0 , the length λ g of one wavelength inside or on the surface of the dielectric plate is λ 0 / √ε r .
これに対し、本実施形態に係るアンテナ1では、2つの放射電極20A,20Bを接続する導通線路30の波長短縮率によってアンテナ1の共振方向(X軸方向)の長さを短縮している。つまり、導通線路30の波長短縮率によって、導通線路30上における波長(電気長)を、自由空間における波長(物理長)よりも短縮している。前述した波長短縮率kの式(k=λk/λ0)からも明らかとなるように、導通線路30上における1波長の長さλkは、λ0×kになる(0<k<1)。
On the other hand, in the
なお、以上の説明から明らかとなるように、図2に記載している1/2λは、正確には1/2λgになる。また、図3に記載している1/2λは、両端に放射電極20A,20Bが存在するので厳密には1/2λkとはならないが、これに近い値になり、導通線路30上での電気長を考慮した値になる。
Note that, as will be apparent from the above description, 1/2 [lambda] which are described in FIG. 2 will 1/2 [lambda] g is exactly. Also, 1/2 [lambda] which are described in FIG. 3, the
また、図3において、端点P1から導通線路30を介して端点P2に至るまでの経路のインダクタンスと、アンテナ1の共振周波数とは、おおむね反比例の関係を有する。したがって、所望の共振周波数が得られるように導通線路30のインダクタンス値を定めてやればよい。なお、導通線路30のインダクタンス値は、例えば使用する導通線路30の種類や長さ、材質等を変えることで調整可能である。
In FIG. 3, the inductance of the path from the end point P1 to the end point P2 via the
例えば、導通線路30が銅線の場合は、線径を小さくするほど単位長さ当たりのインダクタンス値が大きくなるから、銅線の長さを変えなくてもその太さを変えることでインダクタンス値を調整することができる。また、導通線路30が同軸ケーブルの場合は、芯線の太さや材質、網線の形状や材質、絶縁層や外皮の材質,厚さ等を変えることで、また、導通線路30がマイクロストリップ線路の場合は、プリント基板の材質や厚さ、導通パターンの材質,幅,厚さ等を変えることで、導通線路30の種類や長さを変えなくてもインダクタンス値を調整することができる。
For example, when the
図4は、端点P1,端点P2における電圧の波形を示すグラフである。なお、縦軸は電圧の振幅であり、横軸は時間である。同図から明らかとなるように端点P1の電圧VAと端点P2の電圧VBとの位相差は180°になる。このようにアンテナの共振方向における両端の電圧が逆相になる点は、従来の方形パッチアンテナでも同様である。したがって、本実施形態に係るアンテナ1と、従来の方形パッチアンテナ(図2)とでは、アンテナの共振方向の長さが1/2λになる点や、アンテナの共振方向における両端の電圧が逆相になる点で共通している。
FIG. 4 is a graph showing voltage waveforms at the end point P1 and the end point P2. The vertical axis represents voltage amplitude and the horizontal axis represents time. As is apparent from the figure, the phase difference between the voltage V A at the end point P1 and the voltage V B at the end point P2 is 180 °. The point that the voltages at both ends in the resonance direction of the antenna are in opposite phases is the same as in the conventional rectangular patch antenna. Therefore, in the
よって、本実施形態に係るアンテナ1は、基本的に従来の方形パッチアンテナと同様の原理で直線偏波を送信または受信する。例えば、直線偏波を送信する場合を例に説明すると、給電点40,50に給電を行うことで、図3において放射電極20Aの左側の端部と放射電極20Bの右側の端部に1/2λの定在波が立って共振する。また、図3において給電点50は中央より右側に設けられているから、直線偏波の放射に大きく寄与する磁流は、放射電極20Bの右側の端部に流れる磁流となり、この磁流を波源として電波(直線偏波)が放射される。
Therefore, the
以上説明したように本実施形態によれば、導通線路30は、少なくとも導体を用いて構成された線路であるから、その値の大小は別として必ず波長短縮率を有する。また、2つの放射電極20A,20Bと両者を接続する導通線路30は、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。したがって、導通線路30の波長短縮率により、送信または受信する電波の波長を放射電極用のアンテナエレメント上(導通線路30上)で短縮することが可能になるから、アンテナ1を小型化することができる。また、誘電体板が不要であるから、接地電極10と2つの放射電極20A,20Bとの間に、例えば図1に示した送信回路100等、他の部品を配置することが可能になる。また、放射電極20Aと放射電極20Bとの間の部分にも、アンテナ1以外の部品を配置することが可能である。よって、電極間にアンテナ1以外の部品を配置することが可能な小型の直線偏波アンテナを提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、誘電体板が不要であるので、アンテナ1の重量や製造コストを低減できることに加え、誘電体の損失(tanδ)により送信効率や受信効率が低下することもないので、直線偏波を効率よく送信または受信することができる。
Further, according to the present embodiment, since the dielectric plate is unnecessary, the weight and the manufacturing cost of the
なお、図5は、第1実施形態の変形例に係るアンテナ1’の構造を示す斜視図である。図1に示したアンテナ1は、鏡像を利用して構成の簡素化を図っており、図5に示すアンテナ1’と等価である。接地電極10の面積が比較的大きい場合は、図1に示したように接地電極10の近くに放射電極用のアンテナエレメント(2つの放射電極20A,20Bおよび導通線路30)を設けることで、このアンテナエレメントの鏡像が接地電極10上に作成される。図1と図5を比較すると明らかになるように、第1実施形態に係るアンテナ1は、鏡像を利用して接地電極10や導通線路30の個数を減らしているので、アンテナ1の構成を簡素化することができる。但し、接地電極10の面積が十分に確保できず、鏡像を利用することができない場合等は、図5に示す構成にする必要がある。
FIG. 5 is a perspective view showing a structure of an
図5に示すアンテナ1’は、2つの接地電極10A,10Bと、2つの放射電極20A,20Bと、2本の導通線路30A,30Bとを備える。接地電極10Aと放射電極20A、接地電極10Bと放射電極20Bは、各々向かい合っている。したがって、アンテナ1’は、互いに向かい合う接地電極と放射電極のペアを2組備える。また、接地電極10Aと放射電極20Aのペアと、接地電極10Bと放射電極20Bのペアは、X軸方向に配列されている。
The antenna 1 'shown in FIG. 5 includes two
2本の導通線路30A,30Bの各々は、前述した導通線路30と同じであり、少なくとも導体を用いて構成された線路である。2本の導通線路30A,30BはいずれもX軸方向に延在しており、導通線路30Aは2つの接地電極10A,10Bを接続し、導通線路30Bは2つの放射電極20A,20Bを接続している。なお、2本の導通線路30A,30Bの波長短縮率やインダクタンス値は同じであり、インダクタンス値については前述したように所望の共振周波数が得られるように定められる。また、2つの接地電極10A,10Bと両者を接続する導通線路30Aは、接地電極用の1つのアンテナエレメントとして機能し、2つの放射電極20A,20Bと両者を接続する導通線路30Bは、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。
Each of the two
導通線路30A上には2つの接地電極10A,10B用の給電点40’が、導通線路30B上には2つの放射電極20A,20B用の給電点50が設けられており、給電点40’,50には送信回路100が接続されている。給電点40’,50は、アンテナ1’に対して送信信号を給電する位置であるが、このアンテナ1’を受信用のアンテナとして利用する場合は、送信回路100の代わりに受信回路を設ければよく、その場合、給電点40’,50は、アンテナ1’から受信信号を取り出す位置になる。以上の構成であっても、第1実施形態に係るアンテナ1(図1)と等価であるから、鏡像を利用したことによる効果を除き、第1実施形態に係るアンテナ1と同様の効果を奏する。
Two feed points 40 'for the
<B.第2実施形態>
次に第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、説明を適宜省略している。
<B. Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図6は、第2実施形態に係る直線偏波用のアンテナ2の構造を示す斜視図である。アンテナ2は、4つの接地電極11A〜11Dと、4つの放射電極21A〜21Dと、4本の導通線路31A〜31Dと、8つのチップコイル60とを備える。また、導通線路31Aと導通線路31Bとの交点には給電点41が、導通線路31Cと導通線路31Dとの交点には給電点51が設けられており、給電点41,51には送信回路100が接続されている。
FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the linearly
本実施形態に係るアンテナ2が図5に示したアンテナ1’と相違するのは、[1]図5に示したアンテナ1’の各要素をX軸方向だけでなくY軸方向にも配置している点、[2]4本の導通線路31A〜31Dの各々に2つずつチップコイル60を接続している点、[3]4つの放射電極21A〜21Dの各々に側面を設けている点である。以下にこれらの相違点を中心に本実施形態に係るアンテナ2について説明する。
The
接地電極11A〜11Dおよび放射電極21A〜21Dは、いずれも金属等の導体で構成されている。接地電極11A〜11Dの各々が長方形状の平板であるのに対し、放射電極21A〜21Dの各々は、L字型に折れ曲がっており、XY平面上に延在する長方形状の部分(以下、「上面」と記載する)と、XZ平面上またはYZ平面上に延在する長方形状の部分(以下、「側面」と記載する)とで構成されている。なお、図6には、上面に対して側面が直角に折れ曲がっている態様を例示しているが、側面は接地電極11A〜11D側に折れ曲がっていればよく、上面と側面との交差角が直角である態様に限られない。
Each of the
放射電極21Aの上面と接地電極11A、放射電極21Bの上面と接地電極11B、放射電極21Cの上面と接地電極11C、放射電極21Dの上面と接地電極11Dは、各々向かい合っている。また、放射電極21Aと接地電極11Aのペアと、放射電極21Cと接地電極11Cのペアは、X軸方向に配列されており、放射電極21Dと接地電極11Dのペアと、放射電極21Bと接地電極11Bのペアは、Y軸方向に配列されている。
The upper surface of the
4本の導通線路31A〜31Dの各々は、前述した導通線路30と同じであり、少なくとも導体を用いて構成された線路である。導通線路31Aは、X軸方向に配列された2つの接地電極11A,11Cを接続し、導通線路31Bは、Y軸方向に配列された2つの接地電極11D,11Bを接続している。また、導通線路31Cは、X軸方向に配列された2つの放射電極21A,21Cを接続し、導通線路31Dは、Y軸方向に配列された2つの放射電極21D,21Bを接続している。
Each of the four
導通線路31Aと導通線路31Bは1箇所で交わり、その交点に給電点41が設けられている。同様に、導通線路31Cと導通線路31Dも1箇所で交わり、その交点に給電点51が設けられている。送信回路100は、給電点41にグランド電位を、給電点51に高周波電位を給電する。このように給電点41,51は、アンテナ2に対して送信信号を給電する位置である。また、給電点41は4つの接地電極11A〜11D用の給電点であり、給電点51は4つの放射電極21A〜21D用の給電点である。なお、このアンテナ2を受信用のアンテナとして利用する場合は、送信回路100の代わりに受信回路を設ければよく、その場合、給電点41,51は、アンテナ2から受信信号を取り出す位置になる。
The
導通線路31Aと導通線路31Bの各々には、給電点41を挟んで2つのチップコイル60が直列に接続されている。また、導通線路31Cと導通線路31Dの各々にも、給電点51を挟んで2つのチップコイル60が直列に接続されている。チップコイル60は、プリント基板上に表面実装することが可能なチップ型のコイルであり、1辺の長さは数ミリ以下である。例えば、アンテナ2の共振周波数が1.5[GHz]の場合、1波長の長さは約20cmになるから(光速/共振周波数)、この1波長の長さに対してチップコイル60の大きさは無視できるほど小さい。したがって、チップコイル60は集中定数素子として機能する。
Two chip coils 60 are connected in series to each of the
また、本実施形態において、4つの接地電極11A〜11Dと、これらを接続する2本の導通線路31A,31Bと、この2本の導通線路31A,31Bに接続された4つのチップコイル60は、同一のXY平面上に設けられており、接地電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。同様に、4つの放射電極21A〜21Dと、これらを接続する2本の導通線路31C,31Dと、この2本の導通線路31C,31Dに接続された4つのチップコイル60も、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。
In the present embodiment, the four
図7は、Z軸方向とは反対側の方向から見たときのアンテナ2の平面図である。同図において、端点P11は放射電極21Aの左端に、端点P12は放射電極21Bの下端に、端点P13は放射電極21Cの右端に、端点P14は放射電極21Dの上端に設けられている。また、XY平面におけるアンテナ2の形状は図中に破線で示すように正方形であるが、給電点41,51の位置は正方形の中心以外に設けられている。なお、図中に括弧書で記載しているように、Z軸方向からアンテナ2を見たときの、4つの接地電極11A〜11Dと、2本の導通線路31A,31Bと、この2本の導通線路31A,31Bに接続された4つのチップコイル60の配置も図7と同様になる。
FIG. 7 is a plan view of the
前述したように本実施形態に係るアンテナ2は、図5に示したアンテナ1’の各要素をX軸方向だけでなくY軸方向にも配置している。したがって、アンテナ2の共振方向は、X軸方向とY軸方向の両方になる。よって、アンテナ2の共振周波数における1波長の長さをλとしたとき、アンテナ2のX軸方向の長さとY軸方向の長さは、図7に示すようにどちらも1/2λ(またはその整数倍)になる。なお、アンテナ2のX軸方向の長さは、端点P11,P13間のX軸方向の距離であり、アンテナ2のY軸方向の長さは、端点P14,P12間のY軸方向の距離である。また、図7に記載している1/2λが、正確には導通線路31A〜31D上での電気長を考慮した値でなければならない点は、第1実施形態で述べた通りである。
As described above, in the
また、本実施形態では、アンテナ2のX軸方向の長さを、2つのチップコイル60が接続された導通線路31C,31Aの波長短縮率によって短縮している。また、アンテナ2のY軸方向の長さを、2つのチップコイル60が接続された導通線路31D,31Bの波長短縮率によって短縮している。前述した第1実施形態では、チップコイル60を使用せずに導通線路30だけでインダクタンス値の調整を行っているので、インダクタンス値を調整する際には、導通線路30の種類や長さ、導通線路30を構成する各要素の材質や寸法等を変える必要がある。しかしながら、このように導通線路30の調整だけでインダクタンス値を大きな値にすることには限界がある。また、導通線路30を構成する各要素の材質や寸法等を変えることは、容易な調整方法ではない。
In the present embodiment, the length of the
そこで、本実施形態では、集中定数素子として機能するチップコイル60を導通線路31A〜31Dの各々に接続することで、インダクタンス値を容易に大きな値に変更できるようにしている。また、このように導通線路31A〜31Dの両端間のインダクタンス値を大きな値にすることができると、第1に、導通線路31A〜31Dの波長短縮率の値(k=λk/λ0)を小さくすることができるから、導通線路31A〜31D上における波長(電気長)をより短く短縮することが可能になる。したがって、アンテナ2の共振方向(X軸方向およびY軸方向)の長さをより小さくすることができる。また、第2に、チップコイル60を使用していない場合に比べ、アンテナ2の共振周波数をより小さい値に設定することが可能になる。
Therefore, in this embodiment, the inductance value can be easily changed to a large value by connecting the
なお、本実施形態に係るアンテナ2において、4本の導通線路31A〜31Dの両端間のインダクタンス値は全て同じであってよい。つまり、8つのチップコイル60のインダクタンス値や、4本の導通線路31A〜31Dの種類や長さ等は、基本的に全て同じであってよい。また、本実施形態においてもアンテナ2の共振方向における両端の電圧は逆相になる。すなわち端点P11の電圧と端点P13の電圧や、端点P12の電圧と端点P14の電圧は、位相差が180°になる。
In the
図8は、チップコイル60のインダクタンス値Lと、アンテナ2の共振周波数fとの関係を示すグラフである。なお、同図に示すグラフは、アンテナ2の各要素の寸法や材質等を電磁界シミュレータに設定してシミュレーションを行うことで得られた、1つのチップコイル60のインダクタンス値Lと、アンテナ2の共振周波数fとの関係を示すグラフである。同図から明らかとなるように、チップコイル60のインダクタンス値Lと、アンテナ2の共振周波数fとは、おおむね反比例の関係を有する。したがって、所望の共振周波数fが得られるようにチップコイル60のインダクタンス値Lを決定すればよい。例えば、共振周波数fを2.7[GHz]にする場合は、400[nH]のチップコイル60を使用すればよい。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the inductance value L of the
図9は、放射電極21Aと接地電極11Aの電流分布を示す図である。なお、同図に示す電流分布も電磁界シミュレータによって得られたものである。前述したように放射電極21Aは、XY平面上に延在する長方形状の上面と、YZ平面上に延在する長方形状の側面とで構成されている。同図に示すように、放射電極21Aの上面や接地電極11Aには放射状に電流が流れ、放射電極21Aの側面にはZ軸方向に電流が流れる。したがって、放射電極21Aの側面の部分に磁流が発生し、この磁流を波源として電波(直線偏波)が放射される。
FIG. 9 is a diagram showing a current distribution of the
なお、4つの放射電極21A〜21Dの各々に側面を設けない構成とすることも可能であるが、この場合、放射電極21A〜21Dと接地電極11A〜11Dとの離間間隔が大きくなると、放射電極21A〜21Dや接地電極11A〜11Dにおいて一部の電流の向きが逆になる等、電流分布が乱れ、アンテナの送信効率や受信効率が低下してしまう。
Although it is possible to adopt a configuration in which each of the four
これに対し、放射電極21A〜21Dの各々に側面を設けると、放射電極21A〜21Dの側面の先端と、接地電極11A〜11Dとの離間間隔を小さくすることができるから、この部分に電界が集中し、電流分布が乱れることを抑制することができる。したがって、放射電極21A〜21Dの上面と接地電極11A〜11Dとの離間間隔が比較的大きい場合であっても、直線偏波を効率よく送信または受信することができる。つまり、側面を設けない場合に比べ、放射電極21A〜21Dの上面と接地電極11A〜11Dとの離間間隔を広くとることができるから、アンテナ2以外の部品の実装スペースをより大きく確保することが可能になる。
On the other hand, if each of the
以上説明したように本実施形態によれば、4つの導通線路31A〜31Dの各々には、給電点41,51を挟んで2つのチップコイル60が直列に接続されていので、導通線路31A〜31D上における波長(電気長)をより短く短縮することが可能になる。したがって、図1や図5に示したアンテナ1,1’と比較した場合に、アンテナ2を更に小型化することができると共に、共振周波数をより小さい値に設定することが可能になる。また、本実施形態によれば、放射電極21A〜21Dの各々に側面を設けることで、放射電極21A〜21Dの上面と接地電極11A〜11Dとの離間間隔が比較的大きい場合であっても直線偏波を効率よく送信または受信することができるから、アンテナ2以外の部品の実装スペースをより大きく確保することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, since the two
また、直線偏波アンテナの場合、送信側と受信側の両方のアンテナで偏波面を一致させないと通信効率が低下する。例えば、送信側と受信側で偏波面が90°異なると直線偏波を全く受信することができなくなるが、本実施形態によれば、偏波面が直交する2つの直線偏波を送信または受信することができるので、アンテナ2の向きの自由度を高めることができ、また、図1や図5に示したアンテナ1,1’のように偏波面の向きが1つの場合に比べ、偏波面が一致しなくても比較的高い利得で直線偏波を送信または受信することができる。これは、特に、機器自体の向きが使用状況等によって様々に変わるモバイル機器やウェアラブル機器等に搭載する直線偏波アンテナとして有益である。
In the case of a linearly polarized antenna, communication efficiency decreases unless the planes of polarization are matched between the antennas on both the transmission side and the reception side. For example, if the plane of polarization differs 90 ° between the transmission side and the reception side, linearly polarized waves cannot be received at all. However, according to the present embodiment, two linearly polarized waves having orthogonal planes of polarization are transmitted or received. Therefore, the degree of freedom of the direction of the
<C.第3実施形態>
図10は、第3実施形態に係る円偏波用のアンテナ3の構造を示す斜視図である。第1実施形態に係るアンテナ1や第2実施形態に係るアンテナ2が直線偏波アンテナであったのに対し、本実施形態に係るアンテナ3は円偏波アンテナである。アンテナ3は、接地電極12と、4つの放射電極22A〜22Dと、2本の導通線路32A,32Bとを備える。また、接地電極12上には給電点42が、2本の導通線路32A,32Bの交点には給電点52が設けられており、給電点42,52には送信回路100が接続されている。なお、アンテナ3のサイズは、例えば、40mm(X軸方向)×40mm(Y軸方向)×8mm(Z軸方向)である。
<C. Third Embodiment>
FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the circularly
接地電極12および放射電極22A〜22Dは、いずれも金属等の導体で構成されている。接地電極12が正方形状の平板であるのに対し、4つの放射電極22A〜22Dは、いずれも長方形状の平板であり、接地電極12のうち互いに異なる部分と向かい合っている。また、放射電極22Aと放射電極22CはX軸方向に配列されており、放射電極22Dと放射電極22BはY軸方向に配列されている。したがって、放射電極22A,22Cの配列方向と、放射電極22D,22Bの配列方向は直交している。また、放射電極22A,22Cを結ぶ線分(導通線路32A)と、放射電極22D,22Bを結ぶ線分(導通線路32B)も直交している。
The
2本の導通線路32A,32Bの各々は、前述した導通線路30と同じであり、少なくとも導体を用いて構成された線路である。導通線路32Aは、X軸方向に配列された2つの放射電極22A,22Cを接続し、導通線路32Bは、Y軸方向に配列された2つの放射電極22D,22Bを接続している。また、2本の導通線路32A,32Bは両端間のインダクタンス値が異なる。なお、本実施形態においても、4つの放射電極22A〜22Dと、これらを接続する2本の導通線路32A,32Bは、同一のXY平面上に設けられており、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。
Each of the two
2本の導通線路32A,32Bは1箇所で交わり、その交点に給電点52が設けられている。送信回路100は、給電点42にグランド電位を、給電点52に高周波電位を給電する。このように給電点42,52は、アンテナ3に対して送信信号を給電する位置である。また、給電点42は接地電極12用の給電点であり、給電点52は4つの放射電極22A〜22D用の給電点である。なお、このアンテナ3を受信用のアンテナとして利用する場合は、送信回路100の代わりに受信回路を設ければよく、その場合、給電点42,52は、アンテナ3から受信信号を取り出す位置になる。
The two
図11は、従来の円偏波方形パッチアンテナ(一点給電方式)の放射電極を示す図である。一点給電方式の円偏波方形パッチアンテナは、二点給電方式の場合と異なり、90°の位相差を有する2つの電流を生成するハイブリッド回路が不要である。また、図11に示す放射電極は、X軸方向の長さが2aで、Y軸方向の長さが2b(2a−Δa×2)となる長方形である。一点給電方式の円偏波方形パッチアンテナでは、電流の大きさが共振周波数f0から3dBだけ低下する周波数をf1とf2としたとき(f1<f0<f2)、周波数f1の電流が周波数f2の電流より位相が90°だけ遅れること、すなわち両者の位相差が90°になることを利用する。 FIG. 11 is a diagram showing a radiation electrode of a conventional circularly polarized rectangular patch antenna (single point feeding method). Unlike the case of the two-point feeding method, the circularly polarized rectangular patch antenna of the one-point feeding method does not require a hybrid circuit that generates two currents having a phase difference of 90 °. Moreover, the radiation electrode shown in FIG. 11 is a rectangle whose length in the X-axis direction is 2a and whose length in the Y-axis direction is 2b (2a−Δa × 2). In the circularly polarized rectangular patch antenna of the single-point feeding method, when the frequency at which the magnitude of the current decreases by 3 dB from the resonance frequency f 0 is defined as f 1 and f 2 (f 1 <f 0 <f 2 ), the frequency f 1 The phase of the current is delayed by 90 ° from the current of the frequency f 2 , that is, the phase difference between the two is 90 °.
つまり、図11において●印で示す給電点に共振周波数f0の電流を給電したとき、放射電極では、X軸方向に流れる電流が周波数f1で共振し、Y軸方向に流れる電流が周波数f2で共振するようにしている。これにより、X軸方向に流れる電流は、Y軸方向に流れる電流より位相が90°だけ遅れることになる。また、放射電極における給電点(●印)の位置から、円偏波の送信や受信に大きく寄与する磁流は、放射電極の図中上側の長辺(端部)に流れる磁流と、放射電極の図中左端の短辺(端部)に流れる磁流になる。したがって、これらの磁流に基づいて放射電極側の空間、すなわちZ軸方向とは反対の方向に放射される電波の電界は、Y軸からX軸の方向に回転し、例えば放射電極の表面から電波の進行方向を見たとき、時計回り(右回り)に回転することになるから、右旋円偏波になる。 That is, when a current having a resonance frequency f 0 is fed to the feeding point indicated by ● in FIG. 11, the current flowing in the X-axis direction resonates at the frequency f 1 and the current flowing in the Y-axis direction is the frequency f. 2 to resonate. Thereby, the phase of the current flowing in the X-axis direction is delayed by 90 ° from the current flowing in the Y-axis direction. In addition, the magnetic current that greatly contributes to the transmission and reception of circularly polarized waves from the position of the feed point (● mark) on the radiation electrode is the same as the magnetic current flowing on the long side (end) on the upper side of the radiation electrode and the radiation. The magnetic current flows on the short side (end) at the left end of the electrode. Therefore, the electric field of the radio wave radiated in the space on the radiation electrode side based on these magnetic currents, that is, in the direction opposite to the Z-axis direction, rotates in the direction from the Y-axis to the X-axis. When looking at the traveling direction of the radio wave, it rotates clockwise (clockwise), so it becomes a right-handed circularly polarized wave.
図12は、Z軸方向とは反対側の方向から見たときのアンテナ3の平面図である。同図において、端点P21は放射電極22Aの左端に、端点P22は放射電極22Bの下端に、端点P23は放射電極22Cの右端に、端点P24は放射電極22Dの上端に設けられている。また、XY平面におけるアンテナ3の形状は正方形であるが、給電点42,52の位置は正方形の中心以外に設けられている。
FIG. 12 is a plan view of the
前述したように4つの放射電極22A〜22Dと、これらを接続する2本の導通線路32A,32Bは、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。したがって、給電点52に給電を行うと、この放射電極用のアンテナエレメントにもX軸方向やY軸方向に電流が流れる。なお、X軸方向に流れる電流とは、端点P21から導通線路32Aを介して端点P23に至るまでの経路に流れる電流である。また、Y軸方向に流れる電流とは、端点P24から導通線路32Bを介して端点P22に至るまでの経路に流れる電流である。
As described above, the four
また、XY平面におけるアンテナ3の形状は正方形であるから、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向の長さ(端点P21,P23間のX軸方向の距離)と、Y軸方向の長さ(端点P24,P22間のY軸方向の距離)は同じである。しかしながら、前述したように2本の導通線路32A,32Bは両端間のインダクタンス値が異なる。つまり、X軸方向に延在する導通線路32Aの波長短縮率と、Y軸方向に延在する導通線路32Bの波長短縮率は異なる。したがって、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向に流れる電流の波長(電気長)と、Y軸方向に流れる電流の波長(電気長)は異なる。
Further, since the shape of the
なお、図12に示す例では、2本の導通線路32A,32Bの長さは同じであり、例えば、使用する導通線路の種類や、導通線路を構成する各要素の材質や寸法等を変えることで、2本の導通線路32A,32Bのインダクタンス値を異ならせている。また、図12に示す例では、導通線路32Aのインダクタンス値を導通線路32Bのインダクタンス値よりも小さくしている。例えば、2本の導通線路32A,32Bがどちらも銅線の場合は、導通線路32A(銅線)の線径を導通線路32B(銅線)の線径よりも太くしている。したがって、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向に流れる電流の波長の方が、Y軸方向に流れる電流の波長よりも長い。
In the example shown in FIG. 12, the lengths of the two
また、本実施形態に係るアンテナ3において、円偏波を送信または受信する原理は基本的に一点給電方式の円偏波方形パッチアンテナと同じである。すなわち、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向の長さとY軸方向の長さは同じであるが、X軸方向に流れる電流の波長(電気長)の方が、Y軸方向に流れる電流の波長(電気長)よりも長い。したがって、給電点52に給電する電流の大きさが共振周波数f0から3dBだけ低下する周波数をf1とf2としたとき(f1<f0<f2)、放射電極用のアンテナエレメントでは、X軸方向に流れる電流が周波数f1で共振し、Y軸方向に流れる電流が周波数f2で共振するようにしている。
Further, in the
つまり、導通線路32Aのインダクタンス値は、X軸方向(端点P21,P23間)に流れる電流が周波数f1で共振するように定められている。また、導通線路32Bのインダクタンス値は、Y軸方向(端点P24,P22間)に流れる電流が周波数f2で共振するように定められている。
That is, the inductance value of the
これにより図11の場合と同様に、X軸方向に流れる電流は、Y軸方向に流れる電流より位相が90°だけ遅れることになる。また、4つの放射電極22A〜22Dに対する給電点52の位置から、円偏波の送信や受信に大きく寄与する磁流は、放射電極22Dの図中上側の長辺(端部)に流れる磁流と、放射電極22Aの図中左端の長辺(端部)に流れる磁流になる。したがって、これらの磁流に基づいてZ軸方向とは反対の方向に放射される電波の電界は、Y軸からX軸の方向に回転し、例えば接地電極12の表面から電波の進行方向を見たとき、時計回り(右回り)に回転することになるから、右旋円偏波になる。
As a result, as in FIG. 11, the phase of the current flowing in the X-axis direction is delayed by 90 ° from the current flowing in the Y-axis direction. Further, the magnetic current that greatly contributes to the transmission and reception of circularly polarized waves from the position of the
なお、図12に記載しているように、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向の長さは、周波数f1における波長をλ1としたとき1/2λ1になる。また、Y軸方向の長さは、周波数f2における波長をλ2としたとき1/2λ2になる。但し、図12に記載している1/2λ1が、正確には導通線路32A上での電気長を考慮した値でなければならない点や、図12に記載している1/2λ2についても、正確には導通線路32B上での電気長を考慮した値でなければならない点は、第1実施形態で述べた通りである。また、本実施形態においてもアンテナ3の共振方向における両端の電圧は逆相になる。すなわち端点P21の電圧と端点P23の電圧や、端点P22の電圧と端点P24の電圧は、位相差が180°になる。
As shown in FIG. 12, in the antenna element for the radiation electrode, the length in the X-axis direction becomes 1 / 2λ 1 when the wavelength at the frequency f 1 is λ 1 . Further, the length in the Y-axis direction becomes 1 / 2λ 2 when the wavelength at the frequency f 2 is λ 2 . However, 1 / 2λ 1 described in FIG. 12 must be a value that takes into account the electrical length on the
なお、図11に示した円偏波方形パッチアンテナは、誘電体板を用いて波長短縮を行っているので放射電極の形状を長方形にする必要がある。これに対し、本実施形態に係るアンテナ3は、導通線路32A,32Bを用いて波長短縮を行っているので、XY平面におけるアンテナ3の形状は正方形であってもよい。勿論、XY平面におけるアンテナ3の形状を長方形にしてもよく、この場合は、2本の導通線路32A,32Bとして同じ導通線路を使用し、長さだけを変えてインダクタンス値を調整することができる。
Note that the circularly polarized rectangular patch antenna shown in FIG. 11 uses a dielectric plate to shorten the wavelength, so the radiation electrode must be rectangular in shape. On the other hand, since the
図13は、XZ平面におけるアンテナ3の指向性を示すグラフである。なお、同図に示すグラフは電磁界シミュレータによって得られたものである。電磁界シミュレータに対して設定したアンテナ3の寸法や材質に関するパラメータについては、[1]接地電極12は、材質が銅でXY平面におけるサイズが40mm×40mm、[2]4つの放射電極22A〜22Dの各々は、材質が銅でXY平面におけるサイズが28mm×5.0mm、[3]接地電極12と4つの放射電極22A〜22DとのZ軸方向の離間間隔は8.0mm、[4]2本の導通線路32A〜31Dは、いずれも材質が銅で長さが30mmの細長い平板であって、導通線路32Aの幅は2.0mm、導通線路32Bの幅は1.6mmである。
FIG. 13 is a graph showing the directivity of the
図13から明らかとなるように、XZ平面において、少なくとも角度が0°から−60°を経由して−120°に至るまでの範囲では右旋円偏波が優勢であり、特に−30°から−90°までの範囲では左旋円偏波との差も大きい(例えば角度が−60°の部分では左旋円偏波との差が13dBほどある)。したがって、本実施形態に係るアンテナ3を右旋円偏波用のアンテナとして使用することができる。また、XZ平面において、少なくとも角度が30°から120°を経由して−150°に至るまでの範囲では左旋円偏波が優勢であり、特に60°から120°までの範囲では右旋円偏波との差も大きい。したがって、本実施形態に係るアンテナ3を左旋円偏波用のアンテナとして使用することも可能である。
As is apparent from FIG. 13, in the XZ plane, right-handed circularly polarized waves are dominant at least in the range from 0 ° to −120 ° via −60 °, particularly from −30 °. In the range up to −90 °, the difference from the left-handed circularly polarized wave is also large (for example, the difference from the left-handed circularly polarized wave is about 13 dB in the portion where the angle is −60 °). Therefore, the
なお、一般的なパッチアンテナでは、例えば、放射電極側の空間で右旋円偏波が優勢であると、接地電極側の空間では左旋円偏波が優勢になる。したがって、図13に示すアンテナ3の指向性は、一般的なパッチアンテナの指向性と比較した場合に、右旋円偏波や左旋円偏波の指向性の向きが傾いているが、右旋円偏波が優勢である向きと左旋円偏波が優勢である向きが逆になっている点で共通している。
In a general patch antenna, for example, if a right-handed circularly polarized wave is dominant in the space on the radiation electrode side, a left-handed circularly polarized wave is dominant in the space on the ground electrode side. Therefore, the directivity of the
以上説明したように本実施形態によれば、給電点52に給電する電流の大きさが共振周波数f0から3dBだけ低下する周波数をf1とf2としたとき、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向に流れる電流が周波数f1で共振し、Y軸方向に流れる電流が周波数f2で共振するように2本の導通線路32A,32Bのインダクタンス値を定めることで、円偏波を送信または受信することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, when the frequency at which the magnitude of the current fed to the
また、本実施形態によれば、2本の導通線路32A,32Bの各々は、少なくとも導体を用いて構成された線路であるから、その値の大小は別として必ず波長短縮率を有する。したがって、導通線路32A,32Bの波長短縮率により、送信または受信する電波の波長を放射電極用のアンテナエレメント上(導通線路32A,32B上)で短縮することが可能になる。つまり、放射電極用のアンテナエレメントにおいて、X軸方向の長さとY軸方向の長さをどちらも短縮することができるから、アンテナ3を小型化することができる。また、誘電体板が不要であるから、接地電極12と4つの放射電極22A〜22Dとの間に、例えば図10に示した送信回路100等、他の部品を実装することが可能になる。また、放射電極22Aと放射電極22Cや、放射電極22Bと放射電極22Dとの間にも、アンテナ3以外の部品を実装することが可能である。よって、電極間にアンテナ3以外の部品を配置することが可能な小型の円偏波アンテナを提供することができる。
In addition, according to the present embodiment, each of the two
また、本実施形態によれば、誘電体板が不要であるので、アンテナ3の重量や製造コストを低減できることに加え、誘電体の損失(tanδ)により送信効率や受信効率が低下することもないので、円偏波を効率よく送信または受信することができる。
In addition, according to the present embodiment, since the dielectric plate is unnecessary, the weight and manufacturing cost of the
なお、図14は、第3実施形態の変形例に係るアンテナ3’の構造を示す斜視図である。図10に示したアンテナ3は、鏡像を利用して構成の簡素化を図っており、図14に示すアンテナ3’と等価である。図10と図14を比較すると明らかになるように、第3実施形態に係るアンテナ3は、鏡像を利用して接地電極12や導通線路32A,32Bの個数を減らしているので、アンテナ3の構成を簡素化することができる。但し、接地電極12の面積が十分に確保できず、鏡像を利用することができない場合等は、図14に示す構成にする必要がある。
FIG. 14 is a perspective view showing a structure of an
図14に示すアンテナ3’は、4つの接地電極12A〜12Dと、4つの放射電極22A〜22Dと、4本の導通線路32A〜32Dとを備える。また、導通線路31Aと導通線路31Bとの交点には給電点52が、導通線路31Cと導通線路31Dとの交点には給電点42’が設けられており、給電点42’,52には送信回路100が接続されている。接地電極12Aと放射電極22A、接地電極12Bと放射電極22B、接地電極12Cと放射電極22C、接地電極12Dと放射電極22Dは、各々向かい合っている。したがって、アンテナ3’は、互いに向かい合う接地電極と放射電極のペアを4組備える。また、接地電極12Aと放射電極22Aのペアと、接地電極12Cと放射電極22Cのペアは、X軸方向に配列されており、接地電極12Dと放射電極22Dのペアと、接地電極12Bと放射電極22Bのペアは、Y軸方向に配列されている。
The
したがって、X軸方向に配列された2つの接地電極12A,12Cを結ぶ線分(導通線路32C)と、Y軸方向に配列された2つの接地電極12D,12Bを結ぶ線分(導通線路32D)は直交している。また、X軸方向に配列された2つの放射電極22A,22Cを結ぶ線分(導通線路32A)と、Y軸方向に配列された放射電極22D,22Bを結ぶ線分(導通線路32B)も直交している。
Therefore, a line segment connecting two
4本の導通線路32A〜32Dの各々は、前述した導通線路30と同じであり、少なくとも導体を用いて構成された線路である。導通線路32Aは、X軸方向に配列された2つの放射電極22A,22Cを接続し、導通線路32Bは、Y軸方向に配列された2つの放射電極22D,22Bを接続している。また、導通線路32Cは、X軸方向に配列された2つの接地電極12A,12Cを接続し、導通線路32Dは、Y軸方向に配列された2つの接地電極12D,12Bを接続している。
Each of the four
4つの放射電極22A〜22Dとこれらを接続する2本の導通線路32A,32Bは、同一のXY平面上に設けられており、放射電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。また、4つの接地電極12A〜12Dとこれらを接続する2本の導通線路32C,32Dも、同一のXY平面上に設けられており、接地電極用の1つのアンテナエレメントとして機能する。
The four
X軸方向に延在する2本の導通線路32A,32Cはインダクタンス値が同じであり、Y軸方向に延在する2本の導通線路32D,32Bもインダクタンス値が同じである。但し、導通線路32A,32Cのインダクタンス値と、導通線路32D,32Bのインダクタンス値は異なる。前述したように給電点42,52に給電する電流の大きさが共振周波数f0から3dBだけ低下する周波数をf1とf2としたとき(f1<f0<f2)、放射電極用のアンテナエレメントや、接地電極用のアンテナエレメントにおいて、例えば、X軸方向に流れる電流が周波数f1で共振し、Y軸方向に流れる電流が周波数f2で共振するように、導通線路32A,32Cのインダクタンス値と、導通線路32D,32Bのインダクタンス値が定められている。
The two
また、導通線路32Aと導通線路32Bは1箇所で交わり、その交点に給電点52が設けられている。同様に、導通線路32Cと導通線路32Dも1箇所で交わり、その交点に給電点42’が設けられている。送信回路100は、給電点42’にグランド電位を、給電点52に高周波電位を給電する。このように給電点42’,52は、アンテナ3に対して送信信号を給電する位置である。また、給電点42’は4つの接地電極12A〜12D用の給電点であり、給電点52は4つの放射電極22A〜22D用の給電点である。
Further, the
なお、このアンテナ3’を受信用のアンテナとして利用する場合は、送信回路100の代わりに受信回路を設ければよく、その場合、給電点42’,52は、アンテナ3’から受信信号を取り出す位置になる。以上の構成であっても、第3実施形態に係るアンテナ3(図10)と等価であるから、鏡像を利用したことによる効果を除き、第3実施形態に係るアンテナ3と同様の効果を奏する。
When this
<D.第4実施形態>
図15は、第4実施形態に係る円偏波用のアンテナ4の構造を示す斜視図である。なお、本実施形態に係るアンテナ4は、基本的に第3実施形態に係るアンテナ3と同じである。アンテナ3との相違点は、[1]導通線路32A,32Bとして、いずれも銅で形成された細長い平板を使用している点、[2]4つの放射電極22A〜22Dのサイズ、[3]接地電極12と4つの放射電極22A〜22Dとの間に電子部品200が配置されている点である。
<D. Fourth Embodiment>
FIG. 15 is a perspective view showing the structure of the circularly polarized antenna 4 according to the fourth embodiment. The antenna 4 according to this embodiment is basically the same as the
アンテナ4のサイズは、40mm(X軸方向)×40mm(Y軸方向)×8mm(Z軸方向)である。接地電極12は、銅で形成された40mm×40mmの正方形状の平板である。4つの放射電極22A〜22Dは、いずれも銅で形成された20mm×5.0mmの長方形状の平板である。また、接地電極12から4つの放射電極22A〜22DまでのZ軸方向の離間間隔は8.0mmである。2本の導通線路32A,32Bは、いずれも材質が銅で長さが30mmの細長い平板であって、導通線路32Aの幅は2.0mm、導通線路32Bの幅は1.0mmである。また、アンテナ4の共振周波数は2.43[GHz]である。
The size of the antenna 4 is 40 mm (X-axis direction) × 40 mm (Y-axis direction) × 8 mm (Z-axis direction). The
電子部品200は、例えば、前述した送信回路100や受信回路の他に、CPU,メモリ,基板,電源等、アンテナ4が搭載された電子機器の部品である。ここでは、図15に示すように電子部品200を直方体状の金属物体(例えば銅)として模擬化しており、その外形サイズは20mm(X軸方向)×20mm(Y軸方向)×5mm(Z軸方向)であり、給電点52の部分にZ軸方向に貫通する四角柱状の穴が設けられている。
The
図16および図17は、XZ平面におけるアンテナ4の指向性を示すグラフである。なお、図16は電子部品200がない場合、図17は電子部品200がある場合である。両図に示すグラフも電磁界シミュレータによって得られたものであり、電磁界シミュレータに対して設定したアンテナ4や電子部品200の寸法,材質等は前述した通りである。
16 and 17 are graphs showing the directivity of the antenna 4 in the XZ plane. 16 shows the case where the
図16から明らかとなるように、電子部品200がない場合は、XZ平面において、少なくとも角度が−30°から−90°を経由して−150°に至るまでの範囲では右旋円偏波が優勢であり、特に−30°から−90°までの範囲では左旋円偏波との差も大きい(例えば角度が−60°の付近では左旋円偏波との差が25dBほどある)。また、XZ平面において、少なくとも角度が0°から90°を経由して180°に至るまでの範囲では左旋円偏波が優勢であり、30°から150°までの範囲では右旋円偏波との差も4dB以上ある。したがって、電子部品200がない場合、本実施形態に係るアンテナ4を右旋円偏波用のアンテナや左旋円偏波用のアンテナとして使用することができる。
As is clear from FIG. 16, when there is no
また、図17から明らかとなるように、電子部品200がある場合も、XZ平面において、少なくとも角度が0°から−120°を経由して150°に至るまでの範囲では右旋円偏波が優勢であり、特に−120°から−180°までの範囲では左旋円偏波との差も大きい(例えば角度が−150°の部分では左旋円偏波との差が25dBほどある)。また、XZ平面において、少なくとも角度が30°から90°を経由して120°に至るまでの範囲では左旋円偏波が優勢であり、特に30°から90°までの範囲では右旋円偏波との差も大きい。したがって、接地電極12と4つの放射電極22A〜22Dとの間に電子部品200を配置しても、本実施形態に係るアンテナ4を右旋円偏波用のアンテナや左旋円偏波用のアンテナとして使用できることがわかる。
As is clear from FIG. 17, even in the case where the
<E.応用例>
次に、本発明に係るアンテナを電子機器に組み込んだ場合について説明する。
図18は、電子時計300の平面図である。電子時計300は、GPS衛星からの電波(円偏波)を受信して時刻を修正する機能を備えた腕時計である。電子時計300は、セラミックやプラスチック等の非導電性材料で形成された円筒状のケース胴70を備える。また、ケース胴70の上側(Z軸方向とは反対側の方向)には、銅やステンレス等の金属やその他の導電性材料で形成された4つのベゼル71A〜71Dが嵌合されている。
<E. Application example>
Next, the case where the antenna according to the present invention is incorporated in an electronic device will be described.
FIG. 18 is a plan view of the
同図に示すように4つのベゼル71A〜71Dの各々は、所定の幅を有する円弧状の形状を有し、ベゼルとしての役割の他に放射電極としても機能する。また、ベゼル71Aとベゼル71CはX軸方向に配列されており、ベゼル71Dとベゼル71BはY軸方向に配列されている。したがって、ベゼル71A,71Cの配列方向と、ベゼル71D,71Bの配列方向は直交している。ベゼル71A〜71Dの内周側には、円環状のダイヤルリング72と、円板状の文字板73と、指針軸74を中心に周回して現在時刻を指し示す指針75(秒針75a、分針75b、時針75c)が設けられている。
As shown in the figure, each of the four
図19は、4つのベゼル71A〜71Dと、2本の導通線路76A,76Bと、GPS受信部77との接続関係を示す図である。2本の導通線路76A,76Bの各々は、前述した導通線路30と同じであり、少なくとも導体を用いて構成された線路である。2本の導通線路76A,76Bは両端間のインダクタンス値が異なる。導通線路76Aはベゼル71Aとベゼル71Cとを接続し、導通線路76Bはベゼル71Dとベゼル71Bとを接続している。また、2本の導通線路76A,76Bは1箇所で交わり、その交点(給電点78)にGPS受信部77が接続されている。なお、同図には4つのベゼル71A〜71Dを模式的に示しているが、実際には、後述する図20からも明らかとなるように、ベゼル71A〜71DはZ軸方向の高さも有する立体的な部材である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a connection relationship between the four bezels 71 </ b> A to 71 </ b> D, the two conductive lines 76 </ b> A and 76 </ b> B, and the
図20は、電子時計300の内部構造の概略を示す要部断面図である。ケース胴70の上側にはベゼル71A〜71Dが嵌合されており、上側の開口は円板状のカバーガラス79で塞がれている。一方、ケース胴70の下側の開口は、ステンレスやチタン等の導電性材料で形成された裏蓋80で塞がれている。裏蓋80にはグランド電位が供給され、蓋としての役割の他に接地電極としても機能する。なお、同図から明らかとなるように、放射電極として機能する4つのベゼル71A〜71Dと、接地電極として機能する裏蓋80は、Z軸方向に所定の間隔をあけて配置されており、互いに向かい合っている。
FIG. 20 is a cross-sectional view of the main part showing an outline of the internal structure of the
カバーガラス79の下側には、ダイヤルリング72,文字板73,指針軸74,指針75,ソーラーパネル81,地板82が設けられている。また、地板82の下側には、指針軸74を回転させて指針75を駆動する駆動機構83や、回路基板84が設けられている。回路基板84には、GPS受信部77や制御部85が実装されている。GPS受信部77は、例えば1チップのICモジュールで構成される。制御部85は、GPS受信部77や駆動機構83の動作を制御する。また、回路基板84の下側には電池86が配置されている。
A
ベゼル71Aとベゼル71Cは導通線路76Aにより接続されている。また、同図には図示していないが、図19に示したようにベゼル71Dとベゼル71Bも導通線路76Bにより接続されており、2本の導通線路76A,76Bの交点が給電点78になる。GPS受信部77は、給電点78の他に裏蓋80にも接続されており、GPS受信部77と裏蓋80との接続点が給電点87になる。
The
以上の説明から明らかとなるように、この電子時計300では、接地電極として機能する裏蓋80と、放射電極として機能する4つのベゼル71A〜71Dと、2本の導通線路76A,76Bとで円偏波アンテナが構成されている。また、給電点78,87は、円偏波アンテナから受信信号を取り出す位置、すなわち円偏波アンテナが捕らえた電波により発生した高周波電力をGPS受信部77に取り出す位置になる。なお、同図に示す例は、導通線路76A,76Bとして同軸ケーブルを使用している。この場合、同軸ケーブルの芯線がベゼルに接続され、網線(外部導体)は接地される。
As will be apparent from the above description, in the
また、図20から明らかとなるように、電子時計300では、4つのベゼル71A〜71D(放射電極)と裏蓋80(接地電極)との間に、アンテナ以外の部品として、ダイヤルリング72,文字板73,指針軸74,GPS受信部77,ソーラーパネル81,地板82,駆動機構83,回路基板84,制御部85,電池86等のムーブメントが配置されている。
As is clear from FIG. 20, in the
ところで、一般的にアンテナは、アンテナのサイズが大きいほど高い利得を得ることができる。例えば、特開2011−75541号公報(特に段落0052,図1,図5)には、パッチアンテナ19を内蔵したGPS付き腕時計1Aが記載されているが、同公報に記載されたパッチアンテナ19は、アンテナ基板191(接地電極)とアンテナ電極194(放射電極)との間に誘電体193が挟まれているので、電極間に他の部品を配置することができない。また、電極間に誘電体193が挟まれているので、腕時計1Aの筐体内でパッチアンテナ19の平面サイズを大きくすることや、パッチアンテナ19の厚さを大きくすることにも限界があった。 By the way, in general, an antenna can obtain a higher gain as the size of the antenna is larger. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-75541 (especially paragraph 0052, FIG. 1 and FIG. 5) describes a GPS wristwatch 1A with a built-in patch antenna 19. Since the dielectric 193 is sandwiched between the antenna substrate 191 (ground electrode) and the antenna electrode 194 (radiation electrode), other parts cannot be disposed between the electrodes. Further, since the dielectric 193 is sandwiched between the electrodes, there is a limit to increasing the planar size of the patch antenna 19 and increasing the thickness of the patch antenna 19 within the casing of the wristwatch 1A.
これに対し、本発明によれば、接地電極と放射電極との間にアンテナ以外の部品を配置することができるので、例えば図20に示したように、ベゼル71A〜71Dを放射電極とし、裏蓋80を接地電極とした場合、アンテナの平面サイズを電子時計300の平面サイズとほぼ同じにすることができる。また、ベゼル71A〜71D(放射電極)と裏蓋80(放射電極)との離間間隔についても電子時計300のZ軸方向の厚さとほぼ同じにすることができる。したがって、アンテナのサイズを大きくすることができるから、高い利得を得ることが可能になる。
On the other hand, according to the present invention, since components other than the antenna can be arranged between the ground electrode and the radiation electrode, for example, as shown in FIG. When the
なお、図18〜図20に示した電子時計300において、ベゼル71A〜71D自体を放射電極とするのではなく、セラミックやプラスチック等の非導電性材料で形成された円筒状のベゼルの上面に、所定の幅を有する円弧状の4つの放射電極を配置してもよい。また、カバーガラス79の周縁部(上側と下側のどちらでもよい)に4つの放射電極を配置してもよいし、ダイヤルリング72の上面や文字板73の周縁部に4つの放射電極を配置してもよい。また、裏蓋80を接地電極とするのではなく、ケース胴70の内側において裏蓋80の近傍に円板状の接地電極を設けてもよい。
In addition, in the
さらに図21に示すように、カバーガラス88の下側の周縁部に湾曲した形状を有する放射電極89A,89Cを配置してもよい。なお、同図には放射電極89A,89Cが2つしか記載されていないが、実際にはベゼル71A〜71Dの場合と同様に4つの放射電極が配置されている。
Furthermore, as shown in FIG. 21, radiation electrodes 89 </ b> A and 89 </ b> C having a curved shape may be disposed on the lower peripheral edge of the
また、図21に示す電子時計301の場合、放射電極89A,89Cを接続する導通線路は、2本の銅線90と、回路基板84上に形成されたストリップ線路(図示省略)とで構成されている。このように放射電極同士(または接地電極同士)を接続する導通線路は、種類の異なる複数の導通線路で構成されていてもよい。これは上述した各実施形態についても同様である。例えば、図1に示したアンテナ1を例に説明すると、導通線路30は、異なる種類または同じ種類の導通線路を複数接続して構成されていてもよく、例えば、2本の同軸ケーブルを接続して導通線路30を構成し、同軸ケーブル同士の接続点が給電点50となる態様であってもよい。
In the case of the
また、円偏波アンテナではなく直線偏波アンテナを電子時計300,301に搭載してもよいし、第2実施形態で説明したように導通線路にチップコイル60を接続してもよい。また、電子機器の筐体内にアンテナを搭載する場合は、例えば図22に示すように、プリント基板95上に放射電極用のアンテナエレメントを形成してもよい。なお、同図は、図1に示したアンテナ1の変形例である。図22に示すアンテナ5は、プリント基板95上に、例えば銅の導通パターンとして形成された2つの放射電極20A,20Bと、2つの放射電極20A,20Bを接続する導通線路(ストリップ線路)30と、導通線路30に接続された2つのチップコイル60とが設けられている。以上の構成であっても、接地電極10とプリント基板95との間に、送信回路100等、アンテナ5以外の部品を配置することができる。なお、図5や図14に示したアンテナ1’,3’の場合は、放射電極用のアンテナエレメントを形成したプリント基板と、接地電極用のアンテナエレメントを形成したプリント基板とを向かい合うように配置すればよい。
Further, instead of the circularly polarized antenna, a linearly polarized antenna may be mounted on the
また、アンテナを組み込む電子機器は腕時計に限らない。例えば、本発明に係る直線偏波アンテナを、無線LAN用のアンテナとして、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等に搭載してもよい。また、本発明に係る円偏波アンテナを、GPS用の受信アンテナとして、モバイル機器やウェアラブル機器、カーナビゲーション装置、衛星携帯電話機に搭載してもよいし、衛星通信に限らず、例えば、無線タグ用の電波(円偏波)を受信する読取装置等に搭載してもよい。また、上述した実施形態の記載やアンテナの可逆定理からも明らかとなるように、本発明に係る直線偏波アンテナや円偏波アンテナは、受信用のアンテナに限らず、送信用のアンテナであってもよい。このように本発明に係るアンテナは、直線偏波や円偏波を送信または受信する機能を有する各種の電子機器に搭載することが可能である。 In addition, an electronic device incorporating an antenna is not limited to a wristwatch. For example, the linearly polarized antenna according to the present invention may be mounted on a personal computer, a tablet terminal, a smartphone, or the like as a wireless LAN antenna. In addition, the circularly polarized antenna according to the present invention may be mounted on a mobile device, wearable device, car navigation device, satellite mobile phone as a GPS receiving antenna, and is not limited to satellite communication. It may be mounted on a reader or the like that receives a radio wave (circularly polarized wave). Further, as is clear from the description of the above-described embodiment and the antenna reversibility theorem, the linearly polarized antenna and the circularly polarized antenna according to the present invention are not limited to receiving antennas, but are transmitting antennas. May be. As described above, the antenna according to the present invention can be mounted on various electronic devices having a function of transmitting or receiving linearly polarized waves or circularly polarized waves.
<F.変形例>
本発明は、上述した各実施形態や応用例に限定されるものではなく、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す2以上の変形を適宜組み合わせることもできる。
<F. Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments and application examples. For example, the following modifications are possible. Also, two or more of the following modifications can be combined as appropriate.
[変形例1]
図23は、変形例1に係る直線偏波用のアンテナ6の構造を示す斜視図であり、図1に示したアンテナ1の変形例である。アンテナ6は、長方形状の接地電極10と、接地電極10と向かい合う開環状の放射電極20と、放射電極20のうち互いに向かい合う2箇所を接続する導通線路30とを備える。また、接地電極10上には給電点40が、導通線路30上には給電点50が設けられており、給電点40,50には送信回路100が接続されている。発明者が鋭意検討した結果、このように開環状の1つの放射電極20において互いに向かい合う2箇所を導通線路30で接続する構成としても、導通線路30の波長短縮率によりアンテナ6を小型化できることがわかった。但し、同図に示すアンテナ6の場合、開環状の放射電極20の全長(環の周回方向の長さ)が長いため、共振周波数が大きくなる。したがって、図1に示したアンテナ1に比べると小型化できる割合が低下する。
[Modification 1]
FIG. 23 is a perspective view showing the structure of the linearly
[変形例2]
図1に示したアンテナ1において、導通線路30上に給電点50を挟んで2つのチップコイル60を直列に接続してもよい。このようにチップコイル60を接続することでアンテナ1の更なる小型化が図れる。また、図1に示したアンテナ1において、放射電極20Aの図中左側の端と、放射電極20Bの図中右側の端に、接地電極10側に折れ曲がった側面を設けてもよい。このように側面を設けることでアンテナ1以外の部品の実装スペースをより大きく確保することができる。これらは図5に示したアンテナ1’や、図23に示したアンテナ6についても同様である。但し、図5に示したアンテナ1’の場合は、2つの放射電極20A,20Bを接続する導通線路30Bだけでなく、2つの接地電極10A,10Bを接続する導通線路30Aにも給電点40’を挟んで2つのチップコイル60を直列に接続する必要がある。
[Modification 2]
In the
また、図10に示したアンテナ3において、2本の導通線路32A,32Bの各々に給電点52を挟んで2つのチップコイル60を直列に接続してもよい。また、図10に示したアンテナ3において、放射電極22Aの図中左側の端と、放射電極22Bの図中下側の端と、放射電極22Cの図中右側の端と、放射電極22Dの図中上側の端に、接地電極12側に折れ曲がった側面を設けてもよい。これらは図14に示したアンテナ3’や、図15に示したアンテナ4についても同様である。但し、図14に示したアンテナ3’の場合は、放射電極22A〜22D用の2本の導通線路32A,32Bだけでなく、接地電極12A〜12D用の2本の導通線路32C,32Dの各々にも給電点42’を挟んで2つのチップコイル60を直列に接続する必要がある。
In the
[変形例3]
図6に示したアンテナ2において、放射電極21A〜21Dの各々から側面を削除してもよいし、4本の導通線路31A〜31Dに接続されている8つのチップコイル60を削除してもよい。また、図6に示したアンテナ2において、4つの接地電極11A〜11Dと、2本の導通線路31A,31Bと、この2本の導通線路31A,31Bに接続された4つのチップコイル60とを削除し、4つの放射電極21A〜21Dの上面と向かい合う1つの正方形状の接地電極を設けてもよい。また、図6に示したアンテナ2は、偏波面が直交する2つの直線偏波を送信または受信することができるが、例えば、図5に示したアンテナ1’の各要素を3組備え、偏波面が60°ずつ異なる3つの直線偏波を送信または受信できるようにしてもよいし、図5に示したアンテナ1’の各要素を4組備え、偏波面が45°ずつ異なる4つの直線偏波を送信または受信できるようにしてもよい。
[Modification 3]
In the
[変形例4]
図1に示したアンテナ1において、2つの放射電極20A,20Bは、一直線上に配置されていることが望ましいが、必ずしも両者を一直線上に配置する必要はない。例えば図24に示すように2つの放射電極20A,20B’を配置して両者を導通線路30’で接続しても、一直線上に配置した場合に比べ、送信効率や受信効率が低下するが直線偏波を送信または受信することができる。したがって、図5に示したアンテナ1’において、接地電極10Aと放射電極20Aのペアと、接地電極10Bと放射電極20Bのペアについても、必ずしも両者を一直線上に配置する必要はない。また、図6に示したアンテナ2において、接地電極11Aと放射電極21Aのペアと、接地電極11Cと放射電極21Cのペアの配置や、接地電極11Bと放射電極21Bのペアと、接地電極11Dと放射電極21Dのペアの配置についても同様である。
[Modification 4]
In the
[変形例5]
円偏波を送信または受信するためには、図10に示したように、放射電極22A,22Cの配列方向(X軸方向)と、放射電極22B,22Dの配列方向(Y軸方向)とが直交していることが望ましいが、両者の配列方向は直交に限らず交差していればよい。例えば、放射電極22A,22Cの配列方向と、放射電極22B,22Dの配列方向との交差角が75°や100°の場合であっても、90°の場合よりは送信性能や受信性能が低下するが、円偏波を送信または受信することができる。但し、交差角が90°から離れるにつれ、直線偏波等の必要としない成分が多く含まれることに加え、軸比の値も悪くなるので円偏波アンテナとしての性能が低下する。なお、ここから明らかとなるように、両者の配列方向を直交させることで、直線偏波等の必要としない成分の占める割合を低減できると共に軸比の値も1にすることができるから、円偏波アンテナの性能を高めることができる。これは、図15に示したアンテナ4についても同様である。また、図14に示したアンテナ3’の場合も、接地電極12Aと放射電極22Aのペアと、接地電極12Cと放射電極22Cのペアとの配列方向と、接地電極12Bと放射電極22Bのペアと、接地電極12Dと放射電極22Dのペアとの配列方向は、直交に限らず交差していればよい。
[Modification 5]
In order to transmit or receive circularly polarized waves, as shown in FIG. 10, the arrangement direction of the
[変形例6]
例えば、図10に示したアンテナ3に4つのチップコイル60を追加する場合に、2本の導通線路32A,32B自体は長さを含め同じ導通線路で、導通線路32Aに接続される2つのチップコイル60の合計インダクタンス値と、導通線路32Bに接続される2つのチップコイル60の合計インダクタンス値とが異なる態様であってもよい。これは、図14に示したアンテナ3’や図15に示したアンテナ4についても同様である。
[Modification 6]
For example, when four
[変形例7]
チップコイル60の代わりに、チップコイル60とチップコンデンサとを含んだ集中定数回路を導通線路に接続してもよい。なお、チップコンデンサは、プリント基板上に表面実装することが可能なチップ型のコンデンサであり、例えば1辺の長さは数ミリ以下である。したがって、チップコイル60と同様にチップコンデンサについても、その大きさがアンテナの共振周波数における1波長の長さに対して無視できるほど小さいので、集中定数素子として機能する。
[Modification 7]
Instead of the
発明者が鋭意検討した結果、チップコイル60を集中定数回路に置換し、チップコンデンサを加えることで、インピーダンスマッチングをより正確にとれることがわかった。また、チップコンデンサを加えることで、図13等に示すグラフにおいて右旋円偏波や左旋円偏波の指向性の向きを補正(調整)できることがわかった。なお、集中定数回路に含まれるチップコイル60については、前述したようにアンテナの小型化や、アンテナの共振周波数をより小さい値に設定することを可能にする。
As a result of intensive studies by the inventor, it has been found that impedance matching can be obtained more accurately by replacing the
例えば、図1に示したアンテナ1に集中定数回路を加える場合は、集中定数回路を2つ用意し、導通線路30上に給電点50を挟んで2つの集中定数回路を直列に接続すればよい。また、図10に示したアンテナ3に集中定数回路を加える場合は、集中定数回路を4つ用意し、2本の導通線路32A,32Bの各々に給電点52を挟んで2つずつ集中定数回路を直列に接続すればよい。また、図6に示したアンテナ2の場合は、集中定数回路を8つ用意し、8つのチップコイル60の各々を集中定数回路に置き換えればよい。
For example, when adding a lumped constant circuit to the
[変形例8]
導通線路に接続するコイルは、集中定数素子として機能する必要があるが、アンテナの共振周波数における1波長の長さに対して無視できるほど小さいサイズであればよいから、必ずしもチップコイルである必要はない。これは、変形例7に記載した集中定数回路に含まれるコイルとコンデンサについても同様である。
[Modification 8]
The coil connected to the conducting line needs to function as a lumped constant element, but may be a small size that can be ignored with respect to the length of one wavelength at the resonance frequency of the antenna. Absent. The same applies to the coils and capacitors included in the lumped constant circuit described in
[変形例9]
応用例の記載からも明らかであるが、上述した各実施形態において、放射電極用のアンテナエレメント(例えば図1における2つの放射電極20A,20Bと導通線路30)や、接地電極用のアンテナエレメント(例えば図5における2つの接地電極10A,10Bと導通線路30A)は、同一のXY平面上に設けられていなくてもよい。また、図1に示したアンテナ1を例に説明すると、導通線路30は、必ずしも一直線上に延在している必要はなく、導通線路30を途中で巻回して線路長を長くとり、これにより導通線路30の両端間のインダクタンス値を調整してもよい。
[Modification 9]
As is clear from the description of the application example, in each of the above-described embodiments, the antenna element for the radiation electrode (for example, the two
[変形例10]
図25は、変形例10に係る直線偏波用のアンテナ2’の構造を示す斜視図であり、図6に示したアンテナ2の変形例である。同図に示すように給電点41’,51’の位置を、4つの接地電極11A〜11Dや4つの放射電極21A〜21Dで囲まれた領域の外側に設けてもよい。但し、この場合は、4本の導通線路31A’〜31D’の各々を同軸ケーブル等、シールドされた導通線路にする必要がある。なお、このように給電点の位置を接地電極や放射電極の外側に設けてもよい点は、図6以外の他のアンテナについても同様である。
[Modification 10]
FIG. 25 is a perspective view showing the structure of the linearly
[変形例11]
例えば、第1実施形態に係るアンテナ1において、接地電極10は図3に示すサイズより大きくてもよい。つまり、接地電極10のうち2つの放射電極20A,20Bと向かい合う部分は周縁部に限らない。これは、図10に示したアンテナ3や、図15に示したアンテナ4、図23に示したアンテナ6等についても同様である。また、図1に示したアンテナ1を例に説明すると、接地電極10と2つの放射電極20A,20Bとは、互いに向かい合っていればよく、必ずしも平行である必要はない。また、図5に示したアンテナ1’を例に説明すると、接地電極10Aと放射電極20Aや、接地電極10Bと放射電極20Bは、必ずしも合同である必要はない。
[Modification 11]
For example, in the
[変形例12]
例えば図1に示したアンテナ1において、接地電極10は必ずしも地面に接続されている必要はない。すなわち、接地電極10に供給されるグランド電位は、地面と同電位でなく、2つの放射電極20A,20Bに供給される高周波電位をプラスの電位としたとき、マイナスの電位であってもよい。これは図1以外のアンテナ、すなわち図5に示したアンテナ1’や、第1実施形態以外の他の実施形態、応用例、他の変形例に係るアンテナについても同様である。
[Modification 12]
For example, in the
[変形例13]
例えば図1に示したアンテナ1において、接地電極10と2つの放射電極20A,20Bに供給する電位を逆転させてもよい。すなわち、接地電極10に高周波電位(+)を供給し、2つの放射電極20A,20Bにグランド電位(−)を供給してもよい。なお、この場合も変形例12に記載したように、グランド電位は、地面と同電位でなく、接地電極10に供給される高周波電位をプラスの電位としたとき、マイナスの電位であってもよい。また、このように接地電極10と2つの放射電極20A,20Bに供給する電位を逆転させた場合も、接地電極10の近くに放射電極用のアンテナエレメント(2つの放射電極20A,20Bおよび導通線路30)を設けることで、このアンテナエレメントの鏡像が接地電極10上に作成される。これは図1以外の他のアンテナについても同様である。
[Modification 13]
For example, in the
[変形例14]
例えば、図1に示したアンテナ1を例に説明すると、波長短縮効果を高めるため、接地電極10と2つの放射電極20A,20Bとの間の空間の一部に誘電体板を設けてもよい。これは図1以外の他のアンテナについても同様である。このように本発明は、第1電極と第2電極との間に誘電体板がないことを必須の要件とするものではない。
[Modification 14]
For example, taking the
1〜7,1’〜3’…アンテナ、10,10A,10B,11A〜11D,12,12A〜12D…接地電極、20,20A,20B,20B’,21A〜21D,22A〜22D…放射電極、30,30’,30A,30B,31A〜31D,31A’〜31D’,32A〜32D…導通線路、40〜42,40’〜42’…給電点、50〜52,51’…給電点、60…チップコイル、70…ケース胴、71A〜71D…ベゼル、72…ダイヤルリング、73…文字板、74…指針軸、75…指針、75a…秒針、75b…分針、75c…時針、76A,76B…導通線路、77…GPS受信部、78…給電点、79,88…カバーガラス、80…裏蓋、81…ソーラーパネル、82…地板、83…駆動機構、84…回路基板、85…制御部、86…電池、87…給電点、89A,89C…放射電極、90…銅線、95…プリント基板、100…送信回路、200…電子部品、300,301…電子時計、P1,P2,P11〜P14,P21〜P24…端点、VA…端点P1の電圧、VB…端点P2の電圧。
1-7, 1'-3 '...
Claims (13)
前記第1電極のうち互いに異なる部分と向かい合う2つの第2電極と、
少なくとも導体を用いて構成され、前記2つの第2電極を接続する導通線路とを備え、
前記2つの第2電極用の給電点が前記導通線路に設けられている、
ことを特徴とする直線偏波アンテナ。 A first electrode;
Two second electrodes facing different portions of the first electrode;
A conductive line configured using at least a conductor and connecting the two second electrodes;
The feeding point for the two second electrodes is provided on the conduction line,
A linearly polarized antenna characterized by that.
前記導通線路には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の直線偏波アンテナ。 It has two coils that function as lumped elements,
Two coils are connected to the conduction line across the feeding point.
The linearly polarized antenna according to claim 1.
前記導通線路には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の直線偏波アンテナ。 Two lumped constant circuits including a coil and a capacitor are provided.
The lumped constant circuit is connected to the conduction line across the feeding point,
The linearly polarized antenna according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の直線偏波アンテナ。 Each of the two second electrodes has a side portion bent toward the first electrode.
The linearly polarized wave antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記2つの第1電極の各々と向かい合う2つの第2電極と、
少なくとも導体を用いて構成され、前記2つの第1電極を接続する第1の導通線路と、
少なくとも導体を用いて構成され、前記2つの第2電極を接続する第2の導通線路とを備え、
前記2つの第1電極用の給電点が前記第1の導通線路に設けられ、前記2つの第2電極用の給電点が前記第2の導通線路に設けられている、
ことを特徴とする直線偏波アンテナ。 Two first electrodes;
Two second electrodes facing each of the two first electrodes;
A first conductive line configured using at least a conductor and connecting the two first electrodes;
Comprising at least a conductor, and a second conductive line connecting the two second electrodes,
The two feeding points for the first electrode are provided in the first conduction line, and the two feeding points for the second electrode are provided in the second conduction line,
A linearly polarized antenna characterized by that.
前記第1電極と向かい合う開環状の第2電極と、
少なくとも導体を用いて構成され、前記第2電極のうち互いに向かい合う2箇所を接続する導通線路とを備え、
前記第2電極用の給電点が前記導通線路に設けられている、
ことを特徴とする直線偏波アンテナ。 A first electrode;
An open second electrode facing the first electrode;
A conductive line configured using at least a conductor and connecting two portions of the second electrode facing each other; and
A feeding point for the second electrode is provided in the conduction line;
A linearly polarized antenna characterized by that.
前記第1電極のうち各々異なる部分と向かい合う4つの第2電極と、
少なくとも導体を用いて構成された第1および第2の導通線路とを備え、
前記4つの第2電極のうち、2つの第2電極は第1の方向に配列され、残りの2つの第2電極は第2の方向に配列され、前記第1の方向に配列された第2電極同士を結ぶ線分と、前記第2の方向に配列された第2電極同士を結ぶ線分とが交差し、
前記第1および第2の導通線路は、両端間のインダクタンスが異なり、一方の導通線路が前記第1の方向に配列された第2電極同士を接続し、他方の導通線路が前記第2の方向に配列された第2電極同士を接続し、
前記第1および第2の導通線路が交わる部分に前記4つの第2電極用の給電点が設けられている、
ことを特徴とする円偏波アンテナ。 A first electrode;
Four second electrodes facing different parts of each of the first electrodes;
Comprising at least first and second conductive lines configured using a conductor;
Of the four second electrodes, two second electrodes are arranged in a first direction, and the remaining two second electrodes are arranged in a second direction, and the second electrodes arranged in the first direction. A line segment connecting the electrodes and a line segment connecting the second electrodes arranged in the second direction intersect,
The first and second conductive lines have different inductances at both ends, one conductive line connects the second electrodes arranged in the first direction, and the other conductive line has the second direction. Connecting the second electrodes arranged in the
A feeding point for the four second electrodes is provided at a portion where the first and second conductive lines intersect,
A circularly polarized antenna characterized by that.
前記第1および第2の導通線路の各々には、前記給電点を挟んで2つの前記コイルが接続されている、
ことを特徴とする請求項7に記載の円偏波アンテナ。 It has four coils that function as lumped elements,
Two coils are connected to each of the first and second conductive lines with the feeding point in between.
The circularly polarized antenna according to claim 7.
前記第1および第2の導通線路の各々には、前記給電点を挟んで2つの前記集中定数回路が接続されている、
ことを特徴とする請求項7に記載の円偏波アンテナ。 Four lumped constant circuits including a coil and a capacitor are provided.
Each of the first and second conductive lines is connected to the two lumped constant circuits across the feeding point.
The circularly polarized antenna according to claim 7.
ことを特徴とする請求項7乃至9のうちいずれか1項に記載の円偏波アンテナ。 Each of the four second electrodes has a side portion bent toward the first electrode.
The circularly polarized antenna according to claim 7, wherein the antenna is a circularly polarized wave antenna.
前記4組の第1電極および第2電極のうち、2組の第1電極および第2電極は第1の方向に配列され、残りの2組の第1電極および第2電極は第2の方向に配列され、前記第1の方向に配列された第1電極同士または第2電極同士を結ぶ線分と、前記第2の方向に配列された第1電極同士または第2電極同士を結ぶ線分とが交差し、
前記第1の導通線路は前記第1の方向に配列された第1電極同士を接続し、前記第2の導通線路は前記第2の方向に配列された第1電極同士を接続し、前記第3の導通線路は前記第1の方向に配列された第2電極同士を接続し、前記第4の導通線路は前記第2の方向に配列された第2電極同士を接続し、
前記第1および第3の導通線路と、前記第2および第4の導通線路とは、両端間のインダクタンスが異なり、
前記第1および第2の導通線路が交わる部分に前記4つの第1電極用の給電点が設けられ、前記第3および第4の導通線路の交わる部分に前記4つの第2電極用の給電点が設けられている、
ことを特徴とする円偏波アンテナ。 Including four sets of first and second electrodes facing each other, and first to fourth conductive lines configured using at least a conductor,
Of the four sets of the first electrode and the second electrode, two sets of the first electrode and the second electrode are arranged in the first direction, and the remaining two sets of the first electrode and the second electrode are in the second direction. Line segments connecting the first electrodes or the second electrodes arranged in the first direction, and line segments connecting the first electrodes or the second electrodes arranged in the second direction. Intersect with
The first conductive line connects the first electrodes arranged in the first direction, the second conductive line connects the first electrodes arranged in the second direction, and the first conductive line connects the first electrodes arranged in the second direction. 3 conductive lines connect the second electrodes arranged in the first direction, the fourth conductive line connects the second electrodes arranged in the second direction,
The first and third conductive lines and the second and fourth conductive lines have different inductances between both ends.
The four first electrode feed points are provided at a portion where the first and second conductive lines intersect, and the four second electrode feed points are provided at a portion where the third and fourth conductive lines intersect. Is provided,
A circularly polarized antenna characterized by that.
An electronic apparatus comprising the circularly polarized antenna according to any one of claims 7 to 11.
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