JP4690834B2

JP4690834B2 - Multi-frequency antenna

Info

Publication number: JP4690834B2
Application number: JP2005253889A
Authority: JP
Inventors: 大輔井上; 陽介神藤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: JP2007068037A

Description

本発明は、複数の周波数において動作するアンテナパターンを同一誘電体基板に配置した多周波共用アンテナに関するものである。 The present invention relates to a multi-frequency shared antenna in which antenna patterns that operate at a plurality of frequencies are arranged on the same dielectric substrate.

近年、自動車に搭載される情報端末として、ＥＴＣ（Electronic Toll Collections[電子式料金徴収システム]：約５．８ＧＨｚ）やＧＰＳ（Global Positioning System[全地球測位システム]：約１．６ＧＨｚ）、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System[道路交通情報通信システム]：約２．５ＧＨｚ）やＳＤＡＲＳ（Satellite Digital Audio Radio Service[衛星デジタルラジオサービス]：約２．３ＧＨｚ）などの利用が普及している。 In recent years, as information terminals mounted on automobiles, ETC (Electronic Toll Collections [electronic toll collection system]: about 5.8 GHz), GPS (Global Positioning System [global positioning system]: about 1.6 GHz), VICS ( Vehicle information and communication system (road traffic information communication system): about 2.5 GHz) and SDARS (Satellite Digital Audio Radio Service: about 2.3 GHz) are widely used.

さらに、上述の各メディアの複合的な利用が進んでいる。これらの通信に際し使用されるアンテナには、図１７に示す単周波用のアンテナ等と、例えば特許文献１や図１８に示すような複数のアンテナを一体的にした多周波用のアンテナとが知られている。実運用上、アンテナ設置スペースの小型化や簡素化や低コスト化という点において、多周波用のアンテナが有用である。以下、それぞれの様態を説明する。 Further, the combined use of the above-mentioned media is progressing. As antennas used for these communications, there are known a single-frequency antenna shown in FIG. 17 and a multi-frequency antenna in which a plurality of antennas are integrated as shown in, for example, Patent Document 1 and FIG. It has been. In actual operation, a multi-frequency antenna is useful in terms of downsizing, simplification, and cost reduction of the antenna installation space. Each aspect will be described below.

図１７に示す単周波アンテナ９００は、セラミックやプラスチック等から構成される誘電体１と、その表面に形成され、電波を送受信する１枚の放射導体３（以下、アンテナ素子という。）と、誘電体１の裏面に形成されたグランド導体とを備える。通常、上記アンテナは実使用に際し、電気的要件や機構的要件より、回路基板上や金属板上（以下両者をまとめて有限導体板上という。）に設置される。このような構成を備えた単周波アンテナ９００により、１つの周波数帯域の電波の送信または受信を行うことができる。 A single frequency antenna 900 shown in FIG. 17 includes a dielectric 1 made of ceramic, plastic, or the like, a single radiating conductor 3 (hereinafter referred to as an antenna element) formed on the surface thereof for transmitting and receiving radio waves, and a dielectric. A ground conductor formed on the back surface of the body 1. Usually, in actual use, the antenna is installed on a circuit board or a metal plate (hereinafter, both are collectively referred to as a finite conductor plate) because of electrical requirements and mechanical requirements. The single frequency antenna 900 having such a configuration can transmit or receive radio waves in one frequency band.

一方で、図１８に示す多周波共用アンテナ１０００は、セラミックやプラスチック等から構成される誘電体１と、その表面かつ中心に形成された第１のアンテナ素子３と、その表面に形成され、第１のアンテナ素子３を囲む第２のアンテナ素子５とを備え、さらに、誘電体１の裏面に形成されたグランド導体とを備える。上述の単周波アンテナ９００の周囲に別の周波数で動作するアンテナ素子が配置された状態である。第１のアンテナ素子３は高周波帯域用として、また、外側に配置された第２のアンテナ素子５は低周波帯域用として動作する。それぞれのアンテナにおいてはそれぞれの給電点を設けている。 On the other hand, the multi-frequency antenna 1000 shown in FIG. 18 is formed on the dielectric 1 made of ceramic, plastic, or the like, the first antenna element 3 formed on the surface and in the center thereof, A second antenna element 5 surrounding the first antenna element 3, and a ground conductor formed on the back surface of the dielectric 1. This is a state where an antenna element that operates at a different frequency is disposed around the single-frequency antenna 900 described above. The first antenna element 3 operates for a high frequency band, and the second antenna element 5 arranged outside operates for a low frequency band. Each antenna is provided with a respective feeding point.

単周波用と同様に、実使用に際し有限導体板上に設置される。このような構成を備えた多周波共用アンテナにより、２つの周波数帯域の電波の送信または受信を行うことができる。また、図１８に示した構成は一体的なアンテナで多周波共用を試みた一例であり、上記の構成に限らず様々な多周波共用の様態が提案されている。
特開２００４−２８９３３２号公報 As with single frequency, it is installed on a finite conductor plate in actual use. The multi-frequency shared antenna having such a configuration can transmit or receive radio waves in two frequency bands. Further, the configuration shown in FIG. 18 is an example in which multi-frequency sharing is attempted with an integrated antenna, and various modes of multi-frequency sharing have been proposed in addition to the above configuration.
JP 2004-289332 A

ここで、多周波共用アンテナ１０００は実運用上メリットを有するものの、上述した単周波アンテナ９００と比較し、所望の電気特性を得られないという問題がある。これはアンテナの多周波化、すなわち異なった周波数に対応したアンテナ素子どうしの相互干渉によるものである。以下、図１９及び図２０を参照しながら具体的に問題となる電気特性例について説明する。なお、以下の数値データはすべてシミュレーション結果である。 Here, although the multi-frequency shared antenna 1000 has merit in actual operation, there is a problem that desired electric characteristics cannot be obtained as compared with the single-frequency antenna 900 described above. This is due to the multi-frequency of the antenna, that is, mutual interference between antenna elements corresponding to different frequencies. Hereinafter, specific examples of electrical characteristics that cause problems will be described with reference to FIGS. 19 and 20. The following numerical data are all simulation results.

図１９は、単周波アンテナ９００及び多周波共用アンテナ１０００の高周波側動作時のＥ面の放射特性を示すグラフであり、横軸がアンテナ天頂方向に対する角度、縦軸が利得である。図１９から明らかなように、単周波アンテナ９００と、多周波共用アンテナ１０００の特性には顕著な相違があることが分かる。単周波アンテナの利得に比べて、多周波アンテナの利得が天頂方向で大きく低下することがわかる。 FIG. 19 is a graph showing the radiation characteristics of the E plane when the single-frequency antenna 900 and the multi-frequency shared antenna 1000 are operated on the high frequency side, where the horizontal axis is the angle with respect to the antenna zenith direction, and the vertical axis is the gain. As can be seen from FIG. 19, there is a significant difference between the characteristics of the single-frequency antenna 900 and the multi-frequency antenna 1000. It can be seen that the gain of the multi-frequency antenna is greatly reduced in the zenith direction compared to the gain of the single-frequency antenna.

図２０は、多周波共用アンテナ１０００について、給電点におけるアイソレーション特性を示すグラフであり、横軸が多周波共用アンテナ１０００の規格化周波数（ｆ／ｆ_０）、縦軸がアイソレーション特性である。ここでの周波数帯域は多周波のうち低周波側の帯域であり、f_０はアンテナ共振周波数である。図２０からわかるように、共振周波数近辺におけるアイソレーションは、必ずしも十分とはいえない。 FIG. 20 is a graph showing the isolation characteristics at the feeding point for the multi-frequency antenna 1000, the horizontal axis is the normalized frequency (f / f ₀ ) of the multi-frequency antenna 1000, and the vertical axis is the isolation characteristic. . Frequency band where a band of low-frequency side of the multi-frequency, f ₀ is the antenna resonant frequency. As can be seen from FIG. 20, the isolation near the resonance frequency is not always sufficient.

以上のようにアンテナの多周波化に伴って、天頂方向の利得特性が減少するという問題や、相互の給電点におけるアイソレーションが十分でない、等といった問題があった。また、これはアンテナの小型化促進のため、例えば上記のような、一方のアンテナ素子の周囲にもう一方のアンテナ素子を取り囲む構成のように各々のアンテナ素子の近接配置化によって顕著に現れる問題であった。 As described above, there are problems that the gain characteristics in the zenith direction decrease with the increase in the frequency of the antenna, and that the isolation at the mutual feeding points is not sufficient. Also, this is a problem that appears prominently due to the proximity of each antenna element, such as the configuration surrounding the other antenna element around one antenna element as described above, in order to promote the miniaturization of the antenna. there were.

本発明は、上述したものをはじめとした問題点に鑑みてなされたものであり、所望の電気特性が得られる多周波共用アンテナを提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a multi-frequency antenna that can obtain desired electrical characteristics.

本発明に係る多周波共用アンテナの第１の態様は、有限導体板上に設置される略板状の誘電体と、矩形の環状をなす低周波アンテナ素子と、前記低周波アンテナ素子の中空部よりもサイズが小さい矩形形状を有し、前記低周波アンテナ素子の内周との間に略一定幅のギャップを形成するように前記中空部の略中央に配置された高周波アンテナ素子とを含み、前記誘電体の表面上に形成され、前記誘電体と片面を接するパッチアンテナとしてのアンテナパターンと、前記ギャップ内に存する前記誘電体の表面に設けられ、前記ギャップよりも狭い幅を有する溝構造であって、前記ギャップの幅方向の中間位置よりも前記低周波アンテナ素子に近い位置に設けられた前記誘電体基板の厚みの７５％以上の深さを有する少なくとも１つの溝構造と、を備えることを特徴とする多周波共用アンテナである。 A first aspect of the multi-frequency antenna according to the present invention includes a substantially plate-like dielectric material installed on a finite conductor plate, a rectangular low-frequency antenna element, and a hollow portion of the low-frequency antenna element. A rectangular shape having a smaller size than that of the low-frequency antenna element, and a high-frequency antenna element disposed at substantially the center of the hollow portion so as to form a gap having a substantially constant width with the inner periphery of the low-frequency antenna element, An antenna pattern as a patch antenna formed on the surface of the dielectric and in contact with the dielectric, and a groove structure provided on the surface of the dielectric existing in the gap and having a width narrower than the gap. there are, at least one groove structure having 75% or more of the depth of the thickness of the dielectric substrate provided at a position closer to the low frequency antenna elements than the middle position in the width direction of the gap, A multi-band antenna, characterized in that it comprises.

本発明に係る多周波共用アンテナの第２の態様は、前記溝構造が、前記高周波アンテナ素子の全周にわたって所定の深さで形成されることを特徴とする多周波共用アンテナである。 A second aspect of the multi-frequency antenna according to the present invention is the multi-frequency antenna, wherein the groove structure is formed at a predetermined depth over the entire circumference of the high-frequency antenna element .

本発明に係る多周波共用アンテナの第３の態様は、前記溝構造が、前記高周波アンテナ素子の外周の一部に所定の深さで形成されることを特徴とする多周波共用アンテナである。 A third aspect of the multi-frequency antenna according to the present invention is the multi-frequency antenna, wherein the groove structure is formed at a predetermined depth in a part of the outer periphery of the high-frequency antenna element .

本発明に係る多周波共用アンテナの第４の態様は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の多周波共用アンテナが、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、ＥＴＣ、ＳＤＡＲＳの少なくとも１つに用いられること特徴とする多周波共用アンテナである。 According to a fourth aspect of the multi-frequency shared antenna according to the present invention, the multi-frequency shared antenna according to any one of claims 1 to 3 is used for at least one of GPS, VICS, ETC, and SDARS. It is a multi-frequency shared antenna.

以上説明したように、本発明の多周波共用アンテナにおいて、溝構造の存在により、それを挟む異なった周波数に対応したアンテナ素子同士の相互の干渉を抑制あるいは調整することができる。これにより所望の電気特性を得ることができる。具体的には、天頂方向の利得値の向上、放射指向性の制御、放射指向性ピーク方向の制御、相互の給電点におけるアイソレーション特性を改善することが可能となる。 As described above, in the multi-frequency shared antenna of the present invention, mutual interference between antenna elements corresponding to different frequencies sandwiching the antenna can be suppressed or adjusted due to the presence of the groove structure. Thereby, desired electrical characteristics can be obtained. Specifically, it becomes possible to improve the gain value in the zenith direction, control the radiation directivity, control the radiation directivity peak direction, and improve the isolation characteristics at the mutual feeding points.

以下、本発明の実施形態について、図１から図１６及び図２１から図２３を参照して、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 16 and FIGS. 21 to 23.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる多周波共用アンテナについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の多周波共用アンテナを模式的に説明する図であり、多周波共用アンテナの斜視図（ａ）、平面図（ｂ）及び正面図（ｃ）（一部断面図；図１の矢視Ａ）である。 (First embodiment)
A multi-frequency antenna according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a multi-frequency antenna according to the present invention, and is a perspective view (a), a plan view (b) and a front view (c) (partial cross-sectional view; FIG. 1 is an arrow A).

図１（ａ）で示す多周波共用アンテナ１００は、セラミックやプラスチック等から構成される誘電体１と、その表面上かつ中心に形成された第１のアンテナ素子３と、誘電体１の表面上に形成され第１のアンテナ素子３を囲む第２のアンテナ素子５とを備え、誘電体１の裏面にグランド導体を備え、有限導体板７上に設置される。この有限導体板７は実質上アンテナのグランドとして機能している。 A multi-frequency antenna 100 shown in FIG. 1A includes a dielectric 1 made of ceramic, plastic, or the like, a first antenna element 3 formed on the surface and in the center, and a surface of the dielectric 1. And a second antenna element 5 surrounding the first antenna element 3, a ground conductor on the back surface of the dielectric 1, and installed on the finite conductor plate 7. The finite conductor plate 7 substantially functions as an antenna ground.

ここで例示する構成は、パッチアンテナの周囲にリング状パッチアンテナを配置するものであり、中心に設置された第１のアンテナ素子３は高周波帯域用として、また、外側に設置された第２のアンテナ素子５は低周波帯域用として動作する。また、これらのアンテナ素子は、それぞれの給電点を有する。ここではそれぞれピン給電、容量給電としている。このような、一方のアンテナ素子の周囲にもう一方のアンテナ素子を取り囲む構成は、取り囲まず並べた構成に比して、複数のアンテナを一体化する上で、構成面積の小型化や構造的または電気的な対称性の確保などのメリットを有している。 In the configuration exemplified here, a ring-shaped patch antenna is arranged around the patch antenna, and the first antenna element 3 installed at the center is used for a high frequency band, and the second antenna element 3 installed outside is used. The antenna element 5 operates for a low frequency band. In addition, these antenna elements have respective feeding points. Here, pin feeding and capacitive feeding are used, respectively. Such a configuration that surrounds one antenna element around the other antenna element is smaller than a configuration in which a plurality of antennas are integrated as compared to a configuration in which the other antenna elements are arranged side by side. It has advantages such as ensuring electrical symmetry.

本発明の多周波共用アンテナ１００は、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、有限導体板７上に設置され第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子５との間の誘電体１の表面上に、第１のアンテナ素子３を全周取り囲むように設けられている。また、溝構造９を設ける位置は、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子５より第１のアンテナ素子３から遠い位置に設けているが、これにより素子３のフリンジング効果を含めた設計がしやすくなる。ここで第１実施形態における溝構造９の深さｄは誘電体基板の厚みの約２５％としている。また、多周波共用アンテナ１００の構成各寸法の例を下表の通り示す。なお、本発明の寸法は下表に限られるものではない。

λ：高周波側共振波長
λｇ：高周波側の誘電体内実効波長（λｇ＝λ／√εｒ εｒ：比誘電率） As shown in FIGS. 1B and 1C, the multi-frequency antenna 100 of the present invention is installed on a finite conductor plate 7 and is a dielectric between a first antenna element 3 and a second antenna element 5. 1 is provided so as to surround the entire circumference of the first antenna element 3. The groove structure 9 is provided at a position farther from the first antenna element 3 than the first antenna element 3 and the second antenna element 5, thereby including the fringing effect of the element 3. Easy to design. Here, the depth d of the groove structure 9 in the first embodiment is about 25% of the thickness of the dielectric substrate. Moreover, the example of each dimension of a structure of the multi-frequency common antenna 100 is shown as the following table. The dimensions of the present invention are not limited to the table below.

λ: resonance frequency on the high frequency side λg: effective wavelength in the dielectric on the high frequency side (λg = λ / √εr εr: relative dielectric constant)

図２は、本実施形態の多周波共用アンテナの上表の寸法における高周波側動作時のＥ面の放射特性を示すグラフであり、横軸がアンテナ天頂方向に対する角度、縦軸が利得である。従来の構成による多周波共用アンテナにおいて、単周波アンテナの利得に比べて、天頂方向の利得が低下していたが、誘電体に溝構造を設けることによって、多周波化した状態においても、単周波アンテナ状態に近い指向性にでき、天頂方向において同程度利得を持たせることが可能となる。これは、溝構造の付加によって誘電体内に広がっていた電磁界分布を変化させたことによるものである。以下の実施形態においても、同様のメカニズムである。 FIG. 2 is a graph showing the radiation characteristics of the E plane during the high frequency operation in the upper dimensions of the multi-frequency shared antenna of this embodiment. The horizontal axis represents the angle with respect to the antenna zenith direction, and the vertical axis represents the gain. In the multi-frequency antenna with the conventional configuration, the gain in the zenith direction is lower than the gain of the single-frequency antenna. However, even if the multi-frequency antenna is made multi-frequency by providing a groove structure in the dielectric, The directivity close to the antenna state can be obtained, and the same gain can be given in the zenith direction. This is due to the change in the electromagnetic field distribution spreading in the dielectric body due to the addition of the groove structure. The same mechanism is used in the following embodiments.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる多周波共用アンテナについて図面を参照して説明する。図３は、多周波共用アンテナ２００の正面図（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, a multi-frequency shared antenna according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a front view (partially sectional view) of the multi-frequency antenna 200. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

第２実施形態では、図３（ｂ）で示すとおり、第１実施形態で使用した多周波共用アンテナ１００の溝構造９の深さｄを誘電体基板の厚みの約７５％としている。図４は、本実施形態の多周波共用アンテナの高周波側動作時のＥ面の放射特性を示すグラフであり、横軸がアンテナ天頂方向に対する角度、縦軸が利得である。単周波アンテナまた第１実施形態と比較し、指向性をより天頂方向に強めることができ、天頂方向における利得を向上させることが可能となる。またこれからわかるように、アンテナとして所望の指向性や天頂方向利得やビーム幅を得るために、溝構造９の深さｄを、第1実施形態と第２実施形態を含めた任意の設計パラメータとして用いることが有用である。 In the second embodiment, as shown in FIG. 3B, the depth d of the groove structure 9 of the multi-frequency antenna 100 used in the first embodiment is about 75% of the thickness of the dielectric substrate. FIG. 4 is a graph showing the radiation characteristics of the E plane during the high frequency operation of the multi-frequency shared antenna of this embodiment, where the horizontal axis is the angle with respect to the antenna zenith direction, and the vertical axis is the gain. Compared with the single-frequency antenna or the first embodiment, the directivity can be further enhanced in the zenith direction, and the gain in the zenith direction can be improved. As can be seen, the depth d of the groove structure 9 can be set as an arbitrary design parameter including the first and second embodiments in order to obtain desired directivity, zenith gain and beam width as an antenna. It is useful to use.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる多周波共用アンテナについて図面を参照して説明する。図５は、多周波共用アンテナ３００の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。 (Third embodiment)
Next, a multi-frequency shared antenna according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a plan view (a) and a front view (b) (partially sectional view) of the multi-frequency antenna 300. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

第３実施形態では、図５で示すとおり、第２実施形態で使用した多周波共用アンテナ２００の溝構造９を第１のアンテナ素子３の片側だけに設けたものである。溝構造９は図５（ａ）の斜線で示すように、第１のアンテナ素子３を半周分コの字状に囲むとともに、第１のアンテナ素子３とは所定の距離だけ離れており、第２のアンテナ素子５と近接するように誘電体１に配置されている。 In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the groove structure 9 of the multi-frequency shared antenna 200 used in the second embodiment is provided only on one side of the first antenna element 3. 5A, the groove structure 9 surrounds the first antenna element 3 in a U shape for a half circumference, and is separated from the first antenna element 3 by a predetermined distance. It is arranged on the dielectric 1 so as to be close to the second antenna element 5.

なお、溝構造９の深さｄは第２実施形態同様に誘電体基板の厚みの約７５％としている。図６は、本実施形態の多周波共用アンテナの高周波側動作時のＥ面の放射特性を示すグラフであり、横軸がアンテナ天頂方向に対する角度、縦軸が利得である。特性ｂは図５のとおりＸ軸＋方向に溝構造を配置させた場合のものであり、特性ａは図５とは反対方向すなわちＸ軸−方向に溝構造を配置させた場合のものである。誘電体１に設けた溝構造９を全周に設けるのではなく、片側に設けることによって、比較的指向性ピーク方向を天頂から溝構造がある反対方向側に変化させることが可能となる。これから分かるとおり、アンテナとして所望の指向性や指向性ピーク方向を得るために、溝構造を、第３実施形態を含めた非対称配置とすることが有用である。また、溝構造は本実施形態のようなコの字状に限らず、非対称配置であれば同様の効果が得られる。 The depth d of the groove structure 9 is about 75% of the thickness of the dielectric substrate as in the second embodiment. FIG. 6 is a graph showing the radiation characteristics of the E-plane when the multi-frequency antenna of this embodiment is operating on the high frequency side. The horizontal axis represents the angle with respect to the antenna zenith direction, and the vertical axis represents the gain. Characteristic b is obtained when the groove structure is arranged in the X axis + direction as shown in FIG. 5, and characteristic a is obtained when the groove structure is arranged in the opposite direction to FIG. 5, that is, in the X axis-direction. . By providing the groove structure 9 provided in the dielectric 1 not on the entire circumference but on one side, it becomes possible to relatively change the directivity peak direction from the zenith to the opposite direction side where the groove structure is located. As can be seen, in order to obtain the desired directivity and directivity peak direction as the antenna, it is useful to make the groove structure an asymmetric arrangement including the third embodiment. Further, the groove structure is not limited to the U-shape as in the present embodiment, and the same effect can be obtained if it is an asymmetrical arrangement.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかる多周波共用アンテナについて図面を参照して説明する。図７は、多周波共用アンテナ３００の平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。 (Fourth embodiment)
Next, a multi-frequency shared antenna according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a plan view (a) and a front view (b) (partially sectional view) of the multi-frequency antenna 300. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

第４実施形態では、図７で示すとおり、リング状パッチアンテナの周囲にリング状パッチアンテナを配置するものであり、第１〜３実施形態同様、内側に設置された第１のアンテナ素子３は高周波帯域用として、また、外側に設置された第２のアンテナ素子５は低周波帯域用として動作する。それぞれのアンテナの給電点はそれぞれに設けており、何等かの要因で、それぞれの給電点が比較的接近した場合の一例として、取り上げている。アンテナ素子３への給電は容量給電としている。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the ring-shaped patch antenna is arranged around the ring-shaped patch antenna. Like the first to third embodiments, the first antenna element 3 installed inside is The second antenna element 5 installed on the outside operates for the high frequency band and for the low frequency band. The feeding points of the respective antennas are provided respectively, and are taken as an example when the feeding points are relatively close to each other for some reason. The power supply to the antenna element 3 is a capacitive power supply.

本実施形態は給電特性を適正なものになるよう調整し、かつ溝構造９を第１のアンテナ素子３の給電点に近い部分に設けたものである。図８は第４実施形態における各給電点のアイソレーション特性を示すグラフである。図８からわかるように、溝構造がない場合のアイソレーション特性に比べ、改善していることが明らかである。これから、多周波アンテナの各々の給電点におけるアイソレーションの改善に対し誘電体に構構造を設けることが有用であることが分かる。また、この溝構造の形状は図８に限らず、他の形状においても同様の効果が得られる。 In the present embodiment, the feeding characteristics are adjusted to be appropriate, and the groove structure 9 is provided in a portion near the feeding point of the first antenna element 3. FIG. 8 is a graph showing the isolation characteristics of each feeding point in the fourth embodiment. As can be seen from FIG. 8, it is clear that the isolation characteristics are improved compared to the case where there is no groove structure. From this, it can be seen that it is useful to provide a dielectric structure for improving the isolation at each feeding point of the multi-frequency antenna. The shape of the groove structure is not limited to that shown in FIG. 8, and the same effect can be obtained in other shapes.

（その他の実施形態）
以下、その他の実施形態について図面を参照しながら説明する。図９は、多周波共用アンテナの平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。 (Other embodiments)
Hereinafter, other embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a plan view (a) and a front view (b) (partially sectional view) of the multi-frequency shared antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

図９に示す多周波共用アンテナ４００は、誘電体１の表面に第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５の外周に、さらに第３のアンテナ素子６を設置したものである。すなわち、実施形態１（図１）及び実施形態２（図３）で説明した多周波共用アンテナ１００及び２００の誘電体１に設置した第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５の外周に第３のアンテナ素子６を設置したものである。本実施形態をはじめ、２周波以上の多周波アンテナにおいても同様の効果を得ることができる。 A multi-frequency antenna 400 shown in FIG. 9 is obtained by installing a first antenna element 3 on the surface of a dielectric 1 and a third antenna element 6 on the outer periphery of the second antenna element 5. That is, on the outer periphery of the first antenna element 3 and the second antenna element 5 installed on the dielectric 1 of the multi-frequency antenna 100 and 200 described in the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 3). A third antenna element 6 is installed. The same effect can be obtained in the multi-frequency antenna having two or more frequencies including this embodiment.

さらに、図１０も、多周波共用アンテナの平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す多周波共用アンテナ５００は、誘電体１の表面に設置された第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５を誘電体１の同一平面上に配置しない実施形態である。すなわち、第１のアンテナ素子３は第２のアンテナ素子５よりも低い位置に設けられている。本実施形態においても、第１のアンテナ素子３と第２のアンテナ素子５との間に溝構造９を配置することにより、上記他の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, FIG. 10 is also a plan view (a) and a front view (b) (partial sectional view) of the multi-frequency shared antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. A multi-frequency antenna 500 shown in FIG. 10 is an embodiment in which the first antenna element 3 and the second antenna element 5 installed on the surface of the dielectric 1 are not arranged on the same plane of the dielectric 1. That is, the first antenna element 3 is provided at a position lower than the second antenna element 5. Also in this embodiment, by arranging the groove structure 9 between the first antenna element 3 and the second antenna element 5, it is possible to obtain the same effect as the other embodiments described above.

さらに、図１１及び図２３も、多周波共用アンテナの平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１１に示す多周波共用アンテナ６００及び図２３に示す多周波共用アンテナ６２０は、誘電体１の表面に設置された第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５の間に複数の部分的な溝構造９を備えている。このような複数の部分的な溝構造９は、上記他の実施形態で設置してきた溝構造と同様の機能を果たし、本実施形態、またその変形において、上記他の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図１１に示す多周波共用アンテナ６００と図２３に示す多周波共用アンテナ６２０との相違点は、それぞれの図の（ｂ）に示す溝構造９の深さであり、図１１に示す溝構造９の深さｄは誘電体基板の厚みの約７５％であるが、図２３に示す溝構造９の深さｄは溝構造９の底面がグランド導体８に近接している点である。 11 and 23 are also a plan view (a) and a front view (b) (partial cross-sectional view) of the multi-frequency shared antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. The multi-frequency shared antenna 600 shown in FIG. 11 and the multi-frequency shared antenna 620 shown in FIG. 23 include a plurality of partial antennas between the first antenna element 3 and the second antenna element 5 installed on the surface of the dielectric 1. The groove structure 9 is provided. Such a plurality of partial groove structures 9 perform the same function as the groove structures that have been installed in the other embodiments described above, and in this embodiment and modifications thereof, have the same effects as the other embodiments described above. Obtainable. 11 is different from the multi-frequency shared antenna 620 shown in FIG. 23 in the depth of the groove structure 9 shown in FIG. 11B, and the groove shown in FIG. The depth d of the structure 9 is about 75% of the thickness of the dielectric substrate, but the depth d of the groove structure 9 shown in FIG. 23 is that the bottom surface of the groove structure 9 is close to the ground conductor 8.

さらに、図１２も、多周波共用アンテナの平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１２に示す多周波共用アンテナ６００は、誘電体１の表面に設置された第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５の間に複数の貫通する貫通穴１６を備えている。このような複数の部分的な貫通穴１６は、上記他の実施形態で設置してきた溝構造に近い機能を果たし、本実施形態、またその変形において、上記他の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, FIG. 12 is also a plan view (a) and a front view (b) (partial sectional view) of the multi-frequency shared antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. A multi-frequency antenna 600 shown in FIG. 12 includes a plurality of through holes 16 penetrating between the first antenna element 3 and the second antenna element 5 installed on the surface of the dielectric 1. Such a plurality of partial through-holes 16 have a function similar to the groove structure that has been installed in the above-mentioned other embodiments, and in the present embodiment and its modifications, the same effects as in the other embodiments are obtained. be able to.

但し、上記のような誘電体において貫通穴構造を設ける場合、誘電体１のみに貫通穴１６を形成することは困難であり、製造する過程でグランド導体８ごと貫通する構成となる。ここで、多周波共用アンテナの実際の使用に際しては、有限導体板７に対して両面テープやはんだを介して設置される、つまり有限導体板７からグランド導体８との間になんらかの空間が存在することとなり、グランド導体８ごと貫通穴１６を有する多周波共用アンテナは、受けるばらつきの影響が大きい。具体的には、図２１及び図２２によって示されるグラフによって明らかである。 However, when the through-hole structure is provided in the dielectric as described above, it is difficult to form the through-hole 16 only in the dielectric 1, and the ground conductor 8 is penetrated in the manufacturing process. Here, when the multi-frequency antenna is actually used, it is installed on the finite conductor plate 7 via double-sided tape or solder, that is, there is some space between the finite conductor plate 7 and the ground conductor 8. In other words, the multi-frequency shared antenna having the through hole 16 together with the ground conductor 8 is greatly affected by variations. Specifically, it is clear from the graphs shown in FIGS.

図２１は、図２３に示す多周波共用アンテナ６２０の高周波動作時のＥ面の放射特性を示すグラフであり、図２２は、図１２に示す多周波共用アンテナ６５０の高周波動作時のＥ面の放射特性を示すグラフである。ともに、横軸がアンテナ天頂方向に対する角度、縦軸が利得である。また、グラフ外に記載される凡例は有限導体板７とグランド導体８との距離を示しており、高さ０ｍｍを有限導体板７とグランド導体８とが一体であることを示している。以降、高さを０．１ｍｍ刻みに０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとして変更した。図２１及び図２２により明らかなとおり、図２３に示す多周波共用アンテナ６００では、有限導体板７とグランド導体８の高さを変更しても利得特性のばらつきは少ないが、図１２に示す多周波共用アンテナ６５０では、有限導体板７とグランド導体８の高さを変更すると利得特性のばらつきが大きくなる。したがって、貫通穴構造は、ばらつきの影響が小さい溝構造に比して、必ずしも好ましい構成とはいえない。 FIG. 21 is a graph showing the radiation characteristics of the E plane during high frequency operation of the multi-frequency shared antenna 620 shown in FIG. 23, and FIG. 22 shows the E plane during high frequency operation of the multi-frequency shared antenna 650 shown in FIG. It is a graph which shows a radiation characteristic. In both cases, the horizontal axis represents the angle to the antenna zenith direction, and the vertical axis represents the gain. The legend described outside the graph indicates the distance between the finite conductor plate 7 and the ground conductor 8, and indicates that the finite conductor plate 7 and the ground conductor 8 are integral with each other at a height of 0 mm. Thereafter, the height was changed to 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.3 mm in increments of 0.1 mm. As apparent from FIGS. 21 and 22, the multi-frequency antenna 600 shown in FIG. 23 has little variation in gain characteristics even when the heights of the finite conductor plate 7 and the ground conductor 8 are changed, but the multi-frequency antenna 600 shown in FIG. In the frequency sharing antenna 650, when the heights of the finite conductor plate 7 and the ground conductor 8 are changed, variation in gain characteristics increases. Therefore, the through-hole structure is not necessarily a preferable configuration as compared with the groove structure that is less affected by variations.

さらに、図１３も、多周波共用アンテナの平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１３に示す多周波共用アンテナ７００は、誘電体１の表面に設置された第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５の間に溝構造９を備えている。多周波共用アンテナ７００では、第１のアンテナ素子３を第２のアンテナ素子５が囲む構造ではないが、溝構造９を設けることにより、本実施形態においても同様の効果を得ることができる。 FIG. 13 is also a plan view (a) and a front view (b) (partial cross-sectional view) of the multi-frequency shared antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. A multi-frequency antenna 700 shown in FIG. 13 includes a groove structure 9 between the first antenna element 3 and the second antenna element 5 installed on the surface of the dielectric 1. In the multi-frequency antenna 700, the first antenna element 3 is not surrounded by the second antenna element 5. However, by providing the groove structure 9, the same effect can be obtained in this embodiment.

さらに、図１４も、多周波共用アンテナの平面図（ａ）及び正面図（ｂ）（一部断面図）である。なお、図１に示される多周波共用アンテナ１００の各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１４に示す多周波共用アンテナ８００は、誘電体１の表面に設置された第１のアンテナ素子３、第２のアンテナ素子５の間に溝構造９を備えている。そして、第２のアンテナ素子５によって、第１のアンテナ素子３の周囲半分以上が取り囲まれている。本実施形態においても同様の効果を得ることができる。 FIG. 14 is also a plan view (a) and a front view (b) (partial cross-sectional view) of the multi-frequency shared antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to each part of the multifrequency antenna 100 shown by FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. A multi-frequency antenna 800 shown in FIG. 14 includes a groove structure 9 between the first antenna element 3 and the second antenna element 5 installed on the surface of the dielectric 1. The second antenna element 5 surrounds more than half of the periphery of the first antenna element 3. Similar effects can be obtained in this embodiment.

さらに、図１５のように第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子５を誘電体内部に設置することも可能である。さらには、溝構造の内部に誘電体１より低い誘電率の誘電体を充填してもよい。また、アンテナ素子としてパッチアンテナを上述で例示してきたが、本発明はパッチアンテナに限られるものではなく、スロットアンテナや図１６のようなスパイラルアンテナ等他の各種アンテナ方式においても実施することが可能である。 Further, as shown in FIG. 15, the first antenna element 3 and the second antenna element 5 can be installed inside the dielectric. Furthermore, a dielectric having a dielectric constant lower than that of the dielectric 1 may be filled in the groove structure. Further, although the patch antenna has been exemplified above as the antenna element, the present invention is not limited to the patch antenna, and can be implemented in various other antenna systems such as a slot antenna and a spiral antenna as shown in FIG. It is.

なお、本発明の実施形態において誘電体の形状は直方体を使用して説明したが、その形状は円柱や多角柱や凸部や凹部を含むものなど任意の形状で構わない。また、本発明をアンテナ動作として直線偏波に限らず円偏波にも適用可能であることや、給電方式も例示したもの以外の方式においても適用できるのは勿論である。 In the embodiment of the present invention, the shape of the dielectric has been described using a rectangular parallelepiped, but the shape may be any shape such as a cylinder, a polygonal column, a convex part, or a concave part. In addition, the present invention can be applied not only to linearly polarized waves but also to circularly polarized waves as an antenna operation, and can be applied to systems other than those exemplified in the power feeding system.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の多周波共用アンテナにより、天頂方向の利得値の向上、放射指向性の制御、放射指向性ピーク方向の制御、相互の給電点におけるアイソレーションの改善等、をはじめとした所望の電気特性を得るための設計が可能となる。アンテナの多周波共用化が実現されることによって省スペース化、小型化、低コスト化等、利用者の利便性が高まることにつながり、産業上の利用可能性が高い。 With the multi-frequency antenna of the present invention, desired electrical characteristics such as improvement of gain value in the zenith direction, control of radiation directivity, control of peak direction of radiation directivity, improvement of isolation at mutual feeding points, etc. The design to obtain is possible. Realization of multi-frequency sharing of antennas leads to increased convenience for users, such as space saving, miniaturization, and cost reduction, and industrial applicability is high.

本発明の第１実施形態における多周波共用アンテナを示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、正面図（ｃ）である。It is the perspective view (a), top view (b), and front view (c) which show the multi-frequency antenna in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態における多周波共用アンテナの利得特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gain characteristic of the multifrequency shared antenna in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態における多周波共用アンテナの利得特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gain characteristic of the multifrequency shared antenna in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態における多周波共用アンテナの利得特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gain characteristic of the multifrequency shared antenna in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態における多周波共用アンテナのアイソレーションを示すグラフである。It is a graph which shows the isolation of the multi-frequency common antenna in a 4th embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す正面図である。It is a front view which shows the multi-frequency common antenna in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図である。It is a top view which shows the multifrequency shared antenna in other embodiment of this invention. 従来の単周波アンテナを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional single frequency antenna typically. 従来の多周波共用アンテナを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional multifrequency common antenna typically. 従来の単周波アンテナ及び多周波共用アンテナの利得特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gain characteristic of the conventional single frequency antenna and a multifrequency common antenna. 従来の多周波共用アンテナのアイソレーションを示すグラフである。It is a graph which shows the isolation of the conventional multi-frequency common antenna. 図２３に示す多周波共用アンテナのグランド導体と有限導体板との距離を変更したことによる利得特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gain characteristic by having changed the distance of the ground conductor of a multifrequency shared antenna shown in FIG. 23, and a finite conductor board. 図１２に示す多周波共用アンテナのグランド導体と有限導体板との距離を変更したことによる利得特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gain characteristic by having changed the distance of the ground conductor of a multifrequency shared antenna shown in FIG. 12, and a finite conductor board. 本発明の他の実施形態における多周波共用アンテナを示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。It is the top view (a) and front view (b) which show the multifrequency antenna in other embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１誘電体
３第１のアンテナ素子
５第２のアンテナ素子
６第３のアンテナ素子
７有限導体板
８グランド導体
９溝構造
１０、１２給電点
１４、１５中心導線
１６貫通穴
１００、２００、３００、４００、５００、６００、６２０、６５０、７００、８００、１０００多周波共用アンテナ
９００単周波アンテナ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric 3 1st antenna element 5 2nd antenna element 6 3rd antenna element 7 Finite conductor plate 8 Ground conductor 9 Groove structure 10, 12 Feeding point 14, 15 Center conductor 16 Through-hole 100, 200, 300, 400, 500, 600, 620, 650, 700, 800, 1000 Multi-frequency shared antenna 900 Single-frequency antenna

Claims

A substantially plate-like dielectric placed on a finite conductor plate;
A gap having a substantially constant width is formed between a low-frequency antenna element having a rectangular ring shape and a rectangular shape having a size smaller than a hollow portion of the low-frequency antenna element, and an inner periphery of the low-frequency antenna element. An antenna pattern as a patch antenna formed on the surface of the dielectric and in contact with the dielectric, and a high-frequency antenna element disposed at substantially the center of the hollow portion,
A groove structure provided on the surface of the dielectric existing in the gap and having a width narrower than the gap, provided at a position closer to the low-frequency antenna element than an intermediate position in the width direction of the gap. At least one groove structure having a depth of 75% or more of the thickness of the dielectric substrate ;
A multi-frequency shared antenna comprising:

The multi-frequency shared antenna according to claim 1, wherein the groove structure is formed at a predetermined depth over the entire circumference of the high-frequency antenna element.

The multi-frequency shared antenna according to claim 1 or 2, wherein the groove structure is formed at a predetermined depth in a part of the outer periphery of the high-frequency antenna element.

The multi-frequency shared antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the multi-frequency shared antenna is used for at least one of GPS, VICS, ETC, and SDARS.