JP4287293B2 - Capacity loaded antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、特に、天井などに設置して使用する移動通信用の屋内中継装置として好適な容量装荷型アンテナ装置に関する。 The present invention particularly relates to a capacity-loaded antenna device suitable as an indoor relay device for mobile communication that is installed on a ceiling or the like.
移動通信用の屋内中継装置として好適な広帯域かつ低姿勢なアンテナ装置が提案されている。(例えば、特許文献1)
このアンテナ装置は、容量装荷型モノポールアンテナの素子部を、金属板によって形成している。上記金属板は、接地板の中心軸線を対称軸線とする左右対称な形状を有し、かつ前記接地板側に位置する左右の下側縁端が該接地板の外周側に向かうほど該接地板から離れるような形状を有している。
このアンテナ装置によれば、現用の携帯電話システムで使用されている複数の周波数帯をカバーすることが可能な広帯域性が得られ、かつ、低姿勢に構成することができる。
In this antenna device, the element portion of the capacity loaded monopole antenna is formed of a metal plate. The metal plate has a symmetrical shape with the central axis of the ground plate as a symmetric axis, and the left and right lower edges located on the ground plate side are closer to the outer peripheral side of the ground plate. It has a shape that separates from
According to this antenna device, it is possible to obtain a broadband property capable of covering a plurality of frequency bands used in the current mobile phone system and to have a low attitude.
しかし、上記先願に係るアンテナ装置は、素子部を構成する金属板が接地板の中心軸線を含む1つの面内に配置されているので、上記金属板の一方および他方の面側における水平面内指向性が該金属板の左右端側のそれよりも若干劣るという問題がある。 However, in the antenna device according to the prior application, since the metal plate constituting the element portion is arranged in one plane including the central axis of the ground plate, the horizontal plane on one and the other side of the metal plate is arranged. There is a problem that directivity is slightly inferior to that on the left and right ends of the metal plate.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、低姿勢に構成することができるという利点に加えて、より良好な水平面内指向性を得ることができるアンテナ装置を提供することを目的としている。 This invention is made | formed in view of such a condition, In addition to the advantage that it can be comprised in a low attitude | position, providing the antenna device which can obtain the more favorable in-plane directivity is provided. It is aimed.
本発明は、接地板の面上に素子部を設け、この素子部の頂端に容量装荷板を配設した容量装荷型アンテナ装置に係るものである。前記素子部は、前記接地板の中心軸線の周りに略等しい角度間隔で放射状に配列する3枚以上の同一形状の素子板で構成されている。前記各素子板は、前記接地板に対向する縁端と該接地板とのなす間隔が、前記中心軸線から遠ざかるほど大きくなるように形成されている。前記接地板と容量装荷板との間にショートピンを介在させ、前記接地板の面上に、前記各素子板の共振周波数とは異なる周波数に共振する無給電素子を配設
している。 The present invention relates to a capacitively loaded antenna device in which an element portion is provided on the surface of a ground plate, and a capacitive loading plate is disposed at the top end of the element portion . The element portion is composed of three or more identically shaped element plates arranged radially at substantially equal angular intervals around the central axis of the ground plate . Each element plate is formed such that the distance between the edge facing the ground plate and the ground plate increases as the distance from the central axis increases . A short pin is interposed between the ground plate and the capacity loading plate, and a parasitic element that resonates at a frequency different from the resonance frequency of each element plate is disposed on the surface of the ground plate.
is doing.
上記ショートピンは、給電線の特性インピーダンスとの整合性を向上するので、このショートピンを用いることによってより大幅な低姿勢化を図ることが可能になる。
好ましい実施の形態においては、前記素子部が4枚の素子板で構成される。
Since the short pin improves the matching with the characteristic impedance of the feeder line, the use of the short pin makes it possible to achieve a much lower posture.
In a preferred embodiment, the element portion is composed of four element plates.
前記無給電素子は、前記各素子板に対応して設けることができる。この場合、各無給電素子は、例えば、対応する素子板を含む面内に位置される。 The parasitic element can be provided corresponding to each element plate. In this case, each parasitic element is positioned, for example, in a plane including a corresponding element plate.
前記接地板には、前記素子部側に突出する段部を形成することができる。この段部は、多段状に形成しても良い。また、この段部は、例えば平面形状が多角形または円形となるように形成することができる。平面形状が多角形の段部は、例えば前記接地板の周縁端をその周縁端に形成したスリットを利用して折り曲げることにより形成することができる。この場合、前記スリットは、前記接地板の中心軸線から放射方向に延びるライン上に形成することが好ましい。 A stepped portion projecting toward the element portion can be formed on the ground plate. This step portion may be formed in a multi-step shape. Moreover, this step part can be formed, for example so that a planar shape may become a polygon or a circle. The polygonal stepped portion can be formed, for example, by bending the peripheral edge of the ground plate using a slit formed at the peripheral edge. In this case, the slit is preferably formed on a line extending in the radial direction from the central axis of the ground plate.
本発明によれば、低姿勢に構成することができるという利点に加えて、より良好な水平面内指向性を得ることができる。また、各素子板の共振周波数とは異なる周波数に共振する無給電素子を併用することによって、複数の周波数帯に適用することが可能であり、かつ、素子部側に突出する段部を形成することにより、垂直面内指向性の向上を図ることができる。 According to the present invention, in addition to the advantage that it can be configured in a low posture, it is possible to obtain better directivity in the horizontal plane. In addition, by using a parasitic element that resonates at a frequency different from the resonance frequency of each element plate, it can be applied to a plurality of frequency bands, and a stepped portion that protrudes toward the element portion side is formed. Thus, the vertical in-plane directivity can be improved.
以下、図面を参照して、本発明に係るアンテナ装置を詳細に説明する。図1は、本発明に係るアンテナ装置の実施の形態を示している。このアンテナ装置は、円形の接地板10の面上に素子部20を設け、この素子部20の頂端に円形の容量装荷板30を配設した容量装荷型モノポールアンテナとしての構成を有する。
Hereinafter, an antenna device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of an antenna device according to the present invention. This antenna device has a configuration as a capacitively loaded monopole antenna in which an
上記接地板10は金属板で形成され、その中央部には、素子部30側に突出する段部11が形成されている。この段部11は、接地板10の周縁端に設けた4つのスリット12を利用して該周縁端を折り曲げ加工することにより平面正方形状に形成されている。なお、単なるプレス加工によってこの段部11を形成することも可能である。
上記各スリット12は、接地板10の中心軸線40から放射方向に延びるライン上に形成されている。各スリット12が上記ライン上に乗っていなくても、上記折り曲げ加工は可能である。しかし、実験によると、上記の形態で各スリット12を設けることによって、このスリットがアンテナの特性に与える影響を少なくできることが確認された。
The
Each of the
上記段部11は、正方形状とは異なる多角形状の平面、例えば図3(a)に示すような正六角形状の平面を有するように形成しても良く、また、図3(b)に示すような円形状の平面を有するように形成しても良い。さらに、上記段部11は、2段以上に形成することができる。この場合、各段部は、接地板10の中心軸線40に対して同軸状に、かつ、素子部20に向って山上に積み上げられる形態で形成される。
The
素子部20は、接地板10の中心軸線40の周りに略等しい角度間隔で放射方向に配列する3枚以上の同一形状の金属製素子板21で構成され、この実施の形態では、4枚の素子板21を略90°間隔で配設することによって構成されている。
図1のA−A断面図である図2に示すように、各素子板21は、接地板10に対向する縁端と該接地板1とのなす間隔が、該接地板10の中心軸線40から遠ざかるほど大きくなるように形成されている。
The
As shown in FIG. 2, which is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, each
上記中心軸線40の左右に位置する一対の素子板21は、頂角θの二等辺三角形の左右頂部を上記接地板10の中心軸線40に平行なラインで切断した5角形状を有している。上記頂角θは、素子部20の立ち上げ角である。この立ち上げ角θは、90°〜150°の範囲に設定することが望ましく、この実施の形態では約120°に設定されている。
上記素子板21の寸法および形状は、共振周波数を勘案して設定され、この実施の形態では、その共振周波数f1が携帯電話システムの使用周波数である約800MHzになるようにその寸法および形状が設定されている
The pair of
The size and shape of the
各素子板21の上部縁端は、容量装荷板30の径線上に当接され、かつ半田付等の手段により該容量装荷板30に接合されている。また、接地板10の中心軸線40上に位置した素子部20の立ち上げ部(給電点)22は、入出力コネクタ60に接続されている。
The upper edge of each
接地板10と容量装荷板30の縁端との間には、4本のショートピン50が介在されている。これらのショートピン50は、上記入出力コネクタ60を介して接続される図示していない給電線の特性インピーダンス(例えば、50Ω)との整合を取るために設けたものである。
各ショートピン50は、隣接する素子板21の中間に位置するように、上記接地板10の中心軸線40の周りにほぼ均等な角度間隔で配列している。しかし、各ショートピン50の位置は、上記の位置に限定されず、上記インピーダンスの整合調整が可能な適宜な位置に設定することが可能である。この実施の形態では、ショートピン50を金属板で形成しているが、金属ワイヤ等でこのショートピン50を形成することも可能である。
Four
The
一方、接地板10の周縁部には、4本の無給電素子70が立設されている。これらの無給電素子70は、前記各素子板21の共振周波数f1とは異なる第2の周波数f2(f2>f1であり、この実施の形態では携帯電話システムの使用周波数である約2GHz)に共振するようにその長さ等が設定されている。
各無給電素子70は、それぞれ各素子板21を含む面内、具体的には、この各素子板21の外側縁端近傍に位置されている。しかし、これらの無給電素子70の配設位置は、上記の位置に限定されず、上記第2の周波数f2についての共振を生じさせ得る適宜な位置に設定することが可能である。
なお、4本よりも多い数の無給電素子70を設けてもよく、また、周波数f2に共振する無給電素子70に加えて、周波数f1,f2とは異なる1〜複数の周波数にそれぞれ共振する無給電素子を適数本設けることも可能である。
On the other hand, four
Each
Note that more than four
この実施の形態に係るアンテナ装置は、例えば建物の天井に取付けられる。その場合、接地板10が天井面とほぼ面一になる態様で設置され、かつ、図1に示すカバー80が接地板10に固定される。したがって、このアンテナ装置が天井に実装された状態では、上記カバー80のみが視認されることになる。
The antenna device according to this embodiment is attached to the ceiling of a building, for example. In that case, the
上記アンテナ装置には、コネクタ60を介して使用周波数帯の電力が給電される。この給電状態では、容量装荷板30に流れる電流がいわゆるイメージ電流によって打ち消されるので、素子部20および無給電素子70が放射に寄与することになる。
このアンテナ装置は、基本的に容量装荷型モノポールアンテナとしての構成を有するので、姿勢を低くする(高さを低く設定する)ことができ、しかも、実用上十分な広帯域特性を示す。
The antenna device is supplied with power in the used frequency band via the
Since this antenna device basically has a configuration as a capacity-loaded monopole antenna, the posture can be lowered (the height can be set low), and a practically sufficient broadband characteristic can be obtained.
すなわち、この実施の形態に係るアンテナ装置は、図4に示すような良好なリターンロス特性を有する。理解を容易にするため、図4のグラフ上には、V.S.W.R2.0のラインaが描かれている。前記素子板21の共振周波数f1および前記無給電素子70の共振周波数f2のいずれについても、V.S.W.Rが2.0以下となる帯域幅が充分に広く確保されており、これは、本実施形態のアンテナ装置が実用上十分な広帯域特性を有することを示唆している。なお、この帯域特性を比帯域で表現すれば、周波数f1に関しては27%程度であり、また、周波数f2に関しては38%程度である。
That is, the antenna device according to this embodiment has a good return loss characteristic as shown in FIG. In order to facilitate understanding, the graph of FIG. S. W. A line a of R2.0 is drawn. For both the resonance frequency f 1 of the
図5および図6は、周波数f1およびf2を中心周波数とする周波数帯での本実施形態に係るアンテナ装置の水平面内指向性をそれぞれ示している。これらの図から明らかなように、このアンテナ装置によれば、f1およびf2の周波数帯のいずれにおいてもきわめて良好な水平面内指向性を得ることができる。これは、前記素子部20の構成によってもたらされたものである。
5 and 6 show the directivity in the horizontal plane of the antenna device according to the present embodiment in the frequency band having the frequencies f 1 and f 2 as the center frequencies, respectively. As is apparent from these drawings, according to this antenna device, it is possible to obtain extremely good horizontal directivity in both the frequency bands of f 1 and f 2 . This is brought about by the configuration of the
図7および図8は、前述した特開2003−198236号公報に記載のアンテナ装置の同様の水平面内指向性をそれぞれ示している。これらの図と図5および図6との対比から明らかなように、素子部を構成する金属板が1つの面内に配置された特開2003−198236号公報に記載のアンテナ装置は、その素子部に面した側の水平面内指向性が本実施の形態の水平面内指向性よりも劣っている。 7 and 8 show the same directivity in the horizontal plane of the antenna device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-198236 described above. As is clear from the comparison between these figures and FIGS. 5 and 6, the antenna device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-198236 in which the metal plate constituting the element portion is arranged in one plane includes the element. The directivity in the horizontal plane on the side facing the part is inferior to the directivity in the horizontal plane of the present embodiment.
次に、上記段部11について説明する。本実施形態に係るアンテナ装置において、接地板10に段部11を形成しない場合、このアンテナ装置の垂直面内指向性は、周波数f1およびf2に関してそれぞれ図11および図12に示すようになる。すなわち、周波数f1に関しての垂直面内指向性は概ね良好であるものの、周波数f2に関しての垂直面内指向性は±90°方向のレベルが若干低下している。
上記レベル低下の理由は以下のとおりである。すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置においては、周波数f1に対しても十分な整合性が得られるように上記接地板10の面積を設定している。1/4波長モノポールアンテナの垂直面内指向性は接地板の面積によって変化するので、上記のように周波数f1に対する整合性をも考慮して接地板10の面積を設定した場合、周波数f2の垂直面内指向性に影響を与えることがあり、上記垂直面内指向性のレベル低下はこの影響によるものである。
一方、接地板10に段部11を形成した場合には、図9および図10に示すような垂直面内指向性が得られる。すなわち、図10と図12との対比から明らかなように、特に周波数f2に関しての垂直面内指向性が改善される。
Next, the
The reason for the lowering of the level is as follows. That is, in the antenna device according to the present embodiment, the area of the
On the other hand, when the
上記段部11を設けることは、素子部20を等価的にバイコニカルアンテナの構成に近づけることを意味し、これが前記周波数f2に関しての垂直面内指向性に寄与している。
なお、接地板に段部を設けて垂直面内指向性を改善する技術は、接地板の中心部に直線状の垂直素子を設けた標準的な1/4波長モノポールアンテナや、既存の容量装荷型モノポールアンテナにも適用することができる。
Providing the
The technology to improve the vertical in-plane directivity by providing a step on the ground plate is based on a standard quarter-wave monopole antenna having a straight vertical element at the center of the ground plate or an existing capacitance. It can also be applied to a loaded monopole antenna.
10 接地板
11 段部
12 スリット
20 素子部
21 素子板
22 立ち上げ部
30 容量装荷板
50 ショートピン
60 コネクタ
70 無給電素子
80 カバー
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記素子部が、前記接地板の中心軸線の周りに略等しい角度間隔で放射状に配列する3枚以上の同一形状の素子板で構成され、
前記各素子板は、前記接地板に対向する縁端と該接地板とのなす間隔が、前記中心軸線から遠ざかるほど大きくなるように形成され、
前記接地板と容量装荷板との間にショートピンを介在させ、
前記接地板の面上に、前記各素子板の共振周波数とは異なる周波数に共振する無給電素子を配設した
ことを特徴とする容量装荷型アンテナ装置。 A capacitive loading antenna device in which an element portion is provided on the surface of the ground plate, and a capacitive loading plate is disposed on the top end of the element portion,
The element portion is composed of three or more identically shaped element plates arranged radially at substantially equal angular intervals around the central axis of the ground plate,
Each element plate is formed such that an interval between the edge facing the ground plate and the ground plate increases as the distance from the central axis increases .
A short pin is interposed between the ground plate and the capacity loading plate,
A capacitively loaded antenna apparatus , wherein a parasitic element that resonates at a frequency different from a resonance frequency of each element plate is disposed on a surface of the ground plate .
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