JP7364546B2 - monopole antenna - Google Patents
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Description
本発明は、モノポールアンテナに関する。 The present invention relates to a monopole antenna.
従来、モノポールアンテナが例えば非特許文献１に記載されている。非特許文献１には、有限地板上のモノポールアンテナや誘電体装荷モノポールアンテナや板状モノポールアンテナなどが記載されている。
Conventionally, a monopole antenna is described in, for example, Non-Patent
しかし、上述した従来のモノポールアンテナに対して、さらなるモノポールアンテナの全長の小型化が要望されている。 However, compared to the conventional monopole antenna described above, there is a demand for further reduction in the overall length of the monopole antenna.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、モノポールアンテナの全長の小型化を図ることにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to reduce the overall length of a monopole antenna.
本発明の一態様は、一端が地板の給電部に接続され且つ前記地板に直交する軸に沿った棒状の第１アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子の地板側の一端とは反対側の一端に一底面が接続され且つ前記軸周りを囲むように側面が配置された円柱形の第２アンテナ素子と、前記第２アンテナ素子の第１アンテナ素子側の一底面とは反対側の一底面に一端が接続され且つ前記軸に沿った棒状の第３アンテナ素子と、前記第３アンテナ素子の第２アンテナ素子側の一端とは反対側の一端に中心部が接続された円形の板状の第４アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子の周りを囲むように配置された誘電体と、を備え、前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子、前記第３アンテナ素子、前記第４アンテナ素子、及び前記誘電体は、前記軸が中心である同心円上に配置された、モノポールアンテナである。
本発明の一態様は、上記のモノポールアンテナにおいて、前記第４アンテナ素子の円周に沿って前記第４アンテナ素子に接続され且つ前記第３アンテナ素子を囲むように配置された円柱側面形の第５アンテナ素子、をさらに備えるモノポールアンテナである。
本発明の一態様は、上記のモノポールアンテナにおいて、前記第５アンテナ素子は、前記軸が中心である同心円上に配置された、モノポールアンテナである。
One aspect of the present invention includes a rod-shaped first antenna element having one end connected to a power feeding part of a ground plane and extending along an axis orthogonal to the ground plane, and one end of the first antenna element on the side opposite to the one end on the ground plane side. a cylindrical second antenna element having one base connected to and side surfaces arranged so as to surround the axis, and one base of the second antenna element on the side opposite to the first antenna element side. a rod-shaped third antenna element connected at one end and extending along the axis; and a circular plate-shaped third antenna element connected at its center to one end of the third antenna element on the side opposite to the second antenna element side. 4 antenna elements, and a dielectric body arranged to surround the first antenna element, the second antenna element, and the third antenna element, the first antenna element, the second antenna element, The third antenna element, the fourth antenna element, and the dielectric are monopole antennas arranged on concentric circles centered on the axis.
One aspect of the present invention is that, in the monopole antenna described above, a cylindrical side surface is connected to the fourth antenna element along the circumference of the fourth antenna element and is arranged so as to surround the third antenna element. The monopole antenna further includes a fifth antenna element.
One aspect of the present invention is the monopole antenna described above, in which the fifth antenna element is arranged on a concentric circle centered on the axis.
本発明によれば、モノポールアンテナの全長の小型化を図ることができるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to achieve the effect that the overall length of the monopole antenna can be reduced.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
［第１実施形態］
図１－図６を参照して第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の構成を説明する。図１－図６は、第１実施形態に係るモノポールアンテナの構成を示す図である。図１は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の正面図である。図２は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の上面図である。図３は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の断面図であって、軸Ｚを含む面の断面図である。図４は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の側面側の外観図である。図５は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の上面側の外観図である。図６は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の下面側の外観図である。
[First embodiment]
The configuration of the
モノポールアンテナ１は、第１アンテナ素子１１と、第２アンテナ素子１２と、第３アンテナ素子１３と、第４アンテナ素子１５と、第５アンテナ素子１６と、誘電体１７とを備える。地板３０は、平板状の導体である。地板３０には給電部４０が設けられている。モノポールアンテナ１は、給電部４０から給電される。軸Ｚは、地板３０と直交する仮想上の軸である。
The
第１アンテナ素子１１は、棒状である。第１アンテナ素子１１は、一端が地板３０の給電部４０に接続されている。第１アンテナ素子１１は、軸Ｚに沿って配置されている。
The
第２アンテナ素子１２は、円柱形である。第２アンテナ素子１２は、第１アンテナ素子１１の地板３０側の一端とは反対側の一端に、一底面が接続されている。第２アンテナ素子１２は、軸Ｚの周りを囲むように、側面が配置されている。
The
第３アンテナ素子１３は、棒状である。第３アンテナ素子１３は、第２アンテナ素子１２の第１アンテナ素子１１側の一底面とは反対側の一底面に、一端が接続されている。第３アンテナ素子１３は、軸Ｚに沿って配置されている。
The
第４アンテナ素子１５は、円形の板状である。第４アンテナ素子１５は、第３アンテナ素子１３の第２アンテナ素子１２側の一端とは反対側の一端に、中心部が接続されている。
The
第５アンテナ素子１６は、円柱の側面の形（円柱側面形）である。第５アンテナ素子１６は、第４アンテナ素子１５の円周に沿って第４アンテナ素子１５に接続されている。第５アンテナ素子１６は、第３アンテナ素子１３を囲むように配置されている。
The
誘電体１７は、第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２及び第３アンテナ素子１３の周りを囲むように配置されている。
The dielectric 17 is arranged to surround the
図１－図３に示されるように、第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、第３アンテナ素子１３、第４アンテナ素子１５、第５アンテナ素子１６及び誘電体１７は、軸Ｚ（図２には図示せず）が中心である同心円上に配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、第３アンテナ素子１３、第４アンテナ素子１５、第５アンテナ素子１６及び地板３０は、導体で構成されている。導体として、ＰＥＣ（Perfect Electric Conductor）を使用してもよい。
The
誘電体１７は、比誘電率が「３．０から４．６まで」の範囲である。誘電体１７の比誘電率としては、例えば４．３である。誘電体１７は、例えばＦＲ－４（Flame Retardant Type 4）で構成されてもよい。
The
次に図７を参照して、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１における電流の流れを説明する。図７は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１における電流の流れを説明するための説明図である。図７に示されるように、モノポールアンテナ１における電流の流れは、給電部４０から第１アンテナ素子１１を介して電流方向Ｐ１に流れる。次いで、第１アンテナ素子１１から第２アンテナ素子１２の一底面に沿って側面に向かう電流方向Ｐ２ａ，Ｐ２ｂに流れる。次いで、第２アンテナ素子１２の第１アンテナ素子１１側の一底面から側面に沿って第２アンテナ素子１２のもう一方の底面に向かう電流方向Ｐ３ａ，Ｐ３ｂに流れる。次いで、第２アンテナ素子１２の側面から第２アンテナ素子１２の一底面に沿って第３アンテナ素子１３に向かう電流方向Ｐ４ａ，Ｐ４ｂに流れる。次いで、第２アンテナ素子１２の一底面から第３アンテナ素子１３に沿って第４アンテナ素子１５に向かう電流方向Ｐ５に流れる。次いで、第３アンテナ素子１３から第４アンテナ素子１５の円周に向かう電流方向Ｐ６ａ，Ｐ６ｂに流れる。次いで、第４アンテナ素子１５の円周から第５アンテナ素子１６の円柱側面に沿って地板３０側に向かう電流方向Ｐ７ａ，Ｐ７ｂに流れる。
Next, with reference to FIG. 7, the flow of current in the
次に図８を参照して第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の寸法を説明する。図８は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の寸法図である。
Next, dimensions of the
第１アンテナ素子１１は、棒状であって、半径がＲｄであり、長さがＬｄである。第２アンテナ素子１２は、円柱形であって、半径がＲｃであり、長さがＬｃである。第３アンテナ素子１３は、棒状であって、半径がＲｄであり、長さがＬｂである。第４アンテナ素子１５は、円形の板状であって、半径がＲａであり、厚さがＬａである。第５アンテナ素子１６は、円柱側面形であって、半径がＲａであり、長さがＬｅである。誘電体１７は、外郭の半径がＲｂであり、長さが「Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ」である。モノポールアンテナ１の全長は、「Ｌａｌｌ＝Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ」である。
The
使用周波数帯として８００メガヘルツ（ＭＨｚ）帯にモノポールアンテナ１を適用する場合の寸法の一例を以下に示す。単位はミリメートル（ｍｍ）である。また、カッコ内の値は寸法の許容範囲の例である。
Ｒａ＝２０（±２）
Ｒｂ＝１３（±１）
Ｒｃ＝１０（±１）
Ｒｄ＝１（±０．５）
Ｌａ＝０．５
Ｌｂ＝１４（±１）
Ｌｃ＝１２（±１）
Ｌｄ＝４（＋０．５）
Ｌｅ＝１２（±１）
Ｌａｌｌ＝３０．５（＝Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ）
An example of dimensions when the
Ra=20 (±2)
Rb=13 (±1)
Rc=10 (±1)
Rd=1 (±0.5)
La=0.5
Lb=14 (±1)
Lc=12 (±1)
Ld=4(+0.5)
Le=12 (±1)
Lall=30.5 (=La+Lb+Lc+Ld)
次に図９－図１１を参照して第１実施形態に係るモノポールアンテナ１の効果を説明する。図９は、第１実施形態に係るモノポールアンテナ１のシミュレーション結果のグラフ図である。図９に示されるシミュレーションに使用するモノポールアンテナ１は、上記した寸法の例「Ｒａ＝２０、Ｒｂ＝１３、Ｒｃ＝１０、Ｒｄ＝１、Ｌａ＝０．５、Ｌｂ＝１４、Ｌｃ＝１２、Ｌｄ＝４、Ｌｅ＝１２、Ｌａｌｌ＝３０．５」を適用したものである。
Next, the effects of the
図９のグラフ図において、横軸は周波数（単位はギガヘルツ（ＧＨｚ）、縦軸はリターンロス（単位はデシベル（ｄＢ））である。図９のグラフ図に示されるように、使用周波数帯である８００ＭＨｚ帯において、良好な結果が得られている。この図９のグラフ図に示されるリターンロスは、例えば使用周波数帯が８００ＭＨｚ帯である移動通信システムに適用可能な良好な結果である。そして、当該シミュレーションに使用されたモノポールアンテナ１の全長は３０．５ｍｍである。このモノポールアンテナ１の全長「３０．５ｍｍ」は、従来のモノポールアンテナよりも短い。
In the graph of Figure 9, the horizontal axis is frequency (in gigahertz (GHz)), and the vertical axis is return loss (in decibels (dB)). Good results have been obtained in a certain 800 MHz band.The return loss shown in the graph of FIG. 9 is a good result that can be applied to, for example, a mobile communication system where the frequency band used is the 800 MHz band. The total length of the
図１０は、従来のモノポールアンテナのシミュレーション結果のグラフ図である。図１１は、従来のモノポールアンテナの構成を示す図である。図１１に示されるモノポールアンテナ１００が図１０に示されるシミュレーションに使用される。図１１に示されるモノポールアンテナ１００は、地板１２０に対して直交するように、棒状のアンテナ素子１１０が設けられている。このモノポールアンテナ１００の全長は、アンテナ素子１１０の長さＬｍである。使用周波数帯として８００ＭＨｚ帯にモノポールアンテナ１００を適用する場合、モノポールアンテナ１００の全長Ｌｍは８０ｍｍである。
FIG. 10 is a graph of simulation results for a conventional monopole antenna. FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a conventional monopole antenna.
図１０のグラフ図において、横軸は周波数（単位はＧＨｚ、縦軸はリターンロス（単位はｄＢ）である。図１０のグラフ図に示されるように、使用周波数帯である８００ＭＨｚ帯において、良好な結果が得られている。この図１０のグラフ図に示されるリターンロスは、例えば使用周波数帯が８００ＭＨｚ帯である移動通信システムに適用可能な良好な結果である。しかし、当該シミュレーションに使用されたモノポールアンテナ１００の全長は８０ｍｍであって、本実施形態に係るモノポールアンテナ１の全長「３０．５ｍｍ」よりもかなり長い。
In the graph of FIG. 10, the horizontal axis is frequency (unit: GHz), and the vertical axis is return loss (unit: dB).As shown in the graph of FIG. The return loss shown in the graph of FIG. The total length of the
また、別途実施したシミュレーションにより、水平面内指向性及び垂直面内指向性について、本実施形態に係るモノポールアンテナ１は、図１１のモノポールアンテナ１００と同等の指向性を有することが確認された。
In addition, a simulation conducted separately confirmed that the
上述したように本実施形態に係るモノポールアンテナ１によれば、従来のモノポールアンテナと同様に良好なアンテナ特性を有する一方、従来のモノポールアンテナよりもモノポールアンテナの全長をかなり短くすることができる。これにより、モノポールアンテナの全長の小型化を図ることができるという効果が得られる。
As described above, the
［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態に係るモノポールアンテナの構成を示す図である。図１２において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図１２に示す第２実施形態に係るモノポールアンテナ１ａは、図１に示す第１実施形態のモノポールアンテナ１から、第５アンテナ素子１６を削除した構成である。その他の構成は、図１に示す第１実施形態のモノポールアンテナ１と同様である。但し、寸法については、第２実施形態に係るモノポールアンテナ１ａは、第１実施形態のモノポールアンテナ１と異なってもよい。
[Second embodiment]
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a monopole antenna according to the second embodiment. In FIG. 12, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. A
例えば、第２実施形態に係るモノポールアンテナ１ａは、第５アンテナ素子１６がない分、第４アンテナ素子１５の半径Ｒａを、第１実施形態のモノポールアンテナ１よりも大きくしてもよい。これにより、図７に示される第５アンテナ素子１６による電流方向Ｐ７ａ，Ｐ７ｂの流れを補う。
For example, in the
第２実施形態においても、第４アンテナ素子１５の半径Ｒａを大きくすることにより、第１実施形態と同等のモノポールアンテナの全長の小型化を図ることができる。
Also in the second embodiment, by increasing the radius Ra of the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like may be made without departing from the gist of the present invention.
１，１ａ…モノポールアンテナ、１１…第１アンテナ素子、１２…第２アンテナ素子、１３…第３アンテナ素子、１５…第４アンテナ素子、１６…第５アンテナ素子、１７…誘電体、３０…地板、４０…給電部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第１アンテナ素子の地板側の一端とは反対側の一端に一底面が接続され且つ前記軸周りを囲むように側面が配置された円柱形の第２アンテナ素子と、
前記第２アンテナ素子の第１アンテナ素子側の一底面とは反対側の一底面に一端が接続され且つ前記軸に沿った棒状の第３アンテナ素子と、
前記第３アンテナ素子の第２アンテナ素子側の一端とは反対側の一端に中心部が接続された円形の板状の第４アンテナ素子と、
前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子の周りを囲むように配置された誘電体と、
を備え、
前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子、前記第３アンテナ素子、前記第４アンテナ素子、及び前記誘電体は、前記軸が中心である同心円上に配置された、
モノポールアンテナ。 a rod-shaped first antenna element whose one end is connected to a power feeding part of a ground plane and extends along an axis perpendicular to the ground plane;
a cylindrical second antenna element whose bottom surface is connected to one end on the opposite side to the one end on the ground plane side of the first antenna element, and whose side surfaces are arranged so as to surround the axis;
a rod-shaped third antenna element having one end connected to a bottom surface of the second antenna element on a side opposite to the bottom surface on the first antenna element side and extending along the axis;
a circular plate-shaped fourth antenna element whose center portion is connected to one end on the side opposite to the one end on the second antenna element side of the third antenna element;
a dielectric body arranged to surround the first antenna element, the second antenna element, and the third antenna element;
Equipped with
The first antenna element, the second antenna element, the third antenna element, the fourth antenna element, and the dielectric are arranged on concentric circles centered on the axis,
monopole antenna.
をさらに備える請求項１に記載のモノポールアンテナ。 a cylindrical side-shaped fifth antenna element connected to the fourth antenna element along the circumference of the fourth antenna element and arranged so as to surround the third antenna element;
The monopole antenna according to claim 1, further comprising:
請求項２に記載のモノポールアンテナ。 The monopole antenna according to claim 2.
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