JP7620830B2 - Antenna system and array antenna system - Google Patents
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Description
本開示は、アンテナ、アンテナシステム、アレイアンテナ及びアレイアンテナシステムに関する。 The present disclosure relates to antennas, antenna systems, array antennas and array antenna systems.
従来、スパイラル状のパターンコイルで形成された、非接触ICカードとの間で非接触通信により信号の授受を行うためのコイルアンテナを備えるモジュールが開示されている(例えば、特許文献1)。Conventionally, a module has been disclosed that includes a coil antenna formed of a spiral pattern coil for transmitting and receiving signals via contactless communication with a contactless IC card (for example, Patent Document 1).
モジュールが備えるアンテナに対して同軸ケーブル等のケーブルを介して給電が行われる場合に、このようなケーブルの接地導体がモジュールに設けられた接地導体に接続される場合がある。一方で、特許文献1に開示されるように、モジュールが備えるアンテナもモジュールに設けられた上記接地導体に接続される場合がある。このような場合に、アンテナからモジュールの接地導体に漏れる電流がケーブルの接地導体に流れる。これにより、アンテナの放射特性がケーブルの影響を受けることがある。When power is supplied to an antenna provided in a module via a cable such as a coaxial cable, the ground conductor of such a cable may be connected to the ground conductor provided in the module. On the other hand, as disclosed in
そこで、本開示は、放射特性を改善できるアンテナ等を提供する。Therefore, the present disclosure provides an antenna etc. that can improve radiation characteristics.
本開示の一態様に係るアンテナは、両端に開放端を有する導体によって形成されるループ状のアンテナ素子と、前記アンテナ素子の一方の前記開放端に接続され、前記アンテナ素子の外周を取り巻くように閉じて配置される環状の第1接地導体と、を備える。An antenna according to one embodiment of the present disclosure comprises a loop-shaped antenna element formed by a conductor having open ends at both ends, and a ring-shaped first ground conductor connected to one of the open ends of the antenna element and arranged in a closed manner so as to surround the outer periphery of the antenna element.
本開示に係るアンテナ等によれば、放射特性を改善できる。 The antenna etc. disclosed herein can improve radiation characteristics.
本開示の一態様に係るアンテナは、両端に開放端を有する導体によって形成されるループ状のアンテナ素子と、前記アンテナ素子の一方の前記開放端に接続され、前記アンテナ素子の外周を取り巻くように閉じて配置される環状の第1接地導体と、を備える。An antenna according to one embodiment of the present disclosure comprises a loop-shaped antenna element formed by a conductor having open ends at both ends, and a ring-shaped first ground conductor connected to one of the open ends of the antenna element and arranged in a closed manner so as to surround the outer periphery of the antenna element.
例えば、アンテナを制御する制御回路を備える制御基板の接地導体(第2接地導体と呼ぶ)にアンテナ素子の一方の開放端が接続され、第2接地導体に、同軸ケーブル等のケーブルの接地導体(例えば同軸ケーブルの外部導体)が接続され、ケーブルを介してアンテナ素子への給電が行われる場合がある。このような場合に、アンテナ素子から第2接地導体へ電流が漏れ、漏れた電流がケーブルの接地導体に流れ、アンテナの放射特性がケーブルの影響を受ける場合がある。そこで、アンテナ素子の一方の開放端にアンテナ素子の外周を取り巻くように配置される環状の第1接地導体が接続される。これにより、アンテナ素子から第2接地導体へ電流が漏れにくくなり、第2接地導体に接続されたケーブルの接地導体に電流が流れにくくなる。したがって、アンテナの放射特性がケーブルの影響を受けにくくなり、放射特性を改善できる。For example, one open end of the antenna element may be connected to a ground conductor (called a second ground conductor) of a control board equipped with a control circuit for controlling the antenna, and a ground conductor (for example, the outer conductor of a coaxial cable) of a cable such as a coaxial cable may be connected to the second ground conductor, and power may be supplied to the antenna element via the cable. In such a case, current may leak from the antenna element to the second ground conductor, and the leaked current may flow to the ground conductor of the cable, causing the radiation characteristics of the antenna to be affected by the cable. Therefore, a ring-shaped first ground conductor arranged to surround the outer periphery of the antenna element is connected to one open end of the antenna element. This makes it difficult for current to leak from the antenna element to the second ground conductor, and makes it difficult for current to flow to the ground conductor of the cable connected to the second ground conductor. Therefore, the radiation characteristics of the antenna are less likely to be affected by the cable, and the radiation characteristics can be improved.
また、前記アンテナ素子は、円形のループ状に形成されてもよい。The antenna element may also be formed in a circular loop shape.
このように、アンテナ素子は円形のループ状に形成されてもよい。 In this way, the antenna element may be formed in a circular loop shape.
また、前記アンテナは、前記アンテナ素子から分岐した導体により構成される摂動素子を更に備えていてもよい。The antenna may further include a perturbation element formed of a conductor branched from the antenna element.
これによれば、摂動素子によって、アンテナから円偏波の電波を放射できる。 This allows the perturbation element to emit circularly polarized radio waves from the antenna.
本開示の一態様に係るアンテナシステムは、上記のアンテナと、制御基板と、を備え、前記制御基板は、前記アンテナの制御を行う制御回路と、前記アンテナ素子の一方の前記開放端及び前記第1接地導体に接続される第2接地導体と、を備える。An antenna system according to one aspect of the present disclosure comprises the above-described antenna and a control board, the control board comprising a control circuit for controlling the antenna and a second ground conductor connected to one open end of the antenna element and the first ground conductor.
これによれば、放射特性を改善できるアンテナシステムを提供できる。 This makes it possible to provide an antenna system that can improve radiation characteristics.
本開示の一態様に係るアレイアンテナは、上記のアンテナを複数配列して構成される。An array antenna according to one embodiment of the present disclosure is constructed by arranging multiple of the above-described antennas.
これによれば、放射特性を改善できるアレイアンテナを提供できる。 This makes it possible to provide an array antenna with improved radiation characteristics.
本開示の一態様に係るアレイアンテナシステムは、上記のアレイアンテナと、制御基板と、を備え、前記制御基板は、前記アレイアンテナの制御を行う制御回路であって、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナから出力される電波の位相を制御する位相制御部を含む制御回路と、前記アンテナ素子の一方の前記開放端及び前記第1接地導体に接続される第2接地導体と、を備える。An array antenna system according to one aspect of the present disclosure comprises the above-described array antenna and a control board, the control board comprising a control circuit for controlling the array antenna, the control circuit including a phase control unit for controlling the phase of radio waves output from the multiple antennas constituting the array antenna, and a second ground conductor connected to one open end of the antenna element and the first ground conductor.
これによれば、放射特性を改善できるアレイアンテナシステムを提供できる。 This makes it possible to provide an array antenna system that can improve radiation characteristics.
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。Note that the embodiments described below are all comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, components, component placement and connection forms, steps, and order of steps shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the present disclosure.
(実施の形態1)
以下、図1から図2Bを用いて実施の形態1について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 to FIG. 2B.
図1は、実施の形態1に係るアンテナシステム1の平面図である。
Figure 1 is a plan view of
アンテナシステム1は、電波を放射し、また、電波を受信するためのシステムである。アンテナシステム1は、アンテナ10と、制御基板20と、を備える。なお、アンテナ10と制御基板20とは一体に形成されていてもよい。例えば、図1に示すように、アンテナシステム1は、1つの基板30によって実現されてもよい。基板30は、例えば、プリント配線基板であってもよく、アンテナ10と制御基板20とが1つの基板30上に形成されていてもよい。図1では、基板30の左側部分をアンテナ10と呼び、右側部分を制御基板20と呼んでいる。なお、アンテナ10と制御基板20とが1つの基板30上に形成されなくてもよく、別体に形成されてもよい。The
アンテナ10は、アンテナ素子11と、第1接地導体12と、摂動素子13と、給電点14とを備える。
The
アンテナ素子11は、両端に開放端を有する導体によって形成されるループ状の放射素子である。アンテナ素子11は、例えば、基板30上に導体パターンとして形成される。図1では、アンテナ素子11の形状をわかりやすくするために、アンテナ素子11に右上から左下へ延びる斜線のハッチングを付している。アンテナ素子11は、例えば、円形のループ状に形成される。なお、アンテナ素子11は、ループ状であれば、円形に限らず多角形形状であってもよい。また、図1には、ループ状のアンテナ素子11として、1周のループ状のアンテナ素子11を示しているが、アンテナ素子11は、1周のループ状に限らず、1周以上のループ状(つまり渦巻状)であってもよい。アンテナ素子11の一方の開放端は、第1接地導体12及び後述する第2接地導体21に接続される。アンテナ素子11の他方の開放端側は、給電点14に接続される。The
第1接地導体12は、アンテナ素子11の一方の開放端に接続され、アンテナ素子11の外周を取り巻くように閉じて配置される環状の接地導体である。第1接地導体12は、例えば、基板30上に導体パターンとして形成される。図1では、第1接地導体12の形状をわかりやすくするために、第1接地導体12にドットのハッチングを付している。また、第1接地導体12が環状であることをわかりやすくするために、第1接地導体12と後述する第2接地導体21との境界に破線を付している。例えば、第1接地導体12と後述する第2接地導体21とは、基板30上において切れ目なく接続されていてもよい。例えば、第1接地導体12は、アンテナ素子11に沿って配置される。例えば、アンテナ素子11は、円形のループ状に形成されるため、第1接地導体12は、当該ループの外周に沿うように、円環状に形成される。なお、第1接地導体12は、アンテナ素子11の外周を取り巻くように閉じて配置されていれば、円環状に形成されなくてもよく、多角形の環状に形成されてもよい。例えば、アンテナ素子11が方形のループ状の場合、第1接地導体12についても、アンテナ素子11の外周に沿って方形の環状に形成されてもよい。The
摂動素子13は、アンテナ素子11から分岐した導体により構成される放射素子である。摂動素子13は、例えば、基板30上に導体パターンとして形成される。図1では、摂動素子13の形状をわかりやすくするために、摂動素子13に左上から右下へ延びる斜線のハッチングを付している。なお、摂動素子13が、ループ状のアンテナ素子11から分岐して当該ループの内側へ延びるように形成されるが、当該ループの外側へ延びるように形成されてもよい。また、摂動素子13は、直線形状を有しているが、直線形状に限らず曲線形状であってもよい。摂動素子13によって、アンテナ10から円偏波の電波を放射できる。例えば、図1の紙面手前側へ右旋円偏波の電波を放射でき、図1の紙面奥側へ左旋円偏波の電波を放射できる。なお、アンテナ10は、直線偏波の電波を放射する場合には、摂動素子13を備えていなくてもよい。The
給電点14は、例えば、アンテナ素子11の他方の開放端側に設けられ、アンテナ素子11に高周波電力を給電し、また、アンテナ素子11で電波を受信することで発生した高周波電力を受信機等に伝送するための点である。例えば、給電点14は、後述するように、制御回路22を介して同軸ケーブル等のケーブルが接続される入出力IF(インタフェース)23に接続される。なお、図1では、給電点14は、アンテナ素子11の他方の開放端に設けられるように示しているが、当該開放端に設けられなくてもよく、アンテナ素子11の当該開放端からずれた位置に設けられてもよい。The
制御基板20は、第2接地導体21と、制御回路22と、入出力IF23と、を備える。
The
第2接地導体21は、アンテナ素子11の一方の開放端及び第1接地導体12に接続される接地導体である。第2接地導体21は、例えば、制御基板20(基板30)上にベタパターンとして形成される。図1では、第2接地導体21の形状をわかりやすくするために、第2接地導体21に第1接地導体12とは異なるドットのハッチングを付している。The
制御回路22は、アンテナ10の制御を行う回路である。制御回路22は、その構成部品が制御基板20の一方主面にのみ設けられてもよいし、両面に設けられてもよいし、制御基板20(基板30)が多層基板である場合には、内層に設けられてもよい。制御回路22は、例えば、インピーダンス整合回路、フィルタ回路、又は、スイッチ回路等を含む。The
入出力IF23は、同軸ケーブル等のケーブルが接続されるインタフェースであり、ケーブルが同軸ケーブルの場合、同軸コネクタである。入出力IF23は、ケーブルを介して例えばRFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)等が接続される。例えば、ケーブルが同軸ケーブルであり、入出力IF23が同軸コネクタである場合に、同軸ケーブルが同軸コネクタに接続されることで、同軸ケーブルの内部導体は、制御回路22を介して給電点14に接続される。これにより、送信時にはRFIC等からの高周波電力をアンテナ素子11に供給することができ、また、受信時にはアンテナ素子11からの高周波電力をRFIC等に伝送できる。また、同軸ケーブルの外部導体(接地導体)は、第2接地導体21に接続される。The input/output IF 23 is an interface to which a cable such as a coaxial cable is connected, and when the cable is a coaxial cable, it is a coaxial connector. The input/output IF 23 is connected to, for example, an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) via a cable. For example, when the cable is a coaxial cable and the input/output IF 23 is a coaxial connector, the coaxial cable is connected to the coaxial connector, and the inner conductor of the coaxial cable is connected to the
本開示の特徴的な構成は、アンテナ素子11の一方の開放端に接続され、アンテナ素子11の外周を取り巻くように閉じて配置される環状の第1接地導体12である。アンテナ10がこのような第1接地導体12を備えることで奏される効果について、図2A及び図2Bを用いて説明する。A characteristic feature of the present disclosure is a ring-shaped
図2Aは、比較例に係るアンテナシステムの電流分布のシミュレーション結果を示す図である。図2Bは、実施の形態1に係るアンテナシステム1の電流分布のシミュレーション結果を示す図である。図2A及び図2Bにおいて、色が薄いほど電流が集中していることを示す。
Figure 2A is a diagram showing the results of a simulation of the current distribution of an antenna system according to a comparative example. Figure 2B is a diagram showing the results of a simulation of the current distribution of an
比較例に係るアンテナシステムには、第1接地導体12が設けられていない。したがって、図2Aと図2Bを比較することで、第1接地導体12が設けられることの効果を確認できる。The antenna system of the comparative example does not include a
図2Aに示すように、第1接地導体12が設けられない場合、第2接地導体21におけるAの破線で囲った部分に電流が集中しており、アンテナ素子11から第2接地導体21への電流の流れ込みが大きくなっていることがわかる。例えば、第2接地導体21にケーブルの接地導体を接続すると、アンテナ素子11から第2接地導体21に漏れた電流がケーブルの接地導体に流れる。これにより、アンテナ10の放射特性がケーブルの影響(例えばケーブルからの放射ノイズ)を受けて放射特性が劣化する可能性がある。2A, when the
一方で、図2Bに示すように、第1接地導体12を備えるアンテナシステム1の場合、第2接地導体21におけるAの破線で囲った部分に電流が集中しておらず、その代わりに、第1接地導体12におけるBの破線で囲った部分に電流が集中していることがわかる。つまり、第1接地導体12が設けられることで、アンテナ素子11から第2接地導体21への電流の流れ込みを抑制できる。2B, in the case of the
以上説明したように、制御基板20の第2接地導体21にアンテナ素子11の一方の開放端が接続され、第2接地導体21に、同軸ケーブル等のケーブルの接地導体(例えば同軸ケーブルの外部導体)が接続され、ケーブルを介してアンテナ素子11への給電が行われる場合がある。このような場合に、アンテナ素子11から第2接地導体21へ電流が漏れ、漏れた電流がケーブルの接地導体に流れ、アンテナ10の放射特性がケーブルの影響を受ける場合がある。そこで、アンテナ素子11の一方の開放端にアンテナ素子11の外周を取り巻くように配置される環状の第1接地導体12が接続される。これにより、アンテナ素子11から第2接地導体21へ電流が漏れにくくなり、第2接地導体21に接続されたケーブルの接地導体に電流が流れにくくなる。したがって、アンテナ10の放射特性がケーブルの影響を受けにくくなり、放射特性を改善できる。As described above, one open end of the
(実施の形態2)
次に、図3から図10を用いて実施の形態2について説明する。実施の形態2では、実施の形態1に係るアンテナ10を複数配列して構成されるアレイアンテナ100及びアレイアンテナ100を備えるアレイアンテナシステム2について説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 3 to Fig. 10. In the second embodiment, an
図3は、実施の形態2に係るアレイアンテナシステム2の平面図である。
Figure 3 is a plan view of the
アレイアンテナシステム2は、電波を放射し、また、電波を受信するためのシステムである。アレイアンテナシステム2は、アレイアンテナ100と、制御基板200と、を備える。アレイアンテナシステム2では、アレイアンテナ100の指向性を制御することができる。つまり、アレイアンテナ100に対して特定の方向に配置された対象物に対して、電波の送受信を行うことができる。なお、アレイアンテナ100と制御基板200とは一体に形成されていてもよい。例えば、図3に示すように、アレイアンテナシステム2は、1つの基板300によって実現されてもよい。基板300は、例えば、プリント配線基板であってもよく、アレイアンテナ100と制御基板200とが1つの基板300上に形成されていてもよい。図3では、基板300の下側部分をアレイアンテナ100と呼び、上側部分を制御基板200と呼んでいる。なお、アレイアンテナ100と制御基板200とが1つの基板300上に形成されなくてもよく、別体に形成されてもよい。The
アレイアンテナ100は、実施の形態1に係るアンテナ10を複数配列して構成され、例えば、アンテナ10を4つ備える。ここでは、4つのアンテナ10をアンテナ10a~10dとしている。すなわち、アンテナ10a~10dは、それぞれ、アンテナ素子11と、第1接地導体12と、摂動素子13と、給電点14とを備える。アンテナ10a~10dのそれぞれのアンテナ素子11、第1接地導体12及び摂動素子13は、例えば、基板300上に導体パターンとして形成される。アンテナ10a~10dのそれぞれの給電点14は、後述するように、制御回路220を介して同軸ケーブル等のケーブルが接続される入出力IF230に接続される。なお、アレイアンテナ100が備えるアンテナ10の数は、4つに限らず、2つ、3つ、又は5つ以上であってもよい。The
制御基板200は、第2接地導体210と、制御回路220と、入出力IF230と、を備える。The
第2接地導体210は、アンテナ10a~10dのそれぞれのアンテナ素子11の一方の開放端、及び、アンテナ10a~10dのそれぞれの第1接地導体12に接続される接地導体である。第2接地導体210は、例えば、制御基板200(基板300)上にベタパターンとして形成される。図3では、第2接地導体210の形状をわかりやすくするために、第2接地導体210に第1接地導体12とは異なるドットのハッチングを付している。The
制御回路220は、アレイアンテナ100の制御を行う回路である。制御回路220は、その構成部品が制御基板200の一方主面にのみ設けられてもよいし、両面に設けられてもよいし、制御基板200(基板300)が多層基板である場合には、内層に設けられてもよい。制御回路220は、例えば、インピーダンス整合回路、フィルタ回路、又は、スイッチ回路等を含む。また、例えば、制御回路220は、アレイアンテナ100を構成する複数のアンテナ10a~10dから出力される電波の位相を制御する位相制御部227(後述する図4参照)を含む。The
入出力IF230は、同軸ケーブル等のケーブルが接続されるインタフェースであり、ケーブルが同軸ケーブルの場合、同軸コネクタである。入出力IF230は、ケーブルを介して例えばRFIC等が接続される。例えば、ケーブルが同軸ケーブルであり、入出力IF230が同軸コネクタである場合に、同軸ケーブルが同軸コネクタに接続されることで、同軸ケーブルの内部導体は、制御回路220を介してアンテナ10a~10dのそれぞれの給電点14に接続される。これにより、送信時にはRFIC等からの高周波電力をアンテナ10a~10dのそれぞれのアンテナ素子11に供給することができ、また、受信時にはアンテナ10a~10dのそれぞれのアンテナ素子11からの高周波電力をRFIC等に伝送できる。また、同軸ケーブルの外部導体(接地導体)は、第2接地導体210に接続される。The input/output IF 230 is an interface to which a cable such as a coaxial cable is connected, and in the case where the cable is a coaxial cable, it is a coaxial connector. The input/output IF 230 is connected to, for example, an RFIC or the like via a cable. For example, when the cable is a coaxial cable and the input/output IF 230 is a coaxial connector, the coaxial cable is connected to the coaxial connector, and the inner conductor of the coaxial cable is connected to each of the feeding points 14 of the
ここで、位相制御部227について、図4から図6を用いて説明する。Here, the
図4は、実施の形態2に係る位相制御部227の一例を示す回路構成図である。なお、図4には、位相制御部227の他に、入出力IF230及びアンテナ10a~10dも示している。また、図4における入出力IF230は、例えば、同軸ケーブルの内部導体が接続される端子を示している。入出力IF230における同軸ケーブルの外部導体(接地導体)が接続される部分については、第2接地導体210に接続されている(図4では図示せず)。また、制御回路220には、位相制御部227以外にもインピーダンス整合回路又はフィルタ回路等の他の回路が含まれ得るが、図4では他の回路の図示を省略している。
Figure 4 is a circuit diagram showing an example of a
例えば、入出力IF230を介してアンテナ10a~10dのそれぞれに伝送される高周波信号に位相差が与えられることで、アレイアンテナ100の指向性を制御することができる。For example, the directivity of the
位相制御部227は、アレイアンテナ100の指向性を制御するための構成であり、アンテナ10aに対応して設けられたスイッチSW11、SW12及び位相器α1~αn(nは2以上の整数)と、アンテナ10bに対応して設けられたスイッチSW21、SW22及び位相器β1~βnと、アンテナ10cに対応して設けられたスイッチSW31、SW32及び位相器γ1~γnと、アンテナ10dに対応して設けられたスイッチSW41、SW42及び位相器δ1~δnと、を備える。The
スイッチSW11は、SPnT(Single Pole n Throw)スイッチであり、共通端子が入出力IF230に接続され、選択端子が位相器α1~αnに接続される。スイッチSW21は、SPnTスイッチであり、共通端子が入出力IF230に接続され、選択端子が位相器β1~βnに接続される。スイッチSW31は、SPnTスイッチであり、共通端子が入出力IF230に接続され、選択端子が位相器γ1~γnに接続される。スイッチSW41は、SPnTスイッチであり、共通端子が入出力IF230に接続され、選択端子が位相器δ1~δnに接続される。 Switch SW11 is an SPnT (Single Pole n Throw) switch, with a common terminal connected to the input/output IF 230 and a selection terminal connected to the phase shifters α1 to αn. Switch SW21 is an SPnT switch, with a common terminal connected to the input/output IF 230 and a selection terminal connected to the phase shifters β1 to βn. Switch SW31 is an SPnT switch, with a common terminal connected to the input/output IF 230 and a selection terminal connected to the phase shifters γ1 to γn. Switch SW41 is an SPnT switch, with a common terminal connected to the input/output IF 230 and a selection terminal connected to the phase shifters δ1 to δn.
位相器α1~αn、β1~βn、γ1~γn及びδ1~δnは、位相調整回路である。位相器α1~αn、β1~βn、γ1~γn及びδ1~δnは、例えば、インダクタ及びキャパシタ等のインピーダンス素子からなる回路であり、各インピーダンス素子の接続形態及び素子パラメータによって、位相の調整量が決められる。 The phase shifters α1 to αn, β1 to βn, γ1 to γn, and δ1 to δn are phase adjustment circuits. The phase shifters α1 to αn, β1 to βn, γ1 to γn, and δ1 to δn are circuits made up of impedance elements such as inductors and capacitors, and the amount of phase adjustment is determined by the connection configuration and element parameters of each impedance element.
スイッチSW12は、SPnTスイッチであり、共通端子がアンテナ10aの給電点14に接続され、選択端子が位相器α1~αnに接続される。スイッチSW22は、SPnTスイッチであり、共通端子がアンテナ10bの給電点14に接続され、選択端子が位相器β1~βnに接続される。スイッチSW32は、SPnTスイッチであり、共通端子がアンテナ10cの給電点14に接続され、選択端子が位相器γ1~γnに接続される。スイッチSW42は、SPnTスイッチであり、共通端子がアンテナ10dの給電点14に接続され、選択端子が位相器δ1~δnに接続される。
Switch SW12 is an SPnT switch with a common terminal connected to the
各スイッチは、RFICからの指示、又は、制御回路220に含まれるマイコン等の集積回路からの指示に応じて制御される。各スイッチが制御されることで、入出力IF230からの高周波信号がどの位相器を通過するかを制御でき、つまり、高周波信号の位相の調整量を通過する位相器に応じたものとすることができる。これにより、アレイアンテナを構成するアンテナ10a~10dのそれぞれに伝送される高周波信号の位相をずらすことができ、アレイアンテナ100の指向性を制御することができる。
Each switch is controlled according to instructions from the RFIC or instructions from an integrated circuit such as a microcomputer included in the
ここで、位相制御部227のより詳細な構成例を、スイッチSW11、位相器α1~αn及びスイッチSW12に着目した図5を用いて説明する。Here, a more detailed configuration example of the
図5は、実施の形態2に係る位相制御部227の一部の一例を示す回路構成図である。図5では、スイッチSW11及びスイッチSW21をSP4Tスイッチとし、位相器α1~α4を示している(つまり、n=4としている)。
Figure 5 is a circuit diagram showing an example of a portion of the
図5に示すように、位相器α1~α4は、例えば、π型のLC回路により実現される。なお、インダクタ及びキャパシタの数及び接続形態は図5に示すものに限らない。 As shown in Figure 5, the phase shifters α1 to α4 are realized, for example, by π-type LC circuits. Note that the number and connection form of the inductors and capacitors are not limited to those shown in Figure 5.
例えば、アンテナ10aに伝送される高周波信号の位相の調整量を位相器α1に応じたものにする場合には、スイッチSW11及びスイッチSW12の共通端子と、図5に示す選択端子のうちの最も上の選択端子とが接続されるように、スイッチSW11及びスイッチSW12が制御される。位相器α1~α4のそれぞれについて、それぞれを構成するインダクタ及びキャパシタのパラメータを調整することで、例えば、図6に示すような位相特性を実現できる。For example, when the amount of phase adjustment of the high frequency signal transmitted to the
図6は、実施の形態2に係る位相制御部227における位相器α1~α4の位相特性の一例を示すグラフである。なお、アンテナ10a~10dに伝送される高周波信号を、例えば、UHF(Ultra High Frequency)帯の無線信号とし、0.92GHzでの位相器のα1~α4の位相に着目している。
Figure 6 is a graph showing an example of the phase characteristics of phase shifters α1 to α4 in
図6に示すように、それぞれ0.92GHzにおいて、位相器α1は位相器α1を通過する信号の位相を38度ずらすことができ、位相器α2は位相器α2を通過する信号の位相を-9度ずらすことができ、位相器α3は位相器α3を通過する信号の位相を-103度ずらすことができ、位相器α4は位相器α4を通過する信号の位相を-143度ずらすことができている。位相器β1~β4、位相器γ1~γ4及び位相器δ1~δ4についても、位相器α1~α4と同じように自身を通過する信号の位相をずらすことができる。 As shown in Figure 6, at 0.92 GHz, phase shifter α1 can shift the phase of the signal passing through phase shifter α1 by 38 degrees, phase shifter α2 can shift the phase of the signal passing through phase shifter α2 by -9 degrees, phase shifter α3 can shift the phase of the signal passing through phase shifter α3 by -103 degrees, and phase shifter α4 can shift the phase of the signal passing through phase shifter α4 by -143 degrees. Phase shifters β1 to β4, phase shifters γ1 to γ4, and phase shifters δ1 to δ4 can also shift the phase of the signal passing through them in the same way as phase shifters α1 to α4.
次に、位相をずらすことで指向性を制御できることを図7から図9を用いて説明する。 Next, we will explain using Figures 7 to 9 how directivity can be controlled by shifting the phase.
図7は、実施の形態2に係るアレイアンテナ100の位相差が90度のときの指向特性を示すグラフである。
Figure 7 is a graph showing the directional characteristics of the
図8は、実施の形態2に係るアレイアンテナ100の位相差が180度のときの指向特性を示すグラフである。
Figure 8 is a graph showing the directional characteristics of the
図9は、実施の形態2に係るアレイアンテナ100の位相差がないときの指向特性を示すグラフである。
Figure 9 is a graph showing the directional characteristics of the
例えば、アンテナ10aに伝送される高周波信号と、アンテナ10bに伝送される高周波信号との位相差が90度となり、アンテナ10bに伝送される高周波信号と、アンテナ10cに伝送される高周波信号との位相差が90度となり、アンテナ10cに伝送される高周波信号と、アンテナ10dに伝送される高周波信号との位相差が90度となるように、各スイッチを制御する。これにより、図7に示すように、アレイアンテナ100のチルト角を例えば約30度とすることができる。For example, each switch is controlled so that the phase difference between the high frequency signal transmitted to
また、例えば、アンテナ10aに伝送される高周波信号と、アンテナ10bに伝送される高周波信号との位相差が180度となり、アンテナ10bに伝送される高周波信号と、アンテナ10cに伝送される高周波信号との位相差が180度となり、アンテナ10cに伝送される高周波信号と、アンテナ10dに伝送される高周波信号との位相差が180度となるように、各スイッチを制御する。これにより、図8に示すように、アレイアンテナ100のチルト角を例えば60度とすることができる。
Also, for example, the switches are controlled so that the phase difference between the high frequency signal transmitted to
また、例えば、アンテナ10aに伝送される高周波信号と、アンテナ10bに伝送される高周波信号との位相差が0度となり、アンテナ10bに伝送される高周波信号と、アンテナ10cに伝送される高周波信号との位相差が0度となり、アンテナ10cに伝送される高周波信号と、アンテナ10dに伝送される高周波信号との位相差が0度となるように、各スイッチを制御する。この場合、図9に示すように、アレイアンテナ100のチルト角を例えば0度とすることができる(つまり、指向性を制御しないようにすることができる)。Also, for example, each switch is controlled so that the phase difference between the high frequency signal transmitted to
このように、位相制御部227によって、アンテナ10a~10dのそれぞれに伝送される高周波信号に位相差を与えることで、アレイアンテナ100の指向性を制御できる。In this way, the
なお、図7から図9は、ケーブルを接続しない状態でのアレイアンテナ100の指向特性を示している。そこで、ケーブルを接続したときの指向特性への影響について、例えば位相差がないときの(つまり、図9の状態での)アレイアンテナ100に着目して、図10を用いて説明する。7 to 9 show the directional characteristics of the
図10は、実施の形態2に係るアレイアンテナ100の、ケーブルを接続した状態での位相差がないときの指向特性を示すグラフである。
Figure 10 is a graph showing the directional characteristics of the
位相差がないときのアレイアンテナ100の利得は、ケーブルを接続しない状態では図9に示すように6.33dBiであるのに対して、ケーブルを接続した状態では図10に示すように5.08dBiとなっており、ケーブルを接続した状態では多少利得が小さくなっている。ただし、この利得の差には、ケーブル自体のロス及び給電線路のロスによるものが約1dB分含まれており、利得の差は、実質的には、0.3dBほどになる。このため、ケーブル自体のロス及び給電線路のロス以外のケーブルの影響として、例えば、ケーブルからの放射ノイズによる影響は、ほとんどないことがわかる。
The gain of the
これは、実施の形態1で説明したように、アンテナ10a~10dのそれぞれのアンテナ素子11の一方の開放端にアンテナ素子11の外周を取り巻くように配置される環状の第1接地導体12が接続されているためである。つまり、アンテナ10a~10dのそれぞれのアンテナ素子11から第2接地導体210へ電流が漏れにくくなり、第2接地導体210に接続されたケーブルの接地導体に電流が流れにくくなっている。したがって、アレイアンテナ100の放射特性がケーブルの影響を受けにくくなっており、図10に示すように、放射特性を改善できる。This is because, as explained in the first embodiment, one open end of each of the
以上、一つ又は複数の態様に係るアンテナ10、アンテナシステム1、アレイアンテナ100及びアレイアンテナシステム2について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
The
本開示は、アンテナを備える装置又はシステム等に利用できる。 The present disclosure can be used in devices or systems equipped with antennas.
1 アンテナシステム
2 アレイアンテナシステム
10、10a、10b、10c、10d アンテナ
11 アンテナ素子
12 第1接地導体
13 摂動素子
14 給電点
20、200 制御基板
21、210 第2接地導体
22、220 制御回路
23、230 入出力IF
30、300 基板
100 アレイアンテナ
227 位相制御部
SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32、SW41、SW42 スイッチ
α1、α2、α3、α4、αn、β1、β2、βn、γ1、γ2、γn、δ1、δ2、δn 位相器
REFERENCE SIGNS
30, 300
Claims (4)
前記アンテナ素子の一方の前記開放端に接続され、前記アンテナ素子の外周を取り巻くように閉じて配置される環状の第1接地導体と、を備えるアンテナと、
制御基板と、を備え、
前記制御基板は、
前記アンテナの制御を行う制御回路と、
前記アンテナ素子の一方の前記開放端及び前記第1接地導体に接続される第2接地導体と、を備え、
前記第2接地導体は、前記制御基板上にベタパターンとして形成され、
前記第1接地導体と前記第2接地導体とは、切れ目なく接続されている、アンテナシステム。 a loop-shaped antenna element formed by a conductor having open ends at both ends;
an antenna including a first ground conductor having a ring shape connected to one of the open ends of the antenna element and arranged to close and surround an outer periphery of the antenna element;
A control board;
The control board includes:
A control circuit for controlling the antenna;
a second ground conductor connected to the one open end of the antenna element and the first ground conductor,
the second ground conductor is formed as a solid pattern on the control board,
The first ground conductor and the second ground conductor are connected seamlessly to each other .
前記アンテナ素子の一方の前記開放端に接続され、前記アンテナ素子の外周を取り巻くように閉じて配置される環状の第1接地導体と、を備えるアンテナを複数配列して構成されるアレイアンテナと、
制御基板と、を備え、
前記制御基板は、
前記アレイアンテナの制御を行う制御回路であって、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナから出力される電波の位相を制御する位相制御部を含む制御回路と、
前記アンテナ素子の一方の前記開放端及び前記第1接地導体に接続される第2接地導体と、を備え、
前記第2接地導体は、前記制御基板上にベタパターンとして形成され、
前記第1接地導体と前記第2接地導体とは、切れ目なく接続されている、アレイアンテナシステム。 a loop-shaped antenna element formed by a conductor having open ends at both ends;
an annular first ground conductor connected to one of the open ends of the antenna element and arranged in a closed manner so as to surround an outer periphery of the antenna element ; and
A control board;
The control board includes:
A control circuit for controlling the array antenna, the control circuit including a phase control unit for controlling phases of radio waves output from the plurality of antennas constituting the array antenna;
a second ground conductor connected to the one open end of the antenna element and the first ground conductor ,
the second ground conductor is formed as a solid pattern on the control board,
An array antenna system, wherein the first ground conductor and the second ground conductor are connected without interruption .
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