JP2000082917A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、目的に応じて所定
の周波数の電磁波をシールドし、あるいはエンハンスす
る機能を有するアンテナに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna having a function of shielding or enhancing electromagnetic waves of a predetermined frequency according to the purpose.
【０００２】[0002]
【従来の技術】移動体通信等の普及に伴い、電磁波障害
等が懸念され、鉄道車両、路線バス、病院など、場所に
よっては、特定の電磁波を遮蔽することが必要とされて
いる。建物や車両内部に電磁波が侵入するのを防ぐため
に、壁面に電磁波シールド材を用いることがある。2. Description of the Related Art With the spread of mobile communication and the like, there is a concern that electromagnetic waves may be obstructed, and it is necessary to shield specific electromagnetic waves depending on places such as railway cars, route buses, and hospitals. In order to prevent electromagnetic waves from entering a building or a vehicle, an electromagnetic wave shielding material may be used on a wall surface.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、窓等にシール
ド特性を付加することは、採光を目的とする窓の機能を
損なうことになる。このため、窓からの電磁波の侵入は
避けられない。たとえ、シールド材で覆ったとしても、
シールド材には周波数選択性がなく、情報通信に必要と
する周波数の電磁波も、同時に遮蔽されてしまう。さら
に、通信における感度の上昇が必要とされる場合につい
ても、壁面、窓等にエンハンス機能を付加した事例は、
これまで、ほとんどない。However, adding a shielding property to a window or the like impairs the function of the window for lighting. Therefore, invasion of electromagnetic waves from the window is inevitable. Even if it is covered with shielding material,
The shielding material does not have frequency selectivity, and also shields electromagnetic waves of a frequency required for information communication at the same time. Furthermore, even when the sensitivity in communication needs to be increased, the case where the enhancement function is added to the wall surface, window, etc.
So far, almost none.
【０００４】本発明は、建物や車両等の壁面や窓等に取
り付けて、電磁波の偏波面に依存することなく、特定周
波数の電磁波をシールドし、あるいはエンハンスする機
能を有するアンテナを提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide an antenna which is attached to a wall or a window of a building or a vehicle to shield or enhance an electromagnetic wave of a specific frequency without depending on the plane of polarization of the electromagnetic wave. Aim.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明のアンテナは、絶
縁性の基板上に、導電性材料からなる閉じたループ状
で、円形、楕円形、Ｎ角形（Ｎは３以上の整数）のアン
テナエレメントを形成したことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION An antenna according to the present invention is a closed loop, circular, elliptical, or N-gonal (N is an integer of 3 or more) antenna made of a conductive material on an insulating substrate. An element is formed.
【０００６】本発明のアンテナは、基板の誘電率を考慮
したアンテナエレメントの周囲の実効長が、動作周波数
の電磁波のほぼ１波長に等しいことを特徴とする。The antenna according to the present invention is characterized in that the effective length around the antenna element in consideration of the dielectric constant of the substrate is substantially equal to one wavelength of the electromagnetic wave at the operating frequency.
【０００７】本発明のアンテナにおいて、アンテナエレ
メントの周囲の実効長λに対し、アンテナエレメントの
線幅ｗが、ｗ≦４・λ・ｅ-4.5で示す関係を満たすと
き、シールド機能が得られ、ｗ＞４・λ・ｅ-4.5で示す
関係を満たすとき、エンハンス機能が得られる。In the antenna of the present invention, when the line width w of the antenna element satisfies the relationship expressed by w ≦ 4 · λ · e −4.5 with respect to the effective length λ around the antenna element, a shielding function is obtained. When the relationship represented by w> 4 · λ · e −4.5 is satisfied, the enhancement function is obtained.
【０００８】本発明のアンテナにおいて、動作周波数が
互いに等しい直近のアンテナエレメントの中心間距離ｄ
を、アンテナエレメント間隔とするとき、アンテナエレ
メントは、λ／π≦ｄ≦５・λ／πの関係を満たすよう
に配置されている。[0008] In the antenna of the present invention, the center distance d of the nearest antenna element having the same operating frequency.
Is the antenna element interval, the antenna elements are arranged so as to satisfy the relationship of λ / π ≦ d ≦ 5 · λ / π.
【０００９】本発明のアンテナにおいて、アンテナエレ
メントは、単一、または複数のサイズからなり、単一ま
たは、複数の動作周波数を有することを特徴とする。The antenna according to the present invention is characterized in that the antenna element has a single or a plurality of sizes and has a single or a plurality of operating frequencies.
【００１０】さらに、基板として透光性の材料を用い、
あるいは、アンテナエレメントとして透光性の材料を用
いることができる。Further, a transparent material is used as the substrate,
Alternatively, a light-transmitting material can be used as the antenna element.
【００１１】本発明のアンテナにおいて、アンテナエレ
メントには、抵抗率ρが、ρ≦１０-2Ω・ｃｍを満たす
材料が用いられる。抵抗率の値が大き過ぎると、アンテ
ナエレメントが電波を受信し再放射する際の位相が、最
適値からずれて、シールドあるいはエンハンスの効果が
小さくなるからである。In the antenna of the present invention, a material having a resistivity ρ satisfying ρ ≦ 10 −2 Ω · cm is used for the antenna element. If the value of the resistivity is too large, the phase when the antenna element receives and re-radiates the radio wave deviates from the optimum value, and the effect of the shield or the enhancement is reduced.
【００１２】さらに、本発明によるアンテナは、建造物
の壁紙部材を含む壁面部材からなる基板をもって構成す
ることも可能である。Further, the antenna according to the present invention can be constituted by a substrate composed of a wall member including a wallpaper member of a building.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１４】本発明のアンテナは、給電点を短絡した無
給電アンテナと、ループアンテナの両性質を利用したア
ンテナエレメントから構成されている。給電点を短絡し
た無給電アンテナから、受信した電波が再放射される。
再放射される電波の位相は、アンテナの線幅に依存し、
受信した電波の位相と異なり、入射波と同相にも、逆相
にもなり得る。アンテナの後方においては、入射波の透
過波と再放射波とが合わさるので、互いに逆相であれ
ば、アンテナはシールド効果を示すこととなり、入射波
の透過波と再放射波が同相であれば、エンハンス効果を
示すことになる。The antenna of the present invention is composed of a parasitic antenna having a short-circuited feeding point and an antenna element utilizing both properties of a loop antenna. The received radio wave is re-emitted from the parasitic antenna whose power supply point is short-circuited.
The phase of the re-radiated radio wave depends on the line width of the antenna,
Unlike the phase of the received radio wave, it can be in phase or out of phase with the incident wave. Behind the antenna, the transmitted wave of the incident wave and the re-radiated wave are combined, so if the phases are opposite to each other, the antenna will exhibit a shielding effect, and if the transmitted wave of the incident wave and the re-radiated wave are in phase, , Exhibiting an enhancement effect.
【００１５】すなわち、アンテナエレメントの周囲の実
効長をλとすると、式（１）を満たすアンテナはシール
ド機能を有し、式（２）を満たすアンテナはエンハンス
機能を有する。That is, assuming that the effective length around the antenna element is λ, an antenna satisfying the formula (1) has a shielding function, and an antenna satisfying the formula (2) has an enhancing function.
【００１６】 ｗ≦４・λ・ｅ-4.5 （１） ｗ＞４・λ・ｅ-4.5 （２）W ≦ 4 · λ · e -4.5 (1) w> 4 · λ · e -4.5 (2)
【００１７】アンテナのシールド効果、およびエンハン
ス効果、それぞれの度合いは、アンテナ透過波とアンテ
ナ再放射波のバランスで決定される。アンテナ透過波と
アンテナ再放射波のバランスの特性は、動作周波数が、
互いに等しい直近のアンテナエレメントの中心間距離に
よって定義されるアンテナエレメント間隔ｄ、および線
幅ｗに依存し、式（３）に示す範囲で調整することが可
能である。The degree of each of the antenna shielding effect and the enhancement effect is determined by the balance between the antenna transmitted wave and the antenna re-radiated wave. The characteristic of the balance between the antenna transmitted wave and the antenna re-radiated wave is that the operating frequency is
The distance can be adjusted within the range shown in Expression (3) depending on the antenna element interval d defined by the center-to-center distance of the nearest nearest antenna element and the line width w.
【００１８】 λ／π≦ｄ≦５・λ／π （３）Λ / π ≦ d ≦ 5λ / π (3)
【００１９】短絡したループアンテナの面内において
は、方向性を持たないため、アンテナは面内で偏波依存
性がない。Since there is no directionality in the plane of the short-circuited loop antenna, the antenna has no polarization dependence in the plane.
【００２０】また、アンテナの動作周波数は、ループサ
イズで決まるため、複数のループサイズのアンテナエレ
メントを共存させることで、複数の周波数帯域での動作
が可能である。Further, since the operating frequency of the antenna is determined by the loop size, operation in a plurality of frequency bands is possible by coexisting antenna elements of a plurality of loop sizes.
【００２１】図１は、本発明によるアンテナの基本構成
を示す平面図である。図１において、アンテナ１０は、
絶縁性の基板１１上に、複数のループ状のアンテナエレ
メント１２を配置して構成されている。アンテナエレメ
ント１２は、互いに６０度の角度で交差し、複数の正三
角形を形成する直線群の各交点に、その中心が一致する
ように、複数個、配置されている。図１に示すように、
アンテナエレメント間隔はｄである。FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of an antenna according to the present invention. In FIG. 1, the antenna 10 is
A plurality of loop-shaped antenna elements 12 are arranged on an insulating substrate 11. The plurality of antenna elements 12 are arranged so that the centers thereof coincide with the intersections of the straight lines forming a plurality of equilateral triangles, which cross each other at an angle of 60 degrees. As shown in FIG.
The antenna element interval is d.
【００２２】図２は、本発明の実施の形態によるアンテ
ナの平面図である。図２において、アンテナ２０は、ガ
ラスエポキシ基板２１上に、２種類のアンテナエレメン
ト２２，２３をもって形成されている。半径（ｒ2）２
５ｍｍ、線幅（ｗ2）０．５ｍｍを有するアンテナエレ
メント２３は、１００ｍｍのアンテナエレメント間隔
（ｄ2）で配置されている。他の一つの種類のアンテナ
エレメント２２は、半径（ｒ1）５３ｍｍ、線幅（ｗ1）
１．０ｍｍを有し、２００ｍｍのアンテナエレメント間
隔（ｄ1）で配置されている。図２に示すように、アン
テナエレメント２２は、アンテナエレメント２３と同心
円状に配置されている。FIG. 2 is a plan view of the antenna according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, an antenna 20 is formed on a glass epoxy substrate 21 with two types of antenna elements 22 and 23. Radius (r 2 ) 2
The antenna elements 23 having 5 mm and a line width (w 2 ) of 0.5 mm are arranged at an antenna element interval (d 2 ) of 100 mm. Another type of antenna element 22 has a radius (r 1 ) of 53 mm and a line width (w 1 ).
It has a distance of 1.0 mm and is arranged at an antenna element interval (d 1 ) of 200 mm. As shown in FIG. 2, the antenna element 22 is arranged concentrically with the antenna element 23.
【００２３】このアンテナ２０は、前記各幾何学的値に
よれば、式（１）および式（３）を満足する。The antenna 20 satisfies the equations (1) and (3) according to the respective geometric values.
【００２４】図６は、各アンテナの通過特性を評価する
ための測定系を示す図である。送信アンテナ１と受信ア
ンテナ２の間に、アンテナ試料４を挿入して通過特性を
測定する。送信アンテナ１と受信アンテナ２の間で直通
の場合を、通過特性測定時のリファレンスとした。FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for evaluating the pass characteristics of each antenna. An antenna sample 4 is inserted between the transmitting antenna 1 and the receiving antenna 2 to measure a passing characteristic. The case where there is direct communication between the transmitting antenna 1 and the receiving antenna 2 was used as a reference when measuring the pass characteristics.
【００２５】図３は、図２に示したアンテナ２０の通過
特性を示す図である。図３によれば、本実施の形態によ
るアンテナ２０は、中心周波数７８０ＭＨｚ、および１
６１０ＭＨｚの２つの周波数帯において、それぞれシー
ルド効果がある。その他の周波数帯域では、電磁波は透
過しており、アンテナ２０は２周波シールドアンテナと
して機能していることが分かる。使用したガラスエポキ
シ基板２１の比誘電率を考慮すると、シールド効果が得
られた２つの周波数について、ループ状のアンテナエレ
メント２２，２３の実効周囲長が、それぞれ動作する電
波のほぼ１波長に相当している。ループ状アンテナエレ
メント２２，２３を採用しているため、アンテナ２０を
面内で回転させても、その特性は変わらない。FIG. 3 is a diagram showing the pass characteristics of the antenna 20 shown in FIG. According to FIG. 3, the antenna 20 according to the present embodiment has a center frequency of 780 MHz and 1
In two frequency bands of 610 MHz, each has a shielding effect. In other frequency bands, electromagnetic waves are transmitted, and it can be seen that the antenna 20 functions as a two-frequency shield antenna. Considering the relative permittivity of the glass epoxy substrate 21 used, the effective perimeter of the loop-shaped antenna elements 22 and 23 corresponds to almost one wavelength of the operating radio wave at each of the two frequencies at which the shielding effect is obtained. ing. Since the loop-shaped antenna elements 22 and 23 are employed, even if the antenna 20 is rotated in a plane, its characteristics do not change.
【００２６】図４は、本発明の他の実施の形態によるア
ンテナの平面図である。図４において、アンテナ３０
は、ガラス基板３１上に、半径（ｒ）１２ｍｍ、線幅
（ｗ）６ｍｍのアンテナエレメント３２が、アンテナエ
レメント間隔（ｄ）６２ｍｍで形成されている。FIG. 4 is a plan view of an antenna according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4, the antenna 30
The antenna element 32 having a radius (r) of 12 mm and a line width (w) of 6 mm is formed on a glass substrate 31 at an antenna element interval (d) of 62 mm.
【００２７】このアンテナ３０は、前記各幾何学的値に
よれば、式（２）および式（３）を満足し、図５に示す
ように、エンハンス機能を示すことがわかる。According to each of the above geometric values, the antenna 30 satisfies the equations (2) and (3), and as shown in FIG. 5, it can be seen that the antenna 30 has an enhancement function.
【００２８】図５は、図４に示したアンテナ３０の通過
特性を示す図である。図５によれば、本実施の形態によ
るアンテナ３０は、約４３００ＭＨｚの単一周波数にお
いて、約６ｄＢのエンハンス効果を示す。動作周波数に
ついて、ループ状のアンテナエレメント３２の実効周囲
長が、動作する電波のほぼ１波長に等しい。ループ状の
アンテナエレメント３２を採用しているため、アンテナ
３０を面内で回転させても、この特性は変わらない。FIG. 5 is a diagram showing the pass characteristics of the antenna 30 shown in FIG. According to FIG. 5, the antenna 30 according to the present embodiment exhibits an enhancement effect of about 6 dB at a single frequency of about 4300 MHz. For the operating frequency, the effective circumference of the loop-shaped antenna element 32 is substantially equal to one wavelength of the operating radio wave. Since the loop-shaped antenna element 32 is employed, this characteristic does not change even if the antenna 30 is rotated in a plane.
【００２９】なお、ループ状のアンテナエレメントは、
円形に限定することなく、製造上、美観上等の理由か
ら、楕円形状や、任意の多角形状としてもよい。The loop-shaped antenna element is
The shape is not limited to a circle, but may be an elliptical shape or an arbitrary polygonal shape for reasons of production, aesthetics, and the like.
【００３０】アンテナエレメントには、多くの場合、
銅、アルミニウムが用いられる。銅やアルミニウムの常
温での抵抗率ρは、いずれも、１．５×１０-6〜３．５
×１０-6Ω・ｃｍ程度であり、請求項１０に記載した抵
抗率、ρ≦１０-2Ω・ｃｍの条件を満たしている。抵抗
率の値が大き過ぎると、再放射される電波の位相が、最
適値からずれて、シールドあるいはエンハンスの効果が
小さくなる。The antenna element often includes
Copper and aluminum are used. The resistivity ρ of copper or aluminum at room temperature is 1.5 × 10 −6 to 3.5.
It is about × 10 −6 Ω · cm, which satisfies the condition of the resistivity described in claim 10 and ρ ≦ 10 −2 Ω · cm. If the resistivity value is too large, the phase of the re-radiated radio wave will deviate from the optimum value, and the effect of shielding or enhancement will be reduced.
【００３１】さらに、基板として、ガラス等の光透過性
の材料を用いた上に、アンテナエレメントにＩＴＯ等の
透明な導電性材料を用いることにより、光透過性を損な
うことなく、シールド効果、あるいはエンハンス効果を
有するアンテナを実現することができる。このようなア
ンテナは、窓に取り付けても採光が妨げられることはな
い。Further, by using a transparent material such as glass for the substrate and using a transparent conductive material such as ITO for the antenna element, the shielding effect or the light-transmitting material is not impaired. An antenna having an enhancement effect can be realized. Such an antenna does not hinder daylighting even when attached to a window.
【００３２】同様にして、本発明によるアンテナが、薄
い板状である利点を活かし、建造物の壁紙や壁面を構成
する部材を基板として用いたアンテナを実現することも
可能である。これらの材料を基板として用いたアンテナ
を、そのまま建造物の内壁、外壁に組み込むことができ
る。特定の周波数の電磁波をシールドあるいはエンハン
スする建物、部屋を実現することができ、壁面内外での
同一回線の共用、受信感度の向上など電磁波の有効利用
が可能になる。Similarly, by taking advantage of the fact that the antenna according to the present invention has a thin plate shape, it is also possible to realize an antenna using a member constituting a wallpaper or a wall surface of a building as a substrate. Antennas using these materials as substrates can be directly incorporated into inner and outer walls of buildings. Buildings and rooms that shield or enhance electromagnetic waves of a specific frequency can be realized, and the electromagnetic waves can be effectively used such as sharing the same line inside and outside the wall and improving reception sensitivity.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、建
物や車両等の壁面や窓等に取り付けて、電磁波の偏波面
に依存することなく、特定周波数の電磁波をシールド
し、あるいはエンハンスする機能を有するアンテナが得
られる。As described above, according to the present invention, an electromagnetic wave of a specific frequency is shielded or enhanced by being attached to a wall surface or a window of a building or a vehicle without depending on the polarization plane of the electromagnetic wave. An antenna having a function is obtained.
【図１】本発明によるアンテナの基本構成を示す平面
図。FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of an antenna according to the present invention.
【図２】本発明の実施の形態によるアンテナの平面図。FIG. 2 is a plan view of the antenna according to the embodiment of the present invention.
【図３】図２に示したアンテナの通過特性を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating transmission characteristics of the antenna illustrated in FIG. 2;
【図４】本発明の他の実施の形態によるアンテナの平面
図。FIG. 4 is a plan view of an antenna according to another embodiment of the present invention.
【図５】図４に示したアンテナの通過特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a transmission characteristic of the antenna shown in FIG. 4;
【図６】アンテナの通過特性を評価するための測定系を
示す図。FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for evaluating a transmission characteristic of an antenna.
１ 送信アンテナ ２ 受信アンテナ ３ ネットワークアナライザ ４ アンテナ試料 １０ アンテナ １１ 基板 １２ アンテナエレメント ２０ アンテナ ２１ ガラスエポキシ基板 ２２，２３ アンテナエレメント ３０ アンテナ ３１ ガラス基板 ３２ アンテナエレメント REFERENCE SIGNS LIST 1 transmission antenna 2 reception antenna 3 network analyzer 4 antenna sample 10 antenna 11 substrate 12 antenna element 20 antenna 21 glass epoxy substrate 22, 23 antenna element 30 antenna 31 glass substrate 32 antenna element
Claims (12)
閉じたループ状のアンテナエレメントを１個または複数
個備えていることを特徴とするアンテナ。1. An antenna comprising one or more closed loop antenna elements made of a conductive material on an insulating substrate.
たは楕円形であることを特徴とする請求項１記載のアン
テナ。2. The antenna according to claim 1, wherein the shape of the antenna element is circular or elliptical.
の整数とするＮ角形をなすことを特徴とする請求項１記
載のアンテナ。3. The antenna according to claim 1, wherein the antenna element has an N-gon shape where N is an integer of 3 or more.
ナエレメントの周囲の実効長が、動作周波数の電磁波の
ほぼ１波長に等しいことを特徴とする請求項１ないし請
求項３記載のアンテナ。4. The antenna according to claim 1, wherein an effective length around the antenna element in consideration of a dielectric constant of the substrate is substantially equal to one wavelength of an electromagnetic wave at an operating frequency.
λに対し、前記アンテナエレメントの線幅ｗが、ｗ≦４
・λ・ｅ-4.5で示す関係を満たし、シールド機能を有す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のアン
テナ。5. A line width w of the antenna element is w ≦ 4 with respect to an effective length λ around the antenna element.
The antenna according to claim 1, wherein the antenna satisfies a relationship represented by λ · e −4.5 and has a shielding function.
λに対し、前記アンテナエレメントの線幅ｗが、ｗ＞４
・λ・ｅ-4.5で示す関係を満たし、エンハンス機能を有
することを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のア
ンテナ。6. A line width w of the antenna element is w> 4 with respect to an effective length λ around the antenna element.
5. The antenna according to claim 1, wherein the antenna satisfies a relationship represented by .lambda.e- 4.5 and has an enhancement function.
ナエレメントの中心間距離をｄとするとき、前記アンテ
ナエレメントが、λ／π≦ｄ≦５・λ／πを満たすよう
に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求
項６記載のアンテナ。7. When the distance between centers of the nearest antenna elements having the same operating frequency is d, the antenna elements are arranged so as to satisfy λ / π ≦ d ≦ 5λ / π. The antenna according to claim 1, wherein:
は複数のサイズからなることを特徴とする請求項１ない
し請求項７記載のアンテナ。8. The antenna according to claim 1, wherein the antenna element has a single size or a plurality of sizes.
ていることを特徴とする請求項１ないし請求項８記載の
アンテナ。9. The antenna according to claim 1, wherein the substrate is made of a translucent material.
かつ導電性の材料から構成されていることを特徴とする
請求項１ないし請求項９記載のアンテナ。10. The antenna element, wherein the antenna element is translucent;
10. The antenna according to claim 1, wherein the antenna is made of a conductive material.
が、ρ≦１０-2Ω・ｃｍを満たす材料からなることを特
徴とする請求項１ないし請求項１０記載のアンテナ。11. The antenna element has a resistivity ρ.
11. The antenna according to claim 1, wherein the antenna is made of a material satisfying ρ ≦ 10 −2 Ω · cm.
構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１１
記載のアンテナ。12. The structure according to claim 1, wherein the substrate is formed of a member for a wall of a building.
The described antenna.
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