JP3877196B2 - antenna - Google Patents
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Description
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0016】
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。
【0018】
λ/π≦d≦5・λ/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。
【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。
【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。
【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)25mm、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。
【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。
【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。
【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1610MHz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。
【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。
【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。
【0028】
図5は、図6の測定系を用いて測定した図4に示したアンテナ30の通過特性を示す図である。アンテナ試料4がない時を基準値(0dB)としてアンテナ試料4を挿入した時の通過特性を測定している。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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアンテナの基本構成を示す平面図。
【図2】本発明の実施の形態によるアンテナの平面図。
【図3】図2に示したアンテナの通過特性を示す図。
【図4】 本発明の他の実施の形態によるアンテナの平面図。
【図5】 図4に示したアンテナの通過特性を示す図。
【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。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna having a function of shielding or enhancing electromagnetic waves having a predetermined frequency depending on purposes.
[0002]
[Prior art]
With the spread of mobile communication and the like, there is a concern about electromagnetic interference and the like, and it is necessary to shield specific electromagnetic waves depending on places such as railway vehicles, route buses, and hospitals. In order to prevent electromagnetic waves from entering the inside of a building or vehicle, an electromagnetic shielding material is sometimes used for the wall surface.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, adding a shielding characteristic to a window or the like impairs the function of the window intended for lighting. For this reason, invasion of electromagnetic waves from the window is inevitable. Even if it is covered with a shielding material, the shielding material does not have frequency selectivity, and electromagnetic waves having a frequency required for information communication are simultaneously shielded. Furthermore, even in the case where it is necessary to increase the sensitivity in communication, there have been almost no cases where an enhancement function is added to a wall surface, a window or the like.
[0004]
An object of the present invention is to provide an antenna having a function of shielding or enhancing an electromagnetic wave having a specific frequency without depending on the polarization plane of the electromagnetic wave, by being attached to a wall or window of a building or a vehicle. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The antenna of the present invention is characterized in that an antenna element having a closed loop shape made of a conductive material and having a circular shape, an elliptical shape, and an N-square shape (N is an integer of 3 or more) is formed on an insulating substrate. .
[0006]
The antenna of 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]
In the antenna of the present invention, when the line width w of the antenna element satisfies the relationship represented by w ≦ 4 · λ · e −4.5 with respect to the effective length λ around the antenna element, a shielding function is obtained, and w> 4 When the relationship shown by λ · e −4.5 is satisfied, an enhancement function is obtained.
[0008]
In the antenna of the present invention, when the distance between the centers of the nearest antenna elements having the same operating frequency is defined as the antenna element interval, the antenna elements satisfy the relationship of λ / π ≦ d ≦ 5 · λ / π. Has been placed.
[0009]
In the antenna of the present invention, the antenna element has a single or a plurality of sizes and has a single or a plurality of operating frequencies.
[0010]
Further, a light-transmitting material can be used for the substrate, or a light-transmitting material can be used for the antenna element.
[0011]
In the antenna of the present invention, a material satisfying a resistivity ρ of ρ ≦ 10 −2 Ω · cm is used for the antenna element. This is because if the resistivity value 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 shielding or enhancement becomes small.
[0012]
Furthermore, the antenna according to the present invention can also be configured with a substrate made of a wall surface member including a wallpaper member of a building.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
The antenna of the present invention is composed of a parasitic antenna whose feeding point is short-circuited and an antenna element utilizing both properties of a loop antenna. The received radio wave is re-radiated from a parasitic antenna whose feeding point is short-circuited. The phase of the re-radiated radio wave depends on the line width of the antenna, and can be in phase with or opposite to the incident wave, unlike the phase of the received radio wave. At the rear of 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 exhibits a shielding effect, and if the transmitted wave of the incident wave and the re-radiated wave are in phase, , An enhancement effect will be shown.
[0015]
That is, when the effective length around the antenna element is λ, an antenna satisfying the expression (1) has a shielding function, and an antenna satisfying the expression (2) has an enhancement function.
[0016]
w ≦ 4 ・ λ ・ e -4.5 (1)
w> 4 · λ · e -4.5 (2)
[0017]
The degree of each of the antenna shielding effect and enhancement effect is determined by the balance between the antenna transmitted wave and the antenna re-radiated wave. The balance characteristic between the antenna transmitted wave and the antenna re-radiated wave depends on the antenna element interval d defined by the distance between the centers of the nearest antenna elements whose operating frequencies are equal to each other, and the line width w. It is possible to adjust within the range shown.
[0018]
λ / π ≦ d ≦ 5 · λ / π (3)
[0019]
In the plane of the shorted loop antenna, since the antenna has no directionality, the antenna has no polarization dependency in the plane.
[0020]
Further, since the operating frequency of the antenna is determined by the loop size, it is possible to operate in a plurality of frequency bands by coexisting antenna elements having a plurality of loop sizes.
[0021]
FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of an antenna according to the present invention. In FIG. 1, an
[0022]
FIG. 2 is a plan view of the antenna according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the
[0023]
The
[0024]
FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for evaluating the pass characteristics of each antenna. An
[0025]
FIG. 3 is a diagram showing the pass characteristics of the
[0026]
FIG. 4 is a plan view of an antenna according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4, the
[0027]
It can be seen that the
[0028]
FIG. 5 is a diagram showing the pass characteristic of the
[0029]
Note that the loop-shaped antenna element is not limited to a circular shape, and may have an elliptical shape or an arbitrary polygonal shape for manufacturing, aesthetic reasons, or the like.
[0030]
In many cases, copper and aluminum are used for the antenna element. The resistivity ρ of copper or aluminum at room temperature is about 1.5 × 10 −6 to 3.5 × 10 −6 Ω · cm, and the resistivity according to
[0031]
Furthermore, by using a light-transmitting material such as glass as the substrate and using a transparent conductive material such as ITO for the antenna element, the shielding effect or the enhancement effect can be obtained without impairing the light transmittance. An antenna having the same can be realized. Even if such an antenna is attached to a window, lighting is not hindered.
[0032]
Similarly, the antenna according to the present invention can be realized by utilizing the advantage that it is a thin plate, and an antenna using a member constituting a wallpaper or a wall surface of a building as a substrate can be realized. An antenna using these materials as a substrate can be incorporated into an inner wall and an outer wall of a building as they are. 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 surface and improving reception sensitivity.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an antenna having a function of shielding or enhancing an electromagnetic wave having a specific frequency without depending on the polarization plane of the electromagnetic wave is attached to a wall or window of a building or a vehicle. can get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of an antenna according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of an antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing pass characteristics of the antenna shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view of an antenna according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing pass characteristics of the antenna shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for evaluating the pass characteristic of an antenna.
[Explanation of symbols]
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